JPH05502707A - Reciprocating engine with pump cylinder and power cylinder - Google Patents
Reciprocating engine with pump cylinder and power cylinderInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 ポンプシリンダと動力シリンダを備えたレシプロエンジン〔技術分野〕 本発明はポンプシリンダ及び動力シリンダか2ストロークサイクルで動作するタ イプのレシプロ内燃エンジンに関する。[Detailed description of the invention] Reciprocating engine with pump cylinder and power cylinder [Technical field] The present invention provides a pump cylinder and a power cylinder that operate on a two-stroke cycle. Regarding reciprocating internal combustion engines.
このタイプのエンジンは、エンジン効率やエンジンの出力対重量比の改善を意図 した多数の先行技術中に開示されている。米国特許1,881,582が示す設 計においては、ポンプシリンダは、動力シリンダのサイクル速度の2倍の速度で 駆動され、動力シリンダの下部シリンダ壁に連絡しているトランスファポートを 介しティンテーク・スカベンジング・チャージを各動力シリンダに交互に供給す るようになっており、それゆえ、動力ビストンに連動させられている。この設計 は、掃気効率を最大限まで増大させることができ、クランクケース圧縮形2スト ロークエンジンに匹敵するものであるが、通常の2ストロークエンジンの基本的 な掃気効率の非効率性を含み、また通常の2ストロークエンジンの多くの効率問 題を有している。前記非効率性は、トランスファポートが下部シリンダ壁中へ開 放されていることからもたらされ、膨張に際して容積の減少を招き、この容積減 少は掃気段階の半分に使われてしまう。さらに、この設計は、下部シリンダ壁へ の移送ゆえに、バルブ制御の定容積形燃焼室であれば達成できる有意の効率ゲイ ンを達成できる可能性を持たない。 This type of engine is intended to improve engine efficiency or the power-to-weight ratio of the engine. It is disclosed in a large number of prior art. The design shown in U.S. Patent 1,881,582 In the meter, the pump cylinder is cycled at twice the cycle speed of the power cylinder. Transfer port that is driven and communicates with the lower cylinder wall of the power cylinder A through tintake scavenging charge is alternately supplied to each power cylinder. Therefore, it is linked to the power piston. This design can increase scavenging efficiency to the maximum, and the crankcase compression type 2-stroke Although it is comparable to a Roke engine, it has the basic characteristics of a normal 2-stroke engine. This includes the inefficiency of scavenging efficiency, and many efficiency problems of conventional two-stroke engines. has a problem. The inefficiency is due to the fact that the transfer port opens into the lower cylinder wall. This results from the fact that it is released and causes a decrease in volume upon expansion, and this decrease in volume The remaining amount is used for half of the scavenging stage. Additionally, this design allows the lower cylinder wall to Because of the transfer of There is no possibility of achieving this goal.
2ストロークサイクルで動作するポンプシリンダと動力シリンダを有し、前記の 好ましくない点の克服を意図した第2のタイプのエンジンの典形が、米国特許3 ,880,126及び4,458.635に開示されている。それらの設計は、 動力シリンダのヘッド部に開口しているバルブ制御のポートを介して吸気を移送 するポンプシリンダを備えている。It has a pump cylinder and a power cylinder that operate on a two-stroke cycle, and A second type of engine intended to overcome the disadvantages is exemplified by U.S. Pat. , 880,126 and 4,458.635. Their design is Transfers intake air through a valve-controlled port opening in the head of the power cylinder It is equipped with a pump cylinder.
米国特許3,880,126は、動力シリンダと常時連通している燃焼室を利用 しているが、前記燃焼室は、部品数が過度に多く、総合効率と出力は、主として 、その設計の要求する掃気経路の長さからもたらされる掃気効率の悪さにより厳 しく限定される。U.S. Patent 3,880,126 utilizes a combustion chamber in constant communication with the power cylinder. However, the combustion chamber has an excessively large number of parts, and the overall efficiency and output are mainly , due to poor scavenging efficiency caused by the length of the scavenging path required by the design. strictly limited.
この事実は、さらに、その設計の見掛けの出力対重量比を悪化させる。This fact further worsens the apparent power-to-weight ratio of the design.
米国特許4,458,635は、同様に前記の基本的非効率性と同様な非効率性 を生じる従来のスーパーチャージシステムに先行してバルブ制御の定容積燃焼室 を利用しており、掃気と燃焼の効率を増大させているので、総合効率も僅かに増 大している。その結果、平均出力対重量比だけは改善されたが、部品数が過大で あることは依然として大きな問題である。U.S. Pat. No. 4,458,635 similarly addresses the basic inefficiency described A valve-controlled constant-volume combustion chamber precedes a conventional supercharge system that produces This increases scavenging and combustion efficiency, resulting in a slight increase in overall efficiency. It's a big deal. As a result, the average power-to-weight ratio was improved, but the number of parts was too large. That is still a big problem.
典形的には英国特許2071210に示された別のエンジン設計は、シリンダ、 ポート、及びバルブ等を本発明のものに類似した位置としているが、動力シリン ダが4ストロークサイクルで動作するという点で、本発明の技術分野には属さな い。すなわち、このような4ストロークサイクルの場合にはポンプシリンダは、 スーパーチャージ装置としてのみ使用され、本発明において要求されるようなエ ンジンの制御のためには必要とされない。Another engine design, typically shown in British patent 2071210, uses a cylinder, Ports, valves, etc. are located similar to those of the present invention, but the power cylinder does not belong to the technical field of the present invention in that the motor operates on a four-stroke cycle. stomach. That is, in the case of such a four-stroke cycle, the pump cylinder is Used only as a supercharging device, and as required by the present invention. It is not required for engine control.
本発明は、前記すべての形のエンジンの熱効率と出力対重力比を有意に増大させ 、また本発明の分野に属する前記すべての形のエンジンの掃気効率を増大させ、 さらに前記第2の形のエンジンのために必要とされる部品数を減少させる、新規 な設計のエンジンを開示する。 The present invention significantly increases the thermal efficiency and power-to-gravity ratio of all types of engines. , increasing the scavenging efficiency of all types of engines mentioned above which also belong to the field of the invention; Further reducing the number of parts required for the second type of engine, a novel Discloses an engine with a unique design.
