JP2011503412A - 軸方向ピストンエンジンおよび軸方向ピストンエンジンを動作させるための方法 - Google Patents

Abstract

軸方向ピストンエンジンの効率を向上させるために、本発明は二段式燃焼によって動作する燃焼室を備えた軸方向ピストンエンジンを提案する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃焼室を備えた軸方向ピストンエンジンに関する。本発明はまた特に、セラミック組立体を用いて断熱される燃焼室を備えた軸方向ピストンエンジンに関する。本発明は同様に、燃焼室から流れ出る作動媒体が少なくとも一つの点火通路経由で少なくとも２つの作動シリンダに連続的に供給される連続燃焼を有する、軸方向ピストンエンジンに関する。本発明は、最終的に軸方向ピストンエンジンを動作させるための方法にも関する。

一般的な軸方向ピストンエンジンおよび方法は例えば、特許文献１内に開示されており、したがって、従来技術からすでに公知である。

ＥＰ １ ０３５ ３１０ Ａ２

最適化された効率を有する軸方向ピストンエンジンを提供することが、本発明の目的である。

第１の解決策として、二段式燃焼によって動作する燃焼室を備えた軸方向ピストンエンジンが、提案される。燃焼室が存在し、それが二段式燃焼によって動作することができるような方法で構成される事実は、燃料内に存在する化学エネルギが、本発明に従う軸方向ピストンエンジンにおいて、使うことができるエネルギにずっと効果的に使われるかまたは変換されることができ、その結果として軸方向ピストンエンジンの効率が向上されることを意味する。

このために、燃焼室が燃料および／または空気がその中に噴射される２つの領域を有する場合、それは設計見地から特に有利である。この場合、燃料および空気が共にまたは別々に燃焼室の異なる領域内に噴射されることができる。

この点について特に、好ましい一実施態様が燃焼用空気の一部がその中に導入され、かつ準備ノズルが対応する量の燃料をその中に噴射する第１の領域を有する燃焼室を提供する。燃焼プロセスは、準備ノズルによって特に効果的に開始され、燃料が燃焼用空気のきわめて少しの部分とすでに混合されて、したがって、燃焼のためのかつ燃焼用空気の追加の供給によって準備ができており、その結果として、燃料の燃焼が、全体的により効果的に進行することができる。

追加の部分として第１の領域内に導入される燃焼用空気の部分が完全燃焼用空気の５０％未満、好ましくは１５％未満、特に１０％未満の場合、それは特に有利である。燃焼用空気部分がこの種の限度の範囲内にある場合、二段式燃焼を用いて燃料の燃焼を改善する可能性がまさにこのため存在する。

軸方向ピストンエンジンが主ノズルおよび補助ノズルを有する場合、燃料は特に軸方向ピストンエンジンの燃焼室内に特によく噴射されることができる。燃料のまたは対応する燃料／空気混合気の燃焼の構成に従い、燃料／空気混合気がまた、この種の主ノズルを用いて燃焼室内に噴霧されることができる。主ノズルは、したがって、燃料の十分な部分が規定された前進方向に軸方向ピストンエンジンの燃焼室に移ることを確実にし、一方、燃料のまたは燃料／空気混合気の特定の部分が、例えばその部分がポスト燃焼、準備またはテンパリングのような支持目的のために使われることができる、準備ノズルとして構成されることができる補助ノズルを通して、燃焼室に移る。

特にこの点について、本発明の目的はまた、燃料が主ノズルを用いてその中に噴射されることができ、かつ、空気と混合される燃料が準備ノズルを用いてその中に噴射されることができる、燃焼室を備えた軸方向ピストンエンジンによって達成される。実質上任意の所望の燃料／空気混合気がこの種の準備ノズルを用いて有利には燃焼室内に噴射されることができ、一方、理想的には、燃料だけが主ノズルを用いて噴射される。軸方向ピストンエンジンの効率は、この配分によって向上される。それが用途に対して有利な場合、複数の準備ノズルがまた、設けられることができる。上述の利点は特に、また、二段式燃焼の使用、または２つの領域を有する燃焼室とは独立にあてはまる。

主ノズルが燃焼室内の主要な燃焼方向と平行して整列配置される場合、燃料はそれが例外的に効果的に点火して燃焼することができるような方法で、特によく燃焼室内に噴射されることができる。燃料が主要な燃焼方向に燃焼室内に主ノズルから噴射される場合、点火されるか燃焼される燃料／空気混合気は、特に燃焼室全体を通過することができて、燃焼室から、点火通路を経て、より高い運動エネルギで軸方向ピストンエンジンの作動シリンダ内にさらに導かれることができる。このように、燃料または燃料／空気混合気は、それがシリンダのようなその仕事を実施することである軸方向ピストンエンジンの領域に、すばやく送られることができる。

燃焼室内の主要な燃焼方向と平行の状態にある燃焼室の対称軸に対して、主ノズルが同軸的に整列配置される場合、それはまた、有利である。主ノズルが燃焼室の対称軸上に中心に位置している場合、たとえ他の成分が、しかしそれほど十分に通り抜けることができない補助のまたは準備ノズルを通して供給されるとしても、燃焼ガスがその時また対応して対称的にさらなる使用のために燃焼室から取り除かれることができるように、対応する基本的燃焼が起こる。

