JPH0299719A - ２サイクル内燃機関の燃焼室構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は２サイクル内燃機関の燃焼室構造に関する。

〔従来の技術〕

２サイクルデイ一ゼル機関において燃焼室内の良好なル
ープ掃気を確保するためにシリンダ軸線側に位置する給
気弁周縁部と弁座間の開口、およびシリンダ軸線側に位
置する排気弁周縁部と弁座間の開口を給気弁および排気
弁のリフト量が小さいときに閉鎖するマスク壁を設け、
更に給気ボートおよび排気ポートをシリンダ軸線と平行
に上方に向けて延設した２サイクルデイ一ゼル機関が公
知である（特開昭５２−１０４６１３号公報）。この２
サイクルデイ一ゼル機関では給気ボートから流入した吸
入空気がシリンダ内壁面に沿ってピストン頂面に向かい
、次いでピストン頂面上において向きを変えてシリンダ
内壁面に沿い排気ポートに向けて流れるのでループ掃気
を行うことができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところでループ掃気の発生に寄与する新気の量が増大す
ればするほど強力なループ掃気が得られ、ブローダウン
が強力となればなるほど強力なループ掃気が得られる。

この場合、ループ掃気の発生に寄与する新気の量が増大
゛すればするほど強力なループ掃気が得られるのは当然
である。一方、ブローダウンが強くなればなるほど燃焼
室内の圧力が急速に低下するために燃焼室内に流入する
新気の量が増大し、従ってブローダウンが強くなればな
るほど強力なループ掃気が得られることになる。

しかしながら上述の２サイクルデイ一ゼル機関では給気
弁および排気弁のリフト量が大きくなると給気弁と弁座
間に形成される開口が給気弁の全周に亙って燃焼室内に
開口し、排気弁と弁座間に形成される開口が排気弁の全
周に亙って燃焼室内に開口する。その結果、シリンダ軸
線側に位置する給気弁の開口から流入した吸入空気がシ
リンダ内壁面に沿って進み、排気弁の開口を通って排気
ポート内に流出する。従ってこの２サイクルデイ一ゼル
機関では一部の吸入空気のみしかループ掃気の発生に寄
与しないので強力なループ掃気を発生させることができ
ない。また、強力なブローダウンを得るには排気弁が開
弁した直後の排気弁の開口面積を大きくする必要がある
。しかしながら上述の２サイクルデイ一ゼル機関では排
気弁の開口に対してマスク壁が設けられているために排
気弁が開弁した直後の排気弁の開口面積が小さく、従っ
て強力なブローダウンが得られないために強力なループ
掃気を発生させることができない。

従ってこのような２サイクルディーゼル機関或いは２サ
イクルガソリン機関において強力なループ掃気を行うた
めには給気弁の開口に対するマスク壁の高さを高くして
給気ボートから流入した全ての新気をシリンダ内壁面に
沿って下降せしめ、排気弁の開口に対するマスク壁を取
除けばよいことになる。ところが２サイクル内燃機関に
おいて強力なブローダウンを発生させると排気脈動によ
って排気弁が閉弁する直前に排気ポート内の排気ガスが
燃焼室内に高速度で逆流し、排気弁の開口に対するマス
ク壁を取除くとこの逆流排気ガスがシリンダヘッド内壁
面に沿って給気弁方向に流れる。一方、新気はピストン
頂面から排気弁方向に、次いでシリンダヘッド内壁面に
沿って給気弁方向に流れるのでこの新気流、即ちループ
掃気流は逆流排気ガスによって増勢されることになる。

