JP2021535320A - 磁気バルブリターンデバイス - Google Patents

Abstract

磁気バルブリターンデバイス（４２）は、成層キャビティ（６）を有するバルブ型点火プレチャンバ（１）を対象としており、このキャビティは、成層バルブ（１３）が閉塞することができる成層管（７）によって、一次装入物（３０）と、成層インジェクタ（８）と、成層管を閉塞していないときに成層バルブ（１３）および成層管（７）によって形成されるトーチ点火プレチャンバを用いて一次装入物（３０）を点火するように、イニシエータ装入物（９）を注入および点火するために上記キャビティ（６）につながる点火手段（１１）と、を収容する燃焼チャンバ（５）に接続され、そうでなければ上記バルブ（１３）は、磁場源（４４）によって生成された磁場によって、上記管（７）と接触したままである。【選択図】図２

Description

本発明の目的は、バルブ型点火プレチャンバ、または第２に、シャトル電極を備えたスパークプラグに対して意図された磁気バルブリターンデバイスであり、上述のプレチャンバおよび上述のスパークプラグは、スパークによって点火されたイニシエータ装入物によって、内燃エンジンの燃焼チャンバに導入された一次装入物を点火することが意図されている。

２０１８年６月１４日に公開されたバルブ型点火プレチャンバに言及した特許出願第ＦＲ１７５０２６４号、および２０１８年７月１３日に公開されたシャトル電極式スパークプラグに言及した特許出願第ＦＲ１６６２２５４号が知られている。これらの２つの特許出願は、出願人に帰属する。

特許出願第ＦＲ１７５０２６４号および第ＦＲ１６６２２５４号の発明は、種類を問わず、一次装入物が新鮮な空気、または再循環および予冷された排気ガスで高度に希釈される、スパーク点火を備えたいずれかのレシプロエンジンに適用される。一次装入物を新鮮な空気または冷却された排気ガスで希釈することにより、上述のモータの平均および／または最大の熱力学的効率を高めることが可能であり、したがって、同じ生成仕事量に対して上述のモータの燃料消費を低減することができる。

上述の発明の目的は、高度に希釈された一次装入物の信頼性の高い点火および迅速な燃焼を達成することであり、所望の効率向上は、そのような点火およびそのような燃焼によってのみ可能である。

特許出願第ＦＲ１７５０２６４号および第ＦＲ１６６２２５４号に記載されているデバイスは、異なる結果を各々生じるが、同様の基本原理に基づいている。便宜上、ここでは、特許出願第ＦＲ１７５０２６４号で言及されているバルブ型点火プレチャンバに焦点を当てる。

特許出願第ＦＲ １７５０２６４号によれば、本発明が適用されるスパーク点火式レシプロエンジンの燃焼チャンバが、成層管を通して上述のモータのシリンダヘッド内に形成された成層キャビティに接続されていることに留意されたい。

成層インジェクタは、上述の成層キャビティ内で終端し、そこに、容易に引火する酸化剤および圧縮手段によって事前に加圧されたガス燃料混合物からなるイニシエータ装入物を注入することができる。上述のイニシエータ装入物は、一次装入物が少なくとも１つの吸気バルブによってスパーク点火レシプロエンジンの燃焼チャンバに導入され、次いで圧縮された後、一次装入物の燃焼を誘発するために使用される。

一次装入物の燃焼の誘発は、点火手段によってイニシエータ装入物を点火することによって行われ、これは、既知のスパークプラグ自体の形態であり得るが、電気アークは、前述のスパークプラグの２つの電極間に形成され得る。

一次装入物の燃焼を誘発するためにイニシエータ装入物の燃焼によって放出されるエネルギーに可能な限り多くの効率を与えるために、特許出願第ＦＲ１７５０２６４号の発明は、成層バルブを求めている。

上記バルブは、成層管を閉鎖して成層キャビティを燃焼チャンバから封鎖するために上記管内に作製されたバルブ閉鎖シートと接触してもよく、また成層管内に作製されたバルブ開放シートと接触して、成層キャビティが燃焼チャンバにつながるガス排出オリフィスを用いて上記燃焼チャンバと連通するように作製されたトーチ点火プレチャンバを形成してもよい。

特許出願第１７５０２６４号明細書を読むと、バルブをバルブ閉鎖シートまたはバルブ開放シート上に静置させるのは、成層キャビティと燃焼チャンバとの間の圧力差であることに気付く。

実際、燃焼チャンバ内の圧力が成層キャビティ内の圧力よりも高い場合、バルブは、燃焼チャンバ内のガスが成層キャビティに入るのを防ぐために、それが協働するバルブ閉鎖シートに押し付けられる。

逆に、燃焼チャンバ内の圧力が成層キャビティ内の圧力よりも低い場合には、上記バルブは、トーチ点火プレチャンバを形成するように、かつ上記成層キャビティが、上記プレチャンバがその外周に有するガス排出オリフィスを用いて燃焼チャンバと連通するように、上記バルブが協働するバルブ開放シートに押し付けられる。

また、特許出願第ＦＲ１７５０２６４号を読むと、成層キャビティと成層管の組み合わせによって形成される体積が、火花点火エンジンの燃焼チャンバの体積に対して非常に小さいことが有利であることが理解される。実際、上記特許出願で求められる圧縮手段によるイニシエータ装入物の事前圧縮は、エネルギーの点でコストが高く、スパーク点火エンジンの全体的な効率を低減させる。結果として、上記イニシエータ装入物の質量および圧力は最小化されなければならない。

