JP2000516686A - ピストン型内燃機関ｎａｉｄａ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 断熱膨張型エンジンが請求の範囲に記載されている。本発明の１つの目的は、エンジンの経済的な作動を向上させることである。本発明の新規な点は、エンジン（Ｅ）をサイクル間にて強制的に冷却し、空気をシリンダ内に噴射する２つの追加的な行程を提供することから成っている。該エンジンは、シリンダ（Ｃ）及び冷却ジャケット（ＣＪ）のスペースを連通させる追加的な通路（ＡＰ）と、ＡＰ重なり合い弁と、分配装置と、歯車比２：（Ｓ＋２）（ここで、ＳはＥ行程の最初の数）にてクランク軸からのその駆動体とを備えている。冷却ジャケットは、渦流チャンバを備えており、２つの追加的な行程における圧送動作に起因してエンジンを冷却し且つ過給する冷却媒体（ＣＭ）の容量内で使用される空気（Ａ）又は燃空混合体が充填される。該エンジンは、吸気通路Ｐと直列に接続された噴射装置を備えることができ、その作用ガス通路は、これら噴射装置を通路ＡＰを介してシリンダジャケットと連通させ、冷却媒体のエネルギを犠牲にして空気をシリンダ内に噴射する。圧力通路及び排出通路を介してシリンダ及び冷却ジャケットのスペースと接続されたブーストレシーバが設けられ、該レシーバはその内部に取り付けられた被制御弁を有し、エンジン負荷が急激に変化したとき、過給圧力を非慣性的に増加させると共に、圧縮空気をレシーバから冷却ジャケット内に供給することによりエンジンの始動を容易にする。燃料の消費量は、従来のエンジンと比較して約30％だけ減少する。独立項１ 、従属項４、図面５、参考文献１８

Description

【発明の詳細な説明】 ピストン型内燃機関ＮＡＩＤＡ 発明の分野 本発明は、機械技術の分野に関し、より具体的には、エンジンの製造分野に関 し、自動車、トラクタ及びその他の輸送用車両の動力装置及び静止型動力装置 に 採用可能である。 従来の技術 従来技術の構造は、例えば、２行程エンジンＹａＡＺ２０４、４行程エンジン 、インラインエンジンＤ２０６Ｔ、Ｖ型エンジンＹａＭＺ２４０Ｂ／Ｒ．１、ｐ ．３２２／のような、アール．ディーゼルピストン型２行程及び４行程内燃機関 、及び大気をシリンダ内に噴射し、液体でエンジンを冷却する、例えば、メルセ デスベンツＣ２３０／Ｒ．９、ｐ．９−１２／のような、熱運動サイクルを有す るエッチ・オット−エンジン（ガソリンエンジン、キャブレタエンジン及び直接 噴射エンジン）のような熱運動サイクル（ディーゼルエンジン）から成っている 。この内燃機関は、本体と、該本体内に又はシリンダブロック内に配置されたピ ストンを有する１つ又は幾つかの作用シリンダと、該本体内に配置され且つ接続 ロッドによりピストンとヒンジ止めされたクランク軸とを備え、該ピストンが、 クランク軸が回転するとき、シリンダ内で往復運動式の圧送動作を行い、さらに 空気（ディーゼルエンジンの場合）、又は燃空混合体（キャブレタエンジンの場 合）を各シリンダ内に供給し得るように配置された吸気通路及び吸気弁を有する と共に、排気をシリンダから大気中に解放すべく配置された排気通路及び排気弁 を有する１つ又は幾つかのシリンダヘッドと、制御部材及び例えば所要形状カム を有するカム軸、タペット、プッシュロッド、本体内に又はシリンダブロック内 に配置された弁のばねと組み合わされるロッカを備えた弁の作動装置を有する１ つ又は幾つかの分配装置と、歯車又はチェーン伝達機の形態に形成された、クラ ンク軸から分配装置を回転させる駆動装置と／Ｒ．１、ｐ．１２６／、主として 本体から分離して配置されたラジエータと、本体に又はブロックに及びシリンダ ヘッド内に形成されたエンジンの冷却ジャケットであって、そのスペースが共通 の閉じたスペースを形成するシリンダの囲い物を備え、高圧にて密閉的に密封さ れ、冷却媒体にて充填された冷却ジャケットと、本体内に又はエンジンシリンダ ブロック内に配置されたポンプであって、クランク軸からの回転駆動力により冷 却ジャケット及びラジエータのスペース内で冷却媒体を強制的に循環させること を目的とするポンプと、ラジエータ付近、主として本体に取り付けられたファン であって、クランク軸により回転され、ラジエータ内の冷却媒体から熱を強力に 除去し且つ形成される空気流によりその熱を大気中に放散させるファンと、例え ば、本体に配置されたコンプレッサであって、空気路により吸気通路と接続され 、空気をシリンダ内に噴射すると共に、エンジンのクランク軸から取り出した出 力により、又はターボ過給機のガスタービン内の排気の残留エネルギを利用する ことにより回転されるコンプレッサと、シリンダ内に噴射される空気を冷却する 熱交換器であって、ファンの付近に配置され又は追加的な冷却装置／Ｒ．５、ｐ ．１６５−１７０／が設けられた熱交換器とを備えるものである。 ２行程エンジンの作動サイクルは、空気又は燃空混合体の装荷分をそのシリン ダ内部に噴射しその中で圧縮する、シリンダ内への第一の吸気行程と、作用媒体 の燃焼と膨張、作用移動、排気ガスの解放、シリンダの掃気を伴う、ピストンの 移動に適合した、第二の行程とから成っている。 ４行程エンジンの作用サイクルは次の通りである。