JPH04503847A - 内燃機関における装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関における装置 本発明は複数の動作シリンダ、それぞれ組み合わされた動作シリンダと連通ずる 対応する数の補助シリンダ、動作シリンダの内部で往復運動を実行するように配 置され連接棒な介して第一クランクシャフトに動作連結されたそれぞれの動作シ リンダ内部の動作ピストン、補助シリンダの内部で往復運動を実行するように配 置され動作ピストンと類似の手法で第二クランクシャフト、および補助ピストン の往復運動が動作ピストンの往復運動の振動数に関連した振動数で起ることを確 保するように前述のクランクシャフトとの間で作用する装置とに動作連結され、 それぞれの動作シリンダと補助シリンダとの内に任意の時点でエンジンの負荷に 依存する圧縮比を創成する目的でシャフトの間に角変位を準備する補助ピストン とを有する種類の内燃機関の装置に関するものである。

この構成のエンジンは、たとえばＳＥ　Ａ７８０６９０９−３においてすでに公 開されている。またここにおいて可変の圧縮比を示す機関における熱効率および 排気ガスの性質について達成された有利点が記述されている。可変の、負荷に依 存する圧縮比を持った従前に公開されたエンジンの一般的な特徴は、クランクシ ャフト間において作用する前述の装置を介して補助シリンダ内部の補助ビス！− ンの運動およびその即座の位置調節を目的とする動作ピストンからエネルギーを 取得することである。

このようにＳＥ　Ａ７８０６９０９−Ａによって公開されたエンジンはその効率 および環境に関するそれらの効果に関する限り排気ガスの構成について明確な特 徴を示しているが、本発明の目的は特に低負荷領域においてより大きい効率を有 する、本発明によって達成されるエンジンを入手可能とすることであり、上述の 装置はそれぞれの補助ピストン上での燃焼の効果から生じたエネルギーを第二の クランクシャフトから第一のクランクシャフトへ伝達するように配置されており 、それぞれ補助ピストンと第二のクランクシャフトとの間の操作連結は補助ピス トンの膨張運動、すなわち動作ピストンから離れる動きが第二のクランクシャフ トの１８０度の回転よりも大きくおよぶように許容し、それによって摩擦損失な 生ぜしめる補助シリンダの壁に対する補助ピストンの側方力を減ぜしめるように 配列されている。

本発明によるエンジンによって得られる他の目的はモンタンのポンプ作用および 圧縮作用を減少させる可変のピストンの変位を可能にすることである。

本発明の一つの特殊な特性によれば前述の好ましい実施態様はそれぞれのクラン クシャフト上の歯付きプーリ、ベルトブーりの周囲を走行する歯付きベルト、要 求される角変位が達成されるように実行され、かつ特に機能的かつ経済的な構成 が保たれるように、他の部分の負担によって地帯の一部分を延長したりまたは短 縮したりするように配置された既公開の手段を含んでいる。

第二のクランクシャフトの１８０度以上の回転におよんで補助ピストンに膨張運 動を伝え、同時にその摩擦損失を減少させる操作連結は第二の特殊な特性から正 しく評価され、この場合それぞれの補助ピストンと前述の第二のクランクシャフ トとの間の操作連結手段は連接棒であり、第二のクランクシャフトの回転軸は各 補助シリンダの中心軸を連結する想像線に関しである距離だけ離れて平行に配置 されており、転置は補助ピストンが補助シリンダへ向う時に、第二のシャフトの クランクウェブが対面し、合致する方向内で起る。前述の平行転置の距離は本発 明の特性から評価されるように、好ましくは補助シリンダの直径の１５から３５ ％の範囲内にあるべきである。

この種の操作連結の別の実施態様は本発明のさらに他の特殊な特性によって真価 を認められ、この場合補助ピストンと前述の第二のクランクシャフトとの間の操 作連結は既公開の種類のロッカーアーム機構である。

