JPH0799095B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃機関に関するものである。

オットーサイクル内燃機関の基本原理は、ディーゼルエ
ンジンの発明を除けば、その発端から概ね変わっていな
い。火花点火エンジンとディーゼルエンジンとは、特に
燃料経済及び汚染排出物に関して効率が悪く且つ不利点
がある。過去においては、これらの不利点は特に重要で
はなかったが、最近では、例えばエンジン排出物の量に
関する規制の強化や燃料の高価格に伴い、内燃機関の全
体としての効率や経済を改善するための試みがなされて
いる。ワンケルエンジンとか所謂“稀薄燃焼”エンジン
などの試みは、その開発に相当の時間と資源とが使われ
たにも拘らず、部分的にしか成功していない。

本発明は、改善された形式の内燃機関を提供しようとす
るものである。

斯くして、本発明は、下記の内燃機関を提供する： 燃焼室によって、それぞれの端部が相互連結されている
少なくとも１対の第１及び第２のシリンダと、該燃焼室
内の点火手段と、該シリンダ中を該燃焼室に向かって進
退できる第１及び第２のピストンと、第２のシリンダか
らの燃料／空気混合物の燃焼室内での空気との急速な混
合を助ける手段とから成り、第１のシリンダは吸入空気
を受けるのに適合しており、第２のシリンダは、吸入燃
料を受けるのに適合した燃料マネージメントシリンダで
あり、且つ、燃焼室の燃焼開始は、燃料マネージメント
シリンダへの燃料の導入時機に依存しないことを特徴と
する内燃機関。

本明細書中で用いられる“空気その他”の語は、酸素と
他の通常不活性ガスとの適当な混合物、及び気体燃料ま
たは液体燃料（即ち気化液体）と燃焼させるための実質
的に純粋に酸素とを含んでいる。それは、再循環クラン
クケースガス中に存在することのある少量の炭化水素物
質を含むこともある。

以下、添付図面を参照しながら、本発明を例示的に更に
詳細に説明する。図中、同じ部分には同じ参照数字が付
してある。

図面を参照すると、第１図は、EP特許015654号に記載さ
れたものと類似の直列内燃機関10の一部断面概略図であ
る。本発明のエンジンの基本的原理及び操作は、第１図
及び本発明のエンジンの実施例を参考して記述される。
エンジン10は、それぞれピストン16,18を有する１以上
の対になった協同するシリンダ12,14を有しており、シ
リンダ12,14は、それぞれの軸線が同軸上に一直線に並
んで配置されている。シリンダ12,14のヘッド端部は、
燃焼室20がその中に位置している共通の隙間容積によっ
て連通状態にある。一方の大シリンダ12は、他方の小シ
リンダ14よりも大きな掃気容積を有しており、空気シリ
ンダとして引用される。小シリンダ14は、より小さな掃
気容積を有し、燃料マネージメントシリンダとして引用
される。

両シリンダのピストンは、例えばベルトかチェーンによ
って機械的に連結される２個のクランクシャフトに連結
されている。即ち、大ピストン16は、エンジンの大クラ
ンクシャフトに連結されている、一方、小ピストン18
は、第２の小クランクシャフトをつけないで、ロッカ・
バー装置によって大ピストンのクランクシャフトに連結
されていてもよい。エンジンのこの好適な形式において
は、両ピストンは、同期状態に連結されており、調和し
て動作する。即ち、両者はIDC（内側死点）にもODC（外
側死点）にも同時に到達するが、エンジンは、小ピスト
ン18が僅かに大ピストン16よりも遅れる形で動作する。
必要ならば、位相がエンジン速度の変化と共に変わるた
めの装置を組み入れることはできるが、好適には、両ピ
ストンの間には、エンジン速度が増減する時に位相の変
化がない。大クランクシャフトと小クランクシャフトと
は、多気筒エンジンのための平行である。

空気シリンダ12は、それぞれ吸入管28及び排気管30の空
気吸入口25及び排気口27と連通している。吸入口及び排
気口の開閉は、好適には、カムによって作動されるポペ
ット弁の様な弁24,26によって制御される。また、これ
らの弁は、回転スリーブ弁の様な他の形式であってもよ
い。吸入口及び排気口は第１図ではIDCの位置または近
くでシリンダに開口している様に図示されているが、特
にエンジンが２行程原理によって動作する様に構成され
ている時には、その一方または両方が空気ピストン16自
体によって、その運動の間に共に閉ざされたり開かれた
りすることもできる。

燃焼室20は、触媒22の形の、好適には、燃焼室の内壁の
一部または全部にある膜の形の点火手段を有している。

好適な燃料は、ガソリンの様な揮発性液体である。高い
エンジン圧縮比（例えば10−16）でも、必要ならば、無
鉛ガソリンまたはアンチノッグ剤なしのガソリンを使用
することができる。若し、適当な圧力下で噴射されれ
ば、気体燃料も使用できる。

