(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
頂部に主燃焼室と副燃焼室とを有する筒内噴射式内燃機関のピストンにおいて、前記内燃機関はガス燃料機関であって、前記ピストン（１）の頂部（２）は平らであり、上面形状が長円形状である主燃焼室（３）と楕円形状である副燃焼室（４）とがその長軸（３ａ、４ａ）を互に平行に、かつその深さが略同じに形成され、その主燃焼室（３）と副燃焼室（４）との間には主燃焼室（３）および副燃焼室（４）の深さより浅く前記長軸（４ａ）の直角方向に延びる複数の連絡通路（５）が形成されており、そしてピストン頂部（２）に対向するシリンダヘッド（７）に設けられた点火プラグ（８）は主燃焼室（３）を投影する領域の副燃焼室（４）寄りに位置し、燃料噴射インジェクタ（９）は主燃焼室（３）を投影する領域の副燃焼室（４）から遠ざかった領域に位置していることを特徴とする筒内噴射式内燃機関のピストン。
【請求項２】
頂部に主燃焼室と副燃焼室とを有する筒内噴射式内燃機関のピストンにおいて、前記内燃機関はガソリン機関であって、前記ピストン（１）の頂部（２）は平らであり、上面形状が長円形状である主燃焼室（３）と楕円形状である副燃焼室（４）とがその長軸（３ａ、４ａ）を互に平行に、かつその深さが略同じに形成され、その主燃焼室（３）と副燃焼室（４）との間には主燃焼室（３）および副燃焼室（４）の深さより浅く前記長軸（４ａ）の直角方向に延びる複数の連絡通路（５）が形成されており、そしてピストン頂部（２）に対向するシリンダヘッド（７）に設けられた点火プラグ（８）は主燃焼室（３）を投影する領域の副燃焼室（４）寄りに位置し、燃料噴射インジェクタ（９）は主燃焼室（３）を投影する領域の副燃焼室（４）から遠ざかった領域に位置していることを特徴とする筒内噴射式内燃機関のピストン。
【請求項３】
頂部に主燃焼室と副燃焼室とを有する筒内噴射式内燃機関のピストンにおいて、前記内燃機関はガソリン機関であって、ピストン頂部（２０）とシリンダヘッド（７０）との間にはペントルーフ形式の燃焼室が形成され、前記ピストン（１０）の頂部（２０）には上面形状が長円形状である主燃焼室（３０）と楕円形状である副燃焼室（４０）とがその長軸を互に平行に、かつその深さが略同じに形成され、その主燃焼室（３０）と副燃焼室（４０）との間には主燃焼室（３０）および副燃焼室（４０）の深さより浅く前記長軸の直角方向に延びる複数の連絡通路（５）が形成されており、そしてピストン頂部（２０）に対向するシリンダヘッド（７０）に設けられた点火プラグ（８）は主燃焼室（３０）を投影する領域の副燃焼室（４０）寄りに位置し、燃料噴射インジェクタ（９）は主燃焼室（３０）を投影する領域の副燃焼室（４０）から遠ざかった領域に位置していることを特徴とする筒内噴射式内燃機関のピストン。
【請求項４】
頂部に主燃焼室と副燃焼室とを有する筒内噴射式内燃機関のピストンにおいて、前記内燃機関はディーゼル機関であって、前記ピストン（１）の頂部（２）は平らであり、上面形状が長円形状である主燃焼室（３）と楕円形状である副燃焼室（４）とがその長軸（３ａ、４ａ）を互に平行に、かつその深さが略同じに形成され、その主燃焼室（３）と副燃焼室（４）との間には主燃焼室（３）および副燃焼室（４）の深さより浅く前記長軸（４ａ）の直角方向に延びる複数の連絡通路（５）が形成されており、そしてピストン頂部（２）に対向するシリンダヘッド（７）に設けられた燃料噴射インジェクタ（９）は主燃焼室（３）を投影する領域のほぼ中央に位置していることを特徴とする筒内噴射式内燃機関のピストン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内噴射式内燃機関のピストンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガス（例えば、圧縮天然ガス等）を燃料とした内燃機関、所謂「ガスエンジン」の普及が目覚ましい。又、燃費向上のため燃料を筒内に噴射する筒内噴射化、所謂「直噴エンジン化」も時代の趨勢である。
