JP2003529710A

JP2003529710A - ２行程内燃機関

Info

Publication number: JP2003529710A
Application number: JP2001572739A
Authority: JP
Inventors: コニー、マイケル、ウィロビー、エセックス; リチャーズ、ロジャー
Original assignee: イノジーパブリックリミテッドカンパニー
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2003-10-07
Anticipated expiration: 2021-03-30
Also published as: US6874453B2; CZ20023229A3; US20030159665A1; GB0007923D0; PL357424A1; CA2403659A1; WO2001075283A1; KR20030001393A; AU4435101A; CN1443273A; JP4523221B2; EP1268995A1

Abstract

(57)【要約】圧縮空気吸込口（１３）および排出口（１４）を有し、そこを通る流量が適切な弁（３、４）によって制御される２行程内燃機関。燃料は燃料噴射器（５）を通して噴射される。弁の開口のタイミングは、ピストン（２）が上死点に近づき、空気吸込弁（３）が閉じているときに、排出弁（４）が閉止して一部の排気ガスが燃焼室内に捕捉されて圧縮され、それによって燃焼室内の温度が増加し、したがって点火が助長されるようにする。本発明はまた、空気吸込弁（３）が閉じる前に燃焼を始動させることも考えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は２行程内燃機関に関する。さらに詳しくは、本発明はそのような機関
における燃料点火および燃焼のプロセスに関する。

【０００２】従来の往復内燃機関の圧縮行程はかなりの量のエネルギを必要とすることが長
年認識されており、それはある程度、機関の性能低下の寄生的原因とみなすこと
ができる。この理由の１つは、従来の機関に誘導される空気が高温シリンダヘッ
ド、ライナ、およびピストンとの接触によって加熱されることである。圧縮機の
仕事は、温度を上昇させるプロセスによって著しく増加する。

【０００３】圧縮の仕事は、燃焼が起こるシリンダよりずっと冷温にすることができる別個
のシリンダ内で空気を圧縮することによって低減することができる。空気の外部
圧縮のさらなる利点は、圧縮された空気を高温エンジン排気ガスで予熱すること
によって、燃料を節約することが可能なことである。そのような構成は、圧縮さ
れた空気が貯蔵タンクから燃焼シリンダへ供給される２行程または４行程機関を
記載した米国特許第４，３００，４８６号に開示されている。空気は機関の外部
の供給源からの動力を用いて効率的に圧縮される。

【０００４】この考え方の発展は、各燃焼シリンダの入口への圧縮空気の一定供給を達成す
るために機関のクランクシャフトに機械的に連結された往復圧縮機を持つ米国特
許第４，４７６，８２１号に開示されている。

【０００５】米国特許第４，０４０，４００号は、燃焼が２段階プロセスとして行われ、効
率を改善するために２つの段階の間で中間冷却を行う、同様の構成を開示してい
る。

【０００６】前記の概念は、強い水噴霧を噴射する空気圧縮シリンダを含み、その後に下流
水分離器が続く復熱式２行程機関を開示したＷＯ９４／１２７８５でさらに１段
階先に進んだ。水噴霧は、圧縮の仕事を最小化するために圧縮中に空気を冷却す
るだけでなく、従来の往復空気圧縮機で達成できるより高い圧縮比をも可能にす
る。これは、必要な圧縮段階の数を低減する。実際、通常１段階だけが必要とさ
れる。

【０００７】外部空気圧縮および空気予熱がある全ての往復内燃機関では、高温の圧縮空気
を燃料と混合し、機関の燃焼シリンダ内で混合物に点火することが必要である。
燃料の種類によって、これは安定的かつ信頼できる方法で達成することは容易で
ない場合がある。特に、燃料が高い点火温度および比較的長い点火遅延を有する
天然ガスである場合には、信頼できる自動点火および燃焼を達成するのに充分に
空気を予熱することは非常に難しい。言うまでもなく、実際的な空気予熱温度で
点火するパイロット燃料を使用することによって天然ガスの点火を達成すること
は可能である。実際、従来の混焼機関およびガスディーゼルはこの方法を使用す
るが、余分な装備およびパイロット燃料の貯蔵の費用に関して弱点がある。また
、窒素酸化物の排出の増加におけるパイロット燃料の影響も著しい。

【０００８】天然ガス混合物に点火する別の一般的方法は火花点火を使用するものであるが
、これは通常、天然ガスがシリンダ内に入る前にすでに空気と混合されている場
合にのみ使用される。事前混合された空気と燃料の火花点火は、近化学量論的空
気燃料比を有する小型機関ではうまくいくが、低減されたＮＯｘの排出を達成す
るために希薄混合気燃焼を採用している現代の大型機関では、達成することがよ
り難しい。この場合、小さい予燃室での点火を使用することによって、火花のエ
ネルギを補足する必要がある。予燃室内の混合気は希薄ではなく、化学量論的割
合に近く、したがって火花によって点火して、主混合気に点火するのに充分なエ
ネルギを持つ燃焼ガスの噴射を発生させることができる。予燃室の余分な複雑さ
とは別に、火花点火の使用は予燃室の環境はスパークプラグに対して非常に有害
であり、それらは頻繁な間隔で交換しなければならない。

【０００９】したがって本発明は、信頼できる燃焼を提供し、低保守の単純な構造を持ち、
天然ガスのように点火しにくいものを含めて広範囲の可燃性燃料を使用すること
ができる外部空気圧縮付き２行程内燃機関において、事前混合されていない燃料
に点火する方法を提供することを目的とする。

【００１０】本発明では、２行程内燃機関は、少なくとも１つのシリンダであって、該また
は各シリンダがシリンダ内で往復運動可能でありかつ燃焼室を画定するピストン
を持ち、該または各燃焼室が燃焼室内への流れを制御するための空気吸込弁付き
圧縮空気吸込口と、燃料がそこを通して燃焼室内へ噴射される燃料噴射器と、燃
焼室から出る流れを制御するための排出弁付き吐出口とを有して成るシリンダと
、多少の排気ガスが燃焼室内に捕捉され圧縮されるように、実質的にピストンが
上死点に達する前にかつ実質的に空気吸込弁が開く前に排出弁が閉じるように、
ピストンの運動に関連して空気吸込弁および排出弁を制御するための制御手段と
を備える。

【００１１】排気ガスは本質的にすでに高温である（通常５００〜８００℃）。空気吸込み
弁が閉じた状態で排出弁が閉じると、ピストンは上死点まで移動し続け、燃焼室
内の排気ガスを圧縮する。所定の圧力比に対して、圧縮後の絶対温度は圧縮の開
始時の絶対温度に比例する。適切な圧力比を選択することによって、圧縮排気ガ
スは、天然ガスなど低発火性の燃料さえも点火させることのできる充分高い温度
にまで上昇させることができる。

【００１２】本発明は、火花点火、予燃室、またはパイロット燃料を必要とすることなく実
行することができる。したがって、機関の構造を単純にしておくことができ、保
守の必要性は低減される。

