(57)【要約】【課題】燃焼の均一化と、クレビス体積及び副室直下のキャビティ体積の減少とによって、燃焼効率の向上を図り、ＮＯｘ及び未燃炭化水素の排出量を低減させるとともに、リングトレーガ部の温度不均一によるピストンからの剥離および、火炎ジェットの衝突に起因するピストンの局部高温化を防止し、ピストンの耐久性を向上させると共に、ビストン製作コストを低減させる副室式内燃機関の提供。【解決手段】主燃焼室（６）及び副室（８）を有する副室式内燃機関において、ピストン頂面（２ａ）を平面で構成し、ピストン冷却用流体通路（９）は、ピストン半径方向について、ノズル（７）から主燃焼室（６）内に噴射される火炎ジェット（Ｊ）がピストン頂面（２ａ）に衝突する位置と重複する様に構成させることで、ピストントップリングとピストン頂面との距離を短くして、クレビス体積を激減させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主燃焼室及び副室を有する副室式内燃機関において、ピストン頂面を平面で構成し、ピストン冷却用流体通路は、ピストン半径方向について、ノズルから主燃焼室内に噴射される火炎ジェットがピストン頂面に衝突する位置と隣接する様に構成されていることを特徴とする副室式内燃機関。
【請求項２】
前記火炎ジェットを噴射するノズルは、噴射された火炎ジェットが、ピストン頂面の中心からピストン半径寸法の１／２以上半径方向外方へ離隔した位置に衝突する様に構成されている請求項１の副室式内燃機関。
【請求項３】
前記ピストン往復移動方向について、前記ピストン冷却用流体通路がリングトレーガ部と隣接する様に構成されている請求項１、２の副室式内燃機関。
【請求項４】
前記ピストン冷却用流体通路と火炎ジェットがピストン頂面に衝突する前記位置とのピストン往復移動方向距離と、前記ピストン冷却用流体通路と前記リングトレーガ部とのピストン半径方向距離とが、概略同一である請求項３の副室式内燃機関。
【請求項５】
前記ピストン冷却用流体通路は、火炎ジェットがピストン頂面に衝突する位置に対向した部分の面積と、リングトレーガ部に対向した部分の面積とが大きくなるような形状である請求項１〜４のいずれか１項の副室式内燃機関。
【請求項６】
ピストン頂面とピストントップリング上面との間の距離が可及的小さくなる様に構成した請求項１〜５の何れか１項の副室式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、副室式内燃機関に関し、より詳細には、燃焼効率の向上、窒素酸化物（ＮＯｘ）及び未燃炭化水素（ＵＨＣ）の排出量を低減出来る副室式内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
副室式内燃機関では、球形状や図５に示す様なバスタブ形状といったように、主燃焼室６０中央部にスワールや乱流を発生させるためのキャビティー６０Ｃを有する主燃焼室６０に希薄混合気を供給し、その混合気の燃焼を促進させる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
そして、ピストン２０を冷却するためにエンジンオイルを潤滑させるクーリングチャンネル９０の形状は、この主室のキャビティー壁６０ｗに一定の距離を保って沿わせた形状とするために、クーリングチャンネル９０位置もピストン頂面２０ｔから離れる傾向にある。
したがってピストントップリングＲｔを挿入するリングトレーガ２０ｒは、クーリングチャンネル９０の冷却が困難なピストン頂面２０ｔ側で高温化し、リング下面側と温度不均一を起こしてピストン２０本体から剥離し易くなる。
【０００４】
そこでこれを防ぐために、リングトレーガ２０ｒ位置はトップリングＲｔ下面と同じ温度分布となるようにピストン頂面２０ｔから離れた位置にする必要があり、したがってトップリングＲｔの挿入位置がピストン頂面２０ｔから離れることとなる。
【０００５】
しかし、上述したような構造では、主室キャビティー壁６０ｗに火炎ジェットＪが衝突するために、その部分の冷却を十分に行わないとピストンの耐久性が補償出来ない。また、複雑な主室キャビティー形状を機械加工するためには、相応のコストと時間を要する。
