JPH11182255A - Internal combustion engine - Google Patents

Internal combustion engine

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JPH11182255A
JPH11182255A JP9354745A JP35474597A JPH11182255A JP H11182255 A JPH11182255 A JP H11182255A JP 9354745 A JP9354745 A JP 9354745A JP 35474597 A JP35474597 A JP 35474597A JP H11182255 A JPH11182255 A JP H11182255A
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Japan
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intake
exhaust
internal combustion
combustion engine
cylinder
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Application number
JP9354745A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiji Amano
野 寿 二 天
Fujio Shoji
司 不二雄 庄
Teruhiro Sakurai
井 輝 浩 桜
Fukuei Chiyou
福 榮 張
Tatsuo Sakonji
樹 生 左近司
Kazuhisa Okamoto
本 和 久 岡
Kenji Nakagawa
川 健 司 中
Tomohito Shimokata
形 智 史 下
Yasuharu Kawabata
端 康 晴 川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Gas Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Gas Co Ltd
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Publication date
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24Cylinder heads
    • F02F1/42Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
    • F02F1/4214Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads specially adapted for four or more valves per cylinder
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve scavenging and prevent output performance or exhaust gas performance from deteriorating due to a residue of exhaust gas by setting total flow area per cylinder of exhaust valves provided in a cylinder head of a reciprocation type internal combustion engine to be larger than that of intake valves. SOLUTION: For accelerating the scavenging of combustion gas after combustion stroke of an engine and reducing residual gas, total flow area per cylinder of exhaust valves 91 provided for a cylinder head 3 is formed so as to be larger than that of intake valves 8. In other words, the number of exhaust valves 91 per cylinder is made larger than number of the intake valves 8 to enlarge total flow area per cylinder of the exhaust valves 91. By designing the shape of the top surface 2a of a piston 2 so that intake air sucked from an intake port 5 into the cylinder 1 generates tumbling flow toward an exhaust port 6, scavenging effect is improved. An auxiliary port for discharging the residual gas can be provided for a cylinder head 3.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば気体燃料を
用いる内燃機関であって、シリンダ内の燃焼ガスの残留
を減少させる手段を有する内燃機関に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an internal combustion engine using gaseous fuel, for example, and having means for reducing the residual combustion gas in a cylinder.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の往復式内燃機関、特に無過給式の
火花点火式内燃機関にあっては、吸入効率を高めて性能
向上を図るためにシリンダへの吸入抵抗を減少させるこ
とが重要であり、したがって、排気弁あるいは排気ポー
ト面積よりも、吸気弁、吸気ポート面積を大きくするこ
とが一般的であった。
2. Description of the Related Art In a conventional reciprocating internal combustion engine, in particular, a non-supercharged spark ignition internal combustion engine, it is important to reduce suction resistance to a cylinder in order to increase suction efficiency and improve performance. Therefore, it is common to make the intake valve and the intake port area larger than the exhaust valve and the exhaust port area.

【0003】その一方、排気行程後にシリンダ内に残留
した排気ガスは、充填効率を悪化させるだけでなく、吸
気温度を上昇させて異常燃焼や耐ノック性能を低下させ
る等の不具合を発生させる。そこで従来は、吸排気弁の
開弁のオーバーラップ期間(図36参照)を大きくして
残留ガス量を減らすことが行われていた。しかし、この
方法では新気の排気管への吹き抜け量が大きくなるとい
う問題があった。
On the other hand, the exhaust gas remaining in the cylinder after the exhaust stroke not only deteriorates the charging efficiency, but also raises the intake air temperature to cause problems such as abnormal combustion and reduced knock resistance. Therefore, conventionally, the overlap period (see FIG. 36) of opening the intake and exhaust valves has been increased to reduce the residual gas amount. However, this method has a problem that the amount of fresh air blown into the exhaust pipe increases.

【0004】そして、この様なシリンダ内に燃焼ガスが
残留することは、燃焼ガスの化学成分が、自着火反応を
促進して耐ノック性を悪化させたり、燃焼あるいは排気
ガスの生成に悪影響を及ぼしていることから、掃気作用
を改善して残留ガスを減少させる、あるいは残留ガス濃
度を低めること等の重要性に着目して種々研究の結果、
後述する技術を開発した。
[0004] The residual combustion gas in the cylinder causes the chemical components of the combustion gas to promote the self-ignition reaction, thereby deteriorating knock resistance, or adversely affecting combustion or generation of exhaust gas. As a result of various studies focusing on the importance of improving the scavenging action and reducing the residual gas, or reducing the residual gas concentration,
The technology described below has been developed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、掃気
作用を改善して排気ガスの残留による不具合をなくした
内燃機関を提供することを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an internal combustion engine in which the scavenging action is improved and the problem caused by the residual exhaust gas is eliminated.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、往復式
内燃機関であって、シリンダヘッドに設けられた排気弁
の1シリンダ当たりの流路総面積を吸気弁の1シリンダ
当たりの流路総面積より大きい様に構成している。
According to the present invention, there is provided a reciprocating internal combustion engine, wherein a total area of a flow passage per cylinder of an exhaust valve provided on a cylinder head is reduced by a flow passage per cylinder of an intake valve. It is configured to be larger than the total area.

【0007】そして、排気弁と吸気弁とのオーバーラッ
プ期間に、残留ガスが排気ポートによく排出され、しか
も、吸気の吹き抜けが生じない様に調整されている。
[0007] During the overlap period between the exhaust valve and the intake valve, adjustment is made so that the residual gas is well discharged to the exhaust port and that the intake air does not blow through.

【0008】また、前記排気弁の1シリンダ当たりの流
路総面積は1シリンダ当たりの排気弁の数を吸気弁の数
より多くして吸気弁の1シリンダ当たり流路総面積より
大きい様に構成している。
The total area of the flow passage per cylinder of the exhaust valve is configured so that the number of exhaust valves per cylinder is larger than the number of intake valves and the total area of the flow passage per cylinder of the intake valve is larger. doing.

【0009】なお、排気弁の1シリンダ当たりの流路総
面積を大きくするのは、多シリンダ機関の一部のシリン
ダであっても良い。多シリンダ機関で1本の排気マニホ
ールドを用いており、中央のシリンダが他のシリンダに
比べて耐ノック性が悪化している場合等に採用するとよ
い。
It is to be noted that the total area of the flow passage per cylinder of the exhaust valve may be increased in some cylinders of a multi-cylinder engine. This may be adopted when one exhaust manifold is used in a multi-cylinder engine, and the knock resistance of the center cylinder is lower than that of the other cylinders.

【0010】この様に、1シリンダ当たりの流路総面積
を吸気弁より排気弁の方を大きくすることで、排気ガス
の排出がよくなって残留ガスが減少し、新気の吹抜けを
増加することなく掃気効率(掃気完了後のシリンダ内全
ガス量とシリンダ内にとどまる新気量との比)を向上す
ることができる。なお、ここに吸/排気弁の流路総面積
は、それぞれの弁(フェース)と弁座間の環状の隙間の
面積の総和である。
As described above, by increasing the total area of the flow passage per cylinder for the exhaust valve compared to the intake valve, the exhaust gas is better discharged, the residual gas is reduced, and the blow-through of fresh air is increased. The scavenging efficiency (the ratio of the total gas amount in the cylinder after scavenging is completed to the fresh air amount remaining in the cylinder) can be improved without the need for scavenging. The total area of the flow passages of the intake / exhaust valves is the total area of the annular gap between each valve (face) and the valve seat.

【0011】また、本発明によれば、シリンダ内に吸気
流が排気ポートに向かうタンブル流を発生するよう構成
している。なお、タンブル流はシリンダ軸に直角な軸回
りに回転する渦流で、後記のスワール流はシリンダ軸回
りに回転する渦流である。
Further, according to the present invention, the intake flow is configured to generate a tumble flow toward the exhaust port in the cylinder. The tumble flow is a vortex rotating around an axis perpendicular to the cylinder axis, and the swirl flow described later is a vortex rotating around the cylinder axis.

【0012】そして、このタンブル流を発生させるため
に、頂面に沿って吸気流が排気ポートに向かうタンブル
流を発生する様な形状のピストンを有している。また
は、吸気ポートの形状がストレートポートである。そし
て、オーバーラップ期間に残留ガスが、排気ポートに排
出される様にタンブル流、開弁時期をオプティマムに調
整するとよい。
In order to generate the tumble flow, a piston having a shape such that the intake flow generates a tumble flow toward the exhaust port along the top surface is provided. Alternatively, the shape of the intake port is a straight port. Then, it is preferable to adjust the tumble flow and the valve opening timing to an optimum value so that the residual gas is discharged to the exhaust port during the overlap period.

【0013】この様にして、シリンダ内の残留排気ガス
は、吸気弁が開くと流入する吸入新気によって生成され
るタンブル流によって排気ポートに向かって押し出さ
れ、掃気効率が向上する。
[0013] In this manner, the residual exhaust gas in the cylinder is pushed out toward the exhaust port by the tumble flow generated by the intake fresh air that flows when the intake valve is opened, and the scavenging efficiency is improved.

