JP4922122B2 - ストローク可変エンジン - Google Patents

Description

本発明は、ストローク可変エンジンに関し、特に、エンジン本体のクランクケースに、クランクシャフトと、動弁装置の一部を構成するとともに吸気側カムおよび排気側カムが設けられるカムシャフトと、偏心軸を有する回転軸とが相互に平行な軸線を有して回転自在に支承され、一端部がピストンピンを介してピストンに連結されるコンロッドの他端部と、前記偏心軸に一端部が連結されるコントロールロッドの他端部とが、前記クランクシャフトで回動自在に支承されるリンク部材を介して連結され、前記クランクシャフトから前記カムシャフトに回転動力が伝達されるストローク可変エンジンの改良に関する。

このようなストローク可変エンジンは、特許文献１によって既に知られている。
特開２００３−２７８５６７号公報

ところが上記特許文献１で開示されたものでは、リンク部材のカムシャフト側の端部と、吸気側もしくは排気側カムとの干渉を回避するために、カムシャフトがクランクシャフトから比較的離隔した位置に配置されており、それによりクランクケースひいてはエンジン全体の大型化を招いている。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、カムシャフトをクランクシャフト側に近接配置するようにしてエンジンの小型化を可能としたストローク可変エンジンを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、エンジン本体のクランクケースに、クランクシャフトと、動弁装置の一部を構成するとともに吸気側カムおよび排気側カムが設けられるカムシャフトと、偏心軸を有する回転軸とが相互に平行な軸線を有して回転自在に支承され、一端部がピストンピンを介してピストンに連結されるコンロッドの他端部と、前記偏心軸に一端部が連結されるコントロールロッドの他端部とが、前記クランクシャフトのクランクピンで回動自在に支承されるリンク部材を介して連結され、前記クランクシャフトから前記カムシャフトに回転動力が伝達されるストローク可変エンジンにおいて、前記吸気側および排気側カムが、前記クランクシャフトの軸線に沿う方向で前記リンク部材の一部と同一位置に配置され、前記クランクシャフトの軸線に直交する平面への投影図上で、前記カムシャフトがシリンダ軸線に関して前記回転軸と同一側に配置され、前記投影図上で前記リンク部材が描く軌跡は、その軌跡の前記吸気側および排気側カムと対向する部分に、それらカムと反対側に凹む彎曲線が形成されるように設定され、前記投影図上で前記吸気側および排気側カムが描く軌跡の一部が、前記リンク部材が描く軌跡の前記彎曲線に重なる位置に前記カムシャフトが配置され、該カムシャフトの回転位相が、前記リンク部材の前記カムシャフト側の端部への前記吸気側および排気側カムの干渉を回避するように設定されることを特徴とする。

本発明によれば、リンク部材のカムシャフト側の端部への吸気側および排気側カムの干渉を回避しつつ、クランクシャフトの軸線に直交する平面への投影図上で吸気側および排気側カムが描く軌跡の一部が、リンク部材が描く軌跡に重なる位置にカムシャフトが配置されるので、カムシャフトをクランクシャフト側に近接配置することが可能であり、エンジンの小型化を図ることが可能である。

またカムシャフトが、クランクシャフトの軸線に直交する平面でシリンダ軸線に関して回転軸と同一側に配置されるので、カムシャフトをリンク部材の移動軌跡との干渉を回避しつつ回転軸側に近接配置してエンジン全体をコンパクトに構成することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した参考例及び本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図６は参考例を示すものであり、図１はピストンが排気上死点直前にある状態でのエンジンの縦断面図であって図２の１−１線に沿う断面図、図２は図１の２−２線断面図、図３はピストンが膨張下死点にある状態での図１に対応したエンジンの縦断面図、図４は図３の状態からピストンが上昇した状態での図１に対応したエンジンの縦断面図、図５は図４の状態からピストンが上昇した状態での図１に対応したエンジンの縦断面図、図６は図５の状態からピストンが上昇した状態での図１に対応したエンジンの縦断面図である。

先ず図１および図２において、このエンジンは、たとえば作業機等に用いられる空冷の単気筒エンジンであり、エンジン本体１１は、クランクケース１２と、該クランクケース１２から上向きに突出するシリンダブロック１３と、該シリンダブロック１３の頭部に接合されるシリンダヘッド１４と、シリンダヘッド１４に結合されるヘッドカバー１５とで構成される。またクランクケース１２は、該クランクケース１２の下面の据え付け面１２ａで各種作業機のエンジンベッドに据え付けられる。

