WO2009136614A1

WO2009136614A1 - 摺動可能な弁を持つエンジン

Info

Publication number: WO2009136614A1
Application number: PCT/JP2009/058591
Authority: WO
Inventors: 康仁矢尾板
Original assignee: Yaoita Yasuhito
Priority date: 2008-05-04
Filing date: 2009-05-03
Publication date: 2009-11-12
Also published as: JP2014098309A; US8286597B2; US20090272357A1; JP4230529B1

Abstract

【課題】　エンジンの低負荷時または高速回転時の効率を向上させる事です。【解決手段】　エンジンは副シリンダー２と副シリンダー２内を摺動可能な弁本体６を持つ。摺動可能な弁本体６は内部に形成する空洞７を持つ。エンジンは主燃焼室と空洞７との連通と空洞７と主燃焼室の隔離とを切り替える駆動装置を持つ。摺動可能な弁は、負荷に応じて空洞７と主燃焼室の連通と隔離を切り替える圧縮比の可変装置として機能し、この場合、エンジンは第三の圧縮リング１８を設ける。摺動可能な弁は、吸入行程時または排気行程時に副通路と主燃焼室の連通と隔離を切り替える、吸気弁または排気弁として機能する。この事は、吸気・排気効率を向上させる。

Description

摺動可能な弁を持つエンジン

本発明は、副シリンダー内を摺動可能な弁を持つエンジンとその運転方法に関するものである。

　図２４に示す特許文献１は、可変圧縮比エンジンに関する。特許文献１のエンジンは、番号１８で示すコンロッドの分割部を持っている。コントロールロッドは、コンロッドの分割部に接続している。特許文献１のエンジンは、コンロッドの長さを変化させる為のコントロールロッドの支軸位置の位置を変化させる装置を持っている。
この為、燃焼ガス圧力が、コンロッドの分割部とコンロッドの長さを変化させる為の装置に加わる。この圧力は、高負荷時に増大する。この為、支軸位置を変位させる装置とコンロッドの分割部に耐久性の問題が発生する。
図２５は、番号４で示す副室可動体に燃焼ガス圧力が加わるエンジンを示す。図２６は、番号９で示す副ピストンに燃焼ガス圧力が加わるエンジンを示す。これらの例では、燃焼ガス圧力に抗して可変装置が動く。この為、これらの可変装置に耐久性の問題が発生する。
図２７は、東京都新宿区にある三栄書房が発行した“内燃機関の歴史”の２３７ページに記載されている第３．２４８図を示す。
このエンジンのピストンは、二重のスリーブ内を往復運動する。このエンジンのシリンダーヘッドは、ピストンリングが設置される溝を持つ。ピストンリングは、二重のスリーブの内側の円筒側面に設置される。スリーブの内側に頭上茸弁が設置されるなら、前記の溝が、頭上茸弁の設置面積を制限する。この事は、頭上茸弁の吸・排気効率を低下させる。

高速回転時に、４サイクルエンジンの吸気抵抗と排気抵抗の量が増加する。
このエンジンの吸気カムリフト量は、吸気バルブの開弁時初期に、開弁期間中期以降よりもリフト量が極端に少ない。エンジンの高速回転時に、開弁期間初期の時間が短くなる。その結果、吸気の流入量が制限される。その結果、吸気バルブの開弁時初期に、シリンダー内の圧力は、ピストンの裏側の圧力よりも低くなる。
　この状態で、ピストンはピストンに圧力が加わる方向に逆らって下降し続ける。この為、負の仕事量が増える。この為、吸気抵抗による損失量が増加して、トルクが低下する。
　図２８は、山海堂発行の雑誌『内燃機関』１９９５年１１月号No. ４３４の９０ページに記載されているエンジン性能を示す。図２８に関して、最大トルク値Ｌ１・Ｌ２よりも高速な回転速度域では、トルクカーブの頂点時Ｌ１・Ｌ２よりも４サイクルエンジンのトルクが低下している。
　４サイクルエンジンの排気カムリフト量は、排気弁の開弁時から排気行程の下死点時までの開弁期間初期は、開弁期間中期よりも極端にリフト量が少ない。その結果、高速回転時に、下死点時のシリンダー内圧力が、高くなる。この結果、下死点時直後の排気行程時に、排気抵抗による損失量が増加する。
図２９に特許文献２のサイド・バルブ式エンジンを示す。このエンジンの番号５４で示す主燃焼室は、シリンダーの外側に拡張されている。その為に、ピストンの上面に面した吸気弁と排気弁を増設できる。
特許文献２では、吸気弁と排気弁の間隔を狭める事によって、燃焼室をコンパクトに形成している。
しかし、サイド・バルブが設置されている壁面とその対面とに挟まれた空間だけ、主燃焼室の容積が増加する。サイド・バルブのリフト量が大きいほど、この空間の容積が増加する。この為、ピストンの上面に面して設置する吸気弁とサイド・バルブを持つ燃焼室は高圧縮比化できない。この結果、効率が低下する。

ピストンのストロークの長さをピストンの直径よりも長くするなら、燃焼ガスの変換効率が向上するが、高速回転時の吸気効率が低下する。吸気効率の低下は、高速回転時のトルクを低下させる。反対に、ピストンのストロークの長さをピストンの直径よりも短くするなら、高速回転時の吸気効率が向上するが、燃焼ガスの変換効率が低下する。
この為、従来の火花点火式エンジンは、ピストンのロング・ストローク化と高速回転時のトルクの増加を両立できなかった。

