JPH03502354A - 内燃機関 - 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】 本発明は、１個のシリンダに対し、少なくとも１つの排気弁と１つ以上の吸気弁 を有し、かつ吸気弁と排気弁のための制御装置を備えた内燃機関に関する。

〈背景技術〉 個々のシリンダの行程空間の大きさと回転数が増すにつれて、内燃機関の出力は 、大きくなるが、行程空間が大きい場合にピストンの移動質量は大きく、従って 回転数が限定されることになる。このために、高出力エンジンは、個々のシリン ダの行程空間を小さくし、高回転数を維持するために多気筒型として構成され、 従って低回転数域においては回転モーメントの損失を生ずることになる。低回転 数でも高回転数でも、シリンダ内でエンジン性能を向上させる最適の気体交換を 確保するために、長さ方向に調整可能な吸気口を設けるといったような各種の解 決方策がすでに行なわれた。というのは、弾性的で回転モーメントの大きいエン ジン特性に対しては吸気口は細く長いことが求められ、また高出力に対しては吸 気口は比較的短かく大径であることが求められるからである。他の解決策におい ては、部分質重のもとで、半分に閉じる二重型気化器か又は作動を断つ弁作動機 構が用いられている。

この点についての他の提案は、可変的弁制御方式であるが、この方式にあっては 、いろいろなカム形態によって各種回転数域に対し、多様な弁リフト量といろい ろな大きさの弁重なりが調整され確保される。弁の重なり作動は、出力を増すた めに、長年来、エンジン製作において活用されている手法である。この場合に排 気タイミングの最終段階で、排出される気体の気柱（カラム）の量によって発生 する低真空が排気口内で活用され、吸気弁を早期開放することによって排気によ る真空は、少し加圧されている新鮮な気体を吸引し、その結果、気柱の加速によ って比較的大きい充填量が確保される。シリンダで、吸気弁から排出弁への距離 が長くなればなるほど、新鮮な気体を排気口へ逃がすことなく吸気弁をより早期 に開放することができる。

このような状態は、しかしながら、多弁式のエンジンではまだ十分に活用されて はいなかった。

長年に亘り多弁式エンジンが存在するもの一１重なり時間は極めて小さなもので なければならないという状況になっている。

というのも、は＼゛向き合った吸気弁と排気弁とがそれぞれ同時に開放されるか らである。多弁式エンジンにより得られる利点は、比較的小さく、従ってかなり 軽い弁により相対的にかなり高い回転数が確保できることと、２個の弁皿部の全 周が、たとえ比較的大きな弁皿部であっても単一弁の皿部の周よりも大きくなる ために、比較的大きな気体の流れを実現することができるという点にある。しか しながらシリンダ内でのより良好な充填量および気体の均一で迅速な燃焼を行な うために極めて望ましい旋回流が、エンジン構造体内に存在することは、２個の 弁によるエンジンのすでに長い間知られている有利な点になっているが、吸気弁 が配備されているためにシリンダ内での気体流から旋形状に流れることにより旋 回流が生ずる場合に、こうした利点は、今日知られている多弁式エンジンでは再 び消失する。

というのは複数の吸入弁のもとでは、有利な衝撃的乱れはあまり発生せず、その 結果、これによって生ずる緩慢で不均質な燃焼は、特に、高い気体流量と高い回 転数の際には、自己点火してなるからである。望ましい渦をもつ流れは、多弁式 エンジンにおいて部分負荷時に両吸気口の一つが閉ざされる時に生ずることにな るが、より大きな負荷がかかって隣接する吸気口が開き、前述の不利な流れがあ らためて発生すると直ちに、旋回流は再びくづれる。

更に、既知のエンジンに長い弁軸を設けることがあるが、その理由は、気体流が 急勾配で弁皿部に降下して弁通過部のまわりをはゾ均一に通り過ぎるように、真 直ぐに走る吸気口を弁解放部に接続させるためである。しかるに、その際に、弁 皿部の下方において望ましくない小さな乱れが生じ、このような状悦は、前に意 図する目的として説明されたシリンダ内での旋回流発生に対して障害となる。そ のほか、長い弁軸は、かなり大きな加速されるブロックを形成し、これが高回転 数を達成する目的には逆ったものとなっている。

〈発明の開示〉 本発明の基本的な目的は、気体の均一にして迅速な燃焼を行なわせるために、気 体流はら旋形状をなして望ましい旋回流を形成しつ一シリンダ中へ流入し、およ びこのようなシリンダ内で優れた充填量が出力上昇の成果を伴なって達成される ような多弁式エンジンであって、このような成果は、長い重なり時間により実現 でき、また、このようなエンジンが更に、高い回転数により達成できるピーク出 力だけでなく、低回転数下でも強い回転モーメントを有し、かつ高回転数という 観点では、このエンジンは加速マスとして比較的短い弁を有する多弁式エンジン を提供することにある。