さらに、火炎ジェットが衝突するキャビティー壁６０ｗの冷却を十分に行うように、クーリングチャンネル９０の形状を規定すると、クーリングチャンネル９０位置がピストン頂面２０ｔから離れるため、火炎伝播の届き難いクレビスＣの体積が増加して、その結果未燃炭化水素「ＵＨＣ」の発生量が増加してしまうという問題を抱えている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−１４１０６４号公報（第３ページ、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、燃焼の均一化によって燃焼室内の局所的な高温領域生成に伴うＮＯｘの発生を抑制し、未燃炭化水素「ＵＨＣ」の生成領域であるトップクリアランス部及びクレビス部の体積低減によって燃焼効率の向上を図り、ＮＯｘ及びＵＨＣの排出量を低減させるとともに、リングトレーガ部の温度不均一によるピストンからの剥離および、火炎ジェットの衝突に起因するピストンの局部高温化を防止し、ピストンの耐久性と低コスト性を向上させる副室式内燃機関を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の副室式内燃機関は、主燃焼室（６）及び副室（８）を有する副室式内燃機関において、ピストン頂面（２ａ）を平面で構成し、ピストン冷却用流体通路（９）は、ピストン半径方向について、ノズル（７）から主燃焼室（６）内に噴射される火炎ジェット（Ｊ）がピストン頂面（２ａ）に衝突する位置と隣接する様に構成されている（換言すれば、ピストン冷却用流体通路９が、ノズル７から主燃焼室６内に噴射される火炎ジェットＪがピストン頂面１ａに衝突する位置の直下に形成されている）ことを特徴としている（請求項１）。
【０００９】
係る構成を具備する本発明の副室式内燃機関によれば、最も熱負荷が高い位置である「ノズル（７）から主燃焼室（６）内に噴射される火炎ジェット（Ｊ）がピストン頂面（２ａ）に衝突する位置」に対して、ピストン半径方向（Ｄｐ）についてピストン冷却用流体通路（９）が重複する様に構成されているので、当該最も熱負荷が高い位置が重点的に冷却され、ピストン（２）の耐熱性、耐久性が向上する。
また、複雑なピストンキャビティー形状を機械加工する工程が削減できるため、ピストン製作に要するコストを大幅に低減し、かつ製作時間を大幅に短縮させることが可能である。
【００１０】
本発明の実施に際して、前記火炎ジェット（Ｊ）を噴射するノズル（７）は、噴射された火炎ジェット（Ｊ）が、ピストン頂面（２ａ）の中心からピストン半径寸法（Ｄｐ）の１／２以上半径方向外方へ離隔した位置に衝突する様に構成されているのが好ましい（請求項２）。
【００１１】
その様に構成すれば、主燃焼室（６）の形状が均一の厚みの燃焼室形状となっていることに加え、噴射される火炎ジェット（Ｊ）が中心より遠方であるピストン頂面（２ａ）の中心からピストン半径寸法（Ｄｐ）の１／２以上半径方向外方へ離隔した位置に先に衝突する様に構成されているため、従来技術で見られるような球形状或いはバスタブ形状の主燃焼室（図５の符号６０参照）の局所で一気に燃焼してしまうような偏った燃焼による局部の高温化が避けられ、したがって均一で安定した燃焼が得られる。
すなわち燃焼温度の高温化が回避されることでＮＯｘの発生が抑制される。
【００１２】
ここで、前記ノズル（７）は、噴射された火炎ジェット（Ｊ）がピストンのクレビス部（Ｃ）まで到達する様に構成されているのが好ましい。
その様に構成すれば、クレビス部（Ｃ）に存在する燃料ガス混合気が確実に燃焼し、従来技術では火炎ジェット（Ｊ）や、火炎ジェットからの主室内混合気伝播火炎が届き難いクレビス部（Ｃ）において発生した未燃燃料ガス（ＵＨＣ）を、確実に防止できるからである。
【００１３】
また、前記平面状のピストン頂面（２ａ）と、前記ノズル（７）と、吸入バルブ及び／又は吐出バルブとが上死点で干渉しない様に構成されており、且つ、上死点で前記ピストン頂面（２ａ）とシリンダヘッド（５）との間隔が可及的小さくなる様に構成されているのが好ましい。
上死点部で部品同士の干渉を生じること無く、火炎ジェットを外周部に衝突させる場合に、火炎伝播が遅れるかまたは困難となる副室直下の主室キャビティ領域の体積を低減出来るからである。
【００１４】
