JP2014098309A - 摺動する弁を持つエンジン - Google Patents
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Abstract
【課題】エンジンの低負荷時または高速回転時の効率を向上させる。
【解決手段】副シリンダー２内に摺動する弁本体６を設け、摺動する弁本体６内に最大の空洞７を設ける。主燃焼室と最大の空洞７との連通と隔離とを切り替える駆動装置を設ける。負荷量に応じて最大の空洞７と主燃焼室の連通と隔離を切り替える場合は、摺動する弁は可変圧縮比装置として機能し、第三の圧縮リングを設ける。吸入行程時または排気行程時に副流路と主燃焼室の連通と隔離を切り替える場合は、摺動する弁は吸気弁または排気弁として機能し、吸気・排気効率が向上する。
【選択図】図１
【解決手段】副シリンダー２内に摺動する弁本体６を設け、摺動する弁本体６内に最大の空洞７を設ける。主燃焼室と最大の空洞７との連通と隔離とを切り替える駆動装置を設ける。負荷量に応じて最大の空洞７と主燃焼室の連通と隔離を切り替える場合は、摺動する弁は可変圧縮比装置として機能し、第三の圧縮リングを設ける。吸入行程時または排気行程時に副流路と主燃焼室の連通と隔離を切り替える場合は、摺動する弁は吸気弁または排気弁として機能し、吸気・排気効率が向上する。
【選択図】図１
Description
本発明は、副シリンダー内を摺動する弁を持つエンジンとその運転方法に関するものである。
図２４に示す特許文献１は、可変圧縮比エンジンに関する。特許文献１のエンジンは、番号１８で示すコンロッドの分割部とコンロッドの長さを変化させる為のコントロールロッドの支軸位置の位置を変化させる装置を持っている。コントロールロッドは、コンロッドの分割部に接続している。
この為、燃焼ガス圧力が、コンロッドの分割部とコンロッドの長さを変化させる為の装置に加わる。この力は、高負荷時に増大する。この為、支軸位置を変位させる装置とコンロッドの分割部に耐久性の問題が発生する。
図２５の番号４で示す副室可動体と図２６の番号９で示す副ピストンには、燃焼ガス圧力が加わる。
これらの例では、燃焼ガス圧力に抗して可変装置が動く。この為、これらの可変装置に耐久性の問題が発生する。
図２７に示す例は、東京都新宿区にある三栄書房が発行した“内燃機関の歴史”の２３７ページに記載されている第３．２４８図です。
この例で、ピストンの外側に二重にスリーブが設置されている。スリーブの内側に接して、シリンダーヘッドにピストンリングが設置される。スリーブの内側に頭上茸弁を設置する場合は、ピストンリングが設置される溝が、頭上茸弁の設置面積を制限する。この結果、頭上茸弁の吸・排気効率が低下する。
この為、燃焼ガス圧力が、コンロッドの分割部とコンロッドの長さを変化させる為の装置に加わる。この力は、高負荷時に増大する。この為、支軸位置を変位させる装置とコンロッドの分割部に耐久性の問題が発生する。
図２５の番号４で示す副室可動体と図２６の番号９で示す副ピストンには、燃焼ガス圧力が加わる。
これらの例では、燃焼ガス圧力に抗して可変装置が動く。この為、これらの可変装置に耐久性の問題が発生する。
図２７に示す例は、東京都新宿区にある三栄書房が発行した“内燃機関の歴史”の２３７ページに記載されている第３．２４８図です。
この例で、ピストンの外側に二重にスリーブが設置されている。スリーブの内側に接して、シリンダーヘッドにピストンリングが設置される。スリーブの内側に頭上茸弁を設置する場合は、ピストンリングが設置される溝が、頭上茸弁の設置面積を制限する。この結果、頭上茸弁の吸・排気効率が低下する。
４サイクルエンジンでは、高速回転時に、吸気抵抗と排気抵抗の量が増加する。
吸気カムの開弁期間初期は、開弁期間中期以降よりもリフト量が極端に少ない。高速回転になるほど、開弁期間初期の時間が短くなる。その結果、吸気の流入量が制限される。その結果、開弁期間初期のシリンダー内の圧力は、ピストンの裏側の圧力よりも低くなる。
この状態で、ピストンはピストンに圧力が加わる方向に逆らって下降し続ける。この為、負の仕事量が増える。この為、吸気抵抗による損失量が増加して、トルクが低下する。
実際に、山海堂発行の雑誌『内燃機関』１９９５年１１月号No. ４３４の９０ページに記載されている図２８で、最大トルク値Ｌ１・Ｌ２よりも高速な回転速度域では、トルクカーブの頂点時Ｌ１・Ｌ２よりもトルクが低下している。
排気弁の開弁時から排気行程の下死点時までの開弁期間初期は、開弁期間中期よりも極端にリフト量が少ない。その結果、高速回転時の下死点時のシリンダー内圧力が、高くなる。この結果、下死点時直後の排気行程時に、排気抵抗による損失量が増加する。
図２９に示す特許文献２のサイド・バルブ式燃焼室では、番号５４で示す主燃焼室がシリンダーの外側に拡張されている。その為に、ピストンの上面に面して、吸気弁と排気弁を増設できる。
特許文献２では、吸気弁と排気弁の間隔を狭める事によって、燃焼室をコンパクトに形成している。
しかし、特許文献２では、サイド・バルブが設置されている壁面とその対面とに挟まれた空間だけ、主燃焼室の容積が増加する。サイド・バルブのリフト量が大きいほど、この空間の容積が増加する。この為、ピストンの上面に面して設置する吸気弁とサイド・バルブを持つ燃焼室は高圧縮比化できない。この結果、効率が低下する。
吸気カムの開弁期間初期は、開弁期間中期以降よりもリフト量が極端に少ない。高速回転になるほど、開弁期間初期の時間が短くなる。その結果、吸気の流入量が制限される。その結果、開弁期間初期のシリンダー内の圧力は、ピストンの裏側の圧力よりも低くなる。
この状態で、ピストンはピストンに圧力が加わる方向に逆らって下降し続ける。この為、負の仕事量が増える。この為、吸気抵抗による損失量が増加して、トルクが低下する。
実際に、山海堂発行の雑誌『内燃機関』１９９５年１１月号No. ４３４の９０ページに記載されている図２８で、最大トルク値Ｌ１・Ｌ２よりも高速な回転速度域では、トルクカーブの頂点時Ｌ１・Ｌ２よりもトルクが低下している。
排気弁の開弁時から排気行程の下死点時までの開弁期間初期は、開弁期間中期よりも極端にリフト量が少ない。その結果、高速回転時の下死点時のシリンダー内圧力が、高くなる。この結果、下死点時直後の排気行程時に、排気抵抗による損失量が増加する。
図２９に示す特許文献２のサイド・バルブ式燃焼室では、番号５４で示す主燃焼室がシリンダーの外側に拡張されている。その為に、ピストンの上面に面して、吸気弁と排気弁を増設できる。
特許文献２では、吸気弁と排気弁の間隔を狭める事によって、燃焼室をコンパクトに形成している。
しかし、特許文献２では、サイド・バルブが設置されている壁面とその対面とに挟まれた空間だけ、主燃焼室の容積が増加する。サイド・バルブのリフト量が大きいほど、この空間の容積が増加する。この為、ピストンの上面に面して設置する吸気弁とサイド・バルブを持つ燃焼室は高圧縮比化できない。この結果、効率が低下する。
ピストンのストロークの長さをピストンの直径よりも長くすると、燃焼ガスの変換効率が向上するが、高速回転時の吸気効率が低下し、高速回転時のトルクが低下する。反対に、ピストンのストロークの長さをピストンの直径よりも短くすると、高速回転時の吸気効率が向上するが、燃焼ガスの変換効率が低下する。
この為、従来の火花点火式エンジンは、ピストンのロング・ストローク化と高速回転時のトルクの増加を両立できなかった。
この為、従来の火花点火式エンジンは、ピストンのロング・ストローク化と高速回転時のトルクの増加を両立できなかった。
第一目的は、燃焼室内の燃焼ガス圧力の影響を受ける可変装置の耐久性の低下を防止する。
第二目的は、低負荷時の熱効率を向上させる。
第三目的は、高速回転時の吸気抵抗の減少と高圧縮比化を両立させる。
第一態様を説明する。
主シリンダーの外側に副シリンダーを設けるピストン式エンジンにおいて、前記副シリンダーに開口部を設け、主燃焼室と前記副シリンダーの前記開口部を連絡する。
前記副シリンダーの中心軸方向に摺動する弁本体を前記副シリンダー内に設ける。
前記摺動する弁本体は筒状側面を持つ。
前記摺動する弁本体の内側に最大の空洞を設ける。
前記摺動する弁本体の前記筒状側面に、第一圧縮リングおよび第二圧縮リングを設ける。
前記第一圧縮リングと前記第二圧縮リングの間以外の前記筒状側面の前記主燃焼室側に、前記最大の空洞の開口部を設ける。
前記副シリンダーの中心軸方向の距離に関して、前記副シリンダーの前記開口部の長さよりも前記の両圧縮リング間の距離を大きく設定する。
前記摺動する弁本体を前記副シリンダーの中心軸方向に移動させる駆動装置を設ける。
前記第一圧縮リングと前記第二圧縮リングの間の前記筒状側面と前記副シリンダーの前記開口部が対面する位置に、前記駆動装置が前記摺動する弁本体を移動させ、それによって前記最大の空洞と前記主燃焼室の二つの空間を隔離する。
前記最大の空洞の前記開口部と前記副シリンダーの前記開口部が対面する位置に、前記駆動装置が前記摺動する弁本体を移動させ、それによって前記二つの空間を連通する。
第二目的は、低負荷時の熱効率を向上させる。
第三目的は、高速回転時の吸気抵抗の減少と高圧縮比化を両立させる。
第一態様を説明する。
主シリンダーの外側に副シリンダーを設けるピストン式エンジンにおいて、前記副シリンダーに開口部を設け、主燃焼室と前記副シリンダーの前記開口部を連絡する。
前記副シリンダーの中心軸方向に摺動する弁本体を前記副シリンダー内に設ける。
前記摺動する弁本体は筒状側面を持つ。
前記摺動する弁本体の内側に最大の空洞を設ける。
前記摺動する弁本体の前記筒状側面に、第一圧縮リングおよび第二圧縮リングを設ける。
前記第一圧縮リングと前記第二圧縮リングの間以外の前記筒状側面の前記主燃焼室側に、前記最大の空洞の開口部を設ける。
前記副シリンダーの中心軸方向の距離に関して、前記副シリンダーの前記開口部の長さよりも前記の両圧縮リング間の距離を大きく設定する。
前記摺動する弁本体を前記副シリンダーの中心軸方向に移動させる駆動装置を設ける。
前記第一圧縮リングと前記第二圧縮リングの間の前記筒状側面と前記副シリンダーの前記開口部が対面する位置に、前記駆動装置が前記摺動する弁本体を移動させ、それによって前記最大の空洞と前記主燃焼室の二つの空間を隔離する。
前記最大の空洞の前記開口部と前記副シリンダーの前記開口部が対面する位置に、前記駆動装置が前記摺動する弁本体を移動させ、それによって前記二つの空間を連通する。
前記摺動する弁本体と前記の両圧縮リングと前記最大の空洞と前記駆動装置が摺動する弁を構成する。
第一態様では、摺動する弁は前記二つの空間の連通と隔離とを切り替える可変装置として機能する。
第一態様は、第二態様と第三態様の上位概念です。
前記両圧縮リングの間の筒状側面と副シリンダーの前記開口部が対面する場合は、燃焼ガスの圧力が前記駆動装置と摺動する弁本体の副シリンダーの中心軸方向に加わらず、前記駆動装置の耐久性が低下しない。従って、第一態様は第一の目的の一部を達成できる。第一の目的を完全に達成できる条件は、後ほど、駆動装置の耐久性の説明に記載する。
前記摺動する弁は、シリンダー内空間よりも上部の燃焼室壁面に設置したポペットバルブ(茸弁)の面積を制限しない。
主燃焼室と最大の空洞とが隔離される場合に、前記両圧縮リングと筒状側面と副シリンダーとに囲まれる隙間は、主燃焼室と連通する。しかし、前記の隙間の容積は極僅かであり、圧縮比を殆ど低下させない。
前記エンジンは、２サイクル式または４サイクル式のピストン式エンジンであり得て、火花点火式エンジンまたは圧縮着火式エンジンであり得る。
第一態様では、摺動する弁は前記二つの空間の連通と隔離とを切り替える可変装置として機能する。
第一態様は、第二態様と第三態様の上位概念です。
前記両圧縮リングの間の筒状側面と副シリンダーの前記開口部が対面する場合は、燃焼ガスの圧力が前記駆動装置と摺動する弁本体の副シリンダーの中心軸方向に加わらず、前記駆動装置の耐久性が低下しない。従って、第一態様は第一の目的の一部を達成できる。第一の目的を完全に達成できる条件は、後ほど、駆動装置の耐久性の説明に記載する。
前記摺動する弁は、シリンダー内空間よりも上部の燃焼室壁面に設置したポペットバルブ(茸弁)の面積を制限しない。
主燃焼室と最大の空洞とが隔離される場合に、前記両圧縮リングと筒状側面と副シリンダーとに囲まれる隙間は、主燃焼室と連通する。しかし、前記の隙間の容積は極僅かであり、圧縮比を殆ど低下させない。
前記エンジンは、２サイクル式または４サイクル式のピストン式エンジンであり得て、火花点火式エンジンまたは圧縮着火式エンジンであり得る。
第二態様は、第一態様に以下の構成要素を加える。
前記摺動する弁本体の前記筒状側面に第三圧縮リングを設ける。第一圧縮リングは、第二圧縮リングと第三圧縮リング間に位置する。
第一圧縮リングと第三圧縮リングとの間の前記筒状側面の前記主燃焼室側に、前記最大の空洞の前記開口部を設ける。
前記副シリンダーの中心軸方向の距離に関して、その副シリンダーの前記開口部の長さよりも第一圧縮リングと第三圧縮リング間の距離を大きく設定する。
第一態様の前記駆動装置を、負荷量の変化に応じて前記摺動する弁を移動させる駆動装置に特定する。
