JP5322076B2 - エンジン - Google Patents

Description

本発明は２サイクルエンジン（内燃機関）構造に関するもので、特に燃料の瞬間的な爆発力を外付けピストンの循環する直線運動に転換するタイプのエンジンに係るものである。

現在のエンジンは２サイクルと４サイクルが主流である。図１の一般的な２サイクルエンジンの構造図を参照されたい。シリンダー10の両側には、それぞれ吸気口11および排気口12が相対向して設けられている。ピストン13は、シリンダー10の内面と気密なピストンリング14を設けている。連接棒15の一端は、ピストン13の内部でピストンピン16に連結されている。連接棒15の他端は、シリンダー10底部のクランク箱17の内部のクランクシャフト18に連結されている。ピストン13がシリンダー10の頂部にある時、混合ガソリンが圧縮され、点火栓19が燃料に点火して爆発し、ピストン13が下降動作をする。そして、クランクシャフト18により動力が出力される。ピストン13が下降して排気口12の下に位置すると、燃焼排気ガスが排出される。排気ガスが排出されると、排気口12でベンチュリー効果が生じる。すなわち、クランク箱17内の圧力が高まり、シリンダー10の頂部の圧力が負圧になる。吸気口11(チェックバルブ付き)から混合ガソリンが吸入される。このとき、ピストン13は、クランクシャフト18の回転力を連接棒15を介して上昇運動を引き起こされ、再度、混合ガソリンを圧縮して点火爆発させる。以上述べたことにより、２サイクルエンジンは、簡単な構造で、動力の損失が小さく、馬力が大きいことが理解される。ピストン13は、その上昇および下降運動において、シリンダー10の両側に相対向して設けられた吸気口11および排気口12を通過するので、クランク箱17は潤滑油を内部に貯められない。しかし、機械運動が潤滑油を必要とするので、２サイクルエンジンはガソリンに潤滑油を必要とする。そして、燃焼は潤滑油膜の形成の原因となり、明らかに不完全燃焼となる。不完全燃焼の場合は放出される排気ガスが環境保護に符合しない汚染問題につながる。本発明はいかなる２サイクルエンジンにおいても、排出される排気ガスが低汚染で馬力を増大させる理想を実現させることを、その目的としている。

このため、本発明の主な目的は、外付けピストンを主体ピストンの外側に配した２サイクルエンジンを提供することにある。外付けピストンは、両側の引っ張りバーにより、クランクシャフトの両側に設けられたハート形溝内に連結され、主体ピストンを上昇および下降運動させることができるので、燃焼による爆発力を循環する直線運動に転換させる。これは４サイクルエンジンにおける複雑な空気弁に取って替われるものである。また本発明は、外付けピストンと主体ピストンの裾部に封鎖リングを増設することである。この設計およびクランク箱内の予圧単流通風路（一方向独立通風路）によって、４サイクルエンジンのように潤滑油を供給することができ、２サイクルエンジンがガソリン燃焼中に潤滑油を供給しなければならないという制約を無くすことが出来る。

本発明のもう一つの目的は、クランクシャフトの両側に設けられたハート形溝の回転角度の変化で、シリンダー両側に相対向して形成された吸気口と排気口を外付けピストンにより早めに閉じることで、シリンダー内で混合されたガソリンが洩れ出すのを阻止し、シリンダー内への吸気量を増加させて圧縮比を向上させることで、馬力を増大させることができるエンジンを提供することにある。

本発明のもう一つの目的は、シリンダーの第一段シリンダー口径と外付けピストンが、いずれも波型のエッジを有するため、これら外付けピストンと第一段シリンダー口径が相互に接触した時、波型接触表面と主体ピストンと外付けピストンが同時に動き、主体ピストンのピストンリングが外付けピストンの貫通室内に円滑に出入りでき、溝内に挟まれることのないエンジンを提供することにある。

上述の目的を実現するため、本発明は、シリンダーが主体ピストンと外付けピストンから構成される１組のピストン（セットピストン）を有し、その外付けピストン内に主体ピストンを納めて、両側の引っ張りバーを介して、シリンダー底部のクランク箱内のハート型溝内に連結されるため、外付けピストンは主体ピストンと共に上昇および下降運動することができる、エンジンを提供するにある。

さらに一歩進んで優先的に選択できることとしては、主体ピストンあるいは外付けピストンの裾部に、潤滑油が吸気口および排気口から外に漏れることを阻止する封鎖リングを設けることである。

