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JP2019148260A - Cam and cam mechanism for converting piston reciprocating motion of reciprocation engine into rotary motion - Google Patents

Cam and cam mechanism for converting piston reciprocating motion of reciprocation engine into rotary motion Download PDF

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JP2019148260A
JP2019148260A JP2018225589A JP2018225589A JP2019148260A JP 2019148260 A JP2019148260 A JP 2019148260A JP 2018225589 A JP2018225589 A JP 2018225589A JP 2018225589 A JP2018225589 A JP 2018225589A JP 2019148260 A JP2019148260 A JP 2019148260A
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Abstract

【課題】レシプロエンジンにおいてピストン往復運動と出力軸回転運動の連絡・変換に使用されてきたクランクを、極力シンプルな構成でカム・カム機構に置き換えると同時に熱効率の向上を図る。【解決手段】カム１０に２本のカムプロファイル１６，１８を形成し、ピストン３２と連結し往復直線運動する接触子２０がどちらかのカムプロファイルをなぞるようにする。膨張行程におけるカムプロファイルと接触子の圧力角は、膨張行程の極初期と極末期を除いて４５度以上となるカムプロファイルにする。吸気・圧縮・膨張・排気の４つの行程に対応するカムプロファイルの各行程回転角の割り当ては、膨張行程の回転角を最も小さくする。正面カムを使用し、ピストンから見てカム回転中心軸１２を越えた反対側の位置で、接触子を２本のカムプロファイルの間に収めるカム機構とし、カムの回転方向側にカム回転中心軸線をシリンダ軸線からオフセット配置するカム機構とする。【選択図】図１An object of the present invention is to replace a crank, which has been used to connect and convert reciprocating motion of a piston and rotational motion of an output shaft in a reciprocating engine, with a cam-to-cam mechanism with as simple a structure as possible, and at the same time improve thermal efficiency. A cam (10) is formed with two cam profiles (16, 18), and a contactor (20) connected to a piston (32) and reciprocating linearly moves along one of the cam profiles. The cam profile and the pressure angle of the contactor in the expansion stroke should be set to 45 degrees or more except for the initial and final stages of the expansion stroke. The allocation of each stroke rotation angle of the cam profile corresponding to the four strokes of intake, compression, expansion, and exhaust makes the rotation angle of the expansion stroke the smallest. A cam mechanism that uses a front cam and places a contactor between two cam profiles at a position on the opposite side beyond the cam rotation center axis 12 as viewed from the piston, with the cam rotation center axis on the side of the rotation direction of the cam. is a cam mechanism that is offset from the cylinder axis. [Selection drawing] Fig. 1

Description

本発明は、レシプロエンジンにおけるピストンの往復運動と出力軸の回転運動の連絡に用いるカム及びカム機構に関するものです。   The present invention relates to a cam and a cam mechanism used for communication between a reciprocating motion of a piston and a rotational motion of an output shaft in a reciprocating engine.

クランクを用いないレシプロエンジンとしてはREVETECエンジン（オーストラリア・http://www.revetec.com/index.htm）等が考案・開発中ですが、熱効率が低かったり構造が複雑だったりで実用化は進んでいません。レシプロエンジンにおいてピストン往復運動と出力軸回転運動の連絡・変換に使用されてきたクランクを、極力シンプルな構成でカム・カム機構に置き換えると同時に熱効率の向上を図る事が解決しようとする課題です。   The REVETEC engine (Australia: http://www.revetec.com/index.htm) is being devised and developed as a reciprocating engine that does not use a crank, but its practical application has progressed due to low thermal efficiency and complicated structure. It is not. Replacing the crank used for reciprocating piston reciprocating motion and output shaft rotational motion in a reciprocating engine with a cam / cam mechanism with a simple configuration as much as possible while simultaneously improving thermal efficiency is an issue to be solved.

