改良された内燃機関

专利摘要:
シリンダ室と；前記シリンダ室によって提供される定められた通路内で上下に動くように適応する円柱形のピストンと；を含む、内燃機関。ピストンは、ピストンの端面が楕円として構成されるように、前記ピストン端部の直径に沿って対向する円周辺縁部分に関して隆起した高さでピストン端部の周囲の端の部分をピストンの一端で有することにおいて特徴付けられる。楕円ピストン表面が、圧縮行程の間シリンダ通路の上に動き、燃焼の瞬間、燃焼の後にシリンダ室通路内部でピストンのより低い位置への戻りに動力を与えるためシリンダに注入される空気と燃料の点火された混合物がピストンの楕円表面の接触可能な表面領域を有する場合、シリンダ室通路は、楕円ピストン端面に相当する大きさおよび傾きの楕円の端部構成を有する。
公开号:JP2011516790A
申请号:JP2011504284
申请日:2009-04-16
公开日:2011-05-26
发明作者:フレンヒェ，ジョージ
申请人:エクゾドゥス アール アンド ディー ピーティーワイ リミテッド；
IPC主号:F02F3-28

专利说明:

[0001] 本発明は、内燃機関に関するものであり、特に、エンジンのより優れた処理能力を提供するためのシリンダおよび含まれたピストンにおける改良に関するものである。]
背景技術

[0002] 初めから、製図技師は、エンジン内に含まれるシリンダ数に関係なくそのような改良が提供される改良された内燃機関を提供することが発明者の目的であると知らせたいと考えている。]
[0003] 以下の記載から注目されるように、大部分の記載されているエンジンは、単一のシリンダのみを有する一方で、より詳細が提供される好ましい実施態様において、多くの当業者が自動車用エンジンとして連想する４シリンダの（４気筒の）エンジンが示される。]
[0004] それでもなお、シリンダおよび関連したピストンと連結され、それゆえに、エンジンが１、４、６、８などのシリンダを含むか否かに関わらず改良が提供されるという事実に本発明の焦点は当てられる。]
[0005] この前置きの段階で、改良された内燃機関は、それらが現在インライン、Ｖ、または、多くの場合水平対向またはボクサー呼ばれる平面を含むいかなる多シリンダ・エンジン配置においても存在するので、最適に配置されるように適応するシリンダおよびピストンを有することに注意することもまた重要である。]
[0006] ほとんどの場合、当業者は、従来の内燃機関が動く方法に関してはよく知っている。]
[0007] またさらに本発明のシリンダ改良がすべてのそのようなエンジン配置に適用可能であるので、好ましい実施態様は、従来のエンジン配置と同様にスコッチヨーク機構との両方を示す。]
[0008] エンジン性能を提供するため、燃料を動作に変換する一般的なサイクルの簡単な議論は、従来の燃焼サイクルが従来のシリンダを用いてどのようにこの動作を生じるかを強調する機会を提供するが、ピストンは最適な処理能力を提供しない。]
[0009] 内燃機関の主な問題の１つは、圧縮段階が完了して、点火装置が提供されて燃料の点火が起こった瞬間、エンジン性能を提供するためにピストンを駆動する点火された空気および燃料が最終的に膨張することである。]
[0010] ピストンを駆動するために膨張を受ける点火された空気の能力は、シリンダ内で駆動されるピストンの圧縮行程にすぐに続く燃焼サイクルの間、膨張している点火された空気と接触するピストン端面で利用できる表面領域次第である。]
[0011] 予想されるように、点火された空気燃料混合物とピストンの表面との間のその接触のために利用できる表面領域がより大きくなると、処理能力もより大きくなる。]
[0012] これは、すべての表面領域上に気体の等しい力があるというパスカルの法則、および、さらにすべての動作が等しく対向する反作用を有するというニュートンの法則によって支持される。]
[0013] したがって、接触がピストンヘッドで点火された空気燃料混合物との間において作成されるので、ピストンヘッドの表面領域を増やすことができる場合、エンジンの全体的な処理能力を改良するため、燃焼サイクルの間、ピストンを下方に駆動するためにより大きな機会が提供される。]
[0014] それでもなお、より大きな直径に沿って露出した、ピストン端部と点火された空気燃料混合物との間の相互作用の表面を提供するためにピストンの端面の表面領域を単に増やす場合、エンジンおよび構成要素自体は、大きさを増加させなければならず、それは、ほとんどの場合いかなる認められた改良にも反作用する。]
[0015] またさらにほとんどの場合、内燃機関の応用は、エンジン自体が自動車のボンネットの下に適合する、または、芝刈り機などの基本的な範囲内の単一のシリンダ配置の場合にも適合するように貢献する設計およびサイズであることを必要とする。]
[0016] したがって、燃焼の間の空気燃料混合物とピストンの表面との間のその接触段階のために増加した表面領域を提供するために、エンジンに含まれるシリンダおよびピストンの直径の大きさを変えるほどの贅沢は可能でない。]
[0017] したがって、燃焼サイクルの吸気、圧縮、燃焼および排気行程の間、シリンダ、および、シリンダ内部で上下に移動可能である囲まれたピストンの伝統的なまたは従来の孔サイズを利用することできる内燃機関のこの一般的な技術におけるニーズは存在する。]
[0018] それゆえに本発明の目的は、標準ピストンおよび円筒形中孔サイズを利用した従来のまたは伝統的なエンジンよりも優れたエンジン性能を提供することができる改良された内燃機関を提供することである。]
[0019] 本発明のさらなる目的は、上記したものと関連した問題を改善するまたは少なくとも本質的に減らし、追加の処理能力が必要とされる場合に別途得られなかった改良された内燃機関の部材を一般の購買層に提供することである。]
[0020] 本発明のさらなる目的および利点は、この記載の完全な読み込みから明らかになる。]
課題を解決するための手段

