JPH07259566A - 縮形燃焼室内燃機関の燃焼室及び燃焼法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】動弁機構のない２サイクル縮形燃焼室内燃機関
の燃焼室及び燃焼法を提供することにより，動弁機構の
ないディーゼル機関及び火花点火機関の排気公害を低減
して燃費効率を上昇させる。 【構成】通常のスキッシュを完壁に利用するため通常の
ピストン２と燃焼室を大きい方の往復ポンプとして，シ
リンダカバー７中央付近に主燃焼室のカバー側燃焼室２
１Ａを設けてピストンが上死点に近づく寸前の適時にピ
ストン側ピストン２２Ａと小さい方の往復ポンプを急構
成して上死点までの瞬時に，例えば７分の６断面積の大
往復ポンプの空気のほぼ全部を７分の１断面積の小往復
ポンプに設けた多種多様多数の噴口から主燃焼室内に高
速噴射して，燃料噴射器１０から噴射された燃料を通常
のディーゼル機関の燃焼速度の数倍から数拾倍の高速で
完全燃焼を終了して，目的を達成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は動弁機構の無い２サイ
クルクランク機関の燃焼室に関し，詳しくは縮形燃焼室
内燃機関の燃焼室及び燃焼法に関する。

【０００２】

【従来の技術】動弁機構の無い２サイクルクランク機関
は主として小型の火花点火内燃機関として利用されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】動弁機構のない２サイ
クル機関は掃気効率が悪く燃料の無駄も多い欠点がある
ので，掃気効率の悪いのを有効利用して窒素酸化物の生
成を飛躍的に減少すると共に，燃費効率を飛躍的に上昇
することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】窒素酸化物の生成を飛躍
的に減少して公害を低減するためには残留ガスを多くす
れば良いので，動弁機構のない２サイクル機関が小型軽
量大出力を含めて最適となります。そこでこの発明は最
とも難解な２サイクル高速ディーゼル機関を含めて，燃
費効率を飛躍的に上昇すると共に小型軽量大出力低振動
低騒音にするため，遠心力により残留ガスの柱ができる
中心軸に小型の主燃焼室を隔離して増設し，燃料と空気
の撹拌混合完全燃焼を高速終了するために必要ならば，
いくらでも多数の噴口からいくらでも高速の空気を噴射
して，完全燃焼終了速度を数倍から数拾倍にして不完全
燃焼公害を皆無に近づけて，窒素酸化物の生成による公
害を飛躍的に低減し，結果として燃費効率の上昇により
単酸ガス公害を低減します。

【０００５】

【作 用】この発明は大小２つの通常燃焼室大往復ポン
プと本発明主燃焼室小往復ポンプにより構成するもの
で，ピストン側ピストン２２を有するピストン２が上死
点に近づく寸前の適時にカバー側燃焼室２１の入口の縮
形９と往復ポンプを急構成して上死点までの瞬時に，例
えば燃焼室６内外周の７分の６断面積の空気のほぼ全部
を圧縮比の差により，７分の１断面積の縮形９を入口と
するカバー側燃焼室２１に高速噴射して，カバー側燃焼
室２１に具備された燃料噴射器１０より噴射された燃料
を高速撹拌混合完全燃焼終了させるのですが，通常のデ
ィーゼル燃焼法では空気噴口数が１箇に近く，撹拌混合
完全燃焼終了速度が極度に低速のため，窒素酸化物の多
い高温燃焼ガスと未燃の燃料や空気が大量に排気されま
す。そこでこの発明は残留ガスを多くしてピストン側ピ
ストン２２の外面と縮形９の内面に必要ならいくらでも
多数の噴口に変身する溝を設け，必要ならいくらでも高
速の空気を噴射して撹拌混合完全燃焼終了速度を，数倍
から数拾倍にして不完全燃焼ガスの排出を皆無に近づ
け，窒素酸化物の生成を飛躍的に低減すると共に理論空
燃比燃焼に近づけて，触媒による公害の低減を容易にし
ます。

【０００６】この発明はカバー側主燃焼室２１からの爆
発逆噴射燃焼により主として，スワール有から高スワー
ル出力燃焼室６としますが，主燃焼室を縮形９を隔てて
隔離して設けるため，主燃焼室内の超希薄酸素を維持し
易く，２サイクル高速ディーゼル燃焼室として利用する
場合は，断熱無冷却早期大量燃料噴射上死点付近多噴口
高速空気噴射超高速完全燃焼終了に加え，主燃焼室入口
断面積を１０分の１に近づけ易いため最大燃焼圧力の影
響が少なく，従って振動が少なく圧縮比が飛躍的に高く
燃費の良い，２サイクル高速ディーゼル機関を得る大き
な効果があります。又，燃焼法が火花点火機関とディー
ゼル機関の中間ですので，動弁機構のない２サイクル火
花点火機関の燃焼室として利用する場合も，基本的には
同じで振動が少ない圧縮比の飛躍的に高い２サイクル火
花点火機関の燃焼室が得られますが，火花点火するため
の空燃比制御が必要になります。２サイクル機関は排気
エネルギが大きいので，排気タービン過給機付クランク
室掃気排気ポート排気制御機関として使用する場合も多
く，負荷変動時の空燃比制御も，過給機圧力調整弁制御
と排気ポート排気制御弁制御により，ディーゼル燃焼法
に近い火花点火燃焼法となり，軽負荷時の燃費効率を飛
躍的に上昇できる大きな効果を発生します。

