(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と空気との混合気の迅速な燃焼によってピストンを動かし、予めシリンダー室へ吸引され次に圧縮された未燃焼ガスの中で、該閉じ込められた未燃焼ガスに含まれたか又はこの未燃焼ガスに導入された燃料の気化を行ない、続いて、燃料の燃焼を開始し、燃焼ガスの、燃焼によって発生された圧力を、前記ピストンに加え（爆発行程）、このピストンが爆発行程の実行後に排気ガスを前記シリンダー室から押し出す、内燃機関の作動方法において、
圧縮行程では、この最中に圧縮された未燃焼ガスを、第１の燃焼室に押し込み、この第１の燃焼室で、前記シリンダー室に対して前記燃焼室を閉じた後に、前記気化を行ない、前記燃焼を開始し、他方、同時に、予め周囲を閉じた第２の燃焼室を、前記シリンダー室に向けて開き、爆発行程を実行すべく、前記ピストンに、前記第２の燃焼室から膨張しかつ同様に予め発生された燃焼ガスを加え、その結果、どの圧縮行程でも２つの燃焼室のうちの一方に交互にガスを満たし、どの後続の爆発行程のためにも、前記２つの燃焼室の他方から前記ピストンに燃焼ガスの圧力を加えること、を特徴とする方法。
【請求項２】
吸入行程中に、前記２つの燃焼室を閉じたままにし、一方の燃焼室では前記気化を行なうのに対し、他方の燃焼室では排気ガスがあること、圧縮行程中には、前記他方の燃焼室のみを前記シリンダー室に対して開き、前記一方の燃焼室で燃焼を開始すること、上死点後に、前記他方の燃焼室を前記シリンダー室に対して閉じるのに対し、前記一方の燃焼室を開くこと、爆発行程中に、行程の少なくとも大部分の間に、前記一方の燃焼室を開いたまま、前記他方の燃焼室内で気化を開始すること、及び、下死点の直前又は直後に、排気行程を開始するために、前記一方の燃焼室を閉じて、この排気行程中に閉じたままにする一方、前記他方の燃焼室で気化を排気行程中に続行すること、を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
燃料を交互に前記２つの燃焼室に導き入れること、を特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記２つの燃焼室を、同じ速度で一緒に動かして、これら燃焼室を順次前記シリンダー室にバイパス接続部を介して接続させること、を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の方法。
【請求項５】
前記運動一定の速度で行なうこと、を特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記運動は回転運動であること、を特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記２つの燃焼室を、前記ピストンを駆動するクランクシャフトの回転数の４分の１の回転数で回転させること、を特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記２つの燃焼室と同期して、前記シリンダー室を断続的に吸気管と接続する吸気用接続部と、前記シリンダー室を断続的に排気管と接続する排気用接続部とが回転し、夫々の吸気接続及び排気接続中に、前記２つの燃焼室をシリンダー室に対し閉じておくこと、を特徴とする請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
前記クランクシャフト（２）によって駆動され、シリンダー（１）内を案内されるピストン（３）を有し、前記シリンダーの、前記ピストン（３）の上方にあるシリンダー室（１２）は、弁調節機構(６，７；２２，２３，２４)によって、未燃焼ガス用の吸気管（５）及び排気ガス用の排気管（８）と、交互に接続可能であり、燃焼室に接続されており、この燃焼室では、圧縮された未燃焼ガスに含まれているか、この未燃焼ガスへ導き入れられた燃料の気化がなされ、続いて燃焼がなされる、請求項１乃至８のいずれか１に記載の方法を実行するための、内燃機関において、
前記燃焼室は、２つの、別個の、同じ大きさの燃焼室(１３，１４)によって形成されており、各燃焼室は夫々流入及び流出孔（１５，１６，１７，１８）を有し、流入及び流出孔は対応の調節手段によって、前記関連のピストン(３)の行程に適合して、交互に相前後して、前記シリンダー室（１２）に接続されることができて、圧縮された未燃焼ガスを収容するか、又は燃焼ガスを膨張させること、を特徴とする内燃機関。
