JPH05113120A - 副室付き２サイクル内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 副室付き２サイクルディーゼル機関におい
て、良好なループ掃気を得ると共に空気利用率の高い良
好な燃焼を得る。 【構成】 平坦なシリンダヘッド内壁面３ａ上に一対の
第１凹部５を形成し、第１凹部５の底部にシリンダヘッ
ド内壁面３ａに対して傾斜配置された給気弁６を配置す
る。各第１凹部５に対面するピストン頂面２ａ上に第２
凹部２１を形成し、第１凹部５と第２凹部２１とにより
給気弁６の軸線周りでほぼ円筒状をなす一対のキャビテ
ィ２３を形成する。キャビティ２３は主室を形成する。
一対の給気弁６間に位置するシリンダヘッド内壁面３ａ
の周辺部上に副室の噴口を配置する。ピストン頂面２ａ
上に副室噴口の下方からキャビティ２３まで延びる噴流
ガイド溝を形成し、噴流ガイド溝をキャビティ２３内に
接線状に連結する。第１凹部の内周壁面部分５ａが排気
弁７側の給気弁６の開口を覆うマスク壁を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は副室付き２サイクル内燃
機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】平坦なシリンダヘッド内壁面の周辺部に
渦流室の噴口を配置すると共にシリンダヘッド内壁面上
に吸気弁および排気弁を各弁の軸線がシリンダヘッド内
壁面に対して垂直に延びるように配置し、吸気弁および
排気弁に対面する平坦なピストン頂面上に夫々対応する
吸気弁および排気弁の弁径よりもその内径がやや大きい
凹部を形成してこれら各凹部とシリンダヘッド内壁面と
により主室を形成するキャビティを夫々形成し、更にピ
ストン頂面上に渦流室の噴口下方から各キャビティまで
延びる噴流ガイド溝を形成して噴口から噴出した火炎噴
流を噴流ガイド溝を介してキャビティ内に送り込み、渦
流室内とキャビティ内の双方で燃焼を行わせるようにし
た渦流室付きディーゼル機関が公知である（特開昭５８
−９１３２７号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで２サイクル内
燃機関では良好な掃気効率を得るために、機関シリンダ
内をシリンダ軸線を含む平面内においてループ掃気する
ことが好ましい。しかしながら上述の渦流室付きディー
ゼル機関では吸気弁および排気弁が開弁したときに吸気
弁の開口が吸気弁の全周に亘って機関シリンダ内に開口
し、排気弁の開口が排気弁の全周に亘って機関シリンダ
内に開口する。従って、この渦流室付きディーゼル機関
を２サイクル機関に適用した場合には排気弁側に位置す
る給気弁の開口から流入した吸入空気がシリンダヘッド
内壁面に沿って進み、次いで排気弁の開口を通って排気
ポート内に吹き抜けてしまい、その結果良好なループ掃
気を確保できないという問題が生ずる。

【０００４】この問題を解決するためにシリンダヘッド
内壁面上に凹部を形成すると共にこの凹部の底部に給気
弁を給気弁の軸線がシリンダヘッド内壁面に対して垂直
に延びるように配置し、この凹部の内周壁面が排気弁側
の給気弁の開口を覆うマスク壁を形成するようにすれ
ば、良好なループ掃気を得ることができる。しかしなが
らこの場合、シリンダヘッド内壁面上に形成された凹
部、即ち第１の凹部は第１凹部のほぼ全体に亘ってマス
ク壁の深さと同じ深さを有することになる。その結果、
この第１凹部と、第１凹部に対面するピストン頂面上に
形成された凹部、即ち第２の凹部とにより形成されるキ
ャビティの容積が大きくなり、その結果圧縮比が低下し
てしまうという問題を生ずる。