前記第一圧縮リングと前記第二圧縮リングの間の前記筒状側面と前記副シリンダーの前記開口部が対面する位置に、前記駆動装置が前記摺動する弁本体を移動させ、それによって前記第一圧縮リングが前記二つの空間を隔離し、それによって圧縮比を高める。
前記最大の空洞の前記開口部と前記副シリンダーの前記開口部が対面する位置に、前記駆動装置が前記摺動する弁本体を移動させ、それによって前記二つの空間を連通し、それによって圧縮比を低下させる。
前記摺動する弁本体の前記筒状側面に第三圧縮リングを設ける。第一圧縮リングは、第二圧縮リングと第三圧縮リング間に位置する。
第一圧縮リングと第三圧縮リングとの間の前記筒状側面の前記主燃焼室側に、前記最大の空洞の前記開口部を設ける。
前記副シリンダーの中心軸方向の距離に関して、その副シリンダーの前記開口部の長さよりも第一圧縮リングと第三圧縮リング間の距離を大きく設定する。
第一態様の前記駆動装置を、負荷量の変化に応じて前記摺動する弁を移動させる駆動装置に特定する。
前記第一圧縮リングと前記第二圧縮リングの間の前記筒状側面と前記副シリンダーの前記開口部が対面する位置に、前記駆動装置が前記摺動する弁本体を移動させ、それによって前記第一圧縮リングが前記二つの空間を隔離し、それによって圧縮比を高める。
前記最大の空洞の前記開口部と前記副シリンダーの前記開口部が対面する位置に、前記駆動装置が前記摺動する弁本体を移動させ、それによって前記二つの空間を連通し、それによって圧縮比を低下させる。
第二態様では、前記最大の空洞は高負荷時に副燃焼室として機能し、前記摺動する弁は燃焼室容積可変装置として機能する。
第二態様は、低負荷時に圧縮比を増加し、熱効率を向上できる。従って、第二態様は、第二の目的を達成できる。
前記駆動装置としてカムの位相を変化させる装置を使用しない第二態様の例では、低負荷時と高負荷時に、第一の目的を完全に達成できる。
第二態様は、低負荷時に圧縮比を増加し、熱効率を向上できる。従って、第二態様は、第二の目的を達成できる。
前記駆動装置としてカムの位相を変化させる装置を使用しない第二態様の例では、低負荷時と高負荷時に、第一の目的を完全に達成できる。
第三態様は、第一態様に以下の構成要素を加える。
前記エンジンを頭上茸弁を持つピストン式に限定する。
第一圧縮リングと第二圧縮リングの間以外に、前記最大の空洞の他の開口部を設置する。
副流路を設置する。前記副流路は、前記エンジンの外部と連通する。
第一態様の前記駆動装置を、前記エンジンの一サイクル中の全行程に同期して前記摺動する弁を移動させる駆動装置に特定する。
前記の両圧縮リング間の前記筒状側面と前記副シリンダーの前記開口部が対面する位置に、前記駆動装置が前記摺動する弁本体を移動させ、それにより、前記主燃焼室と前記副流路とを隔離する。
前記最大の空洞の前記開口部と前記副シリンダーの前記開口部が対面する位置に、前記駆動装置が前記摺動する弁本体を移動させ、それにより、吸入行程時と排気行程時の一方に前記最大の空洞を介して前記主燃焼室と前記副流路とを連通する。
前記エンジンを頭上茸弁を持つピストン式に限定する。
第一圧縮リングと第二圧縮リングの間以外に、前記最大の空洞の他の開口部を設置する。
副流路を設置する。前記副流路は、前記エンジンの外部と連通する。
第一態様の前記駆動装置を、前記エンジンの一サイクル中の全行程に同期して前記摺動する弁を移動させる駆動装置に特定する。
前記の両圧縮リング間の前記筒状側面と前記副シリンダーの前記開口部が対面する位置に、前記駆動装置が前記摺動する弁本体を移動させ、それにより、前記主燃焼室と前記副流路とを隔離する。
前記最大の空洞の前記開口部と前記副シリンダーの前記開口部が対面する位置に、前記駆動装置が前記摺動する弁本体を移動させ、それにより、吸入行程時と排気行程時の一方に前記最大の空洞を介して前記主燃焼室と前記副流路とを連通する。
第三態様では、前記摺動する弁は吸気弁または排気弁として機能する。
前記駆動装置としてカムを使用する場合でしかも摺動する弁が吸気弁として機能する場合は、エンジンの一サイクル中の全行程時に、燃焼ガスの圧力が前記駆動装置に加わらず、前記駆動装置の耐久性が低下しない。また、燃焼行程時に、摺動する弁が移動しない。従って、第一目的を完全に達成できる。
第三態様では、頭上茸弁の面積と摺動する弁の排気口または吸気口の面積との和が、主シリンダーの外側に吸気弁と排気弁を増設しない燃焼室よりも、増加する。この為、高速回転時の吸気抵抗と排気抵抗が減少できる。
しかも、圧縮行程時と燃焼行程時に主燃焼室と前記最大の空洞とは隔離される。従って、燃焼行程時に、第三態様は圧縮比を殆ど低下させない。従って、前記サイド・バルブ式燃焼室よりも、第三態様は高圧縮比の燃焼室が実現できる。
従って、第三態様は、第三の目的を達成できる。
前記駆動装置としてカムを使用する場合でしかも摺動する弁が吸気弁として機能する場合は、エンジンの一サイクル中の全行程時に、燃焼ガスの圧力が前記駆動装置に加わらず、前記駆動装置の耐久性が低下しない。また、燃焼行程時に、摺動する弁が移動しない。従って、第一目的を完全に達成できる。
第三態様では、頭上茸弁の面積と摺動する弁の排気口または吸気口の面積との和が、主シリンダーの外側に吸気弁と排気弁を増設しない燃焼室よりも、増加する。この為、高速回転時の吸気抵抗と排気抵抗が減少できる。
しかも、圧縮行程時と燃焼行程時に主燃焼室と前記最大の空洞とは隔離される。従って、燃焼行程時に、第三態様は圧縮比を殆ど低下させない。従って、前記サイド・バルブ式燃焼室よりも、第三態様は高圧縮比の燃焼室が実現できる。
従って、第三態様は、第三の目的を達成できる。
第一態様を説明する。
主ピストンと点火プラグは、主燃焼室１内空間に接して設置される。
副シリンダー２は、主シリンダー３の外側に設置される。副シリンダー２の設置場所は、シリンダーブロックに限定されず、シリンダーヘッド５にも設置できる。
副シリンダー２に開口部１１を設け、主燃焼室１と開口部１１を連絡する。２図に示す様に、主燃焼室１と副シリンダー２の開口部１１を結ぶ連絡通路４を設けても良い。連絡通路４は、主シリンダー３に設置するだけでなく、シリンダーヘッド５にも設置できる。
副シリンダー２内に、副シリンダー２の中心軸方向に摺動する弁本体６を設ける。
摺動する弁本体６は、筒状側面を持つ。
摺動する弁本体６の筒状側面に、第一圧縮リング８と第二圧縮リング１２を設ける。
摺動する弁本体６の内側に、最大の空洞７を設ける。最大の空洞７の開口部１０は、二つの圧縮リング８と１２の間以外の筒状側面の主燃焼室１側に設置する。
３図に示す様に、二つの圧縮リング８と１２の間の筒状側面に小さな空洞１７の開口部を設ける場合は、小さな空洞１７は最大の空洞７よりも小さく設定する。
副シリンダー２の中心軸方向の距離に関して、副シリンダー２の開口部１１の長さよりも、二つの圧縮リング８と１２の間の距離を大きく設定する。
副シリンダーの中心軸方向に摺動する弁本体６を移動させる駆動装置９を設ける。駆動装置９は、第二態様と第三態様で特定する。
主ピストンと点火プラグは、主燃焼室１内空間に接して設置される。
副シリンダー２は、主シリンダー３の外側に設置される。副シリンダー２の設置場所は、シリンダーブロックに限定されず、シリンダーヘッド５にも設置できる。
副シリンダー２に開口部１１を設け、主燃焼室１と開口部１１を連絡する。２図に示す様に、主燃焼室１と副シリンダー２の開口部１１を結ぶ連絡通路４を設けても良い。連絡通路４は、主シリンダー３に設置するだけでなく、シリンダーヘッド５にも設置できる。
副シリンダー２内に、副シリンダー２の中心軸方向に摺動する弁本体６を設ける。
摺動する弁本体６は、筒状側面を持つ。
摺動する弁本体６の筒状側面に、第一圧縮リング８と第二圧縮リング１２を設ける。
摺動する弁本体６の内側に、最大の空洞７を設ける。最大の空洞７の開口部１０は、二つの圧縮リング８と１２の間以外の筒状側面の主燃焼室１側に設置する。
３図に示す様に、二つの圧縮リング８と１２の間の筒状側面に小さな空洞１７の開口部を設ける場合は、小さな空洞１７は最大の空洞７よりも小さく設定する。
副シリンダー２の中心軸方向の距離に関して、副シリンダー２の開口部１１の長さよりも、二つの圧縮リング８と１２の間の距離を大きく設定する。
副シリンダーの中心軸方向に摺動する弁本体６を移動させる駆動装置９を設ける。駆動装置９は、第二態様と第三態様で特定する。
１図と２図と４図に示す様に、二つの圧縮リング８と１２の間の筒状側面と副シリンダー２の開口部１１が対面する位置に、駆動装置９が摺動する弁本体６を移動させ、それによって最大の空洞７と主燃焼室１を隔離する。
そして、最大の空洞７の開口部１０と副シリンダー２の開口部１１が対面する位置に、駆動装置９が摺動する弁本体６を移動させ、それによって最大の空洞７と主燃焼室１を連通させる。
駆動装置９と摺動する弁本体６は、最大の空洞７と主燃焼室１の両者の連通と隔離を行う可変装置として機能する。
最大の空洞７の設置に関する三つの例を示す。
１図と２図と３図に示す様に、一つ目の例では、摺動する弁本体６を円柱状に形成して、内部に最大の空洞７を形成する。
二つ目の例では、４図に示す様に、摺動する弁本体として円筒状のスリーブ２０とパイプ２２を使用する。そして、パイプ２２をスリーブ２０の内面に設置し、パイプ２２の内側を最大の空洞７として使用し、パイプ２２の開放された一端を最大の空洞７の開口部１０として使用する。
三つ目の例では、５図に示す様に、摺動する弁本体として円筒状のスリーブ２０を使用し、二つの圧縮リング８と１２と最大の空洞７の開口部１０をスリーブ２０に設置し、スリーブ２０の内側を最大の空洞７として使用する。
そして、最大の空洞７の開口部１０と副シリンダー２の開口部１１が対面する位置に、駆動装置９が摺動する弁本体６を移動させ、それによって最大の空洞７と主燃焼室１を連通させる。
駆動装置９と摺動する弁本体６は、最大の空洞７と主燃焼室１の両者の連通と隔離を行う可変装置として機能する。
最大の空洞７の設置に関する三つの例を示す。
１図と２図と３図に示す様に、一つ目の例では、摺動する弁本体６を円柱状に形成して、内部に最大の空洞７を形成する。
二つ目の例では、４図に示す様に、摺動する弁本体として円筒状のスリーブ２０とパイプ２２を使用する。そして、パイプ２２をスリーブ２０の内面に設置し、パイプ２２の内側を最大の空洞７として使用し、パイプ２２の開放された一端を最大の空洞７の開口部１０として使用する。
三つ目の例では、５図に示す様に、摺動する弁本体として円筒状のスリーブ２０を使用し、二つの圧縮リング８と１２と最大の空洞７の開口部１０をスリーブ２０に設置し、スリーブ２０の内側を最大の空洞７として使用する。
駆動装置９の耐久性を説明する。
１図と２図と４図と５図では、二つの圧縮リング８と１２の間の筒状側面と副シリンダー２の開口部１１が対面する。この時、二つの圧縮リング８と１２が主燃焼室１内の燃焼ガスをシールして、副シリンダー２内の空間に燃焼ガスは流失せず、燃焼ガスの圧力が摺動する弁本体６の上面と駆動装置９に加わらない。この時、二つの圧縮リング８と１２には、副シリンダー中心軸方向に関して、反対方向に同じ大きさの力が働く。二つの力は、バランスしている。
従って、この時に、駆動部９の耐久性が低下しない。従って、この時に、第一態様は第一の目的の一部を達成できる。
この時に、開口部１１に面する筒状側面に燃焼ガス圧力が作用し、副シリンダー２の主燃焼室１と反対側に、燃焼ガスが摺動する弁本体６を押し付ける。この時に、摺動する弁が移動中ならば、摺動する弁本体６の焼付きの問題が発生する。
しかし、摺動する弁が駆動装置によって移動されない期間は、焼付きの問題が発生せず、第一態様は第一の目的を完全に達成できる。摺動する弁が移動しない期間は、第二態様と第三態様で特定する。
また、摺動する弁本体は、燃焼ガスの圧力を出力に変換しない。この点で、摺動する弁本体６は、燃焼ガスの圧力を出力に変換するピストンとは異なる。
１図と２図と４図と５図では、二つの圧縮リング８と１２の間の筒状側面と副シリンダー２の開口部１１が対面する。この時、二つの圧縮リング８と１２が主燃焼室１内の燃焼ガスをシールして、副シリンダー２内の空間に燃焼ガスは流失せず、燃焼ガスの圧力が摺動する弁本体６の上面と駆動装置９に加わらない。この時、二つの圧縮リング８と１２には、副シリンダー中心軸方向に関して、反対方向に同じ大きさの力が働く。二つの力は、バランスしている。
従って、この時に、駆動部９の耐久性が低下しない。従って、この時に、第一態様は第一の目的の一部を達成できる。
この時に、開口部１１に面する筒状側面に燃焼ガス圧力が作用し、副シリンダー２の主燃焼室１と反対側に、燃焼ガスが摺動する弁本体６を押し付ける。この時に、摺動する弁が移動中ならば、摺動する弁本体６の焼付きの問題が発生する。
しかし、摺動する弁が駆動装置によって移動されない期間は、焼付きの問題が発生せず、第一態様は第一の目的を完全に達成できる。摺動する弁が移動しない期間は、第二態様と第三態様で特定する。
また、摺動する弁本体は、燃焼ガスの圧力を出力に変換しない。この点で、摺動する弁本体６は、燃焼ガスの圧力を出力に変換するピストンとは異なる。
