(57)【要約】内燃機関は、内燃機関のシリンダ内に燃焼容積を備えることができる。この燃焼容積は、少なくともシリンダ壁とこのシリンダの第１ピストンとにより画定することができる。スワールポートは、スワールポート出口を介して流体を上記燃焼容積に供給し、この供給された流体は、シリンダ壁の曲線の接線に対して所定の角度をなして所定の流速でシリンダの周辺部の周りを回るように方向づけられて、燃焼容積内に渦運動を生成する。
2013502533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともシリンダ壁と、シリンダ内のピストンとによって画定される燃焼容積と、スワールポートとを備えた内燃機関において、
上記スワールポートは、スワールポート出口を経て上記燃焼容積内に流体を供給し、この供給される流体は、上記シリンダ壁の曲線の接線に対して所定の角度をなして所定の流速で上記シリンダの周辺部の周りを回るように方向づけられて、上記燃焼容量内に渦運動を生成し、この渦運動は、上記ピストンの１サイクル中に、上記流体が上記シリンダの周りを回る回転数を表わすスワール数によって数値化されるスワール速度で生じることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関において、
上記燃焼容積の上記流体に点火するスパーク源を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
請求項１に記載の内燃機関において、
上記スワールポート入口は、第１流れ断面積を有しており、上記スワールポート出口を有するスワールポート出口領域は、上記スワールポート入口からの距離と共に減少する第２流れ断面積を有しており、上記スワールポート出口は、上記スワールポート入口からの距離に拘らず寸法が変化しないことを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
請求項１に記載の内燃機関において、
上記スワールポートを有するスリーブバルブをさらに備え、このスリーブバルブは、上記シリンダの周囲に少なくとも部分的に配置されており、上記スワールポートは、断面積が減少する管からなることを特徴とする内燃機関。
【請求項５】
請求項１に記載の内燃機関において、
上記スワール速度に適合した燃料供給期間に、上記燃焼容積に燃料を供給する燃料噴射装置をさらに備え、この燃料噴射装置は、供給する上記燃料を上記燃焼容積全体に均一に分配するようになっており、上記内燃機関は、ディーゼルエンジンとして動作することを特徴とする内燃機関。
【請求項６】
請求項１に記載の内燃機関において、
スパーク源と、スワール速度に適合した噴射タイミングで上記燃焼容積に燃料を供給する燃料噴射装置とを更に備え、この燃料噴射装置は、供給する上記燃料を上記燃焼容積全体に均一に分配するようになっており、上記内燃機関は、直接噴射火花点火エンジンとして動作することを特徴とする内燃機関。
【請求項７】
請求項６に記載の内燃機関において、
上記燃料噴射装置は、上記シリンダの中心よりも上記シリンダ壁の近くに、よりリッチな燃料混合領域を作り出すようになっていることを特徴とする内燃機関。
【請求項８】
請求項６に記載の内燃機関において、
上記流体は空気を含み、上記スパーク源は上記シリンダの周辺部に配置され、上記燃料噴射装置は、噴射した上記燃料の液滴が、供給された上記流体と混合されて、上記渦運動により誘導された求心力が、上記液滴を上記シリンダの周辺部へ押しやって、上記スパーク源による点火のために、上記周辺部により燃料リッチな領域ができるような混合勾配が生じることを特徴とする内燃機関。
【請求項９】
請求項１に記載の内燃機関において、
上記スワール数は、上記スワールポート出口から出て上記シリンダに入る上記流体の接線速度を、上記シリンダの外周長と上記内燃機関のクランク軸の回転速度とで割ったものに等しいことを特徴とする内燃機関。
【請求項１０】
請求項９に記載の内燃機関において、
上記接線速度は、上記スワールポート出口から出て上記シリンダに入る上記流体の流出角度の余弦と、上記スワールポート内の上記流体の流速との積に等しいことを特徴とする内燃機関。
【請求項１１】
少なくともシリンダ壁とシリンダ内のピストンとによって画定される燃焼容積内に、スワールポートを経て流体を供給する方法において、
供給する流体を、上記シリンダ壁の曲線の接線に対して所定の角度をなして所定の流速で上記シリンダの周辺部の周りを回るように方向づけ、
この方向づけによって、上記流体の点火する前に上記燃焼容積中に渦運動を生成し、この渦運動が、上記ピストンの１サイクル中に、上記流体が上記シリンダの周りを回る回転数を表わすスワール数によって数値化されるスワール速度で生じることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、
スパーク源により上記燃焼容積内に生成されたスパークにより、上記燃焼容積の上記流体を点火することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の方法において、
スワールポート入口は、第１流れ断面積を有しており、上記スワールポート出口を含むスワールポート出口領域は、上記スワールポート入口からの距離と共に減少する第２流れ断面積を有しており、上記スワールポート出口は、上記スワールポート入口からの距離に拘らず寸法が変化しないことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の方法において、
上記スワールポートを有するスリーブバルブをさらに備え、このスリーブバルブは、上記シリンダの周囲に少なくとも部分的に配置されており、上記スワールポートは、断面積が減少する管を有していることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１１に記載の方法において、
更に、燃料噴射装置によって、上記スワール速度に適合した燃料供給期間に、上記燃焼容積に全体に均一に分配されるように燃料を供給し、上記内燃機関は、ディーゼルエンジンとして動作することを特徴とする内燃機関。
【請求項１６】
請求項１１に記載の方法において、
上記内燃機関を直接噴射花火点火エンジンとして動作させ、
この動作は、燃料噴射装置によって、スワール速度に適合した噴射タイミングで上記燃焼容積に全体に均一に分配されるように燃料を供給し、スパーク源によって、分配された上記燃料に点火することを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法において、
上記燃料噴射装置は、上記シリンダの中心よりも上記シリンダ壁の近くに、よりリッチな燃料混合領域を作り出すようになっていることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の方法において、
上記流体は空気を含み、上記スパーク源は上記シリンダの周辺部に配置され、上記燃料噴射装置は、噴射した上記燃料の液滴が、供給された上記流体と混合されて、上記渦運動に誘導される求心力が、上記液滴を上記シリンダの周辺部へ押しやって、上記スパーク源による点火のために、上記周辺部により燃料リッチな領域ができるような混合勾配が生じることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１１に記載の方法において、
