(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１セットのシリンダを備える内燃機関（１００）であって、該第１セットのシリンダは、
−第１クランク軸（１５０）に連結される第１圧縮ピストン（１２２）を収容する２ストローク第１圧縮シリンダ（１０２）と、
−中間圧縮ピストン（１２４）を収容する２ストローク中間圧縮シリンダ（１０４）で、前記２ストローク第１圧縮シリンダ（１０２）から圧縮ガスを受け取るよう構成される２ストローク中間圧縮シリンダ（１０４）と、
−第１燃焼ピストン（１２８）を収容する４ストローク第１燃焼シリンダ（１０８）で、前記２ストローク中間圧縮シリンダ（１０４）から圧縮ガスを受け取るよう構成される４ストローク第１燃焼シリンダ（１０８）と、を含んでおり、
前記内燃機関は、第２セットのシリンダを更に備え、該第２セットのシリンダは、
−前記第１クランク軸（１５０）に連結される第２圧縮ピストン（１２６）を収容する２ストローク第２圧縮シリンダ（１０６）で、圧縮ガスを前記２ストローク中間圧縮シリンダ（１０４）に供給するよう構成される２ストローク第２圧縮シリンダ（１０６）と、
−第２燃焼ピストン（１３０）を収容する４ストローク第２燃焼シリンダ（１１０）で、前記２ストローク中間圧縮シリンダ（１０４）から圧縮ガスを受け取るよう構成される４ストローク第２燃焼シリンダ（１１０）と、を含んでおり、
前記中間圧縮ピストン（１２４）、前記第１燃焼ピストン（１２８）及び前記第２燃焼ピストン（１３０）の各々は、第２クランク軸（１５４）に連結しており、該第２クランク軸（１５４）は、前記第１クランク軸（１５０）の速度の少なくとも２倍の速度で回転するよう構成される、
内燃機関（１００）。
【請求項２】
−前記第１クランク軸（１５０）に連結される第１膨張ピストン（１３２）を収容する２ストローク第１膨張シリンダ（１１２）で、前記４ストローク第１燃焼シリンダ（１０８）から排ガスを受け取るよう構成される２ストローク第１膨張シリンダ（１１２）と、
−前記第１クランク軸（１５０）に連結される第２膨張ピストン（１３４）を収容する２ストローク第２膨張シリンダ（１１４）で、前記４ストローク第２燃焼シリンダ（１１０）から排ガスを受け取るよう構成される２ストローク第２膨張シリンダ（１１４）と、
を更に備える、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記第２圧縮ピストン（１２６）が前記第２圧縮シリンダ（１０６）内で下端位置に達すると、前記第１圧縮ピストン（１２２）は、前記第１圧縮シリンダ（１０２）内で上端位置に達するよう構成されるよう、前記第１圧縮ピストン（１２２）及び前記第２圧縮ピストン（１２６）は、互いに１８０度のクランク角オフセットを設けて配置されている、請求項１又は２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記第１燃焼ピストン（１２８）が前記第１燃焼シリンダ（１０８）内で下端位置に達すると、前記中間圧縮ピストン（１２４）は、前記中間圧縮シリンダ（１０４）内で上端位置に達するよう構成されるよう、前記中間圧縮ピストン（１２４）及び前記第１燃焼ピストン（１２８）は、互いに１８０度のクランク角オフセットを設けて配置されている、請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項５】
前記第１燃焼ピストン（１２８）及び前記第２燃焼ピストン（１３０）は、前記それぞれの燃焼シリンダ内でほぼ同時に上端位置に達するよう配置され、かつ、該シリンダ内で燃料の吸入を開始するために、前記第２燃焼ピストン（１３０）が前記第２燃焼シリンダ（１１０）の上端位置にある時、前記第１燃焼ピストン（１２８）は、前記第１燃焼シリンダ（１０８）内の上端位置で点火するように配置される、請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項６】
前記第２膨張ピストン（１３４）が前記第２膨張シリンダ（１１４）内で下端位置に達すると、前記第１膨張ピストン（１３２）は、前記第１膨張シリンダ（１１２）内で上端位置に達するよう構成されるよう、前記第１膨張ピストン（１３２）及び前記第２膨張ピストン（１３４）は、互いに１８０度のクランク角オフセットを設けて配置されている、請求項２に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記第１膨張ピストン（１３２）が前記第１膨張シリンダ（１１２）内で中間位置に位置付けられると、前記第１圧縮ピストン（１２２）は、前記第１圧縮シリンダ（１０２）内で上端位置に達するように構成されるよう、前記第１膨張ピストン（１３２）及び前記第１圧縮ピストン（１２２）は、互いに９０度のクランク角オフセットを設けて配置されている、請求項２に記載の内燃機関。
【請求項８】
第１及び第２圧縮コンロッドは、前記第１圧縮ピストン（１２２）及び前記第２圧縮ピストン（１２６）にそれぞれ連結され、第１及び第２膨張コンロッドは、前記第１膨張ピストン（１３２）及び前記第２膨張ピストン（１３４）にそれぞれ連結され、前記第１圧縮コンロッド及び前記第１膨張コンロッドは、前記第１クランク軸の第１クランクピンに連結され、前記第２圧縮コンロッド及び前記第２膨張コンロッドは、前記第１クランク軸（１５０）の第２クランクピンに連結されている、請求項６又は７に記載の内燃機関。
【請求項９】
