JPS6218729B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は機関の吸入行程において、排気通路よ
り燃焼室内に逆流する既燃ガスに強力な旋回流を
生成させるとゝもに、空気−燃料混合気にも旋回
流を生成させて既燃ガスの旋回流を助長させるこ
とにより燃焼効率を高め、機関の高負荷から低負
荷運転の全域に亘る運転性能を高めるとゝもに、
HC、CO等の未燃有害成分の発生を可及的に低減
できるようにした、構成簡単な４サイクル内燃機
関における混合気の燃焼改善装置に関するもので
ある。

自動車用４サイクル内燃機関において、高負荷
運転時に高出力を得る手段として一般に吸入効率
を高めるべく吸、排気弁の開放時期をオーバーラ
ツプさせ、即ちピストンの上昇する排気行程の終
了直前から吸入弁を開弁し始め、次のピストンの
下降する吸入行程の途中まで排気弁を開弁させる
ようにしているが、このように吸、排気弁の開放
時期をオーバーラツプさせると、吸入空気量の絶
対量の多い機関の高負荷運転域では吸入空気量が
多いので、吸入混合気の燃焼に問題はなく吸入効
率を高めて所期の高出力を得ることができるが、
一方、機関の低負荷運転域では気化器の絞り弁開
度は当然に小さく吸入空気量の絶対量が少ないの
で、機関の一サイクル当りのシリンダ内の新混合
気の吸入量に対する残留ガス量の割合が高く（シ
リンダ容積に対する新混合気量20〜40％）、着火
が不安定となるばかりでなく、ピストンの往復や
スキツシユ等によつて生じる吸入混合気の乱れや
旋回流の発生も少なくなり、燃焼火炎の伝播も遅
くなつて燃焼効率の低下を招くことがあり、その
結果排ガス中のHC、CO等の未燃有害成分の発生
量が多くなる不都合を生じる。そしてこのような
現象は当然に前記の吸、排気弁のオーバーラツプ
期間が長い高出力型になるほど、その傾向が大き
くなる。したがつて機関を高出力型にすると、低
負荷運転域での燃焼効率を低下させ、排ガス中の
HC、CO等の未燃有害成分の発生量が多くなると
いう問題が発生する。

而してかゝる問題を解決すべく、たとえば吸気
通路を螺旋状に形成したり、吸気弁に羽根を形成
したり、また吸気弁の周囲に案内壁を形成したり
等の手段を講じて燃焼室内の混合気に旋回流や乱
れを生起させ燃焼を改善する技術手段が種々提案
されているが、機関の減速運転域では、機関が高
回転しているにも拘らず絞り弁がアイドリング位
置に閉じて新混合気の吸入量がきわめて少なくな
り、シリンダ内での新混合気に対する残留ガス量
の割合がきわめて高くなるため、単に吸入系に前
述のような新混合気に旋回流や乱れを生ぜしめる
ような手段を講じる程度では満足な燃焼改善は難
しい。また従来から機関の減速運転域での燃焼を
改善すべく気化器の絞り弁開度を一時的に大きく
するスロツトルオプナーやダツシユポツトを吸気
系に付設する手段が提案されているが、かゝる手
段は機関の減速運転域での新混合気の吸入量を増
加させ、シリンダ内の残留ガス量に対する新混合
気量を増大させて燃焼を改善する点で効果はある
が、反面減速運転域で必要以上の新混合気が供給
されて燃焼が過度に促進され、エンジンブレーキ
性能の低下をもたらし、減速ドライビバリテイが
悪化するという別の弊害を生じる。

以上の諸点に鑑み本発明の主な目的は、機関の
排気系に、燃焼室内に逆流既燃ガスによる旋回流
発生手段を設けるとゝもに、吸気系には空気−燃
料混合気に旋回流を生成させて逆流既燃ガスの旋
回流を助長する手段を設けて、機関の全運転域、
特に低負荷運転域での燃焼を改善して機関の高負
荷、高出力運転に何ら悪影響を及ぼしめることな
くHC、CO等の有害未燃成分の発生量を可及的に
低減させることである。

