JPH0146694B2

JPH0146694B2 -

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Publication number: JPH0146694B2
Application number: JP54501700A
Authority: JP
Inventors: Richaado Furoorenshio Burasaa
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-10-25
Filing date: 1979-09-25
Publication date: 1989-10-11
Also published as: IN153924B; WO1980000862A1; EP0020475A1; IT7926559A0; JPS55500822A; DE2967134D1; EP0020475A4; CA1133338A; EP0020475B1; US4465033A; IT1123883B

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、内燃機関の燃焼方法、及び、内燃機
関にする。

［従来の技術］内燃機関の排気ガス中に含まれるNO_Xは、一
般に混合気の空燃比が過濃の状態で燃焼されると
き、減少される一方、排気ガス中のHC、及びCO
は、混合気の空燃比が稀薄の状態で燃焼されると
き、減少されることが良く知られている。

従来、特開昭49−125710号公報に開示されてい
るように、内燃機関の排気ガス中に含まれる
NO_X、HC、及びCOを減少させるため、主燃焼
室に隣接して空気室が設けられており、空燃比が
過濃の混合気が主燃焼室で燃焼された後、空気室
内の空気が主燃焼室内に導かれて、空燃比が稀薄
の混合気が再燃焼されている。これにより、最初
の燃焼では、空燃比が過濃であるため、NOが減
少される一方、再燃焼では、空燃比が稀薄である
ため、HC、及びCOが減少されるとされている。

しかしながら、空気室とを連通している連結通
路は、主燃焼室に常時開放している。そのため、
空気室内の空気が再燃焼時にのみ主燃焼室内に導
かれる保証がなく、最初の燃焼時にも空気室内の
空気が主燃焼室内に導かれる虞れがあり、その結
果、最初の燃焼時における空燃比が稀薄になり、
NO_Xが減少されない虞れがあつた。

［発明の目的］本発明の目的は、燃焼の開始時に混合気の空燃
比を過濃にし、燃焼の後半における混合気の空燃
比を稀薄にするように、空燃比を制御し、これに
より、排気ガス中に含まれるNO_X、HC、及び
COを確実に減少させることである。

［発明の構成］この発明の内燃機関の燃焼方法は、燃焼室と、
この燃焼室に隣接して設けられた空気圧と、この
燃焼室と空気室とを連通し且つ燃焼・膨脹行程に
おいて燃焼が生起されて終了するまでの間にその
断面積が最小から最大に変化する連結通路とを具
備する内燃機関の燃焼方法において、最大出力の時に燃料と空気とからなる混合気の
総空燃比が理論空燃比となるように、その他の時
に総空燃比が理論空燃比より稀薄になるように内
燃機関の出力に応じて総空燃比を設定する工程
と、空気を燃焼室及び空気室に供給した後、燃料を
燃焼室に供給し、その結果、空気室内に空気にの
みを貯留するとともに、燃焼前の燃焼室内の混合
気の空燃比を理論空燃比より過濃にする工程と、燃焼室内の混合気の圧縮行程の後、空燃比が理
論空燃比より過濃な状態で燃焼室内で混合気の燃
焼を生起し、その後、燃焼・膨脹行程において連
結通路の断面積が最小から最大に変化されて、こ
の断面積の変化に対応する量の空気が空気室から
連結通路を介して燃焼室内に案内され、その結
果、空燃比が理論空燃比より稀薄な状態で燃焼室
内で混合気が燃焼される工程とを具備している。

さらに、この発明の内燃機関は、シリンダ孔内
を往復動するピストンと、シリンダ孔及びこのピストンにより規定された
燃焼室と、この燃焼室に隣接して設けられた空気室と、最大出力の時に燃料と空気とからなる混合気の
総空燃比が理論空燃比になるように、その他の時
に総空燃比が理論空燃比により稀薄になるように
内燃機関の出力に応じて総空燃比を設定して、空
気を燃焼室及び空気室に供給した後、燃料を燃焼
室に供給し、その結果、空気室内に空気のみを貯
留するとともに、燃焼前の燃焼室内の混合気の空
燃比を理論空燃比より過濃にする燃料及び空気供
給手段と、燃焼室内の混合気の圧縮行程の後、空燃比が理
論空燃比より過濃な状態で燃焼室内で混合気の燃
焼を生起する燃焼生起手段と、燃焼室と空気室とを連通し、且つ、燃焼室内で
の混合気の膨張によりピストンが移動するときに
ピストンの移動に対してその断面積が最小から最
大に変化する連結通路とを具備し、その結果、ピ
ストンが移動するときに、この断面積の変化に対
応する量の空気が空気室からこの連結通路を介し
て燃焼室内に案内されて、空燃比が理論空燃比よ
り稀薄な状態で燃焼室内で混合気が燃焼されてい
る。

［作用］この発明では、空燃比が理論空燃比より過濃な
状態で燃焼室内で混合気の燃焼が生起された後、
燃焼室内での混合気の膨脹によりピストンが移動
するとき、このピストンの移動に対して連結通路
の断面積が最小から最大に変化される。その結
果、この断面積の変化に対応する量の空気が空気
室からこの連結通路を介して燃焼室内に案内され
て、空燃比が理論空燃比より稀薄な状態で燃焼室
内で混合物が燃焼されている。