上記スワール数は、上記スワールポート出口から出て上記シリンダに入る上記流体の接線速度を、上記シリンダの外周長と上記内燃機関のクランク軸の回転速度とで割ったものに等しいことを特徴とする内燃機関。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、
上記接線速度は、上記スワールポート出口から出て上記シリンダに入る上記流体の流出角度の余弦と、上記スワールポート内の上記流体の流速との積に等しいことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願に対するクロスリファレンス）
この出願は、発明の名称「高スワールエンジン」、２００９年８月２０日出願の米国仮出願No.61/235,496に関する米国特許法第１１９条（ｅ）の利益を主張しており、その内容の全ては、本明細書に組み込まれている。同時係属かつ共有の米国特許No.7,559,298および米国出願No.12/720,457（これらの内容の全ても本明細書に組み込まれている）に記載されているスリーブバルブを組み込む内燃機関に、本明細書に記載されている主題の１以上の態様を実施することができる。
【０００２】
この発明の主題は、内燃機関の特徴に関する。
【背景技術】
【０００３】
内燃機関の空気／燃料混合の不整合点火は、様々な点火遅れと、様々なシリンダの燃料混合気の燃焼時間とをもたらす可能性がある。このような不整合は、シリンダ内のピーク圧力および温度の著しい変化につながることがあり、ノック限界エンジンにおいて、点火時期および／または圧縮比を制限することがあるため、ノック限界に近い点火時期の正確な設定を困難にする。燃焼速度および燃焼時間の変動もまた、直接的に効率の変動になり得る。図示平均有効圧（ＩＭＰ）（シリンダの燃焼チャンバにおけるサイクルにわたる平均圧力を示す）の標準的な変動係数は、約１．５％である。言い換えると、標準分配であると仮定すると、同じ燃料入力である最小実効の３／１０００サイクルは、最大実効の３／１０００サイクルほどの９％（６×１．５％）の仕事を生成しない。さらに、最も早い燃焼サイクルのノックを避けるために点火を遅らせる必要があるのならば、トルクと効率を危険にさらし得る残存しているより遅い燃焼サイクルで、点火時期が損なわれることがある。
【０００４】
遅い炎（flame）速度はまた、完全に燃焼されるまでの間、遅いスパーク点火を燃焼サイクルで開始する方法を制限することがある。現在利用可能な高スワールエンジンの有効性は、シリンダで生成される高速ガス運動からもたらされる、シリンダ内のガスとシリンダの壁との間の高い熱伝導率により頻繁に制限される。また、高速ガス運動を伴う従来のエンジンの有効性は、高いガス速度を誘導するために必要な吸気流路の圧力低下により左右される可能性がある。この圧力低下は、エンジンのシリンダを通る空気の最大流量を制限するため、利用可能な最大パワーを制限することがある。また、燃焼安定性を追加して、より薄い混合気が所定のＩＭＥＰの変動係数で点火されることがある。
【発明の概要】
【０００５】
一形態において、内燃機関は、内燃機関のシリンダ内に燃焼ボリュームを備える。この燃焼容積は、少なくともシリンダ壁とこのシリンダの第１ピストンとで画定される。スワールポートは、スワールポート出口を介して燃焼容積内に流体を供給し、この供給された流体は、シリンダ壁の曲線の接線に対して所定の角度をなして所定の流速でシリンダの周辺部の周りを回るように方向づけられて、燃焼容積内に渦運動を生成し、この渦運動は、ピストンの１サイクル中に、流体により作り出されるシリンダの周りを回る回転数を表わすスワール数により数値化されるスワール速度（swirl rate）で生じる。
【０００６】
他の関連ある態様において、方法が、スワールポートを介して内燃機関のシリンダ内の燃焼容積に流体を供給することを含む。この燃焼容積は、少なくともシリンダ壁とこのシリンダの第１ピストンとによって画定される。供給された流体は、シリンダ壁の曲線の接線に対して所定の角度をなして所定の流速でシリンダの周辺部の周りを回るよう方向づけられる。供給された流体を方向づけることによって、この流体に点火する前に燃焼容積内に渦運動が生成される。この渦運動は、ピストンの１サイクル中に、流体により作り出されるシリンダの周りを回る回転数を表わすスワール数により数値化されるスワール速度で生じる。
【０００７】
一変形例において、以下の１つまたはそれ以上のものを任意に備えることができる。上記エンジンは、燃焼容積内の流体を点火するスパーク源を備えることができる。スワールポート入口は、第１流れ断面積を備えることができる。スワールポート出口を有するスワールポート出口領域は、スワールポート入口からの距離と共に減少する第２流れ断面積を備えることができる。このスワールポート出口は、スワールポート入口からの距離に拘らず寸法（例えば幅）が変化しないようにすることができる。上記エンジンは、スワールポートを有するスリーブバルブを備えることができる。このスリーブバルブは、シリンダの周囲に少なくとも部分的に配置することができる。スワールポートは、断面積（cross sectional area）が減少する管を有することができる。スワール数は、スワールポート出口から出てシリンダ内に入る流体の接線速度を、シリンダの外周と内燃機関のクランク軸の回転速度とで割ったものに等しくすることができる。接線速度は、スワールポート出口から出てシリンダに入る流体の流出角度の余弦（コサイン）と、スワールポートにおける流体の流速との積に等しくすることができる。
【０００８】
上記エンジンは、スワール速度に適合した燃料供給期間に、燃焼容積に燃料を供給する燃料噴射装置を備えることができ、この燃料噴射装置は、供給された燃料を燃焼容積全体に均一に分配する。この場合、この内燃機関は、ディーゼルエンジンにすることができる。上記エンジンは、スパーク源と、スワール速度に適合した噴射タイミングで燃焼容積に燃料を供給する燃料噴射装置とを備えることができ、この燃料噴射装置は、供給する燃料を燃焼容積全体に均一に分配するようになっている。この場合、この内燃機関は、直接噴射火花点火エンジン（direct injection spark ignited engine）として動作させることができる。この燃料噴射装置は、シリンダの中心よりもシリンダ壁の近くに、よりリッチな燃料混合領域を作り出すようにすることができる。上記流体は空気を含むことができ、上記スパーク源はシリンダの周辺に配置することができ、そして、上記燃料噴射装置は、燃料の液滴が供給された上記流体と混合されるように燃料を噴射することができるため、渦運動により誘導された求心力が、液滴をシリンダの周辺部へ押しやって、スパーク源による点火のために、周辺部により燃料リッチな領域ができるような混合勾配が生じる。
【０００９】
この明細書に記載された主題に関する１以上の変形例の詳細は、添付図面および以下の記述で説明する。この明細書に記載されている主題の他の特徴および利点は、この明細書の記述および図面、そして特許請求の範囲から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
この明細書に組み込まれた、そして、この明細書一部を構成する添付図面は、この明細書に開示された主題の一態様を示しており、説明と共に、開示された実施形態と関連するいくつかの作用原理を説明するのに役立つ。
【００１１】
