(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの主ピストンシリンダー室の間に、膨張と排気のみを行なう補助ピストンシリンダー室が連通管を介して接続され、夫々の連通管に、バルブを夫々介設し、該両バルブは夫々の弁開閉動作を交互に行なうようにし、
一方の主ピストンシリンダー室内で混合ガスを点火爆発させ、一方の主ピストンシリンダー室の膨張時と同時に膨張ガスを補助ピストンシリンダー室にも送り込み、両室でワーク系のための膨張エネルギーを発生させ、他方の主ピストンシリンダー室内ではピストンの下降によりシリンダー内の負圧によって混合ガスを吸い込ませる第１の工程と、
前記一方の主ピストンシリンダー室およびこれに接続された補助ピストンシリンダー室夫々の膨張によるワーク発生状態と同時に他方の主ピストンシリンダー室の吸入された混合ガスにより加圧状態とさせる第２の工程と、
一方の主ピストンシリンダー室および補助ピストンシリンダー室を排気させ、他方の主ピストンシリンダー室を圧縮させる第３の工程と、
他方の主ピストンシリンダー室内で混合ガスを点火爆発させ、他方の主ピストンシリンダー室の膨張時と同時に膨張ガスを補助ピストンシリンダー室にも送り込み、両室でワーク系のための膨張エネルギーを発生させ、一方の主ピストンシリンダー室内ではピストンの下降によりシリンダー内の負圧によって混合ガスを吸い込ませる第４の工程と、の４サイクルを繰り返し、
一方の主ピストンシリンダー室が膨張工程時に、一方の主ピストンシリンダー室と補助ピストンシリンダー室とのバルブを開放させ、膨張ガスを補助ピストンシリンダー室にも送り込み、膨張エネルギーをワーク系に伝達させた後、
一方の主ピストンシリンダー室と補助ピストンシリンダー室との排気弁を開放させて排気させ、
次の吸入圧縮時には、一方の主ピストンシリンダー室と補助ピストンシリンダー室とのバルブを閉塞させて、一方の主ピストンシリンダー室のみで吸入圧縮を行なわせ、
次の膨張工程に入る他方の主ピストンシリンダー室と補助ピストンシリンダー室とのバルブを開放させ、補助ピストンシリンダー室は他方の主ピストンシリンダー室と同時に膨張と排気を行なうようにすることを特徴としたエンジン内燃方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車のレシプロ（往復運動）エンジン等のガソリン内燃機関に適用され、特に効率的な膨張エネルギーを利用したことに特徴のあるエンジン内燃方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車のエンジンは、オットーサイクルと呼ばれる吸入、圧縮、膨脹、排気の４工程が等しい方式が主流である。また、エネルギー効率を上げるには、膨脹比を圧縮比の２倍程度に上げた効率的な膨脹が有効であることが知られている。その方法の一つとしてミラーサイクルという方法がある。これはオットーサイクルの４工程のなかの圧縮工程のみを短くしたもので、自動車用エンジンとして生産されたこともある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術においては、断熱圧縮・断熱膨張過程でのシリンダー内ピストンのストロークが常に一定であって、圧縮と膨張の比は同じものであるため、膨張エネルギーをピストンに１００％伝えることができず、排気工程で排気バルブにより高温高圧のエネルギーを殆ど排出してしまうので、膨脹エネルギーの３０％程度しか動力として取り出すことが出来ない。また、ミラーサイクルという方法では、工程を変化させる機構が複雑になり、あまり普及していないのが現状である。
【０００４】
そこで、本発明は、叙上のような従来存した諸事情に鑑み、オットーサイクルの工程を変えずに、膨脹比を変えるためにシリンダーの口径を変えるのに等しい方法で効率的な膨脹を実現するために創出されたもので、膨張エネルギーをピストンに高効率で伝えることができ、種々のワーク効率を向上させることのできる効率的な膨脹エネルギーを利用したエンジン内燃方法の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明に係るエンジン内燃方法にあっては、２つの主ピストンシリンダー室２Ａ，２Ｂの間に、膨張と排気のみを行なう補助ピストンシリンダー室３が連通管９を介して接続され、夫々の連通管９に、夫々バルブ４Ａ，４Ｂを介設し、該両バルブ４Ａ，４Ｂは夫々の弁開閉動作を交互に行なうようにし、
一方の主ピストンシリンダー室内で混合ガスを点火爆発させ、一方の主ピストンシリンダー室の膨張時と同時に膨張ガスを補助ピストンシリンダー室３にも送り込み、両室でワークのための膨張エネルギーを発生させ、他方の主ピストンシリンダー室内ではピストン８の下降によりシリンダー内の負圧によって混合ガスを吸い込ませる第１の工程と、