【００１３】内燃機関の吸込弁および排出弁の開閉運動は注意深く制御する必要がある。こ
れは、弁の着座が速すぎる場合、接触が急激すぎると、有意の損傷または急速な
摩耗が発生することがあるためである。さらに、弁は一般的にカムによって動作
し、再び、カムと弁との間に接触に関して注意を払わなければならない。この理
由から、排出弁または吸込弁のリフトプロファイルは、リフトの開始時には、弁
作動器が損傷無く弁を動かし始めることを可能にするために緩やかな上昇勾配を
示す。同様に、弁が閉じるときには、弁が静かに着座するように、緩やかな下降
勾配が提供される。傾斜部はピストンサイクルのかなりの部分を占めることがで
きる（一般的に２０°のクランク角）。しかし、そのような時間中、弁要素を通
過する流れはほとんど発生しない。したがって、どの点から見ても、この時間中
、弁要素は、たとえ物理的には完全に着座していなくても閉じている。したがっ
て、疑いを回避するために、本書では、弁はそれがその最大リフトの５％に達す
るまでは開いているとはみなさない。同様に、弁は、それがその同じ位置まで戻
ったときに、閉じたとみなされる。この定義は、本明細書全体を通して請求の範
囲および説明に同様に適用される。したがって、弁の開口時の言及は全て、弁が
５％のリフト位置を超えて開いた時を指す。同様に、弁の閉止時の言及は、弁が
閉止時に５％の位置に達した時点を指す。

【００１４】排出弁の閉止と空気吸込弁の開口とピストン位置との間の関係は、機関および
燃料の幾つかの特性に依存する。これらは、ピストンが上死点にあるときのシリ
ンダ内の残留量、吸込空気の温度および圧力、使用する燃料の種類、排気ガスの
温度、燃料の発火性、および圧縮後の排気ガスの所望の温度を含む。それでもな
お制御手段は好ましくは、排出弁の閉止と空気吸込弁の開口との間のギャップが
、ピストンを駆動する基準クランクシャフトのクランク角で少なくとも１０°、
より好ましくは少なくとも１５°、最も好ましくは少なくとも２０°となるよう
に構成する。排出弁は好ましくは、ピストンを駆動する基準クランクシャフトの
クランク角でピストンの上死点より少なくとも１０°、より好ましくは少なくと
も１５°、最も好ましくは２０°前に閉止する。制御手段は空気吸込弁を実質的
に上死点で開口するように構成することができる。しかし、空気吸込弁の開口は
、上死点の直前（例えばクランク角で３°前）で始まることが好ましい。空気の
初期流入は、ピストンによってすでに部分的に行われていた排気ガスの再圧縮を
完了させるので、この弁開口位置は有利である。ピストンが再圧縮の全てを行う
ように設計すると、シリンダ内の圧力は吸込口に供給される空気のそれを超え、
弁を通る流れを逆流させるおそれがある。これを避けるために多少の余裕を与え
る方がよい。実際、プロセスのシミュレーションは、再圧縮の最終段階を空気に
完了させる方がわずかにより効率的でもあることを示している。流入する空気に
よる再圧縮は、ピストンによる再圧縮と非常によく似た効果を持つが、１つの大
きい相違があり、それは、流入する空気が圧縮ガスと混合するので、混合無しで
達成される場合より温度上昇が低くなることである。ピストンによる代わりに流
入する空気によって行われる再圧縮が多すぎると、温度上昇は特定の燃料に点火
するのに充分でなくなる。

【００１５】流入する空気に再圧縮を完了させるさらなる利点は、空気吸込弁が上死点でよ
り大きい開口を達成することである。

【００１６】制御手段は、機関が機関の状態の変化に応じて作動している間に、排出弁の開
口を変化させるように構成することができるが、動作中に調整されない排出弁の
開口の最適設定を見出す方が簡単である。

【００１７】制御手段は、圧縮空気が燃焼室内に導入されるのと実質的に同時に、燃料を燃
焼室内に噴射するように構成することが好ましい。制御手段は、燃料噴射のタイ
ミングおよび燃料の流量プロファイルを制御することが好ましい。さらに、制御
手段は排出弁が閉じた後、上死点まで、少量の燃料を燃焼室内に噴射することが
有利であることが明らかになっている。少量の燃料は高温圧縮排気ガスと混合し
、燃焼を開始する。この点火プロセスは、従来のパイロット燃料を使用して低発
火性の燃料に点火するものとは、開始機構が異なるためだけではなく、本発明の
状況では燃焼を開始する燃料と主燃料との間に相違が無いためにも、異なる。ま
た、本発明の状況では、同一燃料噴射器が燃焼を開始する燃料および主燃料の両
方を噴射する。高温排気ガスは、前サイクルで消費されなかった多少の酸素を含
む。上死点より前に空気吸込弁を通してシリンダ内に入る高温空気から多少の追
加酸素が得られるが、これはプロセスに不可欠ではない。排気ガスの再圧縮によ
って発生する高温と結合された酸素の利用可能性は、事前噴射された燃料の点火
を、有限であるが受け入れられる遅延で引き起こす。

【００１８】燃焼室に供給される圧縮空気は、圧縮空気の貯蔵器から提供することができる
。しかし、圧縮空気は圧縮機による要求に応じて生成されることが好ましく、圧
縮機は、該または各ピストンによって、好ましくはクランクシャフトを介して駆
動される往復圧縮機であることが好ましい。

【００１９】最大効率のためには、圧縮機は等温圧縮機とし、圧縮空気を加熱するための手
段を圧縮空気吸込口の上流に設ける。加熱のための手段は外部加熱器とすること
ができるが、燃焼室からの排気ガスを供給され、圧縮機から燃焼室に流れる圧縮
空気に熱を放出する熱交換器とする方がより効率的である。

【００２０】等温圧縮機は、さらなるピストンがその中で往復運動可能であって圧縮室を画
定するシリンダと、圧縮質内への流れを制御するための吸込弁付き空気吸込口と
、圧縮室から出る流れを制御するための出口弁付き圧縮空気出口と、さらなるピ
ストンの圧縮行程中に液体を圧縮室内に噴霧するための手段と、液体を圧縮空気
から分離するために圧縮空気出口の下流に設けられた分離器とを含む種類である
ことが好ましい。液体を噴霧するための手段は、圧縮中に熱が実質的に液体の蒸
発無しに顕熱として液滴に伝達されるように構成すると、圧縮中に空気の温度を
より低温にすることができるので、好ましい。

【００２１】排気ガスの圧縮は、シリンダの壁およびヘッドならびにピストンの頂面の間に
画定される燃焼室内で行われる。平坦な頂部のピストンを持つその最も単純な形
態では、最終透き間容積は本質的に非常に短い円筒空間である。そのような空間
は高い表面積対容積比を持ち、排気ガスの圧縮によって生じる熱の有意の部分を
喪失し得る。また、そのような平坦な幅の広い透き間容積では燃料を捕捉された
排気ガスと混合することが難しくなり得る。したがって、シリンダヘッドまたは
ピストン頂面に凹所を設け、ピストンがその行程の頂部近くにあるときは、該凹
所内に燃料を指し向けることが好ましい。この凹所は、ピストンの上部表面にピ
ストンボウルによって設けることが最も好都合である。

【００２２】ピストンボウルは、従来のディーゼル機関で燃料と空気の混合を助長して燃料
の燃焼を改善するために使用される。大型ディーゼル機関では、ボウルは霧状液
体噴霧の蒸発のために流動長を増大する。燃焼シリンダ内での空気圧縮を使用す
るディーゼル機関は、この空気全部のための充分な空間をピストンの上に残さな
ければならない。したがって、ピストン頂部と上死点位置のシリンダヘッドとの
間の捕捉容量は、外部空気圧縮付きの機関より必然的に大きくなければならない
。ディーゼル機関のピストンボウルの形状は点火プロセスに対して比較的小さい
影響しか持たないが、それは点火後の燃焼の進行のために重要である。

