(57)【要約】【課題】予混合圧縮着火方式を採用し高圧噴射にて初期の燃焼を活発化させることにより、パティキュレートを低減でき、且つ燃焼初期の燃焼室内圧の急激な上昇を抑制して火炎温度を下げ、ＮＯxの低減並びにノッキングの発生防止を図ることができ、これまで低負荷時にのみ限定されていた予混合圧縮着火の使用範囲を拡張し得るレシプロエンジンを提供する。【解決手段】シリンダ２の燃焼室４内圧が設定圧を超えて上昇した際に燃焼室４容積を拡張可能な筒内圧上昇緩和手段１１をピストン３に具備する。【選択図】図１
2009144595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダの燃焼室内で燃料を燃焼させることにより、ピストンを往復運動させるレシプロエンジンにおいて、
シリンダの燃焼室内圧が設定圧を超えて上昇した際に燃焼室容積を拡張可能な筒内圧上昇緩和手段をピストンに具備したことを特徴とするレシプロエンジン。
【請求項２】
前記筒内圧上昇緩和手段を、
クランクシャフトに対しコンロッドを介してピストンピンにより連結されるインナーピストンと、
該インナーピストンに対し燃焼室容積を拡張する方向へ変位可能となるよう外嵌され且つ前記シリンダの燃焼室内に往復運動可能となるよう嵌入されるアウターピストンと、
前記インナーピストンとアウターピストンとの間に介装され且つ前記シリンダの燃焼室内圧が設定圧を超えて上昇した際に収縮して前記アウターピストンをインナーピストンに対し燃焼室容積を拡張する方向へ変位させる弾性部材と
から構成した請求項１記載のレシプロエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レシプロエンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、レシプロエンジン（Reciprocating engine）は、往復動機関或いはピストンエンジン等とも称される内燃機関であって、シリンダの燃焼室内での燃料の燃焼による熱エネルギーを作動流体の圧力として先ずピストンの往復運動に変換し、次いでその往復運動をコンロッドを介してクランクシャフトへ伝えることにより回転運動の力学的エネルギーとして取り出す原動機であり、自動車用エンジンはもとより、自動車以外の発電機や航空機等にも広く用いられている。
【０００３】
近年、レシプロエンジンでも特にディーゼルエンジンの場合、燃料を高圧で且つピストン行程における上死点より早期に噴射することにより燃料と空気を予混合し、該混合気を圧縮して高温にし自己着火させ一気に燃焼させる、いわゆる予混合圧縮着火方式が注目されている。
【０００４】
尚、回転速度に応じて圧縮比を変化させるようにしたレシプロエンジンの一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。
【特許文献１】特開平９−２２８８５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記予混合圧縮着火方式においては、高圧噴射により初期の燃焼を活発化させると、パティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）は低減できる反面、燃焼室内圧が急激に上昇する結果、火炎温度が上がり、ＮＯxが増加すると共に、ノッキングが発生してエンジンに悪影響を及ぼす虞があるため、その使用範囲がノッキングの発生しない低負荷時にのみ限定されていた。
【０００６】
尚、特許文献１に開示されたレシプロエンジンの場合、クランクシャフトにブリッジを取り付け、該ブリッジの一端にピストンのコンロッドを連結し、ブリッジ他端に所定の軸を中心として揺動する揺動アーム端を連結し、該軸を偏心軸としてその位置を変化させることにより、低速回転域ではピストンの上死点の位置を上げ圧縮比を高めて安定した着火燃焼を行い、高速域では上死点を下げ圧縮比を低くして充分な吸気量を確保できるようにしているが、このような構造では、燃焼室内圧の急激な上昇に対処することは困難となっていた。