さらに一歩進んで優先的に選択できることとしては、外付けピストンを上下に動かす、クランクシャフトの両側に設けられたハート形溝が、大、小の環状溝の組み合わせによって形成されていることである。

さらに一歩進んで優先的に選択できることとしては、クランクシャフトの両側に設けられた凹状のハート形溝を、陥没した形態あるいは突出した形態、あるいは凹凸輪の形式にすることである。

さらに一歩進んで優先的に選択できることとしては、シリンダー穴を内径の異なる二段の口径にすることである。

さらに一歩進んで優先的に選択できることとしては、シリンダー底部のクランク箱が、一方向独立通風路に通じて、通風路を通過する吸気気体の流れを制御することである。

さらに一歩進んで優先的に選択できることとしては、シリンダー底部のクランク箱内の気体が一方向独立通風路を通ってシリンダー内に入ったり、あるいは再びシリンダー内に入る前にクランク箱から出る、ようにすることである。

さらに一歩進んで優先的に選択できることとしては、シリンダー内の燃料直接噴射システムが、給油ポンプ、チェックバルブおよび一方向調整バルブによって構成され、給油システムの給油ポンプ動力は、シリンダー底部のクランク箱内のクランクシャフト両側に設けたハート形溝が旋回することにより生じる。

さらに一歩進んで優先的に選択できることとしては、外付けピストンと第一段シリンダー口径の接触面を波状にすることである。

本発明の目的、特徴および効能について、一歩進んだ更なる理解のために、比較的良好な実施例の説明図を挙げて、以下の通り説明する。

図２から図８は、本発明のエンジンの一実施例を示す構造説明図であって、主にシリンダー10の内部に主体ピストン20および外付けピストン30から構成されるセットピストンの構造を示す。外付けピストンは、主体ピストンを内部に挿設するように配されている。セットピストンが、シリンダー10の内部で上昇および降下運動をする時、外付けピストン30は、シリンダー10の両側に相対向して設置された吸気口11および排気口12を開閉できる。これは、クランク箱17内に収容されている潤滑油171が、漏洩するのを防止する。従って、本発明は、潤滑油の放出を改良するために燃料に潤滑油を添加しなければならないという２サイクルエンジンの制約を克服するため、４サイクルエンジンの潤滑モデルを採用し、排気の清浄度を向上せしめることである。

また本発明の特徴は、図８に示すように、頂部に嵌め込んだ気密作用のピストンリング21と裾部に嵌め込んだ気密作用の封鎖リング22を有する主体ピストン20と、内部を上下に貫通する貫通室31と頂部に嵌め込んだ気密作用のピストンリング32と裾部に嵌め込んだ気密作用の封鎖リング33を有する外付けピストン30であって、主体ピストン20は外付けピストン30の貫通室31内に挿設されて上下動作ができ、連接棒15の一端は主体ピストン20内のピストンピン16に連結されると共に、連接棒15の他端はシリンダー10の底部においてクランク箱17内に設けたクランクシャフト18に接続する、ことである。

図６に示すように、上記外付けピストン30の裾部の底端の両側に設けられている引っ張りバー座34は、引っ張りバー35の一端を接続するためのものである。また引っ張りバー35の他端は導滑輪36に接続する。引っ張りバー35の一端は、導滑輪36を介してクランクシャフト18の両側のハート形溝内に位置し、外付けピストン30を上下に駆動する。上記ハート形溝は、クランクシャフト18の両面に形成されており、上記ハート形溝の半分はクランクシャフト18と同心円の大環状溝41であり、その他半分は、クランクシャフト18と同心円でない２つの小環状溝42A、42Bを形成する。２つの小環状溝42A、42Bの間であって、クランクシャフト18の軸心に近いところに低点43を設定する。さらにシリンダー10の内部は二段の断面形状となっていて、第一段シリンダー口径10Aは主体ピストン20の外径と同じで、第二段シリンダー口径10Bは外付けピストン30の外径と同じである。またシリンダー10は第二段シリンダー口径10Bの上部の両側に吸気口11と排気口12を設けている。

