JPH03111619A

JPH03111619A - 内燃機関

Info

Publication number: JPH03111619A
Application number: JP16044789A
Authority: JP
Inventors: Toru Ishima; 石間　徹
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-06-21
Filing date: 1989-06-22
Publication date: 1991-05-13

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は自動車等に用いる内燃機関、詳しくは、ピスト
ンの上部に火炎噴出孔を多数穿設した小燃焼室を付設し
て、エンジンの高速回転時でも燃焼効率を向上させる内
燃機関に関する。（従来の技術）自動車等に用いられる内燃機関、所謂、ガソリンエンジ
ン２２等において、燃焼室２３で行なわれるその燃焼形
態は、ピストン２４による圧縮工程で燃焼室２３内のガ
スを点火プラグ２５により電気的に点火して燃焼させ、
高温、高圧となった燃焼ガスをシリンダ２６とピストン
２４に作用させるもので、その燃焼による火炎の伝播は
、点火プラグ２５の放電部２７を起点或は該部分を中心
として時間の経過と共に、火炎が外方へ伝播して火玉を
拡大して行くことにより、燃焼室２３の膨張圧力が増加
してピストン２４を下降させ、クランク軸より回転運動
として機械的エネルギーを得る。（発明が解決しようとする課題） −Ｍ的に、２．０００ｃｃ　６気筒ガソリンエンジンで
ピストン内径７８ｍｍ、行程７０ｓｎ＋の場合、火炎の
伝播速度は８　ｔａ／ｓ〜１２＋ｎ／ｓといわれ、ピス
トンの下降速度は３．００Ｏｒｐｍ／　７　ｍ／ｓ　、
　４．４０Ｏｒｐｍ／１０．２６ｍ／ｓ、　６．００Ｏ
ｒｐｍ７１４ｍ／ｓといわれている。（第８図参照）前記した事実に基づいてピストン２４上面へ火炎が到達
したときの状態を各回転数について説明すると、火炎の
伝播速度を１２ｍ／ｓとしたとき、エンジン回転数が３
．０００ｒｐｍ時は、第９図に示すように、ピストン２
４は１．７／１０００ｓ後に上死点Ｘより１１．５ｍｍ
降下するが、燃焼室２３の周縁に未燃焼部ａが残存する
。しかし、更にピストン２４が降下すると、この瞬間から
ピストン下降速度より火炎伝播速度がまさるので、未燃
焼部ａの燃焼が直ちに行なわれて膨張圧力が有効にクラ
ンク軸へ伝達される。４．４０Ｏｒｐｍ時は、第１０図に示すように、ピスト
ン２４は４．５／１０００ｓ後に上死点Ｘより５Ｉｎ＋
ｍ降下するが、燃焼室２３の周縁に未燃焼部ａが残存す
る。しかし、前記した回転数と同様にピストン２４の降下と
共に完全燃焼が行なわれて有効燃焼となる。しかしながら、６．０００ｒｐｎｎ時は、第１１図に示
すように、ピストン２４は４．５／１０００ｓ後には下
死点Ｙに達してしまうが、火炎伝播速度は同４．５７１
０００ｓ時は５２＋！ＩＩＩＩＬ／か移動せず、火炎は
５゜７７１０００ｓ後にようやく到達することになり、
ピストン２４との２０ｍｍの空間１時間にして１．２７
１０００ｓ分が未燃焼部ａが２０〜３０％程度残存する
。そして、完全燃焼にはあと２　／１０００ｓ必要となる
がピストン２４は既に下死点Ｙに達しているため、前記
部分は無効燃焼となって、燃焼効率を低下させ有害物質
の排出となる。このように、エンジンの回転数を上げていくと、必然的
にピストンの下降速度も増加して、火炎の伝播速度がピ
ストンの下降速度に追従できない現象が生ずる。そのため、ピストンが下死点に達しても、なお、火炎の
