JPH06508902A - 圧縮点火式内燃機関への供給方法 - Google Patents

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】 圧縮点火式内燃機関への供給方法 本発明は、ピストンおよびシリンダヘッドによってシリンダ内に区画される可変 容積の燃焼室で構成される少なくとも１つの作動室と、作動室を、作動室内で生 成した燃焼ガスを回収する第１空洞部に周期的に連通し且つ新鮮な空気が供給さ れる第２空洞部と順次および／または同時に連絡する吸気分配手段および排気分 配手段と、圧縮燃料を燃焼室へ導入する手段とで構成される圧縮点火式の内燃機 関用の供給方法に関するものである。

上記形式の内燃機関では、ピストンが上死点（ＰＭＨ）すなわち可変容積が最小 値に近くなった時に加圧された燃料が燃焼室に噴射される。シリンダ中に閉じ込 められた空気を断熱圧縮すると空気が加熱されて噴射した燃料の温度は自己発火 温度以上になる。

燃料は細かく霧状に分散した小滴の状態で燃焼室中に噴射される。各小満は外界 媒体中に入ると気化し、気体となった燃料がこの媒体中に拡散し、自己発火条件 に達した帯域で燃料は自然発火する。各サイクルで燃料噴射時点から燃焼開始ま でに経過する時間は「発火遅れ時間」と呼ばれている。

燃焼の第１段階は非常に急激で、高温の空気に（自己発火に必要な圧力と温度条 件で）予備混合された燃料蒸気が塊（ｍａｓｓ）で発火する。この場合の反応速 度は非常に速く、部分的に蒸発した各小満が蒸気と混合された空気中の全量の酸 素を極めて急速に消費し、しかも、時間が短いため、混合は均一ではなく、燃焼 中心（小滴）からの距離を考慮すると混合していない空気で燃焼を持続させる時 間はない。従って、反応が急速に停止するか、使用可能な酸素が希薄になるため 反応速度が低下する。

この塊状態での燃焼段階（制御されない燃焼）は「予備混合燃焼」とよばれる。

その後も発熱反応が持続させるためには、高圧で燃料を噴射することによって生 じるまたは誘導される空気と燃料の運動あるいはこの第１燃焼期での急激な化学 反応による加熱ガスの膨張によって引き起こされる空気および燃料の運動を利用 することがができる。この発熱反応は燃料リッチな領域から燃料が希薄な領域、 換言すれば酸素含有量が高い領域への拡散による物質移動によるため制御された 状態で進行する。この拡散による燃焼段階は「拡散炎燃焼」とよばれる。この燃 焼は極めてゆっくり進行し、しかも、作動室内の空気と燃料との相対運動に起因 する混合す（ムで持続的に進行する。

図１のグラフａ％ｂＳｃおよびｄは上記現象を図示したものである。これらグラ フでは横軸は所定の周方向位置に対するクランクシャフトの角度αを表し、縦軸 Ｙはピストンの上死点（ＰＭＨ）の方向に対応している。グラフａは内燃機関の シリンダ圧力の変化を表し、実線（曲線Ａ）は燃焼が行われた場合、点線（曲線 Ｂ）は燃焼が行われない場合を示している。グラフｂは加圧燃料の導入手段の一 部を構成する噴射針の位置の変化を示している（曲線Ｃ）、このグラフｂは発火 待ち時間τ（燃料導入開始時のクランク軸の周方向位置から熱の放出によって検 知される発火開始時のクランク軸の周方向位置までの周方向角度で表される）を 表している。グラフＣの縦軸は瞬間的な熱放出量を表し、その第１領域りが予備 混合燃焼に相当し、第２領域Ｅが拡散炎燃焼に相当している。グラフｄの縦軸は １サイクルで放出される全熱量に対するパーセンテージで示した熱の累積量を表 す。従って、得られる曲線Ｆは縦軸の１００％の直線に正接する。

発火待ち時間τが長くなる程、発火前に噴射される燃料の量は多くなり、下記欠 点の原因となる： （１）急激に燃焼が起り、その結果、雑音（ディーゼル機関のノッキング）と、 作動室内の急激な圧力変化に起因する振動とが起こる（構造疲労、ピストンリン グの亀裂や破断の原因となる） （２）汚染度の高い窒素酸化物ＮＯ，の生成（Ｎ０８の大部分は予備混合状態で 燃焼が進行し且つ長時間高温に維持される領域で生成する） 従って、ディーゼル機関の設計者は、燃焼待ち時間τを短くしく例えば燃料の導 入時期を遅らせる等）、シかも、シリンダへ導入される新鮮な空気を冷却してそ の密度を上昇させ且つサイクル温度が窒素酸化物が過剰に生成し易くなって発火 待ち時間を長引かせるような温度はできる限り越えないようにする方法を研究し ている。これまでに提案された解決方法は完全に満足できるものではなく、特に 、効率が悪く、排気口から粒子と煙が放出される点で満足できるものではなかっ た。