【０００３】
ところが、前記ガスエンジンではノッキングに対応するためにディーゼルエンジンに比べ圧縮比を大きく採れないという問題がある。
【０００４】
圧縮比を低く押さえるためには、上死点においてシリンダヘッドとピストンで形成されるトップクリアランスを大きくすれば良いが、トップクリアランスを大きくした場合には未燃炭化水素の発生という新たな問題を抱えることとなる。
【０００５】
更に、ガス燃料は液体燃料と異なり噴霧の貫徹力が弱く、成層燃焼させる場合、点火プラグ近傍まで燃料を導くことが困難である。
【０００６】
この様な問題のため、現時点でガスエンジンの筒内噴射化（直接噴射式ガスエンジン）は実用化に至っていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した従来の問題点に鑑みて提案されたものであり、圧縮比を必要以上に高めることなく、主室（主燃焼室：以降主燃焼室を主室と記載する）内に燃料を噴射し、該燃料を良好な流れをもって点火栓に導き、速やかに燃焼を開始せしめ、主室での燃焼エネルギを更に速やか且効率的に副室（副燃焼室：以降副燃焼室を副室と記載する）に伝播し、燃焼効率の良い筒内噴射式内燃機関のピストンの提供を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の筒内噴射式内燃機関のピストンは、頂部に主燃焼室と副燃焼室とを有する筒内噴射式内燃機関のピストンにおいて、前記内燃機関はガス燃料機関であって、前記ピストン（１）の頂部（２）は平らであり、上面形状が長円形状である主燃焼室（３）と楕円形状である副燃焼室（４）とがその長軸（３ａ、４ａ）を互に平行に、かつその深さが略同じに形成され、その主燃焼室（３）と副燃焼室（４）との間には主燃焼室（３）および副燃焼室（４）の深さより浅く前記長軸（４ａ）の直角方向に延びる複数の連絡通路（５）が形成されており、そしてピストン頂部（２）に対向するシリンダヘッド（７）に設けられた点火プラグ（８）は主燃焼室（３）を投影する領域の副燃焼室（４）寄りに位置し、燃料噴射インジェクタ（９）は主燃焼室（３）を投影する領域の副燃焼室（４）から遠ざかった領域に位置している。
または、本発明の筒内噴射式内燃機関のピストンは、前記内燃機関がガソリン機関であって、その頂部には前記形状の主および副燃焼室（３、４）が形成されている。
あるいは、ピストン頂部（２０）とシリンダヘッド（７０）との間にはペントルーフ形式の燃焼室が形成され、ピストンの頂部には前記形状の主および副燃焼室（３０、４０）が形成されている。
そして、本発明の筒内噴射式内燃機関のピストンは、前記内燃機関がディーゼル機関であって、その頂部（２）には前記形状の主および副燃焼室（３、４）が形成され、ピストン頂部（２）に対向するシリンダヘッド（７）に設けられた燃料噴射インジェクタ（９）は主燃焼室（３）を投影する領域のほぼ中央に位置している。
かかる構成を具備する本発明の筒内噴射式内燃機関のピストンによれば、副室を設けることにより、当該副室の容積の分だけ燃焼室の容積が増加するので、トップクリアランスを増加させること無く、圧縮比が下げられる。
その結果、圧縮比を下げてノッキングを防止すると共に、トップクリアランスを小さく抑えて未燃炭化水素の発生を防止することが出来る。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態（ガス燃料エンジン対応）に関して、図１〜図６に基づき説明する。
図１および図２において、ピストン１の頂部２には略同じ深さで、上面形状が長円形の主室３と、楕円形の副室４がお互いの長軸３ａ（主室）、４ａ（副室）が平行となるように形成されている。そして、前記主室３と前記副室４の間には主室３、副室４の深さよりも浅く、前記長軸３ａに直角方向の３本の連絡通路５が形成されている。
尚、図１中、符号１０は吸・排気ポートを示す。
