JPS58500372A - 内燃機関用の装置および作動方法 - 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】 内燃機関用の装置および作動方法 〔技術分野〕 本発明は、各部が１サイクルの一部分ずつの間で膨張機として機能する、電気点 火式内燃機関に関するもので、特に新規改良に係る燃料系およびエンジン作動方 法に関するものである。

〔背景技術〕

在来のガソリンエンジン、特に自動車工業において使用されるものにおいては、 吸込マニホルドの上に設けられた気化器が燃料系の主要部品を形成している。周 知のように、燃焼用空気が気化器に吸引される。空気が気化器内に形成されてい るベンチュリ一部を通過するとき１流入する空気に調節された量のガソリンが添 加されて燃焼性の燃料／空気混合体（混合気）が生成されている。

吸込マニホルドは、エンジンのシリンダヘッド内の弁付き吸気ポートに連通する 通路を含んで、いて、混合気を気化器から燃焼室へ搬送分配する。

゛　理論上、液体ガソリンは燃焼室へ入る前に気化される。

しかし実際にはガソリンの大部分が気化されずに残っていて、燃焼室に入った時 にさえ液状であって、燃焼ゾロセス中にやつと気化するのである。燃焼室内に気 化されない燃料があると燃焼熱を減少させ、こうしてエンジンの出力を制限して しまう。

ガソリンエンシンの効率は実質的に理想よシ低いことが長いこと認識されている 。成るエンジンの低効率の１つの原因は気化器の“二重吸引”（ｄｏｕｂｌ＠ｐ ｔｓｌｌ　）として知られている。吸気ポートは、通常、排気ストロークが完了 するかなυ前に開かれるから、ガスは気化器ベンチュリーを通して逆方向に押し やられ、燃料をこの流れの中に吸込んでしまう。この逆流は空気取入口およびフ ィルタにまで及んで燃料を無駄にしてしまう。別の原因は、エンジンによシ消費 されるガソリンの各単位重量当りに得られるエネルギーの実質的部分が、その冷 却および排気系統から、ならびにエンシンからの放射によシ、廃熱として大気へ 放出されることである。自動車設計者は多年にわたシこの廃熱の少なくとも一部 を再捕集して利用する方法および装置を提案してきている。

提案されている１つの装置は、排気駆動式の過給機（ｓｕｐ＠ｒｃｈａｒｇ＠ｒ 　）、よシ普通にはターがチャージャーと呼ばれているものである。タープチャ ージャーは一般に共通軸に取付けた一対のタービンから成る。１個のタービンは 排気流路内に配置された駆動タービンであ夛、もう１個のタービンは、少くとも 成る例において、気化器と燃焼室との間の吸気流路に配置されたコンプレッサタ ービンである。この構造において、燃焼室より放出された排気ガスは排気タービ ンを通りながらこれを回転させ、吸気タービンはこれにより混合気中のガスを圧 縮する。

この圧縮は、所望の燃料対空気の比を維持させつつ、ぎストンの吸気ストローク 中に各ピストンシリンダに導入される燃料の量を増加させるから、結果としてエ ンジン出力の増加を生ずる。

ターがチャージャーを追加することは通常の自動車用途においてエンジンの燃料 効率を向上させたことにならない。一般的にター２チヤージヤーは摩擦の小さい 小型エンジンを、与えられた大きさの車に使用することを可能とするだけである 。

これら従来のエンジンがシリンダの吸気によって高真空を生ずるような動作条件 下にあると、大気からター２チヤージヤーの吸込側にかかる圧がマニホルド圧を 越えてしまい、ターがチャージャーの圧縮側に圧力差を生じてしまうことがある 。エンジンのアイドリング時にはタービンを駆動する排気流がほとんどなく、マ ニホルドに高真空条件が存在するから、ター２チヤージヤーの圧縮側に大きな圧 力差ができるのである。この圧力差は圧縮側を通る空気流を起こさせる。この空 気流は、コンプレッサタービンの羽根に、駆動タービンに対抗する回転力を与え る。

排気流は小さいから、前記空気流によって生じた力がコンプレッサの逆回転を起 こさせるに十分であることがあり、いずれにしてもターがチャージャーの有効動 作を妨げることになる。こうして、軽い荷負の下でターＩチヤージャーは本質的 に効果のないもので、事実逆に走り出してしまうかもしれない。

気化器と吸込マニホルドとの間にターがチャーシャーを備えた従来のどのエンシ ンにもある別の問題は、加速の時に生じる。絞シの開きが増加した時、混合気に 含まれている液体燃料の小滴の量はほとんど瞬間的に増加するが、排気流はそう ではない。この追加された液体燃料がコングレツサタービンに対する負荷を著し く増加させる。事実、テストレース用エンシンにおいて、時として起きる負荷の 増大がコングレツサタービンを破壊させるほど大きかったことがある。排気ガス からの駆動力は実質的に一定であるから、コングレツサはこの負荷増大によシ減 速され、ター−チャージャーの圧縮作用は減少される。やがて、増加した燃料が 排気ガスの増加をもたらすと、ター−チャージャーはその速度と出力を増加させ る。要するに従来のター〆チャージャーは出力増加の要求に対する応答が遅く、 絞りの開きが著しく増大した時はいつでもしばらくの間過剰燃料を消費すること になるっ実際、この過剰燃料消費は、ター−チャージャーがテスト中は事実動作 したとしても、環境保鏝局（ＥＰＡ）の標準に従来のターＩチャージャーエンジ ンを適合させることを、不可能ではないとしても、困難にしている。

ガソリンエンジンの燃料効率を増加させる翁ＯＩ！案社、気化を助長するため燃 料を加熱する方法および装置を含んでいる。従来の提案は、エンジン冷却系統ま たはエンジン排気系統のいずれかから熱を伝達することにより混合気を加熱する ことを示唆している。混合気が燃焼室へ移行している時にこれを加熱することに 付随する問題は以前から認識されていた。

これらの問題というのは、混合気の温度が増加すると混合気密度が低下してエン ・シンの体積効率を低下させる、すなわち吸気ストロークで各シリンダに吸引さ れる燃料の量を減少させるということである。その上、燃料の加熱はしばしば燃 料系統にペー・ぐ−ロック状況を起こし、これは吸気流路への燃料の流入を部分 的にまたは完全に遮断するので、エンジン性能を低下させる。ペー・譬−ロック を避けるため、提案されている混合気加熱装置の多くのものはエンノンのウオー ムアツプ中だけ作動し、エン・シンが動作温度に達すると切られる。さらに、従 来のホットベー・ぐ−エン・シンの提案は貯留室を利用して、そこからの混合気 を調節するようにしている。このような室は大きくて、危険でもあシうる。

従来のエンジンでは、そのウオームアツプ中に、気化した燃料が吸込マニホルド の内表面およびその他の表面上に凝縮した。マニホルドおよび気化器加熱装置が エンジンウオームアツプ中に働くように提案されているが、その意図はこの問題 を解決または極小にすることであった。このような提案はウオームアツプ中の状 況を改善するかもしれないが、それで４１に訃ａｌ！ｔｉ、仮に二ｙジｌがすで に動作温度に達していたとしても、気化器から燃焼室へ移行する間に多くて４回 も相変化を１！験する。特に、混合気の流れに含まれている燃料の一部れ、混合 気がエンジン吸気系統を移行中に気体状態と液体状態の間で変化する。さらに、 多気筒エンジンにお叶るこれら相変化特性は１つずつのシリンダごとに不均一に 変化し、さらにエンジン速度および負荷と共に変化する。

これらの相変化はエンジンの熱効率を低下させることになるが、その原因は以下 の通シである。１）いくらかの液体燃料が燃焼室へ導入されること、２）混合気 の不均一性、および３）吸込マニホルドおよびその他の燃料系統の部品への実質 的熱エネルギー損失。エンジンは、すべての液体同様、比較的気化熱が高いから 、これら損失は相当なものである。

従来のエンジン熱効率を増加させようとする提案は、この問題を認識していない か、言い当てていない。提案装置の大多数では、燃料または混合気はエンジン冷 却系統からの流体によるか、さもなければ排気ガスによって単に加熱されるよう になっていただけである。

過去にター〆チャージヤーを混合気加熱装置と組合せることが提案された。この ような提案の１つにおいて蝋、混合気が半絞シ動作条件中においてのみ排気ガス によって加熱された。全絞り条件中は排気ガスがターＩチャージャーへふシ向け られ、混合気り加熱されないので、その密度は最大となった。

