(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のシリンダ（１２）が第２のシリンダ（１４）よりも大きな掃引容積を有する少なくとも１対の第１及び第２のシリンダ（１２，１４）；
前記それぞれのシリンダ内で往復動可能な第１及び第２のピストン（１６，１８）を有し、前記第２のピストン（１８）は、駆動ステム（２３４）を有しており、そして、前記第２のシリンダ（１４）を前記第２のピストンの駆動ステム側の第１の室（１５ａ）と２つのピストン間の第２の室（１５ｂ）とに分け；
前記第１のシリンダ（１２）と連通する空気入口手段；
前記第１のシリンダ（１２）と連通する排気手段；
前記第１及び第２のピストン（１６，１８）が実質的にそれらの内死点位置にあるときに、第２の室（１５ｂ）を含む共通の燃焼空間（２０）を形成する手段；
前記第１及び第２の室（１５ａ、１５ｂ）の間でガスの流れを可能にする移動手段（３９）；
前記第２のピストン（１８）の圧縮行程の終り近くまで、実質的な量の燃料／空気混合物の第１の室（１５ａ）から前記第２の室（１５ｂ）への動きを阻止するための阻止手段（１２８ｃ）；
燃料を前記第１の室（１５ａ）へ供給するための第１の燃料源（３４）；
前記第２のピストン（１８）を駆動するための駆動手段；及び
前記第１のシリンダから前記第２のシリンダへ流れるガス中に渦巻を発生させるための手段であって、該手段は予め決められた方向にガス噴流を指し向ける開口（２１６１）を有する両シリンダ間の制限手段（２１６）を有するもの、
から成る内燃機関において、
前記第２のピストン（１８）がその行程の最頂部にあるときに、前記開口（２１６１）が前記第２のピストン（１８）の円頂部（３５）の中心に向った方向に延び、それによって、前記ガス噴流により形成される円錐曲線回転体状のガス流を燃焼空間（２０）内に発生させることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記第２のピストン（１８）は、その円頂部（３５）に衝突するガスを第２のシリンダ（１４）の軸心のまわりのある方向へ指し向けるように、前記円頂部に少くとも１つの羽根（７００）を有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記制限手段（２１６）は前記第１及び第２のシリンダ（１２，１４）間の仕切りであり、該仕切りは予め決められた方向にガス流の噴射を指し向けるための前記開口（２１６１）を有することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記開口（２１６１）は前記第２のピストン（１８）の円頂部（３５）へ衝突させる方向にガス流の噴射を指し向けることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項５】
前記開口（２１６１）は前記第２のシリンダ（１４）の軸心と実質的に平行な方向に延びることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項６】
前記開口（２１６１）は前記第２のシリンダ（１４）の軸心に対して傾斜した方向で延びることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項７】
前記第２のシリンダ（１４）の軸心対して傾斜した方向は前記第２のシリンダ（１４）の軸心と整合していることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関。
【請求項８】
前記駆動手段が、前記第１のピストン（１６）の膨張行程の少くともある部分の間、前記第２のピストン（１８）をその内死点位置またはその近くで実質的に静止状態に維持するための手段を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、内燃機関に関するものである。
「分離型機関」とは、燃料が圧縮行程の終り近く、点火直前まで機関によって吸入される多量の空気と混合を開始しない機関であり、そして分離型機関として分類されることのできる幾多の内燃機関が、例えばＧＢ−Ａ−２１５５５４６号、ＧＢ−Ａ−２１８６９１３号、ＧＢ−Ａ−２２１８１５３号、ＧＢ−Ａ−２２３８８３０号、ＧＢ−Ａ−２２４６３９４号、ＧＢ−Ａ−２２６１０２８号、ＧＢ−Ａ−２２６８５４４号及びＧＢ−Ａ−２２７９４０７号から知られている。
