JPH0784847B2 - ２サイクル内燃エンジンおよびその運転方法 - Google Patents

２サイクル内燃エンジンおよびその運転方法

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JPH0784847B2
JPH0784847B2 JP61505928A JP50592886A JPH0784847B2 JP H0784847 B2 JPH0784847 B2 JP H0784847B2 JP 61505928 A JP61505928 A JP 61505928A JP 50592886 A JP50592886 A JP 50592886A JP H0784847 B2 JPH0784847 B2 JP H0784847B2
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、ピストンにより画定されると共に、少なく
とも一つの空気流入口と少なくとも一つのガス流出口を
備えた少なくとも一つの可変容積作動（作業）室を備
え、かつ２サイクルで運転される内燃エンジンに関す
る。
この発明に関連するエンジはターボコンプレッサユニッ
ト、すなわちエンジンの排出ガスにより作動されるター
ビンから構成されると共に、その流出口が単一または各
作動室の流出口に連通された過給コンプレッサに機械的
に連結されたターボコンプレッサユニットにより過給さ
れるようにすることが好ましいが、そうする必要はな
い。
少なくとも一つの可変容積作動室、すなわち、固定ユニ
ット（たとえばシリンダ）と共働する移動装置（たとえ
ばピストン）により画定される作動室を備えた内燃エン
ジンが２つの別々のステージを常に有していることが知
られており、すなわち、 作動室が、吸入および排出タイミング要素の同時閉鎖状
態により、空気吸入およびガス排出システムから遮断さ
れている過程であって、エンジンのシャフトにより受容
される強制作業の本質部分を供給する圧縮、燃焼および
膨脹が行なわれる閉鎖段階と呼ばれるステージ、および 作動室が吸入および／または排出システムと連通してい
るガス交換開放ステージ、である。
このタイプのすべてのエンジンの場合、この開放ステー
ジは単一または各作動室中の圧力を放出する期間であ
り、この放出期間は、閉鎖ステージの膨脹期間の終了時
に作動室を、排出タイミング要素の開放により排出シス
テムのみに連通させることにより遂行される。この放出
期間は英語において、しばしば「排出ブラスト」または
「パルス」と名付けられている。この期間中、燃焼によ
りもたらされるガスの加熱により増大される作動室内の
圧力が、排出システム中の圧力より非常に高い（通常、
２〜３のオーダーの比を有する）という事実から、最初
は音速、次いで亜音速の膨脹が発生し、その過程で作動
室に含有されるガスの多量部分（半分を越える）が排出
システムへ移送される。
４サイクルエンジンにおいては、放出期間後に、残りの
ガスの一部分がピストンにより強制排出され、その後、
作動室の容積増大期間中にピストンにより新鮮な空気が
吸入される。他方、２サイクルエンジンにおいては、放
出期間後に作動室に残留するガスの放出と、その新鮮な
空気との交換は、掃気期間と呼ばれる期間中の吸入およ
び排出タイミング要素の同時開放状態により、気体力学
的に達成される。この掃気の有効性は、２サイクルエン
ジンの効率と性能を決定するものである。この点に関し
て種々の掃気システムが提案されており、２サイクルエ
ンジンにおいて、特に吸入要素および排出要素としてバ
ルブを使用することが提案されている。
しかし、この掃気を効率的に達成するためには、単一ま
たは複数の作動室の直ぐ上流側、すなわち吸気システム
の圧力がエンジンのあらゆる運転条件における掃気中
に、排気システムの直ぐ下流側の圧力より高い平均圧力
でなければならない。したがって、２サイクルエンジン
はこれまで、前述掃気期間中この圧力差を平均して正の
値に維持するために圧力発生装置を必要としていた。
これら圧力発生装置は、複動型式で利用される運動ピス
トンであって、たとえばその下側部の下方に配置される
室と共働するもの（たとえば、クロスヘッド・ピストン
によるもの）、あるいは主シャフトの固定ケースと共働
するピストンであって、十分なタイミング要素と関連し
て、空気をそれが作動室へ導入される前に前圧縮させる
ようにしたものにより形成されるか、あるいは主シャフ
トに機械的に連結される補助ブースタ要素、たとえば容
積型ベーンコンプレッサまたはルーツ型コンプレッサ、
あるいは主シャフトの回転から独立して、たとえば電気
的に駆動されるものにより形成される。
経済的な点からみて、これらの種々の圧力発生装置は、
付属品を備えるエンジンの寸法、およびこれらの装置が
利用された時のエネルギー消費に対して悪影響を与えて
いる。
ターボコンプレッサにより過給される２サイクルエンジ
ンの場合は、掃気期間中に作動室を掃気するために必要
な、作動室の上流側と下流側との間の正の圧力差は、エ
ンジンが高動力で運転されている時は過給ターボコンプ
レッサにより自然に保証される。実際、コンプレッサが
十分な圧力比で運転されている時は、ターボコンプレッ
サの安定駆動に必要なタービンの膨脹比は弱くなり、か
つターボコンプレッサの効率および作動室の流出口にお
けるガス温度は高くなる。したがって、たとえば全体効
率60％で、タービンが600℃で４バールのガスを供給さ
れるようにした現代のターボコンプレッサは、20℃の大
気圧から５バールの空気を給送するようになっており、
したがって作動室は１バールの正の圧力差を自然に受け
ることになる。
他方、この過給２サイクルエンジンが低動力で運転され
る時は、作動室の排出部におけるエンタルピは、前述圧
力差を正に維持するような速度でコンプレッサを過給タ
ービンが駆動するには不十分である。その結果、付属装
置が備えられないと、作動室へ新気（フレッシュエア）
を再導入することを妨げる前記逆圧力差により、エンジ
ンは停止することになる。さらに強い理由によりエンジ
ンの始動が不可能になる。
これら付属装置は前述の圧力発生タイプのものとされ
る。これらの装置は、作動室で上流側および下流側間の
圧力差の逆転を妨げる速度でターボコンプレッサを、エ
ンジンから独立して運転させるタイプのものとすること