【００２３】外部空気圧縮付きの機関にのみ適用される本発明で使用するときのピストンボ
ウルの主要目的は、天然ガスなどの燃料の燃焼ではなくむしろ、点火プラグ、予
燃室、または別個のパイロット燃料を使用することなく点火を助長することであ
る。これは部分的には、より低い表面積対容積比によって生じる単位質量の排気
ガス当たりの熱損失の低減によって、かつ部分的には、排気ガスが圧縮段階中に
周囲の透き間からボウル内に急激に押し込まれるときの混合の増強によって達成
される。実際的には、点火の達成と矛盾しない最少量の残留排気ガスを再圧縮す
ることが好ましいので、上死点位置における捕捉容量はほとんどのディーゼル機
関の場合よりずっと小さい。実際、ピストンボウルの容量はこの要件によって決
定される。上死点位置におけるシリンダ内の捕捉容量はピストンボウルおよび全
ての透き間を含めて、下死点位置の全シリンダ容量の３％未満になることが好ま
しく、２％未満になることがさらに好ましい。対照的に、大型の従来のディーゼ
ル機関では、上死点位置のシリンダ内の捕捉容量は、下死点位置のシリンダ容量
の５％以上となる。ピストンボウルを設けた場合、全く無駄にこの容量内のガス
に追加の圧縮仕事を行わなければならないので、ピストンボウルによって占めら
れない捕捉容量の量を低減するためにあらゆる試みを行わなければならない。し
かし、実際的に、（上死点位置での）ボウル外の捕捉ガスの量は、ボウル内部で
捕捉されるものと同程度とすることができるようである。

【００２４】空気吸込弁とピストンとの間の接触を防止し、かつ同時に、上死点におけるデ
ッドスペースを最小化するために、空気吸込弁は燃焼室内に突出することなく開
口するように構成することが好ましい。空気吸込弁がポペット弁である場合、こ
れは、弁が燃焼室から離れる方向に開口しなければならないことを意味する。他
方、排出弁はピストンが上死点に近いときに閉じるので、従来の内側に開口する
弁とすることができる。

【００２５】本発明の第２態様では、少なくとも１つのシリンダを備えた２行程内燃機関を
作動させる方法であって、該または各シリンダがシリンダ内で往復運動可能であ
りかつ燃焼室を画定するピストンを持ち、該または各燃焼室が燃焼室内への流れ
を制御するための空気吸込弁付き圧縮空気吸込口と、燃料噴射器と、燃焼室から
出る流れを制御するための排出弁付き吐出口とを有しており、排出弁を開口する
ステップと、ピストンを燃焼室内に移動させて排気ガスを燃焼室から押し出すス
テップと、ピストンが上死点に達する前に排出弁を閉止して一部の排気ガスを燃
焼室内に捕捉するステップと、ピストンのさらなる移動によって排気ガスを圧縮
するステップと、空気吸込弁の開口を始動するステップと、燃焼室内の温度が燃
料に点火してそれを燃焼させ、ピストンに対して仕事をするように高温燃焼ガス
を膨張させるのに充分となる程度まで排気ガスが圧縮された後、燃焼室内に燃料
を導入するステップとを繰り返すことを含む方法を提供する。

【００２６】この方法は、可燃性燃料に使用することができるが、天然ガスなど低発火性の
燃料に最もよく適している。

【００２７】機関を始動するために、最初に、該または各ピストンをそのシリンダ内で運動
させることが必要である。次いで、最初の点火前には圧縮のための排気ガスが得
られないので、燃焼室内で燃料に点火する何らかの代替法を提供することが必要
である。

【００２８】例えばグリッド電源からの電力が利用できる発電設備で、外部動力源が都合よ
く利用可能である場合、これを使用してピストン運動を始動することができる。
他方、そのような外部動力源が得られない場合、機関はピストンを運動させるそ
れ自体の手段を持たなければならない。好ましくは、機関はさらに圧縮空気の貯
蔵器および加熱器を備え、機関を始動する方法は、圧縮空気貯蔵器からの空気を
加熱するステップと、高温圧縮空気を該または各燃焼室内に供給するステップと
、ピストンをシリンダ内で下降させるために該または各圧縮室で高温圧縮空気を
膨張させるステップとを含む。

【００２９】ピストンが運動するようになったら、次に燃料に点火することが必要である。
前記の通り燃焼室内で膨張してピストンに対して仕事をする高温圧縮空気は、燃
料の燃焼によって熱が追加されないので、ピストンが下死点にくる時間までに実
質的に冷却する。排出弁が閉じた後燃焼室内に残ったこの空気の一部分のその後
の圧縮により、空気は再びその元の温度に近いあたりまで加熱されるが、これは
燃料に点火するのに充分な高温ではないかもしれない。天然ガスなど特に低発火
性の燃料で機関を始動させるためには、再圧縮前のシリンダ内の低圧空気が、供
給される高圧空気と同様の温度であることを確実にすることが必要である。

【００３０】したがって、始動方法は、シリンダ圧力が低いときに高温圧縮空気を、制限ア
パーチャを通して燃焼室内に抽気することを含むことが好ましい。制限アパーチ
ャはスロットリング効果をもたらし、スロットリングは等エンタルピプロセスで
あるので、それはスロットリング後の温度を本質的に変えずに維持させる。シリ
ンダの容量が膨張するようにピストンがその下降行程にある場合でさえも、シリ
ンダ内の空気圧は全プロセス中低いままであるので、抽気流はピストンに対して
有意の仕事を行わない。圧力が依然として低い間シリンダ内への空気を絞る目的
を達成することで、始動中の高温空気噴射のタイミングを選択することができる
。排出弁が開く前、それが開いている期間中、および／または排出弁が閉じた直
後に、空気を流入させることができる。始動中の高温空気噴射のタイミングの選
択は、高温圧縮空気がシリンダ内で膨張もしているかどうかによって影響される
かもしれない。前記の通り、高温圧縮空気の膨張は、始動中に機関を回転させる
方法として使用することができる。しかし、機関を回転させる他の手段が利用可
能である場合でも、高温圧縮空気をシリンダに流入させ、単に配管および機関を
暖気する手段として膨張させることができる。どんな理由でも高温圧縮空気をシ
リンダ内で膨張させる場合、抽気は冷温の膨張した空気と混合するので、膨張中
にシリンダ内への抽気を絞ることは意味が無い。始動に使用される高温空気の量
を節約する観点から、排出弁を閉じる間および閉じた直後の高温抽気の流入は、
機関を回転させるためにどちらの方法が使用されようと、最も魅力的な選択肢で
あろう。

【００３１】始動中に点火に使用される高温圧縮空気はどんな供給源からでも供給すること
ができるが、始動中に機関を回転させるためにも高温圧縮空気が使用される場合
には、両方とも同一圧縮空気貯蔵器および加熱器構成から供給することが好まし
い。

【００３２】制限アパーチャはシリンダヘッドの絞り弁によって、あるいは空気吸込弁がそ
の通常リフトの一部によって開口するように構成されている場合には空気吸込弁
と弁座との間の間隙によって提供することができる。

【００３３】始動動作中、排出弁は通常通りに開閉して、ピストンは上死点に近づくときに
すでに高温の抽気を圧縮し、したがってその温度をさらに高める。プロセスを確
立し、システムを暖気するために、最初の燃料が噴射される前に、ピストンの数
行程が実行され、各行程で抽気が再圧縮される。

