(57)【要約】エンジンは表面を備える第１ピストンを有し、第１ピストンの表面は第１ピストンの内部のほぼ円筒形のチャンバと、ほぼ円筒形のチャンバへの通路とを画定する。１つまたは複数の第２ピストンが、ほぼ円筒形のチャンバの内部で往復動し、かつほぼ円筒形のチャンバと協働して燃焼室を画定するように構成される。燃料噴射装置が、少なくとも部分的に第１ピストン内の通路を通って延び、燃焼室内に燃料を噴射するように構成される。第１ピストンは燃料噴射装置に対して往復動するように構成される。
2013510265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ピストンであって、該第１ピストンの内部のほぼ円筒形のチャンバ、および前記ほぼ円筒形のチャンバ内への通路を画定する表面を有する前記第１ピストンと、
前記ほぼ円筒形のチャンバの内部において往復動し、かつ前記ほぼ円筒形のチャンバと協働して燃焼室を画定するように構成される１つまたは複数の第２ピストンと、
前記燃焼室内に燃料を噴射するために、少なくとも部分的に前記第１ピストンの通路を通って延びる燃料噴射装置とを備えるエンジンであって、
前記第１ピストンは前記燃料噴射装置に対して往復動するように構成されるエンジン。
【請求項２】
前記燃料噴射装置は、前記第１ピストンが往復動するときに、前記第１ピストンに対して前記通路の内部において往復動するように構成される請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記エンジンは、エンジン筐体をさらに備え、
前記燃料噴射装置は前記エンジン筐体に対して静止している請求項１に記載のエンジン。
【請求項４】
前記第１ピストンは前記エンジン筐体に対して、第１軸線に沿って往復動するように構成され、
前記１つまたは複数の第２ピストンは前記第１ピストンに対して、第２軸線に沿って往復動するように構成され、
前記第２軸線は前記第１軸線に直交している請求項３に記載のエンジン。
【請求項５】
前記第１ピストンは表面を有するニップルを備え、前記ニップルの表面は少なくとも部分的に前記ほぼ円筒形のチャンバへの前記通路を画定する請求項１に記載のエンジン。
【請求項６】
前記ニップルは、環状シール部材を収容するための環状凹部を画定する表面を有する請求項５に記載のエンジン。
【請求項７】
前記環状凹部は前記ニップルの最遠端の近傍に位置する請求項６に記載のエンジン。
【請求項８】
少なくとも一部が前記環状凹部内に配置され、前記燃焼室をシールする環状シール部材をさらに備える請求項６に記載のエンジン。
【請求項９】
前記環状シール部材は、前記燃焼室に向かって先細に傾斜した断面形状を備える内部の孔を有する請求項８に記載のエンジン。
【請求項１０】
前記環状シール部材は、山状の断面形状を有する内部の孔を備える請求項８に記載のエンジン。
【請求項１１】
前記環状シール部材は、前記燃料噴射装置のシール部に対して、ゆるい締まり嵌めを形成する請求項８に記載のエンジン。
【請求項１２】
前記燃料噴射装置の前記シール部は、前記シールの耐久性を強化するための薬剤で被膜される請求項１１に記載のエンジン。
【請求項１３】
前記薬剤はモリブデンを含む請求項１２に記載のエンジン。
【請求項１４】
前記燃料噴射装置が前記燃焼室内に最大に延びた状態における位置と、前記燃焼室から最も離間した状態における位置とのおよそ中間の行程に位置するときに、前記燃料噴射装置は燃料を前記燃焼室内に噴射するように構成される請求項１に記載のエンジン。 
【請求項１５】
前記ほぼ円筒形のチャンバの内部において、相互に対向して配置される２つの第２ピストンを備え、
前記燃焼室は対向する２つの第２ピストンの間の空間を有する請求項１に記載のエンジン。
【請求項１６】
前記第１ピストンは、
前記第１ピストンの第１側部に配置された１つまたは複数の燃焼室吸気弁と、
前記第１側部に対向する前記第１ピストンの第２側部に配置された１つまたは複数の燃焼室排出弁とをさらに備え、
前記燃料噴射装置は前記第１ピストンの第１側部から燃料を前記燃焼室に噴射するように構成される請求項１に記載のエンジン。
【請求項１７】
小型圧縮着火式のエンジンとして実装される請求項１に記載のエンジン。
【請求項１８】
前記燃料噴射装置の一部分の周りにおいて前記燃焼室をシールするように構成される環状シール部材をさらに備える請求項１に記載のエンジン。
【請求項１９】
小型圧縮着火式のエンジンであって、
エンジン筐体と、
前記エンジン筐体内に配置された第１ピストンであって、該第１ピストンの内部のほぼ円筒形のチャンバ、および前記ほぼ円筒形のチャンバ内への通路を画定する表面を有する前記第１ピストンと、
対向する第２ピストンであって、該第２ピストンは前記ほぼ円筒形のチャンバ内部において往復動し、前記ほぼ円筒形のチャンバと協働して、前記対向する第２ピストンの間に燃焼室を画定するように構成される前記第２ピストンと、
前記エンジン筐体に対して静止する燃料噴射装置であって、前記燃焼室内に燃料を噴射するために、少なくとも部分的に前記第１ピストンの通路を通って延びる前記燃料噴射装置とを備えるエンジンであって、
前記第１ピストンは前記エンジン筐体および前記燃料噴射装置に対して往復動するように構成されるエンジン。
【請求項２０】
前記第１ピストンは、エンジン筐体に対して、第１軸線に沿って往復動するように構成され、
