JPH01503553A - 往復動装置 - 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】 往復動１！！１間 本発明は広く往復動機関に関するが、より特定の方向では、２サイクルをそなえ 、かつ火花点火または圧縮点火に適応できる内燃機関を提供する。

公知の内燃機関は適切な調整が極めてむずかしいことが分かつている。そうでは あるが、従来からある他のエンジンの可変弁開閉時期も公知であり、一般にはク ランク軸と弁カム軸との間の回転関係を調節することによって行われる。クラン ゛り軸と弁カム軸との間のタイミング調整のための内部装備については、例えば イギリス特許明細書第２１０９８５８号に提案されており、ここでは吸気弁およ び排気弁に対してそれぞれカム軸が設けられ、また吸気弁と排気弁との間の弁開 閉タイミングが重複するの鼻を望み通りに変えるとされているようにそれぞれの カム軸を調整するようになっている。

ボートがそれぞれの対向ピストンにより弁調整される場合は、ピストン同士の位 相関係の調整を行うことが提案された。

２．１１３，４８０号および第２，４０１，１８８号、並びにイギリス特許第５ ８４、７８３号に提示された。イギリス特許では、排気タービン過給機が吸気ポ ートに連結されている。これらのエンジンにおいては、圧縮比を変えるのに、例 えばエンジン負荷に応じてビスｑタ トンのタイミングを調整しても対して効果がなく、また本来的に弁開閉タイミン グを変えはするが、弁開閉タイミングを独立的に調整することができないことは 明らかである。さらにピストン同士の位相関係を変えると、クランク軸とピスト ンとが同位相である場合に起こる各シリンダ内の極めて高いレベルの運動バラン スが損われるか、または減少する。

本発明の目的は往復動機間の上記の欠点を軽減することにある。

本発明者は、内燃機関において弁開閉タイミングを調整するのがむずかしいとさ れているのは吸気ボートと排気ポート及び／または対応する弁の位置に原因があ り、とりわけ、従来のエンジン特に４サイクルエンジンにおいてはこれらのもの の位置が近接していたことが原因であることが分かった。従ってほとんどの場合 、吸気及び排気の両ポートともスペースが貴重である上死点に近いシリンダヘッ ドに位置しており、ピストンと弁との間のタイミング関係に対してちょっと調整 してもピストンと弁とが互いに干渉し合って、エンジンが損傷することになる。

吸気ポートと排気ポートに対するそれぞれの弁同士のタイミング関係への調整が 可能であっても、弁同士の干渉をなくさなければならないためその調整は限定さ れたものになる。

吸気弁と排気弁とが近接し合っていると、吸気ガスや排気ガスが逆流したり、逃 がし流なったりする可能性があり、また弁開閉タイミングは、好ましくない逆流 や逃がし流が起こらないようにするにはほんの少し調整するだけでよい。

本発明者は、さらに弁手段としても作用するピストン同士の位相関係の調整が誠 の目的、すなわち弁調整手段間の位相関係の調整を行うための満足のいく手段で ないことが分かった。

従って本発明は作動室を形成する手段と、その作動苗内で往復動可能の少なくと も１つのピストンと、ピストンと結合し、かつピストンの往復動を回転運動に、 回転運動を往復動に変換するようになっている変位可能の手段と、作動室の吸気 ポートと排気ポートと、前記ピストンに付加された前記各ボートのだよび排気ポ ートは作動室のそれぞれの端部に、またその近くに配設され、さらに変換手段の 変位と弁手段とのタイミング関係、従ってそれぞれの弁手段同士のタイミング関 係を調整するための手段が設けられている往復動ｔａＷＡを提供する。

この往復動機関が作動至で作用する点火手段をそなえているのが好ましく、これ によってこの機関はエンジンを構成することになるが、必ずしも２サイクルで作 動するのでなくてもよい。

