(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドおよび燃焼室を有する往復式内燃機関内で使用される、点火プラグを使用することなく電源と協働して誘導加熱により点火を行う誘導駆動型の点火システムであって、
電極を囲み、前記シリンダヘッドに前記燃焼室内に終端する複数の電極先端を有する電極を装着するハウジングと、
前記ハウジング内に配置され、前記電源に電気的に連結された導電要素と、
前記電極と前記導電要素の間に配置された電気絶縁層と、
前記電極と前記シリンダヘッドの間に配置された断熱層と、を備え、
前記電源は前記導電要素に電流を供給する場合に、前記電極の複数の電極先端は前記導電要素と電気的に相互作用し、前記電流は１００ｋＨｚから４５０ｋＨｚの周波数を有する、
誘導駆動型の点火システム。
【請求項２】
ピストン、シリンダヘッド、シリンダ室、および燃焼室を有する往復式内燃機関内で使用され、点火プラグを使用することなく電源と協働して誘導加熱により点火を行う誘導駆動型の点火システムであって、
前記燃焼室の中に突出する少なくとも１つのシリンダヘッドハウジングと、
前記少なくとも１つのシリンダヘッドハウジング内に配置され、前記電源に電気的に連結された少なくとも１つの導電要素と、
前記ピストンの上面に配置され、前記少なくとも１つのシリンダヘッドハウジングに対応する少なくとも１つの高くした要素と、を備え、
前記電源は前記少なくとも１つの導電要素に電流を供給し、前記少なくとも１つの高くした要素が、前記少なくとも１つの導電要素の近くに移動された場合に、前記少なくとも１つの高くした要素は、前記少なくとも１つの導電要素と電気的に相互作用する、
誘導駆動型の点火システム。
【請求項３】
ピストン、シリンダヘッド、シリンダ室、および燃焼室を有する往復式内燃機関内で使用される、点火プラグを使用することなく電源と協働して誘導加熱により点火を行う誘導駆動型の点火システムであって、
前記燃焼室内に配置され、前記電源に電気的に接続された導電コイルと、
前記ピストンの上方表面に配置され、前記導電コイルの形状に対応する少なくとも１つの鉄要素と、を備え、
前記電源が前記導電コイルに電流を供給し、前記少なくとも１つの鉄要素が前記導電コイルに密接して接近する場合に、前記ピストンの前記少なくとも１つの鉄要素は前記導電コイルと電気的に相互作用する、
誘導駆動型の点火システム。
【請求項４】
燃焼室を有する往復式内燃機関内で使用される、点火プラグを使用することなく誘導加熱により点火を行う誘導駆動型の点火システムであって、
前記燃焼室内に配置され、電源に電気的に接続された導電要素と、
前記導電要素を囲む電気絶縁層と、
前記電気絶縁層を囲むシースと、を備え、
前記電源が前記導電要素に電流を供給する場合に、前記シースは前記導電要素から放出される電磁界に反応する、誘導駆動型の点火システム。
【請求項５】
ピストン、シリンダヘッド、および燃焼室を有する往復式内燃機関内で使用される、点火プラグを使用することなく誘導加熱により点火を行う誘導駆動型の機関加熱システムであって、
前記燃焼室内に配置され、電源に接続され、遠位端を有する導電要素と、
前記導電要素の前記遠位端を囲む加熱要素と、を備え、
前記電源が前記導電要素に電流を供給する場合に、前記加熱要素は前記導電要素と電気的および熱的に相互作用する、誘導駆動型の機関加熱システム。
【請求項６】
ピストン、シリンダヘッド、および燃焼室を有する往復式内燃機関内で使用される、点火プラグを使用することなく誘導加熱により点火を行う誘導駆動型の機関加熱システムであって、
前記燃焼室内に配置され、電源に接続された導電要素と、
前記ピストンの上方部分に配置されたウェルと、
前記ウェルの中に配置された加熱ライナと、を備え、
前記ウェルおよび前記加熱ライナは前記導電要素を受けるように構築され、前記電源が前記導電要素に電流を供給する場合に、前記加熱ライナは前記導電要素と電気的および熱的に相互作用する、
