(57)【要約】本発明は、内燃機関に関し、より具体的には、新規な省燃費サイクルを備える内燃機関及び当該内燃機関の運転方法に関する。様々な実施形態は、隣接するシリンダ間の通路を用いて、一方のシリンダにおいて燃焼した燃料が燃料の供給を受けていない他方のシリンダに圧力を供給することで、少ない燃料で両方のシリンダの駆動を可能にするモードを実現する。
2015516544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレーム構造と、
前記フレーム構造に設けられ、２つの隣合ったシリンダ及び同時圧縮行程及びその直後に同時駆動行程を含む反復サイクルにおいて同時に移動するように前記シリンダ内に移動可能に設けられたピストンを有する１対のピストンシリンダアッセンブリと、
前記ピストンの運動の各サイクルにおいて前記ピストンにより所定数の回転運動を行うように前記ピストンに接続された出力シャフトと、
前記ピストンシリンダアッセンブリの一方に動作可能に関連付けられた燃料噴射装置と前記ピストンシリンダアッセンブリの他方に動作可能に関連付けられた他の燃料噴射装置とを備え、一の運転モードにおいて両シリンダの前記ピストンの前記同時駆動行程の始めにおいて当該シリンダのうちの一方のシリンダにおいて点火可能な圧縮空気燃料混合気のチャージを確立するとともに当該シリンダのうちの他方のシリンダにおいて点火不能な圧縮空気のチャージを確立するように構成及び配置された燃料噴射チャージ点火装置と、
前記隣合ったシリンダの間にあり、前記一方のシリンダ内において前記点火可能な圧縮空気燃料混合気のチャージの点火によって生成された高圧条件を前記他方のシリンダ内の圧力を上昇させるために前記圧縮空気のチャージに伝播させ、前記一の運転モードの間に前記同時駆動行程において対応する前記ピストンを移動させるように構成及び配置された通路と、を備え、
前記燃料噴射チャージ点火装置は、第２の運転モードで動作し、前記同時駆動行程において両シリンダにおいて点火可能な圧縮空気燃料混合気を確立し、点火可能なチャージの両方に点火することによって前記同時駆動行程において前記両アッセンブリのピストンが一体に動くように構成及び配置されており、
前記燃料噴射チャージ点火装置に関して前記第１の運転モードと前記第２の運転モードのいずれかを選択する制御装置をさらに備える、
内燃機関。
【請求項２】
前記制御装置はコンピュータを備える、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記１対のピストンシリンダアッセンブリは、前記出力シャフトの一方の側に配置された一のピストンシリンダバンクを形成し、前記第１の対と同様に構成及び配置されたピストンシリンダアッセンブリの第２の対の第２のバンクは、前記出力シャフトの他方の側に配置され、前記ピストンの繰り返しの運動サイクルが前記第１のピストンの繰り返しの運動サイクルに対して１８０°だけ位相がずれるように当該出力シャフトに接続されており、前記ピストンシリンダアッセンブリの各々のピストンは、対応するシリンダ内に設けられた１対の内側及び外側ピストンの内側ピストンを構成し、前記外側ピストンは、前記対応する内側ピストンに対して互いに近づきまた互いからから離間する方向に一体に移動するように前記出力シャフトに接続された、請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記ピストンと前記出力シャフトとの接続は、前記出力シャフトが前記ピストンの各運動サイクルによる１回転運動を通して移動されるように構成及び配置され、各サイクルは前記ピストンの前記駆動行程と圧縮行程との間において同時に行われる燃焼の生成物と空気との交換を含む、請求項２に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記ピストンと前記出力シャフトとの接続は、前記出力シャフトが前記ピストンの各運動サイクルにより１回転するように構成及び配置され、各サイクルは前記ピストンの前記駆動行程と圧縮行程との間において同時に行われる燃焼の生成物と空気との交換を含む、請求項３に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記ピストンと前記出力シャフトとの接続は、前記出力シャフトが前記ピストンの各運動サイクルにより２回転運動を通して移動されるように構成及び配置され、各サイクルは同時に行われる前記駆動行程の後の同時に行われる排気行程と、同時に行われる前記圧縮行程の前の同時に行われる吸気行程とを含む、請求項２に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記燃料噴射チャージ点火装置は、点火可能な圧縮空気燃料混合気のチャージを確立し、前記噴射装置による当該混合気の点火は燃料を圧縮点火条件における圧縮空気のチャージへ噴射するように構成及び配置された、請求項５に記載の内燃機関。
【請求項８】
前記燃料噴射チャージ点火装置は、点火可能な圧縮空気燃料混合気のチャージを確立し、前記噴射装置による当該混合気の点火は燃料を圧縮点火条件における圧縮空気のチャージへ噴射するように構成及び配置された、請求項６に記載の内燃機関。
【請求項９】
前記燃料噴射チャージ点火装置は、前記一方のシリンダ内の点火可能な空気燃料混合気のチャージに火花点火アッセンブリにより点火し、前記他方のシリンダ内の点火可能な空気燃料混合気は前記一方のシリンダ内における点火から前記通路を通過する圧縮火炎によって点火され、前記第２の運転モード中に前記他方のシリンダ内の点火可能な圧縮空気燃料混合気に点火するように構成及び配置された、請求項４に記載の内燃機関。
【請求項１０】
ピストンシリンダアッセンブリの各々は、前記出力シャフトに接続され同じ運動サイクルを有する対向配置された対応するピストンシリンダアッセンブリを有し、当該対応するピストンシリンダアッセンブリの運動サイクルに対して１８０°位相がずれており、当該対応する対向配置されたアッセンブリのシリンダ管の間には通路が設けられている、請求項２に記載の内燃機関。
【請求項１１】
ピストンシリンダアッセンブリの各々は単一のシリンダに単一のピストンを有する、請求項１０に記載の内燃機関。
【請求項１２】
ピストンシリンダアッセンブリの各々は、単一のシリンダ内に、互いと接近及び離間する方向に移動可能な対向する１対のピストンを有する、請求項１０に記載の内燃機関。
【請求項１３】
前記１対のピストンシリンダアッセンブリは、一列に並んだ４つのピストンシリンダアッセンブリのうちの内方の２つのピストンシリンダアッセンブリを構成し、当該４つのピストンシリンダアッセンブリは２つの外方ピストンシリンダアッセンブリを含み、前記外方ピストンシリンダアッセンブリは反復サイクルを通じて同時に運動する２つの外方シリンダと当該外方シリンダ内に設けられた２つの外方ピストンとを含み、前記２つの外方ピストンはその繰り返し運動が前記第１のピストンの反復サイクルに対して１８０°位相がずれるように前記出力シャフトに接続され、前記反復サイクルの各々は同時圧縮行程及びその直後に同時駆動行程を含み、前記燃料噴射チャージ点火装置は、その内部にある圧縮空気燃料混合気に同時に点火し、各運動サイクル中の同時駆動行程を通じて前記２つの外方ピストンを移動させるために、前記２つの外方シリンダに動作可能に関連付けられた２つの外方燃料噴射装置を備える、請求項２に記載の内燃機関。
【請求項１４】
前記一列に並んだ４つのピストンシリンダアッセンブリは、前記出力シャフトの一方の側に一のアッセンブリバンクを形成し、同様の構成及び配置を有する第２のアッセンブリバンクが前記出力シャフトの他方の側に設けられる、請求項１３に記載の内燃機関。
【請求項１５】
前記１対のアッセンブリのピストンシリンダアッセンブリの各々は、（１）前記対応するピストンが前記出力シャフトから離れる方向に移動するときに前記出力シャフトに向かって移動するとともに（２）前記対応するピストンが前記出力シャフトに向かって移動するときに前記出力シャフトから離れる方向に移動するように前記出力シャフトに接続された各シリンダ内に第２のピストンを備える、請求項１３に記載の内燃機関。
【請求項１６】
使用中の異なる条件に適応するために２つの運転モードで内燃機関を運転する方法であって、当該内燃機関は、クランクシャフト構造に接続された２つの隣接するピストンシリンダアッセンブリを備え、前記クランクシャフト構造が所定回数回転する間に両アッセンブリの前記ピストンの各々が圧縮行程及びその直後の駆動行程を有する反復サイクルを通じて同時に移動し、
前記方法は、
前記駆動行程の前に各サイクルにおいて、（１）第１の運転モードでは両アッセンブリの両シリンダ内に圧縮空気燃料混合気の点火可能なチャージ、または、（２）第２の運転モードでは前記アッセンブリの一方のシリンダにおいて圧縮空気燃料混合気の点火可能なチャージ及び前記アッセンブリの他方のシリンダにおいて圧縮空気のチャージ、を選択的に確立する工程と、
前記アッセンブリのシリンダ内の点火可能なチャージの各々に点火し、（１）前記第１の運転モードにおいては前記両アッセンブリのピストンが前記点火によって両シリンダ内で両ピストンの連続するサイクルの連続する駆動行程において移動され、また、（２）前記第２の運転モードにおいては前記アッセンブリの一方のピストンが当該アッセンブリの一方のシリンダ内の前記チャージの前記点火によって連続する駆動行程において移動される、工程と、
前記第２の運転モードにおいて、前記アッセンブリの一方のシリンダ内における前記点火による圧力上昇を前記アッセンブリの他方のシリンダに伝達して前記アッセンブリの他方のピストンを各サイクルの前記駆動行程において移動させるように前記アッセンブリの一方のシリンダを前記アッセンブリの他方のシリンダと連絡させる工程と、
を備える方法。
【請求項１７】
両運転モードにおける空気燃料混合気のチャージの点火は、圧縮空気への燃料の噴射に応答した圧縮点火によって行われる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記アッセンブリの一方のシリンダにおける圧縮空気燃料混合気のチャージへの点火は、両運転モードにおいて火花点火により行われ、前記第１の運転モードにおいて前記アッセンブリの他方のシリンダにおける圧縮空気燃料混合気のチャージへの点火は、前記アッセンブリの一方のシリンダ内での点火を前記アッセンブリの他方のシリンダへ伝播させ、前記アッセンブリの一方のシリンダ内の圧縮火炎が前記アッセンブリの他方のシリンダの圧縮空気燃料混合気のチャージに点火できるようにすることで行われる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
フレーム構造と、
前記フレーム構造に設けられ、２つの隣合ったシリンダ及び同時圧縮行程及びその直後に同時駆動行程を含む反復サイクルにおいて同時に移動するように前記シリンダ内に移動可能に設けられたピストンを有する１対のピストンシリンダアッセンブリと、
前記ピストンの運動の各サイクルにおいて前記ピストンにより所定数の回転運動を行うように前記ピストンに接続された出力シャフトと、
前記ピストンシリンダアッセンブリの一方に動作可能に関連付けられた燃料噴射装置と前記ピストンシリンダアッセンブリの他方に動作可能に関連付けられた他の燃料噴射装置とを備え、一の運転モードにおいて両シリンダの前記ピストンの前記同時駆動行程の始めにおいて当該シリンダのうちの一方のシリンダにおいて点火可能な圧縮空気燃料混合気のチャージを確立するとともに当該シリンダのうちの他方のシリンダにおいて点火不能な圧縮空気のチャージを確立するように構成及び配置された燃料噴射チャージ点火装置と、