有利な一実施態様が、主ノズルに対してある角度で整列配置される準備ノズルを提供する。主ノズルと準備ノズル両方が、それによって燃焼室内のせまい隙間内に建設的に配置されて、連結される。

準備ノズルの噴射方向が主ノズルの噴射方向と交差する場合、それはさらに、有利であり、その結果として、燃焼室内に主ノズルを通して噴射される燃料および燃焼室内に準備ノズルを通して噴射される燃料／空気混合気が、例えば準備室の副燃焼室の領域内に特によく渦を巻いて共に混合されることができる。

主ノズルからの燃料および準備ノズルからの燃料／空気混合気を燃焼室内に導入することが可能であるようにするために、軸方向ピストンエンジンが、主ノズルと準備ノズル両方が主燃焼室の方へ向けられ、かつ通じている準備室を有するならば、有利である。主ノズルからの燃料および準備ノズルからの燃料／空気混合気が、それらが燃焼室の第２の領域内に、例えば燃焼室の主燃焼室内に、移る前に、十分によく混合されることができることが、それによって常に確実にされる。

すでに予熱された燃料を燃焼室内に導入することが可能であるようにするために、軸方向ピストンエンジンが、排出ガスまたは燃料／空気混合気が準備ノズルからその中に導入され、かつ燃料が空気を供給することなく主ノズルからその中に噴射される準備室を有する場合、それは有利である。

さらに、本発明の目的の追加であるか代わりの解決策として、燃焼室と、燃焼室の上流に配置され、燃料が主ノズル経由でその中に加えられる準備室とを備え、その燃料が、準備室内で加熱されて、好ましくはすでに熱的に分解されている、更なる軸方向ピストンエンジンが提案される。準備室内に少なくともすでに加熱されることができる燃料がより効果的に燃焼することができるので、公知の軸方向ピストンエンジンは有利には、この種の準備室だけを用いて開発されることができる。特に、軸方向ピストンエンジン内の充分で有利な二段式燃焼が、それによって実現されることができ、長期的に確実にされることができる。

この点で、本発明の目的が対応してまた、最初のステップで燃料が分解されて、そして次に、燃焼のための処理空気との接触にもたらされる、軸方向ピストンエンジンを動作させるための方法によって達成されることが、指摘されなければならない。有利には、燃焼プロセスが対応してより効果的な方法で進行するように、分解された燃料が処理空気とより効果的に反応することができる。

燃料の分解が熱的に起こる場合、それはよりさらに有利である。これのために必要とされる熱は、問題なく軸方向ピストンエンジン内に発生されて直接に供給されることができる。他方、電解または触媒プロセスのような他の分解プロセスがまた、対応する準備室内に累積的にまたは代わりに使われることができることは、自明である。

燃料の熱分解のためのこの種の熱が異なる方法で生成されることができることは、自明である。分解のための熱エネルギが準備火炎によって供給される場合、燃料は、プロセス工学の観点から特に単純な方法でおよび、特に燃料の燃焼のためのあらゆる場合に使われる技術を使用しながら、軸方向ピストンエンジン内に熱的に分解されることができる。

準備火炎が燃料／空気混合気を使用して生成される場合、準備火炎はその時、設計の観点から対応して単純な方法で軸方向ピストンエンジン内に生成されて供給されることができる。

燃料／空気混合気によって燃焼室内にまたは準備室内にもたらされる燃料の部分が燃焼室内に導入される燃料の全量の１０％未満の場合、軸方向ピストンエンジンは、このように、最小の量の燃料だけが燃焼の準備、すなわち、予備の分解のために使われ、一方、燃料の残りが所望の仕事を実施するために利用できるので、特に燃料節減型方法で動作させられることができる。この場合、準備のために使われる燃料がエネルギに関するプロセスに同様に最終的に利用できて、プロセスのために対応して使われることもまた、特に考慮に入れられなければならない。二段式アプローチはしかしながら、それが点火されるまで、仕事を実施するために使われる燃料の分解が起こるかまたは進行したことを確実にし、全体的なプロセスの有効性を向上する。

準備ノズルが準備室に通じていることが、さらに、提案され、そのノズルを用いて準備室内の燃料が加熱されることができる。特に、燃焼用空気または燃焼空気／燃料混合気が準備ノズルを用いて準備室内に加えられる場合、主ノズル経由で準備室内に同様に加えられる燃料は、準備室の領域内に設計の見地から特に単純な方法で、加熱され、好ましくは熱的に分解されさえして、主燃焼室に送られることができる。実プロセスに従い、残りの燃料の準備、例えば熱分解を確実にするために充分な温度が準備室内に優勢であるように、燃焼空気／燃料混合気または他の混合ガスまたは準備室内に準備ノズルから伝導されるガスが投与されることができる。

特に損失のなくて対応して有利な方法で軸方向ピストンエンジンの燃焼室内に燃料／空気混合気を導入するかまたは噴射することが可能であるために、準備室が燃焼室内の主要な燃焼方向と平行して整列配置される場合、それは有利である。これは特に、燃焼ガスの流れが均一に形成され、および、異なるシリンダに対応して一様にそれらを分配することが可能になる、という結果になる。

燃焼室内の主要な燃焼方向と平行の状態にある燃焼室の対称軸に対して、準備室が同軸的に整列配置される場合、燃焼ガスの流れが対応して一様であるように形成されることができる。

