JPS61169612A

JPS61169612A - 内燃機関

Info

Publication number: JPS61169612A
Application number: JP60149383A
Authority: JP
Inventors: ルイス・エー・アモス
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-01-23
Filing date: 1985-07-09
Publication date: 1986-07-31
Also published as: US4541377A

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】［発明の産業上利用分野］この発明は、内燃機関に係り、特に、内燃機関が排気行
程から吸入行程に移るとき、円筒状ピストンのピストン
ヘッド部の中心及び周辺にかけて空気と燃料との混合気
をより効率的に流入させるドーム形状のピストンヘッド
部に関する。

［発明の背ＩＩ］一般に、４行程の内燃機関においては、ピストンが排気
行程と吸入行程との間の上死点の位置にあるとき、吸入
弁と排気弁との両方は開く。ピストンの吸入行程が開始
されるとき、排気弁は閉じる。大気圧下の空気と燃料と
の混合気が吸気口を通じて流入され、この混合気が燃焼
！内でのピストンの移動により生じた負圧下に充填され
る。ピストンが下死点に達するとき、吸入弁が閉じる。

そして、内燃機関が圧縮行程及び爆発行程に入る。

排気行程の際、ピストンが上昇して燃焼室から燃焼後の
排ガスを流出させる。ピストンが上死点に達するとき、
吸入弁と排気弁との両方は再び閉じる。

［発明の従来技術］内燃機関の燃料効率をよくするための多（のピストンヘ
ッド部の構造が知られており、例えば、ステイガ−（Ｓ
ｔｅ　ｉ　ｇｅｒ）によるＬＩＳＰＮｏ、１．９８３，
１９８、小西等によるＵＳＰＮｏ、４．０４１，９２５
、中西等に−Ｊ６ＵＳＰ　　Ｎｏ、４．１６２．６６Ｌ
山川にょるＵＳＰ　　Ｎｏ、４，１６６．４３６、中西
等にょるＵＳＰ　　Ｎｏ、４．２７１，８０３、ガＡｔ
シ’ｒｐ　（Ｇａｒｃｅａ）によるＬＩＳＰ　　Ｎｏ、
４．３２４゜２１４、シャプフ（Ｓｃｈａｒｐｆ）にょ
ルＵＳＰ　　Ｎｏ、４，３５９．０２７がある。これら
の米国特許の各々では、部分的に加工して変形したピス
トンヘッド部が開示されており、各ピストンヘッド部は
燃焼室内で燃焼する混合気の渦巻き乱流を大きくするよ
うになされている。山川による米国特許では、例えば、
ピストンがその頂部面に一対の溝を有しており、ピスト
ンが上死点に対し上昇するとき、これら溝は強い渦巻き
運動を生じさせている。

従来技術の他の公開された特許では、空気と燃料との混
合気及び排ガスの流れが燃焼室を通じて高められている
。例えば、ミラー（Ｍｉｌｌｅｒ）によるＵＳＰ　　Ｎ
ｏ、２．６７２．８５２では、ピストンヘッド部が環状
の溝を有しており、ピストンが排気弁に向かう排気行程
から引続いた上死点にあるとき、環状の溝によって混合
気が燃焼室に容易に流入される。同様に、ウィンフィー
ルド（Ｗｉｎｆｉｅｌｄ）による米国特許では、円筒状
ピストンのピストンヘッド部が複数の切欠部を有してお
り、これら切欠部によって吸入気体及び排ガスが吸入弁
及び排気弁の周縁部のまわりに滑らかに流入かつ流出さ
れている。

従来のピストン装置が満足する程に正常に作動していて
も、これらピストンには固有の欠点があり、これら欠点
によってピストン装置は実際上制限されている。そこで
、正常に作動させるためには、従来の各ピストン装置は
内燃機関の他の部分に対して加工を必要としている。こ
れら加工は自動車整備士によりなさねばならず、非常に
高価となる。さらに、従来のピストン装置は燃焼される
混合気の渦巻きを大きくするようになされていないし、
また、混合気及び排ガスがピストンのドーム形状の周辺
で吸気口から排気口に十分に導かれない。

この発明は、従来の４行程オーバーヘッド弁型内燃機関
に対しては独特なドーム形状のピストンヘッド部を有し
たピストンを取替えることにより、従来技術におけるこ
れら欠点を解消するためになされている。この発明のピ
ストンでは、ピストンヘッド部が空気と燃料との混合気
の混合を改良しかつ燃焼した排ガ・スを良好に排気する
ようになされている。また、この発明のピストンヘッド
部によってピストンが冷却されており、これにより、現
在の低オクタン価ガソリンを燃焼するための適宜な圧縮
比で内燃機関を維持しながら、内燃機関は高い回転数で
運転でき、かつ良好な燃比を得られる。

