JPH04321714A - 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球
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、本発明の先行技術
として、例えば、実公昭５８−５２３２７号公報に示さ
れるように、吸気弁や排気弁および点火栓が配置してあ
り、こ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。その際、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ようにし
ている。

【０００３】また、近時、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
ンが提唱されている。

【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
させ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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、シリンダヘ
ッドに吸・排気弁を備えた従来の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同じ凹部内に配
置してある。そのため、このようなものでは、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
もに外部に排出されてしまうという問題がある。しかも
、前述のような構成の２サイクル・エンジンにおいて、
このように燃焼室の頂部側で混合気の吹き抜けが発生す
ると、ＨＣ等を含む未燃ガスが外部に排出されるだけで
なく、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。そのため、残留ガスの影響による不斉
燃焼が発生し易くなり、エミッション等が悪化してしま
う。

【０００６】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。

【０００７】

【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。

【０００８】すなわち、本発明に係る内燃機関は、吸気
弁と、ピストンの作動方向に開閉駆動される複数の排気
弁とをシリンダヘッドに備え、上死点で前記ピストンの
頂面を前記シリンダヘッドの底面に近接させるように構
成した内燃機関である。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、その凹部に前記吸
気弁と点火栓をそれぞれ配置するとともに、該凹部と前
記ピストンの頂面に設けた凹部とにより燃焼室を形成す
るようにしたことを特徴とする。

【０００９】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、着火性の向上や燃焼時間を短縮する上で好ましい。

【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、先ず、混合気がシリンダヘッドの凹部内に導入され
、次に、この凹部から残留ガスを押し出しつつピストン
の頂面側に案内されることになる。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】ピストンが上死点に達すると、排気弁側で
はシリンダヘッドの底面とピストンの頂面との間にスキ
ッシュエリアが形成され、吸気弁側ではシリンダヘッド
の凹部とピストンの頂面に設けた凹部との間にコンパク
トな燃焼室が形成される。その際、スキッシュエリアか
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混合されることにな
る。ここで、ピストンの頂面には凹部を設けてあるので
、燃焼室に発生させる混合気の乱流を特に強くすること
が可能となる。このような作用は、例えば、ピストンの
頂面を平坦にしている場合よりも得やすくなる。所定の
クランク角で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。

【００１２】

【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。

【００１３】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。

【００１４】吸気弁１は、シリンダヘッド３に設けた動
弁機構（図示せず）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、一つ
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、一つの気筒に対し
て２個配置してある。シリンダヘッド３は、シリンダブ
ロック６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における排気弁
２側を平坦に形成してあり、吸気弁１に凹部４ｂを設け
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７とにより前記
燃焼室５が形成されるようになっている。シリンダヘッ
ド３の凹部７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７ａ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８をそれぞれ配置してある。 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。

【００１５】先ず、本エンジンを４サイクルエンジンと
して使用する場合の対応について説明すると、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、排気を開始させる。一定
の排気期間を経た後、ピストン４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９内に混合気を導入開
始する。しかる後に排気弁２を閉じる。一定期間シリン
ダ９内に混合気を導入した後、吸気弁１を閉じて圧縮行
程に移行する。そして、ピストン４が上死点に達する直
前に点火栓８により混合気に着火して、爆発行程に移行
する。

【００１６】このような構成によると、吸気弁１はシリ
ンダヘッド３の凹部７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７の
壁面７ｂ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、シリンダヘッド３
の凹部７に燃焼ガスが存在していれば、その燃焼ガスは
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。

【００１７】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１０が形成され、吸気弁１側ではシリンダヘッド
３の凹部７とピストン４の凹部４ｂ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１０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８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７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。

【００１８】したがって、以上のような構成によれば、
オ−バラップ時に吸気弁１を通してシリンダ９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。

【００１９】また、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１０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。特に、このものによれ
ば、ピストン４の頂面４ａに設けた凹部４ｂにより燃焼
室５における混合気の乱流を強くすることが可能となる
。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、火炎が
凹部７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。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８を配置しておけ
ば、確実に着火が行えるだけでなく、点火栓８から燃焼
室５の末端までの距離が短縮できる。このため、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。

【００２０】さらに、吸気弁１および点火栓８を前記凹
部７に配置しておけば、点火栓８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８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
防止できるととともに、着火性を向上させることができ
る。

【００２１】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、残留ガスの影響
による不斉燃焼が抑制でき、エミッションの悪化を防止
できるとともに、運転性を安定させることができる。

【００２２】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、点火栓はシリンダヘッドの凹部における側面に
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、点火栓をシ
リンダヘッドの凹部における側面の中間に１個配置し、
吸気弁を凹部の上面に２個配置することも可能である。

【００２３】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。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９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、ピストン４が下
死点に達する直前に吸気弁１を開き始めて掃気を開始さ
せる。一定の掃気期間を経た後に、排気弁２を閉じる。 一定期間混合気をシリンダ９内に過給した後に吸気弁１
を閉じ、ピストン４が上死点に達する直前に点火栓８に
より混合気に着火する。

【００２４】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９内に混合気を導入す
ることができるので、オ−バラップ時に混合気の吹き抜
けを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。

【００２５】前記エンジンを可変サイクル・エンジンと
して使用する場合には、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。この場合には吸気弁１近傍に燃料を噴射する
インジェクタ（図示せず）をシリンダヘッド３に設けて
おく。エンジンが高負荷時の場合には、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
インジェクタ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には、吸気時
に空気のみをシリンダ内に導入する空気サイクルと、混
合気をシリンダ９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９内に押し込めるようにするのが好ま
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９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９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
。

【００２６】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９
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９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、エンジン２回転に燃料
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。

【００２７】

【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、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】また、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。特に、本発明
によれば、ピストンの頂面を平坦にしている場合よりも
前記スキッシュを強くす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。そ
の結果、燃焼効率が高められると同時に低燃費が可能と
なる。

【００２９】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も可能である
。

【００３０】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
よる不斉燃焼が抑制でき、エミッションの悪化を防止で
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…シリンダヘッド ３ａ…底面 ４…ピストン ４ａ…頂面 ４ｂ…凹部 ５…燃焼室 ７…凹部 ８…点火栓

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　吸気弁と、ピストンの作動方向に開閉
   駆動される複数の排気弁とをシリンダヘッドに備え、上
   死点で前記ピストンの頂面を前記シリンダヘッドの底面
   に近接させるように構成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、そ
   の凹部に前記吸気弁と点火栓をそれぞれ配置するととも
   に、該凹部と前記ピストンの頂面に設けた凹部とにより
   燃焼室を形成するようにしたことを特徴とする内燃機関
   。