JPS5925862B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は４サイクル、２サイクルのレシプロ式％式％ リーピストン型エンジン等の内燃機関に関するものであ
って、特にピストン上死点における圧縮行程から燃焼行
程を開始する時期において更に圧縮比を高めるようにし
て、エンジン出力を向上させるようにしたものである。

一般に内燃機関は圧縮比を増大させる程効率が高くなる
が、ガソリンエンジンの場合には限度以上に圧縮比を上
げると、混合気が早期着火を起すなどの理由から、限度
以上には圧縮比を高めることができない。

本発明者は高圧縮比を得ながらも早期着火などの問題が
生じない新規な内燃機関を開発し、既に特許出願に及ん
でいる（特願昭５３−１４２４５９号「ガソリンエンジ
ンのシリンダ装置」）。

このものは、シリンダ本機に第２シリンダを組み付けて
上死点付近にて第２シリンダが圧縮作動するようにして
更に圧縮比を上げるようにしたものである。

しかしながらこの装置では第２シリンダの作動にカム機
構を採用しているために第２シリンダの圧縮行程のスト
ロークが大きいこともあって、高回転では、確実な作動
が期待できないものであった。

本発明はこのような現状に鑑みなされたものであって原
則として副圧縮機の作動機構と主機関の作動機構とを同
一とし、例えばレシプロ式エンジンにあってはクランク
軸により副圧縮機を作動させ、またロータリーエンジン
にあってはトロコイド型ロータリーコンプレッサにより
副圧縮機を構成するようにして、もって高速回転を可能
としたものである。

更に他の目的としては副圧縮機の作動室側にこれと連通
ずる調整室と新気を供給する副吸気孔とを設け、これら
手段によって不整着火が生ずることなく効果的に圧縮比
を高めるとともに、希薄燃焼を図って排ガス中の有害ガ
ス成分の減少も図るようにしたものである。

以下本発明を図示の実施例に基づいて具体的に説明する
と、第１図符号１は主機関、２は副圧縮機であり、これ
らを組み合わせて、本発明を構成する。

先ず主機関１について説明するとこのものはその基本構
成は４サイクルガソリンエンジンと同じくするものであ
り、シリンダ３に対し、ピストン４を往復自在に設け、
このピストン４はコンロッド５を介してクランク軸６に
連接する。

一方このシリンダ上部におけるシリンダヘッド７は常法
に従いシリンダとの間に燃焼室８を形成するとともに吸
気孔９と排気孔１０とを具え、それぞれに吸気弁１１、
排気弁１２を具えこれら吸排気孔９．１０を開閉する。

更に一例としてシリンダヘッド７の中央には倒立状態に
副圧縮機２を設ける。

勿論副圧縮機２は主機関１に対しこのような取付状態と
することに限定されない。

要は、副圧縮機の圧縮室が主機関の燃焼室に直接連通し
ていれば良いものである。

例えば第４図に示すようにこれらを並列に設置するよう
にしてももとより差し支えない。

この副圧縮機２は、シリンダ１３内を往復動するピスト
ン１４をコンロッド１５を介してクランク軸１６と連接
してなるものであって、その機構は２サイクル作動のポ
ンプに類するものである。

このシリンダ１３における作動室１ぎは、主機関１にお
ける燃焼室８と直接連通し、且つその側部には調整室１
７を設ける。

更に副圧縮機２は前述のとおり２サイクル作動のポンプ
に類するものであるから、クランク室１６′側とのみ実
質的に連通ずるように副吸気孔１８を設ける。

この実施例では副吸気孔１８は、掃気孔１８′の側部に
連通した形状をとり、そのためあたかもクランク室１６
′のみならず作動室側とも連通ずるかに見えるが、ここ
に一方弁１９を具えることにより、実質的には副圧縮機
２の作動時において副圧縮機のクランク室１６′が負圧
になったときのみ、副吸気孔から新気がクランク室１６
′側にのみ供給されるものである。

従って副吸気孔１８の開口位置を、通常の２サイクルエ
ンジンにおける場合と同じようにシリンダ側面に開口さ
せ、シリンダ１４によってその副吸気孔１８の開口状態
を制御するときには、係る一方弁１９は必ずしも不可欠
なものではない。

