JPH0868329A

JPH0868329A - 内燃エンジン

Info

Publication number: JPH0868329A
Application number: JP2413598A
Authority: JP
Inventors: Dan Merritt; メリットダン
Original assignee: COVENTRY POLYTECHNIC HIGHER EDUCATION CORP; Coventry University
Current assignee: COVENTRY POLYTECHNIC HIGHER EDUCATION CORP; Coventry University
Priority date: 1989-12-06
Filing date: 1990-12-06
Publication date: 1996-03-12
Anticipated expiration: 2014-08-16
Also published as: DE69007755T2; SK279413B6; LV11365B; DE69007755D1; MD1236C2; BR9006172A; ES2057446T3; GB2238830B; JP2934793B2; CN1054473A; CS604390A3; KR910012506A; CN1042453C; KR0149863B1; ATE103669T1; GB9026386D0; CA2031592A1; AU626481B2; DK0431920T3; GB2238830A

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】隔離エンジンとしてのディーゼルエンジンの効
率とガソリンエンジンの高速性能とを結合した内燃エン
ジンの提供。【構成】第１及び第２のシリンダ１２，１４を有し、第
２のシリンダは、掃気量の大きい第１のシリンダの頂部
に形成されている。一体に形成された第１及び第２のピ
ストン１６，１８がそれぞれ第１及び第２のシリンダ内
で往復動自在であり、燃焼室２０が第２のピストン内に
形成され、空気口４４が第１のシリンダの中へ開口し、
第２の開口４０が第２のシリンダの中へ開口している。
空気等の吸排気口が第１のシリンダの側壁に設けられ、
第２のシリンダの頂部に燃料入口３６が設けられてい
る。第１及び第２のシリンダの間に通路３１４，３１８
が延びており、燃焼室を通る以外に、第２のシリンダか
ら燃焼室への気体の動きを助けるためにシリンダに対す
るピストンの予め選択された動作角に亘って、第１のシ
リンダから第２のシリンダへの空気の移動を可能にして
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃エンジンに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃エンジン装置は、エンジン装置の速
度、出力、燃費及び排気放出に関して所望の効率をもた
らすために一緒に動作する相互に関連した多くのサブ装
置に分類することができる。これらのサブ装置は、次の
通りである。（ａ）点火手段、（ｂ）燃料投入の制御（ｃ）エンジンのシリンダ及び燃料室内の気体の流れの
制御ディーゼルエンジン装置は、次の性能を有する。（ｄ）燃焼前に燃料を空気から隔離すること。（ｅ）燃焼の間に燃焼室で燃料と空気とを混合するこ
と。隔離とは、連続的に動作可能な点火手段が燃焼室に置か
れている時に、エンジンの吸入行程及び圧縮行程の間エ
ンジンの燃焼室から燃料を排除して早期点火を防止する
ことを説明するために用いられる用語である。隔離は、
以下の理由のために、内燃エンジンに少なからぬ燃料効
率上の利益を与える。（ｉ）圧縮による自然点火を防止することができるの
で、用いられる燃料に関係なくエンジンの圧縮比を選ぶ
ことができる。（ｉｉ）部分負荷では、燃料投入は、空気投入の計画的
な減少なしに滅少することができる。（ｉｉｉ）部分負荷では、空気吸入の間、例えばポンプ
損失を招く絞り弁によって行われる様な、空気流との機
械的干渉の必要もない。ディーゼルエンジンは、その動作に隔離を用いる現在あ
る唯一の内燃エンジンである。動作の間、空気はエンジ
ンのシリンダへ導入され、そして、高体積比（１４：１
〜２５：１）に圧縮され、その結果、空気は、３００℃
〜４００℃の間の高温に達する。燃料は、圧縮行程の終
わりまで噴射されない。空気の高い温度のために、燃料
は自然に点火する。然しながら、点火は、燃料が噴射さ
れても直ぐには起こらない。燃料は、液滴の形でシリン
ダへ入る。これらは、シリンダの中で空気と完全に混合
されて、燃焼を始めるために点火できる前に気化されな
ければならない。この燃焼における本質的な遅延は、燃
焼過程をディーゼルエンジンの効率的な動作を比較的低
い速度に制限する、比較的緩やかな過程とする。上記の
隔離は、ディーゼルエンジンにおいて、燃料噴射ポンプ
により機械的に行われるポンプの噴射ニードルは、噴射
の瞬間までシリンダまたは燃焼室からの燃料を機械的に
隔離する。

【０００３】本発明は、改良された内燃エンジンを提供
しようとするものである。本発明による内燃エンジン
は、隔離を提供するために点火が起こる共通の燃焼室に
よって相互連結された掃気量の異なった２つのシリンダ
間の気体の動きに依存する。エンジンの両方のピストン
が上死点位置へ動く時に、圧縮行程の大部分の間、気体
が大きなシリンダから燃焼室を通って小さなシリンダへ
流れることが判っている。燃料は、小さなシリンダの吸
入行程の間、及び／または気体の流れが反転し小さなシ
リンダの中味が燃焼室へ入るピストン位置までの圧縮行
程の初めの部分の間小さなシリンダへ導入される。液体
燃料は、第２のシリンダのピストンの吸入行程の始めの
第２のピストンの上死点（ＩＤＣ）位置から圧縮行程の
終わりの上死点位置前１０％以上までの、行動動作の１
部または全部に亘り、全負荷からアイドリングまで燃料
噴射の全域に亘って開始して、圧縮行程の終わりの上死
点位置より遅くなく終わって、小さなシリンダへ導入さ
れることができる。本明細書において、ピストンの動作
角への言及は、実際には、ピストンの軸方向の動きに相
当するクランク軸の回転角を指していることが理解され
るであろう。点火前のサイクルの予め選択された部分の
間に小さなシリンダへ液体燃料を導入することは、小さ
なシリンダ中へ気化する時間を燃料に与え、従って、点
火のために燃料が燃焼室へ入る時に後に続く燃焼過程が
気体状の燃料を含み、それ故、ディーゼルエンジンにお
ける燃焼過程と比較してずっと急速である。これは、本
発明によるエンジンが、ディーゼルエンジンで可能であ
るよりもずっと高速度で効率的に動作することを可能に
する。事実、本発明によるエンジンは、隔離エンジンと
してのディーゼルエンジンの効率とガソリンエンジンの
高速性能とを結合している。