伝播がピストンの上面部分或はその付近に及んでこない
ので、該部分の燃焼が遅延され、その結果、動力として
伝達可能な行程内、即ち、エンジン全行程の５／７まで
に行なわれる有効燃焼が減少し、５／７行程以降におい
ての無効燃焼（動力としてエネルギー変換されない燃焼
）が増加することになる。また、ピストンの下降に伴って燃焼室の容積が拡大する
ため、ピストン上死点時と、あるピストン降下位置、例
えば、下死点前時とでは、燃料の密度が容積に比例して
拡散し希薄となるので、下死点前時では燃焼速度が遅く
なり無効燃焼の増加を生ずる。更に、燃焼室の内壁面と燃料との接触面部分が、燃焼行
程において最終段階で燃焼を行なうことになるので、難
燃部分として存在する。この部分は燃料ガスが希薄とな
れば一層難燃化されるものである。これらの現象により一定の回転数以上においては、火炎
伝播不足を生じて燃焼効率が悪化し、出力、トルク共、
その性能曲線は漸減的に低下して、燃料の消費が増大す
る傾向を見せる問題点があった。本発明は前記した問題点を解決するためになされたもの
で、ピストンの上部に火炎噴出孔を多数穿設した小燃焼
室を付設して、エンジンの高速回転時でも、燃焼が遅延
され易い部分へ早期に火炎を確実に伝播させ、ピストン
の下降速度の増加に対しても無効燃焼を完全に抑えて、
燃焼効率を可及的に向上させる内燃機関を提供すること
を目的としているものである。（問題点を解決するための手段）前記した目的を達成するための本発明の手段は、ピストンの上部に付設させてピストンと共に昇降する小
燃焼室と、該小燃焼室の上部に燃焼室の上壁に向かって
火炎を噴出するように開口させた火炎噴出孔と、前記小
燃焼室の周側にシリンダの内壁に向かって開口させた多
数の副火炎噴出孔とを備えさせたことを特徴とする内燃
機関の構成にある。（作　　用）前記した構成により本発明の内燃機関は下記のような作
用を奏するもので、ガソリンエンジンの場合は、圧縮行程においてピストンが上死点に達すると、ピスト
ンの上部に付設した小燃焼室の火炎噴出孔が、点火プラ
グの点火位置即ち電極部に近接または点火プラグを内包
するように対応する。同時に点火プラグが発火して、先ず燃焼初期段階におい
て、小燃焼室の火炎噴出孔からこの内部へ火花が飛び敗
り、該小燃焼室内で燃焼が行なわれる。また、ディーゼルエンジンの場合は、圧縮行程において、ピストンが上死点に達すると、ピス
トンの上部に付設した小燃焼室が、圧縮による熱が一番
高くなる燃焼室の中央部へ対応する。同時に高温高圧空気中に噴射され気化した燃料に自然発
火して、先ず燃焼初期段階において、小燃焼室内で燃焼
が始まる。以下の作用についてはガソリン、ディーゼルとも基本的
には同様であるから、ガソリンエンジンについて説明す
る。そして、燃焼されたガスの火炎は膨張圧力により、上部
および周縁の噴出孔より噴き出て燃焼室におけるピスト
ン上部、外周部およびシリンダ壁面等へ向けて放射状に
多方面へ同時に伝播されると共に、燃焼室の多方面で同
時に燃焼が進行する。ピストン上面へ火炎が到達したときの状態を、各回転数
について、第８図を参照して説明すると、火炎の伝播速
度を１２ｍ／ｓとしたとき、エンジン回転数が３．００
０ｒｐｍ時は、第２図に示すように、ピストンは３／１
０００ｓ後に上死点Ｘより２０ｍａ＋降下しその１７３
行程で燃焼を完了する。４．４００ｒｐｍ時は、第３図に示すように、ピストン
は３／１０００ｓ後に上死点Ｘより３５ｍｍ降下して、
該位置より０．５７１０００ｓ後にその１７２工程で燃
焼を終了する。また、６．０００ｒｐｍ時には、第４図に示すように、
ピストンは３／１０００ｓ後に上死点Ｘより５０１下方
に達し、該位置よりｌ／１０００ａ後に完全燃焼して、