或いは本発明を、例えばコンプレッサ向けのものに変えてもよい。

本発明によれば、吸気および排気の流れをさらに正確に制御することを考慮した 吸気ボートと排気ボートとを一定間隔をおいて配置せしめるごとにより弁１ｆＩ Ｉ間時期を広い範囲内においてほぼ無限に変えることを可能とし、また必要なら ば、吸気ガス゛　及び／または排気ガスの逆流や逃がし流をほぼ完全になくすこ とを可能にする。さらに、作動至各端部における、または隣接する弁手段同士を ！Ｉすことによって互いにぶつかり合う危険性をなくす。一方で、ピストンと弁 手段のうちの１つとが衝突する危険性をなくすには、もう一方の弁手段を十分に 調整できるようにしておいてその弁手段をほんの少しだけ調整するか或いが起り そうにないタイプの弁を前記弁手段として用いるようにしたすする。しかしなが ら一般には、本発明はスリーブ弁、ポペット弁、回転式分配弁などを含んだ弁手 段をいろいろ組み合わせたものに応用でき、また吸気弁と排気弁を両方ともタイ ミング調整が可能である。本発明を容易に利用できるエンジンの例としては、シ リンダヘッドにはポペット排気弁を、下死点近くのシリンダ壁に吸入ボートを有 するデトロイトディーゼルエンジンやリカルド式スリーブ弁エンジンがある。

弁開閉タイミングを広い、範囲に渡ってほぼ無限に変えられれば、吸気タイミン グ、排気タイミング、有効圧縮比、有効膨張比、排気吹き抜は周期、過給周期な どをほぼ変えることができる。そうすれば、例えばレーシングカーのエンジンか ら低馬力の家庭用のセダンのエンジンまでの往復動機関の特性を全く変えてしま うことができる。機械の作動中に弁開閉タイミングを調整できることは有利であ り、また複式化カム、偏心器及び／またはその他の適当な作動機構などを使用す ることにって、タイミングを連続的にだけでなく、各サイクル内においても変え ることができる。

この「有効圧縮比」というのは、１サイクル中に作動苗が密封状態となる最初の 瞬間の作動空白の容積と、サイクル中の作ａ空の最少容器との比であり、また［ 有効膨張比ｊというのは、１サイクル中に作動至が開いて排気する最初の瞬間の 作動卒の容積と、１サイクル中の作動至内の最少容積との比である。

本発明の１つの特殊な利点は、とくに弁タイミングをｌｌ密に制御することがで きるという利点は２１サイクルエンジンを排気タービン過給機と最適に併用でき るという点である。排気タービン過給機から受ける利点はよく知られており、４ サイクルエンジンと共に使用してその恩恵がうまく得られた時もあった。

しかしながら、２サイクダルエンジグに排気タービン過給機をうまく応用するの が非常にむずかしいことが分かった。というのは吸気マニホルドの圧力が速度の ３乗関数として生じなければならないとするエンジンの一般的要求と排気タービ ン過給機の全く異なる排圧特性との間の典型的な不一致と、また２サイクルエン ジンでは４サイクルエンジンで通常起こるような確実な自然発生的吸気ストロー クの生じる可能性がないといったようなことがあるからである。

これらの問題は本発明によってうまく対処される。２つの弁手段間の調整を行う ことを定めたことによって２つの注目に価する一時的なタイミング関係が下記の ように可能となった。

リング内の加熱された残留ガスの圧力及び／または熱及び／または運動エネルギ を利用して排気タービン過給機を駆動することができ、かつサイクルの補充が容 易となる。

（ｉｉ）　一般的な始動、特に低温始動の場合は、弁開閉タイミングを調整して 圧縮比を上げ、以後の運転のためにこれを再び下げるることができる。

一般に、弁手段は例えば、１つ以上のクランク軸から成る変換手段により駆動さ れ、駆動手段はタイミングベルトとして公知の内側に歯の付いたベルト、または 歯車列それにクランクとピンまたは偏心器、および被動歯車機構とから成ってい るものがある。好ましい具体例としては、調整弁または各ｙ４整弁に対する駆動 手段にはすば歯車列を含めることであり、この調整手段はこの歯車列を横切って 位相を変えるための手段から成っている。調整弁または各調整弁に対応する歯車 列は、はすは歯車が変換手段とｙ４整弁用の駆動軸とにそれぞれ設けられ、また その間に位置するはすは歯車手段が前記はすば歯車と噛み合っていて、歯車手段 がはすば歯車の軸と平行に直線状に移動できるようになっている。

