JPH07305636A

JPH07305636A - オフセットエンジン

Info

Publication number: JPH07305636A
Application number: JP7022385A
Authority: JP
Inventors: Gilles L Delisle; ジリス・エル・ディリィスル
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-01-18
Filing date: 1995-01-18
Publication date: 1995-11-21
Also published as: EP0663523A1; CZ11995A3; HU9500081D0; RU95100764A; KR950033006A; BR9500241A; AU1021295A

Abstract

(57)【要約】【目的】高トルク、高馬力の内燃機関を提供する。【構成】シリンダ３に連続して設けたクランク室のク
ランクシャフト８をピストンロッド４から完全にオフセ
ットさせて、クランクシャフトのパワーストロークが１
８０°を超えるように設けた内燃機関。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多様な燃料が使用可能
な内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関産業は、２サイクル、４サイク
ルの内燃機関のパワー、トルク、及び効率をより大きく
する努力を常にしている。従来のエンジンにおいては、
通常ピストンは、クランクシャフトの中心と交差する直
線（ピストン軸）上に設けられており、従って、ピスト
ンの行程とクランクシャフトの直径とが等しくその比が
１：１に制限されていた。このようなエンジンにおいて
は、理論的なパワーストロークは１８０°の回転角を超
えることができなかった。従来のエンジン設計において
この回転角（１８０°）よりもやや大きな回転角を得る
ためにピストン軸からわずかにオフセットさせることも
可能であるが、この場合、ピストンの側部に生じる非常
に大きな力によって生じるシリンダ壁の楕円形の磨耗に
対応するコストを要して初めて可能になるものである。

【０００３】内燃機関においては吸気についてもずっと
問題であった。２サイクルエンジンにおいては、吸気口
と排気口の両方がシリンダの下部に位置しており、この
ため２ストロークでもってその閉鎖された上端部を掃気
することが困難なため掃気が不十分である。また、２ス
トロークエンジンにおいては、排気口から燃焼不良の燃
料が漏出あるいは排出されるので公害を引き起こし、ま
た、エンジン効率も低下する。４サイクルエンジンにお
いては、４行程のうちの２つの行程においてガス交換が
なされるためより良い掃気効果が得られる。しかしなが
ら、吸気はシリンダの上端のスペースの確保が必要な吸
気弁及び排気弁の大きさと数によって制限される。この
ため、エンジンによっては排気量を増やすため１シリン
ダにつき３以上の弁を用いるようになった。このことは
コストを増大させ、基本設計を複雑化する結果となっ
た。空気を圧縮してシリンダ内への空気の流量を増加さ
せるスーパーチャージャやターボーチャージャといった
外部装置を使用することにより吸気の問題を少なくする
ことも可能である。しかしながら、これによりさらにコ
スト増加、重量増加及びエンジンの複雑化が生じる。

【０００４】従来のピストンエンジンにおいては潤滑油
の漏出あるいは吹き抜けによる汚染もまた問題である。
シリンダはクランク室に対して解放されており、クラン
ク室から燃焼行程を完全に隔離する方法はない。４サイ
クルエンジンにおける公害を減少させるために、吹き抜
けガスを吸気マニホルドに戻して燃焼行程に供給させる
確実クランク室弁がしばしば用いられる。しかしなが
ら、潤滑油は、特に高圧縮エンジンにおいては、すぐに
汚染されるので定期的に交換する必要があり、コストが
増大し、かつ潜在的な環境汚染を増大する。

【０００５】

【発明の概要】本発明の目的は、従来のエンジンに勝る
効率、パワー及びトルクを有し、多様な燃料に対応する
内燃機関を提供することにある。本発明のエンジン装置
は、燃焼行程をクランク室から隔離するため底部及び上
部で閉鎖されるシリンダの内部に位置する往復動ピスト
ンを含む。クランク室内に位置するリストピンを備えた
ピストンロッドによりピストンは連接棒を介してピスト
ンロッドからオフセットしたクランクシャフトに連結さ
れる。クランクシャフトのオフセット（実施例に示すよ
うにクランクシャフトの周面がピストンの垂直軸から外
れる位置を含む）の程度により押しのけ量及びトルクは
変化し、その値は決定される。ピストンロッドの下端を
クランク室内において連接棒に取り付け、ピストンロッ
ドをクランク室内に位置する前面解放型のブッシングの
面内で垂直方向に移動させすることによってこの構成が
達成される。クランク軸の回転によって生ずる横方向の
力は、連接棒を介して、シリンダ内に位置するピストン
に代えて、クランク室内に位置するピストンロッドに伝
達される。このことは、ピストンの上部及び下部で圧縮
が生じるピストンの設計を可能にする。この両サイドピ
ストン動作を２サイクルエンジンの設計に結び付けるこ
とにより、エンジンは、ピストン吸気を介し、かつ、大
きな排気弁を用いて、優れた吸気を達成することができ
る。吹き抜け又は漏出した燃料ガスは自動的に燃焼行程
に戻されるので、潜在的な汚染を減少することができ
る。

