JP2000073768A - エンジンおよびエンジンの着火方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、既存のエンジンに新たな装置を追加
することなく簡易な構造をもって、燃料を所望の着火時
期に正確かつ確実に着火させることができるエンジンお
よび着火方法を提供することを解決課題とする。 【解決手段】ピストン３の上部とシリンダヘッド２ａの
一方に凹部２ｂを形成するとともに他方に凸部３ｂを形
成し、これら凹部２ｂおよび凸部３ｂによって主燃焼室
４よりも圧縮比の大きい副燃焼室６が形成される。この
結果圧縮比の大きい副燃焼室６内で燃料が早期に着火し
着火した燃焼混合気が主燃焼室６に流出することで主燃
焼室６内で混合気中の燃料が所望の着火時期に正確かつ
確実に着火される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はエンジンの燃焼室内
に空気と燃料を供給し、これら空気と燃料の混合気を圧
縮して所望の時期に燃料を着火させて燃焼を行うディー
ゼルエンジンなどのエンジンに関し、特にそのエンジン
の燃焼室内で所望の着火時期に着火を行わせるためのエ
ンジンの構造および着火方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンは、ガソリンエンジ
ンに比較して熱効率に優れていて過酷な条件（高負荷連
続運転）に耐えるなどの利点を有している。しかし一方
で窒素酸化物ＮＯxがガソリンエンジンの２〜３倍程度
排出されたり、すす（粒子状排出物）が排出されたりす
るなど排気が清浄ではなく、環境的に好ましくないなど
の不利な点もある。

【０００３】そこで本発明者らは熱効率を維持しつつ排
気を清浄化する方法について研究を続けている。

【０００４】ここに従来のディーゼルエンジンの燃焼
は、ピストンによって圧縮した高温空気中に燃料を噴射
させて燃料を燃焼させるというものである（従来燃焼方
式）。しかしこの従来燃焼方式を採用すると、シリンダ
内で局所的に燃焼温度が高くなり上述したようにＮＯx
が大量に発生する。またシリンダ内で局所的に空気が不
足して上述したようにすすが大量に発生してしまう。こ
こに従来は燃料の噴射を高圧にすることでこれら問題に
対処していた。しかしこの燃料噴射の高圧化による方法
には限界があることが明らかになった。

【０００５】そこで近年つぎのような燃焼方法が考えら
れている。

【０００６】すなわちピストンによる圧縮途中（ピスト
ンが下死点付近に位置している間）でシリンダ内に所定
量の燃料を添加する。その後予混合気をピストンによっ
て圧縮する行程が進行すると、シリンダ内の温度が上昇
する。そして混合気が温度等の各パラメータにより定ま
る着火臨界条件を超えると、シリンダ内の燃焼室（燃焼
室）全域にわたって燃料が自己着火することになる。こ
こで自己着火までに燃料は十分に気化しており、空気と
の混合が進んだ状態となっている。なおこの燃焼方式を
本明細書では「希薄予混合自着火方式」と呼ぶ。

【０００７】上記希薄予混合自着火方式を採用するとき
は、自着火前に予め空気と燃料を均一に混合させておく
ことができるので、シリンダ内の燃焼室（燃焼室）全域
で均一に燃料が燃焼する。したがって局部的にしか空燃
比が理論混合比あるいはそれに近い条件で燃焼しないこ
とを避けることができ、ＮＯxの生成を抑制することが
できる。このため排出されるＮＯxを少なくすることが
できる。また均一に燃焼するため、すすの排出量を少な
くすることができる。

【０００８】この希薄予混合自着火方式では、燃料と空
気との混合気体（予混合気）を、図９に示すようにピス
トン上死点近傍の所定時期θdに着火させる必要があ
る。着火時期が適正でなく着火が遅れると後燃えなどの
異常な燃焼が発生し、熱効率の低下などの問題を引き起
こす虞があるからである。でここに希薄予混合自着火方
式では、混合気を十分に希薄化したい（空気に対する燃
料の比率をきわめて小さくしたい）との要請がある。混
合気が薄くなるほど予混合気は益々着火し難くなる。