このように、連結通路の断面積を変化させるこ
とにより、空燃比が制御されている。そのため、
燃焼・膨脹行程の初期においては、混合気が過濃
の状態で、その後においては、混合気が稀薄な状
態で確実に燃焼されている。従つて、本発明で
は、排気ガス中に含まれるNO_X、HC、及びCO
が確実に減少される。

［実施例］第１図には、この発明の内燃機関のサイクルの
PV線図で示され、第２図には、従来のオツトー
サイクル（即ち、定容サイクル）のPV線図が示
されている。

第２図に示されるように、は、燃焼室の容積
であり、定容サイクルの場合には、１→２では、
断熱圧縮され、２→（３、４）では、定容状態で
加熱されて所定熱量が供給され、（３、４）→５
では、断熱膨脹され、５→１では、冷却され、所
定の熱量が放出されている。

この発明では、第１図に示されるように、燃焼
室の他に、空気室が設けられており、空燃比
が理論空燃比より過濃な状態で燃焼室内で混合
気の燃焼が生起された後、連結通路の断面積が最
小から最大に変化され、空気が空気室からこの
連結通路を介して燃焼室内に案内され、その結
果、空燃比が理論空燃比より稀薄な状態で燃焼室
内で混合気が燃焼されている。

従つて、この発明のサイクルは、第１図に示さ
れるように、複合サイクル（即ち、サバテサイク
ル）であると考えられる。即ち、燃焼が開始され
る２→３では、空気室から燃焼室に空気が殆
ど供給されないため、定容サイクルと同様に、定
容で加熱されて所定の熱量が供給されている。し
かしながら、３→４では、空気が空気室から燃
焼室に供給されて、空燃比が理論空燃比より稀
薄な状態で燃焼室内で混合気が燃焼されるた
め、燃焼室内の圧力は、それ程上昇されること
なく定圧状態で加熱され、所定の熱量が供給され
ている。従つて、複合のサイクルであるため、ピ
ーク圧力が比較的低く、且つ、平均有効圧力が比
較的高い。これにより、この発明の内燃機関は高
い熱効率で運転することができる。尚、第３図に
は、空気室のサイクルが示されている。

第４図乃至第７図には、この発明に係る内燃機
関の燃焼室が示されている。第８図乃至第１０図
には、この内燃機関のための燃料及び空気の供給
分配装置が示されている。第１３図及び第１４図
には、４サイクルのオツト・デイーゼルサイクル
の吸気、圧縮、膨脹、排気のタイミングが図示さ
れている。

第４図において、シリンダ孔２４に、ピストン
２６が往複動可能に取付けられている。燃焼室２
０は、このシリンダ孔２４のヘツド端部４０と、
ピストンの頂端部３４とにより規定されている。
ピストン２６が上死点に位置しているときには、
燃焼室２０の容積は、最小であり、ピストン２６
が下死点に位置しているときには、燃焼室２０の
容積は最大となつている。このピストン２６は、
図示しない回転軸に連結されている。さらに、第
４図には、吸気弁２８、排気弁３０、及びプラグ
３２（燃焼生起手段）が示されている。このピス
トン２６の上方の側周面には、圧縮シール３６が
設けられている。

ピストン２６の頂端部中央域には、弧状の凹部
３８が形成され、その頂端部外周端には、凸部４
４が形成されており、これらの凹部３８及び凸部
４４が、シリンダ孔２４の上方の弧状の凹面４０
と協働して容積が最小のときの略球状の燃焼室２
０を規定している。

ピストン２６の頂端部と圧縮シール３６との間
の側周面に、空気室４２が凹んで形成されてい
る。ピストンの頂端部外周端とシリンダ孔との間
の間〓により、燃焼室２０と空気室４２とを連通
する連結通路４６が規定されている。

第４〜７図に示されるように、シリンダ孔２４
のヘツド端部４０は、頂部に近付く程径が小さく
されるように湾曲されているため、連結通路４６
の断面積は、燃焼室２０が最小のときの最小値
（第６図）から、ピストン２６の上死点から離れ
ているときの最大値（第７図まで変化する。

上述したように、第６図に示されるように、ピ
ストン２６の頂端部中央域には、弧状の凹部３８
が形成され、その頂端部外周端には、凸部４４が
形成されており、これらの凹部３８及び凸部４４
が、シリンダ孔２４の上方の孤状の凹面４０と協
働して略球状の燃焼室２０を規定している。さら
に、連結通路４６が、ピストン２６の凸部４４の
外側に形成されている。そのため、燃焼室２０で
発生した燃焼ガスは、連結通路４６を介して空気
室４２に入ることが殆ど防止されている。

尚、連結通路４６は、幅46と長さ50とにより規
定された容積４８を有している。この容積４８の
設定の仕方によつて、空気室４２から燃焼室２０
に供給し得る空気の量を定めることができる。

