JP2010529353A - 内燃エンジン - Google Patents
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Abstract
Description
右シリンダ7は個々に燃焼面23および25を有する外側ピストン3(PR0)および内側ピストン5(PR1)を備えており、それらの2つのピストンはその間に燃焼チャンバ27を形成している。左シリンダ8はそれと同様に、個々に燃焼面24および26を有する外側ピストン4(PL0)および内側ピストン6(PR1)を備えており、燃焼チャンバ28を形成している。2つの外側ピストン3および4はスコッチヨーク(scotch yoke)101によって互いに剛的に接続されている。2つの上内側半割ピストン5aおよび6aはスコッチヨーク103によって共に剛的に接続され、2つの下内側ピストン5bおよび6bはスコッチヨーク104によって共に剛的に接続されている。好適な実施形態において、アセンブリを組み立て可能にするために、2つの内側ピストン/スコッチヨーク/シリンダ軸を通って且つクランクシャフト軸に直交した割れ目を有する半割ピストンは、結果的に共に剛的に固定され、それと同時にピストンリングシールのグループ17および18を捕捉している。
図3はクランクシャフトの一回転にわたった本発明のエンジンの動作を示している。図3(a)〜3(m)は30°回転ごとのピストン位置、スリーブバルブならびに関連した排気及び吸気ポート位置を示している(図3のクランクシャフトの回転は矢印で示されたように反時計回りであることを記しておく)。クランクシャフト角度φは図番の右側に示されており、ADC(死点後)と付されている。それは、左右のピストンが同時にそれぞれIDC(内死点)およびODC(外死点)となるからである。吸気ポートINおよび排気ポートEXにおける矢印は、ポートが開いていることを示している。
2ストロークエンジンにおける排気および吸気ポートの非対称タイミングは、大河の重要な利点をもたらす。排気ポートが吸気ポートよりも前に開いた場合、排ガス内のエネルギはターボチャージャによってより効果的に回収されることが可能であり、排気ポートが吸気ポートよりも前に閉じた場合、シリンダはより効果的に過給され得る。
多くのエンジン形態において、バランスは4,6,8またはそれ以上のシリンダを備えることに依存しており、シリンダは個々のピストンによって導かれる自由マスフォース(free-mass forces)を打ち消すように配置されている。対向回転ウェイト(Counter-rotating weights)もしばしば取り入れられ、それが複雑さを加えて、エンジンの質量および摩擦損失となる。本発明の利点は、複数シリンダエンジンが複数の2シリンダエンジンを並べて配置し、それらのクランクシャフトを全体的に連結することによって形成されてもよいことである。連結は、オペレータまたはロジック制御の下のクラッチとしての手段等によって行ってもよく、低負荷時に必要とされない場合はシリンダの組が切り離されることが可能であってもよい。現実にあるエンジンは、部分的な負荷で稼動しているがシリンダがクランクシャフトに接続されたままであり且つピストンがシリンダ内で移動し続けており、したがってエンジンの寄生性の摩擦負荷が継続している場合に、全シリンダ数未満で使用される
上記の事項は本発明の特別な実施形態の詳細な記載である。開示された実施形態からの逸脱は本発明の範囲内であってもよく、明確な変更が当業者には考え付くだろう。本明細書は、発明が表題を付けられた保護の範囲に、過度に狭く解釈されるべきではない。
5,6 ・・・内側ピストン
7 ・・・右シリンダ
8 ・・・左シリンダ
9,10 ・・・噴射機
19,20,21,22 ・・・ピストンリング
23,24,25,26 ・・・燃焼面
27,28 ・・・燃焼チャンバ
29,30 ・・・スーパーチャージャ
31,32 ・・・外側ゾーン
33 ・・・吸気ポート
34,35 ・・・排気ポート
37,38 ・・・燃焼チャンバ
39,40 ・・・燃料噴射ノズル
101,103,104 ・・・スコッチヨーク
102,105,106 ・・・歯止め
111 ・・・クランクシャフト回転軸
112 ・・・中央クランクシャフト
113,117 ・・・偏心器
114,116 ・・・内側の偏心器
115 ・・・中間の偏心器
118 ・・・クランクケース
Claims (30)
- 2つの対向したシリンダであって、各々の該シリンダは2つのピストンを収容し、且つ少なくとも1つの排気ポートと少なくとも1つの吸気ポートとを備えたシリンダと、
非対称に配置されたジャーナルと、該ジャーナルを前記ピストンから駆動するためのスコッチヨーク機構と、を備えたクランクシャフトを具備し、
前記各々のシリンダの前記ピストンは1つまたは複数の前記排気ポートを1つまたは複数の前記吸気ポートが開く前に開き、1つまたは複数の前記排気ポートを1つまたは複数の前記吸気ポートが閉じる前に閉じることを特徴とする2ストローク内燃エンジン。 - 前記ピストンの幾何形態および質量は、該ピストンの作動の際に前記エンジンの動的不釣合いを最小化するように選択されていることを特徴とする請求項1に記載のエンジン
