JP2001012250A

JP2001012250A - ピストン・ポンプ式エンジン

Info

Publication number: JP2001012250A
Application number: JP11184639A
Authority: JP
Inventors: Akira Miyata; 明宮田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 1999-06-30
Publication date: 2001-01-16

Abstract

(57)【要約】【課題】機関体積および機関重量を増加させることなく
高出力化を達成したピストン・ポンプ式エンジンを提供
することにある。【解決手段】ピストンポンプ式エンジンにおいて、クラ
ンク室４Ｒと吸気シリンダ１およびワークシリンダ２と
を部材３を介して隔てるとともに、この部材の、前記ピ
ストンロッド１０ｒ，２０ｒが貫通する部分１０ｈ，２
０ｈにピストンロッドパッキン１０ｐ，２０ｐを設け、
前記予備圧縮ピストン２０の上死点側と下死点側とのそ
れぞれに吸気室２Ａ，２Ｂを形成し、前記ワークピスト
ンの上死点側と下死点側とのそれぞれに燃焼室１Ａ，２
Ａを形成したピストン・ポンプ式エンジンによって解決
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸気シリンダを備
えたピストン・ポンプ式エンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】ピストン・ポンプ式エンジンは、ワーク
シリンダとは別に吸気シリンダを設け、この吸気シリン
ダ内を往復運動する予備圧縮ピストンの作用によって吸
気と予備圧縮が行なう。予備圧縮ピストンは、ワークピ
ストンが連結されているクランクに連結されておりワー
クピストンに連動して作用する。従ってクランクとそれ
ぞれのピストンから延在するピストンロッドとの連結具
合によって、ワークピストンと予備圧縮ピストンとの相
対的位置が決定される。ピストン・ポンプ式エンジン
は、吸気シリンダ側に吸気ポートが形成され、ワークシ
リンダ側に排気ポートが形成され、かつそれぞれのシリ
ンダに送気ポートが形成される１シリンダ２ポート式エ
ンジンであるため、それぞれのポートに吸気バルブ、排
気バルブ、送気バルブを設け、ピストン位置に応じてバ
ルブタイミングを調節し、燃焼効率を制御することも可
能である。さらに、ピストン・ポンプ式エンジンは、ク
ランク室圧縮式エンジンのようにクランク室を気密にす
る必要がないので軸受け部分の潤滑法やクランク形状を
自由に設定することができ、またワークシリンダよりも
吸気シリンダの容積を大きくするなどして、より多くの
圧縮気体をワークシリンダに供給することも可能であ
る。

【０００３】このように、ピストン・ポンプ式エンジン
では、バルブタイミングの調節やクランクの形状など構
成の自由度が高く、吸気シリンダで予備圧縮された圧縮
気体を燃焼室に供給するため吸入効率にも優れるため、
高出力を得やすいという利点を有する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ピスト
ン・ポンプ式エンジンは、ワークシリンダとは別途に吸
気シリンダを備えるため、ワークシリンダのみで動作す
るエンジンと比較して機関体積が大きく、また構造が複
雑で機関重量も重いという欠点をも有する。このこと
が、ピストン・ポンプ式エンジンの効率を低下させる大
きな原因となっていた。

【０００５】従って、本発明の主たる課題は、ピストン
ポンプ式エンジンにおいて、機関重量および機関体積を
増加させることなく高効率化を図ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決した本願
発明請求項１記載の発明は、吸気シリンダと、この吸気
シリンダ内を往復運動する予備圧縮ピストンと、ワーク
シリンダと、このワークシリンダ内を往復運動するワー
クピストンと、前記予備圧縮ピストンおよび前記ワーク
ピストンからそれぞれ延在するピストンロッドが連結さ
れるクランクと、このクランクを収容するクランク室
と、吸気シリンダで圧縮された圧縮気体をワークシリン
ダに送気するための送気路と、この送気路の開閉を行な
う送気弁と、を備えるピストン・ポンプ式エンジンであ
って、クランク室と吸気シリンダおよびワークシリンダ
とを部材を介して隔てるとともに、この部材の、ピスト
ンロッドが貫通する部分にピストンロッドパッキンを設
け、前記予備圧縮ピストンの上死点側と下死点側のそれ
ぞれに吸気室を形成し、前記ワークピストンの上死点側
と下死点側のそれぞれに燃焼室を形成したピストン・ポ
ンプ式エンジンである。

【０００７】予備圧縮ピストンの上死点側と下死点側の
それぞれに吸気室を形成し、ワークピストンの上死点側
と下死点側のそれぞれに燃焼室を形成したことで、１つ
のシリンダと１つのピストンで、２シリンダ分の仕事を
行なうことができる。

