(57)【要約】【課題】ポンピングロスを低減すると共に、ピストンの動きを積極的にアシストして回転変動抑制及び燃費の向上を図る。【解決手段】クランク室１１〜１４は各気筒１ａ〜１ｄごとに独立しており、第１気筒１ａの排気ガスを第３クランク室１３に導入し、第２気筒１ｂの排気ガスを第４クランク室１４に導入し、第３気筒１ｃの排気ガスを第１クランク室１１に導入し、第４気筒１ｄの排気ガスを第２クランク室１２に導入する。排気ガスの導入は弁装置１８〜２１で制御される。排気ガスが圧縮行程においてクランク室１１〜１４に導入されて、ピストン２の上昇動がアシストされる。これにより、回転変動を抑制して振動を低減できると共に、燃費も向上する。【選択図】図１
2015161233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒ごとに独立した１つ又は複数のクランク室と、ピストンの動きをアシストするための排気ガス又は吸気を前記クランク室に個別に導入するアシストガス導入通路と、ピストンの動きがアシストされるように前記排気ガス又は吸気の導入をピストンの動きに応じて切り換える弁装置とを備えている、
内燃機関。
【請求項２】
前記クランク室には排気ガス導入通路が接続されており、前記排気ガス導入通路に、前記ピストンが上昇行程時に排気ガスを導入して下降行程時にはクランク室内のガスを逃がす弁装置を設けている、
請求項１に記載した内燃機関。
【請求項３】
前記クランク室には吸気導入通路が接続されており、前記吸気導入通路に、前記ピストンが下降行程時に吸気を導入して上昇行程時にはクランク室内の負圧を逃がす弁装置を設けている、                          
請求項１に記載した内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に関しては、燃費の向上のための様々な工夫が成されている。その一例として特許文献１には、ポンピングロスの低減を目的として、クランク室を各気筒ごとに区画して、クランク室同士の圧力変動を打ち消すようにクランク室同士を連通させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１８０７４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
さて、内燃機関はピストンの往復動をクランク軸の回転に変換しているため、角速度は一定でなく変動しているが、圧縮行程の後半において抵抗が最も大きくなるため、圧縮行程の後半において回転速度が最も遅くなる傾向を呈する。多気筒内燃機関の場合は、各ピストンの行程の間隔が狭まることで回転変動は小さくなるが、２〜４気筒のように気筒数が少ないと、圧縮行程での抵抗が回転変動に影響することは否めない。
【０００５】
しかるに、特許文献１はピストンの下降行程でのポンピングロス低減を主眼にしており、ピストンの上昇行程でのポンピングロス低減には貢献できず、従って、回転変動を低減させることはできないという問題がある。また、特許文献１は、各クランク室の圧力変動を無くしてポンピングロスを低減するという静的な働きしかしておらず、ピストンの移動を補助するような動的な作用は果たしていないため、燃費の向上にもおのずから限度があるといえる。
【０００６】
本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明は様々な構成を含んでおり、その典型を各請求項で特定している。このうち請求項１の発明は、気筒ごとに独立した１つ又は複数のクランク室と、ピストンの動きをアシストするための排気ガス又は吸気を前記クランク室に個別に導入するアシストガス導入通路と、ピストンの動きがアシストされるように前記排気ガス又は吸気の導入をピストンの動きに応じて切り換える弁装置（制御装置）とを備えている。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１において、アシストガスとして排気ガスを使用したものである。すなわち請求項２の発明は、前記クランク室には排気ガス導入通路が接続されており、前記排気ガス導入通路に、前記ピストンが上昇行程時に排気ガスを導入して下降行程時にはクランク室内のガスを逃がす弁装置を設けている。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１において、アシストガスとして吸気を使用したものである。すなわち請求項３の発明は、前記クランク室には吸気導入通路が接続されており、前記吸気導入通路に、前記ピストンが下降行程時に吸気を導入して上昇行程時にはクランク室内の負圧を逃がす弁装置を設けている。
