JPS5945802B2 - 混合気内部形成式内燃機関 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は混合気内部形成式内燃機関、特にジーゼル機
関、でシリンダごとに吸気弁２個ずつを備えており、こ
の内燃機関の全ての負荷領域においてこれら２個の吸気
弁から出た燃焼空気がシリンダ軸まわりの旋回気流とし
てシリンダ内へ導かれるよう（（されているもの、にが
がるものである。

混合気内部形成式内燃機関では多くの場合、特にシリン
ダ径の小さい場合や回転数の高い場合、混合気形成のた
めに燃焼空気をシリンダ内で旋回させることが必要とさ
れる。

なお、いろいろな目的、たとえば排気中のＮＯｘ成分を
低く抑えるための目的などに、燃焼反応をすばやく行な
わせることが要求されるが、そのためには混合気形成を
すばやく行なわせることが前掃条件となる。

シリンダ内に旋回する燃焼空気に激しい乱流を生じさせ
ることによって、混合気形成も、ひいては燃焼反応も、
すばやく行なわせることができる、ということが判明し
ている。

燃焼空気をシリンダ内で旋回させることは、それ自体と
しては公知のように、弁まわりにカタツムリ形に構成さ
れたいわゆる渦巻き路か、弁に対して斜行レジリンダに
対して接続力向となるように延びる吸気路か、によって
達成することができる。

流れ込む空気の量およびシリンダ内に生じる旋回流の強
さは、これら吸気路の型式のほかに各吸気路をどのよう
に配設するかとかどのような断面のものとするかとかに
よって左右されるので、いろいろ違った効果を実現する
ことが可能である。

混合気形成をすばやくするために旋回状態のほかに要求
される燃焼空気の乱流状態については、そもそも乱流と
いうものは本来急激にその強さを失なって運動エネルギ
ーが熱に変わって費やされてしまう過程にあるものであ
るから、この有効な乱流状態を実現することはかなり難
かしい問題である。

従って、この発明の目的は、冒頭に述べたような型式の
内燃機関において、シリンダ給気に激しい乱流状態の旋
回流を確実に生じさせ、各場合場合の要求にうまく適合
した乱流度や望みどおりの旋回度が得られるような方策
を提供することである。

この問題解決のために、この発明では、両吸気路のうち
少なくともひとつが渦巻き路として構成されていて、そ
の吐き出し方向が、他方の吸気弁を経て導かれる空気流
の旋回力向とは逆であるような構成とされている。

この構成の実施形態は当業者にとってはいろいろ違った
可能性が考えられるが、ともかくこの構成によって、所
望の乱流が直接にシリンダ内部で、シリンダ軸まわりに
たがいに逆方向に回転する両分流が衝突し合うことによ
って作り出されるのである。

このように、燃焼行程開始の直前に乱流状態が作り出さ
れるので、混合気形成作用の改善・迅速化のための所望
の効果が完全に発揮されることとなる。

両分流の衝突によってシリンダ給気の旋回度は多少弱め
られることとはなるが、強い力の部分流の向きに流れる
激しい乱流状態の旋回流が得られるのであって、このよ
うに得られる気流の旋回度と乱流度とは、各分流を適当
な割合いのものとすることによって各場合場合のエンジ
ン構造に最適のものとすることができる。

四弁式内燃機関のシリンダ・ヘッドで、−力の吸気弁が
斜行路に、他方が渦巻き路に、それぞれつながっている
、というものはすでに公知である。

しかしながら、これら、両吸気路は、そのシリンダ・ヘ
ッドの平面図として見ると、いずれも実質的にまっすぐ
であってたがいに大体平行しており、斜行路はシリンダ
内の所期気流回転力向に一致した方向を持つものとなっ
ている。

他方の吸気路を通って導かれる気流も、実質的に所期の
旋回力向で弁穴からシリンダ内へ流れ込むようになって
いる。

例えば、 イギリス特許第９３１７５１号に開示されているこのよ
うな吸気路構成は実質的にシリンダ給気の旋回を強化す
ることとなるにすぎず、これだけでは、混合気形成や、
ひいては燃焼行程の改善には、大きな役割りをはたすも
のとはなり得ない、というのが新しく得られた知見であ
る。