前記第１圧縮シリンダ（１０２）及び前記第２圧縮シリンダ（１０６）は、互いに平行に配置され、前記第１膨張シリンダ（１１２）及び前記第２膨張シリンダ（１１４）は互いに平行に配置されており、前記圧縮シリンダ及び前記膨張シリンダは、互いにＶ形構造で配置されている、請求項２乃至８のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項１０】
前記シリンダの各々は、該各シリンダ内外への流体の移動を調整するための弁付き吸気口及び弁付き排出口備える、請求項１乃至９のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項１１】
前記第１圧縮シリンダ（１０２）及び前記第２圧縮シリンダ（１０６）は、それぞれ第１通路（２０２）及び第２通路（２０４）によって前記中間圧縮シリンダ（１０４）と流体連結する、請求項１乃至１０のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項１２】
前記中間圧縮シリンダ（１０４）は、それぞれ第３通路（２０６）及び第４通路（２０８）によって前記第１燃焼シリンダ（１０８）及び前記第２燃焼シリンダ（１１０）と流体連結する、請求項１乃至１１のいずれかに記記載の内燃機関。
【請求項１３】
前記第１燃焼シリンダ（１０８）は、第５通路（２１０）によって前記第１膨張シリンダ（１１２）と流体連結する、請求項２乃至１２のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項１４】
前記第２燃焼シリンダ（１１０）は、第６通路（２１２）によって前記第２膨張シリンダ（１１４）と流体連結する、請求項２乃至１３のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項１５】
前記第１通路（２０２）及び前記第２通路（２０４）の各々は、そこを通過する流体を冷却するための冷却手段を備えている、請求項１１に記載の内燃機関。
【請求項１６】
前記第３通路（２０６）及び前記第４通路（２０８）の各々は、そこを通過する流体を冷却するための冷却手段を備えている、請求項１２に記載の内燃機関。
【請求項１７】
前記第１圧縮シリンダ及び前記第２圧縮シリンダは、１つの及び同一の圧縮シリンダであり、前記第１圧縮ピストン及び前記第２圧縮ピストンは、１つの及び同一の圧縮ピストンであり、前記圧縮シリンダは、前記圧縮ピストンが前記圧縮シリンダ内で上方位置に達すると、第１圧縮をもたらし、かつ前記圧縮ピストンが前記圧縮シリンダ内で下方位置に達すると、第２圧縮をもたらすよう構成される、請求項１乃至１６のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項１８】
請求項１乃至１７のいずれかに記載の内燃機関（１００）を備える車両（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関する。本発明は、特に大型車、例えば、トラック等の車両に適用可能である。しかし、本発明は、主にトラックとの関連で説明されるが、内燃機関は、勿論、他の種類の車両、例えば、乗用車、産業建設機械、ホイールローダー等にも適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
長年、内燃機関への要求は、着実に高まってきており、エンジンは、市場からの様々な要求を満たすよう絶えず開発されている。排ガスの削減、機関の効率の向上、つまり燃料消費の低減、及び機関からの騒音レベルの低下は、車両エンジンを選ぶ際に重要な側面となる基準の一部である。また、トラックの分野では、例えば、排ガス汚染の最大許容量を決定してきた適用法令がある。更にまた、車両の全体的な費用削減が重要であり、エンジンは、総費用の比較的大部分を占めるので、エンジン部品の費用も削減されるは当然である。
【０００３】
上記の需要を満たすため、長年に渡り様々なエンジン構想が展開されてきた。そこでは、従来の作動シリンダは、例えば、先行圧縮段階及び／又は膨張段階と組み合わせられてきた。
【０００４】
特許文献１には、比較的軽量なエンジンを提供することを目的とする内燃複合機関が記載されている。特許文献１に開示されている内燃複合機関は、第１段階４ストローク燃焼装置及び第２段階２ストローク膨張装置を備えている。１本以上の第１段階シリンダは、第１クランク軸を駆動するピストンを有し、第１段階シリンダと同数の第２段階膨張シリンダは、平行クランク軸を駆動するピストンを有している。第２段階装置は、複動式シリンダとして配置されることも可能で、一側は、第２膨張段階として機能し、他方側は、事前圧縮装置又は過給機として機能する。
【０００５】
特許文献１に開示されている内燃複合機関は、圧縮時にエネルギーの節約が可能であるという効果があるので、燃料効率を向上させることができる。機関は、ブレーキ走行及び坂道走行時に圧縮された空気という形態で貯蔵エネルギーを節約及び提供することもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第９９／０６６８２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示されている内燃複合機関は、貯蔵エネルギーを節約及び提供するだけでなく、燃料効率を向上することができるが、例えば、動力効率及び費用に関して、依然として更に改善が必要である。
【０００８】