第二態様を説明する。
第二態様では、第一態様との相違点を説明する。
第一の相違点を説明する。
６図と７図と８図に示す様に、摺動する弁本体６の筒状側面に、三つの圧縮リング８と１２と１８とを設ける。
第一圧縮リング８と第三圧縮リング１８との間の摺動する弁本体６の筒状側面の主燃焼室１側に、最大の空洞７の開口部１０を設ける。
第二圧縮リング１２と第三圧縮リング１８との間に、第一圧縮リング８を設ける。
副シリンダー２の中心軸方向の距離に関して、開口部１１の長さよりも、第一圧縮リング８と第三圧縮リング１８との間の距離を大きく設定する。
第二態様では、第一態様との相違点を説明する。
第一の相違点を説明する。
６図と７図と８図に示す様に、摺動する弁本体６の筒状側面に、三つの圧縮リング８と１２と１８とを設ける。
第一圧縮リング８と第三圧縮リング１８との間の摺動する弁本体６の筒状側面の主燃焼室１側に、最大の空洞７の開口部１０を設ける。
第二圧縮リング１２と第三圧縮リング１８との間に、第一圧縮リング８を設ける。
副シリンダー２の中心軸方向の距離に関して、開口部１１の長さよりも、第一圧縮リング８と第三圧縮リング１８との間の距離を大きく設定する。
第二の相違点を説明する。
第一態様の駆動装置を、負荷量の変化に応じて摺動する弁本体６を移動させる駆動装置１３に特定する。この駆動装置１３として、空気圧装置と油圧装置と電磁式の駆動装置と電気式の駆動装置のどれかを使用できる。この駆動装置１３として、９図に示す様に、カム１４とカムの位相を変化できる装置の組み合わせを使用できる。
駆動装置１３は、これらに限定されない。そして、摺動する弁本体６の一端に接して、スプリング１５を設ける。
駆動装置１３内にスプリングを備える場合は、スプリング１５を省略できる。
カム１４とカムの位相を変化させる装置の組み合わせでは、低負荷時は排気行程時に、高負荷時は圧縮行程後期から膨張行程前期までに、カム１４が摺動する弁本体６をリフトする様に、カム１４の位相を制御する。
第一態様の駆動装置を、負荷量の変化に応じて摺動する弁本体６を移動させる駆動装置１３に特定する。この駆動装置１３として、空気圧装置と油圧装置と電磁式の駆動装置と電気式の駆動装置のどれかを使用できる。この駆動装置１３として、９図に示す様に、カム１４とカムの位相を変化できる装置の組み合わせを使用できる。
駆動装置１３は、これらに限定されない。そして、摺動する弁本体６の一端に接して、スプリング１５を設ける。
駆動装置１３内にスプリングを備える場合は、スプリング１５を省略できる。
カム１４とカムの位相を変化させる装置の組み合わせでは、低負荷時は排気行程時に、高負荷時は圧縮行程後期から膨張行程前期までに、カム１４が摺動する弁本体６をリフトする様に、カム１４の位相を制御する。
第三の相違点を説明する。
６図と７図と１２図に示す様に、二つの圧縮リング８と１２の間の筒状側面と副シリンダー２の開口部１１が対面する位置に、駆動装置１３が摺動する弁本体６を移動させ、それによって第一圧縮リング８が最大の空洞７と主燃焼室１とを隔離し、それによって圧縮比を高める。
８図に示す様に、最大の空洞７の開口部１０と副シリンダー２の開口部１１が対面する位置に、駆動装置１３が前記摺動する弁本体６を移動させ、それによって主燃焼室１と最大の空洞７とを連通し、それによって圧縮比を低下させる。
低負荷時時から高負荷時に移行する過程を、１０図と１１図に示す。
駆動装置１３と摺動する弁本体６が、圧縮比を切り替える。
最大の空洞７は、高負荷時に副燃焼室として機能する。摺動する弁は、燃焼室容積可変装置として機能する。
６図と７図と１２図に示す様に、二つの圧縮リング８と１２の間の筒状側面と副シリンダー２の開口部１１が対面する位置に、駆動装置１３が摺動する弁本体６を移動させ、それによって第一圧縮リング８が最大の空洞７と主燃焼室１とを隔離し、それによって圧縮比を高める。
８図に示す様に、最大の空洞７の開口部１０と副シリンダー２の開口部１１が対面する位置に、駆動装置１３が前記摺動する弁本体６を移動させ、それによって主燃焼室１と最大の空洞７とを連通し、それによって圧縮比を低下させる。
低負荷時時から高負荷時に移行する過程を、１０図と１１図に示す。
駆動装置１３と摺動する弁本体６が、圧縮比を切り替える。
最大の空洞７は、高負荷時に副燃焼室として機能する。摺動する弁は、燃焼室容積可変装置として機能する。
第四の相違点を説明する。
二つの圧縮リング８と１２の間の筒状側面と副シリンダー２の開口部１１が対面する時は、低負荷時であり、副シリンダー２内の空間に燃焼ガスは流失せず、燃焼ガスの圧力が摺動する弁本体６の上面と駆動装置９に加わらない。
８図に示す高負荷時は、主燃焼室１から最大の空洞７内にガスが流入すると、最大の空洞７の上部壁面と下部壁面には、二つの等しい燃焼ガス圧力が加わる。二つの力は、副シリンダー中心軸の両方向に向き、バランスしている。また、高負荷時に、第一圧縮リング８と第三圧縮リング１８が燃焼ガスをシールし、高負荷時に燃焼ガスの圧力を駆動装置１３に伝えない。また、高負荷時は、第一圧縮リング８と第三圧縮リング１８には、反対方向に同じ大きさの力が働く。
従って、高負荷時に、駆動装置１３の耐久性は低下しない。
二つの圧縮リング８と１２の間の筒状側面と副シリンダー２の開口部１１が対面する時は、低負荷時であり、副シリンダー２内の空間に燃焼ガスは流失せず、燃焼ガスの圧力が摺動する弁本体６の上面と駆動装置９に加わらない。
８図に示す高負荷時は、主燃焼室１から最大の空洞７内にガスが流入すると、最大の空洞７の上部壁面と下部壁面には、二つの等しい燃焼ガス圧力が加わる。二つの力は、副シリンダー中心軸の両方向に向き、バランスしている。また、高負荷時に、第一圧縮リング８と第三圧縮リング１８が燃焼ガスをシールし、高負荷時に燃焼ガスの圧力を駆動装置１３に伝えない。また、高負荷時は、第一圧縮リング８と第三圧縮リング１８には、反対方向に同じ大きさの力が働く。
従って、高負荷時に、駆動装置１３の耐久性は低下しない。
９図以外の第二態様の低負荷時と高負荷時に、駆動装置１３が摺動する弁本体６を移動させない。従って、９図以外の第二態様は、低負荷時と高負荷時に、第一の目的を完全に達成できる。しかし、低負荷時と高負荷時との間の負荷の切替時に、駆動装置１３が摺動する弁本体６を移動させ、第一態様で説明した焼付きの問題が発生する。この対処方法は、実施例３で説明する。
第三態様を説明する。
第三態様では、第一態様との相違点を説明する。
第一の相違点を説明する。
第一態様の駆動装置９を、エンジンの一サイクル中の全行程に同期して摺動する弁本体６を移動させる駆動装置に特定する。
エンジンの一サイクル中の全行程に同期する駆動装置として、１３図と１５図とに示す様に、クランクとコンロッド２４を使用でき、また、１４図と１６図と１７図とに示す様に、カム１４とスプリング１５を使用できる。
また、エンジンの一サイクル中の全行程に同期する駆動装置として、電磁駆動装置または電気式の駆動装置を使用できる。前記の全行程に同期する駆動装置は、これらに限定されない。
なお、エンジンの一サイクル中の全行程は、吸入行程と圧縮行程と燃焼・膨張行程と排気行程とを指す。
カムを使用する場合は、摺動する弁本体６の回転を防止する装置が必要になる。
第三態様では、第一態様との相違点を説明する。
第一の相違点を説明する。
第一態様の駆動装置９を、エンジンの一サイクル中の全行程に同期して摺動する弁本体６を移動させる駆動装置に特定する。
エンジンの一サイクル中の全行程に同期する駆動装置として、１３図と１５図とに示す様に、クランクとコンロッド２４を使用でき、また、１４図と１６図と１７図とに示す様に、カム１４とスプリング１５を使用できる。
また、エンジンの一サイクル中の全行程に同期する駆動装置として、電磁駆動装置または電気式の駆動装置を使用できる。前記の全行程に同期する駆動装置は、これらに限定されない。
なお、エンジンの一サイクル中の全行程は、吸入行程と圧縮行程と燃焼・膨張行程と排気行程とを指す。
カムを使用する場合は、摺動する弁本体６の回転を防止する装置が必要になる。
第二の相違点を説明する。
二つの圧縮リング８と１２の間以外に、最大の空洞７の他の開口部１６を設置する。そして、吸気または排気ガスの副流路２６を設置する。副流路２６は、エンジンの外部と連通する。
二つの圧縮リング８と１２の間以外に、最大の空洞７の他の開口部１６を設置する。そして、吸気または排気ガスの副流路２６を設置する。副流路２６は、エンジンの外部と連通する。
第三の相違点を説明する。
第三の相違点は、摺動する弁が、最大の空洞７を介して、主燃焼室１と副流路２６の連通と隔離を切り替える。
第三の相違点は以下の二種類の例を含む。
一つ目の例を説明する。
第一圧縮リング８と第二圧縮リング１２の間以外の前記筒状側面に、最大の空洞の他の開口部１６を設置する。
副シリンダー２の他の開口部２５に隣接して吸気または排気ガスの副流路２６を設置する。
そして、摺動する弁が、最大の空洞７と副流路２６の連通と隔離を切り替える。
すなわち、１５図と１６図に示す様に、最大の空洞７の開口部１０が副シリンダー２の開口部１１と面する時に、最大の空洞７の他の開口部１６に面して、副シリンダー２の他の開口部２５を設置する。そして、他の開口部２５と最大の空洞７の他の開口部１６が対面する位置に、前記駆動装置が摺動する弁を移動させ、それにより、最大の空洞７と副流路２６とを連通する。１３図と１４図と１７図に示す様に、両圧縮リング８と１２の間の筒状側面と副シリンダー２の開口部１１が対面する位置に、前記駆動装置が摺動する弁本体６を移動させ、それにより、最大の空洞７と副流路２６とを隔離する。
１５図と１６図に示す場合は、吸入行程または排気行程です。
第三の相違点は、摺動する弁が、最大の空洞７を介して、主燃焼室１と副流路２６の連通と隔離を切り替える。
第三の相違点は以下の二種類の例を含む。
一つ目の例を説明する。
第一圧縮リング８と第二圧縮リング１２の間以外の前記筒状側面に、最大の空洞の他の開口部１６を設置する。
副シリンダー２の他の開口部２５に隣接して吸気または排気ガスの副流路２６を設置する。
そして、摺動する弁が、最大の空洞７と副流路２６の連通と隔離を切り替える。
すなわち、１５図と１６図に示す様に、最大の空洞７の開口部１０が副シリンダー２の開口部１１と面する時に、最大の空洞７の他の開口部１６に面して、副シリンダー２の他の開口部２５を設置する。そして、他の開口部２５と最大の空洞７の他の開口部１６が対面する位置に、前記駆動装置が摺動する弁を移動させ、それにより、最大の空洞７と副流路２６とを連通する。１３図と１４図と１７図に示す様に、両圧縮リング８と１２の間の筒状側面と副シリンダー２の開口部１１が対面する位置に、前記駆動装置が摺動する弁本体６を移動させ、それにより、最大の空洞７と副流路２６とを隔離する。
１５図と１６図に示す場合は、吸入行程または排気行程です。
１８図を使って、二つ目の例を説明する。
副シリンダー２内の空間の上部に隣接した空間２１に面して、しかも副シリンダー２以外に、副流路２６の開口部を設置する。そして、空間２１に面して、最大の空洞７の他の開口部１６を設置する。それにより、空間２１を介して、最大の空洞７は吸気または排気ガスの副流路２６と常に連通する。
副シリンダー２内の空間の上部に隣接した空間２１に面して、しかも副シリンダー２以外に、副流路２６の開口部を設置する。そして、空間２１に面して、最大の空洞７の他の開口部１６を設置する。それにより、空間２１を介して、最大の空洞７は吸気または排気ガスの副流路２６と常に連通する。
第四の相違点を説明する。
摺動する弁は、吸気弁又は排気弁として機能する。従って、１３図から１８図までの例では、燃焼行程時と膨張行程時に、二つの圧縮リング８と１２によって、主燃焼室１内の燃焼ガスがシールされ、副流路２６と副シリンダー２内に流失しない。
摺動する弁が吸気弁として機能する場合は、吸気行程時に、主燃焼室１と最大の空洞７と副流路２６を連通させる。吸気行程時は、主燃焼室１内に燃焼ガスが存在しない。この場合は、吸気行程時以外の行程時に、二つの圧縮リング８と１２の間の筒状側面と副シリンダー２の開口部１１が対面し、燃焼ガスの圧力が摺動する弁本体６の上面と駆動装置に加わらない。
従って、エンジンの一サイクル中の全行程時に、前記駆動装置の耐久性が低下せず、第一目的の一部を達成できる。
前記駆動装置としてカム１４を使用する場合でしかも摺動する弁が吸気弁として機能する場合は、燃焼行程時と膨張行程時に、摺動する弁本体６がカム１４によって移動されず、焼付きの問題が発生せず、第一目的を完全に達成できる。
摺動する弁が排気弁として機能する場合は、排気行程時の開始時に、排気ガスの圧力が最大の空洞７の下面と前記駆動装置に加わる。しかし、この時の排気ガスの圧力は小さい。この時に、排気ガスが前記駆動装置付近に流失する。これを防止する為に、最大の空洞７の開口部１０の下側に第三圧縮リングを追加する。
摺動する弁は、吸気弁又は排気弁として機能する。従って、１３図から１８図までの例では、燃焼行程時と膨張行程時に、二つの圧縮リング８と１２によって、主燃焼室１内の燃焼ガスがシールされ、副流路２６と副シリンダー２内に流失しない。