また、本発明において、前記ピストン往復移動方向について、前記ピストン冷却用流体通路（９）がリングトレーガ部（２ｒ）と隣接する様に構成されているのが好ましい（請求項３）。
その様に構成すれば、リングトレーガ部（２ｒ）が良好に冷却されるので、従来技術で問題となるようなリングトレーガ部（２ｒ）の剥離が防止されるからである。
【００１５】
さらに、前記ピストン冷却用流体通路（９）と火炎ジェット（Ｊ）がピストン頂面（２ａ）に衝突する前記位置とのピストン往復移動方向距離（δ）と、前記ピストン冷却用流体通路（９）と前記リングトレーガ部（２ｒ）とのピストン半径方向距離（λ）とが、概略同一であるのが好ましい（請求項４）。
その様に構成するならば、ピストン頂面（２ａ）とリングトレーガ部（２ｒ）は同様な熱負荷となるとともに、リングトレーガ部（２ｒ）すなわちピストントップリング挿入位置とピストン頂面（２ａ）との距離を、従来技術に比較して大幅に短くすることが出来て、クレビス（Ｃ）容積が激減する。そして未燃燃料、未燃炭化水素（ＵＨＣ）の発生量も大幅に減少する。
【００１６】
そして本発明において、前記ピストン冷却用流体通路（９）は、火炎ジェット（Ｊ）がピストン頂面（２ａ）に衝突する位置に対向した部分の面積と、リングトレーガ部（２ｒ）に対向した部分の面積とが大きくなるような形状であるのが好ましい（請求項５）。
ピストン冷却用流体通路（９）の火炎ジェット（Ｊ）がピストン頂面（２ａ）に衝突する位置に対向した部分の面積と、リングトレーガ部（２ｒ）に対向した部分の面積とを可及的に大きくすることにより、ピストンにおいて最も熱負荷が高い箇所、すなわち火炎ジェット（Ｊ）がピストン頂面（２ａ）に衝突する位置及びリングトレーガ部（２ｒ）が、通路（９）内を流れるピストン冷却用流体により効率的に冷却されるからである。
【００１７】
これに加えて、本発明では、ピストン頂面（２ａ）とピストントップリング（Ｒｔ）上面との間の距離が可及的小さくなる様に構成しているのが好ましい（請求項６）。
リングトレーガ部（２ｒ）とピストン頂面（２ａ）との距離が可及的小さくなる様に構成することにより、クレビス（Ｃ）容積を激減せしめ、未燃燃料、未燃炭化水素（ＵＨＣ）の発生量を大幅に減少することが可能である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。ここで、図示の実施形態（図１〜図４）では、副室式内燃機関として、例えば、副室式のガスエンジンが図示されている。
【００１９】
図１及び図２を参照して第１実施形態を説明する。
【００２０】
図１において、全体を符号Ａで示す副室式ガスエンジンは、シリンダライナ１内を上下に摺動するピストン２とシリンダライナ１を含むシリンダブロック３の上方にガスケット４を介して取付けられたシリンダヘッド５を有している。
【００２１】
ピストン２の上端であるピストン頂面２ａは平面で構成されている。一方、シリンダヘッド５の前記ピストン頂面２ａとで主燃焼室（キャビティー）６が形成される領域５ａも図示の例では平面に形成されている。したがって、上死点における主燃焼室６はトップクリアランスに等しく円盤状空間に形成されている。
【００２２】
シリンダヘッド５の主燃焼室６を形成する領域５ａの中央上方には、副室ホルダ７Ｈが領域５ａにノズル７の先端を突出させるように格納されている。
そして、ノズル７は副室ホルダ７Ｈ内に形成された副室８に連通している。
【００２３】
該副室ホルダ７Ｈの先端のノズル７には図２に示すように、４つの噴孔７ａが周方向に等分割角度に配置され、上死点近傍において４つの噴孔７ａから噴射された火炎ジェットが、ピストン頂面の中心からピストン半径寸法Ｄｐの１／２以上半径方向外方へ離隔した位置に衝突し、ピストン２のクレビス部（ピストンの外周で上縁部）２ｂまで到達する様に構成されている。
図２において、火炎ジェットの届く領域の直径をＤとすれば、Ｄ≧Ｄｐ／２である。
【００２４】
その様に構成すれば、主燃焼室６の形状が均一の厚みの燃焼室形状となっていることに加え、噴射される火炎ジェットＪが中心より遠方であるピストン頂面２ａの中心からピストン半径寸法Ｄｐの１／２以上半径方向外方へ離隔した位置に先に衝突する様に構成されているため、従来技術で見られるような球形状或いはバスタブ形状の主燃焼室（図５の符号６０参照）の局所で一気に燃焼してしまうような偏った燃焼による局部の高温化が避けられ、したがって均一で安定した燃焼が得られる。
