JP2004514822A - 少なくとも１つのシリンダと該シリンダ内を可動の往復動ピストンとを備えた内燃機関 - Google Patents

Abstract

少なくとも１つのシリンダと、該シリンダ内を可動の往復動ピストンと、前記シリンダに配設されたシリンダヘッドと、直接噴射ノズルと、選択的な電気的な点火プラグと、前記シリンダヘッドに沿ってまたはその内部に定置に配置された電気エネルギーを受容するための装置とを備えた形式の内燃機関は公知技術としてすでに存在している。この場合、前記電気エネルギーを受容するための装置は、当該内燃機関が例えば冷機状態で始動せねばならない場合に特に、燃料を少なくとも部分的に気化しかつ燃料−空気混合気の着火を助成するために装置の表面を加熱する目的で設けられている。
本発明は、電気エネルギーを受容する装置が、往復動ピストンと一緒に可動でありかつ少なくとも間接的に電気エネルギーを給電できるように構成されていることを提案する。このために前記装置には、往復動ピストン（４）と一緒に可動のオーム抵抗（１０）が配設されており、該オーム抵抗は、電流伝達子の二次巻線（９）と接続されて１つの電流回路を形成し、しかも該二次巻線（９）に供給される交番磁界が、シリンダヘッド（５）によって支持された一次巻線（８）によって発生される。
オーム抵抗（１０）を装備した装置は、内燃機関の始動を容易にしかつ燃焼ガスのＨＣ含有量を低下する目的で、噴射ノズル（６）によって噴射された燃料を少なくとも部分的に気化するために使用される。

Description

【０００１】
技術分野：
本発明は、請求項１に発明の上位概念として規定したように、少なくとも１つのシリンダと、該シリンダ内を可動の往復動ピストンと、前記シリンダに配設されたシリンダヘッドと、直接噴射ノズルと、前記往復動ピストンの周面または内部に固定されていて前記シリンダヘッドの方に向いた調温可能な表面を有する装置とを備えた形式の内燃機関に関する。
【０００２】
背景技術：
往復動ピストンを備えて、該往復動ピストンのピストンヘッド内に、トラフ形の熱管（ｈｅａｔ−ｐｉｐｅ）を組込んだ形式の内燃機関が、刊行物：ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９０６５８５号明細書に基づいて公知になっており、前記熱管の目的は、燃料の気化と燃焼を改善すべく、往復動ピストンによって軸方向で可変に画定される燃焼室に、所期の高い温度（高くてもこの所期温度をあまり上回らない程度の温度）をとらせるようにするために他ならない。前挙刊行物：ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９０６５８５号明細書に開示されている内燃機関の別の実施例では、シリンダヘッド内に組込まれた熱管（ｈｅａｔ−ｐｉｐｅ）が、コイルの形の電気抵抗によって電気的に加熱可能である。この電気的加熱によって得られる利点は、例えば最初の噴射前にすでに熱管が昇温された温度を有しているので、噴射すべき燃料が少なくとも部分的に気化可能であり、これによって一層良好に燃焼可能であることである。その限りで該熱管は、内燃機関用の始動補助手段としても使用可能である。往復動ピストンにトラフ形の熱管を備えた実施例は、電気的な加熱手段を有せず、むしろ燃焼する燃料−空気混合気による加熱によって始めて有効になる。その限りにおいて、往復動ピストンによって保持された熱管は、始動補助手段ではない。
【０００３】
刊行物：ドイツ連邦共和国特許出願公開第２７１５９４３号明細書に基づいて別の内燃機関が公知になっている。該内燃機関は、いわゆる主燃焼室に連通する点火室を有し、該点火室の周壁は部分的に熱管（ｈｅａｔ−ｐｉｐｅ）として構成されており、かつ燃料の燃焼を促進するために例えば電気的な抵抗ヒータを装備している。
【０００４】
刊行物：米国特許第４５８６０７５号明細書に基づいて公知になっている別の点火室は、熱管（ｈｅａｔ−ｐｉｐｅ）のように調温されており、かつ電気的に加熱可能な点火補助手段を有している。点火室には、ディーゼル燃料またはガソリン燃料のための噴射ノズルが開口している。点火室がガソリン燃料のために使用される場合には、該点火室は点火プラグを装備している。この場合の欠点は狭い通路による点火室と主燃焼室との連通が、流動抵抗を伴い、かつ相応のエネルギー損失を伴うことである。このエネルギー損失は燃料消費の要因となる。従って燃料直接噴射装置を装備した内燃機関が高い頻度で賞用されている。
【０００５】
