JP4505015B2 - 内燃機関及びその動作方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車工学に関し、エンジンの作動シリンダ内に混合気を噴射するシステムを有する内燃機関を製造及び動作させるときに実行され得る。

内燃機関は、既知である（特許文献１参照）。このエンジンは、エンジン・シャフトに運動力学的に接続されるピストンが設けられている作動シリンダ（a working cylinder）、及び作動シリンダとともに単一のブロックで作られた圧縮機型シリンダ（a compressor cylinder）を備えている。入口窓を有し、入口通路と接続するスリーブが圧縮機型シリンダに配置される。圧縮機型シリンダは、該圧縮機型シリンダと同軸でスリーブの上に配置され、スリーブの上端面の近くに形成されるバネ及び座を持つカップの形状をして作成される遮断弁を介して接続ポートにより作動シリンダと接続される。圧縮機型ピストンは、運動力学的に作動ピストンと接続されるスリーブの内部に設置される（装着される）。遮断弁は、その底面を圧縮機型ピストンに向けている。作動ピストンと圧縮機型ピストンとの運動力学的接続は、作動ピストン及び圧縮機型ピストンがそのロッド上に固定される機構の助けを借りて実行される。圧縮機型ピストンは、エンジン・シャフトの回転（旋回）の４０〜８０゜の間の位相前進の可能性をもって作動ピストンに対して設置される。圧縮機型シリンダの内部のスリーブの空洞容積は、作動シリンダの容積の５〜３０％を占める。圧縮機型シリンダの内部には、その中間部分において、環状の狭窄部分が作られ、入口通路に接続される。スリーブの窓は、圧縮機型シリンダの狭窄部分のそばにその環に沿って配置される。液体または気体燃料の供給装置は、該装置と接続される入口通路に設置される。クランク・スライダ機構または無クランク機構が、その助けを借りて作動ピストンをエンジン・シャフト及び圧縮機型ピストンと運動力学的に接続することが作成される機構として使用される。点火プラグは、作動シリンダと同軸に設置される。接続通路は、圧縮機型シリンダの上部に配置される。作動シリンダ及び圧縮機型シリンダの縦断面への接続通路の軸の投影は、作動シリンダの縦軸に対して２０〜６０゜の角度で配置される。この角度の頂点は、作動シリンダヘッドに向かっている。シリンダの断面への接続通路の軸の投影は、作動シリンダの断面軸に対して１５〜４０゜の角度で配置され、圧縮機型シリンダの縦軸と交差する。

ダイヤフラムが、作動シリンダの作動ピストンの下に設置され、機構のロッドが貫通する中心部に座が設けられ、その助けを借りて作動ピストンをエンジンバルブ用ピストンに運動力学的に接続することが作成される。ダイヤフラム表面の外側の輪郭は、作動ピストンの内面の輪郭に対応して作成される。また、出口通路は、ダイヤフラムの上方に配置される。上方のピストン空間は、掃気口（噴出通路）により下方空間と接続される。液体または気体燃料供給装置は、ノズルの形で作成される。

エンジン設計は、出力及びその動作の安定性を増大させることができる。しかしながら、このエンジンが作動する場合、圧縮機型シリンダから接続通路を通って燃焼室へ通過する混合気は、冷却される。これは、混合気組成の液滴相（a drop phase）の出現（発生）を招く恐れがある。このことは、混合気の均質性を壊し、出力を減少させる気相の希薄化を招き、エンジンの動作安定性を悪くさせ、燃料消費を増大させる。

このエンジンの動作制御は、伝統的に、作動シリンダから来る混合気組成の燃料量の調整に追い込まれる。該燃料量の調整は、エンジン・クランクシャフトの回転数及び負荷に依存する出力を変えることを可能とする。エンジン動作制御のそのような方法は、希薄な（低品質の）混合気の使用には適さず、クランクシャフトの低速回転時における安定したエンジン動作を提供しない。これは、燃料消費の増大化を招き、燃料の不完全燃焼を招く。

特許文献２により保護されている内燃機関がさらに知られている。これは、プロトタイプと看做されている。エンジンは、ピストン、混合気圧縮機型噴射器及び球形または円錐形の燃焼室及び円筒状過早点火室が配置されているシリンダヘッドを有するシリンダを備えている。燃焼室と過早点火室は、１つまたはいくつかの通路により混合気圧縮機型噴射器と接続されている。燃焼室及び過早点火室に含まれる軸通路部分の、作動シリンダの縦断面への投影は、作動シリンダ軸に対して同様に９０〜２０及び９０〜１４０゜の角度で配置されている。通路の入口は、室の表面に対し接線方向に配置される。燃焼室の通路は、過早点火室の通路に向けられている。このことは、希薄混合気の適用を代償にして、エンジン出力を増大化させ、排気ガスの毒性を減少させることを可能とする。

提案されたエンジン設計の特徴のそのような収集は、希薄混合気の適用を代償にして、エンジン出力を増大化させ、排気ガスの毒性を減少させることを可能とする。

ロシア連邦特許第２２２９００２９号明細書、２００２年１１月２５日、国際特許分類 Ｆ０２Ｂ３３／２２ ロシア連邦特許第２２３０２０２号明細書、２００３年８月１日、国際特許分類 Ｆ０２Ｂ１９／１０

