JPS6325312A - 内燃機関の自動変調型燃焼室および残留ガスの体積を減少させる方法 - Google Patents

内燃機関の自動変調型燃焼室および残留ガスの体積を減少させる方法

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JPS6325312A
JPS6325312A JP62163840A JP16384087A JPS6325312A JP S6325312 A JPS6325312 A JP S6325312A JP 62163840 A JP62163840 A JP 62163840A JP 16384087 A JP16384087 A JP 16384087A JP S6325312 A JPS6325312 A JP S6325312A
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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、四サイクル内燃機関の自動変調型燃焼室およ
び燃焼室に閉じ込められる残溜ガスの量を減少させる方
法に関するものである。
[発明の背景〕 点火をコントロールしながら内燃機関の燃焼について研
究を重ねた結果、燃焼後の残溜ガスがシリンダ内に多く
存在していると、吸気された燃料が均一に混合されず、
その結果、燃焼がシリンダ内で効率よく拡がらないため
、残溜ガスは厄介者であることがはっきりと確認された
このことは特に燃焼の初期において顕著である。
それ故、均一に混合されない燃料で内燃機関を安定した
状態で機能させることを検討するならば、残溜ガスを制
御することが重要なパラメータとなってくる。
[発明の目的] しかるに本発明によれば、燃焼室に存在する残溜ガスの
量を減少させることができるものである。そのため本発
明では、容積を変化させることが可能な予備燃焼室を用
いている。すなわち本発明の主たる目的は、ピストンが
、本明細書の以下の説明ではその頭文字を採ってP.M
.H。
とじて略称するところの排気上死点に達し、次に燃焼上
死点に向って通常の容積に燃焼室を戻す際に、シリンダ
内の容積を出来る限り減少させることである。かかる目
的は、前記予備燃焼室の容積を制御する変調手段によっ
て達成されるのである。
〔発明の構成] 本発明に従った第1の実施例によれば、排気P.M.H
.において予備燃焼室の容積を減少させるべくこの予備
燃焼室を追い払う補助ピストンを用いるが、このピスト
ンを作動させるためには在来の手段であるクランクと組
合せた連接棒の如き機械的システムを採用している。こ
のシステムを駆動する軸はカム自体の軸でもよく、また
カム軸と同速回転する固有の軸であっても構わない。
本発明の好ましい第2実施例では、補助ピストンはシリ
ンダ内のガスの圧力と、スプリングのような弾性戻し手
段によって作動され、燃焼ガスの排気行程および気化燃
料の吸気行程時の低圧状態でその上死点に引き戻される
ものである。
[従来技術] 本発明に関係のある先行例は、スイス特許第539、7
77号および米国特許第4.363,295号に開示さ
れている。このスイス特許には、燃焼エネルギーの一部
が補助ピストンの存在故に、スプリングとガスのクッシ
ョンに取入れられ、連接棒とクランク軸のアームが相互
に一直線上には並ばな《なった瞬間に、このエネルギー
を損失なく放出できるようにクランク軸に戻す装置が記
載されている。
このように従来の装置では、スプリングとガスのクッシ
ョンが燃焼エネルギーを蓄積するため、補助ピストンは
新気ガスが燃焼した終期に端位置を占めるのではなく、
燃焼の最中でしかもその燃焼が充分に拡散して燃焼室内
の圧力が高くなった絶好の時期に端位置にくることが明
らかなようである。
また米国特許第4,363.295号に記載されている
システムは、気化燃料の装入量に従って燃焼室の容積を
変化させることはできるが、サイクルの排気行程にある
のかあるいは圧縮行程にあるのかに従って、同一の装入
