JPH0693861A

JPH0693861A - 内燃機関

Info

Publication number: JPH0693861A
Application number: JP17228091A
Authority: JP
Inventors: Toru Ishima; 徹石間
Original assignee: ISHIMA RIYUUTAI KENKYUSHO KK
Current assignee: ISHIMA RIYUUTAI KENKYUSHO KK
Priority date: 1991-07-12
Filing date: 1991-07-12
Publication date: 1994-04-05

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】可動体の上死点において、可動体と燃焼室壁あ
るいはその一方に付設した環周部により、小燃焼室を形
成させて、該環周部からの噴炎流の発生により、燃焼効
率を向上させる内燃機関を提供することを目的としてい
る。【構成】可動体７の上死点において、可動体７と燃焼室
10壁あるいはその一方に付設した環周部18により、小燃
焼室19を形成させて、該環周部18から燃焼室10内へ噴炎
流を発生させる。【効果】可動体の上死点において、可動体と燃焼室壁あ
るいはその一方に付設した環周部により、小燃焼室を形
成させて、該環周部からの噴炎流の発生により、燃焼効
率を向上させる内燃機関を提供することを目的としてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動車等に用いる内燃機
関に係るもので、可動体の上死点において、可動体と燃
焼室壁あるいはその一方に付設した環周部により、小燃
焼室を形成させて、該環周部からの噴炎流の発生によ
り、燃焼効率を向上させる内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等に用いられる内燃機関、いわゆ
る、図13〜図15に示すような、ガソリンエンジン30等に
おいて、燃焼室31で行なわれるその燃焼形態は、ピスト
ン32による圧縮工程で燃焼室31内のガスを、点火プラグ
33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32とピストン32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33の放電
部35を起点あるい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31の膨張圧力が増加してピストン32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。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般的に、2.000cc ６
気筒ガソリンエンジンでピストン内径78mm, 行程70mmの
場合、火炎の伝播速度は８m/s 〜12m/s といわれ、ピス
トンの下降速度は3.000rpm／７m/s ，4.400rpm／10.26m
/s, 6.000rpm／14m/s といわれている。（図９参照）前記した事実に基づいて、ピストン32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3.000r
pm時は、図13に示すように、ピストン32は1.7/1000s 後
に上死点Ｘより11.5mm降下するが、燃焼室31の周縁に未
燃焼部36が残存する。

【０００４】しかし、更にピストン32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36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。

【０００５】4.400rpm時は、図14に示すように、ピスト
ン32は4.5/1000s 後に上死点Ｘより51mm降下するが、燃
焼室31の周縁に未燃焼部36が残存する。

【０００６】しかし、前記した回転数と同様にピストン
32の降下と共に完全燃焼が行なわれて有効燃焼となる。

【０００７】しかしながら、6.000rpm時は、図15に示す
ように、ピストン32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4.5/1000s 時は52mmしか
移動せず、火炎は5.7/1000s 後にようやく到達すること
になり、ピストン32との20mmの空間、時間にして1.2/10
00s 分が未燃焼部ａとして20〜30％程度残存する。

【０００８】そして、完全燃焼には、あと2 /1000s必要
となるがピストン32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。

【０００９】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。

【００１０】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、あるいは、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、すなわち、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、すなわち、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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】また、エンジンの燃焼効率を高める等の手
段として、燃焼室内にスワール等の流れを起こして燃焼
を良好にする工夫がなされているが、この流動は燃焼室
内へ空気を吸入する際に発生させるものであるから、圧
縮行程を経て燃焼行程へ移行する時点には、その流れは
極微弱なものとなっているため、燃焼効率を高めるとい
う所期の目的を十分に達し得ないのが現状であった。

【００１５】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、可動体の上死点において、可動体と燃
焼室壁あるいはその一方に付設した環周部により、小燃
焼室を形成させて、該環周部からの噴炎流の発生によ
り、燃焼効率を向上させる内燃機関を提供することを目
的としている。