カムに２本のカムプロファイルを形成し、ピストンと連結し往復直線運動する接触子がどちらかのカムプロファイルをなぞります。膨張行程におけるカムプロファイルと接触子の圧力角は、膨張行程の極初期と極末期を除いて４５度以上となるカムプロファイルにします。吸気・圧縮・膨張・排気の４つの行程に対応するカムプロファイルの各行程回転角の割り当ては、膨張行程の回転角を最も小さくします。正面カムを使用し、ピストンから見てカム回転中心軸を越えた反対側の位置で、接触子を２本のカムプロファイルの間に収めるカム機構とします。正面カムを使用し、カムの回転方向側にカム回転中心軸線をシリンダ軸線からオフセット配置するカム機構とします。   Two cam profiles are formed on the cam, and a contact that is connected to the piston and reciprocates linearly traces either cam profile. The cam profile in the expansion stroke and the pressure angle of the contactor should be a cam profile that is 45 degrees or more, excluding the very initial and final phases of the expansion stroke. Allocating the rotation angle of each stroke of the cam profile corresponding to the four strokes of intake, compression, expansion, and exhaust makes the rotation angle of the expansion stroke the smallest. The front cam is used, and the contact mechanism is placed between the two cam profiles at the opposite position beyond the cam rotation center axis when viewed from the piston. The cam mechanism uses a front cam and the cam rotation center axis is offset from the cylinder axis on the cam rotation direction side.

カム及びカム機構の正面図Front view of cam and cam mechanism カム及びカム機構の側面図Side view of cam and cam mechanism カム及びカム機構の平面図Top view of cam and cam mechanism 吸気行程の動作説明図Operation diagram of intake stroke 圧縮行程の動作説明図Operation explanatory diagram of compression process 膨張行程の動作説明図Explanatory diagram of expansion stroke 排気行程の動作説明図Exhaust stroke operation explanatory diagram 膨張行程における圧力角を示す説明図Explanatory drawing showing the pressure angle in the expansion stroke 膨張行程におけるアームを示す説明図Explanatory drawing showing the arm in the expansion stroke 圧縮行程における圧力角を示す説明図Explanatory drawing showing the pressure angle in the compression stroke

本発明のカムは、吸・排気バルブ駆動用のカムと混乱しないように、ここではパワーカムと表記させて頂きます。パワーカムは平面カム・立体カムどちらの形式でもエンジンＡＳＳＹとして構成できますが、ここでは平面カムの正面カムを採用したもので説明します。正面カムは請求項記載の四つ全部を実施することができます。ここでは４サイクルガソリンエンジン（単気筒）でパワーカム及びカム機構を使用する場合について説明します。ベースにする単気筒４サイクルガソリンエンジンは現在市販中の汎用エンジンで、構成が分かり易いようにシリンダ軸線は鉛直方向、パワーカムの回転中心軸線は水平方向とします。パワーカムの回転方向は正面から向かって見て左回転（反時計回り）です。   The cam of the present invention is referred to as a power cam here so as not to be confused with the intake / exhaust valve drive cam. The power cam can be configured as an engine ASSY in either a flat cam or a solid cam, but here we will explain using a flat cam front cam. The front cam can carry out all four claims. This section describes the case of using a power cam and cam mechanism with a 4-cycle gasoline engine (single cylinder). The single-cylinder four-cycle gasoline engine used as a base is a general-purpose engine currently on the market. The cylinder axis is vertical and the power cam rotation center axis is horizontal for easy understanding of the configuration. The rotation direction of the power cam is counterclockwise when viewed from the front.

正面カムのパワーカム１０に回転中心軸線を同一とする出力軸１２を固着します。パワーカム１０は回転中心軸に垂直な平面を有し、その平面にカム溝１４（空間）を形成します。当然ながら、これによりパワーカム１０は２本のカムプロファイルを備えることになります。そして、ローラー２０を接触子としてカム溝１４（空間）の中に収めます。また当然ながら、２本のカムプロファイルの間隔をローラー２０直径より大きく取ってバックラッシュを与えます。ローラー２０はその軸受２２をビッグエンドピース２４に圧入し、ビッグエンドピース２４はコネクティングロッド２６・スモールエンドピース２８・ピストンピン３０を介してピストン３２に連結しています。そして、ビッグエンドピース２４がシリンダ５０軸線と同一方向に直線運動するようにビッグエンドガイド４０を設置します。ローラー２０・軸受２２・ビッグエンドピース２４・コネクティングロッド２６・スモールエンドピース２８・ピストンピン３０・ピストン３２はパワーカム１０に対する１つの従動節としてシリンダ５０軸線と同一方向に往復直線運動できる事になります。   The output shaft 12 with the same rotation center axis is fixed to the power cam 10 of the front cam. The power cam 10 has a plane perpendicular to the rotation center axis, and a cam groove 14 (space) is formed on the plane. Of course, this results in the power cam 10 having two cam profiles. Then, the roller 20 is placed in the cam groove 14 (space) as a contact. Also, naturally, the backlash is given by making the interval between the two cam profiles larger than the diameter of the roller 20. The roller 20 press-fits the bearing 22 into a big end piece 24, and the big end piece 24 is connected to a piston 32 via a connecting rod 26, a small end piece 28, and a piston pin 30. The big end guide 40 is installed so that the big end piece 24 moves linearly in the same direction as the cylinder 50 axis. The roller 20, bearing 22, big end piece 24, connecting rod 26, small end piece 28, piston pin 30 and piston 32 can be reciprocated linearly in the same direction as the cylinder 50 axis as one follower for the power cam 10. .

