(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室システムにおいて、
第１の端壁部、該第１の端壁部に対向、配置された第２の端壁部、第１の側壁部、該第１の側壁部に対向、配置された第２の側壁部を有する予燃焼室であって、前記第１と第２の端壁部の間により決定される距離が予燃焼室の長さを定義し、前記第１と第２の側壁部の間により決定される距離が予燃焼室の幅を定義し、前記長さが前記幅よりも大きくなるように形成した予燃焼室と、
前記予燃焼室に連通する最終燃焼室と、
前記予燃焼室と共働するように配置され、前記予燃焼室内の可燃性混合気に燃焼を起こす点火装置とを具備し、
前記予燃焼室が複数の予燃焼室部分を具備しており、予燃焼室部分は互いに連通すると共に、軸方向に多段に並設され、中心軸線周りに環状のアレー状に配設され、かつ、軸方向に所定の寸法を有しており、
前記最終燃焼室が軸方向に所定の寸法を有し、かつ、前記予燃焼室部分の軸方向に多段に並設され中心軸線周りに環状に配設されたアレー構造の内側に収容されて成る燃焼室システム。
【請求項２】
前記予燃焼室の幅に対する長さの比により定義されるアスペクト比が少なくとも２：１である請求項１に記載の燃焼室システム。
【請求項３】
前記予燃焼室のアスペクト比が２：１から１６：１の範囲にある請求項２に記載の燃焼室システム。
【請求項４】
前記予燃焼室の内面が円滑である請求項１に記載の燃焼室システム。
【請求項５】
前記予燃焼室の軸方向の寸法と前記最終燃焼室の軸方向の寸法が同じである請求項１に記載の燃焼室システム。
【請求項６】
前記予燃焼室および最終燃焼室が同心に配設されている請求項１に記載の燃焼室システム。
【請求項７】
作業を実施すべき部材へ向けて燃焼生成物を排気するための排気ポートが前記最終燃焼室の端壁部に形成されている請求項１に記載の燃焼室システム。
【請求項８】
更に、前記予燃焼室と最終燃焼室との間に配設され、前記予燃焼室と最終燃焼室とを分離する燃焼制御壁部を具備し、該燃焼制御壁部に開口部が形成されている請求項１に記載の燃焼室システム。
【請求項９】
互いに連通する複数の予燃焼室部分を具備する予燃焼室が、半径方向内側の第１の円筒部材と、半径方向外側の第２の円筒部材と、前記予燃焼室部分の両端を分割するための軸方向に向けられた仕切壁部と、前記予燃焼室を前記複数の予燃焼室部分に分割するための半径方向に向けられた少なくとも１つの仕切壁部とを具備する請求項１に記載の燃焼室システム。
【請求項１０】
互いに連通する複数の予燃焼室部分を具備する予燃焼室が、軸方向に並設された２段(two stages)の環状アレーを具備する請求項９に記載の燃焼室システム。
【請求項１１】
軸方向に並設された２段の環状アレーにて形成された予燃焼室が、前記半径方向に内側と外側の円筒部材の間に画成された第１の環状予燃焼室部分であって、前記中心軸に関して周方向の所定の位置に配置された第１の端部と、前記第１の環状予燃焼室部分内に配設された点火装置と、前記第１の端部から第２の端部へ周方向に延びる環状の流路とを有しており、前記第２の端部が前記第１の端部が配置される周方向の第１の位置の近傍の周方向に所定の位置に配置されて成る第１の環状予燃焼室部分と、
前記半径方向に内側の円筒部材と外側の円筒部材の間に画成された第２の環状予燃焼室部分であって、前記中心軸に関し前記第１の環状予燃焼室部分の前記第２の端部に対して軸方向に整列する周方向の所定位置に配設された第１の端部と、前記第２の環状予燃焼室部分の第１の端部から周方向に第１の端部位置まで延びる環状の流通路であって、前記第２の端部は、前記第２の環状予燃焼室部分の前記第１の端部に近接させて配置される周方向の所定位置に配置され、かつ、前記最終燃焼室に連通する環状の流通路とを有する第２の環状予燃焼室部分と、
前記第１の環状予燃焼室部の前記第２の端部を、前記第２の環状予燃焼室の前記第１の端部に相互接続し、前記第１と第２の環状予燃焼室部分が相互に連通するように、軸方向に向けられたポートとを具備する請求項１０に記載の燃焼室システム。
【請求項１２】
相互に連通する前記複数の予燃焼室部分を具備した予燃焼室は、軸方向に並設された３段の環状アレーを具備する請求項９に記載の燃焼室システム。
【請求項１３】
前記軸方向に並設された３段の環状アレーを具備する予燃焼室は、前記半径方向に内側と外側の円筒部材の間に画成された第１の環状予燃焼室部分であって、前記中心軸に関して周方向の所定の位置に配置された第１の端部と、前記第１の環状予燃焼室部分内に配設された点火装置と、前記第１の端部から第２の端部へ周方向に延びる環状の流路とを有しており、前記第２の端部が前記第１の端部が配置される周方向の第１の位置の近傍の周方向に所定の位置に配置されて成る第１の環状予燃焼室部分と、
前記半径方向に内側の円筒部材と外側の円筒部材の間に画成された第２の環状予燃焼室部分であって、前記中心軸に関し前記第１の環状予燃焼室部分の前記第２の端部に対して軸方向に整列する周方向の所定位置に配設された第１の端部と、前記第２の環状予燃焼室部分の第１の端部から周方向に第１の端部位置まで延びる環状の流通路であって、前記第２の端部は、前記第２の環状予燃焼室部分の前記第１の端部に近接させて配置される周方向の所定位置に配置され、かつ、前記最終燃焼室に連通する環状の流通路とを有する第２の環状予燃焼室部分と、