その結果、ループ掃気流はシリンダ軸線に対し直角をな
す軸線回りで燃焼室の内壁面に沿い高速度で旋回するこ
とになる。ところがこのようにループ掃気流が燃焼室の
内壁面に沿い高速度で旋回せしめられると旋回するルー
プ掃気流と燃焼室中央部に残留する既燃ガスとの間にき
れいな安定した境界面が形成される。しかもこのとき新
気が燃焼室の中央部に拡散しないので燃焼室の中央部に
残留する既燃ガスには乱れが与えられず、斯くしてこの
残留既燃ガスは高温に保持されることになる。その結果
、新気と残留既燃ガスとの境界面に存在する燃料成分が
高温の残留既燃ガスにより加熱され、斯くしてこの境界
面においてディーゼル機関においては早期着火が、ガソ
リン機関においては自己着火が生ずることになる。給気
ボートからの新気の流入速度を低下させてループ掃気を
弱めると新気が燃焼室の中央部に向けて拡散するために
新気と残留既燃ガスとの境界面が乱れ、残留既燃ガスに
よって加熱される燃料粒子の数が増大する。その結果、
燃料粒子の温度はさほど上昇せず、斯くして早期着火或
いは自己着火の発生を防止することができる。しかしな
がら給気ボートから流入する新気の流速を抑えることに
よってループ掃気を弱めると掃気効率が低下するために
機関高出力が得られない。従ってループ掃気を弱めるこ
となく早期着火或いは自己着火の発生を防止する必要が
ある。

また、強力なブローダウンを発生させるために排気弁の
開口に対するマスク壁を取除くと上述したように逆流排
気ガスがシリンダヘッド内壁面に沿って給気弁方向に高
速で流れ、この逆流排気ガス流によって新気中の燃料成
分がシリンダ内壁面上に付着してしまうという問題も生
ずる。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために本発明によればシリンダヘ
ッド内壁面から燃焼室に向けて延びるマスク壁を給気弁
と排気弁との間に形成してこのマスク壁により排気弁側
に位置する給気弁周縁部と弁座間の開口を給気弁の全開
弁期間に亙って閉鎖し、給気弁側に位置する排気弁周縁
部から間隔を隔てて燃焼室中央部に向けて延びる逆流排
気ガスガイド壁を給気弁と排気弁間のシリンダヘッド内
壁面上に形成している。

〔作　用〕

排気弁側に位置する給気弁周縁部と弁座間の開口を給気
弁の全開弁期間に亘ってマスク壁により閉鎖することに
よって全新気がループ掃気の発生に寄与せしめられる。

また、逆流排気ガスを逆流排気ガスガイド壁によって燃
焼室中央部に向けて案内することによってループ掃気流
と残留既燃ガスとの境界面が乱され、また燃料成分がシ
リンダ内壁面に付着するのが阻止される。

〔実施例〕

第１図から第４図を参照すると、１はシリンダブロック
、２はシリンダブロック１内で往復動するピストン、３
はシリンダブロック１上に固定されたシリンダヘッド、
４はシリンダヘッド３の内壁面３ａとピストン２の頂面
間に形成された燃焼室を夫々示す。シリンダヘッド内壁
面３ａ上には凹溝５が形成され、この凹溝５の底壁面を
なすシリンダヘッド内壁面部分３ｂ上に一対の給気弁６
が配置される。一方、凹溝５を除くシリンダヘッド内壁
面部分３Ｃはほぼ平坦をなし、このシリンダヘッド内壁
面部分３Ｃ上に一対の排気弁７が配置される。シリンダ
ヘッド内壁面部分３ｂとシリンダヘッド内壁面部分３Ｃ
は凹溝５の周壁８を介して互いに接続されている。この
凹溝周壁８は給気弁６の周縁部に沿って円弧状に延びる
一対のマスク壁８ａと、給気弁６間に位置する新気ガイ
ド壁８ｂと、シリンダヘッド内壁面３ａの周縁部と給気
弁６間に位置する一対の新気ガイド壁８Ｃとにより構成
される。各マスク壁８ａは第１図において破線で示す最
大リフト位置にある給気弁６よりも下方まで燃焼室４に
向けて延びており、従って排気弁７側に位置する給気弁
６周縁部と弁座９間の開口は給気弁６の開弁期間全体に
亙ってマスク壁８ａにより閉鎖されることになる。また
、−対の新気ガイド壁８Ｃはほぼ同一平面内に位置して
おり、更に新気ガイド壁８ｂ、８ｃは両給気弁６の中心
を結ぶ線に対してほぼ平行に延びている。