しかしながら、成層キャビティと成層管によって形成される小さな体積は、一次チャンバに含まれるガスがエンジンピストンによって圧縮され始めるときに、バルブを作動させるために利用可能な空気の流れが少ないことを意味していることに留意されたい。

しかし、ちょうどこの時、上記バルブは、燃焼チャンバ内に含まれるガスが成層管内に入ることを防ぐために、バルブをそれが協働するバルブ閉鎖シートに可能な限り迅速に押し付けることが必須である。

成層キャビティと成層管によって形成される体積が小さいにもかかわらず、バルブが十分に短い時間内にバルブ閉鎖シートを効果的に押圧するためには、非常に小さなガス排出オリフィスを設ける必要がある。実際、上記オリフィスは、十分に小さく、燃焼チャンバから成層キャビティへのガスの通過に対して十分に効果的な障壁を構成しなければならず、これにより、上記燃焼チャンバと上記成層キャビティとの間の圧力差を最大化して、バルブを作動させることが許容される。

このため、特許出願第ＦＲ１７５０２６４号の発明の動作の説明で、１２００分の１ミリメートルのガス排出オリフィスの直径に言及しているが、成層バルブがバルブ閉鎖シートとバルブ開放シートとの間で移動し得る最大の総移動量は１５００分の１ミリメートルである。

もちろん、そのような小さな直径は、非限定的な例として与えられている。それでも、一方では成層キャビティ内のガスの圧力を受けるバルブキャビティ側と、他方では燃焼チャンバ内のガスの圧力を受ける上記バルブのチャンバ側との間に十分な圧力差を発生させる必要があることを明らかにしている。

実際、特許出願第ＦＲ１７５０２６４号における本発明の動作の説明は、一例として、イニシエータ装入物が、一次装入物に含まれる燃料の１．６パーセントのみを含み得ることが記載されている。これにより、成層キャビティと成層管によって形成される総体積が非常に小さくなる。上記の小さな体積は、一次チャンバに含まれるガスが圧縮されるときに、一次チャンバと成層キャビティとの間に小さなガス流が確立されることを意味している。このため、バルブを作動させるのに十分な力を生成するには、非常に小さな直径のガス排出オリフィスが必要である。

実際、大直径のガス排出オリフィスは、一次チャンバからの過剰のガスを、上記オリフィスを用いて直接成層キャビティに入ることを許容する結果となる。バルブを動かすのに必要な流れと並行して確立されたこの過剰な流れは、バルブのキャビティ側に印加された圧力と上記バルブのチャンバ側に印加された圧力との間の差に弊害をもたらし得る。ガス排出オリフィスの特定の直径を超えると、上記バルブは、もはや作動することができない。

しかしながら、直径が非常に小さいガス排出オリフィスには、大きな欠点がある。実際、イニシエータ装入物が成層キャビティ内で点火されると、結果として生じる燃焼により、上記キャビティ内の圧力が急激に上昇する。これは、バルブを押圧して、それが協働するバルブ開放シートに押し付ける効果がある。

上記バルブは、上記シートと密閉接触して保持されると、成層管と共にトーチ点火プレチャンバを形成し、これにより、イニシエータ装入物の高温ガスが、ガス排出オリフィスを用いて高温に上昇したトーチの形で逃げ出し、その後、上記トーチはモータの燃焼チャンバの体積に浸透して、そこにある一次装入物に点火する。

上記一次装入物の急速燃焼を確実にし、スパーク点火エンジンの効率を最大化するために、高温ガスからなる上記トーチが、燃焼チャンバの周辺限界に達するのに十分な一次装入物に浸透する必要がある。しかしながら、上記トーチによる同じ量の浸透については、トーチごとに点火プレチャンバで生成される圧力は、ガス排出オリフィスの直径が小さくなるにつれて大きくなる。

ガス排出オリフィスが非常に小さい場合、十分に浸透する燃焼ガストーチを生成するために、トーチごとに点火プレチャンバで非常に高い圧力を生成する必要がある。そのために、成層インジェクタは、最初に非常に高い圧力でイニシエータ装入物を成層キャビティに導入する必要があり、これは、圧縮手段が大量のエネルギーを消費することを意味している。結果として、非常に小さなガス排出オリフィスは、特許出願第ＦＲ１７５０２６４号の発明が使用されるスパーク点火エンジンの効率を向上させる可能性を低減させる。

さらに、効率の低下は、非常に小さいガス排出オリフィスの唯一の欠点ではないが、これらはそれでも、バルブの適切な作動に不可欠である。実際、スパークプラグによるイニシエータ装入物の点火後に突然発生する高圧は、バルブをそれが協働するバルブ開放シートに対して激しく押し付ける効果を有する。結果として生じる衝撃は、バルブとシートの両方の寿命を損ない、さらには、上記バルブと上記シートの早期破壊につながる可能性がある。

これは、スパーク点火エンジンにおいて圧縮が開始されるときに、圧力がバルブを可能な限り効果的に作動させるためには、バルブのチャンバ側が燃焼チャンバ内のガスの圧力に曝される自由表面積を最大にするように、バルブ開放シートの表面積を最小にすることが好ましいことを考慮すると、特に当てはまる。実際、上記バルブを上記記シートから引き離すために、上記ガスの圧力は、上記自由表面領域にのみ与えられる。

