(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オットーサイクルの内燃エンジンであって；
エンジンブロックとシリンダヘッドとの間にスペーサプレートが配置されており、そのスペーサプレートは、燃焼給気がエンジン中に入って圧縮されるとき、前記給気の大部分が、点火が起こる間、点火プラグの上方を移動するように燃焼給気を移動させるように形成されており、
前記スペーサプレートが、前記ヘッド内の一つの吸気弁の少なくとも一部の上に延出部を備えるように形成されて、燃焼給気が燃焼室に入るとき、その流れの方向を有効に変えて、全給気がシリンダ壁もしくはシリンダヘッド壁に角度をなして導かれて、シリンダのまわりを渦巻型で移動し、
方向を変更された燃焼給気の流れが、下方に向いた成分を有し、そのために前記給気が螺旋状にシリンダ内を下降する内燃エンジン。
【請求項２】
エンジンが、当初ディーゼル・サイクルで作動するように設計され、オットー・サイクル燃料を使用するように改造されたエンジンである、請求項１に記載の内燃エンジン。
【請求項３】
燃料が、ガス、アルコールまたはガソリンから選択される、請求項２に記載の内燃エンジン。
【請求項４】
点火プラグが、シリンダヘッドの中に配置されている請求項１〜３の何れか一つに記載の内燃エンジン。
【請求項５】
点火プラグが、前記のスペーサプレートの中に配置されている、請求項１〜３の何れか一つに記載の内燃エンジン。
【請求項６】
吸気弁から離れているスペーサプレートの部分が、テーパー付きの表面を有し、移動中の、燃焼給気混合物が当たると、該混合物をシリンダの中で移動させる、請求項１〜５の何れか一つに記載の内燃エンジン。
【請求項７】
２個の吸入弁を備え、その吸気弁の一方がその弁の上を通過する、部材で大部分塞がれて、給気の渦巻を増大する、請求項１〜６の何れか一つに記載の内燃エンジン。
【請求項８】
エンジンがディーゼル燃料で使用されていたときのシリンダーのインゼクター孔であった位置に、点火プラグが配置されている、請求項７に記載の内燃エンジンまたは請求項４に従属している場合の、請求項１〜７の何れか一つに記載の内燃エンジン。
【請求項９】
スペーサプレートに環状内側延出部があり、ピストンの上端が、ピストンの行程の上端で前記延出部と密接して停止する時に、前記延出部と適合する環状円錐切頭形に形成されている、請求項１〜８の何れか一つに記載の内燃エンジン。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一つに記載の内燃エンジンに使用されるスペーサプレートであって、ディーゼル燃料で作動されるよう設計されたエンジンブロックとシリンダヘッドの間に接続されて、エンジンの圧縮比を低下するように作用し、かつ燃焼給気が、単一もしくは複数の吸気弁からシリンダ内に入るとき、シルンダの周縁のまわりを移動させられそして摩擦力と燃焼室内のエネルギーのためガス全体が渦巻になるスペーサプレート。
【請求項１１】
シリンダヘッドの一つの吸気弁の少なくとも一部の上に延出部を備えたスペーサヘッドであって、そのため燃焼給気が燃焼室に入るときその流れの方向が変わって給気全体が効率的にシリンダ壁もしくはシリンダヘッド壁の方に角度をなして向いてシリンダの周りに渦巻となって移動する、請求項１０に記載のスペーサヘッド。
【請求項１２】
エンジンブロックとシリンダヘッドの間に接続された請求項１０または１１に記載のスペーサヘッドを備えたガス燃料を使用するエンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の属する技術分野）
本発明は、エンジンの設計と転換に関し、詳しくは、ディーゼルエンジンのオットーサイクル作動への転換に関する。本発明の発明者らは燃料としてガスを使用することを述べるが、同じコンセプトは、アルコールまたはガソリンさえも含む、他の代替燃料にも使用することができる。
【０００２】
（従来の技術）