燃料は、燃料マネージメントシリンダ14へ燃料吸入口34
を通って導入される。ガソリンの様な揮発性燃料に対し
ては、燃料を吸入口へ放出するために、電磁的に作動で
きる低圧燃料噴射器36が配置されている。好適には、吸
入行程の終わり部分且つ圧縮行程の始めの部分近くで好
適に噴射が起こる様に、燃料吸入口は所要量の燃料を噴
射するのに必要なだけピストンのODCに近く、シリンダ
の壁に配置される。こうすることによって、ピストン18
は、圧縮行程の終わり部分及び膨張行程の始めの部分と
の間に発生する高い圧力の間、噴射器36を保護する。噴
射器は、好適には燃料を霧化して小さな滴にする。より
高い圧力と温度に耐え得る噴射器を、小シリンダのどこ
かに開口する通路の近くに置くことができる。噴射器
は、燃焼室の熱い表面が液体燃料の揮発を助ける様に、
小シリンダに面した燃焼室の外側面の方へ向けることが
できる。

燃料の噴射は、圧縮行程の間に開始する様に調時できる
が、吸入行程の間のある点で開始する様に好適に調時さ
れ、そして理想的には、燃料吸入口34がピストン18によ
って開かれたら直ぐに開始する様に調時される。噴射の
接続時間は、噴射される燃料の量、従ってエンジンの出
力を制御するために利用できる。

燃料噴射の最大時間は、吸入行程の終わりと圧縮行程の
始めの部分の近くでの、ピストン18による排気口27の開
閉間の時間によって決定され、それ故、ピストン18のOD
Cにおける位置に関する燃料吸入口27の位置によって影
響される。短い噴射時間が必要な時には、圧縮行程の間
にピストンによって噴射口34が閉められる前に噴射器を
切ることによって決めることができる。燃料噴射行程の
間、揮発性燃料は、燃料マネージメントシリンダ14へ導
入された、組合わせシリンダ12及び14へエンジン全体に
より導入された空気の総量に比して少量の空気中へ噴霧
される。このエンジンの１つの有利な特徴は、サイクル
の低圧部分で空気がその吸入圧にあたり、圧縮圧のため
の部分のうちに燃料を空気中に噴射し、従って、燃料噴
射器がシリンダ14中の高い気体圧力に打ち克たなくても
よいということである。

ディーゼルエンジンと比較しての他の有利な特徴は、燃
料噴射行程の調時がエンジンでの燃焼の開始の調時を決
定しないことである。それ故、燃料噴射行程の開始の調
時を進めたり遅らせたりする必要がない。

吸入行程に続く圧縮行程の間、燃料マネージメントシリ
ンダ14内の気体は、温度が上昇させられて、霧化した液
体燃料は揮発する。小シリンダ14に入った燃料は、両シ
リンダ12及び14に含まれるエンジン中の全体の空気と必
ず混合する様に設計されているから、圧縮行程の時間
は、燃料が少なくとも部分的に揮発し、エンジンのフル
パワー及び実質的なパワー領域における化学量論的な燃
料／空気の質量比よりもずっと上の濃い気体状混合物を
形成するのに充分な時間を与える。

小シリンダの掃気容積量は、小シリンダ中の濃い混合物
がフルパワーモード及びハイパワーモードの操作のため
の濃い燃焼限界よりも上であることを可能にする。これ
は、無鉛ガソリンの様な適当な低オクタン価燃料が使用
される時でも、高い圧縮比（サイクルの間のシリンダ対
に対する最高−最低体積比、例えば12−16）がエンジン
構造に設計されている時に、圧縮により誘導される温度
による早期点火を防止する。

圧縮行程中に小シリンダ14間の空気へ霧化された燃料の
蒸発によって、この空気から熱を奪い取って、蒸発に必
要な潜熱を備え、そして、そうすることによって、シリ
ンダ14中の空気／燃料混合物の温度および圧力を、燃料
の入っていない大シリンダ12中で圧縮されている空気の
圧力以下に下げるか、または少なくとも上昇率を減少す
る。その結果、両シリンダ間の差圧を誘導または大きく
することにより、圧縮行程中に空気がシリンダ12からシ
リンダ14へ移動するのを助けることになる。この空気の
移動は有利な結果を有する。

（１） 圧縮行程の終りの部分まで、燃焼室20内の触媒
に燃料を触れさせない。

（２） 余分の空気が、大シリンダ12と燃焼室とから小
シリンダ14へ移動し、そして、吸入行程中に受けた空気
及び燃料吸入口34を通って噴射された燃料と混合するこ
とを可能にする。この移動は、パワーを増すために噴射
される燃料の増加量と共に増加し、それによって、充分
な空気を小シリンダへ供給し、燃料蒸気が露点以上に止
まることを可能にし、そして、シリンダ14間の濃い燃料
／空気混合物を望ましい燃料／空気質量比の範囲（それ
に対して燃焼室の設計を最適にすることができる。）に
維持するのを助ける。EP特許0156543の内燃機関とは対
照的に、第２図〜第24図を参照して記載された実施例で
は、大ピストンによって燃焼室へ送り出された空気は、
筒状、球状または長球状の燃焼室において、渦流運動で
渦を巻く様に仕向けられる。この渦流運動も、圧縮行程
中に余分の空気が小シリンダへ誘導されるのを手助けす
る。

燃料吸入口34を通ってシリンダ14へ噴射するのに気体燃
料を使用することも可能である。しかしながら、この場
合には、シリンダ12から燃料マネージメントシリンダへ
の空気の移動は、小ピストン18の運動に関して大ピスト
ン16の運動を先導することによって、及び、第２図〜第
24図に示すエンジンの形の燃焼室における渦流運動で渦
を巻く空気の圧力によって、達成することができる。

