JPH05141248A - 希薄燃焼内燃機関 - Google Patents
希薄燃焼内燃機関Info
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- JPH05141248A JPH05141248A JP4123614A JP12361492A JPH05141248A JP H05141248 A JPH05141248 A JP H05141248A JP 4123614 A JP4123614 A JP 4123614A JP 12361492 A JP12361492 A JP 12361492A JP H05141248 A JPH05141248 A JP H05141248A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 燃焼室内での燃焼を改善した高性能の内燃機
関、ならびにそれに用いるピストンおよび点火プラグを
得る。 【構成】 火花点火機関および圧縮点火機関などの内燃
機関におけるピストン１の頂部に、オリフィス１４を介
してドーナツ状の空間９を形成する。これによって空間
の外部の主燃焼室において伝播してきた火炎面が前記空
間９に達した瞬間に、空間９内の燃料が燃焼し始め、オ
リフィス１４の働きによって、空間内の燃焼ガスの圧力
は主燃焼室の圧力を越え、したがって空間からの高圧力
の燃焼ガスが主燃焼室に噴出する。そのため主燃焼室内
に乱れをつくり、燃焼が改善される。したがって内燃機
関の熱効率と出力の向上が図られる。このような構成は
簡単であり、実現が容易である。
関、ならびにそれに用いるピストンおよび点火プラグを
得る。 【構成】 火花点火機関および圧縮点火機関などの内燃
機関におけるピストン１の頂部に、オリフィス１４を介
してドーナツ状の空間９を形成する。これによって空間
の外部の主燃焼室において伝播してきた火炎面が前記空
間９に達した瞬間に、空間９内の燃料が燃焼し始め、オ
リフィス１４の働きによって、空間内の燃焼ガスの圧力
は主燃焼室の圧力を越え、したがって空間からの高圧力
の燃焼ガスが主燃焼室に噴出する。そのため主燃焼室内
に乱れをつくり、燃焼が改善される。したがって内燃機
関の熱効率と出力の向上が図られる。このような構成は
簡単であり、実現が容易である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、火花点火機関または圧
縮点火機関などの内燃機関、ならびにそれに用いるピス
トンおよび点火プラグに関する。
縮点火機関などの内燃機関、ならびにそれに用いるピス
トンおよび点火プラグに関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の出力や熱効率を向上して高性
能とするために、或る先行技術では、燃焼行程の後期
に、燃焼室内に空気などの流体を噴射して燃焼を改善
し、また他の先行技術ではシリンダヘッドに小さなキャ
ビティ、すなわちエネルギーセルを形成している。
能とするために、或る先行技術では、燃焼行程の後期
に、燃焼室内に空気などの流体を噴射して燃焼を改善
し、また他の先行技術ではシリンダヘッドに小さなキャ
ビティ、すなわちエネルギーセルを形成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような各先行技術
では、構成が複雑になるわりには、燃焼があまり改善さ
れず、性能の向上を充分に図ることができない。
では、構成が複雑になるわりには、燃焼があまり改善さ
れず、性能の向上を充分に図ることができない。
【０００４】本発明の目的は、燃焼室内での燃焼を改善
して高性能の内燃機関を実現することができる内燃機
関、ならびにそれに用いるピストンおよび点火プラグを
提供することである。
して高性能の内燃機関を実現することができる内燃機
関、ならびにそれに用いるピストンおよび点火プラグを
提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、頂部に絞りを
介して空間が形成されたピストンを備えることを特徴と
する希薄燃焼内燃機関である。
介して空間が形成されたピストンを備えることを特徴と
する希薄燃焼内燃機関である。
【０００６】また本発明は、主燃焼室に臨んで設けられ
る点火プラグを備え、主燃焼室に希薄混合気を供給する
希薄燃焼内燃機関において、ピストンの頂部には、絞り
を介して空間が形成されており、点火プラグの近傍に高
濃度混合気を供給する手段を設け、点火プラグを点火し
て高濃度混合気および希薄混合気をこの順序で燃焼し、
希薄混合気の燃焼期間の後期に、前記空間から燃焼ガス
が主燃焼室に噴出されることを特徴とする希薄燃焼内燃
機関である。
る点火プラグを備え、主燃焼室に希薄混合気を供給する
希薄燃焼内燃機関において、ピストンの頂部には、絞り
を介して空間が形成されており、点火プラグの近傍に高
濃度混合気を供給する手段を設け、点火プラグを点火し
て高濃度混合気および希薄混合気をこの順序で燃焼し、
希薄混合気の燃焼期間の後期に、前記空間から燃焼ガス
が主燃焼室に噴出されることを特徴とする希薄燃焼内燃
機関である。
【０００７】また本発明は、ピストンの頂部に絞りを介
して空間を形成することを特徴とする内燃機関のピスト
ンである。
して空間を形成することを特徴とする内燃機関のピスト
ンである。
【０００８】また本発明は、中心電極と、その中心電極
の先端部のみを露出して中心電極を囲む電気絶縁体と、
中心電極の先端部に火花ギャップを介して配置される接
地電極と、中心電極と接地電極とを囲んで点火用空間を
形成し、透孔を有するカバーとを含み、カバー内の点火