図２、図６、図７に示す通り、クランクシャフト18は連接棒15を介して、主体ピストン20をシリンダー10の第一段シリンダー口径10A内にまで上昇させ、主体ピストン20はその頂部に嵌め込まれたピストンリング21により圧縮混合されたガソリンを気密状態におく。クランクシャフト18の両側に設けられた２つのハート形溝は、その大環状溝41により引っ張りバー35の導滑輪36を押して、外付けピストン30をシリンダー10の第二段シリンダー口径10Bの頂点に留め置き、主体ピストン20の頂部周囲および裾部周囲にそれぞれ嵌め込んだピストンリング32およびピストンリング33を、吸気口11と排気口12の上部と下部にそれぞれ合わせ、クランク箱17内の潤滑油171が吸気口11および排気口12から洩出するのを阻止する。図３に示すとおり、この位置で、点火栓19は圧縮混合されたガソリンに点火して爆発させ、その結果、主体ピストン20は下方の外付けピストン30の貫通室31内に押される。下方に押された主体ピストン20は連接棒15を介してクランクシャフト18を時計と逆回りの方向に90度旋回させるが、この時、外付けピストン30の両側に接続された引っ張りバー35の導滑輪36は、ハート形溝の大環状溝41内に位置する。このため引っ張りバー35は主体ピストン20とは連動せず、吸気口11および排気口12を依然として塞いでいる。

図４に示すとおり、この位置で主体ピストン20は引き続き下向運動で連接棒15によりクランクシャフト18を時計と逆回りに180度旋回させる。このとき外付けピストン30の両側の引っ張りバー35の導滑輪36が、小環状溝42Bからハート形溝の低点43に移動し、引っ張りバー35は外付けピストン30を引っ張り、主体ピストン20と共に下方に動き、吸気口11および排気口12を開く。 図５に示すように、この位置でクランクシャフト18は時計と逆回りの方向に約270度旋回し、主体ピストン20を推進し、外付けピストン30と共に上方に動いて、シリンダー10の第二段シリンダー口径10Bの頂点に進入し、外付けピストン30により再び吸気口11および排気口12を塞いで、図２で示す位置にまで戻す。クランクシャフト18が一回の回転(360度)を完了し、主体ピストン20は再び圧縮混合したガソリンを上方に進ませる。以上述べた通り、主体ピストン20と外付けピストン30で構成されるセットピストン構造は、クランク箱17内の潤滑油171が吸気口11および排気口12から漏出するのを阻止するものであり、４ストロークエンジンの概念が、潤滑油の補給をしなければならないストロークエンジンの排気汚染問題を解決するのに使用される。さらに、クランクシャフト18の両側の大環状溝41および二つの小環状溝42A、42Bの回転角度変化を通じて、外付けピストン30はシリンダー10の両側にある吸気口11および排気口12を早めに閉じ、シリンダー10内の混合ガソリンの洩出を阻止し、外付けピストン30は吸気量を増加させ、圧縮比と出力の向上を増大させる。

図９、図１０を参照されたい。これらの図は、本発明の一方向独立通風路を流れる吸気流体の異なる流れの断面図で、ここで述べている一方向独立通風路50は、その入口に、スロットルバルブ51と、第一チェックバルブ52と、クランク箱17への通路に設けられた第二チェックバルブ53および第三チェックバルブ54を有し、一方向独立通風路50の末端が、シリンダー10の吸気口11に連絡され、それらの中間に噴射ノズル55あるいは気化器５６が設けられている。従って、一方向独立通風路50の容積は、主体ピストン20と外付けピストン30のシリンダー10内での上昇運動によるクランク箱17からの吸気容積によって決定される。図９に示すとおり、主体ピストン20と外付けピストン30が、頂点(圧縮、点火)に達した時、クランク箱17から吸取られる空気容積は、クランク箱17内の空気圧力を低下させ、第二チェックバルブ53を開いて、外気を一方向独立通風路50（Ｘで表示）から入れる。

図１０に示すとおり、主体ピストン20と外付けピストン30が降下してシリンダー10内の底部(爆発、排気)に達すると、クランク箱17内の空気を圧縮し、第一チェックバルブ52および第二チェックバルブ53を閉鎖し、第三チェックバルブ54を開らき、クランク箱17内の混合潤滑燃料(Ｏで表示)を一方向独立通風路50内に加圧流入させ、一方向独立通風路50内に既にある外気(Ｘで表示)を、噴射ノズル55または気化器56および吸気口11を通って、シリンダー10内に押し出す。このようにして、本発明は第一チェックバルブ52、第二チェックバルブ53および第三チェックバルブ54により、一方向独立通風路50内の一方向の流れを制御し、外気(Ｘで表示)とガソリン(Ｏで表示)を順次入れる。クランク箱17内のガソリン(Ｏで表示)は、一方向独立通風路50とクランク箱17内で常に循環し、また外気(Ｘで表示)は一方向独立通風路50に進入した後は、クランク箱17内に進入せず、その代わり、噴射ノズル55あるいは気化器56および吸気口11を通過して、シリンダー10内に押し出される。