ができる。したがって、たとえばコンプレッサの流出口
をタービンの流入口に連結すると共に、補助燃焼室に関
連されたバイパス導管を設けることができ、またターボ
コンプレッサの速度が前に決定されたしきい値より低速
になることを防止する調整装置を設けることができる。
あるいは、圧力流体を供給される補助タービンホイー
ル、たとえばペルトン流体タービンをターボコンプレッ
サに付加することができる。
しかし、これらの付属装置は複雑でコスト高となり、そ
れが利用される時は燃料消費量が増大する。
したがってこの発明の目的は、始動および低動力での運
転のための過給ターボコンプレッサ以外の外部掃気装置
を備えていない２サイクルエンジンを提供することであ
る。
この発明の別の目的は、これに限定されるわけではない
がそれが好ましい過給型２サイクルエンジンの単一また
は各作動室内へ、このエンジンが低動力で運転される
時、およびその始動時に、前述付属装置を付加すること
なく、新気を自然に導入させることである。
この発明の別の目的は、この新気の導入を容易にするた
めに、単一または各作動室の下流側におけるエネルギー
を、少なくとも一部利用することである。
この発明の別の目的は、過給ターボコンプレッサが配置
された時はそのロータを、排気タイミング要素の開放に
より、単一または各作動室の下流側におけるエネルギー
を増大することにより、加速させることを容易にするこ
とである。
この発明の別の目的は、エンジンのトルク曲線を改善す
ることである。
この発明は、横ポートを備えないシリンダ内にピストン
により画定される少なくとも一つの可変容積作動室を備
えると共に、２サイクルで運転される内燃エンジンを提
供することであり、このエンジンはターボコンプレッサ
により過給されるようにすることが好ましいが、それに
限定されるものではなく、かつタービンのガス流入口は
作動室のガス流出口に連通されており、またタービンに
より機械的に駆動されるコンプレッサの空気流出口は作
動室の空気流入口に連通されており、またこのエンジン
において作動室の空気流入口とガス流出口とは、エンジ
ンのシャフトの回転と同期された吸入および排出バルブ
が設けられていると共に、その特徴としては、エンジン
が始動および低動力運転のための外部掃気装置を備えて
いないことから、前記吸入および排出バルブは、エンジ
ンの少なくとも一つの運転パラメータの関数として、エ
ンジンのシャフトから見てバルブの開放および閉鎖の角
度位置を変更できる制御装置により作動されることであ
り、また、この制御装置は前記エンジンの運転パラメー
タに応答すると共に、始動および低動力運転時に吸入バ
ルブの開放始動を前進させ、かつ通常運転条件に対して
排出バルブの開放始動より好ましくは少なくとも20゜後
に維持し、全運転条件にわたって十分な量の新気を単一
または各作動室内へ導入できるようになっている。
この発明において、吸入および排出バルブを制御する装
置は、その開放および閉鎖の開始角度位置を広範な角度
範囲にわたって調整することができる。
したがってこの発明の分野は、通常の２サイクルエンジ
ンに設けられると共に、シリンダの固定壁に設けられ
て、ピストンによりその走行中に周期的に露出されるよ
うにしたポートにより構成されるタイミング要素を排除
している。この場合、実際に角度開放および／または閉
鎖位置は運動ピストンの位置に相対的に一度、そして全
体に対して必ず決定されると共に、下死点（BDC）と呼
ばれる作動室の最大容積に対応するピストン位置に関し
て対称になっており、前記ポートは作動室と外部とを連
通させるようになっている。
バルブは、1976年１月15日出願のフランス特許第2,338,
385号明細書に記載されるように構成することが、特に
有利である。
この発明において、エンジンの作動パラメータは、エン
ジンの作動に関連すると共に、少なくとも２つの値をと
ることができる検出可能なパラメータを意味しており、
その一つの値は、作動室の上流側または吸入側と下流側
または排出側との間の圧力差の値が正に維持されると共
に、その値がエンジンの良好な運転を保証するのに十分
は値であり、したがってエンジンが正常運転条件におい
て通常の２サイクルエンジンとして運転されている期間
におけるエンジンの運転に対応するものであり、また他
方の値は、前記圧力差が不十分な大きさまたは負にな
り、あるいは停止したエンジンの場合のように前記気圧
力差が単純に存在しない期間におけるエンジンの運転に
対応するものである。
このパラメータは、たとえば下記のものとすることがで
きる： 過給２サイクルエンジンの場合の過給圧力値； 単一または複数の作動室にサイクル毎に導入される燃料
量、 エンジンの主シャフトの回転速度、 排気マニホルドにおける温度、 吸入および排出圧力間、好ましくは作動室の上流側にお
ける圧力および下流側における圧力間、の有効差値。
検出装置により前記パラメータに応答されると共に、吸
入および排出バルブの作動を制御する制御装置は任意の
タイプのものにすることができる。これは、たとえば機
械タイプのものとし、たとえばカムシャフトの場合は運
動チエンを介してエンジンの主シャフトにより直接駆動
されるようにすることができる。この場合、吸入および
排出バルブの角度開放および閉鎖位置を調整する機械的
または他の調整装置が設けられる。
前述の制御装置は電気、流体または空気圧タイプのもの
とし、エンジンの主シャフトの回転に同期するものとす
ることができ、また前記パラメータに応答する調整装置
も、吸入および排出バルブの角度開放および閉鎖位置を
調整することができる。
したがって、この発明により、エンジンは正常運転範囲
において、過給され、または過給されない種々のタイプ
の２サイクルエンジンと同様に運転される。他方、その
運転状態は正常運転範囲外で運転される時、掃気を有効
に保証するか、あるいは交換するように調整される。こ
の点は、主として各作動室の容積増大過程、すなわち空
気吸入過程の一部を利用することにより、対応して吸入
および排出バルブの角度開放および閉鎖位置を変更する
ことにより達成される。
そのため、少なくとも吸入バルブの開放がサイクル中、
たとえば作動室の運動ピストンの中間行程付近で顕著に
前進され、かつ排出バルブのタイミングがそれにしたが
って調整される。こうして、燃焼に可能な新気量が増大
され、吸入および排出バルブの閉鎖を前進させることに