準備室が燃焼室よりより小さな直径を有する場合、準備室からの空気／燃料混合気が主燃焼室内の燃焼用空気と特に都合よく混合されることができる。この場合主燃焼室の容積は、仕事が実際のところシリンダ内に実施されるにつれて、当然損失に結びつくであろう、主燃焼室内の不必要な膨張を防ぐために、主燃焼室を通しての燃焼用空気の追加の供給によって、準備室からシリンダ内への妨げられない流れが形成されることができるほど、準備室より非常に大きくなければならないだけである。

この種の準備室がさまざまな方法で設計されることができることは、自明である。準備室は、理想的には副燃焼室および主室を備える。例えば、主ノズルおよび／または準備ノズルが準備室の副燃焼室に通じていることができるとはいえ、点火および／または予燃焼が準備室の主室内に起こることができる。

好ましくは、主ノズルおよび準備ノズル両方が副燃焼室の領域内の準備室に通じている場合、準備室内に加えられる混合気は、準備室の主室内にすでに例外的に準備万端であることができる。

準備室の副燃焼室が円錐形の形状を有して、主室の方へ広がる場合、主ノズルおよび準備ノズルの両方が、有利には少量の設置隙間で準備室内にまたは準備室の副燃焼室内に通じていることができる。この場合、気体量が主ノズルおよび準備ノズルからの体積流量の追加によって増大する事実もまた、考慮に入れられる。

有利な更なる一実施態様が、ただこの点についてだけでなく、主室の方へ広がるように対応して副燃焼室を提供する。主ノズルによっておよび準備ノズルによって加えられる混合気の混合は、この種の広がりによってさらに増進されることができる。

さらに、準備ノズルの噴射方向および主ノズルの噴射方向が副燃焼室内に交差する場合、それは有利である。一方では主ノズルおよび他方準備ノズルによって加えられる混合気の特に良好で完全な混合が、それによって達成されることができる。

好ましい一実施態様が、準備室の下流の主燃焼室内に導入されるべき、主ノズルを通して主燃焼室内に導入される燃料の量に対応する量の空気を提供する。このように、燃料の準備プロセスが、主燃焼室の主ノズルを通して加えられる空気の燃焼が生じることなく、準備室内に確実に実施されることができるということが確実にされる。

軸方向ピストンエンジンが燃焼室への別個の空気供給源を有する場合、それはこの点について特に有利である。ノズル、好ましくは準備ノズルが空気供給のための穿孔されたリムを有する場合、別個の空気供給源が構造の見地から特に単純な方法で設けられることができる。空気供給源はしかしながらまた、燃焼室内の対応開口部または別個のノズルに通じている別個の通路によって、実現されることができる。

各々の場合の用語「上流」および「下流」が主要な燃焼方向またはノズルもしくはチャンバを通しての体積流量方向を指すことは、ここで強調されなければならない。同様に、現在の関連において問題がいずれの場合においても、燃焼用空気または燃料の燃焼を引き起こすことを目的とする空気であると強調されなければならない。他方、本発明が第２の成分によるレドックス反応で発熱して反応する全ての燃料に対応して有利な方法で実現されることができることは、自明である。

現在の目的の更なる一解決策が、空冷式のセラミック組立体によって、セラミック組立体を用いて断熱される燃焼室を備えた、軸方向ピストンエンジンを提案する。セラミック組立体が空冷される場合、軸方向ピストンエンジンの燃焼室の熱的状態は非常によりよく制御されることができる。この点で、軸方向ピストンエンジンのサービス寿命がまた、それによって向上されることができる。このように加熱される空気が、燃焼のために特に使われることができ、その結果として、効率が、対応して水冷式燃焼室とは対照的にさらに向上されることができる。燃焼室の、特にセラミック燃焼室の領域内の空冷はまた、より容易に制御されることができる。

特にこの点について、本発明の目的は、セラミック組立体を用いて断熱される燃焼室を備えた、軸方向ピストンエンジンによってさらに達成され、このセラミック組立体は、管のような形状を有して、輪郭づけ、好ましくはスレッドを備えた管によって囲まれる。この種の輪郭づけは、表面積の増大を達成することができ、その結果として、セラミック組立体の冷却が、非常に改善されることができる。軸方向ピストンエンジン内の熱的状態が改善されることができるので、軸方向ピストンエンジンのサービス寿命はまた、それによって特に向上されることができる。

この点で改善される一実施態様が、両側に輪郭を描かれる輪郭を描かれた管を提供し、簡単さのためにそれは、スレッドを両側に設けられる。輪郭を描かれた管は、それによってより大きな接触面積を有する軸方向ピストンエンジンのセラミック燃焼室と接触することができて、必要な場合、ねじで固定されることができる。スレッドは、さらに、それが構造的に単純な方法で一様な空気流を確実にすることができる利点を有する。

本発明の目的は、また、圧縮された処理空気が冷却のために、特に燃焼室を冷却するために使われる軸方向ピストンエンジンによって、上で与えられるそれに従って本発明の他の特徴にかかわりなく達成される。例えば、この圧縮された処理空気は上記の輪郭を描かれた管のまわりに流れることができて、加えて、プロセス内にそれを冷却することができる。このように圧縮される処理空気は、軸方向ピストンエンジンを冷却するために有利には使われるためにそのための充分な量で軸方向ピストンエンジン内にさらにすでに存在することができる。

水が処理空気に加えられる場合、冷却効果はさらに向上されることができる。適切な手段が水を軸方向ピストンエンジンの処理空気に加えるために提供される場合、水はまた、容易に添加可能な方法で処理空気と混合されることができる。

