(57)【要約】      （修正有）【課題】地球環境の保護と大気汚染の防止に画期的効果を有する電気自動車やハイブリッド車の早期実用化を図りうる省エネ低公害エンジンの構成と活性熱雰囲気燃焼反応域の拡大とその有効利用を提供する。【解決手段】発明者が先に開発した「２サイクル内燃機関の活性熱雰囲気燃焼方法」を活用する事により先ずアイドリングを含む不安定不整な燃焼反応を抜本的に改善して低負荷域の省エネ低公害運転を実現し、次に高負荷域の欠点である燃料吹き抜け損失と高熱負荷による熱歪や騒音による機関の耐久性に不利な高負荷運転域の使用を排除制御することにより出力を抑制し活性熱雰囲気燃焼の反応域を主に利用する２サイクル機関による動力源を構築する。この気筒容積あたり出力を制御した新しい燃焼方式によれば目的とする内燃機関動力源の省エネルギ−と低公害排気の両条件を達成する新エンジンが早期に具現化される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
省エネ低公害の特性を有する２サイクル活性熱雰囲気燃焼範囲を利用する事と、混合氣吹き抜けの増加する高負荷域の使用を意図的に排除する事によって高出力を抑制した省エネ低公害エンジンを構成する事を特徴とし、その動力源により車両の走行や発電装置を駆動して蓄電池の充電や電力の供給を行う省エネエンジンによる低公害動力装置とその利用方法。
【請求項２】
電力を動力源とし電動機で走行する電池搭載車両において、電池の蓄充電や油圧ポンプ蓄圧機能を有する活性熱雰囲気燃焼方式内燃機関による発電装置を備え、省エネによる電池の充電により快適で低公害な電動走行距離の大幅な延長や冷暖房に要する電力の供給目的を省エネと低公害性エンジンの特性を活用する事により達成し、少ない燃料消費（ＣＯ２）と有害排気成分（ＮＯｘ・ＣＯ・ＨＣ・超微粒粉塵）低減の特性により地球温暖化や大気汚染因を防止する小型発電用低公害エンジンによる自己発電充電用機能を有する請求項１の電気自動車。
【請求項３】
電気自動車やハイブリッド車の走行距離や冷暖房に必要な電力を充足する手段として、車体の内外に安定した燃焼と省エネ性低公害排気性で知られている２サイクル活性熱雰囲気燃焼方式エンジン駆動の発電装置を搭載し発電機稼動の浮充電や蓄電を行うことによって電池の機能を補ない放電量の持続補足を行う事や既存の２次電池技術利用においての早期な省エネ低公害電気自動車の実用化と価格の低減を計る事を目的とし地球環境や生活の改善に有用な省エネルギ−低公害電気自動車の早期な開発普及を具現化しうる電気自動車並びにハイブリッド式自動車の蓄充電方法。
【請求項４】
安定した燃焼サイクルと排気の低公害性を特徴とする２サイクル活性熱雰囲気燃焼の活性熱雰囲気範囲を拡大する手段として、活性熱雰囲気構成の条件である混合氣流路や気筒内の流れとこれに伴い発生する渦流や乱流を極力制御し、不安定な燃料ラジカル反応の安定化を図り気筒内に供給される混合氣の活性熱発生の安定化と熱の逸散を防ぐ手段として、掃気の流入方向をピストン上面とし給気掃気路や分割形成した各ポートのエッジ部をＲ状に仕上げる事で渦流や乱れによる極所的熱損失因を減じ、更に掃氣路内面を滑らかに形成する事により掃気流動に伴う小さな乱れを抑制し気筒内の活性熱雰囲気の安定化を図ることにより混合氣の活性熱雰囲氣反応域を拡大する事とし、掃気吹き抜けの増加する高負荷域の運転を排除する手段として、意図的に給排気の各弁の絞り作用や給氣・掃気・排気の各流路路断面積を制限する事で低公害高効率の活性熱雰囲気燃焼範囲を使用する２サイクル活性熱雰囲気燃焼内燃機関とその動力利用方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は先に注目発明として認定された「２サイクル内燃機関の活性熱雰囲気燃焼方式並びに活性熱雰囲気燃焼２サイクル内燃機関」の省エネ低公害化とその利用技術に関する。