より、容積圧縮比が増大し、それにより所望時、ジーゼ
ルエンジンの好ましい場合に自己点火が容易になる。
さらに、サイクル中で排出を前進させることにより、高
い圧力および温度で発生する排気ブラストのエネルギー
が増大される。ターボコンプレッサ・ユニットによりタ
ーボ送給されると共に、コンプレッサを駆動するそのタ
ービンがそれ自体、排出ガスにより駆動されるようにし
た２サイクルエンジンの場合は、排気システムは排出バ
ルブとタービンホイールとを直接連結させることが有利
である。その場合、非常に低速においてブラストパルス
がターボコンプレッサ・ユニットを低速回転させ、それ
により、エンジンの空気を過給することなく作動室が通
気されて、燃焼ガスのそこからの排出と、それと新気と
の交換が十分になされる。
この直接連結は、規則的に屈曲されると共に排気マニホ
ルドに開口する排気パイプを利用することにより簡単に
確保することができ、排気マニホルドの通路セクション
は高速大流量に適用されるもので、マニホルドの軸心方
向のプラストパルスには何の障害物ももたらさないよう
になっており、かつマニホルドは分配装置を介在させる
ことなく、タービンホイールに通過されている。
この発明の特別の実施態様において、吸気および排気バ
ルブが少なくとも近似的に、同時に有効開放状態にない
ように角度位置が構成されている。
この発明の別の実施態様においては、吸気および排気バ
ルブが同時に開放状態になされており、その場合は排気
システムのガスが単一または各作動室へ逆流する可能性
を制限または防止する単指向装置が排気部に配置され
る。
この実施態様において、チェックバルブまたは他の機械
的な非戻り装置を排気部に利用することができるが、作
動室のガス流出口をガスマニホルドに連結するパイプ中
を移動されるガス柱の慣性効果、あるいは掃気状態にお
いて他の作動室を空にするあたり作動室からのガスパル
スにより発生されるエジェクション効果を利用すること
もでき、この後者の場合は、好ましくは４つ以上の多数
の作動室が必要になる。
排出ガスの慣性が利用される時は、排気システム、特に
単一または複数の作動室のガス流出口とガスマニホルド
とを連通させるパイプ内に単指向流動をもたらす装置を
設けることが有用であり、この単指向装置は、たとえば
十分に長い固定排気パイプから構成されると共に、その
流出口が、マニホルド内のガス流と同一方向に指向され
ていることが好ましい。
ガスパルスによりもたらされるエジェクション効果も、
特に作動室数が４以上の時に、単一または複数の作動室
のガス流出口とガスマニホルドとを連通させるために、
収歛／発散ノズル形状を有し、かつその流出口が、マニ
ホルド内のガス流と同一方向に指向されていると共に、
好ましくはマニホルドと同軸心なしているパイプを設け
ることにより利用できる。
後者の場合、ケースマニホルドは実質的に一定の通路セ
クションであって、正常運転状態においては前記マニホ
ルドの下流側端部におけるガス流速が、マッハ数0.4を
越えるような十分に小さい通路セクションを備えてい
る。ガスマニホルドの下流側流出口は流速を0.4より小
さいマッハ数に減少させる拡散装置を介して、過給エン
ジンのターボコンプレッサのタービン流入口に連通され
る。あるいはガスマニホルドの下流側流出口は、過給タ
ーボコンプレッサ・ユニットのタービンのガス流入口に
直接連通されると共に、そのガス分配渦巻き形状は、マ
ニホルドの出口とタービンロータへの入口との間でガス
速度が減少されないように構成されている。
この発明は、前述の２サイクルエンジンの運転方法も提
供している。
第１の運転方法は下記のような特徴を有している： ａ）前述の単一または複数のパラメータが、エンジンの
正常または公称運転条件に対応する値を有する時、エン
ジンは下記から構成される２サイクルエンジンによる通
常方法により運転される： 吸入および排出バルブが閉鎖されている圧縮−燃焼−膨
脹ステージ、 排気バルブのみが開放されている膨脹ステージの終りに
おけるパルス（脈動）排気期間、 吸入および排出バルブが同時に開放されている時期であ
ると共に、その過程で燃焼ガスが少なくとも一部、単一
または各作動室の各側における平均して正の圧力差の効
果により新気と交換される掃気期間； ｂ）他方、運転パラメータが、エンジンが作動または適
切な運転をできない作動状態に対応する値を有する時
は、バルブ開放の角度位置が単一または各作動室の最大
容積位置に対して前進されて、作動室とエンジンの吸気
システムとの連通が、主として作動室の容積増大期間の
一部において行なわれるようになされ、この状態は、特
に吸入および排出バルブが同時に開放されるステージが
存する場合は、作動室とガスマニホルドを連通させるパ
イプを配置して、ガスマニホルドから単一または各作動
室の方向に実質的な逆流が生じないようにすることがで
きる。
パラメータが所定のしきい値を通過した時に、吸入およ
び排出バルブの作動角度位置は急激修正される。随意的
に前記バルブ位置の複数の急激修正のために、複数の連
続しきい値を設けることができる。
あるいは、前記角度位置は前述パラメータの連続または
準連続関数により修正されて、好ましい運転条件に対応
する位置と、好ましくない運転条件に対応する位置との
間を斬進的に変化させるようにすることができる。
２サイクルエンジンにおいては、吸気のみまたは排気の
みが調整自在なタイミング作動を行なうバルブを介して
行なわれることが知られており、またその場合、排気ま
たは吸気が、ピストンにより覆われない固定ポートを介
して達成されることに注意されたい。
これに対して、この発明は、排気バルブの開放に先行す
るがそれに従動する吸気バルブの開放により、４サイク
ル効果を一時的に達成することができる。そしてこの効
果は、その吸気開放が一定指定おり、したがって先行さ
れ得ない吸入ポートを備えるエンジン（U.S.−Ａ−2,09
7,883、第６図を除く）エンジンにおいて、そして吸気
開放が排気に関して先行されるがそれに従動しない排気
ポートを備えるエンジン（U.S.−Ａ−2,097,883、第６
図）においては不可能である。
特に、この発明のエンジンの正常運転においては、この
発明のエンジンの有効ストローク（圧縮の）は、単一ま
たは各ピストンの総ストロークの少なくとも50％であ
る。始動または低動力の運転モードにおいては、吸入ス
