JPH04262025A - 内燃機関およびその性能改善方法 - Google Patents

内燃機関およびその性能改善方法

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JPH04262025A
JPH04262025A JP3177227A JP17722791A JPH04262025A JP H04262025 A JPH04262025 A JP H04262025A JP 3177227 A JP3177227 A JP 3177227A JP 17722791 A JP17722791 A JP 17722791A JP H04262025 A JPH04262025 A JP H04262025A
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internal combustion
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John M Haring
ジョン　エム．ハリング
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ROBERT THOMAS HARRING
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は内燃機関およびその性
能改善方法に関するものである。特にこの発明は、今日
、乗用車、トラックなど大型、小型、可動、静止形装置
に使用されているオットー・サイクル、ディーゼル・サ
イクルの内燃機関、その他全ての種類の内燃機関の技術
分野に係わる。
【０００２】
【従来の技術】この出願は１９９０年６月２２日出願の
米国特許願第０７／５４２，４３３号の部分継続出願で
ある。
【０００３】オットー・サイクル・エンジン、ディーゼ
ル・サイクル・エンジンは両者共（１）吸気行程、（２
）圧縮行程、（３）動力もしくは点火行程、（４）排気
行程等の行程もしくはパラメータを経ることによってそ
の目的を達成している。前記４パラメータのそれぞれは
、多気筒オットー・サイクル・エンジン、ディーゼル・
サイクル・エンジンの各動力シリンダ内で遂行される。 また、各サイクルは前記パラメータもしくは「行程」の
全てをクランク軸の１回転で行う「２行程サイクル」、
クランク軸の２回転で行う「４行程サイクル」とに分類
される。
【０００４】オットー・サイクルで運転する４行程内燃
機関では、吸気行程でピストンが下降している時に空気
と気化燃料の混気が燃焼シリンダへ導入される。圧縮行
程でピストンが上昇すると前記混気が圧縮される。次に
、ピストンの上死点またはその近傍のスパーク・プラグ
によって混気を点火する。シリンダ内に高圧力、高温を
生成する一定容積で燃焼が発生してピストンを押し下げ
、動力を生じる。ベンソン・ローランド、ホワイトハウ
ス・エヌ・デー著の「内燃機関」、ニューヨーク・ペル
ガモン・プレス、１９７９年、１７頁によると、正常な
全燃焼期間は通常約３０°から４０°のクランク角であ
る。しかし図９からわかるように、燃焼圧力がほぼ一定
値を保つのは極めて短いクランク角期間だけである。ピ
ストンがシリンダの底に達すると、シリンダ内のピスト
ン最終行程終了の際にピストンによって開かれる弁を介
して燃焼ガスがシリンダから排気される。排気行程の後
、全工程が連続的に繰り返され、通常スパーク・プラグ
の電気回路を開くことによって工程が遮断された時に終
了する。
【０００５】ディーゼル・サイクルで運転する４行程内
燃機関では、吸気行程でピストンが下降している時に空
気が燃焼シリンダへ導入される。圧縮行程でピストンが
上昇すると空気が圧縮される。ピストンの上死点または
その近傍で燃料が噴射され、通常上死点の後、約１５°
から２０°の既定停止点まで継続する。シリンダ内に高
圧力、高温を生成する一定圧力で燃焼が発生しピストン
を押し下げ、動力を生じる。ヘイウッド・ジョン・ビー
著、「燃焼機関の基礎」、ニュー・ヨーク、マックグロ
ー・ヒル・ブック・カンパニ、１９８８年、４９３頁に
よると、正常な全燃焼期間は通常約４０°から５０°の
クランク角である。しかし図１０からわかるように、燃
焼圧力がほぼ一定値を保つのは極めて短いクランク角期
間だけである。ピストンがシリンダの底に達すると、シ
リンダ内のピストン最終行程終了の際にピストンによっ
て開かれる弁を介して燃焼ガスがシリンダから排気され
る。排気行程の後、全工程が連続的に繰り返され、通常
燃料流を停止することによって工程が遮断された時に終
了する。
【０００６】当然、前記の各エンジンにおいては吸気、
過給、ターボチャージ、中間冷却、後冷却を行うことが
できる。過給器、ターボチャージャの両者を使用すれば
、所定の大きさ、内径、ストローク、ｒｐｍのエンジン
での空気トラップ量を増やすことができる。また、中間
冷却器、後冷却器を使用しても、所定の大きさ、内径、
ｒｐｍのエンジンでの空気トラップ量を増やすことがで
きる。
【０００７】一般に、或る可燃性空気・燃料比で沢山の
燃料に沢山の空気を混ぜればエンジンが発生する正味馬
力（Ｂｈｐ）出力が増す。機械的設計制限を超過しない
限り、オットーまたはディーゼル・エンジンに沢山の空
気と沢山の燃料を導入することによってより高いＢｈｐ
を発生できる限界点は、異常爆発発生点である。
【０００８】異常爆発は、炎前面に先行する未燃焼空気
・燃料混気が自動点火温度まで熱せられた時に生じる。 この時未燃焼混気の全部が１０００分の１秒以下で燃え
尽くす。これは正に爆発であって、数百ポンド／平方イ
ンチ（約数百×０．０７Ｋｇ／ｃｍ２）ピーク点火圧力
が数千ポンド／平方インチ（約数千×０．０７Ｋｇ／ｃ
ｍ２）にまでなりエンジンを損傷または破壊する。した
がって異常爆発が、オットー・サイクル・エンジン、デ
ィーゼル・サイクル・エンジンに沢山の空気・燃料混気
を加えて馬力を増すことができる限界である。種々の燃
料に対する自動点火温度はジェー・エッチ・ペリース著
の化学ハンドブック、９頁から３３頁の以下の表から容
易に知ることができる。
【０００９】
【表１】自動点火温度の表……大気圧における種々の炭
化水素 　　　　燃　　料　　　　　　　　　　　　　　式　　
　　　　　　　　　　　　　　自動点火温度（°Ｆ）　
　　　メタン　　　　　　　　　　ＣＨ４　　　　　　
　　　　　　　　　　１１７０°Ｆ（約６３２℃）　　
　　エタン　　　　　　　　　　Ｃ２Ｈ６　　　　　　
　　　　　　　　　　８８２°Ｆ（約４７２℃）　　　
　プロパン　　　　　　　　Ｃ３Ｈ８　　　　　　　　
　　　　　　　　９４０°Ｆ（約５０４℃）　　　　Ｎ
