JPS63173812A - Two-cycle internal combustion engine - Google Patents

Two-cycle internal combustion engine

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Publication number
JPS63173812A
JPS63173812A JP62004169A JP416987A JPS63173812A JP S63173812 A JPS63173812 A JP S63173812A JP 62004169 A JP62004169 A JP 62004169A JP 416987 A JP416987 A JP 416987A JP S63173812 A JPS63173812 A JP S63173812A
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JP
Japan
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fresh air
exhaust
valve
combustion chamber
exhaust gas
Prior art date
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Pending
Application number
JP62004169A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshio Tanahashi
敏雄 棚橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Publication of JPS63173812A publication Critical patent/JPS63173812A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/02Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/025Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/16Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
    • F02B75/18Multi-cylinder engines
    • F02B2075/1804Number of cylinders
    • F02B2075/1824Number of cylinders six

Landscapes

  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve combustibility by providing a cylinder head with fresh air ports and exhaust ports which are respectively opened and closed by fresh air valves and exhaust valves, and providing meens for swirling a part of exhaust gas to be again let flow into a combustion chamber when the exhaust valve is opened. CONSTITUTION:Two fresh air ports 24 and two exhaust ports 26 are formed on a cylinder head 14 and opened and closed by fresh air valves 20 and exhaust valves 22 which are respectively driven in synchronization with a crank angle. In an exhaust stroke at the time of low load operation of such an engine, when pressure in a combustion chamber 18 is lowered less than the pressure of the exhauat port 26, a part of exhaust gas discharged from the combustion chamber is again let flow into the combustion chamber 18 due to a pressure difference between the exhaust port 26 and the combustion chamber 18. In order to conduct inflow of the exhaust gas again while a swirl is generated, masks 26a partially surrounding opening portions of the exhaust ports 26 are formed on the wall surface of the cylinder head 14. In this arrangement, stratification is promoted between fresh air and the residual exhaust to improve ignition-ability.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はシリンダヘッドに新気弁と排気弁を設けた2サ
イクル内燃機関に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a two-stroke internal combustion engine in which a fresh air valve and an exhaust valve are provided in the cylinder head.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

特公昭60−5770号公報には、吸気(新気)弁及び
排気弁を有するオーブンチャンバ型2サイクル内燃機関
が開示されている。この2サイクル内燃機関は、ピスト
ンが下死点にあるときに吸気弁と排気弁とがほぼ同時に
開き、吸気弁から流入した新気は下向きに指向され、ピ
ストン頂面で反転して、シリンダ内で縦回りのU字状の
流れを形成するようになっている。新気と排気の境界面
は、最初吸気弁の近くにあり、次いでシリンダの下方中
央部になり、そして排気弁の近くへと移動し、シリンダ
内の全体で排気と新気とが置き換わるようになっている
Japanese Patent Publication No. 60-5770 discloses an oven chamber type two-stroke internal combustion engine having an intake (fresh air) valve and an exhaust valve. In this two-stroke internal combustion engine, the intake valve and exhaust valve open almost simultaneously when the piston is at bottom dead center, and the fresh air flowing in from the intake valve is directed downward, reverses at the top of the piston, and enters the cylinder. It forms a vertical U-shaped flow. The interface between fresh air and exhaust air is first near the intake valve, then in the lower middle part of the cylinder, and then moves closer to the exhaust valve, such that exhaust and fresh air are replaced throughout the cylinder. It has become.

しかしながら、このような2サイクル内燃機関は高負荷
域では問題ないが、アイドル時又は軽負荷域での燃焼に
問題がある。アイドル時又は軽負荷域では、供給される
新気の量が少なくてシリンダ内には多量の排気が残留す
るので、新気が残留排気中に分散して薄くなり、新気を
シリンダヘッドの点火プラグの近傍に集めることができ
ない。
However, although such two-stroke internal combustion engines do not have any problems in high load ranges, they have problems with combustion during idling or in light load ranges. At idle or in a light load range, the amount of fresh air supplied is small and a large amount of exhaust gas remains in the cylinder, so the fresh air is dispersed into the residual exhaust gas and becomes thinner, causing the fresh air to ignite the cylinder head. It cannot be collected near the plug.

即ち、シリンダ内で縦回りのU字状の流れでは、新気の
主流はシリンダの下方へ移動してしまうからである。こ
のため、シリンダヘッドに設けられた点火プラグによる
着火や、火炎核の発生が阻害されたり、火炎伝播速度が
低下することにより、失火したり、燃焼変動が発生し易
くなる。
That is, in a vertical U-shaped flow within the cylinder, the main stream of fresh air moves downward in the cylinder. For this reason, ignition by the spark plug provided in the cylinder head and generation of a flame kernel are inhibited, and flame propagation speed is reduced, making misfires and combustion fluctuations more likely to occur.

また、吸入空気にシリンダ軸線回りのスワールを形成さ
せることは従来から公知である。例えば、米国特許45
43928号は対向配置の2つの吸気弁から空気を供給
してシリンダ軸線回りのスワールを形成させるようにし
ている。排気弁はシリンダの頂部中央に形成された副室
に配置されている。従って、この特許に開示された内燃
機関では、燃焼が副室で開始され、次いで、スワールし
ているシリンダ内に広がるようになっているものであり
、排気ガスにスワールを発生させたり、残留排気ガスと
新気との間で成層化を行ったりするものではない。
Furthermore, it is conventionally known to form a swirl around a cylinder axis in intake air. For example, U.S. Pat.
No. 43928 supplies air from two oppositely arranged intake valves to form a swirl around the cylinder axis. The exhaust valve is located in a subchamber formed at the center of the top of the cylinder. Therefore, in the internal combustion engine disclosed in this patent, combustion starts in the pre-chamber and then spreads into the swirling cylinder, causing swirls in the exhaust gas and residual exhaust gas. It does not create stratification between gas and fresh air.