特願２００３－１９３８０５（Ｐ２００３-１９３８０５，Ｐ２００５－３０２３５Ａ）特開２０００－２８２８１４（Ｐ２０００－２８２８１４Ａ）

本発明の第一目的は、燃焼室内の燃焼ガス圧力を受ける弁であって、耐久性のある切替弁を持つピストンエンジンを提供する事です。
　本発明の第二目的は、エンジンの低負荷時に熱効率が向上するピストンエンジンを提供する事です。
本発明の第三目的は、高速回転時に吸気抵抗の減少と高圧縮比を両立するピストンエンジンを提供する事です。
　本発明の第一態様に依るピストンエンジンは、シリンダーヘッド、シリンダーブロック、主シリンダー、ピストン、副シリンダー、円筒状弁本体を含む。前記のピストンは、シリンダーブロックに設置された主シリンダー内を摺動する。主燃焼室は、前記ピストンと前記シリンダーヘッドの間に形成される。前記副シリンダーは、主シリンダーの外側に設置され、燃焼室と連絡する開口部を持つ。
前記弁本体は、前記副シリンダー内を中心軸方向に摺動する。
前記弁本体の側面に、第一圧縮リングおよび第二圧縮リングを設ける。前記弁本体は、内側に空洞を持つ。
前記空洞は、前記弁本体の筒状側面に形成された開口部を持つ。前記空洞の前記開口部は、前記副シリンダーの開口部に隣接し、前記二つの圧縮リングの間の前記筒状側面の外側に位置する。
前記副シリンダーの前記開口部は、前記副シリンダーの中心軸方向に、前記の両圧縮リング間の筒状側面よりも小さい。
前記エンジンは、更に前記副シリンダーの中心軸方向に、前記の弁本体を移動させる駆動装置を持つ。
前記圧縮リングの間の前記筒状側面が前記副シリンダーの前記開口部に面して位置する時に、前記空洞と前記主燃焼室がお互いに隔離される。
前記空洞の前記開口部と前記副シリンダーの前記開口部に面する時に、前記空洞と前記主燃焼室がお互いに連通される。

前記弁本体と前記の両圧縮リングと前記空洞と前記駆動装置は、摺動可能な弁の要素であり、それらは前記空洞と前記主燃焼室の間の連通と前記空洞と前記主燃焼室の間の隔離とを切り替える切替弁として機能する。
第一態様は、第二態様と第三態様に共通する。
前記両圧縮リングの間の筒状側面と副シリンダーの前記開口部が面して位置する時は、前記主燃焼室内の燃焼ガスの圧力が前記駆動装置と弁本体の副シリンダーの中心軸方向に加わらない。この事は、前記駆動装置の耐久性の低下を防ぐ。従って、第一態様は第一の目的の一部を達成できる。第一の目的を完全に達成できる条件は、後ほど、添付した１図に示すエンジンの駆動装置の耐久性で説明する。

第二態様によるピストンエンジンは、第一態様によるピストンエンジンの要素に加えて、以下の要素を含む。
第二態様に依るエンジンの前記弁本体は、その側面に更に第三圧縮リングを設ける。第一圧縮リングは、第二圧縮リングと第三圧縮リング間に位置する。
このエンジンの空洞の開口部は、第一圧縮リングと第三圧縮リングとの間に位置する。このエンジンの前記副シリンダーの前記開口部は、副シリンダーの中心軸方向の距離が第一圧縮リングと第三圧縮リング間の距離よりも小さい。
このエンジンの駆動装置は、ピストンの負荷の変化に応じて前記摺動可能な弁を副シリンダーの中心軸方向に移動させる。
前記第一圧縮リングと前記第二圧縮リングの間の前記筒状側面が前記副シリンダーの前記開口部に面して位置する時に、前記第一圧縮リングが前記主燃焼室と前記空洞をお互いに隔離し、それによって燃焼室の圧縮比が高められる。
前記空洞の前記開口部と前記副シリンダーの前記開口部が対面する時に、前記主燃焼室と前記空洞とがお互いに連通され、それによって圧縮比が低下される。

第ニ態様に依る上記エンジンの前記の要素は、第一態様と第ニ態様による前記エンジンとの相違点です。
第二態様に依る前記エンジンでは、前記空洞はピストンが高負荷である時に副燃焼室として機能する。前記エンジンの前記摺動可能な弁は燃焼室容積を変更する装置として機能する。
このエンジンは、ピストンの低負荷時に圧縮比の増加を可能にする。この事は、熱効率を向上させる。従って、第二態様は、第二の目的を達成できる。

