(57)【要約】【課題】          レシプロエンジンの低速低負荷時の燃費が悪いのは、低速低負荷時の冷却損失の割合が増大するからである。本発明の課題は、この冷却損失を低減することで、燃費の良いレシプロエンジンを提供することである。【解決手段】        屈折形状のシリンダー２を持ち、その屈折部内角側２Aに対向する両ピストン１A,１Bの頭面にそれぞれ水平面11を持たせて、上死点位置で、それらのふたつの水平面11を突合せて、その屈折部外角側に設けた燃焼室３の容積を絞り込むことを特徴とする対向ピストン式2ストロークサイクルエンジンである。この構造を採用することで、ＴＤＣ燃焼室壁面積は、４ストロークエンジンに比較して半減されることで、冷却損失を３５〜４５％削減できる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折形状のシリンダー２を持ち、その屈折部内角側２Aに対向する両ピストン１Ａ，１Ｂの頭面にそれぞれ水平面11を持たせて、上死点位置でそれらのふたつの水平面11をつき合わせて、その屈折部外角側２Ｂに燃焼室３の容積を絞り込むことを特徴とする対向ピストン式２ストロークサイクルエンジン
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２ストロークサイクルエンジンに関する。  特に乗用車用等の小型２ストロークサイクルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
乗用車用エンジンの問題は、低速低負荷における燃費が悪いことである。
最新の乗用車ディーゼルエンジンの燃費は優れている。
その熱効率は、高速高負荷で３４〜３９％程度と高い。
一方市内走行時に代表される低速低負荷では、熱効率は２０〜２５％まで低下する。
この主因は、ピストン頭面とシリンダーヘッドの冷却損失にある。
冷却損失は、低速低負荷でも冷却伝熱面積は不変であるから、エンジン出力が低下しても、それに比較して低下しないからである。
高速高負荷では、冷却損失は燃料発熱量に対して1２〜1５％と低いが、低中速運転時には１7〜２２％にも急増する。
乗用車用エンジンでは、低中速運転の頻度が大きい。
従って、特にこの低中負荷時についての燃費向上策を考慮すべきである。
この冷却損失のメカニズムを次に説明する。
ＴＤＣ（上死点）前クランク角５度からＴＤＣ後クランク角３５度までのクランク４０度間は、最も温度も圧力が高い。
ここでの冷却損失は、全体の過半を占めており、熱効率低下に大きく影響している。
ＴＤＣ燃焼室容積Ｖに対し、この燃焼室の冷却表面積Ｓとして、S／V比を定義するが、このＳ／Ｖ比を最小にすることで、冷却損失が低減されて熱効率が改善される。
図３は、最新の４ストロークサイクルディーゼルエンジンのＴＤＣ燃焼室３形状を示す概略説明図である。
４ストロークサイクルディーゼルエンジンとしては、最もすぐれた燃焼室３形状であるが、深皿くぼみ１２をピストン頭面に設ける方法が実施されている。
この深皿くぼみ１２以外のピストン頭面とシリンダーヘッド２Ｈ間の隙間１４を狭くして、Ｓ／V比を低減しようとしている。
しかし、吸入弁１９、排気弁２０がある複雑なシリンダーヘッド２H形状が障害になっており、扁平な燃焼室形状にならざるを得ない。
図４に従来の対向ピストン式２ストロークサイクルエンジンのＴＤＣにおける燃焼室３の形状を示す。
対向ピストン式掃気方法は、２ストロークサイクルエンジンで一般的なシュニーレ掃気方法に比較して、掃気性能と充填効率も高い。
従って出力性能が高く、航空用高速ディーゼルエンジンとしての実績を持っている。
対向ピストン式２ストロークサイクルエンジンは、シリンダーヘッドがなく、シリンダーヘッド面からの冷却損失がなく、冷却損失低減効果が期待される。
しかしこの形式においては、シリンダー側周面２に燃料噴射弁１０を設ければならず、ＴＤＣ燃焼室３の形状は扁平になってしまい、Ｓ／Ｖ比は改善されない。
従って熱効率は他方式ディーゼルエンジンと同等レベルである。
最大の欠点は、ＴＤＣ付近の厳しい燃焼熱負荷のほとんどを、ピストン全頭面で受けるので、ピストン熱負荷が過大になることである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、冷却損失の小さく、燃費に優れたレシプロエンジンを提供する
【課題を解決するための手段】
【０００４】
屈折形状のシリンダー２を持ち、その屈折部内角側２Aに対向する両ピストン１A,１Bの頭面に水平面11を持たせて、上死点位置でそれらのふたつの水平面11を突合せて、その屈折部外角側２Bに燃焼室３を絞り込むことを特徴とする対向ピストン式２ストロークサイクルエンジンを採用する。
【発明の効果】
【０００５】
次に上記の構造を採用することで得られる本発明の効果を以下に列記する。
1）水平面１１を頭部に持った二つの対向ピストン1A,１Bと屈折シリンダー２とで、掃気性能が高い対向ピストン式掃気方法が採れる。
２）ＴＤＣ燃焼室３の壁面積を最小限にできる。４ストロークエンジンに比較して、ＴＤＣ燃焼室壁面積は半減され、冷却熱損失を３5〜４５％削減できる。
３）ＴＤＣ付近の燃焼熱負荷をシリンダー２側に分担させて、ピストン１側の熱負荷を軽減できる。これにより４ストロークエンジンと同レベルの熱負荷に低減される。
４）４ストロークサイクルエンジンで必要な動弁がなく、動弁駆動による機械損失がなくなる。
５）菱形配置にて、多気筒をコンパクトに配置できて、高い出力比が得られる。高速回転
【実施例】
【０００６】
図１、図２に小型乗用車用２ストロークサイクルディーゼルエンジンに適用した本発明の実施例を示す。
Ｖ型配置の気筒を上下に設けた菱形の気筒を配置し、左右に二つの対向ピストン式２ストロークサイクルエンジンを構成する。