【００３４】ひとたび機関が点火すると、制限アパーチャが閉じ、それによって抽気流が遮
断される。絞り弁を制限アパーチャとして使用する場合、これは単に弁を閉止す
るだけのことである。空気吸込弁と弁座との間の間隙を使用する場合、間隙は、
空気吸込弁が主投入量の空気を流入させるために開口することが必要になるまで
空気吸込弁を完全に着座させることによって、空気吸込弁を単にその通常動作に
戻すことによって閉じられる。

【００３５】制限アパーチャは、機関が点火し始めるとすぐに閉じることができる。しかし
、制限アパーチャが徐々に閉じられる場合、抽気は停止されるまで徐々に減少し
、これは始動と通常動作との間の円滑な遷移をもたらすことができ、それにより
始動プロセスの信頼性が改善される。

【００３６】通常動作時には、従来の往復機関の場合と同様の定容燃焼を達成するために、
空気吸込弁が閉じた後で、各連続サイクルで燃料の燃焼を始動することができる
。しかし、燃焼が開始される前に空気吸込弁が閉じないように、燃焼室内の燃焼
に関連して空気吸込弁を制御するように制御手段を構成することが好ましいこと
が明らかになっている。

【００３７】これは、結果的に燃焼室内の圧力の多少の損失を生じるので、従来の教えに反
する。しかし、この欠点は、これにより燃焼プロセスのための時間が得られると
いう事実によって相殺されてなお余りがあることが明らかになった。また、定容
燃焼を持つ従来の応報は結果的に、燃焼室内の急激な圧力上昇を発生させ、それ
は燃焼ガスの温度およびしたがってＮＯｘの排出を増加させる。圧力上昇を低下
させて燃焼を開始する結果、ＮＯｘの排出がその後低減される。

【００３８】制御手段は、通常の動作条件下で、燃焼の開始と閉止された吸込弁との間の間
隙が、ピストンを駆動する基準シャフトのクランク角で少なくとも１５°、好ま
しくは少なくとも２５°、さらに好ましくは少なくとも３０°となるように構成
することが好ましい。

【００３９】この特定の特徴は本発明の独立態様を形成し、それは広義で、少なくとも１つ
のシリンダであって、該または各シリンダがシリンダ内で往復運動可能でありか
つ燃焼室を画定するピストンを持ち、該または各燃焼室が燃焼室内への流れを制
御するための空気吸込弁付き圧縮空気吸込口と、燃料がそこを通して燃焼室内へ
噴射される燃料噴射器と、燃焼室から出る流れを制御するための排出弁付き吐出
口とを有して成るシリンダと、燃焼が開始される前に空気吸込弁が閉じないよう
に、燃焼室内の燃焼に関連して空気吸込弁を制御するための制御手段とを備えた
２行程内燃機関と定義することができる。

【００４０】空気吸込弁を閉じる前に燃焼を開始することによって得られる利点を増強する
ために、通常の動作条件下で、燃焼の開始と閉止された空気吸込弁との間の間隙
が、ピストンを駆動する基準クランクシャフトのクランク角で少なくとも１５°
、好ましくは少なくとも２５°、さらに好ましくは少なくとも３０°となるよう
に、制御手段を構成する。

【００４１】制御手段は、上死点より前に少量の燃料を燃焼室内に噴射するように構成する
ことが好ましい。

【００４２】代替的に、本発明の態様は、少なくとも１つのシリンダを備えた２行程内燃機
関を作動させる方法であって、該または各シリンダがシリンダ内で往復運動可能
でありかつ燃焼室を画定するピストンを持ち、該または各燃焼室が燃焼室内への
流れを制御するための空気吸込弁付き圧縮空気吸込口と、燃料噴射器と、燃焼室
から出る流れを制御するための排出弁付き吐出口とを有しており、排出弁を開口
するステップと、ピストンを燃焼室内に移動させて排気ガスを燃焼室から押し出
すステップと、排出弁を閉止するステップと、燃料を噴射し、空気吸込弁の開口
を開始し、かつ燃焼を開始するステップと、その後、燃焼が開始される前に空気
吸込弁が閉止しないように空気吸込弁を閉止するステップとを繰り返すことを含
む方法と定義することができる。

【００４３】従来の大型ディーゼル機関では、燃料は通常中心多孔噴射器を通して燃焼室内
に噴射され、孔は噴射器の周縁に対照的に配設される。そのような機関では、燃
料は通常下向きの角度でピストンのボウル内に向けられる。しかし、コンピュー
タによる燃焼挙動の研究から、この種のノズル構成は、空気を外部で圧縮しかつ
加熱し、その後燃料の噴射と本質的に同時にシリンダ内に導入される上述した種
類の機関には適さないことが示されている。問題は、上死点の後、空気吸込弁か
ら流入する空気が、下方に移動するピストンによって形成される容積の大部分に
急激に充填し、空気、燃焼ガス、および燃料の混合物を燃焼室の奥の方に移動さ
せることである。流入する空気と予め存在するガスおよび燃料の混合は不足し、
燃焼は比較的緩慢である。

【００４４】この問題を克服するために、該または各吸込弁が空気吸込口に関連し、該また
は各空気吸込口が、吸込口の面積をピストンの往復方向に並進することにより形
成される包絡線として定義される想像柱に関連し、燃料噴射器が燃料の少なくと
も５０％、好ましくは少なくとも７０％、さらに好ましくは１００％を該柱（単
数または複数）の方向に向かわせるように構成されることが好ましい。

【００４５】これは、本発明の前の態様と共にまたはそれらから独立して使用することがで
き、少なくとも１つのシリンダであって、該または各シリンダがシリンダ内で往
復運動可能でありかつ燃焼室を画定するピストンを持ち、該または各燃焼室が、
燃焼室内への流れを制御するための関連空気吸込弁付きの少なくとも１つの圧縮
空気吸込口と、燃焼室から出る流れを制御するための排出弁付きの少なくとも１
つの吐出口と、燃料がそこを通して燃焼室内に噴射される燃料噴射器とを有し、
該または各空気吸込口はピストンが往復する方向の吸込口の面積の並進によって
形成される包絡線として定義される想像柱に関連付けられ、燃料噴射器は燃料の
少なくとも５０％、好ましくは少なくとも７０％、さらに好ましくは１００％を
該または各空気吸込弁に向かってではなく該柱（単数または複数）の方向に向か
わせるように構成されて成るシリンダを備えた２行程内燃機関として広義に定義
される本発明の独立態様を形成する。

【００４６】代替的に、本発明のこの態様は、少なくとも１つのシリンダを備えた２行程内
燃機関を作動させる方法であって、該または各シリンダがシリンダ内で往復運動
可能でありかつ燃焼室を画定するピストンを持ち、該または各燃焼室が燃焼室内
への流れを制御するための空気吸込弁付きの少なくとも１つの圧縮空気吸込口と
、燃焼室から出る流れを制御するための排出弁付きの少なくとも１つの吐出口と
、燃料を燃焼室内に噴射するための燃料噴射器とを有しており、各空気吸込口は
ピストンが往復する方向の吸込口の面積の並進によって形成される包絡線として
定義される想像柱に関連付けられ、燃料の少なくとも５０％、好ましくは少なく
とも７０％、さらに好ましくは１００％を該または各空気吸込弁に向かってでは
なく該柱（単数または複数）の方向に噴射するステップを含む方法と定義するこ
とができる。