またイギリス特許第８４４３５２号には、斜行形の吸気
路を経た空気流がシリンダ内を旋回する方向を有し、渦
巻き形の吸気路を経た空気流がシリンダ下向きの方向を
有し、この２つの方向の空気流の協働で混合気形成の改
善・迅速化されることが開示されているだけであり、効
果的な乱流気流の形吸手段とはいえず、このことが本発
明の出発点となるのである。

これに反して、これまでに述べたこの発明による内燃機
関実施例では、流体力学的にも機体構造的にも有利なも
のである。

すなわち、公知の構成をはずれた、これら斜行路と渦巻
き路との詩法の配置によって、シリンダ給気の旋回に上
乗せされる燃焼空気の所望の乱流が得られるのである。

この効果をもたらす原理は、渦巻き路につながる吸気弁
の周辺にある部分での気流変度ベクトルが、シリンダ内
壁に衝突したときにシリンダ内の主旋回力向とは逆向き
の成分を持つこととなるようにされていることである。

このような流速成分は、旋回流を生じさせるというだけ
のことを目的とする在来の見地からは、じゃまもの扱い
されるものであるが、この発明では上に述べたように在
来はじゃま扱いされていた流速成分が有効に利用されて
いるのである。

各吸気路とも、シリンダ・ヘッドの同一側壁部から延び
出してくる型の内燃機関にあっては、この発明の好適な
実施例として、シリンダ・ヘッドの平面図として見たと
きに、斜行路の力がそのシリンダ・ヘッド側壁部から彎
曲して全弁軸を含むシリンダ面に対する接線力向となる
部分へと移行しており、渦巻き路の力はそのシリンダ・
ヘッド側壁部から大体それに垂直に延び出し、シリンダ
中心部に面したその内壁は両吸気弁の各弁案内支持部を
つなぎ合わせる彎曲部としてさらに延び出ていて、その
彎曲はシリンダ中心部へ向かって突き出た形であり、さ
らにこれに弁案内支持部のまわりを渦巻き状に巻き込ん
だこの吸気路部分がつながっており、また、シリンダ・
ヘッド底面近くの、弁座へとなだらかに下降してきた斜
行路の壁面の端部が、その弁座の上部で鋭くとがった耳
部として突き出た形となっているものがある。

この構成では、弁に近い部分の両板気路が非常にこしん
まりとしたものとなり、また、両流路とも比較的短かく
て好ましい流路形を得られるものである。

又、両板気路が、シリンダ・ヘッド内で吸気側シリンダ
・ヘッド側壁に沿ってくり抜かれた形の受入れ室から延
び出したものとしてもよい。

これによって、流路が特に短く、好ましい流路条件のも
のとなる。

このとき、先に述べた実施例での斜行路はじめの彎曲部
分は無用となる。

両板気路がシリンダ・ヘッドの天井部仕切り面から延び
出している内燃機関にこの発明思想を応用したものとし
て、シリンダ・ヘッドの平面図として見たときに、両板
気路とも実質的に直線状に延びており、斜行路の力がシ
リンダ・ベント底部側へ向かって突き出した形に彎曲し
ていて、その端部は弁座の上部で鋭くとがった耳部とし
て突き出た形となっているものがある。

渦巻き路の力はシリンダ・ヘッドの天井面から、シリン
ダ・ヘッド底部側へ向かって突き出した形に彎曲した部
分を経て、さらにそれにつながる渦巻き形逆方向彎曲部
へと移行するものとされている。

この場合にも、比較的短くて抵抗の少ない両板気路が得
られ、これら吸気路用として使うべき空間を非常に効果
よく利用することができる。

この発明の別実施例として、一方の吸気路がシリンダ・
ヘッドの一側壁部から、他力の吸気路が天井部仕切り壁
部から、それぞれ延び出したものとすることもできる。

このような内燃機関の購或は、シリンダ軸の方向に働く
気流成分が圧縮行程のあいだ強力な制動を受けるので、
混合気形成や燃焼の速さに好ましい影響力を及ぼす要因
としては、シリンダ軸のまわりの旋回に加えて、それに
平行な軸のまわりの渦の発生も特に重要なものである、
という知見にもとづいたものである。

