JPS63129116A - 相流層状給気方式内燃機関 - Google Patents

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層状給気方法とその燃焼方法に係る
ものであり、圧縮比を高めた燃焼による熱効率の向上と
排気有害成分低減技術に関する。

【従来の技術】

熱効率に有利な層状給気内燃機関は燃料高圧噴射系が必
要であり、コストが上昇し比出力も予混合方式と較べて
少なく、構造複雑化によりメンテナンスも多くなり、ま
た低圧電子噴射を含む気化器式においても副室が必要で
あるために燃焼室表面積が大となり熱損失が多く熱効率
が不充分な欠点がある。 （発明が解決しようとする問題点］ ４４サイクル火花火内燃機関において、熱効率の向上を
阻害する主因はノッキング現象であり、この問題を解決
することができ得れば有効圧縮比を高めることが可能と
なり必然的に熱効率を高め得るものであり、こｎに関し
て種々の研究開発が行なわれている。 このうち燃料を筒内に直接噴射供給する方式はノッキン
グの発生しやすい燃焼室端部に燃料を供給しない手法も
可能であり、これによってノッキングを防ぎ圧縮比を高
め熱効率を向上させ得るものであるが、反面生産コスト
の上昇・噴射系の諸問題等がある。 （問題点を解決するための手段） 本発明は複数の吸気弁と吸気路を有する４サイクル火花
点火機関において各々の吸気弁より気筒内にピストンの
下降負圧あるいは過給加圧との合成によって気筒内に供
給される新気の流れ方向を弁形状・Ｉ！に気＋ｆ！形状
等によって方向性をもたせ、気筒中心域に直状的に流入
する中心流と気筒周壁に沿って旋回流を形成する外側流
とに分けた２相流の給気体系とし、その中心流に燃料を
供給するものであり、これによって中心域が混合気とな
り外側流は空気が主となる層状給気の基本構成をなすも
のである。また、こｎを更に有効に行なわしめる手段と
して中心流に供給する燃料の噴射方向を中心軸方向に指
向させ中心流中においても気筒中心軸上に可及的に燃料
密度の濃い混合気域を構成し、気筒外側流への燃料分散
を防止して気筒壁付近を空気のみとした層状分布体形を
形成するものであり、更に外側流と中心流の気筒内流入
時期を弁の開閉時期を可変とすることによって位相差を
もたせ、より効果的な層状給気分布体形を構築するもの
であり、こｎによって従来機関において発生したエンド
ガス域の自己着火による急激な異状燃焼（ノッキング）
の原因を解決するものであり、しかして機関の圧縮比を
従来機関より高めうることにより熱効率が向上し、更に
部分負荷時等においても中心域点火栓付近に火花点火に
よる着火可能な混合気域を形成するために他の域の空気
量を大きく絞る必要もなく、このためにポンプ損失会摩
擦損失も軽減されることになり、希薄燃焼によって部分
負荷時の熱効率も大巾に向上する。 また、層状混合気域の着火燃焼によって従来気筒周壁付
近のクエンチ域にあり未燃状態で排出さｎていたＨＯが
減少し、また気筒全体として希薄混合比の燃焼を行なわ
しめることにより００はもとよりＨｏｇの生成も少ない
等の種々の特長を有するものである。

