JP3081645B2

JP3081645B2 - 内燃機関

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Publication number: JP3081645B2
Application number: JP07502581A
Authority: JP
Inventors: ダンメリット
Original assignee: コベントリーユニヴァーシティ; ダンメリット
Priority date: 1993-06-26
Filing date: 1994-06-23
Publication date: 2000-08-28
Anticipated expiration: 2015-08-28
Also published as: TW270956B; KR100243635B1; US5560326A; CN1129470A; ATE141997T1; DE69400420T2; CA2126659A1; AU686638B2; BR9407045A; IN189761B; LV11364B; MD1793C2; AU6978394A; DE69400420D1; EE03035B1; JPH08512112A; CZ290985B6; GB2279407B; EP0632191B1; MD1793B2

Description

【発明の詳細な説明】発明の分野本発明は、内燃機関に関する。

「分離式エンジン」とは、燃料が圧縮行程の終わり付
近、点火直前までエンジンに導入した空気の大部分と混
合し始めないエンジンである。分離式エンジンとして分
類できる種々の内燃機関が、たとえば、GB−Ａ−215554
6、GB−Ａ−2186913、GB−Ａ−2218153、GB−Ａ−22388
30、GB−Ａ−2246394、GB−Ａ−2261028から知られてい
る。これらのエンジンは、現在、文献ではMerrittエン
ジンとして知られている。

ディーゼルエンジンも分離式エンジンであるが、火花
点火式ガソリンエンジン（SIGE）は予め混ぜた燃料・空
気混合気を圧縮する。

ディーゼルエンジンやMerrittエンジンのような分離
式エンジンの重要な特性は、点火の直前まで燃料を空気
から離して閉じ込め、圧縮行程の終了付近で燃料を燃焼
室内へ急速に送り込むということにある。

MerrittエンジンはMerritt燃焼管理システム（MCC）
と呼ばれるものを使用し、このMerritt燃焼管理システ
ムは往復動燃焼エンジンで燃焼率を促進するように設計
した一連のプロセスを意味する。この点では、ディーゼ
ル、Otto、SIGEのような他の一般的な燃焼管理システム
に類似している。MCCは上述した先行特許明細書に記載
されている多数の装置によって作動させることができ
る。MCCは、より小さいピストンを有する、若干の空気
を収容する第２の小さいシリンダ内でエンジンに供給さ
れる燃料の少なくとも一部を分離し、より大きいピスト
ンの吸気行程あるいは圧縮行程またはこれら両行程で小
さい方のシリンダ内へ燃料を導入するということを特徴
とする。燃料は、両ピストンの圧縮行程の終わり付近で
進入が生じるまで空気の大部分から分離されたままであ
る。この構成では、燃焼開始前かなりの時間で燃料が空
気中に蒸発することができるが、それと異なり、ディー
ゼル分離エンジンでは、点火の直前に液体燃料が空気中
に噴射される。MCCシステムでは、小さい方のシリンダ
は蒸発用シリンダとして用いられ、小さい方のピストン
は燃料移送ピストンとして用いられる。それ故、小さい
方のシリンダは燃料管理シリンダと呼ぶことができる。
大きい方のシリンダは燃焼なしで未絞りで空気を受け入
れ、大きい方のピストンは空気を圧縮するのに用いられ
る。

ここで用いる以下の用語は以下の意味を持つ。

燃料比−Ｆ吸気管を絞っていないときの、大小両シリンダの総合
行程容積を満たすのに必要な空気の大部分内の酸素を使
い切るのに必要な燃料の量に対するエンジンに実際に供
給された燃料の量の比。

空気これは、ガス状または液体状（すなわち、蒸発液体）
燃料と燃焼するための他の通常不活性のガスを含んだ酸
素ならびにほぼ純粋の酸素の任意の適当な混合物をい
う。空気は再循環の排ガス、クランクケース・ガスおよ
び再循環式内燃機関ガス内に存在する少量の炭化水素物
質を含有してもよい。

SIGE 普通の火花点火式ガソリンエンジン。

STCI−（火花トリガー式圧縮点火）空気と混合している部分蒸発燃料の、火花によって誘
発される圧縮点火のプロセス。

下死点位置そのシリンダ内の最大容積を露出させた際にピストン
がその移動方向を変えるときに生じるピストン位置。

上死点位置そのシリンダ内の最小容積を露出させた際にピストン
がその移動方向を変えるときに生じるピストン位置。

停止行程小さい方のピストンが静止したままのときのエンジン
・サイクル中の期間。

BMEP 大きい方のピストンにかかるブレーキ平均有効圧力。

従来技術に関するここで用いる以下の用語は以下の意
味を持つ。

進入 Merrittエンジン特有の、第２シリンダから燃焼スペ
ースの燃料／空気混合物の、小さい方のピストンによっ
て影響される移動。

分離進入開始までに小さい方のシリンダに供給された燃料
を小さい方のシリンダ内に閉じ込めること。

従来技術の説明ディーゼルエンジンディーゼルエンジンでは、燃料噴射に続いて、燃料、
空気の混合を容易にするために、周知の３つの配置でエ
ンジンを構成するとよい。これを以下に説明する。

1. 第１図に示す直接噴射式ディーゼルエンジン（DIと
呼ばれる）。

2. 第２図に示す間接噴射式ディーゼルエンジン（IDI
と呼ばれる）。

3. 第３図に示す中間噴射式、すなわち、ピストン・プ
ラッグド間接噴射式ディーゼルエンジン（INIと呼ばれ
る）第１図に示すDIディーゼルエンジンはピストン16のク
ラウンに形成した開放燃焼室20を有する。空気は吸気管
25および吸気弁24を通してシリンダ12に入り、空気へ渦
流運動が与えられる。燃料噴射気60が多数の液体燃料噴
流を燃焼室へ噴射し、燃焼過程前およびその最中に渦流
空気を燃料と混合する。

第２図に示すIDIディーゼルエンジンは孔42を通して
シリンダ12と連通する別個の半密閉式燃焼室20を有す
る。この孔は圧縮行程中に燃焼室に入った空気に渦流運
動を与え、燃焼噴射器60によって燃料が燃焼室内へ噴射
され、この燃料噴射器は、普通、約100バール以下の燃
料ライン圧力を用いるピントル式である。膨張行程中、
高温ガスが孔42から高速で流出する。これが寄生体積
内、特に、弁空所424内およびピストン16上方のバンプ
間隙内に含まれる別の空気と未燃焼燃料を混合する助け
となる。

第３図に示すINIディーゼルエンジンはGB−Ａ−02413
98、GB−Ａ−0361202、GB−Ａ−0523137、GB−Ａ−2088
952その他に記載されている。この構成はピストン16上
の突起116を使用する。この突起は燃焼室20にある拡大
孔内に入っている。突起は、第２図の間接噴射式ディー
ゼルエンジンの孔42と同じ目的を果たすより小さい孔16
1を包含する。この構成では、エンジンは、ピストンが
上死点位置付近に達したときにIDIディーゼルエンジン
として作動し、他のすべての時期にはDIディーゼルエン
ジンとして作動する。

Merrittエンジン Merrittエンジンは、その基本的な純粋な形態では、
ディーゼルエンジンと同様の分離エンジンであるが、非
常に重要な差異を持つ。若干量の空気は、エンジンサイ
クルのかなりの部分にわたって小さい方の第２シリンダ
内のほぼすべての燃料と混合し、進入前に燃料が蒸発す
る時間がある。燃焼室への進入は大きい方の孔を通して
生じ、燃焼がより速くなり、遅延なしで開始する。

以下、Merritt燃焼管理システムを説明すると、これ
はそれ自体を純粋なMCCとして使用し、特に部分負荷時
に高い熱効率をすることができ、あるいは、SIGE燃焼管
理システムと組み合わせることもできる。後者の場合、
全負荷での高い出力と部分負荷での高い熱効率とを組み
合わせることのできるエンジンを得ることができる。ま
た、ディーゼル燃焼管理システムと組み合わせてディー
ゼル燃料を使用し、普通のディーゼルエンジンに比べ
て、高い出力密度と低い有害物排出レベルを有するエン
ジンを得ることもできる。

Merritt燃焼システムはSIGEエンジンに比べて都市走
行中の車輛で用いたときにエンジンの熱効率をかなり改
善し、自動車からの有害放出物の量を低下させることが
できる。

公知のMerrittエンジンの一例が添付図面の第４図に
示してあり、この図はGB−Ａ−2246394から再現したエ
ンジンの一部を通る部分横断面図である。このエンジン
は以下に簡単に説明するが、GB−Ａ−2246394にはより
詳しく説明されている。

第４図において、Merrittエンジンは火花トリガー式
圧縮点火（STCI）を使用するハイブリッド式Merritt/SI
GEエンジンの動作を許す構造として示してある。

このエンジンは大きいピストン16のクラウン部36に装
着した小さいピストン18を包含する。このピストン18は
ピラー234とクラウン35とを包含する。第４図からわか
るように、ピラー234は曲面の輪郭となっており、この
曲面が大きい方のシリンダ12から燃焼スペース20に入る
空気に渦流運動を与え、また、燃焼スペース20への進入
（すなわち、燃料／空気混合物の運動）の後に燃料／空
気混合物に渦流運動を与える。燃焼スペースはピラー23
4と小さいシリンダ14の壁面14aの間に形成されている。
ピラーの形状、寸法は適切な寸法、形状の適当な燃焼容
積を作るように選ぶ。

ここで、ピストン18のクラウン35が、ピストン18、16
のクラウン35、36間の軸線方向距離よりもかなり小さい
軸線方向厚さを持つ縁を有することに注目されたい。ク
ラウン35は円筒形の周縁37を有し、この周縁は小さいシ
リンダの壁面14aからやや離れていて環状ギャップ128の
形をした抑制手段を構成している。小さいシリンダ14
の、図で見て上端には周溝39が形成してあり、この周溝
は後述するように進入を促進するバイパスとなる。小さ
いシリンダ14の上端は第２の吸気弁31と絞り弁32とを備
えている。燃料噴射器34が吸気管33へ液体燃料を供給す
るために設けてある。絞り弁32は吸気管33を通して流れ
る空気の量を制御し、燃料噴射器34によって供給される
燃料の量とほぼ独立している。SIGEモードのために第２
の噴射器82が用いられ、SIGEモードでは絞り弁83がスパ
ークプラグ52と一緒に作動する。

Merritt動作モードでのエンジンの吸気行程中、空気
は吸気管25を通して大きいシリンダ12へ入る。空気は、
また、噴射器34からの燃料と一緒に開いている弁31を通
して小さいシリンダ14へも入る。圧縮行程の早期部分に
おいてピストン18のクラウン35を横切る圧力差は絞り弁
32と弁31の閉鎖タイミングの影響を受ける。これは、順
次に、ピストン18の上死点位置付近で圧縮行程の終わり
に近づくにつれて燃焼スペース20内への小さいシリンダ
14の内容物の進入タイミングに影響を与える。進入タイ
ミングは、順次に、シリンダ14内の燃料／空気混合物が
圧縮行程中に大きいピストン16によって燃焼スペース20
に供給されるより熱い空気と出会ったときに、圧縮点火
によって蒸発燃料が点火されるタイミングを制御するこ
とができる。

溝39は小さいピストンのクラウン35の縁37の厚さより
も大きい軸線方向長さを有し、燃料／空気混合物がクラ
ウンまわりに進入するための拡大ギャップを与える。溝
39は小さいシリンダ14にすきま容積を与え、このすきま
容積は圧縮行程中にシリンダ14に余分な容積を与えるこ
とによって進入タイミングに影響を与え得る。排気弁と
排気口は第４図には示していないが、実際には、大きい
シリンダ12と連通してエンジンには存在する。ピストン
の実線位置は下死点位置を表しており、破線は上死点位
置を示している。

第４図の「開いた」燃焼スペース配置によれば、スパ
ークプラグ52が燃焼スペース内へ直接アクセスすること
が可能である。スパークプラグは小さいシリンダ14の壁
面14aを貫いて延びている。

既に燃焼スペースへの進入を開始した燃料の若干量が
火花によって点火された後、燃焼スペース内のガスの圧
力および平均温度が上昇する。その結果、蒸発燃料の残
部が燃焼スペースへ進入し続け、その中の空気と混ざり
あい、火花によって生じた当初の火炎が全燃焼スペース
を横切って移動していない場合でも圧縮点火によって点
火される。この点火プロセスは火花トリガー式圧縮点火
（STCI）と呼ばれる。

STCIを使用することの重要な利点は、変化するエンジ
ン条件に合わせてタイミングを取りやすいということに
ある。STCIを使用している場合、進入プロセスのタイミ
ングにわたって必要とされる制御精度は重要度が低く、
エンジンの動作にとってもそれほど絶対条件というわけ
でもない。

STCIを行うには、エンジン・システムが、特定の選定
した燃料の進入の早期の瞬間に圧縮点火を生じさせるに
は不充分な幾何学的圧縮比で作動するとよい。あるい
は、絞り83を用いて圧縮圧力の終わりと温度を調節する
ようにしてもよい。たとえば、ガソリンの場合、点火ト
リガー式圧縮点火については、圧縮比はたとえば10:1の
値まで下げてもよい。しかしながら、圧縮点火をこのよ
うな燃料と一緒に用いようとする場合には、たとえば1
8:1の圧縮比が必要であるかも知れない。第２の要件
は、燃料蒸気と出会う適所にスパークプラグを設置し、
一方、燃料が進入プロセスの早期部分で燃焼スペース内
で空気と混合するということにある。スパークプラグは
正しい時期に火花を発してSTCIプロセスを開始させる。

１つの点火方式のみを使用するSIGEあるいはディーゼ
ルエンジンと異なり、Merrittエンジンはその設計およ
び使用する燃料に応じて火花点火と圧縮点火の両方式の
うちのいずれかを使用することができる。

進入の前に燃料の少なくとも一部を蒸発させることに
よって、Merrittエンジンは上述したように火花点火を
使用することができる。圧縮行程中に空気の大部分から
燃料を分離することによって、Merrittエンジンは圧縮
点火として知られている点火プロセスを使用することが
できる。

分離式エンジンとして、Merrittエンジンは適当な燃
料を点火するのに圧縮点火を使用するのに非常に適して
いる。これは、高い圧縮比を利用する場合でも、圧縮プ
ロセスの大部分で燃料を自然発火する程充分な空気と予
め混合させない（すなわち、混合物が濃厚すぎる）ため
である。ディーゼルエンジン（これも分離式エンジンで
ある）では、点火タイミングは燃焼スペースへの燃料噴
射の開始タイミングによって決まる。公知のMerrittエ
ンジンでは、点火タイミングの制御は進入プロセスの開
始タイミングを制御することによって、あるいは、STCI
を開始する火花のタイミングを制御することによって行
われる。高圧縮比および適当な燃料を使用するMerritt
エンジンでは、燃料点火は、燃料蒸気が燃焼スペースに
入り始め、非常に熱い空気と出会ったときに火花の助け
なしに生じ得る。Merrittエンジンのような分離式エン
ジンは燃焼室の壁面に設置した触媒、たとえば、プラチ
ナによっても点火され得る。これはGB−Ａ−2155546やG
B−Ａ−2186913のようないくつかの先行出願に関わるMe
rrittエンジン特許明細書に記載されている。

点火方式の選択により、ガソリン、ディーゼル燃料を
含む広範囲にわたる燃料の選択も可能となる。選定した
圧縮比と組み合わせた燃料の選択はMerrittエンジンで
使用する点火方式を決める。たとえば、ディーゼル燃料
または非常にオクタン価の低いガソリンは高い圧縮比が
選ばれた場合には圧縮点火によって点火され、低い圧縮
比と組み合わせた高いオクタン価のガソリンは火花で点
火される。MerrittエンジンSTCIプロセスにおいては、
火花点火は、燃料の一部のみを点火すればよいので、す
べての燃料、空気を混合するプロセスが完了するまで待
つ必要はない。このようにする場合、火花点火は燃焼ス
ペースへの進入中の残りの燃料を圧縮点火によって引き
続いて点火する引き金となる。