本発明の目的は独自の方法で発火待ち時間を短縮すると課題を解決し、この欠点 を克服するだけでなく、サイクル温度が窒素酸化物の生成が過剰になる温度を越 えないようにして「精製度の低い」燃料を燃やすことができるようにし、運転コ ストを下げることができるようにすることにある。

本発明は、請求項の前提部分で定義した供給方法において、下記の点に特徴があ る： 吸気分配手段および排気分配手段を開放することによって燃焼ガスを排出させ且 つ部分的に新鮮な空気と置換する行程中に前回のサイクルの燃焼ガスの大部分が 作動室内に残るように吸気分配手段および排気分配手段を作動しくこの行程は４ サイクル機関の場合にはポンピング期であり、２サイクル機関の場合にはスカベ ンジングである）、 ピストンの相対運動によって作動室の容積が最小になった時に新鮮な空気流を燃 焼室内へ入れて燃焼室内で作動流体を激しく回転運動させ、この回転運動で得ら れる新鮮な空気の遠心力および新鮮な空気と燃焼ガスとの密度の違いによって燃 焼室内で新鮮な空気が残留燃焼ガスと混合するのを可能な限り防止し、しかも、 燃焼室内に燃焼ガスの濃度が最大となる中心ゾーンと新鮮な空気の濃度が最大に なる周辺ゾーンＨが形成されるように、吸気分配手段が開口位置にある時に第２ 空洞部と作動室とを連通させ且つ作動室の壁の形状を決め、燃料導入手段は少な くとも各噴射期の最初に燃料を中心ゾーンに直接噴射する。

１つのサイクルから次のサイクルまで作動室内に保持される残留燃焼ガスの量は 、内燃機関が少なくともその通常速度に近い速度で運転されている時に各サイク ルで作動室と各空洞部との連絡を中断した瞬間に作動室内に収容された作動流体 の量の１０重量％以上、好ましくは１５％にする。

図２〜図５を用いて後でより詳細に説明するように、燃料が噴射される媒体の温 度を大幅に上昇させることによって燃料をほぼ瞬間的に気化させるので、発火待 ち時間は（「粗ｊ燃料とよばれる精製度の低い燃料を用いた場合でも）極めて短 くなり、場合によってはゼロになる。しかも、作動流体の平均温度は適度なレベ ルに維持されるので、密度が高くなり、従って、比パワーが上がって、窒素酸化 物の生成率が下がる。その上、新鮮な空気の中間層の存在によって過熱された気 体媒体が燃焼室の壁から離されるため、内燃機関の過剰な温度負荷が防止され、 壁面の損失が減る。

本発明はディーゼル機関の設計で一般に受け入れられている考えに逆行するもの である点に注意されたい。すなわち、当業者は通常は作動流体の新鮮空気の純度 を最大限高くする努力し、本発明のようにかなり低い純度（重量比で９０％、お そらくは８５％またはそれ以下）にすることはなく、１つのサイクルから次のサ イクルまでに燃焼室内に残る残留燃焼ガスの濃度が最大のゾーンへと燃料を注入 することはない。因みに、圧縮点火式の内燃機関では、燃焼ガスには使用可能な 酸素がまだかなりの割合で含まれている。

特に驚くべき改良法では、吸引空気の温度と１つのサイクルから次のサイクルま でに作動室内に保持する残留燃焼ガスの比率とを、保持する残留燃焼ガスと新鮮 な空気とを燃料噴射前に混合する場合には、内燃機関のその他の作動パラメータ を考慮しながら、得られた混合物の噴射時の温度を、未燃焼ガスが過剰に生成せ ずに燃料の自己発火が安定して起こる温度よりも低く選択する。この改良方法の 利点は、新鮮な導入空気を強力に冷却でき（壁に対する温度負荷を抑制し、サイ クルの最高温度を有害な窒素酸化物が過剰に生成する温度以下に低下でき）、し かも、有効容積比を小さくすることができく各部品への機械的な負荷を下げるこ とができ）、それと同時に短い発火待ち時間で完全な自己発火条件を維持するこ とができる点にある。