誘導駆動型の機関加熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２００６年１２月７日に出願の米国仮特許出願第６０／８７３、３５９号の利益を主張する、２００７年１２月６日に出願の米国特許出願第１１／９５１、８７５号の優先権を主張し、前記優先出願は、本明細書に参照によってその全体が組み込まれる。
【０００２】
本発明は、点火源の分野に関し、より詳細には内燃機関で使用される点火源に関する。
【背景技術】
【０００３】
特に往復式の内燃機関の分野では、計量された量の燃料と空気が圧縮され、外部の点火源または圧縮熱によって点火される。空気／燃料混合物が圧縮熱によって点火する機関は、一般にディーゼル機関と呼ばれる。ディーゼル機関は、燃焼用空気が圧縮されて、燃料噴射源から供給される燃料を点火するのに十分に高い温度に上昇するシステムを利用する。そのような燃料噴射源は一般に、燃焼室に露出された先端を有し、燃料を離散した流れで噴射する噴射器である。燃料噴射器は燃料を中央の位置から放射パターンで、または燃焼室の空気の渦によって混合を促進するために所与の方向で噴射する。しかし、いずれの場合にも、燃料の噴射およびその結果の燃焼の開始は、実質的にあるポイントまたはそのポイントに隣接して始められる。
【０００４】
均一チャージ圧縮点火機関の分野においての最近の開発では、圧縮の前に吸気の中に燃料を噴射し、その結果得られる混合気を点火する様々な手法を使用することが提案されている。そのような提案には通常、点火プラグのような点の点火源が伴う。
【０００５】
路上車の最も一般的な機関の型は、圧倒的に火花点火ガソリン機関である。ガソリン機関は１９世紀後半に最初に開発され、それ以来、乗用車をその比較的静かな動作および始動の容易さにより動力を与えるために、広く利用されてきた。エネルギー価格の上昇および顧客の需要の増加が生じたことにより、火花点火機関は、これまでよりもかなり多くのことを行うことが求められている。ガソリン機関の開発は、大部分は、空気の最大の流れを効率的に燃焼室の中に運び、燃焼事象が起こった後に燃焼生成物を排気することに注目してきた。多弁、同調吸気システム、可変ジオメトリ吸気システム、およびターボチャージャまたはスーパーチャージャによる吸気チャージの積極的なチャージは、空気流を改善するために使用される一般的な手法である。
【０００６】
したがって、燃料システムは、噴射器の使用により出現し、発展した。噴射器は、燃焼用の混合気の中への燃料の噴射を非常に柔軟に行うために、量およびタイミングを変えるように電子的に制御されてきた。初期のメルセデスベンツ社のスポーツカーに機械的に実装されたシステムと同様に、燃料を燃焼室の中に直接的に噴射するためにさらなる提案が行われてきた。
【０００７】
最近では、穀類作物からの様々な形のエタノールまたはメタノールを使用し、それによって再生可能な資源を提供する生物燃料が提唱されている。そのような燃料は高いオクタン価の利点をもたらし、それによって燃焼室内でより高い圧縮比を容易に扱うことができるようになる。それらは、排気の大幅な低減も可能にする。しかし、この型の燃料に伴う１つの欠点は、火炎前面の伝播が遅いことで、それによって混合物の全てが燃焼されることを確かにするために、点火時期を上死点（ＴＤＣ）の十分前にすることが必要になる。そしてこれは、ピストンがＴＤＣに移動するとき、反対の方向に移動するピストンを燃焼が１つの方向に押しつけるときに効率を低下させる。
【０００８】
点火プラグは、火花点火機関において燃料空気混合物の燃焼を開始するために使用される一般的な点火装置である。長年にわたる様々な開発によって火花間隙を飛び越えるエネルギーが増加し、それによってより効率的に燃焼が促進されるようになった。さらに、発明者のなかには、火花間隙を電磁力に曝して、実際に燃焼がそこに関して開始される領域を広げることによって点火を向上させることを示唆する者もあった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、これらの手法のほとんどは、それらが実際にはポイントまたはポイントに近い燃焼始動装置であるという制約を伴う欠点を依然として有する。
