JP2012522177A - 燃焼前サイクルにおける加圧システム - Google Patents

Abstract

本発明は、非対称な排気ポート／移送ポート反転装置（２）を有する２ストローク内燃エンジン（１）に関する。反転装置は、中空のフラップ弁（１００）を有し、フラップ弁は、閉位置と開位置との間を中空の回動シャフト（１０１）を中心に回動するように構成される。ピストン（３）が圧縮行程を開始するときに反転装置を開位置に回動させることにより、ピストンの前縁部が排気ポート（１０５）を閉鎖した後、空気の移送を継続させることを可能にし、それにより、排気ポートの閉鎖タイミングを早め、且つ、クランクケースの主圧縮室（１０３）から空気を移送する持続時間を延長させる。

Description

本発明は、内燃エンジンの改良に関する。本発明は、限定するわけではないが、特に、２ストローク内燃エンジンに用いられる燃焼前サイクルにおける加圧システムの改良に関する。

国際公開第９５／０８０５５号パンフレット（特許文献１）及び同第０１／７１１６０号パンフレット（特許文献２）において、燃焼室内で回動点を中心に揺動する回動ピストンを利用した内燃エンジンが記載されており、これらの国際公開を本明細書に援用する。回動ピストンは、回動点から離れた方の端部に隣接したところでコネクティングロッドに連結され、コネクティングロッドはクランクシャフトを駆動する。回動ピストンは、燃焼室の壁をシールする第１の弧状のシール面と、回動ピストンのフロア部を介して第１の弧状のシール面に連結された第２のシール面を有している。第１の弧状のシール面及び第２のシール面は両方とも、回動ピストンの回動点から実質的に一定の半径方向寸法を有している。

第１の弧状のシール面は、その壁の一部分が燃焼室の壁と一緒にガスシールを形成するスカートを有している。スカートは又、回動ピストンの熱を放散させるのを助ける。回動ピストンは、更に、液体冷却剤が回動シャフトの中及び回動ピストンの液体冷却通路の中を通って回動シャフトから出ることを可能にする装置を有している。

国際公開第９５／０８０５５号パンフレット 国際公開第０１／７１１６０号パンフレット

上述した種類の２ストロークエンジン形態だけでなく、円形断面シリンダボア内で上下に往復動するピストンを利用する従来設計の２ストロークエンジン形態においても、これらの先行技術の２ストロークエンジン形態が有する特定の困難な課題は、燃焼用吸気の燃焼前サイクルにおける加圧を最大にすることにある。

本発明の目的は、先行技術のエンジン形態における上述した課題に対する解決策を提供すること、又は、少なくとも有用な選択肢を公に提供することにある。

したがって、第１の広義の観点によれば、本発明は、２ストローク内燃エンジン用の非対称な排気ポート／移送ポート反転装置であって、中空のフラップ弁を有し、フラップ弁は、閉位置と開位置との間を中空の回動シャフトを中心に回動するように構成され、ピストンが圧縮行程を開始するときに非対称な排気ポート／移送ポート反転装置を開位置に回動させることにより、ピストンの前縁部が排気ポートを閉鎖した後、空気の移送を継続させることを可能にし、それにより、排気ポートの閉鎖タイミングを早め、且つ、クランクケースの主圧縮室から空気を移送する持続時間を延長させる。

第２の広義の観点によれば、本発明は、上述した第１の観点による非対称な排気ポート／移送ポート反転装置を有する２ストローク内燃エンジンである。

好ましくは、非対称の排気ポート／移送ポート反転装置のフラップ弁の前縁部は、従来の丸形摺動式２ストロークピストンエンジンの場合には、シリンダ壁をシールする形状を有し、変形例として特許文献１及び２に記載されている２ストローク設計例の場合には、ピストンのシール面をシールする形状を有する。