前記隣合ったシリンダの間にあり、前記一方のシリンダ内において前記点火可能な圧縮空気燃料混合気のチャージの点火によって生成された高圧条件を前記他方のシリンダ内の圧力を上昇させるために前記圧縮空気のチャージに伝播させ、前記一の運転モードの間に前記同時駆動行程において対応する前記ピストンを移動させるように構成及び配置された通路と、
を備え、
前記燃料噴射チャージ点火装置は、選択的に第２の運転モードで動作するように構成及び配置され、前記同時駆動行程において両シリンダにおいて点火可能な圧縮空気燃料混合気を確立し、点火可能なチャージの両方に点火することによって前記同時駆動行程において前記両アッセンブリのピストンが一体に動くように構成及び配置されており、
前記１対のピストンシリンダアッセンブリは、一列に並んだ４つのピストンシリンダアッセンブリのうちの内方の２つのピストンシリンダアッセンブリを構成し、前記４つのピストンシリンダアッセンブリは２つの外方ピストンシリンダアッセンブリを含み、前記外方ピストンシリンダアッセンブリは反復サイクルを通じて同時に運動する２つの外方シリンダと当該外方シリンダ内に設けられた２つの外方ピストンとを含み、前記２つの外方ピストンはその繰り返し運動が前記第１のたピストンの繰り返し運動サイクルに対して１８０°位相がずれるように前記出力シャフトに接続され、前記反復サイクルの各々は同時圧縮行程及びその直後に同時駆動行程を含み、前記燃料噴射チャージ点火装置は、その内部にある圧縮空気燃料混合気に同時に点火し、各運動サイクル中の同時駆動行程を通じて前記２つの外方ピストンを移動させるために、前記２つの外方シリンダに動作可能に関連付けられた２つの外方燃料噴射装置を備える、
内燃機関。
【請求項２０】
フレーム構造と、
前記フレーム構造に設けられ、２つの隣合ったシリンダ及び同時圧縮行程及びその直後に同時駆動行程を含む反復サイクルにおいて同時に移動するように前記シリンダ内に移動可能に設けられたピストンを有する１対のピストンシリンダアッセンブリと、
前記ピストンの運動の各サイクルにおいて前記ピストンにより所定数の回転運動を行うように前記ピストンに接続された出力シャフトと、
前記ピストンシリンダアッセンブリの一つに動作可能に関連付けられた燃料噴射装置を備え、両シリンダの前記ピストンの前記同時駆動行程の始めにおいて当該シリンダの一方において点火可能な圧縮空気燃料混合気のチャージを確立するとともに当該シリンダの他方において点火不能な圧縮空気のチャージを確立するように構成及び配置された燃料噴射チャージ点火装置と、
前記一方のシリンダと前記他方のシリンダとの間にあり、前記一方のシリンダ内において前記点火可能な圧縮空気燃料混合気のチャージの点火によって生成された高圧条件を前記他方のシリンダ内の圧力を上昇させるために前記圧縮空気のチャージへ伝播させ、前記一の運転モードの間に前記同時駆動行程において関連付けられた前記ピストンを移動させるように構成及び配置された通路と、
を備える内燃機関。
【請求項２１】
前記燃料噴射チャージ点火装置は、前記ピストンシリンダアッセンブリの他方と動作可能に関連付けられた第２の燃料噴射装置を備え、前記燃料噴射チャージ点火装置は、選択的に第２の運転モードで動作し、前記同時駆動行程において両シリンダにおいて点火可能な圧縮空気燃料混合気を確立し、点火可能なチャージの両方に点火することによって前記同時駆動行程において前記両アッセンブリのピストンが一体に動くように構成及び配置されている、請求項２０に記載の内燃機関。
【請求項２２】
前記１対のピストンシリンダアッセンブリは、前記出力シャフトの一方の側に配置された一のピストンシリンダバンクを形成し、前記第１の対と同様に構成及び配置されたピストンシリンダアッセンブリの第２の対の第２のバンクは、前記出力シャフトの他方の側に配置され、前記ピストンの反復運動サイクルが前記第１のピストンの反復運動サイクルに対して１８０°だけ位相がずれるように当該出力シャフトに接続されており、前記ピストンシリンダアッセンブリの各々のピストンは、対応するシリンダ内に設けられた１対の内側及び外側ピストンの内側ピストンを構成し、前記外側ピストンは、前記対応する内側ピストンに対して互いに接近しまた互いからから離間するように一体に移動するように前記出力シャフトに接続された、請求項２１に記載の内燃機関。
【請求項２３】
前記ピストンと前記出力シャフトとの接続は、前記出力シャフトが前記ピストンの各運動サイクルにより１回転するように構成及び配置され、各サイクルは前記ピストンの前記駆動行程と圧縮行程との間において同時に行われる燃焼の生成物と空気との交換を含む、請求項２１に記載の内燃機関。
【請求項２４】
前記ピストンと前記出力シャフトとの接続は、前記出力シャフトが前記ピストンの各運動サイクルにより１回転するように構成及び配置され、各サイクルは前記ピストンの前記駆動行程と圧縮行程との間において同時に行われる燃焼の生成物と空気との交換を含む、請求項２２に記載の内燃機関。
【請求項２５】
前記ピストンと前記出力シャフトとの接続は、前記出力シャフトが前記ピストンの各運動サイクルにより２回転運動を通して移動されるように構成及び配置され、各サイクルは同時に行われる前記駆動行程の後の同時に行われる排気行程と、同時に行われる前記圧縮行程の前の同時に行われる吸気行程とを含む、請求項２１に記載の内燃機関。
【請求項２６】
前記燃料噴射チャージ点火装置は、点火可能な圧縮空気燃料混合気のチャージを確立し、前記噴射装置による当該混合気の点火は燃料を圧縮点火条件における圧縮空気のチャージへ噴射するように構成及び配置された、請求項２４に記載の内燃機関。
【請求項２７】
前記燃料噴射チャージ点火装置は、点火可能な圧縮空気燃料混合気のチャージを確立し、前記噴射装置による当該混合気の点火は燃料を圧縮点火条件における圧縮空気のチャージへ噴射するように構成及び配置された、請求項２５に記載の内燃機関。
【請求項２８】
前記燃料噴射チャージ点火装置は、前記一方のシリンダ内の点火可能な空気燃料混合気のチャージに火花点火アッセンブリにより点火するように構成及び配置され、前記他方のシリンダ内の点火可能な空気燃料混合気は前記一方のシリンダ内における点火から前記通路を通過する圧縮火炎によって点火され、前記第２の運転モード中に前記他方のシリンダ内の点火可能な圧縮空気燃料混合気に点火する、請求項２３に記載の内燃機関。
【請求項２９】
ピストンシリンダアッセンブリの各々は、前記出力シャフトに接続され同じ運動サイクルを有する対向配置された対応するピストンシリンダアッセンブリを有し、当該対応するピストンシリンダアッセンブリの運動サイクルに対して１８０°位相がずれており、当該対応する対向配置されたアッセンブリのシリンダ管の間には通路が設けられている、請求項２１に記載の内燃機関。
【請求項３０】
ピストンシリンダアッセンブリの各々は単一のシリンダに単一のピストンを有する、請求項２９に記載の内燃機関。
【請求項３１】
ピストンシリンダアッセンブリの各々は、一方のシリンダ内に、互いと接近及び離間する方向に移動可能な対向する１対のピストンを有する、請求項１９に記載の内燃機関。
【請求項３２】
前記１対のピストンシリンダアッセンブリは、一列に並んだ４つのピストンシリンダアッセンブリのうちの内方の２つのピストンシリンダアッセンブリを構成し、前記４つのピストンシリンダアッセンブリは２つの外方ピストンシリンダアッセンブリを含み、前記外方ピストンシリンダアッセンブリは反復サイクルを通じて同時に運動する２つの外方シリンダと当該外方シリンダ内に設けられた２つの外方ピストンとを含み、前記２つの外方ピストンはその繰り返し運動が前記第１のたピストンの繰り返し運動サイクルに対して１８０°位相がずれるように前記出力シャフトに接続され、前記反復サイクルの各々は同時圧縮行程及びその直後に同時駆動行程を含み、前記燃料噴射チャージ点火装置は、その内部にある圧縮空気燃料混合気に同時に点火し、各運動サイクル中の同時駆動行程を通じて前記２つの外方ピストンを移動させるために、前記２つの外方シリンダに動作可能に関連付けられた２つの外方燃料噴射装置を備える、請求項２１に記載の内燃機関。
【請求項３３】
前記一列に並んだ４つのピストンシリンダアッセンブリは、前記出力シャフトの一方の側に一のアッセンブリバンクを形成し、同様の構成及び配置を有する第２のアッセンブリバンクが前記出力シャフトの他方の側に設けられる、請求項３２に記載の内燃機関。
【請求項３４】
前記１対のアッセンブリのピストンシリンダアッセンブリの各々は、（１）前記対応するピストンが前記出力シャフトから離れる方向に移動するときに前記出力シャフトに向かって移動するとともに（２）前記対応するピストンが前記出力シャフトに向かって移動するときに前記出力シャフトから離れる方向に移動するように前記出力シャフトに接続された各シリンダ内に第２のピストンを備える、請求項３２に記載の内燃機関。
【請求項３５】
フレームアッセンブリと、
前記フレームアッセンブリ内に設けられ、クランクシャフトの２回転の間に互いと１８０°位相がずれたサイクルで、圧縮行程及びその直後の点火行程を含む連続する４行程サイクルを行うように弁制御された第１及び第２のクランクシャフト駆動式ピストンシリンダアッセンブリと、
前記フレームアッセンブリ内に設けられ、クランクシャフトの１回転ごとに圧縮行程及びその直後の点火行程を２行程サイクルを行うように弁制御された第３のクランクシャフト駆動式ピストンシリンダアッセンブリと、
前記第１及び第２のピストンシリンダアッセンブリの１８０°位相がずれた点火行程は前記第３のピストンシリンダアッセンブリの点火行程と同時に行われ、（１）通常運転モードでの各ピストンシリンダアッセンブリへの燃料の供給と供給された燃料への点火による点火行程の実行と（２）燃料セーブモードでの前記第１及び第２のアッセンブリのみへの燃料の供給と供給された燃料への点火による連続的な点火行程の実行と、を選択的に行う前記ピストンシリンダアッセンブリ用の燃料供給点火装置と、を備え、
前記第３のピストンシリンダアッセンブリは、前記燃料セーブ運転モードにおいて、高圧条件で作動できるように前記第１及び第２のピストンシリンダアッセンブリの点火行程と交互に連絡される、
内燃機関。
【請求項３６】
ピストンシリンダアッセンブリの各々が対向するクランクシャフトにより駆動される対向するピストンを備える、請求項３５に記載の内燃機関。
【請求項３７】
３つの最初に言及されたピストンシリンダアッセンブリに対して１８０°位相がずれて運転される３つの類似のピストンシリンダアッセンブリが設けられる、請求項３５に記載の内燃機関。
【請求項３８】
前記３つの類似のピストンシリンダアッセンブリは、前記最初に言及された３つのピストンシリンダアッセンブリに対して対向して配置され、前記対向するクランクシャフトのうちの一方により駆動されるピストンと、前記クランクシャフトに対して対向するクランクシャフトを形成する第３のクランクシャフトにより駆動される対向するピストンと、を備える、請求項３７に記載の内燃機関。
【請求項３９】
前記３つの類似のピストンシリンダアッセンブリは、前記最初に言及された３つのアッセンブリと共通のクランクシャフトを有するように一直線に配置される、請求項３７に記載の内燃機関。
【請求項４０】
ピストンシリンダアッセンブリの各々が対向するクランクシャフトにより駆動される対向するピストンを備える、請求項３７に記載の内燃機関。
【請求項４１】
前記対向するクランクシャフトは、運転中に互いに近づく方向及び違いから離間する方向に相対移動するように設けられる、請求項４０に記載の内燃機関。
【請求項４２】
前記燃料供給点火装置は、各アッセンブリ用に燃料空気混合気噴射アッセンブリと、各燃料噴射アッセンブリの前記燃料空気混合気に点火するように電圧が供給される点火プラグと、を備える、請求項４１に記載の内燃機関。