また、特開昭55−117021号公報は活性熱雰囲気
燃焼を行うことにより燃焼を改善し、その際にシリンダ
ヘッドやシリンダブロック等をセラミックで作るとシリ
ンダ内を高温に維持することができることを開示してい
る。
Furthermore, JP-A-55-117021 discloses that combustion can be improved by performing activated thermal atmosphere combustion, and that if the cylinder head, cylinder block, etc. are made of ceramic, the inside of the cylinder can be maintained at a high temperature. are doing.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

2サイクル内燃機関では上記したように掃気によって排
気を行うために排気ガスが燃焼室に残留し、アイドルや
軽負荷域では燃焼室内の残留排気ガスに対する供給新気
の割合が小さくなり、燃焼が不安定になるという問題が
あった。本発明は、新気ボート及び排気ポートがシリン
ダヘッド部に設けられた2サイクル内燃機関において、
特にアイドル時や軽負荷域の新気量の少ない運転条件下
において、新気と残留排気ガスとの成層化を達成して新
気をシリンダヘッドの近傍に集め、着火を容易にするこ
とである。
As mentioned above, in a two-stroke internal combustion engine, exhaust gas remains in the combustion chamber because exhaust gas is exhausted by scavenging, and at idle or in a light load range, the ratio of fresh air supplied to the residual exhaust gas in the combustion chamber becomes small, resulting in combustion failure. There was a problem with stability. The present invention provides a two-stroke internal combustion engine in which a fresh air boat and an exhaust port are provided in the cylinder head.
The purpose is to achieve stratification between fresh air and residual exhaust gas, gather fresh air near the cylinder head, and facilitate ignition, especially under operating conditions with a small amount of fresh air, such as when idling or under light load. .

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明による2サイクル内燃機関は、過給手段を有する
新気供給系と、シリンダヘッド部分に設けられた新気ボ
ート及び排気ポートを開閉するために、クランク角に同
期して駆動される新気弁及び排気弁を有する2サイクル
内燃機関において、排気弁の開弁時に排気ポートから排
出した排気ガスの一部を燃焼室にシリンダ軸線の回りに
スワールさせつつ再流入させる手段を設け、さらに新気
ボートに触媒を付設したことを特徴とするものである。
The two-stroke internal combustion engine according to the present invention includes a fresh air supply system having a supercharging means, a fresh air boat provided in the cylinder head portion, and a fresh air driven in synchronization with the crank angle to open and close the exhaust port. In a two-stroke internal combustion engine having a valve and an exhaust valve, a means is provided for causing a portion of the exhaust gas discharged from the exhaust port when the exhaust valve is opened to re-inflow into the combustion chamber while swirling it around the cylinder axis. It is characterized by a catalyst attached to the boat.

〔作 用〕[For production]

本発明によれば、少なくともアイドル時及び軽負荷域に
おいて、次のようにして成層化が達成、される。即ち、
ピストンの下降行程中に排気弁が開くと弱い排気ブロー
ダウンが発生し、排気ポート内は正圧になる。排気ブロ
ーダウンは短時間で終了し、ピストンは引き続いて下降
しているのでシリンダ内が排気ポートに対して負圧にな
り、一旦排出した排気ガスの一部が燃焼室に再流入する
According to the present invention, stratification is achieved in the following manner at least in idle and light load ranges. That is,
When the exhaust valve opens during the downward stroke of the piston, a weak exhaust blowdown occurs, creating positive pressure in the exhaust port. The exhaust blowdown ends in a short time, and as the piston continues to descend, the inside of the cylinder becomes negative pressure with respect to the exhaust port, and a portion of the exhaust gas that was once exhausted flows back into the combustion chamber.

本発明においては、この再流入する排気ガスにシリンダ
軸線の回りにスワールさせる手段が設けられており、燃
焼室内で排気ガスがシリンダ軸線の回りにスワールする
。その後で新気弁が開弁する。
In the present invention, a means for swirling the re-inflowing exhaust gas around the cylinder axis is provided, and the exhaust gas is swirled around the cylinder axis within the combustion chamber. After that, the fresh air valve opens.

アイドル時及び軽負荷域においては供給新規量は少なく
、新気は比較的にゆっくりと流入する。従って、ゆっく
りと流入する新気はシリンダ軸線の回りにスワールして
いる排気ガスの上にゆっくりと乗り、新気は排気スワー
ルに乗ったままシリンダヘッドの近傍に集まっている。
At idle and in a light load range, the amount of new air supplied is small and fresh air flows in relatively slowly. Therefore, the fresh air that slowly flows in slowly rides on the exhaust gas that is swirling around the cylinder axis, and the fresh air collects near the cylinder head while riding on the exhaust swirl.