【0014】また、本発明によれば、シリンダヘッドに
残留ガスを排出するための補助ポート及び補助弁を設け
ている。特に、排気ターボ過給機関においては、排気ポ
ートにおける排気行程の終了時にこの補助ポートから大
気に開放するすることで、シリンダ内の残留ガスを排出
することができる。
According to the present invention, the cylinder head is provided with an auxiliary port and an auxiliary valve for discharging residual gas. In particular, in an exhaust turbocharged engine, the residual gas in the cylinder can be discharged by opening the auxiliary port to the atmosphere at the end of the exhaust stroke in the exhaust port.

【0015】また、補助ポートから排出されるガスに
は、吸気からの未燃焼燃料も含まれているので、補助ポ
ートを吸気ポートに連通し、吸気側に戻して有効に利用
するとよい。この際、既燃ガスの成分も含まれるので、
触媒を通して浄化することが望ましい。
Further, since the gas discharged from the auxiliary port also contains unburned fuel from the intake air, the auxiliary port may be connected to the intake port and returned to the intake side for effective use. At this time, the components of burned gas are also included,
It is desirable to purify through a catalyst.

【0016】そして、副室を有する機関では、副室内に
残留ガスが残るので、副室内に補助弁を設けて残留ガス
を排出し、掃気する。
In an engine having a sub-chamber, since residual gas remains in the sub-chamber, an auxiliary valve is provided in the sub-chamber to discharge and scavenge the residual gas.

【0017】また、本発明によれば、シリンダヘッドの
吸気ポート内に吸排気弁のオーバーラップ期間後に燃料
ガスを噴射するガスインジェクタを設けている。そし
て、吸排気弁のオーバーラップ開弁期間に、残留ガスが
排気ポートに良く抜る様に調整されているのが望まし
い。
Further, according to the present invention, a gas injector for injecting fuel gas after an overlap period of the intake and exhaust valves is provided in the intake port of the cylinder head. It is desirable that the intake gas and the exhaust valve are adjusted so that the residual gas is well discharged to the exhaust port during the overlap opening period.

【0018】したがって、空気のみを吸気して掃気し、
充分掃気し終わってから燃料を噴射するので、オーバー
ラップ時に燃料が吹き抜けるのが防止される。
Therefore, only air is taken in and scavenged,
Since the fuel is injected after the scavenging is sufficiently completed, it is possible to prevent the fuel from flowing through at the time of the overlap.

【0019】また、本発明によれば、排気行程終了時に
シリンダ内に圧力空気を噴射するエアインジェクタを設
けている。そして、副室を有する機関では、エアインジ
ェクタをシリンダヘッドに設けた副室内に開口する。あ
るいは、シリンダヘッドの吸気ポート内に吸排気弁のオ
ーバーラップ期間中に圧力空気を噴射するエアインジェ
クタを設けてもよい。そして、吸排気弁のオーバーラッ
プ開弁期間に残留ガスが排気ポートに良く抜け、しか
も、吸気の吹抜けが生じない様に調整されているのがの
ぞましい。
Further, according to the present invention, an air injector for injecting pressurized air into the cylinder at the end of the exhaust stroke is provided. In an engine having a sub-chamber, the air injector opens into a sub-chamber provided in the cylinder head. Alternatively, an air injector for injecting pressurized air during the overlap period of the intake and exhaust valves may be provided in the intake port of the cylinder head. It is preferable that the residual gas be well adjusted to the exhaust port during the overlap opening period of the intake and exhaust valves and to prevent the intake air from passing through.

【0020】この様に、排気行程終了時にシリンダ内
に、あるいはオーバーラップ期間中に吸気ポートから圧
力空気を噴射して残留ガスを追出し、新気の吹き抜けを
生じないように調整して掃気効率を向上する。
As described above, the scavenging efficiency is adjusted by injecting the pressurized air into the cylinder at the end of the exhaust stroke or from the intake port during the overlap period to expel the residual gas and prevent the fresh air from flowing through. improves.

【0021】また、シリンダヘッドの吸気ポート内に吸
排気弁のオーバーラップ期間中に圧力空気を噴射するエ
アインジェクタとオーバーラップ期間後に燃料ガスを噴
射するガスインジェクタとをそれぞれ設け、まず、圧力
空気を噴射して残留ガスを追出し、それから燃料を噴射
すると掃気作用が改善され、燃料の吹き抜けが防止され
てよい。
Further, an air injector for injecting pressure air during the overlap period of the intake and exhaust valves and a gas injector for injecting fuel gas after the overlap period are provided in the intake port of the cylinder head. Injecting to expel residual gas and then injecting fuel may improve scavenging and prevent fuel blow-through.

【0022】そして、過給機のコンプレッサ後流から抽
気して前記エアインジェクタに配管すれば、専用のコン
プレッサあるいはボンベが不要となってよい。
Then, if air is extracted from the downstream of the compressor of the supercharger and piped to the air injector, a dedicated compressor or cylinder may not be required.

【0023】本発明によれば、排気ターボ過給機を有す
る内燃機関において、吸気系及び/または排気系に掃気
性能を改善するための機械的吸込み手段を介装してい
る。
According to the present invention, in the internal combustion engine having the exhaust turbocharger, the intake system and / or the exhaust system are provided with the mechanical suction means for improving the scavenging performance.

【0024】排気ターボ過給機を有する内燃機関にあっ
ては、後流に排気タービンを有するので、排気ポート内
の排気圧が高くなり、吸気系に掃気性能を改善するため
の機械的吸込み手段を介装して吸気ポートに供給される
吸気圧を高める、あるいは、排気系に機械的吸込み手段
を介装して排気を吸い出して排気圧を低くすることで、
シリンダ内の掃気作用を改善する。
In an internal combustion engine having an exhaust turbocharger, since an exhaust turbine is provided downstream of the engine, the exhaust pressure in the exhaust port increases, and mechanical suction means for improving the scavenging performance in the intake system. To increase the intake pressure supplied to the intake port, or to interpose mechanical suction means in the exhaust system to extract exhaust and lower exhaust pressure,
Improves the scavenging action in the cylinder.

【0025】そして、排気タービンをバイパスする通路
を設け、その通路に掃気性能を改善するためのウエスト
ゲートバルブを設けている。
Further, a passage bypassing the exhaust turbine is provided, and a wastegate valve for improving scavenging performance is provided in the passage.

【0026】すなわち、排気タービンをバイパスしてウ
エストゲートバルブを設けることで、排気圧を下げるこ
とができ、前記吸気系及び/または排気系に設けた機械
的吸込み手段の効果と相俟って掃気作用を改善する。
That is, by providing the waste gate valve bypassing the exhaust turbine, the exhaust pressure can be reduced, and the scavenging is performed in combination with the effect of the mechanical suction means provided in the intake system and / or the exhaust system. Improves action.

【0027】また、前記機械的吸込み手段はルーツブロ
ワあるいはスクリューコンプレッサ等の回転式のブロワ
ーを用いる。
Further, as the mechanical suction means, a rotary blower such as a roots blower or a screw compressor is used.

【0028】また、ノックセンサを設けてノックの強さ
を検出し、前記機械的吸込み手段の出力及びウエストゲ
ートバルブ開度を制御する制御装置を設けている。
Further, a control device is provided for detecting the knock intensity by providing a knock sensor and controlling the output of the mechanical suction means and the opening of the wastegate valve.

【0029】また、本発明によれば、ピストンが下降し
混合気を吸入する吸気行程と、ピストンが上昇し混合気
を圧縮する圧縮行程と、混合気が燃焼してピストンが下
降し燃焼ガスが膨脹する膨脹行程と、ピストンが上昇し
燃焼ガスを排出する排気行程と、ピストンが下降し空気
のみを吸入する掃気吸入行程と、ピストンが上昇しシリ
ンダ内のガスを排出する掃気排出行程との6行程で1サ
イクルを形成する。
Further, according to the present invention, the intake stroke in which the piston descends and sucks the air-fuel mixture, the compression stroke in which the piston rises and compresses the air-fuel mixture, and the combustion of the air-fuel mixture, the piston descends and the combustion gas is generated 6. An expansion stroke in which the piston expands, an exhaust stroke in which the piston rises and discharges combustion gas, a scavenging suction stroke in which the piston descends and sucks only air, and a scavenging discharge stroke in which the piston rises and discharges gas in the cylinder. One cycle is formed in the process.

【0030】すなわち、従来の吸気、圧縮、膨脹、排気
の4行程に対し、排気行程と吸気行程との間に掃気吸
入、掃気排出の2行程が追加され、残留ガスの排出が完
全に行える。
That is, two strokes of scavenging suction and scavenging discharge are added between the exhaust stroke and the intake stroke in addition to the conventional four strokes of intake, compression, expansion and exhaust, and the residual gas can be completely discharged.

【0031】また、本発明によれば、ピストン頂部に凹
状に設けた燃焼室の対向位置に突出手段を設け、燃焼室
内の残留ガスを排出する様に構成している。
Further, according to the present invention, the projecting means is provided at a position facing the combustion chamber provided in a concave shape at the top of the piston so as to discharge the residual gas in the combustion chamber.