【請求項１０】
前記２つの燃焼室（１３，１４）は、シリンダーヘッド（４）に回転自在に取り付けられている駆動可能な回転体に設けられていること、を特徴とする請求項９に記載の内燃機関。
【請求項１１】
前記回転体は前記クランクシャフト（２）に対し軸に平行に設けられた回転弁（９）であり、この回転弁は、固定式の回転弁用ハウジング（１０）によって密閉式に囲繞されており、この回転弁用ハウジングは前記シリンダー室（１２）への接続孔（１１）を有すること、を特徴とする請求項１０に記載の内燃機関。
【請求項１２】
前記２つの燃焼室（１３，１４）は、円形の前記回転弁（９）の回転軸（９ａ）に対し左右対称的に設けられた２つの平行な弦部に位置しており、夫々、互いに対向している流入及び流出孔（１５，１６，１７，１８）を有し、これらの流入及び流出孔は、前記回転弁（９）の回転中に、前記回転弁用ハウジング（１０）の前記接続孔（１１）と断続的に一直線に並べられること、を特徴とする請求項１１に記載の内燃機関。
【請求項１３】
前記流入及び前記流出孔（１５，１６，１７，１８）の回転路へは、前記回転弁用ハウジング（１０）に設けられた燃料噴射用ノズル（１９）及び／又は点火プラグ（２０）が突入していること、を特徴とする請求項１２に記載の内燃機関。
【請求項１４】
前記回転弁（９）は、前記２つの燃焼室（１３，１４）に対し軸方向にずれて、２つの貫通流路（２２，２３）を有し、これらの貫通流路は、前記回転弁（９）の一定の角度位置において、前記回転弁用ハウジング（１０）の中で前記シリンダー室（１２）に向けて設けられた吸引兼排気孔（２４）を、前記吸気管（５）又は前記排気管（８）に接続すること、を特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１に記載の内燃機関。
【請求項１５】
前記２つの貫通流路（２２，２３）は、前記回転弁（９）の前記回転軸（９ａ）に対し左右対称的に設けられた２つの平行な弦部に位置しており、これらの弦部は、同様に弦部に位置している前記燃焼室（１３，１４）に対し９０円周角度だけずれて設けられていること、を特徴とする請求項１４に記載の内燃機関。
【請求項１６】
前記クランクシャフト（２）による前記回転弁（９）の駆動は４：１の減速比でなされること、を特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか１に記載の内燃機関。
【請求項１７】
前記回転弁（９）は、前記燃焼室（１３，１４）を、交互に、隣のシリンダー（１）の前記シリンダー室（１２）に接続するために、軸方向に移動可能であること、を特徴とする請求項１１乃至１６のいずれか１に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料と空気の混合気の迅速な燃焼によってピストンを動かし、予めシリンダー室へ吸引され次に圧縮された未燃焼ガスの中で、該閉じ込められた未燃焼ガスに含まれたか又はこの未燃焼ガスに導入された燃料の気化を行ない、続いて、燃料の燃焼を開始し、燃焼ガスの、燃焼によって発生された圧力を、ピストンに加え（爆発行程）、このピストンが爆発行程の実行後に排気ガスをシリンダー室から押し出す、内燃機関の作動方法に関する。
【０００２】
本発明は、更に、クランクシャフトによって駆動され、シリンダー内を案内されるピストンを有し、シリンダーの、ピストンの上方にあるシリンダー室は、弁調節機構によって、未燃焼ガス用の吸気管及び排気ガス用の排気管と、交互に接続可能であり、燃焼室に接続されており、この燃焼室では、圧縮された未燃焼ガスに含まれているか、この未燃焼ガスへ導き入れられた燃料の気化がなされ、続いて燃焼がなされる、請求項１乃至９のいずれか１に記載の方法を実行するための、内燃機関に関する。
【０００３】
【従来の技術】
内燃機能を有する公知の内燃機関では、（例えば、リカード、パーキンス、ハーキュリーズ、ドイツ等のタイプの）燃焼室は、シリンダーヘッド、エンジンブロック及び／又はエンジンピストンに固設されている。EP-A-１-0 074 174には、理論に留まっている提案が開示されている。この提案は、濃い混合気の部分量が燃焼され、次に、この部分量が通常の予燃焼室内での薄い混合気の点火器として用いられるという、回転式の燃焼室を使用する。
【０００４】
