JP2820793B2 - ポンプシリンダと動力シリンダを備えたレシプロエンジン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明はポンプシリンダ及び動力シリンダが２ストロ
ークサイクルで動作するタイプのレシプロ内燃エンジン
に関する。

〔背景技術〕

このタイプのエンジンは、エンジン効率やエンジンの
出力対重量比の改善を意図した多数の先行技術中に開示
されている。米国特許1,881,582が示す設計において
は、ポンプシリンダは、動力シリンダのサイクル速度の
２倍の速度で駆動され、動力シリンダの下部シリンダ壁
に連絡しているトランスファポートを介してインテーク
・スカベンジング・チャージを各動力シリンダに交互に
供給するようになっており、それゆえ、動力ピストンに
連動させられている。この設計は、掃気効率を最大限ま
で増大させることができ、クランクケース圧縮形２スト
ロークエンジンに匹敵するものであるが、通常の２スト
ロークエンジンの基本的な掃気効率の非効率性を含み、
また通常の２ストロークエンジンの多くの効率問題を有
している。前記非効率性は、トランスファポートが下部
シリンダ壁中へ開放されていることからもたらされ、膨
張に際して容積の減少を招き、この容積減少は掃気段階
の半分に使われてしまう。さらに、この設計は、下部シ
リンダ壁への移送ゆえに、バルブ制御の定容積形燃焼室
であれば達成できる有意の効率ゲインを達成できる可能
性を持たない。

２ストロークサイクルで動作するポンプシリンダと動
力シリンダを有し、前記の好ましくない点の克服を意図
した第２のタイプのエンジンの典形が、米国特許3,880,
126及び4,458,635に開示されている。それらの設計は、
動力シリンダのヘッド部に開口しているバルブ制御のポ
ートを介して吸気を移送するポンプシリンダを備えてい
る。

米国特許3,880,126は、動力シリンダと常時連通して
いる燃焼室を利用しているが、前記燃焼室は、部品数が
過度に多く、総合効率と出力は、主として、その設計の
要求する掃気経路の長さからもたらされる掃気効率の悪
さにより厳しく限定される。この事実は、さらに、その
設計の見掛けの出力対重量比を悪化させる。

米国特許4,458,635は、同様に前記の基本的非効率性
と同様な非効率性を生じる従来のスーパーチャージシス
テムに先行してバルブ制御の定容積燃焼室を利用してお
り、掃気と燃焼の効率を増大させているので、総合効率
も僅かに増大している。その結果、平均出力対重量比だ
けは改善されたが、部品数が過大であることは依然とし
て大きな問題である。

典形的には英国特許2071210に示された別のエンジン
設計は、シリンダ、ポート、及びバルブ等を本発明のも
のに類似した位置としているが、動力シリンダが４スト
ロークサイクルで動作するという点で、本発明の技術分
野には属さない。すなわち、このような４ストロークサ
イクルの場合にはポンプシリンダは、スーパージャージ
装置としてのみ使用され、本発明において要求されるよ
うなエンジンの制御のためには必要とされない。

〔発明の開示〕

本発明は、前記すべての形のエンジンの熱効率と出力
対重合比を有意に増大させ、また本発明の分野に属する
前記すべての形のエンジンの掃気効率を増大させ、さら
に前記第２の形のエンジンのために必要とされる部品数
を減少させる、新規な設計のエンジンを開示する。

したがって、本発明の主たる目的は、その内部でポン
プピストンが往復するポンプシリンダ１個、及びそれぞ
れの内部で動力ピストンが往復運動する動力シリンダ２
個を有するユニットを１個または複数有するエンジンを
開示することである。

前記シリンダは、すべて２ストロークサイクルで動作
し、ポンプピストンは、周期的駆動手段により動力ピス
トンの２倍のサイクルで往復運動し、連続したポンピン
グサイクルによる吸気は、ポンプシリンダのヘッド部分
と各動力シリンダのヘッド部分を連絡させるトランスフ
ァポートを介して各動力シリンダに交互に移送される。
前記各トランスファポートは、開放先である動力シリン
ダと各トランスファポートの連絡を随時的に制御する切
換バルブにより制御されて前記各シリンダに連絡してい
る。

ポンプシリンダは、そのヘッドを貫通しており吸気バ
ルブで制御される吸気ポートを介して、少なくとも吸気
の大部分を減容ストロークに先立つ増容ストロークにお
いてその内部に吸入し、このポンプシリンダによる連続
サイクル吸気は、前記の切換バルブで随時的に制御され
たトランスファポートを介して、各動力シリンダ乃及び
動力シリンダの燃焼室に、交互に移送される。

吸気は、燃焼に使われる空気の少なくとも60％であ
り、一方ヘッドセクション（ピストンの上端より上方の
空間；行程容積）はシリンダ壁の上部（シリンダヘッ
ド）を含み得るし、そこ（シリンダヘッド）はシリンダ
容積（行程容積）の３分の１以下である。

動力メインシャフトは、各動力ピストンを相互に１ス
トロークずらして同期乃至ほぼ同期させて往復動させ、
一方ポンプメインシャフトは、前記の速度でポンプピス
トンを往復動させる。