本発明は、従来の機関と関連して動力効率を向上させた内燃機関を提供することを目的とする。本目的は、請求項１に係る内燃機関によって少なくとも部分的に達成される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１形態によると、第１セットのシリンダを備える内燃機関であって、該第１セットのシリンダは、第１クランク軸に連結される第１圧縮ピストンを収容する２ストローク第１圧縮シリンダと、中間圧縮ピストンを収容する２ストローク中間圧縮シリンダで、前記２ストローク第１圧縮シリンダから圧縮ガスを受け取るよう構成される２ストローク中間圧縮シリンダと、第１燃焼ピストンを収容する４ストローク第１燃焼シリンダで、前記２ストローク中間圧縮シリンダから圧縮ガスを受け取るよう構成される４ストローク第１燃焼シリンダとを含んでおり、前記内燃機関は、第２セットのシリンダを更に備え、該第２セットのシリンダは、前記第１クランク軸に連結される第２圧縮ピストンを収容する２ストローク第２圧縮シリンダで、圧縮ガスを前記２ストローク中間圧縮シリンダに供給するよう構成される２ストローク第２圧縮シリンダと、第２燃焼ピストンを収容する４ストローク第２燃焼シリンダで、前記２ストローク中間圧縮シリンダから圧縮ガスを受け取るよう構成される４ストローク第２燃焼シリンダとを含んでおり、前記中間圧縮ピストン、前記第１燃焼ピストン及び前記第２燃焼ピストンの各々は、第２クランク軸に連結しており、該第２クランク軸は、前記第１クランク軸の速度の少なくとも２倍の速度で回転するよう構成される、内燃機関が提供される。
【００１０】
圧縮シリンダは、以下の説明及び全体を通して、圧縮ピストンを収容するシリンダと解釈されるべきであって、該シリンダは、圧縮された吸入ガスを別のシリンダへ供給するよう配置される。本発明では、第１及び第２圧縮シリンダは、圧縮ガスを中間圧縮シリンダへ供給する。中間圧縮シリンダは、次に、第１及び第２燃焼シリンダの各々に圧縮ガスを供給するよりも更に前に、ガスを圧縮する。従って、圧縮ピストンは、圧縮シリンダ内部のガスを圧縮し、その後、圧縮されたガスは、更なる圧縮シリンダ又は燃焼シリンダどちらかの吸気口に送られる。その後、圧縮ガスの圧力レベルは、大気圧を上回る。各圧縮シリンダは、２ストローク形式で作動する。これは、各圧縮ピストンが、シリンダの上死点としても知られているシリンダの上端位置にある時、シリンダの下死点としても知られている圧縮シリンダの下端位置へ圧縮ピストンが下降する間に、ガスがシリンダ内に供給されることを指す。その後、圧縮ピストンがシリンダの上端位置へ向かって上昇すると、圧縮ピストンの往復移動によって生じるシリンダ内の容量の減少により、シリンダ内に供給されたガスは圧縮される。ある所望の時点で、圧縮ガスは、圧縮シリンダから排出され、燃焼シリンダの吸気口へ案内される。これを制御する方法を以下により詳しく説明する。
【００１１】
燃焼シリンダは、上記のように、４ストローク燃焼シリンダである。つまり、第２クランク軸が２回転する度に動力行程１回及び排気行程１回を行う。各燃焼シリンダ内の燃焼ピストンが、各シリンダの下死点に向かって下降移動している際、圧縮シリンダからの圧縮ガスは、燃焼シリンダ内に送り込まれる。その後、燃焼ピストンが燃焼シリンダの上死点に向かって上昇移動している際、燃焼シリンダ内のガスは圧縮され、所望の時点で点火される。その後、燃焼ピストンは下死点に向かって再び下降移動する。最終的に、燃焼ピストンが上昇移動している際、排ガスは、燃焼シリンダから排出される。燃焼燃料は、4ストローク内燃機関内の従来技術における当業者が周知の方法で燃焼シリンダに供給されるので、その詳細は以下に説明しない。本発明はまた、特定の種類の燃料に限定されない。
【００１２】
本発明は、中間圧縮シリンダを第１及び第２圧縮シリンダの下流側と、第１及び第２燃焼シリンダの上流側に配置することによって、各燃焼シリンダに十分に圧縮されたガスをずっと供給することにより、各圧縮シリンダ内の圧縮を低減することができるという洞察に基づいている。従って、３段階の圧縮を有するエンジンが提供される。また、以下に詳細に説明される中間冷却を用いて、ガスを複数の段階で圧縮することによって、エンジンの総圧縮作業量が削減される。
【００１３】
本発明の効果として、３段階圧縮により内燃機関の効率が上昇する、つまり、エンジンの出力効率を上げることができるということである。３段階圧縮を利用することによって、例えば、２段階圧縮と比べ、圧縮シリンダによる総圧縮作業を削減することができる。更に、２段階の代わりに３段階圧縮シリンダを利用することによって、各圧縮シリンダにより大きな圧力を処理する能力が必要とされ得る２段階圧縮と比べ、各圧縮シリンダ及び各圧縮ピストンに必要な個々の圧力を低減することができる。また、シリンダが低摩擦比で設計され得るよう、第１及び第２圧縮ピストンに必要な圧力は、相対的に低くなる。更に、中間圧縮シリンダという形で、中間圧縮段階を設けることによって、第１圧縮ピストンを膨張器に向けて９０度のクランク角の偏差を設けて配置することが可能になる。これによって、内燃機関のバランス作用が向上する。更にまた、２ストローク中間圧縮ピストンを４ストローク第１及び第２燃焼ピストンと同じクランク軸上に配置することによって、１つの圧縮シリンダで第１及び第２燃焼シリンダに交互に圧縮ガスを供給可能であるので、１つの圧縮シリンダのみで十分である。
【００１４】
ある実施例によると、内燃機関は、前記第１クランク軸に連結される第１膨張ピストンを収容する２ストローク第１膨張シリンダで、前記４ストローク第１燃焼シリンダから排ガスを受け取るよう構成される２ストローク第１膨張シリンダと、前記第１クランク軸に連結される第２膨張ピストンを収容する２ストローク第２膨張シリンダで、前記４ストローク第２燃焼シリンダから排ガスを受け取るよう構成される２ストローク第２膨張シリンダとを更に備えていてもよい。
【００１５】