サイクルの吸入及び圧縮部分の間に燃料マネージメント
シリンダ14によって行われる動作は、燃料の吸入、蒸発
及び若干の空気との第１次混合をして、後に燃焼室20へ
送られる燃料と空気との濃い気体混合物を形成すること
である。この動作は、エンジンの効率的且つ上首尾な運
転を確実にし、小シリンダ14の燃料マネージメントシリ
ンダとしての説明を正当化する。

両ピストン16及び18は、圧縮行程の間、それぞれの気体
を燃焼室20へ送り出し、小シリンダ14の場合には、これ
は、シリンダ12からシリンダ14への空気の移動が終る圧
縮行程の終りごろである。濃い燃料／空気混合物の燃焼
室への導入には、以下に更に説明する急速混合が伴う。

触媒エンジンにおける点火は、圧縮点火法であり、ピス
トンがIDCに近い時に十分に高いピーク圧縮圧力及び温
度になる様に設計されているエンジンに従属し、小シリ
ンダ14中での蒸発燃料の冷却効果を与える。点火は、触
媒22によって助けられる。触媒は、化学反応の始めの部
分を開始し、その化学反応が、今度は残っている燃料に
点火し燃焼させるに十分な熱を発生する。燃焼室内の渦
流運動は点火期間中継続し、急速且つ完全な燃焼を助長
するため或る期間中その触媒と長く接触することを確実
にする。

吸入口25と連通している吸入管28は、通常、空気の運動
に関して制限されていないが、エンジンに導入される空
気の量を制御する手段として、バタフライ弁32の様な制
限または絞り装置を含むことができる。これは、燃料が
少ししか使用されないエンジンアイドリングまたは低負
荷状態のとき必要なことがあり、そして、小シリンダ内
の混合物は、高圧縮エンジンについての濃い燃焼限界よ
りも上に保たれる必要がある。それはまた、高い容積効
率が燃焼室内の過圧と早期点火とを生じることがある全
負荷低速のときにも必要なことがある。空気シリンダ12
の作用は、エンジンが必要とする大部分の空気を導入
し、且つそれを圧縮行程の間圧縮し、燃焼室20へ送り出
し、そこで急速回転運動を生じさせることである。絞り
弁が使用される時には、その制御は、好適には、エンジ
ンマネージメント装置中に内蔵される適当な制御装置に
よって、自動的に行われる。

エンジンは、サイクル中に最高の圧縮圧及び温度に達す
る時、即ちIDCまたはその近くで、混合物の点火を達成
し且つ、その瞬間によく混合された燃料／空気混合物を
触媒に曝するように設計される。例えば、低速フルパワ
ーなどの状態では、若し、特定のエンジン設計において
点火が早過ぎて起こるときは、螺弁32を用いた空気吸入
の僅かな絞りを用いて、IDCにおけるピーク圧及び温度
を僅かに減らし、且つ点火調時を遅らせることができ
る。

エンジンは、最小限１個の空気吸入弁、好適には１個の
排気弁及び１個の燃料噴射用入口を必要とし、空気吸入
弁は、空気を直接に大シリンダ12に供給し、燃料噴射口
34は、燃料が直接小シリンダ14へ噴射されることを可能
にする。例えばシリンダ当たり１対という様に、もっと
多くの入口及び／または排気弁を設けることができる。
カムで作動されるポペット形式の弁が適当である。

燃焼室20は、対のピストンが互いに最も近い状態のと
き、エンジン中のすきま容積即ち最小容積を実質的に占
拠する。触媒22は、プラチナ、パラジウム、ロジウム、
またはプラチナ−ロジウム合金を、耐熱鋼の様な金属担
体若しくは燃焼室の壁を形成するセラミックライナの表
面に沈着させて形成される。触媒は、若しそれがなけれ
ば、エンジンでの使用に適した急速な化学反応が開始で
きる温度よりも低い温度で、且つ、圧縮点火法または火
花点火法で開始できる自己燃焼限界であり得る特に非常
に稀薄な割合である燃料／空気質量比でもって、燃料の
酸化工程を開始する性質を有する。

エンジンでの使用に十分急速な触媒による化学反応の開
始に必要な温度は、エンジン中の気体の圧縮によって得
られ、そして最高の温度は、気体の体積が最小に近くな
った時に生じる。この原理は、触媒によって開始される
化学反応の率は、正しい温度において非常に急速であり
得るから、サイクル中の点火調時をセットするのに用い
られる。それ故、エンジンは、触媒の助けと圧縮とによ
って点火される。

一旦化学反応が開始したり、燃焼室20内の触媒22を含む
表面による熱エネルギーの吸収を最小にすることを確保
するのが重要である。この理由で、触媒は、好適には、
燃焼室の壁または壁一部に沈着するか、または少なくと
も燃焼室の壁の一部に形成するインサートの中へ配置す
る。

燃焼室の容積内の触媒の表面を特に加えられた担体上に
おくことは、そこで気体の流れと接触し、且つ、それが
燃焼室の表面を形成するのとは異なった燃焼室内の余分
な熱吸収部を加えることになるから、避けるべきであ
る。触媒表面22は、好適には、燃料／空気混合物の燃焼
室への吸入位置から若干離れたところで始まる。こうす
ることによって、早期点火を回避するのに役立ち、且
つ、点火前に燃焼室内での燃料と空気との混合のための
時間が長くなる。

