JP4057912B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に関するもので、特に、オットーエンジンに関連する４行程エンジンに関するものである。

従来のオットーエンジンは、４行程エンジン（すなわち、フォーストロークエンジン）で操作され、言い換えれば、ａ）ピストンがクラフトシャフトの方へ移動し、燃料と空気の混合気を、単数または複数の吸気バルブの開口を通してシリンダーに吸入する、吸入行程（すなわち、インダクションストローク）、ｂ）単数または複数の吸気バルブは閉じ、ピストンがクランクシャフトから離れて移動するに従い、混合気は圧縮され、可燃ガスの点火が続く圧縮行程（すなわち、コンプレッションストローク）、ｃ）ピストンが前もって生じた膨張したガスにより押し下げられる仕事行程（すなわち、パワーストローク）、ｄ）ピストンがクランクシャフトから離れて移動し、単数または複数の排気バルブは開き、燃焼混合気をシリンダーの外に押し出す、排気行程（すなわち、エキゾーストストローク）である。ここで、シリンダーは、次のサイクルの準備が出来ている。

一つのクランクシャフトの周囲のシリンダの多くの異なる配列が、提案されてきている。最も伝統的なエンジンは、直列型、Ｖ型、水平対向型、放射型等の様々な形状に配置された多数のピストンを有する。

より近年には、エンジンの移動部分は、バランスの欠如から生じる問題を減少させる軽量になり、高速（ｒ．ｐ．ｍ．）エンジンを発達させている。
例えば、米国３７１０ ７６７，ＤＥ ３９２１ ５８１において、複数のダブルアクティングピストンを有する４行程内燃機関を開示している。「ダブルアクティング」によりとは、ピストンの両方向の移動で、仕事行程をするピストンを意味する。開示されている異なるピストンは、従来のコネクティングロッドを介してクランクシャフトに順に連結されている同軸のピストンロッドに堅く固定されているピストンという不利益を有している。これは、より大きな移動部分と延びているサンプを有するより大きく重いエンジンを生み出す。
米国特許３７１０７６７号 ドイツ３９２１５８１号

本発明は、より良い重力比出力を有する内燃機関を作り出すことである。

本発明に従った４行程内燃機関であって、該４行程内燃機関は、ダブルアクティングピストンを有する少なくとも１つのシリンダーを有し、該ダブルアクティングピストンは、前記シリンダーを２つの燃焼室に分割し、前記シリンダー内で往復運動可能であり、クランクシャフトに向かうもしくは離れて移動する間、前記クランクシャフトで仕事が生じる仕事行程を成すことができ、前記ピストンは、コネクティングロッドに直接枢着されており、順に前記クランクシャフトに直接連結されている。

従来の方法でクランクシャフトに直接連結されたピストンは、小さいサンプの使用を許容する。
好ましくは、コネクティングロッドは、エンジンサンプを隣接する燃焼室から分離する分離板を密閉状態で貫通し、分離板は、コネクティングロッドの横方向の動きを許容する。

いくつかのケースにおいては、ピストンが往復運動するとき、分離板は、シリンダーに対して横方向もしくは半径方向に移動することができ、関連したコネクティングロッドの横の動きを許容し、あるいは、分離板は、円柱軸線の実質的に横方向及び／もしくは半径方向に密閉状態で摺動するスライド部材を含むことができる。

別の実施例においては、前記１つの燃焼室は、クランクシャフトハウジングの密閉された部分を含むことができ、複数のシリンダーエンジンは、他の各々のシリンダーと関連する密閉された部分から、密閉することができる。

エンジンの作動サイクルの間、前記燃焼室は、他の燃焼室に１つ先立ったステップである。
また、本発明に従った内燃機関であって、該内燃機関は、コネクティングロッドによりクランクシャフトに連結されたピストンを有する少なくとも１つのシリンダーを有し、前記ピストンは、前記シリンダーを２つの燃焼室に分割し、前記ピストンは、両方向の移動のため、前記ピストンのどちらかの側面にある前記燃焼室のうちの１つにおいて、爆発による混合物を圧縮することができ、前記燃焼室のうちの１つは、前記クランクシャフトのハウジングの密閉された部分を含む。