GB−Ａ−2246394から知られているMerrittエンジン技
術はSIGEとのハイブリッド化の方法を用いてNOX量につ
いての現行の有害排出物規制法に関わる問題を解決して
いる。燃焼室にスパークプラグを追加すると共に、吸気
マニホルドに燃料噴射器または気化器と絞り弁を追加す
ることによって、第４図のMerrittエンジンは、（ｉ）
より高いBMEPレンジで三元触媒コンバータに匹敵する普
通の火花点火式理論ガソリンエンジンとしても、（ii）
中間からより低位のBMEPレンジでNOX排出量を無視し得
る純粋なMerrittエンジンとしても作動し得る。

STCI方式は、スパークプラグが燃焼室内に既に存在す
るので、ハイブリッド式Merrittエンジン/SIGEエンジン
にとっては非常に魅力的である。SIGE作動モードとMerr
itt作動モードの切り換えは、エンジン電子管理システ
ムを用いて自動的に行い得る。その結果、高BMEPあるい
は高エンジン負荷では、エンジンはSIGEとして作動し、
中間レンジおよびより低いBMEPでは、エンジンは純粋な
Merrittエンジンとして作動し、しかもNOX放出がなく、
熱効率もかなり改善される。

先の説明は、Merrittエンジンの燃焼管理システムが
共通使用の他の２つの燃焼システム（ディーゼルエンジ
ンとSIGE）間のリンクとなることを述べている。ディー
ゼルと同様に、Merrittエンジンは分離式エンジンであ
るが、SIGEと同様に、燃焼室に入る前に燃料を蒸発させ
ることができる。ディーゼルと同様に、このMerrittエ
ンジンは圧縮点火を使用できるし、あるいは、SIGEと同
様に、火花トリガー式点火を使用できるが、高低いずれ
かの圧縮比と組み合わせることになる。さらに、ガソリ
ンあるいはディーゼル燃料のいずれかを使用できる。最
も重要なことは、このMerrittエンジンが、特に部分負
荷において、ディーゼルエンジンと同じ位高いかあるい
はそれよりも高い熱効率で作動できるが、その急速燃焼
プロセスにより、ディーゼルエンジンで可能な程度より
もさらにSIGEの出力密度レベルに接近できるということ
である。ディーゼルエンジンと同様に、Merrittエンジ
ンは幾何学的圧縮比を低下させる必要なしにターボチャ
ージドその他の圧縮空気供給源を使用することができ
る。非絞り式エンジンではあるが、ディーゼルエンジン
と異なり、このMerrittエンジンは高圧燃料噴射システ
ムを必要としない。これは、圧縮行程およびそれに続い
て燃焼プロセスが開始する前にサイクルの低圧部分でMe
rrittエンジンの小さいシリンダに燃料が入るからであ
る。

SIGE圧縮行程は予混合の燃料／空気混合物に作用し、
その火花点火方式はほぼ理論比率の燃料／空気混合物の
みに点火し得る。SIGE燃焼プロセスは、火花で生じ、燃
焼スペース内の全燃料／空気混合物容積を横切って移動
する火炎に依存する。逆に、SIGEを超える分離式エンジ
ンの主たる利点は、関連した燃料の量と無関係に燃料を
空気と混合するプロセス中に燃料を燃焼させることがで
きるということにある。したがって、極めて希薄な全燃
料／空気混合物を燃焼させることができる。中間から低
位のBMEPレンジで非常に薄い燃料／空気混合物を燃焼さ
せるというこの能力は膨張行程でのガス温度をさらに低
下させる。このことは、順次に、エンジンの熱効率を向
上させると共に、特に部分負荷での排気中の有害なNOX
ガスの量を低減する。往復動式内燃機関の熱効率が燃料
／空気比が薄くなるにつれて上昇するという事実は認め
られている。

往復動式内燃機関の熱効率を向上させる２つの主たる
方式は、膨張行程開始時における燃焼速度の促進と、熱
放出に続く平均ガス温度の低下である。後者の方式は、
大きいピストンにかかる最大表示平均有効圧力よりも低
いところでエンジンが作動するときに用いる。

分離式エンジンは燃焼プロセスにおいてシリンダ内で
利用できる全酸素をほぼ完全に使用することによって達
成されるSIGEの平均有効圧力の高い最大値に合わない。
分離式エンジンは間隙および寄生容積部に隠れた空気を
利用することができないが、ガス化した燃料を燃焼させ
るMerrittエンジンは液滴に集まった燃料を燃焼させる
ディーゼルエンジンよりも良好に作動できる。

車輛エンジンからの放出物の制御に関する最近の寄生
の結果、三元触媒コンバータを使用することになった。
これにより、部分燃焼燃料の酸化および燃焼プロセス中
に生成された窒素の有害酸化物（NOX）の脱酸素のプロ
セスを完了する。現在利用できる触媒コンバータは、エ
ンジンが理論燃料／空気混合物を流出する場合にのみNO
X低減と共に有効に作用することができる。これは、排
気内に存在する過剰な酸素がNOXを低減するときに触媒
コンバータを無効にするからである。SIGEを使用する車
輛は、現在、NOXについての規制限界内でこの方法によ
って作動している。現在ディーゼルエンジンを使用して
いる車輛はこの理由のためにSIGEのためのNOX低減目標
を達成できず、純粋なMerrittエンジンもより高い平均
有効圧力（MEP）レンジで作動するときに同様の問題に
遭遇している。しかしながら、MEPの中間および低位レ
ンジでは、Merrittエンジンは潜在的に燃焼プロセス中
にNOXの量を無視し得る程度にしながら作動できる。

希薄燃焼SIGEは、燃焼が最も熱いとき、たとえば、1
6:1から20:1までの範囲の空気／燃料比で理論的に希薄
な燃料／空気混合物で作動するときに最大のNOX量を発
生する。先に説明したように、このNOXは三元触媒コン
バータでは低減できない。これは過剰な酸素が排気流に
存在するからである。しかしながら、さらに希薄なレン
ジ、たとえば、20:1よりも大きい空気／燃料比で作動す
るときには、約70％のエンジンBMEP以下では、過剰な空
気による稀釈はガスを冷却し、燃焼中にNOXが生じるの
を止めるに充分なものとなり得る。

他の分離式エンジン（ディーゼルエンジン）と同様
に、Merrittエンジンは燃焼プロセスの直前およびその
最中に燃料と空気とを効果的に混合するための手段を備
える必要がある。MerrittエンジンはDIまたはIDI形態の
ディーゼルエンジンと同様の配置を使用してこれを行う
ことができる。Merrittエンジンでは、燃料は、少なく
とも部分的に蒸発した状態で、圧縮行程の終わりに向か
う進入プロセス中に燃焼室に入る。ディーゼルエンジン
における並列プロセスは燃料噴射と呼ばれる。

本発明に関してここで用いられる以下の用語は以下の
意味を持つ。

行程容積比−Ｅ大きいシリンダの行程容積に対する小さいシリンダ内
の第１容積部の行程容積の比。

圧縮対進入容積比−CIVRと称す大きいシリンダの圧縮対進入容積比とは大きいシリンダーにおけるピストン間の空間容積の最
大値対進入開始時のピストン間の空間容積値の比。

小さいシリンダーの圧縮対容積比とは小さいシリンダーにおける第１容積部の容積の最大値
対進入開始時の第１容積部の容積値の比。

相対圧縮対進入容積比大きいシリンダーの圧縮対進入容積比対小さいシリン
ダーの圧縮対進入容積比。この比は１に等しいかあるい
は１より大きい。

進入圧縮行程の終わりまたはその付近で生ずる、燃料／空
気混合体の第２シリンダーの第１容積部からの燃料スペ
ースへの移動で小さいピストンによって影響を受けるも
のである。

分離進入開始まで第１容積へ給送される燃料の、小さいシ
リンダの第１容積内への閉じ込め。

本発明は改良した内燃機関を提供しようとしてい
る。

したがって、本発明は、内燃機関であって、少なくとも一対の第１、第２のシリンダであり、前記
第１シリンダが前記第２シリンダよりも大きい行程容積
を有する第１、第２シリンダと、前記シリンダ内で往復動することができる第１、第２の
ピストンであり、前記第２ピストンが駆動ステムを有し
かつ前記第２シリンダを前記駆動ステムを収容する第１
容積部と前記２つのピストン間の第２容積部とに分割し
ている第１、第２のピストンと、前記第１シリンダと連通する吸気手段と、前記第１シリンダと連通する排気手段と、前記両ピストンが略それらの上死点位置にあるとき該
両ピストン間に共通の燃焼スペースを構成する手段であ
り、該燃焼スペース及び第２容積部のいずれか一方が他
方を含む手段と、前記第１容積部において第２ピストンの圧縮行程の終
了付近で前記第１、第２の容積部の間にガスの流れを流
すための移送手段と、前記第２ピストンの圧縮行程の終了付近まで前記第１
容積部から前記第２容積部までの燃料／空気混合物の移
動を抑制する抑制手段と、前記第１容積部へ燃料を与える第１燃料源と、前記第２ピストンを駆動する駆動手段であり、前記第
１ピストンの膨張行程の少なくとも一部で前記第２ピス
トンをその上死点位置またはその付近にほぼ停止状態に
維持する手段を包含する駆動手段とを包含し、前記第２ピストンが縁を備えるクラウンを有し、この
縁が前記第２シリンダの隣接した壁面から半径方向に隔
たって両者間にギャップを構成しておることを特徴とす
る内燃機関を提供する。

すべての形態における本発明の顕著な利点の１つは、
ディーゼルエンジン、SIGEエンジンの両方が、クランク
ケースおよびトランスミッション組立体を除いてシリン
ダ・ヘッドのみの設計を変えることによってこの原理に
従って変換できるということにある。

第４図に示すエンジン構造をSIGEモードで作動させて
いるとき、小さいピストン16のピラー234は、温度を低
く保って吸気弁24を通してエンジンに入る予混合空気・
燃料の予点火を止めるのに有効な冷却を必要とするかも
知れない。SIGEモードでは、このような冷却はピラーに
設けた内部空所へガジオンピンからオイル噴流を吹きつ
けることによって行えるが、SIGE動作モードでの予点火
の問題は本発明によるエンジンの構造で解決できる。本
発明による構造は他の利点も有する。たとえば、GB−Ａ
−2246394に記載されているようにMerrittエンジン原理
をディーゼルエンジンと組み合わせたとき、ピラー234
を取り除けば、ディーゼル燃料噴射器から燃焼スペース
20内への燃料噴流の分布をより速く行うことができる。

図面の簡単な説明本発明を、添付図面を参照しながら実施例によって以
下にさらに説明する。添付図面において：第１図は公知形態の直接噴射（DI）式ディーゼルエン
ジンの一部を通る部分断面図である。

第２図は公知形態の間接噴射（IDI）式ディーゼルエ
ンジンの一部を通る部分断面図である。

第３図は公知形態の中間噴射（INI）式ディーゼルエ
ンジンの一部を通る部分断面図である。

第４図はSIGEハイブリッド形態の公知のMerrittエン
ジンを通る部分断面図である。

第５図は本発明によるMerrittエンジンの第１の直接
進入型実施例の一部を通る、吸気行程の終わりを示す部
分断面図である。

第６図は圧縮行程の終わりにある第５図のエンジンの
図である。

第7a、7b、7c、7d図は第５、６図のエンジンの動作の
１つの完全なサイクルを示している。

第8a図は圧縮行程中の第５、６図のエンジンの大小の
ピストンについてのクランク角度変位曲線を示し、進入
プロセスの制御方法を説明する図である。

第8b図は進入プロセスの持続時間にわたる制御を示
す、第8a図の詳細を示す図である。

第９図は進入直前の第５、６図のエンジンの小さいシ
リンダおよびピストンの詳細を示す図である。

第10図は進入中の第９図のそれと同様の図である。

第11図は本発明によるMerrittエンジンの第２の間接
進入型実施例を吸気行程の終わりで示す、第５図と同様
の図である。

第12図は本発明によるエンジンの第３の中間進入型実
施例を圧縮行程の終わりで示す、第５図と同様の図であ
る。

第13a、13b、13c、13d図は本発明によるエンジンのシ
リンダ・ヘッドのための４つの形態の火炎プレート孔の
平面図である。

第14図は間接進入型実施例のためのスパークプラグ、
下方溝および絞りオリフィスを有する変形配置を示す、
第９図と同様の図である。

第15図はハイブリッド型火花点火希薄燃焼トーチ構造
の形をしている本発明によるエンジンの第４の直接進入
型実施例を示す、第５図と同様の図である。

第16図はディーゼル・ハイブリッド・トーチ配置にお
ける本発明によるエンジンの第５の直接進入型実施例を
示す、第５図と同様の図である。

第17図は小さいシリンダ用の２つの燃料噴射器を備え
た、ディーゼル・ハイブリッド配置の本発明によるエン
ジンの第６の間接進入型実施例を示す、第５図と同様の
図である。

第18a、18b、18c、18d図は第17図のエンジンのための
第7a図から第7d図と同様の図である。

第19図は小さいシリンダのための１つの燃料噴射器を
備えた、ディーゼル・ハイブリッド配置の本発明による
エンジンの第７の直接進入型実施例を示す、第５図と同
様の図である。

第20a、20b、20c、20d図は第19図のエンジンのための
第7a図から第7d図と同様の図である。

第21図は大きいピストンについての排気行程の開始時
で示す第11図のエンジンの変形例を示す図であり、この
変形例はSTCIを用いてガソリン燃料で用いるに適してい
る。

第22図は燃料噴射器の可能な位置を示す、第９図と同
様の図である。

第23図はSIGEハイブリッド・モードで作動する、第５
図のエンジンの変形例を示す図である。

第24a、24b、24c、24d図は小さいピストンの拡張吸気
行程および直接進入で作動する第23図のエンジンのため
の第7a図から第7d図と同様の図である。

第25a、25b、25c、25d図は固定の小さいピストンと共
に純粋なSIGEモードで作動する第23図のエンジンのため
の第7a図から第7d図と同様の図である。

第26図は比較的小さなカムリフトを用いて比較的長い
行程距離にわたってエンジンの小さいピストンを動かす
のに使用できる二重カム機構を通る部分断面図である。

図面の詳細な説明 Merrittエンジンはディーゼルエンジンに類似する３
つの配置で構成し得る。

1. 直接進入（DI）式Merrittエンジン 2. 間接進入（IDI）式Merrittエンジン 3. 中間進入式またはピストン・プラグド間接進入（IN
I）式Merrittエンジン DI式Merrittエンジン（その一例が第５、６図に示し
てある）では、大きいシリンダ12と燃焼スペース20の間
の孔が最大であり、小さいシリンダ14のフルボアとなり
得る。

IDI式Merrittエンジン（その一例が第11図に示してあ
る）では、孔2161は比較的小さく作ることができ、IDI
ディーゼルエンジン方式と同様の要領で、大きいピスト
ンの圧縮行程中に燃焼室に給送された空気における適当
な渦流運動を促進すると共に、膨張行程の早期部分で強
力な熱ガス噴流を促進することができる。

INI式Merrittエンジン（その一例が第12図に示してあ
る）では、大きいピストンが突起116を備えており、こ
の突起が圧縮行程の後期部分および膨張行程の早期部分
で孔を部分的に塞ぐ。

第５〜７図のDI式Merrittエンジンは大きいシリンダ1
2と小さいシリンダ14を有し、この小さいシリンダは大
きいシリンダの軸線方向延長部となっている。小さいピ
ストン18が小さいシリンダ14内で移動可能であり、この
小さいピストンはクラウン35と円筒形の駆動ステム234
を有する。大きいピストン16が大きいシリンダ12内で移
動可能であり、この大きいピストンはクラウン36を有
し、普通の方法でピストンリングによってシールされて
いる。２つのピストンは別個の機構によって動かされ
る。これらの機構は相互に連結してあってもよく、適当
な機構Ｃによって一緒に作動するように制御される。た
とえば、大きいピストンをクランクシャフト・連接棒構
造で動かし、小さいピストンをカムシャフト600に取り
つけたカム500で動かしてもよい。２つのピストンの行
程距離は異なっていてもよい。好ましくは、大きいピス
トンが長い行程を有する。

小さいピストン18は第２シリンダ14を小さいピストン
のクラウン35の背後の、駆動ステム234を含む第１容積
部15aと２つのピストン間に構成された第２容積部15b内
へ駆動する。明らかなように、これらの容積部はピスト
ン18の移動につれて変わる。