従って、着火が容易になる。また、新気は高温の排気ガ
スの上に乗っているので活性化されてより着火され易い
状態になる。さらに本発明においては、新気ボートに触
媒を付設しており、新気弁の開弁直後に新気ボートに逆
流する排気ガスとこの触媒の作用によって新気ボート内
の新気を活性化するのを助け、よって内燃機関の低温時
にも良好な燃焼が得られるようにしている。
Therefore, ignition becomes easier. Moreover, since the fresh air is on top of the high-temperature exhaust gas, it is activated and becomes more easily ignited. Furthermore, in the present invention, a catalyst is attached to the fresh air boat, and the fresh air in the fresh air boat is activated by the action of the exhaust gas flowing back into the fresh air boat and the catalyst immediately after the fresh air valve is opened. This helps ensure good combustion even at low temperatures in the internal combustion engine.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は第3図の新気弁と排気弁を通る垂直断面図で、
第2図は本発明を適用した6気筒の2サイクル内燃機関
10を示す図、第3図は第2図の1気筒の燃焼室の近傍
を詳細に示す図である。機開本体IOは第1図に示され
るようにシリンダブロック12とシリンダヘッド14と
により構成され、ピストン16の上方に燃焼室18が形
成される。この2サイクル内燃機関はシリンダヘッド1
4にポペット弁からなる新気弁20と排気弁22とを有
するものであり、従って、シリンダヘッド14には新気
ボート24と排気ポート26とが形成される。
Figure 1 is a vertical sectional view through the fresh air valve and exhaust valve in Figure 3;
FIG. 2 is a diagram showing a six-cylinder two-stroke internal combustion engine 10 to which the present invention is applied, and FIG. 3 is a diagram showing the vicinity of the combustion chamber of one cylinder in detail in FIG. 2. As shown in FIG. 1, the opening main body IO is composed of a cylinder block 12 and a cylinder head 14, and a combustion chamber 18 is formed above a piston 16. This two-stroke internal combustion engine has cylinder head 1
The cylinder head 14 has a fresh air valve 20 and an exhaust valve 22, each of which is a poppet valve.Therefore, a fresh air boat 24 and an exhaust port 26 are formed in the cylinder head 14.

第3図に示されるように、新気弁20及び排気弁22は
それぞれ2個ずつ設けられ、点火プラグ28が燃焼室1
8のほぼ中央に設けられる。第3図では、排気弁22は
ともにEで表されており、一方、新気弁20はFA、F
Bで表されている。
As shown in FIG. 3, two fresh air valves 20 and two exhaust valves 22 are provided, and a spark plug 28 is inserted into the combustion chamber.
It is provided approximately in the center of 8. In FIG. 3, the exhaust valves 22 are both designated E, while the fresh air valves 20 are designated FA, F.
It is represented by B.

これ新気弁20の働きが相互に差があることを示してお
り、以後FAで表された新気弁20を低負荷新気弁と呼
び、FBで表された新気弁20を高負荷新気弁と呼ぶこ
とにする。
This shows that the functions of the fresh air valves 20 are different from each other.Hereafter, the fresh air valve 20 represented by FA will be referred to as a low-load fresh air valve, and the fresh air valve 20 represented by FB will be referred to as a high-load fresh air valve. I'll call it Shinkiben.

第2図及び第3図に示されるように、シリンダヘッド1
4には2個の新気マニホールド30.32が取りつけら
れる。一方の新気マニホールド30の各枝管が低負荷新
気弁FA20の配置された側の新気ボート24に接続さ
れ、他方の新気マニホールド32の各枝管が高負荷新気
弁FB20の配置された側の新気ボート24に接続され
る。各新気ボート24または新気マニホールド30.3
2の各枝管にはそれぞれ燃料噴射弁34が配置される。
As shown in FIGS. 2 and 3, the cylinder head 1
4 is fitted with two fresh air manifolds 30,32. Each branch pipe of one fresh air manifold 30 is connected to the fresh air boat 24 on the side where the low load fresh air valve FA20 is arranged, and each branch pipe of the other fresh air manifold 32 is connected to the fresh air boat 24 on the side where the high load fresh air valve FB20 is arranged. is connected to the fresh air boat 24 on the side where the Each fresh air boat 24 or fresh air manifold 30.3
A fuel injection valve 34 is arranged in each of the two branch pipes.

第2図に示されるように、空気はエアクリーナ38から
取り入れられ、スロットル弁40で制御され、さらに過
給機(S/C)42で過給されるようになっている。過
給機42の下流にはインタークーラ44が配置され、前
記2つの新気マニホールド30.32は共にこのインタ
ークーラ44に接続される。過給機42はルーツポンプ
等の機関の出力により駆動される機械式過給機を利用さ
れることができる。
As shown in FIG. 2, air is taken in from an air cleaner 38, controlled by a throttle valve 40, and further supercharged by a supercharger (S/C) 42. An intercooler 44 is arranged downstream of the supercharger 42, and the two fresh air manifolds 30, 32 are both connected to this intercooler 44. The supercharger 42 can be a mechanical supercharger driven by the output of an engine such as a Roots pump.