　第三態様に依るピストンエンジンは、第一態様に依るピストンエンジンの要素に加えて、以下の要素を含む。
　第三態様に依る前記エンジンは、頭上茸弁と吸気又は排気ガスの為の副通路を持つ。前記副通路は、前記エンジンの外部と連通する。
このエンジンの空洞は、第一圧縮リングと第二圧縮リングの間以外の前記筒状側面に、更に第二の開口部を設置する。
このエンジンの駆動装置は、ピストンの全行程に同期して前記副シリンダーの中心軸方向に前記摺動可能な弁を移動させる。　　　　
前記の両圧縮リング間の前記筒状側面が前記副シリンダーの前記開口部に面して位置する時に、前記主燃焼室と前記副通路がお互いに隔離される。
前記空洞の前記開口部が前記副シリンダーの前記開口部に面して位置する時に、ピストンの吸入行程時又は排気行程時に前記空洞を介して前記主燃焼室と前記副通路とがお互いに連通される。

第三態様による上記エンジンの前記の要素は、第一態様と第三態様による前記エンジンとの相違点です。
このエンジンの摺動可能な弁は、空洞を介して、摺動可能な弁が主燃焼室と副通路の間の連通と主燃焼室と副通路の間の隔離を切り替える。
第三態様では、前記摺動可能な弁は吸気弁または排気弁として機能する。
　前記頭上茸弁の面積と前記摺動可能な弁の排気口または吸気口の面積との和が、主シリンダーの外側に吸気弁と排気弁を増設しないエンジンの燃焼室よりも、大きい。この事は、高速回転時の吸気抵抗と排気抵抗を減少させる。
このエンジンのピストンの圧縮行程時と燃焼行程時に、主燃焼室と前記空洞とは隔離される。従って、燃焼行程時に、この燃焼室の圧縮比はほんの少しだけ低下する。この事は、前記サイド・バルブ式燃焼室の圧縮比よりも、第三態様は高圧縮比の燃焼室の実現を可能にする。
　従って、第三態様は、第三の目的を達成できる。

１図から５図までは、本発明の第一態様に相当する、基本的な実施形態です。これらのエンジンは、６図から２３図までに示すエンジンと共通する多くの要素を持つ。従って、６図から２３図までのエンジンに関して、これらのエンジンと１図から５図までに示すエンジンとの相違点だけを説明する。
１図に関して、エンジンは主シリンダー３と主ピストンと副シリンダー２を持つ。主シリンダー３は、シリンダーブロックに設置される。主燃焼室１は、シリンダーヘッド５と主ピストンとの間に形成される。
副シリンダー２は、主シリンダー３の外側のシリンダーブロックとシリンダーヘッド５に設置される。
副シリンダー２は、自身の壁面を通って形成される開口部１１を持つ。開口部１１は、主燃焼室１と開口部１１を連絡する。
弁本体６は、副シリンダー２内を副シリンダー２の中心軸方向に摺動する。
弁本体６の筒状側面に、第一圧縮リング８と第二圧縮リング１２を設ける。
弁本体６の内側に空洞７を設け、空洞７は弁本体６の筒状側面に形成する開口部１０を持つ。空洞７の開口部１０は、副シリンダーの開口部１１に隣接し、二つの圧縮リング８と１２の間以外の筒状側面に位置する。
副シリンダー２の中心軸方向の距離に関して、副シリンダー２の開口部１１の長さよりも、二つの圧縮リング８と１２の間の距離を大きく設定する。
　駆動装置９は、副シリンダーの中心軸方向に弁本体６を移動させる。駆動装置９は、６図から１８図までに示す駆動装置の一つと同様です。

　駆動装置９の動作を以下に説明する。
二つの圧縮リング８と１２の間の筒状側面と副シリンダー２の開口部１１が対面する位置に、駆動装置９が摺動可能な弁本体６を移動させる時に、空洞７と主燃焼室１がお互いに隔離する。
そして、空洞７の開口部１０と副シリンダー２の開口部１１が対面する位置に、駆動装置９が摺動可能な弁本体６を移動させる時に、空洞７と主燃焼室１がお互いに連通する。
前記の二つの位置に駆動装置９が弁本体６を移動させ、それにより空洞７と主燃焼室１の両者の連通と隔離を切替える。
すなわち、駆動装置９と弁本体６は、空洞７と主燃焼室１の両者の連通と隔離を切り替える切り替え弁として機能する。
駆動装置９の切替タイミングを定める必要がない。この事が、前記の切り替え弁の実現と駆動装置９の下記の耐久性に影響しない。