下死点Ｙの直前６７７行程付近で燃焼を終了する。このように、エンジン回転数が高くなった場合でも、下
死点付近に達したピストンの上面に未燃焼部が残存しよ
うとするが、この位置において、小燃焼室の各噴出孔よ
り火炎を放射状に多方面へ噴出するから、未燃焼部へ火
炎を伝播させて瞬時に燃焼を起こさせ、ピストン下降行
程における有効燃焼範囲内において、その燃焼を終了さ
せ発生した膨張圧力をクランク軸へ作用させる。（実　施　例）次に本発明に関する内燃機関の一実施例を図面に基づい
て説明する。図１〜４図においてｌは内燃機関におけるガソリンエン
ジンで、鉄、アルミ等により成形したシリンダブロック
２内の下部にクランク軸３を横架し、このクランク軸３
の軸受４にコンロッド５を介して、所定ストロークを有
するシリンダ６へ昇降自在に挿嵌されるピストン７を取
付けである。該シリンダブロック２の上部には鉄、アルミ等により形
成したシリンダヘッド８をガスケット９を介して取付け
て、所定容積を有する燃焼室ｌＯを形成しである。該シリンダヘッド８における燃焼室１０側には、吸気マ
ニホルド１１および排気マニホルド１２を設けて、それ
ぞれの開口部に吸気弁１３および排気弁１４を気密的に
取付けると共に、点火プラグ１５をその電極部１６が燃
焼室ｌＯへ対応するように、ねじ１７により着脱自在に
螺合しである。Ａは前記ピストン７の上面に付設した小燃焼室で、第１
〜４図に示すように円弧状か、または、第６図に示すよ
うに平板状かに形成した隔壁１８により、前記燃焼室１
０と隔離されて独立した燃焼部を形成し、この燃焼室Ａ
の上部にピストン７が上死点に達したとき、点火プラグ
１５の点火位置、即ち、該点火プラグ１５の電極部１６
に近接または点火プラグ１５を内包するように対応させ
た火炎噴出孔１９を穿設しであるもので、該小燃焼室Ａ
の周側には、シリンダ６の内壁へ向かって放射状に開口
させた副火炎噴出孔２０を多数段けである。なお、小燃焼室Ａを付設したピストン７の上面は、第２
〜４図に示すように、凹部２１を設けて隔壁１８の体積
分が燃焼室１０において、容積不足を調整する構成およ
び小燃焼室Ａで燃焼したガスが凹部２１に沿ってシリン
ダ６壁へ誘導させる形状か、或は、第６図に示すように
平面状でもよい。第７図において１°は内燃機関におけるディーゼルエン
ジンで、鉄、アルミ等により成形したシリンダブロック
２内の下部にクランク軸３を横架し、このクランク軸３
の軸受４にコンロッド５を介して、所定ストロークを有
するシリンダ６へ昇降自在に挿嵌されるピストン７を取
付けである。該シリンダブロック２の上部には鉄、アルミ等により形
成したシリンダヘッド８をガスケット９を介して取付け
て、所定容積を有する燃焼室ｌＯを形成しである。該シリンダヘッド８における燃焼室１０側には、吸気マ
ニホルド１１および排気マニホルド１２を設けて、それ
ぞれの開口部に吸気弁１３および排気弁１４を気密的に
取付けると共に、燃焼室ｌＯの中央に燃料噴射ポンプＰ
に連係した噴射ノズルＮを臨ませて、燃焼室１０内が高
温高圧に圧縮されたとき、所定量の燃料を噴射する。なお、このディーゼルエンジン１°に用いる、ピストン
７の上面に付設した小燃焼室Ａは、その上部の火炎噴出
孔１９の穿設位置を、ピストンによる圧縮行程でその上
死点において、最も高温高圧となる部位、即ち、燃焼室
１０の中央に対応させることにより、ノズルＮにより噴
射された燃料を前記小燃焼室Ａにおいて早期に発火させ
ることができるものであり、また、上死点において小燃
焼室Ａの内部が前記部位に位置していても良く、いずれ
の場合も、自然発火時に先ず小燃焼室Ａにおいて燃焼が
始まるように構成される。

