JPS59531A - 内燃機関の燃焼室 - 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】 本発明は電気点火方式の加鉛ガソリンで運転するのが好
ましい内燃機関、即ち所謂オツトーサイクルエンジンの
燃焼室に関するものである。本発明の特徴は燃焼室又は
（及び）ピストンヘッドの少くとも１部分に、非常に微
細な表面構造を有する面を設け、前記エンジンに必要と
されるオクタン価をこの微細な構造の面によって少（す
ることである。それと同時にこのエンジンの出力を低下
させずに排気ガスの純度を良することである。

この微細構造より成る面の目的は第１に赤色の一酸化鉛
のみならず黄色の一酸化鉛又は（及び）ベータ酸化鉛を
も生成させることにある。それ故、この表面構造は所望
の鉛酸化物を成長させ、この鉛酸化物は使用する触媒の
種類によって決まる。

然し乍ら、この表面構造はエンジンを無鉛ガソリンで運
転する場合にも期待通りの効果を発揮することが分った
。

燃焼反応は次のとおりである二火炎前面は点火栓のスパ
ークで点火されて発生し、燃焼室内で伝播し、同時に未
燃焼の混合気が圧縮され加熱される。このカス状混合気
を正常な火炎前面が通過し終らないうちにこのガス状混
合気の温度と圧力が臨界値に達すると残りの混合気が自
己着火してノッキングを起こず。燃料の中の鉛化合物は
未燃焼混合気ノ中でノッキングを防ぐ作用をする。この
鉛化合物は未燃焼ガスが存在する部分で熱分解を受け、
酸化されて固体の鉛酸化物の粒子から成る雲霧を作り、
これがノッキングを促進させる炭化水素基及びその他の
自己着火を始める化合物を分解してノッキングを防止す
る。この顕微鏡的な固体の分解生成物は前記３種類の鉛
酸化物、即ち赤色の一酸化鉛、黄色の一酸化鉛、及びベ
ータ酸化鉛より成り、これがオツトーサイクルエンジン
用燃料のノッキング特性を向上させる。

好ましい実施例では、前記極微細な表面構造は前記エン
ジン内部の表面に溝又は四部を設けることにより構成し
、この溝又は凹部は巾と直径を約３μ以下、好ましくは
２．５μ　とし、深さを約１μ以下とする。試験を実施
して具体的に良い結果が得られたのは表面の溝又は凹部
の巾が約１μ、深さが０．３乃至０．７μ、好ましくは
０，５μの場合であった。ここＶｃ１μ＝　０．０００
００１　ｍ＝　０．００１　ｍｍである。

この溝又は凹部は一般に平行な刃の形とすることができ
る。また、この溝又は凹部は一般に断面を７字形とする
。この溝は好ましくは少（とも互いに充分に平行にすべ
ぎであり、溝と溝との間隔は溝巾と同じ寸法、即ち１乃
至３μとすべきである。この平行な溝は、これと直角な
溝と交差させて縞模様とし、この縞模様は例えば充分に
正方形をなすようにするのが好ましい。

この極微細な表面構造は充分に研磨した面に作り、この
研磨面と溝又は凹部との間には適当に鋭い縁を設けるの
が好ましい。然し乍ら、この極微細な表面構造は構造が
極めて細かいので、表面の高い部分にも低い部分にも同
じ様に形成させるように通常の処理を行なった表面にも
作ることができる。この極微細な表面構造は通常の処理
を施した面の表面構造と細かさが全く異るものと見るこ
とができる。

本発明に基づ（表面構造を形成するためには多くの方法
を利用できる。そこで、この表面構造を、イオンによる
腐蝕即ちスパッターエツチングを用い、腐蝕させる時間
を適当に選択して所望の構造とすることができる。また
、この表面構造は、レーザー、ケミカルエツチング、或
いはサンドブラストによっても同じ効果の構造とするこ
とができる。後者、即ちサンドブラストによる場合は、
ブラスト用の砂は粒度の極めて小さいものを使わなけれ
ばならない。例えばシリコンカーバイドを使う場合には
平均粒度が約３μのものなら使用できる。粒度がこれよ
りも大ぎい砂でも使うことはできるが、その場合、吹付
圧を予め低目にする。サンドブラスト法で作られた表面
構造はクレータ−状になる。これに対してイオンによる
腐蝕法で作られた表面構造はクレータ−状又は（及び）
直線状になるが、この線の間隔はこの線の巾、即ち１乃
至３μにしなければならない。

ひとつの実施例において、この微細表面構造はピストン
ヘッドの全面、点火栓部、及び弁の燃焼室に面する部分
の他に燃焼室内部シリンダ壁にも設けるべきである、然
し乍ら原理的には、前記各部位を少しでもこの微細表面
構造にすればそれで充分である。従ってピストンヘッド
の全面を本発明に基づ（微細表面構造にすればそれで充
分である。

如何なる環境の下であろうとも、この微細表面構造を設
ける範囲はピストンヘッドの１０分の１以上でなければ
ならない。

この微細表面構造はピストンヘッド自体に適当に設ける
ことができる。特に古い型のエンジンでは、前記表面を
設けることができるのは既存のピストン又はこれに類似
するものが装着されている特定の板状部材である。

以下に述べる試験の結果は本発明に基づく装置の出力と
一致する。

この試験はこのピストンヘッドの微細表面構造がノッキ
ングの強さに及ぼす影響を分析するために行なったもの
である。このことに関連して注意すべきことは燃焼室内
の温度がノッキングの強さ及び燃料のオクタン価の測定
と関連があるという点である。温度が低ければノッキン
グが弱（なりそれに応じて燃料のオクタン価が高（なる
。