点火栓１０はシリンダヘッド内壁面３ａの中心に位置す
るようにシリンダヘッド内壁面部分３Ｃ上に配置されて
いる。一方、排気弁７に対しては排気弁７と弁座１１間
の開口を覆うマスク壁が設けられておらず、従って排気
弁７が開弁すると排気弁７と弁座１１間に形成される開
口はその全体が燃焼室４内に開口することになる。

シリンダヘッド３内には給気弁６に対して給気ボート１
２が形成され、排気弁７に対して排気ポート１３が形成
される。各給気ボート１２は例えば機関によ、って駆動
される機械式過給機１４および給気ダクト１５を介して
図示しないエアクリーナに接続されており、給気ダクト
１５内にはスロットル弁１６が配置される。各給気ボー
ト１２の上壁面には燃料噴射弁１７が配置され、各燃料
噴射弁１７からは広がり角の小さい剛体状の燃料が給気
弁６の第３図においてハツチングで示す領域１８に向け
て噴射される。この領域１８は給気ボート１２の軸線に
関して点火栓１０側に位置し、かつ両給気弁６の弁ステ
ムを結ぶ線に対して点火栓１０と反対側に位置する。

前述したように各新気ガイド壁８ｂ、８ｃは両給気弁６
の中心を結ぶ線に対してほぼ平行に延びている。即ち、
言い換えると各新気ガイド壁３ｂ。

８Ｃはマスク壁８ａの端部付近から給気ボート１２の軸
線に対して横方向に延びており、第１図から第４図に示
す実施例では各新気ガイド壁３ｂ。

８Ｃはマスク壁８ａの端部から給気ボート１２の軸線に
対して直角方向に延びている。更にこれら新気ガイド壁
８ｂ、８ｃは給気弁６側の燃焼室４周辺部方向を向いて
いる。また、第１図から第４図に示す実施例では一対の
新気ガイド壁８Ｃがシリンダヘッド内壁面３ａの底壁面
まで延びている。

即ち、シリンダヘッド内壁面３ａの底壁面は燃焼室４内
に向けて０字状に突出する一対の底壁面部分３ｄを有し
、各新気ガイド壁８Ｃはシリンダヘラド内壁面部分３ｂ
からこの底壁面部分３ｄまで延びている。従って新気ガ
イド壁８Ｃの高さはマスク壁８ａの高さよりも高くなっ
ている。一方、新気ガイド壁８Ｃ側に位置するマスク壁
８ａは底壁面部分３ｄまで延びる延長部８ｄを有し２、
この延長部８ｄも新気ガイド壁を形成する。第３図から
れかるようにこの新気ガイド壁８ｄは湾曲しつつ新気ガ
イド壁８Ｃまで延びており、新気ガイド壁８ｄの高さは
新気ガイド壁８Ｃに近づくに従って高くなる。一方、第
１図および第２図に示されるように新気ガイド壁８Ｃと
反対側には既燃ガスガイド壁８ｅが形成される。この既
燃ガスガイド壁８ｅはシリンダヘッド内壁面部分３Ｃか
ら底壁面部分３ｄまで延びる湾曲面からなる。

一方、給気弁６と排気弁７間のシリンダヘッド内壁面部
分３Ｃ上にはほぼ三角形の断面形状を有する突条１９が
形成され、この突条１９の排気弁７側にはシリンダヘッ
ド内壁面部分３Ｃから燃焼室４の中央部に向けて延びる
逆流排気ガスガイド壁２０が形成される。第１図に示さ
れるようにこの逆流排気ガスガイド壁２０の高さはマス
ク壁８ａの高さよりも低く、この逆流排気ガスガイド壁
２０の高さは排気弁７の最大リフト量の半分以下である
。一方、第２図に示されるように逆流排気ガスガイド壁
２０は排気弁７と弁座１１間の開口を閉鎖しないように
排気弁７の周縁部から間隔を隔てて配置されており、更
にこの逆流排気ガスガイド壁２０は給気弁６側の排気弁
７の周縁部に沿いかつ排気弁７と点火栓１０との間を通
ってほぼシリンダヘッド内壁面３ａの直径に亘って延び
ている。