【背景技術】
【０００２】地球温暖化防止と資源エネルギ−節減に有効なエンジン技術や代替エネルギ−の開発技術の開発が急務な事となり対応しうる技術や手段を早急に見出すべく関係者の努力能力が求められる事態となっている。特に多くの燃料を消費し多量のＣＯ２や有害なＮＯｘや微粒粉塵を排出する自動車の公害問題は早期に改善すべき重要事であり関係技術者や化学者が努力を続けているが抜本的改善策は未だ見付からず燃料電池やハイブリッド方式による自動車技術や燃料電池車開発などによる技術改革が進められている、しかしこれら技術の開発普及には未だ時間を要する事から今地球が求めている早期なＣＯ２の削減や環境改善の目的達成には時間が間に合うのか目途がつかないのが世界各国の現状である。【０００３】従ってこの難問題の早期改善には早期に実施可能な技術の開発や省エネ・低公害な自動車用内燃機関や電気自動車の普及が急務なのである。【０００４】このような背景下において発明者は２サイクルエンジンの特性を利用し世界に先駆して低負荷域や無負荷域の燃焼を安定化しうる活性熱雰囲気燃焼を開発し（ＡＴＡＣ）と名称し国際学会で１９７９年に発表し新燃焼方式として公知としたが当時の２サイクルは高負荷域で増加する新氣の吹き抜けの欠点や熱負荷問題を改善するに必要な技術の開発は不可能視され以来簡便で安価な２サイクルの優位性も４サイクル方式には及ばないと自動車企業に忌避され将来厳しくなる排気の規制を見越し２サイクルエンジン企業の多くは４サイクル方式に転向し同時に２サイクルエンジンの研究者も激減したのである。【０００５】当時自動車企業は４サイクルの低負荷域にこのＡＴＡＣ技術を利用しようと開発姿勢を示していたが開発者でありＡＴＡＣのノウハウを多くの実験で知る開発者は４サイクルでは如何に可変動弁や給氣制御技術を駆使しても低負荷時のポンプ損失や吸氣に伴なう乱れ作用の排除は不可能的でありＡＴＡＣの構成は不可能に近い事を知っていた。【０００６】従って今世界が求めている地球環境の悪化防止や資源節減の目的を達成するには人間が動力として消費する燃料資源の節減（省エネ）や環境の温暖化や大気を汚染し人体に有害な物質（ＣＯ２・ＮＯｘ・ＣＯ・ＨＣ・微粒粉塵）などの排出を極力減じた動力源（エンジン）の開発が不可欠であり特に増大化の続く自動車やその動力となるエンジンの改革改善が急務なのである。【０００７】この難問題を改善するには従来の馬力出力本位な競合を排し、改めて省エネ・低公害の両立する新しい動力源のエンジン技術や関連技術の開発に努力すべきである。本発明はこの難問題を解決しうるエンジン技術の一例を提示する事にある。【０００８】本発明は省エネなクリンエンジンを開発するには２サイクルエンジンのＡＴＡＣ燃焼の範囲を広げ、燃料吹き抜けの（ＨＣ）増加する高負荷域の使用を排除したエンジンを構成すれば比類のない省エネ・低公害性を有するエンジンや自動車の早期開発と実用化が実現できる。
【参考文献】
【０００９】特開昭５４−５５２０８号（第４１回注目発明）
特許第８１５０７２号
特許第９７３８９１号
特許第１０９１７６０号
特許第１０９６５５１号
特許第１０９６５６３号
特許第１０９６５５６号
特許第１１３５９５３号
特許第１２１２４５４号
特許第１２４２４１３号
特許第１２５１７００号
特許第１２９２６８０号
特許第１３３９１５２号
特許第１３３９１５３号
特許第１３５０１５７号
特許第１３５４２５６号
特許第１３５８０８６号
特許第１３５８０８７号
特許第１３５８０９１号
燃焼系におけるラジカル錯体反応（東京大学）越光男他