この発明の主題は、従来利用可能な技術および技法に対して、非常に多くの利益および利点をもたらす。流体（例えば、空気、空気と燃料の混合気等）がシリンダ内に入る角度を制御することは、シリンダの燃料ボリュームの燃料の望ましい燃焼速度を達成するのに有用である。シリンダ軸の法線により近い方向に燃料を供給することは、より遅い燃焼速度を作り出すが、より低レベルの乱流がシリンダ壁に対する熱損失を低減するため、より効率を高くすることができる。この明細書に記載されている１以上の構造、技法、製造品目等は、単独でも組み合わせても用いることができ、求められるが潜在的に競合する性能測定基準のマトリクスに従って内燃状況を最適化する。一般に、燃焼容積の流体のより高いスワールは、より低いエンジン負荷時に比較的低いシリンダ壁に対する熱伝導を伴う、全体に強化された燃焼特性をもたらすことができる。高圧縮エンジンが原因の遅延点火状態が、自動車のエンジンが殆どの場合に運転される明るい道路で高い効率を有することができるように、速い燃焼速度を達成することができる。遅延点火状態を伴う高スワール、高燃焼速度から、よりリッチな燃料混合気を有するより低いスワール条件に変遷することは、高負荷で、よりよいパワー特性をもたらすことができる。また、この発明の主題の１以上の特性を用いるエンジンをディーゼルエンジンまたは直接噴射火花点火エンジンとして作動させることができ、燃焼容積の高スワール特性は、シリンダへの燃料の直接噴射によって、燃焼容積全体に噴射された燃料を流す（sweep）ことができる。
【００１２】
実際に用いるときに、同じ参照番号は、同じ構造、特徴または要素を示す。請求の範囲に示される特徴の説明は、記載されている要素に対して第１および第２、左および右、上および下等の使用条件を含むこともできる。この言及が、同じ構造を有する要素の複数の例を区別するために、あるいは、図面の１以上の要素の説明された配置に対して動作の方向を示すために用いられる相対的な言葉として単に表わされるに過ぎないということが理解されるべきであり、開示または主張された主題の範囲の限定として解釈されるべきでない。
【図１】図１は、対向ピストンを備える内燃機関の側面図を示す模式図である。
【図２】図２は、Ａ−Ａ線に沿った図１の内燃機関の断面図を示す模式図である。
【図３】図３は、Ｂ−Ｂ線に沿った図１および図２の内燃機関の断面図を示す模式図である。
【図４】図４は、シリンダの周囲の外周位置に応じてスワールポート入口部分の減少する面積を表わすグラフである。
【図５】図５は、対向ピストンを持たない内燃機関のシリンダ、バルビングおよび他の特徴の断面図を示す模式図である。
【図６】図６は、内燃機関シリンダの中心線を上から見たスワールポートの正面図を示す略図である。
【図７Ａ】図７Ａは、図６のスワールポートの空洞流の正面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図６のスワールポートの空洞流の等角図である。
【図８Ａ】図８Ａは、高スワールポートと連結した直接燃料噴射の一例を示す断面略図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、高スワールポートと連結した直接燃料噴射の一例を示す断面略図である。
【図９】図９は、スプリット吸気ポートの断面図を示す模式図である。
【図１０】図１０は、強化されたスワール特性を有するスプリット吸気ポートの断面図を示す模式図である。
【図１１】図１１は、スワール速度を減少させることができる吸気ポートの断面図を示す模式図である。
【図１２】図１２は、流体の高スワール供給も低スワール供給も可能な吸気ポートの断面図を示す模式図である。
【図１３】図１３は、方法を説明するプロセスフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
上で述べられた課題および潜在的な他の課題に対処するために、この発明の主題の実施形態は、方法、システム、製造品目等を提供し、他の可能性のある利点が共同で、燃焼容積に回転流動場を作り出す方法で、内燃機関の燃焼容積に空気または空気／燃料混合気を供給することができる。この結果として生じる燃焼容積内の流体流の高スワール状態は、燃焼開始、燃焼期間、点火時期等の均一性（uniformity）を改善することができる。
【００１４】
内燃機関のいくつかの例は、同時係属かつ共有の米国特許No.7,559,298および米国出願No.12/720,457に記載されており、これらの内容の全ては本明細書に組み込まれている。この開示されたエンジンは、所定のシリンダボリュームのための非常に大きなバルブ面積を設けることができる。この構造は、有利なことに、シリンダ壁に対して接線方向に、あるいは、接線方向の既定の角度内で、空気／燃料混合気、空気のみ、あるいは他の何らかの流体をシリンダに供給して、スワール変化動作が、初期に、このシリンダの穴軸の周囲に発生するようにする流体ポートを可能にする。吸気バルブおよびエンジン形態の他の構造は、また、この明細書に開示されている主題の１以上の特徴をうまく利用することができる。
【００１５】
図１は、組み立てられた対向ピストンエンジン１００の概略側面図を示している。この対向ピストンエンジン１００は、２つのピストンを備えている。これらのピストンは、共通のシリンダを共有しており、このシリンダは、ピストンとシリンダ壁とで定められる燃焼容積を形成する。他のエンジンの構造（例えば、各々のピストンが別々のシリンダに配置されており、この別々のシリンダは、燃焼容積が各々のピストンで形成されている構造）もまた、この発明の主題の範囲内にある。
【００１６】
図２は、図１に示すエンジン１００のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図２に示されるように、スワールポート入口２０２は、空気／燃料混合気をシリンダ２０４に供給する。このシリンダ２０４は、エンジン本体２０６により定められる。図２に示されるように、このエンジン本体２０６は、左鋳物２１０と右鋳物２１２とを有しており、これら左鋳物２１０および右鋳物２１２は、環状にすることができる中心接続部２１４に取り付けられている。この中心接続部２１４は、また、スパークプラグを埋め込める１以上のスパークプラグスリーブ２１６を有している。上記エンジン１００は、左ピストン２２０と右ピストン２２２とが、シリンダ２０４の中心線Ｃに沿ってシリンダ２０４内で往復運動するように構成されている。左ピストン２２０は、左接続ロッド２２４に接続されており、この左接続ロッド２２４は、同様に、左クランク軸２２６に接続している。右ピストン２２２は、右接続ロッド２３０に接続されており、この右接続ロッド２３０は、同様に、右クランク軸２３２に接続している。左ピストン２２０は、シリンダ２０４内で往復運動し、シリンダ壁２３４に沿って左右にスライド自在に移動可能である。右ピストン２２２もまた、シリンダ２０４内で往復運動し、シリンダ壁２３４に沿って左右にスライド自在に移動可能である。
【００１７】
図２はまた、オイル経路画定部２３６を示している。スリーブバルブ本体２４０は、オイル経路画定部２３６に対して（図２の概観から）左右にスライド自在に移動可能である。図２において、左ピストン２２０および右ピストン２２２は、これらが上死点（Top Dead Center（TDC））にあるように、燃焼容積を有するシリンダ２０４に配置されている。この燃焼容積は、シリンダ壁２３４と、バルブシート２１４と、最小時の左ピストン２２０および右ピストン２２２のピストンヘッドとにより定められている。点火時期が、最小燃焼容積時も、最小燃焼容積前も、最小燃焼容積後も発生するように、エンジンを構成するこができる。