また、混合気はター−チャージャー（またはスーツ９−チャージャー）を離れ死 後に冷却されるべきであるという意見を多くのエンジン設計者がもっていること が認められる。普通“インタークーラー″と呼ばれている冷却装置が過給機の出 口と燃焼室との間に配置される。インタークーラーの目的は、混合気密度が増加 するように、混合気が圧縮されるときに発生する熱を除去することである。これ ら−見矛盾した諸提案は混乱と不確実性が燃料系の設計理論に依然として存在し ていることを示している。

しかし内燃機関の燃料効率の向上が成功したかどうかの尺度は、装置の複雑さや 単純さにあるのではないし、長年教えられてきたエンジン設計理論に固執するこ とにあるのでもなく、所与の寸法のエンジンについて現実に達成されたがソリン 走行距離数とエンジン性能の増加におるのである。

〔発明の開示〕

本発明は電気点火式内燃機関の燃料効率を改善するための新規で改良された装置 および方法を提供するものでおる。本発明は、過度の手直しを要求するものでな いから既存の自動車エンジンに容易に適合できるし、車のブストおよび重量を低 減することになる。

本発明によれば、気化性の燃料例えばガソリンを燃焼用空気と調節された比率で 混合する丸めの混合気形成装置が開示される。この装置は、混合気を調整するた めに通常はエンジンにょシ捨てられていた熱を利用する。この装置は、燃料と空 気の混合物をそれがエンジン燃焼室へ向かって層流で流れている間に調製（ｐｒ ｅｐａｒ・）し、かつ調和（ｅｏｎｄｊＨｏｎ　）することにょシ、燃料の完全 な気化と燃料と空気の十分な混合を保証して燃焼プロセス中に最大エネルギー効 率を実現するようにしたものである。

好適実施例においては、気化器などのような混合気導入装置とエンジン燃焼室と の間に燃料混合気の流路が形成される。この流路は、それぞれに付設した弁制御 Ｉ−トを通じて各燃焼室に連通する。この装置は、さらに、前記流路に配設され た空気加熱器および混合気蒸発・加熱装置と、混合気蒸発および加熱装置間に配 置した混合気均質化器を有する。本発明の試験は在来の気化器（キャブレータ） を用いてなされたが、本装置の動作は気化器（キャブレータ）の使用に依存する ものではないと考えられる。従って燃料を空気流へ導入する他の方法、例えは加 圧による気化およびマニホルドインジェクションなども使える。

好適実施例において混合気蒸発装置は、キャブレータと混合気均質化器との中間 で前記流路に配設され、エン＠　ジン冷却系統からの流体にょシ加熱される室を 有する。

ｌ　エンジン冷却系統にょシ吸収された熱（従来は捨てられミ　ていた）は、流 入混合気が蒸発装置の前記室を通過する時に該混合気に伝えられ、それにょシ燃 料の気化を強め（ると共に少くとも部分的に気化した混合気を生じさせる。

この混合気はついで混合気均質化器へ送られて攪拌され、さらに加熱されるので 、燃料は完全に気化されて“通気化”　（１ｕｐｅｒｖａｐｏｒｉｚ＊ｄ　）　 状態となシ、蒸気は均一に分散される。

好適な均質化器は排気駆動式であって、これ社共通軸上に取付けられて別個のタ ービン室を形成する構造内に回転可能に支持されている一対のタービンを有して いる。

一方のターピｙｌｄ排気により駆動されるタービンで、これが混合気流路内に配 置された均質化タービンであるとコロノ他方のタービンを駆動する。これらター ビンは、すべての絞シ開き度で混合も混合気の加圧も行えるように寸法を定めら れる。従来のターがチャージャーと異な夛、この均質化器はエンジンの動作範囲 のすべてにわたって機能し、十分な燃料の気化と混合気中の空気全体にわたる燃 料の混合および分散とを保証する。均質化器がエンジンの動作範囲全体にゎたっ て機能する１つの大きな理由は、混合気が排気ガスにょシ生じるカｆラス均質化 タービンの加える回転力を通じて温度膨張するということである。

このエンジンの１つの具体例において、加熱された均質化器ハウジングは吸込空 気流の通路を形成し、これ唸ホットエア導管によりキャブレータの空気吸込口に 接続される。空気はこれらの流通路を通る時に加熱される。

ホットエア導管により供給される空気が約１１０１Ｆ（４３゜３℃）以下になシ 、マニホルドの負圧が４インチ（１０２■）以上である時はいつでも温度応答弁 がキャブレータへの大気取入口を閉止する。

ＥＧＲ（排気ガス再循ＩＩ）システムが予熱空気をもつエンジンの具体形に設ゆ られる。従来のＩＧＲシステムと異なｐ１本発明のシステムは再循環される排気 の均一な分配と炭化水素による残滓の気化とを保証する。この均一性は均質化器 への入口またはその上流でＩＧＲ流体を混合気に導入することＫより達成される 。これら残滓は、均質化器を通る時に混合気と十分に混和されて、紘じめて、多 数燃焼室間での均一な残滓の分配を保証するのである。

混合気は均質化器へ入る前に予熱されるから、その比密度は小さく、仮にあって も極小の未気化燃料が存在するだけである。こうして混合気は比較的圧縮容易で あシ、その出量の連続的圧縮が全エンジン速度で起こる。その上、この室からの 出量が成る程度制限されて、均質化器の混合室を、動力要求条件中に生ずる均質 化器の取入側と取出側との間の差圧から部分的に隔離し、燃料供給に対する“二 重吸引″を防止する。この隔離と混合気の低い比密度および混合気の熱膨張が結 びついて、加速中に均質化器を効率的に機能させる。こうして、均質化器はアイ ドリング条件において動作し、また加速条件中に応答遅れが経験されることはな い。

混合気加熱装置は均質化器の出口とエンジンの吸気ポートの間で混合気流路内に 配設される。好適実施例において、混合気加熱装置は混合気が燃焼室への途中で 通過する、排気によシ加熱される室を有している。この加熱装置は、燃料が燃焼 室へ入るに先立ち好適には燃料の気化温度の２倍の温度で完全な気化状態に保た れることを保証する。

今日製造されている自動車エンジンは本発明を利用しそれにより燃料効率に実質 的利得をもたらすように改造または適合させることができると考えられる。成る 在来の部品は省略されるが、使用される部品は異質の材料や、過度のエンジンの 手直しや、複雑な製造工程を要求するものではない。その上、小型エンジンは現 在の自動車の標準装備で１）うるから、コストと重量を低減させる。

典型的な図示した実施例によれば、混合気蒸発装置は、キャブレータの取付はペ ースともなるハウジングを有する。このハウ・クングが形成する内部室は、キャ ブレータののど、および混合気をこの室から均質化器へ搬送する堆出し導管に連 通している。ハウジング壁内に位置する冷却剤通路は、キャブレークの一部であ る堰入口および剤取入口および取出口をエンジン冷却系統に連通させる。

小さいラジェーターが蒸発装置と並列に接続される。冷却剤温度が約２００７（ ９３，３℃）以下である時はいつでも感熱制御弁がラジェーターへの流れを遮断 する。

混合気加熱装置は側壁内の通路を含むハウジングから成シ、ここを排気ガスが通 って室の内壁を加熱する。この実施例の一特長によれば、この室は混合気流を多 数の分岐流路に小分割する直立リブを有しており、その分岐数はエンジンのシリ ンダ数に対応する。排気ガスは導管によって燃焼室から前記室壁内に形成された 通路へ送向される。

本発明の装置は、通常エンジン冷却系統およびエンジン排気系統の双方から捨て られていた熱を再捕集し、この熱を利用して混合気を完全に気化させ、十分に混 和させる。その結果、車のラジェーターの寸法は著しく減小され、ラジェーター ファンの必要はなくなる。

エンジン冷却剤によシ吸収された廃熱を放出する手段とするため、通常は冷却剤 ラジェーターが必要である。

本発明においては、廃熱は気化する燃料に伝えられ、それによシ吸収される。燃 料に熱が吸収されると冷却剤の温度を下げるから、これが冷却剤ラジェーターの 機能の大部分にとって代わる。

追加的に、冷却剤系導管およびＩン！は、エンシンを流れる冷却剤流速が、所要 量の熱を混合気蒸発装置へ与えるためエンジン出力と直線的関係になるように寸 法を定められる。