膨張シリンダは、以下の説明及び全体を通して、膨張ピストンを収容するシリンダと解釈されるべきであって、該シリンダは、燃焼シリンダから排ガスを受け取ってから、更に排ガスを膨張シリンダから排出するよう配置される。第１及び第２膨張シリンダは、２ストローク形式で作動する。これは、それぞれの膨張ピストンがシリンダの上端位置にある時、膨張シリンダの下端位置に膨張ピストンが下降する間に、燃焼シリンダからの排ガスが膨張シリンダ内に供給されることを指す。これによって、膨張ピストンの往復移動の際のシリンダ内の容量の増加により、排気ガスは膨張される。その後、膨張ピストンがシリンダの上端位置に向かって上昇すると、膨張シリンダ内に供給された排ガスは、膨張シリンダから直接大気に案内される、若しくは、例えば、触媒等の処理システムを通過した後、何らかのガスに供給される。
【００１６】
効果としては、内燃機関の動力効率を更に向上することができる。膨張シリンダは、各燃焼シリンダからの排ガスを膨張させるので、化学的エネルギー回生及び燃焼シリンダからの熱によって熱力学的効率の向上を可能にする。
【００１７】
ある実施例によると、前記第２圧縮ピストンが前記第２圧縮シリンダ内で下端位置に達すると、前記第１圧縮ピストンは、前記第１圧縮シリンダ内で上端位置に達するように構成されるよう、前記第１圧縮ピストン及び前記第２圧縮ピストンを、互いに１８０度のクランク角オフセットを設けて配置してもよい。
【００１８】
「クランク角オフセット」は、以下の説明及び全体を通して、異なるピストンのクランク角度の回転差、つまり、クランク軸上のピストン間のクランク角度（ＣＡＤ）として解釈されるべきである。例として、４ストローク燃焼ピストンは、７２０度のクランク角サイクルを有し、２ストローク圧縮ピストン及び膨張ピストンは、それぞれ３６０度のクランク角サイクルを有する。
【００１９】
互いに１８０度のクランク角オフセットを設けて圧縮ピストンを配置することによって、第１ピストン及び第２圧縮ピストンの２倍の速度で作動する中間圧縮ピストンは、上死点位置にくると、圧縮ガスを連続して受け取る。更に詳しくは、第１圧縮が第１圧縮シリンダ内の中間位置にあると、中間圧縮ピストンは、上死点位置に配置される。
【００２０】
ある実施例によると、前記第１燃焼ピストンが前記第１燃焼シリンダ内で下端位置に達すると、前記中間圧縮ピストンは、前記中間圧縮シリンダ内で上端位置に達するように構成されるよう、前記中間圧縮ピストン及び前記第１燃焼ピストンを、互いに１８０度のクランク角オフセットを設けて配置してよい。
【００２１】
また、中間圧縮ピストンは、第１燃焼ピストン及び第２燃焼ピストンそれぞれと略同じサイズであってもよい。これによって、第１燃焼ピストン及び第２燃焼ピストンから生じる１次的アンバランスは、各燃焼ピストンと連携した中間圧縮ピストンの移動及び慣性力によって、少なくとも部分的に打ち消され得る。
【００２２】
ある実施例によると、前記第１燃焼ピストン及び前記第２燃焼ピストンは、前記それぞれの燃焼シリンダ内でほぼ同時に上端位置に達するように配置されてよく、かつ、該シリンダ内で燃料の吸入を開始するために、前記第２燃焼ピストンが前記第２燃焼シリンダの上端位置にある時、前記第１燃焼ピストンは、前記第１燃焼シリンダ内の上端位置で点火するように配置されてもよい。
【００２３】
上記のように、即ち、互いに約３６０度オフセットさせて、燃焼ピストンを設ける効果は、第２クランク軸が回転する度に燃焼ストロークが発生するので、連続してエンジントルクが供給されることである。３６０度オフセットから僅かにずれがあっても、内燃機関は、勿論十分作動するので、そのオフセットは、第１燃焼ピストン及び第２燃焼ピストン間の内的関係の絶対値としてみなされるべきではない。また、中間圧縮シリンダからの圧縮ガスが第１燃焼シリンダ又は第２燃焼シリンダのいずれかに交互に供給されるよう、シリンダ構造は配置されている。
【００２４】
ある実施例によると、前記第２膨張ピストンが前記第２膨張シリンダ内で下端位置に達すると、前記第１膨張ピストンは、前記第１膨張シリンダ内で上端位置に達するよう構成されるよう、前記第１膨張ピストン及び前記第２膨張ピストンを、互いに１８０度のクランク角オフセットを設けて配置してもよい。
【００２５】
このように、膨張シリンダ内の膨張ピストンの動きは、それぞれの燃焼シリンダの動きと同期する。
【００２６】
ある実施例によると、前記第１膨張ピストンが前記第１膨張シリンダ内で中間位置に位置付けられる時、前記第１圧縮ピストンは、前記第１圧縮シリンダ内で上端位置に達するように構成されるよう、前記第１膨張ピストン及び前記第１圧縮ピストンを、互いに９０度のクランク角オフセットを設けて配置してもよい。これによって、異なるピストンの質量の移動と及びそれら各々の連結ロッドとの相互関係により、内燃機関のバランス作用は向上する。より詳細には、２つのシリンダを垂直Ｖ形状であって、そこでは、ピストンはクランク軸上で同じピンを共有している垂直Ｖ形状で配置することで、クランク軸上にバランスウェイトを設けて、ピストンの質量からの１次的アンバランスを十分に相殺することができる。
【００２７】
ある実施例によると、第１及び第２圧縮コンロッドは、前記第１圧縮ピストン及び前記第２圧縮ピストンにそれぞれ連結され、第１及び第２膨張コンロッドは、前記第１膨張ピストン及び前記第２膨張ピストンにそれぞれに連結されていてもよく、前記第１圧縮コンロッド及び前記第１膨張コンロッドは、前記第１クランク軸の第１クランクピンに連結され、前記第２圧縮コンロッド及び前記第２膨張コンロッドは、前記第１クランク軸の第２クランクピンに連結されている。これによって、シリンダの相互移動パターンが更に制御される。
【００２８】