【００１６】

【課題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、内燃機関における可動体の燃焼
室対応面に凸状の環周部を突設して、この可動体の上死
点付近において、前記環周部とこの環周部に対応する燃
焼室壁面とにより、該環周部内に小燃焼室を形成させた
内燃機関の構成にある。

【００１７】また、前記した環周部は、燃焼室壁の内燃
機関における可動体対応面に設けても良く、更に、内燃
機関における可動体の燃焼室対応面と、燃焼室壁の可動
体対応面とに設けることもある。

【００１８】そして、前記環周部は、レシプロエンジン
はもちろんのこと、ロータリーエンジンにも採用され
る。

【００１９】

【作用】前記した構成により本発明の内燃機関は下記に
述べる作用を奏する。可動体（ピストン）の燃焼室対応
面に凸状の環周部を突設したレシプロタイプのガソリン
エンジンの場合は、圧縮行程においてピストンが上死点
付近に達すると、ピストン面に突設した凸状の環周部
は、燃焼室における内壁に近接して該環周部内に小燃焼
室が形成される。

【００２０】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、小燃焼室内へ火花が飛び散り、該小燃
焼室内で燃焼が行なわれる。

【００２１】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
面に突設した凸状の環周部は、燃焼室における内壁に近
接してこの環周部内に小燃焼室が形成される。

【００２２】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。

【００２３】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、レシプロタイプのガ
ソリンエンジンについて説明する。

【００２４】燃焼が始まった燃焼室において、ピストン
の降下により環周部と燃焼室壁とにより形成された小燃
焼室は、前記環周部と燃焼室壁との間においてその全周
に一律な隙間を生ずるので、この隙間より燃焼された小
燃焼室のガスの火炎は該膨張圧力により、360 °の方向
へ略均一に噴き出て、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。

【００２５】噴出された噴炎流は、従来、難燃部位とさ
れていたシリンダ周辺の低温部および隅部、あるいは、
高速回転時のピストンの急速降下による火炎の伝播が追
い付かないために発生する未燃焼部位等へ到達して速や
かに燃焼させる。

【００２６】次に、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、図９および図２〜図４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3.000rpm時は、図２に示すよう
に、ピストンは3/1000s 後に上死点Ｘより20mm降下しそ
の1/3 行程で燃焼を完了する。

【００２７】4.400rpm時は、図３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0.5/1000s 後にその1 /2工程で燃焼を終了する。

【００２８】また、6.000rpm時には、図４に示すよう
に、ピストンは3/1000s 後に上死点Ｘより50mm下方に達
し、該位置より1/1000s 後に完全燃焼して、下死点Ｙの
直前6/7 行程付近で燃焼を終了する。

【００２９】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。

【００３０】

【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。本発明において採用される内燃
機関は、レシプロタイプやロータリータイプのものであ
って、また、前記レシプロエンジンは、ガソリンはもち
ろんのことディーゼルエンジンにも用いられるもので、
用途として、自動車，船舶，航空機，建設用機械等、種
々の駆動源に使用されるものである。

【００３１】図１において１は内燃機関においてレシプ
ロタイプのガソリンエンジンを示すものであって、鉄や
アルミ，セラミックス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へ昇降往復自在に挿嵌されるピストン
等の可動体７を取付けてある。

【００３２】このシリンダブロック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10を形成
してある。

【００３３】また、前記シリンダヘッド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10へ対応するように、ねじ17により着脱自在
に螺合してある。

【００３４】18は凸状の環周部で、正円形，楕円形ある
いは角形に形成され、その断面形状は表面部が曲線で山
形を有しているもので、前記した点火プラグ15の周囲を
取り巻くように形成されてあって、図１および図５に示
す第一実施例の場合は、前記ピストン７の燃焼室10に対
応する面、すなわち、前記ピストン７の上部面において
設けられていて、該ピストン７が上死点付近に達したと
き、この環周部18と燃焼室10の上面壁とにより前記燃焼
室10内において小燃焼室19が形成される。