長年にわたって、ディーゼルエンジンは、微粒子、ばい煙および窒素酸化物の排出に関する限り、事実上、大気汚染しないものであると信じられてきたが、エンジンの燃費が高くなればなるほど、より汚染が激しくなることが分かり、特に多数のディーゼルエンジン車が運転される都市部で、重要問題になっている。
【０００３】
都市で、ディーゼル燃料の主なユーザーは、バスであり、従って、ディーゼルの排気による汚染の大部分は、バスにより引き起こされている。言うまでもなく、都市間で運転されている輸送事業用バスの大群、および都市内と都市間で運転されているかなり多数のディーゼルを動力源とする運送車両および、都市内と都市間で運転されているかなり多数のディーゼルを動力源とする車両がある。
【０００４】
都市が、メルボルンの場合のように、火気の運転層を有している場合、大気汚染に関する限り状況は悪化する。すなわち微風の期間、とくに北風成分が全くないかまたは極わずかしかない微風の期間がある場合、光化学スモッグがかなり蓄積する。既存のディーゼルバスまたはそのエンジンさえも取り替えて汚染問題を最小限にすることは、短期間ないしは中間的な期間で実現できないことは明らかである。同様に、原動機またはそのエンジンを取り替えることは実現できない。
【０００５】
（発明が解決しようとする課題）
本発明の目的は、ディーゼルエンジンを、出力を失うことなく、または、エンジンの運転コストを定期的に上げずに、ガス燃料で作動するように転換できる手段を提供することである。
【０００６】
（課題を解決するための手段）
本発明は、広い意味で、エンジンブロックとシリンダーヘッドの間にスペーサプレートを配置された内燃オットー・サイクルエンジンで構成されており、該スペーサプレートは、燃焼給気が、エンジンに送り込まれて圧縮されると、給気の大部分が、点火が起こっている間に、点火プラグの上に移動するような方式で、移動するように形成されている。
【０００７】
本発明の好ましい形態の、エンジンは、当初ディーゼル・サイクルで作動するように設計され、ガス燃料を使用するように改造されたエンジンである。
【０００８】
該スペーサプレートは、吸気弁の少なくとも一部の上に延長部があるように形成されその結果、燃焼給気が、燃焼室に入ると、流れの方向が変わって、給気全体が効率的にシリンダ壁またはシリンダヘッド壁に対して角度をなして導かれてシリンダ内をらせん状に下降する。
【０００９】
２つの吸気弁がある本発明の独特の形態の中で、前記吸気弁のうち一方をその弁の頂部を横切る部材で大部分塞いで、給気の渦巻化を助長できる。
【００１０】
点火プラグは、エンジンがディーゼル燃料で使用されるている場合の、シリンダのインゼクタ孔の位置に配置することが好ましい。
【００１１】
スペーサプレートに環状内側延出部があり、ピストンの上端が、行程のピストンが上死点で前記の延出部と密接して停止するとき適合する環状円錐切頭形に形成されていることが、また好ましい。
【００１２】
この発明のもう一つの側面で、ディーゼルエンジンのエンジンブロックとシリンダヘッドの間にスペーサプレートが接続されており、該スペーサプレートは、エンジンの圧縮比を減らす役割を果たし、かつ給気が、単一もしくは複数の吸気弁からシリンダー内に入るとき、シリンダーの周辺の周りを移動するように内側が形成されており、摩擦力および燃焼室内のエネルギーにより、ガス全体が渦巻く。
【００１３】
本発明には、エンジンブロックとシリンダヘッドとの間のスペーサプレートを有するガス燃料エンジンも含まれる。
【００１４】
（発明の実施の形態）
本発明をより、理解し易くするために、別添の図面を参照して本発明の特定の一実施例を説明する。
【００１５】
この実施例は、ほぼ水平に走行するピストン４０を有し、且つ各シリンダ３１に対して別個のシリンダヘッド２０を有する横型６気筒エンジンについて説明しているが、本発明に対してこのような操作は必要でないと解すべきである。
【００１６】
本発明に関するタイプのディーゼルエンジンは、通常、圧縮比が１４と２１の間である。
【００１７】