ディーゼル機関、およびそれが寒冷な天候において始動する能力がないことに関する別の問題がある。上記に示したように、ディーゼル機関は燃焼室で空気燃料混合物を点火するために圧縮熱を利用する。しかし、シリンダヘッドおよびシリンダブロックが低温である場合、それらはヒートシンクとしての役割を果たし、圧縮によって生成された熱の一部を吸収する。現在のところ、グロープラグを利用してエンジンブロックおよび周囲のシリンダを加熱している。グロープラグは、基本的にはそこに電流が流れる場合に熱を放出する抵抗性の負荷であるので、予熱過程には２０秒までの多少の時間がかかる可能性がある。したがって、寒冷な天候条件においてより早い始動時間が可能になる、ディーゼルエンジンブロックのより迅速かつより効率的な加熱が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、強電磁界に入る金属と関連する急速な熱の上昇を利用する。本発明の１つの実施形態は、従来の点の点火原理によって抑制されない熱源用の極めて迅速かつ正確に制御された誘導加熱の使用により、単一源の点火デバイスにまさるものである。誘導駆動型の熱源は、それが燃焼室全体にわたって装備できるように、そのジオメトリに幅広い選択をもたらす。複数の点火源または位置があるので、これによって火炎前面が拡大できるようになる。別の実施形態では、誘導駆動型の熱源は、低温条件においてディーゼル機関の迅速かつ効率的な始動を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１Ａは点火開始システムの１つの実施形態を組み込む、機関の燃焼室の上面図である。図１Ｂは点火開始システムの別の実施形態を組み込む、機関の燃焼室の上面図である。
【図２】点火開始システムの代替の実施形態を組み込む、機関の燃焼室の上面図である。
【図３】図１Ａ、図１Ｂ、および図２の点火開始システムに関する１つの設計の選択肢の断面図である。
【図４】代替の点火開始システムの断面図である。
【図５】点火開始システムの別の実施形態を組み込む、機関の燃焼室の側面図である。
【図６】図５の線６−６でとった図５の断面図である。
【図７】代替のコイル配置の上面図である。
【図８】別の代替のコイル配置の側面図である。
【図９】図８の断面図である。
【図１０】本発明の点火開始システムと共に使用するピストンクラウンの側面図である。
【図１１】図１１Ａは図１０の上方のリッジの設計の断面図である。図１１Ｂは図１０の下方のリッジの設計の断面図である。
【図１２】本発明の点火開始システムと共に使用する代替のピストンクラウンの正面図である。
【図１３】図１２の代替のピストンクラウン設計の側面図である。
【図１４】別の代替のピストンクラウン設計の上面図である。
【図１５】図１４の代替のピストンクラウン設計の側面図である。
【図１６】図１４に示されるリッジの代替の設計の側面図である。
【図１７】本発明の点火開始システムと共に使用する楕円ピストンの上面図である。
【図１８】本発明の誘導予熱システムの側面図である。
【図１９】代替の誘導予熱システムの側面図である。
【図２０】図１９の代替の誘導予熱システムの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本開示の理解を促進する目的で、図面に示される実施形態を参照し、それを説明するために特定の言語を使用する。それでも、それによって本開示の範囲の限定が全く意図されず、本開示が関係する当業者には通常思いつくような、例示のデバイスおよびその使用のそのような変更およびさらなる修正、ならびにその中に示されるような開示の原理のそのようなさらなる用途が企図されることが理解されよう。