用空間に高濃度混合気を供給する通路が形成され、前記
通路には、点火用空間に高濃度混合気を供給する逆止弁
が設けられることを特徴とする希薄燃焼内燃機関用点火
プラグである。
の先端部のみを露出して中心電極を囲む電気絶縁体と、
中心電極の先端部に火花ギャップを介して配置される接
地電極と、中心電極と接地電極とを囲んで点火用空間を
形成し、透孔を有するカバーとを含み、カバー内の点火
用空間に高濃度混合気を供給する通路が形成され、前記
通路には、点火用空間に高濃度混合気を供給する逆止弁
が設けられることを特徴とする希薄燃焼内燃機関用点火
プラグである。
【０００９】
【作用】本発明に従えば、内燃機関のピストンの頂部に
絞りを介して空間を形成する。これによってたとえば火
花点火機関では、点火後に伝播した火炎面が前記空間に
達した瞬間に、前記空間内の燃料が燃焼し始め、この空
間内で燃焼した燃焼ガスの圧力は増大し、空間外の主燃
焼室内の圧力を越え、高圧力の燃焼ガスが絞りを経て空
間の外の主燃焼室へ噴出する。こうして絞りから噴出す
る燃焼ガスは、主燃焼室内に乱れをつくり、燃焼速度を
速め、燃焼を改善する。これによって内燃機関の熱効率
と出力が上昇し、高性能となる。また、燃焼速度が速ま
ることにより、点火時期を遅らせることができるため、
ＮＯX や炭化水素ＨＣの発生を抑えることができる。圧
縮点火機関およびその他の内燃機関に関しても同様な動
作が行われる。
絞りを介して空間を形成する。これによってたとえば火
花点火機関では、点火後に伝播した火炎面が前記空間に
達した瞬間に、前記空間内の燃料が燃焼し始め、この空
間内で燃焼した燃焼ガスの圧力は増大し、空間外の主燃
焼室内の圧力を越え、高圧力の燃焼ガスが絞りを経て空
間の外の主燃焼室へ噴出する。こうして絞りから噴出す
る燃焼ガスは、主燃焼室内に乱れをつくり、燃焼速度を
速め、燃焼を改善する。これによって内燃機関の熱効率
と出力が上昇し、高性能となる。また、燃焼速度が速ま
ることにより、点火時期を遅らせることができるため、
ＮＯX や炭化水素ＨＣの発生を抑えることができる。圧
縮点火機関およびその他の内燃機関に関しても同様な動
作が行われる。
【００１０】内燃機関において、排ガス中のＮＯX の低
減の目的で、希薄混合気が用いられる。この場合、熱効
率を向上して出力を増大するには、その希薄混合気の燃
焼をできるだけ短時間に完了させる必要がある。一般的
には、希薄混合気を短時間に燃焼させようとすれば、そ
の燃焼温度が上昇し、したがって排ガス中のＮＯX 濃度
が高くなるおそれがある。このような問題を解決するた
めに本発明では上述のように、高濃度混合気に点火プラ
グによって着火して爆発を生じさせることによって、主
燃焼室の火炎がピストンの空間内に入り、この空間内で
爆発が生じ、この空間内での爆発によって、その空間内
の火炎が、主燃焼室に入ってゆき、この空間から主燃焼
室に火炎が入っていった後の主燃焼室の圧力は、燃焼初
期の最高温度よりも低くなっている。こうして空間から
の燃焼ガスの噴出によって主燃焼室における希薄混合気
の燃焼速度が向上され、したがって熱効率を向上し、出
力の増大を図ることができる。また上述のように、空間
から主燃焼室に燃焼ガスが噴出された後の主燃焼室の湿
度は燃焼初期の最高温度よりも低くなっているので、主
燃焼室で発生する排ガス中のＮＯXの増大を防ぐことが
できる。点火プラグによる高濃度混合気の爆発時および
前記空間内での爆発時には、排ガスの温度が高いけれど
も、これらの爆発時の混合気の体積は比較的小量である
ので、ＮＯXの発生が抑制される。こうして熱効率の向
上を図るとともに、ＮＯX の低減を図ることができる。
減の目的で、希薄混合気が用いられる。この場合、熱効
率を向上して出力を増大するには、その希薄混合気の燃
焼をできるだけ短時間に完了させる必要がある。一般的
には、希薄混合気を短時間に燃焼させようとすれば、そ
の燃焼温度が上昇し、したがって排ガス中のＮＯX 濃度
が高くなるおそれがある。このような問題を解決するた
めに本発明では上述のように、高濃度混合気に点火プラ
グによって着火して爆発を生じさせることによって、主
燃焼室の火炎がピストンの空間内に入り、この空間内で
爆発が生じ、この空間内での爆発によって、その空間内
の火炎が、主燃焼室に入ってゆき、この空間から主燃焼
室に火炎が入っていった後の主燃焼室の圧力は、燃焼初
期の最高温度よりも低くなっている。こうして空間から
の燃焼ガスの噴出によって主燃焼室における希薄混合気
の燃焼速度が向上され、したがって熱効率を向上し、出
力の増大を図ることができる。また上述のように、空間
から主燃焼室に燃焼ガスが噴出された後の主燃焼室の湿
度は燃焼初期の最高温度よりも低くなっているので、主
燃焼室で発生する排ガス中のＮＯXの増大を防ぐことが
できる。点火プラグによる高濃度混合気の爆発時および
前記空間内での爆発時には、排ガスの温度が高いけれど
も、これらの爆発時の混合気の体積は比較的小量である
ので、ＮＯXの発生が抑制される。こうして熱効率の向
上を図るとともに、ＮＯX の低減を図ることができる。
【００１１】本発明は、４サイクル内燃機関だけでなく
２サイクル内燃機関に関連してもまた実施することがで
きる。
２サイクル内燃機関に関連してもまた実施することがで
きる。
【００１２】また本発明は、ガソリン機関だけでなく、
その他の内燃機関、たとえばディーゼル機関に関連して
もまた実施することができる。
その他の内燃機関、たとえばディーゼル機関に関連して
もまた実施することができる。
【００１３】また本発明に従う点火プラグでは、中心電
極の先端部と接地電極とは、電気絶縁体を介在して、火
花点火用ギャップをあけて設けられ、この中心電極の先
