JP7282936B2 - 内燃機関の過給システム - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関構造に関し、特に内燃機関の過給システムに関する。
内燃機関(Internal combustion engine,ICE)は、吸気管から外気を燃焼室に導き、燃焼室内で燃料と空気を混合させることで燃焼爆発させ、気体が熱膨張し、機械装置を通じて機械エネルギーに変換して外部に仕事をし、燃料の化学エネルギーを機械エネルギーに変換する。現在、車両,船舶及び航空機などのエンジン原理には内燃機関が広く使われている。
その中で、レシプロピストン式内燃機関は、吸気、圧縮、稼動、排気の4つのプロセスに分かれる。4つのストローク(即ち、ピストンがシリンダの片端から他端へ移動すること)によって前記吸気、圧縮、稼動、排気の循環を完成するものを、4ストローク循環と呼ばれている。2つのストロークによって、前記吸気、圧縮、稼動、排気の循環を完成するものを、少なくとも2ストローク循環と呼ばれている。
ただし、同じ排気量で、4ストローク循環内燃機関が生成する動力は、およそ2ストローク循環内燃機関の2分の1しかない。しかし、4ストローク循環内燃機関において未燃焼の気体が外部に排出することを避けるように排気と吸気を分けて動作するため、4ストローク循環内燃機関は、燃料を浪費して空気を汚染しにくく、環境保護及びグリーンエネルギーが要求される現代において利点がある。したがって、4ストローク循環内燃機関の動力効率をどのように改善するかは、業界において緊急の研究開発の焦点となっている。
したがって、本発明者は、上記の従来技術に鑑みて、特に多大な研究努力及び科学理論の応用を行うことで上記技術課題を解決することを、本発明者の開発の目標とした。
本発明の目的は、シリンダ室で吸気行程が発生するとき、シールブロックがクランク室と導流管との接合部を塞いで密閉することを利用して、内燃機関の過給システムの動力効率を向上させる内燃機関の過給システムを提供する。
上記の目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の過給システムは、1つのクランク室と、少なくとも2つのシリンダ室と、前記クランク室に設置されている1つのクランク軸連接ロッド機構と、それぞれ各前記シリンダ室に収容され、それぞれ前記クランク軸連接ロッド機構に連結され、且つ前記クランク軸連接ロッド機構と共に作動する、少なくとも2つのピストンと、前記クランク室にのみ連通する1つの吸気管と、それぞれの一端が前記クランク室にのみ連通し、他端が各前記シリンダ室にのみ連通する、少なくとも2つの導流管と、1つの逆止弁アセンブリと、前記クランク室に設置されている1つの回転ロッド制御機構と、を備え、前記逆止弁アセンブリは1つの逆止弁と少なくとも2つの第1スイッチ弁とを備え、前記逆止弁は、前記吸気管と前記クランク室との接合部に設置され、各前記第1スイッチ弁は、それぞれ各前記導流管と各前記シリンダ室との接合部に設置され、前記回転ロッド制御機構は、1つの回転ロッドと、前記回転ロッドに固設され、前記回転ロッドと共に回転する1つのシールブロックと、を備え、前記シールブロックは、前記クランク室と各前記導流管との接合部を塞いで密閉できる。
本開示の技術によれば、左側のシリンダ室で吸気行程が発生すると、燃料、空気及び潤滑油が右側の導流管の内部に流れ込まないように、シールブロックがクランク室と右側の導流管との接合部を塞いで密閉し、燃料、空気及び潤滑油は左側のシリンダ室及び左側の導流管の内部にのみ充填することで、左側のシリンダ室に体積が減少し、圧力が上昇する効果がある。また、右側のシリンダ室で吸気行程が発生すると、燃料、空気及び潤滑油が左側の導流管の内部に流れ込まないように、シールブロックがクランク室と左側の導流管との接合部を塞いで密閉し、燃料、空気及び潤滑油は右側のシリンダ室及び右側の導流管の内部にのみ充填することで、右側のシリンダ室に体積が減少し、圧力が上昇する効果がある。これらの効果によって、シリンダ室は、爆発行程において、より大きい爆発衝撃力を生成し、内燃機関の過給システムの動力効率を向上させることができる。