【０００４】本発明の１つの好適な形における多くの特
徴は、効果的な隔離に寄与する。それらは次の通りであ
る。（ａ）空気だけ（または燃焼室で点火手段によって点火
することはできない程度の少量の燃料と一緒に−その様
な燃料／空気混合物の割合の上限は、その様な混合物の
ための燃焼の可能性の下限以下である。）を含む大きな
掃気量のシリンダと、燃料が導入される小さな掃気量の
シリンダとの組み合わせ。２つのシリンダは燃焼室によ
って相互連結されている。（ｂ）燃料を液体の形で小さなシリンダへ導入すると、
気化によって小さなシリンダ内の気体を冷却し、それ故
に圧縮行程の最終部分までの圧縮行程の間の一定のピス
トン位置における大きなシリンダ内の圧縮に関してそこ
での圧力を降下させる。これは、大きなシリンダから燃
焼室を通って小さなシリンダへの気体の流れを効果的に
促進する。（ｃ）選択可能な特徴は、大きなシリンダ及び小さなシ
リンダのピストン間の位相角が、点火及び燃焼過程を開
始するために小さなシリンダの中味が燃焼室へ入る時の
クランク角をセットする様に選ばれることができる。（ｄ）燃焼室は、吸入行程の間に小さなシリンダへの気
体の流れを制限する開口により、小さなシリンダと連通
し、斯くして、そこでの圧力を大きなシリンダ内の圧力
よりも小さな値に保持する様に、圧縮行程の開始時の小
さなシリンダ内の圧力に影響を与える。以下、添付図面を参照して、本発明を実施例により更に
説明する。

【０００５】

【実施例】そこで、図面を参照すると、これらの図面
は、本発明による内燃エンジンの好適な形の１部分の断
面図を示している。エンジンおよびその動作についての
よりよい理解及び完全な説明のためには、先行英国特許
第２１５５５４６号及び２１８６９１３号並びに特許願
第２２１８１５３号が参照されるべきである。前記先行
明細書で用いられている同じ参照番号が、同じ部分を示
すために添付図面に用いられている。図１のエンジン
は、それぞれ第１及び第２のピストン１６，１８を有す
る協働する、１対以上の第１及び第２のシリンダ１２，
１４を有している。シリンダ１２，１４は、燃焼室２０
によって相互連結されている。該２つのシリンダは、小
さなシリンダ１４を形成する円筒状の延長部を有する大
きなシリンダで形成されている。大きなシリンダは、小
さなシリンダよりも大きな掃気量を有している。２つの
シリンダの軸線は平行になっており、そして、シリンダ
１４は、図では大きなシリンダと共軸に図示されている
が、適宜の位置にあることができる。大きなシリンダ１
２には、第１のピストン１６がついており、その頂部
は、矢張り円筒状の延長部を有し、それが小さなシリン
ダ１４の中へ突出して、小さなシリンダのためのピスト
ン１８を形成している。第１のピストン１６の行程は、
第２のピストン１８が、その下死点の位置でもシリンダ
１４内へ突出する様に構成されている。両シリンダ１
２，１４は、それぞれの開口４０，４４を通って燃焼室
２０に連通している。燃焼室は、他の適宜の形であって
もよいが、好適には球状または長球状であり、そして、
以下に説明する様に適宜な点火手段２２が設けられてい
る。燃料は、制御手段３７で制御される燃料インゼクタ
により小さなシリンダ１４へ導入され、一方、空気は、
吸込口２５を通って大きなシリンダへ導入される。大き
なシリンダへ導入される空気は、好適には絞られない、
即ち、既知のガソリンエンジンの場合における様な、蝶
弁の様な手段によって制御されない。排気口２７が大き
なシリンダ１２に設けられている。代替として、排気口
２７’及び空気吸込口２５’が、点線で示す様に大きな
シリンダ１４の中に開口していてもよい。該開口は、き
のこ弁の様な弁によって、または、開口がシリンダ１２
の側壁に設けられているときには、ピストン１６自身に
よって、開閉されることができる。

【０００６】燃焼室２０は、エンジンのシリンダブロッ
ク内に形成することもできるが、第２のシリンダ１８の
内側に実際には形成されている。空気は大きなシリンダ
１２だけから小さなシリンダ１４へ流れ、一方、２つの
シリンダ間には小さな圧力差があるから、第２のピスト
ン１８はピストンリングなしに動作することができる。
小さなシリンダ１４には、上死点またはその近くのとき
に開口４０内の量の大部分を排気するための隆起部も設
けられている。この隆起部は、ピストン１８が上死点に
近づくときに開口４０を小さくする様に配置されてい
る。この点については、以下に更に詳述される。記述さ
れる実施例の各々における燃焼室は、連続した点火手段
即ち連続的に動作可能な点火手段を有している。点火手
段に関してここで用いられている“連続した動作可能”
という用語は、エンジンサイクルの全部に亘って、また
はエンジンの１回転の完了のために必要とされる時間の
実質的な部分（例えば２５％より大。）である選択され
た時間に亘って能動的である、または、作動されること
のできる点火手段の形式を指している。次の形の点火手
段を用いることができる。