【０００７】

【実施例】図１の第１実施例を参照すると本発明を動弁
機構のない２サイクル縮形燃焼室圧縮点火機関の燃焼室
として実施した場合を図示している。シリンダ１の摺動
面３の下部にピストン２により開閉する掃気穴群４・４
が左右対向に具備され前後対向に排気穴群８・８が具備
されている。掃気は後述の排気ターボ過給機・給気穴群
・クランク室を通り掃気穴群４．４よりピストン２の頭
部に凹設された掃気案内部１２・１２により上方に対向
して変向衝突させて上部から充填し，排気はピストン２
の排気案内部１３・１３により開閉され，排気穴群８・
８より排気しますが，掃気時は後述するピストン側燃焼
室２０の１９Ｃや９Ｃ等の溝から変身した多数の噴口よ
り，爆発逆噴射燃焼によるスワールエネルギを掃気側に
移転しながら掃気に押し下げられて排気します。ピスト
ン２の頭部中央付近には筒形に近い形状の縮形９を有す
るピストン側燃焼室２０を凹設して，シリンダカバー７
にはピストン２の掃気案内部１２・１２に嵌め合う掃気
案内凸部２３・２３を凸設すると共に排気案内部１３・
１３に嵌め合う排気案内凹部２４・２４も設けて中央付
近に燃料噴射器１０を具備したカバー側ピストン１９を
突設します。

【０００８】シリンダカバー７の中央付近に燃料噴射器
１０を具備したカバー側ピストン１９を突設して，ピス
トン２が上死点に近づく寸前の適時にピストン２に具備
したピストン側燃焼室２０の入口の縮形９と往復ポンプ
を急構成して上死点までの瞬時に，例えば燃焼室６内外
周の８分の７断面積の空気のほぼ全部を圧縮比の差によ
り８分の１断面積の縮形９を入口とするピストン側燃焼
室２０に高速噴射して，カバー側ピストン１９に具備さ
れた燃料噴射器１０より噴射された気体又は液体燃料を
高速撹拌混合完全燃焼終了させます。縮形燃焼室内燃機
関はスワール有機関に於いて残留ガスの柱ができる部分
に，縮形９により隔離してピストン側燃焼室２０等を設
けるのと縮形９より内径の小さい燃焼室にできるのに加
えて，カバー側ピストン１９の外面と縮形９の内面に必
要ならいくらでも多数の噴口に変身する溝を設け，必要
ならいくらでも高速の空気を噴射できるため，撹拌混合
完全燃焼終了速度を数拾倍に近づけられるし，爆発逆噴
射燃焼の場合は燃焼室６内スワール発生と共に，比重の
重い不完全燃焼ガスから順次選別逆噴射燃焼となるた
め，理想のディーゼル燃焼法になるのに加えてピストン
側燃焼室２０内は完全燃焼終了ガスのみ残留するため超
希薄酸素となり，早期大量燃料噴射と無冷却ピストン側
燃焼室２０が可能となり，燃費効率上昇に大きな効果が
ある。

【０００９】図２を参照するとカバー側ピストン１９Ａ
・１９Ｂ・１９Ｃ・１９Ｄを図示している。実施例が限
りなく多いため一応大別してすべてを含めたものです。
縮形燃焼室による燃焼法では圧縮点火機関から火花点火
機関まですべて理想に近い燃焼法が得られるのに加え
て，燃料噴射器１０より噴射できるあらゆる液体気体燃
料を理想的に燃焼できるように多採としたものです。１
９Ａは基本形で太さや隙間を変化させて用途に対応しま
す。１９Ｂは１９Ａの外面に高速気流噴射溝１６を設け
たもので溝の数と大きさや深さを変化させて用途に対応
します。１９Ｃは１９Ａの外面に回転気流噴射溝１７を
設けたもので回転気流を得るための溝の傾斜角度と数と
大きさや深さを変化させて用途に対応します。１９Ｄは
１９Ａの外面に撹拌気流噴射溝１８を設けたもので噴射
方向の異なる溝を適当数併設して撹拌を主目的にする用
途に対応します。

【００１０】図３を参照するとピストン側燃焼室２０Ａ
・２０Ｂ・２０Ｃ・２０Ｄ及び縮形９Ａ・９Ｂ・９Ｃ・
９Ｄを図示している。ピストン側燃焼室は用途により微
妙に変化しますので大別してすべての形を含めることが
できませんので同形のまますべての形を含めました。縮
形の実施例も非常に多いので溝の形だけ大別してすべて
の形を含めました。縮形燃焼室による燃焼法では圧縮点
火機関から火花点火機関まですべて理想に近い燃焼法が
得られるのに加えて燃料噴射器１０より噴射できるあら
ゆる液体気体燃料を理想的に燃焼できるように多採にし
たものです。９Ａは基本形で大きさや隙間等を変化させ
て用途に対応します。９Ｂは９Ａの内面に高速気流噴射
溝１６を設けたもので溝の数と大きさや深さを変化させ
て用途に対応します。９Ｃは９Ａの内面に回転気流噴射
溝１７を設けたもので回転気流を得るための溝の角度と
数と大きさや深さを変化させて用途に対応します。９Ｄ
は９Ａの内面に撹拌気流噴射溝１８を設けたもので噴射
方向の異なる溝を併設して撹拌を主目的とする用途に対
応します。又，縮形９Ａ・９Ｂ・９Ｃ・９Ｄとカバー側
ピストン１９Ａ・１９Ｂ・１９Ｃ・１９Ｄとの組み合わ
せを色々と変化させることにより更に多くの用途に対応
します。

【００１１】図４の第２実施例を参照すると前記０００
７及び０００８の第１実施例と殆んど同じですが相違点
は，第１実施例の縮形９を入口とするピストン側燃焼室
２０をシリンダカバー側に移動して縮形９を入口とする
カバー側燃焼室２１とすると共に，カバー側ピストン１
９もピストン２側に移動してピストン側ピストン２２と
したところです。従ってピストン側ピストン２２はピス
トン２が上死点に近づく寸前の適時にシリンダカバー７
に凹設されたカバー側燃焼室２１の入口の縮形９と往復
ポンプを急構成して上死点までの瞬時に，例えば燃焼室
６内外周の８分の７断面積の空気のほぼ全部を圧縮比の
差により８分の１断面積の縮形９を入口とするカバー側
燃焼室２１に高速噴射して，カバー側燃焼室２１に具備
した燃料噴射器１０より噴射されるあらゆる気体液体燃
料を強力に超高速撹拌混合完全燃焼終了させます。主燃
焼室をカバー側に移動しますとカバー側燃焼室２１の設
計が多採となるため更に多くの用途に対応できます。