小さいシリンダ内の行程容積は、シリンダ壁面14a、
小さいピストン18のクラウン35の背面および小さいピス
トン18のステム234の表面によって境されるスペースで
ある。これは第５図で最もよくわかり、小さいシリンダ
の行程容積は小さいピストンが下死点位置にあるときに
最大値となる。第６図は、大小のピストンがそれらの上
死点位置に接近するときに圧縮行程の終わり付近にある
エンジンを示している。壁面14aによって境されるスペ
ースは今や燃焼スペース20となる。

小さいピストン18のクラウン35は縁37を有し、この縁
の軸線方向厚さはピストン18の行程よりもかなり小さ
い。クラウン35は円筒形の周縁37を持つものが示してあ
り、この周縁は小さいシリンダの壁面14aからやや離れ
ていて環状ギャップ128を形成している。小さいシリン
ダ14の、図で見て上端にはオプションの周溝39が形成し
てあり、この周溝は後述するように進入を促進するバイ
パスとなり、小さいシリンダに間隙容積を与える。

小さいピストン18のクラウン35は第５、６図では簡略
化した形態で示してあるが、種々の形状に設計すること
が可能であり、そのうちのいくつかを以下に説明する。

小さいピストン18はエンジンのシリンダヘッドにある
ボア511によって案内され、その中を摺動する。このボ
アはステム234まわりに小さい間隙を与え、ステムが自
由に動けるようにしているが、過剰なガスの漏洩を防ぐ
シールを与える。１つまたはそれ以上の摺動密封リング
510がシール・ステム234に対して直列に設置してあり、
さらにガスの漏洩を低減する。小さいピストンはカムシ
ャフトの速度の半分の速度で回転するカム500の影響の
下に移動する。スプリング501がピストン18を助け、カ
ムと接触させ続ける。カム500は大きいピストン16のク
ランクシャフト機構と同期して、圧縮行程の終わりで
（第６図）、小さいピストン18が図示したようにほぼそ
の上死点位置に到達するようにしている。この上死点位
置では小さいピストン18のクラウン35の下面はシール面
515をシールしてボア511を通り、またステム234のまわ
りを通ってガスが漏れるのをほぼ防ぐことができる。

カム500のプロファイルは小さいピストンのための拡
張吸気行程を与える。

小さいピストンの移動量は行程の長さにおいてだけで
なく大きいピストンの移動量と異なる。たとえば、小さ
いピストンの吸気行程は大きいピストンの排気行程なら
びに吸気行程以上に延びてもよい。また、２つのピスト
ンの行程の開始または終了あるいはこれら両方が正確に
同じ瞬間に生じる必要はない。

明らかなように、小さいピストンを駆動する機構は図
示のカムシャフトと異なっていてもよい。たとえば、カ
ム作動式ロッカーでもよいし、第26図に示すように２つ
のカムによって作動するビームであってもよい。あるい
は、液圧または空気圧式の作動システムを使用してもよ
い。この場合、この作動システムは大きいピストンのカ
ムシャフトからの信号によって制御される。このような
制御が故障した場合でも、小さいピストンの過った動き
が望ましくない接触によって大きいピストンに損傷を与
えることがない。

液体状の燃料は、小さいピストンの吸気行程あるいは
圧縮行程またはこれら両行程中に噴射器34のような燃料
供給弁によって小さいシリンダ14に給送される。燃料噴
射器は、したがって、比較的低い圧力での給送を行うよ
うに設計するとよく、また、大きいピストンの燃焼期間
および膨張行程中に面515に着座したときに小さいピス
トンのクラウン35によってシールド作用を与えるとよ
い。液体燃料は若干量の空気と共に霧化するとよい。

ガス状の燃料は小さな弁機構（図示せず）を通してシ
リンダ14に供給するとよい。この場合、弁機構は機械的
あるいは電気的に作動させてもよいし、若干量の空気と
混ぜてから供給してもよい。

燃焼噴射器の代わりに、小さいピストン18の動きを利
用してステム234を介して燃料を圧送し、クラウン35の
下面あるいはその付近に設けた孔を通してシリンダ14内
へ噴射してもよい。このような配置（図示せず）では、
噴射器34およびその燃料ポンプは小さいピストンに組み
込むことができる。

大きいシリンダは排気弁26と、大きいシリンダ12内へ
ほとんど絞らずに空気を供給する吸気弁24を備えた吸気
管25とを有する。

燃焼スペースはスパークプラグ52を備えており、STCI
原理で作動できるようになっている。この場合、エンジ
ンの圧縮比は低下する。これは、圧縮行程の終わりに溝
39およびギャップ128を通って進入した後に濃厚な混合
気（蒸発燃料を含有する）の点火が最初に第６図に示す
瞬間のやや前に生じる火花で行われるからである。火花
に続いて、早期燃焼が燃焼スペース20内のガスの温度及
び圧力を上昇させ、その結果、ギャップ128および溝39
を通って進入し続けている残りの燃料が圧縮点火によっ
て点火させられることになる。

第６図に示す燃焼スペース20はシリンダヘッド内のシ
リンダ14用に設けたスペース内に含まれるのが好ましい
が、大きいシリンダ12内へ、たとえば、大きいピストン
16のクラウンに、破線で示すように設けたくぼみ117内
へ延長してもよい。あるいは、燃焼スペース20は大きい
ピストン16のクラウン36に設けた、破線で示すような突
起116を用いることによって小さくすることもできる。

いずれかあるいは両方のピストン16、18が116または1
17のような突起あるいはくぼみを持っていて、燃焼スペ
ース内でのガスの動きを方向付ける用にしてもよいし、
また、エンジンに所望の圧縮比を与えるように燃焼スペ
ースの容積を調節できるようにしてもよい。小さいシリ
ンダ14の選定した容積が所与の圧縮比にとって燃焼スペ
ースで必要なすきま容積を得るには不充分である場合に
は、大きいピストンのクラウンに空所117を設けるか、
あるいは、弁座空所を設けることができるくぼみをシリ
ンダヘッドに設けるかすることによってさらに燃焼すき
ま容積を増やすしてもよい。

小さいシリンダ14の容積は燃焼スペース20の容積より
も小さいか、おおきいかのいずれでもよい。純粋なMerr
ittエンジンはエンジンへの全燃料供給量を小さいシリ
ンダ14へ給送することを要求するが、このような構成は
より小さいシリンダのためのより大きい行程容積あるい
は大きい行程容積比Ｅから利益を得ることができる。た
とえば、小さいシリンダを小型化してエンジンに供給さ
れる燃料の小部分のみを受け入れるようにしてもよい。
残りの燃料は、Merritt/ディーゼル・ハイブリッド・モ
ードにおけるように燃焼スペースへ直接供給してもよい
し、あるいは、Merritt/SIGEハイブリッド・モードにお
けるように大きいシリンダの吸気管25に供給してもよ
い。このようにして、小さいシリンダは主燃料チャージ
量の点火のために利用することのできるエネルギをかな
り増大することのできる点火増幅器を与えることができ
る。このような応用はディーゼルエンジンにおける燃料
プロセスを改善することができ、SIGEエンジンでの希薄
予混合燃料／空気混合物の点火を可能とすることができ
る。

カム・プロファイル500は小さいピストン18を上死点
位置から下死点位置へ180度のカム回転または360度のク
ランク回転にわたって移動させる。このことは、大きい
ピストン16の排気行程および吸気行程の両方で同時に生
じる小さいピストンの拡張吸気行程を与える。小さいピ
ストンの圧縮行程は90度のカム回転にわたって生じ、後
の90度のカム回転では、小さいピストンはその上死点位
置に留まる。

第7a〜7d図は４ストローク・サイクルの純粋なMerrit
tモードにおける第５〜７図のエンジンの動作を図解し
ている。第7a〜7d図は大きいピストン16の吸気行程、圧
縮行程、膨張行程、排気行程を表している。第7d図およ
び第7a図は小さいピストン18の吸気行程を表しており、
第7b図は両ピストンの圧縮行程の開始を表しており、第
7c図は小さいピストンの停止期間すなわちパーキング期
間を表している。

第7a〜7d図に示されるタイミング配置によれば、小さ
いピストン18は、大きいピストン16がその下死点位置
（第7d図）から離れて移動することによってその排気行
程を開始したときに、上死点位置から離れるように移動
する吸気行程を開始することができる。こうして、小さ
いピストン18の速度が大きいピストン16の比べて遅くな
り、その結果、大きいピストン16がその排気行程の終わ
り（第7a図）で上死点に到達したポイントで吸気行程距
離のほぼ半分に達するだけである。次いで、小さいピス
トン18はその上死点位置から離れる吸気行程を継続し、
一方、大きいピストン16もその吸気行程中その上死点位
置から離れるように移動する。吸気行程に続いて、大小
の両ピストン16、18はほぼ同時に圧縮行程を開始するこ
とができる（第7b図）。最後に、大きいピストンがその
膨張行程を行っているとき（第7c図）、小さいピストン
18はその上死点位置に停止したままである。この構成で
は、小さいピストンの吸気行程の最初の部分が大きいピ
ストンの排気行程中に生じ、第２の部分が大きいピスト
ンの吸気行程中に生じる。

このような配置の重要な利点はリフト中にカムの180
度と同じ位に大きい長い円弧長をカムシャフトに与える
ということである。これによれば、余計な機械的な応力
を生じることなしに比較的大きいカムリフトを使用でき
る。小さいピストン18の吸気行程の持続時間を延長する
主たる利点は、小さいシリンダの第１容積部で燃料が蒸
発する時間を延ばすことにある。

噴射器34は小さいピストン18の吸気行程の初め（第7
d）で燃料の給送を開始し、この燃料の給送は全吸気行
程にわたってかつ圧縮行程中にも継続する。好ましく
は、小さいピストンの吸気行程の初めで可能なかぎり早
く燃料噴射が開始して小さいシリンダ14内で液体燃料を
蒸発させるのに利用できる期間を最大にするとよい。小
さいピストンの吸気行程の早期部分で、大きいシリンダ
12内の排ガスは小さいピストンのクラウンまわりのギャ
ップ128を通して第１容積部15aに入る。熱いガスは噴射
器34の噴射した燃料の蒸発を助ける。

小さいシリンダ14は吸気弁も排気弁も備えず、小さい
ピストン18の吸気行程の後の部分で、大きいシリンダ内
の新鮮な空気がギャップ128を流れて小さいシリンダの
内容と混合する。オプションの下方溝391（第14図）を
用いて、小さいピストンのクラウン35まわりの周囲ギャ
ップを拡大することによって、このピストンが下死点位
置で吸気行程の終わりに達したときに小さいシリンダ内
へ送られる空気の量を増大させてもよい。直接進入式ま
たは中間進入式実施例に適した或るオプションの構成で
は、小さいピストン35のクラウンは吸気行程の終わりで
小さいシリンダ14のボアを出て大きいシリンダから小さ
いシリンダへの空気の吸入量を高めることができる。

ギャップ128のサイズは、小さいピストンの吸気行程
中に小さいシリンダ内の圧力を大きいシリンダ内の圧力
よりも低い値に制限するように慎重に設計する。このギ
ャップはエンジン速度レンジ、使用燃料、行程容積比Ｅ
その他のパラメータに合わせて設計してもよい。上方溝
39を用いる場合、ギャップを接触するかしないかで摺動
する間隙を与える程度に非常に小さくしてピストン18の
縁が溝39に到達するまで進入を阻止するようにしてもよ
い。この溝39は省略してもよいが、この場合、ギャップ
128を充分に大きく作って、進入中に燃料がギャップを
通して燃焼スペース20へ流れることができるようにしな
ければならない。

シリンダ14の第１容積部15aのサイズが吸気行程中に
増大するので、シリンダ12からシリンダ14の第１容積部
へのガスの移送は燃料の蒸発によるシリンダ14内の圧力
増大によって影響される。

ひとたびシリンダ14の第１容積部が圧縮行程中（第7b
図）に減少し始めたならば、小さいピストン18の圧縮行
程の終わり付近まで分離が維持される。

分離が最終的に終わると、小さいシリンダ14の第１容
積部15a内のガスの混合物は進入プロセスで燃焼スペー
ス20内へ送り込まれる。この混合物は蒸発した燃料、若
干の空気、若干の排ガス、また、おそらくはまだ液状の
若干の燃料を含むが、圧縮点火による燃焼を促進するに
は酸素量が不充分である。

この進入プロセス中、小さいピストンのクラウンの下
面は小さいシリンダ14の端面に向かって急速に移動す
る。これは第９、10図によりはっきりと示してある。第
９図は進入の開始直前で圧縮行程の終わり付近において
好ましい形態の小さいピストンを示している。この時点
では、分離はまだ優勢であり、空気は燃焼スペース20か
らギャップ128を通って第１容積部15a内へ移動する。

第10図において、ピストンのクラウン35の縁37は溝39
を覆っておらず、小さいシリンダ14からのすきま容積の
突然の除去ならびに同時のギャップ128の拡大によっ
て、第１容積部の内容物が矢印で示すように燃焼スペー
ス20内へ進入する。カム500のプロファイルは、小さい
ピストン18が若干の速度で座部515に到達することがで
きるように設計する。こうして、ガスは適切な力で進入
させられる。進入した燃料／空気混合物は溝の形状によ
って特別な要領で燃焼スペース内へ送り込まれる。明ら
かに、この形状の或る程度の変更は可能である。１つの
変形例が第22図に示してあり、ここでは、小さいピスト
ンの溝およびクラウン35のプロファイルは第22図に矢印
で示すように進入する燃料／空気混合物の給送通路を与
えるような形状にしてある。

燃焼スペースに入る燃料はさらなる酸素と混合し、圧
縮点火によるか、あるいは、スパークプラグ52を用いて
の火花点火によって点火される。しかしながら、進入プ
ロセスが完了し、小さいピストンが第22図に示すように
座部515に着座するまで全燃料が完全に燃焼することは
ない。

圧縮行程または進入期間中のステム・シール510を通
して漏洩したガスは小さいマニホルド5100に集められ
（第９図および第10図参照）、そこから通路5101を通し
て大きいシリンダ12の吸気管25に給送される。

大きいピストン16の膨張行程中、小さいピストンは停
止しており、したがって、高い圧力、温度条件からステ
ム・シール510および燃料噴射器34を保護する。小さい
ピストンのクラウン35は燃焼期間中加熱され、これは次
ぎのエンジン・サイクルでの燃料の蒸発を助ける。

燃焼期間の大部分と膨張行程中に小さいピストを停止
させるということは燃焼プロセスを改善する。

大きいピストン16の排気相（第7d図）は小さいピスト
ン18の吸気行程の開始と一致し、第１容積部への燃料の
噴射がこの行程中に開始する。

小さいピストン18のその上死点、下死点位置間の移動
の開始と終了は、大きいピストン16のその上死点、下死
点位置間の移動の開始と終了とタイミング的に正確に一
致してもよいし、一致しなくてもよい。小さいピストン
18がその上死点位置に接近するか、あるいは、もしあっ
たとして溝39を露出させ始めるときに進入の瞬間に合わ
せ、大きいピストン16がその上死点位置に接近したとき
に最適なクランク位置で進入の瞬間を促進すると望まし
い。点火はスパークプラグ52に発生した火花によって開
始するか、使用燃料とエンジンの圧縮比の組み合わせを
圧縮点火を可能なように選んだ場合には圧縮点火によっ
て開始する。

小さいピストン18の行程は大きいピストン16の行程よ
り小さい、好ましくは、かなり小さい。

第２の適当なタイミング配置は第25図のカム506を使
用する。大小の両ピストンの吸気行程はほぼ同じクラン
ク角度位置で開始し、両ピストンの圧縮行程もほぼ同じ
クランク角度位置で終了する。その後、大きいピストン
14は膨張行程を継続し、その後に排気行程が続く。一
方、小さいピストン18は両行程中停止したままであり、
圧縮行程の終わりで到達した上死点位置に停止してい
る。ピストン移動のための他のタイミング配置も可能で
ある。

