JPH1089077A - 内燃機関における燃焼特性改善方法および内燃機関 - Google Patents

内燃機関における燃焼特性改善方法および内燃機関

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JPH1089077A
JPH1089077A JP9236636A JP23663697A JPH1089077A JP H1089077 A JPH1089077 A JP H1089077A JP 9236636 A JP9236636 A JP 9236636A JP 23663697 A JP23663697 A JP 23663697A JP H1089077 A JPH1089077 A JP H1089077A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃ピストン機関のとくに部分負荷領域にお
ける作動特性を改善する。 【解決手段】 燃焼室(6) に隣接するピストン(6) を作
動させるシリンダと、誘導システム(14)をもつ燃焼室と
一時的に連絡する給気バルブ(10)と、排気ガスシステム
(16)をもつ燃焼室(6) と一時的に連絡する排気バルブ(1
2)とを有する内燃機関における燃焼特性改善方法は、排
気バルブ(12)が、作動サイクルの少なくとも一部の間だ
け部分的に開かれ、その間では、燃焼室(6) における排
気バルブに隣接する領域の圧力が、排気ガスシステム(1
6)における排気バルブに隣接する領域の圧力より高く、
バルブシート(22)にそう排気バルブの部分的開口によっ
て形成される流路が、これを通じて発生する排気ガス逆
流を直接的に燃焼室に向かわせるように形成されている
ことを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、燃焼室に隣接す
るピストンを作動させるシリンダと、誘導システムをも
つ燃焼室と一時的に連絡する給気バルブと、排気ガスシ
ステムをもつ燃焼室と一時的に連絡する排気バルブとを
有する内燃機関における燃焼特性改善方法および内燃機
関に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】厳格な排気ガス規制お
よび燃料消費レベル低減の必要性は、内燃機関の作動特
性の管理制御システムの観点や、そのような機関の燃焼
特性を左右するという観点からますます高度のものが要
求されている。
【０００３】内燃ピストン機関における部分負荷時の作
動特性または燃焼特性を改善する一般的な方法は、部分
負荷時に新規充填物を燃焼室に直接的に流入させるもの
で、渦流（ピストン運動の軸のまわりの回転流）および
／またはタンブル流（ピストン運動方向と直交する軸の
まわりの回転流）を燃焼室に形成することによる。それ
は、給気ダクト内のスクリーン手段を合同させること、
各シリンダに複数の給気バルブがある場合、１つの給気
バルブを作動させないこと等々によって達成される。そ
のような方策は、混合状態を改善しかつよりよい燃焼を
得られるように増大させた充填運動が達成されるように
企みられる。
【０００４】この発明の目的は、内燃ピストン機関のと
くに部分負荷領域における作動特性をさらに改善するこ
とにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この目的は、請求項１の
方法によって達成される。
【０００６】この発明の方法によれば、作動サイクルの
一部の間に発生する排気ガス逆流が燃焼室内に直接的流
れを形成するために、単独で、または付加的に用いら
れ、これにより、給気バルブが開かれているときに燃焼
室に流入する新規充填物のための熱力学的燃焼条件が改
善される。その場合、新規充填物の運動エネルギーが増
大し、新規充填物と排気ガスの集中的な混合が行われ、
燃焼室壁上の燃料膜が壊される等々のことが起こる。
【０００７】この発明の請求項２の方法によりもたらさ
れる利点によれば、壁の近くで燃焼に好ましい影響を与
える排気ガスの包み込みを生じさせられる。
【０００８】この発明の請求項３による具体例は、渦流
が安定した巨視的な回転流を、壁の近くで新規充填物が
集中する通常オットサイクルではスパークプラグを配列
される中央領域に形成するという点でとくに有利であ
る。
【０００９】請求項４の特徴によれば、新規充填物が排
気ガス包み込みに「パック」される。それは、燃焼室壁
面上の排気ガス逆流が、導入されるか、燃焼する新規充
填物を燃焼室壁から分離する排気ガス層を形成すること
により達成される。その結果、稀薄混合気による作動能
力および残留ガス適合性が改善され、炭化水素放出レベ
ルが低減し、壁熱ロスおよび冷却熱ロスが低減し、これ
は、消費の観点から有利である。壁近くの排気ガス層は
新規充填物の燃焼の時、あるいはその直前の時となって
おり、換言すれば、回転流の運動エネルギーは消費され
うる。
【００１０】請求項５は、発明の目的を達成するための
