JPH04505198A - 燃料粒の核の生成制御によって内燃機関の炭化水素燃料の着火燃焼を制御するピストン及びその方法 - Google Patents

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】 １、発明の名称 燃料粒の核の生成制御によって 内燃機関の炭化水素燃料の着火燃焼を 制御するピストン及びその方法 ２、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ピストンに関する。

［発明の背景及び従来の技術］ 内燃機関（１，Ｃ，エンジン）に送られる燃料の着火及び燃焼特性の制御を改善 することは昔からの念願である。ディーゼルエンジン（圧縮燃焼つまりＣ，１， エンジン）においては、代表的ディーゼル石油燃料の着火の信頼性に関する問題 点がよく知られており、高速の自動車及びトラックのエンジンに関する文献が多 数ある。最近の文献が多く取り上げられている問題点は煙及び粒状排出物の排出 に関するもので、これも又ディゼル燃料の着火特性に関係している。

一般的火花着火機関（Ｓ、Ｉ、エンジン）に適すとされている、アルコール燃料 はディーゼルエンジンにとっては扱い難く不適当な燃料と考えられている。これ は、その気化熱が非常に高く（従って燃焼室における過度の冷却効果）、セタン 価が低い（従って過度の着火の遅れによる困難又は不安定な圧縮着火）からであ る。

Ｓ、１．　エンジンの場合、最近のエンジンに一般的に用いられている圧縮比で のガソリン型燃料の燃焼が、燃料のノック傾向によって制限されることが知られ ている。勿論、ガソリン燃料のノック傾向を下げるために、アンチノック添加剤 が一般的アルコール混合物として用いられる。Ｓ、Ｉ、エンジンのあらゆる作動 条件において、全くノッキングを起こすこと無く、ガソリンタイプの燃料がクリ ーンな完全燃焼を行うことが強く望まれている。

ディーゼルエンジンの燃料の着火特性を改善する試みが色々と成され、ある程度 の成功を収めているが、一般的ディーゼル燃料における粒状排出物の問題、及び アルコール燃料の着火の問題が残り、ディセールエンジンの根本的改良、及び燃 料又は廃棄ガスの根本的処理無しでこれを解決することは、不可能ではないにし ても、困難である。

前述したごと（、Ｓ、１．エンジンのガソリン燃料のアンチノック特性を改善す る試みが従来から成されているが、これらは全て燃料に添加剤を必要とし、燃料 の製造コストを高くしている。

一方、燃焼技術の分野における最近の興味ある進歩が、この分野における燃焼に 関する昔の発見と共に、特に、高温高圧の空気中における燃料物質の酸化反応に 関係する化学的活性化が、ディーセル燃料の信頼性のある瞬間着火とガソリン燃 料のノックフリーの燃焼を作り出すために必要とする物理的環境と共に、本発明 者を駆り立てて、Ｃ，１，及びＳ、Ｉ。

エンジンの燃料の着火及び燃焼に関する複雑なプロセスの中における、炭化水素 の液体燃料の燃料粒の核の役割に関する研究を行わせていた。

本発明は、先ず、次の認識から出発する。即ち、Ｃ，Ｉ。

又はＳ、１．エンジンの着火の前に、冷たいフレーム反応（即ち部分的に冷たい フレームの酸化現象）において生成される高度に活性を持つ燃焼核を、燃料の各 チャージ（１噴射分）に制御された状態で種付けすることにより、圧縮された燃 料チャージの化学的条件により、Ｃ，１，エンジンの場合、燃焼促進剤無しでは 着火しにくく、又ｓ、ｒ、エンジンの場合は、エンジンの、ある差動条件におい てノックを起こす、と考えられている、燃料の信頼性のあり且つ予想可能の着火 及びノッキングの無い燃焼を作り出すことが出来る、と言うことである。事実、 炭化水素燃料の着火及び燃焼の全てのプロセスは化学的発熱反応であり、燃料の 迅速酸化を含み、効率的に動力化する熱及び膨張エネルギーを作り出し、これを 効率的に利用することにより、駆動力を作り出すことが出来るのである。好まし い化学反応を起こさせる何らかのプロセスにより、燃料の着火及び燃焼特性を本 質的に改善し、より良い完全燃焼によりエンジンの作動及び排出特性を改善する ことが出来るであろう。又、エンジン又はその燃焼室の、又は燃料及び又は空気 の供給及び排出流れの操作方法の、過度の複雑性も解消するであろう。

問題は、上記核をどうやって作り出し、これをどの様にして燃焼室に導き入れ、 この様な種付けから得られる筈の目覚ましい効果を得るかである。この所謂核物 質を作り出すこと自体は比較的簡単である、即ち：空気と燃料の混合物を高温高 圧で加熱し、これを冷たいフレーム酸化反応の中で“料理。

し、即ち部分的に反応させ、燃料と、他の原子及び燃焼核と化学的に容易に結合 する酸素と、の非常に活性の高い燃焼核を作り出す。然し、複雑なのは、この様 な燃焼核を、エンジンの密閉された燃焼室の中への供給燃料の中に、効果的に且 つ効率良く、そのエンジン及び燃焼室を複鉗化及び変形すること無く、適量導き 入れるかと言う点である。Ｃ，１，エンジンの場合、核の必要量は、所定エンジ ンへの所定燃料チャージの中の核の数であり、これが好ましい予め選択された着 火特性を作り出すものであることである。例えば、この特性は、比較的低い圧縮 比における低セタン価燃料の信頼性のある着火タイミングであり、又は、煙及び 粒子の排出の最も少ない、高セタン価燃料の清浄な燃焼である。Ｓ、Ｉ。エンジ ンの場合、核の必要量は、最終的に燃焼フレーム・フロントに至る燃焼室の末端 区域で、エンドガスが早すぎる燃焼を行うこと無く、燃料チャージの完全且つ迅 速な燃焼を行うために必要とする量である。公知のごとく、この早すぎる着火が あると、ノックとして知られている耳に聞こえる音を伴う、燃焼室内の非常に急 速でしばしば破壊的圧力を作り出す突然反応が発生する。

これに関する各種の試みが米国特許４，００２，１５１号、１９７７年１月１１ 日公告、及び４．３］、７，４３２号、１９８２年３月２日公告、に記載されて おり、いずれも、この分野において解決すべき問題点、燃料と空気との不完全酸 化反応により作り出される核生成の機構及び化学、この反応によって作り出され る核の組成、内燃機関における液体燃料の燃焼における着火中心としての核の影 響、及び、燃焼域における、燃料の自己着火点と温度及び圧力との関係について 記載している（特許４，３１７，４３２号第５図）。

炭化水素燃料の燃焼を改善するための、核の生成及びその管理に関するその他の 試みが米国特許４，５９２，３１８号、（１９８６年６月３日公告、本発明と同 一の出願人）に開示されている。この発明は、燃料チャージの核の種付は及び各 種の温度及び圧力条件における燃料の自動着火点に対する核の影響について記載 している（上記特許第１４図）。