[0021] それゆえに本発明の一形態で内燃機関は提供され、前記エンジンは、シリンダと；前記シリンダによって提供される定められた通路内で上下に動くように適応する円柱形のピストンと；を含み、前記ピストンは、円柱形のピストンの端面が楕円として構成されるように前記ピストンの外周の端の部分の直径に沿った反対の部分に関して隆起した高さの前記ピストンの端面で前記ピストン外周の端の部分を有することにより特徴付けられ；前記シリンダは、楕円ピストン表面が、圧縮行程の間、シリンダの上に動き、燃焼の瞬間、燃焼の後にシリンダ内部のその下部の位置にピストンを戻すために空気と燃料の点火された混合物が、ピストンの楕円表面の接触可能な表面領域を備えるように、前記ピストンが上方位置において延長される場合、前記楕円ピストン端面と適合する楕円端部の構成を含む。]
[0022] 好みにおいて、ピストン端面の外周の端に沿ったそれぞれの直径に沿って対向する部分の間の高さの相違は、４５°の角度を提供する。]
[0023] そのような配置の利点は、最初に、より優れた処理能力は、空気と燃料の点火された混合物によってピストンが下方へ付勢されると、燃焼ストロークの間、高められた動力を提供するために各々のシリンダ内で提供されることである。]
[0024] 好都合にも、より大きな表面領域が、ピストンヘッドまたは表面間の点火された空気および燃料混合物との接触のためにシリンダ内で提供されるので、この改良された動力ストロークは提供される。]
[0025] ピストン表面端部と空気燃料混合物との間の接触を可能にする表面領域のこの膨張は、シリンダおよび／または標準シリンダヘッドｃｃの孔サイズを増やさずに提供された。]
[0026] 好都合にも、ピストンの端面の外周の端に沿った直径の対向する部分間の異なる高さは、より大きい表面領域を点火された空気燃料混合物とのそれぞれの接触に提供する傾斜したまたはテーパをつけられた表面が存在することを意味する。]
[0027] 好ましくは４５°でのこの単純な傾斜またはテーパをつける従来のピストンの孔は、膨張されたガスをパワーストロークおよび表面領域に変換する効果を有する最も効果的な角度である。]
[0028] 好都合にも、ほとんどの場合シリンダ内部で上下に動く金属の円柱形の部分である従来のピストンは、その設計および有用性を維持することができる。上記に紹介されたものとの唯一の違いは、好都合にも追加の表面領域を提供し、そして組み合わせられた空気と燃料の膨張したガスとのより大きな接触を可能にし、燃焼ストロークの間、改良されたパワーストロークを続いて提供する、ピストンの端でテーパをつけたまたは傾斜したこのユニークな効果である。]
[0029] ピストン端面がその設計の一部であるテーパをつけたまたは傾斜した特徴を有するわずかな変更を有する一方、ピストンの外側の端とシリンダの内側の端との間で摺動シールを提供する標準のピストンリングは、本発明のための配置の一部としてすべて残留したままであることができる。]
[0030] それゆえに、ピストンの端面の構造の有意な異なる特徴を設計が提供する一方で、そのような変更は好都合にも、４１％の処理能力の増加を提供すること以外に、内燃機関の全体的な設計に効果を有しない。]
[0031] 好都合にも、コンプレッションリング、クランクシャフト、コネクティングロッド、主なエンジンブロックなどの標準設計は、その末端でユニークな角度をつけるまたはテーパをつける効果を特徴とするピストン端面を有することによって、このユニークな本発明の特徴の応用ですべて同じままである。]
[0032] 好みにおいて、ピストンの楕円端面は、ピストン端面と空気燃料混合物に含まれる膨張したガスとの間のより大きな表面領域の係合のためにピストン端面の有用な範囲のさらなる増加を提供するため、その表面全体に波状になることとして表現できる一連の隆起および溝を含む。]
[0033] 好都合にも、テーパをつけられたピストンの平坦な表面範囲において渦巻きの効果が可能でなく、実際、大部分は当業者が燃焼の最も効率的な形態であると認識する、平らな火炎面が可能である。]
[0034] 好都合にも、ピストン端面の楕円構成としてより大きな表面領域を提供し、これもまた好都合にも、さらなるバルブヘッドが設計に導入されるより大きな有用な範囲を定める。]
[0035] 当業者が認識するように、吸気および排気バルブは、適当な時間でシリンダに空気と燃料を入れるために開き、同時に燃焼サイクルのその部分の間、排気を逃すのに関与する。]
[0036] 室を密封するように保つ燃焼サイクルの圧縮および燃焼段階の間、すべてのバルブが閉じる一方で、認識されるように、排気における吸気段階の間、残りの段階の間に燃焼された空気を外へ排出するのと同じく空気と燃料をできるだけ多く入れることは、好都合である。]
[0037] ピストンでの作業に指定できる多くのバルブまたは代わりに大きいバルブは常に好ましい。]
[0038] それでもなお、ピストンが全面座を有する金属の単に円柱形の部分である従来の標準ピストンから予想されるように、標準シリンダヘッドの上の有用な範囲は、限定される。]
[0039] 好都合にも、ピストンヘッドおよび対応している標準シリンダヘッドの表面端部の楕円構成が、そのような形状のより大きな表面領域を提供する傾斜またはテーパをつけた効果を導入することにより本発明において、追加のバルブを配置に導入することができることを意味する。]
[0040] このより大きい楕円表面領域は追加のバルブのために使われるだけでなく、より大きいバルブは、当業者が認識するように、シリンダに入り、存在しているガスの効率を増加する。]
[0041] さらに詳細に本発明を記載し、本発明の主な範囲を補う好都合ないくつかの特徴をさらに記載するため、好ましい実施態様は４気筒内燃機関を示して後述する。]
[0042] 上で紹介されたが、このエンジンは様々な用途に適用可能であり、自動車の部品を形成するのに予想するエンジンの種類だけではない。ユニークなシリンダおよびピストン配置において提供される改良された燃焼サイクルは、多シリンダエンジンを有するものと同じく単一のシリンダエンジンのように働く。]
[0043] また上で紹介されたように、それがインライン、Ｖまたは平面であるかのエンジンブロックの最終的な配置と、シリンダおよびそれらの配置の位置決めとは、そのような配置において作用するピストン端面の傾斜またはテーパをつけた効果によって改良された本発明の態様として本発明の基本的な特徴に付随するものである。]
図面の簡単な説明

