JPS63124830A - 高圧縮比エンジン - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は高圧縮比エンジンに関し、より詳細には、エン
ジンのシリンダと並設したコンプレッサがら空気をエン
ジンのシリンダ内に送り込み、圧縮比を高める高圧縮比
エンジンに関する。

（従来の技術） 従来、レシプロエンジンの出力を大きくするべく圧縮比
を上げることは行われており、現在ノンキングとの関係
から圧縮比は最高９程度が限界とされている。

ディーゼルエンジンにおいては、燃焼圧力が乗用車の場
合、振動、騒音、乗り心地を考慮して２５気圧程度、大
型車で３０気圧程度に設計されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら上記のエンジンには次のような問題点が有
る。

レシプロエンジンにおいては、圧縮比を９以上にすると
ノンキングを起こしてしまうので、より大きな出力を要
求されても、現在のエンジンの構造では圧縮比を上げる
方法では対応できないという問題点がある。

かつて、その問題点を解消すべくガソリンディーゼルエ
ンジンが開発されたが、コストがかかり過ぎるので、現
在は全く生産は行われていない。

同様にディーゼルエンジンの場合に燃圧を高くするには
コストがかかり過ぎるという経済的な問題が有る。

またディーゼルエンジンの場合、振動、騒音、乗り心地
を良くすべくピストンのストロークを短くすると、元々
出力の小さいディーゼルエンジンの出力がさらに小さく
なってしまうという問題点が有る。

従ってエンジンの出力等を画期的にアップする方法は従
来の技術では不可能である。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するため本発明は次の構成を備える。

すなわち、レシプロエンジンのシリンダに並設されたコ
ンプレッサシリンダと、エンジンの圧縮比を高めるべく
前記エンジンシリンダ内へコンプレンサシリンダ内の空
気を送りこむこめの連通孔と、該連通孔を所定のタイミ
ングで開閉する隔壁弁と、空気を前記コンプレッサシリ
ンダ内へ導入、遮断するための吸気装置と、前記コンプ
レッサシリンダ内を摺動可能に配され、且つコンロッド
が前記エンジンシリンダのエンジンピストンと同一のク
ランクシャフトに連結されたコンプレッサピストンとを
具備すること、また、レシプロエンジンの各２気筒のエ
ンジンシリンダの中間に並設された１本のコンプレッサ
シリンダと、両側に位置するエンジンシリンダの圧縮比
を高めるべく両エンジンシリンダ内へコンプレッサ内の
空気を交互に送り込むため、両エンジンシリンダとコン
プレッサシリンダとを各々連絡する２個の連通孔と、両
連通孔を各々所定のタイミングで開閉する２個の隔壁弁
と、空気を前記コンプレッサシリンダ内へ導入、遮断す
るための吸気装置と、前記コンプレ、サシリンダ内を摺
動可能に配され、且つコンロッドが前記両エンジンシリ
ンダのエンジンピストンと同一のクランクシャフトに連
結されたコンプレッサピストンとを具備すること、さら
に、レシプロエンジンのエンジンシリンダへ、エンジン
の圧縮比を高めるべく並設されたコンプレッサシリンダ
から空気を送るため設けられた連通孔を、エンジンピス
トンが上死点に達しても、該エンジンピストンが前記連
通孔を閉塞しないことを特徴とする。

（作用） 作用を図面と共に説明する。

第２図に示すようにエンジンシリンダ１６ａにはガソリ
ンと空気の混合気が、コンプレッサシリンダ３０には空
気が吸入されている。

次に第３図に示すとおりエンジンシリンダ１６ａ内の混
合気はエンジンピストン１８ａにより圧縮され、コンプ
レッサシリンダ３０内の空気もコンプレッサピストン４
２により圧縮されるが、隔壁弁３４ａが解放し、エンジ
ンシリンダ１６ａとコンプレンサシリンダ３０は連通孔
３２ａにより所定のタイミングで連通される。その際、
エンジンシリンダ１６ａ内の圧力よりコンプレッサシリ
ンダ３０内の圧力の方が高いので、空気はエンジンシリ
ンダ１６ａ内へ流入する。

第４図に示すようにコンプレッサシリンダ３０の圧縮が
終了するとエンジンシリンダ１６ａも圧縮が完了し、隔
壁弁３４ａは閉じる。エンジンシリンダ１６ａ内のエン
ジンピストン１８ａが上死点に達する途中に連通孔３２
ａを閉塞しないよう、エンジンピストン１８ａにはテー
パ面４４ａが形成されているので、コンプレッサシリン
ダ内の空気が全てエンジンシリンダ１６ａ内へ送り込む
ことかが可能となる。