【０００７】
本発明は、斯かる実情に鑑み、予混合圧縮着火方式を採用し高圧噴射にて初期の燃焼を活発化させることにより、パティキュレートを低減でき、且つ燃焼初期の燃焼室内圧の急激な上昇を抑制して火炎温度を下げ、ＮＯxの低減並びにノッキングの発生防止を図ることができ、これまで低負荷時にのみ限定されていた予混合圧縮着火の使用範囲を拡張し得るレシプロエンジンを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、シリンダの燃焼室内で燃料を燃焼させることにより、ピストンを往復運動させるレシプロエンジンにおいて、
シリンダの燃焼室内圧が設定圧を超えて上昇した際に燃焼室容積を拡張可能な筒内圧上昇緩和手段をピストンに具備したことを特徴とするレシプロエンジンにかかるものである。
【０００９】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００１０】
予混合圧縮着火方式を採用して、高圧噴射により初期の燃焼を活発化させると、パティキュレートが低減されると共に、燃焼室内圧が設定圧を超えて上昇した際には、ピストンに具備した筒内圧上昇緩和手段により燃焼室容積が拡張されるため、燃焼初期の燃焼室内圧の急激な上昇が抑制されて火炎温度が下がり、ＮＯxが増加しにくくなると共に、ノッキングが発生せず、エンジンに悪影響を及ぼす虞がなくなり、その使用範囲がノッキングの発生しない低負荷時にのみ限定されず、高負荷時においても予混合圧縮着火方式の使用が可能となる。
【００１１】
前記レシプロエンジンにおいては、前記筒内圧上昇緩和手段を、
クランクシャフトに対しコンロッドを介してピストンピンにより連結されるインナーピストンと、
該インナーピストンに対し燃焼室容積を拡張する方向へ変位可能となるよう外嵌され且つ前記シリンダの燃焼室内に往復運動可能となるよう嵌入されるアウターピストンと、
前記インナーピストンとアウターピストンとの間に介装され且つ前記シリンダの燃焼室内圧が設定圧を超えて上昇した際に収縮して前記アウターピストンをインナーピストンに対し燃焼室容積を拡張する方向へ変位させる弾性部材と
から構成することができ、このようにすると、前記シリンダの燃焼室内圧が設定圧以下であれば、アウターピストンは弾性部材の付勢力にてインナーピストンに対し燃焼室容積を拡張する方向へ変位しないが、前記シリンダの燃焼室内圧が設定圧を超えて上昇した際には、前記アウターピストンが弾性部材の付勢力に抗してインナーピストンに対し燃焼室容積を拡張する方向へ変位する形となり、燃焼室内圧の上昇が抑制される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のレシプロエンジンによれば、予混合圧縮着火方式を採用し高圧噴射にて初期の燃焼を活発化させることにより、パティキュレートを低減でき、且つ燃焼初期の燃焼室内圧の急激な上昇を抑制して火炎温度を下げ、ＮＯxの低減並びにノッキングの発生防止を図ることができ、これまで低負荷時にのみ限定されていた予混合圧縮着火の使用範囲を拡張し得るという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００１４】
図１及び図２は本発明を実施する形態の一例であって、図中、１はレシプロエンジンとしてのディーゼルエンジン、２はディーゼルエンジン１のシリンダ、３はシリンダ２内に摺動自在に嵌挿されたピストン、４はシリンダ２内におけるピストン３の頂面側に形成される燃焼室、５はシリンダ２の上部に設けられたシリンダヘッド、６はシリンダヘッド５に設けられ且つ燃料噴射ポンプ（図示せず）から圧送される燃料を燃焼室４内に噴射する燃料噴射弁、７はシリンダヘッド５に形成された吸気ポート、８は吸気ポート７を開閉する吸気バルブ、９はシリンダヘッド５に形成された排気ポート、１０は排気ポート９を開閉する排気バルブであり、シリンダ２の燃焼室４内圧が設定圧を超えて上昇した際に燃焼室４容積を拡張可能な筒内圧上昇緩和手段１１をピストン３に具備するよう構成したものである。