刊行物：ドイツ連邦共和国特許出願公開第３１１７１４４号明細書に基づいて、複数のシリンダとそれに相応した複数の往復動ピストンを備えた直接噴射式内燃機関が公知である。該内燃機関は、６気筒形４サイクル機関として、かつ、クランク軸を回転する慣用の始動モータなしで始動するように構成されている。始動動作は、クランク軸の回転開始時に作業ストロークの状態に在る往復動ピストンを有する１つのシリンダを検索することをもって始まる。始動は、検索されたシリンダ内へ燃料を直接噴射しかつ該燃料を電気的に点火することよって行われる。特に内燃機関が冷機状態に在る場合には往復動ピストンが停止中であるために、燃料とシリンダ内の空気との混合が、不利なことに希薄な状態にあるので、内燃機関の始動は実現されない場合がある。
【０００６】
発明の開示：
請求項１に記載の構成手段を有する内燃機関は、検索されたシリンダ内への燃料の直接噴射前に、往復動ピストンの燃焼室寄り表面が、該表面に衝突する燃料の少なくとも一部分を気化して空気と混合し、これによって電気的に点火可能になるような温度に加熱することができるという利点を有している。
【０００７】
請求項１に記載の内燃機関の有利な構成および改良は、従属請求項に記載した構成手段によって可能である。
【０００８】
請求項２に記載の特徴的な構成手段は、例えば電気的な抵抗線の使用の下に製作される１実施形態を表わす。
【０００９】
請求項３および請求項４に記載した構成手段によって得られる利点は、スリップストリップおよびスリップ接点を使用することなしに、或いは、電気技術に基づいて可変間隔を架橋して、それによって導電するその他のエレメントを使用することなしに、オーム抵抗への加熱電流の給電が行われる。これは、内燃機関の長期の運転期間にわたっても機能確実性を得るために寄与する。
【００１０】
請求項５に記載の構成手段に基づいて、オーム抵抗に対する電気エネルギーの損失の少ない誘導伝達が可能になるという利点が得られる。
【００１１】
請求項６に記載の構成手段に基づいて、磁束案内体の、技術的に単純な、それ故に低廉な配置構成が得られる。
【００１２】
請求項７に記載の構成手段によって、関与素子の、エネルギー伝達のために有利な方位づけが得られる。
【００１３】
請求項８に記載の構成手段によって、可動の二次巻線の領域における磁束線の集中化が改善され、これによって電気的なエネルギー伝達効率がアップされる。
【００１４】
請求項９に記載の構成手段によって、請求項２〜請求項８に記載の加熱電流の誘導伝達のための１つの択一的な実施形態が得られる。
【００１５】
請求項１０に記載の構成手段に基づく更に別の択一的な実施形態によって、請求項９に記載のスリップストリップとスリップ接点が避けられ、こうして加熱電流誘導伝達法の確実度に比肩できる確実度を得ることが可能になる。
【００１６】
発明を実施するための最良の形態：
次に図面に基づいて本発明の内燃機関の２つの実施例を詳説する。
【００１７】
図１には、ここではオットー機関（ガソリン機関）を例にとって示した本発明の内燃機関２の一区分が概略的に図示されている。この場合、シリンダ３、該シリンダ内を摺動可能な往復動ピストン４、シリンダヘッド５、噴射ノズル６および電気的な点火プラグ７は一点鎖線で、また一次巻線８、二次巻線９、オーム抵抗１０および磁束案内体１１は実線で図示されている。
【００１８】
シリンダ３、往復動ピストン４およびシリンダヘッド５は燃焼室１２を囲んでおり、該燃焼室の容積は、往復動ピストン４の運動に関連して変化する。噴射ノズル６は前記燃焼室１２へ開口し、しかも往復動ピストン４に向かって噴射する。その場合、噴射ノズル６は、図示を省いたが、燃料、例えばガソリン燃料を加圧給送する装置から供給される。電気的な点火プラグ７は例えば従来技術に基づいて選択可能であり、かつ電極１３，１４を有し、両電極は燃焼室１２内に侵入しかつ両者間に点火火花ギャップ１５を形成している。噴射ノズル６は、択一的に、内燃機関をディーゼル法で運転するためにディーゼル燃料を噴射するように構成することもできる。点火プラグ７に代えてグロープラグを組込むことも可能である。
【００１９】
図面を簡略にするために、公知形式の少なくとも１つの吸気弁および公知形式の少なくとも１つの排気弁は図示を省かれている。１つの吸気弁と１つの排気弁との配置によって、内燃機関２は、１つの４サイクル内燃機関になる。しかし本発明は、４サイクル内燃機関における適用に限定されるものではなく、２サイクル内燃機関との組合せにおいて適用することもできる。内燃機関を２サイクル内燃機関として構成することは公知であるので、図面の簡略化のために詳細な図示はここでは省かれる。