【００３５】また、図６に示す第二実施例の場合は、燃
焼室10内のピストン７上面に対応する面、すなわち、ピ
ストン７上方の燃焼室10内壁に設けていて、該ピストン
７が上死点付近に達したとき、この環周部18とピストン
７の上面とにより前記燃焼室10内において小燃焼室19が
形成される。

【００３６】更に、図７に示す第三実施例の場合は、前
記ピストン７の上部面と該ピストン７上方の燃焼室10内
壁との両部に設けていて、該ピストン７が上死点付近に
達したとき、これら環周部18，18により前記燃焼室10内
において小燃焼室19が形成される。

【００３７】したがって、点火プラグ15による発火によ
り前記小燃焼室19において燃焼した燃料は、高速の噴炎
流となって前記環周部18の全周、すなわち、360 °の方
向へ放射状に噴出されるもので、この噴炎流の速度は、
ピストン上死点での環周部18による小燃焼室形成時にお
ける点火時期や、環周部18とその対応面とにより形成さ
れる隙間の該開隙率を変化させることにより適宜調節さ
れるものである。

【００３８】なお、図10においてｆは、前記した小燃焼
室19内へ臨ませた燃料噴射手段で、燃焼室10に供給され
る燃料より濃密にすることにより、希薄燃焼が可能とな
るもので、この手段ｆは、図示してないが点火プラグ15
の中心電極に細孔を穿設してこの細孔より濃密燃料を噴
出しても良いものである。

【００３９】図８において1a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
ン等の可動体７を取付けてある。

【００４０】そして、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10を
形成してある。

【００４１】また、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10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。

【００４２】そして、環周部18が前記した構成によりそ
れぞれ形成されるものであるが、略同一構成であるため
その詳細な説明は省略する。

【００４３】なお、該ディーゼルエンジン1aの場合は、
ピストン７による圧縮時に燃料を直噴させるので、環周
部18と対応面とにより形成される隙間を少し広めに設け
ることが好ましい。

【００４４】図12において1bは内燃機関においてロータ
リーエンジンを示すもので、ロータリーハウジング20内
に三角形状のローター21を偏心軸22により回転自在に支
承してあるもので、前記ロータリーハウジング20の一側
壁に点火プラグ15を取り付けると共に、該ハウジング20
の他側壁には吸気ポート23と排気ポート24をそれぞれ所
定位置に穿設してあり、前記ロータリーハウジング20内
にはローター21により区画される燃焼室10がそれぞれ形
成される。

【００４５】そして、前記ローター21のそれぞれの外周
には円形あるいは長楕円形に形成した凸状の環周部18を
設けてあるもので、この環周部18と燃焼室10の上面壁と
により前記燃焼室10内において小燃焼室19が形成され
る。

【００４６】この環状部18を長楕円形に形成したとき
は、点火プラグ15により点火された火花が確実に小燃焼
室19内に拡燃させることができるものであって、例え
ば、ローター21の回転速度が7,000rpmにおいて37m/s で
あった時、レシプロタイプのピストンの移動速度と比較
すると約２倍の速度であるため、燃焼室10の始めの部位
に生ずる燃焼残りを解消することができる。

【００４７】実施例１内径75.0mmφ×行程70.0mmによ
る６気筒ガソリンエンジンを搭載した車両を用いて、従
来と本発明実施例との内燃機関の性能および走行試験を
行なった。

【００４８】本発明実施例のエンジンにおいて、6,000r
pm時には、ピストンの最高スピードは14m/s となり、燃
焼室と小燃焼室の圧力差は、最低時２Kg/cm²であり最高
時15Kg/cm²となった。

【００４９】そして、小燃焼室から燃焼室へ強力な噴炎
流が360 °の方向へ放射状に噴出され、この時点で、燃
焼室内のガスはその70％が燃焼して爆発力となり、ピス
トン上面と燃焼室内壁には高圧が掛かって、この圧力が
クランク軸に対して大きな回転力を与えた。