摺動する弁が吸気弁として機能する場合は、吸気行程時に、主燃焼室１と最大の空洞７と副流路２６を連通させる。吸気行程時は、主燃焼室１内に燃焼ガスが存在しない。この場合は、吸気行程時以外の行程時に、二つの圧縮リング８と１２の間の筒状側面と副シリンダー２の開口部１１が対面し、燃焼ガスの圧力が摺動する弁本体６の上面と駆動装置に加わらない。
従って、エンジンの一サイクル中の全行程時に、前記駆動装置の耐久性が低下せず、第一目的の一部を達成できる。
前記駆動装置としてカム１４を使用する場合でしかも摺動する弁が吸気弁として機能する場合は、燃焼行程時と膨張行程時に、摺動する弁本体６がカム１４によって移動されず、焼付きの問題が発生せず、第一目的を完全に達成できる。
摺動する弁が排気弁として機能する場合は、排気行程時の開始時に、排気ガスの圧力が最大の空洞７の下面と前記駆動装置に加わる。しかし、この時の排気ガスの圧力は小さい。この時に、排気ガスが前記駆動装置付近に流失する。これを防止する為に、最大の空洞７の開口部１０の下側に第三圧縮リングを追加する。
第二態様の負荷の切替時に、副シリンダーの開口部１１に面した位置に第一圧縮リング８が移動し、複数回の燃焼と膨張が行われ、第一圧縮リング８の熱負荷が増加してしまう。
この熱負荷の問題の解決方法を説明する。
１９図に示す様に、副シリンダー中心軸方向の長さに関して、第一圧縮リング８の厚みに比較して、副シリンダーの開口部１１の長さをほぼ同様の長さ又は小さく設定する。すると、第一圧縮リング８の両面が燃焼ガスに曝される期間が短縮され、熱負荷が減少する。
この熱負荷の問題の解決方法を説明する。
１９図に示す様に、副シリンダー中心軸方向の長さに関して、第一圧縮リング８の厚みに比較して、副シリンダーの開口部１１の長さをほぼ同様の長さ又は小さく設定する。すると、第一圧縮リング８の両面が燃焼ガスに曝される期間が短縮され、熱負荷が減少する。
第二態様の他の問題点を指摘する。
１１図と２０図に示す様に、副シリンダー２の中心軸方向の距離に関して、第一圧縮リング８と最大の空洞７の開口部１０との間の筒状側面のランド部１９の長さよりも副シリンダーの開口部１１の長さが短い場合は、低負荷時と高負荷時との間の負荷の切替時に、副シリンダー２の内壁面に面して、狭い通路２９が形成される。
すると、狭い通路２９を通って最大の空洞７に流入する燃焼ガスの流れは、副シリンダー２の中心軸方向に向き、駆動装置１３に過大な力を加え、耐久性を低下させる。
これを解決する手段を示す。
２１図に示す様に、第二態様の駆動装置１３として、空気圧装置と油圧装置と電磁式の駆動装置と電気式の駆動装置のどれかを設置し、カムの位相を変化させる装置とカム１４を組み合わせた装置を併設する。そして、摺動する弁本体６とカム１４の間に、空気圧装置と油圧装置と電磁式の駆動装置と電気式の駆動装置のどれかを設置する。
そして、負荷の切替時であってしかも燃焼行程時に、最大の空洞７の開口部１０と副シリンダー２の開口部１１が面する位置にカム１４が摺動する弁本体６と駆動装置１３とをリフトする様に、カム１４の位相を制御する。
すると、前記の切替時であってしかも燃焼行程時に、主燃焼室と最大の空洞７を結ぶ狭い通路３９が形成されず、駆動装置１３の耐久性は低下しない。また、燃焼行程時に第一圧縮リング８が副シリンダーの開口部１１に面しない為に、第一圧縮リング８の熱負荷が増加しない。
なお、低負荷時と高負荷時の燃焼行程時には、カム１４が摺動する弁本体６と駆動装置１３とをリフトさせない。
１１図と２０図に示す様に、副シリンダー２の中心軸方向の距離に関して、第一圧縮リング８と最大の空洞７の開口部１０との間の筒状側面のランド部１９の長さよりも副シリンダーの開口部１１の長さが短い場合は、低負荷時と高負荷時との間の負荷の切替時に、副シリンダー２の内壁面に面して、狭い通路２９が形成される。
すると、狭い通路２９を通って最大の空洞７に流入する燃焼ガスの流れは、副シリンダー２の中心軸方向に向き、駆動装置１３に過大な力を加え、耐久性を低下させる。
これを解決する手段を示す。
２１図に示す様に、第二態様の駆動装置１３として、空気圧装置と油圧装置と電磁式の駆動装置と電気式の駆動装置のどれかを設置し、カムの位相を変化させる装置とカム１４を組み合わせた装置を併設する。そして、摺動する弁本体６とカム１４の間に、空気圧装置と油圧装置と電磁式の駆動装置と電気式の駆動装置のどれかを設置する。
そして、負荷の切替時であってしかも燃焼行程時に、最大の空洞７の開口部１０と副シリンダー２の開口部１１が面する位置にカム１４が摺動する弁本体６と駆動装置１３とをリフトする様に、カム１４の位相を制御する。
すると、前記の切替時であってしかも燃焼行程時に、主燃焼室と最大の空洞７を結ぶ狭い通路３９が形成されず、駆動装置１３の耐久性は低下しない。また、燃焼行程時に第一圧縮リング８が副シリンダーの開口部１１に面しない為に、第一圧縮リング８の熱負荷が増加しない。
なお、低負荷時と高負荷時の燃焼行程時には、カム１４が摺動する弁本体６と駆動装置１３とをリフトさせない。
第二態様２では、負荷の切替時に、焼付きの問題が発生する。この対処方法を説明する。
図２２に示す様に、第一圧縮リング８と第三圧縮リング１８の間の摺動する弁本体６の円筒状側面であってしかも副シリンダーの中心軸に対して開口部１０とは反対側に、最大の空洞７の他の開口部１６を設置する。
すると、前記の切替時に、最大の空洞７内に流入する燃焼ガスが他の開口部１６を通過して、副シリンダー２の反主燃焼室１側に、燃焼ガスが摺動する弁本体６を押し付けない。この為、焼付きの問題を解決できる。
図２２に示す様に、第一圧縮リング８と第三圧縮リング１８の間の摺動する弁本体６の円筒状側面であってしかも副シリンダーの中心軸に対して開口部１０とは反対側に、最大の空洞７の他の開口部１６を設置する。
すると、前記の切替時に、最大の空洞７内に流入する燃焼ガスが他の開口部１６を通過して、副シリンダー２の反主燃焼室１側に、燃焼ガスが摺動する弁本体６を押し付けない。この為、焼付きの問題を解決できる。
第二態様の副燃焼室に火炎が伝播する場合に、火炎の伝播経路が長くなり、ノッキングを発生し易くなる。
この問題を解決する為には、副燃焼室壁面に設置する第二の点火プラグを先に点火する。
しかし、最大の空洞７の設置に関する前記一つ目の例と二つ目の例の副燃焼室壁面に第二の点火プラグを設置すると、摺動する弁本体の重量が増加する。
これに対しては、前記三つ目の例に以下の構成を加える。
２３図に示す様に、スリーブ２０の内側に、シリンダーヘッド５に固定される上部固定部２７とシリンダーブロック側に固定される下部固定部２８を設ける。上部固定部２７と下部固定部２８に、他の圧縮リング２３を設置する。上部固定部２７と下部固定部２８とスリーブ２０の間の空間を最大の空洞７として使用する。
そして、上部固定部２７の内壁面又は下部固定部２８の内壁面に第二の点火プラグ３０を設置する。
すると、摺動する弁本体の重量が増加しない。
この問題を解決する為には、副燃焼室壁面に設置する第二の点火プラグを先に点火する。
しかし、最大の空洞７の設置に関する前記一つ目の例と二つ目の例の副燃焼室壁面に第二の点火プラグを設置すると、摺動する弁本体の重量が増加する。
これに対しては、前記三つ目の例に以下の構成を加える。
２３図に示す様に、スリーブ２０の内側に、シリンダーヘッド５に固定される上部固定部２７とシリンダーブロック側に固定される下部固定部２８を設ける。上部固定部２７と下部固定部２８に、他の圧縮リング２３を設置する。上部固定部２７と下部固定部２８とスリーブ２０の間の空間を最大の空洞７として使用する。
そして、上部固定部２７の内壁面又は下部固定部２８の内壁面に第二の点火プラグ３０を設置する。
すると、摺動する弁本体の重量が増加しない。
従来の技術の欄に、燃焼ガスの変換効率の向上と高速回転時のトルクの増加の両立に関する問題を記載した。
この問題を解決する為には、第三態様の摺動する弁を吸気弁として使用するエンジンのピストンのストロークの長さをピストンの直径よりも小さくしない。すなわち、前記のエンジンのピストンのストロークの長さをピストンの直径とほぼ同等又はピストンの直径よりも大きくする。
すると、ショート・ストローク化したエンジンよりも、燃焼ガスの変換効率が向上する。しかも、エンジンの高速回転の吸気効率の低下を改善できる。すると、変換効率の向上と高速時のトルクの増加を両立できる。
この問題を解決する為には、第三態様の摺動する弁を吸気弁として使用するエンジンのピストンのストロークの長さをピストンの直径よりも小さくしない。すなわち、前記のエンジンのピストンのストロークの長さをピストンの直径とほぼ同等又はピストンの直径よりも大きくする。
すると、ショート・ストローク化したエンジンよりも、燃焼ガスの変換効率が向上する。しかも、エンジンの高速回転の吸気効率の低下を改善できる。すると、変換効率の向上と高速時のトルクの増加を両立できる。
１・・・主燃焼室
２・・・副シリンダー
３・・・主シリンダー
４・・・連絡通路
５・・・リンダーヘッド
６・・・摺動する弁本体
７・・・最大の空洞
８・・・第一圧縮リング
９・・・第一態様の摺動する弁本体の駆動装置
１０・・・最大の空洞の開口部
１１・・・副シリンダーの開口部
１２・・・第二圧縮リング
１３・・・第二態様の摺動する弁本体の駆動装置
１４・・・カム
１５・・・スプリング
１６・・・最大の空洞の他の開口部
１７・・・最大の空洞よりも小さな空洞
１８・・・第三圧縮リング
１９・・・第一圧縮リングと最大の空洞の開口部の間の筒状側面のランド部
２０・・・スリーブ
２１・・・副シリンダー内の空間の上部に隣接した空間
２２・・・パイプ
２３・・・他の圧縮リング
２４・・・コンロッド
２５・・・副シリンダーの他の開口部
２６・・・吸気または排気ガスの副流路
２７・・・スリーブの内側の上部固定部
２８・・・スリーブの内側の下部固定部
２９・・・負荷の切替時に主燃焼室と最大の空洞を結ぶ狭い通路
３０・・・第二の点火プラグ
２・・・副シリンダー
３・・・主シリンダー
４・・・連絡通路
５・・・リンダーヘッド
６・・・摺動する弁本体
７・・・最大の空洞
８・・・第一圧縮リング
９・・・第一態様の摺動する弁本体の駆動装置
１０・・・最大の空洞の開口部
１１・・・副シリンダーの開口部
１２・・・第二圧縮リング
１３・・・第二態様の摺動する弁本体の駆動装置
１４・・・カム
１５・・・スプリング
１６・・・最大の空洞の他の開口部
１７・・・最大の空洞よりも小さな空洞
１８・・・第三圧縮リング
１９・・・第一圧縮リングと最大の空洞の開口部の間の筒状側面のランド部
２０・・・スリーブ
２１・・・副シリンダー内の空間の上部に隣接した空間
２２・・・パイプ
２３・・・他の圧縮リング
２４・・・コンロッド
２５・・・副シリンダーの他の開口部
２６・・・吸気または排気ガスの副流路
２７・・・スリーブの内側の上部固定部
２８・・・スリーブの内側の下部固定部
２９・・・負荷の切替時に主燃焼室と最大の空洞を結ぶ狭い通路
３０・・・第二の点火プラグ
本発明は、副シリンダー内を摺動する弁を持つエンジンとその運転方法に関するものである。
図２４に示す特許文献１は、可変圧縮比エンジンに関する。特許文献１のエンジンは、番号１８で示すコンロッドの分割部とコンロッドの長さを変化させる為のコントロールロッドの支軸位置の位置を変化させる装置を持っている。コントロールロッドは、コンロッドの分割部に接続している。
この為、燃焼ガス圧力が、コンロッドの分割部とコンロッドの長さを変化させる為の装置に加わる。この力は、高負荷時に増大する。この為、支軸位置を変位させる装置とコンロッドの分割部に耐久性の問題が発生する。
図２５の番号４で示す副室可動体と図２６の番号９で示す副ピストンには、燃焼ガス圧力が加わる。
これらの例では、燃焼ガス圧力に抗して可変装置が動く。この為、これらの可変装置に耐久性の問題が発生する。
図２７に示す例は、東京都新宿区にある三栄書房が発行した“内燃機関の歴史”の２３７ページに記載されている第３．２４８図です。
この例で、ピストンの外側に二重にスリーブが設置されている。スリーブの内側に接して、シリンダーヘッドにピストンリングが設置される。スリーブの内側に頭上茸弁を設置する場合は、ピストンリングが設置される溝が、頭上茸弁の設置面積を制限する。この結果、頭上茸弁の吸・排気効率が低下する。
この為、燃焼ガス圧力が、コンロッドの分割部とコンロッドの長さを変化させる為の装置に加わる。この力は、高負荷時に増大する。この為、支軸位置を変位させる装置とコンロッドの分割部に耐久性の問題が発生する。
図２５の番号４で示す副室可動体と図２６の番号９で示す副ピストンには、燃焼ガス圧力が加わる。
これらの例では、燃焼ガス圧力に抗して可変装置が動く。この為、これらの可変装置に耐久性の問題が発生する。
図２７に示す例は、東京都新宿区にある三栄書房が発行した“内燃機関の歴史”の２３７ページに記載されている第３．２４８図です。
この例で、ピストンの外側に二重にスリーブが設置されている。スリーブの内側に接して、シリンダーヘッドにピストンリングが設置される。スリーブの内側に頭上茸弁を設置する場合は、ピストンリングが設置される溝が、頭上茸弁の設置面積を制限する。この結果、頭上茸弁の吸・排気効率が低下する。