処理空気は、燃焼室のまわりを直接にだけでなく冷却するためにきわめてよく用いられることができる。水は、処理空気のまたはさらに、燃料／空気混合気の圧縮の前か間に加えて、または代わりに特にこれに加えられることができる。軸方向ピストンの効率を最大にするために水によって豊かにされる処理空気を加熱するのに十分な時間がその時残っており、特に、燃焼プロセスからの、例えば冷却プロセスからの廃熱が、それに応じてこうするために用いられることができる。排出ガスの残留熱が、また、対応して使われることができる。

水が、有利には圧縮シリンダに吹き付けられ、その結果として、水の一様な分配が、確実にされることができる。

水の量が燃料の量に比例してさらに制御される場合、水がまた、燃焼プロセスで対応して有利な方法で使われることができる。この点で、比較的低出力で軸方向ピストンエンジンがあまりに冷却される危険性が減少されることができるように、過多な水量を噴霧することが防止されることができる。例えば望ましくない排気物の化学的変換を確実にするために、水が特にまた、燃焼プロセスの試薬および／または触媒として使われることができる。これのためにも必要とされる水の量は、有利には各々の場合に変換される燃料の量に対応する。

実プロセスに従い、それが主燃焼室に移る前に、水はまた、すでに熱的に分解されることができる。これが、例えば準備室内に同様に起こることができる。他方、分解がまた、化学的にまたは触媒的におよび／または別の箇所で、例えば送り通路内にまたは燃焼室への流入開口のじかの近傍内に、起こることができる。

本発明の目的は、加えて、その通路がコントロールピストンを用いて開閉されることができる、一つの点火通路が作動シリンダあたり設けられる、少なくとも一つの点火通路経由で少なくとも２つの作動シリンダに、燃焼室から流れ出る作動媒体が連続して導かれる、連続燃焼を有する、軸方向ピストンエンジンによって達成される。点火通路はコントロールピストンを用いて一方では特に堅固に閉じることができ、他方きわめてすばやく再び開けられることができるが、それは例えば、すでに従来技術から公知である回転スライドまたは回転点火通路によって可能でない。この点で、軸方向ピストンエンジンの効率はこれ単独で向上されることができる。この種のコントロールピストンは、加えて、構造の見地から、特に単純で強力な方法で点火通路を開閉することができ、その結果として、軸方向ピストンエンジンのサービス寿命が、さらに向上されることができる。

例えば、コントロールピストンは点火通路を開放することが可能であるために基本的に半径方向に向けられたストローク運動を実行することができる。この点で好適な一実施態様において、設置隙間が軸方向に節約されることができるように、コントロールピストンが基本的に半径方向に向けられたストローク運動を実行する。コントロールピストンが代わりとして基本的に軸方向に向けられたストローク運動、すなわち基本的に軸方向に向けられたストローク運動を実行する場合、コントロールピストンの冷却はより単純な方法で実現されることができる。この点で、選択が実際の実施によってこれらの解決策の間でなされるべきであり、選択が、また、軸方向ストローク運動と半径方向のストローク運動との間ですなわち、ある角度で、なされることができるがそれは、しかしながら概ね構造の見地からより複雑なおよびしたがって、より高価な結果に至る。

この点について、更なる好ましい一実施態様はコントロールピストンが水冷されることを提供し、その結果として、コントロールピストンが点火通路内に特に高温にさらされるにつれて、過熱が特に効果的に防止されることができる。

好ましい一実施態様において、ピストンのきわめてすばやい閉鎖時間または運動プロファイルが実現されることができるように、コントロールピストンが液圧でまたは空気圧で作動されることができる。代わりとして、コントロールピストンはデスモドロミックに作動することができる。デスモドロミック作動によって、高速においてさえ、コントロールピストンが、操作上信頼性が高い方法で例外的にしっかりとかつ常に点火通路を閉じることができる。

コントロールピストンが湾曲経路を介して作動する場合、それは、特に迅速に加速され、遅延されることができる。特に、デスモドロミック作動はこの場合実際の見地から特によく実現されることができる。

コントロールピストンのピストンカバーが点火通路より大きな直径を有する場合、コントロールピストンの熱負荷はずっと有利な方法で減少されることができる。

コントロールピストンの特に単純な固着および案内が、特に摺動ブロックまたは滑り軸受によって実現することができ、その結果として、コントロールピストンが、同時に、好ましい一実施態様において、回転に対して固着されることができる。コントロールピストンがコントロールピストンリングを持つ場合、コントロールピストンに対する例外的に良好なシーリングが達成されることができる。コントロールピストンリングがスロットを有する場合、コントロールピストンリングが、特にそれが圧力を加えられる時、構造の状態、特にコントロールピストンシリンダに、よりよく適応されることができるので、コントロールピストンリングのシーリング機能はさらに向上されることができる。

さらに、コントロールピストン上のシーリング機能がさらに向上されることができるように、コントロールピストンリングがまた、回転に対して固着される場合、それは有利である。