前記第１の環状予燃焼室部の前記第２の端部を、前記第２の環状予燃焼室の前記第１の端部に相互接続し、前記第１と第２の環状予燃焼室部分が相互に連通するように、軸方向に向けられた第１のポートと、
前記半径方向の内側の円筒部材と前記半径方向の外側の円筒部材の間に配置され、前記最終燃焼室に連通する環状の予燃焼室部と、
前記第２と第３の環状予燃焼室が相互に連通するように、前記第２の環状予燃焼室の前記第２の端部を前記第３の環状の予燃焼室部に連通させる軸方向に向けられた第２のポートとを具備する請求項１２に記載の燃焼室システム。
【請求項１４】
前記第１の環状の予燃焼室部が、前記複数の予燃焼室部分のうち最上段にある予燃焼室部分を具備しており、前記複数の予燃焼室部分での燃焼プロセスが軸方向下方に進むようになっている請求項１３に記載の燃焼室システム。
【請求項１５】
前記第１の環状の予燃焼室部が、前記複数の予燃焼室部分のうち最下段にある予燃焼室部分を具備しており、前記複数の予燃焼室部分での燃焼プロセスが軸方向上方に進むようになっている請求項１３に記載の燃焼室システム。
【請求項１６】
ピストンを駆動することに関連して用いられる燃焼室システムにおいて、
第１の端壁部、該第１の端壁部に対向、配置された第２の端壁部、第１の側壁部、該第１の側壁部に対向、配置された第２の側壁部を有する予燃焼室であって、前記第１と第２の端壁部の間により決定される距離が予燃焼室の長さを定義し、前記第１と第２の側壁部の間により決定される距離が予燃焼室の幅を定義し、前記長さが前記幅よりも大きくなるように形成した予燃焼室と、
前記予燃焼室に連通する最終燃焼室と、前記予燃焼室と共働するように配置され、前記予燃焼室内の可燃性混合気に燃焼を起こす点火装置とを具備し、
前記予燃焼室が複数の予燃焼室部分を具備しており、予燃焼室部分は互いに連通すると共に、軸方向に多段に並設され、中心軸線周りに環状のアレー状に配設され、かつ、軸方向に所定の寸法を有しており、
前記最終燃焼室が軸方向に所定の寸法を有し、かつ、前記予燃焼室部分の軸方向に多段に並設され中心軸線周りに環状に配設されたアレー構造の内側に収容されて成る燃焼室システム。
【請求項１７】
前記予燃焼室の幅に対する長さの比により定義されるアスペクト比が２：１から１６：１の範囲にある請求項１６に記載の燃焼室システム。
【請求項１８】
前記予燃焼室の内面が円滑である請求項１６に記載の燃焼室システム。
【請求項１９】
前記予燃焼室の軸方向の寸法と前記最終燃焼室の軸方向の寸法が同じである請求項１６に記載の燃焼室システム。
【請求項２０】
前記予燃焼室および最終燃焼室が同心に配設されている請求項１５に記載の燃焼室システム。
【請求項２１】
作業を実施すべき部材へ向けて燃焼生成物を排気するための排気ポートが前記最終燃焼室の端壁部に形成されている請求項１６に記載の燃焼室システム。
【請求項２２】
更に、前記予燃焼室と最終燃焼室との間に配設され、前記予燃焼室と最終燃焼室とを分離する燃焼制御壁部を具備し、該燃焼制御壁部に開口部が形成されている請求項１６に記載の燃焼室システム。
【請求項２３】
互いに連通する複数の予燃焼室部分を具備する予燃焼室が、半径方向内側の第１の円筒部材と、半径方向外側の第２の円筒部材と、前記予燃焼室部分の両端を分割するための軸方向に向けられた仕切壁部と、前記予燃焼室を前記複数の予燃焼室部分に分割するための半径方向に向けられた少なくとも１つの仕切壁部とを具備する請求項１６に記載の燃焼室システム。
【請求項２４】
互いに連通する複数の予燃焼室部分を具備する予燃焼室が、軸方向に並設された２段の環状アレーを具備する請求項２３に記載の燃焼室システム。
【請求項２５】
軸方向に並設された２段の環状アレーにて形成された予燃焼室が、前記半径方向に内側と外側の円筒部材の間に画成された第１の環状予燃焼室部分であって、前記中心軸に関して周方向の所定の位置に配置された第１の端部と、前記第１の環状予燃焼室部分内に配設された点火装置と、前記第１の端部から第２の端部へ周方向に延びる環状の流路とを有しており、前記第２の端部が前記第１の端部が配置される周方向の第１の位置の近傍の周方向に所定の位置に配置されて成る第１の環状予燃焼室部分と、
前記半径方向に内側の円筒部材と外側の円筒部材の間に画成された第２の環状予燃焼室部分であって、前記中心軸に関し前記第１の環状予燃焼室部分の前記第２の端部に対して軸方向に整列する周方向の所定位置に配設された第１の端部と、前記第２の環状予燃焼室部分の第１の端部から周方向に第１の端部位置まで延びる環状の流通路であって、前記第２の端部は、前記第２の環状予燃焼室部分の前記第１の端部に近接させて配置される周方向の所定位置に配置され、かつ、前記最終燃焼室に連通する環状の流通路とを有する第２の環状予燃焼室部分と、
