JP6410813B2 - 内燃エンジン - Google Patents

Description

本発明は、２サイクルであり、シリンダでの排気及び充填を支援するために容積ポンプを備える、圧縮点火又は火花点火のいずれかの内燃エンジンに関する。容積ポンプは、エンジンピストンと対向して配置され、同じシリンダを共有する往復運動する補助ピストンからなる。

従来の火花点火の２サイクルエンジンは、クランクケースと、残留燃焼ガスの掃気及び排気並びに新たな燃料空気混合物の吸入及び移送を実行するためのポンプとを備える。このシステムは、残留ガスと新たな燃料空気混合物の間での部分的な混合があり、排気へ漏れる新たな燃料空気混合物の部分を生じるという欠点がある。その欠点は、このタイプのエンジンの低い性能、燃費の悪さ及び汚染排気ガスの決定要因である。

特許文献１〜４は、そのようなシステムを記載し、主に次のものからなる。
−新たな燃料空気混合物の燃焼及び膨張の間に生み出される機械的エネルギを従来の方法で使用するエンジンピストン、コネクティングロッド、クランクシャフトのアセンブリ。
−エンジンピストンが動くシリンダ。このシリンダは側面の排気ポートを備え、エンジンピストンが膨張行程の終わりでそれを塞がない時に開口する。
−シリンダをその上部で閉じるシリンダヘッド。シリンダヘッドは、逆止弁を備えた複数の吸気ポートを備える。
−シリンダヘッドとエンジンピストンとの間で、エンジンピストンに対向して同じシリンダに配置された補助ピストン。この補助ピストンは、それぞれが逆止弁を備えた複数の移送ポートを備える。

この構造は、次を区画する。
−補助ピストンの下面、エンジンピストンの上面及びシリンダの間の燃焼室。
−シリンダヘッドの下面、補助ピストンの上面及びシリンダの間の吸気室。

補助ピストンは、エンジンピストンと同期され、エンジンピストンの膨張行程の本質的部分の間にシリンダヘッドに対してその最上部位置において動かないままであり、エンジンの残りの機能サイクルの間に１度の全往復行程を完了するようにしてシリンダヘッドのそばで作動される。一方で、エンジンピストンは、膨張行程の最後で、圧縮行程を行うまで排気ポートを塞がない。完全な機能サイクルを実行するために、クランクシャフトは完全に回転（３６０°）する。

下方へのストロークの間に、補助ピストンがエンジンピストンに近づいて動く時、補助ピストンは同時に燃焼室から排気へ残留ガスを掃気し、かつ吸気室内に新たな燃料空気混合物を吸気し、２つが混合することを防ぐ。

補助ピストンの上方へのストロークの間、排気ポートは閉じており、移送ポートのバルブが開いた時に、開いた移送ポートを通って新たな燃料空気混合物は徐々に吸気室から燃焼室へ移る。

補助ピストンの上方へのストロークの終わりで、吸気室は最小容積を有し、新たな燃料空気混合物は燃焼室へ移送されている。そしてエンジンピストンは、その上死点位置に近づいて動き、燃焼段階を開始する準備をする。

排気への新たな燃料空気混合物の漏れを取り除く利点にも拘わらず、上述された構造型式のクランクケース及びポンプを備えた２ストロークエンジンの特徴は、それでもやはり今日まで産業界がこれらのエンジンへ無関心であることが正当であるいくつかの欠点を有している。
−従来の２ストロークエンジンに対して構造の複雑性が増大する。４ストロークエンジンの構造の複雑性に匹敵するようになったとしても、一方で４ストロークエンジンに対する性能に関する利点が得られない。
−常に燃焼室からシリンダヘッドを分離する補助ピストンの存在により、点火プラグ又は燃料噴射装置がシリンダヘッドに配置されることができない。点火プラグ又は燃料噴射装置がシリンダの壁で側方に配置されるのは、この理由による。それは、汚染排気ガスが最小レベルである均一かつ完全な燃焼のためには好ましくない。

