JPH0455258Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は内燃機関の燃料噴射装置に関し、さら
に特定するとシリンダヘツドに吸気弁と排気弁を
設けた２サイクル内燃機関に適した燃料噴射装置
に関する。

〔従来の技術〕 特公昭60−5770号公報は、シリンダヘツドに吸
気及び排気弁を配置した２サイクル内燃機関を開
示している。この２サイクル内燃機関では、ピス
トンが下死点にあるときに吸気弁と排気弁とがほ
ぼ同時に開き、吸気弁から流入した新気は下向き
に指向され、ピストン頂面で反転して、シリンダ
内で縦回りのＵ字状の流れを形成するようになつ
ている。新気と排気の境界面は、最初吸気弁の近
くにあり、次いでシリンダの下方中央部になり、
そして排気弁の近くへと移動し、シリンダ内の全
体で排気と新気とが置き換わるようになつてい
る。

このような２サイクル内燃機関では、アイドル
時又は軽負荷域において、新気がシリンダ内の残
留排気中に分散して空燃比が薄くなり、燃焼が困
難になるという問題があつた。本願の出願人は先
に、アイドルを含む低負荷時に、排気弁の開弁時
に排気ポートから排出した排気ガスの一部を燃焼
室にシリンダ軸線の回りにスワールさせつつ再流
入させ、新気をその排気スワールの上にゆつくり
と乗せてシリンダヘツド側に新気を集め、かくし
て成層化を達成し、シリンダヘツド側の新気に容
易に着火させることのできる２サイクル内燃機関
を提案した。

また、従来のガソリン機関の燃料噴射弁は吸気
ポートに配置され、デイーゼル機関の燃料噴射弁
は燃焼室に直接に向けて配置させているが、いず
れも噴射燃料を空気と衝突させることによつて微
粒化を行うようにしたものである。特に、ガソリ
ン機関の場合には、燃料噴射弁から噴射された燃
料ができるだけ吸気ポート内で微粒化されて、燃
料室内に広く分布するようにされるのが原則的で
ある。

実開昭61−25575号公報は、燃料噴射弁が吸気
マニホールドの軸線と角度をなし、且つ吸気マニ
ホールドの内壁面に向けて配置されることを開示
している。この公報によれば、燃料が空気と衝突
し且つ内壁面とも衝突するので微粒化が促進され
ると説明している。

実開昭57−36370号公報は燃料噴射弁の前方に
燃料衝突板を設け、負荷に応じて燃料の向きを変
えるようにした燃料噴射装置を開示している。

〔考案が解決しようとする問題点〕

上述したように、燃料噴射弁は吸気ポートに配
置されて燃料が吸気ポート内で空気と混合され、
或いは燃焼室に直接に配置されるのが一般的であ
る。ところが、シリンダヘツドに吸気弁と排気弁
を設けた２サイクル内燃機関では、従来の燃料噴
射装置では満足できないことがあつた。２サイク
ル内燃機関では前述したように低負荷時には新気
がシリンダ内の残留排気中に分散するという問題
があり、これを前述した成層化によつて解決する
場合、燃料もシリンダヘツドの近くに微粒化良く
供給されなければならないという問題が生じた。
例えば、従来のように燃料噴射弁を吸気ポートに
配置すると燃料は吸気ポート内で空気と混合され
て燃焼室に流入し、空気の排気ポートへの吹き抜
けとともに燃料が吹き抜け、低負荷時に本来的に
少量だけ供給される燃料が不足し勝ちになるので
ある。また、燃料噴射弁を燃焼室に直接に配置す
ると、燃料が固まり状のままでシリンダヘツド近
くの空気の層を貫通してピストンの近くまで飛
び、シリンダヘツド壁面近くの空気と混合して燃
焼されることができなくなるのである。さらに、
低負荷時にはこのように少量の燃料がシリンダヘ
ツドの近くに微粒化良く供給されなければならな
いが、高負荷時には燃焼室全体の空気と混合され
るために多量の燃料が供給されなければならな
い。低負荷時に少量の燃料をシリンダヘツドの近
くに微粒化良く供給することと、高負荷時に多量
の燃料を分布良く供給することとを、両立させる
ことのできる燃料噴射装置が求められている。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案による内燃機関の燃料噴射装置は、シリ
ンダヘツドに設けられた吸気ポートと、該吸気ポ
ートに配置されたポペツト型吸気弁とを有する内
燃機関において、燃料噴射弁が前記吸気弁の弁が
さ部に向けて広がりの少ない棒状の燃料を噴射す
るように配置されるとともに、該吸気弁のバルブ
ステムにデフレクタが取りつけられ、低負荷時に
は前記吸気弁のバルブリフトの大きい範囲で燃料
が噴射されるとともにその燃料が前記吸気弁の弁
がさ部に当たつて微粒化され、高負荷時には前記
吸気弁の閉弁を含むバルブリフトの小さい範囲か
らバルブリフトの大きい範囲で燃料が噴射される
とともにバルブリフトの小さい範囲では燃料が前
記デフレクタに当たつて微粒化されるようにした
ことを特徴とするものである。