ある実施例によると、前記第１圧縮シリンダ及び前記第２圧縮シリンダは、互いに平行に配置され、前記第１膨張シリンダ及び前記第２膨張シリンダは互いに平行に配置されていてもよく、前記圧縮シリンダ及び前記膨張シリンダは、互いにＶ形構造で配置されている。
【００２９】
ある実施例によると、前記シリンダの各々は、該各シリンダ内外への流体の移動を調整するための弁付き吸気口及び弁付き排出口備えていてもよい。
【００３０】
これによって、適切な間隔で弁付き排出口を開閉することで、流体の移動を制御することができる。例えば、第１圧縮シリンダ内の圧力が所定の圧力限度に達すると、第１圧縮シリンダの弁付き排出口を開放状態に制御することができる。異なる種類の弁付き口は、当業者には周知であるので、詳しい説明は省略する。機関の既に使用可能な制御装置、又は機関が搭載される車両の既に使用可能な制御装置を利用して、弁付き口を制御することができる。
【００３１】
ある実施例によると、前記第１圧縮シリンダ及び前記第２圧縮シリンダは、それぞれ第１通路及び第２通路によって前記中間圧縮シリンダと流体連結してもよい。ある実施例によると、前記中間圧縮シリンダは、それぞれ第３通路及び第４通路によって前記第１燃焼シリンダ及び前記第２燃焼シリンダと流体連結してもよい。ある実施例によると、前記第１燃焼シリンダは、第５通路によって前記第１膨張シリンダと流体連結してもよい。ある実施例によると、前記第２燃焼シリンダは、第６通路によって前記第２膨張シリンダと流体連結してもよい。これによって、明確に定義された通路は、各シリンダへの／からのガス及び／又は排ガスの運搬用のシリンダ間に設けられる。
【００３２】
ある実施例によると、前記第１通路、前記第２通路、前記第３通路及び／又は前記第４通路は、そこを通過する流体を冷却するための冷却手段を備えていてもよい。これによって、従来の周知の機関と比べ、冷却手段の圧力レベルを上げることができるので、内燃機関の動力消費を低減することができる。全体の圧縮作業が低減され、エンジン効率及び耐久性が向上する。より低温の内燃機関も設けられる。冷却手段は、例えば、熱交換器等であってもよい。
【００３３】
ある実施例によると、前記第１圧縮シリンダ及び前記第２圧縮シリンダは、１つの及び同一の圧縮シリンダであり、前記第１圧縮ピストン及び前記第２圧縮ピストンは、１つの及び同一の圧縮ピストンであってもよく、前記圧縮シリンダは、前記圧縮ピストンが前記圧縮シリンダ内で上方位置に達すると、第１圧縮をもたらし、かつ前記圧縮ピストンが前記圧縮シリンダ内で下方位置に達すると、第２圧縮をもたらすよう構成される。
【００３４】
これによって、別々の２つの圧縮シリンダを使用する代わりに、両往復方向にガスを圧縮するピストンを収容する１つの圧縮シリンダで十分な可能性もある。効果として、機関の外形寸法削減が可能となり、エンジンに必要な材料がより少なくなるので、エンジンは、より経済的になり得る。従って、２段作動圧縮シリンダが設けられる。
【００３５】
本発明の第２の態様によると、上記の実施例のいずれか１つに係る内燃機関を備える車両が提供される。
【００３６】
この第２の態様の効果及び特徴は、本発明の第１の態様に関連して上記の態様と大部分が類似している。
【００３７】
また、本発明の特徴及び効果は、添付の請求項及び以下の説明を検討すると明らかになる。当業者は、本発明の異なる特徴を組み合わせて、本発明の範囲を逸脱することなく、以下に説明される実施形態以外の実施形態を作成できるということを理解するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
追加の目的のみならず、本発明の上記の特徴及び効果は、本発明の実施形態の以下の具体的及び非限定的な詳細な説明を通してよりよく理解される。
【００３９】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関を備える車両の側面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る内燃機関の斜視図である。
【図３】図２に示されている実施形態のシリンダ間の相互接続を示す概略上面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る内燃機関の全サイクルの４つの手順を概略的に示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る内燃機関の全サイクルの４つの手順を概略的に示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る内燃機関の全サイクルの４つの手順を概略的に示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る内燃機関の全サイクルの４つの手順を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明の実施形態を示す添付図面を参照し、本発明について以下により詳しく説明する。しかし、本発明は、多くの異なる形式で具体化されるものであって、以下に説明される実施形態に限定されるように解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、徹底かつ完全を期するよう提示される。同様の参照符号は、本明細書全体において同様の構成要素を示す。
【００４１】
特に図１で示すように、本発明に係る内燃機関１００を備える車両１が提供されている。図１に示されている車両１は、以下に詳細に説明される本発明の内燃機関１００が特に適するトラックである。
【００４２】
