JP2003516494A - Ｚ−機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、新しいタイプの内燃機関、Ｚ−エンジンに関する。この内燃機関において、圧縮部分と仕事部分とは分離されている。ピストンが上部の中空部分の近くに来る時、新たなガスは、その下部に小さな燃焼室コーナーが備わっているピストンの上部に運ばれる。燃焼ガスは、排気弁を通ってシリンダから排出される。上部室を満たしている前のガスが交換された後、第２の圧縮、混合物の点火、又は発火がある。圧縮の利点は、仕事ピストンの容積と異なる場合がある。ピストンの副次的効果は、２つのカム機構を用いることによって、取り除くことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 現在、４サイクル機関は、カムシャフトの２回転ごとにのみ動力を生じる。こ
のために、機関の大きさと機械損失とが大きくなる。ディーゼル機関において、
圧縮関係が増大すれば、効用が改善されるが、燃焼時間中の温度も増大する。こ
の状況下では、熱損失が増大し、また、窒素酸化物（ＮＯｘ）の量も増大する。
ピストンの側部への力は、摩擦損失の最大の源の一つであり、その側部への力は
除去したいものである。

【０００２】 図１〜図５の以下のＺ−機関は、２サイクルと４サイクルとの作動サイクルの
結合であり、分離した圧縮機部分と、カムシャフトの毎循環ごとにカムの小さい
角度で、シリンダの上部近辺に新たな混合物を導くこと（図４及び図５）とに基
づいている。ガス交換が添付の図４及び図５に従っておこるとき、仕事は、各カ
ムシャフトに受け取られる。これは、機関の機械効率が増大し、同時に、図１〜
図３に示される方法によって、ピストンの側部への力が取り除かれる。このよう
にして、ピストンの摩耗もまた、実質的に低減される。ピストンにおいて回転ロ
ッドで生じる回転力は、幾つかの方法で取り出すことができる。図１に示す代替
の方法によると、その回転力は、回転ロッドの下端に配置された押圧軸受（ニー
ドル押圧軸受）によって取り出されることが分かる。２サイクル機関において、
流入空気の一部は出口側で喪失されが、これは、Ｚ−機関では弁のタイミングを
調節する手段によって、防止することができる。出口ガスの「内部」循環さえも
可能である（図４及び図５）。

【０００３】 出口弁は約１８０°、典型的には下死点前６０°〜下死点後１２０°、開放さ
れる。

【０００４】 ガス交換弁（供給弁、流入弁）の開放時間（新たな混合物の最大部分がシリン
ダの中に流れ込む時間）は、ピストンの上死点近く、典型的には下死点後１２０
°〜上死点前３０°、の２０°〜３０°である。ピストンが上死点近くにあり、
入って来るガスの圧力が非常に高い（典型的には１〜３bar）ので、ボリューム
が小さく、必要な弁が小さくて軽い場合、この短い開放保持時間は十分である。
典型的には１０００〜４０００r/minといった低い回転数は、弁機関の慣性力が
回転速度の２つの力に比例するため、この状況を支援する。同様の市販オートバ
イ機関は、何らの問題もなく、１５０００〜１８０００r/minまで回転する。ガ
ス交換弁が閉鎖されるとき、ピストンは上死点に向かって動き（第２の圧縮）、
同時に、燃料の流入、そして発火（点火）、そして燃焼、そして膨張が始まる。

【０００５】 燃料は、燃焼するか又は燃焼させられる（例えば、赤熱プラグ、流入燃料、ス
パーク等によって）。典型的な仕事のサイクルは、図１、図４及び図５に開示さ
れている。別個の燃焼燃料を使用する場合、燃料の流れの方向に薄板(lamellae)
を備えているガス交換管路の中に流すことができる。また、このガス交換管路の
中に、燃料の全てを流すこともできる。

【０００６】 この機関は、圧縮機−流入弁の間のガス流の中に熱交換器（図示せず）を備え
ることができる。したがって、第１の加圧ガス（典型的には、３〜１５bar）の
温度は、（例えば、排気ガスから）制御することができる。圧縮機の製造ボリュ
ームは、ピストンの行程ボリュームと異なる場合があり、したがって、膨張を最
適化することができる。

【０００７】 高い機械的利益を得るために、膨張ピストンと圧縮機ピストンとは、互いに連
結されており、それによって、申し分のない正味の効果が、カム機構によって得
られる。また、別個の圧縮機、例えばスクリュー圧縮機、さえも使用することが
できる。カム機構において、カムシャフトに同期する２つの、異なる方向に回転
する歯車（cog-wheel）がある。回転ロッドは２つであり、そうして、ピストン
の側部への力は除去される（他の種類のカム機構を使用することもできる）。こ
の新しい種類のカム機構によると、同時に、大きな動力の第一級のバランスさえ
も可能とする（図１〜図３）。