すなわち燃焼温度の高温化が回避されることでＮＯｘの発生が抑制される。
更に、ノズル７から噴射された火炎ジェットＪがピストンのクレビス部Ｃまで到達する様に構成されているので、クレビス部Ｃに存在する燃料ガス混合気が確実に燃焼し、従来技術ではクレビス部Ｃにおいて発生した未燃燃料ガス（ＵＨＣ）を、確実に防止できる。
【００２５】
ここで、前記平面状のピストン頂面２ａと、前記ノズル７の先端と、図示しない吸気バルブ及び／又は図示しない排気バルブとが上死点で干渉しない様に構成されており、且つ、上死点で前記ピストン頂面２ａとシリンダヘッド５との間隔が可及的小さくなる様に構成されている。
【００２６】
そのように構成することにより、上死点部で部品同士の干渉を生じること無く、副室ホルダ７Ｈ直下の火炎伝播が遅れたり或いは困難となる領域である主室キャビティ領域の体積を減少させ、この領域におけるＵＨＣの発生を低減させることが出来る。
【００２７】
また、ピストン頂面２ａの外周に近い位置には、ピストントップリングＲｔを挿入するリングトレーガ２ｒが形成されている。
前記リングトレーガ２ｒの内径側近傍で、且つピストン頂面２ａ近傍には、空隙断面形状が図示の例では不等辺三角形の直角部を外周上方に配置するようなクーリングチャンネル（請求項１では冷却用流体通路：以降をクーリングチャンネルと言う）９が円環状に形成されている。
【００２８】
尚、クーリングチャンネル９の断面形状である不等辺三角形の上辺は、ピストン半径方向について、ノズル７から主燃焼室６内に噴射される火炎ジェットＪがピストン頂面２ａに衝突する位置と重複するように形成されている。
換言すれば、ピストン冷却用流体通路９が、ノズル７から主燃焼室６内に噴射される火炎ジェットＪがピストン頂面１ａに衝突する位置の直下に形成されている。
【００２９】
そのように形成されているので、最も熱負荷が高い位置である「ノズル７から主燃焼室６内に噴射される火炎ジェットＪがピストン頂面２ａに衝突する位置」に対して、ピストン半径方向Ｄｐについてピストン冷却用流体通路９が重複する様に構成されているので、当該最も熱負荷が高い位置が重点的に冷却され、ピストン２の耐熱性、耐久性が向上する。
【００３０】
また、ピストン往復移動方向について、前記ピストン冷却用流体通路９がリングトレーガ部２ｒと隣接する様に構成されている。
【００３１】
その様に構成すれば、リングトレーガ部２ｒが良好に冷却されるので、従来技術で問題となるようなリングトレーガ部２ｒの剥離が防止される。
【００３２】
さらに、前記ピストン冷却用流体通路９と火炎ジェットＪがピストン頂面２ａに衝突する前記位置とのピストン往復移動方向距離δと、前記ピストン冷却用流体通路９と前記リングトレーガ部２ｒとのピストン半径方向距離λとが、概略同一であるのが好ましい。
その様に構成するならば、ピストン頂面２ａとリングトレーガ部２ｒは同様な熱負荷となるとともに、リングトレーガ部２ｒに挿入されるピストントップリング上面とピストン頂面２ａとの距離を、従来技術に比較して大幅に短くすることも出来るので、クレビスＣ容積が大幅に削減することが出来る。
そして、未燃燃料（未燃炭化水素「ＵＨＣ」）の発生量も大幅に減少する。
【００３３】
また、明瞭には図示されてはいないが、ピストン冷却用流体通路９は、火炎ジェットＪがピストン頂面２ａに衝突する位置に対向した部分の面積と、リングトレーガ部２ｒに対向した部分の面積とが、可能な限り大きくなるように構成されている。
ピストンにおいて最も熱負荷が高い箇所である、火炎ジェットＪがピストン頂面２ａに衝突する位置と、リングトレーガ部２ｒとが、ピストン冷却用流体通路９内を流れるピストン冷却用流体により効率的に冷却される様にするためである。
【００３４】
そして、ピストン頂面２ａとピストントップリングＲｔ上面との間の距離は、可及的小さくなる様に構成されている。
クレビスＣの容積を激減せしめ、未燃燃料、未燃炭化水素（ＵＨＣ）の発生量を減少するためである。
【００３５】
次に図３及び図４を参照して、本発明の第２実施形態（副室式ガスエンジンとしての符号はＢ）について説明する。
【００３６】