端部と接地電極とを、透孔を有するカバーによって囲ん
で、点火用空間を形成し、この点火用空間に、通路およ
び逆止弁を介して高濃度混合気を供給するようにしたの
で、高濃度混合気が、主燃焼室内の希薄混合気によって
火花点火前に、希薄化されることを防ぐことができるた
め、火花点火によって着火が確実に行える。
極の先端部と接地電極とは、電気絶縁体を介在して、火
花点火用ギャップをあけて設けられ、この中心電極の先
端部と接地電極とを、透孔を有するカバーによって囲ん
で、点火用空間を形成し、この点火用空間に、通路およ
び逆止弁を介して高濃度混合気を供給するようにしたの
で、高濃度混合気が、主燃焼室内の希薄混合気によって
火花点火前に、希薄化されることを防ぐことができるた
め、火花点火によって着火が確実に行える。
【００１４】
【実施例】図１は本発明の一実施例の火花点火４サイク
ルガソリン内燃機関のピストン１の断面図である。この
ピストン１は、スカート５を有し、連接棒５６に連結さ
れる。
ルガソリン内燃機関のピストン１の断面図である。この
ピストン１は、スカート５を有し、連接棒５６に連結さ
れる。
【００１５】図２は、図１に示されるピストン１の平面
図である。ピストン１の軸線５ａと同軸の軸線を有し、
ピストン１の上面には、環状の透孔６が形成される。こ
の透孔６の内周面７は、上方になるにつれて大径となっ
ている。ピストン１には、内周面７に連なって、図１の
下方になるにつれて大径となる内周面８が形成される。
さらにピストン１には、ドーナツ状、すなわち円形のキ
ャビティである空間９が内周面８に連なって形成され
る。この空間９は、大略的に円形断面を有する内周面１
１，１０によって形成される。内周面８と内周面１１と
平坦部１２との間に形成される連続部１３との間には、
すなわち透孔６と空間９との間には、絞りであるオリフ
ィス１４が形成される。
図である。ピストン１の軸線５ａと同軸の軸線を有し、
ピストン１の上面には、環状の透孔６が形成される。こ
の透孔６の内周面７は、上方になるにつれて大径となっ
ている。ピストン１には、内周面７に連なって、図１の
下方になるにつれて大径となる内周面８が形成される。
さらにピストン１には、ドーナツ状、すなわち円形のキ
ャビティである空間９が内周面８に連なって形成され
る。この空間９は、大略的に円形断面を有する内周面１
１，１０によって形成される。内周面８と内周面１１と
平坦部１２との間に形成される連続部１３との間には、
すなわち透孔６と空間９との間には、絞りであるオリフ
ィス１４が形成される。
【００１６】図３は火花点火内燃機関の運転時の動作を
示す図であり、図４はその火花点火内燃機関の簡略化し
た断面図である。図３（１）はピストン１のシリンダ１
５内の位置を示しており、ピストン１は連接棒５６を介
してクランク５７に連結される。この図３（１）のピス
トン１は、図３（２）に示される運転の状態と対応して
いる。希薄燃焼火花点火機関において、ピストン１が下
降して図４（１）の下死点になっている状態では、シリ
ンダ１５の主燃焼室１６には、吸気弁１７から燃料と空
気との希薄な混合気が吸気管１８を経て供給される。排
気弁１９は排気管２０を閉じている。シリンダ１５の上
部には点火プラグ２１が固定されており、この点火プラ
グ２１の近傍で主燃焼室１６内には管路２２から逆止弁
２３を経て高濃度の混合気が供給され、この高濃度の混
合気は参照符２４で示されている。ピストン１が下降し
て吸気行程が行われるとき、主燃焼室１６内には、参照
符２５で示されるように混合気はスワールをもって吸入
される。
示す図であり、図４はその火花点火内燃機関の簡略化し
た断面図である。図３（１）はピストン１のシリンダ１
５内の位置を示しており、ピストン１は連接棒５６を介
してクランク５７に連結される。この図３（１）のピス
トン１は、図３（２）に示される運転の状態と対応して
いる。希薄燃焼火花点火機関において、ピストン１が下
降して図４（１）の下死点になっている状態では、シリ
ンダ１５の主燃焼室１６には、吸気弁１７から燃料と空
気との希薄な混合気が吸気管１８を経て供給される。排
気弁１９は排気管２０を閉じている。シリンダ１５の上
部には点火プラグ２１が固定されており、この点火プラ
グ２１の近傍で主燃焼室１６内には管路２２から逆止弁
２３を経て高濃度の混合気が供給され、この高濃度の混
合気は参照符２４で示されている。ピストン１が下降し
て吸気行程が行われるとき、主燃焼室１６内には、参照
符２５で示されるように混合気はスワールをもって吸入
される。
【００１７】ピストン１が下死点に到達した後、図４
（２）で示されるように上昇して圧縮行程が行われると
き、吸気弁１７は閉じ、主燃焼室１６内の混合気は参照
符２６で示されるスキッシュにより、シリンダ１５の半
径方向内方に移動し、ピストン１のオリフィス１４を経
て、いわば燃焼室となる空間９内に入り込み、参照符２
７で示されるように旋回してスワールする。こうしてピ
ストン１の空間９内には混合気が入り込む。
（２）で示されるように上昇して圧縮行程が行われると
き、吸気弁１７は閉じ、主燃焼室１６内の混合気は参照
符２６で示されるスキッシュにより、シリンダ１５の半
径方向内方に移動し、ピストン１のオリフィス１４を経
て、いわば燃焼室となる空間９内に入り込み、参照符２
７で示されるように旋回してスワールする。こうしてピ
ストン１の空間９内には混合気が入り込む。
【００１８】ピストン１が上死点に到達する直前で点火
プラグ２１によって点火が行われ、燃料の燃焼が開始す
る。図３（２）のラインＬ１は、シリンダ１５の主燃焼
室１６の圧力を示し、ラインＬ２は、本件内燃機関によ
る燃焼室内での熱発生率を示す。点火プラグ２１のスパ