前記一方の主ピストンシリンダー室およびこれに接続された補助ピストンシリンダー室３夫々の膨張によるワーク発生状態と同時に他方の主ピストンシリンダー室の吸入された混合ガスにより加圧状態とさせる第２の工程と、
一方の主ピストンシリンダー室および補助ピストンシリンダー室３を排気させ、他方の主ピストンシリンダー室を圧縮させる第３の工程と、
他方の主ピストンシリンダー室内で混合ガスを点火爆発させ、他方の主ピストンシリンダー室の膨張時と同時に膨張ガスを補助ピストンシリンダー室３にも送り込み、両室でワーク系Ｗのための膨張エネルギーを発生させ、一方の主ピストンシリンダー室内ではピストン８の下降によりシリンダー内の負圧によって混合ガスを吸い込ませる第４の工程と、の４サイクルを繰り返し、
一方の主ピストンシリンダー室２Ａ（２Ｂ）が膨張工程時に、一方の主ピストンシリンダー室２Ａ（２Ｂ）と補助ピストンシリンダー室３とのバルブ４Ａを開放させ、膨張ガスを補助ピストンシリンダー室３にも送り込み、膨張エネルギーをワーク系Ｗに伝達させた後、
一方の主ピストンシリンダー室２Ａ（２Ｂ）と補助ピストンシリンダー室３との排気弁６を開放させて排気させ、
次の吸入圧縮時には、一方の主ピストンシリンダー室２Ａ（２Ｂ）と補助ピストンシリンダー室３とのバルブ４Ａを閉塞させて、一方の主ピストンシリンダー室２Ａ（２Ｂ）のみで吸入圧縮を行なわせ、
次の膨張工程に入る他方の主ピストンシリンダー室２Ｂ（２Ａ）と補助ピストンシリンダー室３とのバルブ４Ｂを開放させ、補助ピストンシリンダー室３は他方の主ピストンシリンダー室２Ｂ（２Ａ）と同時に膨張と排気を行なうようにすることを特徴とした。
【０００６】
以上のように構成された本発明に係るエンジン内燃方法において、一方の主ピストンシリンダー室２Ａ（２Ｂ）と、膨張と排気のみを行なう補助ピストンシリンダー室３とに同時に膨張ガスを送り、一方の主ピストンシリンダー室２Ａ（２Ｂ）と補助ピストンシリンダー室３夫々の２つのピストン８に膨張エネルギーを伝えてワーク系Ｗに伝達させることにより効率的な膨張効果が得られ、エネルギー効率を向上させる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明するに、図において示される符号１は、例えば自動車のレシプロ（往復運動）エンジン等のガソリン内燃機関に適用される例えば４サイクル２気筒エンジン等のエンジン本体であり、該エンジン本体１は、図１乃至図４に示すように吸気工程と、圧縮工程と、点火爆発工程（膨張工程）と、排気工程との４サイクルを行なう第１の主ピストンシリンダー室２Ａと、同様にして吸気工程と、圧縮工程と、点火爆発工程（膨張工程）と、排気工程との４サイクルを行なう第２の主ピストンシリンダー室２Ｂとの間に、膨張と排気のみを行なう補助ピストンシリンダー室３が連通管９を介して接続され、夫々の連通管９には例えば電磁弁機構等の夫々バルブ４Ａ，４Ｂを介設させることで構成されている。このとき、両バルブ４Ａ，４Ｂは夫々の弁開閉動作を交互にタイミング的に行なうように例えば電磁駆動によるバルブ駆動系Ｖに接続されている。
【０００８】
そして、第１および第２の主ピストンシリンダー室２Ａ，２Ｂ、補助ピストンシリンダー室３夫々の内部には、同期しながら往復運動するピストン８が内装されており、これら３つのピストン８の下部には不図示のクランク継手機構を介して各種のワーク系Ｗに駆動エネルギーを伝えるようにしてある。また、５は空気と燃料の混合ガスを主ピストンシリンダー室２Ａ，２Ｂ内へ導入させるための吸気弁であり、６は爆発燃焼後の混合ガスを主ピストンシリンダー室２Ａ，２Ｂ内から外部へ、また補助ピストンシリンダー室３から外部へ夫々排気させるための排気弁であり、７は２つの主ピストンシリンダー室２Ａ，２Ｂの上部に配した点火プラグである。尚、吸入の混合ガスを作る気化器やバルブ駆動および電気点火システム等は周知のものであるためその説明を省略してある。以上の構成により、前記２つの主ピストンシリンダー室２Ａ，２Ｂのうちいずれか一方の主ピストンシリンダー室２Ａまたは２Ｂと補助ピストンシリンダー室３との前記両バルブ４Ａ，４Ｂ夫々の開閉を介しての交互の切替接続により、主ピストンシリンダー室２Ａ，２Ｂの点火爆発工程（膨張工程）の際のワークのための膨張エネルギーを補助ピストンシリンダー室３にも同時に発生させて効率的な膨張エネルギーを得るようにしてある。
【０００９】