すなわち、第一の行程−大 気又は燃空混合体の噴射による、シリンダ内への吸気と、第二の行程−空気を圧 縮して燃料を供給して、それを自然着火させ又は燃空混合体を圧縮し且つ強制的 に着火させることと、第三の行程−作用媒体の燃焼、膨張及び作用移動、第四の 行程−排気の大気中への解放（その残留エネルギを利用してターボ過給機を回転 させ又はこのエネルギを他の目的に使用し又はそのエネルギを全く利用しない） にて行われ、シリンダの掃気は第一の行程にて終了する。 ２行程エンジンの作動中、クランクの１回転する間に完全な作用サイクルが実 現される。４行程エンジンの作動中、この目的のため一定の形状及び明確な相互 の位置を有する制御部材を備える分配装置を使用することにより、クランク軸の 回転角度に従って吸気弁及び排気弁を開閉することで、クランク軸が２回転する 間に完全な作用サイクルが実現され、また、歯車比２：Ｓ（ここでＳはエンジン の行程数）を有する分配装置の回転駆動体を介してクランク軸により共に作動さ れる弁作動装置を使用して完全な作動サイクルが行われる。 エンジンの冷却は、冷却ジャケットのスペース内に冷却媒体を循環させること により、シリンダの壁及びヘッドから熱を除去し、その後、その熱を伝達し且つ ラジエータを介して大気中に放散させることにより行われる。 エンジンの冷却状態は、ファンを自動的に切り離すことにより、また、サーモ スタット／Ｒ．１、ｐ．１５１−１６５／の使用を通じて小さい循環パターンを 選択することにより、調節される（始動時、及び部分負荷にて作動する間にエン ジンの過冷却を防止するため）。 キャブレタエンジンは、キャブレタの前方又は後方の何れかに圧縮空気を供給 することにより過給される／Ｒ．１、ｐ．２８７；Ｒ．２、ｐ．１６９、図８５ ／。例えば、タービンノズルのダイヤフラム組立体を迂回し得るように排気の流 れ方向を偏向するといった、自動的な制御装置を使用することにより、過給圧力 がディーゼル及びキャブレタエンジンの色々な負荷にて調節される／Ｒ．１、ｐ ．２８９／。また、噴射された空気の冷却（装荷密度を増すため）は、その空気 をシリンダ内に供給する前に空気が熱交換器を通じて流れるようにすることによ り行われ、熱エネルギは大気中に放散される／Ｒ．５、ｐ．１６５−１７０／。 原型として選択したものは、ターボ過給機と、冷却液体の閉システムＣＭII− １７ＫＨ／１８ＫＨ／Ｒ．３、ｐ．４６、４７／とを備えるピストン型４シリン ダインラインディーゼルエンジンであり、その設計及び作用は、上述した従来例 と殆ど同様である。 該エンジンは、ライナーシリンダ及びピストンを有する本体と、該本体内に配 置されたクランク軸であって、該クランク軸が回転するとき、往復運動式の圧送 動作を為す接続ロッドを通じてピストンにヒンジ止めされたクランク軸と、吸気 及び排気通路が設けられたシリンダヘッドと、それぞれの通路に重なり合う、シ リンダヘッドに配置された吸気及び排気弁と、所要形状のカムを有するカム軸と 、タペットと、プッシュロッドと、本体内に及びシリンダヘッド内に配置された ロッカとを有する弁作動装置とからなる分配装置とを備え、該分配装置が、該ク ランク軸の回転角度に従って弁を開閉すべく１：２の歯車比の歯車型式の回転駆 動体を通じてクランク軸に接続され、これにより、第一の吸気行程にて大気をエ ンジンシリンダ内に導入し、第二の圧縮行程及び第三の作用移動行程にてその作 用スペースを密閉的に密封し、第四の行程にて、排気ガスを解放する。更に、該 エンジンは、本体内に及びシリンダの囲い物を備えたシリンダヘッドに設けられ て高圧にて密閉的に密封された冷却ジャケットと、枝管により相互に接続された 、冷却流体にて充填されたスペースを有するラジエータと、冷却液体を強制的に 循環させることを目的とする内蔵式ポンプと、本体に取り付けられたファンであ って、クランク軸からベルト駆動力が提供され、ラジエータ内の流体を冷却する ファンと、冷却状態を調節するためのサーモスタットとを備えている。更に、該 エンジンには、その本体に配置されたターボ過給機が設けられている。該ターボ 過給機は、排気ガスにより回転されると共に、空気を噴射する吸気弁に空気通路 により接続され、これにより、装荷分の圧力及び密度を増加させる。 かかるエンジンの作用は上述した通りである。 この構造の不利益な点は、エンジンの経済的な運転が極めて不十分であること 、また、不完全な作動サイクル（燃料の不完全燃焼、シリンダ内の多量の残留ガ ス、及びエンジンの熱効率が極めて低いこと）のため、排気ガス中の有毒物質の 量が増大することである。この不完全な作動サイクルは、一般的な事例において 、燃料を微細に蒸発させ、及び、燃空混合体の成分をより完全に混合させるべく 作動サイクル中に提供される条件及び時間が不足すること、膨張された作用媒体 の仕事量をより完全に利用すべく、また、シリンダから排ガスをより完全に除去 するための作動サイクル中の時間及びピストンの移動の不足すること、冷却媒体 を介して熱が顕著に失われ、また、燃料の燃焼中に生じた熱の合計53％に相当す る排気ガスが環境中に失われることによる／Ｒ．２、ｐ．１４７、表９／。 