【0032】排気行程の終りの上死点では、ピストン頂
部に設けられた燃焼室の窪みはデッドボリュームになっ
て、その中の排気ガスは排出されないので、対向位置か
ら突出手段を燃焼室内に突出させ、燃焼室内の排気ガス
を追出して、掃気効率を向上する。
At the top dead center at the end of the exhaust stroke, the depression in the combustion chamber provided at the top of the piston becomes a dead volume, and the exhaust gas therein is not exhausted. Then, the exhaust gas in the combustion chamber is expelled to improve the scavenging efficiency.

【0033】また、本発明によれば、吸気ポートまたは
シリンダ内に燃料インジェクタを設け、さらに、シリン
ダヘッドの排気ポート内に排気排出方向に一方流の逆止
弁を設け、排気弁を圧縮行程の途中まで開弁する様に構
成している。なお、逆止弁は、例えばリードバルブのよ
うな圧損の少ない逆流防止機構であればいずれの方式の
逆止弁でもよい。
Further, according to the present invention, a fuel injector is provided in an intake port or a cylinder, and a one-way check valve is provided in an exhaust port of a cylinder head in an exhaust discharge direction. The valve is configured to open halfway. The check valve may be any type of check valve as long as the check valve has a small pressure loss, such as a reed valve.

【0034】したがって、吸気行程においても排気弁は
開弁状態にあるが、排気ポート内の逆止弁によって排気
管からの排気の逆流は阻止され、さらに圧縮行程の途
中、例えば、30〜60aBDC(下死点後)まで排気
弁は開弁して、排気ガスは完全に排出される。そして、
排気弁が閉弁した後、吸気ポート又は筒内に設けた燃料
インジェクタより、燃料を供給する。
Therefore, the exhaust valve is in the open state also in the intake stroke, but the backflow of exhaust gas from the exhaust pipe is prevented by the check valve in the exhaust port, and further, during the compression stroke, for example, 30 to 60 aBDC ( Until the bottom dead center), the exhaust valve opens and exhaust gas is exhausted completely. And
After the exhaust valve is closed, fuel is supplied from an intake port or a fuel injector provided in a cylinder.

【0035】また、本発明によれば、シリンダヘッドの
シリンダ中心部に単一の吸気弁を配設し、その吸気弁を
囲んで複数の排気弁を設け、それらの排気弁の近傍に複
数個の点火栓を設けている。または、シリンダヘッドの
シリンダ中心部に単一の排気弁を配設し、その排気弁を
囲んで複数の吸気弁を設け、排気弁の近傍に複数個の点
火栓を設けている。
Further, according to the present invention, a single intake valve is provided at the center of the cylinder of the cylinder head, a plurality of exhaust valves are provided around the intake valve, and a plurality of exhaust valves are provided near the exhaust valves. Ignition plug is provided. Alternatively, a single exhaust valve is provided at the center of the cylinder of the cylinder head, a plurality of intake valves are provided around the exhaust valve, and a plurality of spark plugs are provided near the exhaust valve.

【0036】通常、ノックは排気弁等の燃焼室内高温部
や、残留ガス等で暖められた未燃ガス領域で発生し易
く、また、残留ガスは自着火反応を促進する。そこで、
中央に吸気(排気)弁を、周囲に排気(吸気)弁を配設
し、新気と既燃ガスとを分離し、さらに、排気弁周りに
複数の点火栓を設けて、排気弁周囲に集まっている残留
ガスから先に燃焼させて、上記の不具合を回避する。
Normally, knock is likely to occur in a high temperature portion of a combustion chamber such as an exhaust valve, or in an unburned gas region heated by residual gas and the like, and the residual gas promotes a self-ignition reaction. Therefore,
An intake (exhaust) valve is provided at the center and an exhaust (intake) valve is provided around the center to separate fresh air and burned gas. Further, a plurality of spark plugs are provided around the exhaust valve, and around the exhaust valve. The above problem is avoided by burning the collected residual gas first.

【0037】また、本発明によれば、シリンダヘッドの
吸気ポートをシリンダ内に強力な吸気スワール流を生成
する様に構成し、そのスワール流によって残留ガスが集
結する中心部に点火栓を配設している。
Further, according to the present invention, the intake port of the cylinder head is configured to generate a strong intake swirl flow in the cylinder, and the ignition plug is disposed at the center where the residual gas is collected by the swirl flow. doing.

【0038】強力なスワール流を生成する吸気ポートか
ら吸気すると、吸入新気は温度が低く密度が大きいの
で、遠心力で外周部を回転し、残留ガスは温度が高く密
度が小さいので中心部に集まる。こうして、中心部に配
設した点火栓によって残留ガスから先に燃焼させる。
When the air is suctioned from the intake port that generates a strong swirl flow, the fresh intake air has a low temperature and a high density, so that the outer peripheral portion is rotated by centrifugal force, and the residual gas has a high temperature and a low density. get together. In this way, the residual gas is burned first by the ignition plug provided at the center.

【0039】また、本発明によれば、シリンダヘッドの
吸気ポート及びピストン頂面をシリンダ内に吸気流がタ
ンブル流を生成する様に形成し、そのタンブル流によっ
て残留排気ガスが点火栓の近傍に集まるように構成して
いる。
Further, according to the present invention, the intake port of the cylinder head and the top surface of the piston are formed so that the intake flow generates a tumble flow in the cylinder, and the residual exhaust gas is brought into the vicinity of the ignition plug by the tumble flow. It is structured to gather.

【0040】この様にして、吸気ポート及びピストン頂
面に案内されたタンブル流によって残留ガスを点火栓の
近傍に集め、先に燃焼させる。
In this way, the residual gas is collected near the spark plug by the tumble flow guided to the intake port and the top surface of the piston, and is burned first.

【0041】また、本発明によれば、シリンダヘッドに
新気と残留ガスとの混合を促進するために各シリンダ毎
それぞれ2弁の吸気弁および排気弁を軸対称に配設して
いる。または、シリンダヘッドに1シリンダ当り各2本
の吸気弁を設け、シリンダ内に吸気流が互いに逆方向に
回転するタンブル流を生成する様に、あるいは、各2本
の吸気弁により、シリンダ内に吸気流が互いに逆方向に
回転するスワール流を生成する様に、さらにまた、各2
本の吸気弁により、シリンダ内に吸気流が一方の吸気弁
でスワール流を、他方の吸気弁でタンブル流をそれぞれ
生成する様に構成している。
According to the present invention, two intake valves and two exhaust valves are provided in each cylinder in a cylinder head to promote mixing of fresh air and residual gas. Alternatively, two intake valves are provided for each cylinder in the cylinder head, and a tumble flow in which the intake flows rotate in opposite directions to each other is generated in the cylinder. In addition, each of the intake air flows generates a swirl flow rotating in opposite directions to each other.
With this intake valve, the intake air flows into the cylinder so as to generate a swirl flow at one intake valve and a tumble flow at the other intake valve.

【0042】この様に、複数のタンブル流またはスワー
ル流を発生させて新気と既燃ガスとの混合を促進する
と、残留ガスはシリンダ内に均一に拡散してその濃度が
薄くなって自着火に及ぼす影響が低減し、温度の偏りも
減少して、耐ノック性が向上する。
As described above, when a plurality of tumble flows or swirl flows are generated to promote the mixing of fresh air and burned gas, the residual gas diffuses uniformly in the cylinder, the concentration thereof becomes thin, and self-ignition occurs. , The temperature deviation is also reduced, and knock resistance is improved.

【0043】[0043]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図1において、シリンダヘッド3
に設けられた排気弁9の1シリンダ当たりの流路総面積
を吸気弁8の1シリンダ当たりの流路総面積より大きく
なる様に構成している。そして、排気弁9と吸気弁8と
のオーバーラップ期間に、残留ガスが排気ポートによく
排出され、しかも、吸気の吹き抜けが生じない様に調整
されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1, the cylinder head 3
The total area of the flow passage per cylinder of the exhaust valve 9 provided in the intake valve 8 is larger than the total area of the flow passage per cylinder of the intake valve 8. Then, during the overlap period between the exhaust valve 9 and the intake valve 8, the residual gas is adjusted so that the residual gas is well exhausted to the exhaust port and the intake air does not blow through.

【0044】図2〜図4において、前記排気弁9の1シ
リンダ当たりの流路総面積は1シリンダ当たりの排気弁
の数を吸気弁の数より多くして吸気弁の1シリンダ当た
り流路総面積より大きく構成している。すなわち、図2
の例では、2本の排気弁9と1本の吸気弁8が、図3の
例では、3本の排気弁9と2本の吸気弁8が、図4の例
では、4本の排気弁9と1本の吸気弁8が配設されてい
る。
2 to 4, the total area of the exhaust valve 9 per cylinder is larger than the number of exhaust valves per cylinder by increasing the number of exhaust valves per cylinder. It is larger than the area. That is, FIG.
3, two exhaust valves 9 and one intake valve 8 are provided, in the example of FIG. 3, three exhaust valves 9 and two intake valves 8 are provided, and in the example of FIG. A valve 9 and one intake valve 8 are provided.

