JPH0826777B2 - 内燃機関における装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 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す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
れ連接棒を介して第一クランクシヤ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ヤフト、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
のクランクシヤ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
る目的でシヤ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つた従前に公開されたエンジ
ンの一般的な特徴は、クランクシヤ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ピスト
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によつて公開されたエン
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、本発明によつ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
のクランクシヤフトから第一のクランクシヤフトへ伝達
するように配置されており、それぞれ補助ピストンと第
二のクランクシヤ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
二のクランクシヤフトの180度の回転よりも大きくおよ
ぶように許容し、それによつ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つて得られる他の目的はエ
ンジ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ヤフト上の歯付きプー
リ、ベルトプーリ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、歯付きベルト
の一方の区分の長さを短縮させる一方で他方の区分の長
さを延長させ、又は一方の区分の長さを短縮させる一方
で他方の区分の長さを短縮させるように配置された既公
開の手段を含んでいる。

第二のクランクシヤフトの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
のクランクシヤフトとの間の操作連結手段は連接棒であ
り、第二のクランクシヤ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てある距離だけ離れて
平行に配置されており、転置の方向は、各補助ピストン
の膨張行程の後半において、その第二連接棒と第二クラ
ンクシャフトとのピボット点が前記の或る距離を越えて
移動するようになされている。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
の特殊な特性によつて真価を認められ、この場合補助ピ
ストンと前述の第二のクランクシヤフトとの間の操作連
結は既公開の種類のロツ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を詳細に説明
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ヤフトと
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1
2、および補助ピストン13、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から12は連接棒9aから
12aを介して動作クランクシヤフト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ヤフト18に操作連結されてい
る。クランクシヤフト17および18の間に、この明細書の
導入部において説明した装置が設けられ、これによつて
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、クランクシヤフト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。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双方の期
間中は上昇する。下記によつて識別されるように、これ
は本発明によつて可能になり、補助ピストンと第二のク
ランクシヤフト18との間の連接棒13aによる操作連結に
よつており、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ヤフト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、クランクシヤフトの間で作用
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
燃焼の効果によつて生じるエネルギーをクランクシヤフ
ト18からクランクシヤフト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
ンクシヤフト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
しそれ自身低い摩擦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つて燃焼
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。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ヤフト18
上に発生された効果は動作クランクシヤフト17上に発生
された効果の約1/5であるが、これに関連して補助クラ
ンクシヤフト18を介する摩擦損失は動作クランクシヤフ
ト17を介しての摩擦損失のたつた1/15であることが測定
された。

図面に描かれている実施様態において、前述の装置は
クランクシヤフト17および１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より成
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
二倍の直径を持つており、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つている。

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。

前述のクランクシヤ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USA4104995に記述されてい
るようにベルトの一方の区分の長さを短縮させることに
より他方の区分の長さを延長させることによって達成で
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
ンクシヤフト18の回転の中心25が補助シリンダ５から８
の中心軸を結ぶ想像線22に対してある距離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。オフセツト
（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。横方向への平行転置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
シヤフト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ヤフト18との間の操作連結はシヤフ
ト27上に枢着されたロツカーアーム26であつて、その一
端26aは連接棒13aに取り付けられている。ロツカーアー
ム26の他端26bはリンクアームを介して補助クランクシ
ヤフト18に連結されている。ロツカーアーム26は、ロツ
カーアーム26と連接棒13aとの間のピボツト点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。ロツ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つて容積効
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つて本
発明が履行され得ることは明らかである。これはクラン
クシヤフト17および18との間の動作連結の実施様態につ
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つて規定される。