エンジンの効率的な動作は、ピストン18によって燃焼室
へ送り出される濃い燃料／空気混合物が、ピストン16に
よって燃焼室へ送り出された空気と混合することを可能
にする方法に依存している。そうでなければ、触媒によ
る化学反応の開始は、濃い混合物に限られてしまう。燃
料／空気混合物は、かくして、酸素が欠乏し従って不完
全燃焼を起こす。

両ピストンがIDCの位置に向かって動く時に起こるこの
混合を達成するために許された時間は短く、そして、エ
ンジンは、IDCの近くで燃焼室内の空気と燃料とを十分
によく混合して、火炎前面の運動を点火が生じる触媒表
面から進めることを確実にする手段を含んでいる。小シ
リンダ14から送り出された１次燃料／空気混合物と大ピ
ストン16によって燃焼室へ送り出された残りの空気との
混合は、炎を触媒22との直接接触域の外に維持すること
ができる燃焼限界内の混合物をもたらす。

仕切り面38が、IDC位置の小ピストン18の近くに設けら
れている。それには開口40がついており、それらは、燃
料／空気１次混合物が燃焼室20へ進入する速度を増し、
且つ、燃料／空気１次混合物を分配して燃料室内の空気
と均一に混合することを助ける。

燃焼室は、渦巻を生じる様な形（例えば、円筒、球また
は長球）に形成され、そして開口40は、１次燃料／空気
混合物が燃焼室に入る時にそれに回転、または放射状運
動を与えることができる。

第２図乃至第５図の内燃機関においては、シリンダ12,1
4は、その軸線が互いに直角になる様に配置されてい
る。また、図面から判る様に、燃焼室50は、概ね筒状で
あるが、気体の回転を可能にするその他の適当な形式が
用いられてもよい。その燃焼室は、その長手方向の軸線
がシリンダ12,14の両軸線に対して実質的に直角に配置
されているが、ここでもまた、その他の適当な位置づけ
を用いることができる。燃焼失それ自体は、取り外し自
在な缶46の中に含まれており、缶46は、若し必要または
望ましいなら（例えば更新または清掃のため）燃焼室及
び従って触媒22の取り外し及び取り換えを可能にする。

上述した通り、このエンジンは、燃料及び空気の混合を
助ける燃焼室内の渦巻の恩恵を受けている。渦巻は、大
ピストンが空気を燃焼室へ接線方向入口44を通って接線
速度成分をもって送り出すときに、燃焼室内に誘導され
る。

燃焼室内での非常に急速な混合を生じさせる方法は、燃
焼室の形状を筒状、球状または半球状にして、空気を大
シリンダから燃焼室内での空気の急速な渦巻または渦流
運動を誘導する様に配置された入口を通って、燃焼室へ
導入することである。燃料／空気混合物は、大シリンダ
14から同様な仕方で、即ち放射状にまたは軸方向で燃焼
室へ入ることができる。

第２図、第４図及び第５図から判る様に、燃焼室50は、
燃焼室50へ接線方向で開口する入口44を有している。こ
れは、大シリンダ12からの空気を燃焼室へ接線速度成分
でもって送り出し、空気を渦巻形式の運動において高速
度で回転させ、それによって、燃焼室内に渦巻を誘起す
る。

燃焼室の缶46にも、開口48がついており、それによっ
て、エンジンの始動に用いるためのグロープラグ52また
は火花プラグまたはその他の適当な点火器の取付を可能
にしている。

第６図及び第７図は、第２図の燃焼室50及び缶46をより
詳細に図示している（開口48は省略）。この場合は、燃
料／空気混合物は、入口40を通って放射状に、一方、空
気は入口44を通って接線方向に燃焼室20に入り、斯くし
て、燃焼室内において渦巻運動で回転する。第６図にお
いて、触媒表面22は、入口40から距離Ｘのところで始ま
る。これは、点火を遅らすのを助けるために用いること
ができる。

第８図及び第９図は、燃焼室50のための別の混合装置を
示しており、そこでは、シリダ14からの燃料／空気混合
物とシリダ12からの空気とは、燃焼室に関して接線速度
成分をもって燃焼室へ送り出され、反対方向に動く２つ
の気体流で得られる。

第10図及び第11図に示す燃焼室50及び缶46では、シリン
ダ12からの空気とシリンダ14からの１次燃料／空気混合
物のための組み合わされた入口40,44が設けられてい
る。これによって、両気体流のための同方向の渦巻が生
じる。

第12図及び第13図は、第６図及び第７図のものと類似し
た燃焼室を示しているが、燃焼室61は球状になってい
る。

第６図乃至第13図の燃焼室のための接線方向入口は、点
火の間及び延焼行程の間、急速な混合を助ける燃焼室内
の急速な渦巻運動を誘起する。これは、炎が燃焼室内の
大部分の燃料に到達することを可能にする。気体の連続
回転はまた、未燃焼の燃料を触媒表面と接触させて、そ
こで燃焼させる。触媒が壁を被覆している筒状または球
状の燃焼室を使用すると、点火がある表面に誘起され、
炎がその表面から燃焼室の内側容積の方へ急速に拡がる
ことになる。

