JP2000504082A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 内燃機関は、排気行程時にエンジンシリンダから燃焼ガスを排除するために真空ポンプ１７を備える。ポンプ１７で与えられる真空圧は、排気行程時に燃焼ガスを排除すると共に、ピストンを持ち上げるように力を作用させるのに十分とされる。それ故に或る程度のトルクが排気行程時に発生される。同様にして、また同様な効果として、コンプレッサ１８が備えられ、吸気行程時に燃料をシリンダに強制的に充填させるとともに、幾分かの能動的なトルクを発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関 本発明は内燃機関に関する。 本発明は特に内燃機関の排出ガスの制御装置に関する。往復内燃機関の通常運 転においては、圧縮行程の後毎に、排気は、燃焼ガスを排気マニホルド内へ且つ また排気管へ向けて押し流す排気行程時のピストン運動によって、シリンダを通 して排除される。可能な限り多量の燃焼ガスを排除するために効率的な掃気を保 証するために、シリンダ頂部に配置された吸気バルブおよび排気バルブの開閉動 作の間には非常に重要なオーバーラップが必要である。また掃気行程は、少なく ともエンジンに不均衡を生じることになるピストンに作用する力の逆転のための 機械的エネルギーの幾分かを吸収する。 本発明の目的は、これらの問題点を解消または減少することである。 本発明によれば、頂部付近に吸気バルブおよび排気バルブが備えられた１以上 のシリンダと、使用時にエンジンが発生する排出ガスを集合させる排気室とを有 し、排気バルブが開かれたときにシリンダから出る排出ガスを吸引すると共にそ のシリンダのピストンをシリンダ頂部へ向けて能動的に吸引してエンジンの排気 行程も動力行程（power stroke）となすために、各シリンダに真空圧を作用させ るように配置された排気室用の真空ポンプを含んで成る往復４サイクル内燃機関 が提供される。 真空ポンプはそのエンジンで駆動されるように機械連結されるのが好ましい。 エンジンは、その吸気バルブが開かれたときに空燃混合気が加圧されて各シリ ンダに供給されるように吸気室に圧力を加えるために配置されるコンプレッサを 含むことができ、この圧力は吸入行程もまた動力行程にする。 真空ポンプおよびコンプレッサは、同一ハウジングに取付けられるのが好まし い。 コンプレッサはエンジンの運転速度によって自動的に変化される速度で駆動さ れるのが好ましい。 バルブは少しのバルブオーバーラップもない状態で配置されるのが好ましい。 本発明はまた、エンジンによって駆動されるように配置され、また十分高い圧 力のもとでそれぞれの排気バルブが開かれたときに常にそのシリンダのピストン をシリンダ頂部へ向けて能動的に吸引してエンジンの排気行程もまた動力行程と なすためにエンジンのそのシリンダ、または各シリンダに真空圧をさせるように 配置された、内燃機関の排気マニホルド用真空ポンプも提供する。 エンジンをポンプに連結して、エンジンの運転速度に応じた速度でポンプを駆 動するように配置された機械的駆動装置もまた提供される。 本発明による排気系装置を有する内燃機関が添付された概略図を参照して例を 挙げて以下に説明される。 図面を参照すれば、４シリンダ往復内燃機関は４つのピストン１０，１１，１ ２，１３を有し、これらのピストンは通常の方法でクランクシャフト１４に機械 的に連結されている。エンジンの各々のシリンダは吸気バルブＡおよび排気バル ブＢを有する。吸気バルブは燃料噴射器（図示せず）から吸気マニホルド１５を 経て供給される空燃混合気を受入れるために連結され、また各排気バルブは排気 マニホルド１６と連通している。一般的に言えば、ここまで説明したエンジンは 全体的に従来型の周知のものである。 本発明の実施例においてエンジンは排気マニホルド内に真空圧を発生させるた めに取付けられた排気マニホルド真空ポンプ１７を含む。このポンプ１７は、ク ランクシャフト１４に連結された有歯ベルト（図示せず）に連結されて駆動され る。排気マニホルド真空ポンプ１７の駆動のために、電気モーターを含めて他の 構造を備えることができる。 