しかしながら、エンジンがプロトタイプに準じて作動するとき、圧縮機型噴射器から過早点火室及び燃焼室へ通路に沿って通過する混合気は同様に冷却される。これは、混合気組成の液滴相の形成を招き、許容し得る限界以上に燃料混合気を希薄にする。

さらに、遠心力の垂直成分の影響を受けて燃焼室の壁に沿って滑るように進む一部の混合気は、時期を逸して（時期尚早に）ピストンの上（真上）の空間に投げ出され、燃焼室に残っている混合気を希薄にする。結果として、エンジンの動作安定性が壊され、その出力が減少し、燃料消費が増大する。

プロトタイプに準じるエンジンの動作方法は、同様に、燃焼室の混合気に供給される燃料量が変更されるという事実にある。この混合気の圧縮比は、厳密に言えば、遮断弁のパラメータにより規定され、その動作モードに依存するエンジン動作においては変更され得ない。圧縮比は、希薄混合気の適用の可能性を限定し、燃料の燃焼度のさらなる改善を提供することがなく、エンジン出力の増大及び排気ガスの毒性の減少の可能性を低くする。

本発明の技術的成果：エンジン及びその出力の動作安定性の改善、燃料消費の減少及び排気ガスの毒性の減少。

本発明の本質は、提案された内燃機関がクランクシャフトに運動力学的に接続されるピストンを有する作動シリンダを備えているという事実にある。作動シリンダは、燃焼室及び点火プラグが設けられている過早点火室（a preignition chamber）が配置されているヘッドを有する。燃焼室及び過早点火室は、混合気供給通路により逆止め弁を介して混合気圧縮機型噴射器と接続されている。圧縮機型噴射器は、ピストンを有する圧縮機型シリンダの形で作成され、座を有する遮断弁ばかりでなく燃料供給装置及び燃料及び空気の供給用通路が設けられる。圧縮機型シリンダのピストンは、作動ピストンと運動力学的に接続される。

エンジンの出力は、過早点火室及び燃焼室に噴射される混合気の燃料量を変更することにより制御される。この目的のために、その測定装置を介して燃料供給のパルス幅が変更される。

プロトタイプとは違って、空気供給通路ばかりでなく燃料供給通路及びそれに装着された燃料供給用装置は、圧縮機型ピストンの上死点より上の圧縮機型シリンダの上部に配置される。逆止め弁は、空気供給通路の出口で圧縮機型シリンダに装着される。過早点火室及び燃焼室への混合気送出（供給）用通路は、チューブの形状で実行される。該通路は、その軸に沿って仕切りにより分割され、あるいは、互に平行に装着される２つのチューブの形状にされ、作動シリンダ及び圧縮機型シリンダを閉じる、冷却液で満たされた蓋部の空洞内に配置される。過早点火室及び燃焼室への混合気供給用通路には、ヒータ及びその電力供給ユニットが設けられる。ヒータ電力供給ユニットと接続されている冷却用液体の温度感知要素が、これらの通路の区間に配置される。

燃焼室は、円筒形状を有する。過早点火室及び燃焼室に入る通路部分の、作動シリンダの縦断面への軸投影は、作動シリンダの軸に対し垂直をなしている。過早点火室への混合気供給用通路には、燃料供給装置またはエンジン回転速度変換器に接続される駆動装置を有する調整機構が設けられている。

さらに、エンジンには、動作モード変換器、遮断弁の圧力（圧力駆動）用駆動装置及びプロセッサが設けられている。動作モード変換器は、プロセッサと接続され、該プロセッサは、燃料配分装置（a device for fuel proportioning）及び遮断弁の圧力駆動装置と接続されている。

エンジン動作モードが変更されると、過早点火異質及び燃焼室内への混合気の噴射速度が調整され、圧縮機型シリンダの圧力を増加または低下させる。そのため、遮断弁の座上の圧力が変更される。過早点火室の点火プラグ電極の配置区域において、混合気の空燃比が、８：１〜２０：１に定められるように、燃料供給のパルス幅が大きくなると、圧縮機型シリンダの圧力が増加し、燃料供給のパルス幅が小さくなると圧縮機型シリンダの圧力が小さくなる。

作動シリンダの過早点火室及び燃焼室内への混合気の噴射は、作動シリンダの入口及び出口通路を塞いで後、作動ピストンが上死点へ進むときであって、点火プラグ電極の火花放電の前５゜までに実行される。

プロトタイプと違って、エンジン及びそれを制御する方法のそのような一群の特徴は、圧縮機型ピストンの移動の０〜３６０゜の範囲内で圧縮機型シリンダ内へ燃料を供給する可能性を提供する。このことは、エンジンの出力を調整する可能性を拡大する。圧縮機型シリンダ内に用意され、圧力下で加熱され、作動シリンダの過早点火室及び燃焼室までの通路を通過する混合気は、冷却されない。エンジン動作の安定性を改善することは、混合気組成の液相の形成を排除する。提案された燃焼室の形状及び燃焼室及び過早点火室に入る通路の配置は、作動シリンダのピストンより上の空間内への早すぎる失速の可能性を防止する。これは、また、エンジンの動作安定性を改善し、燃料消費を減少させる。