吸気・圧縮・膨張・排気の４つの行程は、パワーカム１０の１回転（３６０度）で対応します。２本のカムプロファイルはパワーカム１０の外周側を外カムプロファイル１６、回転中心軸側を内カムプロファイル１８と呼ぶことにします。エンジン運転中の「シリンダ内圧力」（燃焼室圧力）は、圧縮行程・膨張行程・排気行程の連なりの大部分で正圧、吸気行程の大部分で負圧になっていますので、ピストン３２と連結している接触子のローラー２０は、圧縮行程・膨張行程・排気行程では外カムプロファイル１６を、吸気行程では内カムプロファイル８を走る事になります。   The four strokes of intake, compression, expansion, and exhaust can be handled with one rotation (360 degrees) of the power cam 10. The two cam profiles are called the outer cam profile 16 on the outer peripheral side of the power cam 10 and the inner cam profile 18 on the rotation center axis side. “In-cylinder pressure” (combustion chamber pressure) during engine operation is positive in most of the compression stroke, expansion stroke, and exhaust stroke, and negative in most of the intake stroke. The connected contact roller 20 runs the outer cam profile 16 in the compression stroke, the expansion stroke, and the exhaust stroke, and the inner cam profile 8 in the intake stroke.

膨張行程において、外カムプロファイル１６と接触子たるローラー２０の圧力角は、膨張行程の極初期と極末期を除いて４５度以上の圧力角となるように外カムプロファイル１６をデザインします。一般的なカム・カム機構では使用することが稀な圧力角領域を設定しています。この圧力角を図８に示します。パワーカム１０の回転角が例えば２３３度の場面（膨張行程半ば）での圧力角は４５度を越える５６.６度になっています、という説明の図です。   In the expansion stroke, the outer cam profile 16 is designed so that the pressure angle of the roller 20 as a contact with the outer cam profile 16 becomes a pressure angle of 45 degrees or more except in the extreme initial stage and the extreme end stage of the expansion stroke. A pressure angle range that is rarely used in general cam and cam mechanisms is set. This pressure angle is shown in Fig. 8. For example, when the rotation angle of the power cam 10 is 233 degrees (mid-expansion stroke), the pressure angle is 56.6 degrees, exceeding 45 degrees.

吸気・圧縮・膨張・排気の４つの行程に対応する外・内カムプロファイル１６・１８のパワーカム１０各行程回転角の割り当ては、膨張行程のパワーカム１０回転角を最も小さくします。図４・図５・図６・図７はそれぞれ、吸気行程・圧縮行程・膨張行程・排気行程の始まりを示しています。各行程の回転角は、吸気行程＝１０６度（０°〜１０６°）・圧縮行程＝１０５度（１０６°〜２１１°）・膨張行程＝４４度（２１１°〜２５５°）・排気行程＝１０５度（２５５°〜０°）です。   The power cam 10 rotation angle allocation of the power cam 10 of the outer and inner cam profiles 16 and 18 corresponding to the four strokes of intake, compression, expansion and exhaust makes the power cam 10 rotation angle of the expansion stroke the smallest. 4, 5, 6 and 7 show the beginning of the intake stroke, compression stroke, expansion stroke and exhaust stroke, respectively. The rotation angle of each stroke is: intake stroke = 106 degrees (0 ° to 106 °), compression stroke = 105 degrees (106 ° to 211 °), expansion stroke = 44 degrees (211 ° to 255 °), exhaust stroke = 105 Degree (255 ° ~ 0 °).