【０００９】よって、希薄予混合自着火方式において希
薄化を高め適正な着火時期に着火遅れなく確実に着火さ
せるために、予混合気の着火のし難さを解消する必要性
がある。

【００１０】そこで自着火し難い予混合気に対して自着
火を補助する従来の方法を適用することが考えられる。
その着火補助として考えられる従来の方法はつぎのとお
りである。

【００１１】（１）火花放電式点火プラグ（スパークプ
ラグ）を使用する。

【００１２】（２）グロープラグを使用する。

【００１３】（３）ピストン上死点近傍で予混合気中に
燃料を噴射する。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上記（１）の方法は、
ガソリンエンジンにおいて実績のある方法である。

【００１５】これは燃焼室内に置かれた両電極間にきわ
めて高電圧を印加し電極間で発生した火花放電によって
局部的に燃料を着火させる。そして火花放電による局部
的な着火を起点として混合気全体に火炎を伝搬させて混
合気全体を燃焼させるという方法である。

【００１６】しかし上記（１）の方法では、点火プラグ
を点火させるために点火系の装置の配設が必須となり、
エンジン回りの装置構成が複雑になる。また電極間で発
生した局部的な着火による火炎を伝搬させることによっ
て混合気全体を燃焼させる方法（１点着火による方法）
をとるため、混合気全体に火炎が伝搬して混合気全体を
着火させるには時間を要する。このため等容度の低下を
引き起こし熱効率の低下が発生する。また端ガスノック
が起きやすいという問題も発生する。

【００１７】また上記（２）の方法は従来燃焼方式でデ
ィーゼルエンジンの燃焼室を予熱するためにすでに使用
されており、実績のある方法である。しかしこの（２）
の方法も同様に、グロープラグを作動させるために予熱
回路等の装置の配設が必須となり、エンジン回りの装置
構成が複雑になる。またグロープラグは常時通電してお
き表面温度を高めておく必要があり、着火時期を適正な
時期に制御することは難しい。

【００１８】上記（３）の方法も同様に、ピストン上死
点近傍で予混合気中に更に燃料を噴射するための燃料噴
射制御装置が別途必要となり、エンジン回りの装置構成
が複雑になる。しかも燃料を直接燃焼室の予混合気中に
噴射する方法をとるため、噴霧周辺の濃厚混合気中でＮ
Ｏxが発生し、ＮＯxを低減するという当初の目的を達成
できなくなる。

【００１９】また最近特開平９−１９５７７２号公報に
みられるように、ピストンとシリンダ等からなる本来の
燃焼室とは別に着火用燃焼室を設け、この着火用燃焼室
で着火した混合気をノズルを介して燃焼室に噴射して燃
焼室内の混合気を着火させるという技術が提案されてい
る。

【００２０】しかしこの公報記載の技術によれば本来の
ピストンとは別途に着火用ピストンを用意して着火用燃
焼室を構成する必要がある。しかも着火用ピストンを駆
動するためのカム駆動機構等が別途必要となる。さらに
は着火用燃焼室から離れた本来の燃焼室に対して着火混
合気を噴出させるためのノズルが必要となる。

【００２１】このように特開平９−１９５７７２号公報
記載の技術によれば、既存のエンジンに対して別途複雑
な機構等を追加する必要があり、エンジン回りの装置構
成は同様に複雑化することになる。

【００２２】いずれにしても従来の方法によれば、エン
ジン回りの装置構成は複雑にならざるを得なかった。

【００２３】本発明はこうした実状に鑑みてなされたも
のであり、既存のエンジンに新たな装置を追加すること
なく簡易な構造をもって、燃料を所望の着火時期に正確
かつ確実に着火させることができるエンジンおよび着火
方法を提供することを解決課題とするものである。