【請求項４３】
前記燃料供給点火装置は、各アッセンブリ用に燃料を十分に高圧縮圧力条件に噴射することにより自然発火を起こさせることで点火行程を確立する燃料噴出装置を備える、請求項４１に記載の内燃機関。
【請求項４４】
前記第１及び第２のピストンシリンダアッセンブリは、吸気口及び排気口のそれぞれを開放及び閉止するように移動する対向するシリンダ部の動きによって弁制御される、請求項４３に記載の内燃機関。
【請求項４５】
前記第３のピストンシリンダアッセンブリは、シリンダ吸気口及び排気口を開放及び閉止するピストンの運動によって弁制御される、請求項４４に記載の内燃機関。
【請求項４６】
２つのモードのうちの一方のモードで内燃機関を選択的に運転する方法であって、
前記内燃機関は、互いと１８０°ずれた４行程サイクルで点火される燃焼室を有する２つのピストンシリンダアッセンブリと、２行程サイクルで点火される第３のピストンシリンダアッセンブリと、を備え、
前記方法は、
前記第３のアッセンブリの燃焼室への燃料を遮断する工程と、
前記第１及び第２おアッセンブリの各々における点火によって生成された上昇圧力条件が前記第１及び第２のアッセンブリのうちの一方の駆動行程と同時の駆動行程で第３のアッセンブリを動かすように、点火時に前記第３のアッセンブリの前記燃焼室を前記第１及び第２のアッセンブリの前記燃焼室と交互に連絡させる工程と、
を備える方法。
【請求項４７】
フレーム構造と、
前記フレーム構造内に設けられ、近接した燃焼室及びピストンを含む少なくとも２つのピストンシリンダアッセンブリと、を備え、
当該ピストンは、当該アッセンブリ内の空気が当該ピストンの前記燃焼室へ接近する方向の運動によって前記燃焼室内で圧縮される同時圧縮行程を含む反復サイクルにおいて前記燃焼室と接近及び離間する方向に同時に運動するためにクランクシャフトに接続されており、
前記アッセンブリの一方のサイクルは、クランクシャフトの２回転の間に発生するものであって、前記圧縮行程の直前の吸気行程と前記駆動行程の直後の排気行程とを含み、
前記アッセンブリの他方のサイクルは、クランクシャフトの１回転の間に発生するものであって、前記圧縮行程の前に加圧ガスのチャージの吸入による前記駆動行程の後の燃焼生成物の除去を含み、
前記アッセンブリの前記燃焼室は、前記一方のアッセンブリの前記駆動行程における点火がその前記燃焼室内で上昇圧力条件を生成し、前記他方のアッセンブリの前記燃焼室における空気圧力に伝播されたときに前記他方のアッセンブリの前記駆動行程を実現するように連絡される、
内燃機関。
【請求項４８】
前記他方のアッセンブリの前記サイクルにおいて吸入される前記加圧ガスは空気であり、前記他方のアッセンブリは、選択的に、第１のモードでは燃料を前記空気に噴射しそれにより得られる空気燃料混合気が点火によって前記駆動行程を実現し、また、第２のモードでは燃料を前記空気に噴射せずに前記空気燃料混合気の点火による前記一方のアッセンブリの前記燃焼室における圧力の上昇が前記他方のアセンブリの前記燃料室に伝播されたときに前記駆動行程を実現する、燃料噴射装置を含む、請求項４７に記載の内燃機関。
【請求項４９】
前記第１のモードにおいて前記他方のアッセンブリの前記燃焼室における前記空気燃料混合気の点火が前記一方のアッセンブリの前記燃焼室における点火の伝播によって実現される、請求項４８に記載の内燃機関。
【請求項５０】
前記フレーム構造が、前記一方のアッセンブリのように構成され、前記一方のアッセンブリのサイクルと１８０°位相がずれた前記一方のアッセンブリと類似の反復２回転クランクシャフトサイクルを有する第３のピストンシリンダアッセンブリを含み、前記第３のアッセンブリは、前記他方のアッセンブリの前記燃焼室と連絡する近接した燃焼室を有し、前記燃料噴射装置が、前記第２のモードにおいて前記第３のアセンブリの前記燃焼室の点火によって起こる上昇圧力条件によって、前記他方のアッセンブリの交互の駆動行程と、前記ピストンが前記燃焼室から離間する方向に同時に移動する直後の駆動行程とを選択的に実現し、前記一方のアッセンブリの前記駆動行程が前記空気燃料混合気の点火によって起こる上昇圧力条件下で実現されるように、前記少なくとも２つのアッセンブリの一方における圧縮空気が燃料混合気とともに点火され、前記一方のアッセンブリの前記燃焼室は、前記少なくとも２つのアッセンブリの他方の燃焼室と連絡されており、前記一方のアッセンブリにおける前記上昇圧力条件が前記他のアッセンブリに伝播されて駆動行程を実現する、請求項４７に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１２年５月１８日に出願された米国特許出願第１３／４７５，２５３号及び２０１３年２月２２日に出願された米国特許仮出願第６１／７６８，１２７号に基づく優先権を主張する。これらの出願の内容は、参照により全体として本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、内燃機関に関し、より具体的には、新規な燃料セーブサイクルを備える内燃機関及び当該内燃機関の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
現在の経済状況は、車や大型トラックのガソリンやディーゼル燃料に関して特に好ましくないものとなっている。少なくとも一部の時間において充電式バッテリーの動力で運転可能なハイブリッドカーが提供されているものの、大部分の車では依然としてガソリンエンジンやディーゼルエンジンも動力源として利用しなければならない。ガソリン及びディーゼル燃料の価格が高騰しているため、エンジンをさらに効率化するニーズが依然として存在する。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の目的の一つは、より効率化され省燃費化された内燃機関に対するニーズを充足する手段を実現する内燃機関を提供することである。
【０００５】
当該目的は、本発明の原理に従って、望ましくは近接して配置される少なくとも２つのピストンシリンダアッセンブリを有する内燃機関を提供することにより実現される。当該アッセンブリのうちの少なくとも１つは燃料噴出装置を備え、また、当該アッセンブリの各々は、同時に起こる圧縮行程とその直後に同時に起こる駆動行程とを含む反復サイクルを通じて両アッセンブリのピストンが同時に動くようにクランクシャフトに接続される。この２つのアッセンブリは、新規の燃料セーブサイクルで運転するときに、同時圧縮行程の最後において、一方のアッセンブリのシリンダにおける圧縮空気のチャージ及び他方のアッセンブリのシリンダにおける圧縮空気燃料混合気のチャージを確立する。この空気燃料混合気が点火されると、当該他方のシリンダにおける高圧条件がただちに通路を通って前記一方のシリンダに伝播され、同時駆動行程において二重膨張（ｄｏｕｂｌｅ  ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）を実現し、これにより、通常は排気される排気前の圧力エネルギーの多くを排気前に利用することができる。
【０００６】
望ましくは、当該内燃機関は、通常モードに従って第１の燃料噴出装置に対して選択的に制御される第２の燃料噴出装置を備える。通常モードでは、両アッセンブリが類似の方法で同時に運転され、実質的に二重のチャージが点火されて両ピストンに同時に作用するように、同時圧縮行程の最後において両シリンダが圧縮空気燃料混合気のチャージを確立する。
【０００７】
本発明は、噴射装置による噴射によって点火（従来の圧縮点火におけるのと同様）が起こる内燃機関又は吸気行程において同時に噴射がなされ火花点火装置によって点火が行われる内燃機関において実現することができる。火花点火の場合には、通常運転モードにおける第２の空気燃料チャージの点火は、第１のシリンダ内の点火により発生し通路を通過する高圧火炎によって行われる。
【０００８】
本発明の原理を具体化する内燃機関は、４行程サイクル又は２サイクルのいずれでも運転可能である。
【０００９】
本発明は、対向配置されたピストンを有するタイプの内燃機関に最も容易に適用される。特に高効率の実施形態は、ミシガン州アレンパークにあるエコモーターズ（Ｅｃｏ  Ｍｏｔｏｒｓ）の新しい内燃機関において用いられる１シリンダ型配置における対向するピストンを使用する。エコモーターズの配置は、クランクシャフトの中央部の両側に配置された２つのシリンダを備える。当該クランクシャフトの中央部は、２行程サイクルにおいて各シリンダ内の１対のピストンが互いと１８０°ずれた位相で運動するように、１対のコネクティングロッドに接続されている。対向するピストンは当該シリンダ内に設けられており、各ピストンは、平行に延伸する１対のコネクティングロッドにより協調的な２行程サイクルにおいて運動するように構成されている。当該コネクティングロッドは、互いと１８０°位相がずれるように対向するピストン及びクランクシャフトに軸支されている。
【００１０】
エコモーターズの内燃機関はモジュールとして宣伝されている。デュアルモジュラー型内燃機関は、クラッチアッセンブリによって一体に接続された２つのモジュール型内燃機関を備える。デュアルモジュラー型内燃機関は、省燃費のために４気筒で運転可能な８気筒内燃機関に相当するものである。このように、４つの燃料が供給されないピストンシリンダアッセンブリを単純に動作させないのではなく、クラッチによって一方のモジュール型エンジンを完全に動作不能とすることができる。
【００１１】
本発明の目的の１つは、エコモーターズのクラッチ付きデュアルモジュール型内燃機関（又はそれ以外の類似の内燃機関）を再構成し、当該再構成により部品点数が少なくなるとともに、改善された新規のサイクルにおいて通常運転と燃料セーブ運転とを実現し、デュアルモジュール型エコモーターズ内燃機関及びその燃料セーブモードでの運転と比較して当該新規のサイクルがより高い効率を有するようにすることである。
【００１２】
上記の目的は、本発明の原理に従って、モジュール型の発想を放棄し、シリンダの各対及び対向するピストンの各対が同一の２行程サイクルを通じて同時に運動するように２つの隣合ったシリンダを単一の中央クランクシャフトの両側に設けることにより実現される。このようにして、隣合ったシリンダの各々の対においては、同じイベントが互いと１８０°位相がずれた状態で発生する。燃料セーブモードは、単に隣合ったシリンダの各対の間に中央の燃焼室領域において通路を提供し、通常運転時のように２つのシリンダ用の２つの燃料噴射装置の両方が燃料を噴射するのではなくその一方が燃料を噴射するようにコンピュータ制御で動作する燃料噴射装置を再プログラミングすることにより実現される。したがって、燃料セーブモードにおいては、点火時に燃料噴射を受容する一方のシリンダは、その内部で発生する高圧条件を通路を通じて他方にシリンダにただちに伝播し、他方のシリンダ内の圧縮圧力にある空気のチャージを上昇させる。１つの点火により生成される圧力を２つのピストンに作用させて２つのピストンに対して同時に駆動行程を起こさせることで、二重の運転圧力膨張（ｗｏｒｋｉｎｇ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）を発生させ、これにより、通常は排気される圧力エネルギーの多くを利用することができる。
【００１３】