【0045】図5には、多シリンダ機関の一部のシリン
ダのみに排気弁の1シリンダ当たりの流路総面積を大き
くしている実施形態が示されている。多シリンダ機関で
1本の排気マニホールドを用いており、中央のシリンダ
が他のシリンダに比べて耐ノック性が悪化しているの
で、中央のシリンダだけ排気弁面積を大きくした実施例
である。
FIG. 5 shows an embodiment in which only a part of the cylinders of the multi-cylinder engine has a larger total flow passage area per cylinder of the exhaust valve. In this embodiment, since one exhaust manifold is used in a multi-cylinder engine and the knock resistance of the center cylinder is worse than that of the other cylinders, the area of the exhaust valve is increased only in the center cylinder.

【0046】この様に、1シリンダ当たりの流路総面積
を吸気弁8より排気弁9の方を大きくすることで、排気
ガスの排出がよくなって残留ガスが減少し、同時にオー
バーーラップ期間を調整することで、新気の吹抜けを増
加することなく掃気効率を向上することができる。
As described above, by making the total flow path area per cylinder larger for the exhaust valve 9 than for the intake valve 8, the exhaust gas is better discharged and the residual gas is reduced. Is adjusted, scavenging efficiency can be improved without increasing blow-by of fresh air.

【0047】図6に示す実施形態では、シリンダ1内に
吸気流が排気ポート6に向かうタンブル流Tを発生する
よう構成されている。このタンブル流Tを発生させるた
めに、ピストン2は、その頂面2aに沿って吸気流が排
気ポート6に向かうタンブル流Tを発生する様な形状を
有し、または、吸気ポート5の形状がストレートポート
とされている。そして、オーバーラップ期間に残留ガス
が、排気ポート6に排出される様にタンブル流T、開弁
時期をオプティマムに調整するとよい。
In the embodiment shown in FIG. 6, the intake flow is generated in the cylinder 1 so as to generate a tumble flow T toward the exhaust port 6. In order to generate the tumble flow T, the piston 2 has such a shape that the intake flow generates a tumble flow T toward the exhaust port 6 along the top surface 2a, or the shape of the intake port 5 is changed. It is a straight port. Then, the tumble flow T and the valve opening timing may be adjusted to an optimum value so that the residual gas is discharged to the exhaust port 6 during the overlap period.

【0048】この様にして、シリンダ1内の残留排気ガ
スは、吸気弁5が開くと流入する吸入新気によって生成
される排気ポート6に向かうタンブル流Tによって押し
出され、掃気効率が向上する。
In this manner, the residual exhaust gas in the cylinder 1 is pushed out by the tumble flow T toward the exhaust port 6 generated by the intake fresh air flowing when the intake valve 5 is opened, and the scavenging efficiency is improved.

【0049】図7〜図10に示す実施形態においては、
シリンダヘッド3に残留ガスを排出するための補助ポー
ト15及び補助弁16を設けている。図7に示す排気タ
ーボ過給機21を有する機関では、排気圧(排気ポート
6内の圧力)が高いので、排気行程の終了時にこの補助
ポート15から大気に開放するすることで、シリンダ1
内の残留ガスを排出することができる。
In the embodiment shown in FIGS.
The cylinder head 3 is provided with an auxiliary port 15 and an auxiliary valve 16 for discharging residual gas. In the engine having the exhaust turbocharger 21 shown in FIG. 7, since the exhaust pressure (the pressure in the exhaust port 6) is high, the cylinder 1 is released from the auxiliary port 15 to the atmosphere at the end of the exhaust stroke.
The residual gas inside can be exhausted.

【0050】また、補助ポート15から排出されるガス
には、吸気からの未燃焼燃料も含まれているので、図8
に示す実施形態では、補助ポート15を吸気ポート5に
連通し、吸気側に戻して有効に利用している。この際、
既燃ガスの成分も含まれるので、図9の実施形態では、
触媒25を介装して浄化している。
Since the gas discharged from the auxiliary port 15 also contains unburned fuel from the intake air, FIG.
In the embodiment shown in (1), the auxiliary port 15 is communicated with the intake port 5 and returned to the intake side for effective use. On this occasion,
Since the components of the burned gas are also included, in the embodiment of FIG.
Purification is performed with the catalyst 25 interposed.

【0051】図10に示す様に、副室18を有する機関
では、副室18内に残留ガスが残るので、副室18内に
補助弁16を設けて残留ガスを排出し、掃気している。
As shown in FIG. 10, in an engine having the sub-chamber 18, residual gas remains in the sub-chamber 18. Therefore, the auxiliary valve 16 is provided in the sub-chamber 18 to discharge and scavenge the residual gas. .

【0052】図11に示す実施形態では、シリンダヘッ
ド3の吸気ポート5内に吸排気弁のオーバーラップ期間
後(図17に符号Aで示す)に燃料ガスを噴射するガス
インジェクタ12を設けている。吸気ポート5から空気
のみを吸気し、充分掃気し終わってから燃料を噴射する
ので、オーバーラップ時に燃料が排気ポート6に吹き抜
けるのが防止される。
In the embodiment shown in FIG. 11, a gas injector 12 is provided in the intake port 5 of the cylinder head 3 for injecting the fuel gas after the overlap period of the intake and exhaust valves (indicated by the symbol A in FIG. 17). . Since only the air is taken in from the intake port 5 and the fuel is injected after sufficiently scavenging, the fuel is prevented from flowing into the exhaust port 6 at the time of overlap.

【0053】また、図12に示す実施形態では、排気行
程終了直前(図17に符号Bで示す)にシリンダ1内に
圧力空気を噴射するエアインジェクタ11を設けてい
る。一方、図13に示す様に、副室18を有する機関で
は、エアインジェクタ11をシリンダヘッド3に設けた
副室18内に開口している。
In the embodiment shown in FIG. 12, an air injector 11 for injecting pressurized air into the cylinder 1 is provided immediately before the end of the exhaust stroke (indicated by reference numeral B in FIG. 17). On the other hand, as shown in FIG. 13, in an engine having the sub chamber 18, the air injector 11 is opened in the sub chamber 18 provided in the cylinder head 3.

【0054】そして、図14に示す実施形態では、シリ
ンダヘッド3の吸気ポート5内に吸排気弁のオーバーラ
ップ期間中(図17に符号Cで示す)に圧力空気を噴射
するエアインジェクタ11を設けている。
In the embodiment shown in FIG. 14, an air injector 11 is provided in the intake port 5 of the cylinder head 3 for injecting compressed air during the overlap period of the intake and exhaust valves (indicated by C in FIG. 17). ing.

【0055】この様に、排気行程終了直前にシリンダ1
内に、あるいはオーバーラップ期間中に吸気ポート5内
に設けたエアインジェクタ11から圧力空気を噴射して
残留ガスを排気ポート6に追出し、掃気効率を向上す
る。
As described above, immediately before the end of the exhaust stroke, the cylinder 1
During or during the overlap period, the compressed air is injected from an air injector 11 provided in the intake port 5 to expel the residual gas to the exhaust port 6, thereby improving the scavenging efficiency.

【0056】図15に示す実施形態では、シリンダヘッ
ド3の吸気ポート5内に吸排気弁のオーバーラップ期間
中に圧力空気を噴射するエアインジェクタ11とオーバ
ーラップ期間後に燃料ガスを噴射するガスインジェクタ
12とをそれぞれ設け、まず、圧力空気を噴射して残留
ガスを追出し、それから燃料を噴射すると、掃気作用が
改善され、燃料の吹き抜けが防止される。
In the embodiment shown in FIG. 15, an air injector 11 for injecting pressurized air into the intake port 5 of the cylinder head 3 during the overlap period of the intake and exhaust valves and a gas injector 12 for injecting the fuel gas after the overlap period. By first injecting compressed air to expel residual gas and then injecting fuel, scavenging action is improved and fuel blow-through is prevented.

【0057】そして、図16に示す様に、過給機21の
後流のミキサ22の前から抽気して前記エアインジェク
タ11に配管すれば、専用のコンプレッサあるいはボン
ベを不要にすることができる。
As shown in FIG. 16, if air is extracted from the front of the mixer 22 downstream of the supercharger 21 and piped to the air injector 11, a dedicated compressor or cylinder can be eliminated.

【0058】次に、図18〜図21に示す実施形態にお
いては、排気ターボ過給機21を有する内燃機関であっ
て、吸気系及び/または排気系に掃気性能を改善するた
めの機械的吸込み手段31を設けている。
Next, in the embodiment shown in FIGS. 18 to 21, an internal combustion engine having an exhaust turbocharger 21 is provided with a mechanical suction for improving a scavenging performance in an intake system and / or an exhaust system. Means 31 are provided.

【0059】図18に示す実施形態では、排気ポート6
から排気タービン21tに至る排気管路に機械的吸込み
手段である例えば、ブロワー31を介装している。そし
て、排気タービン21tをバイパスする通路32を設
け、その通路32にはウエストゲートバルブ33を設け
ている。なお、符号23はスロットルバルブを示してい
る。
In the embodiment shown in FIG.
For example, a blower 31 which is a mechanical suction means is interposed in an exhaust pipe from the exhaust gas to the exhaust turbine 21t. A passage 32 that bypasses the exhaust turbine 21t is provided, and a wastegate valve 33 is provided in the passage 32. Reference numeral 23 indicates a throttle valve.