色々なエンジンの運転状態下にて、空気がシリンダ内に噴射されるときの圧力 を自動的に制御する機能を備えるターボ過給機を採用すれば、エンジンの経済的 な運転指標を実質的に改良し、過給されないエンジンと比較して大気中に放出さ れる有害な物質の量を減少させることになるが、このことは、エンジンの構造を 複雑にすることによってのみ実現され、また、冷却系統への熱の損失が依然とし て不変であり（23％）／Ｒ．２、ｐ．１４７、表９／、また、ターボ過給機中で ポンプがロスをするため、熱効率及び運転効率が顕著に増加することはない。エ ンジンシリンダ内のピストンの各作動行程にて膨張される作用媒体のエネルギを 不完全にしか利用しない結果、排ガスのエネルギを利用することが必要となる。 かかるエンジンの別の顕著な不利益な点は、それ自体の作用シリンダの圧送能 力を不合理的に使用する結果、構造がより複雑となり、その結果、ポンプ及び冷 却装置のファン、過給タービン及びコンプレッサのような追加的な圧送装置を設 置することになり、その圧送損失及びその駆動体における機械的損失が生じ、こ のことは、全体の効率を５乃至10％低下させることになる／Ｒ．２、ｐ．１８３ ／。 その駆動体を完備した追加的な圧送装置を設けること、冷却装置のラジエータ 、熱交換器、またある場合には、輸送車両の圧縮空気装置（例えば、ブレーキ駆 動体、色々な型式のアクチュエータの液圧空圧ブースタ、自動車内部の空調装置 、空圧懸架装置）に供給される圧縮空気を発生し且つ貯蔵するコンプレッサ装置 を設けることは、エンジンの製造コストを著しく増し、また、エンジンの重量、 全体の寸法及び運転コストを増し、また、エンジンの信頼性を低下させることに なる。 冬季の間、その始動後、エンジンの温度を運転温度まで上昇させるためには、 エンジンの部品及びその潤滑液のみならず、冷却媒体を温める必要性のため、燃 料エネルギを著しく消費し、また、長時間のアイドル運転（10分程度）が必要と なる。不安定な温度状態下でのエンジンの運転の結果、対の摩擦部品間の隙間の 程度、及び摩擦面の潤滑程度に関して定格状態と相違する状態にて連続的に運転 されてエンジン部品が急激に摩耗する結果、エンジンの有効寿命は短くなる。 発明の目的 本発明の１つの目的は、次の手段によりピストン型内燃機関の効率指標を向上 させることである。すなわち、その作用及び熱運動的サイクル（混合体のより入 念な形成）の改良を通じて、又、エンジンの掃気及び充填を改良し、各作用行程 にて膨張される有効媒体のエネルギをより完全に利用し、冷却媒体に伴う熱損失 を少なくし、また、作用シリンダの圧送能力を使用し、これにより、エンジンの 過給、暖機及び冷却といった補助的性質の仕事を可能にし、また、２つの追加的 な行程中に、サイクル内で圧縮空気を形成し且つ蓄積することを通じて、燃料消 費量を減少させることにより、その経済的な運転を改良し、大気中への有害物質 の放出量を減少させ、エンジンの構造を簡略化し且つこれに基づいてその全体的 な寸法を縮小し、エンジンの製造及び運転コストを削減し、エンジンの信頼性及 び有効寿命を向上させ、冬季におけるエンジンの始動を容易にすることを含むエ ンジンのメンテナンスの容易化することである。 発明の概要 概念的に、この問題点は、吸気行程の開始前に、シリンダを冷却し且つ過給す ることを目的とし、共通の分配装置により制御されるサイクル内装置がピストン 型内燃機関内に設けられ、独立的（外部）な冷却及び過給装置に代えて、冷却ジ ャケットを備え、該冷却ジャケットが空気又は燃空混合体で密閉的に密封され且 つ充填されるようにすることで解決される。 この装置は、各シリンダと冷却ジャケットとの間に１つ又は幾つかの追加的な 通路を備えている。該通路には、共通の分配装置と接続された弁が設けられてい る。 該弁は、追加的な制御部材により分配装置と接続することができ、クランク軸 から分配装置を回転させるための駆動の比はこれに応じて変化させることができ る。 サイクル内の冷却装置に対し、例えば、２つの追加的な通路（シリンダに対す る入口通路及び出口通路）が設けられるならば、過給噴射装置を入口通路に連続 的に接続することができる。噴射装置は、シリンダの入口にて直接、シリンダヘ ッド内に配置することができる。 エンジンは、弁を備えた空気管路を介してシリンダと冷却ジャケットとに接続 されたレシーバとを備えることができる。該弁は、エンジンの加速を改良し且つ その始動を容易にすべく吸気通路及び冷却ジャケット内に配置された圧力変換器 により自動的に制御される。 