(57)【要約】【課題】低燃費化および高出力化が可能になる、二重ピストン構造の内燃機関を提供する。【解決手段】メインピストン３０と、クランク機構２０と、メインピストン３０に設けられたシリンダ部材６０と、シリンダ部材６０の内周に設けられたサブピストン５０と、サブピストン５０をシリンダ部材６０に結合可能な第１の保持機構６５と、サブピストン５０をシリンダ部材の所望の位置に結合可能な第２の保持機構８５と、を有し、クランク機構２０への動力伝達効率が最大になる時期と、サブピストン５０、シリンダ部材６０およびメインピストン３０により画定される燃焼室Ｃ内で発生する燃焼圧力が最大となる時期とを一致させるように第１の保持機構６５および第２の保持機構８５の結合タイミングを制御する。【選択図】図１
2010216426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンブロックのシリンダに摺動可能に設けられたメインピストンと、
前記メインピストンの往復運動を回転運動に変換するクランク機構と、
前記メインピストンに設けられたシリンダ部材と、
前記シリンダ部材の内周に摺動可能に設けられたサブピストンと、
前記サブピストンを解放可能に前記シリンダ部材に結合可能な第１の保持機構と、
前記サブピストンを解放可能に前記シリンダ部材の所望の位置に結合可能な第２の保持機構と、を有し、
前記クランク機構への動力伝達効率が最大になる時期と、前記サブピストン、前記シリンダ部材および前記メインピストンにより画定される燃焼室内で発生する燃焼圧力が最大となる時期とを一致させるように前記第１の保持機構および第２の保持機構の結合タイミングを制御する、
ことを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な４サイクルエンジンにおいては、燃焼圧は、上死点後２０度付近のクランク角でピーク値をとり、燃焼圧から駆動力への変換効率は、上死点後７０度付近のクランク角でピーク値をとる。すなわち、すなわち、燃焼室容積とクランク角との関係が一意に決まるため、燃焼圧が最大となるクランク角と駆動力への変換効率が最大となるクランク角とが一致しない。このため、従来構造の４サイクルエンジンでは、燃費と出力を改善するには限界がある。
【０００３】
特許文献１および２は、低燃費で高出力の４サイクルエンジンを得るために、一のシリンダ内に２つのピストンを対向させたエンジンを開示している。また、特許文献３は、メインピストンに加えて、蓄圧器としてサブシリンダを備えた内燃機関を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１７５２１０号公報
【特許文献２】特開２００６−１７７３３３号公報
【特許文献３】特開２００４−２５７２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、低燃費化および高出力化が可能になる、二重ピストン構造の内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る内燃機関は、エンジンブロックのシリンダに摺動可能に設けられたメインピストンと、前記メインピストンの往復運動を回転運動に変換するクランク機構と、前記メインピストンに設けられたシリンダ部材と、前記シリンダ部材の内周に摺動可能に設けられたサブピストンと、前記サブピストンを解放可能に前記シリンダ部材に結合可能な第１の保持機構と、前記サブピストンを解放可能に前記シリンダ部材の所望の位置に結合可能な第２の保持機構と、を有し、前記クランク機構への動力伝達効率が最大になる時期と、前記サブピストン、前記シリンダ部材および前記メインピストンにより画定される燃焼室内で発生する燃焼圧力が最大となる時期とを一致させるように前記第１の保持機構および第２の保持機構の結合タイミングを制御する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、クランク機構への動力伝達効率が最大になる時期と、燃焼室内で発生する燃焼圧力が最大となる時期とを一致させることができ、この結果、低燃費化および高出力化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の構成を示す概略図である。
【図２】図１の内燃機関の吸気行程における状態を示す図である。
【図３】図１の内燃機関の圧縮行程における状態を示す図である。
【図４】図１の内燃機関の上死点付近における状態を示す図である。
【図５】図１の内燃機関の燃焼行程における状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の好適一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。  
図１は本発明の一実施形態に係る内燃機関の概略構成図である。  
この内燃機関は、エンジンブロック１０、クランク機構２０、メインピストン３０、サブピストン５０、シリンダ部材６０、シリンダ部材６０に設けられた第１の保持機構６５、ストッパ部材８０、および、ストッパ部材８０の先端部に設けられた第２の保持機構８５を有する。