本発明の他の特長によれば、キャブレータと混合気均質化器との間に隔離体が配 置される。隔離体の目的は、混合気流路に沿って取付はペースへ、従ってキャブ レータの？ウルヘ直接的な制御されない熱が伝導されることを禁することにある 。隔離体は、“熱い１エンジンが切られた時にキャブレークに起きるかもしれな いペーノ臂−ロツクの発生を最小限にさせる。隔離体は、混合気流路を形成して いる構造を通じてキャブレークの？ウルヘエンジンの熱が伝わるのを禁止する。

より具体的な実施例において、隔離体はエンジン予熱器の出口と均質化器の入口 との間の、エラストマー製非伝導性カッ！リングから成る。この好適実施例にお いて、キャブレータと蒸発器は車のシャーシまたはぎデーに城付けられ、従って 隔離体はキャブレータへの伝熱だけでなく、エンジンの振動をも防止する。この 隔離体の構成とキャブレータの取付けとにょ夛もたらされる振動の絶縁はキャブ レークの信頼性を増し、振動にょシ燃料流の制御が失われることを防止し、キャ ブレータの再調整の発生率を減少させると確信される。

本発明は、すべての燃料が燃焼室への導入前に十分に気化され、一度気化された らエンジンの吸込系を通って導かれる時気化したｉ＼であるようにするエンジン の作動方法を開示する。燃料は単に完全に気化されるだけでなく十分に混合され るから均質な燃料と空気の混合物（混合気）が燃焼室に入る。本方法によれば、 ガソリンなどの燃料は大気圧の空気の流れの中に捉えられる。捕捉された燃料と 空気は、や＼不均質な混合気を形成しているが、エンシンから導かれる熱、すな わちエンジン冷却系またはエンジン排気系のいずれかから導かれる熱によって予 熱される。ついで燃料と大気圧空気とは均質化器によって混合されて均質な混合 気を生成する。ついで均質な混合気は燃料の気化温度を十分越える、好適には少 くとも２倍の温度にさらに加熱され、それから事実上直ちに燃焼室へ導入される 。

以上に開示した燃料調製装置および方法の利点を完全に利用するために、本発明 はまた燃焼室へ導入された燃料混合気から引き出されるエネルギー量を最適化す るためにエンシンを作動させる追加的方法の工程をも提供するものである。これ はエンノンの出力を最適化し、冷却系で取出すべき熱の量を減少させてラジェー ターの大きさを縮小させることに寄与する。これら追加的方法工程によれば、燃 焼室の容積は、燃焼工程中にガスと燃焼反応の生成物が実質的にその最大温度お よび圧力に達するまで実質上一定に保たれている。これら方法工程を実行するた めクランクシャフトのストロークとピストンロッドの長さは、クランクシャフト の回転の少くとも１３°についてピストンが上死点（ＴＤＣ）の０．００１イン チ（０，０２５■）の範囲内にとどまっているように選定される。

本発明によシ明らかにされたエンノン作動方法と結びつけて使用される先に開示 された燃料混合気形成装置は、“膨張機”として機能するエンノン、すなわち燃 焼中に発生されたすべての有用な膨張力がピストンの運動を起こさせるため利用 され、有意な程度に熱損失として散逸されないエンジンをもたらす。燃焼温度と 圧力が最適化されるまでピストンを事実上ＴＤＣに維持することは、発生した熱 エネルギーがピストンを下方へ駆動するために主として消費され、エンジン冷却 系および排気系への熱損失を最小限にすることを保証する。さらに、これらエン ジン装置へ放出された熱は、燃料蒸発および加熱装置と均質化装置を介して流入 混合気へ戻されるのである。

要するに本発明は、バランスされた熱ループがエンシンからの熱を混合気流路へ 移送させる“ホットイーｌターサイクル”エンジンをもたらすもので、移送され る熱はエンジン出力に比例している。

本発明に係る装置および方法は自動車用ガソリンエンジンの燃料効率と動力出力 を実質的に増加させると認められる。さらに、低ｒｐｍ　）ルクも増加する反面 、早点火中爆燃の傾向は減少されることが認められた。

追加的特長および完全な理解は添付図面と関連してなされる以下の詳細な記述を 読めば得られる。

〔図面の簡単な説明〕

第１図は本発明の好適実施例に従って構成された混合気調製および調和装置の略 示図である。

第２図は本発明の好適実施例に従って構成された混合気蒸発装置へ熱を与えるエ ンジン冷却回路の略示図である。

第３図は混合気調製および調和装置の分解斜視図である。

第４図は好適実施例として構成された混合気均質化および加熱装置を一部断面、 一部側面で示す図である。

第５図は内部を示すため一部を除いた混合気加熱器立面図である。

第６図は第５図の６−６線で示される面に沿って見た混合気加熱器の断面図であ る。

第７図は第６図の７−７面から見た混合気加熱器の断面図である。

第８図は第１図に略示したエンジンの蒸発器の拡大斜視図である。

第９図は第８図の９−９線で示される面から見た蒸発器の断面図である。

第１０図は本発明のエンシンの測定されたトルク曲線を示すグラフである。

第１１図は本発明のエンジンの洗練された型を示す略図である。

第１２図は第１１図のエンジンの斜視図である。

第１３図は第１１図および第１２図のエンジンの均質化器の拡大断面図である。

〔発明を実施する最良の態様〕

本発明は、電気点火式内燃機関の燃料効率を実質的に改善させる新規改良に係る 装置と方法を提供する。本発明によれば、通常排気系および冷却剤系によって周 囲へ放出されていたエンジン熱が捕捉されて、増加した燃焼効率が実現されるよ うに流入混合気を調製調和するため利用される。特に本発明はエンジン燃焼室へ 入る前に流入混合気を十分に混和し気化させる。

第１図は本発明の好適実施例に従って構成された、燃料と排気の流路を形成する 装置を略示している。第３図および第４図をも参照すると、本装置は、内燃機関 ２０（これは図示の例でエンジンブロック２４内に形成された３個のシリンダ２ ２を含んでいる）に接続されていて、各シリンダ２２にはピストン２６が組込ま れている。ピストン２６は在来の方法で連接棒によりクランクシャフト（その出 力端２８が第３図に示されている）に作動を伝えるよう連結されているから、ピ ストン２６の往復運動がクランクシャフト２８に回転運動を生じさせるうシリン ダヘッド３０がエンジンブロック２４の頂部に適宜固着され、各シリンダ２２内 に燃焼室３２を形成する（第４図に示す）。一対のカム駆動される／−ｅット弁 ３３（１個だけ図示）が燃焼室３２への混合気の流入および燃焼生成物の流出を 制御している。シリンダヘッド３０は一体に形成された吸込および排気通路を有 している（吸込通路３４だけ図示）。吸込通路３４はシリンダヘッド３０の側部 に形成したポー）３４ｍおよび吸込弁３３から延びている。冷却剤通路３６はエ ンジン動作中の過剰熱を除くためシリンダヘッドを通じる冷却剤の流れを支持す る。冷却剤は取出し／　−）　３６　＊を通ってシリンダヘッド３０から出る。

シリンダグロック２４も冷却剤通路３８を有する。

第１図に戻って、本発明は全体を符号３７で示される装置、すなわち吸気ポー） ３４ｍと燃料導入装置３Ｂ（好適にキャブレータ）との間に延びる混合気流路を 画成する構造をもたらすものである。本発明によれば、混合気がキャブレータ３ ８からエンジン燃焼室３２へ移行する時にこれを十分に気化させ混和させる手段 が設けられる。

液体燃料は燃料タンク４０から在来の燃料Ｉンｆ４２と導管４４によシキャプレ ータ３８へ送られる。好適にキャブレータ３８は普通の方法で動作し、調節され た量の空気と液体燃料を混合して燃焼性混合気を作る。

一般的に、液体燃料は空気の流れの中に入るとその一部だけがキャブレータのの ど部で部分的に気化される。

本発明によれば混合気蒸発器５０と混合器加熱装置５２が、燃料の完全な気化を 保証し、混合気を液体燃料の気化温度以上に、好適には燃料気化温度の２倍の温 度に加熱するため、混合気流路３７に、好適にはその一部として配置される。全 体を符号５４で示される混合気均質化器が蒸発器５０と加熱装置５２の中間で流 路３７内に配置される。

好適実施例において、混合気蒸発器５０は混合気をエンジン冷却剤からの熱で加 熱する。エンシンが空冷式で冷却剤の熱が得られない場合は、本発明は排気の熱 を使用することを意図している。本発明のこの特徴を実現するためのエンジン冷 却用流体回路は第２図に示しである。