本発明の上記以外の関連する態様は、フレーム構造と、前記フレーム構造に設けられ、２つの隣合ったシリンダ、及び、同時圧縮行程及びその直後に同時駆動行程を含む反復サイクルにおいて同時に移動するように前記シリンダ内に移動可能に設けられたピストン、を有する１対のピストンシリンダアッセンブリと、前記ピストンの運動の各サイクルの間に、前記ピストンによって所定数の回転運動を行うように前記ピストンに接続された出力シャフトと、を備える内燃機関を提供する。燃料噴射チャージ点火装置は、一方のピストンシリンダアッセンブリと動作可能に関連付けられた燃料噴射装置と、他方のピストンシリンダアッセンブリと動作可能に関連付けられた他の燃料噴射装置と、を備える。当該燃料噴射チャージ点火装置は、両シリンダのピストンの同時駆動行程の始めにおいて一方のシリンダにおいて点火可能な圧縮空気燃料混合気のチャージを確立するとともに当該他方のシリンダにおいて点火不能な圧縮空気のチャージを確立するように構成及び配置される。隣合ったシリンダの間に設けられる通路は、一方のシリンダ内において前記点火可能な圧縮空気燃料混合気のチャージを点火することにより生成された高圧条件を他方のシリンダ内の圧力を上昇させるために圧縮空気のチャージに伝播し、前記一の運転モードの間に、同時駆動行程を通じて、対応する前記ピストンを移動させる。
【００１４】
前記燃料噴射チャージ点火装置は、第２の運転モードで動作するように構成及び配置され、前記同時駆動行程において両シリンダにおいて点火可能な圧縮空気燃料混合気を確立し、点火可能なチャージの両方に点火することによって前記同時駆動行程において前記両アッセンブリのピストンが一体に動くように構成及び配置される。制御装置は、燃料噴射チャージ点火装置に関して前記第１の運転モードと前記第２の運転モードとの間での選択を行うために備えられる。
【００１５】
本出願の態様は、ピナクル  エンジンズ  インコーポレイテッドによって検討されているタイプの内燃機関のデュアルモードの改善に関する。この種の内燃機関は、以下のピナクル社の特許文献において例示されている。これらの出願の内容は参照により本出願に組み込まれる。２００９年１０月２９日に公開された米国特許出願公開第２００９／０２６６３２９号。２０１０年６月１７日に公開された米国特許出願公開第２０１０／０１４７２６９号。２０１０年８月２６日に公開された米国特許出願公開第２０１０／０２１２６２２号。２０１１年２月２４日に公開された米国特許出願公開第２０１１／００４１７９９号。２０１１年９月１５日に公開された米国特許出願公開第２０１１／０２２００５８号。２０１２年４月１２日に公開された米国特許出願公開第２０１２／００８５３０２号。２０１２年４月１２日に公開された米国特許出願公開第２０１２／００８５３０５号。
【００１６】
上記の引用文献において開示されている典型的なピナクル型内燃機関は、複数の対向するピストンシリンダアッセンブリを備える。当該アッセンブリのシリンダは、互いに近づく方向にまた互いから離れる方向に個別に運動可能な２つのシリンダ部から成り、中央に配置された吸気口を一方のシリンダ部によって閉止及び開放するとともに中央に配置された排気口を他のシリンダ部によって閉止及び開放する。ピナクル型内燃機関の独特な特徴は、一方のアッセンブリのクランクシャフト駆動式ピストンユニットの一方を他方のアッセンブリの対向するクランクシャフト駆動式ピストンユニットに対して近づくように又は当該ユニットから離れるように移動させ、２つのアッセンブリ間でシリンダ内の圧縮比を変更できることである。ピナクル型内燃機関の特許の開示において、様々な有利な効果は、これらの特徴によって得られるものとしているが、通常モードと燃料噴射が遮断される燃料セーブモードでの運転を選択的に行う構成については開示していない。  
【００１７】
燃料セーブモードにおいては、デュアルモード運転でのこの種の例は、現時点では、８つのシリンダのうちの４つに対してサイクル運動中に燃料を供給しない８気筒内燃機関に組み込まれている種類のものである。他の例は、２つのユニット化された内燃機関であり、その間にクラッチを備えて、一方を完全に遮断するものである。例えば、米国特許出願公開第２０１０／００５６３２７号参照。これらの例ではいずれも、運転の途絶や使用しない部品が発生してしまう。    
【００１８】
本発明は、両モードにおいて全ての部品が機能する改善された方法でデュアルモード運転を行い、燃料セーブモードをより高効率とする一方で完全な可変ピナクル運転も可能にするピナクル型の内燃機関を提供する。本発明の改善は、上述され、また、以下の例示的な実施形態で説明されるとともに、２０１２年５月１８日出願の米国特許出願第１３／４７５，２５３号において開示されているデュアルモード運転の基本的な原理を使用する。当該出願は、参照により本明細書に組み込まれる。このように、通常モードにおいては通常の方法で個別に運転される２つのピストンシリンダアッセンブリは、燃料セーブモードも有しており、この燃料セーブモードにおいては、一方のアッセンブリのみが点火され当該点火により生成される高圧条件が他方のアッセンブリに伝播され当該アッセンブリを同時に駆動してより多くの膨張を効率的に行う。  
【００１９】
本発明は、ピナクル型内燃機関の２つの平行なピストンシリンダアッセンブリの各々が、常に互いと１８０°°位相がずれた状態で様々に動作できるようにし、２つの４行程ピナクルアッセンブリの間でピストン運動により弁制御される２行程ピストンシリンダアッセンブリを追加できるようにする。２行程アッセンブリは、（１）燃料供給を通常受ける燃料部品が選択的に遮断され、通常点火時における内部圧力条件を圧縮圧力下での空気とし、（２）この圧縮空気圧力条件がその点火行程において４行程アッセンブリの燃焼室と交互に連通されて、同時行われる上昇圧力駆動行程を通じて２行程アッセンブリを駆動するように構成される。  
【００２０】
この２行程アッセンブリは好ましくは４行程アッセンブリよりも大きな変位量を有する。通常運転においては、４行程アッセンブリへの１回の燃料供給の間に、２行程アッセンブリに２回燃料が供給されると理解することができる。したがって、燃料セーブモードでの運転時に、２行程アッセンブリへの２回の燃料供給を省略することができ、通常運転と比較して少なくとも半分は燃料を節約することができる。また、各４行程アッセンブリサイクルにおける２行程アッセンブリによる追加的な膨張により、燃料セーブモードでの効率を高めることができる。  
【００２１】
本発明の他の目的、特徴及び利点が、以下の詳細な説明、添付した図面及び添付した特許請求の範囲から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の原理を具体化した内燃機関の水平断面図である。
【００２３】
【図２】図１の２−２線に沿って切断された断面図である。
【００２４】
【図３】圧縮空気吸入装置を示す概略図である。
【００２５】
【図４】コンピュータ制御された燃料噴射装置を示す概略図である。
【００２６】
【図５】本発明の原理を具体化した他の内燃機関を、説明の明確化のために部分的に破断し水平断面で示した上面図である。
【００２７】
【図６】図５の内燃機関の一端の拡大水平断面図であり、各部品が行程の途中の位置にある様子を示している。
【００２８】
【図７】図６と同様の図であり、図６のシャフトの位置から出力シャフトが１８０°回転した後の部品の位置を示す。
【００２９】
【図８】図５と同様の図であり、図７のシャフトの位置から出力シャフトがさらに１８０°回転した後の部品の位置を示す。
【００３０】
【図９】図５と同様の図であり、図８のシャフトの位置から出力シャフトがさらに１８０°回転した後の部品の位置を示す。
【００３１】
【図９Ａ】図５ないし図９に示した内燃機関の燃料噴射装置を制御する望ましいコンピュータシステムの模式的な図
【００３２】
【図１０】２行程サイクル運転する本発明の原理を具体化した火花点火式内燃機関の水平断面図
【００３３】
【図１１】本発明の原理を具体化する内燃機関の上面図であり、当該内燃機関の３つの対向するクランクシャフト駆動式ピストンシリンダアッセンブリを水平断面において示す。この図では、２行程アッセンブリが２つの４行程アッセンブリの間に配置されており、３つのアッセンブリの対向するピストンが最小限離間した制限位置にある。
【００３４】
【図１２】対向するピストンが最大限離間した制限位置にある図１１と同様の図。
【００３５】
【図１３】２つの４行程アッセンブリの燃焼比を可変とする図１１及び図１２に示した内燃機関の構成部品の線図を示す。
【００３６】
【図１４】自動車用駆動モータとして自動車において実現された場合における、図１１及び図１２に示した内燃機関の部品を構成するコンピュータ制御運転システムのブロック図を示す。
【００３７】
【図１５】図１１に示した内燃機関の変形例を示す模式的な線図
【００３８】
【図１６】他の変形例を示す図５と同様の図
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図面を具体的に参照すると、図１及び図２には、本発明の原理を具体化した内燃機関が参照符号１０で示されている。
【００４０】
内燃機関１０は、メインフレーム構造１２を備える。このメインフレーム構造１２は、図面では一つの部品として例示されている。当該フレームは、実際には多くの従来の部品から構成されていてもよい。      例示されている一体品の実施形態において、当該フレーム構造は、一対の隣り合わせになったシリンダ１４Ｌ、１４Ｒを定義する。このシリンダ１４Ｌ、１４Ｒは、出力クランクシャフト１６の両側に概ね整列するように設けられる。当該一対のシリンダ１４Ｌ、１４Ｒ内にはそれぞれ、一対の対向するピストン１８Ｌ、２０Ｌ、１８Ｒ、２０Ｒが設けられる。
【００４１】
当該一対のピストン１８Ｌは、一対のコネクティングロッド２２Ｌによってクランクシャフト１６に対して同時に接近・離間するように、シリンダ１４Ｌ内に摺動可能にまた密閉状に設置される。当該一対のコネクティングロッド２２Ｌの各々の一方の端部は当該一対のピストン１８Ｌに（不図示のリスト・ピンによって）回動可能に接続され、他方の端部はクランクシャフト１６の二つの整列した内部クランク２４に回転可能に接続される。
【００４２】
一対のピストン１８Ｒは、一対のコネクティングロッド２２Ｒによってクランクシャフト１６に対して同時に接近・離間するように、シリンダ１４Ｒ内に摺動可能にまた密閉状に設置される。当該一対のコネクティングロッド２２Ｒの各々の一方の端部は当該一対のピストン１８Ｒに（不図示のリスト・ピンによって）回動可能に接続され、他方のフォーク状端部は当該二つの内部クランク２４に回転可能に接続される。
【００４３】
一対のピストン２０Ｌは、一対のピストン１８Ｌの外方において、ピストン１８Ｌがクランクシャフト１６から離間したときに当該ピストン１８Ｌに同時に接近するとともにピストン１８Ｌがクランクシャフト１６に接近するときに当該ピストン１８Ｌから同時に離間するように、一対の隣合ったシリンダ１４Ｌ内に摺動可能にまた密閉状に設置される。
【００４４】
この一対のピストン２０Ｌの同時移動は、当該一対のピストン２０Ｌから外方に延伸し、シャフト２８Ｌを有する一対の固定ロッド２６Ｌによって実現される。シャフト２８Ｌは、その軸の回りでピストンロッド２６Ｌに対して回動できるように、固定ロッド２６Ｌを横方向に貫いて延伸する。シャフト２８Ｌは、軸方向に離間した３つのスロット３０Ｌ内を移動する。このスロット３０Ｌは、図示のように、フレーム構造１２の近接端に形成される。
離間したコネクティングロッド２６Ｌの間で延伸するシャフト２８Ｌの中央部は中央のスロット３０Ｌ内を摺動し、シャフト２９Ｌの両端はロッド２６Ｌの外側の２つのスロット３０Ｌを通過し近接したフレーム構造１２を超えて延伸している。
【００４５】
シャフト２８Ｌの外方に延伸している端部には、一対の外部コネクティングロッド３２Ｌの一方の端部が軸着されている。当該一対の外部コネクティングロッド３２Ｌは、クランクシャフト１６に向かって内方に延伸しており、その内方端は、クランクシャフト１６の両端において、近接するフレーム構造１２の横方向外方にある２つの外部クランク３４に回転可能に接続されている。