【0060】また、図19に示す実施形態では、過給機
コンプレッサ21cの前にブロワー31を設けて、ブロ
ワー31とコンプレッサ21cとで2段圧縮を行って給
気圧力を高めている。
In the embodiment shown in FIG. 19, a blower 31 is provided in front of the supercharger compressor 21c, and two-stage compression is performed by the blower 31 and the compressor 21c to increase the supply pressure.

【0061】さらに、図20に示す実施形態では、過給
機コンプレッサ21cの上流及び排気ポート6と排気タ
ービン21tとの間の双方にブロワー31を設けてい
る。
Further, in the embodiment shown in FIG. 20, blowers 31 are provided both upstream of the supercharger compressor 21c and between the exhaust port 6 and the exhaust turbine 21t.

【0062】これらの図18〜図21に示す実施形態に
おいては、排気ターボ過給機21を有する内燃機関は、
後流に排気タービン21tを有し排気ポート6内の排気
圧が高いので、吸気系にブロワー31を設けて吸気ポー
ト5に供給される吸気圧を高める、あるいは、排気系に
ブロワー31を設けて排気を吸い出して排気圧を低くす
ることで、シリンダ1内の掃気作用を改善している。そ
して、排気タービン21tを通路32でバイパスしてウ
エストゲートバルブ33を設けることで、さらに排気圧
を改善している。
In the embodiment shown in FIGS. 18 to 21, the internal combustion engine having the exhaust turbocharger 21 is:
Since the exhaust pressure in the exhaust port 6 is high with the exhaust turbine 21t in the wake, the blower 31 is provided in the intake system to increase the intake pressure supplied to the intake port 5, or the blower 31 is provided in the exhaust system. The scavenging action in the cylinder 1 is improved by sucking out the exhaust gas and reducing the exhaust pressure. The exhaust pressure is further improved by providing the waste gate valve 33 bypassing the exhaust turbine 21t through the passage 32.

【0063】また、図21示す実施形態では、シリンダ
側にノックセンサ36を設け、ブロワー31の出力及び
ウエストゲートバルブ33の開度を制御する制御装置3
5を設けている。
In the embodiment shown in FIG. 21, a knock sensor 36 is provided on the cylinder side to control the output of the blower 31 and the opening of the wastegate valve 33.
5 are provided.

【0064】その制御は図22にフローチャートで示す
様に、ノックセンサ36でノックを検出し(ステップS
1)、制御装置35は検出値からノッキング強さを算出
して(ステップS2)、そのノッキング強さに対するウ
エストゲートバルブ33の開度およびブロワー31の出
力をそれぞれ出力して(ステップS3)、ステップS1
にリターンしている。
As shown in the flowchart of FIG. 22, the knock is detected by the knock sensor 36 (step S22).
1) The controller 35 calculates the knocking intensity from the detected value (step S2), and outputs the opening of the wastegate valve 33 and the output of the blower 31 corresponding to the knocking intensity (step S3). S1
Has returned to.

【0065】次に、本発明の作動サイクルを図23及び
図24を参照して説明する。まず、(イ)吸気行程で、
aからbまで、吸気ポート又は筒内に設けた燃料インジ
ェクタより燃料を噴射し、給気圧pA の混合気を吸入
し、(ロ)圧縮行程でbからcまで混合気を圧縮する。
そして、c、d間で燃焼して、(ハ)膨脹行程で燃焼ガ
スがdからeまで膨脹し、(ニ)排気行程では背圧pE
で燃焼ガスを排出する。そして、(ホ)掃気吸入行程で
は給気圧pA で空気のみを吸入し、(ヘ)掃気排出行程
で残留ガスを含む空気を排出する。以上の6行程で1サ
イクルを構成する。
Next, the operation cycle of the present invention will be described with reference to FIGS. First, (a) in the intake stroke,
from a to b, the fuel is injected from the fuel injector provided in the intake port or the cylinder, and intake air-fuel mixture of boost pressure p A, compressing the mixture from b to c in (b) the compression stroke.
Then, combustion occurs between c and d, (c) the combustion gas expands from d to e in the expansion stroke, and (d) the back pressure p E in the exhaust stroke.
Emit combustion gas. Then, in (e) scavenging intake stroke to intake air only at feeding pressure p A, to discharge air containing residual gas (f) scavenging exhaust stroke. One cycle is constituted by the above six strokes.

【0066】すなわち、従来の吸気、圧縮、膨脹、排気
の4行程に対し、排気行程と吸気行程との間に掃気吸
入、掃気排出の2行程が追加され、残留ガスの排出が完
全に行える。
That is, two strokes of scavenging suction and scavenging discharge are added between the exhaust stroke and the intake stroke in addition to the conventional four strokes of intake, compression, expansion and exhaust, and the residual gas can be completely discharged.

【0067】また、図25及び図26に示す実施形態で
は、ピストン2の頂部に凹状に設けた燃焼室2bの対向
位置に突出手段を設け、燃焼室2b内の残留ガスを排出
する様に構成している。
Further, in the embodiment shown in FIGS. 25 and 26, a projecting means is provided at a position facing the combustion chamber 2b provided on the top of the piston 2 in a concave shape so as to discharge the residual gas in the combustion chamber 2b. doing.

【0068】図25の実施形態では、シリンダヘッド3
に突出手段として上下方向に移動可能な電磁石38が設
けられ、排気行程に上方のコイル38aを反発に、下方
のコイル38bを吸引にすることでシリンダ1内に突出
し、ピストン2が上死点に来たときに燃焼室2b内に入
って、残留ガスを排除する。
In the embodiment shown in FIG. 25, the cylinder head 3
An electromagnet 38 which can move in the vertical direction is provided as a protruding means. The upper coil 38a is repelled during the exhaust stroke, and the lower coil 38b is sucked to protrude into the cylinder 1 so that the piston 2 is moved to the top dead center. When it comes, it enters the combustion chamber 2b to remove residual gas.

【0069】図26の実施形態では、突出手段はピスト
ン38Aで構成され、カム39で作動している。
In the embodiment shown in FIG. 26, the projecting means is constituted by a piston 38A and is operated by a cam 39.

【0070】また、図27に示す実施形態では、シリン
ダヘッド3の排気ポート6内に排気の排出方向に一方流
の逆止弁であるリードバルブ41を設け、排気弁9を圧
縮行程の途中まで開弁する様に構成している。
In the embodiment shown in FIG. 27, a reed valve 41, which is a one-way check valve, is provided in the exhaust port 6 of the cylinder head 3 in the exhaust direction, and the exhaust valve 9 is moved halfway through the compression stroke. The valve is configured to open.

【0071】したがって、吸気行程においても排気弁9
は開弁状態であって、排気ポート6内のリードバルブ4
1によって排気管からの排気の逆流は阻止され、さらに
圧縮行程の途中、例えば、30〜60aBDCまで排気
弁9は開弁して、排気ガスは完全に排出される。なお、
新気の吹き抜けが生じるので、ガスインジェクタ12で
筒内噴射を行っている。
Therefore, even during the intake stroke, the exhaust valve 9
Is open, and the reed valve 4 in the exhaust port 6
1 prevents the backflow of exhaust gas from the exhaust pipe, and further opens the exhaust valve 9 during the compression stroke, for example, to 30 to 60 aBDC, and exhaust gas is completely exhausted. In addition,
Since fresh air blows through, in-cylinder injection is performed by the gas injector 12.

【0072】また、図28に示す実施形態は、シリンダ
ヘッド3のシリンダ中心部に単一の吸気弁8を設け、そ
の吸気弁8を囲んで複数、図示の例では4本の排気弁9
を配設し、それらの排気弁9の近傍に複数個、図示の例
では4個の点火栓27を設けている。そして、図29の
実施形態は、シリンダヘッド3のシリンダ中心部に単一
の排気弁9を設け、その排気弁9を囲んで複数の吸気弁
8を設け、排気弁の近傍に複数個の点火栓27を設けて
いる。
In the embodiment shown in FIG. 28, a single intake valve 8 is provided in the center of the cylinder of the cylinder head 3, and a plurality of, in the illustrated example, four exhaust valves 9 surround the intake valve 8.
And a plurality of, in the example shown, four ignition plugs 27 are provided near the exhaust valves 9. In the embodiment shown in FIG. 29, a single exhaust valve 9 is provided in the center of the cylinder of the cylinder head 3, a plurality of intake valves 8 are provided around the exhaust valve 9, and a plurality of ignition valves are provided near the exhaust valve. A stopper 27 is provided.

【0073】通常、ノックは残留ガスなどで暖められた
未燃ガス領域で発生し易く、また、残留ガスは自着火反
応を促進する。そこで、中央に吸気(排気)弁8(9)
を、周囲に排気(吸気)弁9(8)を配設し、新気と既
燃ガスとを分離し、さらに、排気弁9の周りに複数の点
火栓27を設けて、排気弁9周囲に集まる残留ガスから
先に燃焼させて、不具合を回避する。
Normally, knock tends to occur in an unburned gas region heated by residual gas and the like, and the residual gas promotes a self-ignition reaction. Therefore, in the center, the intake (exhaust) valve 8 (9)
An exhaust (intake) valve 9 (8) is provided around the exhaust gas, the fresh air and the burned gas are separated, and a plurality of spark plugs 27 are provided around the exhaust valve 9. The residual gas that accumulates in the fuel is burned first to avoid problems.