コンプレッサ１８は、それぞれの吸気バルブＡが開かれたときに常に空燃混合 気がシリンダに押し込められるようにするために、吸気マニホルド１５の内部圧 力を増大させるために取付けられる。これはいわゆる「過給機」に似ているが、 説明したエンジンにおいて与えられる圧力は、以下に説明するように一般にそれ より高い。コンプレッサ１８はクランクシャフト１４により、または他の適当手 段によって、クランクシャフト１４からの有歯ベルトで駆動されることができる 。 いずれにしても、説明したエンジンにおいては、排出ガスは各シリンダから吸 引されて排出され、排気行程時の掃気を極めて効率的にすると共に、従来のエン ジンで必要とされている重要なバルブ作動におけるオーバーラップが全くまたは ほとんど必要でなくなる。真空ポンプ１７による吸引そのものはエンジンの動力 発生を増大し、すなわち部分的な動力発生となる。通常、エンジンにおける排気 行程は動力行程でなく、実際のところこの行程は、燃焼ガスをシリンダから排出 するためにエンジンの幾分かの動力を使用すなわち必要とする行程である。さら にこの排出作用は、直前の動力行程時に作用した通常な力とは反対方向にピスト ンに作用する力を導く。それ故に、エンジンに作用する力の全体が逆転されて、 幾分かの特別な振動すなわちエンジンの不均衡をもたらす。換言すれば、排気マ ニホルド真空ポンプ１７は燃焼ガスの排出を一層効率的に行わせ、エンジンに実 際に特別な「動力」行程を与え、エンジンの機械的均衡を向上させる。さらに、 バルブ作動のオーバーラップも十分に減少され且つ良好に調整されるので、エン ジンは一層効率的に全能力を使用できるようになる。 このエンジンはまたコンプレッサ１８を含み、コンプレッサ１８もエンジン性 能を向上させるように作用する。通常エンジンの吸入行程の間、吸気バルブの開 かれた各々のシリンダに、そのピストンで発生された真空圧によって空燃混合気 が吸入される。必要な真空圧を発生させるために、ピストンはそれを減速させる ような力の作用を受け、したがって吸入行程もまた動力を使用する行程となる。 通常の過給機によれば、空燃混合気は少なくとも或る程度はシリンダ内に強制 的に充填される。説明した構造においては、コンプレッサ１８によって与えられ るこの圧力は、空燃混合気が順番に各々のシリンダに流入するとき、また流入す ることにより、ピストンを実際に押し下げるようにする。これは、吸入行程もま た実際に特別な「動力」行程となることを意味する。この結果、説明したエンジ ンは主取り行程と、排気行程および吸入行程に対応する２つの特別な動力行程を 有することになる。動力を発生しない唯一の行程は、すなわち少なくとも幾分か の能動的なトルクしたがって動力を与える唯一の行程は、圧縮行程である。 ガスの逆流が生じるのを防止するために、簡単な構造の一方向バルブを少なく とも吸気室内において各シリンダヘッドの近くに組み込むことが好ましいとされ る。 排気マニホルド真空ポンプ１７およびコンプレッサ１８が取付けられているい ずれかのエンジンについては、或る種の重要な変更が必要とされる。改善された ガス流動および圧力差の利点を得るために、バルブタイミングが変更されねばな らない。事実、ピストンの実際の位置によって要求されたときに直ちに燃料が強 制的に充填され、または排出ガスが吸引されて排出されるならば、バルブ作動の オーバーラップは効果的に不要となる。現在のエンジンにおいてオーバーラップ は、必要である。何故なら、エンジンサイクルにおけるそれぞれ次の行程のため にピストンがその死点から移動していても、シリンダに燃料を充填するために、 または燃焼ガスを排出するために時間を見込まねばならないからである。 ガスがシリンダ内で膨張するときにバルブは開かれる必要がなく、エンジンは 格段に小さい騒音しか発生しなくなることが注目されよう。 また、ピストンリングは通常は、例えばピストンの側方を通ってエンジンサン プへガスが流れることに特に抵抗するように成形されている。説明したエンジン では、ピストン上方の圧力が大気圧以下に低下することが多々ある。それ故に、 ピストンリングはサンプからピストン上方のシリンダへガスが抜けるのを防止す るように配置されることが必要である。 