【０００８】請求項２記載の発明は、一方の燃焼室にお
いて気体が燃焼し膨張する間に、他方の燃焼室において
排気と掃気と気体の吸入と圧縮とが行なわれる請求項１
記載のピストン・ポンプ式エンジンである。

【０００９】ワークシリンダ内では、ワークピストンが
上死点から下死点または下死点から上死点へと向かう１
行程の間に、一方の燃焼室で気体が燃焼して膨張する間
に、他方の燃焼室で掃気と排気と気体の吸入と圧縮とが
行なわれるため、１行程で１サイクルを完了することが
でき非常に効率的である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照しながら具体的に説明する。図１に示されるよう
に、円筒形のワークシリンダ１および吸気シリンダ２が
近接して平行に並べて配置されている。ワークシリンダ
１は、このワークシリンダ内を往復運動するワークピス
トン１０によって、上死点側燃焼室１Ａと下死点側燃焼
室１Ｂとに分けられており、同様に吸気シリンダ２は、
この吸気シリンダ内を往復運動する予備圧縮ピストン２
０によって、上死点側吸気室２Ａと下死点側吸気室２Ｂ
とに分けられている。

【００１１】上死点側および下死点側のそれぞれの燃焼
室１Ａ，１Ｂには、排気ポート１１Ａ，１１Ｂが設けら
れており、この排気ポート１１Ａ，１１Ｂの開閉は排気
バルブ１２Ａ，１２Ｂによって行なわれる。また上死点
側および下死点側のそれぞれの吸気室２Ａ，２Ｂには、
吸気ポート２１Ａ，２１Ｂが設けられており、この吸気
ポートの開閉は吸気バルブ２２Ａ，２２Ｂによって行な
われる。排気バルブ１２Ａ，１２Ｂおよび吸気バルブ２
２Ａ，２２ｂは、図示されないカム等によって動作させ
ることができる。

【００１２】前記下死点側燃焼室１Ｂおよび前記下死点
側吸気室２Ｂとクランク室４Ｒとは、底板部材３を介し
て隔てられている。それぞれのピストンから延在するピ
ストンロッド１０ｒ，２０ｒは、この底板部材３を貫通
し、クランク室４Ｒ内において連接棒１０ｃ，２０ｃを
介して同一のクランク４に連結されている。前記ピスト
ンロッド１０ｒ，２０ｒは、ピストン１０，２０に固定
されるかまたはピストンと一体的に形成されるかしてお
り、ピストンと同様に上下運動のみを行なう。前記部材
３に形成されたピストンロッド１０ｒ，２０ｒが貫通す
る貫通孔１０ｈ，２０ｈには、下死点側燃焼室１Ｂおよ
び下死点側吸気室２Ｂの気密性を保つためのピストンロ
ッドパッキン１０ｐ，２０ｐが設けられている。ワーク
ピストン１０の上下運動は、ピストンロッド１０ｒによ
ってクランク室内の連接棒１０ｃへと伝達され、連接棒
１０ｃは伝達されたワークピストンの往復運動をクラン
ク４の回転運動に変換する。それぞれのピストン１０，
２０とクランク４とは、従来のピストンポンプ式エンジ
ンと同様に、ワークピストン１０が予備圧縮ピストン２
０よりも遅れて動作するように連結されている。

【００１３】一方、吸気シリンダ２で吸気された気体を
ワークシリンダ１内へ供給するための送気路６Ａ，６Ｂ
が形成されている。送気路６Ａ，６Ｂは、上死点側燃焼
室１Ａと上死点側吸気室２Ａとの間、および下死点側燃
焼室１Ｂと下死点側吸気室２Ｂとの間、にそれぞれ形成
されている。送気路６Ａ，６Ｂの途中にはこれら送気路
６Ａ，６Ｂの開閉を行なう送気弁７Ａ、７Ｂが取付けら
れており、これらの送気弁７Ａ，７Ｂが開いたときに気
体が燃焼室１Ａ，１Ｂへと送気され、閉じたときに送気
が停止される。送気弁７Ａ，７Ｂはピストンが所定位置
に移動し、上死点側または下死点側の吸気室２Ａ，２Ｂ
内の圧力が所定圧力になると開くように構成されてい
る。送気弁も吸気バルブおよび排気バルブ同様に図示さ
れないカム等によって動作させることができる。