駆動装置９の耐久性を以下に説明する。
二つの圧縮リング８と１２の間の筒状側面と副シリンダー２の開口部１１が対面時、二つの圧縮リング８と１２が主燃焼室１内の燃焼ガスをシールする。この事は、主燃焼室１内の燃焼ガスの圧力が弁本体６の上面と駆動装置９に加わる事を防止する。二つの圧縮リング８と１２の間の筒状側面と副シリンダー２の開口部１１が対面する時、副シリンダー中心軸方向に、反対方向に同じ大きさの力が二つの圧縮リングに働く。二つの力は、バランスしている。
従って、二つの圧縮リング８と１２の間の空間と副シリンダー２の開口部１１が対面する時に、駆動部９の耐久性が低下しない。これは、図1に示すエンジンの効果です。従って、二つの圧縮リング８と１２の間の筒状側面と副シリンダー２の開口部１１が対面する時に、このエンジンは第一の目的の一部を達成できる。
この時に、開口部１１に面する筒状側面に燃焼ガス圧力が作用する。この結果、主燃焼室１と離れた副シリンダー２の筒状内面に、燃焼ガスが摺動可能な弁本体６を押し付ける。弁本体６が移動中ならば、摺動可能な弁本体６の焼付きが発生する。
弁本体６が駆動装置によって移動されない間は、焼付きが発生せず、このエンジンは第一の目的を完全に達成できる。
新たな限定と駆動装置の切替タイミングを含む新たな条件を切り替え弁が与えられるならば、このエンジンは新たな機能と新たな効果を発揮する。これについて、６図から１８図までのエンジンの例で説明する。
図1に示すエンジンの他の効果を以下に説明する。
弁本体６は、主ピストン３１よりも上部の主燃焼室１の壁面に設置したポペットバルブの面積を制限しない。
環状の隙間は、両圧縮リング８と１２と筒状側面と副シリンダー２との間に定義される。主燃焼室１と空洞７とが隔離される時に、前記環状の隙間は、主燃焼室１と連通する。しかし、圧縮比を非常に低下さるボリュームとしては、前記環状の隙間の容積は小さい。
図1に示すエンジンは、２サイクル式または４サイクル式のピストン式エンジンであり得て、火花点火式エンジンまたは圧縮着火式エンジンであり得る。
弁本体６は、燃焼ガスの圧力を出力に変換しない。この点で、摺動可能な弁本体は、燃焼ガスの圧力を出力に変換するピストンとは異なる。
２図から５図までに示すエンジンは、１図に示すエンジンの代替です。
２図に関して、連絡通路４は、主シリンダーとシリンダーヘッドの間に形成する。連絡通路４は、主燃焼室１と副シリンダー２の開口部１１を連絡する。
３図に関して、本体６は、空洞７よりも小さな凹部１７を持つ。小さな凹部１７は、二つの圧縮リング８と１２の間の筒状側面に形成される開口部を持つ。
１図から３図に示す弁本体６は円柱状であり、内部に空洞７を形成する。
４図に関して、弁本体として円筒状のスリーブ２０は副シリンダー２内を摺動する。スリーブ２０は円筒状の内壁を通して形成される開口部１０を持ち、円筒状の表面にパイプ２２を設置する。パイプ２２の一端は副シリンダー２によって閉じられ、他の一端はスリーブの開口部１０に沿い、この開口部１０はパイプ２２の内側の空洞７に連絡する。
５図に関して、弁本体として円筒状のスリーブ２０が副シリンダー２内を摺動する。スリーブ２０は、円筒状の壁面を通して開口部１０を設置する。スリーブ２０は、二つの圧縮リング８と１２を形成する。スリーブ２０の開口部１０は、二つの圧縮リング８と１２の間の以外の筒状側面に位置する。　

６図から１２図までに示すエンジンは、本発明の第二態様に対応する。
これらのエンジンと１図から５図までに示すエンジンとの相違点だけを以下に説明する。
６図と７図に関して、弁本体６は、第一と第二の圧縮リング８と１２に加えて第三圧縮リング１８を側面に設置する。第二圧縮リング１２と第三圧縮リング１８との間に、第一圧縮リング８を設ける。
弁本体６は、弁本体内部に空洞７を形成し、空洞７は弁本体６の円筒状の側面に形成する開口部１０を持つ。空洞の開口部１０は、主燃焼室１に隣接し、第一圧縮リング８と第三圧縮リング１８との間に位置する。
副シリンダー２の開口部１１は、副シリンダーの中心軸方向に、第一圧縮リング８と第三圧縮リング１８の間の距離よりも小さい。

駆動装置１３は、負荷の変化に応じて摺動可能な弁本体６を移動させる。駆動装置１３は、空気圧装置と油圧装置と電磁式の駆動装置と電気式の駆動装置を使用できる。摺動可能な弁本体６の一端に接して、スプリング１５を設ける。駆動装置１３がスプリングを設けるなら、スプリング１５は省略できる。

弁本体６が６図と７図に示す位置に位置する時は、主燃焼室１の圧縮比は高い。１０図と１１図は、６図に示すエンジンを示す。１０図と１１図は、低負荷時から高負荷時に移行する過程を示す。

駆動装置１３の耐久性を以下に説明する。
二つの圧縮リング８と１２の間の筒状側面と副シリンダー２の開口部１１が対面する時は、ピストンは低負荷です。ピストンが低負荷の場合は、副シリンダー２内の空間に主燃焼室１内の燃焼ガスは流失せず、燃焼ガスの圧力が摺動可能な弁本体６の上面と駆動装置９に加わらない。
８図に示す高負荷時は、主燃焼室１から空洞７内にガスが流入し、空洞７の上部壁面と下部壁面には、二つの等しい燃焼ガス圧力が加わる。二つの圧力は、副シリンダー中心軸の両方向に向き、バランスしている。高負荷時に、第一圧縮リング８と第三圧縮リング１８が主燃焼室１内の燃焼ガスをシールし、燃焼ガスの圧力を駆動装置１３に伝えない。高負荷時は、第一圧縮リング８と第三圧縮リング１８には、反対方向に同じ大きさの力が働く。
従って、高負荷時に、駆動装置１３の耐久性は低下しない。この効果は、６図から１２図までに示すエンジンに適用できる。