次に、この発明に係る内燃機関の作用を説明す
る。

吸気工程及び圧縮工程において、燃料より先行
して空気が燃焼室２０及び空気室４２に供給さ
れ、次に、燃焼が燃焼室２０に供給される。この
とき、燃焼室２０における混合気の空燃火が理論
空燃比より過濃となるように供給される。但し、
混合気の総空燃比は、最大出力の時に混合気の総
空燃比が理論空燃比になるように、その他の時に
総空燃比が理論空燃比よりも稀薄になるように設
定されている。デイーゼル系の内燃機関では、圧
縮により混合気が着火され、火花点火系の内燃機
関では、火花点火により混合気が着火さる。即
ち、燃焼生起手段は、混合気を圧縮する手段、又
はプラグ３２等の火花着火手段から構成されてい
る。

燃焼室２０では、混合気が過濃の空燃比の状態
において燃焼が開始される。その直後、燃焼・膨
脹工程において、混合気の膨張によりピストン２
６が降下される。連結通路４６の断面積がこのピ
ストンの移動に対応して最小から最大に変化され
る。これにより、この断面積の変化に対応する量
の空気が空気室からこの連結通路を介して燃焼室
内に案内されて、空燃比が理論空燃比より稀薄な
状態で燃焼室内で混合気が燃焼されている。

ところで、内燃期関の排気ガス中に含まれる
NO_Xは、一般に、混合気の空燃比が過濃の状態
で燃焼されるとき、減少される一方、排気ガス中
のHC、及びCOは、混合気の空燃比が稀薄の状態
で燃焼されるとき、減少されることが良く知られ
ている。

従つて、この発明では、連結通路の断面積を変
化させることにより、空燃比が制御されている。
そのため、燃焼・膨張行程の初期においては、混
合気が過濃の状態で、その後においては、混合気
が稀薄な状態で確実に燃焼されている。従つて、
本発明では、排気ガス中に含まれるNO_X、HC、
及びCOが確実に減少される。

次に、空気室の燃焼室に対する比は、高比率で
あると燃焼室内に空気が過剰に供給される虞れが
あり、その結果、燃焼への空気の関与を制御する
のが困難となるため、0.2から1.8でなければなら
ない。さらに、連結通路４６の最小幅は、小さす
ぎると、燃焼・膨脹工程において燃焼室と空気室
との間で空気を流通できないため、0.050インチ
（1.27mm）より小さくてはならない。同様に、燃
焼・膨脹工程において、空気室から燃焼室に多量
の空気が入り過ぎないように、また、空気室内に
燃料が入らないように、連結通路４６の最大幅
は、0.20インチ（5.08mm）以下である必要があ
る。

さらに、連結通路４６の周回りの断面積は、燃
焼室に供給される空気の量の制御のために、燃焼
室２０又はシリンダ孔の直径の平方の0.05から
0.15倍である必要がある。さらに、連結通路４６
の容積４８は、連結通路が最大幅であるときに、
燃焼室の約0.10から0.35倍である必要がある。

次に、燃焼室２０と空気室４２とに燃料及び空
気を供給するための燃料及び空気供給手段につい
て説明する。

第８図乃至第１０図に、種々の内燃機関におい
て所望の燃料分配を達成するための典型的な装置
の構成が示されている。

第８図に図示された例では、スパーク点火プラ
グ６２、吸気弁６４、排気弁６６、燃料源６８、
及び空気管７０を有し、第４図に図示されたよう
に構成された燃焼室を有する内燃機関６０が示さ
れている。この例では、燃料と空気とが各々無関
係に吸気工程において燃焼室２０内に吸い込ま
れ、圧縮工程の後、燃料と空気とが点火されて燃
焼反応が開始され、ピストン７２が駆動されて仕
事が行われる。燃料と空気との供給は、図示され
た適切な制御装置７４により独立して制御され
る。絞り即ち動力調節器を備えている中央制御ユ
ニツト７４がアイドル状態以外では空気弁７６が
基本的に開放状態に維持されるように空気弁７６
の位置を制御する。その結果、内燃機関の出力要
求に応じて、空気が燃焼室に吸引される。一方、
吸気弁６４を介して燃焼室２０に吸引された燃料
の量が内燃機関の動力要求に応じて変化されるよ
うに、燃料の流動が弁７８によつて制御される。

燃料及び空気供給手段に重要な特徴は、混合気
の総空燃比は、最大出力の時に混合気の総空燃比
が理論空燃比になるように、その他の時に総空燃
比が理論空燃比よりも稀薄になるように設定され
ていることがである。即ち、最大出力時を除い
て、混合気の総空燃比が理論空燃比に近付く時
に、混合気の総空燃比は、常に稀薄即ち空気過剰
の側にあつて過濃の側にくることはなく、燃料割
合だけが動力要求に応じて変動する。

他の燃料及び供給手段は、第９図に示されるよ
うに、燃料の吸気マニホールド内への加圧注入の
ものであつても良い。第９図では、吸気管即ちマ
ニホールド８４が制御器８８により制御されるア
イドル制御空気弁８６、燃料噴射ノズル９０、及
び、燃料供給源に連結された調時噴射制御器９２
を備えている。プラグ９４は、スパーク又はグロ
ー型であるのが良く、内燃機関９６が通常の吸気
及び排気弁９８，１００と、ピストン１０２とを
有している。燃料の量だけが内燃機関の出力の出
力要求に応じて制御され、混合気の空燃比は、常
に第８図の場合と同様に変化される。

