JP3994784B2 - 内燃機関 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明はスパーク点火式内燃機関に関する。特には燃焼サイクルスパーク点火ガス機関（エンジン）であって、シリンダーごとに少なくとも１体の点火装置を有しており、少なくとも１体のピストンがピストンヘッドに凹部を有したものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
このタイプのピストンを有した内燃機関は知られている。凹部は部分的にボウル形状または桶形状（ハイロネン燃焼チャンバー）でよい。凹部はピストンの中央部であっても偏心状態にて提供されていても構わない。さらに、ＥＰ０５９８９４１Ａ１とＥＰ０２９９７４７Ａ２も、単純なボウル形状あるいは桶形状ではない形態のピストン凹部を開示している。このような凹部の目的はエンジン燃焼効率を高めるためであり、特に、非常に高速回転であって、安定しており、ノッキングを発生させないエンジンを提供するためである。このようなエンジンは最良の燃焼形態をスパークプラグの点火位置で確実に提供することでのみ可能である。点火位置の領域での過度に高速な燃焼では点火プラグは破壊され、非常に低速ではパワーが心許ない。ピストンヘッドに凹部を有した従来の内燃機関では点火領域での最良の流速は充分に保障されない。
【０００３】
よって、本願発明の目的は、前述の従来技術の弱点を克服し、最良の高速燃焼を燃焼チャンバー内で提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本願発明によれば、凹部は実質的にハート形状であり、円形とは少なくとも領域形状的に異なる。この凹部形状は１本の線対称軸のみを有している。
【０００５】
本願発明の凹部形状は点火領域での流速が最良範囲（約４ｍ/秒〜６ｍ/秒）である。よって、点火スパークは破壊されることはなく、過度な低速による不都合もない。本願発明により点火位置で最良流速を達成させることにより、燃焼チャンバー全体的な非常に高速な燃料-空気混合体が提供される。これは圧縮-点火式内燃機関においてのみ知られたことである（例えば、ディーゼルエンジン）。
【０００６】
その点で、特に有利な実施例では凹部のピストンヘッド面での形状は、凹部周縁のいかなる２点の接続線が必ずしも全て該凹部内に存在しない形状となっていることである。
【０００７】
本願発明の凹部は、角領域で２００°から２５０°、好適には２２０°から２３０°が実質的円形であり、円形ピストン領域の中心はその円の中心と重なっている。
【０００８】
本願発明の１実施例においては凹部は内側に延び入る部分を有している。好適には、その内側に延び入る部分は８０°から１３０°、好適には１００°から１１０°の範囲内で提供されている。さらに好適には、その内側に延び入る部分は凹部の最大径の２５％から５０％、好適には３５％から４０％の範囲でピストンヘッドの内部に延び入る。
【０００９】
点火装置の点火位置が凹部内で好適なポジションにてアレンジされることも重要である。非常に好ましい別実施形態では、少なくとも１つの点火装置は凹部の対称軸上に位置し、及び/又は凹部の周縁の円形部の中心に位置する。
【００１０】
内燃機関のシリンダーの吸気バルブ及び排気バルブに対する凹部との関係は、吸気バルブと排気バルブ（１３）の配置の前記ピストンヘッド面における線対称軸が、前記凹部（８）の線対称軸（１０）に対して０°、４５°及び９０°とは異なる鋭角で提供されていることである。これは燃料-空気混合体を好適に吸気バルブ及び排気バルブに流させるためである。この構成は燃料-空気混合体の最良の流速を達成させ、最良の乱流/渦流を達成させるのに非常に好都合である。
【００１１】
本願発明の凹部を有したピストンの好適な冷却を達成させるために冷却ダクトを凹部を囲む材料でピストンに提供することが望ましい。
【００１２】
好適実施例では凹部形状は凹部の最深部にまでその形状を維持して延びている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本願発明のさらに別なアレンジを以下において添付の図面を利用して解説する。図１は本願発明の１実施例によるガスエンジン１の概略図であり、４体のシリンダー２を有している。ピストン４のヘッドには凹部８（図示せず）がそれぞれ提供されている。燃料ガスＧと空気Ｌとの混合体は燃料ガス/空気混合体供給ダクト６を介して個々のシリンダー内に供給され、それぞれのバルブ（図示せず）を通じてシリンダー２の燃焼チャンバーに供給され、圧縮されてスパークプラグ１４により点火される。それぞれのピストン４の運動はドライブシャフト３に伝達される。シリンダー２内の燃焼排気ガスは排気バルブ（図示せず）を通ってシリンダー２から排出され、排気パイプ７から外気に排出される。
【００１４】