【0074】また、図30に示す実施形態は、シリンダ
ヘッド3の吸気ポート5、5をシリンダ1内に強力な吸
気スワール流Sを生成する様に構成し、そのスワール流
Sによって残留ガスが集結する中心部Xに点火栓27を
配設している。
In the embodiment shown in FIG. 30, the intake ports 5, 5 of the cylinder head 3 are configured to generate a strong intake swirl flow S in the cylinder 1, and the residual gas is collected by the swirl flow S. A spark plug 27 is provided at a central portion X of the fuel cell.

【0075】強力なスワール流Sを生成する吸気ポート
5、5から吸気すると、吸入新気は温度が低く密度が大
きいので、遠心力で外周部を回転し、残留ガスは温度が
高く密度が小さいので中心部Xに集まる。こうして、中
心部Xに配設した点火栓27によって残留ガスから先に
燃焼させる。
When the intake air is sucked from the intake ports 5 and 5 that generate a strong swirl flow S, the intake fresh air has a low temperature and a high density, so that the outer peripheral portion rotates by centrifugal force, and the residual gas has a high temperature and a low density. So gather in the center X. Thus, the residual gas is burned first by the ignition plug 27 disposed at the central portion X.

【0076】また、図31に示す実施形態は、シリンダ
ヘッド3の吸気ポート5及びピストン頂面2aをシリン
ダ1内に吸気流がタンブル流Tを生成する様に形成し、
そのタンブル流Tによって残留排気ガスが点火栓27の
近傍に集まるように構成している。
In the embodiment shown in FIG. 31, the intake port 5 of the cylinder head 3 and the piston top surface 2a are formed such that the intake flow generates a tumble flow T in the cylinder 1.
The structure is such that residual exhaust gas is collected near the ignition plug 27 by the tumble flow T.

【0077】したがって、吸気ポート5及びピストン頂
面2aに案内されたタンブル流Tによって残留ガスを点
火栓27の近傍に集められ、先に燃焼させる事ができ
る。
Therefore, the residual gas is collected near the ignition plug 27 by the tumble flow T guided to the intake port 5 and the piston top surface 2a, and can be burned first.

【0078】また、図32に示す実施形態では、シリン
ダヘッド3に新気と残留ガスとの混合を促進するために
各シリンダ毎それぞれ2弁の吸気弁8および排気弁9を
軸対称に配設している。または、図33に示す実施形態
は、シリンダヘッドに1シリンダ当り各2本の吸気ポー
ト5t、5tを設け、シリンダ1内に吸気流が互いに逆
方向に回転するタンブル流T1、T2を生成する様に、
あるいは、図34に示す実施形態は、各2本の吸気ポー
ト5s、5sにより、シリンダ1内に吸気流が互いに逆
方向に回転するスワール流S1、S2を生成する様に、
さらにまた、図35に示す実施形態は、2本の吸気ポー
ト5s、5tにより、シリンダ1内に吸気流が一方の吸
気ポート5sでスワール流Sを、他方の吸気ポート5t
でタンブル流Tをそれぞれ生成する様に構成している。
In the embodiment shown in FIG. 32, two intake valves 8 and two exhaust valves 9 are provided axially symmetrically for each cylinder in the cylinder head 3 in order to promote mixing of fresh air and residual gas. doing. Alternatively, in the embodiment shown in FIG. 33, two intake ports 5t and 5t are provided for each cylinder in the cylinder head to generate tumble flows T1 and T2 in which the intake air flows in the cylinder 1 in opposite directions. To
Alternatively, in the embodiment shown in FIG. 34, the two intake ports 5s and 5s generate swirl flows S1 and S2 in which the intake flows rotate in opposite directions to each other in the cylinder 1.
Furthermore, in the embodiment shown in FIG. 35, the two intake ports 5s and 5t allow the intake air flow into the cylinder 1 to be swirled by the one intake port 5s and the other intake port 5t.
To generate the tumble flows T respectively.

【0079】この様に、複数のタンブル流Tまたはスワ
ール流Sを発生させて新気と既燃ガスとの混合が促進さ
れ、残留ガスがシリンダ1内に均一に拡散されその濃度
が薄められ、自着火に及ぼす影響が低減し、温度の偏り
も減少して耐ノック性が向上する。
In this way, a plurality of tumble flows T or swirl flows S are generated to promote the mixing of fresh air and burned gas, and the residual gas is uniformly diffused into the cylinder 1 to reduce its concentration. The effect on self-ignition is reduced, the temperature deviation is also reduced, and knock resistance is improved.

【0080】[0080]

【発明の効果】本発明は以上説明した様に構成され、掃
気作用が改善されて残留ガスが減少、あるいはその濃度
が薄められ、出力性能あるいは排ガス性能が向上するだ
けでなく、例えば、残留ガスによる自着火に及ぼす影響
が低減し、耐ノック性能が向上する等の効果を奏する。
The present invention is constructed as described above. The scavenging action is improved and the residual gas is reduced or its concentration is reduced, so that not only the output performance or the exhaust gas performance is improved but also the residual gas is improved. The effect on self-ignition due to the above is reduced, and the knocking resistance is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】弁面積が排気弁の方が吸気弁より大きい実施形
態を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment in which a valve area of an exhaust valve is larger than that of an intake valve.

【図2】弁本数が排気弁の方が吸気弁より多い実施形態
を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing an embodiment in which the number of exhaust valves is larger than that of intake valves.

【図3】弁本数が排気弁の方が吸気弁より多い別の実施
形態を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing another embodiment in which the number of exhaust valves is larger than that of intake valves.

【図4】弁本数が排気弁の方が吸気弁より多い更に別の
実施形態を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing still another embodiment in which the number of exhaust valves is larger than that of intake valves.

【図5】一部のシリンダの弁本数が排気弁の方が吸気弁
より多い実施形態を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing an embodiment in which the number of valves in some cylinders is larger for exhaust valves than for intake valves.

【図6】タンブル流を発生する様に構成した実施形態を
示す断面図。
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating an embodiment configured to generate a tumble flow.

【図7】補助ポートを設けた実施形態を示す断面図。FIG. 7 is a sectional view showing an embodiment provided with an auxiliary port.

【図8】補助ポートを設けた別の実施形態を示す断面
図。
FIG. 8 is a sectional view showing another embodiment provided with an auxiliary port.

【図9】補助ポートを設けたさらに別の実施形態を示す
断面図。
FIG. 9 is a sectional view showing still another embodiment provided with an auxiliary port.

【図10】副室に補助ポートを設けた実施形態を示す断
面図。
FIG. 10 is a sectional view showing an embodiment in which an auxiliary port is provided in a sub chamber.

【図11】ガスインジェクタを吸気ポート内に設けた実
施形態を示す断面図。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing an embodiment in which a gas injector is provided in an intake port.

【図12】エアインジェクタを設けた実施形態を示す断
面図。
FIG. 12 is a sectional view showing an embodiment provided with an air injector.

【図13】副室にエアインジェクタを設けた実施形態を
示す断面図。
FIG. 13 is a sectional view showing an embodiment in which an air injector is provided in a sub chamber.

【図14】吸気ポートにエアインジェクタを設けた実施
形態を示す断面図。
FIG. 14 is a sectional view showing an embodiment in which an air injector is provided in an intake port.

【図15】ガスインジェクタとエアインジェクタとを設
けた実施形態を示す断面図。
FIG. 15 is a sectional view showing an embodiment in which a gas injector and an air injector are provided.

【図16】コンプレッサ後流から抽気してエアインジェ
クタに配管した実施形態を示す断面図。
FIG. 16 is a cross-sectional view showing an embodiment in which air is extracted from the downstream of the compressor and piped to the air injector.

【図17】ガス及びエアインジェクタの噴射時期を説明
するタイミング線図。
FIG. 17 is a timing chart for explaining the injection timing of gas and air injectors.

【図18】排気系にブロワーを介装した実施形態を示す
構成図。
FIG. 18 is a configuration diagram showing an embodiment in which a blower is interposed in an exhaust system.

【図19】吸気系にブロワーを介装した実施形態を示す
構成図。
FIG. 19 is a configuration diagram showing an embodiment in which a blower is interposed in an intake system.

【図20】吸排気系にそれぞれブロワーを介装した実施
形態を示す構成図。
FIG. 20 is a configuration diagram showing an embodiment in which a blower is interposed in each of the intake and exhaust systems.

【図21】排気系にブロワーを介装しノックセンサを設
けた実施形態を示す構成図。
FIG. 21 is a configuration diagram showing an embodiment in which a knock sensor is provided with a blower interposed in an exhaust system.

【図22】図20の制御装置のフローチャート図。FIG. 22 is a flowchart of the control device in FIG. 20;

【図23】6行程サイクルの作動説明図。FIG. 23 is an explanatory diagram of an operation in a six-stroke cycle.