２つのピストンの動き（第７図に示す）は正確に同期
している必要はない。好ましくは、小さいピストンは大
きいピストン16の膨張行程の大部分にわたってシール面
に着座し続けるとよい。小さいピストンは、大きいピス
トン16の膨張行程の終わり付近あるいは大きいピストン
の排気行程の初めあるいはその最中に吸気行程を開始す
る。あるいは、大きいピストン16の排気行程中の任意の
時点で吸気行程を開始してもよい。大きいピストンの排
気行程中に小さいピストンがその吸気行程を開始した場
合、小さいピストンは若干量のガス状燃焼生成物を小さ
いシリンダ14の第１容積部に導入することになる。吸気
行程中に燃料が小さいシリンダに噴射されたとき、熱い
ガスは燃料の蒸発を助ける。

第11、14、21図に示すMeritt間接進入配置では、燃焼
スペース20は孔2161を有する絞りまたはプレート216に
よって大きいシリンダ12から部分的に分離される。この
孔は燃焼スペース20と大きいシリンダ12の間のガスの移
動を可能とし、多数の機能を与える。大きいピストン16
の圧縮行程中に大きいシリンダ12から燃焼スペース20へ
移動している空気に渦流運動を与える。また、燃焼の早
期段階で燃焼スペースから流出する熱ガスを高速の噴流
にする。この噴流は燃焼プロセスに参加するようにする
ことのできる未使用あるいは寄生空気を含むシリンダ12
内の弁空所に向かって送られ得る。孔2161のサイズは、
使用される燃料および圧縮比に依存して、設計者の選択
に従って変えることができる。間接進入混合配置は、圧
縮点火またはSTCIと共に、ガソリンまたはディーゼル燃
料、実際には他の任意の燃料を用いてMerrittエンジン
で使用することができる。間接進入型のMerrittエンジ
ンの明らかなる利点は、エンジン火炎プレートに設ける
孔2161のために必要なスペースを減らすことにある。こ
れにより、第11図および第13a図でわかるように、弁ス
ペースとの干渉が少なくなる。燃焼スペースの容積はプ
レート216と小さいピストンのクラウン35の間に含まれ
てもよいし、あるいは、大きいシリンダ内へ部分的に拡
張してもよい。たとえば、第11図に示すように大きいピ
ストン16のくぼみ117に拡張してもよい。

第12図のMerritt中間進入型エンジン配置では、シリ
ンダ12に向かって開いている燃焼スペース20の領域は一
時的に中実の境界部116によって閉塞される。この境界
部は第11図の孔2161と同様の機能を果たす孔1161（単数
または複数）を含む。孔は接線方向あるいは軸線方向あ
るいはこれら両方向の速度成分を持って空気をシリンダ
12から燃焼スペース20内へ向けることができる。これは
圧縮行程の後の部分で燃焼スペース20へ給送される空気
に回転ガス運動を与える。

中実境界部はピストン16に設けた突起のように形成し
たプラグ116の形をしていてもよい。プラグ116は燃焼ス
ペース20を含む小さいシリンダ14の壁からの余裕のある
間隙を与えてピストンの移動中に接触を避けることがで
きる。プラグ116の、大きいピストン16のクラウン上方
の有効高さＨは比較的小さくてもよい。たとえば、大き
いピストン16の行程の10％〜20％の範囲であってもよ
い。これは、シリンダ12内の空気の質量の大きな割合部
分（たとえば、50％〜70％）が圧縮行程の終わり付近で
大きいピストンの移動量の最後の10％〜20％にわたって
プラグを過ぎて燃焼スペース20内へ送られるためであ
る。さらに、この空気は高度に圧縮された状態にあると
きに密度を増大する。

第12図でわかるように、プラグ116およびピストン18
は部分球形に形成された表面を有し、この表面は燃焼室
20内の空気に渦流運動を与える助けとなる。

第13a〜13d図はエンジン火炎プレートの２つの可能性
のある形態の平面図である。火炎プレートは弁ヘッド座
24、26を含み、図は大きいシリンダ12と小さいシリンダ
14の間の開口のための可能な形状を示す。第13d、13c図
の配置はシリンダあたり４つの弁を許す。２つの吸気弁
24と２つの排気弁26は直接進入エンジンにおける完全開
放、中央配置の小さいシリンダ14を取り囲んでいる。小
さいシリンダの横断面は円形であってもよいし、第13c
図におけるような別の適当な形状としてもよく、火炎プ
レートで利用できる領域を最良に使用することができ
る。小さいピストン18のステム234の確実な案内をする
ためには、クラウン35は、危険なしに、すなわち小さい
シリンダの壁面14aに接触することなく任意の横断面形
状とすることができる。４弁配置は対称的であり、良好
なガス流を与えるようにする。第13a図は間接進入エン
ジンにおける２弁配置の一例を示している。ここで、燃
焼スペースは孔2161を通して大きいシリンダ12に連通し
ている（第11図も参照のこと）。

第13b図は吸気弁24および排気弁26の弁空所424を示し
ており、間接進入エンジンにおける燃焼スペース20の端
面図である。浅い通路360をシリンダヘッド、あるい
は、大きなピストンのクラウンに切って孔2161に出入り
するガスを方向付けしてもよい。矢印369は圧縮行程の
後の部分で燃焼スペースへ給送された空気の回転方向を
示しており、矢印367、368は通路360から弁空所内へ入
った燃焼ガスの回転方向を示している。こうして、弁空
所の寄生容積に捕らえられた酸素が、Ricardo Comet配
置を用いて、IDIディーゼルエンジンの動作と同じ要領
で燃焼プロセスに参加することができる。

Merrittエンジンにおける分離プロセス本発明によるエンジンでは、分離は小さいシリンダ14
の第１容積部15a内の燃料／空気混合物を大きいシリン
ダ12に流入する空気から隔離しておくプロセスである。
このプロセスは、小さいピストン18の吸気行程および圧
縮行程の大部分にわたって第２容積部15b内の圧力以下
の、第１容積部内で優勢な圧力に依存する。この分離は
いくつかの特徴を用いて達成される。

1.選定した条件の下にギャップを通してガス流を許すに
充分に大きいときの小さいシリンダの壁面と小さいピス
トンのクラウンの間のギャップ128。

2.ギャップを通してのガス流を許すには小さすぎるとき
の小さいシリンダの壁面と小さいピストンのクラウンの
間のギャップ128。

3.小さいシリンダにすきま容積を与える容積を有する上
方溝39。

4.相対圧縮対進入容積比。

5.特に圧縮行程中の大きいピストン12に対する小さいピ
ストン18の変位クランク角度関係。これは２つのピスト
ンの圧縮行程の大部分にわたる小さいシリンダ14と大き
いシリンダ12における容積低減率を決定する。

上記の特徴を、エンジンの設計に依存して組み合わせ
るかあるいは個別に使用することによって、小さいピス
トン18の圧縮行程の終わり付近まで進入を禁止すること
ができる。たとえば、特徴２を用いると特徴３の使用も
必要となる。しかしながら、特徴１の使用によれば、小
さいピストンが大きいピストンよりもっと遅れることが
必要である（特徴５）。

特徴２、３はたとえば第９図で用いられる。この第９
図はギャップ128を通り、小さいピストン18のクラウン3
5を横切るガスの移送を示している。小さいピストンの
吸気行程中、シリンダ14の第１容積部15aが増大するに
つれて、たとえば噴射器34によって第１容積部内へ燃料
が給送される。燃料が蒸発するにつれて、それは第１容
積部内に付加的な部分圧力を生じさせ、この圧力が大き
いシリンダ12内の圧力も低いままであるならば、大きい
ピストンの排気行程中、大きいシリンダ内のガスの若干
量がギャップ128を横切って移動して燃料と混ざる。ギ
ャップの寸法によって与えられる絞りは圧力低下を促進
し、これが第１容積部15a内の圧力を大きいシリンダ内
の圧力よりも低く保ち、この効果がエンジン速度と共に
増大する。

小さいピストンの吸気行程中に完全な分離を行うため
に、小さいシリンダ14の第１容積部15aへ給送される燃
料の量は小さいシリンダの行程容積に一致していて、第
１容積部内の全圧力が吸気行程中に大きいシリンダ内の
全圧力よりも低く保たれていなければならない。揮発性
の高い燃料、たとえばガソリンは進入プロセス開始前に
小さいシリンダ内で完全に蒸発することのない揮発性の
低い燃料に比べて、小さいシリンダ14により大きい行程
容積を要求する。揮発性の低い燃料でもMerrittエンジ
ンで使用できる。これは、第10図に示すように進入プロ
セスが強力なガス噴射を行い、このガスが若干の未蒸発
燃料を細かい液滴の形で運び、燃焼スペース内で急速に
燃焼させ得るからである。たとえば、純粋なMerrittエ
ンジンは低圧噴射器34によって小さいシリンダ14の第１
容積部内へ噴射されたディーゼル燃料を使用でき、特に
全負荷時にすべての燃料を完全に蒸発させなくても作動
できる。この場合、小さいピストンの吸気行程、圧縮行
程のときに燃料の一部のみが蒸発し、残りの液体燃料は
進入プロセス中に熱ガスと共に放出されたときに霧化さ
れる。

溝39内に含まれる容積も、圧縮行程の終わり付近でピ
ストンのクラウン35が溝に到達するまで小さいシリンダ
14にすきま容積を与える。小さいシリンダの、たとえば
上方溝39内のすきま容積は、圧縮行程中にピストン18の
各連続する変位段階を横ぎる容積比（したがって、圧力
比）が同じ変位時間にわたって大きいシリンダ12の対応
する容積比よりも小さいシリンダ14で小さいように選
ぶ。こうすれば、小さいシリンダ14の第１容積部内の圧
力上昇が、大小の両シリンダが等しい圧力で圧縮段階を
開始したとしても大きいシリンダ12内の圧力上昇よりも
低くなる。こうして、小さいピストンが溝39に達するま
で両ピストンの圧縮行程中維持される。それ故、このす
きま容積の突然の喪失（ギャップ128が急激に拡大した
ときに生じる）が進入プロセスを開始させる。

特徴５を第8a、8b図を参照しながら説明する。２つの
ピストン16、18が下死点位置（ODC）から上死点位置（I
DC）まで圧縮行程中に移動するときのこれらのピストン
の位置が180度から360度のエンジン・クランク角につい
てプロットしてある。各ピストンの位置はピストンに対
する行程長さのパーセンテージで表してある。曲線6000
は大きいピストンのためのクランク機構の代表的なほぼ
正弦波の運動を示しており、曲線6001、6002はクランク
シャフトに対する２つの位相角に設定したカムシャフト
と共にカム・プロファイルによって小さいピストンに与
えられる運動を示す２つの例である。ポイント6003、60
04は小さいピストンのクラウンの縁37が上方溝39を露出
させ始めたときの進入プロセスの開始を表している。

曲線6001（6002）は曲線6000より遅れており、その結
果、ポイント6003（6004）での進入の前の大部分のクラ
ンク角位置で、大きいピストン16が小さいピストン18よ
りも前方に移動し、こうすることによって、大きいシリ
ンダ12内の圧力上昇を小さいシリンダ14の第１容積部15
aでの圧力上昇よりも大きくする。明らかなように、第8
a、8b図に示す運動は、圧縮行程中、小さいシリンダの
第１容積部におけるよりも比例的に速い速度で大きいピ
ストンが大きいシリンダの容積を減少させることを示し
ている。ポイント6003（6004）は小さいピストンの残り
の行程長さに沿った進入点を表している。小さいピスト
ン18を大きいピストン16よりも相対的に遅くすること
は、カム500のプロファイル（第５図）によるか、ある
いは、大きいピストンを作動させるクランクシャフトに
対する、小さいピストンを作動させるカムの角度位置を
移動させることによって達成できる。

Merrittエンジンの進入プロセス進入プロセスは分離プロセスに続くものであり、小さ
いシリンダ14の第１容積部15aの内容を小さいピストン1
8のクラウン35の縁37を横切って燃焼室20へ移送するプ
ロセスである。これは小さいピストン18の圧縮行程の終
わり付近で生じ、それを第10図の助けを借りて説明す
る。このとき、小さいシリンダ14の第１容積部15aの内
容物は、完全にあるいは部分的に蒸発した燃料と、若干
の空気と、おそらくは若干のガス状燃焼生成物とを含ん
でいる。この混合物は非常に燃料が濃厚であり、酸素が
乏しい。したがって、圧縮行程の終わりでも燃えにく
い。燃焼スペース20（吸気の大部分が含まれている）へ
移送されたとき、この燃料は酸素の存在の下に点火によ
って容易に燃焼し始める。

小さいピストン18のクラウン35の縁37が溝39の縁に到
達すると、分離プロセスが崩れる。小さいシリンダの第
１容積部15a内に含まれるガスはピストン18のさらなる
移動によって燃焼スペース20内へ押し込まれる。燃料濃
厚ガスは溝によって半径方向下方へ偏向され、円筒形壁
面まわりに燃焼スペース内を回転している空気と混じり
合う。ピストン18が最終的に座部515につき当たると、
燃料は分離期間中に蒸発しなかった液体燃料を含んでい
る燃焼スペース20内へ放出される。

小さいピストンのクラウン35の縁の厚さＴ（第10図）
は進入が始まるピストン18の位置に影響する。厚さＴが
大きければ大きいほど、進入が遅く始まる。

進入開始のタイミングは、エンジンの設計、特に、使
用する点火方式に従って異なる。圧縮点火が用いられる
場合には、進入のタイミングは燃焼開始を決定するが、
燃焼プロセスは小さいピストンがその座部に達し、酸素
が存在する燃焼スペースにすべての燃料を給送するまで
終了することはない。STCIが用いられる場合には、進入
は、火花点火が生じる前に早期に開始する。その正確な
タイミングの重要性は、燃焼開始が進入開始後に生じな
ければならない火花のタイミングによって制御されるの
で、低い。

進入プロセスの開始のタイミングは点火タイミングの
やや先にある。これは燃料を燃焼スペース内の酸素と混
合して持続可能な燃焼プロセスを可能とする必要がある
からである。進入プロセスが時間を経るにつれて、進入
プロセスのタイミングを大きいピストンの位置に関係し
た燃焼プロセスの所望タイミングと同期させる必要があ
る。或る好ましい解決策は、短時間だけ進入を遅らせる
ことである。

分離プロセスに関連して先に説明した第8a、8b図は、
進入プロセスのタイミングおよび持続時間をいかして制
御するかを示している。曲線6001、6002は、１つのカム
・プロファイルを用い、カムシャフト（小さいピストン
を作動させる）とクランクシャフト（大きいピストンを
作動させる）の間の位相角を変えることによってもたら
される小さいピストン18の２つの可能性のある動きを示
している。ポイント6003、6004は、第10図に示すよう
に、上方溝の始まりに小さいピストンが到達することに
よって物理的に決定される進入プロセスの開始を表して
いる。これら両ポイントは行程の終わりから距離ｘのと
ころの共通線上に位置するように示してある。この距離
ｘは溝39の始まり位置を表している。

第8a図において、二重矢印6005は、カムシャフトとク
ランクシャフトの間の位相を変えることによる進入プロ
セスの開始への効果を示している。その結果、進入は、
曲線6001と6002の場合、それぞれ、クランク角θ１、θ
２で始まる。曲線6000と曲線6001の間の遅延角を大きく
すると曲線6002が生じる。曲線6002は、各クランク位置
で、小さいピストンが曲線6001と比べて大きいピストン
の位置からさらに遅れていることを示している。このピ
ストン距離の遅れは分離の開始を制御できる方法の１つ
である。これは、圧縮行程中に２つのピストン16、18の
引き続く容積比を制御するからである。明らかなよう
に、この遅れは進入が開始する小さいピストン18の位置
（ポイントθ１またはポイントθ２で示してある）に影
響する。