〔実施例〕

第３図は本考案を適用した６気筒の２サイクル
内燃機関１０を示す図、第４図は第３図の１気筒
の燃焼室の近傍を詳細に示す図である。第２図は
第４図を拡大して本考案の特徴事項のみを示す
図、第１図は第２図の線−に沿つた断面図で
ある。

機関本体１０はシリンダブロツク１２とシリン
ダヘツド１４とにより構成され、ピストン１６の
上方に燃焼室１８が形成される。シリンダヘツド
１４には吸気ポート２０と排気ポート２２とが対
向配置で形成され、それぞれにポペツト弁からな
る吸気弁２４と排気弁２６とを有するものであ
る。

第４図に示されるように、吸気弁２４及び排気
弁２６はそれぞれ２個ずつ設けられ、点火プラグ
２８が燃焼室１８のほぼ中央に設けられる。排気
弁２６はEsとＥで表されており、一方、吸気弁
２４はFA，FBで表されている。これは吸気弁２
４の働きが相互に差があることを示しており、以
後FAで表された吸気弁を低負荷吸気弁と呼び、
FBで表された吸気弁を高負荷吸気弁と呼びこと
にする。

第３図及び第４図に示されるように、シリンダ
ヘツド１４には２個の吸気マニホールド３０，３
２が取りつけられる。一方の吸気マニホールド３
０の各枝管が低負荷吸気弁FAの配置された側の
吸気ボート２０に接続され、他方の吸気マニホー
ルド３２の各枝管が高負荷吸気弁FBの配置され
た側の吸気ポート２０に接続される。両吸気ポー
ト２０は機関の長手軸線とほぼ直角方向に相互に
ほぼ平行に延び、且つ機関の長手軸線とほぼ直角
方向の気筒の中心線の両側にあり、少なくとも低
負荷吸気弁FAの配置された側の吸気ポート２０
は燃焼室１８に接線方向に開口する。そして、低
負荷側の吸気ポート２０または吸気マニホールド
３０の枝管には燃料噴射弁３４が配置される。ま
た、燃料噴射弁３４の上流にはリードバルブから
なる逆止弁３６が配置される。

第３図に示されるように、空気はエアクリーナ
３８から取り入れられ、スロツトル弁４０で流量
制御され、そして過給機４２で過給されるように
なつている。過給機４２の下流にはインタークー
ラ４４が配置され、前記２つの吸気マニホールド
３０，３２は共にこのインタークーラ４４に接続
される。過給機４２はルーツポンプ等の機関の出
力により駆動される機械式過給機を利用すること
ができる。また、スロツトル弁４０の上流にはエ
アフローメータ４６が配置される。

高負荷側の吸気マニホールド３２の集合部には
バタフライ式吸気制御弁４８が配置される。吸気
弁２４及び排気弁２６がカム軸によつて機関のク
ランクシヤフトと同期して駆動されるのに対し、
この吸気制御弁４８は機関の負荷及び回転数に応
じて開閉されるものである。吸気制御弁４８は少
なくとも機関アイドル時を含む低負荷時に閉じら
れ、従つて、このときには空気は低負荷側の吸気
マニホールド３０からのみ供給されることにな
る。吸気制御弁４８は機関中高負荷時に開かれ、
従つて、このときには空気は高負荷側の吸気マニ
ホールド３２及び低負荷側の吸気マニホールド３
０の双方を通つて供給される。