上記特許４，５９２，３１８号によって、燃料粒の核が、ピストンの外周面に設 けられた共鳴室の中に制御状態で生成されることを知ることが出来る。この場合 、この室が、空気を主燃焼域に送る共鳴条件を作り出すクリティカルギャップ即 ちスロットオリフィスを除き、主燃焼室から独立しており、又、このサイクルの 膨張部分の終りに排気弁が開いた瞬間、流体のチョーク流を共鳴室から燃焼域の 中に作り出す。ギャップがこの特許に開示されており、これが、サイクルの圧縮 部分が少なくともエンジンの高速運転をしている間、共鳴室にチョークされた流 れ条件を作り出し、これによって、エンジンの速度に応じて、エンジンの可変圧 縮比を作り出す。

特許４，５９２．３１８号に記載の装置及び方法は所期の目的、即ち好ましくな い排気ガスの排出のない燃料のクリーンな完全燃焼を達成し、又、この装置は上 述の燃焼システムを持ちエンジンのノック傾向を減らした、とは言うものの、こ のエンジンの場合、信頼性のある着火及び燃焼特性が１．つのオリフィスを介し て主燃焼室に繋がる二次室を用いることによって達成されている。このオリフィ スはエンジンの全ての作動速度において実質的にチョークする。更に、Ｃ，！。

エンジンにおいてはディーゼル燃料の着火特性を向上させ、又Ｓ、１．エンジン においてはノッキングの無い迅速な完全燃焼を得ると言う意味において、燃焼サ イクルの排気部分を越えて上記二次室に核を保持することの重要性、及び、ピス トンに１つのボール即ち凹部を設け、チャージされた燃料の大部分を収容するこ との重要性が認議されていない。

［本発明の要約］ 本発明は、ピストン型、空気呼吸内燃機関のためのピストンと燃焼室とを含み、 燃料粒の核を生成し管理することによって燃料の所定の着火及び燃焼特性を得よ うとするものであって、これによって、Ｃ，１，エンジンの場合は、エンジンが 、各燃料チャージの信頼性のあるタイミングの合った着火と、ディーゼルサイク ルエンジンからの煙及び粒状排出物を減らす着火遅れ特性とを得る。Ｓ、Ｉ、エ ンジンの場合は、本発明によって、非常に少ない空燃比で、燃料の迅速でノック フリーの燃焼を得ることが出来る。

入ってくるチャージ毎に種付けし、好ましい着火特性を得るための、制御された 核の生成及びそのタイミングの合った燃焼室への十分な量の放出が：ピストンク ラウン区域の深いボール即ち凹部に隣接して設けられた反応室で、全体的にトロ イダル形の、又は、部分的にトロイダル形の室を用い；これを、混合物の強烈な 渦巻き状のスワールを作り出すために設けられ且つ上記室の側壁に密接する狭い スロット状のオリフィスを介して上記四部と繋げ；主燃焼室からオリフィスを通 るフレームプロパゲーションと、エンジン作動の間反応室を出入りするガスのチ ョークフローとを急冷し、反応室の圧力の変動と燃焼室の圧力の変動との間に時 間的ずれがあるようにする；ことによって達成される。この配置によって反応室 内に制御された圧力、温度、及び燃料の複合条件が得られ、又、核燃焼サイクル の吸入及び圧縮の間の燃焼室への燃焼核の適量の供給が行われる。

Ｃ，Ｘ、エンジンの実施例においては、各燃焼サイクルの間、大量の燃料が反応 室に入れられるが、好ましくは、直接射出された燃料をスロットオリフィスに差 し向けることによって、燃料が反応室に流れ込むようにする。この代わりに、エ ンジンの燃焼サイクルの吸入期に燃料をこの吸入空気に運ばせ、チャージの圧縮 の間に反応室に運び込むようにすることが出来る。反応室の中の空気と燃料が、 冷たいフレーム酸化反応を行うことによって高温高圧で部分的に反応し７、燃料 と酸素の、高度に反応性を持ち不安定な燃焼核を作り出す。

反応室内のこの混合物が強烈にスワールし、室の側壁と密接し続け、ピストンク ラウンから反応室の中の燃料混合物への熱移動が行われる。次に、燃焼サイクル の吸入及び圧縮期に、核の一部分か制御された状態で燃焼室のピストン四部の区 域に供給され、これらが、一時空気及び燃料チャージに十分な量の種付けを行い 、望ましい着火及び燃焼特性を得る。

Ｃ，Ｉ、エンジンにおいては、本発明によって、低セタン燃焼反応として燃焼を 行うことによって改善することが出来る。圧力上昇は低く、燃焼は、一般のディ ーゼルサイクルエンジンに見られるごとくサイクルのお終いでなく、ピストンの 上死点の近くで完了する。

Ｃ，１，直接噴射エンジンにおけるディーゼル燃料の着火全ての作動段階におい てノックの無い化学量論に狭い範囲で、燃料チャージの効率的で迅速な完全燃焼 が可能となる。低温低圧における燃料チャージのクリーンな燃焼により、好まし くない排出物の量が減り、出力の損失も無く経済性を向上することが出来る。

［図面の簡単な説明コ 第１図は、本発明の１つの実施例による、圧縮着火内燃機関の燃焼室の縦断面図 、 第２図は、第１図の実施例による、反応室を持つピストン・クラウンの部分拡大 断面図、 第３図は、第２図を更に拡大して示す斜視図、第４図は、Ｃ，１，エンジンに用 いられる本発明の１つの第６（ａ−ｅ）図は、直接噴射エンジンのピストンクラ ウン区域における本発明の各種の実施例を示す模式図、第７図は、Ｓ、１．エン ジンの場合の本発明の実施例を第の実施例のピストン・クラウン区域を第４及び ５図と同様にそれぞれ模式図的に示す平面図、である。

エンジン）１０の断面が模式図的に示されており、シリンダー１２が往復動作を する往復ピストン１４を持ち、これが、ピストンピン１８によってピストン１４ に取り付けられた接続ロッドＩ６を介して１つの出力クランクシャフト（図示無 し）に接続されている。シリンダー１２の上端部がシリンダーヘッド２０によっ て閉ざされ、ピストンＩ４の上端部とヘッド２０との間に燃焼室の隙間容積部分 Ｖｃが設けられる。