第１０図には、燃料を直接内燃機関１０８の燃
焼室に噴射するために用いられる加圧燃料噴射ノ
ズル１０６を備えている燃料及び空気供給手段の
更に他の実施例が示されている。通常、空気吸気
弁１１０を介して空気が吸引され、加圧下で公知
の燃料噴射装置１１２により燃料がノズル１０６
に供給される。即ち、燃料噴射装置１１２が制御
された量の液体燃料をピストン行程とのタイミン
グをとつて燃焼室に供給し、燃焼室内で所望の燃
焼と空気との分配を行う。内燃機関の始動のため
にグロープラグ１１４が用いられても良いが、本
実施例では、燃料反応は、圧縮点火により開始さ
れる。本実施例の混合気の空燃比は、第８図及び
第９図の場合と同様に変化される。

従つて、本発明の方法では、燃料供給の調時特
性が混合気の制御と同様に非常に重要なことが理
解される。燃焼室への燃焼の供給と内燃機関運転
との調時関係を更に良く理解するために、調時関
係の目的が２つあることを理解しなくてはならな
い。即ち、第１に、空気室内の空気が燃焼室内の
混合気から完全に分離するように燃焼室及び空気
室に燃料と空気とを分配すること、第２に、燃焼
室内の空燃比が燃焼反応の開始時に（即ち、点火
時に）理論空燃比のより過濃になるように燃料及
び空気を分配することである。燃焼室内の空燃比
が過濃であると、燃料の化学構成、内燃機関の燃
焼室の形状によつて、燃料が最適な速度で燃焼さ
れる。このような分配を達成するためには、上述
したように、混合気の空燃比を変化させるが、吸
引及び圧縮工程時に燃焼室の容積の変化と特別な
調時関係をもつて燃料を燃焼室内に入れることが
重要である。

第１１図及び第１２図には、最も内側の部分か
ら始まつて最も外側の部分で終わるサイクルを示
す複数の同心状の円を有している標準的な円形図
により示される内燃機関の燃焼室への燃料への燃
焼と空気とに供給の従来の調時が図示されてい
る。図の角座標が図示のサイクルを実行可能な回
転軸の出力の角度位置と一致している。第１１図
では、従来のオツトーサイクルエンジンでの燃料
と空気との吸引が、燃料と空気との均一な混合物
として、吸気行程において0゜度から190゜までの回
転軸の回転の間、即ち、最も内側の円形部分１１
６に図示された回転軸の回転の間に生起される。
次いで、部分１１８から分かるように、ピストン
の頂部死点（0゜）より２、3゜前まで圧縮が行わ
れ、この点で点火が行われてそれに続き準瞬間的
燃焼が生じて更に次の外部部分１２０によりカバ
ーされる回転期間に膨脹が行われる。部分１２２
に排気行程が示されている。第１１図のサイクル
は、４行程サイクルであり、このサイクルでは、
各吸気期間に燃料と空気との混合物を容易に且つ
急速に燃焼可能な混合物として完全に燃焼室内に
入れなければならず、全混合ガスの一部として以
外には燃焼供給の制御をほとんど行ない得ないこ
とが分る。燃焼室内の混合物を内燃機関の出力要
求に応じてもつと注意深く制御するために、調時
燃料噴射器を使用可能なことは勿論公知である。
しかし、このような装置は、燃料の急速な、瞬間
的な、ノツキングのない燃焼を達成するために、
点火時の室内の混合物の均等性を効率良く利用す
ることに限られており、この装置には、燃料が噴
射される吸気工程の短い時間に燃料の完全な困難
であるという欠点がある。

第１２図は標準的な又は高回転のデイーゼルサ
イクルを達成するために、空気と燃料とを別々に
燃焼室内に噴射する方法を示す典型的なデイーゼ
ルサイクルを図示している。しかしながら、燃焼
と空気との十分な圧縮を行なうためには、高圧縮
比が必要であり、燃焼以前及び燃焼期間に燃料を
確実に気化するためには細心の注意を払わなけれ
ばならないことは良く知られている。デイーゼル
エンジンでは、従来、エンジンの損傷を避けるた
めに燃焼室内での最大のピーク圧力を制御するた
め、上死点以前の反応の量を制限するために噴射
燃料の供給開始時の細心な調節と制御とを必要と
する。一方、混合気が常時過剰の空気を含んでい
るため、燃焼が進行するにつれて酸素の未反応燃
料に対する割合が次第にリーンな状態になり、最
後には混合気が燃焼性限界外となり、燃焼が不可
能になる。また、表面燃料間の燃料滴の分裂によ
り生成された燃料種は、完全に燃焼反応不可能で
あり、特有の煙がデイーゼル排気中に排出され
る。