本発明の更なる利点、目的および特性が、添付の図面の以下の記述を使用して記載され、そこにおいて軸方向ピストンエンジンの第１の例示的な実施態様が一例として示される。

図面において、
長手方向断面における軸方向ピストンエンジンを図式的に示す。 ラインＩＩ−ＩＩに沿った断面における図１に記載の軸方向ピストンエンジンを図式的に示す。 図１の点火通路リングの拡大された説明図を図式的に示す。 図１および２に記載のコントロールピストンに代わるものとしてのコントロールピストンを通しての長手方向断面を図式的に示す。および ラインＶ−Ｖに沿って図４に記載のコントロールピストンを通しての断面を図式的に示す。

図１内に示される軸方向ピストンエンジン１は、燃料／空気混合気がその中で点火され燃焼されることができる燃焼室２を有する。軸方向ピストンエンジン１は、有利には二段式燃焼によって動作する。このために、燃焼室２は燃料および／または空気がその中に噴射されることができる第１の領域３および第２の領域４を有する。特に３の第１の領域内に、軸方向ピストンエンジン１の燃焼用空気の一部が導入されることができ、この例示的な実施態様において燃焼用空気のこの部分が、完全燃焼用空気の１５％未満であるように設定されることができる。

軸方向ピストンエンジン１の燃焼室２は、２つの領域３および４によって準備室５および主燃焼室６に分割されることができる。

準備室５は、主燃焼室６よりより小さな直径を有し、準備室５は、副燃焼室７および主室８にさらに分割される。副燃焼室７は、円錐形の形状を有して、主室８の方へ広がる。

準備室５に、特に準備室５の副燃焼室７に、片側に主ノズル９および他の側に準備ノズル１０が連結される。燃料は、主ノズル９および準備ノズル１０を用いて燃焼室２内に導入されることができ、準備ノズル１０を用いて噴射される燃料は、空気とすでに混合されている。

主ノズル９は、軸方向ピストンエンジン１の燃焼室２内の主要な燃焼方向１１と平行して整列配置される。さらに、燃焼室２内の主要な燃焼方向１１と平行の状態にある燃焼室２の対称軸１２に対して、主ノズル９が同軸的に整列配置される。

準備ノズル１０は、主ノズル９に対してある角度１３で整列配置される。この点で、準備ノズル１０の噴射方向１４は交差ポイント１６で主ノズル９の噴射方向１５と交差する。

主ノズル９および準備ノズル１０の両方が向けられる準備室５は、主燃焼室６の方へ開く。燃料は、空気の追加の供給なしで主ノズル９から準備室５内に噴射される。燃料は準備室５内に、すでに予熱され、理想的には熱的に分解される。

このために、主ノズル９を通して流れる燃料の量に対応する量の空気が準備室５の下流の主燃焼室６内に導入され、それに対して基本的に、主燃焼室６に通じている別個の空気供給源１７が、設けられる。このために、別個の空気供給源１７が処理空気供給源１８に連結され、更なる空気供給源１９が、空気を供給されることができ、それが、穿孔されたリム２０に空気を供給する。準備ノズル１０によって噴射される燃料が加えて、処理空気とともに準備室５の副燃焼室７内に噴射されることができるように、穿孔されたリム２０が準備ノズル１０に割り当てられる。

燃焼室２、特に燃焼室２の主燃焼室６は、空冷されるセラミック組立体２１を有する。セラミック組立体２１は、この場合輪郭を描かれた管２３によって囲まれるセラミック燃焼室壁２２を備える。冷却空気室２４が、この輪郭を描かれた管２３のまわりに延在し、この冷却空気室が、冷却空気室供給源２５を用いて処理空気供給源１８に動作可能なように連結される。

さらに、軸方向ピストンエンジン１が当然既知である（特に図２を参照）作動シリンダ３０を有し、そこにおいて作動ピストン３１が前方へおよび後方へ動かされることができる。

軸方向ピストンエンジン１の圧縮機ピストン３２が、作動ピストン３１を用いて駆動され、この圧縮機ピストンが、軸方向ピストンエンジン１の適切な圧縮機シリンダ３３内に対応して動かされることができる。作動ピストン３１は、連結棒３４を用いて各々の場合に圧縮機ピストン３２に連結され、連結棒ホイール３５が、各々の場合に作動ピストン３１と連結棒３４との間に、ならびに圧縮機ピストン３２と連結棒３４との間に配置される。駆動湾曲経路３６が、各々の場合に２つの連結棒ホイール３５の間に囲まれ、この駆動湾曲経路が、駆動湾曲経路支持体３７上で案内される。燃焼室２の反対側に、軸方向ピストンエンジン１が駆動軸３８を有し、それを用いて軸方向ピストンエンジン１によって生成される動力が、出力されることができる。当然既知である方法で、処理空気が圧縮機ピストン３２内に圧縮され、該当する場合、追加の冷却に至ることができる噴射された水を含み、その結果として、しかしながら、処理空気がこの種の熱交換器を用いて予熱される燃焼室２に案内されるべき場合、排出ガスが該当する場合熱交換器内にずっと冷却されることができ、処理空気は、上記の通りに、冷却されなければならない軸方向ピストンエンジン１の他の組立体との接触によって加熱されるかまたは予熱されることができる。この方法で圧縮されて加熱された処理空気は、次いですでに説明された方法で燃焼室２に加えられる。

作動シリンダ３０の各々は、点火通路３９を用いて軸方向ピストンエンジン１の燃焼室２に連結され、燃料／空気混合気が燃焼室２から出て点火通路３９経由で、および、作動シリンダ３０内に移ることができ、そこで作動ピストン３１を駆動することができるようにする。