【０００７】（１）燃焼室の壁の全部または１部が、
熱絶縁体であるセラミック材料で形成され、またはそれ
によって被覆されていることができる。熱い表面点火手
段を形成するために、エンジンの動作の間非常に高い温
度に達する、燃料／空気混合物は、熱いセラミック表面
と接触して点火する。（２）セラミック材料の代替として、燃焼室の壁の全
部または一部は、エンジンの動作の間矢張り点火に適し
た温度に達することができる金属の壁であってもよい。（３）点火手段は、触媒材料が不存在ならば点火のた
めに必要とされる温度よりも低い温度で燃料の酸化を開
始させることのできる触媒材料の形であってもよい。触
媒は、好適には燃焼室の壁の１部または全部の上のフィ
ルムまたは被覆の形の典型的にはプラチナ、パラジウ
ム、またはロジウム若しくはこれらの組合せである。（４）上記のいずれかの組み合わせを用いることがて
きる。点火手段の好適な形では、触媒材料は、低い熱伝
導度のセラミック材料（例えばジルコニア。）の様な効
果的な熱絶縁体の上に堆積される。該セラミック材料
は、燃焼室の表面から下側の材料への熱の傾きを減少す
るのに充分な厚さである。これは、燃焼室の表面温度が
急速に上昇して点火助けることを確保する。

【０００８】点火はまた、圧縮点火によってもよく、そ
の場合には、燃焼室を満たす熱い気体が、圧縮行程の終
わりで上記点火手段の助けによりまたは助けなしに、自
然に燃料に点火する。吸入行程の間、空気は、入口を通
って大きなシリンダ１２へ導入され、そして、導入され
た空気の１部は、燃焼室を通って小さなシリンダ１４へ
吸い込まれる。燃料はまた、ピストンの動きについての
予め選択された角度（長さ）に亘って、シリンダ１４の
中へ噴射または導入される。燃料は、第２のピストンが
上死点に達する前に燃料の実質的な部分が蒸発できる様
に、圧縮行程の終わりに上死点より十分に前に小さなシ
リンダへ導入される。噴射開始が生じる、第２のピスト
ンの動きの範囲は、吸入行程の開始におけるピストンの
上死点から、圧縮行程の終わりの上死点前の動きの約１
０°の角までである得る。噴射開始が生じる好適な範囲
は、吸入行程の開始時の上死点からピストンが圧縮行程
の長さの９０％（約１４４°の動作角に相当する。）を
完了した位置までである。燃料の噴射は、圧縮行程の終
わりの上死点以前に終了する。燃料の噴射は、この範囲
内で、予め選択された角度に亘って何時でも生じること
ができるが、理想的には、燃料が気化するために、出来
るだけ多くの時間を与える様に、吸入行程で出来るだけ
早く噴射される。本発明の好適な形では、燃料の噴射は
吸入行程の開始後直ちに開始される。下死点に達した
後、両ピストンは、圧縮行程を始める。圧縮行程の大部
分の間、シリンダ１２内の空気及び／または気体は、開
口４４及び４０を経て燃焼室２０を通りシリンダ１４の
中へ移動する。燃料は、吸入及び圧縮行程の間小さなシ
リンダ１４の中へ噴射される。そして、開口４０を通る
シリンダ１４への空気及び／または気体の動きは、シリ
ンダ１４間の燃料が、このときに燃焼室へ入るのを効果
的に排除する。エンジンは、圧縮行程の間に大きなシリ
ンタ１２と小さなシリンダ１４との間の気体の動きの方
向の変化に依存し、そして、圧縮行程の終わり近くに、
気体の流れが反転し、燃料を含むシリンダ１４の中味
が、触媒２２による点火のために燃焼室２０へ入ること
ができる。この過程は、イングレッション（ｉｎｇｒｅ
ｓｓｉｏｎ）と呼ばれる。これが生じるクランク角の位
置、即ちイングレッション点は、点火の開始を決定す
る。触媒はまたは熱表面が点火手段として用いられる場
合には、燃焼は、燃料／空気混合物が熱表面と接触する
ときに触媒の施されたまたは熱表面で開始される。小さ
なシリンダ１４から燃焼室へ押し出される燃料／空気混
合物は、全部または部分的に気化されているので、燃料
が、上死点の近くで燃料滴の形で噴射され、それが燃焼
室で先ず空気と混合され、次いで加熱されて燃焼できる
前に気化されなければならないディーゼルエンジンとは
違って、点火の遅れがない。

【０００９】本発明においては、燃料は濃縮された形で
燃焼室へ導入される（層状給気として知られている。）
が、燃料は前もって小さなシリンダ１４へ導入されてい
るので、それは、燃料室へ導入されるときに少なくとも
１部分は気化されており、斯くして、点火遅れを減少す
る。空気入口４４は、燃焼室へ入る空気が速度の接線成
分を有する様に燃焼室に対して接線方向に開口してい
る。これは、燃料／空気混合物が開口４０を通って導入
されるときに、燃焼室の壁の比較的大きな表面域に亘っ
て点火のために燃焼室の壁の上へ混合物が塗られる様
に、燃焼室内で渦流を生じさせる。その燃焼によって温
度が上がり、そして、残りの気体の点火を促進する。一
度燃焼が始まると、生じている化学反応が、反応を進め
るために余分の酸素を要求し、そして、これは高められ
る混合動作に起因する。触媒または熱表面によって、燃
料は燃焼室の表面で点火され、そして、燃えている燃料
は、気体を膨張させ、且つ半径方向に内側へ移動させ
て、そこで、室内の空気流との強い相互作用が強力な混
合活動を引き起こす。火炎前面は、燃焼室の半径方向内
側へ進み、斯くして残りの燃料（空気混合物）の燃焼を
引き起こすものと理解される。燃焼室内の渦巻運動は、
点火時期の間継続し、そして、急速且つ完全な燃焼を促
進する様にある時間に亘って触媒または熱表面との長い
接触を確保する。両ピストンは、次いで上死点から後退
させられて燃焼した気体が膨張してピストンを通してエ
ンジンのクランクシャフトへ作業を引き渡すことを可能
にする。シリンダ１４中には、始動の補助手段が設けら
れており、該手段は、好都合には、小さなシリンダ１４
の壁の隆起部１０中に設けられたスパークプラグ５２ま
たはグロープラグである。