［発明の目的］この発明の目的は、ピストン軸線とピストンヘッド部の
周縁との中間に対称形の窪み部が夫々形成された吸気側
部及び排気側部を有しているドーム形状のピストンヘッ
ド部を改良した内燃機関を提供することにある。

［発明の概要］この発明の内燃機関では、第１の溝が上記吸気側部の底
部に近接して形成されており、この第１の溝は上記吸気
口からの空気と燃料との混合気をドーム形状のピストン
ヘッド部の周辺に向けている。第２の溝が上記第１の溝
手段と吸気窪み部との間に形成されており、円筒状ピス
トンが燃焼室に向かって移動されるとき、この第２の溝
が空気と燃料との混合気を上方に向けて渦巻乱流を生じ
させている。一対のテーパ状窪み部が排気側部で上記排
気窪み部の対抗した両側に夫々形成されており、これら
テーパ状窪み部は上記燃焼室からの排ガスを上記排気口
に向かって向けられている。

内燃機関の作動中、内燃機関が排気行程から吸入行程に
移るとき、空気と燃料との混合気がより効率的に燃焼室
に流入され、これにより、内燃機関の効率が増加してい
る。

この発明によれば、さらに、ピストンヘッド部の吸気側
部で上記吸気窪み部の対抗した両側には、夫々、上記ピ
ストンヘッド部を冷却するための一対のテーパ状窪み部
が形成されており、また、ピストンヘッド部における上
記第１のテーパ状窪み部及び排気窪み部に近接した排気
側部には平坦部が形成されており、これにより、上記ピ
ストンヘッド部と上記排気口を開閉する排気弁との闇の
間隙が増加している。

また、この発明によれば、第１の溝手段はその平面形状
を略Ｕ字形状とした外形を有しており、また、第２の溝
手段はその平面形状を略■字形状とした外形を有してい
る。

さらに、この発明によれば、第１及び第２の溝手段の深
さは、夫々、それらの両端に向かう方向に減少されてい
る。

［実施例〕まず、第１図から第４図までを参照しながら、従来技術
のピストンについて説明する。ピストン２は、４行程の
内燃ｌｌ関のシリンダ内に配置された円筒形状のピスト
ン本体部４と、ピストン２が上死点に位置したときに内
燃機関の燃焼室内に延びるピストンヘッド部６とを有し
ている。

第３図及び第４図に示されるように、ピストン２のピス
トンヘッド部６はドーム形状をなしている。このピスト
ンヘッド部６の両側には窪み部８が形成されており、こ
れら窪み部８は、ピストン２がシリンダ内を上昇する場
合、燃焼室内における空気と燃料との混合気に生じる渦
巻き現象を助長させるように機能する。

第５図から第９図までには、この発明による改良型ピス
トンのピストンヘッド部が示されている。

従来のピストン２と同様に、この発明のピストン１０２
はアルミニウム合金から成っているとともに、円筒形状
のピストン本体部１０４とドーム形状のピストンヘッド
部１０６とを有している。このピストンヘッド部１０６
は混合気の渦巻き現象を助長させるために吸気窪み部１
０８ａ及び排気窪み部１０８ｂを有しており、これら吸
気窪み部１０８ａ及び排気窪み部１０８ｂはピストンヘ
ッド部１０６の周辺縁とピストン軸線との中間に対称形
に配置されている。

第１０図に示されるように、ピストン本体部１０４は４
行程の内燃ｍ関１１２のシリンダ１１０内に取付られて
いる。この内燃機関１１２は燃焼室１１４を有しており
、そして、この燃焼室１１４は吸気０１１６及び排気口
１１８を有している。

この吸気口１１６を通じて混合気が燃焼室１１４に吸入
され、また、上記排気口１１８を通じて排ガスが燃焼室
１１４から排出される。よく知られているように、吸入
弁１２０は吸気口１１６を開閉するように作動され、ま
た、排気弁１２２は排気口１１８を開閉するように作動
される。

この発明の特徴としては、この改良型ピストン１０２の
作動のために、標準の４行程の内燃機関１１２における
吸入弁１２０、排気弁１２２、シリンダ１１０、吸気０
１１６若しくは排気口１１８について何等加工を必要と
はしないことである。

即ち、内燃機１１１１２における従来のピストンをこの
改良型ピストン１０２に取り代えるだけで良く、この取
り代えは、内燃機関１１２の組立て中若しくは使用開始
後でも、自動車整備士によりなすことができる。