【００４６】
一対の外方ピストン２０Ｒは一対の内方ピストン１８Ｒと関係しており、ピストンロッド２６Ｒ、スロット３０Ｒ内で移動するシャフト２８Ｒ、及び一対の外部コネクティングロッド３２Ｒを含む同様の部品アッセンブリによって同時に一体的に動き、また、互いから離間するように動く。外部コネクティングロッド３２Ｒの内方端はクランクシャフト１６のクランク３４に回転可能に接続されており、外方端はシャフト２８Ｒの外方端に回動可能に接続されている。
【００４７】
クランクシャフト１６と内方の一対のピストン１８Ｌ、１８Ｒとの間におけるコネクティングロッド２２Ｌ、２２Ｒの接続、及び、クランクシャフト１６と外方の一対のピストン２０Ｌ、２０Ｒの間における外部コネクティングロッド３２Ｌと外部コネクティングロッド３２Ｒとの接続から、ピストン１８Ｌ及びピストン２０Ｌは、２行程の反復サイクルを通じて同時に動くことが分かる。この反復サイクルは、（１）当該一対のピストン１８Ｌ、２０Ｌが、互いから大きく離間した外方制限位置から、離間しているもののほぼ一体的になっている内方制限位置に移動する圧縮行程、及び（２）当該一対のピストン１８Ｌ、２０Ｌが内方制限位置から互いに離間した外方制限位置に移動する駆動行程を含む。
【００４８】
一対のピストン１８Ｒ、２０Ｒは同様の２行程反復サイクルを有する。しかしながら、ピストン１８Ｒ、２０Ｒは、クランクシャフト１６の同じクランク（すなわち、同じクランク軸）に接続されているので、その２行程サイクルは、一対のピストン１８Ｌ、２０Ｌの２行程サイクルから１８０°ずれている。換言すれば、ピストン１８Ｒ、２０Ｒが駆動行程において移動している際にピストン１８Ｌ、２０Ｌは圧縮行程の移動を行い、ピストン１８Ｒ、２０Ｒが圧縮行程における移動を行っている際にピストン１８Ｌ、２０Ｌは駆動行程の移動を行う。
【００４９】
ピストンが外方制限位置の近くにある際には、吸気口３６を通って隣合ったシリンダ１４Ｌ、１４Ｒの各々の一端に向かい、各シリンダの他端にある排気口３８から排出される加圧空気の流れが形成されるため、ピストン１８Ｌ、２０Ｌ及びピストン１８Ｒ、２０Ｒは、クランクシャフト１６の回転のたびに位相がずれた２行程反復サイクルで移動する。逆に、他方のシリンダにあるピストンは、内方制限位置にあり、開口３６、３６は遮断されている。  
【００５０】
図３は、吸気口３６及び排気口３８が対応するピストン１８又はピストン２０の動きによって既知の手順に従って解放されて駆動行程の最後に近づいたときに、ポンプ４１（出力シャフト１６によって駆動されるように構成されている）がどのようにして管を通って吸気口３６まで圧縮空気を輸送するかを模式的に図示する。
【００５１】
ピストンは反対方向へ開口３６及び開口３８を通過して移動することにより当該開口を閉止するため、ピストン１８及びピストン２０が圧縮行程の最初の部分において移動するときに、シリンダ１４内に移動した圧縮空気はそのシリンダ内に閉じ込められる。閉じ込められた空気は、ピストン１８及びピストン２０が圧縮行程において一体に移動するにつれて圧縮される。
【００５２】
図示の実施形態において、圧縮率は、ピストンが内方制限位置の近くにあるとき又は内方制限位置にあるときの空気の圧力及び温度が燃料噴射によって圧縮点火を発生させるものとなるように選択される。
【００５３】
図示されているように、各シリンダ１４についてフレーム構造１２によって支持されている燃料噴射装置４２が設けられている。この燃料噴射装置４２は、ピストン１８とピストン２０が内方制限位置にあるときに、そのノズルがピストン１８とピストン２０との間のシリンダ１４内の燃焼室空間（ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  ｃｈａｍｂｅｒ  ｓｐａｃｅ）に入るような位置に設けられる。
【００５４】
図４は、４つの燃料噴射装置４２を模式的に示す。この燃料噴射装置４２は、参照符号４６で模式的に示されている従来の燃料源４６から伸びる高圧燃料経路４４を有する。燃料噴射装置４２は、参照符号４８で模式的に示されている電動バルブを備えるように構成及び配置される。この電動バルブは、燃料をシリンダ１４に噴射するために開放され、噴射を止めるために閉止される。電線路５０は、模式的にバルブ４８と接続されるように図示されている。電線路５０は、コンピュータ等の制御装置に接続されるように図示されている。このコントローラは、参照符号５２で模式的に図示されている。電線路５０は、バルブ４８を開閉するために、信号を当該バルブ４８に送信する。この信号は、開放信号と閉止信号との間にインターバルをおいて送信され、これにより燃料の噴射量が決定される。
【００５５】
また、一対の隣合うシリンダ１４の各々は、隣合っているシリンダの間を延伸する通路５４によって互いに連絡するように形成される。この通路５４は、各シリンダの中央部において燃料噴射装置と対向した位置にある。コンピュータ５２は、一対の隣合うシリンダ１４のうちの一つのシリンダに対応する一つの燃料噴射装置４２が選択的にゼロの燃料を噴射するように、換言すれば燃料を噴射しないようにプログラムされる。
【００５６】
コンピュータ５２は、シリンダ１４Ｌ又はシリンダ１４Ｒのうちの同じ側にある対の両方に対して同量の燃料を噴射するように４つの燃料噴射装置４２を動作させ、シリンダ１４Ｌ又はシリンダ１４Ｒの一方の対がシリンダ１４Ｌ又はシリンダ１４Ｒの他方の対から１８０°だけ位相がずれていることを考慮に入れて、シリンダ内で点火を行う。両方のシリンダ１４内の点火により発生した高圧が対向するピストン１８及びピストン２０に作用する際に、通路５４による影響が実質的に起こらないようにするために、対になっているシリンダの両方で点火が同時に行われる点に留意されたい。
【００５７】
同じ側にあるシリンダ１４の２つの燃料噴射装置４２のうちの一つにコンピュータ５２から噴射を行わないことが指示されると、燃料を受容したシリンダにおける燃料の点火によって当該シリンダ１４内で高圧が生じ、その高圧が通路５４によって瞬時に低圧縮圧力となっている他方のシリンダ１４に伝播され、これにより、対向するピストン１８及びピストン２０が駆動行程において一体に動く。この一方の点火によって、圧力エネルギーを二重に膨張させることができる。
【００５８】
この運転の燃料セーブモードは、コンピュータ５２によって選択されるものであり、４気筒又はクラッチを有するデュアルモジュールエコモーター（ｄｕａｌ  ｍｏｄｕｌａｒ  Ｅｃｏ  Ｍｏｔｏｒ）を選択的に動作させることができるＶ８エンジンのように、エンジンによって使用される燃料を半分に減らすことができる。本発明の燃料セーブモードは、より少量の燃料で点火を行って、エンジンの可動部品の全てを高効率で動作させることができる。
【００５９】
コンピュータ５２が自動車での使用時に燃料セーブモードを選択するために、自動車の機能を電気的に検出してコンピュータに転送する必要がある。４気筒で省燃費運転をすることができるＶ８エンジンを備える自動車において、幾つかのセンサが公知となっている。例えば、車を加速させるためのアクセルペダルの動きが検出されたときに通常運転が選択され、ブレーキペダルの動きが検出されたときに燃料セーブモードが選択される。クルーズ制御の作動が検出されたときに燃料セーブモードを用いてもよい。ハンドルが切られていないのにモータの回転を検出したときに燃料セーブモードを選択してもよい。
【００６０】
図面を具体的に参照すると、図５ないし図９には、本発明の原理を具体化した火花点火式内燃機関が参照符号１１０で示されている。内燃機関１１０は、参照符号１１２で示されたフレーム構造を備える。このフレーム構造は、図５において、本体構造１１４とその両端に設けられた頭部構造１１６を含む３つの部品から成るものとして図示されている。この３つの部品から成る構成は例示に過ぎず、フレーム構造１１２は実際には既知の実務に従って多数の部品から構成されてもよい。
【００６１】
図５に示すように、内燃機関１１０は、対向するピストン構造である。この対向ピストン構造は、中央にあるた出力クランクシャフト１２４に接続された二重の作動ピストンシリンダアッセンブリを有しており、このアッセンブリにおいては位相が互いと１８０°ずれている。
【００６２】
当該ピストンシリンダアッセンブリは互いに同じものであるため、互いと１８０°位相がずれているという点に留保はあるが、その一方についての説明で両方について説明として十分である。
【００６３】
図面を具体的に参照すると、図５ないし図８に最も分かりやすく示されているように、本体構造１１４は、参照符号１１８及びＡからＤの枝番で示されている４つの一直線上に並んだシリンダを備える。この４つのシリンダ１１８内には摺動可能にまた密閉状に４つのピストンが設けられる。このピストンは参照符号１２０及びＡからＤの枝番で示されている。
【００６４】
各ピストン１２０には、コネクティングロッド１２２の一方の端部が、既知のリストピン（不図示）で回動可能に接続される。各コネクティングロッド１２２の他端は、出力シャフト１２４に回転可能に接続される。出力シャフト１２４は、参照符号１２６及びＡからＤの枝番で示される４つのＵ字状クランク部を備える。このクランク部は、本体構造１１４に摺動可能に設けられたストレート軸受部１２８によって離間されている。クランク部１２６Ａ及びクランク部１２６Ｄは、隣接する軸受部１２８から同方向に外方に延伸する向きに配置されており、クランク部１２６Ｂ及びクランク部１２６Ｃは、隣接する軸受部１２８から同方向に外方に延伸する向きでクランクシャフト１２８の延伸方向とは１８０°ずれた向きに配置される。
【００６５】
ピストンロッド１２２の各々の端部と出力クランクシャフト１２４との接続は、各ピストンロッド１２２の端部を対応するＵ字状クランク部１２６の右側に回転可能に軸支することで実現される。かかるクランク部１２６の配置及び当該クランク部１２６に回転可能に接続されるとともにピストン１２０に回動可能に接続されたピストンロッド１２２の接続によって、ピストン１２０Ａ及び１２２Ｄは一方向に同時に起こる行程において一体に移動し、ピストン１２０Ｂ及び１２２Ｃは反対方向に同時に起こる行程において一体に移動することになる。
【００６６】
頭部構造１１６は、４つのシリンダ１１８を閉鎖する端壁を画定し、その内部に参照符号１３２及びＡからＤの枝番で示される空気供給路を有する。この空気供給路の各々は内部に面した４つの弁座を通じて４つのシリンダ１１８と連通している。この弁座は、参照符号１３４及びＡからＤの枝番で示される吸気口を画定する。頭部構造１１６は、その内部に参照符号１３６及びＡからＤの枝番で示される排気路を有する。この空気供給路の各々は内部に面した４つの弁座を通じて４つのシリンダ１１８と連通している。この弁座は、参照符号１３８及びＡからＤの枝番で示される排気口を画定する。
【００６７】
頭部構造１１６には、参照符号１４０及びＡからＤの枝番で示される４つのステム駆動（ｓｔｅｍ  ｏｐｅｒａｔｅｄ）ポペット弁が設けられる。このポペット弁は、吸気口１３４を閉止するように吸気口１３４に向かって移動するとともに吸気口１３４を開放するように吸気口１３４から離れる方向へ移動する。頭部構造１１６にはまた、参照符号１４２及びＡからＤの枝番で示される４つのステム駆動ポペット弁が設けられる。このポペット弁は、排気口１３８を閉止するように排気口１３８に向かって移動するとともに排気口１３８を開放するように排気口１３８から離れる方向へ移動する。
【００６８】