本発明に係る内燃機関の過給システムの三次元組立図である。 本発明に係る内燃機関の過給システムの三次元分解図である。 本発明の回転ロッドの三次元概略図である。 本発明に係る内燃機関の過給システムの断面概略図である。 本発明に係る内燃機関過給システムの別の断面概略図である。 本発明に係る内燃機関の過給システムの第1使用状態の概要図である。 本発明に係る内燃機関の過給システムの第2使用状態の概要図である。 本発明に係る内燃機関の過給システムの第3使用状態の概要図である。 本発明に係る内燃機関の過給システムの第4使用状態の概要図である。 本発明に係る内燃機関の過給システムの第5使用状態の概要図である。 本発明に係る内燃機関の過給システムの第6使用状態の概要図である。 本発明に係る内燃機関の過給システムの第7使用状態の概要図である。 本発明に係る内燃機関の過給システムの第8使用状態の概要図である。 本発明に係る内燃機関の過給システムの別の実施例の概略断面図である。
以下、本発明の技術内容及び実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、添付の図面は、本発明の実施形態を説明するために用いたものであって、本発明を限定するものではない。
図1~図13に示すように,本発明は内燃機関の過給システムに関し,当該内燃機関の過給システム10は、主に、1つのクランク室1と、少なくとも2つのシリンダ室2と、1つのクランク軸連接ロッド機構3と、少なくとも2つのピストン4と、1つの吸気管5と、少なくとも2つの導流管6と、少なくとも2つのスパークプラグ7と、少なくとも2つの排気管8と、1つの逆止弁アセンブリ9と、1つの回転ロッド制御機構20と、を含む。
図1~図2、図4~図13に示すように、クランク室1は、1つの左側部11と、1つの右側部12と、1つの上側部13と、1つの下側部14と、を有する。また、本実施例において、シリンダ室2、ピストン4、導流管6、スパークプラグ7及び排気管8の数量はそれぞれ2つであるが、本発明はこれに限定されるものではない。また、2つのシリンダ室2のうち、一方のシリンダ室2は左側部11に連結し、他方のシリンダ室2は右側部12に連結する。
図5、図7、図9、図11及び図13に示すように、クランク軸連接ロッド機構3はクランク室1に取り付けられ、詳細な説明は以下の通りである。すなわち、クランク軸連接ロッド機構3は、クランク軸盤31と、数量がシリンダ室2と同様であるコンロッド32と、を含む。クランク軸盤31はクランク室1に設置され、各コンロッド32の一端はクランク軸盤31に連結され、他端は各シリンダ室2に貫通するように設置されている。
図5、図7、図9、図11及び図13に示すように、各ピストン4は、クランク軸連接ロッド機構3に連結されて各シリンダ室2内に収容されている。すなわち、各ピストン4は各コンロッド32に連結され、且つ各コンロッド32に従って各シリンダ室2内を往復移動する。なお、クランク室1と各シリンダ室2とは、各ピストン4によって隔離されており、両ピストン4は、共にクランク室1に接近する方向に移動したり、共にクランク室1から離れる方向に移動したりするが、両ピストン4の移動方向dは平行に配置されている。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、両ピストン4の移動方向がV字形や垂直に配置されていてもよい。
図7、図9、図11及び図13に示すように、吸気管5はクランク室1のみに連通している。各導流管6は一端がクランク室1にのみ連通し、他端が各シリンダ室2にのみ連通している。具体的には、吸気管5は上側部13に連通し、各導流管6はそれぞれ下側部14に連通している。吸気管5は外部から混合された燃料、空気及び潤滑油をクランク室1に導くためのものである。
図5、図7、図9、図11及び図13に示すように、各スパークプラグ7は各シリンダ室2のクランク室1から離れた側に接続され、且つ各シリンダ室2に対応して設置されている。各排気管8は各シリンダ室2のみに連通している。各排気管8と各分流管6はそれぞれ、各スパークプラグ7の両側に配置されている。