【図24】図23のp−V線図。FIG. 24 is a pV diagram of FIG. 23.

【図25】突出手段を設けた実施形態を示す断面図。FIG. 25 is a sectional view showing an embodiment provided with a projecting means.

【図26】突出手段の別の実施形態を示す断面図。FIG. 26 is a sectional view showing another embodiment of the projecting means.

【図27】排気ポート内にリードバルブを設けた実施形
態を示す断面図。
FIG. 27 is a sectional view showing an embodiment in which a reed valve is provided in an exhaust port.

【図28】単一の吸気弁の周囲に複数の排気弁を設けそ
の近傍に点火栓を設けた実施形態を示す正面図。
FIG. 28 is a front view showing an embodiment in which a plurality of exhaust valves are provided around a single intake valve and an ignition plug is provided in the vicinity thereof.

【図29】単一の排気弁の周囲に複数の吸気弁を設け複
数の点火栓を設けた実施形態を示す正面図。
FIG. 29 is a front view showing an embodiment in which a plurality of intake valves are provided around a single exhaust valve and a plurality of spark plugs are provided.

【図30】スワール流で残留ガスを集結するよう構成し
た実施形態を示す正面図。
FIG. 30 is a front view showing an embodiment configured to collect residual gas in a swirl flow.

【図31】タンブル流で残留ガスを点火栓近傍に集結す
るように構成した実施形態を示す断面図。
FIG. 31 is a cross-sectional view showing an embodiment configured to collect residual gas in the vicinity of an ignition plug by a tumble flow.

【図32】吸排気弁を軸対称に配設した実施形態を示す
正面図。
FIG. 32 is a front view showing an embodiment in which intake and exhaust valves are arranged axially symmetrically.

【図33】互いに逆回転するタンブル流を生じるよう構
成した実施形態を示す斜視図。
FIG. 33 is a perspective view showing an embodiment configured to generate tumble flows that rotate in opposite directions.

【図34】互いに逆回転するスワール流を生じるよう構
成した実施形態を示す上面図。
FIG. 34 is a top view showing an embodiment configured to generate swirl flows that rotate in opposite directions.

【図35】スワール流とタンブル流とを生じるよう構成
した実施形態を示す斜視図。
FIG. 35 is a perspective view showing an embodiment configured to generate a swirl flow and a tumble flow.

【図36】オーバーラップ期間を説明するバルブタイミ
ング線図。
FIG. 36 is a valve timing chart illustrating an overlap period.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・シリンダ 2・・・ピストン 3・・・シリンダヘッド 5・・・吸気ポート 6・・・排気ポート 8・・・吸気弁 9・・・排気弁 11・・・エアインジェクタ 12・・・ガスインジェクタ 15・・・補助ポート 16・・・補助弁 18・・・副室 21・・・排気ターボ過給機 21c・・・コンプレッサ 21t・・・タービン 22・・・ミキサ 23・・・スロットル 25・・・触媒 27・・・点火栓 31・・・ブロワー 32・・・バイパス 33・・・ウエストゲートバルブ 35・・・制御装置 36・・・ノックセンサ 38・・・突出手段 41・・・リードバルブ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cylinder 2 ... Piston 3 ... Cylinder head 5 ... Intake port 6 ... Exhaust port 8 ... Intake valve 9 ... Exhaust valve 11 ... Air injector 12 ... Gas injector 15 Auxiliary port 16 Auxiliary valve 18 Sub chamber 21 Exhaust turbocharger 21c Compressor 21t Turbine 22 Mixer 23 Throttle 25 ... Catalyst 27 ... Ignition plug 31 ... Blower 32 ... Bypass 33 ... Waste gate valve 35 ... Control device 36 ... Knock sensor 38 ... Protruding means 41 ... Lead valve

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F02B 29/02 F02B 29/02 D 29/06 29/06 D 29/08 29/08 E 31/00 31/00 Z 31/02 31/02 C 33/38 33/38 37/00 302 37/00 302A 37/18 43/00 A 43/00 43/06 43/06 75/02 A 75/02 75/18 L 75/18 F02D 13/02 K F02D 13/02 F02F 3/26 A F02F 3/26 3/28 B 3/28 F02M 21/02 301R F02M 21/02 301 301P F02B 37/12 301A (72)発明者 左近司 樹 生 東京都墨田区緑2−13−7−1006 (72)発明者 岡 本 和 久 東京都目黒区中目黒4−13−21−A210 (72)発明者 中 川 健 司 神奈川県平塚市宮松町15−10−715 (72)発明者 下 形 智 史 東京都練馬区春日町2−1−14−102 (72)発明者 川 端 康 晴 神奈川県横浜市磯子区汐見台3−3−3308 −304──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI F02B 29/02 F02B 29/02 D 29/06 29/06 D 29/08 29/08 E 31/00 31/00 Z 31 / 02 31/02 C 33/38 33/38 37/00 302 37/00 302A 37/18 43/00 A 43/00 43/06 43/06 75/02 A 75/02 75/18 L 75/18 F02D 13/02 K F02D 13/02 F02F 3/26 A F02F 3/26 3/28 B 3/28 F02M 21/02 301R F02M 21/02 301 301P F02B 37/12 301A (72) Inventor Shiki Sajio Tokyo Tokyo 2-13-7-1006 Midori, Sumida-ku (72) Inventor Kazuhisa Okamoto 4-13-21-A210, Nakameguro, Meguro-ku, Tokyo (72) Inventor Kenji Nakagawa 15-10 Miyamatsucho, Hiratsuka-shi, Kanagawa −715 (72) Inventor Satoshi Shimogata 2-1-14-102, Kasuga-cho, Nerima-ku, Tokyo (72) Inventor Yasuharu Kawabata Yokohama, Kanagawa 3-3-3308 −304, Shiomidai, Isogo-ku, Yokohama-shi