また、バルブ制御の排気ポートが、ヘッド部分におい
て各動力シリンダに設けられており、燃焼ガスを動力シ
リンダから排気させる。

各燃焼室は、それぞれの動力シリンダと常に連絡させ
ることもできるし、または、燃焼のための時間の少なく
とも一部分について定容積燃焼となるようにタイミング
調整された二次バルブによる制御に基づいてそれぞれの
動力シリンダと連絡させることもできる。以上及び以下
のすべての場合において、特定の動力シリンダのトラン
スファバルブの開放は、その動力シリンダへの開放を意
味する。

好ましくは、ユニットのポンプピストンは、当該ユニ
ットの各動力シリンダから等距離であり、そして、この
ポンプピストンは、動力ピストンのメインシャフトまた
は出力シャフトにより駆動され、吸入された吸気乃至吸
入されつつある吸気を動力シリンダへ移送するが、この
吸気の移送は、動力ピストンが上死点に至る工程の少な
くとも60％について行なわれる。さらに、動力シリンダ
中で燃焼が開始される前に各トランスファバルブが閉じ
ることが好ましく、前記エンジンの効率的な動作を可能
にする好ましいバルブ制御タイミングについても開示さ
れる。

本発明の別の目的は、上記で説明したエンジンを、下
記の様々な改善を加えることによってさらに改良するこ
とである。すなわち、ポンプシリンダメインシャフトを
動力シリンダメインシャフトの上部に同軸方向で置くこ
と、及び／または、ポンプシリンダメインシャフト上も
しくは動力シリンダ間の動力シリンダメインシャフト上
に設け乃至配置される手段により駆動されるバルブの連
続作動手段もしくはその他の補助装置を設けること、そ
してこれらによりユニット及びエンジンの簡素化を達成
すること、及び、過渡的動作条件下において効率的な動
作を行うことができるように排気バルブの閉鎖時間を変
動させるために、少なくとも排気バルブの閉鎖タイミン
グを変動させる可変タイミングバルブ機構を導入するこ
と。移送バルブと二次バルブがポペット形バルブであ
り、移送バルブと二次バルブの好ましい配置及び好まし
い制御タイミングを持つ、前記各燃焼室タイプの望まし
い燃焼室の設計を提供することも、本発明の別の目的で
ある。本発明のまた別の目的は、より優れたＶ形構成と
ターボチャージ設計を有する新規なエンジンを提供する
ことであり、また、エンジンのチャージ効果を改善する
ためにクランクケースでの圧縮を利用するポンプシリン
ダを有するエンジンを提供することも本発明の別の目的
である。

〔図面の簡単な説明〕

第１図は、インライン形シングルユニットである好ま
しい設計の平面図であり、ユニットのシリンダ、ポー
ト、燃焼室及びバルブ開放位置を示す。

第２図は、第１図のＡ−Ａ線に沿って描かれた断面図
であるが、ピストンクランクシャフト機構の周囲と下部
クランクケースは削除されている。

第３図は、動力シリンダクランクの角度で示された、
好ましい設計のバルブ制御ダイアグラムであり、線はバ
ルブの開放時間を示し、そこに示されたTDC位置は第１
動力ピストンのTDC位置である。

第４図は、２個のユニットを有するＶ形であり、ター
ボチャージ及びポンプシリンダのクランクケース圧縮を
利用する代替設計を示す。一方のユニットすなわちシリ
ンダのバンクは側面図として示されており、他方のユニ
ットは第５図のＢ−Ｂ線に沿う断面図として示されてい
るが、ピストンクランクシャフト機構の周囲は除かれ、
隠された詳細が部分的に示され、下部動力クランクケー
スと下部RH側ポンプシリンダクランクケースは削除され
ている。

第５図は、第４図の断面ユニットの平面図であり、そ
のユニットのシリンダ、孔、燃焼室及びバルブ開放位置
を示す。

第６図は、第４図及び第５図に示された代替設計のバ
ルブ調時ダイアグラムであり、第３図についての上記の
説明と同じ表現を使用している。

第７図は、代替Ｖ形構成の端面図であり、代替Ｖ形構
成のシリンダとクランクシャフト位置を示す。

〔本発明を実行するためのモード〕

本発明を実行するためのすべてのモードを見るに、各
ユニットには、内部でポンプピストン16が往復運動する
ポンプシリンダ５、及びそれぞれの内部で往復運動する
第１及び第２の動力ピストン13、14を有する動力シリン
ダ３、４を備える。

一つのユニットのすべてのシリンダは、平行な軸及び
共通ブロック18及び共通ヘッド19を共用しており、一
方、ポンプシリンダは各動力シリンダから均等に隔たっ
ている。

ポンプクランクシャフト２及びポンプコンロッド17
は、ポンプピストン16を往復運動させ、動力クランクシ
ャフト１及び動力コンロッド15は、動力ピストンを往復
運動させる。各クランクシャフトは、回転のための支持
手段により支持されており、一方、図面に示されていな
いジャーナル手段は、コンロッドのクランクシャフトピ
ボット軸受における旋回動及びコンロッドのピストンピ
ボット軸受における旋回動を与える。

各ポンプクランクシャフト２に固定されたポンプ駆動
ギア７は、動力クランクシャフト１に固定された動力ク
ランクシャフトギア６と連動してこのクランクシャフト
ギア６によって駆動され、その直径はクランクシャフト
ギア６の直径の半分である。したがって、このギア配列
は、ポンプピストン16が動力ピストンの速度の２倍の速
度で周期的に往復運動することができるようにする。