上記の発明は、ガソリン、ディーゼル、灯油、炭化水素ガスもしくは液体、アルコール、水素が挙げられる、内燃オットーサイクル／４行程エンジンの全ての形態に適応できる。

図１を参照して、本発明に従った内燃機関１１０が示されており、ガソリン、アルコール、燃料油、炭化水素ガス、水素等、全ての従来の燃料で作動可能な４行程エンジンである。エンジン１１０は、サンプ１２に取り付けられたシリンダーブロック１１を備える。便宜のため、１つのシリンダー１３のみを示しているが、ブロック１１は、特定のエンジンの配列で望ましいどんな数のシリンダーも収容することが出来る。

シリンダー１３は、往復運動可能なピストン１６により、２つの燃焼室１４、１５に分割される。ピストン１６は、ダブルアクティングピストンであり、コネクティングロッド１７に直接連結されている。該コネクティングロッド１７は、燃焼室１５をサンプ１２から分離する分離板１８を密閉状態で貫通している。

「ダブルアクティング」という文言は、エンジンのための仕事行程が、ピストンの両方向の移動で成されることを意味する。
ピストン１６は、ピン３０を介してコネクティングロッド１７に連結され、該コネクティングロッド１７は、従来の方式で、次いで直接クランクシャフト２１に連結されている。下側の燃焼室１５は、分離板１８によりサンプ１２から分離され、該分離板１８は、開口部１１３（図４ａ参照）を含み、ロッド１７の横の動きを許容することが出来る。開口部は、分離板１８の半径方向及び／もしくは横方向に移動することができるスライド部分１１８によって閉じられており、それによって密閉される。ロッド１７は、また、スライド部分１１８で垂直に移動し、そのような動きを許容するように、シール１１５によってそこに密閉されている。

ピストン１６の各々の側面にある２つの燃焼室１４、１５は、それぞれの吸引バルブ２２、２３、排気バルブ２４、２５及び点火プラグ２６、２７が設けられている。
この例のエンジン１１０は、１つのピストン１６を使用するオットーサイクルエンジンであり、ピストンの両方向の移動（クランクシャフトに向かう及び遠ざかる）での仕事行程を生じさせ、これは、後述するように、ダブルストロークサイクルと呼ばれる。

２つの燃焼室１４、１５の１つの作動サイクルは、図２を参照して説明される。：
ステップ１：圧縮行程にある下側の燃焼室１５と吸入行程にある上側の燃焼室１４を有し、
ステップ２：仕事行程にある下側の燃焼室１５と圧縮行程にある上側の燃焼室１４を有し、
ステップ３：排気行程にある下側の燃焼室１５と仕事行程にある上側の燃焼室１４を有し、
ステップ４：吸入行程にある下側の燃焼室１５と排気行程にある上側の燃焼室１４を有し、
その後、サイクルは、ステップ１を再び繰り返す。

サイクルのどんな段階も本質的に、下側の燃焼室１５の行程は、次に続く行程の間、上側の燃焼室１４で繰り返される。
２つの燃焼室の別の作動サイクルを、図３を参照して説明する。

ステップ１：圧縮行程にある下側の燃焼室１５と仕事行程にある上側の燃焼室１４を有し、
ステップ２：仕事行程にある下側の燃焼室１５と排気行程にある上側の燃焼室１４を有し、
ステップ３：排気行程にある下側の燃焼室１５と吸入行程にある上側の燃焼室１４を有し、
ステップ４：吸入行程にある下側の燃焼室１５と圧縮行程にある上側の燃焼室１４を有し、
その後、サイクルは、ステップ１を再び繰り返す。サイクルのどんな段階も本質的に、下側の燃焼室１５の行程は、上側の燃焼室１４の行程の１ステップ後である。