再び第５図から第９図までを参照すると、ピストンヘッ
ド部１０６はピストン軸線を通る垂直面Ａ（第６図）に
より、吸気側部１０６ａと排気側ａｌｌ１０６ｂとに区
画されている。第１０図に示されるように、ピストン１
０２が内燃機関１１２のシリンダ１１０内に取付られる
場合、ピストンへラド部１０６の吸気側部１０６ａは燃
焼室１１４の吸気口１１６に近接して配置され、そして
、排気側部１０６ｂは燃焼室１１４の排気口１１８に近
接して配置される。

ピストンヘッド部１０６の吸気側部１０６ａに　　　　
　゛は第１の溝１２４が形成されている。この第１の溝
１２４の平面形状が略Ｕ字形状をなしており、また、第
１の溝１２４の平面形状は略Ｖ字形状をなしている。第
１の溝１２４はピストンヘッド部１０６の裾近傍の外周
面に沿って延びている。第６図に示されるように、第１
の溝１２４の両端は上記垂直面Ａに向かって延びている
が、この両端は垂直面Ａよりも十分に手前に位置付けら
れている。第５図により詳細に示されているように、第
１の溝１２４の深さはその両端に向かって減少されてい
る。吸気口１１６に近隣した第１の溝１２４の両端の間
の中間部位と、この中間部位から吸気側部１０６ａ内に
延びた第１の溝１２４の延び方向とによって、後述され
るように、１１の溝１２４は吸気０１１６からの混合気
をピストンヘッド部１０６の周辺に向けるようになされ
ている。

第６図に示されるように、ピストンヘッド部１０６にお
ける第１の溝１２４と吸気窪み部１０８ａとの間には第
２の溝１２６が形成されている。

この第２の溝１２６の平面形状が略Ｖ字形状になされて
おり、この第２の溝１２６の両端は垂直面Ａに近接して
位置付けられている。第１の溝１２４と同様に、第２の
溝１２６の深さはその両端に向かって減少されている。

′ここで、第１の溝１２４における最深部の深さが第２
の溝１２６における最深部の深さよりも深いことが望ま
しい。第２の溝１２６は燃焼室１１４内に吸入された混
合気を上方に向けるようになされている。第２の溝１２
６は、ピストンヘッド部１０６の吸気側部１０６ａ内に
形成された吸気窪み部１０８ａと協働して、空気と燃料
との良好な混合を生じさすために、渦巻き乱流が燃焼室
内で助長されている。

ピストンヘッド部１０６の排気側部１０６ｂには一対の
第１のテーパ状窪み部１２８が形成されている。これら
第１のテーパ状窪み部１２８は、排気窪み部１０８ｂの
両側でピストンヘッド部１０６の裾近傍に位置付けられ
てれる。これらＭｌのテーパ状窪み部１２８は燃焼室１
１４の排気口１１８に向かう排気をピストンヘッド部１
０６の周辺に向けるようになされている。

第３の溝１２９が排気窪み部１０８ｂの裾部に沿って延
びている。第３の溝１２９の断面形状は略Ｖ字形状にな
されている。

また、ピストンヘッド部１０６における第１の溝１２４
及び第２の溝１２６に径方向反対側でピストンヘッド部
１０６の周辺裾近傍の排気側部１０６ｂには弧状の平坦
部１３０が設けられている。

Ｍ６図に示されるように、ピストンヘッド部１０６のド
ーム形状部分を切欠することにより、平坦部１３０が形
成されており、この平坦部１３０は一対の第１のテーパ
状窪み部１２８の間に第３の溝１２９を挟むように連続
して延びている。切欠された平坦部１３０と排気弁１２
２との間には大きな間隙が設けられているので、ピスト
ン１０２が上死点にある場合、多くの量の排ガスが燃焼
！１１４から排気口１１８に排気される。

実験によれば、加熱による温度がピストンヘッド部１０
６、特に、ピストンヘッド部１０６の吸気側部１０６ａ
内にある吸気窪み部１０８ａの両側で上昇している。従
って、この発明では、ピストンヘッド部１０６のドーム
形状の一部は吸気窪み部１０８ａの両側で切欠されてい
る。即ち、吸気窪み部１０８ａの両側には一対の第２の
テーパ状窪み部１３２が形成されている。これら第２の
テーパ状窪み部１３２はピストンヘッド部１０６を冷却
するように機能する。

