(57)【要約】　　　（修正有）【課題】高圧下で圧縮されて予燃焼室内に噴射される燃料ガスの比率を現在の技術水準に対して著しく減少させること。【解決手段】主燃焼室７から分離されている予燃焼室４が、少なくとも１つの開口部６によって主燃焼室と互いに連結し、主燃焼室は、低圧の燃料ガス導管と連結し、予燃焼室は、高圧の燃料ガス導管と連結し、圧縮された燃料／空気からなる混合気を点火するために予燃焼室から主燃焼室内へブロー流出される。予燃焼室は、シリンダヘッド５に装着された差込み機器１内に形成され、差込み機器に、高圧の燃料ガス導管に接続するノズル１０が配置され、燃料ガスはノズルを通して予燃焼室内へ噴射される。【選択図】　　　図１
2004003458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主燃焼室（７）から分離されている予燃焼室（４）が、少なくとも１つの開口部（６）により前記主燃焼室（７）と互いに連結し、前記主燃焼室（７）が、低圧の燃料ガス導管と連結し、前記予燃焼室（４）が、高圧の燃料ガス導管と連結し、燃料／空気からなる混合気が、圧縮燃料／空気からなる混合気を点火するために、前記予燃焼室（４）から前記主燃焼室（７）内へブロー流出され、ガス状燃料の圧縮混合気を使用して自己点火を行うための内燃機関において、
前記予燃焼室（４）が、シリンダヘッド（５）に装着された差込み機器（１）内に形成され、前記差込み機器（１）に、高圧の燃料ガス導管に接続するノズル（１０）が配置され、前記燃料ガスは前記ノズル（１０）を通して前記予燃焼室（４）内へ噴射され、前記差込み機器（１）に少なくとも１つのブロー流出用開口部（６）が設けられ、該ブロー流出用開口部（６）により前記予燃焼室（４）と前記主燃焼室（７）が連結していることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記ノズル（１０）として絞りプラグノズルが設けられ、前記ノズル（１０）が、少なくとも前記予燃焼室（４）と接する箇所において、さや状または板状の形をとり、例えば、銅のような熱伝導性の良好な材料からなる保護プレート（９）が設けられることを特徴とする、請求項１に記載の圧縮混合気を使用して自己点火を行うための内燃機関。
【請求項３】
前記差込み機器（１）に、前記予燃焼室（４）の中まで達するグロープラグ（２）が設けられ、該グロープラグの少なくとも一部の箇所が高温に耐え得るシールド（３）によって取り囲まれていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の圧縮混合気を使用して自己点火を行うための内燃機関。
【請求項４】
前記絞りプラグノズル（１０）が、磁気バルブにより制御される油圧式システムを設けることによって、開口開始および開口時間が任意に選択できるようになり、前記油圧式システムの標準圧力を前記燃料ガスの噴射圧よりも高く設定し、油圧用潤滑油の粘度を導管路に置かれたプラグの間隙に合わせて定めることにより、前記油圧用潤滑油がプラグフェースに塗られるために、燃焼に関与する前記油圧用潤滑油の量が皆無であるか、またはたかだか無視できる程度の量であることを特徴とする、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の圧縮混合気を使用して自己点火を行うための内燃機関。
【請求項５】
前記予燃焼室（４）の体積と前記ブロー流出用開口部（６）の総断面積との比率が５０〜８０ｃｍ３／ｃｍ２の間にあることを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の圧縮混合気を使用して自己点火を行うための内燃機関。
【請求項６】
ガス状の燃料が、予燃焼室に送入され、予燃焼室において燃料成分を多く含む燃料／空気からなる混合気が作られ、主燃焼室内へ吸入されるが、ここでガス状の前記燃料が、前記主燃焼室における最終圧縮圧力を超える圧力の下で前記予燃焼室内へ噴射される内燃機関を作動させる方法であって、作動に使用されるガス状の前記燃料全量の０．５％未満が、高圧に圧縮されて前記予燃焼室内へ噴射されることを特徴とする、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の圧縮混合気を使用して自己点火を行うための内燃機関の作動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の圧縮混合気を使用して自己点火を行うための内燃機関および請求項６に記載の内燃機関の作動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術においてもこの種の内燃機関が周知であるが、そのような内燃機関は、主燃焼室内で燃料／空気からなるガス状の混合気を燃焼させ、燃焼が起こる前に予燃焼室内で混合気の点火が行われる。