【００１３】
図１Ａは、一般的な燃焼室構成の例を示し、チャンバ１０は、それぞれ可燃性の混合物を入れることを許可し、混合物が燃焼を経たのちに原動力になる流体を排出するための吸気弁１４および排気弁１６を有するシリンダヘッド１２によって画定される。燃焼過程は、回転出力を生成するために熱エネルギーを力の形でクランクシャフトに連結されたピストン（図示されない）に伝達する。燃焼は全体的に参照番号１８で示される、誘導駆動型の燃焼始動装置によって開始し、それは下記に詳細に論じられる。しかし、この早期の議論の目的で、燃焼始動装置１８は、チャンバ１０の選択された領域を通って連続的に延出する一連の縁部２０を備える。燃焼開始縁部２０は、吸気弁１４および排気弁１６のそれぞれの周りで湾曲する中心区域２２および２４を有する。中心区域２２および２４は、半円の縁部２６、２８に連結される。燃焼点火デバイス１８は燃焼室１０のかなりの領域にわたって延出することを図１Ａで留意されたい。
【００１４】
図１Ｂは、本開示による図１Ａに示される燃焼室構成に対して配置された別の燃焼始動装置１８ａの例を示す。始動装置１８ａの縁部の形状は、図１Ａに示されるものから変更され、「ａ」の接尾辞は、同様に配置されおよび／または機能する区域を示すために使用される。円形の縁部２６および２８は同様のままになっている。
【００１５】
図２は、燃焼室１０のかなり大きな領域にわたって延出する連続的な曲線式の縁部３２を有する参照番号３０で全体的に示される燃焼開始デバイスのさらなる改良を示す。したがって、燃焼過程は、点火の点源およびその結果の燃焼過程の不確定要素がなくなる。これにより、大幅に上昇した部分スロットルの効率を得るために化学量論（１４．７対１）よりも高い空気／燃料比の調査および使用が可能になる。さらに、この技術は、均一チャージ圧縮点火機関に容易に組み込むことができる。燃焼点火デバイス１８、１８ａ、および３０に対する多くの異なる構成が、特定の燃焼室ジオメトリに適合するために使用できることが明らかである。
【００１６】
図３は、本開示による可能な燃焼始動装置１８および１８ａのうちの１つの断面構成を示す。燃焼始動装置１８および１８ａはそれぞれ全体的に参照番号３４で示された電極を備える。電極３４が加熱される効率を上昇させ、速度を増加するためにいくつかの原理が使用されることに留意されたい。電極３４は、シリンダヘッド１２の下、および燃焼室１０の中に突出するように装着される。本明細書に示されるような電極３４は、例として、比較的薄肉の構成の４００シリーズのステンレス鋼を備える。その他の材料よりも高価でなく、その構造上の完全性を保ちながら、無数の熱的な加熱サイクルおよび冷却サイクルを経ることができるので、このタイプのステンレス鋼が選択される。たとえば白金、パラジウム、またはその他の合金化合物などのその他の材料が、この目的に使用できることが当業者には明らかである。
【００１７】
電極３４は、最大の熱の上昇および熱の密度を生成する先端４０および４２で終端する集束する側壁３６および３８によって形成される。先端４０および４２は、中央の区域４４によって相互連結されている。先端４０および４２は、燃焼室１０に露出された鋭い角を有する最小の表面積を有するように意図されている。当分野の技術者には、図１Ａ、図１Ｂ、および図２に示されるような単一の先端、または必要に応じて表面積をさらに増加できるように複数の先端が使用できることが明らかなはずである。電極３４は、断熱部４６によってシリンダヘッド１２内に保持される。電極３４は、磁束を集中することに加えて、電極３４を装着するハウジング４８の中に延出する。ハウジング用の好ましい材料は、磁粉金属および誘電性バインダから作製される軟磁性合成物からなるＦｌｕｘｔｒｏｌと呼ばれる。当分野の技術者には、その他の材料がこの目的で使用できることが明らかなはずである。実際には、ハウジング４８が行うことは、電極３４によって磁束を集中することである。これは、電極が加熱する比率を最大にし、シリンダヘッド１２の残留誘導加熱の量を最小限に抑えるために行われる。