高負荷側の新気マニホールド32の集合部にはバタフラ
イ式新気制御弁48が配置される。前記新気弁20及び
排気弁22が機関のクランクシャフトと同期して駆動さ
れるのに対し、この新気制御弁48は機関の負荷及び回
転数に応じて開閉されるものである。新気制御弁4日は
少なくとも機関アイドル時及び低負荷時に閉じられ、従
って、このときには空気は低負荷側の新気マニホールド
30からのみ供給されることになる。新気制御弁48は
機関中高負荷時に開かれ、従って、このときには空気は
高負荷側の新気マニホールド32及び低負荷側の新気マ
ニホールド30の双方を通って供給される。なお、新気
ボートFB24には、新気の逆流を防止するためにリー
ド弁からなる逆止弁36が設けられる。
A butterfly-type fresh air control valve 48 is disposed at a collecting portion of the fresh air manifold 32 on the high load side. While the fresh air valve 20 and exhaust valve 22 are driven in synchronization with the crankshaft of the engine, the fresh air control valve 48 is opened and closed according to the load and rotational speed of the engine. The fresh air control valve 4 is closed at least when the engine is idling and at low load, so that at this time air is supplied only from the fresh air manifold 30 on the low load side. The fresh air control valve 48 is opened during high engine loads, so that at this time air is supplied through both the high load side fresh air manifold 32 and the low load side fresh air manifold 30. Note that the fresh air boat FB24 is provided with a check valve 36 made of a reed valve to prevent backflow of fresh air.

第4図は低負荷新気弁FA及び高負荷新気弁FBからそ
れぞれ供給される新気の流れの特徴を示している。この
特徴は弁単独で得られるものではなく、弁の形状は同じ
であっても関連する新気ボート24の配置や弁の周りの
シリンダヘッド壁面形状の特徴等により得られるもので
ある。低負荷新気弁FAは(a)の矢印で示されるよう
に開弁時に少量の空気が弁の周りにほぼ一様に流れるこ
とを許容するものである。他方の高負荷新気弁FBは(
b)の矢印で示されるように空気を偏った方向に流させ
るように形成されている。この方向はシリンダの垂直な
壁面に沿った方向であり、従って、高負荷時に高負荷側
のボートを通ってくる大量の新気が先ずシリンダ内を一
方の壁面に沿って下降していき、ついでピストン16の
頂面で方向転換して反対側の壁面に沿って上昇し、この
ようにU字状に流れることによって排気ガスと効率よく
入れ換わることができる。このように、空気が偏った方
向に流れることを可能とするためには、例えば第4図の
(b)に示されるようにボート内に偏流壁49を設け、
或いはシリンダへ・ノド14の壁面に堰を設ける等の手
段が可能である。
FIG. 4 shows the characteristics of the flow of fresh air supplied from the low-load fresh air valve FA and the high-load fresh air valve FB, respectively. This characteristic is not obtained by the valve alone, but is obtained by the arrangement of the related fresh air boat 24, the characteristics of the cylinder head wall surface shape around the valve, etc. even if the shape of the valve is the same. The low-load fresh air valve FA allows a small amount of air to flow almost uniformly around the valve when the valve is opened, as shown by the arrow in (a). The other high-load fresh air valve FB is (
As shown by the arrow in b), it is formed so that air flows in a biased direction. This direction is along the vertical walls of the cylinder, so that at high loads a large amount of fresh air coming through the boat on the high load side first moves down the cylinder along one wall and then It changes direction at the top surface of the piston 16 and rises along the opposite wall surface, and by flowing in a U-shape in this way, it can be efficiently replaced with exhaust gas. In order to allow the air to flow in a biased direction, for example, as shown in FIG. 4(b), a bias wall 49 is provided inside the boat.
Alternatively, it is possible to provide a weir on the wall of the throat 14 in the cylinder.

また、高負荷新気弁FBの周りのシリンダヘッド壁面形
状は、低負荷新気弁FAと同様にしても新気を排気ガス
と効率よく入れ換えることができる。
Further, even if the cylinder head wall shape around the high-load fresh air valve FB is similar to that of the low-load fresh air valve FA, fresh air can be efficiently replaced with exhaust gas.

第1図及び第3図に示されるように、低負荷側の新気マ
ニホールド30又は新気ボート24には、新気弁20と
燃料噴射弁34との間にハニカム状の細孔を有する触媒
50が配置される。さらに、新気ボート24の燃焼室側
には断熱性のセラミック層がコートされている。
As shown in FIGS. 1 and 3, the fresh air manifold 30 or fresh air boat 24 on the low load side has a catalyst having honeycomb-shaped pores between the fresh air valve 20 and the fuel injection valve 34. 50 are placed. Furthermore, the combustion chamber side of the fresh air boat 24 is coated with a heat insulating ceramic layer.

第3図に示されるように、各気筒の2つの排気ポート2
6はシリンダヘッド14内で1つのボートに合流される
。第2図に示されるように、排気系は点火順序から見て
干渉の起こらない2つの気筒群に分割され、2つの排気
マニホールド54が3気筒分ずつの排気ポート26に接
続される。排気マニホールド54の集合部56はさらに
共通排気管58により合流された後で、マフラー62に
接続される。また、各排気マニホールド54の集合部5
6にはそ糺ぞれ触媒60が配置される。
As shown in Figure 3, two exhaust ports 2 for each cylinder
6 are combined into one boat within the cylinder head 14. As shown in FIG. 2, the exhaust system is divided into two groups of cylinders that do not interfere in terms of firing order, and two exhaust manifolds 54 are connected to exhaust ports 26 for three cylinders each. The collecting portion 56 of the exhaust manifold 54 is further joined by a common exhaust pipe 58 and then connected to a muffler 62. In addition, the gathering portion 5 of each exhaust manifold 54
6, a catalyst 60 is disposed on each side.