クランクケース１２は、前記シリンダブロック１３と一体に形成されるケース主体１３ａと、該ケース主体１３ａに結合されるサイドカバー１６とから成るものであり、このクランクケース１２には、一対のバランスウエイト１７ａ，１７ｂおよび両バランスウエイト１７ａ，１７ｂ間を結ぶクランクピン１７ｃとを一体に有するクランクシャフト１７が回転自在に支承される。

シリンダブロック１３には、ピストン１８を摺動自在に嵌合せしめるシリンダボア１９が形成されており、ピストン１８の頂部を臨ませる燃焼室２０がシリンダブロック１３およびシリンダヘッド１４間に形成される。またシリンダヘッド１４には、燃焼室２０に通じ得る吸気ポート２１および排気ポート２２が形成されるとともに、吸気ポート２１および燃焼室２０間を開閉する吸気弁２３、ならびに排気ポート２２および燃焼室２０間を開閉する排気弁２４が開閉作動可能に配設される。

吸気弁２３および排気弁２４を開閉駆動する動弁装置２５は、前記クランクシャフト１７と平行な軸線を有してクランクケース１２で回転自在に支承されるカムシャフト２６と、該カムシャフト２６に設けられる吸気側カム２７および排気側カム２８と、シリンダブロック１３で作動可能に支承されて排気側カム２８に摺接する排気側従動駒３０と、排気側従動駒３０と同様にシリンダブロック１３で作動可能に支承されて吸気側カム２７に摺接する吸気側従動駒（図示せず）と、前記排気側従動駒３０に下端を当接させてヘッドカバー１５側に延びる排気側プッシュロッド３２と、排気側プッシュロッド３２と同様に前記吸気側従動駒に下端を当接させてヘッドカバー１５側に延びる吸気側プッシュロッド（図示せず）と、閉弁方向にばね付勢された前記排気弁２４に一端を当接させて前記シリンダヘッド１４で揺動可能に支承されるとともに前記排気側プッシュロッド３２の上端が他端に当接される排気側ロッカアーム３３と、閉弁方向にばね付勢された前記吸気弁２３に一端を当接させて前記シリンダヘッド１４で揺動可能に支承されるとともに前記吸気側プッシュロッドの上端が他端に当接される吸気側ロッカアーム３４とを備える。

前記シリンダブロック１３および前記シリンダヘッド１４には、前記吸気側従動駒および前記排気側従動駒３０の上部を下部に突出させた作動室３５が形成されており、前記吸気側プッシュロッドおよび前記排気側プッシュロッド３２は作動室３５内に配置される。

一方、前記クランクシャフト１７の軸線に関して前記カムシャフト２６と反対側には、偏心軸３８を有する回転軸３７が配置されており、この回転軸３７は、前記クランクシャフト１７および前記カムシャフト２６と平行な軸線まわりに回転自在としてクランクケース１２に回転自在に支承される。

ピストン１８には、コンロッド４１の一端部がピストンピン４０を介して連結され、前記偏心軸３８にはコントロールロッド４２の一端部が連結され、前記コンロッド４１の他端部および前記コントロールロッド４２の他端部は、前記クランクシャフト１７のクランクピン１７ｃで回転自在に支承されるリンク部材４３を介して連結され、コンロッド４１、リンク部材４３およびコントロールロッド４２はリンク機構３９を構成する。

リンク部材４３は、クランクピン１７ｃの半周に摺接するように形成されるものであり、クランクピン１７ｃの残余の半周に摺接するクランクキャップ４４がリンク部材４３にボルト４５，４５によって締結される。また図２に示すように、カムシャフト２６における吸気側および排気側カム２７，２８が、クランクシャフト１７の軸線に沿う方向で前記リンク部材４３の一部と同一位置に存する。

コンロッド４１の他端部は、第１ピン４６を介してリンク部材４３の一端部に回動可能に連結される。コントロールロッド４２の一端部には、前記偏心軸３８を相対摺動可能に嵌合せしめる円形の軸孔４７が設けられ、コントロールロッド４２の他端部は第２ピン４８を介してリンク部材４３の他端部に回動可能に連結される。