第１３図及び第１４図は、本発明の典型的なサ
イクルを示していて、前述したように、燃焼室内
の所望の燃料と空気との分配及び反応間に得られ
る酸素の所望の制御を考慮して、サイクルの実行
と矛循しない燃料供給のタイミングの範囲を示し
ている。第１３図は、４行程動力サイクルを図示
していて、圧縮点火ではなく混合気のスパーク又
はプラグ点火を行なうものと仮定する。最も内側
の部分１２６に対応する出力軸回転間に空気が吸
引される。しかし、燃料は、吸込及び圧縮間のい
ずれの時にも、吸込の開始30゜の乃至50゜から、点
火の30゜乃至40゜以前まで吸込まれる（部分１２
８）。吸気及び圧縮行程の中央部間、即ち、吸込
の開始後140゜から点火の120゜以前まで、燃焼室の
形状及び内燃機関の形状に応じて適度の圧力下で
燃料を供給することは有利であると考えられる。
圧縮行程が部分１３０で示されていて、図示のよ
うに燃料供給期間と重なつていても良い。点火に
続いて部分１３２に沿つて一様の燃焼反応があ
り、最後に部分１３４で示す排気が行われる。燃
焼室及び空気室に燃料と空気とを分配するため
に、本発明の行程に応じて生じる燃焼反応の接続
的特性により燃焼室内のピーク圧力の制御が可能
である。

第１４図には、本発明の行程が図示されてい
て、燃料が燃焼室内に加圧下で噴射され、圧縮だ
けにより自然点火される。このサイクルは、部分
１３６の示す燃焼の供給が吸気と圧縮との略中間
点で開始し、点かの35゜から40゜以前よりも遅くな
い時点で終了する必要がある点で第１３図のサイ
クルと基本的に異なつており、終了点をこのよう
に定めることは燃料の所望の圧縮に十分な時間を
与えるために必要である。燃焼室と空気室との燃
料と空気との分配により、また、一様な燃料反応
により、圧縮比が５：１から12：１で所望のピー
ク圧力の制御を行うとともに、燃焼の組成、及び
燃料のタイミングに対する制約なしに、圧縮点火
を使用した十分な仕事発生サイクルを達成するこ
とができる。圧縮比は、勿論、最大の燃焼室と空
気室容積の総和対最小の燃焼室と空気室容積の総
和の比を意味する。

本発明の内燃機関では、従来の内燃機関よりも
排気ガスに含まれる有害成分の割合を少なくする
ことができる。

今日の評価技法を用いてオツトー、デイーゼル
のサイクルと本発明のサイクルの排気生成物とを
比較する。各サイクルを実行するためめに基本的
に従来のピストンエンジンを使用したと仮定する
と、各エンジンが放出制御なしに自然状態で作動
すると仮定した場合に、各エンジンの排気中に含
まれている酸素（O₂）、二酸化炭素（CO₂）、一酸
化炭素（CO）、及び、部分反応又は未反応の炭化
水素（UHC）の割合が、各サイクルの各々の燃
料を潜在熱エネルギに変換する能力の示度として
用いられる。

最大出力状態において、均等な燃料混合物が実
質的に瞬時に燃焼する従来のオートーサイクルで
は、排気ガスのうち、６乃至11％のCO、100乃至
5000（ppm）のUHCが生成され、O₂は燃焼行程
において既に消失しているため存在しない。従来
のデイーゼルエンジンの排気は、同様に最大出力
時において、通常0.5乃至0.8％のCO、0.5乃至１
％のO₂、及び、種々の割合の炭素とUHCとを含
んでいる。

常用出力状態において、オツトーサイクルエン
ジンの排気は、通常、0.5乃至１％のCO、200乃
至1000ppmのUHC、及び、0.5乃至0.8％のO₂を
含んでおり、デイーゼルエンジンの排気は、0.3
乃至0.5％のCO、500乃至1500ppmのUHC、及
び、２乃至４％のO₂を含んでいる。

アイドル状態では、オツトーエンジンは、略６
乃至９％のCO、100乃至3000ppmのUHCを含ん
でいて、O₂を含んでいない。アイドル状態での
デイーゼルの排気は、通常、0.2乃至0.5％のCO、
５乃至８％のO₂、及び種々の量の炭素とUHCと
を含んでいる。

本発明の行程では、最大出力状態での往復ピス
トンエンジンの排気ガスは、最大量で0.2乃至35
％のCO、100乃至1800ppmのUHC及び０乃至0.2
％のO₂を含んでいる。常用出力状態では、最大
量で0.1乃至１％のCO、５乃至1500ppmのUHC、
及び、0.2乃至３％のO₂が排気ガス中に含まれて
いる。アイドル状態では、排気ガスが最大量で
0.2乃至1.0％のCO、100乃至1000ppmのUHC及び
２乃至４％のO₂を含んでいる。

エンジンへの燃料と空気との供給及び分配によ
り、及び、反応期間の過剰空気の制御された供給
により、燃焼室の排気弁が開いている時に反応域
近辺で過剰空気が供給されている。この時、排気
ガスが弁を通つて膨張するため、燃焼室内の圧力
が急速に低下する。この時、空気室内の過剰空気
が空気室外に流出して燃焼室内に膨脹し、燃焼室
と排気流内の燃焼反応を継続させる。