ここで排気ガスの圧力について説明すると、機関低負荷
時、排気弁22が開かれた直後に弱い排気ブローダウン
があって排気ボート内は正圧になり、燃焼室18の排気
圧力は急激に低下する。ピストン16の下降運動によっ
て燃焼室18の圧力が排気ポートの圧力よりも低下する
と、排気ブローダウンによって燃焼室から排出された排
気ガスの一部は、排気ポート26と燃焼室18の圧力差
によって燃焼室18に再流入(逆流)するようになる。
To explain the pressure of exhaust gas here, when the engine is under low load, there is a weak exhaust blowdown immediately after the exhaust valve 22 is opened, and the inside of the exhaust boat becomes positive pressure, and the exhaust pressure in the combustion chamber 18 rapidly decreases. do. When the pressure in the combustion chamber 18 falls below the pressure at the exhaust port due to the downward movement of the piston 16, a portion of the exhaust gas discharged from the combustion chamber due to exhaust blowdown is combusted due to the pressure difference between the exhaust port 26 and the combustion chamber 18. It will now flow back into chamber 18 (backflow).

このように、機関低負荷時には弱い排気ブローダウンの
直後に排気ガスの燃焼室への逆流がある。
Thus, when the engine is under low load, there is a backflow of exhaust gas into the combustion chamber immediately after the weak exhaust blowdown.

本発明においては、燃焼室へ逆流する排気ガスが、第1
図及び第3図に示されるように、燃焼室18内でシリン
ダ軸線の回りのスワールSを形成するようになっている
。従来、吸気ボートから吸入された吸入空気にスワール
を発生させることはかなり提案されているが、逆流する
排気にスワールを発生させることは本発明の大きな特徴
である。排気にスワールを発生させるためには、吸入空
気にスワールを発生させる場合と同様の手段を採用する
ことができる0例えば、排気ポートの形状を捩じったも
のにしたり、排気ポートをシリンダの周囲に接線状に接
続したりすることができる。この実施例においては、第
2図に示されるように、シリンダヘッド14の壁面に排
気ポート26の開口部を部分的に取り囲むマスク26a
が形成されている。また、排気ポート26の開口部から
新気ボート24の開口部へ向かうシリンダヘッド壁面に
傾斜した案内面を形成することもできる。この排気側の
案内面は新気側の堰と協働して、排気ガスが矢印S方向
にスワールするのを助け、新気が矢印S方向に流れるの
を妨げ、全体としてさらに確実にシリンダ軸線の回りの
スワールを生成せしめるのである。
In the present invention, the exhaust gas flowing back into the combustion chamber is
As shown in the figures and FIG. 3, a swirl S around the cylinder axis is formed within the combustion chamber 18. Conventionally, it has been proposed to generate a swirl in the intake air taken in from an intake boat, but a major feature of the present invention is to generate a swirl in the exhaust gas flowing back. In order to generate a swirl in the exhaust, the same means as in the case of generating a swirl in the intake air can be adopted. For example, the shape of the exhaust port may be twisted, or the exhaust port may be placed around the cylinder. can be connected tangentially to. In this embodiment, as shown in FIG.
is formed. Further, an inclined guide surface may be formed on the cylinder head wall surface extending from the opening of the exhaust port 26 to the opening of the fresh air boat 24. This guide surface on the exhaust side cooperates with the weir on the fresh air side to help swirl the exhaust gas in the direction of arrow S, prevent the fresh air from flowing in the direction of arrow S, and as a whole more securely align the cylinder axis. This causes a swirl to be generated around the .

第5図はクランクシャフトと同期して駆動される新気弁
20の開弁期間(FO)と排気弁22の開弁期間(E 
O)とを示した図である。2サイクル内燃機関では、ピ
ストン16が上死点TDCから下死点BDCへ下降して
いく膨張行程と、下死点BDCから上死点TDCへ上昇
していく圧縮行程の2行程しかなく、排気と吸入はこれ
らの2行程の間に下死点BDCの近くで行われ、基本的
には過給機42で押し込まれた新気が排気ガスを押し出
しつつガス交換を行う掃気を含んでいる。高負荷時には
新気量及び燃料量が多く、従って、シリンダ内に残留す
る排気ガスは少ないので、燃焼上の問題は少ないが、ア
イドル時及び低負荷時には新気量及び燃料量が少なく、
残留排気ガスが多い中で燃焼を行わなければならず、新
気と排気が混合すると空燃比が薄くなり、着火燃焼が非
常に困難になるのである。
Figure 5 shows the opening period (FO) of the fresh air valve 20 and the opening period (E) of the exhaust valve 22, which are driven in synchronization with the crankshaft.
FIG. In a two-stroke internal combustion engine, there are only two strokes: an expansion stroke in which the piston 16 descends from top dead center TDC to bottom dead center BDC, and a compression stroke in which the piston 16 ascends from bottom dead center BDC to top dead center TDC. The intake and suction are performed near the bottom dead center BDC between these two strokes, and basically include scavenging to perform gas exchange while pushing out the exhaust gas with fresh air pushed in by the supercharger 42. When the load is high, the amount of fresh air and fuel is large, so there is little exhaust gas remaining in the cylinder, so there are few combustion problems, but when the load is idling and the load is low, the amount of fresh air and fuel is small.
Combustion must be carried out in a large amount of residual exhaust gas, and when fresh air and exhaust gas mix, the air-fuel ratio becomes diluted, making ignition combustion extremely difficult.