４サイクルエンジンでは、高速回転時に、吸気抵抗と排気抵抗の量が増加する。
吸気カムの開弁期間初期は、開弁期間中期以降よりもリフト量が極端に少ない。高速回転になるほど、開弁期間初期の時間が短くなる。その結果、吸気の流入量が制限される。その結果、開弁期間初期のシリンダー内の圧力は、ピストンの裏側の圧力よりも低くなる。
この状態で、ピストンはピストンに圧力が加わる方向に逆らって下降し続ける。この為、負の仕事量が増える。この為、吸気抵抗による損失量が増加して、トルクが低下する。
実際に、山海堂発行の雑誌『内燃機関』１９９５年１１月号No. ４３４の９０ページに記載されている図２８で、最大トルク値Ｌ１・Ｌ２よりも高速な回転速度域では、トルクカーブの頂点時Ｌ１・Ｌ２よりもトルクが低下している。
排気弁の開弁時から排気行程の下死点時までの開弁期間初期は、開弁期間中期よりも極端にリフト量が少ない。その結果、高速回転時の下死点時のシリンダー内圧力が、高くなる。この結果、下死点時直後の排気行程時に、排気抵抗による損失量が増加する。
図２９に示す特許文献２のサイド・バルブ式燃焼室では、番号５４で示す主燃焼室がシリンダーの外側に拡張されている。その為に、ピストンの上面に面して、吸気弁と排気弁を増設できる。
特許文献２では、吸気弁と排気弁の間隔を狭める事によって、燃焼室をコンパクトに形成している。
しかし、特許文献２では、サイド・バルブが設置されている壁面とその対面とに挟まれた空間だけ、主燃焼室の容積が増加する。サイド・バルブのリフト量が大きいほど、この空間の容積が増加する。この為、ピストンの上面に面して設置する吸気弁とサイド・バルブを持つ燃焼室は高圧縮比化できない。この結果、効率が低下する。
吸気カムの開弁期間初期は、開弁期間中期以降よりもリフト量が極端に少ない。高速回転になるほど、開弁期間初期の時間が短くなる。その結果、吸気の流入量が制限される。その結果、開弁期間初期のシリンダー内の圧力は、ピストンの裏側の圧力よりも低くなる。
この状態で、ピストンはピストンに圧力が加わる方向に逆らって下降し続ける。この為、負の仕事量が増える。この為、吸気抵抗による損失量が増加して、トルクが低下する。
実際に、山海堂発行の雑誌『内燃機関』１９９５年１１月号No. ４３４の９０ページに記載されている図２８で、最大トルク値Ｌ１・Ｌ２よりも高速な回転速度域では、トルクカーブの頂点時Ｌ１・Ｌ２よりもトルクが低下している。
排気弁の開弁時から排気行程の下死点時までの開弁期間初期は、開弁期間中期よりも極端にリフト量が少ない。その結果、高速回転時の下死点時のシリンダー内圧力が、高くなる。この結果、下死点時直後の排気行程時に、排気抵抗による損失量が増加する。
図２９に示す特許文献２のサイド・バルブ式燃焼室では、番号５４で示す主燃焼室がシリンダーの外側に拡張されている。その為に、ピストンの上面に面して、吸気弁と排気弁を増設できる。
特許文献２では、吸気弁と排気弁の間隔を狭める事によって、燃焼室をコンパクトに形成している。
しかし、特許文献２では、サイド・バルブが設置されている壁面とその対面とに挟まれた空間だけ、主燃焼室の容積が増加する。サイド・バルブのリフト量が大きいほど、この空間の容積が増加する。この為、ピストンの上面に面して設置する吸気弁とサイド・バルブを持つ燃焼室は高圧縮比化できない。この結果、効率が低下する。
ピストンのストロークの長さをピストンの直径よりも長くすると、燃焼ガスの変換効率が向上するが、高速回転時の吸気効率が低下し、高速回転時のトルクが低下する。反対に、ピストンのストロークの長さをピストンの直径よりも短くすると、高速回転時の吸気効率が向上するが、燃焼ガスの変換効率が低下する。
この為、従来の火花点火式エンジンは、ピストンのロング・ストローク化と高速回転時のトルクの増加を両立できなかった。
この為、従来の火花点火式エンジンは、ピストンのロング・ストローク化と高速回転時のトルクの増加を両立できなかった。
第一目的は、燃焼室内の燃焼ガス圧力の影響を受ける可変装置の耐久性の低下を防止する。
第二目的は、低負荷時の熱効率を向上させる。
第三目的は、高速回転時の吸気抵抗の減少と高圧縮比化を両立させる。
第一態様を説明する。
主シリンダーの外側に副シリンダーを設けるピストン式エンジンにおいて、前記副シリンダーに開口部を設け、主燃焼室と前記副シリンダーの前記開口部を連絡する。
前記副シリンダーの中心軸方向に摺動する弁本体を前記副シリンダー内に設ける。
前記摺動する弁本体は筒状側面を持つ。
前記摺動する弁本体の内側に空洞を設ける。
前記摺動する弁本体の前記筒状側面に、第一圧縮リングおよび第二圧縮リングを設ける。
前記第一圧縮リングと前記第二圧縮リングの間以外の前記筒状側面の前記主燃焼室側に、前記空洞の開口部を設ける。
前記副シリンダーの中心軸方向の距離に関して、前記副シリンダーの前記開口部の長さよりも前記の両圧縮リング間の距離を大きく設定する。
前記摺動する弁本体を前記副シリンダーの中心軸方向に移動させる駆動装置を設ける。
前記第一圧縮リングと前記第二圧縮リングの間の前記筒状側面と前記副シリンダーの前記開口部が対面する位置に、前記駆動装置が前記摺動する弁本体を移動させ、それによって前記空洞と前記主燃焼室の二つの空間を隔離する。
前記空洞の前記開口部と前記副シリンダーの前記開口部が対面する位置に、前記駆動装置が前記摺動する弁本体を移動させ、それによって前記二つの空間を連通する。
第二目的は、低負荷時の熱効率を向上させる。
第三目的は、高速回転時の吸気抵抗の減少と高圧縮比化を両立させる。
第一態様を説明する。
主シリンダーの外側に副シリンダーを設けるピストン式エンジンにおいて、前記副シリンダーに開口部を設け、主燃焼室と前記副シリンダーの前記開口部を連絡する。
前記副シリンダーの中心軸方向に摺動する弁本体を前記副シリンダー内に設ける。
前記摺動する弁本体は筒状側面を持つ。
前記摺動する弁本体の内側に空洞を設ける。
前記摺動する弁本体の前記筒状側面に、第一圧縮リングおよび第二圧縮リングを設ける。
前記第一圧縮リングと前記第二圧縮リングの間以外の前記筒状側面の前記主燃焼室側に、前記空洞の開口部を設ける。
前記副シリンダーの中心軸方向の距離に関して、前記副シリンダーの前記開口部の長さよりも前記の両圧縮リング間の距離を大きく設定する。
前記摺動する弁本体を前記副シリンダーの中心軸方向に移動させる駆動装置を設ける。
前記第一圧縮リングと前記第二圧縮リングの間の前記筒状側面と前記副シリンダーの前記開口部が対面する位置に、前記駆動装置が前記摺動する弁本体を移動させ、それによって前記空洞と前記主燃焼室の二つの空間を隔離する。
前記空洞の前記開口部と前記副シリンダーの前記開口部が対面する位置に、前記駆動装置が前記摺動する弁本体を移動させ、それによって前記二つの空間を連通する。
前記摺動する弁本体と前記の両圧縮リングと前記空洞と前記駆動装置が摺動する弁を構成する。
第一態様では、摺動する弁は前記二つの空間の連通と隔離とを切り替える可変装置として機能する。
第一態様は、第二態様と第三態様の上位概念です。
前記両圧縮リングの間の筒状側面と副シリンダーの前記開口部が対面する場合は、燃焼ガスの圧力が前記駆動装置と摺動する弁本体の副シリンダーの中心軸方向に加わらず、前記駆動装置の耐久性が低下しない。従って、第一態様は第一の目的の一部を達成できる。第一の目的を完全に達成できる条件は、後ほど、駆動装置の耐久性の説明に記載する。
前記摺動する弁は、シリンダー内空間よりも上部の燃焼室壁面に設置したポペットバルブ(茸弁)の面積を制限しない。
主燃焼室と空洞とが隔離される場合に、前記両圧縮リングと筒状側面と副シリンダーとに囲まれる隙間は、主燃焼室と連通する。しかし、前記の隙間の容積は極僅かであり、圧縮比を殆ど低下させない。
前記エンジンは、２サイクル式または４サイクル式のピストン式エンジンであり得て、火花点火式エンジンまたは圧縮着火式エンジンであり得る。
第一態様では、摺動する弁は前記二つの空間の連通と隔離とを切り替える可変装置として機能する。
第一態様は、第二態様と第三態様の上位概念です。
前記両圧縮リングの間の筒状側面と副シリンダーの前記開口部が対面する場合は、燃焼ガスの圧力が前記駆動装置と摺動する弁本体の副シリンダーの中心軸方向に加わらず、前記駆動装置の耐久性が低下しない。従って、第一態様は第一の目的の一部を達成できる。第一の目的を完全に達成できる条件は、後ほど、駆動装置の耐久性の説明に記載する。
前記摺動する弁は、シリンダー内空間よりも上部の燃焼室壁面に設置したポペットバルブ(茸弁)の面積を制限しない。
主燃焼室と空洞とが隔離される場合に、前記両圧縮リングと筒状側面と副シリンダーとに囲まれる隙間は、主燃焼室と連通する。しかし、前記の隙間の容積は極僅かであり、圧縮比を殆ど低下させない。
前記エンジンは、２サイクル式または４サイクル式のピストン式エンジンであり得て、火花点火式エンジンまたは圧縮着火式エンジンであり得る。
第二態様は、第一態様に以下の構成要素を加える。
前記摺動する弁本体の前記筒状側面に第三圧縮リングを設ける。第一圧縮リングは、第二圧縮リングと第三圧縮リング間に位置する。
第一圧縮リングと第三圧縮リングとの間の前記筒状側面の前記主燃焼室側に、前記空洞の前記開口部を設ける。
前記副シリンダーの中心軸方向の距離に関して、その副シリンダーの前記開口部の長さよりも第一圧縮リングと第三圧縮リング間の距離を大きく設定する。
第一態様の前記駆動装置を、負荷量の変化に応じて前記摺動する弁を移動させる駆動装置に特定する。
前記第一圧縮リングと前記第二圧縮リングの間の前記筒状側面と前記副シリンダーの前記開口部が対面する位置に、前記駆動装置が前記摺動する弁本体を移動させ、それによって前記第一圧縮リングが前記二つの空間を隔離し、それによって圧縮比を高める。
前記空洞の前記開口部と前記副シリンダーの前記開口部が対面する位置に、前記駆動装置が前記摺動する弁本体を移動させ、それによって前記二つの空間を連通し、それによって圧縮比を低下させる。
前記摺動する弁本体の前記筒状側面に第三圧縮リングを設ける。第一圧縮リングは、第二圧縮リングと第三圧縮リング間に位置する。
第一圧縮リングと第三圧縮リングとの間の前記筒状側面の前記主燃焼室側に、前記空洞の前記開口部を設ける。
前記副シリンダーの中心軸方向の距離に関して、その副シリンダーの前記開口部の長さよりも第一圧縮リングと第三圧縮リング間の距離を大きく設定する。
第一態様の前記駆動装置を、負荷量の変化に応じて前記摺動する弁を移動させる駆動装置に特定する。
前記第一圧縮リングと前記第二圧縮リングの間の前記筒状側面と前記副シリンダーの前記開口部が対面する位置に、前記駆動装置が前記摺動する弁本体を移動させ、それによって前記第一圧縮リングが前記二つの空間を隔離し、それによって圧縮比を高める。
前記空洞の前記開口部と前記副シリンダーの前記開口部が対面する位置に、前記駆動装置が前記摺動する弁本体を移動させ、それによって前記二つの空間を連通し、それによって圧縮比を低下させる。
第二態様では、前記空洞は高負荷時に副燃焼室として機能し、前記摺動する弁は燃焼室容積可変装置として機能する。
第二態様は、低負荷時に圧縮比を増加し、熱効率を向上できる。従って、第二態様は、第二の目的を達成できる。
前記駆動装置としてカムの位相を変化させる装置を使用しない第二態様の例では、低負荷時と高負荷時に、第一の目的を完全に達成できる。
第二態様は、低負荷時に圧縮比を増加し、熱効率を向上できる。従って、第二態様は、第二の目的を達成できる。
前記駆動装置としてカムの位相を変化させる装置を使用しない第二態様の例では、低負荷時と高負荷時に、第一の目的を完全に達成できる。
第三態様は、第一態様に以下の構成要素を加える。
前記エンジンを頭上茸弁を持つピストン式に限定する。
第一圧縮リングと第二圧縮リングの間以外に、前記空洞の他の開口部を設置する。
吸気の副流路または排気ガスの副流路を設置する。前記副流路は前記エンジンの外部と連通する。
第一態様の前記駆動装置を、前記エンジンの一サイクル中の全行程に同期して前記摺動する弁を移動させる駆動装置に特定する。
前記の両圧縮リング間の前記筒状側面と前記副シリンダーの前記開口部が対面する位置に、前記駆動装置が前記摺動する弁本体を移動させ、それにより、前記主燃焼室と前記副流路とを隔離する。
前記空洞の前記開口部と前記副シリンダーの前記開口部が対面する位置に、前記駆動装置が前記摺動する弁本体を移動させ、それにより、吸入行程時と排気行程時の一方に前記空洞を介して前記主燃焼室と前記副流路とを連通する。
前記エンジンを頭上茸弁を持つピストン式に限定する。
第一圧縮リングと第二圧縮リングの間以外に、前記空洞の他の開口部を設置する。
吸気の副流路または排気ガスの副流路を設置する。前記副流路は前記エンジンの外部と連通する。
第一態様の前記駆動装置を、前記エンジンの一サイクル中の全行程に同期して前記摺動する弁を移動させる駆動装置に特定する。
前記の両圧縮リング間の前記筒状側面と前記副シリンダーの前記開口部が対面する位置に、前記駆動装置が前記摺動する弁本体を移動させ、それにより、前記主燃焼室と前記副流路とを隔離する。
