JP2002021568A

JP2002021568A - 内燃機関

Info

Publication number: JP2002021568A
Application number: JP2000209658A
Authority: JP
Inventors: Hachiro Hattori; 八朗服部
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-07-11
Filing date: 2000-07-11
Publication date: 2002-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のディーゼルエンジンは、空気を圧縮し
て軽油の自己着火温度にしていたため、高圧縮が要求さ
れていた。この高圧縮のためにエネルギー消費が多く、
エンジンの出力低下を招く等の不具合があった。そこ
で、低圧縮が可能なディーゼルエンジンを提供する。【解決手段】第１シリンダ３内の下死点部と、第２シ
リンダ４内の下死点部とを連通手段２６で連通し、第１
気筒１の爆発行程時に、第１シリンダ３内で発生した高
温の燃焼ガスを連通手段２６を介して第２シリンダ４内
に供給するとともに、第２気筒２の爆発行程時に、第２
シリンダ４内で発生した高温の燃焼ガスを連通手段２６
を介して第１シリンダ３内に供給する。すると、吸入行
程を行っているシリンダ内の温度は、高温の燃焼ガスの
供給によって、軽油の自己発火温度の６８０℃よりも高
い約１０００℃に達し、気圧も約１ａｔｍに上昇する。
この時すでに圧縮空気は軽油の自己発火温度よりも高い
ため、圧縮比を従来よりも低い値に設定でき、高性能な
ディーゼルエンジンを得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料を直接シリン
ダ内に噴射する直噴式の内燃機関に関するものであり、
ディーゼルエンジン等に用いるのに好適な技術である。

【０００２】

【従来の技術】直噴式の内燃機関の一例として、ディー
ゼルエンジンを用いて従来の技術を説明する。ディーゼ
ルエンジンは、常温空気を約２０：１の割合で圧縮し、
加熱された圧縮空気に燃料を噴射して自己発火させ、爆
発（燃焼）させている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のディー
ゼルエンジンは、次の不具合を有していた。１）空気を高圧縮する必要があるため、高圧縮のための
エネルギー消費によってエンジンの出力低下を招く不具
合があった。２）高圧縮に耐えうるエンジン構造が必要になるため、
エンジンの重量が重くなってしまう。また、高圧縮を維
持するために、フライホイールの重量が重くなり、これ
によってもエンジン重量が重くなってしまう。３）高圧縮を得るために、ピストンのストローク距離が
長くなるため、エンジンの高速回転化が困難であった。
また、これがエンジン排気量当たりの出力（馬力）低下
の要因になっていた。４）高圧縮であっても、圧縮空気の温度は、燃料の自己
発火温度（軽油の場合は６８０℃）を少し上回る程度で
あった。このため、加速時や登坂走行時など、多量の燃
料がシリンダ内に噴射された場合では、燃料噴射付近は
噴射された多量の燃料に熱を奪われてしまい、圧縮空気
の温度が下がって不完全燃焼をおこし、黒煙噴出の要因
になっていた。

【０００４】本発明の目的は、上記の不具合を解決する
ことのできる内燃機関を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】〔請求項１の手段〕内燃
機関は、燃焼用空気の吸入行程、圧縮行程、燃料噴射に
伴う爆発行程、排気行程を行う燃料筒内直接噴射式の第
１気筒と、この第１気筒が爆発行程を行う際に、吸入行
程を行う燃料筒内直接噴射式の第２気筒とを具備し、前
記第１気筒の第１シリンダの下死点部と、前記第２気筒
の第２シリンダの下死点部とを連通手段によって連通
し、前記第１気筒の爆発行程時に、前記第１シリンダ内
で発生した燃焼ガスの一部を前記第２シリンダ内に供給
するとともに、前記第２気筒の爆発行程時に、前記第２
シリンダ内で発生した燃焼ガスの一部を前記第１シリン
ダ内に供給するように設けられたことを特徴とする。

【０００６】なお、この請求項１にかかる内燃機関は、
第１気筒と第２気筒を具備するものであればよく、第１
気筒と第２気筒による２気筒エンジンはもちろん、第１
気筒と第２気筒を１ペアとした２ペア（４気筒）エンジ
ン、３ペア（６気筒）エンジン、４ペア（８気筒）エン
ジンなど、多気筒エンジンに適用可能なことはいうまで
もない。

