(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの燃焼室を有する本体；
前記燃焼室に接続され、前記燃焼室に高圧燃料を投入して前記燃焼室内に予め定められた圧力を生成する入力ユニット；
前記燃焼室に接続され、前記高圧燃料の燃焼によって生成されたパワーを出力する出力ユニットであって、前記燃焼室に収容されたピストンを含む出力ユニット；および
前記燃焼室に接続され、前記高圧燃料の燃焼により生成された排ガスを排出させる排気ユニット；
を含む、圧縮行程のない独立したガス供給系を有する内燃機関において、
前記燃焼室内の圧力が予め定められた圧力に到達する前に、前記高圧燃料が前記燃焼室に投入され、前記ピストンが予め定められた位置まで下がると、前記高圧燃料の燃焼を開始し、前記ピストンが下死点を通過して上昇するように反転し、上昇する前記ピストンによって前記燃焼室内で前記高圧燃料の燃焼によって生成された排ガスが押し上げられて前記燃焼室から排出され、前記排ガスが完全に排出された後、前記ピストンが別の予め定められた位置まで下げられると、次の吸気行程が行われる、内燃機関。
【請求項２】
前記高圧燃料が石油系燃料、天然ガス、バイオ燃料、または石油／空気の混合燃料である、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記石油系燃料がガソリンであり、前記予め定められた圧力が８〜１２バールである、請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記石油系燃料がディーゼル油であり、前記予め定められた圧力が２０〜３０バールである、請求項２に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記入力ユニットが、前記燃焼室に投入される前記高圧燃料の圧力を高めて前記燃焼室内の圧力を前記予め定められた圧力に到達するまで上昇させる少なくとも１つの過給装置をさらに含む、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記本体に固定されかつ一方の端部が前記燃焼室に延出する点火ユニットをさらに含む、請求項２に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記出力ユニットがコネクティングロッドおよびクランクシャフトを含み、前記コネクティングロッドが前記ピストンに接続され、前記クランクシャフトが前記コネクティングロッドに接続されている、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項８】
前記本体が少なくとも１つのインレットチャネルおよびアウトレットチャネルをさらに含み、前記インレットチャネルが前記燃焼室および前記高圧燃料と連通し、および前記アウトレットチャネルが前記燃焼室と前記本体の外部部分とに連通している、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項９】
前記入力ユニットが入力マニホルドをさらに含み、前記排気ユニットが排気マニホルドをさらに含み、前記入力マニホルドが前記インレットチャネルに接続され、および前記排気マニホルドが前記アウトレットチャネルに接続されている、請求項８に記載の内燃機関。
【請求項１０】
前記入力ユニットが第１の自由弁をさらに含み、前記排気ユニットが第２の自由弁をさらに含み、前記第１の自由弁は、前記燃焼室内の圧力が前記予め定められた圧力に達する前、前記インレットチャネルを開放し、前記第２の自由弁は前記アウトレットチャネルを閉鎖しており、前記燃焼室内の圧力が前記予め定められた圧力に到達すると前記第１の自由弁は前記インレットチャネルを閉鎖し、前記第２の自由弁は前記アウトレットチャネルを閉鎖しており、および前記高圧燃料の燃焼後に前記第２の自由弁は前記アウトレットチャネルを開放し、前記第１の自由弁は前記インレットチャネルを閉鎖している、請求項９に記載の内燃機関。
【請求項１１】
前記第１の自由弁および前記第２の自由弁が前記インレットチャネルおよび前記アウトレットチャネルを開閉する時間を制御する、前記第１の自由弁および前記第２の自由弁に接続されたタイミングユニットをさらに含む、請求項１０に記載の内燃機関。
【請求項１２】
