JP2995225B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は内燃機関、特にそれのみに限定されることは
ないが２ストロークサイクルで動作する内燃機関に関す
る。

従来技術の背景 ２ストロークサイクルで動作する往復ピストンエンジ
ンに関して、圧縮および膨脹ストロークの部分は排気お
よび導入の目的のために使用される。ピストンは一般に
吸気ポートおよび排気ポートを開閉するために使用され
る。ピストンの上方運動の際に、クランクケースは減圧
され、空気または可燃混合気の給気は自動バルブを通っ
てクランクケース中に導入される。膨脹ストローク中、
クランクケース内の空気または可燃混合気の給気は圧縮
され、このストロークの終了間際に排気ポートは燃焼生
成物を燃焼室から放出できるようにカバーされていな
い。ピストンがさらに運動すると吸気ポートをカバーせ
ず、クランクケースから圧縮された給気は燃焼室中に流
れる。排気ポートおよび吸気ポートは短時間同時に開口
するので、到来給気は燃焼生成物の燃焼室を清浄にする
ことを助けることが可能である。サイクルは燃焼室で閉
込められた給気の圧縮およびそれに続く点火によって完
了する。

２ストローク機関のこの共通装置の効率の低さは燃焼
室からの燃焼生成物を清浄にし再給気する過程であり、
それは導入および排気に利用できる少しの時間によって
制限され、この時間に吸気ポートおよび排気ポートは両
方共開口するので、到来給気燃料は排気している燃焼生
成物と共に漏れる。

発明の解決しようとする課題 本発明は、内燃機関の２ストロークエンジンの掃気を
行って燃焼生成物を排出して燃焼室を清浄にし、しか
も、ピストンの往復運動の行程長を増加させずに良好な
掃気を行うことのできる内燃機関を提供することを目的
とする。

課題解決のための手段 本発明は、シンリンダと、そのシリンダ中に往復運動
するように取付けられたビストンとを具備し、それらピ
ストンおよびシリンダは共同してシリンダ中のピストン
の往復運動のときに容積がそれぞれ変化する燃焼室およ
びポンプ室を形成しており、空気をポンプ室に導入する
吸気口手段と、ピストン内に形成されてポンプ室から空
気を受入れて収容するた移送室と、移送室から燃焼室へ
の空気の放出を制御する制御手段とを具備している内燃
機関において、さらに、移送室と独立してこの移送室か
ら燃焼室への空気の放出とは無関係に多燃料の可燃混合
気を燃焼室に供給する手段を具備し、制御手段は、燃料
と空気の混合物の燃焼により燃焼室の容積の膨脹が開始
した後にのみ移送室から燃焼室への空気の放出を許容
し、圧縮されて燃焼室の容積が収縮する期間中は前記移
送室から燃焼室への空気の放出を阻止するように構成さ
れていることを特徴とする。

ピストンはポンプ室の容積収縮の際にポンプ室から転
送室への流体の供給を許容するために逆止め弁によって
制御された移送路を含むことが好ましい。

制御手段は燃焼室に開口する放出部分を含む放出路お
よび放出路を通る流体を制御するバルブ手段のような任
意の適切な形態からなることができる。バルブ手段は放
出ポートを開閉するために自動動作バルブまたは外部制
御下で動作可能なバルブを具備することができる。バル
ブが自動動作バルブである場合、例えば燃焼室と転送室
との間の予め定められた圧力差に反応して動作するよう
に配置されることができる。バルブが外部制御下で動作
できる場合、例えば制御機構はシリンダのピストンの相
対位置にしたがいバルブを動作するように設けられるこ
とができる。そのような制御機構はピストンが動作的に
接続されるクランク軸のカムに動作的に接続されてバル
ブを動作させるプッシュ・ロッドを具備することができ
る。

以下本発明の好ましい構成を説明する。

（ａ）シリンダは１端部分に壁を有し、他端部分にシリ
ンダポンプ部分に開口しているシリンダ作動部分とそれ
よりも断面積が大きいシリンダポンプ部分からなる２つ
のシリンダ部分およびシリンダ作動、およびポンプ部分
の隣接する端部分を相互接続する別の壁を具備する。