【００４７】本構成により、燃料の一部または全部が、柱（単数または複数）によって画定
される該または各空気吸込口の真下の領域内に向けられる。この領域は本質的に
、空気吸込弁が開口した状態で生成される空気噴流を有する領域である。燃料は
乱空気流内に入り、その内部に分散され、次いで空気と共に燃焼室のあらゆる部
分に運ばれる。これは流入する空気の動きに大きく依存して燃料を分配させる。
この方法によって達成される燃料と空気の急速な混合は、空気と燃料を燃焼の前
に予め混合することで燃料が余剰の空気およびガスで希釈され、かつ温度の上昇
が緩和されるので、ＮＯｘの発生の観点からも有利である。これは、燃焼が近定
圧で行われるときに特に効果的である。

【００４８】乱空気流を使用して燃料を分散させる効果を増強するために、燃料はシリンダ
ヘッドに対して浅い角度で噴射することが好ましい。燃料噴射器は燃料をシリン
ダヘッドに対して１０°未満、好ましくは５°未満の角度で噴射することが好ま
しい。

【００４９】各燃焼室が２つ以上の吸込口を持つ場合、これらはシリンダヘッドの片側に配
設し、反対側には吐出口を配設する。これは、管接続口およびシリンダ外部の配
管の幾何学的形状のために重要である。この場合、燃料の少なくとも８０％、好
ましくは少なくとも９０％が、シリンダの空気吸込口を含む側に向かって噴射さ
れる。

【００５０】本発明にしたがって構成された機関について、今から、添付の図面を参照しな
がら説明する。

【００５１】機関は、例えば各々が往復ピストンを持ちかつ２行程サイクルで燃料を内部で
燃焼する３つのシリンダの形の燃焼器を含む。３つのシリンダを図１に、単一の
シリンダ１および往復ピストン２によって模式的に表す。ピストン２の上面には
、燃料噴射器５に隣接して配置されたピストンボウル２Ａが設けられている。３
つの燃焼シリンダのピストン２は、従来の構成である共通クランクシャフト（図
示せず）に接続される。各シリンダは２つの圧縮空気吸込弁３と、２つの排出吐
出弁４と、燃料噴射器５を有する（図１には各種の弁が１つずつ示されているだ
けであることに注意されたい）。

【００５２】燃焼シリンダ１は高温圧縮空気の供給を受ける。これは、ピストンがシリンダ
内で往復して圧縮を生じさせる往復圧縮機６である等温圧縮機で生成される。圧
縮ピストンは、燃焼シリンダ１と同じクランクシャフトに接続することができる
。圧縮プロセス中に、圧縮プロセスをできるだけ等温近くに維持するために、等
温圧縮機６内に水が噴射される。等温圧縮を達成するためのノズルの適切な構成
が、ＷＯ９８／１６７４１に開示されている。

【００５３】冷温圧縮空気および水は次いで分離器７に供給され、そこで水の大部分が圧縮
空気から分離される。今や実質的に水を含まない圧縮空気は管路８に沿って回収
熱交換器９を介して供給され、そこでそれは、燃焼シリンダ１の１つに入る前に
燃焼シリンダ１からの排気ガスから熱を受け取る。ピストンボウル２Ａを除き、
これまで記載した機関の要素は全てＷＯ９４／１２７８５の図４に存在する。

【００５４】本発明の独自の特徴は、有利な点火プロセスを達成するために燃焼器の弁のタ
イミングの制御にある。弁のタイミングの制御は、例えばカム突出部が必要なタ
イミングを達成するのに適したプロファイルを持つカムシャフトにより行われる
。弁が電磁式、液圧式、または気圧式に作動する場合、適切な制御回路により同
じ効果を達成することができる。

【００５５】シリンダの圧力、燃料供給、吸込弁の開口、および排出弁の開口のタイミング
が図２に示されており、この図面に基づいて、単一の燃焼シリンダの完全な２行
程サイクルについて今から説明しよう。幾つかの燃焼シリンダの場合、各々が位
相を適切に遅らせて同一プロセスに従う。

【００５６】排出弁は、下死点に達する時点までに実質的な開口が行われるように、上死点
より２０クランク角度前に開口し始める。この時点でシリンダの急速な減圧また
は排出が行われる。シリンダ圧力が回収熱交換機の圧力と均衡すると、減圧は停
止する。ピストンの上向行程の大部分で、シリンダ圧力は回収熱交換機の低圧側
のそれと同様である一方、ピストン２が排出弁４を通して排気ガスをシリンダ１
から押し出す。

【００５７】排出弁はピストンの上向行程中に閉止し始め、図２Ｄに示すように上死点より
約２５°前に実効的閉止（すなわち５％未満のリフト）に達し、燃焼室内の残留
排気ガスを捕捉する。この点に達する前でさえも、多少の温度上昇があり、この
点の後に、圧力は空気吸込口に供給される空気の圧力の約６０％まで実質的にさ
らに増加する。この圧力上昇は図２Ａに示されている。圧力上昇は実質的な温度
上昇を随伴する。吸込空気の圧力までの最終圧力上昇は、吸込弁が開口し始める
上死点の直前に非常に急激に発生する。この最終圧力上昇もまた、捕捉された排
気ガスの温度のさらなる上昇を引き起こし、それは点火プロセスをさらに助長す
る。他方、この最終再圧縮を引き起こす流入空気はより冷温であるので、混合平
均温度はあまり上昇しない。この時点で、図２（Ｂ）に示すように、燃料噴射器
が少量の燃料を噴射するために短時間開口し、それは高温排気ガス内の未燃焼酸
素と結合して、排気ガスの圧縮によって生じた高温環境で点火する。

【００５８】吸込弁３は、図２（Ｃ）に実線で示すように上死点の直前に開口し始めて、高
温圧縮空気を燃焼シリンダ１内に流入させる。同時に、燃料噴射器が図２（Ｂ）
に示すようにボウル２Ａへの、主投入量の燃料を噴射する。燃料噴射プロセスは
、図２Ｂおよび図２Ｃに示すように空気吸込弁が閉止する少し前に終了すること
ができ、あるいは空気吸込弁の閉止の少し後に終了することができる。これは機
関負荷、燃焼器膨張の圧力比、機関の速度、および燃料噴射と燃焼との間の時間
遅延に依存する。高温圧縮空気と主投入量の燃料との混合物は、先に噴射された
燃料の自己点火の結果発生する火炎によって点火される。ピストン２が動力行程
で下方に駆動されるにつれて、高温燃焼ガスは膨張し、仕事を行う。図２Ａに示
すように、膨張が進むにつれて燃焼シリンダ１内の圧力が低下する。下死点の直
前に、排出弁は、図２（Ｄ）に示すように次の行程に備えて開口し始める。

【００５９】機関を低発火性の燃料で始動するための機構について今から説明する。機関が
外部の機械的または電気的動力によって駆動できる場合、燃焼器の空気吸込口上
流の配管を加圧するために、これを用いて等温圧縮機を駆動する。外部駆動が利
用できない場合には、図１に示す貯蔵圧縮空気の貯蔵器１０を用いて配管を加圧
することができる。機関が正常に作動しているときには、回収熱交換器の上流の
配管は高温になりすぎないので、圧縮空気貯蔵器は回収熱交換器の上流に配置す
ることが好ましい。これにより、非常に高温に耐えることのできる弁を設計する
必要性が回避される。

【００６０】開始時には、回収熱交換器から熱が得られないので、空気加熱器が必要である
。燃焼器に供給される空気を加熱する簡便な方法は、回収熱交換器と燃焼器との
間に走る配管を加熱することである。機関を始動する目的のために必要な熱入力
は、空気の質量流量はずっと低いので、通常の動作中に回収熱交換器によって供
給されるものよりずっと低い。これは、機関の回転速度が低いからであり、かつ
圧縮機に供給される空気の圧力が大気圧に近く、かつ始動中にターボチャージャ
の動作によって上昇されないからである。図１に示すように、加熱器１１はこの
配管付近に構成される。加熱器は様々な形の電気加熱器のいずれか１つとするこ
とができ、あるいはガスまたは石油バーナとすることができる。