米国特許第７７９１１６号明細書 米国特許第１６１６０６４号明細書 米国特許第４２０６７２７号明細書 国際公開第２００９／１３５２７４号

本発明は、次の目的を果たす多くの構造的な解決法を備えた、上述されたタイプの２ストローク内燃エンジンを提案とする。
−現在の要求に一致して、燃焼性を確保するためにシリンダヘッドの中心に点火プラグ及び／又は燃料噴射装置を配置すること
−容積圧縮運動より大きい容積膨張運動である非対称の行程運動を実行すること、それ故にアトキソン又はミラー型の熱力学的サイクルを行うこと
−吸気を絞ることなくエンジン出力を直接調節して、従来の火花点火エンジンで生じる部分負荷のポンピング損失を完全に排除すること
−エンジン負荷に応じて変化する圧縮比を得ること、特に部分負荷での最大値から全負荷での最小値に低下させて、全ての状況で熱力学的性能の最適化を可能にすること
−負荷に拘わらず絶対値での一定の膨張比を得ること、そして可変圧縮比の結果として、膨張／圧縮率が部分負荷での単位値から全負荷で膨張をおおよそ５０％上回る値に増大する
−吸気、排気及び移送行程を完全に制御し、更に高回転での動作を可能にするために、補助ピストン及びその構成要素の動作機構を最適化すること

シリンダヘッドに点火プラグ及び／又は燃料噴射装置を配置するという目的は、補助ピストンによる特定の充填移送機構によって達成される。

当分野の従来の状況によれば、吸気室から燃焼室への充填移送は、補助ピストンでの複数のポートによって行われる。その開閉は、４ストロークエンジンの吸気及び排気で使用されるものに類似する従来のバルブによって作動される。このタイプのバルブは、ばねの力によってそのシートに対して閉鎖位置（上方）に留まり、上面と下面の間での圧力差でばねの保持力に打ち勝つこと又はカムの機械的作動のいずれかによる下方への動きで、受動的に開かれる。このタイプのバルブは、燃焼の間に開放位置に留まることができず、このことはそこについて、このタイプのエンジンでの燃焼段階においてシリンダヘッドと燃焼室との間での直接的な繋がりを不可能にする。

本発明の第１の態様によれば、移送バルブは、補助ピストンの内側に位置している円筒ハウジング内に密封された方法で入るピストン（以下、セカンダリピストンという。）と替えられる。そこでは、このセカンダリピストンは、下方ストロークでは補助ピストンでのハウジングの側壁に配置された複数の移送ポートを塞ぎ、上方ストロークではそのポートを塞がないような方法で、補助ピストンに対する往復運動が行われることができる。したがって、吸気室と燃焼室との間で新たな燃料空気混合物の充填の移送を可能にする。

セカンダリピストンの動きは、したがって従来のバルブの動きと逆である。セカンダリピストンが移送ポートを開いた時に引っ込んだ位置にあることによって、セカンダリピストンは燃焼室へ入り込まず、その結果、燃焼段階の間この位置に留まり得るので、それにより点火プラグ、燃料噴射装置及び／又はグロープラグを、１つの移送ポートの真正面に、すなわち燃焼室に対する中心位置にかつ燃焼室と通じて、燃焼シリンダヘッドに配置することを可能にする。

本発明のセカンダリピストンでは、移送ポートが閉じられた位置での吸気室と燃焼室との間での密封は、従来のバルブでのようにシールとの接触によってではなく、補助ピストンでのハウジングの直径に合致したセカンダリピストンの直径によって、又はセカンダリピストンに１つ又は複数の適切に設置されたシールリングを与えることによって達成される。

移送ポートを開閉するためのこの新しい作動の運動は、吸気室と関連付けられる。吸気室は、その死容積が幾何学的に０に等しい、すなわち補助ピストンがその上死点位置にある時に、補助ピストンはいかなる残存する空洞も残さずに、完全にシリンダヘッドと接触する。それにより、
−補助ピストンが上死点位置に到達した時に、全ての新たな燃料空気混合物は燃焼室に移送される。
−移送ポートが開いていたとしても、燃焼は吸気室に伝搬しない。

本発明の更なる態様によれば、シリンダヘッドにある吸気ポートはバルブを備え、それぞれのバルブは可撓板によって設けられ、その開閉は吸気コレクターと吸気室との間での圧力差によって生じる。上記の板バルブは、殆ど空間を占めず、極めて僅かな慣性を有するという利点を有する。

圧縮点火エンジン（ディーゼル）の場合の必須条件である、補助ピストンの移送ポートに対して、燃料噴射装置が燃焼室において直接作用するように燃料噴射装置の配置が可能であることに関する上記の事項に加え、火花点火エンジン（オットー）の場合には、補助ピストンが動いているいずれかの時点で、例えば吸気工程の間に燃料が吸気室に噴射され、新たな燃料空気混合物が燃焼室に移送される前に燃料が気化する時間を与えるように燃料噴射装置を配置することもまた可能である。