【０００７】〔請求項２の手段〕請求項１の内燃機関に
おいて、前記第１シリンダおよび前記第２シリンダは隣
接して設けられるものであり、前記連通手段は、前記第
１シリンダおよび前記第２シリンダを形成するシリンダ
ブロックに設けられた貫通穴であることを特徴とする。

【０００８】〔請求項３の手段〕請求項２の内燃機関に
おいて、前記連通手段は、前記第１シリンダの下死点部
と前記第２シリンダの下死点部を連通するバイパス管で
あることを特徴とする。

【０００９】

【発明の作用】〔請求項１〜３の作用〕第１気筒の爆発
行程時は、第１シリンダ内で発生した高温の燃焼ガスの
一部が、連通手段を通って第２シリンダ内に供給され
る。これによって、第２気筒の吸入行程時は、第２シリ
ンダ内に空気と高温の燃焼ガスとが供給される。このた
め、第２気筒では、続く圧縮行程時において、空気と高
温の燃焼ガスとを圧縮することになるため、従来よりも
低い圧縮比であっても、圧縮空気の温度が燃料の自己発
火温度より高まる。

【００１０】第２気筒の爆発行程時は、第２シリンダ内
で発生した高温の燃焼ガスの一部が、連通手段を通って
第１シリンダ内に供給される。これによって、第１気筒
の吸入行程時は、第１シリンダ内に空気と高温の燃焼ガ
スとが供給される。このため、第１気筒では、続く圧縮
行程時において、空気と高温の燃焼ガスとを圧縮するこ
とになるため、従来よりも低い圧縮比であっても、圧縮
空気の温度が燃料の自己発火温度より高まる。

【００１１】

【発明の効果】〔請求項１〜３の効果〕上述したよう
に、従来よりも低い圧縮比であっても、圧縮空気の温度
が燃料の自己発火温度より高まる。このため、本発明の
内燃機関は、次の効果を奏する。ａ）圧縮比を下げるこ
とができるため、圧縮に要するエネルギー消費を従来よ
りも抑えることができ、エンジン出力を上昇させること
ができる。ｂ）従来よりも低い圧縮比で済むため、エン
ジン部品に要求される強度を下げることができる。この
結果、エンジン重量を軽減できるとともに、エンジンコ
ストを下げることができる。また、高圧縮を維持する必
要がなくなるため、フライホイールを軽量化でき、エン
ジンレスポンスを向上できるとともに、エンジン重量を
軽減できる。ｃ）圧縮を下げることができるため、ピス
トンのストローク距離を短くできる。これによって、エ
ンジンの高速回転化が可能になり、エンジン排気量当た
りの出力（馬力）を上げることができる。ｄ）従来より
も低圧縮比であっても、圧縮空気の温度を燃料の自己発
火温度より高めに設定することができる。このため、加
速時や登坂走行時など、多量の燃料がシリンダ内に噴射
された場合であっても、圧縮空気の温度が多量に噴射さ
れた燃料によって低下して、不完全燃焼を起こす不具合
を回避でき、排気ガスをクリーン化できる。一方、例え
ば既存の圧縮比の内燃機関に連通手段を設けた構造で
は、空気の吸入行程時に高温高圧の燃焼ガスが流入する
ため、圧縮比が上昇する。これによって、爆発時に大き
な爆発エネルギーを得ることができ、エンジンの出力を
上げることができる。

【００１２】〔請求項２の効果〕シリンダブロックに貫
通穴を設けるというシンプルな構成を採用することで、
上記の効果を備えた内燃機関を得ることができる。

【００１３】〔請求項３の効果〕連通手段をバイパス管
としたことにより、多気筒エンジンやＶ型エンジンな
ど、広い形式の内燃機関に本発明を搭載することができ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、実施例と
変形例を用いて説明する。（実施例）図１は本発明が適用された２気筒の直噴型４
サイクルのディーゼルエンジンの概略断面図を示すもの
である。