【００１４】上死点側および下死点側の燃焼室１Ａ，２
Ａには、ぞれぞれ燃料噴射用のインジェクション１３
Ａ，１３Ｂおよび点火プラグ１４Ａ，１４Ｂが設けられ
ている。インジェクション１３Ａ，１３Ｂは、それぞれ
の燃焼室の側壁に設けられている。これらのインジェク
ション１３Ａ，１３Ｂは、噴射された燃料が効率良く混
合気となるように上死点側燃焼室１Ａではシリンダの下
円方向に、そして下死点側燃焼室１Ｂでは上円方向に配
置することが好ましい。また、シリンダ壁にインジェク
ションを設けずに、混合気として各燃焼室へ燃料を供給
してもよい。ワークピストンが上死点に到達したときに
上死点側燃焼室１Ａで、下死点に到達したときに下死点
側燃焼室１Ｂでそれぞれ点火爆発を行なえるように、点
火プラグ１４Ａ、１４Ｂがワークシリンダ１の気筒頂上
部と底部に設けられている。この点かプラグは、ディー
ゼル機関のように圧縮爆発型のエンジンとする場合には
設けなくてもよい。また、初期始動のためにどちらか一
方の燃焼室のみに点火プラグを設けることもできる。

【００１５】その他、従来のピストンポンプ式エンジン
の燃焼室に設けられていた構成は、本願発明に係るピス
トン・ポンプ式エンジンの上死点側および下死点側の燃
焼室においても、特別の変更をせずに設けることができ
る。同様に、従来のピストン・ポンプ式エンジンの吸気
室に設けられていた構成は、上死点側および下死点側の
吸気室に同じように設けることができる。

【００１６】上記構成とすることで、予備圧縮ピストン
２０が上死点方向に向かって移動するさいに、下死点側
吸気室２Ｂで吸気を行なうとともに上死点側吸気室２Ａ
で予備圧縮と送気とを行なうことができ、また、前記予
備圧縮ピストンが下死点方向に向かって移動するさいに
は、上死点側吸気室２Ａで吸気を行なうとともに下死点
側吸気室２Ｂで予備圧縮と送気を行なうことができる。
従って、吸気と送気とをピストンの１行程で行なうこと
が可能である。従って、吸気室で圧縮された気体をワー
クシリンダ内にタイミング良く供給することにより、ワ
ークシリンダ内では、ワークピストン１０が上死点に向
かって移動するさい、すなわち下死点側燃焼室１Ｂで燃
焼と膨張とが行なわれている間に、上死点側燃焼室１Ａ
で排気と掃気と気体の吸入と圧縮とを行なうことがで
き、前記ワークピストンが下死点方向に向かって移動し
ているとき、すなわち上死点側燃焼室１Ａで燃焼と膨張
とが行な割れている間に、下死点側燃焼室２Ｂで排気と
掃気と気体の吸入と圧縮とを行なうことができる。

【００１７】また、本願発明に係るエンジンは、一方の
燃焼室のみで仕事をすることも可能である。例えば、低
出力で運転する場合には上死点側または下死点側のどち
らか一方の燃焼室と吸気室とで仕事をし、高出力を必要
とする場合には上死点側および下死点側の両方の燃焼室
と吸気室とで仕事をさせることも可能である。

【００１８】次いで、本願発明に係るエンジンの動作を
概略図をもとに説明する。図２に示されるように、予備
圧縮ピストン２０が上死点付近に移動し、上死点側吸気
室２Ａ内の圧力が所定圧力に到達すると上死点側送気弁
７Ａが開き上死点側燃焼室１Ａと上死点側吸気室２Ａと
が連通する。このときワークピストン１０は予備圧縮ピ
ストン２０よりも遅れて動作するためワークシリンダ１
の中程に位置し上死点に向かって移動している。上死点
側燃焼室１Ａの排気ポート１１Ａは開いており、上死点
側吸気室の吸気ポート２１Ａは閉じている。上死点側吸
気室２Ａで予備圧縮された予備圧縮済気体Ｇは、上死点
側送気路６Ａを通って上死点側燃焼室１Ａに送気され
る。上死点側燃焼室１Ａでは、掃気工程が行なわれる。
このとき、下死点側送気弁７Ｂは閉じたままであり、下
死点側吸気室１Ｂと下死点側燃焼室２Ｂとは連通してい
ない。下死点側燃焼室１Ａの排気ポート１１Ｂは閉じて
おり、下死点側燃焼室では燃焼ガスが膨張している。下
死点側吸気室２Ｂの吸気ポート２１Ｂは開いており、下
死点側吸気室２Ｂには新気Ｎが吸気されている。