【００２４】

【課題を解決するための手段および効果】そこで本発明
の第１発明は上記解決課題を達成するために、エンジン
のシリンダヘッドとピストン上面により形成される主燃
焼室内に空気と燃料を供給し、これら空気と燃料の混合
気を圧縮して所望の時期に前記燃料を着火させるエンジ
ンにおいて、前記ピストン上部と前記シリンダヘッドの
一方に凹部を形成するとともに他方に凸部を形成し、こ
れら凹部および凸部によって前記主燃焼室よりも圧縮比
の大きい副燃焼室を形成し、前記副燃焼室内で前記燃料
を着火させ着火した燃焼混合気を前記主燃焼室に流出さ
せることにより前記主燃焼室内の混合気中の燃料を着火
させるようにしている。

【００２５】また第２発明では、第１発明において、前
記副燃焼室内の混合気に対して更に燃料を供給する燃料
供給手段を具えるようにしている。

【００２６】また第３発明では、第１発明において、前
記副燃焼室は、前記シリンダヘッドおよび前記ピストン
上面の外縁部に形成されている。

【００２７】また第４発明では、第１発明において、前
記凹部および前記凸部の熱膨張係数を略同じにしてい
る。

【００２８】また第５発明では、第１発明において、前
記凹部と前記凸部とが相対向する面をそれぞれ曲面形状
としている。また第６発明では、エンジンのシリンダヘ
ッドとピストン上面により形成される主燃焼室内に空気
と燃料を供給し、これら空気と燃料の混合気を圧縮して
所望の時期に前記燃料を着火させるエンジンの着火方法
において、前記主燃焼室よりも圧縮比の大きい副燃焼室
を前記シリンダヘッドと前記ピストン上面によって形成
した上で、前記副燃焼室内で前記燃料を着火させる行程
と、前記副燃焼室内で着火した燃焼混合気を前記主燃焼
室に流出させることにより前記主燃焼室内の混合気中の
燃料を着火させる行程とを具えるようにしている。

【００２９】本発明は、主燃焼室よりも圧縮比の大きい
副燃焼室をシリンダヘッドとピストン上面によって形成
することによって、既存のエンジンに新たな装置を追加
することなく簡易な構造をもって、燃料を所望の着火時
期に正確かつ確実に着火させることを特徴とする。

【００３０】第１発明によれば、図１に示すように、ピ
ストン３の上部とシリンダヘッド２ａの一方に凹部２ｂ
が形成されるとともに他方に凸部３ｂが形成され、これ
ら凹部２ｂおよび凸部３ｂによって主燃焼室４よりも圧
縮比の大きい副燃焼室６が形成される。この結果圧縮比
の大きい副燃焼室６内で燃料が早期に着火し着火した燃
焼混合気が主燃焼室６に流出することで主燃焼室６内で
混合気中の燃料が所望の着火時期に正確かつ確実に着火
される。

【００３１】すなわち既存のエンジン１に新たな装置を
追加することなく、ピストン３上部とシリンダヘッド２
ａの一方に凹部２ｂを形成するとともに他方に凸部３ｂ
を形成するという簡易な構造をもって、主燃焼室４内の
混合気が所望の着火時期に正確かつ確実に着火される。

【００３２】第２発明によれば、図３に示すように、燃
料供給手段７により、副燃焼室６内の混合気に対して更
に燃料が供給されて、副燃焼室６内の混合気の着火性が
更に向上する。このため主燃焼室４内の混合気の着火の
確実性が更に向上して、主燃焼室４内の混合気の着火時
期を、より上死点（Ｔ．Ｄ．Ｃ）側に近づけることが可
能となる。

【００３３】第３発明によれば、図４に示すように、副
燃焼室６を、シリンダヘッド２ａおよびピストン３上面
の外縁部に形成している。外縁部の副燃焼室６から主燃
焼室４の外縁部に着火した混合気が流出されることによ
って、本来燃焼しにくい主燃焼室４の外縁部（シリンダ
２の内壁面近傍）における混合気の燃焼が促進される。