転換に適しているエンジンの一つの指標となる例は、シリンダ直接噴射式のＭＡＮエンジンであり、そのエンジンの容積は、１２リットルであり、ディーゼル形態で、約１９：１のオーダーの圧縮比を有している。
【００１８】
これらのエンジンを、自然吸気式またはスーパー給気式もしくはターボ給気式でもよいが、説明するエンジンは、自然吸気式である。
【００１９】
燃料としてガスを使用して運転されるエンジンは、その圧縮比をかなり下げること、即ちディーゼル作動で使用される場合の圧縮比の約１／２にすることが不可欠である。言うまでもなく、厚いガスケット・シムまたは金属プレートを配置してピストンがシリンダの頂端部で上昇したときの容積を大きくすることによって圧力を低下させることは、エンジン技術の産業界では知られていない。
【００２０】
この場合、この特定の実施例で、本発明の発明者らは各シリンダが別個のヘッドを備えるように、一つのシリンダに対してヘッド２０と組み合わせるためにつくった金属スペーサプレート１０を使用する。このプレート１０は、一つの形態で、吸気弁２１と排気弁２２、これらの弁の弁座２３と２４および、点火プラグ２６を受け入れるように改造されたインゼクタ開口２５を有するシリンダヘッド２０と協働するよう構成されている。
【００２１】
エンジンがそのディーゼルモードで使用される場合、給気がシリンダ内に送り込まれるとインゼクタは、ディーゼル燃料の給気を分散させるように配置される。本発明の発明者らは、特定のエンジンの中のインゼクタの上記の位置が、点火プラグ２６に対して満足すべきものであったことを発見したのである。
【００２２】
このことは、各々の場合に、点火プラグに対して前記開口を必ず使用しなければならないことを意味するものではなく、前記開口を塞いで、代わりの点火プラグ開口を、ヘッドを通じて、ヘッド開口部の水路に悪影響を及ぼさない位置に設けてもよくまたはスペーサプレート１０の中に設けてもよい。
【００２３】
例示を目的として、本発明の発明者らは単一の吸気弁２１と単一の排気弁２２を有するヘッドを例示しているが、エンジンによってはシリンダ内に、ディーゼルモードで空気を迅速に導入したりまたはガスモードで燃焼給気を迅速に導入するのを助けるためふたつの吸気弁を設けることも大いにあり得る。
【００２４】
プレート１０は、鉄製またはスチール製が好ましいが用途によってはアルミニウム製でもよく、ヘッドの植込み孔２７と一直線上に配置されている植込み孔１１が設けられ、またプレートを通過して水がエンジンブロック３０からヘッドへ通過できる水路１２を備えていてもよい。これら水路１２は前記ブロック内の水路３２とヘッド内の既存の水路と一直線上に配置されている。必要に応じて、さらに冷却輸送流路を設けても良い。
【００２５】
プレート１０の表面１３は、定置されているときは外側に向いていて、ヘッド２０が押し当てられる面であるが、平滑に機械加工されて、ヘッドの下方延出部１６と移動するための内側に削りとられた座ぐり部分を有し、その延出部はディーゼル作動時に、ヘッドガスケットのプロテクターとなり、そして第一ガスケット１５を前記プレートとヘッドの間に配置することができる。
【００２６】
プレートのもう一つの面１４は、内側面であるが、下方に向いた環状スカート１５を有し、このスカートは主として第二シリンダヘッドガスケット１８を保護し、そのガスケットは、ピストン４０がシリンダー内を上方に移動するとき外側に向いた圧力に抗して表面１４に当接する。
【００２７】
前記環状スカート１５の内側面は、以下に説明するように、番号１７で示すところに、ピストンの対応して形成されている上部末端４１を受け入れるテーパー部分が設けられている。
【００２８】
前記プレートの中央部分は、部分的に切抜き部分１６であり、吸気弁の流れが、プレートの下側に形成されている凹部５０の内側と接触し、最終的には、シリンダーに接触する。
【００２９】
切抜き部分１６は、ほぼハート型と見なしすことができ、該ハートの頂部とみなされるものは２個の弁の間の位置への侵入部分であり、次いで前記弁の周縁部に続く。前記切抜き部分は、次に弁のそばを下側に延びて、最終的には、内側に向かっている部分の反対側の弁の下の位置まで延びている。
