JPS58152119A - 層状給気型内燃機関 - 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】 本発明はニサイクルの内燃機関に係わり、この内燃機関
において各シリンダのポートは、該シリンダへ各給気が
送られるように配置され、シリンダ内のガスは直径方向
へ伸張する明確な噛乃至１千行層（５ｔｒａｔａ）＠を
形成する傾向にあり、これらの層乃至平行層各々の組成
は異なっている。このような機関を、１層状給気（ｓｔ
ｒａｔｉｆｌｅｄ−ｃｈａｒｇｅ　）　”機関乃至＊Ｓ
Ｃ＊機関と称する。

ＳＣ機関のシリンダは３種類のポートを必要とする。第
一には、使用済みの給気がそこを通過してシリンダを離
れる少なくとも１個の排気ポートである。第二は補助移
送ポートとして知られる少なくとも１個のポートであり
、このポートはシリンダ壁に、１１１ｍまたは複数個の
排気ポートに対向して配置される。１個または複数個の
補助移送ポートを通過して、濃厚な燃料／空気混合気（
ｆｕｅｌ／ａｉｒ　ｍ１ｘｔｕｒｅ　）がシリンダへ進
入する。第三に必要なのは、互いに対向し、かつ排気ポ
ートを補助移送ポートと結ぶ直径の片側ずつにそれぞれ
位置する少なくとも２優の主移送ポートである。主移送
ポートは給気の発火に必要な大量の空気を供給し、燃料
は一切供給しない。添付図面の第１図〜第３図は、３種
類の異なるＳＣ機関の典型的なシリンダの横断面を概略
的に示している。第１図においてシリンダｌは、単一の
補助移送ポート３に直径方向で対峙する単一の排気ポー
ト２、及び２個の主移送ポート４．５を有する。シリン
ダがポート３からの濃厚な混合気の導入並びにポート４
及び５からの空気のみの導入によって給気される時、給
気は三つの層６．７及び８を成す傾向にあり、これらの
層間のおよその境界を、破線９，１０によって示す。層
６のガスは主として、前回の給気からの廃ガスであり、
排気ポート２の開口周囲付近に位置している。ｌｌ９７
は補助移送ポート３を通過して新た〈導入された濃厚な
混合気から成り、該ポートの開口付近に位置する。＠６
と７の間に、主移送ポート４及び５を経て導入された純
粋な空気から成る層８が位置する。この空気は熱論給気
の発火及びその後の燃焼に必要なものであるが、発火以
前には１１６及び７間の８１１１　＊として機能する傾
向にあり、その有益は一効果として、未発火の燃料蒸気
がポート３からポート２ペシリンダを横切って直裁的に
通過することが防止される。燃料のこのような通過は不
経済なばかりでな′（、排気ガスにおける燃焼されてい
ない炭化水素の比率を高めもし、それによって通傘この
比率は、この問題に関して現在効力を有する、増え続け
る法的規制によって設定されたレベルを上回ってしまう
。第１図からはまた、主移送ポート４及５がポート２と
３を結ぶ直径に対してちょうど直角にではなく、斜めの
方向からシリンダへ進入することが明らかに知見され、
従ってこれら主移送ポートが導入するガスはポート３方
向への甚だしい合成運動を有する。このことが、明確な
３層６．８及び７が形成されるべき場合に事実上致命的
であることは当業者には公知であるが、後段に規定しか
つ説明される本発明にはこれは鋏当しない。

第２図は１対の補助移送ボー）３ａ及び３ｂと、これに
対応して二つの開口２ａ及び２ｂを具えた排気ポートと
を有するシリンダ１を示しており、上記の二つの開口は
分割リブ１１後方で直ちに融合し、単一の排気路となっ
ている。

吸気側−排気側を結ぶ直径の一方の側に位置する２個の
主移送ポートｔｍ及び４ｂに対し均衡を保って、他の２
個の主ポー）Ｓｌ　、５ｂが鍍直径の反射筒に配置され
、ここでも主ポート４及び５を通過して導入される空気
の合成運動は補助ポート３の方へ向かう多大な成分を有
する。

第３図に示した構造でもやはり２個の主移送ポート（４
ａ、４ｂ及び５ａ、５ｂ）が吸気側−排気側軸の両側各
々に位置し、またこの構造には単一の排気ポート２が具
わり、更に２個の補助移送ポート３１，３ｂの軸は上述
の２図におけるように排気軸に平行である替わりに、諌
排気軸に対し主移送ポートとほぼ同様に対称的に角寝付
けられているが、ここではその結果、上記補助移送ポー
トを通過して導入される混合気の合成運動が排気ポート
２の方へ向けられる。