従つて、この発明の行程では、排気流内の未反
応生成物の割合が従来の標準的な内燃行程に比べ
て減じられる。

第１５図乃至第１７図には、第１の実施例の第
１の変形例が示されている。これについて説明す
る。

第１５図において、内燃機関は、弧状の凹部１
４４を有するヘツド端部１４２と、シリンダ孔１
４０とからなる燃焼室１５０を具備している。弧
状の凹部１４９を有している頂端部１４８を備え
ているピストン１４６は、シリンダ孔１４０内で
往復運動し、燃焼室１５０の容積を変化させる。
スパークプラグ点火器（燃焼生起手段）１５６、
吸気弁１５２、及び排気弁１５４を有している。
例えば、グロープラグを使用して２サイクル状態
でエンジン作動させたい場合には、弁と点火器と
を異なる構造としても良い。

本変形例では、空気室１５８は、シリンダ孔の
ヘツド端部１４４の側周域に形成されており、空
気室１５８と燃焼室１５０とを連通する連結通路
１６０は、シリンダ孔のヘツド端部の側周域で空
気室から開口した開口部１６２と、この開口部１
６２に挿入可能なピストンの頂端部外周端とによ
り規定されている。燃焼室１５０が最小容積にあ
るとき、ピストンの頂端部外周端が開口部１６２
に挿入されており、第１７図に示されるように、
混合気の膨張によりピストンが降下されるにつれ
て、ピストンの頂端部外周端が開口部１６２から
出退されることにより、連結通路の断面積が最小
から最大に変化される。このように、空気室は、
ピストン側に形成される必要がなく、シリンダ側
に形成されていても良い。

また、連結通路１６０近辺において、燃焼室１
５０と空気室１５８とを形成する面が、弧状に形
成されているため、燃焼室１５０で発生した燃焼
ガスは、この燃焼室１５０から連結通路１６０を
介して空気室１５０に入ることが殆ど防止されて
いる。

第１８図乃至第２０図には第２の変形例が示さ
れている。

互いに対向する一対のピストン１７０，１７２
が、吸気／排気口１７６を備えている単一のシリ
ンダ孔１７４内に往復動可能に取付けられてい
る。これらのピストンは、各々その頂部中央域に
形成され燃焼室１７４を規定する凹部１８０，１
８２と、その頂部外周端に形成された周縁部１８
６とを有しており、ピストンの側周面に圧縮シー
ル１８８が設けられている。空気室４２は、ピス
トン１７０，１７２の頂端部と圧縮シール１８８
との間の側周面に凹んで形成されている。第１９
図に示されるように、連結通路１９０は、一対の
ピストンの周縁部の間の空気室に連通された間〓
により規定されている。第２０図に示されるよう
に、燃焼・膨脹工程において、混合気の膨張によ
り一対のピストン１７０，１７２が互いに離間さ
れると、ピストンの周縁部の間の間〓が互いに離
間されて大きくされ、これにより、連結通路の断
面積が最小から最大に変化される。

第２１図乃至第２３図には、第３の変形例が示
されている。互いに対向する一対のピストン１９
６がシリンダ孔２００内に往復動可能に取付けら
れている。これらのピストンは、各々、その頂部
中央域に形成され燃焼室１９２を規定する凹部
と、その頂部外周端に形成された周縁部２０２と
を有している。第２２図に示されるように、空気
室２０４は、シリンダ孔の内周面に凹んで形成さ
れており、連結通路２０６は、一対のピストンの
周縁部の間の空気室２０４に連通された間〓によ
り規定されている。連結通路２０６の間〓の幅
は、第２２図に示されている場合が最小であり、
第２３図に示されるように、燃焼・膨脹工程にお
いて、混合気の膨張により一対のピストン１９６
が互いに離間されると、ピストンの周縁部２０２
の間の間〓が互いに離間されて大きくされ、これ
により、連結通路２０６の断面積が最小から最大
に変化される。