過早点火室への混合気供給用通路の調整機構及び該調整機構の回転速度変換器または燃料供給装置との接続の存在は、混合気の燃料量に依存する過早点火室へ供給される混合気の量を変更することを可能とする。それは、エンジンの出力を増加させている間、過早点火室の濃い混合気の量を低下させ、点火プラグの区域における燃料過剰の可能性を少なくすることを可能とする。結果として、エンジンの動作安定性が、その高出力時に改善されるであろう。

提案されたエンジン及びその制御方法の一群の特徴は、エンジンの動作モードの変更のもとで、混合気の圧縮度の変更を提供する。それは、点火プラグ電極の区域の混合気組成の燃料と空気の割合を所定の範囲内で一定に保つことを可能とする。結果として、混合気組成の燃料量が増加すると、その完全燃焼が提供されるであろう。これは、エンジンの出力を大きくし、燃料消費を小さくし、排気ガスの毒性を小さくする。混合気の燃料量が減少すると、点火プラグ電極の区域の濃い混合気核の備えを代償にして（備えのおかげで）、エンジンの動作安定性が増大するであろう。それは、また、エンジンの出力を増大させ、燃料の節約を提供し、排気ガスの毒性を減少させる。

本発明は、図により例示される。図１には、提案されたエンジンの構造図が示されている。図２には、図１のＡ−Ａに沿う断面図が示され、図３には、図２のＢ−Ｂに沿う断面図が、図４には、図１のＣ−Ｃに沿う断面図が示されている。

提案されたエンジンは、ロッド３を介してクランクシャフトと運動力学的に接続されている作動ピストン２を有する作動シリンダ１を含んでいる。作動シリンダ１のヘッド４には、円筒状の形状を有する燃焼室５及び点火プラグ７が設けられている過早点火室６が配置されている。燃焼室５及び過早点火室６は、仕切りにより分割されている、チューブ２６内に設置される通路３９及び３８ばかりでなく、通路９、１０、２２により、ケース（本体）２４に取り付けられている逆止め弁２３を介して混合気の圧縮機型噴射器に接続されている。通路３９及び３８は、互に平行に装着される独立したチューブの形でも作成され得る。通路３９及び３８のそのような作成は、低出力のエンジンを製造するとき、小径のチューブに仕切り２５を作成することが難しいとき、適している（適切である）かもしれない。

混合気の圧縮機型噴射器は、ピストン１９及び作動ピストン２のロッド３に運動力学的に接続されるロッド３２を有する圧縮機型シリンダ１７の形で作成される。圧縮機型シリンダ１７の蓋体３３には、遮断弁２１がバネ２０を使って装着され、板体１８により蓋体３３に押し付けられている。蓋体３３の底部平面が逆止め弁２１の座として役立つ。該座には、弁２１が配置される。さらに、蓋体３３には、通路１４が燃料供給用に、１またはいくつかの通路１５が空気供給用に作成される。通路１５は、それぞれ、圧縮機型シリンダのケース１７及びエンジンのケース１６に作成される通路１３及び１１を通って大気に接続される（図２）。通路１４の出口には、燃料供給用装置１２が装着されている。例えば、ノズルがそのような装置として使用され得る。

蓋体３３の通路１４及び１５の配置は、圧縮機型ピストン１９の死点より上の圧縮機型シリンダ１７の空洞８内にこれらの通路から入り込むように予め設定されている。圧縮機型シリンダ１７の空洞８への通路１５の出口において、逆止め弁３４が取り付けられる。該逆止め弁３４は、例えば、板バネ状の弁であり、ネジ３５により圧縮機型シリンダ１７の端面に固定され得る。

燃焼室５及び過早点火室６への混合気供給用通路３９及び３８を含んでいるチューブ２６は、作動シリンダ１及び圧縮機型シリンダ１７を閉じ込め、エンジンのケース１６に固定されている蓋体３１の下の、冷却用液体で満たされている空洞内に設置されている。チューブ２６には、電線２９により電力供給ユニット３０に接続されているヒータ２７（例えば、電気ヒータ）が設けられている。通路３９及び３８を有するチューブ２６の設置区域には、ヒータ２７の電力供給ユニット３０と接続されている冷却液体用温度感知要素２８が装着されている。

それぞれ過早点火室６及び燃焼室５に入り込む通路９及び１０軸部分の作動シリンダ１の縦断面への投影は、作動シリンダ１の軸に対して直角に置かれている（角度ａ＝ｂ＝９０゜）。

過早点火室６への混合気供給用通路３８には、調整機構３６が設けられている。機構３６の駆動装置３７は、エンジンのクランクシャフトの回転速度変換器または燃料供給用装置１２に接続されている。

エンジンには、動作モード変換器４０、遮断弁２１の圧力用駆動装置４１及びプロセッサ４２が設けられている。動作モード変換器４０は、プロセッサ４２に接続され、該プロセッサ４２は、燃料供給装置１２及び遮断弁２１の圧力駆動装置４１に接続されている。