−ブタン　　　　　　　Ｃ４Ｈ１０　　　　　　　　　
　　　　　　８０７°Ｆ（約４３１℃）　　　　Ｎ−ペ
ンタン　　　　　Ｃ５Ｈ１２　　　　　　　　　　　　
　　　５４４°Ｆ（約２８４℃）　　　　Ｎ−ヘクサン
　　　　　Ｃ６Ｈ１４　　　　　　　　　　　　　　　
５０１°Ｆ（約２６１℃）　　　　Ｎ−ヘプタン　　　
　　Ｃ７Ｈ１６　　　　　　　　　　　　　　　４７７
°Ｆ（約２４７℃）　　　　Ｎ−オクタン　　　　　Ｃ
８Ｈ１８　　　　　　　　　　　　　　　４６４°Ｆ（
２４０℃）　　　　ガソリン　　　　　　　　７３オク
タン　　　　　　　　　　　　５７０°Ｆ（約２９９℃
）　　　　ガソリン　　　　　　　　１００オクタン　
　　　　　　　　　　８００−９５０°Ｆ　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（約４２７−
５１０℃）
【００１０】以下にこの発明の要旨に関連す
ると思われる特許を列記する。
【００１１】米国特許第１，０８７，０４２号、第２，
３７２，２７２号、第３，２３２，０４２号に記載の内
燃機関においては、燃料・空気混気が圧縮され、冷却器
を通りエンジン・シリンダへ導入される。
【００１２】米国特許第２，５８１，３３４号、第２，
５１６，９１１号が開示するエンジン空気導入制御装置
では、独立に駆動されるブロワで燃焼空気を圧縮し、こ
の圧縮燃焼空気は中間冷却器を通ってエンジンへ供給さ
れる。
【００１３】米国特許第７２９，９８４号、第１，１５
２，３８６号、第１，３６９，５１１号、第１，６１２
，０５６号、第１，７５１，３８５号、第２，５５１，
４７８号、第２，６２１，４７３号、第３，２６７，６
６１号、第３，６０８，３０７号、第３，６７５，６３
０号、第４，２５０，８５０号、第４，７８３，９６６
号に記載の内燃機関は圧縮、膨脹を多段で行う。
【００１４】また、米国特許第１，８０７，０４２号、
第１，９３５，１８６号、第２，１３６，９６４号、第
２，３７２，２７２号、第２，３９９，３１０号、第２
，４０３，３９８号、第２，５１６，９１１号、第２，
５８１，３３４号、第２，６２２，５７１号、第２，７
０３，５６０号、第２，７０６，４７２号、第２，８９
６，５９８号、第３，１３４，３７１号、第３，１７７
，８５６号、第３，２３２，０４２号、第３，４８３，
６５４号、第４，１０６，２８５号、第４，２１１，０
８２号、第４，２３６，４９２号、第４，３１７，４３
９号、第４，３８５，４９６号、第４，５３９，８１５
号が記載する改良内燃機関は過給器、冷却器を使用して
燃焼空気、燃焼空気・燃料混気を制御しエンジン温度、
圧力を制御している。
【００１５】前記特許のどの内燃機関をとっても、高圧
縮エンジンであり燃焼時間が比較的短く、高温高圧で燃
料消費が多く、排ガス温度が高くてＣＯ，ＣＯ２，ＮＯ
ｘ等化学的汚染物を多く発生する。
【００１６】前記のどの特許またはこの出願人が知りう
るそれ以外のどの従来技術にもこの発明の利点は示され
ていない。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、最
終的にＢｈｐを発生するに際して異常爆発を完全になく
した、以下に「ハリング・サイクル（Ｈａｒｉｎｇ　Ｃ
ｙｃｌｅ）」と呼ぶ改良エンジン・サイクルによって内
燃機関を改善することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】この発明においては、比
較的緩慢で長い燃焼サイクルすなわち動力サイクルを設
け、このサイクルによって、ターボ・チャージャその後
のシリンダを駆動するのに利用できる高圧力の排気を得
ている。つまり、実質的に一定の圧力での燃焼経過時間
（ＥＴＣ）を延長して現今の内燃機関に比して長くして
いる。また、現今の内燃機関と比較して圧縮比を減少し
て、動力もしくは燃焼シリンダ内の最大温度を容易にＮ
Ｏｘの生成温度以下にできるようにしている。燃焼中の
圧力はほぼ一定になっているのが理想である。これによ
って、単位時間当たりの容積変化に見合うようにエネル
ギの放出が制限され、トルク、馬力が増大し、燃料消費
が減少して大気中への汚染が著しく低減される。
【００１９】冷却圧縮空気もしくは冷却空気・燃料混気
を導入することによって、燃焼が制御され燃焼維持期間
に亘って実質的に一定な圧力での燃焼が得られる。ここ
で「実質的に一定な圧力」とは、最大制御燃焼圧力の２
０％の範囲内に維持される圧力を意味する。図１０はデ
ィーゼル・サイクル・エンジンに対する制御燃焼範囲の
例を示す。
【００２０】燃焼全時間内には予備燃焼、高速燃焼、後
縁燃焼の各燃焼段階が含まれるから実質的に一定の圧力
での燃焼経過時間とは燃焼の実質的一部分が実質的に一
定な圧力の下で発生することを意味する。つまり、実質
的に一定の圧力での燃焼の部分が上死点の後の少なくと
も４５°の最小クランク角期間まで延ばされる。そして
、全燃焼工程が実質的に一定の圧力の下にある必要はな
い。
【００２１】空気・燃料混気を燃焼することによってエ
ンジン動力を発生すること、最大動力出力が、異常爆発
なく燃焼を可能にする最大混気量によって最早制限を受
けないこと、可燃性空気・燃料の混気の温度によって異
常爆発を制御すること、燃焼経過時間（ＥＴＣ）を延長
し有効モーメント・アームが実質的に増すように圧力を
増してトルクを増大させることがこの発明の基本的概念
である。実質的に一定の圧力でのＥＴＣの最小クランク
角は４５°である。好ましくは、燃焼はＴＤＣの前３５
°からＴＤＣの後３５°までの開始範囲内から始まりＴ
ＤＣの後４５°から１８０°以上の終了範囲内で終わる
。例えば、燃焼は上死点の前３５°から上死点の後３５
°までの開始範囲内で始まり、上死点の後４５°から９
０°、９０°から１８０°、４５°から２００°の範囲
内で終了することができる。また、燃焼は基本的に化学
反応であること及びこの化学反応の速度は初期温度が高
いと増すことの運転の条件の下で、空気・燃料混気を燃
焼時に異常爆発が生じる点以下まで点火前に冷却し、ピ
ストンが上死点近傍にある時のピーク点火圧力を減少し
、ピストンからの伝達力が実質的なレバー・アームをも
つような角度に接続ロッドとクランク・ピン中心線が一
旦達したときに得られるシリンダ圧力を通常の値以上に
増大して前記反応を制御することによってより高いトル
クしたがってより高い馬力を生成している。
【００２２】この発明の１面によると、燃焼空気、燃焼
空気・燃料混気を外部で圧縮して燃焼シリンダの最終圧
縮圧力の４０％から１００％の圧力を得、この圧力を燃
焼シリンダへ導入するので、燃焼空気、燃焼混気の圧縮
のほぼ全体が燃焼シリンダに依存しないで行われる。ま