しかし、バルブ開放シートの表面積を最小化すると、バルブと上記シートとの間に発生する衝撃の表面上の比出力が増加し、上記出力は、例えば、ミリジュール／平方ミリメートルで表される。

加えて、実際には、バルブとバルブ開放シートとの間の衝撃を和らげるものは何もなく、これは、上記バルブと上記シートとの両方にとって上記衝撃の破壊的な結果をさらに悪化させることになることにも気付く。

結果として、特許出願第ＦＲ１７５０２６４号によるバルブ型点火プレチャンバの設計は、一方では、ガス排出オリフィスの直径とバルブを作動させるのに必要なバルブ開放シートの表面積、他方では、スパーク点火エンジンの効率とバルブの寿命との間の妥協の結果でしかない。

上記妥協を回避し、したがって、バルブの作動または寿命のいずれも妥協することなく、特許出願第ＦＲ１７５０２６４号によるバルブ型点火プレチャンバを備えたいずれかのスパーク点火エンジンの効率を最大化することを目的として、本発明および特定の実施形態による磁気バルブリターンデバイスは、以下のことを可能にする。
・エンジンピストンが一次チャンバに含まれるガスを圧縮し始めるときに、そして上記バルブを作動させるための空気流が少ない場合でも、バルブを、それが協働するバルブ閉鎖シートに必ず再び接触させる。
・上記バルブの作動を損なうことなく、バルブと、それが協働するバルブ開放シートとの間の衝撃を和らげる。

前述のことを念頭に置いて、本発明および特別な実施例による磁気バルブリターンデバイスは、以下を可能にする。
・ガス排出オリフィスの直径、成層キャビティと成層管によって形成される総体積、および上記キャビティ内のイニシエータ装入物の噴射圧力を、スパーク点火エンジンのより良い効率という基準のみに基づいて、かつバルブの作動と耐久性という二重の要件なしに決定する。
・スパーク点火エンジンの効率とバルブの寿命を最大化する。

特許出願第ＦＲ１７５０２６４号のバルブ型点火プレチャンバ、またはそれが参照する特許出願第ＦＲ１６６２２５４号のシャトル電極スパークプラグと同様に、磁気バルブリターンデバイスは、自動車を含む、それが対象とするほとんどの用途の経済的制約に適合するように、安価で大量生産できるように設計されている。

本発明による磁気バルブリターンデバイスは、種類を問わず、それが消費する燃料が気体、液体、または固体であるかどうかにかかわらず、また、その一次装入物が冷却ＥＧＲで、いずれかの種類の中性ガスで、または酸素を豊富に含むガスまたはいずれかの他の酸化剤を含むガスで希釈されているかどうかにかかわらず、いずれかの回転式または往復式の内燃スパーク点火エンジンに適用され得ることが理解される。

本発明による電磁バルブリターンデバイスを備えたいずれかのスパーク点火エンジンの一次装入物を点火するためのイニシエータ装入物は、上記一次装入物を構成する燃料および／または酸化剤以外の燃料および／または酸化剤を含み得ることも理解される。

本発明の他の特徴は、明細書および主請求項に直接または間接的に依存する二次請求項に記載されている。

本発明による磁気バルブリターンデバイスは、内燃エンジン用のバルブ型点火プレチャンバを対象としており、上記エンジンは、ピストンと共に、一次装入物を導入することができる燃焼チャンバを形成するためにシリンダの上にシリンダヘッドを含み、上記シリンダヘッドは、一方では、イニシエータ装入物を注入することができる成層インジェクタ、および他方では、点火手段がつながる成層キャビティを受容し、上記キャビティは、成層管によって燃焼チャンバに接続されており、成層バルブは、上記管を閉鎖して、上記バルブのキャビティ側の表面を燃焼チャンバから隔離し、次いでキャビティ側のバルブ座面を用いてバルブ閉塞シート上に静置させるか、または上記管と共に、上記プレチャンバ内の少なくとも１つのガス排出オリフィスを用いて、上記成層キャビティを燃焼チャンバと連通するトーチ点火プレチャンバを作成し、上記バルブが有するチャンバ側表面を、この場合、チャンバ側のバルブ座面を用いてバルブ開放シート上に静置させることができ、上記デバイスは、
・成層バルブおよび成層管の全部または一部を構成する少なくとも１つの磁性材料と、
・上記バルブおよび上記管を磁化するように、磁束が成層バルブおよび成層管を通過する少なくとも１つの磁界源と、を含む。

本発明による磁気バルブリターンデバイスは、永久磁石である磁場源を含む。

本発明による磁気バルブリターンデバイスは、電流が流れることができる導線のコイルである磁場源を含む。

本発明による磁気バルブリターンデバイスは、コンピュータによって制御される導線のコイルを通って流れる電流のアンペア数を有する。

本発明による磁気バルブリターンデバイスは、上記管に追加され、非磁性材料で作製された部分からなるバルブ開放シートを受容する成層管の端部を含む。

本発明による磁気バルブリターンデバイスは、環状分配チャンバを形成する円形の周辺凹部からなるキャビティ側表面を含み、キャビティ側バルブ座面の外径は上記環状チャンバの内径以下である。

本発明による磁気バルブリターンデバイスは、燃焼チャンバにつながる成層管の端部の直径を有し、これは、ガス絞りオリフィスを形成するように局所的に大幅に低減され、したがって、上記端部は、チャンバ側の表面と共に、キャビティ側のバルブ座面が、協働するバルブ閉塞シートと接触したときに、最大体積を有するバルブ減衰チャンバを形成する。