しかし、この発明の別の応用例として、このようにシリ
ンダごとにひとつの渦巻き路とひとつの斜行路とを備え
たエンジンでの流路構成の別形態、すなわち、その渦巻
き路と斜行路とが、そのシリンダ・ヘッドの同一側面部
から延び出したもので、渦巻き路はシリンダ内壁に対し
て実質的に接線となるような方向に、また、斜行路はシ
リンダ軸に対して実質的に径方向に、それぞれ延びてい
るものも可能で、この構成は特に多気筒内燃機関用とし
て有利である。

すなわち、これでは、ひとつのシリンダの渦巻き路と隣
接シリンダの斜行路とを、それらの共通通気路になり、
または、すべての吸気路に共通するものとしてシリンダ
・ヘッドの吸気側側面部にくり抜かれた形の受入れ室に
直接になり、つなぎつけることができるのであって、こ
れによって、どの吸気路も非常に短くて流れに対する抵
抗の小さいものとなり、また、空間の利用が完全に行な
われることとなるのである。

つぎに、略示的な添付図面によって、この発明をさらに
詳しく説明する。

第１図に見られるように、この発明の思想は、各吸気路
になんの組込み材を設けることなしにでも、実施するこ
とができる。

この目的のために、弁３につながる吸気路９“は在来型
の斜行路で、他力、弁４につながる吸気路１σ′は、弁
軸まわりに巻き込んで弁に向かって下降してゆく流路断
面を持つカタツムリ形の渦巻き路として構成されている
。

斜行路９“を通ってシリンダ内へはいり込む空気は所期
の主旋回力向に回転するに反し、渦巻き路１０“内の燃
焼空気は一部分が矢印１５に示されたようにそれと逆の
向きの旋回力向に偏向させられる。

最終旋回流の強さを増すには、両板気路のうちの一方の
通気量を他力の吸気路よりも小ないものとしてやればよ
い。

第２〜５図の実施例は、水冷式水冷式内弁機関のシリン
ダ・ヘッド２１にかかるもので、両吸気弁は２２．２２
’、両排気弁は２３．２３’と示されでいる。

これら両吸気弁２２．２２’の軸２４．２４’および両
排気弁２３．２３’の軸２５．２５’は、シリンダ・ヘ
ッドの平面図として見たときに、シリンダ軸２６と同心
の円面２７上にそのシリンダ軸２６に対してそれぞれ９
０°ずつずれた位置に配置きれている。

このとき、吸気弁２２の弁軸２４とシリンダ軸２６とで
定まる平面２８は、エンジン長手力向軸に対する垂直面
２９に一致するか、あるいは最大限４５°までの角度ａ
を持つものとされている。

吸気弁２２へは吸気路３０がつながっているが、これは
吸気側シリンダ・ヘッド側壁３１から延び出して斜行路
として構成されている。

平面図として見たときに、この吸気路３０の軸は、その
シリンダ・ヘッド側壁３１からまず彎曲部分３２として
、ついで、円２７に対する接線となるような直線状部分
３３として、延び出している。

第４図で見られるように、シリンダ・ヘッド底面３４に
近い側の吸気路３０壁面３６は比較的ゆるい勾配で弁座
３５へと下降し、その弁座３５の上方部には鋭くとがっ
て突き出した端部３７が作られている。

他力の吸気弁２２′へは渦巻き路として構成された吸気
路３０′がつながっており、これは、シリンダ・ヘッド
壁３１から実質的に真横へ延び出したもので、そのシリ
ンダ中心に向いた内壁面３８は、両吸気弁２２．２２’
の弁案内支持部３９および４０をつなび合わせる弓形面
を形づくっていて、その彎曲の突き出し方向はシリンダ
中心に向かう方向である。

この弓形流路部分には、弁案内支持部４０まわりを巻き
込みながら弁座へと下降する渦巻き路３０′の渦巻き形
部分４１がつながっている。

第３図で見られるように、この吸気路３０′は、シリン
ダ・ヘッド側壁３１と渦巻き形部分４１とのあいだでは
、近似的に直線状に、シリンダ・ヘッド底面３４に平行
的に、延び進んでいる。

第５図は、上に述べたような配置・構成の吸気路３０．
３０’で得られる両吸気弁２２，２２’のまわりの気流
状態を略示的に示したものである。

吸気路３０と開放状態の弁２２とを通ってシリンダ４４
内へはいり込む空気の速度ベクトルを４２で、また、他
力の吸気弁２２′についての同様の速度ベクトル成分を
４３で、それぞれ示している。