前記第１の環状予燃焼室部の前記第２の端部を、前記第２の環状予燃焼室の前記第１の端部に相互接続し、前記第１と第２の環状予燃焼室部分が相互に連通するように、軸方向に向けられたポートとを具備する請求項２４に記載の燃焼室システム。
【請求項２６】
相互に連通する前記複数の予燃焼室部分を具備した予燃焼室は、軸方向に並設された３段の環状アレーを具備する請求項２３に記載の燃焼室システム。
【請求項２７】
前記軸方向に並設された３段の環状アレーを具備する予燃焼室は、前記半径方向に内側と外側の円筒部材の間に画成された第１の環状予燃焼室部分であって、前記中心軸に関して周方向の所定の位置に配置された第１の端部と、前記第１の環状予燃焼室部分内に配設された点火装置と、前記第１の端部から第２の端部へ周方向に延びる環状の流路とを有しており、前記第２の端部が前記第１の端部が配置される周方向の第１の位置の近傍の周方向に所定の位置に配置されて成る第１の環状予燃焼室部分と、
前記半径方向に内側の円筒部材と外側の円筒部材の間に画成された第２の環状予燃焼室部分であって、前記中心軸に関し前記第１の環状予燃焼室部分の前記第２の端部に対して軸方向に整列する周方向の所定位置に配設された第１の端部と、前記第２の環状予燃焼室部分の第１の端部から周方向に第１の端部位置まで延びる環状の流通路であって、前記第２の端部は、前記第２の環状予燃焼室部分の前記第１の端部に近接させて配置される周方向の所定位置に配置され、かつ、前記最終燃焼室に連通する環状の流通路とを有する第２の環状予燃焼室部分と、
前記第１の環状予燃焼室部の前記第２の端部を、前記第２の環状予燃焼室の前記第１の端部に相互接続し、前記第１と第２の環状予燃焼室部分が相互に連通するように、軸方向に向けられた第１のポートと、
前記半径方向の内側の円筒部材と前記半径方向の外側の円筒部材の間に配置され、前記最終燃焼室に連通する環状の予燃焼室部と、
前記第２と第３の環状予燃焼室が相互に連通するように、前記第２の環状予燃焼室の前記第２の端部を前記第３の環状の予燃焼室部に連通させる軸方向に向けられた第２のポートとを具備する請求項２６に記載の燃焼室システム。
【請求項２８】
前記第１の環状の予燃焼室部が、前記複数の予燃焼室部分のうち最上段にある予燃焼室部分を具備しており、前記複数の予燃焼室部分での燃焼プロセスが軸方向下方に進むようになっている請求項２７に記載の燃焼室システム。
【請求項２９】
前記第１の環状の予燃焼室部が、前記複数の予燃焼室部分のうち最下段にある予燃焼室部分を具備しており、前記複数の予燃焼室部分での燃焼プロセスが軸方向上方に進むようになっている請求項２７に記載の燃焼室システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的に燃焼室システムに関し、より詳細には締結具をワークまたは基体に打ち込むための燃焼動力式工具に関連して用いられる燃焼室システムに関し、該燃焼室システムは、予燃焼室と最終燃焼室とを含み、予燃焼室の幅に関する予燃焼室の長さの比により定義されるアスペクト比が、少なくとも２：１として以て燃焼プロセスの性能または出力レベルを著しく改善し、ピストンの一層大きな駆動力、加速レベルおよび速度レベルを達成し、締結具を関連する基体内に一層深く打ち込めるようになっている。
【０００２】
【従来の技術】
燃焼室システムは従来から開発されている。燃焼室は予燃焼室と最終燃焼室とを具備している。こうした二重燃焼室システムは、例えば米国特許第４６６５８６８号、同第４５１０７４８号、同第４３６５４７１号等に開示されている。こうしたシステムによれば、予燃焼室内で点火された燃焼により火炎の前縁が形成され、この火炎の前縁により未燃の燃料および空気が最終燃焼室内に押し込まれ圧縮され、以て、システムの出力が著しく増強されるのである。
【０００３】
より詳細には、燃焼サイクルが介しされたときに、予燃焼室および最終燃焼室の両方に燃料と空気の混合気が供給され、次いで、予燃焼室内の混合気が点火される。発生した火炎の前縁は次いで予燃焼室を通して伝播し、その前方の未燃の燃料および空気を最終燃焼室へ向けて押し出す。逆止弁が効果的に予燃焼室と最終燃焼室とを分離し、火炎の前縁が予燃焼室から最終燃焼室内へ進入することを可能とするが、最終燃焼室から予燃焼室内への燃焼生成物の逆流を制限する。火炎の前縁が最終燃焼室内に流入すると、最終燃焼室内の圧縮された燃料および空気に点火する。このプロセスにより最終燃焼室内に圧力が解放され最終燃焼室内での一層効果的な燃焼が導かれる。従って、このような一層高い圧力により効果的かつ強力な仕事、例えば、燃焼動力式締結具駆動工具から締結具を押し出すような仕事が行われる。
【０００４】