量で且つ同一のクランク軸位置を以って燃焼室の容積を
変化させることは不可能なのである。
c問題点を解決するための具体的手段]しかるに本発明
は、シリンダとメインピストンとシリンダヘッドによっ
て画成された四サイクル内燃機関の燃焼室を対象とする
ものであって、この燃焼室は、前記メインピストンが排
気行程の間に上死点に達したとき前記燃焼室の容積を最
小となし、且つ前記メインピストンが燃焼の前に、ある
いは燃焼が完全に拡がらない前の圧縮行程の間に下死点
の近傍にきたとき前記燃焼室の容積が最大となるように
、補助シリンダの内側で滑動する補助ピストンと、この
補助ピストンの行程を制御するに適した手段を有してな
ることを特徴としている。
前記補助ピストンの行程を制御する手段は、前記補助ピ
ストンとメインピストンの間の機械的なカップリングを
形成する機械的制御手段であってもよい。この機械的手
段は、連続棒システムまたはカムで構成することが可能
であろう。
補助ピストンの行程を制御する前記手段は、弾性戻し手
段、また場合によっては緩衝手段によって構成しても構
わないものである。
本発明は同様に、メインシリンダとメインピストンを有
する四サイクル内燃機関の燃焼室に閉じこめられた残溜
ガスの量を減少させる方法にも関している。この方法は
、補助ピストンを移動させることによって燃焼室の容積
を変化させることと、前記メインピストンが排気行程の
間に上死点に達したとき前記燃焼室の容積を最小となし
、且つ前記メインピストンが圧縮行程の間に下死点にき
たとき前記燃焼室の容積を最大にするように前記補助ピ
ストンを移動させることからなることを特徴としている
本発明によれば、前記メインピストンの移動に前記補助
ピストンの移動を機械的に服従させることができるもの
である。補助ピストンの移動制御は、場合によっては緩
衝器と組合せた弾性戻し手段によってなし得るであろう
ここで圧縮行程とは、燃焼室内の圧力が実質的にメイン
ピストンの作用によって増加し、燃焼による圧力増加で
はない過程のものとして定義することができる。
以下、本発明を添付の図面に示された実施例につき説明
することでその利点が明確に理解されよう。
[実施例] 第1図において符号1は内燃機関のシリンダを示すもの
であって、ピストン2はこの内部で上下動する。ピスト
ン2はシリンダ1とシリンダヘッド3と相俟って燃焼室
4を画成する。本発明によれば、燃焼室4を画成するも
のに補助シリンダ6とこれに受は入れられた補助ピスト
ン5がある。第1の実施例では、この補助ピストン5は
ピストン2と同様に上下動する在来のものであるが、ピ
ストン2の往復運動数の半分のサイクルでこれを行う。
補助ピストン5の運動は、第1図に示される実施例の場
合にはクランク軸とシャフト7との間の機械的な結合に
よって得られる。シャフト7はクランク軸のシャフトの
半分の回転速度で回転し、内燃機関のカム軸としてもよ
く、また当業者には公知なシステムであるがチェーンに
よってこのシャフト7を回転駆動することも可能である
。いずれにせよシャフト7は連接棒8゜9の機構あるい
はカム機構によって補助ピストン5を駆動することがで
きる訳である。
さて以上説明した構造を有する第1の実施例の機能を第
3図から第6図を参照しながら説明する。
メインピストンであるピストン2の運動に従って上下動
する補助ピストン5の連鎖的な移動は、ピストン2が燃
焼の開始される上死点に達したときに燃焼室の容積を増
加させるような位置を補助ピストン5が占めるべく正確
に調時されている。実際に、補助ピストン5は図面では
最も上方の位置に示される下死点にくるのである(第3
図)。
第4図は、排気行程が始まる下死点にピストン2が達し
た時点を示しているが、この状態では補助ピストン5は
連鎖的な移動によって中間位置に置かれている。
第5図はピストンが排気行程を終了してその上死点にあ
る時点を示している。このとき補助ピストン5は、燃焼
室4の容積を最小にするべくその下死点を占めることに
なる。しかして燃焼室4の残溜ガスは効果的に外部に排
