JPS6325311A - 副室式内燃機関 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、副室式内燃機関における燃焼室構造に関する
ものである。

（従来の技術） 従来、副室式内燃機関では、主室と副室とが比較的径の
細い開口部にて連絡されているため、爆発・膨張工程に
おける副室内の燃焼ガスを主室内に噴出させる際、上記
開口部が抵抗となり、このため熱損失が生じたり燃焼ガ
スの主室への噴出に時間がかかり主室の圧力上昇の遅れ
が生じたり、あるいは絞り損失が増す等の不利があった
。

副室式内燃機関は、直接噴射式に比較し空気の利用率は
高いものの上記の如き不具合により熱効率が悪くまた燃
費等も劣る。

一方、副室式内燃機関におけるこのような不利を改善す
べく上記開口部を拡げたとすると、この場合には圧縮工
程において副室に空気流動を形成させて良好な混合気を
生成させるのが難しく、空気利用率を低下させず上述し
た不具合を回避することは非常に困難であり、このよう
な改良を試みた燃焼室構造の副室式内燃機関は今のとこ
ろ知られていない。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、上述したように副室式内燃機関において従来
問題となっていた副室の開口部に起因する主室の圧力上
昇の遅れ、あるいは絞り損失の増大等を空気利用率の低
下なしに極力回避し熱効率の良好な燃焼室構造からなる
副室式内燃機関を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は主室と副室とよりなる燃焼室構造を有する副室
式内燃機関において前記副室の開口部に対向する主室の
ピストン上面に突起部を設けた燃焼室構造よりなること
を特徴とする副室式内燃機関である。

本発明の他の目的とする所は前記ピストン上面の突起部
が、ピストンの上死点又はその近傍において主室−副室
間を連絡する開口部内に該突起部の少なくとも一部が押
込まれた状態になるよう相対関係位置をもって配置され
た燃焼室構造よりなる副室式内燃機関を提供するにある
。

本発明の更に他の目的の一つはピストン上面の突起部に
デフレクタ−を設けた燃焼室構造よりなる副室式内燃機
関を提供するにある。

本発明の更に他の目的の一つはピストン上面の突起部の
上に突起部表面上の２箇所以上を結ぶ小連絡孔を設けた
燃焼室構造よりなる副室式内燃機関を提供するにある。

本発明の更に他の目的の一つはピストン上面の突起部に
、ピストントップリングよりピストントップ側のピスト
ン表面上の少なくとも１ケ所より設けられた小連絡孔の
出口を有する燃焼室構造をもった副室式内燃機関を提供
するにある。

本発明の更に他の目的の一つはピストン上面の突起部に
、突起部表面上の２箇所以上を結ぶ小連絡孔およびピス
トントップリングよりピストントップ側のピストン表面
上の少なくとも１ケ所より設けられた小連絡孔の出口を
有する燃焼室構造をもった副室式内燃機関を提供するに
ある。

本発明においてはピストン上面の突起部、この突起部を
含むピストンの一部または全部および／又は少なくとも
副室の開口部周辺がセラミックであるのが好ましい。

本発明の構造の場合はこれらが高熱にさらされるため耐
熱性と遮熱性が要求されるからである。

本発明において、ピストン上面位置の突起部、またはこ
の突起部を含むピストンの一部または全部および／又は
少なくとも副室の開口部周辺がシリコンナイトライド、
サイアロン、アルミナ、部分安定化ジルコニアおよび／
又はシリコンカーバイドおよび／又はセラミックと金属
の複合体であるのが好ましい。

本発明の更に他の目的とする所は、上記副室式内燃機関
の燃焼室が副室式ディーゼル機関の燃焼室である燃焼室
構造をもった副室式内燃機関を提供するにある。

本発明の更に他の目的とする所は、ピストン上面の突起
部に、突起部上部外周と副室開口部との間に形成される
すきまが突起部外周の少なくも２点にふいて異なるよう
な、非対称性を有するように形成した燃焼室構造をもっ
た副室式内燃機関を提供するにある。

本発明においてはピストン上面の突起部に切欠を形成す
ることにより非対称性を有するようにするのが好ましい
。

本発明においては、副室の開口部面積が主室のピストン
面積（ピストンのシリンダーヘッドへの投影面積）の３
〜７０％をもって構成するのが好ましく、より好ましく
は５〜４０％である。

また本発明においてはピストン上面の突起部の容積が、
ピストンの上死点において、突起部を含む副室開口部の
部分の容積の５％〜９５％であるのが好ましく、より好
ましくは３０〜８０％である。

