JPS5853170B2 - ４サイクルガソリンエンジン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は４サイクルカツリンエンジンの改良に関するも
のである。

そして、本発明は、予熱された混合気と残留ガスとを燃
焼室内で接触、混合させることによって圧縮着火、より
詳しくは多点自己発火による燃焼を行なわせ、この燃焼
が混合気の希薄域でも安定されていることにより、希薄
混合気の可燃限界を拡大して燃費の向上、低エミツシヨ
ン化をはかることを目的とするものである。

すなわち、本発明の４サイクルガソリンエンジンは、前
記目的を達成するために、吸気系の気化器と吸入弁との
間に設けた吸気予熱手段と、ピストンの下死点位置近く
で燃焼室と連通ずる残留ガスダンパ室とを備え、予熱さ
れた混合気と残留ガスとを燃焼室内で接触、混合させて
圧縮着火を行ない、希薄混合気の可燃限界を拡大するよ
うにしたものである。

なお、シリンダに、ピストンの下死点位置付近で燃焼室
と連通ずる小室を設けた先行技術例としては、特開昭５
２−１０１３０４号公報に記載のものがあるが、これは
排気ガス中の有害成分、特にＮＯの濃度を低減しようと
するものであり、本願発明と目的ひいては構成が顕著に
異るものである。

以下、図面を参照して本発明の一実施例を具体的に説明
する。

第１図、第２図において、符号１はシリンダヘッド、２
はシリンダブロック、３はシリンダブロック２のシリン
ダ孔１７に摺動自在に嵌挿されたピストンである。

このピストン３上方にはシリンダヘッド１とシリンダブ
ロック２とで囲まれた燃焼室４が形成され・ている。

この燃焼室４の一側上部に張出した部分に吸入弁５と排
気弁６とが設けられ、燃焼室４は吸入弁５を介して吸入
管７と、排気弁６を介して図示省略した排気管と連通さ
れている。

そして、以上の構成は従来の４サイクル側弁式カッリン
エンジンと同様である。

又、圧縮比についても従来のものと同様サイドバルブ式
の内燃機関のそれとほぼ同等の６付近に設定している。

前記吸入管７は気化器８を介してエアクリーナ９と連通
されている。

また、吸入管７の外周を包囲して予熱室１０が形成され
、この予熱室１０は排気ガス人口１０ａおよび排気ガス
出口１０ｂによって排気系に接続されている。

前記シリンダブロック２の他側部外周には残留ガスダン
パ室１１が一体に設けられ、このダンパ室１１の側部が
ポート１２によって、ピストン３の下死点位置上面より
若干上方で燃焼室４と連通されている。

さらに、ピストン３の外周下部にはスカートリング１３
が嵌着され、このスカートリング１３はピストンの上死
点位置で残留ガスダンパ室１１のポート１２より若干下
方になる位置に配置され、かつシリンダの周面１７と摺
動自在にされている。

なお、第１図中、１４はガスリング、１５はオイルリン
グで、これらはピストン３の外周上部に嵌着されている
。

また、１６は燃焼室４の吸入弁５近傍に電極部を突出さ
せた点火栓である。

次に以上のように構成されたエンジンの作用について説
明する。

吸気はエアクリーナ９を経て気化器８を通り、ここでガ
ソリンが供給されて混合気となる。

この混合気は吸入管７を通って吸入弁５の開放時に燃焼
室４に吸入されるが、吸入管７の外周に設けた予熱室１
０内の排気ガスで予熱されるため、吸入弁５近くに達す
ると燃料であるガソリンがほぼ完全に気化する。

一方、残留ガスダンパ室１１は膨張行程の末期にピスト
ン３の下降によりポート１２が開いて残留ガスダンパ室
１１が燃焼室４と連通し、残留ガスダンパ室１１に燃焼
後のガスが圧送され、排気行程の初期にピストン３の上
昇によりポート１２が閉じ、残留ガスダンパ室１１内に
燃焼後のガスが残留される。

この場合、ポート１２を比較的上方に設けると、吸入行
程時に、混合気がダンパ室に入り込むことにより本目的
を遠戚することは出来ず、ポートは下死点時のピストン
ヘッド上面が好ましい。