この冷却回路は、普通の水Ｉング６０を有し、冷却剤をエンノンブロック２４と シリンダヘッド３０へ送シ込む。

冷却剤は供給導管６２を介してエンジンへ送られ、シリンダヘッド３０からはそ の側部に形成した冷却剤ポート３６ｍ（第３図に示す）を経て取出し導管６４へ 排出される。この導管６４はこれを通る流体の流れを調節するための弁６５を有 する。取出し導管６４は冷却剤を蒸発器５０へ送る。冷却剤は蒸発器を通って循 環し、続いて戻り導管６６へ排出される。戻シ導管６６ｔｉ／ング６゜の吸込み 側へ接続している。

ｔＡのサーモスタットを含んでいるサーモスタットハウジング６８が、導管６４ とラジェータ取入れ導管７０との間の流体連通を制御するため設けられる。冷却 剤が所定の温度（サーモスタットにより定められる）以下にとどまっている限り 、サーモスタットは閉じたままで、冷却剤はそのボンデ６０の入口へ導管６６を 通って運ばれる。この動作モードにおいて冷却剤の循環ルーダにはＩンｆ６０、 エンジンブロック２４、シリンダヘッド３０および蒸発器５０だけが含まれる。

冷却剤温度がサーモスタットの設定値を越えるとサーモスタットが開すて導管７ ０と連通し、冷却剤はラジェータ７４を通って進み、ついでラジェータ戻シ導管 ７６によシ冷却剤ポング６゜へ戻される。電動ファン７８がサーモスタッ）（図 示−１ず）に制御されるものとして想健線で示されている。試験ではファンを回 さなかったから、好適には省略されるので想像線で示しである。これを示し九の は、働かなかったけれど、試験中そこにあったからである。

混合気蒸発器５０は好適にキャブレータ３８を取付け、その支持ベースを形成す る。この特長によれば第３．８および９図に示すように、蒸発器５０はハウジン グ５０ｍおよび一体に取付けられた７ランー）５０ｂを有し、そこに直立保持メ ルト８０が含まれる。特に第８．９図を参照するとハウジング５０ｍは内部に加 熱室８２を形成していて、これはキヤゾレータフランジ５０ｂの頂部から下向き に延びて室８２内へ開口している一対の通路８４によシキャプレータののど部に 連通している。

ハウジング５０の外壁８８、内壁９０によシ画成される流体ジャケット８６が室 ８２を堆巻く。エンジン冷却剤社ジャケット（流体通路）８６内を循環するから 、エンジン冷却剤からの熱は内壁８８を通じて室８２へ伝えられる。エンジン冷 却剤は、ハウジング５０１に形成され、取出し導管６４に適宜接続される取入れ 管９２を介して蒸発器に連通している。蒸発器５０を出る冷却剤は、戻シ導管６ ６に適宜接続される戻シ管９４（第９図に示す）を通る。

キャブレータ３８ののど部で形成された燃料混合気は通路８４を通って加熱室８ ２へ入る。混合気は、ノ・ウノング５０ｍに形成され、好適には通路８４の軸線 に直角方向に延びる取出し口９６を通って室８２から出る。

正常なエンシン動作条件下では、エンジン冷却剤によシ吸収されたエンジン熱の 実質的部分が蒸発器５０を通過中の混合気へ放出されると認められｔ０事実上、 冷却剤の熱が気化しようとする燃料に放出されることは部分的に冷却剤ラジェー タ７４の必要性にとって代わり、また冷却ファン７８の必要性に全面的にとって 代わるから、少ない小型の部品の使用を可能にするものである。

多くの在来の自動車における冷却剤の流れは過剰でわ夛、その結果大気へのエン ジン熱の大量の損失が生じている。この状況は本発明により解消される。本発明 にょればエンジンを通る冷却剤の流速はエンジンの出力に比例するから、エンジ ン出力が増加すると比例的に多量の熱が混合気予熱器（蒸発器）５０へ運ばれ、 流入してくる混合気に与えられる。この冷却剤の流速とエンジン出力との間の“ 熱バランス”は冷却剤ポンプ６ｏの寸法ぎめと制御弁６５の調節とによって達成 される。現実の生産においては、種々の冷却剤導管を適切に寸法ぎめすることに よって弁６５は好適に省略される。

第１図に戻って、均質化器５４は蒸発器５ｏから受けとった混合気を十分に混合 するように作用して、混合気全体を通じて燃料の蒸気が均一に分散されることを 保証する。さらに均質化器は混合気を圧縮するように作用し、それによシ燃焼室 ３２へ入る混合気の密度を増加させる。

好適実施例において、均質化器５４は混合用および排気駆動されるタービン１０ ２．１０４を共通軸１０６に固着し、タービン１０２，１０４に組合わされた別 個のタービン室を区画する構造内に回転可能に取付けて成る。

タービン１０４は排気流路内に配置され、エンシン２０より排出される排気ブス により一部駆動される。タービン１０４の回転によジタービン１０２が付随して 回転する。別の回転生成力が熱膨張から結果する混合用タービン１０２を通る混 合気流により供給される。タービン１０２の回転はタービンハウジング１０８に 入って燃焼室へ向かう混合気の攪拌または均質化を行う。

第３図を参照すると、均質化器５４の最初好適とされた外部構造が示されている 。タービンハウジング１０８には軸方向取入口１２０があり、ここに蒸発器５０ からの混合気が受けとられる。均質化された混合気はハウジング１０８から接線 方向に延びる７ランノ付ノズル出口１２２を通ってハウジング１０８から出る。

排気タービンハウジング１１０は７ランノ付取入口１２４を有し、これはハウジ ング１１０に対し接線方向に形成されている。ハウジング１１０を通る排気ガス は排気イイ７’　１２６に連通する軸方向取出口から排出される。Δイｆ１２６ はメルト１２８により軸方向取出口に締着されるフランジ１２６１を有している 。メルト１２８は排気タービンハウシング１１０の側部から延びて、適当な螺着 具（図示せず）と螺合するようにされている。エンジン２０よシ排出される排気 ガスは末端に７ランク１３２ｍを有する排気導管１３２により排気タービンハウ ジングへ運ばれる。

ハウジング１１０の取入口１２４にも同様なフランジ１２４ａが設けられている 。７ランフ１２４ｍ、１３２ｍには両者を連結するための締結具を挿通する多数 の穴１２５がある。タービン１０４は導管１３２から導管１２６ｔで移行する排 気ガスによって回転駆動され、前述のようにタービン１０４０回転は混合用ター ビン１０２に回転を与える。

均質化器５４は一見在来のターがチャージャー、すなわち当業者が排気駆動され る過給機と認識しているものに類似しているようであるが、この主たる機能は混 合気を均質化し熱を添加して、燃料の全面的気化を完全に行い、その維持を確保 することである。かくして、在来のターダチャージャーにおけるように混合気の 圧縮線あるが、これが均質化器の主たる機能ではない。本発明のこの特長によれ ばタービン１０２．１０４はエンジンのアイドリング時に２００　Ｏｒｐｍから ４００　Ｏｒｐｍで回転し全動作条件下で回転するように寸法ぎめされ選定され る。

特定のタービン速度下で均質化器によりもたらされるツースト圧力は在来の内燃 機関に使用されている同じ寸法のターがチャージャーによシもたらされるであろ うツースト圧力より小さい。本発明により実現されるブースト圧力が小さい理由 は蒸発器５０により混合気を調和（ｅｏｎｄｌＨｏｎｌｎｇ　）するからである 。上述のように蒸発器５０は流入混合気に熱を追加するが、これは混合気に含ま れる液体燃料を気化させるだけでなく、全体的温度を上昇させて混合気密度を減 少させるのである。この密度低下は在来のものに比較した時所与の定常状態のタ ービン速度についてデースト圧力の減少となって結果するが、より重要なのは混 合気の混和と完全な気化とを増加させる結果となることである。この所与のター ビン速度についてのブースト圧力の減少はタービン速度の増加によシ相殺され、 所望のブースト圧力を実現する結果となる。

デースト圧力はタービン１０２．１０４の適切な選択と寸法ぎめによシそれ自身 で制限される面があるものの、動作不良になると過度のブースト圧力を生ずるこ とがあるので、ハウジング１１０をめぐる排気をパイイスさせるためにハウジン グ１１０にノ’ｅイ・母ス弁１４０が設けられる。