第５図は給気弁６および排気弁７の開弁期間の一例、お
よび燃料噴射期間の一例を示している。

第５図に示す例においては給気弁６よりも排気弁７が先
に開弁し、給気弁６よりも排気弁７が先に閉弁する。更
に燃料噴射期間は給気弁６の開弁後、下死点ＢＤＣ前ま
での間に設定されている。

第６図は給気弁６および排気弁７の弁リフトおよび排気
ポート１３内の圧力変化Ｐｌ＋　Ｐ２＋　Ｐ　３＋Ｑ、
、Ｑ、、Ｑ、を示している。これらの圧力変化Ｐ　ｌ＋
　Ｐ　２．　Ｐ　ｓ、　Ｑｌ、　Ｑ２．　Ｑ３について
は後述する。

第７図および第８図を参照して掃気作用および成層化作
用について説明する。第７図は低負荷運転時を示してお
り、第８図は高負荷運転時を示している。また、第７図
（Ａ）および第８図（Ａ）は給気弁６が開弁した直後を
示しており、第７図（Ｂ）および第８図（Ｂ）はピスト
ン２がほぼ下死点にあるときを示しており、第８図（Ｃ
）はピストン２が上昇して排気弁７が閉弁する少し手前
を示している。

まず初めに第７図を参照して機関低負荷運転時について
説明する。

ピストン２が下降して排気弁７が開弁すると燃焼室４内
の高圧既燃ガスが排気ポート１３内に流出し、即ちブロ
ーダウンを生じ、その結果第６図においてＰ＋で示すよ
うに排気ポー）１３内の圧力は一時的に正圧となる。こ
の正圧Ｐ１は排気通路内を下流に向けて伝播し、各気筒
の排気通路の集合部において反射し、今度は負圧となっ
て再び排気ポート１３内に伝播してくる。従って給気弁
６が開弁すると第６図においてＰ２で示されるように排
気ポート１３内には負圧が発生する。この負圧Ｐ２も排
気通路内を下流に向けて伝播し、各気筒の排気通路の集
合部において反射し、今度は正圧となって再び排気ポー
ト１３内に伝播してくる。従って排気弁７が閉弁する少
し手前において第６図のＰ、で示されるように排気ポー
ト１３内には正圧が発生する。これら負圧Ｐ２および正
圧Ｐ３の発生する時期は排気通路の長さに依存している
。機関低負荷運転時は燃焼圧が低く、従って排気ポート
１３内に発生する正圧Ｐｌ、負圧Ｐ２、正圧Ｐ３は比較
的小さい。

給気弁６が開弁すると給気ボート１２から燃焼室４内に
燃料を含んだ新気が流入するが給気弁６の開口に対して
マスク壁８ａが設けられているために新気および燃料は
主にマスク壁８ａと反対側の給気弁６の開口部から燃焼
室４内に流入する。

−・一方、給気弁６が開弁すると第６図においてＰ２で
示されるように排気ポート１３内には負圧が発生するの
で燃焼室４の上方部の既燃ガスがこの負圧によって排気
ポート１３内に吸い出される。この既燃ガスの移動によ
って新気および燃料は第７図（Ａ）において矢印Ｒ１で
示すように排気弁７に向けて引っばられ、斯くして燃料
が点火栓１０（第２図）の周りに導かれる。次いで第７
図（Ｂ）に示すようにピストン２が下降すると燃料を含
んだ新気はＲ２で示されるように給気弁６下方のシリン
ダ内壁面に沿って下方に向かう。しかしながら機関低負
荷運転時は燃焼室４内に流入する新気量が少なくしかも
流入速度が遅いために新気はピストン２の頂面まで達せ
ず、燃焼室４の上方部に滞留している。次いでピストン
２が上昇して排気弁７が閉弁する少し手前になると排気
ポート１３内には第６図のＲ３で示すように正圧が発生
ずるので排気ポート１３内の排気ガスが燃焼室４内に逆
流する。しかしながらこのときの正圧Ｐ３は前述したよ
うに低く、従って排気ガスは排気弁７の全周から低速度
で燃焼室４内に逆流するので燃焼室４内の上部に滞留し
た混合気を拡散させることはない。従ってピストン２が
更に上昇すると燃焼室４の上方部には混合気が集まり、
燃焼室４の下方部には残留既燃ガスが集まるために燃焼
室４内は成層化されることになる。斯くして混合気が点
火栓１０によって確実に着火せしめられることになる。

