JPS6137445B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はシリンダ内で気流が旋回するようにし
た旋回吸気式の４サイクル内燃機関に関するもの
で、特に低スロツトル開度での燃料消費率及び出
力の向上と運転の安定化を目的としている。

先ず第１図に通常の内燃機関の吸気系構造図を
示す。従来の内燃機関では混合気はスロツトルバ
ルブ１を通り、インレツトポート２、インレツト
バルブ３（吸気弁）をへて燃焼室４に入る。その
後ピストン５が上昇し、混合気を圧縮してスパー
クプラグ（図示せず）で点火し、混合気を燃焼さ
せる。しかしインレツトバルブ３を通過した後の
混合気は全くの乱流となり、微視的に見た場合、
特にスロツトルバルブ低開度域では、燃焼室４内
の小さい各部分での空燃比は大幅にばらつく。こ
のためスパークプラグから火花が供給されてもス
プークプラグ付近の局部的な空燃比が着火に不適
合な場合が多くなり、着火しないことがある。又
着火してもその周りの空燃比が不良な場合矢火す
ることにより、これらが各サイクルの燃焼変動が
大きくなる原因となる。その結果燃料消費率が悪
化し、運転が不安定になりやすい。

内燃機関の燃焼変動を少なくし、燃料消費率を
向上させる手段としてシリンダ内に旋回流を与え
ることが効果的であることが知られている。従来
の旋回流を与える方法というのは、インレツトバ
ルブ３以前の吸気流に与えるという方法であつた
（例えば特開昭55−255511、特開昭55−122261、
特開昭53−137320、特開昭55−64125、特開昭55
−101725、特開昭55−101724）。このためインレ
ツトバルブ３とバルブシート６の間の隙間を通る
時の旋回流の減衰は大きくなる。又インレツトバ
ルブ傘角αがあつて流れの方向が70゜〜80゜曲げ
られるため、シリンダ内で有効に旋回流として働
く方向成分の流れが少なくなり、強い旋回流が得
られない。又従来の方法では吸気系より旋回流を
与えていたため、旋回流はピストン５が下死点ま
で下つて、又上死点まで上つてくる１行程の間中
持続しなければならず、旋回流の持続すべき時間
が長くなるため、旋回流を得るために大エネルギ
（圧力差）が必要となる。

本発明の吸気系より旋回流を与えることによる
上記従来の問題を回避するため、ライナにあけた
略接線方向のノズル孔（バイパス孔）より混合気
をシリンダ内に直接供給するようにしたもので、
第２図以下に実施例を示す。

第２図において、キヤブレタ１０は燃料の吸出
されるノズル１１，１２より下流側（図の左側）
にスロツトルバルブ１（第１バルブ）を備え、上
流側はエアクリーナ１３に接続している。第１バ
ルブ１とインレツトバルブ３の間の吸気通路１４
内に第２バルブ１５（スロツトルバルブ）が設け
てあり、この第２バルブ１５の開度はキヤブレタ
１０内の第１バルブ１より低開度とし、第１バル
ブ１が従来のものと同一開度の時より燃焼室４内
に高い負圧を形成するようにしている。この内燃
機関を一例として自動二輪車に搭載する場合、第
１バルブ１と第２バルブ１５は自動二輪車の１個
のスロツトルグリツプに連動連結され、両者間に
カム機構等を配置することによりスロツトル開度
とバルブ開度を例えば第３図のように設定する。
第３図においてV₁とV₁₅はそれぞれ第１バルブ１
と第２バルブ１５のバルブ開度を示しており、第
２バルブ１５のバルブ開度はスロツトル角度50％
程度までは第１バルブより低開度としてある。第
２図において、第２バルブ１５を内蔵している弁
ケース１６はシリンダヘツド１７にボルト１９を
用いて取り付けてあり、第１バルブ１と第２バル
ブ１５の間にバイパス１８の一端が開口し、バイ
パス１８はシリンダヘツド１７内とシリンダ２０
内を延び、シリンダヘツド１７内の部分に吹き返
し防止のためのリードバルブ２１を備え、先端は
ライナ２２に明けたノズル孔２３に連通してい
る。リードバルブ２１は吸気通路１４からノズル
孔２３方向への混合気の流通のみを許す特性を有
する。ノズル孔２３の位置は、エキゾーストバル
ブ２４（排気バルブ）が開き始める時のピストン
５の位置（第４図のEO部分）より下位に設けて
ある。又ノズル孔２３の方向は、第５図に示すよ
うに、燃焼室４内に矢印Ａで示す旋回流を与えや
すい方向、つまりシリンダ内周の接線に近い方向
としてある。なお第２図中の２７はプラグ、２８
はエキゾーストポート、２９はクランクケースで
ある。