どんな数のシリンダーも、エンジンシステムに組み込まれることができ、各々のシリンダーは、図１もしくは３で示した作動サイクルの１つを使用し、あるエンジンシステムにおいては、いくつかのシリンダーは、１つのサイクルで作動することができ、一方、他のシリンダーは他のサイクルで同時に作動している。

異なる密閉された配置が、図４、４Ａで示されており、１対のスプリングローデッドシール（ばねで留められたシール）４１、４２が、分離板１８の開口部１１３に配置されている。コネクティングロッド１７は、シールに圧接又は押圧させることができ、もしくはシール４１、４２のそれぞれに圧接するように取り付けられた軸受ガイド４３に当接させることができる。シール４１、４２は、移動しているコネクティングロッドの周囲を密封するため、開口部１１３で往復運動する。

さらに、本発明に従ったエンジン１２０の他の構造を、図５、６で示す。
このエンジンは、下側の燃焼室１５が、壁にバルブ２３、２５及び点火プラグ２７が配置されたサンプ１２の一部を含んでいるということを除いて、エンジン１１０に近似している。図１で与えられた構成要素は、同じ参照符号が付けられている。各下側の燃焼室１５は、サンプの一部２１３にのみ延びている。そして、燃焼室１５は、クランクシャフト２１のそれぞれの部分の周囲で、軸受／シール２１２により密封された状態となっている。好ましい状態では、サンプのそれぞれの部分２１３を含む燃焼室１５の拡大された容量（容積）の全体は、燃焼室１４の有効な作動容量（有効な作動容積）と一致する。

エンジンは、好ましくは、セラミックス、チタニウム等の高温に耐久性のある材料から構成され、好ましくは、コネクティングロッドの配置及び／もしくはクランクシャフトにおいて、衝突及び／もしくは爆発に抵抗ある受軸を有するべきである。

上記のエンジンの潤滑は、加えられた潤滑油を備える自動注油を行う燃料（自身が潤滑油の役もする燃料）の使用を含むことができる。
代わりのもしくは追加の潤滑は、クランクシャフト２１、ロッド１７、１１３、結合するピン及び軸受の、内部ボアに沿って潤滑油を圧送する（押し出す）高圧潤滑システムにより達成されることができる。油は、ピストンピンへの供給から、ピストンの円筒形の表面に開口している孔もしくはピストンリングの下に開口している穴を通して、ピストンの周囲の表面に送ることができる。

エンジンは、油用の多孔質の壁を有するスリーブ付きシリンダーを使用することができ、余分な油を取り除くために、油の通路を設けることができる。
予め油をしみこませた油用の多孔の金属の使用は、短い寿命のエンジン、例としてしかしこれに制限されない、レースの間に取り除かれる又は分解されるレーシングエンジンにために可能である。

油は、エンジンの冷却剤としても働くことができる。

図１は、本発明に従った第１のエンジンの形態におけるシリンダーの概略図である。 図２は、図１、４、５のいずれかで示されたシリンダーの作動サイクルの概略表示である。 図３は、図１、４、５のいずれかで示されたシリンダーの別の作動サイクルの概略表示である。 図４は、図４Ａの平面図でも示された別のスライド配列を有する、図１で示されたものに近似しているエンジンの概略表示である。 図４Ａは、別のスライド配列を有する図４に示されたエンジンの平面図である。 図５は、本発明に従った第２のエンジンの形態におけるシリンダーの概略図である。 図６は、図５におけるシリンダーとエンジンの形態の矢印Ａの方向の図である。

Claims (14)