尚、掃気孔１８′は常法に従い副圧縮機２のクランク室
１６′と作動室側とを連通させるように構成されている
ものである。

この実施例における副圧縮機２のクランク軸１６に対し
ては一例としてチェノ２０によって主機関１のクランク
軸６から回転を伝達するものであって、符号２１はクラ
ンク軸６におけるスプロケット、２２は副圧縮機のクラ
ンク軸１６におけるスプロケットである。

これらの副圧縮機２におけるクランク１６と主機関１に
おけるクランク軸６との相互のタイミングは適宜設定で
きるものであるが、要は主機関１が圧縮上死点付近にお
いて副圧縮機２も圧縮作動がなされるように設定すれば
よい。

具体的には、主機関１のピストン４と、副圧縮機２のピ
ストン１４とを対向させたタイミング（１８０°のクラ
ンクのずれ）から更に副圧縮機のクランクが概ね４０°
遅れたタイミングまでの範囲で、副圧縮機２における調
整室１７の閉鎖されるタイミングとの相関的な関係で適
宜選択できるものである。

第３図には副圧縮機２におけるクランク角度を４０゜程
度遅らせた状態のダイヤグラムを示したが、このような
設定をする場合には、副圧縮機２におけるピストンスピ
ードの速い位置、即ち、副圧縮機の作動室容積の変化率
（減少率）の高いタイミングを有効に加圧に利用できる
ものである。

本発明の基本構成は以上のとおりであって、次のような
作動をする。

まず吸入行程開始は常法に従って上死点から主機関１の
ピストン４が下がり開放されている吸気弁１１から吸気
孔９を経て混合気を燃焼室８内に吸入する。

このとき副圧縮機２はクランク角度にして一定の設定角
度、例えば４０°遅れてピストン１４が副圧縮機２にお
ける下死点に向かう（第６図イ）。

因みに主機関１及び副圧縮機２における上死点、下死点
の定義について述べると、いずれもそのピストン４また
は１４がクランク軸に対して最も離れる位置を上死点と
定義し、最も接近する位置を下死点と定義する。

従って本実施例では主機関１のピストン４と副圧縮機２
のピストン１４とが対向している関係から、副圧縮機２
においては図中ピストン１４が最も下がった位置を上死
点とするものである。

このとき副圧縮機２は、その前段階の圧縮行程において
ピストン１４が上死点に向かった際、クランク室１６′
内の負圧によって副吸気孔１８から別途新気あるいは燃
料や潤滑油を混合した混合気を吸入している状態である
から、その吸入されている新気は副圧縮機２のピストン
１４の下死点側への移動に伴いクランク室１６′内で一
次圧縮され、次いでピストン１４により閉鎖されていた
シリンダ１３側部の掃気孔１８′の開口部が開口するこ
とに伴い、作動室１３′側に押し出されていくのである
（第６図口）。

更にその後、主機関１における圧縮行程が開始されると
、それから幾分遅れて副圧縮機２におけるピストン１４
が上死点に向けて移動を開始する（第６図ハ）。

ところで例外はあるが、通常の機関の場合、圧縮上死点
より前の段階で点火されるものであるが、例えば点火す
る際における実質点な圧縮比は、主機関１における燃焼
室８と、副圧縮機２における作動室１３′と、作動室側
傍に構成されている調整室１７とが形成する容積（以下
これら実質的に主機関１の燃焼室８と連通している部分
の容積を総燃焼室容積と称する）に関係するものである
から、圧縮比は例え主機関１における圧縮比を高めたと
しても充分に低く押えられているのである。

従って上死点前において混合気に点火プラグＰによって
着火される際にも不整着火などの虞れは全くないのであ
る。

しかして第６図二に示すように燃焼行程が開始され、更
にその直後に副圧縮機２における調整室１７は、第６図
ホに示すようにピストン１４の上死点側への移動によっ
て閉じられ、一挙に総燃焼室容積を減少させ、高圧縮比
を得るのである。

そしてそれのみならず積極的に副圧縮機２におけるピス
トン１４の上死点側への移動によってもその作動室１３
′の容積を減少させていくから、総燃焼室容積も更に挟
まり、第３図のダイヤフラムに示すように例えば４０°
のクランクの遅れがあった場合に主機関１のクランク角
度にして数度から１０数度程度の位置で総燃焼室容積が
最小とされるものである。