【００１０】隆起部自体は、ピストン１８が上死点の方
に移動するときに、小さなシリンダ１４内の燃料／空気
混合物が燃焼室２０へ移され、そして開口中に残されな
いことを確保する。隆起部自体は、ピストン１８が上死
点の方へ動くときに、小さなシリンダ１４内の燃料／空
気混合物が燃焼室２０へ移されるのを確保する。隆起部
は、ピストン１８が上死点に近づくときに開口４０の中
に入り、従って、ピストン１８のヘッドとシリンダ１４
の対面している端壁との間に閉じ込められている燃料／
空気混合物は、開口４０の一層狭い部分を通って燃焼室
へ押し出される。これはまた、燃料／空気混合物の速度
を増加する。始動の間、燃料は、エンジンのオペレータ
によって電気的または機械的に制御される燃料インゼク
タ３６により、シリンダ１４へ噴射される。始動のため
に、燃料インゼクタは、シリンダ１４へ予めセットされ
た量の燃料を供給する。この量は、シリンダ１４内の燃
料／空気混合物をスパークによって点火可能にする様に
化学的に正しい（化学量論的な）または近い量である。
シリンダ１４の体積はシリンダ１２の体積よりも小であ
るから、この燃料の量は、両方のシリンダの中の酸素の
全部を使用する様に燃料が供給れたときに、エンジンに
よって発生させることができるフルパワーの何分の１か
である。スパークプラグ５２は、燃料／空気混合物がシ
リンダ１４から燃焼室２０へ通るときに該混合物を点火
するため、それが燃焼室２０へ入るときにスパークを発
生する様に付勢される。多くの燃焼サイクルの後に、燃
焼室内の連続点火手段が活性になり、そして、スパーク
プラグの付勢は最早生じる必要がない。

【００１１】始動を助けるために、スパークプラグの代
わりにグロープラグを用いてもよい。シリンダ１４中の
燃料の気化及び、燃焼室２０へ流入する前にその温度の
上昇を助ける“熱点”が形成される。熱いプラグは、隆
起部１００から隆起することができるか、または、内側
から隆起部の表面を熱することができる。燃焼室２０を
大きなシリンダ１２へ連結している空気開口４４は、圧
縮行程の終わりに可なりの気団（ａｉｒｍａｓｓ）を
収容し得ることが理解できる。この気団は、燃焼室の内
側で起こる燃焼の進行に加わらないかも知れない。図面
の図７、図８に示す実施例は、圧縮行程の終わりまたは
その近くで開口４４中の大部分の空気の燃焼室へ移動を
可能にする。小さなシリンダ１４は、その内壁上に形成
された隆起部５３を有している。この隆起部は、シリン
ダ１４の円形断面の切片（ｓｅｇｍｅｎｔ）の形をして
いるが、他の適当な形であってもよい。開口４４がそこ
を通って開口しているピストン１８の側壁の部分は、隆
起部５３の部分と調和する様に対応して形づくられてお
り、そして、この場合には、ピストン１８の壁部分５４
は平坦である。ピストン１６の側壁とピストン１８との
間の、ピストン１６の頂部は、図９において截頭円錐形
であり、シリンダ１２の端壁は対応して形づくられてい
る。斯くして、図９で点線で示す様に、ピストン１６，
１８が、それぞれの上死点に近づくと、開口４４は、ピ
ストンが上死点に達するときに最終的に閉じられるまで
隆起部５３によって小さくされる。イングレッションの
点及び斯くして点火のタイミングを制御する方法はいく
つかある。

【００１２】圧縮気体は、隔離時（即ち、吸入及び圧縮
行程の間の時間。）に小さなシリンダ１４へインゼクタ
２００によって噴射されることができる。圧縮気体は、
ある割合の燃料がこの様にして導入される様に、燃料と
一緒でなくともよく（例えば圧縮空気。）、または燃料
（例えば気体状のブタンまたはプロパン）でもよく、或
いは両者の組合せでもよい。また、空気または他の圧縮
気体の噴射と連係した液体燃料の噴射によってもよい。
その様な気体のシリンダ１４への導入のタイミングは、
直接にイングレッションを引き起こす様に圧縮行程の終
わり近くに正確に選ばれることができる。この場合に
は、噴射される気体の量は左程厳密でなくなる。或い
は、その様な気体の導入のタイミングは、若しも気体の
量が正確に制御されるならば、隔離時の早いうちであり
得る。気体導入の効果は、イングレッションの点を進め
る様に、小さなシリンダ１４内の圧力をシリンダ１２内
の圧力に関して上げることである。そして、これは外部
の制御手段を可能にする。大きなシリンダ１２への空気
入口２５を部分的に絞ることは、反対の効果即ちイング
レッション点を遅らす効果を有し、そして、また点火点
の外部制御として用いられることもできる。スロットル
２０６は、単にシリンダ１２内の吸入圧力を適度に下げ
ることができるだけである。開口４４の位置、大きさ及
び形状は、イングレッションの開始に影響することもで
きる。例えば、若しも、開口４４の下縁が、大きなピス
トン１６の頂部に関して上げられると、圧縮行程の終わ
り近くに開口４４を通ってシリンダ１２から燃焼室２０
への空気の流入は否定され、空気を小さなピストン１８
とシリンダ１４の壁との間の間隙中を移動させることに
なる。これは、空気を小さなシリンダ１４中へ送り、斯
くして、イングレッション点を進めることになる。開口
４４の下縁を上げることの他の利点は、燃焼する気体を
シリンダ１２へ入る前の燃焼の初めの段階の間にシリン
ダ１４中へ押しやり、そして、そうすることによって、
シリンダ１４内に残っている燃料を燃焼過程に引き込む
ことである。イングレッション点は、シリンダ１２をシ
リンダ１４へ連結している外部通路２０５（図２）を外
部制御を可能にするバイパスとして用いることによって
も進めることができる。