【００３４】第４発明によれば、凹部２ｂおよび凸部３
ｂの熱膨張係数が略同じにされる。この結果熱膨脹によ
って凹部２ｂと凸部３ｂの金属面同士が不要に接触する
ことを防止することができ、スカッフィング、焼き付き
等の重大な損傷を回避することができる。

【００３５】第５発明によれば、図６に示すように、凹
部２ｂと凸部３ｂとが相対向する面がそれぞれ曲面形状
とされる。これにより副燃焼室６においてヒートスポッ
トが生成されることが防止される。

【００３６】第６発明は、装置の発明の第１発明を方法
に発明にしたものである。

【００３７】図１に示すように、ピストン３上部に凸部
３ｂを形成し、シリンダヘッド２ａに凹部２ｂを形成す
ることによって副燃焼室６を構成してもよく、図５に示
すように反対に、ピストン３上部に凹部３ｃを形成し、
シリンダヘッド２ａに凸部２ｃを形成することによって
副燃焼室６を構成してもよい。

【００３８】なお本発明が適用されるエンジンは、自着
火温度の低い燃料を使用し圧縮熱によって燃料を着火さ
せるディーゼルエンジンに限らず、自着火温度の高い燃
料を使用し火花点火により燃料を着火させるガソリンエ
ンジンにも適用可能である。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明に係る
エンジンおよびエンジンの着火方法の実施形態について
説明する。

【００４０】なお本実施形態ではディーゼルエンジンを
想定しているが、ガソリンエンジンに適用することがで
きる。すなわち筒内噴射式ガソリンエンジンなど、エン
ジンの燃焼室内に空気と燃料を供給し、これら空気と燃
料の混合気を圧縮して所望の時期に燃料を着火させて燃
焼を行うエンジンであれば任意に適用可能である。

【００４１】・実施形態１ 図１は実施形態１のエンジンの構造を示す。

【００４２】すなわち同図１に示すように、このエンジ
ン１は、大きくは、シリンダ２と、シリンダ２内に摺動
自在に配設され、シリンダ２内を上下に往復移動するピ
ストン３と、ピストン３の往復運動を図示せぬクランク
シャフトに回転運動として伝達するコンロッド５などか
ら構成されている。ピストン３の上部のシリンダ室が主
燃焼室４を構成する。主燃焼室４は、混合気中の燃料が
燃焼する室でもあると同時にピストン３によって混合気
が圧縮される圧縮室でもある。

【００４３】なお図面ではエンジン１の主燃焼室４に燃
料を供給する燃料供給装置と、エンジン１の主燃焼室４
に空気を供給する吸気管は省略している。燃料供給装置
の燃料噴射ポンプからは一定量の燃料が所定のパルス間
隔で吐出され噴射ノズルを介してエンジン１のシリンダ
２内に燃料が噴射、供給される。シリンダ２内で燃焼さ
れた後の排気ガスは図示せぬ排気管路を介して外気に排
出される。

【００４４】このエンジン１には吸気管を介して主燃焼
室４内に空気が供給される。そして燃料供給装置から、
上記空気に対して所定の比率をもって燃料が主燃焼室４
内に供給される。こうして比較的薄い混合気が主燃焼室
４内で形成される。燃料はピストン３が下死点（Ｂ．
Ｄ．Ｃ）に達してから上死点（Ｔ．Ｄ．Ｃ）に達するま
での圧縮行程の途中の所定時期に噴射、供給される。

【００４５】なおこの実施形態では空気と燃料を異なる
供給管路を介してシリンダ２内に供給しシリンダ２内に
て混合気を形成しているが、シリンダ２に導入前に空気
と燃料を混合して混合気を形成した後この混合気をシリ
ンダ２内に吸入させてもよい。要するに前述した希薄予
混合自着火方式によって燃焼が行われるのであれば燃
料、空気の供給の仕方は任意である。