以下の添付図面を参照してさらに本発明の詳細な説明すれば、第１図は本発明に よる配列の四シリンダエンジンの線図的な透視図であり、第２図は第一の実施態 様における補助ピストンと前記の第二のクランクシャフトとの間の操作連結を備 えた第１図に関するエンジンの断面を示す線図である。第３図は第２図に類似し た前述の操作連結の別の実施態様を示す、第１図のエンジンは四個の動作シリン ダ１．２．３．４を備え、そのそれぞれは対応する補助シリンダ５．６．７．８ と連通している。各動作シリンダ１から４、および同様に補助シリンダ５から８ の内部において動作ピストン９．１０．１１および１２、および補助ピストン１ ３．１４．１５および１６は軸方向の往復運動を行う、動作ピストン９か６１２ は連接棒９ａから１２ａを介して動作クランクシャフト１７に操作連結されてい る。補助ピストン１３から１６は同様に連接棒１３ａから１６ａを介して補助ク ランクシャフト１８に操作連結されている、クランクシャフト１７および１８の 間に、特許明細書内に導入部として説明されている理由に基づく装置が設けられ 、これによって動作ピストン９から１２の往復運動に関係する振動数で補助ピス トンの往復運動が起り、任意の時点において負荷に依存する圧縮比を動作シリン ダおよび補助シリンダの内部で生ずるような、クランクシャフト１７と１８との 間の角変位を起こさせる。四行程エンジンの場合には補助ピストンの往復運動の 振動数は動作ピストンの振動数の半分である。二行程エンジンの場合には前述の 振動数は動作ピストンの振動数と同数である０本発明を四行程エンジンの応用に ついて図面を参考にしてより詳細に説明する。

上記の依存関係はこの場合には圧縮比が高負荷状態においては最低であり、低負 荷状態においては最高であること、すなわち点火時の動作ピストンと補助ピスト ンの各位置は低負荷状態において最も接近し、高負荷状態において最も離れてい ると言うことである。吸入、圧縮、出力および排気の各行程を含む動作ピストン ９のサイクルの期間中、動作ピストン９は下降し、上昇し、また下降し、上昇し 、組み合わされた補助ピストン１３は吸入行程のある部分の期間、および圧縮と 膨張行程の相方の期間中は上昇する。

下記によって識別されるように、これは本発明によって可能になり、補助ピスト ンと第二のクランクシャフト１８との間に導入された方法により参照された種類 の操作連結によっており、この連結は補助ピストン１３の膨張運動を可能にし、 つまり動作ピストンの吸入行程中の補助ピストンの上昇運動は第二のクランクシ ャフト１８の回転を１８０度以上に広げることを可能にする。

本発明の独特の特徴は、クランクシャフトの間で作用する前述の装置がそれぞれ の補助ピストン１３から１６上に燃焼の効果によって生じるエネルギーをクラン クシャフト１８からクランクシャフト１７へ伝達することができることである。

このエネルギー伝達は特にエンジンの低負荷領域において効果的であり、既公開 のエンジンに比較して効率の改良の程度に寄与する。

本発明による高度に効果的な四行程エンジンにおいて、補助ピストン上の燃焼効 果によるエネルギーがクランクシャフト１７へこのように効果的な手法で伝達さ れるかと言う理由は、補助ピストンは比較的低い速度で進行しそれ自身低い摩Ｗ ！損失を導くからである。動作ピストンにくらべて補助ピストンは動作ピストン の場合よりもエンジンのサイクルのはるかに長い期間にわたって燃焼プロセスか らエネルギーを受け取る。減少された吸入および圧縮作用、およびより低下させ られた最高燃焼温度もまた四行程および二行程エンジンにおいて損失を低めるの に寄与する６本発明によるある程度の負荷における四行程の試験エンジンにおい て補助クランクシャフト１８上に発生された効果は動作クランクシャフト１７上 に発生された効果の約１１５であるが、これに関連して補助クランクシャフト１ ８を介する摩擦損失は動作クランクシャフト１７を介しての摩擦損失のたった１ ／１５であることが測定された。