【００１０】
図３を参照して、前記主室３の断面は、前記副室４に近い縁３ｂでは反返り部３ｃを有し底部３ｄに接する様な円弧３ｅが形成されており、前記副室４の反対側の縁３ｆでは前記底部３ｄに滑らかに接する円弧状の傾斜部３ｇが形成されている。
【００１１】
一方、前記ピストン頂部２に対向するシリンダヘッド７は、前記主室３を投影する領域（長円形状の領域）であって、副室３に近い側には、点火プラグ８が設けてられている。
さらに、前記主室３を投影する領域（長円形状）で副室３に遠ざかった位置には、前記傾斜部３ｇと同じ方向に傾斜して燃料噴射インジェクタ９が設けられている。
【００１２】
ここで、前記主室３の上面形状は長円に限ったものではなく、楕円、若しくは長円と楕円を組合せた形状であっても良い。
また、前記副室４の上面形状は楕円に限ったものではなく、長円、若しくは楕円と長円を組合せた形状であっても良い。
【００１３】
また、前記連絡通路５の断面面積及び本数は、３本に限ったものではなく、燃料の種類、副室４の形状、ピストン１の直径に適した断面面積及び本数とするのが良い。
【００１４】
更に、前記主室３の傾斜部３ｇは必ずしも円弧である必要はないが、傾斜部３ｇと底部３ｄは円弧で滑らかに接続するのが噴霧Ｇを円滑に点火プラグに到達させる上で好ましい。
【００１５】
次に、図３〜図６を用いて作用（燃焼の過程）を説明する。
図３及び図４は、圧縮工程後期に不均一な燃料を噴射する所謂「成層燃焼」の場合である。
図３において、図示しない前工程で、図示しない吸気ポートから空気が吸入されており、圧縮工程の終了近くで圧縮空気で満たされた燃焼室２０内にインジェクタ８から燃料ガスＧが噴射される。
【００１６】
噴射された燃料ガスは、前記傾斜部３ｇから、前記底部３ｄ、円弧３ｅ、反返り部３ｃと移動し、既に充満し圧縮された空気と交じり合い、巻き込みながら点火プラグ８に至る。
【００１７】
図４に進み、点火プラグ８に至った空気と交じり合った燃料ガスＧＡは爆発的に燃焼を開始し、燃焼の炎は、前記連絡通路５を通過することにより絞られ、更に増速され前記副室４に流入する。そして、副室４では既に空気と交じり合った混合ガスＧＡに炎が伝播して一気に燃焼が進む。
【００１８】
図５及び図６は、予め燃料ガスと空気とが混合され、圧縮工程の前に燃焼室２０内に吸気される、所謂「予混合燃焼」の場合である。
図５において、予め燃料ガスと空気とが混合された燃焼室２０内の混合ガスＧＡは、圧縮され上死点近くにおいて点火プラグ８により着火し、先ず、主室３内の混合ガスＧＡが爆発的に燃焼する。
【００１９】
図６に進み、前記主室３内で燃焼を開始した混合ガスＧＡの一部は、前記連絡通路５を通過することにより絞られて、更に増速して副室４側に伝播し、副室４内の混合ガスＧＡを瞬時に燃焼に導く。
【００２０】
係る機構を具備する本発明によれば、副室を設けることにより、燃焼室の容積が増し、トップクリアランスを増やすことなく圧縮比が下げられる。
【００２１】
トップクリアランスが増加しないので、未燃炭化水素、所謂「ＵＨＣ」の発生の懸念が無い。
【００２２】
主室と副室を連絡する連絡通路を設けたことにより、主室での燃焼エネルギは連絡通路によって絞られるために更に運動エネルギを与えられ、燃焼エネルギを速やか且効率的に副室に伝播できる。
従って、燃焼室全体では迅速且高効率な燃焼が行える。
【００２３】
図７は、本発明の第２実施形態であり、対応する燃料がガソリンで或ることを除けば作用・効果を含めて、第１実施形態（図３）と全て同じであるので以降の説明を省略する。
【００２４】
図８は、本発明の第３実施形態であり、ガソリン燃料でペントルーフタイプのシリンダヘッドを有するエンジンに対応し、予混合燃焼の場合の作動状態を示す状態図である。
シリンダヘッド７０及びこれに対応するピストン頂部２０に設けられた主室３０と副室４０の形状は異なるが、機能その他に関しては凡そ第１実施例（図３）に類似であるので以降の説明を省略する。
【００２５】