したがって、本発明の主たる目的は、その内部でポンプピストンが往復するポン プシリンダ1個、及びそれぞれの内部で動力ビストンが往復運動する動力シリン ダ2個を有するユニットを1個または複数有するエンジンを開示することである 。Therefore, the main object of the present invention is to provide a pump in which the pump piston reciprocates. A power cylinder with one cylinder and a power piston reciprocating inside each cylinder. An object of the present invention is to disclose an engine having one or more units having two units. .
前記シリンダは、すべて2ストロークサイクルで動作し、ポンプピストンは、周 期的駆動手段により動力ビストンの2倍のサイクルで往復運動し、連続したポン ピングサイクルによる吸気は、ポンプシリンダのヘッド部分と各動力シリンダの ヘット部分を連絡させるトランスファポートを介して各動力シリンダに交互に移 送される。前記各トランスファポートは、開放光である動力シリンダと各トラン スファポートの連絡を随時的に制御する切換バルブにより制御されて前記各シリ ンダに連絡している。The cylinders all operate in a two-stroke cycle, and the pump pistons A mechanical drive means allows the piston to reciprocate at twice the cycle of the power piston, resulting in continuous pumping. Intake by ping cycle is carried out between the head of the pump cylinder and each power cylinder. It is transferred alternately to each power cylinder via a transfer port that connects the head part. sent. Each transfer port has a power cylinder and each transfer port that are open lights. Each of the above series is controlled by a switching valve that controls the connection of the Spha port as needed. I am contacting Linda.
ポンプシリンダは、そのヘッドを貫通しており吸気バルブで制御される吸気ポー トを介して、少なくとも吸気の大部分を減容ストロークに先立つ増容ストローク においてその内部に吸入し、このポンプシリンダによる連続サイクル吸気は、前 記の切換バルブで随時的に制御されたトランスファポートを介して、各動カシリ ンダ乃及び動力シリンダの燃焼室に、交互に移送される。The pump cylinder has an intake port that runs through its head and is controlled by an intake valve. The volume expansion stroke that precedes the volume reduction stroke The continuous cycle intake by this pump cylinder is Each movable cylinder is connected to the The fuel is alternately transferred to the engine and the combustion chamber of the power cylinder.
吸気は、燃焼に使われる空気の少なくとも60%であり、一方ヘッドセクション (ピストンの上端より上方の空間;行程容積)はシリンダ壁の上部(シリンダヘ ッド)を含み得るし、そこ(シリンダヘッド)はシリンダ容積(行程容積)の3 分の1以下である。The intake air is at least 60% of the air used for combustion, while the head section (space above the top of the piston; stroke volume) The cylinder head can contain 3 of the cylinder volume (stroke volume). It is less than one-fold.
動力メインシャフトは、各動力ビストンを相互に1ストロークずらして同期乃至 はぼ同期させて往復動させ、一方ポンプメインシャフトは、前記の速度でポンプ ピストンを往復動させる。The power main shaft is synchronized or synchronized by shifting each power piston by one stroke from each other. The pump main shaft moves back and forth in a synchronized manner while the pump main shaft pumps at said speed. Move the piston back and forth.
また、バルブ制御の排気ポートが、ヘッド部分において各動力シリンダに設けら れており、燃焼ガスを動力シリンダから排気させる。Additionally, a valve-controlled exhaust port is provided for each power cylinder in the head section. is used to exhaust combustion gases from the power cylinder.
各燃焼室は、それぞれの動力シリンダと常に連絡させることもできるし、または 、燃焼のための時間の少なくとも一部分について定容積燃焼となるようにタイミ ング調整された二次バルブによる制御に基づいてそれぞれの動力シリンダと連絡 させることもできる。以上及び以下のすべての場合において、特定の動力シリン ダのトランスファバルブの開放は、その動力シリンダへの開放を意味する。Each combustion chamber can be in constant communication with its respective power cylinder, or , timed to provide constant volume combustion for at least a portion of the time for combustion. communication with each power cylinder based on control by a regulated secondary valve. You can also do it. In all of the above and below cases, the specified power cylinder Opening of the transfer valve of the cylinder means its opening to the power cylinder.
好ましくは、ユニットのポンプピストンは、当該ユニットの各動力シリンダから 等距離であり、そして、このポンプピストンは、動力ビストンのメインシャフト または出力シャフトにより駆動され、吸入された吸気乃至吸入されつつある吸気 を動力シリンダへ移送するが、この吸気の移送は、動力ビストンが上死点に至る 工程の少なくとも60%について行なわれる。さらに、動力シリンダ中で燃焼が 開始される前に各トランスファバルブが閉じることが好ましく、前記エンジンの 効率的な動作を可能にする好ましいバルブ制御タイミングについても開示される 。Preferably, the pump piston of the unit is connected from each power cylinder of the unit. and this pump piston is equidistant from the main shaft of the power piston Or driven by the output shaft, the intake air that is being drawn in or the intake air that is being drawn in is transferred to the power cylinder, but this transfer of intake air causes the power piston to reach top dead center. This is done for at least 60% of the steps. Additionally, combustion occurs in the power cylinder. Preferably, each transfer valve is closed before the engine is started. Preferred valve control timing that enables efficient operation is also disclosed. .