【００２０】
一次巻線８は、その巻軸線をシリンダ３の仮想縦軸線に対して殊に平行にまたはほぼ平行に方位づけてシリンダヘッド５内に不動に固定されており、かつ図示を省いた交流源から交流を給電可能である。それ自体公知のように、このような交流源は、直流源とこれに後置のインバータとから成ることもできる。
【００２１】
殊に一次巻線８に対して同軸の方位で往復動ピストン４内には二次巻線９が耐震式に配置されている。オーム抵抗１０は二次巻線９と導電接続されており、こうして二次巻線９と相俟って１つの電流回路を形成している。
【００２２】
図示を省いた交流源から交流が一次巻線８に給電されると、該一次巻線は交番磁界を発生し、該交番磁界は、二次巻線９が一次巻線８に充分近くに配置されている場合には交番電圧を発生し、従って前記電流回路に基づいて交番電流を発生する。一次巻線８によって発生可能な、アンペアと巻数との積から、磁束ができるだけ多く変換され、かつ二次巻線９によって、できるだけ電圧および電流強さが変換され得るようにするために、少なくともシリンダヘッド５の領域内の一次巻線８の内部には、磁束案内体１１が棒状部品の形で組込まれている。その場合、前記磁束案内体１１の長さは、該磁束案内体１１がシリンダヘッド５から燃焼室１２内へ侵入しており、かつ、往復動ピストン４が少なくともシリンダヘッド寄りの終端位置に位置するかまたは該終端位置に接近する場合には、例えば磁束案内体の自由端１６が二次巻線９内へ潜入するように選ぶことができる。このことは図１に基づいて明らかである。それというのは、図１では棒状の磁束案内体１１が二次巻線９の全長を貫通し、しかも前記自由端１６が二次巻線９から張出しているからである。
【００２３】
図２では外観図の形で略示された往復動ピストン４は往復動ピストン上面１７を有しており、該往復動ピストン上面は本実施例では扁平面状に制限されているが、実際には、別様に成形された制限面を有することができる。往復動ピストン上面１７には絶縁層１８が固着されている。かつ該絶縁層１８上には、プレート状の加熱体１９が固着されている。該加熱体１９はオーム抵抗１０を内蔵している。加熱体１９およびそのオーム抵抗１０をどのように形成して二次巻線９と電気接続するかは、電気ヒータの当業者の選択に任されている。絶縁層１８は、加熱体１９と往復動ピストン上面１７との間の熱抵抗として構成されており、加熱体１９から供給される電気エネルギーの大部分が加熱体１９を加熱するために役立てられ、要するに該電気エネルギーが往復動ピストン４内へ僅かしか移動しないようになっている。
【００２４】
図３は択一的な往復動ピストン４ａの外観図であり、該往復動ピストンの往復動ピストン上面１７ａには、やはり絶縁層１８ａが被着されている。図３に示した例では、加熱体１９ａは絶縁層１８ａ内に嵌め込まれており、かつシリンダヘッド５寄りでは、加熱熱を放出するカバー２０によって被覆されている。該カバー２０は、熱伝導の良好な材料から成っているので、従って加熱体１９ａにおいて発生された熱は主としてカバー２０によって吸収され、要するに絶縁層１８ａに基づいて、加熱体１９ａによって発生したこの熱が往復動ピストン４ａを加熱することは少なくなる。
【００２５】
給電によって加熱体１９もしくは１９ａが、各シリンダヘッド５に対応配設された表面２１，２１ａに昇温作用を及ぼし、これによって各表面２１，２１ａが、各往復動ピストン４，４ａの温度を上回る温度をとること、かつ又、対応配設された各シリンダ３の温度を上回る温度をとることが判る。往復動ピストン４，４ａおよびシリンダ３よりも高い表面２１，２１ａの温度は、若干の手段のために活用することができる。つまり一方では従来慣用の始動モータを備えた内燃機関のための始動補助手段として、また他方では、内燃機関がまだ運転熱で暖まっていない限り排ガス中の炭素／水素成分を低下させる手段として、更には又、明細書冒頭で挙げた刊行物：ドイツ連邦共和国特許出願公開第３１１７１４４号明細書に基づいて説明した多気筒形のガソリン内燃機関用の始動法によって、始動モータなしに内燃機関を一層確実に始動できるようにするための燃料気化装置として活用することも可能である。始動モータを使用した始動法の場合に始動補助手段として使用する場合、加熱可能な表面２１，２１ａを使用することによって得られる利点は、始動モータをより軽量に構成できることである。この場合、ひとたび電気的に加熱された表面２１，２１ａはその後は燃料を蒸発するために役立てられ、これによって燃焼動作が改善され、ひいては排ガス中の不完全燃焼の燃料分が低下されるという利点が得られるのは勿論のことである。