【００１３】他の可能性は、圧縮行程の終わり近くでだ
け開口する通路をシリンダ１４とシリンダ１２との間に
設けることである。これは、小さなピストン１８の外側
のカーブした壁中に形成され、ピストンの頂部の下方で
終わっている軸方向の溝２０１（図１）によってもたら
される。シリンダ１４の壁の凹部または切欠き２０２
は、ピストン１８が圧縮行程の終わり部分に達し、開口
４４が閉ざされる時に、溝２０１の上のピストンの頂部
の縁と架橋する。これは、ピストン１８が圧縮行程の終
わりに達して開口４４が閉じる時にシリンダ１２内に捉
えられた気体が、溝２０１及び切欠き２０２を通って小
さなシリンダ１４内へ移動することを可能にする。切欠
き２０２は、ピストン１８の半径方向の外壁中の多くの
実質的に軸方向の溝と協働するシリンダ壁内の周方向の
溝であってもよい。更に別の可能性は、ピストン１８中
に、シリンダ１２及び１４と相互連結する小さな１以上
の穴２０３を設けることであり、そして、こうすること
によって、シリンダ１４の壁とピストン１８との間の間
隙のほかに、２つのシリンダ間の連通をはかることがで
きる。開口４４の形状は、イングレッション点に影響を
与えることもできる。与えられた単位のピストンの動き
に対する流れの面積（ｆｌｏｗａｒｅａ）の変化の割
合は、開口４４の位置、大きさ及び形状に関して上述し
た圧力バイアス（ｐｒｅｓｓｕｒｅｂｉａｓ）に影響
を与えるであろう。隆起部１００と係合するときの、与
えられた単位のピストンの動きに対する開口４０の流れ
の面積の変化率は、矢張りイングレッション点に影響す
るであろう。

【００１４】図２に示す様に、炎板２０４及び大きなピ
ストンの頂部、開口４４及び４０、小さなピストン１８
の半径方向外側表面の部分及び弁頭（小さなピストン１
８の頂部を除く。）は、好都合には、セラミックの様な
熱絶縁性の層で被覆されることができ、該層の自由表面
は、プラチナまたはパラジウムの様な触媒の堆積を有し
ている。これは、有害な排気ガスの放出減少の助けとな
る。図３乃至８は、本発明による２行程エンジンの好適
な形を示している。これらの実施例は、図１及び図２の
実施例と類似しているが、ここでは入口２５及び出口２
７は、好都合には１８０°離れて大きなシリンダ１２の
壁に切り開かれている。排気口２７は、入口２５より若
干高い位置にある。ここでの掃気通路は、図３の実施例
と同じである。次いで、図５〜図８を参照すると、図４
の凹部６６と同様な凹部７０，７２が、小さなピストン
１８に形成されている。入口及び出口２５，２７は、大
きなシリンダ１２の予め選択された、典型的には各国に
対して６０度である、弧に亘って延び、そして、凹部７
０及び７２は、それぞれ入口２５及び出口２７の方を向
いており、または、部分的にこれらの口が延びる弧と重
なり合っている。本明細書中で説明された他の実施例に
示された入口及び排気口も、好都合には、同じ様な弧に
亘って延びる。対応した形状の隆起部７４，７６が、シ
リンダ１４の側壁と端壁との接合部に形成されており、
これらの隆起部は、ピストンが上死点の位置にある時
に、寄生体積（ｐａｒａｓｉｔｉｃｖｏｌｕｍｅ）を
最小にする様に凹部７０，７２と出会う。ピストン１６
の縁部が効力行程の終わり近くで入口２５を開けると、
新鮮な空気がシリンダ１２へ供給される。この空気は、
ピストンの下方のエンジンのクランク室かピストンの下
方の別の圧縮室かで、または、外部の送風機または圧縮
機によって、通常の方法で加圧されている。排気口２７
が先ずピストン１６によって開けられるので、シリンダ
１２，１４間の排気は、新鮮な空気がシリンダ１２へ入
るにつれて、排気口２７を通って排出される。この行程
は掃気として知られている。効果的な掃気は、新鮮な空
気による残有排気の大部分の置換を可能にする。但し、
窒素酸化物等の排気放出の減少を促進するために残存排
気の小部分を残す。

【００１５】図示されたピストン／シリンダ構成におい
ては、残有する１部または全部燃焼した気体を置換する
ために掃気行程の間の新鮮な空気の小さなシリンダ１４
への、及び／または燃焼室２０への移動を促進する必要
がある。これを達成するためのいくつかの方法が図３〜
８の実施例に示されている。図３を参照すると、大きな
シリンダ１２の上端壁６０は、ピストンがそれぞれ下孔
点またはその近くにある時にシリンダ１２，１４間に通
路をつくるために形成された凹部６２を有している。凹
部６２は、適宜の形状でよく、且つピストン１８のまわ
りで、適宜な角度で延びる。好適には、該凹部は、概ね
１０度から１８０度の範囲の角度に亘って延びる。ピス
トン１６の頂部には、凹部６２の形状と対応する形状を
した隆起部６４が設けられており、従って、ピストン１
６，１８が上死点の位置に達すると、凹部６２は隆起部
６４によって実質的に塞がれる。これは、ピストン１６
の頂部とシリンダ１２の上該壁との間の体積を圧縮行程
の終わりで最初にし、燃焼過程に加わらない空気を含む
寄生体積を最小にする。図３の構成は、新鮮な空気が入
口２５から凹部６２、小さなシリンダ１４及び燃焼室２
０を通って開口４４から排気口２７へ流れるので、小さ
なシリンダ１４及び燃焼室２０の両方の掃気を可能にす
る。図４では、小さなピストン１８の頂部と側壁との接
合部の１部が切断されて、凹部６６となっており、これ
がまた、ピストンが下死点またはその近くにある時に、
大きなシリンダ１２と小さなシリンダ１４との間に通路
を形成する。凹部６６は、平坦または湾曲など適宜の形
状でよく、そして、概ね１０度から１８０度の間の角度
に亘って、ピストン１８のまわりの弧に亘って延びるこ
とができる。ピストンが上死点の位置にある時に寄生体
積が最小に減少される様に、対応した形状の隆起部６８
が、小さなシリンダ１４の側壁と端壁との接合部に形成
されている。この構成では、入口２５からの新鮮な空気
は、２つの同時的な通路をとることができる。１つは前
述した様に燃焼室２０を通ってであり、他方は、小さな
シリンダ１４から大きなシリンダ１２及び排気口を通る
一層直接的な道筋である。