自動車用機関の設計に関する最近の開発は四ナイクル設
計に集中しており、またこの開発は排気ガスによる大気
汚染の危険の認識の増大、並びに多数の国々によるこの
問題についての相当制約的な法律の制定と符合している
。一部この１由から、四サイクル機関の最近の設計の多
くにおいて燃料導入システムは精巧化され、従つて高価
となり、これらのシステムは通常複雑な電子的機構を具
備し、この機構が機関の性能を継続的に監視し、また各
シリンダへの燃料の各供給量を正確に測定し、かつ多く
の設計においてこの供給燃料の導入を正確に時間調整す
る。

ところで、四サイクル機関及びこの機関を搭載された車
両は比較的犬種かつ高価な構造となる傾向にあり、従っ
て上記のような精巧な燃料供給機構に掛かる余分なコス
トは全体のコストに比べて比較的僅かであるが、ニサイ
クル機関の場合にはこれとは事情が異なり、電子的燃料
供給システムは全体のコストを非常に高めるので真東上
不利となる。従って、排気ガスによる大気汚染への関心
が増大した結果、ニサイクルの８層機関に対する興味は
最近では比較的薄れている。

本発明は、ニナイクル機関では、単に通常の設計から層
状給気型の設計へ変更することによって達成される効率
及び排気特性の改善が予想外に大幅であるという着想に
基づいている。事実、上記の改善は大幅に達成され、そ
の結果新規ではあるが単純な燃料供給方法が用いられる
場合でも通常の設計に加えられた故実は依然十分であり
、従って運転時の機関は、通常のニサイクル機関によっ
ては満たされないような最近の多くの法的要求を満足し
よう。本発明によれば１層状給気型のニサイクル内燃機
関は空気供給用の主移送路システムと補助移送路システ
ムとを有する少なくども１個のシリンダを含み。

上記補助移送路システムによって咳シリンダへ濃厚な混
合気が供給される。燃料供給手段は補助移送路システム
内において、咳移送路のシリンダへの入口の上流に配置
され、この結果燃料と空気との実質的な混合はこの手段
からシリンダまでの間で実現し、また燃料供給の割合を
調整する手段が具備されており、これによって上記割合
は、機関内の所定の位置において見出されるガスのパラ
メータに対して所定の関係を担う。

燃料供給手段は、この手段が位置している補助移送路内
の空気の流れに直接応答する気化器もしくは他の自然吸
気型装置を含み得る。あるいは燃料供給手段は、補助移
送路内へ射出し、燃料ポンプによって補充される噴射器
の形態であってもよく、噴射器の射出の割合は補助移送
路内の圧力、もしくは機関内のどこか他の場所の圧力に
合わせられる。

好ましくは、機関は共通移送路に並列に接続された少な
くとも２個のシリンダを含み、これら接続された全シリ
ンダのための流体供給手段が上記移送路内の一点に配置
される。シリンダのクランク室は互いに分離され得、そ
の結果各シリンダのクランク室は、該シリンダへ補助移
送路システムを経て進入する空気の供給を制御する個々
のポンプ装置として機能する。各クランク室は、単一の
出口を有するマニホルドとり−ド弁もしくは他の逆止め
弁を介して連絡し得。

上記の出口は一点配置の燃料供給手段に、更にほこの手
段を通過した先で共通移送路に続いている。

本発明は特に、ステップピストンを臭えた多シリンダ機
関に適し、この機関では各ピストンの一つのステップが
このピストンを駆動する点部 火力を札、また他方のステップの作業領域は　　　′別
のシリンダの補助移送路システムに接続され。

この第二のシリンダへ燃焼用空気を送るのに必要なポン
プ作用が働くのに役立つ。この場合。

シリンダのポンプ作用部分はり−ド弁もしくは他の逆止
め弁を介してマニホルドに接続され得。

かつ更にその先で一点配置の燃料供給装置を介して、シ
リンダの各々が並列に接続されている共通補助移送路に
接続され得る。

本発明を具体例によって、添付図面を第４図〜第７図を
参照しりフ以下に説明する。

第４図に、シリンダ１６内で運動する通常のピストンｌ
ｓを含んでいる機関を示す。連接棒１７＃ｃよって、ピ
ストン１５はクランク室１９の中の軸受（図示せず）内
に位置するクランクシャフト１８を駆動する。シリンダ
１６のポートは、層状給気を実現するように配置される
。

