(57)【要約】【課題】従来と同じ排気量であればエンジンをより小型化させることができ、かつ混合気を燃焼室内に充分拡散させて燃焼効率を向上させひいては有害な排気ガスを減少させることが可能なエンジンのピストン構造を提供することを目的とする。【解決手段】シリンダ内を往復動する第１のピストン１にその軸方向に沿って貫通する孔部３を形成するとともに、この孔部には第２のピストン２を収納する。さらに第１のピストンに連結する第１のコネクチングロッド４と、第２のピストンに連結する第２のコネクチングロッド６をともにクランクシャフト５に連結し、かつ第１のコネクチングロッドが連結するクランクシャフトにおける第１のクランクピン９の回転半径と、第２のコネクチングロッドが連結するクランクシャフトにおける第２のクランクピン１２の回転半径を変えることにより第２のピストンは第１のピストンの孔部内を往復動自在とする。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内を往復動する第１のピストンにその軸方向に沿って貫通する孔部を形成し、該孔部には第２のピストンを収納するとともに、この第２のピストンは第１のピストンとストロークを異にし前記第１のピストンの孔部内を往復動自在としたことを特徴とするエンジンのピストン構造。
【請求項２】
第１のピストンに連結する第１のコネクチングロッドと第２のピストンに連結する第２のコネクチングロッドをともにクランクシャフトに連結し、かつ前記第１のコネクチングロッドが連結するクランクシャフトにおける第１のクランクピンの回転半径と、第２のコネクチングロッドが連結するクランクシャフトにおける第２のクランクピンの回転半径を変えることを特徴とする請求項１記載のエンジンのピストン構造。
【請求項３】
第２のコネクチングロッドが連結するクランクシャフトの第２のクランクピンの回転半径を、第１のコネクチングロッドが連結するクランクシャフトの第１のクランクピンの回転半径よりも大きくしてなることを特徴とする請求項２記載のエンジンのピストン構造。
【請求項４】
第２のピストンのヘッドは、第１のピストンのヘッドよりも突出しない設定で往復動することを特徴とする請求項１乃至３記載のエンジンのピストン構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンのピストン構造に係り、特に従来と同じ排気量であればエンジンをより小型化することが可能で、かつ燃焼効率を向上させることができるエンジンのピストン構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今までのレシプロ・エンジンは、４サイクルエンジンであれ２サイクルエンジンであれ、１つのシリンダ内を１つのピストンが往復動する構造であり、そのエンジンの特性の中でも大きな要素である排気量は主にシリンダの内径とピストンのストローク（行程）で決定される。
【０００３】
また、エンジンの特性を向上させるために、燃料を混合させた混合気を効率よく燃焼させる工夫がなされており、その一つとして燃焼室内の混合気の分布に濃淡が生じないよう混合気を充分拡散させることが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
今までのエンジンにあっては、シリンダの内径やピストンのストロークを小さくすると排気量が小さくなり、また排気量を大きくするためにはシリンダの内径やピストンのストロークを大きくすることから必然的にエンジンが大きくならざるを得なかった。また、混合気を燃焼室内に拡散させる手段も各種案出されているが、必ずしも充分とはいえなかった。
【０００５】
そこで本発明にあっては、従来と同じ排気量であればエンジンをより小型化させることができ、かつ混合気を燃焼室内に充分拡散させて燃焼効率を向上させひいては有害な排気ガスを減少させることが可能となるエンジンのピストン構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のエンジンのピストン構造は、シリンダ内を往復動する第１のピストンにその軸方向に沿って貫通する孔部を形成し、該孔部には第２のピストンを収納するとともに、この第２のピストンは第１のピストンとストロークを異にし前記第１のピストンの孔部内を往復動自在としたことを特徴とするものである。
【０００７】
また、第１のピストンに連結する第１のコネクチングロッドと第２のピストンに連結する第２のコネクチングロッドをともにクランクシャフトに連結し、かつ前記第１のコネクチングロッドが連結するクランクシャフトにおける第１のクランクピンの回転半径と、第２のコネクチングロッドが連結するクランクシャフトにおける第２のクランクピンの回転半径を変えることを特徴とするものである。
【０００８】
また、第２のコネクチングロッドが連結するクランクシャフトの第２のクランクピンの回転半径を、第１のコネクチングロッドが連結するクランクシャフトの第１のクランクピンの回転半径よりも大きくしてなることを特徴とするものである。
【０００９】
また、第２のピストンのヘッドは、第１のピストンのヘッドよりも突出しない設定で往復動することを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のエンジンのピストン構造について図面に基づいて説明する。図１は、本発明のエンジンのピストン構造の分解図であり、１はシリンダ（図示せず）内に配置され往復動自在な第１のピストン、２は第１のピストン１よりも小さい第２のピストンであり、この第２のピストン２は第１のピストン１の内部に配置される。すなわち、第１のピストン１における円周方向の中央近傍には、第１のピストン１の軸方向に沿って貫通する孔部３を形成しており、この孔部３内を第２のピストン２が往復動するものである。４は、第１のピストン１の往復動をクランクシャフト５の回転運動に変換すべく、第１のピストン１とクランクシャフト５とを連結する１対の第１のコネクチングロッド、６は第２のピストン２の往復動をクランクシャフト５の回転運動に変換すべく、第２のピストン２とクランクシャフト５とを連結する第２のコネクチングロッドである。
【００１１】
