(57)【要約】      （修正有）【課題】高レベルの吸気段階時の乱流により、優れた均一化とより良好な燃焼率の恩恵を受けることが出来る火花点火機関を提供する。【解決手段】本発明は、燃焼機関の燃焼室に関する。この燃焼室は、単一の吸気弁（２）と、単一の排気弁（３）と、燃料噴射装置（５）と、２つのプラグ（４）とを有している。本発明によれば、燃焼室は、実質的に楕円形（６）であり、燃焼室の構成部材は、以下のように配置されている。すなわち、弁（２，３）は、楕円（６）の長軸（８）の端部に配置され、プラグ（４）は、楕円（６）の短軸（９）に近接して配置され、燃料噴射装置（５）は、吸気弁（２）とプラグ（４）との間の楕円（６）の周縁部に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部をピストンが移動する少なくとも１つのシリンダを有する内燃機関の燃焼室（１）であって、単一の吸気弁（２）と、単一の排気弁（３）と、単一の燃料噴射装置（５）と、２つのプラグ（４）とを有する燃焼室（１）において、前記燃焼室（１）が、実質的に楕円（６）の形状を有し、前記吸気弁（２）および前記排気弁（３）が、前記楕円（６）の長軸（８）の端部にそれぞれ配置され、前記プラグ（４）が、前記楕円（６）の短軸（９）に近接して配置され、前記燃料噴射装置（５）が、前記楕円（６）の内側であって前記吸気弁（２）とプラグ（４）との間の前記楕円（６）の周縁部に近接して配置されていることを特徴とする燃焼室。
【請求項２】
前記楕円（６）が、前記吸気弁（２）に向かって延び、長半径（８）に対して前記燃料噴射装置と実質的に対称に配置された凹部（７）を有する、請求項１に記載の燃焼室。
【請求項３】
前記凹部（７）が実質的に直線状である、請求項２に記載の燃焼室。
【請求項４】
前記吸気弁（２）が前記楕円（６）に接している、請求項１から３のいずれか１項に記載の燃焼室。
【請求項５】
前記排気弁（３）が前記楕円（６）に接している、請求項１から４のいずれか１項に記載の燃焼室。
【請求項６】
前記排気弁（３）の直径に対する前記吸気弁（２）の直径の比が、１〜３の範囲、好ましくは１．５〜２の範囲、より好ましくは１．６５〜１．７５の範囲である、請求項１から５のいずれか１項に記載の燃焼室。
【請求項７】
前記楕円（６）の長半径（８）の長さが、前記燃焼機関の前記シリンダ（１１）の半径に実質的に等しい、請求項１から６のいずれか１項に記載の燃焼室。
【請求項８】
前記楕円（６）の短半径（９）の長さが、前記燃焼機関の前記シリンダ（１１）の半径の７０〜９０％の範囲、好ましくは７５〜８５％の範囲である、請求項１から７のいずれか１項に記載の燃焼室。
【請求項９】
内部をピストンが移動する少なくとも１つのシリンダ（１１）と、請求項１から８のいずれか１項に記載の燃焼室（１）とを有する内燃機関。
【請求項１０】
前記シリンダ（１１）の軸を中心とした空気の回転運動と前記シリンダ（１１）の軸に垂直な軸を中心とした回転運動とを引き起こすように構成されたガス吸気管（１０）を有する、請求項９に記載の燃焼機関。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の燃焼機関をミラーサイクルに使用すること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の分野に関する。特に、本発明は、そのような機関の燃焼室に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、このようなタイプの機関は、少なくとも１つのシリンダと、このシリンダ内で往復直線運動を行うようにスライドするピストンと、酸化剤の吸気手段と、燃焼ガスの排気手段と、燃焼室と、可燃物（燃料）を燃焼室内に噴射する噴射手段と、を有している。
【０００３】