【００１２】図５の第３実施例を参照すると前記第２実
施例と殆んど同じですが相違点は，カバー側燃焼室２１
に燃料噴射器１０に加えてグロープラグ１５を追加具備
したところです。このグロープラグ１５も用途に対応し
て具備するものです。縮形燃焼室内燃機関の燃焼室及び
燃焼法の共通点は，スワール有内燃機関で残留ガスの柱
ができる位置に主燃焼室のピストン側燃焼室２０やカバ
ー側燃焼室２１を凹設するところです。従って主燃焼室
内は常時超希薄酸素に維持し易く，しかも通常スキッシ
ュと呼ばれているものを高度に活用する燃焼法ですので
エネルギ損失が少なく，新空気の噴射が圧縮上死点に集
中するため異状燃焼の心配がなく，撹拌混合完全燃焼終
了速度を数拾倍に近づけられるため不完全燃焼を皆無に
できる効果が大きく，主燃焼室入口の断面積を１０分の
１に近づけられるため最大燃焼圧力の影響が非常に少な
く，圧縮比が飛躍的に高く低振動の２サイクル高速ディ
ーゼル機関を得る大きな効果がある。即ち，縮形燃焼室
にすることで内燃機関の燃焼室を完壁に改良できますの
で，長所らしきところを列記します。

【００１３】１．運動エネルギの減少が４サイクル機関
の２分の１と少なく，従って４サイクル機関より熱効率
が良く小型軽量大出力低振動にできる。 ２．動弁機構が無く構造が簡単なため製作費が安価であ
る。 ３．自動車用高速ディーゼル機関として実施した場合，
最大燃焼圧力を受ける断面積が非常に小さいため，振動
や騒音をガソリン車並にできる。 ４．船外機用高速ディーゼル機関として実施した場合
は，重量当りの出力を現在の４サイクル高速ディーゼル
機関の２倍程度にできる。 ５．残留ガスが多く撹拌混合が飛躍的に改良されるた
め，理論空燃比低温完全燃焼終了に近い還元容易で低公
害の燃焼法にできる。 ６．最大熱負荷が発明の小型主燃焼室側に隔離されるた
めと完全燃焼終了が早期になるため，機械部分の熱負荷
等が軽減されて機械寿命が長くなる。 ７．隔離された主燃焼室内は常時残留ガスで無酸素に近
づけ易く，新空気による強力な撹拌混合が圧縮上死点に
集中するため，水素燃料を含めてあらゆる気体液体燃料
を最短の瞬時に高速撹拌混合完全燃焼終了できます。 ８．最大燃焼圧力を受ける隔離された主燃焼室の断面積
が非常に小さいため，圧縮比の上昇と振動の低減が容易
となり，動弁機構無用の２サイクル大型高速ディーゼル
機関が得られます。

【００１４】図６の第４実施例を参照すると前記００１
２の第３実施例と殆んど同じですが相違点は，カバー側
燃焼室２１に燃料噴射器１０と共にグロープラグ１５を
具備していたものをグロープラグ１５に換えて点火栓１
４を具備したところです。この点火栓１４も用途に対応
して具備しますが，縮形燃焼室内燃機関を火花点火機関
として実施した場合も前記燃焼法と基本的には殆んど同
じで，通常のディーゼル燃焼法と火花点火燃焼法の中間
で撹拌混合を高速化したものですが，火花点火するため
の空燃比制御が必要になります。即ち，燃料噴射量制御
及び燃料噴射時期制御及び過給圧力制御及び残留ガス量
制御が必要になりますが，小型の主燃焼室内空燃比制御
でしかも新空気による多数の噴口からの撹拌混合が上死
点の瞬時に，局部の空燃比制御で良いため吸入空気を大
きく絞ることがありませんので，圧縮比と軽負荷時の熱
効率をディーゼル機関に近づけられます。又残留ガスの
多い窒素酸化物の生成が少ない希薄燃焼も非常に容易に
なり，低公害で燃費の良い火花点火機関となります。

【００１５】図７を参照するとピストン側ピストン２２
Ａ・２２Ｂ・２２Ｃ・２２Ｄ・２２ａ・２２ｂ・２２ｃ
・２２ｄを図示している。実施例が非常に多いため一応
大別してすべてを含めたものです。縮形燃焼室による燃
焼法では圧縮点火機関から火花点火機関まですべて理想
に近い燃焼法が得られるのに加えて，燃料噴射器１０よ
り噴射できるあらゆる液体気体燃料を理想的に燃焼でき
るように多採としたものです。２２Ａから２２ｄまです
べて第２実施例から第４実施例までに使用しており，２
２Ａは基本形で太さや隙間を変化させて用途に対応しま
す。２２Ｂは２２Ａの外面に高速気流噴射溝１６を凹設
したもので，溝の数と大きさや深さを変化させて用途に
対応します。２２Ｃは２２Ａの外面に回転気流噴射溝１
７を凹設したもので，回転気流を得るための溝の傾斜角
度と数と大きさや深さを変化させて用途に対応します。
２２Ｄは２２Ａの外面に撹拌気流噴射溝１８を凹設した
もので，噴射方向の異なる溝を適当数併設して撹拌を主
目的とする用途に対応します。２２ａは２２Ａの内部に
燃焼室を延長したもので，形状や深さは用途にあわせま
す。２２ｂは２２Ｂの内部に燃焼室を延長したもので，
形状や深さは用途にあわせます。２２ｃは２２Ｃの内部
に燃焼室を延長したもので，形状や深さは用途にあわせ
ます。２２ｄは２２Ｄの内部に燃焼室を延長したもの
で，形状や深さは用途にあわせます。