- 複数のジャーナルを備えたクランクシャフトと、
クランクシャフトに隣接した内側端を備えた対向した2つのシリンダであって、各々の該シリンダは往復運動するように配置された内側および外側ピストンを備え、該シリンダの間に燃焼チャンバを形成しているシリンダと、
前記内側ピストンに剛的に取り付けられた第1および第2のスコッチヨーク機構であって、該機構は前記内側ピストンを一致して推進可能にクランクシャフトの対応したジャーナルに連結しているスコッチヨークと、
前記外側ピストンに剛的に取り付けられた第3のスコッチヨーク機構であって、該機構は前記外側ピストンを推進可能に前記クランクシャフトの対応したジャーナルに連結しているスコッチヨークと、
を具備していることを特徴とする2ストローク内燃エンジン。 - 前記ピストンの幾何形態およびスコッチヨーク機構は、前記ピストンの作動の際に前記エンジンの動的不釣合いを最小化するように選択されていることを特徴とする請求項3に記載のエンジン。
- 前記第3のスコッチヨーク機構は、前記内側ピストンの燃焼面内の穴を貫通したロッドを介して前記外側ピストンに剛的に取り付けられていることを特徴とする請求項3または4に記載のエンジン。
- 前記外側ピストンおよび前記第3のスコッチヨークを具備した第1のシステムの有効質量と連結された前記ジャーナルのスローとの積は、前記内側ピストンならびに前記第1および第2のスコッチヨークを具備した第2のシステムの質量と連結されたクランクシャフトジャーナルとの積に本質的に等しく、前記第1のシステムによる動的不釣合いが前記第2のシステムによる不釣合いを本質的に打ち消していることを特徴とする請求項3〜5のいずれか一項に記載のエンジン。
- 前記クランクシャフトは少なくとも3つのジャーナルを備え、前記第1のシステムのための前記ジャーナルは前記外側ピストンと前記第3のスコッチヨークとを具備し、前記第2のシステムのための前記ジャーナルは前記内側ピストンと第1および第2のスコッチヨークとを具備し、前記第1および第2のシステムの各々の有効質量とそれらに連結されたクランクシャフトジャーナルのスローは、前記エンジンが本質的に動的にバランスするように選択されていることを特徴とする請求項3〜5のいずれか一項に記載のエンジン。
- 各々の前記シリンダは各々の端部近傍に形成された排気ポートと、内燃チャンバに連通している燃料噴射手段近傍に形成された吸気ポートとを備えていることを特徴とする請求項3〜7のいずれか一項に記載のエンジン。
- 各々の前記シリンダに関して前記スコッチヨークに連結された前記クランクシャフトジャーナルは非対称に配置され、関連したシリンダの少なくとも1つの前記排気ポートは少なくとも1つの前記吸気ポートが開く前に開き、少なくとも1つの前記吸気ポートが閉じる前に閉じることを特徴とする請求項8に記載のエンジン。
- スコッチヨーククランクシャフトジャーナルによって範囲が定められる、和が360°となる2つの角度のうちの小さいほうの角度は、約155°であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載のエンジン。
- 各々の前記シリンダは、端部に1つ以上の前記排気ポートを備え且つ反対側に1つ以上の前記吸気ポートを備えたスリーブバルブを具備していることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載のエンジン。
- 前記スリーブバルブの端部への剛体拡張部は、前記クランクシャフトの一端において第1の偏心球面ジャーナルに推進可能に連けちされた穴を含み、前記拡張部は、組立可能とするために、前記拡張部に固定らされる取り外し可能なキャップを形成している前記シリンダの軸に直交した面を介して前記穴の直径部で分割されていることを特徴とする請求項11に記載のエンジン。
- 前記第2のシリンダのスリーブバルブは第2の偏心球面ジャーナルに推進可能に連結されており、該ジャーナルは前記第1の偏心球面ジャーナルと同軸で、前記クランクシャフトの他端において、前記スリーブバルブにある局面では往復運動させ、反対の局面では回転させていることを特徴とする請求項12に記載のエンジン。
- 連結されたクランクシャフトジャーナルによってスリーブバルブに与えられる複雑な動作は、前記シリンダ軸に沿った線形単振動要素と前記シリンダ軸周りの回転運動要素とを含んでいることを特徴とする請求項11〜13のいずれか一項に記載のエンジン。
- 前記スリーブバルブを推進する駆動する前記ジャーナルは2つの角度のうちの大きいほうの角度を二等分するように配置され、前記スコッチヨーククランクシャフトジャーナルによってその範囲を定められていることを特徴とする請求項13または14に記載のエンジン。
- 連結されたジ前記ャーナルのうちの1つの前記スローと双方のスリーブバルブの質量との積は、2sin(α/2)と前記外側ピストンおよび前記第3のスコッチヨークを具備したシステムの質量との積、または前記内側ピストンおよび第1ならびに第2のスコッチヨークを具備したシステムとそれに連結された前記クランクシャフトジャーナルスローとの積とほぼ等しく、前記αは180°から前記スリーブバルブに連結されたジャーナルによって範囲が定められた小さいほうの角度を減じた数値であることを特徴とする請求項11〜15のいずれか一項に記載のエンジン。