本発明においては、排気弁22は下死点BDC前8前置
0度点で開き、このときにはピストン16の下降速度が
速いので、アイドル時及び低負荷時の弱い排気ブローダ
ウン後に燃焼室18の圧力は下がり、排気ポート26の
背圧と燃焼室18の負圧とによって排気ガスの逆流が確
実に生じるようになっている。排気弁22は圧縮行程の
あまり進まない下死点BDC後40度の時点で閉じる。
In the present invention, the exhaust valve 22 opens at a point 8 degrees before bottom dead center BDC, and since the downward speed of the piston 16 is fast at this time, the combustion chamber 18 opens after a weak exhaust blowdown during idling and low load. The pressure drops and the back pressure in the exhaust port 26 and the negative pressure in the combustion chamber 18 ensure that a backflow of exhaust gas occurs. The exhaust valve 22 closes at 40 degrees after the bottom dead center BDC, when the compression stroke has not progressed much.

また、新気弁20は排気弁22が開いた後で排気ガスの
逆流が生じたような時点、例えば下死点BDC前60度
の時点で開き、排気弁22の閉弁後の下死点BDC後6
0度の時点で閉じる。
In addition, the fresh air valve 20 opens at a point when exhaust gas backflow occurs after the exhaust valve 22 opens, for example, at a point 60 degrees before the bottom dead center BDC, and closes at the bottom dead center after the exhaust valve 22 closes. After BDC 6
Closes at 0 degrees.

第6図はアイドル時及び低負荷時の排気ガスの逆流及び
スワールの生成、及びそれによって生じる新気と残留排
気ガスの成層化を説明する図である。このときには、吸
気制御弁48は閉じられ、新気の供給は低負荷新気弁F
A20側からのみとなる。この新気の供給は、量目体が
少なく且つ第4図を参照して説明したように特定の方向
性をもたずにゆっくりしたものである。第6図(a)に
示されるように、下死点BDC前8前置0度ると排気弁
22が開き、圧力Pの弱い排気ブローダウンが生じる。
FIG. 6 is a diagram illustrating the backflow and swirl generation of exhaust gas during idle and low load, and the resulting stratification of fresh air and residual exhaust gas. At this time, the intake control valve 48 is closed and fresh air is supplied to the low-load fresh air valve F.
Only from the A20 side. This supply of fresh air is slow and has a small volume and does not have a specific direction as described with reference to FIG. As shown in FIG. 6(a), the exhaust valve 22 opens 8 degrees before the bottom dead center BDC, and a weak exhaust blowdown with a pressure P occurs.

この排気ブローダウンはアイドル時及び低負荷時におい
ては短時間で終了する。例えば、アイドル時及び低負荷
時の弱い排気ブローダウンにおける排気ポート22の圧
力は、瞬間的に2〜3 kg/crl程度になるが、直
ぐに1.05 kg/cIJ程度に下がり、正圧の背圧
を維持しつつ安定化する。
This exhaust blowdown ends in a short time when the engine is idling or under low load. For example, the pressure at the exhaust port 22 during weak exhaust blowdown at idle and under low load momentarily drops to about 2 to 3 kg/crl, but quickly drops to about 1.05 kg/cIJ, and the back pressure of the positive pressure increases. Stabilize while maintaining pressure.

ピストン16の下降により燃焼室18内が負圧になり、
第6図(b)に示されるように排気ガスが矢印Qのよう
に再流入し、排気ポート26の構造、マスク26a、ガ
イド面等のスワール形成手段により、燃焼室18内で排
気ガスのスワールSが形成される。下死点BDC前60
度になると、低負荷新気弁FA20が開く。新気はスロ
ットル弁40で調量され、過給機42の過給圧も比較的
に低い。また、新気弁20が実質的に全開になるのに時
間がかかるので新気は直ちには流入せず、低負荷新気弁
FA20の開弁当初にも排気ガスの逆流及びスワール形
成は続いている。このように排気スワールの形成はかな
りの時間続けられ、このスワールはシリンダ軸線の回り
に形成されるものであるから圧縮行程末期後まで消滅す
ることなく維持されるものである。
As the piston 16 descends, the inside of the combustion chamber 18 becomes negative pressure,
As shown in FIG. 6(b), the exhaust gas re-inflows in the direction of arrow Q, and the exhaust gas is swirled in the combustion chamber 18 by swirl forming means such as the structure of the exhaust port 26, the mask 26a, and the guide surface. S is formed. 60 before bottom dead center BDC
degree, the low-load fresh air valve FA20 opens. The fresh air is metered by the throttle valve 40, and the supercharging pressure of the supercharger 42 is also relatively low. Furthermore, since it takes time for the fresh air valve 20 to substantially fully open, fresh air does not flow in immediately, and even when the low-load fresh air valve FA20 is first opened, the exhaust gas backflow and swirl formation continue. There is. In this way, the formation of the exhaust swirl continues for a considerable period of time, and since this swirl is formed around the cylinder axis, it is maintained without disappearing until after the end of the compression stroke.