前記タイミングユニットがカムシャフトを含み、前記カムシャフトが少なくとも２つのカム構造を有し、および前記カム構造が前記第１の自由弁および前記第２の自由弁に接触している、請求項１１に記載の内燃機関。
【請求項１３】
前記タイミングユニットが、前記カムシャフトの回転速度を制御して前記第１の自由弁および前記第２の自由弁が前記インレットチャネルおよび前記アウトレットチャネルを開閉する時間を制御するようにする制御装置をさらに含む、請求項１２に記載の内燃機関。
【請求項１４】
前記本体が２つのインレットチャネルを含み、前記入力ユニットがガス供給部材および燃料供給部材を含み、および前記ガス供給部材および前記燃料供給部材が前記インレットチャネルにそれぞれ配置されている、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項１５】
前記ガス供給部材および前記燃料供給部材が電磁弁高圧ノズルである、請求項１４に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は内燃機関に関し、より具体的には、圧縮行程のない独立したガス供給系を有する内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
２．関連技術の説明
一般的に、往復ピストンエンジンが最も一般的に使用されており、多くの面で（例えば種々のタイプの車両において）広く応用されている。往復ピストンエンジンは主に２つのタイプ：２行程エンジンおよび４行程エンジンに分類される。しかしながら、往復ピストンエンジンでは、２行程エンジンまたは４行程エンジンを問わず、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程および排気行程を行わなければならず、ピストンは、それに応じて停止し、その方向を逆転させる必要があり、４行程エンジンのシャフトは各出力に関して４度向きを逆転させ、かつ２行程エンジンのシャフトは各出力に関して２度向きを逆転させるようにする。２行程エンジンおよび４行程エンジンは、適切な時に燃料を投入し、圧縮して過給し、点火して燃焼させ、排ガスを排出するために、かなり複雑なバルブシステムを必要とする。
【０００３】
従来の２行程または４行程エンジンでは、各出力中に一度または二度の逆転を行う必要があるため、エンジン動作はあまり円滑ではなく、その回転速度を増加させるのは困難である。加えて、従来技術では、バルブシステムが複雑であるだけでなく、吸気時間とバルブシステムとを協働させることによって、吸気効率も望ましくないものとなり得る。例えば、望ましい吸気量は５００ｃ．ｃ．であるが、実際の吸気量は４７５ｃ．ｃ．にすぎないか、またはそれよりもさらに低いことがあり、そのため、エンジンの性能は低く、予め定められたパワー出力を達成することが不可能である。
【０００４】
従って、上述の問題を解決するために、圧縮行程のない独立したガス供給系を有する内燃機関に対する要望が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明の概要
従って、本発明は、圧縮行程のない独立したガス供給系を有する内燃機関に関する。内燃機関は本体、入力ユニット、出力ユニット、および排気ユニットを含む。本体は少なくとも１つの燃焼室を有する。入力ユニットは燃焼室に接続されて、燃焼室に高圧燃料を投入し、燃焼室内に予め定められた圧力を生成する。出力ユニットは燃焼室に接続されて、高圧燃料の燃焼により生成されたパワーを出力する。出力ユニットは、燃焼室に収容されたピストンを含む。排気ユニットは燃焼室に接続されて、高圧燃料の燃焼により生成された排ガスを排出させる。
【０００６】
本発明によって提供される、圧縮行程のない独立したガス供給系を有する内燃機関では、予め定められた圧力は、燃焼室に高圧燃料を投入することによって燃焼室内で直接生成され、その後、燃焼行程が行われるので、エンジンは、従来のように吸気、圧縮、燃焼、および排気の行程を行う必要はない。それゆえ、本発明の内燃機関は複雑なバルブシステムを必要とせず、しかも望ましい吸気効率を達成する。各出力は燃焼および排気行程を必要とするのみであるため、エンジン動作が比較的円滑になり、エンジンの回転速度を著しく増加し得る。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１の実施形態による、圧縮行程のない独立したガス供給系を有する内燃機関の概略図である。