また、吸引空気の温度と１つのサイクルから次のサイクルまでに作動室内に保持 する残留燃焼ガスの比率とを、内燃機関の他の作動パラメータを考慮しながら、 作動流体の最大平均温度、１５００℃程度の値（それ以上の温度ではＮｏ、の生 成が過剰となる）を越えないように選択するのが好ましい。

本発明は２サイクル内燃機関に適用するのが有利である。

吸気分配手段および排気分配手段は、作動室に導入される新鮮な空気の体積が各 サイクルで吸気分配手段および排気分配手段が閉鎖位置に戻った［間の作動室の 容積よりも小さくなるように作動・駆動するのが好ましい。

本発明の好ましい実施例では、吸気分配手段が基本的にシリンダ側壁の一部に生 成され且つ第２空洞部と連通したポートで形成される。ピストンはこのボート上 を通過するが作動室の容積が最大値になる付近までピストンが来たときにはピス トンで覆われなくなる。このボートは回転運動を生じさせるために、その近くの 側壁に対して直角な面に対して傾斜している。また、排気分配手段は少なくとも １つの排気弁で構成され、この排気弁はシリンダヘッドの中心部に加圧燃料を導 入する手段が設置できる空間が残る状態でシリンダヘッドに設けられている。こ の場合の燃焼室はシリンダヘッドと、シリンダ側壁と、ピストンが作動チャンバ の容積の最小値に相当する位置に近い時のピストンとで区画される空間で構成さ れる。燃焼室を区画するピストンの横断面は回転対称体にするのが好ましく、ピ ストンとシリンダヘッドとの距離の最小値はピストンの横断面とシリンダヘッド との相互作用によって生じる作動流体の放射状運動ができるだけ少なくなるよう に選択するのが好ましい。そうすることによって新鮮な空気と再循環される燃焼 ガスとの混合ができる限り抑制される。

以下、添付地面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。

図１は、既に説明済みのグラフである。

図２と図３は、本発明の供給方法の１つの実施例による、燃焼前（ＢＤＣ）およ び燃料注入開始の瞬間（ＴＤＣ）での作動室内の温度分布および容積を示す概念 図である。

図４と図５は、従来方法に近い供給方法による、図２および図３に対応する図で ある。

図６．！：図７は、本発明方法を実施するための２サイクル機関でピストンがＢ ＤＣに近い位置にある時の概念的な軸方向断面図および図６の線■−■線による 横断面である。

図８は、燃料の噴射および発火が起こるＴＤＣに近い位置にピストンがある時の 図６、図７の２サイクル機関の図である。

図９は、図８の条件下での新鮮な空気および酸素の温度分布を示す図である。

図１０と図１１は本発明の第２実施例による２サイクル機関の概念図で、それぞ れ図１１の対称面Ｐを通る軸方向断面およびこの対称面Ｐに直角な平面を通る軸 方向断面であり、ピストンはＢＤＣに近い位置にある。

図１２は図１００図１１の２サイクル機関の斜視図であり、ピストンはＴＤＣに 近い位置にある。

図１３〜図１５は、本発明方法を実施例するための４サイクル機関の排気弁およ び吸入弁の開閉グラフである。

図１６〜図１８は導入された空気を回転運動させるための第１変形実施例を示し たもので、互いに直角な方向から見た正面図と平面図である。

図１９〜図２１は、導入された空気を回転運動させるための第２変形実施例の図 １６〜図１８と同様な図である。

図２２〜図２４も導入された空気を回転運動させるための第３変形実施例の図１ ６〜図１８と同様な図である。

本発明の供給方法を詳細に説明する前に、本発明の目的および効果が従来法のも のとは異なるということを図２〜図５を用いて説明する。

図２〜図５は、作動室の容積の変化を面積の変化で示したものである。本発明方 法では、前回のサイクルの燃焼ガスの濃度が最大になる中心ゾーン（Ｇ）と新鮮 な空気の濃度が最大になる周辺ゾーン（Ｈ）とを作動室の下死点に近い所に形成 するような構造にする（図２）。過給式内燃機関の場合には新鮮な空気の温度（ Ｈ）は約８０℃と推定され、燃焼ガスの温度（Ｇ）は約６００℃と推定される。

上死点付近すなわち圧縮後に燃料噴射された瞬間では体積は狭くなるが温度の高 い中心ゾーンＧ゛と周辺ゾーンＨ゛とが残る（図３）。実際の圧縮比が６程度の 内燃機関の場合には、燃焼ガスの２０％（重量で）が１つのサイクルから次のサ イクルへに残り、その場合の中心ゾーンＧ°の温度は１４８３℃の程度、周辺ゾ ーンＨ’の温度は４３７℃程度になる。

