JPH0480213B2 - - Google Patents

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JPH0480213B2
JPH0480213B2 JP57013426A JP1342682A JPH0480213B2 JP H0480213 B2 JPH0480213 B2 JP H0480213B2 JP 57013426 A JP57013426 A JP 57013426A JP 1342682 A JP1342682 A JP 1342682A JP H0480213 B2 JPH0480213 B2 JP H0480213B2
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JP
Japan
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chamber
power chamber
air
charge
compression
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JP57013426A
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Japanese (ja)
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JPS57181923A (en
Inventor
Shii Burianto Kuraido
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Publication of JPH0480213B2 publication Critical patent/JPH0480213B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、新規な熱力学仕事サイクルにより内
燃機関において燃焼ガスから機械仕事を得る方法
に係り、またこの方法を実施する往復内燃機関に
係る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for obtaining mechanical work from combustion gases in an internal combustion engine by a novel thermodynamic work cycle, and to a reciprocating internal combustion engine implementing this method.

内燃機関の膨脹比を大きくするにしたがつて、
焼成ガスから多量のエネルギが引出され熱力学的
効率が増大することはよく知られている。さら
に、圧縮の増大が熱力学的改善により動力と燃料
節約との増大を生ずることも判つている。効率の
よい機関のための目標は、圧縮比を高くし、最大
圧縮において燃焼を開始し、次いで出来る限りピ
ストンを押してガスを膨脹させることである。
As the expansion ratio of the internal combustion engine increases,
It is well known that greater amounts of energy can be extracted from the firing gases, increasing thermodynamic efficiency. Additionally, it has been found that increased compression results in increased power and fuel savings due to thermodynamic improvements. The goal for an efficient engine is to have a high compression ratio, start combustion at maximum compression, and then push the piston as far as possible to expand the gas.

従来の機関は、同じ圧縮比、膨脹比をもつてお
り、前者は燃料のオクタン価により制限される。
さらに、これらの機関では爆発したガスがその圧
縮前の元の体積に膨脹できるにすぎないので、排
気弁が開いたとき、通常はピストンを押す4.92−
7.03Kg/cm3の圧力があり、この結果としてエネル
ギ損失を生ずる。
Conventional engines have the same compression and expansion ratios, the former being limited by the octane rating of the fuel.
Furthermore, in these engines the exploded gas is only allowed to expand to its original volume before compression, so when the exhaust valve opens, it usually pushes the piston 4.92−
There is a pressure of 7.03 Kg/cm 3 resulting in energy loss.

内燃機関において熱力学的効率を増すため膨脹
工程を延長させる多くの試みがなされている。初
期の設計は米国特許第125166号に記載されてお
り、これに示された機関は、燃焼ガスをその圧縮
前の元の圧力にまで膨脹させるが、最大の圧縮を
持続しながら装入物を移送し点火する手段に欠け
ていた。また、膨脹工程を延長するためアトキン
ソン(Atkinson)サイクル機関が考えられたが、
この機関は機械的に複雑であるため単シリンダの
形状に限定された。
Many attempts have been made to lengthen the expansion process to increase thermodynamic efficiency in internal combustion engines. An early design is described in U.S. Pat. No. 125,166, in which the engine expands the combustion gases to their original pressure before compression, but maintains maximum compression while pumping the charge. They lacked the means to transport and ignite it. In addition, the Atkinson cycle engine was considered to extend the expansion process, but
The mechanical complexity of this engine limited it to a single cylinder configuration.

最近注目すべき試みが米国特許第3408811号に
記載されたウイシヤート(Wishart)機関におい
て明らかにされた。この機関では、大きなピスト
ンが装入物を一層圧縮するより小さいシリンダの
中に装入物を圧縮し、次にもう1つの小さい“燃
焼”シリンダ中に装入物を移送され、こゝで装入
物が点火され前記の、より小さいシリンダの全容
量一杯まで膨脹させられた。次いで燃焼したガス
は、ピストンでふさがれない孔からより大きいシ
リンダの中に移され、ここでさらに膨脹させられ
た。このため各動力行程のため2つの作用行程を
行う4つのピストンつきシリンダを必要とし、し
たつて8サイクル機関であり、このような作用行
程に固有な機械的摩擦及び流体摩擦をもつてい
る。またこの機関は機械的複雑さのため製作費が
高くなつている。
A recent notable effort was disclosed in the Wishart institution described in US Pat. No. 3,408,811. In this engine, a large piston compresses the charge into a smaller cylinder that further compresses the charge, and then the charge is transferred into another small "combustion" cylinder, where the charge is further compressed. The charge was ignited and expanded to the full capacity of the smaller cylinder. The combusted gases were then transferred through a hole unobstructed by the piston into a larger cylinder where they were further expanded. This requires four cylinders with pistons performing two working strokes for each power stroke, thus making it an eight-stroke engine, with the mechanical and fluid friction inherent in such working strokes. The engine is also expensive to build due to its mechanical complexity.

米国特許第4174683号に示されたもう1つの試
みでは、機関の作用シリンダの導入弁が圧縮行程
の一部の間開放され続け、その後弁を閉めて全装
入物の一部のみを圧縮し、次いで点火してピスト
ンを押して該シリンダ全容積まで膨脹させる。こ
の行程は極めて複雑で、クランク軸の軸線の点位
置を変えかつまた負荷要求に応じて吸込弁のタイ
ミング調整を変える手段を必要とする。さらに、
圧縮を増しまたは装入物の乱流を増す手段が全く
ない。このため、4サイクル機関に固有の摩擦を
もつたまま作動が続けられる。さらに、この機関
の全負荷運転は従来の機関の場合と同じであり、
一部負荷のときにだけその改善された特性が示さ
れる。
Another attempt, shown in U.S. Pat. No. 4,174,683, involves keeping the inlet valve of the engine's working cylinder open for part of the compression stroke and then closing the valve to compress only a portion of the total charge. , which is then ignited to push the piston and expand the cylinder to its full volume. This process is extremely complex and requires a means of varying the position of the crankshaft axis and also varying the timing of the intake valve in response to load demands. moreover,
There is no means to increase compression or increase turbulence of the charge. Therefore, the four-stroke engine continues to operate with the inherent friction. Moreover, the full load operation of this engine is the same as for conventional engines;
Its improved properties are demonstrated only under partial load.

膨脹を増すため焼成ガスを着火後他のシリンダ
中に導入するという同じような方式を用いて燃焼
ガスからより多く軸仕事を引出そうとする他の試
みもなされたが、結果は同じようである。また多
シリンダ機関のシリンダの内半分のものの中で装
入物を燃やし、次いで着火シリンダから排気を残
り半分のシリンダの中に導いて追加の軸仕事を引
出そうとする試みもなされている。現在までにこ
れらの試みで成功したものはなく、放出物は従来
慣用の機関よりも一般に増大している。
Other attempts have been made to extract more shaft work from the combustion gases using a similar method of introducing the firing gases into other cylinders after ignition to increase expansion, but the results seem to be the same. . Attempts have also been made to burn the charge in the inner half of the cylinders of a multi-cylinder engine and then direct exhaust from the ignition cylinder into the remaining half of the cylinders to extract additional shaft work. None of these attempts to date have been successful, and emissions are generally increased over conventional engines.

回転式機関も同じ利点を求めて努力しており、
1つの例として米国特許第3688749号に示された
ヴアンケル(Wankel)機関の場合、4葉ロータ
の1つの室の中で装入物が圧縮され、点火されて
先づこの室の中で膨脹し次いでダクトを経て下流
側の室の中に入り膨脹する。この場合の問題点
は、第2の膨脹室が前の着火から吐出された再圧
縮されたガスで既に半分は充たされていること、
装入物の移送中絞り損失が大きいことになどであ
る。
Rotary engines strive for the same advantages;
As an example, in the Wankel engine shown in U.S. Pat. No. 3,688,749, the charge is compressed in one chamber of a four-leaf rotor, ignited and expanded in the first chamber. It then enters a chamber on the downstream side through a duct and expands. The problem in this case is that the second expansion chamber is already half full with recompressed gas from the previous ignition;
This is due to large throttling losses during the transfer of the charge.

本発明による往復内燃機関は、空気装入物を圧
縮する圧縮室と、燃焼ガスが点火され膨脹する動
力室と、各室の中で作動できかつ連接リンク装置
によりクランク軸に連接されて該軸をピストン往
復動に応じてまわすようになつているピストン
と、圧縮室を動力室と連通させかつ圧縮された装
入物を移送させて動力室に入れるようにする移送
マニホルドと、圧縮室での圧縮のため該室への空
気の流入を制御する流入弁と、圧縮された装入物
を圧縮室から移送マニホルドに入れることを制御
する流出弁と、圧縮された装入物を移送マニホル
ドから動力室に入れることを制御する吸気弁と、
動力室からの排気の吐出しを制御する排気弁とを
有し、これらの弁は、空気装入物が移送マニホル
ド内部に持続されかつ点火が実質的に最大の圧縮
において開始できるよう装入圧力の認められる程
の降下なしに動力室中に導入されるように、動作
するように時間的に調整され、さらに、燃料を空
気装入物と混合させて可燃ガスを生ずる装置と、
可燃ガス点火の装置とを設けており、圧縮室と、
動力室の燃焼室とは、爆発した燃焼ガスが実質的
にその圧縮前の元の体積を超えて膨脹できるよう
に、動力室の排気容量に対して大きさを定められ
るようになつている。
A reciprocating internal combustion engine according to the invention comprises a compression chamber in which an air charge is compressed, a power chamber in which combustion gases are ignited and expanded; a transfer manifold that communicates the compression chamber with the power chamber and transfers the compressed charge into the power chamber; an inlet valve to control the admission of air into the chamber for compression; an outlet valve to control the admission of the compressed charge from the compression chamber to the transfer manifold; and an outlet valve to control the admission of compressed charge from the compression chamber to the transfer manifold. an intake valve that controls entry into the chamber;
and exhaust valves for controlling the discharge of exhaust gas from the power chamber, these valves having a charge pressure such that the air charge is sustained within the transfer manifold and ignition is initiated at substantially maximum compression. a device timed to operate such that the fuel is introduced into the power room without an appreciable drop in the fuel, and further for mixing the fuel with an air charge to produce a combustible gas;
It is equipped with a combustible gas ignition device, a compression chamber,
The combustion chamber of the power chamber is sized relative to the exhaust capacity of the power chamber so that the exploded combustion gases can expand substantially beyond their original volume before compression.

本発明の現存の内燃機関に勝る主な利点は次の
とおりである。火花点火機関に対しては圧縮比が
燃焼の異常な爆発の問題なしに増大できること、
火花点火と圧主点火の両機関に対しては膨脹比が
極めて大きいこと、及び両機関の燃焼室において
装入物の極めて著しい乱流が生ずることである。
The main advantages of the present invention over existing internal combustion engines are: For spark ignition engines, the compression ratio can be increased without the problem of abnormal combustion explosions;
For both spark-ignition and pressure-ignition engines, the expansion ratios are very high and there is very significant turbulence of the charge in the combustion chambers of both engines.

本発明による内燃機関において、圧縮比の高い
こと、膨脹工程の長いこと、及び装入物乱流の増
大は、すべての負荷における熱効率を増し、同時
にまた、清浄な排気を提供する。これらの特性は
クランク軸回転毎に生ずる余分の動力行程により
高められ(後述されるように、4シリンダ及び8
シリンダの構成では50パーセント増、3シリンダ
及び6シリンダの場合には33パーセント増)、し
たがつて高い圧縮比で運転すると、たとい装入物
重量が減じても、従来の同じ定格出力の機関と殆
ど同じ動力対重量の比が保証される。実験データ
によると、圧縮比の変動は機関の機械効率または
容積効率を認められる程に変えることはない。そ
れ故、圧縮比の増大から生ずる熱効率の増大は、
トルクまたは平均有効圧力(mep)の対応する増
大によつて明らかにされ、この動力の増大は実際
の効率増大に加えられる付加利得である。
In the internal combustion engine according to the invention, the high compression ratio, the long expansion stroke and the increased charge turbulence increase the thermal efficiency at all loads and at the same time also provide a clean exhaust gas. These characteristics are enhanced by the extra power stroke that occurs per crankshaft revolution (as described below, the 4-cylinder and 8-cylinder
50 percent more for cylinder configurations and 33 percent more for three- and six-cylinder configurations), so operating at higher compression ratios means that even though the charge weight is reduced, the Almost the same power to weight ratio is guaranteed. Experimental data indicates that variations in compression ratio do not appreciably change the mechanical or volumetric efficiency of the engine. Therefore, the increase in thermal efficiency resulting from an increase in compression ratio is
Manifested by a corresponding increase in torque or mean effective pressure (mep), this power increase is an additional gain on top of the actual efficiency increase.