【発明の効果】
【００１０】
本願発明は、クランク室間での空気のやり取りによって圧力変動を抑制するのではなく、排気ガス又は吸気を導入してピストンの動きを積極的にアシストするものであるため、ポンピングロスを低減できるのみならず、ピストンの動きをサポートして燃費の向上に大きく貢献できると共に、回転変動を抑制して振動を低減できる。
【００１１】
特に、請求項２のようにアシストガスとして排気ガスを使用すると、排気ガスの圧力を回収してクランク軸の回転動力に変換できるため、燃費の向上に大きく貢献できる。
【００１２】
他方、請求項３のようにアシストガスとして吸気負圧を利用すると、吸気によってピストンの下降をサポートすることになるが、この場合も、ポンピングロスを低減できるのみならず、ピストンの動きをアシストして燃費の向上に大きく貢献できる。また、クランク室が清浄な新気で満たされるため、換気性能に優れていると共に、ブローバイガスの回収も確実化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態の模式図である。
【図２】図１のII-II 視断面図で、（Ａ）は弁装置が閉じた状態の図、（Ｂ）は弁装置が開いた状態の図である。
【図３】作用を示す図である。
【図４】作用を示す図である。
【図５】第２実施形態の模式図である。
【図６】第３実施形態の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
(1).第１実施形態
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１〜４に示す第１実施形態を説明する。本実施形態の内燃機関は、一端から他端に向けて第１〜第４の気筒１ａ〜１ｄが順に並んでいる４気筒タイプであり、各気筒１ａ〜１ｄにはピストン２が摺動自在に嵌まっている。ピストン２の往復動は、コンロッド３を介してクランク軸４の回転運動に変換される。
【００１５】
各気筒１ａ〜１ｄはシリンダブロック５に形成されており、クランク軸４はシリンダブロック５に回転自在に保持されている。シリンダブロック５の上面にはシリンダヘッド６が重ね固定されている。シリンダヘッド６には、各気筒１ａ〜１ｄに対応して排気ポート７が空いており、各排気ポート７には、排気マニホールド８の枝管８ａ〜８ｄが接続されている。排気マニホールド８の集合部には排気管９が接続されている。シリンダヘッド６の下面にはオイルパンを設けている。
【００１６】
クランク室は、隔壁１０により、各気筒１ａ〜１ｄに対応して第１〜第４のクランク室１１〜１４に区画されており、かつ、各クランク室１１〜１４は底板１６で塞がれている。従って、各クランク室１１〜１４は互いに独立している。
【００１７】
排気マニホールド８の第１枝管８ａと第３クランク室１３とを第１排気ガス導入通路１７ａで接続して、排気マニホールド８の第２枝管８ｂと第４クランク室１４とを第２排気ガス導入通路１７ｂで接続して、排気マニホールド８の第３枝管８ｃと第１クランク室１１とを第３排気ガス導入通路１７ｄで接続し、排気マニホールド８の第４枝管８ｄと第２クランク室１２とを第４排気ガス導入通路１７ｄで接続している。
【００１８】
第１排気ガス導入通路１７ａの終端部（或いは第３クランク室１３）には第３弁装置１８を設け、第２排気ガス導入通路１７ｂの終端部（或いは第４クランク室１４）には第４弁装置１９を設け、第３排気ガス導入通路１７ｃの終端部（或いは第１クランク室１１）には第１弁装置２０を設け、第４排気ガス導入通路１７ｄの終端部（或いは第２クランク室１２）には第２弁装置２１を設けている。
【００１９】