在来のターがチャーシャーと異な夛、均質化器５４の出力圧は絞シ加速の開始を すると即時に増加する。当業者に知られているように絞シの運動は加速ポンプお よび（または）その他の加速富化装置により燃料の即時的射出をもたらす。吸込 み流路へ燃料が添加されてもキヤゾレータを通る空気流に比例的な増加が瞬時に 生ずるのではない。空気流の増加はエンジン回転速度が上がった時にのみ生じる 。

在来のターがチャーシャーエンノンにおいては、ターざチャーシャーの出力は必 然的に排気流の増加を生じるエンジン回転数の増加があった時にのみ増加する。

本発明においては、均質化器５４はエンジン動作範囲の全域にわたって回転して いる。上述のように混合気密度は蒸発器５０によシ減少される。最初に加速を始 めた時、射出される燃料は直ちに混合気の比密度を増加させる。この増加した混 合気密度は、エンジン回転数がまだ増加していなくても、均質化器５４内の圧を 直ちに増加させる。

均質化された混合気はタービンハウジング１０８を出て混合気加熱装置５２へ入 る。第３．５．６および７図を参照すると、混合気加熱装置５２は、個々のシリ ンダ２２へ混合気を分けて配るから、−面シリンダヘッド３０に対し吸込マニホ ルドのように機能する。

好適実施例において、混合気加熱装置５２は排気で加熱されるハウジング１５０ を有し、これは離間した内壁１５０ｍと外壁１５０ｂを有し、その間に排気ガス が循環して、内壁１５０ｍと、ハウジング頂部に適宜締結具１５６で固着したカ ーぐ−デレー）１５４（第３図参照）とにより形成される内部室１５２を加熱す る。混合気はハウジング１５００側部に形成した取入口１５８から内部室１５２ へ通じる。多数の植込ゲル）１６０がハウジング１５０の側部から横に延びて均 質化器１２２の城付けフランジ１２２ｍをハウジング１５０に取付ける。

一対の直立リプ１６２が内部室１５２内に取入口１５８から離して配設されてい る。リゾ１６２は混合気を多数の分岐流路１５２１に小分割し、各分岐流路は３ つの燃焼室２２の１個ずつに連通する。好適に、比較的短い個々の導管１６４が ハウジング１５０とシリンダヘッド３０の側部に取付けられるべき取付けフラン ジ１６６との間に第３図に示すように延びている。各導管１６４は分岐通路１５ ２ａの１個をシリンダヘッド吸気／−ト３４ｍの１個に連通させる。ニラグル１ ７０も７ランゾ１６６に取付けられ、シリンダヘッド内の冷却剤放出ポート３６ １を導管６４（第２図）に連通させる。

排気ガス流の混合気加熱装置５２および均質化器５４への流路は第１図に暗示さ れている。排気導管１３２は、取付け７ランゾ１７４１で終っている３本の分岐 導管１７４を介してシリンダヘッド３０内に形成された多数の排気ポート（図示 せず）に流体連通している。分岐導管は背圧を最小限にするため７ランノ近くに 細長い直線区間をもっている。第３図に見られるように、導管１３２の左端には 連結シリンダ１７６が備えられている。導管１３２のほぼ両端中間の側部から短 いニラグル１７８が延び、シリンダ１７８１を備えている。第５．６図にも示さ れるように、取付けフランジ１８０ｍ、１８２ｍを備えた一対の比較的短い導管 １８０．１８２が加熱装置ハウジング１５０からそれぞれ下方および側方へ延び ている。

導管１８４（第１図に暗示）が排気ガスを導管１３２の左端から導管１８０に連 通させる。取出し管１８２は直接ニラグル１７８のフランジ１７８ａに結合され 、排気ガスの戻シ通路を形成する。一対の適当な流量制御弁１８６．１８８が導 管１８４．１８２に配設され、それぞれの導管の排気流量を調節するため使用さ れる。弁１８６は混合気加熱装置５２へ通じる排気ガスの量を制御する。

それぞれの弁を適切に調節することによシ、加熱装置５２へ運ばれる排気ガスが 所要量の熱を混合気に供給するという熱バランスが得られ、供給される熱はエン ジンの出力の関数である。エンジンの現実の大量生産においては、混合気加熱装 置５２を通る排気ガスの所要流速を実現するように導管１３２．１８０．１８２ および１８４を適当に寸法ぎめすることによシ、弁１８６．１８８は好適に省略 される。図には簡単のため示してないが、すべての排気ガス導管はさらに熱損失 を最小限にするため好適に熱絶縁される。

次に第４図に移ると、均質化器５４と燃焼室３２との間の混合気流路の断面が詳 示されている。開示した流路の幾何学的形状は混合気流がほとんど流路の偏向に 出合わないからエネルギー損失を最小にする。混合気は均質化器５４からノズル 状取出し口１２２により形成される接線方向通路に沿って出て、実質的直線路に 沿って混合気加熱装置５２へ入る。分岐流路１５２１が導管１６４へ実質的等距 離だけ延びており、ノズル状取出し口の流れの軸線から８°以下外側へ開いてい る。分岐流路１５２１、導管１６４、およびシリンダヘッドの吸込み通路３４は 、室１５２と各燃焼室３２の間に延びる次第に下方へカーブする流路を形成する 。この流路を移行する際、混合気は極めて小さい摩擦その他のエネルギー損失し か受けない。この流路構造は、混合気が十分に混合され、均質に分散され、完全 に気化されて燃焼室へ入るので、燃焼プロセスを最適化するものであると確信さ れる。加熱室を通る流れは層状である。

本発明の一特長によれば、タービンハウジング１０Ｂと蒸発器５０との間の直接 的な制御されない熱移動は熱的隔離により禁止される。具体的に、第３図を参照 すると、タービン室１０８の取入口１２０に多数の孔２０２と中央にニラグル２ ０４を有する円形フランツ２００が適宜締着される。比較的熱伝導性の低い材料 製の比較的短い導管２０６が蒸発器出口９６とタービン取入口ニップル２０４と に適宜締具（図示せず）によって固着される。好適に導管２０６はエラストマー 材料から製作さね、これは本発明の追加的特長を構成する。

導管２０６は蒸発器５０をタービンハウジング１０８から熱的に隔離するだけで なく、振動の絶縁を行うので、タービンハウジング１０８から蒸発器５０へ伝わ るかもしれないエンジンの振動からキャブレータ３８を隔離する。導管２０６に よりもたらされる熱の隔離は、燃料の浸透またはペーノ々−ロックを起こすこと のあるキャブレータ３８のゲウルへの制御されない熱移動を防止する。

さらに、好適な導管構造によってもたらされる振動の隔離はキャブレータの再調 整の必要を減じ、燃料系の全体的な信頼性と口径選定を改善する。

こうして、本発明は燃焼！ロセスを最適化することによってエンジンの全体的効 率を向上させる内燃機関の作動方法を提供するものであることが認識されよう。

本発明の方法によれば、ガソリンなどのような液体燃料の調節された量がエンジ ンの吸込系へ導入され、調節された量の空気と混合されて燃焼性の混合気を生成 する。空気とこれに含まれた燃料は、ついで、エンジン冷却剤から、さもなけれ ばエンノン排気系から熱を移送することにょシ加熱されて液体燃料の気化を助長 する。ついで混合気は攪拌され均質化されて、全体を通じて蒸気が均一に分散さ れるようにされる。

ついで、均質化された混合気はさらに加熱されて混合気の全体的温度を液体燃料 の気化温度よシ十分上に昇温させる。好適に混合気は液体燃料の気化温度の少く とも２倍に加熱され、燃料がオクタン価９３の鉛工添加ガソリンである時、混合 気加熱装置内で約４００７　（２０４，４℃）の混合気に達する。混合気の運動 は、反作用なしにこの大きさの混合気温度を許容するために重要である。本発明 のエンジン内における混合気の速さは、加熱室内における混合気の反作用を避け るため温度を４４０”Ｆ（２２６゜６℃）以下に保つようなものである。今日市 販のガソリンの平均気化温度（海面高さで）は１１０下（４３，３℃）であるこ とに留意すべきである。混合気の加熱は完全で十分な気化を保証するだけでなく 、エンジン排気系および冷却系へ失われていたエネルギーを混合気に加えること でもある。要するに、燃料混合気はよシ高いエネルギーを含んで燃焼室へ入るの である。混合気がよシ高いエネルギーを含んでいるから、燃焼室内に所望の温度 と圧力の水準を生ずるのに、よシ少い燃料で足りる。