図4~図13に示すように、逆止弁アセンブリ9は1つの逆止弁91と、数量がシリンダ室2と同様である第1スイッチ弁92及び第2スイッチ弁93と、を含む。逆止弁91は吸気管5とクランク室1との接合部a1に設置されている。各第1スイッチ弁92は各導流管6と各シリンダ室2との接合部a2に設置されている。各第2スイッチ弁93は各排気管8と各シリンダ室2との接合部a3に設置されている。
逆止弁アセンブリ9の構成の詳細な説明として、以下の通りである。逆止弁91は吸気管5から流体を案内してクランク室1に流すために用い、且つ逆止弁91は流体がクランク室1から吸気管5に流れることを防止することができる。第1スイッチ弁92は導流管6とシリンダ室2の間の連通をオン又はオフするために用いる。第2スイッチ弁93は案内排気管8とシリンダ室2の間の連通をオン又はオフするために用いる。
図2~図13に示すように、回転ロッド制御機構20はクランク室1に設置されている。回転ロッド制御機構20は、1つの回転ロッド201と、回転ロッド201に固設され、回転ロッド201と一体的に回転する1つのシールブロック202と、を含む。シールブロック202は、クランク室1と各導流管6との接合部a4を塞いで密閉することができる。
また、回転ロッド制御機構20はさらに、2つの第1タペット203と、1つの第1カム204と、を含む。第1カム204は、回転ロッド201に固定し、且つ回転ロッド201と共に回転する。各第1タペット203の一端は各第1スイッチ弁92に連結され、他端が第1カム204に押し付けることができるように設置されている。
また、回転ロッド制御機構20はさらに、2つの第2タペット205と、1つの第2カム206と、を含む。第2カム206は、回転ロッド201に固定され、且つ回転ロッド201と共に回転する。各第2タペット205の一端は各第2スイッチ弁93に連結し、他端が第2カム206に押し付けられることができるように設置されている。
図2及び図4に示すように、本発明に係る内燃機関の過給システム10はさらに1つの連動ギアユニット30を含み、連動ギアユニット30はクランク室1に設置されている。連動ギアユニット30は、1つの第1歯車301と、1つの第2歯車302と、を含む。第1歯車301はクランク軸盤31に固定され、且つクランク軸盤31と共に回転する。第2歯車302と第1歯車301とはお互いに噛み合う。第2歯車302は回転ロッド201に固定され、且つ回転ロッド201を連動して回転する。第1歯車301と第2歯車302の歯車比は1:2である。
図6~図13は、本発明に係る内燃機関過給システム10の使用状態を示す。第1使用状態は、図6~図7に示すように、右側のスパークプラグ7は点火して、右側のシリンダ室2に爆発行程を生成する。爆発行程が発生するとき、第1カム204は右側の第1タペット203に押し付けることがなく、第2カム206は右側の第2タペット205に押し付けることがないので、右側の第1スイッチ弁92と第2スイッチ弁93が閉じた状態であり、シールブロック202をクランク室1と右側の導流管6との接合部a4を塞いで密封するように、シールブロック202は接合部a4の断面積全体を完全に遮断し、且つ爆発により生成した圧力がピストン4に推力を与える結果、2つのピストン4は共にクランク室1に接近する方向に移動し、同時に、クランク室1の内部気圧が上昇して、逆止弁91を閉じることで、燃料油、空気及び潤滑油がクランク室1から吸気管5に流れることを防止する。最後に、第1カム204は左側の第1タペット203に押し付けて、燃料油、空気及び潤滑油が左側の第1スイッチ弁92を経由して左側のシリンダ室2に入って吸気行程を生成する。
第2使用状態は、図8~図9に示すように、2つのピストン4が駆動されて共にクランク室1から離れる方向に移動してクランク室1の内部気圧が低下し、逆止弁91が開き、且つ第1カム204は左側の第1タペット203に押し付けることがなく、第2カム206は左側の第2タペット205に押し付けることがないので、左側の第1スイッチ弁92と第2スイッチ弁93が閉じた状態になり、左側のシリンダ室2の内部が閉鎖状態であるため、ピストン4が左側のシリンダ室2の内部空間を圧縮し続けると、燃料油、空気及び潤滑油が引き続き加圧されて圧縮行程が生成される。第1カム204は右側の第1タペット203に押し付けることがなく、第2カム206は右側の第2タペット205に押し付けるため、右側の第1スイッチ弁92を閉鎖状態に及び第2スイッチ弁93を開放状態になるので、右側のシリンダ室2の内部で爆発行程によって生成する排気ガスは、右側の第2スイッチ弁93を介して右側の排気管8に排出して排気行程を生成する。