なお、突起部に小連絡孔を設けた場−合には、この小連
絡孔の容積は突起部の容積に含まないものとする。

副室の開口部面積が主室のピストン面積の３〜７０％が
好ましい理由は、３％未満では従来の渦流式ディーゼル
エンジンの場合と変わらず、燃焼・膨張行程において、
副室のガスを主室に急速に移動させることができす、７
０％を越えると吸排気バルブ孔を設けるスペースが小さ
くなり、吸排気バルブを小さくする必要が生じ、シリン
ダー内ガス交換の効率が悪化してしまうためである。ま
た５〜４０％がより好ましい理由は、この範囲にふいて
上記理由に述べた諸点がより好適となるためである。

さらに、ピストン上面の突起部の容積が、ピストンの上
死点において、突起部を含む副室開口部の部分の容積の
５〜９５％が好ましい理由は、５％未満では圧縮行程時
の主室から副室へ空気の移動がある際、空気の流速を速
めることができず、副室内での燃料と空気の混合を良好
に行わせることができず、９５％を超えると絞り損失が
大きくなりすぎるからである。なお、これらの理由にも
とづいて３０〜８０％であるのがより好ましい。

以下図面を参照して本発明の副室式内燃機関の燃焼室構
造について詳述する。

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明に好適な燃焼室構造より
なる副室式内燃機関を、圧縮工程、爆発・膨張工程にお
ける燃焼室構造の要部断面につきそれぞれ示したもので
あり第２図は第１図のＡ−Ａ断面である。

図において１はシリンダヘッド、２は副室、３は燃料噴
射ノズノペ４はグロープラグであり、５は主室と連絡し
た副室の開口部、６は主室、７はピストンである。

本発明の副室式内燃機関は、主室６と連絡した副室２の
開口部５を従来よりも大きくし、この間口部５に対向す
る主室６のピストン７の上面に突起部８を設けた燃焼室
構造であり、圧縮工程時には、ピストン７の上面の突起
部８により副室２内に良好な空気流動を形成させつつ該
突起部８が副室開口部５に嵌り込み、この開口部５を狭
くさせ空気と燃料の混合をよくし、また、爆発・膨張工
程時には、ピストンの該突起部８の移動により副室２の
開口部５を拡げ副室２内の燃焼ガスを主室６内へ急速か
つまんべんなく分布させる仕組になっているので、該開
口部５に起因して生じる圧力上昇の遅れ、あるいは絞り
損失等を有利に回避することができるのである。

まず、　第１図（ａ）に示すように本発明においては主
室６と副室２との間の副室の開口部５を従来に比して大
きくし、これに対向してピストン上面に突起部８を設け
た構造としたことを特徴とする。

このような構造とすると、圧縮工程時期に副室の開口Ｂ
５にピストン７の突起部８が嵌り込み、その開口断面を
狭くする。圧縮された主室６内の空気は副室２内に急速
に流れ込み、空気と燃料との混合に関して理想的な空気
流動を形成する。

次に第１図ら〕に示すように爆発・膨張工程の時期゛す
なわち副室２内での燃焼が進行し、ピストン７が下降す
る時期には、その突起部８は副室開口部５より抜は出し
、副室の開口部５は拡がるので、副室２内の燃焼ガスを
主室６内に急速に移動させる。

このように本発明の副室式内燃機関の燃焼室構造では、
主室６内の空気が圧縮されて副室２内への空気の流れが
生じる圧縮工程の時期にのみ突起部８が副室の開口部５
に嵌り込んで副室の開口部５を狭ばめる。また一方、爆
発・膨張工程においては副室開口部５を急速に拡げて副
室２内の燃焼ガスを主室６に急速に噴出させるべ（副室
の開口部５を拡げるので主室６の圧力上昇の遅れ等の生
じないよう燃焼室構造を構成したものである。

第３図ないし第８図は本発明の燃焼室構造の各種の他の
実施例を示すものである。

第３図に示す燃焼室構造は、ピストン上面の突起部８が
ピストン７の上死点又はその近傍において主室６、副室
２間を連絡する副室の開口８５内に該突起部の少なくと
も一部が押こまれた状態になるよう相対関係位置をもっ
て配置された燃焼室構造を示す。

第３図における突起部８は圧縮工程において、良好な空
気流動を形成させ、また爆発・膨張工程においては燃焼
ガスを速やかにかつまんべんなく分布させるために主室
６の容積の大きい方向、すなわちシリンダ７のセンター
側に向けて非対称となるように傾斜部８ａを設けた例を
示した。