第２図乃至第５図のエンジンの１つの利点は、エンジン
をより小さくすること及び触媒22が、大シリンダのブロ
ックからエンジンベッドを取外す必要なしに、取外し自
在従って更新自在な缶としてエンジンのヘッド62から引
き出せることである。

第14図乃至第15図の実施例においては、燃焼室60の長手
方向軸線は、シリンダ14の軸線と同じ方向に伸び、且
つ、好適にはシリンダ14の軸線と同軸または平行であ
る。

この実施例では、空気シリンダ12からの空気は、入口44
を通って燃焼室へ接線方向で導入され、燃焼室内で渦巻
運動をおこす。小シリンダからの１次燃料／空気混合物
は、それを回転空気と最も良く混合させるために仕向け
る仕切り面38の開口40を通って軸方向に燃焼室へ入り、
シリンダ12からの空気の渦巻運動により触媒の上になす
りつけられる。

第16図乃至第18図は、別な形式の燃焼室の缶46を示し、
そこでは、仕切り面は、そこに弧状開口40が円形に配置
された燃焼室の缶の端部壁として形成されている。

第19図乃至第21図は、本発明による内燃機関の別の実施
例を図示しており、そこでは、混合過程を更に助けるた
め“スキッシュ”原理が用いられている。大ピストン16
は、そのヘッドに形成された矩形の突起66を有してお
り、IDCの近くで“スキッシュ”をおこす。記述した実
施例とは対照的に、第19図乃至第21図の燃焼室の缶46
は、シリンダ12を囲むシリンダヘッドの壁62の一部を構
成しないで、シリンダヘッド62の一部によってシリンダ
12から離されている。シリンダ12は、シリンダヘッドを
貫通する“スキッシュ”開口68によって、燃焼室60の入
口44と連通している。

第19図乃至第20図から判る様に、突起66は、ピストン16
がIDCに近ずく時に単に部分的に“スキッシュ”入口68
に入り、従って、突起66が入口68へ入ると、シリンダ12
内に捕えられていた残りの空気は、入口68の一層狭い開
口している部分70へ押しやられ、空気の速度を増し且
つ、小シリンダ14から燃焼室60へ入ってくる燃焼／空気
混合物との混合を強化する。

入口68は、入口44と同じく燃焼室60の全長に延び、そし
て突起66は突起66が突入していない入口68の部分70が燃
焼室の小シリンダ端部に隣接する様に形成され配置され
ている。こうすることによって、余分の空気は、圧縮行
程の後の部分の間小シリンダ端部の近くに集中され、か
くして小シリンダ14からの燃料／空気混合物と触媒との
早期接触の防止を助けるのに役立っている。

第２図乃至第21図の装置の一つの重要な利点は、シリン
ダヘッドを通常のエンジンヘッドより高さが高くなくて
もよいが若干幅広な触媒エンジンヘッドと交換すること
によって、現在あるエンジンを触媒エンジン形式に転換
することを可能にすることである。

第22図乃至第23図は、本発明による内燃機関の更に他の
実施例を示す。第22図は、２対のシリンダ12、14の配置
を示し、それは、全部のシリンダが、小シリンダ連接棒
のためのロッカレバー装置を有する或いは有しない共通
のクランクシャフト54をもつことを可能にする。この配
置においては、各燃料マネージメントシリンダ14の燃料
噴射器34は、シリンダヘッド62に置かれているが、第１
図乃至第21図の各実施例に示されている様に、シリンダ
壁に同じ様に置いてもよい。

第24図は、重荷重車輌に適したデルタ形多重シリンダ装
置を示している。この装置は２行程原理で動作する。３
角形の装置の各アームは、圧縮された空気が入口74を通
って導入され排気ガスがピストン16、18によって露出さ
れる排気口（図示せず。）を通って普通の態様で排出さ
れる直列の大シリンダ及び小シリンダ12、14を有してい
る。３個のクランクシャフト57が設けられ、それぞれ装
置の隣り合ったアームの大ピストン16と小ピストン18と
に連結されている。１以上の３角形単位構造を加えるこ
とによって６以上のシリンダ構造とすることができる。

デルタ形装置は、渦巻形式の３個の燃焼室の缶46を用い
且つ、各単位構成に低圧燃料噴射器のための３個の入口
34を有することができる。

点火時期の調時 各エンジンは点火時期の調時をする何等の外部手段をも
っていない。これは、火花によって調時される火花点火
エンジンや点火を開始するのに十分な程圧縮された空気
が熱くなっている燃焼室への燃料の噴射によって調時さ
れるディーゼルエンジンと比較すれば、最もよく理解さ
れる。本発明による好適なエンジンにおいては、小ピス
トン18による仕切り板の穴40を通った濃い燃料／空気混
合物が燃焼室へ進入すると、先ず燃焼室内での燃料と空
気との少なくとも部分的な混合が起こり、そして、燃料
分子が燃焼室内の渦巻運動の中で回転する空気により燃
焼室の触媒の壁になすりつけられると、大部分の燃料の
点火を導く化学反応が開始される。

混同動作は、気体の連続的な渦巻運動と共に点火及び燃
焼の間継続する。回転する気体は、最初の点火後引き続
き触媒表面と接触し、触媒との接触を繰り返すことによ
り、及び／または炎の拡がりによる連続した点火過程が
生じることを可能にする。点火は、燃焼室の内面の大部
分に亘って生じ、急速且つ完全な燃焼を確実にする。エ
ンジンの点火調時の制御は、次の何れか１つだけ、また
はそれらの組み合わせによって行うことができる。