【００３０】
即ち、この二つの弁は、ハート型部分の２個の上部の突出部の中にほとんど入っているとみなすことができ、またハート型部分の反対側は、これら弁から間隔を置いて配置されている。
【００３１】
図５から見ることができるように、排気弁５１のまわりの部分は、基本的に、エンジンの排気行程中、シリンダーから排出される排ガスに対して、できるだけ障害物が小さいように配置されている。該排気の流れを助けているのは、大部分弁座２４の延長部部分である。
【００３２】
ハート型の頂部に隣接する吸気弁の周りの部分５２は、垂直断面図を図４に示してあるが、アーク形中央部分５３を有するアーチ形であり、この中央部分５３は、吸気弁２１が十分に開いた状態のとき、吸気弁２１のヘッドが位置している面内に究極的に位置している。
【００３３】
従って、前記ハート形部分の頂部に位置する弁のこの部分に隣接して、燃焼凹部５２があり、その凹部５２は、混合物が弁から弁に隣接するプレート部分に入るとき、前記混合物の移動を抑制する働きをする。
【００３４】
上記配置構成によって、弁の一方の側からの燃焼混合物が、ハート形部分の頂部から燃焼室中に、燃焼室の表面に対し角度をなして移動し、次に外側に移動して、燃焼室の壁に当たる様になっている。
【００３５】
弁の他方の側からの燃焼混合物は、アーチ形部分５２の上に突き当り、弁のヘッドを横切って移動して、他の部分の移動を助長し、燃焼室の周縁に角度をなして向いた全体の流れが生じ、その結果、ガス混合物全体が、シリンダの周りで渦動する。これら弁に対向する凹部５４にはテーパーが付いているので、回転している燃焼混合物は、渦巻となってシリンダ中に下に向けて強制的に移動させられる。
【００３６】
制約されていない側から弁を出る給気に必要な転向角度を最小限に抑え、かつ給気が、環状凹部が置かれている側から転回するのを助けるような方向とすることができる弁への入口によって、前記移動を助長することができる。
【００３７】
上記配置構成にした理由は、ガス給気をその移動によって、点火プラグの点火期間中、点火プラグを通過させて、確実に、最高の給気の燃焼を達成するためである。
【００３８】
３バルブ・エンジンが使用する場合は、吸気弁のうち一つはその上部を通る部材によってほとんど完全に塞がれて、渦巻または旋回運動を起こすためのより大きな力を与えることができる。
【００３９】
２バルブの構造の中では、上に重なる部分１７が、弁の外周の約１／２にわたって延びその結果、壁に向かって移動する給気が、出来るだけ多くの給気を含んでおり、そしてピストン４０が、上死点に近いか、または上死点より進んだ位置にあってもよい発火点まで上方に移動するときに、給気の渦巻運動が、出来るだけ維持されることが好ましい。
【００４０】
上記配置構成は、改造されたエンジンを良好な状態で作動させることができる幾つかの側面を有している。これらの側面は、少なくとも、プレート１０の内に吸気弁２１の周縁部分が形成されていない。
【００４１】
運転に当たって、本発明の発明者らは、通常、フォークリフトなどに使用するために選択されるＬＰＧガス、プロパンおよび、オクタン価が通常必要とする値より低いため、過早点火を起こし易いのでエンジンに使用するのに不適切であると見なされているブタンでさえエンジンを十分完全に作動させることができることを発見した。
【００４２】
本発明の発明者らが最も満足すべきであると見なした圧縮比で本発明のエンジンを使用することで、前記の問題は、大部分取り除かれる。
【００４３】
先に述べた、圧縮行程で、給気は、螺旋状に渦巻き、点火が行われると、本発明の発明者らは、渦巻が、点火期間中に約３度回転すること、すなわち、全給気の大部分が点火プラグの作動中、点火プラグのごく近くを通過することを数学的に発見した。これは、給気が基本的に静止しているかまたはごく局部的に乱流になっている場合に予想されるより遙かに速く、燃焼が給気全体に広がることを意味する。なお、以下に述べる給気の二次移動がある。