６図と７図において、低負荷時と高負荷時に、駆動装置１３が弁本体を移動させない。従って、それらのエンジンは、低負荷時と高負荷時に、第一の目的を完全に達成できる。
しかし、低負荷時と高負荷時との間の負荷の切替時に、駆動装置１３が弁本体を移動させる。この事が、１図に示すエンジンで説明した焼付きを発生させる。この解決方法は、実施例３で説明する。
８図に示すエンジンは、摺動可能な弁本体としてスリーブ２０とパイプ２２を含む事が異なります。パイプ２２内が空洞です。スリーブ２０が８図に示す位置に位置する時は、主燃焼室１の圧縮比は低い。
９図に示すエンジンは、カム１４とカムの位相を変化させる為の装置から構成される駆動装置１３を含む。この駆動装置は、負荷の変化に応じて摺動可能な弁本体６を移動する。
カム１４の位相は、低負荷時は排気行程時に、カム１４が弁本体６をリフトする様に、制御される。カム１４の位相は、高負荷時は圧縮行程後期から膨張行程前期までに、カム１４が弁本体６をリフトする様に、制御される。　　　
１２図に示すエンジンは、二つの圧縮リング８と１２の間の筒状側面に開口部を持つ小さな凹部１７を設ける事が異なる。弁本体６が１２図に示す位置に位置する時は、主燃焼室１の圧縮比は高い。
６図から１２図までに示すエンジンの他の効果は、発明の開示で説明した発明の第二態様の効果です。

１３図から１８図までに示すエンジンは、本発明の第三態様に対応する。これらのエンジンに関して、これらのエンジンと１図から５図までに示すエンジンとの相違点だけを説明する。第三態様の駆動装置９は、エンジンの一サイクル中の全行程に同期して摺動可能な弁本体６を移動させる。
１３図と１５図とに示すエンジンの駆動装置は、クランクとコンロッド２４を含む。１５図は、吸入行程または排気行程のピストンの動きを示す。１３図は、吸入行程以外の行程または排気行程以外の行程のピストンの動きを示す。

１３図と１５図に関して、弁本体６は第一圧縮リング８と第二圧縮リング１２を設置し、弁本体を通る弁通路７を持つ。弁通路７の両端１０と１６は、第一圧縮リング８と第二圧縮リング１２の間以外の前記筒状側面に位置する。副シリンダー２は、二つの開口部１１と２５を持つ。開口部２５に隣接して吸気または排気ガスの副通路２６が設置される。
１５図に示す様に、空洞７の他の開口部１６に副シリンダー２の他の開口部２５が面する時に、空洞７の開口部１０が副シリンダー２の開口部１１と面する。前記駆動装置が１５図に示す位置に弁本体６を移動させる時に、弁通路７を通じて主燃焼室１と副通路２６が連通する。前記駆動装置が１３図に示す位置に弁本体６を移動させる時に、両圧縮リング８と１２の間の筒状側面と副シリンダー２の開口部１１が対面して、弁通路７と副通路２６が隔離される。　　　

駆動装置の耐久性について説明する。
前記摺動可能な弁は吸気弁または排気弁として機能する。燃焼行程時と膨張行程時に、両圧縮リング８と１２によって、主燃焼室１内の燃焼ガスがシールされ、副通路２６と副シリンダー２内に流失しない。
ピストンの吸気行程時に、主燃焼室１と空洞７と副通路２６を連通させる弁通路７によって、摺動可能な弁６が吸気弁として機能する。吸気行程時は、主燃焼室１内に燃焼ガスが存在しない。ピストンの他の行程時に、二つの圧縮リング８と１２の間の筒状側面が副シリンダーの開口部１１に面して位置し、燃焼ガスの圧力が摺動可能な弁本体６の上面と駆動装置に加わらない。
従って、ピストンの全行程時に、前記駆動装置の耐久性が低下せず、第一目的の一部を達成できる。
前記駆動装置がカムを使用するなら、しかも摺動可能な弁が吸気弁として機能するなら、燃焼行程時と膨張行程時に、弁本体６がカムによって移動されず、弁本体６が焼付かない。この事は、第一目的を完全に達成する。
弁本体が吸気弁として機能するなら、吸入行程の開始時に主燃焼室１と副通路２６を連通させ、吸入行程の終了時に主燃焼室１と副通路２６を隔離する。
弁本体６が排気弁として機能するなら、排気行程の開始時に主燃焼室１と副通路２６を連通させ、排気行程の終了時に主燃焼室１と副通路２６を隔離する。
弁本体６が排気弁として機能するなら、排気行程時の開始時に、排気ガスの圧力が空洞７の下面と前記駆動装置に加わる。しかし、排気ガスの圧力は小さい。この時に、排気ガスが前記駆動装置付近に流失する。

１４図と１６図と１７図に示すエンジンは、カムを含む。
１６図は、吸入行程または排気行程のピストンの動きを示す。１４図と１７図は、吸入行程以外の行程または排気行程以外の行程のピストンの動きを示す。
これ以外は、このエンジンは１３図と１５図示すエンジンと同様です。
１８図に関して、シリンダーヘッド５は、空間２１と吸気又は排気ガスの為の副通路２６を持つ。空間２１は、副通路２６に接続し、副シリンダー２内の空間の上部に隣接する。弁本体６内に、弁通路７が形成される。弁通路７の一端は空間２１に連絡し、空間２１を介して、空洞７は吸気または排気ガスの副通路２６と連通する。これ以外は、このエンジンは、１３図と１５図に示すエンジンと同様です。