接触子たるローラー２０は、ピストン３２から見てパワーカム１０回転中心軸を越えた反対側（下側）の位置で、パワーカム１０のカム溝１４（空間）に収めてカム機構を構成します。（図１・図２参照）   The roller 20 as a contactor is housed in the cam groove 14 (space) of the power cam 10 at the opposite (lower) position beyond the rotation center axis of the power cam 10 when viewed from the piston 32 to constitute a cam mechanism. (See Figures 1 and 2)

パワーカム１０の設置では、パワーカム１０の回転方向側にパワーカム１０回転中心軸線をシリンダ５０軸線からオフセット配置してカム機構を構成します。向かって見た時にパワーカム１０が左回転（反時計回り）ですので、同じく向かって見た時にシリンダ５０軸線の左側に、パワーカム１０回転中心軸線がきます。（図１・図２・図３参照）   When installing the power cam 10, the cam mechanism is configured by placing the power cam 10 rotation center axis offset from the cylinder 50 axis on the rotation direction side of the power cam 10. The power cam 10 rotates counterclockwise when viewed from the front (counterclockwise), so the power cam 10 rotation center axis is on the left side of the cylinder 50 axis when viewed from the same direction. (See Fig. 1, Fig. 2 and Fig. 3)

以上、構成について動作説明も一部交えながら述べましたので、ここからは主に動作・作用について説明します。パワーカム１０の回転方向は、向かって見た時に左回転（反時計回り）です。
膨張行程において、燃焼室圧力により下降するピストン３２の力はそのままローラー２０に伝わり、ローラー２０が外カムプロファイル１６を押すため、パワーカム１０が回転運動を起こします。一般のカム機構では常に「従動節」である「ローラー」ですが、この時は「原動節」として機能します。反対に、吸気行程・圧縮行程・排気行程では、「ローラー」は「従動節」として機能します。ローラー２０とその軸受２２については、一体となった市販のカムフォロアを利用しています。 The above is a description of the configuration with some explanations of the operation. From now on, the operation and action will be mainly explained. The direction of rotation of the power cam 10 is counterclockwise when viewed from the front.
In the expansion stroke, the force of the piston 32 that descends due to the combustion chamber pressure is directly transmitted to the roller 20, and the roller 20 pushes the outer cam profile 16, so that the power cam 10 causes a rotational motion. In a general cam mechanism, it is always a "roller" that is a "follower", but at this time it functions as a "motor". On the other hand, in the intake stroke, compression stroke, and exhaust stroke, the “roller” functions as a “follower”. For the roller 20 and its bearing 22, an integrated commercial cam follower is used.

膨張行程において、外カムプロファイル１６とローラー２０の圧力角は、膨張行程の極初期と極末期を除いて４５度以上の圧力角を確保する外カムプロファイル１６デザインとしており、この大きく採った圧力角設定によりローラー２０の下向き力はスムーズな動作でパワーカム１０の回転力に変換されます。しかし、圧力角を大きく採るにつれてパワーカム１０単位回転角当たりのカム変位量がどんどん増加してパワーカム１０の外寸自体がどんどん大きくなってしまうため、実際上エンジンＡＳＳＹのサイズを思えば、おのずと圧力角の大きさには限度があります。また、ローラー２０の下向き力がパワーカム１０の回転力に変換される際は、ビッグエンドガイド４０の向かって見て左側「ガイド面」からの「反力」をビッグエンドピース２４が受け取っているので、ビッグエンドガイド４０は十分な強度・剛性・硬度を備えていることが重要です。（図８・図１参照）   In the expansion stroke, the outer cam profile 16 and the pressure angle of the roller 20 are designed as an outer cam profile 16 that secures a pressure angle of 45 degrees or more except for the extreme initial and extreme phases of the expansion stroke. Depending on the setting, the downward force of the roller 20 is converted into the rotational force of the power cam 10 with smooth operation. However, as the pressure angle is increased, the cam displacement per unit rotation angle of the power cam 10 increases and the outer dimension of the power cam 10 itself increases. Therefore, if the size of the engine ASSY is actually considered, There is a limit to the size of. Further, when the downward force of the roller 20 is converted into the rotational force of the power cam 10, the big end piece 24 receives the “reaction force” from the left “guide surface” when viewed from the big end guide 40. It is important that the big end guide 40 has sufficient strength, rigidity and hardness. (See Figure 8 and Figure 1)