一般的な吸入及び排出弁２２．２４が吸入及び排出ポート２６、２８と燃焼室３ ０との間の連絡を行う。この弁２２．２４は、内燃機関技術で一般的に用いられ る適宜のシステムによって作動する。これは内燃機関の専門技術者が良く知って いる弁駆動技術で、弁２２．２４を同調して開閉し、少なくとも空気を空気クリ ーナーＡを経て燃焼室に吸入し、燃焼サイクルの吸入ポート２６を経ての吸入及 び圧縮期にこれを圧縮し、閉ざされた燃焼室の中で１チヤージの燃焼膨張を行い 、この燃焼生成物を排出ポート２８を介して、燃焼サイクルの中の排出期に排出 する。代表的には、燃料は燃焼室に直接噴射されるが、Ｓ、１．エンジンにおい ては、後に説明するごとく、空気で吸入することが出来る。

第１〜６図に示すＣ，Ｉ、エンジンの実施例においては、チャージの燃料部分が 、直接燃料噴射ノズル３２によって燃焼室３０に噴射され、この噴射ノズルが、 制御モジュール４０を介したアクセルペダル３８の制御の下で、インジェクター 圧送システム３６を介して供給ソース３４から燃料を受け、燃焼サイクルの圧縮 期の間ピストンが上死点ＴＤＣに近付いたとき、噴に行われ、普通、ピストンの 上死点ＴＤＣ期に亘って続けらは、核を各燃焼サイクルのチャージに十分な量を 信頼性をもって供給し、Ｃ，１，及びＳ、１．エンジンに用いられる燃料の着火 及び燃焼特性を確実に改善するために、簡単なシステムを提供する点で欠けると ころがある。核のソース自体が燃焼室の区域の中に含まれている場合、Ｉ、Ｃ。

エンジンに送られるチャージに、各燃焼サイクルにおいて適当な量の核を種付け することが特に難しい。従って、本発明においては、主燃焼室に繋がる反応室を 用い、ここで、チャージの燃料と空気とが部分的酸化反応を行い、燃料粒の核を 作り、又、高い核密度を保ち、次に続く燃焼サイクルのチャージに結果的に種付 けを行う、ことが提唱されている。克服すべき問題点は、各燃焼サイクルの排出 胴の先まで十分な核を保有し、次に続くチャージが適切且つ確実に種付けされ、 燃料に所望の着火及び燃焼特性を与える、点である。本発明により、ある臨界的 寸法のオリフィスによって、反応室を主燃焼室がら分離し、全てのエンジンがス ピード運転をしている間、エンジンの反応室と燃焼室との間に圧縮可能のガスの チョークされた流れ条件を作り出すようにする。これによって、反応室の中の圧 力の変動と、主燃焼室の中の圧力の変動との間に、ある“ずれ”を作り出し、核 燃焼サイクルの膨張及び排出胴の先まで核が反応室の中に保ａされ、次に続くサ イクルの吸入及び圧縮期の間にチャージの種付けに使うことが出来るようにする 。

各チャージの核の種例けから生ずる利益の中には、前述したごとく、低セタン価 の燃料の着火特性の改善による、Ｃ，Ｉ−エンジンのディーゼル燃料の燃焼の間 に発生する煙の減少と、Ｓ、Ｉ、エンジンのガソリン燃料のノックフリーの燃焼 と、が含まれる。煙の減少は、噴射されたチャージの全ての部分、特に、普通燃 焼の行われない極く狭い区域、をより効率的に着火することによって達成され、 又、煙の減少は、未燃焼の炭化水素及び−酸化炭素の減少によって達成される。

ノックフリーの燃焼は、全チャージに着火点の種付けを行うことによって達成さ れ、エンドガスの反応を無くし、普通のチャージよりも狭い迅速な完全燃焼を促 進する。

本発明による第１〜６図の実施例においては、ピストン１４がそのクラウン区域 に１つの四部４２を持ち、これを燃焼室３０の実質部分容積ＶＡで示すことにす る。ここで、容積ＶＡは、（ピストン１４が上死点ＴＤＣにあるときの燃焼室３ ０の中の全隙間容積ＶＣ）から（反応室４４の容積ＶＢ（スロット及び別のオリ フィス部分を含む））を引いたものである。燃料インジェクター３２が、燃料を 噴霧状に四部４２に噴射するために設けられ、従って、自然発火の開始点近くで は、燃焼室容積ＶＡに噴射された各チャージの燃料の大部分がこの四部４２に入 っている。

ヘッド２０によって形成されるシリンダー１２の閉鎖端部の形状は第１図に示す しのから別の形に変えることが出来る。例えば、第１図ではアーチ又はドーム状 の燃焼室が示されているが、燃焼室の上端部を比較的平らに又は僅かにアーチ状 にして、凹部４２の容積が燃焼室の容積ＶＡの大部分を占めるようにすることが 出来る。

本発明の重要な特徴は、全体的にトロイダルの又は部分的にトロイダルの形状を 持つ反応室を設ける点で、これがピストン１４のクラウン区域の凹部４２の縁の 回りを全体的に又は部分的に囲んでいる。反応室４４が凹部４２と、連続したス ロットオリイス４６を介（７て、又オプションとして、１つ以上の別の補助オリ フィス４８を介１．．で連絡している。

第１図に示す反応室４４は完全にトロイダルで、四部４２の縁の回りの全円周に 亘って延びているが、実施例によっては、反応室４４が円周に沿って延びる範囲 を限定Ｉ２、ピストンのクラウンの回りに部分的に延びるか、又は四部４２の縁 の回りに間隔を持って分離した室と■７て設ける方が良い場合がある。

例えば、第４図に示すごとく、反応室４４を、凹部４２の縁の回りに間隔を持っ た４つの別々の容積部分として設け、各容積部分が、実質的に同じか又は異なっ た断面形状と、同じか又は異なった連続スロットと、及び別に離れたオリフィス 形状部分と、を持つようにすることが出来る。反応室の位置の選択と、これと同 時に、各種の、スロット及び別のオリフィスの寸法及び位置、反応室の容積、オ リフィスの長さ、断面積、及びその他の諸々の寸法形状の中からの選択、とにつ いて以下に詳しく説明する。

第１図にその全体を、又第２，３図に詳細を示した実施例において、関応室４４ が容積ＶＢ　（オリフィス４６．４８の容積を含む）を持ち、観察の結果、ＶＡ とＶＢとの間の関係が多くのエンジン形態において重要であることが判った。代 表的自動車及びトラックのエンジンにおいて、現時点においては、ＶＡとＶＢと が次の関係式を満足する場合、本発明か最も良く具体化されると考える、即ち、 ＶＢ　／ＶＡ　＝０．０２０〜０．２００　（１）室４４の１側の接線上にスロ ットオリフィス４６が設けられ、人、ってくる流体が反応室４４中で第２図に矢 印で示すごとく渦巻き状にスピンする、即ちスワールする。従って、室４４の中 に向かって人、ってくる流体の流れが既に入っている流体の一部を室の中に保持 するような方向に渦を巻く。特に、このスピンの方向が、入り口のスロットオリ フィス４６を通って回転しでいる流体の流れを、入ってくる流体と平行に且つ同 じ方向にスイープ即ち押し流し、従って、室４４の中で回転する流体が入ってく る流体ど合体し、ガス全体が十分に混合され、このガスがその遠心力で室４４の 内壁に密接に接触１２、ピストンクラウンとスワールする流体との間で良好な熱 移動が行われる。