より具体的には、次のものを備える公知のエンジンに顕著な変更及び改変を具 体化することによりこの問題点が解決される、すなわち、本体内に配置され又は 該本体と接続されたシリンダブロック内に配置されたピストンを有する１つ又は 幾つかの作動シリンダと、本体内に配置され且つ接続ロッドによりピストンにヒ ンジ止めされたクランク軸とを備え、該ピストンがクランク軸が回転する間に、 シリンダ内で往復運動する圧送動作を行い、各シリンダ内に大気又は燃空混合体 を供給する吸気通路及び排ガスをシリンダから解放する排気通路を有する１つ又 は幾つかのシリンダヘッドと、例えばシリンダヘッド内に配置され、それぞれの 通路に設けられた吸気弁及び排気弁と、例えば、所要形状のカムを有する制御部 材を有するカム軸、及び、例えば、本体又はシリンダヘッド内に配置され且つ回 転駆動体によりクランク軸と接続された弁作動装置とを有する１つ又は幾つかの 分配装置であって、該弁作動装置が、例えば、プッシュロッドを有するタペット と、ロッカと、弁ばねとを備え、該回転駆動体が、例えば、歯車又はチェーン変 速機を備え、該弁が、クランク軸の回転角度に従って開閉され、これにより、第 一の作動サイクルの行程中、大気又は燃空混合体をシリンダ内に導入し、圧縮及 び作動行程中、シリンダの作用スペースを密閉的に密封し、圧縮が完了し且つガ スによる膨張行程を行った後、排気ガスをシリンダから解放することと、内部の 圧力が大気圧力を上廻るときに密閉的に密封されるエンジンの閉じた冷却ジャケ ットとを備え、該冷却ジャケットが本体又はブロック内及びシリンダの覆いを備 えたシリンダヘッド内に配置され、冷却媒体で充填される、すなわち、 エンジンには、各作動シリンダ当たり少なくとも１つの追加的な通路が設けら れ、該通路は、例えばシリンダヘッド内に配置され、このシリンダのスペースを 冷却ジャケットのスペースと連通させ、また、例えば、シリンダヘッド内に配置 された少なくとも１つの追加的な弁が設けられ、該弁がこの通路に重なり合い、 分配装置に接続され、エンジンが作動する過程において、噴射され、冷却ジャケ ット内で連続的に交換される冷却媒体を、第一の作動行程中、冷却ジャケットか らシリンダ内に受入れる。第一の追加的な作動行程中に大気から得た空気の一部 を、又は第二の追加的な行程中に、シリンダから冷却ジャケット内に、燃料を供 給せずに、又はその燃料又はその一部（混合体を形成する方法及び着火方法に依 存して）を同時に、圧力下にて供給し、この目的のため、分配装置には、少なく とも１つの追加的な制御部材及び１つの追加的な弁作動装置が設けられ、分配装 置をクランク軸から回転させる駆動体の歯車比が２：（Ｓ＋２）であり（この場 合、Ｓは元々の行程数）、冷却ジャケットは、本体又はシリンダの覆いを有する シリンダヘッド内に形成された１つ又は幾つかの閉塞チャンバを備え、該チャン バが高圧にて密閉的に密封され、該冷却ジャケットは、冷却媒体の能力で使用さ れる、主として高圧の、空気又は燃空混合体で予備的に充填される。 過給効率を増すため、エンジンには、シリンダ当たり少なくとも１つの噴射装 置が設けられている。該噴射装置は、入口と、ノズルを有する作用ガス通路と、 混合チャンバと、出口ディフューザとを備えており、これらは吸気通路と直列に 接続され、その作用可能なガス通路は追加的な通路を介して冷却ジャケットと接 続され、このため、第一の作用サイクルの行程中、吸気弁及び追加的な弁が開い たとき、吸気通路を経て供給された大気は、冷却ジャケットからノズルを介して 混合チャンバ内に流れる、圧縮し且つ加熱された冷却媒体のエネルギを犠牲にし て、温度、流量及び圧力が上昇してシリンダの作用スペース内に噴射される。 冷却媒体として機能する流れ及び冷却ジャケットで連続的に交換される圧縮し た空気又は圧縮された燃空混合体が順序通り移動するのを円滑にするため、冷却 ジャケットの内面及びシリンダスペースを冷却ジャケットのスペースと接続する 追加的な通路の内面は、接続渦流の形態を有し、また、連通する隣接チャンバは 、対向したら旋状の形状を有し、これにより、冷却ジャケット内に供給される冷 却体をシリンダの外面に対して接線方向に方向決めして移動させ、その作用スペ ース及び排気通路に隣接する最大の熱負荷にさらされる面を強制的に冷却する。 冷却ジャケットのスペースの体積は、次式に従ったエンジンの定格荷重及びそ の定格回転速度時に必要な過給圧力を実現する状態により、エンジンシリンダの 合計作用容積に相当する。 Ｖ_cj／Ｖ_c＝Ｋ（Ｐ_atm／Ｐ_s） ここで、Ｖ_cjは、冷却ジャケットの体積、 Ｖ_cは、エンジンの排気量、 Ｐ_atmは、大気圧、 Ｐ_sは、過給圧力、 Ｋは、液圧損失係数である。 エンジン負荷が急激に増大したときの追加的な量の燃料を燃焼させるため、ま た、発煙及び有害な酸化物が大気中に放出されることを伴う燃料の不完全燃焼を 防止し、また、エンジンの始動を容易にすると共に、エンジンの冷却状態を更に 制御することを可能にするために必要とされる追加的な量の空気を非慣性的に供 給するため、エンジンには、例えば、冷却ジャケットのスペースと平行に接続さ れた、高圧にて密閉的に密封されるチャンバを有するレシーバと、レシーバのス ペースをシリンダの作業スペースと連通させる、例えば、空圧制御式の自動圧力 逃がし弁のような圧力弁を受け入れる圧力経路と、レシーバのスペースを冷却ジ ャケットのスペースと連通させ、例えば、空圧制御の自動圧力逃がし弁のような 排気弁を受け入れる排気経路を備え、冷却ジャケットを予備的に充填し、作動シ リンダからの圧縮空気をレシーバ内に供給し、圧縮空気がレシーバ内に蓄積した 後、圧縮空気をレシーバから冷却ジャケット内に放出し、過給圧力を上昇させ、 また、それぞれの弁に与えられる命令により、また、それぞれのスペース内の過 剰圧力にてエンジンの冷却程度を同時に増加させる。 発明の開示 図１は、閉冷却装置を備えるピストン型インライン４シリンダ６行程（４＋２ ）内燃機関の一例としての構造の断面図及び図２はその平面図である。 