選択的には、非対称の排気ポート／移送ポート反転装置への空気供給は、代替供給源から直接行われる。代替供給源は、圧縮機による供給源であり、圧縮機は、電気的に動力供給されるか、エンジンから機械的に動力が供給されるかのいずれかである。

この観点による２ストローク内燃エンジンは、好ましくは、燃焼室内の回動点を中心にクランクケース内で揺動する回動ピストンを有し、回動ピストンは、回動点から離れた方の端部に隣接したところでコネクティングロッドに連結され、コネクティングロッドはクランクシャフトを駆動する。

さらに好ましくは、回動ピストンは、燃焼室の壁をシールする第１の弧状のシール面と、回動ピストンのフロア部を介して第１の弧状のシール面に連結された第２のシール面とを有し、第１の弧状のシール面と第２のシール面は両方とも、回動ピストンの回動点から実質的に一定の半径方向寸法を有し、第１の弧状のシール面は、その壁の一部分が燃焼室の壁と一緒にガスシールを形成するスカートを有する。

また、好ましくは、２ストローク内燃エンジンのピストンは、液体冷却剤が回動シャフトの中及びピストンの液体冷却通路の中を通って回動シャフトから出ることを可能にする装置を更に有する。

望ましくは、２ストローク内燃エンジンは、ダクトを燃焼室の側壁内に有し、ダクトは、クランクケースと非対称な排気ポート／移送ポート反転装置の回動シャフトとの間の連通を可能にする。

変形例として、空気の供給源との連通が、非対称な排気ポート／移送ポート反転装置における回動シャフトの反対側でのポート動作によって達成される。

好ましくは、非対称な排気ポート／移送ポート反転装置は、クランクシャフトの回転の制限された角度で開閉するように、カム機構、電磁気制御、又は空気圧制御のいずれかによって作動される。

好ましくは、非対称な排気ポート／移送ポート反転装置は、可変タイミング制御を可能にするように調節可能且つ作動可能である。

ピストンが圧縮行程を開始したとき、非対称な排気ポート／移送ポート反転装置を開位置に回動させることにより、ピストンの前縁部が排気ポートを閉鎖した後、空気を移送し続けることを可能にする。その結果、過給機は、排気弁が有効に閉じた後、引続いて燃焼室を加圧することができる。これにより、エンジンを高圧又は高負荷で作動させることができる。

次に、本発明の内容を添付の図面を用いて概略的に説明する。

ピストンが上死点にあるときの非対称弁を有する本発明による内燃エンジンの燃焼室の側面断面図である。 出力行程においてピストンが排気ポートの開口箇所を通過しているときの図１と同様の図である。 ピストンが下死点にあり、新鮮な吸気が横吸気ポートから燃焼室に再充填されているときの図１と同様の図である。 上昇行程におけるピストンが吸気ポートを通過してそれを閉じ、燃焼室内の吸気の加圧を開始すると共に、非対称弁が完全に開いて燃焼用吸気を更に追加することを可能にするときの図１と同様の図である。 圧縮行程におけるピストンが、閉位置に戻された非対称弁を通過したときの図１と同様の図である。 図１〜図５の非対称弁の側面図である。 図６の非対称弁の斜視図である。

特許文献１及び２に開示されている２ストロークエンジン設計例は、燃焼室内で回動ピンによって回動されるピストンを有し、各ピストンは、それに対するスカートを形成する第１の弧状のシール面を有している。

先行技術のピストンはまた、スカートから半径方向にずらされた第２の弧状のシール面を有し、スカートの表面と第２の弧状のシール面は両方とも、回動ピンの回動軸線を中心とする周方向軌道を有している。各ピストンはまた、コネクティングロッドの端部を受け入れるピストンピンを有し、コネクティングロッドは、エンジンのクランクシャフトを回転させる。

本発明は、２ストローク内燃エンジンのための非対称な排気ポート／移送ポート反転装置を提供することを目的としている。その好ましい実施例を図６及び図７に示し、その作動モード及びエンジンへの一体化は、図１〜図５に示されていると共に、特許文献１及び２に概略的に説明され且つ図示されている。