た、燃焼空気、燃焼空気・燃料混気は、燃料と混合され
た際に圧縮空気を維持するのに有効な温度まで燃焼シリ
ンダの外で冷却されて冷却空気・燃料混気を生成する。 この冷却空気・燃料混気は、燃焼シリンダ内でのその燃
焼の際の炎前面に先行して自動点火温度に達することは
ない。このため、炎前面に先行する空気・燃料混気が自
動点火温度に達して異状爆発する機械はまったくなくな
る。
【００２３】固定燃焼シリンダ容積が上死点で増大され
るので、ピストンが下方への加速し始めると、時間変化
当たりの容積変化（ｄＶ／ｄＴ）が減少し、現存の高圧
縮比オットー・サイクル・エンジン、ディーゼル・サイ
クル・エンジンのように上死点で容積が小さい場合に比
較して、著しく緩慢にシリンダ圧力が減少される。好ま
しくは、ピストンの上死点の前４５°で始まり上死点の
後３５°までに亘る範囲のタイミングで燃料が燃焼シリ
ンダへ導入され、上死点の後１８０°以上、例えば２０
０°まで継続する。これによって、少なくともクランク
角４５°の期間の延長、緩慢燃焼動力サイクルが可能と
なり、燃焼圧力の実質的損失を伴うことなくトルクを増
し、未だ比較的高圧力の燃焼生成物を燃焼シリンダから
排出する。この排出生成物はさらに利用されピストンも
しくは回転装置による第２または第３膨脹を経てトルク
出力をさらに増大させる。燃焼時に燃料を燃焼室へ断続
的に導入し、エネルギ放出を制御して、ほぼＮＯｘの生
成温度である１８００°Ｆ（約９８２℃）以下のピーク
燃焼温度を保つことができる。したがって、第２，第３
段膨脹からの排気圧力は消音化され、大気中へ排気され
る前に、次の動力行程の初段の圧縮用駆動力として使用
できる。
【００２４】この発明の他の面によると、圧縮段と混合
冷却システムとが燃焼シリンダ・システムから分離され
、燃焼速度もしくはＥＴＣ，ピーク点火圧力、瞬時ショ
ック・レベルや歪みレベル、トルク出力、空気圧力や温
度、燃料燃焼率、燃焼効率、排気効率、排気汚染、廃熱
範囲等の制御を支援している。前記の要因は適宜の手動
または自動調整、制御によって有効に制御することがで
きる。ハリング・サイクルで外部圧縮を外部冷却と共に
利用しているのは、ターボ・チャージャ、中間冷却器、
後冷却器を用いても現今のオットー、ディーゼル・サイ
クル・エンジンでの燃焼シリンダ内の圧縮空気から充分
な熱を取り除く方法、手段が今のところ無いからである
。前記圧縮機能を果たすように特別に設計された外部圧
縮器を用いることによって、燃焼シリンダを用いて行う
よりも一層効率的にエンジンの１サイクルでの圧縮を達
成できる。また、外部圧縮を使用しているので、エンジ
ン使用者は当該エンジンについて噴射圧力、温度、噴射
の開始・終端でのシリンダ容積、点火タイミングを変え
ることによって、最大動力から最大効率へと設定を変え
ることができる。ここで外部圧縮は燃焼シリンダの外で
行われさえすればよく、機械を完全に分離することは必
ずしも必要ない。
【００２５】この発明のさらに他の面によると、噴射時
間を終始一貫して増すことによってＥＴＣを増大し、こ
れによりピストンが上死点近傍にある時のピーク点火圧
力を減少し、ピストンからの伝達力が実質的なレバー・
アームをもつような角度に接続ロッドとクランク・ピン
中心線が一旦達したときに得られるシリンダ圧力を通常
の値以上に増大してより高いトルク、したがってより高
い馬力を生成している。これは燃焼時の圧力、温度、容
積、ＥＴＣを変化、制御することによって達成できる。
【００２６】したがって、この発明によると、ディーゼ
ル、オットー、ヴァンケル（Ｗａｎｋｅｌ）・エンジン
に比較して内燃機関の性能動作を改善すると共に排気汚
染、大気中への廃熱を減少した内燃機関が提供される。
【００２７】さらに、この発明によると、同等の大きさ
のオットー、ディーゼル・サイクル・エンジンと比較し
て、利用馬力を増し、ピーク点火圧力を減少し、機械部
品に対するショック・歪みを減少し、燃料消費率を減少
し、廃熱比を減少し、排ガス温度を下げ、排ガス汚染物
を少なくし、運転費を低減し、全体効率を増大し、利用
動力に対する費用を低減した内燃機関が提供される。
【００２８】さらに、この発明によると、前記の利点に
加えて農作物から得られる穀類アルコールのような従来
エンジンが使用困難であった燃料を燃焼できるエンジン
が提供され、オットー・ディーゼル・エンジンには不適
当な低異常爆発温度をもつ燃料を使用できる。
【００２９】さらにまたこの発明によると、空気もしく
は空気・燃料混気を燃焼シリンダの外で圧縮して最終圧
縮圧力の４０％から１００％の桁の圧力を得、圧縮空気
、圧縮空気・燃料混気が燃料と混合され、炎前面に先行
する可燃性空気・燃料混気を生成する際の該圧縮空気、
圧縮空気・燃料混気の温度を燃焼シリンダ内での燃焼時
の前記可燃性空気・燃料混気の自動点火温度以下に保つ
のに有効な温度まで前記圧縮空気、圧縮空気・燃料混気
を冷却して前記した利点を得ることによって、内燃機関
の性能を改善し該機関からの汚染物を低減する方法、手
段が提供される。
【００３０】さらにまたこの発明によると、外部での圧
縮冷却空気が燃焼シリンダ内のピストンの上死点に先行
して該燃焼シリンダに導入され、上死点の前４５°から
上死点の後３５°までの開始範囲から１８０°以上に亘
るタイミングで燃料が動力シリンダに導入され、ＴＤＣ
の後少なくとも４５°のクランク角まで、実質的に一定
の圧力での延長緩慢燃焼動力サイクルを可能としてより
高いトルク、より高い馬力を発生してなる内燃機関の性
能を改善し該機関からの汚染物を低減する方法、手段が
提供される。
【００３１】さらにまたこの発明によると、上死点での
固定燃焼シリンダ容積を増しピストンがその動力行程で
加速し始める際に時間当たりの容積変化（ｄＶ／ｄＴ）
を緩慢に減少させて、現存のオットー、ディーゼル・サ
イクルで上死点での容積がはるかに小さい場合に比し動
力行程を通しより高いシリンダ圧力を維持することによ
って、内燃機関の性能を改善し該機関からの汚染物を低
減する方法、手段が提供される。
【００３２】さらにまたこの発明によると、オットー、
ディーゼル・エンジンの場合と異なり全燃料が殆ど瞬時
に噴射されないように燃料噴射を制御し、タイミングを
とり燃焼経過時間を増大することによって、内燃機関の
性能を改善し該機関からの汚染物を低減する方法、手段
が提供される。
【００３３】さらにまたこの発明によると、エンジン使
用者が、特定エンジン用途に必要な所望の最大シリンダ
圧力を選択でき、上死点後の燃料噴射カット・オフ点の
角度を選択でき、上死点からカット・オフ点（締切点）
までのほぼ一定のシリンダ圧力を、燃焼時の全放出熱が
シリンダ温度を１８００°Ｆ（約９８２℃）以上に上昇