第3使用状態は、図10~図11に示すように、左側のスパークプラグ7が点火して、左側のシリンダ室2に爆発行程を生成する。爆発行程が発生するとき、第1カム204は左側の第1タペット203に押し付けることがなく、第2カム206は左側の第2タペット205に押し付けることがないので、左側の第1スイッチ弁92と第2スイッチ弁93は閉じ状態であり、シールブロック202をクランク室1と左側の導流管6との接合部a4を塞いで密封するように、シールブロック202は接合部a4の断面積全体を完全に遮断し、且つ爆発により生成した圧力がピストン4に推力を与える結果、2つのピストン4は共にクランク室1に接近する方向に移動し、同時に、クランク室1の内部気圧が上昇して、逆止弁91を閉じることで、燃料油、空気及び潤滑油がクランク室1から吸気管5に流れることを防止する。最後に、第1カム204は右側の第1タペット203に押し付けて、燃料油、空気及び潤滑油が右側の第1スイッチ弁92を経由して右側のシリンダ室2に入って吸気行程を生成する。
第4使用状態は、図12~図13に示すように、2つのピストン4が駆動されて共にクランク室1から離れる方向に移動してクランク室1の内部気圧が低下し、逆止弁91が開き、且つ第1カム204は右側の第1タペット203に押し付けることがなく、第2カム206は右側の第2タペット205に押し付けることがなく、右側の第1スイッチ弁92と第2スイッチ弁93が閉じた状態であり、右側のシリンダ室2の内部が閉鎖状態であるため、ピストン4が右側のシリンダ室2の内部空間を圧縮し続けると、燃料油、空気及び潤滑油が引き続き加圧されて圧縮行程が生成される。第1カム204は左側の第1タペット203に押し付けることがなく、第2カム206は左側の第2タペット205を押し付けるため、左側の第1スイッチ弁92を閉鎖状態に及び第2スイッチ弁93を開放状態になるので、左側のシリンダ室2の内部で爆発行程よって生成する排ガスは、左側の第2スイッチ弁93を介して左側の排気管8に排出して排気行程を生成する。このようにして、図1~図13に示すように、一つの4ストローク循環内燃機関の運転工程が完了する。
また、図9及び図13に示すように、2つのピストン4は共にクランク室1から離れる方向に移動して、2つのシリンダ室2を完全に圧縮するとき、クランク室1の吸気量は2つのシリンダ室2の吸気量である。ただし、図7に示すように、2つのピストン4は共にクランク室1に接近する方向へ移動してクランク室1を完全に圧縮するとき、2つのシリンダ室2の吸気量(図13のクランク室1の吸気量)は左側のシリンダ室2の内部にのみ充填して、左側のシリンダ室2に増圧効果を生じさせる。同様に、図11に示すように、2つのピストン4は共にクランク室1に接近する方向へ移動してクランク室1を完全に圧縮するとき、2つのシリンダ室2の吸気量(図9のクランク室1の吸気量)は右側のシリンダ室2の内部にのみ充填して、右側のシリンダ室2に増圧効果を生じさせる。これにより、シリンダ室2は、爆発行程においてさらに大きな爆発衝撃力を生成することができ、内燃機関の過給システム10の動力効率を向上させることができる。
さらに、図7に示すように、左側のシリンダ室2で吸気行程が生成すると、シールブロック202はクランク室1と右側の導流管6の接合部a4を塞いで密閉するため、燃料、空気及び潤滑油が右側の導流管6の内部に流入することがなく、燃料、空気及び潤滑油は左側のシリンダ室2及び左側の導流管6の内部にのみ充填されるため、左側のシリンダ室2に容積が減少し、圧力が上昇する効果がある。同様に,図11に示すように,右側のシリンダ室2で吸気行程が生成すると、シールブロック202は、クランク室1と左側の導流管6との接合部a4に塞いで密閉するため、燃料、空気及び潤滑油が左側の導流管6の内部に流入することがなく、燃料、空気及び潤滑油は右側のシリンダ室2及び右側の導流管6の内部にのみ充填されるため、右側のシリンダ室2に容積が減少し、圧力が上昇する効果がある。これにより、シリンダ室2は爆発行程においてより大きな爆発衝撃力を発生させることができ、内燃機関の過給システム10の動力効率を向上させることができる。