この残留ガスは次の吸気行程の末期から圧縮行程の初期
までポート１２が開くことにより燃焼室４内に導入され
、吸気行程で新気として吸入され、かつ予熱されている
混合気と接触、混合され、混合気は残留ガスによって加
熱される。

この加熱された混合気は圧縮行程で圧縮されることによ
り、さらに高温となってガソリン蒸気の自己発火最低温
度を越える。

これを本発明の圧縮比がほぼ６付近とあまり変わらない
圧縮比が７の通常の汎用側弁式４サイクルガソリンエン
ジンについての第５図により説明すれば、■は、混合気
の断熱圧縮温度線図であるが、点火時期（通常２５〜３
０°ＢＴＤＣ）になっても混合気は、その温度が■で示
すガソリン蒸気自己発火最低温度に達しないから、点火
栓により点火されて燃焼する。

これに対して■は、本発明の圧縮比がほぼ６付近のエン
ジンにおいて、圧縮比を７にした場合における混合気の
断熱圧縮温度下限線を示すが、これによれば、圧縮開始
点における混合気の温度は、混合気を予熱室１０により
予熱し、かつ高温な残留ガスにより上記のように加熱し
て２００℃以上に保つことにより、遅くとも上死点前約
５００（クランク角度）で■で示されるガソリン蒸気自
己発火最低温度を越えるようになり、従って、混合気は
点火栓１６による点火以前に圧縮着火すなわち多点自己
発火し燃焼に至る。

なお、上記第５図においてガソリン蒸気自己発火最低温
度線図は、長屋・著「内燃機関講義（上巻）Ｐ、１７８
．図４，９空気圧力による自然発火温度の低下」を参照
した。

断熱圧縮温度及びそのときの圧力は、 但し、Ｔ１：圧縮始め温度、Ｐｌ：圧縮始め圧力、Ｔ２
：圧縮後温度、Ｐ２：圧縮後圧力、ε：圧縮比、ｍ＝ポ
リトロープ指数（ｍ＝ １．３５とした。

この数値は断熱圧縮時のポＩＪ ）ロープ指数として一
般に用いられている数値である）により算出した。

クランク角度は、関・著「機械設計製図演習３ガソリン
工ンジン編」第８頁１６表の「ピストンの運動特性」に
より算出した。

この燃焼は、通常の火花点火による１点からの火炎伝播
と異なり、混合気中の広い範囲にわたって多数の火炎核
をもつので、非常に希薄な混合気でも確実に着火され、
安定した燃焼が行なわれる。

また、燃料が気化した予熱混合気と残留ガスとが燃焼室
４で均一に混合されるので、ホットポイントの形成およ
び圧力上昇率が過大にならず、ノッキングの恐れがない
。

この多点自己発火燃焼は性能曲線上、第３図の軸出カー
回転数線図に示す斜線部分で行なわれ、これ以外の部分
では多点自己発火燃焼および点火栓１６の火花点火によ
る通常燃焼の混在部分となる。

そして、第３図の低速側が前記両燃焼の混在部分となっ
ているのは、低速側は高速側よりも冷却効果が強いため
に燃焼室が冷却されることおよび残留カスの温度が低く
なって混合気の加熱量が小さくなり、また混合効果も小
さいことによる。

しかし、多点自己発火燃焼と通常燃焼の混在部分でも、
通常のエンジンの燃焼室での燃焼に比べて安定した燃焼
が行なわれる。

すなわち、吸入行程において、吸入新気である混合気と
残留ガスとが燃焼室４内で接触、混合されるが、燃焼室
４の吸入弁５に近い一側部には吸入新気が多く、残留ガ
スの量が少なく、吸入新気の温度が従来よりも高いため
に点火栓１６による着火性がよい。

ここで、機関の始動時、冷態時、及びアイドリング略等
始動及び不安定燃焼状態では、点火栓の点火により燃焼
が行われる。

また、第３図における多点自己発火燃焼範囲と多点自己
発火燃焼および通常燃焼の混在範囲との境界位置は、吸
気予熱温度および残留ガスダンパ室の容積、ポートの断
面積の変更などにより、比較的大きな自由度で変更でき
る。