本発明による磁気バルブリターンデバイスは、成層バルブの外径に近いチャンバ側バルブ座面およびバルブ開放シートの外径を含み、一方で、上記座面および上記シートの内径は、ガス絞りオリフィスの直径に近い。

非限定的な例として与えられた添付図面に関連して続く説明は、本発明、本発明の特徴、および本発明が提供し得る利点のより良い理解を提供するであろう。

内燃エンジンのシリンダヘッド内に取り付けることができる、本発明による電磁バルブリターンデバイスの概略断面図である。 磁場源が永久磁石からなる、本発明による磁気バルブリターンデバイスの概略断面図である。 磁場源が、電流が流れる導線のコイルからなる、本発明の磁気バルブリターンデバイスの概略断面図である。 本発明による磁気バルブリターンデバイスの部分拡大概略断面図であり、上記デバイスの動作の特定の段階を示している。 同上。 同上。

発明の説明
図１から図６は、本発明による磁気バルブリターンデバイス４２、その構成要素、変形例、および付属品の様々な詳細を示している。

磁気バルブリターンデバイス４２は、特許出願第ＦＲ１７５０２６４号に記載されているようなバルブ型点火プレチャンバ１、またはフランス特許出願第ＦＲ１６６２２５４に記載されているようなシャトル電極スパークプラグ用に特別に設計されている。

図１において、磁気バルブリターンデバイス４２が、特に、ピストン３１と共に、一次装入物３０を導入することができる燃焼チャンバ５を形成するようにシリンダ４の上にシリンダヘッド３を含む内燃エンジン２のために設計されており、上記シリンダヘッド３は、一方では、イニシエータ装入物９を注入することができる成層インジェクタ８と、他方では、点火手段１１とがつながる成層キャビティ６を受容することが分かる。

成層インジェクタ８は、制限なしにいずれの種類のものであってもよく、いかなる手段によっても、イニシエータ装入物９を成層キャビティ６に導入することができるいずれかの装置から、かつ上記イニシエータ９を含む酸化剤燃料混合物ＡＦが、上記成層インジェクタ８の上流または下流で、ガスまたは液体のいずれかの別のインジェクタの可能な助けを借りて、またはそれ自体既知のキャブレタの助けを借りて、形成されるかどうかに関係なく、構成され得ることに留意されたい。

図２および図３において、成層キャビティ６は、成層管７によって燃焼チャンバ５に接続され、一方で、成層バルブ１３は、上記管７を閉鎖し、成層キャビティ６を燃焼チャンバ５から上記バルブ１３のキャビティ側１４の表面から隔離し、その後キャビティ側バルブ座面１９によってバルブ閉鎖シート１８上に静置させるか、または上記管７と共に、上記プレチャンバ２３内の少なくとも１つのガス排出オリフィス２４によって、成層キャビティ６を燃焼チャンバ５と連通させるトーチ点火プレチャンバ２３を形成することができ、上記バルブ１３が有するチャンバ側表面１５は、この場合、チャンバ側バルブ座面２１を用いてバルブ開放シート２０上に静置されることに留意されたい。

図２〜６は、本発明による磁気バルブリターンデバイス４２が、成層バルブ１３および成層管７の全部または一部を構成する少なくとも１つの磁性材料４３を含み、上記材料４３が、例えば鋼または軟鉄からなることを示す。

図２〜６はまた、磁気バルブリターンデバイス４２が少なくとも１つの磁場源４４を含み、その磁束５４は、上記バルブ１３および上記管７を磁化するように成層バルブ１３および成層管７を通過し、それによって、上記管７および上記バルブ１３が互いに引き寄せられ、キャビティ側バルブ座面１９を、それが協働するバルブ閉鎖シート１８に押し付ける傾向があることを示している。

図２に示されるように、磁場源４４は、それ自体既知である永久磁石５３であり得、例えば、フェライト、ネオジム−鉄−ホウ素、サマリウム−コバルト、またはアルミニウム−ニッケル−コバルトで作製されている。

図３に示される代替として、磁場源４４は、電流が流れることができる導線５１のコイルであってよい。この場合、導線５１のコイルを通って流れる電流のアンペア数は、コンピュータ５２によって制御されてもよく、これは、成層バルブ１３の戻り電力をそのバルブ閉鎖シート１８に適応させるか、または上記戻りを全部または無に、かつ例えば、内燃エンジン２の４ストロークが行われる間のクランクシャフトの回転７２０度の間、および／または上記エンジン２の速度および負荷を念頭に置いて制御することができる。

図１〜６は、バルブ開放シート２０を受容する成層管７の端部が、上記管７に追加され、ステンレス鋼またはインコネル等の非磁性体５０からなる部材４９であってもよく、それによって、成層バルブ１３が、バルブ閉鎖シート１８の方向ではなく、それが協働するバルブ開放シート２０の方向に引かれることを示している。

本発明による磁気バルブリターンデバイス４２の変形例として、キャビティ側表面１４は、環状分配チャンバ４６を形成する円形の周辺凹部４５を含み得る。

この場合、キャビティ側バルブ座面１９の外径は、上記環状チャンバ４６の内径以下であり、一方で、成層キャビティ６から来るガスは、トーチ点火プレチャンバ２３およびガス排出オリフィス２４を用いて燃焼チャンバ５に注入される前、イニシエータ装入物９が点火手段１１によって点火された後に、上記環状分配チャンバ４６に分配される。