【００１８】
好ましくは銅から形成されている電流導通バー５２が、ハウジング４８のチャンバ５０内に収容されている。電気絶縁材料５４が、バー５２と電極３４の間に配置されている。電流は、電極３４内で大幅な温度上昇を生じさせるのに適した周波数で、バー５２を通って誘導される。周波数は１００から４５０ｋＨｚであり、好ましくは２５０から４５０ｋＨｚであるが、その他の周波数も適切である。より高い周波数では、表面の特定の電流がバー５２に誘導され、電極の鋭い縁部に沿って温度を急速に増大させ、それは０．０１５ミリ秒以内の速さの動作温度に達することができる。
【００１９】
バー５２を通過する電流は、適切な電気システムによって生成されるが、それは簡単化および本発明の理解を重視するために示されない。誘導加熱技術分野に存在する、利用可能な高周波電流発生器がこの目的で使用できることが、当分野の技術者には明らかなはずである。
【００２０】
広い表面の領域にわたって燃焼を開始する能力は、燃焼する燃料のより遅い火炎前面が点源の点火デバイスに関するタイミングにおいて大幅な進みを必要とすることにより、１５パーセントのガソリンおよび８５パーセントのアルコールである燃料を燃焼している場合に特に有利である。燃焼室の広い領域にわたって燃焼を開始する能力により、点火進角がより少なくなり、より予測可能な燃焼が可能となる。
【００２１】
電極３４の構造およびシリンダヘッド１２内の配置は多くの異なる形をとることができる。しかし、特定の要素が必要である。たとえば、導電材料は電極材料から電気的に絶縁される必要があり、電極自体は周囲の燃焼室から断熱される必要があり、最終的に導体を通して高周波で電流を通すことによって生成される磁場は電極に向けられ、そこに集中する必要がある。断熱に関連して、絶縁材料がヘッドと電極構造の間に使用できる。導電要素を通って、またはそれに隣接して冷却材通路を使用することによって、導電材料の積極的な冷却をもたらすことも必要であり、かつ適切であることができる。
【００２２】
図１Ａ、図１Ｂ、図２、および図３に示される構成は誘導駆動型の点火システムを示し、電極および導電体は機関の動作しない構造に配置されている。これらの配置では、点火事象のタイミングは外部の制御システムによって電子的に駆動される。図４、図５、および図６に示される配置は、導電および電極が２つの別々の構成要素すなわちヘッド構造およびピストンクラウンに形成される設計を有する。この設計は、ハイブリッド駆動車両、または発電機セットにおいてのような実質的に一定の条件で稼働する機関に関して特に有利である。
【００２３】
図４の配置では、ヘッド６０がそこから延出する円筒形室６２を有し、その中ではピストン６４が往復運動のために配置されている。ピストン６４は、ピストン６６の往復運動をクランクシャフトの出力での回転運動に変換するために連結ロッド（図示されない）を軸支するためのピストン６６を有する。
【００２４】
ヘッド６０は、電流導通要素６８を有し、図３の要素５２においてのようにそれを通して高周波電圧が流される。さらに、導電要素６８は、ヘッド６０の他の要素から電気絶縁され断熱される。電気絶縁および断熱は、図３に示される形をとることができる。適切なハウジングが、シリンダ６２の中に延出する領域に電磁界を向けるように使用できる。図４に示されるように、電流導通要素６８が室６２の中に突出するハウジング７１内に配置される。
【００２５】