トロークが総ストロークの少なくとも50％であり、圧縮
ストロークはこのストロークの100％のオーダーにあ
り、角度の食い違いOE−OAは、20％（クランクシャフト
の回転角度）より大きいか、それに等しい。
通常の２サイクルエンジンで、吸入ポートおよび可変タ
イミングの排気バルブを備えるものにおいては、固定吸
入ポートということから吸入ストロークを増大すること
は不可能であり、また同じ理由から、圧縮ストロークは
一部増大できるだけで、すなわち100％に到達させるこ
とはできない。
通常の２サイクルエンジンで、排気ポートおよび可変タ
イミングの吸入バルブを備えるものにおいては、吸入ス
トロークはOE（排気開放）−OA（吸入開放）の食い違い
を犠牲にして増大することができる。したがって排気ブ
ラストは吸入側へ放出され、その結果、エンジンは窒息
状態になる。さらに、固定された排気ポートにより、圧
縮ストロークは100％に到達できない。
さらに、エンジンを２サイクルにより、そして４サイク
ルにより交互に運転させること、すなわち２つの運転モ
ード間に連続または漸進的変化のない状態での運転が提
案されている（JP−Ａ−58−152139参照）。
この発明はこのようなエンジンの始動方法にも関してお
り、そこで始動時、エンジンは前述の方法の一つにした
がって運転されており、モータが過給されると、過給タ
ーボコンプレッサ・ユニットはエンジンの始動前に加速
されるという特徴を有している。
この発明の別の利点および特徴は、図面を参照した非限
定例としての以下の記載から明らかになるであろう。
第１図はこの発明の２サイクルエンジンの作動室（それ
自体公知のもの）の概略図、 第２図は通常の２サイクルエンジンの吸入・排出バルブ
の開放および閉鎖角度図、 第３図はこの発明の一実施態様によるエンジンが低動力
で運転される時の（前記角度）図、 第４図はこの発明の別の実施態様によるエンジンが低動
力で運転される時の（前記角度）図、 第５図は第４図にしたがって運転するように設計された
エンジンの概略図、 第６図は第４図にしたがって運転するように設計された
別のエンジンの概略図、 最初に、第１おび２図を参照する。
この発明が関連して説明されるエンジンは前記フランス
特許第2,338,385号明細書に記載されるタイプの、単一
または複数の作動室を備える２サイクルエンジンであ
る。第１図に示されるこの作動室は運動部片、すなわち
そのピストンロッド２と共に摺動ピストン１、および固
定部片、すなわちその上部にシリンダヘッド４を設けら
れたシリンダ３を備えている。シリンダヘッド４には吸
気通路５および排気通路６が設けられており、座８と共
働する吸気バルブ７および座10と共働する排気バルブ９
により、開閉されるようになっている。したがってシリ
ンダ３にはその横壁にポートは設けられておらず、座８
および10はシリンダヘッド４に配置されている。
エンジンの他の部片、すなわち主シャフト、カムシャフ
ト、ロッカーアームセットは通常のものであるから、詳
細な説明は省略する。バルブの傾斜およびそのサイズ
は、正常運転条件において可能な限り有効な性能を達成
するように、たとえば前記フランス特許第2,338,385号
明細書に示されるように最良形態に構成されている。
第２図はこのエンジンの通常の運転モードを示してい
る。原点が下死点BDCであるこの図面は時計方向に進行
される。角度位置は以下の通りである： 排気開放 OE: −60゜ 排気閉鎖 FE:＋100゜ 吸気開放 OA: −30゜ 吸気閉鎖 FA:＋100゜ したがって、上死点から120゜の下方ストローク後、排
気バルブ９は開放（OE）しており、吸気バルブ７はブラ
スト期間に対応して30゜の間、なお閉鎖されている。吸
入開放（OA）後、ブラストステージに130゜の掃斬期間
が続き、その間に作動室の吸気通路５および排気通路６
間の正の圧力差の気体力学効果により充満空気が一新さ
れる。閉鎖ステージはその後200゜にわたって続き、こ
の例では非対称に容積圧縮非8/1に対応する80゜の真の
圧縮ストロークに分割されると共に、燃焼−膨脹ストロ
ークが120゜続き、これは12.9/1の容積膨脹比に対応し
ている。
この非対称サイクルにより通常どおり、高動力でもある
特定の動力に関連して高い効率を達成することができ
る。
このようなタイミング図は、シャフトまたはクランクシ
ャフトに機械的に連結されると共に、バルブおよびその
弾性戻し装置と直接または間接的に共働するカムシャフ
トの助けにより、特に通常どおりに達成することがで
き、カムシャフトとバルブとの共働関係は機械的なもの
（プッシュロッド、ロッカーアーム、等）とすることが
でき、あるいは流体伝動装置、等の他の装置で達成され
る。
また制御装置、たとえば流体または空気圧ジャックまた
は電磁ジャックにより、角度位置を容易に変更すること
ができる。
この発明においては、これらの制御装置はエンジンの運
転過程において、吸気および排バルブの開放および／ま
たは閉鎖の角度位置を大きな角度度変化をもって変更で
きるように構成されている。
一例として、カムシャフトと各バルブとの連結部に可変
調整（たとえば間隙の流体圧変化、またはロッカーアー
ム軸心の変位、等）装置を包含することができ； またはカムとカムシャフトとの間、またはカムとエンジ
ンのシャフトとの間の連結部を、それ自体既知の方法で
可変状態にでき； カムが２重カムプロフィルを有すると共にカムシャフト
の移行により、作動過程において一方から他方のプロフ
ィルへ変更できるようにしたカムシャフトを利用するこ
とができ； 流体圧、空気圧または電磁ジャックによりバルブを直接
制御する場合は、バルブの角度開放および閉鎖位置は、
たとえばエンジンのシャフト位置の検出器を利用するそ
れ自体既知のパイロット装置により変更することができ
る。
第３図において、この発明の第１の実施方法を説明する
ことにする。
この発明において、例として説明されるエンジンはエン
ジン作動パラメータが所定のしきい値を越えている限り
は、第２図の２サイクルによって運転される。このパラ
メータはたとえば、クランクシャフトの回転速度とされ
る。この回転速度がこのしきい値より低速に下がると、
この発明によりバルブを制御する装置が、第３図にした
がって吸気および排気バルブの角度開放および閉鎖位置
を直ちに修正させるようになっている。後者の場合、d.