本発明により形成されたエンジンの断面図を示し、その機能的アセンブリは、エンジンピストン、補助ピストン及びセカンダリピストンを有する。 図２Ａ、２Ｂ、２Ｃ及び２Ｄは、エンジンの機能サイクルの異なる段階でのエンジンの連続する位置を示す。図２Ｅは、図２Ｃの上部の詳細拡大図である。 補助ピストン及びセカンダリピストンでのアセンブリの特定の作動機構を備えたエンジンの断面図を示し、その機構は、これらのピストンの不変ストロークを定める。 図４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ及び４Ｅは、エンジンの作動サイクルでの吸気、掃気、膨張及び圧縮容積を示し、そのエンジンは非対称の吸気、圧縮及び膨張行程容積を定める。 補助ピストン及びセカンダリピストンの作動機構を備えたエンジンの断面図を示し、その機構は、これらのピストンの可変ストロークを定める。 図５の旋回アセンブリの長手方向断面の拡大平面図である。 図６Ａ、６Ｂ及び６Ｃは、異なる作動位置での図５のエンジンを示す。 エンジンを閉じるシリンダヘッドに配置された点火プラグ及び燃料噴射装置を備えた本発明のエンジンの上部の詳細断面図である。

本発明は、図１に示されるように、排気ポート（２）を備え、シリンダヘッド（３）によって最上部で閉じられたシリンダ（１）によって形成される２サイクル内燃エンジンに関する。シリンダ（１）の下部はクランクシャフト（４）を収容し、コネクティングロッド（５）を介してクランクシャフト（４）にエンジンピストン（６）が接続する。一方で上部では、スライドマウントによってシリンダヘッドを貫通して、吸気室（８）と燃焼室（９）を分ける補助ピストン（７）が配置される。

補助ピストン（７）は、移送ポート（１１）を介して吸気室（８）と連通するハウジング（１０）を燃焼室（９）側において軸方向に定め、ハウジング（１０）内にセカンダリピストン（１２）を、１つ以上のシールリング（１２．１）による密封された取り付けを伴って含む。セカンダリピストン（１２）は、ストッパー（１３）に接する上方向きの後方位置と下方向きの前方位置との間の往復運動で移送ポート（１１）を開閉する。シリンダヘッド（３）には吸気ポート（１４）もまた設けられ、吸気ポート（１４）はそれぞれのプレート形逆止弁（１５）を備える。

それによる作動サイクルの間のエンジンの挙動は次の通りである。
−燃焼段階では、エンジンピストン（６）の下死点位置への動きによって排気ポート（２）が開くまで、補助ピストン（７）及びセカンダリピストン（１２）は、それらの最上部位置において動かないままである。図２Ａに示されるように、移送ポート（１１）は開いており、その時の吸気室は容積が０である。そのような方法において、図７に示されるように、点火プラグ（３６）及び／又は、該当するならば燃料噴射器（３６．１）は、移送ポート（１１）の１つに対向し、燃焼室（９）と通じて配置されることができる。
−図２Ｂに示されるように、エンジンピストン（６）がその下死点位置に近づいて排気ポート（２）の開口が始まる時、セカンダリピストン（１２）は下方に動いて、移送ポート（１１）を閉じる。これらの状態では、補助ピストン（７）が下方へのストロークを始める前に、排気ポート（２）は開かれる。
−図２Ｃに示されるように、エンジンピストン（６）がその下死点位置に到達すると、排気ポート（２）を開けたままで補助ピストン（７）が下方へ動き、同時に燃焼室（９）から排気ポート（２）へ向けての残留ガスの掃気、及びプレート弁（１５）が開いた吸気ポート（１４）を通じての吸気室（８）での新たな燃料空気混合物の新しい充填の吸気を生じる。これらの状態では、セカンダリピストン（１２）は補助ピストン（７）の下方へのストロークの後に付いて行き、排気段階の全てを通して移送ポート（１１）を閉じた状態に保つ。したがって、吸気及び掃気段階において新たな燃料空気混合物の残留ガスとの短絡を防ぐ。
−図２Ｄに示されるように、補助ピストン（７）がその最下部位置にある時、エンジンピストン（６）は上方に動き、排気ポート（２）を閉じる。そのような方法で、排気ポート（２）の閉鎖が起きた時に、セカンダリピストン（１２）が次に上方に動き、移送ポート（１１）を開ける。それに続く補助ピストン（７）の上方への動きもまた起こる。セカンダリピストン（１２）及び補助ピストン（７）の上方へのストロークは、圧縮段階においてエンジンピストン（６）に同行することによってもたらされる。そのような方法で、吸気室（８）の容積は０になるまで徐々に減るので、補助ピストン（７）のストロークの終わりで、燃料空気混合物の新たな充填の全てが燃焼室（９）に移送される。