蓋体３３の燃料供給用装置１２を有する通路１４及び空気供給用通路１５の配置は、圧縮機型ピストン１９の上死点（ＵＤＰ）より上の空洞の上部で圧縮機型シリンダ１７の空洞８内にこれらの通路から入り込むように予め設定されている。このことは、プロトタイプと違って、圧縮機型シリンダ１７の空洞８内への燃料供給がなし得る時間を増加させる。燃料供給は、０から３６０゜まで圧縮機型シリンダ１７のピストンのいずれの動作位相（any motion phase）においても実行され得る。エンジン出力を増大させる可能性を制限されたプロトタイプに従ってエンジンにおいてそれが発生し得るように、ピストン１９が上死点に向かって移動すると、通路１４が該ピストン１９により塞がれるために、開いている装置１２（例えば、ノズル）の場合、燃料供給は、時期尚早の燃料遮断の可能性を排除する。提案されたエンジンにおいて、圧縮機型ピストン１９の上死点より上の通路１４の配置は、圧縮機型シリンダ１７の空洞８内への燃料噴射をピストン１９のいずれの位置にも実行することを可能とする。結果として、エンジン出力を大きくする可能性が増大する。

圧縮機型シリンダ１７の蓋体３３の空気供給用通路１５の配置は、この場合、上死点から下死点（ＬＤＰ）までの圧縮機形ピストンの移動中ずっと空気供給がなされているので、圧縮機型シリンダ１７の空洞８を空気で満たすことを増大させる。ピストン１９が下死点から上死点へ戻るときは、通路１５の出口は、弁３４により塞がれ、混合気の圧縮が発生する。ピストン１９が上死点から下死点へ移動するときは、負圧状態がピストン１９より上に形成され、弁３４が開き、ピストン１９が１８０゜に対応するまで移動する間、通路１５、１３及び１１を通して大気からのきれいな空気が空洞８内に吸引される。圧縮機型シリンダ１７の空洞８への空気供給が開始すると同時に、燃料噴射が装置１２の助けを借りて通路１４を通して始まる。混合気の圧縮の開始前に燃料の空気との混合が始まることは、燃料の空気とのより完全な混合を提供する。結果として、混合気の品質改善が提供され、混合気は、より均一になる。エンジンの動作安定性が改善され、非生産的な（無駄の多い）燃料消費が減少し、提案されたエンジンの作動シリンダ１におけるその後の混合気の完全燃焼によりエンジン出力が増大する。

圧縮機型ピストン１９が下死点から上死点へ移動するとき、混合気は、圧縮され、その結果として、混合気は、３００〜４００゜まで加熱される。燃料は蒸発し、混合気全ての単一相のガス組成を提供する。しかしながら、プロトタイプに係るエンジンにおいては、圧縮機型シリンダ１７を出ると、通路３９及び３８を通って燃焼室５及び過早点火室６に入る圧縮された混合気は、冷却され、その温度が下がる。さらに、燃焼室内及び過早点火室内への混合気の噴射は、圧縮機型シリンダ１７の圧力に等しいかまたはそれより低い圧力で作動シリンダ１において実行される。通路３８、３９、２２、９、１０における先の場合において、燃焼室５及び過早点火室６では、混合気の膨張が発生するであろう。このことは、また、その温度の降下を招く。結果として、混合気組成の燃料の一部は、凝縮し、液滴層の形で放出されてしまう。そのことは、エンジンの動作安定性を突然に乱し、その出力を下げ、燃料消費を増大させるであろう。混合気の着火不良（点火の脱落）が起こり得る状態になる。提案されたエンジン設計においては、このような不都合は、通路３９及び３８が仕切り２５により分離されているチューブ２６の形で実施されているという事実により解消される。チューブ２６には、ヒータ２７が設けられ、該チューブ２６は、作動シリンダ１及び圧縮機型シリンダ１７を閉じている蓋体３１より下であって冷却液体で満たされている空洞内に配置されている。通路３９及び３８を通過する混合気は、ヒータ２７の助けで、燃料蒸発温度をわずかに超える温度まで加熱される。そのことは、燃焼室５内及び過早点火室６内における燃料の凝縮を防止する。チューブ２６を取り囲む冷却液体は、混合気と同時にヒータ２７で加熱される。それが、冷却液体の温度を測定する感知装置２８が通路３９及び３８を有するチューブ２６の設置区域に装着されている理由である。感知要素２８は、ヒータ２７の電力供給ユニット３０へ指令を与え、該指令に従って、ヒータ２７に供給される電力を調整する。エンジンの動作開始時において、冷却液体がエンジンから放出される熱でまだ加熱されていないとき、ヒータ２７の電力供給ユニット３０により与えられる電力が最大となり、つづいて、冷却液体が加熱されるに伴い、電力は低下する。結果として、エンジンの動作期間中、その温度が燃料蒸発温度よりわずかに高い混合気が燃焼室５及び過早点火室６に入る。このことは、混合気組成中の燃料の凝縮の可能性を排除し、また、エンジンの動作安定性を改善し、その出力を増大させ、燃料消費を減少させる。この場合、排気ガスの毒性が減少し、燃えなかった混合気組成中の燃料の微粒子は全く存在しないであろう。