ピストン１０２のピストンヘッド部１０６がら吸気窪み
部１０８ａの一部を切欠することにより、ピストンヘッ
ド部１０６における吸気側部１０６ａと排気側部１０６
ｂとの両方に等しくなるように、ピストンヘッド部１０
６の排気側部１０６ｂ部分が切欠され、これにより、ピ
ストンヘッド部１０６の重量のバランスが調整され、そ
の結果、良好な摩耗特性が得られている。また、ピスト
ン１０２の重量を減少させることにより、内燃機関１１
２は滑らかにかつより効率的に稼働できる。

この発明の好適な実施例によれば、ピストンヘッド部１
０６の高さは、１０：１の圧縮比に設定されるようにさ
れている。圧縮比を８：１にするために、第１、第２及
び第３の溝１２４，１２６゜１２９、吸気窪み部１０８
ａ、排気窪み部１０８ｂ１並びに第１及び第２のテーパ
状窪み部１２８゜１３２を切欠するのが限界である。第
５図から第９図までを参照しながら、好適な実施例にお
ける第１、第２及び第３の溝１２４，１２６，１２９と
、吸気窪み部１０８ａ、排気窪み部１０８ｂ並びに第１
及び第２のテーパ状窪み部１２８．１３２との間の特定
な関係について述べる。

上述したように、ピストンヘッド部１０６は垂直面Ａに
より吸気側部１０６ａと排気側部１０６ｂとに区画され
、吸気側部１０６ａと排気側部１０６ｂとは、夫々、仮
想面Ｂ、Ｃにより同じような部分にさらに区画される。

尚、仮想面Ｂ、ｃは垂直面Ａに平行な平面である。

第１の溝１２４の内側面は一対の緩かな壁部により形成
されており、これら壁部は地点１４０で連接されている
。また、これら壁部は垂直面Ａと垂直な法線に対して１
４５度から１６０度の角度で延びている。各壁部は垂直
平面Ａに向がって１２度から４０度の角度を増加させる
ようになされている。第１の溝１２４の最も内部の内側
面は仮想面８にまで延びている。

第２のテーパ状窪み部１３２もドーム形状にされている
が、第２のテーパ状窪み部１３２のドーム形状の高さは
ピストンヘッド部１０６のドーム形状より低くされてい
る。第２のテーパ状窪み部１３２の断面形状は、垂直面
Ａから、吸気窪み部１０８ａと第２の溝１２６との交点
１４６に延びた曲線１４４により表わされている。

第２の溝１２６は、第２のテーパ状窪み部１３２の裾近
傍の曲線１４８と、吸気窪み部１０８ａの裾部の曲線１
５０とに沿って延びている。これにより、第２の溝１２
６は、第１の溝１２４と、第２のテーパ状窪み部１３２
及び吸気窪み部１０８ａとの間に位置付けられている。

次に、排気側部１０６ｂでは、第１のテーパ状窪み部１
２８は仮想面Ｃと排気窪み部１０８ｂとの交点１５２に
位置付けられている。第１のテーパ状窪み部１２８の裾
部の端１５４は水平方向にあり、各端１５４は排気窪み
部１０８ｂの底部からドーム形状の端１５６に延びてい
る。第６図に示されるように、水平平面部１３０はピス
トンヘッド部１０６のドーム形状の端と一対の第１のテ
ーパ状窪み部１２８との間を連続して延びている。

以下、第１０図及び第１７図を参照しながら、この発明
によるピストンヘッド部１０６の作用について詳述する
。

ピストン１０２が上死点にあるとき、吸入弁１２０と排
気弁１２２との双方とも開いている。吸入行程の間、ピ
ストン１０２がシリンダ１１０内を下方に移動すると、
排気弁１２２は閉じる。ピストン１０２の移動によって
ブースト力が燃焼室１１４内に生じる。このブースト力
によって混合気が吸気０１１６を通じて燃焼室１１４内
に吸入される。ピストン１０２が下死点に達すると、吸
入弁１２０が閉じる。そして、内燃機関１１２は圧縮行
程及び爆発行程を行なう。圧縮行程の間、第１の溝１２
４のため、空気と燃料との混合気はピストンヘッド部１
０６の周辺に流入し、また、第２の溝１２６及び吸気窪
み部１０８ａのため、混合気は上方に渦巻く。この渦巻
いた混合気のため、より大きな爆発力が燃焼室１１４内
に得られ、これにより、爆発行程の間、ピストン１０２
に作用する爆発力が増加する。この爆発行程の後、ピス
トン１０２が下死点に達すると、排気弁１２２が開く。

排気行程の間、ピストン１０２が上昇するにつれて、燃
焼した排ガスが排気口１１８を通じて燃焼室１１４から
排気される。ピストン１０２が上死点に達するとき、吸
気口１２０が開く。