（ｂ）ピストンはシリンダ作動部分に受入れられるピス
トン作動部分、およびシリンダポンプ部分に受入れられ
るピストンポンプ部分を具備する。

（ｃ）前記ピストン作動部分と前記シリンダ作動部分は
前記燃焼室を限定するために共働し、前記別の壁と、前
記シリンダポンプ部分と、前記ピストンポンプおよび作
動部分は前記ポンプ室を限定するために共働する。

この装置に関して、ポンプ室は環状であり、環状ポン
プ室の外周壁はシリンダポンプ部分の周囲壁によって限
定され、環状ポンプ室の内周壁はピストン作動部分の周
囲壁によって限定される。

本発明は２ストローク内燃機関として適用される場
合、ピストン中の転送室から燃焼室へ導入された空気の
給気は燃焼室の清掃機能を実行する。可燃混合気はバル
ブにより連続的に開閉する吸気ポートのような任意の適
切な装置によって燃焼室に導入されることが可能であ
る。同様に、燃焼生成物はバルブにより連続的に開閉さ
れる排気ポートによって排気されることが可能である。
この装置に関して、層状給気は多燃料の可燃混合気を吸
気ポートを通り室に導入することによって燃焼室に生成
されることが可能である。多燃料含有混合物が点火時間
に点火手段付近に生成されるためにピストンの移送室を
介して導入された空気と結合する。

別の導入および排気装置において、吸気ポートおよび
排気ポートはピストンによって開閉されることができ
る。

さらに別の装置において、可燃混合気は移送室から燃
焼室に導入されることができる。この可燃混合気は燃焼
室中の単一の可燃混合気であるか、或いは吸気ポートを
通って室に導入された付加的な混合物または噴射された
燃料のいずれかによって補足されることができる。

本発明は特に２ストローク内燃機関として使用される
ために発明されたが、４ストローク内燃機関として適用
されることもできる。本発明が４ストローク内燃機関と
して適用される場合、可燃混合気または少なくとも燃料
用空気の給気はポンプ室からピストンの移送室を介して
燃焼室に導入されることができる。

図面の簡単な説明 本発明は添付図面に示されているような幾つかの以下
の特定の実施例の説明によってより理解されるであろ
う。

第１図は、第１の実施例のエンジンの断面図である。

第２図は、上部カバーを取外した第１図のエンジンの
概略的な平面図。

第３図乃至第７図は、エンジンの動作シーケンスを示
す一連の概略的な断面図である。

第８図乃至第11図は、第２の実施例のエンジンの動作
シーケンスを示す一連の概略的な断面図である。

第12図は、第３の実施例のエンジンの１部分の概略的
な断面図である。

好ましい実施例の説明 第１図乃至第７図に示された実施例はブロック部分
３、ヘッド部分５、および空間９を限定する取外し可能
なカバー７を有するハウジング１を具備する内燃機関を
示している。

複数のシリンダ11はハウジング１内に限定され、往復
運動のために取付けられたピストン13をそれぞれ有す
る。各ピストン13は強固な接続ロッド17および斜板18に
よって駆動軸15に動作的に接続される。接続ロッド17は
１端部分においてピストン13に固定され、他端部分にお
いて脚部19を設けられる。脚部19は斜板18上のシュー20
に受けられている。

シリンダ11はシリンダ作動部分21およびシリンダポン
プ部分22の２つの部分から構成されるように段部を有す
る形態からなる。シリンダポンプ部分22は図示のように
シリンダ作動部分21よりも大きい断面積からなる。シリ
ンダ作動部分21はその１端部分において壁23を有し、２
つのシリンダ部分はシリンダ作動部分21の他端部分にお
いて互いに開口する。２つのシリンダ部分は互いを開口
する場所で、それらはシリンダの段部を設ける別の壁25
によって相互接続される。

ピストン13もまたピストン作動部分31およびピストン
ポンプ部分32の２つの部分から構成されるように段状の
形態からなる。ピストン作動部分31はシリンダ作動部分
21に受けられ、ピストンポンプ部分32はシリンダポンプ
部分22に受けられる。