本発明では、非常に高温な中心ゾーンＧ°に噴射が行われるが、周辺ゾーンＨ° の温度は相対的に低い状態に維持されるため、シリンダへの温度負荷が大幅に取 り除かれる。

残留した燃焼ガスに新鮮な空気を混合すること以外は上記と同じ条件で、通常の 方法（ただし、燃焼ガスを１つのサイクルから次のサイクルへ保持するための本 発明の構成は採用したと仮定する）に従って供給した場合には、下死点に相対的 に均質な組成および温度の体積Ｉ　（図４）ができ、上死点（図５）では作動流 体の温度■°は約１８４℃（図４）から約６４６℃（図５）まで変化する。この 場合には、本発明方法の場合（図３、約１４８２℃）よりもかなり低い温度（約 ６４６℃）の流体中へ噴射が行われ、周辺温度も明らかに高い（図３の約４３７ ℃に比べて図５では約６４６℃）ことが分かる。この温度差に起因する結果につ いては既に説明した通りである。

本発明では、燃料噴射前に残留ガスと新鮮な空気上を混合する場合に、混合物の 温度が不燃物を過剰に生成せずに燃料の自己発火が安定して起きる温度よりも低 くなるように、１つのサイクルから次のサイクルまで作動質的に保持される残留 ガスの比率を選択することもできる。この改良の数値例（図示していない）を以 下に示す： （１）作動チャンバに導入する新鮮な空気の温度：５０℃（２）燃焼ガスの温度 二６００℃ （３）圧縮開始時に作動流体中に含まれる新鮮な空気の重量比＝９０％ （４）有効容積比：５ （５）新鮮な空気と残留燃焼ガスとを燃料噴射前に混合した場合の圧縮後の気体 の温度：４３６℃ （６）本発明での圧縮後の周辺ゾーンＨ゛の空気の温度：３４２℃（７）本発明 での圧縮後の中心ゾーンＧ′のガスの温度：　１３Ｂ９℃この第２の実施例を用 いると本発明によりガスが層状構造になるため、内燃機関のその他の操作パラメ ータを変えずに、燃料が噴射されたガス媒体の温度を白い排煙が発生し且つ自己 発火が不確定になる低い値（４３６℃）からこれらの欠点が解消される高い値（ １３８９℃）へ移すことができる。

次に、２サイクル機関の概念図を示す図６と図７を参照して本発明を説明する。

図６、図７に示した内燃機関は下記の構成を有している＝（１）　ピストン５と シリンダへラド６とによってシリンダ４内に規定された容積３が可変な燃焼室２ によって構成される少なくとも１つの作動室ｌ、 （２）作動室１を作動室Ｉ中で発生する燃焼ガスを回収するための第１空洞部８ ．！：連通させ且つ順次および／または同時に新鮮な空気が供給される第２空洞 部９と連通させる吸気分配手段および排気分配手段、 （一般に、第１空洞部８は排気マニホルドで構成され、第２空洞部９は過給ター ボ圧縮機（図示せず）によって新鮮な空気が供給される吸気ハウジングで構成さ れる）（３）燃料を加圧下に燃焼室２へ導入する手段１０゜図６と図７に示す実 施例では、排気分配手段は基本的にシリンダヘッド６に設けられた少なくとも１ つの排気弁１１で構成され、吸気分配手段はシリンダ４の側壁１３の一部に形成 されたポート１２で構成され、ピストン５はこのポー１２上を通過し、作動室１ の容積が最大値容積になる近くでポート１２を周期的に開口する。

本発明では、吸気分配手段および排気分配手段１１．５および１２が同時に開口 して燃焼ガスを排出させ且つその一部を新鮮な空気で置換する行程の間すなわち ２サイクル内燃機関の場合のスカベンジフグ中に、前回のサイクルの燃焼ガスの かなりの部分が作動室１に残留するように、吸気分配手段および排気分配手段１ １１５および１２が作動・作動される。

また、ピストン５の相対運動によって作動室ｌの容積が最小になった時に新鮮な 空気流を燃焼室２内へ入れて燃焼室２内で作動流体を激しく回転運動させ、この 回転運動で得られる新鮮な空気の遠心力および新鮮な空気と燃焼ガスとの密度の 違いによって燃焼室２内で新鮮な空気が残留燃焼ガスと混合するのを可能な限り 防止し、しかも、燃焼室２内に燃焼ガスの濃度が最大となる中心ゾーンＧと新鮮 な空気の濃度が最大になる周辺ゾーンＨとを形成するように、吸気分配手段５． １２が開口位置にある時に第２空洞部９と作動室ｌとを連通させ且つ作動室ｌの 壁の形状を決める。