【００１６】図８を参照するとカバー側燃焼室２１Ａ・
２１Ｂ・２１Ｃ・２１Ｄを図示している。この実施例も
非常に多いため一応大別してすべての実施例を含めたも
のです。縮形燃焼室による燃焼法では圧縮点火機関から
火花点火機関まですべて理想に近い燃焼法が得られるの
に加えて，燃料噴射器１０より噴射できるあらゆる液体
気体燃料を理想的に燃焼できるように多採としたもので
す。２１Ａから２１Ｄまですべて第２実施例から第４実
施例までに使用しており，２１Ａは基本形で大きさや隙
間を変化させて用途に対応します。２１Ｂは２１Ａの内
面に高速気流噴射溝１６を設けたもので，溝の数や大き
さや深さを変化させて用途に対応します。２１Ｃは２１
Ａの内面に回転気流噴射溝１７を凹設したもので，回転
気流を得るための溝の傾斜角度と数と大きさや深さを変
化させて用途に対応します。２１Ｄは２１Ａの内面に撹
拌気流噴射溝１８を凹設したもので，噴射方向の異なる
適当数の溝を併設して撹拌を主目的とする用途に対応し
ます。又このカバー側燃焼室２１Ａ・２１Ｂ・２１Ｃ・
２１Ｄとピストン側ピストン２２Ａ・２２Ｂ・２２Ｃ・
２２Ｄ・２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄとの組み合わ
せを色々と変化させることにより更に多くの用途に対応
します。

【００１７】縮形燃焼室内燃機関の燃焼室内は爆発逆噴
射燃焼時に遠心力により比重の重い不完全燃焼ガスから
順次選別逆噴射燃焼させるため，不完全燃焼ガスの残留
が無く超希薄酸素に維持するのが容易であり，新空気に
よる多数の噴口からの撹拌混合が圧縮上死点付近に限定
されるため異状燃焼がなく，従って燃料を早期に噴射し
て予熱して完全燃焼終了速度を更に高速にして燃費効率
を上昇させるため，燃焼室付近を断熱無冷却とする場合
が多くなります。即ち，カバー側ピストン１９の外面か
ら内部に向かう熱の移動を少なくするための耐熱断熱手
段として，外面を断熱セラミックスで構成したり断熱セ
ラミックスの被覆をします。ピストン燃焼室２０からピ
ストン２及びシリンダ１側への熱の移動を少なくするた
めの耐熱断熱手段としても同様に内面から入口の付近を
断熱セラミックスで構成したり断熱セラミックスの被覆
をします。カバー側燃焼室２１からシリンダーカバー７
側への熱の移動を少なくするための耐熱断熱手段として
も同様に内面から入口の付近を断熱セラミックスで構成
したり断熱セラミックスの被覆をします。ピストン側ピ
ストン２２からピストン２及びシリンダ１側への熱の移
動を少なくするための耐熱断熱手段としても同様に外面
からピストン２の頂部付近を用途にあわせて断熱セラミ
ックスで構成したり断熱セラミックスの被覆をします。

【００１８】第１実施例から第４実施例まですべてピス
トン側燃焼室２０又はカバー側燃焼室２１をシリンダ１
の中心軸付近に具備しております。これは主として掃気
穴群４・４からの掃気と２０又は２１からの爆発不完全
燃焼ガス選別逆噴射燃焼時の両方でスワールを強化して
残留ガスの柱を強固にすると共に遠心力を利用して，ピ
ストン側燃焼室２０又はカバー側燃焼室２１内を完全燃
焼終了ガスのみとして超希薄酸素を圧縮上死点付近まで
維持することにより異状燃焼を皆無にして窒素酸化物の
生成を飛躍的に低減するものです。即ち，掃気穴群４・
４からの掃気による燃焼室６内のスワールの形成を通常
通りとしてピストン側燃焼室２０又はカバー側燃焼室２
１の多数の噴口からの爆発逆噴射燃焼によるスワールの
強化を加えます。

【００１９】掃気はシリンダ１のピストン２の摺動面３
の下部にピストン２により開閉する掃気穴群４・４及び
排気穴群８・８をそれぞれ対向に設けて，ピストン２に
は掃気穴群４・４からの掃気を対向して変向する掃気案
内部１２・１２を凹設して掃気をシリンダカバー７の近
傍で衝突させて掃気をシリンダカバー７側より充填し，
対向に設けた排気穴群８・８より排気しますが，非常に
多くの用途に対応するため掃気時や爆発逆噴射燃焼時に
上記の如くスワールを発生させる場合が非常に多いので
すが，必ずスワールを発生させるものでもありません。

【００２０】図９を参照すると縮形燃焼室内燃機関を排
気制御機関とした実施例を示す。これを２サイクル圧縮
点火機関として実施した場合はカバー側燃焼室２１内へ
の燃料噴射時に多数の噴口から空気噴射して隔離した状
態で超高速撹拌混合圧縮点火爆発となり吹き抜けは皆無
で，遠心力により比重の重い不完全燃焼ガスから順次選
別して多数の噴口から逆噴射燃焼して完全燃焼終了速度
が数拾倍に近づき，主燃焼室と出力燃焼室６が合体する
とき急膨脹仕上げ燃焼となり，不完全燃焼になる余地が
ありませんので全力窒素酸化物の抑制となります。即
ち，残留ガスの多い程窒素酸化物の生成が少ないことが
知られており，動弁機構のない２サイクル圧縮点火機関
が構造が簡単で小型軽量大出力低振動に加えて運動エネ
ルギの減少が４サイクルの２分の１と言うことで教科書
と違いますが，熱効率も最高になる予定です。そこでこ
の発明は低負荷時の燃焼も含めて理論空燃比燃焼に近づ
けるため，排気制御弁１１を早期に閉止して残留ガスを
多くするもので，更に残留ガスを多くする場合は過給圧
力調整弁２６を併用して開放して過給空気圧力を低下さ
せる方向に調整します。従って燃料噴射量に対応した計
算制御になりますが，還元容易な排気ガスを得るために
効果があります。