図３は、過給噴射装置を備えるエンジンの一例としての構造を示す図である。 図４は、作用且つ冷却媒体の移動方向を示す一例としての空圧装置の図である 。 図５は、シリンダの設定した作動順序１−４−３−２となるクランクピンの相 互の配置状態を示す図である。 エンジンは、ライナーシリンダ２を有する本体１と、ピストン３と、クランク 軸４と、接続ロッド５と、吸気通路７（図２、図３、図４）及び排気通路８を有 するシリンダヘッド６と、吸気弁９（図３、図４）及び排気弁１０（図１、図４ ）と、２つのカム軸１１、１２（図１）と、タペット１３と、プッシュロッド１ ４と、ロッカ１５及び弁ばね１６とを有する１６の弁作動装置と、歯車比２：（ ４＋２）にてクランク軸の歯車１８と接続されたカム軸の回転駆動装置の２つの 歯付きホイール１７と、高圧にて密閉的に密封され且つシリンダのスリーブを取 り囲む、全てのシリンダに共通する閉じた冷却ジャケット１９であって、主とし て高圧にて、混合体の形成及び着火方法に依存して、空気又は燃空混合体が充填 され、そして、追加的な冷却通路２１（図１、図４）及び追加的な過給通路２２ （図３、図４）によってシリンダの作用スペース２０と接続され、それぞれの通 路に追加的な弁２３（図１、図４）、２４（図３、図４）が配置される冷却ジャ ケットとを備え、該弁が弁の作動装置によりカム軸１１（図１）に接続される。 さらに、作用可能なガス通路２６と、混合チャンバ２７と、その入口２９により 吸気通路７と直列に接続されたディフューザ２８とを有する過給噴射装置２５（ 図３、図４）であって、その作用可能なガス通路２６が追加的な過給通路２２を 介して冷却ジャケットに連通する、過給噴射装置２５と、制御された自動圧力弁 ３３及び制御された自動排出弁３４を備えた圧力経路３１及び排気経路３２を有 するレシーバ３０であって、冷却ジャケットのスペースと並列に接続されたレシ ーバとを備えている。 このエンジンは次のように作動する。 作用サイクルの第一の行程時、ピストン３がＴＤＣから下方に移動し、吸気弁 ９及び追加的な弁２４（図３、図４）が開くと、シリンダには、吸気通路７を通 っての大気の装荷分、及び過給通路２２を経て冷却ジャケットから供給された冷 却媒体（空気又は燃空混合体）の装荷分が充填される。該過給通路は、噴射装置 ２５の混合チャンバ２７と連通している。その結果、圧縮され且つ加熱された冷 却媒体は、噴射装置内で膨張作用を果たす一方、そのエネルギの一部を大気中に 放出し、これにより、その圧力及びその流量を増し、また熱交換を行い、このこ とは、装荷分全体の安定的な温度及び密度を保つことを促進し、従って、シリン ダを完全な充填状態に保つことになる。噴射装置のディフューザ２８において、 装荷分全体の流れは、その圧力のある程度の上昇を伴い、遅れを生じる。 第二の行程において、弁が閉じられたとき、ピストンはＢＤＣから上方に移動 し、シリンダの作用スペース内の空気又は燃空混合体が圧縮され、その行程の終 了時、霧化した燃料がシリンダ内に供給されて自己着火し（ディーゼルエンジン の場合）又は従来例同様に、燃料の主要部分が噴射され且つ混合体を強制的に着 火する（キャブレタエンジンの場合）。 第三の行程において、弁が閉じられたとき、燃料は燃焼し、作用媒体は膨張し 、ピストンは下方へ作用移動する。この場合、ピストンのその直径に比しての移 動量（Ｓ／Ｄ）が増大し、作用媒体はより一層膨張し、その後、従来の場合と比 較して、排気弁がより遅く開放するため、膨張する作用媒体のエネルギがより完 全に利用され、その温度及びシリンダの出口圧力がより顕著に降下し、従って、 排気ガスと共に大気中に失われるエネルギ量は少なくなる。 第四の行程の開始時、ピストンがＢＤＣを通過すると、排気弁１０（図１、図 ４）が開放し、排ガスはピストンによりシリンダから排気通路８内に、従来の場 合のように、ガスの残留圧力を使用して排気に対する抵抗に打ち勝って排出され る。 第一の追加的な行程において、ピストンがＴＤＣから下方に移動すると、シリ ンダが最初に、その行程の開始時における排気弁及び吸気弁の作動のある程度の 重なり合いにより掃気され、次に、吸気弁９のみが開放したとき、従来の場合の 第一の行程のときのように、大気は吸気通路７を介してシリンダ内に吸引され（ 図３、図４）、又は掃気が行われず又は掃気が短時間継続する状態にて大気が吸 引され、不完全燃焼生成物をその後の行程で再循環させ得るようにする。大気か らの冷却媒体の新たな部分の吸引に伴って、その内面が大気で吹き払われるシリ ンダの一次的冷却が行われる。この行程において、例えば、燃空混合体を準備的 に形成するといったことが可能となる。 第二の追加的な行程において、追加的な弁２３（図１、図４）が開放したとき 、ピストンは上方に動き、これにより、追加的な通路２１を介して冷却ジャケッ ト内へ、ある程度の過剰圧力にて空気を噴射し、又は、例えば、空気をある程度 の過剰圧力にて噴射し且つこれと同時に燃料のある一定の量の部分を供給し、よ り均質な混合体を予め形成し、又はそれ以前の行程にて形成された混合体を連続 的に均質化する。この場合、一方で、混合体をより完全に形成し、また、シリン ダをより適正に掃気する機会が得られる。