ークによって、その点火プラグ２１付近にある高濃度の
混合気が点火され、火炎面が伝播する。この爆発行程は
図４（３）に示されている。火炎面２８が主燃焼室１６
を伝播してピストン１の孔６からオリフィス１４を経て
空間９に達すると、その瞬間に、空間９内の混合気であ
る燃料が燃焼し始める。オリフィス１４は、空間９内の
燃料の燃焼によって、その空間９内の燃焼ガスの圧力を
主燃焼室１６内の圧力よりも上昇させる。
プラグ２１によって点火が行われ、燃料の燃焼が開始す
る。図３（２）のラインＬ１は、シリンダ１５の主燃焼
室１６の圧力を示し、ラインＬ２は、本件内燃機関によ
る燃焼室内での熱発生率を示す。点火プラグ２１のスパ
ークによって、その点火プラグ２１付近にある高濃度の
混合気が点火され、火炎面が伝播する。この爆発行程は
図４（３）に示されている。火炎面２８が主燃焼室１６
を伝播してピストン１の孔６からオリフィス１４を経て
空間９に達すると、その瞬間に、空間９内の混合気であ
る燃料が燃焼し始める。オリフィス１４は、空間９内の
燃料の燃焼によって、その空間９内の燃焼ガスの圧力を
主燃焼室１６内の圧力よりも上昇させる。
【００１９】図４（４）は、爆発後の膨張行程を示す。
ピストン１の上死点からの下降中において、空間９内の
高圧力の燃焼ガスは、主燃焼室１６内にオリフィス１４
から矢符２９で示されるように噴出される。この矢符２
９で示されるようにオリフィス１４から噴射される燃焼
ガスは、主燃焼室１６内に乱れをつくり、燃焼せずに残
っている混合気３０の混合を良好として燃焼を促進す
る。このようにして主燃焼室１６内の希薄混合気の燃焼
期間の後期に、空間９から、オリフィス１４を介して主
燃焼室１６内に、燃焼ガスが噴出され、したがって主燃
焼室１６内の撹拌を行い、これによって主燃焼室１６内
の後期の燃焼を促進させる。これによって混合気の燃焼
が改善され、本件内燃機関の出力や熱効率が向上して高
性能化が図られる。図３（２）のラインＬ１ａで示され
るように、オリフィス１４を経て空間９から噴出される
燃料ガスによって、主燃焼室１６内の圧力がピストン１
の下降時に上昇し、出力や熱効率の増大が図られること
がわかる。もしも仮に、孔６、オリフィス１４および空
間９が形成されないピストンを用いたときには、主燃焼
室１６内の圧力は参照符Ｌ１ｂで示されるように、その
主燃焼室１６内の圧力を上昇させることができず、出力
や熱効率の向上を図ることができない。本発明はこの問
題を解決する。
ピストン１の上死点からの下降中において、空間９内の
高圧力の燃焼ガスは、主燃焼室１６内にオリフィス１４
から矢符２９で示されるように噴出される。この矢符２
９で示されるようにオリフィス１４から噴射される燃焼
ガスは、主燃焼室１６内に乱れをつくり、燃焼せずに残
っている混合気３０の混合を良好として燃焼を促進す
る。このようにして主燃焼室１６内の希薄混合気の燃焼
期間の後期に、空間９から、オリフィス１４を介して主
燃焼室１６内に、燃焼ガスが噴出され、したがって主燃
焼室１６内の撹拌を行い、これによって主燃焼室１６内
の後期の燃焼を促進させる。これによって混合気の燃焼
が改善され、本件内燃機関の出力や熱効率が向上して高
性能化が図られる。図３（２）のラインＬ１ａで示され
るように、オリフィス１４を経て空間９から噴出される
燃料ガスによって、主燃焼室１６内の圧力がピストン１
の下降時に上昇し、出力や熱効率の増大が図られること
がわかる。もしも仮に、孔６、オリフィス１４および空
間９が形成されないピストンを用いたときには、主燃焼
室１６内の圧力は参照符Ｌ１ｂで示されるように、その
主燃焼室１６内の圧力を上昇させることができず、出力
や熱効率の向上を図ることができない。本発明はこの問
題を解決する。
【００２０】また熱発生率を示すラインＬ２を参照し
て、オリフィス１４を経て空間９から高圧力の燃焼ガス
が噴出されることによって、ラインＬ２ａで示されるよ
うにその熱発生率の向上を図ることができる。これに対
して孔６、オリフィス１４および空間９が形成されない
ピストンを用いたとき、ラインＬ２ｂで示されるよう
に、熱発生率の向上を図ることができない。
て、オリフィス１４を経て空間９から高圧力の燃焼ガス
が噴出されることによって、ラインＬ２ａで示されるよ
うにその熱発生率の向上を図ることができる。これに対
して孔６、オリフィス１４および空間９が形成されない
ピストンを用いたとき、ラインＬ２ｂで示されるよう
に、熱発生率の向上を図ることができない。
【００２１】内燃機関の膨張行程後には、ピストン位置
は下死点に到達し、その後、排気行程ではピストン位置
が上昇し、排気弁１９が開いて排気行程が行われる。こ
のようにして４サイクル内燃機関の動作が繰返して行わ
れる。
は下死点に到達し、その後、排気行程ではピストン位置
が上昇し、排気弁１９が開いて排気行程が行われる。こ
のようにして４サイクル内燃機関の動作が繰返して行わ
れる。
【００２２】上述の実施例では、次の利点（ａ）〜
（ｅ）がある。
（ｅ）がある。
【００２３】（ａ）孔６とオリフィス１４と空間９と
は、ピストン１の軸線５ａに関して線対称な構造となっ
ている。そのため、空間９からの高圧力の混合気がオリ
フィス１４から線対称に主燃焼室１６内に噴出される。
したがって、主燃焼室１６内が均一に混合され、燃焼改
善効果が大きい。
は、ピストン１の軸線５ａに関して線対称な構造となっ
ている。そのため、空間９からの高圧力の混合気がオリ
フィス１４から線対称に主燃焼室１６内に噴出される。
したがって、主燃焼室１６内が均一に混合され、燃焼改
善効果が大きい。
【００２４】（ｂ）もしも仮に、シリンダヘッドに上述
の実施例のような空間９を設けようとしたときには、吸