【００２１】図９のカバー側燃焼室２１に図６の如く点
火栓１４を具備して火花点火機関として使用する場合
は，火花点火するための空燃比制御が必要になります。
即ち，燃料噴射量制御及び燃料噴射時期制御及び過給圧
力制御及び残留ガス量制御が必要となり，上記圧縮点火
機関の燃焼制御と殆んど同じですが相違点は，上記圧縮
点火燃焼制御では空燃比は犠牲にできますが圧縮比は必
須となり，火花点火燃焼制御では逆に圧縮比は犠牲にで
きますが空燃比は必須となります。従って縮形燃焼室内
燃機関の火花点火燃焼法は圧縮点火燃焼法に近くなり，
上死点付近のスキッシュ利用は圧縮点火機関を越え話題
のファイアボール形燃焼室を遥かに越えて，上死点付近
のみ多噴口高速空気噴射撹拌混合そして火花点火爆発不
完全燃焼ガス選別多噴口逆噴射燃焼そして，噴口解体主
燃焼室出力燃焼室６の合体急膨脹撹拌仕上げ燃焼となり
スキッシュ利用が完壁となって不完全燃焼が皆無とな
り，しかも上死点付近の最大燃焼圧力の軸受やシリンダ
等への悪影響を半分以下にできる効果が大きく，最大燃
焼温度も隔離するため機関寿命を延長する効果も大き
く，特に小型主燃焼室内の空燃比制御火花点火燃焼法は
ディーゼル燃焼法に近く，残留ガスの多い火花点火希薄
燃焼法ともなって低公害で燃費の良い２サイクル機関を
得るために大きな効果があります。

【００２２】縮形燃焼室内燃機関の燃焼室の燃焼は圧縮
点火機関として実施した場合も火花点火機関として実施
した場合も，撹拌混合が非常に高速のため燃料噴射も短
時間大量噴射となり燃料噴射器１０の容量が大きくなり
ますが，無負荷時は安定した微量噴射を必要とします。
従って大型燃焼室や燃焼室形状により燃料噴射器１０を
２箇以上具備して別々に制御します。

【００２３】

【発明の効果】動弁機構のない通常の２サイクル高速デ
ィーゼル機関は構造が簡単で小型軽量大出力にも拘らず
４サイクル高速ディーゼル機関に完敗して駆逐された状
態です。通常のディーゼル燃焼法では撹拌混合燃焼速度
が非常に低速で完全燃焼を終了しないで排気するため，
燃焼時間の長い４サイクル高速ディーゼル機関が勝利し
ました。ディーゼル燃焼法でも例外は無く撹拌混合完全
燃焼終了速度はほぼ空気噴射逆噴射口数に比例しますの
で，空気噴射逆噴射口の数が１箇に近い通常のディーゼ
ル燃焼法で高速完全燃焼終了するのは不可能に近いので
す。そこでこの発明はスキッシュを完壁に利用するため
縮形９の内面とピストン側ピストンの外面に噴口に変身
する多数の溝を設けて，スキッシュの時間帯に多噴口空
気噴射撹拌混合圧縮点火爆発そして不完全燃焼ガス選別
逆噴射撹拌混合完全燃焼終了そして噴口解体急膨脹撹拌
混合仕上げ燃焼終了主燃焼室出力燃焼室６の合体でスキ
ッシュの終了としたものです。従ってエネルギ損失が少
なく，最大燃焼圧力の悪影響を縮形の割合に比例して低
減できるため圧縮比の上昇が容易となり，最大熱負荷を
隔離したため無冷却燃焼室も可能となり機械部分の熱負
荷が低減されるため機関寿命が長くなり，撹拌混合完全
燃焼終了速度を数倍から数拾倍に近づけられるため，残
留ガスが多く理論空燃比ディーゼル燃焼法に近い燃焼も
可能になって，動弁機構がなく小型軽量大出力で振動も
ガソリン機関並で窒素酸化物の生成が非常に少なく還元
も容易な２サイクル高速ディーゼル機関を得るために大
きな効果があります。

【００２４】動弁機構の無い２サイクル火花点火機関は
未燃混合気の吹き抜けという欠点のため敗退して，小型
軽量大出力を欠くことのできない船外機関として命脈を
保っておりますが，船用大型２サイクル低速ディーゼル
機関は王座を不動にしております。即ち，充分な燃焼時
間があると２サイクルの方が有利な実証ですが解析する
必要があります。教科書ではクランク機関の往復運動は
運動エネルギの減少しない往復運動として計算されてい
ます。はづみ車を無限大にすると教科書と同じになりま
すので，はん用ガソリン機関での実測でははづみ車が大
きくならないように実測したところ，不正確ですが運動
エネルギの減少とガソリン機関の出力がほぼ同じでし
た。従って昔の実測ですが運動エネルギの減少が０でな
いことが実証できたと思っております。即ち，２サイク
ル機関の運動エネルギの減少は４サイクル機関の２分の
１ということで，完全燃焼終了速度を上記の如く数倍か
ら数拾倍に近づけると４サイクル機関を駆逐できること
になります。従って動弁機構が無いので構造が非常に簡
単で２サイクルディーゼル燃焼法に近い縮形燃焼室燃焼
法のため小形軽量大出力で未燃混合気の吹き抜けが皆無
となり，小形主燃焼室を縮形隔離しているため最大燃焼
圧力の悪影響を縮形に比例して低減して高圧縮比を容易
にすると共に，最大熱負荷を隔離したため機械部分の熱
負荷が低減されて機関寿命が長くなり，更に振動を低減
するためにも大きな効果があります。