パワーカム１０のカムプロファイルデザインにおいて最優先すべき膨張行程に対応する外カムプロファイル１６のパワーカム１０回転角は、吸気行程・圧縮行程・膨張行程・排気行程それぞれに対応する外・内カムプロファイル１６・１８のパワーカム１０回転角の中で最も小さく割り当てます。こうすることで、膨張行程における外カムプロファイル１６とローラー２０の圧力角を大きく採れると同時に、残る吸気行程・圧縮行程・排気行程のためのパワーカム１０回転角をより多く確保できることになります。また、図４・図５・図６・図７の右上に示しているパワーカム１０によるピストン３２ストローク量（すなわちローラー２０移動量）は、吸気行程＝圧縮行程＜膨張行程＝排気行程であり、ひとまず、膨張・排気行程のピストン３２ストローク量を吸気・圧縮行程のピストン３２ストローク量（１００％とする）の１.５２倍（１５２％）にしています。燃焼による燃焼室圧力を可能な限り回転力として生かすことが狙いです。   The rotation angle of the power cam 10 of the outer cam profile 16 corresponding to the expansion stroke that should be given the highest priority in the cam profile design of the power cam 10 is the outer and inner cam profiles 16 and 18 corresponding to the intake stroke, the compression stroke, the expansion stroke, and the exhaust stroke, respectively. Allocate the smallest power cam 10 rotation angle. By doing so, the pressure angle of the outer cam profile 16 and the roller 20 in the expansion stroke can be increased, and at the same time, more rotation angles of the power cam 10 for the remaining intake stroke, compression stroke, and exhaust stroke can be secured. 4, 5, 6, and 7, the stroke amount of the piston 32 by the power cam 10 (that is, the amount of movement of the roller 20) is: intake stroke = compression stroke <expansion stroke = exhaust stroke. The piston 32 stroke of the expansion / exhaust stroke is 1.52 times (152%) of the piston 32 stroke (100%) of the intake / compression stroke. The aim is to utilize the combustion chamber pressure from combustion as much as possible.

繰り返しになりますが、ローラー２０は、ピストン３２から見てパワーカム１０回転中心軸を越えた反対側（下側）の位置で、パワーカム１０のカム溝１４（空間）に収めてカム機構を構成します。燃焼による燃焼室最大圧力は膨張行程の初期にマークされ、その後はピストン３２下降による燃焼室容積の拡大にほぼ反比例して燃焼室圧力は低下して行きます。この時、外カムプロファイル１６を走るローラー２０はパワーカム１０回転中心軸から遠ざかる方向に移動して行くため、「アーム」（パワーカム１０回転中心軸〜外カムプロファイル１６とローラー２０の接点）は伸び続けます。（図９参照）。これにより、減少して行くピストン３２の下向き力も効果的にパワーカム１０の回転力に変換することができます。膨張行程のピストン３２ストローク量を、吸気・圧縮行程のピストン３２ストローク量の１.５２倍（１５２％）にしていることと相まって、パワーカム１０とカム機構ならクランク機構では拾うことのできなかった低い燃焼室圧力域も有効に生かしてパワーカム１０の回転力に変換することができます。   Again, the roller 20 is housed in the cam groove 14 (space) of the power cam 10 at the opposite side (lower side) of the power cam 10 over the rotation center axis of the power cam 10 to form a cam mechanism. The The combustion chamber maximum pressure due to combustion is marked at the beginning of the expansion stroke, and thereafter the combustion chamber pressure decreases almost in inverse proportion to the expansion of the combustion chamber volume due to the lowering of the piston 32. At this time, since the roller 20 running on the outer cam profile 16 moves away from the rotation center axis of the power cam 10, the “arm” (power cam 10 rotation center axis to the contact point between the outer cam profile 16 and the roller 20) continues to grow. The (See FIG. 9). As a result, the downward force of the decreasing piston 32 can be effectively converted into the rotational force of the power cam 10. Combined with the piston 32 stroke amount of the expansion stroke being 1.52 times (152%) of the piston 32 stroke amount of the intake / compression stroke, the power cam 10 and the cam mechanism could not be picked up by the crank mechanism. The combustion chamber pressure range can also be used effectively and converted into the rotational force of the power cam 10.