すべての実施の形態に共通しているのは、燃料の気化及び燃焼のための、構造及び方法に基づいた限定された時間である。更に、燃焼が、一定に保たれた容積の下で、実行されることができるのではなく、上死点前の約マイナス１５°乃至上死点後のプラス３５°の行程容積でなされることも、欠点である。このことからは、燃料の不完全な燃焼及び有害な排気ガスが結果として生じる。混合気の準備のためにより多くの時間を要する燃料(ディーゼル燃料)では、あるいは、燃焼のためにより多くの時間を要する燃料（アルコール）では、追加的に、最大限に可能な回転の制限が生じる。自由に出来る燃焼時間は約０，００１秒の位数にある。例えば空気過剰の拡大又は不完全な燃焼の甘受のような、強制された譲歩は、効率の低下及び有害物質の放射の増大をもたらす。知られた作動方法では、空気過剰の低下は、不完全な燃焼、更なるエネルギー損失及び有害物質の放出の増大をもたらすであろう。排気ガス温度の低下による理論的効率の増大は、装置におけるコストの増大によってのみ可能である。
【０００５】
混合気の準備時間及び燃焼時間を延長するために、燃料は、既に、キャブレター内で、又は、間接的な燃料噴射では、吸気流路内で空気と混合される。しかし、このことによっても、問題は限定的にしか減少されることができない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
明細書導入部に記載された作動方法を、特に作動方法の効率に関して改善し、この作動方法を実施すべく適切な内燃機関を開発するという課題が本発明の基礎になっている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
明細書導入部に記載の方法を前提として、上記課題は、本発明に基づき、圧縮行程では、この最中に圧縮された未燃焼ガスを、第１の燃焼室に押し込み、この第１の燃焼室で、シリンダー室に対して燃焼室を閉じた後に、気化を行ない、燃焼を開始し、他方、同時に、予め周囲を閉じた第２の燃焼室を、シリンダー室に向けて開き、爆発行程を実行すべく、ピストンに、第２の燃焼室から膨張しかつ同様に予め発生された燃焼ガスを加え、その結果、どの圧縮行程でも２つの燃焼室のうちの一方に交互にガスを満たし、どの後続の爆発行程のためにも、２つの燃焼室の他方からピストンに燃焼ガスの圧力を加えることによって、解決される。
【０００８】
この場合、吸入行程中に、２つの燃焼室を閉じたままにし、一方の燃焼室では気化を行なうのに対し、他方の燃焼室では排気ガスがあること、圧縮行程中には、他方の燃焼室のみをシリンダー室に対して開き、一方の燃焼室で燃焼を開始すること、上死点後に、他方の燃焼室をシリンダー室に対して閉じるのに対し、一方の燃焼室を開くこと、爆発行程中に、行程の少なくとも大部分の間に、一方の燃焼室を開いたまま、他方の燃焼室内で気化を開始すること、及び、下死点の直前又は直後に、押出し行程（排気行程）を開始するために、一方の燃焼室を閉じて、この押出し行程中に閉じたままにする一方、他方の燃焼室で気化を押出し行程中に続行すること、は適切である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
明細書導入部に記載の内燃機関を前提として、上記課題は、本発明に基づき、燃焼室は、２つの、別個の、同じ大きさの燃焼室によって形成されており、各燃焼室は夫々流入及び流出孔を有し、流入及び流出孔は対応の調節手段によって、関連のピストンの行程に適合して、交互に相前後して、シリンダー室に接続されることができて、圧縮された未燃焼ガスを収容するか、又は燃焼ガスを膨張させることによって、解決される。
【００１０】
本発明では、混合気の準備全体と燃焼プロセスとが、時間的及び空間的に、従来知られた４行程プロセス又は２行程プロセスから区別される。これらの知られた行程方式と平行して、本発明に基づいて、第５又は第３の「爆発行程(Verbrennungstakt)」が進行する。このことによって、混合気の準備及び燃焼プロセスのために十分に時間が得られ、このことによって、より良好なエネルギー収用及び有害物質の放出の減少が達成される。進行の最適化は、燃料の噴射及び点火のための位置及び時点の最適の選択によって、任意の、場合によっては緩慢に燃焼する燃料及び燃料混合気(例えば水を含んだナフサ)の使用によって、内燃機関又は触媒(例えば、水、水を含んだナフサの混合気のためにニッケルの供給)、火炎のない燃焼のためのセラミックの供給等）の燃焼によって、圧縮度の最適化によって、あるいは、著しい圧力損失なしに排気ガスの温度を下げることができるための、水の追加の噴射によって、なされる。