図３は、上記説明に従って作動する本発明のエンジンを示す。エンジンは、補助ピストン（７）及びセカンダリピストン（１２）によって形成されるアセンブリの特定の作動機構を備える。補助ピストン（７）及びセカンダリピストン（１２）のそれぞれが、その上端にロッド（１６、１７）をそれぞれ組み込み、そのロッドを介して対応する旋回アーム（１８、１９）の一端にそれぞれが結合される。旋回アーム（１８、１９）の回転中心（２０、２１）は、好ましくは一致する。旋回アーム（１８、１９）は、相補輪郭を備えたデスモドロミック型のカムの組（２２、２２．１及び２３、２３．１）のそれぞれに他端で接続される。そのカムの組は、旋回アーム（１８、１９）を通じて補助ピストン（７）及びセカンダリピストン（１２）の鉛直の往復運動を引き起こす。カム（２２、２２．１及び２３、２３．１）は、１：１の比の既知の伝達形式（不図示）（チェーン、歯付きベルト、ギア）を介してクランクシャフト（４）によって作動される。補助ピストン（７）の大きな行程及び高回転で生じる慣性により、デスモドロミックカムは典型的なカムとばねのシステムよりも適当である。

次に、補助ピストン（７）及びセカンダリピストン（１２）の形状を調整することによって、どのようにして膨張比と異なる圧縮比が達成されるかについて説明する。

図４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ及び４Ｅは、エンジンの吸気、掃気、膨張及び圧縮容積を示す。ここで、
吸気容積：Ｖ_i＝Ｓ_i×π（Ｄ₁ ²−Ｄ₂ ²）／４
であり、
Ｓ_iは、補助ピストンのストロークである。
Ｄ₁は、補助ピストン（７）の大径又は主直径であり、補助ピストン（７）はエンジンピストン（６）と同じシリンダ（１）に収まるので、エンジンピストン（６）と同一である。
Ｄ₂は、補助ピストン（７）の小径であり、シリンダヘッド（３）を貫通し、大気に（又はエンジンピストン（６）の下部と同様に、モーターのクランクケース内を支配する圧力に）曝される補助ピストン（７）の断面を表す。

掃気容積：Ｖ_s＝Ｓ_i×π（Ｄ₁ ²）／４
これから、Ｖ_i＜Ｖ_sであること及び補助ピストン（７）の小径（Ｄ₂）が大きくなる程、掃気容積に対して吸気容積が小さくなることが導き出され得る。

膨張容積：Ｖ_e＝Ｓ_e×π（Ｄ₁ ²）／４＋Ｖ_D
Ｓ_eは、膨張ストローク又はエンジンピストン（６）のストロークである。
Ｖ_Dは、死容積であり、エンジンピストン（６）及び補助ピストン（７）の両方が上死点位置にある時の燃焼室の最小容積である。

膨張段階におけるエンジンピストン（６）のストロークは、補助ピストン（７）がその高い位置において動かない間に行われるので、膨張容積（Ｖ_e）は、補助ピストン（７）のストローク（Ｓ_i）の値に拘わらず常に一定値である。

したがって、膨張比は一定であり、次に等しい。
ρ_e＝Ｖ_e／Ｖ_D

補助ピストン（７）の最大ストロークは一般的にエンジンピストン（６）の最大ストロークより小さいので、補助ピストン（７）によって掃気されない残留ガスの画分を表わす残留容積は、したがって次のサイクルで再利用される。
Ｖ_R＝Ｖ_e−Ｖ_s
圧縮容積：Ｖ_c＝Ｖ_i＋Ｖ_R
Ｖ_c＝Ｓ_e×π（Ｄ₁ ²）／４−Ｓ_i×π（Ｄ₂ ²）／４＋Ｖ_D
圧縮比：ρ_c＝Ｖ_c／Ｖ_D