【００６１】機関が始動中に外部動力によって駆動することができる場合には、ピストンは
そのそれぞれのシリンダ内ですでに上下運動している。機関が外部動力によって
駆動されない場合、同じく接続配管内で加熱される貯蔵器からの圧縮空気は、ピ
ストンを運動させる動力を提供するために、シリンダ内で膨張する。

【００６２】ひとたびピストンが運動すると、必要な高温を発生させるために再圧縮に利用
可能な排気ガス無しで燃料に点火する必要がある。

【００６３】これは、排出弁の閉止中の期間に圧縮空気の抽気流を提供することによって行
われる。これは、燃焼室シリンダ１内に通じる制限オリフィスを通して行うこと
ができるが、図１に示す事例では、これは、図２Ｃに破線で示すように、排出弁
の閉止の最終段階中に（リフトが最大量の５％未満のとき）吸込弁３を短時間開
口することによって行うことができる。始動中の機関の速度は通常の動作中より
ずっと低いので、必要な空気を流入させるために必要に弁の開口は非常に小さい
かまたは時間的に短く存在するだけかのいずれかであることが分かっている。弁
が大きく開きすぎるか開いている時間が長すぎると、多すぎる空気が流入する。
次いでこの空気は添加される燃料と共にその後、ピストンが上昇し続けるにつれ
て吸込口内に押し戻され、これは最も望ましくないことである。別の欠点は、同
じく低速で作動しがちな圧縮機が必要な空気流量を維持できないことである。こ
の時点で排出弁はまだ最終的に閉止されておらず、かつ機関速度が低く、吸込弁
に供給される空気の圧力が高いので、弁の持続時間が長すぎると、かなりの量の
空気が消費されるおそれがある。したがって、図２Ｃは、上死点より約２０°手
前で発生する空気の短時間の流入を示している。

【００６４】燃焼器シリンダが２つ以上の空気吸込弁を持つ場合には、１つの弁を始動中に
短い空気噴射を提供するために使用し、残りの弁を上死点後に主空気流量を提供
するために使用することが好都合であるかもしれない。これにより、１つの弁を
始動サイクルで２回開閉する必要性が回避される。

【００６５】低発火性の燃料を使用して機関を直接添加するための前記手順の代替法は、機
関に軽ディーゼル燃料など高発火性の燃料で始動する機能を設けることであろう
。機関は熱交換器を加熱させる充分な時間作動し、次いでそれは低発火性の燃料
に切りかえられる。

【００６６】燃焼室内への燃料の噴射について、今から図１および３を参照しながら説明し
よう。図３はシリンダヘッド１２を示し、その片側に１対の圧縮空気吸込口１３
があり、その各々が圧縮空気吸込弁３に関連付けられ、その反対側には１対の排
気ガス吐出口１４があり、その各々が排出吐出弁に関連付けられる。燃料噴射器
５は、燃料を圧縮空気吸込口１３に向かって矢印１６の方向に向かわせるように
構成された１対の出口オリフィス１５を有する。図１から明らかな通り、燃料は
シリンダヘッドに対してわずかに下向きの勾配に方向付けられる。しかし、燃料
は代替的にシリンダヘッドに平行に方向付けることもできる。燃料噴射は、図２
に示すように、空気が空気吸込口１３を通して燃焼室内に入ってくるときに燃料
が噴射されるようにタイミングを合わせる。

【００６７】図１および３は、１つの空気吸込口１３につき１つの噴射オリフィス１５で、
全燃料がシリンダに入る空気噴流に噴射されることを示しているが、必ずしもこ
れが常に当てはまるわけではない。場合によっては、例えば空気噴流内に燃料を
分配するために、あるいは燃料が空気噴流をまっすぐに貫通する可能性を回避す
るために、より多数のノズル穴を持つことが好ましいかもしれない。最適な構成
は、噴射される燃料が気体か、それとも液体かによっても異なる。

【００６８】図１および３に示すように、燃料噴射器５は通常ピストンボウル２Ａ内に突出
し、したがってそれは噴射器付近に配置しなければならない。前記のように非対
称に空気吸込口３に向かって燃料を直接噴射することは、燃料の大部分をボウル
２Ａから逸失させ、したがって点火しにくい燃料の点火を達成する際のピストン
ボウルの効果を無効する、あるいは低減させると思われるかもしれない。しかし
、それは当てはまらない。なぜなら、点火はピストン２がシリンダ１の頂部に非
常に近づいたときに達成され、シリンダ内に存在する空気、ガス、および燃料の
大部分が周囲の狭い透き間からピストンボウル２Ａ内に押し出されるからである
。したがって、燃焼プロセスのこの早期段階で、ピストンボウルは、設計された
機能を依然として果たす。