機関の設計にあたり、性能、汚染物質の排出量、および燃焼室の機械的強度に関する制約がますます厳しくなっているが、このような制約を満たすための手段は互いに両立しない場合がある。
したがって、一般に、性能の向上は、排出量の増加につながり、機械的応力の増加につながる。
【０００４】
このような制約を克服し、機関の動作範囲全体にわたって汚染物質の排出量を少なくして十分な機械的強度を得るためには、例えば、周囲圧力にある空気、過給空気、および、空気（過給空気またはそれ以外の空気）と再循環された燃焼ガスとの混合物のいずれかを含む酸化剤によって、燃焼室内に存在する燃料のすべてを使用することが非常に重要である。実際、燃焼室内の燃料混合物（酸化剤／可燃物）はできるだけ均一である必要がある。
さらに、高い効率と燃焼率を確保するには、燃料混合物の点火時に、乱流が高レベルであることが望ましく、より詳細には、乱流運動エネルギーが高レベルであることが望ましい。
【０００５】
そのような乱流を実現するために、様々な技術があり、スワール（縦渦）、タンブル（横渦）、スワンブル（スワールとタンブルから構成）、ならびにスキッシュ（噴出）と呼ばれている。
スワールは、シリンダの軸と同一線上にある軸を中心とした燃料混合物の巨視的な回転運動であり、吸気プロセスの間、より詳細には、ピストンが上昇する間、運動が良好に保存されることを特徴とする。スワールは、一般に圧縮点火内燃機関で用いられる巨視的な空気力学的運動であるが、圧縮点火内燃機関にとっては、燃料混合物を均一化することが効果的である。
タンブルも燃料混合物の巨視的な回転運動であるが、シリンダの軸にほぼ垂直な軸を中心とした運動である。タンブルは、ピストンが上昇する際に乱流を形成する微視的な空気力学的運動に変化するという特有の特徴を有している。タンブルは、一般に火花点火内燃機関に用いられる巨視的な空気力学的運動であるが、火花点火内燃機関にとっては、許容される燃焼率を実現することが効果的である。さらに、この運動は、広がりおよび最大リフト高さの点で、燃焼室の形状とリフト法則とにかなり敏感である。
スワンブルは、スワールとタンブルからなる運動である。スワンブルを用いることで、現時点で最良の火花点火機関で観測されるよりも高レベルの吸気段階時の乱流のために、上記で詳述した２つの空気力学的構造の利点から恩恵を受けることができ、したがって、優れた均一化とより良好な燃焼率の恩恵を受けることができる。
スキッシュは、空気が死容積から急激に「放出」される際に生じる突発的な急激な空気力学的運動である。
【０００６】
これらの現象を実現する様々な燃焼室の構造が実現されている。
例えば、米国特許出願公開第２００５／０２４１６１２号明細書には、少なくとも１つのプラグによって点火が生じる直接噴射式の高スキッシュ型燃焼室が記載されている。しかしながら、機関性能（効率および燃焼率）を向上させるために、弁、噴射装置、およびプラグの配置は、スワンブルを促進するようには最適化されていない。
別の例では、フィリピン特許出願公開第２０１００００１８６号明細書には、ほぼ楕円である特定の形状によってスキッシュを生成する燃焼室が記載されている。しかしながら、この燃焼室の場合、燃料噴射は、スワンブルおよび機関性能（効率および燃焼率）にとって都合が良い直接噴射ではない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
これらの欠点を克服するために、本発明は、燃焼機関の燃焼室に関する。この燃焼室は、単一の吸気弁と、単一の排気弁と、燃料噴射装置と、２つのプラグとを有している。本発明によれば、燃焼室は、実質的に楕円形であり、燃焼室の構成部材は、以下のように配置されている。すなわち、
弁は、楕円の長軸の端部に配置され、
プラグは、楕円の短軸に近接して配置され、
燃料噴射装置は、吸気弁とプラグとの間の楕円の周縁部に配置されている。
構成部材のこうような配置を伴う燃焼室のこのような楕円構造により、空気力学的スワンブル構造を生成することが可能になり、燃料混合物の均一化を促進することが可能になる。