別の小さなオリフィス４８は直接噴射を行うＣ，１，エンジンの場合のみに用い られ、好ましくは、第３図に示すごとく室４４とその直径方向で連絡するか、又 はスロットオリフィス４６と同様に接線方向から室４４に入り（第２図）、この 別のオリフィスを介して室４４に入ったガス又は液体にスワール即ちスピン動作 をさせるような形状にする。スロットオリフィス４６を、ガスの流入との関連で 説明したが、噴射燃料の液体部分も又、燃焼サイクルの圧縮期にスロット４６を 介して室４４の中に向かう流体の流れの中に伴われていやことは言うまでもない 。

以上の試験結果から、反応室４４は凹部４２の縁に隣接して配置すべきで、イン ジェクター３２によって噴射された燃料の大部分が液体の形でスロットオリフィ ス４６に実質的に直接到着し、これによって、未反応の燃料チャージの一部分が 各燃焼サイクルの圧縮期に反応室４４に確実に入るようにする、ことが非常に好 ましいことが観察された。更に、スロットオリフィス４６は、燃焼室の形状によ っては、凹部４２の上よりは下に近い所に設け、反応室を利用するようにした方 が良いことも観察された。好ましくは、オリフィス４６を凹部４２の垂直高さの 下半分の中に設けた方が良い。これは、本発明から得られる結果がこの区域で最 も良く達成されることが実験的に観察されたからである。

更に、上記別のオリフィス４８がチャンネルを介して反応室４４と連絡する円形 のオリフィスを構成し、このチャンネルが水平に対しである角度で傾斜し、この 角度がインジェクター３２からの液体燃料の衝突角度に相当するようにする。こ のオリフィス４８の直径及び傾斜角度は、好ましくは、インジェクター３２から オリフィス４８に衝突する液体燃料のある制御された量が室４４の中に運び込ま れるような値にする。

本発明の全ての実施例において、スロットオリフィス４６が、燃焼室３０の中を 前進してくる燃焼フレームのフロント即ち先端部が、室４４に達する前に、効果 的にクエンチ即ち急冷されるような、長さＬをもって形成される。。スロットオ リフィス４６の長さは、燃焼サイクルの間の燃焼室３０の中の最高温度Ｔと最大 圧力Ｐとの間の関係が、次に掲げる式を満足するようにして選択される、即ち、 Ｌ　ＣＣ（ｋ）　Ｔ１／２／Ｐ　（２）ここで、 Ｌ＝凹部４２と反応室４４との間の連続したスロットオリフィスの長さ、 ｋ＝定数、 Ｔ＝燃焼室の最高温度、 Ｐ＝燃焼室の最大圧力。

本発明の全ての実施例において重要なことは、連続スロットオリフィス４６の断 面積（スロットの円周長さＬｃとスロット高さｈとによって形成される部分）が 、エンジンの全ての作動段階において、反応室４４と燃焼室３０との間のスロッ トオリフィスに跨がって、燃焼サイクルの圧縮期と、同サイクルの膨張／排出籾 とにおいて、あるチョークされた流れ条件が発生し、時間的遅れが燃焼室の及び 反応室の中の圧力変動の間に存在するようにする、点である。特に、公知のごと く、代表的スロットオリフィス４６における約０．５３の臨界圧力比と同じかそ れより小さい全ての圧力比（ＰＢ　／ＰＡ　）によって、古典的圧縮可能の流体 機構によるスロットオリフィスに、チョークされた流れ条件が得られる。従って 、燃焼サイクルの圧縮期において、燃焼室３０の中で圧力が増加し、スロットオ リフィス４６を介して反応室４４のＶＢに達しようとするガスが、加速されなが らスロットオリフィスを通過し、臨界圧力比約０．５３で、チョーク条件に達し 、この時、圧力比がスロットを越えて増加し、対応する通過流量が古典的流体理 論によって制限される。室４６の圧力が増加して、スロット４６における圧力比 が臨界チョーク条件以下に落ちる点に至るまで、この条件が続き、結局、燃焼室 ３０と反応室４４の間の圧力がスロットオリフィスを通る流れによって均等化さ れる。

本発明によれば、スロットオリフィス４６の断面部分が次のごとき寸法になって いる、即ち、エンジンの全ての作動速度（即ち全てのピストン速度）において、 各燃焼サイクルの少なくとも圧縮期及び少なくとも各サイクルの膨張／排出籾に 、スロットオリフィス４６に掛かる圧力差によって、チョーク条件が発生し、こ のサイクルの排出籾の完了に続く圧縮段階において核の供給が確実に行われる、 ような寸法になっている。

この様なチョーク条件を望む理由を以下の説明によって明らかにする。

注意すべき点は、スロットオリフィス４６に起こるチョーク条件は、又、全ての 別の小いさなオリフィス４８においても好ましく、又、スロットオリフィス４６ と別のオリフィス４８とが共に設けられた場合でも、燃焼室３０と反応室４４と の間の流れのチョーク条件がエンジンの実質的に全ての作動速度において周期的 に発生する、と言う点である。

好ましくは、０．０１０〜０．１００インチ（０，２５４〜２．５４ｍｍ）のス ロットオリフィス高さｈが代表的Ｃ，Ｉ−及びＳ、１．自動車及びトラックエン ジンに有効であることが見出だされた。大きな排気量のエンジンには、上述した チョーク条件が得られる限りにおいて、大きなスロット高さｈを使用する必要が ある。スロット高さｈは重要な寸法で、エンジンによって、又ピストンによって 変化する。これは、核燃焼室の形状がスロット高さｈを“チューニング即ち調節 するために必要とする可変寸法を持ち、これにより、室４４の中及びこれからの 核の適切な生成、保有、及び流出を達成するために必要とするフレームのクエン チング及びチョーク流条件を作り出す。即ち、上述した式（１）及び（２）及び 後述する式（３）が、本発明を達成するために必要とする寸法及び機能の関係を 示し、全ての燃焼室の形状に対して、スロット高さｈを上述した寸法範囲内で選 択することが出来る。

冒頭に説明したごとく、本発明の主要な目的は、燃焼サイクルの間で、一部反応 した燃料粒の核を反応室内で生成し、部分的に保持し、室４４から凹部４２に十 分な量の核の流出を制御された状態で行い、次のチャージの調整を行い、これに より、例えばＣ，１，エンジンにおいては、エンジンの各燃焼サイクルにおいて 、煙の無い燃焼の信頼性のある且つ一貫した開始を行い、Ｓ、１．エンジンにお いては、へｙクフリーの燃焼を達成する、ことである。