【図２】本発明の第２の実施形態による、圧縮行程のない独立したガス供給系を有する内燃機関の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
発明の詳細な説明
図１は、本発明の第１の実施形態による、圧縮行程のない独立したガス供給系を有する内燃機関の概略図である。この実施形態では、圧縮行程のない独立したガス供給系を有する内燃機関１は、本体１１、入力ユニット１２、点火ユニット１３、出力ユニット１４、排気ユニット１５、およびタイミングユニット１６を含む。
【０００９】
本体１１は、少なくとも１つの燃焼室１１１、インレットチャネル１１２、およびアウトレットチャネル１１３を有する。入力ユニット１２は、入力マニホルド１２１、少なくとも１つの過給装置１２２、第１の自由弁１２３、および高圧ノズル１２４を有する。入力ユニット１２を使用して燃焼室１１１に高圧燃料を投入し、燃焼室１１１内に、予め定められた圧力を生じさせる。この実施形態では、インレットチャネル１１２およびアウトレットチャネル１１３は燃焼室１１１と連通している。入力マニホルド１２１をインレットチャネル１１２に接続する。第１の自由弁１２３を使用してインレットチャネル１１２を開閉する。第１の自由弁１２３がインレットチャネル１１２を開放すると、高圧燃料が入力マニホルド１２１を通して燃焼室１１１に投入される。
【００１０】
過給装置１２２を使用して高圧燃料の圧力を高めるので、高圧燃料は、入力マニホルド１２１によって燃焼室１１１まで案内され、燃焼室１１１内の圧力は予め定められた圧力に到達する。過給装置１２２をコンプレッサとし得る。好ましくは、高圧燃料は石油系燃料、天然ガス、またはバイオ燃料であり、異なる用途に応じて、石油系燃料はガソリン、ディーゼル油、または石油／空気の混合燃料とし得る。高圧燃料がガソリンの場合、予め定められた圧力は好ましくは８〜１２バールであり、高圧燃料がディーゼル油の場合、予め定められた圧力は好ましくは２０〜３０バールである。
【００１１】
この実施形態では、圧縮行程のない独立したガス供給系を有する内燃機関１は２つの過給装置１２２を含み、それら過給装置１２２はそれぞれ入力マニホルド１２１と高圧ノズル１２４に接続される。過給装置１２２の一方は、入力マニホルド１２１を通って燃焼室１１１に入る空気を過給するために使用され、他方は、入力マニホルド１２１に噴霧され噴射される石油を過給するために使用されるので、石油は高圧空気と混合され、一緒に燃焼室１１１に流入する。
【００１２】
点火ユニット１３は本体１１に固定され、一方の端部が燃焼室１１１に延出して適切な時に高圧燃料に点火する。点火ユニット１３は点火プラグである。この実施形態では、出力ユニット１４は燃焼室１１１に接続され、ピストン１４１、コネクティングロッド１４２、およびクランクシャフト１４３を有して、高圧燃料の燃焼によって生成されるパワーを出力する。ピストン１４１は燃焼室１１１に収容され、コネクティングロッド１４２はピストン１４１に接続され、およびクランクシャフト１４３はコネクティングロッド１４２に接続される。他の応用では、圧縮行程のない独立したガス供給系を有する内燃機関１は、使用される高圧燃料（例えば、高圧燃料はディーゼル油である）の特性に依存して点火ユニット１３を含まなくてもよいことに留意されたい。
【００１３】
排気ユニット１５は燃焼室１１１に接続され、かつ出力マニホルド１５１および第２の自由弁１５２を有し、高圧燃料の燃焼によって生成された排ガスを排出させる。排気マニホルド１５１はアウトレットチャネル１１３に接続される。第２の自由弁１５２を使用してアウトレットチャネル１１３を開閉する。
【００１４】
燃焼室１１内の圧力が予め定められた圧力に到達する前、第１の自由弁１２３はインレットチャネル１１２を開放し、第２の自由弁１５２はアウトレットチャネル１１３を閉鎖している（すなわち、吸気行程）。燃焼室１１１内の圧力が予め定められた圧力に達すると第１の自由弁１２３はインレットチャネル１１２を閉鎖し、かつ第２の自由弁１５２はアウトレットチャネル１１３を閉鎖している。次に、ピストン１４１が予め定められた位置まで下げられると、点火ユニット１３が点火して高圧燃料の燃焼を開始する（すなわち、燃焼行程）。高圧燃料の燃焼後に第２の自由弁１５２はアウトレットチャネル１１３を開放し、第１の自由弁１２３はインレットチャネル１１２を閉鎖しており、燃焼中に生成された排ガスを排出させる（すなわち、排気行程）。排ガスが完全に排出された後、ピストン１４１が別の予め定められた位置まで下げられると、次の吸気行程が行われる。