パワーカム１０の設置では、パワーカム１０の回転方向側にパワーカム１０回転中心軸線をシリンダ５０軸線からオフセット配置してカム機構を構成します。向かって見た時にパワーカム１０が左回転（反時計回り）ですので、同じく向かって見てシリンダ５０軸線の左側に、パワーカム１０回転中心軸線がきます。このオフセット配置により、オフセットゼロの場合と比較して圧縮行程での外カムプロファイル１６とローラー２０の圧力角が好転する（圧力角が小さくなる）効果が生まれます。圧縮行程ではピストン３２駆動によるパワーカム１０＋出力軸１２（＋その他の回転マス）回転エネルギーの消耗が特に大きく、回転エネルギーの温存のために圧力角は小さいほど有利だからです。（仮に反対側、シリンダ５０軸線の右側にオフセット配置した場合には、圧力角は逆に大きくなってしまいます。）オフセット量は圧縮比などを考慮して適宜セッティングします。（図１０参照）。パワーカム１０へのピストン３２による入力時（膨張行程）と、パワーカム１０からのピストン３２駆動のための出力時（排気行程吸気行程圧縮行程）では、望ましい圧力角が大きく異なります。（先述した、「残る吸気行程・圧縮行程・排気行程のためのパワーカム１０回転角をより多く確保、、、」も、圧力角をより小さくするものです。）   When installing the power cam 10, the cam mechanism is configured by placing the power cam 10 rotation center axis offset from the cylinder 50 axis on the rotation direction side of the power cam 10. The power cam 10 rotates counterclockwise (counterclockwise) when viewed from the front, so the power cam 10 rotation center axis is on the left side of the cylinder 50 axis when viewed from the same direction. This offset arrangement has the effect of improving the pressure angle of the outer cam profile 16 and the roller 20 in the compression stroke (lowering the pressure angle) compared to the case of zero offset. This is because in the compression stroke, the power cam 10 + output shaft 12 (+ other rotating mass) due to the driving of the piston 32 consumes particularly large rotational energy, and the smaller the pressure angle is, the more advantageous it is to preserve the rotational energy. (If the offset is placed on the opposite side and on the right side of the cylinder 50 axis, the pressure angle will increase.) The offset amount is set appropriately taking into consideration the compression ratio. (See FIG. 10). The desired pressure angle differs greatly between the input to the power cam 10 by the piston 32 (expansion stroke) and the output for driving the piston 32 from the power cam 10 (exhaust stroke intake stroke compression stroke). (The above-mentioned "Ensure more power cam 10 rotation angles for the remaining intake stroke, compression stroke, and exhaust stroke," also reduces the pressure angle.)

図４・図５・図６・図７の左上にはピストン３２変位を示しています。言うまでもなくピストン３２変位と「カム曲線」は同じです。このピストン３２変位（カム曲線）は、パワーカム１０オフセットゼロの場合とは当然異なる、オフセット配置・オフセット量（各図で示すパワーカム１０とカム機構の総合）におけるピストン３２変位（カム曲線）です。なお、オフセットゼロの配置であってもエンジンは運転可能です。   The piston 32 displacement is shown in the upper left of Fig.4, Fig.5, Fig.6 and Fig.7. Needless to say, the piston 32 displacement and the “cam curve” are the same. This piston 32 displacement (cam curve) is the piston 32 displacement (cam curve) in the offset arrangement / offset amount (total of the power cam 10 and cam mechanism shown in each figure), which is naturally different from the case of the power cam 10 offset zero. The engine can be operated even with zero offset.

その他、カムプロファイルデザインについて書き添えるならば、圧縮行程に対応する外カムプロファイル１６は、パワーカム１０回転角＝圧縮行程ピストン上死点前５度〜ピストン上死点０度の区間ではピストン３２変位がゼロの外カムプロファイル１６デザインとしており、これにより点火時期と燃焼の計画を立て易くしています。また、吸気行程・排気行程では、パワーカム１０の単位回転角に対してほぼ一定のピストン３２変位としており、ほぼ一定の「ピストンスピード」による吸気排気の効率（充填効率掃気効率）の向上が期待できます。   In addition, if the cam profile design is additionally described, the outer cam profile 16 corresponding to the compression stroke has a displacement of the piston 32 in the section of the power cam 10 rotation angle = compression stroke piston top dead center 5 degrees to piston top dead center 0 degrees. It has a zero outer cam profile 16 design, which makes it easier to plan ignition timing and combustion. In addition, in the intake stroke and exhaust stroke, the piston 32 displacement is substantially constant with respect to the unit rotation angle of the power cam 10, and it is expected that the efficiency of intake and exhaust (filling efficiency scavenging efficiency) will be improved by the substantially constant “piston speed”. The