このポペット弁１４０、１４２は、対応する開口１３４、１３８を閉止する位置へ移動するように既知のバネ１３９によりバネ付勢されるとともに、対応する開口１３４、１３８を開放する位置へカムシャフト１４４によりバネ付勢に抗して移動する。このカムシャフト１４４は、頭部構造１１６の弁１４０、１４２及び開口１３４、１３８に覆い被さる位置に回転可能に設けられる。カムシャフト１４４は、既知の回転運動伝達機構１４５により、出力シャフト１２４の回転速度の半分の回転速度で回転する。この回転運動伝達機構１４５は、出力シャフト１４４が２回転する間にその回転によってカムシャフト１４４が１回転するように、出力シャフト１２４とカムシャフト１４４との間に接続されている。このようにして、カムシャフト１４４は、１サイクルの運動を通じて弁１４０及び弁１４２を動かすことができる一方で、ピストン１２０は４つの連続する１８０°行程を通じて運動することができる。
【００６９】
弁１４０及び弁１４２の運転サイクルのシーケンスは、４つの吸気口及び参照符号１４６及びＡからＤの枝番で示される閉止カム部によって決定される。    
【００７０】
カムシャフト１４４には、４つの吸気弁１４０のステムエンドから軸方向に離間した位置で当該ステムエンドと整列し、当該ステムエンドと係合するように４つの排気用開閉カムが設けられる。この開閉カム部は、参照符号１４８及びＡからＤの枝番で示されている。カム部１４８は、カムシャフト１４４に形成される。４つの排気弁１４２のステムエンドから軸方向に離間した位置で当該ステムエンドと整列し、当該ステムエンドと係合するように、カムシャフト１４４に形成される。カム部１４６及びカム部１４８は」それぞれ、（１）弁ステムと係合したときに対応する開口を開放するように弁１４２又は弁１４４を移動させる前面と、（２）弁ステムと係合したときに対応する開口を閉止するように弁１４２又は弁１４４を移動させる後面と、（３）当該前面と当該前面との間に設けられ、弁ステムと係合したときに対応する開口が開放されているように弁１４２又は弁１４４を保持する中央面とを提供する。各ピストン１２０の４つの行程の運動は、出力シャフト１２４の２回転により制御されるものであり、図６ないし図９に、吸気行程、圧縮行程、駆動行程、及び排気行程の順に示されている。各吸気弁１４０及び排気弁１４２の協調した運動は、対応するピストン１２０の４つの行程の間において、以下のとおりとなる。すなわち、（１）吸気行程においては吸気弁１４０は開放され排気弁１４２は閉止され、（２）圧縮行程及び駆動行程において弁１４０及び弁１４２は閉止され、排気行程において吸気弁１４０は閉止され排気弁１４２は開放される。各行程における弁の運動の正確なタイミングは既知の実務に従う。
【００７１】
４つの供給路１３２は、図３に示したのと同様にろ過空気源と連通しており、また、４つの排気路１３６は消音排気マニホルド（不図示）と連通している点に留意されたい。
【００７２】
内燃機関１１０は、参照符号１５０及びＡからＤの枝番で示されている４つの燃料噴射装置を備える。４つの燃料噴射装置１５０は、既知の構成を有しており、図４に例示されているのと同様の既知の制御系を具体化する。この既知の制御系は、４シリンダ４行程ＧＭエンジン（４  ｃｙｌｉｎｄｅｒ，  ｆｏｕｒ  ｃｙｃｌｅ  ＧＭ  ｅｎｇｉｎｅ）におて実現されている。各燃料噴射装置１５０は、その上端１５２を通じて、燃料含有マニホルド（不図示）と連通している。各上部開口端１５２は、受容した加圧燃料を下部吐出ノズル１５４に移送する。各燃料噴出装置はまた、図４の上端１５２及び下部ノズルの間にあるバルブと同様の電動バルブを備える。この電動バルブによって、その開放時には加圧燃料がノズル１５４から流れ、閉止時にはノズル１５４から加圧燃料が流れないようにすることができる。制御弁の開放及び閉止のタイミングによって噴射される燃料の量が決定される。当該電動制御弁は、図９Ａに示すようなコンピュータシステムからの電気信号によって作動する。
【００７３】
本発明の原理に従って、フレーム構造１１６は、その内部に形成され、シリンダ１１８Ｂ及びシリンダ１１８Ｃ（２つの中央にあるシリンダ）を連通させる通路１５６を備える。
【００７４】
これまでにもディストリビュータ、つまり火花プラグ点火装置が内燃機関１１０用に提供されている。当該ディストリビュータの部品も図示を省略してある。当該点火装置は、シリンダ１１８Ｂに関連する点火プラグ１６２と、シリンダ１８Ａ及びシリンダ１８Ｄに対応する点火プラグ１６４Ａ及び点火プラグ１６４Ｄとを備える。
【００７５】
内燃機関１１０の通常運転において、シリンダ１１８Ａ及びシリンダ１１８Ｄ内にあるピストン１２０Ａ及びピストン１２０Ｄは、同時に吸気行程に入り、この吸気行程において、燃料噴射装置１５Ａ及び燃料噴射装置１５０Ｂは、同じ量の燃料を、対応するシリンダ１１８Ａ又はシリンダ１１８Ｄ内に引き込まれる空気に噴射する。同時に行われているピストン１２０Ａ及びピストン１２０Ｄの吸気行程の最後に確立されるシリンダ１１８Ａ及びシリンダ１１８Ｄ内での空気と燃料の混合気のチャージは、次に同時に行われるピストン１２０Ａ及びピストン１２０Ｄの圧縮行程において、燃料と空気の混合気の圧縮チャージ（ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ  ｃｈａｒｇｅ）となるように圧縮される。点火プラグ１６４Ａ及び点火プラグ１６４Ｄは同時に作動され、ピストン１２０Ａ及びピストン１２０Ｄが同時に行われる駆動行程において移動させられたのち、排気行程に移行する。
【００７６】
通常運転においては、シリンダ１１８Ｂ及びシリンダ１１８Ｃ内にある燃料噴射装置１５０Ｂ及び燃料噴射装置１５０Ｃも、シリンダ１１８Ａ及びシリンダ１１８Ｄと同じ量の燃料を噴射する。ピストン１２０Ｂ及びピストン１２０Ｃが同時圧縮行程の最後においてその内部に空気と燃料の混合気の圧縮チャージを確立したとき、シリンダ１１８Ｂ内での空気と燃料の混合気のチャージは、点火プラグ１６２によって点火され、この点火によりシリンダ１１８Ｂ内で加圧火炎が生成され、当該火炎が通路１５６を通過してシリンダ１１８Ｃ内に伝播され、シリンダ１１８Ｃ内にある空気と燃料との圧縮混合気のチャージに点火する。
【００７７】
燃料セーブモードの燃料セーブサイクルにおいては、本発明の原理に従って、シリンダ１５０Ｃに対応する燃料噴射装置１５０Ｃは燃料噴射サイクルを行わず、燃料噴射装置１５０Ｂが当該サイクルを行う。このように、ピストン１２０Ｂ及びピストン１２０Ｃが同時圧縮行程の最後に近づくと、シリンダ１１８Ｂはその内部に圧縮された空気と燃料との混合気を有しており、シリンダ１１８Ｃはその内部に圧縮空気を有している。
【００７８】
シリンダ１１８Ｂ内の空気と燃料との圧縮混合気のチャージが点火プラグ１６４Ｂによって点火されると、生成された高圧条件が通路１５６によって瞬時にシリンダ１１８Ｃ内の圧縮空気のチャージに伝播され、ピストン１２０Ｂと同時に行われる駆動行程においてピストン１２０Ｃに対して作用する圧力を作り出す。
【００７９】
ピストン１２０Ａ及びピストン１２０Ｄは一体となっており、同じく一体となっているピストン１２０Ｂ及びピストン１２０Ｃと１８０°の位相差を有する。両方の対での同時駆動行程は、出力シャフト１２４の１回転の間に行われる。２回転サイクルの各々において出力シャフトがもう１回転する間に、２つのバンクにおける２つの対の同時駆動行程が起こるように、対向する２つのバンクも第１のバンクとは１８０°位相がずれている点に留意されたい。このように、１対の同時駆動行程がシャフト１２４にその半回転ごとに作用する。通常モード運転において、全ての駆動行程は同じ力で行われる。燃料セーブモードでの運転においては、各バンクの外側の１対のピストンは、通常運転の駆動行程と同じ駆動行程を有する。しかしながら、内側の１対のバンクの駆動行程は、半分の燃料で駆動され、膨張は２倍となる。
【００８０】
通常モードの運転における火花点火によって、第１のシリンダにおける点火と第１の点火が第２のシリンダを点火するまでの遅れによって、第２のシリンダにおけるピーク圧力が最も効率的なクランク角に近づくように移動させることができる点に留意されたい。
【００８１】
常時本発明の燃料セーブサイクルで運転する１バンク又は２バンクの内燃機関も本発明の範囲内であることに留意されたい。
【００８２】
４つのピストンシリンダアッセンブリの各々のバンクに対応する燃料噴射装置１５０Ａないし１５０Ｄを制御するコンピュータシステムの望ましい実施形態について図９Ａをより具体的に参照して説明する。２つのバンクを区別するために、バンク１の燃料噴射装置には符号（１）が付加されており、バンク２の燃料噴射装置には符号（２）が付加されている。
【００８３】
当該システムは、３つのスイッチＳ（１）、Ｓ（２）、及びＳ（３）を有するスイッチパネルからの電気信号を受信するコンピュータ５２（１及び２）を備える。図示されている３つのスイッチは、手動で作動させることもできるが、車両が登り坂を進んでいる場合やクルーズ制御されている場合等の検出条件に応答して作動させることもできる。
【００８４】
図示されている３つのボタンパネルが備えられているので、コンピュータ５２（１及び２）は、スイッチＳ（１）が作動したときに、適切に時間調整された関係で燃料噴射装置１５０Ａないし１５０Ｄ（１及び２）の全てを動作させるようにプログラムされている。自動車が登り坂を昇るときや突発的な力が必要とされるときには、全ての燃料噴射装置が燃料を噴射して、内燃機関１１０は使用可能なフルパワーモードで運転される。当該モードにおいては、各ストローク又は出力シャフトの１８０°の回転の間に、２度の安定化（ｄｏｕｂｌｅ  ｆｉｒｍｉｎｇ）が起こることに留意されたい。
【００８５】
スイッチＳ（２）が作動すると、コンピュータは、適切に時間調整された関係で、燃料噴射装置１５０Ｂ（１）及び燃料噴射装置１５０Ｃ（１）に対して交互に、また、燃料噴射装置１５０Ｂ（２）及び燃料噴射装置１５０Ｃ（２）に対して交互に燃料を噴射する。燃料噴射装置１５０Ａ（１及び２）及び燃料噴射装置１５０Ｄ（１及び２）は、対応するシリンダに対して通常の時間関係で燃料を噴射することができる。当該新しいクランクシャフトが各バンクの２つのシリンダを互いに１８０°位相がずれた関係と同相のいずれで運転させるかに応じて、各燃料噴出装置１５０Ａ（１及び２）及び燃料噴出装置１５０Ｄ（１及び２）による燃料の放出は、互いと位相がずれた２つの安定化（ｄｏｕｂｌｅ  ｆｉｒｍｉｎｇ）、並びに、燃料噴出装置１５０Ｂ（１及び２）及び燃料噴出装置１５０Ｃ（１及び２）の安定化に対して位相がずれた２つの安定化（ｄｏｕｂｌｅ  ｆｉｒｍｉｎｇ）のいずれかとなる。この運転モードにおいて、２つの燃料噴出ノズルは、各サイクルにおいて単純に噴出されるのではなく、全ての関連するアッセンブリが駆動行程を有している。これにより、２つの駆動行程は、クランクシャフトの１８０°回転ごとに、フル出力モードと比較して燃料の噴出量を４分の１だけ節約することができる。このモードは、ボタンＳ（３）を作動させることによりフル出力モードが選択された場合又はフル燃料セーブモードが選択された場合を除き使用可能である。ボタンＳ（３）が作動したときには、コンピュータ５２（１及び２）は、新しいクランクシャフトの構成に応じて、燃料噴出装置１５０Ａ（１）・燃料噴出装置１５０Ａ（２）及び燃料噴出装置１５０Ｄ（１）・燃料噴出装置１５０Ｄ（２）を交互に動作させるか、又は、燃料噴出装置１５０Ａ（１）・燃料噴出装置１５０Ｄ（１）及び燃料噴出装置１５０Ａ（２）・燃料噴出装置１５０Ａ（２）を交互に動作させるようにプログラムさせる。このフル燃料セーブモードにおいて、残っている４つのアッセンブリのうちの２つは、単純に燃料供給を受けず、そのサイクルを通じて移動する燃料が供給されないアッセンブリのピストンを有する。この「省略（ｓｋｉｐｐｅｄ）」噴射配列は広く知られている。省略シリンダは、従前、フル出力モードにおける完全な二重点火（ｄｏｕｂｌｅ  ｆｉｒｉｎｇ）又はシリンダ１５０Ｂ及び１５０Ｃの燃料節約に関する二重点火となったものである点に留意されたい。噴射装置１５０Ｂ及び１５０Ｃに対する１回の噴射が二重点火になるとしても、クランクシャフトの１８０°回転の各行程について実際上１回の噴射及び点火となる。