各弁装置１８〜２１は、背中合わせに配置した流入通路２３と流出通路２４とを有しており、両者の先端部はクランク室１１〜１４の内部に突出していて互いに連通している。また、流入通路２３の先端部には、クランク室１１〜１４に開口した出入口２５が開口している。各流出通路２４は、戻り管２６を介して排気管１１に接続されている。
【００２０】
流入通路２３には、有底筒状のスライド式弁体２７が嵌まっており、やや小径のばね室２８に配置したばね２９により、流入通路２３の入口側に向けて後退方向に付勢されている。スライド式弁体２７の後退位置はストッパー３０で規制されており、前進位置はばね室２８の開口縁で規制されている。
【００２１】
スライド式弁体２７には、その一端面と外周面とに開口した内部通路３１が形成されており、ばね２９によって後退した状態では、図２（Ｂ）のとおり、内部通路３１は流入通路２３で塞がれており、従って、流入通路２３とクランク室１１〜１４とは非連状態になっているが、流出通路２４はクランク室１１〜１４と連通している。従って、内部のガスは戻り管２６を介して排気管１１に排出される。
【００２２】
スライド式弁体２７がばね２９に抗して前進すると、図２（Ｂ）のとおり、流出通路２４はスライド式弁体２７によって閉じられると共に、流入通路２３とクランク室１１〜１４とが連通する。従って、排気ガスがクランク室１１〜１４に流入する。そして、流入通路２３の始端部には、ある程度の正圧が掛かると開く回動式弁体３２を設けている。
【００２３】
回動式弁体３２が閉じた状態では、スライド式弁体２７はばね２９によって後退しており、クランク室１１〜１４と流出通路２４とが連通している。他方、回動式弁体３２が開いた状態では、スライド式弁体２７は排気ガスの圧力によってばね２９に抗して前進し、その結果、流出通路２４は閉じて流入通路２３はクランク室１１〜１４に開口しており、このため、排気ガスがクランク室１１〜１４に流入してクランク室１１〜１４の内圧は大気圧よりも高くなり、ピストン２は上昇方向に付勢される。
【００２４】
本実施形態では、回動式弁体３２の開閉を弁装置１８〜２１の開閉と定義しており、この定義に基づいて、第３気筒１ｃ及び第３クランク室１３を例に挙げて、圧縮行程での作用を説明する。第１気筒１ａと第３気筒１ｃとは位相が３６０度ずれているので、第１気筒１ａが排気行程のときには第３気筒１ｃは圧縮行程になっている。
【００２５】
そして、排気行程の初期では排気ガスの排出量は少ないので、第１気筒１ａから第３弁装置１８への排気ガスの流入量は少なく、このため、図３（Ａ）のように、圧縮行程の初期では第３弁装置１８は閉じている。そして、第１気筒１ａではピストン２が上昇するに連れて排気ガスの排出圧力は高くなるため、第１気筒１ａの排気行程がある程度進むと、第３弁装置１８の回動式弁体３２に作用する圧力が高くなって、図３（Ｂ）のように、圧縮行程の途中において第１弁装置１８が開き、排気ガスが第３クランク室１３に流入すると共に、流出通路２４は閉じる。これにより、ピストン２の上昇動が排気ガスでアシストされる。
【００２６】
従って、ポンピングロスを低減できるのみならず、従来は捨てていた排気ガスの圧力を回収してクランク軸４の回転動力に変換できる。従って、燃費の向上に大きく貢献できる。また、圧縮行程でのピストン２の上昇速度をアップできるため、回転変動（角速度の変化）を低減して、振動を低減できる。
【００２７】
第１気筒１ａが吸気行程に移行すると、第３気筒１ｃは膨張行程に移行するため、図４のとおり、第１気筒１ａからの排気ガスの供給は停止して、第３弁装置１８は、回動式弁体３２が閉じると共にスライド式弁体２７はばね２９で付勢されて後退する。なお、図３，４は、弁装置１８の動きとピストン２の動きとを同時に表示するために第１弁装置１８を下に描いているが、これは便宜的な表示であり、実際には、第１弁装置１８（及び他の弁装置）はクランク室１１〜１４の側部に配置される。
【００２８】
上記と同様に、第２気筒１ｃの圧縮行程ではピストン２の上昇動が第４気筒１ｄの排気ガスでアシストされ、第４気筒１ｄの圧縮行程ではピストン２の上昇動が第２気筒１ｂの排気ガスでアシストされ、第１気筒１ｄの圧縮行程ではピストン２の上昇動が第３気筒１ｂの排気ガスでアシストされる。本実施形態では、各弁装置１８〜２１の開閉は他の気筒の排気ガスによって自動的に行われるため、構造を簡単化できる利点がある。
【００２９】