【００４６】さてピストン３の上部にはピストン凸部
（突起部）３ｂが形成されているとともに、シリンダ２
のシリンダヘッド２ａにはシリンダヘッド凹部２ｂが形
成されている。そして、これら凹部２ｂおよび凸部３ｂ
によって主燃焼室４よりも圧縮比の大きい副燃焼室６が
形成される。

【００４７】図７は図１のエンジン１の各部の寸法を、
実施例１、実施例２、実施例３毎に示す表である。ボア
径Ｄとはピストン３（シリンダ２）の直径のことであ
り、ストロークＳとはピストン３の往復移動距離のこと
であり、主室容積Ｖとは、ピストン３の上部に形成され
た凹部３ａの容積のことであり、ピストン３が上死点
（Ｔ．Ｄ．Ｃ）に達したときの主燃焼室４の容積のこと
である。また突起高さｈとは、上記ピストン凸部３ｂの
高さのことであり、副室深さｇとは、上記シリンダヘッ
ド凹部２ｂの深さのことであり、副室径ｄとは、上記シ
リンダヘッド凹部２ｂの直径のことである。図７の表の
単位はｍｍである。

【００４８】図８は、横軸にクランクシャフトの角度
（クランク角）θをとり、縦軸にエンジン１の圧縮比ε
をとったグラフである。クランク角θとして１２０゜か
ら上死点（Ｔ．Ｄ．Ｃ）である１８０゜まで変化させた
範囲を示している。なお圧縮比とは、一般にピストン３
の上死点（Ｔ．Ｄ．Ｃ）における主燃焼室４の容積ＶT
によって、下死点（Ｂ．Ｄ．Ｃ）における主燃焼室４の
容積Ｖ0を割った値Ｖ0/ＶTのことを意味するが、本明細
書における「圧縮比ε」とは、主燃焼室４の圧縮比ε
1、副燃焼室の圧縮比ε2のうち大きい方の値を意味する
ものとする。ここで主燃焼室４の圧縮比ε1とは、ピス
トン３の任意のストローク位置Ｓ1における主燃焼室４
の容積Ｖ1によって、下死点（Ｂ．Ｄ．Ｃ）における主
燃焼室４の容積Ｖ0を割った値Ｖ0/Ｖ1のことを意味する
ものとする。また副燃焼室６の圧縮比ε2 とは、ピスト
ン３の任意のストローク位置Ｓ1における副燃焼室６の
容積ｖ1によって、下死点（Ｂ．Ｄ．Ｃ）における副燃
焼室６の容積ｖ0を割った値ｖ0/ｖ1のことを意味するも
のとする。ただし副燃焼室６は主燃焼室４内のごく一部
の混合気を着火させるように機能するものであるためＶ
1＞＞ｖ1とする。

【００４９】図８に示すように、圧縮比ε以外のエンジ
ン１の回転数、燃料噴射量、冷却水温度、吸入空気温
度、吸入空気圧力などの各パラメータの条件を一定とす
れば、所定の圧縮比しきい値εc（＝１４）以上の圧縮
比範囲Ａでシリンダ２内の混合気は自着火する。図８に
シリンダ２内の混合気が自着火する着火可能範囲Ａを斜
線にて示す。

【００５０】以下図８を併せ参照して、各実施例１、
２、３毎に、エンジン１の燃焼室内で混合気（混合気中
の燃料）が着火し燃焼する過程について説明する。

【００５１】ピストン３が圧縮行程で上昇していき、ク
ランク角θが大きくなるに伴い、主燃焼室４の圧縮比ε
1は徐々に上昇していく。実施例１のエンジン１の場
合、クランク角θが角度θ1になるとピストン凸部３ｂ
がピストンヘッド凹部２ｂに挿入され始め、以後副燃焼
室６の圧縮比ε2は主燃焼室４の圧縮比ε1よりも大きく
なる。そしてクランク角θが角度θ1dに達すると副燃焼
室６の圧縮比ε2が着火可能範囲Ａに到達し副燃焼室６
で混合気が自着火する。なおこのクランク角θ1dでは主
燃焼室４の圧縮比ε1は着火可能範囲Ａに到達しない。