本発明の別の目的は、上記で説明したエンジンを、下記の様々な改善を加えるこ とによってさらに改良することである。すなわち、ポンプシリンダメインシャフ トを動力シリンダメインシャフトの上部に同軸方向で置くこと、及び/または、 ポンプシリンダメインシャフト上もしくは動力シリンダ間の動力シリンダメイン シャフト上に設は乃至配置される手段により駆動されるバルブの連続作動手段も しくはその他の補助装置を設けること、そしてこれらによりユニット及びエンジ ンの簡素化を達成すること、及び、過渡的動作条件下において効率的な動作を行 うことができるように排気バルブの閉鎖時間を変動させるために、少なくとも排 気バルブの閉鎖タイミングを変動させる可変タイミングバルブ機構を導入するこ と。移送バルブと二次バルブがポペット形バルブであり、移送バルブと二次バル ブの好ましい配置及び好ましい制御タイミングを持つ、前記各燃焼室タイプの望 ましい燃焼室の設計を提供することも、本発明の別の目的である。本発明のまた 別の目的は、より優れたV形構成とターボチャージ設計を有する新規なエンジン を提供することであり、また、エンジンのチャージ効果を改善するためにクラン クケースでの圧縮を利用するポンプシリンダを有するエンジンを提供することも 本発明の別の目的である。Another object of the invention is to improve the engine described above with the following various improvements: The objective is to further improve the results. i.e. pump cylinder main shaft coaxially on top of the power cylinder main shaft; and/or Power cylinder main on pump cylinder main shaft or between power cylinders Continuous actuation means for valves driven by means provided or arranged on the shaft. or other auxiliary equipment, and that these to achieve operational simplicity and efficient operation under transient operating conditions. To vary the closing time of the exhaust valve, at least Introducing a variable timing valve mechanism that changes the closing timing of the air valve. and. The transfer valve and the secondary valve are poppet-type valves, and the transfer valve and the secondary valve are poppet-type valves. The desired configuration of each combustion chamber type, with preferred arrangement of the valves and preferred control timing. It is another object of the present invention to provide a desirable combustion chamber design. The present invention also Another objective is to develop a new engine with a better V-configuration and turbocharged design. It also provides a clamp to improve the engine charging effect. It is also possible to provide an engine with a pump cylinder that utilizes compression in the engine case. Another object of the invention.
第1図は、インライン形シングルユニットである好ましい設計の平面図であり、 ユニットのシリンダ、ポート、燃焼室及びバルブ開放位置を示す。 FIG. 1 is a plan view of the preferred design, which is an in-line single unit; Shows cylinder, port, combustion chamber and valve opening positions of the unit.
第2図は、第1図のA−A線に沿って描かれた断面図であるが、ピストンクラン クシャフト機構の周囲と下部クランクケースは削除されている。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A in FIG. The area around the crankshaft mechanism and the lower crankcase have been removed.
第3図は、動力シリンダクランクの角度で示された、好ましい設計のバルブ制御 ダイアグラムであり、線はバルブの開放時間を示し、そこに示されたTDC位置 は第1動カビストンのTDC位置である。Figure 3 shows the preferred design valve control shown in power cylinder crank angle. is a diagram in which the line indicates the opening time of the valve and the TDC position indicated therein. is the TDC position of the first dynamic caviston.
第4図は、2個のユニットを有するV形であり、ターボチャージ及びポンプシリ ンダのクランクケース圧縮を利用する代替設計を示す。一方のユニットすなわち シリンダのバンクは側面図として示されており、他方のユニットは第5図のB− B線に沿う断面図として示されているが、ピストンクランクシャフト機構の周囲 は除かれ、隠された詳細か部分的に示され、下部動力クランクケースと下部RH 側ポンプシリンダクランクケースは削除されている。Figure 4 shows a V-type with two units, a turbocharger and a pump series. An alternative design is shown that utilizes engine crankcase compression. One unit i.e. The bank of cylinders is shown in side view and the other unit is shown in FIG. Although shown as a cross-sectional view along line B, the circumference of the piston crankshaft mechanism removed, hidden details or partially shown, lower power crankcase and lower RH The side pump cylinder crankcase has been removed.
第5図は、第4図の断面ユニットの平面図であり、そのユニットのシリンダ、孔 、燃焼室及びバルブ開放位置を示す。FIG. 5 is a plan view of the cross-sectional unit of FIG. 4, showing the cylinders and holes of the unit. , indicating the combustion chamber and valve opening position.
第6図は、第4図及び第5図に示された代替設計のバルブ調時ダイアグラムであ り、第3図についての上記の説明と同じ表現を使用している。FIG. 6 is a valve timing diagram for the alternative design shown in FIGS. 4 and 5. 3, using the same expressions as in the above description of FIG.
第7図は、代替V形構成の端面図であり、代替V形構成のシリンダとクランクシ ャフト位置を示す。FIG. 7 is an end view of an alternative V-configuration; the cylinder and crankshaft of the alternative V-configuration; Indicates shaft position.
本発明を実行するためのすべてのモードを見るに、各ユニットには、内部でポン プピストン16が往復運動するポンプシリンダ5、及びそれぞれの内部で往復運 動する第1及び第2の動力ビストン13.14を有する動力シリンダ3.4を備 える。 To see all the modes of running the invention, each unit has an internal pump. The pump cylinder 5 in which the pump piston 16 reciprocates, and the reciprocating movement inside each It comprises a power cylinder 3.4 having moving first and second power pistons 13.14. I can do it.
一つのユニットのすべてのシリンダは、平行な軸及び共通ブロック18及び共通 ヘッド19を共用しており、一方、ポンプシリンダは各動力シリンダから均等に 隔たっている。All cylinders of one unit have parallel axes and a common block 18 and a common The head 19 is shared, while the pump cylinders are distributed equally from each power cylinder. Separated.
ポンプクランクシャフト2及びポンプコンロッド17は、ポンプピストン16を 往復運動させ、動力クランクシャフトl及び動力コンロッドI5は、動力ビスト ンを往復運動させる。各クランクシャフトは、回転のための支持手段により支持 されており、−方、図面に示されていないジャーナル手段は、コンロッドのクラ ンタンヤフトピボット軸受における旋回動及びコンロッドのピストンピボット軸 受における旋回動を与える。The pump crankshaft 2 and the pump connecting rod 17 connect the pump piston 16 The power crankshaft l and the power connecting rod I5 are made to reciprocate make a reciprocating motion. Each crankshaft is supported by support means for rotation - On the other hand, the journal means not shown in the drawings are connected to the connecting rod clamp. Piston pivot axis of connecting rod and pivot movement in Ntanyaft pivot bearing Gives turning motion at the receiver.
各ポンプクランクシャフト2に固定されたポンプ駆動ギア7は、動力クランクシ ャフト1に固定された動力クランクシャフトギア6と連動してこのクランクシャ フトギア6によって駆動され、その直径はクランクシャフトギア6の直径の半分 である。したがって、このギア配列は、ポンプピストン16が動力ビストンの速 度の2倍の速度で周期的に往復運動することができるようにする。A pump drive gear 7 fixed to each pump crankshaft 2 is a power crankshaft. This crankshaft operates in conjunction with the power crankshaft gear 6 fixed to the shaft 1. It is driven by the crankshaft gear 6, whose diameter is half the diameter of the crankshaft gear 6. It is. Therefore, this gear arrangement allows the pump piston 16 to speed up the power piston. To enable periodic reciprocating motion at twice the speed of 100 degrees.