また、スライド式弁体２７と回動式弁体３２とを併用すると、排気ガス（流体）の導入と排出とを同時に制御できるため、構造がより一層簡単になると共に、作動を確実化できる利点がある。排気ガスは、各排気ポート７から直接取り込んでもよい。また、各排気ガス導入通路１７ａ〜１７ｄに、流量を制御する絞り弁を設けてもよい。
【００３０】
(2).第２〜３実施形態・その他
図５に示す第２実施形態は、３気筒の内燃機関に適用している。この実施形態も各クランク室１１〜１３ごとに弁装置１８〜２０を備えているが、本実施形態では、排気マニホールド８の下流に排気ガスチャンバー室（容積室）３５を設け、各弁装置１８〜２０と排気ガスチャンバー３５とを排気ガス導入通路３６で接続している。そして、本実施形態では、回動式弁体の駆動はアクチェータで行っている。
【００３１】
アクチェータは、電磁ソレノイドやモータ等の電気式手段を採用してもよいし、クランク軸４に連動して動く機械式のものを採用してもよい。或いは、排気ガスの圧力を利用した流体作動方式も採用できる。
【００３２】
図６に示す第３実施形態も３気筒タイプであり、この実施形態では、クランク室１１〜１３に吸気を導入している。吸気系は、エークリーナ３８と吸気マニホールド３９との間に接続された吸気通路４０を備えており、吸気通路４０には、スロットルバルブ４１とその下流側に位置したサージタンク４２とが介挿されている。敢えて述べるまでもないが、吸気マニホールド３９は吸気ポート４３に接続されている。
【００３３】
吸気通路４０のうちスロットルバルブ４１よりも下流側の部位と各クランク室１１〜１３とは吸気導入通路４４で接続されており、各吸気導入通路４４の終端部に弁装置４５〜４７を設けている。各弁装置４５〜４７は第２実施形態と同様にアクチェータを備えおり、弁装置４５〜４７が開くと吸気がクランク室１１〜１３に導入されて、弁装置４５〜４７が閉じると吸気の導入は遮断されると共に、クランク室１１〜１３は吸気経路に戻される。このため、各弁装置４５〜４７は吸気戻し通路４８を備えている。
【００３４】
この実施形態では、ピストン２が吸気行程のときに吸気がクランク室１１〜１３に導入される。吸気行程ではピストン２が下降するほど吸入抵抗は大きくなるので、特に、吸気行程の中盤部移行に吸気を導入すると、ピストン２の下降動を効率良くアシストできるといえる。
【００３５】
このようにクランク室１１〜１３に吸気を導入すると、クランク室１１〜１３の内部の空気は吸気通路４０に吸引されるため、ブローバイガスを効率良く吸引して燃焼室にリターンできる利点がある。
【００３６】
本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば、弁装置の構造は様々に具体化できる。例えば、実施形態の回動式弁体３２は、ボール式等の逆止弁に置き換えることも可能である。本願発明は、１気筒の内燃機関にも適用できる。クランク室に吸気を導入する場合、各吸気ポートと各クランク室とを連通させることにより、第１実施形態と同様に自動的に吸気を導入することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本願発明は、実際に内燃機関に適用できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００３８】
１ａ〜１ｄ  気筒
２  ピストン
４  クランク軸
５  シリンダブロック
６  シリンダヘッド
７  ハイキポート
８  排気マニホールド
８ａ〜８ｄ  枝管
１０  隔壁
１１〜１４  クランク室
１８〜２１  弁装置
２３  流入通路
２４  流出通路
２７  スライド式弁体
３２  回動式弁体
３６  排気ガス導入通路
３９  吸気マニホールド
４０  吸気通路
４１  スロットルバルブ
４３  吸気ポート
４４  吸気導入通路
４５〜４７  弁装置
【図１】
2015161233.tif 000003
【図２】
2015161233.tif 000004
【図３】
2015161233.tif 000005
【図４】
2015161233.tif 000006
【図５】
2015161233.tif 000007
【図６】
2015161233.tif 000008