圧縮容積（Ｖ_c）が、Ｓ_i×π（Ｄ₂ ²）／４の量で膨張容積（Ｖ_e）より小さいので、圧縮比（ρ_c）は膨張比（ρ_e）より小さいことが分かり得る。

したがって、次のとおりである。
ρ_c／ρ_e＝１−［Ｓ_i×π（Ｄ₂ ²）／（Ｓ_e×π（Ｄ₁ ²）＋４Ｖ_D）］

言い換えれば、行程容積は非対称であり、したがってアトキンソン型熱力学サイクルを定めており、エンジンピストン（６）のＳ_e及び補助ピストン（７）のＳ_iのそれぞれのストロークを決定すると（Ｓ_iは常にＳ_eより小さい）、補助ピストン（７）の形状によって与えられる比Ｄ₁／Ｄ₂に依存する係数によって膨張は吸気に対して引き延ばされることを意味する。大径Ｄ₁の値の２５％〜６０％の補助ピストンの間の小径Ｄ₂についての有意な値では、圧縮の１．１５〜１．５倍の膨張係数が得られる。

補助ピストン（７）の独特の形状の別の結果は、圧縮行程の間に、補助ピストン（７）が図３で示されたデスモドロミックのカム（２２、２２．１；２３、２３．１）のアセンブリによって形成されるその作動機構によって、正の仕事に戻ることである。

圧縮行程の間、負荷に拘わらず、エンジンピストン（６）は次に等しい（負の）仕事を必要とする。
∫_1-2ＰｄＶ，ここでＶ₁−Ｖ₂＝Ｓ_e×π（Ｄ₁ ²）／４

一方で、燃焼室（９）と吸気室（８）との間での圧力の均衡により、圧縮行程の間、補助ピストン（７）は次に等しい（正の）仕事に戻る。
∫_1'-2'ＰｄＶ，ここでＶ_1'−Ｖ_2'＝Ｓ_i×π（Ｄ₂ ²）／４

したがって、圧縮行程のために必要とされる正味の仕事は、次のとおりである。
∫_1-2ＰｄＶ−∫_1'-2'ＰｄＶ

本発明の別の目的は、補助ピストン（７）及びセカンダリピストン（１２）でのアセンブリの可変ストローク作動によってエンジンの充填を完全に制御することである。したがって、要求されるエンジン出力に必要な充填容積と正確に等しい吸入行程容積を実行することができるので、従来の４ストロークエンジン（特にオットー型エンジン）を上回る次の改良が得られる。
−出力を変更するためにスロットルバルブは必要とされないので、部分負荷でのポンピングによる損失は完全に排除され、その状況において性能を大幅に向上させる。
−４ストローク火花点火エンジンと比較すると、４ストローク火花点火エンジンは、部分負荷ではチャンバーが大気圧まで満たされず、燃焼性の落ち込みと関連する熱力学的性能において損失を生じるので、有効圧縮比の低下を示す。本発明の補助ピストン並びに非対称及び可変ストロークを備えたエンジンでは、ピストンが最大より少ないストロークを実行する時に、それはまた同じ割合でその前の燃焼からの残留ガスの掃気も減らすが、残留ガスは燃焼室に留まり、続くサイクルで燃料空気混合物の新たな充填を追加することによって再利用され、そうすると部分負荷で有効圧縮比は低下しない。圧縮行程全体を通して徐々に新たな燃料空気混合物を入れることによって、再利用された残留ガス部分と新たな燃料空気混合物の部分との間の層化（それらの混合を防ぐこと）もまた達成される。これらの全てが、どのような状況においても高い燃焼性及び熱力学的性能を維持することを可能にする。

更に、非対称の行程容積の構造を可変ストロークの作動と関連付けることによって、充填に応じて圧縮比を変更することが可能になる。

圧縮比を膨張比に関連付ける原理は、
ρ_c／ρ_e＝１−［Ｓ_i×π（Ｄ₂ ²）／（Ｓ_e×π（Ｄ₁ ²）＋４Ｖ_D）］
であり、この場合にエンジン負荷に正比例する可変のＳ_iを有する。

したがって、Ｓ_i＝０、つまり言い換えれば補助ピストン（７）が全く上下に動かない時、ρ_c／ρ_e＝１である。

Ｓ_i＞０、つまり言い換えれば圧縮比が低下する一方で吸気ストローク（Ｓ_i）（すなわち充填）が増加して、従来のオットーサイクルから、膨張が圧縮よりも比例的に長いミラー又はアトキソンサイクルに移るならば、ρ_c／ρ_e＜１である。

この方法において、本発明のエンジンでは、次のものを有することが可能である。
−エンジンの移動構成要素の機械耐久性に関して容認される最大圧力に適合し、更にガソリンエンジンの場合の自動点火限界は、圧力だけでなく、部分負荷では明らかに低い燃焼室（９）の温度によっても決まるので、この限界にも適合する低充填での高圧縮比（ρ_c）。
−充填が増加するにつれて低下する圧縮比（ρ_c）。これは、最大燃焼圧力を有すること、及び膨張が圧縮よりも大きい熱力学的サイクル、言い換えれば従来のオットーサイクルよりも性能が優れているミラー又はアトキソンサイクを作り出すことを可能にする。