前記第２ピストンは、前記第１ピストンに対して、第２軸線に沿って往復動するように構成され、
前記第２軸線は前記第１軸線に直交している請求項１８に記載のエンジン。
【請求項２１】
前記第１ピストンは表面を有するニップルを備え、前記ニップルの表面は少なくとも部分的に前記ほぼ円筒形のチャンバ内への前記通路を画定し、
前記ニップルは、環状シール部材を収容するための前記ニップルの最遠端の近傍に環状凹部を画定する表面を有し、
前記環状凹部は前記ニップルの最遠端の近傍に位置し、
環状シール部材が少なくとも部分的に前記環状凹部の内部に配置され、かつ前記燃焼室をシールするように構成される請求項１８に記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関における燃料の噴射に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関では、燃料および空気などの酸化剤が、燃焼室において燃焼させられる。その結果として膨張する高温かつ高圧のガスが、たとえばピストンなどのエンジンの可動構成部品に力を加えて作動させ、それによって、機械的エネルギが発生する。
【０００３】
内燃機関は幅広い用途で用いられており、その用途には、たとえば、自動車、オートバイ、船舶推進装置および発電などが含まれる。
内燃機関は、一般に、小型かつ高効率であることが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は内燃機関の燃料噴射システムに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様では、エンジンは表面を有する第１ピストン（「低圧ピストン」ともいう）を含み、第１ピストンの表面はエンジン内部のほぼ円筒形のチャンバと、ほぼ円筒形のチャンバ内への通路を画定する。１つまたは複数の第２ピストン（「高圧ピストン」ともいう）が、ほぼ円筒形のチャンバの内部において往復動し、かつほぼ円筒形のチャンバと協働して燃焼室を画定するように構成される。燃料噴射装置が、燃焼室内に燃料を噴射するために、少なくとも部分的に通路を通って延びるように構成される。さらに、第１ピストンは燃料噴射装置に対して往復動するように構成される。
【０００６】
特定の実施形態では、燃料噴射装置は、第１ピストンが往復動するときに、第１ピストンに対して通路の内部において往復動するように構成される。
エンジンの典型的な実施形態はエンジン筐体を含み、エンジンの作動中、燃料噴射装置はエンジン筐体に対して静止している。このような実施形態のいくつかでは、第１ピストンはエンジン筐体に対して、第１軸線に沿って往復動するように構成され、１つまたは複数の第２ピストンは第１ピストンに対して、第２軸線に沿って往復動するように構成される。これらの例では、第２軸線は第１軸線に直交している。
【０００７】
特定の実施形態では、第１ピストンは表面を有するニップルを備え、ニップルの表面は少なくとも部分的にほぼ円筒形のチャンバへの通路を画定する。いくつかの例では、ニップルは、環状シール部材を収容するための環状凹部を画定する表面を有する。環状凹部は、典型的には、ニップルの最遠端の近傍に位置する。
【０００８】
いくつかの実施形態におけるエンジンは環状シール部材を含み、環状シール部材は少なくとも部分的に環状凹部内に配置され、燃焼室をシールする。環状シール部材は、燃焼室に向かって先細に傾斜した断面形状を有し、内部の孔を有することもある。環状シール部材は山形状の断面輪郭を備える内部の孔を備えても良い。
【０００９】
環状シール部材は、典型的には、燃料噴射装置のシール部に対してゆるい締まり嵌めを形成する。
典型的な実施形態では、燃料噴射装置のシール部は、シールの耐久性を強化するための薬剤で被膜されている。たとえば、薬剤はモリブデンを含むこともある。
【００１０】
特定の実施形態によると、燃料噴射装置が、燃焼室内に最大に延びた状態における位置と燃焼室から最も離間した状態における位置との間のおよそ中間の行程に位置するときに、燃料噴射装置は燃料を燃焼室内に噴射するように構成される。
【００１１】
いくつかの実施形態では、エンジンは、ほぼ円筒形のチャンバの内部において、相互に対向して配置される２つの第２ピストンを有する。これらの実施形態では、燃焼室は対向する２つの第２ピストンの間の空間を含む。
【００１２】
特定の実施形態によれば、第１ピストンは、第１ピストンの第１側部に配置された１つまたは複数の燃焼室吸気弁と、第１側部に対向する第１ピストンの第２側部に配置された１つまたは複数の燃焼室排出弁とを含む。燃料噴射装置は第１ピストンの第１側部から、燃料を燃焼室内に噴射するように構成される。
【００１３】
エンジンは、たとえば、小型圧縮着火式のエンジンであって良い。エンジンは、燃料噴射装置の一部分の周りに置いて燃焼室をシールするように構成される環状シール部材を含むこともある。
【００１４】
別の態様では、小型圧縮着火式のエンジンは、エンジン筐体と、エンジン筐体内に配置された第１ピストンであって、第１ピストンの内部のほぼ円筒形のチャンバ、およびほぼ円筒形のチャンバ内への通路を画定する表面を有する第１ピストンと、対向する第２ピストンであって、第２ピストンはほぼ円筒形のチャンバ内部を往復動し、ほぼ円筒形のチャンバと協働して、対向する第２ピストンの間に燃焼室を画定するように構成される第２ピストンと、エンジン筐体に対して静止する燃料噴射装置であって、燃焼室内に燃料を噴射するために、少なくとも部分的に第１ピストンの通路を通って延びる燃料噴射装置とを含む。第１ピストンは、エンジン筐体および燃料噴射装置に対して往復動するように構成される。