【００１６】各凹部７０，７２は、図５ｆから判る様
に、ピストン１８の頂部に１８０度より小さな弧を占め
る。これは、ピストンが下死点の位置に達する時に、シ
リンダ１４の係合を保持する様に、ピストン１８の頂部
に完全な直径部分を残すために必要である。再び図９、
図１０、図１１とを参照すると、この構成では、ピスト
ン１８の側壁と頂部との接合部に設けられた凹部７８
へ、開口４０が開口している。協働する隆起部８０が、
シリンダ１４の側壁に設けられており、ピストンが上死
点の位置にある時に凹部７８を塞ぐ様になっている。凹
部７８と隆起部８０とは、矢張り適宜の形状でよく、１
０度から１８０度の間の弧に亘って延びることができ
る。隆起部５３及び凹部５４が、前述した様に開口４４
またはその近くに矢張り設けられてる。この構成は、入
口２５からの空気をシリンダ１４を通すだけでなく、直
接に燃焼室２０を通って排気口２７に流れることを可能
にする。ピストンが下死点の位置にある時に、小さなシ
リンダ１４での適正な係合を確保するために、ピストン
１８の頂部の比較的大きな遮断されていない周縁部が矢
張り設けられている。大きなピストン１６の表面は、図
９に示す様に平坦でも截頭円錐形でも、または他の適宜
の形状でもよい。円錐または傾斜面は、掃気用の空気を
入口２５から小さなシリンダ１４及び燃焼室２０の方へ
指向させる利点を有する。更に、大きなピストン１６の
頂部の形状は、単独または入口２５の方向からの助けと
組み合わせでの掃気用空気の僅かな回転を促進させる様
に選択されることができる。圧縮行程の間の空気の流れ
の方向のために、小さなピストン１８が、シリンダ１２
の穴に対する密封用のピストンリングを必要としないこ
とが注目されるべきであり、そして、これが、ピストン
１８の側壁に凹部を形成することを可能にしている。

【００１７】次に図９を参照すると、同図は、始動を補
助させるものが設けられた他の形のエンジンを示してい
る。小さなシリンダ１４の壁の隆起部１００に、１つの
電極３００が設けられている。第２の電極３０２が燃焼
室２０の内側に開口４０の近くに設けられており、従っ
て、ピストン１８が上死点位置に近づくと、両電極の間
の間隙がある予め選択された最小値に達するまで、電極
同志が近づく。電極３０２は接地されているが、一方、
上死点での両電極間の間隙の両端の電圧は、両電極間に
スパークを発生させるのに十分大である様に、高電圧が
電極３００へ供給されている。前述した様に、燃料イン
ゼクタ３６は、燃料／空気混合物をスパークによって点
火可能にするのに化学的に正確またはそれに近くするの
に丁度十分である、予めセットされた量の燃料をシリン
ダへ供給する。何回かの燃焼サイクルの後に、燃焼室内
の点火手段が点火作用を引き受け、そして、電極３００
への電圧供給は中止することができる。この構成は、エ
ンジンサイクルの間の一定の時間に、シリンダ間の電圧
を切り換えまたは電極３００へ電圧を供給するためのデ
ィストリビュータ装置を必要としない。電極３００へ供
給される電圧は、エンジンの動作中に繰り返し充電され
る蓄電池から得ることができる。ピストンが上死点位置
へ動くにつれて、小さなシリンダ１４内の気化された燃
料を含む燃料／空気混合物は、開口４０を通って燃焼室
２０へ入り始める。この様にして燃焼室へ入る燃料は、
燃焼室の壁の連続点火手段（典型的には触媒。）によっ
て点火され、そして、これが燃焼室内の温度の上昇をも
たらす。この温度上昇は、シリンダ１４内の圧力が再び
燃焼室内の圧力よりも大になるまで、シリンダ１４から
燃焼室へ燃料が更に流入することに抗する傾向がある。
また、シリンダ１４内の圧力上昇は、ピストン１８を通
ってシリンダ１２内へ燃料／空気混合物を洩れさせる傾
向がある。

【００１８】その様な漏洩を防止するために、空気開口
４４が、ピストン１６の頂部の上方に、ピストンが上死
点位置に達する前に遮断される様に、予め選択された距
離で設けられる。開口４４がシリンダ１２から遮断さ
れた時に該開口４４と連通する様に、凹部３０４がシリ
ンダ１４の側壁に設けられている。凹部３０４は、開口
４４と部分的にまたは完全に重なり合い、そして、好都
合には、シリンダ１４の壁の周囲の一部または全部に沿
って延びる溝の形をしている。ピストンが上死点の位置
に近づき且つ開口４４がシリンダ１２から遮断されるに
つれて、シリンダ１２内に残る空気の圧力が急激に上昇
する。更に、燃焼室２０内での燃料／空気混合物の点火
の間、開口４４内の圧力、そして、従って凹部３０４内
の圧力も急速に上昇する。最初のうちは、燃焼室内の圧
力が、シリンダ１４から更に燃料／空気混合物が投入さ
れるのに抗すから、開口４４及び凹部３０４内の圧力上
昇も、シリンダ１４からピストン１８の側壁とシリンダ
１２との間を通って、燃料／空気混合物が洩れるのに抗
する。シリンダ１４内の圧力が燃焼室内の圧力よりも高
くなるにつれて、シリンダ１２内の空気の急激な圧力上
昇は、開口４４がシリンダ１２から遮断された後に、矢
張り、シリンダ１２内への燃料／空気混合物の漏洩を防
止するのに役立つ。次に図１０、図１１を参照すると、
ピストン１８には、ピストン１８の上方の部屋をシリン
ダ１２から密封する肩部３１０を形成するために、ピス
トン本体の上に重なる截頭円錐形の頂部がついている。
ここで用いられている“密封”という用語は、肩部又は
他の実施例で用いられるピストン側壁のような他のシー
ル部材とシリンダ側壁との間の間隙がピストン１８のシ
リンダ１４間での自由な動きを可能にする様に十分大で
あるが、シリンダ１４からピストン１８を経てシリンダ
１２へ気体が流れるのを最少に制限する様に十分小であ
る、という意味で用いられている。シリンダ１４の上端
壁は対応する形状になっている。肩部３１０の下方のピ
ストン１８の側壁には、直径上に対向した２つの凹部３
１２，３１４が設けられており、それらは、好都合には
扇形をしているが、適宜の形状であってもよい。凹部３
１４は、ピストン１６の頂部から肩部３１０へ延び、一
方、凹部３１２は、開口４４から肩部３１０へ延びてい
る。図９の開口４４と同様に、この開口は、ピストン１
６の頂部の上方に予め選択された高さに配置されてい
る。凹部３１２は、ピストン１８に肩部３１０の下側で
形成された周方向の溝３１６へ開口している。この溝
は、ピストン１８の全周には延びず、且つ、凹部３１４
には開口しない。肩部３１０のところで、ピストン１８
は、ピストンの全周に延びてシリンダ１４の側壁と協働
しシリンダ１４と１２との間に密封を形成する円筒状部
分を有する。燃焼室からの開口４０は、ピストン１８の
最も上の面が開口している。

