JPH04298631A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シリンダヘッドに吸・
排気弁を有した内燃機関に関し、特にその燃焼室部分の
改良に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】４サイクル・エンジンの一般的な燃焼室
は、シリンダヘッドに設けられた半球面形若しくは多角
形の様々の形状をなす凹部と、頂面が平坦なピストンに
より形成されている。前記凹部には、吸気弁や排気弁お
よび点火栓が配置してあり、その凹部内で吸気弁および
排気弁が所定のクランク角変化に同期してそれぞれ開閉
駆動されるようになっている。インジェクタを備えてい
る場合には、吸気弁より上流の吸気通路若しくは吸気弁
近傍に燃料を噴射するようにしている。

【０００３】また、本発明の先行技術として、例えば、
実開昭６２−９５１３６号公報に示されるように、シリ
ンダヘッドに吸・排気弁を設けておき、クランク角変化
に同期させて吸・排気弁を開閉駆動するとともに、過給
機の過給作用を利用してガス交換が行えるように構成さ
れた２サイクル・エンジンが開発されている。シリンダ
内には、インジェクタの先端を臨ませている。

【０００４】しかして、このようなものであれば、４サ
イクル・エンジンと同様に燃料系統と潤滑系統とを分離
することができるので、従来の２サイクル・エンジンに
発生しがちなピストンの焼き付きを有効に防止すること
ができる。また、混合気中にオイルが混入することによ
って発生する種々の不具合をも解消することが可能であ
る。しかも、燃料分を含まない空気のみにより掃気を行
うことができるので、混合気の吹き抜けによるエミッシ
ョンの悪化等も抑制することが可能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
構成のものでは、高温になるシリンダ内にインジェクタ
を臨設しておく必要があり、しかも、高圧になる圧縮行
程で、そのインジェクタから所要量の燃料を正確なタイ
ミングで噴射する必要がある。そのため、燃料噴射機構
が複雑化するという問題がある。

【０００６】また、従来の４サイクル・エンジンにおい
ては、吸気弁および排気弁を相互に近接させて同じ凹部
内に配置せざるを得ない。しかも、このようなものでは
、燃焼室内に混合気を効率よく充填するために、排気弁
が閉じる前に吸気弁を開弁させるのが普通である。この
ため、吸・排気弁のオ−バラップ時に吸気弁を通してシ
リンダ内に導入された混合気の一部が直ちに排気弁側か
ら排気ガスとともに外部に吹き抜けてしまうという問題
がある。また、吸気通路や吸気弁近傍は新気により常に
冷却される。そのため、かかる箇所に燃料を噴射すると
、燃料の霧化および気化を促進させるのに限界があり、
燃焼改善が図り難い。

【０００７】本発明は、このような課題を解消すること
を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、次のような手段を講じたものであ
る。

【０００９】すなわち、本発明に係る内燃機関は、吸気
弁と、一対の排気弁と、前記吸気弁より上流位置から吸
気弁側に燃料を噴射する２ホ−ルタイプのインジェクタ
とをシリンダヘッドに備えている。そして、前記シリン
ダヘッドの底面における吸気弁側に凹部を設けるととも
に、その凹部の中央に前記吸気弁を配置しておき、該吸
気弁の開弁時に前記インジェクタから前記凹部における
各排気弁側の壁面に燃料を噴射するようにしたことを特
徴とする。

【００１０】

【作用】このような構成によれば、吸気弁はシリンダヘ
ッドの凹部内で開閉駆動され、複数の排気弁はシリンダ
ヘッドの底面側でそれぞれ開閉駆動される。そのため、
吸気弁が開弁してシリンダ内に混合気が導入される場合
は、混合気が前記凹部内に導入され、この凹部からピス
トンの頂面側に拡散されることになる。すなわち、吸・
排気弁のオ−バラップ時に吸気弁を通してシリンダ内に
導入された混合気の一部が直ちに排気弁を通して外部に
吹き抜けるようなことがない。

【００１１】また、吸気弁の開弁時にインジェクタから
燃料が噴射されるが、この燃料は前記凹部における排気
弁側の壁面に向けて噴射されるため、その壁面からの与
熱により気化が促進される。その際、前記壁面部分から
は気化熱がうばわれるため、壁面部分の温度上昇が抑制
されることになる。

