JPS62165564A - 内燃機関の燃焼室に圧力ガスを導入する装置および方法 - Google Patents

内燃機関の燃焼室に圧力ガスを導入する装置および方法

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JPS62165564A
JPS62165564A JP61315942A JP31594286A JPS62165564A JP S62165564 A JPS62165564 A JP S62165564A JP 61315942 A JP61315942 A JP 61315942A JP 31594286 A JP31594286 A JP 31594286A JP S62165564 A JPS62165564 A JP S62165564A
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combustion chamber
gas
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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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関の燃焼室に圧力ガスを導入する装置
および方法に関するものである。本発明に従った装置お
よび方法によれば、点火プラグを用いる内燃機関に採用
した場合に気化された燃料（ガスあるいは時として燃焼
ガスと空気の混合物）を点火プラグのアーク近傍に導入
することによって、燃焼の初期すなわち点火と、燃焼の
伝播速度が改善されるものである。
本発明による装置は、同一シリンダ本体あるいは他のシ
リンダ本体内の点火プラグに近い箇所に、一定量の空気
または時として燃焼ガスとの気化混合物を噴射するため
に、シリンダ本体内でピストンが膨張行程にある間に燃
焼ガスの圧力と圧力波の作用を利用するものである。し
かして本発明は、一端がポートまたはオリフィスを介し
てシリンダ本体に接続され、他端が燃焼室の点火プラグ
近傍に開口するオリフィスに接続される配管系を備えた
内燃機関に係るものである。
［発明の構成コ 前記配管系は、ポペット弁やチェックバルブのような逆
流阻止機構を具備しているが、かかる逆流阻止機構は燃
焼室に開口する配管系の末端近くに配置されることが好
ましい。この逆流阻止機構は、ガスを配管系に沿って燃
焼室の方向にのみ送り込む逆止め弁である。
本発明の好ましい実施例によれば、燃焼室に開口する前
記配管系の末端は、ガスを点火プラグの方向に導くべく
傾いて接続されており、この点で西ドイツ特許第１．５
７６，００９号明細書に開示された装置とは異なる。
本発明に従った装置は、ガス流の速度を点火プラグのア
ーク周囲で減速させ、これによって点火の効率を高めて
いる。同時に、シリンダ本体内に開口した配管系から発
せられたガスが燃料を多く含んでいる場合には、点火プ
ラグのアーク近傍で装入されたガスの濃度を低くして点
火され易くするのである。
前記配管系の両端が同一のシリンダ本体に接続される場
合には、この配管系を矢張りガスを一方向にのみ流通さ
せる第２の逆流阻止機構によって２つの部分に分けるこ
とが可能である。
それ故、燃焼室に開口している配管系の第２の部分にお
いて、前記２つの逆流阻止機構によって画成される容量
部分は、後続のサイクル中を次の圧縮行程まで圧力をか
けられた状態に保たれ、その圧力によって噴射される空
気源あるいは気化混合物源として用いられるものである
。
本発明の他の実施例によれば、後続のサイクルの間に圧
力をかけられない状態にある前記配管系の第１の部分（
すなわち膨張行程の終りから圧縮行程の始めまで加圧さ
れない配管系の部分）は、この配管系を２つの部分に分
ける逆流阻止機構の少し上流に開口する副次的な配管系
から送り込まれる空気源あるいは気化燃料によって掃除
される。換言すれは配管系のシリンダ本体に接続された
下半分に残留している燃焼ガスは、副次的な配管系から
送られてくる新気ガスあるいは気化混合物によって追い
払われるのである。勿論、この副次的な配管系は逆流阻
止機構を介して空気源または気化燃料源に開口している
ものである。
配管系かシリンダ本体内に開口するポートはシリンダ周
壁に穿設されるのが好ましく、その形状は、燃焼ガスの