内燃機関の出始めの頃はポペット弁の調整には過剰な騒音や、デトネーションと 早期点火の両方が起こる傾向などといったような問題があった。また、始めの頃 に市販されていた幾つかのエンジン、特に航空機用機関に使用されていたのにス リーブ弁がある。スリーブ弁ｍ間の歴史についてはハリイ・リカルド卿の茗した 「高速度内！！機関」　（ブラッキ＆サン社（ロンドン）出版）によく要約され ている。ハリイ・リカルドは幾つかの成の設計に関する幅広い研究を行った。

スリーブ弁エンジンには幾つかの重要な利点があるのが分かつている。その機械 効率と燃料消費とは目を見張るものがあり、これらのよってきたる一部の理由は 、往＠動スリーブ、代表的には窒化鋼とシリンダチューブとピストンとの境界面 において摩擦損失が予期できないほど低いことであった。スリーブを長手方向と 周方向の両方向に往復動をさせた場合、スリーブとシリンダチューブとの間には 優れた潤滑があった。リカルド式エンジンはスリーブとピストン運動にはなんの 重大な問題もなく長時間作動した。このエンジンは静かで、そこで分かったこと は、水冷式スリーブ弁機関におけるピストン温度は同じような容量と出力をそな えたポペット弁機関におけるよりも実際は少し低いということであった。これは 明らかにスリーブとシリンダ壁どの間を移動する油膜がピストンから出て行く熱 のよい対流放熱器の役目を果たしたからである。シリンダヘッドがボートや弁で 邪魔されることがなかったから燃焼室の形状や容量は全く自由であった。

これらの利点は特に２サイクルＩ関に応用できたが、しかし大きな欠陥も幾つか あることが分かった。これらの欠陥は、２サイクルスリーブ弁エンジンを商売上 で広く用いることに対して、特に初期のポペット弁エンジンの主な問題のある特 徴が後で解決されたとしても、＠減した。リカルドは２つの重大な問題に着目し た。彼の本（上で即使用した）の３８７ページにそのことが要約されている。

「１．窒化スリーブの寿命は、スリーブの先端が磨耗して使えなくなるまでおそ らくは２０００時間から４０００時間までもつ。これは軍用航空機の場合は十分 長いものであるが、普通の民間企業にとっては長いどころのものではない。この 領域における磨耗率を減らせるなんらかの手段を見つけなければならないだろう 。」 ［２，端部が開いたスリーブは作動している間中完全に密封！シ 状態にあるように思われるが、低温始動の時は密封完全ではない。従って、少し 粘性の大きい脂を注入するというようななんるようにしなければならない。これ はかなり問題のある特徴である。」 スリーブの先端部の磨耗は、スリーブのこの部分が排気ガスの流れをもろに受け たり、或いはシリンダチューブまたはシリンダヘッドの上部と機械的な干渉を受 けたりすることから生じる。スリーブ弁機間の第２の欠陥は嵩張った、高価な、 ジャンクヘッドとして知られている凹角ヘッドであり、これによって無駄な熱損 失が生じ、突冷にした場合は適切に冷やすことがむずかしい。