燃焼室５に円筒形状を与えることは、その容積の範囲内で、接線方向に配置されている通路１０から来る混合気の旋回流をより完全に（効果的に）保持することを可能とする。プロトタイプで設けられた燃焼室６の球形または円錐形状の場合には、混合気の接線方向旋回流に作用する遠心力の垂直成分が発生する。垂直成分は、混合気の一部を燃焼室５から作動シリンダ１へ追い出す傾向がある。このことは、混合気の限度を超えた希薄化を招き、その着火不良（点火の脱落）を引き起こす。エンジンの動作安定性が低下し、その出力が低下し、燃料消費が増大する。提案されたエンジンに受容された燃焼室５の円筒形状は、この場合遠心力の垂直成分が実質的に全く存在しないので、このような不都合を排除する。

それぞれ過早点火室６及び燃焼室５に入る通路９及び１０部品の作動シリンダ１の縦断面への軸投影が作動シリンダ１の軸に垂直に配置されることは、また、過早点火室６及び燃焼室５から作動シリンダ１への混合気の失速の低下の可能性に貢献する。角度ａ及びｂが９０゜と異なるいかなる別の値においても、旋回する混合気の流れの形状に歪が発生し、遠心力の垂直成分の増大を招き、混合気の失速の見込みを大きくさせ、したがって、エンジンの動作安定性及びその出力を低下させ、非生産的な（無駄の多い）燃料消費を増加させるであろう。ａ＝ｂ＝９０゜である通路９及び１０の配置は、このような不都合を排除する。

駆動装置３７を有する調整機構３６の有用性は、過早点火室６への混合気の供給のための通路３８のスロート値を変更することを可能とする。調整機構３６の駆動装置３７の、エンジンのクランクシャフトの回転速度変換器または燃料供給装置１２との接続は、通路３８のスロートを減少または増加させることを可能とし、通路３８のスロートは、装置１２による燃料供給のパルス幅またはエンジンのクランクシャフトの回転速度に依存する。それは、通路３８を通って過早点火室６に供給される混合気の量を調整することを可能とする。エンジンの出力を大きくすることが必要である場合、装置１２による燃料供給のパルス幅は、大きくされる。混合気は、より濃くなる。過早点火室６への濃い混合気の供給は、点火プラグ７の電極区域での燃料過剰を引き起こし得る。このことは、エンジンの動作安定性の乱れを招くであろうし、旋回中心における極めて濃い混合気は、発火せず、液体燃料が点火プラグ７の電極に付着し得る。

機構３６の助けによる通路３８のスロートの減少は、過早点火室６における混合気の量を減少させ、過早点火室の容積内での混合気を希薄にするであろう。そのことは、混合気の点火不良の可能性を排除し、エンジンの動作安定性を改善するであろう。

動作モードが変ると、変換器４０は、信号をプロセッサ４２に送り、該プロセッサ４２は、圧力駆動装置４１及び燃料用装置１２への指令を形成し、下す。変換器４０が燃料量の増加についての信号をプロセッサ４２に送る場合、プロセッサ４２は、燃料供給パルス幅の増加についての燃料供給装置１２への指令を形成し、下すであろう。同時に、プロセッサ４２は、燃料供給パルス幅の増加に比例する遮断弁２１の圧力増加についての駆動装置４１への指令を形成し、下すであろう。この命令を実行する駆動装置４１は、例えば、図に示されるように、ロッド４３を介して事前のバネ２０の圧縮を大きくさせる。あるいは、駆動装置４１は、遮断弁２１の上の空洞の空気圧を増大させる。遮断弁２１は、該空洞を圧縮機または容器に接続している。エンジン出力を小さくする必要があるときは、変換器４０は、プロセッサ４２に圧縮機型シリンダ８に供給される燃料量の減少についての信号を送る。プロセッサ４２は、この場合、燃料供給パルス幅の減少についての指令を形成し、該指令を装置１２に下す。同時に、遮断弁２１の圧力の低下、例えば、バネ２０の圧縮度の低下、についての指令を形成し、駆動装置４１に該指令を下す。駆動装置４１は、この場合、ロッド４３を引き上げ、バネ２０の事前の圧縮を減少させるであろう。あるいは、駆動装置４１が空気圧駆動式の実施形態である場合は、弁を開き、遮断弁２１の上の空洞から空気を放出するであろう。

プロセッサ４２に組み込まれ得るプログラムに従って、エンジンの動作モードが変更すると、遮断弁２１の圧力は、点火プラグ７の電極区域において８：１〜２０：１の空燃比を得ることを可能とする混合気の噴射速度を提供する圧縮機型シリンダの空洞８の圧力で遮断弁を開くように定められる。