燃焼中に最適エネルギー出量を実現するために、本発明はまた、燃焼プロセスを 最適化するエンジン作動方法の工程をも提供する。エネルギー出量を最適化する ことによシ、エンジン冷却系その他を通じて排出される廃熱の量は減少され、か くしてラジェータの寸法を縮小させ、ファンを省略することに寄与する。

これら追加的なステツブによれば、燃焼室の容積は燃焼ノロセス中その最小容積 またはその近くで実質的に一定に保たれるから、燃焼反応のガスおよび生成物は 実質的にその最大温度および圧力に達する。この最適化燃焼ゾロセス中に発生さ れた熱ガスは、最大温度および圧力から著しく低下する以前に始まる時点におけ る実質的に一定体積で膨張することを許容される。燃料の最適化を実現するため に、クランクシャフトのストロークとピストンピンドの長さは、クランクシャフ トの約１３°またはそれ以上の回転につきピストンが上死点の０．００１インチ （０，０２５■）の範囲内にとどまっているように選定される。

ピストンのピストンピンの位置ならびにピストンの径方向隙間がピストンの上死 点における“滞留時間”に影響すると認められた。具体的に、よシ長いロンド長 さに対応するためピストンピンの位置をずらすことがピストン滞留を増加させる 。ピストンの径方向隙間を増加することがピストンを“ロック”（ｒｏｃｋ　） させ、同じくピストン滞留を増加させる。

この“ピストン滞留”要因は、エンジンヘッドを除去し、ダイアルｒ−ノを使っ て、上死点近くにおいてクランクシャフトの回転に対するピストンの運動を直接 測定することにより決定される。エンシン動作中の実際のピストンの上死点にお ける滞留は測定したものと違うかもしれないことが認められよう。なぜなら、ピ ストン頂部に圧があれば可動部分の相対運動はいくらか違うであろうから。しか し、相違はあったとしても著しいものではないと考えられ、そして確かに上死点 における滞留時間は在来のエンジンに対し増加しているのである。経験と実験か ら、上述した滞留測定値に達するようにビストンストロークとロッド長さの寸法 をきめることにより燃焼効率の所望の増加をもたらすことが認められる。この寸 法基準値および測定技術を使用することにより、燃料としてガソリンを使い、８ ００から４００　Ｏｒｐｍの速度範囲で動作する内燃機関において、燃料効率な らびに動力出力が実質的に増加される。

かようなエンジンは、圧力が本質的にその最大値にあって作用流体からの動力の 抽出がその膨張の最大化により最大とされる時にピストンが上死点を離れるから 、より正確には膨張機と呼ばれる。ここに開示したエンジンの円滑性に到達しよ うとして他の方法で使用された釣合いおもシを必要とせずに、円滑で振動のない 動作を生み出すのは、この膨張なのである。

本発明を実施したエンジンおよび溶料系は１９８１９：型ピュイツク・スカイラ ークに搭載された。この車は重量３００５／ンド（１３５２縁）、２大乗シ、全 開加速θ〜０６０　Ｍ、Ｐ、Ｈは９．４秒であった。エンジンの機械的諸数値は 第１表に示しである。測定されたトルク曲線は第１０図に示してあ夛、２０００ 〜４４００ｒｐｍの動作範囲にわたり、２２５　ｆｔ　−ｔｂを越える、著しく レベルなトルク出力を示している。当業者には認められるように、排気量１２５ 立方インチ、その動作モードにおいて僅か３２０ポンド（クラッチおよびペルノ 飄つノングを含む）の３気筒エンジンについて開示したような動力出力は、この サイズのエンジンから予期されるものより実質的に大きい。さらに、エンジンは 著しく振動が小さく、元来この車が装備していたラノエータは寸法を縮小され容 量を約５０係減少された。

第　１　表 エンジンタイプ　３気筒、オーΔヘッドパル！排気量　１２５立方インチ Ｉ７　３．９５０インチ ストローク　３．４インチ ロッド長さ　６．５インチ 馬力　４０００　ｒｐｍで２４０馬力 （４Ｉ別高性能燃料−テストコー ド２０，２１／ンドブースト圧 力） 馬力　４４００　ｒｐｍで１９０馬力 （９３オクタン、鉛なしガソリ ン、１０／ンドブースト圧力） 重量　３２０ポンド 燃料経済　４８．２５　ＭＰＧ　（都市と高速を含み） 上述のクランクシャフトの回転１３°につき上死点で０．００１インチ（０，０ ２５■）のピストン運動の“滞留”を実現するために、ピストンピンの位置は、 ６．５インチ（約１６．５ｚ）のロッド長さに適応する丸め、ピストンに推力が 加えられる方向にピストンの直径中心から約０．０６０インチ（約１．５２　ｍ 　）偏心される。追加的に、ピストン径方向隙間０．００６インチ（０，１５２ ■）は、さらにピストン滞留を大きくする小量のピストン“ロック”　（ｒｏｃ ｋ　）を生じさせるように選択された。偏心と隙間の結合効果は、ロッド連結ク ランクジャーナルが死点を通るとき推力によシピストンを偏心させて、ピストン 頂部をジャーナル軸線に対し在来構造の場合より狭い間隙にさせることである。

ジャーナルが死点を通過した後、推力は解除され、ピストンは自身中心へ戻る。

この中心作用は運動のベクトルをジャーナルから外し、従ってそれはピストンを 上死点近くに維持するのを助ける。

車の走行距離テストは都市道路および高速道路の速度の両方で１３３マイル・ド ライブ路で行われた。車の駆動列、すなわちトランスミッション、差動ギヤ等々 は標準品で修正を加えなかった。テストにはや＼大きめの市販タイヤを使った。

最終駆動比２．３〜１で、５５　Ｍ、Ｐ、Ｈでのエンジンｒｐｍは２０００であ る。単速度は標示制限速度の２　ｍｐｈ以内に保った。１時間４０分のテストを 都市道路で行い、同じ時間を高速道路で費した。１３３マイルテスト路を１０回 繰返し、テストの終シで車は平均４８．２５マイル／ガロンであることが認めら れた。燃料経済および出力の双方における性能利得はドライ！性能を犠牲にする ことなく得られた。

また、このエンジンは高エンジン負荷および低エンジンｒｐｍＯ下においてさえ 爆燃の傾向がないことも認めらてエンジンの「いきつき」またはバタつきの兆候 なしに２０　ＭＰＨの路上速度から高ギヤ比でスムースに加速できた。在来の小 排気量エンジンでしばしば要求された、十分なエンジンｒｐｍを維持するための 一定したダウンシフトは必要ないと認められた、 本発明に係る装置および方法は燃焼中の火炎速度を制御することによジエンジン 性能を最適化すると考えられる。この制御は、混合気を燃焼室に入る前に十分に 調製し混合して燃焼室に引き入れられた混合気が均質になり、エンシン動作範囲 全域にわたって調節された速さで燃焼するようにさせることによって実現される 。エンジン冷却系および排気系で得られる熱エネルギーは調製工程で利用され、 燃料混合気にそのエネルギー出力を増加させるため加えられる。

これは、冷却剤および排気の熱ループを寸法ぎめ調節して、通常大気へ（排気お よび冷却剤系によシ）放出されてい友エンジン熱を流入してくる混合気に十分な 混合と気化を保証するため伝える“熱・々ランス”を生じさせることにより実現 される。よシ重要なことは、エンシンの出力に比例した熱移動流速を生じるよう に熱ループを臨界的に調整することである。こうして、出力が増加すると流入混 合気に移送される熱の量は比例的に増加する。

要するに、本発明を利用する内燃機関は“ホットベー・ダーエンジン”として動 作する。本装置は完全十分な気化と混合を確保するだけでなく、燃料蒸気を燃料 気化温度より十分高く加熱するのである。

以上説明したエンシンは、もし微調整すれば、今日のおよび今後のＥＰＡ（環境 保瞳局）規則に十分適合することができると考えられるが、テストエンジンは以 上に述べたように排気ガス再循環（ＥＧＲ）および吸込空気加熱を行うように設 計された機構を備えて構成されたものでめった。これら付設物は主としていわゆ る“コールドスタート″要件に合致するように設計されたもので、前述のエンジ ンの微調整によシ省略しうるものである。

改造均質化器２１０が設けられる（第１１図）。この均質化器２１０は外側ハウ ジング２１２を有し、これは排気ガスとタービンを取巻くハウジング２１４との 間に空気通路２１３を画成する。

ハウジング２１２Ｈ一対の空気取入通路２１６を有する。これらの通路２１６は 均質化器と排気導管１３２の連結部両側に位置し、大気を取入れて、これが通路 ２１３を通るときに加熱させる。

