JPS595769B2 - 高出力型エンジン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は燃焼室に２個の吸気弁を備える高出力型の主と
して自動車用の内燃エンジンに関する。

元来この型式のエンジンは、エンジンの容積当りの有効
バルブ開口面積を大きく取り得るので、特に高負荷域に
おける容積効率が改善されて出力が向上する。従つて単
位出力当りのエンジン重量が小さくなり、理論的に単一
吸気弁を有するエンジンに比べて燃料消費を低減させ得
ると共に排気ガス対策上有利となり得る。然し乍ら例え
ば自動車用の場合、該エンジンは広範囲に亘る負荷条件
で運転されるもので、比較的低負荷域では、吸入空気量
が少ないため、即ち新気の量に対するシリンダ内の残留
ガス量の割合が比較的高いため、着火が不安定となると
共に燃焼効率が低下して比較的多量の未燃ＨＣが排出さ
れ勝ちである。従来、かＸる不都合を無くすべく例えば
吸気通路を螺旋状に形成し、或は吸気弁に羽根を形成す
る等の手段により燃焼室内での乱れを増大させて燃焼を
改善することは提案されたが、かＸるものでは特に高負
荷域において、それらが吸入抵抗となり出力増加を妨げ
、かくて高出力を狙うエンジンとしては適当でない。本
発明はかＸる不都合のないエンジン、即ち排気ガス中の
有害成分を低減させると共に燃費を向上させた高出力型
のエンジンを得ることをその目的としたもので、シリン
ダの頂部の燃焼室の上面に、排気通路に連ると共に排気
弁で開閉される一側の排気弁孔と、第１第２吸気通路を
介して気化器その他の混合気供給源に連ると共に第１第
２吸気弁で開閉される他側の第１第２吸気弁孔とを配設
して該第１吸気通路に第１絞り弁と、該第２吸気通路に
第２絞り弁とを備え、更に該燃焼室内に点火栓を備える
式のものにおいて、前記燃焼室をペンタルーフ型に形成
すると共に前記シリンダを複数個に並設して各第２吸気
通路にそれぞれ第２絞り弁を設け前記第１第２絞り弁を
アクセルペダルその他のアクセル操作子に連結して該操
作子の作動によれば先づ第１絞り弁と、次で第２絞り弁
とが順次に開き側に開口し且つ第２絞り弁を第２吸気弁
孔の直上流に配置すると共にエンジンの低負荷時第１絞
り弁は第２絞り弁より大きな開口面積を形成する角度に
開くように構成させると共に前記第１吸気弁孔を前記燃
焼室内にそのシリンダの略接線方向に開口させ、更に前
記第１吸気弁は上死点前で開き始めるように構成させる
と共に前記点火栓を第１吸気弁孔と排気弁孔とを結ぶ線
の第２吸気弁孔と反対側に位置させるようにして成る。
本発明の実施例を別紙図面に付説明する。

図面で１はエンジンを示し、該エンジン１はシリンダ２
の多数個を有する多気筒型に構成される。

各シリンダ２は第２図に明示するようにその内部に各ピ
ストン３と、その頂部に各ペンタルーフ型の燃焼室４と
を備え、更に各燃焼室４はその上面の一側に、排気弁５
で開閉される排気弁孔６を排気通路７に連通させて備え
ると共に、その他側に第１２吸気弁８，９で各開閉され
る第１第２吸気弁孔１０，１１を第１第２吸気通路１２
，１３に連通させて備える。図面で１４は該室４内の点
火栓、１５は両吸気通路１２，１３の上流側の混合気供
給源を示し、該供給源１５は例えば第１図及び第２図示
のように共通１個の気化器から成り、これを第１吸気通
路１２の上流端に設けると共に第２吸気通路１３をその
下流側から分岐させる。該供給源１５はこれに限ること
なく例えば第９図示のように第１吸気通路１２の上流端
の第１気化 こ器１５ａと第２吸気通路１３の上流端の
第２気化器１５ｂとで構成することも差支えない。更に
第１吸気通路１２にはこれを開閉する第１絞り弁１６と
、第２吸気通路１３にはこれを開閉する第２絞り弁１７
とを備える。以上は従来のものと特に異らないが、本発
明によれば、かＸるものにおいて、該第１絞り弁１６と
該第２絞り弁１７とをアクセルペダ，゛′その他のアク
セル操作子（図示しない）ＶＣ連結し、該操作子の作動
によれば先づ第１絞り弁１６と、次で少しく遅れて第２
絞り弁１７とが頓次に開き側に作動されるようにした。