【００１９】続いて、図３に示されるように、予備圧縮
ピストン２０が上死点に移動すると、上死点側吸気室内
から上死点側燃焼室へ予備圧縮済気体の送気は完了す
る。完了と同時に上死点側送気弁Ａが閉じ、上死点側吸
気室２Ａでは吸気ポート２１Ａが開いて新気Ｎが吸気さ
れ始める。上死点側燃焼室１Ａの排気ポート１１Ａは送
気ポートが閉じる前に閉じられ、上死点に向かって移動
するワークピストンによって送気された予備圧縮済気体
が更に圧縮される。一方、このとき下死点側の送気弁７
Ｂが閉じたまま、下死点側吸気室の吸気ポート２１Ｂが
閉じ、吸気されていた気体Ｓが予備圧縮されはじめる。
下死点側燃焼室１Ｂでは、ひきつづき気体の膨張がおき
ている。

【００２０】続いて、図４に示されるように、ワークピ
ストン１０が上死点に到達すると上死点側燃焼室１Ａで
点火爆発が行なわれる。このとき予備圧縮ピストン２０
は既にシリンダの中程に位置し下死点に向かって移動し
ている。上死点側の吸気ポート２１Ａは開いたままであ
り、上死点側吸気室２Ａには新気Ｎの吸気が行なわれて
いる。一方、このとき下死点側送気弁７Ｂが閉じられ、
下死点側吸気室２Ｂで予備圧縮が開始される。同時に下
死点側燃焼室１Ｂの排気ポート１１Ｂが開き、下死点側
燃焼室１Ｂでは排気が開始される。

【００２１】図５に示されるように、予備圧縮ピストン
２０が下死点付近に移動し、下死点側吸気室２Ｂ内の圧
力が所定圧力に到達すると下死点側送気弁が開いて下死
点側燃焼室１Ｂと下死点側吸気室２Ｂとが連通する。こ
のときワークピストン１０は予備圧縮ピストン２０より
も遅れて動作するためワークシリンダ２の中程に位置し
下死点に向かって移動している。下死点側燃焼室１Ｂの
排気ポート１１Ｂは開いており、下死点側吸気室２Ｂの
吸気ポート２１Ｂは閉じている。下死点側吸気室２Ｂで
予備圧縮された予備圧縮済気体Ｇは、下死点側送気路６
Ｂを通って下死点側燃焼室１Ｂに送気される。下死点側
燃焼室１Ｂでは掃気工程が行なわれる。一方、上死点側
送気弁６Ａは閉じたままであり、上死点側吸気室１Ａと
上死点側燃焼室２Ａとは連通していない。上死点側燃焼
室の排気ポート１１Ａは閉じており、上死点側燃焼室１
Ａでは燃焼ガスが膨張している。上死点側吸気室２Ａの
吸気ポート２１Ａは開いており、上死点側吸気室２Ａで
は新気Ｎの吸気がおこなわれている。これは、図２に示
された状態の下死点側と上死点側が入れ替わった状態で
ある。

【００２２】従って、続いては図３に示された状態の上
死点側と下死点側とが入れ代わった状態である図６に示
される状態となる。予備圧縮ピストン２０は下死点に移
動し、下死点側吸気室２Ｂ内から下死点側燃焼室２Ｂへ
予備圧縮済気体の送気が完了し、完了と同時に下死点側
送気弁６Ｂが閉じ、下死点側吸気室２Ｂでは吸気ポート
２１Ｂが開いて新気Ｎの吸気が開始される。このとき下
死点側燃焼室の排気ポート１１Ａは下死点側送気路６Ｂ
が閉じる前に閉じられ、下死点に向かって移動するワー
クピストンによって送気された予備圧縮済気体が更に圧
縮される。一方、このとき上死点側の送気路６Ａが閉じ
たまま、上死点側吸気室２Ａの吸気ポート１１Ａが閉
じ、吸気されていた気体Ｓが予備圧縮ピストン２０の作
用により予備圧縮されはじめる。上死点側燃焼室１Ａで
は、引き続き気体の膨張がおきている。

【００２３】続いて、図７に示されるように、ワークピ
ストン１０が下死点に到達すると下死点側燃焼室１Ｂで
点火爆発が行なわれる。このとき予備圧縮ピストン２０
は既にシリンダの中程に位置し上死点に向かって移動し
ている。下死点側の吸気ポート２１Ｂは開いたままであ
り、下死点側吸気室２Ｂでは新気Ｎの吸気が行なわれて
いる。一方、このとき送気弁７Ａによって上死点側送気
路６Ａが閉じられ、上死点側吸気室２Ａでは予備圧縮が
開始される。同時に上死点側燃焼室の排気ポート１１Ａ
が開き、上死点側燃焼室１Ａでは排気が開始される。