一つのユニットの動力ビストンの相互の位相関係は、動力クランクシャフトの回 転角(クランクアングル:以下、CAという)で180°となるようにされてい る。The mutual phase relationship of the power pistons in one unit is determined by the rotation of the power crankshaft. The crank angle (hereinafter referred to as CA) is set to 180°. Ru.
第1及び第2トランスフアポート21.24は、ポンプシリンダと常に連絡して いる。The first and second transfer ports 21.24 are in constant communication with the pump cylinder. There is.
本発明のすべてのモードを実行するためのクランクシャフトは単体形であり、ま たすべてのコンロッドは、2ピース形であって、クランクシャフトの周囲を旋回 動させるためにその下側においてボルト締めされている。The crankshaft for carrying out all modes of the invention is unitary and All connecting rods are two-piece and pivot around the crankshaft. It is bolted on its underside for movement.
もちろん、本発明を実行するためのすべての方法には、エンジンの効率的な動作 のために要求される、図示または言及されないすへての部品と補助部品が含まれ 、一方、冷却水の通路は図2及び4の壁の断面内に示されているが、番号の混乱 を減少させるため、番号は付されていない。さらに、第1及び第2の動力シリン ダの各部品は、それぞれ、前記第1及び第2の部品として言及される、または、 説明がなされる動力シリンダのそれぞれの部品として言及される。Of course, all methods of carrying out the invention include efficient operation of the engine. Includes all parts and auxiliary parts not shown or mentioned required for , while the cooling water passages are shown in the wall cross-sections of Figures 2 and 4, but there is confusion in the numbering. They are not numbered to reduce the number. Furthermore, the first and second power cylinders each part of the da is referred to as said first and second part, respectively, or Reference will be made to each part of the power cylinder that will be described.
図1〜3に示すのは、本発明を自然吸気式のインライン形のエンジンに適用した 場合の実施例であり、ポンプシリンダ5は、第1及び第2動カンリンダ3.4の 中間に配置される。ポンプクランクシャフト2は、エンジンブロック18のポン プクランクシャフトキャップ38によって定位置に保持される。一方、動力クラ ンクシャフト1は、図2には示されていない下部クランクケースによって定位置 に保持される。動力ビストン13.14に対するポンプピストン16の位相は、 ポンプピストンを各動力シリンダのピストンの動作に合わせて動作させる特別な ポンプシリンダサイクルによって吸気を行うために、動力ビストンの上死点の手 前、動力CA40°で上死点に至るようになっている。 Figures 1 to 3 show the present invention applied to a naturally aspirated inline engine. This is an embodiment in which the pump cylinder 5 is connected to the first and second moving cylinders 3.4. placed in the middle. The pump crankshaft 2 is connected to the pump of the engine block 18. is held in place by a crankshaft cap 38. On the other hand, the power The crankshaft 1 is held in place by the lower crankcase, not shown in FIG. is maintained. The phase of the pump piston 16 relative to the power piston 13.14 is: A special system that allows the pump piston to move in synchronization with the movement of the piston in each power cylinder. Hand at top dead center of power piston to perform intake by pump cylinder cycle In the front, the top dead center is reached at a power CA of 40°.
この好ましい設計において、すべての吸気バルブ、移送バルブおよび排気バルブ はポペット形バルブである。In this preferred design, all intake, transfer and exhaust valves is a poppet type valve.
第1および第2燃焼室22.25はそれぞれの動力シリンダと常時連絡を保持し 、燃焼室内の可燃性混合気を点火させるスパークプラグ35が、それぞれの燃焼 室に実装される。The first and second combustion chambers 22.25 maintain constant communication with their respective power cylinders. , a spark plug 35 that ignites the combustible mixture in the combustion chamber, implemented in the room.
燃料噴射手段36は各移送ポート中に実装され、吸気が動力シリンダ内に移送さ れるとき、所定量の燃料を移送ポート中に噴射する。A fuel injection means 36 is implemented in each transfer port to transfer intake air into the power cylinder. When the transfer port is loaded, a predetermined amount of fuel is injected into the transfer port.
第1移送バルブ8は、第1移送ポート21と第1動カシリンダ3との間の連絡の タイミングを調節し、一方、第2移送バルブ10は第2移送ポート24と第2動 カシリンダ4との間の連絡のタイミングを調節する。The first transfer valve 8 provides communication between the first transfer port 21 and the first movable cylinder 3. while the second transfer valve 10 is connected to the second transfer port 24 and the second The timing of communication with the cylinder 4 is adjusted.
2個の吸気バルブ12.12は、吸気ポート20.20とポンプシリンダ5との 間の連絡のタイミングを調節する。The two intake valves 12.12 connect the intake port 20.20 and the pump cylinder 5. Adjust the timing of communication between
第1排気バルブ9は、第1動カシリンダ3と第1排気ポート23との間の連絡の タイミングを調節し、一方、第2排気バルブ11は、第2動カシリンダ4と第2 排気ポート26との間の連絡のタイミングを調節する。The first exhaust valve 9 provides communication between the first dynamic cylinder 3 and the first exhaust port 23. On the other hand, the second exhaust valve 11 is connected to the second movable cylinder 4 and the second exhaust valve 11. The timing of communication with the exhaust port 26 is adjusted.
前記排気ポートは排気マニホールドを介して排気管に通じ、一方、前記吸気ポー トは吸気マニホールドに通しており、この吸気ポートの中に空気計量手段が備え られる。The exhaust port communicates with an exhaust pipe through an exhaust manifold, while the intake port communicates with an exhaust pipe through an exhaust manifold. The port passes through the intake manifold, and air metering means is provided within this intake port. It will be done.