前記カムシャフト２６には、クランクシャフト１７の回転動力が１／２に減速されて伝達されるものであり、前記クランクシャフト１７におけるバランスウエイト１７ｂの軸方向外方で該クランクシャフト１７には駆動歯車４９が設けられる。また前記カムシャフト２６には前記駆動歯車４９に噛合する被動歯車５０が設けられ、被動歯車５０は駆動歯車４９の２倍の外径を有するように形成される。

一方、前記回転軸３７の一端には、クランクケース１２の外方に固定配置される電動モータ５１が連結される。而して電動モータ５１によって回転軸３７を回動せしめることによって偏心軸３８の位置すなわちコントロールロッド４２の支点を変位することができ、リンク機構３９は、たとえば膨張行程でのピストン１８のストロークを圧縮行程でのストロークよりも大とするように作動し、それにより同じ吸入混合気量でより大きな膨張仕事を行なわせるようにして、サイクル熱効率を向上することができる。

ところで前記リンク機構３９におけるリンク部材４３は、クランクシャフト１７の軸線に直交する平面への投影図上では図１の鎖線で示す軌跡ＴＬを描き、前記カムシャフト２６に設けられた吸気側カム２７および排気カム２８は、前記投影図上では図１の鎖線で示す軌跡ＴＣを描くのであるが、前記カムシャフト２６は、前記軌跡ＴＣの一部が前記軌跡ＴＬに重なる位置に配置される。より具体的に説明すると、前記投影図上でリンク部材４３が描く軌跡ＴＬは、その軌跡ＴＬの吸気側および排気側カム２７，２８と対向する部分に、それらカム２７，２８と反対側に凹む彎曲線ＴＬｏが形成されるように設定される。

しかも前記カムシャフト２６の回転位相は、前記リンク部材４３のカムシャフト２６側の端部への前記吸気側および排気側カム２７，２８の干渉を回避するように設定される。ここでピストン１８が膨張下死点から排気上死点直前まで上昇する際の変化を見て見ると、図３で示す膨張下死点の状態から、図４、図５および図６で示す状態を経て図１の排気上死点直前に至る間に、吸気側カム２７がリンク部材４３のカムシャフト２６側の端部と干渉することはなく、膨張下死点から排気上死点直前までのピストン１８の上昇行程以外のピストン１８の移動時にも吸気側カム２７および排気側カム２８がリンク部材４３のカムシャフト２６側の端部と干渉することはない。

次にこの参考例の作用について説明すると、リンク部材４３のカムシャフト２６側の端部への吸気側および排気側カム２７，２８の干渉を回避しつつ、クランクシャフト１７の軸線に直交する平面への投影図上で吸気側および排気側カム２７，２８が描く軌跡ＴＣの一部が、リンク部材４３が描く軌跡ＴＬに重なる位置にカムシャフト２６が配置されるので、カムシャフト２６をクランクシャフト１７側に近接配置することが可能であり、エンジンの小型化を図ることが可能である。

図７〜図１０は本発明の実施例を示すものであり、上記参考例に対応する部分には同一の参照符号を付して図示するのみとし、詳細な説明は省略する。

上記参考例では、カムシャフト２６がクランクシャフト１７の軸線に関して回転軸３７と反対側に配置されていたのであるが、本発明の実施例では、カムシャフト２６が、前記クランクシャフト１７の軸線に直交する平面でシリンダ軸線Ｃに関して前記回転軸３７と同一側に配置され、それに応じて動弁装置２５における吸気側従動駒、排気側従動駒３０、吸気側プッシュロッドおよび排気側プッシュロッド３２は、参考例とは反対側に配置される。

この実施例においても、リンク部材４３は、クランクシャフト１７の軸線に直交する平面への投影図上では図７の鎖線で示す軌跡ＴＬを描き、その軌跡ＴＬは、該軌跡ＴＬの吸気側および排気側カム２７，２８と対向する部分に、それらカム２７，２８と反対側に凹む彎曲線ＴＬｏが形成されるように設定される。そして、前記カムシャフト２６に設けられた吸気側カム２７および排気カム２８は、前記投影図上では図７の鎖線で示す軌跡ＴＣを描くのであるが、前記カムシャフト２６は、前記軌跡ＴＣの一部が前記軌跡ＴＬの前記彎曲線ＴＬｏに重なる位置に配置される。

