特許 7491654 燃焼試験用４サイクルエンジン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-20

(45)【発行日】2024-05-28

(54)【発明の名称】燃焼試験用４サイクルエンジン

(51)【国際特許分類】

   F02B 67/06 20060101AFI20240521BHJP

   F16H 7/02 20060101ALI20240521BHJP

   F02B 77/00 20060101ALI20240521BHJP

【ＦＩ】

F02B67/06 D

F16H7/02 A

F02B77/00 R

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2020051315

(22)【出願日】2020-03-23

(65)【公開番号】P2021148105

(43)【公開日】2021-09-27

【審査請求日】2023-02-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000002967

【氏名又は名称】ダイハツ工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099966

【弁理士】

【氏名又は名称】西 博幸

(74)【代理人】

【識別番号】100134751

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 隆一

(72)【発明者】

【氏名】前田 正弘

【審査官】稲本 遥

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－０５８８９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－２０３６３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０５６３５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２６２３８８９（ＣＮ，Ｙ）

【文献】特開２００１－０７３７２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－１８９６１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０８６６９４２５（ＣＮ，Ｕ）

【文献】中国実用新案第２０７４８５５５７（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｂ ６１／００－７９／００

Ｆ１６Ｈ ７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ミラーが内蔵されたピストンと、前記ピストンが摺動自在に内挿されたシリンダと、前記ピストンを駆動するクランク軸と、上端はピストンピンを介して前記ピストンに連結されて下端はクランクピンを介して前記クランク軸に連結されたコンロッドと、前記クランク軸の１／２の回転数で回転する２本のカム軸と、前記カム軸が回転自在に保持されて前記シリンダの上面に配置されたヘッド部と、前記クランク軸と両カム軸との間に配置されていて前記クランク軸の回転を減速して前記カム軸に伝達する中間軸とを備えており、
前記ミラーに反射した燃焼状態がカメラで撮影されるようになっており、かつ、
前記クランク軸と中間軸との間の動力伝達には第１タイミングベルトが使用されて、 前記中間軸とカム軸との間の動力伝達には第２タイミングベルトが使用されている構成であって、
前記中間軸は、前記ピストンが上死点にあるときの前記ピストンピンとクランクピンとの間の高さ位置において前記シリンダの箇所に配置されていて、前記第１タイミングベルトは前記第２タイミングベルトよりも短い長さであり、
更に、前記２本のカム軸は、クランク軸線方向から見て、前記クランク軸の軸心と前記中間軸の軸心とを結ぶ仮想線を挟んで対称の位置に配置されており、
かつ、前記タイミングベルトによって動力伝達するに際しての前記クランク軸に対する中間軸の減速比及び前記中間軸に対するカム軸の減速比をそれぞれ０．５よりも大きく１．０よりも小さい値とすることにより、前記クランク軸に対するカム軸の減速比が０．５に設定されている、
燃焼試験用４サイクルエンジン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願発明は、燃焼室での燃焼状態をカメラで撮影できるようにした試験用の可視化４サイクルエンジンに関するものである。

【背景技術】

【0002】

レシプロエンジンにおいて、燃焼室での燃料の燃焼状態は出力や排気ガス成分と直結した重要な事項であり、様々な方法で解析が行われている。その例として、燃焼状態をカメラで撮影できる試験用の可視化エンジンを作成し、燃焼状態を動画又は静止画として表示することにより、燃焼状態を視覚的に把握して改良の促進に供することが行われている（例えば特許文献１～３）。

【0003】

エンジンの燃焼と吸気・排気は密接に関連しており、実際のエンジンの燃焼状態を把握するには、バルブやカム軸は実機と同じ状態に製造する（或いは実機をそのまま使用する）べきである。また、４サイクルエンジンでは、カム軸はクランク軸の１／２の回転数で回転するので、試験用エンジンでも、必然的にカム軸はクランク軸の回転数の１／２に減速されることになる。

【0004】

試験用エンジンにおいては、結果としてカム軸がクランク軸の１／２の回転数になっておればよく、伝動構造は任意に設定できる。例えば、伝動手段として実機と同様にチェーンを使用して、クランク軸のスプロケットとカム軸のスプロケットとにチェーンを噛み合わせることができる。この場合は、カム軸のスプロケットの歯数をクランク軸のスプロケットの歯数の半分とすることにより、カム軸の回転数をクランク軸の１／２に減速できる。