【０００６】本発明装置は燃料混合気から燃料を燃焼さ
せて効率良く高トルク、高馬力を与える内燃機関であ
り、本発明のいくつかの利点は、（１）クランク室から
ピストン、シリンダ及び燃焼動作を隔離することにより
潤滑油による汚染や公害を減少する、（２）通常ピスト
ンに作用する横力をシリンダから外れた位置にある、ク
ランク室内に位置する前面解放型のブッシングに係合す
るピストンロッドに伝達することによって、前記横力を
減少させる、（３）シリンダの上端に位置する大きい排
気弁を使用することにより掃気をより効率的に行なうこ
とができる、（４）シリンダの閉鎖された底部に対して
ピストンを下方へ移動させることにより吸気を行なわせ
る、（５）吸入された空気をピストン上部のエリア内に
タイミング良く解放してシリンダ上部の開いた排気弁か
ら排気ガスを放出するので掃気が向上する、といったも
のである。

【０００７】その他の利点として、（６）閉鎖されてい
るシリンダ底部に対して移動するピストンの背部におい
て吸入空気が圧縮されることによりピストン組立体、ピ
ストンロッド、連接棒が反転位置、即ち下死点にあると
きのそれらの運動量を減らすのに役立ち、ピストン組立
体の重量を打ち消してエンジンを高速回転させるのに役
立つ、（７）従来の２サイクルエンジンの特徴である大
きなクランク室内で吸入空気が圧縮されるのとは異な
り、吸入気体が小さな閉鎖されたシリンダ底部で圧縮さ
れるので、吸気圧を大きくすることができ、かつ、容易
に制御できる、（８）クランクシャフトの回転において
回転速度は一定であると仮定すれば、パワーストローク
がリターンストロークよりゆっくりであり、クランクシ
ャフトのオフセット量に従ってトルクを相対的に変化増
大させることができる、（９）ストローク長さによって
決まるエンジンの押しのけ量をクランクシャフトのオフ
セット量を変えることで変更可能である、（１０）クラ
ンクシャフトのオフセット量に依存してトルクが増大し
てクランクシャフトのパワーストロークはかなり変化
し、１８０°を超える回転量となる、（１１）クランク
シャフトのオフセットの程度に直接的に関連してより長
い（即ち、大きな）トルクが維持される−この長いトル
クは、連接棒及びクランクシャフトスローの形状（相対
的になす角度）が約９０°の範囲の最適形態でより長い
時間維持されることにより生じるものである、（１２）
排気弁とピストンが常に同一方向に動くため、従来の４
サイクルエンジンにおいて見られたピストンと排気弁の
重なりがなく、エンジンの高圧縮が制限されることがな
い、（１３）ピストンと排気弁が同一方向に動き、圧縮
ストローク（ピストンと弁の両方が上方に移動）の際の
空気の移動が弁の閉鎖を補助するので、弁が浮く可能性
を極めて少なくすることができる、（１４）ピストンと
排気弁の両方を同期移動させるので、押棒を設ける設計
とし、押棒・弁組立体を駆動するためにクランクシャフ
ト自体にカムのような曲線状の突起を用いるならば、カ
ムシャフトを用いずにエンジンを完全に作動させること
が可能である、（１５）燃料噴射のタイミング及び位置
の良いユニークな弁付き２サイクル設計であるため、優
れた掃気を行なうことができ、かつ、排気ガスから空気
−燃料混合体をすべて分離できる−これは従来の一部の
４サイクルエンジンにおける今日に至る１つの特質では
あるが、２サイクルエンジンの設計においては達成され
ていない特質である、（１６）効率が良く、シンプルで
あり、集積した構造設計であるので、製造が容易な耐久
性の高い製品となる、といったものがある。

【０００８】

【実施例】クランクシャフトが完全にオフセットしたエ
ンジン（即ち、クランクシャフトの周面が垂直ピストン
軸と交差しないエンジン）を示す図１乃至４を参照して
以下の詳細な説明を読むことにより本発明がより完全に
理解される。