４サイクルスリ一ブ弁機関の場合、リカルドの云った２つのこれが商業上の発展 にとって大きな障害となっていた。

リカルドも認識しなかった、イギリス特許明細書第４９７．３００号（ボークマ ン）およびイギリス特許第１，０１５，１８９号（リンゼイ）に開示されたこれ らの問題に対する１つの解決策においては、スリーブ弁調整原理を対向ピストン エンジンに適用する、すなわち一対の対向ピストンにそれぞれスリーブを設けて 排気ポートと吸気ボートのための弁とする。商業用の対向ピストンエンジンには 成功しなかったものがかなりの数にのぼっており、その代表的なものにジャンカ ーズ　ジュモ、ルーツ　ディーゼル、そしてナピア　デルチック　エンジンなど があるが、これらはすべてピストン制御式弁構成のものである。本出願人の知る かぎり、ボークマンまたはリンゼイ設計の対向ピストンエンのあるにも拘らず、 大二次大戦終了以後スリーブ弁調整式エンジンは歴史的骨董品として残っている に過ぎない。本発明によって非対向式および対向式ピストンの両方のこれらの利 点が認識されるであろうと考える。

そこで特にスリーブ弁調整式エンジンについて云えば、スリル ープまたは各スリーブは駆動されて周方向にも長手方向に往復運動をするのが好 ましい。周方向の運動のストロークは長手方向の運動のストロークの少なくとも ２０％であるのが好ましい。

作動至に対向ピストンが２つあり、かつスリーブ弁構成が間隔をおいて配置され た排気ポートと吸気ボートに対応するスリ−ブ弁である場合は、それぞれのスリ ーブがそれぞれのピストンを中心に往復運動をするようにするのが有利である。

好ましくは、２つのピストンに対してクランク軸をそれぞれ設（プ、またスリー ブが各クランク軸から別々の駆動手段によって往復運動できるようにする。クラ ンク軸を内側に歯をつけたベルトを／Ｃｉ′ 解して連結され、負荷に至る駆動軸は両クランク軸またはそのうちの１つに平行 にまたは同軸状に連結するのがよい。

吸気ポートは過給機に連結するのがよいが、排気ポートから来る排気ガスによっ て駆動されるように取り付けられた排気タービン過給機に連結するのがもつとも 好都合である。

本発明の２つの実施例をあくまでも例と１）で添付図面と関連させてさらに説明 する。

第１図は上死点の近くにピストンを示した、本発明による２サイクル対向ピスト ンスリ一ブ弁式エンジンの多軸方向の断面概略図、第２図は第１図のエンジンの 一方の端部の拡大図、第３図は第２図と類似の図であるが、単独作動するように 一部変更されたエンジンの一方の端部を示した図。

第１図と第２図に示した対向ピストン２サイクルエンジン８が横方向の中手ａＡ −Ａを中心にしてほぼ対称的になっており、そのキャストエンジンブロック９に より包囲されたシリンダチューブ１２は作動チ゛ヤンバと蓋部分３５の付いたク ランク！　１４．１５とを形成している。この２サイクルエンジンには、さらに それぞれのクランク軸組立て体１６．１７と、一対の連接棒２０，２１を介して クランク軸組立て体１６．１７と接合された、内側に歯の付いたベルト２４によ り調時される作動チャンバ内で対向往復運動をするための一対の対向ピストン１ ８．１９とが含まれている。チュ鋳物として示されているが、状況に応じて変え てもよい。第１図には同位相のクランク軸と、シリンダチューブ１２のポート２ ６、２７のそれぞれのリングの内方向の上死点におけるピストンが示されている 。２つのクランク軸は必要に応じて、例えば２サイクルモードにおいて掃気を高 めるように位相ずれさせてもよいことは云う迄もない。ポート２６．２７はそれ ぞれの環状のマニホルド２５．２９に向かって開いており、これらのマニホルド は作動時には吸気マニホルドと排気マニホルドになり、ダクト２５ａ、２９ａと 連通する。これらのマニホルドと対応するダクトとの正確な物理的構造は詳細に しめしておらず、第１図に概略的に示しているだけである。吸気ダクト２５ａは タービン９４により駆動されるスリーブ９２に含まれた排気タービン過給機組立 て休９０の出口と接合されている。タービン９４はダクト２９ａに沿って向かう 排ガスにより駆動される。