真空ポンプ１７およびコンプレッサ１８は、同一ハウジングに取付けられて同 じ有歯ベルトで駆動されることができるが、真空ポンプ１７およびコンプレッサ を効果的に異なる速度で駆動し、それ故に例えば適当なギヤボックスを使用する ことも必要とされ得る。いずれにしても、真空ポンプ１７およびコンプレッサの ハウジングは専用の中間冷却を行い、また発生熱を有効に使用する。 説明したエンジンは周知の同等エンジンよりも一般に比較的低い圧縮比を有し 、燃料ガスやアルコールを含む低オクタン価の燃料で作動することが認識され、 また本発明の実施例はディーゼル燃料で作動するようにもできる。説明したエン ジンブロックはシリンダヘッドが残りのエンジンブロックと一体形成された一体 部材として鋳造されることができる。また、真空ポンプ１７およびコンプレッサ １８によって形成される実際の強制されるガス流自体がバルブの一層満足される 冷却をもたらすことから、バルブは摩耗や焼損が起きにくいことも認識される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９８年１月２０日（１９９８．１．２０） 【補正内容】 明細書 内燃機関 本発明は内燃機関に関する。 本発明は特に内燃機関の排出ガスの制御装置に関する。往復内燃機関の通常運 転においては、圧縮行程の後毎に、排気は、燃焼ガスを排気マニホルド内へ且つ また排気管へ向けて押し流す排気行程時のピストン運動によって、シリンダを通 して排除される。 米国特許第１５８６７７８号特許明細書は、それぞれのシリンダ頂部付近に吸 気バルブおよび排気バルブを備えた複数シリンダと、使用においてエンジンが発 生した排出ガスを集合させる排気室（６）とを有する４ストローク往復ピストン 内燃機関（７）を開示しており、このエンジンは排気バルブが開かれた各々のシ リンダに対して真空圧を供給して、シリンダから排出ガスを吸引するように配置 された排気室用の真空ポンプ（Ｂ）を含んでいる。シリンダから排出ガスを吸引 するように、またピストンもシリンダ頂部へ向かって能動的に吸引され、これに より排気行程も動力行程とするように、真空圧は排気室に付与される。 可能な限り多量の燃焼ガスを排除するために効率的な掃気を保証するために、 シリンダ頂部に配置された吸気バルブおよび排気バルブの開閉動作の間には非常 に重要なオーバーラップが必要である。また掃気行程は、少なくともエンジンに 不均衡を生じることになるピストンに作用する力の逆転のための機械的エネルギ ーの幾分かを吸収する。 本発明の目的は、これらの問題点を解消または減少することである。 本発明によれば、端部付近に吸気バルブおよび排気バルブが備えられた１以上 のシリンダと、使用時にエンジンが発生する排出ガスを集合させる排気室とを有 し、排気室用の真空ポンプと、各々のシリンダに空燃混合気を供給するためのコ ンプレッサとを含み、前記真空ポンプは排気バルブが開かれたときにシリンダか ら出る排出ガスを吸引すると共にそのシリンダのピストンをシリンダ端部へ向け て能動的に吸引してエンジンの排気行程も動力行程（power stroke）となすため に、各シリンダに真空圧を与えるように配置されている往復４サイクル内燃機関 であって、コンプレッサは吸気バルブが開かれたときに各々のシリンダに十分な 圧力のもとで空燃混合気が供給されてその各々の吸気行程もまた動力行程となる ように圧力を与えるように構成されており、またバルブはバルブ作動のオーバー ラップがない状態で開閉されるように配置されている往復４サイクル内燃機関が 提供される。 真空ポンプはそのエンジンで駆動されるように機械連結されるのが好ましい。 真空ポンプおよびコンプレッサは、同一ハウジングに取付けられるのが好まし い。 コンプレッサはエンジンの運転速度によって自動的に変化される速度で駆動さ れるのが好ましい。 本発明はまた、エンジンによって駆動されるように配置され、また十分高い圧 力のもとでそれぞれの排気バルブが開かれたときに常にそのシリンダのピストン をシリンダ頂部へ向けて能動的に吸引してエンジンの排気行程もまた動力行程と なすためにエンジンのそのシリンダ、または各シリンダに真空圧をさせるように 配置された、内燃機関の排気マニホルド用真空ポンプも提供する。 