JPH0158328B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、燃焼室に吸入される希薄混合気を攪
拌して、希薄混合気の安定燃焼させることによ
り、燃費の向上と有害成分の低減とを図つた内燃
機関に関するものである。

今後実用化される内燃機関に於いては、性能並
びに熱効率を低下することなく、排気ガス中の一
酸化炭素、未燃炭化水素等の有害成分を低減しつ
つ、燃費を向上することが重要な課題となつてい
る。この課題を達成させるために、希薄混合気を
使う方法や、再循環排気ガスを含んだ混合気を使
う方法が取られて来たが、低負荷運転時殊にアイ
ドリングを含めた低速低負荷運転時は燃焼室に吸
入される混合気の体積効率が低く、且つ残留ガス
も多いために着火性が悪くなることや、火炎の伝
藩速度が低いために燃焼速度が遅くなることか
ら、燃焼が安定しない。このため叙述の方法では
熱効率も低く、運転の円滑性を欠くものとなつて
いた。

近年掛かる不具合に対処するために、混合気に
適当な乱れを生じさせ、燃速を増大させる燃焼制
御装置が提案されて来ている。ところがこれまで
提案された燃焼制御装置は、低負荷時の運転領域
に於いては、混合気の着火性が低下し、そのため
運転性の低下を来たし、燃料消費の増加にもつな
がる不具合も見られる。反面低負荷運転域では燃
焼が安定して、運転性の低下を来たすことなく、
燃料消費量を低減させ得るが、中負荷以上の運転
域ではスワールの生成作用が減少する等のその効
果がうすれる面が見られる傾向にある。

本発明は、この点に鑑み低中高負荷全域に亘
り、燃焼の安定性を計る内燃機関を提供すること
を目的とするものである。

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第３図
にしたがつて説明する。

第１図において、１はシリンダ、２はシリンダ
１内に挿入されたピストン、３はシリンダ１の上
部に取り付けられたシリンダヘツド、４はピスト
ン２とシリンダヘツド３との間に形成された燃焼
室である。第２図において、５は一次側吸気通
路、６は二次側吸気通路、７は排気通路で、これ
らはシリンダヘツド３に形成されている。二次側
吸気通路６は、燃焼室４に接線方向に向けて開口
している。一次側吸気通路５の断面積は二次側吸
気通路６の断面積の４％〜７％に設定されてい
る。

８は一次側吸気通路５開閉用の一次側吸気バル
ブ、９は二次側吸気通路６開閉用の二次側吸気バ
ルブ、１０は排気通路７開閉用の排気バルブであ
る。シリンダヘツド３には、一次側吸気通路５と
燃焼室７に連通する燃焼室凹部１１が形成されて
いる。この燃焼室凹部１１は、ピストン２に臨ま
せてあり、この燃焼室凹部１１中に一次側吸気バ
ルブ８が位置している。この燃焼室凹部１１の内
面と一次側吸気バルブ８のバルブヘツド８ａとの
間には、間隙Ａが形成されるようになつている。

二次側吸気通路６内には、図示しない排気管、
エアクリーナ、気化器等に接続されたインダクシ
ヨンパイプ１２が配設されている。このインダク
シヨンパイプ１２は、燃焼室４の接線方向に向け
て二次側吸気バルブ９の直前に開口している。

ピストン２のクラウン部２ａの中間部には燃焼
室４に開口する凹部１３が形成されており、シリ
ンダヘツド３には凹部１３に向けて燃焼室４に開
口する凹部１４が形成されている。この凹部１４
も前述した燃焼室凹部１１と同様に燃焼室４に形
成されるものであり、燃焼室凹部１１とは隣接し
た位置にあり、後述する側路１６を介して相互に
連通するものである（第２図参照）。そしてその
形状は第２図に示すように、燃焼室４の中間部か
ら周縁部に向けて円弧状に湾曲して接線方向に指
向したものとなつている。ピストン２にはピスト
ン２が上死点に位置したときに凹部１４に嵌合す
る凸部２ｂが設けられている。なお、ピストン２
が上死点に位置したときは、凹部１３，１４間に
燃焼室１５が形成される。

シリンダヘツド３には、燃焼室凹部１１と凹部
１４とに連通する側路１６が形成されている。１
７はシリンダヘツド３に取り付けた点火プラグ
で、この点火プラグ１７は凹部１４内に突出して
いる。１３はピストン２が上死点及びその前後し
て位置するときにピストン２とシリンダヘツド３
との間に形成された間隙である。この間隙Ｂは、
排気バルブ１０に臨む燃焼室１８と空間１５を連
通させている。