燃焼１１３ａはほぼピストン１８．１９のヘッド３０．３１に一対の円弧状にカ ットされた空１１３２８から成っている。図示のように、空隙２８は円弧状に切 り抜かれているが、これ以外の形状としてピストンヘッド、またはそれぞれのク ラウンは必要ならば、平らであっても、凸状であってもよい。内！５苗に火花点 火及び／または噴射をもたらすために、シリンダチューブ１２にはその外周火プ ラグを用いてもよい。

クランク至とクランク軸の組立て体はほぼ同一のものであり、従って、第１図に 示されているエンジンの上端部の組立て体だけを詳細に説明する。このｔｋｊ１ 部は第２図で拡大して示されている。クランク軸組立て体１６には−・対の同軸 状のクランク軸と、これら２つのクランク軸はクランク至１４．１“ニクラ゛ツ ク至のカッ＼−３５内に一定の間隔をおいて配置されたころ軸受は−１４４によ り支持されている。クランク軸組立て体は、管状クランクピン４６と、ピストン １８の対応するまたは横方向の孔５１に保持されたピストンピン５０と、それぞ れのこる保持器５４．５５にクランクピン４６とピストンピン５０とを挿入せし める連接棒２０とを含んだほぼ従来構成のピストンに接合されている。

ｌ中 ２つのタイミングクランク軸４１はクランク軸４０を解してタイされている。４ ０ａで示されているようにテーバ状の取り付は方法が用いられているが、これは 確実に取り付けを行うという通常の理由だけでなく、この場合もこのような目的 のためのアイドラプーリがないので、タイミングベルトにテンションをかけられ るようにするためである。

シリンダチューブ１２に一対の類似の細長いスリーブ弁１ｏ、ｉｉが取り付１ノ られている。これらの弁はスリーブの隙Ｂ２６ａ、２７ａ７″ の−・一定の距離をおいて配置されたクランクによってポート２６．２７に弁調 節を行い、かつそれぞれのピスン１８．１９を中心に亀、て往復運動ができる１ 、スリーブ１０．１１は＆Ｖ鉄、窒化鋼、または使の適当な材料、例えばセラミ ックスとか高性能樹脂で形成してもよい。これらのスリーブはシリンダチューブ に高精度に取り付けられ、自由にそれぞれ長手方向にも周方向にも往復運動を行 う。例えばシリンダチューブの中間壁と、ピストンの円作動時には、薄膜状のオ イルをスリーブとデユープの間に供給保持するが、周方向の振動成分が先ず必要 であるのはこの腹を適切に分配し続けるためである。

スリーブ１０．１１は別々のはすば歯車列６８によってそれぞれのクランク軸４ ０を起点にして往復運動ができる。これらの歯車列はそれぞれほぼ同じであり、 各ピストン同士のタイミング関係または位相と、スリーブによる対応するボート 同士の弁調整、従って本発明によるスリーブ同士のタイミング関係を潟！！する ための手段に接合されている。各歯車列６８は、クランク軸４１とクランク７４ 上のはすば歯車７２．７３から成っている。これらの歯車は、挿入された植え込 みボルト７５に摺動自在にかつ回転自在に取り付けられている中間はすば歯ｔｒ ７１と噛み合う。図示のエンジンは２サイクル作動を行うように構成されている ので、歯車７２．７３は１：１の比である。

クランク７４はころ軸受７４ａに支持されており、スリーブ１０から横方向に完 全に突出する差し口８０用の球面軸受７８を収容するソケット７６をそな“えて いる。この構成によれば所望の２つの成分運動が果たせることが分かるであろう 。すなわち、往復運動の周方向の成分のストロークが長手方向の成分のストロー クの少なくとも２％であれば、上記のようにこの運動は潤滑には最適となる。

位相調整は、中間歯車７１にあるボス８２の環状溝８１に据え付けである摺動可 能の押し−引き棒７７によりおこなう。棒７７は歯車のケースカバー７９を摺動 的に貫通している。従って、植え込みボルト７５に沿って歯車７１をわずかに勅 かしただけで、歯車同士が相対回転を始めるのはこれらの歯車がはすは歯車であ るからである。従ってクランク軸とクランク７４との間の位相が代わる。