反応しなかった残りの燃料、また、炭 素の酸化が不完全なガス及び窒素を冷却ジャケット内に供給し、その後、繰り返 される燃焼過程にてより完全に利用し、生態学的に有害な物質の大気への放出分 をそれぞれ減少させると共に、他方、シリンダ壁及びそのヘッドは更に冷却され 、冷却媒体の流れ方向はシリンダの外面に対して接線方向となり、最大の熱負荷 にさらされるエンジン部品の表面を冷却媒体の新たな部分により強制的に吹き付 ける。 冷却ジャケット内の冷却媒体の定められた一方向への動きは、追加的な冷却通 路及びシリンダライナーを取り囲む連通チャンバのそれぞれのら旋形の形状、及 び接続部の渦型の形態により促進される。 クランク軸が３回転（１０８０°）する間に、エンジンシリンダの完全な作用 サイクルが行われる。クランクピンを図５に図示した線図に従って相互に配置し た、４シリンダエンジンのシリンダの概ねの作動順序は、所定の順序１−４−３ −２に対応する。エンジンの作動行程は、クランク軸の270°の回転角度毎に、 均一に交互に行われ、このことは、その釣り合い作用を促進する／Ｒ．８、ｐ． ２６６／。 エンジンが各シリンダ毎に１つの追加的な通路と、該通路に重なり合う１つの 追加的な弁とを備えるならば、この通路内にて空気又は燃空混合体を色々な方向 に流動させることにより過給及び冷却が行われる。一つの方向―エンジンを冷却 する場合、追加的な弁を６番目の行程にて開放し、反対方向―新たな装荷分をシ リンダに充填する場合、第一の行程の終了時、この弁を閉じ、これと同時に、又 はその弁が閉じる多少前に吸気弁を閉じ、これにより、空気が吸気通路内に逆流 するのを防止する。このように、各サイクル中、追加的な弁が一回開放して冷却 と過給が行われ、冷却媒体が冷却ジャケットから迅速に戻るとき、その質量の慣 性に起因して生じる冷却媒体の滞留は、その流れの動きが渦型に形成されること 、及び温度上昇に伴うエネルギ損失が最小状態にて、圧縮に使用されたエネルギ が戻ることを可能にする弾性であることのため、克服される。このエネルギは、 噴射装置内でガスが膨張する仕事の形態にて更に部分的に戻される。 エンジンが各シリンダに対し２つの追加的な重なり合う通路、冷却通路と、噴 射装置が設けられていない過給通路とを備える場合、作用サイクルの第一の行程 中、大気は吸気通路７（図４）を介してシリンダ内に流動し、冷却媒体は、過給 通路２２を介して冷却ジャケットから独立的に流動する。 大気が吸気通路内で逆流するのを防止するため、追加的な弁２４は、吸気弁９ の開放に対して一定の遅れを伴って開放し且つある進みをもって閉じる。 エンジンが冷却ジャケット内の過剰な圧力を伴わずに始動されたとき、最初に 、冷却ジャケットは、供給弁３４への命令により、平行に接続されたレシーバ３ ０からの圧縮空気で充填され、レシーバ内に過剰な圧力が存在しないならば、エ ンジンは始動し且つ過給を伴わずに作動し始める。この場合、第一の行程におい て各シリンダを充填するために冷却ジャケットから消費される量を上廻る量にて 、第二の追加的な行程中、冷却ジャケット内に供給される空気又は燃空混合体の ため、冷却ジャケット内の圧力は上昇する（例えば、低エンジン負荷の場合、ま た、シリンダが大気からの空気により同時に充填されるため）。レシーバの圧縮 空気による充填（燃空混合体を形成せずに）は、冷却チャンバ内の冷却媒体の圧 力が所定の負荷状態に対して必要とされる値に達した後、圧力弁３３への命令に より圧力経路３１を介して行われる。 レシーバ内への圧縮空気の蓄積は、一方で、冷却ジャケット内で冷却媒体が滞 留することを防止し、従って、部分負荷にてエンジンが過熱する危険性を防止し 、他方にて、排出弁３４への命令により、排出経路３２を介して冷却ジャケット 内へレシーバから放出させることにより、エンジンを始動させ且つエンジン負荷 を急激に増加させたとき、利用可能であるように、圧縮空気を貯えることを可能 にする。これと同時に、過給圧力が上昇し、追加的な燃料の量を燃焼させるため の追加的な空気量を非慣性的に供給することを達成し、動力を急激に増加させ、 また、例えば、車の圧縮空気装置内にて必要とされる圧力を保つと共に、燃料の 不完全燃焼を防止する。 シリンダ内の作動サイクルがクランク軸の１０８０°の回転角度毎に繰り返さ れ、６行程のうち３つの工程で冷却が行われるため、エンジンの温度状態は従来 のものと比較して緩和される。このように、色々な運転状態下にてエンジン温度 が安定化する可能性が促進され、また、過剰の熱を大気中に放散することなくエ ンジンを冷却することが可能となる。冷却媒体が過剰な圧力（過剰な密度及び熱 容量）にて冷却ジャケット内に保持され、また、連続的に交換されることに留意 すれば、直接流動冷却装置を備えるエンジンの場合と同様に、ループ潤滑装置を 備える従来の場合のように、最初の温度まで冷却することを必要とせずに、より 少ない熱容量の冷却媒体を利用することが可能となる。 エンジンは圧縮により加熱された空気により冷却され、過給用に供給された媒 体は、同様に冷却ジャケット内で加熱されるため、低温のエンジンの始動及びそ の運転温度への迅速な加熱が促進され、燃料の燃焼状態が改善される。