【００１２】ピストンが上死点に達した場合、吸気弁側
では前記凹部とピストンの頂面との間にコンパクトな燃
焼室が形成できる。しかして、ピストンが上死点に近付
くにつれて排気弁側から押出された混合気は、燃焼室内
に押し込められるため、燃焼室内に強いスキッシュを発
生させることができ、空気と燃料とがさらに攪拌される
ことになる。そして、凹部に配置した点火栓により混合
気が着火されると、燃焼室内に火炎が広がる。その際の
爆発燃焼圧力によりピストンが上死点から下死点に向け
て押し下げられると、火炎が前記凹部側から排気弁側の
エンドガスに急速に伝播することになる。爆発行程を終
了させるべき所定のクランク角に達した時点で複数の排
気弁が開弁し、これらの排気弁を介してシリンダ内の排
気ガスが激しく流出することになる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を自動車のエンジン
に適用した場合について図面を参照して説明する。

【００１４】図１に概略的に示したエンジンは、吸気弁
１と、複数の排気弁２と、インジェクタ３とをシリンダ
ヘッド４に備えており、上死点でピストン５の頂面５ａ
が前記シリンダヘッド４の底面４ａに近接するとともに
、前記吸気弁１側に燃焼室６が形成されるようにしてあ
る。

【００１５】吸気弁１は、シリンダヘッド４に設けた動
弁機構（図示せず）によりピストン５の作動方向に開閉
駆動されるようになっており、図２に示すように、１つ
の気筒に対して１個配置してある。排気弁２は、前記動
弁機構によりピストン５の作動方向に開閉駆動されるよ
うになっており、図２に示すように、１つの気筒に対し
て２個配置してある。インジェクタ３は、前記吸気弁１
より上流に位置する吸気通路７に先端を臨ませてあり、
電磁コイルを内蔵している。この電磁コイルに図示しな
い電子制御装置からパルス電圧が印加されると、２つの
噴孔３ａからパルス電圧の印加時間に相当する量の燃料
を噴射するようになっている。シリンダヘッド４は、シ
リンダブロック８上に固設してあるとともに、底面４ａ
を平坦に形成してある。ピストン５は、頂面５ａを平坦
に形成してある。そして、このピストン５の頂面５ａと
、前記シリンダヘッド４の底面４ａに設けた凹部９とに
より前記燃焼室６が形成されるようになっている。凹部
９は、図１および図２に示すように、吸気弁１側に設け
た半月状の凹みであり、その上面９ａの中央に前記吸気
弁１を配置してある。吸気弁１の両側には、図２に示す
ように、点火栓１０をそれぞれ配置してある。また、前
記吸気弁１の開弁時に前記インジェクタ３から前記凹部
９における各排気弁２側の壁面９ｂに燃料を噴射するよ
うにしている。なお、図１では、吸気弁１と排気弁２と
の間隔を図２と異ならせてある。

【００１６】前記吸気弁１と排気弁２を、通常の４サイ
クル・エンジンの吸・排気弁と同様なタイミングで開閉
駆動するようにしている。すなわち、ピストン５が上死
点から下死点に向かう途中で排気弁２を開弁させて、排
気を開始させる。一定の排気期間を経た後、ピストン５
が上死点に達する直前に吸気弁１を開弁させてシリンダ
１１内に空気を導入開始する。それと相前後してインジ
ェクタ３から燃料を供給開始するとともに、排気弁２を
閉じる。一定期間シリンダ１１内に空気と燃料を導入し
た後、吸気弁１を閉じて圧縮行程に移行する。そして、
ピストン５が上死点に達する直前に点火栓１０により混
合気に着火して、爆発行程に移行する。

【００１７】このような構成によると、吸気弁１は凹部
９内で開閉駆動され、排気弁２はシリンダヘッド４の底
面４ａ側でそれぞれ開閉駆動される。すなわち、吸気弁
１と排気弁２との間には、前記凹部９の壁面９ｂが存在
しているため、オ−バラップ時に吸気弁１を通して導入
された混合気が直ちに排気弁２を通して外部に吹き抜け
ることはない。また、凹部９内に燃焼ガスが存在してい
る場合、その燃焼ガスは導入された混合気により押出さ
れ、排気弁２側から排出されることになる。

【００１８】吸気弁１が開弁すると、インジェクタ３か
ら燃料が噴射されるが、その燃料は、前記凹部９におけ
る排気弁２側の壁面９ｂに向けて噴射される。この壁面
９ｂ部分は、シリンダ１１内において比較的熱い箇所と
なっているため、噴射された燃料が壁面９ｂからの与熱
により気化が促進される。逆に、前記壁面９ｂ部分から
は気化熱がうばわれることになる。