前記の目的を解決するため、本エンジンは請求の範囲第１項に記載の特徴点を有 する。各々の吸入口は、各々のエアコック（絞り弁）燃料供給部を有し、この両 者が相互に関連して調整可能であるので、燃料調整の最適化が達成され、エンジ ン駆動のための本発明による手法は、低いエンジン回転数においては、少なくと も一つの吸気口がエアコックを介して開放されており、エンジン回転数を上昇さ せるために、吸気口が決められたタイミングでそれぞれのエアコックを介して開 放され、その際、排気弁から最も遠く離れて配置する吸気口が最初の吸気口とし て開かれる。このような措置により、比較的大きな弁重なり時間が得られる。

本発明の実施態様では、離れて位置する複数の吸気口のうちの一つが、基本的に は上から、また少なくとも別の一つの吸気口が横から傾斜してシリンダヘッドに 連なり、また他の傾斜吸気口は同一の周辺方向に向かう傾斜位置を以てシリンダ ヘッドに連なることになる。これによって２つ、３つ、又は４つの吸気口を設け ることができ、これらの吸気口はシリンダヘッド周辺上に分布し、実質的に同一 角度の間隔をもって配備されている。２個の吸気口を上から、また２つの吸気口 を傾斜させて横からシリンダヘッドに連結することができるが、これらの吸気口 は多かれ少なかれ同一方向に配置され、気体流がら旋形状をなして、シリンダ中 に流入して、所望の旋回流が発生するようにシリンダヘッド中に接続することに なる。

シリンダ毎に、１個又は２個の排気弁を装備することができる。しかし、各シリ ンダ列では、排気口が同じ側に配備されている。旋回流特性を有する既知の多弁 式エンジンの場合、個々のシリンダにおいて上から見て重なり合って配置した排 気口と吸気口では、極めてこみ入った構造が存在する。

目的に即した構成において、吸気口は、その断面についてはさまざまな大きさを 有し、これにより多様な気体速度が達成される。こうした方法では、個々の吸気 口を相前後して開閉する際に、比較的高い回転数領域に対して段階的に次第に減 少する気体速度をもつ吸気口が相前後して開かれる。このような実施態様では、 シリンダはピストンの行程変位および行程速度が増大する際に適切に充填され、 旋回流は最大行程の時でも減少することはない。全体的にみれば、可変の吸気口 の開閉によって、良好な回転モーメント特性を保って比較的高い最大出力が得ら れる。

本発明の実施例を示す添付図面を参照して、以下、本発明を詳述する。

く図面の簡単な説明〉 第１図は、付属する吸気口と排気口を有する３個の弁によるシリンダヘッドを示 す概略図であり、 第２図は、弁とノズルを具備していない第１図によるシリンダヘッドを上から見 た図であり、 第３図は、異なる弁及び吸気口、排気口の配置をもつ３個の弁を配備したシリン ダヘッドを上から見た概略図であり、第４図は、４個の弁を配備したシリンダヘ ッドを上から見た第５図は、異なる弁及び吸気口、排気口の配置をもつ４個の弁 を配備したシリンダヘッドを上から見た概略図であり、第６図は、５個の弁を有 するシリンダヘノ、ドを上から見た概略図である。

〈発明を実施するための最良の形態〉 第１図によれば、内燃機関の図示されていないシリンダのシリンダヘッド１に向 け、第１の吸気口２が実質的には上から、また他の吸気口３が横から傾いてかつ シリンダの周方向に向って配置され、その結果、気体流は旋回流の形状で矢印方 向４に従いシリンダ内に流入する。両吸気口２および３はそれぞれ弁５により閉 ざされる。更にそれぞれの吸気口はエアコック（絞り弁）６およびガソリン供給 部７を有し、これらは関連をもって制御可能である。コックの位置に応じて燃料 量が調整される。

低回転数に対しては１個の吸気口が開放され、高回転数に対しては更に第２の吸 気口が開放される。双方の吸気口２および３に対向して、排気弁９を備えた排気 口８が配備されている。

吸気弁５の弁皿部（バルブヘッド）および排気弁９の弁皿部（バルブヘッド）は シリンダへラド１に対して傾斜している。

このような配置は気体の案内に対して有利に作用し、気体流は気体を誘導する。

弁を短かく軽量にするために、吸気口を弁皿部に対し急勾配に構成してはならな い。これによって、シリンダヘッドのサイズをコンパクトにし、また比較的高い 回転数を可能にする。

第１図および第２図から、互いに角度をなす弁が、２つの上部に配置され図示さ れていないカム軸により操作されることが明らかになる。

第１図および第３図における同一原理に従って、第３図から第６図に示される別 の実施例が構成されているが、図の単純化をはかるため吸気口内にはエアコック と燃料供給部は取り外されている。第３図による実施例は、前記の実施例とは次 の点が相違する。即ちそれぞれの吸気弁をもつ吸気口と弁を備えた排気口が一方 の側にあって、両弁が一方のカム軸で操作され、かつ吸気口１つだけは反対側に あって他のカム軸がこの吸気弁のみを操作する。