【図面の簡単な説明】

【図１】 Ｚ−機関の機能

【図２】 Ｚ−機関の回転ロッド

【図３】 Ｚ−機関のピストン

【図４】 Ｚ−機関の原理、動作モード（Ａ）

【図５】 Ｚ−機関の原理、動作モード（Ｂ）

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１３年８月１日（２００１．８．１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【発明の名称】 Ｚ−機関

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】 現在の４サイクル機関は、クランクシャフトの各２回転でのみ出力を発生する
。これは、機関のサイズ及び機械損失を増大させる。ディーゼル機関において、
圧縮率の増大は効率を改善するけれども、それは圧縮熱及び燃焼の間の熱を上昇
させる。そうすることによって、熱損失が増大し、窒素酸化物、ＮＯｘの量が増
加する。ピストンの側部への力は、機関における摩擦損失の最も大きい源のうち
の１つであり、それは取り去られるべきである。

【０００２】 この図１〜図５に示すＺ機関は、２サイクルと４サイクルの組合せ、及び分離
した圧縮機部分、及び小さいクランク角度の間、クランクシャフトの毎回転ごと
に、上死点近傍でシリンダに新たな混合物を導入すること（図４及び図５）に基
づいている。ガス交換が添付した図４及び図５に従って起こるとき、クランクシ
ャフトの毎回転ごとに仕事を得ることができる。これは、図１〜３に示されるよ
うに、ピストンの側部への力を相殺すると同様に、マシーンの機械効率を増大す
る。したがって、ピストンの摩耗も基本的に低減される。連接棒（connecting r
ods）によって起こされるピストンの回転モーメントは、独特の方法で相殺する
ことができる。図１によるそのケースにおいて、これは、連接棒の下部で、スラ
ストベアリング（図におけるニードルスラストベアリング）で取り出される。２
サイクル機関において、掃気エアーの一部は、排気側に排出される。これは、Ｚ
機関においてはバルブのタイミングによって防止することができる。また、排気
ガスの「内部」再循環も可能である（図４及び図５）。排気ガスバルブは、約１
８０°、典型的には下死点前６０°〜下死点後１２０°の間、開かれる。

【０００３】 ガス交換バルブ（供給バルブ、掃気バルブ）の開放時間（新たな混合物の主要
部分がシリンダへ流れる間の時間）について、ピストンの上死点近くで、典型的
には下死点後１２０°〜上死点前３０°の２０〜３０°で十分である。入って来
るガスの圧力が典型的には３〜１５barと十分高いので、そのボリュームが小さ
く、必要なバルブが小さく軽い場合、ピストンの上死点近傍のこの短い開放時間
で十分である。全く低い回転スピード、典型的には１０００〜４０００ｒ／min
が、バルブ機構の慣性力が回転速度の２つの力と比例するので、この方法におい
て役立つ。幾つかの市販オートバイは、何らの問題もなく、１５０００〜１８０
００ｒ／minで回転する機関を有している。ガス交換弁が閉鎖された後、燃料の
注入が開始されている間、ピストンは上死点に向かう動きを継続し（第２の圧縮
）、次いで、自己着火（点火）、燃焼及び膨張が始まる。

【０００４】 燃料は着火、又は点火される（例えば、グロープラグ、補助燃料の注入、スパ
ークなどにより）。典型的な仕事のサイクルは、図１、図４、及び図５から明ら
かである。別の燃料を使用する場合、それは、その流れと平行に薄板（lamella
）を装備したガス交換ダクトに注入することができる。また、燃料の全てを、ガ
ス交換ダクトに注入することもできる。

【０００５】 本機関において、ガスの流れの中に熱交換器を、圧縮機とフラッシュバルブの
間に、設けることもできる（図示せず）。したがって、第１の圧縮ガス（典型的
には３〜１５bar）の温度を、コントロールすることができる（例えば、排気ガ
スから）。