ＳＡＥテクニカルレポート（ＹＯＣＰ）６９０４６８
ＳＡＥテクニカルレポ−ト（ＡＴＡＣ）７９０５０１
日経メカニカル１９８５−２−２５大西エンジン
ＳＡＥテクニカルレポ−ト（ＭＵＬＳ）８４０４２０コールウエル賞授賞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】本発明は自動車の省エネ低公害化の目的と軽量化や価格の低減を図るため小型軽量な２サイクル活性熱雰囲気燃焼式エンジンを動力源として走行する事やこれによる発電装置を電気自動車やハイブリッド車両に搭載して自己発電充電機能を駆使し充電蓄電機能を高めることにより走行距離の延伸や冷暖房源の充実を図り、この種自動車の価格低減と同時に省エネ低公害動力源としたエンジンの普及を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】上記目的を達成する手段として第１の発明は従来２サイクル機関の２大欠点の１つであるアイドリングや低負荷域の不安定で不整な燃焼反応を活性熱雰囲気燃焼方法（ＡＴＡＣ）で抜本的に改善した新技術の基本「国際学会ＳＡＥで発表し日本においても第４１回注目発明として選定された」発明の更なる改善に加え残されたもう１つの欠点である高負荷域の新氣吹き抜け損失と高熱負荷によるピストンの冷却や潤滑問題の解決策として高負荷域の使用を排除または抑制した事にある。【００１２】高負荷運転を排除または抑制すれば高温によって生ずる潤滑・熱歪・騒音・耐久性などエンジンの不都合な問題が総て好転することから徒に気筒容積当たりの出力馬力に拘る事なく省エネ・低公害な活性熱雰囲気燃焼範囲を拡大しその特性を活用した新エンジンが誕生する。また時代が要求する環境に適応する省エネと低公害エンジンの構成には高負荷出力に依存することなく確実な省エネ・低公害性を有する２サイクル活性熱雰囲気燃焼を活用した出力範囲で不経済な高負荷域運転を排除した新動力源を電気自動車やハイブリッド車の走行距離延伸に活用し発電充電等の目的に使用することの有意義性を示したことにある。【００１３】即ち低公害な電気自動車やハイブリッド車に小型のエンジン発電装置を搭載することにより省エネ低公害に電池の充電を行えば走行距離や冷暖房に必要な電力の供給が充足され小型エンジン発電機の搭載と自己発電充電機能による快適な走行距離の飛躍的な増加を省エネ・低公害で具現化する事ができる。特に２サイクルＡＴＡＣエンジンは４サイクルとことなりアイドリング時を含む低負荷域の燃焼安定性と排ガス成分が極めて優れていることから充電用発電機の運転域を活性熱雰囲気燃焼（ＡＴＡＣ）によって実行し給氣の増加に基づく混合氣の吹き抜け損失の多い高負荷運転域を排除すれば必然的に耐久性も向上する。【００１４】また多量の燃料を消費しＣＯ２を排出し熱負荷の大きい高負荷域運転を排除することによれば機関の耐久性や騒音や潤滑や信頼性が向上し省エネと低公害の両立を図りうる事から理想的な電気自動車等の動力源としてエコエンジンを早期に市場に提供することができる。【００１５】第２の発明は電池電力で走行する電気自動車の走行距離を伸ばし快適な乗車感を得るには冷暖房などの電力も必要な事からそれに要する安定した電力供給に低公害で負荷運転のできる自己発電機能を有する小型省エネ低公害自己発電機能により充分な充電目的を達成し、排気中のＨＣを排気系触媒によって無公害に近くまで処理し得る運転条件の構成によってＣＯ２の排出を抑制する事を小型２サイクルＡＴＡＣエンジンと自己発電機能の利用によって行うことを特徴とする電気自動車やハイブリッド自動車の構成にある。【００１６】第３の発明は電気自動車やハイブリッド車の走行距離延伸や特定の充電箇所を必要としなく省エネ低公害な自己発電機能装置を搭載する事により自在に電池機能を補充しうる事により高価な新電池の開発を待つまでもなく既存の２次電池使用によっても省エネ低公害な電気自動車やハイブリッド車の開発と普及を早めることを目的としたことにある。【００１７】第４の発明は
