JPH04112904A - ２サイクル内燃機関の燃焼室 - 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に関する。

〔従来の技術〕

給気弁と排気弁とを隣接配置して給気弁と排気弁間に排
気弁側の給気弁開口を覆うマスク壁を設け、これら給気
弁、マスク壁、排気弁からなる給排気弁組を二組設けた
２サイクル内燃機関が公知である（特開平２−６４２２
１号公報参照）。この２サイクル内燃機関では隣接する
排気弁側の給気弁開口をマスク壁により覆うことにより
新気を給気弁下方のシリンダ内壁面に沿って下降させ、
それによってループ掃気を行うようにしている。また、
この２サイクル内燃機関では排気弁の弁径を大きくして
給気弁の弁径とほぼ等しくし、それにより排気弁開弁時
に既燃ガスをできるだけすみやかに排出させて燃焼室内
の圧力をできるだけすみやかに低下させ、新気が燃焼室
内に流入しやすくしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながらこのように給気弁開口をマスク壁により覆
うようにしても排気弁が給気弁に隣接配置されている場
合には給気弁から流入した新気の一部がわずかばかりで
はあるが排気弁から流出する既燃ガス流に引きずられて
排気ボート内に吹き抜ける。この場合排気弁から流出す
る既燃ガス量を少くすることができればそれに伴って新
気の吹き抜は量を低下させることができるが上述の２サ
イクル内燃機関では全ての既燃ガスは給気弁に隣接配置
された排気弁を介して排出されるので新気の吹き抜は量
を低下させることができない。このように新気の吹き抜
は量を低下させることができないとループ掃気に寄与す
る新気量が減少し、斯くして良好な掃気を確保すること
ができないという問題を生ずる。

また、上述の２サイクル内燃機関のように排気弁の弁径
を大きくして給気弁の弁径とほぼ等しくしても燃焼室内
の圧力はさほど象、速に低下せず、斯くして十分な量の
新気が燃焼室内に流入しないという問題がある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために本発明によれば給気弁と第１
排気弁とを隣接配置して給気弁と第１排気弁間に第１排
気弁側の給気弁開口を覆うマスク壁を設け、これら給気
弁、マスク壁、第１排気弁からなる給排気弁組を少くと
も一組有する２サイクル内燃機関において、上述の給排
気弁組以外に更に少くとも一つの第２排気弁を具備し、
第２排気弁を第１排気弁に比べて給気弁がら離れた位置
に配置している。

〔作　用〕

第２排気弁は給気弁から離れているので第２排気弁を介
して新気が排気ボート内にほとんど吹き抜けることがな
く、第２排気弁を設けることによって第１排気弁からの
既燃ガスの流出量が低下するために第１排気弁からの新
気の吹き抜は量が低下する。従って空気の全吹き抜は量
が低下する。

また、給排気弁組以外に第２排気弁を設けることによっ
て排気弁開弁時に燃焼室内の圧力がすみやかに低下する
。

〔実施例］ 第１図、第３図および第４図を参照すると、１はシリン
ダブロック、２はシリンダブコンク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は傾斜したほぼ平坦をなし、この
シリンダヘッド内壁面部分３Ｃ上に一対の第１排気弁７
ａと一個の第２排気弁７ｂとが配置される。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おり、この凹
溝周壁８は第１図に示されるように一対の給気弁６と第
１排気弁７ａ、第２排気弁７ｂとの間においてシリンダ
ヘッド内壁面３ａの一方の周縁部から他方の周縁部まで
延びている。この凹溝周壁８は給気弁６と給気弁６に隣
接配置された第１排気弁７ａ間において給気弁６の周縁
部に極めて近接配置されかつ給気弁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
の周壁と給気弁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、従って隣接配置された第１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、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、第１排気弁７ａおよび第２排気弁
７ｂに対しては排気弁７ａ　、７ｂ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７ａ
、７ｂが開弁すると排気弁７ａ。