【００２６】
図４には、図１の実施例とは択一的な実施例による内燃機関２ａが図示されている。図１の実施例に対する相異点は、一次巻線８が、今度は往復動ピストン４の運動軌道の傍に、要するにシリンダ３ａの高さ領域において、しかも該シリンダに沿って何らかの形式で固定配置されている点にある。この場合一次巻線８は磁束案内体１１ａを有し、かつ二次巻線９は独自の磁束案内体１１ｂを有することができる。
【００２７】
原理的には本発明は、ガソリン内燃機関からディーゼル内燃機関へ転用可能である。
【００２８】
一次巻線８および二次巻線９の配置形式とは択一的に、例えば少なくとも１つの導電性のスリップストリップと、該スリップストリップに方位整合されたスリップ接点を、例えば往復動ピストンに沿って設けることも可能である。更に択一的な実施形態は、シリンダヘッドに沿ってまたはシリンダヘッド内にマイクロ波送信器を配置し、かつマイクロ波を熱エネルギーに変換するためにマイクロ波感応材料から成る層を配置する点にある。
【図面の簡単な説明】
【図１】
定置の一次巻線と可動の二次巻線と該二次巻線に配設されたオーム抵抗とを備えた原理図である。
【図２】
図１の原理に合致した往復動ピストンにおける空間的配置の実施例を示す図である。
【図３】
別の実施例を示す図である。
【図４】
別の原理図である。
【符号の説明】
２，２ａ　内燃機関、　３，３ａ　シリンダ、　４，４ａ　往復動ピストン、　５　シリンダヘッド、　６　噴射ノズル、　７　点火プラグ、　８　一次巻線、　９　二次巻線、　１０　オーム抵抗、　１１，１１ａ，１１ｂ　磁束案内体、　１２　燃焼室、　１３，１４　電極、　１５　点火火花ギャップ、　１６　磁束案内体の自由端、　１７，１７ａ　往復動ピストン上面、　１８，１８ａ　絶縁層、　１９，１９ａ　加熱体、　２０　カバー、　２１，２１ａ　表面

Claims (10)

1. 少なくとも１つのシリンダ（３）と、該シリンダ内を可動の往復動ピストン（４）と、前記シリンダ（３）に配設されたシリンダヘッド（５）と、直接噴射ノズル（６）と、前記往復動ピストン（４，４ａ）の周面または内部に固定されていて前記シリンダヘッド（５）の方に向いた調温可能な表面（２１，２１ａ）を有する電気エネルギーを受容するための装置とを備えた形式の内燃機関（２）において、
   電気エネルギーを少なくとも間接的に受容するための、調温可能な表面（２１，２１ａ）を有する装置が、前記調温可能な表面（２１，２１ａ）にシリンダ（３）の温度よりも高い温度をとらせるように構成されていることを特徴とする、内燃機関。
2. 電気エネルギーを受容するための装置（８，９）がオーム抵抗（１０）を有している、請求項１記載の内燃機関。
3. オーム抵抗（１０）が二次巻線（９）に接続されており、該二次巻線（９）が往復動ピストン（４，４ａ）内に配置されており、交流を給電可能な一次巻線（８）がシリンダヘッド（５）内に定置に配置されている、請求項２記載の内燃機関。
4. オーム抵抗（１０）が二次巻線（９）に接続されており、該二次巻線（９）が往復動ピストン（４，４ａ）内に配置されており、交流を給電可能な一次巻線（８）がシリンダ（３）に沿って定置に配置されている、請求項２記載の内燃機関。
5. 一次巻線（８）に磁束案内体（１１）が対応配設されている、請求項３記載の内燃機関。
6. 磁束案内体（１１）が、棒状に形成されており、かつ一次巻線（８）によって包囲されている、請求項５記載の内燃機関。
7. 棒状の磁束案内体（１１）が、シリンダ（３）の縦軸線に対して実質的に平行に方位づけられており、二次巻線（９）が、前記棒状の磁束案内体（１１）と同軸に方位づけられている、請求項６記載の内燃機関。
8. 棒状の磁束案内体（１１）が、往復動ピストン（４，４ａ）によって可動の二次巻線（９）内へ少なくとも一時的に侵入するように、シリンダヘッド（５）から張出している、請求項７記載の内燃機関。
9. シリンダ（３）内に、加熱電流を導く少なくとも１つのスリップストリップが埋込まれており、往復動ピストンに沿って、前記スリップストリップに方位整合された少なくとも１つのスリップ接点が配置されている、請求項２記載の内燃機関。
10. 電気エネルギーを間接的に受容するための装置が、往復動ピストンによって保持された、マイクロ波感応材料から成る層を有しており、シリンダヘッド（５）の領域内に、マイクロ波送信器が配置されている、請求項１記載の内燃機関。