【００１９】ピストン５が下死点から上死点に達すると
、図３に示すように、排気弁２側ではシリンダヘッド４
の底面４ａとピストン５の頂面５ａとの間にスキッシュ
エリア１２が形成され、吸気弁１側では凹部９とピスト
ン５の頂面５ｂとの間に燃焼室６が形成される。この場
合、スキッシュエリア１２から押出された混合気が燃焼
室６内に押し込められるため、燃焼室６内に強いスキッ
シュが発生し、空気と燃料とがさらに均一に混合される
ことになる。そして、所定のクランク角で２個の点火栓
１０により混合気が着火されると、燃焼室６内に火炎が
広がる。その際の爆発燃焼圧力によりピストン５が上死
点から下死点に向けて押し下げられると、火炎が凹部９
側から排気弁２側のエンドガスに急速に伝播することに
なる。爆発行程を終了させるべき所定のクランク角に達
すると、２個の排気弁２が開弁し、これらの排気弁２を
通してシリンダ１１内の排気ガスが激しく流出すること
になる。

【００２０】したがって、以上のような構成によれば、
吸気弁１および排気弁２のオ−バラップ時に吸気弁１を
通してシリンダ１１内に導入された混合気の一部が直ち
に排気弁２を通して外部に吹き抜けるのを防止すること
ができ、ＨＣ等を含む未燃ガスの外部排出を有効に抑制
することができる。

【００２１】また、インジェクタ３から噴射された燃料
が排気弁２側の壁面９ｂからの与熱により気化が促進さ
れるため、効果的に燃焼を促進させることができる。し
かも、前記壁面９ｂ部分からは気化熱がうばわれるため
、この壁面９ｂ部分からの自発火を防止することもでき
る。

【００２２】燃焼室６は、吸気弁１側に形成されたコン
パクトなものとなる。しかも、その燃焼室６には、排気
弁２側のスキッシュエリア１２から混合気がホットスキ
ッシュとなって強制的に押し込められるため、空気と燃
料とがさらに攪拌される。燃焼室６内で混合気が爆発的
に燃焼してピストン５が上死点から下死点に向けて押し
下げられる際に、火炎が凹部９側から排気弁２側のエン
ドガスに急速に伝播することになるので、排気弁２側で
未燃ガスや自発火が発生し難くなる。しかして、このよ
うなものであれば、混合気の燃焼速度を速めることがで
きるとともに、圧縮比を無理なく高めることができるの
で、熱効率が高められると同時に低燃費が可能となる。

【００２３】さらに、吸気弁１を単一にしておけば、そ
の両側に点火栓１０が配置できるので、着火性を高める
ことができるとともに、点火栓１０から燃焼室６の末端
までの距離を短縮できる。このため、コンパクトな燃焼
室６とも相俟って燃焼期間を有効に短縮することができ
、迅速な燃焼を得ることが可能となる。

【００２４】排気行程時には、２個の排気弁２を通して
効率よく排気を行うことができるので、残留ガス量が低
減できるとともに、エミッションの悪化が抑制できる。

【００２５】以上、本発明の一実施例について述べたが
、本発明は前記実施例に限定されないのは勿論である。 例えば、点火栓は凹部の側面に配置してもよい。その場
合には、燃焼室の厚み方向の中間に点火栓が配置できる
ので、燃焼速度を速めることができるというメリットが
ある。また、点火栓を前記凹部の側面における中間に１
個配置してもよい。

【００２６】次に、前記エンジンを２サイクル・エンジ
ンとして使用する場合の態様について、概略的に説明す
る。なお、以下の説明において、前記実施例と重複する
部分は同符号を用いるとともに、説明を省略する。

【００２７】２サイクル・エンジンとして使用する場合
は、過給機によりシリンダ１１内に圧縮空気を導入し得
るようにし、吸気弁１および排気弁２の開閉タイミング
は、概ね次のように設定しておく。ピストン５が上死点
から下死点に向かう途中で排気弁２を開弁させて、ブロ
−ダウンを開始させる。一定のブロ−ダウン期間を経た
後、ピストン５が下死点に達する直前に吸気弁１を開き
始めて掃気を開始させる。それと相前後してインジェク
タ３から燃料を供給開始するとともに、排気弁２を閉じ
る。一定期間混合気をシリンダ１１内に過給した後に吸
気弁１を閉じ、ピストン５が上死点に達する直前に点火
栓１０により混合気に着火する。

【００２８】しかして、前述のような構成のエンジンに
よれば、このように２サイクル・エンジンとして使用す
る場合にも同様な態様でシリンダ１１内に混合気を導入
することができるので、オ−バラップ時における混合気
の吹き抜けを有効に防止することができ、未燃ガスの外
部排出を有効に抑制することができる。また、吸気弁１
の開弁時に凹部９の壁面９ｂに燃料を噴射させることも
できるので、燃料の気化を有効に促進させることができ
、燃焼改善を行うことができる。