【0005】

しかし、連動手段としてチェーンを使用すると、カム軸の回転をクランク軸の回転に正確に連動させることはできるが、注油の必要があるため試験室の環境が悪化するおそれや、騒音が発生しやすい等の問題がある。

【0006】

他方、連動手段としてタイミングベルトを使用することも可能であり、この場合は、カム軸の回転をクランク軸の回転に正確に連動させることができると共に、注油の必要はないため試験室の環境悪化の問題はなく、また、騒音の発生も防止できる。

【0007】

従って、タイミングベルトは連動手段として好適であるが、長さが長くなり過ぎると伸びの蓄積によってバルブの開閉タイミングに遅れが発生するおそれがある。この点、減速用の中間軸を採用して２本のタイミングベルトを使用すると、タイミングベルトの伸びによる悪影響を防止して、バルブの開閉タイミングをクランク軸の回転に正確に連動させることができるといえる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】実開昭５７－１２０７３５号のマイクロフィルム

【文献】特開２００９－２０９７５２号公報

【文献】特許第６５７８０４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

さて、市販のタイミングベルトでは、歯間ピッチが相違するものが複数種類用意されている一方、中間軸を第１タイミングベルトでクランク軸の１／２に減速して、中間軸とカム軸とを第２タイミングベルトにて同じ回転数で回転させた場合、中間軸には、第１タイミングベルトが巻き掛けられた第１中間プーリと、第２タイミングベルトが巻き掛けられた第２中間プーリとが設けられるが、中間軸が１／２に減速されると、第１及び第２の中間プーリは歯数を確保するために外径が大きくなり、すると、カム軸に設けたカムプーリは第２中間プーリと同じ外径に設定してカム軸に対して１／２の減速比を確保することになる。

【0010】

しかし、軽自動車用エンジンのように吸気用カム軸と排気バルブとの間隔が小さい場合、第２中間プーリと同じ外径のカムプーリを取り付けると、吸気用カム軸と排気用カム軸との間隔が広がってしまって、実機に対応できなくなってしまう。

【0011】

このように、試験用エンジンにおいて、減速手段として中間軸を使用すること、及び、クランク軸とカム軸との連動手段としてタイミングベルトを使用することは好適であるが、軽自動車用エンジンのように吸気用カム軸と排気バルブとの間隔が小さい場合、市販のタイミングベルトでは必要な減速比を確保できないことがある。

【0012】

クランク軸とカム軸とを１本のタイミングベルトで連動させた場合も同様であり、吸気用カムプーリと排気用カムプーリとが干渉するため、市販のタイミングベルトでは実機に対応できない事態に至ることがある。

【0013】

本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、試験用４サイクルエンジンにおいて、クランク軸とカム軸との連動手段としてタイミングベルトと中間軸とを使用しつつ、吸気用カム軸と排気用カム軸との間隔が小さくても適用できるようにしようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本願発明の試験用４サイクルエンジンは、
「ミラーが内蔵されたピストンと、前記ピストンが摺動自在に内挿されたシリンダと、前記ピストンを駆動するクランク軸と、上端はピストンピンを介して前記ピストンに連結されて下端はクランクピンを介して前記クランク軸に連結されたコンロッドと、前記クランク軸の１／２の回転数で回転する２本のカム軸と、前記カム軸が回転自在に保持されて前記シリンダの上面に配置されたヘッド部と、前記クランク軸と両カム軸との間に配置されていて前記クランク軸の回転を減速して前記カム軸に伝達する中間軸とを備えており、
前記ミラーに反射した燃焼状態がカメラで撮影されるようになっており、かつ、
前記クランク軸と中間軸との間の動力伝達には第１タイミングベルトが使用されて、 前記中間軸とカム軸との間の動力伝達には第２タイミングベルトが使用されている」
という基本構成において、
「前記中間軸は、前記ピストンが上死点にあるときの前記ピストンピンとクランクピンとの間の高さ位置において前記シリンダの箇所に配置されていて、前記第１タイミングベルトは前記第２タイミングベルトよりも短い長さであり、
更に、前記２本のカム軸は、クランク軸線方向から見て、前記クランク軸の軸心と前記中間軸の軸心とを結ぶ仮想線を挟んで対称の位置に配置されており、
かつ、前記タイミングベルトによって動力伝達するに際しての前記クランク軸に対する中間軸の減速比及び前記中間軸に対するカム軸の減速比をそれぞれ０．５よりも大きく１．０よりも小さい値とすることにより、前記クランク軸に対するカム軸の減速比が０．５に設定されている」
という特徴を有している。