また本発明の他の目的は、全体として希薄混合
気による良好な機関の運転を可能にして燃料消費
率の向上を図ることである。

さらにまた本発明の他の目的は、運転条件に左
右されることなく常に良好な機関の運転機能が得
られるようにすることである。

そして上記目的を達成するために本発明は、ピ
ストンを摺動自在に嵌合したシリンダの上部に形
成される燃焼室の壁面に、吸気通路に連通する吸
気弁口と、排気通路に連通する排気弁口とをそれ
ぞれ開口し、前記吸気弁口には吸気弁を、前記排
気弁口には排気弁をそれぞれ設け、前記吸気通路
にはそこに空気−燃料混合気を供給する燃料供給
装置を連設し、ピストンの下降する吸気行程時
に、前記排気弁の未閉により前記排気通路内の既
燃ガスの一部を燃焼室内に逆流させるようにした
４サイクル内燃機関において、前記燃焼室を画成
する燃焼室壁の前記排気弁口の周囲部に、前記燃
焼室内へ逆流する既燃ガスを衝突させ、これに旋
回流を生成させるための旋回流生成案内壁を燃焼
室側へ突設するとともに、前記吸気弁口から前記
燃焼室内に吸入される空気−燃料混合気を前記燃
焼室の中心に対して偏心した方向に偏向させるこ
とによつて前記空気−燃料混合気の旋回流を生成
するための手段を具備させたことを特徴とする。

以下、図面により本発明の実施例について説明
する。

第１〜３図において、ピストン２を摺動自在に
嵌合したシリンダ１上方において、シリンダヘツ
ド３には燃焼室４が形成され、この燃焼室４の上
壁にはそれぞれ弁シート７，８を装着した吸気弁
口５と排気弁口６とが燃焼室４の中心から偏心し
た状態で開口され、前記吸気弁口５には、シリン
ダヘツド３に形成した吸気通路９が連通され、ま
た前記排気弁口６には、シリンダヘツド３に形成
した排気通路１０が形成されている。吸気通路９
には通常のように気化器等の空気−燃料混合気供
給装置１１が接続されている。吸気弁口５には、
該口５を開閉する吸気弁１２が設けられ、また排
気弁口６には、該口６を開閉する排気弁１３が設
けられる。吸気弁口５へ向う吸気通路９の方向お
よび排気弁口６へ向う排気通路１０の方向は、そ
れぞれシリンダ１の中心から一方に偏らせてあ
り、後述するように吸気通路９から燃焼室４内へ
流入する空気−燃料混合気および排気通路１０か
ら燃焼室４へ逆流する既燃ガスがそれぞれシリン
ダ１内の外周壁に沿つて流れるようになつてい
る。

吸、排気弁１２，１３は従来公知の動弁機構に
よつて所望の開閉サイクルに従つて開閉作動され
る。またこの機関では高負荷運転域で高出力を得
るべく吸、排気弁１２，１３の開弁時期をオーバ
ーラツプさせてあり、排気行程の終了前に吸気弁
１２を開弁させて排気行程の終了時に、排気慣性
に起因して排気通路１０に生じる負圧により、吸
気路から新混合気を燃焼室内に吸引させはじめる
吸入効率を高め、機関性能を向上させることがで
きるように設定されている。

燃焼室４壁には前述のように吸、排気弁１２，
１３の開弁時期のオーバーラツプによつて排気通
路１０より燃焼室４内に逆流する既燃ガスに旋回
流を生起させるための旋回流生成案内壁１４が設
けられる。

而して本発明におけるこの旋回流生成案内壁１
４は、燃焼室４内に、より強力な一方向の既燃ガ
ス旋回流を生成して未燃混合気の火炎伝播速度
（火炎面直前の未燃混合気の流動速度と燃焼速度
との代数和）を高めて燃焼効率を高めるべく特殊
な構成を有するものであつて、以下この旋回流生
成案内壁１４の構成を説明すると、前記旋回流生
成案内壁１４は燃焼室４の上壁に一体に垂設され
ていて、燃焼室４の外周壁より排気弁口６の外周
に沿つて円弧状をなして燃焼室４の中央部に向つ
てのびている。そしてその縦断面形状は第４図に
明瞭に示すように略Ｕ字状に形成され、排気弁口
６に対面する内周面１５は略垂直に、また燃焼室
４の外周壁に対面する外周面１６は上下に凹状円
弧に形成され、さらにそれら内、外周面１５，１
６の下端を連絡する底面１７は略水平な平担面に
形成されている。そして前記内周面１５と底面１
７との接続隅部および前記外周面１６と底面１７
との接続隅部には、それぞれ丸みγ_１，γ_２をも
たせてある。