１３図から１８図までに示す駆動装置は、ピストンの全行程に同期し、クランクまたはカムまたは電磁駆動装置または電気式の駆動装置であり得る。
１３図から１８図までに示すエンジンにおいて、空洞７を介して弁本体６が主燃焼室１と副通路２６の間の連通と主燃焼室１と弁通路７の間の隔離を切り替える。
１３図から１８図までに示すエンジンの他の効果は、発明の開示で説明している本発明の第三態様に記載した。

６図から１２図までに示すエンジンにおいて、ピストンの負荷の切替時に、副シリンダーの開口部１１に第一圧縮リング８が移動し、複数回の燃焼と膨張が行われ、第一圧縮リング８の熱負荷が増加してしまう。
この熱負荷の問題の解決方法を以下に説明する。
１９図に関して、第一圧縮リング８の副シリンダー中心軸方向の厚みよりも、副シリンダーの開口部１１の長さをほぼ同様の長さ又は小さく設定する。すると、第一圧縮リング８の両面が燃焼ガスに曝される期間が短縮さる。従って、熱負荷が減少する。　

６図から１２図までに示すエンジンの他の問題点を以下に説明する。
１１図と２０図に関して、第一圧縮リング８と空洞７の開口部１０との間の弁本体６の距離よりも副シリンダー２の中心軸方向の開口部１１の距離が短い。その結果、低負荷時と高負荷時との間の負荷の切替時に、弁本体６と副シリンダー２の内壁面の間に、狭い通路２９が形成される。
燃焼ガスは、副シリンダー２の中心軸方向に狭い通路２９を通って、空洞７に流入し、駆動装置１３に過大な力を加える。過大な力は、駆動装置１３の耐久性を低下させる。
この問題を解決する手段を以下に示す。
２１図に関して、空気圧装置と油圧装置と電磁式の駆動装置と電気式の駆動装置１３とカムの位相を変化させる装置とカム１４を組み合わせた装置を組み合わせる。そして、前記の駆動装置１３は、本体６とカム１４の間に設置する。
カム１４の位相は以下の様に制御される。燃焼行程にピストンの負荷が切り替えられる時に、カム１４が空洞７の開口部１０と副シリンダー２の開口部１１が面する位置に弁本体６と駆動装置１３とをリフトする。　　
この事は、燃焼行程にピストンの負荷が切り替えられる時に、主燃焼室と空洞７を結ぶ狭い通路３９が形成される事を妨げる。従って、駆動装置１３の耐久性は低下しない。また、この事は、燃焼行程時に第一圧縮リング８が副シリンダーの開口部１１に面する事を妨げる。従って、第一圧縮リング８の熱負荷が増加しない。
燃焼行程のピストンが低負荷と高負荷の時には、カム１４が弁本体６と駆動装置１３とをリフトさせない。

６図から１２図までに示すエンジンでは、負荷の切替時に、焼付きが発生する。この問題を解決する手段を以下に示す。
図２２に関して、空洞７は他の開口部１６を形成する。他の開口部１６は、第一圧縮リング８と第三圧縮リング１８の間で開口部１０とは反対側に位置する。ピストンの負荷が切り替えられる時に、空洞７内の開口部１０に流入する燃焼ガスが、副シリンダー２の反主燃焼室１側に、弁本体６を押し付ける事なく、他の開口部１６を通過する。この事は、焼付きの問題を解決する。

　６図から１２図までに示すエンジンでは、副燃焼室に火炎が伝播するなら、火炎の伝播経路が長くなり、ノッキングを発生させる。
この問題は、副燃焼室壁面に設置する第二の点火プラグを先に点火する事によって解決できる。
しかし、４図に示すエンジンの副燃焼室壁面に第二の点火プラグを設置すると、弁本体の重量が増加する。
これに対しては、４図に示すエンジンの構成に以下の構成を加える事によって解決できる。
２３図に関して、上部固定部２７と下部固定部２８をスリーブ２０の内側に設ける。これらの部分２７と２８は、シリンダーヘッド５とシリンダーブロックに固定される。上部固定部２７と下部固定部２８に、他の圧縮リング２３を設置する。空洞７は、スリーブ２０の内部で上部固定部２７と下部固定部２８の間ニ形成される。
そして、下部固定部２８の内壁面に第二の点火プラグ３０を設置する。
これにより、摺動可能な弁本体の重量が増加しない。
代わりに、上部固定部２７の内壁面にも、第二の点火プラグ３０を設置できる。

従来の技術の欄に、燃焼ガスの変換効率の向上と高速回転時のトルクの増加の両立に関する問題が記載された。
この問題は、以下の様に解決できる。エンジンは、１３図から１８図までに示す摺動可能な弁本体を持つ。このエンジンのピストンのストロークの長さはピストンの直径よりも小さくない。すなわち、前記のエンジンのピストンのストロークは、ピストンの直径とほぼ同等又はピストンの直径よりも大きい。
この事は、ショート・ストローク・エンジンの燃焼ガスの変換効率よりも、このエンジンの燃焼ガスの変換効率を向上させる。またこの事は、高速回転時のエンジンの吸気効率の低下を改善する。すると、エンジンの高速時に、変換効率の向上とトルクの増加を両立できる。