次に図面参照の下に本発明の実施例について説
明する。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図に示された4シリンダ往復内燃機関は、
ガソリン、デイーゼル、ガスまたは混合二重燃料
のものであり、4つシリンダ2〜5をもち、この
中にそれぞれピストン6〜9が往復動できるよう
に配置されている。ピストン6〜9は従来から行
われるように連接棒11〜14によつてそれぞれ
共通のクランク軸10に連接されている。機関1
は、クランク軸10の1回転毎に3つの動力行程
を生ずるよう2行程サイクルで運転される。この
目的のため、1つのシリンダ5は圧縮室を構成
し、圧縮機として作用するので、シリンダ5が機
関の運転中大気圧の空気装入物またはその代わり
に、前以つて高い圧力に与圧された空気装入物を
吸込管15を経て流入制御弁aを通して吸込む。
機関運転中、空気装入物は関連のピストン9によ
り圧縮シリンダ5の内部で圧縮され、圧縮された
装入物は流出弁bから高圧の移送マニホルド16
の中に押しやられる。マニホルド16は、圧縮さ
れた装入物を分岐管17,18,19及び吸気弁
iにより3つの残りの(膨脹)シリンダ2,3,
4に分配するように作られて配置される。これら
シリンダ2〜4は動力室として働き、機関の動力
を生ずる。
The four-cylinder reciprocating internal combustion engine shown in FIG.
It is gasoline, diesel, gas, or mixed dual fuel, and has four cylinders 2 to 5, in which pistons 6 to 9 are arranged to reciprocate, respectively. The pistons 6-9 are connected to a common crankshaft 10 by means of connecting rods 11-14, respectively, as is conventional. Engine 1
is operated in a two-stroke cycle to produce three power strokes per revolution of crankshaft 10. For this purpose, one cylinder 5 constitutes a compression chamber and acts as a compressor, so that during operation of the engine the cylinder 5 is pre-pressurized to a high pressure with an air charge at atmospheric pressure or instead. The charged air charge is sucked in via the suction pipe 15 through the inlet control valve a.
During engine operation, the air charge is compressed inside the compression cylinder 5 by the associated piston 9, and the compressed charge is transferred from the outlet valve b to the high-pressure transfer manifold 16.
being pushed inside. The manifold 16 transfers the compressed charge to the three remaining (expansion) cylinders 2, 3,
It is made and arranged to be distributed into 4 parts. These cylinders 2 to 4 function as a power chamber and generate power for the engine.

各膨脹シリンダ2,3および4燃焼室の容積は
成るべくは、同じ圧縮比をもつ従来からの機関の
それのわずか3分の1の大きさにするのがよい。
これは、そうすれば各燃焼室の合計容積が圧縮ピ
ストンにより圧縮される装入物の体積を超えない
はずであるから、燃焼が起こる前にはガスの膨脹
が全く生じないという理由による。
The volume of each expansion cylinder 2, 3 and 4 combustion chamber is preferably only one-third as large as that of a conventional engine with the same compression ratio.
This is because the total volume of each combustion chamber should then not exceed the volume of the charge compressed by the compression piston, so that no expansion of the gas occurs before combustion occurs.

機関1はカム軸20をもち、この軸は、後述さ
れるように動力ピストンと圧縮ピストンの両方に
1回転毎に1つの作用行程を供給するようにクラ
ンク軸と同じ速度で駆動されるようになつてい
る。
The engine 1 has a camshaft 20 which is driven at the same speed as the crankshaft so as to provide one working stroke per revolution to both the power piston and the compression piston, as will be explained below. It's summery.

機関の運転は次のように行われる。 The engine is operated as follows.

各動力シリンダの吸気弁iは上死点前
(BTDC)(第5図参照)約40度で装入物が入り
始めるように時間的に調整され、また排気弁はほ
ぼ同じクランク角度で閉じるように時間調整され
る。移送マニホルド16中の圧縮された空気装入
物は、着火されるべきシリンダの燃焼室に認めら
れる程の圧力低下を生ずることなくかつ高速で入
り、その間に同時に燃料を注入してもよい。火花
点火の機関では、燃料は吸気弁を閉じた後に注入
できる。上死点前約10度で吸気弁は閉ざされ、燃
料は火花プラグか自動点火により点火される。し
たがつて、装入物は最大圧縮点において点火さ
れ、このガスは圧縮前の元の体積を超えて作用シ
リンダを押して膨脹する。
The intake valve i of each power cylinder is timed so that the charge begins to enter at approximately 40 degrees before top dead center (BTDC) (see Figure 5), and the exhaust valve is closed at approximately the same crank angle. The time will be adjusted. The compressed air charge in the transfer manifold 16 enters the combustion chamber of the cylinder to be ignited without an appreciable pressure drop and at high speed, while fuel may be simultaneously injected. In spark ignition engines, fuel can be injected after closing the intake valve. At about 10 degrees before top dead center, the intake valve closes and the fuel is ignited by a spark plug or automatic ignition. The charge is thus ignited at the point of maximum compression and the gas expands pushing the working cylinder beyond its original volume before compression.

吸気弁が約40度上死点前で開くとき、ピストン
はその排気行程の約90.5パーセントを終え、押し
のけ容積をわずか9.5パーセンと小さな燃焼室容
積を加えた容積がピストンによつて占められない
で残つている。空気装入物は上昇ピストンと同じ
ような速度を有し、装入物の膨脹は、ピストンが
上死点に到達する前には事実上生じない。前進す
るピストンは、吸気弁が閉じる時点、すなわち約
10上死点前に燃焼室容積より大きい装入物体積の
流入を防止する(燃焼室の圧力はマニホルド中の
圧力とつり合つている)。最大効率にするため上
死点の前で燃焼が開始される。この特定の構成
で、若し圧縮比が16:1であれば、膨脹比48:1
になる。それ故、ガスは圧縮前の元の体積の3倍
に膨脹する。代案として、圧縮シリンダ5の中で
圧縮の第1段階を行い、燃焼室の容積よりわずか
に大きい容積の装入物を膨脹シリンダ2,3,4
の中に受け入れ、次にこれらのシリンダの中で圧
縮の第2の段階を遂行できる。このとき、前記圧
縮比は単一の圧縮シリンダの合計押しのけ容積に
対する燃焼室の容積の比によつて定められる。
When the intake valve opens about 40 degrees before top dead center, the piston has completed about 90.5 percent of its exhaust stroke and only 9.5 percent of the displacement, plus the small combustion chamber volume, is unoccupied by the piston. It remains. The air charge has a similar velocity to the rising piston, and virtually no expansion of the charge occurs before the piston reaches top dead center. The advancing piston moves forward at the point when the intake valve closes, i.e. approximately
10 Prevent the inflow of a charge volume larger than the combustion chamber volume before top dead center (the pressure in the combustion chamber is balanced with the pressure in the manifold). Combustion begins before top dead center for maximum efficiency. In this particular configuration, if the compression ratio is 16:1, the expansion ratio is 48:1.
become. Therefore, the gas expands to three times its original volume before compression. Alternatively, the first stage of compression takes place in the compression cylinder 5 and the charge with a volume slightly larger than the volume of the combustion chamber is transferred to the expansion cylinders 2, 3, 4.
and then a second stage of compression can be performed within these cylinders. The compression ratio is then determined by the ratio of the volume of the combustion chamber to the total displacement of a single compression cylinder.

排気ガスは排気マニホルド21を経て吐出さ
れ、掃気は極めて能率的になるであろう。従来の
4.2リツトル8シリンダ自動車機関の場合、各ピ
ストンは排気行程においてシリンダ全容積の約
89.4パーセントを(排気する押しのけられた容積
対全容積)。本発明による機関では、同じような
掃気効率が得られる。例えば、吸気弁iが40度上
死点前で開き排気弁が40度上死点前で閉じれば、
ピストンの行程は90.54パーセント完了するであ
ろう。522.3c.c.(4.2リツトル機関も同じ)の押し
のけ容積を90.54パーセントは472.9c.c.である。こ
れを本発明の機関のシリンダ全容積で割れば、押
しのけられた(かつ掃気された)容積の87.8パー
セントになる。
The exhaust gases will be discharged via the exhaust manifold 21 and the scavenging will be very efficient. Traditional
In the case of a 4.2 liter 8 cylinder automobile engine, each piston takes up about the total cylinder volume on the exhaust stroke.
89.4% (displaced volume vs. total volume). Similar scavenging efficiencies are obtained with the engine according to the invention. For example, if intake valve i opens at 40 degrees before top dead center and exhaust valve closes at 40 degrees before top dead center, then
The piston stroke will be 90.54 percent complete. 90.54% displacement of 522.3cc (4.2 liter engine is the same) is 472.9cc. Dividing this by the total cylinder volume of the engine of the present invention yields 87.8 percent of the displaced (and scavenged) volume.

第12図において、第3図に示されると同じよ
うな機関構成が示され、同じ部品には同じ番号b
を付される。膨脹シリンダのピストン6bの頂に
付けた突出物150は、ピストンが排気行程で上
昇する際上死点前40度近いところで燃焼室151
の開口を閉じる。この構成は、上死点を過ぎても
排気弁を開いたままにすることにより、また燃え
たガスの全部を事実上排気させ同時に装入物即ち
吸気弁を通つて燃焼室に入つてくるものがシリン
ダ本体に入るのを防止することにより、排気の掃
除を容易にする。突出物150は第13図に示す
ように、燃焼室の開口の内側にある圧縮リング1
52をはめ込んでもよい。
In Figure 12, an engine configuration similar to that shown in Figure 3 is shown, and the same parts have the same numbers b.
is attached. A protrusion 150 attached to the top of the piston 6b of the expansion cylinder closes the combustion chamber 151 at a position close to 40 degrees before top dead center when the piston rises during the exhaust stroke.
Close the opening. This arrangement allows the exhaust valve to remain open past top dead center, thereby allowing virtually all of the burned gases to be exhausted while simultaneously entering the combustion chamber through the charge, i.e., the intake valve. This facilitates cleaning of the exhaust gas by preventing it from entering the cylinder body. The protrusion 150 is located inside the combustion chamber opening, as shown in FIG.
52 may be fitted.

第14図は、提案された弁タイミングの線図で
あり、本発明のすべての設計に対して改良された
掃気を行うために第12図に示した構成とともに
使用できる。この作動は次のとおりである。膨脹
シリンダ(第12図)において、排気弁は下死点
近くで開き、ピストン6bが上昇するにしたがつ
て、燃えたガスを排気弁e(図示されていない)
から絞り出し、約40度上死点前で吸気弁が開き、
殆ど同時に突出物150は燃焼室151の出口を
閉じて密封する。この時(40度上死点前)、ピス
トンはその掃気の90パーセントを完了しており、
それ故、残りの動程は僅か10パーセントである。
若しピストンの行程が10.16cm(4in)とすれば、
残りの行程量は1.016cm(10分の4in)になる。そ
れ故、ピストン上の突出物は、40度上死点前で吸
気弁が開いたとき燃焼室開口を封ずるのに高さが
僅か1.016cm(10分の4in)であればよい。第14
図に示すように、排気弁は上死点をかなりの度数
過ぎたところまで開いたままにできる。
FIG. 14 is a diagram of the proposed valve timing that can be used in conjunction with the configuration shown in FIG. 12 to provide improved scavenging for all designs of the present invention. This operation is as follows. In the expansion cylinder (Fig. 12), the exhaust valve opens near the bottom dead center, and as the piston 6b rises, the burned gas is discharged to the exhaust valve e (not shown).
The intake valve opens approximately 40 degrees before top dead center.
Almost simultaneously, protrusion 150 closes and seals the outlet of combustion chamber 151. At this point (40 degrees before top dead center), the piston has completed 90% of its scavenging.
Therefore, the remaining travel is only 10%.
If the stroke of the piston is 10.16cm (4in),
The remaining stroke will be 1.016cm (4/10in). Therefore, the protrusion on the piston only needs to be 1.016 cm (4/10 inch) high to seal the combustion chamber opening when the intake valve opens at 40 degrees before top dead center. 14th
As shown, the exhaust valve can remain open well past top dead center.