燃焼室４の上壁には、前記旋回流生成案内壁１
４の、排気弁口６から離れる側の外壁面、即ち前
記外周面１６に近接して点火栓１８が設けられ
る。

本発明機関では吸入行程の途中まで排気弁１３
は未だ開いているので、この吸入行程の初期にお
いて排気通路１０へ流出した既燃ガスの一部は燃
焼室４内に逆流する（この場合機関が低負荷運転
域にあるときは絞り弁の開度は小さいので、既燃
ガスの燃焼室４内への逆流量は多くなる）。とこ
ろで吸入行程で未だ排気弁１３が開いている状態
にあるときは、第４図に示すように排気弁口６と
排気弁１３外周間の間隙においては、前記旋回流
生成案内壁１４の存在するところでは流体抵抗が
大きくなり、また旋回流生成案内壁１４が存在し
ないところでは流体抵抗が小さい。したがつて排
気通路１０より排気弁口６を通つて燃焼室４へ逆
流する既燃ガスに不均衡を生じ、その結果逆流既
燃ガスは旋回流を生起しつゝ燃焼室４内へと流れ
る。しかも排気通路１０から前記旋回流生成案内
壁１４の円弧凹状の内周面１５に衝突した逆流既
燃ガスの反射流は収束され、同一方向の集合した
強力な旋回流となつて燃焼室４内を流れる。そし
て、吸気弁口５へ向う吸気通路９の方向が燃焼室
４の中心より偏心した方向に向けられていること
により生じる新混合気の旋回流は、上記の如く発
生した逆流既燃ガスの旋回流を一層有効に助長
し、その結果全体として逆流既燃ガスと新混合気
との総合気流も強力な旋回流となつて燃焼室４内
を流れる。

そして圧縮行程の終了直前の、ピストン２の上
死点近傍で点火栓１８による火花点火が行われる
と、前記旋回流によつて増速された混合気の流動
速度と、旋回流およびその旋回流によつて引起こ
された、小さな混合気の乱れとにより増速された
燃焼速度とによつて燃焼室４内の火炎は強力かつ
急速に成長する。したがつて特に空燃比を変えず
とも火炎の成長が強力かつ確実になり燃焼が著し
く向上し、剥離されたクエンチング層のHCをも
離なく燃焼させることができ、特に吸入新混合気
の少ない低負荷、および減速運転域でも全吸入混
合気を確実に燃焼させることができる。

第５図には本発明の別の実施例として、逆流既
燃ガス用の旋回流生成案内壁１４の形状と基本的
に同様な形状を有する空気−燃料混合気用の旋回
流生成案内壁１９を、燃焼室４の壁面上の吸気弁
口５に近接した位置において突設した場合の一例
が示されている。第５図においては、吸気弁口５
の近傍に空気−燃料混合気用の旋回流生成案内壁
１９を設けた点以外は第１図の構成と基本的に変
わらないので、第１図と共通する部分には第１図
と同一の符号が付されている。空気−燃料混合気
用の旋回流生成案内壁１９の断面形状および突出
高さ等は、吸気弁口５から燃焼室４内へ吸入され
る空気−燃料混合気に対して旋回流の生成を促進
させつゝ、逆流既燃ガスの旋回流に対して殆んど
障害とならないように設定される。かくして、空
気−混合気の旋回流は、一層促進されるとゝもに
逆流既燃ガスの旋回流を有効に助長し、その結果
全体として逆流既燃ガスと新混合気との総合気流
は強力な旋回流となつて燃焼室４内を流れる。

ところで、特に機関が低負荷運転域にある場合
には、吸入空気量は少なく、さらに減速時にはき
わめて少量となるため、空気−燃料混合気の旋回
流が弱められ、逆流既燃ガスの旋回流を助長する
作用がそれだけ弱められる可能性が生じる。この
ような不都合を解消するため、第６図に示すよう
に吸気通路を二又に分岐させ、低負過運転時に
は、その一方の吸気通路を閉鎖することによつ
て、他の吸気通路中の吸気の速度を増大させるよ
うに制御することができる。