環状分配チャンバ４６は、成層キャビティ６からトーチ点火プレチャンバ２３に生じる流れを大幅に制限することなく、成層バルブ１３の移動を制限することを可能にすることに留意されたい。

これにより、一方では、成層バルブ１３と成層管７との間に十分な吸引磁力を維持することができ、他方では、バルブ閉鎖シート１８において、磁力線が上記シート１８の表面に対して垂直ではないという事実のために、成層管７を横断したままになることができないように、上記バルブ１３が、後者と平行に上記バルブ閉鎖シート１８に常に押し付けられることを確実にする。

図１〜６において、本発明のバルブ磁気リターンデバイス４２の変形例によれば、燃焼チャンバ５につながる成層管７の端部の直径は、ガス絞りオリフィス４７を形成するように局所的に大幅に低減され得、そのため、上記端部は、チャンバ側表面１５と共に、バルブ減衰チャンバ４８を形成し、その体積は、キャビティ側バルブ座面１９が、それが協働するバルブ閉鎖シート１８と接触するときに最大になることに留意されたい。

この変形例によれば、バルブ減衰チャンバ４８は、チャンバ側バルブ座面２１が、それが協働するバルブ開放シート２０と接触するときの衝撃の力を制限するために有利に提供される。

衝撃力は、成層バルブ１３がバルブ開放シート２０に向かって移動する影響により、減衰チャンバ内に捕捉されたガスの圧力が上昇し、上記ガスがガス絞りオリフィス４７を通って逃げる前に、上記成層バルブ１３を減速させるという事実によって制限されている。

本実施形態の変形例として、チャンバ側バルブ座面２１およびバルブ開放シート２０の外径を成層バルブ１３の外径に近づけ、上記座面２１および上記シート２０の内径をガス絞りオリフィス４７の直径に近づけてもよい。

本発明による磁気バルブリターンデバイス４２のこの特定の配置により、チャンバ側バルブ座面２１とそれが協働するバルブ開放シート２０との間に生じる衝撃を減衰させる際のバルブ減衰チャンバ４８の効率を最大化することができることに留意されたい。これは、上記座面２１と上記シート２０との間で、それらが互いに非常に接近しているときに発生するガスのフラッシング効果の結果である。

本発明による磁気バルブリターンデバイス４２の一部である上記の改善および改良は、上記発明がバルブまたはシャトル電極のいずれかを直接組み込んだスパークプラグの形態で生じる場合でさえ、特許出願第ＦＲ１７５０２６４号および第ＦＲ１６６２２５４号の発明に適用される。

本発明による磁気バルブリターンデバイス４２は、自動車産業で一般的である非磁性アルミニウム合金で作製されたシリンダヘッド３に特によく適していることに留意されたい。実際、そのようなシリンダヘッド３に適用される場合、上記デバイス４２の動作は、その環境によってほとんど、またはまったく中断されない。

発明の動作
バルブ型点火プレチャンバ１を対象とする、本発明による磁気バルブリターンデバイス４２の動作は、図１〜６に照らして容易に理解される。

図１において、磁気バルブリターンデバイス４２の非限定的な実施形態によれば、このデバイスは、特許出願第ＦＲ１７５０２６４号明細書に記載されているように、バルブ型点火プレチャンバ１を有する内燃エンジン２に実装されてもよいことが分かる。

図２および３に示すように、上記プレチャンバ１が、特に、点火手段１１および成層インジェクタ８がつながる成層キャビティ６、成層管７、および成層バルブ１３を含むことに留意されたい。

図６において、成層バルブ１３は、成層管７を備えたトーチ点火プレチャンバ２３を構成することができ、上記プレチャンバ２３は、一方では成層キャビティ６と、他方ではガス排出オリフィス２４を用いて内燃エンジン２内に含まれる燃焼チャンバ５と同時に連通していることに留意されたい。

上記プレチャンバ１に加えて、図１において、上記エンジン２が、冷却水ジャケット４１を含み、一次装入物３０を燃焼させ得る燃焼チャンバ５をピストン３１と共に形成するようにシリンダ４の上部に位置するシリンダヘッド３を含むことが分かる。

図１では、ピストン３１はロッド３８によってクランクシャフト３７に連結されており、上記ピストン３１がシリンダ４内の往復並進運動によって駆動されると、上記ピストン３１はクランクシャフト３７に回転運動を与えることに留意されたい。

また、図１から、燃焼チャンバ５は、吸気バルブ３４を通して吸気ダクト３２と連通することができ、上記燃焼チャンバ５は、排気バルブ３５を通して排気管３３と連通して配置することも可能であることが分かる。

本発明による磁気バルブリターンデバイス４２の動作を例示するための非限定的な例として見なされる図１〜６は、点火手段１１が、それ自体既知の点火スパークプラグ１２からなり、そのうちの接地電極３９および中心電極４０が成層キャビティ６につながることを示している。また、図１〜３において、インジェクタ出口管２８を用いて成層キャビティ６にイニシエータ装入物９を注入することができる成層インジェクタ８に留意されたい。

図１において、成層コンプレッサ３６は、イニシエータ装入物９を形成する、容易に引火する酸化剤燃料混合物ＡＦを加圧するための圧縮手段１０を構成しており、上記装入物は、成層インジェクタ８によって成層キャビティ６内に注入されることを意図していることが分かる。

