JPS633129B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、上死点に於て円板状の部分燃焼室の
制限面を形成する、略平らな表面を備えたピスト
ンを有しており、部分燃焼室の反対側に吸気弁の
弁皿が配置されており、この吸気弁の弁皿に向け
られた噴射ノズルが配置された吸気通路が設けら
れている形式の往復動ピストン型内燃機関に関す
るものである。このような公知の内燃機関に於て
は、圧縮行程の終りでシリンダ内のピストンの上
側に限られる燃焼室の側方への拡がりはシリンダ
直径によつて制限され、燃焼室はそれぞれ１つの
中間ウエブによつて腎臓形の横断面を有する２つ
の対称的な板形の部分燃焼室に分割されている。
この場合、部分燃焼室は内燃機関のシリンダヘツ
ドと、そこに配置された吸気若しくは排気弁の弁
皿とによつて覆われている。このような構成は層
状混合気を得ることを目的としている。この場合
には燃料は吸気管内に配置された噴射ノズルによ
つて吸込行程の後半期に於て噴射され、吸込流に
よつて吸気弁を介して一方の部分燃焼室内に送り
込まれる。この処置の目的は、燃料が主として、
点火栓の配置されている、吸気弁に設けられた部
分燃焼室に残存させることである。このような混
合気の分離を得るためには燃焼室内に流入する空
気をできるだけ旋回させないことが望まれる。

この場合燃料を吸気管内に噴射することは噴射
個所と吸気弁との間にクツシヨン室が在り、これ
によつて噴射過程に正確な時間的な制御が得られ
ないという欠点を有している。この場合には負荷
と回転数とに基いて、燃料が燃焼室に達するまで
の時間が変化する。他面に於ては吸気弁が閉じた
あとで燃料が引続き吸気管内に噴射されてそこに
貯えられ、次の吸気過程に於て部分燃料量がここ
から燃焼室に吸込まれ、これによつて所望の層状
化が少なくとも部分的に妨げられることになる。
更に吸込空気を旋回流を生ぜしめることなしに供
給するという要求は殆ど満たされない。噴射時点
を正確に制御するためには、燃料を吸気弁と組合
わされた噴射ノズルを用いて噴射し、そその際に
噴射過程を吸気弁の開放運動によつて制御するこ
とは既に提案されている。この場合の燃料は弁皿
の直ぐ近くを通つて燃焼室内へ噴射される。しか
しながらこのような装置は吸気弁の閉鎖する直前
で燃料を噴射することは出来ないという欠点を有
している。

本願の特許請求の範囲第１項記載の往復動ピス
トン型内燃機関の利点は、燃料の噴射場所と噴射
時点と噴射時間とが従来に較べてより正確にコン
トロールされ、混合気の層状化に必要な条件がよ
り申し分なく供されることである。公知の吸気管
噴射弁の噴射圧よりもいくらか高い噴射圧で作業
する噴射ノズルを用いることによつて、殆ど全燃
料が燃焼室内へ直接的に噴射されるようになる。
従つて全噴射量は燃焼室内で初めて気化され、気
化に必要とされるエネルギが燃焼室の内部冷却を
行なうことになる。この内部冷却によつて燃焼室
の充填度を高め、出力を増大させることが出来
る。更にノツキングはより稀薄な混合気を使用し
ても生じなくなるので圧縮比を高め、効率をあげ
ることが出来るようになつた。

又、燃料の噴射が正確に行なわれ、正確な時間
的制御が可能であることによつて、短い噴射時間
のもとで板状の部分燃焼室に於ける燃料の凝縮度
を高めることができるようになる。燃焼室がシリ
ンダヘツドに配置されていること、すなわち運動
するピストンに配置されていないことは、ピスト
ンの常時変化する位置が部分燃焼室に於ける混合
気の形成に著しい、特に不都合な影響を及ぼさな
いという利点をもたらす。又、噴射流の角度位置
は、噴射場所に関して、噴射された燃料が吸気弁
の外周に略一様に分配されるように選択される。

本発明の有利な実施例は特許請求の範囲第２項
以下に示されている。例えば吸気管は燃焼室内に
流入する空気に旋回流状態が与えられ、吸気弁の
軸線が板状の部分燃焼室の軸線に対して同軸的に
位置するように構成されていると有利である。こ
のように吸気管が構成されていることによつて、
部分燃焼室内に流入する空気には、濃厚な混合気
と稀薄な混合気を層状化する強い旋回流が与えら
れる。

次に図面について本発明を説明する： 第１図に於ては、シリンダヘツド１の一部分が
シリンダ孔３若しくはその中で運動可能なピスト
ン４の軸線に沿つて断面されて示されている。上
死点にあるピストンとシリンダヘツド１との間に
は内燃機関の圧縮最終容積の室が形成されてい
る。ピストン頂面６は略平らであつて、場合によ
つては排気弁９の開放行程が妨げられずに行なわ
れるように切欠き８を有している。第２図に示さ
れた断面図から判るように、排気弁９は２つ設け
られている。この場合、排気弁９の弁皿１０はシ
リンダ孔の投影面内に位置している。