第３図に示されるように、排気マニホールド５
０は６気筒に対して２つ設けられる。一方の排気
マニホールド５０は第１，２，３気筒に接続さ
れ、他方の排気マニホールド５０は第４，５，６
気筒に接続される。各排気マニホールド５０の集
合部にはそれぞれに触媒５２が配置され、各排気
マニホールド５０はさらにマフラー５４を通つて
相互に独立して終端する。この場合、点火順序
は、第１，６，２，４，３，５気筒の順である。
各排気マニホールド５０は３つの枝管を有し、従
つて、１つの枝管が１気筒分の排気ポール２２に
接続されることになる。

第４図はそのような枝管の１つ５０ａを示して
おり、枝管５０ａは機関の長手軸線に対してほぼ
直角に取りつけられる。ところで、各気筒には２
つの排気ポート２２があり、これらの２つの排気
ポート２２はシリンダヘツド１４内で１つのポー
トに合流される。Esを付けて示される排気弁２
６を配置した方の排気ポート２２は上記枝管５０
ａと一直線を成すように機関の長手軸線に対して
ほぼ直角に形成され、且つ燃焼室１８に接線方向
に接続される。他方の排気ポート２２は機関の長
手軸線に対してほぼ直角に形成された側の排気ポ
ート２２に或る角度をつけて合流される。この排
気ポート２２の構成は、２つの排気弁２６をもつ
ことによつて排気ガスの排出速度を高めることが
できることにあり、そして、排気ガスが排気ポー
ト２２及び排気マニホールド５０に排出され、そ
の一部が燃焼室１８に再流入するときに、一直線
上に流れる慣性の効果によつて、角度を付けた側
の排気ポート２２からの燃焼室１８への再流入は
ほとんどなく、Esを付けて示される排気弁２６
を配置した方の排気ポート２２を主に通り、この
再流入排気ガスがシリンダ軸線の回りのスワール
Ｓを形成することができるようにしたものであ
る。

このスワールＳは第４図で見て時計回り方向で
ある。そして、このスワールＳを形成させるEs
側の排気ポート２２は、高負荷側の吸気弁FBを
有する吸気ポート２０と一直線上で向き合い、低
負荷側の吸気弁FAを有する吸気ポート２０とは
中心線を挟んでオフセツトして向き合うようにな
つている。従つて、低負荷時に低負荷側の吸気弁
FAを有する吸気ポート２０から供給された新気
がそれ自体でスワールを生成する場合には、その
スワールは再流入排気ガスのスワールＳと同じ時
計回り方向になる。低負荷時には、吸気制御弁４
８が閉じられるのでスワールＳを形成させる排気
ポート２２と向き合つた高負荷側の吸気ポート２
０からの新気の流れはなく、再流入排気ガスのス
ールＳを妨げるものがなく、かくして、スワール
Ｓが保持されることができる。

第１図及び第４図に示されるように、シリンダ
ヘツド１４の内壁、即ち燃焼室１８の上壁には、
マスク５６が形成される。このマスク５６は機関
の長手軸線とほぼ平行に燃焼室１８を横断し、吸
気弁２４と排気弁２６の間を遮るように形成され
る。このマスク５６の中央の大部分は鋭い角度で
聳えるシリンダヘツド壁の台地状隆起で形成さ
れ、側縁部においては傾斜が緩やかになつてい
る。点火プラグ２８は吸気弁２４側にくるように
なつている。このマスク５６もスワールＳの形成
を助けるものである。即ち、排気弁Ｅ２６からの
再流入排気ガスは前述したようにほとんどないば
かりでなく、流入があつたとしてもマスク５６に
遮られる。排気弁Esからの再流入排気ガスは燃
焼室１８の側縁部を通つてスワールしようとし、
さらに、スワールから外れて吸気弁２４に向かう
燃焼室１８の中心方向への流れがあればこれもマ
スク５６に遮られる。従つて、排気弁Esからの
再流入排気ガスはマスク５６の側縁部の傾斜の緩
やかな領域を通る他なく、ますます、燃焼室１８
及びシリンダの円筒面に沿つて流れるようになる
のである。また、高負荷時には、２つの吸気ポー
ト２０から供給された新気は平行に進んでスワー
ルとはならず、マスク５６に当たつて下向きに流
れを変えられ、横断掃気を行うとともに排気ポー
ト２２から直接に吹き抜けるのが防止される。点
火プラグ２８は吸気弁２４側にあるので低負荷時
でもより濃い混合気に接することができるのであ
る。