［発明の効果］本発明では、連結通路の断面積を変化させるこ
とにより、空燃比が制御されている。そのため、
燃焼・膨脹行程の前半においては、混合気が過濃
の状態で、後半においては、混合気が稀薄な状態
で確実に燃焼されている。従つて、本発明では、
排気ガス中に含まれるNO_X、HC、及びCOが確
実に減少される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明りに係る内燃機関のサイクル
の理論的行程を示すPV線図と、このサイクルを
実行可能な理論上の内燃機関を示す熱力学的装置
の概略図、第２図は、第１図に類似の、第１図に
示した内燃機関のサイクルの行程に対する部分
の関与を示す図、第３図は、第１図に類似の、第
１図に示した内燃機関のサイクルの行程に対する
部分の関与を示す図、第４図は、本発明の一実
施例の内燃機関の断面図、第５図は、第４図の
−線に沿う燃焼室の断面図、第６図は、第４図
の円形線により囲まれた部分の拡大詳細図、第
７図はピストンが上死点よりも低い位置にある場
合の、第４図の円形線に囲まれた部分の拡大詳
細図、第８図は、内燃機関の燃焼及び空気供給手
段の実施例を示す内燃機関の断面図、第９図は、
内燃機関の燃料及び空気供給手段の第１の変形例
を示す内燃機関の断面図、第１０図は、内燃機関
の燃料及び空気供給手段の第２の変形例を示す内
燃機関の断面図、第１１図は、従来のオツトーエ
ンジンの回転軸とサイクルの関係を示す図、第１
２図は、従来のデイーゼルエンジンの回転軸とサ
イクルの関係を示す図、第１３図は、この発明に
係る火花点火内燃機関の回転軸とサイクルの関係
を示す図、第１４図は、この発明に係る自己点火
内燃機関の回転軸とサイクルの関係を示す図、第
１５図は、この発明の第１の変形例に係る内燃機
関の断面図、第１６図は、第１５図の部分の
拡大詳細図、第１７図は、ピストンが上死点より
下方に位置している場合の、第１５図の部分
の拡大詳細図、第１８図はこの発明の第２の変形
例に係る内燃機関の断面図、第１９図は、第１８
図の部分の拡大詳細図、第２０図は、ピス
トンが若干互いに離間した場合の、第１８図の部
分の拡大詳細図、第２１図は、この発明の
第３の変形例に係る内燃機関の断面図、第２２図
は、第２１図の部分の拡大詳細図、第２３
図は、ピストンが若干互いに離間した場合の、第
２１図の部分の拡大詳細図である。燃焼室……１０，１５０，１７４，１９８、空
気室……４２，１５８，１８４，２０４、連結通
路……４６，１６０，１９０，２０６、ピストン
……２６，１４６，１７０，１７２、シリンダ孔
……２４，１４０，１７４，２００、燃料及び空
気供給手段……（６４……吸気弁、６８……燃料
源、７０……空気管、７８……弁、又は、８４…
…吸気管、８６……アイドル制御空気弁、９０…
…燃料噴射ノズエル、９２……調時噴射制御器、
又は、１０６……加圧燃料噴射ノズル、１１０…
…空気吸気弁）、燃焼生起手段……３２，６２，
９４，１１４……プラグ）。