次に第４図に示す燃焼室構造は、ピストン上面の突起部
８に突起部表面上の２箇所以上を結ぶ小連絡孔を設けた
燃焼室構造を示す。

第４図におけるピストン上面の突起部８には、ピストン
７の往復動と直交する方向、すなわちピストン軸と直交
する方向に小連絡孔３ｂ、　３ｃを設け、また副室２の
開口部５に対向する突起部８の上面に圧縮空気を主室６
から急速に噴射させるようピストンの進退方向又はこれ
と傾斜する方向に小連絡孔８ｄを設けたもので、圧縮工
程において主室６内の空気を小連絡孔８ｂ、　８ｃより
流入させ小連絡孔８ｄより副室２内に空気を噴出させて
良好な空気流動を形成するのに有利な構造としたもので
ある。

ここで突起部８の小連絡孔（８ｂ、　８ｃ、　８ｄ　）
は副室の次第でいかなる大きさ、方向にも変更でき、燃
料噴射方向とのマツチングを考慮した副室内燃料、空気
の混合、燃焼に最適なものを自白に選べる。

次に第５図に示した燃焼室構造は、ピストン上面の突起
部８に小連絡孔８ｂ、　８ｃおよび８ｄを設け、さらに
主室６の容積の大きい側の肩部に切欠８ｅまた主室６の
容積の小さい側の肩部にデフレクタ−８ｆを設け、突起
部８と副室の開口部５との間に形成される隙間が非対象
となるようにし、好ましくは縦方向の小連絡孔８ｄを主
室６の容積の大きい方向に傾斜させ、爆発・膨張工程に
おいて副室２より噴出される燃焼ガスを主室６内の容積
の大きい方向にまんべんなく分布させるのに有利なよう
に構成したものである。

次に、第６図に示した燃焼室構造は、ピストン７の表面
、特に、主室６の容積の大きい部分と小さい部分とを連
絡する方向に小連絡孔９を設けると共に、突起部８に小
連絡孔８ｄを設け、横方向の小連絡孔９を縦方向の小連
絡孔８ｄに連通し、この小連絡孔８ｄ及び９を通じ副室
２内に圧縮空気を噴射させるようにしたもので、圧縮工
程において主室６内の空気を小連絡孔９より流入させ、
突起部８の小連絡孔８ｄより副室２内に空気を噴出させ
空気流動を良好に形成する構造のものである。

次に第７図に示す燃焼室構造は第５図および第６図に示
した構造を組合せたもので、ピストン上面の突起部８に
小連絡孔３ｂ、　３ｃおよび８ｄを、またピストン７０
表面に小連絡孔９を設けてこれら小連絡孔を連通し、圧
縮工程時期には良好な空気流動を形成させ、爆発・膨張
工程時期には、該突起部８の切欠８ｅ、デフレタクー８
ｆにより燃焼ガスを主室６内にまんべんなく分布させる
のに有利な構造としたものである。

次に第８図に示した燃焼室構造は本発明における別の実
施例として主室６と連絡する副室の開口部５の下端部を
主室６内に突起せしめて凸部１２となし、これに対向す
るピストン７の上面該開口部５の凸部１２の形状と対応
するように凹部１１を設けて圧縮工程時にはこの凹部１
１により副室２内に空気流動を形成させ、ピストンの上
死点又はその近傍でピストン７にて副室の開口部５を狭
くさせ、爆発・膨張工程時には、該開口部５を拡げ、副
室２内のガスを急速に噴出させる構造のもので、副室２
の開口部５に嵌り込む突起部を設けた場合と程度の差が
あっても同様な効果を生じさせるように配置して構成し
たものである。なお凹部１１の形状については副室２の
構造、あるいは圧縮工程時における空気流動、爆発・膨
張工程時における燃焼ガスの分布状況などを考慮して、
いかなる大きさ、方向にも変更できる。

すなわち、第８図に示した実施例では第１図〜第７図に
示すような突起部８を持たないが、凹部１１と凸部１２
との相対関係で第１図〜第７図に示すような突起部８に
相当する働きを凹部１１で囲まれた部分が行うのである
。すなわち、本発明では第８図に示した態様の場合にお
いても突起部を有するものとして扱う。

第９図（ａ）　、　（ｂ）　、　（Ｃ）　、　（ｄ）お
よび（ｅ）は第２図で示した第１図のＡ−Ａ断面に相当
するもので、ピストン上面の突起部８の形状を種々変更
した本発明の実施例の他の一例を示したものである。

（作　用） 本発明の副室式内燃機関においては、主室６と連絡した
副室２の開口部５を従来よりも大きくし、この開口部５
に対向する主室６のピストン７の上面に突起部８を設け
た燃焼室構造であり、圧縮工程時には、ピストン７の上
面の突起部８により副室２内に良好な空気流動を形成さ
せつつ該突起部８が副室開口部５に嵌り込み、この開口
部５を狭くさせ空気と燃料の混合をよくし、また、爆発
・膨張工程時においては、ピストンの該突起部８の移動
により副室２の開口部５を拡げ副室２内の燃焼ガスを主
室６内へ急速かつまんべんな（分布させる仕組になって
いるので、該開口部５に起因して生じる圧力上昇の遅れ
、あるいは絞り損失等をを利に回避することができるの
である。