一つのユニットの動力ピストンの相互の位相関係は、
動力クランクシャフトの回転角（クランクアングル；以
下、CAという）で180°となるようにされている。

第１及び第２トランスファポート21、24は、ポンプシ
リンダと常に連絡している。

本発明のすべてのモードを実行するためのクランクシ
ャフトは単体形であり、またすべてのコンロッドは、２
ピース形であって、クランクシャフトの周囲を旋回動さ
せるためにその下側においてボルト締めされている。

もちろん、本発明を実行するためのすべての方法に
は、エンジンの効率的な動作のために要求される。図示
または言及されないすべての部品と補助部品が含まれ、
一方、冷却水の通路は図２及び４の壁の断面内に示され
ているが、番号の混乱を減少させるため、番号は付され
ていない。さらに、第１及び第２の動力シリンダの各部
品は、それぞれ、前記第１及び第２の部品として言及さ
れる、または、説明がなされる動力シリンダのそれぞれ
の部品として言及される。

〔好適な実施例の詳細な説明〕

図１〜３に示すのは、本発明を自然吸気式のインライ
ン形のエンジンに適用した場合の実施例であり、ポンプ
シリンダ５は、第１及び第２動力シリンダ３、４の中間
に配置される。ポンプクランクシャフト２は、エンジン
ブロック18のポンプクランクシャフトキャップ38によっ
て定位置に保持される。一方、動力クランクシャフト１
は、図２には示されていない下部クランクケースによっ
て定位置に保持される。動力ピストン13、14に対するポ
ンプピストン16の位相は、ポンプピストンを各動力シリ
ンダのピストンの動作に合わせて動作させる特別なポン
プシリンダサイクルによって吸気を行うために、動力ピ
ストンの上死点の手前、動力CA40°で上死点に至るよう
になっている。

この好ましい設計において、すべての吸気バルブ、移
送バルブおよび排気バルブはポペット形バルブである。

第１および第２燃焼室22、25はそれぞれの動力シリン
ダと常時連絡を保持し、燃焼室内の可燃性混合気を点火
させるスパークプラグ35が、それぞれの燃焼室に実装さ
れる。

燃料噴射手段36は各移送ポート中に実装され、吸気が
動力シリンダ内に移送されるとき、所定量の燃料を移送
ポート中に噴射する。

第１移送バルブ８は、第１移送ポート21と第１動力シ
リンダ３との間の連絡のタイミングを調節し、一方、第
２移送バルブ10は第２移送ポート24と第２動力シリンダ
４との間の連絡のタイミングを調節する。

２個の吸気バルブ12、12は、吸気ポート20、20とポン
プシリンダ５との間の連絡のタイミングを調節する。

第１排気バルブ９は、第１動力シリンダ３と第１排気
ポート23との間の連絡のタイミングを調節し、一方、第
２排気バルブ11は、第２動力シリンダ４と第２排気ポー
ト26との間の連絡のタイミングを調節する。

前記排気ポートは排気マニホールドを介して排気管に
通じ、一方、前記吸気ポートは吸気マニホールドに通じ
ており、この吸気ポートの中に空気計量手段が備えられ
る。

前記のバルブは、すべてのクランクケースの軸と平行
な軸を有するようにしてバルブすべての直上に置かれた
１個のオーバーヘッドカムシャフトによって直接作動さ
せられる。尚、図面が繁雑となるのを避けるため、前記
カムシャフトは図２に示されていない。前記カムシャフ
トは、ポンプクランクシャフト２に設けられたカムシャ
フト駆動スプロケット39によりチェーン手段46を介して
駆動される。チェーン手段46に連結されて駆動する。前
記カムシャフトに設けられたスプロケットの直径は、カ
ムシャフト駆動スプロケット39の直径の倍であり、動力
シリンダと同じサイクル速度で前記カムシャフトを動作
させる。

移送バルブと排気バルブは１個のカムで作動する。一
方、吸気バルブは２個のカムにより作動し、このカム
は、前記カムシャフトの吸気バルブを作動させる部分に
均等な間隔で配置されており、したがって、ポンプシリ
ンダにおける増加されたサイクルスピードにともなって
吸気バルブは他のバルブの２倍の頻度で開閉する。

可変タイミング排気バルブの閉鎖動作は、可変タイミ
ングバルブメカニズムのターニングブロックタイプによ
って行われる。この可変タイミングバルブメカニズム
は、図を不当に複雑にしないため図示されていないが、
エンジンの負荷と速度に応じて、上死点の手前、動力CA
50°から70°の範囲で排気バルブを閉鎖することができ
るようにする。この可変閉鎖時期を図３に点線で示す。