させないように選択、維持してＮＯｘの生成を最小もし
くは零にできるような方法、手段が提供される。
【００３４】さらにまたこの発明によると、内燃機関の
性能、効率を向上し、燃料消費率、排気温度、汚染物を
低減できる方法、手段が提供される。
【００３５】以下の実施例によりこの発明をさらに詳細
に説明する。
【００３６】
【実施例】以下に用いられる用語とか定義は当該産業分
野で認められているもので標準的であるので、単なる用
語説明は必要ないと考える。
【００３７】ただし、用語「燃焼シリンダの外で圧縮す
る」、「外部の」、「外に」などを用いて、圧縮が生じ
る場所を説明するに際しこれらの用語は、燃焼シリンダ
とは別の機械で圧縮が生じていること、燃焼シリンダそ
のものではなく共通のエンジン・ブロツクで圧縮が生じ
ていること、または、１行程での燃焼を行うことなく燃
焼シリンダ内で圧縮が生じ、次に該燃焼シリンダからの
排気そして冷却が行われ、さらに、次のストロークでの
燃焼のために燃焼シリンダへ再導入されることを意味し
ている。
【００３８】また、用語「最終圧縮圧力」は燃焼前にお
ける燃焼シリンダ内の圧縮圧力を意味する。
【００３９】さらに、燃料または空気・燃料混合気に関
して、用語「導入」または「噴射」は等価的に用いられ
燃料または混気を燃焼室すなわちシリンダへ単に供給す
ることを意味する。
【００４０】前記したように、この発明の方法、手段に
よると、比較的緩慢で長い燃焼を行う燃焼、動力サイク
ルを提供して高圧力の排気を得、これを用いて次のシリ
ンダ、ターボ・チャージャを駆動することができる。圧
縮比が減少され、燃焼温度をほぼＮＯｘ生成温度以下に
できる。好ましくは、燃焼時の圧力を実質的に一定に保
つと理想的である。これによって放出エネルギが制御さ
れ、より大きなトルク、馬力、より少ない燃料消費が得
られ、外気に対する化学的、熱的汚染を大幅に低減でき
る。この発明を適用して既存のエンジンを変更修正した
り、新規な内燃機関を形成したりすることができる。
【００４１】図１はこの発明の方法および装置の実施例
を示し、従来の空気取り入れフィルタ１０を用いて外気
を取り込む。フィルタ１０は好ましくは低圧力降下型で
ある。濾過空気は次に空気圧縮システム１２へ送られ、
動力シリンダ外での空気圧縮が行われる。濾過外気は圧
縮器１２において最終圧縮圧力の４０乃至１００％まで
圧縮されるので、空気圧縮は燃焼シリンダの外部でほぼ
全てが完了する。空気圧縮システム１２を１段型、多段
型、その他の型の圧縮器とするかはエンジン設計者の目
的に従って選択され、燃焼シリンダに対して最大有効圧
力を得るようにする。
【００４２】次に、圧縮空気または混気は空気冷却シス
テム１４に導入され、燃料と混合され、炎前面に先行す
る可燃性混気を生成する際の該圧縮空気、圧縮混気の温
度を燃焼シリンダ内での燃焼前または燃焼中の前記可燃
性混気の自動点火温度以下、好ましくは、ＮＯｘの生成
が開始する温度に近い１８００°Ｆ（約９８２℃）以下
に保つのに有効な温度まで前記圧縮空気、圧縮混気を冷
却する。 空気冷却システム１４は最大冷却効率を考慮して１段型
もしくは多段型の冷却器とすることができる。
【００４３】圧縮冷却空気は次に動力システムすなわち
燃焼シリンダ１６に導入されるが、好ましくは、燃焼シ
リンダ１６内のピストンの上死点に先行して導入が行わ
れる。上死点での固定燃焼シリンダ容積を最適に増大で
きるので、動力行程においてピストンが加速し始めると
、時間変化当たりの容積変化（ｄＶ／ｄＴ）が減少し、
上死点での容積が小さい既存の高圧縮オットー、デイー
ゼル・サイクルに比較して一層緩慢に、容積の増大に伴
うシリンダ圧力を低減する。
【００４４】好ましくは、燃焼シリンダ１６への燃料導
入はピストンの上死点の前４５°から上死点の後３５°
で始まる範囲のタイミングで行ない上死点の後１８０°
以上継続させる。したがって、既存オットー、デイーゼ
ル・サイクルにおけるような殆ど瞬間的な噴射はなされ
ない。エンジン設計上高い排気ガス圧力・容積を用いて
膨脹ピストンそれに続く外部空気圧縮器を駆動する必要
がある場合は、上死点後１８０°以上に亘って燃料もし
くは混気の供給、燃焼を継続すればよい。
【００４５】オットー、デイーゼルその他の既存サイク
ルによるよりも一層強く燃焼開始に先行して空気を冷却
すること、既存のオットー・サイクル、ディーゼル・サ
イクルよりもはるかに緩慢にｄＶ／ｄＴを減少すること
、シリンダ容積、シリンダ圧力の変化が互いに相殺する
ような割合で燃焼工程からの放出熱が得られるように燃
料噴射タイミングを制御することによって、特定の内燃
機関の要件に適応するよう制御されたエネルギの放出を
発生して、より大きなトルク、馬力、より少ない燃料消
費、大幅な汚染低減を達成できる。つまり、放出熱の割
合がシリンダ圧力を増大しようとすると、容積変化の割
合がシリンダ圧力を減少して相互の中和、相殺を行うの
で、燃焼工程でシリンダ圧力は実質的に変化せず前記し
たような効果が得られる。
【００４６】したがって、エンジン設計者はハリング・
サイクルの原理を用いることによって、任意の特定エン
ジン用途に対して所望の最大シリンダ圧力を選択でき、
そして、上死点後における燃料噴射カット・オフ点の角
度を選択できるので、上死点からカット・オフ点に亘っ
てシリンダ圧力をほぼ一定に保つことが可能である。全
放出熱による燃焼温度が１８００°Ｆ（約９８２℃）を
越えないようにエンジン設計者によるカット・オフ点の
選択がなされれば、燃焼工程時のＮＯｘ生成はほんの僅
かである。いずれにしても、同じ出力動力を発生するオ
ットー・サイクル、ディーゼル・サイクルその他のサイ
クルに比較して、燃料の割合、排気温度、未燃焼炭化水
素、ＣＯ，ＣＯ２，ＮＯｘが著しく減少する。また、設
計者は上死点から選択カット・オフ点に亘ってほぼ一定
なシリンダ圧力を選択できるので、燃焼によってシリン
ダ温度が１８００°Ｆ（約９８２℃）すなわちＮＯｘ生
成開始温度に近い温度を越えることがない。排気弁が開
き始める下死点での圧力が、制御された実質的に一定な
燃焼圧力の３０％以下にならないのが理想である。
【００４７】動力システム１６からの燃焼生成物は排気
システム１８へ送られる。このシステム１８においては
、排気流から圧力を回収し消音器２０で消音化して大気
中へ排気する前に、次の動力行程の第１圧縮段用の駆動
力として利用してもよい。
【００４８】以上の説明から明らかなように、排気ガス
の温度が著しく減少し、これが大きな要因となってオゾ
ン消耗、いわゆる「温室効果」を抑制する。さらに、大
気中への廃熱率を少なくするのが燃料消費の割合を下げ
る一番良い方法である。燃料はシリンダ圧力の発生のた