これら両気流のかさね合わせとして、シリンダ給気は矢
印４５で示した主旋回力向に回転するものとなる。

はっきりと読み取れるように点線で示した吸気弁２２′
周辺部分４６の範囲では速度ベクトル４３が主旋回力向
４５とは逆向きの吐き出し方向を持っているので、そう
した流れは、吸気弁２２を通って導かれたずっと強力な
気流とぶつかり合い、それによってその主旋回力向４５
に偏向させられる。

これら逆方向に流れる両気流のぶつかり合いによって激
しい乱流状態が生じ、これがシリンダ給気の旋回流れに
上乗せされて、混合気形成を促進し、シリンダ４４内で
の完全燃焼に大きく寄与することとなる。

この、第２〜５図の流路構成は、各流路が比較的短くて
流れに対する抵抗が小さい形であるこさが特徴であり、
さらに、両吸気路３０．３０’のあいだには、たとえば
図には示していないシリンダ・ヘッド固定用ねじを通す
ねじポル１〜受は穴４７といったようなものをうまぐ収
めるのに十分な余地が自由に得られるという利点がある
。

第６〜８図のシリンダ・ヘッド実施例と、これまで述べ
た各実施例との、実質的な相違点は、両吸気路３０．３
０’がいずれも、シリンダ・ヘッド２１′の天井部仕切
り壁４８から延び出していることである。

これら両吸気路は、シリンダ・ヘッドの平面図として見
たときに、近似的に直線状に延びた配置とされている。

第８図で見られるように、斜行路として構成された吸気
路３０は、シリンダヘッド底面３４へ向かって突き出し
た形の彎曲弓部によって、弁座３５へ向かって下降する
もので、ここでもやはり、鋭くとがって突き出した端部
３７が形づくられている。

渦巻き路として構成された吸気路３０′の刀は、まず、
シリンダ・ヘッド底面３４へ向かって突き出した形の彎
曲部分として延び出し、ついで逆の方向にゆるい彎曲を
示す部分４９、さらに、渦巻き形の流路部分４１へと移
行している。

この、第６〜８図のシリンダ・ヘッドでも、以前の実施
例について第５図で略示されたのと実質的に同じ流れの
状態が結果として得られる。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明の実施例を示し、第１図は第一の実施例の
略示断面図、第２図は他の実施例の水平断面図、第３図
は第２図の■−■線断面図、第４図は第２図のＩＸ−Ｉ
Ｘ線断面図、第５図は第２図の実施例の気流状態説明図
、第６図はさらに他の実施例の水平断面図、第７図は第
６図のＸ１ｌ−■線断面図、第８図は第６図のＸＩＴＩ
−Ｘｆｌ線断面図である。 ２．２６・・・−・・シリンダ軸、３，４，２２．２２
’・・・・・・吸気弁、８，４４・・・・・・シリンダ
周、９“、３０・・・・・・斜行形吸気路、１σｉ、３
０／・・・・・・渦巻き形成気路、１４．１５・・・・
・・部分気流、２３．２３’・・・・・・排気弁、２４
、２４’、 ２５ 、２５’・・・・・・弁軸、４１
・・・・・・渦巻形部分、４２．４３・・・・・・気流
速度ベクトル、４５・・・・・・気流旋回方向、４６・
・・・・・逆旋回速度成分を有する吹込み部分。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 混合気内部形成内燃機関であって、並んで配置され
   た２個の吸気弁をシリンダ毎に備えており、前記−刀の
   吸気弁は斜行形の吸気路に接続され、他力の吸気弁は渦
   巻き形の吸気路に接続されており、この内燃機関の全て
   の負荷領域においてこれら２個の吸気弁から出た燃焼空
   気がシリンダ軸まわりの旋回空気流としてシリンダ内へ
   導かれるようにされているものにおいて、斜行形の吸気
   路を経て吸気弁３，２２からシリンダ内に吐き出される
   空気流の方向が前記旋回空気流の方向１４．４５と同一
   であり、渦巻き形の吸気路を経て吸気弁４゜２２からシ
   リンダ内に吐き出される一部の空気流の方向が旋回空気
   流の方向が旋回空気流の方向１４．４５と逆となってお
   り、互いに旋回力向の異なる気流が衝突することにより
   乱流を生じさせることを時機とする内燃機関。