（発明の効果） 本発明によれば、従来副室式内燃機関において問題とな
っていた副室の開口部に起因した主室内の圧力上昇の遅
れや絞り損失などを極力小さくすることが可能であり、
熱効率の良好な燃焼室構造からなる副室式内燃機関を実
現することができ、工業上大きい効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明に好適な燃焼室構造の要
部断面図、 第２図は第１図のＡ−Ａ断面を示す図、第３図ないし第
８図は本発明の各種実施例を示す燃焼室構造の要部断面
図、 第９図（ａ）、（社）、　（Ｃ）　、　（ｄ）および（
ｅ）はピストン上面の突起部の形状を変更した例を示す
図である。 １・・・シリンダーヘッド ２・・・副室　　　　　　３・・・燃料噴射ノズル４・
・・グロープラグ　　５・・・副室の開口部６・・・主
室　　　　　　　７・・・ピストン訃・・ピストン上面
の突起部 −閃　　　　→ く（ 派 ρ 第９図 ＜ａ）（ｂ） （Ｃ）　　　　　　　　（ｄン　　　　　　　　（ｅ）
ど　　　　　　　　　　　　　ｄ　　　　　　　　　　
　　　　　ｄ法 味

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、主室と副室とよりなる燃焼室構造を有する副室式内
   燃機関において、 前記副室の開口部に対向する主室のピストン上面に突起
   部を設けた燃焼室構造よりなることを特徴とする副室式
   内燃機関。 ２、前記ピストン上面の突起部が、ピストンの上死点又
   はその近傍において主室−副室間を連絡する開口部内に
   該突起部の少なくとも一部が押込まれた状態になるよう
   相対関係位置をもって配置された燃焼室構造よりなるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の副室式内燃
   機関。 ３、ピストン上面の突起部の上にデフレクターを設けた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項の何
   れかに記載の副室式内燃機関。 ４、ピストン上面の突起部に突起部表面上の２箇所以上
   を結ぶ小連絡孔を設けた燃焼室構造よりなることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項ないし第３項の何れかに記
   載の副室式内燃機関。 ５、ピストン上面の突起部に、ピストントップリングよ
   りピストントップ側のピストン表面上の少なくとも１ケ
   所より設けれらた小連絡孔の出口を有する燃焼室構造よ
   りなることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第
   ３項の何れかに記載の副室式内燃機関。 ６、ピストン上面の突起部に、突起部表面上の２箇所以
   上を結ぶ小連絡孔およびピストントップリングよりピス
   トントップ側のピストン表面上の少なくとも１ケ所より
   設けられた小連絡孔の出口を有する燃焼室構造よりなる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項の
   何れかに記載の副室式内燃機関。 ７、ピストン上面の突起部、またはこの突起部を含むピ
   ストンの一部または全部がセラミックである特許請求の
   範囲第１項ないし第６項の何れかに記載の副室式内燃機
   関。 ８、少なくとも副室の開口部周辺が、セラミックである
   特許請求の範囲第１項ないし第７項の何れかに記載の副
   室式内燃機関。 ９、セラミック材料がシリコンナイトライド、サイアロ
   ン、アルミナ、部分安定化ジルコニアおよび／又はシリ
   コンカーバイドである特許請求の範囲第７項又は第８項
   に記載の副室式内燃機関。 １０、上記副室式内燃機関の燃焼室が副室式ディーゼル
   機関の燃焼室である燃焼室構造よりなることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項ないし第９項の何れかに記載の
   副室式内燃機関。 １１、ピストン上面の突起部に、突起部上部外周と副室
   開口部との間に形成されるすきまが突起部外周の少なく
   とも２点において異なるような、非対称性を有するよう
   に形成することを特徴とする特許請求の範囲第１項ない
   し第１０項の何れに記載の副室式内燃機関。 １２、ピストン上面の突起部に切欠を形成することによ
   り非対称性を有するようにしたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１１項に記載の副室式内燃機関。 １３、副室の開口面積が主室のピストン面積の３〜７０
   ％である特許請求の範囲第１項ないし第１２項の何れか
   に記載の副室式内燃機関。 １４、ピストン上面の突起部が、上死点において、突起
   部を含む副室開口部の部分の容積の５〜９５％である特
   許請求の範囲第１項ないし第１３項の何れかに記載の副
   室式内燃機関。