めではなくシリンダ圧力を維持するのに使用するのが理
想である。したがって、ハリング・サイクル・エンジン
は、同程度の規模のオットー・サイクル、ディーゼル・
サイクルその他のサイクルよりも、かなり少ない正味馬
力当たりの燃料で運転される。
【００４９】４気筒のエンジンはハリング・サイクルへ
変換可能であるので、図２、図３に示す４気筒の試験エ
ンジン２０を用いて説明する。エンジン２０は空気フィ
ルタ２２と、ターボ・チャージャ２４と、冷却器２６と
を備える。 冷却器２６からの圧縮冷却空気はエンジン２０の圧縮シ
リンダ２８へ導入され、ここで更に圧縮されてから冷却
器３０へ通され、ここで再度冷却されてから燃焼室すな
わちシリンダ３２へ導入される。
【００５０】燃焼生成物は排気マニホルド３４を介して
膨脹シリンダ３６，３８へ導入され、次にサージ室４０
へ送られ、さらに圧縮器２４内を介して排気される該圧
縮器を駆動する。
【００５１】図３に示すように、燃焼シリンダ３２内に
燃焼（動力）ピストン４２を設けクランク・アーム４４
によってクランク軸４３へ接続する。また、膨脹シリン
ダ３６，３８内に設けた膨脹ピストン４６，４８はそれ
ぞれクランク・アーム５０，５２によってクランク軸４
３へ接続される。膨脹・圧縮シリンダ２８内の膨脹・圧
縮ピストン５４はクランク・アーム５６によってクラン
ク軸４３へ接続される。
【００５２】したがって、図２、図３に示す内燃機関２
０は１個の燃焼（動力）室３２と、２個の膨脹室３６，
３８と、１個の圧縮室２８とを用いている。燃焼生成物
は２個の膨脹室３６，３８へ導入された時には膨脹する
のに充分な圧力、体積を持っているのでピストン４６，
４８を駆動する。 シリンダ３６，３８内で膨脹した後に、膨脹燃焼生成物
はターボ・チャージャへ導入され初めて空気を圧縮する
。
【００５３】必要に応じ図２に示すようなサージ室４０
，４１を設ける。
【００５４】図４，図５に示す別の実施例において、図
２，図３の部材と同等な部材には同じ参照番号に「Ａ」
を付して表す。図４，図５に示す３気筒内燃機関は図２
，図３の内燃機関と実質的に同じであるが、２個の膨脹
室３６，３８が１個の大型膨脹室３６Ａへと一体化され
ている点が異なる。動作モードとその結果は図２，図３
の内燃機関と同じであるが、図２、図３の特徴、利点を
全て備えていて、しかも内燃機関が一層小型化されてい
る。 図４、図５のエンジンについてはこれ以上の説明は省略
する。
【００５５】図６に従来のディーゼル・エンジンに対す
るＰＶ図を示す。このエンジンはヤンマ・ディーゼル・
エンジン、ＴＳ５０Ｃ型、４サイクル水平式で、１個の
動力シリンダは２．７５５９インチ×２．７５５９イン
チ（約７ｃｍ×約７ｃｍ）の内径・ストローク、２００
０ｒｐｍで４馬力の定格を有する。また、このエンジン
は２４．５／１の圧縮比、正味馬力時間当たり０．４７
４ポンド（約０．２１５Ｋｇ）の比燃料消費を有し、予
燃焼室を具備する燃焼システムと、空気凝縮器付きの沸
騰型冷却システムからなる冷却システムとを備えている
。
【００５６】ＰＶ図に示すように吸気弁５は上死点で開
き、下死点の後２５°の６の所（ＡＢＤＣ）で閉じ、排
気弁７は下死点の前５２°（ＢＢＤＣ）で開き、上死点
の後２８°の８の所（ＡＴＤＣ）で閉じる。
【００５７】前記ディーゼル・エンジンを以下のように
修正変更したものに対するＰＶ図を図７に示す。０．２
３７５インチ（約０．６０ｃｍ）厚さの鋼スペーサと０
．０６２５インチ（約０．１５３ｃｍ）の特別ガスケッ
トとをシリンダ・ヘッドとシリンダ本体間に付加するこ
とによってＴＤＣにおける固定シリンダ容積を増大する
。押しロッドを長くしてスペーサ板、特別ヘッド・ガス
ケットの寸法を補償する。吸気弁案内にねじを切り、調
整可能ナット付き弦状パッキン押さえを付加することに
よって、吸気弁ステムに沿う洩れをなくしている。タペ
ットすきまを増すことによって弁のタイミングを変えて
、ＴＤＣにおける「通常」の２８°の弁オーバーラップ
をなくしている。また、燃料噴射プランジャ・ポンプは
、放出オリフィス、ばねを何等変更しなくても通常のポ
ンプのように行程当たりの燃料体積のほぼ３倍をポンピ
ングできるものに代えている。水道からとった水を通常
の冷却システムを介してほぼ毎分５．６７６リットル（
１　１／２ガロン）だけ流してエンジンの冷却容量を増
大する。吸気弁の上流で手動スロットル弁と小容積タン
クとを使用して、５０ポンド／平方インチ（約３．５Ｋ
ｇ／ｃｍ２）、９０°Ｆ（約３２℃）の施設用空気のパ
イプを吸気弁の入口に接続する。通常の吸気弁ばねをこ
わさのより大きいばねに代えることによって、５０ポン
ド／平方インチ・ゲージ圧（約３．５Ｋｇ／ｃｍ２ゲー
ジ圧）の入口圧力が加わっても弁が押し開かれたり、洩
れを生じたりしないようにしている。
【００５８】また、図６のＰＶ図に示すように最大ピー
ク圧力が通常エンジン最大圧力に近くなるようにエンジ
ンを修正変更することによって、燃焼の経過時間を延ば
す効果が得られるので、高いシリンダ圧力によって高い
Ｂｈｐを得ることができる。したがって、エンジン修正
変更により得られるのは５０ポンド／平方インチ・ゲー
ジ圧（約３．５Ｋｇ／ｃｍ２ゲージ圧）の空気圧力、初
期ピーク点火圧力に限られるか、ＥＴＣは長くなる。圧
縮比２４．５／１の通常のエンジンの場合、ＴＤＣにお
ける圧縮圧力、温度はそれぞれ１．２０１．４ポンド／
平方インチ・絶対圧（約８４．０９８Ｋｇ／ｃｍ２絶対
圧）および１６６８°Ｆ（約９０９℃）である（図６）
。ＰＶ図（図７）によると、最大負荷２７．４８の動力
シリンダに対して約１１９０ポンド／平方インチ（約８
３．３Ｋｇ／ｃｍ２絶対圧・絶対圧）の最大シリンダ圧
力の馬力である。また、ＰＶ図（図７）に示すように、
排気弁６は約６００ポンド／平方インチ・ゲージ圧（約
４２Ｋｇ／ｃｍ２ゲージ圧）のシリンダ圧力で開き、こ
の圧力は運転を遂行するのに利用できる。さらに、１６
００°Ｆ（約８７１℃）以上ではなく７００°Ｆ（約３
７１℃）で燃焼を開始し、燃焼時には通常エンジンでの
クランク回転のほぼ５％ではなくてクランク回転の約５
０％という長い時間に亘って燃料エネルギを放出するこ
とによってピーク点火温度が大幅に減少するので、１８
００°Ｆ（約９８２℃）で生成開始し、温度の上昇と共
に指数関数的に増加する排気中のＮＯｘを完全除去とま
では行かなくとも大幅に低減できる。時間変化に対する
シリンダ容積変化の値（ｄＶ／ｄＴ）が小さく、この値
とよく平衡した増加ＥＴＣによって、設計者はＰＶ図の
形状を自己の目的とするところ、例えば最大動力出力か
ら最小燃料比、排気中の最小ＮＯｘ、若しくはこれらの
中間等に合わせてしつらえることができる。
【００５９】図４、図５に示すように、好ましいハリン