【図面の簡単な説明】

【図 １】本発明の第１実施例を示す断面図である。

【図 ２】本発明のカバー側ピストン１９の実施例の４
例を示す正面図である。

【図 ３】本発明のピストン側燃焼室２０の実施例の４
例を示す一部断面図である。

【図 ４】本発明の第２実施例を示す断面図である。

【図 ５】本発明の第３実施例を示す断面図である。

【図 ６】本発明の第４実施例を示す断面図である。

【図 ７】本発明のピストン側ピストン２２の実施例の
８例を示す一部断面図である。

【図 ８】本発明のカバー側燃焼室２１の実施例の４例
を示す一部断面図である。

【図 ９】本発明の掃気を説明する一部断面図である。

【符号の説明】

同一の部品に複数の実施例があるときは数字をもってそ
の部品を代表し，ＡＢ・・・ａｂ・・・を付して区別し
ます。 １：シリンダ ２：ピストン ３：摺動面 ４：
掃気穴群 ５：給気穴群 ６：燃焼室 ７：シリ
ンダカバー ８：排気穴群 ９：縮形 １０：燃料
噴射器 １１：排気制御弁 １２：掃気案内部
１３：排気 案内部 １４：点火栓 １５：グロー
プラグ １６：高速気流噴射溝 １７ ：回転気流
噴射溝 １８：撹拌気流噴射溝 １９：カバー側ピ
ストン ２０ ：ピストン側燃焼室 ２１：カバー側燃焼室
２２：ピストン側ピストン ２３：掃気案内凸部
２４：排気案内凹部 ２５：排気ターボ過給機
２６ ：過給圧力調整弁 ２７：制御器

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｆ 1/22 Ｚ 3/24 (72)発明者 谷川 幸永 岡山県岡山市江並428−35