従って、この間には、排気ガスが新気ボート24にも逆
流する。この逆流排気ガスは新気を加熱し、また触媒5
0と反応して触媒5oを加熱して新気の加熱作用を促進
する。セラミック層52は内燃機関低温時であってもこ
の逆流排気ガス及び加熱された新気が冷却されるのを防
止し、よって新気の活性化熱雰囲気の形成を助けるので
ある。
Therefore, during this period, exhaust gas also flows back into the fresh air boat 24. This backflow exhaust gas heats the fresh air and also heats the catalyst 5.
0 and heats the catalyst 5o to promote the heating effect of fresh air. The ceramic layer 52 prevents this backflow exhaust gas and the heated fresh air from being cooled even when the internal combustion engine is at a low temperature, thereby helping to form a hot atmosphere for activating the fresh air.

また、触媒50は新気に流れ抵抗を与え、低負荷時に新
気がゆっくりと燃焼室18に供給されるのを助けるので
ある。そして、触媒は低負荷側の新気ポート24に配置
されるので、高負荷時に両方の新気ポート24が開放さ
れたときに新気が高負荷側の新気ポート24の方を流れ
易くなり、従って、高負荷新気弁FB20の流れの特徴
をさらに生かすことができるようにもなる。
Additionally, the catalyst 50 provides fresh air flow resistance and helps fresh air to be slowly supplied to the combustion chamber 18 at low loads. Since the catalyst is placed in the fresh air port 24 on the low load side, when both fresh air ports 24 are opened during high load, fresh air tends to flow toward the fresh air port 24 on the high load side. Therefore, it becomes possible to further utilize the flow characteristics of the high-load fresh air valve FB20.

しかる後に、第6図(c)に示されるように、新気弁2
0が実質的に全開になると新気が入ってくる。このとき
の新気は、第4図(a)を参照して説明したように弁の
全周からゆっくりと流れ、しかもこのときにはピストン
16の下降速度も小さくなっているので燃焼室内にはほ
とんど負圧が形成されず且つ前述したように過給圧も小
さいので新気はゆっくりと燃焼室18に入る。従って、
流入した新気は排気スワール上にゆっくりと乗り、排気
スワールを下方に通過することなくむしろ排気スワール
上で排気スワールとともにスワールするようになる。こ
のようにして、新気はシリンダヘッド14側の点火プラ
グ28側に近い部位に集まり、即ち、シリンダヘッド1
4側の新気とピストン16側の排気との成層化が達成さ
れるのである。この新気と排気の成層は、第6図(d)
に示されるように、ピストン16が下死点まで下降し、
それから少し上昇して排気弁22が閉じ、そして新気弁
20が閉じても維持される。尚、排気ポート26は正圧
に維持されて排気弁22から燃焼室18に与えており、
排気弁22が閉じるまでのピストン16の運動も遅いの
で、燃焼室18から排気ポート26への新気の流出、い
わゆる新気の吹き抜けはほとんど起こらない。
After that, as shown in FIG. 6(c), the fresh air valve 2 is opened.
When 0 is practically at full throttle, fresh air comes in. At this time, the fresh air flows slowly from the entire circumference of the valve as explained with reference to FIG. Fresh air enters the combustion chamber 18 slowly because no pressure is built up and the supercharging pressure is low as described above. Therefore,
The incoming fresh air slowly rides on the exhaust swirl, and rather than passing downward through the exhaust swirl, the fresh air swirls on the exhaust swirl together with the exhaust swirl. In this way, fresh air gathers at a portion of the cylinder head 14 near the spark plug 28 side, that is, the cylinder head 1
Stratification of the fresh air on the 4 side and the exhaust air on the piston 16 side is achieved. This stratification of fresh air and exhaust air is shown in Figure 6 (d).
As shown in , the piston 16 descends to the bottom dead center,
It then rises a little, closes the exhaust valve 22, and is maintained even when the fresh air valve 20 closes. Note that the exhaust port 26 is maintained at positive pressure and is applied from the exhaust valve 22 to the combustion chamber 18.
Since the movement of the piston 16 until the exhaust valve 22 closes is also slow, fresh air flows out from the combustion chamber 18 to the exhaust port 26, so-called fresh air blow-through hardly occurs.

アイドル時及び軽負荷時には、新気は上述したようにシ
リンダヘッド14例の点火プラグ28側に近い部位に集
まり、新気弁20の閉弁前に燃料噴射弁34から噴射さ
れた燃料もその新気に含まれており、それによって空燃
比も点火プラグ28の近くでは薄くならず、点火プラグ
28によって容易に着火して確実な燃焼が得られるよう
になるのである。そして、新気は排気ガスの上に乗って
おり、高温の排気ガスによって活性化され、ラジカル燃
料成分を含む活性熱雰囲気状態を形成する。
During idling and under light load, fresh air gathers in the cylinder head 14 near the spark plug 28 side, as described above, and the fuel injected from the fuel injection valve 34 before the fresh air valve 20 closes also collects in the fresh air. As a result, the air-fuel ratio does not become too thin near the spark plug 28, and the spark plug 28 easily ignites the fuel to ensure reliable combustion. The fresh air is placed on top of the exhaust gas, and is activated by the high-temperature exhaust gas to form an activated thermal atmosphere containing radical fuel components.