前記のバルブは、すべてクランクケースの軸と平行な軸を有するようにしてバル ブすべての直上に置かれた1個のオーバーヘッドカムシャフトによって直接作動 させられる。尚、図面が繁雑となるのを避けるため、前記カムシャフトは図2に 示されていない。All of the above valves are designed with their axes parallel to the axis of the crankcase. Directly operated by one overhead camshaft located directly above all I am made to do so. In order to avoid complicating the drawing, the camshaft is shown in Figure 2. Not shown.
前記カムシャフトは、ポンプクランクシャフト2に設けられたカムシャフト駆動 スプロケット39によりチェーン手段46を介して駆動される。チェーン手段4 6に連結されて駆動する、前記カムシャフトに設けられたスプロケットの直径は 、カムシャフト駆動スプロケット39の直径の倍であり、動力シリンダと同じサ イクル速度で前記カムシャフトを動作させる。The camshaft is a camshaft drive provided on the pump crankshaft 2. Driven by sprocket 39 via chain means 46. Chain means 4 The diameter of the sprocket provided on the camshaft connected to and driven by 6 is , twice the diameter of the camshaft drive sprocket 39 and the same size as the power cylinder. The camshaft is operated at cycle speed.
移送バルブと排気バルブは1個のカムで作動する。一方、吸気バルブは2個のカ ムにより作動し、このカムは、前記カムシャフトの吸気バルブを作動させる部分 に均等な間隔で配置されており、したがって、ポンプシリンダにおける増加され たサイクルスピードにともなって吸気バルブは他のバルブの2倍の頻度で開閉す る。The transfer valve and exhaust valve are actuated by a single cam. On the other hand, the intake valve has two caps. This cam is the part of the camshaft that operates the intake valve. are evenly spaced and therefore increased in the pump cylinder. As the cycle speed increases, the intake valve opens and closes twice as often as other valves. Ru.
可変タイミング排気バルブの閉鎖動作は、可変タイミングバルブメカニズムのタ ーニングブロックタイプによって行われる。この可変タイミングバルブメカニズ ムは、図を不当に複雑にしないため図示されていないが、エンジンの負荷と速度 に応じて、上死点の手前、動力CA30°から70°の範囲で排気バルブを閉鎖 することができるようにする。この可変閉鎖時期を図3に点線で示す。The closing action of the variable timing exhaust valve is controlled by the variable timing valve mechanism. This is done according to the training block type. This variable timing valve mechanism engine load and speed, which are not shown to avoid unduly complicating the diagram. Close the exhaust valve before top dead center, in the range of power CA 30° to 70° be able to do so. This variable closing timing is shown in FIG. 3 by a dotted line.
エンジンにオイルを供給するエンジンオイルポンプは、2個の動力シリンダの間 の動力クランクアングル1に設けられたオイルポンプ駆動ギア40によって駆動 される。The engine oil pump supplies oil to the engine between the two power cylinders. Driven by an oil pump drive gear 40 provided on the power crank angle 1 of be done.
好ましい設計のバルブタイミングを含んだ動作を説明する。ポンプピストン16 が上死点を通過後、ポンプCA60°まで運動したとき、吸気バルブ12が開( 。これにより、前サイクル後の吸気は、吸気バルブ12が開く前に、事実上膨張 する。そして吸気バルブ12か開き、ポンプピストン16が下死点(BDC)に 向かって運動すると、新しい吸気がポンプシリンダ5内に誘導される。ポンプピ ストン16が今度は下死点を通過後ポンプCA40°まで運動すると、吸気バル ブ12が閉じて吸気の誘導は止まる。吸気バルブ12が閉じると同時に、移送バ ルブ8又はIOのいずれかが開き始め、前記移送バルブが開いている方の動力シ リンダに吸気を移送し始める。前記移送バルブは、図3に示されているように、 ポンプピストン16が上死点通過後ポンプCAl00に達するまで開いており、 このとき前記動力シリンダのピストンは上死点の手前、動力CA35°である。The operation, including valve timing, of the preferred design is described. pump piston 16 After passing the top dead center, when the pump moves to CA60°, the intake valve 12 opens ( . This allows the intake air after the previous cycle to effectively expand before the intake valve 12 opens. do. Then, the intake valve 12 opens and the pump piston 16 reaches bottom dead center (BDC). Upon movement towards, fresh intake air is induced into the pump cylinder 5. pumppi When the stone 16 moves to pump CA40° after passing the bottom dead center, the intake valve The valve 12 closes and the induction of intake air stops. At the same time as the intake valve 12 closes, the transfer valve Either valve 8 or IO begins to open and the power system whose transfer valve is open Start transferring intake air to Linda. The transfer valve, as shown in FIG. After the pump piston 16 passes the top dead center, it is open until it reaches the pump CAl00, At this time, the piston of the power cylinder is just before the top dead center, and the power CA is 35°.
ポンプシリンダのピストン16は、その後下死点に向かって運動し続け、吸気バ ルブ12が上死点の後ポンプCA60℃において再び開いたとき、上述と同様の 新しいサイクルを開始する。この新しいサイクルの吸気は今度は他の動力シリン ダに移送され、そしてこれに続くサイクルの吸気はまた別の動力シリンダに移送 されて、その動力シリンダの新しいサイクルを開始する。The piston 16 of the pump cylinder then continues to move towards the bottom dead center and the intake valve When the valve 12 reopens after top dead center at pump CA 60°C, the same as above Start a new cycle. This new cycle's intake is now connected to the other powered cylinder. The intake air for subsequent cycles is also transferred to another power cylinder. and start a new cycle for that power cylinder.
前記各動力シリンダへの吸気移送の前半部分の間、前記動力シリンダの排気バル ブは開いており、前記各動力シリンダの排気工程後半部分において、吸気の移送 によって残存排気を前記各動力シリンダから掃気する。前記各動力シリンダの排 気バルブは、前記各動力シリンダのピストンが上死点の手前、動力CA30°〜 70°まで運動する間、開いている。During the first half of the intake air transfer to each power cylinder, the exhaust valve of the power cylinder The valve is open, and in the latter half of the exhaust process of each power cylinder, the intake air is transferred. The remaining exhaust gas is scavenged from each of the power cylinders. Discharge of each power cylinder The air valve is set when the piston of each power cylinder is just before the top dead center, and the power CA is 30° ~ Open during movement up to 70°.