図３及び図４の第２実施形態は、ピストン冷却用流体通路９Ｂの断面形状が図１及び図２の第１実施例（ピストン冷却用流体通路の符号は９）が不等辺三角形であったのに対して、頂角を半径方向外方の上方に配置したかぎ形断面の環状体の空隙であることが異なる。
その他の構成及び作用効果については、図１及び図２の第１実施形態と同様である。
【００３７】
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨ではない旨を付記する。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の作用効果を、以下に列挙する。
（１）  最も熱負荷が高い位置であるノズルから主燃焼室内に噴射される火炎ジェットがピストン頂面に衝突する位置に対して、ピストン半径方向についてピストン冷却用流体通路が重複する様に構成されているので、当該最も熱負荷が高い位置が重点的に冷却され、ピストンの耐熱性、耐久性が向上する。
（２）  主燃焼室の形状が均一の厚みの燃焼室形状となっていることに加え、噴射される火炎ジェットが中心より遠方であるピストン頂面の中心からピストン半径寸法の１／２以上半径方向外方へ離隔した位置に先に衝突する様に構成されているため、従来技術で見られるような球形状或いはバスタブ形状の主燃焼室の局所で一気に燃焼してしまうような偏った燃焼による局部の高温化が避けられ、均一で安定した燃焼が得られる。
すなわち燃焼温度の高温化が回避されることでＮＯｘの発生が抑制される。
（３）  ノズルは、噴射された火炎ジェットがピストンのクレビス部まで到達する様に構成されているので、クレビス部に存在する燃料ガス混合気が確実に燃焼し、従来技術ではクレビス部において発生した未燃燃料ガス（ＵＨＣ）を、確実に防止できる。
（４）  上死点でピストン頂面とシリンダヘッドとの間隔が可及的小さくなる様に構成されているので、上死点部で部品同士の干渉を生じること無く、副室直下のキャビティ領域における未燃燃料ガス（ＵＨＣ）の生成量を低減できる。
（５）  ピストン往復移動方向について、ピストン冷却用流体通路がリングトレーガ部と重複する様に構成されているので、リングトレーガ部が良好に冷却され、従来技術で問題となるようなリングトレーガ部の剥離が防止される。
（６）  ピストン冷却用流体通路と火炎ジェットがピストン頂面に衝突する位置とのピストン往復移動方向距離と、ピストン冷却用流体通路と前記リングトレーガ部とのピストン半径方向距離とが、概略同一であるので、ピストントップリング上面とピストン頂面との距離が従来技術に比較して大幅に短くなり、クレビス容積が激減する。そして、未燃燃料（未燃炭化水素「ＵＨＣ」）の発生量も大幅に減少する。
（７）  ピストン冷却用流体通路を、火炎ジェットがピストン頂面に衝突する位置に対向した部分の面積と、リングトレーガ部２ｒに対向した部分の面積とが、可能な限り大きくなるように構成すれば、ピストンにおいて最も熱負荷が高い箇所（火炎ジェットがピストン頂面に衝突する位置と、リングトレーガ部）が、ピストン冷却用流体通路内を流れるピストン冷却用流体により効率的に冷却される。
（８）  ピストン頂面とピストントップリング上面との間の距離が可及的小さくなる様に構成することにより、クレビスの容積を激減せしめ、未燃燃料、未燃炭化水素（ＵＨＣ）の発生量が減少する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の副室式内燃機関の燃焼室周りの縦断面図。
【図２】図２のＸ−Ｘ断面図。
【図３】本発明の第２実施形態の副室式内燃機関の燃焼室周りの縦断面図。
【図４】図３のＸ−Ｘ断面図。
【図５】従来技術の副室式内燃機関の燃焼室周りの縦断面図。
【図６】図５のＸ−Ｘ断面図。
【符号の説明】
１・・・シリンダライナ
２・・・ピストン
２ａ・・・ピストン頂面
２ｂ・・・クレビス部
３・・・シリンダブロック
４・・・ガスケット
５・・・シリンダヘッド
６・・・主燃焼室
７・・・ノズル
７Ｈ・・・副室ホルダ
７ａ・・・噴孔
８・・・副室
９・・・ピストン冷却用流体通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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