【００１５】
本図示例の場合、ピストン３を、クランクシャフト１２に対しコンロッド１３を介してピストンピン１４により連結されるインナーピストン３ａと、該インナーピストン３ａに対し燃焼室４容積を拡張する方向へ変位可能となるよう外嵌され且つ前記シリンダ２の燃焼室４内に往復運動可能となるよう嵌入されるアウターピストン３ｂとに分割し、前記インナーピストン３ａとアウターピストン３ｂとの間に、前記シリンダ２の燃焼室４内圧が設定圧を超えて上昇した際に収縮して前記アウターピストン３ｂをインナーピストン３ａに対し燃焼室４容積を拡張する方向へ変位させる弾性部材１５を介装することにより、前記筒内圧上昇緩和手段１１を構成してある。
【００１６】
前記弾性部材１５は、図１の例では圧縮コイルスプリングとしているが、板バネ、或いは耐熱性を有するゴムや合成樹脂等の所望の弾性係数を有する部材を採用することもできる。
【００１７】
次に、上記図示例の作用を説明する。
【００１８】
ディーゼルエンジン１の運転時において、シリンダ２の燃焼室４内圧が設定圧以下であれば、筒内圧上昇緩和手段１１を構成するアウターピストン３ｂは弾性部材１５の付勢力にてインナーピストン３ａに対し燃焼室４容積を拡張する方向へ変位しないが（図１の実線参照）、前記シリンダ２の燃焼室４内圧が設定圧を超えて上昇した際には、前記アウターピストン３ｂが弾性部材１５の付勢力に抗してインナーピストン３ａに対し燃焼室４容積を拡張する方向へ変位する形となり（図１の仮想線参照）、燃焼室４内圧の上昇が抑制される。
【００１９】
即ち、仮に前記筒内圧上昇緩和手段１１がない場合には、あるクランク角に対する燃焼室４内圧が、図２の実線に示す如く、跳ね上がってしまうのに対し、前記筒内圧上昇緩和手段１１をピストン３に具備したことにより、図２の仮想線に示す如く、あるクランク角に対する燃焼室４内圧の上昇を抑えることが可能となる。
【００２０】
この結果、予混合圧縮着火方式を採用して、高圧噴射により初期の燃焼を活発化させると、パティキュレートが低減されると共に、燃焼室４内圧が設定圧を超えて上昇した際には、ピストン３に具備した筒内圧上昇緩和手段１１により燃焼室４容積が拡張されるため、燃焼初期の燃焼室４内圧の急激な上昇が抑制されて火炎温度が下がり、ＮＯxが増加しにくくなると共に、ノッキングが発生せず、エンジンに悪影響を及ぼす虞がなくなり、その使用範囲がノッキングの発生しない低負荷時にのみ限定されず、高負荷時においても予混合圧縮着火方式の使用が可能となる。
【００２１】
こうして、予混合圧縮着火方式を採用し高圧噴射にて初期の燃焼を活発化させることにより、パティキュレートを低減でき、且つ燃焼初期の燃焼室４内圧の急激な上昇を抑制して火炎温度を下げ、ＮＯxの低減並びにノッキングの発生防止を図ることができ、これまで低負荷時にのみ限定されていた予混合圧縮着火の使用範囲を拡張し得る。
【００２２】
尚、本発明のレシプロエンジンは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概要断面図である。
【図２】本発明を実施する形態の一例におけるクランク角と燃焼室内圧との関係を示す線図である。
【符号の説明】
【００２４】
１    ディーゼルエンジン（レシプロエンジン）
２    シリンダ
３    ピストン
３ａ  インナーピストン
３ｂ  アウターピストン
４    燃焼室
５    シリンダヘッド
１１    筒内圧上昇緩和手段
１２    クランクシャフト
１３    コンロッド
１４    ピストンピン
１５    弾性部材
【図１】
2009144595.tif 000003
【図２】
2009144595.tif 000004