図２〜図４は、本発明に係るエンジンが上死点（図２）から下死点（図４）を経て上死点へと戻る１サイクルを順に示すものである。７の線は、第１のピストン１の上面（ヘッド）の上死点における位置（図２）を示し、８の線は第１のピストン１の下面の下死点における位置（図４）を示すものである。９は、第１のコネクチングロッド４のクランクシャフト５側の端部を連結する１対の第１のクランクピン、１０は第１のクランクピン９を支持すべくクランクジャーナル１１から連結する第１のクランクアーム、１２は第２のコネクチングロッド６のクランクシャフト５側の端部を連結する第２のクランクピン、１３は第２のクランクピン１２を支持すべく第１のクランクピン９から連結する第２のクランクアームである。尚、本実施例にあっては、ピストン構造の概略を説明するものであることから、クランクシャフト５の軸受、バランスウェイト、ピストンリングなどの説明は省略する。
【００１２】
クランクジャーナル１１と第２のクランクピン１２との軸間距離、すなわち第２のクランクピン１２の回転半径は、第１のクランクピン９の回転半径（クランクジャーナル１１と第１のクランクピン９との軸間距離）よりも大きく設定するとともに、上死点において第２のピストン２のヘッドは第１のピストン１のヘッドと同一面を形成して突出しない設定とする。
【００１３】
このような構成からなる本発明のエンジンのピストン構造において、図２〜図５に示すごとく、上死点ではヘッドが第１のピストン１と同一面を形成している第２のピストン２は、この位置から第１のピストン１が下降するに従い第１のピストン１よりも大きな移動量で下降し、これにより第１のピストン１のヘッドには、第２のピストン２がより大きく下降した分に応じた深さの凹部が生じ、この凹部の容積は図４の下死点において最大となる。しかしてこの凹部の容積は、エンジンの排気量の増大に繋がるものである。
【００１４】
また、燃焼室内に導入された空気や燃料を含む混合気は、第１のピストン１の往復動に加えて、この往復動とストロークが異なる第２のピストン２の往復動により、従来よりも複雑な気流変化を生じさせ、これにより混合気を今まで以上に充分に拡散させることが可能となる。また、第２のピストン２が第１のピストン１と異なる往復動をすることで、燃焼室内の表面積が増大することとなり、これにより燃焼室内の混合気を燃焼させるための好適な温度に容易に加熱することができるものである。
【００１５】
尚、上述した実施例にあっては、第１のピストン１の上死点（下死点）で第２のピストン２も上死点（下死点）となるように、第１のクランクアーム１０と第２のクランクアーム１３とを平行に設定したが、勿論これに限定されることはない。すなわち、混合気に複雑な気流変化を生じさせるためには第１のピストン１と第２のピストン２のストロークを変えるだけでよく、例えば第１のクランクアーム１０と第２のクランクアーム１３の角度を変えることで、第１のピストン１の上死点（下死点）と第２のピストン２の上死点（下死点）のタイミングをずらしたり、コネクチングロッドの長さを変えて、第２のピストンのヘッドを第１のピストンのヘッドから突出させたりしてもよいものである。また、本実施例にあっては、わかりやすくするために単気筒エンジンについて説明したが、勿論多気筒エンジンでも利用可能であり、さらに４サイクルエンジンにのみならず２サイクルエンジンにも応用することが可能なものである。
【００１６】
【発明の効果】
以上詳述したごとく、本発明のエンジンのピストン構造によれば、シリンダ内を往復動する第１のピストンにその軸方向に沿って貫通する孔部を形成し、該孔部には第２のピストンを収納するとともに、この第２のピストンは第１のピストンとストロークを異にし前記第１のピストンの孔部内を往復動自在としたこと、また第１のピストンに連結する第１のコネクチングロッドと第２のピストンに連結する第２のコネクチングロッドをともにクランクシャフトに連結し、かつ前記第１のコネクチングロッドが連結するクランクシャフトにおける第１のクランクピンの回転半径と、第２のコネクチングロッドが連結するクランクシャフトにおける第２のクランクピンの回転半径を変えることで、エンジンの燃焼室内に導入された空気や燃料を含む混合気には、第１のピストンの往復動に加えて、この往復動と異なる第２のピストンの往復動により、従来よりも複雑な気流変化が生じ、これにより混合気を今まで以上に充分に拡散させて燃料効率を向上させ、さらには第２のピストンが往復動することで燃焼室内の表面積が増すこととなり、これにより混合気を燃焼させるための好適な温度に加熱して燃焼効率を一層向上させ、ひいては有害な排気ガスを減少させることができるものである。
【００１７】
また、第２のコネクチングロッドが連結するクランクシャフトの第２のクランクピンの回転半径を、第１のコネクチングロッドが連結するクランクシャフトの第１のクランクピンの回転半径よりも大きくすることで、第１のピストンの外径とストロークからなる従来のピストン構造のエンジンと比較して排気量を増大させることができる。
【００１８】
また、第２のピストンのヘッドは、第１のピストンのヘッドよりも突出しない設定で往復動することで、下死点において第１のピストンのヘッドよりも第２のピストンのヘッドが下に位置することとなり、これにより生じた凹部の容積に応じて排気量が増大することとなる。すなわち、従来のピストン構造のエンジンと同じ排気量であれば、従来のエンジンよりも小型化することが可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエンジンのピストン構造の分解図である。
【図２】本発明のエンジンのピストン構造の説明図である。
【図３】本発明のエンジンのピストン構造の説明図である。
【図４】本発明のエンジンのピストン構造の説明図である。
【図５】本発明のエンジンのピストン構造の説明図である。
【符号の説明】
１  第１のピストン
２  第２のピストン
３  孔部
４  第１のコネクチングロッド
５  クランクシャフト
６  第２のコネクチングロッド
７  第１のピストン上面の上死点位置
８  第１のピストン下面の下死点位置
９  第１のクランクピン
１０  第１のクランクアーム
１１  クランクジャーナル
１２  第２のクランクピン
１３  第２のクランクアーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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