【００１５】
特定の実施形態では、第１ピストンはエンジン筐体に対して、第１軸線に沿って往復動するように構成され、第２ピストンは第１ピストンに対して、第２軸線に沿って往復動するように構成される。第２軸線は第１軸線に直交している。
【００１６】
特定の実施形態によれば、第１ピストンは表面を有するニップルを備え、ニップルの表面は少なくとも部分的にほぼ円筒形のチャンバへの通路を画定する。ニップルは、ニップルの最遠端の近傍に、環状シール部材を収容するための環状凹部を画定する表面を有する。環状凹部はニップルの最遠端の近傍に位置し、環状シール部材は少なくとも部分的に環状凹部の内部に配置され、かつ燃焼室をシールするように構成される。
【００１７】
「高圧」および「低圧」という用語は、ここでは「ピストン」を説明するために用いられる。これらの用語は説明の便宜上用いられるに過ぎず、別段の指示がない限り、限定的なものとして理解されるべきではない。さらに、「上」および「下」という用語は本出願を通じて、様々な部品の動作を説明するために用いられる。前述の用語およびその他の関連する用語も説明の便宜上用いられるに過ぎず、別段の指示がない限り、限定的なものとして理解されるべきではない。
【発明の効果】
【００１８】
特定の実施形態では、下記のような１つ以上の利点が存在する。
たとえば、小型で高効率なエンジンを生産することができる。該エンジンは、同等の出力を有する従来のエンジンより４倍から６倍も小型であり得る。さらに、前記エンジンは、現在利用可能なディーゼルエンジンより２２％から３２％も効率的であり得る。さらに、該エンジンは作動時に、非常に低レベルの振動を発生させるのみである。さらに、該エンジンは非常に低レベルの窒素酸化物（ＮＯｘ）を排出するのみである。
【００１９】
本明細書で開示する技術は、前述のエンジン内に燃料を噴射するための簡便で信頼できる技術を含む。より具体的には、動作中の（即ち、往復動中の）燃焼室内に安全かつ効率的に、燃料を噴射可能な噴射方式が開示される。
【００２０】
他の特徴および利点が、明細書、図面および特許請求の範囲の記載から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】エンジンの破断斜視図。
【図２Ａ】エンジン動作中の特定の時点におけるエンジンの側部断面図。
【図２Ｂ】エンジン動作中の特定の時点におけるエンジンの側部断面図。
【図２Ｃ】エンジン動作中の特定の時点におけるエンジンの側部断面図。
【図２Ｄ】エンジン動作中の特定の時点におけるエンジンの側部断面図。
【図２Ｅ】エンジン動作中の特定の時点におけるエンジンの側部断面図。
【図２Ｆ】エンジン動作中の特定の時点におけるエンジンの側部断面図。
【図３Ａ】図２Ａから図２Ｆの燃料噴射装置および燃焼室の概略断面図であって、燃料噴射装置が燃焼室に進入および退出する様子を示す図。
【図３Ｂ】図２Ａから図２Ｆの燃料噴射装置および燃焼室の概略断面図であって、燃料噴射装置が燃焼室に進入および退出する様子を示す図。
【図３Ｃ】図２Ａから図２Ｆの燃料噴射装置および燃焼室の概略断面図であって、燃料噴射装置が燃焼室に進入および退出する様子を示す図。
【図３Ｄ】図２Ａから図２Ｆの燃料噴射装置および燃焼室の概略断面図であって、燃料噴射装置が燃焼室に進入および退出する様子を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は小型の圧縮着火エンジンなどのエンジン１００の破断斜視図である。
示されるエンジン１００はエンジン筐体１０２を備えている。吸気シリンダヘッド１０３がエンジン筐体１０２の下部に連結しており、排気シリンダヘッド１０５がエンジン筐体１０２の上部に連結している。
【００２３】
第１ピストン（「低圧ピストン」ともいう）１０４はエンジン筐体１０２の内部に配置されており、エンジンの作動時に、エンジン筐体１０２に対して、ｙ軸に沿って（つまり、示される実施形態においては鉛直方向に沿って）往復動するように構成されている。
【００２４】
低圧ピストンアセンブリ１０４は、内部にほぼ円筒形のチャンバ１０６を画定する表面を有し、ほぼ円筒形のチャンバ１０６は低圧ピストンの移動軸線に直交する軸線に沿って延びている。より具体的には、図示するように、チャンバ１０６は水平方向に沿って、つまりｘ軸に沿って延びている。示される実施形態では、チャンバ１０６は全長にわたってほぼ均一の寸法を有している。
【００２５】
水平方向に沿って対向する一対の第２ピストン（「高圧ピストン」ともいう）１１２ａ、１１２ｂが、チャンバ１０６内に収容されている。
各高圧ピストン１１２ａ、１１２ｂは、エンジンの作動時に、水平な軸線（即ち、ｘ軸）に沿って、チャンバ１０６に対して、チャンバ１０６の内部で往復動するように構成されている。各高圧ピストン１１２ａ、１１２ｂは、関連のクランクシャフト１１４ａ、１１４ｂに連結されている。それぞれのクランクシャフトの回転軸線の周りにおける高圧ピストン１１２ａ、１１２ｂの移動は、低圧ピストン１０４を鉛直軸線に沿って往復動させる。
【００２６】