以上の本発明による内燃機関の基本構造である
が、以下その機能をエンジンの各行程（吸入、圧
縮、爆発、排気）に従つて説明する。

(a) 吸入行程…インレツトバルブ３が開きピスト
ン５が下降して行き、ノズル孔２３と燃焼室４
が通じるまでは従来のエンジンと同様にインレ
ツトバルブ３より混合気を吸入する。ピストン
５がノズル孔２３を下方へ通過すると、バイパ
ス１８を通つて孔２３から混合気が燃焼室４へ
流入してくる。この時ノズル孔２３の方向がシ
リンダに対して略接線方向としてあるので、シ
リンダ内に旋回流を与える。又第２バルブ１５
を第１バルブ１より閉じ気味としているため、
燃焼室４内は第１バルブ１のみがある従来のエ
ンジンに比べて同一バルブ開度に対し高い負圧
となつている。従つてノズル孔２３よりの混合
気の流入速度は大きくなり、効果的な旋回流を
与えることができる。

(b) 圧縮行程…通常の４サイクルエンジンのバル
ブタイミングは第４図に示すように吸排気略対
称である。そこでノズル孔２３の位置の排気バ
ルブ開に相当するピストン位置に明けると、こ
れは吸気バルブ開（IC）の位置とも略一致す
る。そのため圧縮行程においてピストン５が上
昇してノズル孔２３を塞ぐ頃インレツトバルブ
３も閉じるので、実圧縮比としてはノズル孔２
３の有無に抱らず大体同じとなり、圧縮比の変
化による性能への影響はない。ノズル孔２３を
塞じでから上死点までは通常のエンジンと同じ
である。

(c) 爆発行程…爆発行程ではシリンダ内圧力は高
圧になる。しかし排気バルブが開くとシリンダ
内圧力は急激に低下する。先にも述べた通りノ
ズル孔２３は排気バルブ開（第４図のEO）に
相当するピストン位置より下位に明けてあるの
で、シリンダ内圧力が低下した後でバイパス１
８と燃焼室４が通じることになり、バイパス１
８への吹き返しが少なくなる。又多少の吹き返
しがあつてもリードバルブ２１により止めるこ
とができる。性能については排気バルブ２４が
先に開くので、ガス圧による仕事量は従来によ
るエンジンと同じである。

(d) 排気行程…通常のエンジンと同じように排気
バルブ２４より燃焼ガスを排出する。

以上が実施例の構造及び機能である。以下本発
明の効果を記す。

(1) 機関の基本構造は変更不要であり、このこと
は第２図から明らかである。このため加工機械
は従来のものがそのまま使える利点がある。

(2) 効率のよい旋回流生成が可能である。従来の
旋回流を与える方法はインレツトバルブ以前の
吸気流に与えるという方法であり、その場合の
不具合は前述の通りであるが、本発明による
と、バイパス１８を通つてライナ２２に明けた
ノズル孔２３より直接燃焼室４内に混合気が噴
出するので、バイパス１８を通つて来た混合気
流の100％を旋回流生成に利用することがで
き、少ないエネルギで有効に作用する利点があ
る。