出されることが容易に理解されよう。
そこで第3図と第5図を比較すると、ピストン2は同一
な上死点にありながら、補助ピストン5は異なった位置
を占めていることに気がつくであろう。すなわち「気化
」燃料を効率よく燃焼させる観点から圧縮時にも燃焼室
4の容積を最大に保つ位置(第3図)と、排気時に残溜
ガスを極く僅かしか閉じ込めないように該燃焼室の容積
を最小にする位置(第5図)の違いである。
第6図はピストン2がその下死点に達すると共に補助ピ
ストン5は中間位置を占めている状態を示している。
補助ピストン5がカムによって駆動されるには、内燃機
関のサイクルに伴ってより正確な位置に連鎖的移動され
るかも知れない。然し乍ら補助ピストン5を機械的に駆
動するためには複雑で高価な装置が必要となり、内燃機
関の運用を考えた場合に必ずしも利を生むものでもない
実際にピストン2と補助ピストン5の間には機械的なカ
ップリングが形成されているため、ピストン2が成る行
程(例えば排気行程)の同一位置に達したとき、補助ピ
ストン5は常に一定の位置を占めるようになっている。
本発明に従えば勿論これら2つのピストン間の機械的カ
ップリングを変更すること、例えば内燃機関の分野では
公知であるところの吸気・点火の配分を変化させるため
に用いられるシステムに近似したものを採用してこれを
行うことは可能であるが、かかるシステムを用いたとし
ても叙上の第1の実施例をより高価なものとしてしまう
であろう。
しかるに第2図に示される第2の実施例は前述した如き
不都合も呈さないものである。この実施例はメインピス
トン2と補助ピストン5の間に機械的なカップリングが
存在しない点で、前記第1の実施例とは異っている。す
なわち第2の実施例において、補助ピストン5の運動は
弾性戻し作用システムによって制御されるのである。こ
のシステムは図面に示されるようなスプリング10を用
いており、補助ピストン5の自重に抗してこれを引き戻
して上下動を制御する。
勿論この第2の実施例では補助ピストン5の行程を制限
するための止め手段を配設することが必要となろうが、
かかる手段は図面に示していない。
試験によれば第2の実施例は内燃機関の効率をより良く
改善することが確認された。これらの試験は、ガスが膨
張するに際して補助ピストンが一定の振動を行うことも
同様に示した。この振動は燃料の充填が多ければ多い程
、また規格が小さければ小さい程増大することが発見さ
れた。このためスプリング10の剛性を高い水準に維持
しながら、圧縮行程時に燃焼室の容積が増大してしまう
ことを厳重に規制して内燃機関の効率を高めることが期
待される。
しかるに振動の消去と共に効率の改善に答えるには、第
2図に示される緩衝器11を組込むことでその効果が期
待できる。このように緩衝器を組合せることは、スプリ
ングの剛性自体にそれほど重要性を持たせないでも済む
という利点がある。しかしてガスが膨張するに際しての
補助ピストンの振動を、内燃機関のブレーキ込めに適し
た力学的な効果を発生させるために利用する可能性も考
えられる。
第2の実施例の機能は第1の実施例と同一であるが、補
助ピストン5の位置変化がこのピストン自重とスプリン
グ10の圧力との差によって支配されることが第1の実
施例とは異っている。
勿論、ピストン自重とスプリングの剛性の他に緩衝器1
1の特性が加わることは前述したとおりである。
スプリングlOの剛性は、燃焼室内の圧力が吸気圧に等
しくなると同時に、燃焼室4の容積を最小にする位置を
占めるように選択されなければならない。言うまでもな
く第3図に示されるような圧縮行程の終りでは、燃焼室
の容積を最大にするべく補助ピストンが上方へ移動でき
るように、スプリングの剛性は適宜決定される。
付言するに補助ピストンの反対側の圧力は排気圧力に近
いものであるか、あるいは装置を巡る循環回路中の圧力
に近いものである。それ故、特に空気中で使用される内
燃機関の場合には大気圧に近いものとなろう。
[効 果] 本発明に従えば排気行程の間に残溜ガスを燃焼室から極