更に、既述した米国特許に開示されているように、予燃焼室の長さと幅の比により定義されるアスペクト比を大きくすることにより、燃焼プロセスを著しく改善することが可能である。より詳細には、予燃焼室を太く形成するよりも著しく長く形成することは、燃焼室システムをできるだけ小さく作るという従来の考え方に反している。然しながら、細く長い予燃焼室は、従来の通常の太く短い予燃焼室よりも一層効果的に火炎の前縁の前方にある未燃の燃料および空気を最終燃焼室内に押し出すことが見出された。このプロセスは最終燃焼室内での燃焼圧力を高め、最終燃焼室内での一層効率的な燃焼が導かれ、従って、このような一層高い圧力により効果的かつ強力な仕事、例えば、燃焼動力式締結具駆動工具から締結具を押し出すような仕事が行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一方、燃焼動力式締結具駆動工具の使用に関連して、工具は持ち運びが容易で、比較的軽量で小型であることが非常に重要である。従って、上述したような最終燃焼室内での燃焼圧力を実質的に高めて最終燃焼室内での一層効果的な燃焼を得て高い圧力により効果的かつ強力な仕事、例えば、燃焼動力式締結具駆動工具から締結具を押し出すような仕事を与える燃焼プロセスを達成することが望ましいが、工具は持ち運びが容易で、比較的軽量で小型でなければならない。
【０００６】
従って、燃焼動力式工具が発生するエネルギにより、基体またはワーク内に締結具を据え付けることに関連して燃焼動力式工具を使用可能とするように、出力エネルギレベルを容易に増強可能な適当な構造を有した新規で改良された燃焼動力式工具が必要である。一方、工具を持ち運びが容易で、比較的軽量で小型とするために、所望の出力エネルギレベルを達成するこうした工具内に組み込まれる内部構造はそれ自体小型でなければならない。
【０００７】
従って、新規で改良された燃焼動力式工具を提供することが本発明の目的である。
本発明の他の目的は、従来技術の燃焼動力式工具の作用上の様々な欠点、問題を克服した新規で改良された燃焼動力式工具を提供することである。
【０００８】
本発明の更に他の目的は、発生するエネルギレベルまたは燃焼動力式工具内での燃焼プロセスの特性を容易に増強可能な新規で改良された燃焼動力式工具を提供することである。
【０００９】
本発明の更に他の目的は、発生するエネルギレベルまたは燃焼動力式工具内での燃焼プロセスの特性を容易に増強し、燃焼動力式工具の発生する駆動力、加速度、速度特性または性能を高めることが可能な新規で改良された燃焼動力式工具を提供することである。
【００１０】
本発明の更に他の目的は、発生するエネルギレベルまたは燃焼動力式工具内での燃焼プロセスの特性を容易に増強し、燃焼動力式工具の発生する駆動力、加速度、速度特性または性能を小型の構造により高め、以て、工具を持ち運びが容易で、比較的軽量で小型とすることが可能な新規で改良された燃焼動力式工具を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述した本発明の目的および他の目的は、予燃焼室と最終燃焼室とに分割した燃焼室システムを具備した新規で改良された本発明の燃焼動力式工具により達成される。予燃焼室は燃焼制御壁部により最終燃焼室から分離される。燃焼制御には逆止弁が設けられており、燃焼生成物、燃焼波面の伝播、および未燃の燃料および空気が予燃焼室から最終燃焼室内に流入することを許容し、かつ、燃焼生成物、燃焼波面の伝播、および未燃の燃料および空気が最終燃焼室から予燃焼室へ逆方向に流れることを効果的に防止する。本発明の原理および開示によれば、然しながら、燃焼室システムを比較的小型にするために、予燃焼室はスプール状の構造を有しており、直列的に配列され連通する複数の湾曲した部分から成る２段または３段の構造を具備している。前記湾曲した部分が予燃焼室の第１の端部内に配設された点火装置から予燃焼室の第２の端部へ至る流路を形成している。第２の端部は最終燃焼室に連通している。予燃焼室の各段は軸方向に並設または鉛直方向に積み重ねられる。予燃焼室の第２の端部は最終燃焼室に連通し、最終燃焼室は予燃焼室を越えて延設され、或いは、代替的に一層小型の構成に従い、最終燃焼室は予燃焼室内に一体的に収容される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
小型化の要請から従来技術の燃焼室システムは、比較的短い長さと、該長さに比べて非常に大きな直径または幅を有している。然しながら、予燃焼室を長くする実験からは、アスペクト比の高い予燃焼室では、火炎の前方にある未燃の燃料および空気が最終燃焼室へ非常に効果的に押し込まれることが明らかとなった。こうした改良により、点火に先立って最終燃焼室内の圧力が増加し、最終燃焼室での燃焼から生じる動力が増加する。予燃焼室を長くすることによりこうした結果が得られる理由は不明であるが、実験結果からは、予燃焼室を長くすることにより、未燃の燃料および空気が最終燃焼室内に効果的に押し込まれ、動力の出力レベルが増加するものと考えることができる。例えば、火炎の前縁が予燃焼室の点火端から最終燃焼室に連通する予燃焼室の吐出端へ向けて進む前に、予燃焼室から最終燃焼室へ押し込まれる燃料および空気の量が増加すると考えることが合理的である。最適なアスペクト比を有するように予燃焼室を長くすることにより、最終燃焼室からの出力は５０％改善される。より詳細には、長さの幅に対する比率を広範囲に渡って試験した結果、本発明の原理および開示による予燃焼室を有する燃焼室システムでは、アスペクト比が２：１のオーダから性能が改善されることが明らかとなった。アスペクト比が４：１から１６：１の範囲では一層良好な性能が得られ、最高の性能はアスペクト比が約１０：１のときに得られた。細長いまっすぐな予燃焼室から得られる性能はベル形の曲線を描き、アスペクト比が約１０：１のときにピークが得られる。予燃焼室内面の不連続な部分や不整な部分は除去しなければならない。と言うのは、こうした構造は出力を低下するからである。更に、予燃焼室は、丸形、長丸形、矩形その他の断面形状として、予燃焼室の長さを平均幅よりも実質的に大きな望ましい長さとすることができる。更に、長く形成した予燃焼室は、排気ガスを容易に掃気することが可能である。