第8b図は進入プロセスの持続時間にわたっての制御を
説明するための第8a図の拡大図である。曲線6002上の進
入期間はθ２からθC2までのクランクシャフトの角度運
動によって表されている。位置6001から位置6002までの
小さいピストン18の遅れを大きくすると、進入プロセス
の開始（θ１からθ２まで）と終了（IDCからθC2ま
で）の両方が遅れる。θC2での終了は大きいピストン16
の膨張行程の開始へ動かしたものとして図示してあり、
これは進入プロセスの開始を遅らせたことによる予期し
ない結果である。このような利点を克服するためには、
カム500のプロファイルにより、θ２で進入開始ポイン
トに到達した後に小さいピストン18から急激に離脱でき
るようにするとよい。このような配置で可能なカム・プ
ロファイルが第21図に示してある。このカム・プロファ
イルを用いた場合、θC2aまでの破線の曲線6004あるい
はθC2bまでの破線曲線6004は進入プロセス中の小さい
ピストン18の位置を示す。ポイント6004に到達する前
は、小さいピストンの動きはカム・プロファイルによっ
て制御される。ポイント6004の後、すなわち、進入プロ
セスが開始した後、小さいピストン18は、スプリング50
1およびこの位置にある小さいピストンに影響するガス
力の作用の結果として得ることのできる最高速度まで自
由に加速する。この自由運動は時間依存であり、したが
って、より低いエンジン速度（ポイントθC2a）と比べ
てより高いエンジン速度（ポイントθC2b）においてよ
り遅いクランク角で進入プロセスが終了することにな
る。これは、全進入プロセスが、より高いエンジン速度
で、急速に、たとえば、クランク回転角で11度を超えて
生じる場合には欠点ではない。たとえば、600rpmのアイ
ドル速度で、進入プロセスは２つのクランク角度（上死
点前の大きいピストン16のクランク回転10度から上死点
前のクランク回転８度まで）にわたって延ばすことがで
きる。6000rpmで、進入プロセスは11度のクランク角
（上死点位置前のクランク回転10度プラス大きいピスト
ンの上死点位置後の１度）にわたって延ばすことができ
る。

ポイント6004での小さいピストン18の自由加速運動の
開始前に、小さいピストンは600rpmよりも6000rpmのエ
ンジン速度で速く動き、より高いエンジン速度で進入プ
ロセスを短くするのを助けることになる。

進入プロセスの終わりで、ピストン18のクラウンが座
部515と接触したときに小さいピストンは停止する。こ
のときの衝撃は小さいシリンダ14の第１容積部15aから
急速に排出されるガスによって緩衝される。進入するガ
スのこうして生じた高い速度（第10図の矢印5111）は燃
焼スペース20内での燃料と空気の混合を助ける。

上記の配置は非常に短い持続時間の遅い進入を与え
る。このプロセスは、全燃料が小さいシリンダ14内へ導
入される純粋なMerritt動作モードにおいて火花トリガ
ー式点火と一緒に用いるのに非常に適している。このよ
うな配置では、進入が開始すると直ちに点火が生じ、全
エンジン速度で燃焼期間が短くなり、非常に高い熱効率
を得ることができる。

別の配置では、常時カム・プロファイルの影響の下に
所与のクランク角持続時間にたって進入プロセスを促進
することができる。これは上死点位置（360度クランク
シャフト位置）における進入終了までの曲線6001の連続
によって示されている。この場合、点火のタイミングは
ポイントθ１で進入プロセスが開始する後まで遅らせる
必要がある。これは、圧縮点火を故意に避ける場合には
時間を合わせた火花の助けによって行われる。点火を行
った後、まだ進入し続けている濃厚燃料混合物が燃焼
し、早期に進入した燃料を点火する。この早期の燃料は
燃焼室20内で空気と混じり合った後に希薄な燃料／空気
混合物を形成する。この希薄燃料／空気混合物が燃焼ス
ペース20内でこの方法で（たとえば、エンジンがアイド
リングで、燃焼を少ししか使用していないときに）点火
できない場合には、大きいシリンダへの吸気管25を部分
的に絞るとよい。これは点火時の燃焼室20内の空気量を
減らし、それによって、点火時の燃焼スペース20内の燃
料／空気混合物を濃厚にする。このようなオプションの
絞り弁83が第23図に示してあるが、エンジンの熱効率を
低下させる可能性があるので、この目的のために絞り弁
を使用するのは最小限とするとよい。あるいはまたはそ
れに追加して、進入中に小さいシリンダ14の第１容積部
15aから出る濃厚燃料／空気混合物は層状になり、燃焼
室20内で火花によって点火可能な状態に留まる。

圧縮点火を用いるMerritt/ディーゼル・ハイブリッド
形態のMerrittエンジンを用いる場合、第8b図に示すポ
イントθ２での燃料／空気混合物の進入はMerrittモー
ドで小さいシリンダに入った少量の燃料の点火を誘発す
ることになる。これは、別個に、クランク角位置に関し
て最適な燃焼期間を与えるように適切な時点で燃焼室へ
入った燃料の主チャージ分のトーチ作用を促進する。こ
のようなエンジンでは、少量のトーチ作用燃料のみの圧
縮点火が主燃焼噴射プロセスに先立って生じるが、圧縮
行程の終わりで認められる程の不利な動作は生じない。

Merrittエンジンの点火プロセス Merrittエンジンは燃焼室にガス状燃料を給送する分
離式エンジンである。したがって、燃焼プロセスを開始
させるのに圧縮点火またはSTCIを用いるのとは別に、Me
rrittエンジンはグロープラグや燃焼室20の壁面に配置
した触媒材料、たとえば、プラチナの層のような連続点
火装置も使用し得る。MerrittエンジンがSIGE燃焼シス
テムとハイブリッド化されている場合には連続点火装置
は使用できない。

圧縮点火を使用するためには、ディーゼルエンジンと
同様に、Merrittエンジンは適当な燃料を圧縮点火のた
めの充分に高い圧縮比と組み合わせる必要がある。ディ
ーゼル燃料を用いる場合、直接進入エンジンとして設計
された純粋なMerrittエンジンは、たとえば、14:1〜16:
1の圧縮比を使用し得る。Merrittエンジンで予蒸発ディ
ーゼル燃料を点火するのに必要は圧縮比はディーゼルエ
ンジンで用いられる圧縮比よりも低く、この場合、燃料
の若干量が蒸発プロセスで熱い空気から熱を抽出した後
にのみ液体燃料が点火される。間接進入エンジンとして
設計されたMerrittエンジンはより高い圧縮比、たとえ
ば、18:1〜20:1を必要とする。これらの値は代表的なID
Iディーゼルエンジンの要件より低いかも知れない。

STCIの使用は、燃料が点火前に小さいシリンダ14の第
１容積部15a内で予め蒸発させらるので、Merrittエンジ
ンでも可能である。STCIを用いる場合、未支援の早期圧
縮点火は避けなければならない。したがって、エンジン
の圧縮比は使用する燃料に合わせ、未支援の圧縮点火を
避ける必要がある。たとえば、高オクタン価のガソリン
を用いる場合には、10:1の圧縮比が適当である。

STCIプロセスはスパークプラグ52の電極のところに点
火可能な混合気を必要とする。したがって、燃料、空気
の両方を電極付近に一緒に持って行ける適切な場所にス
パークプラグを設置することが重要である。

このような配置の適当な１つが第14図に示してあり、
ここでは、スパークプラグ電極が小さいシリンダの壁面
14aにある空所1152内に位置している。この空所は溝39
のやや下方の位置に示してあり、溝39内へ開いていて濃
厚なガス状の燃料がスパークプラグ電極に到達できるよ
うにしている。燃焼スペース20の壁面まわりに移動して
いる渦流空気は空所の下方部分1153によってスパークプ
ラグ電極に向かって送られる。こうしてできた混合気は
火花で点火されて火炎を生じ、この火炎が溝39まわりに
移動するように進行する。エンジンの圧縮比を適当に選
定したとき、ひとたび若干の燃料に火花点火したなら
ば、続いて充分な圧力、温度上昇が生じ、小さいシリン
ダの第１容積部15aから燃焼スペース20へ流入する別の
ガス状燃料の圧縮点火プロセスを誘発することができ
る。STCIプロセスはSIGEで用いられる通常の火花点火と
は異なり、全混合気を横切って移動できる火炎前面に着
火する火花によって理論燃料／空気混合物が点火され
る。Merrittエンジンでは、ディーゼルエンジンと同様
に、燃料と空気の混合は燃焼プロセス中に生じ、すべて
の燃料が燃焼スペースへ給送されるまで終われない。

純粋なMerrittエンジンの燃焼スペースは、燃料が点
火を必要とするときまで燃焼スペースに入らないので、
代表的なSIGEの燃焼室よりも高い温度で作動させ得る。

Merrittエンジン・ハイブリッドのトーチ作用点火能力本発明によるMerrittエンジンで使用する分離プロセ
スは、小さいシリンダの第１容積部15aへの燃料供給源
以外の燃料供給源から燃焼スペース20へ給送される燃料
に点火する高エネルギ点火源を与えるように使用するこ
とができる。

この用途の２つの例が第15、16図に示してある。

第15図の配置はスパークプラグによって通常点火し得
る均質な燃料／空気混合物と共に用いるのに適してい
る。

第15図において、噴射器82を介する第２の燃料供給源
が大きいシリンダ12へ直接燃料を与える。小さいシリン
ダ18は少量の燃料、たとえば、理論燃料量の10％（燃料
比Ｆ＝10％）を蒸発させるだけの小さい行程容積比Ｅを
有する。噴射器34を通してエンジンの１サイクルあたり
に給送される燃料の量は一定であってもよいし、点火プ
ロセスに必要なエネルギに従って変えてもよい。この燃
料は、低圧噴射器34によって給送されるように図示して
あるが、他の低圧計量装置を用いることもできる。たと
えば、小さいピストンのステムの動きを利用して１サイ
クルあたり一定量の燃料を圧送してもよい。燃料は噴射
器82によって給送される燃料と同じであってもよいし、
もっと揮発性のある燃料あるいはガス状燃料であっても
よい。

小さいシリンダはスパークプラグ52を備え、燃焼スペ
ース20に進入する燃料／空気混合物を点火する。燃焼ス
ペース20は大きいシリンダ12の必要量を満たすように設
計したより大きいくさび状の燃焼室220と連通するよう
に図示してある。小さいシリンダの第１容積部15a内の
燃料／空気混合物は火花で容易に点火することができ
る。たとえば、理論値とすることができる。

第２の低圧噴射器82は大きいシリンダ12に空気を供給
している吸気管25に燃料を給送する。このようなエンジ
ンの出力を制御するのに絞り弁83が必要であるかも知れ
ない。噴射器82を通しての燃料供給量は吸気行程、圧縮
行程中に大きいシリンダ12に形成される理論混合気にと
って必要な量よりも少なくてもよい。したがって、大き
いシリンダ12は希薄燃焼エンジンとして作動し、スパー
クプラグ52は圧縮行程の終わりで希薄混合気に点火する
に充分なエネルギを支援なしに与えることができなくて
もよい。しかしながら、小さいシリンダの第１容積部15
aから進入する燃料／空気混合物はスパークプラグ52に
よってより容易に点火でき、この点火に続いて、そうし
て生じた火炎が大きいピストン16によって燃焼室220に
給送される希薄混合気を点火することができる。このよ
うな配置において、エンジンは、噴射器82を切った場
合、噴射器34によって給送される燃料のみを用いてアイ
ドリングすることができる。より低い部分負荷で、絞り
83は小さいシリンダからのトーチ用火炎によって点火す
るための希薄混合気強度を調節するために必要であるか
も知れない。あるいは、噴射器82を賦活できるまで噴射
器34によって小さいシリンダへ余分な燃料を給送してト
ーチ用火炎によって点火するに充分な強度の希薄混合気
を生成してもよい。

トーチ用火炎はガソリンあるいは水素のようなガス状
燃料あるいはプロパンまたはブタンのような自己蒸発型
液体燃料であり得る。

第15図に示す配置は、また、大きいシリンダ12へ供給
されたほぼ均質の燃料／空気混合物と共に用いるにも適
している。小さいシリンダ14は、従来の直接的なスパー
クプラグの代わりに燃焼スペース20内の燃料／空気混合
物に点火するプラズマを発生するようにできるかぎり小
さいスパークプラグを備えるようにできるかぎり小さく
作る。小さいシリンダ、ピストン、スパークプラグの組
立体は普通のスパークプラグの代わりに普通のSIGEエン
ジンのシリンダヘッドに螺合させる。このような配置で
は、小さいピストン18は電気的に作動させるとよい。

第15図に示す配置は小さいピストンの運動のための傾
斜軸線も有する。このような機械的な配置は吸気弁24、
排気弁26および小さいピストン18のための作動機構のた
めのレイアウト上の利点を与える。

第16図はハイブリッド式トーチ作用モードで用いるMe
rrittエンジンのための別の配置を示す。図示の配置は
ディーゼルエンジンのような圧縮点火によって通常は点
火できる燃料と共に用いるのに適している。シリンダヘ
ッドの一部と大きいピストン16のクラウンの一部に形成
した球形の燃焼室220は大きいシリンダ12の必要を満た
すものであり、燃焼室配置の種々の可能性のうちの一例
として示してある。小さいシリンダの第１容積部は低圧
噴射器であり得る噴射器34によって燃料の供給を受け
る。この燃料は第２の高圧噴射器60によって燃焼スペー
スに供給された別の燃料をトーチ点火するのに用いられ
る。この配置は噴射器60が代表的な高圧ディーゼル噴射
器であるMerrittエンジン用の代表的なディーゼル・ハ
イブリッド配置であり、噴射器34は小さいシリンダへ少
量のディーゼル燃料あるいは別のより揮発性のある燃料
またはガス状燃料を給送する低圧噴射器であってもよ
い。このような配置では、噴射器34によって給送された
分離燃料はスパークプラグを使用することなく圧縮点火
によって点火されるように図示してある。しかしなが
ら、噴射器34を通して供給され、第15図に関連して説明
したSTCIプロセスを用いて火花によって点火されるガソ
リンのような揮発性燃料でディーゼルエンジンをトーチ
点火することも可能である。このようなMerritt/ディー
ゼル・ハイブリッド・エンジンの１つの利点は、ディー
ゼルエンジンに代表されるように、よく知られた騒音を
発生するディーゼル・ノックが消える点までの点火遅延
期間を短縮する、あるいは、排除すらできることにあ
る。別の利点は、ディーゼルエンジンの煤煙あるいは放
出粒子を低減し、燃焼プロセスを速度向上させることに
あり、こうすることによって、ディーゼルエンジンの出
力密度を向上させることができる。

純粋型、ハイブリッド型のMerrittエンジン１純粋Merrittエンジン・モード Merrittエンジン・モードで作動しているときは、た
とえば、最大BMEPで10％（アイドリング時）から80％の
燃料比Ｆレンジで作動しているとき、大きいシリンダ12
への吸気は絞らず、燃料もまったくない。純粋Merritt
モードでは、大きいシリンダ内に存在する空気の若干量
が燃焼プロセス中に燃料と混合するので、完全な燃料比
Ｆ＝100％で燃焼させることはなさそうである。さら
に、たとえば80％〜90％の比Ｆでの燃料の燃焼は排気中
に望ましくない窒素酸化物を発生させる可能性がある
が、若干の酸素も排気中に存在する。これは排気を処理
するのに用いられる普通の三元触媒コンバータを無効に
することになる。たとえば、80％の燃料比より低い場
合、約20％の余剰空気の存在があれば、燃焼ガスの温度
を低下させて窒素酸化物の生成を防止するに充分であ
る。

純粋なMerrittモードでは、小さいシリンダの行程容
積比Ｅは最大となり、最大量の燃料と協働する。第５図
に示す直接進入実施例では、小さいピストン18のクラウ
ンの直径を必要に応じて制限し、吸排気弁24、26のため
に火炎プレート上に充分な面積を与えるが、クラウン35
の形状は第13c図に示すように円形でなくてもよい。小
さいシリンダの押し退け第１容積部15aは駆動機構によ
って制御される小さいシリンダ18の行程を増大させるこ
とによっても増大させることができる。第５図に示す単
純な直接型オーバーヘッド・カムは、たとえば、20mmま
での行程距離を与えることができる。普通のカム作動式
ロッカ機構（図示せず）が、たとえば30mm行程まで移動
量を増大させることができる。第26図に示す二重カム・
ビーム配置は、コンパクトな配置において、たとえば５
の倍数だけカムリフトをかなり増大させることができ
る。第26図において、たとえば歯車（図示せず）によっ
て相互に連結された２つのカム500がスプリング501によ
ってカムと接触させられ続けるビーム519を揺動させ
る。ビーム519の端はピン236によって小さいピストン18
のステム234に取りつけてあり、サイドスラストはカラ
ー235によって吸収される。