７ｂ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。

第１図、第３図および第４図に示す実施例では互いに隣
接配置された給気弁６と第１排気弁７ａとそれらの間に
形成されたマスク壁８ａからなる給排気弁組が二組設け
られており、これら二組の給排気弁組に加えて更に一個
の第２排気弁７ｂが設けられている。第２排気弁７ｂは
一対の第１排気弁７ａの間であって給気弁６と反対側の
シリンダヘッド内壁面３ａの周辺部に設けられており、
従って第２排気弁７ｂは第１排気弁７ａに比べて給気弁
６から離れた位置に配置されている。なお、第１図に示
されるようにこの実施例では第２排気弁７ｂの弁径は第
１排気弁７ａの弁径よりも大きく形成されている。

シリンダヘッド３内には各給気弁６に対して夫々給気ポ
ー日２が形成され、各排気弁７ａ　、　７ｂに対して夫
々排気ポート１３が形成される。一方、両給気弁６の間
のシリンダヘッド内壁面３ａの周縁部には燃料噴射弁１
４が配置され、この燃料噴射弁１４から燃料が燃焼室４
内に向けて噴射される。

第２図および第３図に示されるようにピストン２の頂面
上には点火栓１０の下方から燃料噴射弁１４の先端部の
下方まで延びる凹溝１５が形成される。

第２図および第３図に示される実施例ではこの凹溝１５
は点火栓１０と燃料噴射弁１４とを含む垂直平面に−Ｋ
に対して対称なほぼ球面状をなす。また、ピストン２の
頂面の中心部には凹溝１５よりも曲率の小さな球面状を
なす凹所１６が形成される。この凹所１６も垂直平面に
−に上に形成されており、この凹所１６は凹溝１５の凹
状内壁面の上方部に開口している。第３図に示すように
、ピストン２が上死点に達すると点火栓１０が凹所１６
内に侵入する。

方、凹所１６に関して凹溝１５と反対側のピストン２０
頂面部分２ａは傾斜したほぼ平坦面から形成され、第３
図および第４図に示すようにピストン２が上死点に達す
るとシリンダヘッド内壁面部分３Ｃとピストン頂面部分
２ａ間にはスキンシュエリア１７が形成される。

第５図に示されるように第１図から第４図に示す実施例
では排気弁７ａ、７ｂが給気弁６よりも先に開弁し、排
気弁７ａ、７ｂが給気弁６よりも先に閉弁する。また、
第５図においてＩｆは機関低負荷運転時における燃料噴
射時期を示しており、ＩｈｌおよびＩｈ２は機関高負荷
運転時における燃料噴射時期を示している。従って第５
図から機関高負荷運転時には２回に分けて燃料噴射が行
われることがわかる。更に第５図に示されるように機関
高負荷運転時における第１回目の燃料噴射１ｈｌは排気
弁７ａ　、７ｂが閉弁したとき、或いは排気弁７ａ、７
ｂが閉弁する前後において行われ、第２回目の燃料噴射
１１□は上死点ＴＤＣ前５０度から８０度程度において
行われることがわかる。また、機関低負荷運転時におけ
る燃料噴射時期Ｉ７は機関高負荷運転時における第２回
目の燃料噴射時期１１□よりも遅いことがわかる。

次に第６図および第７図を参照しつつ排気弁７ａ、７ｂ
が開弁したときの燃焼室４内の圧力変化および給気弁６
が開弁したときの新気の吹き抜けについて説明する。

排気弁７ａ　、７ｂが開弁すると燃料室４内の既燃ガス
が急激に排気ポート１３内に流出し、いわゆるブローダ
ウンを生ずる。その結果、燃焼室４内の圧力は急激に低
下する。第６図は燃焼室４内の圧力変化を示しており、
第６図において実線Ａは第１図から第４図に示すように
２個の給気弁６と３個の排気弁７ａ、７ｂを有している
場合を示しており、破線Ｂは従来のように２個の給気弁
と２個の排気弁を有している場合を示している。第１図
から第４図に示すように３個の排気弁７ａ。