均質化器は加熱された空気の取出口２１８を有し、これは２個の取入口２１６か ら等距離になるように排気導管１３２０対向側にある。均質化器で暖められた空 気は取出口２１８から空気誘導導管２１９を経てキャブレータの吸込マニホルド ２２０へいたる。マニホルド２２０は大気吸込口２２２を有し、ここからまだ加 熱されていない周囲の空気がキャブレータに送り込まれる。

温度応答式空気吸込み制御弁２２４が吸込口２２２を通る空気量を調整する。通 常始動時において吸込み制御弁２２４は閉じた状態にとどまっているからキャブ レータへ供給される唯一の空気は加熱用の通路２１３を通ることによシ予熱され た空気である。一旦この空気が約１１０″Ｆ（４３，３℃）の所望温度に達する と弁２２４は開く。エンジンが涼しいまたは冷たい気候の中で動作している時は 吸込み制御弁は正常動作条件巾約１１０？（４３，３℃）の吸込み空気温度を維 持するように調整を行うであろう。

時として、例えば加速中などに通路２１３および導管２１９を通って供給される 空気が動作条件に適切でないことがある。従って吸込み制御弁２２４はまた真空 感知性でもあシ、エンジンマニホルド圧が４インチ（約１０２■）以下に落ちた 時は吸込み制御弁が開いて、吸込口２２２およびキャブレータの空気取入マニホ ルド２２０を通ってキャブレータへ追加の空気が取込まれるのを許容する。

ＥＧＲ（排気ガス再循環）導管２２６が第１１図のように設けられる。このＩＧ Ｒ導管２２６Ｌ排気ガスを均質化器の取出側からコンプレッサータービン１０２ が位置している室の取入側へ導くものである。これによシ再循環排気ガスはエン ジンへ供給される混合気と十分に混和され、かような再循環排気ガスが反応室の 各々へ均等に分配されるのである。

ＥＧＲ導管２２６は第１１図で暗示的に示されているだけである。実際にはＥＧ Ｒ導管２２６の混合気導管２０６またはコンプレッサータービンハウジング１０ ８への接続点はＥＧＲ流体がコンプレッサー室の方へ向かって送られるように位 置づけられる。ＩＧＲ取入口の軸線は混合気導管２０６の軸線に対し４５°以下 の角度をなしてぃて、２つの軸線はタービン１０２の軸線を含む共通平面内に位 置している。

コンプレッサータービンハウジングとそのコンプレッサータービンとの合致は第 １１図に明示されている。ハウジング１０８は取出口２０８をハウジングとター ビン１０２とが密に嵌まシ合う部分に有している。この取出口は蒸発器５０を低 マニホルド圧から隔離するのを助ける限流オリフィスを構成している。前に示し たテストーータを得るのに使用したテストエンシンにおいて、コンプレッサータ ービンは２．２インチ（５，６ｍ）径であった。

取出口２０Ｂは１インチ（２，５４ｅｓ　）径で、下流へ切願円錐形状のハウジ ング壁が続いていた。これらハウジング壁は１インチ径取出口２０８から１イン チの軸線方向長さで２インチ径に拡いている。その後、２つの外側流路１５２ｍ の外方側壁が混合気加熱装置１５２の内部で？またはそれ以下で外方へ拡いてい る。