【００５２】同様に実施例２のエンジン１の場合には、
実施例１の場合よりも遅れてクランク角θが角度θ2に
なるとピストン凸部３ｂがピストンヘッド凹部２ｂに挿
入され始め、以後副燃焼室６の圧縮比ε2は主燃焼室４
の圧縮比ε1よりも大きくなる。そして実施例１の場合
よりも遅れてクランク角θが角度θ2dに達すると副燃焼
室６の圧縮比ε2が着火可能範囲Ａに到達し副燃焼室６
で混合気が自着火する。

【００５３】同様に実施例３のエンジン１の場合には、
実施例２の場合よりも更に遅れてクランク角θが角度θ
3になるとピストン凸部３ｂがピストンヘッド凹部２ｂ
に挿入され始め、以後副燃焼室６の圧縮比ε2は主燃焼
室４の圧縮比ε1よりも大きくなる。そして実施例２の
場合よりも更に遅れてクランク角θが角度θ3dに達する
と副燃焼室６の圧縮比ε2が着火可能範囲Ａに到達し副
燃焼室６で混合気が自着火する。

【００５４】ピストン３が膨脹行程で下降していくと、
ピストン凸部３ｂがピストンヘッド凹部２ｂから脱出さ
れる。このとき副燃焼室６で着火した燃焼ガスが主燃焼
室４へと噴出される。すると主燃焼室４内の各場所で未
着火予混合気が、噴出した燃焼ガスにより点火されるこ
とになり、主燃焼室４の局部ではなく主燃焼室４内全域
にわたり全混合気が着火されることになる。

【００５５】図９は横軸にクランク角θをとり、縦軸に
主燃焼室４の容積Ｖをとったグラフである。上述したよ
うに副燃焼室６で着火した燃焼ガスが主燃焼室４に流出
することによって主燃焼室４では膨張行程の上死点
（Ｔ．Ｄ．Ｃ）近傍の角度θdで混合気が着火され主燃
焼が進行することになる。

【００５６】ここで副燃焼室４が存在しない従来のエン
ジンの場合と比較する。従来のエンジンの場合には、圧
縮比ε1が実施形態１（実施例１〜３）の圧縮比ε2より
も小さいため（図８参照）、実施形態１の場合よりも相
当遅れて着火可能範囲Ａに到達することになる。このた
め実施形態１の着火時期θdよりも相当遅れた着火時期
θ′で主燃焼室４の混合気が着火することになっていた
（図９参照）。

【００５７】これに対して、本実施形態１の場合には、
主燃焼室４よりも大きい圧縮比の燃焼室６内で燃料が早
期に着火し着火した燃焼混合気が主燃焼室６に流出する
ことで主燃焼室６内で混合気中の燃料が所望の着火時期
θdで早期に確実に着火されることになる。

【００５８】すなわち本実施形態１によれば、既存のエ
ンジン１に新たな装置（たとえば点火プラグの点火系装
置）を追加することなく、ピストン３上部とシリンダヘ
ッド２ａの一方に凹部２ｂを形成するとともに他方に凸
部３ｂを形成するという簡易な構造をもって、主燃焼室
４内の混合気を所望の着火時期θdに正確かつ確実に着
火させることができる。

【００５９】図１に示す実施形態に対しては種々の変形
が可能である。

【００６０】・実施形態２ 図１の実施形態１のエンジン１の場合にはピストン３の
上部に形成された凸部３ｂの裾野部分を直立させ、シリ
ンダヘッド凹部２ｂの対応する部分を同直立形状として
いるが、図２に示すようにピストン凸部３ｂの裾野部分
を山なりの形状として、シリンダヘッド凹部２ｂの対応
する部分を同山なり形状としてもよい。