ピストン６４は、そのクラウン７２に複数の高くした要素７０を有する。ピストン６４とヘッド６０の間で接触する可能性の最も近いポイントが、導電要素６８用のハウジング７１と高くした要素７０の間になるように、高くした要素７０は、シリンダの中に突出する導電要素６８用のハウジング７１に対応する。図１および図２に示されるように、高くした要素７０は、適切な広範囲の燃焼始動装置を提供するためにいくつかの幾何学的なパターンのうちの任意の１つで提供できる。高周波交流電圧が要素６８によって生成され、高くした要素７０が密接して接近する場合に、それらは誘導加熱によって加熱され、したがって燃焼を開始するために広範囲に加熱された供給源を提供する。一般に、要素７０は、ピストンクラウン７２が導電要素６８と高くした要素７０の間が約１ｍｍである点に移動した場合に加熱する。これは点火のタイミングの可変性を制限するが、発電機セットまたはハイブリッド車両においてのように実質的に一定の稼働条件を有して稼働する機関に適切であり、かつ許容される。要素７０がヘッドから切り離され、ピストンにあるので、図４の設計は任意の熱発散のさらなる機会をもたらす。
【００２６】
図５および図６は、図４に示されるものに対する代替の構成を示す。図５では、ピストン７４はヘッド７８に対して燃焼室を形成するためにシリンダ７６内で移動可能である。ピストン７４は、回転出力を生成するために、ピストンピン８０を介してクランクシャフト（図示されない）に直線運動を伝えるように往復式である。可燃性混合物の吸入およびその結果点火された混合物の排出を可能にするために、吸気弁および排気弁をヘッド７８内に設けることができることが当業者には明らかである。ピストン７４は比較的鋭い縁部８４および８６で終端する複数の溝８２を有する。ヘッドおよびシリンダ７６は、ピストン７４が上死点またはその付近にある場合に、鋭い縁部８４および８６と同一直線になって溝８２を通って延出するコイル８８を受けるようになされている。図６に示されるようなワイヤ８９は、参照番号９０によって全体的に示される電気エネルギー源に連結される。これは、約３００ｋＨｚでコイル８８に高周波電流を提供する電源であることができる。図６に示されるように、コイル８８は鋭い縁部８４および８６と整列するために、輪郭に整合する溝８２を通って延出する連続的な曲がりくねった長手を有する。コイル８８を溝８２の鋭い縁部８４および８６と整列して保つための適切な絶縁支持部がある。図４のシステムのように、このシステムはヘッド７８に対するピストンの物理的な位置に依存していることに留意されたい。その結果、この構成は、ハイブリッド車両においてなどの比較的一定の動作条件を有する機関システムに適している。このシステムは電磁負荷のようなピストンの上部を使用し、この文脈では、ピストンは高周波電流に反応するように鉄の成分を有する必要がある。それはコイルジオメトリが単純であり、外部のタイミングシステムがないという利点をもたらす。
【００２７】
図７は代替のコイルパターンを示し、全体的に参照記号９２で示されるコイルが、互いに直角に交差するワイヤ９４および９６の格子模様を有する。電源９８はワイヤに電流を供給する。たとえば、電源９８は約２．５ｋＷの電力水準で約３００ｋＨｚの高周波に基づいて電流を供給できる。前述したように、周波数は１００から４５０ｋＨｚであり、好ましくは２５０から４５０ｋＨｚであるが、その他の周波数が適切であることもできる。この実施形態では、ピストンが上死点またはその付近にある場合に適切な比較的密接した隙間を提供するために、ピストンクラウンまたは上部は一連の格子模様の溝を有する。
【００２８】
図８および図９は、それが自立型であることができるようにし、図１〜４の議論に関連して示される急速な温度上昇を生成することができるコイルのさらに別のバージョンを示す。図８および図９は導体１０２、環状の電気絶縁部１０４、および磁力負荷に寄与するシース１０６を有する参照番号１００によって全体的に示されるコイルアセンブリを示す。これは、磁気特性を有する適切な材料から形成できる。図９に示されるように、シース１０６の断面は、導体１０２に対して全体的に平行に流れる鋭い縁１０８を有する。この場合、高周波電流が導体１０２を通過した場合に、鋭い縁部１０８は電源投入サイクル中に赤熱し、したがって燃焼を促進する。そのようなデバイスは、蓄えられたエネルギーの多くの供給源を有する、比較的一定のＲＰＭの機関がある場合に、ハイブリッド車両において使用できる。