単一の排気路２０のポートは、単一の補助移送路２１の
ポートに直径方向で対峙している。これら２個のポート
間に、２本の主移送路のポートが互いに対向して位置す
る。その内の一方の主移送路２２のポートは図示されて
いるが、他方の主移送路は図の断面より手前に位置して
いる。クランク室１９は、中に吸込みリード弁２４が配
置された空気流入口２３と３個の空気流出口とを有する
。該流出口の内、その一方２５が図示されている。２個
は主移送路に（ｔｌｔ出口２５の場合、主移送路２２に
）続いている。

残りの流出口２６は移送リード弁２フを介して補助移送
路２１に続き、この移送路内には、ポンプ２９によって
符号２１１ｍを付して概略的に示された燃料リザーバと
接続される燃料供給装置２８が配置されている。装置２
８は典型的には、構造及び機能において通常の気化器と
同様であり得、この装置２８の上流に当たる移送路２１
の一部分２１龜に存在する圧力に維持されるフロート室
を中に包含する。蒸気状の燃料が装置２８から、移送路
２１内の空気が該装置を通過して流れるその割合に関係
付けられた割合で引出される。ピストン１５は下死点に
ある状態で、即ちパワー行糧終了時の状態で示されてお
り、咳パワー行程の後半部分では空気及び燃料から成る
新たな給気がシリンダ１６へ進入している。次に、続く
圧縮行程においてピストン１ｓが持上がるとり−ド弁２
７は閉じるが弁２４は開き、その結果空気がクランク室
１９へ流入口２３を経て導入される。ピストンが上死点
に達し、プラグ３０によって点火後火のパワー行程に入
って降り始めるや弁２４は閉じ、下降するピストンのポ
ンプ作用が空気をクランク１ｍ［１９からシリンダ１６
内へと２本のルートで駆動する。即ち第一のルートは流
出口２５及び主移送路２２を通過するもので、このルー
トでの駆動によりシリンダへの次の給気において純粋な
空気から成る中間層乃至中間平行層が形成され、また第
二のルートはこの時には開いている弁２７を経て補助移
送路２１及び装置２８を通過するものであり、該装置に
おいて空気中へ燃料蒸気が、空気自体の流量に比例する
割合で導入される。空気と燃料蒸気とは移送路２１の、
装置２８とシリンダ１６の間になお残る部分において混
合する。従って移送路２１のこの部分は実質的な混合を
可能にするのに十分な長さを有していなければならず、
その長さは典型的には移送路の直径を優に越えるであろ
う。第４図に示すようにシリンダへ進入した混合気は明
確なｌ１７を形成し、排気路及び移送路の寸法は層間に
明瞭な境界９．１０が生じるように選択される。

本発明は、気化燃料の補助移送路２１内へ導入される割
合がこの移送路内における空気の流量に直接従属してい
る機関のみに限定されるものではない。別の具体例では
、燃料は機関内に見出される圧力レベルに関係付けられ
た割合で移送路内へ直接噴射され得よう。例えば第Ｓ８
！！２に示されるように、燃料噴射ノズル６４は燃料を
容器２９１から圧力ポンプ２９によって供給され得、そ
の際燃料の供給量は、吸気口２３において吸込みリード
弁２４の僅かに上流に配置された絞り弁６７に隣接する
圧力センナ６６からの信号に応答する調整弁装置６５に
よって制御される。センサ６６と装＃ｔ６５の間の接続
を、符号６８によって概略的に示す。制御システムはま
た、装置６５との接続７０を有し、排気ガス温度を監視
する付加的なセンサ６９を包含していてもよい。なおそ
の他のパラメータを監視する更に別のセンナが、特定の
適用に関して要求される制御の度合に従って付加され得
る。

＠６図は複シリンダ型のニサイクル機関を示し、この機
関で２個のシリンダ３１．３２は各々単一の排気路３３
及び互いに対向する１対の主移送路３４．３５を有する
。各シリンダはまた共通の補助移送路３６に続く単一の
ボートも有し、該補助移送路自体は単一の流体供給装置
３丁と連絡し、かつ更にその先でマニホルド３８並びに
リード弁３９及び４０を介して、シリンダ３１．３２の
分離したクランク室４１゜４２それぞれと連絡している
。そこで各シリンダのクランク室は該シリンダのための
ポンプ装置として、第４図に示された単独のシリンダの
クランク室１９と正に同様に機能するが、各ピストンが
そのポンプ行程を交互に行なう際当該シリンダに関係す
る方のり−ド弁（３９または４Ｇ）のみが開き、他方の
弁は閉じているために、また、他方のボートは他方のシ
リンダの１８０°ずれて運動するピストンによって掩蔽
されるので当該シリンダに関係する方の移送路ポー）（
４３または４４）のみが混合気を移送路３６から導入す
るために、単一の燃料供給装置３７で十分である。第７
図は、ステップピストンを用いた複シリンダ臘二ナイク
ル機関を示す。