この点で、燃焼室２から流れ出る作動媒体は、少なくとも一つの点火通路３９経由で少なくとも２つの作動シリンダ３０に連続して供給されることができ、作動シリンダ３０あたり１つの点火通路３９が設けられ、この点火通路は、コントロールピストン４０によって開閉されることができる。軸方向ピストンエンジン１のコントロールピストン４０の数は、したがってまた、作動シリンダ３０の数によってあらかじめ定められる。

点火通路３９はこの場合、基本的にそのピストンカバー４１とともにコントロールピストン４０を用いて閉じられる。コントロールピストン４０は、コントロールピストン湾曲経路４２を用いて駆動され、駆動軸３８へのコントロールピストン湾曲経路４２に対するスペーサ４３が設けられ、それがまた、熱のデカップリングのために特に使われる。現在の例示的な実施態様において、コントロールピストン４０は基本的に軸方向に向けられたストローク運動４４を実行することができる。このために、各コントロールピストン４０は、コントロールピストン湾曲経路４２内に取り付けられる摺動ブロック（番号付け無し）を用いて案内され、摺動ブロックはいずれの場合においても案内溝（番号付け無し）内に前後にすべり、かつコントロールピストン４０が回転するのを防止する、固定カムを有する。

コントロールピストン４０が点火通路３９の領域内に燃焼室２から高温作動媒体との接触に入って来るので、コントロールピストン４０が水冷される場合、それは有利である。このために、特にコントロールピストン４０の領域内に、軸方向ピストンエンジン１は水冷システム４５を有し、水冷システム４５は、内側冷却経路４６、中間冷却経路４７および外側冷却経路４８を備える。このようによく冷却され、コントロールピストン４０は対応するコントロールピストンシリンダ４９内に操作上信頼性が高い方法で動かされることができる。

軸方向ピストンエンジン１が特に図３内に例示されるような点火通路リング５０を有する場合、点火通路３９およびコントロールピストン４０が設計の見地から特に単純な方法で軸方向ピストンエンジン１内に設けられることができる。

点火通路リング５０は、中心の軸５１を有し、それのまわりに特に軸方向ピストンエンジン１の作動シリンダ３０およびコントロールピストンシリンダ４９の一部が、同心円状に配置される。点火通路３９が、各作動シリンダ３０とコントロールピストンシリンダ４９との間に設けられ、各点火通路３９は、軸方向ピストンエンジン１の燃焼室２の燃焼室底部５３（図１を参照）の凹部５２（図３を参照）と空間的に連結される。作動媒体は、したがって点火通路３９経由で燃焼室２から、および、作動シリンダ３０内に移ることができて、そこで仕事を実施し、それを用いて軸方向ピストンエンジン１の圧縮機シリンダ３３が、また、動かされることができる。実際の構成に従い、被覆およびインサートがまた、点火通路リング５０またはその材料を腐食性の燃焼生成物または過多な温度との直接の接触から保護するために設けられることができることは、自明である。

図４および５内に一例として示される代わりのコントロールピストン６０が、軸方向ピストンエンジン１のコントロールピストン湾曲経路３７用のホイール６１を有する。ホイール６１は、ボール６２として構成される回転固定手段６３と同じ方法でピストンカバー４１から離れて対向するコントロールピストン６０の端６４に、設けられる。ボール６２が、有利にはまた、現在の場合にコントロールピストン６０の長手方向案内として使われることができる。さらに、コントロールピストン６０は、ピストンカバー４１の直接下に位置するピストンリング６５を備える。ピストンリング６５は、ピストンリング固定手段６６を用いてコントロールピストン６０に固定される。コントロールピストン６０用の圧力補償手段６７が、また、ピストンリング６５とボール６２との間に設けられる。

参照符号のリスト

１ 軸方向ピストンエンジン
２ 燃焼室
３ 第１の領域
４ 第２の領域
５ 準備室
６ 主燃焼室
７ 副燃焼室
８ 主室
９ 主ノズル
１０ 準備ノズル
１１ 主要な燃焼方向
１２ 対称軸
１３ 角度
１４ 準備ノズルの噴射方向
１５ 主ノズルの噴射方向
１６ 交差ポイント
１７ 別個の空気供給源
１８ 処理空気供給源
１９ 更なる空気供給源
２０ 穿孔されたリム
２１ セラミック組立体
２２ セラミック燃焼室壁
２３ 輪郭を描かれた管
２４ 冷却空気室
２５ 冷却空気室供給源
３０ 作動シリンダ
３１ 作動ピストン
３２ 圧縮機ピストン
３３ 圧縮機シリンダ
３４ 連結棒
３５ 連結棒ホイール
３６ 駆動湾曲経路
３７ 駆動湾曲経路支持体
３８ 駆動軸
３９ 点火通路
４０ コントロールピストン
４１ コントロールピストンのピストンカバー
４２ コントロールピストン湾曲経路
４３ コントロールピストン湾曲経路用のスペーサ
４４ 軸方向に向けられたストローク運動
４５ 水冷システム
４６ 内側冷却経路
４７ 中間冷却経路
４８ 外側冷却経路
４９ コントロールピストンシリンダ
５０ 点火通路リング
５１ 中心軸
５２ 凹部
５３ 燃焼室底部
６０ 代わりのコントロールピストン
６１ ホイール
６２ ボール
６３ 回転固定手段
６４ 向きがそれる端
６５ ピストンリング
６６ ピストンリング固定手段
６７ 圧力補償手段

