JPH04318219A - 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、特にそのガス交換性の
改良に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来普及しているいわゆるクランク室圧
縮掃気方式の２サイクル・エンジンは、クランク室内に
潤滑系統を独立して配置することができないため、ピス
トンの焼き付きを有効に防止するのが難しい。また、混
合気内に潤滑オイルを混入させる関係で、オイル消費量
が多く、排気白煙の発生を招き易い。しかも、シリンダ
内に供給される新気に混入する残留ガスが多く、また、
新気の吹抜けも多いので、エミッションの悪化を招き易
い上に、始動姓や低速軽負荷時の安定性に問題がある。

【０００３】かかる不具合を解消するために、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、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
とができる。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、残留ガスの影響による不
斉燃焼や、混合気の吹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。また、クランクシャフト
の１回転毎に燃焼行程を有しているため、４サイクル・
エンジンに比べて単位気筒容積あたりの出力（比出力）
が大きく、振動も少ない。そのため、小形軽量化を図る
には好都合である。

【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】シリンダヘッドに吸・排気弁を備えた内燃
機関においては、吸気弁および排気弁を相互に近接させ
て配置せざるを得ない。しかも、このようなものでは、
燃焼室内に空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。また、吸
気ポ−トの入口をシリンダヘッドの側面に開口させてい
ることもあり、吸気ポ−トが全体的に横向きになってい
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空気の一部が直ちに排気
弁側から外部に吹き抜けてしまう。このように、燃焼室
の頂部側で空気が吹き抜けてしまうと、ピストンの頂面
側の残留ガスを十分に排出することが困難になる。その
結果、残留ガスの影響による不斉燃焼や失火が発生し易
くなり、エミッション等が悪化してしまう。

【０００７】吸気弁よりも上流側に位置する吸気ポ−ト
に燃料を噴射すると、掃気が十分に行われないだけでな
く、混合気の吹き抜けが発生し、ＨＣ等を含む未燃ガス
が外部に排出されるという問題が生じる。

【０００８】本発明は、このような課題を一挙に解消す
ることを目的としている。

【０００９】

【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。

【００１０】すなわち、本発明に係る内燃機関は、ピス
トンの作動方向に開閉駆動される吸気弁と、排気弁とを
シリンダヘッドに備え、シリンダブロックの側壁におけ
る吸気側に掃気孔を有している。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
、その凹部に前記吸気弁を配置しておき、過給手段から
吐出される給気を、途中に燃料供給手段を有し前記吸気
弁を介してシリンダ内に連通する混合気系吸気通路と、
前記掃気孔を介してシリンダ内に連通する空気系吸気通
路との双方に導入し得るように構成し、さらに、前記吸
気弁の軸線と吸気ポ−トとのなす角度を略４５°よりも
小さくしたことを特徴とする。

【００１１】ここで、吸気弁は複数にしてもよいが、単
弁形式を採用すると、その両側に点火栓が配置し易くな
り、着荷性の向上や燃焼時間を短縮する上で好ましい。

【００１２】排気弁は、排気効率を高める上で複数弁形
式を採用するのがよい。

【００１３】多気筒エンジンの場合には、通常、前記混
合気系吸気通路および前記空気系吸気通路は、それぞれ
途中で分岐させて各々のシリンダに接続する。その際、
前記燃料供給手段は、前記混合気系吸気通路の分岐して
いない上流部分に設けてもよいし、分岐した後の各分岐
通路部分にそれぞれ設けてもよい。

【００１４】過給手段としては、低速回転域から過給効
果を発揮し得るス−パ−チャ−ジャ等の機械式のものを
採用してもよいし、他の形式のものを必要に応じて使用
し得る。

【００１５】

【作用】このような構成によれば、シリンダ内に混合気
を導入するに先立って、掃気孔を開成させると、空気系
吸気通路を通過した空気のみが掃気孔を通してシリンダ
内に導入される。そして、その空気がピストンの頂面側
の残留ガスを排気弁側に押し、排気弁を通して強制的に
外部に押出すことになる。

【００１６】また、吸気弁は凹部内で開閉駆動され、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、凹部側から導入され、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。しかも、前記凹部側
の残留ガスは、導入された混合気により排気弁側や掃気
孔側に押されることになる。特に、このものでは、吸気
ポ−トと吸気弁の軸線とのなす角度を略４５°よりも小
さくしてあるため、混合気をピストンの頂面側に向けて
シリンダ内に導入することができる。そのため、混合気
により凹部側の残留ガスをピストンの頂面側に押し、掃
気孔から導入された空気により排気弁を通して排出させ
ることが可能となる。排気弁が閉じた後は、混合気が過
給手段の過給作用により強制的にシリンダ内に押し込め
られる。その際にも、空気系吸気通路からは空気のみの
過給が続けられるため、混合気と、空気とが激しく衝突
しながらシリンダ内に導入されることになり、空気と燃
料とが、さらに均一に混合される。