（ａ） 製造段階でセットされる小ピストン18のIDC位
置と触媒表面との間隔64（距離Ｘ）の調節。

（ｂ） 最小容積の点でエンジン内に生成する圧力及び
従って温度の減少。これは、運転中エンジンの空気吸入
を例えばバタフライ弁32で絞ることによって達成され
る。

これは、エンジンの動作中に点火の調時を制御すること
を可能にする。エンジンの容積効率はエンジン速度が増
すと減少するから、エンジンの回転が速ければ速い程、
絞りを少なくすることが必要である。更に、高いエンジ
ン速度では、小さな点火遅れでも調整するために、僅か
な点火進角が望ましい。

（ｃ） 小ピストン18は、大ピストンに比較して小ピス
トンの僅かな遅れまたは進みをプリセットする様に、大
ピストンと連結することができる。

こうすることによって、特定の燃焼室の設計及び特定の
燃料に合う様に、燃焼の開始を遅らせたり進めたりする
ことができる。

エンジンの始動 このエンジンは、圧縮点火エンジンであるから、特に冷
却した状態からの急速な始動のための外からの助けを必
要とする。これは、好適には、エンジンがスタータモー
タによってクランク回しされている時に付勢される燃焼
室のグロープラグを使用することによってなされる。ま
たは、燃焼室に通じている小さな火花プラグをクランク
回しの間付勢して、例えば電子的に生成される連続した
火花の流れによって始動することができる。

エンジンの動作 上述した各実施例は、いずれも実質的に同じ仕方で動作
し、従って、以下の説明は、一般的に、すべての４行程
サイクルのエンジンに当てはまる。

吸入行程 ピストンが好適には共にIDCに達した後、空気をエンジ
ンに入れるため、吸入弁が開き、そして、両ピストン1
6,18が吸入行程を開始する。吸入された空気のあるもの
は、燃焼室を通って小シリンダ14へ引き入れられる。空
気が吸入管を通ってエンジンへ入る時に、空気をシリン
ダ12へ接線方向で仕向けることにより、または、吸入弁
を一部遮蔽することによって、空気に渦巻を起させるこ
とが有利なことがある。小ピストン18が燃料噴射口を開
けた後、液体燃料が霧化された形で小シリンダ14内の空
気へ噴霧される。

圧縮行程 ODCに到達後、両ピストン16,18は、圧縮行程を開始す
る。燃料は、圧縮行程の初期の間に小ピストン18が噴射
口を閉じるまで、小シリンダ14へ連続噴射される。

圧縮によってもたらされた圧力及び従って温度の上昇
は、小シリンダ14内の液体燃料滴の蒸発を助ける。その
結果、小シリンダ14内の燃料／空気混合物の温度及び圧
力が、大きな空気シリンダ12内の温度及び圧力に比して
低下する。

この圧力差の結果として、空気は、燃焼室20を通って大
シリンダ12から小シリンダ14へ移動し、燃焼室20の触媒
表面を空気とだけ接触させておく。この動作は、また余
分の空気を供給して小シリンダ14内の燃料／空気混合物
と混合させ、そして、そのシリンダに噴霧させる燃料が
多いほど冷却効果が大となり、斯くして、より多くの空
気が燃料の濃い混合物中へ移動し、燃料／空気質量比の
バラツキを変化する負荷に関して小さく保つという補償
効果を有する。

上述した様に、圧縮行程中に大ピストン16によって燃焼
室20へ送り出された空気は、燃焼室内で渦巻運動を強い
られ、斯くして、小ピストン18によって燃焼室へ送り出
された燃料／空気混合物との急速な混合を助ける。若
し、気体の急速混合を助けるために“スキッシュ”法も
用いられるなら、大ピストン16がIDCに近づく時に、
“スキッシュ”容積内（第19図乃至第21図）に捕えられ
た空気の大部分は、移動口68,44を通って、小ピストン1
8に近い端部またはその近くで燃焼室60へ押しやられ
る。

この動作は、ピストンがIDCの近くへ動き酸素が燃焼室
へ入る時に、もっと多くの酸素が燃焼室の小シリンダ端
に一層近い濃い燃料／空気混合物と混合されることを確
実にする。その瞬間における余分な量の気体は、矢張
り、仕切り板のポート40を通過させるられる時に気体に
高い速度を与えるのを助ける。斯くして、燃焼室内で燃
料がよく分配されること、特に触媒表面の近くでの入手
可能性を確実にする。触媒表面への燃料の到達が概ねピ
ストンがIDCに到達する時に生じる様にするため、触媒
表面は、ポートから若干離れたところから始まる様に配
置されてもよい。

化学反応は、燃料／空気混合物が触媒表面と接触すると
その触媒表面で開始され、そして、これが、温度を上げ
且つ残っている気体の点火を促進する。燃焼による気体
の膨張は、触媒表面から残っている未燃焼燃料及び空気
の方向において起こり、そして、これが燃焼室内で気体
が更に混合するのを助ける。点火は、火花点火の場合１
点では生じないで、触媒表面に亘って殆ど同時に生じ
る。反応の速度は、非常に急速であり、エンジンが高い
回転速度で動作することを可能にする。