グ・サイクル・エンジンは１個の小型燃焼室と、１個の
大型再燃焼室と、１個の中型膨脹・圧縮シリンダとを有
している。図８はこのエンジンの燃焼シリンダの理論的
ＰＶ図を示す。吸気弁５は開き１１００ポンド／平方イ
ンチ・絶対圧（約７７Ｋｇ／ｃｍ２絶対圧）の空気をＴ
ＤＣの前の３０°クランク角で燃焼シリンダへ供給し、
排気弁７は上死点の前の１０°で閉じ、燃料噴射９はＴ
ＤＣの前の５°で始まる。燃焼１は１２００ポンド／平
方インチ・絶対圧（約８４Ｋｇ／ｃｍ２絶対圧）の圧力
で上死点において開始し、燃料噴射２は上死点の後の７
０°で終わり、ほぼ一定圧力での燃焼３は９０°クラン
ク角で終わり、上死点の後の１６０°で排気弁７が開き
８００ポンド／平方インチ・絶対圧（約５６Ｋｇ／ｃｍ
２絶対圧）の排気圧力が図４の膨脹シリンダへ供給され
る。
【００６０】前記から明らかなように、燃焼シリンダ４
２（図３）、４２Ａ（図５）は流入空気を殆ど圧縮せず
、クランク角９０°を通じて燃焼圧力はほぼ一定に保た
れ、有効モーメント・アームが実質的に増大するのに伴
い圧力が増して、トルク、馬力が増し８００ポンド／平
方インチ・絶対圧（約５６Ｋｇ／ｃｍ２絶対圧）の排気
圧力が生じてさらに膨脹を行う。
【００６１】図８のＰＶ図は理論的であるが、ハリング
・サイクルの原理を用いることによってエンジン設計者
はディーゼル、ガソリンその他の燃料によるエンジンを
設計し、所望の目的に対する所望のエンジンＰＶ図を得
ることができる。
【００６２】図９に示すように、典型的なスパーク点火
エンジン（オットー・サイクル）においては、極めて短
いクランク角期間だけ燃焼圧力がほぼ一定である。同様
に従来のディーゼル・サイクルにおいても、図１０に示
すように極めて短いクランク角期間だけ燃焼圧力がほぼ
一定である。
【００６３】他の種類の燃料として穀類などから蒸気、
液体、乾燥状態などで抽出したアルコール燃料を使用で
き、低自動点火温度であるため、従来使用できないと考
えられていた燃料も含む。
【００６４】冷却を行う手段としては、フレオン、アン
モニア冷却、廃熱冷却、空気対空気冷却、空気対水冷却
、水対水冷却など適宜な手段を利用できる。
【００６５】往復エンジン、ロータリ・エンジンを始め
とする多くの既存の強制的変位型のエンジンをハリング
・サイクルの原理を用いて改良すれば、一連の変更によ
る前記したような利点が与えられる。
【００６６】証明の便宜上、この発明の幾つかの特徴を
１図面毎に説明したが、１つの内燃機関に全ての特徴を
持たせることも可能である。
【００６７】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によると
内燃機関の性能、効率を向上し、燃料消費率、排気温度
、汚染物を低減できる方法、装置を得ることができる。 ゆえに、この発明は既述の諸目的及び特許請求の範囲を
逸脱しない限りでの本来の利点を達成するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による典型的なハリング・サイクル・
エンジン・システムの概略図である。
【図２】この発明による典型的な４気筒内燃機関の概略
上面図である。
【図３】図２のエンジンにおける燃焼、膨脹、圧縮時の
ピストンの相対位置を示す概略図である。
【図４】別の実施例の３気筒内燃機関を示す図２と同様
な図である。
【図５】３気筒ハリング・サイクル・エンジンにおける
燃焼、膨脹、圧縮時のピストンの相対位置を示す図３と
同様な図である。
【図６】従来の内燃ディーゼル機関の圧力容積（ＰＶ）
図である。
【図７】ハリング・サイクル内燃試験機関の圧力容積（
ＰＶ）図である。
【図８】図４、図５に示す好適ハリング・サイクル・エ
ンジンの理論的圧力容積（ＰＶ）図である。
【図９】ストーン、リチャード著、内燃機関入門、ロン
ドン、マックミラン出版社、１９８５年、６５頁からと
ったものに実質的に一定な圧力の制御燃焼の期間を表す
２本の垂直線を付加したディーゼル・サイクル圧縮点火
エンジンのインジケータ線である。
【図１０】ストーン、リチャード著、内燃機関入門、ロ
ンドン、マックミラン出版社、１９８５年、６５頁から
とったものに実質的に一定な圧力の制御燃焼の期間を表
す２本の垂直線を付加したディーゼル・サイクル圧縮点
火エンジンのインジケータ線である。
【符号の説明】
３２　　燃焼シリンダ　　　　　　　　　　　　　　　
　　　３２Ａ　　燃焼シリンダ

Claims (47)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　クランク・アームによってクランク軸
    に接続されたピストンをもつ燃焼シリンダ内で空気・燃
    料混気を燃焼するに際し、この燃焼の少なくとも一部分
    が、上死点の後の４５°の最小クランク角期間に亘って
    実質的に一定の圧力での燃焼経過時間をもってなる燃焼
    工程と、前記燃焼室からの燃焼生成物を排出する排出工
    程とを備えた内燃機関の性能改善方法。
  2. 【請求項２】　　燃焼が上死点の前３５°から上死点の
    後３５°までの開始範囲内で始まり、上死点の後４５°
    から２００°の範囲内で終わることを特徴とする請求項
    １の内燃機関の性能改善方法。
  3. 【請求項３】　　燃焼が上死点の前３５°から上死点の
    後３５°までの開始範囲内で始まり、上死点の後４５°
    から９０°の範囲内で終わることを特徴とする請求項２
    の内燃機関の性能改善方法。
  4. 【請求項４】　　燃焼が上死点の前３５°から上死点の
    後３５°までの開始範囲内で始まり、上死点の後９０°
    から１８０°の範囲内で終わることを特徴とする請求項
    ２の内燃機関の性能改善方法。
  5. 【請求項５】　　燃焼が上死点の前３５°から上死点の
    後３５°までの開始範囲内で始まり、上死点の後１８０
    °から２００°の範囲内で終わることを特徴とする請求
    項２の内燃機関の性能改善方法。
  6. 【請求項６】　　上死点の前４５°で始まり上死点の後
    ３５°までに亘る範囲のタイミングで燃料が燃焼シリン
    ダへ導入され、上死点の後４５°から２００°の範囲内
    で終わることを特徴とする請求項３の内燃機関の性能改
    善方法。
  7. 【請求項７】　　上死点の前４５°で始まり上死点の後
    ３５°までに亘る範囲のタイミングで燃料が燃焼シリン
    ダへ導入され、上死点の後４５°から９０°の範囲内で
    終わることを特徴とする請求項６の内燃機関の性能改善
    方法。
  8. 【請求項８】　　上死点の前４５°で始まり上死点の後