ピストンそのものは図から省略されており、図示された
断面は各シリンダの１作業（ｗｏｒｋｉｎｇ）”部分、
即ち給気を受容する部分の上半部におけるものである。

２１ｔ！のシリンダの作業部分を符号５０．５１によっ
て、またこれらの部分と関係付けられた、より大きい直
径を有する０ポンプ作用（ｐｕｍｐ亀ｎｇ）　１部分を
符号５２．５３によって示す。二つのポンプ作用部分か
らの出口５４は主移送路５５を介して作業部分！５０＆
び５１の主移送ポート５６に続き、ポンプ作用部分５２
．５３の出口５７はリード弁５８を介してマニホルド５
９に、更にその先では燃料供給装置６０を介して共通移
送路６１に続き、この移送路はボート６２において作業
部分５０゜５１へ進入する。シリンダの始動行程におけ
るポンプ作用によって同じ該シリンダへの次の給気が行
なわれた、第４図及び第５図に示された構造とは対照的
に、第７図の構造では出口５４゜５７がシリンダ部分５
２．５３の上方部分に配置され、一方のシリンダの作業
部分の圧縮行程によって、このシリンダではなくもう一
方のシリンダへの次の給気のために空気が吸入される。

作図を簡略化するため、ポンプ作用部分５２゜５３の空
気流入口及び作業部分５０．５１の排気部は省略しであ
る。作業部分の排気部は鍼論、補助移送ポート６２に直
径方向で対峙するであろう。装置６０が自然吸気型であ
る場合、通路６３によってマニホルド５９と装置６０の
フロート室乃至同様の部材とが確実に連絡され、従って
両者の圧力間に必要な同一性が確立される。

第４図〜第７図に示したような自然吸気型の燃料供給装
置を含む本発明機関では特に、該装置を補助移送路に沿
って流れるガスの流路内に実際に配置することによって
、ポンプ作用によって発せられる熱が該装置を機関が始
動されるや否や非常に急速に暖める、即ち機関が１チヨ
ーキング１を要し、低効率で作動する時間を短縮すると
いう点が有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は３種類の異なるＳＣ機関の典臘的なシ
リンダの概略的横断面図、第４図は通常のピストンを具
えた単シリンダ機関の断面図、ｇｓ図は第４図の機関の
変形例の、第４図と同様の断面図、第６図は通常のピス
トンを具えた複シリンダ機関の簡略化された斜視図、第
７図はステップピストンを具えた複シリンダ機関の横断
面図である。 １．１６．３１．３２・・・シリンダ、２・・・排気ボ
ート、ａ、ａｍ、ａｂ、６２−・−補助移送ボート、　
４．４ｍ＋４ｂ、５．５ｍ、５ｂ、５６・・・主移送ボ
ー）、６．７．８・・・給気の層、９゜１０・・・境界
、１５・・・ピストン、１７・・・連接棒、１８・・・
クランクシャフト、１９，４１．４２・・・クランク室
、２０．３３・・・排気路、２１・・・補助移送路、２
１ａ・・・補助移送路の一部、２２゜３４．３５．５５
・・・主移送路、２３・・・空気流入口、２５．２６・
・・空気流出口、２８．６０・・・燃料供給装置、３６
．６１・・・共通補助移送路、３７・・・流体供給装置
、３８．５９・・・マニホルド、４３．４１・・移送路
ボート、５２．５３・・・ポンプ作用部分、５４．５フ
・・・出口、６３・・・通路、６４・・・燃料噴射ノズ
ル、６５・・・調整弁装置、６６・・・圧力センサ、６
７・・・絞り弁、６８．７０・・・接続、６９・・・セ
ンナ。 代理人弁垣す今　　村　　　凡

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも１個のシリンダと、２２！気供給用の主移送
   路システムと、上記シリンダへ燃料と空気との濃厚な混
   合物を供給する補助移送路システムとを含む層状給気型
   のニサイクル内燃機関であって、燃料供給手段が補助移
   送路システム内において、該移送路のシリンダへの入口
   の上流に配置され、この結果燃料と空気との実質的な混
   合は上記燃料供給手段からシリンダまでの間で実現し、
   また燃料供給の割合を調整する手段が具備されており、
   これによって上記割合は、機関内の所定の位置において
   見出されるガスのパラメータに対して所定の関係を有す
   ることを特徴とする内燃機関。