圧力および時として圧力波の作用を利用できるようなも
のである。
同様にして配管系の燃焼室に開口する末端位置並びにガ
スを噴射するための方向と形状は、燃焼の改善を１差し
て決定しなければならない。
そのため配管系の気密部分および圧力がかけられる部分
に、燃料濃縮装置を配することも本発明の枠から逸脱し
ないものである。
本発明は少なくとも２個のシリンダ本体からなる多気筒
内燃機関にも採用できることを付言する。その場合、一
方のシリンダ本体に穿設されたオリフィスまたはポート
を、他方のシリンダ本体の燃焼室に開口したオリフィス
と配管系によって接続する。
本発明は、大気圧よりも高い圧力で空気あるいは気化混
合物を内燃機関に噴射するための方法にも関するもので
ある。この方法はシリンダ本体と同一シリンダ本体の燃
焼室を、多気筒内燃機関の場合には他のシリンダ本体の
燃焼室と連絡させ、この燃焼室に圧力をかけられた空気
または気化混合物を供給することを特徴としている。
慨して言えば、本発明は少なくとも１個のシリンダ本体
からなる内燃機関の燃焼室に、圧力ガスを導入するため
の装置に係るものである。
この装置は、配管系および間歇的な逆流阻止機構からな
り、前記配管系は前記シリンダ本体と燃焼室を前記逆流
阻止機構を介して連絡している。このシリンダ本体は少
なくとも１個の点火プラグを有している。この配管系で
シリンダ本体に接続される部分の軸方向は、前記点火プ
ラグのアークに向けられている。
本発明は、少なくとも１個のシリンダ本体からなり、前
記シリンダ本体は少なくとも１個の点火プラグを有して
なる内燃機関の燃焼室に圧力ガスを導入する方法にも関
するものである。
この方法は、前記シリンダ本体を間歇的に前記燃焼室と
連絡させること、且つ連絡させることによって生じるガ
スの流れを正確に前記点火プラグのアークに向けて導く
ことを特徴としている。
この方法によれば、前記シリンダ本体内をピストンか運
動するサイクルの一時期に、平均圧力を呈する一定量の
ガスを受け入れ、この受け入れた一定量のガスを前記燃
焼室に噴射すると共に、この燃焼室内の圧力を前記平均
圧力よりも低い圧力に維持するが、前記燃焼室に対応す
るシリンダ本体は圧縮行程にあることを特徴とするもの
である。
以下、添付の図面に示される実施例に沿って詳説するこ
とによって本発明の優れた利点並びに特徴が明らかとな
るであろうが、本発明がこれらの実施例にのみ限定され
る訳ではないことを予め付記しておく。
［実　施　例コ 第１図には本発明による装置を具備した内燃機関のシリ
ンダが概略的に示されているが、１はシリンダ本体であ
り、２はシリンダの上部を封止するシリンダヘッドであ
る。このシリンダの内部でピストン３が上下動をしなが
ら燃焼室４を画成することは公知のとおりである。シリ
ンダ本体１の周壁にはポート５が穿設されておリ、符号
６によって略示される配管系に連通している。
前記配管系６からシリンダヘッド２に連通ずる間には、
カムによって制御されるポペット弁やチェックバルブの
ような逆流阻止機構７が配置され、点火プラグ９の近傍
で燃焼室４に開口しているオリフィス８の上流で、一定
のサイクル時間を以って配管系６からの流れを停止する
ようになっている。配管系６からオリフィス８を介して
燃焼室４に噴射されるガスの流れは、点火プラグ９のア
ークに向けられるべく第２図の矢印８ａで示される。
そのためオリフィス８に近接する配管系はガス流の方向
に一致して傾斜してシリンダへラド２に接続されている
。
このような構造は点火プラグのアークの周囲でガス流の
速度に減率を与え、結果的に燃焼の起点すなわち発火が
効率よく行われる。更に、オリフィス８より噴射された
ガスや燃料を豊富に含んでいる場合、点火プラグのアー
クの囲りで燃料の濃度か低下するので同様に発火され易
くなって好都合である。特にガスが再循環する成る種の
内燃機関では、かかる構造を呈することで良好な機能が
達成できるのである。勿論、燃焼ガスの再循環させる配
管系は、僅か乍らの流量しか送り込まない前記配管系６
とは完全に独立したものである。
第２図には複数のシリンダからなる多気筒内燃機関に本
発明による装置を組込んだ実施例が示されているが、こ
の実施例ではポート５は１ａにて示される別のシリンダ
本体の周壁に穿設されている。そして配管系６は、この
ポート５を逆流阻止機構７を介してシリンダ本体１の燃
焼室４に接続している。しかして２個のシリンダ本体１