第１図及び第２図を参照すると、このスワール
Ｓの方向及び燃料噴射弁３４の配置が詳細に示さ
れている。この場合、燃料噴射弁３４は低負荷側
の吸気弁FAを有する吸気ポート２０に配置され
ている。この燃料噴射弁３４はその軸線が吸気ポ
ート２０の軸線及びバルブステム軸線を通る垂直
平面よりもシリンダ軸線側に偏つたところを通
り、或いは吸気ポートの軸線と交差して、吸気弁
２４のバルブステムから一方側、この場合にはシ
リンダ中央寄り側の弁がさ部を狙つて配置され
る。燃料は吸気弁FA２４の吸気弁FA２４の弁が
さ部に当たるように配置されている。また、この
燃料噴射弁３４は、噴射燃料が通常のように大き
く広がらずに棒状、或いは液柱状に飛び出すよう
に設計されている。これは噴口の形状の設計によ
つて達成される。従つて、燃料は直ちに広がらな
いので吸気ポート２０内に拡散されず、吸気ポー
ト２０内の空気とは混合されない。燃料はバルブ
ステムの一方側の弁がさ部に当たつた勢いで微粒
化されつつ反射してシリンダの軸線と直角な水平
平面上に拡散し、その主流は第２図に示されるよ
うにスワールＳの流れ方向に向かつて進む。拡散
しつつある燃料が正面から向かつてくるスワール
Ｓの流れに衝突し、さらに微粒化されつつ混合さ
れる。かくして、燃料は吸入空気の流れとは別に
供給され、燃焼室１８の上の方に形成されるスワ
ール流れの中に空気と混合されることができるの
である。

さらに、第１図に示されるように、吸気弁FA
２４のバルブステムにはデフレクタ６０が取りつ
けられている。このデフレクタ６０は燃料噴射弁
３４から噴射された燃料を反射させ、それによつ
て前述したように棒状に噴射された燃料を微粒化
させるためのものである。このデフレクタ６０は
吸気弁FA２４とともに往復運動を行うものであ
り、吸気弁FA２４のリフトに応じて作動状態及
び非作動状態の位置を占める。このデフレクタ６
０は吸気弁FA２４の閉弁を含むバルブリフトの
小さい範囲で作動状態になるようになつており、
この状態が第１図に実線で示されている。このと
きには、吸気弁FA２４に向かう燃料はデフレク
タ６０で遮られる。また、バルブリフトの大きい
範囲における吸気弁FA２４の位置及びデフレク
タ６０の位置が２点鎖線で示される。この位置で
は、燃料噴射弁３４から噴射された燃料はデフレ
クタ６０に当たらなくなり、前述したように吸気
弁FA２４に当たるようになつている。

第１図に実線で示された状態は、吸気弁FA２
４の閉弁期間に燃料噴射弁３４から噴射された燃
料が、吸気弁FA２４に当たつて吸気ポート２０
の一部壁面に集中的に反射するのを防止し、デフ
レクタ６０に当てることによつてその反射方向を
できるだけ広げることを目的とするものである。
例えば、燃料が吸気弁FA２４の閉弁期間中にデ
フレクタ６０で遮られることなく吸気弁FA２４
に当たると、燃料は第１図にＸによつて示された
狭い一部分に集中的にかたまり、壁面に付着して
その後の開弁時の燃料の分散が悪化する。デフレ
クタ６０はこれを改善するものである。