さらにこれによって上記のタイミング関係が変わる。この構成りランク７４を介 して各スリーブを駆動する代わりに、カム軸る を用いてもよい。そうすれば棒７７の調整によｌだけでなく、好みの形状のカム を用いることによりエンジンの各ストローク内でタイミング関係を変えることが できるという利点が増す。

棒７７は、例えば吸気マニホルド圧、エンジン速度、路面速度、スロットル設定 、トルク出力などに応じて手動制御または自動制御に備えて構成されている。

スリーブ１０．１１には必要な時に噴射ボート３２やピストン溝３２ａと一致す る補助スカラップ３２ｂが設けられている。スリーブ内の隙間２６ａ、２７ａは 必要に応じてチューブボート２６．２７と協働する。ボートの形状について特に 詳細に述べる必要はないと思う。というのはボートの形状は、就中エンジン作動 モードや、気流や所望の位相特性の範囲によって決定するからである。異なった エンジン負荷条件のもとてのタイミング調整に関して考慮すべき事柄も公知であ る。なぜならこのような調整手段は公知の技術であるからである。

スムースにかつ事故のないように作動する第１図と第２図に開示されたエンジン の重要で好ましい特徴は、クランク軸同士の直結式駆動装置としてタイミングベ ルト２４を使用することである。この特定の応用にもつとも有利であるのは、こ のベルトがユニロイヤル社製のＨＴＤ型の最新のベルトであることである。この ようなベルトは、また出力軸を負荷と連結するのに用いてもよいだろう。

第１図および第２図に示されたエンジンは、その作動モードやエンジン設計の標 準原理によって変えてもよい。例えば他の形態の過給基、例えばカデンシ及び／ または従来からある容積式及び／または機械駆動式遠心過給装置を用いてもよい 。スリーブ弁ボート原理を応用して、チューブとスリーブにおけるボートや、ス リーブの２つの成分運動や、ピストンリングとチューブボートとが直接接触しな いことを利用してもよい。

リカルドが３本べた上記引用の２サイクルスリーブ弁エンジンの主な問題は克服 されることが分かるであろう。すなわち、排ガスの流れをもろに受けることによ りスリーブの端部が比較的短期磨耗することがない。また低温からスタートした 時など端部が開いたスリーブがシールされないという問題はもはや起こらない。

第１図および第２図のエンジンのスリーブの外側端部はクランク交にあり、また 内端部はシリンダチューブに包囲されているために、排ガスの流れにさらされる ことも、始動時のシールも必要ではない、従って、スリーブ弁エンジンの有用な 特徴の１つや、チューブのギャップに対するスリーブのサイズとそのギャップの 両端にかかる伝熱率との自己補償性の関係を十分に利用することが可能である。

例えば誤差がかなりある揚合は、ピストンから油膜を通しての熱伝達は遅くなり 、その結果スリーブが熱膨張してギャップが縮小し、油膜を通しての熱の放熱率 と熱によって決まるスリーブの直径との間にバランスが生じる。

ジャンクヘッドを除くことは、高価で高い熱損失成分や、ざらにその本体が相当 に凹角であるために空冷が困難な成分の排除を意味する。この後者の点に関して であるが、ジャンクヘッドを空冷するという問題を解消するためにブリストル航 空機会社が製作した非常に高価でかつ複雑な複合銅製冷却ヘッドについて触れて みるのも興味がある。

第１図および第２図のエンジンにおいて対向ピストン構成をスリーブ弁調整式に することによって、スリーブ弁エンジンの積年の問題を克服したばかりでなく、 対向ピストンエンジンにとって重要な公知のスリーブ弁調整とすることができた ｅ特に機械効率や燃料消費が従来の対向ピストンエンジンに対してかなり改善さ れ、かつ重量対出力比較は著しく向上している。従って、塁本的な用途における 対向ピストンエンジンの問題の１つとして若干厄介なのが寸法構成であるが、こ れは所要出力に合わせて対向ピストンを非常にコンパクトなサイズに縮小するこ とができることで克服できる。