内燃機関の基本的構造を特徴づけるものである。請求項
１の方法は、必然的に内燃機関に置き代わる。
【００１１】請求項６および請求項７は、この発明の内
燃機関の有利な具体例を特徴づけるものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】この発明の実施の形態をつぎに図
面を参照して説明する。
【００１３】図１を参照すると、内燃機関は、シリンダ
内で作動する１または２以上のピストン2 を有してお
り、シリンダはシリンダヘッド4 に備えられた燃焼室6
を区画し、燃焼室の上からはスパークプラグ8 が中央に
のびてきている。充填量は、１またはそれ以上の給気バ
ルブ10および１またはそれ以上の排気バルブ12によって
制御され、これらは一時的に燃焼室6 と通じ、燃焼室に
は誘導システム14および排気ガスシステム16がそれぞれ
備えられている。バルブ10および12は、内燃機関のクラ
ンクシャフト（図示しない）と共同する既知のカム駆動
装置18によって制御される。
【００１４】図２において、横座標にクランクシャフト
（図示しない）の回転角度が示され、一方、縦座標に排
気バルブおよび給気バルブの対応する開口度がそれぞれ
示されている。図２に見られるように、排気バルブの開
口はクランク角約１３０°（EO）で始まり、この場合、
排気バルブはクランクシャフトの下死点（BDC ）の領域
では既にかなり大きく開いておりかつクランクシャフト
の上死点（TDC ）を過ぎて閉じている（ECで）。給気バ
ルブはクランクシャフトの上死点の前に開き（IOで）か
つクランクシャフトの下死点の後に閉じている（IC
で）。
【００１５】給気バルブが既に開いているときに、排気
バルブはまだ開いていることがわかるであろう。バタフ
ライバルブ20（図１）が実質的に閉じられているときに
達成される誘導システム14における高負圧の領域では、
バルブオーバーラップにより、誘導システムにおけるバ
タフライバルブ20の下流の負圧は燃焼室に流入しかつピ
ストンが上死点を越えて移動するときにさらに増大させ
られ、もって、まだ若干開いている排気バルブ12にそっ
て、排気ガスシステム16から燃焼室6 への排気ガスの逆
流が生じる。
【００１６】逆流は、排気バルブシートが例えば図３お
よび図４に示されている形態であるおかげで故意に用い
られる。
【００１７】図３は、シリンダあたり２つの給気バルブ
10および２つの排気バルブ12をもったシリンダヘッドを
下から眺めたものである。図４は、図３のIVーIV線にそ
う断面であり、排気バルブ12は開かれているが、明瞭化
のために給気バルブは示されていない。
【００１８】見られるように、シリンダヘッド4 は、排
気バルブシート22の外周の一部にスクリーンまたはシー
ルド24を備えており、それは、バルブの運動方向と平行
に、燃焼室6 内に延長されている。スクリーン24は、バ
ルブリフトの一部において、排気バルブ12とシリンダヘ
ッド4 の隣接する壁間の通し流れ横断面を減少させてい
る。その点に関して、図３に見られるように、スクリー
ン24が排気バルブシートのそれぞれの周辺領域にある形
態であり、減少させられた通し流れ横断面がピストンの
運動方向の回りの燃焼室の周方向に有効であり、排気ガ
スが逆流である場合、図３に矢印で示される方向の給気
流れが実質的に生じる。それぞれのスクリーン24は例え
ば排気バルブシートの周方向の約１８０°だけ広がり、
スクリーンの端部は燃焼室の半径によって与えられる。
【００１９】上記の配列により、バタフライ弁20が実質
的に閉じられている低負荷領域において、排気ガスの逆
流は、ピストン運動の軸を中心とする周方向における燃
焼室の回りに広がる渦流を形成し、これは新規充填物の
流入流れを取り囲むか、遮蔽しかつスパークプラグ8 の
配列された燃焼室6 の中心領域に集中させる。それは、
稀薄混合物を使用する能力を相当に改善し、かつ、残留
ガス適合性の相当な改善となる。燃焼速度は低下させら
れる。内燃機関の燃料消費は低下させられ、同時に、排
気ガス特性が改善される。
【００２０】充填運動が既知の方法において新規充填物
の流れによって影響されることと対照して、排気ガスの
逆流は低負荷時にだけ生じるから、既知のやり方では、
新規充填物の流入によって影響される全負荷時であって
も、不利益を受けることはない。 発明はさまざまに修
正されるであろう。
【００２１】例えば、燃焼室内における負圧はバタフラ
イ弁によって発生させられるだけでなく、給気および／
または排気バルブの開口機能によって直接的に発生させ
られる。ある使用のために、排気バルブの開口機能に適
切に影響を及ぼすことにより、排気バルブを図２に示す
よりも故意に長く開くようにすることも有利であろう。
適切なバルブの形状および点火プラグや噴射ノズルの位
置に関して有利であるならば、スクリーン部分および／
またはシールド手段を排気バルブのステムに装置して燃
焼室内にタンブル流を生じさせてもよい。発明は、オッ