補助ピストン（７）の大径（Ｄ₁）に対して小径（Ｄ₂）が大きい程、補助ピストン（７）の可変ストロークに関連する圧縮／膨張比の変化が大きくなることが同様に分かり得る。したがって、本発明のエンジンの補助ピストン（７）の設計は、特に補助ピストン（７）の大径（Ｄ₁）と小径（Ｄ₂）との間の比、そのストローク（Ｓ_i）の変化及び死容積（Ｖ_D）に関して、オットーエンジン、ディーゼルエンジン、固定エンジン、広い負荷範囲を備えた車のエンジンなどとして機能するために、熱力学的挙動を調整及び最適化することを可能にする。また、特に自然発火エンジン（ディーゼル）において、酸化窒素排出の低減を可能にする。

図５は、やはり本発明の対象に含まれるエンジンを示す。それは、上記の目的を達成する、可変ストロークを備えた補助ピストン（７）及びセカンダリピストン（１２）の特定の作動機構を備える。補助ピストン（７）は、小さなコネクティングロッド（１６）によって主旋回アーム（２４）の一端に接続される。主旋回アーム（２４）は中空円筒部（２５）を備え、その表面に中空円筒部（２５）の全体に沿って摺動することができるスリーブ（２６）がある。スリーブ（２６）は、スリーブ（２６）と主旋回アーム（２４）でのアセンブリを揺動運動させることができる関節ジョイント（２７）に取り付けられる。一方で、スリーブ（２６）と関節ジョイント（２７）でのアセンブリは、摺動支持体（２８）に結合される。摺動支持体（２８）は、補助ピストン（７）が上死点位置にある時に、直線状かつ主旋回アーム（２４）の中空円筒部（２５）の軸に平行に移動することができる。この状況は、補助ピストン（７）にとって、そのストローク値に拘わらず同一の上死点位置に到達することができるために極めて重要である。

主旋回アーム（２４）の他端は、関節ジョイント（２９）によって、エンジンのシリンダ（１）におおよそ平行な位置に配置されたプランジャー（３０）に接続される。プランジャー（３０）は、複数のガイド（３１）に取り付けられ、その両端に接触して位置するデスモドロミックのカムの組（３２、３２．１）によってもたらされる直線状の往復運動を行うことができるようにされる。デスモドロミックのカムの組は、エンジンのクランクシャフト（４）によって作動される。

プランジャー（３０）の往復運動は、摺動支持体（２８）によるスリーブ（２６）の位置に依存する可変の低減比で、旋回アーム（２４）を介して補助ピストン（７）に伝達され、可変の範囲により補助ピストン（７）にストロークを行わせる。この方法では、例えば、補助ピストン（７）の最大ストロークの１０％〜１００％の間での連続的な変化を達成することが可能である。

補助ピストン（７）の動きを作り出すデスモドロミックのカムの組（３２、３２．１）は、エンジンの圧縮段階のストロークの間に、補助ピストン（７）によってなされる正の仕事を効率的に回復することができるという他の可能な機構を上回る利点を有する。

更に、セカンダリピストン（１２）は、別の小さなコネクティングロッド（１７）によって第２の旋回アーム（３３）の一端に接続される。第２の旋回アーム（３３）は、主旋回アーム（２４）の中空円筒部（２５）の内側に配置され、そこにおいて関節ジョイント（３４）を備える。第２の旋回アーム（３３）の他端は、それぞれの関節ジョイントにより、プランジャー（３０）に平行な対応するプランジャー（３０．１）に接続される。そして、プランジャー（３０．１）は摺動ガイドに取り付けられて、プランジャー（３０．１）の両端に作用するデスモドロミックのカムの組（３５、３５．１）によって作動される往復運動を、同様に行うことができる。

関節ジョイント（３４）は主旋回アーム（２４）の中空円筒部（２５）の内側にあるので、第２の旋回アーム（３３）は、補助ピストン（７）のストロークの動き、及びそれに相対的な、カム（３５、３５．１）によって行われる作動による第２の旋回アーム（３３）のストロークを同時にセカンダリピストン（１２）に伝達する。

図５Ａは、旋回アーム（２４）で生じた応力の均衡を保つために、実際にどのようにプランジャー（３０）が２つの要素での対にされて、第２の旋回アーム（３３）及びその対応するプランジャー（３０．１）に対して対称的に配置されるかを示す。