【００１８】
図３は、図２に示されるＢ−Ｂ線に沿ったエンジン１００の第２の断面図である。図３に示されるように、スリーブバルブ本体２４０は、流体３０４を方向づけるスワールポート３０２を定める。この流体３０４は、空気／燃料混合気、空気のみ、あるいは他の何らかの流体、および／または、シリンダ２０４内への噴射のための混入液体にすることができる。スワールポート３０２は、流体が入るスワールポート入口３０６と、スワールポート出口３１０を設けているスワールポート出口領域３０８とを有している。このスワールポート出口３１０は、左ピストン２２０および右ピストン２２２の吸気ストロークの間に、シリンダ２０４の燃焼容積における回転流動を作り出すために、シリンダ２０４壁の周辺部の周りを回って、供給された流体３０４が（図２に示すように）スワールポート３０２から出てシリンダ２０４に入る。供給された流体３０４の接線方向に方向づけられた供給と、シリンダ２０４の周辺部（例えばシリンダ壁２３４の近く）での流体３０４のアドミッティング（admitting）との組み合わせは、吸気ストローク中にシリンダ２０４の燃焼容積の内側に高速回転流動場をもたらし得る。このオーダードフロー（ordered flow）は、燃焼容積のガスが点火されたとき、素早く燃焼容積全体を炎が吹き荒れて、非常に迅速かつ再現可能な燃焼イベントをもたらす。
【００１９】
スワールポート出口３１０は、シリンダ壁２３４の開口部または一連の開口部を示すための点線として、図３およびそれに続く図面に表現されている。シリンダ壁２３４の開口部または一連の開口部は、スワールポート出口領域３０８からシリンダ２０４の燃焼容積内に流体３０４の移動を可能にする。ある有利な実施形態において、スワールポート出口３１０は、シリンダ２０４の外周の少なくとも一部のシリンダ壁２３４に、少なくとも略一定のスロット形状を有することができる。任意に、スワールポート出口３１０は、シリンダ壁の少なくとも略一定の１以上のスロット形状を有することもでき、これらのスロット形状は、シリンダ２０４の外周の少なくとも一部の周囲に連続して配置される。スワールポート出口の他の構造、形状または寸法は、また、この発明の主題の範囲内にある。
【００２０】
内燃機関のシリンダの燃焼容積に入る流体の渦運動を誘導する吸気バルブ（例えば、スリーブバルブ本体２４０には、図３に示されるようにスワールポート入口３０６を設けている）の使用は、シリンダの燃焼容積の流体の上で述べられた流体動態を作り出すのに有利である。なぜなら、吸気バルブは、シリンダの全周辺部の周りを回ってシリンダ内への混合気の流入を可能にするからである。内燃機関シリンダ燃焼容積の回転流動場を作り出すことができるという条件で、他のバルブ構造を用いることができる。例えば、標準の内燃機関のシリンダヘッドに位置しているポペットバルブまたは他の吸気バルブのみが、この吸気バルブの近くに回転流動状態を作り出すことができる。この回転流動状態は、多くの場合、シリンダの直径の約２分の１、または２分の１よりも僅かに大きい直径を有する可能性がある。直径が２分の１のとき、ガスの回転スピードは、全直径の吸気口と同じシリンダ内回転速度を得るために、全直径の吸気口の２倍の回転スピードが必要であろう。同じ渦を得るためには、流入量に対して、より多くのポンプ仕事をする必要があり、空気の流れを低減し、エンジンのトルクおよび／またはパワーを制限することができる。
【００２１】
上述のように、図３は、スワールポート出口領域３０８のスワールポート出口３１０を介するシリンダ２０４の燃焼容積への流体３０４の供給を示しており、この流体は、シリンダ壁２０４の周辺部に沿ってシリンダ２０４に入る。上述のように、スワールポート出口３１０は、シリンダ壁２３４に１以上の開口部を有することができる。これらの開口部を通って、供給された流体３０４が、スワールポート出口領域３０８から出て、シリンダ２０４の燃焼容積に入る。図３に示されるように、スリーブバルブ２４０の内部壁３１２の外周の大部分の周囲に配置したスワールポート出口領域３０８に対して、スワールポート出口３１０は、スワールポート３０２の終端形体３１４で、または、スワールポート３０２の終端形体３１４近くで始まり、終わることができる。図３に示すように、スワールポート出口領域３０８の流れ断面積（すなわち、流れ方向に対して直角に取られた断面に基づいている）は、スワールポート入口３０６の近くのＡ０から終端形体３１４の近くのＡ７までの一連の断面に沿って、スワールポート入口３０６からスワールポート出口領域３０８まで流体３０４が流れるように単調に減少することができる。スワールポート出口領域３０８の漸減流れ断面積は、流体３０４がスワールポート出口領域３０８を旋回するように、シリンダ壁２３４に沿ってスワールポート出口３１０を通ってシリンダ２０４に流体３０４を入らせ、シリンダ２０４の中央軸３１６に向かって渦を巻く。この運動量保存法則は、流体３０４がシリンダ２０４に高速で入ったときに、流体３０４の回転速度より早いシリンダ２０４の中心軸３１６における流体３０４の回転を予測する。図３は、流体３０４の回転が、ピストンの幾何学的中心（図２参照）すなわち２つのピストンを通って長手方向に走る中心軸３１６の周囲にあることを示している。
【００２２】
概念的には、接線速度がある半径３２０（例えば、中心軸３１６からスワールポート出口領域３０８の外壁３２２まで）にある場合、運動量の保存には、定められた流量およびガス圧力のための半径３２０を漸次減少させることにより、中心軸３１６の周囲のガスの角速度を漸次増加させることが必要である。この角速度の増加は、スワールポート出口領域３０８の断面積が漸次減少するという原因だけではなく、むしろ供給された流体３０４が近くのシリンダ壁２３４の接線速度を運び、さらに、この流体３０４は、ピストン２２０，２２２が引き下がると同時に空けられたスペースによって中心軸３１６の方に引っ張られるということが原因で起こる可能性がある。中心軸３１６とスワールポート出口領域３１０の外壁３２２との間の漸減半径３２０は、シリンダ壁２４に沿って、またはシリンダ壁２３４の近くに高速度流体流を導入することができ、さらに、引っ込んだピストン２２０，２２２が、シリンダ２０４内の供給された流体３０４の角速度をさらに増加させるための渦巻きパターンの中心軸３１６に向かって、流体を内側に引っ張る。ここに記載された本発明の主題と対照的に、中心軸３１６の近くのシリンダヘッドに配置されたポペットバルブに存在する混合気は、シリンダの中心に実質的に導入される。このバルブを介して導入された流体の角速度は、流体の流動場がシリンダ壁に向かって広がるにつれて減少する。
【００２３】
シリンダ２０４の燃焼容積に供給された流体３０４のスワール速度は、この発明の主題の具体的な実施形態に従って、変更することができる。高スワール速度は、エンジン１００の熱伝導特性を高めることができる。しかし、高スワール速度はまた、アンチノック性および高圧縮比の公差に影響を与える可能性がある。エンジン１００の特性のうちのこれらの特性は、一般にバランスを必要とする。また、高スワール速度は、スパーク時期を遅らせることができる燃焼速度を改良する。言い換えれば、スパークは、ミスファイアの発現または他の燃焼不安定性の後に燃焼サイクルの後で、最新のクランク角度等で発生することができるので、ノックレベルを軽減し、大きな圧縮比でも望ましい範囲内にシリンダ２０４内のピーク圧力を維持することができる。エンジン１００は、低パワー状態で高効率の動作を可能にするために、パートスロットルでより有利な点火時期（ＭＢＴまたはＭＴＢ（Minimum Advance for Best Torque）の近く）で動作している間に、遅れた時期にフルスロットルで、ノックを制限し、かつ、効率の一部を犠牲にするよう動作させることができる。これらの低パワー状態は、乗客の車両運用にとって特に興味あるものである。なぜなら、フルパワーは滅多に実現されないし、通常長い間継続するものではないからである。