Claims (33)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 往復式内燃機関であって、シリンダヘッ
ドに設けられた排気弁の1シリンダ当たりの流路総面積
を吸気弁の1シリンダ当たりの流路総面積より大きい様
に構成していることを特徴とする内燃機関。
1. A reciprocating internal combustion engine, wherein the total flow passage area per cylinder of an exhaust valve provided in a cylinder head is larger than the total flow passage area per cylinder of an intake valve. An internal combustion engine characterized in that:
【請求項2】 前記排気弁の1シリンダ当たりの流路総
面積は1シリンダ当たりの排気弁の数を吸気弁の数より
多くして吸気弁の1シリンダ当たりの流路総面積より大
きい様に構成している請求項1の内燃機関。
2. The total flow path area per cylinder of the exhaust valve is set such that the number of exhaust valves per cylinder is greater than the number of intake valves and larger than the total flow path area of the intake valve per cylinder. The internal combustion engine of claim 1, wherein the internal combustion engine is configured.
【請求項3】 多シリンダ機関の一部のシリンダについ
て排気弁の流路総面積が吸気弁の流路総面積より大きい
様に構成している請求項1または2のいずれかの内燃機
関。
3. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the total area of the flow path of the exhaust valve is larger than the total area of the flow path of the intake valve for some of the cylinders of the multi-cylinder engine.
【請求項4】 シリンダ内に吸気流が排気ポートに向か
うタンブル流を発生する様に構成していることを特徴と
する内燃機関。
4. An internal combustion engine characterized in that an intake flow is generated in a cylinder to generate a tumble flow toward an exhaust port.
【請求項5】 頂面に沿って吸気流が排気ポートに向か
うタンブル流を発生する様な形状のピストンを有する請
求項4の内燃機関。
5. The internal combustion engine of claim 4, including a piston shaped to generate a tumble flow along the top surface of the intake flow toward the exhaust port.
【請求項6】 吸気ポートの形状がストレートポートで
ある請求項4または5いずれかの内燃機関。
6. The internal combustion engine according to claim 4, wherein the shape of the intake port is a straight port.
【請求項7】 シリンダヘッドに残留ガスを排出するた
めの補助ポート及び補助弁を設けていることを特徴とす
る内燃機関。
7. An internal combustion engine having an auxiliary port and an auxiliary valve for discharging residual gas to a cylinder head.
【請求項8】 前記補助ポートを吸気ポートと連通して
いる請求項7の内燃機関。
8. The internal combustion engine according to claim 7, wherein said auxiliary port communicates with an intake port.
【請求項9】 前記補助ポートに触媒を介装して吸気ポ
ートに連通している請求項8の内燃機関
9. The internal combustion engine according to claim 8, wherein a catalyst is interposed between said auxiliary port and said auxiliary port and communicates with an intake port.
【請求項10】 前記補助ポートをシリンダヘッドに設
けた副室内に開口している請求項7〜9いずれかの内燃
機関。
10. The internal combustion engine according to claim 7, wherein said auxiliary port opens into a sub-chamber provided in a cylinder head.
【請求項11】 シリンダヘッドの吸気ポート内に吸排
気弁のオーバーラップ期間後に燃料ガスを噴射するガス
インジェクタを設けていることを特徴とする内燃機関。
11. An internal combustion engine having a gas injector for injecting fuel gas after an overlap period of intake and exhaust valves in an intake port of a cylinder head.
【請求項12】 排気行程終了時にシリンダ内に圧力空
気を噴射するエアインジェクタを設けていることを特徴
とする内燃機関。
12. An internal combustion engine having an air injector for injecting compressed air into a cylinder at the end of an exhaust stroke.
【請求項13】 前記エアインジェクタをシリンダヘッ
ドに設けた副室内に開口している請求項12の内燃機
関。
13. The internal combustion engine according to claim 12, wherein said air injector opens into a sub-chamber provided in a cylinder head.
【請求項14】 シリンダヘッドの吸気ポート内に吸排
気弁のオーバーラップ期間中に圧力空気を噴射するエア
インジェクタを設けていることを特徴とする内燃機関。
14. An internal combustion engine having an air injector for injecting pressurized air during an overlap period between intake and exhaust valves in an intake port of a cylinder head.
【請求項15】 シリンダヘッドの吸気ポート内に吸排
気弁のオーバーラップ期間中に圧力空気を噴射するエア
インジェクタと、オーバーラップ期間後に燃料ガスを噴
射するガスインジェクタ、とをそれぞれ設けていること
を特徴とする内燃機関。
15. An air injector for injecting pressurized air during an overlap period of an intake / exhaust valve and a gas injector for injecting fuel gas after an overlap period are provided in an intake port of a cylinder head. Features internal combustion engine.
【請求項16】 過給機のコンプレッサ後流から抽気し
て前記エアインジェクタに配管している請求項12〜1
5のいずれかの内燃機関。
16. The air injector according to claim 12, wherein air is extracted from the downstream side of the compressor of the supercharger and connected to the air injector.
5. The internal combustion engine of any one of 5.
【請求項17】 排気ターボ過給機を有する内燃機関に
おいて、吸気系に掃気性能を改善するための機械的吸込
み手段を介装していることを特徴とする内燃機関。
17. An internal combustion engine having an exhaust turbocharger, wherein a mechanical suction means for improving a scavenging performance is interposed in an intake system.
【請求項18】 排気ターボ過給機を有する内燃機関に
おいて、排気系に掃気性能を改善するための機械的吸込
み手段を介装していることを特徴とする内燃機関。
18. An internal combustion engine having an exhaust turbocharger, wherein an exhaust system is provided with mechanical suction means for improving scavenging performance.
【請求項19】 排気ターボ過給機を有する内燃機関に
おいて、吸気系と排気系とにそれぞれ掃気性能を改善す
るための機械的吸込み手段を介装していることを特徴と
する内燃機関。
19. An internal combustion engine having an exhaust turbocharger, wherein a mechanical suction means for improving scavenging performance is interposed in each of an intake system and an exhaust system.
【請求項20】 排気タービンをバイパスする通路を設
け、その通路にウエストゲートバルブを設けている請求
項17〜19のいずれかの内燃機関。
20. The internal combustion engine according to claim 17, wherein a passage bypassing the exhaust turbine is provided, and a wastegate valve is provided in the passage.
【請求項21】 ノックセンサを設けてノックの強さを
検出し、前記機械的吸込み手段の出力及びウエストゲー
トバルブ開度を制御する制御装置を設けている請求項2
0の内燃機関。
21. A control device for providing a knock sensor to detect a knock intensity and controlling an output of the mechanical suction means and a waste gate valve opening.
0 internal combustion engine.
【請求項22】 前記機械的吸込み手段はルーツブロワ
あるいはスクリューコンプレッサである請求項17〜2
1のいずれかの内燃機関。
22. The mechanical suction means is a roots blower or a screw compressor.
The internal combustion engine according to any one of 1.
【請求項23】 ピストンが下降し混合気を吸入する吸
気行程と、ピストンが上昇し混合気を圧縮する圧縮行程
と、混合気が燃焼してピストンが下降し燃焼ガスが膨脹
する膨脹行程と、ピストンが上昇し燃焼ガスを排出する
排気行程と、ピストンが下降し空気のみを吸入する掃気
吸入行程と、ピストンが上昇しシリンダ内のガスを排出
する掃気排出行程との6行程で1サイクルを形成するこ
とを特徴とする内燃機関。
23. An intake stroke in which a piston descends and sucks an air-fuel mixture, a compression stroke in which a piston rises and compresses an air-fuel mixture, and an expansion stroke in which an air-fuel mixture burns to lower a piston and expand combustion gas. One cycle is formed by six strokes: an exhaust stroke in which the piston rises and discharges combustion gas, a scavenging suction stroke in which the piston descends and sucks only air, and a scavenging discharge stroke in which the piston rises and discharges gas in the cylinder. An internal combustion engine characterized by:
【請求項24】 ピストン頂部に凹状に設けた燃焼室の
対向位置に突出手段を設け、燃焼室内の残留ガスを排出
する様に構成していることを特徴とする内燃機関。
24. An internal combustion engine characterized in that projecting means is provided at a position facing a combustion chamber provided in a concave shape on the top of a piston to discharge residual gas in the combustion chamber.
【請求項25】 吸気ポートまたはシリンダ内に燃料イ
ンジェクタを設け、さらに、シリンダヘッドの排気ポー
ト内に排気排出方向に一方流の逆止弁を設け、排気弁を
圧縮行程の途中まで開弁する様に構成していることを特
徴とする内燃機関。
25. A fuel injector is provided in an intake port or a cylinder, and a one-way check valve is provided in an exhaust port of a cylinder head in an exhaust discharge direction to open the exhaust valve halfway through a compression stroke. An internal combustion engine characterized in that:
【請求項26】 吸気ポートまたはシリンダ内に燃料イ
ンジェクタを設け、さらにシリンダヘッドのシリンダ中
心部に単一の吸気弁を配設し、その吸気弁を囲んで複数
の排気弁を設け、それらの排気弁の近傍に複数個の点火
栓を設けていることを特徴とする内燃機関。
26. A fuel injector is provided in an intake port or a cylinder, a single intake valve is provided in a central portion of a cylinder of a cylinder head, and a plurality of exhaust valves are provided so as to surround the intake valve. An internal combustion engine comprising a plurality of spark plugs provided near a valve.
【請求項27】 シリンダヘッドのシリンダ中心部に単
一の排気弁を配設し、その排気弁を囲んで複数の吸気弁
を設け、排気弁の近傍に複数の点火栓を設けていること
を特徴とする内燃機関。
27. A method in which a single exhaust valve is provided at the center of a cylinder of a cylinder head, a plurality of intake valves are provided around the exhaust valve, and a plurality of spark plugs are provided near the exhaust valve. Features internal combustion engine.
【請求項28】 シリンダヘッドの吸気ポートをシリン
ダ内に強力な吸気スワール流を生成する様に構成し、そ
のスワール流によって残留ガスが集結する中心部に点火
栓を配設していることを特徴とする内燃機関。
28. The intake port of a cylinder head is configured to generate a strong intake swirl flow in a cylinder, and an ignition plug is disposed at a central portion where residual gas is collected by the swirl flow. Internal combustion engine.
【請求項29】 シリンダヘッドの吸気ポート及びピス
トン頂面をシリンダ内に吸気流がタンブル流を生成する
様に形成し、そのタンブル流によって残留排気ガスが点
火栓の近傍に集まる様に構成していることを特徴とする
内燃機関。
29. An intake port and a piston top surface of a cylinder head are formed such that an intake flow generates a tumble flow in a cylinder, and the exhaust gas is collected near an ignition plug by the tumble flow. An internal combustion engine characterized by:
【請求項30】 シリンダヘッドに新気と残留ガスとの
混合を促進するため各シリンダ毎にそれぞれ2弁の吸気
弁及び排気弁を軸対称に配設していることを特徴とする
内燃機関。
30. An internal combustion engine in which two intake valves and two exhaust valves are disposed in each cylinder in an axially symmetric manner to promote mixing of fresh air and residual gas in a cylinder head.
【請求項31】 シリンダヘッドに1シリンダ当り各2
本の吸気弁を設け、シリンダ内に吸気流が互いに逆方向
に回転するタンブル流を生成する様に構成していること
を特徴とする内燃機関。
31. Each cylinder head has two cylinders per cylinder.
An internal combustion engine provided with a plurality of intake valves and configured to generate a tumble flow in which intake air flows in opposite directions in a cylinder.
【請求項32】 シリンダヘッドに1シリンダ当り各2
本の吸気弁を設け、シリンダ内に吸気流が互いに逆方向
に回転するスワール流を生成する様に構成していること
を特徴とする内燃機関。
32. Each cylinder head has two cylinders per cylinder.
An internal combustion engine comprising: a plurality of intake valves, wherein the internal combustion engine is configured to generate a swirl flow in which intake air flows in opposite directions in a cylinder.
【請求項33】 シリンダヘッドに1シリンダ当り各2
本の吸気弁を設け、シリンダ内に吸気流が一方の吸気弁
でスワール流を、他方の吸気弁でタンブル流をそれぞれ
生成する様に構成していることを特徴とする内燃機関。
33. Each cylinder head has two cylinders per cylinder.
An internal combustion engine comprising: a plurality of intake valves; wherein an intake flow is generated in a cylinder so that a swirl flow is generated by one intake valve and a tumble flow is generated by the other intake valve.
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