【００１３】
既述した形状を有する予燃焼室に加えて、出力を実質的に増加可能な予燃焼室は、湾曲させたり折曲させたりすることができる。更に、湾曲または折曲させた予燃焼室は相対的に高いアスペクト比を有し、既述した性能上の利点を得ることが可能である。例えば、こうした湾曲させた予燃焼室内で形成され或いは発生した火炎の前縁は比較的速く伝播する。より詳細には、予燃焼室をその長さ方向に沿って湾曲させると、既述したベル形の曲線がシフトして、予燃焼室内での全燃焼時間が低減することを見出した。従って、予燃焼室を湾曲または折曲することにより、非常に高いアスペクト比、例えば、１５：１から３０：１の範囲において、動力を増加させると共に燃焼時間を短くすることが可能となることを見出した。より詳細には、予燃焼室は、本発明の目的となる利点を達成可能な小型の集成体を形成するように直列に連結された或いは入れ子式に配置された若しくはまっすぐな燃焼室部分と組み合わられた湾曲した部分から形成される。
【００１４】
更に、長く形成した予燃焼室の出力性能は、予燃焼室の幅と厚さ寸法に関するアスペクト比により影響される。例えば、矩形の断面形状を有し従って増強された出力性能を呈すると期待される予燃焼室は、幅と厚さ寸法のアスペクト比が相対的に高い場合には良好には作用しない。言い換えると、予燃焼室の構造、形状または構成が薄型のリボン状の形状に近づくと、未燃の燃料および空気を最終燃焼室内にうまく押し込むことができなくなる。経験的に、予燃焼室の厚さに対する最適な或いは望ましい幅は４：１以下である。
【００１５】
図１を参照すると、本燃焼室システム１は、予燃焼室２および最終燃焼室３を具備しており、予燃焼室２および最終燃焼室３は燃焼制御壁部４により互いに分離されている。予燃焼室２の第１の端部分２Ａに点火装置５が配設されおり、最終燃焼室３は予燃焼室２の反対の第２の端部分２Ｂに隣接させて設けられている。燃焼制御壁部４には開口部４Ａが形成されており、点火装置５により予燃焼室２内で発生した火炎の前縁が燃焼制御壁部４を貫通して最終燃焼室３内に通過できるようになっている。最終燃焼室３において燃料および空気の混合気に点火されるとピストン７が駆動される。本発明の原理および開示によれば、従来技術による燃焼室システムとは異なり、予燃焼室２は所定の長さ寸法Ｂと、所定の幅寸法Ａとを有し、長さＢは幅Ａよりも実質的に大きくなっている。より詳細には、幅Ａに対する長さＢの比は、予燃焼室２のアスペクト比として知られており、少なくとも２：１以上となっている。逆止弁６が、最終燃焼室３に設けられ、燃焼制御壁部４の開口部４Ａに隣接させて邪魔にならないように配置されており、従って、燃料と空気の混合気が予燃焼室２から最終燃焼室３内へ自由に流通可能となっている。次いで、最終燃焼室３内において燃焼が始まると、そこにおける圧力が急激に増加し、最終的に、逆支弁６が閉じて、最終燃焼室３から予燃焼室２内への逆流が効果的に防止される。予燃焼室２の内周面２Ｃは実質的に円滑で突起または凹凸は無く、予燃焼室２の内周面の直径を挟んだ両側の間により決定される平均距離を幅Ａとする。
【００１６】
図２を参照すると、最終燃焼室３の構造は、ピストン７に対する位置関係は、図１に示す第１の実施形態の最終燃焼室３におけるそれと同様であるが、第２の実施形態では、図２に示すように、予燃焼室２は、直線部分に一体的に連結された湾曲部を具備しており、予燃焼室２を一層小型化している。より詳細には、予燃焼室２は、図２に示すように、一層高いアスペクト比を特徴とし、そして、それは同様のアスペクト比を有するが、実質的に直線的な空間を必要とする直線状の長い予燃焼室用いた場合に得られるのと同等の結果を達成できる。予燃焼室２の長さは予燃焼室２の点火端２Ａから予燃焼室２の燃焼制御壁部端２Ｂまで、予燃焼室２の内周面２Ｃの両側から実質的に等距離となる線に沿って測定する。予燃焼室２の湾曲部は、また、約２７０°の角度範囲にわたって延設されている。
【００１７】