図面に描かれている実施態様において、前述の装置はクランクシャフト１７およ び１８上に配置された歯付きベルトプーリ２０．２１の周囲を走行する歯付きベ ルト１９よつ成る。四行程エンジンに関する場合において、歯付きベルトプーリ ２１は、上記の手法でその往復運動を実行する補助ピストン１３から１６のため に、歯付きプーリ２０の直径の二倍の直径を持っており、つまり動作ピストン９ から１２の振動数の１／２の大きさの振動数を持っている。

二行程エンジンの場合には歯付きベルトプーリ２０．２１は動作ピストンも補助 ピストンも往復運動の振動数は同じになるように同じ直径を有している。

前述のクランクシャフト間の角変位または位相変位はある既公開の方法、たとえ ば地帯のある部分をＵＳＡ４１０４９９５に記述されているように他の部分の負 担で長くすることによって作ることができる。実際の角変位または位相変位は第 ２図の点模様でマークされた円のセクタ２４のように見ることができる。この図 面または第３図は第１図で用いられたようにベルト１９に最も近いシリンダ１お よびエンジンの組み合わせ部品について同じ参照番号を用いている。

本発明による内燃機関の第二の独特の特徴は補助クランクシャフト１８の回転の 中心２３が補助シリンダ５から８の中心軸を結ぶ想像線２４に対しである距離Ａ だけ離れて配置されていることである。この場合の転置は補助シリンダ５の直径 Ｂの１５から３５％とされている。オフセット（ｏｆｆｓｅｔ）として知られて いるこの横方向への平行な転置は補助ピストンに作用する横方向の力を減少させ ることに寄与し、結果として従来型のエンジンにおいて得られる摩擦損失に関し てそれを減少させ、このようにして本発明に関するエンジンの効率の程度をさら に改良する。横方向への平行転量はまた補助ピストン１３から１６の行程長の増 大および動作クランク１７の１８０度以上の回転におよぶ補助ピストンの膨張運 動に寄与する。

本発明のエンジンの効率の程度に関する転置Ａの明確な効果は、まず第一に摩擦 損失の低下であり、さらに補助ピストンに作用する低い誘導力を達成させること である。

本発明によるエンジンの他の実施態様において従前に公開されたものに優る、低 い誘導力および動作クランクシャフト１７の回転のより一層大きい部分におよぶ 高度の膨張運動が第３図に示されている。補助ピストン１３および第二のクラン クシャフト１８との間の操作連結はシャフト２７上に枢着されたロッカーアーム ２６であって、その一端は連接棒１３ａに取り付けられている。ロッカーアーム ２６の他端はリンクアーム２６ａを介して補助クランクシャフト１８に連結され ている。ロッカーアーム２６は、ロッカーアーム２６と連接棒１３ａとの間のピ ボット点２６ａが基本的にピストン１３の上下運動の期間中、補助ピストン１３ の中心の上部にあり、これはごく小さい誘導力しか受けないことを意味している 。ロッカーアーム機構に伴う他の有利点は側方への転置であり、これは従前説明 したよりも高い程度で起り、エンジンに加えられる負荷に対するエンジンの容積 効率の自動的な適応性を備えることである、これが意味するものは低いエンジン 負荷の下において、それぞれの補助ピストンは組み合わされた動作ピストンの方 向へ進み、このようにすることによって容積効率を減少させ、一方で高いエンジ ン負荷の下においては吸入行程の期間中補助ピストンは動作ピストンから遠ざか り、容積効率は増大される。

本発明の思想の範囲内において種々の方法によって本発明が履行され得ることは 明らかである。これはクランクシャフト１７および１８との間の動作連結の実施 態様について特に真実であり、たとえば既に公開された種類の流体伝達手段によ り、またそれぞれの動作および補助シリンダの容積、およびそれぞれの動作およ び補助ピストンの直径の間の寸法比によって規定される。