エンジンをポンプに連結して、エンジンの運転速度に応じた速度でポンプを駆 動するように配置された機械的駆動装置もまた提供される。 本発明による排気系装置を有する内燃機関が添付された概略図を参照して例を 挙げて以下に説明される。 図面を参照すれば、４シリンダ往復内燃機関は４つのピストン１０，１１，１ ２，１３を有し、これらのピストンは通常の方法でクランクシャフト１４に機械 的に連結されている。エンジンの各々のシリンダは吸気バルブＡおよび排気バル ブＢを有する。吸気バルブは燃料噴射器（図示せず）から吸気マニホルド１５を 経て供給される空燃混合気を受入れるために連結され、また各排気バルブは排気 マニホルド１６と連通している。一般的に言えば、ここまで説明したエンジンは 全体的に従来型の周知のものである。 本発明の実施例においてエンジンは排気マニホルド内に真空圧を発生させるた めに取付けられた排気マニホルド真空ポンプ１７を含む。このポンプ１７は、ク ランクシャフト１４に連結された有歯ベルト（図示せず）に連結されて駆動され る。排気マニホルド真空ポンプ１７の駆動のために、電気モーターを含めて他の 構造を備えることができる。 コンプレッサ１８は、それぞれの吸気バルブＡが開かれたときに常に空燃混合 気がシリンダに押し込められるようにするために、吸気マニホルド１５の内部圧 力を増大させるために取付けられる。これはいわゆる「過給機」に似ているが、 説明したエンジンにおいて与えられる圧力は、以下に説明するように一般にそれ より高い。コンプレッサ１８はクランクシャフト１４により、または他の適当手 段によって、クランクシャフト１４からの有歯ベルトで駆動されることができる 。 いずれにしても、説明したエンジンにおいては、排出ガスは各シリンダから吸 引されて排出され、排気行程時の掃気を極めて効率的にすると共に、従来のエン ジンで必要とされている重要なバルブ作動におけるオーバーラップが全くまたは ほとんど必要でなくなる。真空ポンプ１７による吸引そのものはエンジンの動力 発生を増大し、すなわち部分的な動力発生となる。通常、エンジンにおける排気 行程は動力行程でなく、実際のところこの行程は、燃焼ガスをシリンダから排出 するためにエンジンの幾分かの動力を使用すなわち必要とする行程である。さら にこの排出作用は、直前の動力行程時に作用した通常な力とは反対方向にピスト ンに作用する力を導く。それ故に、エンジンに作用する力の全体が逆転されて、 幾分かの特別な振動すなわちエンジンの不均衡をもたらす。換言すれば、排気マ ニホルド真空ポンプ１７は燃焼ガスの排出を一層効率的に行わせ、エンジンに実 際に特別な「動力」行程を与え、エンジンの機械的均衡を向上させる。バルブ作 動のオーバーラップがないので、エンジンは一層効率的に全能力を使用できるよ うになる。 このエンジンはまたコンプレッサ１８を含み、コンプレッサ１８もエンジン性 能を向上させるように作用する。通常エンジンの吸入行程の間、吸気バルブの開 かれた各々のシリンダに、そのピストンで発生された真空圧によって空燃混合気 が吸入される。必要な真空圧を発生させるために、ピストンはそれを減速させる ような力の作用を受け、したがって吸入行程もまた動力を使用する行程となる。 通常の過給機によれば、空燃混合気は少なくとも或る程度はシリンダ内に強制 的に充填される。説明した構造においては、コンプレッサ１８によって与えられ るこの圧力は、空燃混合気が順番に各々のシリンダに流入するとき、また流入す ることにより、ピストンを実際に押し下げるようにする。これは、吸入行程もま た実際に特別な「動力」行程となることを意味する。この結果、説明したエンジ ンは主取り行程と、排気行程および吸入行程に対応する２つの特別な動力行程を 有することになる。動力を発生しない唯一の行程は、すなわち少なくとも幾分か の能動的なトルクしたがって動力を与える唯一の行程は、圧縮行程である。 ガスの逆流が生じるのを防止するために、簡単な構造の一方向バルブを少なく とも吸気室内において各シリンダヘッドの近くに組み込むことが好ましいとされ る。 