c.角度（クランクシャフトの回転角度）は下記のとおり
である。： OE:−120゜ FE: −90゜ OA: −90゜ FA: ＋20゜ したがって、これから明らかなように排気バルブ９の開
放（OE）は、上死点に向けて60゜前進されると共に30゜
だけ継続し、その間に、排気バルブ９の開放に続く膨脹
によりもたらされる、排出期間中のブラストの形態によ
り燃焼ガス部分的排出が行なわれる。この30゜の終了
時、排気バルブ９は閉鎖（FE）される。
いずれの場合も、この例においては30゜であるOAおよび
OE間の食い違い角度（クランクシャフト上で見て）は、
前に定められた20゜の限界より大きい。
したがって掃気期間は省略されると共に、排気バルブ９
の閉鎖（FE）と同時に生じる吸気バルブ７の開放（OA）
による新気の吸入期間により置換されており、この吸引
期間は110゜にわたって継続し、これは容積としては作
動室の最大容積の半分に対応し、また質量としては、新
気の2/3の割合に対応し、これはアイドリング運転条件
に対応する燃料量を燃焼させるのに十分な量である。
吸気バルブの閉鎖（FA）後、圧縮ステージ、上死点（TD
C）への接近、燃焼が発生し、サイクルが再開される。
吸気および排気部が同時に開放することはないから、排
気マニホルドにおける圧力レベルは何の作用ももたらさ
ず、このように設計されたエンジンは、たとえ過給され
なくても始動、およびアイドリング時の安定運転が可能
になる。
さらに、圧縮ストロークが下死点BDC付近で開始され、
したがって容積圧縮比が15.6/1（8/1の代りに）の値ま
で増大されるから、ジーゼルエンジンに関連する大気圧
吸引においても、空気−燃料混合気の自己点火が保証さ
れる。
ここに説明する第１実施態様において、第３図のタイミ
ング図は、バルブを流体または電磁ジャックにより直接
制御する装置が利用されるならば、容易に実現される。
実際、クランクシャフトの回転速度が前述のしきい値よ
り低い時、バルブ、特に排気バルブ９の開放および閉鎖
について高い角速度を達成することが可能である。この
開放および閉鎖速度はジャックとバルブとの間に流体連
結要素を利用することにより、さらに増大することがで
きると共に、これら連結要素は通常の流体タイミング装
置に関連して、バルブのライズ（rise）の省略または短
縮を可能にしている。
通常のバルブ制御装置（弾性制御装置と共働するカムシ
ャフト）が利用される場合は、第３図のタイミング図
は、特に速度が比較的高い場合は、バルブを閉鎖するた
めの上昇および下降カムは特に急な傾斜を有することか
ら、実現することが時には困難になる。
カムシャフトを備えるエンジンの場合は、したがって第
４図により説明する実施態様が好ましい。
この実施態様においては、回転速度が定められたしきい
値より低下すると、カムシャフトは後方、すなわち反時
計方向に60゜移行され、下記のとおり図示のタイミング
図が達成される： OE:−120゜ FE: ＋40゜ OA: −90゜ FA: ＋40゜ 第３図の実施態様におけるように、OAおよびOE間の食い
違い角度は30゜である。しかし第３図に示されるエンジ
ンに対して、プラスト期間に続いて吸気開放IOで始まる
混合期間がもたらされ、そこでは吸気バルブ７および排
気バルブ９が同時に開放する。
たとえば、排気マニホルドの圧力が吸気圧力より高い場
合に、ピストンの下降ストローク中に、エンジンの安定
アイドリングを妨げるように排気マニホルドからの排出
ガスの有害な逆流の可能性を避けるため、この実施態様
においては排気単指向装置、たとえばチェックバルブが
単一または各作動室を排気マニホルドへ連結するパイプ
の、排出バルブの下流側に取付けるように構成されてい
る。
これらのバルブは任意の同等装置、たとえば前記パイプ
に配置された気体力学ダイオードに置換することができ
る。
この発明の別の実施態様において、吸気および排気バル
ブのタイミング図は、たとえば第４図に示されるように
され、すなわち、ピストンの少なくとも下降中に、吸気
バルブ７および排気バルブ９同時に開放する期間が設け
られる。
この発明の上記実施態様の第１修正例においては、排気
バルブ９の開放により、下方ストロークの終りのガスの
放出（ブラスト）により発生するパルスにより、単一ま
たは各作動室のガス流出口をガスマニホルドへ連結する
パイプ内を移動されるガス柱の慣性効果を利用して、逆
流が避けられている。
ガデナシー（Kadenacy）効果として知られるこの効果
は、最適条件のためにパイプの特別の構成（径および長
さ）を必要としている。
パイプ11が第５図に示されるように、直線状排気マニホ
ルド12内のガスの流動方向に開口しているならば、エン
ジンが非常に低速であり、かつカデナシー効果が存しな
い場合でも、排気マニホルド12中を自由に通過するパル
スの形態を有する排気ブラストが達成される。第６図に
示されるように、エンジンがマニホルド12の端部にター
ボコンプレッサ・ユニット28〜29のタービン29を備えて
いる場合は、特に障害物、たとえばエルボ、渦巻きまた
は分配装置がタービンホイールの前方に配置されていな
ければ、前述のブラストにより、ある程度のペルトン
（Pelton）タービン効果をもって、ターボコンプレッサ
・ユニットが十分に回転されて、吸気マニホルド27内
で、作動室３の通風がもたらされて、最低運転条件にお
いて、そして特に始動時に、確実でフレキシブルなエン
ジンの運転が可能になる。
第５図にこの発明のエンジンが示されており、ここでは
エンジンシャフトまたはクランクシャフト14が内部で回
転しているブロック13に、３つの作動室またはシリンダ
３が設けられていると共に、空気フィルタ16を包含する
空気マニホルド15から供給されるようになっている。吸
気バルブ17および排気バルブ18は、制御装置21によりカ
ムシャフト19,20を介して駆動される。このエンジン
は、シャフト14の回転速度の検出器22、空気吸入圧力の
検出器23、燃料導入装置25を介して作動室３内へサイク
