JPH04318220A - 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。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
気の吹き抜けが発生すると、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、吸気
弁と、複数の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】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。

【００１３】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。

【００１４】

【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、その空気がシリンダ内の残留
ガスを複数の排気弁を通して強制的に押出すことになる
。

【００１５】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、混合気が凹部内に導入され、この凹
部から残留ガスを押出しつつ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
時に吸気弁を介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介して外部に吹き抜けるようなこと
がない。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。

【００１６】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
時点で複数の排気弁が開弁し、これらの排気弁を通して
シリンダ内の排気ガスが激しく流出することになる。

【００１７】

【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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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１６を有しており
、その空気導入口１６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、吸気弁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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。すなわち、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が掃気孔
１４側に押され、掃気孔１４から導入された空気により
外部に排出される。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。

【００２４】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１７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１７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。

【００２５】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のみ
によりシリンダ１２内の残留ガスを２つの排気弁２を通
して強制的に押出した後、混合気系吸気通路１３から混
合気をシリンダ１２内に過給することができるので、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。

【００２６】また、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１２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。

【００２７】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側のスキッシュエリア１７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。

【００２８】また、吸気弁１および点火栓９を前記凹部
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。

【００２９】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。

【００３０】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１
２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。

【００３１】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
２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。

【００３２】

【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複数の排気弁を通して効率よ
く排出しつつ、前記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に、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。

【００３３】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
介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。

【００３４】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。

【００３５】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 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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　吸気弁と、複数の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
   得るように構成したことを特徴とする内燃機関。