予燃焼室には、高圧の燃料ガスの導管が接続されており、この予燃焼室内で燃料含量の多い混合気が生成され、この混合気は、自己点火後にさらに加圧され、主燃焼室内へ流入し、主燃焼室内で完全燃焼が行われるが、そのとき燃料／空気からなる圧縮混合気を発火させる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
独国特許第４４１９４２９号明細書
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、高圧の下に圧縮されて予燃焼室内に噴射される燃料ガスの比率を現在の技術水準に対して著しく減少させることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、本発明の請求項１に記載の新規な構造的手段により解決され、特に、請求項６に記載の方法によって実現される。
【０００６】
本発明の内燃機関において、耐熱保護プレートが有利に働いてガス噴射用バルブの運転温度が低下し、長期にわたる耐久性が得られる。
【０００７】
グロープラグピンに有効に働く特殊な取り囲みを施すことにより、予燃焼室における混合気の点火を確実に行うことができるようになり、グロープラグの耐久性が高められる。
【０００８】
絞りプラグノズルを有利に使用することにより自己洗浄効果が得られるので、予燃焼室内へガスを噴射させるときに絞りプラグノズルが有効に働いて作動時間中、一定の条件が保たれる。
【０００９】
本発明により予燃焼室内の体積と主燃焼室に至る吹出し開口部の断面積との比率を予め定めることによりサイクル変動が減少する結果、内燃機関の作動を安定して調整できる有利な性質が得られる。
【００１０】
本発明に従って簡単な構成部品を配置することにより、有利に作動するガス噴射用バルブを特に好都合に実現させることができる。
【００１１】
予燃焼室におけるガス比率を、好適には、約０．２〜０．３％の間に調整することにより、作動値と作動挙動が最高の水準に達する。
【００１２】
本発明に従って予燃焼室におけるガス量を減少させることにより、結果として圧縮に要する仕事が減少するが、そのために内燃機関の実質的な効率が有利に高められる。
他の特徴および有利な特性は、従属請求項および発明の説明に記載されている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下は実施された例に基づいて本発明を詳しく説明するものである。
【００１４】
シリンダおよび燃焼室にはガスを交換するために通常使用される装置およびピストンが設けられているが、図示していない。シリンダヘッド５は、図の端を切断した形で示されているが、この中に差込み機器１が装着され、例えば、ねじ込みによって挿入される。差込み機器１には予燃焼室４が設けられ、この予燃焼室は、好適には、２つ以上の移送用開口部６により主燃焼室７と連通している。
【００１５】
高圧下において、燃料ガスは、ノズルを、好適には、絞りプラグノズル１０を通して予燃焼室４内に送入され、ここでジェット流８が形成される。ジェット流の特性により燃料ガスは、予燃焼室４内に存在する燃料／空気からなる混合気と非常に強く混ざりあうが、その後に加熱されたグロープラグピンの表面上で点火されるか、または自己点火される。その結果、予燃焼室４内で急速な圧力の上昇が起こり、そのために主燃焼室７においてより希薄になっている燃料／空気からなる混合気に対して安定した点火を確実に行うことができる。絞りプラグノズル１０を有利に使用することにより、上記長所のほかにも自己清浄効果が得られ、そのためにノズルの吹出し断面に付着するコークスの生成が抑制される。
【００１６】
液体燃料に比べて熱容量が低く熱伝導性の悪いガスを燃料として使用し、少量の掃気された燃料を用いることが原因となって内部冷却の度合いが低くなるが、そのために絞りプラグノズル１０は高温の熱負荷に曝されることになる。この負荷は、保護プレート９を備えることにより減少させることができるが、この保護プレートにより、絞りプラグノズル１０が予燃焼室４から遮蔽されるために、予燃焼室４からの熱損失が減少する。保護プレート９は、例えば、銅のような熱伝導性が良好な材料からなることが好ましく、板状またはさや状の形をとる。例として図示したさや状の保護プレート９は、絞りプラグノズル１０の前部を取り囲み、その吹出し部分において、燃料ガスが貫通用開口部を通過できるようになっている。この貫通用開口部に円錐状の座を備え付けることができるが、これによりジェット流８の乱れが回避される。板状の保護プレート９は、ノズルの前部を取り囲まないで単にノズルの吹出し開口部のところに置くだけでもよい。