【００１５】このディーゼルエンジンは、燃焼用空気の
吸入行程、圧縮行程、燃料噴射に伴う爆発行程、排気行
程を行う第１気筒１と、この第１気筒１が爆発行程を行
う際に、吸入行程を行う第２気筒２とを具備する。具体
的に説明すると、このディーゼルエンジンは、第１シリ
ンダ３および第２シリンダ４を形成するシリンダブロッ
ク５と、そのシリンダブロック５に締結されたシリンダ
ヘッド６とを具備する。

【００１６】第１シリンダ３内には、第１ピストン７が
往復可能に配置されており、この第１ピストン７は、第
１ピストンピン８と、第１クランクロッド９を介してク
ランクシャフト１０に連結されている。第２シリンダ４
内には、第２ピストン１１が往復可能に配置されてお
り、この第２ピストン１１は、第２ピストンピン１２
と、第２クランクロッド１３を介してクランクシャフト
１０に連結されている。

【００１７】シリンダヘッド６は、第１シリンダ３およ
び第２シリンダ４を覆うものであり、第１シリンダ３内
において上昇した第１ピストン７との間に第１燃焼室１
４を形成するとともに、第２シリンダ４内において上昇
した第２ピストン１１との間に第２燃焼室１５を形成す
るものである。シリンダヘッド６には、第１シリンダ３
内に燃焼用の空気を供給する第１吸気ポート１６、第２
シリンダ４内に燃焼用の空気を供給する第２吸気ポート
１７が形成されるとともに、第１シリンダ３内で発生し
た燃焼ガス（排気ガス）を外部に排出するための第１排
気ポート１８、第２シリンダ４内で発生した燃焼ガスを
外部に排出するための第２排気ポート１９が形成されて
いる。

【００１８】シリンダヘッド６には、第１ピストン７が
吸入行程を行う際に第１吸気ポート１６を開く第１吸気
バルブ２０、第２ピストン１１が吸入行程を行う際に第
２吸気ポート１７を開く第２吸気バルブ２１が装着され
ているとともに、第１ピストン７が排気行程を行う際に
第１排気ポート１８を開く第１排気バルブ２２、第２ピ
ストン１１が排気行程を行う際に第２排気ポート１９を
開く第２排気バルブ２３が装着されている。シリンダヘ
ッド６には、第１ピストン７が圧縮行程を行って上死点
に達する際に、第１燃焼室１４内に霧状の燃料（この実
施例では軽油）を噴射する第１燃料噴射弁２４が装着さ
れるとともに、第２ピストン１１が圧縮行程を行って上
死点に達する際に、第２燃焼室１５内に霧状の軽油を噴
射する第２燃料噴射弁２５が装着されている。

【００１９】ここで、ディーゼルエンジンには、第１シ
リンダ３内の下死点部（下死点に達した第１ピストン７
より上）と、第２シリンダ４内の下死点部（下死点に達
した第２ピストン１１より上）とを連通する連通手段２
６が１箇所以上設けられている。この実施例に示す連通
手段２６は、図に示すように、シリンダブロック５に設
けられた貫通穴である。このように設けることにより、
第１気筒１の爆発行程時には、第１ピストン７が下降し
た際に、第１シリンダ３内で発生した高温の燃焼ガスが
連通手段２６を介して第２シリンダ４内に供給されると
ともに、第２気筒２の爆発行程時には、第２ピストン１
１が下降した際に、第２シリンダ４内で発生した高温の
燃焼ガスが連通手段２６を介して第１シリンダ３内に供
給される。

【００２０】（実施例の作動）第１気筒１の爆発行程
時、第１ピストン７が下降した状態では、連通手段２６
を介して第１シリンダ３内と第２シリンダ４内が連通さ
れる。この時、第１シリンダ３内には、高温の燃焼ガス
が約３ａｔｍで存在する。一方、第２シリンダ４内は、
第２ピストン１１も下降しており、吸気によって約０．
５ａｔｍの負圧となっている。このため、第１シリンダ
３内で発生した高温の燃焼ガスが、連通手段２６を介し
て第２シリンダ４内に供給される。すると、第２ピスト
ン１１が下降した状態において、第２シリンダ４内の温
度は軽油の自己発火温度の６８０℃よりも高い約１００
０℃に達し、気圧も約１ａｔｍに上昇する。第２気筒２
では、その後、第２ピストン１１が上昇して燃焼ガスが
混入した高温の空気を圧縮する。この時すでに圧縮空気
は軽油の自己発火温度よりも高いため、圧縮比は従来よ
りも低い約１４：１に設定されている。そして、第２ピ
ストン１１によって空気が圧縮されて、第２燃料噴射弁
２５から第２燃焼室１５内に軽油が噴霧されると、軽油
は直ちにガス化するとともに、着火、爆発する。