Claims (28)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】縮形（９Ａ）したピストン側燃焼室（２０
   Ａ）を有するピストン（２）が上死点に近づく寸前の適
   時にシリンダーカバー（７）より突出したカバー側ピス
   トン（１９Ａ）と往復ポンプを急構成して上死点までの
   瞬時に，例えば燃焼室（６）内外周の６分の５断面積の
   空気のほぼ全部を６分の１断面積の縮形（９Ａ）を入口
   とするピストン側燃焼室（２０Ａ）に高速噴射して，カ
   バー側ピストン（１９Ａ）に具備された燃料噴射器（１
   ０）より噴射された燃料を高速撹拌混合燃焼させる縮形
   燃焼室内燃機関において，ピストン（２）に掃気案内部
   （１２）（１２）及び排気案内部（１３）（１３）をそ
   れぞれ対向に設けてシリンダカバー（７）にそれぞれに
   嵌め合う掃気案内凸部（２３）（２３）及び排気案内凹
   部（２４）（２４）を具備したことを特徴とした縮形燃
   焼室内燃機関の燃焼室及び燃焼法。
2. 【請求項２】前記カバー側ピストン（１９Ａ）の外面に
   高速気流噴射溝（１６）を具備してカバー側ピストン
   （１９Ｂ）としたことを特徴とする請求項１に記載の縮
   形燃焼室内燃機関の燃焼室及び燃焼法。
3. 【請求項３】前記カバー側ピストン（１９Ａ）の外面に
   回転気流噴射溝（１７）を具備してカバー側ピストン
   （１９Ｃ）としたことを特徴とする請求項１に記載の縮
   形燃焼室内燃機関の燃焼室及び燃焼法。
4. 【請求項４】前記カバー側ピストン（１９Ａ）の外面に
   撹拌気流噴射溝（１８）を具備してカバー側ピストン
   （１９Ｄ）としたことを特徴とする請求項１に記載の縮
   形燃焼室内燃機関の燃焼室及び燃焼法。
5. 【請求項５】前記ピストン側燃焼室（２０Ａ）の入口の
   縮形（９Ａ）の内面に高速気流噴射溝（１６）を具備し
   て縮形（９Ｂ）及びピストン側燃焼室（２０Ｂ）とした
   ことを特徴とする請求項１に記載の縮形燃焼室内燃機関
   の燃焼室及び燃焼法。
6. 【請求項６】前記ピストン側燃焼室（２０Ａ）の入口の
   縮形（９Ａ）の内面に回転気流噴射溝（１７）を具備し
   て縮形（９Ｃ）及びピストン側燃焼室（２０Ｃ）とした
   ことを特徴とする請求項１に記載の縮形燃焼室内燃機関
   の燃焼室及び燃焼法。
7. 【請求項７】前記ピストン側燃焼室（２０Ａ）の入口の
   縮形（９Ａ）の内面に撹拌気流噴射溝（１８）を具備し
   て縮形（９Ｄ）及びピストン側燃焼室（２０Ｄ）とした
   ことを特徴とする請求項１に記載の縮形燃焼室内燃機関
   の燃焼室及び燃焼法。
8. 【請求項８】ピストン側ピストン（２２Ａ）を有するピ
   ストン（２）が上死点に近づく寸前の適時にカバー側燃
   焼室（２１Ａ）の入口の縮形（９Ａ）と往復ポンプを急
   構成して上死点までの瞬時に，例えば燃焼室（６）内外
   周の７分の６断面積の空気のほぼ全部を圧縮比の差によ
   り７分の１断面積の縮形（９Ａ）を有するカバー側燃焼
   室（２１Ａ）内に高速噴射して，カバー側燃焼室（２１
   Ａ）に具備された燃料噴射器（１０）より噴射された燃
   料を高速撹拌混合燃焼させる縮形燃焼室内燃機関に於い
   て，ピストン（２）に掃気案内部（１２）（１２）及び
   排気案内部（１３）（１３）をそれぞれ対向に設けてシ
   リンダカバー（７）にそれぞれに嵌め合う掃気案内凸部
   （２３）（２３）及び排気案内凹部（２４）（２４）を
   具備したことを特徴とした縮形燃焼室内焼機関の燃焼室
   及び燃焼法。
9. 【請求項９】ピストン側ピストン（２２Ａ）を有するピ
   ストン（２）が上死点に近づく寸前の適時にカバー側燃
   焼室（２１Ａ）の入口の縮形（９Ａ）と往復ポンプを急
   構成して上死点までの瞬時に，例えば燃焼室（６）内外
   周の７分の６断面積の空気のほぼ全部を圧縮比の差によ
   り７分の１断面積の縮形（９Ａ）を有するカバー側燃焼
   室（２１Ａ）内に高速噴射して，カバー側燃焼室（２１
   Ａ）にグロープラグ（１５）と共に具備された燃料噴射
   器（１０）より噴射された燃料を高速撹拌混合燃焼させ
   る縮形燃焼室内燃機関に於いて，ピストン（２）に掃気
   案内部（１２）（１２）及び排気案内部（１３）（１
   ３）をそれぞれ対向に設けてシリンダカバー（７）にそ
   れぞれに嵌め合う掃気案内凸部（２３）（２３）及び排
   気案内凹部（２４）（２４）を具備したことを特徴とし
   た縮形燃焼室内燃機関の燃焼室及び燃焼法。
10. 【請求項１０】ピストン側ピストン（２２Ａ）を有する
    ピストン（２）が上死点に近づく寸前の適時にカバー側
    燃焼室（２１Ａ）の入口の縮形（９Ａ）と往復ポンプを
    急構成して上死点までの瞬時に，例えば燃焼室（６）内
    外周の５分の４断面積の空気の適当量を圧縮比の差によ
    り５分の１断面積の縮形（９Ａ）を有するカバー側燃焼
    室（２１Ａ）内に中速噴射して，カバー側燃焼室（２１
    Ａ）に点火栓（１４）と共に具備された燃料噴射器（１
    ０）より噴射された燃料を高速撹拌混合燃焼させる縮形
    燃焼室内燃機関に於いて，ピストン（２）に掃気案内部
    （１２）（１２）及び排気案内部（１３）（１３）をそ
    れぞれ対向に設けてシリンダカバー（７）にそれぞれに
    嵌め合う掃気案内凸部（２３）（２３）及び排気案内凹
    部（２４）（２４）を具備したことを特徴とした縮形燃
    焼室内燃機関の燃焼室及び燃焼法。
11. 【請求項１１】ピストン側ピストン（２２Ａ）を有する
    ピストン（２）が上死点に近づく寸前の適時にカバー側
    燃焼室（２１Ａ）の入口の縮形（９Ａ）と往復ポンプを
    急構成して上死点までの瞬時に，例えば燃焼室（６）内
    外周の５分の４断面積の空気の適当量を圧縮比の差によ
    り５分の１断面積の縮形（９Ａ）を有するカバー側燃焼
    室（２１Ａ）内に中速噴射して，カバー側燃焼室（２１
    Ａ）に複数の点火栓（１４）と共に具備された燃料噴射
    器（１０）より噴射された燃料を高速撹拌混合燃焼させ
    る縮形燃焼室内燃機関に於いて，ピストン（２）に掃気
    案内部（１２）（１２）及び排気案内部（１３）（１
    ３）をそれぞれ対向に設けてシリンダカバー（７）にそ
    れぞれに嵌め合う掃気案内凸部（２３）（２３）及び排
    気案内凹部（２４）（２４）を具備したことを特徴とし
    た縮形燃焼室内燃機関の燃焼室及び燃焼法。
12. 【請求項１２】ピストン側ピストン（２２Ａ）を有する