【実施例】

本発明の実施例を図について説明すると、シリンダヘッ
ドにはＡ−Ｂの吸気弁と排気弁（０）があり人弁の吸気
路（３）内には噴射ノヅル（功が装置されている。Ａ弁
の吸気路（６）は気筒内（ηにピストンの下降にともな
い流入する混合気の拡散を極力制御するためスワール乱
れ等が発生し難いように図３．に示すごとく開弁時にお
ける陳間隔（ａ）を平均的とし気筒中心軸上軸方向流れ
（１１０として直往的に流入するごとくに吸気孔（Ａ）
が工夫されている、そして弁位置はシリンダヘッド中心
部に近接して設けるものであり、Ｂ弁に関しては気筒内
壁に沿った流れを形成させるために流路形状に方向性を
与え、弁開時における間隙等を不均衡にする等、Ｉｉ壁
壁面回流形成するための図５のごときシュラウド付弁等
の工夫がなさｎている。また負荷に応じてＡ・Ｂ各吸気
弁の開閉時期を可変しつる機構？）が設けらｎている。 したがってピストン下降の吸入行程においてはＡ−１１
の両吸気弁より気筒内に新気と混合気が供給されるもの
であるが、Ｂ弁を先行して開くことにより気筒内に旋回
流が起生じ始め流体の運動保存則によって気筒内にスワ
ール流ＣＧ）が起生ずる。Ａ弁はフ弁に少し遅れて関く
ことにより１弁よりの新気旋回流ＣＧ）の中に、Ａ弁よ
りの混合気流（勾が供給されることになるが、この場合
１弁よりの供給によって生じた旋回流の場は外側域（気
筒内周ｍ）程流速が大であり、中心域は比較的緩やかで
あるため、Ａ弁よりの供給混合気はＢ流のスワール遠心
力の影響をうけること少なく境界層以外の混合気は主に
気筒中心軸方向に供給され気筒中心域に燃料密度が濃く
、壁付近は空気層が主となる層状の混合気分布体形（層
状給気）が構築されるのである。そしてピストンが上昇
する圧縮行程においては既述の運動保存則によってスワ
ールは残存しており、圧縮の進行にともないＡ、Ｂ６流
の境界層においては混合が進行するがサイクルの時間的
要素は圧縮終期においても基本的層状給気体形を維持す
るものであり、燃焼室中心域には着火可能な混合気が存
在し、周域（エンドガス域、スキッシュ域）は空気が主
となるため燃焼過程においても周域に燃料が存在せず、
したがってエンドガスに起因するノッキングは発生しな
い。また部分負荷時等においてはＡ−１の開弁時期を更
に変えることによりＡ弁よりの供給混金気塊の分散を極
力制御することが可能であり、機関のアイドリング特等
燃料量の少ない場合においても点火栓（力付近のみに混
合気塊を集中させることができるので安定した運転がで
き、従来希釈化が進行して未燃のまま排出されたＨＯが
低減する効果があげられる。 本発明の実施例は吸気流路内の低圧電磁噴射弁方式につ
いて行なったが、燃料供給方法は気化器方式・筒内直噴
方式のいづｎにおいても中心域流中に燃料を供給するこ
とにより効果を得るものであり、燃料もガソリン・ケロ
シンのみならずアルコール・ＬＰＧ等の使用可能なこと
も本技術の特長といえる。 （発明の効果］ 本発明の効果は２相流による層状給気作用により、エン
ドガスに起因するノッキングを解消することによって圧
縮比をより高めうることであり、これによって機関の熱
効率が大巾に向上し、スキッシュ域等の消炎作用によっ
て排出さｎていた燃料未燃成分が減少し、気筒全体とし
て希薄燃焼が可能となりＯＯＳＨｏｇ等が低減する効果
が大なことにある。

【図面の簡単な説明】

図１・図２は吸気路・弁との構成になる吸気路系と各々
の流れ方向を示す上方向と側方よりの説明図であり、図
３は直状的中心流を気筒内に供給するための弁座断面図
である。 図４は吸気流れに方向性を与えるためのシュラウド弁を
示す略図である。 Ａ”中心流吸気路、Ｂ・・・外側流ｒｌｋ気弁、ａ　・
・・排気弁、ｐ・・・燃料噴射ノヅル、χ・・・中心流
、１・・・弁開閉時期可変機構、Ｇ−・・外側流、Ｈ・
・・中心流吸気路、工・・・気筒、Ｊ・・・点火栓　６
　＋＋弁と弁座間隙、ｌ・・・弁リフト、矢印は空気の
流れ方向を示す。 図１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリンダヘツド部に吸気弁と吸入流路よりなる複
   数の吸気路系を構築し、一方の吸気路系は吸気弁を気筒
   中心域に近接した位置として、気筒内流入気流を過流・
   乱れ等を極力制御した直状的流れとして気筒中心軸方向
   に供給するものとし、他の吸気路系は吸気弁を気筒周壁
   に近接した位置として気筒内流入気流を流路形状・シユ
   ラウド弁等によつて気筒周壁に沿つた流れ方向とし、気
   筒中心軸方向吸気路に燃料供給装置を設け気筒中心域に
   混合気帯を形成し、気筒周壁付近を空気帯として形成す
   ることを特徴とした４サイクル火花点火内燃機関の層状
   給気方法。
2. （２）前記特許請求の範囲（１）記載の方法において外
   域吸気弁と内域吸気弁との相互の弁開閉期間を変化させ
   ることによつて混合気域と空気域との層状的分布形態の
   変化を図ることを特徴とした４サイクル火花点火内燃機
   関。