【００６１】要するに、副燃焼室６の圧縮比ε2（＝ｖ0
/ｖ1）が主燃焼室４の圧縮比ε1（＝Ｖ0/Ｖ1）よりも大
きく、Ｖ1＞＞ｖ1となる条件を満たせば、凹部２ｂ、凸
部３ｂの形状はいかなる形状でもよい。

【００６２】・実施形態３ また図３に示すように、主燃焼室４に対して燃料を供給
する燃料供給装置とは別に、副燃焼室６内の混合気に対
して更に燃料を供給する副燃焼室用燃料供給装置７を設
けてもよい。副燃焼室用燃料供給装置７は具体的には燃
料ポンプ、燃料噴射ポンプなどから構成される。副燃焼
室用燃料供給装置７から副燃焼室６内に燃料が更に噴射
されることにより副燃焼室６内の混合気の濃度（空気に
対する燃料の比率）は主燃焼室４内の混合気の濃度より
も大きくなる。このため副燃焼室６内の混合気の着火性
が更に向上する。具体的には、図８の一点鎖線に示すよ
うに、混合気の着火が可能な圧縮比しきい値εcをより
小さくすることができ副燃焼室６における着火時期を早
めることができる。この結果、主燃焼室４内の混合気の
着火の確実性が更に向上して、主燃焼室４内の混合気の
着火時期θdを、より上死点（Ｔ．Ｄ．Ｃ）側に近づけ
ることが可能となる。

【００６３】・実施形態４ また図１に示す実施形態１では、副燃焼室６を、シリン
ダヘッド２ａおよびピストン３上面の中心部に形成して
いるが、図４に示すように、副燃焼室６を、シリンダヘ
ッド２ａおよびピストン３上面の外縁部に形成してもよ
い。

【００６４】図４（ａ）は正面図で、図４（ｂ）は図４
（ａ）に示すシリンダヘッド２ａの上面図、図４（ｃ）
は図４（ａ）に示すピストン３の上面図である。

【００６５】同図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すよう
にシリンダヘッド２ａおよびピストン３上面の外縁部に
は、上面からみてリング状の副燃焼室６が形成される。

【００６６】膨脹行程では、上記外縁部の副燃焼室６か
ら主燃焼室４の外縁部に向けて着火した混合気が流出さ
れる。このため、本来燃焼しにくい主燃焼室４の外縁部
（シリンダ２の内壁面近傍）における混合気の燃焼が促
進される。

【００６７】・実施形態５ またシリンダヘッド凹部２ｂおよびピストン凸部３ｂの
熱膨張係数を同じにしてもよい。具体的には、シリンダ
ヘッド凹部２ｂおよびピストン凸部３ｂとが同じ材質の
金属（たとえば鋳鉄）で形成される。この結果熱膨脹に
よって凹部２ｂと凸部３ｂの金属面同士が不要に接触す
ることが防止され、スカッフィング、焼き付き等の重大
な損傷を回避することができる。

【００６８】・実施形態６ また図６に示すように、シリンダヘッド凹部２ｂとピス
トン凸部３ｂとが相対向する面をそれぞれ曲面形状とし
てもよい。具体的にはピストン凸部３ｂの上面が半球状
に形成されるとともに、シリンダヘッド凹部２ｂの対応
する面が同半球状に形成される。このようにシリンダヘ
ッド凹部２ｂとピストン凸部３ｂとが相対向する面をそ
れぞれ曲面形状とすることによって副燃焼室６において
ヒートスポットが生成されるのを防ぐことができる。

【００６９】・実施形態７ 上述した実施形態１〜６では、ピストン３の上部に凸部
３ｂを形成し、シリンダヘッド２ａに凹部２ｂを形成す
ることによって副燃焼室６を構成しているが、図５に示
すように反対に、ピストン３の上部に凹部３ｃを形成
し、シリンダヘッド２ａに凸部２ｃを形成することによ
って副燃焼室６を構成してもよい。図５ではシリンダヘ
ッド２ａおよびピストン３上面の中心部に副燃焼室６が
形成される場合を示しているが、図４に示すようにシリ
ンダヘッド２ａおよびピストン３上面の外縁部に副燃焼
室６が形成される場合に対しても同様に適用することが
できる。