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
たはデイ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。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の動作シリンダ（1,2,3,4）と、これ
   らに対応する数の補助シリンダ（5,6,7,8）とを具備
   し、これら補助シリンダは動作シリンダに対して基本的
   に対向する方向に配置されて動作シリンダに連通してお
   り、各動作シリンダ内で往復するように配置された動作
   ピストン（9,10,11,12）を含み、これら動作ピストンは
   第一のクランクシャフト（17）に連接棒（9a,10a,11a,1
   2a）を介して操作連結されており、各補助シリンダ内で
   往復するように配置された補助ピストン（13,14,15,1
   6）を含み、これら補助ピストンは第二のクランクシャ
   フト（18）に操作連結されており、前記両クランクシャ
   フト（17,18）間に作用してこれら両クランクシャフト
   間に一つの相対的回転振動数を樹立しかつ動作シリンダ
   および補助シリンダにおいて任意の時点における負荷に
   依存した圧縮比を生ぜしめるべく両クランクシャフト間
   の角位相変位を与えるタイミング装置（19,20,21）を具
   備した内燃機関において、 前記タイミング装置は前記の第二のクランクシャフト
   （18）から前記の第一のクランクシャフト（17）へ回転
   エネルギーを伝達するようになされており、 前記補助ピストン（13,14,15,16）と前記の第二のクラ
   ンクシャフト（18）との間の前記の操作連結は第二の連
   接棒（13a,14a,15a,16a）で行われており、 前記の第二のクランクシャフト（18）の回転軸線（25）
   は、前記補助シリンダ（5,6,7,8）の中心線を連結する
   想像線（22）に対して平行に所定の距離（Ａ）だけずら
   して配置されており、ずらす方向は各補助ピストンの膨
   張行程の後半において、その第二連接棒と第二クランク
   シャフトとのピボット点が前記の所定距離（Ａ）を越え
   て移動するようになされている ことを特徴とする内燃機関。
2. 【請求項２】前述の平行にずらす距離（Ａ）は補助シリ
   ンダ（5,6,7,8）の直径の15〜35％の範囲内にあること
   を特徴とする請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】前述のタイミング装置は各クランクシャフ
   ト（17,18）に設けられた歯付きプーリ（20,21）、これ
   ら歯付きプーリの周囲を走行する歯付きベルト（19）、
   および 前記ベルトの一方の区分の長さを短縮させかつ他方の区
   分の長さを延長させたり、前記ベルトの一方の区分の長
   さを延長させかつ他方の区分の長さを短縮させたりする
   手段からなり、前記延長／短縮が行われることにより要
   望する角変位が達成されることを特徴とする請求項１又
   は２記載の装置。
4. 【請求項４】複数の動作シリンダ（1,2,3,4）と、これ
   らに対応する数の補助シリンダ（5,6,7,8）とを具備
   し、これら補助シリンダは動作シリンダに対して基本的
   に対向する方向に配置されて動作シリンダに連通してお
   り、各動作シリンダ内で往復するように配置された動作
   ピストン（9,10,11,12）を含み、これら動作ピストンは
   第一のクランクシャフト（17）に連接棒（9a,10a,11a,1
   2a）を介して操作連結されており、各補助シリンダ内で
   往復するように配置された補助ピストン（13,14,15,1
   6）を含み、これら補助ピストンは第二のクランクシャ
   フト（18）に操作連結されており、前記両クランクシャ
   フト（17,18）間に作用してこれら両クランクシャフト
   間に一つの相対的回転振動数を樹立しかつ動作シリンダ
   および補助シリンダにおいて任意の時点における負荷に
   依存した生ぜしめるべく両クランクシャフト間の角位相
   変位を与えるタイミング装置（19,20,21）を具備した内
   燃機関において、 前記タイミング装置は前記の第二のクランクシャフト
   （18）から前記の第一のクランクシャフト（17）へ回転
   エネルギーを伝達するようになされており、 前記補助ピストン（13,14,15,16）と前記の第二のクラ
   ンクシャフト（18）との間の前記の操作連結はロッカー
   アーム（26）を介して行われており、このロッカーアー
   ム（26）は軸（27）に揺動可能に装着され、このロッカ
   ーアーム26の一端（26a）は各補助ピストンのための連
   接棒（13a）に取り付けられ、ロッカーアームの他端（2
   6b）は補助クランクシャフト（18）ヘリンクアームを介
   して連接され、ロッカーアーム（26）と連接棒（13a）
   との間のピボット点（26a）はピストン（13）の往復運
   動中の補助ピストンの中心の上方に基本的に位置してい
   る ことを特徴とする内燃機関。