エンジンにオイルを供給するエンジンオイルポンプ
は、２個の動力シリンダの間の動力クランクシャフト１
に設けられたオイルポンプ駆動ギア40によって駆動され
る。

好ましい設計のバルブタイミングを含んだ動作を説明
する。ポンプピストン16が上死点を通過後、ポンプCA60
°まで運動したとき、吸気バルブ12が開く。これによ
り、前サイクル後の吸気は、吸気バルブ12が開く前に、
事実上膨張する。そして吸気バルブ12が開き、ポンプピ
ストン16が下死点（BDC）に向かって運動すると、新し
い吸気がポンプシリンダ５内に誘導される。ポンプピス
トン16が今度は下死点を通過後ポンプCA40°まで運動す
ると、吸気バルブ12が閉じて吸気の誘導は止まる。吸気
バルブ12が閉じると同時に、移送バルブ８又は10のいず
れかが開き始め、前記移送バルブが開いている方の動力
シリンダに吸気を移送し始める。前記移送バルブは、図
３に示されているように、ポンプピストン16が上死点通
過後ポンプCA10°に達するまで開いており、このとき前
記動力シリンダのピストンは上死点の手前、動力CA35°
である。

ポンプシリンダのピストン16は、その後下死点に向か
って運動し続け、吸気バルブ12が上死点の後ポンプCA60
℃において再び開いたとき、上述と同様の新しいサイク
ルを開始する。この新しいサイクルの吸気は今度は他の
動力シリンダに移送され、そしてこれに続くサイクルの
吸気はまた別の動力シリンダに移送されて、その動力シ
リンダの新しいサイクルを開始する。

前記各動力シリンダへの吸気移送の前半部分の間、前
記動力シリンダの排気バルブは開いており、前記各動力
シリンダの排気工程後半部分において、吸気の移送によ
って残存排気を前記各動力シリンダから掃気する。前記
各動力シリンダの排気バルブは、前記各動力シリンダの
ピストンが上死点の手前、動力CA50°〜70°まで運動す
る間、開いている。

高負荷および／または高速度の運転である場合、吸気
移送工程の間に前記移送ポート中で燃料が噴射される。
低負荷および／または低速度の運転である場合、燃料の
大部分は当該動力シリンダの排気バルブが閉じた後に噴
射される。燃料が噴射されると、各スパークプラグ35の
スパークにより上死点付近で燃焼が開始する。すると、
前記各動力シリンダのピストンが下死点に向かって運動
して前記各動力シリンダ内のガスが事実上膨張し、前記
ピストンが下死点の手前、動力CA45°に達すると、排気
バルブが開き始める。これにより排気工程の前半部分で
ブローダウンし、前記各動力シリンダのピストンが上死
点に向かって運動する間、当該シリンダの移送バルブが
開くまで積極的な掃気が行われ、その後、前述のような
当該シリンダの別のサイクルが始まる。他の動力シリン
ダの動作も上述の動作と同じであるが、その動作は、前
記当該動力シリンダの動作が発生する前または後に動力
CA180°程位相をずらして発生することは明白である。

図４〜６に示すのは、本発明を２個のユニットをＶ形
に構成したエンジンに適用した場合の実施例であり、各
ユニットはＶ形エンジンのシリンダの１個のバンクであ
る。各ユニットの動力シリンダの間隔は狭く、したがっ
て各ユニットのポンプシリンダ５は動力シリンダ間の中
心の各ユニットの外側に配置される。この実施例におい
ては、それぞれの動力シリンダと連絡されると共に、タ
イミング調整された二次バルブが設けられた定容積燃焼
室が使用される。前記二次バルブの第１二次バルブが2
7、第２二次バルブが28である。

そしてターボチャージャ41がこのＶ形ユニットの中央
に置かれ、すべての動力シリンダの排気マニホールドは
ターボチャージャ41に連絡する。尚、排気ポートおよび
排気マニホールドは同じ番号で表す。

ターボチャージャ41から導かれた過給気マニホールド
42は両ポンプシリンダの吸気ポート20に連絡している。
一方、両ポンプシリンダのクランクケースにはクランク
ケース吸気ポート33が設けられており、ここからの吸気
は無過給である。すべての動力ピストンが１個の動力ク
ランクシャフト１に連結しており、一方、各ポンプシリ
ンダ５にはそれぞれポンプクランクシャフト２が備わ
る。動力クランクシャフト１に設けられた１個の動力ク
ランクシャフトギア６は、各ポンプクランクシャフトに
設けられたポンプシリンダ駆動ギア７を駆動する。各ユ
ニットの動力シリンダに対するポンプピストンの位相
は、前記動力ピストンの上死点の手前、動力CA50°で上
死点に至る位相である。尚、図４における非断面ユニッ
トの動力ピストンの前記動力ピストンに対する位相は、
動力CA90°ずれている。

動力クランクシャフト１は、図面には示されていない
動力クランクケースによって定位置に保持される。一
方、各ポンプクランクシャフト２は、図４の非断面ユニ
ットに示されるポンプクランクケース47によって定位置
に保持される。

この実施例における吸気バルブ、移送バルブ、排気バ
ルブ、二次バルブはすべてポペットバルブであり、クラ
ンクケース吸気バルブはリードバルブである。第１燃焼
室22と第１動力シリンダ３との間の連絡は第１二次バル
ブ27によって制御され、一方、第２燃焼室25と第２動力
シリンダ４との間の連絡は第２二次バルブ28によって制
御される。

