JPS6326258B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は燃料噴射系統、外部点火系統、互い
に連接した行程室と円筒状燃焼室とからなるシリ
ンダ室、及び少なくとも一の入口弁であつてシリ
ンダ内への流入空気にシリンダ軸心回りの旋回運
動を与える装置と共働するもの、を備えた内燃機
関に関する。

この種の内燃機関では、燃料・空気混合ガスに
ついてその燃料・空気混合比を狭い範囲に保ち該
混合ガスの点火性を確実なものにする必要があ
る。従つて部分負荷状態にあつては全負荷のとき
よりも少量の混合ガスを供給することで上記の混
合比を維持し点火及び燃焼を確実に行わせるのが
普通である。

上記形式の内燃機関は殆ど全ての場合、シリン
ダへの混合ガス供給量を減らすべく吸入行程で絞
り乃至節気が行われ、そのために吸入管路内に絞
り弁が配設されるのが普通であり、該弁の開度と
これに伴う負圧の程度を部分負荷の度合に応じて
変化させるものである。しかしこのようにして発
生する絞り損失によつて、部分負荷状態における
内燃機関の効率低下を来たすことが、この種の構
造に伴う顕著な欠点となつていた。

上記構造に代えて供給空気の一部分だけを燃料
と混合し、混合ガス濃度を点火範囲に保つことも
できる。このような層状給気については種々の方
法が提案されているが、種々の負荷領域において
点火の困難性を伴うため今までのところ連続的に
実施されるまでには至つていない。

この発明の課題は、燃料・空気混合ガスの点火
性を、内燃機関の全ての段階の負荷状態、特に部
分負荷状態においても良好に保ち、しかも上述の
如き絞り損失を避けることが出来るように冒記し
た形成の内燃機関を改良することである。

上記の課題は、この発明において次の諸構成
（ア、イ、ウ）、即ち、 (ア) 行程室と円筒状燃焼室とが直結され、円筒状
燃焼室は行程室に対し偏心していると共に、両
室の軸心が少くともほぼ平行であつて、この燃
焼室へは全ての負荷状態において燃焼用空気が
実質上絞られることなく流入する構成であるこ
と、 (イ) 噴射ノズルが円筒状燃焼室の行程室側端部に
配設され、円筒状燃焼室軸心に垂直なほぼ平坦
な円盤状空間を少くとも１条の燃料流で掃射す
る構成であること、及び、 (ウ) 行程室から離隔した側の円筒状燃焼室の個所
に少くとも一の点火プラグが、この内燃機関に
現出する部分負荷ないし全負荷のいずれの状態
においても燃料・空気混合ガスを確実に点火し
うるべく配設されていること、 によつて解決される。このように構成した層状供
給式エンジンにおいては、部分負荷のときに必要
な点火性良好な少量の混合ガスの供給が、前述の
如き損失の原因となる絞り操作ないし機構を伴う
ことなく行われるのであり、この場合、給気の一
部分のみが点火範囲内の燃料・空気混合比のガス
を形成するべく利用されるに対し、残余の給気は
燃料を含まない空気のみの状態とされる。この場
合に肝要なことは、点火プラグないしはこれが点
火時機に発生するスパーク、を給気のうちの点火
可能部分の中に位置させることであり、これによ
つて該部分の点火のあと引続いて円筒状燃焼室内
の全混合ガスの燃焼が起る。

この発明による内燃機関の作動態様は次の如く
である。

流入空気がシリンダ軸心回りの旋回運動を得る
吸入行程が終つたあと、シリンダの行程室の内部
には回転する給気渦流が充満する。ほぼ圧縮行程
の始点と一致して燃料噴射が始まると、行程室に
対し偏心的に配設されている円筒状燃焼室の、該
行程室から離隔した側に配置された噴射ノズル、
によつて燃料が噴射され、この部位の特殊な幾何
学的形状のために燃料は円筒状燃焼室軸心に垂直
な平坦な円盤状領域へ先ず分配される。機関が全
負荷状態にあれば、燃料噴射は空気が行程室から
円筒状燃焼室へ流れ込むまで、つまり円筒状燃焼
室全体に混合ガスが充満するまでの間続けられ
る。最初形成される円盤状の混合ガス層は圧縮行
程の終りに点火プラグのある領域へ達し、そのス
パークで点火されて円筒状燃焼室全体に燃え広が
る。機関が部分負荷状態にあつても燃料噴射の始
点はやはり全負荷のときと同様に少くとも近似的
には圧縮行程の始点と一致している。しかし、そ
の時の部分負荷にとつて必要なだけの燃料ないし
混合ガスの量に達したときに燃料の噴射が終了す
る。このあと引続いて行程室から円筒状燃焼室へ
は純空気のみが流入し、シリンダへの給気が旋回
していることからやはり回転している混合ガス層
は、円筒状燃焼室の他端に配設の点火プラグに向
つて移行し、該混合層が全負荷のときと同様に点
火プラグのある領域へ到達して該プラグのスパー
クにより点火される。