【０００５】一方、シリンダヘッド内壁面上に第１の凹
部を形成すると共にこの第１凹部の底部にシリンダヘッ
ド内壁面に対して傾斜配置された給気弁を配置し、第１
凹部の内周壁面が排気弁側の給気弁の開口を覆うマスク
壁を形成するようにすれば、高い圧縮比を確保しつつ良
好なループ掃気を得ることができる。しかしながらこの
場合には第１凹部に対面するピストン頂面上に形成され
た第２凹部の底面と第１凹部の底面とが互いに傾斜配置
されることになり、従って第１凹部と第２凹部とにより
形成されるキャビティの両端面が平行に形成されないこ
とになる。即ち、マスク壁側に位置するキャビティの両
端面間の距離がマスク壁と反対側に位置するキャビティ
の両端面間の距離よりも大きくなる。このようにキャビ
ティの両端面が平行に形成されていないと、噴流ガイド
溝を介してキャビティ内に送り込まれた火炎噴流は両端
面間の距離が大きいキャビティ部分、即ち断面積が大き
いキャビティ部分において減速されてしまい、その結果
火炎噴流がキャビティ内で良好に旋回されない。即ち、
火炎噴流がキャビティ内全体に行き渡らない。このよう
に火炎噴流がキャビティ内全体に行き渡らないとキャビ
ティ内の一部の空気しか燃焼に有効に寄与せしめられな
いので空気利用率が低下し、斯くして良好な機関高出力
を確保できないという問題を生ずる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明によれば、平坦なシリンダヘッド内壁面の周
辺部に副室の噴口を配置すると共に給気弁下方のシリン
ダヘッド内壁面と平坦なピストン頂面間に主室を形成す
るキャビティを形成し、更にピストン頂面上に副室の噴
口下方からキャビティまで延びる噴流ガイド溝を形成し
て噴口から噴出した火炎噴流を噴流ガイド溝を介してキ
ャビティ内に送り込むようにした副室付き２サイクル内
燃機関において、シリンダヘッド内壁面上に第１の凹部
を形成すると共に第１の凹部の底部にシリンダヘッド内
壁面に対して傾斜配置された給気弁を配置し、第１の凹
部に対面するピストン頂面上に第２の凹部を形成して第
１の凹部と第２の凹部とにより給気弁の軸線周りでほぼ
円筒状をなすキャビティを形成し、噴流ガイド溝をキャ
ビティ内に接線状に連結せしめ、第１凹部の内周壁面が
排気弁側の給気弁の開口を覆うマスク壁を形成するよう
にしている。

【０００７】

【作用】排気弁側の給気弁の開口がマスク壁によって覆
われているので、吸入空気は排気弁と反対側の給気弁の
開口から機関シリンダ内に流入し、この吸入空気がシリ
ンダ内壁面に沿ってピストン頂面に向かい、次いでピス
トン頂面上において向きを変えてシリンダ内壁面に沿い
排気弁の開口に向けて流れ、斯くしてループ掃気流が形
成される。また、キャビティがほぼ円筒状をなすと共に
噴流ガイド溝がキャビティ内に接線状に連結せしめられ
るので、副室の噴口から噴流ガイド溝を介してキャビテ
ィ、即ち主室内に送り込まれた火炎噴流がキャビティ内
で良好に旋回せしめられ、斯くして火炎噴流がキャビテ
ィ内全体に行き渡る。

【０００８】

【実施例】図１から図４に本発明を副室付き２サイクル
ディーゼル機関に適用した場合を示す。図１から図４を
参照すると、１はシリンダブロック、２はシリンダブロ
ック１内で往復動するピストン、３はシリンダブロック
１上に固定されたシリンダヘッドを夫々示す。図１から
図４に示されるようにシリンダヘッド３の内壁面３ａは
全体的に平坦をなし、またピストン２の頂面２ａは全体
的に平坦をなすと共にシリンダヘッド内壁面３ａに対し
て平行をなす。図１および図３に示されるようにシリン
ダヘッド内壁面３ａの一側には一対の第１の凹部５が形
成され、これら第１凹部５の底部にシリンダヘッド内壁
面３ａに対して傾斜配置された給気弁６が夫々配置され
る。一方、シリンダヘッド内壁面３ａの他側には一対の
排気弁７が配置される。図１に示されるように傾斜配置
された給気弁６が閉弁したときに給気弁６のかさ部６ａ
の前面６ｂの内で最も下方に位置する部分、即ちピスト
ン２側に位置する部分がシリンダヘッド内壁面３ａとほ
ぼ同一平面内に位置する。また排気弁７が閉弁したとき
に排気弁７のかさ部７ａの前面７ｂはシリンダヘッド内
壁面３ａとほぼ面一をなす。

【０００９】図１および図３に示されるように排気弁７
側に位置する第１凹部５の内周壁面部分５ａは給気弁６
のかさ部６ａの周縁部に極めて近接配置された部分円筒
状をなし、この部分円筒状内周壁面部分５ａによって排
気弁７側に位置する給気弁６周縁部と弁座９間の開口が
閉鎖される。図６に示されるように給気弁６が最大リフ
ト位置にあるときにも給気弁６のかさ部６ａの円筒状外
周面の一部と第１凹部５の部分円筒状内周壁面部分５ａ
の一部とが対面しており、従って排気弁７側に位置する
給気弁６の開口は給気弁６の開弁期間全体に亘って部分
円筒状内周壁面部分５ａにより閉鎖される。即ち、この
部分円筒状内周壁面部分５ａは排気弁７側の給気弁６の
開口を給気弁６の開弁期間全体に亘って閉鎖するマスク
壁を形成する。図１および図３に示されるように排気弁
７と反対側に位置する第１凹部５の内周壁面部分５ｂは
機関シリンダ内に向けて拡開する部分円錐面から形成さ
れる。一方、排気弁７に対しては排気弁７と弁座１０間
の開口を覆うマスク壁が設けられておらず、従って排気
弁７が開弁すると排気弁７と弁座１０間に形成される開
口はその全体が機関シリンダ内に開口することになる。
シリンダヘッド３内には給気弁６に対して給気ポート１
２が形成され、排気弁７に対して排気ポート１３が形成
される。