高負荷および/または高速度の運転である場合、吸気移送工程の間に前記移送ポ ート中で燃料が噴射さる。低負荷および/または低速度の運転である場合、燃料 の大部分は当該動力シリンダの排気バルブか閉じた後に噴射される。燃料が噴射 されると、各スパークプラグ35のスパークにより上死点付近で燃焼が開始する 。In case of high load and/or high speed operation, the transfer port is Fuel is injected while the engine is running. When operating at low loads and/or speeds, the fuel Most of the fuel is injected after the exhaust valve of the power cylinder is closed. fuel is injected Then, combustion starts near top dead center due to the spark from each spark plug 35. .
すると、前記各動力シリンダのピストンが下死点に向かって運動して前記各動力 シリンダ内のガスが事実上膨張し、前記ピストンが下死点の手前、動力CA45 ″に達すると、排気バルブが開き始める。これにより排気工程の前半部分でブロ ーダウンし、前記各動力シリンダのピストンが上死点に向かって運動する間、当 該シリンダの移送バルブが開くまで積極的な掃気が行われ、その後、前述のよう な当該シリンダの別のサイクルが始まる。他の動力シリンダの動作も上述の動作 と同じであるが、その動作は、前記当該動力シリンダの動作が発生する前または 後に動力CA180゜程位相をずらして発生することは明白である。Then, the pistons of each of the power cylinders move toward the bottom dead center to generate each of the power The gas in the cylinder actually expands and the piston is just before bottom dead center, the power CA45 ”, the exhaust valve begins to open. -down, while the pistons of each power cylinder move toward top dead center. Active scavenging is performed until the cylinder transfer valve opens, and then Another cycle begins for that cylinder. The operation of other power cylinders is also the same as above. is the same as, but the operation is performed before or before the operation of said power cylinder occurs. It is clear that the power CA is later generated with a phase shift of about 180°.
図4〜6に示すのは、本発明を2個のユニットをV形に構成したエンジンに適用 した場合の実施例であり、各ユニットは■形エンジンのシリンダの19のバンク である。各ユニットの動力シリンダの間隔は狭く、したがって各ユニットのポン プシリンダ5は動力シリンダ間の中心の各ユニットの外側に配置される。 この 実施例においては、それぞれの動力シリンダと連絡されると共に、タイミング調 整された二次バルブが設けられた定容積燃焼室が使用される。前記二次バルブの 第に二次バルブが27、第2二次バルブが28である。Figures 4 to 6 show the application of the present invention to an engine with two units configured in a V-shape. This is an example in which each unit has 19 banks of cylinders of a type engine. It is. The power cylinders of each unit are closely spaced, and therefore the pumps of each unit The push cylinder 5 is arranged outside each unit centrally between the power cylinders. this In an embodiment, each power cylinder is in communication with the timing regulator. A constant volume combustion chamber is used with a well-equipped secondary valve. of the secondary valve The second secondary valve is 27, and the second secondary valve is 28.
そしてターボチャージャ41がこのV形ユニットの中央に置かれ、すべての動ノ Jノリンダの排気マニホールドはターボチャージャ41に連絡する。尚、排気ポ ートおよび排気マニホールドは同じ番号で表す。A turbocharger 41 is placed in the center of this V-shaped unit, controlling all moving parts. J Norinda's exhaust manifold connects to turbocharger 41. In addition, the exhaust port The vent and exhaust manifold are represented by the same number.
ターボチャージャ41から導かれた過給気マニホールド42は両ポンプシリンダ の吸気ポート20に連絡している。一方、両ポンプシリンダのクランクケースに はクランクケース吸気ポート33か設けられており、ここからの吸気は無過給で ある。 すべての動力ビストンが1個の動力クランクケース内1に連結しており 、一方、各ポンプシリンダ5にはそれぞれポンプクランクシャフト2が備わる。A supercharging air manifold 42 led from a turbocharger 41 connects both pump cylinders. It is connected to the intake port 20 of. On the other hand, the crankcase of both pump cylinders The crankcase intake port 33 is provided, and the intake air from here is non-supercharged. be. All power pistons are connected to one power crankcase. , while each pump cylinder 5 is provided with a pump crankshaft 2, respectively.
動力クランクシャフトlに設けられた1個の動力クランクシャフトギア6は、各 ポンプクランクシャフトに設けられたポンプシリンダ駆動ギア7を駆動する。各 ユニットの動力シリンダに対するポンプピストンの位相は、前記動力ビストンの 上死点の手前、動力CA30°で上死点に至る位相である。尚、図4における非 断面ユニットの動力ビストンの前記動力ビストンに対する位相は、動力CA90 ’ずれている。One power crankshaft gear 6 provided on the power crankshaft l has each Drives the pump cylinder drive gear 7 provided on the pump crankshaft. each The phase of the pump piston relative to the power cylinder of the unit is This is the phase that reaches the top dead center at a power CA of 30 degrees, which is just before the top dead center. Note that non-contact in Figure 4 The phase of the power piston of the cross-sectional unit with respect to the power piston is determined by the power CA90 'It's off.
動力クランクシャフト1は、図面には示されていない動力クランクケースによっ て定位置に保持される。一方、各ポンプクランクシャフト2は、図4の非断面ユ ニットに示されるポンプクランクケース47によって定位置に保持される。The power crankshaft 1 is operated by a power crankcase not shown in the drawings. and held in place. On the other hand, each pump crankshaft 2 is a non-cross-sectional unit shown in FIG. It is held in place by the pump crankcase 47 shown in knit.
この実施例における吸気バルブ、移送バルブ、排気バルブ、二次バルブはすべて ポペットバルブであり、クランクケース吸気バルブはリードバルブである。第1 燃焼室22と第1動カツリンダ3との間の連絡は第に二次バルブ27によって制 御され、一方、第2燃焼室25と第2動カシリンダ4との間の連絡は第2二次ノ くルブ28によって制御される。The intake valve, transfer valve, exhaust valve, and secondary valve in this example are all It is a poppet valve, and the crankcase intake valve is a reed valve. 1st Communication between the combustion chamber 22 and the first moving cylinder 3 is first controlled by a secondary valve 27. On the other hand, the communication between the second combustion chamber 25 and the second dynamic cylinder 4 is controlled by the second secondary nozzle. controlled by the valve 28.