極めて安定した燃焼変動率を実現しＮＯｘ・ＣＯ・ＨＣ・ＣＯ２が共に少ないＡＴＡＣのエコ的運転範囲を更に拡大する手段として気筒内に供給された混合氣のラジカル化や活性化を阻害する因である混合氣の乱れや流動に因り発生する部分的熱損失域を極力制御する手段として掃気流れのシリンダ−流入方向をピストン上面に向けるようにしピストン上面との相関によって掃気流れを転向することや掃気通路壁や掃気孔を滑らかに構成し各ポ−トの鋭角エッヂ部をＲ状に形成し更に掃氣路と気筒間で流動する混合氣の気筒内進行や反転動向に伴う流動熱損失を制御し渦流による熱逸散を防止してＡＴＡＣの範囲を拡大したことにある。【００１８】以下本発明の詳細を図面によって説明する。図１図２の如くこの新燃焼方式は１９７９年の国際学会ＳＡＥ論文７９０５０１で世界に発表し、日本においても第４１回注目発明として選定された（２サイクル内燃機関の活性熱雰囲気燃焼方法並びに活性熱雰囲気燃焼２サイクル機関）特開昭５４−５５２０８号の新燃焼方式でありその極めて安定した低・中負荷域の燃料消費率と低公害排気性を共有する２サイクル活性熱雰囲気燃焼の特性は公知となっている。【００１９】したがってこの燃焼方式を利用した２サイクルエンジンを動力源とし車両の走行や発電や油圧ポンプを稼動することによれば人類が今日必要とする地球温暖化の防止や大気環境に優しい電気自動車の性能向上（走行距離の延伸や冷暖房に必要な電力）が安定した燃焼反応と省燃費低公害特性による発電装置の充電効果によって実現される事になる。即ち高価なリチウムなどの新電池技術の開発を待つことなく既存の２次電池技術を使用しても早期な省エネと低公害な電気自動車の開発が促進される事になります。【００２０】この２サイクル活性熱雰囲気燃焼による高い熱効率と低公害排気特性は図４に示す如く４サイクルと較べ動弁の機械損失に加えポンプ損失の少ない特性に加え残留する排気ガスの温度と供給する混合氣の層状的掃気による気筒内の熱交換による熱発生と熱逸散とのバランスにより構成される熱雰囲気反応により希薄な混合氣の自己着火燃焼を実現する燃焼反応であるが、この「活性熱雰囲気燃焼構成」の学術的メカニズムの実態もまだ未解明なのである。しかしラジカルの研究やこれの解析によれば超希薄燃焼によってエネルギー効率がよくＣＯ２排出量の少ない内燃機関開発の可能性が示唆されている。【００２１】参考資料（燃焼系におけるラジカル錯体反応）【００２２】発明者は２サイクル機関の簡便な構造を活用し２サイクル機関の欠点であった低負荷域の不安定な不整燃焼と高負荷域の燃料吹き抜け原因を改善するために燃焼反応を支配する燃料と空気との多様な物理的整合条件とその組み合わせによる変化を求めて研究を続けてきた。２サイクルによる低公害技術を最初に国際学会に発表したのは１９６９年ＳＡＥシカゴ大会であり以来２サイクルの省エネ・低公害化の可能性を諦める事なく追究して５０年が経過した。【００２３】しかしこのように研究に時間を使用している間に大事な地球の環境は急速に悪化しその原因に増大化する自動車のエネルギ−消費とこれに伴うＣＯ２の排出や排気中の人体に有害なＮＯｘ微粒粉塵などの増加も環境汚染を早めている事が明らかとなりこの重大問題改善には世界が協調して解決を急ぐことの必要性を各国指導者も認識するまでにいたっている。この問題は代替できない地球の環境保全改善のために不可欠な技術開発課題であり「明日では遅すぎる」重要課題として関係者の智恵と努力が一段と求められる事態となっている。