と１ａが相互に接続されるように、３番目、４番目ある
いは５番目のシリンダ本体が複数個同様に配置されてい
る。
第１図に示される単気筒の場合では、配管系６は第２の
逆流阻止機構１０によって２つの部分６ａ、６ｂに分割
されるが、この逆流阻止機構ＩＯは矢張りポペット弁タ
イプのものであって、６ｂの部分に異った圧力のガスを
溜める役割をする。そのためこの部分６ｂは、図面に示
されるような管状のものでなく、一定の容積を見込んだ
形状に作成してもよい。
第３図のダイアグラムは、ピストン３が上昇してポート
５を塞いだときの燃焼室４の容積をＶＯとしたならば、
燃焼室４の内部圧力は圧縮行程の間はＰＬの値を有し、
膨張行程の間は前記Ｐ１の値よりもかなり高い値Ｐ２を
有することを示している。このグラフから明らがなとお
り、Ｐ２の値は、点火の瞬間の圧力Ｐ３よりも同様に大
きいものである。
第１図に示された実施例の内燃機関は下記のような動き
をする。すなわち第１図において、ピストン３は上昇し
て燃焼室４のガスを圧縮した行程にあうで、シリンダ本
体１の周壁に穿設されたポート５をこのピストン３ある
いはピストンリング１４が塞いでいる。この時点で燃焼
室４の内部圧力は、第３図のダイアグラムにょればＰＩ
の値である。従って前記配管系６の部分６ａには１．Ｐ
ｌの値に略等しい圧力のシリンダガスが充填されている
ことになる。後続の図面について後述する際に明らかと
なるが、配管系６の他の部分６ｂの内部圧力は、Ｐ２の
値に近いものである。
若し前記逆流阻止機構７が開放されていなければ、第２
の逆流阻止機構１０も原則として閉じているものである
。このことは配管系６の部分６ｂにガスが未だに詰って
いるからして当然の理であろう。第１の逆流阻止機構７
はピストン３が圧縮行程を行う間も開放することが可能
であるが、発火の時点では閉じられなければならない。
逆流阻止機構７の開放は、燃焼室４の圧力が配管系６の
部分６ｂの内部圧力を超えない限り、第１図に示される
サイクルの直前または直後に行われる。この逆流阻止機
ｌｉａ　７が開放されると、前記部分６ｂに溜っていた
ガス（時には燃焼ガスも混ざった気化混合物）は、燃焼
室４に噴射される訳であるが、前述したように発火ある
いは燃焼効率に優れた流体力学的な乱流や成層を生じさ
せるべく、点火プラグ９に向けて導かれるのである。
しかして燃焼は、優れた発火並びに伝播条件下で遂行さ
れ、ピストン３は上死点まで上昇した後、第４図に示さ
れる位置まで下降するものであるが、この状態ではポー
ト５がピストンから開放される。そして燃焼室４の内部
圧力は第３図のダイアグラムではＰ２の値を釘すること
になる。ポート５の開口からは燃焼ガスがＰ２の値の圧
力を以って配管系６の部分６ａに溜っているガスを、逆
流阻止機構１０を通過して上部の部分６ｂに押しやる。
この逆流阻止機構ｌＯは６ａの部分が６ｂの部分よりも
内部圧力が高いために弁が押し上げられて開放されるも
のであるが、ポート５から入り込む圧力波によっても開
放する。このときに第１の逆流阻止機構７は閉止してい
るため、配管系６の部分６ｂにはＰ２に近い値でガスが
充填される。
サイクルの次の行程では前記部分６ｂの内部圧力は一定
の短い時間、すなわち圧縮行程の間に前記逆流阻止機＋
１′４７が開放されるまで変化しない。そして以上説明
した行程は同じ順序で反復されるのである。
第２図には前述した如く複数のシリンダからなる多気筒
内燃機関が示されているが、この図の実施例からも明ら
かなとおり２つのシリンダのピストンは夫々異なった（
す゛れた）サイクル行程で運動するものである。すなわ
ちシリンダ本体１ａのピストン３ａか下降してポート５
が開放されると（シリンダ本体１ａは膨張行程にあって
、シリンダ本体１は圧縮行程の状態にある）、高圧な燃
焼ガスは配管系６の容量を押しやる訳である（第３図）
。若し逆流ド■止機構７が開放されているならば、この
容量は内部圧力が低いシリンダ本体１の燃料室４に噴射
される。
このように２つのシリンダ間でピストンの運動を適宜ず
らすことは、多気筒内燃機関では大切なことである。
また前記逆流阻止機ｈ１１１７かチェックバルブのよう
な自動的なものの場合には、シリンダ本体１ａが圧縮行
程のときシリンダ本体１は吸気行程にあり、前述した噴
射に引続いて配管系６に溜められた燃焼ガスはシリンダ
本体１ａに封じ込められた新気ガスによって追い払われ