【００８６】
図１０を参照して、４行程サイクルではなく２行程サイクルで運転される本発明の原理を実現する内燃機関２１０を説明する。相違点についてのみ説明するため、図示のように、類似の部分には、図５ないし図９において先頭に１が付されている部分に２をつけて示している。
【００８７】
まず、排気口１３６は、参照符号２８２及びＡからＤの枝番で示されている吸気口に変更されている。排気弁１４２Ａないし排気弁１４２Ｄは、吸気弁２４０Ａないし吸気弁２４０Ｄと同時に動作する吸気弁２５４Ａないし吸気弁２５４Ｄになっている。
【００８８】
次に、シリンダ２２０は、環状に離間した一連の排気口２８６（枝番ＡないしＤを有する）を有するように形成され、吸気口２３２及び吸気口２８２はろ過空気マニホルド（供給源は不図示）と連通しており、排気口２８６は、不図示の消音排気マニホルドと連通している。
【００８９】
内燃機関２１０の４つのピストンシリンダアッセンブリは、出力シャフト２２４が１回転する間に２行程運動サイクルを行うように各アッセンブリを制御するための異なるカムシャフト２８８を備えている。回転運動伝達機構１４５は、この変更を反映するために、参照符号２９０で示されており、カムシャフト２８８の回転は、出力シャフト２２４の各回転における１回転を通じて駆動される。各サイクルは、第１の圧縮行程の最後に各ピストンの内部に空気燃料混合気又は燃料が混合されていない空気である圧縮ガスが適当にチャージされているようにするガスチャージ交換過程（ｇａｓｅｏｕｓ  ｃｈａｒｇｅ  ｅｘｃｈａｎｇｅ  ｐｏｒｔｉｏｎ）を含む。圧縮された空気ガス混合気のチャージは、その後点火されて復帰駆動行程が開始され、当該行程の最後に、対応するピストン２２０が排出口２８６の下方へ移動し吸気弁２４３及び吸気弁２８４が開放されたときにガスチャージ交換過程が始まる。ガスチャージ交換過程は、ピストン２２０の排出口２８６より下方への移動で終了する。その後、当該行程の残りは圧縮である。
【００９０】
クランクシャフト２２４は、ピストン運動に関する限り同じものである。ピストン２２０Ａ及びピストン２２０Ｄが一体に動いている間、ピストン２２０Ｂ及びピストン２２０Ｃも一体に動く。このサイクルはピストン２２０Ｂ及びピストン２２０Ｃの同時に行われるサイクルと同じサイクルで１８０°位相がずれている。
【００９１】
図１０は、ピストン２２０Ｂ及びピストン２２０Ｃの駆動行程の中間及びピストン２２０Ａ及びピストン２２０Ｄの対応する行程の中間に対応する運動の中央位置にピストンがあり、全ての弁が閉止されているときの部品の位置を示している。火花点火装置を有する内燃機関２１０が燃料セーブモードにある場合には、圧縮行程の最後においてシリンダ２１８Ｂがその内部に圧縮された空気ガス混合気のチャージを有し、シリンダ２１８Ｃはその内部に圧縮空気のチャージを有するように、２つの中央にあるピストンシリンダアッセンブリＢ、Ｃがガス交換過程を行い、シリンダ２１８Ｂのみがガス交換中に燃料のチャージを受ける。上述のように、シリンダ２１８Ｂ内でのチャージの点火は、通路２５６を通じて伝播され、シリンダ２１８Ｃ内で空気の圧縮圧を生起し、ピストン２２０Ｂの駆動行程と一体の駆動行程を生じさせる。
【００９２】
シリンダ２２０Ａ及びシリンダ２２Ｄにおいても同じサイクルが実行されるが、互いと位相が１８０°ずれている。通常モード運転においては、両シリンダが空気燃料混合気のチャージを受け、上述のようにその両方とも点火される。内燃機関２１０は、出力シャフト２２４の半回転ごとに２重の駆動行程が行われるという利点を有する。燃料セーブモードは、上述のとおりの利点を有する。
【００９３】
より具体的にピナクル型（Ｐｉｎｎａｃｌｅ  ｔｙｐｅ  ）の実施形態を参照する。図１１及び図１２は、本発明の原理を具体化した内燃機関の部分水平断面図を示している。この内燃機関は、参照符号３１０で示されている。基本的に、内燃機関３１０は、ピナクルエンジン（Ｐｉｎｎａｃｌｅ  ｅｎｇｉｎｅ）の構成要素を備える。この構成要素には、対向する第１及び第２のピストンシリンダアッセンブリ３１２、３１４、並びに、第１のアッセンブリ３１２と第２のアッセンブリ３１４との間に配置された第３の対向するピストンシリンダアッセンブリ３１６を含む。
【００９４】
当該第１及び第２の対向するピストンシリンダアッセンブリ３１２、３１４は、ピナクル社によって保有されている上記の特許の開示に従って構成することができる。したがって、各アッセンブリ３１２、３１４は、フレームアッセンブリ３１８によって支持され、１対の対向するピストン３２０、３２２を有する。ピストン３２０、３２２には、図１１において右又は左のいずれに示されているかに応じて、Ｒ又はＬの枝番が付されている。各ピストン３２０又はピストン３２２には、チャージを示すＩ又は排気を示すＥの枝番がさらに付されている。ピストン３２０は、参照符号３２４及び類似の枝番で示されるシリンダ部内に摺動可能に設けられ、ピストン３２２は、参照符号３２６及び類似の枝番で示されるシリンダ部内に摺動可能に設けられる。  
【００９５】
シリンダ部３２４及びシリンダ部３２６は、フレームアッセンブリ３１８の固定された主フレーム部３２８に各々設けられ、一般に参照符号３３０で示されるスワールコントロールバルブ構造に対する往復運動と協働する弁要素を構成する。各スワールコントロールバルブ構造３３０は、対応するシリンダ部３２４とシリンダ部３２６との間に配置され、当該部分から外方に向かって延伸し、主フレーム部３２８に固定されている。  
【００９６】
各スワールコントロールバルブ構造３３０Ｒは、弁座を提供する内面を有し、中央に配置された燃焼室３３２Ｒ又は燃焼室３３２Ｌの外装を定義する。燃焼室３３２Ｒ、燃焼室３３２Ｌは、対応するシリンダ部３２４Ｒ及びシリンダ部３２６Ｒ又はシリンダ部３２４Ｌ及びシリンダ部３２６Ｌと連通する。各スワールコントロールバルブ構造３３０Ｒはまた、燃焼室３３２Ｒ又は３３２Ｌに繋がる吸気口３３４Ｒ又は３３４Ｌ並びに排気口３３６Ｒ又は３３６Ｌを提供する。吸気口３３４Ｒ又は３３４Ｌは、対応するシリンダ部３２４ＲＬ又は３２４ＬＩの往復運動の位置によって燃焼室３３２Ｒ又は３３２Ｌに対して開放又は閉止される。排気口３３６Ｒ又は３３６Ｌは、対応するシリンダ部３２６ＲＥ又は３２６ＬＥの往復運動の位置によって燃焼室３３２Ｒ又は３３２Ｌに対して開放又は閉止される。
【００９７】
上述のピナクル社の特許出願公開公報に開示されているように、各スワールコントロールバルブ構造３３０はまた、対応するシリンダ部３２４及び３２６内でのピストン３２０及び３２２の循環運動との時間関係で燃焼室３３２Ｒ又は３３２Ｌにへのスワール生成において制御されたリッチ度又はリーン度の空気燃料混合気を確立することができる空気・ガス供給弁（不図示）を備える。ピストン３２０及び３２２は、対向するクランクシャフト３３８及び３４０を用いて、対応するシリンダ部３２４及び３２６内で循環的に運動する。クランクシャフト３３８及び３４０はそれぞれ、軸方向において離間し径方向を向いた１対のクランク部３４２を備える。コネクティングロッド３４４の一端は各クランク部３４２に軸支され、他端は対応するピストン３２０又は３２２に軸支される。
【００９８】
この対向するクランクシャフト及びコネクティングロッドの配置により、ピストン３２０及び３２２は、対応するシリンダ部３２４及び３２６内で、互いに近づく方向及び互いから離れる方向に移動することができ、また、中央に配置された燃焼室３３２に近づく方向又は燃焼室３３２から離れる方向に移動することができる。
【００９９】
ピストン３２０及び３２２の循環運動のタイミングは、クランクシャフトの回転によって適切に駆動されるクランクシャフトアッセンブリ（不図示）を用いたシリンダ部３２４及び３２６の往復運動に関連する。このクランクシャフトアッセンブリは、上述したピナクル社の特許出願公開公報に従って構成される。クランクシャフトアッセンブリの回転運動をリンダ部の往復運動に変換する部材は、シリンダ部３２４及び３２６の各々の外面に設けられ、シリンダ部３２４及び３２６を往復運動させるフランジ部３４６を除き図示されていない。  
【０１００】
このタイミングは、各アッセンブリ３１２、３１４に関して、互いに本質的に１８０°°位相がずれた従来の４行程サイクルを確立するものである。各４行程サイクルは、通常の吸気行程を含む。この吸気行程においては、ピストン３２０及び３２２が離れて移動し、ピストン３２０とピストン３２２との間のシリンダ容積に、吸気口３３４を開放したシリンダ部３２４を用いて、対応するスワールコントロールバルブ構造３３２から提供される空気燃料混合気のチャージが取り込まれる。ピストン３２０及びピストン３２２が離間した制限位置に到達すると、吸気口はシリンダ部３２４の運動により閉止され、ピストンは圧縮行程において互いに近づく方向に互いが近接した関係にある制限位置まで移動する。このとき空気燃料混合気は燃焼室３２２内で圧縮圧力まで圧縮されている。圧縮行程の最後に近づく適切な時間関係で、スワールコントロールバルブ構造３３０によって提供される点火プラグ３４８に電圧が印加される空気燃料混合気に点火される。点火によって上昇した圧力条件によって、駆動行程においてピストン３２０及びピストン３２２が互いから離れる方向に駆動される。当該サイクルは、排気行程におけるピストン３２０及び３２２の互いに近づく方向の動きによって完結する。排気行程においては、対応するシリンダ部３２６がスワールコントロールバルブ構造３３０によって提供される排気口３３６を開放する。当該サイクルの各行程は、クランクシャフト３３８、３４０の半回転の間に実現される。各サイクルは、クランクシャフト３３８、３４０の２回転の間に発生する。４つの連続する行程で発生する４つの連続するイベントは、クランクシャフト３３８又は３４０の半分の回転速度で回転するクランクシャフトアッセンブリを用いて実現される。
【０１０１】
引用されているピナクル社の特許出願公開公報の開示に従って、アッセンブリ３１２及び３１４は、各々の圧縮比が可変であるように構成され、アッセンブリ３１２又は３１４の各圧縮行程の最後における燃焼室３３２における圧縮圧力が変化する。この変化は、クランクシャフト３３８及び３４０をギアトレイン３５０によって回転可能に接続し、主フレームアッセンブリ３１８に回動可能に設けられたフレームアッセンブリサブフレーム３５２にクランクシャフト３４０を設けることで実現される。  
【０１０２】
ここで、図１３を参照すると、ギアトレイン３５０は、クランクシャフト３３８に固定されるとともに固定回転軸の回りで回転するたえに主フレームアッセンブリ３１８に軸支された第１ギア３５４を備える。第１ギア３５４は、第２ギア３５６と噛合する。この第２ギア３５６は、固定軸回りで回転運動できるように主フレームアッセンブリに軸支されている。第２ギア３５５は、好ましくは第１ギア３５４の２倍の寸法を有し、当該第１ギア３５４及びギアトレイン３４６の同寸法の第３ギア３５８と噛合する。第３ギア３５８は、固定軸回りで回転運動できるように主フレームアッセンブリ３１８に適切に軸支される。    
【０１０３】