以上に説明したパワーカム１０とカム機構を他の４サイクルガソリン（ディーゼル）エンジンで使用する際は、希望する「ピストンストローク量」に合わせて各図をスケール調整すれば良いでしょう。言うまでもなく必要な部分はオイル等で潤滑を行います。クランク・クランクケースを除いた大部分のエンジンパーツは再び使用することができます。当然ながら、バルブタイミングについてはノーマルからの大きな変更が必要になります。パワーカム１０とカム機構を用いるエンジンの目標はあくまでも熱効率の向上であり、排気量（吸気量？）当たりの最高出力ではありません。出力当たりの二酸化炭素等排出量の減少を目的としています。   When using the power cam 10 and cam mechanism described above with other 4-cycle gasoline (diesel) engines, each figure should be scaled according to the desired "piston stroke amount". Needless to say, the necessary parts are lubricated with oil. Most engine parts can be used again, except for the crank and crankcase. Naturally, the valve timing will require a major change from normal. The goal of the engine using the power cam 10 and cam mechanism is to improve the thermal efficiency, not the maximum output per displacement (intake amount?). The purpose is to reduce carbon dioxide emissions per output.

なお、パワーカム１０とカム機構を使ったエンジンは既に完成し、試運転を済ませています。今後は、バルブタイミング・点火時期・キャブレター・圧縮比・パワーカム１０オフセット量等の細かいセッティングを詰めたのち、熱効率の計測を行なう予定です。熱効率の目標値は７０％前後を想定しています。   The engine using the power cam 10 and cam mechanism has already been completed and has been commissioned. In the future, after detailed settings such as valve timing, ignition timing, carburetor, compression ratio, power cam 10 offset amount, etc. will be measured, thermal efficiency will be measured. The target value of thermal efficiency is assumed to be around 70%.

１０パワーカム
１２出力軸
１４カム溝
１６外カムプロファイル
１８内カムプロファイル
２０ローラー
２２軸受
２４ビッグエンドピース
２６コネクティングロッド
２８スモールエンドピース
３０ピストンピン
３２ピストン
４０ビッグエンドガイド
５０シリンダ
６０ケース 10 power cam 12 output shaft 14 cam groove 16 outer cam profile 18 inner cam profile 20 roller 22 bearing 24 big end piece 26 connecting rod 28 small end piece 30 piston pin 32 piston 40 big end guide 50 cylinder 60 case

本発明のカムは、吸・排気バルブ駆動用のカムと混乱しないように、ここではパワーカムと表記させて頂きます。ここでは４サイクルガソリンエンジン（単気筒）でパワーカム及びカム機構を使用する場合について説明します。ベースにする単気筒４サイクルガソリンエンジンは現在市販中の汎用エンジンで、構成が分かり易いようにシリンダ軸線は鉛直方向、パワーカムの回転中心軸線は水平方向とします。パワーカムの回転方向は正面から向かって見て左回転（反時計回り）です。   The cam of the present invention is referred to as a power cam here so as not to be confused with the intake / exhaust valve drive cam. This section describes the case of using a power cam and cam mechanism with a 4-cycle gasoline engine (single cylinder). The single-cylinder four-cycle gasoline engine used as a base is a general-purpose engine currently on the market. The cylinder axis is vertical and the power cam rotation center axis is horizontal for easy understanding of the configuration. The rotation direction of the power cam is counterclockwise when viewed from the front.

なお、パワーカム１０とカム機構を使ったエンジンは既に完成し、試運転を済ませています。今後は、バルブタイミング・点火時期・キャブレター・圧縮比・パワーカム１０オフセット量等の細かいセッティングを詰めたのち、熱効率の計測を行なう予定です。   The engine using the power cam 10 and cam mechanism has already been completed and has been commissioned. In the future, after detailed settings such as valve timing, ignition timing, carburetor, compression ratio, power cam 10 offset amount, etc. will be measured, thermal efficiency will be measured.