【０００６】 圧縮機の供給ボリュームは、ワークピストンのストロークボリュームから違え
ることができ、膨張を最適化することができる。

【０００７】 高い機械効率を達成するために、膨張ピストン（expansion pistons）と圧縮
機ピストン（compressor piston）は、互いに連結されて同一線上にあり、最終
的な正味の出力はクランク機構に達する。また、別個の圧縮機、例えば、スクリ
ュー圧縮機も使用することができる。クランク機構において、異なる方向に回転
するクランクシャフトと同調した２つの歯車がある。２つの連接棒があり、それ
でピストンの側部への力は取り除かれる（異なるタイプのメカニズムも可能であ
る）。この新しいタイプのクランク機構によると、同時に、大きな力の第１級の
バランシングも可能となる（図１〜図３）。

【図面の簡単な説明】

【図１】 Ｚ−機関の機能

【図２】 Ｚ−機関の回転ロッド

【図３】 Ｚ−機関のピストン

【図４】 Ｚ−機関の原理、動作モード（Ａ）

【図５】 Ｚ−機関の原理、動作モード（Ｂ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＢＲ，Ｂ Ｙ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＺ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＪＰ ，ＫＲ，ＭＸ，ＮＯ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＴＲ，ＵＡ， ＵＳ，ＶＮ，ＺＡ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 出口弁と、シリンダに入って来る新たなガスのための弁（フ
   ラッシング弁）とがある、少なくとも１つのシリンダがあり、２サイクル原理に
   よって作動し、又、各シリンダはクランクシャフトの各回転サイクルの間に仕事
   を生じ、フラッシングガスは高圧、典型的には３〜１５barであり、圧縮部分は
   、仕事部分から分離されており、圧縮部分からガスは収集容器に、そこからガス
   交換管路に行き、燃料は自発的に燃焼するか、又は燃焼させられ（赤熱プラグ、
   第２の流入燃料等の手段で）、出口ガスは１つ又は複数の出口弁を通って排出さ
   れる、燃焼機関において、 前記出口ガスは、前記クランクシャフトの角度約１８０°、典型的には下死点
   前６０°〜下死点後１２０°、の間で１つ又は複数の出力弁を通って排出され（
   当該技術の文献は、出口弁を開放するための典型的な時間として、下死点前６０
   °を示し、そうして出口ガスは、掃気行程の間にシリンダの外に排出することが
   でき、あり得る圧縮機のために十分な圧力のガスが残される）、ガス交換は、上
   死点の近くの、小さなクランクシャフト角度（５°〜６０°）、典型的には下死
   点後１２０°〜１５０°で起こり、このとき、図４及び図５に示される通り、ピ
   ストンは既に上死点の方向に約９０％、例えば、そこに１０％進んでおり、いう
   なれば、ガス交換は、ピストンが上死点に到達する前になされ、その後、第２の
   圧縮、混合物の自己燃焼又は燃焼が行われ、次いで、膨張が行われることを特徴
   とする、上記燃焼機関。
2. 【請求項２】 図１〜図３によるピストンの側部への力を除去するクランク
   シャフト機構と、圧縮機部分とからなり、ピストンが上死点の近くに来た時、燃
   料がシリンダの中に導入される、請求項１記載の燃焼機関。
3. 【請求項３】 通常のクランクシャフト機構と、別個の圧縮機部分、例えば
   、スクリュー圧縮機とからなり、ピストンが上死点の近くに来た時、燃料がシリ
   ンダの中に導入される、請求項１記載の燃焼機関。
4. 【請求項４】 図１〜図３によるピストンの側部への力を除去するクランク
   シャフト機構と、別個の圧縮機部分、例えばスクリュー圧縮機とからなり、ピス
   トンが上死点の近くに来た時、燃料がシリンダの中に導入される、請求項１記載
   の燃焼機関。
5. 【請求項５】 燃料が、ガス交換管路内に導入される、請求項１又は２に記
   載の燃焼機関。
6. 【請求項６】 燃料が、ガス交換管路内に導入される、請求項１又は３に記
   載の燃焼機関。
7. 【請求項７】 燃料が、ガス交換管路内に導入される、請求項１又は４に記
   載の燃焼機関。
8. 【請求項８】 図１〜図３によるピストンの側部への力を除去するクランク
   シャフト機構と、圧縮機部分とからなり、燃料がガス交換管路内にのみ導入され
   る、請求項１記載の燃焼機関。
9. 【請求項９】 通常のクランクシャフト機構と、別個の圧縮機部分、例えば
   、スクリュー圧縮機とからなり、燃料の全てがガス交換管路内に導入される、請
   求項１記載の燃焼機関。
10. 【請求項１０】 図１〜図３によるピストンの側部への力を除去するクラン
    クシャフト機構と、別個の圧縮機部分、例えばスクリュー圧縮機とからなり、燃
    料の全てがガス交換管路内に導入される、請求項１記載の燃焼機関。