上下の菱形角に、クランク回転軸４A,４Bを設けて、４ピストン菱形配列とする。
左右の菱形角の外角側２Bに燃焼室３を設ける。
右側（奥側）の対向ピストン式エンジンは、ＴＤＣ（上死点）位置で、膨張工程を開始しているところである。
左側（手前）の対向ピストン式エンジンは、ＢＤＣ（下死点）位置で、掃気工程に入っているところである。
つまりクランク角１８０度位相の状態を左右に表している。
ピストン径５４mm、ストローク５５mm、４ピストン菱形配列を一例としており、排気量５０４ｃｃの小型エンジンである。
この構成の対向ピストン式掃気方法を図１の左側に示すが、基本的には、従来の対向ピストン式と同様である。
掃気で真直ぐに排気を押し出すことが出来る。  掃気性能が高く、複雑な動弁を持たないという利点も同じく持っている。
従来の対向ピストン方式と同様に、排気側ピストンクランク角を掃気側ピストンクランク角よりも８°進めて、充填効率を上げる方法が利用出来る。
主掃気ポート５は、ピストン水平面１１に平行に開口しており、良好な単一流れが形成される。
図示はしていないが、従来の2ストロークサイクルエンジンと同様に掃気側ピストン1Ａ側に、クランク室式掃気ポンプと排気タービンによるターボ式過給装置を持つ。
補助掃気ポート５Aの開口面積は比較的小さく、ピストンくぼみ１２側を掃気する。
従来の真直シリンダー２Ｃをもつ対向ピストン方式よりも、掃気ポート５と排気ポート６間の距離は８５〜９０％程度に短縮されており、より高回転速度運転に適用できる。
シリンダー２側燃焼室形状３Ａは、デッドゾーンにならずに、掃気流れを円滑にする。
ＴＤＣ燃焼室３は、左右の菱形角の外角側２Bに形成される。
その燃焼室形状は、Ｓ／Ｖ比が最良の形状、すなわち球に近似した形状にすることが出来る。
図２は、ピストン１の頭部形状を示すものである。
ピストン頭部を水平面でカットした水平面１１と、縦面でカットした縦面１３とサイドカットされた側面１６で山形の形状を構成する。
この山頂部に球楔形状のくぼみ１２を設置し、燃焼室３空間の一部を構成する。
燃焼室外角側壁２Bは、シリンダー２に属している。
水平面１１と縦面１３のところに、スキッシュエリアと称される狭い隙間１４、１５がTDC位置で形成される。  
図示はしていないが、側面１６にもスキッシュエリアが一部形成される。
これらのスキッシュエリアは、動弁がないので、平滑な面どうしの突合せとすることが出来る。  従って、最小の隙間にすることが出来る。
ＴＤＣ燃焼室空間３の壁表面積は、シリンダー２の中央側壁３Ａとピストン側くぼみ１２にもたせており、その面積比率配分を５０対５０にしている。
ピストン側くぼみ１２の壁面積は平ピストン頭面積の約３０％と小さい。
ピストン側では、このピストン側くぼみ１２だけで、TDC付近の燃焼熱負荷を受けるので、ピストン全体の熱負荷は軽減される。
高圧燃料噴射弁１０を設置し、球形燃焼室内で、安定した燃焼制御が行われる。
以上のように、自由度ある燃焼室まわりの設計が可能なのは、新対向ピストン式２ストロークサイクルエンジンの特徴である。
屈折形状とすることで、外角側に大きなスペースが採れることである。
動弁は不要であるから、そのスペースを利用して、常に最適な燃焼室設計が出来る。
【産業上の利用可能性】
【０００７】
以上の実施例は、ディーゼルエンジンに対して示したものであるが、２ストロークサイクルが適用出来るエンジンなら、本発明は完全に適用出来る。
ガソリンエンジン、ガスエンジンの分野でも本発明は適用される。
特に冷却損失が小さいので、分散型電力・熱併産用内燃機関としても最適である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の菱形対向ピストン式２ストロークサイクルエンジンをガソリンエンジンに適用した実施例を示す全体断面図である。左右対称に、本発明の菱形対向式２ストロークサイクルエンジンを示す。左半分は下死点位置にある行程状態で、右側半分は上死点位置にある行程状態を示す。
【図２】図２は、同じく本発明の要点を示すピストン頭部の斜視図である。
【図３】図３は、最新の４ストロークサイクルディーゼルエンジンの燃焼室形状を示す断面図である。
【図４】図４は、従来型の対向ピストン式２ストロークサイクルディーゼルエンジンの燃焼室形状を示す断面図である。
【符号の説明】
【０００９】
１            ピストン
１Ａ            掃気側ピストン
１Ｂ            排気側ピストン
２            屈折シリンダー
２Ａ            屈折シリンダー内角側
２Ｂ            屈折シリンダー外角側
２Ｃ            真直シリンダー
２Ｈ            シリンダーヘッド
３            燃焼室
３A            屈折シリンダー外角側燃焼室壁
４A            下部クランク軸中心
４B            上部クランク軸中心
５            主掃気ポート
５A            副掃気ポート
６            排気ポート
１０            高圧燃料噴射弁
１１            ピストン頭部水平面
１２            ピストン側くぼみ
１３            ピストン頭部縦面
１４            ピストン頭部水平面１１に発生するスキッシュエリア
１５            ピストン頭部縦面１３に発生するスキッシュエリア
１６            ピストン頭部側面
１９            吸入弁
２０            排気弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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