第７図はクランク角360度またはカム角180度と同じ位
に長くできる小ピストン18の吸気行程の延長期間を示し
ている。このようん長いカムリフト持続時間は、第25図
に示すカム・プロファイル506と比較して、所与の行程
距離に対して、カム、従動子間のストレスに関する要求
の少ないカム500のプロファイルによって与えられる。

小さいシリンダの容積比Ｅは第11図に示す間接進入実
施例を用いながらボアの直径を大きくすることによって
拡大することができる。この実施例では、吸排気弁と大
きいシリンダのボアに隣接して火炎プレートの円形縁付
近に設けたオリフィス2161の間の干渉がかなり少なくな
る。したがって、小さいピストンの直径を大きくするこ
とができ、所与の行程容積について、小さいピストンの
行程を小さくすることができる。

表Ｉは、４行程エンジンの純粋なMerritt動作モード
を要約して例示するものである。Ｅの値と燃料比Ｆは説
明の目的のためにのみ表示してある。

２ Merritt/ディーゼル・ハイブリッド形態第17図はディーゼルエンジンとのハイブリッド配置の
Merrittエンジンを示し、第18図はこのようなエンジン
の４行程動作シーケンスを示す。この配置では、２つの
燃料噴射器を用いている。噴射器34はMerrittモード用
の低圧燃料供給を行い、噴射器60はディーゼル・モード
用の高圧燃料噴射器である。噴射器34は小さいピストン
の吸気行程中に小さいシリンダの第１容積部15aへ燃料
を給送する。これは大きいピストンの排気行程で開始す
る。ほんの少量の燃料がMerrittモードで、たとえば、
燃料比Ｆ＝10％で給送され、この量は或る特定の燃焼室
設計の燃焼特性に依存してエンジンの負荷および速度に
応じて一定に留まるかあるいは変化する。第２の噴射器
60（代表的なディーゼル燃料噴射器）は燃焼室20内で均
等な分布を与えるために残りの量のディーゼル燃料を給
送するように位置させてある。第22図は２つの噴射器3
4、60に適した位置を示す。

第17図に示すエンジンは圧縮点火で点火される。

４行程サイクルでのこのエンジンの動作シーケンスは
第18a〜18d図を参照しながら説明する。

第18d図は大きいピストン16の排気行程と小さいピス
トン18の吸気行程の始まりとを示している。少量のディ
ーゼル燃料が低圧噴射器34によって小さいシリンダ14の
第１容積部15a内へ噴射される。吸気行程の早期ではギ
ャップ128を通して少量の排気も小さいシリンダへ入
る。

大きいピストンの吸気行程中（第18a図）、小さいピ
ストンは吸気行程を続ける。両ピストンの圧縮行程の終
わり付近で（第18b図）、小さいシリンダないの蒸発燃
料が燃焼室20へ進入し、圧縮点火として知られるプロセ
スで熱い空気と触れて着火する。このとき、代表的なデ
ィーゼル噴射器である第２噴射器60が第18b図に示すよ
うに燃料を給送する。Merrittモードでの燃料の燃焼で
生じたトーチ火炎すなわち温度上昇の影響の下に燃料は
極めて急速に着火する。第18c図に示す膨張行程中、小
さいピストン18はその上死点位置に停止したままであ
り、燃焼スペース20内の燃焼プロセスを妨げることがな
い。

Merritt/ディーゼル・ハイブリッド・モードは、第16
図に関連して先に説明したように、第２シリンダを用い
て主ディーゼル燃料給送を行うための急速かつ強力な点
火源を与えるトーチ作用配置である。

Merritt/ディーゼル・ハイブリッド・モード用の第２
配置が第19図に示してあり、４行程エンジンのような周
期的な動作シーケンスが第20図に示してある。この配置
においては、第20b図に示すように、高圧噴射器である
単一の燃料噴射器6034が小さいピストン18の吸気行程
（第20d図）中には少量の、たとえば、Ｆ＝10％の燃料
を給送し、進入中または進入プロセスが生じた後あるい
はこれら両方の時期においては大きいピストン16の上死
点位置付近で残りのもっと多いディーゼル燃料を給送す
るという二重の目的を果たす。このような噴射器6034を
設けることにより、小さいピストンの吸気行程中には小
さいシリンダ14の第１容積部15a内へ第１の量の燃料を
給送し、大きいピストン16の圧縮行程の終わり付近では
燃焼スペース20内へ直接第２の量の燃料を、約500度の
クランク角度の後に給送することができる。１サイクル
あたりの二重燃料給送は電子的に制御することができ
る。このような電子的に制御されるディーゼル燃料噴射
システムは、最近、ディーゼルエンジンで用いるように
導入されている。噴射器6034の適当な位置が第22図に示
してある。

第20c図は小さいピストン18がその上死点位置に停止
したままのときの大きいピストン16の膨張行程を示して
いる。

第18、20図のMerritt/ディーゼル・ハイブリッド配置
では、２つの燃焼システムが同時に作動することは明ら
かであろう。

表II、IIIは、Merritt/ディーゼル・ハイブリッド作
動モードを要約して例示している。表に示す燃料比Ｆの
量は説明の目的のためにのみ選んでいる。

明らかなように、圧縮点火でディーゼル燃料を使用す
る純粋なMerrittエンジンはディーゼルエンジンではな
い。このようなMerrittエンジン（第11図に間接進入実
施例として、第12図に中間進入実施例として示す）は、
小さいシリンダの第１容積部15aと連通し、小さいピス
トン18の吸気行程中に低圧で燃料を給送するほんの１つ
の燃料供給源を使用する。純粋なMerrittエンジンは、
圧縮点火エンジンとしてディーゼル燃料で作動するもの
であるが、それでも、純粋なMerrittモードで作動する
ときにはハイブリッド型ディーゼルエンジンではない。
たとえば、その小さいシリンダを第14図に示す間接進入
モードのMerrittエンジンはおそらくは火花支援式点火
あるいはSTCIを組み合わせてディーゼル燃料を使用でき
る。しかしながら、すべての燃料が小さいピストンの吸
気行程中に噴射器34を通してこのエンジンに給送される
ので、このエンジンは純粋なMerrittエンジンのままで
あり、ハイブリッド型ディーゼル形態ではない。

３ Merritt/SIGEハイブリッド型エンジン配置これらの配置は、同じエンジン構造において純粋なMe
rrittエンジンがSIGEエンジンあるいは火花点火式ガソ
リンエンジンとして順次に作動できるようにする。この
配置は第23図に示してある。

第23図は付加的な低圧噴射器82と、SIGEエンジンの代
用的な配置において大きいシリンダ12の吸気管内に設置
した絞り弁83とを示している。スパークプラグ52は燃焼
スペース20内に設置してあり、二重の目的を果たす。ス
パークプラグは、STCI点火プロセスにおいてMerrittモ
ードで進入燃料を点火し、あるいは、純粋なSIGEモード
において予混合の理論燃料／空気混合物を点火する。

ガソリンタイプのエンジンを持つハイブリッド配置
は、より高いレンジの燃料比Ｆ値、たとえば、80％〜10
0％で理論燃料／空気混合物動作の使用を可能とすると
いう利点を有する。こうすることによって、排気からの
すべての酸素が除かれて三元触媒コンバータの使用を可
能とする。80％〜100％のレンジのＦ値はエンジン排気
中に窒素酸化物の大部分を生成させる。

Merritt/SIGEハイブリッド・モードはSIGEとして作動
できるように設計したMerrittエンジンとして説明する
ことができる。このようなエンジンでは、小さいシリン
ダ14は、全負荷（80％までのＦ）でかなりの量の燃料、
たとえば、エンジンの最大燃料吸入量の80パーセントま
での燃料を受け入れるに充分な大きさに作られる。一般
的に言って、小さいシリンダ14が大きくなればそれだ
け、そこに流入でき、進入前にかなり蒸発できる燃料の
割合が大きくなる。小さいシリンダ14は、たとえば大き
いシリンダ12の行程容積の約10％の行程容積比Ｅを持ち
得るが、２つのシリンダの相対サイズはエンジン設計者
の選択事項である。小さいシリンダは燃焼スペース20の
全体を含んでもよいし、直接進入実施例、間接進入実施
例あるいは中間進入実施例のいずれで構成してもよい。
スパークプラグ52を使用する火花支援（STCI）を用いて
8:1〜12:1のレンジの中間圧縮比を用いるMerrittモード
のエンジンでガソリンのような燃料を点火する。小さい
シリンダ14の第１容積部15aから燃焼室スペース20内へ
進入するときに火花が少量の燃料に点火する。初期火炎
は燃焼スペース20内の圧力、温度を上昇させ、進入プロ
セスが続くにつれて残りの燃料の圧縮点火を可能とし、
その間、燃料は燃焼に必要な空気と混合する。この配置
では、点火プロセスの正確なタイミングは進入プロセス
のタイミングと火花事象のタイミングとによって影響さ
れる。

このハイブリッド型エンジンは、たとえば、Ｆ＝０％
〜80％の燃料比レンジにおいてMerrittモードで作動す
ることになる。

たとえば、80％より大きい燃料比Ｆで作動するとき、
純粋なモードにおけるMerrittエンジンは普通の火花点
火式ガソリンエンジンに変化する。これは噴射器34を通
しての小さいシリンダへの燃料の供給を断ち、代わり
に、第23図に示す吸気マニホルド噴射器82に対する燃料
供給を開始することによって達成できる。この噴射器は
大きいシリンダ12の吸気管25へほぼ理論的な燃料／空気
混合物のための燃料を給送する。Ｆ＝80％〜100％のレ
ンジの燃料比は、Merrittモードで作動しているときに
は完全に開き、Ｆ＝80％の燃料比では部分的に閉じ、Ｆ
＝100％の燃料比では完全に開く絞り83を用いて理論的
に留まるように制御される。

純粋なSIGEモードでは、噴射器82および絞り83はエン
ジンに理論的な燃料／空気混合物を与え、純粋なMerrit
tモードでは、噴射器82は不作動となり、噴射器34は作
動している。同時に両噴射器34、82を通して必要な理論
燃料量をブレンドすることは実際には可能である。

第24図は純粋なSIGEモードにおけるMerritt/SIGEハイ
ブリッド型エンジンの４行程動作シーケンスを示してい
る。燃料は、大きいピストン16の吸気行程中（第24a
図）に噴射器82によって吸気マニホルドに給送される。
スパークプラグ52が圧縮行程の終わり（第24b図）で理
論混合気に点火する。小さいシリンダ18は膨張行程中
（第24c図）停止状態に留まり、こうすることによっ
て、燃焼プロセスと干渉することがない。排気行程中
（第24d図）、噴射器34は不作動になっているか、ある
いは、噴射器82がやや少ない燃料量を給送するようにな
っている場合には図示したように少量の燃料を給送して
もよい。小さいシリンダ14への若干量の燃料の給送は小
さいピストンのクラウンの冷却を助け、予点火問題の回
避を可能とする。

表IVは、Merritt/SIGEハイブリッド動作モードを要約
して例示している。表に示した燃料比Ｆの量は説明の目
的のためだけに選んだ。

ここでも明らかなように、火花トリガー式点火と共に
ガソリン燃料を使用する純粋なMerrittエンジンはSIGE
エンジンではない。第５図に直接進入実施例として示
し、第21図に間接進入実施例として示すこのような純粋
なMerrittエンジンは、小さいシリンダの第１容積部15a
と連通し、小さいピストンの吸気行程中に燃料を給送す
るだた１つの燃料供給源34を使用する。純粋なMerritt
エンジンはガソリン燃料で作動し、火花点火を利用する
が、それでも、純粋なMerrittモードで作動していると
きにはハイブリッド型SIGEではない。

第24、25図のMerritt/SIGEハイブリッド配置の場合、
２つの燃焼系統は順次に作動する。

４ Merritt/希薄燃焼SIGEハイブリッド型エンジン形態第15図はこのモードでの動作を示している。このモー
ドでは、小さいシリンダ14は小さい容積比Ｅのものでよ
い。このMerritt/ハイブリッド・モードの目的は吸気弁
24を通して大きいシリンダに流入する希薄混合気の点火
を助けることにある。このハイブリッド形態では、Merr
itt、SIGE両モードが同時に作動する。

行程容積比は、たとえば、Ｅ＝２％〜５％のレンジに
あり、純粋なMerrittモードで動作するための燃料比Ｆ
は、たとえば、約10％であり得る。したがって、エンジ
ンは純粋なMerrittモードではアイドリング状態にある
が、出力の需要が高まるにつれて、若干量のガソリンが
噴射器82によって大きいシリンダへ通じる主吸気管25へ
供給される。

低い部分負荷BMEP値では、噴射器82によって供給され
た非常に希薄な混合気はMerrittモードの助けによって
も点火できない。この場合、絞り83を利用して、このよ
うな点火が可能となるまで、吸気弁24に流入する混合気
の濃度を高める。この状態が20％から50％までのＦ値で
以下の表Ｖに例示してある。

プラズマ点火再び第15図を参照して、この配置は本発明のさらに別
の用途に適している。小さいシリンダは、理論的に作動
するSIGEエンジン用途と、より低い圧縮比で作動するデ
ィーゼルエンジン用途の両方に対して強力な火花発生プ
ラズマ点火源として用いることができる。この配置で
は、小さいシリンダは適当な最小燃料量を蒸発させるに
充分なさらに小さい容積Ｅを持つ。

燃料噴射器34は非常に少量の揮発性燃料あるいはガス
状燃料を給送する。ガス状燃料は電気手段あるいは空気
圧手段によって作動させられる小型の弁によって小さい
ピストンの吸気行程中に分配される。１％以下の小さい
シリンダ行程容積比では、たとえば、水素、プロパンあ
るいはブタンが適当である。第15図に示すようなMerrit
t/希薄燃焼SIGEハイブリッドあるいは第16図に示すよう
なMerritt/ディーゼル・ハイブリッドのようなエンジン
の動作は上述したプロセスと同様なままであるが、シリ
ンダ14のサイズを小さくする目的は未支援のスパークプ
ラグと比べた場合に点火エネルギを強めるのに最も簡単
な方法を提供することにある。たとえば水素源と共にス
パークプラグを備えるシステムはプラズマ・ジェット・
イグナイタとして知られている。Merritt分離プロセス
によれば、たとえば、液体ブタンを吸気行程中に低圧で
小さいシリンダへ導入し、進入に続くスパークプラグに
よる点火までそこに分離させたままとすることができ
る。こうしてできたプラズマジェットはSIGEエンジンの
予混合燃料／空気混合物を点火するか、あるいは、ディ
ーゼルエンジンの点火プロセスおよび燃焼プロセスをか
なり助けることになる。ガソリンその他の適当な燃料を
用いてプラズマを発生させることもできる。

小型の小さいシリンダ14はピストン18のためのより小
型の駆動機構を必要とする。これは電気的あるいは空気
圧的に作動させることができる。

完全な小さいシリンダと小さいピストンの組立体は、
SIGEエンジンの未支援スパークプラグの代わり、あるい
は、ディーゼルエンジンでの点火を助けるべく、シリン
ダヘッドにおけるスクリュウイン・アタッチメントとし
て構成することができる。

第22図は小さいシリンダ14または燃焼室20に供給する
燃料噴射器のいくつかの可能性のある位置を示してい
る。

表VI、VIIは、Merrittモードのプラズマ・トーチ点火
を利用する、第15、16図のエンジンのディーゼルモード
および理論ガソリンモードを例示している。

小さいシリンダと連通する燃料噴射器の位置はMerrit
tエンジンの構造およびその意図した用途に依存する。
種々の位置が第22図に示してある。

噴射器34は低圧噴射器がMerrittモードで燃料を供給
できるように設置してある。この位置は、膨張行程およ
び圧縮行程の大部分にわたって小さいピストンのクラウ
ンによって噴射器をシールドするという利点を有する。

噴射器位置6034は、純粋なMerrittモードあるいは第1
9、20図に示すディーゼル・ハイブリッド配置における
電子的に作動するディーゼル噴射器に適している。

この位置がMerrittモードで用いられる場合、燃料噴
射器は燃焼圧力、温度に耐えることができなければなら
ないが、低圧でのみガソリンのような燃料を給送する必
要がある。外方へ開いているピントル型噴射器がこのよ
うな用途に適しており、これらはジャークポンプである
いは電子的に作動させてもよい。この位置をディーゼル
・ハイブリッド・モードで用いる場合には、噴射器は１
つのエンジンサイクル中２倍の高い圧力でディーゼル燃
料を給送できなければならない。