図に見られるように、全体的に参照符号１で指示する２ストロークエンジンは、全体的に参照符号２で指示する非対称な排気ポート／移送ポート反転装置を有し、反転装置２は、全体的に参照符号１００で指示する中空フラップ弁を有し、フラップ弁１００は、中空の回動シャフト１０１を中心に揺動するように構成されている。フラップ弁１００は、図１に示す閉位置と、図４に示す開位置との間を交互に移動する。

フラップ弁１００は、中空の細長い本体１０２を有し、細長い本体１０２の内部は、中空の回動シャフト１０１の内部と連通している。空気、又は、空気と燃料の混合気を、クランクケース１０３から燃焼室側板１０４を介して貫通するダクトから中空の回動シャフト１０１に供給することが可能である。変形例として、空気、又は、空気と燃料の混合気を、過給機等の装置から供給してもよい。

図１〜図５は、装置の段階的な作動を順番に示す。

図１は、上死点において、フラップ弁が閉位置にあるときの構成要素の相対的位置を示す。

ピストン３が出力行程において移動しているとき、ピストン３は、排気ポート１０５を通過する。図２に示すように、フラップ弁１００を閉じている状態で、排気ガスを燃焼室４から排気させ始める。

図３に示すように、下死点において、燃焼室４は吸気を再開し、新鮮な吸気を、横吸気ポート１０６を介して引く。

図４に示すように、ピストン１が上昇するとき、ピストン１は、吸気ポート１０６を通過してそれを閉鎖する。このとき、フラップ弁１００を開き、ピストン１の前縁部３が排気ポート１０５を閉鎖した後、燃焼用吸気を燃焼室４内に移送し続けることを可能にする。かくして、排気ポートを閉鎖するタイミングを早め、クランクケース主圧縮室又は過給機から空気を移送する持続時間を延長し、排気ポートを有効に閉鎖した後、燃焼室を加圧する。これにより、エンジンを高圧又は高負荷で作動させる能力を得る。

図５は、圧縮行程におけるピストンが、閉位置に戻された非対称なフラップ弁を通過しているときの図１と同様の図である。

本発明の上記特徴の利点は、フラップ弁１００が簡単であり、軽量であり、迅速に動作することである。最も重要なことは、排気ポート１０５を閉鎖しながら、フラップ弁１００を開いて、燃焼用吸気を燃焼室４内に継続的に移送することを可能にすることである。先行技術の２ストローク排気シャッター弁は、排気ポートを閉鎖するに過ぎない。

反転装置２（フラップ弁１００）は、クランクシャフトの回転の制限された角度で開閉されなければならないので、クランクシャフトによって駆動される標準カム機構を用いて作動されるが、電磁制御機構又は空気圧制御機構を用いて同様に駆動されてもよい。反転装置２は、可変タイミング制御が可能であってもよい。

反転装置２の更なる利点は、従来のピストンポート２ストローク設計例における固定され且つ対称であるポートの開閉よりも優れていることである。先行技術のポート作動設計では、典型的には、排気ポートを最初に開くので、排気ポートは、ピストンが圧縮行程で戻るときに最後に閉じるポートになる。このため、過給機を用いて燃焼室を加圧することを妨げていた。

上述した特徴の設計例は、ピストンのスカートを効果的にシールするような特許文献１及び２に記載され且つ図示されているエンジンに特に適しており、特許文献１及び２は両方とも、真直ぐな表面である。しかしながら、上述した技術を、従来の丸形摺動ピストンエンジン設計例に適用してもよい。ただし、反転装置の前縁の形状は、より複雑になろう。

本明細書を読めば、上述した構成に対する種々の改造例及び変形例を、本発明の一般的な概念の範囲内に維持しながら行うことができることは、当業者に明らかである。かかる改造例及び変形例は全て、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内に含まれるものである。