シリンダヘツド内にはウエブ１２によつて仕切
られて円板状の切欠き１４が設けられている。こ
の切欠きは燃焼室の全圧縮最終容積に略相応する
部分燃焼室１４を形成している。この部分燃焼室
１４は一方の側で平らなピストン頂面６で限られ
ており、反対側では唯一の吸気弁１７の弁皿１６
によつて限られている。円板形状の部分燃焼室１
４の中央部は膨出させられており、開いた吸気弁
１７の弁皿１６が妨げられずに、半径方向にねじ
込まれた点火栓２０の前を通過でき、流入する充
填空気のための流過横断面積が開放されるように
なつている。ピストン底に向かつて部分燃焼室１
４の直径は減少せしめられている。この場合、残
つた燃焼室への移行部への直径はシリンダ孔の投
影面の内側に位置している。

吸気弁の弁坐２２の反対側には内燃機関の吸気
通路２４が接続されている。この吸気通路２４は
吸気弁１７が開いたときに部分燃焼室１４内に流
入する空気が旋回せしめられるように構成されて
いる。この場合、部分燃焼室１４内に生じる旋回
流の軸線は部分燃焼室の軸線と吸気弁の軸線とに
対して同軸的に位置している。このような空気流
を発生させる処理は公知であり、例えば吸気管に
螺旋体を挿入したり、弁皿に特別な形状を与えた
り、吸気通路に特別な幾何学的な形状を与えるこ
とによつて行なわれる。

弁皿１６の直ぐ上流では噴射ノズル２５が吸気
通路内に突入させられている。この噴射ノズルは
多孔噴射ノズルとして構成されている。個個の噴
射流２６は吸気弁が開かれた場合に、すなわち吸
気弁が一点鎖線で示された位置にある場合に、弁
皿１６と弁坐２２との間に生じるリング間隙２７
を通つて部分燃焼室１４内に侵入するように向け
られている。第２図に於てはこの噴射流は一点鎖
線で示されている。これによつて噴射流がどのよ
うに吸気弁の弁棒の傍を通り、噴射量がどのよう
に弁開口横断面の周方向に均一に分配されるかが
示されている。

本発明の装置は以下のように働く：外部点火さ
れる４サイクル内燃機関の排気行程が終了する
と、吸気弁が開かれた状態でピストンが下方に向
かつて移動する間に吸気通路２４を介して新鮮空
気が吸込まれ、部分燃焼室１４内に、円形の壁に
沿つた、所定の方向に流れる旋回流が形成され
る。吸気行程の終りあたりで、調量された燃料が
上記した形式で制御されて噴射弁２５によつて噴
射される。この場合、噴射流の長さと角度は、燃
焼室の壁ができるだけ僅かにしか濡らされないよ
うに選ばれる。これは、運動するピストンに設け
られた燃焼室に燃料が噴射されるようになつてお
りかつ燃焼室壁を濡らさない噴射が圧縮圧に抗し
た噴射によつてしか達成されず、噴射ノズルが燃
焼温度に晒されるという欠点を有する公知の方法
とは異つて、噴射流が動かない燃焼室に直接噴射
される限り、容易に達成される。

噴射が行なわれる時間帯はこの時点でまだ行程
容積の大きな部分を有しているシリンダ室内に燃
料が深く侵入するように、吸気弁が閉じる時点に
できるだけ近いことが望ましい。後続する圧縮行
程の間、その直前に噴射された燃料量は部分燃焼
室内にあり、旋回する空気流で外周に亙つて均一
に分配され、遠心力の作用下で半径方向に層状化
される。

燃料室内で燃焼させられる燃料量は部分燃焼室
内で気化されるので、熱が奪われることによつて
混合気が内部冷却される。この混合気は自動点火
されたり又はノツク燃焼を引起すことなしに等し
い燃料質で一層強く圧縮されるようになる。更に
ノツキングの防止は部分燃焼室に於ける混合気流
が申し分なく形成されることによつても得られ
る。従つて内燃機関の効率は高められる。

前記理由並びに空気の充填状態を改善するため
に吸気弁を有する部分燃焼室と排気弁はシリンダ
孔の投影面内に位置している。この場合燃焼室は
凹凸が少なく、吸気絞り損失が極めて少なくな
る。前述のように燃焼室が配置されている場合
に、燃焼済みの排ガスを排出するときの絞り損失
を少なくするために必要な弁開放横断面を得るた
めには、排気弁は２つ設けられていると有利であ
る。点火栓２０は、ピストン４が上昇するときに
生じるスクイーズ流が点火栓２０に向かつて流れ
るように部分燃焼室内に配置されている。