特に、本発明によれば、反応室からの核の流出量、同室内における核の生成率、 燃焼室から同室への核の流入率、及び反応室に保有される核の割合、が次の式に 従っている、即ち、Ｒｏｕｔ　＝Ｒｇｅｎ、　＋Ｒｉｎ−Ｒｒｅｌ、≧Ｒｃｒｉ ｔ、　（３）ここで、 Ｒｏｕｔ　−反応室からピストンの四部に排出される核の数量、 Ｒｇｅｎ、−反応室において各核燃焼サイクルの間に生成される核の数」、 Ｒａｎ　＝種付はチャージの圧縮期に燃焼室から反応室に戻る種付は核の数量、 Ｒｒｔｌ　−各燃焼サイクルにおいて反応室に残る核の数量、Ｒｅｍ１ｔ、＝各 燃焼サイクルの間、燃焼室のチャージを確実に種付けし、当該エンジンのチャー ジの予め選定された着火及び燃焼特性を得るために必要とする、反応室内の燃焼 核の最小数量、を示す。

心に留めて五くべきことは、Ｃ，Ｉ、エンジンに対する本発明の総合的目的は、 燃焼核の有効濃度即ち数量が燃焼室に、特にピストンの四部４２に存在するよう に入ってくるチャージの種付けを竹い、これによって、正常な圧縮比において、 低セタン価の燃料を含む燃料チャージの着火の開始が予想し得る信頼性をもって 発生するようにすることである。勿論、圧力及び温度条件を含む、着火開始のた めの環境条件が、適当な圧縮比、構造材料、及び冷却システム、を選択すること によって燃焼室に存在するものとする。然し、本発明の利点は、信頼度の高い確 実な着火が、チャージを核で種イ」けすることにより、低セタン価のものを含む 各種の燃料で達成されることである。

上述した式（３）は、各燃焼サイクルに対する核の生成及び入ってくるチャージ の種付けか、主燃焼室３０における燃焼を確実且つ迅速に開始させるために必要 とする率、及び又は、Ｓ、Ｉ、エンジンにおいてはガソリン燃料のノックフリー の燃焼を行うために必要とする率に等しいか、又はこれより多くなければならな いと言うことを示している。勿論、室４４における核の生成絶対量は、使用燃料 、圧縮比、作動条件、及び核エンジンの作動に関するその他の変数、によってエ ンジンごとに変化する。然しなから、燃焼室におけるチャージの適切な条件付け （即ち種付け）を行い、Ｃ，！、エンジンにおいては確実で信頼性のある瞬間着 火を得、又Ｓ　、■、エンジンにおいてはタックフリーの燃焼を得るために、室 ４４における核の生成率（ＲＣｒｉｆ、　）が幾らであればよいか、と言うこと は、ここに説明する法則を用い経験的に決定することが出来る。

式（３）から、（室４４内で生成される核のｊｉ）　＋（現在圧縮を行っている チャージによって同室に還流する核の数）−（燃焼サイクルの間、室４４の中に 残る核のりが、連続したスロットオリフィス４６及び若し何るならば別のオリフ ィス４８を介（３て排出するために室４４内に必要とする核の臨界量に等しいか 又はそれより多くなければならない、と言うことが分かる。この排出は、燃焼室 ３０の圧力が反応室４４の圧力以下に落ちる燃焼サイクルの膨張期にスタートす るチョークフロー条件の下で実質的に起こる。この場合、連続スロットと別のオ リフィス４６．４８との間に臨界圧力比が存在する。このことによって、室４４ からの核の排出が燃焼サイクルの膨張及び排出期を通じて継続し、次に続くチャ ージを含む燃焼サイクルの吸入及び好ましくは圧縮期にまで続く。これによって 、部分な量の核か燃焼室３０に供給され、Ｃ，１，及びＳ、１．エンジンで圧縮 を行うチャージの好ましい着火及び燃焼特性が得られる。圧縮を行っているチャ ージが、そのサイクルの圧縮期の遅くまでチャージの燃料部分を受け取らない場 合、例えば、燃料が燃焼室に直接噴射される場合、吸入及び圧縮期の初期のチャ ージの空気部分の核の種付けによって所望の結果か得られる。これは、燃料を噴 射するその時、所望の核の数か燃焼域に存在するからである。

プレフレーム即ち冷たいフレーム反応の結果作り出される燃焼核（即ち“ブレ燃 焼′核）は、入ってくるチャージを種付けし、本発明の目的とする良好な信頼性 のある着火及び燃焼特性を得るために重要である。燃焼に続き、燃焼サイクルの 次の排出期にまで残る各種の燃料の酸化反応生成物は、燃料チャージを調節し信 頼性があり且つ制御可能の着火点を得るために余り主要でない。従って、本発明 で重要なことは、上述した式（３）により、上記プレ燃焼核が生成され、保存さ れ、制御可能に燃焼室に供給されることである。十分な量の核か生成され、核燃 焼サイクルに燃焼域で使うことが出来、全てのエンジンのチャージに対して所望 の着火及び又は燃焼特性が確実に得やれなりればならない。これが、本発明によ り、反応室４４をピストンの凹部４２に隣接して設け、これをピストン四部の下 の部分と連絡し、チョークフロー条件が連絡スロット及びオリフィス４８の間に 発生するごとくにし、大量のプレ燃焼燃料核を保有すると共に、制御された状態 で次の燃焼サイクルにおいて、燃焼域に臨界量の核を供給する、ことによって達 成される。

連続したスロットオリフィスを四部４２の下半分の中に設けることの重要性が実 験的に確かめられたが、連続スロットオリフィス４６と凹部４２の底５０との間 の距離ｊが多くのエンジン形状にとって重要で、この場合、温度の影響、乱流、 及びこれに類する燃焼に影響のある因子、を考慮にいれる必要がある。同様に、 四部４２の底５０の形状は、核と入ってくるチャージとの確実な混合を行うため に、エンジンによって皆異なる。

Ｃ，Ｉ、エンジン（直接噴射）の連続スロットオリフィスの各種の形状か第６（ ａ−ｅ）図に示されているが、これらは単なる１例であって、各側かそれぞれ、 核の生成、反応室への燃料の次の燃焼サイクルのための核の送り出し、に関して 、それ特有の効果を持っている。

第６（ａ）及び６（ｂ）図に示すごとく、ここでは第１〜５図と同じ参照符号が 用いられているが、シールド突起５２（ａ）及び５２　（ｂ）がスロットオリフ ィス４６の人「］の下又は上に設けられ、反応室４４に入ってくる液体燃料を制 御し、又、そのエンジン固有の条件によって、スロットオリフィス４６への入口 を保護又は長＜　Ｌ、、式（３）の条件が確実に満足されるようにする。注意す べき点は７．第６（ａ）及び６（ｂ）図においては、四部４２の底が若−ト違っ た形で描かれており、それぞれの燃焼室の形状によって、スロットオリフィス４ ６との関係高さを若干高くし７たり低くすることが出来る。同様に、燃料インジ ェクター３２によって噴射される噴射パターンを含む特定のエンジンに対する式 （３）の条件によって、スロットオリフィスを凹部４２の中に高く又は低く設け ることが出来る。