[0044] 図１は、４つのシリンダと各々のシリンダに６つのバルブヘッドとを有するスコッチヨーク機構エンジン配置を使用している本発明の好適な内燃機関の斜視図を示す。
図２は、図１の上面図である。
図３ａは、内燃機関のシリンダまたは各々のシリンダを上下に動かすピストンの斜視図を示す。
図３ｂは、内燃機関のシリンダまたは各々のシリンダを上下に動かすピストンの斜視図を示す。
図４ａ、４ｂおよび４ｃは、有用な表面接触領域を増やすために端面に含まれる一連の隆起および溝を有する楕円のピストン端面を見下ろす上面図を示す。そこにおいて、波状が各々の図４ａ、４ｂおよび４ｃの異なる構成において示される。
図４ａ、４ｂおよび４ｃは、有用な表面接触領域を増やすために端面に含まれる一連の隆起および溝を有する楕円のピストン端面を見下ろす上面図を示す。そこにおいて、波状が各々の図４ａ、４ｂおよび４ｃの異なる構成において示される。
図４ａ、４ｂおよび４ｃは、有用な表面接触領域を増やすために端面に含まれる一連の隆起および溝を有する楕円のピストン端面を見下ろす上面図を示す。そこにおいて、波状が各々の図４ａ、４ｂおよび４ｃの異なる構成において示される。
図５ａは、適合する楕円端部を有するエンジンのためのシリンダの斜視図を示す。
図５ｂは、適合する楕円端部を有するエンジンのためのシリンダの側面の断面図を示す。
図６は、ピストンの楕円形態端面が設計に導入されるより大きいまたはさらなるバルブのためのより大きな有用な範囲を提供する本発明の別の実施例を示す。
図７は、空気燃料混合物に点火するための発火メカニズムと関連した本発明の別の実施例として紹介される。
図８ａは、従来の内燃機関配置でのシリンダおよびピストン配置を示す。
図８ｂは、従来の内燃機関配置でのシリンダおよびピストン配置を示す。] 図１ 図２ 図３ａ 図３ｂ 図４ａ 図５ａ 図５ｂ 図６ 図７ 図８ａ
実施例