第４図による実施例では、２つの排気弁が存在し、この排気弁に共通の流出口８ ａを対応して配備する。２つの排気弁においては、一方の弁は他の弁よりも遅れ て閉じる。例えば第４図では左側排気弁９が遅れて閉じる場合、図示されていな いニアコンクが先んじて開くようになる吸気口２が、若干、開放時間を早めとし ていて、この吸気口２は最終的に閉じる排気弁９から極めて遠ざかって位置する 。これにより、長い弁重なり時間が得られる。

第５図による実施例は、排気弁９を具備する排気口８のみを有するが、第１図に 示された吸気口２および３の両者に加え、第３の吸気口１０を具備する。

第６図による実施例では、更になお第４の吸気口１１があり、これらの吸気口の 弁はより接近してシリンダヘッド１に取付けられ、吸気口はシリンダ内で時計方 向の旋回流を発生させるように周方向において同一方向へ向い、かつ傾斜してシ リンダヘッドに連なる。各々の吸気口および排気口内における弁は、互いに角度 を有して配置され上側に配置された２つのカム軸により作動できるよう２つのグ ループ内に配備され得る。

吸気口が多数個存在している場合に、これらの排気口は、その断面ではいろいろ な大きさを呈し、異る気体速度を確保する。

低回転数域で開かれる第１の吸気口は最大の気体速度を生ずるように設定されて いる。ひき続き、遅れて開かれる吸気口においては、流体速度は順次低くなるが 、圧力は上昇する。このような条件下では、シリンダはピストンの行程速度およ び変位が高まっている際、適切に充填され、旋回流は最大行程時においても減少 しない。

全体的に纏めた場合、本発明に係る方向が異る吸気口を有する多弁式エンジンに おいてはシリンダ内の連続的な旋回流、回転モーメントを上昇させる気体柱の制 御、長い弁重なり時間、および比較的短い弁を得ることができ、また、これによ って、それぞれの吸気口のエアコックおよび噴射機構による燃料調整の最適化、 更に長い重なり時間および回転数に関連して気体柱制御による最大充填量の実現 、回転モーメントの全範囲を通じての強力な旋回流による迅速な最適燃焼、可変 的を吸気口の開閉による良好な回転モーメント特性を保持した高い最大出力等が もたらされる。

手続補正書 平成　２年　８月　８日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．シリンダ毎に少なくとも１個の排気弁と１個以上の吸気弁を有する内燃機関 において、吸気弁（５）のそれぞれに同弁によって閉ざされ得る独立した吸気口 （２，３，１０，１１）が配備されていて、各吸気口が独立して作動し得るエア コック（６）と燃料供給部（７）を有することを特徴とする内燃機関。 ２．独立した複数の吸気口（２，３，１０，１１）のうちの１つが、実質的に上 から、また少なくとも別の１つが横から傾斜してシリンダヘッド（１）に連なり 、かつ、シリンダ内に連続する旋回流を発生させるように、更に上から、又は横 から伸びている各吸気口が同一周方向に向かう傾斜位置を以ってシリンダヘッド （１）に連なることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の内燃機関。 ３．排気弁（９）には対応する排気口（８）が又はシリンダ（９）毎に互いに並 んで配備された排気弁２個には共通排気口（８ａ）が配備されている請求の範囲 第１項に記載の内燃機関において、各シリンダ列において排気口（８，８ａ）が 同一の側に配備されていることを特徴とする内燃機関。 ４．吸気口（２，３，１０，１１）が、異る流体速度を発生させるように種々の 大きさをもつ断面を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の内燃機関 。 ５．相互に角度をなして配置され、かつ、２つのカム軸により制御される吸気弁 （５）と排気弁（９）がシリンダ内に旋回流を発生させる気体の導入を行わせる ように、シリンダヘッド（１）内に傾斜して配備されている弁皿部を具備してい ることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の内燃機関。 ６．低エンジン回転数のためには、少なくとも１つの吸気口がエアコックを介し て開放され、エンジン回転数を上昇させるために、吸気口が決められたタイミン グでそれぞれのエアコックを介して開かれ、かつ、排気弁から最も遠く離れて配 置する吸気口が最初の吸気口として開かれると共に、段階的により小さな気体速 度を得るよう異なる溝断面積をもつ吸気口が順次開かれることを特徴とする請求 の範囲第１項から第５項までのいづれかに記載の内燃機関を運転する方法。 ７．エンジンが吸気と排気に関して弁の重なり時間をもって作動され、また第１ に開かれる吸気口が、最終的に閉じられるように作動されて最も離れて位置する 排気弁に対して、他の吸気口よりも長い弁重なり時間を有することを特徴とする 請求の範囲第６項に記載の方法。 ８．エアコックおよび噴射部がそれぞれの吸気口内で関係づけて制御されエアコ ック位置に左右される量の燃料を供給するようにしたことを特徴とする請求の範 囲第６項に記載の方法。