【０００９】図１は、パワーサイクル（サイクル１）の
開始点にあるエンジンを示す。排気弁１は閉じられてお
り、ピストン２は、点火が生じるように燃料ガスが最大
に圧縮された状態の最も上の位置にある。ピストン２は
ピストンロッド４に取り付けられ、ピストンロッド４
は、前面が解放されたブッシング７内を摺動し、動力を
連接棒１１に伝達する。連接棒１１は、１本のオフセッ
トしたクランクシャフト８に連結されている。ピストン
ロッド４はリストピン６を介して連接棒１１に連結され
ており、連接棒は、ジャーナルブッシング又はジャーナ
ルベアリング９を介してクランクシャフトスロー（ジャ
ーナルブッシング又はジャーナルベアリング９を通るク
ランクシャフトの半径部分）に連結されている。点６、
８、９は一直線をなし、ピストンは上死点にあり、クラ
ンクシャフトの回転角は０である。吸気弁１３は閉じて
おり、ピストンはピストンの上部における爆発により下
方へ押されてピストンと閉鎖されているシリンダ底部５
との間の空間に吸入された空気を圧縮する。

【００１０】図２は、エンジンが排気行程（サイクル
２）の開始点にある状態を示し、排気弁１は開かれたば
かりで、圧縮された排気ガスが排気口１６を通して排出
されるようになっている。ピストン２は更にわずか下方
に移動して開口１５を開くので、圧搾された吸入空気が
シリンダ３内に急激に流れ、吸気効果を得ると共にガス
を排出する。ピストンが吸入口１５を開く直前にタイミ
ング良く排気弁１を開くことにより、排気ガスを十分排
出でき、これが排気行程の開始を表わす。

【００１１】図３は、エンジンが下死点にあり、ピスト
ン２が図２に示す位置よりもわずかながら下にある状態
を示す。これは吸気行程（サイクル３）の始まりを表わ
す。以前にピストン２の背部にあった吸入気体はピスト
ンの下方への移動によって側部空気通路を通ってピスト
ン上部に排斥されてシリンダ３の燃焼エリア内に流入す
る。点６、８、９は再び一直線を形成し、今回はピスト
ンが下死点にあることを示し、これはクランクシャフト
上の１８０°マークをかなり超えた点である。上死点か
ら下死点へのこの移動は第１の２行程を完了し、下死点
から上死点へ戻る移動は第２の２行程を完了する。

【００１２】図４は、エンジンが圧縮行程（サイクル
４）の開始点にあることを示す。この開始点は、排気弁
１が排気行程を完了して閉じられた直後であり、かつ、
燃料噴射器１４がガソリンまたは同様な燃料をピストン
２の上方に噴射し終えて燃焼行程の開始に備えている。
開口１５内においてなされる燃料噴射のタイミングに関
連して排気弁をタイミング良く閉じることにより、燃料
／空気混合気をシリンダ３内に完全に包含することがで
き、混合気が排気弁を通過して排気口１６内に漏出する
ことがない。ピストンの上方への移動によりピストンの
背部は真空になるため、吸気弁１３、リード弁あるいは
その他の装置が開かれて新しい空気が吸気口１２を介し
てピストン２の背部の空間に引込まれる。ピストンは上
方へ移動し、図１に示す上死点に達し、第２ストローク
（これは圧縮行程を含む）は完了する。

【００１３】噴射口における燃料噴射器１４に代えて気
化器が使用されるならば、気化器は吸気口１２に接続さ
れ、ガソリンのような燃料と空気の混合体の吸気は図３
に示すように下死点において始まる。このような場合、
排気行程において燃料／空気混合体が排気弁１を滑って
通過し排気口１６に流入するという漏出を生じさせる結
果となる。しかしながら、排気ガスを押し出すために吸
入された空気を部分的に上方へ移動させてシリンダ３内
に流入させた後に噴射口に設ける噴射器１４を用いて燃
料を吸入された空気内に導くことで燃料／空気混合体を
排気ガスから完全に分離することができる。ディーゼル
または同様な燃料が用いられる場合には、従来のディー
ゼルエンジンの場合と同様にピストンが上死点、あるい
はその近辺にあるときに、シリンダの上端近くに位置す
る燃料噴射器によってシリンダ内に直接噴射することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の内燃機関の断面図であり、上
死点にある状態を示す図。