このような構成において、一次側吸気通路５か
ら燃焼室４に吸気される混合気の空燃比は、当量
比で0.87〜1.02に設定されている。また、一次側
吸気通路５に接続された図示しない気化器の一次
側スロツトルバルブと、二次側吸気通路６に接続
された気化器の二次側スロツトルバルブは、一次
側スロツトルバルブが全開する付近から二次側ス
ロツトバルブが動作するように連繁させられてい
る。ここで、一次側スロツトルバルブと二次側ス
ロツトルバルブは、一つの気化器本体に組み込ま
れていても別々の気化器本体に組み込まれていて
もよい。さらに、一次側吸気通路５に連通する気
化器内の吸気通路に、気化器に組み込んだ燃料増
量機構（図示せず）を連通させると共に、この燃
料増量機構を二次側スロツトルバルブと連動動作
させるようにする。

次に、このような構成の内燃機関の作動を説明
する。

吸気行程時には、一次側吸気通路５より吸気さ
れた当量比で0.87〜1.02の混合気が、一次側吸気
バルブ８と燃焼室凹部１１とで形成される間隙Ａ
を通過する際微粒化される。その一部は、通路１
６を通つて点火プラグ１７が配設された凹部１４
とピストン２の凹部１３とで形成される燃焼室１
５内に流入して、内部の残留ガスを確実に掃気し
乍ら、二次吸気通路６側の接線方向Ｐ点に向けて
流れてスワールを発生させる。残りの混合気は間
隙Ａを通つて燃焼室凹部１１より燃焼室４内に噴
流される。

一方、インダクシヨンパイプ１２からは、超高
速流で、空気又は超希薄混合気等の攪拌流体が燃
焼室４内に接線方向に向けて噴射される。この攪
拌流体は燃焼室１５からの混合気とＰ点近傍で合
流して、乱流を生成し乍ら、強力なスワール（渦
流）を発生させる。これによつて、点火プラグ１
７の周辺には濃混合気が形成されるが、他の部分
には攪拌流体で希薄化された希薄混合気が形成さ
れる。

圧縮行程時には、ピストン２が上死点近傍から
上死点に達するときに凸部２ｂが凹部１４に嵌合
する。このときに、凸部２ｂによつて凹部１４か
ら排除される混合気は、スキツシユ流として点火
プラグ１７周囲を流れた後、燃焼室凹部１１内に
流入すると同時に、乱流を形成する。

この後、点火プラグ１７によつて混合気に着火
されると、間隙Ｂから燃焼室１８に火炎が伝搬さ
れると共に、側路１６を介して燃焼室凹部１１に
火炎が伝搬される。燃焼室１８に伝搬された火炎
は円周方向に向けて流れる混合気の残存スワール
にのつて、燃焼室４内の希薄混合気巾へ拡散して
希薄混合気の燃焼速度を高め、安定した燃焼を行
なわせる。

実用運転領域内のみ対応出来るよう、一次側吸
気通路５断面積を二次側吸気通路６断面積の４％
〜７％に絞ることによつて空気流の流速を増大さ
せ、燃料の微粒化を促進し、加速時のレスポンス
を向上せしめることが出来る。また一次側吸気通
路５内の表面積が小さいことと、空燃比を薄く出
来ることによつて、壁に付着する燃料が減少し、
減速時の過濃を防止して有害成分の排出を減少さ
せることが出来る。一次側スロツトルバルブが全
開近くになり、負荷が増大すると、二次側スロツ
トルが開動し始め二次側からも混合気が主燃焼室
内に吸気されるが、急激な負圧の低下により、二
次側の燃料の出遅れが生じて、レスポンスを悪化
させる。しかし、二次側が作動する一定領域内で
は、空気流速の高い一次側の燃料増量機構から濃
混合気が燃焼室凹部１１に高速流で供給されると
共に、これが間隙Ａを通過する際に微粒化を促進
されるので、燃料の追従性を向上させて、運転性
を向上することが出来る。また、二次側が作動す
る領域は、更に確実な着火と、燃焼室の接線方向
に指向して設定した、一次側吸気通路５からの混
合気と一次側の燃焼室１５から噴流する混合気と
によつて、スワールの生成を促進し、且つ吸気量
の増加によつて自然発生の乱流によつて、燃速を
上げ安定した燃焼が得られる。

第４図ないし第６図は本発明の他の実施例を示
したもので、本実施例では上述したピストン２側
の凹部１３を設けないようにした例を示したもの
である。また、第２図、第５図中、破線は一次側
吸気通路５、二次側吸気通路６、凹部１４の向き
の他の例を示したものである。これらの実施例に
おいても、第１図ないし第３図に示した実施例の
ものと同様な作用が得られる。