また、吸気管5はクランク室1にのみ連通し、各導流管6の一端はクランク室1にのみ連通し、他端は各シリンダ室2にのみ連通し、且つ、吸気管5は上側部13に連結し、2つの導流管6はそれぞれ下側部14に連結する。そのため、吸気管5から進入する燃料油、空気及び潤滑油はすべて必ずクランク室1を経由して2つの導流管6まで流れるので、燃料油、空気及び潤滑油は必ずクランク軸盤31を均一に潤滑してから2つの導流管6までに流れる。その結果、クランク軸連接ロッド機構3の運行流暢度及び使用寿命が向上させると同時に、燃料油、空気及び潤滑油が吸気管5、クランク室1、導流管6からシリンダ室2に順次に流動するので、クランク室1、導流管6またはシリンダ室2内に乱流が発生することを避けることができ、内燃機関の過給システム10の運行効率を安定させる。
図14は、本発明に係る内燃機関の過給システム10の別の実施例を示している。図14の実施例は、図1~図13の実施例と実質的に同じであり、図14の実施例は、内燃機関の過給システム10が1つの潤滑油ノズル51をさらに含む点で図1~図13の実施例と異なる。
具体的には、内燃機関の過給システム10は、潤滑油ノズル51をさらに備える。潤滑油ノズル51は吸気管5に取り付けられ、且つ吸気管5の内部空洞に対応して配置されている。吸気管5は、外部から混合された燃料及び空気を吸気管5の内部空洞に案内するために使用され、潤滑油ノズル51は、外部からの潤滑油を吸気管5の内部空洞に案内するために使用される。最後に、燃料、空気及び潤滑油は、吸気管5の内部空洞で混合されてクランク室1に流入する。このようにして、図1~図13の実施例と同様の機能および効果が達成されることができる。
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に記載の範囲に限定されない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が上記各実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、上記変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
10 内燃機関の過給システム
1 クランク室
11 左側部
12 右側部
13 上側部
14 下側部
2 シリンダ室
3 クランク軸連接ロッド機構
31 クランク軸盤
32 コンロッド
4 ピストン
5 吸気管
51 潤滑油ノズル
6 導流管
7 スパークプラグ
8 排気管
9 逆止弁アセンブリ
91 逆止弁
92 第1スイッチ弁
93 第2スイッチ弁
20 回転ロッド制御機構
201 回転ロッド
202 シールブロック
203 第1タペット
204 第1カム
205 第2タペット
206 第2カム
30 連動ギアユニット
301 第1歯車
302 第2歯車
a1、a2、a3、a4 接合部
d 移動方向

Claims (11)

  1. 1つのクランク室と、
    少なくとも2つのシリンダ室と、
    前記クランク室に設置されている1つのクランク軸連接ロッド機構と、
    それぞれ各前記シリンダ室に収容され、それぞれ前記クランク軸連接ロッド機構に連結され、且つ前記クランク軸連接ロッド機構と共に作動する、少なくとも2つのピストンと、
    前記クランク室にのみ連通する1つの吸気管と、
    それぞれの一端が前記クランク室にのみ連通し、他端が各前記シリンダ室にのみ連通する、少なくとも2つの導流管と、
    1つの逆止弁アセンブリと、
    前記クランク室に設置されている1つの回転ロッド制御機構と、を備え、
    前記逆止弁アセンブリは1つの逆止弁と少なくとも2つの第1スイッチ弁とを備え、
    前記逆止弁は、前記吸気管と前記クランク室との接合部に設置され、
    各前記第1スイッチ弁は、それぞれ各前記導流管と各前記シリンダ室との接合部に設置され、
    前記回転ロッド制御機構は、1つの回転ロッドと、前記少なくとも2つの導流管の間に取り付けられ、前記回転ロッドに固設され、前記回転ロッドと共に回転する1つのシールブロックと、を備え、