1. ４行程内燃機関（１１０）であって、
   前記４行程内燃機関は、ダブルアクティングピストン（１６）を有する少なくとも１つのシリンダー（１３）を有し、
   前記ダブルアクティングピストン（１６）は、前記シリンダー（１３）を２つの燃焼室（１４、１５）に分割し、前記シリンダー（１３）内で往復運動可能であり、これによって、クランクシャフト（２１）に向かうもしくは離れて移動する間、前記クランクシャフト（２１）上で仕事が生じる仕事行程を成すことができ、
   前記ピストン（１６）は、コネクティングロッド（１７）に直接枢着されており、コネクティングロッドは次いで前記クランクシャフト（２１）に直接連結され、
   前記コネクティングロッド（１７）は、エンジンサンプ（１２）を隣接する前記燃焼室（１５）から分離する分離板（１８）を密閉状態で貫通しており、
   前記分離板（１８）は、前記クランクシャフトによって生じる前記コネクティングロッド（１７）の横方向の動きを許容することを特徴とする４行程内燃機関。
2. 請求項１に記載の４行程内燃機関において、
   前記コネクティングロッド（１７）は、スライド部材（１１８）が前記コネクティングロッド（１７）を密閉し、円柱軸線の半径方向もしくは横方向に前記分離板（１８）に対して密閉して摺動する状態で、前記分離板（１８）の開口部（１１３）を貫通することを特徴とする４行程内燃機関。
3. 請求項１もしくは２に記載の４行程内燃機関において、
   前記スライド部材（１１８）は、前記開口部（１１３）に配置された複数のシール（４１、４２）を備え、前記シールは、前記開口部（１１３）の中で移動して前記ロッド（１７）を密閉することができることを特徴とする４行程内燃機関。
4. 請求項３に記載の４行程内燃機関において、
   前記シール（４１、４２）は、前記コネクティングロッド（１７）を密閉するように弾性的に付勢されていることを特徴とする４行程内燃機関。
5. 請求項４に記載の４行程内燃機関において、
   複数の軸受ガイド（４３）が、前記シール（４１、４２）と前記コネクティングロッド（１７）の間で、接触表面を形成することを特徴とする４行程内燃機関。
6. 請求項２に記載の４行程内燃機関において、
   前記スライド部材（１１８）は、前記分離板（１８）の上を摺動し、前記分離板を密閉することを特徴とする４行程内燃機関。
7. 請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載の４行程内燃機関において、
   前記シリンダー（１３）は、シリンダーブロック（１１）内に配置され、前記分離板（１８）は、前記シリンダーブロック（１１）に対して密封状態で移動可能であることを特徴とする４行程内燃機関。
8. 請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載の４行程内燃機関において、
   オットーサイクルの間、前記燃焼室のうちの１つ（１４又は１５）が、前記燃焼室のうちの他の燃焼室（１５又は１４）に１つ先立ったステップであることを特徴とする４行程内燃機関。
9. 請求項８に記載の４行程内燃機関において、
   前記下側の燃焼室（１５）は、前記上側の燃焼室（１４）に先立っていることを特徴とする４行程内燃機関。
10. ４行程内燃機関において、
    前記４行程内燃機関は、複数のシリンダー（１３）を有し、前記各々のシリンダーの作動サイクルは、請求項８もしくは請求項９に従うことを特徴とする４行程内燃機関。
11. 請求項１乃至１０のうちのいずれか一項に記載の４行程内燃機関において、
    前記ピストン（１６）及び／もしくはシリンダーのボアは、予め油をしみこませた油用の多孔の材料から形成されることを特徴とする４行程内燃機関。
12. 請求項１乃至１１のうちのいずれか一項に記載の４行程内燃機関において、
    油は、圧力の下、前記ピストン（１７）に圧送され、前記ピストンの孔及び／もしくは他の穴を通じて前記円筒形の表面に滲み出ることを特徴とする４行程内燃機関。
13. 請求項１乃至１２のうちのいずれか一項に記載の４行程内燃機関において、
    前記シリンダーのボアはスリーブを備え、前記ピストン（１７）は前記スリーブ内で往復運動し、前記スリーブは潤滑油を浸透させることができるように多孔であることを特徴とする４行程内燃機関。
14. 請求項１乃至１３のうちのいずれか一項に記載の４行程内燃機関において、
    前記４行程内燃機関（１１）は、互いに対して望ましいように方向決めされた複数のシリンダー（１３）を含むことを特徴とする４行程内燃機関。

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