加熱に起 因する装荷密度のある程度の減少、又はそれに伴うシリンダの充填状態が劣化す る可能性は、ブレード付きコンプレッサ内で生じる圧力と比較して、エンジンシ リンダが作動する間に容易に実現される、過給圧力が上昇することによって補償 される。また、この補償は、燃料（又は、水を含む燃料）が蒸発するとき、及び 、例えば、副燃焼室タイプの着火と一致して燃料の点火が早めて開始されるとき 、冷却ジャケット内で実現される発熱蒸発過程の結果として装荷温度が低下する ことにより可能となる。更に、予備的に圧縮し且つ予熱された冷却媒体のエネル ギを犠牲にして、シリンダ内に大気を噴射するためジェットポンプをエンジン構 造内に採用することは、その過剰な熱エネルギを吸気通路内で大気の流れの運動 エネルギに変換し、また、その圧力を上昇させ、更に、この空気流との熱交換を 可能にし、これにより、従来のものと比較して、エンジンシリンダの充填効率を 低下させることなく、色々なエンジンの運転負荷及びその色々な回転速度にて許 容可能で且つ安定的な温度及び装荷の密度を保つことを可能にする。 過給圧力及び冷却媒体の密度の増加に起因する冷却程度の増加を含む、エンジ ンの回転速度の増加に伴って単位時間当たりのシリンダ及び冷却ジャケットを通 る冷却媒体の質量が増大することによる冷却の程度の自動的増大は、負荷が増加 し且つより多量の燃料（燃料の豊富化）のそれぞれの燃焼時に上方範囲にてエン ジンの加熱を制限することになり、このことは、また、エンジンの安定的な運転 温度を保つのに役立つ。 シリンダを完全に換気し且つエンジンを冷却し且つ過給するために、２つの追 加的な行程時に、エンジンを作動させるエンジン構造を採用することにより、ま た、シリンダ内で燃焼させることを目的とされ、圧縮中及び冷却ジャケットを通 る間に連続的に交換され、熱せられる空気又は燃空混合体の、冷却媒体の能力で の利用により、冷却媒体を介する大気中への熱損失は解消され、燃空混合体の形 成状態（シリンダの作用スペースを越えて形成することを含む）が改善され、燃 料の燃焼状態及び排ガスの再循環状態が改善され、大気中への有害な物質の放出 が減少し、エンジンの熱効率が向上し、また、従来のものと比較して、燃料の消 費量が低下することになる。 このように、冷却媒体中に放出された熱は、冷却媒体のエネルギを増加させる ために更に使用され、従来の場合のように、大気中に放散されることはないので 、本発明によるエンジン構造の作動サイクルは、熱交換条件に関して、作用媒体 が膨張する過程中、環境と熱交換されないことを特徴とする、断熱膨張エンジン の理想的な作動サイクルに近いものとなる／Ｒ．２、ｐ．１５０／。 ２つの追加的な行程にて作動シリンダのポンプ作動の結果発生された圧縮空気 を、エンジンの過給、換気及び冷却のために利用する、また、この空気をレシー バ内に蓄積するために利用する可能性は、それ自身の駆動装置を備える二重の圧 送装置を使用することを不要にし、これにより、エンジンの機械的効率を増加さ せ、パワーの取り出しのため（必要であるならば）の、クランク軸の前金具を省 略し、動力装置の製造、保守及び運転のコストを実質的に削減することになる。 ２行程だけエンジンの作用サイクルが増すため、従来の場合と比べて、動力対 容積比が相対的に小さくなることは、部分的に、不合理的な損失を軽減し、また エンジンの全効率をそれぞれ増加させることにより補償される一方、この減少の 他の部分は、本発明によるエンジン構造にて容易に実現され且つエンジンの出力 を実質的に増大させる空気又は燃空混合体のある一定量の増加により補償するこ とができる。 ４行程（２＋２）エンジンでの作動過程は同様であり、ピストンは更に２回の 移動行程を備え、従って、２つの追加的な冷却及び過給行程が行われる。このエ ンジンの全作動サイクルは、クランク軸が２回転するときに行われ、分配装置の 歯車比は１：２となる。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 スと接続されたブーストレシーバが設けられ、該レシー バはその内部に取り付けられた被制御弁を有し、エンジ ン負荷が急激に変化したとき、過給圧力を非慣性的に増 加させると共に、圧縮空気をレシーバから冷却ジャケッ ト内に供給することによりエンジンの始動を容易にす る。燃料の消費量は、従来のエンジンと比較して約30％ だけ減少する。独立項１ 、従属項４、図面５、参考文 献１８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．