この状態は例えば第３図示の通りであり、アクセルペダ
ルの踏込量の増大によれば第１絞り弁１６は線Ａに沿つ
て漸次開くと共に第２絞り弁１７に線Ｂに沿つて漸次開
くよう ：にした。更に本発明によれば該第１吸気弁孔
１０を該燃焼室４内に略接線方向に開口させ、かくて該
弁孔１０を介して導かれる混合気によれば該室４内には
旋回流が形成されるようにした。

更に前記した点火栓１４はこれを該第１吸気弁孔１０と
該排気弁孔６とを結ぶ線Ｓに対し、該第２吸気弁孔１１
とは反対側に位置させるようにした。この状態は例えば
第１図に明示する通りである。かくてその作動を説明す
るに、該エンジン１の低負荷域では該第１絞り弁１６が
開き側に作動され、該エンジン１の吸入行程において、
所定の混合気がこれを介して該燃焼室４内に導かれる。

かくてその吸入速度は比較的高められて混合気性状が改
善されると共に、この際該弁孔１６はシリンダの接線方
向に開口するため該室４内にはそれにより高速の旋回流
、即ちスワールが形成される。次で該エンジン１は圧縮
行程に移行し、ピストン３の上死点近傍で点火栓１４に
よる着火が行われるもので、かくて生ずる火炎核は排気
弁孔６に向うスワールに乗つて排気弁５上に導かれ、該
弁５の周囲の高温によるガスの活性化と相俟つて該火炎
核の成長が促進され、かくて強力の火炎となる。この強
力な火炎とスワール効果とによれば燃焼はノ著しく改善
されると共に該スワールによつて剥離されたクエンチン
グ層のＨＣも燃焼され、かくて該エンジン１は低負荷域
においても吸入混合気を万べんなく燃焼させ得る。

次で比較的大きな負荷域を考えるに、混合気は第２吸気
弁孔１１からも吸入されるもので、かくて第１吸気弁孔
１０からの混合気の吸入速度が必要以上に増大すること
がなく、負荷に応じた適切なスワールの制御が行われ、
同じく好ましい燃焼が接続される。これを更に詳述する
に、本発明によれば特にエンジンの低負荷域において排
気ガス中のＨＣ及びＮＯｘを低減させると共に指示比燃
費を向土させるもので、次の条件が特に重要である。

ａ・・・混合気の吸入速度を高めること。

ｂ・・・燃焼室４内にスワールを生じさせること。

ｃ・・・着火直後の火炎核を急速に生長させること。上
記したＡ，ｂ，ｃによれば次の効果を生ずる。即ち先づ
ａによれば、吸入混合気の性状が改善されて着火性及び
燃焼性が改善される。次でｂによればクエンチング層に
存するＨＣを剥離し燃え残りのＨＣを減少させると共に
火炎の伝播速度を高める。更にｃによれば安定した燃焼
が得られる。かくて以上の現象は相乗効果を生み出し、
結果として、吸入混合気を万遍なく安定に燃焼させ得ら
れ、排気ガス中の未然ＨＣ及びＮＯｘを減少すると共に
指示比燃費が向上される。更にＮＯｘの減少について説
明すれば、燃焼が不安定なエンジンと、安定なエンジン
とを同一の出力が得られる条件下で比較した場合、不安
定なエンジンでは燃焼室内の最高圧力と最高温度とが不
規則に繰返して表われる。元来ＮＯｘの発生は燃焼温度
の上昇に伴い加速的に増加するもので、かくて前記した
最高温度の繰返しによれば全体としてＮＯｘの発生が増
大する。これに対し安定なエンジンの場合は、平均的な
燃焼温度が継続するもので、全体としてＮＯｘの発生は
少ない。本発明のエンジン１は前記したようにその燃焼
が改善されるもので、従つて供給源１５から導かれる混
合気は、理論空燃比より大きい空燃比の混合気で差支え
なく、これによれば更に排気ガス中のＣＯを減少させる
ことが可能である。