気弁１７および排気弁１９などの存在によって、その空
間の容積が限られることになり、したがって高圧力で空
間からの燃焼ガスの噴射を行わせることができず、その
高圧力の燃焼ガスの噴出エネルギーが小さい。これに対
して本発明では、ピストン１に空間９が形成されている
ので、その空間９の容積を充分に確保することができ
る。したがって空間９からの高圧力の燃焼ガスの噴出エ
ネルギーを大きくし、大幅な燃焼改善を図ることができ
る。
の実施例のような空間９を設けようとしたときには、吸
気弁１７および排気弁１９などの存在によって、その空
間の容積が限られることになり、したがって高圧力で空
間からの燃焼ガスの噴射を行わせることができず、その
高圧力の燃焼ガスの噴出エネルギーが小さい。これに対
して本発明では、ピストン１に空間９が形成されている
ので、その空間９の容積を充分に確保することができ
る。したがって空間９からの高圧力の燃焼ガスの噴出エ
ネルギーを大きくし、大幅な燃焼改善を図ることができ
る。
【００２５】（ｃ）空間９の形状と容積を変えることに
よって、その空間９からの高圧力燃焼ガスの噴出速度お
よび噴出タイミングを変更して調整することができる。
よって、その空間９からの高圧力燃焼ガスの噴出速度お
よび噴出タイミングを変更して調整することができる。
【００２６】（ｄ）空間９の容積を変えることによっ
て、容易に圧縮比を換えることができる。
て、容易に圧縮比を換えることができる。
【００２７】（ｅ）さらにピストン１に孔６、オリフィ
ス１４および空間９を形成することが容易であり、加工
が容易であって、生産性に優れている。
ス１４および空間９を形成することが容易であり、加工
が容易であって、生産性に優れている。
【００２８】本件発明者の実験によれば、上述の図１〜
図４に示される実施例において、希薄燃焼火花点火機関
において、熱効率が約１０％向上し、また失火限界が広
くなり、本発明の構成を有しない在来のボウル型のピス
トンを用いたときに比べて３０〜４０％希薄の混合気に
おいても、安定した運転を継続することができたことが
確認された。
図４に示される実施例において、希薄燃焼火花点火機関
において、熱効率が約１０％向上し、また失火限界が広
くなり、本発明の構成を有しない在来のボウル型のピス
トンを用いたときに比べて３０〜４０％希薄の混合気に
おいても、安定した運転を継続することができたことが
確認された。
【００２９】図５は、本発明の他の実施例のピストン３
２の断面図である。このピストン３２の頂部では孔３３
が形成され、絞りであるチョーク３４を経て、そのピス
トン３２に同心のドーナツ状の空間３５に連なる。
２の断面図である。このピストン３２の頂部では孔３３
が形成され、絞りであるチョーク３４を経て、そのピス
トン３２に同心のドーナツ状の空間３５に連なる。
【００３０】図６は、本発明の他の実施例のピストン３
６の断面図である。ピストン３６の頂部の孔３７から絞
りであるチョーク３７を経て、ドーナツ状の空間３９に
連通する。
６の断面図である。ピストン３６の頂部の孔３７から絞
りであるチョーク３７を経て、ドーナツ状の空間３９に
連通する。
【００３１】図７は、本発明のさらに他の実施例のピス
トン４０の断面図である。孔４１からオリフィス４２を
経てドーナツ状の空間４３に連通する。
トン４０の断面図である。孔４１からオリフィス４２を
経てドーナツ状の空間４３に連通する。
【００３２】図８は、本発明のさらに他の実施例のピス
トン４４の断面図である。孔４５からオリフィス４６を
経てドーナツ状の空間４７に連通し、さらにこの実施例
ではピストン４４の軸線上にオリフィス４８を介して大
略的に球状の空間４９が連通する。このような構成によ
ってもまた、上述と同様にして内燃機関の高性能化を図
ることができる。
トン４４の断面図である。孔４５からオリフィス４６を
経てドーナツ状の空間４７に連通し、さらにこの実施例
ではピストン４４の軸線上にオリフィス４８を介して大
略的に球状の空間４９が連通する。このような構成によ
ってもまた、上述と同様にして内燃機関の高性能化を図
ることができる。
【００３３】図９は、本発明の他の実施例の簡略化した
斜視図である。ピストン５０には、その軸線５１まわり
に仮想円状上に中心をもつ複数の孔５２が形成され、細
長く延びる絞りであるチョーク５３を介して、大略的に
球状の空間５４に連通される。孔５２、チョーク５３お
よび空間５４は、周方向に間隔をあけて、軸線５１に関
して線対称に形成される。
斜視図である。ピストン５０には、その軸線５１まわり
に仮想円状上に中心をもつ複数の孔５２が形成され、細
長く延びる絞りであるチョーク５３を介して、大略的に
球状の空間５４に連通される。孔５２、チョーク５３お
よび空間５４は、周方向に間隔をあけて、軸線５１に関
して線対称に形成される。
【００３４】図１０は、本発明に従う点火プラグ２１の
具体的な構成を示す断面図である。点火プラグ２１は、
中心電極５８と、その中心電極５８の先端部５９のみを
露出して中心電極５８を囲む電気絶縁性材料から成る電
気絶縁体６０と、その電気絶縁体６０に固定される接地
電極６１とを含む。この接地電極６１は、中心電極５８
の先端部５９に火花ギャップ６２を介して配置される。
中心電極５８の先端部５９と接地電極６１とは、カバー
６３によって囲まれ、このカバー６３によって点火用空
間６４が形成される。カバー６３は、電気絶縁性材料か
ら成ってもよく、あるいはまた金属製であってもよい。
このカバー６３には透孔６５またはオリフィスが形成さ
れ、この透孔６５は、点火用空間６４と主燃焼室１６と
を連通する。点火プラグ２１にはまた、逆止弁２３が設
けられる。この逆止弁２３は、弁座６６に着座すること