提案されたエンジンは以下のように動作する。圧縮機型ピストン１９が上死点から移動を開始した後、装置１２及び通路１４を通って、燃料が圧縮機型シリンダ１７の空洞８へ供給される。ピストン１９が下方に移動すると、負圧状態がその上に形成され、圧力差の影響を受けて弁３４が開かれ、大気からのきれいな空気が通路１１、１３及び１５を通って空洞８内に入ってくる。空洞８内に混合気が形成され、下死点へのピストン１９の移動の結果、該混合気は、強力に混合される。圧縮機型ピストン１９は、下死点に到達すると、ロッド３２及び３を介して作動ピストン２に運動力学的に接続されているので、上死点に向かって上方に移動を開始する。混合気の圧縮が開始する。圧縮機型シリンダ１７の空洞８内の圧力が、バネ２０に対して標準化された値に達すると、遮断弁２１が上昇し、通路３８及び３９の入口を開く。チューブ２６の内部に設置されている通路３８及び３９を通過する混合気は、ヒータ２７により加熱される。加熱温度は、チューブ２６設置領域のエンジンの冷却液体の温度を測定し、ヒータ２７により消費される電力を調整する電力供給ユニット３０に指令を出す感知要素２８により制御される。それは、混合気の温度を燃料蒸発温度よりわずかに高い温度に維持する可能性を提供する。該温度は、混合気のさらなる加熱または冷却により補償される。

混合気は、通路３８及び３９、板バネ式逆止め弁２３、通路２２、９及び１０を通って、作動シリンダ１の過早点火室６及び燃焼室５に噴射される。通路９及び１０は、それぞれ、過早点火室６及び燃焼室５の円筒状内面に対して接線方向に配置されている。結果として、過早点火室６の混合気の噴流は、旋回し、燃料蒸気は、過早点火室６の上部中央の点火プラグ７の電極の領域に集中する。混合気の（層への）分離が発生し、この領域の混合気は、濃くなる。通路１０から燃焼室５へ入って来る混合気は、旋回し、過早点火室６へ噴射される混合気の拡散を防止する幕を形成する。

通路９及び１０は、作動シリンダ１の縦断面への通路９及び１０それぞれの軸の投影が該シリンダ１の軸に対して垂直をなすように配置されており、また、燃焼室が円筒状の室として実施されているので、作動シリンダ１への混合気の失速の可能性は最低限に抑えられる。

電圧が点火プラグ７の電極に供給された後、過早点火室６の混合気の濃い燃料核が着火し、燃焼室５の比較的希薄な混合気に火をつける。ピストン２の往復運動が開始する。混合気は、この場合、実質的に完全燃焼する。そのことは、エンジンの動作を安定させ、燃料消費を減少させるばかりでなくその出力を増大させ、排気ガスの毒性を減少させる。

エンジン出力を増大させることが必要である場合、装置１２による燃料供給のパルス幅が増加される。圧縮機型シリンダ１７の空洞８の混合気は、濃くなるであろう。パルス幅の増加に関する信号が、調整機構３６の駆動装置３７に到達し、通路３８のスロートを減少させる。それは、エンジンの動作安定性を大きくし、過早点火室６における混合気の着火不良の可能性を排除するように、過早点火室６に入って来る濃い混合気の量を減少させる。燃料供給のパルス幅が大きくなり、混合気が濃くなる場合、エンジンのクランクシャフトの回転速度は、比例的に大きくなる。したがって、燃料供給パルス幅と過早点火室６に入ってくる混合気の量との間のフィードバックの実現のための同じ結果とともに、エンジンのクランクシャフトの回転速度変換器からの信号が使用され得る。

提案されたエンジンを動かす方法は、以下のように実現される。

提案されたエンジンの出力は、過早点火室６及び燃焼室５へ噴射される混合気の燃料量を変更することにより調整される。そのために、燃料配分用装置１２を通る燃料供給のパルス幅が変更される。エンジンの動作モードが変わると、作動シリンダ１の過早点火室６及び燃焼室５への混合気の噴射速度が調整される。このために、圧縮機型シリンダ１７の空洞８の圧力が調整され、座の上の遮断弁２１の圧力を変える。燃料供給パルス幅が大きくなると、圧縮機型シリンダ１７の空洞８の圧力が上がり、燃料供給パルス幅が小さくなると、圧縮機型シリンダ１７の空洞８の圧力が下がる。圧縮機型シリンダ１７の空洞８の圧力変化は、過早点火室６の点火プラグ７の電極の区域において、混合気の空燃比が８：１〜２０：１となるように実行される。

作動シリンダ１の過早点火室６及び燃焼室５への混合気の噴射は、作動シリンダ１の入口通路４４及び出口通路４５を塞いだ後、作動ピストン２が上死点へ移動している間であるが点火プラグ７の電極の火花放電より前５゜より遅くならないように実行される。

作動ピストン２に運動力学的に接続されている圧縮機型ピストン１９が上方に移動すると、圧縮機型シリンダ１７の空洞８内に形成された混合気が圧縮される。混合気の圧力が装置４１の助けを借りて設定される遮断弁２１の圧力を超える値に達すると、遮断弁２１が座から上昇し、混合気が、接続通路３８、３９、９及び１０を通って、それぞれ過早点火室６の点火プラグの電極の区域及び燃焼室５へ入ってくるであろう。

遮断弁２１の圧力駆動装置４１は、公知の設計のいずれであってもよい。装置４１は、例えば、圧縮機または容器から遮断弁２１の上の空洞までの空気を圧縮する空気駆動式のもの、あるいは、図１に示されるように、バネ２０に作用するロッド４３を有する電気機械的駆動装置４１からなる機械的なものであってもよい。