【図２】図１に示す内燃機関の断面図であり、排気行程
が開始される状態を示す図。

【図３】本発明の実施例の内燃機関の断面図であり、下
死点にある状態を示す図。

【図４】図１に示す内燃機関の断面図であり、排気行程
が終了し圧縮行程が開始される状態を示す図。

【符号の説明】

１排気弁２ピストン３シリンダ４ピストンロッド５シリンダ底部（第２端部）６リストピン７前面解放型ブッシング８オフセットクランクシャフト１１連接棒１２吸気口１３吸気弁１４燃料噴射器１５開口（第１通口）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）第１及び第２の端部を有するシリ
ンダと、（ｂ）クランク室と、（ｃ）前記クランク室内において摺動自在に受承される
ピストンであって、該ピストンと一体的に設けられて前
記シリンダに対する前記ピストンの移動方向に平行な長
軸を持つピストンロッドを有するピストンと、（ｄ）前記クランク室によって回転自在に支持されたク
ランクシャフトであって、前記クランクシャフトは回転
軸回りに運動するスローと、前記回転軸と同心円上の周
面とを有し、前記回転軸は前記ピストンロッド長軸から
オフセットしており、該オフセットは、前記長軸が前記
クランクシャフト周面と交差する少なくとも１つの位置
から前記長軸が前記クランクシャフト周面に交差しない
少なくとも１つの位置までの範囲内にあるクランクシャ
フトと、（ｅ）前記ピストンロッドを前記クランクシャフトに連
結する連接棒とを含んでなる内燃機関。
【請求項２】請求項１の内燃機関であって、前記クラ
ンク室は前面解放型ブッシングを有し、前記ピストンロ
ッドは前記前面解放型ブッシングに摺接する面を有し、
前記クランク室の側面から前記ピストンに対して通常働
く力は前記前面解放型ブッシングに少なくとも実質的に
伝達される、内燃機関。
【請求項３】請求項１の内燃機関であって、前記シリ
ンダの前記第１端部を閉鎖する第１閉鎖手段と前記シリ
ンダの前記第２端部を閉鎖する第２閉鎖手段とを含んで
なり、前記第１閉鎖手段は排気弁を有し、前記第２閉鎖
手段はブッシングを有し、前記ピストンは該ブッシング
を通り、前記シリンダは、前記シリンダ第２端部に近接
して配設された空気吸気弁と前記シリンダ第２端部に近
接して配設された燃料噴射器とを有する内燃機関。
【請求項４】請求項３の内燃機関であって、前記ピス
トンは第１及び第２の面を有し、前記第１ピストン面は
前記排気弁に対面し前記第２ピストン面は前記シリンダ
第２端部に対面し、前記吸気弁は、前記ピストンが下死
点位置にあるときに、前記第２ピストン面と前記シリン
ダ第２端部との間に位置する内燃機関。
【請求項５】請求項４の内燃機関であって、前記シリ
ンダは、第１及び第２の通口を備える少なくとも１つの
空気流路を有し、前記第２通口は、前記ピストンが下死
点位置にあるときに、前記シリンダの部分であって前記
第２ピストン面と前記第２シリンダ端部との間の部分に
解放されており、前記第１通口は、前記ピストンが下死
点位置にあるときに、前記ピストン第１面に近接する前
記シリンダの部分に解放されており、これにより空気、
燃料気体及び排気ガスは前記第２ピストン端部から第１
ピストン端部へと流れる内燃機関。
【請求項６】請求項５の内燃機関であって、前記ピス
トン及び前記排気弁が重なることを防止するため前記ピ
ストン及び前記排気弁の両方の移動方向を常に同一に設
けた内燃機関。
【請求項７】請求項５の内燃機関であって、前記燃料
噴射器は前記第１通口内に設けられ、燃料の噴射が前記
ピストンの圧縮行程の開始と一致する内燃機関。
【請求項８】請求項６の内燃機関であって、前記ピス
トンと前記排気弁との前記同期移動により前記内燃機関
においてカムシャフトを用いることなく、代わりに前記
クランクシャフトの主ベアリング軸上に位置するカムの
ような曲面状の突出部を用いて押棒／弁組立体を駆動す
ることにより前記内燃機関を運転可能に設けた内燃機
関。
【請求項９】請求項１に記載の内燃機関であって、前
記ピストンの行程長さは前記クランクシャフトの直径よ
りも大きく、前記行程長さは、前記クランクシャフトの
前記オフセット量に関連して直接的に変化し、前記内燃
機関の押しのけ量は、前記オフセット量が増大するにつ
れ増大する内燃機関。
【請求項１０】請求項９の内燃機関であって、圧縮に
対する膨張の比率は常に１よりも大きく、膨張行程によ
ってシリンダ内に吸気がなされるように設けた内燃機
関。
【請求項１１】請求項９の内燃機関であって、前記ピ
ストンのパワー行程の全長に一致する前記クランクシャ
フトの回転量は１８０°を超え、１８０°を超える前記
クランクシャフト回転量は、前記クランクシャフトのオ
フセット量に関連して直接的に変化する内燃機関。
【請求項１２】請求項１１の内燃機関であって、前記
クランクシャフトのオフセット量を増やして前記連接棒
に対する前記クランクシャフトスローの相対的な角度を
約９０°の範囲内の最適角にしてより長い時間維持する
ことによりトルクを大きくする内燃機関。