燃料噴射手段37は前記各燃焼室に実装されており、前記各燃焼室中における点 火は、前記各燃焼室内における混合気の温度および圧力によって行われる。The fuel injection means 37 is mounted in each of the combustion chambers, and the fuel injection means 37 is installed at a point in each of the combustion chambers. The fire is generated by the temperature and pressure of the mixture within each combustion chamber.
各動力ビストンの頭頂部にある突起3Iは、少なくとも各二次ポート29.30 の容積を縮めるように上方に延伸されているので、その結果、エンジンの効率が 増大する。A protrusion 3I on the top of each power piston is located at least at each secondary port 29.30. is stretched upward to reduce the volume of the engine, thereby reducing the efficiency of the engine. increase
この実施例において各ユニットは、上述の自然吸気式のインライン形のエンジン に適用した実施例で説明したのと同じ吸気ノくルブ、移送バルブ、排気バルブ、 各ポートの配列および機能を有するが、一部のバルブとポートの位置が変更され ている。In this embodiment, each unit is a naturally aspirated in-line engine as described above. The same intake knob, transfer valve, exhaust valve, Each port has the same arrangement and function, but the positions of some valves and ports have changed. ing.
また、各ユニットには2個のオーバーヘッドカムシャフトがある。この2個のオ ーバーヘッドカムシャフト(図示しない)は、ポンプシリンダ駆動ギア7からギ ア手段を介して駆動される。2個のアイドルギア43.44の内の1個は前記ギ ア7と噛合し、もう一方のアイドルギア44は、アイドルギア43と、動力クラ ンクシャフトギア6と同じ直径であるカムシャフトギア45とに噛合する。カム シャフトギア45は、移送バルブ、二次ノくルブ、排気バルブのそれぞれを作動 させるカムを有する動力カムシャフトに固定されている。一方、前記動力カムシ ャフトには別のギア記ポンプカムシャフトには吸気バルブを作動させるカムが設 けられており、関連するギアの直径の相違は、吸気バルブのサイクル速度を増大 させるようになっている。Each unit also has two overhead camshafts. These two o A bar head camshaft (not shown) connects the gear from the pump cylinder drive gear 7. is driven via a means. One of the two idle gears 43 and 44 is The other idle gear 44 meshes with the idle gear 43 and the power crank. It meshes with a camshaft gear 45 having the same diameter as the link shaft gear 6. cam The shaft gear 45 operates each of the transfer valve, secondary knob, and exhaust valve. It is fixed to a power camshaft with a cam that makes it work. On the other hand, the power cam The pump camshaft has a cam that operates the intake valve. The associated gear diameter differences increase the intake valve cycle rate. It is designed to let you do so.
1個のユニットについて、この実施例のバルブタイミングを含む動作を説明する 。The operation including valve timing of this example will be explained for one unit. .
ポンプピストンが上死点を通過後、ポンプCA70°まで運動したとき、吸気バ ルブ12は開き始める。このため、前のサイクル後の吸気は、吸気バルブが開か れる前に、事実上、膨張する。When the pump piston moves to pump CA70° after passing the top dead center, the intake valve Lube 12 begins to open. Therefore, the intake valve opens after the previous cycle. In effect, it expands before it is released.
吸気バルブI2が開き、ポンプピストンがその下死点まで運動する間に、吸気は ポンジンリンダ5中に誘導される。While the intake valve I2 opens and the pump piston moves to its bottom dead center, the intake air is Guided into Ponjin Linda 5.
動力ビストン16が下死点に向かって運動している間、クランクケース内の吸気 は圧縮される。負荷が50%以上またはその周辺でエンジンが動作している場合 、ターボチャージャ41は効率的に動作し、前記ポンプピストンが下死点前のポ ンプCA30゜に達し、クランクケース移送ポート34が開放されたとき、ター ボチャージャ41からもたらされる前記シリンダ内の圧力が前記クランクケース 内の圧力と同じかあるいはそれより高いので、前記クランクケースからの吸気移 送は生じない。その結果、前記クランクケースでの吸気圧縮は、エンジン負荷が 低い場合は利用されるが、負荷が高い場合は利用されず、したがって、前記クラ ンクケース内での最大圧力を低く抑えられる。このため、前記クランクケースの 密閉度はあまり高くする必要がなく、しかも動作圧力が低いので、前記リードバ ルブの材料を軽量にすることができる。While the power piston 16 is moving toward the bottom dead center, the intake air in the crankcase is compressed. When the engine is operating at or around 50% load , the turbocharger 41 operates efficiently and the pump piston reaches the point before bottom dead center. When the pump CA reaches 30° and the crankcase transfer port 34 is opened, the The pressure inside the cylinder brought from the bot charger 41 is applied to the crankcase. The intake air transfer from the crankcase is equal to or higher than the pressure inside the crankcase. No additional charges will be incurred. As a result, the intake air compression in the crankcase is reduced by the engine load. When the load is low, it is utilized, but when the load is high, it is not utilized, so the said cluster The maximum pressure inside the link case can be kept low. For this reason, the crankcase Since the sealing degree does not need to be very high and the operating pressure is low, the reed bar The material of the lube can be made lighter.
ポンプピストン16が下死点を通過後、ポンプCA30°まで運動すると、吸気 バルブ12が閉じ、吸気ポートを介した吸気の誘導は終わる。ここで、エンジン が低負荷で動作し、ポンプピストンが上昇ストロークにある場合、吸気は、クラ ンクケース吸気バルブ32を介してクランクケース内に誘導される。When the pump piston 16 moves to pump CA30° after passing the bottom dead center, the intake air Valve 12 closes and the induction of intake air through the intake port ends. Here, the engine When the is operated at low load and the pump piston is on the upstroke, the intake air is is guided into the crankcase via the crankcase intake valve 32.
前記移送バルブが開いている先の動力シリンダに吸気移送工程を開始するため、 ポンプピストンの下死点で、移送バルブの内の一方か開く。その後、この移送バ ルブはポンプピストンが上死点を通過後ポンプCA1.0°になるまで開いてい る。これは、図6に示すとおり、前記各動力シリンダのピストンが上死点に達す る手前、動ツノCA45°である。in order to begin an intake air transfer process to the power cylinder to which the transfer valve is open; At the bottom dead center of the pump piston, one of the transfer valves opens. Then this transfer bar The valve remains open until the pump CA reaches 1.0° after the pump piston passes the top dead center. Ru. As shown in Figure 6, this means that the pistons of each power cylinder reach top dead center. The moving horn CA is 45°.