図９は、本発明の第４実施形態であり、ディーゼル燃料に対応し、成層燃焼の場合の作動状態を示す状態図である。
シリンダヘッド７５から点火プラグを排除し、ピストン頂部２５に設けられた主室３５の形状が異なる他は、凡そ第１実施形態（図３）に同様であるので以降の説明を省略する。
【００２６】
係る機構を具備する本発明のによれば、副室を設けることにより、燃焼室の容積が増し、トップクリアランスを増やすことなく圧縮比が下げられる。
【００２７】
トップクリアランスが増加しないので、未燃炭化水素の発生の懸念が無い。
【００２８】
主室と副室を連絡する連絡通路を設けたことにより、主室での燃焼エネルギに連絡通路における絞り効果で、更に運動エネルギを与えられ燃焼エネルギを速やか且効率的に副室に伝播できる。
【００２９】
従って、燃焼室全体では迅速且高効率な燃焼が行える。
【００３０】
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の記述ではない旨を付記する。
ＬＰガスやジメチルエーテル等の揮発性が高く液体噴射された直後にガス化するような燃料にも適用できる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の作用効果を以下に列記する。
（ａ）  副室を設けることにより、燃焼室の容積が増し、トップクリアランスを増やすことなく圧縮比が下げられる。
（ｂ）  トップクリアランスが増加しないので、未燃炭化水素の発生が防止される。
（ｃ）  主室と副室を連絡する連絡通路を設けたことにより、主室での燃焼エネルギに連絡通路における絞り効果で、更に運動エネルギを与えられ、燃焼エネルギを速やか且効率的に副室に伝播出来る。
（ｄ）  予混合燃焼の場合、連絡通路を介して副室へ火炎が伝播するので、燃焼室全体では迅速且つ高効率な燃焼が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のピストンを含むシリンダヘッドの要部構成を示す断面図。
【図２】本発明の第１実施形態（ガス燃料エンジン対応）のピストン上面図。
【図３】本発明の第１実施形態であり、成層燃焼の場合の作動状態を示すもので、燃料噴射直後の状態図。
【図４】本発明の第１実施形であり、態成層燃焼の場合の作動状態を示すもので、燃料が点火プラグに至り燃焼（爆発）を開始した直後の状態図。
【図５】本発明の第１実施形態であり、予混合燃焼の場合の作動状態を示すもので、燃焼（爆発）直後の状態図。
【図６】本発明の第１実施形態であり、予混合燃焼の場合の作動状態を示すもので、主室内で燃焼した燃焼エネルギを連絡通路を通して副室に伝播させ、副室内の圧縮燃料を燃焼させている状態図。
【図７】本発明の第２実施形態であり（ガソリン燃料で平らなシリンダヘッドを有するエンジンに対応）、予混合燃焼の場合の作動状態を示す状態図。
【図８】本発明の第３実施形態であり（ガソリン燃料でペントルーフタイプのシリンダヘッドを有するエンジンに対応）、予混合燃焼の場合の作動状態を示す状態図。
【図９】本発明の第４実施形態であり（ディーゼル燃料対応）、成層燃焼の場合の作動状態を示す状態図。
【符号の説明】
１・・・ピストン
２・・・ピストン頂部
３・・・主室
４・・・副室
５・・・レベリングバルブ位置検出手段
５・・・連絡通路
６・・・シリンダ
７・・・シリンダヘッド
８・・・点火プラグ
９・・・燃料インジェクタ
１０・・・吸・排気バルブ
【図１】
0004107554.tif 000002
【図２】
0004107554.tif 000003
【図３】
0004107554.tif 000004
【図４】
0004107554.tif 000005
【図５】
0004107554.tif 000006
【図６】
0004107554.tif 000007
【図７】
0004107554.tif 000008
【図８】
0004107554.tif 000009
【図９】
0004107554.tif 000010