    前記シールブロックは、前記少なくとも2つの導流管のうちの一方の導流管を選択して塞いで密閉可能であることにより、前記クランク室と前一方の導流管との接合部を塞いで密閉し、前記クランク室は、前記少なくとも2つの導流管のうちの他方の導流管に連通している
    内燃機関の過給システム。
  2. 前記シリンダ室、前記ピストン、前記導流管及び前記第1スイッチ弁の数量はそれぞれ2つであり、
    前記クランク室は、1つの左側部と、1つの右側部と、1つの上側部と、1つの下側部と、を有し、
    2つの前記シリンダ室のうち、一方の前記シリンダ室は前記左側部に連結し、他方の前記シリンダ室は前記右側部に連結し、
    前記吸気管は前記上側部に連結し、
    2つの前記導流管はそれぞれ前記下側部に連結している、
    請求項1に記載の内燃機関の過給システム。
  3. 前記クランク室は各前記シリンダ室と、各前記ピストンによって隔離され、
    2つの前記ピストンは、共に前記クランク室に接近する方向に移動し、又は共に前記クランク室から離れる方向に移動し、
    2つの前記ピストンの移動方向は平行に配置されている、
    請求項2に記載の内燃機関の過給システム。
  4. 前記クランク軸連接ロッド機構は、1つのクランク軸盤と、少なくとも2つのコンロッドと、を備え、
    前記クランク軸盤は、前記クランク室に設置され、
    各前記コンロッドの一端は前記クランク軸盤に連結され、他端は各前記シリンダ室に貫通し、
    各前記ピストンは、各前記コンロッドに連結され、各前記コンロッドに従って各前記シリンダ室内を往復移動する、
    請求項3に記載の内燃機関の過給システム。
  5. 前記回転ロッド制御機構はさらに、2つの第1タペットと、1つの第1カムと、を備え、
    前記第1カムは、前記回転ロッドに固定し、前記回転ロッドと共に回転し、
    各前記第1タペットの一端は各前記第1スイッチ弁に連結し、他端は前記第1カムに押し付けられることができる、
    請求項4に記載の内燃機関の過給システム。
  6. 少なくとも2つのスパークプラグをさらに備え、
    各前記スパークプラグは、各前記シリンダ室の前記クランク室から離れる側に接続され、且つ各前記シリンダ室に対応して設置される、
    請求項5に記載の内燃機関の過給システム。
  7. 少なくとも2つの排気管をさらに備え、
    各前記排気管は、各前記シリンダ室にのみ連通し、
    前記逆止弁アセンブリは、少なくとも2つの第2スイッチ弁をさらに備え、
    各前記第2スイッチ弁は、各前記排気管と各前記シリンダ室との接合部に設置されている、
    請求項6に記載の内燃機関の過給システム。
  8. 前記回転ロッド制御機構はさらに、2つの第2タペットと、1つの第2カムと、を備え、
    前記第2カムは、前記回転ロッドに固定され、且つ前記回転ロッドと共に回転し、
    各前記第2タペットの一端は各前記第2スイッチ弁に連結し、他端は前記第2カムに押し付けられることができる、
    請求項7に記載の内燃機関の過給システム。
  9. 各前記導流管と各前記排気管とは、それぞれ各前記スパークプラグの両側に配置されている、
    請求項7に記載の内燃機関の過給システム。
  10. 連動ギアユニットをさらに備え、
    前記連動ギアユニットは、前記クランク室に設置され、
    前記連動ギアユニットは、第1歯車と、第2歯車と、を備え、
    前記第1歯車は、前記クランク軸盤に固定し、且つ前記クランク軸盤と共に回転し、
    前記第2歯車は、前記第1歯車と噛み合い、
    前記第2歯車は、前記回転ロッドに固定され、且つ前記回転ロッドを連動して回転し、 前記第1歯車と前記第2歯車の歯車比は、1:2である、
    請求項8に記載の内燃機関の過給システム。
  11. 1つの潤滑油ノズルをさらに備え、
    前記潤滑油ノズルは、前記吸気管に取り付けられ、且つ前記吸気管の内部空洞に対応して配置する、
    請求項1に記載の内燃機関の過給システム。
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