各スリーブと対応するピストンとの間のタイミング関係をいろいろ選択的に変え ることができれば、有効圧縮比、有効膨張比、タイミング、作動空間の容積など を広い範囲にわたって無限に変えることが可能となる。このような変化はサイク ルからサイクルへ変わる時だけでなく、各サイクル時的においても可能であり、 制御システムがエンジンの負荷条件の変化に即座に反応することができる。この ような柔軟性は２サイクル作動においては特に大切であり、従来エンジンにおけ る固定中間タイミング設定とは異なるべきものである。本エンジンはＰ！Ｉ中な 伝動装置によるトルク負荷の変化に対応して作動することができる。連続的に変 化するトルクを伝達する装置によって負荷整合を最も効率的に行う現代方式はこ のエンジン自体の利用によってほとんど無用のものとなるかもしれない。本エン ジンの吸気弁２６と排気弁２７とを一定間隔をおいて設けたことはもう１つの利 点である。一つにはこのようにすれば、有効圧縮比及び／または有効膨張比を変 えると、逆流や逃がし流れをなくせる。従来式の弁構成の対向ピストンエンジン や現代式ポペット弁エンジンではこのようなことは不可能である。

本発明で弁タイミングを変えることによって非常に融通性のある排気タービン過 給２サイクルｉ関とすることができる。従来の２サイクルエンジンは一般に過給 には向かず、また排気タービン過給にはそれほど重要でもない。排気タービン過 給とした場合でも、始動状態のエンジンに、すなわちエンジンの負荷速度曲線の 大部分にわたって適切に吸気を供給するのに排気タービン過給機に頼ることがで きず、これらの欠陥を克服するために別個の機械式過給機が必要であった。

２サイクルデイーゼルエンジンに排気タービン過給を試みた時は始動用として別 個の外ｉ機械式ブローアが必要となった。

これに対して、本発明のエンジンでは、作業条件の全範囲におてい２サイクルエ ンジンに排気タービン過給をおこなうことができ、別個の機械式過給機は必要で ない、例えば、高温再始動を要する時、排気弁を早く開けばシリンダ内の加熱さ れた残留ガスの圧力及び／または熱及び／または運動エネルギーを利用して排気 タービン過給様を駆動することができるので、補給弁のタイミングを調整して圧 縮比を上げ、続けて運転するために下げてもよい。いかなる負荷状態でも、エン ジンの空気需要特性と排気タービン過給機の出力特性との固有の不相容性を克服 するように吸気及び／または排気タイミングを変え、かつ一般に通常の要件に合 わせてエンジン特性を変えることができる。

すでに述べた本発明の結果である、作動空間の容積を変えることができるという ことは、熱効率の高い正味平均有効圧で一定時間以上の間エンジンを動かすこと ができる。換言すれば、この場合成る効率条件とはかけ離れた正味平均有効圧で はなく、作動空間の容積を変えることによってエンジン出力が大いに制御される 。

上記の構成によって各シリンダ内の第１、第２のバランスをほぼ完璧なものとす ることができることに注目されたい。これに対して、前述のように、圧縮比を変 えようとしてピストン間の位相間係を変えるとする公知の方式ではこの極めて高 いレベルの動つりあいが損われる。

第３図には単独運転用に変更された第２図のエンジンの片一方が示されており、 エンジン１０８の作用は第２図に示された半エンジンの作用とほぼ同じであるの で、相違点についてだけ述べる。

第３図のエンジンブロック９に手を加えて隙間１１２，１１４を設けた燃焼ヘッ ド１１０を形成するが、これらの隙間には概略的に示された噴ｓＩｍまたは点火 プラグ１１６と、ポペット弁１１８とが挿入される。このポペット弁も開弁状態 のところが概略的に示されているが、その形状には幾つかある公知のどれであっ てもよく、詳細な説明は必要でないと考える。ざらに、ポペット弁１１８を駆動 する駆動機構も示されておらず、一般標準のエンジン方式に従ってｒａｍできな いものであってもよい。或いは、ポペット弁１１８はそのタイミング調整が可能 であるのが好ましく、またこの調整は例えば、イギリス特許明細書第２１０９８ ５８号に示された手段によって可能である。或いは、スリーブ弁１０と共に使用 するための今述べた１９１手段をここで使用し、ポペット弁の駆動手段に合わせ て作り直してもよい。従って、クランク７４を歯車列またはベルトを介して、ば ねの付勢に抗してポペット弁をずらせるための偏心器をそなえたカム軸に連結さ せてもよい。はすば歯車７１を調整してポペット弁の位相を変えてもよい。