特許出願第ＦＲ１７５０２６４号に記載されたものに対して変更されていないバルブ型点火プレチャンバ１の基本原理を用いて、上記プレチャンバ１の動作において本発明の磁気バルブリターンデバイス４２によって提供される特性に焦点を当てる。

本発明による磁気バルブリターンデバイス４２の動作を詳細に説明する際に、磁場源４４は、図２に示すように永久磁石５３からなると仮定する。

さらに、図１〜６に示された実施例を選択することにし、ここでは、バルブ開放シート２０が成層管７に追加された部品４９であり、上記部品４９は非磁性材料５０、ここではステンレス鋼で作製されており、一方で、成層バルブ１３のキャビティ側表面１４は、環状分配チャンバ４６を形成する周辺の円形凹部４５を含むことが分かる。

図２から図６において、追加された部分４９は、シリンダヘッド３と接触して効果的に冷却することを許容する冷却リング５５を有利に含み、上記リング５５は、上記部分４９と上記シリンダヘッド３との間に熱橋を形成することに留意されたい。

図２〜６において、少なくとも成層キャビティ６および成層管７は、磁性材料４３で作製された単一の部品からなり得、その外壁は、シリンダヘッド３内に作製された冷却水ジャケット４１内を循環する冷却液と完全にまたは部分的に接触していることに留意されたい。

磁気バルブリターンデバイス４２の動作を説明するために、図１〜６に示される特定の構成も選択し、それに従って、燃焼チャンバ５につながる成層管７の端部の直径が、上記管７および成層バルブ１３のチャンバ側表面１５と共に、バルブ減衰チャンバ４８を形成するガス絞りオリフィス４７を形成するために、局所的に大幅に低減している。

さらに、上記構成の変形を選択し、これは、チャンバ側バルブ座面２１およびバルブ開放シート２０の外径が成層バルブ１３の外径に近く、ならびに、上記座面２１および上記シート２０の内径がガス絞りオリフィス４７の直径に近いことが必要である。

図４は、本発明の磁気バルブリターンデバイス４２によれば、磁束５４ーここでは長い点線で表されるーが、成層バルブ１３および成層管７が作られる磁性材料４３によって導かれることを示しており、これは、この場合およびこの非限定的な例では、鋼である。

このように磁化されると、バルブ１３が、それが協働するバルブ閉鎖シート１８に押し付けられる自然な傾向を有するように、成層バルブ１３と成層管７は互いに引き寄せられる。

バルブ開放シート２０を受容する成層管７の端部が非磁性材料５０で作製された追加部品４９である場合、成層バルブ１３は、バルブ開放シート２０の方向ではなく、それが協働するバルブ閉鎖シート１８の方向にのみに引かれる。

その結果、特許出願第ＦＲ１７５０２６４号に記載されているものとは反対に、磁気バルブリターンデバイス４２の効果は、燃焼チャンバ１１内の圧力が成層キャビティ６内の圧力よりも大きいという理由だけでなく、上記バルブ１３が、図４に明確に示されているように、永久磁石５３によって曝される磁場によってその方向に引かれているという理由により、成層バルブ１３が成層管７を閉鎖することである。

前述のことを念頭に置いて、本発明による磁気バルブリターンデバイス４２は、一方では成層キャビティ６と成層管７とによって形成された総体積と、他方ではガス排出オリフィス２４の直径とを、成層バルブ１３の作動の必要性ではなく、内燃エンジン２のより良い効率という基準のみに基づいて決定可能にすることに留意すべきである。

その結果、これらの選択は、特に吸気バルブ３４を通って燃焼チャンバ５に入った後の一次装入物３０の圧縮の開始時において、成層バルブ１３が成層管７を閉鎖するのに必要な圧力差が過度に決定要因となることなく行うことができる。

内燃エンジン２の効率を最適化する上での大きな自由度とは別に、本発明による磁気バルブリターンデバイス４２は、特許出願第ＦＲ１７５０２６４号によれば、上記バルブ１３が成層管７を閉鎖するのに必要な圧力差を得ることは、上記速度に大きく依存するので、上記モータ２の回転速度に対する上記成層バルブ１３の動作の感度が低くなるという結果をもたらす。

その結果、図４から容易に推測できるように、本発明による磁気バルブリターンデバイス４２は、特許出願第ＦＲ１７５０２６４号に記載された発明によって求められるように、燃焼チャンバ５内の圧力と成層キャビティ６内の圧力との間の圧力差の結果だけでなく、永久磁石５３が成層バルブ１３に作用する磁気戻り力の結果としても、成層バルブ１３によって成層管７を閉塞することを求めるものである。

図５に示すように、イニシエータ装入物９がスパークプラグ１２によって点火されるとき、磁気戻り力は、成層バルブ１３による成層管７の適切な開放に実質的に影響を及ぼさないことに留意されたい。実際、点火後、成層キャビティ６内の燃焼ガスの圧力が上記バルブ１３のキャビティ側表面１４に掛ける力は、永久磁石５３によって上記バルブ１３に作用する磁気戻り力よりもかなり高い。

成層バルブ１３による成層管７の閉鎖が、上記成層バルブ１３のキャビティ側表面１４に及ぼす圧力とチャンバ側表面１５に及ぼす圧力との差に依存することが少ないほど、燃焼チャンバ５につながる成層管７の終端部の直径をより自由に決定することが可能となることにも留意されたい。