図３と一緒に図２を参照すると、本発明の実施形態に係る内燃機関１００が示されている。それぞれのピストンを収容するシリンダは、本発明及びピストン構造を容易に理解できるよう、図２から省略されているが、代わりに、図３の概略上面図に見ることができる。
【００４３】
内燃機関１００は、第１通路２０２によって中間圧縮シリンダ１０４と流体連結する第１圧縮シリンダ１０２と、第２通路２０４によって中間圧縮シリンダ１０４と流体連結する第２圧縮シリンダ１０６とを備えている。中間圧縮シリンダ１０４は、次に第３通路２０６によって第１燃焼シリンダ１０８と流体連結し、第４通路２０８によって第２燃焼シリンダ１１０と流体連結する。第１燃焼シリンダ１０８は、更に、第５通路２１０によって第１膨張シリンダ１１２と流体連結し、第２燃焼シリンダ１１０は、第６通路２１２によって第２膨張シリンダ１１４と流体連結する。第１流路２０２、第２流路２０４、第３流路２０６、及び第４流路２０８は、本実施形態では、そこを通って運ばれるガスを冷却するための冷却手段（不図示）を備えている。
【００４４】
また、第１圧縮シリンダ１０２及び第２圧縮シリンダ１０６は、それぞれの連結ロッドによって第１クランク軸１５０に連結される第１圧縮ピストン１２２及び第２圧縮ピストン１２６をそれぞれ収容する。第１膨張シリンダ１１２及び第２膨張シリンダ１１４は、それぞれの連結ロッドによって第１クランク軸１５０に連結される第１膨張ピストン１３２及び第２膨張ピストン１３４をそれぞれ収容する。図２に示すように、第１圧縮ピストン１２２及び第１膨張ピストン１３２は、第１クランク軸１５０の第１クランクピン１５２に連結され、互いに垂直配置に設けられている。同様に、中間圧縮ピストン１２４及び第２膨張ピストン１３４は、第１クランク軸１５０の第２クランクピンに連結され、また互いに垂直配置に設けられている。垂直配置は一実施形態であって、他の構造も勿論あり得ることは、容易に理解される。また、図２に示す実施形態によると、第１圧縮ピストン１２２及び第２圧縮ピストン１２６は、互いに平行に配置され、第１膨張ピストン１３２及び第２膨張ピストン１３４は、互いに平行に配置されている。
【００４５】
更に、上記の第１燃焼シリンダ１０８及び第２燃焼シリンダ１１０は、それぞれの連結ロッドによって第２クランク軸１５４に連結される第１燃焼ピストン１２８及び第２燃焼ピストン１３０をそれぞれ収容する。また、中間圧縮シリンダ１０４は、連結ロッドによって第２クランク軸１５４に連結される中間圧縮ピストン１２４を収容する。よって、第１燃焼ピストン１２８、第２燃焼ピストン１３０、及び中間圧縮ピストン１２４は、互いに平行に配置されている。
【００４６】
第２クランク軸１５４は、本実施形態では、第１クランク軸１５０の速度と比べ、少なくとも整数２の倍数の速度で回転するよう構成されている。理解し易いよう、第２クランク軸１５４が第１クランク軸１５０の２倍の速度で回転する事例のみ以下に説明する。圧縮シリンダ１０２、１０４、１０６及び膨張シリンダ１１２、１１４は、２ストロークシリンダであり、燃焼シリンダ１０８及び１１０は、４ストロークシリンダである。よって、第１燃焼シリンダ１２８及び第２燃焼シリンダ１３０が完全４ストローク終えると、第１膨張ピストン１３２及び第２膨張ピストン１３４のみならず、第１圧縮ピストン１２２及び第２圧縮ピストン１２６は、完全２ストロークを終える。よって、中間圧縮ピストン１２４は、同じ期間おいて、完全２ストロークを２回終える。
【００４７】
第１クランク軸１５０は、第２クランク軸１５４に適切なトランスミッションによって連結されている。トランスミッションは、図２に示す実施形態では、第１クランク軸１５０に連結される第１ギア１６０と、第２クランク軸１５４に連結される第２ギア１６２とを有するギアトランスミッションであり、ギアは互いに噛み合って連結している。後に、エンジントルクは、例えば、車両１のギアボックスに伝達される。
【００４８】
更に、トランスミッションは、内燃機関のカム軸１６６にも連結されている。カム軸は、異なるシリンダの様々な弁を制御する。弁の機能については後述する。図２に示す実施形態では、内燃機関の全シリンダ用の弁を制御する単一のカム軸がある。これは、ピストン及びそれらの対応するクランク軸の互いの速度／ストローク構造により実現可能である。
【００４９】
異なるシリンダの移動パターン及び内燃機関使用時の異なるシリンダ間の伝達を説明するため、内燃機関の全サイクルを示す図４から図７を参照する。
【００５０】
まずサイクルの第１段階を示す図４を参照すると、第１圧縮ピストン１２２は、第１圧縮シリンダ１０２内で下端位置に配置され、その内部で上端位置に向かって上昇する。第１圧縮シリンダ１０２の吸気弁４０２及び排気弁４０４は双方とも閉鎖状態に置かれている。
【００５１】
中間圧縮ピストン１２４は、中間圧縮シリンダ１０４内で下端位置に配置され、その内部で上端位置に向かって上昇する。中間圧縮シリンダ１０４の吸気弁４０６は、閉鎖状態に置かれ、中間圧縮ピストンの排気弁４０８は、開放状態に置かれており、内部に供給され圧縮されたガスが、中間圧縮ピストン１２４の上昇中に第１燃焼シリンダ１０８内に送り込まれる。
【００５２】
第２圧縮ピストン１２６は、第２圧縮シリンダ１０６内で上端位置に配置され、その内部で下端位置に向かって下降する。第２圧縮シリンダ１０６の吸気弁４１０は、開放状態に置かれており、第２圧縮ピストン１２６の下降中に、ガスが第２圧縮シリンダ１０６内へ入る。第２圧縮シリンダの排気弁４１２は、閉鎖状態に置かれている。
【００５３】