次に第５図に示すよう隔壁弁３４ａが閉塞したらスパー
クプラグ２８ａに点火され、爆発を起こし動力を発生し
、エンジンシリンダ１６ａ内の燃焼後の気体は排気され
る。この動作は２サイクル遅れてエンジンシリンダ１６
ｂで行われる。従ってエンジンシリンダ１６ａ、１６ｂ
内の圧縮比はコンプレッサシリンダ３０内の圧縮比をプ
ラスしたものにほぼ等しくなり、大きな出力を得ること
が可能となる。

（実施例） 以下、本発明の好適な実施例について添付図面と共に詳
述する。

まず構成について詳しく説明する。

第１図において、１０はキャブレタであり、吸入した空
気とガソリンパイプ１２から送られるガソリンとの混合
気を作り第１インテークマニホールド１４へ送る。

１６ａ、１６ｂはエンジンシリンダであり、内部をエン
ジンピストン１８ａ、１８ｂが摺動する２０ａ、２０ｂ
はエキゾーストマニホールドであり、エンジンシリンダ
１６ａ、１６ｂ内で爆発後、排気を不図示のエキゾース
トノズルへ送る。

２２ａ、２２ｂはそれぞれインテークバルブであり、エ
ンジンシリンダ１６ａ、１６ｂ内に混合気を吸入する。

２４ａ、２４ｂはエキゾーストバルブであり、排気を前
記エキゾーストマニホールド２０ａ、２０ｂへ送り出す
。インテークバルブ２２ａ、２２ｂ及びエキゾーストバ
ルブ２４ａ１２４ｂはそれぞれカム２６ａ、２６ｂ、２
６ｃ、２６ｄにより所定のタイミングで開閉される。

２８ａ、２８ｂはスパークプラグであり、エンジンシリ
ンダ１６ａ、１６ｂが爆発工程の際に所定のタイミング
で点火する。

３０はコンプレンサシリングであり、両エンジンシリン
ダ１６ａ、１６ｂの中間に位置している。

そのコンプレンサシリンダ３０とエンジンシリンダ１６
ａ、１６ｂとはそれぞれ連結孔３２ａ、３２ｂを経由し
て連絡されている。３４ａ、３４ｂは隔壁弁であり、隔
壁弁用カム３６ａ、３６ｂにより開閉される。３８は自
圧弁であり、コンプレッサシリンダ３０に空気を送るべ
く設けられた第２インテークマニホールド４０の開閉を
行う。自圧弁３８は第２インテークマニホールド４０の
端部にスポークで放射状且つ空気が流通可能に固定され
ると共に、富にコンプレッサシリンダ３０を閉塞するよ
うスプリングで付勢されている。

４２はコンプレッサピストンであり、コンプレッサシリ
ンダ３０内を摺動する。

次にエンジンシリンダ１６ａ、１６ｂ及びコンプレッサ
シリンダ３０について説明する。

エンジンシリンダ１６ａ、１６ｂではエンジンピストン
１８ａ、１８ｂが上死点に達した際にもエンジンシリン
ダ１６ａ、１６ｂ内には圧縮用の空気が残らなければな
らないが、コンプレッサシリンダ３０内の圧縮された空
気は全てエンジンシリンダ１６ａ、１６ｂ内へ送れるよ
うコンプレッサピストン４２が上死点に達した際には、
コンプレッサシリンダ３０内には空気ができないように
するため、エンジンシリンダ１６ａ、１６ｂの長さの方
がコンプレッサシリンダ３０より長めに形成されている
。詳しく説明すると、エンジンピストン１８ａ、１８ｂ
のピストンヘッドをコンプレッサピストン４２のピスト
ンへノドより笠上げして長めにしであるのは、エンジン
シリンダ１６ａ、１６ｂ内の混合気の容積と、コンプレ
ッサシリンダ３０内の空気の容積とをエンジンピストン
１８ａ、１８ｂ及びコンプレッサピストン４２がそれぞ
れ上死点ぎりぎりまで同容積としたいからである。

それによりエンジンピストン１８ａ、１８ｂ及びコンプ
レッサピストン４２が上死点に近づくまでコンプレッサ
シリンダ３０内の空気がエンジンシリンダ１６ａ、１６
ｂ内に流入せず、ノンキングを防止することができる。

なお、コンプレッサピストン４２のコンロッド又はクラ
ンクの長さをエンジンピストン１８ａ１１８ｂのコンロ
ッド又はクランクの長さより若干長クシ、エンジンピス
トン１８ａ、１８ｂの笠上げを無くしても同じ効果が得
られるのは言うまでもない、さらに、各シリンダ１６ａ
、１６ｂ、３０の径を変化させることにより容積の調整
を行ってもよい。