更に前記した第１第２吸気弁孔１０，１１はその有効断
面積を夫々Ａ１及びＡ２としたとき、例えば第１図示の
ようにＡ，＝Ａ２とすることが出来、或は史に第４図示
のＡ１くＡ２とすることも考えられ、これによれば第１
吸気弁孔１０を介して導かれる混合気の吸入速度は更に
増大されて燃焼を更に改善することが出来る。

この場合Ａ１はＡ２の１／２以上であることが好ましい
。更にこの場合第１吸気弁８のリフト量をＨぃ第２吸気
弁９のリフト量をＨ２としたとき、Ｈ１くＨ２の関係と
することが好ましく、これによれば第２吸気弁孔１１の
吸入抵抗が少なくなり、特に高負荷域における容積効率
を向上させ得られる。

第５図は排気弁５と第１第２吸気弁１０，１１とのオー
バラップの関係を示すもので、図中Ｃは排気弁５、Ｄは
第１吸気弁１０、Ｅは第２吸気弁１１の作動特性を示す
が、第１吸気弁１０は第２吸気弁１１よりも少しく遅れ
て上死点の手前から開き始めるものとするが好ましく、
これによれば該弁１０は排気弁５とのオーバラップが小
さく、特に低負荷域の燃焼が改善される。この場合、そ
のオーバラップは１４０善以内とするが好ましい。前記
した第１吸気通路１２には低速燃料用のバイパスボート
１８が設けられるべきもので、供給源１５が共通１個の
気化器の場合は例えば第６図及び第７図示の通りであり
、各別の気化器の場合は例えば第９図に示される。第６
図及び第７図において１９はその前方のパイロットボー
トを示す。更に前記した第２絞り弁１７はその上流側と
下流側とが常に連通し、これを換言すればその全閉位置
においても多少とも開く型式とするが好ましく、これに
よれば第２吸気通路１３内には常に多少とも混合気の流
れが存し、かくてこれが全く閉じる場合の不都合が解消
される。即ち該弁１７の全閉位置で該通路１３が全く閉
じるべく構成した場合、その下流側の該通路１３内は燃
焼室４内と連通されたデツドスペースを形成し、これに
吹き返しによる堆積物の付着を生じ勝ちであるが、前記
した手段によればかＸる不都合が解消される。この場合
第２吸気通路１３内を流れる混合気の量は第１吸気通路
１２内を流れる混合気の最小量の３０％以下とし、燃焼
室４内のスワールを乱さないようにする。上流側と下流
側とが常に連通する手段としては、例えば第６図及び第
７図に明示するように該絞り弁１７にこれを貫通するリ
ーク孔３１を形成させるようにし、或は第８図示のよう
に全閉位置を規正してその外周に少許の隙間２０が残さ
れるようにする等任意である。更に前記した点火栓１４
は燃焼室４内に露出して設けられるを一般とするが、こ
れに例えば第１０図及び第１１図示のように外周の囲い
２１を設けると共に端部に開口２２を形成することが考
えられ、これによれば混合気の流れは該点火栓１４の部
分において減速され、かくて安定した着火が得られる。

該開口２２は同図示のように第１吸気弁孔１０に向う１
個と排気弁孔６に向う１個とから成るが一般であり、こ
れによれば火炎核は速かに排気弁５に達してその成長が
速められる。更に本発明エンジンはこれを排気還流型と
することが出来るもので、例えば第１２図示の通りであ
り、前記した排気通路７内を制御弁２３を有する排気還
流路２４を介して前記した第２吸気通路１３内に連通さ
せる。史に本発明エンジンは前記したようにシリンダ２
の複数個を有する多気筒型に構成されるが一般であり、
この場合各シリンダ２に連る各第１吸気通路１２は例え
ば第１図及び第２図示のように横方向の連通孔２５で互
に連通させるが好ましく、各通路１２間のばらつきを無
くし得られる。