第１図および第２図に関連させて説明したエンジンに加えられる修正、変更、利 点などはエンジン１０８にも応用してもよい。

内燃ｍ関に関連させて本発明を説明したが、本発明の原理はポンプとかコンプレ ッサなどのような異なった形態の往復動機関にも応用してもよい。

国際調査報告

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．作動室を形成する手段と、その作動室内を往復運動可能の少なくとも１つの ピストンと、そのピストンと結合し、かつピストンの往復運動を回転連動に、ま たは回転運動を往復運動に変換するように構成されている変位可能の手段と、作 動室の吸気ポートと排気ポートと、前記ピストンに付加された前記各ポートのた めの各弁手段とから成る往復動機関であって、前記吸気ポートおよび排気ポート は作動室のそれぞれの端部に、又はその近くに配設さ水、さらに変換手段の変位 と弁手段とのタイミング関係、従ってそれぞれの弁手段同士のタイミング関係を 調整するための手段が設けられている往復動機関。
2. ２．吸気ポートおよび排気ポートのための弁手段が、はすは歯車列を含んだ各駆 動手段により駆動され、また前記調整手段が函車列を横切って位相角を変えるた めの手段を含む請求項１に記載の往復動機関。
3. ３．各弁手段のための前記歯車列が、各ピストンの変位可能手段と弁手段の駆動 軸とにそれぞれはすば歯車と、前記はすば歯車と噛み合う内挿はすは歯車とを含 み、前記歯車手段が前記はすば歯車の軸と平行して直線状に運動可能である請求 項２に記載の往復動機関。
4. ４．前記吸気ポートが過給手段からのガスを受け取るように連結されている請求 項１から３のいずれか一項に記載の往復動機関。
5. ５．前記過給手段が前記排気ポートからのガスにより駆動されるように取り付け られ、かつこれにより排気タービン過給機を備えた請求項４に記載の往復動機関 。
6. ６．弁手段のうちの少なくとも１つがスリーブ弁から成る請求項１から５のいず れか一項に記載の往復動機関。
7. ７．作動室内を往復運動できる一対の対向ピストンを備え、また弁手段がピスト ンの周りを往運動できる２つの別個のスリープ弁を含む請求項６に記載の往復動 機関。
8. ８．前記別個のスリープ弁がそれぞれの前記ピストンの周りを往復運動可能であ る請求項７に記載の往復動機関。
9. ９．２つのピストンのためにそれぞれ変位可能手段を備え、またスリープ弁がそ れぞれの変位可能手段から別個の駆動手段により往復運動できる請求項７または ８に記載の往復動機関。
10. １０．前記変位可能手段が内側に歯の付いたベルトにより直接かつ駆動自在に連 結されている請求項７に記載の往復動機関。
11. １１．変位可能手段が１つまたはそれ以上のクランク軸を含む請求項１から１０ のいずれか一項に記載の往復動機関。
12. １２．スリープ弁が長手方向にも周方向にも往復運動するように配置されている 請求項７から１１のいずれか一項の請求項に記載の往復動機関。
13. １３．各スリープ弁の周方向の往復運動のストロークが長手方向の往復運動のス トロークの少なくとも２０％である請求項１２に記載の往復動機関。
14. １４．さらに前記作動室内に操作可能の点火手段を含んでおり、これにより機械 がエンジンを含む請求項１から１３のいずれか一項に記載の往復動機関。
15. １５．２サイクル操作用に構成された請求項１４に記載の往復動機関。