しかして燃焼室内における混合気の燃焼に伴う膨張エネ
ルギーは燃焼室の容積が小さくなればなるほど高くなる
が、この際すでに主機関１におけるクランクは上死点か
ら更に進んだ位置にあるから、第６図ホに示すようにク
ランクシャフト６に対して充分なトルクを生じさせるた
めの腕の長さｌが得られており、有効にトルクとして作
用するのである。

因みに従来のエンジンにあっては、圧縮上死点で当然燃
焼室容積が最小となり、燃焼エネルギーが高いのである
が、この際はピストンとコン゛ランド小端部（ピストン
ピン）トコンロツド大端部（クランクピン）及びクラン
ク軸とが一直線上に並ぶから、ピストンを下方へ押し出
すエネルギーが存在したとしても実質的にはクランクを
回転させるトルクとしては有効に作動し得ないという問
題が生じていたのである。

このようにして燃焼作動が進められると、ピストン４が
下降するとともに、これに伴い副圧縮機２のピストンも
再び下死点に向かって移動してゆくのである。

この副圧縮機２は２サイクル作動であるから、副圧縮機
２の圧縮行程がされている際において、そのクランク室
１６′内が負圧状態となり、一方弁１９を介して新気が
クランク室１６′側へ吸入されているのである。

即ち第２図に明示されているとおり、この吸入行程時に
おいては掃気孔１８′のシリンダ１３側の開口部はピス
トン側部によって閉じられており、当然混合気はクラン
ク室側に流入し、次の作動室１３側への移動に具えられ
ているのである。

そして主機関１の燃焼行程終了時においては、副圧縮機
２のピストンの下死点側への移動に伴い、クランク室１
６内に吸入されていた新気が掃気孔１８′を通って作動
室１３′を経て主機関１の燃焼室８′側へ移動してゆき
、これが排気されんとする未だ燃焼中の混合気に吹き込
まれて、確実に燃焼し尽して排気させるのである。

勿論この新気の吹き込みは、残留燃焼ガスの燃焼を確実
にするばかりではなく掃気作用をも行うものである。

しかる後は再び主機関１は吸入行程を開始して同じサイ
クルを繰り返すものである。

本発明は以上述べたものを基本構成とするものであるが
、更に他の実施例としてはガソリンエンジンにおける２
サイクルエンジン、ロータリーピストンエンジン、その
他ディーゼルエンジンにも適用できるものであり、この
うち前二者を図示して説明する。

まず第４図に示す実施例は２サイクルガソリンエンジン
であって、このものは主機関１に対し、副圧縮機２を併
設したものである。

この主機関１におけるクランク軸６と副圧縮機２におけ
るクランク軸１６とは互いにチェノにより等速回転する
ように構成されるものであって、先の実施例と共通する
部材は共通の符号をもって示す。

更に他の実施例は第５図に示すように本発明をロータリ
ーエンジンＲに適用したものであって、主機関１はトロ
コイド型のハウジング３０内においてロータリーピスト
ンたるロータ３１が偏心回転するものであって、その回
転トルクは出力軸たる偏心軸３２から取り出されている
。

これに併設される副圧縮機２はトロコイド型のハウジン
グ３０の上方即ち点火プラグの近傍に設けられるもので
あって、同じくトロコイド型のハウジング３３を有し、
その内部において偏心軸３４により駆動されるロータリ
ーピストンたるロータ３５が偏心回転するのである。

更に副圧縮機２におけるハウジング３３と主機関１のハ
ウジング３０とは互いに連通孔３６により連通ずるもの
である。

そして副圧縮機２におけるハウジング３０の連通孔３６
とほぼ反対側の位置には、副吸気孔３８と副排気孔３９
とを設けるとともに前記副吸気孔と連通孔３６との間に
は調整室３７を設けるものである。

このロータリーエンジンの場合にも同様に主機関１にお
けるロータ３１が偏心回転するに伴い吸入圧縮、燃焼、
排気の行程がされるものであるが、圧縮行程から燃焼行
程に至る途中において前述の場合とほぼ同様に副圧縮機
における圧縮作動により燃焼行程開始後に総燃焼室容積
が更に圧縮されるように作動するとともに、燃焼開始時
点においては通常の圧縮比と異ならないように調整室３
７により総燃焼室容積が充分に確保されるのである。