【０００８】
本発明は、内部をピストンが移動する少なくとも１つのシリンダを有する内燃機関の燃焼室であって、単一の吸気弁と、単一の排気弁と、単一の燃料噴射装置と、２つのプラグとを有する燃焼室に関する。この燃焼室は、実質的に楕円の形状を有し、吸気弁および排気弁が、楕円の長軸の端部にそれぞれ配置され、プラグが、楕円の短軸に近接して配置され、燃料噴射装置が、楕円の内側であって吸気弁とプラグとの間の楕円の周縁部に近接して配置されている。
【０００９】
本発明の一実施態様によれば、楕円が、吸気弁に向かって延び、長半径に対して燃料噴射装置と実質的に対称に配置された凹部を有している。
【００１０】
有利なことに、凹部が実質的に直線状である。
【００１１】
一実装態様によれば、吸気弁が楕円に接している。
【００１２】
本発明の一態様によれば、排気弁が楕円に接している。
【００１３】
一特徴によれば、排気弁の直径に対する吸気弁の直径の比が、１〜３の範囲、好ましくは１．５〜２の範囲、より好ましくは１．６５〜１．７５の範囲である。
【００１４】
有利なことに、楕円の長半径の長さが、燃焼機関のシリンダの半径に実質的に等しい。
【００１５】
好ましくは、楕円の短半径の長さが、燃焼機関のシリンダの半径の７０〜９０％の範囲、好ましくは７５〜８５％の範囲である。
【００１６】
さらに、本発明は、ピストンが内部を滑る少なくとも１つのシリンダと、上述した特徴の１つによる燃焼室とを有する内燃機関に関する。
【００１７】
本発明の一実施態様によれば、燃焼機関は、シリンダの軸を中心とした空気の回転運動とシリンダの軸に垂直な軸を中心とした回転運動とを引き起こすように構成されたガス吸気管を有している。
【００１８】
さらに、本発明は、上述した特徴の１つによる燃焼機関をミラーサイクルに使用することに関する。
【００１９】
本発明による装置の他の特徴および利点は、添付の図面を参照しながら示す、非制限的な例として与えられる以下の実施形態の説明から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃焼室を示す図である。
【図２】本発明の燃焼室における吸気弁リフトに対するタンブル比の変化を示す図である。
【図３】本発明の燃焼室における吸気弁リフトに対するスワール比の変化を示す図である。
【図４】本発明の燃焼室によってシリンダ内に形成されるスワンブルの構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、内燃機関用の燃焼室に関する。この内燃機関は、内部をピストンが移動する少なくとも１つのシリンダを有している。
本発明によれば、上記燃焼室は、
燃焼段階の前に燃焼室へのガス状混合物の供給を可能にする単一の吸気弁と、
燃焼段階の後に燃焼ガスの排出を可能にする単一の排気弁と、
燃焼室への燃料の直接噴射を可能にする単一の燃料噴射装置と、
燃焼室でのガスと燃料の混合物の点火を可能にする２つのプラグと、を有している。
ガス状混合物は、過給空気またはそれ以外の空気を含んでいてよく、あるいは、過給空気またはそれ以外の空気と再循環された燃焼ガスとの混合物を含んでいてよい。
特に、燃料は、ガソリンまたはディーゼル燃料であってもよい。
【００２２】
２つの弁（一方は吸気用、他方は排気用）しか使用しないことで、設計上のいくつかの利点があり、実際、そのような機関は、（部品数が限定されて）安価であり、より軽量かつ小型である。さらに、このような構成により、プラグおよび噴射装置のためにより多くのスペースが提供される。
単一の吸気弁を使用することで、スワンブルの形成が容易になる。実際、２つの吸気管を用いてスワンブルを形成することはより困難である。
【００２３】
本発明によれば、燃焼室は、実質的に楕円の形状を有している。この形状により、かなりのスキッシュが促進される。実際、シリンダの断面積に対するこの楕円の表面積の比は特に小さく、このことは、かなりのスキッシュに対応する。