ル毎に導入される燃料量の検出器24、および随意的に排
気温度の検出器34を包含している。制御装置21を調整す
る電子装置26が、検出器22および／または23および／ま
たは24および／または34に応答すると共に、単一または
複数の検出器により検出された単一または複合パラメー
タの値と、しきい値との比較結果の関数として、この発
明により正常な２サイクル運転または修正された運転の
ために、制御装置21の状態を調整するようになってい
る。
この発明の上記実施態様の修正例として、掃気状態にお
いて他の作動室を空にする際に作動室またはシリンダ３
から生じるパルスによりもたらされるエジェクション効
果が得られる。この場合、作動室数はこの過程の角度期
間を考慮して、４以上でなければならない。
そのようなエンジンは第６図に示されており、そこでは
第５図のものと類似の要素には、別の指示がない場合は
同一参照番号が付けられている。
図示されたエンジンは５つの作動室３を備えており、作
動室３は、ターボコンプレッサ・ユニットのコンプレッ
サ28から過給圧力空気を受容する空気吸入マニホルド27
から空気を供給されると共に、前記ユニットのタービン
29は排出ガスにより駆動されるようになっており、圧縮
空気は最初に空気冷却装置30により冷却される。排気シ
ステム31はガスのエジェクション効果を利用している。
このエジェクション効果は、フランス特許第2,378,178
号、同第2,415,200号、同第2,478,736号明細書に示され
るタイプの通常の装置により達成される。
第６図に示されるこの種の構成のものにおいては、下記
の構造上の特徴が要求される： Ａ−収歛または収歛／発散ノズル形態のパイプであっ
て、その流出口がガスマニホルド内の流動方向に指向さ
れているパイプ32により、作動室の流出口とガスマニホ
ルド31との間が小容積の非常に短かい連結部であるこ
と。
これらパイプ32が非常に小さい容積で、かつ通路セクシ
ョンが拘束されていることから、排気ブラストステージ
の始めに作動室内で得られるエネルギーの回復を助ける
効果がもたらされる。実際にパイプ内の圧力は、排気バ
ルブの開放と同時に急速に上昇し、作動室内の圧力に接
近し、それにより、前記排気バルブを通過する時、絞り
によるエネルギー損失がかなり低減される。
その結果、膨脹の終りに作動室内で得られる有効エネル
ギーは最大量で保存される。
収歛パイプ32内での加速およびガスマニホルド31内の流
動方向への前記パイプの指向により、このポテンシャル
エネルギーは運動エネルギーへ有効に転換され、それが
前記マニホルド31内を流動するガス柱の加速に寄与して
いる。
Ｂ−複数の作動室からの排気を、ピストンの径に対して
小さい径（総体的に半分のオーダー）を有するガスマニ
ホルド31において集合させること。
マニホルドの寸法は下記のとおり表わされる： ここで、Se＝ガスマニホルドの断面、 Sp＝各ピストンの横断表面積、 ｎ＝ピストン数、 ｎ・Sp＝同一ガスマニホルドへ連結されたシリンダ内の
ピストンの総表面積、 Vp＝各ピストンの平均速度、 Ve＝ガスマニホルド下流端のガス速度、 ρ′２＝吸入空気の密度、 ρ５＝排出ガスの密度、 α＝エンジンの流動係数（0.5〜1.2）、 マニホルド下流端におけるガス流のマッハ数は： ここで、 T5＝排出ガス温度（゜K） もし、T5＝873゜K（600℃）、 a5＝577m/sならば ｍ＝0.3、かつVe＝173m/s Ｃ−各作動室からの運動量の噴射を、できるだけ規則的
に、かつ一つの室からの排気が他室を乱すことを最少に
するように系統化するために、同一ガスマニホルドにグ
ループ（集合）化された種々の作動室の点火順序を調整
すること。
Ｄ−摩擦または経路変化（ベンド、または断面の急激変
化）により、高速流動の総圧力が降下することを避ける
ため、マニホルドの下流側端部（ガスの流動方向におい
て）とタービンの流入口との間の連結部を、できるだけ
単純かつ短かくすること；例として、マッハ数0.7のガ
ス流の摩擦による総圧力降下は、マニホルドの径に対し
て単位長さ当り１％のオーダーである。
Ｅ−ガスマニホルドの下流側端部とタービンの流入口と
の間に、流れを0.25のオーダーのマッハ数に低速化する
ことができる拡散装置を随意的に介在させること。
しかし、この流れはタービンホイールに流入する前に、
１のオーダーのマッハ数に再度加速（通常、分配装置と
呼ばれ固定ノズルリングにおいて）されるという事実か
ら、この拡散装置において低速化し、次いで分配装置に
おいて加速させる過程を省略して、特徴Ｅを下記の特徴
に置換することが好ましい。
Ｅ′−ガスの速度をそれがタービンの膨脹ホイールに流
入するまで実質的に一定に維持するように、ガスをター
ビンへ流入させるためのハウジングを系統化すること。
この発明のエンジンが低動力運転モードにある時、排気
バルブの開放を前進させること、すなわち前述の実施態
様において60゜前進させて、BDCより前120゜、すなわち
ピストンの膨脹ストロークの終りの前に排気バルブの開
放（OE）を開始することにより、下記のような多くの利
点がもたらされる： 排気バルブの開放により作動室内における圧力および温
度、および放出されるガスの質量が高いことから、排気
ブラストはより活動性を有しており：過給タービンの駆
動および加速が非常に改善され、またこのことは特に排
気システムが前述のこの発明の第２実施態様にしたがっ
て構成された場合に言える。
同じ理由で、２サイクルエンジンの自己掃気がエンジン
の低動力運転時に改善される。
主シャフトに対する与えられた動力について、膨脹移行
量の減少により燃料消費量が増大し、したがって作動室
から流出するガスの温度が増大することになり、このフ
ァクターは過給タービンの駆動に関しても好ましいこと
である。
直線状マニホルドとタービン29の流入口との間の直接連
結33により、最低速運転においても、ターボコンプレッ
サ・ユニットにより良好な掃気を達成するのに十分な通
風を発生するためのエジェクターまたは慣性効果のない