【００１１】
適切な実施の形態では、２つの燃焼室は、シリンダーヘッドに回転自在に取り付けられている駆動可能な回転体に設けられており、この回転体がクランクシャフトに対し軸に平行に設けられた回転弁であることは好ましく、この回転弁は、固定式の回転弁用ハウジングによって密閉式に囲繞されており、この回転弁用ハウジングはシリンダー室への接続孔を有する。
【００１２】
更に、２つの燃焼室が、円形の回転弁の回転軸に対し左右対称的に設けられた２つの平行な弦部に位置しており、夫々、互いに対向している流入及び流出孔を有し、これらの流入及び流出孔は、回転弁の回転中に、回転弁用ハウジングの接続孔と断続的に一直線に並べられること、は適切である。
【００１３】
変更の実施の形態は、本発明に記載のように、回転弁が、２つの燃焼室に対し軸方向にずれて、２つの貫通流路を有し、これらの貫通流路は、回転弁の一定の角度位置において、回転弁用ハウジングの中でシリンダー室に向けて設けられた吸引兼排気孔を、吸気管又は排気管に接続すること、を特徴とする。
【００１４】
この場合、２つの貫通流路が、回転弁の回転軸に対し左右対称的に設けられた２つの平行な弦部に位置しており、これらの弦部が、同様に弦部に位置している燃焼室に対し９０円周角度だけずれて設けられていることは、好都合である。
【００１５】
この変更の実施の形態では、従来の弁と、これらの弁を制御するカムシャフトとを省略することができる。このことによって、製造コストが下げられる。この実施の形態は、更に、余り故障を起こさないし、より多い回転数を可能にする。この場合、別個のシリンダーヘッドなしに内燃機関を造ることも原理的に可能である。むしろ、シリンダーヘッドは機関本体に統合される。
【００１６】
他の変更の実施の形態では、本発明に記載のように、回転弁は、燃焼室を、交互に、隣のシリンダーに接続するために、軸方向に移動可能であること、が規定されることができる。
【００１７】
本発明の他の特徴は従属請求項の内容である。これらの特徴を、本発明の他の利点との関連で、実施の形態に基づき詳述する。
【００１８】
本発明に係わる作動方法は、性能が同じであるのにより小形の、複雑でない、このことにより安価な機関の、製造を可能にする。本発明では等時性の燃焼が可能であるので、爆発行程での燃焼中に従来通常の圧力低下が防がれる。しかし、同時に、有害物質の放射はかなり減らされる。
図面には、例として用いられる本発明の複数の実施の形態が略示されている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、クランクシャフト２によって駆動されるピストン３と、固定されたシリンダーヘッド４とを具備する、４サイクルエンジンのシリンダー１を示している。シリンダーヘッドは、カムシャフト６によって制御される吸気弁７を有する吸気管５と、同様にカムシャフト６によって制御されるが、図面には詳しくは示されない排気弁を有する、点線で示した排気管８とを含む。
【００２０】
シリンダーヘッド４では、クランクシャフト２に対して軸平行に回転弁９が回転自在に取り付けられている。この回転弁は、好ましくは、クランクシャフト２によって、減速して(ueber eine Untersetzung)駆動されるので、回転弁９はクランクシャフト２の回転数の１／４で回転する。回転弁９は回転弁用ハウジング１０によって密閉式に囲繞されており、この回転弁用ハウジングは、図示した実施の形態では、シリンダーヘッド４の一部であり、シリンダー室１２(図２を参照せよ)に通じる接続孔１１を有する。
【００２１】
回転弁９は、２つの別個の同じ大きさの燃焼室１３,１４を有する。これらの燃焼室は、図示した実施の形態では、真っ直ぐな流路として形成されており、これらの流路は円形の回転弁９の回転軸９ａに対し左右対称的に設けられた２つの平行な弦部に位置しており、夫々互いに対向しておりかつ回転弁９の側面に通じている各流入及び流出孔１５，１６，１７，１８を有する。これらの流入及び流出孔は、回転弁９の回転中に、回転弁用ハウジング１０の接続孔１１と断続的に一直線に並べられる。
【００２２】
図１は、更に、シリンダーヘッド４に、従ってまた回転弁用ハウジング１０に設けられた燃料噴射用ノズル１９及び点火プラグ２０が、流入及び流出孔１５，１６，１７，１８(図１３を参照せよ)の回転路に突入していること、を示している。
【００２３】