図６Ａ、６Ｂ、６Ｃはそれぞれ、補助ピストン（７）の位置がエンジンでの新たな燃料空気混合物の吸気充填の２５、５０及び１００％の位置であり、摺動支持体（２８）を伴ったスリーブ（２６）が各場合での対応する位置にある、図５のエンジンを示す。その位置は、エンジンのアクセル調節（不図示）によって決まる。

補助ピストン（７）の大径（Ｄ₁）を設定すると、補助ピストン（７）の小径（Ｄ₂）を増大させることは、出力範囲全体に亘って性能を向上させる特徴、すなわち負荷が増大するにつれて圧縮比を低下させ、膨張／圧縮率を増大させるのに適している。しかし、それは有効排気量、言い換えればエンジンの比出力を減少させる欠点を有している。この欠点に対抗するために、エンジンはターボチャージャーを装備することができ、そのタービンは排気ガスによって駆動されるために排気ポート（２）に接続され、一方でそのタービンによって作動される圧縮機は吸気ポート（１４）に接続される。

燃焼室（９）と吸気室（８）を完全に分ける補助ピストン（７）のおかげで、排気に新たな燃料空気混合物を充填するいかなる短絡も防ぎ、ターボチャージャーによって駆動される全流体がエンジンにおいて保持されて、十分な加圧があるならば吸気行程の間に正の仕事を行う。それは、排気及び吸気ポートが同時に開いて連通して作動し、排気ガスの掃気及び新たな燃料空気混合物の吸気が外部の容積型圧縮機又はターボチャージャーによって行われるセミディーゼル型２ストロークエンジンに対して性能向上を提供する。

簡潔のために、上記の記載及び図面の図は１つのシリンダ（１）でエンジンを示すが、本発明の特徴は、同様に複数の直列又はＶ型シリンダなどのエンジンに適用されることができる。

１ シリンダ
２ 排気ポート
３ シリンダヘッド
４ クランクシャフト
５ コネクティングロッド
６ エンジンピストン
７ 補助ピストン
８ 吸気室
９ 燃焼室
１０ ハウジング
１１ 移送ポート
１２ セカンダリピストン
１２．１ シールリング
１３ ストッパー
１４ 吸気ポート
１５ プレート形逆止弁
１６、１７ ロッド
１８、１９ 旋回アーム
２０、２１ 旋回アームの回転中心
２２、２２．１ デスモドロミックのカムの組
２３、２３．１ デスモドロミックのカムの組
２４ 主旋回アーム
２５ 中空円筒部
２６ スリーブ
２７ 関節ジョイント
２８ 摺動支持体
２９、 関節ジョイント
３０、３０．１ プランジャー
３１ ガイド
３２、３２．１ デスモドロミックのカムの組
３３ 第２の旋回アーム
３４ 関節ジョイント
３５、３５．１ デスモドロミックのカムの組
３６ 点火プラグ
３６．１ 燃料噴射器
Ｄ₁ 補助ピストンの大径又は主直径
Ｄ₂ 補助ピストンの小径
Ｓ_e 膨張ストローク又はエンジンピストンのストローク
Ｓ_i 補助ピストンのストローク
Ｖ_c 圧縮容積
Ｖ_D 死容積
Ｖ_e 膨張容積
Ｖ_i 吸気容積
Ｖ_R 残留容積
Ｖ_s 掃気容積
ρ_c 圧縮比
ρ_e 膨張比

Claims (10)