    ３５°までに亘る範囲のタイミングで燃料が燃焼シリン
    ダへ導入され、上死点の後９０°から１８０°の範囲内
    で終わることを特徴とする請求項６の内燃機関の性能改
    善方法。
  9. 【請求項９】　　上死点の前４５°で始まり上死点の後
    ３５°までに亘る範囲のタイミングで燃料が燃焼シリン
    ダへ導入され、上死点の後１８０°から２００°の範囲
    内で終わることを特徴とする請求項６の内燃機関の性能
    改善方法。
  10. 【請求項１０】　　クランク・アームによってクランク
    軸へ接続されたピストンをもつ少なくとも１個の膨脹シ
    リンダ内で排気燃焼生成物を膨脹させてクランク軸に駆
    動力を与える工程を備えたことを特徴とする請求項１の
    内燃機関の性能改善方法。
  11. 【請求項１１】　　膨脹シリンダ外の圧縮器を膨脹シリ
    ンダから排気された膨脹燃焼生成物によって駆動して空
    気を圧縮する工程と、圧縮空気を圧縮シリンダへ送る工
    程とを備えたことを特徴とする請求項１０の内燃機関の
    性能改善方法。
  12. 【請求項１２】　　圧縮シリンダへ空気を送出する前に
    圧縮器からの圧縮空気を冷却する工程を備えたことを特
    徴とする請求項１１の内燃機関の性能改善方法。
  13. 【請求項１３】　　クランク・アームによってクランク
    軸へ接続されたピストンをもつ圧縮シリンダ内へ冷却圧
    縮空気を導入してクランク軸に力を与える工程を備えた
    ことを特徴とする請求項１２の内燃機関の性能改善方法
    。
  14. 【請求項１４】　　冷却圧縮空気の圧力を圧縮シリンダ
    の圧縮行程によって増大させる工程を備えたことを特徴
    とする請求項１３の内燃機関の性能改善方法。
  15. 【請求項１５】　　空気・燃料混気の圧縮空気を燃焼シ
    リンダへ導入する前に、圧縮シリンダから送出された圧
    縮空気を冷却する工程を備えたことを特徴とする請求項
    １４の内燃機関の性能改善方法。
  16. 【請求項１６】　　燃焼後のシリンダ圧力を、ピストン
    が下死点に到達するまで又はシリンダからの燃焼生成物
    の排気開始まで実質的に一定な燃焼圧力の３０％の最小
    圧力に保つ工程を備えたことを特徴とする請求項１の内
    燃機関の性能改善方法。
  17. 【請求項１７】　　クランク・アームによってクランク
    軸に接続されたピストンをもつ燃焼室の外で、最終圧縮
    圧力の４０％から１００％まで空気を圧縮する工程と、
    可燃性空気・燃料混気を形成するために燃料と混合され
    る際、燃焼室内の燃焼前の自動点火温度以下の温度を維
    持するのに必要な温度まで、燃焼シリンダの外で圧縮空
    気を冷却し、冷却圧縮空気を燃焼シリンダへ導入する工
    程と、燃料を燃焼シリンダへ導入して空気・燃料混気を
    生成する工程と、空気・燃料混気を燃焼する工程と、燃
    焼シリンダから燃焼生成物を排出する工程とを備えた内
    燃機関の性能を改善し該機関からの汚染を低減する方法
    。
  18. 【請求項１８】　　燃焼時に燃焼シリンダへ燃料を断続
    的に導入してエネルギ放出を制御しピーク燃焼温度をＮ
    Ｏｘ生成温度に近い温度以下に保つことを特徴とする請
    求項１７の内燃機関の性能を改善し該機関からの汚染を
    低減する方法。
  19. 【請求項１９】　　上死点の前４５°で始まり上死点の
    後３５°までに亘る範囲のタイミングで燃料が燃焼シリ
    ンダへ導入され、上死点の後４５°から２００°の範囲
    内で終わることを特徴とする請求項１８の内燃機関の性
    能を改善し該機関からの汚染を低減する方法。
  20. 【請求項２０】　　上死点の前４５°で始まり上死点の
    後３５°までに亘る範囲のタイミングで燃料が燃焼シリ
    ンダへ導入され、上死点の後４５°から９０°の範囲内
    で終わることを特徴とする請求項１８の内燃機関の性能
    を改善し該機関からの汚染を低減する方法。
  21. 【請求項２１】　　上死点の前４５°で始まり上死点の
    後３５°までに亘る範囲のタイミングで燃料が燃焼シリ
    ンダへ導入され、上死点の後９０°から１８０°の範囲
    内で終わることを特徴とする請求項１８の内燃機関の性
    能を改善し該機関からの汚染を低減する方法。
  22. 【請求項２２】　　上死点の前４５°で始まり上死点の
    後３５°までに亘る範囲のタイミングで燃料が燃焼シリ
    ンダへ導入され、上死点の後１８０°から２００°の範
    囲内で終わることを特徴とする請求項１８の内燃機関の
    性能を改善し該機関からの汚染を低減する方法。
  23. 【請求項２３】　　上死点の後の４５°の最小クランク
    角期間に亘る燃焼経過時間に、燃焼シリンダ内の燃焼圧
    力をほぼ一定圧力に保つ工程を備えたことを特徴とする
    請求項１８の内燃機関の性能を改善し該機関からの汚染
    を低減する方法。
  24. 【請求項２４】　　クランク・アームによってクランク
    軸に接続されたピストンをもつ膨脹シリンダ内で排気燃
    焼生成物を膨脹してクランク軸に駆動力を与える工程を
    備えたことを特徴とする請求項２３の内燃機関の性能を
    改善し該機関からの汚染を低減する方法。
  25. 【請求項２５】　　膨脹シリンダからの膨脹排気燃焼生
    成物によって膨脹シリンダ外の圧縮器を駆動する工程と
    、圧縮空気を圧縮シリンダへ送出する工程とを備えたこ
    とを特徴とする請求項２４の内燃機関の性能を改善し該
    機関からの汚染を低減する方法。
  26. 【請求項２６】　　圧縮シリンダへ空気を送出する前に
    圧縮器からの圧縮空気を冷却する工程を備えたことを特
    徴とする請求項２５の内燃機関の性能を改善し該機関か
    らの汚染を低減する方法。
  27. 【請求項２７】　　クランク・アームによってクランク
    軸に接続されたピストンをもつ圧縮シリンダ内へ冷却圧
    縮空気を導入してクランク軸に力を与える工程を備えた
    ことを特徴とする請求項２６の内燃機関の性能を改善し
    該機関からの汚染を低減する方法。
  28. 【請求項２８】　　圧縮シリンダの圧縮行程によって冷
    却圧縮空気の圧力を増大する工程を備えたことを特徴と
    する請求項２７の内燃機関の性能を改善し該機関からの
    汚染を低減する方法。
  29. 【請求項２９】　　空気・燃料混気の圧縮空気を燃焼シ