【００１０】
エンジンブロック１０は、メインシリンダ３０が摺動するボア１１と、このボアの上方に形成されたシリンダ室１２と、シリンダ室１２に連通する、吸気ポート１５および排気ポート１６とを有する。吸気ポート１５および排気ポート１６は、図示しないバルブにより開閉される。
【００１１】
クランク機構２０は、クランクシャフト２１と、メインピストン３０とクランクシャフト２１とを連結するコンロッド２２とを有し、メインピストン３０の往復運動をクランクシャフト１の回転運動に変換する。
【００１２】
メインピストン３０は、ボア１１に摺動自在に嵌合しており、その上面に円筒形状のシリンダ部材６０が固定されている。
【００１３】
シリンダ部材６０は、サブピストン５０が摺動自在に嵌合するボア６１を有するとともに、その上端部に第１の保持機構６５が設けられている。また、シリンダ部材６０の下端部には、吸気バルブ７８および排気バルブ７６が設けられているとともに、点火プラグ７８が設けられている。なお、シリンダ部材６０、サブピストン５０およびメインピストン３０により囲まれる空間は、燃焼室Ｃを構成している。
【００１４】
第１の保持機構６５は、サブピストン５０に連結されたピストンロッド５１が貫通しており、このピストンロッド５１を解放可能に保持するように構成されている。具体的には、第１の保持機構６５は、ピストンロッド５１を例えば、電磁力により保持可能になっている。
【００１５】
シリンダ室１２の天井部には、ストッパ部材８０と、メインピストン３０およびシリンダ部材６０を上下方向にガイドするガイド部材１００とが設けられている。
【００１６】
ストッパ部材８０の先端部には、第２の保持機構８５が設けられている。この第２の保持機構８５は、ピストンロッド５１の上端部を解放可能に保持するように構成されている。具体的には、第２の保持機構８５は、ピストンロッド５１を例えば、電磁力により保持可能になっている。
【００１７】
次に、図２〜図５を参照して本実施形態に係る内燃機関の動作の一例を説明する。  
まず、吸気行程では、図２に示すように、吸気ポート１５を開放するとともに吸気バルブ７５を開放し、空気と燃料の混合気を燃焼室Ｃ内に導入する。この際、ピストンロッド５１は、第２の保持機構８５に結合され、かつ、第１の保持機構６５とは解放されている。このため、サブピストン５０は、シリンダ部材６０に対して相対移動し、燃焼室Ｃの容積は増加していく。
【００１８】
吸気行程が完了すると、吸気ポート１５が閉じられ、図３に示すように、圧縮行程に移行する。このとき、ピストンロッド５１は、吸気行程と同様に、第２の保持機構８５に結合され、かつ、第１の保持機構６５とは解放されている。このため、サブピストン５０は、シリンダ部材６０に対して相対移動し、燃焼室Ｃの容積は減少していく。
【００１９】
次いで、図４に示すように、メインピストン３０が上死点に到達したところで、ピストンロッド５１を第２の保持機構８５を解放し、第１の保持機構６５に結合させる。これにより、燃焼室Ｃの容積はメインピストン３０が上死点から下降していっても一定に保たれる。また、メインピストン３０の下降に伴い、ピストンロッド５１の先端部も第２の保持機構８５に対して移動する。
【００２０】
そして、メインピストン３０が上死点から下降していく過程で燃焼圧からクランク機構２０への駆動力の変換効率が最も高くなるクランク角度で第２の保持機構８５をピストンロッド５１に結合させ、かつ、第１の保持機構６５を解放する。このタイミングで、点火プラグ７８により混合気に点火する。このとき、燃焼室Ｃの容積は、上死点における容積と同様に最小化されているため、燃焼室Ｃ内で発生する燃焼圧は最大値をとる。すなわち、クランク機構への動力伝達効率が最大になる時期と、燃焼室Ｃ内で発生する燃焼圧力が最大となる時期とを一致させることができる。
【００２１】
点火後、メインピストン３０が下死点の手前に到達した際に、保持機構２を解放すると、燃焼室Ｃ内の圧力がまだ高いので、サブピストン５０がシリンダ部材６０に対して上昇し、これにより、ピストンロッド５１がストッパ部材８０に当接する。このタイミングで、再びピストンロッド５１を第２の保持機構８５に結合させる。
【００２２】
以上のように、本実施形態によれば、クランク機構への動力伝達効率が最大になる時期と、燃焼室Ｃ内で発生する燃焼圧力が最大となる時期とを一致させることができるので、低燃費化および高出力化が可能になる。
【符号の説明】
【００２３】
１０…エンジンブロック
２０…クランク機構
３０…メインピストン
５０…サブピストン
６０…シリンダ部材
６５…第１の保持機構
８０…ストッパ部材
８５…第２の保持機構
【図１】
2010216426.tif 000003
【図２】
2010216426.tif 000004
【図３】
2010216426.tif 000005
【図４】
2010216426.tif 000006
【図５】
2010216426.tif 000007