膨張行程 両ピストンはIDCから離れる様に動き、燃焼した気体が
膨張してピストンを通じてクランクシャフトに仕事量を
引き渡す。

排気行程 排気弁が開き、燃焼の生成物をTDCの方へ動いている両
ピストンにより放出することを可能にする。燃焼室内に
残っている若干の生成気体はシリンダ内に残って、入っ
てくる空気と混合することができる。

添付図面に関して説明された本発明による種々の形式の
エンジンは、エンジンによって成し遂げられる経済と排
出物とを大いに決定する、燃焼過程に対する根本的に新
しいアプローチを取り入れており、そして、次の利点を
生じる。

（１）高い圧縮比の使用（12−16:1）。

（２）低オクタン価無鉛ガソリンの使用。

（３）稀薄燃焼可能性。少ない排出物。

（４）簡単な燃料噴射装置。

（５）火花電気装置がない。

（６）高い回転速度。

（７）急速燃焼、高い出力比。

（８）火花点火エンジン及びディーゼルエンジンの代
替。

（９）４または２行程サイクル。

（10）触媒保守のための取り外し自在燃焼室。

（11）排気管排気制御がいらない。

（12）現行エンジンのためのシリンダヘッド変換が可
能。

（13）一部負荷でのパンピングロスの減少。

（14）容易なアクセス及び保守のための好都合なエンジ
ンレイアウト構造。

本発明は、これまで触媒による点火に関して説明され、
且つ図示されてきたが、触媒の代わりに開口48内の連続
動作する火花プラグ若しくはグロープラグ52（第４図）
またはセラミック熱面の様な火花点火装置または熱面点
火装置を用いることも可能である。好適な実施例につい
てのこれまでの説明は、同様に火花点火までは熱面点火
装置に当てはまる。セラミック熱面は、触媒について前
述した様に、燃焼室内にその燃焼室の表面の一部または
全部として配置することができる。燃焼マネージメント
シリンダと渦巻混合手段との組合わせは、点火手段の形
式にかかわらず、低オクタン価燃料で12:1から16:1の高
い圧縮比範囲の使用をやはり可能にする。

何れかのエンジンの実施例に関して説明された特徴が、
他の説明された実施例にも用いることができることは、
当該技術に精通した者によく理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、EP特許0156543号で記載されたものと類似の
直列内燃機関の一部断面概略図である。 第２図は、本発明による内燃機関の一つの好適な形式を
示す一部断面図である。 第３図は、第２図のIII−III線断面図である。 第４図は、第２図のエンジンの両ピストンを内側死点
（IDC）の位置で示す断面図である。 第５図は、第２図のエンジンにおいてエンジンの燃焼室
の缶が取り出されていることを示す断面図である。 第６図は、第２図乃至第５図のエンジン用の筒状燃焼室
を有する変形された形式の燃焼室の缶の側断面図であ
る。 第７図は、第６図のVII−VII線断面図である。 第８図、第10図及び第12図は、第６図に類似した更に変
形された形式の燃焼室の缶の側断面図である。 第９図、第11図及び第13図は、それぞれ第８図、第10図
及び第12図のIX−IX線、XI−XI線及びXIII−XIII線断面
図である。 第14図は、本発明によるエンジンの更に他の変形の一部
断面図である。 第15図は、第14図のXV−XV線断面図であり、燃焼室の缶
の詳細を示す。 第16図は、円筒状燃焼室を有する他の実施態様の燃焼室
の缶を示す断面図である。 第17図は、第16図の缶を矢印Ａの方向でみた端面図であ
る。 第18図は、第16図のXVIII−XVIII線断面図である。 第19図は、本発明による内燃機関の更に他の実施態様を
示す一部断面図である。 第20図は、第19図のXX−XX線断面図である。 第21図は、第19図のXXI−XXI線断面図である。 第22図は、本発明による内燃機関の別の実施態様を示す
線図的平面図である。 第23図は、第22図のXXIII−XXIII線一部断面図である。 第24図は、本発明による他のデルタ形式の多気筒内燃機
関の一部断面図である。 12……大シリンダ、14……小シリンダ、 16……大ピストン、18……小ピストン、 20……燃焼室、22……触媒表面、24……吸入弁、 25……吸気口、26……排気弁、27……排気口、 28……吸気管、30……排気管、32……絞り弁、 34……燃料噴射口、36……燃料噴射器、 38……小シリンダ端の仕切り面、 40……仕切り面38の穴、 42……大シリンダ端の仕切り面、 44……仕切り面42の穴、 46……燃焼室の取り外し自在缶、 48……グロープラグまたは火花スタータ点火器用の缶46
の穴、 50……渦流形燃焼室（筒状二重渦流形式）、 52……グロープラグまたは火花スタータ点火器、 54……大クランクシャフト、 56……小クランクシャフト、 58……燃焼室の缶46用のシリンダヘッドの凹所、 60……渦流形燃焼室（筒状単一渦流一軸方向形式）、 61…… 〃 （球状または長球状形式）、 62……大シリンダ用のシリンダーヘッド、 64……燃焼室の触媒面のギャップ、 66……大ピストン上のスキッシュ突起、 68……突起66に対向するシリンダヘッドのスロット、 70……スキッシュ行程の間開いているスロット68の部
分、 74……２行程エンジン形式のための吸気口。