【００２９】
図１０〜１３は、図６のコイル８８と共に使用される代替のピストンクラウン７４の構成を示す。図１０、図１１Ａ、および図１１Ｂに示されるように、複数の高いリッジ１１２および複数の低いリッジ１１４がピストンクラウン７２に鋳造される。図５に示されるピストン設計と同様に、高いリッジ１１２および低いリッジ１１４の配置は、ピストン７４が上死点またはその付近にある場合にコイル８８が中央の溝１１０に入るようになっている。図示されるように、角度付けリッジ１１６および１１８が高いリッジ１１２および低いリッジ１１４に連結する。電流がコイル８８に供給され、ピストン７４が上死点に近づくと、質量を磁束に断続的に露出する。この断続的な露出は、一定のリッジ設計を使用したよりも急速な熱の上昇をもたらす。当業者には理解されるように、熱の上昇の増加は、ピストンクラウン７４にある縁部付近の電磁界の強度の集中のためであり、縁部でより大きな電流密度を生じる。
【００３０】
同じ原理が図１２および図１３に示される実施形態に当てはまる。この実施形態では、交互になった高いリッジおよび低いリッジの代わりに、高くしたターゲット１２０がピストン７４のピストンクラウン７２に鋳造される。高くしたターゲット１２０がコイル８８に密接して接近すると、高くしたターゲット１２０が加熱され、必要条件の温度が得られた場合に燃焼を開始する。ピストンクラウン７２に複数の高くしたターゲット１２０を鋳造することによって、複数の点火源の燃焼が得られる。点火源に対する燃焼室の距離を最小限に抑えるために、複数の高周波交流電圧要素が燃焼室に装着できることも企図される。
【００３１】
図１４〜１５は、ピストン７４の上面に鋳造される可能性のある特徴のさらに別の実施形態を示す。この実施形態では、ピストン７４が上死点またはその付近にある場合に、一連の高くしたリッジ１３０がコイル８８の両側にかかるように構成される。図示されるように、高くしたリッジ１３０がコイル８８に対して互いに偏った配置になっている。完全に偏った配置の設計が図１５に示されるが、当業者には様々な偏った配置が可能であることが明らかである。所望される特定の熱の上昇およびタイミングに応じて、異なる、偏った配置を探ることができる。
【００３２】
図１４には、高くしたリッジ１３０が、コイル８８に平行な側面１３２および１３４を有することも示されている。さらに、高くしたリッジ１３０は、テーパーの付いた縁部１３６および１３８も有し、それによって電界に入る縁の付いた表面の数を増加させる。図１４に示される高くしたリッジ１３０はピストン７４に対して縮尺にしたがっていないことに留意されたい。リッジ１３０の大きさは、テーパーを付けた設計を明らかに示すために誇張されている。図１６は、高くしたリッジ１３０の設計に組み込むことができるさらなる特徴を示す。この実施形態では、穴１４０が高くしたリッジ１３０の中央に配置され、それによって高くしたリッジ１３０により多くの縁部を組み込む。これらの縁部の目的は、より急速な熱の上昇を促進することである。テーパーの付いた縁部１３６および１３８、ならびに穴１４０は、図示される構成にすぎず、その他の構成が企画され、本発明の趣旨の範囲内である。明らかなように、図１０〜１６に示される実施形態は電磁負荷としてピストン７４の上部に鋳造される特徴を使用し、その文脈では、特徴はコイル８８に供給された高周波電流から生成された電磁界に反応することができるように鉄の成分を有する必要がある。
【００３３】
図１７は楕円形状を有するピストン１５０を示す。そのような構成では、より長い直線状の磁石要素１５５を使用することが必要になる。ピストン１５０の楕円形状により、燃焼室と磁石要素１５５の間の距離を最小限にすることができるようになる。さらに、楕円形状は、燃焼室内により広い圧縮領域を形成し、それによって、その火炎前面の伝播がより遅い特性にもかかわらず、より遅く燃焼する燃料が使用されるようになる。