これらの機関は、現在メリット機関として文献で知られている。
ディーゼル機関もまた分離型機関であるが、火花点火ガソリン機関（ＳＩＧＥ）は、燃料と空気との予め混合された混合物を圧縮する。
ディーゼル機関やメリット機関のような分離型機関の重要な特性は、点火の瞬間直前まで大部分の燃料を大部分の空気から離して閉じ込めること、及び、燃焼行程の終り近くに燃料を燃焼室へ迅速に放出することである。
メリット機関は、往復動燃焼機関での燃焼を促進するために設計された一連のプロセスを演じるメリット燃焼管理システム（ＭＣＣ）と呼ばれているものを使用する。この点で、それは、ディーゼル及びオットー機関またはＳＩＧＥのような他の一般的な燃焼管理システムと類似している。
ＭＣＣは、上述した前出の特許文献に記載されている多くの装置によって操作されることができる。ＭＣＣは、機関へ供給される燃料の少くとも１部を、小さい方のピストンを有し若干の空気を含有する第２の小さい方のシリンダの中で分離すること、及び、大きい方のピストンの排気及び／または吸入及び／または圧縮行程の間、小さい方のシリンダの中へ燃料を導入することを特徴とする。
燃料は、両方のピストンの圧縮行程の終り近くに進入が起るまで、大量の空気から分離されたままである。この構成は、点火の瞬間直前に液体燃料が空気の中へ先ず噴射されるディーゼル分離型機関とは対称的に、前のサイクルでの燃焼生成物を含むことのできる若干の空気の中で燃料が蒸発するように燃焼が開始する前にかなりの時間を与える。
ＭＣＣシステムでは、小さい方のシリンダが蒸発用シリンダとして用いられ、そして、小さい方のピストンが燃料移動ピストンとして用いられる。かくして、小さい方のシリンダは、燃料管理シリンダと呼ぶことができる。大きい方のシリンダは、絞られておらず且つ燃料が含まれていない空気を受け取り、そして、大きい方のピストンは、この空気を圧縮するのに用いられる。
本発明は、改良された内燃機関を提供することを目的としている。
従って、本発明は、第１のシリンダが第２のシリンダよりも大きな掃引容積を有する少なくとも１対の第１及び第２のシリンダ；
それぞれのシリンダ内で往復動可能な第１及び第２のピストン）を有し、第２のピストンは、駆動ステムを有しており、そして、第２のシリンダを第２のピストンの駆動ステム側の第１の室と２つのピストン間の第２の室とに分け；
第１のシリンダと連通する空気入口手段；
第１のシリンダと連通する排気手段；
両ピストンが実質的にそれらの内死点位置にあるときに、第２の室を含む共通の燃焼空間を形成する手段；
第１及び第２の室の間でガスの流れを可能にする移動手段；
第２のピストンの圧縮行程の終り近くまで、実質的な量の燃料／空気混合物の第１の室から第２の室への動きを阻止するための阻止手段；
燃料を第１の室へ供給するための第１の燃料源；
第２のピストンを駆動するための駆動手段；及び
第１のシリンダから第２のシリンダへ流れるガス中に渦巻を発生させるための手段であって、該手段は予め決められた方向にガス噴流を指し向ける開口を有する両シリンダ間の制限手段を有するもの、
から成る内燃機関において、
第２のピストンがその行程の最頂部にあるときに、前記開口が第２ピストンの円頂部の中心に向った方向に延び、それによって、前記ガス噴流により形成される円錐曲線回転体状のガス流を発生させることを特徴とする内燃機関を提供する。
有利には、第２のピストンは、その円頂部に衝突するガスを第２のシリンダの軸心のまわりである方向へ指し向けるように、それによって円錐曲線回転体状のガス噴流を発生させるための少くとも１つの羽根を有する。
好適には、制限手段は第１及び第２のシリンダの間の仕切りであり、この仕切りは予め決められた方向にガス噴流を指し向けるための開口を有している。
本発明のある好適な形では、開口は第２のピストンの円頂部に衝突するようにガス噴流を指し向ける。この開口は、好都合には、第２のシリンダの軸心に実質的に平行に延びる。ある好適な形では、この方向は第２のシリンダの軸心と整合していてもよい。
好適には、駆動手段は、第１のピストンの膨張行程の少なくとも一部の間、内死点位置またはその近くに第２のピストンを実質的に静止状態に維持するための手段を含んでいる。
図面の説明
本発明が、添付図面を参照して例示的に以下に説明される。図中、
図１は、本発明による機関の１つの好適な形の一部を通る部分断面図である。
図２は、図１の１部の拡大図である。