第14図に示した弁タイミング線図において、
40度上死点前でピストン6bの突出物150は燃
焼室開口151を閉じ、同時に新鮮な装入物が吸
込弁iに入り始める。ピストンは上昇し続けて遂
に機関頭部の面との隙間が実際上零になり、吐出
ガスの事実上すべてを追出す。クランクが40度回
転する間、吸気弁は開かれており、燃焼室151
とマニホルド16bとの圧力つり合いが生じる。
上死点前5−10度において、吸気弁は閉じ、燃料
が噴射されて最大効率を得るために最大圧縮時に
点火される。上死点の僅か後で排気弁eは閉じ
る。燃焼中のガスの圧力は先づピストンと弁との
頂部150を押して膨脹し、次いでシリンダ中に
入り、さらにクランク角度が上死点を40度過ぎた
後ピストン頂部全体を押して膨脹する。装入物は
膨脹行程の全長にわたつてピストンに向かつて膨
脹する。
In the valve timing diagram shown in FIG.
At 40 degrees before top dead center, the protrusion 150 of the piston 6b closes the combustion chamber opening 151 and at the same time fresh charge begins to enter the suction valve i. The piston continues to rise until it has virtually no clearance with the plane of the engine head, expelling virtually all of the discharged gas. While the crank rotates 40 degrees, the intake valve is open and the combustion chamber 151
A pressure balance occurs between the manifold 16b and the manifold 16b.
At 5-10 degrees before top dead center, the intake valve closes and fuel is injected and ignited at maximum compression for maximum efficiency. Shortly after top dead center, the exhaust valve e closes. The pressure of the gases being combusted first pushes against the top 150 of the piston and valve, expands, then enters the cylinder, and after the crank angle passes 40 degrees from top dead center, pushes the entire top of the piston and expands. The charge expands towards the piston over the entire length of the expansion stroke.

圧縮比は、単一の圧縮シリンダにより供給され
るすべての燃焼室の合計容積で、該圧縮シリンダ
の押しのけられた容積を割つて得られる。2リツ
トル4シリンダ機関の場合、圧縮比16:1に対し
て500c.c.を31.25c.c.で割ることになる。この機関の
燃焼室容積は、シリンダ当り10.4c.c.に、または3
つの着火シリンダに対して31.25c.c.にすぎない。
The compression ratio is obtained by dividing the displaced volume of a single compression cylinder by the total volume of all combustion chambers served by that compression cylinder. In the case of a 2 liter 4 cylinder engine, 500 c.c. is divided by 31.25 cc for a compression ratio of 16:1. The combustion chamber volume of this engine is 10.4 cc per cylinder, or 3
Only 31.25cc for one ignition cylinder.

吸気マニホルド16は高圧に耐えなければなら
ないけれども、これにより機関の重量を増すこと
はない、何となればそこを通る吸気装入物の体積
は、既に一部または好ましくは全部装入物が圧縮
されているので、従来の機関のマリホルド中を通
る体積の16分の1乃至8分の1より大になること
はないからである。このように装入物容積が小さ
いことにより、マニホルド内径は小さくてよい。
マニホルド16は、もつと重い装入物が膨脹シリ
ンダ2〜4を満たすために充分な速度をもつ程に
小さい必要があるが膨脹シリンダの1つを満たす
とき認められる程の圧力低下のないように充分な
容積をもつているものでなければならない。動力
シリンダへの吸気弁iが開くとき、燃焼室内の圧
力とマニホルド中の圧力とはつり合う。
Although the intake manifold 16 has to withstand high pressures, this does not increase the weight of the engine, since the volume of the intake charge passing through it is already partially or preferably completely compressed. This is because the volume is never larger than 1/16 to 1/8 of the volume passing through the malifold of a conventional engine. This small charge volume allows for a small internal manifold diameter.
The manifold 16 needs to be small enough to have sufficient velocity for the heavy charge to fill the expansion cylinders 2-4, but without appreciable pressure drop when filling one of the expansion cylinders. It must have sufficient volume. When the intake valve i to the power cylinder opens, the pressure in the combustion chamber and the pressure in the manifold balance.

燃焼室に導入する空気装入物の量が少ない場
合、吸気弁iは、割に小さく軽くすることができ
(ばねは軽いものを要する)、事実、容積効率を失
わずに弁を囲うこともできる。囲い板以外の切線
方向に装入を行う他の手段も用いることができ
る。
If the amount of air charge introduced into the combustion chamber is small, the intake valve i can be made relatively small and light (the springs need to be light) and, in fact, can be enclosed without losing volumetric efficiency. can. Other means of tangential charging other than shrouds may also be used.

吸気弁は僅かな時間だけ(角度にして30または
40度)開いているけれども、これは慣用のオツト
−サイクル機関吸気弁の通常開いている時間(ま
たはクランク角度)の約8分の1である。然し、
吸気弁を通る装入物の体積は、圧縮比を16:1と
仮定して、オツト−サイクル機関吸気弁を通る体
積の僅か48分の1(既に圧縮された通常の装入物
の3分の1)である。3または6シリンダ機関で
は、燃焼室に入る体積は従来慣用の機関の吸気弁
を通る体積の32分の1にすぎない。
The intake valve is closed only for a short time (30 degrees or
40 degrees), which is approximately one-eighth the time (or crank angle) that a conventional male-cycle engine intake valve is normally open. However,
The volume of charge passing through the intake valve is only 1/48th of the volume passing through the intake valve of an O-cycle engine (3/3 of the already compressed normal charge), assuming a compression ratio of 16:1. 1). In a three or six cylinder engine, the volume entering the combustion chamber is only 1/32 of the volume passing through the intake valve of a conventional engine.

燃料は膨脹シリンダ2〜4の各々にまたは個々
の入口孔に直接噴射される。燃料の量は燃料ポン
プの実効行程を変えることにより機関の運転状態
に比例させることができ、また、一定の圧力本管
から給送される燃料噴射ノズルの開時間を変えた
り、または、噴射ノズルを通る流量を変えること
により比例させることができる。
Fuel is injected directly into each of the expansion cylinders 2-4 or into individual inlet holes. The amount of fuel can be made proportional to the operating state of the engine by varying the effective stroke of the fuel pump, or by varying the opening time of the fuel injection nozzle fed from a constant pressure main, or can be made proportional by changing the flow rate through the.

代用として、圧縮シリンダ5の前に気化器を置
き、空気対燃料の比を化学量論的比の範囲内に維
持するのに使用してもよい。
Alternatively, a carburetor may be placed before the compression cylinder 5 and used to maintain the air-to-fuel ratio within stoichiometric ranges.

ガスまたは火花点火の型の場合、機関は、化学
量論的比を維持するに要する以上に多くの空気を
圧縮することによる無駄な仕事を防止するため、
ちよう形弁(図示されてない)によつて大気吸込
管15近くで絞られる。火花点火の場合の所要の
絞りを小さくするかまたはなくす手段は後述す
る。
In the case of gas or spark-ignited types, the engine avoids wasting work by compressing more air than is necessary to maintain the stoichiometric ratio.
It is throttled near the atmospheric suction pipe 15 by a bow valve (not shown). Means for reducing or eliminating the required throttling in the case of spark ignition will be discussed below.

圧縮点火の動作に関する限り、速度は代案とし
て燃料の割合のみで制御される。それ故、燃料対
空気の比の自動的制御は不要であり、絞り装置は
除かれる。
As far as compression ignition operation is concerned, the speed is alternatively controlled solely by the fuel proportion. Therefore, automatic control of the fuel-to-air ratio is not required and the throttling device is eliminated.

第2図は、圧縮シリンダ5に自動的一方弁を使
用する手段を示す。舌形弁30(流入)、31
(流出)が示されているが、滑り弁、スリーブ弁
などの他の型式の弁を使用することができる。
FIG. 2 shows a means of using an automatic one-way valve in the compression cylinder 5. Tongue-shaped valves 30 (inflow), 31
Although a (flow out) valve is shown, other types of valves such as slide valves, sleeve valves, etc. can be used.

第3,12図は、シリンダ2について動力シリ
ンダの吸気弁iを作動させる一つの手段を示す。
カム軸20の速度は、クランク軸10の速度と同
じにされ、第1図に示したクランク軸・スプロケ
ツト駆動装置23の歯車22によつてクランク軸
から駆動される。大きいカム24,24bは押し
棒25,25bと揺れ腕26,26bとを作動さ
せて吸気弁iを働かせ、弁は約40度上死点前で開
き約10度上死点前で閉じる。
3 and 12 show one means of actuating the power cylinder intake valve i for cylinder 2.
The speed of camshaft 20 is made equal to the speed of crankshaft 10 and is driven from the crankshaft by gear 22 of crankshaft and sprocket drive 23 shown in FIG. The large cams 24, 24b actuate push rods 25, 25b and swing arms 26, 26b to operate the intake valve i, which opens at about 40 degrees before top dead center and closes about 10 degrees before top dead center.

第4図は、カム27が押し棒28と揺れ腕29
を働かせて排気弁eを働かせる仕方を示し、弁は
第1の設計では大体下死点のところで開き40度−
35度上死点前で閉じる。この代案として、排気弁
は、所望により掃気をよくするため、第12,1
4図に示されるように、上死点を過ぎても開かれ
たままにしてもよい。
FIG. 4 shows that the cam 27 is connected to the push rod 28 and the swinging arm 29.
In the first design, the valve opens approximately at bottom dead center and opens at 40 degrees.
Close at 35 degrees before top dead center. As an alternative to this, the exhaust valves may be arranged in the 12th and 1st position for better scavenging if desired.
As shown in Figure 4, it may remain open past top dead center.

機関の始動を容易にするため、所望により、膨
脹シリンダへの吸気を一時阻止することにより急
速な圧縮量の増大を達成することができる(第7
図)。膨脹シリンダ2,3,4の吸気弁を非作動
にできる(この方法はいくつかあり公知である
が、その内のあるものは後述される)。例えば、
移送マニホルド16の各枝部に一方向阻止弁3
2,33,34(第7図)を置き、閉めることが
できよう。この代わりに、滑り弁を移送マニホル
ドとシリンダ入口孔との間に置いて、閉めてもよ
い。さらに、各膨脹ピストンと関連吸気弁との間
に一方向35,36,37を置いて機関マニホル
ドに空気を装入している間、各膨脹ピストンに大
気を拘束なしに引入れできるようにする。さらに
圧縮量の増大を迅速にするようにポンプで押し出
された空気をマニホルド16の中に向けるため
に、一方弁39をもつバイパス路38と阻止弁4
0を排気マニホルド21につけることがやろうと
思えばできるであろう。
To facilitate starting of the engine, if desired, a rapid increase in the amount of compression can be achieved by temporarily blocking air intake to the expansion cylinder.
figure). The intake valves of the expansion cylinders 2, 3, 4 can be deactivated (there are several known methods for this, some of which will be described below). for example,
One-way blocking valve 3 in each branch of transfer manifold 16
2, 33, 34 (Figure 7) and close it. Alternatively, a slide valve may be placed between the transfer manifold and the cylinder inlet hole and closed. In addition, one direction 35, 36, 37 is placed between each expansion piston and the associated intake valve to allow unrestrained drawing of atmospheric air to each expansion piston during charging of the engine manifold with air. . Furthermore, a bypass passage 38 with a one-way valve 39 and a check valve 4 are provided to direct the pumped air into the manifold 16 to quickly increase the amount of compression.
If you want to attach 0 to the exhaust manifold 21, you can do it.