Claims (15)

1. ２ストローク内燃エンジン用の非対称な排気ポート／移送ポート反転装置であって、
   中空のフラップ弁を有し、前記フラップ弁は、閉位置と開位置との間を中空の回動シャフトを中心に回動するように構成され、
   ピストンが圧縮行程を開始するときに前記反転装置を開位置に回動させることにより、前記ピストンの前縁部が排気ポートを閉鎖した後、空気の移送を継続させることを可能にし、それにより、前記排気ポートの閉鎖タイミングを早め、且つ、クランクケースの主圧縮室から空気を移送する持続時間を延長させる、反転装置。
2. 請求項１に記載の反転装置を有する２ストローク内燃エンジン。
3. 前記空気は、代替供給源から直接供給される、請求項２に記載の２ストローク内燃エンジン。
4. 前記代替供給源は、圧縮機による供給源であり、前記圧縮機は、電気的に動力が供給され、又は、前記２ストローク内燃エンジンから機械的に動力が供給される、請求項３に記載の２ストローク内燃エンジン。
5. 前記２ストローク内燃エンジンは、燃焼室内の回動点を中心にクランクケース内で揺動する回動ピストンを有し、前記回動ピストンは、前記回動点から離れた方の端部に隣接したところでコネクティングロッドに連結され、前記コネクティングロッドは、クランクシャフトを駆動する、請求項２に記載の２ストローク内燃エンジン。
6. 前記空気は、代替供給源から直接供給される、請求項５に記載の２ストローク内燃エンジン。
7. 前記代替供給源は、圧縮機による供給源であり、前記圧縮機は、電気的に動力が供給され、又は、前記２ストローク内燃エンジンから機械的に動力が供給される、請求項６に記載の２ストローク内燃エンジン。
8. 前記回動ピストンは、前記燃焼室の壁をシールする第１の弧状のシール面と、前記回動ピストンのフロア部を介して前記第１の弧状のシール面に連結された第２のシール面と、を有し、前記第１の弧状のシール面及び前記第２のシール面は両方とも、前記回動ピストンの回動点から実質的に一定の半径方向寸法を有し、前記第１の弧状のシール面は、その壁の一部分が前記燃焼室の壁と一緒にガスシールを形成するスカートを有する、請求項５に記載の２ストローク内燃エンジン。
9. 各前記回動ピストンは、更に、液体冷却剤が前記回動シャフトの中及び前記回動ピストンの液体冷却通路の中を通って前記回動シャフトから出ることを可能にする装置を有する、請求項５に記載の２ストローク内燃エンジン。
10. 前記燃焼室の側壁内のダクトにより、前記クランクケースと前記反転装置の回動シャフトとの間の連通を可能にする、請求項２又は５に記載の２ストローク内燃エンジン。
11. 空気の供給源との連通が、前記反転装置における回動シャフトの反対側でのポート動作によって達成される、請求項２又は５に記載の２ストローク内燃エンジン。
12. 前記反転装置は、クランクシャフトの回転の制限された角度で開閉するように、カム機構、電磁気制御、又は空気圧制御によって作動される、請求項２又は５に記載の２ストローク内燃エンジン。
13. 前記反転装置は、可変タイミング制御を可能にするように調節可能且つ作動可能である、請求項１２に記載の２ストローク内燃エンジン。
14. 前記反転装置は、前記ピストンが圧縮行程を開始して前記ピストンの前縁部が前記排気ポートを閉鎖した後、空気を移送し続けることが可能である、請求項２又は５に記載の２ストローク内燃エンジン。
15. 前記反転装置は、前記排気ポートを有効に閉鎖した後、前記燃焼室を加圧し続け、前記２ストローク内燃エンジンを高圧又は高負荷で作動させることを可能にする、請求項１４に記載の２ストローク内燃エンジン。

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