図３、４を参照すると、本発明の変形実施形態が示されている。予燃焼室２は、互いに直列的に連通し、かつ、同一平面内で入れ子式に配置された、３段(three stages)の予燃焼室２を形成する複数の湾曲部２Ｄを有している。代替的に、予燃焼室２の全体をＳ字形、螺旋形、湾曲部と直線部とを組み合わせたその他の形状とすることができる。図３、４に示したような湾曲した予燃焼室２は、互いに一体的に連結され、異なる直径方向の広がりを有し、同心に配置された複数の異なる円筒により形成される。図３、４に示すように、予燃焼室２の作用に関連して、予燃焼室の第１の最外周部２Ｄの領域２Ａにおいて点火装置５の点火により開始する火炎の前縁は、まず、予燃焼室２の最外周部２Ｄを移動し、次いで、予燃焼室２の通路の最外周部と中間部とを連通させる半径方向の第１のポートを通じて予燃焼室２の第２の周部２Ｄに進入する。
【００１８】
上記火炎の前縁は、予燃焼室２の中間部２Ｄを巡って移動し、予燃焼室２の中間部と最内周部とを連通する半径方向の第２ポートから予燃焼室２の第３の最内周部２Ｄへ進入する。最終的に、火炎の前縁は、中心に配置された逆止弁６から最終燃焼室３へ進入する。代替的に、燃焼室の中心部において点火し、火炎の前縁が予燃焼室２の最内周部２Ｄから最外周部２Ｄへ半径方向外方へ伝播するようにしてもよい。何れにしても、湾曲した複数の燃焼室部分２Ｄ内での火炎の前縁の移動により、未燃の燃料および空気は逆止弁６から最終燃焼室３内に押し込まれ、最終燃焼室３内の未燃の燃料および空気の圧力が実質的に増加する。こうした作動圧力の実質的な増加により、最終燃焼室３内での燃焼により出力されるピストン７を駆動する動力が増加する。燃焼室１のアスペクト比を増加することによる改善は、ピストン７に与えられる出力が５０％増加するというものである。
【００１９】
図５を参照すると、図１に示した第１の実施形態の変形実施形態が示されている。この実施形態では、予燃焼室２、最終燃焼室３、ピストン７が配設されている駆動室が互いに同心に配置されている。本実施形態において、予燃焼室２および最終燃焼室３の容積は実質的に同じであり、従って、本発明の目的に従い出力は十分に増加され、第４の実施形態の長さ／幅アスペクト比は約４：１となっている。
【００２０】
更に、図６から図８を参照すると、本発明による燃焼室システムの第５の実施形態は、図３、４に示した実施形態に類似しており、予燃焼室２は、３段の予燃焼室構造を有しているが、更に、最終燃焼室３も同様に３段の燃焼室構造を有している。更に、第５の実施形態の予燃焼室２は図３、４に示した第３の実施形態の予燃焼室２とは異なっており、点火装置５は、予燃焼室２に関して中心または同心に配置されている。従って、火炎の前縁は、予燃焼室２の半径方向内側部分から半径方向に向けられたポート２Ｅを介して予燃焼室２の半径方向外側部分へ効果的に伝播する。それと同時に、火炎の前縁は逆止弁６から最終燃焼室３内において半径方向外側部分へ導入され、ピストン７が配設された該燃焼室システムの半径方向内側部分または中心軸部分へ導かれる。
【００２１】
図９から図１１に示す第６の実施形態は、図６から図８に示す第５の実施形態と実質的に同一であるが、吸気弁８が予燃焼室の外周部分２Ｄの外周壁部分に設けられ、排気弁９が同様に最終燃焼室３の外周壁部分に配設されている。この構成は小型であるが、最終燃焼室３から排気ガスを掃気可能とし、かつ、予燃焼室２への燃料および空気の吸気を可能とする。
【００２２】
図１２から図１４を参照すると、本発明の第７の実施形態は、予燃焼室２は同心に配置された２つの部分２Ｄに分割されており、各部分２Ｄは、更に軸方向に分割されて、例えば、鉛直方向に積み重ねられた２段式のスプール形の構成となっている。点火装置５は、予燃焼室２の鉛直方向の上側の外周部の所定位置に配置されており、従って、該点火装置により、上側の予燃焼室部分２Ｄのから伝播する燃焼を開始し、火炎の前縁は上側の予燃焼室２Ｄを下側の予燃焼室２Ｄに連通する開口部３Ｃから伝播する。
【００２３】
火炎の前縁は下側の予燃焼室２Ｄを伝播した後、逆止弁６へ向けて伝播し、該逆止弁６を通過して円筒状の最終燃焼室３へ進入する。この最終燃焼室３は、予燃焼室部分２Ｄの半径方向内側に配置され、該予燃焼室部分２Ｄにより環状に包囲されている。最終燃焼室３が予燃焼室２から未燃の燃料と空気とを受け取った後に火炎の前縁は最終燃焼室３においてピストン７に隣接する部分に進入する。と言うのは、伝播する火炎の前縁により、予燃焼室２から最終燃焼室３へ未燃の燃料と空気が押し込まれるからである。最終燃焼室３からの排気は排気弁９により行われる。排気弁９は、最終燃焼室３のピストン７の反対側の端壁部に配置されている。上側の予燃焼室部分２Ｄへの吸気は、点火装置５に好ましく隣接させて設けられた吸気弁８により行われる。
【００２４】
既述したように、逆止弁６は可能な限り流れを妨げないようにすべきである。逆止弁６は常態において開いているか、或いは、閉じているタイプの逆止弁とすることができる。何れの場合にも、逆止弁６は、予燃焼室２から最終燃焼室３への気体の比較的自由な流れを許容するように開いた状態にあり、次いで、最終燃焼室内の燃料と空気の混合気に点火されたときに閉じた状態となる。逆止弁６は、適切に掃気し或いは未燃の燃料および空気を適切に分配するために、低圧レベルにおいて双方向に自由に流れるようにしたものが望ましい応用例もある。点火に引き続き直ちに増加する最終燃焼室３内の圧力により、逆止弁６は迅速に閉じ、最終燃焼室３から予燃焼室２への逆流を制限または効果的に防止する。逆止弁６は、また、最終燃焼室３内に未燃の燃料および空気が導入された後に、予燃の火炎を消火するように配置することができる。次いで、最終燃焼室３内に配置された点火装置が最終燃焼室３内での燃焼を開始する。