クランクシャフト１１４ａ、１１４ｂの各々は、クランクシャフトの支持点として作用する主ジャーナル軸受と、高圧ピストンに対する連結点として作用する１つまたは複数のジャーナルとを有する。クランクシャフト１１４ａ、１１４ｂは、それぞれ関連する主ジャーナル軸受によって規定される回転軸線の周りを回転する。クランクシャフト１１４ａ、１１４ｂは、一般に、チャンバ１０６の内部における関連の高圧ピストン１１２ａ、１１２ｂの直線的な往復運動を回転運動に変換する。
【００２７】
示される実施形態では、図示するように、高圧ピストン油冷却管１１６ａ、１１６ｂが各高圧ピストンを通って延びている。一般に、冷却用油が、クランクシャフト１１４ａ、１１４ｂの通路、および高圧ピストン油冷却管１１６ａ、１１６ｂを通って供給され、高圧ピストンを冷却する。
【００２８】
示される図では、各高圧ピストン１１２ａ、１１２ｂはほぼ上死点に位置しており、即ち、各高圧ピストン１１２ａ、１１２ｂは、クランクシャフトの回転軸線から最も離間した位置に配置されている。典型的な実施形態では、共通のチャンバ１０６内における各高圧ピストン１１２ａ、１１２ｂは、ほぼ同時に上死点に到達する。この構成は、高圧ピストンの個々の運動量の平衡を維持するように作用する。
【００２９】
作動中に、高圧ピストン１１２ａ、１１２ｂは、チャンバ１０６に対して、低圧ピストンの移動する方向に沿った移動軸線に直交する軸線に沿って往復動する。たとえば、示される実施形態では、高圧ピストン１１２ａ、１１２ｂはチャンバ１０６に対してｘ軸に沿って往復動し、低圧ピストン１０４はｙ軸に沿って往復動する。
【００３０】
エンジンの燃焼室１１８は、チャンバ１０６の内部において高圧ピストン１１２ａの最遠端と高圧ピストン１１２ｂの最遠端との間に位置する。燃料が燃焼室１１８の内部で燃焼するときに、高圧ピストン１１２ａ、１１２ｂは、燃焼の結果として発生する爆発の力によって、相互に離間するように駆動される。
【００３１】
燃焼室１１８は低圧ピストン１０４の内部に位置し、エンジンの稼働中に低圧ピストン１０４がエンジン筐体１０２に対して往復動するため、燃焼室１１８もエンジンの作動時に、エンジン筐体１０２に対して往復動する。
【００３２】
低圧ピストン１０４は通路１２０（即ち、開口部）を画定する表面を有し、通路１２０は低圧ピストン１０４を貫通して燃焼室１１８まで延びている。通路１２０は、燃焼室１１８内に燃料を供給するために燃料噴射装置の一部が通路１２０を通って延びることができるように定められた寸法の内径を有する。
【００３３】
高圧燃料供給管（図１には図示せず）に接続することができる接続部分１２４と、接続部分１２４から延在する摺動部分１２６と、摺動部分１２６の最遠端にある燃料噴射ノズル１２８とを含む燃料噴射装置１２２が設けられる。燃料噴射装置は１つまたは複数の内部通路を有し、内部通路は燃料を高圧燃料供給管から燃焼室１１８まで給送する。
【００３４】
典型的な実施形態では、燃料噴射装置の摺動部分１２６は比較的平滑で均一な外面を有し、それによって、比較的容易に低圧ピストン１０４の通路１２０を通って摺動できる。特定の実施形態では、摺動部分の外面はほぼ円筒形であり、低圧ピストン１０４の通路１２０はほぼ円筒形である。
【００３５】
示される実施形態では、燃焼室１１８への通路１２０と、通路１２０を通って延びる燃料噴射装置１２２の摺動部分１２６との両方は、ほぼ円筒形である。さらに、燃焼室１１８への通路１２０と、通路１２０を通って延びる燃料噴射装置１２２の摺動部分１２６との両方は、全長にわたってほぼ均一な寸法を有する。
【００３６】
示される実施形態では、燃料噴射装置１２２は、その摺動部分１２６が少なくとも部分的に低圧ピストン１０４の通路１２０内に延びるように構成されている。摺動部分１２６は通路１２０内で往復動することができる。
【００３７】
燃料噴射装置１２２は、エンジン１００の作動時に、燃料噴射装置１２２がエンジン筐体１０２に対して、ほぼ静止し続けるように支持される。例示する燃料噴射装置１２２は、たとえば、エンジン筐体１０２に直接連結される。エンジン１００の作動時に、燃焼室１１８がエンジン筐体１０２に対して移動している場合においても、燃料噴射装置１２２がエンジン筐体１０２に対して静止し続けることが一般に望ましい。その理由は、エンジンの作動時に、燃料噴射装置１２２が静止し続ける場合、燃料を燃料噴射装置１２２に供給し、かつ通常は非常に剛性的である高圧燃料供給管（図１には図示せず）が、燃料噴射装置１２２に、より確実に接続できるためである。
【００３８】
典型的には、環状シール（図１では見えない）が通路１２０内に設けられ、燃料噴射装置１２２の摺動部分１２６に対してシールすることによって、エンジン１００の作動時に、燃料噴射装置１２２の摺動部分１２６と通路１２０の表面との間の空間における燃焼室１１８からの燃焼ガスの望ましくない排出が防止される。
【００３９】
燃料噴射装置１２２は、低圧ピストン１０４が燃料噴射装置１２２に対してｙ軸に沿って往復動するときに、燃料噴射装置１２２の摺動部分１２６が通路１２０内で摺動して往復動するように構成される。典型的な実施形態では、燃料噴射装置１２２の摺動部分１２６と通路１２０との間における相対的な摺動動作によって、燃料噴射装置の摺動部分の最遠端にある燃料噴射ノズル１２８は、燃焼室１１８内への進入および燃焼室１１８からの退出を行なう。
【００４０】