【００１７】また、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、燃焼室内で空気と燃料と
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
時点で排気弁が開弁し、シリンダ内の排気ガスが激しく
流出することになる。

【００１８】

【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。

【００１９】図１に示したエンジンは、吸気弁１と、複
数の排気弁２をシリンダヘッド３に備えており、上死点
でピストン４の頂面４ａが前記シリンダヘッド３の底面
３ａに近接するとともに、前記吸気弁１側に燃焼室５が
形成されるようにしてある。吸気弁１は、シリンダヘッ
ド３に設けた動弁機構６によりピストン４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６によりピストン４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個配置してあるとともに、吸気弁１よりも大
きくしてある。シリンダヘッド３は、シリンダブロック
７上に固設してあるとともに、底面３ａを平坦に形成し
てある。ピストン４は、頂面４ａを平坦に形成してある
。そして、このピストン４の頂面４ａと、前記シリンダ
ヘッド３の底面３ａに設けた凹部８とにより前記燃焼室
５が形成されるようになっている。凹部８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８ａ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
９をそれぞれ配置してある。

【００２０】また、過給手段たるス−パ−チャ−ジャ１
０から吐出される給気を、途中に燃料供給手段たるイン
ジェクタ１１を有し前記吸気弁１を介してシリンダ１２
内に連通する混合気系吸気通路１３と、シリンダブロッ
ク７の側壁７ａに設けた掃気孔１４を介してシリンダ１
２内に連通する空気系吸気通路１５との双方に導入する
ようにしている。

【００２１】インジェクタ１１は、電磁コイルを内蔵し
ており、そ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、パルス電圧の印加時間に相
当する量の燃料を吸気弁１付近に噴射するようになって
いる。混合気系吸気通路１３の終端部は、シリンダヘッ
ド３内に形成した吸気ポ−ト１６により構成している。 吸気ポ−ト１６と前記吸気弁１の軸線１ａとのなす角度
θは、略４５°よりも小さくしてある。すなわち、吸気
ポ−ト１６は、吸気弁１の軸線１ａよりに形成してあり
、その途中にインジェクタ１１の先端を臨ませている。 混合気系吸気通路１３と空気系吸気通路１５は、図１に
示すように、共通の空気導入口１７を有しており、その
空気導入口１７にス−パ−チャ−ジャ１０により加圧さ
れた空気が導入されるようになっている。掃気孔１４は
、シリンダブロック７の側壁７ａにおける吸気側に位置
させてピストン４の下死点付近に設けてあり、ピストン
４により開閉されるようになっている。

【００２２】吸気弁１と、排気弁２と、掃気孔１４とを
、クランク角変化に同期させて、次のようなタイミング
でそれぞれ開閉させるようにしている。ピストン４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、掃気孔１４を開き始めて掃気を開始させる。ピ
ストン４が下死点に達する直前に吸気弁１を開き始める
。それと相前後してインジェクタ１１から燃料を供給開
始するとともに、排気弁２を閉じる。一定期間空気系吸
気通路１５から空気をシリンダ１２内に過給しつつ、混
合気系吸気通路１３から混合気をシリンダ１２内に過給
した後、掃気孔１４と吸気弁１を順次閉じて圧縮行程に
移行する。そして、ピストン４が上死点に達する直前に
２つの点火栓９により混合気に着火して、爆発行程に移
行する。

【００２３】このような構成によれば、一定のブロ−ダ
ウン期間を経た後に、掃気孔１４が開成すると、空気系
吸気通路１５を通過した空気のみがシリンダ１２内に導
入され、掃気が開始される。この空気は、ス−パ−チャ
−ジャ１０の過給作用により、強制的にシリンダ１２内
に導入されるため、ピストン４の頂面４ａ側から残留ガ
スを排気弁２側に押し、２個の排気弁２を通して強制的
に外部に排出させることになる。

【００２４】吸気弁１は凹部８内で開閉駆動され、排気
弁２はシリンダヘッド３の底面３ａ側でそれぞれ開閉駆
動される。吸気弁１と排気弁２との間には凹部８の壁面
８ｂ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の一部が直ちに排気弁２を通し
て外部に吹き抜けることはない。凹部８内に混合気が導
入されると、その下方の残留ガスＧが掃気孔１４側に押
されることになる。特に、このものは、吸気ポ−ト１６
と吸気弁１の軸線１ａとのなす角度を略４５°よりも小
さくしてあるため、混合気がピストン４の頂面４ａ下側
に向けてシリンダ１２内に導入される。そのため、混合
気の吹き抜けが防止できるとともに、凹部８下方の残留
ガスＧを下側に押し、掃気孔１４から導入された空気に
より排気弁２を通して強制的に排出させることができる
。排気弁２が閉じた後は、混合気がス−パ−チャ−ジャ
１０の過給作用により強制的にシリンダ１２内に押し込
められる。その際にも、空気系吸気通路１５からは空気
のみの過給が続けられるため、混合気と、空気とが激し
く衝突しながらシリンダ１２内に導入されることになり
、空気と燃料とが、さらに均一に混合されることになる
。