【実施例１】１．９９８ｃｃ　、内径７８．０Ｘ行程７０．Ｏａ＋ｍ
、　６気筒ガソリンエンジンを搭載した車両を用いて、
従来と本発明との内燃機関の性能および走行試験を行な
った。以下、その対比成績を表にした。となり、出力、燃料消費率とも好成績であった。

【実施例２】２．７９２ｃｃ　、内径８４．５Ｘ行程８３．Ｏｎ＋ｍ
、ディーゼルエンジンを搭載した車両を用いて、従来と
本発明との内燃機関の性能および走行試験を行なった。以下、その対比の成績を表にした。となり、出力、燃料消費率とも好成績であった。（発明の効果）前述のように本発明の内燃機関は、ピストンの上部に設
けた小燃焼室内を、初期の段階に燃焼させて発生させた
噴炎流を、燃焼室内のピストン上面およびシリンダ壁面
等へ噴出させ、多方面を同時に燃焼させるものであるか
ら、ピストンの下降速度が燃焼による火炎の伝播速度よ
り速くても、ピストン上面およびシリンダ壁面等の難燃
部位を、ピストンが下死点に達する前の行程内で燃焼さ
せることができるため、燃焼により発生した膨張圧力を
、有効に回転動力のためのエネルギーに変換できるもの
で、大幅な出力の増加を計ることができると共に、燃料
消費量も飛躍的に減少させることができる。しかも、高速回転例えば、８．０００〜１５．００Ｏｒ
ｐｍ或はこれ以上であっても、ピストンの上面部分が初
期段階で燃焼が行なわれるから、ピストンの下降速度の
増加と無効燃焼の増加度は同一とならず、出力およびト
ルクの性能曲線は比例的な漸増を示し、従来、この回転
数においては使用できないエンジンの稼動を可能として
、高速回転走行を強いられる競争用エンジンとしても利
用できる。また、ピストンの下死点付近での動力とならない無効燃
焼が少ないので、この付近における燃焼によって起因す
るクランク軸への衝撃が減少して、エンジンの騒音を抑
えることができる。また、火炎の伝播速度が一層遅い燃料、例えば、軽油等
を用いるディーゼルエンジンの場合でも、小燃焼室内の
火炎がピストン降下時にシリンダ下部へ及ぶため、下死
点付近の難燃部の燃料へ火炎を伝播させてこれを燃焼さ
せるため、シリンダ内のガスの完全燃焼が行なわれて、
公害の原因となる排気ガスの黒煙化が防止される。等の格別な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に関するガソリンエンジンの内燃機関を
概略的に示した縦断正面図、第２〜４図は同上の要部を
示す説明図で、第２図はピストン上死点時の状態を、第
３図はピストン下降行程中間位置の状態を、第４図はピ
ストン下死点時の状態を示す。第５図は小燃焼室を示す
斜視図、第６図は同上の他の例を示す一部断面図、第７
図はディーゼルエンジンの内燃機関を概略的に示した縦
断正面図、第８図は火炎伝播速度とピストン下降速度の
比較を示す表、第９〜１１図は従来の内燃機関の燃焼状
態を示す要部の説明図で、第９図はピストン上死点時の
状態を、第１０図はピストン下降行程中間位置の状態を
、第１１図はピストン下死点時の状態を示す。図においてＡは小燃焼室、６はシリンダ、７はピストン
、　１４はシリンダヘッド、　１９は火炎噴出孔、２０
は副火炎噴出孔である。

Claims

【特許請求の範囲】

ピストンの上部に付設させてピストンと共に昇降する小
燃焼室と、該小燃焼室の上部に燃焼室の上壁に向かって
火炎を噴出するように開口させた火炎噴出孔と、前記小
燃焼室の周側にシリンダの内壁に向かって開口させた多
数の副火炎噴出孔とを備えさせたことを特徴とする内燃
機関。