(3) 旋回流の所要持続時間を短縮することができ
る。従来の方法では前述の如く、吸気系より旋
回流を与えていたため、旋回流はピストンが下
死点まで下つて又上死点まで上つてくる１行程
持続しなければならなかつた。これに対し本発
明によると、旋回流は下死点付近で与えられる
ため、旋回流の所要持続時間としては、ピスト
ンが下死点より上死点にくる1/2行程持続すれ
ばよく、旋回流を与えるエネルギ（圧力差）と
しては従来の約半分程度でよい。

(4) バイパス１８には混合気が流入するため、燃
焼室４へ供給される混合気は全体として空燃比
が不変となる。

(5) 本発明においてはキヤブレタ１０とインレツ
トバルブ３の間の吸気通路１４にキヤブレタ側
から第１、第２のスロツトルバルブ１，１５を
設けると共に低スロツトル開度域で第１スロツ
トルバルブ１の開度より第２スロツトルバルブ
１５の開度を下げ、第１、第２スロツトバルブ
１，１５間に混合気の流入するバイパス１８を
設けるようにしたので、低スロツトル開度域で
は第２バルブ１５が第１バルブ１より常時閉じ
気味となり、燃焼室４内は第１バルブ１のみが
ある従来のエンジンに比べて同一バルブ開度に
対し高い負圧となる。このため特に低スロツト
ル開度域でノズル孔２３より燃焼室４への混合
気の流入速度が大きくなり、効果的な旋回流を
得ることができる。従つて特に低スロツル開度
域での燃料消費率及び出力の向上と運転の安定
化が達成できる。又本発明においてはバイパス
１８内に吹返し防止用リードバルブ２１を介装
したので、バイパス１８内における混合気の流
通が不円滑になりやすい低スロツトル開度域で
吹返しを確実に止めることができる。又バイパ
ス１８には混合気が流入するため、リードバル
ブ２１による吹返し防止効果を相俟つて、バイ
パス１８から燃焼室４へ供給される混合気の質
が安定し、燃焼室４内へ供給される混合気は全
体として空燃比が不変となり特に低スロツトル
開度域での運転が安定するのである。

以上説明したように本発明による旋回流生成方
式では、機関の基本構造を殆ど変えることなく、
強力な旋回流を効率よく与えることができるため
燃焼効率が上昇する。その結果として、特に通常
使用範囲の中の低スロツトル開度での燃料消費率
の大幅な低減が期待できる。

なお本発明を具体化する時、第２図中の第２バ
ルブ１５を省略し、吸気通路１４に対するバイパ
ス１８の開口位置を、燃料ノズル１２と第１バル
ブ１の間に変えることもできる。その場合もバイ
パス１８には混合気が流入するため、燃焼室４へ
供給される混合気は全体として空燃比が不変とな
りその場合、第２図に示す実施例を略同じ効果を
期待することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の構造を示す縦断面図、第２図は
本発明による装置の第１図に対応する図面、第３
図はスロツトル開度に対するバルブ開度を示すグ
ラフ、第４図はバルブタイミングを示す図面、第
５図は第２図のＶ−Ｖ断面略図である。 １……第１バルブ（スロツトルバルブ）、１４
……吸気通路（吸気系）、１８……バイパス、２
２……ライナ、２３……ノズル孔、２４……エキ
ゾーストバルブ（排気バルブ）、２８……エキゾ
ーストポート。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ キヤブレタ１０とインレツトバルブ３の間の
   吸気通路１４にキヤブレタ側から第１、第２のス
   ロツトルバルブ１，１５を設けると共に低スロツ
   トル開度域で第１スロツトルバルブ１の開度より
   第２スロツトルバルブ１５の開度を下げ、第１、
   第２スロツトルバルブ１，１５間に混合気の流入
   するバイパス１８を設け、このバイパスをエキゾ
   ーストバルブ２４が開くタイミングのピストン位
   置より下位においてライナ２２にあけた孔２３に
   吹返し防止用リードバルブ２１を介して通じさ
   せ、この孔２３をシリンダ２０内で気流が旋回す
   る略接線方向にあけたことを特徴とする４サイク
   ルの旋回吸気式内燃機関。