図３は、本発明の機関の第２の実施例の図１と同様な図である。
図４は、図２の１つの変形例である。
図５は、図２の別の変形例である。
図６は、本発明のピストンの変形の平面図である。
本明細書中で説明される発明は、参照することによってその内容が本明細書中に組み入れられるＧＢ−Ａ−２２７９４０７で開示された機関の改良である。読者は、該機関の十分な説明及びその操作方法について、上記明細書に指し向けられる。
図面に示されるメリット機関は、大きい方のシリンダ１２と、この大きい方のシリンダの延長である小さい方のシリンダ１４とを有している。小さい方のピストン１８は、小さい方のシリンダの中で動くことができ、そして円頂部３５と筒状の駆動ステム２３４とを有している。大きい方のピストン１６は、大きい方のシリンダ１２の中で動くことができ、円頂部３６を有し且つ、従来の方法でピストンリングによりシールされている。
２つのピストンは、歯車式または連結式であることのできる別々の機構によって動かされ、または、適当な機構Ｃによって共に動作するように制御されている。例えば、大きい方のピストンは、クランクシャフト・コンロッド構成によって動かされてもよく、そして、小さい方のピストンは、カムシャフト６００に取りつけられたカム５００によって動かされてもよい。２つのピストンの行程距離は、異なっていてもよい。
好適には、大きい方のピストンは、より長い行程を有している。
小さい方のピストン１８は、第２のシリンダ１４を、駆動ステム２３４を含む小さい方のピストンの円頂部３５の後側の第１の室１５ａと、２つのピストンの間に位置する第２の室１５ｂとに分ける。これらの室は、ピストン１８の動きと共にその容積が変化することが理解されるであろう。
燃料は、燃料インジェクタ３４によって小さい方のシリンダ１４の中へ供給される。点火のために点火プラグ５２が設けられることができる。燃料インジェクタと点火プラグとは、機関管理システムＭによって制御されることができる。
燃焼空間２０が２つのピストン１６、１８の間に形成され、そして、開口２１６１を有する制限部材またはプレート２１６によって大きい方のシリンダ１２から部分的に分離されている。この開口は、燃焼空間２０と大きい方のシリンダ１２との間のガスの動きを可能にし、そして多くの作用に奉仕する。
それは、大きい方のピストン１６の圧縮行程の間、大きい方のシリンダ１２から燃焼空間２０へ動く空気中の渦巻運動を促進する。それはまた、燃焼の初期段階の間燃焼空間からの熱いガスの流出を高速噴射の形で促進する。この噴射は、燃焼過程で関与するようにされることのできる未使用または既成の空気を含むシリンダ１２の中で各室の方へ指し向けられることができる。開口２１６１の大きさは、設計者の選択により、燃料及び用いられる圧縮比に依存して変化することができる。
この開口は、噴流が小さい方のピストン１８の凹状円頂部３５に衝突するような方向で大きい方のシリンダ１２から噴流空気を指し向けるような方向に延びている。その結果、圧縮行程の間に小さい方のシリンダ１４へ押し込まれる空気は、ピストンの凹状円頂部から小さい方のシリンダの壁１４ａの方へ屈折され、そこで下方に、次いでプレート２１６の表面によって内側へ指し向けられる。プレート２１６の表面は、ガスのこの動きを助けるように好都合には凹状に湾曲している。
空気及び蒸発した燃料の迅速な混合は、メリット機関中でのすべての燃料の完全且つ迅速な燃焼を助け、そして、本発明は、間接的なメリット機関構成においてそれを達成する最も有利な形態を提供する。
ガスの動きは、図２に示されており、機関の圧縮行程の終り近くでの燃焼空間２０内での状況を説明している。
空気は、１つの簡単な穴として図示されているが如何なる形状でもあり得る開口２１６１を通って、大きい方のピストン１６（図示せず。）によって供給される。空気の噴流は上昇し、そして、小さい方のピストン３５の円錐部の下面にその中心近くで衝突し、そこで対称な下向きの噴流を形成するように偏向させられる。該下面は、図２で凹部として示されているが、それぞれ図４及び図５で示されるように平坦または凸状とすることができる。
燃焼空間内での空気の動きは、大きい方のピストンの圧縮行程の始めに開始し、そして、小さい方のピストン１４が上昇すると燃焼空間内での円錐曲線回転体状の空気の動きを生じる。この円錐曲線回転体状の動きは、矢印４２０、４３０及び４４０によって示されており、そして、空気噴流４１０によって与えられる追加の運動量によって連続的に強化されることがわかる。