スワンブルおよびスキッシュを促進するために、燃焼室の構成部材は、特定の形態に配置されている。すなわち、
吸気弁および排気弁は、楕円の長軸の端部にそれぞれ配置され、したがって、互いに間隔を置いて対向し、
プラグは、楕円の短軸に近接して配置され、したがって、吸気弁と排気弁との間に配置され、
燃料噴射装置は、吸気弁とプラグとの間の楕円の周縁部に配置され、この配置により、スワンブル運動のためにガスと燃料の混合が促進される。
構成部材のこうような配置に伴う燃焼室のこのような楕円構造により、空気力学的スワンブル構造を生成することが可能になり、燃料混合物の均一化を促進することが可能になる。さらに、自己着火現象を抑制しながら、高い燃焼率を実現することが可能になる。実際、現時点で最良の火花点火機関で観測されるよりも高レベルの吸気段階時の乱流により、優れた均一化とより良好な燃焼率の恩恵を受けることができることが想起される。
【００２４】
本発明の一実施形態によれば、楕円は、吸気弁に向かって延びる凹部を有していてもよい。この凹部は、長軸に対して燃料噴射装置と実質的に対称に配置されている。換言すると、この凹部は、吸気弁の燃料噴射装置が位置する側とは反対側にある。したがって、凹部は、プラグと吸気弁との間に配置されている。凹部は、楕円の外形の変更部分であって、楕円の内側に向かってなされた変更部分であることが理解されよう。この凹部により、スワール型の乱流を強化することが可能になる。実際、凹部の目的は、スワンブル運動のスワール部分の形成を促進することである。この凹部は、燃焼室内に吸気管の延長部を形成し、それにより、空気力学的構造の形成が継続される。
有利なことに、凹部は、実質的に直線形状を有していてもよい。例えば、直線状の凹部は、２〜１０ｍｍの範囲、好ましくは４〜６ｍｍの範囲のフィレット半径によって実現されていてもよい。
【００２５】
本発明の一実施形態によれば、吸気弁は楕円に接していてもよい。こうして、燃焼室の充填動作が最適化される。
【００２６】
本発明の一特徴によれば、排気弁は楕円に接していてもよい。こうして、燃焼室の排出動作が最適化される。
【００２７】
本発明の一実施形態によれば、排気弁の直径に対する吸気弁の直径の比は、１〜３の範囲、好ましくは１．５〜２の範囲、より好ましくは１．６５〜１．７５の範囲であってよい。このような比により、（吸気量に関連した）機関性能と十分な機関排出能力との最良の妥協点が実現される。
【００２８】
本発明の一実施形態によれば、楕円の長半径の長さは、燃焼機関のシリンダの半径に実質的に等しくてもよい。したがって、楕円の大きい方の寸法は、実質的にシリンダの直径に対応し、それにより、燃焼室の容積を最適化することができる。
【００２９】
本発明の一実装形態によれば、楕円の短半径の長さは、燃焼機関のシリンダの半径の７０〜９０％の範囲、好ましくは７５〜８５％の範囲であってよい。
【００３０】
本発明の一構成によれば、プラグは、楕円の周縁部に位置していない。プラグのこのような配置により、火炎前面の伝播が最適化され、機関ノッキングと未燃ガスが抑制される。
【００３１】
さらに、燃焼室は、６：１〜２２：１の範囲、好ましくは１０：１〜２０：１の範囲、より好ましくは１４：１〜１８：１の範囲である圧縮比に耐えるように設計されていてもよい。
【００３２】
図１は、非制限的な例として、本発明の一実施形態に係る燃焼室１を概略的に示している。燃焼室１は、実質的に楕円６の形状を有している。楕円６は、長軸８および短軸９によって規定されている。燃焼室１は、長半径８の一方の端部に配置された単一の吸気弁２を有している。吸気弁２は楕円６に接している。燃焼室１は、長半径８の一方の端部に配置された単一の排気弁３を有している。この端部は、吸気弁２が位置する端部とは反対側に位置している。排気弁３は楕円６に接している。燃焼室１は、２つのプラグ４をさらに有している。プラグ４は、実質的に短軸９上に（短軸９に近接して）配置されている。さらに、燃焼室１は、単一の燃料噴射装置５を有している。燃料噴射装置５は、楕円６の周縁部に位置している。さらに、燃料噴射装置５は、吸気弁２とプラグ４との間に配置されている。楕円６は、燃料噴射装置５の反対側に直線状の凹部７を有している。直線状の凹部７は、プラグ４と吸気弁２との間に位置している。直線状の凹部７は、吸気弁２に向かって延びている。