しかも前記カムシャフト２６の回転位相は、前記リンク部材４３のカムシャフト２６側の端部への前記吸気側および排気側カム２７，２８の干渉を回避するように設定される。ここでピストン１８が膨張行程で膨張下死点まで下降する際の変化を見て見ると、図８で示す膨張行程の途中から図９で示す状態をへて図１０の膨張下死点に至る間に、排気側カム２８がリンク部材４３のカムシャフト２６側の端部と干渉することはなく、ピストン１８の膨張行程以外のピストン１８の移動時にも吸気側カム２７および排気側カム２８がリンク部材４３のカムシャフト２６側の端部と干渉することはない。

この実施例によれば、カムシャフト２６をクランクシャフト１７側に近接配置することが可能となるとともに、カムシャフト２６をリンク部材４３との干渉を回避しつつ回転軸３７側に近接配置することができ、エンジン全体をよりコンパクトに構成することができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。

参考例に係るエンジンのピストンが排気上死点直前にある状態を示す縦断面図であって図２の１−１線に沿う断面図 図１の２−２線断面図 ピストンが膨張下死点にある状態での図１に対応したエンジンの縦断面図 図３の状態からピストンが上昇した状態での図１に対応したエンジンの縦断面図 図４の状態からピストンが上昇した状態での図１に対応したエンジンの縦断面図 図５の状態からピストンが上昇した状態での図１に対応したエンジンの縦断面図 本発明の実施例を示すものであってピストンが排気上死点直前にある状態での図１に対応したエンジンの縦断面図 ピストンが膨張行程にある状態での図７に対応したエンジンの縦断面図 図８の状態からピストンが下降した状態での図７に対応したエンジンの縦断面図 ピストンが膨張下死点にある状態での図７に対応したエンジンの縦断面図

１１・・・エンジン本体
１２・・・クランクケース
１７・・・クランクシャフト
１７ｃ・・クランクピン
２５・・・動弁装置
２７・・・吸気側カム
２８・・・排気側カム
１８・・・ピストン
２５・・・動弁装置
２６・・・カムシャフト
３７・・・回転軸
３８・・・偏心軸
４０・・・ピストンピン
４１・・・コンロッド
４２・・・コントロールロッド
４３・・・リンク部材
Ｃ・・・・シリンダ軸線
ＴＣ・・・吸気側及び排気側カムが描く軌跡
ＴＬ・・・リンク部材が描く軌跡
ＴＬｏ・・リンク部材が描く軌跡の彎曲線

Claims (1)

1. エンジン本体（１１）のクランクケース（１２）に、クランクシャフト（１７）と、動弁装置（２５）の一部を構成するとともに吸気側カム（２７）および排気側カム（２８）が設けられるカムシャフト（２６）と、偏心軸（３８）を有する回転軸（３７）とが相互に平行な軸線を有して回転自在に支承され、一端部がピストンピン（４０）を介してピストン（１８）に連結されるコンロッド（４１）の他端部と、前記偏心軸（３８）に一端部が連結されるコントロールロッド（４２）の他端部とが、前記クランクシャフト（１７）のクランクピン（１７ｃ）で回動自在に支承されるリンク部材（４３）を介して連結され、前記クランクシャフト（１７）から前記カムシャフト（２６）に回転動力が伝達されるストローク可変エンジンにおいて、
   前記吸気側および排気側カム（２７，２８）が、前記クランクシャフト（１７）の軸線に沿う方向で前記リンク部材（４３）の一部と同一位置に配置され、
   前記クランクシャフト（１７）の軸線に直交する平面への投影図上で、前記カムシャフト（２６）がシリンダ軸線（Ｃ）に関して前記回転軸（３７）と同一側に配置され、
   前記投影図上で前記リンク部材（４３）が描く軌跡（ＴＬ）は、その軌跡（ＴＬ）の前記吸気側および排気側カム（２７，２８）と対向する部分に、それらカム（２７，２８）と反対側に凹む彎曲線（ＴＬｏ）が形成されるように設定され、
   前記投影図上で前記吸気側および排気側カム（２７，２８）が描く軌跡（ＴＣ）の一部が、前記リンク部材（４３）が描く軌跡（ＴＬ）の前記彎曲線（ＴＬｏ）に重なる位置に前記カムシャフト（２６）が配置され、
   該カムシャフト（２６）の回転位相が、前記リンク部材（４３）の前記カムシャフト（２６）側の端部への前記吸気側および排気側カム（２７，２８）の干渉を回避するように設定されることを特徴とするストローク可変エンジン。

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