第５図はクランクシヤフトと同期して駆動され
る吸気弁２４の開弁期間FOと排気弁２６の開弁
期間EOとを示した図である。第６図は吸気弁２
４のバルブリフトを示す図である。

２サイクル内燃機関では、ピストン１６が上死
点TDCから下死点BDCへ下降していく膨張行程
と、下死点BDCから上死点TDCへ上昇していく
圧縮行程の２行程しかなく、排気と吸入はこれら
の２行程の間に下死点BDCの近くで行われ、基
本的には過給機４２で押し込まれた新気が排気ガ
スを押し出しつつガス交換を行う掃気を含んでい
る。高負荷時には新気量及び燃料量が多く、従つ
て、シリンダ内に残留する排気ガスは少ないの
で、燃料が空気と十分に混合されれば燃焼上の問
題は少ないが、アイドル時及び低負荷時には新気
量及び燃料量が少なく、残留排気ガスが多い中で
燃焼を行わなければならず、新気が排気中に分散
すると、着火燃焼が非常に困難になるのである。

第５図及び第６図においては、排気弁２６は下
死点BDC前80度の時点で開き、下死点BDC後40
度の時点で閉じる。また、吸気弁２４は排気弁２
６が開いた後で排気ガスの逆流が生じたような時
点、例えば下死点BDC前50度の時点で開き、排
気弁２６の閉弁度の下死点BDC後70度の時点で
閉じる。燃料噴射弁３４は好ましくは吸気弁２４
の開弁期間中にその開弁開始時期よりもわずかに
遅れて作動されるが、その作動時期は機関の負荷
に応じて変わる。燃料噴射量は燃料噴射弁３４の
開弁期間に依存するものであり、開弁期間は低負
荷時には短く、高負荷時には長い。従つて、燃料
噴射弁３４の開弁期間は低負荷時には第６図に示
されるように吸気弁２４の開弁期間内で完了する
が、高負荷時には吸気弁２４の開弁期間内で完了
せずに閉弁期間内まではみ出すことがある。な
お、低負荷時の燃料噴射期間はバルブリフトの大
きい範囲、即ちできるだけ燃料がデフレクタ６０
に当たらない範囲で行われる。また、低負荷時の
燃料噴射期間は吸気弁２４の開弁時期よりも早い
時点で開始されてその閉弁前に燃料がデフレクタ
６０に当たるようになる前に終了するのが好まし
いが、吸気弁２４の閉弁前に燃料がデフレクタ６
０に当たるようになつた後まで継続されることも
できる。

第７図はアイドル時及び低負荷時の排気ガスの
逆流及びスワールの生成、及びそれによつて生じ
る新気と残留排気ガスの成層化を説明する図であ
る。このときには、吸気制御弁４８は閉じられ、
新気の供給は低負荷吸気弁FA２０側からのみと
なる。この新気の供給は、量自体が少なく且つ過
給圧も低いのでゆつくりしたものである。

第７図Ａに示されるように、下死点BDC前80
度になると排気弁２６が開き、排気ガスが燃焼室
１８から排気ポート２２に流れて弱い排気ブロー
ダウンが生じる。この排気ブローダウンはアイド
ル時及び低負荷時においては短時間で終了する。
例えば、アイドル時及び低負荷時の弱い排気ブロ
ーダウンにおける排気ポート２２の圧力は、瞬間
的に２〜３Kg／cm²程度になるが、直ぐに1.05Kg／
cm²程度に下がり、排気ポート２２をわずかに正圧
にしつつ安定化する。

第７図Ｂに示されるように、ピストン１６がさ
らに下降すると、燃焼室１８の圧力が排気ポート
の圧力よりも低下し、排気ブローダウンによつて
燃焼室から排出された排気ガスの一部が燃焼室１
８に再流入（逆流）するようになる。前述したよ
うに、排気ポート２２の構造及びマスク５６等は
このようにして逆流してきた排気ガスにスワール
Ｓを形成させるのに適したものである。