【００２４】
対向ピストンエンジン（例えば、図１，図２に示されており、上述のエンジン１００）は、シリンダの燃焼容積の内燃ガスから他の内燃機関構造体に対する熱伝導のための表面緩和面積（reduced surface area）を備えている。したがって、このようなエンジンは、他の内燃機関と比べると、燃焼容積の高速度ガスからの熱伝導を高めないで、強い影響を与える。一実施形態において、左ピストン２２０および右ピストン２２２は、低熱伝導率材料を含む、あるいは、低熱伝導材料から形成されることができる。このピストン（または他のピストン）の上死点における燃焼容積の体積比に対する表面緩和面積を備えるエンジンは、一実施形態において、直径の比較的小さいピストンを備えている。従って、これらのピストンには、他の内燃機関のピストンと比べると少ない材料が含まれている。限定されない一例において、エンジン１００のピストンは、鋳鉄等の低熱伝導材料から少なくとも部分的に形成することができる。これらのピストンに低熱伝導材料を使用することは、いっそう多くの燃焼イベントで生成される熱が、ガスに保持されるようにして、その結果、仕事をするために利用できるようにすることができる。
【００２５】
シリンダ２０４（または他のシリンダ）の燃焼容積における高スワール速度を作り出すことは、可変圧縮比を必要としないで高効率を達成するためのエンジンを可能にする。その代わりに、開示された主題の１以上の特徴に従った改良を含んでいるエンジンは、パートスロットル時の有利な時期を伴う高スロットル時に、遅延点火状態を可能にするためのスパーク高度制御を利用することができる。限定されない説明に役立つ実例として、マニホールド真空あるいはベンチュリ真空が、高度スパーク制御を提供するために用いられ得る。
【００２６】
シリンダ２０４内の供給された流体３０４のスワール速度は、一実施形態において、スリーブバルブ本体２４０の出力ポート部１０４の断面積Ａ１を変更することによって調節することができる。一実施形態において、スワールポート出口領域３０８を通って移動する供給された流体３０４の平均ポート流速度は、９０ｍ／秒である。「平均ポート流速度」という言葉は、スワールポート出口領域３０８を通って移動するような流体の任意の基準の平均速度を示している。スワールポート出口領域３０８内の流体３０４の平均ポート流速度は変えることができ、クランク軸のスピードよりも約６倍以上も早くシリンダ２０４内で渦巻いている流体３０４をもたらすことができる。これらの値は、例えば、小口径エンジンで達成する、あるいは、上回ることができる。シリンダ２０４内の渦は、スワールポート出口領域３０８の断面積に比例する。スワールポート出口領域３０８の断面積Ａ１が増加するならば、シリンダ２０４に入る流体３０４の接線速度もまた減少する。同様に、流体３０４の渦の回転スピードも減少する。スワールポート出口領域３０８からスワールポート出口３１０を横切って、流体３０４がシリンダ２０４に入る角度は、流体３０４の接線速度と共に変化する。スワールポート出口領域の高い接線流体速度は、スワールポート出口領域３０８からシリンダ２０４までスワールポート出口３１０を横断するときに、流体３０４をシリンダ壁２３４に沿って方向づけられる浅い入射角をもたらす一方、スワールポート出口領域のより低い接線流体速度が、スワールポート出口領域からシリンダ２０４までスワールポート出口３１０を横断するときに、流体３０４の急勾配の入射角をもたらす。浅い角度は、実施されるバルブ開口部面積を減らすことができ、このバルブを通る最大流体流を制限することができる。さらに、流体がスワールポート出口領域３０８からシリンダ２０４内に通過することが求められる角度で、スワールポート入口３０６の管状部分が、スワールポート出口３０８に近づくことができるように、スワールポート３０２をデザインすることができる。そのため、高スワールを伴うデザインは、（例えば図３に示される断面Ａ１において）スワールポート入口３０６の管状部分がスワールポート出口領域３０８に接近するならば、スワールポート入口３０６について、より低い最大質量流と、より大きい接線配列とを有するであろう。それに応じて、低スワールのために設計されたスワールポート３０２は、スワールポート入口３０６の管状部分がスワールポート出口領域３０８に接近するときに、スワールポート入口３０６について、より大きな最大流量をより大きな角度で提供することができる。
【００２７】
図３は、（スワールポート出口領域３０８の外壁３２２からスリーブバルブ２４０の内壁３１２の間で各々測定された、断面積Ａ１−Ａ７として示されている）スワールポート出口領域３０８の断面積を示しており、この断面積は、スワールポート出口領域３０８の始点のＡ１（最大断面積）から、スワールポート出口領域３０８が終端形体３１４に到達する略ゼロ地点に至るまでの面積で、漸次減少している。この終端形体３１４は、一実施形態において、スワールポート出口領域３０８の始点から約３４０°にある。図３は、スワールポート３０２の実現可能な断面積Ａ１−Ａ７の一例を示す。これらの断面積は、流体３０４がスワールポート出口領域３０８を通過してシリンダ２０４内に入るときに減少する。スワールポート出口領域３０８の断面積の減少が、スワールポート出口３１０を介して、流体３０４の一部をシリンダ２０４の燃焼容積内に押し込んで、流体３０４の流れの動径成分を作り出す。スワールポート出口領域３０８の断面積が図３に示すように漸次減少しない場合、流体３０４は、スワールポート出口領域３０８の終端部で（すなわち、終端形体３１４にぶつかるときに）、優先的にシリンダ２０４に入り、実質的にバルブの有効面積を制限する可能性があるであろう。このようなデザインにおいては、角運動量は、流体３０４が終端形体３１４にぶつかるまで、主に流体３０４をスワールポート出口領域３０８の外壁３２２近くに留めるであろう。
【００２８】
また、図３に示されるように、スワールポート出口領域３０８の終端形体３１４は、シリンダ２０４の内壁２３４に接する線との角度Θを形成するように配置されている。限定されない説明に役立つ実例において、この角度Θは約３０°である。他の角度もまたこの開示の範囲内にある。また、スワールポート入口３０６は、任意に、緩やかな曲線を設けてもいいし、または別な方法で、１以上の非線形特性を設けてもよい。２者択一的に、あるいは、追加として、燃料の液滴（例えば、燃料は、図３に示される燃料噴射装置３２６，３３０によってスワールポート入口３０６内または近くに噴射される）が、これらの燃料の液滴が断面積Ａ１でスワールポート出口領域３０８に入るときに、スリーブバルブ本体２４０のホットスリーブ表面にぶつかるように、スワールポート入口３０６をデザインしてもよい。
【００２９】