【0015】

本願発明において、クランク軸に対する中間軸の減速比と、中間軸に対するカム軸の減速比とは上記の範囲内で任意に設定できるが、例えば、クランク軸に対する中間軸の減速比を０．７５、中間軸に対するカム軸の減速比を約０．６７に設定することにより、クランク軸に対するカム軸の減速比を０．５に設定できる。すなわち、クランク軸の回転は、中間軸を介して２段階で減速されてカム軸に１／２で伝達される。

【発明の効果】

【0016】

本願発明では、クランク軸の回転は、中間軸を介して２段階で減速されてカム軸に伝達されるため、カム軸に設けたプーリの外径を過剰に大きくすることなく、市販のタイミングベルトを使用してクランク軸に対する１／２の減速比を実現できる。従って、軽自動車用エンジンのように吸気用カム軸と排気用カム軸との間隔が小さい場合であっても、実機と同じ条件で燃焼試験を容易に行うことができる。従って、現実性が高いデータを取得して実機の解析や改良に大きく貢献できる。
また、中間軸はクランク軸の真上に配置されて、２本のベルトはクランク軸線方向から見て、シリンダボア軸心を挟んで対称の姿勢に張られているため、ベルトの長さをできるだけ短くできる。これにより、伸びの影響を抑制できると共に、コストも抑制できる。また、アイドルプーリは不要であるため、構造も簡単化できる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】実施形態に係るエンジンの正面図である。

【図2】実施形態に係るエンジンの一部破断正面図である。

【図3】実施形態に係るエンジンの側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図２，３に示すように、エンジンは、ピストン１が摺動自在に嵌挿されたシリンダ２と、その上端に固定されたヘッド部３とを備えており、シリンダ２の下端はベース４に固定されている。

【0019】

図３に示すように、ベース４には、クランク軸５を構成する一対のジャーナル部６が回転自在に保持されており、一対のジャーナル部６にそれぞれクランクアーム７を固定し、クランクアーム７に固定されたクランクピン８に、コンロッド９を介してピストン１が連結されている。コンロッド９の小端部はピストンピン１０でピストン１に連結され、コンロッド９の大端部は、コンロッドキャップによってクランクピン８に連結されている。

【0020】

ヘッド部３には、図示しない排気ポート及び排気ポートが形成されており、吸気ポートは吸気バルブ１１で開閉されて、排気ポートは排気バルブ１２で開閉される。本願発明との関連はないので図示は省略しているが、ヘッド部３は、吸気装置や燃料噴射インジェクタ、排気処理装置も設けている。すなわち、実機と同様の装置を付設している。カム軸１４，１５はヘッド部３に配置されている。

【0021】

図示は省略しているが、ピストン１の内部にはミラーを配置しており、ミラーによって反射した画像が図示しないカメラで撮影される。この点は、各特許文献に開示されているのと同様である。なお、ヘッド部３に、燃焼室の内部を撮影するカメラを設けることも可能である。

【0022】

吸気バルブ１１は吸気用カム軸１３で駆動されて、排気バルブ１２は排気用カム軸１４で駆動される。これらバルブ１１，１２とカム軸１３，１４とは実機と同じ寸法に作られている。カム軸１３，１４の一端部には、図示しないＶＶＴ装置を介してカムプーリ１５，１６が連結されている（ＶＶＴ装置を備えていない場合は、カムプーリ１５，１６はカム軸１３，１４に直接固定されている。）。図３に明示するように、ヘッド部３は、ベース４から立設した前後の機枠１７ａ，１７ｂにも固定されている。

【0023】

エンジンは４サイクルであるので、カム軸１３，１４はクランク軸５の１／２の回転数で回転する。従って、クランク軸５とカム軸１３，１４とを、２：１の回転数で回転するように連動させる必要がある。そこで、ヘッド部３とベース４とを繋ぐ前機枠１７ａのうちシリンダ２に対応した箇所に、クランク軸５と平行な軸心回りに回転する中間軸１８を設けて、中間軸１８を介してクランク軸５の回転を１／２に減速してカム軸１３，１４に伝えている。