1. クランクシャフト（４）と、
   １つ又は複数のシリンダ（１）と、
   前記シリンダ（１）の上部を閉じ、吸気ポート（１４）を備えるシリンダヘッド（３）と、
   前記シリンダ（１）の壁に配置された排気ポート（２）と、
   補助ピストン（７）と、
   を備えた内燃エンジンであって、それぞれの前記シリンダ（１）はエンジンピストン（６）を備え、該エンジンピストン（６）は、前記クランクシャフト（４）に結合されており、かつ前記シリンダ（１）内で往復運動を行うことができ、前記補助ピストン（７）は前記エンジンピストン（６）と対向し、前記補助ピストン（７）と前記シリンダ（１）と前記エンジンピストン（６）との間に燃焼室（９）を区画し、前記補助ピストン（７）と前記シリンダ（１）と前記シリンダヘッド（３）との間に吸気室（８）を区画し、前記補助ピストン（７）は、前記排気ポート（２）を通じて前記燃焼室（９）から残留ガスを排除すると同時に、前記吸気ポート（１４）を通じて前記吸気室（８）で燃料空気混合物の新たな充填の吸気をするために前記エンジンピストン（６）と機械的に同期された往復運動を提供し、前記補助ピストン（７）は、移送ポート（１１）を介して前記吸気室（８）と連通するハウジング（１０）を前記燃焼室（９）側において軸方向に定め、前記ハウジング（１０）内にセカンダリピストン（１２）を含み、該セカンダリピストン（１２）は、上方向きの後方位置と下方向きの前方位置との間の往復運動で前記移送ポート（１１）を開閉し、前記上方向きの後方位置で前記移送ポート（１１）を開き、下方向きの前方位置で前記移送ポート（１１）を閉じ、燃焼段階では前記上方向きの後方位置に留まる、内燃エンジン。
2. 前記セカンダリピストン（１２）は、複数のシールリング（１２．１）により前記ハウジング（１０）の壁に対して密封するように調整される、請求項１に記載の内燃エンジン。
3. 点火プラグ（３６）及び／又は燃料噴射器（３６．１）が、前記シリンダヘッド（３）に配置され、前記移送ポート（１１）の１つに対向しており、前記補助ピストン（７）が前記シリンダヘッド（３）に対して最も近い位置にある時に前記燃焼室（９）と通じている、請求項１に記載の内燃エンジン。
4. 前記吸気ポート（１４）は、複数のプレート形逆止弁（１５）を備える、請求項１に記載の内燃エンジン。
5. 前記補助ピストン（７）は、スライドマウントによって前記シリンダヘッド（３）を貫通する、請求項１に記載の内燃エンジン。
6. 前記補助ピストン（７）は、前記シリンダ（１）の内側に合致した大径（Ｄ₁）及び前記シリンダヘッド（３）を貫通する小径（Ｄ₂）を有し、該小径（Ｄ₂）は前記大径（Ｄ₁）の４分の１より大きい、請求項１〜５のいずれかに記載の内燃エンジン。
7. 前記補助ピストン（７）は、旋回アーム（１８）の一端に接続して配置され、前記旋回アーム（１８）は、前記旋回アーム（１８）の旋回運動を引き起こすデスモドロミック型のカムの組（２２、２２．１）に他端で接続され、一方で前記セカンダリピストン（１２）は、別の旋回アーム（１９）の一端に接続して配置され、前記旋回アーム（１９）は、この旋回アーム（１９）の旋回運動を引き起こすデスモドロミック型のカムの組（２３、２３．１）のそれぞれにその他端で接続される、請求項１に記載の内燃エンジン。
8. 前記エンジンピストン（６）と機械的に同期される前記補助ピストン（７）の前記往復運動は、可変範囲又は可変ストロークを有する、請求項１に記載の内燃エンジン。
9. 前記補助ピストン（７）及び前記セカンダリピストン（１２）は、その上方及び下方の往復運動のストロークを変更可能な機構に接続され、前記補助ピストン（７）は、主旋回アーム（２４）の一端に接続され、前記主旋回アーム（１８）は、デスモドロミック型のカムの組（３２、３２．１）によって上方及び下方の動きで作動されるプランジャー（３０）にその他端で接続され、前記主旋回アーム（２４）は中空円筒部（２５）を有し、その表面に摺動スリーブ（２６）があり、該スリーブ（２６）は関節ジョイント（２７）に取り付けられ、該関節ジョイント（２７）は摺動支持体（２８）に結合され、該摺動支持体（２８）は、前記シリンダヘッド（３）に最も近い前記補助ピストン（７）の位置によって定められる位置に前記主旋回アーム（２４）がある時に、前記主旋回アーム（２４）の前記中空円筒部（２５）の軸に平行な方向に直線状の動きが可能であり、一方で前記セカンダリピストン（１２）は第２の旋回アーム（３３）の一端に接続され、該第２の旋回アーム（３３）は、その他端で前記プランジャー（３０）に平行なプランジャー（３０．１）に接続され、そして該プランジャー（３０．１）は、対応するデスモドロミック型のカムの組（３５、３５．１）によって上方及び下方の動きで作動され、この第２の旋回アーム（３３）は、前記主旋回アーム（２４）の前記中空円筒部（２５）の内側に配置された関節ジョイント（３４）に取り付けられる、請求項１〜８のいずれかに記載の内燃エンジン。
10. ターボチャージャーを備え、該ターボチャージャーのタービンは前記排気ポート（２）に接続され、前記ターボチャージャーの圧縮機は吸気ポート（１４）に接続される、請求項１に記載の内燃エンジン。

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