図２は第１サイクルの吸入行程中の装置を示している。ピストン３は、書き入れられた矢印が示すように、下降中である。吸気弁７は開けられており、未燃焼ガス(Frischgas)がシリンダー室１２へ吸引される。２つの燃焼室１３，１４は閉じられている。この場合、燃焼室１３には燃焼ガスの残りが満たされているのに対し、燃焼室１４では，閉じ込められた燃料の気化がなされる。
【００２４】
図３は第１のサイクルの圧縮行程中の装置を示している。吸気弁７は閉じられており、ピストンは上へ動き、予め吸引された未燃焼ガスをシリンダー室１２の中で圧縮する。燃焼室１３は流入孔１５を介して接続孔１１と従ってまたシリンダー室１２に接続されている。それ故に、ピストン３は、圧縮された未燃焼ガスを燃焼室１３へ押し込む。噴射用ノズル１９は、流入孔１８を介して燃料を燃焼室１４に噴射する。この燃焼室の他方の流入孔１７が案内されて丁度点火プラグ２０の脇を通過した。点火プラグ２０の点火によって、燃焼室１４での燃焼が開始される。
【００２５】
図４は第１のサイクルの爆発行程中の装置を示している。回転弁９の更なる回転によって、今、燃焼室１３は流入孔１８を介して燃料噴射用ノズル１９に接続されている。この燃料噴射用ノズルは、燃料を、圧縮された未燃焼ガスが充填された燃焼室１３へ噴射する。燃焼室１４は流出孔１７及び接続孔１１を介してシリンダー室１２に接続されているので、燃焼室１４で高圧下にある未燃焼ガスはシリンダー室１２へと膨張して、ここでピストン３を加圧する。
【００２６】
図５は排気行程中の装置を示している。排気弁２１は開けられており、ピストン３は上へ動き、排気ガスを排気管８に押し込む。２つの燃焼室１３，１４は閉じられており、燃焼室１３には燃料の気化がなされる一方、燃焼室１４は排気ガスの残りのみを含む。
【００２７】
図６乃至１２は変更の実施の形態を示している。この実施の形態では、回転弁９は、２つの燃焼室１３，１４に対し軸方向にずれて、２つの貫通流路２２，２３を有し、これらの貫通流路は、同様に、回転弁９の回転軸９ａに対し左右対称的に設けられた２つの平行な弦部に位置しており、これらの弦部は、燃焼室１３，１４の弦部に対し９０円周角度だけずれて設けられている。２つの貫通流路２２，２３は、回転弁９の一定の角度位置において、回転弁用ハウジング１０の中で、シリンダー室に向けて設けられた吸引兼排気孔２４を、吸気管５又は排気管８に接続する。
【００２８】
図８乃至１１は、各サイクルについての図２乃至５に対応して、吸入行程、圧縮行程、爆発行程及び排気行程中の貫通流路２２，２３の各位置を示している。これらの図８乃至１１には、図１３乃至１６が関係づけられている。後者の図は、図８乃至１１に示された各サイクルに対する燃焼室１３，１４の位置を示しており、この位置は、図２乃至５に示した位置に実質的に一致している。
【図面の簡単な説明】
【図１】  シリンダーと、上死点にあるピストンを有し、シリンダーに関連して設けられたシリンダーヘッドとの縦断面図を示している。
【図２】  第１のサイクルの吸入行程中の、図１に基づく描写を示している。
【図３】  第１のサイクルの圧縮行程中の、図２に基づく描写を示している。
【図４】  第１のサイクルの爆発行程中の、図３に基づく描写を示している。
【図５】  第１のサイクルの排気行程中の、図４に基づく描写を示している。
【図６】  燃焼室の軸方向隣に設けられた回転弁用調節手段を有する変更の実施の形態を、図１に対し９０°回転された軸方向断面図で示している。
【図７】  図６の線Ａに基づいた、弁調節手段の縦断面図を示している。
【図８】  第１のサイクルの吸入行程中の、図７に基づく描写を示している。
【図９】  第１のサイクルの圧縮行程中の、図８に基づく描写を示している。
【図１０】  第１のサイクルの爆発行程中の、図９に基づく描写を示している。
【図１１】  第１のサイクルの排気行程中の、図１０に基づく描写を示している。
【図１２】  図６の線Ｂに基づいた、燃焼室の縦断面図を示している。
【図１３】  第１のサイクルの吸入行程中の、図１２に基づく描写を示している。
【図１４】  第１のサイクルの圧縮行程中の、図１３に基づく描写を示している。
【図１５】  第１のサイクルの爆発行程中の、図１４に基づく描写を示している。
【図１６】  第１のサイクルの排気行程中の、図１５に基づく描写を示している。
【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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