本体を備える内燃機関であって、本体内に配置され又は該本体と接続され たシリンダブロック内に配置されたピストンを有する１つ又は幾つかの作動シリ ンダと、本体内に配置され且つ接続ロッドによりピストンにヒンジ止めされたク ランク軸とを備え、該ピストンが、クランク軸が回転する間に、シリンダ内で往 復運動する圧送動作を行い、各シリンダ内に大気又は燃空混合体を供給する吸気 通路及び排ガスをシリンダから解放する排気通路を有する１つ又は幾つかのシリ ンダヘッドと、それぞれの通路に重なり合った、例えば、シリンダヘッド内に配 置された吸気弁及び排気弁と、例えば、所要形状のカムを有する制御部材を有す るカム軸、及び、例えば、本体又はシリンダヘッド内に配置され且つ回転駆動体 によりクランク軸と接続された弁作動装置を有する１つ又は幾つかの分配装置を 備え、該弁作動装置が、例えば、プッシュロッドを有するタペットと、ロッカと 、弁ばねとを備え、該回転駆動体が、例えば、歯車又はチェーン変速機を備え、 該弁が、クランク軸の回転角度に従って開閉され、これにより、第一の作動サイ クルの行程中、大気空気又は燃空混合体をシリンダ内に導入し、圧縮及び作動行 程中、シリンダの作用スペースを密閉的に密封し、圧縮が完了し且つガスによる 膨張行程を行った後、排気をシリンダから解放し、内部の圧力が外気圧力を上廻 るときに密閉的に密封されるエンジンの閉じた冷却ジャケットとを備え、該冷却 ジャケットが本体又はブロック内及びシリンダの覆いを備えたシリンダヘッド内 に配置され、冷却媒体で充填される、内燃機関において、 エンジンには、各作動シリンダ当たり少なくとも１つの追加的な通路が設けら れ、該通路は、例えば、このシリンダのヘッド内に配置され、このシリンダのス ペースを冷却ジャケットのスペースと連通させ、また、例えば、シリンダヘッド 内に配置された少なくとも１つの追加的な弁が設けられ、該弁がこの通路に重な り合い、分配装置に接続され、エンジンが作動する過程において、過給され、冷 却ジャケット内で連続的に交換されている冷却媒体を、作動サイクルの第一の作 動行程中に、冷却ジャケットからシリンダ内に受入れ、第一の追加的な行程中に 予備的に外気から得た空気の一部を、第二の追加的な行程中に、燃料を供給せず に、又はその燃料又はその一部を同時に供給して、この作動シリンダの圧送動作 を通じて圧力下にて冷却ジャケット内に供給し、この目的のため、分配装置には 、少なくとも１つの追加的な制御部材及び１つの追加的な弁作動装置が設けられ 、分配装置をクランク軸から回転させる駆動体の歯車比が２：（Ｓ＋２）であり （この場合、Ｓは元々の行程数（作動サイクル内にてピストンが２回行程する数 ））、冷却ジャケットが、例えば、本体、又はブロック及びシリンダの覆いを有 するシリンダヘッド内に形成された１つ又は幾つかの閉塞チャンバを備え、該チ ャンバが高圧にて密閉的に密封され、該冷却ジャケットが、冷却媒体の能力で使 用される主として高圧にて、空気又は燃空混合体で予備的に充填されることを特 徴とする、内燃機関。 ２．請求項１に記載のエンジンにおいて、作動シリンダ当たり少なくとも１つ の噴射装置が設けられ、入口と、ノズルを有する作用ガス通路と、混合チャンバ と、出口ディフューザとを備え、これらは吸気通路と直列に接続され、その作用 可能なガス通路が、追加的な通路を介して冷却ジャケットと連通し、このため、 作動サイクルの第一の作用サイクルの行程中、吸気弁及び追加的な弁が開いたと き、吸気通路を経て供給された大気空気が、追加的な通路を経て冷却ジャケット から動き且つノズルを介して混合チャンバ内に入る圧縮し且つ加熱された冷却媒 体のエネルギを犠牲にして、空気圧力、流量及び温度が上昇して該シリンダ内に 噴射されることを特徴とする、エンジン。 ３．請求項１に記載のエンジンにおいて、その冷却ジャケットが追加的な通路 の形態と共に、１つ又は幾つかの閉じた渦型スペースを形成する形態を有し、該 スペースが、それぞれのら旋状の形状を有し且つ高圧にて密閉的に密封され、ま た、連通する隣接チャンバが、対向したら旋状の形状を有し、これにより、冷却 ジャケット内に噴射される冷却体を作動シリンダの外面に対して接線方向に移動 させ、シリンダの作用スペース及び排気通路に隣接し且つ最大の熱負荷にさらさ れるシリンダ及びそのヘッドの面を強制的に吹き払うことを特徴とする、エンジ ン。 ４．請求項１に記載のエンジンにおいて、冷却ジャケットのスペースの体積が 、次式に従ったエンジンの定格荷重及びその定格回転速度時に必要な過給圧力を 実現する状態により、エンジンシリンダの合計作用容積に相当することを特徴と する、エンジン。 Ｖ_cj／Ｖ_c＝Ｋ（Ｐ_atm／Ｐ_s） ここで、Ｖ_cjは、冷却ジャケットの体積、 Ｖ_cは、エンジンの排気量、 Ｐ_atmは、大気圧、 Ｐ_sは、過給圧力、 Ｋは、液圧損失係数である。 ５．請求項１に記載のエンジンにおいて、 例えば、冷却ジャケットと平行に接続された圧縮空気のレシーバが設けられ、該 レシーバが、高圧にて密閉的に密封されるチャンバと、レシーバの作用スペース をシリンダのスペースと連通させる圧力経路と、レシーバのスペースを冷却ジャ ケットのスペースと連通させる排出経路とを備え、従って、前記通路が、例えば 、制御された自動逃がし弁のような、圧力弁及び排出弁を受け入れ、該弁が、冷 却ジャケットを予備的に充填し後、圧縮空気を作動シリンダからレシーバ内に供 給し、圧力制御された自動逃がし弁への制御命令によりレシーバ内に圧縮空気が 蓄積し、冷却ジャケット内の冷却媒体の圧力及び流量を更に制御し、従って、エ ンジンを始動させるとき、且つ排出量が制御された自動逃がし弁に供給される命 令によりその負荷が急激に増加するとき、それぞれのスペース内の過剰圧力にて 圧縮空気をレシーバから冷却ジャケット内に流すことにより、過給圧力及び冷却 の程度を制御することを特徴とする、エンジン。