JP2010031705A - 内燃機関及び駆動システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】吸気行程では、シリンダ10内のピストン14が下降し、吸気バルブ20が開いて、空気がシリンダ10内に吸気される。加圧チャンバ送出行程では、ピストン14が上昇し、加圧チャンバ送出バルブ40が開いて、加圧空気が加圧チャンバ60に送出される。加圧チャンバ吸入行程では、ピストン14が下降し、加圧チャンバ吸入バルブ50が開くことで、加圧空気が加圧チャンバ60からシリンダ10内に再び吸入される。混合ガス量は、スロットル機構70によって調整される。その後、4サイクルの内燃機関と同様の圧縮行程,燃焼行程,排気行程の動作が行われる。
【選択図】図1
Description
(1)吸気バルブ20:シリンダ10内に空気(大気)を吸気する際に開くバルブである。
(2)排気バルブ30:燃焼後のガスをシリンダ10内から排気する際に開くバルブである。
(3)加圧チャンバ送出バルブ40:シリンダ10内で加圧した空気を加圧チャンバ60に送出するためのバルブである。
(4)加圧チャンバ吸入バルブ50:加圧チャンバ60内に滞留した加圧空気を吸入してシリンダ10内に戻すためのバルブである。
(1)吸気行程:図3(A)に示すように、シリンダ10内のピストン14が、矢印F3Aのように下降し、吸気バルブ20が開いて、空気がシリンダ10内に吸気される。
(2)加圧チャンバ送出行程:図3(B)に示すように、シリンダ10内のピストン14が、矢印F3Bのように上昇し、加圧チャンバ送出バルブ40が開いて、加圧された空気が加圧チャンバ60に送出される。
(3)加圧チャンバ吸入行程:図3(C)に示すように、シリンダ10内のピストン14が、矢印F3Cのように下降し、加圧チャンバ吸入バルブ50が開く。これにより、加圧チャンバ60内に滞留した加圧空気が燃料ガスと混合してシリンダ10内に再び吸入される。このときの加圧空気量は、上述したように、スロットル機構70によって調整される。
(4)圧縮行程:図4(D)に示すように、バルブ20,30,40,50の全てが閉じた状態でピストン14が、矢印F3Dのように上昇し、混合ガスがシリンダ10内で圧縮される。
(5)燃焼行程:図4(E)に示すように、プラグ12が点火し、シリンダ10内で圧縮されている混合ガスを燃焼・爆発させる。ピストン14は、矢印F3Eのように下降する。
(6)排気行程:図4(F)に示すように、排気バルブ30が開いた状態でピストン14が、矢印F3Fのように上昇し、シリンダ10内の残留ガスが排気される。
(1)カム120:吸気バルブ20を開閉するためのカムで、図3(A)の吸気行程でのみ吸気バルブ20を押して開く。
(2)カム130:排気バルブ30を開閉するためのカムで、図4(F)の排気行程でのみ排気バルブ30を押して開く。
(3)カム140:加圧チャンバ送出バルブ40を開閉するためのカムで、図3(B)の加圧チャンバ送出行程でのみ加圧チャンバ送出バルブ40を押して開く。
(4)カム150:加圧チャンバ吸入バルブ50を開閉するためのカムで、図3(C)の加圧チャンバ吸入行程でのみ加圧チャンバ吸入バルブ50を押して開く。
(1)4サイクルエンジンに2サイクルの自己加圧サイクルを加え、吸気行程後に、加圧チャンバ60に対する空気の送出と、加圧チャンバ60からの加圧空気の吸入を行なうこととしたので、高いガス圧力で燃焼が行なわれるようになる。このため、6サイクルでありながら、4サイクルに近いトルクないし馬力が得られる。また、4サイクルと比較して、燃料消費の低減,排出ガスの低減を図ることができる。
(2)1サイクル当りのエンジンの回転時間が4サイクルエンジンに比べて1.5倍に長くなるので、各サイクルにおける効率の低下は30%に抑えられる。また、カムシャフトの回転も、4サイクル内燃機関に比べて1.5倍遅くなるので、期間損失比も低下する。更に、カムシャフト駆動抵抗も少ないので、メカニカルノイズが低減されて低騒音性にも有効であり、現状の4サイクルエンジンと同じ気筒数及び燃焼順序を利用することができるので、生産コストを下げることができる。更に、カムやシャフトなどの部品の消耗率も抑えることができる。
(3)エンジンの回転数が同じ場合、4サイクルの場合と比較して燃焼回数が少なくなるため、排気ガス量が低減される。加えて、電動モータ駆動と結合してハイブリッド方式とすることにより、燃料消費の改善を図るとともに、更に排気ガスが減少し、地球温暖化の抑制など環境負荷の低減を図ることが可能となる。
(4)吸気バルブ20及び吸気ポート22,加圧チャンバ送出バルブ40及び加圧送出ポート42を、排気バルブ30及び排気ポート32,加圧チャンバ吸入バルブ50及び加圧吸入ポート52よりも大きくすることとしたので、空気の吸気及び加圧チャンバ60への送出が十分に行われる。このため、燃焼後の残留ガスがあっても吸気した空気が十分に混ざるようになり、これを加圧して再度燃焼させることで、燃焼効率が向上し、窒素酸化物や二酸化炭素の発生を抑制することができる。