早い始動を容易にする第2の手段は、圧縮空気
だめからシリンダに通じている弁を開くことであ
り、これにより、シリンダの瞬間的着火のため圧
縮空気を供給するか、または、後述のように、始
動のため機関をまわすのに利用できる。空気だめ
は、第11図について述べた空気圧縮機減速ブレ
ーキによりまたは他の任意の方法により空気を供
給されてもよい。
A second means of facilitating early starting is to open the valve leading from the compressed air reservoir to the cylinder, thereby supplying compressed air for instant ignition of the cylinder, or as described below. It can be used to turn the engine for starting. The air reservoir may be supplied with air by the air compressor deceleration brake described with respect to FIG. 11 or by any other method.

迅速に燃焼する能率的燃焼を生ずるためには、
各マニホルド枝管17,18,19中の圧縮空気
の速度は高くあるべきであり、燃焼室中の装入物
速度は音速にまで達することができる。シリンダ
径に対する入口孔の角度を調整することにより、
または囲まれた吸気弁を使うことによつて、燃焼
室中に激しい渦を作ることができる。
In order to produce efficient combustion that burns quickly,
The velocity of the compressed air in each manifold branch 17, 18, 19 should be high, and the charge velocity in the combustion chamber can reach the speed of sound. By adjusting the angle of the inlet hole relative to the cylinder diameter,
Alternatively, by using an enclosed intake valve, a strong vortex can be created in the combustion chamber.

この発生した乱流は、燃焼室を横切つて進む際
火焔前面において未然ガスと燃えたガスとを混合
することによつて燃焼を促進する。この特色だけ
で、NOXやHCの放出物を無視できる程にしかつ
事実上CO放出をなくすはずである。膨脹工程が
延びたために燃焼時間が長くなつたことは、さら
にHC放出物をほんのわずかな痕跡程度に下げる
はずである。
This generated turbulence promotes combustion by mixing green and burnt gases at the flame front as they travel across the combustion chamber. This feature alone should make NO x and HC emissions negligible and virtually eliminate CO emissions. The longer combustion time due to the extended expansion process should further reduce HC emissions to only a trace.

第8図に示される同じような4シリンダ機関4
2において、同じ部品な同じ番号にaを付加して
示され、掃気効率を改善するため膨脹シリンダ2
a,3a,4aの壁にそれぞれ、追加のシリンダ
中央の排気孔43,44,45を設ける。これら
の排気孔はピストン工程の最下点で関連のピスト
ン6a,7a,8aによりそれぞれ開かれる。排
気孔が開かれると、シリンダ中の圧力は多量の排
気ガスを大気に押出すことができる。
A similar four-cylinder engine 4 shown in FIG.
In 2, the same parts are shown with the same number with a suffix added, and in order to improve the scavenging efficiency, the expansion cylinder 2
Additional cylinder central exhaust holes 43, 44, 45 are provided in the walls of a, 3a, 4a, respectively. These exhaust holes are opened by the associated pistons 6a, 7a, 8a, respectively, at the lowest point of the piston stroke. When the exhaust hole is opened, the pressure in the cylinder can force a large amount of exhaust gas to the atmosphere.

この代わりに、クランク軸10aに一組の増速
歯車46を置いて掃気式送風機47を動かせるよ
うにかみ合わせ、排気孔43−45がそれぞれピ
ストン6a−8aによつて露出されるときこれら
孔の中に新鮮空気を吹き込ませることができる。
この構成においては、各動力シリンダ2a,3
a,4aの関連排気弁は孔43−45の開かれる
のと殆ど同時に開かれる。
Alternatively, a set of speed increasing gears 46 may be placed on the crankshaft 10a and engaged to move the scavenging blower 47, so that when the exhaust holes 43-45 are exposed by the respective pistons 6a-8a, can give you a breath of fresh air.
In this configuration, each power cylinder 2a, 3
The associated exhaust valves a, 4a are opened at about the same time as holes 43-45 are opened.

本発明では、排気弁は下死点前から約40−45度
上死点前まで開かれ、ピストン自身然えたガスを
90パーセントを排気弁から排気(掃気)する。そ
れ故、若し送風機系46−47が加えられると、
燃えたガスの若干を排気弁から追い出しかつ関連
ピストン行程により掃気されるガスの残り分を希
釈するために必要な新鮮空気の供給は極く少量で
よい。
In the present invention, the exhaust valve is opened from before bottom dead center to approximately 40-45 degrees before top dead center, and the piston itself releases the appropriate gas.
90% of the air is exhausted (scavenged) through the exhaust valve. Therefore, if blower system 46-47 is added,
Only a small supply of fresh air is required to displace some of the burnt gases from the exhaust valve and dilute the remainder of the gases scavenged by the associated piston stroke.

これらの構成は、低温の排気弁を提供すること
になり、排気弁をより早く閉じることができるよ
うにする。こうして、空気弁はより早く開けら
れ、膨脹シリンダは所望により装入物をさらに圧
縮するために利用できることが考えられる。例え
ば、圧縮は一部圧縮シリンダ5aの中で行われ、
その後僅かに大きい装入物はさらに膨脹シリンダ
2a−4aにより圧縮される。
These configurations will provide a cooler exhaust valve, allowing it to close sooner. It is thus envisaged that the air valve will be opened sooner and the expansion cylinder will be available for further compression of the charge if desired. For example, the compression takes place partly in the compression cylinder 5a,
The slightly larger charge is then further compressed by the expansion cylinders 2a-4a.

上記の4シリンダ機関のどちらのものでも上記
と別の構成では、機関の基本的動作は同じままに
しておきながら、単一の圧縮シリンダを複動(図
示してない)にすることができる。この場合、圧
縮シリンダは、所要の膨脹比次第で通常の装入物
体積の半分乃至3分の2で3つの動力シリンダに
供給する十分な体積に空気装入物を圧縮する。
In an alternative configuration of either of the four cylinder engines described above, the single compression cylinder can be made double acting (not shown) while the basic operation of the engine remains the same. In this case, the compression cylinder compresses the air charge to a volume sufficient to feed three power cylinders at half to two-thirds of the normal charge volume, depending on the required expansion ratio.

また、1つのシリンダが複動圧縮シリンダであ
る5シリンダ機関は4つの膨脹(動力)シリンダ
に供給し、これらのシリンダの燃焼室は従来の機
関の容積の半分にすることも考えられる。この構
成は回転当たり4動力行程を生じ、膨脹比は圧縮
比の2倍である。
It is also conceivable that a five-cylinder engine, one cylinder of which is a double-acting compression cylinder, feeds four expansion (power) cylinders, and the combustion chambers of these cylinders are half the volume of a conventional engine. This configuration produces four power strokes per revolution and the expansion ratio is twice the compression ratio.

さらに、8シリンダ往復機関では上記の4シリ
ンダ構造のどれかを二重にするか、またはその代
わりに3つの圧縮シリンダが5つの動力シリンダ
用の空気装入物を圧縮することができる。前者の
場合1回転当たり6つの動力行程が生じ、後者で
は5つの動力行程が生じる。後者の場合、燃焼室
は所望の膨脹比により通常の容積の50乃至60パセ
ーントのものになる。
Additionally, in an eight cylinder reciprocating engine any of the four cylinder configurations described above could be duplicated, or alternatively three compression cylinders could compress the air charge for the five power cylinders. In the former case, 6 power strokes occur per revolution, in the latter case 5 power strokes occur. In the latter case, the combustion chamber will be of 50 to 60 percent of its normal volume, depending on the desired expansion ratio.

上記の機関構造のどの場合にも、機関の燃料は
ガソリン、ガス、またはデイーゼルによることが
でき、または多種燃料機関として混成のもので運
転されるように機関を構成することもできる。ど
の場合でも、爆発する装入物の量は小さいので、
圧縮点火機関の構造を軽くでき、さらに、その運
転は一段と静かになる。
In any of the engine configurations described above, the fuel for the engine may be gasoline, gas, or diesel, or the engine may be configured to operate on a mixture as a multifuel engine. In all cases, the amount of charge that explodes is small, so
The structure of the compression ignition engine can be made lighter, and its operation becomes even quieter.

第9図について、図示される6シリンダ内燃機
関は、2つの圧縮シリンダ68,69と、4つの
膨脹(動力)シリンダ70,71,72,73
と、連接棒75−80により共通のクランク軸7
4にそれぞれ連接された関連ピストン103,1
04,105,106,107,108とを有す
る。
9, the illustrated six cylinder internal combustion engine has two compression cylinders 68, 69 and four expansion (power) cylinders 70, 71, 72, 73.
and a common crankshaft 7 by connecting rods 75-80.
Associated pistons 103, 1 respectively connected to 4
04, 105, 106, 107, 108.

この配置構造の機関の運転は、次の点で既述の
ものと同様である。即ち、大気圧のまたはさらに
高圧に与圧された空気が入口管81を通り流入制
御弁113,114を経て圧縮シリンダ68,6
9に供給され、この空気が出口弁84,85によ
り高圧移送マニホルド82の中に圧縮され、この
マニホルドは圧縮された装入物を吸気弁109−
112を介して膨脹シリンダ70−73に供給す
る。それ故、圧縮シリンダ68,69の各々が2
つの膨脹シリンダに供給することになる。
The operation of the engine with this arrangement is similar to that described above in the following respects. That is, air at atmospheric pressure or pressurized to a higher pressure passes through the inlet pipe 81, passes through the inflow control valves 113, 114, and enters the compression cylinders 68, 6.
9 and this air is compressed by outlet valves 84, 85 into a high pressure transfer manifold 82 which transfers the compressed charge to intake valves 109-
112 to the expansion cylinders 70-73. Therefore, each of the compression cylinders 68, 69 has 2
This will feed two expansion cylinders.

膨脹シリンダの燃焼室は成るべくは、同じよう
な圧縮比の従来の機関のシリンダの容積のたつた
半分に寸法を定められ、それ故、膨脹比は従来の
機関のそれの少くとも倍である。例えば、16:1
の圧縮比の場合、燃焼室は従来の機関の容積の約
4分の1(さらに高い比に圧縮される通常の装入
物の半分)になり、膨脹比は32:1になる。
The combustion chamber of the expansion cylinder is preferably dimensioned to just half the volume of the cylinder of a conventional engine with a similar compression ratio, so that the expansion ratio is at least twice that of a conventional engine. . For example, 16:1
For a compression ratio of , the combustion chamber will be about one-fourth the volume of a conventional engine (half of the normal charge compressed to an even higher ratio) and the expansion ratio will be 32:1.