燃料噴射手段37は前記各燃焼室に実装されており、前
記各燃焼室中における点火は、前記各燃焼室内における
混合気の温度および圧力によって行われる。

各動力ピストンの頭頂部にある突起31は、少なくとも
各二次ポート29、30の容積を縮めるように上方に延伸さ
れているので、その結果、エンジンの効率が増大する。

この実施例において各ユニットは、上述の自然吸気式
のインライン形のエンジンに適用した実施例で説明した
のと同じ吸気バルブ、移送バルブ、排気バルブ、各ポー
トの配列および機能を有するが、一部のバルブとポート
の位置が変更されている。

また、各ユニットには２個のオーバーヘッドカムシャ
フトがある。この２個のオーバーヘッドカムシャフト
（図示しない）は、ポンプシリンダ駆動ギア７からギア
手段を介して駆動される。２個のアイドルギア43、44の
内の１個は前記ギア７と噛合し、もう一方のアイドルギ
ア44は、アイドルギア43と、動力クランクシャフトギア
６と同じ直径であるカムシャフトギア45とに噛合する。
カムシャフトギア45は、移送バルブ、二次バルブ、排気
バルブのそれぞれを作動させるカムを有する動力カムシ
ャフトに固定されている。一方、前記動力カムシャフト
には別のギアが固定されており、直径が前記クランクシ
ャフトギアの半分であると共に、ポンプカムシャフトに
設けられたギアと噛合する。前記ポンプカムシャフトに
は吸気バルブを作動させるカムが設けられており、関連
するギアの直径の相違は、吸気バルブのサイクル速度を
増大させるようになっている。

１個のユニットについて、この実施例のバルブタイミ
ングを含む動作を説明する。

ポンプピストンが上死点を通過後、ポンプCA70°まで
運動したとき、吸気バルブ12は開き始める。このため、
前のサイクル後の吸気は、吸気バルブが開かれる前に、
事実上、膨張する。吸気バルブ12が開き、ポンプピスト
ンがその下死点まで運動する間に、吸気はポンプシリン
ダ５中に誘導される。

動力ピストン16が下死点に向かって運動している間、
クランクケース内の吸気は圧縮される。負荷が50％以上
またはその周辺でエンジンが動作している場合、ターボ
チャージャ41は効率的に動作し、前記ポンプピストンが
下死点前のポンプCA50°に達し、クランクケース移送ポ
ート34が開放されたとき、ターボチャージャ41からもた
らされる前記シリンダ内の圧力が前記クランクケース内
の圧力と同じかあるいはそれより高いので、前記クラン
クケースからの吸気移送は生じない。その結果、前記ク
ランクケースでの吸気圧縮は、エンジン負荷が低い場合
は利用されるが、負荷が高い場合は利用されず、したが
って、前記クランクケース内での最大圧力を低く抑えら
れる。このため、前記クランクケースの密閉度はあまり
高くする必要がなく、しかも動作圧力が低いので、前記
リードバルブの材料を軽量にすることができる。

ポンプピストン16が下死点を通過後、ポンプCA50°ま
で運動すると、吸気バルブ12が閉じ、吸気ポートを介し
た吸気の誘導は終わる。ここで、エンジンが低負荷で動
作し、ポンプピストンが上昇ストロークにある場合、吸
気は、クランクケース吸気バルブ32を介してクランクケ
ース内に誘導される。

前記移送バルブが開いている先の動力シリンダに吸気
移送工程を開始するため、ポンプピストンの下死点で、
移送バルブの内の一方が開く。その後、この移送バルブ
はポンプピストンが上死点を通過後ポンプCA10°になる
まで開いている。これは、図６に示すとおり、前記各動
力シリンダのピストンが上死点に達する手前、動力CA45
°である。

その後、前記ポンプピストンは下死点に向かって運動
を続け、上死点を通過後、ポンプCA70°において吸気バ
ルブが開くと、そのポンプシリンダの新しいサイクルが
始まる。そして、このサイクルの吸気は、上述と同様に
して他の動力シリンダに移送される。以下、このような
過程で反復される。

各動力シリンダに対する吸気移送工程の前半部分の
間、各動力シリンダの二次バルブは開いており、各動力
シリンダの燃焼室から排気ガスが掃気される。そして、
各動力シリンダのピストンが上死点の手前、動力CA115
°まで運動したとき、前記二次バルブは閉じる。この
間、前記各動力シリンダの排気バルブは開いており、そ
して前記各動力シリンダのピストンが上死点の手前、動
力CA55°まで運動したとき前記各動力シリンダの排気バ
ルブは閉じる。これにより、極微量が残留するのを除
き、前記シリンダからほとんどすべての排気が掃気され
る。このとき残留排気は高圧力に維持されるので、前記
動力シリンダのピストンが上死点の手前、動力CA5°に
達して二次バルブが再び開いたときに、得られる熱効率
が減少するような、動力シリンダ内の圧力が燃焼室の圧
力より低くなる現象は、厳密に起きない。

前記動力ピストンが上死点の手前、約動力CA40°に位
置するとき、前記燃焼室中に燃料が噴射される。その結
果、燃焼は前記関連移送バルブが閉じた直後に発生し、
前記二次バルブが開いたとき、可燃性質量の約50パーセ
ントが燃焼し終わっている。燃焼が終わり、前記動力ピ
ストンが下死点に向かって運動し、ピストンが下死点の
手前、動力CA40°に達して前記シリンダの排気バルブが
開放する前に、燃焼室からのガスは二次ポートと開放し
たバルブを介して流れ、事実上、膨張する。