なおこの実施例では圧縮比をほぼ２倍にする例を示すた
め、エンジンシリンダ１６ａ、１６ｂとコンプレッサシ
リンダ３０は同径の物を用いている。

コンプレッサピストン４２は円柱状をなしているが、エ
ンジンピストン１８ａ、１８ｂは、先端が縮径するよう
テーパ面４４ａ、４４ｂが外周に形成されている。テー
パ面４４ａ、４４ｂが形成されているのは、エンジンピ
ストン１８ａ、１８ｂが上死点へ達しても、エンジンピ
ストン１８ａ１１８ｂの外周が連通孔３２ａ、３２ｂを
閉塞しないようにするためである。

エンジンピストン１８ａ、１８ｂ及びコンプレッサピス
トン４２のコンロッド４６ａ、４６ｂ、４６ｃは同一の
クランクシャフト４８に連結されている。

従って、エンジンシリンダ１６ａ、１６ｂ、エンジンピ
ストン１８ａ、１８ｂ等の長さを勘案すればテーパ面４
４ａ、４４ｂは必ずしも設けなくてもよいし、テーパ面
４４ａ、４４ｂの代りにエンジンピストン１８ａ、１８
ｂの連通孔３２ａ１３２ｂ近傍に対応する部分を切り欠
いてもよい。

次に動作について説明する。

第１図において、エンジンシリンダ１６ａには第１イン
テークマニホールド１４を経由してガソリンと空気の混
合気が吸入される。同時にコンプレッサシリンダ３０も
空気を第２クンテークマニホールド４０経出で吸入する
。この時コンプレッサシリンダ３０内の負圧により自圧
弁３８は開いている。

エンジンシリンダ１６ａ内の吸入工程が完了した状態を
第２図に示す。この時、コンプレッサシリンダ３０の吸
入も完了しており、両シリンダ１６ａ、３０内の空気の
量は、エンジンシリンダ１６ａの方が多い。この状態で
も未だ自圧弁３８は開いたままである。

第３図にエンジンシリンダ１６ａの圧縮工程を示すが、
コンプレッサシリンダ３０内の空気も圧縮され、自圧弁
３８は閉塞するが、隔壁弁３４ａは隔壁弁用カム３６ａ
の働きにより解放される。

該隔壁弁３４ａの解放は圧縮後期にコンプレッサシリン
ダ３０側からエンジンシリンダ１６ａ側へ連通孔３２ａ
を経由して空気が流れ込むように行われる。つまりエン
ジンシリンダ１６ａ内の圧縮比が７〜８位になった時に
、コンプレッサシリンダ３０内の空気が一気に移動する
よう前記隔壁弁３４ａが解放すればよい。

第４図にはコンプレッサシリンダ３０内の空気がエンジ
ンシリンダ１６．ａ内に圧入され、隔壁弁３４ａが閉塞
されている。この時のエンジンシリンダ１６ａ内の圧縮
比は、はぼエンジンシリンダ１６ａのみの圧縮比の倍近
くになりノンキングを起こす状態である。

このタイミングで第５図に示すようにスパークプラグ２
８ａで点火すると大きな爆発力が発生し、大きな出力を
クランクシャフト４８に伝える。それと共に第６図に示
すようにコンプレッサシリンダ３０の自圧弁３８はコン
プレッサピストン４２の下動と共に再び開き、コンプレ
ッサシリンダ３０には空気が吸入される。

第７図にはエンジンシリンダ１６ａは爆発後の排気工程
にあり、コンプレッサシリンダ３０内の空気はエンジン
シリンダ１６ｂへ圧入している状態を示す。従って次の
高圧縮比の爆発工程はエンジンシリンダ１６ｂで２サイ
クル遅れて行われる。

よってコンプレッサシリンダ３０で行われる吸入、圧縮
工程は２サイククづつ交互にエンジンシリンダ１６ａと
１６ｂの圧縮比を高めるのである。

次に本発明に係る高圧縮比エンジンの作用効果について
述べる。

上述の高圧縮比エンジンは、上述のレシプロエンジンの
他、ディーゼルエンジンにも設けることができるので、
ディーゼルエンジンのパワー不足という問題も、燃圧を
上昇させられるので克服することが可能となる。