前記空洞の前記開口部と前記副シリンダーの前記開口部が対面する位置に、前記駆動装置が前記摺動する弁本体を移動させ、それにより、吸入行程時と排気行程時の一方に前記空洞を介して前記主燃焼室と前記副流路とを連通する。
第三態様では、前記摺動する弁は吸気弁または排気弁として機能する。
前記駆動装置としてカムを使用する場合でしかも摺動する弁が吸気弁として機能する場合は、エンジンの一サイクル中の全行程時に、燃焼ガスの圧力が前記駆動装置に加わらず、前記駆動装置の耐久性が低下しない。また、燃焼行程時に、摺動する弁が移動しない。従って、第一目的を完全に達成できる。
第三態様では、頭上茸弁の面積と摺動する弁の排気口または吸気口の面積との和が、主シリンダーの外側に吸気弁と排気弁を増設しない燃焼室よりも、増加する。この為、高速回転時の吸気抵抗と排気抵抗が減少できる。
しかも、圧縮行程時と燃焼行程時に主燃焼室と前記空洞とは隔離される。従って、燃焼行程時に、第三態様は圧縮比を殆ど低下させない。従って、前記サイド・バルブ式燃焼室よりも、第三態様は高圧縮比の燃焼室が実現できる。
従って、第三態様は、第三の目的を達成できる。
前記駆動装置としてカムを使用する場合でしかも摺動する弁が吸気弁として機能する場合は、エンジンの一サイクル中の全行程時に、燃焼ガスの圧力が前記駆動装置に加わらず、前記駆動装置の耐久性が低下しない。また、燃焼行程時に、摺動する弁が移動しない。従って、第一目的を完全に達成できる。
第三態様では、頭上茸弁の面積と摺動する弁の排気口または吸気口の面積との和が、主シリンダーの外側に吸気弁と排気弁を増設しない燃焼室よりも、増加する。この為、高速回転時の吸気抵抗と排気抵抗が減少できる。
しかも、圧縮行程時と燃焼行程時に主燃焼室と前記空洞とは隔離される。従って、燃焼行程時に、第三態様は圧縮比を殆ど低下させない。従って、前記サイド・バルブ式燃焼室よりも、第三態様は高圧縮比の燃焼室が実現できる。
従って、第三態様は、第三の目的を達成できる。
第一態様を説明する。
主ピストンと点火プラグは、主燃焼室１内空間に接して設置される。
副シリンダー２は、主シリンダー３の外側に設置される。副シリンダー２の設置場所は、シリンダーブロックに限定されず、シリンダーヘッド５にも設置できる。
副シリンダー２に開口部１１を設け、主燃焼室１と開口部１１を連絡する。２図に示す様に、主燃焼室１と副シリンダー２の開口部１１を結ぶ連絡通路４を設けても良い。連絡通路４は、主シリンダー３に設置するだけでなく、シリンダーヘッド５にも設置できる。
副シリンダー２内に、副シリンダー２の中心軸方向に摺動する弁本体６を設ける。
摺動する弁本体６は、筒状側面を持つ。
摺動する弁本体６の筒状側面に、第一圧縮リング８と第二圧縮リング１２を設ける。
摺動する弁本体６の内側に、空洞７を設ける。空洞７の開口部１０は、二つの圧縮リング８と１２の間以外の筒状側面の主燃焼室１側に設置する。
３図に示す様に、二つの圧縮リング８と１２の間の筒状側面に小さな空洞１７の開口部を設ける場合は、小さな空洞１７は空洞７よりも小さく設定する。
副シリンダー２の中心軸方向の距離に関して、副シリンダー２の開口部１１の長さよりも、二つの圧縮リング８と１２の間の距離を大きく設定する。
副シリンダーの中心軸方向に摺動する弁本体６を移動させる駆動装置９を設ける。駆動装置９は、第二態様と第三態様で特定する。
主ピストンと点火プラグは、主燃焼室１内空間に接して設置される。
副シリンダー２は、主シリンダー３の外側に設置される。副シリンダー２の設置場所は、シリンダーブロックに限定されず、シリンダーヘッド５にも設置できる。
副シリンダー２に開口部１１を設け、主燃焼室１と開口部１１を連絡する。２図に示す様に、主燃焼室１と副シリンダー２の開口部１１を結ぶ連絡通路４を設けても良い。連絡通路４は、主シリンダー３に設置するだけでなく、シリンダーヘッド５にも設置できる。
副シリンダー２内に、副シリンダー２の中心軸方向に摺動する弁本体６を設ける。
摺動する弁本体６は、筒状側面を持つ。
摺動する弁本体６の筒状側面に、第一圧縮リング８と第二圧縮リング１２を設ける。
摺動する弁本体６の内側に、空洞７を設ける。空洞７の開口部１０は、二つの圧縮リング８と１２の間以外の筒状側面の主燃焼室１側に設置する。
３図に示す様に、二つの圧縮リング８と１２の間の筒状側面に小さな空洞１７の開口部を設ける場合は、小さな空洞１７は空洞７よりも小さく設定する。
副シリンダー２の中心軸方向の距離に関して、副シリンダー２の開口部１１の長さよりも、二つの圧縮リング８と１２の間の距離を大きく設定する。
副シリンダーの中心軸方向に摺動する弁本体６を移動させる駆動装置９を設ける。駆動装置９は、第二態様と第三態様で特定する。
１図と２図と４図に示す様に、二つの圧縮リング８と１２の間の筒状側面と副シリンダー２の開口部１１が対面する位置に、駆動装置９が摺動する弁本体６を移動させ、それによって空洞７と主燃焼室１を隔離する。
そして、空洞７の開口部１０と副シリンダー２の開口部１１が対面する位置に、駆動装置９が摺動する弁本体６を移動させ、それによって空洞７と主燃焼室１を連通させる。
駆動装置９と摺動する弁本体６は、空洞７と主燃焼室１の両者の連通と隔離を行う可変装置として機能する。
空洞７の設置に関する三つの例を示す。
１図と２図と３図に示す様に、一つ目の例では、摺動する弁本体６を円柱状に形成して、内部に空洞７を形成する。
二つ目の例では、４図に示す様に、摺動する弁本体として円筒状のスリーブ２０とパイプ２２を使用する。そして、パイプ２２をスリーブ２０の内面に設置し、パイプ２２の内側を空洞７として使用し、パイプ２２の開放された一端を空洞７の開口部１０として使用する。
三つ目の例では、５図に示す様に、摺動する弁本体として円筒状のスリーブ２０を使用し、二つの圧縮リング８と１２と空洞７の開口部１０をスリーブ２０に設置し、スリーブ２０の内側を空洞７として使用する。
そして、空洞７の開口部１０と副シリンダー２の開口部１１が対面する位置に、駆動装置９が摺動する弁本体６を移動させ、それによって空洞７と主燃焼室１を連通させる。
駆動装置９と摺動する弁本体６は、空洞７と主燃焼室１の両者の連通と隔離を行う可変装置として機能する。
空洞７の設置に関する三つの例を示す。
１図と２図と３図に示す様に、一つ目の例では、摺動する弁本体６を円柱状に形成して、内部に空洞７を形成する。
二つ目の例では、４図に示す様に、摺動する弁本体として円筒状のスリーブ２０とパイプ２２を使用する。そして、パイプ２２をスリーブ２０の内面に設置し、パイプ２２の内側を空洞７として使用し、パイプ２２の開放された一端を空洞７の開口部１０として使用する。
三つ目の例では、５図に示す様に、摺動する弁本体として円筒状のスリーブ２０を使用し、二つの圧縮リング８と１２と空洞７の開口部１０をスリーブ２０に設置し、スリーブ２０の内側を空洞７として使用する。
駆動装置９の耐久性を説明する。
１図と２図と４図と５図では、二つの圧縮リング８と１２の間の筒状側面と副シリンダー２の開口部１１が対面する。この時、二つの圧縮リング８と１２が主燃焼室１内の燃焼ガスをシールして、副シリンダー２内の空間に燃焼ガスは流失せず、燃焼ガスの圧力が摺動する弁本体６の上面と駆動装置９に加わらない。この時、二つの圧縮リング８と１２には、副シリンダー中心軸方向に関して、反対方向に同じ大きさの力が働く。二つの力は、バランスしている。
従って、この時に、駆動部９の耐久性が低下しない。従って、この時に、第一態様は第一の目的の一部を達成できる。
この時に、開口部１１に面する筒状側面に燃焼ガス圧力が作用し、副シリンダー２の主燃焼室１と反対側に、燃焼ガスが摺動する弁本体６を押し付ける。この時に、摺動する弁が移動中ならば、摺動する弁本体６の焼付きの問題が発生する。
しかし、摺動する弁が駆動装置によって移動されない期間は、焼付きの問題が発生せず、第一態様は第一の目的を完全に達成できる。摺動する弁が移動しない期間は、第二態様と第三態様で特定する。
また、摺動する弁本体は、燃焼ガスの圧力を出力に変換しない。この点で、摺動する弁本体６は、燃焼ガスの圧力を出力に変換するピストンとは異なる。
１図と２図と４図と５図では、二つの圧縮リング８と１２の間の筒状側面と副シリンダー２の開口部１１が対面する。この時、二つの圧縮リング８と１２が主燃焼室１内の燃焼ガスをシールして、副シリンダー２内の空間に燃焼ガスは流失せず、燃焼ガスの圧力が摺動する弁本体６の上面と駆動装置９に加わらない。この時、二つの圧縮リング８と１２には、副シリンダー中心軸方向に関して、反対方向に同じ大きさの力が働く。二つの力は、バランスしている。
従って、この時に、駆動部９の耐久性が低下しない。従って、この時に、第一態様は第一の目的の一部を達成できる。
この時に、開口部１１に面する筒状側面に燃焼ガス圧力が作用し、副シリンダー２の主燃焼室１と反対側に、燃焼ガスが摺動する弁本体６を押し付ける。この時に、摺動する弁が移動中ならば、摺動する弁本体６の焼付きの問題が発生する。
しかし、摺動する弁が駆動装置によって移動されない期間は、焼付きの問題が発生せず、第一態様は第一の目的を完全に達成できる。摺動する弁が移動しない期間は、第二態様と第三態様で特定する。
また、摺動する弁本体は、燃焼ガスの圧力を出力に変換しない。この点で、摺動する弁本体６は、燃焼ガスの圧力を出力に変換するピストンとは異なる。
第二態様を説明する。
第二態様では、第一態様との相違点を説明する。
第一の相違点を説明する。
６図と７図と８図に示す様に、摺動する弁本体６の筒状側面に、三つの圧縮リング８と１２と１８とを設ける。
第一圧縮リング８と第三圧縮リング１８との間の摺動する弁本体６の筒状側面の主燃焼室１側に、空洞７の開口部１０を設ける。
第二圧縮リング１２と第三圧縮リング１８との間に、第一圧縮リング８を設ける。
副シリンダー２の中心軸方向の距離に関して、開口部１１の長さよりも、第一圧縮リング８と第三圧縮リング１８との間の距離を大きく設定する。
第二態様では、第一態様との相違点を説明する。
第一の相違点を説明する。
６図と７図と８図に示す様に、摺動する弁本体６の筒状側面に、三つの圧縮リング８と１２と１８とを設ける。
第一圧縮リング８と第三圧縮リング１８との間の摺動する弁本体６の筒状側面の主燃焼室１側に、空洞７の開口部１０を設ける。
第二圧縮リング１２と第三圧縮リング１８との間に、第一圧縮リング８を設ける。
副シリンダー２の中心軸方向の距離に関して、開口部１１の長さよりも、第一圧縮リング８と第三圧縮リング１８との間の距離を大きく設定する。
第二の相違点を説明する。
第一態様の駆動装置を、負荷量の変化に応じて摺動する弁本体６を移動させる駆動装置１３に特定する。この駆動装置１３として、空気圧装置と油圧装置と電磁式の駆動装置と電気式の駆動装置のどれかを使用できる。この駆動装置１３として、９図に示す様に、カム１４とカムの位相を変化できる装置の組み合わせを使用できる。
駆動装置１３は、これらに限定されない。そして、摺動する弁本体６の一端に接して、スプリング１５を設ける。
駆動装置１３内にスプリングを備える場合は、スプリング１５を省略できる。
カム１４とカムの位相を変化させる装置の組み合わせでは、低負荷時は排気行程時に、高負荷時は圧縮行程後期から膨張行程前期までに、カム１４が摺動する弁本体６をリフトする様に、カム１４の位相を制御する。
第一態様の駆動装置を、負荷量の変化に応じて摺動する弁本体６を移動させる駆動装置１３に特定する。この駆動装置１３として、空気圧装置と油圧装置と電磁式の駆動装置と電気式の駆動装置のどれかを使用できる。この駆動装置１３として、９図に示す様に、カム１４とカムの位相を変化できる装置の組み合わせを使用できる。
駆動装置１３は、これらに限定されない。そして、摺動する弁本体６の一端に接して、スプリング１５を設ける。
駆動装置１３内にスプリングを備える場合は、スプリング１５を省略できる。
カム１４とカムの位相を変化させる装置の組み合わせでは、低負荷時は排気行程時に、高負荷時は圧縮行程後期から膨張行程前期までに、カム１４が摺動する弁本体６をリフトする様に、カム１４の位相を制御する。
第三の相違点を説明する。
６図と７図と１２図に示す様に、二つの圧縮リング８と１２の間の筒状側面と副シリンダー２の開口部１１が対面する位置に、駆動装置１３が摺動する弁本体６を移動させ、それによって第一圧縮リング８が空洞７と主燃焼室１とを隔離し、それによって圧縮比を高める。
８図に示す様に、空洞７の開口部１０と副シリンダー２の開口部１１が対面する位置に、駆動装置１３が前記摺動する弁本体６を移動させ、それによって主燃焼室１と空洞７とを連通し、それによって圧縮比を低下させる。
低負荷時時から高負荷時に移行する過程を、１０図と１１図に示す。
駆動装置１３と摺動する弁本体６が、圧縮比を切り替える。
空洞７は、高負荷時に副燃焼室として機能する。摺動する弁は、燃焼室容積可変装置として機能する。
６図と７図と１２図に示す様に、二つの圧縮リング８と１２の間の筒状側面と副シリンダー２の開口部１１が対面する位置に、駆動装置１３が摺動する弁本体６を移動させ、それによって第一圧縮リング８が空洞７と主燃焼室１とを隔離し、それによって圧縮比を高める。