Claims (47)

1. 二段式燃焼によって動作する燃焼室（２）を備えた軸方向ピストンエンジン（１）。
2. 請求項１に記載の軸方向ピストンエンジン（１）であって、前記燃焼室（２）が、燃料および／または空気がその中に噴射される２つの領域（３、４）を有する、ことを特徴とするエンジン。
3. 請求項１および２に記載の軸方向ピストンエンジン（１）であって、前記燃焼室（２）が、前記燃焼用空気の一部がその中に導入され、かつ準備ノズル（１０）が対応する量の燃料をその中に噴射する、第１の領域（３）を有する、ことを特徴とするエンジン。
4. 請求項３に記載の軸方向ピストンエンジン（１）であって、前記燃焼用空気の一部が、完全燃焼用空気の５０％未満、好ましくは１５％未満、特に１０％未満である、ことを特徴とするエンジン。
5. 請求項１ないし４のひとつに記載の軸方向ピストンエンジン（１）であって、主ノズル（９）および補助のノズル、例えば準備ノズル（１０）、を特徴とするエンジン。
6. 特に先行する請求項の１つに記載の、燃焼室（２）を備えた軸方向ピストンエンジン（１）であって、燃料が主ノズル（９）を用いてその中に噴射されることができ、かつ空気と混合される燃料が準備ノズル（１０）を用いてその中に噴射されることができる、エンジン。
7. 請求項５または６に記載の軸方向ピストンエンジン（１）であって、前記主ノズル（９）が、前記燃焼室（２）内の主要な燃焼方向（１１）と平行して整列配置される、ことを特徴とするエンジン。
8. 請求項７に記載の軸方向ピストンエンジン（１）であって、前記主ノズル（９）が、前記燃焼室（２）内の前記主要な燃焼方向（１１）と平行の状態にある前記燃焼室（２）の対称軸（１２）に対して、同軸的に整列配置される、ことを特徴とするエンジン。
9. 請求項６ないし８のひとつに記載の軸方向ピストンエンジン（１）であって、準備ノズル（１０）が、前記主ノズル（９）に対してある角度（１３）で整列配置される、ことを特徴とするエンジン。
10. 請求項９に記載の軸方向ピストンエンジン（１）であって、前記準備ノズル（１０）の前記噴射方向（１４）が、前記主ノズル（９）の前記噴射方向（１５）と交差する、ことを特徴とするエンジン。
11. 先行する請求項の１つに記載の軸方向ピストンエンジン（１）であって、主ノズル（９）および準備ノズル（１０）の両方がその中に向けられ、かつ、主燃焼室（６）の方へ開く、準備室（５）、を特徴とするエンジン。
12. 先行する請求項の１つに記載の軸方向ピストンエンジン（１）であって、前記排出ガスまたは燃料／空気混合気が準備ノズルからその中に導入され、かつ燃料が空気供給なしで主ノズル（９）からその中に噴射される、準備室（５）、を特徴とするエンジン。
13. 燃焼室（２、６）と前記燃焼室（２、６）の上流に配置される準備室（５）とを備えた軸方向ピストンエンジン（１）であって、その準備室内に、燃料が主ノズル（９）を用いて加えられ、その燃料が、前記準備室（５）内に加熱されて、好ましくは熱的に分解される、エンジン。
14. 請求項１２または１３に記載の軸方向ピストンエンジン（１）であって、準備ノズル（１０）が、前記準備室（５）に通じており、それを用いて前記燃料が、前記準備室（５）内に加熱されることができる、ことを特徴とするエンジン。
15. 請求項１１ないし１４のひとつに記載の軸方向ピストンエンジン（１）であって、前記準備室（５）が、前記燃焼室（２）内の主要な燃焼方向（１１）と平行して整列配置される、ことを特徴とするエンジン。
16. 請求項１５に記載の軸方向ピストンエンジン（１）であって、前記準備室（５）が、前記燃焼室（２、６）内の前記主要な燃焼方向（１１）と平行の状態にある前記燃焼室（２、６）の対称軸（１２）に対して同軸的に整列配置される、ことを特徴とするエンジン。
17. 請求項１１ないし１６のひとつに記載の軸方向ピストンエンジン（１）であって、前記準備室（５）が、前記燃焼室（２、６）よりより小さな直径を有する、ことを特徴とするエンジン。
18. 請求項１１ないし１７のひとつに記載の軸方向ピストンエンジン（１）であって、前記準備室（５）が、副燃焼室（７）および主室（８）を備える、ことを特徴とするエンジン。
19. 請求項１８に記載の軸方向ピストンエンジン（１）であって、準備ノズル（１０）の前記噴射方向（１４）および前記主ノズル（９）の前記噴射方向（１５）が、前記副燃焼室（７）内に交差する、ことを特徴とするエンジン。
20. 請求項１８または１９に記載の軸方向ピストンエンジン（１）であって、前記副燃焼室（７）が、前記主室（８）の方へ広がる、ことを特徴とするエンジン。
21. 先行する請求項の１つに記載の軸方向ピストンエンジン（１）であって、主ノズル（９）を通して前記主燃焼室（６）内に導入される燃料の量に対応する量の空気が、準備室（７）の下流の前記主燃焼室（６）内に導入される、ことを特徴とするエンジン。
22. 先行する請求項の１つに記載の軸方向ピストンエンジン（１）であって、前記燃焼室（２）に対する別個の空気供給源（１７）、を特徴とするエンジン。