また、燃料導入手段１０は少なくとも各噴射期の最初に燃料を中心ゾーンＧに直 接噴射するように構成されている。

既に述べたように、前回のサイクルの燃焼ガスの大部分はスカベンジフグ時に作 動室１内に残る。この残留燃焼ガスの量は各サイクルで作動室１と各空洞部８． ９との間の連通が絶たれた瞬間に作動室１内に残る作動流体の重量の１０％以上 、好ましくは１５％以上にするのが好ましく、特に２０％にするのが好ましい。

この比率は当然ながら内燃機関が少なくともその通常の速度付近、特に始動時以 外の時にのみの制限である。

図示した実施例では、各ポート１２は図７に矢印で概念的に示す回転運動が生じ るようにポー）１２０近くの側壁１３の垂直線Ｎに対して傾斜（図７）している 。さらに正確には、各ボートはシリンダ４の軸線に対して直角な面（例えば図６ の断面■−■）に対してほぼ対称で且つ垂直線Ｎはこの面と平行であるかこの面 内にある。また、各排気弁１１（図６ではその数は２）は、燃料導入手段１０を 設置できるだけの自由領域を残して、シリンダへラド６の中央部に配置されてい る。

この場合、燃焼室２はシリンダへラド６と、シリンダ４の側壁１３と、ピストン が作動室１の容積が最小値になる時に相当する位置に近い時のピストン５とで区 画される空間によって構成されている。図６にはピストン５が上記の位置を占め る時に燃焼室２を区画するピストン５の横断面１４が点線で示され、ピストン５ ０ＢＤＣは実線で示されている。

燃焼室２は回転体の形状を有し且つピストンの移動時のピストン５とシリンダヘ ッド６との間の距離の最小値（ｅ）がピストン５の横断面■４とシリンダへラド ６の相互作用によって生じる作動流体の放射方向運動が可能な限り少なくなるよ うにするのが好ましい。そのためには、横断面１４とシリンダヘッドの下面１５ とをできるだけ平行にし、両方とも平らにするのが好ましい。

図８は燃料の噴射・発火の瞬間での図６、図７の内燃機関を示しており、図９は 作動流体の局部温度の変化（曲線ａ）と作動流体の空気濃度（重量％）の変化（ 曲線ｂ）とを図８と同じ縮尺で示したシリンダ４の軸線ｘ−Ｘまでの距離の関数 で示したものであり、曲線Ｃは曲線すと同じ横軸上での作動流体の遊離酸素の濃 度を示している。図９の曲線ａＳｂには図３の所で説明した実施例の数値が示さ れているのが理解できよう。

次に、図１０〜図１２の実施例を参照する。この実施例では吸気分配手段および 排気分配手段がシリンダヘッド６に設けられた排気弁１１と、吸気弁１６とで構 成されている。

この場合の燃焼室２はシリンダヘッド６内に形成された凹部１９、好ましくは回 転対称な凹部１９で構成され、吸気弁１６のヘッド１７はこの凹部１９内に位置 している。この凹部１９は通路１８を介してピストン５が運動する容積３と連通 している。通路１８の壁は排気弁１１と吸気弁１６とが同時に開放され且つピス トン５が容積３の最大値に近い値に相当する位置にきた時（図１０および図１１ ）に新鮮な空気の流れをピストン５の方向へ向けるように配置されている。導入 手段ＩＯは凹部１９内に設けられている。

排気弁１１はシリンダヘッド下面１５に位置しているのが好ましい。凹部１９と 容積３とは通路１８を介して互いに連絡しており、通路１８の壁は、排気弁１１ と吸気弁１６とが同時に開放され且つピストン５が作動室１の最大容量に相当す る位置（図１００図１１に示す）付近にきた時に容積３中に導入される新鮮な空 気の流れがピストン５の方向で、しかも、排気弁１１から最も離れたシリンダ４ の側壁１３の一部に対して正接する（タンジェントの角度で接する）ように配置 されている。そうすることによって新鮮な空気が排気口へ直接通過する危険は全 く無くなる。