【図面の簡単な説明】

【図１】機関の様々な要素の概略図である。

【図２】シリンダ圧力、燃料噴射、吸込弁の位置および排出弁の位置をクランク角の関
数として示す１組のグラフである。

【図３】様々な構成部品の位置を示すシリンダヘッドの略平面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｂ 23/06 Ｆ０２Ｂ 23/06 ＬＺ 25/14 25/14 ＺＦ０２Ｄ 19/02 Ｆ０２Ｄ 19/02 Ｚ 41/40 41/40 ＣＦ０２Ｍ 21/02 ３０１Ｆ０２Ｍ 21/02 ３０１Ｒ 25/07 ５１０ 25/07 ５１０Ｂ５７０５７０Ｊ (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (71)出願人ＷｉｎｄｍｉｌｌＨｉｌｌＢｕｓｉｎｅｓｓＰａｒｋ，ＷｈｉｔｅｈｉｌｌＷａｙ，Ｓｗｉｎｄｏｎ，ＷｉｌｔｓｈｉｒｅＳＮ５６ＰＢ，ＵＮＩＴＥＤＫＩＮＧＤＯＭ (72)発明者コニー、マイケル、ウィロビー、エセックスイギリス、ウイルトシャーＳＮ４７ＲＧ、スウィンドン、ブロードタウン、ザピノックス（番地なし) (72)発明者リチャーズ、ロジャーイギリス、ウエストサセックスＢＮ５９ＴＦ、ヘンフィールド、ブラックストーン、エイプリルコティッジ（番地なし) Ｆターム(参考） 3G023 AA02 AA04 AA07 AA08 AB05 AC05 AC07 AD02 AD04 AD07 AD09 AD12 AF01 AF02 AF03 AG05 3G062 AA01 AA02 AA05 AA10 BA09 3G092 AA03 AA06 AA11 AB08 BB06 BB13 DE18S EA14 GA01 HA12X HB01X HB02X 3G301 HA02 HA03 HA04 HA06 HA09 HA11 HA15 HA16 HA19 HA22 HA24 JA02 JA21 JA25 LA07 LB04 LB11 MA01 MA11 MA18 MA23 MA26 MA29 NA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１つのシリンダであって、前記または各シリンダ
が前記シリンダ内で往復運動可能でありかつ燃焼室を画定するピストンを持ち、
前記または各燃焼室が前記燃焼室内への流れを制御するための空気吸込弁付き圧
縮空気吸込口と、燃料がそこを通して前記燃焼室内へ噴射される燃料噴射器と、
前記燃焼室から出る流れを制御するための排出弁付き吐出口とを有する前記シリ
ンダと、多少の排気ガスが前記燃焼室内に捕捉され圧縮されるように、実質的に
前記ピストンが上死点に達する前にかつ実質的に前記空気吸込弁が開口する前に
前記排出弁が閉じるように、前記ピストンの運動に関連して前記空気吸込弁およ
び前記排出弁を制御するための制御手段とを備えた２行程内燃機関。
【請求項２】前記排出弁の閉止と前記空気吸込弁の開口との間のギャップ
が、前記ピストンを駆動する基準クランクシャフトのクランク角で少なくとも１
０°、好ましくは少なくとも１５°、さらに好ましくは少なくとも２０°となる
ように、前記制御手段を構成した、請求項１に記載の機関。
【請求項３】前記排出弁の閉止と上死点との間のギャップが、前記ピスト
ンを駆動する基準クランクシャフトのクランク角で少なくとも１０°、好ましく
は少なくとも１５°、さらに好ましくは少なくとも２０°となるように、前記制
御手段を構成した、請求項１または２に記載の機関。
【請求項４】前記吸込弁が上死点の直前に開口するように、前記制御手段
を構成した、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の機関。
【請求項５】圧縮空気が前記燃焼室内に導入されるのと実質的に同時に燃
料を前記燃焼室内に噴射するように、前記制御手段を構成した、請求項１ないし
４のいずれか１項に記載の機関。
【請求項６】前記排出弁が閉止した後、上死点の前に少量の燃料を前記燃
焼室内に噴射するように、前記制御手段を構成した、請求項１ないし５のいずれ
か１項に記載の機関。
【請求項７】前記少量の燃料が主噴射に使用されるものと同一種類であり
、かつ前記燃料噴射器を通して導入される、請求項６に記載の機関。
【請求項８】圧縮空気を前記燃焼室に供給するための圧縮機をさらに備え
た、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の機関。
【請求項９】前記圧縮機が前記または各ピストンによって駆動される往復
圧縮機である、請求項８に記載の機関。
【請求項１０】前記圧縮機が等温圧縮機であり、前記機関が前記圧縮空気
吸込口の上流で前記圧縮空気を加熱するための手段をさらに備えた、請求項８ま
たは９に記載の機関。
【請求項１１】前記加熱手段が、前記圧縮機から前記燃焼室へ流れる前記
圧縮空気にその熱を放出する前記燃焼室からの排気ガスを供給される熱交換器で
ある、請求項１０に記載の機関。
【請求項１２】前記等温圧縮機が、さらなるピストンがその中で往復運動
可能でありかつ圧縮室を画定するシリンダと、前記燃焼室内への流れを制御する
ための空気吸込弁付き空気吸込口と、前記燃焼室から出る流れを制御するための
出口弁付き圧縮空気吐出口と、前記さらなるピストンの圧縮行程中に前記圧縮室
内に液体を噴霧するための手段と、前記液体を前記圧縮空気から分離するために
前記圧縮空気吐出口の下流に設けた分離器とを備えている、請求項１０または１
１に記載の機関。
【請求項１３】圧縮中に熱が実質的に液滴の蒸発無しに顕熱として液滴に
伝達されるように、前記液体噴射手段を構成した、請求項１２に記載の機関。
【請求項１４】前記燃焼室内でシリンダヘッドまたはピストン頂面に凹所
を設け、前記ピストンがその行程の頂部付近にきたときに燃料を前記凹所内に方
向付ける、請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の機関。
【請求項１５】前記凹所が前記ピストンの上面のピストンボウルである、
請求項１４に記載の機関。
【請求項１６】上死点における前記シリンダ内の捕捉容量がピストンボウ
ルおよび全ての透き間を含めて、下死点における全シリンダ容量の３％未満、好
ましくは２％未満になる、請求項１５に記載の機関。
【請求項１７】前記空気吸込弁が開いたときに、前記空気吸込弁が前記シ
リンダ内に突出しない、請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の機関。
【請求項１８】前記燃焼室内への高温圧縮空気の絞り流れを可能にするた
めに制限アパーチャを設け、かつ機関の始動時に前記制限アパーチャを通る圧縮
空気の流れを制御するために弁を設けた、請求項１ないし１７のいずれか１項に
記載の機関。
【請求項１９】前記制限アパーチャが前記シリンダの別個の開口である、
請求項１８に記載の機関。
【請求項２０】前記制限アパーチャが、前記空気吸込弁が部分的に開いて
いるときの前記空気吸込弁と弁座との間のギャップである、請求項１８に記載の
機関。
【請求項２１】燃焼が開始される前に前記空気吸込弁が閉止しないように
、前記燃焼室内の燃焼に関連して前記空気吸込弁を制御するように前記制御手段
を構成した、請求項１ないし２０のいずれか１項に記載の機関。
【請求項２２】通常の動作条件下で、燃焼の開始と閉止する吸込弁との間
のギャップが、前記ピストンを駆動する基準シャフトのクランク角で少なくとも
１５°、好ましくは少なくとも２５°、さらに好ましくは少なくとも３０°とな
るように、前記制御手段を構成した、請求項２１に記載の機関。
【請求項２３】前記または各吸込弁が前記空気吸込口に関連付けられ、前
記または各空気吸込口が、前記ピストンが往復する方向の前記吸込口の面積の並
進によって形成される包絡線として定義される想像柱に関連付けられ、前記燃料噴射器が、燃料の少なくとも５０％、好ましくは少なくとも７０％、
さらに好ましくは１００％を前記柱に方向付けるように構成された、請求項１な
いし２２のいずれか１項に記載の機関。
【請求項２４】前記機関が火花点火機関ではない、請求項１ないし２３の
いずれか１項に記載の機関。
【請求項２５】少なくとも１つのシリンダを備えた２行程内燃機関を作動
させる方法であって、前記または各シリンダがシリンダ内で往復運動可能であり
かつ燃焼室を画定するピストンを持ち、前記または各燃焼室が前記燃焼室内への
流れを制御するための空気吸込弁付き圧縮空気吸込口と、燃料噴射器と、前記燃
焼室から出る流れを制御するための排出弁付き吐出口とを有しており、前記排出弁を開口するステップと、前記ピストンを前記燃焼室内に移動させて排気ガスを前記燃焼室から押し出す
ステップと、前記ピストンが上死点に達する前に前記排出弁を閉止して、一部の排気ガスを
前記燃焼室内に捕捉するステップと、前記ピストンのさらなる移動によって前記排気ガスを圧縮するステップと、前記空気吸込弁の開口を始動するステップと、前記燃焼室内の温度が燃料に点火してそれを燃焼させ、ピストンに対して仕事