【００２９】前記エンジンを可変サイクル・エンジンと
して使用する場合は、次のような態様で利用する。ここ
で、可変サイクル・エンジンとは、例えば、エンジンが
高負荷時の場合はクランクシャフトが１回転する度に燃
焼行程を有し、低負荷時の場合はクランクシャフトが複
数回転する間に１回の燃焼行程を有したエンジンを指し
ている。エンジンが高負荷時の場合は、前述の２サイク
ル・エンジンの場合と同様に燃焼およびガス交換が行わ
れるようになっている。すなわち、吸気弁１の開弁時に
前記インジェクタ３から凹部９の壁面９ｂに向けて必要
量の燃料が噴射されて、燃焼が行われる。一方、エンジ
ンが低負荷時の場合は、吸気時に空気のみをシリンダ１
１内に導入する空気サイクルと、混合気をシリンダ１１
に供給して燃焼を行わせる燃焼サイクルとをクランクシ
ャフトが１回転する毎に交互に行う。この場合、燃料噴
射は吸気弁１が閉じる前に完了するようにしておき、吸
気弁１等に付着した燃料を圧縮空気で強制的にシリンダ
１１内に押し込めるようにしておくのが好ましい。空気
サイクルでは、吸気弁１の開弁時にインジェクタ３から
燃料噴射を行わず、過給機により圧縮された空気のみを
シリンダ１１内に過給する。そして、空気のみを圧縮お
よび膨脹させて、その空気でシリンダ１１内を掃気する
。その後は、再び、前述の燃焼サイクルに移行する。

【００３０】このような可変サイクル・エンジンによれ
ば、低負荷時においては、空気のみによってシリンダ１
１内がクリ−ニングされるため、残留ガスを効果的に排
出することができる。しかる後に混合気がシリンダ１１
内に導入されるため、残留ガスの影響による不斉燃焼が
防止できるとともに、エミッション等が改善できる。ま
た、４サイクル・エンジンと同様に、クランクシャフト
が２回転する間に燃料供給を１回行えばよいので、燃料
消費量を無理なく抑えることもできる。高負荷時には、
２サイクル・エンジンと同様にクランクシャフトが１回
転する毎に燃焼が行われ、その度にエネルギが出力され
るため、エンジン出力を高めることができる。

【００３１】

【発明の効果】本発明は、以上のような構成であるから
、吸気弁側にコンパクトな燃焼室を形成することができ
、その燃焼室にスキッシュによって混合気を強制的に押
し込めることができるとともに、燃焼室内で燃料を効果
的に気化させることができる。その結果、混合気の燃焼
速度および圧縮比を有効に高めることができ、燃焼効率
が高められると同時に低燃費が可能となる。

【００３２】また、吸気弁と排気弁のオ−バラップ時に
シリンダ内に導入された混合気の一部が直ちに排気弁を
通して外部に吹き抜けるのを防止することもでき、ＨＣ
等を含む未燃ガスの外部排出を有効に抑制することがで
きる。

【００３３】さらに、点火栓が排気弁と離れた位置で吸
気弁の近傍に配置できるので、点火栓を新気によって効
果的に冷却することができると同時に点火栓に新気を導
くことができる。このため、プレイグニッションが防止
できるとともに、着火性を向上させることができる。

【００３４】排気時には複数の排気弁を介して効率よく
排気を行うことができる。このため、残留ガスの影響に
よる不斉燃焼やエミッションの悪化等が防止できるとと
もに、運転性を安定させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す断面図。

【図２】本発明の一実施例を示すシリンダヘッドの下面
図。

【図３】本発明の一実施例を示す作用説明図。

【符号の説明】

１…吸気弁 ２…排気弁 ３…インジェクタ ４…シリンダヘッド ４ａ…底面 ６…燃焼室 ９…凹部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　吸気弁と、一対の排気弁と、前記吸気
   弁より上流位置から吸気弁側に燃料を噴射する２ホ−ル
   タイプのインジェクタとをシリンダヘッドに備えた内燃
   機関であって、前記シリンダヘッドの底面における吸気
   弁側に凹部を設けるとともに、その凹部の中央に前記吸
   気弁を配置しておき、該吸気弁の開弁時に前記インジェ
   クタから前記凹部における各排気弁側の壁面に燃料を噴
   射するようにしたことを特徴とする内燃機関。