JP5408577B1 - 内燃機関のピストンのヘッド形状 - Google Patents

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Abstract

【課題】大きなパワーが出せ、ノッキング音の小さいガソリン等を燃料とする内燃エンジンを提供する。
【解決手段】ガソリン、軽油、プロパン、水素等を燃料とする内燃エンジンのシリンダ１の頂部１ａを円錐台形とし、ピストン２の頂部２ａを円錐台形にしてセンタン尖らせた。この場合、シリンダの頂部とピストンの頂部の間で燃焼室を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガソリン、軽油、プロパン、水素等（以下、ガソリン等という）を原料とする内燃機関のピストンのヘッド形状に関するものである。
従来、内燃機関といえば、ピストンもシリンダもその頂部（ヘッド）は共に平坦であった。こうすると燃料を圧縮するときにはピストンのヘッド全体に力がかかり、大きな力を要するとともに、爆発してピストンが下がるときには、ノッキング音がしていた。
本発明は、ピストンのヘッドの頂部を円錐形にして先端を尖らせるとともに、ピストンを収容するシリンダも円錐形にして燃焼室の容積を小さくすることで圧縮時に小さな力でも大きな圧縮比がとれるようにし、エンジンのパワーアップが図れるとともに、省エネが果たせ、省エネ効果が生ずれば、公害が減るようにしたものである。なお、このような先行例は存在していない。
以上の課題の下、本発明は、請求項１に記載した、ガソリン、軽油、プロパン、水素等を原料とする内燃機関のピストンの頂部を円錐形にするとともに、ピストンの頂部を覆うシリンダの頂部もピストンの斜面とは角度が開いて行く斜面と中央の平坦面とを有する台形にし、平坦面に吸入バルブと排気バルブを取り付けるとともに、シリンダの斜面の適所にプラグを取り付けたことを特徴とする内燃機関のピストンのヘッド形状を提供したのである。
また、本発明は、請求項２に記載した、ガソリン、軽油、プロパン、水素等原料とする内燃機関のピストンの頂部を円錐形にするとともに、ピストンの頂部を覆うシリンダの頂部もピストンの斜面とは角度が開いて行く円錐形にし、シリンダの両斜面にそれぞれ吸入バルブと排気バルブとを取り付けるとともに、頂部にプラグを取り付けたことを特徴とする内燃機関のピストンのヘッド形状を提供する。
請求項１〜２の手段をとることにより、ピストンとシリンダの頂部の燃焼室は二つの円錐形で囲まれた空間をしており、その狭角を調整することで、最適な圧縮比と燃焼室の容積がとれる。このとき、ピストンの頂部は円錐形をしており、圧縮における力は小さくてよい。先端が平な杭よりも尖った杭の方が小さな力で地中に打ち込めるようなものである。なお、ディーゼル機関ではプラグは不要である。
吸入工程におけるガソリンエンジンの説明図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 吸入工程におけるガソリンエンジンの他の例の説明図である。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は４サイクルのガソリンエンジンにおける吸入工程の説明図であるが、エンジンは周知のように、シリンダ１の中にピストン２が摺動可能に収容されているものである。ちなみに、ピストン２には、ロッド３が連結されてクランクシャフト４に至っており、燃焼室５にはプラグ６も設けられている。本発明は、ピストン２のヘッドの頂部２ａを円錐形にして先端を尖らせたものである。
一方、シリンダ１もピストン２の頂部２ａが存在する頂部１ａは吸入バルブ７と排気バルブ８とが閉まった圧縮工程と爆発工程では上方の方の幅が狭い台形をしている（シリンダ１の円錐角度の方がピストン２の角度より大きい）。要するに、圧縮室５の容積が小さくなり、圧縮比が大きくとれるのである。
この場合、シリンダ１の頂部１ａとピストン２の頂部２ａとの間が圧縮室５となるのであるが、吸入バルブ７と排出バルブ８とは仕切り壁９で仕切られた一つの部屋（室）に進退可能に収容され、それぞれ半月状をして向かい合わされている（図２）。なお、吸入バルブ７と排出バルブ８は吸入路１０と排出路１１に繋がっている。
以上により、ピストン２の先端は尖った形状になり、この結果、小さい力で大きな圧縮比がとれることになり、パワーアップ（出力アップ）が可能になる。ピストン２の頂部２ａの円錐角にも適した範囲があり、ピストン２の直径に応じて９０°〜１１０°が適している。
図３は他の例の説明図であるが、本例のものは、シリンダ１とピストン２の頂部１ａ、２ａの部分を円錐形にする点は変わらないが、シリンダ１の頂部１ａを閉じ、ここにプラグ６を設けている。なお、吸入バルブ７は排出バルブ８の対向部分のピストン２の頂部２ａを削ってあるが、これは吸入バルブ７（排出バルブ８も同じ）を十分に開くためにピストン２に当たらないようにするためである。
本発明に係るエンジンは自動車に限らず、あるゆる動力機械のエンジンに適用できる。そして、発明者の考えによると、通常のピストンに比べてピストン２の直径に応じて２〜１５０倍程度のパワーアップが期待できる（これに伴ってエンジンの各部の剛性アップが必要になってくることがある）。また、ノッキング音が小さくなることも確認されている。
１ シリンダ
１ａ 〃 の頂部
１ｂ 〃 の平坦面
２ シリンダ
２ａ 〃 の頂部
３ ロッド
４ クランクシャフト
５ 燃焼室
６ プラグ
７ 吸入バルブ
８ 排出バルブ
９ 仕切り壁
１０ 吸入路
１１ 排出路

Claims (2)

  1. ガソリン、軽油、プロパン、水素等を燃料とする内燃機関のピストンの頂部を円錐形にするとともに、ピストンの頂部を覆うシリンダの頂部もピストンの斜面とは角度が開いて行く斜面と中央の平坦面とを有する台形にし、平坦面に吸入バルブと排気バルブを取り付けるとともに、シリンダの斜面の適所にプラグを取り付けたことを特徴とする内燃機関のピストンのヘッド形状。
  2. ガソリン、軽油、プロパン、水素等を燃料とする内燃機関のピストンの頂部を円錐形にするとともに、ピストンの頂部を覆うシリンダの頂部もピストンの斜面とは角度が開いて行く円錐形にし、シリンダの両斜面にそれぞれ吸入バルブと排気バルブとを取り付けるとともに、頂部にプラグを取り付けたことを特徴とする内燃機関のピストンのヘッド形状。
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