燃焼室35はピストン作動部分31およびシリンダ作動部
分21によって共働して限定される。

環状ポンプ室37は前記別の壁25と、シリンダポンプ部
分22と、ピストン作動およびポンプ部分によって共働し
て限定される。

燃焼室35およびポンプ室37はピストン13がシリンダ11
中で往復運動するときに容積を変化させる。

吸気口手段41は容積が膨脹するときに空気をポンプ室
37に導入するために設けられ、ポンプ室に開口する吸気
口ダクト43および吸気口ダクトと関連して、ポンプ室の
容積収縮の際に流れて戻ることを阻止し、空気がポンプ
室の膨脹の際に吸気口ダクトに沿ってポンプ室に流動で
きるように動作可能なバルブ45を含む。

転送システム44はポンプ室37から燃焼室35に空気を選
択的に移送するために設けられ、ポンプ室37からの圧力
下の空気を受け、容積が収縮するときにそのような空気
を含むためにピストン13内に移送室47を具備する。移送
室47は空気をポンプ室からピストン11内に形成された複
数の移送路49を通って受入れる。各移送路はピストンを
通って延在する孔の形態をとる。孔の１端はポンプ室37
に開口し、他端はピストン内の移送室47に開口する。１
方向のバルブ50は移送路49に関連して設けられ、流れの
戻りを阻止しながら、空気が移送路に沿ってポンプ室か
ら移送室へ流れることが可能である。１方向バルブ50は
移送室内に限定され移送路49に接近して隣接しているバ
ルブシート52と結合し開閉動作可能なバルブ部材51を具
備する。バルブ部材51はバルブスプリング53の影響下で
バルブシートとの密閉結合するようにされる。バルブ部
材51は空気がポンプ室から移送室に流動できるようにポ
ンプ室37の圧縮時で発生された空気圧の影響下でバルブ
シート52との結合が外れて偏向されるように配置され
る。バルブ部材は空気流の終了時にバルブシートと密閉
結合に戻るので、流れの戻りを阻止できる。

制御手段54は移送室47内の燃焼室35への空気形態の放
出を制御するために設けられ、ピストン中に形成され
て、燃焼室に開口する放出ポート57で終端する複数の放
出路55を具備する。制御手段54はさらに放出ポートを開
閉する放出バルブ59を具備する。この実施例において、
バルブ59は移送室と燃焼室の間の予め定められた圧力差
にしたがい開閉する自動作動バルブである。スプリング
手段（図示せず）は放出バルブ59を放出ポート57を閉じ
る位置にバイアスするために設けられる。

ポンプ室37から燃焼室35に導入された空気は以下説明
されるように、掃気するように作用し、また燃焼のため
に使用される。

多燃料の可燃混合気は空間９内の駆動軸に取付けられ
たカム66を用いて動作されたバルブ64によって順次開閉
する吸気ポート62を含む放出システム61を通って燃焼室
35に導入される。同様に、燃焼生成物はカムにより動作
するバルブ72によって順次開閉する排出口70を含む適切
な排出システム68によって燃焼室35から放出される。

放出システム61はポンプ室37の影響下で空気作用によ
り動作可能な放出ポンプ63をさらに含む。放出ポンプは
放出シリンダ65およびシリンダに沿って往復運動するた
めに取付けられた放出ピストン67を具備する。ピストン
はピストンヘッド69およびピストンロッド71を具備す
る。ピストンヘッド69はシリンダ65吸気室73および放出
室75に分ける。放出ピストン67は以下説明されるように
多燃料含有混合気を吸気室73から放出室75に通過できる
ように逆止め弁79によってそれぞれ制御された複数の軸
方向通路77を形成されている。

放出室75は放出路76を通り吸気ポート62と連通してい
る。１方向バルブ74は放出路に設けられる。

吸気口通路78を含む吸気口手段77は多燃料含有混合気
を吸気室73に導入するために設けられている。逆止め弁
80は流れの戻りを阻止するために設けられている。

放出ピストン67はそれに作用する流体圧力の差に応答
してシリンダに沿って移動可能である。これに関して、
ピストンロッド71は案内手段80によって滑動可能に支持
および案内される。案内手段80は放出ピストン67をポン
プ室の流体圧に露出するために導管81を限定する。この
装置に関して、ポンプ室の容積収縮の際にポンプ室に生
成された流体圧は放出シリンダ65に沿って運動させるよ
うに放出ピストンに作用し、放出室75の容積を収縮し、
そこに含まれた多燃料含有混合気を圧縮する。ポンプ室
の容積膨脹の後に起こる放出ピストンの圧力差の反転は
放出室75の容積を膨脹させ吸気室73の容積を収縮させる
ために放出ピストンを逆方向に運動させる。吸気室73の
容積収縮のときに、そこに含まれた多燃料含有混合気は
ピストンヘッド69の軸方向通路77を通って放出室75に流
れる。バルブ79は放出室の次の容積収縮のときに流れが
戻るのを阻止する。