７ｂを有している場合には第６図において実線Ａに示さ
れるように燃焼室４内の圧力は急激に低下し、斯くして
給気弁６が開弁した直後において燃焼室４内の圧力は給
気ボート１２内の給気圧よりも低くなる。その結果、給
気弁６が開弁するとただちに新気が燃焼室４内に流入を
開始する。これに対して破線Ｂで示す従来の場合には既
燃ガスがなかなか排気ポート１３内に排出されず、斯く
して給気弁６が開弁しても燃焼室４内の圧力はなかなか
給気ボート１２内の給気圧よりも低くならない。従って
この場合には燃焼室４内への新気の流入開始時期がかな
り遅れることになる。従って第１図から第４図に示すよ
うに二組の給排気弁組に加えて第２排気弁７ｂを設ける
ことによって従来のように二組の給排気弁組のみを有す
る場合に比べて多量の新気を燃焼室４内に送り込むこと
ができることになる。

２サイクル内燃機関では新気によって既燃ガスを排出さ
せるようにしているので既燃ガスが排出しない限り新気
をい（ら燃焼室４内に送り込もうとしても給気圧が上昇
するだけで燃焼室４内に送り込まれる新気量はほとんど
増大しない。これに対して既燃ガスを２、激に排出させ
てやると新気はすみやかに燃焼室４内に流入する。即ち
、２サイクル内燃機関においては排気弁の開口面積を増
大させることが給気弁の開口面積を増大させることより
も新気の送り込み量の増大に大きな影響を与えることに
なる。

給気弁６が開弁すると新気が燃焼室４内に流入を開始す
るが第１排気弁７ａ側の給気弁６の開口はマスク壁８ａ
によって覆われているので新気はマスク壁８ａと反対側
の給気弁６の開口から燃焼室４内に流入する。燃焼室４
内に流入した大部分の新気は第７図において矢印Ｗで示
すように給気弁６下方のシリンダボア内壁面に沿って下
降するが一部の新気は第１排気弁７ａから排出する既燃
ガス流に引きずられて排気ポート１３内に排出される。

ところで第１図に示す実施例では第２排気弁７ｂが給気
弁６からかなり離れて配置されているために給気弁６か
ら流入した新気が第２排気弁７ｂから流出する既燃ガス
によって引きずられることがなく、斯くして第２排気弁
７ｂからはほとんど新気を含まない既燃ガスが排出され
ることになる。また、ブローダウンにより燃焼室４内の
圧力が低下した後は燃焼室４内の既燃ガスは新気によっ
て押し出されるので一対の第１排気弁７ａに加えて更に
第２排気弁７ｂを設けると第２排気弁７ｂから排出され
る既燃ガス分だけ必然的に第１排気弁７ａから排出され
る既燃ガス量は少くなり、斯くして第１排気弁７ａから
流出する既燃ガスにより引きずられてこの既燃ガスと共
に排気ポート１３内に吹き抜ける新気量が少くなる。こ
のように第２排気弁７ｂからは新気がほとんど流出せず
、また第１排気弁７ａからの新気の吹き抜は量が減少す
るので全体として排気ポート１３内への新気の吹き抜は
量が減少することになる。また、第１図に示されるよう
に第２排気弁７ｂの弁径を第１排気弁７ａの弁径よりも
大きくすると第１排気弁７ａから流出する既燃ガス量が
更に減少するために排気ポート１３内への新気の吹き抜
は量は更に少くなる。

一方、前述したように給気弁６が開弁するとこの新気は
第７図の矢印Ｗで示すように給気弁６下方のシリンダボ
ア内壁面に沿って下降する。次いでこの新気はピストン
２の頂面に沿い進んで第２排気弁７ｂ下方のシリンダボ
ア内壁面に沿い上昇し、斯くして空気は燃焼室４内をル
ープ状に流れることになる。このループ状に流れる空気
Ｗによって燃焼室４内の既燃ガスが排気弁７ａ　、７ｂ
を介して排出され、更にこのループ状に流れる空気Ｗに
よって燃焼室４内には垂直面内で旋回する旋回流Ｘが発
生せしめられる。次いでピストン２が下死点ＢＤＣを過
ぎて上昇を開始し、給気弁６および排気弁７ａ　、７ｂ
が閉弁すると燃料噴射弁１４からの燃料噴射が行われる
。