更にこの場合各シリンダ２における各第１絞り弁１６と
各第２絞り弁１７とは夫々横方向の各１列とするが好ま
しく、例えば第１図に明示する通りであり、これを換言
すれば各第１絞り弁１６の作動軸２６を後方の共通の１
本で構成させると共に各第２絞り弁１７の作動軸２７を
その前方の共通の１本で構成させる。図面で２８はその
端部の連結リンクを示す。更に詳述すれば、エンジン１
側と気化器１５側とは予め別個に用意されて各組立体に
構成され、次で互に接続されるもので例えば第１図及び
第２図に明示の通りであり、図中２９は接続個所の外周
の可塑性の管体、３０はその外周の締付バンドを示す。

このように本発明によるときは第１絞り弁１６と第２絞
り弁１７とを操作子の作動によれば先づ第１絞り弁１６
と次で第２絞り弁１７とが頓次に開き側に開口し、且つ
エンジンの低負荷時第４絞り弁１６は第２絞り弁１７よ
り大きな開口面積を形成する角度に開くように構成させ
ると共に第１吸気弁孔１０を燃焼室内にそのシリンダの
略接線方向に開口させ、更に第１吸気弁８は上死点前で
開き始めるように構成させると共に点火栓１４を第１吸
気弁孔１０と排気弁孔６とを結ぶ線の第２吸気弁孔１１
と反対側に位置させたものであるからエンジン低負荷時
第１吸気通路１２からのみ吸気を行ない、燃焼室４内に
強力なスワールを生じせしめ、且つそのスワール流に沿
つて点火栓１４、排気弁５の１１Ｉに配列された燃焼室
４内は点火栓１４によつて生ずる小さな火炎核をスワー
ルによつて伝播促進されて排気弁５下に導かれ該弁５の
周囲の高温によるガスの活性化と相俟つて火炎核は大き
く成長し、この強力な火炎とスワールとによつて燃焼が
不十分となり勝ちな低負域でも燃焼効率を上げることが
できると共にスワールによつてクエンチング層から剥離
されたＨＣも燃焼させ、かくて排気ガス中のＨＣとＮＯ
ｘとを減少させ得ると共に燃費を向上し得られ、而も第
２絞り弁１７は第２吸気弁孔１１に最も接近させたので
第２吸気弁９を上死点前に開いてもシリンダ内の残流ガ
スが逆流する量を最小にしてエンジン低負荷時に内部Ｅ
ＧＲが少なくでき燃焼の悪化が防止できるので火炎伝播
速度を高く維持でき又ペンタルーフ型の燃焼室は、第１
吸気通路１２からの新気を向い合う傾斜面に向つて流入
し乱流を生じつＸ全体としてシリンダ内にスワールを生
じさせるのでプラグ近辺の残留ガスを十分に新気にする
ことができ着火性が向上すると共に火炎伝播を速くする
ことができる等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明エンジンの１例の下面図、第２図はその
■−１線截断面図、第３図は第１第２絞．り弁の開弁特
性の線図、第４図はその変形例の一部の下面図、第５図
は吸排気弁のオーバラップの説明線図、第６図はその一
部の変形例の截断平面図、第７図はそのＶＩ−Ｖ■線截
断面図、第８図は他の並形例の対応する断面図、第９図
は他の１例の下面図、第１０図は他の変形例の一部の下
面図、第１２図はその点火栓部分の断面図、第１２図は
他の変形例の下面図である。 １・・・エンジン、２・・・シリンダ、４・・・燃焼室
、５・・・排気弁、６・・・排気弁孔、７・・・排気通
路、８，９・・・第１第２吸気弁、１０，１１・・・第
１第２吸気弁孔、１２，１３・・・第１第２吸気通路、
１４・・・点火栓、１５・・・混合気供給源、１６，１
７・・・第１第２絞り弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シリンダの頂部の燃焼室の上面に、排気通路に連る
   と共に排気弁で開閉される一側の排気孔と、第１第２吸
   気通路を介して気化器その他の混合気供給源に連ると共
   に第１第２吸気弁で開閉される他側の第１第２吸気弁孔