上述の実施例では圧縮比をほぼ２倍にしているので、機
械的ロス等を考慮しても出力は５〜６割はアップさせる
ことができる。

また出力を従来程度に抑えれば、燃量消費率を大幅にア
ップが可能である。

またキャブレターの構造も、高圧縮比であるにもかかわ
らず従来と同じ混合気体燃焼方法を用いることが可能な
ので、コスト高になるガソリンディーゼル化は不要とな
る。

ディーゼルエンジンについてみると、前記のパワーアッ
プの他、そのパワーアップによりビストンストロークを
短くすることができるので、回転数を上昇させて振動、
騒音を抑制することも可能となる。

また吸気が第１及び第２インテークマニホールドの２系
統なので、高速回転時の吸気不足も起こらず、従来用い
られていたターボチャージャー等は不用となる。

次に自動車以外への応用について述べる。

船舶のエンジンに用いる場合、例えばコンプレッサシリ
ンダの径をエンジンシリンダより３〜４倍大きくすると
、エンジンの圧縮比もその分３〜４倍近くまで上昇可能
であり、隔壁弁の開閉と点火のタイミングを調整できれ
ば遥かに高出力のエンジンが実現できる。

航空機のエンジンでは高出力に加え、ストロークの短寸
化で高速回転が可能となる。この場合、吸気不足は独立
したインテークから第２インテークマニホールドへ空気
を送るようにすれば問題はない。

発動発電機を製造することが用いると、高電圧や長時間
使用可能な発電機にできる。

エンジン以外の応用としては、高圧縮のコンプレフサが
実現でき、効率の良い冷凍装置等が製造可能となる。

以上、本発明の好適な実施例について種々性べて来たが
、本発明が上述の実施例に限定されるのではなく、例え
ば２サイクルエンジンにも応用可能である等、発明の精
神を逸脱しない範囲でさらに多くの改変を施し得るのは
もちろんである。

（発明の効果） 本発明に係る高圧縮比エンジンを用いると、レシプロエ
ンジンではほとんど不可能であった高圧縮比が実現でき
、高出力もしくは高燃費のレシプロエンジンが実現でき
、ディーゼルエンジンにおいては高出力ばかりでなく振
動、騒音を抑制でき、さらには船舶、航空機等のエンジ
ンはもとより幅広く応用ができる等の著効を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は、本発明に係る高圧縮比エンジンの各
工程における動作を示した断面図である。 １６ａ、１６ｂ・・・エンジンシリンダ、１８ａ、１８
ｂ・・・エンジンピストン、３０・・・コンプレッサシ
リンダ、 ３２ａ、３２ｂ・・一連通孔 ３４ａ、３４ｂ・・・隔壁弁、　３８・・・自圧弁、　
　４０・・・第２インテークマニホールド、４２・・・
コンプレッサピストン、 ４４ａ、４４ｂ−・−テーパ面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レシプロエンジンのシリンダに並設されたコンプレ
   ッサ・シリンダと、エンジンの圧縮比を高めるべく前記
   エンジンシリンダ内へコンプレッサシリンダ内の空気を
   送りこむこめの連通孔と、該連通孔を所定のタイミング
   で開閉する隔壁弁と、空気を前記コンプレッサシリンダ
   内へ導入、遮断するための吸気装置と、前記コンプレッ
   サシリンダ内を摺動可能に配され、且つコンロッドが前
   記エンジンシリンダのエンジンピストンと同一のクラン
   クシャフトに連結されたコンプレッサピストンとを具備
   することを特徴とする高圧縮比エンジン。 ２、レシプロエンジンの各２気筒のエンジンシリンダの
   中間に並設された１本のコンプレッサシリンダと、両側
   に位置するエンジンシリンダの圧縮比を高めるべく両エ
   ンジンシリンダ内へコンプレッサ内の空気を交互に送り
   込むため、両エンジンシリンダとコンプレッサシリンダ
   とを各々連絡する２個の連通孔と、両連通孔を各々所定
   のタイミングで開閉する２個の隔壁弁と、空気を前記コ
   ンプレッサシリンダ内へ導入、遮断するための吸気装置
   と、前記コンプレッサシリンダ内を摺動可能に配され、
   且つコンロッドが前記両エンジンシリンダのエンジンピ
   ストンと同一のクランクシャフトに連結されたコンプレ
   ッサピストンとを具備することを特徴とする高圧縮比エ
   ンジン。 ３、レシプロエンジンのエンジンシリンダへ、エンジン
   の圧縮比を高めるべく並設されたコンプレッサシリンダ
   から空気を送るため設けられた連通孔を、エンジンピス
   トンが上死点に達しても、該エンジンピストンが前記連
   通孔を閉塞しないことを特徴とする高圧縮比エンジン。