【００２４】続いて、予備圧縮ピストン２０は、吸気シ
リンダの上死点付近に移動し、それに遅れて、ワークピ
ストン１０はシリンダの中程に移動し、図２の状態へと
戻り一巡する。このようにそれぞれのピストンが各シリ
ンダ内をくり返し往復運動する。ワークシリンダ内で
は、ワークピストンが１行程する間に、吸入、圧縮、膨
張、排気の１サイクル全てが行なわれるため非常に効率
的である。

【００２５】

【発明の効果】以上のとおり、本発明のよれば、２シリ
ンダ分の仕事を１つのピストンと１シリンダとで行な
う。また、ワークピストンが１行程する間に吸気、排
気、掃気、圧縮、爆発の１サイクルすべてが完了するた
めピストンの仕事には無駄がない。従って、機関重量お
よび機関体積を増加させることなく高出力を得ることが
可能であり、もってピストンポンプ式エンジンの高出力
化、高効率化、小スペース化などの利点がもたらされ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るピストンポンプ式エンジンの断面
図である。

【図２】本発明に係るピストン・ポンプ式エンジンの動
作を説明するための第１の状態図である。

【図３】本発明に係るピストン・ポンプ式エンジンの動
作を説明するための第２の状態図である。

【図４】本発明に係るピストン・ポンプ式エンジンの動
作を説明するための第３の状態図である。

【図５】本発明に係るピストン・ポンプ式エンジンの動
作を説明するための第４の状態図である。

【図６】本発明に係るピストン・ポンプ式エンジンの動
作を説明するための第５の状態図である。

【図７】本発明に係るピストン・ポンプ式エンジンの動
作を説明するための第６の状態図である。

【符号の説明】

１…ワークシリンダ、１Ａ…上死点側燃焼室、１Ｂ…下
死点側燃焼室、２…吸気シリンダ、２Ａ…上死点側吸気
室、２Ｂ…下死点側吸気室、３…底板部材、４…クラン
ク、４Ｒ…クランク室、５…シリンダヘッド、６Ａ…上
死点側送気路、６Ｂ…下死点側送気路、７Ａ…上死点側
送気バルブ，７Ｂ…下死点側送気バルブ、８…ピストン
リング、１０…ワークピストン、１０ｃ，２０ｃ…連接
棒、１０ｈ，２０ｈ…貫通孔、１０ｐ，２０ｐ…ピスト
ンロッドパッキン、１０ｒ，２０ｒ…ピストンロッド、
１０ｓ，２０ｓ…ピストンリング、１１Ａ…上死点側排
気ポート，１１Ｂ…下死点側排気ポート、１２Ａ…上死
点側排気バルブ，１２Ｂ…下死点側排気バルブ、１３Ａ
…上死点側インジェクション，１３Ｂ…下死点側インジ
ェクション、１４Ａ，１４Ｂ…点火プラグ、２１Ａ…上
死点側吸気ポート、２１Ｂ…下死点側吸気ポート、２２
Ａ…上死点側吸気バルブ、２２Ｂ…下死点側吸気バル
ブ、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸気シリンダと、この吸気シリンダ内を往
復運動する予備圧縮ピストンと、ワークシリンダと、こ
のワークシリンダ内を往復運動するワークピストンと、
前記予備圧縮ピストンおよび前記ワークピストンからそ
れぞれ延在するピストンロッドが連接棒を介して連結さ
れるクランクと、このクランクを収容するクランク室
と、吸気シリンダ内で予備圧縮された圧縮気体をワーク
シリンダに送気するための送気路と、を備えるピストン
・ポンプ式エンジンであって、クランク室と吸気シリンダおよびワークシリンダとを部
材を介して隔てるとともに、この部材の、前記ピストン
ロッドが貫通する部分にピストンロッドパッキンを設
け、前記予備圧縮ピストンの上死点側と下死点側とのそ
れぞれに吸気室を形成し、前記ワークピストンの上死点
側と下死点側とのそれぞれに燃焼室を形成したことを特
徴とするピストン・ポンプ式エンジン。
【請求項２】一方の燃焼室において気体が燃焼し膨張す
る間に、他方の燃焼室において排気と掃気と気体の吸入
と圧縮とが行なわれる請求項１記載のピストン・ポンプ
式エンジン。