    ピストン（２）が上死点に近づく寸前の適時にカバー側
    燃焼室（２１Ａ）の入口の縮形（９Ａ）と往復ポンプを
    急構成して上死点までの瞬時に，例えば燃焼室（６）内
    外周の７分の６断面積の空気のほぼ全部を圧縮比の差に
    より７分の１断面積の縮形（９Ａ）を有するカバー側燃
    焼室（２１Ａ）内に高速噴射して，カバー側燃焼室（２
    １Ａ）に具備された焼料噴射器（１０）より噴射された
    燃料を高速撹拌混合燃焼させる縮形燃焼室内燃機関に於
    いて，ピストン（２）に掃気案内部（１２）（１２）及
    び排気案内部（１３）（１３）をそれぞれ対向に設けて
    シリンダカバー（７）にそれぞれに嵌め合う掃気案内凸
    部（２３）（２３）及び排気案内凹部（２４）（２４）
    を具備し，ピストン側ピストン（２２Ａ）の内部に用途
    にあわせて燃焼室を拡大して燃料の気化を促進するピス
    トン側ピストン（２２ａ）としたことを特徴とした縮形
    燃焼室内燃機関の燃焼室及び燃焼法。
13. 【請求項１３】前記ピストン側ピストン（２２Ａ）又は
    （２２ａ）の外面に高速気流噴射溝（１６）を具備して
    ピストン側ピストン（２２Ｂ）又は（２２ｂ）としたこ
    とを特徴とする縮形燃焼室内燃機関の燃焼室及び燃焼
    法。
14. 【請求項１４】前記ピストン側ピストン（２２Ａ）又は
    （２２ａ）の外面に回転気流噴射溝（１７）を具備して
    ピストン側ピストン（２２Ｃ）又は（２２ｃ）としたこ
    とを特徴とする縮形燃焼室内燃機関の燃焼室及び燃焼
    法。
15. 【請求項１５】前記ピストン側ピストン（２２Ａ）又は
    （２２ａ）の外面に撹拌気流噴射溝（１８）を具備して
    ピストン側ピストン（２２Ｄ）又は（２２ｄ）としたこ
    とを特徴とする縮形燃焼室内燃機関の燃焼室及び燃焼
    法。
16. 【請求項１６】前記カバー側燃焼室（２１Ａ）の入口の
    縮形（９Ａ）の内面に高速気流噴射溝（１６）を具備し
    てカバー側燃焼室（２１Ｂ）としたことを特徴とする縮
    形燃焼室内燃機関の燃焼室及び燃焼法。
17. 【請求項１７】前記カバー側燃焼室（２１Ａ）の入口の
    縮形（９Ａ）の内面に回転気流噴射溝（１７）を具備し
    てカバー側燃焼室（２１Ｃ）としたことを特徴とする縮
    形燃焼室内燃機関の燃焼室及び燃焼法。
18. 【請求項１８】前記カバー側燃焼室（２１Ａ）の入口の
    縮形（９Ａ）の内面に撹拌気流噴射溝（１８）を具備し
    てカバー側燃焼室（２１Ｄ）としたことを特徴とする縮
    形燃焼室内燃機関の燃焼室及び燃焼法。
19. 【請求項１９】前記カバー側ピストン（１９）の外面か
    ら内部に向かう熱の移動を少なくするための耐熱断熱手
    段として断熱セラミックス等を使用したことを特徴とす
    る縮形燃焼室内燃機関の燃焼室及び燃焼法。
20. 【請求項２０】前記ピストン燃焼室（２０）からピスト
    ン（２）及びシリンダ（１）側への熱の移動を少なくす
    るための耐熱断熱手段として断熱セラミックスを使用し
    たことを特徴とする縮形燃焼室内燃機関の燃焼室及び燃
    焼法。
21. 【請求項２１】前記カバー側燃焼室（２１）からシリン
    ダカバー（７）側への熱の移動を少なくするための耐熱
    断熱手段として断熱セラミックスを使用したことを特徴
    とする縮形燃焼室内燃機関の燃焼室及び燃焼法。
22. 【請求項２２】前記ピストン側ピストン（２２）からピ
    ストン（２）及びシリンダ（１）側への熱の移動を少な
    くするための耐熱断熱手段として断熱セラミックスを使
    用したことを特徴とする縮形燃焼室内燃機関の燃焼室及
    び燃焼法。
23. 【請求項２３】前記シリンダ（１）の中心軸付近に残留
    ガスの柱を造ってピストン側燃焼室（２０）内又はカバ
    ー側燃焼室（２１）内の超希薄酸素を維持するため高速
    気流噴射溝（１６）の入口側又は回転気流噴射溝（１
    ７）の入口側を傾斜させて，爆発逆噴射燃焼時に燃焼室
    （６）側にスワールを発生させることを特徴とする縮形
    燃焼室内燃機関の燃焼室及び燃焼法。
24. 【請求項２４】シリンダ（１）のピストン（２）の摺動
    面（３）の下部にピストン（２）により開閉する掃気穴
    群（４）（４）及び排気穴群（８）（８）をそれぞれ対
    向に設けて，ピストン（２）には掃気穴群（４）（４）
    からの掃気を対向して変向する掃気案内部（１２）（１
    ２）を凹設して掃気をシリンダカバー（７）の近傍で衝
    突させるようにして対向に設けた排気穴群（８）（８）
    より排気することを特徴とする縮形燃焼室内燃機関の燃
    焼室及び燃焼法。
25. 【請求項２５】縮形燃焼室内燃機関を排気制御機関とす
    るため排気穴群（８）（８）の出口部に排気制御弁（１
    １）を設けて排気マニホルドを介して排気を単段又は多
    段の排気ターボ過給機（２５）に供給し，ピストン
    （２）により開閉する給気穴群（５）に連絡した給気管
    に過給圧力調整弁（２６）を設けて適時放出可能として
    給気穴群（５）よりクランク室に給気し掃気穴群（４）
    （４）より燃焼室（６）を掃気するクランク室掃気の排
    気ターボ過給機関としたことを特徴とする縮形燃焼室内
    燃機関の燃焼室及び燃焼法。
26. 【請求項２６】縮形燃焼室内燃機関を火花点火機関とす
    るための空燃比制御として上記の排気制御弁（１１）及
    び過給圧力調整弁（２６）を開閉して残留ガス量計算制
    御及び過給圧力計算制御のため制御器（２７）に連絡
    し，前記燃料噴射器（１０）からの燃料噴射時期計算制
    御及び燃料噴射量計算制御のため制御器（２７）に連絡
    して空燃比を計算制御することにより，ディーゼル燃焼
    法に近い火花点火燃焼法及び火花点火希薄燃焼法とした
    ことを特徴とする縮形燃焼室内燃機関の燃焼室及び燃焼
    法。
27. 【請求項２７】前記圧縮点火縮形燃焼室内燃機の燃焼室
    には燃料噴射器（１０）を１箇具備していましたが，低
    負荷時の燃焼を安定させて高負荷時の燃料噴射終了時間
    を短縮して完全燃焼終了速度を更に高速とするため燃料
    噴射器（１０）を増設して複数の燃料噴射器（１０）を
    具備したことを特徴とする縮形燃焼室内燃機関の燃焼室
    及び燃焼法。
28. 【請求項２８】前記火花点火縮形燃焼室内燃機関の燃焼
    室に複数の燃料噴射器（１０）を具備したことを特徴と
    する縮形燃焼室内燃機関の燃焼室及び燃焼法。