ができる球状の弁体６７と、その弁体６７を弁座６６に
向けてばね力で押圧するばね６８とを含む。電気絶縁体
６０に形成された通路６９は、カバー６３によって形成
された点火用空間６４に連通しており、この通路６９の
途中に、逆止弁２３が介在されている。通路６９は前記
管路２２に接続され、高濃度の混合気が供給される。カ
バー６３は、点火プラグ２１における中心電極５８と接
地電極６１との間での火花の発生時に、通路６９および
逆止弁２３を介して供給された高濃度混合気が、主燃焼
室１６内の希薄混合気によって薄められるのを防ぎ、た
とえば空燃比１付近で点火をさせることが可能となる。
具体的な構成を示す断面図である。点火プラグ２１は、
中心電極５８と、その中心電極５８の先端部５９のみを
露出して中心電極５８を囲む電気絶縁性材料から成る電
気絶縁体６０と、その電気絶縁体６０に固定される接地
電極６１とを含む。この接地電極６１は、中心電極５８
の先端部５９に火花ギャップ６２を介して配置される。
中心電極５８の先端部５９と接地電極６１とは、カバー
６３によって囲まれ、このカバー６３によって点火用空
間６４が形成される。カバー６３は、電気絶縁性材料か
ら成ってもよく、あるいはまた金属製であってもよい。
このカバー６３には透孔６５またはオリフィスが形成さ
れ、この透孔６５は、点火用空間６４と主燃焼室１６と
を連通する。点火プラグ２１にはまた、逆止弁２３が設
けられる。この逆止弁２３は、弁座６６に着座すること
ができる球状の弁体６７と、その弁体６７を弁座６６に
向けてばね力で押圧するばね６８とを含む。電気絶縁体
６０に形成された通路６９は、カバー６３によって形成
された点火用空間６４に連通しており、この通路６９の
途中に、逆止弁２３が介在されている。通路６９は前記
管路２２に接続され、高濃度の混合気が供給される。カ
バー６３は、点火プラグ２１における中心電極５８と接
地電極６１との間での火花の発生時に、通路６９および
逆止弁２３を介して供給された高濃度混合気が、主燃焼
室１６内の希薄混合気によって薄められるのを防ぎ、た
とえば空燃比１付近で点火をさせることが可能となる。
【００３５】本発明の他の実施例としてカバー６３が設
けられていないときには、通路６９および逆止弁２３か
らは、空燃比が１未満である高濃度の混合気が供給され
るようにしてもよい。逆止弁２３は、点火プラグ２１内
に設けられる代りに、その点火プラグ２１に接続される
管路２２の途中に設けられていてもよい。
けられていないときには、通路６９および逆止弁２３か
らは、空燃比が１未満である高濃度の混合気が供給され
るようにしてもよい。逆止弁２３は、点火プラグ２１内
に設けられる代りに、その点火プラグ２１に接続される
管路２２の途中に設けられていてもよい。
【００３６】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、ピストン
の頂部に絞りを介して空間を形成するようにしたので、
その空間外の主燃焼室における火炎面が前記空間に達し
た瞬間に前記空間内の燃料が燃焼し始め、その燃焼ガス
の空間内の圧力は、主燃焼室の圧力を越え、高圧力の燃
焼ガスが絞りを介して主燃焼室に噴出し、これによって
主燃焼室内に乱れをつくり、燃焼が改善され、出力の向
上が図られる。こうして高性能の内燃機関が実現され
る。このようなピストンの構成は簡単であり、本発明の
実施が容易である。さらにまた、主燃焼室において高温
度になることが抑制され、これによってＮＯX が低減さ
れる。さらに本発明では、ピストンの頂部に前記絞りお
よび空間が形成され、製造が容易である。
の頂部に絞りを介して空間を形成するようにしたので、
その空間外の主燃焼室における火炎面が前記空間に達し
た瞬間に前記空間内の燃料が燃焼し始め、その燃焼ガス
の空間内の圧力は、主燃焼室の圧力を越え、高圧力の燃
焼ガスが絞りを介して主燃焼室に噴出し、これによって
主燃焼室内に乱れをつくり、燃焼が改善され、出力の向
上が図られる。こうして高性能の内燃機関が実現され
る。このようなピストンの構成は簡単であり、本発明の
実施が容易である。さらにまた、主燃焼室において高温
度になることが抑制され、これによってＮＯX が低減さ
れる。さらに本発明では、ピストンの頂部に前記絞りお
よび空間が形成され、製造が容易である。
【図１】本発明の一実施例の断面図である。
【図２】図１に示される実施例のピストン１の平面図で
ある。
ある。
【図３】ピストン１を備える火花点火機関の動作を説明
する図である。
する図である。
【図４】図１〜図３に示される実施例の動作を説明する
ための簡略化した断面図である。
ための簡略化した断面図である。
【図５】本発明の他の実施例の断面図である。
【図６】本発明の他の実施例の断面図である。
【図７】本発明の他の実施例の断面図である。
【図８】本発明の他の実施例の断面図である。
【図９】本発明の他の実施例の斜視図である。
【図１０】点火プラグ２１の構成を示す断面図である。
１ ピストン ５ａ，５１ 軸線 ６，３３，３７，４１，４５，５２ 孔 ９，３５，３９，４３，４７，４９，５４ 空間 １４，４２，４６，４８ オリフィス ３４，３８，５３ チョーク ５８ 中心電極 ５９ 先端部 ６０ 電気絶縁体 ６１ 接地電極 ６２ 火花ギャップ ６３ カバー ６４ 点火用空間 ６５ 透孔
Claims (4)
- 【請求項１】 頂部に絞りを介して空間が形成されたピ
ストンを備えることを特徴とする希薄燃焼内燃機関。 - 【請求項２】 主燃焼室に臨んで設けられる点火プラグ
を備え、主燃焼室に希薄混合気を供給する希薄燃焼内燃
機関において、 ピストンの頂部には、絞りを介して空間が形成されてお
り、 点火プラグの近傍に高濃度混合気を供給する手段を設