本発明による配置は二行程またはオツトーサイクル型の内燃機関だけに制限され るものではなく、燃料噴射またはディーゼル型の同様のエンジンにも適用され得 ることは注目されるべきである。

日Ｇ１ 国際調査報告 国際調査報告

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．複数の動作シリンダ（１、２、３、４）と、対応する数の補助シリンダ（５ 、６、７、８）とを有し、補助シリンダの各々は関連する動作シリンダと連通し ており、各動作シリンダには動作ピストン（９、１０、１１、１２）が動作シリ ンダ（１、２、３、４）内で往復するように配置されておりかつ第一のクランク シャフト（１７）に、連接棒（９ａ、１０ａ、１１ａ、１２ａ）を介して、操作 連結されており、各補助シリンダ（５〜８）には補助ピストン（１３、１４、１ ５、１６）が補助シリンダ（５〜８）内で往復運動するように配置されておりか つ第二のクランクシャフト（１８）に、動作ピストンと同じ態様で、操作連結さ れており、さらに、前述のクランクシャフト間に作用して補助ピストン（１３〜 １６）の往復運動が動作ピストン（９〜１２）の往復運動の振動数に関連した振 動で生するのを確実にし、かつ任意の時点にエンジンにかかる負荷に依存してい るそれぞれ動作シリンダと補助シリンダ（１〜４、５〜８）の圧縮比の生成の目 的でシヤフト（２０、２１）間に角変位を与える装置（１９、２０、２１）を有 した種類の内燃機関のための装置において、前記の角変位を与える装置ばそれぞ れの補助ピストン（１３〜１６）での燃焼の効果から生じたエネルギーを第二の クランクシヤフト（１８）から第一のクランクシャフト（１７）へ伝達するよう に配列されており、そして、それぞれ補助ピストン（１３〜１６）と第二のクラ ンクシャフト（１８）間の操作連結は補助ピストンの膨張運動、すなわち動作ピ ストン（９〜１２）から離れる動きを許容し、第二のクランクシャフトの１８０ 度の回転より大きく広がり、そして摩擦損失を生ぜしめる補助シリンダの壁に対 する補助ピストン（１３〜１６）の側方力を減ぜしめるように配列されているこ とを特徴とする内燃機関のための装置。
2. ２．前述の装値はそれぞれのクランクシャフト（１７、１８）上の歯付きベルト プーリ（２０、２１）、ベルトプーリの周囲を走行する歯付きベルト（１９）、 および他の部分の負担において地帯の一部分を延長もしくは短縮するように配置 され、それに関連して前述の延長／短縮は要望する角変位が達成されるように実 行される従前に公開された種類の手段を含むことを特徴とする請求の範囲１記載 の装置。
3. ３．それぞれの補助ピストン（１３、１４、１５、１６）と前述の第二のクラン クシャフト（１８）との間の操作連結は連接棒（１３ａ〜１６ａ）であり、そこ において第二のクランクシャフト（１８）の回転軸は補助シリンダ（５〜８）の 中心軸を連結する想像線に関してＡなる距離で平行に転置されており、それに関 連して転置は補助ピストンが補助シリンダへと進行する時に、第二のクランクシ ャフト（１８）のクランクウエブが対面し合致する方向内で起ることを特徴とす る請求の範囲１に記載の装置。
4. ４．前述の平行な転置の距離（Ａ）は好ましくは補助シリンダの直径（Ｂ）の１ ５〜３５％の範囲内であることを特徴とする請求の範囲３記載の装置。
5. ５．それぞれの補助ピストン（１３〜１６）および前述の第二のクランクシャフ ト（１８）との間の操作連結は、既に公開された種類のロツカーアーム機構であ ることを特徴とする請求の範囲１記載の装置。