即ち、部分負荷にとつて必要となる比較的少量
の混合ガス量を制御するために、燃料噴射の量と
継続時間という尺度だけが用いられるのである。
部分負荷状態においても燃焼室内に混合ガスの層
ないし円盤状混合ガス層が生成し、該層は行程室
への方向についてみれば最初は空気で仕切られて
いるが、圧縮行程の進行につれて上方へ移動して
いくので、遂に混合ガスは点火プラグのところへ
到達してそこで点火されるのである。点火時機と
機関回転数との関係も調整可能であり、その場合
は高回転数で点火を早め、低回転数で点火を遅ら
せるのが好都合である。

この発明に従つて機関を構成することにより、
層状の点火可能ガスは機関の圧縮行程のあいだ円
筒状燃焼室内の点火プラグへ向つて移動しつづけ
ることができるので、このガス層の点火に引続い
て全供給空気及び燃量の良好な燃焼が起る。ま
た、円筒状燃焼室内で混合ガスを層状化されるの
で供給空気を絞らなくてよいから、従来のような
部分負荷時のシリンダ給気絞りに起因する効率の
損失は生じない。

以上のように、この発明においては円筒状燃焼
室と行程室とが直結され、その境界の近傍、即ち
円筒状燃焼室の行程室側端部において、円筒状燃
焼室軸心に対し垂直な円盤状空間へ燃料流が噴射
される。そしてその時下方の行程室内では吸入さ
れた空気が渦流となつて旋回している。つまり、
行程室内の空気渦流の上面に円筒状燃焼室内の空
気・燃料混合ガス層が乗つた状態となる。このこ
とが、噴射された燃料の特に顕著な層状構造をも
たらし、この層状化によつて、混合ガスは圧縮行
程中点火プラグへ向う方向に移動していく円盤状
の旋回混合ガスの中に一層良好に保持されるので
ある。

この発明の特に好ましい実施例においては、前
記の点火プラグが行程室から離隔した側の円筒状
燃焼室に配置されて該プラグの電極が円筒状燃焼
室内へ突出し、この円筒状燃焼室の軸心方向にお
いて前記電極の背後に該円筒状燃焼室の環状部が
形成され、該部が吸入行程の終りに円筒状燃焼室
内にある空気の少くとも大部分を圧縮状態におい
て収容しうる大きさとされている。吸入行程の終
点において、円筒状燃焼室内には空気の他に必ら
ず前のサイクルの排ガスの残りがあり、これらは
その時点ではまだ回転していないが、続いて圧縮
行程が始まるとピストンにより押上げられる旋回
中の給気の影響を受けて初めて回りだすのであ
る。上記のそれ自体では点火不能の層は、後続の
点火可能の層と場合によつては後続の空気層とに
よつて、電極の背後にある燃焼室の環状部の中へ
押込められ、従つて点火可能の混合ガス層は点火
プラグの電極の個所へ一層確実に到達することが
できるのであり、その結果混合ガスの一層確実な
点火が保証されるわけである。