る。それ故に前述の噴射に先立って、配管系６には実際
に新気ガスしか残留しない訳である。このことは、逆流
阻止機構７が配管系６を掃気する間と噴射する間に同時
に開放されるように制御される自動式のものでない場合
でも同じことである。
本発明によれば一般的に、逆流阻止機構７は、シリンダ
内のピストンが圧縮行程あるいは圧縮行程の終りに達し
たときに開放され、配管系６に充填されたガスを移送す
るために用いられるエネルギーは、第３図のダイアグラ
ムに示されるＰ２からｐｔを差し引いた値の圧力差、換
言すれば一方のシリンダ本体の膨張ガスの圧力（Ｐ２）
と他方のシリンダ本体または同一シリンダ本体の圧縮ガ
スの圧ノＪ　（Ｐ２）の違いによって発生されるのであ
る。
第５図には本発明に従った他の実施例が示されるが、こ
の実施例では第１図の実施例に更に副次的な配管系１［
が加えられている。この配管系１１は図示されるように
、配管系６の部分６ａで第２の逆流阻止機構ＩＯの近傍
に連結されており、オリフィス１２から送り込まれるフ
ィルター通過後の外気や気化器からの気化混合物の流路
である。前記オリフィス１２には矢張り逆流阻止機構１
３が具備されていて、第５図に示されるような吸気行程
では配管系６の部分６ａに溜っていた燃焼ガスか、この
副次的な配管系１１から流入するガスあるいは空気によ
って追い払われる。
流入される気体はオリフィス１２から燃焼室内に吸気さ
れる新気ガスであることが好ましい。
以上のとおり本発明を実施例が示された図面に沿って説
明したが、単気筒内燃機関でも多気筒のもののように、
配管系６の上部に位置する箇所に燃料濃縮機構を具備す
ることも考えられる。その場合には勿論、燃料の大半は
別の手段によってシリンダ内に導入される。すなわち適
当な気化器を用いたり、エンジンの吸気パイプに燃料を
噴射することによって達成されるものである。
シリンダ本体に穿設されたポート５の開口で圧力波の作
用を最大限に利用するためには、この効果を増加させる
べくポートの形状や配管系６との接続を適宜者えなけれ
ばならない。その−例が第６図と第７図に示しであるが
、これらの図面から明らかな如く、ポート５はシリンダ
内壁に広がって（末広がりに）開口しており、圧力波を
効率よく受け入れるようになっている。
尚、第７図は第５図における鎖線Ａ−Ａに沿った断面を
示すものであり、第６図はシリンダの内部から壁面を見
た場合のポートを示したものである。
また第２図に示される多気筒内燃機関の実施例では、第
１図の実施例における逆流阻止機４；、１１０あるいは
第５図の他の実施例における副次的な配管系１１並びに
逆流阻止機ｊＭ　ｌ　３が組込まれていないか、これら
の機構または配管系をシリンダ本体を接続する配管系６
に付加して、燃焼ガスの逆流を防止したり外部から気化
燃料を導入できるようにすることも本発明の枠内で考え
られ得る。更に、配管系６が燃料の全部を噴射せずに、
発火の効率を高めるため点火プラグのアーク点の周囲で
流速を減じたり、この部分で燃料の濃度を高めたりする
ような配置することも可能である。この場合、配管系６
には燃料導入機構が接続され、点火プラグ９のアークに
向けて燃料か噴射される瞬間、シリンダ内には空気と燃
料の混合物が充満しているか、圧縮行程においては特に
この状態になる。好ましい実施例では、逆流阻止機構が
、点火信号が点火プラグを正に点火せんとする直前に閉
じられる。この動作は逆流阻止機構がチェックバルブの
ように自動的なものではなく、外部操作のできるタイプ
のポペット弁の場合には重要なことである。
同様にして燃料の濃縮源を配管系６に沿って配置するこ
とも考えられ、また圧力波の作用を増大させるためにポ
ート５の形状や前記配管系６との接続方法も適宜変更可
能である。
［発明の効果］ 本発明は点火プラグにより点火される全てのタイプの内
燃機関に採用でき、シリンダ内に装入される燃料を内部
で空気力学的にコントロールして、発火と燃焼の伝播を
効率よく行うことを意図しているため、燃費の点でも優
れた効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明による装置を備えた内燃機関を概略的に
示す断面図、第２図は同様に本発明の装置を備えた多気
筒内燃機関を示す断面図、第３図は燃焼室の圧力をピス
トンの動きに従って示すダイアグラムであり、第４図は
第１図に示される内燃機関でピストンが下降する場合の