以上本発明を具体的に説明してきたが、後記請求の範囲に示す本発明の範囲内に おいて種々変更をなしうろことは明らかである。

−ヨＦ’ＩＧ、９ Ｌ目さくｐヤーエ、答、１ユ） 口 国際調査報告 笥１頁の続き 優先権主張　＠１９８１年１０月１９８０米国（ＵＳ）■３１２４９５

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．少くとも１個の燃焼室をもつ電気点火式内燃機関用の燃料混合気形成装置で あって、 １）弁制御／−）を介して各燃焼室と連通する燃料混合物の流路を画成する構造 と、 ｂ）所定比率の空気と気化性燃料とから成る燃焼性の燃料混合物を前記流路に導 入する手段と、Ｃ）前記燃料混合物導入手段と前記燃焼室との中間で前記流路内 に配設された燃料混合物均質化器と、ｄ）前記燃料混合物導入手段と前記燃料混 合物均質化器との中間で前記流路内に配設された燃料混合物蒸発手段と、 ・）前記燃料混合物均質化手段と前記燃焼室との間で前記流路内に配設された燃 料混合物加熱手段とから成る燃料混合気形成装置。 ２、　エンシンが冷却剤系を包含し、前記蒸発手段が前記流路内に配置された室 から成っていて前記冷却剤系により吸収された熱を前記燃料混合物に移す手段を 包含している請求の範囲第１項に記載の装置。 ３、前記加熱手段が前記流路内に配置された室から成っていて、前記燃焼室によ り排出された燃焼ガスからの熱を前記燃料混合物に移す手段を包含している請求 の範囲第１項に記載の装置。 ４、前記均質化器が前記燃焼室から排出されたガスによシ駆動される第１のター ビンとこれに組合わされたタービン室から成シ、さらに前記第１タービンから駆 動される関係にある第２のタービンを有し、蚊第２タービンは燃料混合物流路内 で回転可能であって、燃料混合物を均質化し、かつ圧縮する両件用を行う請求の 範囲第１項に記載の装置。 ５、内燃機関が多数の燃焼室を有し、前記燃料混合物加熱手段が燃料混合物の流 れを多数の分岐流路に小分割し、各々の分岐流路が燃焼室の１個ずつに連通して いる請求の範囲第１項に記載の装置。 ６、前記燃料混合物蒸発手段が冷却剤を所定動作温度以下に維持するため十分な 熱を燃料混合気と熱交換する寸法に定められている請求の範囲第２項に記載の装 置。 ７、　前記燃料混合物導入手段がキャブレータから成る請求の範囲第１項に記載 の装置。 ８、前記燃料混合物導入手段と前記蒸発手段との間に、前記燃料混合物流路画成 構造を通じる直接的無制、＠な熱移動を禁する熱絶縁手段を有している請求の範 囲第１項に記載の装置。 ９、電気点火式内燃機関であって、 １）クランクシャフトに回転力を与える多数の往復ピストンと、 ｂ）各ピストンに組合わされた１つずつの燃焼室と、Ｃ）弁制御ポートを介して 各燃焼室に流体連通し、取入口を有している燃料混合物流路を画成する構造と、 ｄ）所定量の空気と気化性燃料とを前記流路へ導入するため前記取入口の近くに 配置された燃料混合物導入手段と、 ・）エンジン冷却剤系により吸収された熱を燃料混合物に移すための燃料混合物 蒸発器と、ｆ）前記蒸発器と燃焼室との中間で前記流路内に配置された燃料混合 物均質化器と、 １）前記均質化器と燃焼室との中間に配置され、前記燃焼室によシ排出された熱 を燃料混合物に移すための燃料混合物加熱器と、 ｈ）前記加熱器を構成している室に含まれ、前記流路を、燃焼室の各々がその１ つずつに連通するところの分岐流路に小分割する手段と、 １）前記燃料混合物予熱器と均質化器との中間で前記流路内に配置され、前記流 路に沿って流路画成構造を通じる熱移動を禁じる熱絶縁手段と から成る内燃機関。 １０、少くとも１個の燃焼室と、冷却剤系と、燃焼室から燃焼ガスを排出するた めの排気系とをもつ火花着火式内燃機関を作動させる方法であって、 ａ）燃料混合物取入口と前記燃焼室との間に延びる燃料混合物の流路を設け、 ｂ）前記取入口に空気と気化性燃料を所定割合で導入して燃焼性の燃料混合物を 形成し、 Ｃ）前記冷却剤系からの熱を前記燃料混合物に移送して燃料の気化を助長するこ とにより前記取入口近くで前記燃料を予熱し、 ｄ）前記予熱された燃料混合物を均質化し、ｅ）前記排気系からの熱を前記均質 化された燃料混合物に移送することにより該燃料混合物を加熱し、ｆ）前記燃料 混合物を所定の間隔で前記燃焼室へ導入すること から成る方法。 １１、さらに、ダイアルｒ−ノで直接測定して、約１３°ｔたはそれ以上のクラ ンクシャフト回転につきピストンを上死点の０．００１インチ（０，０２５■） 範囲内に維持する工程を含む請求の範囲第１θ項に記載の方法。 １２、内燃機関に気化した燃料とガスの混合物を与える方法であって、 １）燃料と反応する酸素を含んだガスの流れの中へ燃料を取シ込み、 ｂ）前記ガスと燃料をそれらが１つの流路に沿って流れるときエンジンから導い た熱エネルギーで加熱しＣ）燃料とガスの実質的に均質な混合物を生成させるた め燃料とガスを混和し、 ｄ）この混合物をエンジンから導いた別の熱エネルギーで、混和されたのちの燃 料の気化温度よシ十分高い温度にさらに加熱し、 ・）この混合物を加熱されたまま燃焼室へ導入して、すべての燃料が燃焼室へ導 入される前に十分に気イヒされると共に一旦気化されたら気化されたｔまでいる ようにすること から成る方法。 １３、熱エネルギーの少くとも成るものはエンジン排気ガスから導かれる請求の 範囲第１２項に記載の方法。 １４、熱の少くとも成るものはエンノン冷却剤から導かれる請求の範囲第１２項 に記載の方法。 １５、内燃機関を作動させる方法であって、１）燃料と反応する酸素を含んでい るガスの流れの中に燃料を取り込み、 ｂ）ガスと燃料をそれらが１つの流路に沿って流れるときにエンジンから導いた 熱で加熱し、Ｃ）燃料とがスを混和して実質的に均質な燃料とガスの混合物を生 成し、 ｄ）この混合物を混和されたのちの燃料の気イヒ温度以上の温度にさらに加熱し 、 ・）この混合物を加熱されたまま燃焼室へ導入し、ｆ）この混合物を燃焼室内に ある間に着火させるため電荷を利用し、 ｇ）燃料と酸素の間の反応によって反応生成物を含む熱ガスが実質的にその最大 温度および圧力に達するまで燃焼室の容積を実質的に一定に維持し、ｈ）前記最 大温度および圧力の著しい降下が始まる前の時点で前記熱ガスを実質的一定体積 から膨張させ、これによシすべての燃料が燃焼室導入前に十分に気化されると共 に一旦気化されたら気化されたままにとどｔｂ、かつ前記熱ガスの膨張が最適化 されるようにしたエンジンの作動方法。 １６、前記熱ガスを、得られる有用な膨張力の実質上すべてがエンシンの駆動に 使用されるまで膨張させ、残シのガスを、新たに燃焼室へ入る前の別の燃料混合 物に熱を伝える室に導くことを含む請求の範囲第１５項に記載の方法。 １７、直線路に沿ってさらに加熱する工程が行われる請求の範囲第１５項に記載 の方法。 １８、多数の燃焼室があって、燃料と空気の混合物は少くとも一部で別個の流路 に沿って導かれ、別個の流路の各々は異なる室に共有されていて、全流路社実質 上等しい長さとする請求の範囲第１７項に記載の方法。 １９、燃料とガスの混合物を、それを混和しながら同時的に加熱する工程をさら に含む請求の範囲第１２または１５項に記載の方法。 ２０、空気とその中に含まれた燃料とを供給するための供給構造と、加熱され十 分に気化された燃料混合物を送出するための通路を含む送出構造とを有する内燃 機関において、 ａ）前記両構造間にこれらと混合物導通関係で挿置された混合物均質化機構と、 ｂ）空気と十分に気化した燃料との混合物を十分に混合し圧縮すること、および この混合物を送出構造に送出することのための、前記機構に含まれる、均質化お よび圧縮部材として機能するいくつかの部材と、Ｃ）前記機構および送出構造の いずれか一方または双方に含まれる、前記均質化および圧縮部材と燃焼室との間 に限流オリスイスを画成する部分と、ｄ）前記両構造および前記機構の少くとも １つに含まれる、燃料混合物を加熱するための手段とから成る改良。 ２１、空気とその中に含まれた燃料とを供給するための供給構造と、加熱され十 分に気化された燃料混合物を送出するための通路を含む送出構造とを有する内燃 機関において、 ａ）前記両構造間にこれらと混合物導通関係で挿置された混合物均質化および加 熱機構と、ｂ）前記機構に含まれ、前記混合物が前記機構を通って流れるとき該 混合物を加熱するための加熱部材として機能するいくつかの部材と、 Ｃ）空気と十分岐気化された燃料との混合物を十分に混合し圧縮し、かつこの混 合物管送出構造に送出するための、前記機構に含まれるいくつかの部材のうちの 均質化および圧縮部材と、 ｄ）前記機構および送出構造のいずれか一方または双方に含まれ、均質化および 圧縮部材と燃焼室との間に限流オリフィスを画成する部分と から成る改良。 ２２、前記限流オリフィスが均質化および圧縮部材と送出構造通路との間にある 請求の範囲第２１項に記載のエンジン。 ２３、前記限流オリフィスが前記機構の部分によって画成される請求の範囲第２ １項に記載のエンジン。 ２４、前記限流オリフィスが均質化器のノズル状取出口の一部である請求の範囲 第２１項に記載のエンジン。 ２５、電気点火式エンジン内で反応させるための燃料を調製する方法であって、 ａ）一定量の空気に取込み部位において燃料を取込んで燃料Φ空気混合物を形成 し、 ｂ）前記混合物が取込み部位から均質化部位へ移動するときにこれを加熱し、 Ｃ）前記混合物を均質化部位において圧縮し均質化すると同時にさらに混合物を 加熱し、 ｄ）前記混合物を均質化器から１個またはそれ以上の反応室への１個または数個 の直線路に沿って流すと同時に、該混合物を燃料の気化温度の少くとも約２倍の 温度にさらに加熱すること から成る方法、 ２６、燃料かだソリンであって、混合物が約４００１Ｆ（２０４，４℃）に加熱 される請求の範囲第２５項に記載の方法。 ２７、ａ）　少くとも１個の反応室を画成する、車に搭載しうるようにしたブロ ック構造と、 ｂ）前記ブロック構造とは独立に車に搭載しうるようにされ、燃料を空気流の中 へ取込んで燃料・空気混合物を生成させるようにした燃料取込み機構と、Ｃ）燃 料・空気混合物を均質化するための燃料均質化機構と、 ｄ）燃料を前記取込み機構から均質化機構へ導くため取込み機構を均質化機構へ 接続する燃料送出導管機構と、 ＠）均質化された混合物を均質化機構からブロック構造へ送出するため均質化機 構をブロック構造へ接続する通気機構と、 ｆ）前記機構の少くとも１つにブロック構造を接続する排気ガス導通手段であっ て、ブロック構造からの排気ガスを前記接続された機構へ導いて混合物がその機 構を通るときに骸混合物を加熱するための手段とから成る内燃機関。 ２８、がス導通手段がブロック構造を前記機構の少くとも２つに接続する請求の 範囲第２７項に記載の内燃機関。 ２９、空気が燃料取込み機構に供給される前に空気を選択的に予熱するため空気 加熱手段が設けられている請求の範囲第２７項に記載の内燃機関。 ３０、排気ガス導通機構がブロックを通気および均質化機構に接続する請求の範 囲第２７項に記載の内燃機関。 ３１、導管機構がブロック構造よシ発する振動から取込み機構を隔離する振動隔 離体を含んでいる請求の範囲第２７項に記載の内燃機関。 ３２、ａ）少くとも１個の反応室を形成する、車に搭載しうるようにしたブロッ ク構造と、 ｂ）前記ブロック構造とは独立に車に搭載しうるようにされ、燃料を空気流の中 へ取り込んで燃料−空気混合物を生成させるようにした燃料取込み機構と、Ｃ） 燃料・空気混合物を均質化するための燃料均質化機構と、 ｄ）燃料を前記取込み機構から均質、化機構へ導くため取込み機構を均質化機構 へ接続する燃料送出導管機構と、 ｅ）均質化された混合物を均質化機構からブロック構造へ送出するため均質化機 構をブロック構造へ接続する通気機構と、 ｆ）ブロック構造と前記機構の少くとも１個とに接続された加熱流体導通手段で あって、加熱された流体をゾロツク構造から前記少くとも１個の機構に搬送する 手段と から成る内燃機関。 ３３、加熱流体導通手段が排気ガス導通手段である請求の範囲第３２項に記載の 内燃機関。 ３４、加熱流体導通手段が冷却剤導通手段である請求の範囲第３２項に記載の内 燃機関。 ３５、加熱流体導通手段が前記機構の少くとも２つに接続されている請求の範囲 第３２項に記載の内燃機関。 ３６、加熱流体導通手段が前記３個の機構の各々に接続されている請求の範囲第 ３２項に記載の内燃機関。