請 求 の 範 囲 １．端部付近に吸気バルブ（Ａ）および排気バルブ（Ｂ）が備えられた１以上 のシリンダと、使用時にエンジンが発生する排出ガスを集合させる排気室 （１ ６）とを有し、排気室用の真空ポンプ（１７）と、各々のシリンダに空燃混合気 を供給するためのコンプレッサ（１８）とを含み、前記真空ポンプ（１７）は排 気バルブ（Ｂ）が開かれたときにシリンダから出る排出ガスを吸引すると共にそ のシリンダのピストンをシリンダ端部へ向けて能動的に吸引してエンジンの排気 行程も動力行程となすために、各シリンダに真空圧を与えるように配置された往 復４サイクル内燃機関であって、コンプレッサ（１８）は吸気バルブ（Ａ）が開 かれたときに各々のシリンダに十分な圧力のもとで空燃混合気が供給されてその 各々の吸気行程もまた動力行程となるように圧力を与えるように構成されており 、またバルブ（Ａ，Ｂ）はバルブ作動のオーバーラップがない状態で開閉される ように配置されていることを特徴とする往復４サイクル内燃機関。 ２．請求項１に記載された内燃機関であって、真空ポンプ（１７）がそのエン ジンで駆動されるように機械連結されたことを特徴とする内燃機関。 ３．請求項１または請求項２に記載された内燃機関であって、真空ポンプ（１ ７）およびコンプレッサ（１８）が同一ハウジングに取付けられたことを特徴と する内燃機関。 ４．請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載された内燃機関であって 、コンプレッサ（１８）はエンジンの運転速度によって自動的に変化される速度 で駆動される内燃機関。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ， ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｇ Ｅ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ， ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，Ｐ Ｌ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 頂部付近に吸気バルブおよび排気バルブが備えられた１以上のシリンダと 、使用時にエンジンが発生する排出ガスを集合させる排気室とを有し、排気バル ブが開かれたときにシリンダから出る排出ガスを吸引すると共にそのシリンダの ピストンをシリンダ頂部へ向けて能動的に吸引してエンジンの排気行程も動力行 程となすために、各シリンダに真空圧を作用させるように配置された排気室用の 真空ポンプを含んで成る往復４サイクル内燃機関。 2. 請求項１に記載された内燃機関であって、真空ポンプがそのエンジンで駆 動されるように機械連結された内燃機関。 3. 請求項１または請求項２に記載された内燃機関であって、吸気バルブが開 かれたときに空燃混合気が加圧下で各シリンダに供給されるように吸気室に圧力 を加えるために配置されるコンプレッサを含み、この圧力が吸入行程もまた動力 行程にする内燃機関。 4. 請求項３に記載された内燃機関であって、真空ポンプおよびコンプレッサ が同一ハウジングに取付けられた内燃機関。 5. 請求項３に記載された内燃機関であって、コンプレッサはエンジンの運転 速度によって自動的に変化される速度で駆動される内燃機関。 6. 請求項３に記載された内燃機関であって、バルブは少しのバルブオーバー ラップもない状態で作動するように配置された内燃機関。 7. エンジンによって駆動されるように配置され、また十分高い圧力のもとで それぞれの排気バルブが開かれたときに常にそのシリンダのピストンをシリンダ 頂部へ向けて能動的に吸引してエンジンの排気行程もまた動力行程となすために エンジンのそのシリンダ、または各シリンダに真空圧を作用させるように配置さ れた、内燃機関の排気マニホルド用真空ポンプ。 8. 請求項３に記載されたポンプであって、エンジンの運転速度に応じた速度 でポンプを駆動させるように構成された、エンジンをポンプに連結する機械的駆 動装置を有するポンプ。