各シリンダは、2サイクルシリンダであり、燃
えたガスをピストンの排気行程の間排気すること
によつて掃気される。したがつて、事実上空気は
掃気に使用されない。作用ピストンは排気マニホ
ルド83を経て排気ガスを排気しながら上昇し、
関連の吸気弁(109−112)は装入物が約40
度上死点前で流入し始めるように開いて関連の排
気弁(115−118)は約40度上死点前で閉じ
る。第12,14図に示され、第1図の機関の説
明の中で記載され優れた掃気系は、排気弁を上死
点を過ぎても開のままにさせ、しかも新入装入物
と排気ガスとの混合を生じない。吸気弁は、空気
装入物流れを既述のように極めて乱れた渦の中に
向けるような外囲いを片側にもつことができる。
燃料は吸気の進行中のときにまたは吸気弁が約10
度上死点前で閉ざされると直ぐに噴射される。吸
気弁が閉じると、装入物が火花プラグによりまた
は自動的に点火される。選択された実施例におけ
る流入空気装入物の体積は従来の機関の吸気弁を
通るものの32分の1にすぎないので、容積効率は
良くなる。このため膨脹シリンダ70−73の
各々は回転当たり1動力行程を与えられ、したが
つて1回転当たり全部で4動力行程が6シリンダ
機関により生じ、これは従来の4サイクル8シリ
ンダ機関の動力行程の数に等しい。
Each cylinder is a two-stroke cylinder and is scavenged by exhausting the burnt gases during the exhaust stroke of the piston. Therefore, virtually no air is used for scavenging. The working piston rises while exhausting exhaust gas through the exhaust manifold 83,
The related intake valves (109-112) have a charge of approximately 40
The associated exhaust valves (115-118) open to begin inflow at about 40 degrees before top dead center and close at about 40 degrees before top dead center. A good scavenging system, shown in Figures 12 and 14 and described in the description of the engine in Figure 1, will allow the exhaust valve to remain open past top dead center, while keeping the fresh charge and exhaust No mixing with gas occurs. The intake valve can have an envelope on one side that directs the air charge flow into a highly turbulent vortex as described above.
When the fuel is in progress or the intake valve is about 10
When it closes just before top dead center, it is immediately injected. When the intake valve closes, the charge is ignited by a spark plug or automatically. Volumetric efficiency is improved because the volume of the incoming air charge in selected embodiments is only 1/32nd that passing through the intake valve of a conventional engine. Each of the expansion cylinders 70-73 is thus given one power stroke per revolution, so a total of four power strokes per revolution are produced by a six-cylinder engine, which is greater than the power strokes of a conventional four-cycle eight-cylinder engine. equals number.

動力シリンダの弁は、第1,3,6図に示した
ようにまたは第12,14図中の装置に示したよ
うに作動できる。圧縮シリンダは第2図に示した
ように構成できる。成るべくはマニホルド82は
圧縮点火操作のため絶縁される。
The valves of the power cylinder can be operated as shown in FIGS. 1, 3, and 6 or as shown in the apparatus in FIGS. 12 and 14. The compression cylinder can be constructed as shown in FIG. Preferably manifold 82 is insulated for compression ignition operation.

空気装入物は圧縮シリンダ68,69により完
全に圧縮できるし、または、圧縮は一部圧縮シリ
ンダ68,69で行われ、次にさらに膨脹シリン
ダ70−73により圧縮されることも考えられ
る。
The air charge can be completely compressed by the compression cylinders 68, 69, or it is also conceivable that the compression takes place partly in the compression cylinders 68, 69 and then further compression in the expansion cylinders 70-73.

前記の6シリンダ機関と同じように運転される
構成になつている3シリンダ機関も考えられる。
この場合、圧縮された空気装入物を2つの膨脹シ
リンダに供給する1つの圧縮シリンダのが設けら
れ、したがつて4シリンダ4サイクル機関の円滑
さに等しい1回転毎に2つの動力行程を生ずる。
この配置は第1図に示したものと同じであるが、
1つ動力シリンダが取除かれ、焼成室の容積は理
想的には同じ圧縮比の従来の機関のそれの半分に
すぎない。第4,5図に示した設計の内または第
12,14図に示した2つ方式のいづれも掃気の
目的に使用できる。
A three-cylinder engine configured to operate in the same manner as the six-cylinder engine described above is also conceivable.
In this case, one compression cylinder is provided which supplies the compressed air charge to the two expansion cylinders, thus producing two power strokes per revolution equal to the smoothness of a four-cylinder four-stroke engine. .
This arrangement is the same as shown in Figure 1, but
One power cylinder is removed and the firing chamber volume is ideally only half that of a conventional engine with the same compression ratio. Either of the designs shown in Figures 4 and 5 or the two systems shown in Figures 12 and 14 can be used for scavenging purposes.

以下に示すように複数の圧縮シリンダをもつ本
発明のどの火花点火機関でも絞りを小くすること
を達成できる。吸気マニホルドの大気圧力が周囲
圧力より認められる程例えば半絞り近くに降下し
たときはいつでも、1つ以上の圧縮シリンダの出
口が締切弁により閉ざされる。この捕捉された装
入物を圧縮するときになされる仕事は、装入物が
ピストンの帰り行程でそのシリンダによつて正味
の誘導ポンプ作用を行われずに膨脹するので回収
される。
Small throttling can be achieved in any spark ignition engine of the invention with multiple compression cylinders as shown below. Whenever the atmospheric pressure in the intake manifold drops appreciably below ambient pressure, eg, near half-throttling, the outlet of one or more compression cylinders is closed by a shut-off valve. The work done in compressing this trapped charge is recovered as the charge expands on the return stroke of the piston without any net induced pumping action by its cylinder.

第1図に示した火花点火機関では、燃焼室への
燃料噴射を遅くして噴射された噴霧の中で焼成を
開始させることにより、絞りを完全になくすこと
ができる。ガスの激しい渦運動により、極めて希
薄な混合物の完全な燃焼が保証される。
In the spark ignition engine shown in FIG. 1, the throttle can be completely eliminated by slowing the injection of fuel into the combustion chamber and starting firing in the injected spray. The intense swirling motion of the gas ensures complete combustion of the extremely lean mixture.

絞ることによつて生ずるポンピング仕事は著し
く減じ、吸気マニホルド81の圧力はすべての出
力負荷で、特に、代表的な自動車運転中大抵の機
関の負荷が生ずる最大出力の3分の1のところ及
び無負荷運転を含む範囲に亘つて、殆ど一定のま
まである。この方法は4シリンダまたは3シリン
ダの構成を何倍にしても使用できる。
The pumping work produced by throttling is significantly reduced and the pressure in the intake manifold 81 is reduced at all power loads, especially at one-third of maximum power and at no power, which is where most engine loads occur during typical vehicle operation. It remains almost constant over a range including load operation. This method can be used with any number of 4 cylinder or 3 cylinder configurations.

第10図において、6シリンダ往復内機関が示
され、すべてのシリンダ86−91と関連のピス
トン119−124とは2サイクルで作動し、そ
れぞれ連接棒92−97を経て共通のクランク軸
98に動力を生ずるためすべてのシリンダが使用
される。
In FIG. 10, a six cylinder reciprocating internal engine is shown, with all cylinders 86-91 and associated pistons 119-124 operating in two cycles, each powered to a common crankshaft 98 via connecting rods 92-97. All cylinders are used to produce .

この機関の特徴は、燃えたガスの膨脹を一層長
く延ばしかつ最大の圧縮において始まる焼成で装
入物の乱流を一層大きくすることである。ガソリ
ン使用の場合、機関は通常よりもつと高い圧縮比
で運転できる。
A feature of this engine is to prolong the expansion of the burnt gases for a longer period of time and to increase the turbulence of the charge with the calcination starting at maximum compression. When using gasoline, the engine can run at a higher compression ratio than normal.

この2サイクル設計の場合、シリンダの掃気
は、掃気中空気装入物または燃料の事実上損失な
しに確実な排気により行われる。膨脹比が大きい
こと、圧縮比が高いこと、及び装入物乱流の大き
いことは、燃料効率の大きい機関を生じ、かつオ
ツト−サイクル機関よりも動力対重量の比を大き
くする。
In the case of this two-stroke design, scavenging of the cylinder is performed by reliable evacuation with virtually no loss of air charge or fuel during scavenging. The high expansion ratio, high compression ratio, and high charge turbulence result in a more fuel efficient engine and a higher power-to-weight ratio than an O-cycle engine.

この機関は4サイクル機関と大体同じ構造であ
るが、重要な差異もある。各シリンダの焼焼室は
成るべくは、所望の圧縮比に対してまた決定され
た膨脹比により通常の大きさの半分乃至3分の1
以下にされる。カム軸(図示されない)は、クラ
ンク軸の毎回転注中入口弁(125−130)と
排気弁(131−136)を一度開閉するためク
ランク軸と同じ速度でまわるようにかみ合わされ
る。圧縮は、空気装入物がシリンダの燃焼室に入
る前に1段階以上の段階で行われ、吸気マニホル
ドは高圧マニホルドた・め・となる。燃料噴射器は、
天然ガス、プロパンを除いて、燃焼室中に直接燃
料を噴射する。効率のよい高圧の空気圧縮機99
を空気吸込管15と作用シリンダとの間に配置す
る。
This engine is roughly the same in construction as the four-stroke engine, but there are important differences. The firing chamber of each cylinder is preferably one-half to one-third of its normal size for the desired compression ratio and depending on the expansion ratio determined.
be made below. A camshaft (not shown) is meshed to rotate at the same speed as the crankshaft to open and close the injection inlet valves (125-130) and exhaust valves (131-136) once each revolution of the crankshaft. Compression occurs in one or more stages before the air charge enters the combustion chamber of the cylinder, and the intake manifold becomes a high pressure manifold. The fuel injector is
Fuel is injected directly into the combustion chamber, except for natural gas and propane. Efficient high pressure air compressor 99
is arranged between the air suction pipe 15 and the working cylinder.

圧縮機99の代わりに、外部の圧縮空気源を使
うことも考えられ、したがつて機関は、燃料経済
をさらに大きくするために、用済みの圧縮空気で
運転できる。
Instead of the compressor 99, it is also conceivable to use an external source of compressed air, so that the engine can be operated on spent compressed air to further increase fuel economy.

圧力比(公称圧縮比)は、膨脹比に等しくなる
まで、または負荷需要に応じてより大きな動力を
得るための膨脹比に等しくなるか、それを超える
まで任意に大きくできる。これは、単に圧縮機の
速度を増すことにより達成できる。
The pressure ratio (nominal compression ratio) can be arbitrarily increased to equal or exceed the expansion ratio to obtain more power depending on load demand. This can be achieved by simply increasing the speed of the compressor.

この設計の成功に要する最も重要な要素の1つ
は、効率のよい運転に要する圧力及び空気装入物
の量の両方を生ずる圧縮機を提供することであ
り、かかる適当な圧縮機は本発明の範囲内にあ
る。3段階のラジアル圧縮が圧縮点火機関にとつ
て経済的かつ理想的であると考えられる。
One of the most important factors in the success of this design is to provide a compressor that produces both the pressure and air charge required for efficient operation, and such a suitable compressor is the subject of the present invention. is within the range of Three stages of radial compression are considered economical and ideal for compression ignition engines.

第10図に示した6シリンダ機関の動作及び機
能は次のとおりである。
The operation and function of the six-cylinder engine shown in FIG. 10 are as follows.