トーサイクルエンジンのみならずディーゼルエンジンに
も適用できる。シリンダあたり複数の排気バルブをもっ
ているエンジンでは、そのうちの１つにだけスクリーン
手段を備えるようにしてもよい。エンジンが複数の排気
バルブをもっており、排気バルブがそれらの軸およびシ
リンダの軸に関して非対称な形態とし、そして、燃焼室
内に直接的排気ガス逆流を生じさせるならば、非対称が
逆流の方向づけをもたらすように、排気バルブを１つだ
け作動させることが充分となろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】往復ピストン内燃機関の制御用バタフライバル
ブを通る断面図である。
【図２】図１の内燃機関のバルブリフト曲線図である。
【図３】ピストンの側から見たシリンダヘッドの底面図
である。
【図４】図３のシリンダヘッドのIVーIVにそう詳細断面
図である。
【符号の説明】
2 ピストン 6 燃焼室 10 給気バルブ 12 排気バルブ 14 誘導システム 16 排気ガスシステム 18 カム駆動装置 22 バルブシート 24 スクリーン
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５１０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５１０Ｂ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃焼室(6) に隣接するピストン(6) を作
    動させるシリンダと、誘導システム(14)をもつ燃焼室と
    一時的に連絡する給気バルブ(10)と、排気ガスシステム
    (16)をもつ燃焼室(6) と一時的に連絡する排気バルブ(1
    2)とを有する内燃機関における燃焼特性改善方法におい
    て、 排気バルブ(12)が、作動サイクルの少なくとも一部の間
    だけ部分的に開かれ、その間では、燃焼室(6) における
    排気バルブに隣接する領域の圧力が、排気ガスシステム
    (16)における排気バルブに隣接する領域の圧力より高
    く、バルブシート(22)にそう排気バルブの部分的開口に
    よって形成される流路が、これを通じて発生する排気ガ
    ス逆流を直接的に燃焼室に向かわせるように形成されて
    いることを特徴とする内燃機関における燃焼特性改善方
    法。
  2. 【請求項２】 排気ガス逆流が、燃焼室内において壁に
    近くかつ軸の回りに回転する流れを形成する請求項１記
    載の方法。
  3. 【請求項３】 排気ガス逆流が、燃焼室(6) 内において
    シリンダの軸のまわりに広がる渦流を形成する請求項１
    または請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 新規充填物が、渦流排気ガス逆流の半径
    方向内側に導入されかつ燃焼時に排気ガスの層によって
    燃焼壁から分離される請求項２または請求項３記載の方
    法。
  5. 【請求項５】 燃焼室(6) に隣接するピストン(6) を作
    動させるシリンダと、誘導システム(14)をもつ燃焼室と
    一時的に連絡する給気バルブ(10)と、排気ガスシステム
    (16)をもつ燃焼室(6) と一時的に連絡する排気バルブ(1
    2)とを備えている内燃機関において、 排気バルブ(12)が、作動サイクルの少なくとも一部の間
    だけ部分的に開かれ、その間では、燃焼室(6) における
    排気バルブに隣接する領域の圧力が、排気ガスシステム
    (16)における排気バルブに隣接する領域の圧力より高
    く、バルブシート(22)にそう排気バルブの部分的開口に
    よって形成される流路が、これを通じて発生する排気ガ
    ス逆流を直接的に燃焼室に向かわせるように形成される
    ようにバルブの開閉を制御する手段(18)を備えているこ
    とを特徴とする内燃機関。
  6. 【請求項６】 排気バルブシート(22)が、その周の一部
    に小バルブリフト時に通し流れ横断面を減少させるスク
    リーン手段(24)を備えており、スクリーン手段は、概ね
    燃焼室(6) の周方向と向合わされ、その周方向はピスト
    ンの運動の軸のまわりに指向させられている請求項５記
    載の内燃機関。
  7. 【請求項７】 バルブシート(22)をそれぞれに有する２
    つの排気バルブ(12)が備えられ、それぞれのスクリーン
    手段が周方向と同じ方向に向けられている請求項５また
    は請求項６記載の内燃機関。
JP9236636A 1996-09-04 1997-09-02 内燃機関における燃焼特性改善方法および内燃機関 Withdrawn JPH1089077A (ja)

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