第６図において、第１図と共通する部分には第
１図と同一の符号が付されている。気化器２０の
下流側に接続する吸気通路はキヤブレタースロツ
トルバルブを構成する第１絞り弁２８の下流側に
おいて二又に分岐され、第１の吸気通路２１は吸
気弁２５を備える第１吸気弁口２３に連通してい
るとゝもに、第２の吸気通路２２はその入口部に
おいて第２絞り弁２９を有し、かつ吸気弁２６を
備える第２吸気弁口２４に連通している。特に第
１吸気弁口２３は燃焼室４の中心から偏心した位
置に設けられ、第１吸気通路２１は第１吸気弁口
２３から燃焼室４内に吸入される空気−燃料混合
気に燃焼室４の周壁に沿う旋回流を生成させるこ
とにより、排気弁口６から燃焼室４内に逆流した
既燃ガスの旋回流を助長するように構成されてい
る。そして、第１吸気弁口２３の縁部に近接して
空気−燃料混合気用旋回流生成案内壁２７が設け
られ、この旋回流生成案内壁２７によつて、第１
吸気弁口２３から燃焼室内へ吸入された空気−燃
料混合気の旋回流の生成が一層促進されるとゝも
に、それに伴なつて逆流既燃ガスの旋回流の助長
作用が一層強化される。

第１絞り弁２８の回動軸３１と第２絞り弁２９
の回動軸３６とは制御リンク機構３０により相互
に連結されていることによつて、第１絞り弁２８
と第２絞り弁２９とは連動関係に置かれている。
第７図に示されているように、第１絞り弁２８の
回動軸３１に固定されたアーム３２の先端部には
リンク３４の基端部が枢支ピン３３により枢支さ
れており、またリンク３４の先端部に形成された
長孔３５には、第２絞り弁２９の回動軸３６に固
定されたアーム３７の先端部に固定されているピ
ン３８が嵌合している。制御リンク機構３０のこ
のような構成により、第１絞り弁２８の開度が小
さい間は第１絞り弁２８の運動は長孔３５により
吸収されて第２絞り弁２９には伝達されず、第２
絞り弁２９は閉状態を保ち、第１絞り弁２８の開
度が大きくなるにつれて、第２絞り弁２９は漸次
開度を大きくしてゆき、第１絞り弁２８が全開状
態となる前に第２絞り弁２９が全開状態となるよ
うに第２絞り弁２９を自動的に制御することが可
能となるものである。その結果、機関の低負荷運
転時あるいは減速時において第１絞り弁２８の開
度が小さく吸入空気量が少量である間は、第２絞
り弁２９が閉状態、あるいは極めて小さい開度の
状態に保たれているため、空気−燃料混合気は主
として吸気通路２１のみを通過することによつて
増速され、吸入空気量が少ないことによつて旋回
流の生成作用が弱まることが防止される。

第１絞り弁２８の開度が大きくなるにつれて空
気−燃料混合気の吸入量が増加し、それとゝもに
第２絞り弁２９の開度も大きくなることによつて
第２吸気通路２２を経て第２吸気弁口２４から燃
焼室４内に吸入される混合気も増加するが、第２
吸気弁口２４から燃焼室４内に吸入された混合気
は、排気弁口６から逆流した既燃ガスの旋回流と
合流しつゝ既燃ガスの作用を受けて旋回する。

第２絞り弁２９には、第２絞り弁２９が全閉状
態にあつても少量の空気−燃料混合気を流過させ
るための切欠あるいはリーク穴３９が形成されて
いる。この切欠あるいはリーク穴３９により、第
２吸気通路２２内には第２絞り弁２９が全閉状態
にあつても多少の混合気の流れが存在し、その結
果、排気行程の終り前に吸気弁２６が開くことに
よつて第２吸気通路２２内に既燃ガスが流入し、
その分だけシリンダ内の残留ガスの割合が多くな
つて着火が不安定となつたり、炭素粒子の付着が
促進されたり、あるいは吸気弁２６やその近傍の
ピストン頭部の冷却が不足してデトネーシヨン等
の不整燃焼やピストンの溶融等の悪現象が生起し
たりすることが未然に防止されるものである。