状態を示す断面図、第５図は本発明に従った他の実施例
を示す断面図、第６図および第７図はポートの形状と配
管系との接続状態を示す説明図である。 １．１ａ・・・・・・シリンダ本体、 ２．２ａ・・・・・・シリンダヘッド、３．３ａ・・・
・・・ピストン、 ４．４ａ・・・・・・燃焼室、 ５・・・・・・ポート、 ６．１１・・・・・・配管系、 ６ａ、６ｂ・・・・・・部分、 ７、　７ａ　、　１０．　Ｌ３・旧−逆流阻止ＦＢ−ｆ
Ｍ　％８．１２・・・・・オリフィス、 ９．９ａ・・・・・・点火プラグ、 １４・・・・・・ピストンリング。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）少なくとも１個のシリンダ本体と、配管系および
    間歇的な逆流阻止機構からなり、前記配管系は前記シリ
    ンダ本体と燃焼室を前記逆流阻止機構を介して連絡し、
    且つ前記シリンダ本体は少なくとも１個の点火プラグを
    有する内燃機関の燃焼室に圧力ガスを導入する装置にお
    いて、前記配管系でシリンダ本体に接続される部分の軸
    方向は、前記点火プラグのアークに向けられていること
    を特徴とする装置。
  2. （２）少なくとも２個のシリンダからなる内燃機関に取
    付けられる前記特許請求の範囲第１項に記載の装置にお
    いて、前記配管系は前記燃焼室（４）と前記シリンダ本
    体（７ａ）が同一の燃焼空間を画成しないように、これ
    ら燃焼室とシリンダ本体を連絡していることを特徴とす
    る装置。
  3. （３）前記シリンダ（１）と前記燃焼室（４）が同一の
    燃焼空間を画成する内燃機関に取付けられる前記特許請
    求の範囲第１項に記載の装置において、前記配管系（６
    ）は、この配管系の部分で前記シリンダ本体（１）と前
    記逆流阻止機構（７）との間に第２の逆流阻止機構（１
    ０）を有しており、配管系の前記部分を２つの部分（６
    ａ、８ｂ）に分けることを特徴とする装置。
  4. （４）前記配管系は、この配管系（６）の部分で前記シ
    リンダ本体（１）と前記逆流阻止機構（７）との間に第
    ２の逆流阻止機構を有しており、配管系の前記部分を２
    つの容積に分けることを特徴とする前記特許請求の範囲
    第２項に記載の装置。
  5. （５）前記配管系（６）は、副次的な配管系（１１）を
    介してガス源と連結されており、前記副次的配管系（１
    １）は第３の逆流阻止機構を具備することを特徴とする
    前記特許請求の範囲のいずれか１項に記載の装置。
  6. （６）前記配管系（６）は、燃料導入機構を備えている
    ことを特徴とする前記特許請求の範囲のいずれか１項に
    記載の装置。
  7. （７）前記配管のシリンダ本体に接続される末端は、圧
    力波を収集するために適した末広がりの形状を呈するこ
    とを特徴とする前記特許請求の範囲のいずれか１項に記
    載の装置。
  8. （８）少なくとも１個のシリンダ本体からなり、前記シ
    リンダ本体は少なくとも１個の点火プラグを有してなる
    内燃機関の燃焼室に圧力ガスを導入する方法において、
    前記シリンダ本体を間歇的に前記燃焼室と連絡させるこ
    と、且つ連絡させることによって生じるガスの流れを正
    確に前記点火プラグのアークに向けて導くことを特徴と
    する方法。
  9. （９）前記シリンダ本体内をピストンが運動するサイク
    ルの一時期に、平均圧力（Ｐ２）を呈する一定量のガス
    を受け入れ、この受け入れた一定量のガスを前記燃焼室
    に噴射すると共に、この燃焼室内の圧力を前記平均圧力
    （Ｐ２）よりも低い圧力（Ｐ３）に維持することを特徴
    とする前記特許請求の範囲第８項に記載の方法。
  10. （１０）前記シリンダ本体内をピストンが運動するサイ
    クルで膨張行程の間に、前記一定量のガスを受け入れる
    ことを特徴とする前記特許請求の範囲第８項または第９
    項に記載の方法。
  11. （１１）前記の連絡は、ピストンが圧縮行程の間にある
    ときに行われることを特徴とする前記特許請求の範囲第
    ８項に記載の方法。
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