この場合も、通路１８の壁は、ピストン５へ向う新鮮な空気の流れがピストン５ の運動の軸線に対して角度Ａ（図１１）だけ傾斜した方向を向き且つ排気弁から 最も離れた母線Ｚ（図１０）付近を通過するシリンダの側壁に正接した面内にく るようにして、ピストン５とシリンダヘッド６との間の容積内で空気流が螺旋運 動をするようにするのが好ましい（図１０と図１１は新鮮な空気が循環する様子 を示している）。

さらに、通路１８の形状は、ピストン５が上昇した時に、作動流体が通路１８の 壁に対して原則として正接するように燃焼室中に噴射されて、凹部１９内でその 回転軸線に対して図１２で矢印で示すような回転運動が生じるようになっている のが好ましい。

燃料導入手段ｌＯは燃焼室に開口するか、図１２に示すように凹部１９の中央部 で吸入弁１６に面した凹部１９内に開口するのが好ましい。

さらに、凹部１９に吸引された空気に図１０、図１１に矢印ｆで示すような旋回 運動を付与するための手段が設けられている。この手段は１９９０年５月３１日 のフランス国特許出願第９００６７８１号（Ｆ　Ｒ−Ａ　−２，６６２，７４５ 号）に記載されており、例えば吸入弁１６の弁座２２の直ぐ上流に設けた螺旋羽 根２１で構成することができる。

空気に旋回運動を起こさせるために下記のような解決方法を採用することもでき る： （ａ＞図１６〜図１８に示すように、回転対称な凹部１９の軸線Ｙ−Ｙをシリン ダ４の軸線Ｘ−ｘに対してほぼ直角な面内で且つこの軸線Ｘ−ｘを通過しないよ うに位置させ、好ましくは輸送通路１８をシリンダ４の壁の排気弁１１からは最 も遠い位置にある母線Ｚの近くでこの壁に正接するように開口する。

（ｂ）図１９〜図２１に示すように、凹部１９をシリンダ４の軸線Ｘ−Ｘに対し てほぼ直角で、好ましくはそれと交差（またはそのすぐ近くを通過）する軸線Ｙ −Ｙを中心とする回転対称体とし、輸送通路１８をシリンダ４の排気弁１１から 最も遠い位置にある母線Ｚの近くの壁面に正接するように開口し、輸送通路１８ の両側壁を互いにほぼ平行にし且つシリンダ４に正接し、好ましくは排気弁１１ から最も遠い母線Ｚを通る面内でシリンダ４の軸線ｘ−Ｘに対して角度βだけ傾 斜させる。

（ｃ）図２２〜図２４に示すように、凹部１９をシリンダ４の軸線Ｘ−Ｘに対し て直角な面内で、好ましくはそれと交差（またはそのすぐ近くを通過）する軸線 Ｙ−Ｙを中心とする回転対称体とし、輸送通路１８をシリンダ４の壁に正接する ように開口し、シリンダ４の軸線ｘ−Ｘに平行で且つ輸送通路１８の開口の中心 を通る軸線Ｖ−■が凹部１９の回転軸線Ｙ−Ｙと交差させない。

以上、本発明方法を２サイクル機関で実施するものと仮定して説明したが、本発 明は排気分配手段が一般に少なくとも１つの排気弁ｌｌで構成され、吸気分配手 段が少なくとも１つの吸気弁１６で構成される４サイクル機関でも同様に使用す ることができる。

４サイクル機関では、タイミングを調節して燃焼ガスがシリンダから完全に排出 されないようにするか、ピストンの降下ストロークで新鮮な空気を吸引する行程 を開始する前に再吸入を行って燃焼ガスを保持する。

この場合には、当業者が本発明方法を通常の４サイクル機関フを説明すれば充分 であり、以下、図１３〜図１５を用いて排気弁（実線）と吸気弁（破線）の開閉 動作を内燃機関のクランク軸または主軸の角度αの関数として説明する。

図１３のグラフに示すように、排気口は早めに閉じられ、吸気口の開放は遅らさ れる。すなわち、作動室１の容量が最小となる前に排気分配手段が閉鎖され（Ｅ Ｃ−排気口閉鎖）、吸気分配手段は上記の容量が増加する期間に相当するピスト ン５のストローク中は、機関の主軸が上記容量の最小値に相当する位置に対して ほぼ対称な排気分配手段の閉鎖位置に対応する位置をとる瞬間まで開放されない （ＡＯ＝吸気口開放）。「ＯＥ」は排気口の開放を示し、ｒＦＡ」は吸気口の閉 鎖を示す。