実際、特許出願第ＦＲ１７５０２６４号の発明は、特に吸気バルブ３４を用いて以前に燃焼チャンバ５内に流入した一次装入物３０の圧縮の開始時において、成層管７を閉鎖する必要があるときに、成層バルブ１３を適切に作動させることを許容するために、チャンバ側表面１５が燃焼チャンバ５内に含まれるガスの圧力に対して可能な限り大きな面積を露出させることを必要としている。それを達成するために、チャンバ側バルブ座面２１が協働するバルブ開放シート２０の半径方向の長さを可能な限り小さくしなければならない。

成層バルブ１３による成層管７の閉鎖への戻りが、ガスの圧力にわずかに依存し、永久磁石５３によって発生する吸引磁力によって大部分が保証される限り、チャンバ側バルブ座面２１が協働するバルブ開放シート２０に接触しているときに、チャンバ側表面１５上で気体の圧力に曝される面を大幅に低減させることが可能となる。これは、バルブ開放シート２０の半径方向の長さを大幅に増加させることによって達成され、図１〜６に示すように、燃焼チャンバ５につながる成層管７の端部の残部は、小径ガス絞りオリフィス４７だけとなる。

本発明による磁気バルブリターンデバイス４２によって可能となるこの特定の構成は、図１〜４に示すように、キャビティ側バルブ座面１９が協働するバルブ閉鎖シート１８と接触しているときに、最大体積を有するバルブ減衰チャンバ４８を形成することを可能にする。

バルブ減衰チャンバ４８は、本発明による磁気バルブリターンデバイス４２の有益な結果であり、上記チャンバ４８は、成層バルブ１３を非常に頑丈で、長い寿命を有するものにする上で決定的であることに留意されたい。

実際、図５に示すように、スパークプラグ１２によるイニシエータ装入物９の点火に続いて成層バルブ１３がバルブ開放シート２０の方向に移動すると、上記バルブ１３は、ガス絞りオリフィス４７を用いてバルブ減衰チャンバ４８に含まれるガスを燃焼チャンバ５に向かって放出する。

そうすることで、上記バルブ１３は、チャンバ側バルブ座面２１とバルブ開放シート２０との間に捕捉されたガスをガス絞りオリフィス４７に向かって放出する「フラッシング効果」を引き起こす。上記「フラッシング効果」は、上記バルブ１３を減速させる。

加えて、ガス絞りオリフィス４７は、バルブ減衰チャンバ４８から燃焼チャンバ５へのガスの流れを減速させ、これは、成層バルブ１３を減速させるのに役立つ。

「フラッシング効果」およびガス絞りに起因する成層バルブ１３の減速は、チャンバ側バルブ座面２１が、それが協働するバルブ開放シート２０に近いため、さらに激しくなることに留意されたい。

この特殊性により、図５に示された最初の瞬間に、トーチ点火プレチャンバ２３を形成するために成層バルブ１３をバルブ開放シート２０に向かって迅速に移動させ、一次装入物３０に点火するように、ガス排出オリフィス２４を用いて、イニシエータ装入物９の燃焼によって生じる燃焼ガスを排出することを確実にすることができる。図６に示されるその後の瞬間において、上記特殊性は、成層バルブ１３に最大の耐久性を与えるように、チャンバ側バルブ座面２１がバルブ開放シート２０上にそっと静置させることを確実にする。

イニシエータ装入物９の燃焼が終了し、装入物内のガスの大部分がガス排出オリフィス２４を用いて高温に上昇したトーチの形で排出されるとすぐに、燃焼チャンバ５内の圧力が成層キャビティ６内の圧力よりも急速に大きくなるので、成層バルブ１３は、キャビティ側バルブ座面１９によってバルブ閉鎖シート１８と接触して戻ってくるのに、多くの時間を有することに留意されたい。

その結果、この圧力差と永久磁石５３が成層バルブ１３に作用する磁気復帰力との複合効果により、後者は、そのキャビティ側バルブ座面１９により、クランクシャフト３７の数度の回転でバルブ閉鎖シート１８と再び接触する。

次に、新しいイニシエータ装入物９の点火が発動されない限り、成層バルブ１３は、成層管７から燃焼チャンバ５への数立方ミリメートルのガスの通過を許容するためにわずかに開くことができるが、全開にすることはできない。この状況の結果、成層バルブ１３は主にバルブ閉鎖シート１８と接触したままであり、内燃エンジン２の別の４ストローク熱力学的サイクルを開始する準備ができており、これは吸気バルブ３４によって新たな一次装入物３０が燃焼チャンバ５内に導入される瞬間に開始されると見なすことができるサイクルである。

成層バルブ１３を、それが協働するバルブ閉鎖シート１８と大部分の時間接触させたままにすることにより、本発明による磁気バルブリターンデバイス４２は、上記装入物３０の圧縮の開始時において、一次装入物３０からの残留燃焼ガスの成層キャビティ６への侵入を制限することに留意されたい。これは、一次装入物３０を点火するためのイニシエータ装入物９の最大効力に有利に働く。

先で説明されるように、キャビティ側表面１４は、環状分配チャンバ４６を形成する周辺の円形凹部４５を有利に含み得、キャビティ側バルブ座面１９の外径は、上記環状チャンバ４６の内径以下である。当の環状分配チャンバ４６は、特に図４において視認可能である。

本発明による磁気バルブリターンデバイス４２のこの特定の構成は、成層キャビティ６からトーチ点火プレチャンバ２３へのイニシエータ装入物９の点火後に確立されるガス流を著しく制限することなく、成層バルブ１３の移動を制限することを可能にする。