- 前記スコッチヨーククランクシャフトジャーナルによって範囲が定められた小さいほうの角度は、約172°(α=8°)であることを特徴とする請求項16に記載のエンジン。
- 双方の前記シリンダは前記クランクシャフトに最も近い内側端に前記排気ポートを備え、前記クランクシャフトから最も遠い外側端に前記吸気ポートを備えていることを特徴とする請求項11〜17のいずれか一項に記載のエンジン。
-
双方の前記シリンダは前記クランクシャフトから最も遠い外側端に前記排気ポートを備え、前記クランクシャフトに最も近い内側端に前記吸気ポートを備えていることを特徴とする請求項11〜17のいずれか一項に記載のエンジン。 - 前記シリンダの軸は平行であるが、前記クランクシャフトの軸から反対の方向にオフセットされていることを特徴とする請求項1〜19のいずれか一項に記載のエンジン。
- 前記各々のシリンダの吸気ポートに圧縮空気を作用させるための手段を含んでいることを特徴とする請求項1〜20のいずれか一項に記載のエンジン。
- 2つの過給器が含まれており、各々の該過給器は関連した前記シリンダの前記排気ポートに連結されて、該排気ポートからのブローダウンガスを受容し、関連した前記シリンダの前記吸気ポートに圧縮空気を作用させることを特徴とする請求項21に記載のエンジン。
- 燃料噴射手段が各々の前記シリンダに前記クランクシャフトから離間して設けられ、前記外側ピストンを関連した前記スコッチヨークに取り付けた管状部材内で往復可能に受容されており、複数の径方向高圧燃料噴射が噴射段階の際に放出され、前記噴射段階は関連した前記シリンダの前記内側および外側ピストンが最も接近した位置にあり、前記燃料噴射は関連した前記燃焼チャンバに、放出期間に前記放出を位置合わせして且つ包み込む前記管状部材を通して形成された径方向の小孔を介してアクセスすることを特徴とする請求項1〜22のいずれか一項に記載のエンジン。
- 前記シリンダ内の燃料混合気の圧縮は前記燃料混合気の点火の原因となることを特徴とする請求項23に記載のエンジン。
- 2つの対向したシリンダを含み、
各々の該シリンダは2つの対向したピストンを収容し、1つ以上の吸気ポートと1つ以上の排気ポートと、前記ピストンを駆動するためのクランクシャフトを備え、
各々の前記シリンダは、前記クランクシャフトによって駆動されて少なくとも1つの前記吸気および排気ポートの開閉を制御するスリーブバルブを具備していることを特徴とする2ストローク内燃エンジン。 - 2つの対向したシリンダを含み、
各々の該シリンダは2つの対向したピストンを収容し、1つ以上の吸気ポートと1つ以上の排気ポートと、非対称に配置されたジャーナルを備えたクランクシャフトを備え、前記クランクシャフトは前記ピストンから前記ジャーナルを駆動するためのものであり、
各々の前記シリンダは、前記クランクシャフトによって駆動されて少なくとも1つの前記吸気および排気ポートの開閉を制御するスリーブバルブを具備していることを特徴とする2ストローク内燃エンジン。 - 前記クランクシャフトは前記シリンダの前記スリーブバルブを駆動するための非対称に配置されたジャーナルを備えていることを特徴とする請求項25または26に記載のエンジン。
- 前記スリーブバルブの幾何形態および質量は、前記ピストンの非対称動作に起因した動的不釣合いを打ち消すように選択されていることを特徴とする請求項23〜25のいずれか一項に記載のエンジン。
- クランクシャフトと、
前記クランクシャフトに最も近い内側端を備えた2つの対向したシリンダであって、各々の前記シリンダはそれらのシリンダ内に配置された内側および外側ピストンを備え、それらのシリンダの間に燃焼チャンバを形成したシリンダと、を含み、
各々の前記ピストンは個々の管状部材によって前記クランクシャフトに推進可能に連結されており、前記管状部材は全体的に前記燃焼チャンバを通る軸方向に延在し、前記管状部材に収容された燃料噴射手段は前記燃焼チャンバ内に径方向外側に燃料を噴射するように配置されていることを特徴とする2ストローク内燃エンジン。 - 複数のジャーナルを備えたクランクシャフトと、
前記クランクシャフトに隣接した内側端を備えた2つの対向したシリンダであって、各々の前記シリンダはそれらのシリンダ内に配置された内側および外側ピストンを備え、それらのシリンダの間に燃焼チャンバを形成したシリンダと、
前記内側ピストンに剛的に取り付けられた第1および第2のスコッチヨーク機構であって、一致して作動し、前記内側ピストンを前記クランクシャフトの対応した前記ジャーナルに推進可能に連結している第1および第2のスコッチヨーク機構と、
前記外側ピストンに剛的に取り付けられた第3のスコッチヨーク機構であって、前記外側ピストンを前記クランクシャフトの対応した前記ジャーナルに推進可能に連結している第3のスコッチヨーク機構と、
を含んでいることを特徴とする2ストローク内燃エンジン。
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