【0024】

すなわち、クランク軸５にはクランクプーリ１９を設けて、中間軸１８には第１中間プーリ２０を設け、これらに第１タイミングベルト２１を巻き掛けると共に、中間軸１８に設けた第２中間プーリ２２とカム軸１３，１４に設けたカムプーリ１５，１６とに第２タイミングベルト２３を巻き掛けて、クランク軸５の回転を第１タイミングベルト２１によって中間軸１８に減速して伝達すると共に、中間軸１８の回転を第２タイミングベルト２３によってカム軸１３，１４に減速して伝達することにより、最終的に、クランク軸５の回転を１／２に減速してカム軸１３，１４に伝達している。

【0025】

この場合、例えば、第１中間プーリ２０の歯数とクランクプーリ１９の歯数との比率を１：０．７５に設定する一方、カムプーリ１５，１６の歯数と第２中間プーリ２２の歯数との比率を０．７５：０．５０に設定することにより、カム軸１３，１４がクランク軸５の１／２の回転数で回転するように設定している。図１においてピストン１は上死点にあるが、この状態で、中間軸１８はピストンピン１０とクランクピン８との間の高さに配置されている。

【0026】

機枠１７ａ，１７ｂは、クランク軸線方向から見てエンジンの前後両側に配置しており、中間軸１８は、クランク軸５の真上に配置されている。従って、ベルト２１，２３は、クランク軸線方向から見て、シリンダボア軸心（クランク軸５と中間軸１８の軸心とを結ぶ仮想線）を挟んで対称の姿勢に張られている。このため、ベルト２１，２３の長さをできるだけ短くできる。これにより、伸びの影響を抑制できると共に、コストも抑制できる。また、アイドルプーリは不要であるため、構造も簡単化できる。

【0027】

ベルト２１，２３が市販品であると、中間軸１８をクランク軸６の真上に配置するとベルト２１，２３に弛みが発生する場合も有り得るが、この場合は、アイドルプーリ又はテンションプーリでベルト２１，２３を押したり、中間軸１８を左右いずれかの方向にずらしたりしてもよい。

【0028】

カム軸１３，１４とクランクプーリ１９とに１本のタイミングベルトを巻き掛けたり、クランク軸５と中間軸１８とを同じ回転数で回転させたりした場合は、カムプーリ１５，１６の歯数はクランクプーリ１９の歯数の２倍になり、すると、カムプーリ１５，１６の外径が過剰に大きくなって、２つのカムプーリ１５，１６を並べることができなくなってしまうことがあるが、本実施形態のように、中間軸１８に設けた第１中間プーリ２０によって１段目の減速を行うと、２つのカムプーリ１５，１６を互いに干渉しない外径に設定しつつ、クランク軸５の１／２の回転数で回転するように減速できる。

【0029】

従って、第２中間プーリ２２に対するカムプーリ１５，１６の減速比は、カムプーリ１５，１６の許容可能な外径に応じて設定したらよい。すなわち、実機におけるカム軸１３，１４の間隔に応じて先にカムプーリ１５，１６の許容可能な外径が存在しており、カムプーリ１５，１６に形成できる歯数を基にして、カム軸１３，１４と中間軸１８との減速比率と、クランク軸５と中間軸１８との変速比率とを設定したらよい。

【0030】

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。例えば、中間軸とカム軸とを等速で回転させて、中間軸をクランク軸に対して１／２に減速させることも可能である。また、ベース４や機枠１７ａ，１７ｂなどは、その機能を有する範囲で任意に変更できる。

【産業上の利用可能性】

【0031】

本願発明は、燃焼試験用４サイクルエンジンに具体化できる。従って、産業上利用できる。

【符号の説明】

【0032】

１ ピストン
２ シリンダ
３ ヘッド部
４ ベース
５ クランク軸
１１，１２ バルブ
１３，１４ カム軸
１５，１６ カムプーリ
１７ａ 前機枠
１８ 中間軸
１９ クランクプーリ
２０ 第１中間プーリ
２１ 第１タイミングベルト
２２ 第２中間プーリ
２３ 第２タイミングベルト

【図1】

【図2】

【図3】