カムに２本のカムプロファイルを形成し、ピストンと連結し往復直線運動する接触子がどちらかのカムプロファイルをなぞります。膨張行程におけるカムプロファイルと接触子の圧力角は、膨張行程の極初期と極末期を除いて４５度以上となるカムプロファイルにします。吸気・圧縮・膨張・排気の４つの行程に対応するカムプロファイルの各行程回転角の割り当ては、膨張行程の回転角を最も小さくし、吸気・圧縮・排気の３つの行程は各々近似する各行程回転角です。ピストンストローク量が「吸気行程＝圧縮行程＜膨張行程＝排気行程」となるカムプロファイルとします。正面カムを使用し、ピストンから見てカム回転中心軸を越えた反対側の位置で、接触子を２本のカムプロファイルの間に収めるカム機構とします。正面カムを使用し、カムの回転方向側にカム回転中心軸線をシリンダ軸線からオフセット配置するカム機構とします。   Two cam profiles are formed on the cam, and a contact that is connected to the piston and reciprocates linearly traces either cam profile. The cam profile in the expansion stroke and the pressure angle of the contactor should be a cam profile that is 45 degrees or more, excluding the very initial and final phases of the expansion stroke. Assignment of the rotation angle of each stroke of the cam profile corresponding to the four strokes of intake, compression, expansion, and exhaust makes the rotation angle of the expansion stroke the smallest, and the three strokes of intake, compression, and exhaust each approximate each stroke. The rotation angle. The cam profile is such that the piston stroke amount is “intake stroke = compression stroke <expansion stroke = exhaust stroke”. The front cam is used, and the contact mechanism is placed between the two cam profiles at the opposite position beyond the cam rotation center axis when viewed from the piston. The cam mechanism uses a front cam and the cam rotation center axis is offset from the cylinder axis on the cam rotation direction side.

Claims (4)

４サイクルエンジンにおける吸気・圧縮・膨張・排気の２往復ピストン動作を、
ピストンと連結し往復直線運動する接触子を挟む２本のカムプロファイルにより、
カムの１回転（３６０度）で対応するカムにおいて、
膨張行程におけるカムプロファイルと接触子の圧力角は、
膨張行程の極初期と極末期を除いて４５度以上となるカムプロファイルを有するカム。 2-reciprocating piston operation of intake, compression, expansion, and exhaust in a 4-cycle engine
With two cam profiles that sandwich the contact that is connected to the piston and reciprocates linearly,
In the cam corresponding to one rotation (360 degrees) of the cam,
The cam profile and contact pressure angle in the expansion stroke are
A cam having a cam profile of 45 degrees or more excluding the very initial and final stages of the expansion stroke. ４サイクルエンジンにおける吸気・圧縮・膨張・排気の２往復ピストン動作を、
ピストンと連結し往復直線運動する接触子を挟む２本のカムプロファイルにより、
カムの１回転（３６０度）で対応するカムにおいて、
吸気・圧縮・膨張・排気の４つの行程に対応するカムプロファイルの各行程回転角の割り当ては、
膨張行程の回転角を最も小さくすることを特徴とするカム。 2-reciprocating piston operation of intake, compression, expansion, and exhaust in a 4-cycle engine
With two cam profiles that sandwich the contact that is connected to the piston and reciprocates linearly,
In the cam corresponding to one rotation (360 degrees) of the cam,
The allocation of each stroke rotation angle of the cam profile corresponding to the four strokes of intake, compression, expansion and exhaust is
A cam characterized in that the rotation angle of the expansion stroke is minimized. ４サイクルエンジンにおける吸気・圧縮・膨張・排気の２往復ピストン動作を、
ピストンと連結し往復直線運動する接触子を挟む２本のカムプロファイルにより、
カムの１回転（３６０度）で対応する正面カムを使用するカム機構において、
ピストンから見てカム回転中心軸を越えた反対側の位置で、
接触子を２本のカムプロファイルの間に収めるカム機構。 2-reciprocating piston operation of intake, compression, expansion, and exhaust in a 4-cycle engine
With two cam profiles that sandwich the contact that is connected to the piston and reciprocates linearly,
In a cam mechanism that uses a front cam corresponding to one rotation (360 degrees) of the cam,
At the opposite side of the cam rotation center axis from the piston,
A cam mechanism that fits the contact between two cam profiles. ４サイクルエンジンにおける吸気・圧縮・膨張・排気の２往復ピストン動作を、
ピストンと連結し往復直線運動する接触子を挟む２本のカムプロファイルにより、
カムの１回転（３６０度）で対応する正面カムを使用するカム機構において、
カムの回転方向側にカム回転中心軸線をシリンダ軸線からオフセット配置するカム機構。 2-reciprocating piston operation of intake, compression, expansion, and exhaust in a 4-cycle engine
With two cam profiles that sandwich the contact that is connected to the piston and reciprocates linearly,
In a cam mechanism that uses a front cam corresponding to one rotation (360 degrees) of the cam,
A cam mechanism in which the cam rotation center axis is offset from the cylinder axis on the cam rotation direction side.
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