第７図Ｃに示されるように、下死点BDC前50
度になると、低負荷吸気弁FA２０が開く。する
と、スロツトル弁４０で調量され、過給機４２に
よつて比較的に低い圧力で供給される新気は、排
気スールＳの上にゆつくりと乗り、且つそれ自体
も排気スワールＳと同じ方向に、シリンダ軸線の
回りにスワールする。このようにして、新気はシ
リンダヘツド１４側の点火プラグ２８側に近い部
位に集まり、即ち、シリンダヘツド１４側の新気
とピストン１６側の排気との成層化が達成される
のである。この新気と排気の成層は、第７図Ｄに
示されるように、ピストン１６が下死点まで下降
して上昇に転じた後もスワールによつて維持され
る。

低負荷時には、燃料はこのようにして形成され
たスワールの最上層の新気の部分に供給され、吸
気弁２４に当たつて微粒化され且つ反射混合され
て濃い混合気となつてシリンダヘツド１４側の点
火プラグ２８側に近い部位に集まり、点火プラグ
２８によつて容易に着火して確実な燃焼が得られ
るようになるのである。

高負荷時には新気制御弁４８が開かれるので両
方の吸気ポート２４を通つて新気が供給されるよ
うになり、特に、大量の空気が高負荷側の吸気ポ
ートFB２４を通ることができるようになる。こ
のように新気量が多くなると再流入排気ガスのス
ワールの効果はなくなり、多量の新気による横断
掃気が行われるようになる。このときに、シリン
ダヘツド１４の中央を横断するマスク５６がある
ので、吸気ポート２０から排気ポート２２に向か
つて供給された新気はマスク５６に当たつて下向
き流れになり、結局、新気が最初下向きに流れ次
にピストン１６に当たつて上向きになり、Ｕ字状
の流れで掃気を行う。

このときには、燃料は噴射の初期のものがデフ
レクタ６０に吸気ポート２０内で新気と混合され
てその新気とともに燃焼室１８の中を下の方まで
進入することができ、その後で噴射された燃料が
吸気弁２４と衝突しつつさらに拡散されて多量の
空気と混合される。このようにして、高負荷時に
は多量の燃料が多量の空気と混合しつつ供給され
る。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案による内燃機関の
燃料噴射装置によれば、低負荷時には少量の燃料
が成層化された空気の上の方の新気層の中に微粒
化良く混合され、高負荷時には多量の燃料がやは
り微粒化良く多量の空気と混合されるように供給
され、よつて全ての運転領域において適切な燃料
の供給を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第２図の線−に沿つた断面図、第
２図は第４図の燃焼室の拡大図、第３図は本考案
を適用した６気筒の２サイクル内燃機関を示す
図、第４図は第３図の１気筒の燃焼室の近傍を示
す図、第５図はバルブタイミングを示す図、第６
図は吸気弁のバルブリフトを示す図、第７図は低
負荷時の成層化を説明する説明図である。 １４……シリンダヘツド、１６……ピストン、
１８……燃焼室、２０……吸気ポート、２２……
排気ポート、２４……吸気弁、２６……排気弁、
３４……燃料噴射弁、４８……吸気制御弁、５６
……マスク、６０……デフレクタ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. シリンダヘツドに設けられた吸気ポートと、該
   吸気ポートに配置されたポペツト型吸気弁とを有
   する内燃機関において、燃料噴射弁が前記吸気弁
   の弁がさ部に向けて広がりの少ない棒状の燃料を
   噴射するように配置されるとともに、該吸気弁の
   バルブステムにデフレクタが取りつけられ、低負
   荷時には前記吸気弁のバルブリフトの大きい範囲
   で燃料が噴射されるとともにその燃料が前記吸気
   弁の弁がさ部に当たつて微粒化され、高負荷時に
   は前記吸気弁の閉弁を含むバルブリフトの小さい
   範囲からバルブリフトの大きい範囲で燃料が噴射
   されるとともにバルブリフトの小さい範囲では燃
   料が前記デフレクイタに当たつて微粒化されるよ
   うにしたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装
   置。