従って、内燃機関が低温状態にあるときには点火プラグ
28により着火されるが、暖機後においては圧縮行程に
おける断熱圧縮により低燃費で排気浄化性能の優れた自
己着火燃焼が可能となるのである。本発明では、新気ポ
ート24に配置した触媒50の作用により新気が加熱さ
れており、燃焼室18に入ったときに素早く活性化が行
えるので、新気の活性化が十分に行われ、低温時でも安
定した燃焼を得ることができるのである。
Therefore, when the internal combustion engine is in a low temperature state, the spark plug 28 ignites the engine, but after warming up, adiabatic compression in the compression stroke enables self-ignition combustion with low fuel consumption and excellent exhaust purification performance. In the present invention, the fresh air is heated by the action of the catalyst 50 disposed in the fresh air port 24, and can be activated quickly when it enters the combustion chamber 18, so that the fresh air is sufficiently activated. Stable combustion can be achieved even at low temperatures.

中高負荷時には新気制御弁48が開かれるので両方の新
気ボート24を通って新気が供給されるようになり、特
に、大量の空気が高負荷側の新気ポートFB24を通る
ことができるようになる。
Since the fresh air control valve 48 is opened during medium to high loads, fresh air is supplied through both fresh air boats 24, and in particular, a large amount of air can pass through the fresh air port FB24 on the high load side. It becomes like this.

高負荷側の新気弁FB20は第4図を参照して説明した
ように新気が主にシリンダ壁面に沿って下方に流れるよ
うに設けられたものであり、新気は一方側のシリンダ壁
面に沿って下降し、ピストンで方向転換して反対側の壁
面に沿って上昇するU字状の流れを生成するものであり
、これによってより多くの排気ガスを押し出し、掃気効
率を高めることができる。なお、新気制御弁48を新気
ポートFB24に各々設けることにより、逆止弁36を
無くすことが可能になる。
As explained with reference to FIG. 4, the fresh air valve FB20 on the high load side is provided so that fresh air mainly flows downward along the cylinder wall, and the fresh air flows through the cylinder wall on one side. This creates a U-shaped flow that descends along the opposite wall, changes direction with the piston, and ascends along the opposite wall. This allows more exhaust gas to be pushed out and improves scavenging efficiency. . Note that by providing the fresh air control valve 48 in each fresh air port FB24, it is possible to eliminate the check valve 36.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば特にアイドル及び
低負荷時に新気と残留排気との間で成層化を達成し、さ
らに新気ポートに配置した触媒によって新気を加熱して
安定した燃焼を得ることができ、低負荷から高負荷まで
良好な燃焼をすることのできる2サイクル内燃機関を得
ることができる。
As explained above, according to the present invention, stratification is achieved between fresh air and residual exhaust gas especially at idle and low load, and the fresh air is heated by the catalyst placed in the fresh air port to achieve stable combustion. It is possible to obtain a two-stroke internal combustion engine that can perform good combustion from low loads to high loads.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は第3図の新気弁と排気弁を通る垂直断面図、第
2図は本発明を適用した6気筒の2サイクル内燃機関を
示す図、第3図は第2図の1気筒の燃焼室の近傍を詳細
に示す図、第4図は新気弁から燃焼室に入る新気の流れ
を説明する図、第5図はバルブタイミングを示す図、第
6図は低負荷時の排気ガスの逆流及び新気の供給を説明
する説明図である。 14・・・シリンダヘッド、 16・・・ピストン、 18・・・燃焼室、 20・・・新気弁、 22・・・排気弁、 24・・・新気ポート、 26・・・排気ボート、 26a・・・マスク、 48・・・新気制御弁、 50・・・触媒。
Figure 1 is a vertical sectional view through the fresh air valve and exhaust valve in Figure 3, Figure 2 is a diagram showing a six-cylinder two-stroke internal combustion engine to which the present invention is applied, and Figure 3 is a single-cylinder diagram in Figure 2. Figure 4 is a diagram explaining the flow of fresh air entering the combustion chamber from the fresh air valve, Figure 5 is a diagram showing valve timing, and Figure 6 is a diagram showing the vicinity of the combustion chamber at low load. FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating backflow of exhaust gas and supply of fresh air. 14... Cylinder head, 16... Piston, 18... Combustion chamber, 20... Fresh air valve, 22... Exhaust valve, 24... Fresh air port, 26... Exhaust boat, 26a...Mask, 48...Fresh air control valve, 50...Catalyst.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 過給手段を有する新気供給系と、シリンダヘッド部分に
設けられた新気ポート及び排気ポートを開閉するために
、クランク角に同期して駆動される新気弁及び排気弁を
有する2サイクル内燃機関において、排気弁の開弁時に
排気ポートから排出した排気ガスの一部を燃焼室にシリ
ンダ軸線の回りにスワールさせつつ再流入させる手段を
設け、さらに新気ポートに触媒を付設したことを特徴と
する2サイクル内燃機関。
A two-stroke internal combustion engine with a fresh air supply system that includes supercharging means, and a fresh air valve and exhaust valve that are driven in synchronization with the crank angle to open and close the fresh air port and exhaust port provided in the cylinder head. In the engine, a means is provided for causing part of the exhaust gas discharged from the exhaust port when the exhaust valve is opened to re-enter the combustion chamber while swirling it around the cylinder axis, and a catalyst is further attached to the fresh air port. A two-stroke internal combustion engine.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3926631A1 (en) * 1988-08-12 1990-02-15 Toyota Motor Co Ltd TWO-STROKE COMBUSTION ENGINE

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3926631A1 (en) * 1988-08-12 1990-02-15 Toyota Motor Co Ltd TWO-STROKE COMBUSTION ENGINE
DE3926631C2 (en) * 1988-08-12 2000-05-04 Toyota Motor Co Ltd Two-stroke engine

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