【００１７】
絞りプラグノズル１０のプラグは、開閉ばねを用いる代わりに油圧システムにより制御されるが、このシステムの標準圧力は、一定に保たれたガス噴射圧よりも大きい。これにより燃料ガスの漏れが確実になくなる。導管路に置かれたプラグの間隙を、油圧用潤滑油の粘度に合わせて定めることによりバルブフェースに潤滑油が塗られるが、このとき漏れ量に限界を設けることにより燃焼に関与する油圧用潤滑油を皆無にするか、またはごく少量にすることができる。このようにして効果的な方法で部品の耐久性が向上し、コークス化が抑制されるが、もしコークス化が発生すると燃焼の安定性が低下して排ガス放出によるマイナスの影響がでるようになる。絞りプラグノズル１０の制御は、好適には、磁気バルブを使用して行われることが好ましいが、磁気バルブを使用することによって油圧式による圧力を除去してもよいし、または除去せずに使用することもできる。開口開始とその開口時間は、任意に都合良く定めることができるし、または調整して定めることもできる。
【００１８】
燃料／空気からなる混合気を予燃焼室４内で点火するためにグロープラグ２を設けることができるが、このグロープラグはグローピンによって予燃焼室４内に差し込まれている。シールド３が、グロープラグのグローピンを取り囲み、適切な開口部または穿孔部を設けていることは長所であり、このために予燃焼室４を掃気している間に強制対流による熱の移動が減少してグローピンの表面温度を上昇させることができる。始動過程において、部分負荷が低い状態のときに、予燃焼室４において混合気を自己点火させる温度が常に確実に得られ、より高い負荷においてグロープラグ２の加熱効率を零にまで低下させることができる。この処置を施すことによってグロープラグの耐久性が明らかに高められるが、それはグロープラグの加熱スパイラルが定常的な熱負荷を受けないからである。シールド３に開口部をうまく配置することによって、点火が可能な混合気を、シールド３とグローピンとの間に送り込むことができる。グロープラグ２のシールド３は、高温に耐え得る材料を用いて製造しなければならないが、さらに性能を高めるためには触媒を用いて層状の材料にする。
【００１９】
燃料ガスを自己点火させると予燃焼室内の圧力が急速に上昇するために、部分的に燃焼したガスが、移送用開口部６を通過して主燃焼室７内へブロー流出され、主燃焼室内で燃料／空気からなる混合気が点火される。予燃焼室４の体積と移送用開口部６における断面積との比率を予め定めることにより、次に位置する主燃焼室７内への吹出しが強力になるために、予燃焼室４内の圧力を最適な値まで上昇させることができ、その結果、主燃焼室７内で燃料／空気からなる混合気を有利に安定に点火することができる。主燃焼室７内で、確実にして安定な点火を行わせることに基づいて、本発明の内燃機関を備えた燃焼方法を使用することにより、サイクル変動はごく僅かしか起こらない。予燃焼室の体積と移送用開口部における吹出し断面積との比率は、好適には、５０〜８０ｃｍ３／ｃｍ２（立方センチメートル／平方センチメートル）の間にあることが好ましい。
【００２０】
本発明の内燃機関を作動させる方法において、作動に使用されるガス状の燃料全体の０．５％未満、好適には、０．２〜０．３％が、高圧に圧縮されて予燃焼室内へ噴射される。予燃焼室内へ噴射されるガス状燃料の圧力は、主燃焼室に吸入されている燃料／空気からなる混合気の最終圧縮圧力よりも高くなるようにする。予燃焼室内で燃料成分を多く含む燃料／空気からなる混合気が作られ、この混合気が主燃焼室内へ流入し、この主燃焼室内で燃料成分の少ない燃料／空気からなる圧縮混合気の点火が行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関の部分概略図である。
【符号の説明】
１　差込み機器
２　グロープラグ
３　シールド
４　予燃焼室
５　シリンダヘッド
６　ブロー流出用開口部／移送用開口部
７　主燃焼室
８　ジェット流
９　保護プレート
１０　ノズル／絞りプラグノズル
【図１】
2004003458.tif 000003