成層管７が成層バルブ１３に及ぼす磁気引力は、上記バルブ１３と上記管７との間の距離の二乗にほぼ反比例するので、上記バルブ１３の移動を３０％低減させることにより、チャンバ側バルブ座面２１がその協働するバルブ開放シート２０に接触したときに、永久磁石５３の同じ力で上記力を２倍にすることが可能となる。

加えて、ガスの適切な流れを損なうことなく環状分配チャンバ４６によって与えられる成層バルブ１３の移動が低減することにより、バルブ閉鎖シート１８において、磁力線が上記シート１８の表面に対して垂直ではないという事実のために、成層管７を横断したままになるリスクを冒すことなく、上記バルブ１３が、後者と平行に、それが協働するバルブ閉鎖シート１８に常に押し付けられることを確実にすることが可能となる。

本発明による磁気バルブリターンデバイス４２は、それが有利に適用される特許出願第ＦＲ１７５０２６４号および第ＦＲ１６６２２５４号の発明の性能を決して低下させないことに留意されたい。反対に、それはその効率を実質的に改善する。

また、本発明による磁気バルブリターンデバイス４２は、内燃エンジン以外の分野、例えば、ガスネイラ、火器、または可能な限り効率の良いイニシエータ装入物による一次装入物の点火を必要とするいずれかの他のデバイスにも適用することができることに留意されたい。

本発明による磁気バルブリターンデバイス４２の可能性は、今説明した用途に限定されるものではなく、上記の説明は例として与えられているに過ぎず、説明した実施形態の詳細をいずれかの等価なものに置き換えることによって超えられないであろう上記発明の分野をいかようにも制限するものではないことがさらに理解されなければならない。

Claims (8)

1. 内燃エンジン（２）用のバルブ型点火プレチャンバ（１）用の磁気バルブリターンデバイス（４２）であって、前記エンジンが、ピストン（３１）と共に、一次装入物（３０）が導入され得る燃焼チャンバ（５）を形成するために、シリンダ（４）上に位置するシリンダヘッド（３）を含み、前記シリンダヘッド（３）が、一方では、イニシエータ装入物（９）を注入することができる成層インジェクタ（８）、および他方では、点火手段（１１）がつながる成層キャビティ（６）を受容し、前記キャビティ（６）が、成層管（７）によって前記燃焼チャンバ（５）に接続されており、一方で、成層バルブ（１３）が、前記管（７）を閉鎖して、前記成層キャビティ（６）を燃焼チャンバ（５）から隔離し、次いで前記バルブ（１３）のキャビティ側表面（１４）を、キャビティ側座面（１９）を用いてバルブ閉塞シート（１８）上に静置させるか、または前記管（７）と共に、前記プレチャンバ（２３）が含む少なくとも１つのガス排出オリフィス（２４）を用いて、上記成層キャビティ（６）を前記燃焼チャンバ（５）と連通させるトーチ点火プレチャンバ（２３）を形成し、前記バルブ（１３）のチャンバ側表面（１５）を、この場合、チャンバ側バルブ座面（２１）を用いてバルブ開放シート（２０）上に載せることができ、前記デバイスが、
   ・前記成層バルブ（１３）および前記成層管（７）の全部または一部を構成する少なくとも１つの磁性材料（４３）と、
   ・前記バルブ（１３）および前記管（７）を磁化するように、その磁束（５４）が前記成層バルブ（１３）および前記成層管（７）を通過する少なくとも１つの磁界源（４４）と、を含むことを特徴とする、磁気バルブリターンデバイス。
2. 前記磁場源（４４）が、永久磁石（５３）であることを特徴とする、請求項１に記載の磁気バルブリターンデバイス。
3. 前記磁場源（４４）が、電流が流れることができる導線（５１）のコイルであることを特徴とする、請求項１に記載の磁気バルブリターンデバイス。
4. 前記導線（５１）のコイルを流れる前記電流のアンペア数が、コンピュータ（５２）によって制御されることを特徴とする、請求項３に記載の磁気バルブリターンデバイス。
5. 前記バルブ開放シート（２０）を受容する前記成層管（７）の端部が、前記管（７）に追加され、非磁性材料（５０）からなる部分（４９）であることを特徴とする、請求項１に記載の磁気バルブリターンデバイス。
6. 前記キャビティ側表面（１４）が、環状分配チャンバ（４６）を形成する円形の周辺凹部（４５）を含み、前記キャビティ側バルブ座面（１９）の外径が、前記環状チャンバ（４６）の内径以下であることを特徴とする、請求項１に記載の磁気バルブリターンデバイス。
7. 前記燃焼チャンバ（５）につながる前記成層管（７）の前記端部の直径が、ガス絞りオリフィス（４７）を形成するように局所的に大幅に低減され、したがって、前記端部が、前記チャンバ側表面（１５）と共に、キャビティ側バルブ座面（１９）が、それが協働するバルブ閉塞シート（１８）と接触したときに、最大体積を有するバルブ減衰チャンバ（４８）を形成することを特徴とする、請求項１に記載の磁気バルブリターンデバイス。
8. 前記チャンバ側バルブ座面（２１）および前記バルブ開放シート（２０）の外径が、前記成層バルブ（１３）の外径に近く、一方で、前記座面（２１）および前記シート（２０）の内径が、ガス絞りオリフィス（４７）の直径に近いことを特徴とする、請求項７に記載の磁気バルブリターンデバイス。

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