【００２５】
図１５を参照すると、本発明による予燃焼室集成体２０の実施形態が示されている。予燃焼室集成体２０は、図１４に示された予燃焼室２に類似している。然しながら、図１４の予燃焼室２が鉛直方向に積み重ねられたスプールタイプの構成であったのに対し、予燃焼室集成体２０は、３段の鉛直方向に積み重ねられたスプールタイプの構成となっている。より詳細には、予燃焼室集成体２０は、予燃焼室集成体２０の第１の上端壁部２４を形成する支持ベース部２２と、一対の半径方向内側の円筒壁部２６と、外側の円筒壁部２８とを具備し、内側の円筒壁部２６と、外側の円筒壁部２８とにより、環状の予燃焼室３０が画成される。
【００２６】
一対の環状の仕切壁部３２、３４が軸方向に離間し、かつ、半径方向に向けられている。仕切壁部３２、３４は、内側の円筒壁部２６と、外側の円筒壁部２８に一体的に連結されると共に両者間に配置されており、従って、仕切壁部３２、３４により、予燃焼室３０は、鉛直方向に配置された３つの予燃焼室３０-１、３０-２、３０-３に分割される。軸方向に向けられた仕切壁部３６が、上端壁部２４および環状の仕切壁部３２、３４に構造的に共働し、３つの予燃焼室３０-１、３０-２、３０-３が画成される。更に、環状の仕切壁部３２、３４の各々は、周方向に部分的にしか延設されておらず、これにより、軸方向の一対のポート３８、４０が効果的に画成される。ポート３８、４０は、後述するように、予燃焼室３０-１、３０-２、３０-３を互いに連通するように作用する。
【００２７】
より詳細には、点火装置（図示せず）は、軸方向に上側の予燃焼室３０-１内において軸方向に向けられた仕切壁部３６の右側の所定位置に配置することができる。この配置では、上側の予燃焼室３０-１の１つから燃焼が開始し、周方向に伝播して、次いで、軸方向に中間の予燃焼室３０-２の１つに進入する。上側の予燃焼室３０-１の１つにおける火炎の前縁の伝播と同様に、軸方向に中間の予燃焼室３０-２の１つを周方向に伝播した後に、火炎の前縁は第２のポート４０から下側の予燃焼室３０-３に進入する。予燃焼室集成体２０の下端部、より詳細には、半径方向内側の円筒壁部２６は、更に、直径を挟んだ両側に半径方向に延びる一対のポート４２、４４を有しており、予燃焼室３０-３からの火炎の前縁および未燃の燃料と空気が前記ポートを通じて最終燃焼室（図示せず）の下端部分に進入する。下側の予燃焼室３０-３の下端には端壁部４６が設けられている。
【００２８】
既述した実施形態と同様に、逆止弁（図示せず）を最終燃焼室（図示せず）の下端に配設することができ、図１４に示した第７の実施形態と同様の方法により、ポート４２、４４の各々と共働する。この逆止弁は、火炎の前縁、未燃の燃料および空気を予燃焼室集成体２０から最終燃焼室へ自由に導入するが、最終燃焼室から予燃焼室集成体２０への燃焼生成物の逆流を効果的に制限する。最終燃焼室（図示せず）には、該最終燃焼室と共働するピストン（図示せず）が配設されていることは言うまでもない。こうして、伝播する火炎の前縁により予燃焼室３０ー３から未燃の燃料と空気を最終燃焼室が受け取った後に、最終燃焼室内で燃焼が生じ、これにより、例えば前記ピストンが下方に駆動され、次いで、締結具が特定の基体内に押し込まれる。
【００２９】
最後に図１６を参照すると、本発明の予燃焼室集成体１２０の他の実施形態が示されている。予燃焼室集成体１２０は、図１５の予燃焼室集成体２０の上下を入れ替えた構造を有している点を除いて、図１５の予燃焼室集成体２０と実質的に同様に構成されており、重要な点を説明する。予燃焼室集成体２０との比較において対応する予燃焼室集成体１２０の構成要素には１００番台の同じ参照番号が付されている。
【００３０】
より詳細には、予燃焼室集成体１２０は、予燃焼室集成体１２０の第１の下端壁部１２４を形成する支持ベース部１２２と、一対の半径方向内側の円筒壁部１２６と、外側の円筒壁部１２８とを具備し、内側の円筒壁部１２６と、外側の円筒壁部１２８とにより、環状の予燃焼室１３０が画成される。一対の環状の仕切壁部１３２、１３４が軸方向に離間し、かつ、半径方向に向けられている。仕切壁部１３２、１３４は、内側の円筒壁部１２６と、外側の円筒壁部１２８に一体的に連結されると共に両者間に配置されており、従って、仕切壁部１３２、１３４により、予燃焼室１３０は、鉛直方向に配置された３つの予燃焼室１３０-１、１３０-２、１３０-３に分割される。軸方向に向けられた仕切壁部１３６が、下端壁部１２４および環状の仕切壁部１３２、１３４に構造的に共働し、３つの予燃焼室１３０-１、１３０-２、１３０-３が画成される。更に、環状の仕切壁部１３２、１３４の各々は、周方向に部分的にしか延設されておらず、これにより、軸方向の一対のポート１３８、１４０が効果的に画成される。