以上のように本発明によれば、４サイクル内燃
機関において、燃焼室を画成する燃焼室壁の、排
気弁口の周囲に旋回流生成案内壁を燃焼室側へ突
設し、排気通路より燃焼室内へ逆流する既燃ガス
を前記旋回流生成案内壁に衝突させ、これに旋回
流を生成させるようにしたので、特に機関の低負
荷および減速運転域のように吸入空気量の少ない
場合には、前記逆流既燃ガスの旋回流によつて燃
焼室内の吸入新混合気を支配し、燃焼室内の総合
気流に強力な旋回流を生成させ、点火栓の火花点
火によつて得られる燃焼火炎を強力かつ急速に成
長させて火炎伝播速度を増大し、低負荷、および
減速運転域においても吸入混合気を均等に燃焼さ
せ燃焼効率を著しく向上させることができ、
HC、CO等の未燃有害成分の発生を可及的に低減
することができる。

また、吸気弁口から燃焼室内に吸入される空気
−燃料混合気を燃焼室の中心に対して偏心した方
向に偏向させることによつて空気−燃料混合気の
旋回流を生成するための手段を具備させるように
したので、空気−燃料混合気の旋回流によつて逆
流既燃ガスの旋回流が助長されて、より強力とな
るものであり、既燃ガスの旋回流と空気−燃料混
合気の旋回流との合流部の下流位置に点火栓を配
設することによつて、火炎伝播速度を一層有効に
増大させることができ、燃焼効率をさらに向上さ
せることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置を備えた機関のシリンダへ
ツドの底面図、第２図はその−線断面図、第
３図は旋回流生成案内壁の斜視図、第４図は排気
弁部分の拡大縦断側面図、第５図は本発明の別の
実施例に基づく機関のシリンダヘツドの底面図、
第６図は本発明のさらに別の実施例に基づく機関
のシリンダヘツドの底面および吸気通路の縦断面
図、第７図は第６図の−線部分側面図であ
る。 １……シリンダ、２……ピストン、４……燃焼
室、５，２３，２４……吸気弁口、６……排気弁
口、９，２１，２２……吸気通路、１０……排気
通路、１１……空気−燃料混合気供給装置、１
２，２５，２６……吸気弁、１３……排気弁、１
４，１９，２７……旋回流生成案内壁、１８……
点火栓。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ピストンを摺動自在に嵌合したシリンダの上
   部に形成される燃焼室の壁面に、吸気通路に連通
   する吸気弁口と、排気通路に連通する排気弁口と
   をそれぞれ開口し、前記吸気弁口には吸気弁を、
   前記排気弁口には排気弁をそれぞれ設け、前記吸
   気通路にはそこに空気−燃料混合気を供給する燃
   料供給装置を連設し、ピストンの下降する吸気行
   程時に、前記排気弁の未閉により前記排気通路内
   の既燃ガスの一部を燃焼室内に逆流させるように
   した４サイクル内燃機関において、前記燃焼室を
   画成する燃焼室壁の前記排気弁口の周囲部に、前
   記燃焼室内へ逆流する既燃ガスを衝突させ、これ
   に旋回流を生成させるための旋回流生成案内壁を
   燃焼室側へ突設するとともに、前記吸気弁口から
   前記燃焼室内に吸入される空気−燃料混合気を前
   記燃焼室の中心に対して偏心した方向に偏向させ
   ることによつて前記空気−燃料混合気の旋回流を
   生成するための手段を具備させてなる４サイクル
   内燃機関における混合気の燃焼改善装置。 ２ 前記特許請求の範囲第１項記載の４サイクル
   内燃機関における混合気の燃焼改善装置におい
   て、前記空気−燃料混合気の旋回流を生成するた
   めの手段は、前記空気−燃料混合気の旋回流の向
   きを前記既燃ガスの旋回流と同じ向きになるよう
   に構成してなる４サイクル内燃機関における混合
   気の燃焼改善装置。 ３ 前記特許請求の範囲第１項記載の４サイクル
   内燃機関における混合気の燃焼改善装置におい
   て、前記燃焼室壁には、前記旋回流生成案内壁
   の、排気弁口から離れる側の外壁面に近接して点
   火栓を配設してなる４サイクル内燃機関における
   混合気の燃焼改善装置。