状態で、排気ブラストによるパルスからの利点が得られ
る。
この発明はもちろん多くの修正を受けることが可能であ
り、前述の種々の吸気および排気タイミング図は本質的
に例示のために説明されたものであり、これらの図もこ
の発明の範囲内で変更することが可能である。

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】横ポートを備えないシリンダ内のピストン
    により画定される少なくとも一つの可変容積作動室
    （３）を備えると共に、２サイクルで運転される内燃エ
    ンジンであって、前記作動室（３）の空気吸入およびガ
    ス排出部に、エンジンのシャフトの回転と同期する吸気
    バルブ（７）および排気バルブ（９）が設けられている
    エンジンにおいて、始動および低動力運転を行なわせる
    ための外部掃気装置を備えておらず、前記吸気および排
    気バルブ（7,9）が、エンジンのシャフトから見て、前
    記バルブの開放および場合によりその閉鎖の角度位置の
    関数として変更され得る制御装置により、エンジンの少
    なくとも一つの作動パラメータの関数として作動される
    ようになっており、前記制御装置が、前記エンジンの作
    動パラメータに応答して、始動および低動力運転時に、
    正常運転条件に対して、吸気バルブの開放開始時を前進
    させると共に、それを排気バルブの開放開始後まで維持
    して、あらゆる運転条件において十分な量の新気を単一
    または各作動室へ導入できるようにしたことを特徴とす
    る内燃エンジン。
  2. 【請求項２】始動および低動力運転時、吸気バルブの開
    放開始と排気バルブの開放開始との間の食い違い角度
    が、少なくとも30゜であることを特徴とする、請求の範
    囲第１項に記載のエンジン。
  3. 【請求項３】ターボコンプレッサにより過給されるよう
    にすると共に、そのタービンのガス流入口を、作動室の
    排出部に連通させ、かつタービンにより機械的に駆動さ
    れるコンプレッサの空気流出口を作動室の空気吸入部に
    連通させたことを特徴とする、請求の範囲第２項に記載
    のエンジン。
  4. 【請求項４】エンジンの作動に関連するパラメータが、
    過給２サイクルエンジンの場合は過給圧力値、 または単一または複数の作動室にサイクル毎に導入され
    る燃料量、 またはエンジンの主シャフト回転速度、 または排気温度、 または吸気および排気圧力間の有効差圧、とされると共
    に、前記パラメータ値を検出する装置が設けられている
    ことを特徴とする、請求の範囲第１項に記載のエンジ
    ン。
  5. 【請求項５】前記制御装置が機械的なものであり、かつ
    運転チェン、特にカムシャフトを介してエンジンの主シ
    ャフトにより直接駆動されるようになっており、かつ関
    連するバルブ（7,9）の開放および随意的に閉鎖する角
    度位置を修正する機械的調整装置が設けられていること
    を特徴とする、請求の範囲第１項に記載のエンジン。
  6. 【請求項６】バルブ（7,9）の制御装置が電気、流体圧
    または空気圧タイプのものとされ、かつ前記パラメータ
    に応答する調整装置を前記制御装置に関連させて、前記
    バルブ（7,9）の開放および随意的に閉鎖の角度位置を
    修正するようにしたことを特徴とする、請求の範囲第１
    項に記載のエンジン。
  7. 【請求項７】前記制御装置が用いられる時、吸気および
    排気バルブ（7,9）の開放および随意的に閉鎖の角度位
    置が、作動室の容積増大に関連するストロークの少なく
    とも一部において主として吸気バルブ（７）を開放し
    て、空気吸入作用をもたらすように修正されることを特
    徴とする、請求の範囲第１項に記載のエンジン。
  8. 【請求項８】前記制御装置が用いられる時、圧縮率が単
    一または各ピストンの圧縮ストローク全体に対応するよ
    うにしたことを特徴とする、請求の範囲第７項に記載の
    エンジン。
  9. 【請求項９】吸気バルブの開放位置を単一または各ピス
    トンのストロークの中間位置付近にしたことを特徴とす
    る、請求の範囲第７項に記載のエンジン。
  10. 【請求項１０】前記制御装置が、吸気および排気バルブ
    （7,9）が少なくとも近似的に同時に開放状態にならぬ
    ように構成されていることを特徴とする、請求の範囲第
    ９項に記載のエンジン。
  11. 【請求項１１】前記制御装置が、エンジンのサイクルの
    一部で吸気および排気バルブ（7,9）を同時に開放状態
    にするように構成されていると共に、エンジンの排気シ
    ステムに、排気システムからのガスの逆流の可能性を制
    限または防止する単指向装置が配置されていることを特
    徴とする、請求の範囲第７項に記載のエンジン。
  12. 【請求項１２】前記単指向装置が機械的なチェック装置
    であることを特徴とする、請求の範囲第11項に記載のエ
    ンジン。
  13. 【請求項１３】前記単指向装置が、パイプ内を移動され
    るガス柱の慣性効果を利用する十分な長さを有する固定
    排気パイプとされたことを特徴とする、請求の範囲第11
    項に記載のエンジン。
  14. 【請求項１４】４つ以上の作動室を備えると共に、掃気
    状態において別の作動室を空にする際、一つの作動室か
    らのガスパルスによりもたらされるエジェクション効果
    を利用する装置を備えていることを特徴とする、請求の
    範囲第11項に記載のエンジン。
  15. 【請求項１５】作動室からのガス流出口とガスマニホル
    ドとを連通させると共に、収歛または収歛／発散ノズル
    の形状を有する排気パイプを備えており、かつその流出
    口が前記マニホルド内のガス流動と同一方向に指向され