【００４４】
これは、給気が化学量論的量または過剰量の空気とともに導入されて仕事行程でピストンがシリンダ内を下に移動するならば、燃料をほぼ完全に燃焼させることができる。
【００４５】
また、効率のよい燃焼は燃焼給気の渦巻き全体で得られるので、ピストンが上死点に到着して仕事行程が始まるときに全燃焼が確実におこなわれるように上死点の前で十分に点火する必要がない。本発明の発明者らは、上死点においてまたは上死点の近くでそして上死点に到達した後でさえ点火することによって、完全な点火と有効な仕事行程を行うことができる。給気の点火が遅ければ遅いほどノッキングが起こることは少ない。というのは、ノッキングはピストンが行程の頂部に到達する前に力が加えられるためにおこるからである。
【００４６】
仕事行程が完了すると、排気行程で、排ガスの排気が比較的効率的に行われ、排気弁２２はいずれにしろ詰まることがない。
【００４７】
給気の導入に当たって、単一もしくは複数の給気の吸気弁２１は、必要に応じて開かせることができて、給気は再び導入され、そしてハート型の切り抜き部分の状態と、凹部または弁の上に重なっている部分配置により、新しい給気が、旋回するか渦巻くように導入されるので、圧縮が起こると、再び完全な点火が起こる。
【００４８】
シリンダ３１の中に入るテーパー部分１７は、先に述べたように確かに、シリンダヘッドのガスケット１８を保護する役割を果たすが、それだけでなく、給気の燃焼も助けることができる。
【００４９】
ピストンが、上死点の近くに到達すると、ピストンによって上方へ移動される最後の給気が環状テーパー部分１７によって散開され、その結果、給気がほぼトロイド形で回転して、燃焼室の頂部に向かって上方と内側に移動する。この給気も燃焼室内で渦巻き、その結果、複雑な運動が行われ、大部分の給気をスパークと接触させるように作用し、スパークが点火して給気の極めて優れた燃焼が起こることに留意しなけらばならない。
【００５０】
本発明の発明者らは、本発明を使用するエンジンで、燃焼を、容易に制御して完全燃焼を確実に実施することができることを発見した。
【００５１】
点火プラグの実験と、また排気の分析結果は、未燃焼カーボンが、点火プラグに全く堆積せず、または排気システムから全く排出されず効率的であることを示した。
【００５２】
本発明の発明者らは、ユーロ２の厳格な排気要件を満たすために、本発明のエンジンに対して触媒コンバータを使用する必要がないことを発見した。また排気ガスの分析結果は、窒素酸化物が無視できる純度であることを示した。
【００５３】
本発明の発明者らは本願で特定の一つの形態のプレートと燃焼室を説明してきたが、これらの形態は異なるエンジンに適合させるために変えることができるだけでなく、異なる弁の配置にも適合させることができ、その結果、吸気弁の位置または角度にかかわらず、燃焼ガス混合物は、考察通りに渦巻きを起こすものである。
【００５４】
更に、本発明の発明者らは、燃焼としてガスの使用を述べてきたが、本発明のエンジンはアルコールまたはガソリンで運転することができ、また、燃焼給気をシリンダ内で移動される方法も本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  エンジンの一つのシリンダを構成するシリンダヘッド、スペーサプレートおよびエンジンブロックの分解図を示す。
【図２】  シリンダヘッドの底面図である。
【図３】  図２のシリンダヘッドの下方に配置されたときのスペーサプレートの底面図である。
【図４】  吸気弁の配置を示す一部分解した図３の４−４線断面図である。
【図５】  排気弁の配置を示す図４に類似の一部分解した図３の５−５線断面図である。
【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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