図１４のグラフに示すように、ピストン５と排気分配手段との間に妨害が生じる 危険がある時には、排気分配手段が作動室１の容量がその最小値に近くなった時 に閉じられ（ＦＥ、）、その後この容量が最小値に達し、それを越えた時に再度 開口し、その後、吸気分配手段が開き始めてピストンが上記の容積を増加させる ストロークを行う際に再び閉鎖される（ＦＥ、）。このだめには二重排気カム軸 を使用して、排出されたガスの一部を再吸引する。

図１５のグラフは図１４の変形例で、ピストン５と排気分配手段との間に妨害が 生じる危険のない場合に相当し、例えば弁の代わりにコックによって排気を制御 するか、弁室または主チャンバとは別のチャンバに弁を設けた場合に相当する。

従って、図１４と図１５とを比較して分かるように、一時的に排気分配手段を再 閉鎖する必要はない。

フロントページの続き （５１）　Ｉｎｔ、　Ｃ１，５識別記号　庁内整理番号ＦＯ２Ｂ　２５１０４　 ７３１４−３Ｇ３１１００　Ｓ　７５４１−３Ｇ Ｉ

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. １．ピストンおよびシリンダヘッドによってシリンダ内に区画される可変容積の 燃焼室によって構成される少なくとも１つの作動室と、この作動室を周期的に作 動室で発生した燃焼ガスを回収する第１空洞部と連通させ、その次におよび／ま たはそれと同時に新鮮な空気が供給される第２空洞部と連通させる吸気分配手段 および排気分配手段と、燃料を加圧下に燃焼室へ導入する手段とで構成される圧 縮点火式内燃機関の供給方法において、 吸気分配手段および排気分配手段を開放することによって燃焼ガスを排出させ且 つ部分的に新鮮な空気と置換する行程中に前回のサイクルの燃焼ガスの大部分が 作動室内に残るように吸気分配手段および排気分配手段を作動し、ピストンの相 対運動によって作動室の容積が最小になった時に新鮮な空気流を燃焼室内へ入れ て燃焼室内で作動流体を激しく回転運動させ、この回転運動で得られる新鮮な空 気の遠心力および新鮮な空気と燃焼ガスとの密度の違いによって燃焼室内で新鮮 な空気が残留燃焼ガスと混合するのを可能な限り防止し、しかも、燃焼室内に燃 焼ガスの濃度が最大となる中心ゾーンと新鮮な空気の濃度が最大になる周辺ゾー ンＨが形成されるように、吸気分配手段が開口位置にある時に第２空洞部と作動 室とを連通させ且つ作動室の壁の形状を決め、燃料導入手段は少なくとも各噴射 期の最初に燃料を中心ゾーンに直接噴射する、 ことを特徴とする方法。
2. ２．１つのサイクルから次のサイクルまで作動室内に保持される残留燃焼ガスの 量が、内燃機関が少なくともその通常速度に近い速度で運転されている時に各サ イクルで作動室と各空洞部との連絡を中断した瞬間に作動室内に収容された作動 流体の量の１０重量％以上、好ましくは１５％である請求項１に記載の方法。
3. ３．保持された燃焼ガスと新鮮な空気とを燃料噴射前に混合する場合には、得ら れる混合物の噴射時の温度が未燃焼ガスを過剰に生成せずに燃料の自己発火が安 定して起こる温度よりも低くなるように、吸気空気の温度と１つのサイクルから 次のサイクルまでに作動室に保持される残留燃焼ガスの比率とを選択する請求項 １に記載の方法。
4. ４．吸気空気の温度と１つのサイクルから次のサイクルまでに作動室に保持され る残留燃焼ガスの比率とを、ＮＯｘの生成が過剰となる１５００℃程度の作動流 体の最大平均温度を越えないように選択する請求項１〜３のいずれか一項に記載 の方法。
5. ５．内燃機関が２サイクル機関である請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法 。
6. ６．吸気分配手段および排気分配手段が、作動室に導入された新鮮な空気の体積 が１サイクルで吸気分配手段および排気分配手段が閉鎖位置に戻った瞬間の作動 量の容積よりも小さくなるように作動される請求項５に記載の方法。
7. ７．吸気分配手段が基本的に第２空洞部と連通したシリンダの側壁の一部に形成 されたポートで形成され、ピストンはこのポート上を通過し、このポートは作動 室の容積が最大値になる付近ではピストンによって覆われなくなり、各ポートは 回転運動を生じさせるようにその近くの側壁の垂直線に対して傾斜しており、 排気分配手段は、シリンダヘッドに設けられた少なくとも１つの排気弁で構成さ れ、この排気弁はシリンダヘッドの中心部に加圧された燃料を導入する手段を設 置できる空間が残るように配置されている請求項５または６に記載の方法。