圧縮機99は空気を吸い込んでマニホルドた・め・
100の中に圧縮する。若し圧縮機圧力脈動が大
きければ、逆止め弁101を使用してもよい。マ
ニホルドた・め・100は、シリンダ86−91が順
次続いて装入される際全体の圧力に認められる程
の降下がないような容積を含む。クランクがまわ
されると、作用ピストンは約40度上死点前(第
5,14図の弁線図参照)に上昇し、ピストンが
シリンダの殆ど端まで移動したときガスは排出さ
れる。これにより、燃えたガスの90パーセントは
排気弁から(排気マニホルド137の中に)追い
出され、排気弁はピストンが排気行程を始める際
開く。そのときピストンが約40度上死点前にあ
る。このとき吸気弁が開いて、90%完了している
ピストンがその行程を続けるにしたがい、圧縮さ
れた空気装入物の一回分が弁(周囲を囲まれる)
を介して入る。燃料は同時に(または吸込弁が閉
ざされると直ぐに)噴射される。空気の圧力が高
いこと、流れの持続性、及び装入物体積の小さい
こと(従来の機関の吸気弁を通常通る体積の約32
分の1乃至48分の1)は、容積効率の高いことを
保証する。次いで吸気弁は約10度上死点前で閉
じ、混合物は点火される。このように、焼成は最
大圧縮において始るが、空気装入物は相当するオ
ツト−サイクル機関の膨脹の少くとも2〜3倍を
もつ。若し燃焼室が通常の容積の半分に作られる
と、膨脹比は圧縮比の2倍となり、通常の容積の
3分の1の燃焼室は膨脹比を3倍にする。もし圧
縮比が16:1であれば、膨脹比は32:1か48:1
かになる。所望ならば、第12,14図に示した
掃気方式を使用して掃気を改善することができ
る。この方式では、燃焼室の口は約40度上死点前
でふさがれ、排気弁は上死点を過ぎても間に保た
れ、吸気弁は焼成が阻止されたときに開かれる。
この方式は第1図の機関の説明の中でもつともよ
く述べてある。
Compressor 99 sucks air and connects it to the manifold.
Compress into 100. If the compressor pressure pulsations are large, a check valve 101 may be used. Manifold stock 100 includes a volume such that there is no appreciable drop in overall pressure as cylinders 86-91 are sequentially loaded. When the crank is turned, the working piston rises approximately 40 degrees before top dead center (see valve diagrams in Figures 5 and 14) and gas is exhausted when the piston has moved almost to the end of the cylinder. This forces 90 percent of the burned gases out of the exhaust valve (into the exhaust manifold 137), which opens as the piston begins its exhaust stroke. At that time, the piston is approximately 40 degrees before top dead center. The intake valve then opens and as the 90% completed piston continues its stroke, a dose of compressed air charge is delivered to the valve (surrounded by the valve).
Enter through. Fuel is injected at the same time (or as soon as the intake valve is closed). High air pressure, sustained flow, and small charge volume (approximately 32
(1:1 to 1:48) guarantees high volumetric efficiency. The intake valve then closes about 10 degrees before top dead center and the mixture is ignited. Thus, firing begins at maximum compression, but the air charge has at least 2 to 3 times the expansion of a corresponding O-cycle engine. If the combustion chamber is made to half its normal volume, the expansion ratio will be twice the compression ratio, and a combustion chamber of one-third the normal volume will triple the expansion ratio. If the compression ratio is 16:1, the expansion ratio is either 32:1 or 48:1.
It becomes something. If desired, scavenging can be improved using the scavenging schemes shown in FIGS. 12 and 14. In this system, the mouth of the combustion chamber is closed approximately 40 degrees before top dead center, the exhaust valve is held in between past top dead center, and the intake valve is opened when firing is prevented.
This method is best described in the explanation of the engine shown in Figure 1.

使用される空気装入物が減らされているけれど
も、使用される燃料の増分は対応して小さくなつ
ている。ガスがピストンを押してより遠くまで膨
脹すれば、ピストンになされる仕事はそれだけ多
くなり、燃焼が一層完全になり、排気ガスが一層
低温になる。従来のデイーゼル機関では、全負荷
で殆ど100パーセント過剰の空気が吸込まれるが、
乱流と時間がないため酸素と燃料との完全な混合
が妨妨げられる。本発明の機関では、既述のよう
に拘束空気が接線方向に入つてくるので、燃料・
空気装入物の完全な混合が得られ、これは、膨脹
の延長と相まつて完全な燃焼を生じ、かつ勿論空
気の密度を効果的と思われるレベルに増すことが
できる。
Although the air charge used is reduced, the increments of fuel used are correspondingly smaller. The farther the gas pushes against the piston and expands, the more work is done on the piston, the more complete the combustion, and the cooler the exhaust gases. Conventional diesel engines draw in almost 100 percent excess air at full load;
Turbulence and lack of time prevent complete mixing of oxygen and fuel. In the engine of the present invention, as described above, the restricted air enters in the tangential direction, so the fuel and
A thorough mixing of the air charge is obtained, which, together with extended expansion, results in complete combustion and, of course, allows the density of the air to be increased to a level deemed effective.

代案として、他の設計におけるように例えば
8:1の一段の圧縮を圧縮機99で行い、装入物
を受入れて膨脹シリンダ中でさらに圧縮すること
もできる。
Alternatively, a single stage compression, for example 8:1, can be performed in the compressor 99, as in other designs, and the charge can be received and further compressed in the expansion cylinder.

本発明による往復内燃機関が、単一の膨脹(動
力)シリンダに給気するのに使うため1つだけの
圧縮シリンダをもち、即ち、2シリンダ機関であ
ることも考えられる。この場合、膨脹シリンダは
圧縮シリンダより大きい容積をもつ。
It is also conceivable that the reciprocating internal combustion engine according to the invention has only one compression cylinder for use in supplying a single expansion (power) cylinder, ie it is a two-cylinder engine. In this case, the expansion cylinder has a larger volume than the compression cylinder.

本発明のガソリン機関において通常より高い圧
縮比を利用できるが、その理由は次のとおりであ
る。高温の燃焼シリンダの外部で圧縮される装入
物はそもそも低温であり(この低温の装入物を圧
縮するに要する動力は少くてすむ)、このためピ
ーク圧における最終ガスの温度は対応して低下す
る。装入物乱流がはげしいと、焔前面における燃
焼及び未燃焼のガスの混合を生じ、したがつて焔
速度を大いに増して圧力波が到着する前に焔前面
が最終ガスに達することができるようになる。燃
焼室が非常に小さいこと(通常の大きさの1/4乃
至1/6)は、点火プラグから最終ガスまでの焔通
路を非常に短くし、さらに、圧力波より早い焔前
面の到着を保証する。さらに、ガスの膨脹が大き
くなると最終ガスの領域にある排気弁の温度を下
げ、そのことは異常爆発の機会を減少させる。こ
れはまたピーク圧の温度を下げる。圧縮が燃焼シ
リンダの外で行われるので圧縮の開始とピーク圧
との間の公称時間はずつと少なく、このことは早
期ノツク状態が生ずるための滞留時間を小さくす
る。空気装入物は非常に急速な渦流を有するの
で、燃料の燃焼は噴射の進行と共に生じ、最終ガ
ス中に燃料を残すことはない。加えて、全装入物
は、例えば航空機による飛行中断着陸の間のよう
に最大の動力が必要とされるとき大きな過給昇圧
を得るため圧縮後冷却をうけることができる。
A higher compression ratio than usual can be utilized in the gasoline engine of the present invention for the following reasons. The charge that is compressed outside the hot combustion cylinder is inherently cooler (less power is required to compress this cooler charge), so the temperature of the final gas at peak pressure is correspondingly lower. descend. High charge turbulence causes mixing of burned and unburned gases at the flame front, thus greatly increasing the flame speed so that the flame front can reach the final gas before the pressure wave arrives. become. The very small size of the combustion chamber (1/4 to 1/6 of the normal size) allows for a very short flame path from the spark plug to the final gases, further ensuring that the flame front arrives earlier than the pressure wave. do. Furthermore, the greater expansion of the gas reduces the temperature of the exhaust valve in the region of the final gas, which reduces the chance of an abnormal explosion. This also lowers the peak pressure temperature. Since the compression takes place outside the combustion cylinder, the nominal time between the start of compression and peak pressure is less, which reduces the residence time for premature knock conditions to occur. Since the air charge has a very rapid swirl, combustion of the fuel occurs as the injection progresses, leaving no fuel in the final gas. In addition, the entire charge can be subjected to post-compression cooling to obtain a large boost when maximum power is required, such as during an aborted landing by an aircraft.

本機関では、燃料の滞留時間が早期点火が起る
のに要する時間より少いので、早点火は問題にな
らない。
Pre-ignition is not a problem in this engine because the fuel residence time is less than the time required for pre-ignition to occur.

この動作サイクルで運転される圧縮点火機関の
動力は、過給により大いに大きくすることができ
る。入口圧力は、理論的圧縮比が膨脹比が膨脹比
に等しくなるまで、僅かな昇圧から始めて昇圧で
きる。或る機関車は、12:1の圧縮比で48:1の
理論的圧縮比を生ずる3気圧の過給昇圧で運転さ
れる。圧縮点火機関においてNOX放出物を少く
するためには、高圧ブーストと共に中間冷却また
は後冷却が恐らく必要とされる。
The power of a compression ignition engine operated in this operating cycle can be greatly increased by supercharging. The inlet pressure can be increased starting from a small pressure increase until the theoretical compression ratio equals the expansion ratio. Some locomotives are operated with a boost pressure of 3 atmospheres, yielding a theoretical compression ratio of 48:1 at a compression ratio of 12:1. To reduce NOx emissions in compression ignition engines, intercooling or post-cooling is likely required along with high pressure boost.

火花点火機関の動力も、同様に入口空気圧力を
昇圧させることにより大いに増大できる。
The power of spark ignition engines can also be greatly increased by increasing the inlet air pressure as well.

本サイクルの特徴により異常な爆発なしに極め
て高い圧縮が提供されるけれども、圧縮比が膨脹
比に接近するにしたがつて後冷却が必要とされ
る。
Although the features of this cycle provide extremely high compression without abnormal explosions, post-cooling is required as the compression ratio approaches the expansion ratio.

本サイクルは、非常に軽い負荷にある圧縮点火
機関に使用されるときのような状態の下では、大
気圧より低い圧力に膨脹する燃焼ガスを生じる。
さらに、公称の圧縮比は、過給昇圧を増すことに
よりまたは膨脹シリンダの1つまたは多くを閉鎖
することにより膨脹比に等しくなるまで増大でき
る。この閉鎖は、燃料噴射器とを共に吸気弁、排
気弁を非作動にすることにより行われる。
This cycle produces combustion gases that expand to subatmospheric pressures under conditions such as those used in compression ignition engines at very light loads.
Additionally, the nominal compression ratio can be increased to equal the expansion ratio by increasing the boost pressure or by closing one or more of the expansion cylinders. This closure is accomplished by deactivating the intake and exhaust valves as well as the fuel injectors.

膨脹比が圧縮比の3倍である4シリンダ機関に
対し提案された方式では、1つの膨脹シリンダを
閉じて圧縮比を膨脹比の半分まで増大させること
ができる。若し軽負荷の下で排気弁における圧力
が依然として負であれば、第2の膨脹シリンダを
閉じて膨脹比に等しい圧縮比を生じさせることが
できる。8シリンダ機関では、圧縮比の微細な制
御のため一度に1つのシリンダを閉じることがで
きる。
In the proposed scheme for a four-cylinder engine with an expansion ratio three times the compression ratio, one expansion cylinder can be closed to increase the compression ratio to half the expansion ratio. If the pressure at the exhaust valve remains negative under light load, the second expansion cylinder can be closed to create a compression ratio equal to the expansion ratio. In an eight cylinder engine, one cylinder can be closed at a time for fine control of the compression ratio.

6シリンダ機関に対し提案された方式では、膨
脹比は圧縮比の2倍である。圧縮点火機関の非常
に軽い負荷の下で、1つの膨脹シリンダを閉じて
圧縮比を膨張比の3分の2に増すことができる。
圧縮比と膨脹比を等しくさせるには2つの膨脹シ
リンダを閉じる。この機関は極く僅かの燃料を使
うので後冷却は恐らく不要であろう、またマイル
当たりのNOX放出物は制限値を超えないであろ
う。
In the scheme proposed for a six-cylinder engine, the expansion ratio is twice the compression ratio. Under very light loads in a compression ignition engine, one expansion cylinder can be closed to increase the compression ratio to two-thirds of the expansion ratio.
To equalize the compression and expansion ratios, the two expansion cylinders are closed. Since this engine uses very little fuel, aftercooling would probably not be necessary, and NOx emissions per mile would not exceed limits.

シリンダのポペツト弁を非作動にするいくつか
の方式が既に公知である。1899ダイムラー
(Daimler)自動車機関は、このような方式を、
カム従車と弁押上げ棒との間から余分な部材を取
除くことによつて、提供した。これによつて、こ
のばね付き中間部材が解放されるまで、弁ばねが
弁を閉鎖状態に保持できた。
Several ways of deactivating cylinder poppet valves are already known. In 1899, the Daimler automobile engine introduced such a system.
This was provided by removing unnecessary members between the cam follower and the valve push-up rod. This allowed the valve spring to hold the valve closed until the spring loaded intermediate member was released.