[0045] ４つのシリンダ内燃機関が提供され１０として一般に示される図面をさらに詳細に参照すると、エンジンは、テーパをつけたまたは傾斜した端部１３を有しているシリンダ１２を含む。]
[0046] シリンダ１２は、作動の間における様々な吸気、圧縮、燃焼および排気行程の間、ピストン１５が上下に動くことができる通路１４を定める。]
[0047] 図３ａおよび３ｂに最もよく示すように、ピストン１５の端面または表面１６は傾けられてまたはテーパをつけられ、楕円構成を提供する。] 図３ａ
[0048] 上記に何度も紹介されたように、この楕円形態は、それぞれ番号２２および２４として示されるさらなる吸気および排気バルブの追加のためにより大きな有用な範囲の提供と同様に点火された空気燃料混合物との係合のためにより大きな表面接触の領域を提供する。]
[0049] 本発明において中心的ではないが、ピストンは、２０として一般に示されるクランクシャフト機構にコネクティングロッド１８を経て連結される。クランクシャフト延長部２５、クランクシャフト入力／出力１７およびベアリング１９もまた存在する。]
[0050] シリンダ１２端部１３は、ピストン表面端部１６と同じ角度でテーパをつけられる。当業者が認識するように、シリンダヘッドは平らに形成され、従来のエンジンで通常通りシリンダブロックに連結される。]
[0051] シリンダ１２の容積、圧縮比、孔／ストロークは、ほとんどの場合従来のエンジンと同一であり、唯一の違いは、表面領域が、ピストン端面の傾けるまたはテーパをつける上記の紹介された特徴に関連して変わることである。]
[0052] 当業者が図から認識するように、ガソリンまたはディーゼル配置の両方においてピストン、シリンダおよびヘッドの設計は同じであり、注目される圧縮変化のみを有する。]
[0053] ピストン１５のテーパをつけられた端１６は、従来のエンジンとすべて同一の孔／ストロークの全面座を有し、上記のように従来の設計を変えて表面領域の変化のみを有する。]
[0054] 当業者が認識するように、ピストンの設計は、必要とされる圧縮変化のみを有して、ガソリンまたはディーゼルのいずれにも同じである。]
[0055] ピストンの端面のテーパをつけたまたは傾斜した特徴は、ピストン摩耗の効果を有さず、冷却は従来のピストンと同様である。]
[0056] 記載の全体に図において提供される配置は、常に一定の燃焼経路でピストン表面およびシリンダヘッドへの等しい圧力を提供する。]
[0057] そのテーパをつけたまたは傾斜した挿入２８を有するくぼみ２６により、燃焼の開始の制御が可能になる。]
[0058] 図４ａ、４ｂおよび４ｃは、波状の効果がピストン端部の表面上へ導入される様々な方法を示し、そこにおいて、図４ａは円形のパターン４０、図４ｂは垂直４２、図４ｃは楕円または楕円形の構成４４を示す。] 図４ａ 図４ｂ 図４ｃ
[0059] 図５ａは、一端のみでテーパをつけるように注目されるテーパをつけたシリンダ１４のより詳細な図を示す。上記に紹介されたように、孔／ストロークは従来のエンジンと同一であり、ガソリンまたはディーゼルエンジンにおいてシリンダの設計は同じである。] 図５ａ
[0060] 図６ａは、吸気および排気バルブの概略配置を示し、そこにおいて、楕円構成のおかげで、より大きな有用な表面領域が導入されるバルブ２２および２４に提供される。バルブスプリング組立２９およびバルブ上部プレート２３は、シリンダ１２につき６つのバルブ構造を提供する。] 図６ａ
[0061] この特定の態様において、追加のバルブが導入される一方で、必要な追加のバルブよりもむしろ大きいバルブを導入するためにより大きな表面領域が利用できる機会がある。]
[0062] 直交流の設計は、より良い吸気および排気のための大きい滑らかな設計で片側での空気/燃料の吸入、もう片側での排気を可能にする。複数の燃料噴射もまた利用でき、実施態様が点火のための単一のスパークプラグのみを示す一方で、配置は、ユニークな楕円形状のために必ず限定されたものではない。]
[0063] 図７は、スパークプラグを有するピストンヘッドがヘッドの中央にある配置に導入されているスパークプラグ４８の分解立体図を示す。直接の燃料噴射または複数回の噴射ができる複数の燃料噴射器を可能にする十分な空間が存在する。] 図７
[0064] 図８ａおよび８ｂにおいて、シリンダ室５２は、従来のエンジンブロック５０に収容される。シリンダ室５２は、それぞれのピストン６０が内燃機関の４ストロークの作動のためにその中で導かれる通路５１を提供する。ピストン６０は、クランクシャフト５４に連結されるようにロッド５６およびプレート５８に連結される。] 図８ａ
[0065] ピストン６０は、上の円周辺縁６４およびより低い円周辺縁６６が楕円ピストン表面端部６２を提供する端面６２を有する。断面で見られる場合、ピストン６０はピストン端部が傾けたまたはテーパをつけた外観を有する。図８ａおよび８ｂにおいて図示した実施態様において、傾斜は４５°である。] 図８ａ
[0066] シリンダ室５２はまた、シリンダ室５２の端６８および７０によって提供される（図８ａのエンジンブロック５０の左側のシリンダ室５２に最もよく示すように）一端でピストン６０に相補的な楕円構成を提供する。] 図８ａ
[0067] シリンダ室５２は７２に示すように従来通り切り離され、空気および焼けた燃料の排気を制御する吸排気室およびバルブ７４、７６、７８および８０のすべては、それらが従来の内燃機関に作用するように構成され、従来通り作用する。]
[0068] 当業者が認識するように、例えば直接燃料噴射、ターボ、ターボコンパウンド、可変バルブタイミングなどのエンジン効率における現在の先進技術のすべては、本発明において提供される配置において存分に利用することができる。]