第６（ｃ−ｅ）図においては、色々な方向及び位置に設けられたスロツオリフィ ス４６が示されており、各種エンジンにおける、反応室４４とこれに繋がるスロ ットオリフィス４６との位置関係の調節方法を示す。勿論、第６（ａ−ｅ）図に 示した各実施例はＳ、１．エンジンにも用いることが出来る。

燃焼サイクルの間における燃料核の四部４２への排出を管理するためにも、又、 反応室４４に入る燃料の量のより良い制御を行うためにも、連続したスロットオ リフィス４６の方が、独立した一連の小いさなオリフィス４８よりも好ましい。

即ち、観１ｆＪｊシた実験結果からすると、連続したスロットオリフィス４６が 望ましく又好ましく思われ、小いさな補助オリフィス４８は、各エンジンの形状 に応じて設け、式（３）の条件を満たすように使うのが好ましい。

反応室４４の特性、即ち室を形成するピストンクラウン構造　。

体の表面材料、及び熱伝導度と、室の形状寸法とはすべて、そのエンジン及び燃 焼室の形状に対して最も好ましい状態にすべきである。本発明を実施する上で重 要なことは、燃料の部分酸化反応プロセスの最適化であって、この燃料は、普通 、液体の炭化水素であり、ディーゼル油から、はぼ１０を越えないセタン価を持 つメタノールの如き低セタン価燃料、及びガソリンに及んでいる。室４４内にお ける明らかに迅速な化学反応を、反応室の形状寸法及び材料の選択、及びもし有 れば付帯するオリイスの選択によって促進しなければならない。

例えば、反応室４４の表面の、カーボンコーティングを含む触媒的コーティング を利用し、エンジンの燃焼室に入ってくる燃料の部分酸化反応を促進し、そのエ ンジンの室４４内における核の迅速生成を促進することが出来る。

第１図に示す実施例においては、反応室４４が、ピストン本体１４とは別の部品 として作られたクラウンセグメント５４によって形成されている。このクラウン セグメント５４がピストン■４に例えばファスナー５６によって固定されている 。これにょ作り、クラウンセグメント５４の熱的特性を有利に制御し、本発明を 行うようにすることが出来る。更に、クラウンセグメント５４を別の部品として 形成するので、室４４の製造及び又はコーティングが容易になる利点を得ること が出来る。然し、この実施例は単に例として説明したものであって、本発明の特 徴を限定するものではない。例えば、このクラウン５４を第、　７図に示すごと く一体のものにすることも出来る。

第７〜１０図はＳ、Ｉ、エンジンにおける本発明の実施例を示し、その全体が参 照符号１００で示されている。エンジン１００は、エンジン１０と同様に、シリ ンダー１１２を含み、これが、往復動作をするピストン１１４を含み、これが、 リストピストン即ちピストンピン１１８によってピストン１１４に取り付けられ た接続ロッド１１６を介して、出力クランクシャフト（図示無し）に接続されて いる。シリンダー１１２の上端部がシリンダーヘッド１２０によって閉ざされ、 ピストンの上端部とこのヘッド１２０との間に、燃焼室の隙間容積Ｖｃを形成す る。

吸入及び排出弁１２２．１２４が吸入及び排出ポー）　１２６．１２８と、燃焼 室１３０との間の連絡をそれぞれ行う。弁１２２．１２４は内燃機関技術で一般 的に用いられる任意のシステムによって作動する。

第７〜１０図に示したＳ、Ｉ、エンジンの実施例においては、空気と燃料とがキ ャブレター１２７を介して吸入され、このキャブレターが、手動のスロットル１ ２９で制御するスロットルバルブ（図示無し）を持つ。燃料供給源Ｆから供給さ れた燃料がポンプ及び燃料配管１３１を介してキャブレター１２７に運ばれる。

好ましくは、吸入クリーナー１３５及びダクト１３７を経て吸入弁！２２に隣接 する吸入マニホルド１３９の中に空気を入れる二次空気弁１３３を用いることに よって、各チャージが燃焼室１３０内で成層化される（ｓｆｒａｊｉｆｉｅｄ） 　、二次空気弁１３３は単純なフラッパー弁でよく、これが、各吸入時の終りに 向かって、吸入弁１２２の直ぐ上手の吸入ポート１２６に空気を通し、弁が閉じ たとき吸入弁１２２の上手に非常にリーンな（ｌｅａｎ）混合物を作るごとくに する。次の吸入の時にこの弁を開くと、燃料で富加された部分がキャブレター１ ２７を介して室に到着する前に、非常にリーンな混合物が燃焼室３０に吸い込ま れる。

この様にして、燃焼室１３０内におけるチャージの成層化が達成される。この場 合、圧縮ストロークの終末において、比較的リーンなチャージが燃焼室１３０の 底近くに這い、一方、チャージの比較的リッチな部分が着火栓１４３の着火点１ ４１近くに横たわる。

Ｓ、１．エンジン１００の作動サイクルには、公知のごとく一般的に、吸入、圧 縮、燃焼、膨張、及び排出の各期が含まれる。４ストロークφサイクルにおいて は、ピストン１１４の下向きの動作が燃料空気の１チヤ一ジ分を吸入弁１２２を 介して吸入し、一方、ピストン１１４の次の上向きのストロークが燃焼室１３０ 内でこのチャージを圧縮する。このチャージが着火栓１４３のスパークで着火し 、燃焼室内の反応チャージが燃焼膨張し、ピストン１１４を下向きに押し、接続 ロッド１１６を介して回転出力エネルギーを作り出す。ピストン１１４の次の上 向きのストロークが燃焼消費物を排出弁１２４及び排出ポート１２８を介して排 出する。次の燃焼サイクルが新たに始まる。

ピストン１１４がそのクラウンの部分に１つの凹部１４２を持ち、これが燃焼室 ３０の容積ＶＣの実質的部分を現す。この場合、ＶＣは第１図に示した発明の実 施例のとき説明した容積ＶＡに相当し、又ピストン１１４のクラウンの部分に隣 接して反応室１４４があり、第１図の反応室４４に該当する。反応室１４４が凹 部１４２と連続スロットオリフィス＋４６を介して連絡し、これが第１図の実施 例と実質的に同じ形状を持ち、全てのエンジン作動速度において、チョークフロ ー条件を持っている。従って、上述した式（１）〜（３）が全てこの反応室１４ ４及びスロットオリフィス１４６に適用され、室１４４への、及びからの流れが 、燃焼サイクルの少なくとも圧縮、膨張、及び排出期にチョークされる。又、反 応室１４４が、その断面に関する限り、第１図と同じ形をしており、このため、 スロットオリフィス１４６を介して室１４４に入る流体混合物の渦巻き状スワー ル現象が起こり、反応室１４４の側壁との緊密な熱接触が促進される。