8. ８．燃焼室がシリンダヘッドと、シリンダの側壁と、ピストンが作動室の容積値 が最小になる位置の近傍でのピストンとによって区画される空間で構成される請 求項７に記載の方法。
9. ９．燃焼室（２）が回転対称な形状を有し、ピストン（５）とシリンダヘッド（ ６）との間の距離の最小値（ｅ）が、ピストン（５）の横断面（１４）とシリン ダヘッド（６）との間の相互作用によって生じる作動流体の放射方向運動が可能 な限り小さくなるように選択される請求項８に記載の方法。
10. １０．吸気分配手段および排気分配手段がシリンダヘッドに設けられた弁で構成 される請求項５または６に記載の方法。
11. １１．燃焼室がシリンダヘッド内に設けられた好ましくは回転対称な凹部によっ て構成され、吸気弁のヘッドはこの凹部の中に位置しており、凹部１９は通路を 介してピストンが運動する容積と連通し、通路の壁は排気弁と吸気弁とが同時に 開放され且つピストンが容積の最大値に近い位置に来た時に新鮮な空気の流れを ピストンの方向へ向けるように配置されている請求項１０に記載の方法。
12. １２．加圧された燃料の導入手段１０が凹部内に設けられており、排気弁がシリ ンダヘッドの下面に位置しており、凹部と容量とが通路を介して連絡しており、 排気弁と吸気弁とが同時に開放され且つピストンが作動室の最大容量に相当する 位置付近にきた時に作動室に導入される新鮮な空気の流れがピストンの方向且つ 排気弁から最も離れたシリンダの側壁の部分に正接する方向を向くように通路の 壁が構成されている請求項１１に記載の方法。
13. １３．通路１８の壁が、ピストンに向けられた新鮮な空気の流れがピストンの運 動軸線に対して傾斜し且つピストンとシリンダヘッドとの間の容積内で空気流に 螺旋運動をさせる方向を向いている請求項１１に記載の方法。
14. １４．通路の形状が、ピストンが上昇した時に作動流体が原則的に通路の壁に正 接した状態で燃焼室内に噴射され、凹部の回転軸に対して凹部内で回転運動が生 じるようになっている請求項１２および１３のいずれか一項に記載の方法。
15. １５．加圧された燃料の導入手段が凹部の中央部の吸気弁に面した燃焼室に向か って開口している請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
16. １６．回転対称の凹部の軸線がシリンダの軸線に対してほぼ直角な面内にあって 且つこの軸線を通らず、輸送通路は排気弁から最も遠い位置にあるシリンダ壁の 母線付近で正接するように開口している請求項１１に記載の方法（図１６〜図１ ８）。
17. １７．回転対称の凹部の軸線がシリンダの軸線に対して直角で且つそれとは交差 せず（またはそのすぐ近くを通過し）、輸送通路は排気弁から最も遠い位置にあ る母線の付近でシリンダ壁面に正接して開口し、輸送通路の両側壁は互いにほぼ 平行で、シリンダの軸線に対して傾斜し且つ好ましくは排気弁から最も遠い母線 を通る面上でシリンダに正接している請求項１１に記載の方法（図１９〜図２１ ）。
18. １８．回転対称の凹部の軸線が、シリンダの軸線に対して直角な面内にあり、好 ましくはこの軸線とは交差（またはそのすぐ近くを通過）し、輸送通路がシリン ダの壁に正接して開口し、移送通路の開口の中心を通る軸線がシリンダの軸線に 平行で凹部の回転軸線とは交差しない請求項１１に記載の方法。
19. １９．内燃機関が４サイクルである請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
20. ２０．作動室の容量が最小となる前に排気分配手段が閉鎖され、吸気分配手段が 上記の容量の増加に相当するピストンのストロークの間で、内燃機関の主軸がこ の容量の最小値に相当する位置に対して排気分配手段が閉鎖する位置に相当する 位置とほぼ対称な位置をとる瞬間のみ開放される請求項１９に記載の方法。
21. ２１．ピストンと排気分配手段との間に妨害が生じる危険がある場合には、作動 室の容量がその最小値の近傍で排気分配手段が閉鎖され、その後この容量がその 最小値に達し、それを越えた時に再開放され、その後、吸気分配手段が部分的に 開放されてピストンが上記容積を増加させるストロークを行う際に再び閉鎖され る請求項１９に記載の方法。