図１１は、本発明のセットピストンおよび燃料噴射システムを示すもので、給油システムは、給油ポンプ60、チェックバルブ62、一方向調節バルブ63、および、それらの間のガソリン管路61から構成される。給油ポンプ60は、クランクシャフト18両側のハート形溝の旋回により駆動され、標準の混合燃料は、燃料供給管路631および一方向調節バルブ63を経て、給油ポンプ60に吸引される。給油ポンプ60が加圧した後、燃料は、チェックバルブ62、噴射ノズル55を経てシリンダー10内に噴射される。チェックバルブ62のバルブ体621は、その後方の圧縮バネ622によって押され、バルブ口623を閉鎖し、燃料噴射ノズル55内の燃料の逆流を阻止する。

図１１およびそのA−A線断面図を併せて参照されたい。バルブ体621の４面は４つの平面である。給油ポンプ60は、ある量のガソリンをバルブ体621に圧送して、バルブ口623を後方に開き、ガソリンは４つの平面上の間隙624を通過することができ、チェックバルブ62から燃料噴射ノズル55に流れる。図１１のB−B線断面図を参照されたい。一方向調整バルブ63は、その前端の圧力調整ネジ636、側面の燃料供給管631、後方の給油ポンプ60に連絡されたガソリン管路61、およびバルブ体633内を貫くバルブバー632を有する。給油管631内を圧送されるガソリンは、一方向調整バルブ63に入って、バルブバー632の４面の平面上の間隙634間に流れ、バルブバー632を押して開き、ガソリンをガソリン管路61内を一方向に流す。給油ポンプ60がガソリン管路61内のガソリンをチェックバルブ62に圧送し、もし圧力が高まると、一方向調節バルブ63のバルブ体633およびバルブバー632を後退させる。圧送されるガソリンはバルブ体633の４面上の平面の間隙635を通って一方向調整バルブ63の内側に流れて、ガソリン供給管路631を通って燃料タンクに戻る。このように噴射ノズル55がガソリンをシリンダー10内に安定かつ直接に噴射できるようにする。

図１２を参照されたい。本発明は同時に動いて、潤滑油ポンプを増設したセットピストンを使用するものである。潤滑油ポンプシステムは、潤滑油ポンプ70とその燃料供給チェックバルブ口71、燃料放出チェックバルブ口72を含む。潤滑油ポンプ70はクランクシャフト18または外付けピストン30の引っ張りバー35両側のハート形溝の旋回により駆動される。

外付けピストン３０とシリンダー１０、および主体ピストン２０のピストンリング２１の接続構造を示す図１３および図１４を参照されたい。外付けピストン30の貫通室31の頂端には波形フランジ80が設けられている。また、シリンダー10の第一段シリンダー口径10Aの底部には、対応する波形フランジ81が設けられている。外付けピストン30の頂端が、シリンダー10の第二段シリンダー口径10Bの頂部に位置するとき、外付けピストン30の頂端の波形フランジ80は、第一段シリンダー口径10Aの底部の波形フランジ81内に入る。このようにして、波形状接続面82(図１４に示すとおり)が形成される。外付けピストン30の貫通室31内の主体ピストン20が、上昇あるいは降下運動する時、そのピストンリング21は外付けピストン30と第一段シリンダー口径10Aの内面を円滑に通過するので、主体ピストン20のピストンリング21は溝に引っ掛からない。

以上を綜合すると、本発明のエンジンは２サイクルエンジンの排気ガスの放出の清純度を確実に改善し、また４サイクルエンジンの繁雑なバルブ構造を排除し、さらにシリンダー吸気量を増加し、圧縮比を向上させて馬力を増進させる。一方、気化器のない燃料噴射システムを使用する利点も有する。