ギアトレイン３５０は、第３ギア３５８と噛合しクランクシャフト３４０に固定される第４（最終）ギア３６０を備える。クランクシャフト３４０は、主フレームアッセンブリ３１８のサブフレーム３５２に設けられ、第３ギア３５８の運動の回転軸回りに回動できるように回動可能に設けられる。図１４のブロック図に示すように、サブフレーム３５２がアクティベータ３６２によってその回動軸回りで移動すると、第１及び第２の対向するピストンシリンダアッセンブリ３１２及び３１４の圧縮比が変更される。  
【０１０４】
図１１及び図１２に最も分かりやすく示されているように、対向するピストンシリンダアッセンブリ３１６は、フレーム部３２８内の離間したアッセンブリ３１２とアッセンブリ３１４との間に固定されたシリンダ部３６８内で互いと近づく方向及び互いから離れる方向に移動する１対の対向するピストン３６４及び３６６を備える。ピストン３６４及び３６６は、クランクシャフト３３８及び３４０により、コネクティングロッド３７０、３７２を用いてそれぞれ移動される。コネクティングロッド３７０、３７２は、その一端が対応するピストン３６４又は３６６に軸支されており、他端が対応するクランクシャフト３３８又は３４０に設けられた中央クランク部３７２又は３７６に軸支されている。
【０１０５】
シリンダ３６８は、その壁内に互いに離間して設けられ、ピストン３６４及び３６６の通路により弁制御される吸気口３７９及び排気口３８０を備える（図１４）。図１４に示すように、吸気口３７８が空気燃料混合気の供給源と接続されるときには、第３のアッセンブリが２行程内燃機関として動作する。
【０１０６】
図１１及び図１２に最も分かりやすく説明されているように、本発明の原理に従って、各アッセンブリ３１２及び３１４の燃焼室３３２は、中央ピストンで画定されるアッセンブリ３１６の燃焼室と連通している。図示のように、当該連通は、各燃焼室３３２から対応するスワールコントロールバルブ構造３３０を通って開口３８３によりシリンダ３３２の中心に延伸する通路３８２Ｒ及び３８２Ｌによって実現される。各通路３８２Ｒ又は３８２Ｌは、ガス圧がアッセンブリ３１２及び３１４からアッセンブリ３１６に流れることを許容する一方で逆方向のガス流を防止する逆止弁３８４Ｒ又は３８４Ｌをそれぞれ備える。
【０１０７】
ここで、具体的に図１４を参照して、内燃機関３１０によって駆動される自動車用のコンピュータ制御システムのブロックダイヤグラムを説明する。当該システムは、車載バッテリ（不図示）から電力供給を受けるコンピュータ３８６を備える。当該コンピュータ３８６は、各アッセンブリ３１２及び３１４に関しノックセンサ３８８によって検出された信号を受信する。コンピュータ３８６はまた、ブロック３９０によって示されている上記以外のセンサからの信号も受信する。かかるセンサは、イグニションキーのオンオフ、出力シャフトの回転速度、車輪の回転速度、アクセスペダル及びブレーキペダルの動きなどを含む。  
【０１０８】
当該システムは、上述したピナクル社の特許出願公開公報の開示に従って、コンピュータ３８６で制御される燃焼室サイズ変更アクティベータ３９２を備える。コンピュータ３８６は、燃焼室サイズ変更構造３５０〜３５２及びスワールコントロールバルブ構造３３０を制御するスワールバルブ制御アクティベータを制御する。      これたの構成要素は、ピナクル社の特許出願公開公報において開示されている２つの方法において機能する。特に、ＵＳ２０１１／０２２００５８は、２つの運転モードを開示している。この第１のモードは、中負荷から高負荷用の駆動モードであり、第２のモードは、低負荷から中負荷用の省燃費モードである。アクティベータ３９２及び３９４は、当該省燃費モードにおいて、燃焼サイズ変更構造３５０〜３５２及びスワールコントロールバルブ構造３３０を制御し、リーンな空気燃料混合気を低圧縮で供給する。この混合気は、駆動モードにおいてより大きな駆動力を得るために、高圧でリッチ化される。これらのピナクルのシステム構成要素は、第１のモード及び第２のモードを同じ空気燃料混合気で行うための点火タイミングを用いることもできる。  
【０１０９】
本発明の原理に従って追加されるシステムの構成要素には、アクティベータ３９８を備える加圧空気アッセンブリバルブ３９６及びアクティベータ３１０２を備える加圧燃料噴出装置３１００が含まれる。これらの構成要素は、ピストン３６４、３６６の吸気行程の開始時点で様々に決定された量の空気と燃料との混合気をアッセンブリ３１６の吸気口３７８に提供するために、既知の方法で動作される。  
【０１１０】
アッセンブリ３１６に当初提供される空気燃料混合気はアッセンブリ３１２、３１４に当初提供される空気燃料混合気よりも高い圧力で提供されるので、アッセンブリ３１２、３１４の燃焼室からアッセンブリ３１６の燃焼室へ向かって逆止弁３８４を通過する圧力流は、アッセンブリ３１２、３１４において点火が行われるまでは発生せず、アッセンブリ３１６の燃焼室では点火が行われない。
【０１１１】
アッセンブリ３１６内での無点火条件は、加圧燃料噴射装置３１００のアクティベータ３１０２によって実現される。本発明は、アクティベータ３１０２の２つのコンピュータ制御のうちのいずれか一つで運転することを想定している。第１は、噴射装置３１００が作動されて、ピナクルの構成要素が第２のモードにあるときに燃料を供給し、ピナクルの構成要素が第１のモードにあるときに燃料噴射装置３１００からの燃料供給を遮断することである。第２は、燃料噴射装置３１００が作動されは、ピナクルの構成要素の第１のモード及び第２のモードの両方において燃料供給を遮断するように作動され、また、登り勾配を検出するスイッチ作動やアクセルペダルを目いっぱい踏み込んだことによるスイッチ作動等の別個の信号に応答する場合にのみ燃料を供給するように作動される。    
【０１１２】
ピナクルの構成要素が第１のモードで動作してアッセンブリ３１６の燃焼室において点火が発生しない第１の場合においては、しかしながら、°アッセンブリ３１２及びアッセンブリ３１４の４行程サイクルが互いと１８０°位相がずれているので、アッセンブリ３１２、３１４の一方はアッセンブリ３１６の各点火行程と同時に点火され、アッセンブリ３１２とアッセンブリ３１４とにおいて交互に発生する点火によって起こる上昇圧力条件が通路３８２を通って逆止弁３８４を通過してアッセンブリ３１６の燃焼室に伝播され、その内部の空気圧縮圧力を増加させ、アッセンブリ３１２又は３１４の対応する駆動行程と同時にその駆動行程を通じてピストンを駆動する。
【０１１３】
ピナクルの構成要素が第２のモードで運転する第１の場合には、アッセンブリ３１６の燃焼室がアッセンブリ３１２及び３１４の一方と同時に圧縮空気燃料のチャージを含有する。アッセンブリ３１２又は３１４の燃焼室における空気燃料チャージの点火を利用して、対応する逆止弁３８４を通過し対応する通路３８２を通る火炎により、アッセンブリ３１６における空気燃料チャージを点火する。  
【０１１４】
第２の場合には、ピナクルの構成要素が第１のモード又は第２のモードにあるときに、アッセンブリ１１６は、燃料が遮断されており、アッセンブリ３１２及び３１４の交互の点火に関して追加的な運転膨張（ｗｏｒｋｉｎｇ  ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）を提供する。燃料がアッセンブリ３１６に提供される場合には、その駆動行程はアッセンブリ３１２及び３１４の交互の駆動行程に単純に追加されることになる。  
【０１１５】
第１の場合は、ピナクルの構成要素の第１のモードがより効率的になるとともに第２のモードがより強力になるという利点を有する。第２の場合は、ピナクルの構成要素の第１のモード及び第２のモードの両方がより効率的で必要な場合にだけ出力が増加するという利点を有する。  
【０１１６】
２行程アッセンブリ３１６は、燃料供給を受けて運転している場合にはクランクシャフトの回転ごとに点火され、２つの４行程アッセンブリ３１２及び３１４はその間の回転ごとに点火される。その結果、駆動行程における最大出力では、クランクシャフト３３８及び３４０の２回転サイクルの間に、４回の燃料噴射があり、燃料セーブモードにおける最大効率では、最大出力時の噴射燃料の半分を噴射しないことにより節約することができる。また、燃料が遮断されている場合であっても、内燃機関３１０の全ての構成要素が、効率化又は出力増大を実現するために運転され機能していることに留意されたい。
【０１１７】
本発明においては、第３のアッセンブリ３１６が点火されず純粋に他の２つのアッセンブリ３１２及び３１４の効率性を高めるものとして機能するようにしてもよい。
【０１１８】
上述した２つの場合のいずれにおいても、４つの連続する行程における点火は、２つの点火、点火無し、２つの点火、点火無し、となる。このように、均衡はとれているものの、１行程ごとに１つの点火がなされる通常の完全に偏りのない点火とはなっていない。
【０１１９】
内燃機関３１０は、３つの追加的なピストンシリンダアッセンブリを設けることにより、各行程において２つの点火を行うことにより、完全に均衡のとれた点火を行うことができる。この追加により、３つの新規のピストンシリンダアッセンブリは、第１の３つのピストンシリンダアッセンブリに対して１８０°ずれた位相で運転される。
【０１２０】
図１５は、変形された内燃機関３１０を模式的に示す。図１５において、類似の追加的な部品は、同じ参照符号にダッシュ記号を追加して指し示されてる。図１５に示されるように、３つの新たな追加されたアッセンブリ３１２’、３１４’、及び３１６’は、元々の３つのアッセンブリ３１２、３１４、及び３１６と対向するように配置されており、追加された３つのアッセンブリ３１２’、３１４’、及び３１６’は自動的に元々のアッセンブリ３１２、３１４、及び３１６と１８０°ずれた位相で移動するように構成されており、この運動は、ピストン３２２’及び３６４’の組を、元々のアッセンブリ３１２、３１４、及び３１６のピストン３２２及び３６４の対を動かすクランクシャフト３３８によって移動させることにより起こる。
【０１２１】
図１６は、変形された内燃機関３１０を模式的に示す。図１５において、類似の追加的な部品は、数字の前に追加されたダッシュ記号を有する同じ参照符号により指し示されてる。図１６は、第１の３つのアッセンブリ３１２、３１４、及び３１６と一直線に配置された、３つの追加ピストンシリンダアッセンブリ’３１２、’３１４、及び’３１６を模式的に示す。クランクシャフト’３３８及び’３４０は、クランクシャフト３３８及び３４０と一体に設けられ、クランクシャフト３３８及び３４０と１８０°位相がずれるように構成されている。
【０１２２】
本明細書におけるコンピュータ、プログラム、又はソフトウエアに関する言及は、任意の種類の制御装置、例えば当該機能がソフトウェアを使用する又は使用しない回路において提供されるもの、によって代用され得る。
【０１２３】
上述した様々な実施形態は、専ら本発明の構造的及び機能的な原理を示すために与えられたものであって、限定的なものとして意図されたものではない。むしろ，本発明は，以下の特許請求の範囲の趣旨及び範囲内にある全ての変更，代替物，及び修正を含むことを意図している。    
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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９Ａ】
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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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【国際調査報告】
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