23. 先行する請求項の１つに記載の軸方向ピストンエンジン（１）であって、前記２つのノズル（９、１０）の１つ、好ましくは準備ノズル（１０）が、空気供給源（１９）用の穿孔されたリム（２０）を有する、ことを特徴とするエンジン。
24. セラミック組立体（２１）を用いて断熱される燃焼室（２）を備えた軸方向ピストンエンジン（１）であって、前記セラミック組立体（２１）が、空冷される、ことを特徴とするエンジン。
25. セラミック組立体（２１）を用いて断熱される燃焼室（２）を備えた軸方向ピストンエンジン（１）であって、前記セラミック組立体（２１）が、管のような形状を有し、かつ輪郭づけを備えた、好ましくはスレッドを備えた、管（２３）によって囲まれる、ことを特徴とするエンジン。
26. 請求項２５に記載の軸方向ピストンエンジン（１）であって、前記輪郭を描かれた管（２３）が両側に輪郭を描かれ、好ましくは、両側にスレッドを備えている、ことを特徴とするエンジン。
27. 軸方向ピストンエンジン（１）であって、圧縮された処理空気が冷却のために、特に燃焼室（２）を冷却するために、使われる、ことを特徴とするエンジン。
28. 軸方向ピストンエンジン（１）であって、水が、前記処理空気に加えられる、ことを特徴とするエンジン。
29. 請求項２８に記載の軸方向ピストンエンジン（１）であって、前記水が、圧縮の前か間に加えられる、ことを特徴とするエンジン。
30. 請求項２９に記載の軸方向ピストンエンジン（１）であって、前記水が、圧縮シリンダ（３３）内に吹き付けられる、ことを特徴とするエンジン。
31. 請求項２８ないし３０のひとつに記載の軸方向ピストンエンジン（１）であって、前記水の量が、前記燃料の量に比例して制御される、ことを特徴とするエンジン。
32. 燃焼室（２）から流れ出る作動媒体が少なくとも一つの点火通路（３９）を用いて少なくとも２つの作動シリンダ（３０）に連続して供給される連続燃焼を有する軸方向ピストンエンジン（１）であって、作動シリンダ（３０）あたり１つの点火通路（３９）が設けられ、この点火通路が、コントロールピストン（４０；６０）によって開閉されることができる、ことを特徴とするエンジン。
33. 請求項３２に記載の軸方向ピストンエンジン（１）であって、前記コントロールピストン（４０；６０）が、基本的に半径方向に向けられたストローク運動を実行する、ことを特徴とするエンジン。
34. 請求項３２に記載の軸方向ピストンエンジン（１）であって、前記コントロールピストン（４０；６０）が、基本的に軸方向に向けられたストローク運動（４４）を実行する、ことを特徴とするエンジン。
35. 請求項３２ないし３４のひとつに記載の軸方向ピストンエンジン（１）であって、前記コントロールピストン（４０；６０）が、水冷される、ことを特徴とするエンジン。
36. 請求項３２ないし３５のひとつに記載の軸方向ピストンエンジン（１）であって、前記コントロールピストン（４０；６０）が、デスモドロミックに作動する、ことを特徴とするエンジン。
37. 請求項３２ないし３６のひとつに記載の軸方向ピストンエンジン（１）であって、前記コントロールピストン（４０；６０）が、湾曲経路を介して作動される、ことを特徴とするエンジン。
38. 請求項３２ないし３７のひとつに記載の軸方向ピストンエンジン（１）であって、前記コントロールピストン（４０；６０）のピストンカバー（４１）が、前記点火通路（３９）より大きな直径を有する、ことを特徴とするエンジン。
39. 請求項３２ないし３８のひとつに記載の軸方向ピストンエンジン（１）であって、前記コントロールピストン（４０；６０）が、回転に対して固定される、ことを特徴とするエンジン。
40. 請求項３２ないし３９のひとつに記載の軸方向ピストンエンジン（１）であって、前記コントロールピストン（４０；６０）が、コントロールピストンリング（６５）を持つ、ことを特徴とするエンジン。
41. 請求項４０に記載の軸方向ピストンエンジン（１）であって、前記コントロールピストンリング（６５）が、スロットを有する、ことを特徴とするエンジン。
42. 請求項４０または４１に記載の軸方向ピストンエンジン（１）であって、前記コントロールピストンリング（６５）が、回転に対して固定される、ことを特徴とするエンジン。
43. 軸方向ピストンエンジン（１）を動作させるための方法であって、燃料が、最初のステップで分解されて、次いで燃焼のために処理空気との接触にもたらされる、ことを特徴とする方法。
44. 請求項４３に記載の方法であって、前記燃料の前記分解が、熱的に起こる、ことを特徴とする方法。
45. 請求項４４に記載の方法であって、前記分解のための前記熱エネルギが、準備火炎によって供給される、ことを特徴とする方法。
46. 請求項４５に記載の方法であって、前記準備火炎が、燃料／空気混合気を用いて生成される、ことを特徴とする方法。
47. 請求項４６に記載の方法であって、前記燃料／空気混合気によって前記燃焼室（２）内にまたは前記準備室（５）内にもたらされる前記燃料の一部が、前記燃焼室（２）内に導入される燃料の全量の１０％未満である、ことを特徴とする方法。

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