【００１９】図９の実施例と同様に、燃焼室２０内で燃
焼が始まるにつれて、室内圧力が上昇し、そして、この
圧力がピストン１８の円筒状部分を通る漏洩を防止する
様に開口４４を通って凹部３１２及び溝３１６へ送られ
る。凹部３１４も、シリンダ１４の側壁に形成された協
働する凹部または溝３１８を有している。この溝３１８
は、凹部３１４の環状の長さの１部または全部に対して
環状に延びている。圧縮行程の終わり近くで、空気開口
４４がシリンダ１２から遮断され、シリンダ１２からの
空気の流入で生じた燃焼室内の圧力上昇は止む。一方、
シリンダ１４内の圧力は、ピストン１８が上死点位置へ
動くにつれて引き続き上昇する。その結果、シリンダ１
４からの燃料／空気混合物は、開口４０を通って燃焼室
へ入り始める。空気開口４４がシリンダ１２から遮断さ
れると、ピストン１６の上方の“スキッシュ空間”に捉
えられた空気が凹部３１４へ流れることが許される。凹
部３１８は、ピストンが上死点位置に近づくにつれて、
シリンダ１８の円筒状の密封部分が凹部３１８によって
架橋されて、シリンダ１２から凹部３１４へ押しこまれ
た空気がシリンダ１８の円筒状の天井部分のまわりを通
って、ピストン１８の上方でシリンダ１４へ流入するこ
とを可能にする。これは、更にシリンダ１４内の燃料／
空気混合物の圧力を上昇させ、斯くして、燃料／空気混
合物が開口４０を通って燃焼室２０へ動くことを助け
る。凹部３１８は、１以上の相互連結された溝によって
形成されてもよい。上死点での点火の後に、シリンダ１
４内の気体圧力は、ピストン１８上方の空間からスキッ
シュ空気通路溝３１８を通って若干の漏洩を生じるが、
この漏洩は、短時間のもの、且つ、燃料と一緒でない空
気だけであり、そしてそれは、点火前に既に通路３１４
及び３１８を通過したものである。

【００２０】図１０の実施例は、凹部３１２，３１６と
同じピストン／シリンダユニットに形成された凹部３１
４，３１８を示しているが、これらは、その様なピスト
ン／シリンダユニットに互いに独立して設けることがで
きる。また、図示された実施例のいずれか１つに関して
開示された特徴が、可能な場合に、実施例の他の特徴と
組み合わせ用いることができることも注目されるべきで
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】部分断面図