Claims

【特許請求の範囲】１燃焼室１０，１５０，１７４，１９８と、こ
の燃焼室に隣接して設けられた空気室４２，１５
８，１８４，２０４と、この燃焼室と空気室とを
連通し且つ燃焼・膨張行程において燃焼が生起さ
れて終了するまでの間にその断面積が最小から最
大に変化する連結通路４６，１６０，１９０，１
９２，２０６，２０８とを具備する内燃機関の燃
焼方法において、最大出力の時に燃料と空気とからなる混合気の
総空燃比が理論空燃比になるように、その他の時
に総空燃比が理論空燃比より稀薄になるように内
燃機関の出力に応じて総空燃比を設定する工程
と、空気を燃焼室及び空気室に供給した後、燃料を
燃焼室に供給し、その結果、空気室内に空気のみ
を貯留するとともに、燃焼前の燃焼室内の混合気
の空燃比を理論空燃比より過濃にする工程と、燃焼室内の混合気の圧縮行程の後、空燃比が理
論空燃比より過濃な状態で燃焼室内で混合気の燃
焼を生起し、その後、燃焼・膨脹行程において連
結通路の断面積が最小から最大に変化されて、こ
の断面積の変化に対応する量の空気が空気室から
連結通路を介して燃焼室内に案内され、その結
果、空燃比が理論空燃比より稀薄な状態で燃焼室
内で混合気が燃焼される工程とを具備する、内燃
機関の燃焼方法。２燃焼・膨脹行程において、混合気の膨脹によ
りピストン２６，１４６，１７０，１７２が移動
するときにこのピストンの移動に対応して連結通
路の断面積を最小から最大に変化する工程を具備
している、特許請求の範囲第１項に記載の、内燃
機関の燃焼方法。３吸気行程の間に燃焼室に燃料の総量を噴霧
し、空気の総量を変えることなく混合気の燃料の
量を変化させることにより空燃比を変化させ、吸気行程の開始の後、出力軸の回転に対して
30゜乃至50゜より早くない時点で、燃焼室への燃料
の供給を開始させる、特許請求の範囲第１項に記
載の、内燃機関の燃焼方法。４燃焼の開始前で、出力軸の回転に対して30゜
乃至40゜より遅くない時点で、圧縮行程の間に、
燃料の少なくとも一部を燃焼室に注入し、空気の
総量を変えることなく混合気の燃料の量を変化さ
せることにより空燃比を変化させる、特許請求の
範囲第１項に記載の、内燃機関の燃焼方法。５吸気行程と圧縮行程との中間時期に、燃料の
総量を燃焼室に注入し、空気の総量を変えること
なく混合気の燃料の量を変化させることにより空
燃比を変化させる、特許請求の範囲第１項に記載
の、内燃機関の燃焼方法。６シリンダ孔２４内を往復動するピストン２
６，１４６，１７０，１７２と、シリンダ孔及びこのピストンにより規定された
燃焼室１０，１５０，１７４，１９８と、この燃焼室に隣接して設けられた空気室４２，
１５８，１８４，２０４と、最大出力の時に燃料と空気とからなる混合気の
総空燃比が理論空燃比になるように、その他の時
に総空燃比が理論空燃比により稀薄になるように
内燃機関の出力に応じて総空燃比を設定して、空
気を燃焼室及び空気室に供給した後、燃料を燃焼
室に供給し、その結果、空気室内に空気のみを貯
留するとともに、燃焼前の燃焼室内の混合気の空
燃比を理論空燃比より過濃にする燃料及び空気供
給手段と、燃焼室内の混合気の圧縮行程の後、空燃比が理
論空燃比より過濃な状態で燃焼室内で混合気の燃
焼を生起する燃焼生起手段と、燃焼室と空気室とを連通し、且つ、燃焼室内で
の混合気の膨脹によりピストンが移動するときに
ピストンの移動に対応してその断面積が最小から
最大に変化する連結通路４６，１６０，１９０，
１９２，２０６，２０８とを具備し、その結果、
ピストンが移動するときに、この断面積の変化に
対応する量の空気が空気室からこの連結通路を介
して燃焼室内に案内されて、空燃比が理論空燃比
より稀薄な状態で燃焼室内で混合気が燃焼され
る、内燃機関。７燃焼室、空気室、及び連結通路を規定してい
る面は、各々、燃焼室内で発生した燃焼ガスが連
結通路を介して空気室内に侵入することを防止で
きるように、弧状の面を有している、特許請求の
範囲第６項に記載の、内燃機関。８最小の燃焼室の容積に対する空気室の比は、
0.2と1.8との間であり、連結通路の幅は、その最
小のとき0.050インチ（1.27mm）以上であり、そ
の最大のとき0.20インチ（5.08mm）以下である、
特許請求の範囲第６項又は第７項に記載の、内燃
機関。９連結通路の最大の断面積は、燃焼室の直径の
平方の0.05倍から0.15倍である、特許請求の範囲
第６項又は第７項に記載の、内燃機関。１０連結通路の容積は、連結通路の断面積が最
大のとき、空気室の総容積の0.10倍と0.35倍との
間である、特許請求の範囲第９項に記載の、内燃
機関。１１燃焼室２０は、ピストン２６の頂端部と、
頂部程縮径されたシリンダ孔のヘツド端部４０と
により規定されており、ピストンの側周面に圧縮
シール３６が設けられており、空気室４２は、ピストン２６の頂端部と圧縮シ
ールとの間の側周面に凹んで形成されており、連結通路４６は、ピストンの頂端部外周端とシ
リンダ孔との間の間〓により規定されており、その結果、混合気の膨脹によりピストンが降下
されるにつれて、間〓寸法が大きくされる、特許
請求の範囲第６項乃至第１０項のいずれか１つの
項に記載の、内燃機関。１２ピストン２６は、その頂端部中央域に形成
された凹部と、その頂端部外方域に形成された凸
部４４を有している、特許請求の範囲第１１項の
記載の、内燃機関。１３ピストン１４６は、シリンダ孔１４０内に
往復動可能に取付けられており、燃焼室１５０
は、シリンダ孔のヘツド端部１４４とピストンの
頂端部１４８との間に規定され、空気室１５８は、シリンダ孔のヘツド端部の側
周域に形成されており、連結通路１６０は、シリンダ孔のヘツド端部の
側周域で空気室から開口した開口部と、この開口
部に挿入可能なピストンの頂端部外周端とにより
規定されており、燃焼生起時には、ピストンの頂端部外周端が開
口部に挿入されており、混合気の膨脹によりピス
トンが降下されるにつれて、ピストンの頂端部外
周端が開口部から出退されることにより、連結通
路の断面積が最小から最大に変化される、特許請
求の範囲第６項に記載の、内燃機関。１４互いに対向する一対のピストン１７０，１
７２がシリンダ孔１７４内に往復動可能に取付け
られ、これらのピストンは、各々、その頂部中央域に
形成され燃焼室１７４を規定する凹部１８０，１
８２と、その頂部外周端に形成された周縁部１８
６とを有しており、ピストンの側周面に圧縮シー
ル１８８が設けられており、空気室４２は、ピストンの頂端部と圧縮シール
との間の側周面に凹んで形成されており、連結通路１９０は、一対のピストンの周縁部の
間の空気室に連通された間〓により規定されてお
り、混合気の膨脹により一対のピストンが互いに離
間されると、ピストンの周縁部の間の間〓が互い
に離間されて大きくされ、これにより、連結通路
の断面積が最小から最大に変化される、特許請求
の範囲第６項に記載の、内燃機関。１５互いに対向する一対のピストン１９６がシ
リンダ孔２００内に往復動可能に取付けられ、これらのピストンは、各々、その頂部中央域に
形成され燃焼室１９２を規定する凹部と、その頂
部外周端に形成された周縁部２０２とを有してお
り、空気室２０４は、シリンダ孔の内周面に凹んで
形成されており、連結通路２０６は、一対のピストンの周縁部の
間の空気室に連通された間〓により規定されてお
り、混合気の膨脹により一対のピストンが互いに離
間されると、ピストンの周縁部の間の間〓が互い
に離間されて大きくされ、これにより、連結通路
の断面積が最小から最大に変化される、特許請求
の範囲第６項に記載の、内燃機関。