前述した多点自己発火燃焼は、希薄混合気を用いた場合
でも、燃焼がきわめて安定している。

すなわち、第４図に示すように、燃焼圧力変動率を通常
の排気ガスを還流させかつ火花点火による燃焼と、多点
自己発火燃焼とで比較すると、通常の燃焼では混合気の
希薄化に伴い、前記変動率が２次曲線状に上昇し、理論
空燃比を僅かに越えた点で失火を生ずるのに対し、多点
自己発火燃焼では変動率曲線が扁平でしかも低く、空燃
比Ａ／Ｆが２０を越す点でも安定している。

また、これに伴って気化器の大幅な空燃比希薄化セツテ
ィングが可能であるため、燃料消費率を低下させること
ができる。

なお、前記実施例において、ピストン３に前記スカート
リング１３を設けたのは、残留ガスダンパ室１１内の残
留ガスがクランク室へ漏出することを防ぐためである。

また、本発明において、ピストン３、ピストンリングの
往復運動に付随して潤滑油が残留ガスダンパ室１１内に
入るのを防ぐために、このダンパ室１１の底面とポート
１２下面とを近接あるいに一致させ、また残留ガスダン
パ室１１．ポート１２に燃焼室４側が低くなる傾斜を設
ければ、潤滑油が残留ガスの流れに応じて燃焼室４、ピ
ストン３の壁面とダンパ室１１内とを往復し、ガス交換
およびポート１２部の潤滑が良好に行なわれるので好ま
しい。

また、残留ガスダンパ室１１に開口するドレン流路をク
ランク室に連通させ、ドレン流路に弁を設け、前記ダン
パ室１１に溜った潤滑油を、運転停止時に前記弁を開い
てクランク室下部に設けたオイルパンに流出するように
してもよい。

さらに、本発明において、吸気予熱手段は、シリンダの
熱によって吸入混合気を加熱するようにしてもよい。

なお、本発明は、前記実施例のような側弁式のエンジン
以外の４サイクルガソリンエンジンにも適用できる。

以上説明したように本発明は、燃焼室内で予熱された混
合気と残留ガスとを接触、混合させて、圧縮着火を行な
うようにしたので、希薄混合気の可燃限界を拡大して燃
費を向上させ、低エミツシヨン化をはかることができる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断説明図。 第２図は第１図のｆｆ−１１線に沿うシリンダヘッドの
底面図、第３図は圧縮着火燃焼およびこの燃焼と通常燃
焼との混在範囲説明用の軸出カー回転数線図、第４図は
本発明のものと従来のものとを比較して示す燃焼圧力変
動率線図、第５図は本発明を説明するための説明図であ
る。 １・・・・・・シリンダヘッド、２・・・・・・シリン
ダブロック、３・・・・・・ピストン、４・・・・・・
燃焼室、５・・・・・・吸入弁、６・・・・・・排気弁
、Ｔ・・・・・・吸入管、８・・・・・・気化器、９・
・・・・・エアクリーナ、１０・・・・・・予熱室、１
１・・・・・・残留ガスダンパ室、１２・・・・・・ポ
ート、１３・・・・・・スカートリング、１４・・・・
・・ガスリング、１５・・・・・・オイルリング、１６
・・・・・・点火栓、１７・・・・・・シリンダの周面
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 吸気系の気化器と吸入弁との間に設けた吸気予熱手
   段と、ピストンの下死点位置近くで燃焼室と連通ずる残
   留ガスダンパ室とを備え、予熱された混合気と残留ガス
   とを燃焼室内で接触、混合させて圧縮着火を行ない、希
   薄混合気の可燃限界を拡大するようにしたことを特徴と
   する４サイクルガソリンエンジン。 ２ ビス）／（７）外周に、その上死点位置で残留ガス
   ダンノく室と燃焼室とを連通させるポートより若干下方
   に位置するスカートリングを、シリンダ孔周面と摺動自
   在に設けた特許請求の範囲第１項記載の４サイクルガソ
   リンエンジン。