排ガスの力の付勢によって空気と燃料との混合気が燃焼
室１１４に流入され、他方、吸入の力の付勢によって残
存した排ガスがｍ焼室１１４力＼ら流出される。

上述のように、この改良したピストンヘッド部１０６で
は、内燃機関１１２の各行程の間、混合気と排ガスとの
交換が完全になされる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は従来例をそれぞれ示し、第１図は内
ｍ＊ａのピストンヘッド部の正面図、第２図は内燃機関
のピストンヘッド部の側面図、第３図は内燃機関のピス
トンヘッド部の平面図、第４図は内燃機関のピストンヘ
ッド部の斜視図であり、第５図乃至第１１図は、この発明の一実施例を示し、第５図は内燃機関のピストンヘッド部の正面図、第６図
は内燃機関のピストンヘッド部の平面図、第７図は内燃
機関のピストンヘッド部の左側側面図、第８図は内燃機
関、のピストンヘッド部の左側側面図、第９図は内燃機
関のピストンヘッド部の斜視図、第１０図はピストンヘ
ッド部と燃焼室下方のシリンダとを説明するための内燃
機関の拡大断面図、第１１図は吸入弁及び排気弁に対す
るピストンヘッド部周辺の吸入流及び排気流を説明する
ためのピストンヘッド部の正面図である。１０２・・・ピストン、１０４・・・ピストン本体部、
１０６・・・ピストンヘッド部、１０６ａ・・・吸気側
部、１０６ｂ・・・排気側部、１０８ａ・・・吸気窪み
部、１０８ｂ・・・排気窪み部、１１０・・・シリンダ
状、１１２・・・内燃機関、１１４・・・燃焼室、１１
６・・・吸気口、１１８・・・排気口、１２０・・・吸
入口、１２２・・・排気弁、１２４・・・第１の溝、１
２６・・・第２の溝、１２８・・・第１のテーパ状窪み
部、１２９・・・第３の溝、１３０・・・水平平面部、
１３２・・・第２のテーパ状窪み部。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）空気と燃料との混合気をその内部に流入するため
の吸気口とその内部から排ガスを流出するための排気口
とを有した少なくとも１つの燃焼室と、その長手方向に
ピストン軸線を有し上記燃焼室に対してピストン軸線に
沿って往復運動する円筒状ピストンとを具備した内燃機
関において、上記吸気口及び排気口に夫々対応した吸気
側部及び排気側部を有しドーム形状のピストンヘッド部
であって、このピストンヘッド部は、上記吸気側部及び排気側部に夫々形成され上記ピストン軸線とピストンヘッド部の周縁部との中間
で互いに対称形である吸気窪み部及び排気窪み部と、上記吸気側部の底部に近接して形成され上記吸気口からの空気と燃料との混合気を上記ドーム形状
のピストンヘッド部の周辺に向けるための第１の溝手段
と、上記第１の溝手段と吸気窪み部との間に形成され、上記ピストンが燃焼室に向かって移動されると
き、上記空気と燃料との混合気を上方に向けて渦巻乱流
を生じさすための第２の溝手段と、上記排気側部で上記
排気窪み部の対抗した両側に夫々形成され、上記燃焼室からの排ガスを上記排
気口に対して向け、内燃機関の作動中、内燃機関が排気
行程から吸入行程に移るとき、空気と燃料との混合気が
より効率的に燃焼室に流入され、これにより、内燃機関
の燃焼効率を増加せしめる一対のテーパ状窪み部と、から成っていることを特徴とする内燃機関。
（２）上記ピストンヘッド部の吸気側部で上記吸気窪み
部の対抗した両側には、夫々、上記ピストンヘッド部を
冷却するための一対のテーパ状窪み部が形成されている
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
関。
（３）上記ピストンヘッド部における上記第１のテーパ
状窪み部及び排気窪み部に近接した排気側部には、上記
ピストン軸線に直角な方向に延びた平坦部が形成されて
おり、これにより、上記ピストンヘッド部と上記排気口
を開閉する排気弁との間の間隙が増加していることを特
徴とする特許請求の範囲第２項に記載の内燃機関。
（４）上記第１の溝手段は、その平面形状を略Ｕ字形状
とした外形を有してい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。
（５）上記第２の溝手段は、その平面形状を略Ｖ字形状
とした外形を有しており、この両端は上記第１の溝手段
の両端と、吸気側部と排気側部との連結部との中間地点
に延びていることを特徴とする特許請求の範囲第４項に
記載の内燃機関。
（６）上記第１及び第２の溝手段の深さは、夫々、それ
らの両端に向かう方向に減少されていることを特徴とす
る特許請求の範囲第５項に記載の内燃機関。