その後、前記シリンダ排気工程が開始され、ピストン
が上死点に向かって運動すると、前述と同様な次の吸気
移送工程が開始されて次のサイクルが始まるまで前記シ
リンダは積極的に掃気される。

他の動力シリンダの動作は、上記の説明のような前記
バルブおよびサイクル動作と同じであるが、明白である
とおり、他の動力シリンダの動作は、前記シリンダの動
作の発生の前または後に動力CA180°ずれて発生する。

図７にＶ形の他の実施例を示す。前記と同様に２個の
ユニットがあり、この実施例の構造において、前記各ユ
ニットは前記エンジン用シリンダの１個のバンクであ
り、そして、当該ユニットのポンプシリンダ５は、この
Ｖ形バンクの内側すなわち動力シリンダの内側に位置し
ている。１個のポンプクランクシャフト２が前記両方の
ポンプピストン16を往復運動させ、一方、１個の動力ク
ランクシャフト１が前記すべての動力ピストンを往復運
動させる。

本発明に多数の修正と変化を加えることができること
は明らかである。したがって、添付請求の範囲内で、具
体的に記載した方法以外の方法で本発明を実行すること
ができることを理解しなければならない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02B 33/22 F02B 33/20

Claims (20)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１個または複数個のユニットから構成さ
   れ、各ユニットが、 すべてが２ストロークサイクルで動作し、往復運動ピス
   トンを内部にそれぞれ有する１個のポンプシリンダと２
   個の動力シリンダを含み、前記ポンプシリンダは、ポン
   プピストンを往復運動させるメインシャフトを有し、動
   力シリンダの１サイクル当たり２サイクルを実行するよ
   うに駆動され、前記各動力シリンダは、動力ピストンを
   往復運動させるメインシャフトをそれぞれ有し、各動力
   ピストンは、１ストローク乃至約１ストロークずらされ
   ており； メインシャフトが置かれた端と反対の端において、前記
   すべてのシリンダの端部を閉鎖させるシリンダヘッドを
   備え、このシリンダヘッドは、シリンダ中の壁を、それ
   ぞれのシリンダ容積の３分の１が用意されている場所ま
   で延伸して下ることができ； 前記シリンダヘッド中には各動力シリンダのための燃焼
   室が設けられ、前記燃焼室は、その中で発生する燃焼の
   少くとも大部分を保持し、それぞれの動力シリンダと常
   時連絡することができ、または、二次バルブ手段によっ
   て各動力シリンダに随時的に連絡することができ、いず
   れの場合においても、前記燃焼室は、他の方法で記載さ
   れる場合を除き、それぞれの動力シリンダと呼ばれる； 前記ヘッドには２個のトランスファポートがあり、その
   トランスファポートを通して、各動力シリンダはヘッド
   部分においてポンプシリンダと連絡し、少なくとも、前
   記トランスファポートとそれぞれの動力シリンダとの間
   を随時的に連絡するバルブ手段によって制御され、； 前記ヘッドには前記ヘッドを貫通する２個またはそれ以
   上の排気ポートがあり、前記排気ポートの１個または複
   数は各動力シリンダから出ており、エンジンの動作によ
   って要求されるとおり、前記動力シリンダから排気ガス
   が流れることができるようにするため、排気ポートと他
   の排気ポートとの間の連絡は排気バルブ手段によって調
   時され； 前記ヘッドには、前記ヘッドを貫通してポンプシリンダ
   に至る１個または複数の吸気ポートがあり、吸気ポート
   間、及び、吸入ポートとポンプシリンダとの連絡を随時
   的に制御するする吸入バルブがあり； 前記シリンダの容積を増大させるために前記シリンダの
   ピストンが運動するとき、前記吸入バルブが開放し、少
   なくとも吸入チャージの大部分が、事実上、ポンプシリ
   ンダ中に誘導され、前記吸入チャージは、空気、燃料及
   び燃焼過程において使用された排気ガスのいずれかの組
   合わせとすることができるが、前記燃焼において使用さ
   れた吸気の少なくとも60パーセント以上を保持し、 ポンプシリンダ中に誘導された前記吸入チャージは、各
   トランスファポートを介して、トランスファバルブが開
   放された各動力シリンダに交互に移送され、シリンダの
   容積を減少させるために、ポンプピストンが少なくとも
   事実上運動したとき、前記動力シリンダ中に誘導され、
   燃焼の後、動力ピストンは下死点を経て運動し、ピスト
   ンが前記位置の上または前に運動したとき、動力シリン
   ダの各排気バルブは開放し、排気相を開始させ、るよう
   にしてなることを特徴とする内燃エンジン。
2. 【請求項２】ポンプピストンは、前記動力ピストンが前
   記位置に向かって運動する時間の60％未満で、吸気チャ
   ージが移送されようとしている動力シリンダのピストン
   を上死点位置に導くこと、および、ポンプピストンを増
   大されたサイクル速度で作動させる前記手段が動力シリ
   ンダのアウトプットシャフトまたはエンジンの出力シャ
   フトから駆動されることをさらに特徴とする請求の範囲
   １記載の内燃エンジン。