【００１０】図２および図３に示されるようにシリンダ
ヘッド３内には副室１５が形成され、この副室１５は噴
口１６を介して機関シリンダ内に連通せしめられる。こ
の噴口１６は一対の給気弁６間に位置するシリンダヘッ
ド内壁面３ａの周辺部上に配置されている。図３からわ
かるように副室１５および噴口１６はシリンダ軸線を含
む対称面Ｋ−Ｋ上に配置されており、一対の第１凹部
５、一対の給気弁６および一対の排気弁７はこの対称面
Ｋ−Ｋに関して対称的に配置されている。また図２に示
されるように副室１５内には燃料噴射弁１８およびグロ
ープラグ１９が配置され、この燃料噴射弁１８から副室
１５内に向けて燃料が噴射される。

【００１１】図１および図４に示されるように一対の第
１凹部５に対面するピストン頂面２ａ上に一対の第２の
凹部２１が形成される。この第１凹部５と第２凹部２１
とによりピストン２が上死点付近にあるときに給気弁６
の軸線周りでほぼ円筒状をなすキャビティ２３が形成さ
れる。この一対のキャビティ２３は主室を構成する。図
１に示されるように第１凹部５の底面と第２凹部２１の
底面とは互いに平行をなし、従って給気弁６のかさ部前
面６ｂと第２凹部２１の底面とは互いに平行をなす。従
ってほぼ円筒状をなすキャビティ２３の両端面は互いに
平行に形成されている。また図４からわかるようにこの
一対のキャビティ２３は上述の対称面Ｋ−Ｋに関して対
称的に形成されることになる。

【００１２】更に、図２および図４に示されるようにピ
ストン頂面２ａ上には副室の噴口１６の下方から一対の
キャビティ２３まで延びる噴流ガイド溝２５が形成され
る。図４からわかるようにこの噴流ガイド溝２５は上述
の対称面Ｋ−Ｋ上に形成されており、噴流ガイド溝２５
は一対のキャビティ２３内に接線状に連結せしめられ
る。また図２に示されるように噴流ガイド溝２５の底面
は第２凹部２１の底面に対してほぼ平行をなして延びて
おり、更に、対称面Ｋ−Ｋに対して直交する垂直断面内
で見た場合、図５に示されるように噴流ガイド溝２５の
方が第２凹部２１よりもピストン頂面２ａから若干深く
形成されている。

【００１３】次に、図１から図５に示される副室付き２
サイクルディーゼル機関における掃気作用と、副室１５
内および主室を形成する一対のキャビティ２３内におけ
る燃焼について説明する。図６に示されるように給気弁
６および排気弁７が開弁すると給気弁６を介して機関シ
リンダ内に空気が流入する。このとき、排気弁７側の給
気弁６の開口は第１凹部５の部分円筒状内周壁面部分５
ａ、即ちマスク壁５ａによって覆われているので空気は
マスク壁５ａと反対側の給気弁６の開口から機関シリン
ダ内に流入する。この空気は矢印Ｗで示すように給気弁
６下方のシリンダ内壁面に沿い下降し、次いでピストン
２の頂面に沿い進んで排気弁７下方のシリンダ内壁面に
沿い上昇し、斯くして空気は機関シリンダ内をループ状
に流れることになる。このループ状に流れる空気Ｗ、即
ちループ掃気流Ｗによって機関シリンダ内の既燃ガスが
排気弁７を介して効率良く排出され、斯くして良好な掃
気効率を確保することができる。