权利要求:

請求項1
シリンダ室と；該シリンダ室によって提供される定められた通路内で上下に動くように適応する円柱形のピストンと；を含み、該ピストンは、該ピストンの端面が楕円として構成されるように、該ピストン端部の直径に沿って対向する円周辺縁部分に関して隆起した高さで該ピストン端部の周囲の端の部分を該ピストンの一端で有することにおいて特徴付けられ、前記シリンダ室通路は、該楕円ピストン端面に相当する大きさおよび傾きの楕円の端部構成を有し、該楕円ピストン表面が、圧縮行程の間該シリンダ通路の上に動き、燃焼の瞬間、燃焼の後に該シリンダ室通路内部で該ピストンのより低い位置への戻りに動力を与えるため該シリンダに注入される空気と燃料の点火された混合物が該ピストンの楕円表面の接触可能な表面領域を有する場合、該シリンダ室通路は、該楕円ピストン端面に相当する大きさおよび傾きの楕円の端部構成を有する、内燃機関。
請求項2
前記ピストン端面の円周辺縁に沿ったそれぞれの直径に沿って対向する部分間の前記隆起した高さが４５°の断面角度においてピストン端部で提供される、請求項１の機関。
請求項3
前記ピストンの楕円端面が、該ピストン端面との燃焼している空気燃料混合物のより大きな表面領域の接触を提供するように、該ピストン端面全体で一連の隆起および溝を含む、請求項１または２の機関。
請求項4
前記ピストン端面の各々が、燃焼の最初の開始を制御するため、テーパをつけた挿入を有するくぼみを含む、先行する請求項のいずれかの機関。
請求項5
前記ピストン端面全体の前記隆起および前記溝の連続は円形のパターンにおいて配置される、請求項３の機関。
請求項6
前記ピストン端面全体の前記隆起および前記溝の連続は垂直または水平なパターンにおいて配置される、請求項３の機関。
請求項7
前記ピストン端面全体の前記隆起および前記溝の連続は楕円または楕円形のパターンにおいて配置される、請求項３の機関。