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも１対の第１および第２のシリン
   ダ（12,14）を有し、 第１のシリンダは第２のシリンダよりも大きな掃気容積
   を有し、 それらのヘッド端部で第１及び第２のシリンダ（12,1
   4）を相互連結する燃焼室（20,50,60,61）を有し、 燃焼室の中に連続動作可能な点火手段（22）を有し、 シリンダ（12,14）の中で燃焼室に向って進退できるそ
   れぞれ第１及び第２の作動ピストン（16,18）を有し、 第１のピストン（16）の吸気行程の間第１のシリンダ
   （12）へ空気等を供給するための第１の手段（24,32）
   を有し、 燃料を第２のシリンダ（14）へ供給するための第２の手
   段（26,34）を有し、 第１及び第２のシリンダ（12,14）を燃焼室へ連結する
   それぞれ第１及び第２のポート手段（44,40）を有し、
   及び、 圧縮行程の終りまで第２のシリンダ（14）から燃焼室へ
   の燃料／空気混合物の移動を阻止するための手段を有
   し、且つ、 第２のシリンダ（14）が、第２のシリンダから燃焼室の
   燃料／空気混合物を実質的にガス流として送り出すため
   に動作可能であるように構成された内燃機関において、 前記燃焼室は、実質的に連続してカーブしている円形ま
   たは長円形の断面を有すること、 前記燃料／空気混合物の移動を阻止するための手段が、
   第１のシリンダ（12）から燃焼室へ空気を前記円形また
   は長円形の断面の接線方向に送り出すように燃焼室に開
   口している第１のポート手段（44）によって燃焼室内で
   渦巻いている空気の圧力であること、 及び 燃焼室が、空気中での渦巻運動を発生を助けるように形
   成されていることを特徴とする内燃機関。
2. 【請求項２】燃焼室が、少なくとも１つの軸線のまわり
   で実質的に連続してカーブしている内面を有することを
   特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の内燃機関。
3. 【請求項３】前記軸線が第１のシリンダ（12）の軸線と
   実質的に垂直であることを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項に記載の内燃機関。
4. 【請求項４】前記第２のポート手段（40）が、燃料／空
   気混合物を実質的に燃焼室の軸線に沿って燃焼室へ送り
   出す方向に燃焼室中に開口していることを特徴とする、
   特許請求の範囲第１〜３項のいずれかに記載の内燃機
   関。
5. 【請求項５】前記第２のポート手段（40）が、燃料／空
   気混合物を燃焼室へ放射状に送り出す方向に燃焼室中に
   開口していることを特徴とする、特許請求の範囲第１〜
   ３項のいずれかに記載の内燃機関。
6. 【請求項６】前記ポート手段（44,40）が、空気と燃料
   ／空気混合物とをそれぞれ燃焼室へ互いに反対方向に動
   く気体の流れとして燃焼室へ送り出す方向に開口してい
   ることを特徴とする、特許請求の範囲第１〜３項のいず
   れかに記載の内燃機関。
7. 【請求項７】前記ポート手段（44、40）が、空気と燃料
   ／空気混合物とをそれぞれ燃焼室へ実質的に同じ回転方
   向に動く気体の流れとして送り出す方向に開口している
   ことを特徴とする、特許請求の範囲第１〜３項のいずれ
   かに記載の内燃機関。
8. 【請求項８】第１及び第２のシリンダ（12,14）が、そ
   れぞれの長手方向軸線が互いに直角に配置されているこ
   とを特徴とする、特許請求の範囲第１項〜第７項のいず
   れかに記載の内燃機関。
9. 【請求項９】第２のシリンダ（14）が、該シリンダの側
   壁に形成された燃料入口穴（34）と、燃料を該入口穴を
   通して噴射するための燃料噴射手段（36）とを有してお
   り、且つ、該入口穴は、エンジンが必要とする最長燃料
   噴射時間が該ピストンによって入口穴が開かれる時間と
   少なくとも同じである様な或る値で、第２のピストン
   （18）の外側死点の位置から距たっていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項〜第８項のいずれかに記載の
   内燃機関。
10. 【請求項１０】第１及び第２のピストン（16,18）が、
    互いに一定の相関係にあることを特徴とする、特許請求
    の範囲第１項〜第９項のいずれかに記載の内燃機関。
11. 【請求項１１】点火手段（22）が、触媒点火手段である
    ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項〜第10項のい
    ずれかに記載の内燃機関。
12. 【請求項１２】触媒点火手段が、燃焼室の壁に形成され
    た触媒であることを特徴とする、特許請求の範囲第11項
    に記載の内燃機関。
13. 【請求項１３】点火手段（22）が、火花点火手段である
    ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項〜第10項のい
    ずれかに記載の内燃機関。
14. 【請求項１４】点火手段（22）が、熱面点火手段である
    ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項〜第10項のい
    ずれかに記載の内燃機関。
15. 【請求項１５】燃焼室と第２のシリンダ（14）との間
    に、点火手段による点火のため第１のピストンが内死点
    またはその近くになるまで第２のシリンダ（14）から燃
    焼室への燃料／空気混合物の流れを阻止するための追加
    の圧力差を生じさせるため、ピストンどうしを互いに動
    作させる機械式カップリングをピストン間に更に有する
    ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の内燃
    機関。