また、第１燃焼ピストン１２８は、第１燃焼シリンダ１０８内で上端位置に配置され、その内部で下端位置に向かって下降する。第１燃焼シリンダ１０８の吸気弁４１４は、開放状態に置かれており、中間圧縮シリンダ１０４からの圧縮ガスが、第１燃焼ピストン１２８の下降中に第１燃焼シリンダ１０８内へ入る。第１燃焼シリンダの排気弁４１６は、閉鎖状態に置かれている。
【００５４】
更にまた、第２燃焼ピストン１３０は、第２燃焼シリンダ１１０内で上端位置に配置され、その内部で下端位置に向かって下降する。第２燃焼シリンダの１１０の吸気弁４１８及び排気弁４２０は双方とも閉鎖状態に置かれている。第２燃焼シリンダは、この状態では、動力行程にある。つまり、第２燃焼シリンダ内部で減少した容積分の点火がこの段階で発生し、第２燃焼ピストン１３０を第２燃焼シリンダ１１０内で下端位置に向かって下降させる。
【００５５】
また、第１膨張ピストン１３２は、第１膨張シリンダ１１２内で中間位置に配置され、その内部で下端位置に向かって下降する。第１膨張シリンダの吸気弁４２２及び排気弁４２４は双方とも閉鎖状態に置かれている。
【００５６】
最後に、第２膨張ピストン１３４は、第２膨張シリンダ１１４内で中間位置に配置され、その内部で上端位置に向かって上昇する。第２膨張シリンダの吸気弁４２６は、閉鎖状態に置かれ、第２膨張シリンダ１１４の排気弁４２８は、開放状態に置かれており、内部に供給されて膨張された排ガスが、第２膨張シリンダ１１４の上昇中に第２膨張シリンダ１１４から排出される。
【００５７】
一実施形態によると、第１及び第２膨張シリンダは、それぞれ排気弁を１つのみ備えており、つまり吸気弁４２２、４２６を備えていない。これによって、燃焼シリンダ１０８、１１０からの排ガスは、それぞれの排気弁４２４、４２８を通して第１膨張シリンダ１１２、１１４内へと供給される。従って、排気弁４２２、４２６は、それぞれ膨張シリンダの吸気弁及び排気弁として作用する。
【００５８】
図５に示すようにサイクルの第２段階では、第１圧縮ピストン１２２は、第１圧縮シリンダ１０２の中間位置に配置され、その内部で上端位置に向かって上昇したままの状態である。第１圧縮シリンダ１０２の吸気弁４０２は、閉鎖状態に置かれ、排気弁４０４は、開放状態に置かれており、第１圧縮シリンダ１０２内に供給され圧縮されたガスが、第１圧縮ピストン１２２の上昇中に中間圧縮シリンダ１０４内に送り込まれる。
【００５９】
中間圧縮ピストン１２４は、中間圧縮シリンダ１０４内で上端位置に配置され、その内部で下端位置に向かって下降する。中間圧縮シリンダ１０４の吸気弁４０６は、開放状態に置かれており、第１圧縮シリンダ１０２からの圧縮ガスが、中間圧縮ピストン１２４の下降中に中間圧縮シリンダ１０２内へ送り込まれる。また、中間圧縮ピストンの排気弁４０８は、閉鎖状態に置かれている。
【００６０】
また、第２圧縮ピストン１２６は、第２圧縮シリンダ１０６の中間位置に配置され、その内部で下端位置に向かって下降する。第２圧縮シリンダ１０６の吸気弁４１０は、開放状態に置かれたままで、第２圧縮ピストン１２６の下降中に、ガスが更に第２圧縮シリンダ１０６内へ入る。第２圧縮シリンダ１０６の排気弁４１２は、閉鎖状態に置かれている。
【００６１】
更に、第１燃焼ピストン１２８は、第１燃焼シリンダ１０８内で下端位置に配置され、その内部で上端位置に向かって上昇する。サイクルの上記の第１段階の間に第１燃焼シリンダ１０８に入ってきた圧縮ガスが、第１燃焼ピストン１２８の上昇中にシリンダ内で圧縮されるよう、第１燃焼シリンダ１０８の吸気弁４１４及び排気弁４１６は、ともに閉鎖状態に置かれている。
【００６２】
第２燃焼シリンダ１１０を見てみると、その内部では、第２燃焼ピストン１３０は、下端位置に配置され、第２燃焼シリンダ１１０内で上端位置に向かって上昇する。第２燃焼シリンダ１１０の吸気弁４１８は、閉鎖状態に置かれ、排気弁４２０は、開放状態に置かれているので、サイクルの第１段階と関連して上述された動力行程の間に生成された排ガスが、第２燃焼ピストン１３０の上昇中に第２膨張シリンダ１１４内へ送り込まれる。
【００６３】
第１膨張ピストン１３２は、第１膨張シリンダ１１２内で下端位置に配置され、その内部で上端位置に向かって上昇する。第１膨張シリンダ１１２の吸気弁４２２は、閉鎖状態に置かれ、排気弁４２４は、開放状態に置かれており、第１膨張ピストン１３２の上昇中に膨張された排ガスが第１膨張シリンダから排出される。
【００６４】
第２膨張ピストン１３４は、第２膨張シリンダ１１４内で上端位置に配置され、その内部で下端位置に向かって下降する。第２膨張シリンダ１１４の吸気弁４２６は、開放状態に置かれており、第２燃焼シリンダ１１０からの排ガスが、第２膨張シリンダ１１４の下降中に、第２膨張シリンダ１１４内に送り込まれる。第２膨張シリンダの排気弁４２８は、閉鎖状態に置かれている。
【００６５】
サイクルの第３段階を説明するために、図６を参照する。まず、第１圧縮ピストン１２２は、第１圧縮シリンダ１０２内で上端位置に配置され、その内部で下端位置に向かって下降する。吸気弁４０２は、開放状態に配置されており、第１圧縮ピストン１２２の下降中にガスが第１圧縮シリンダ１０２内へ入る。第１圧縮シリンダ１０２の排気弁４０４は、閉鎖状態に置かれている。
【００６６】
中間圧縮ピストン１２４は、中間圧縮シリンダ１０４内で下端位置に配置され、その内部で上端位置に向かって上昇する。中間圧縮シリンダ１０４の吸気弁４０６は、閉鎖状態に置かれ、排気弁４０８は、開放状態に置かれており、中間圧縮ピストン１２４の上昇中に、圧縮ガスが中間圧縮シリンダ１０４から排出され、第２燃焼シリンダ１１０内へ送り込まれる。
【００６７】