【００１４】次いで給気弁６および排気弁７が閉弁した
後、ピストン２が上死点前後に位置するときに燃料噴射
弁１８から副室１５内に向けて燃料噴射が行われる。副
室１５内に噴射された燃料が着火すると副室１５内で燃
焼が行われると共に、副室１５内の未燃混合気と燃焼ガ
スとが火炎噴流となって噴口１６から噴出せしめられ、
この噴口１６から噴出せしめられた火炎噴流が噴流ガイ
ド溝２５を介して一対のキャビティ２３内、即ち主室内
に送り込まれる。このとき、噴流ガイド溝２５が一対の
キャビティ２３内に接線状に連結されているので図４に
おいて矢印Ｓで示すように火炎噴流はほぼ円筒状をなす
キャビティ２３内で良好に旋回せしめられ、斯くしてキ
ャビティ２３内で火炎噴流の渦流が形成される。更に、
上述したようにほぼ円筒状をなすキャビティ２３の両端
面は互いに平行をなすように形成されている。もしキャ
ビティ２３の両端面が平行に形成されていないと両端面
間の距離が長いキャビティ部分、即ち断面積が大きいキ
ャビティ部分において火炎噴流の渦流Ｓが減速されてし
まうが、このようにキャビティ２３の両端面が平行に形
成されているので火炎噴流の渦流Ｓは減速されることな
くキャビティ２３内で良好に旋回せしめられ、その結果
火炎噴流がキャビティ２３内全体に良好に行き渡る。斯
くして燃料とキャビティ２３内全体の空気とが良好にミ
キシングされる。その結果キャビティ２３内、即ち主室
内において良好な燃焼を行うことができると共に空気利
用率を高めることができる。

【００１５】図１に示されるように本発明による実施例
では給気弁６がシリンダヘッド内壁面３ａに対して傾斜
配置されている。この代りに給気弁６の軸線がシリンダ
軸線に対して平行をなすように給気弁６を配置して且つ
マスク壁５ａを確保しようとすると、第１凹部５の深さ
を第１凹部５のほぼ全体に亘って深く形成せざるを得な
くなり、その結果キャビティ２３の容積が必然的にかな
り増大してしまう。これに対し、図１に示されるように
給気弁６をシリンダヘッド内壁面３ａに対して傾斜配置
することにより適切な小さな容積を有するキャビティ２
３を形成することができ、その結果高い圧縮比を確保す
ることができる。

【００１６】また、キャビティ２３内における燃焼によ
って加熱された給気弁６は新気の流入によって冷却さ
れ、従ってキャビティ２３内において過熱部分が生じる
ことが防止される。従って、キャビティ２３内に送り込
まれた未燃混合気が上死点前に自己着火してディーゼル
ノックが発生することを阻止できる。なお、これまでほ
ぼ円筒状をなすキャビティ２３の両端面が互いに平行を
なすように形成された実施例について説明してきた。し
かしながら火炎噴流の渦流Ｓが実質的に減速されない程
度であればキャビティ２３の両端面が平行からわずかに
ずれていてもよい。

【００１７】

【発明の効果】排気弁側の給気弁の開口をマスク壁によ
って覆うことにより良好なループ掃気を得ることができ
る。また、副室の噴口から噴流ガイド溝を介してキャビ
ティ内に送り込まれた火炎噴流がキャビティ内全体を良
好に旋回せしめられ、斯くして空気利用率の高い良好な
燃焼を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図３のＩ−Ｉ線に沿ってみた副室付き２サイク
ルディーゼル機関の断面図である。

【図２】図３のII−II線に沿ってみた断面図である。

【図３】シリンダヘッドの底面図である。

【図４】ピストン頂面の平面図である。

【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿ってみた拡大断面図であ
る。

【図６】ループ掃気流の流れを示すための図３のＩ−Ｉ
線に沿ってみた断面図である。

【符号の説明】

２…ピストン ２ａ…ピストン頂面 ３…シリンダヘッド ３ａ…シリンダヘッド内壁面 ５…第１の凹部 ５ａ…第１凹部の内周壁面部分（マスク壁） ６…給気弁 ７…排気弁 １５…副室 １６…噴口 ２１…第２の凹部 ２３…キャビティ ２５…噴流ガイド溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中江 公一 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平坦なシリンダヘッド内壁面の周辺部に
   副室の噴口を配置すると共に給気弁下方のシリンダヘッ
   ド内壁面と平坦なピストン頂面間に主室を形成するキャ
   ビティを形成し、更にピストン頂面上に副室の噴口下方
   からキャビティまで延びる噴流ガイド溝を形成して噴口
   から噴出した火炎噴流を該噴流ガイド溝を介してキャビ
   ティ内に送り込むようにした副室付き２サイクル内燃機
   関において、シリンダヘッド内壁面上に第１の凹部を形
   成すると共に該第１の凹部の底部にシリンダヘッド内壁
   面に対して傾斜配置された給気弁を配置し、該第１の凹
   部に対面するピストン頂面上に第２の凹部を形成して該
   第１の凹部と第２の凹部とにより給気弁の軸線周りでほ
   ぼ円筒状をなす上記キャビティを形成し、上記噴流ガイ
   ド溝を該キャビティ内に接線状に連結せしめ、該第１凹
   部の内周壁面が排気弁側の給気弁の開口を覆うマスク壁
   を形成する副室付き２サイクル内燃機関。