本発明の基本的な例に依るエンジンの断面図であり、本発明の第一態様に相当する。本発明の基本的な例に依るエンジンの断面図であり、本発明の第一態様に相当する。本発明の基本的な例に依るエンジンの断面図であり、本発明の第一態様に相当する。本発明の基本的な例に依るエンジンの断面図であり、本発明の第一態様に相当する。本発明の基本的な例に依るエンジンの断面図であり、本発明の第一態様に相当する。本発明の他の例に依るエンジンの断面図であり、本発明の第ニ態様に相当する。本発明の他の例に依るエンジンの断面図であり、本発明の第ニ態様に相当する。本発明の他の例に依るエンジンの断面図であり、本発明の第ニ態様に相当する。本発明の他の例に依るエンジンの断面図であり、本発明の第ニ態様に相当する。本発明の他の例に依るエンジンの断面図であり、本発明の第ニ態様に相当する。本発明の他の例に依るエンジンの断面図であり、本発明の第ニ態様に相当する。本発明の他の例に依るエンジンの断面図であり、本発明の第ニ態様に相当する。本発明の他の例に依るエンジンの断面図であり、本発明の第三態様に相当する。本発明の他の例に依るエンジンの断面図であり、本発明の第三態様に相当する。本発明の他の例に依るエンジンの断面図であり、本発明の第三態様に相当する。本発明の他の例に依るエンジンの断面図であり、本発明の第三態様に相当する。本発明の他の例に依るエンジンの断面図であり、本発明の第三態様に相当する。本発明の他の例に依るエンジンの断面図であり、本発明の第三態様に相当する。図６から図１２までに示すエンジンを改良するエンジンの断面図。図１１の拡大図。図６から図１２までに示すエンジンを改良するエンジンの断面図。図６から図１２までに示すエンジンを改良するエンジンの断面図。図６から図１２までに示すエンジンを改良するエンジンの断面図。特願公開番号２００５－３０２３５の図。特許公開番号平成０７－３１０５５１の図。特許公開番号昭和６２－０３８８３５の図。二重スリーブ弁を持つ従来例の図。３ＲＺ-ＦＥエンジンと２２Ｒ-Ｅエンジンの出力とトルクの図。特許文献２の第２図の拡大図。

１・・・主燃焼室
２・・・副シリンダー
３・・・主シリンダー
４・・・連絡通路
５・・・リンダーヘッド
６・・・摺動可能な弁本体
７・・・空洞
８・・・第一圧縮リング
９・・・第一態様の駆動装置　
１０・・・空洞の開口部
１１・・・副シリンダーの開口部
１２・・・第二圧縮リング
１３・・・第二態様の駆動装置
１４・・・カム
１５・・・スプリング
１６・・・空洞の他の開口部
１７・・・空洞よりも小さな凹部
１８・・・第三圧縮リング
１９・・・第一圧縮リングと空洞の開口部の間の筒状側面
２０・・・スリーブ
２１・・・副シリンダー内の空間の上部に隣接した空間
２２・・・パイプ
２３・・・他の圧縮リング
２４・・・コンロッド
２５・・・副シリンダーの他の開口部
２６・・・吸気または排気ガスの副通路
２７・・・上部固定部
２８・・・下部固定部
２９・・・負荷の切替時に主燃焼室と空洞を結ぶ狭い通路
３０・・・第二の点火プラグ