第２圧縮ピストン１２６は、第２圧縮シリンダ１０６内で下端位置に配置され、その内部で上端位置に向かって上昇する。吸気弁４１０及び排気弁４１２は双方とも閉鎖状態に置かれている。
【００６８】
また、第１燃焼ピストン１２８は、第１燃焼シリンダ１０８内で上端位置に配置され、その内部で下端位置に向かって下降する。吸気弁４１４及び排気弁４１６は双方とも閉鎖状態に置かれているので、第１燃焼シリンダ１０８は、動力行程にある。つまり、第１燃焼シリンダ１０８内部で減少した容積分の点火がこの段階で発生し、第１燃焼ピストン１２８を第１燃焼シリンダ１０８内で下端位置に向かって下降させる。
【００６９】
第２燃焼ピストン１３０は、第２燃焼シリンダ１１０内で上端位置に配置され、その内部で下端位置に向かって下降する。第２燃焼シリンダの吸気弁４１８は、開放状態に置かれており、中間圧縮シリンダ１０４からの圧縮ガスが、第２燃焼ピストン１３０の下降中に第２燃焼シリンダ１１０内へ入る。第２燃焼シリンダ１１０の排気弁４２０は、閉鎖状態に置かれている。
【００７０】
第１膨張ピストン１３２は、第１膨張シリンダ１１２内で中間位置に配置され、その内部で上端位置に向かって上昇する。第１膨張シリンダ１１２の吸気弁４２２は、閉鎖状態に置かれ、排気弁４２４は、開放状態に置かれており、膨張された排ガスが、膨張ピストン１３２の第１膨張シリンダ１１２内での上端位置への上昇中に、該膨張シリンダから更に排出される。
【００７１】
第２膨張ピストン１３４は、第２膨張シリンダ１１４内で中間位置に配置され、その内部で下端位置に向かって下降する。吸気弁４２６及び排気弁４２８は双方とも閉鎖状態に置かれているので、第２膨張ピストン１３４の下降時に第２膨張シリンダ１１４は、サイクルの第２段階の間に第２燃焼シリンダ１１０から送り込まれた排ガスを膨張させる。
【００７２】
最後に、サイクルの第４段階を説明するために図７を参照する。第１圧縮ピストン１２２は、第１圧縮シリンダ１０２の中間位置に配置され、その内部で下端位置に向かって下降する。第１圧縮シリンダ１０２の吸気弁４０２は、開放状態のままで、第１圧縮ピストン１２２の下降中にガスが更に第１圧縮シリンダ１０２内へ入る。排気弁４０４は、閉鎖状態に置かれている。
【００７３】
中間圧縮ピストン１２４は、中間圧縮シリンダ１０４内で上端位置に配置され、その内部で下端位置に向かって下降する。中間圧縮シリンダ１０４の吸気弁４０６は、開放状態に置かれており、第２圧縮シリンダ１０６からの圧縮ガスが、中間圧縮ピストン１２４の下降中に中間圧縮シリンダ１０４内へ送り込まれる。中間圧縮シリンダの排気弁４０８は、閉鎖状態に置かれている。
【００７４】
第２圧縮ピストン１２６は、第２圧縮シリンダ１０６の中間位置に配置され、その内部で上端位置に向かって上昇する。第２圧縮シリンダ１０６の吸気弁４１０は、閉鎖状態に置かれ、排気弁４１２は、開放状態に置かれており、第２圧縮シリンダ１０６内で圧縮されたガスが、第２圧縮ピストン１２６の上昇中に中間圧縮シリンダ１０４内へ送り込まれる。
【００７５】
燃焼シリンダを見てみると、第１燃焼ピストン１２８は、第１燃焼シリンダ１０８内で下端位置に配置され、その内部で上端位置に向かって上昇する。第１燃焼ピストンの吸気弁４１４は、閉鎖状態に置かれ、排気弁４１６は、開放状態に置かれており、上記動力行程からの排ガスが、第１燃焼ピストン１２８の上昇中に第１膨張シリンダ１１２内へ送り込まれる。
【００７６】
第２燃焼ピストン１３０は、第２燃焼シリンダ１１０内で下端位置に配置され、シリンダ内で上昇する。吸気弁４１８及び排気弁４２０は双方とも閉鎖状態に置かれている。このため、第２燃焼ピストン１３０は、第２燃焼シリンダ１１０内で初期圧縮段階に入る。
【００７７】
第１膨張ピストン１３２は、第１膨張シリンダ１１２内で上端位置に配置され、その内部で下端位置に向かって下降する。第１膨張シリンダ１１２の吸気弁４２２は、開放状態に置かれており、第２燃焼シリンダ１０８からの排ガスが、第１膨張ピストン１３２の下降中に第１膨張シリンダ内に送り込まれて膨張される。排気弁４２４は、閉鎖状態に置かれている。
【００７８】
最後に、第２膨張ピストン１３４は、第２膨張シリンダ１１４内で下端位置に配置され、その内部で上端位置に向かって上昇する。第２膨張シリンダ１１４の吸気弁４２６は、閉鎖状態に置かれ、第２膨張シリンダ１１４の排気弁４２８は、開放状態に置かれており、上記の第３段階時に第２膨張シリンダ１１４内で膨張された排ガスが、第２膨張ピストン１３４の上昇中に排出される。
【００７９】
図５から図７は、第１燃焼シリンダ１０８及び第２燃焼シリンダ１１０からの燃焼ガスが、吸気弁４２２及び４２６を介して、それぞれの膨張シリンダ１１２、１１４内へ送り込まれることを示しているが、本発明は、単一の弁から成る膨張シリンダを備えていることによっても同様に適用可能である。従って、弁４２２及び４２６を取り外し、燃焼ガスは、排気弁４２４及び４２８を介してそれぞれの膨張シリンダ内１１２、１１４へ供給され、更に膨張されたガスは該それぞれの膨張シリンダから排出される。
【００８０】
本発明は、上記及び図面に示す実施形態に限定されず、むしろ当業者が添付の請求項の範囲内で多くの変更及び修正を加えることできると認識するものと理解されたい。例えば、異なる弁の上記の開閉は、上記の説明に厳密に限定されることなく、各ピストンの位置と関連して、早い時点又は遅い時点で、弁を開放状態及び閉鎖状態に置いてもよい。また、上記の第１又は第２圧縮シリンダに入るガスは、例えば、大気又はその他の適切なガスであってもよいことは容易に理解されるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0006307617.tif 000008