８図に示す様に、空洞７の開口部１０と副シリンダー２の開口部１１が対面する位置に、駆動装置１３が前記摺動する弁本体６を移動させ、それによって主燃焼室１と空洞７とを連通し、それによって圧縮比を低下させる。
低負荷時時から高負荷時に移行する過程を、１０図と１１図に示す。
駆動装置１３と摺動する弁本体６が、圧縮比を切り替える。
空洞７は、高負荷時に副燃焼室として機能する。摺動する弁は、燃焼室容積可変装置として機能する。
第四の相違点を説明する。
二つの圧縮リング８と１２の間の筒状側面と副シリンダー２の開口部１１が対面する時は、低負荷時であり、副シリンダー２内の空間に燃焼ガスは流失せず、燃焼ガスの圧力が摺動する弁本体６の上面と駆動装置９に加わらない。
８図に示す高負荷時は、主燃焼室１から空洞７内にガスが流入すると、空洞７の上部壁面と下部壁面には、二つの等しい燃焼ガス圧力が加わる。二つの力は、副シリンダー中心軸の両方向に向き、バランスしている。また、高負荷時に、第一圧縮リング８と第三圧縮リング１８が燃焼ガスをシールし、高負荷時に燃焼ガスの圧力を駆動装置１３に伝えない。また、高負荷時は、第一圧縮リング８と第三圧縮リング１８には、反対方向に同じ大きさの力が働く。
従って、高負荷時に、駆動装置１３の耐久性は低下しない。
二つの圧縮リング８と１２の間の筒状側面と副シリンダー２の開口部１１が対面する時は、低負荷時であり、副シリンダー２内の空間に燃焼ガスは流失せず、燃焼ガスの圧力が摺動する弁本体６の上面と駆動装置９に加わらない。
８図に示す高負荷時は、主燃焼室１から空洞７内にガスが流入すると、空洞７の上部壁面と下部壁面には、二つの等しい燃焼ガス圧力が加わる。二つの力は、副シリンダー中心軸の両方向に向き、バランスしている。また、高負荷時に、第一圧縮リング８と第三圧縮リング１８が燃焼ガスをシールし、高負荷時に燃焼ガスの圧力を駆動装置１３に伝えない。また、高負荷時は、第一圧縮リング８と第三圧縮リング１８には、反対方向に同じ大きさの力が働く。
従って、高負荷時に、駆動装置１３の耐久性は低下しない。
９図以外の第二態様の低負荷時と高負荷時に、駆動装置１３が摺動する弁本体６を移動させない。従って、９図以外の第二態様は、低負荷時と高負荷時に、第一の目的を完全に達成できる。しかし、低負荷時と高負荷時との間の負荷の切替時に、駆動装置１３が摺動する弁本体６を移動させ、第一態様で説明した焼付きの問題が発生する。この対処方法は、実施例３で説明する。
第三態様を説明する。
第三態様では、第一態様との相違点を説明する。
第一の相違点を説明する。
第一態様の駆動装置９を、エンジンの一サイクル中の全行程に同期して摺動する弁本体６を移動させる駆動装置に特定する。
エンジンの一サイクル中の全行程に同期する駆動装置として、１３図と１５図とに示す様に、クランクとコンロッド２４を使用でき、また、１４図と１６図と１７図とに示す様に、カム１４とスプリング１５を使用できる。
また、エンジンの一サイクル中の全行程に同期する駆動装置として、電磁駆動装置または電気式の駆動装置を使用できる。前記の全行程に同期する駆動装置は、これらに限定されない。
なお、エンジンの一サイクル中の全行程は、吸入行程と圧縮行程と燃焼・膨張行程と排気行程とを指す。
カムを使用する場合は、摺動する弁本体６の回転を防止する装置が必要になる。
第三態様では、第一態様との相違点を説明する。
第一の相違点を説明する。
第一態様の駆動装置９を、エンジンの一サイクル中の全行程に同期して摺動する弁本体６を移動させる駆動装置に特定する。
エンジンの一サイクル中の全行程に同期する駆動装置として、１３図と１５図とに示す様に、クランクとコンロッド２４を使用でき、また、１４図と１６図と１７図とに示す様に、カム１４とスプリング１５を使用できる。
また、エンジンの一サイクル中の全行程に同期する駆動装置として、電磁駆動装置または電気式の駆動装置を使用できる。前記の全行程に同期する駆動装置は、これらに限定されない。
なお、エンジンの一サイクル中の全行程は、吸入行程と圧縮行程と燃焼・膨張行程と排気行程とを指す。
カムを使用する場合は、摺動する弁本体６の回転を防止する装置が必要になる。
第二の相違点を説明する。
二つの圧縮リング８と１２の間以外に、空洞７の他の開口部１６を設置する。そして、吸気または排気ガスの副流路２６を設置する。副流路２６は、エンジンの外部と連通する。
二つの圧縮リング８と１２の間以外に、空洞７の他の開口部１６を設置する。そして、吸気または排気ガスの副流路２６を設置する。副流路２６は、エンジンの外部と連通する。
第三の相違点を説明する。
第三の相違点は、摺動する弁が、空洞７を介して、主燃焼室１と副流路２６の連通と隔離を切り替える。
第三の相違点は以下の二種類の例を含む。
一つ目の例を説明する。
第一圧縮リング８と第二圧縮リング１２の間以外の前記筒状側面に、空洞の他の開口部１６を設置する。
副シリンダー２の他の開口部２５に隣接して吸気または排気ガスの副流路２６を設置する。
そして、摺動する弁が、空洞７と副流路２６の連通と隔離を切り替える。
すなわち、１５図と１６図に示す様に、空洞７の開口部１０が副シリンダー２の開口部１１と面する時に、空洞７の他の開口部１６に面して、副シリンダー２の他の開口部２５を設置する。そして、他の開口部２５と空洞７の他の開口部１６が対面する位置に、前記駆動装置が摺動する弁を移動させ、それにより、空洞７と副流路２６とを連通する。１３図と１４図と１７図に示す様に、両圧縮リング８と１２の間の筒状側面と副シリンダー２の開口部１１が対面する位置に、前記駆動装置が摺動する弁本体６を移動させ、それにより、空洞７と副流路２６とを隔離する。
１５図と１６図に示す場合は、吸入行程または排気行程です。
第三の相違点は、摺動する弁が、空洞７を介して、主燃焼室１と副流路２６の連通と隔離を切り替える。
第三の相違点は以下の二種類の例を含む。
一つ目の例を説明する。
第一圧縮リング８と第二圧縮リング１２の間以外の前記筒状側面に、空洞の他の開口部１６を設置する。
副シリンダー２の他の開口部２５に隣接して吸気または排気ガスの副流路２６を設置する。
そして、摺動する弁が、空洞７と副流路２６の連通と隔離を切り替える。
すなわち、１５図と１６図に示す様に、空洞７の開口部１０が副シリンダー２の開口部１１と面する時に、空洞７の他の開口部１６に面して、副シリンダー２の他の開口部２５を設置する。そして、他の開口部２５と空洞７の他の開口部１６が対面する位置に、前記駆動装置が摺動する弁を移動させ、それにより、空洞７と副流路２６とを連通する。１３図と１４図と１７図に示す様に、両圧縮リング８と１２の間の筒状側面と副シリンダー２の開口部１１が対面する位置に、前記駆動装置が摺動する弁本体６を移動させ、それにより、空洞７と副流路２６とを隔離する。
１５図と１６図に示す場合は、吸入行程または排気行程です。
１８図を使って、二つ目の例を説明する。
副シリンダー２内の空間の上部に隣接した空間２１に面して、しかも副シリンダー２以外に、副流路２６の開口部を設置する。そして、空間２１に面して、空洞７の他の開口部１６を設置する。それにより、空間２１を介して、空洞７は吸気または排気ガスの副流路２６と常に連通する。
副シリンダー２内の空間の上部に隣接した空間２１に面して、しかも副シリンダー２以外に、副流路２６の開口部を設置する。そして、空間２１に面して、空洞７の他の開口部１６を設置する。それにより、空間２１を介して、空洞７は吸気または排気ガスの副流路２６と常に連通する。
第四の相違点を説明する。
摺動する弁は、吸気弁又は排気弁として機能する。従って、１３図から１８図までの例では、燃焼行程時と膨張行程時に、二つの圧縮リング８と１２によって、主燃焼室１内の燃焼ガスがシールされ、副流路２６と副シリンダー２内に流失しない。
摺動する弁が吸気弁として機能する場合は、吸気行程時に、主燃焼室１と空洞７と副流路２６を連通させる。吸気行程時は、主燃焼室１内に燃焼ガスが存在しない。この場合は、吸気行程時以外の行程時に、二つの圧縮リング８と１２の間の筒状側面と副シリンダー２の開口部１１が対面し、燃焼ガスの圧力が摺動する弁本体６の上面と駆動装置に加わらない。
従って、エンジンの一サイクル中の全行程時に、前記駆動装置の耐久性が低下せず、第一目的の一部を達成できる。
前記駆動装置としてカム１４を使用する場合でしかも摺動する弁が吸気弁として機能する場合は、燃焼行程時と膨張行程時に、摺動する弁本体６がカム１４によって移動されず、焼付きの問題が発生せず、第一目的を完全に達成できる。
摺動する弁が排気弁として機能する場合は、排気行程時の開始時に、排気ガスの圧力が空洞７の下面と前記駆動装置に加わる。しかし、この時の排気ガスの圧力は小さい。この時に、排気ガスが前記駆動装置付近に流失する。これを防止する為に、空洞７の開口部１０の下側に第三圧縮リングを追加する。
摺動する弁は、吸気弁又は排気弁として機能する。従って、１３図から１８図までの例では、燃焼行程時と膨張行程時に、二つの圧縮リング８と１２によって、主燃焼室１内の燃焼ガスがシールされ、副流路２６と副シリンダー２内に流失しない。
摺動する弁が吸気弁として機能する場合は、吸気行程時に、主燃焼室１と空洞７と副流路２６を連通させる。吸気行程時は、主燃焼室１内に燃焼ガスが存在しない。この場合は、吸気行程時以外の行程時に、二つの圧縮リング８と１２の間の筒状側面と副シリンダー２の開口部１１が対面し、燃焼ガスの圧力が摺動する弁本体６の上面と駆動装置に加わらない。
従って、エンジンの一サイクル中の全行程時に、前記駆動装置の耐久性が低下せず、第一目的の一部を達成できる。
前記駆動装置としてカム１４を使用する場合でしかも摺動する弁が吸気弁として機能する場合は、燃焼行程時と膨張行程時に、摺動する弁本体６がカム１４によって移動されず、焼付きの問題が発生せず、第一目的を完全に達成できる。
摺動する弁が排気弁として機能する場合は、排気行程時の開始時に、排気ガスの圧力が空洞７の下面と前記駆動装置に加わる。しかし、この時の排気ガスの圧力は小さい。この時に、排気ガスが前記駆動装置付近に流失する。これを防止する為に、空洞７の開口部１０の下側に第三圧縮リングを追加する。
第二態様の負荷の切替時に、副シリンダーの開口部１１に面した位置に第一圧縮リング８が移動し、複数回の燃焼と膨張が行われ、第一圧縮リング８の熱負荷が増加してしまう。
この熱負荷の問題の解決方法を説明する。
１９図に示す様に、副シリンダー中心軸方向の長さに関して、第一圧縮リング８の厚みに比較して、副シリンダーの開口部１１の長さをほぼ同様の長さ又は小さく設定する。すると、第一圧縮リング８の両面が燃焼ガスに曝される期間が短縮され、熱負荷が減少する。
この熱負荷の問題の解決方法を説明する。
１９図に示す様に、副シリンダー中心軸方向の長さに関して、第一圧縮リング８の厚みに比較して、副シリンダーの開口部１１の長さをほぼ同様の長さ又は小さく設定する。すると、第一圧縮リング８の両面が燃焼ガスに曝される期間が短縮され、熱負荷が減少する。
第二態様の他の問題点を指摘する。
１１図と２０図に示す様に、副シリンダー２の中心軸方向の距離に関して、第一圧縮リング８と空洞７の開口部１０との間の筒状側面のランド部１９の長さよりも副シリンダーの開口部１１の長さが短い場合は、低負荷時と高負荷時との間の負荷の切替時に、副シリンダー２の内壁面に面して、狭い通路２９が形成される。
すると、狭い通路２９を通って空洞７に流入する燃焼ガスの流れは、副シリンダー２の中心軸方向に向き、駆動装置１３に過大な力を加え、耐久性を低下させる。
これを解決する手段を示す。
２１図に示す様に、第二態様の駆動装置１３として、空気圧装置と油圧装置と電磁式の駆動装置と電気式の駆動装置のどれかを設置し、カムの位相を変化させる装置とカム１４を組み合わせた装置を併設する。そして、摺動する弁本体６とカム１４の間に、空気圧装置と油圧装置と電磁式の駆動装置と電気式の駆動装置のどれかを設置する。
そして、負荷の切替時であってしかも燃焼行程時に、空洞７の開口部１０と副シリンダー２の開口部１１が面する位置にカム１４が摺動する弁本体６と駆動装置１３とをリフトする様に、カム１４の位相を制御する。
すると、前記の切替時であってしかも燃焼行程時に、主燃焼室と空洞７を結ぶ狭い通路３９が形成されず、駆動装置１３の耐久性は低下しない。また、燃焼行程時に第一圧縮リング８が副シリンダーの開口部１１に面しない為に、第一圧縮リング８の熱負荷が増加しない。
なお、低負荷時と高負荷時の燃焼行程時には、カム１４が摺動する弁本体６と駆動装置１３とをリフトさせない。
１１図と２０図に示す様に、副シリンダー２の中心軸方向の距離に関して、第一圧縮リング８と空洞７の開口部１０との間の筒状側面のランド部１９の長さよりも副シリンダーの開口部１１の長さが短い場合は、低負荷時と高負荷時との間の負荷の切替時に、副シリンダー２の内壁面に面して、狭い通路２９が形成される。
すると、狭い通路２９を通って空洞７に流入する燃焼ガスの流れは、副シリンダー２の中心軸方向に向き、駆動装置１３に過大な力を加え、耐久性を低下させる。
これを解決する手段を示す。