力追い払うことができるため、新たに吸気された気化燃
料は排ガスと混合されずシリンダ内で均一に拡散し、燃
焼効率の優れた内燃機関を得ることができる。また補助
ピストンの調時制御手段も構造が簡単なため、安価な製
造コストによってこれを作成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による装置の第1の実施例を示す部分断
面説明図、第2図は本発明による装置の好ましい第2の
実施例を示す部分断面説明図、第3図から第6図は内燃
機関のサイクルの異った行程において補助ピストンが占
める位置を略示した説明図である。 1・・・・・・シリンダ、  2・・・・・・ピストン
、3・・・・・・シリンダヘッド、  4・・・・・・
燃焼室、5・・・・・・補助ピストン、  6・・・・
・・補助シリンダ、7・・・・・・シャフト、8,9・
・・・・・連接棒、IO・・・・・・スプリング、11
・・・・・・緩衝器。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)シリンダとメインピストンとシリンダヘッドによ
    って画成される四サイクル内燃機関の燃焼室において、
    前記メインピストン(2)が排気行程の間に上死点に達
    したとき前記燃焼室(4)の容積を最小となし、且つ前
    記メインピストン(2)が圧縮行程の間に下死点の近傍
    にきたとき前記燃焼室(4)の容積が最大となるように
    、補助シリンダ(6)の内側で滑動する補助ピストン(
    5)と、この補助ピストン(5)の行程を制御するに適
    した手段を有してなることを特徴とする燃焼室。
  2. (2)前記補助ピストン(5)の行程を制御する手段は
    、前記補助ピストン(5)とメインピストン(2)の間
    の機械的なカップリングを形成する機械的制御手段であ
    ることを特徴とする前記特許請求の範囲第1項に記載の
    燃焼室。
  3. (3)前記機械的制御手段は、連接棒システムでなるこ
    とを特徴とする前記特許請求の範囲第2項に記載の燃焼
    室。
  4. (4)前記手段は、カムでなることを特徴とする前記特
    許請求の範囲第2項に記載の燃焼室。
  5. (5)補助ピストン(5)の行程を制御する前記手段は
    、戻しスプリング(10)でなることを特徴とする前記
    特許請求の範囲第1項に記載の燃焼室。
  6. (6)補助ピストン(5)の行程を制御する前記手段は
    、緩衝器(11)でなることを特徴とする前記特許請求
    の範囲第1項に記載の燃焼室。
  7. (7)メインシリンダとメインピストンで構成される四
    サイクル内燃機関の燃焼室に閉じこめられた残溜ガスの
    量を減少させる方法において、補助ピストン(5)を移
    動させることによって燃焼室の容積を変化させることと
    、前記メインピストンが排気行程の間に上死点に達した
    とき前記燃焼室の容積を最小となし、且つ前記メインピ
    ストン(2)が圧縮行程の間に下死点にきたとき前記燃
    焼室(4)の容積を最大にするように前記補助ピストン
    (5)を移動させることからなる方法。
  8. (8)前記メインピストン(2)の移動に前記補助ピス
    トン(5)の移動を機械的に服従させることを特徴とす
    る前記特許請求の範囲第7項に記載の方法。
  9. (9)前記補助ピストンの移動を弾性戻し手段によって
    制御することを特徴とする前記特許請求の範囲第7項に
    記載の方法。
  10. (10)前記弾性戻し手段を緩衝器と組合せることを特
    徴とする前記特許請求の範囲第9項に記載の方法。
JP62163840A 1986-06-30 1987-06-30 内燃機関の自動変調型燃焼室および残留ガスの体積を減少させる方法 Pending JPS6325312A (ja)

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