け、 点火プラグを点火して高濃度混合気および希薄混合気を
この順序で燃焼し、希薄混合気の燃焼期間の後期に、前
記空間から燃焼ガスが主燃焼室に噴出されることを特徴
とする希薄燃焼内燃機関。 - 【請求項３】 ピストンの頂部に絞りを介して空間を形
成することを特徴とする内燃機関のピストン。 - 【請求項４】 中心電極と、 その中心電極の先端部のみを露出して中心電極を囲む電
気絶縁体と、 中心電極の先端部に火花ギャップを介して配置される接
地電極と、 中心電極と接地電極とを囲んで点火用空間を形成し、透
孔を有するカバーとを含み、 カバー内の点火用空間に高濃度混合気を供給する通路が
形成され、 前記通路には、点火用空間に高濃度混合気を供給する逆
止弁が設けられることを特徴とする希薄燃焼内燃機関用
点火プラグ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/786,041 US5224449A (en) | 1991-10-31 | 1991-10-31 | Lean-burn internal combustion system |
| US07/786,041 | 1991-10-31 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05141248A true JPH05141248A (ja) | 1993-06-08 |
Family
ID=25137427
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4123614A Pending JPH05141248A (ja) | 1991-10-31 | 1992-05-15 | 希薄燃焼内燃機関 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5224449A (ja) |
| JP (1) | JPH05141248A (ja) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9304528D0 (en) * | 1993-03-05 | 1993-04-21 | T & N Technology Ltd | Piston with cavity |
| US5862788A (en) * | 1997-10-03 | 1999-01-26 | Sonex Research, Inc. | Combustion chamber for direct injected reciprocating piston internal combustion engine |
| US6170454B1 (en) | 1998-07-31 | 2001-01-09 | Techniphase Industries, Inc. | Piston apparatus and methods |
| US6178942B1 (en) * | 1999-10-19 | 2001-01-30 | Sonex Research, Inc. | Piston configuration for reducing smoke and particulate emissions from direct injected engines |
| US6289868B1 (en) | 2000-02-11 | 2001-09-18 | Michael E. Jayne | Plasma ignition for direct injected internal combustion engines |
| US6708666B2 (en) | 2001-10-10 | 2004-03-23 | Southwest Research Institute | Multi-zone combustion chamber for combustion rate shaping and emissions control in premixed-charge combustion engines |
| US8127741B2 (en) * | 2003-05-30 | 2012-03-06 | In Tae Johng | Ignition plugs for internal combustion engine |
| US7581526B2 (en) | 2005-09-01 | 2009-09-01 | Harry V. Lehmann | Device and method to increase fuel burn efficiency in internal combustion engines |
| JP4473802B2 (ja) * | 2005-09-15 | 2010-06-02 | ヤンマー株式会社 | 火花点火機関 |
| US7353797B1 (en) | 2007-02-28 | 2008-04-08 | University Of Washington | Combustion chamber for internal combustion engine |
| US8459229B2 (en) | 2010-04-20 | 2013-06-11 | Southwest Research Institute | Piston bowl with spray jet targets |
| US9279361B2 (en) | 2010-04-20 | 2016-03-08 | Southwest Research Institute | Piston bowl with spray jet targets |