提示された楕円６の形状は、スキッシュを促進するだけでなく、吸気管から始まるスワール運動の発達も促進する。ある意味で、この燃焼室は、吸気管の延長部である。
【００３３】
本発明は、
内部をピストンが移動する少なくとも１つのシリンダと、
シリンダに関連する燃焼室であって、上述した変形例のいずれか１つ、または上述した変形例の組み合わせのいずれか１つによって実現される燃焼室と、を有する内燃機関に関する。
【００３４】
本発明の一態様によれば、内燃機関は、１〜８つのシリンダを有している。例えば、この燃焼機関は、２つ、３つ、または４つのシリンダを有していてもよい。
【００３５】
本発明の一特徴によれば、燃焼機関は、燃焼ガス再循環（ＥＧＲ）回路を有していてもよい。
【００３６】
本発明の一実施形態によれば、燃焼機関は、燃焼室に接続され、内部に吸気弁が位置する吸気管であって、スワンブル運動、すなわち、シリンダの軸を中心とした空気の回転運動（タンブル）とシリンダの軸に垂直な軸を中心とした回転運動（スワール）とを引き起こすように構成された吸気管を有していてもよい。
【００３７】
本発明は、現在の火花点火機関よりも高い燃焼率を実現し、したがって、より良好な燃焼効率を実現するように特に設計された燃焼室に関する。
特に、本発明の燃焼室は、広い動作範囲にわたっていわゆる「ミラー」サイクルでの使用に特に適している。このサイクルは、ピストンが下死点に到達する前に吸気弁が閉じられることを特徴とする。これにより、導入された負荷の冷却が可能になるだけでなく、仕事の回収をより大きくすることが可能になる。
【００３８】
このような燃焼機関は、輸送分野、例えば、道路輸送または航空輸送の分野で用いられてもよく、あるいは、発電設備などの固定設備の分野で用いられてもよい。
【００３９】
適用例
本発明の燃焼室の特徴および利点は、以下の適用例の説明から明らかとなろう。
【００４０】
本発明を現在の火花点火機関と比較して評価した。図２および図３はそれぞれ、本発明の燃焼室におけるタンブル比およびスワール係数の変化を示している。
図２は、吸気弁のリフトｌ（ｍｍ）に対するタンブル係数ｃｔの変化を示している。図２は、吸気弁を通過するガスの流量ｄ（ｋｇ／ｈ）も示している。吸気弁のリフト時にタンブル係数が増加して高い値に維持されることがわかる。
図３は、吸気弁のリフトｌ（ｍｍ）に対するスワール係数ｃｓの変化を示している。図３は、吸気弁を通過するガスの流量ｄ（ｋｇ／ｈ）も示している。吸気弁のリフト時にスワール係数（の絶対値）が高い値に維持されることがわかる。したがって、本発明の燃焼室により、スワンブル運動が可能になる。
図４は、本発明の燃焼室を備えた機関に関し、非制限的な例として、吸気管１０とシリンダ１１の内部の空気力学的スワンブル構造を概略的に図解したものを示している。図４は、これらの部材における様々なガス流１３を示している。
燃焼時間が分配則の広がりとタイミングに左右されないことにも留意されたい。これは現在の火花点火機関では見られないものである。これにより、内燃機関の全体効率に好影響を与えることが可能になる。
したがって、本発明の燃焼室により、シリンダ内での高度なスワンブルが可能になり、その結果、燃焼の効率、ひいては燃焼機関の効率が最適化される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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