次に第８図を参照しつつ低負荷運転時および高負荷運転
時における噴射方法について説明する。

第８図（Ａ）、（Ｂ）は機関低負荷運転時を示しており
、第８図（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）は機関高負荷運転時を
示している。

第８図（Ａ）に示されるように燃料噴射弁１４からは凹
溝１５の凹状内壁面に向けて燃料が噴射される。第１図
から第４図に示す実施例ではこの噴射燃料の噴射軸線Ｚ
は第２図に示す垂直平面に−に内に位置している。

機関低負荷運転時には第８図（Ａ）に示されるように噴
射軸線Ｚに沿う噴射燃料が鋭角θをなして斜めに凹溝１
５の凹状内壁面状に衝突する。このように噴射燃料が凹
溝１５の凹状内壁面上に斜めに衝突すると衝突した燃料
は第８図（Ｂ）においてＦｌで示されるように慣性力に
よって凹溝１５の凹状内壁面に沿い気化しつつ点火栓１
０の下方に進み、次いで凹所１６内に送り込まれる。機
関低負荷運転時には噴射量が少ないがこのとき大部分の
噴射燃料が点火栓１０の下方に運ばれるので点火栓１０
の周りには着火可能な混合気が形成されることになる。

また、第７図に示されるように燃焼室４内に発生した旋
回流Ｘはピストン２が上昇するにつれて減衰しつつ旋回
半径が次第に小さ（なり、ピストン２が上死点に近づく
と第８図（Ａ）に示されるように凹溝１６の凹状内壁面
に沿う旋回流Ｘとなる。

噴射燃料はこの旋回流Ｘによっても点火栓１０の下方に
向かう力が与えられる。また、ピストン２が更に上死点
に近づくと第８図（Ｂ）において矢印Ｓで示すようにス
キッシュエリア１７からスキンシュ流が噴出し、このス
キッシュ流Ｓも凹溝１５の凹状内壁面に沿って進む。従
って噴射燃料はこのスキッシュ流Ｓによっても点火栓１
０の下方に向かう力が与えられる。また、凹溝１５の凹
状内壁面に沿い点火栓１０の下方に向かう燃料は旋回流
χおよびスキッシュ流Ｓによって気化せしめられ、斯く
して点火栓１００周りには十分に気化した可燃混合気が
集まることになる。斯くして噴射量が少ない機関低負荷
運転時であっても良好な着火と、それに続く良好な燃焼
が得られることになる。

一方、機関高負荷運転時には前述したように排気弁７ａ
　、７ｂが閉弁する前後において燃料噴射弁１４から第
１回目の燃料噴射１ｈｌが行われる。このように第１回
目の燃料噴射Ｉｈｌは排気弁７ａ。

７ｂが閉弁する前後において行われるので噴射燃料が排
気弁７ａ　、７ｂを介して排気ポート１３内に吹き抜け
ることがない。また、第１回目の燃料噴射１　ｋｌが行
われるときには第８図（Ｃ）に示されるようにピストン
２の位置が低く、従って噴射燃料はピストン２頂面の広
い範囲に亘って衝突せしめられることになる。このとき
ピストン２は噴射燃料によって冷却され、噴射燃料はピ
ストン２から熱を受けるために噴射燃料の気化が促進さ
れることになる。また、このとき燃焼室４内には第７図
に示すような強力な旋回流Ｘが発生しているので噴射燃
料と空気とが良好にミキシングされ、また噴射時期が早
いために噴射燃料に対して燃料が気化するのに十分な時
間が与えられる。従って点火栓１０による点火が行なわ
れる以前に燃焼室４内に均一の混合気が形成されること
になる。なお、燃料噴射が２回に分けて行われるので第
１回目の燃料噴射Ｉ　ｋｌによって燃焼室４内に形成さ
れる混合気はかなり稀薄な混合気であり、従って燃焼室
４内にはかなり稀薄な均一混合気が形成される。