    リンダへ導入する前に、圧縮シリンダからの圧縮空気を
    冷却する工程を備えたことを特徴とする請求項２８の内
    燃機関の性能を改善し該機関からの汚染を低減する方法
    。
  30. 【請求項３０】　　クランク・アームによってクランク
    軸に接続された動力ピストンをもつ少なくとも１個の燃
    焼シリンダと、冷却空気と燃料とを燃焼シリンダ内へ導
    入して可燃性の空気・燃料混気を生成する手段と、上死
    点の前３５°で始まり上死点の後３５°までの範囲内で
    燃焼を開始し、上死点の後２００°程度まで燃焼を継続
    して、上死点の後の４５°の最小クランク角に亘って実
    質的に一定の圧力での燃焼経過時間をもつ燃焼を行なう
    手段と、燃焼シリンダから燃焼生成物を排出する手段と
    を備えた内燃機関。
  31. 【請求項３１】　　上死点の後の４５°から２００°の
    範囲内で燃焼を終らす手段を備えたことを特徴とする請
    求項３０の内燃機関。
  32. 【請求項３２】　　上死点の後の４５°から９０°の範
    囲内で燃焼を終らす手段を備えたことを特徴とする請求
    項３０の内燃機関。
  33. 【請求項３３】　　上死点の後の９０°から１８０°の
    範囲内で燃焼を終らす手段を備えたことを特徴とする請
    求項３０の内燃機関。
  34. 【請求項３４】　　上死点の後の１８０°から２００°
    の範囲内で燃焼を終らす手段を備えたことを特徴とする
    請求項３０の内燃機関。
  35. 【請求項３５】　　上死点の前４５°で始まり上死点の
    後３５°までに亘る範囲のタイミングで可燃性空気・燃
    料混気の燃料を燃焼シリンダへ導入し、上死点の後４５
    °から２００°の範囲内で終らす手段を備えたことを特
    徴とする請求項３０の内燃機関。
  36. 【請求項３６】　　空気・燃料混気の燃料を燃焼シリン
    ダへ導入するタイミングは上死点の前４５°で始まり上
    死点の後３５°までの範囲に亘り、上死点の後４５°か
    ら９０°の範囲内で終わることを特徴とする請求項３０
    の内燃機関。
  37. 【請求項３７】　　空気・燃料混気の燃料を燃焼シリン
    ダへ導入するタイミングは上死点の前４５°で始まり上
    死点の後３５°までの範囲に亘り、上死点の後９０°か
    ら１８０°の範囲内で終わることを特徴とする請求項３
    ０の内燃機関。
  38. 【請求項３８】　　空気・燃料混気の燃料を燃焼シリン
    ダへ導入するタイミングは上死点の前４５°で始まり上
    死点の後３５°までの範囲に亘り、上死点の後１８０°
    から２００°の範囲内で終わることを特徴とする請求項
    ３０の内燃機関。
  39. 【請求項３９】　　クランク・アームによってクランク
    軸へ接続されたピストンをもつ少なくとも１個の膨脹シ
    リンダと、燃焼排気生成物を膨脹シリンダへ導入してク
    ランク軸へ駆動力を与える手段とを備えたことを特徴と
    する請求項３０の内燃機関。
  40. 【請求項４０】　　膨脹シリンダからの膨脹燃焼排気生
    成物によって膨脹シリンダの外の圧縮器を駆動する手段
    と、圧縮器で圧縮された空気を冷却する手段とを備えた
    ことを特徴とする請求項３０の内燃機関。
  41. 【請求項４１】　　クランク軸に接続され該クランク軸
    によって駆動されるピストンをもつ少なくとも１個の圧
    縮シリンダと、圧縮シリンダへ冷却圧縮空気を導入する
    手段と、圧縮シリンダ内の冷却圧縮空気の圧縮を増大す
    る手段とを備えたことを特徴とする請求項４０の内燃機
    関。
  42. 【請求項４２】　　燃料と混合して空気・燃料混気を生
    成する前に圧縮シリンダからの圧縮空気を冷却する手段
    を備えたことを特徴とする請求項４１の内燃機関。
  43. 【請求項４３】　　空気・燃料混気を燃焼シリンダへ送
    出する手段を備えたことを特徴とする請求項４２の内燃
    機関。
  44. 【請求項４４】　　クランク・アームによってクランク
    軸に接続された動力ピストンをもつ少なくとも１個の燃
    焼シリンダと、クランク・アームによってクランク軸に
    接続された膨脹ピストンをもつ少なくとも１個の膨脹シ
    リンダと、クランク・アームによってクランク軸に接続
    された圧縮ピストンをもつ少なくとも１個の圧縮シリン
    ダと、圧縮シリンダへ冷却空気を与える手段と、圧縮シ
    リンダからの圧縮空気を、圧縮空気冷却手段を備える燃
    焼シリンダへ導入する手段と、冷却圧縮空気へ燃料を導
    入して可燃性空気・燃料混気を生成する手段と、燃焼シ
    リンダ内で空気・燃料混気を燃焼する手段と、燃焼シリ
    ンダからの燃焼生成物を膨脹シリンダ内へ排気して膨脹
    ピストンを駆動する手段と、膨脹シリンダからの燃焼膨
    脹生成物を排気する手段とを備えた内燃機関。
  45. 【請求項４５】　　圧縮シリンダへ空気を導入する前に
    空気を予圧縮する圧縮器と、圧縮器からの予圧縮空気を
    圧縮シリンダへ導入する手段と、圧縮器からの予圧縮空
    気を圧縮シリンダへ導入する前に該予圧縮空気を冷却す
    るのに有効な熱交換器とを備えたことを特徴とする請求
    項４４の内燃機関。
  46. 【請求項４６】　　強制的変位手段をもつ燃焼室内で空
    気・燃料混気を燃焼し、燃焼に応じて該手段が出力軸を
    回転させ、この燃焼の少なくとも一部分が、強制的変位
    手段の４５°の最小回転に亘って実質的に一定の圧力で
    の燃焼経過時間をもってなる工程と、実質的に一定な燃
    焼圧力の少なくとも４０％の圧力で、燃焼室からの燃焼
    生成物を排気する工程とを備えた内燃機関の性能向上方
    法。
  47. 【請求項４７】　　少なくとも１個の燃焼室と、この燃
    焼室内にあり燃焼室内の燃焼に応じる強制的変位手段と
    、出力軸と、強制的変位手段を出力軸へ接続し該強制的
    変位手段が変位するとき出力軸を回転させる手段と、燃
    焼室へ冷却圧縮空気と燃料とを導入する手段と、強制的
    変位手段の４５°の最小回転に対する燃焼経過時間だけ
    燃焼室内の空気・燃料混気を燃焼して該強制的変位手段
    を変位させる手段と、燃焼室からの燃焼生成物を排出す
    る手段とを備えた内燃機関。
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