本発明は、以上説明したように構成したので低
中高負荷全域に亘り、確実な着火と、燃焼速度の
増大によつて安定した燃焼が得られ、円滑な運転
が出来る。しかも、希薄混合気と高EGR率が可
能となり、NOXを抑制し、一酸化炭素および未
燃炭化水素等の有害成分の排出を減少し、性能を
損うことなく、燃料消費を減少させることが出来
る。

一次側吸気導通路断面積は、二次側吸気導通路
断面積の４％〜７％に設定した場合には、一次側
燃焼室凹部の間隙Ａでの燃料の微粒化を促進させ
て均質な混合気が生成出来、安定した燃焼が得ら
れる。その結果運転の円滑性が向上する。

一次側より吸気される混合気の空燃比は当量比
で0.87〜1.02に設定した場合には、二次側スロツ
トルバルブが作動時一次側の流速の高い側で燃料
が増量されるので燃料の微粒化が促進燃料の追従
性が良いので、過渡応答性が改善される。

一次側全開附近から二次側のスロツトルバルブ
が動作し始め、且つ動作点より一次側から吸気さ
れる混合気の空燃比は燃料増量機構によつてリツ
チに設定せしめた場合には、全負荷低回転域の燃
速が高められるので、ノツキングが減少出来る。

二次側吸気導通路は燃焼室の接線方向に指向し
て設定し、且つ燃焼室の接線方向に指向して設定
した、バルブ上流側に開口する、インダクシヨン
パイプを配設した場合には、燃焼室により強い渦
流を形成して火炎伝搬速度をさらに高めることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す内燃機関の
断面図。第２図は、第１図に示したピストン、シ
リンダーと吸気通路等の関係を示す説明図。第３
図は、第１図の部分断面図。第４図は、本発明の
他の実施例を示す内燃機関の断面図。第５図は、
第４図に示したピストン、シリンダーと吸気通路
等の関係を示す説明図。第６図は、第４図の部分
断面図。 １……シリンダ、２……ピストン、２ａ……グ
ラウン部、２ｂ……凸部、３……シリンダヘツ
ド、４……燃焼室、５……一次側吸気通路、６…
…二次側吸気通路、８……一次側吸気バルブ、９
……二次側吸気バルブ、１１……燃焼室凹部、１
２……インダクシヨンパイプ、１４……凹部、１
６……側路、１７……点火プラグ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シリンダヘツドに、燃焼室の中間部から周縁
   部に向けて円弧状に湾曲して接線方向に指向し且
   つピストンに臨む凹部を形成し、該凹部内に点火
   プラグを突出させ、前記凹部内の混合気を吸気可
   能な位置に一次側吸気バルブを設け、該一次側吸
   気バルブを設けた凹部と前記点火プラグを取付け
   る凹部とを連通する側路を形成すると共に、燃焼
   室に接線方向に向けて開口した二次側吸気通路を
   設け、該二次側側吸気通路開閉用の二次側吸気バ
   ルブの直前に、前記燃焼室の接線方向に指向させ
   たインダクシヨンパイプの開口部を配設したこと
   を特徴とする内燃機関。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の内燃機関におい
   て、ピストンに前記凹部に嵌合させる凸部を設け
   たもの。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の内燃機関におい
   て、燃焼室凹部の容積を点火プラグを突出させた
   側の凹部の容積よりも大きく設定したもの。 ４ 特許請求の範囲第３項記載の内燃機関におい
   て、燃焼室に混合気を供給させる一次側吸気通路
   及び二次側吸気通路を設けると共に、燃焼室凹部
   を設けた部分の吸気バルブを、一次側吸気通路の
   開閉をする一次側吸気バルブとしたもの。 ５ 特許請求の範囲第４項記載の内燃機関におい
   て、一次側吸気通路から燃焼室に吸気される混合
   気の空燃比を当量比で0.87〜1.02に設定したも
   の。 ６ 特許請求の範囲第４項および第５項のいずれ
   か一つに記載の内燃機関において、一次側吸気通
   路に接続された気化器の一次側スロツトルバルブ
   と、二次側吸気通路に接続された気化器の二次側
   スロツトルバルブとを、一次側スロツトルバルブ
   が全開する付近から二次側スロツトルバルブが動
   作可能に連繋させると共に、一次側吸気通路側に
   燃料増量機構から燃料を噴射可能に設け、該燃料
   増量機構を二次側スロツトルバルブと連動動作可
   能に設けたもの。