以下図の実施例によつて本発明を更に詳しく説
明する。

図の内燃機関ではシリンダ１とシリンダヘツド
２とを一体に形成してある。行程室３内を昇降す
るピストン４は第１図では下死点にあり、第２図
では上死点にある。行程室３に連続している円筒
状燃焼室５は、入口弁６と出口弁７とに配慮して
シリンダ軸心１′に対しその軸心５′を偏心させて
ある。所望の圧縮比、例えば１：10、を得るべく
円筒状燃焼室の容積を定めてある。入口弁６を経
てシリンダ１内へ入る空気は螺旋溝８によつて旋
回させられ、行程室内に給気渦流を生じる。この
渦流状空気は圧縮行程の際ピストン４により円筒
状燃焼室５へ押しやられるが、恐らく角速度を増
大して該室内でも回転を続ける。行程室３への移
行領域において円筒状燃焼室５内に噴射ノズル９
が開口しており、その１乃至数条の噴流１０はほ
ぼ円筒状燃焼室の軸心５′に垂直な平面内にある。
行程室３から離隔している方の円筒状燃焼室５の
端部には点火プラグ１１を配設し、その電極１２
を円筒状燃焼室５内へ突出させてある。点火プラ
グ１１の領域の円筒状燃焼室５には電極１２の背
後に環状部１３を設けてあり、該部の容積は、圧
縮開始時点における円筒状燃焼室５内の空気の少
くとも大部分を収容できるように決めてある。

上記の層状供給式エンジンの作動は次の如くで
ある。

圧縮行程の開始時点から燃料は続けて噴射、好
ましくは第１図のように円筒状燃焼室の中だけへ
噴射される。その結果、回転円盤状の燃料・空気
混合ガスが生成し、これはその回転のゆえに安定
であり、ピストン４の上昇に伴つて点火ノズル１
１の方へ押しやられる。全負荷のときは、圧縮行
程の始めから終りまで続けて燃料が噴射されるに
反し、部分負荷のときにはその負荷の程度に応じ
て遅早はあるもののピストンが上死点に到達する
前に燃料の噴射が停止される。いずれの場合も圧
縮行程の始めに形成された安定な円盤状の燃料・
空気混合ガスが、点火プラグ１１の電極１２に到
達するまでの間は、点火可能の状態に保たれ、点
火時機に達すると円筒状燃焼室５内の燃料に点火
されるのである。これは点火プラグ１１の電極１
２の背後にある環状室１３の存在によつて特に促
進されるが、この室へは圧縮開始時に円筒状燃焼
室５内にある空気と、前のサイクルの排ガスの残
りが押しやられるものである。

可及的に均質な（混合ガス）層を得るべく、噴
射ノズル９は特に多条噴射可能な扇状ノズル構造
とされる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示し、第１図はピスト
ンが下死点にあるときのシリンダ軸心方向の断面
図、第２図は同じくピストンが上死点にあるとき
の断面図、第３図は第１図の―線による断面
図である。 １……シリンダ、２……シリンダヘツド、３…
…行程室、４……ピストン、５……円筒状燃焼
室、６……入口弁、７……出口弁、８……螺旋
溝、９……噴射ノズル、１０……噴流、１１……
点火プラグ、１２……電極、１３……環状部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シリンダへ流入する空気にシリンダ軸心回り
   の旋回運動を与える装置と共働する少くとも一の
   入口弁を備え、互に連接した状態の行程室と燃焼
   室とがシリンダ室を形成している構造の燃料噴
   射・外部点火式の内燃機関であつて、次の構成
   （ア、イ、ウ）即ち、 (ア) シリンダ室を形成している円筒状燃焼室が行
   程室に直結され、かつ行程室に対し偏心してい
   ると共に、両室の軸心が少くともほぼ平行であ
   つて、この円筒状燃焼室へは全ての負荷状態に
   おいて燃焼用空気が実質上絞られることなく流
   入する構成であること、 (イ) 噴射ノズルが円筒状燃焼室の行程室側端部に
   配設され、円筒状燃焼室軸心に垂直なほぼ平担
   な円盤状空間を少くとも１条の燃料流で掃射す
   る構成であること、及び、 (ウ) 行程室から隔離した側の円筒状燃焼室の個所
   に少くとも一の点火プラグが、この内燃機関に
   現出する部分負荷ないし全負荷のいずれの状態
   においても燃料・空気混合ガスを確実に点火し
   うるべく配設されていること、 を備えたことを特徴とする内燃機関。 ２ 前記の点火プラグが行程室から離隔した側の
   円筒状燃焼室に配置されて該プラグの電極が円筒
   状燃焼室内へ突出し、この円筒状燃焼室の軸心方
   向において前記電極の背後に該円筒状燃焼室の環
   状部が形成され、該部が吸入行程の終りに円筒状
   燃焼室内にある空気の少くとも大部分を圧縮状態
   において収容しうる大きさとされている特許請求
   の範囲第１項に記載の内燃機関。