【００５０】前記した燃焼室および小燃焼室の圧力差
は、ピストンの降下と共に5/100,000s後には消滅した
が、燃焼室内の気体は流動を続けながら渦流燃焼を行な
った。

【００５１】更に、ピストンの降下行程の1/4 に達した
とき、燃焼室のガスは100 ％の燃焼を完了した。

【００５２】また、他の実験において、火炎の伝播速度
は、燃焼室が小さく、燃料の濃度の高いときは早く、一
方、燃焼室が大きく燃料も薄くなるにつれて該速度は遅
くなる結果を得た。以下、その対比成績を表にした。

【００５３】

【表１】

【００５４】となり、出力，燃料消費率とも好成績であ
った。

【００５５】実施例２ 2.792cc ，内径84.5×行程83.0
mm，ディーゼルエンジンを搭載した車両を用いて、従来
と本発明実施例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。

【００５６】

【表２】

【００５７】となり、出力，燃料消費率とも好成績であ
った。

【００５８】

【発明の効果】前述のように本発明の内燃機関は、内燃
機関における可動体の燃焼室対応面に凸状の環周部を突
設して、この可動体の上死点付近において、前記環周部
と該環周部に対応する燃焼室壁面とにより、該環周部内
に小燃焼室を形成させたものであるから、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。

【００５９】しかも、高速回転例えば、8.000 〜15.000
rpm あるい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。

【００６０】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。

【００６１】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】

【図１】本発明に関するガソリンエンジンの内燃機関の
第一実施例を概略的に示した縦断正面図である。

【図２】図１におけるピストン上死点時の状態を示す要
部の説明図である。

【図３】図１におけるピストン下降行程中間位置の状態
を示す要部の説明図である。

【図４】図１におけるピストン下死点時の状態を示す要
部の説明図である。

【図５】ピストン上面に形成された環周部を示す斜視図
である。

【図６】本発明に関するガソリンエンジンの内燃機関の
第二実施例を概略的に示した要部の縦断正面図である。

【図７】本発明に関するガソリンエンジンの内燃機関の
第三実施例を概略的に示した要部の縦断正面図である。

【図８】ディーゼルエンジンの内燃機関を概略的に示し
た縦断正面図である。

【図９】火炎伝播速度とピストン下降速度の比較を示す
表である。

【図１０】図１における燃料の供給手段の他の例を示す
断面図である。

【図１１】本発明に関する内燃機関のロータリーエンジ
ンを概略的に示した要部の断面図である。

【図１２】図１１におけるローターを示す斜視図であ
る。

【図１３】従来の内燃機関におけるピストン上死点時の
燃焼状態を示す要部の説明図である。

【図１４】図１３におけるピストン下降行程中間位置の
燃焼状態を示す要部の説明図である。

【図１５】図１３におけるピストン下死点時の燃焼状態
を示す要部の説明図である。

【符号の説明】

１内燃機関７可動体 10 燃焼室 19 小燃焼室 18 環周部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関における可動体の燃焼室対応面
に凸状の環周部を突設して、この可動体の上死点付近に
おいて、前記環周部と該環周部に対応する燃焼室壁面と
により、該環周部内に小燃焼室を形成させたことを特徴
とする内燃機関。
【請求項２】燃焼室壁の内燃機関における可動体対応
面に凸状の環周部を突設して、この可動体の上死点付近
において、前記環周部と該環周部に対応する可動体面と
により、該環周部内に小燃焼室を形成させたことを特徴
とする内燃機関。
【請求項３】内燃機関における可動体の燃焼室対応面
と、燃焼室壁の可動体対応面とに凸状の環周部をそれぞ
れ突設して、前記可動体の上死点付近において、前記そ
れぞれの環周部により、該環周部内に小燃焼室を形成さ
せたことを特徴とする内燃機関。