提案された方法によれば、エンジンは、チョーカーが完全に開かれたときに動作する。すなわち、チョーカーが開かれなければ全く動作しない。このことは、全てのエンジン動作モードにおいて、作動シリンダ１７の空気の等容積を要求する。この場合、全ての動作モードにおいてエンジンの動作安定性に対して、点火プラグ７の電極区域及び燃焼室５において空燃比が８：１〜２０：１にある混合気を提供することが必要である。この範囲は、混合気組成の理論空燃比１４．７：１からの最大許容偏差の条件から選択される。混合気の空燃比が２０：１より大きいと、点火プラグ７の電極区域の混合気の中心（核）は、限度を外れて希薄化され、その点火を困難にし、エンジンの動作安定性を減少させるであろう。空燃比が８：１より小さいと、点火プラグ７の電極区域の混合気は、極めて濃くなり、非生産的な燃料消費を招くであろう。さらに、点火プラグ７の電極に燃料が付着する恐れが生じ、エンジンの動作安定性を減少させ得る。

エンジンがアイドリング・モードで、また低負荷で動作するときは、少量の燃料が要求される。それは、装置１２を通る燃料供給パルス幅が小さくなる理由である。しかし、それにも拘らず、圧縮機型シリンダ１７の空洞８から噴射される混合気は、作動シリンダ１にある空気の一部分とのみ混合されるべきである。このために、圧縮機型シリンダ１７の空洞８からの混合気の噴射圧力は、減少し、遮断弁２１の圧力を減少させる。この場合、圧縮機型シリンダ１７の空洞８の圧力が作動シリンダ１の空気の圧力をほんのわずか超えると、遮断弁２１は上昇する。混合気は、通路３８、３９、９及び１０を通って過早点火室６及び燃焼室５にゆっくりした速度で入り、旋回し、作動シリンダ１に収容されている空気の一部分とのみ混合するであろう。そのことは、過早点火室６及び燃焼室５において空燃比が８：１〜２０：１である混合気の装入の形成を提供するであろう。

エンジン負荷が増大すると、燃料供給パルス幅が増大する。そのことは、混合気組成の燃料量を増大させる。過早点火室６における選択された空燃比を有する混合気を得るために、圧縮機型シリンダ１７の空洞８の混合気の圧力を上昇させ、遮断弁２１の圧力を増大させる。結果として、遮断弁２１は、圧縮機型シリンダ１７の空洞８のより高い圧力で開くであろう。そのことは、通路３８、３９、９及び１０を通り過早点火室６及び燃焼室５への混合気の噴射速度を上昇させるであろう。結果として、作動シリンダ１の空間内への混合気の進入深さが大きくなり、圧縮機型シリンダ１７の空洞８から入ってくる濃い混合気は、希薄化され、空燃比が８：１〜２０：１である混合気の層が過早点火室６及び燃焼室５に形成され、エンジンの動作安定性を提供するであろう。

過早点火室６及び燃焼室５への混合気の噴射は、作動ピストン２が作動シリンダ１の入口通路４４及び出口通路４５を塞いで後上死点へ上昇するときであるが点火プラグ７の電極の火花放電より前５゜より遅くならないように実行される。このことは、点火プラグ７の電極区域において８：１〜２０：１の範囲内にある安定した空燃比を有する混合気を得る可能性を提供する。作動ピストン２により作動シリンダ１の入口４４の窓及び出口４５の窓を塞ぐ前の混合気の噴射は、混合気の一部が出口４５の窓を通って噴出してしまい得るので、エンジンの出力損失及び大きな燃料消費を招く。そのことは、同様に、排気ガスの毒性を増大させるであろう。開いた入口窓４４を通って入ってくる空気は、混合気を希薄化し、エンジンの動作安定性を減少させる。混合気が点火プラグ７の電極の火花放電より前５゜より遅く噴射されると、混合気は、作動シリンダ１の過早点火室６及び燃焼室５の容積内に分散される時間がない。過剰に濃い混合気の核が点火プラグ７の電極区域に形成され、その点火を困難にし、点火プラグ７の電極に燃料の付着を引き起こし得る。そのことは、エンジンの動作安定性をさらに悪くさせる。

提案されたエンジンの全ての部品は、公知の鋳造装置及び金属切削装置を用いて、公知の自動車工学に応用される材料から容易に製造され得る。仕切り２５により分割された通路３８及び３９が入っているチューブ２６は、例えば、圧延、溶接または半田付けにより、鋼鉄、アルミニウムまたは銅で作られ得る。いかなる公知のヒータ、例えば、チューブ２６にニクロムの絶縁されたコイルを巻くヒータ、もヒータ２７として使用され得る。電力供給ユニット３０として、電気駆動装置によりヒータ２７のコイルに供給される、感知要素２８の信号に依存する電圧を変更する可変抵抗器を有する電流源が使用され得る。例えば、熱電対すなわち接点を有する所定の温度に対して標準化されたバイメタル板が感知要素２８として機能する。

調整機構３６は、例えば、図１位に示されるようなネジまたはロッドの形で実施され得る。チューブ２６の壁に実施されている座を有する開口を通って通路３８に入るネジ（または、ロッド）は、この通路のスロートを変更する。該スロートは、駆動装置３７によるこのネジまたはロッドの上昇高さに依存する。調整機構３６の駆動装置３７は、例えば、ネジを回転させる電気機械的なもの、あるいは、機構３６のロッドを上昇させる電気磁気的なものであってもよい。そのような機構及び駆動装置は、工学的に広く知られている。