【００２１】同様に、第２気筒２の爆発行程時の作動つ
いて説明する。この第２気筒２の爆発行程時、第２ピス
トン１１が下降した状態（図１の状態）では、連通手段
２６を介して第１シリンダ３内と第２シリンダ４内が連
通される。この時、第２シリンダ４内には、高温の燃焼
ガスが約３ａｔｍで存在する。一方、第１シリンダ３内
は、第１ピストン７も下降しており、吸気によって約
０．５ａｔｍの負圧となっている。このため、第２シリ
ンダ４内で発生した高温の燃焼ガスが、連通手段２６を
介して第１シリンダ３内に供給される。すると、第１ピ
ストン７が下降した状態において、第１シリンダ３内の
温度が約１０００℃に達し、気圧も約１ａｔｍに上昇す
る。第１気筒１では、その後、第１ピストン７が上昇し
て燃焼ガスが混入した高温の空気を圧縮する（圧縮比は
第２気筒２と同様、約１４：１）。そして、第１ピスト
ン７によって空気が圧縮されて、第１燃料噴射弁２４か
ら第１燃焼室１４内に軽油が噴霧されると、軽油は直ち
にガス化するとともに、着火、爆発する。

【００２２】（実施例の効果）上記の作動で示したよう
に、本発明が適用されたディーゼルエンジンは、従来よ
りも低い圧縮比であっても、圧縮空気の温度が燃料の自
己発火温度より高い。これによって、次の効果を奏す
る。

【００２３】ａ）圧縮比を従来の約２０：１から約１
４：１に下げることによって、圧縮に要するエネルギー
消費を抑えることができ、エンジン出力を上昇させるこ
とができる。なお、従来と同様、圧縮比が２０：１であ
るならば、高温の燃焼ガスの流入によって圧縮空気の温
度が従来よりも大きく上昇し、燃料をより完全燃焼させ
ることができる。ｂ）従来よりも低い圧縮比のため、エンジン部品（シリ
ンダ、ピストン、ピストンピン、クランクロッド等）に
要求される強度を下げることができる。この結果、エン
ジン重量を軽減できるとともに、エンジンコストを下げ
ることができる。また、高圧縮を維持する必要がなくな
るため、フライホイールを軽量化でき、エンジンレスポ
ンスを向上できるとともに、エンジン重量を軽減でき
る。

【００２４】ｃ）圧縮を下げることができるため、従来
に比較してピストンのストローク距離を短くできる。こ
れによって、エンジンの高速回転化が可能になり、エン
ジン排気量当たりの出力（馬力）を上げることができ
る。ｄ）従来よりも低圧縮比であっても、圧縮空気の温度が
軽油の自己発火温度より高くできる。このため、加速時
や登坂走行時など、多量の燃料がシリンダ内に噴射され
た場合であっても、多量に噴射された燃料によって圧縮
空気の温度が軽油の自己発火温度（６８０℃）より低下
する不具合がない。このため、このようなエンジン高負
荷時であっても不完全燃焼を起こす不具合を回避でき、
排気ガスをクリーン化できる。

【００２５】ｅ）圧縮空気の温度は、燃焼ガスの直接流
入によって従来より高温になるため、第１、第２燃焼室
１４、１５内に噴霧された軽油が直ちにガス化するた
め、燃焼速度が速い。このため、エンジン出力の向上を
図ることができるとともに、燃料の完全燃焼化によって
有害な排気ガスの発生を抑えることができる。ｆ）圧縮比を低く抑えることができるため、エンジンの
振動や騒音を抑えることが可能になる。