3. 【請求項３】ポンプピストンが少なくとも各々動力シリ
   ンダと事実上等距離に置かれること；ポンプピストンが
   そのポンプピストンの上死点位置に到達し、前記位置の
   後前記時間の20〜48％の間に閉鎖した後、動力シリンダ
   サイクルのために要求される時間の０〜20％の間に前記
   吸気バルブが開放し始めること；特定のポンプシリンダ
   サイクルの吸入チャージを動力シリンダ中に移送するこ
   とができるようにするために各トランスファポートを調
   時する移送バルブが、前記位置の前に前記時間の25〜55
   ％の間の時間で開始し始め、前記各動力ピストンが上死
   点に到達した後は、前記時間55〜97％の間の時間で閉鎖
   すること；および、動力シリンダの移送バルブが、少な
   くとも、その動力シリンダの可燃性質量の30％が燃焼さ
   れる前に閉鎖することをさらに特徴とする請求の範囲２
   記載の内燃エンジン。
4. 【請求項４】前記移送バルブと二次バルブとの間に定容
   積燃焼室が備わること；前記燃焼室は、少なくとも、可
   燃性チャージの燃焼のために要求される時間の大部分の
   間、定容積燃焼を提供すること；前記二次バルブが、燃
   焼室と動力シリンダとの間の連絡を調時すること；前記
   動力シリンダのそれぞれの二次バルブが、ポンプピスト
   ンがポンプピストンの上死点位置に達する前の動力シリ
   ンダサイクルのために要求される時間10％と、ポンプピ
   ストンがポンプピストンの上死点位置に達した後の前記
   時間の40％の間の時間に開放し始め、前記位置の前は、
   前記時間の40〜０％の間の時間で閉鎖することをさらに
   特徴とする請求の範囲３記載の内燃エンジン。
5. 【請求項５】燃焼室がそれぞれの動力シリンダとの常時
   連絡を維持することを特徴とする請求の範囲３記載の内
   燃エンジン。
6. 【請求項６】少なくとも位相バルブと排気バルブがポペ
   ット形であること；位相バルブのステムおよび二次バル
   ブのステムまたはその他の作動部分が燃焼室を貫通して
   延伸しないため、燃焼室内の可燃混合気が前記バルブの
   前記部分の周囲のどの位置にも置かれないことを特徴と
   する請求の範囲４記載の内燃エンジン。
7. 【請求項７】少なくとも位相バルブと排気バルブがポペ
   ット形であること；位相バルブのヘッドが、少なくとも
   シリンダの事実上軸方向上方に、ただし、シリンダ片側
   に置かれていること；燃焼室が位相バルブのヘッドの下
   に置かれ、前記燃焼室の壁が事実上アウトプットシャフ
   トに向かって延伸するため、前記移送バルブの後は、前
   記燃焼室を定める壁が移送吸入チャージの流れのポート
   とカバーとして作用し、移送吸入チャージを、下向き方
   向に、燃焼室から出て行く方向に向けること；および、
   動力ピストンが上死点にあるときに得ることができる容
   積の70％以上を前記燃焼室において利用することができ
   ることをさらに特徴とする請求の範囲５記載の内燃エン
   ジン。
8. 【請求項８】ポンプシリンダのアウトプットシャフトの
   軸が、ポンプシリンダから延伸して動力シリンダの軸に
   垂直である線上にあって、動力シリンダアウトプットシ
   ャフト軸上に位置しているため、ユニットの前記シリン
   ダ全部の軸が平行であり、一線であることさらに特徴と
   する請求の範囲３記載の内燃エンジン。
9. 【請求項９】ポンプシリンダアウトプットシャフトが、
   いずれかの前記バルブ駆動もしくは作動手段、または、
   ポンプシリンダアウトプットシャフト上に用意もしくは
   置かれた手段から駆動されるその他の補助装置を有する
   ことをさらに特徴とする請求の範囲３記載の内燃エンジ
   ン。
10. 【請求項１０】２個の動力シリンダ間の動力シリンダア
    ウトプットシャフトの部分が、いずれかの前記バルブ駆
    動もしくは作動手段、または、ポンプシリンダアウトプ
    ットシャフト上に用意されもしくは置かれた手段から駆
    動されるその他の補助装置を有することをさらに特徴と
    する請求の範囲３記載の内燃エンジン。
11. 【請求項１１】ユニットの前記すべてのシリンダが平行
    軸を有すること；二次バルブがポペット形であること；
    少なくとも移送バルブおよび排気バルブが、移送バルブ
    と排気バルブの密封面上の圧力を増大させるために、そ
    れぞれ、燃焼室および動力シリンダ内の圧力を利用する
    こと；動力シリンダの移送バルブのステムが、前記バル
    ブのヘッドから延伸しており、その延伸が、15度越えお
    よびポンプシリンダから動力シリンダの方向では、動力
    シリンダとポンプシリンダとの間に引かれた直線に対し
    て垂直であって前記ポンプシリンダおよび前記動力シリ
    ンダの軸に対して直角である平面内であり、15度越えお
    よびアウトプットシャフトの方向においては、シリンダ
    の軸に対して垂直であること；および、動力シリンダの
    各二次バルブのステムが前記二次バルブのヘッドから延
    伸しており、その延伸が、15度越えおよび動力シリンダ
    からポンプシリンダの方向においては、前記ポンプシリ