弁制御の電子的方式は、イートン(Eaton)社
により製作され、いくつかの自動車機関に使用さ
れている。この方式は、弁を非作動にするため揺
れ腕ピボツト支えを外すことを可能にしている。
この系の提供する電子的制御装置は、排気マニホ
ルドの圧力を検知してこの圧力が大気圧にまたは
それ以下に低下するようなときに所要数の膨脹シ
リンダを取除くことができる。
An electronic method of valve control was produced by Eaton and is used in some automotive engines. This approach allows the swing arm pivot support to be removed to deactivate the valve.
The system provides an electronic controller that senses the pressure in the exhaust manifold and can remove the required number of expansion cylinders when this pressure drops to or below atmospheric pressure.

シリンダの弁を閉じるとき、圧縮のエネルギは
同じガスの膨脹中軸に戻される。閉じたシリンダ
中に含まれた若干のガスが漏れても、このガスの
圧力と周囲大気の圧旅とは互いに作用してエネル
ギの正味の損失のないようにするつり合い状態が
生じる。シリンダ閉鎖の間に「流れる仕事」はな
されない。
When the cylinder valve is closed, the energy of compression is returned to the expanding shaft of the same gas. Even if some gas contained in a closed cylinder escapes, the pressure of this gas and the pressure journey of the surrounding atmosphere interact to create a balance such that there is no net loss of energy. No "flow work" is done during cylinder closure.

または代りとして、ガスが大気圧より低い圧力
に膨脹する機関では、さらに次のように経済性が
得られる。第9図の感圧器102は排気マニホル
ド中に置かれて監視される。燃料の量は、常に排
気マニホルド中に僅かの正の圧力があるように調
節される。この系は特に、一定負荷で一定速度の
機関においてうまく作動する。
Or, alternatively, an engine in which the gas is expanded to a pressure below atmospheric pressure provides additional economies. The pressure sensor 102 of FIG. 9 is placed in the exhaust manifold and monitored. The amount of fuel is adjusted so that there is always a slight positive pressure in the exhaust manifold. This system works particularly well on constant load, constant speed engines.

第11図において、空気圧縮機減速ブレーキと
して作られた節約装置をこれまで述べた機関に使
用することにより附加的燃料節約が可能である。
示された6シリンダ機関は第9図に示した機関と
同様であり、同じ部品な同じ番号にaを付して示
される。この空気減速ブレーキは圧縮機138を
有し、これは車両の駆動軸に連結され、または機
関に歯車で結ばれてブレーキ中または下り坂を動
いている間発生したエネルギを貯えるものであ
り、このエネルギは移送マニホルド82aを経て
動力シリンダに圧縮された空気を供給するのに使
われる。このような節約装置は空気た・め・139に
接続されることができ、このた・め・の空気の圧力が
充分に高くて動力シリンダに使用される程である
間、機関の圧縮機はクラツチを外されるので、圧
縮機から圧縮仕事は要求されない。逃し弁140
は、空気た・め・における圧力の過度の増大を防止す
る。一方弁141は、た・め・139の圧力が移送マ
ニホルド82a内の圧力より高いときた・め・からの
空気を該マニホルドに移送させる。圧縮シリンダ
をもつ機関構造の場合、各圧縮シリンダは空気た・
め・の作動中流入弁を締切つて非作動にでき、した
がつてマニホルド−た・め・の圧力が作動レベル以下
に低下するまで圧縮機による正味仕事はなされな
い。シリンダ弁を非作動にするいくつかの方式は
公知であり、既に言及された。
In FIG. 11, additional fuel savings are possible by using an economizer constructed as an air compressor deceleration brake in the engine described above.
The six-cylinder engine shown is similar to the engine shown in FIG. 9, and like parts are designated by like numbers with the suffix a. The air reduction brake has a compressor 138 connected to the vehicle's drive shaft or geared to the engine to store energy generated during braking or downhill travel. Energy is used to supply compressed air to the power cylinders via transfer manifold 82a. Such an economizer can be connected to an air reservoir 139 so that while the pressure of the air in this reservoir is high enough to be used in the power cylinder, the engine's compressor is Since the clutch is disengaged, no compression work is required from the compressor. Relief valve 140
prevents excessive build-up of pressure in the air reservoir. One-way valve 141 allows air from the tank 139 to be transferred to the tank 139 when the pressure in the tank is higher than the pressure in the transfer manifold 82a. In the case of an engine structure with compression cylinders, each compression cylinder is
During operation of the manifold, the inlet valve can be shut off and inoperative so that no net work is done by the compressor until the pressure in the manifold falls below the operating level. Several ways of deactivating cylinder valves are known and have already been mentioned.

この空気た・め・の空気供給に基いて機関を作動さ
せることは、動力の増大のためまた燃料単位当り
の効率を大にするため機関の正味平均有効圧力
(NMEP)を改善する。
Operating the engine on this air supply improves the engine's net mean effective pressure (NMEP) for increased power and greater efficiency per unit of fuel.

この特色により特に重量輸送や坂道の多い地方
でエネルギー層の節約が生れる。例えば、100馬
力を出す機関は毎分5.77Kgの空気を使う。それ
故、若しブレーキの全エネルギが節約装置のた・め・
の中の圧縮された空気に貯えられるなら、圧縮さ
れた空気の10分、20分または30分もの供給分が、
停止中また降り坂を動く間に集まつて貯えられ
る。た・め・の圧力が効果的作動のために望ましいレ
ベルより低下するとき、ソレノイドが圧縮シリン
ダ弁を再び作動させ、これらの弁は(要すれば過
給機と共に)所要の空気装入物を圧縮し始める。
This feature results in energy savings, especially in heavy transport and in regions with many slopes. For example, an engine producing 100 horsepower uses 5.77 kg of air per minute. Therefore, if all the energy of the brake is consumed by the saving device,
A 10, 20 or even 30 minute supply of compressed air can be stored in
It is collected and stored while stopped and while moving downhill. When the pressure in the tank falls below the level desired for effective operation, the solenoids reactivate the compression cylinder valves and these valves (in conjunction with the turbocharger if necessary) deliver the required air charge. Start compressing.

この節約装置または代用の適当な型式の空気ポ
ンプは、望ましければ本発明のいづれの設計にお
いても過度のマニホルド圧力変動を防止するのに
も使用される。
This economizer or an alternative suitable type of air pump may also be used to prevent excessive manifold pressure fluctuations in either design of the present invention, if desired.

この空気た・め・を使えば、機関は始動のため圧縮
の構成を必要とせず、1つの吸気弁を開く程に軸
がまわれば直ぐに、圧縮された空気と燃料とは入
つて「瞬間的」始動のため点火される。さらに、
圧縮された空気は、大型デイーゼル機関では普通
なことであるようにシリンダ頭部の簡単な弁を開
くことにより機関を始動のためにまわすのに使用
され、したがつて始動モータの必要はなくなる。
If this air tank is used, the engine does not require a compression system to start, and as soon as the shaft turns enough to open one intake valve, the compressed air and fuel enter the engine instantly. ” is ignited for starting. moreover,
The compressed air is used to turn the engine for starting by opening a simple valve in the cylinder head, as is common in large diesel engines, thus eliminating the need for a starting motor.

機関のクランク回しを容易にする既述の装置に
さらに次のものが加えられ、この場合には、吸気
弁iまたはバイパス弁35,36,37が関連の
ピストンの降下全行程の間開のままにされ、その
後吸気弁などは閉じ、排気弁は閉じたままにさ
れ、次いでピストンの上昇行程が始まり、燃料を
加え(予め混合してなければ)、上昇行程完了の
近くで点火され、次の降下行程は動力行程とな
る。
In addition to the already described devices for facilitating cranking of the engine, the intake valve i or the bypass valve 35, 36, 37 remains open during the entire lowering stroke of the associated piston. then the intake valves etc. are closed, the exhaust valves are left closed, the piston begins its upstroke, fuel is added (if not premixed), and near the completion of the upstroke it is ignited, and the next The descent stroke becomes a power stroke.