図４は、説明に役立つ本発明の主題の限定されない実施形態に従って、シリンダ２０４の中心軸Ｃの周囲の外周位置に応じて、スワールポート出口領域３０８内の経路の減少面積を表現するグラフ４００である。スワールポート出口領域３０８の外壁３２２とシリンダ２３４との間の、スワールポート出口領域３０８内の経路または空洞４０２の径方向幅が図４に示されており、スワールポート出口領域の始点は０°で示されていて、流体流はシリンダ２０４の外周の周囲を時計回りの方向に進む。シリンダの外周および表示平面に垂直なポート深度の周囲の各ポイントにおける、スワールポート出口３０８の外壁３２２とシリンダ２０４の穴との間の距離（中央軸３１６とシリンダ壁２３４との間の距離）の結果は、スワールポート出口領域３０８内の空洞の流れの断面積を画定し、それに応じて、スワールポート３０２全体の断面積を画定する。また、スワールポート出口領域３０８が（例えば、Ａ１からＡ７の各ポイントで、そして、全てのポイントとの間で）円形流れ断面積を有するので、スワールポート出口領域３０８内の空洞の流れに対する（そしてスワールポート３０２全体に対する）断面積は、Ｐｉ（π）を、各ポイントにおけるスワールポート出口領域３０８の外壁面３２２とシリンダ２０４の穴との間の距離の２乗を４倍したもので割ったものに等しい。図４は、アルキメデス螺旋配列を持つ円形断面を有するスワールポート出口領域３０８の外壁３２２の円周方向に縮小する周長を示しており、この断面積は、シリンダ２０４の中心軸３１６周りの半径方向角（radial angle）に応じて直線的に減少している。この配列において、供給された流体３０４に略等しい量が、スワールポート出口領域３０８の周囲の任意の角度位置でスワールポート出口３１０を通過することによってシリンダ２０４に入る。スワールポート出口領域の他の断面形状および構造もまた、本発明の主題の範囲内にある。例えば、スワールポート出口領域３０８の断面積は、半径方向角で直線的に減少する必要はなく、アルキメデス以外の他の螺旋配列を用いることができる。また、空洞の深度は、流れ断面積を変えるために調節することができる。具体的なスワールポート３０２の具体的な寸法または配列は、エンジン構造およびデザイン要求に応じて変えることができる。有利なことに、スワールポート出口領域３０８の断面積は、スワールポート入口３０６からスワールポート出口領域３０８の終端形体３１４までシリンダ２０４の外周の周りを回って単調に減少する。一実施形態において、バルブを閉じたときにマニホールド内の流れは存在しない。マニホールドとシリンダ内部との間の圧力差によって、バルブを開けるときに、流れが動き始める。
【００３０】
図５は、従来の内燃機関５００のための本発明の主題の他の実施形態を示しており、この内燃機関５００においては、シリンダ５０２がピストン５０４を１つだけ有しており、このピストン５０４のピストンヘッド５０６が、シリンダ壁５１０およびシリンダヘッド５１２と相俟って燃焼容積を定めている。スリーブバルブ５１４は、上述したものと同様の方法で、燃焼容積内に渦運動を作り出すように、流体（空気、燃料／空気混合気、または他の流体、またはそれらの組み合わせである）を燃焼容積に供給することができる。このスリーブバルブ５１４は、図５に示すように、シリンダヘッド５１２に、あるいはシリンダ壁５１０に沿って、配置可能である。それに変えて、または、それに加えて、１以上のポペットバルブ５１６が、流体（または他のの流体）を同じ方法で内燃バルブに供給する構造に配置可能である。図５に示されている説明に役立つが限定されない実例は、渦を作り出すための吸気スワールポート５２０を介して吸気流を制御するシリンダブロック壁に沿って動くスリーブバルブ５１４と、排気バルブとして動作するシリンダヘッド５１２の中心のシングルポペットバルブ５１６とを備えている。このポペットバルブ５１６は、シリンダヘッド５１２の中心に配置する必要はない。ポペットバルブ５１６で制御される排気ポート５２４のエッジとシリンダ壁５１０との間に、１以上のスパークプラグ５２２を置くことができる。また、ピストン接続ロッド５２６と、クランク軸５３０と、吸気バルブスプリング５３２と、ポペットバルブ５１６およびスリーブバルブ５１４の動作を連携させるための装置とが、図５に示されている。この装置は、図５に示されるように、例えば、排気バルブスプリング５３４と、ロッカーアーム５３６と、カム５４０と、吸気バルブプッシュロッド５４２と、吸気バルブアクチュエータ５４４とを有することができる。他の構造は、本発明の主題の範囲内にある。
【００３１】
また、図５に示されるエンジンの構造は、シングル吸気スリーブバルブ５１４と、複数の排気ポート５２４を制御する複数のポペットバルブ５１６と共に使用される。１以上のスパークプラグ５２２もまた、このような構造に適応させるために有利に配置することができる。一実施形態において、吸気スワールポート５２０から出て燃焼容積内に入る燃料液滴をシリンダ壁５２０の方向に方向づけることができ、燃焼容積外部の周辺部の近くの流体混合気をよりリッチに、より簡単に点火させる。この実施形態において、スパークプラグ５２２のための有利な配置は、シリンダ壁５１０の近くの１以上のシリンダヘッド５１２に、そして、図２に示される構造と同じシリンダ壁５１０にある。説明されている混合勾配の生成は、シングルピストンエンジン構造にも対向／デュアルピストンエンジン構造にも用いることができる。
【００３２】
図５に示されているエンジン構造はまた、シリンダ５１０の中心軸近くのシリンダヘッドに、単一の、比較的小さい断面積ポペットバルブ５１６を備えることができる。このポペットバルブ５１６は、スリーブバルブ５１４が排気バルブとしての役割を果たす間、吸気バルブとしての役割を果たすことができる。排気バルブ５１６を制御し、シリンダヘッド５１２の表面積の大部分を占めるポペットバルブ５１６を備えることと比較して、このような構造は、同じ保温（heat retention）特性を達成することができるのではなくて、全体的により高い圧縮比を可能にすることができる。なぜなら、吸気バルブが低温に保たれて、その結果ノック性向（knock propensity）を低減することができるからである。この構造は、供給された流体をシリンダの外部に方向づけて（図３参照）、上述のように、燃焼容積内に低スワール速度（lower swirl velocity）を作り出すことができる。しかし、エンジンの具体的な特徴に応じて、このようなバルブ構造およびもたらされる低スワール状態は、この明細書で説明された１以上の利点をさらに得ることができる。
【００３３】
図６，図７Ａおよび図７Ｂは、本発明の主題と一致するスワールポートを有するスリーブバルブ本体２４０の一連の図を示している。図６は、図３に示されているスワールポート３０２を有しているスリーブバルブ本体２４０のフロントレンダリングを示している。示されているように、スリーブバルブ本体２４０は、エンジン本体２０６に取り付けるための取付板６０２を備えている。上記スワールポート３０２は、スワールポート入口３０６と、スワールポート出口領域３０８とを有している。スワールポート出口領域３０８からシリンダの燃焼容積まで流体が通過することができる、スワールポート出口領域３０８の開口部は、フランジ表面６０４により隠されているので、図６には示していない。また、図６に示されるように、そして、上述したように、スワールポート出口領域３０８の断面積は、スワールポート入口３０６から渦巻き形状のスワールポート出口領域３０８の終端まで減少する。スワールポート３０２の少数の断面積が説明目的だけのために図６に示されており（例えばＡ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５）、図３に示されている断面積に対応している。図６に示されているデザインにおいて、（シリンダの外周により拡大するバルブリフトである）スワールポート出口のエリアプロジェクションは、スワールポート入口３０６における流れ断面積の約２倍である。