【００３４】
誘導加熱のその他の用途も、燃焼機関に導入できる。図１８〜２０は、そのような代替の用途を示す。従来から、エンジンブロックを加熱するために、グロープラグが寒冷な気候条件におけるディーゼル機関で使用されている。しかし、ピストンの上昇行程で発生する圧縮熱が燃料を燃焼させることができるように、ピストン表面および燃焼室を囲む表面を加熱するために誘導加熱を導入することができる。図１８に示されるように、導電要素１６０が加熱要素１６５によって囲まれている。電流が導電要素１６０を通って誘導されると、加熱要素１６５内でかなりの温度上昇が生成される。ウェル１７０が、ピストン７４の上面の中に配置される。ウェル１７０は、ピストン７４が上死点またはその付近にある場合に導電要素１６０および加熱要素１６５の組み合わせを受けるようになされる。抵抗要素の代わりに誘導加熱を使用することにより、はるかに速い熱の上昇時間を得ることができ、それによってシリンダブロックおよびシリンダヘッドに加えられる損傷をより少なくしてディーゼル機関がより早く始動できるようになる。
【００３５】
図１９〜２０は、図１８の構成に対する代替の実施形態を示す。この実施形態では、ウェル１８０はピストン７４の上面の中に配置され、ウェル１８０は、ピストン７４が上死点またはその付近にある場合に、導電要素１６０を受けるようになされている。加熱ライナ１８５がウェル１８０の内側に据え付けられている。加熱ライナ１８５は、複数の加熱ランド１８６を画定する湾曲した内側表面を有する。加熱ランド１８６に隣接して、窪み領域１８７がある。この文脈では、加熱ライナ１８５は、導電要素１６０に供給される高周波電流に反応するように鉄の成分を有する。高周波電流が導電要素１６０を通って流れ、ピストン７４が上死点に近づくと、加熱ライナ１８５は生成される電磁界に反応し、温度の大幅な上昇を生じる。
【００３６】
導電リング要素１６１も、図１９〜２０に示される。導電リング要素１６１は、例示の目的のためだけに、導電要素１６０と共に示される。導電要素１６０または導電リング要素１６１が使用されることが好ましいが、両方を同時にということではない。導電リング要素１６１は、上述のその他の実施形態と同様に動作する。導電リング要素１６１が利用される場合、導電リング要素１６１と反応するのはピストン７４のクラウンであるので、ピストン７４のクラウンは鉄の成分を有する必要がある。この実施形態では、ピストン７４は上死点またはその付近にあるので、ピストン７４は導電リング要素１６１によって生成された電磁界からの表面電流の誘導によって加熱を開始する。図１８〜２０に示される実施形態では、低温のディーゼル機関の実質的に即時の始動が可能になる。
【００３７】
誘導加熱の使用は、それに続く加工および熱処理機能のために、工業部品の急速な加熱を遂行するために長年の間行われてきた。そのようなシステムの特質のうちの１つは、非常に短い時間の間に選択された部品の温度を上昇させることができる。第２の特質は、エネルギーおよび電流の流れが電磁負荷に密接して近づいている場合のみ起こることである。
【００３８】
前述したように、本発明は燃焼室全体を通じた燃焼の一様な開始を生成するため、燃焼室内の一連の制御された熱い位置を生成するために誘導加熱による材料の極めて急速な加熱を使用する。
【００３９】
図面および上記の説明に本発明の好ましい実施形態を図示し説明してきたが、その実施形態は、性質上例示的であり、限定するものではないとみなされ、本発明の趣旨の範囲内にある全ての変更および修正は、保護されるよう望まれることを理解されたい。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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