燃料噴射装置１２２は、エンジンの動作中に、燃料を燃焼室１１８内に適時噴射して、燃焼室１１８の内部の燃料燃焼を促進するように構成されている。
吸気予圧室１３０が、エンジン筐体１０２の内部において低圧ピストン１０４の下方に位置する。吸気予圧室１３０は、低圧ピストン１０４の底面１３２と、低圧ピストン１０４の底面１３２から下方へ延びるフレア状円筒壁１３４と、吸気シリンダヘッド１０３の内面１３６とによって画定されている。
【００４１】
一対の環状溝１３８が、フレア状円筒壁１３４における最遠端の近傍の外面に形成されている。典型的な実施形態では、各溝１３８はピストンリング（図示せず）を収容する。低圧ピストン１０４がエンジン筐体１０２に対して上下動するときに、ピストンリングは吸気シリンダヘッド１０３の内面１３６に接触して（または内面１３６の近傍で）摺動する。ピストンリングは、エンジンの作動時に、吸気予圧室１３０からの空気の望ましくない漏出を低減するように作用する。
【００４２】
吸気弁１４０が、吸気予圧室１３０への気流を制御するために設けられる。吸気弁１４０は、たとえば、バネ荷重式でもよく、一般に、エンジンの作動中に、気流を吸気予圧室１３０内に適時取り込むように作動可能である。示される実施形態では、吸気弁１４０は吸気シリンダヘッド１０３に連結されて、支持される。
【００４３】
１つまたは複数の燃焼室吸気弁（図１には図示せず）が、吸気予圧室１３０とエンジンの燃焼室１１８との間に配置される。燃焼室吸気弁は、一般に、エンジンの作動時に、吸気予圧室１３０からエンジンの燃焼室１１８内へ空気を適時流入させるように作動可能である。
【００４４】
排気室１４２が、エンジン筐体１０２の内部において低圧ピストン１０４の上方に位置する。吸気予圧室１３０と同様に、排気室１４２は、低圧ピストン１０４の上面１４４と、低圧ピストン１０４の上面１４４から上方へ延びるフレア状円筒壁１４６と、排気シリンダヘッド１０５の内面１４８とによって画定されている。
【００４５】
吸気予圧室１３０と同様に、一対の環状溝１５０が、フレア状円筒壁１４６の最遠端の近傍の外面に形成されている。典型的な実施形態では、各溝１５０はピストンリング（図示せず）を収容するような寸法を有する。低圧ピストン１０４がエンジン筐体１０２に対して上下動するときに、ピストンリングは排気シリンダヘッド１０５の内面１４８に接触して（または内面１４８の近傍で）摺動する。ピストンリングは、エンジンの作動時に、排気室１４２からの排気ガスの望ましくない漏出を低減させるように作用する。
【００４６】
ピストンリングと吸気シリンダヘッド１０３の内面１３６との接触（または静合）、およびピストンリングと排気シリンダヘッド１０５の内面１４８との接触（または静合）は、低圧ピストンがエンジン筐体１０２の内部において上下動するときに、低圧ピストンの配向性の指標となる（即ち、低圧ピストンの配向性を規制する）ように作用する。
【００４７】
１つまたは複数の燃焼室排気弁（図１には図示せず）が、エンジンの燃焼室１１８と排気室１４２との間に配置される。燃焼室排気弁は、典型的に、エンジンの作動中に、適時燃焼室１１８から排気ガスを排出して、排気室１４２内へ流入させるように作動可能である。
【００４８】
エンジン排気弁１５２が、排気室１４２から排出される排気ガス流を制御するために設けられる。エンジン排気弁１５２は、たとえば、バネ荷重式でもよく、一般に、エンジンの作動中に、適時排気室１４２から排気ガスを排出するように作動可能である。示される実施形態では、エンジン排気弁１５２は排気シリンダヘッド１０５に連結されて、支持されている。
【００４９】
図２Ａから図２Ｆは、それぞれエンジン作動中の特定の時点におけるエンジン２００の側部断面図である。
これらの図では、低圧ピストン２０４はエンジン筐体２０２に対して上下方向に沿って往復動することが示されている。さらに、高圧ピストン２１２ａ、２１２ｂは低圧ピストン２０４の内部で、相互に接近するように、および相互に離間するように移動して、往復動することが示されている。
【００５０】
燃料噴射装置２２２は吸気シリンダヘッド２０３に固定され、吸気シリンダヘッド２０３はエンジン筐体２０２に固定され、それによって、低圧ピストン２０４が上下動するときに、燃料噴射装置２２２の摺動部分２２６は低圧ピストン２０４の通路２２０を通って摺動する。したがって、示される実施形態では、燃料噴射装置２２２の上部の最遠端に位置する燃料噴射ノズル２２８はエンジンの燃焼室２１８内に進入し、また燃焼室２１８から退出する。
【００５１】
図２Ａでは、低圧ピストン２０４はおよそ中間行程にあり、上方へ移動することが示されている。低圧ピストンが図２Ａの位置にあるとき、燃料噴射装置の摺動部分２２６の最遠端に位置する燃料噴射ノズル２２８は、短い距離だけ燃焼室２１８内に延びている。高圧ピストン２１２ａおよび２１２ｂは、ほぼ上死点に位置する。典型的な実施形態では、燃料噴射装置２２２は、低圧ピストン２０４および高圧ピストン２１２ａ、２１２ｂがほぼ図２Ａの位置にあるときに、燃料を燃焼室２１８内に噴射する。
【００５２】
噴射された燃料は燃焼室２１８の内部で点火される。燃料の点火装置は、燃焼室２１８の内部にほぼ収容されている。燃焼室２１８の内部で結果として生じる燃焼ガスの爆発および膨張によって、高圧ピストン２１２ａ、２１２ｂは、相互に離間するように移動する。高圧ピストン２１２ａ、２１２ｂが離間すると、クランクシャフト２１４ａは特定方向（矢印「ａ」で示す方向）に回転させられ、クランクシャフト２１４ｂは逆の方向（矢印「ｂ」で示す方向）に回転させられる。高圧ピストン２１２ａ、２１２ｂが相互に離間するように移動すると、低圧ピストン２０４はエンジン筐体２０２に対して、上方へ移動する。