噴射器位置60は燃焼室20の容積を通じて均等に燃料を
噴射することができ、第17、18図に示すように２つの噴
射器を使用するMerritt/ディーゼル・ハイブリッド・エ
ンジンとして作動する高圧ディーゼル燃料噴射器に対し
て最も適している。

第25図は先に示した拡張カム・プロファイル500と比
べてそれと異なったカム・プロファイル506を使用するM
erritt/SIGEハイブリッド配置を示している。カム・プ
ロファイル506は吸気行程（第25a図）および圧縮行程
（第25b図）で大きいピストンとほぼ同期して小さいピ
ストンを移動させる。大きいピストン16の膨張行程（第
25d図）および排気行程（第25d図）の最中には、カムは
小さいピストンをその上死点位置に停止させて置く。こ
のようなカム・プロファイルはハイブリッド形態を含む
すべてのMerrittエンジンの形態で使用できる。第25d図
に示す大きいピストンの排気行程中に小さいピストンの
吸気行程を開始させたり、第25a図に示す大きいピスト
ンの吸気行程の終わりの前に小さいピストンの吸気行程
を終了させたりする変形例も可能である。

カム・プロファイル506は、カム・プロファイル500と
比べて吸気行程中に小さいピストンにより高い速度を与
え、この理由のために、大型で遅いエンジンあるいは小
さい容積比Ｅの値で用いるのにより適している。