をするように高温燃焼ガスを膨張させるのに充分となる程度まで前記排気ガスが
圧縮された後、前記燃焼室内に燃料を導入するステップと、を繰り返すことを含
む方法。
【請求項２６】前記燃料が天然ガスである、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】前記空気吸込弁が開口するより、前記ピストンを駆動する
基準クランクシャフトのクランク角で少なくとも１０°、好ましくは少なくとも
１５°、さらに好ましくは少なくとも２０°前に、前記排出弁が閉止する、請求
項２５または２６に記載の方法。
【請求項２８】前記ピストンの上死点より、前記ピストンを駆動する基準
クランクシャフトのクランク角で少なくとも１０°、好ましくは少なくとも１５
°、さらに好ましくは少なくとも２０°前に、前記排出弁が閉止する、請求項２
５ないし２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】前記空気吸込口が上死点直前に開口する、請求項２５ない
し２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】圧縮空気が前記燃焼室内に導入されるのと実質的に同時に
前記燃焼室内に燃料を噴射するステップをさらに含む、請求項２５ないし２８の
いずれか１項に記載の方法。
【請求項３１】前記排出弁が閉じた後、上死点の前に前記燃焼室内に少量
の燃料を噴射するステップをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】前記少量の燃料が主投入に使用するものと同一種類であり
、前記燃料噴射器を通して噴射される、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】前記空気吸込弁が前記燃焼室内に突出することなく、前記
圧縮空気を導入するステップが行われる、請求項２５ないし３２のいずれか１項
に記載の方法。
【請求項３４】前記空気吸込弁を閉止する前に燃焼を開始するステップを
さらに含む、請求項２５ないし３３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３５】通常の動作条件下で、前記吸込弁が閉止するより少なくと
も１５°、好ましくは少なくとも２５°、さらに好ましくは３０°前に燃焼を開
始する、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】圧縮空気の貯蔵器および加熱器をさらに備えた請求項１に
記載の機関を始動する方法であって、前記圧縮空気貯蔵器からの空気を加熱する
ステップと、前記高温圧縮空気を前記または各燃焼室内に供給するステップと、
前記ピストンを前記燃焼室から外に移動させるために前記高温圧縮空気を前記ま
たは各圧縮室内で膨張させるステップとを含む、機関の始動方法。
【請求項３７】請求項１８ないし２０のいずれか一項に記載の機関を始動
する方法であって、シリンダ圧力が低いときに前記制限アパーチャを通して高温
圧縮空気の流れを前記燃焼室内に抽気するステップを含む始動方法。
【請求項３８】前記圧縮空気を前記燃焼器に供給する管を加熱する加熱器
によって前記圧縮空気を加熱する、請求項３７に記載の機関始動方法。
【請求項３９】前記排出弁の閉止の最終段階中に、前記高温圧縮空気が前
記燃焼室内に抽気される、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】前記燃料が点火された後、前記制御アパーチャを遮断する
ステップをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】前記燃料が点火された後、前記制御アパーチャを徐々に閉
止するステップをさらに含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】少なくとも１つのシリンダであって、前記または各シリン
ダが前記シリンダ内で往復運動可能でありかつ燃焼室を画定するピストンを持ち
、前記または各燃焼室が前記燃焼室内への流れを制御するための空気吸込弁付き
圧縮空気吸込口と、燃料がそこを通して前記燃焼室内へ噴射される燃料噴射器と
、前記燃焼室から出る流れを制御するための排出弁付き吐出口とを有して成るシ
リンダと、燃焼が開始される前に前記空気吸込弁が閉止しないように、前記燃焼室内の燃
焼に関連して前記空気吸込弁を制御するための制御手段と、を備えた２行程内燃
機関。
【請求項４３】通常の動作条件下で、燃焼の開始と閉止位置に達しようと
する吸込弁との間のギャップが、前記ピストンを駆動する基準シャフトのクラン
ク角で少なくとも１５°、好ましくは少なくとも２５°、さらに好ましくは少な
くとも３０°となるように、前記制御手段を構成した、請求項４２に記載の機関
。
【請求項４４】上死点の前に前記燃焼室内に少量の燃料を噴射するように
前記制御手段を構成した、請求項４２または４３に記載の機関。
【請求項４５】前記または各吸込弁が前記空気吸込口に関連付けられ、前
記または各空気吸込口が、前記ピストンが往復する方向の前記吸込口の面積の並
進によって形成される包絡線として定義される想像柱に関連付けられ、前記燃料噴射器が、燃料の少なくとも５０％、好ましくは少なくとも７０％、
さらに好ましくは１００％を前記柱に方向付けるように構成された、請求項４２
ないし４４のいずれか１項に記載の機関。
【請求項４６】少なくとも１つのシリンダを備えた２行程内燃機関を作動
させる方法であって、前記または各シリンダがシリンダ内で往復運動可能であり
かつ燃焼室を画定するピストンを持ち、前記または各燃焼室が前記燃焼室内への
流れを制御する空気吸込弁付き圧縮空気吸込口と、燃料噴射器と、前記燃焼室か
ら出る流れを制御するための排出弁付き吐出口とを有しており、前記排出弁を開口するステップと、前記ピストンを前記燃焼室内に移動させて排気ガスを前記燃焼室から押し出す
ステップと、前記排出弁を閉止するステップと、燃料を噴射し、前記空気吸込弁の開口を開始し、かつ燃焼を開始するステップ
と、燃焼が開始される前に前記空気吸込弁が閉止しないように、その後前記空気吸
込弁を閉止するステップと、を繰り返すことを含む方法。
【請求項４７】通常の動作条件下で、前記空気吸込弁が閉止するより少な
くとも１５°、好ましくは少なくとも２５°、さらに好ましくは３０°前に燃焼
を開始する、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】上死点の前に少量の燃料が噴射される、請求項４６または
４７に記載の方法。
【請求項４９】少なくとも１つのシリンダを備えた２行程内燃エンジンで
あって、前記または各シリンダが前記シリンダ内で往復運動可能でありかつ燃焼
室を画定するピストンを持ち、前記または各燃焼室が、前記燃焼室内への流れを制御する空気吸込弁付きの少なくとも１つの圧縮空気
吸込口であって、前記ピストンが往復する方向の前記吸込口の面積の並進によっ
て形成される包絡線として定義される想像柱に各々関連付けられる空気吸込口と
、前記燃焼室から出る流れを制御するための排出弁付きの少なくとも１つの吐出
口と、燃料がそこを通して前記燃焼室内に噴射される燃料噴射器であって、前記燃料
の少なくとも５０％が前記または各空気吸込弁ではなく前記柱の方向に噴射する
ように構成された燃料噴射器と、を有して成る機関。
【請求項５０】前記燃料噴射器が、燃料の少なくとも７０％、好ましくは
１００％を前記柱に方向付けるように構成された、請求項４９に記載の機関。
【請求項５１】前記燃料噴射器が、シリンダヘッドに対して１０°未満、
好ましくは５°未満の角度で燃料を噴射するように構成された、請求項４９また
は５０に記載の機関。
【請求項５２】前記または各燃焼室が２つまたはそれ以上の圧縮空気吸込
口を有し、その全てが前記シリンダの同じ側に配設され、前記燃料噴射器が燃料
の少なくとも８０％、好ましくは少なくとも９０％を前記シリンダの前記空気吸
込口を含む側に方向付けるように構成された、請求項４９ないし５１のいずれか
１項に記載の機関。
【請求項５３】少なくとも１つのシリンダを備えた２行程内燃エンジンで
あって、前記または各シリンダが前記シリンダ内で往復運動可能でありかつ燃焼
室を画定するピストンを持ち、前記または各燃焼室が、前記燃焼室内への流れを制御する空気吸込弁付きの少なくとも１つの圧縮空気
吸込口であって、前記ピストンが往復する方向の前記吸込口の面積の並進によっ
て形成される包絡線として定義される想像柱に各々関連付けられる圧縮空気吸込
口と、前記燃焼室から出る流れを制御するための排出弁付きの少なくとも１つの吐出
口と、燃料を前記燃焼室内に噴射するための燃料噴射器と、を有し、燃料の少なくとも５０％を前記または各空気吸込弁ではなく前記柱の方向に噴
射するステップを含む、方法。
【請求項５４】燃料の少なくとも７０％を前記柱に方向付けるステップを
含む、請求項５３に記載の方法。