之を要するに、本発明は内燃機関における燃焼
ガスから機械仕事をとり出す方法に関し、またこ
の方法を実施する往復内燃機関に関する。この方
法は、少くとも一部は機関の圧縮機で空気装入物
を圧縮する段階と、圧縮された装入物を、動力室
への移送と導入の間装入物圧力の認められる程の
降下のないように動力室に移送する段階と、所定
の量の燃料に可燃混合物を生じさせる段階と、該
混合物を動力室内部の実質的に最大の圧力におい
て点火させる段階と、燃焼ガスを動力室内で作動
自在のピストンに向けて圧縮前の元の体積をかな
り超えて膨脹させる段階とを含む。
In summary, the present invention relates to a method for extracting mechanical work from combustion gases in an internal combustion engine, and to a reciprocating internal combustion engine implementing this method. This method consists, at least in part, of compressing an air charge in an engine compressor and transferring and introducing the compressed charge into the power room at an acceptable level of charge pressure. transferring a predetermined amount of fuel to a power chamber without dripping; forming a combustible mixture in the predetermined amount of fuel; igniting the mixture at substantially maximum pressure inside the power chamber; and expanding the piston, which is operable within the chamber, significantly beyond its original volume prior to compression.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明による4シリンダ内燃機関のシ
リンダブロツクの斜視図、第2図は機関の圧縮シ
リンダの部分断面図、第3図は機関の吸気弁にお
ける部分断面図、第4図は排気弁における部分断
面図、第5図は機関の弁線図、第6図は滑り弁を
示す動力シリンダの断面図、第7図は急速圧縮の
構成用の同様の機関の平面概要図、第8図は変形
4シリンダ機関のシリンダブロツクの横断面図、
第9図は6シリンダ機関の横断面図、第10図は
別の圧縮機をもつ6シリンダ機関の横断面図、第
11図は節約装置をもつ6シリンダ機関の横断面
図、第12図はピストン頂に突出物をつけた吸込
弁をもつ動力シリンダの部分断面図、第13図は
第12図の突出物及び燃焼室の拡大図、第14図
は第12図の動力シリンダをもつ機関の弁線図で
ある。 1……内燃機関;2−5……シリンダ;6−9
……ピストン;11−14……連接棒;16……
移送マニホルド;20……カム軸;21……排気
マニホルド;26,29……揺れ腕;35−37
……一方弁;42……4シリンダ機関;43−4
5……排気孔;47……送風機;99……圧縮
機;101……逆止め弁;139……空気た・め・;
140……逃し弁。
FIG. 1 is a perspective view of a cylinder block of a four-cylinder internal combustion engine according to the present invention, FIG. 2 is a partial sectional view of the compression cylinder of the engine, FIG. 3 is a partial sectional view of the intake valve of the engine, and FIG. 4 is a partial sectional view of the exhaust valve. 5 is a valve diagram of the engine; FIG. 6 is a sectional view of the power cylinder showing the sliding valve; FIG. 7 is a schematic plan view of a similar engine for a rapid compression configuration; FIG. is a cross-sectional view of the cylinder block of a modified four-cylinder engine,
9 is a cross-sectional view of a six-cylinder engine, FIG. 10 is a cross-sectional view of a six-cylinder engine with a separate compressor, FIG. 11 is a cross-sectional view of a six-cylinder engine with an economizer, and FIG. Fig. 13 is an enlarged view of the protrusion and combustion chamber of Fig. 12, and Fig. 14 is a partial cross-sectional view of a power cylinder having an intake valve with a protrusion on the top of the piston. It is a valve diagram. 1... Internal combustion engine; 2-5... Cylinder; 6-9
... Piston; 11-14 ... Connecting rod; 16 ...
Transfer manifold; 20...camshaft; 21...exhaust manifold; 26, 29...swing arm; 35-37
...One-way valve; 42...4 cylinder engine; 43-4
5...Exhaust hole; 47...Blower; 99...Compressor; 101...Check valve; 139...Air tank;
140...Relief valve.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 燃焼ガスが点火されて膨脹する少なくとも一
つの2行程動力室と、各室の中で作動できるピス
トンと、空気装入物を圧縮する一つの圧縮機とを
もつ内燃機関における燃焼ガスから機械的仕事を
得る方法において、 空気装入物を前記一つの圧縮機で圧縮する工程
と、 圧縮された空気装入物を各前記動力室へ、前記
動力室のピストンが上死点に近づいて前記動力室
の全燃焼室体積が空気装入物の移送時点に圧縮機
から移送される空気装入物の体積にほぼ等しくな
つた時点で移送する工程と、 可燃混合物を作るために所定量の燃料を前記空
気装入物と混合させる工程と、 前記可燃混合物を前記動力室内で実質的に最大
の圧力までさらに圧縮する工程と、 前記可燃混合物を前記動力室内部で実質的に最
大の圧力において点火させる工程と、 燃焼ガスを前記動力室内の圧縮ガスが大気圧で
占める体積よりかなり大きくなるようにピストン
を押して膨脹させる工程と、 を特徴とする内燃機関における燃焼ガスから機械
的仕事を得る方法。 2 圧縮室に入る前に燃料を空気装入物と混ぜて
可燃混合物を作る特許請求の範囲第1項の方法。 3 圧縮室を出て後動力室に入る前に燃料を空気
装入物と混ぜて可燃混合物を作る特許請求の範囲
第1項記載の方法。 4 動力室内で燃料を空気装入物と混ぜて可燃混
合物を作る特許請求の範囲第1項記載の方法。 5 空気装入物を圧縮する圧縮室と、燃焼ガスが
点火されて膨脹する動力室と、各室の中で作動で
きるピストンであり、かつ各ピストンの往復動に
応じて共通のクランク軸をまわす連接リンク装置
により該クランク軸に連接されているピストン
と、前記圧縮室を前記動力室と連通させ、かつ中
を通つて被圧縮装入物が移送されて該動力室に入
るようになつている移送マニホルドと、圧縮のた
め前記圧縮室への空気の流入を制御する流入弁
と、圧縮された装入物の前記移送マニホルドへの
流入を制御する流出弁と、前記移送マニホルドか
ら前記動力室への圧縮された空気装入物の流入を
制御する吸気弁と、前記動力室からの排気の吐出
しを制御する排気弁とを有し、これらの弁は、空
気装入物が最初は前記移送マニホルドの内部に保
持され、次に吸気弁を前記動力室のピストンが上
死点近くにある時点で開き、前記排気弁を前記吸
気弁を開くのと大体同時又はより遅い時点に閉じ
ることによつて動力室に導入されるように時間的
に調整されており、さらに 可燃混合物を作るため燃料を空気装入物と混合
させる燃料混合装置と、 前記可燃混合物に点火する点火装置とを有し、 前記点火装置は、動力室のピストンが上死点に
近づいた時点で前記吸気弁が閉じた後に、動力室
のピストンが上死点直前に達したとき前記可燃混
合物に点火するように時間的に調整されており、 前記圧縮室と前記動力室中の燃焼室は、爆発し
た燃焼ガスが前記動力室内の圧縮ガスの大気圧で
占める体積より著しく大きく膨脹できるように前
記動力室の押しのけ容積に対する大きさを定めら
れていることを特徴とする往復内燃機関。 6 燃料を空気装入物と混合させる前記燃料混合
装置が前記圧縮室へ空気装入物を供給する空気通
路に接続されている特許請求の範囲第5項記載の
往復内燃機関。 7 燃料を空気装入物と混合させる前記燃料混合
装置が前記流出弁と前記吸気弁との間に接続され
ている特許請求の範囲第5項記載の往復内燃機
関。 8 燃料を空気装入物と混合させる前記燃料混合
装置が前記動力室に直接接続されている特許請求
の範囲第5項記載の往復内燃機関。 9 動力室と圧縮室とが、2つの別々のシリンダ
によつて提供され、各シリンダには往復動できる
ピストンが含まれ、前記圧縮シリンダの容積は前
記動力シリンダの容積より小さい特許請求の範囲
第5項記載の機関。 10 空気装入物を圧縮する圧縮室と、燃焼ガス
が点火されて膨脹する動力室と、各室の中で作動
でき、かつ各ピストンの往復動に応じて共通のク
ランク軸をまわす連接リンク装置により該クラン
ク軸に連接されているピストンと、前記圧縮室を
前記動力室と連通させ、かつ中を通つて被圧縮装
入物が移送されて該動力室に入るようになつてい
る移送マニホルドと、圧縮された空気装入物の前
記移送マニホルドへの流入を制御する流出弁と、
前記移送マニホルドから前記動力室への圧縮され
た空気装入物の流入を制御する吸気弁と、前記動
力室からの排気の吐出しを制御する排気弁とを有
し、これらの弁は、空気装入物が最初は前記移送
マニホルドの内部に保持され、次に前記動力室の
吸気弁を前記動力室のピストンが上死点近くにあ
る時点で開き、前記排気弁を前記動力室の吸気弁
を開くのと大体同時又はより遅い時点に閉じるこ
とによつて動力室に導入されるように時間的に調
整されており、 さらに可燃混合物を作るため燃料を空気装入物
と混合させる燃料混合装置と、 前記可燃混合物に点火する点火装置とを有し、 前記点火装置は、動力室のピストンが上死点に
近づいた時点で前記吸気弁が閉じた後に、動力室
のピストンが上死点直前に達したとき前記可燃混
合物に点火するように時間的に調整されており、 前記圧縮室と前記動力室中の燃焼室は、爆発し
た燃焼ガスが前記動力室内の圧縮ガスの大気圧で
占める体積より著しく大きく膨脹できるように前
記動力室の押しのけ容積に対する大きさを定めら
れており、さらに 空気ためと、前記空気ためを前記移送マニホル
ドと連通させるコネクタダクトと、前記空気のた
めと前記移送マニホルドとの間の空気の流れを制
御する装置とを備え、 前記空気ためは、駆動軸に接続されるか機関に
歯車結合された圧縮機によつて制動中または下り
坂を走つている間に発生したエネルギを貯えるこ
とができ、所望のときに前記移送ダクトから空気
を受けることができ、機関の運転に必要なときに
前記移送マニホルドへ空気を供給できることを特
徴とする往復内燃機関。 11 燃料を空気装入物と混合させる前記装置が
前記圧縮室へ空気装入物を供給する空気通路に接
続されている特許請求の範囲第10項記載の内燃
機関。 12 燃料を空気装入物と混合させる前記燃料混
合装置が前記流出弁と前記吸気弁との間に接続さ
れている特許請求の範囲第10項記載の内燃機
関。 13 燃料を空気装入物と混合させる前記燃料混
合装置が前記動力室に直接接続されている特許請
求の範囲第10項記載の内燃機関。
[Claims] 1. An internal combustion engine having at least one two-stroke power chamber in which combustion gases are ignited and expanded, a piston operable in each chamber, and a compressor for compressing an air charge. a method for obtaining mechanical work from combustion gases, comprising the steps of: compressing an air charge in said one compressor; a point at which the total combustion chamber volume of the power chamber is approximately equal to the volume of the air charge being transferred from the compressor at the time of the air charge transfer; further compressing the combustible mixture to a substantially maximum pressure within the power chamber; and substantially compressing the combustible mixture within the power chamber. igniting the combustion gas at maximum pressure; and expanding the combustion gas by pushing a piston to a volume considerably larger than the volume occupied by the compressed gas in the power chamber at atmospheric pressure. How to get a job. 2. The method of claim 1, wherein the fuel is mixed with an air charge to form a combustible mixture before entering the compression chamber. 3. A method as claimed in claim 1 in which the fuel is mixed with an air charge to form a combustible mixture before leaving the compression chamber and entering the rear power chamber. 4. The method of claim 1, wherein the fuel is mixed with an air charge in the power chamber to form a combustible mixture. 5 A compression chamber that compresses the air charge, a power chamber where combustion gas is ignited and expands, and a piston that can operate within each chamber, and that rotates a common crankshaft in response to the reciprocating motion of each piston. A piston connected to the crankshaft by an articulating linkage, and the compression chamber is in communication with the power chamber through which the compressed charge is transferred and enters the power chamber. a transfer manifold; an inlet valve for controlling the flow of air into the compression chamber for compression; an outlet valve for controlling the flow of compressed charge into the transfer manifold; and from the transfer manifold to the power chamber. an inlet valve for controlling the inflow of a compressed air charge from the power chamber, and an exhaust valve for controlling the discharge of exhaust air from the power chamber, the valves being arranged so that the air charge is initially is retained within a manifold and then opens the intake valve at a time when the power chamber piston is near top dead center and closes the exhaust valve at about the same time or later than opening the intake valve. a fuel mixing device for mixing the fuel with an air charge to form a combustible mixture; and an ignition device for igniting the combustible mixture. The ignition device is timed to ignite the combustible mixture when the power chamber piston reaches just before top dead center after the intake valve closes when the power chamber piston approaches top dead center. The compression chamber and the combustion chamber in the power chamber are sized relative to the displacement volume of the power chamber such that the exploding combustion gases can expand significantly more than the volume occupied at atmospheric pressure of the compressed gas in the power chamber. A reciprocating internal combustion engine characterized by a specified 6. A reciprocating internal combustion engine according to claim 5, wherein said fuel mixing device for mixing fuel with an air charge is connected to an air passage supplying an air charge to said compression chamber. 7. The reciprocating internal combustion engine of claim 5, wherein said fuel mixing device for mixing fuel with an air charge is connected between said outlet valve and said intake valve. 8. The reciprocating internal combustion engine of claim 5, wherein said fuel mixing device for mixing fuel with an air charge is connected directly to said power chamber. 9. The power chamber and the compression chamber are provided by two separate cylinders, each cylinder including a reciprocating piston, and the volume of the compression cylinder is smaller than the volume of the power cylinder. Institutions listed in Section 5. 10 A compression chamber that compresses the air charge, a power chamber where combustion gas is ignited and expanded, and an articulating linkage device that can operate within each chamber and rotates a common crankshaft in response to the reciprocating motion of each piston. a piston connected to the crankshaft by a transfer manifold communicating the compression chamber with the power chamber and through which a compressed charge is transferred into the power chamber; , an outlet valve controlling the flow of a compressed air charge into the transfer manifold;
an intake valve for controlling the flow of a compressed air charge from the transfer manifold into the power chamber, and an exhaust valve for controlling the discharge of exhaust air from the power chamber; A charge is initially held within the transfer manifold, and then the power chamber intake valve is opened at a time when the power chamber piston is near top dead center, and the exhaust valve is closed to the power chamber intake valve. a fuel mixing device timed to be introduced into the power chamber by closing at about the same time as opening or at a later time and further mixing the fuel with the air charge to create a combustible mixture; and an ignition device that ignites the combustible mixture, and the ignition device is configured to close the intake valve when the piston of the power chamber approaches top dead center, and then close the intake valve when the piston of the power chamber approaches top dead center. the combustion chambers in the compression chamber and the power chamber are timed to ignite the combustible mixture when a volume of the detonated combustion gases occupies the atmospheric pressure of the compressed gas in the power chamber; sized relative to the displacement of said power chamber for significantly greater expansion, and further comprising: an air reservoir and a connector duct communicating said air reservoir with said transfer manifold; a device for controlling the flow of air between A reciprocating internal combustion engine characterized in that it is capable of storing energy, receiving air from said transfer duct when desired, and supplying air to said transfer manifold when necessary for operation of the engine. 11. Internal combustion engine according to claim 10, wherein the device for mixing fuel with an air charge is connected to an air passage supplying an air charge to the compression chamber. 12. The internal combustion engine of claim 10, wherein said fuel mixing device for mixing fuel with an air charge is connected between said outlet valve and said intake valve. 13. The internal combustion engine of claim 10, wherein said fuel mixing device for mixing fuel with an air charge is connected directly to said power chamber.
JP1342682A 1981-02-02 1982-02-01 Internal combustion engine Granted JPS57181923A (en)

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US23075281A 1981-02-02 1981-02-02

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WO2003040530A2 (en) 2001-11-02 2003-05-15 Scuderi Group Llc Split four stroke engine
US6952923B2 (en) 2003-06-20 2005-10-11 Branyon David P Split-cycle four-stroke engine
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JPS50107304A (en) * 1974-02-04 1975-08-23
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