ポート１３８、１４０は、後述するように、予燃焼室１３０-１、１３０-２、１３０-３を互いに連通するように作用する。予燃焼室集成体２０の場合と同様に、点火装置（図示せず）は、軸方向に下側の予燃焼室１３０-１内において軸方向に向けられた仕切壁部１３６の左側の所定位置に配置することができる。この配置では、下側の予燃焼室１３０-１の１つから燃焼が開始し、周方向に伝播して、次いで、第１のポート１３８軸方向に中間の予燃焼室１３０-２の１つに進入する。下側の予燃焼室１３０-１の１つにおける火炎の前縁の伝播と同様に、軸方向に中間の予燃焼室１３０-２の１つを周方向に伝播した後に、火炎の前縁は第２のポート１４０から上側の予燃焼室１３０-３に進入する。予燃焼室集成体１２０の上端部、より詳細には、半径方向内側の円筒壁部１２６は、更に、直径を挟んだ両側に半径方向に延びる一対のポート１４２、１４４を有しており、予燃焼室１３０ー３からの火炎の前縁および未燃の燃料と空気が前記ポートを通じて最終燃焼室（図示せず）の上端部分に進入する。上側の予燃焼室１３０-３の下端には端壁部１４６が設けられている。
【００３１】
予燃焼室集成体１２０の新規な構成、特に、最終燃焼室（図示せず）に関する構成によれば、図１２、１５の実施形態と同様に、最終燃焼室は、内側の円筒壁部１２６内に収容され、これにより、最終燃焼室内での燃焼は、図９において、鉛直方向または軸方向下方に伝播する。従って、既述した実施形態と同様に、逆止弁（図示せず）を最終燃焼室（図示せず）の上端に配設することができ、図１４に示した第７の実施形態と同様の方法により、ポート１４２、１４４の各々と共働する。この逆止弁は、火炎の前縁、未燃の燃料および空気を予燃焼室集成体１２０から最終燃焼室へ自由に導入するが、最終燃焼室から予燃焼室集成体１２０への燃焼生成物の逆流を効果的に制限する。最終燃焼室（図示せず）には、該最終燃焼室と共働するピストン（図示せず）が配設されていることは言うまでもない。こうして、伝播する火炎の前縁により予燃焼室１３０−３から未燃の燃料と空気を最終燃焼室が受け取った後に、最終燃焼室内で燃焼が生じ、これにより、例えば前記ピストンが下方に駆動され、次いで、締結具が特定の基体内に押し込まれる。
【００３２】
本発明によれば、長く形成した予燃焼室を有する燃焼室システムが提供され、この予燃焼室は最終燃焼室と組み合わせて用いられる。新規な構造的特徴を有している。予燃焼室は、小型で効率的である。より詳細には、予燃焼室は、軸方向に分割されて軸方向に並べられた複数の予燃焼室または予燃焼室部分を有しており、これらにより、効果的に２段または３段予燃焼室構造または予燃焼室集成体が形成される。更に、一層小型化するために効果的に軸に沿って収容または予燃焼室集成体内に収容される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による燃焼室システムの略示断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態による燃焼室システムの部分断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態による燃焼室システムの部分断面図である。
【図４】図３の断面に対して垂直な平面で切断した燃焼室システムの略示断面図である。
【図５】本発明の第４の実施形態による燃焼室システムの略示断面図である。
【図６】本発明の第５の実施形態による燃焼室システムの略示断面図である。
【図７】図６の燃焼室システムの予燃焼室の断面図である。
【図８】図６の燃焼室システムの最終燃焼室の断面図である。
【図９】本発明の第６の実施形態による燃焼室システムの略示断面図である。
【図１０】図９の燃焼室システムの予燃焼室の断面図である。
【図１１】図９の燃焼室システムの最終燃焼室の断面図である。
【図１２】本発明の第７の実施形態による燃焼室システムの略示断面図である。
【図１３】図１２の燃焼室システムの予燃焼室の断面図である。
【図１４】図１２の燃焼室システムの最終燃焼室の断面図である。
【図１５】本発明１つの実施形態による３段式予燃焼室集成体の略示斜視図である。
【図１６】本発明の他の実施形態による３段式予燃焼室集成体の略示斜視図である。
【符号の説明】
１…燃焼室システム
２…予燃焼室
３…最終燃焼室
４…燃焼制御壁部
５…点火装置
６…逆止弁
７…ピストン
【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】
0004105458.tif 000007
【図７】
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【図８】
0004105458.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0004105458.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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