本発明の実施例のエンジンの動作が第３図乃至第７図
を参照に説明される。

第３図において、ピストン13はシリンダ11中での降下
を完了し、底部の死点に位置されている。この段階にお
いて、ポンプ室37は最大容積状態に膨脹されている。ポ
ンプ室がこの状態に膨張されるとき、バルブ45は開口
し、空気は吸気ポート43を通ってポンプ室に導入され
た。同時に、放出ピストン67に作用する流体圧は吸気室
73の容積収縮を行うために放出ピストン67を放出シリン
ダに沿って運動させる。これは吸気室73に前もって導入
された多燃料含有混合気が放出室に移送される効果があ
る。

駆動軸15の回転を続けるとき、ピストン13はシリンダ
中において上昇し始めるので、第４図のように、ポンプ
室および燃焼室はそれぞれ容積を順次収縮される。ポン
プ室の容積が順次収縮することによってそこに含まれた
空気を移送路49を通って移送室47に押込む。この段階に
おいて、燃焼室は圧縮ストロークを経験し、燃焼室内の
流体圧は放出バルブ59の開口を阻止するので、空気は移
送室に累積する。ポンプ室37が順次収縮することによっ
て放出ピストンに流体圧が生成される。したがって、放
出シリンダに沿って運動し、放出室75の容積収縮を生じ
させる。この段階において、吸気ポート62はバルブ64に
よって閉じられるので、多燃料の可燃混合気は放出室76
および放出路76において圧縮される。

ピストン13が上部の死点に到達した状態が第５図に示
されている。吸気ポート62は圧力下で多燃料の可燃混合
気を燃焼室35中へ放出するためにバルブ64を開くことに
よって開口する。多燃料の可燃混合気は層状給気を生成
するために燃焼室35に予め導入されている圧縮された燃
焼空気と結合する。

第６図に示されているように、吸気口バルブは閉じ、
点火手段89（点火プラグのような）の動作下で燃焼室に
点火が生じ、燃焼室中の膨脹する燃焼ガスはシリンダに
おいてピストンを強制的に降下させる。

排出口70は第７図に示されているようにピストンの降
下中に燃焼生成物を燃焼室から排出することができるよ
うに開口する。

燃焼室が膨脹し、燃焼生成物は燃焼室から排出すると
き、燃焼室中の流体圧が減少する。慣性効果と共に燃焼
室中の圧力とピストン中の移送室中の圧力との差は、放
出バルブ59を開かせ、圧力下で移送室中に含まれた空気
を膨脹する燃焼室に導入することを許容する。燃焼室に
導入される空気はその室を掃気する。排出口70はピスト
ンが最も低い位置に達するときに閉じる。

下降中にポンプ室37は容積を膨脹し、空気は給気ポー
ト43を通って導入される。このサイクルは反復される。

ピストン中の移送室から燃焼室に導入される空気は燃
焼室を掃気するのに非常に有効である。さらに、掃気が
完了またはほとんど完了された後に燃料が別々に導入さ
れるので、燃料損失は掃気中にほとんどまたは全く生じ
ない。

第１の実施例はピストンが斜板エンジンを介して駆動
軸に動作可能に接続されるようなエンジンに関して説明
されたが、エンジンはそのような目的のために通常のク
ランク組立体を使用することができることを理解すべき
である。

添付図面の第８図乃至第11図を参照すると、第２の実
施例の内燃機関は放出バルブ59の動作およびクランク機
構の使用を除いて第１の実施例のエンジンと類似してい
る。

この実施例において、第１の実施例の場合のように放
出バルブ59は自動ではなく、外部制御下で動作される。
具体的に、放出バルブ59はスプリング91によって閉じた
位置にバイアスされ、バルブに作用するプッシュロッド
93によって順次開放する。プッシュロッドは接続ロッド
17内の通路に形成され、クランク軸15に取付けられたカ
ム95によって動作される。