第25図は、エンジンが純粋なSIGEモードで作動してい
るときに小さいピストン18を作動させる駆動部が切り離
され、エンジンがMerrittエンジン・モードで作動する
必要があるときには再連結されるMerritt/SIGEハイブリ
ッド・エンジンに適したオプションの配置も示してい
る。第25図に示す動作サイクルは、したがって、４行程
動作の代表的なSIGEサイクルである。このような切り離
しは、任意適当なカム・プロファイルと共に、あるい
は、小さいピストンを動かすように選定した任意の駆動
機構（たとえば、電気的、機械的あるいは空気圧式の機
構）と共に用いることができる。また、Merritt/ディー
ゼル・ハイブリッド・エンジンに応用することもでき
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号９４０３５４８．２ (32)優先日平成６年２月24日(1994．2．24) (33)優先権主張国イギリス（ＧＢ） (72)発明者メリットダンイギリス国コベントリーシーヴィ３６エフワイベイジントンロード 139 (56)参考文献特開昭63−106321（ＪＰ，Ａ) 特開平２−286820（ＪＰ，Ａ) 実開平１−148023（ＪＰ，Ｕ) 実開平２−1419（ＪＰ，Ｕ) 実開昭57−36319（ＪＰ，Ｕ) 特表平１−500766（ＪＰ，Ａ) 英国特許出願公開2246394（ＧＢ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02B 19/02 F02D 15/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関であって、少なくとも一対の第１、第２のシリンダ（12、14）であ
り、前記第１シリンダ（12）が前記第２シリンダ（14）
よりも大きい行程容積を有する第１、第２シリンダ（1
2、14）と、前記シリンダ内で往復動することができる第１、第２の
ピストン（16、18）であり、前記第２ピストン（18）が
駆動ステム（234）を有しかつ前記第２シリンダ（14）
を前記駆動ステムを収容する第１容積部（15a）と前記
２つのピストン間の第２容積部（15b）とに分割してい
る第１、第２のピストン（16、18）と、前記第１シリンダ（12）と連通する吸気手段（25）と、前記第１シリンダ（12）と連通する排気手段（27）と、前記両ピストンが略それらの上死点位置にあるとき該両
ピストン（16、18）間に共通の燃焼スペース（20）を構
成する手段であり、該燃焼スペース（20）及び第２容積
部（15b）のいずれか一方が他方を含む手段と、前記第１容積部（15a）において前記第２ピストンの圧
縮行程の終了付近で前記第１、第２の容積部（15a、15
b）の間にガスの流れを流すための移送手段（39、128）
と、前記第２ピストン（18）の圧縮行程の終了付近まで前記
第１容積部から前記第２容積部までの燃料／空気混合物
の移動を抑制する抑制手段（128、Ｃ）と、前記第１容積部（15a）へ燃料を与える第１燃料源（3
4、6034）と、前記第２ピストン（18）を駆動する駆動手段（Ｄ）であ
り、前記第１ピストン（16）の膨張行程の少なくとも一
部で前記第２ピストン（18）をその上死点位置またはそ
の付近にほぼ停止状態に維持する手段を包含する駆動手
段（Ｄ）とを包含し、前記第２ピストンが縁（37）を備えるクラウン（35）を
有し、この縁（37）が前記第２シリンダ（14）の隣接し
た壁面（14a）から半径方向に隔たって両者間にギャッ
プ（128）を構成していることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】請求の範囲第１項記載の内燃機関におい
て、前記移送手段が前記第２シリンダ（14）の、前記第１シ
リンダ（12）から遠い方の端に形成された手段（39）を
包含し、この手段（39）が、前記第２ピストン（18）が
その上死点位置あるいはその付近にあるときに前記第２
ピストンのクラウン（35）の前記縁（37）の周囲で第１
のバイパス（39）を構成しており、前記ギャップ（128）の間隔が、第２ピストンの圧縮行
程の終了付近まで前記側壁と前記第２ピストンのクラウ
ン（35）の間を前記第１容積部から前記燃焼スペースへ
ガスが流れるのをほぼ制限するサイズとなっていること
を特徴とする内燃機関。
【請求項３】請求の範囲第１項記載の内燃機関におい
て、前記ギャップ（128）により前記第２ピストン（18）の
全行程で前記第１、第２の容積部（15a、15b）間のガス
の流れが可能となり、前記ギャップが前記移送手段を包
含しており、前記抑制手段によって前記第１、第２のシリンダ（12、
14）の相対圧縮対進入容積比が１以上を保つように構成
されたことを特徴とする内燃機関。
【請求項４】請求の範囲第１項記載の内燃機関におい
て、前記ギャップにより、前記第２ピストン（18）の全行程
で前記第１、第２の容積部（15a、15b）間のガスの流れ
が可能となり、前記ギャップが前記移送手段を包含して
おり、前記抑制手段が前記第１、第２のピストン（16、18）間
にカップリング手段（Ｃ）を包含し、使用時に、前記ギ
ャップを横切って圧力差が生じて前記第２ピストン（1
8）の圧縮行程の終了付近まで前記第１容積部（15a）か
ら前記第２容積部（15b）までの燃料／空気混合物の流
れを抑制するようになっていることを特徴とする内燃機関。
【請求項５】請求の範囲第１項記載の内燃機関におい
て、前記移送手段が前記第２シリンダ（14）の、前記第１シ
リンダ（12）から遠い方の端に形成した手段（39）を包
含し、この手段（39）が、前記第２ピストン（18）がそ
の上死点位置あるいはその付近にあるときに前記第２ピ
ストンまわりに第１のバイパス（39）を構成し、前記抑
制手段によって前記第１、第２のシリンダ（12、14）の
相対圧縮対進入容積比が１以上を保つように構成されたことを特徴とする内燃機関。
【請求項６】請求の範囲第１項記載の内燃機関におい
て、前記移送手段が前記第２シリンダ（14）の、前記第１シ
リンダ（12）から遠い方の端に形成した手段（39）を包
含し、この手段（39）が、前記第２ピストン（18）がそ
の上死点位置あるいはその付近にあるときに前記第２ピ
ストンまわりに第１のバイパス（39）を構成し、前記抑制手段が前記第１、第２のピストン（16、18）間
にカップリング手段（Ｃ）を包含し、使用時に、前記ギ
ャップを横切って圧力差が生じて前記第２ピストン（1
8）の圧縮行程の終了付近まで前記第１容積部（15a）か
ら前記第２容積部（15b）までの燃料／空気混合物の流
れを抑制するようになっていることを特徴とする内燃機関。
【請求項７】請求の範囲第２項記載の内燃機関におい
て、前記抑制手段によって前記第１、第２のシリンダ（12、
14）の相対圧縮対進入容積比が１以上を保つように構成
されたことを特徴とする内燃機関。
【請求項８】請求の範囲第２、５、６または７項記載の
内燃機関において、前記第１バイパス手段（39）が前記
第２シリンダの周囲長の少なくとも一部にわたって延び
るように前記第２シリンダ（14）の壁面（14a）に形成
した溝であることを特徴とする内燃機関。
【請求項９】請求の範囲第２、３、５、７、８項のうち
いずれか１つの項に記載の内燃機関において、前記抑制手段が、さらに、前記第１、第２のピストン
（16、18）間にカップリング手段（Ｃ）を包含し、使用
時に、前記ギャップを横切って圧力差が生じて前記第２
ピストン（18）の圧縮行程の終了付近まで前記第１容積
部（15a）から前記第２容積部（15b）までの燃料／空気
混合物の流れを抑制するようになっていることを特徴とする内燃機関。
【請求項１０】請求の範囲第１項記載の内燃機関におい
て、前記ギャップ（128）により、前記第２ピストン（18）
の全行程で前記第１、第２の容積部（15a、15b）間のガ
スの流れが可能となり、前記移送手段が、前記ギャップ（128）と、前記第２シ
リンダ（14）の、前記第１シリンダ（12）から遠い方の
端に形成した手段（39）を包含し、この手段（39）が、
前記第２ピストン（18）がその上死点位置あるいはその
付近にあるときに前記第２ピストンのクラウン（35）の
縁（37）まわりに第１のバイパス（39）を構成し、前記抑制手段が前記第１、第２のピストン（16、18）間
にカップリング手段（Ｃ）を包含し、使用時に、前記ギ
ャップを横切って圧力差が生じて前記第２ピストン（1
8）の圧縮行程の終了付近まで前記第１容積部（15a）か
ら前記第２容積部（15b）までの燃料／空気混合物の流
れを抑制するようになっていることを特徴とする内燃機関。
【請求項１１】請求の範囲第１項記載の内燃機関におい
て、前記ギャップ（128）により、前記第２ピストン（18）
の全行程で前記第１、第２の容積部（15a、15b）間のガ
スの流れが可能となり、前記移送手段が、前記ギャップ（128）と、前記第２シ
リンダ（14）の、前記第１シリンダ（12）から遠い方の
端に形成した手段（39）を包含し、この手段（39）が、
前記第２ピストン（18）がその上死点位置あるいはその
付近にあるときに前記第２ピストンのクラウン（35）の
縁（37）の周囲に第１のバイパス（39）を構成し、前記抑制手段によって前記第１、第２のシリンダ（12、
14）の相対圧縮対進入容積比が１以上を保つように構成
されたことを特徴とする内燃機関。
【請求項１２】請求の範囲第１項記載の内燃機関におい
て、前記抑制手段によって前記第１、第２のシリンダ（12、
14）の相対圧縮対進入容積比が１以上を保つように構成
し前記抑制手段が、さらに、前記第１、第２のピストン
（16、18）間にカップリング手段（Ｃ）を包含し、使用
時に、前記ギャップを横切って圧力差が生じて前記第２
ピストン（18）の圧縮行程の終了付近まで前記第１容積
部（15a）から前記第２容積部（15b）までの燃料／空気
混合物の流れを抑制するようになっており、前記移送手段が、前記ギャップ（128）と、前記第２シ
リンダ（14）の、前記第１シリンダ（12）から遠い方の
端に形成した手段（39）を包含し、この手段（39）が、
前記第２ピストン（18）がその上死点位置あるいはその
付近にあるときに前記第２ピストンのクラウン（35）の
縁（37）の周囲が第１のバイパス（39）を構成していることを特徴とする内燃機関。
【請求項１３】請求の範囲第12項記載の内燃機関におい
て、前記ギャップ（128）により、前記第２ピストン（18）
の全行程で前記第１、第２の容積部（15a、15b）間のガ
スの流れが可能となり、前記移送手段が前記ギャップを
包含していることを特徴とする内燃機関。
【請求項１４】請求の範囲４、６、９、10、12項のうち
いずれか１つの項に記載の内燃機関において、前記カッ
プリング（Ｃ）が機械的なカップリングであることを特
徴とする内燃機関。
【請求項１５】請求の範囲第10項から第13項のうちいず
れか１つの項に記載の内燃機関において、前記第１バイ
パス（39）が前記第２シリンダの周囲長の少なくとも一
部にわたって延びるように前記第２シリンダ（14）の壁
面（14a）に形成した溝であることを特徴とする内燃機
関。
【請求項１６】請求の範囲第８項または第15項記載の内
燃機関において、前記第１バイパス手段（39）が前記第
２シリンダ（14）のボアの急なまたは漸次の拡大部によ
って構成されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項１７】請求の範囲第８項または第15項記載の内
燃機関において、前記溝（39）および前記ピストン縁
（37）が、協働して、前記第２容積部（15b）内へ流れ
る燃料／空気混合物を前記第２容積部部内の空気と混ぜ
るのを助ける発散型ギャップを与えるように形成してあ
ることを特徴とする内燃機関。
【請求項１８】請求の範囲第２項から第17項のうちいず
れか１つの項に記載の内燃機関において、さらに前記第
２シリンダ（14）の、前記第１シリンダ（12）に近い方
の端に形成された手段（391）を包含し、この手段（3
9）が、前記第２ピストン（18）がその下死点位置ある
いはその付近にあるときに前記第２ピストン（18）まわ
りに第２のバイパスを構成することを特徴とする内燃機
関。
【請求項１９】請求の範囲第18項記載の内燃機関におい
て、前記第２バイパス手段（391）が前記第２ピストン
のクラウン（35）の縁（37）の厚みよりも大きい軸線方
向長さを有することを特徴とする内燃機関。
【請求項２０】請求の範囲第18項または第19項記載の内
燃機関において、前記第２バイパス手段（391）が前記
第２シリンダの周囲長の少なくとも一部にわたって延び
るように前記第２シリンダ（14）の壁面（14a）に形成
した溝であることを特徴とする内燃機関。
【請求項２１】請求の範囲第18、19または20項記載の内
燃機関において、前記第２バイパス手段（391）が前記
第２シリンダ（14）のボアの急なまたは漸次の拡大部に
よって構成されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項２２】請求の範囲第１項から第21項のうちいず
れか１つの項に記載の内燃機関において、前記第２ピストン（18）の前記ステム（234）が内燃機
関のシリンダヘッドにあるボア内で密封状態で軸線方向
に摺動できることを特徴とする内燃機関。
【請求項２３】請求の範囲第１項から第22項のうちいず
れか１つの項に記載の内燃機関において、前記第２ピストン（18）の前記ステム（234）が内燃機
関のシリンダヘッドにあるボア内で密封状態で軸線方向
に摺動できるようになっており、さらに、前記ボアを前記吸気手段（25）に接続してボア
から前記吸気手段へ漏洩ガスを送る通路手段（5101）を
包含することを特徴とする内燃機関。
【請求項２４】請求の範囲第１項から第23項のうちいず
れか１つの項に記載の内燃機関において、前記シリンダ
（12、14）間を流れるガスに渦流運動を与える手段（11
6、1161、216、2161）を包含することを特徴とする内燃
機関。
【請求項２５】請求の範囲第24項記載の内燃機関におい
て、前記シリンダ（12、14）間を流れるガスに渦流運動
を与える前記手段が前記第１ピストン（16）のクラウン
に形成した突起（116）を包含し、この突起が、前記第
１ピストンがその上死点位置に接近したときに前記第２
シリンダ（14）内へ突入するように配置してあることを
特徴とする内燃機関。
【請求項２６】請求の範囲第25項記載の内燃機関におい
て、前記突起（116）が前記ガス流のジェットを所定の
方向に向ける孔（1161）を有することを特徴とする内燃
機関。
【請求項２７】請求の範囲第24項記載の内燃機関におい
て、前記シリンダ（12、14）間を流れるガスに渦流運動
を与える前記手段が前記シリンダ（12、14）間の絞り
（216、2161）を包含し、この絞りが前記ガス流のジェ
ットを所定方向に向ける孔（2161）を有することを特徴
とする内燃機関。
【請求項２８】請求の範囲第１項から第23項のうちいず
れか１つの項に記載の内燃機関において、さらに、前記
第１、第２のシリンダ（12、14）間に隔壁（216、216
1）を包含し、この隔壁がガス流のジェットを所定方向
に向ける孔（2161）を有することを特徴とする内燃機
関。
【請求項２９】請求の範囲第１項から第28項のうちいず
れか１つの項に記載の内燃機関において、前記第１燃料
源（34）が燃焼中に前記第２ピストン（18）によってシ
ールドされるように位置した低圧燃料噴射器であること
を特徴とする内燃機関。
【請求項３０】請求の範囲第１項から第29項のうちいず
れか１つの項に記載の内燃機関において、前記第１燃料
源（34、6034）がガス状燃料噴射器であることを特徴と
する内燃機関。
【請求項３１】請求の範囲第１項から第29項のうちいず
れか１つの項に記載の内燃機関において、前記第１燃料
源（34、6034）がガス状燃料噴射器であることを特徴と
する内燃機関。
【請求項３２】請求の範囲第１項から第31項のうちいず
れか１つの項に記載の内燃機関において、前記燃焼スペ
ース（20）内の燃料に点火手段（52）を包含することを
特徴とする内燃機関。
【請求項３３】請求の範囲第32項記載の内燃機関におい
て、前記点火手段（52）がスパークプラグ、グロープラ
グその他の点火装置を包含することを特徴とする内燃機
関。
【請求項３４】請求の範囲第32項または第33項記載の内
燃機関において、前記点火手段が前記燃焼スペース（2
0）内の選定位置に設置された触媒材料の層を有するこ
とを特徴とする内燃機関。
【請求項３５】請求の範囲第８項または第15項記載の内
燃機関において、前記小さいシリンダ（14）の前記壁面
（14a）に設けた空所（1152）内に設置したスパークプ
ラグを包含する点火手段（52）を有し、前記空所が前記
第１バイパス手段（39）内に開いていることを特徴とす
る内燃機関。
【請求項３６】請求の範囲第１項から第35項のうちいず
れか１つの項に記載の内燃機関において、高圧液体燃料
噴射器の形をした第２燃料源（60）が設けてあり、前記
第２ピストン（18）がその上死点位置あるいはその付近
にあるとき、前記第２燃料源（60）が、前記燃焼スペー
ス（20）へ、前記燃料源（34）によって前記第１容積部
（15a）へ供給された燃料に加えて、或る量の加圧燃料
を給送できるようにしたことを特徴とする内燃機関。
【請求項３７】請求の範囲第36項記載の内燃機関におい
て、前記第１燃料源（34）を制御して、前記第２ピスト
ンがその上死点位置から隔たった所定の位置にあるとき
に開始し、終了するように、給送すべき全燃料量の一部
を前記第１容積部（15a）へ給送させる手段（Ｍ）を有
し、この手段（Ｍ）が、また、前記第２燃料源（60）を
制御して、前記両ピストン（16、18）がそれらの上死点
位置あるいはその付近に引き続いてあるときに全燃料量
の残りの部分を前記燃焼スペース（20）へ給送させるこ
とを特徴とする内燃機関。
【請求項３８】請求の範囲第１項から第35項のうちいず
れか１つの項に記載の内燃機関において、前記第１燃料
源（6034）が、前記第２シリンダ（14）の壁面に設けて
あって前記第２シリンダの前記第１、第２の容積部（15
a、15b）に直接燃料を給送する高圧燃料噴射器であるこ
とを特徴とする内燃機関。
【請求項３９】請求の範囲第38項記載の内燃機関におい
て、前記燃料噴射器（6034）を制御して、前記第２ピス
トンがその上死点位置から隔たった所定の位置にあると
きに開始し、終了するように、給送すべき全燃料量の一
部を前記第１容積部（15a）へ給送させると共に、前記
両ピストン（16、18）がそれらの上死点位置あるいはそ
の付近に引き続いてあるときに全燃料量の残りの部分を
前記燃焼スペース（20）へ給送させる手段（Ｍ）を有す
ることを特徴とする内燃機関。
【請求項４０】請求の範囲第39項記載の内燃機関におい
て、前記制御手段（Ｍ）が、燃料の全量を所与の期間に
わたって一定あるいは可変率で２つまたはそれ以上のパ
ルスあるいはほぼ連続的に給送するように作動し、燃料
の第１前記部分を前記小さいピストン（18）の吸気行程
または圧縮行程あるいはこれら両行程中に前記第２シリ
ンダ（14）の前記第１容積部（15a）内へ給送し、燃料
の前記別の部分を進入の開始あるいはその後にほぼ始ま
る期間中に前記燃焼スペース（20）に給送するようにし
たことを特徴とする内燃機関。
【請求項４１】請求の範囲第１項から第40項のうちいず
れか１つの項に記載の内燃機関において、前記吸気手段
（25）の上流側で前記第１シリンダ（12）と連通して可
変流れ面積弁手段（83）が設置してあり、前記第１シリ
ンダへの空気供給量を制限することができることを特徴
とする内燃機関。
【請求項４２】請求の範囲第１項から第41項のうちいず
れか１つの項に記載の内燃機関において、前記吸気手段（25）の上流側で前記第１シリンダ（12）
と連通して、前記第１シリンダへの空気供給量を制限す
ることができる可変流れ面積弁手段（83）が設置してあ
り、前記第１シリンダ（12）の前記吸気手段（25）に、内燃
機関を火花点火方式で作動させ得る火花点火可能な燃料
／空気混合物を与える第２燃料源（82）が設けてあることを特徴とする内燃機関。
【請求項４３】請求の範囲第１項から第31項のうちいず
れか１つの項に記載の内燃機関において、さらに、前記第１シリンダ（12）へ燃料を与える第２燃料源（8
2）と、前記吸気手段（25）の上流側で前記第１シリンダ（12）
と連通して設けた、前記第１シリンダへの空気供給量を
制限することができる可変流れ面積弁手段（83）と、前記燃焼スペース（20）内の燃料を点火する手段（52）
と、前記点火手段を制御する制御手段（Ｍ）と、前記燃焼スペース内で圧縮行程の終わり付近に到達した
圧力および温度が使用燃料の自然な圧縮点火を生じさせ
るには不充分となるようにする手段とを包含することを
特徴とする内燃機関。
【請求項４４】請求の範囲第43項記載の内燃機関におい
て、前記点火手段（52）が前記小さいシリンダ（14）の
前記壁面（14a）に設けた空所（1152）に設置したスパ
ークプラグを包含することを特徴とする内燃機関。
【請求項４５】請求の範囲第43項記載の内燃機関におい
て、前記第１、第２の燃料源（34、82）および前記可変
流れ面積弁手段（83）を制御して、エンジンを、前記第
１燃料源が不作動あるいはほぼ不作動となり、前記可変
流れ面積弁手段（83）が前記第１シリンダ（12）へ導入
される燃料／空気混合物をほぼ理論値になるように制御
する火花点火方式のモードと、前記第２燃料源（82）が
不作動あるいはほぼ不作動となり、前記可変流れ面積弁
手段（83）がほぼ完全に開く火花トリガー式圧縮点火方
式のモードとの間で切り換える制御手段（Ｍ）を有する
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項４６】請求の範囲第１項から第35項および第41
項から第45項のうちいずれか１つの項に記載の内燃機関
において、前記第１燃料源（34、70）からの燃料を前記
第２シリンダ（14）の前記第１容積部（15a）に給送さ
れた空気に導入することによってエンジンのアイドリン
グを行い、絞った量の実質的に空気を前記第１シリンダ
（12）へのみ流入させた後に前記混合物が前記燃焼スペ
ース（20）に進入し、圧縮温度を圧縮点火値より低い値
に制限し、前記ピストン（18）が上死点位置にあるとき
前記混合物がスパークプラグ52により点かされることを
特徴とする内燃機関。
【請求項４７】請求の範囲第１項から第46項のうちいず
れか１つの項に記載の内燃機関において、前記燃焼スペ
ース（20）が前記第２容積部（15b）を含むことを特徴
とする内燃機関。
【請求項４８】請求の範囲第１項から第46項のうちいず
れか１つの項に記載の内燃機関において、前記第２容積
部（15b）が前記燃焼スペース（20）を含むことを特徴
とする内燃機関。
【請求項４９】請求の範囲第１項から第48項のうちいず
れか１つの項に記載の内燃機関において、前記維持手段
が、前記第１ピストン（16）の膨張行程、排気行程の少
なくとも一部で前記第２ピストン（18）をその上死点位
置またはその付近にほぼ静止した状態で維持するように
作動することを特徴とする内燃機関。
【請求項５０】請求の範囲第１項から第49項のうちいず
れか１つの項に記載の内燃機関において、前記駆動手段
（Ｄ）が、前記第２ピストン（18）の圧縮行程の第１部
分で前記第２ピストン（18）を前記第１ピストン（16）
よりも小さい行程パーセンテージにわたって移動させる
ように作動すると共に、圧縮行程の後の部分にわたって
前記第２ピストンを加速して前記第１、第２のピストン
をほぼ同時にそれらの上死点位置に到達させるように作
動することを特徴とする内燃機関。
【請求項５１】請求の範囲第50項記載の内燃機関におい
て、前記第２ピストン（18）が前記第２ピストン（18）をそ
の上死点位置に向かって押圧する片寄せ手段（501）を
有し、前記駆動手段が前記第２ピストン（18）を移動するため
のカム手段（500、506）を包含し、前記カム手段（500、506）が、その角度運動の一部にわ
たって前記第２ピストン（18）から離脱して前記第２ピ
ストンを圧縮行程の後の部分にわたって加速させるよう
なプロファイルとなっていることを特徴とする内燃機関。
【請求項５２】請求の範囲第１項から第50項のうちいず
れか１つの項に記載の内燃機関において、前記駆動手段
が前記第２ピストン（18）を移動させるカム手段（50
0、506）を包含することを特徴とする内燃機関。
【請求項５３】請求の範囲第１項から第52項のうちいず
れか１つの項に記載の内燃機関において、前記駆動手段
が、前記第１ピストン（16）の排気行程および吸気行程
の両方で前記第２ピストン（18）をその吸気行程にわた
って移動させるように作動することを特徴とする内燃機
関。
【請求項５４】請求の範囲第１項から第52項のうちいず
れか１つの項に記載の内燃機関において、前記駆動手段
が、前記第１ピストン（16）がその吸気行程にわたって
移動している間に前記第２ピストン（18）をその吸気行
程にわたって移動させるように作動することを特徴とす
る内燃機関。
【請求項５５】請求の範囲第１項から第54項のうちいず
れか１つの項に記載の内燃機関において、さらに、前記
第１ピストン（16）の各サイクルで前記第２ピストン
（18）をほぼその上死点位置に維持し、それによって、
本内燃機関を普通のエンジンとして作動し得るようにす
る手段を包含することを特徴とする内燃機関。
【請求項５６】請求の範囲第１項から第55項のうちいず
れか１つの項に記載の内燃機関において、前記駆動手段
が電気式、空気圧式または液圧式のアクチュエータ手段
を包含することを特徴とする内燃機関。
【請求項５７】請求の範囲第１項記載の内燃機関を作動
させる方法であって、前記第２ピストン（18）の吸気行程あるいは圧縮行程ま
たはこれら両方の行程で第１の所定量の燃料を前記第１
容積部（15a）に導入する段階と、前記第１ピストン（16）の吸気行程中に第２の所定量の
燃料を前記第１シリンダ（12）へ導入して前記第１シリ
ンダ（12）内に所定の燃料／空気比混合物を与える段階
と、進入開始後で進入完了前に前記燃焼スペース（20）内へ
点火エネルギを放出して進入している燃料の一部に点火
し、それによって、前記第１シリンダ（12）内へ先に導
入されている前記燃料／空気混合物の点火を行う段階とを包含することを特徴とする方法。
【請求項５８】請求の範囲第57項記載の方法において、
前記第１シリンダ（12）内の前記所定燃料／空気混合物
が理論値よりも希薄であることを特徴とする方法。
【請求項５９】請求の範囲第57項記載の方法において、
前記第１シリンダ（12）内の前記所定燃料／空気混合物
がほぼ理論値であることを特徴とする方法。
【請求項６０】請求の範囲第１項記載の内燃機関を作動
させる方法であって、前記第２ピストン（18）の吸気行程あるいは圧縮行程ま
たはこれら両方の行程で第１の所定量の燃料を前記第１
容積部（15a）に導入する段階と、進入開始後で進入完了前に前記燃焼スペース（20）内へ
点火エネルギを放出して進入している燃料の一部に点火
し、それによって、前記燃焼スペース（20）内の温度お
よび圧力を進入している燃料の残りを圧縮点火によって
点火するに充分なレベルまで上昇させる段階とを包含することを特徴とする方法。
【請求項６１】請求の範囲第60項記載の方法において、
さらに、前記第１シリンダ（12）へ導入される空気の量
を制御しながら前記第１ピストンの吸気行程中に前記第
１シリンダ（12）内へ別の所定量の燃料を導入して前記
第１シリンダ（12）内に所定の燃料／空気比混合物を与
えることを特徴とする方法。
【請求項６２】請求の範囲第61項記載の方法において、
前記所定の燃料／空気混合物がほぼ理論値であることを
特徴とする方法。
【請求項６３】請求の範囲第60、61または62項記載の方
法において、前記第１シリンダ（12）へ導入される空気
を絞って、前記燃焼スペース（20）内への点火エネルギ
の放出前に圧縮点火を生じさせるには不充分なレベルま
で圧縮温度、圧力の終わりを制御することを特徴とする
方法。
【請求項６４】請求の範囲第60項から第63項のうちいず
れか１つに記載の方法において、前記第１の所定量の燃
料を火花で点火して前記点火エネルギを発生させること
を特徴とする方法。
【請求項６５】請求の範囲第60項から第63項のうちいず
れか１つに記載の方法において、前記第１の所定量の燃
料を圧縮点火で点火して前記点火エネルギを発生させる
ことを特徴とする方法。
【請求項６６】請求の範囲第60項から第64項のうちいず
れか１つに記載の方法において、さらに、前記第２ピストンの圧縮行程の終わり付近で前記燃焼ス
ペース（20）内へ第２の所定量の高圧液体燃料を噴射し
て圧縮点火による点火を行う段階を包含することを特徴
とする方法。
【請求項６７】請求の範囲第66項記載の方法において、
前記第１の所定量の燃料を前記第２ピストンの吸気行程
中に前記第２シリンダ（14）の前記第１容積部（15a）
内へ噴射することを特徴とする方法。
【請求項６８】請求の範囲第66項または第67項記載の方
法において、前記第２燃料が低オクタン価あるいは高オ
クタン価の燃料であり、前記第１燃料が揮発性の、より
高いオクタン価の燃料であることを特徴とする方法。
【請求項６９】請求の範囲第68項記載の方法において、
前記第１燃料がガソリンであることを特徴とする方法。
【請求項７０】請求の範囲第68項記載の方法において、
前記第２燃料がディーゼル燃料であることを特徴とする
方法。
【請求項７１】請求の範囲第60項から第70項のうちいず
れか１つに記載の方法において、前記第２ピストン（1
8）が前記第１ピストン（16）の排気行程および吸気行
程の少なくとも一部にわたって吸気行程を行うことを特
徴とする方法。
【請求項７２】請求の範囲第71項記載の方法において、
前記第２ピストン（18）が前記第１ピストン（16）の排
気行程および吸気行程のほとんど全期間を通じて吸気行
程を行うことを特徴とする方法。
【請求項７３】請求の範囲第60項から第72項のうちいず
れか１つに記載の方法において、前記第２ピストン（1
8）の圧縮行程が前記第１ピストン（16）の圧縮行程の
ほとんど全期間にわたって生じることを特徴とする方
法。
【請求項７４】請求の範囲第60項から第73項のうちいず
れか１つに記載の方法において、前記第２ピストン（1
8）が前記第１ピストン（16）の膨張行程のほとんど全
期間にわたってその上死点位置にほぼ静止した状態に留
まることを特徴とする方法。
【請求項７５】請求の範囲第60項から第70項のうちいず
れか１つに記載の方法において、前記第２ピストン（1
8）が前記第１ピストン（16）の排気行程および膨張行
程のほとんど全期間にわたってその上死点位置にほぼ静
止した状態に留まることを特徴とする方法。