次に、本実施の形態の４サイクル動作の一例を説明するに、先ず、図１に示すように、第１の主ピストンシリンダー室２Ａと補助ピストンシリンダー室３との間の連通管９のバルブ４Ａがバルブ駆動系Ｖにより開弁される一方、第２の主ピストンシリンダー室２Ｂと補助ピストンシリンダー室３との間の連通管９のバルブ４Ｂがバルブ駆動系Ｖにより閉弁され、第１の主ピストンシリンダー室２Ａ内の混合ガスを点火爆発させる。このとき、膨張ガスは連通管９を介して補助ピストンシリンダー室３内にも同時に送り込まれ、夫々のピストン８が押し下げられることで両室２Ａ，３でワークのための膨張エネルギーを発生させる。これと同時に第２の主ピストンシリンダー室２Ｂの方では、ピストン８の下降により第２の主ピストンシリンダー室２Ｂ内の負圧によって吸気弁５を介して混合ガスを吸い込ませる。すなわち、エンジン本体１の第１の主ピストンシリンダー室２Ａは爆発状態、補助ピストンシリンダー室３は膨張状態、第２の主ピストンシリンダー室２Ｂは吸入状態となる。
【００１０】
次いで、図２に示すように、第１の主ピストンシリンダー室２Ａと補助ピストンシリンダー室３内の燃焼後の混合ガスを夫々のピストン８の上昇により夫々の排気弁６を介して排気させると同時に、第２の主ピストンシリンダー室２Ｂの方では、ピストン８の上昇により圧縮状態となる。すなわち、エンジン本体１の第１の主ピストンシリンダー室２Ａは排気状態、補助ピストンシリンダー室３は排気状態、第２の主ピストンシリンダー室２Ｂは圧縮状態となる。
【００１１】
次いで、図３に示すように、第２の主ピストンシリンダー室２Ｂと補助ピストンシリンダー室３との間の連通管９のバルブ４Ｂがバルブ駆動系Ｖにより開弁される一方、第１の主ピストンシリンダー室２Ａと補助ピストンシリンダー室３との間の連通管９のバルブ４Ａがバルブ駆動系Ｖにより閉弁され、第２の主ピストンシリンダー室２Ｂ内の混合ガスを点火爆発させる。このとき、膨張ガスは連通管９を介して補助ピストンシリンダー室３内にも同時に送り込まれ、夫々のピストン８が押し下げられることで両室２Ｂ，３でワークのための膨張エネルギーを発生させる。これと同時に第１の主ピストンシリンダー室２Ａの方では、ピストン８の下降により第１の主ピストンシリンダー室２Ａ内の負圧によって吸気弁５を介して混合ガスを吸い込ませる。すなわち、エンジン本体１の第１の主ピストンシリンダー室２Ａは吸入状態、補助ピストンシリンダー室３は膨張状態、第２の主ピストンシリンダー室２Ｂは爆発状態となる。
【００１２】
次いで、図４に示すように、第２の主ピストンシリンダー室２Ｂと補助ピストンシリンダー室３内の燃焼後の混合ガスを夫々のピストン８の上昇により夫々の排気弁６を介して排気させると同時に、第１の主ピストンシリンダー室２Ａの方では、ピストン８の上昇により圧縮状態となる。すなわち、エンジン本体１の第１の主ピストンシリンダー室２Ａは圧縮状態、補助ピストンシリンダー室３は排気状態、第２の主ピストンシリンダー室２Ｂは排気状態となる。以上の４サイクルを例えば１分間に約５００〜７０００回と繰り返すことによりワーク系Ｗを駆動させるのである。
【００１３】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、効率的な膨張エネルギーをピストンに高効率で伝えることができ、種々のワーク効率を向上させることができる。また、補助ピストンシリンダー室は膨張と排気のみを行ない、しかも各ピストンシリンダー室内の夫々のピストンが共に同期しながら往復運動するため、全システムの４サイクル作動中でのワーク系に対するエネルギーのロスが少なくて済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】    本発明の実施の一形態におけるエンジン本体を示し、第１の主ピストンシリンダー室が爆発状態、補助ピストンシリンダー室が膨張状態、第２の主ピストンシリンダー室が吸入状態を示す断面図である。
【図２】  同じく第１の主ピストンシリンダー室が爆発状態、補助ピストンシリンダー室が膨張状態、第２の主ピストンシリンダー室が吸入状態を示す断面図である。
【図３】  同じく第１の主ピストンシリンダー室が排気状態、補助ピストンシリンダー室が排気状態、第２の主ピストンシリンダー室が圧縮状態を示す断面図である。
【図４】  同じく第１の主ピストンシリンダー室が圧縮状態、補助ピストンシリンダー室が排気状態、第２の主ピストンシリンダー室が排気状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１…エンジン本体                     ２Ａ…第１の主ピストンシリンダー室
２Ｂ…第２の主ピストンシリンダー室   ３…補助ピストンシリンダー室
４Ａ，４Ｂ…バルブ                   ５…吸気弁
６…排気弁                           ７…点火プラグ
８…ピストン                         ９…連通管
Ｖ…バルブ駆動系                       Ｗ…ワーク系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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