第８図に更に詳細に示すごとく、スロットオリフィス１４６が四部１４６の底に 向かって配置され、ここには１チヤージのエンドガスが位置し、ここに線１４９ で示す燃焼ガスフロントが最後に到着する。観測結果によると、Ｓ、Ｉ、エンジ ンに対し７ては、各チャージの迅速でクリーンな燃焼がチャージを核で種付けす ることによって達成され、この場合、多数の着火中心がチャージ全体を通じて行 われ、燃焼フレームが最後に到着するエンドガスの急激な爆発反応の起こること なしに、燃料の非常に迅速な燃焼が促進される。従ってこの核の種付けにより、 燃焼の最終域での急激な圧力及び温度の上昇が防がれ、燃焼ノックが避けられる 。全てのナヤージがエンドガスを急め核で種付けされるので、チャージ全体が瞬 間的に反応を開始し７、スパーク着火栓１４３によってチャージの着火が行われ 、大量の未燃焼燃料を含むエンドガスが、各燃焼の終りに向かって燃焼室の中に 残ることが無い。

式（２）により、燃焼フレームの先端か室１４４に入る前に急冷され、反応室の 中でフレームの燃焼が起きることが無く、又、式（３）により、適量供給された 室１４４の中で作られた核を各圧縮期の初めに使うことが出来る。即ち、各燃焼 サイクルの間に、最小数の核が燃焼室の中のチャージに与えられ、チャージの予 め選択された燃焼特性が、即ち、ノックの無い燃料の完全にクリーンな燃焼が得 られる。更に、核の種付けによって、顕著なパワー損失及びノック無しに、非常 にクリーンなチャージの燃焼が行われる。

第９及び１０図に、ピストン１１４の別の実施例の平面図が示されており、第９ 図には、反応室１５１が凹部１４２の縁の回りに不連続にその円周に沿って示さ れている。第１０図においては、反応室１５３が連続して円周に沿って配置され ている。

勿論、エンジンによって別の実施例を考えることができ、この場合、式（１）〜 （３）の関係が成立し、これを維持することが出来る。

第７〜１０図に示すＳ、１．エンジンにおいては、第１図の別のオリフィス４８ に該当するオリフィスは一般的に不必要である。これは、液体燃料の直接着火が 代表的なＳ、１．エンジンには含まれているからである。然Ｌ７、ガソリン燃料 の直接着火が含まれている場合は、オリ２−ｆス４８に相当する別のオリフィス を、第７図の実施例のピストンの凹部１４２に設けた方が良い。

第７図の実施例においては、ピストン１１４のクラウンが、第１図に示す分離部 品としてでは無く、ビス）−ン本体と一体に作られている。但し、このクラウン は、必要ならば第１図と同様に、２ピースの集合体にすることが出来る。

実験的観察により、２９：１以下の空燃比のガソリン燃料の完全燃焼が、約８： １の圧縮比で、７ノツク無し２に又顕著なパワーロス無しに、達成されることが 決定された。この結果は、各チャージに十分な核の種（１けを行い、燃焼室のな かのフレームフロントが前進し近付いた時のエンドガスの自然燃焼を避け、ノッ クフリーの燃焼が化学量論的比より可なり低い空燃比で確実に行われることによ るものと思われる。