    ンダと前記動力シリンダとの間に延伸する前記線に対し
    て垂直であり、15度越えおよびアウトプットシャフトの
    方向においては、シリンダ軸に対して垂直であることを
    さらに特徴とする請求の範囲６記載の内燃エンジン。
12. 【請求項１２】前記すべてのシリンダが平行軸を有する
    こと；移送バルブと排気バルブが、移送バルブと排気バ
    ルブの密封面上の圧力を増大させるために燃焼室動力シ
    リンダ容積内の圧力を利用すること；および、特定の動
    力シリンダの各移送バルブのステムが、前記バルブのヘ
    ッドから延伸しており、その延伸が、15度越えおよびポ
    ンプシリンダから動力シリンダの方向では、動力シリン
    ダとポンプシリンダとの間に引かれた直線に対して垂直
    であって前記ポンプシリンダおよび前記動力シリンダの
    軸に対して直角である平面内であり、15度越えおよびア
    ウトプットシャフトの方向においては、シリンダの軸に
    対して垂直であることをさらに特徴とする請求の範囲７
    記載の内燃エンジン。
13. 【請求項１３】事実上、図１〜３を参照して本明細書で
    説明したとおりであるが、内燃エンジンのオーバーヘッ
    ドカムギアと駆動；規定された燃料と点火手段；規定さ
    れたクランクシャフトとコンロッド設計；内燃エンジン
    の燃焼室、バルブおよびポートの部品を除く部品の位置
    が例外であることをさらに特徴とする請求の範囲３記載
    の内燃エンジン。
14. 【請求項１４】事実上、図４〜６を参照して本明細書で
    説明したとおりであるが、内燃エンジンのオーバーヘッ
    ドカムギアと駆動、規定された燃料と点火手段、規定さ
    れたクランクシャフトとコンロッド設計、内燃エンジン
    の燃焼室、バルブおよびポートの部品を除く部品の位置
    が例外であることをさらに特徴とする請求の範囲３記載
    の内燃エンジン。
15. 【請求項１５】前記ユニットの２個またはそれ以上がＶ
    構成で利用されるため、少なくとも内燃エンジンの動力
    シリンダがＶ構成であり、少なくとも１個または複数の
    ユニットの動力シリンダが前記Ｖ構成中のシリンダのバ
    ンクであること；および、１個のアウトプットシャフト
    が、前記Ｖ構成のために要求される少なくとも２個のユ
    ニットの動力シリンダのピストンを往復運動させ、およ
    び、別の１個のアウトプットシャフトが前記Ｖ構成のた
    めに要求される少なくとも２個のユニットのポンプシリ
    ンダのピストンを往復運動させることをさらに特徴とす
    る請求の範囲３記載の内燃エンジン。
16. 【請求項１６】少なくともポンプシリンダが内燃エンジ
    ンのクランクケースをクランクケース圧縮のために利用
    し、クランクケースのトランスファポートは前記クラン
    クケースを前記シリンダの株壁に連絡するため、ポンプ
    シリンダのピストンがそのピストンの下死点位置に近い
    とき、ピストンは前記トランスファポートを覆わず、し
    たがって、吸入チャージの一部が前記シリンダ中に流れ
    ることができること；および、クランクケース吸入バル
    ブ手段がクランクケース吸入ポートまたはマニホルドと
    前記クランクケースとの連絡を調時するので、ピストン
    がそのピストンの上死点位置に向かって少なくとも事実
    上運動している間に前記チャージが導入されることをさ
    らに特徴とする請求の範囲３記載の内燃エンジン。
17. 【請求項１７】ポンプシリンダが動力シリンダ間以外の
    位置に置かれるので、前記動力シリンダ間の距離が、ポ
    ンプシリンダ内径１個分およびポンプシリンダと動力シ
    リンダを隔てることがある壁厚さの２倍の和より小さい
    こと；および、各動力シリンダの排気マニホルドが、吸
    入ガスの圧力を増大させるために前記動力シリンダの排
    気ガスを利用するターボチャージ装置に入ることをさら
    に特徴とする請求の範囲３記載の内燃エンジン。
18. 【請求項１８】ターボチャージから導かれる加圧された
    吸入マニホルドがポンプシリンダに連絡すること；前記
    クランクケース吸入ポートおよび／またはマニホルドが
    無過給であることをさらに特徴とする請求の範囲16およ
    び17を組合わせた内燃エンジン。
19. 【請求項１９】吸入バルブが、前記位置の後、前記時間
    の25〜40％で閉鎖すること；および、前記トランスファ
    ポートが、前記位置の後、前記時間の15〜40％で開放す
    ることをさらに特徴とする請求の範囲３記載の内燃エン
    ジン。
20. 【請求項２０】少なくとも移送バルブと排気バルブのた
    めにポペット形バルブが使用されること；および、開放
    の継続時間および／またはリフトのほか、前記バルブの
    開放および／または閉鎖時間と速度のいずれかの組合わ
    せを変更させることができる可変バルブ調時メカニズム
    が、少なくとも排気バルブの閉鎖時間を変動させるため
    に使用されることをさらに特徴とする請求の範囲３記載
    の内燃エンジン。