測定に使用した器材はブリックス・ストラット：ｙ　（
Ｂｒ１ｇｇ５　＆　５ｔｒａｔｔｒ）ｎ　）社製の単筒
４サイクルエンジンに、このエンジンに各種負荷をかけ
るために直流発電機をつけたものである。温度の測定は
熱電素子を燃焼室に装着して行なった。

厚さが１．８咽の２枚のステンレス板に異なる微細表面
構造を施した。この２枚のステンレス板はそれぞれピス
トンヘッドに３本のねじで固定した。

このステンレス板の厚さは極上のシリンダへラドガスケ
ットで補った。

この２枚のステンレス板の表面状態は Ａ、　　１枚のステンレス板はピストンのもともとの表
面状態に合せて大体丸（削って第１試験に使用した。

Ｂ、もう１枚のステンレス板は研磨した後にスパッタ腐
蝕法で微細表面構造を作って第２試験に試験時間　　燃
焼室温度　　エンジン負荷２　　　　　１８８　　　　
　　４．５３　　　　　１９８　　　　　．４．５４　
　　　　２０８　　　　　　４．５５　　　　　２１５
　　　　　　８．０５．５　　　　２２０　　　　　　
８．０６．５　　　　２１８　　　　　　８．０８．５
　　　　２３０　　　　　１４．５１０．５　　　　２
３３　　　　　１４．５１１．５　　　　２３５　　　
　　１４．５１２．５　　　　２３５　　　　　１４．
５注二分解後の点検でピストンヘッドの油の汚れが試験
開始前よりも減少し℃いるのが認められた。

第２の試験は表面にスパッタエツチングを施したピスト
ンを使用し、試験の結果は温度とノッキングの強さが最
小になったが、これは燃料のオクタン価を−ヒげること
と関係がある。荷重がかかる範囲の面積の合計は明らか
に異なった、所謂アビニージョン法で温度と°オクタン
価を決める手順に従って評価したところ、第２試験の結
果は第１試験に比較してオクタン価が約５．５　増加し
て’７５．５　（７０＋　５．５　）になり、出力が約
１２％増加した。

ピストンヘッドをスパッタエツチングで微細表面構造と
したことによってオクタン価が５だけ増加したことから
、 １、所要オクタン価が９３であるとされているエンジン
をオクタン価８８のガソリンで運転することができる。

２、所要オクタン価が９８であるとされているエンジン
をオクタン価９３のガソリンで運転することができる。

３、所要オクタン価が９８であるとされているエンジン
をオクタン価９８のガソリンで運転すればエンジンの出
力を大きくすることができる。

という結論が得られる。

添付した写真は、例として選んだ表面構造の電子顕微鏡
写真であり、これによってオクタン価が意図したように
増加することが判る。

第１図は充分研磨したステンレス板表面を微細構造にし
たもので第２試験に供試したものの電子顕微鏡写真で、
倍率は２０００倍である。この表面構造の線の長さは写
真の右下の部分で測定して１０μである。この表面はス
パッタ法でＩ分間エツチングしたもので、互いに概ね平
行な溝がよく群をなしている構造である。

第２図はよく研磨した軽金属板の微細表面構造で、倍率
は１０００倍である。この軽金属板は、第１図のステン
レス板と同様、試験中にピストンヘッドにねじ止めされ
てオクタン価を７．０乃至１０．４増加させたものであ
る。この軽金属板は特殊なアルミニウム合金より成り、
スパッタエツチングを４時間施したもので、その表面構
造が充分にクレータ−状の四部より成っているのが認め
られる。

本発明は以上の記載に限定されるものではなく、特許請
求の範囲に記載された範囲内での改良を含むものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は第２試験に供試済みの、ステンレス板研磨面上
の微細表面構造の電子顕微鏡写真（倍率２０００倍）、
第２図は供試済みの、アルミニウム合金板研磨面上の微
細表面構造の電子顕微鏡写真（倍率１０００倍）である
。 出願人代理人　　猪　　股　　　　　清手続補正書（方
式） 昭和閏年８月１日 特許庁長官　　若　杉　和　夫　殿 １、事件の表示 昭和郭年特許願第６７１３１５号 ２、発明の名称 内燃機関の燃焼室 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 ペテル、オレ、ゾゲルト 昭和５８年　７月６　日 図　　　面 ８、補正の内容 図面の浄書（内容に変更なし）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、加鉛ガソリン又はこれに類似の石油系燃料で運転す
   るのが好ましい電気点火方式の内燃機関におい看少くと
   も燃焼室又は（及び）ピストンヘッドの一部に極めて微
   細な表面構造を有する部分を設け、この微細構造の表面
   が前記内燃機関に必要とされるオクタン価の値を低下さ
   せることを特徴とする内燃機関の燃焼室。 ２、前記極微細表面構造を良く研磨された面に設けるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の内燃機ｉ
   焼室。 ３、前記極微細表面構造は溝又は（及び）凹部より成り
   、この溝又は凹部は巾が約３μ以下、間隔が約１μ以下
   、深さが約１μ以下であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項又は第２項に記載の内燃機関の燃焼室。 ４、前記溝又は凹部は巾が約１μ、深さが約０．５μで
   あることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の内
   燃機関の燃焼室。 ５、前記溝又は凹部が一般に平行な刃の形である６、前
   記溝又は凹部は一般に断面形状が■の字形であることを
   特徴とする特許請求の範囲第３項又は第４項に記載の内
   燃機ｉ焼室。 内燃機ｉ焼室。 ８、前記はぼ平行な溝は、これにほぼ直角な溝と交差す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第７項に記載の内燃
   機轟焼室。 ９、前記極微細構造を設けた範囲がピストンの面積の少
   くとも協であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   乃至第８項のいずれかに記載の内燃機ｉ焼室。