Claims

主シリンダーと前記主シリンダーの外側に設ける副シリンダーとを持つエンジンにおいて、
前記副シリンダーは開口部を持ち、
主燃焼室と前記副シリンダーの前記開口部は連絡し、
弁本体は前記副シリンダー内に前記副シリンダーの中心軸方向に摺動可能に設置され、
前記摺動可能な弁本体は筒状側面を持ち、
前記摺動可能な弁本体の内側に空洞を持ち、
第一圧縮リングおよび第二圧縮リングは共に前記筒状側面に設置され、
前記空洞は、前記二つの圧縮リングの間に位置する前記筒状側面の部分とは異なる前記筒状側面の部分に形成される開口部を持ち、前記開口部は前記主燃焼室に隣接し、
駆動装置は前記摺動可能な弁本体を前記副シリンダーの中心軸方向に移動させ、
前記二つの圧縮リングの間に位置する前記筒状側面の部分が前記副シリンダーの前記開口部に対面する位置に前記駆動装置が前記摺動可能な弁本体を移動させる時に、前記空洞と前記主燃焼室がお互いに隔離され、
前記空洞の前記開口部が前記副シリンダーの前記開口部と対面する位置に、前記駆動装置が前記摺動可能な弁本体を移動させる時に、前記空洞と前記主燃焼室がお互いに連通される事を特徴とする摺動可能な弁を持つピストン式エンジン。
主シリンダーと前記主シリンダーの外側に設ける副シリンダーとを持つエンジンにおいて、
前記副シリンダーは開口部を持ち、
主燃焼室と前記副シリンダーの前記開口部は連絡し、
摺動可能な弁本体は前記副シリンダー内に前記副シリンダーの中心軸方向に摺動可能に設置され、
前記摺動可能な弁本体は筒状側面を持ち、
前記摺動可能な弁本体は、その内側に空洞を持ち、
第一圧縮リングと第二圧縮リングと第三圧縮リングは全て前記筒状側面に設置され、
前記第一圧縮リングは前記第二圧縮リングと前記第三圧縮リングとの間に位置し、
前記空洞は、前記第一圧縮リングと前記第三圧縮リングの間に位置する前記筒状側面の一部に形成される開口部を持ち、前記開口部は前記主燃焼室に隣接し、
駆動装置は、負荷の変化に応じて前記摺動可能な弁本体を前記の副シリンダーの中心軸方向に移動させ、
前記第一圧縮リングと前記第二圧縮リングの間に位置する前記筒状側面の一部と前記副シリンダーの前記開口部が対面する位置に、前記駆動装置が前記摺動可能な弁本体を移動させる時に、前記第一圧縮リングが前記主燃焼室と前記空洞が隔離され、それによって圧縮比を高め、
前記空洞の前記開口部と前記副シリンダーの前記開口部が対面する位置に、前記駆動装置が前記摺動可能な弁本体を移動させる時に、前記主燃焼室と前記空洞が連通され、それによって圧縮比を低下させる事を特徴とする摺動可能な弁を持つピストン式エンジン。
主シリンダーと前記主シリンダーの外側に設ける副シリンダーとを持つエンジンにおいて、
前記副シリンダーは開口部を持ち、
主燃焼室と前記副シリンダーの前記開口部は連絡し、
摺動可能な弁本体は前記副シリンダー内に前記副シリンダーの中心軸方向に摺動可能に設置され、
前記摺動可能な弁本体は筒状側面を持ち、
前記摺動可能な弁本体は、その内側に空洞を持ち、
第一圧縮リングおよび第二圧縮リングは共に前記筒状側面に設置され、
前記空洞は、前記二つの圧縮リングの間に位置する前記筒状側面の部分とは異なる前記筒状側面の部分に形成される開口部を持ち、前記開口部は前記主燃焼室に隣接し、
前記空洞は、前記二つの圧縮リングの間に位置する前記筒状側面の部分以外に形成される第二の開口部を持ち、
駆動装置は、前記エンジンの一サイクル中の全行程に同期して前記摺動可能な弁本体を前記副シリンダーの中心軸方向に移動させ、
吸気又は排気ガスの為の副通路は前記エンジンの外部と連通し、
前記の両圧縮リング間に位置する前記筒状側面の部分と前記副シリンダーの前記開口部が対面する位置に、前記駆動装置が前記摺動可能な弁本体を移動させる時に、前記主燃焼室と前記副通路が隔離され、
前記空洞の前記開口部が前記副シリンダーの前記開口部と対面する位置に、前記駆動装置が前記摺動可能な弁本体を移動させる時に、前記空洞を介して前記主燃焼室と前記副通路が連通される事を特徴とする摺動可能な弁を持つピストン式エンジン。
吸気行程時に、前記空洞を介して、前記主燃焼室と前記副通路が連通する事を特徴とする前記の請求項３に記載した摺動可能な弁を持つピストン式エンジン。
二つの圧縮リングの間に位置する前記筒状側面の部分とは異なる前記筒状側面の部分に、前記空洞の前記第二の開口部は設置され、
前記空洞の前記開口部が前記副シリンダーの前記開口部と面する時に、前記空洞の前記第二の開口部に面して前記副シリンダーの第二の開口部は設置され、
前記副シリンダーの他の開口部に隣接して前記副通路が設置される事を特徴とする前記の請求項３に記載した摺動可能な弁を持つピストン式エンジン。
前記駆動装置は、空気圧式又は油圧式又は電磁式又は電気式とし、
カムの位相を変化させる装置とカムを組み合わせた装置を併設し、
前記摺動可能な弁本体と前記カムの間に、空気圧式又は油圧式又は電磁式又は電気式の駆動装置が設置される事を特徴とする前記請求項２に記載した摺動可能な弁を持つピストン式エンジン。
前記第一圧縮リングと前記第三圧縮リングの間に位置する前記円筒状側面の部分に、前記空洞の第二の開口部が設置され、
前記副シリンダーの中心軸に対して前記空洞の前記開口部とは反対側に、前記空洞の第二の開口部が設置され事を特徴とする前記請求項２に記載した摺動可能な弁を持つピストン式エンジン。
前記エンジンのピストンのストロークの長さはピストンの直径よりも小さくない事を特徴とする前記の請求項４に記載した摺動可能な弁を持つピストン式エンジン。
前記摺動可能な弁本体を円筒状のスリーブとし、
前記第一圧縮リングと前記第二圧縮リングの間に位置する前記筒状側面の部分とは異なる部分に、前記空洞の前記開口部は形成され、
上部固定部と下部固定部が前記のスリーブに設置され、
前記上部固定部と前記下部固定部はシリンダーヘッドとシリンダーブロックに固定され、
前記上部固定部と前記下部固定部に、他の圧縮リングは設置され、
前記スリーブ内の前記上部固定部と前記下部固定部の間の前記スリーブ内空間を定義し、前記の空間は前記空洞として使用され、
前記上部固定部と前記下部固定部のどちらか一つに第二の点火プラグが設置される事を特徴とする前記請求項２に記載した摺動可能な弁を持つピストン式エンジン。