一方、機関高負荷運転時には燃焼圧が高くなるために第
６図においてＱ、で示されるように排気ポート１３内に
発生する正圧が高くなり、またこの正圧Ｑ、の反射波で
ある負圧Ｑ、およびこの負圧Ｑ２の反射波である正圧Ｑ
３も大きくなる。また、負圧Ｑ２のピークは負圧Ｐ２の
ピークよりも若干遅れて発生し、正圧Ｑ３のピークは正
圧Ｐ３のピークよりも若干遅れて発生する。

機関高負荷運転時には燃焼室４内に流入する新気の量が
多く、しかも流入速度が速くなる。従って給気弁６が開
弁すると多量の新気が高速度で燃焼室４内に流入する。

次いで排気ポート１３内に発生する負圧Ｑ２によって燃
焼室４の上方部の既燃ガスが排気ポート１３内に吸い出
されると第８図（Ａ）において矢印Ｓ、、Ｓ２で示され
るように新気は燃焼室４の中心部の方に向きを変える。

次いで更にピストン２が下降すると第８図（Ｂ）におい
て３３で示されるように新気は給気弁６下方のシリンダ
内壁面に沿って下方に向かい、次いでピストン２の頂面
に沿って進み、次いで排気弁７下方のシリンダ内壁面に
沿って上方に向かう。また、第１図から第４図に示す実
施例ではマスク壁８ａの両側に新気ガイド壁８ｂ、８ｃ
が形成されているので新気の一部はこれら新気ガイド壁
Ｈ。

８ｃにより案内されてピストン２の頂面に向かい、次い
で排気弁７下方のシリンダ内壁面に沿って上方に向かう
。従って燃焼室４内には強力なループ掃気が発生し、燃
焼室４内の既燃ガスはこの強力なループ掃気流によって
徐々に追いやられて排気ポート１３内に排出される。

次いでピストン２が上昇して排気弁７が閉弁する少し手
前になると排気ポート１３内には第６図のＱ３で示すよ
うに大きな正圧が発生するので排気ポート１３内の排気
ガスが第８図（Ｃ）のＴ　ｌ　＋Ｔ２で示されるように
高速度で燃焼室４内に逆流する。このとき給気弁６側の
排気弁７の開口部から流入する逆流排気ガスＴ＋　は逆
流排気ガスガイド壁２０により案内されて燃焼室４の中
央部に向けて流れる。従ってこの逆流排気ガスＴ＋　に
よってループ掃気流Ｓ３が増勢されることがないばかり
でなく、この逆流排気ガスＴ、がループ掃気流Ｓ３の旋
回運動を阻止する作用をなすのでループ掃気流Ｓ３が燃
焼室４の内壁面に沿って旋回するのが阻止される。この
ようにループ掃気流Ｓ、の旋回運動が阻止されると新気
が燃焼室４の中央部に向けて拡散しだすのでループ掃気
流Ｓ、と燃焼室４の中央部に残留する高温既燃ガスとの
境界面が乱れ、更に逆流排気ガスＴ１によってもこの境
界面が乱される。その結果、残留既燃ガスによって加熱
される燃料粒子の数が増大するために燃料粒子の温度が
さほど上昇せず、斯くして境界面において自己着火が発
生するのを阻止することができる。