【００２５】ピストン４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３
の底面３ａとピストン４の頂面４ａとの間にスキッシュ
エリア１８が形成され、吸気弁１側では凹部８とピスト
ン４の頂面４ａとの間に燃焼室５が形成される。この場
合、スキッシュエリア１８から押出された混合気が燃焼
室５内に押し込められるため、燃焼室５内で空気と燃料
とがさらに攪拌されることになる。そして、所定のクラ
ンク角で２個の点火栓９により混合気が着火されると、
燃焼室５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４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８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。

【００２６】したがって、以上のような構成によれば、
ガス交換の際は、燃料分を含まない加圧された空気によ
りシリンダ１２内の残留ガスを強制的に押出すことがで
きるので、残留ガスの影響による不斉燃焼や失火等を有
効に防止することができる。その結果、エミッションの
悪化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。

【００２７】また、混合気をシリンダ１２内に導入する
場合は、ピストン４の頂面４ａ側に向けて導入すること
ができる。このため、吸気弁１の下方側の残留ガスを掃
気孔１４から導入した空気により有効に排出させること
ができるとともに、オ−バラップ時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。

【００２８】燃焼室５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５には、排気
弁２側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
。そして、燃焼室５内で混合気が爆発的に燃焼してピス
トン４が上死点から下死点に向けて押し下げられる際に
は、火炎が凹部８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。特に、上記実
施例のように、吸気弁１を単一にしてその両側に点火栓
９を配置しておけば、着火性が向上する。しかも、点火
栓９から燃焼室５の末端までの距離が短縮できるため、
コンパクトな燃焼室５とも相俟って、さらに燃焼期間を
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。

【００２９】インジェクタ１１は、通常、斜め下向きに
配置する。したがって、吸気ポ−ト１６を前述のように
形成しておけば、凹部８側の残留ガスＧを掃気孔１４側
に押出し易くなるだけでなく、吸気ポ−ト１６内を流れ
る空気の流れ方向に燃料を噴射することができ、燃料の
吸入性を高めることができるという利点もある。

【００３０】また、吸気弁１および点火栓９を凹部８に
配置しておけば、点火栓９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９に常に新気を導く
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。

【００３１】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、燃焼速度をさらに速めることができるとい
うメリットがある。また、点火栓を凹部の側面における
中間に１個配置し、吸気弁を凹部の上面に２個配置する
ようにしてもよい。

【００３２】次に、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。 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１１から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１２内に導入する空気サイクルと
、混合気をシリンダ１２に供給して燃焼を行わせる燃焼
サイクルとをクラクシャフトが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１２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１１から燃料噴射を行わず、ス−パ−チ
ャ−ジャ１０により圧縮された空気のみをシリンダ１２
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１２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。　　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１２内がクリ−ニングされ
るため、さらに残留ガス量を低減することが可能である
。しかる後に、混合気がシリンダ１２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回転する度に燃焼が
行われて、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。

【００３３】

【発明の効果】本発明は、以上のような構成であるから
、シリンダ内の残留ガスを加圧された空気により強制的
に外部に押出した後、シリンダ内に混合気を過給するこ
とができる。このため、残留ガスの影響による不斉燃焼
や失火等を有効に抑制することができ、エミッションの
悪化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。

【００３４】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ができるので
、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。

【００３５】さらに、本発明によれば、吸気弁側にコン
パクトな燃焼室が形成でき、その燃焼室にスキッシュや
過給手段による過給作用によって混合気を強制的に押し
込めることができるので、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る。このため、燃焼効率が
高められると同時に低燃費が可能となる。

【００３６】また、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、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、点火栓に常に新気を導く
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。

【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 １ａ…軸線 ２…排気弁 ３…シリンダヘッド ３ａ…底面 ４…ピストン ５…燃焼室 ７ａ…シリンダブロックの側壁 ８…凹部 １０…過給手段（ス−パ−チャ−ジャ）１１…燃料供給
手段（インジェクタ） １２…シリンダ １３…混合気系吸気通路 １４…掃気孔 １５…空気系吸気通路 １６…吸気ポ−ト

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ピストンの作動方向に開閉駆動される
   吸気弁と、排気弁とをシリンダヘッドに備え、シリンダ
   ブロックの側壁における吸気側に掃気孔を有した内燃機
   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、その凹部に前記吸気弁を配
   置しておき、過給手段から吐出される給気を、途中に燃
   料供給手段を有し前記吸気弁を介してシリンダ内に連通
   する混合気系吸気通路と、前記掃気孔を介してシリンダ
   内に連通する空気系吸気通路との双方に導入し得るよう
   に構成し、前記吸気弁の軸線と吸気ポ−トとのなす角度
   を略４５°よりも小さくしたことを特徴とする内燃機関
   。