この混合気は燃焼室４内に残留する高温の既燃ガスによ
って加熱されるが混合気が稀薄であるために燃料密度が
小さく、従ってこの混合気は自己着火するに至らない。

即ち、自己着火して燃焼騒音が発生することもなく、ま
たノッキングが発生することもない。

次いで第８図（Ｄ）に示されるように機関低負荷運転時
に比べてピストン２が低い位置にあるときに第２回目の
燃焼噴射１．．２が開始される。このときには第８図（
Ｄ）に示されるように噴射軸線Ｚに沿う噴射燃料は凹溝
１５の凹状内壁面上にほぼ垂直に衝突する。このように
噴射燃料が凹溝１５の凹状内壁面上にほぼ垂直に衝突す
ると衝突した燃料は第８図（Ｅ）においてＦ２で示され
るように噴射軸線Ｚに沿う噴射燃料の衝突点を中心とじ
て凹溝１５の凹状内壁面上を四方に広がることになる。

従ってこの場合には衝突した噴射燃料の一部が点火栓１
０の下方６二進み、次いで凹所】６内ｔこ送り込まれる
。このように噴射量の多い機関高負荷運転時には噴射燃
料の一部が点火栓１０の周りに送り込まれるので点火栓
１０の周りに形成される混合気は過濃とならず、斯くし
て点火栓１０の周りには良好に着火可能な混合気が形成
される。また、機関高負荷運転時には噴射燃料が高温の
凹溝１５の凹状内壁面上に広範囲に分散されるので噴射
燃料の気化が促進され、しかも２回に分けて噴射されて
いるために凹溝１５内に噴射される燃料量が少ないので
噴射燃料は十分に気化せしめられる。従って凹溝］５内
に噴射された燃料は十分な空気の存在下で燃焼せしめら
れるのでスモークが発生することがない。

また、機関高負荷運転時には第８図（Ａ）に示すような
旋回流Ｘおよび第８図（Ｂ）に示すようなスキンシュ流
Ｓが発生し、従ってこれら旋回流Ｘおよびスキンシュ流
Ｓによって噴射燃料Ｔｈ２と空気とが十分にミキシング
されるのでスモークが発生ずることのない良好な燃焼を
得ることができる。

〔発明の効果〕

燃焼室内に送り込まれる新気量を増大させつつ排気ポー
トに吹き抜ける新気量を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は２サイクル内燃機関のシリンダヘッドの底面図
、第２図はピストンの平面図、第３図は第１図の■−■
線に沿ってみた断面図、第４図は第１図のＩＶ−ＩＶ線
に沿ってみた断面図、第５図は給排気弁の開弁時期およ
び燃料噴射時期を示す線図、第６図は燃焼室内の圧力変
化を示す線図、第７図は機関運転中の燃焼室内の様子を
示す第１図のＩＶ−ＩＶ線に沿ってみた断面図、第８図
は機関運転中の燃焼室内の様子を説明するための第１図
の■−■線に沿ってみた断面図である。 ２・・・ピストン、　　　　　４・・・燃焼室、６・・
・給気弁、　　　　　７ａ・・・第１排気弁、７ｂ・・
・第２排気弁、　　１０・・・点火栓、１４・・・燃料
噴射弁、 １６・・・凹所。 １５・・・凹溝、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 給気弁と第１排気弁とを隣接配置して該給気弁と第１排
   気弁間に第１排気弁側の給気弁開口を覆うマスク壁を設
   け、該給気弁、マスク壁、第１排気弁からなる給排気弁
   組を少くとも一組有する２サイクル内燃機関において、
   上記給排気弁組以外に更に少くとも一つの第２排気弁を
   具備し、該第２排気弁を第１排気弁に比べて給気弁から
   離れた位置に配置した２サイクル内燃機関の燃焼室。