また、給気ポート１２から流入した燃料が逆流排気ガス
Ｔ１によりシリンダ内壁面に向けて追いやられることが
ないので燃料がシリンダ内壁面上に付着することもない
。

第９図および第１０図に別の実施例を示す。この実施例
においてもシリンダヘッド内壁面部分３Ｃ上には給気弁
６側の排気弁７周縁部に沿って延びる逆流排気ガスガイ
ド壁２０が形成される。

この逆流排気ガスガイド壁２０と凹溝周壁８間は平坦な
隆起部２１からなり、この隆起部２１上に点火栓１０が
配置される。また、この実施例ではシリンダヘッド内壁
面３ａ上に燃料を圧縮空気により噴出せしめる、いわゆ
るエアブラスト弁２２が配置される。このエアブラスト
弁２２はその先端部にノズル口２３を形成した圧縮空気
通路２４と、この圧縮空気通路２４から分岐した圧縮空
気通路２５と、ノズル口２３の開閉制御をする開閉弁２
６を駆動するアクチュエータ２７と、圧縮空気通路２５
内に燃料を噴射する燃料噴射弁２８からなる。圧縮空気
通路２５は圧縮空気供給ポンプ２９に接続されており、
従って圧縮空気通路２４゜２５内は常時圧縮空気で満た
されている。第１１図に示されるようにまず始めに燃料
噴射弁２８から燃料が噴射され、次いで給気弁６が閉弁
する頃に開閉弁２６、即ちエアブラスト弁が開弁せしめ
られる。開閉弁２６、即ちエアブラスト弁が開弁せしめ
られると圧縮空気と共に燃料がノズル口２３から燃焼室
４内に噴出せしめられる。

この実施例においても排気ポート１３から燃焼室４内に
逆流する逆流排気ガスは逆流排気ガスガイド壁２０によ
り案内されて燃焼室４の中央部に向かうのでループ掃気
流と残留既燃ガスとの境界面が乱され、斯くして自己着
火の発生を阻止することができる。また、エアブラスト
弁２２から噴射された燃料が逆流排気ガスによつエアブ
ラスト弁２２の方に押し戻されることがなく、従って燃
料がシリンダ内壁面に付着するのを阻止することができ
る。

なお、本発明を２サイクルデイ一ゼル機関に適用した場
合には早期着火の発生を阻止することができる。

〔発明の効果〕

２サイクルガソリン機関にあっては自己着火、２ザイク
ルデイ一ゼル機関にあっては早期着火の発生を阻止する
ことができると共に燃料がシリンダ内壁面に付着するの
を阻止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は２サイクル内燃機関の側面断面図、第２図は第
１図のシリンダヘッド内壁面を示す図、第３図は第１図
の矢印■に沿ってみた図解的に示す斜視図、第４図はシ
リンダヘッドの平面断面図、第５図は給排気弁の開弁期
間等を示す線図、第６図は給排気弁の弁リフトおよび排
気ポート内の圧力変化を示す線図、第７図は低負荷運転
時の作動を説明するための図、第８図は高負荷運転時の
作動を説明するための図、第９図は２サイクル内燃機関
の別の実施例の側面断面図、第１０図は第９図のシリン
ダヘッド内壁面を示す図、第１１図は第９図の給排気弁
の開弁期間等を示す線図である。 ３・・・シリンダヘッド、　　　４・・・燃焼室、６・
・・給気弁、　　　　　　７・・・排気弁、８ａ・・・
マスク壁、 ８ｂ、３ｃ、ｇｄ・・・新気ガイド壁、１２・・・給気
ボート、　　　１９・・・突条、２０・・・逆流排気ガ
スガイド壁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　シリンダヘッド内壁面から燃焼室に向けて延びるマス
   ク壁を給気弁と排気弁との間に形成して該マスク壁によ
   り排気弁側に位置する給気弁周縁部と弁座間の開口を給
   気弁の全開弁期間に亙って閉鎖し、給気弁側に位置する
   排気弁周縁部から間隔を隔てて燃焼室中央部に向けて延
   びる逆流排気ガスガイド壁を給気弁と排気弁間のシリン
   ダヘッド内壁面上に形成した２サイクル内燃機関の燃焼
   室構造。