図２はピストン４のピストンヘッドに提供された本願発明の略ハート型凹部８を示す。本実施例の場合、略ハート型凹部８は内側に延び入る（窪んだ）部分９と対称軸１０とを有している。凹部の上縁１１と底部の丸型領域は図３に詳細に示されている。図２の凹部は広い領域にわたって円形である（約２２６°の角領域）。内側に延び入る窪み部分９は角１０４°程度をカバーしている。窪み部分９の最大奥行き幅２１は凹部の最大径の約３６％である。バルブ１３と、点火位置１５の点火装置（スパークプラグ）１４はピストンヘッドの突起体として図示されている。バルブの対象軸はいずれも略ハート型凹部の対称軸とは一致していない。点火位置１５の対称軸は略ハート型凹部８の対称軸１０及び凹部８の中心２３と一致する。凹部８と点火位置１５の相対位置は点火位置１５においてガス/空気混合体の好適な流速と、凹部８全体並びに燃焼チャンバーでの好適な乱流（渦流）を提供する。流速は４ｍ/秒から６ｍ/秒である。
【００１５】
図３は凹部８を有したピストン４と窪み部分９の断面を図示する。点火位置１５でのスパークプラグ１４も図示されている。ピストン冷却用の冷却ダクト１６は凹部周囲のピストン４内に提供されている。本実施例での凹部の形状と冷却ダクト１６の形状とは同一であり、適当な壁厚がピストン４に残され、ピストン４の強度を保っている。
【００１６】
図３にはバルブは図示されていない。図３は凹部８の側壁１８が略垂直であり、凹部底部１７が水平であることを図示している。好適には、凹部８の水平断面図形状は凹部８の深さ方向に略同一形状である。凹部８を別体インサート形態とすることができる。ピストンとの一体型構造はさらに好適である。
【００１７】
図２と図３の凹部実施例は非常に高速で安定したノッキングを引き起こさない理想的な燃焼を提供する。ピストン凹部は図２に示す点火位置１５のポジション及びシリンダーヘッドに提供された渦流発生吸引ダクトと好適に組み合わされて提供される。
【００１８】
【発明の効果】
本発明は、シリンダーごとに少なくとも１体の点火装置を有しており、少なくとも１体のピストンがピストンヘッドに凹部を有した燃焼サイクルスパーク点火式内燃機関であって、最良の高速燃焼を燃焼チャンバー内で提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本願発明のスパーク点火式燃焼サイクルガスエンジンの概略図である。
【図２】図２は点火装置とバルブとの突起体を有した本願発明の凹部を有したピストンヘッドの平面図である。
【図３】図３は本願発明の凹部を有したピストンの側断面図である。
【符号の説明】
２・・・シリンダー
４・・・ピストン
８・・・凹部
９・・・窪み部分
１０・・・対称軸
１３・・・排出バルブ
１４・・・点火装置（スパークプラグ）
１５・・・点火位置
１６・・・冷却ダクト
１７・・・凹部底部
１８・・・側壁

Claims (7)

  1. 燃料−空気混合物が供給されるシリンダーごとに少なくとも１体の点火装置（１４）を有したスパーク点火式内燃機関であって、
    少なくとも１体のピストンはそのピストンヘッドに凹部を有しており、該凹部（８）は平面図で見てピストンヘッド上にて一部円形である略ハート型であり、１本の線対称軸（１０）のみを有しており、
    前記少なくとも１体の点火装置（１４）は点火位置（１５）を有しており、該点火位置（１５）は平面図で見てピストンヘッドへの突起形態で前記線対称軸（１０）上に提供されており、及び又は該凹部（８）の円形部分の中心（２３）に提供されており、
    平面図で見てピストンヘッド上に対する吸気バルブと排気バルブ（１３）の配置の線対称軸は、前記凹部（８）の線対称軸（１０）に対して０°、４５°及び９０°とは異なる鋭角で提供されていることを特徴とする内燃機関。
  2. 凹部（８）のピストンヘッド面での形状は、凹部周縁のいかなる２点の接続線が必ずしも全て該凹部内に存在しない形状となっていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
  3. 凹部（８）の角領域２００°から２５０°、好適には２２０°から２３０°の部分は円形であり、ピストン円形部の中心と該凹部円形部の中心（２０）とは重なってい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。
  4. 凹部（８）は窪み部分（９）を有していることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関。
  5. 窪み部分（９）は凹部（８）の周囲角のうちの８０°から１３０°、好適には１００°から１１０°の範囲で提供されていることを特徴とする請求項４記載の内燃機関。
  6. 冷却ダクト（１６）が凹部（８）の周囲材料内に提供されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の内燃機関。
  7. 凹部（８）の水平断面図形状は凹部の深さ方向に略同一であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の内燃機関。
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