既知の２サイクルエンジンの説明図。 本発明エンジンのための構造説明図(圧縮、点火位置)。 本発明エンジンのための構造説明図(爆発瞬間、主体ピストンの先行下向行程)。 本発明エンジンのための構造説明図(排気、吸気位置)。 本発明エンジンのための構造説明図(外付けピストン吸、排気口を閉鎖、また主体ピストンの上向行程の予備圧縮)。 本発明セットピストンとクランクシャフト枢接のための側面図。 本発明セットピストンとクランクシャフト枢接のための正面図。 本発明セットピストン結合のための断面図。 本発明の一方向独立通風路の異なる断面における吸気流動のための説明図。 本発明の一方向独立通風路の異なる断面における吸気流動のための説明図 本発明のシリンダー内の給油システムのための説明図 本発明の潤滑油ポンプシステムのための説明図 本発明の外付けピストンとシリンダー第一段シリンダー口径の接続構造のための説明図 図13の接続構造と主体ピストンのピストンリング作用のための説明図。

10 シリンダー
10A 第一段シリンダー口径
10B 第二段シリンダー口径
11 吸気口
12 排気口
13 ピストン
14 ピストンリング
15 連接棒
16 ピストンピン
17 クランク箱
171 潤滑油
18 クランクシャフト
19 点火栓
20 主体ピストン
21 ピストンリング
22 封鎖リング
30 外付けピストン
31 貫通室
32 ピストンリング
33 封鎖リング
34 引っ張りバー座
35 引っ張りバー
36 導滑輪
41 大環状溝
42A 小環状溝
42B 小環状溝
43 低点
50 一方向独立通風路
51 スロットルバルブ
52 第一チェックバルブ
53 第二チェックバルブ
54 第三チェックバルブ
55 燃料噴射ノズル
56 気化器
60 給油ポンプ
61 ガソリン管路
62 チェックバルブ
621 バルブ体
622 圧縮バネ
623 バルブ口
624 間隙
63 一方向調節バルブ
631 ガソリン給油管
632 バルブバー
633 バルブ体
634 バルブバー間隙
635 バルブ体間隙
636 圧力調整ネジ
70 油ポンプ
71 進油単向バルブ口
72 出油単向バルブ口
80 波形フランジ
81 波形フランジ
82 波形状接続面

Claims (8)

1. シリンダー内に主体ピストンと外付けピストンで構成されるセットピストンを配し、該外付けピストンは、上記主体ピストンを内部に挿設するように配され、上記外付けピストン両側に接続された引っ張りバーの他端を、上記シリンダー底部のクランク箱内のクランクシャフトの両側に設けられたハート形溝に接続して、上記主体ピストンとの間で上昇および下降運動を生じるように構成したことを特長とするエンジン。
2. 前記セットピストンの主体ピストンあるいは外付けピストンの裾部に吸気口および排気口から潤滑油の漏れを防止する封鎖リングを増設することを特長とする請求項１に記載のエンジン。
3. 前記クランクシャフトの両側に、１つの大環状溝および２つの小環状溝からなり、上記外付けピストンを上昇および下降運動させる上記ハート形溝をそれぞれ設けることを特長とする請求項１に記載のエンジン。
4. 前記シリンダー内のシリンダー口径を、小さい口径の第一段シリンダー口径と大きい口径の第二段シリンダー口径の大小二段状のシリンダー口径とし、小さい口径の前記第一段シリンダー口径を前記主体ピストンの外径に合わせると共に、大きい口径の前記第二段シリンダー口径を前記外付けピストンの外径に合わせることを特長とする請求項１に記載のエンジン。
5. 一方向独立通風路を設け、該一方向独立通風路に前記クランク箱へ連絡する通路と、末端が前記シリンダーの吸気口に連絡する末端とを設けて、前記一方向独立通風路を通じて吸気気体の流れを制御するように構成したことを特長とする請求項１に記載のエンジン。
6. 前記シリンダー底部のクランク箱内の気体は、前記一方向独立通風路を通って前記シリンダー内に入るか、あるいは、前記クランク箱から前記シリンダーに吸い取られることを特長とする請求項５に記載のエンジン。
7. 前記シリンダー内への燃料噴射システムは、給油ポンプ、チェックバルブ、一方向チェック調節バルブで構成され、燃料噴射システムの給油ポンプの動力は、シリンダー底部のクランク箱内のクランクシャフトの回転によって生み出されることを特長とする請求項１に記載のエンジン。
8. 前記外付けピストンの頂端に波形フランジを設けると共に、前記シリンダーの前記第一段シリンダー口径の底部に、上記波形フランジに対応する波形フランジを設け、前記外付けピストンの頂端が前記第二段シリンダー口径の頂部に位置するとき、上記外付けピストンの頂端の波形フランジが上記第一段シリンダー口径の底部の波形フランジ内に入って、波形状接続面を形成することを特長とする請求項４に記載のエンジン。