(5)カムによるバルブ開閉動作にオーバーラップなくしているために、未燃焼ガスを加圧チャンバ60に送って再度燃焼を行なうことができる。
(1)前記実施例では、シリンダ1つの場合(1気筒)を主として説明したが、もちろん公知の多気筒構成とすることでクランクシャフトの回転を滑らかにすることを妨げるものではない。
(2)加圧チャンバは、各シリンダ毎に設けてもよいが、加圧チャンバへの空気の送出と吸入は2サイクルで行なわれるので、3気筒に対して一つの加圧チャンバを設け、順次使用することで、装置構成を簡略化することができる。
(3)バルブ開閉機構,ピストン機構など、公知の技術を適用することを妨げるものではない。
(4)本発明は、主としてガソリンエンジンに好適であるが、ディーゼル,LPG,エタノールなど各種の燃料に適用することができる。また、自動車に限らず、船舶,発電機など、各種の用途に適用してよい。
12:プラグ
14:ピストン
16:コンロッド
18:クランクシャフト
20:吸気バルブ
20A,30A,40A,50A:ロッカーアーム
22:吸気ポート
30:排気バルブ
32:排気ポート
40:加圧チャンバ送出バルブ
42:加圧送出ポート
50:加圧チャンバ吸入バルブ
52:加圧吸入ポート
60:加圧チャンバ
70:スロットル機構
71:燃料ポート
72:管路
74:スロットルバルブ
76:バイパス
78:アイドル・アジャスト・スクリュー
100:カムシャフト
120,130,140,150:カム
122:カム山
Claims (7)
- シリンダ内でピストンが往復運動する際にバルブの開閉を行う内燃機関であって、
加圧空気を一時的に滞留するための加圧チャンバを備えており、
空気を前記シリンダ内に吸気する吸気行程,
この吸気行程によって前記シリンダ内に吸気された空気を加圧し、前記加圧チャンバに送出する加圧チャンバ送出行程,
この加圧チャンバ送出行程によって加圧チャンバ内に滞留した空気を、該空気を送出したシリンダ内に吸入して戻し、燃料を吸入する加圧チャンバ吸入行程,
この加圧チャンバ吸入行程によって前記シリンダ内に吸入された空気と燃料の混合ガスを圧縮する圧縮行程,
この圧縮行程によって圧縮された混合ガスを燃焼・爆発させる燃焼行程,
この燃焼行程による燃焼後の残留ガスを、前記シリンダ内から排気する排気行程,
を繰り返し行うことを特徴とする内燃機関。 - シリンダ内でピストンが往復運動する際にバルブの開閉を行う内燃機関であって、
加圧空気を一時的に滞留するための加圧チャンバを備えており、
前記シリンダに、吸気バルブ,加圧チャンバ送出バルブ,加圧チャンバ吸入バルブ,排気バルブが設けられており、
前記吸気バルブを開いて、空気を前記シリンダ内に吸気する吸気行程,
この吸気行程によって前記シリンダ内に吸気された空気を加圧し、前記加圧チャンバ送出バルブを開いて、前記加圧チャンバに送出する加圧チャンバ送出行程,
この加圧チャンバ送出行程によって加圧チャンバ内に滞留した空気を、前記加圧チャンバ吸入バルブを開いて、前記空気を送出したシリンダ内に吸入して戻し、燃料を吸入する加圧チャンバ吸入行程,
この加圧チャンバ吸入行程によって前記シリンダ内に吸入された空気と燃料の混合ガスを圧縮する圧縮行程,
この圧縮行程によって圧縮された混合ガスを燃焼・爆発させる燃焼行程,
この燃焼行程による燃焼後の残留ガスを、前記排気バルブを開いて、前記シリンダ内から排気する排気行程,
を繰り返し行うことを特徴とする内燃機関。 - 前記吸気バルブ及び加圧チャンバ送出バルブの口径を、前記排気バルブ及び加圧チャンバ吸入バルブの口径より大きくなるように設定したことを特徴とする請求項2記載の内燃機関。
- カムによって前記各行程における各バルブの開閉を行う際に、前記各行程の動作がオーバーラップしないように、前記カムの形状を規定したことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の内燃機関。
- 前記加圧チャンバと前記加圧チャンバ吸入バルブとの間に、前記加圧チャンバから吸入する空気の量を調整するスロットル機構を設けたことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の内燃機関。
- 前記シリンダを複数設けた多気筒構成とするとともに、前記加圧チャンバを複数のシリンダ間で共用することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の内燃機関。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の内燃機関と電気モータとを併用したことを特徴とするハイブリッド方式の駆動システム。
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