【００３４】
シリンダの排気量およびエンジン設計スピードと関連付けながらスワールポート入口３０６における流れ断面積を選択することは、燃焼容積に供給するときの流体３０４の接線速度を定めることができる。正味半径方向速度と併用されるこの接線速度は、流体がバルブ開口部を横切る角度を決定する。この角度は、バルブの有効範囲を決定することができ、この有効範囲は、バルブ開口部およびバルブ開口部のプロジェクテッドエリアを横切る流体流の正弦（サイン）の結果に少なくとも略等しい。図６のスワールポート出口３１０のプロジェクテッドエリアが、スワールポート入口３０６（また、バルブ開口部であるとも考えられ得る）の流れ断面積の２倍であるとき、スワールポート入口３１０を横切る流体流のために、３０°の角度を用いることができる。この方法においては、たとえ流体３０４が、シリンダ２０４の周辺部の周りを回って流れるときに、スワールポート出口領域３０８からスワールポート出口３１０を介してシリンダ２０４まで、継続的に供給されていたとしても、バルブのプロジェクテッドエリアは３０°の正弦により減少して、スワールポート入口３０６からシリンダ２０４内の流体の最終出口まで、流体３０４に略一定の速度が加えられる。
【００３５】
図７Ａおよび図７Ｂは、スワールポート３０２内の空洞４０２の２つのレンダリングを示しており、流体３０４が、スワールポート入口３０６からスワールポート出口領域３０８までの範囲内で移動する。図７Ａおよび図７Ｂにおいて、スワールポート３０２内の空洞４０２は、見やすくするためだけに固形成分として示されている。示されているように、空洞４０２の断面積は、スワールポート入口３０６からスワールポート出口領域３０８の終端形体３１４まで減少する。また図７Ａおよび図７Ｂに示されるように、全空洞４０２は、同一の形状である必要はなく、また、類似の形状である必要も無い。
【００３６】
上文では、ポートを通過する燃料および空気の混合気を説明してきたが、この明細書に記載されたこの主題は、また、直接、シリンダ内燃料噴射を用いた空気のみの流れに適用することもできる。直接噴射は、ガソリン等の燃料のスパーク点火のサイクル、すなわち、ディーゼル等の燃料の上死点への接近を早く行うことができる。燃焼容積の燃料を分配するために１以上の燃料噴射装置を用いることができる。このような構成は、従来のディーゼルカップおよびコーンピストン（つまり対向ピストン構造のピストンを備えるエンジン）と同時に用いて、シリンダの中心において、すでに高いスワールをさらにより高い値に圧縮し、上述のように運動量の保存を利用することができる。
【００３７】
本発明の主題に一致する燃料噴射方策の１つには、燃焼容積の空気の回転速度に比例する速度で燃料を噴射することを含んでいる。例えば、燃料がクランク角度３０°以上で導入され、燃焼容積内部のスワール速度がクランク軸回転スピードの６倍であるエンジンに対して、シリンダの直径により分けられた２つの燃料噴射装置を用いた燃料の供給によって、エアチャージの半分は、燃料が噴射される間に燃料噴射装置の各々を通り過ぎてスイープされ、その結果、空気を通った燃料の均一分配をもたらす。上述の噴射タイミングは、燃焼容積の比較的低い圧力上昇速度を生じさせる。それに代えて、またはそれに加えて、早い噴射は、次の燃料に対する点火遅れを最小化できるように、メイン噴射の前にチャンバ温度および圧力を上昇させるために用いられ得る。短い点火遅れと、より長い噴射期間とが、より低い圧力上昇速度を生じさせる。エンジン構造への負荷を低減することができ、より軽く、コスト効率の高いエンジン構造を可能にする。
【００３８】
一実施形態において、液滴の運動量がシリンダ２０４を横切る経路の最大値の約半分の液滴のみを運ぶことは、寸法が十分に小さい噴射された液滴を作り出すことに有利である。図８Ａおよび図８Ｂは、それぞれ、シリンダの中心軸３１６に沿った方向から見た断面図と、中心軸３１６と垂直な方向から見た断面図とを示している。スワールポート入口３０６と、スワールポート出口３１０を配置しているスワールポート出口領域３０８とを備えるスワールポート３０２は、シリンダ２０４内の燃焼容積に空気を供給する。２つの燃料噴射装置８０２が燃焼容積内の燃料の液滴８０４を方向付けるよう配置されている。ピストン２２０との接触を最小化することは、燃料液滴８０４の噴射された噴煙を広範かつ比較的均一にするのに有利である。さらに、または、その代わりに、ピストン冠８０６は、燃料の液滴８０４の噴煙を回避するよう形成されている。
【００３９】
図９は、シリンダの中心軸３１６に対して略垂直方向に、または、シリンダ壁２３４に対してより接線方向に、スワールポート９００が空気をシリンダ２０４に供給することが可能である一実施形態の特徴を示している。このスワールポート９００は、吸気口９０２を備えていて、この吸気口９０２は、第１セクション９０４と第２セクション９０６とに分けられる。軽負荷時に空気流において、例えばバルブ等によって、第１セクションを閉じる、またはべつの方法でブロックすることができる。その結果、流体は、第２セクション９０６と流体連結しているポート吸気部９０８の一部から出て、ポート吸気部９１０を介してシリンダ２０４に入るため、開放している第２セクション９０６を介して、全ての吸気空気に流体流の接線方向成分を誘導させることができる。第２セクションと流体連結しているポート排気部９０８の一部は、上述のスワールポート出口領域３０８の特徴の一部を有することができる。しかし、図９に示されるように、このポート排気部９０８の一部は、上述および図３に示されるスワールポート出口領域３０８のように、シリンダ２０４の外周に等しい部分を行き来することはできない。第１セクションおよび第２セクションの両方が、より高いエンジン負荷時におけるより高い効率のためのより低い顕著な（pronounced）乱流レベルおよび熱損失と同時に、高い流体流速度を可能にするために開口されている。図１０は、軽負荷時に強化されたスワール速度を作り出すことができる図９に示された実施形態の更なるバリエーションを示している。ポート排気部９０８は、シリンダ２０４の外周をより多く含むよう拡張されており、吸気口９０２の第１セクションが閉じられるときに、第２セクションを介してシリンダ２０４に供給された流体が、シリンダ２０４の外周の大部分に広がるポート排気部９１０を横切って供給され、その結果、より大きな接線速度を与え、燃焼容積により顕著な渦を含むようにする。標準的な駆動状態下において、エンジンは、より軽負荷時に最も高い頻度で動作することができる。強化されたスワール速度は、窒素酸化物（ＮＯＸ）の形成を最小化する効率的動作範囲を広げることができる。
【００４０】
図１１は、低減スワール速度ポート１１００を示している。この低減スワール速度ポート１１０では、ポート速度が一定または略一定に維持される一方で、接線速度を減らすためにシリンダ２０４への供給角度が増加する。この方法において、ポート排気口９１０とポート吸気口９０２との流れ断面面積が上述のものと同じであるならば、シリンダの周辺部全体を使用するのに適切ではない可能性がある。
【００４１】