例えば、ポテンショメータまたは公知の可変抵抗ピックアップが、エンジン制御手段と機械的に接続されている変換器４０として使用され得る。例えば、自動車の加速用ペダルまたはオートバイの加速用ハンドルがそのように使用され得る。提案されたエンジンには、自動車に現在広く使用されている中からいかなる公知のプロセッサ４２が設けられてもよい。減速装置及び引き込み可能なロッド４３を有する電気モータからなる電気機械的駆動装置、またはロッド４３が固定されている可動鉄心を有するソレノイドからなる電気磁気的駆動装置が、バネ２０の圧縮のための遮断弁２１の加圧用駆動装置４１として使用され得る。そのような駆動装置は、工学の異なる分野において広く知られている。公知の空気力学的装置、例えば、圧縮機または圧縮された空気を有する容器、が、公知の空気力学的作動装置および空気力学的調整装置ばかりでなく、駆動装置４１の設計の空気力学的実施態様に使用され得る。

かくして、提案されたエンジン及びそれを動作させる方法は、混合気の均質化による排気ガスの毒性低下ばかりでなく、動作安定性が増大し、エンジン出力が増大し、燃料消費が減少するという事実からなる技術的効果を提供する。エンジンは、工学的に公知の手段及び材料を用いて製造され得る。したがって、提案されたエンジンは、産業上の利用性を持っている。

提案されたエンジンの構造図が示されている。 図１のＡ−Ａに沿う断面図が示されている。 図２のＢ−Ｂに沿う断面図が示されている。 図１のＣ−Ｃに沿う断面図が示されている

Claims (7)

1. 運動力学的にクランクシャフトと接続されているピストンが設けられている作動シリンダ、
   その中に設置されている燃焼室及び点火プラグが設けられている過早点火室が設けられている作動シリンダのヘッド、
   運動力学的に作動ピストンと接続されている圧縮機型ピストンを有する圧縮機型シリンダ、座を有する遮断弁のみならず、そこに設置されている燃料供給用装置を有する燃料供給通路、及び空気供給通路が設けられている混合気の圧縮機型噴射器、
   作動シリンダ及び圧縮機型シリンダを閉じ、冷却液体で満たされている空洞を画定する蓋体、
   を備え、
   燃焼室及び過早点火室は、第１の逆止め弁及び混合気供給通路を介して混合気の圧縮機型噴射器と接続され、
   混合気供給通路は、蓋体の空洞内に配置され、仕切りによりその軸に沿って区切られているチューブとして、または互いに平行に装着されている２つのチューブとして形成され、
   電力供給ユニットに接続されているヒータが混合気供給通路を取り囲んで設置され、冷却液体の温度感知要素が混合気供給通路の設置区域に装着され、かつ電力供給ユニットに接続され、
   混合気の圧縮機型噴射器の燃料供給通路及び空気供給通路は、圧縮機型シリンダの上部であって圧縮機型ピストンの上死点より上に配置され、
   第２の逆止め弁が、圧縮機型シリンダの上部で開口している空気供給通路の出口に取り付けられていることを特徴とする内燃機関。
2. 燃焼室は、円筒形状を有し、燃焼室及び過早点火室に入る通路部分の作動シリンダの縦断面への軸投影は、作動シリンダの軸に対して垂直であり、少なくとも燃焼室に入る通路部分は、燃焼室に対して接線方向に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 過早点火室への混合気供給通路には、燃料供給装置またはエンジンのクランクシャフトの回転速度変換器と接続されている駆動装置を有する、過早点火室に供給される混合気の量を調整する調整機構が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載される内燃機関。
4. 動作モード変換器、遮断弁圧力駆動装置、及びプロセッサが設けられ、さらに、動作モード変換器は、燃料供給装置及び遮断弁圧力駆動装置と接続されているプロセッサと接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載される内燃機関。
5. エンジン出力は、過早点火室及び燃焼室へ噴射される混合気の燃料量を変更することにより調整され、混合気の燃料量を変更するために、燃料供給装置を通過する燃料供給パルス幅が変更され、
   エンジン動作モードが変更されると、作動シリンダの過早点火室及び燃焼室への混合気の噴射速度が圧縮機型シリンダの圧力を増減させることで調整され、圧縮機型シリンダの圧力を増減させるために、座の上にある遮断弁の圧力を変更することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の動作方法。
6. 過早点火室において、点火プラグの電極区域で混合気の空燃比が８：１〜２０：１となるように、燃料供給パルス幅が増大すると、圧縮機型シリンダの圧力を増大させ、燃料供給パルス幅が減少すると、圧縮機型シリンダの圧力を減少させることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 作動シリンダの過早点火室及び燃焼室への混合気の噴射は、作動シリンダの入口通路及び出口通路を塞いだ後であって、ピストンが上死点に向かって移動し、点火プラグの電極の火花放電より前５°より遅くならないときに実行されることを特徴とする請求項５または６に記載の方法。

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