   とを配設して該第１吸気通路に第１絞り弁と、該第２吸
   気通路に第２絞り弁とを備え、更に該燃焼室内に点火栓
   を備える高出力型エンジンにおいて、前記燃焼室をペン
   タルーフ型に形成すると共に、前記シリンダを複数個に
   並設して各第２吸気通路にそれぞれ第２絞り弁を設け前
   記第１第２絞り弁をアクセルペダルその他のアクセル操
   作子に連結して該操作子の作動によれば先づ第１絞り弁
   と、次で第２絞り弁とを順次に開き側に開口し且つ第２
   絞り弁を第２吸気弁孔の直上流に配置すると共にエンジ
   ンの低負荷時第１絞り弁は第２絞り弁より大きな開口面
   積を形成する角度に開くように構成させると共に前記第
   １吸気弁孔を前記燃焼室内にそのシリンダの略接線方向
   に開口させ、更に前記第１吸気弁は上死点前で開き始め
   るように構成させると共に前記点火栓を第１吸気弁孔と
   排気弁孔とを結ぶ線の第２吸気弁孔と反対側に位置させ
   るようにして成る高出力型エンジン。 ２ 該供給源に得られる該混合気を、理論空燃比より大
   きい空燃比の混合気とする特許請求の範囲第１項記載の
   高出力型エンジン。 ３ 該第１吸気弁孔の有効断面積Ａ＿１と、該第２吸気
   弁孔の有効面積Ａ＿２との関係をＡ＿２＞Ａ＿１＞１／
   ２Ａ＿２ として成る特許請求の範囲第１項記載の高出力型エンジ
   ン。 ４ 該第１吸気弁のリフト量Ｈ＿１と、該第２吸気弁の
   リフト量Ｈ＿２との関係をＨ＿１＜Ｈ＿２ として成る特許請求の範囲第３項記載の高出力型エンジ
   ン。 ５ 該第２絞り弁はその上流側と下流側とが常に連通す
   る型式として成る特許請求の範囲第１項記載の高出力型
   エンジン。 ６ 該第２絞り弁はその全閉位置においても少許開く型
   式として成る特許請求の範囲第５項記載の高出力型エン
   ジン。 ７ 該第２絞り弁は上流側と下流側とに連通するリーク
   孔を備える型式として成る特許請求の範囲第５項記載の
   高出力型エンジン。 ８ 該混合気供給源は、該第１吸気通路に連る第１気化
   器と、該第２吸気通路に連る第２気化器とから成る特許
   請求の範囲第１項記載の高出力型エンジン。 ９ 該第１気化器側に低速燃料用のバイパスポートを備
   える特許請求の範囲第８項記載の高出力型エンジン。 １０ 該供給源を共通１個の気化器で構成させると共に
   該第２吸気通路を該第１吸気通路から分岐して形成させ
   る特許請求の範囲第１項記載の高出力型エンジン。 １１ 該分岐部の下流側の該第１吸気通路に低速燃料を
   可及的に供給するバイパスポートを備える特許請求の範
   囲第１０項記載の高出力型エンジン。 １２ 該第２吸気通路に該排気通路を制御弁を有する排
   気還流通路を介して連通する特許請求の範囲第１項記載
   の高出力型エンジン。 １３ 該シリンダを複数個に並設して多気筒型とすると
   共に各シリンダにおける該第１吸気通路を連通管で互に
   連通して成る特許請求の範囲第１項記載の高出力型エン
   ジン。 １４ 該第１吸気弁と該排気弁とのオーバラップを１４
   ０゜以下とする特許請求の範囲第１項記載の高出力型エ
   ンジン。 １５ 該点火栓に、外周の囲いを形成してこれに開口を
   備えて成る特許請求の範囲第１項記載の高出力型エンジ
   ン。 １６ 該囲いに該排気弁に向う開口を備えて成る特許請
   求の範囲第１５項記載の高出力型エンジン。 １７ 該シリンダを複数個に並設して多気筒型に構成さ
   せると共に各シリンダにおける該第１絞り弁と、該第２
   絞り弁とを夫々横一列に構成して成る特許請求の範囲第
   １項記載の高出力型エンジン。