この円錐曲線回転体状の動きは、円頂部３５の縁と壁１４ａとの間の間隙を通って空気を迂回させ、そしてまた、点火プラグ５２を清掃することがわかる。
圧縮行程の終り近くで、矢印５１０及び５２０で示される気化した燃料及びガス混合物は、第１の室１５ａから流出を始め、そして周溝３９によって空気の通路の中へ偏向させられる。この動作は、空気を示す矢印４２０と一緒になる燃料を示す矢印５２０で明らかに示されている。
かかる混合動作は、それが燃料と空気とをピストン１８の円頂部３５の周縁部のまわりで均一に混合するから、極めて効果的であり且つ迅速である。
若干の燃料ガスは、スロット５１（図４）を通って周溝３９と連結する点火プラグ穴５３へ入ることができ、そしてこのことが、点火プラグに若干の混合物を点火させ、そして、燃料の残りのための火花トリガー圧縮点火のプロセスを開始させることを可能にする。
空気のこの特殊な噴流動作の利点は、小さい方のピストン１８が圧縮行程の終りでその内死点またはその近くに達するときに、小さい方のピストンの背後から円頂部の縁のまわりを通って燃焼空間２０へ入る燃料／空気混合物がピストンの縁とシリンダ壁との間の間隙を通る空気によって集められて、進入する燃料／空気混合物と循環する空気との完全な混合を可能にするということである。
理想的には、開口２１６１は、小さい方のピストン１８の円頂部の中心と整合しているが、図３に示すように片寄っていることもできる。但し、大きい方のシリンダ１２からの空気噴流は、シリンダ壁１４ａまたはピストン円頂部とシリンダ壁との間の間隙に向けてではなく、小さい方のピストン１８の円頂部の表面に指し向けられている。
図３から見られるように、円頂部３５の表面は、円頂部の縁の方への空気の流れのなめらかな移動を助けるため、中心の核２１または隆起した部分を有してもよい。
円頂部の表面の周辺部は、空気と進入する燃料との混合を助け且つ空気を点火プラグ５２の方へ指し向けるために、シリンダ１４の軸心に対してある角度を有していることもできる。
円頂部３５の表面は、図２に示すように凹状であってもよく、または図４に示すように平坦でもよく、または図５に示すように凸状であってもよく、或いは、２つまたは３つ全部の組合わせの波形であってもよい。これらの場合の何れでも、円頂部の周囲の方への空気のなめらかな偏向を助けるために、図３に示したように中央の円錐形の突起または核２１が円頂部上に設けられてもよい。
円頂部の表面の形は、出来るだけ完全な燃料と空気との混合を促進するため、圧縮行程の間最適な空気流の方向、特に円頂部３５の縁での空気流を決めるように選択されている。例えば図５に示すような凸状は、周溝３９から全部の燃料を効果的に除去することができるが、圧縮行程の間に空気の円錐曲線回転体状の動きに僅かな悪影響を有することもある。
図６は、１つ以上の羽根７００がついた変形ピストン１８の円頂部３５の平面図である。これらは、円頂部３５に衝突するガス流を小さい方のシリンダの軸心のまわりで円周方向に指し向けるのに役立つ。このようにして、ピストン１８の円頂部に衝突した後に燃焼空間２０の中へ射出される空気の渦巻運動は、円錐曲線回転体状の動きと、第２のシリンダの軸心のまわりでの円形またはらせん状成分の動きとの双方を有している。これは、燃料と空気との混合を助ける。事実、これらの羽根は、第２のシリンダの軸心のまわりに円錐曲線回転体状の渦巻の回転を生じる。
最後に、図５から見られるように、溝３９は、本発明の実施に必須なものではなく、従って省略されてもよい。
第２のシリンダの形状及び寸法は、ガスの動きによって描かれる円錐曲線回転体が、出来るだけ円形に近い断面を有するように好都合に選択される。点火プラグ５２の位置は、高速のガスの動きの主流からはずれており、従って、点火プラグに若干の保護を提供する。
更に、火花は、ピストンが点火プラグを押すときに、点火プラグ５２とピストン１８の縁との間の間隙に生じることができる。図から見られるように、ピストン１８がその内死点位置にあるときは、燃料インジェクタ３４はピストンの縁によって部分的に覆われる。
【図１】
0003938939.tif 000002
【図２】
0003938939.tif 000003
【図３】
0003938939.tif 000004
【図４】
0003938939.tif 000005
【図５】
0003938939.tif 000006
【図６】
0003938939.tif 000007