| US8555854B2 (en) | 2010-04-26 | 2013-10-15 | Southwest Research Institute | Piston bowl with deflecting features |
| US8677974B2 (en) | 2010-05-04 | 2014-03-25 | Southwest Research Institute | Piston bowl with flat bottom |
| WO2013109270A1 (en) * | 2012-01-19 | 2013-07-25 | International Engine Intellectual Property Company, Llc | Internal combustion engine operating on different reactivity fuels |
| CN104727925A (zh) * | 2015-01-16 | 2015-06-24 | 华北水利水电大学 | 柴油发动机的侧壁环流燃烧室 |
| WO2018096592A1 (ja) * | 2016-11-22 | 2018-05-31 | マツダ株式会社 | ディーゼルエンジン |
| US11603808B2 (en) * | 2020-02-12 | 2023-03-14 | Sonex Research, Inc | Engine management system and method |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1310970A (en) * | 1919-07-22 | stsottd | ||
| US1759162A (en) * | 1926-02-19 | 1930-05-20 | Acro Ag | Oil motor |
| US2076030A (en) * | 1929-08-05 | 1937-04-06 | Maschf Augsburg Nuernberg Ag | Injection combustion power machine with jet atomization and auxiliary chamber |
| US2034855A (en) * | 1933-04-19 | 1936-03-24 | Alby Pierre Leon | Means for supplying an additional fluid to the cylinder of an internal combustion engine |
| US3897769A (en) * | 1973-07-18 | 1975-08-05 | Joseph A Jozlin | Secondary combustion chambers for internal combustion engines |
| US3908625A (en) * | 1974-02-25 | 1975-09-30 | Stephen Romy | Spark plug with built-in precombustion chamber |
| JPS52124508A (en) * | 1976-04-12 | 1977-10-19 | Toyota Motor Corp | By-combustion chamber-loaded internal |
| JPS5346508A (en) * | 1976-10-09 | 1978-04-26 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Piston in direct fuel-injection type diesel engine |
| US4319552A (en) * | 1980-03-03 | 1982-03-16 | Sauer Fred N | Pre-combustion system for internal combustion engines |
| JPS5840522A (ja) * | 1981-09-04 | 1983-03-09 | Showa Electric Wire & Cable Co Ltd | 光分配器 |
| JPH0772331B2 (ja) * | 1987-10-19 | 1995-08-02 | トヨタ自動車株式会社 | 高温耐摩耗性に優れた焼結合金 |
| US4898135A (en) * | 1989-02-16 | 1990-02-06 | Sonex Research, Inc. | Piston and process for achieving controlled ignition and combustion of hydrocarbon fuels in internal combustion engines by generation and management of fuel radical species |
-
1991
- 1991-10-31 US US07/786,041 patent/US5224449A/en not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-05-15 JP JP4123614A patent/JPH05141248A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5224449A (en) | 1993-07-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
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