【００７０】また上記各実施形態１〜７はエンジンの構
造上組み合わせることが可能であれば、適宜組み合わせ
て実施することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は実施形態１のエンジンの構造を示す図で
ある。

【図２】図２は実施形態２のエンジンの構造を示す図で
ある。

【図３】図３は実施形態３のエンジンの構造を示す図で
ある。

【図４】図４は実施形態４のエンジンの構造を示す図で
ある。

【図５】図５は実施形態７のエンジンの構造を示す図で
ある。

【図６】図６は実施形態６のエンジンの構造を示す図で
ある。

【図７】図７は、図１のエンジンの各部の寸法を、各実
施例１、２、３毎に示す表である。

【図８】図８はシリンダ内の混合気が着火する混合気着
火範囲を圧縮比の関係で示すグラフであり、実施例１、
２、３毎に副燃焼室の混合気の着火時期を示すグラフで
ある。

【図９】図９はクランク角に対して主燃焼室の容積が変
化する様子を示すグラフであり、実施形態の主燃焼室の
混合気の着火時期と従来の主燃焼室の混合気の着火時期
とを比較して示すグラフである。

【符号の説明】 １ エンジン ２ シリンダ ２ａ シリンダヘッド ２ｂ シリンダヘッド凹部 ２ｃ シリンダヘッド凸部 ３ ピストン ３ｂ ピストン凸部 ３ｃ ピストン凹部 ４ 主燃焼室 ６ 副燃焼室 ７ 燃料供給装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 室谷 泰輔 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内 Ｆターム(参考） 3G023 AA01 AB01 AB05 AC04 AD02 AD14 AD23 AD26 AG02 3G092 AA01 AA02 AA06 AA09 AB02 AB03 BA08 DD09 DE03Y FA00 HA04Z HA05Z HB01Z HE01Z HE08Z

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンのシリンダヘッドとピスト
   ン上面により形成される主燃焼室内に空気と燃料を供給
   し、これら空気と燃料の混合気を圧縮して所望の時期に
   前記燃料を着火させるエンジンにおいて、 前記ピストン上部と前記シリンダヘッドの一方に凹部を
   形成するとともに他方に凸部を形成し、これら凹部およ
   び凸部によって前記主燃焼室よりも圧縮比の大きい副燃
   焼室を形成し、 前記副燃焼室内で前記燃料を着火させ着火した燃焼混合
   気を前記主燃焼室に流出させることにより前記主燃焼室
   内の混合気中の燃料を着火させるようにしたエンジン。
2. 【請求項２】 前記副燃焼室内の混合気に対して更に
   燃料を供給する燃料供給手段を具えた請求項１記載のエ
   ンジン。
3. 【請求項３】 前記副燃焼室は、前記シリンダヘッド
   および前記ピストン上面の外縁部に形成されている請求
   項１記載のエンジン。
4. 【請求項４】 前記凹部および前記凸部の熱膨張係数
   を略同じにした請求項１記載のエンジン。
5. 【請求項５】 前記凹部と前記凸部とが相対向する面
   をそれぞれ曲面形状とした請求項１記載のエンジン。
6. 【請求項６】 エンジンのシリンダヘッドとピストン
   上面により形成される主燃焼室内に空気と燃料を供給
   し、これら空気と燃料の混合気を圧縮して所望の時期に
   前記燃料を着火させるエンジンの着火方法において、 前記主燃焼室よりも圧縮比の大きい副燃焼室を前記シリ
   ンダヘッドと前記ピストン上面によって形成した上で、 前記副燃焼室内で前記燃料を着火させる行程と、 前記副燃焼室内で着火した燃焼混合気を前記主燃焼室に
   流出させることにより前記主燃焼室内の混合気中の燃料
   を着火させる行程とを具えたエンジンの着火方法。