【００５３】
図２Ａでは、エンジン吸気弁２４０は開放位置にある。典型的な実施形態では、吸気弁２４０は、低圧ピストン２０４がエンジン筐体２０２の内部で上方へ移動するほぼ全体の時間にわたって、開放位置に維持される。これによって、低圧ピストン２０４が上方へ移動する間に、空気はエンジンの吸気弁２４０を通じてエンジン内に流入し得る。
【００５４】
図２Ａでは、燃焼室吸気弁２７０および燃焼室排気弁２７２は閉鎖位置にある。これによって、燃焼室２１８の内部で膨張する燃焼ガスが、吸気予圧室２３０および排気室２４２のいずれかに流入することが防止される。
【００５５】
低圧ピストン２０４がエンジン筐体２０２の内部で上方へ移動するとき、フレア状円筒壁２３４の外面の溝２３８に収容されたピストンリングは、吸気シリンダヘッド１０３の内面２３６に接触した状態、または少なくとも非常に接近した状態に維持される。これによって、吸気予圧室２３０は、エンジン筐体２０２の内部の低圧ピストン２０４の周囲の他の区域からほぼシールされる。このように、低圧ピストンの上昇移動は吸気予圧室２３０内に低圧環境を生成する傾向にある。これによって、エンジンの周囲環境から吸気予圧室２３０内に空気が取り込まれる。
【００５６】
図２Ａでは、エンジンの排気室２４２は、燃焼室２１８にて以前に発生した燃焼現象から排出された燃焼ガスを収容する。エンジン２００の排気弁２５２は開放位置にあり、それによって、排気室２４２の内部の燃焼ガスをエンジン２００から排出させることができる。典型的な実施形態では、排気弁２５２は、低圧ピストン２０４がエンジン筐体２０２の内部において上方へ移動する時間の少なくとも一部にわたって、開放位置に維持される。
【００５７】
低圧ピストン２０４がエンジン筐体２０２の内部で上方へ移動するとき、フレア状円筒壁２４６の外面に形成された溝２５０に収容されるピストンリングは、排気シリンダヘッド１０５の内面２４８に接触した状態、または少なくとも非常に接近した状態に維持される。これによって、エンジンの排気室２４２は、エンジン筐体２０２の内部の他のエンジン区域からほぼシールされる。エンジンの排気弁２５２が開放しているときに低圧ピストンが上昇移動をすることによって、エンジン２００から燃焼ガスが押し出される。
【００５８】
図２Ｂは、エンジン筐体２０２の内部において行程の最上端に位置する低圧ピストン２０４を示す。低圧ピストン２０４がこの位置にあるとき、高圧ピストン２１２ａ、２１２ｂは上死点（図２Ａ）と下死点（図２Ｄ）との間のほぼ中間まで移動している。図２Ａ及び図２Ｂの間では、クランクシャフト２１４ａ、２１４ｂはそれぞれの軸線の周りに約９０度だけ回転している。
【００５９】
図２Ｂでは、エンジン吸気弁２４０およびエンジン排気弁２５２は閉鎖位置にある。特定の実施形態では、低圧ピストン２０４が、排気弁２５２に最も接近する行程末端に到達するのとほぼ同時に、エンジン吸気弁２４０およびエンジン排気弁２５２は閉鎖する。
【００６０】
さらに、図２Ｂでは、燃焼室吸気弁２７０および燃焼室排気弁２７２は閉鎖している。この事実によって、燃焼室２１８の内部で膨張している燃焼ガスは燃焼室２１８の内部に封じ込められる。
【００６１】
低圧ピストン２０４が図２Ａに示す位置と図２Ｂに示す位置との間を移動するとき、エンジン筐体２０２に対して静止した状態に維持されている燃料噴射装置２２２の摺動部分２２６は、通路２２０内において摺動する。図２Ｂでは、低圧ピストン２０４は、燃料噴射装置の摺動部分２２６の遠位部のわずか一部分のみが通路２２０内に位置するように、燃料噴射装置２２２に対して配置されている。燃料噴射装置２２２の上部の最遠端における燃料噴射ノズル２２８は、燃焼室２１８のほぼ外部に位置する。
【００６２】
典型的な実施形態では、低圧ピストン２０４が図２Ｂに示すような位置にあるとき、シールは燃料噴射装置２２２の摺動部分２２６の周辺に維持されて、通路２２０を介した燃焼ガスの漏洩を防止するか、またはほぼ最小にする。
【００６３】
エンジンの構成部品の移動と、燃焼室２１８の内部の燃焼ガスが膨張を続けることとに少なくとも部分的に起因して、図２Ｂの高圧ピストン２１２ａ、２１２ｂは相互に離間するように移動し続け、クランクシャフト２１４ａ、２１４ｂは回転し続ける。さらに、図２Ｂに示す位置から、低圧ピストンはエンジン筐体２０２の内部において下方へ移動する。
【００６４】
図２Ｃは、図２Ａに示されるように高圧ピストン２１２ａ、２１２ｂが上死点にあるときにクランクシャフト２１４ａ、２１４ｂが存在する位置から約１３５度だけ移動しているクランクシャフト２１４ａ、２１４ｂに対応する構成のエンジン構成部品を示す。
【００６５】
示される構成では、燃焼室２１８の内部の燃焼ガスは膨張を続け、高圧ピストン２１２ａ、２１２ｂは相互に離間するように移動し続ける。低圧ピストン２０４は下方に移動し続ける。
【００６６】
エンジンの吸気弁２４０および燃焼室吸気弁２７０は閉鎖位置にある。したがって、低圧ピストン２０４の下降移動によって、吸気予圧室２３０の内部の空気は圧縮される。