その後、前記ポンプピストンは下死点に向かって運動を続け、上死点を通過後、 ポンプCA 7.0°において吸気バルブが開くと、そのポンプシリンダの新し いサイクルが始まる。そして、このサイクルの吸気は、上述と同様にして他の動 力シリンダに移送される。以下、このような過程が反復される。Thereafter, the pump piston continues its movement toward the bottom dead center, and after passing the top dead center, When the intake valve opens at pump CA 7.0°, the new pump cylinder A new cycle begins. In this cycle, the intake air is controlled by other movements in the same way as described above. transferred to the force cylinder. This process is repeated thereafter.
各動力シリンダに対する吸気移送工程の前半部分の間、各動力シリンダの二次バ ルブは開いており、各動力シリンダの燃焼室から排気ガスが掃気される。そして 、各動力シリンダのピストンが上死点の手前、動力CA115°まで運動したと き、前記二次バルブは閉じる。この間、前記各動力シリンダの排気バルブは開い ており、そして前記各動力シリンダのピストンが上死点の手前、動力CA35° まで運動したとき前記各動力シリンダの排気バルブは閉じる。これにより、極微 量が残留するのを除き、前記シリンダからほとんどすべての排気が掃気される。During the first half of the intake air transfer stroke for each power cylinder, each power cylinder's secondary The lube is open, scavenging exhaust gases from the combustion chamber of each power cylinder. and , the piston of each power cylinder has moved to a power CA of 115° just before top dead center. and the secondary valve is closed. During this time, the exhaust valves of each power cylinder are open. and the piston of each power cylinder is just before top dead center, the power CA is 35°. The exhaust valve of each of the power cylinders closes when the power cylinder moves to the maximum position. This allows extremely small Almost all of the exhaust air is scavenged from the cylinder, except for a small amount that remains.
このとき残留排気は高圧力に維持されるので、前記動力シリンダのピストンが上 死点の手前、動力CA5°に達して二次バルブが再び開いたときに、得られる熱 効率か減少するような、動力シリンダ内の圧力が燃焼室の圧力より低くなる現象 は、厳密に起きない。At this time, the residual exhaust gas is maintained at a high pressure, so the piston of the power cylinder rises. The heat obtained when the secondary valve opens again when the power CA5° is reached before the dead center A phenomenon in which the pressure in the power cylinder becomes lower than the pressure in the combustion chamber, which reduces efficiency. doesn't exactly happen.
前記動力ビストンが上死点の手前、約動力CA40°に位置するとき、前記燃焼 室中に燃料か噴射される。その結果、燃焼は前記関連移送バルブが閉じた直後に 発生し、前記二次バルブが開いたとき、可燃性質量の約50パーセントが燃焼し 終わっている。When the power piston is located at approximately power CA40° before top dead center, the combustion Fuel is injected into the room. As a result, combustion occurs immediately after the associated transfer valve closes. occurs and when the secondary valve opens, approximately 50 percent of the combustible mass is combusted. It's finished.
燃焼が終わり、前記動力ビストンが下死点に向かって運動し、ピストンが下死点 の手前、動力CA40°に達して前記シリンダの排気バルブか開放する前に、燃 焼室からのガスは二次ポートと開放したバルブを介して流れ、事実上、膨張する 。After the combustion ends, the power piston moves toward the bottom dead center, and the piston moves toward the bottom dead center. Before the power CA reaches 40° and the exhaust valve of the cylinder opens, the combustion Gas from the baking chamber flows through the secondary port and open valve, effectively expanding .
その後、前記シリンダ排気工程が開始され、ピストンが上死点に向かって運動す ると、前述と同様な次の吸気移送工程が開始されて次のサイクルか始まるまで前 記シリンダは積極的に掃気される。After that, the cylinder exhaust process is started, and the piston moves toward the top dead center. Then, the next intake air transfer process similar to the one described above begins and continues until the next cycle begins. The cylinder is actively scavenged.
他の動力シリンダの動作は、上記の説明のような前記バルブおよびサイクル動作 と同じであるが、明白であるとおり、他の動力シリンダの動作は、前記シリンダ の動作の発生の前または後に動力CA180°ずれて発生する。Other power cylinder operations include valve and cycle operations as described above. , but as is clear, the operation of the other power cylinders is the same as that of said cylinders. The power CA is generated with a deviation of 180° before or after the operation occurs.
図7にV形の他の実施例を示す。前記と同様に2個のユニットがあり、この実施 例の構造において、前記各ユニットは前記エンジン用シリンダの1個のバンクで あり、そして、当該ユニットのポンプシリンダ5は、このV形バンクの内側すな わち動力シリンダの内側に位置している。1個のポンプクランクシャフト2が前 記両方のポンプピストン16を往復運動させ、一方、1個の動力クランクシャフ ト1が前記すべての動力ビストンを往復運動させる。FIG. 7 shows another embodiment of the V-shape. As before, there are two units, and this implementation In the example structure, each unit is one bank of cylinders for the engine. Yes, and the pump cylinder 5 of the unit is located inside this V-shaped bank. That is, it is located inside the power cylinder. 1 pump crankshaft 2 in front Both pump pistons 16 are reciprocated, while one power crankshaft 1 causes all the power pistons to reciprocate.
本発明に多数の修正と変化を加えることができることは明らかである。したかっ て、添付請求の範囲内で、具体的に記載した方法以外の方法で本発明を実行する ことかできることを理解しなければならない。Obviously, many modifications and variations may be made to the invention. I wanted to Therefore, within the scope of the appended claims, the invention may be practiced otherwise than as specifically described. You have to understand what you can do.
国際調査報告 ANNEX冗T)IEINπR込−α記、舒λROIREアασ1fiTIOa L APPLICATIGI NO,FCT AU 9 1END OF AN NEICinternational search report ANNEX) L APPLICATIGI NO, FCT AU 9 1END OF AN N.E.I.C.
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