第２の実施例のエンジンは図示のように第１の実施例
のエンジンと同様に動作する。

第12図を参照すると、燃焼室35が多燃料含有混合気が
放出される補助領域97を含むことを除いて第１の実施例
と類似している別の実施例が示されている。それ故、可
燃混合気は点火時に点火手段99の付近において燃料の多
い状態になるように制御される。

本発明の技術的範囲は記載された種々の実施例の技術
的範囲に制限されないことを認識すべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02B 33/14 F02B 33/22 F02B 13/06

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シンリンダと、そのシリンダ中に往復運動
   するように取付けられたビストンとを具備し、それらピ
   ストンおよびシリンダは共同してシリンダ中のピストン
   の往復運動のときに容積がそれぞれ変化する燃焼室およ
   びポンプ室を形成しており、空気をポンプ室に導入する
   吸気口手段と、ピストン内に形成されてポンプ室から空
   気を受入れて収容する移送室と、移送室から燃焼室への
   空気の放出を制御する制御手段とを具備している内燃機
   関において、 さらに、前記移送室と独立して前記移送室から燃焼室へ
   の空気の放出とは無関係に多燃料の可燃混合気を燃焼室
   に供給する手段を具備し、 前記制御手段は、燃料と空気の混合物の燃焼により燃焼
   室の容積の膨脹が開始した後にのみ移送室から燃焼室へ
   の空気の放出を許容し、圧縮されて燃焼室の容積が収縮
   する期間中は前記移送室から燃焼室への空気の放出を阻
   止するように構成されていることを特徴とする内燃機
   関。
2. 【請求項２】ピストンはポンプ室の容積収縮のときポン
   プ室から移送室への空気の移送を許容するために逆止め
   弁によって制御された移送路を含む請求項１記載の内燃
   機関。
3. 【請求項３】制御手段は燃焼室に開口する放出ポートと
   放出路を通る流体を制御するバルブ手段とを含む放出路
   を具備している請求項１または２記載の内燃機関。
4. 【請求項４】バルブ手段は自動動作バルブである請求項
   ３記載の内燃機関。
5. 【請求項５】自動動作バルブは燃焼室と移送室との間の
   予め定められた圧力差に応答して動作するように構成さ
   れている請求項４記載の内燃機関。
6. 【請求項６】バルブ手段は放出ポートの開閉動作を外部
   から制御可能なバルブを具備している請求項３記載の内
   燃機関。
7. 【請求項７】シリンダはその一端部分において壁を有
   し、その他端部分においてシリンダポンプ部分に開口し
   ているシリンダ作動部分および、それよりも断面面積が
   大きいシリンダポンプ部分の２つのシリンダ部分を具備
   し、シリンダ作動部分およびポンプ部分の隣接する端部
   分を相互接続する別の壁をさらに具備し、ピストンはシ
   リンダ作動部分に受入れられるビストン作動部分およ
   び、シリンダポンプ部分に受入れられるピストンポンプ
   部分を具備し、前記ピストン作動部分および前記シリン
   ダ作動部分は前記燃焼室を形成するために共働し、前記
   別の壁、前記シリンダポンプ部分および、前記ビストン
   ポンプ部分および作動部分は前記ポンプ室を形成するた
   めに共働することを特徴とする請求項１乃至６のいずれ
   か１項記載の内燃機関。
8. 【請求項８】前記移送路はピストンポンプ部分に隣接す
   る位置においてピストン作動部分の側壁に開口している
   吸気口端部分を含んでいる請求項７記載の内燃機関。
9. 【請求項９】前記移送路は複数個設けられている請求項
   １乃至８のいずれか１項記載の内燃機関。
10. 【請求項１０】逆止め弁は前記複数の移送路の全てに対
    して共通して設けられている請求項９記載の内燃機関。
11. 【請求項１１】前記多燃料の可燃混合気を燃焼室に導入
    する多燃料の可燃混合気導入手段はバルブによって連続
    的に開閉されるように構成されている請求項１乃至10の
    いずれか１項記載の内燃機関。
12. 【請求項１２】多燃料の可燃混合気導入手段は可燃混合
    気を吸気ポートに供給する放出ポンプを具備し、この放
    出ポンプはポンプ室の影響下において空気作用により動
    作可能に構成されている請求項11記載の内燃機関。