エンジンの排気弁２５２も閉鎖位置にある。燃焼室排気弁２７２は開放しているため、燃焼ガスは燃焼室２１８から排気室２４２に流入できる。典型的には、この状態では、燃焼ガスは依然として膨張し続けている。膨張し続ける燃焼ガスは排気室２４２内に流入することによって、特定の実施形態では、低圧ピストン２０４をエンジン筐体２０２の内部で下方に移動させるように、低圧ピストン２０４を付勢する。特定の実施形態では、この事実によって、エンジンの効率が向上する。さらに、エンジンの排気弁２５２が閉鎖しているため、低圧ピストン２０４の下降移動によって、排気室２４２の内部に低圧環境が生成され、それによって燃焼ガスが燃焼室２１８から排気される。
【００６７】
図２Ｃでは、エンジン筐体２０２に対して静止している燃料噴射装置２２２の摺動部分２２６は、燃焼室２１８に向かって通路２２０を通って摺動する。
図２Ｄは、図２Ａに示されるように、高圧ピストン２１２ａ、２１２ｂが上死点にあるときにクランクシャフト２１４ａ、２１４ｂが存在する位置から約１８０度だけ移動しているクランクシャフト２１４ａ、２１４ｂに対応する構成のエンジン構成部品を示す。したがって、図２Ｄにおける高圧ピストン２１２ａ、２１２ｂは下死点にある。
【００６８】
低圧ピストンは下方へ移動し続ける。特定の実施形態では、図２Ｄに示すサイクルの時点で、燃焼ガスは排気室２４２の内部で膨張を続け、それによって低圧ピストンがエンジン筐体２０２内にて下方へ押圧される。
【００６９】
エンジンの吸気弁２４０および燃焼室吸気弁２７０は閉鎖位置にあり、低圧ピストン２０４の下降移動によって、吸気予圧室２３０の内部の空気は圧縮され続ける。
エンジンの排気弁２５２も閉鎖位置にある。燃焼室排気弁２７２は開放しているため、燃焼ガスは燃焼室２１８から排気室２４２に流入し続けることができる。
【００７０】
図２Ｄでは、エンジン筐体２０２に対して静止している燃料噴射装置２２２の摺動部分２２６は、燃焼室２１８に向かって通路２２０を通って摺動し続ける。
図２Ｅは、図２Ａに示されるように、高圧ピストン２１２ａ、２１２ｂが上死点にあるときにクランクシャフト２１４ａ、２１４ｂが存在する位置から、約２２５度だけ移動しているクランクシャフト２１４ａ、２１４ｂに対応する構成のエンジン構成部品を示す。
【００７１】
低圧ピストンは下方へ移動し続ける。エンジンの吸気弁２４０および排気弁２５２は閉鎖位置にある。
燃焼室吸気弁２７０は開放しているため、吸気予圧室２３０の内部の圧縮空気が燃焼室に流入し得る。圧縮空気の圧力と、低圧ピストン２０４の継続した下降移動とによって、典型的には、大量の空気が燃焼室２１８内に押し込まれる。
【００７２】
燃焼室吸気弁２７０が開放する少し前、または少し後、あるいは開放するとほぼ同時のいずれかの時点で、燃焼室排気弁２７２は閉鎖する。燃焼室排気弁は、典型的にはすべてではない一部の燃焼ガスを燃焼室から排出するように作動可能である。
【００７３】
典型的な実施形態では、燃焼室吸気弁は一度開放すると、（図２Ｆに図示するように）低圧ピストンが行程の最下端に到達するまで開放し続ける。典型的には、燃焼室吸気弁２７０が開放し、低圧ピストン２０４が下方へ移動している間中、空気は燃焼室２１８に押し込まれ続ける。
【００７４】
図２Ｅでは、エンジンの高圧ピストン２１２ａ、２１２ｂは相互に接近するように移動している。典型的な実施形態では、エンジン構成部品が図２Ｅに示すように構成されるとき、２つの高圧ピストン２１２ａ、２１２ｂと、吸気予圧室２３０との間の空間の容積は減少する。容積が減少するにつれて、吸気予圧室２３０から燃焼室２１８内に流入する空気はさらに圧縮される。
【００７５】
さらに、図２Ｅでは、燃料噴射装置２２２の摺動部分２２６は通路２２０を通って燃焼室２１８内において、より深くまで摺動し続ける。エンジンの排気弁２５２および燃焼室排気弁２７２は閉鎖位置にある。
【００７６】
図２Ｆは、図２Ａに示すように、高圧ピストン２１２ａ、２１２ｂが上死点にあるときにクランクシャフト２１４ａ、２１４ｂが存在する位置から、約２７０度だけ移動しているクランクシャフト２１４ａ、２１４ｂに対応する構成のエンジン構成部品を示す。低圧ピストン２０４は行程の最下端にある。高圧ピストン２１２ａ、２１２ｂは相互に接近するように移動し、下死点（図２Ｄ）および上死点（図２Ａ）のおよそ中間にある。図示するように、燃料噴射装置２２２の摺動部分２２６は最も深くまで燃焼室２１８内に延びる。
【００７７】
図２Ｆでは、吸気予圧室２３０のほぼすべての空気が燃焼室２１８に移動させられている。燃焼室吸気弁２７０および燃焼室排気弁２７２は閉鎖位置にある。図２Ｆで示す高圧ピストン２１２ａ、２１２ｂのそれぞれの位置から、高圧ピストン２１２ａ、２１２ｂが相互に接近するように移動し続けることによって、燃焼室２１８の内部の空気をさらに圧縮する。
【００７８】
エンジンの吸気弁２４０は閉鎖位置にある。エンジンの排気弁２５２は閉鎖位置にある。典型的な実施形態では、エンジン構成部品が図示するように構成されるとき、燃焼ガスの膨張はほぼ終了する。
【００７９】
典型的には、図２Ｆで示す位置から低圧ピストン２０４が上方へ移動し始めるとき、または移動開始の直後に、エンジンの吸気弁２４０およびエンジンの排気弁２５２は開放位置へ移行する。
【００８０】
図３Ａから図３Ｄは、図２Ａから図２Ｆの燃料噴射装置２２２および低圧ピストン２０４を示す概略断面図である。