本発明は以上述べた構成、作用を有するものであるから
、上死点付近から更に進んだタイミングにおいて圧縮比
を大きくすることができ効率の優れたエンジンを実現し
得るものである。

しかも高圧縮比を得たにも拘らず混合気への着火時点に
おいては調整室の存在により総燃焼室容積が充分に大き
く確保されているから圧縮比は従来のものと変わらない
程度の値に押えられ、従って従来束じていた高圧縮比化
に伴う過早期着火等の好ましくない現象が防止でき、こ
れに起因するノッキング、オーバーヒート等も防止し得
るものである。

更に副圧縮機を利用して着火させる前の混合気中に別途
新気の導入も可能となるから希薄燃焼をも達成できるも
のである。

勿論掃気孔の形状のとり方、あるいは副圧縮機２のピス
トンヘッドの形状の設定如何によっては副圧縮機から供
給される新気にスワール効果等も与えることができ、よ
り効率的な燃焼が可能となって窒素酸化物等、の有害成
分の発生を押えることができるものである。

更にまた燃焼行程終了時においても、２サイクル作動を
なす副圧縮機からの新気の導入により、排気される直前
の燃焼ガスを完全に燃焼させることができ、且つこの新
気の気流により掃気作用をもできる点で低公害エンジン
を得ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明たる内燃機関の一実施例を示す縦断側面
図、第２図は同上装置における副圧縮機を示す縦断側面
図、第３図は第１図に示す実施例における総燃焼室容積
の変化を示すダイヤグラム、第４図は本発明を２サイク
ルエンジンに適用した他の実施例を示す縦断側面図、第
５図は本発明をロータリーエンジンに適用した更に他の
実施例を示す縦断側面図、第６図は本発明の第１図に示
した実施例における作動状態を骨格的に示す説明図であ
る。 １：主機関、２：副圧縮機、６：クランク軸、８：燃焼
室、１３：作動室、１６：クランク軸、３０：ハウジン
グ、３１：ロータ、３２：偏心軸、３３：ハウジング、
３４：偏心軸、３５：ロータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ クランク機構によりピストンがシリンダ内を往復し
   て燃焼室内に混合気を吸入し、圧縮、燃焼、排気の各行
   程を行い回転出力を取り出すレシプロエンジンを適用し
   てなる主機関と、この主機関によって駆動され、これと
   等速回転するレシプロ式の副圧縮機とを具えてなり、こ
   の副圧縮機は、そのクランク室と実質的に連通しクラン
   ク室の負圧時にのみ新規を導入する副吸気孔と、クラン
   ク室と作動室とを連通させる掃気孔とを具え、更に副圧
   縮機における作動室は前記主機関の燃焼室に直接連通ず
   るとともに、副圧縮機の作動室側傍には主機関の着火時
   期まで作動室と連通ずるように制御される調整室を設け
   てなり、且つ副圧縮機の圧縮作動は前記主機関の圧縮作
   動とほぼ同じタイミングから、約４０°遅れたタイミン
   グの範囲においてなされるように設定したことを特徴と
   する内燃機関。 ２ トロコイド型ハウジング内をほぼ三角形状をなすピ
   ストンが偏心回転して燃焼室内に混合気を吸入し、圧縮
   、燃焼、排気の各行程を行い回転出力を取り出すトロコ
   イド型ロータリーエンジンを適用してなる主機関と、主
   機関によって駆動され、これと等速回転するトロコイド
   型ロータリ一式の副圧縮機とを具えてなり、この副圧縮
   機は、その作動室を前記主機関の燃焼室に直接連通する
   とともに、副圧縮機は主機関の連通側と反対側の位置に
   おけるハウジングに、副吸気孔と副排気孔とを具え、且
   つ作動室における副吸気孔と連通孔との間には主機関の
   着火時期まで作動室と連通ずるように制御される調整室
   を設えてなり、且つ副圧縮機の圧縮作動は前記主機関の
   圧縮作動とほぼ同じタイミングから約４０°遅れたタイ
   ミングの範囲においてなされるように設定されているこ
   とを特徴とする内燃機関。