【００１５】
燃焼室１１１における高圧燃料の燃焼は、ピストン１４１を作動させるパワーを生成する。それにより、ピストン１４１、コネクティングロッド１４２を通してクランクシャフト１４３を駆動して、クランクシャフト１４３に接続された他の手段または装置にパワーを伝達するようにする。加えて、ピストン１４１は下死点を通過すると、上昇するように反転する。燃焼室１１１において高圧燃料の燃焼によって生成された排ガスは、上昇するピストン１４１によって押し上げられ、アウトレットチャネル１１３が開放しているときに排気マニホルド１５１を通って燃焼室１１１から排出される。
【００１６】
タイミングユニット１６を使用して、第１の自由弁１２３および第２の自由弁１５２がインレットチャネル１１２およびアウトレットチャネル１１３を開閉する時間を制御する。この実施形態では、タイミングユニット１６は、カムシャフト１６１および制御装置１６２を有する。カムシャフト１６１は、第１の自由弁１２３と第２の自由弁１５２にそれぞれ接触している少なくとも２つのカム構造１６３および１６４を有する。制御装置１６２を使用してカムシャフト１６１の回転速度を制御し、第１の自由弁１２３および第２の自由弁１５２がインレットチャネル１１２およびアウトレットチャネル１１３を開閉する時間を制御し、かつ高圧ノズル１２４が入力マニホルド１２１に石油を噴霧して噴射する時間を制御し、それにより高圧燃料を適切な時に燃焼室１１１に投入できるようにする。
【００１７】
図２は、本発明の第２の実施形態による、圧縮行程のない独立したガス供給系を有する内燃機関の概略図である。圧縮行程のない独立したガス供給系を有する内燃機関２は、本体２１、入力ユニット２２、点火ユニット２３、出力ユニット２４、排気ユニット２５、およびタイミングユニット２６を含む。第２の実施形態では、本体２１は、２つのインレットチャネル２１１および２１２を含む。入力ユニット２２は、ガス供給部材２２１および燃料供給部材２２２を含む。タイミングユニット２６のカムシャフトはカム構造２６１のみを有する。ガス供給部材２２１および燃料供給部材２２２は、それぞれインレットチャネル２１１および２１２に配置される。空気および石油は入力ユニット２２の２つの過給装置２２３によって過給され、それぞれ本体２１の燃焼室２１３に案内される。好ましくは、ガス供給部材２２１および燃料供給部材２２２は電磁弁高圧ノズルである。
【００１８】
タイミングユニット２６の制御装置２６２は、カム構造２６１を制御して本体２１のアウトレットチャネル２１４を開閉して、アウトレットチャネル２１４を開閉する時間を制御するために使用され、かつまた、同時にガス供給部材２２１および燃料供給部材２２２の電磁弁を制御して、ガス供給部材２２１および燃料供給部材２２２を開閉する時間を制御するために使用される。同様に、他の応用では、圧縮行程のない独立したガス供給系を有する内燃機関２は、使用される高圧燃料の特性に依存して点火ユニット２３を含まなくてもよい（例えば、高圧燃料はディーゼル油である）。第２の実施形態の残りの手段は、図１の圧縮行程のない独立したガス供給系を有する内燃機関１の手段と実質的に同じであるため、それに関し本願明細書で再び詳細に説明することはない。
【００１９】
本発明によって提供された、圧縮行程のない独立したガス供給系を有する内燃機関では、予め定められた圧力は、燃焼室に高圧燃料を投入することによって燃焼室内で直接生成され、その後、燃焼行程が行われるので、エンジンは、従来のように吸気、圧縮、燃焼、および排気の行程を行う必要がない。それゆえ、本発明の内燃機関は複雑なバルブシステムを必要とせず、しかも望ましい吸気効率を達成する。各出力は燃焼および排気行程を必要とするのみであり、エンジン動作は比較的円滑となり、エンジンの回転速度を著しく増加し得る。
【００２１】
本発明の実施形態を例示し説明したが、当業者は種々の修正および改良をなすことができる。それゆえ、本発明の実施形態を、例示として限定せずに説明する。本発明を説明の特定の形態に限定することは意図せず、本発明の趣旨および範囲を維持する全ての修正は、添付の特許請求の範囲内にあるものとする。
【図１】
0005608175.tif 000002
【図２】
0005608175.tif 000003