【００２６】ｇ）シリンダ内で発生した燃焼ガスの一部
（例えば３０％）を再利用するため、燃焼ガスの絶対量
を低減できる。また、シリンダ内で発生した燃焼ガスの
一部を連通手段２６を介して直接再利用する構造である
ため、熱効率が良く、燃料消費を抑えることが可能にな
る。ｈ）シリンダブロック５に貫通穴による連通手段２６を
形成して、第１シリンダ３の下死点部と第２シリンダ４
の下死点部を連通したシンプルな構造であるため、本発
明を容易に実施することができる。

【００２７】（変形例）上記の実施例では、２気筒エン
ジンを例に示したが、第１気筒１と第２気筒２を１ペア
とした２ペア（４気筒）エンジン（図２参照）、３ペア
（６気筒）エンジン、４ペア（８気筒）エンジンなど、
多気筒エンジンに適用しても良い。また、各気筒が直列
に配置された構造であっても、複数の気筒がＶ字に配置
された構造であっても、水平に対向する構造であっても
良い。

【００２８】上記の実施例では、連通手段２６の一例と
して貫通穴を適用した例を示したが、バイパス管によっ
て第１シリンダ３の下死点部と第２シリンダ４の下死点
部を連通しても良い。この場合は、ペアをなす第１シリ
ンダ３と第２シリンダ４とが離れていても良い。具体的
な一例を示すと、直列４気筒の場合では、燃焼順序を考
慮して、両外側の気筒で１ペアとし、内側の気筒で１ペ
アとし、内側のペアは貫通穴の連通手段２６を採用し、
外側のペアをバイパス管による連通手段としても良い。

【００２９】上記の実施例では、燃料の一例として軽油
を例に示したが、アルコール燃料、天然ガス、ガソリン
など、圧縮空気に燃料を噴射して燃料の燃焼を行うタイ
プの全ての内燃機関に本発明を適用可能なものである。
ここで、ガソリンエンジンに本発明を適用した場合、圧
縮比を従来とほぼ同じか、上げることにより（連通手段
２６を設けるだけで、高温高圧の燃焼ガスが吸入空気に
流入して圧縮比が上がる）、燃料をより完全燃焼化でき
る、あるいは高圧縮化によって大きな爆発エネルギーを
得ることができ、エンジンの出力を上げることができ
る。上記実施例で示した数値は、実施例を説明するため
の一例として示したものであって、実施例で示した数値
に本発明が限定されないことは言うまでもない。具体的
な一例を示すと、圧縮比は１４：１以外であっても良
く、エンジンの仕様や使用燃料等に応じて適宜変更可能
なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】ディーゼルエンジンの要部概略図である（実施
例）。

【図２】ディーゼルエンジンの要部概略図である（変形
例）。

【符号の説明】

１第１気筒２第２気筒３第１シリンダ４第２シリンダ５シリンダブロック２６連通手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼用空気の吸入行程、圧縮行程、燃料噴
射に伴う爆発行程、排気行程を行う燃料筒内直接噴射式
の第１気筒と、この第１気筒が爆発行程を行う際に、吸入行程を行う燃
料筒内直接噴射式の第２気筒とを具備し、前記第１気筒の第１シリンダの下死点部と、前記第２気
筒の第２シリンダの下死点部とを連通手段によって連通
し、前記第１気筒の爆発行程時に、前記第１シリンダ内で発
生した燃焼ガスの一部を前記第２シリンダ内に供給する
とともに、前記第２気筒の爆発行程時に、前記第２シリンダ内で発
生した燃焼ガスの一部を前記第１シリンダ内に供給する
ように設けられたことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】請求項１の内燃機関において、前記第１シリンダおよび前記第２シリンダは隣接して設
けられるものであり、前記連通手段は、前記第１シリンダおよび前記第２シリ
ンダを形成するシリンダブロックに設けられた貫通穴で
あることを特徴とする内燃機関。
【請求項３】請求項２の内燃機関において、前記連通手段は、前記第１シリンダの下死点部と前記第
２シリンダの下死点部を連通するバイパス管であること
を特徴とする内燃機関。