【図２】部分断面図

【図３】部分断面図

【図４】部分断面図

【図５】部分断面図

【図６】部分断面図

【図７】部分断面図

【図８】部分断面図

【図９】部分断面図

【図１０】部分断面図

【図１１】部分断面図

【符号の説明】

１２，１４・・・シリンダ、１６，１８・・・ピスト
ン、２０・・・燃焼室、２２・・・点火手段、２５
・・・空気吸込口、１２，２７・・・排気口、３６・
・・燃料インジェクタ、３７・・・制御手段、４０，
４４・・・開口。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０２Ｂ 23/00 Ｈ 25/16 ＦＬ 75/28 ＤＥＦ０２Ｆ 1/18 Ａ 3/26 Ａ 3/28 Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１及び第２のシリンダ（１２，１３；第
１のシリンダは、第２のシリンダよりも大きな掃気量を
有し、第２のシリンダは、第１のシリンダの頂部に形成
されている。）と；第１及び第２のリシンダ内でそれぞ
れ往復動自在な第１及び第２のピストン（１６，１８；
第２のピストンは、第１のピストンの頂部に隆起部とし
て形成されている。）と；燃焼室（２０）と；第１のシ
リンダ（１２）と燃焼室（２０）との間の連通を可能に
するための第１の開口（４４）と；第２のシリンダ（１
４）と燃焼室（２０）との間の連通を可能にするための
第２の開口（４０）と；第１のピストン（１６）の吸入
行程の間、第１のシリンダ（１２）への空気等を供給す
るための第１の手段（２５）と；燃料を第２のシリンダ
（１４）へ供給するための第２の手段（３６）と；第２
のシリンダ（１４）から燃焼室（２０）への気体の動き
を助けるために、シリンダに対するピストンの予め選択
された動作角に亘って、第１のシリンダ（１２）から第
２のシリンダ（１４）への空気の移送を燃焼室（２０）
を通る以外に可能にする手段とを有することを特徴とす
る、内燃エンジン。
【請求項２】前記エンジンが圧縮点火エンジンであるこ
とを特徴とする、請求項１に記載の内燃エンジン。
【請求項３】前記燃焼室に連続動作自在の点火手段（２
２）を有することを特徴とする、請求項１または２に記
載の内燃エンジン。
【請求項４】前記空気移送を可能にする手段が、第１及
び第２のシリンダ（１２，１４）の間で延びる通路手段
（２０１，２０２；２０３，２０５；６２；３１４，３
１８）と、第１及び第２のイリンダ（１２，１４）間の
該通路を通る空気の動きを制御するための手段（４３，
４５）とを有することを特徴とする請求項１〜３の何れ
かに記載の内燃エンジン。
【請求項５】前記制御手段が、ピストン（１６，１８）
のシリンダ（１２，１４）に対する上孔点を通る予め選
択された動作角に亘って第１のシリンダへの第１の開口
（４４）を閉ざして、第１のシリンダ（１２）からの空
気を前記通路（２０１，２０２，２０３，２０５，３１
４，３１８）を通って第２のシリンダへ押し出し、第２
のシリンダ内の燃料／空気の燃焼室（２０）へのイング
レッションを助けまたは開始させるための手段（４３）
を有することを特徴とする、請求項４に記載の内燃エン
ジン。
【請求項６】前記閉塞手段が、ピストン及びシリンダの
一方にある協働するエンジンを有することを特徴とす
る、請求項５に記載の内燃エンジン。
【請求項７】前記燃焼室（２０）が、第２のピストン
（１８）の中に形成されており、第１の開口（４４）が
第２のピストンの側壁に、第１のピストン（１６）の頂
部から軸方向に隔たった予め選択された位置で開口して
おり、前記エッジ（４３）が第１及び第２のシリンダ間
の肩部によって形成されていることを特徴とする、請求
項６に記載の内燃エンジン。
【請求項８】前記制御手段（４３）が、ピストン（１
６，１８）の圧縮行程における上孔点を通る予め選択さ
れた動作角に亘って、通路手段（２０１，２０２，２０
３，２０５，３１４，３１８）を、開いて、第１のシリ
ンダ（１２）からの空気を第２のシリンダ（１４）へ押
し出して、第２のシリンダ内の燃料／空気混合物の燃焼
室（２０）へのイングレッションを助けまたは開始させ
る様に動作可能であることを特徴とする、請求項４〜７
の何れかに記載の内燃エンジン。
【請求項９】前記通路が、第１及び第２のシリンダ（１
２，１４）を連結している小さな穴（２０３，２０５）
であることを特徴とする、請求項５〜８のいずれかに記
載の内燃エンジン。
【請求項１０】前記小さな穴（２０３）が、第２のピス
トン中に形成されており、且つ穴の両端が第１のピスト
ン（１６）の頂部近く及び第２のピストン（１８）の頂
部に開口していることを特徴とする、請求項９に記載の
内燃エンジン。
【請求項１１】前記通路手段（３１４）が、第１のシリ
ンダ（１６）の側壁と第２のピストン（１８）との間に
形成されており、前記制御手段が、通路手段を閉じるた
めに第２のピストンの側壁に頂部近くに設けられた密封
手段（３１０）と、第２しのピストン（１８）の予め選
択されたその上孔点を通り動作角に亘って、通路手段を
第２のシリンダ（１４）へ第２のピストン（１８）の上
方で開口する様に、第３のシリンダの側壁に予め選択さ
れた位置に形成された協働する凹部（３１８）とを有す
ることを特徴とする請求項８に記載の内燃エンジン。
【請求項１２】前記通路手段（２０７，３０１，３１
４）が、第２のピストン（１８）の側壁とシリンダ（１
４）との間の間隙であることを特徴とする、請求項８ま
たは１１に記載の内燃エンジン。
【請求項１３】前記通路手段（３１４）が、第２のピス
トン（１８）の側壁上の軸方向に延びる平坦な部分によ
って形成されていることを特徴とする、請求項１２に記
載の内燃エンジン。
【請求項１４】前記通路手段が、第２のピストン（１
８）の側壁に形成された長手方向に延びる溝（２０１）
であることを特徴とする、請求項１１に記載の内燃エン
ジン。
【請求項１５】前記通路手段（２０１，３１４）が、第
２のピストン（１８）の側壁に形成され、該ピストンの
頂部近くの点へ延び、前記密封手段が、該ピストンによ
って、溝の上端と該頂部との間に形成され、前記凹部
（２０２，３１８）が、予め選択された動作角に亘っ
て、第１のシリンダ（１２）から第２のシリンダ（１
４）への空気の通路を形成する様な寸法になっているこ
とを特徴とする、請求項１１乃至１４のいずれかに記載
の内燃エンジン。
【請求項１６】前記第２のピステン（１８）が、燃焼の
間に第２のピストン（１８）のまわりで第２のシリンダ
（１４）から第１のシリンダ（１２）へ気体が洩れるの
を防止するために、第２のピストンの側壁に密封手段
（３１０）の下方で且つ第１の通路手段（３１４）から
周方向に隔たって形成された１部環状の溝（３１６）
と、燃焼室（２０）から該溝（３１６）へ圧力を移すた
めに該溝を第１の開口（４４）と連結する第２の通路手
段（３１２）とを有することを特徴とする、請求項１１
乃至１５のいずれかに記載の内燃エンジン。
【請求項１７】エンジンが２行程エンジンであり、前記
可能にする手段が、第１及び第２のシリンダ（１２，１
４）間に延びる通路手段（６２）であり、該通路手段
は、第２のシリンダ（１４）を通る排気の掃気を可能に
するため下孔点を通るピストン（１６，１８）の予め選
択された動作角に亘って開けられていることを特徴とす
る、請求項１〜１６のいずれかに記載の内燃エンジン。
【請求項１８】前記通路手段（６２）が、予め選択され
たピストンの動作角に亘って第１及び第２のシリンダ間
に開口を形成する様に第２のピストン（１８）上と第１
及び第２のシリンダ（１２，１４）の接合部とに形成さ
れた協働する縁部（４５；６５；６６，７０）によって
形成されていることを特徴とする、請求項１７に記載の
内燃エンジン。
【請求項１９】第２のピストン（１８）上の前記縁部
が、ピストンの側壁と頂部との接合部の該ピストンの切
断部（６６，７０）によって形成されていることを特徴
とする、請求項１８に記載の内燃エンジン。
【請求項２０】第１及び第２のシリンダの接合部の前記
縁部が、シリンダ壁の切断部（６１）によって形成され
ていることを特徴とする、請求項１８または１９に記載
の内燃エンジン。