【００２４】このような背景下において自動車産業関係者は電池電力を用いる電気自動車やハイブリッド方式自動車が省エネ・低公害の目的達成に近いと判断し燃料電池車の開発や新電池の開発を競っているがこれらの開発に時間を要することは許されないほど事態は深刻なのである。したがって２サイクルエンジンに省エネ・低公害の資質ありと研究を続けてきた発明者は自らが開発した活性熱雰囲気燃焼における卓抜した省燃費率と有害成分の少ない排気特性を有する活性熱雰囲気燃焼範囲の拡大を図り活性熱雰囲気燃焼範囲での省エネ低公害運転で高出力に拘らず比類なき省エネ・低公害排気条件で車両の走行や発電機駆動で走行に必要な電力や冷暖房の電力供給を行い電池充電目的のを達成する技術を提示する者である。【００２５】次に上述した活性熱雰囲気燃焼技術と高負荷域運転排除の利点を説明する。【００２６】小型自動車や電気自動車にこのような簡便で小型の省エネ低公害エンジンを動力源とした自己動力発電装置を搭載することによれば特定の充電場所まで移動する必要がなくなり任意に容易に充電走行が行えることにもなり、より少ない電池容量でも従来の２次電池技術の利用によっても走行距離の延伸や快適な利用に必要な冷暖房などの電力が省エネ・低公害に得られる事になり文化的生活に欠くことの出来ない自動車や冷暖房に必要な動力電力源が省エネと低公害排気を特性とした新エンジン技術によって地球環境が改善され人間の文化的生活が支援されることになる。【００２７】電池充電用発電機や蓄圧用ポンプを稼動するために必要とするエンジンは高出力を必要としないため省エネと低公害性と安定した燃焼を特徴とした活性熱雰囲気燃焼範囲内において合理的に使用するので高負荷域運転は不要なのである。このため高負荷運転による高い熱負荷が減ずる事になり機関の高熱による熱歪や潤滑の条件が有利となり高負荷燃焼に伴う高圧力や振動因も軽減され機関の静粛性や耐久性が向上することになる。【００２８】また高出力の要求に対しては気筒の並列・直立多気筒方式で対応可能であり４サイクルに較べて少ない機械ポンプ損失の少ない２サイクルの優位性を省エネ低公害と共に立証することができた。安定した活性熱雰囲気燃焼範囲における排気を更に無公害に近付けるための排気触媒装置の耐久性にも有効なことは述べるまでもない。更にアメリカやブラジルで用いられているガソホール燃料や将来燃料と期待されているエタノ−ルやメタノ−ルでも活性熱雰囲気燃焼の適用と有効性を確認しており史上初の省エネ低公害内燃機関の基本構成を簡便な２サイクル機関の活性熱雰囲気燃焼方式により開示した事を誇りとしている。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明のＡＴＡＣ反応域を示す。
【図２】図１の燃焼波形を示す。
【図３】図１の排気組成を示す。
【図４】は機械ポンプ損失の比確を示す。
【図５】は本発明気筒の一部断面図である。
【図６】は従来気筒の一部断面図である。
【符号の説明】
【００３０】１  シリンダ−ヘッド
２  気筒
３  ピストン
４  点火プラグ
５  クランク室
６  掃気孔
７  排気孔
８  排気弁
９  中心線
１０  ピストン上面
１１  矢印はガスの流れを示す。
１２  従来２サイクル
１３  従来４サイクル
１４  従来２サイクルの点火燃焼波形
１５  ＡＴＡＣの方式の燃焼波形
１６  拡がったＡＴＡＣ反応域
１７  ポンプ損失曲線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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