例えば、上述のスワールポートは、一実施形態において、６のスワール数を有することができ、ピストンが一往復する間に、シリンダ２０４の流体の流れはシリンダ２０４の周囲を６回転する。この状態は、一実施形態において、スワールポートをデザインすることによって達成され、ポート排気口９１０（バルブ）開口部（流体流がポート排気口９１０の開口部に垂直に到達するとしたら、この開口部は４５ｍ秒−１の流速のみをサポートする）で、一定の９０ｍ秒−１の流速を提供することができる。流体の流速を一定に維持することで、この流体３０４は、ポート排気口９１０の開口部に３０°の角度で到達することができ、ポート排気口９１０の実効開口部面積を半分（サイン３０°＝０．５）に事実上減らすことができる。流体がポートを通って流れ、ポート排気口９１０の開口部を通過するときにそのスピードを９０ｍ秒−１で維持するために、接線速度は、９０ｍ秒−１または７８ｍ秒−１の流体流速度にコサイン３０°を掛けたものに等しい。７８ｍ秒−１は、シリンダ２０４の外周（すなわちシリンダの穴直径のπ倍）で割られ、この（実例として５１ｍｍ）直径の穴は、シリンダの穴の外径において１秒に約４８０回転を与える。４８００ｒｐｍ（revolution per minuets（回毎分））時に、これは６のスワール数を作り出す。スワール数を減らしている間に９０ｍ秒−１の流体流速度を維持するために、流体がポート排気口９１０を介してシリンダ２０４に入る角度は、流体流速度の接線方向成分を減らすように大きくする必要がある。例えば、３０°の角度の代わりに６０°の角度で流体流がポート排気口９１０を横切るならば、コサイン６０°は０．５であるから、シリンダ２０４の流体流の接線速度は、９０ｍ秒−１の０．５倍、すなわち、４５ｍ秒−１（上述の実施形態のシリンダにおいて約２４０回転／秒に等しい）であり、従って、３のスワール数を与える。しかし、この改良はまた、サイン３０°の倍数をサイン６０°で割ることによってパート排気口９１０（バルブ開口部）の実効面積を変えることもできる（なぜならば、ポート排気口９１０は、シリンダ２０４の外周の周りの一定幅のスロットのような形状であるため、ポート排気口９１０の実効面積は、上記入射角の正弦、穴の周長、およびポート排気口９１０またはバルブ開口部の高さの所産であるからである）。従って、流体流速度を一定に維持するために、ポート排気口９１０（バルブ開口部）のプロジェクテッドエリアは、サイン３０°をサイン６０°で割った上記比率で低減させるべきである。この低減は、一実施形態において、上記比率でバルブリフト（ポート排気口９１０の開口部の高さ）を減少させることによって、あるいは、排気ポート部９０８（およびポート排気部９１０も同様）が、上記比率によりシリンダ２０４の外周の周りを広がる程度を低減することによって、達成することができる。シリンダ２０４の外周の周りのポート排気口９１０の広がりが低減するならば、流体がより高い半径方向速度と、より遅い接線速度とを有するとき、ポート吸気口９０２の流れ断面面積から０まで、流体をより早く移動させるために、ポート排気部９０８の流れ断面面積を次第に減らすことが必要となる場合がある。この問題に対する一���例となる解決法は、図３に示される終端形体３１４とシリンダ壁２３４との間の角度を６０°に変更して、ポート排気部９０８でシリンダ２０４の外周の周りの３６０°の０．５／０．８６倍＝２０７°を包むことだけであろう。
【００４２】
従って、上述の例により説明されたように、シリンダ２０４のより低いスワール速度は、このシリンダに入る流体のより低い接線速度を必要とする場合がある。しかし、同じ流速度を維持することは、それに応じて、より高い半径方向速度をもたらす場合がある。より高い速度時に、流体がポート排気口９１０から出てシリンダ２０４に入るとき、スワールポートにおいて同じ流体速度を維持するならば、ポート排気口９１０のプロジェクテッドエリアを低減する必要があるかもしれない。これは、より短いバルブリフト（スロット形状のポート排気部９０８のより小さい高さ）を用いることによって、あるいは、より短いラップ長（シリンダ２０４の外周の周りのスロット形状のポート排気部のより小さい広がり）によって達成される。
【００４３】
図１２は、シリンダにスワール状態を作り出すことができる吸気ポート１２００の他の例を示している。羽根１２０２を動作するスプリングまたはスロットルは、低負荷時に、ポート吸気口９０２の一面に流体流を方向づけるために用いることができ、そして、高負荷時に、流体流がシリンダの周りの両方向に方向づけることを可能にすることができる。羽根１２０２は、効率的動作限界をより強化するため、低負荷時に特に高い接線速度を与えることができる。
【００４４】
図１３は、内燃機関を動作するための方法を説明するプロセスフローチャートを示している。１３０２において、この方法は、スワールポートを介して内燃機関のシリンダ内の燃焼容積に流体を供給することを含んでいる。この燃焼容積は、少なくともシリンダ内のシリンダ壁およびピストンによって定められている。１３０４において、供給された流体は、シリンダ壁の曲線の接線に対して所定の角度をなして所定の流速で、シリンダの周辺部の周りを回るように方向づけられる。１３０６において、供給された流体を方向づけることによって、流体に点火する前に燃焼容積内に渦運動が生成される。この渦運動は、ピストンの１サイクル中に、流体により作り出されるシリンダの周りを回る回転数を表わすスワール数により数値化されるスワール速度で生じる。
【００４５】
この明細書に記載された主題は、望ましい構造に応じて、システム、装置、方法、および／または品物で具体化することができる。上述の記載で説明された実施形態は、この明細書に記載された主題と一致する全ての実施形態を示していない。むしろ、これらは、記載されている主題に関連している態様に一致する幾つかの例にすぎない。いくつかのバリエーションが上記で詳細に説明されたが、他の改良または追加が可能である。特に、更なる特徴および／またはバリエーションは、この明細書で説明されたものに加えて提供され得る。例えば、上述の実施形態は、開示された特徴の様々なコンビネーションおよびサブコンビネーション、および／または、上述の複数の更なる特徴のコンビネーションおよびサブコンビネーションに導かれ得る。さらに、添付の図面に示されている、および／または、この明細書に記載されている論理の流れは、望ましい結果を得るための示された特定の順番、または起こった順番を必ずしも必要としない。他の実施形態も、本発明の特許請求の範囲の範囲内にあり得る。
【図１】
2013502533.tif 000003
【図２】
2013502533.tif 000004
【図３】
2013502533.tif 000005
【図４】
2013502533.tif 000006
【図５】
2013502533.tif 000007
【図６】
2013502533.tif 000008
【図７Ａ】
2013502533.tif 000009
【図７Ｂ】
2013502533.tif 000010
【図８Ａ】
2013502533.tif 000011
【図８Ｂ】
2013502533.tif 000012
【図９】
2013502533.tif 000013
【図１０】
2013502533.tif 000014
【図１１】
2013502533.tif 000015
【図１２】
2013502533.tif 000016
【図１３】
2013502533.tif 000017
【国際調査報告】
2013502533.tif 000018
2013502533.tif 000019