    ていることを特徴とする、請求の範囲第14項に記載のエ
    ンジン。
  16. 【請求項１６】前記排気パイプをガスマニホルド内のガ
    ス流動と同一方向に開口させると共に、好ましくは前記
    ガスマニホルドに対して同軸心に配置させたことを特徴
    とする、請求の範囲第12項に記載のエンジン。
  17. 【請求項１７】排気システムが、排気バルブ（９）と過
    給タービン（29）のホイールとを直接連結する部分を備
    えると共に、低動力運転時に排気ブラストパルスのみに
    よりターボコンプレッサ・ユニットを回転駆動するよう
    にしたことを特徴とする、請求の範囲第３項に記載のエ
    ンジン。
  18. 【請求項１８】ガスマニホルドの通路断面が実質的に一
    定であると共に、公称運転状態において、マニホルドの
    下流側端部におけるガス流速が、マッハ数0.4を越える
    ように前記断面を十分に小さくしたことを特徴とする、
    請求の範囲第15項に記載のエンジン。
  19. 【請求項１９】ガスマニホルドの下流側流出口が、0.4
    より小さいマッハ数に速度を低下する拡散装置を介し
    て、過給ターボコンプレッサユニットのタービンの流入
    口に連通されていることを特徴とする、請求の範囲第18
    項に記載の過給エンジン。
  20. 【請求項２０】ガスマニホルドの下流側流出口が過給タ
    ーボコンプレッサのガス流入口に直接連通されると共
    に、マニホルドの流出口とタービンのロータへの導入口
    との間でガス速度が著しく減少されないようにガス分配
    渦巻き装置が設けられていることを特徴とする請求の範
    囲第17項に記載のエンジン。
  21. 【請求項２１】横ポートを備えないシリンダ内のピスト
    ンにより画定される少なくとも一つの可変容積作動室
    （３）を備えると共に、２サイクルで運転され、前記作
    動室（３）の空気吸入およびガス排出部に、エンジンの
    シャフトの回転と同期する吸気バルブ（７）および排気
    バルブ（９）が設けられている内燃エンジンであって、
    始動および低動力運転を行なわせるための外部掃気装置
    を備えておらず、前記吸気および排気バルブ（7,9）
    が、エンジンのシャフトから見て、前記バルブの開放お
    よび場合によりその閉鎖の角度位置の関数として変更さ
    れ得る制御装置により、エンジンの少なくとも一つの作
    動パラメータの関数として作動されるようになってお
    り、前記制御装置が、前記エンジンの作動パラメータに
    応答して、始動および低動力運転時に、正常運転条件に
    対して、吸気バルブの開放開始時を前進させると共に、
    それを排気バルブの開放開始後まで維持して、あらゆる
    運転条件において十分な量の新気を単一または各作動室
    へ導入できるようにした内燃エンジンの運転方法であっ
    て、 ａ）前記単一または複数のパラメータが、エンジンの正
    常または公称運転条件に対応する値を有する時は、エン
    ジンが下記からななる２サイクル通常運転を行なってお
    り： −吸気および排気バルブ（7,9）が閉鎖状態にある間の
    圧縮−燃焼−膨脹ステージ、 −排気バルブ（９）のみが開放されている間である膨脹
    ステージ終了時のパルス排出期間、 −吸気バルブ（７）及びは排気バルブ（９）が同時に開
    放していると共に、燃焼ガスが少なくとも部分的に、単
    一または各作動室における平均的に正の圧力差の作用に
    より新気と交換される掃気期間、 ｂ）他方、前記単一または複数のパラメータが、エンジ
    ンが適切に回転または運転されることが不能な運転状態
    に対応する値を有する時は、バルブ（7,9）の開放角度
    位置を作動室の最大容積位置に対して前進させて、前記
    作動室とエンジンの吸気システムとの連通を、前記作動
    室の少なくとも容積増大期間の一部においてもたらすよ
    うにしたことを特徴とするエンジンの運転方法。
  22. 【請求項２２】前記吸気および排気バルブの開放位置
    を、空気の吸入過程において作動室の容積増大ストロー
    クの１部を主として利用するように前進させることを特
    徴とする、請求の範囲第21項に記載の方法。
  23. 【請求項２３】単指向装置を排気システム、特に前記パ
    イプ中に利用して、排気システムから作動室への逆流が
    実質的に発生しないようにしたことを特徴とする、請求
    の範囲第22項に記載の方法。
  24. 【請求項２４】吸気閉鎖および開放角度位置が相互付近
    で食い違いを生じて、吸気バルブ（７）と排気バルブ
    （９）の同時開放状態を避けるようにしたことを特徴と
    する、請求の範囲第22項に記載の方法。
  25. 【請求項２５】吸気および排気バルブの開放および閉鎖
    位置のすべてが、特にカムシャフトの角度位相変位によ
    り食い違い角度を有していることを特徴とする、請求の
    範囲第21項乃至第24項のいずれかに記載の方法。
  26. 【請求項２６】吸気および排気バルブの開放および閉鎖
    にあたり非対称タイミング角度図が用いられて、吸気閉
    鎖および排気閉鎖の角度位置が、前記吸入および排気バ
    ルブの開放角度位置より、下死点BDCから遠くにあるよ
    うにしたことを特徴とする、請求の範囲第21項乃至25項
    のいずれかに記載の方法。
  27. 【請求項２７】エンジンがターボコンプレッサにより過
    給されると共に、過給ターボコンプレッサがエンジンの
    始動前に加速されるようにしたことを特徴とする、請求
    の範囲第21項乃至第26項のいずれかに記載の方法。
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