以上の実施例は説明のために例示したものであって、本発明の請求の範囲を限定 するものではなく、以下に本発明の特許請求の範囲を示す。

ＦＩＧ、９　ＦＩＧ、１０ 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ピストンが往復動作をする内燃機関のピストンで、周期的に燃料及び空気が 供給される端部の閉じたシリンダーの中で往復動作をするピストンによって形成 される容積の変化する燃焼室の中で燃焼サイクルが行われ、又上記サイクルが吸 入、圧縮、燃焼、膨脹、及び排出の各期を含み、又、ピストンクラウンが凹部を 持ち、上記燃焼室の容積が最小のとき、この中に１チャージの大部分を実質的に その中に収容することが出来る、ものにおいて、 上記ピストンが、上記ピストンクラウンの区域に上記凹部の縁に隣接して設けら れ且つ上記凹部の縁に沿って少なくとも部分的に延びる全体的にトロイダル形の 反応室と、上記凹部と上記反応室との間を連絡する連続したスロットオリフィス とを含み、上記反応室及び上記スロットオリフィスの形状及び寸法が、各燃焼サ イクルの圧縮期において、チャージの一部分が上記反応室に上記スロットオリフ ィスを介して接線方向から入れられ、上記チャージのガスの部分の流れが実質的 に全圧縮期を通じてチョークされ；反応室に入った流体が上記反応室の側壁に密 接に接触しながら渦巻き状にスワールし、入ってくるチャージに熱伝達を行い、 その部分的酸化反応により、燃料の核の種を作り出し；燃焼室から上記反応室に 近付くフレームフロント即ち炎の先端が急冷され；各燃焼サイクルの間上記スロ ットオリフィスを介して、上記反応室から上記燃焼室への上記核を持った圧縮ガ スの外向きの流れが、各燃焼サイクルの少なくとも膨脹及び排出の各期の間チョ ークされ；次に、燃料の上記核が、燃焼サイクルの上記燃焼、膨脹、及び排出の 各期の間、上記反応室の中で作られ且つその中に一時的に保有され、上記排出期 の終結に続いて、次に続く燃焼サイクルの圧縮期に少なくとも先立って、上記ピ ストンの凹部の中に十分な量排出され、燃焼室において次に続くチャージが予め 決められた着火及び燃焼特性を得るごとくに調節される、 ことを特徴とする内燃機関のピストン。 ２．上記ピストンの凹部及び上記反応室に上記スロットオリフィスを介して液体 燃料を直接噴射するごとくに設けられた燃料インジェクタを含む、請求項１記載 のピストン。 ３．上記燃焼室と上記反応室との間を連絡するごとくに設けられた少なくとも１ つの別の補助オリフィスを含み、この場合、上記燃料インジェクタが、各燃焼サ イクルの間、上記別のオリフィスを介して、燃料の一部を直接上記反応室の中に 噴射するごとくに設けられ、上記別のオリフィスの寸法形状が、上記燃焼室から 上記反応室に近付くフレームを急冷し、各燃焼サイクルの膨脹、排出、及び圧縮 の各期において、上記反応室から上記燃焼室に向かう核を持ったガスの上記のチ ョークされた流れを得る、ごとくに設けられる、請求項２記載のピストン。 ４．上記スロットオリフィスが上記ピストンの凹部の下半分に設けられている、 請求項１から３のいずれか１つに記載のピストン。 ５．上記燃料インジェクターと上記スロットオリフィスとの間に設けられた、上 記スロットオリフィスの上に懸架する突起を含む、請求項２記載のピストン。 ６．上記スロットオリフィスの入口の下に設けられ、且つ上記燃料インジェクタ と上記ピストンの凹部の底との間に設けられた懸架する突起を含む、請求項２記 載のピストン。 ７．上記少なくとも１つの別の補助オリフィスと上記反応室との間の連絡を行う 傾斜したチャンネルを含み、上記チャンネルの傾斜角度が、上記燃料を上記燃料 インジェクタから噴射する角度に該当する、請求項３記載のピストン。 ８．チャージ入口弁と、上記入口弁の上流のチャージ準備手段と、及び、上記燃 焼室の中のスパーク着火手段と、を含む、請求項１記載のピストン。 ９．上記チャージが吸入され、各チャージを燃焼室の中で成層し、各圧縮期の終 りに、混合物がピストンよりもスパーク着火手段の近くにより多くあるごとくに する手段を含む、請求項８記載のピストン。 １０．各燃焼サイクルの間、下記の式により反応室の中で核の種の生成を行う手 段を含む、即ち、Ｒｏｕｌ＝Ｒｇｅｎ．＋Ｒｉｎ−Ｒｒｅｔ．≧Ｒｅｒｉｔ．こ の場合、 Ｒｏｕｌ＝反応室からピストン凹部に排出される燃焼核の数量、 Ｒｇｅｎ＝各反応室の中で生成される燃焼核の数量、Ｒｉｎ＝種付けされたチャ ージを圧縮している間、燃焼室から反応室に戻る種付けされた核の数量、Ｒｒｅ ｔ．＝各燃焼サイクルにおいて反応室に保有される核の数量、 Ｒｃｒｉｔ．＝各燃焼サイクルにおいて、燃焼室の中の１チャージを種付けし、 チャージの予め選択された着火及び燃焼特性を得るのに必要とする、反応室の中 の燃焼核の理論的最低数量、である、 請求項１から８のいずれか１つに記載のピストン。 １１．所望の上記予め選択された着火特性が、各燃焼サイクルの間、予想し得る 理論時間でのチャージの圧縮着火を含む、請求項１０記載のピストン。 １２．上記スロットオリフィスが０．０１０〜０．１００インチ（０．２５４〜 ２．５４ｍｍ）の断面高さと、下記の式により燃焼室の中の最高温度及び最大圧 力に関係する半径方向の長さと、を持ち、上記式が、 Ｌｃｃ（ｋ）Ｔ１／２／Ｐ ここで、Ｌ＝スロットの半径方向の長さ、ｋ＝定数、 Ｔ＝最高燃焼温度、 Ｐ＝最大燃焼圧力、 であり、この場合、上記急冷及びチョーク流条件が最も好ましい、 請求項１記載のピストン。 １３．反応室の容積（ＶＢ）と燃焼室の容積（ＶＡ）との関係が下記の式によっ ている、即ち、 ＶＢ／ＶＡ＝０．０２〜０．２００ この場合の、ＶＡ＝（ピストンＴＤＣの燃焼室の全隙間）−ＶＢ、である、 請求項１記載のピストン。 １４．空気を吸入し往復動作を行うピストン型内燃機関の燃焼室の中のチャージ を核で種付けする方法で、上記機関が、そのクラウンの部分に凹部を持つピスト ンと、燃料を上記燃焼室に供給し、吸入、圧縮、燃焼、膨脹、及び排出の各期を 行うごとくに設けられた燃料供給システムと、を含む、方法において、 上記ピストンのクラウンの部分に、上記凹部の縁に隣接し、上記凹部の外周に沿 って少なくとも部分的に伸びる、全体的にトロイダル形の反応室を設け； 上記反応室に、上記室の１側且つ湾曲した内壁に向かって接線方向に伸びる連続 したスロットオリフィスを設け、ピストンの各圧縮期の間、流体が上記反応室に 上記凹部から流れ込むとき、渦巻き状の流れを上記反応室に起こさせ、上記渦巻 き状の流れが上記流体を上記反応室の中に保持するごとくにし； 上記スロットオリフィスの寸法、形状、及び位置を選択し、燃焼室からの燃焼フ レームが上記反応室の中に入り込む前に上記スロットオリフィスによって急冷さ れ、又、上記凹部から上記反応室へ、及びその逆に流入、流出する流れが、各燃 焼サイクルの膨脹、排出、及び圧縮の各期の間、上記スロットオリフィスに存在 する差圧条件によって、チョークされ、これにより、反応室内の圧力の変動が燃 焼室内の圧力の変動より常に遅れ、又、燃焼期に反応室の中に生成された核が燃 焼サイクルの燃焼、膨脹、及び排出期の間、上記反応室に一部残り、次に続く燃 焼サイクルの圧縮期の開始時点近くに上記凹部の中に一部放出されるごとくにし ；各サイクルの燃料の少なくとも一部分を、空気と共に上記反応室の中に差し向 け、一方、この混合物が室の側壁と密接に接触しながら渦巻き状にスワールする ごとくにし、上記反応室の中で生成された核の一部分を、上記のチョークされた 流出条件の下で、上記凹部の下半分の底の部分に排出する、ことによって、各燃 焼サイクルを行い；上記反応室内で核の生成を行い、反応室内での核の生成を次 の式によって行う、即ち、 Ｒｏｕｔ＝Ｒｇｅｎ．＋Ｒｉｎ−Ｒｒｅｔ．≧Ｒｃｒｉｔ．この場合、 Ｒｏｕｔ＝反応室からピストン凹部に排出される燃焼核の数量、 Ｒｇｅｎ．＝各反応室の中で生成される燃焼核の数量、Ｒｉｎ＝種付けされたチ ャージを圧縮している間、燃焼室から反応室に戻る種付けされた核の数量、Ｒｒ ｅｔ．＝各燃焼サイクルにおいて反応室に保有される核の数量、 Ｒｃｒｉｔ．＝各燃焼サイクルにおいて、燃焼室の中の１チャージを種付けし、 チャージの予め選択された着火及び燃焼特性を得るのに必要とする、反応室の中 の燃焼核の理論的最低数量、である、 以上の手順を含む、ピストン型内燃機関の燃焼室の中のチャージを核で種付けす る方法。 １５．燃料が液体としてピストンの凹部に直接噴射され、各燃焼サイクルの燃焼 期が圧縮着火によって始められ、又、予め選択される着火特性が各燃焼サイクル の確実で予言することの出来る着火のタイミングを含む、請求項１４記載の方法 。 １６．上記方法が、１８：１を越えない圧縮比で、メタノール燃料の圧縮着火を 用いて行われる、請求項１４記載の方法。 １７．ガソリン燃料が、１８−３０から１の間の空燃比で使用される、請求項１ ４記載の方法。