２１図に示す様に、第二態様の駆動装置１３として、空気圧装置と油圧装置と電磁式の駆動装置と電気式の駆動装置のどれかを設置し、カムの位相を変化させる装置とカム１４を組み合わせた装置を併設する。そして、摺動する弁本体６とカム１４の間に、空気圧装置と油圧装置と電磁式の駆動装置と電気式の駆動装置のどれかを設置する。
そして、負荷の切替時であってしかも燃焼行程時に、空洞７の開口部１０と副シリンダー２の開口部１１が面する位置にカム１４が摺動する弁本体６と駆動装置１３とをリフトする様に、カム１４の位相を制御する。
すると、前記の切替時であってしかも燃焼行程時に、主燃焼室と空洞７を結ぶ狭い通路３９が形成されず、駆動装置１３の耐久性は低下しない。また、燃焼行程時に第一圧縮リング８が副シリンダーの開口部１１に面しない為に、第一圧縮リング８の熱負荷が増加しない。
なお、低負荷時と高負荷時の燃焼行程時には、カム１４が摺動する弁本体６と駆動装置１３とをリフトさせない。
第二態様２では、負荷の切替時に、焼付きの問題が発生する。この対処方法を説明する。
図２２に示す様に、第一圧縮リング８と第三圧縮リング１８の間の摺動する弁本体６の円筒状側面であってしかも副シリンダーの中心軸に対して開口部１０とは反対側に、空洞７の他の開口部１６を設置する。
すると、前記の切替時に、空洞７内に流入する燃焼ガスが他の開口部１６を通過して、副シリンダー２の反主燃焼室１側に、燃焼ガスが摺動する弁本体６を押し付けない。この為、焼付きの問題を解決できる。
図２２に示す様に、第一圧縮リング８と第三圧縮リング１８の間の摺動する弁本体６の円筒状側面であってしかも副シリンダーの中心軸に対して開口部１０とは反対側に、空洞７の他の開口部１６を設置する。
すると、前記の切替時に、空洞７内に流入する燃焼ガスが他の開口部１６を通過して、副シリンダー２の反主燃焼室１側に、燃焼ガスが摺動する弁本体６を押し付けない。この為、焼付きの問題を解決できる。
第二態様の副燃焼室に火炎が伝播する場合に、火炎の伝播経路が長くなり、ノッキングを発生し易くなる。
この問題を解決する為には、副燃焼室壁面に設置する第二の点火プラグを先に点火する。
しかし、空洞７の設置に関する前記一つ目の例と二つ目の例の副燃焼室壁面に第二の点火プラグを設置すると、摺動する弁本体の重量が増加する。
これに対しては、前記三つ目の例に以下の構成を加える。
２３図に示す様に、スリーブ２０の内側に、シリンダーヘッド５に固定される上部固定部２７とシリンダーブロック側に固定される下部固定部２８を設ける。上部固定部２７と下部固定部２８に、他の圧縮リング２３を設置する。上部固定部２７と下部固定部２８とスリーブ２０の間の空間を空洞７として使用する。
そして、上部固定部２７の内壁面又は下部固定部２８の内壁面に第二の点火プラグ３０を設置する。
すると、摺動する弁本体の重量が増加しない。
この問題を解決する為には、副燃焼室壁面に設置する第二の点火プラグを先に点火する。
しかし、空洞７の設置に関する前記一つ目の例と二つ目の例の副燃焼室壁面に第二の点火プラグを設置すると、摺動する弁本体の重量が増加する。
これに対しては、前記三つ目の例に以下の構成を加える。
２３図に示す様に、スリーブ２０の内側に、シリンダーヘッド５に固定される上部固定部２７とシリンダーブロック側に固定される下部固定部２８を設ける。上部固定部２７と下部固定部２８に、他の圧縮リング２３を設置する。上部固定部２７と下部固定部２８とスリーブ２０の間の空間を空洞７として使用する。
そして、上部固定部２７の内壁面又は下部固定部２８の内壁面に第二の点火プラグ３０を設置する。
すると、摺動する弁本体の重量が増加しない。
従来の技術の欄に、燃焼ガスの変換効率の向上と高速回転時のトルクの増加の両立に関する問題を記載した。
この問題を解決する為には、第三態様の摺動する弁を吸気弁として使用するエンジンのピストンのストロークの長さをピストンの直径よりも小さくしない。すなわち、前記のエンジンのピストンのストロークの長さをピストンの直径とほぼ同等又はピストンの直径よりも大きくする。
すると、ショート・ストローク化したエンジンよりも、燃焼ガスの変換効率が向上する。しかも、エンジンの高速回転の吸気効率の低下を改善できる。すると、変換効率の向上と高速時のトルクの増加を両立できる。
この問題を解決する為には、第三態様の摺動する弁を吸気弁として使用するエンジンのピストンのストロークの長さをピストンの直径よりも小さくしない。すなわち、前記のエンジンのピストンのストロークの長さをピストンの直径とほぼ同等又はピストンの直径よりも大きくする。
すると、ショート・ストローク化したエンジンよりも、燃焼ガスの変換効率が向上する。しかも、エンジンの高速回転の吸気効率の低下を改善できる。すると、変換効率の向上と高速時のトルクの増加を両立できる。
１・・・主燃焼室
２・・・副シリンダー
３・・・主シリンダー
４・・・連絡通路
５・・・リンダーヘッド
６・・・摺動する弁本体
７・・・空洞
８・・・第一圧縮リング
９・・・第一態様の摺動する弁本体の駆動装置
１０・・・空洞の開口部
１１・・・副シリンダーの開口部
１２・・・第二圧縮リング
１３・・・第二態様の摺動する弁本体の駆動装置
１４・・・カム
１５・・・スプリング
１６・・・空洞の他の開口部
１７・・・前記空洞よりも小さな空洞
１８・・・第三圧縮リング
１９・・・第一圧縮リングと空洞の開口部の間の筒状側面のランド部
２０・・・スリーブ
２１・・・副シリンダー内の空間の上部に隣接した空間
２２・・・パイプ
２３・・・他の圧縮リング
２４・・・コンロッド
２５・・・副シリンダーの他の開口部
２６・・・吸気または排気ガスの副流路
２７・・・スリーブの内側の上部固定部
２８・・・スリーブの内側の下部固定部
２９・・・負荷の切替時に主燃焼室と空洞を結ぶ狭い通路
３０・・・第二の点火プラグ
２・・・副シリンダー
３・・・主シリンダー
４・・・連絡通路
５・・・リンダーヘッド
６・・・摺動する弁本体
７・・・空洞
８・・・第一圧縮リング
９・・・第一態様の摺動する弁本体の駆動装置
１０・・・空洞の開口部
１１・・・副シリンダーの開口部
１２・・・第二圧縮リング
１３・・・第二態様の摺動する弁本体の駆動装置
１４・・・カム
１５・・・スプリング
１６・・・空洞の他の開口部
１７・・・前記空洞よりも小さな空洞
１８・・・第三圧縮リング
１９・・・第一圧縮リングと空洞の開口部の間の筒状側面のランド部
２０・・・スリーブ
２１・・・副シリンダー内の空間の上部に隣接した空間
２２・・・パイプ
２３・・・他の圧縮リング
２４・・・コンロッド
２５・・・副シリンダーの他の開口部
２６・・・吸気または排気ガスの副流路
２７・・・スリーブの内側の上部固定部
２８・・・スリーブの内側の下部固定部
２９・・・負荷の切替時に主燃焼室と空洞を結ぶ狭い通路
３０・・・第二の点火プラグ
Claims (10)
- 主シリンダーの外側に副シリンダーを設けるエンジンにおいて、
前記副シリンダーに開口部を設け、
主燃焼室と前記副シリンダーの前記開口部を連絡し、
前記副シリンダーの中心軸方向に摺動する弁本体を前記副シリンダー内に設け、
前記摺動する弁本体は筒状側面を持ち、
前記摺動する弁本体の内側に最大の空洞を設け、
前記摺動する弁本体の前記筒状側面に第一圧縮リングおよび第二圧縮リングを設け、
前記第一圧縮リングと前記第二圧縮リングの間以外の前記筒状側面の前記主燃焼室側に、前記最大の空洞の開口部を設け
前記摺動する弁本体を前記副シリンダーの中心軸方向に移動させる駆動装置を設け、
前記第一圧縮リングと前記第二圧縮リングの間の前記筒状側面と前記副シリンダーの前記開口部が対面する位置に、前記駆動装置が前記摺動する弁本体を移動させ、それによって前記最大の空洞と前記主燃焼室の二つの空間を隔離し、
前記最大の空洞の前記開口部と前記副シリンダーの前記開口部が対面する位置に、前記駆動装置が前記摺動する弁本体を移動させ、それによって前記二つの空間を連通する事を特徴とする摺動する弁を持つピストン式エンジン。 - 主シリンダーの外側に副シリンダーを設けるエンジンにおいて、
前記副シリンダーに開口部を設け、
主燃焼室と前記副シリンダーの前記開口部を連絡し、
前記副シリンダーの中心軸方向に摺動する弁本体を前記副シリンダー内に設け、
前記摺動する弁本体は筒状側面を持ち、
前記摺動する弁本体の内側に、最大の空洞を設け、
前記摺動する弁本体の前記筒状側面に第一圧縮リングと第二圧縮リングと第三圧縮リングを設け、
前記第二圧縮リングと前記第三圧縮リングとの間に、前記第一圧縮リングを設け、
前記第一圧縮リングと前記第三圧縮リングとの間の前記筒状側面の前記主燃焼室側に、前記最大の空洞の開口部を設け、
負荷量の変化に応じて前記摺動する弁本体を前記の副シリンダーの中心軸方向に移動させる駆動装置を設け、
前記第一圧縮リングと前記第二圧縮リングの間の前記筒状側面と前記副シリンダーの前記開口部が対面する位置に、前記駆動装置が前記摺動する弁本体を移動させ、それによって前記第一圧縮リングが前記主燃焼室と前記最大の空洞の二つの空間を隔離し、それによって圧縮比を高め、
前記最大の空洞の前記開口部と前記副シリンダーの前記開口部が対面する位置に、前記駆動装置が前記摺動する弁本体を移動させ、それによって前記二つの空間を連通し、それによって圧縮比を低下させる事を特徴とする摺動する弁を持つピストン式エンジン。 - 主シリンダーの外側に副シリンダーを設ける頭上茸弁を持つピストン式エンジンにおいて、
前記副シリンダーに開口部を設け、
主燃焼室と前記副シリンダーの前記開口部を連絡し、
前記副シリンダーの中心軸方向に摺動する弁本体を前記副シリンダー内に設け、
前記摺動する弁本体は筒状側面を持ち、
前記摺動する弁本体の内側に最大の空洞を設け、
前記摺動する弁本体の前記筒状側面に第一圧縮リングおよび第二圧縮リングを設け、
前記第一圧縮リングと前記第二圧縮リングの間以外の前記筒状側面の前記主燃焼室側に、前記の最大の空洞の開口部を設け、
前記第一圧縮リングと前記第二圧縮リングの間以外に、前記最大の空洞の他の開口部を設置し、
副流路を設置し、前記副流路は、前記エンジンの外部と連通し、
前記エンジンの一サイクル中の全行程に同期して前記摺動する弁本体を前記副シリンダーの中心軸方向に移動させる駆動装置を設置し、
前記の両圧縮リング間の前記筒状側面と前記副シリンダーの前記開口部が対面する位置に、前記駆動装置が前記摺動する弁本体を移動させ、それにより、前記主燃焼室と前記副流路の二つの空間を隔離し、
前記最大の空洞の前記開口部と前記副シリンダーの前記開口部が対面する位置に、前記駆動装置が前記摺動する弁本体を移動させ、それにより、前記最大の空洞を介して前記二つの空間を連通する事を特徴とする摺動する弁を持つピストン式エンジン。 - 吸気行程時に、前記最大の空洞を介して、前記二つの空間が連通する事を特徴とする前記の請求項３に記載した摺動する弁を持つピストン式エンジン。
- 前記第一圧縮リングと前記第二圧縮リングの間以外の前記筒状側面に、前記最大の空洞の前記他の開口部を設置し、
前記最大の空洞の前記開口部が前記副シリンダーの前記開口部と面する時に、前記最大の空洞の前記他の開口部に面して前記副シリンダーの他の開口部を設置し、
前記副シリンダーの他の開口部に隣接して前記副流路を設置する事を特徴とする前記の請求項３に記載した摺動する弁を持つピストン式エンジン。 - 前記副シリンダーの中心軸方向の長さに関して、前記第一圧縮リングの厚みよりも、前記副シリンダーの前記開口部の長さを大きく設定しない事を特徴とする前記請求項２に記載した摺動する弁を持つピストン式エンジン。
- 前記駆動装置として、空気圧装置と油圧装置と電磁式の駆動装置と電気式の駆動装置のどれかを設置し、カムの位相を変化させる装置とカムを組み合わせた装置を併設し、
前記摺動する弁本体と前記カムの間に、前記空気圧装置と前記油圧装置と前記電磁式の駆動装置と前記電気式の駆動装置のどれかを設置する事を特徴とする前記請求項２に記載した摺動する弁を持つピストン式エンジン。 - 前記第一圧縮リングと前記第三圧縮リングとの間の前記摺動する弁本体の前記円筒状側面であってしかも前記副シリンダーの中心軸に対して前記最大の空洞の前記開口部とは反対側に、前記最大の空洞の他の開口部を設置する事を特徴とする前記請求項２に記載した摺動する弁を持つピストン式エンジン。
- 前記エンジンのピストンのストロークの長さをピストンの直径よりも小さくしない事を特徴とする前記の請求項４に記載した摺動する弁を持つピストン式エンジン。
- 前記摺動する弁本体として円筒状のスリーブを使用し、
前記第一圧縮リングと前記第二圧縮リングの間以外の前記筒状側面に、前記最大の空洞の前記開口部を設け、
シリンダーヘッドに固定される上部固定部とシリンダーブロック側に固定される下部固定部を設け、
前記上部固定部と前記下部固定部に、他の圧縮リングを設置し、
前記上部固定部と前記下部固定部の間の前記スリーブ内空間を前記最大の空洞として使用し、
前記上部固定部と前記下部固定部のどちらかに第二の点火プラグを設置する事を特徴とする前記請求項２に記載した摺動する弁を持つピストン式エンジン。
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