示されるように、低圧ピストン２０４は、ニップル３８０を画定する表面を含み、低圧ピストン２０４の外面はニップル３８０が延在する部分を除いて円筒形であり、ニップル３８０は低圧ピストン２０４の円筒形外面から半径方向外向きに延びている。ニップル３８０は燃焼室２１８に通じる通路２２０を画定する表面を有する。
【００８１】
燃料噴射装置２２２の摺動部分２２６は、図３Ａから図３Ｄのすべてにおいて、少なくとも部分的に通路２２８を通って延びている。低圧ピストン２０４と燃料噴射装置２２２との間の相対的な移動によって、摺動部分２２６は通路の内部を、燃焼室２１８からほぼ退出し、かつ通路２２８に進入する第１位置（図３Ａ）から、燃焼室２１８内へ最も長く延びている第２位置（図３Ｄ）まで摺動する。
【００８２】
典型的な実施形態では、燃料噴射装置２２２の最遠端における燃料噴射ノズルが、短い距離だけ燃焼室２１８内に延びているときに、燃料噴射装置２２２は燃料を噴射するように作動可能である。図３Ｂで示されるように、複数の円錐状のパターン３８２が燃料噴射装置２２２の最遠端から延び、全体として噴射装置２２２からの燃料噴霧パターンが形成される。
【００８３】
示される実施形態では、ニップル３８０は、ニップル３８０の最遠端の近傍に環状凹部３８４を画定する表面を有する。特定の実施形態では、環状凹部３８４は環状シール部材を収容できる寸法および形状を有する。環状シール部材は様々な可能な方法で実装できる。
【００８４】
唯一の選択肢ではない１つの選択肢として、環状シール部材にグラファイト製のギャップレス型フローティングリングを用いて、燃料噴射装置２２２の摺動部分２２６上にゆるい締まり嵌めの状態を形成することができる。このような実施形態では、リングは環状凹部に保持される。通路２２８の孔は、一般に、燃料噴射装置２２２の摺動部分２２６の周囲に十分な空間をもたらし、固着を防止する。これらの実施形態では、リングは環状凹部においてに浮動し、圧力差が上昇するにつれて、圧力差によって環状溝のほぼ平面な外面に接触して静止する。
【００８５】
特定の実施形態では、環状シール部材のリングは、燃焼室２１８に向かって細くなる内部孔を有する。特定の実施形態では、環状シール部材のリングは、山形状の断面を有する内部孔を有する。このような実施形態では、たとえば、山形状の屈曲部、即ち縁部が、燃料噴射装置２２２の摺動部分２２６に接触してもよい。
【００８６】
特定の実施形態では、燃料噴射装置２２２の摺動部分は、たとえばモリブデンなどを含む、耐久性を強化するコーティングで被膜される。
本発明の多数の実施形態を説明してきた。しかし、本発明の精神と権利範囲から逸脱することなく、様々な修正がされ得る。
【００８７】
たとえば、様々なエンジン構成部品の具体的な配置や構成を変更することができる。実際に、特定の実施形態では、任意の構成部品が完全に除外されてもよい。たとえば、特定の実施形態では、低圧ピストンの内部において往復動するように構成される高圧ピストンを１つのみ（即ち、２つではなく）含んでもよい。
【００８８】
さらに、エンジンの作動中に様々な構成部品の相対的な配置および運動方向も変更することができる。したがって、たとえば、特定の実施形態では、低圧ピストンを上下方向に沿って移動する代わりに、左右方向に沿って移動するように構成してもよい。このような実施形態では、高圧ピストンを低圧ピストン内部で上下動するように構成してもよい。
【００８９】
開示した様々な構成部品は、様々な形状および寸法を有しても良い。エンジンの作動中の様々な事象のタイミングを変更してもよい。
本明細書で開示する技術、構成部品およびシステムは、各種の様々なエンジンの態様に関連して構成することができる。たとえば、ディーゼル燃料またはその他の重油で稼働するエンジン、ガソリンまたはアルコールで稼働するエンジン、および火花点火を用いるエンジンまたは火花点火を用いないエンジンなどである。
【００９０】
本明細書で開示する技術を実装するエンジンは、幅広い用途に関連して用いられることができ、たとえば、航空機補助発電ユニット、代替的な小型自動車エンジン、船舶用エンジン、公道用トラックエンジン、軍用無人空中輸送手段、軍事車両エンジンおよび航空機エンジンなどに用いられることができる。
【００９１】
さらに、エンジンは、図１に例示する複数の構成、たとえば、積層型の構成などを含んでも良い。このような実施形態では、結果として構成されるエンジンは、一対のクランクシャフトを含み、層内の各ユニットの高圧ピストンは２つのクランクシャフトのうち関連する１つに連結される。
【００９２】
その他の実施形態が特許請求の範囲内に含まれる。
【図１】
2013510265.tif 000003
【図２Ａ】
2013510265.tif 000004
【図２Ｂ】
2013510265.tif 000005
【図２Ｃ】
2013510265.tif 000006
【図２Ｄ】
2013510265.tif 000007
【図２Ｅ】
2013510265.tif 000008
【図２Ｆ】
2013510265.tif 000009
【図３Ａ】
2013510265.tif 000010
【図３Ｂ】
2013510265.tif 000011
【図３Ｃ】
2013510265.tif 000012
【図３Ｄ】
2013510265.tif 000013
【国際調査報告】
2013510265.tif 000014