稀薄な混合気の点火及び燃焼性は混合気の強い
旋回流によつても、又半径方向に層状化された混
合気を点火栓に向かつて移動させるスクイーズ流
によつても改善される。このスクイーズ流は充填
空気がピストンとシリンダヘツドの排気弁側の部
分との間の扁平な残存燃焼室から円板状の部分燃
焼室１４へ流出することによつて生じる。その強
さは部分燃焼室の底面積に対する燃焼室の扁平な
部分のピストン側の底面積の比と、ピストンが上
死点にあるときに扁平な燃焼室部分に於てシリン
ダヘツドとピストン底との間に生じる、まだ克服
できる最小間隙の限界値とによつて決定される。
層状化の程度は旋回流の強さによつて決定され
る。旋回流形成体、例えば旋回流形成フラツプを
使用した場合には旋回流形成フラツプのセツト角
を選ぶことによつて旋回流の強さが決められる。
旋回流を弱くした場合には、ひいては遠心力が消
滅するほど小さい場合には平均以上の燃料含有量
を有する混合気部分量を有する層状混合気は生じ
ないので内燃機関は実質的に均一な混合気で運転
される。従つて弱い旋回流が形成されると内燃機
関は行程容積単位あたりできるだけ高い効率を得
るために例えば正規混合比で従来の内燃機関が運
転されるように運転される。正規混合比で運転さ
れる場合には強い旋回流と部分燃焼室の外周に沿
つた混合気の濃原化とは大きすぎる燃料過剰をも
たらし、これによつてすすの形成と効率の低下を
もたらすことになるであろう。従つて本発明の装
置によつては方向の違う２つの目的を達成するこ
とができる。すなわち、一面に於ては稀薄な混合
気で運転することを可能にするために空気と燃料
とから成る混合気を層状化し、他面においては均
一な混合気で運転する場合に行程室効率を高め
る。

混合気の調質は部分燃焼室１４から残つた燃焼
室への移行部に於て部分燃焼室１４が強く絞られ
ることによつて改善されるが、この場合には過度
の移送損失が生じる。

本発明は内燃機関の効率を高め、排ガスの有害
成分を少なくし、稀薄な混合気で内燃機関を運転
できるようにする。勿論、排ガス規定を遵守する
ためには燃料量を噴射装置で正確に調量すること
によつて排ガスの組成を良化することもできる。
又、この内燃機関は燃焼状態が良好であることに
基いて戻し案内される排ガス量の割合を大きくし
て運転することが出来る。又、排ガスマニホルド
内に後燃焼させる触媒器を配置しておくことも可
能である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の１実施例を示すものであつて、
第１図は内燃機関のシリンダとシリンダヘツド部
分との縦断面図、第２図は部分燃焼室を通つた、
第１図の横断面図である。 １…シリンダヘツド、３…シリンダ孔、４…ピ
ストン、６…ピストン頂面、８…切欠き、９…排
気弁、１０…弁皿、１２…ウエブ、１４…部分燃
焼室、１６…弁皿、１７…吸気弁、２０…点火
栓、２２…弁坐、２４…吸気通路、２５…噴射ノ
ズル、２７…リング間隙。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 上死点において円板状の部分燃焼室を制限す
   るほぼ平らなピストン頂面を備えたピストンを有
   し、前記部分燃焼室のピストン頂面とは反対側に
   吸気弁の弁皿が配置されており、この吸気弁の弁
   皿に向けられた噴射ノズルが吸気通路内に配置さ
   れている形式の往復動ピストン型内燃機関に於
   て、燃焼室の円板状の部分燃焼室１４が圧縮最終
   容積の大部分に相当する容積を有し、回転対称的
   に構成されかつほぼ同じ大きさの端面を有し、こ
   の円板状の部分燃焼室１４の端面が一方では上死
   点にあるピストン頂面６によつて、他方では吸気
   弁１７の弁皿１６によつて形成されており、円板
   状の部分燃焼室１４が端面の間に外径が吸気弁１
   ７の弁皿１６の外径よりも大きな中間部分を有し
   ており、噴射ノズル２５から噴射された燃料が、
   開かれた吸気弁１７の弁皿１６と吸気通路２４の
   通路壁との間に形成されるリング間隙２７を通つ
   て部分燃焼室１４の中間部分に噴射されるように
   向けられていることを特徴とする、往復動ピスト
   ン型内燃機関。 ２ 噴射ノズルで燃料が弁皿１６の外周に均一に
   分配されて噴射される、特許請求の範囲第１項記
   載の往復動ピストン型内燃機関。 ３ 噴射ノズル２５が多孔ノズルとして構成され
   ている、特許請求の範囲第１項記載の往復動ピス
   トン型内燃機関。 ４ 噴射ノズルの噴射時間帯の終了時点が吸気弁
   の閉鎖時点の直前にある、特許請求の範囲第１項
   記載の往復動ピストン型内燃機関。 ５ 燃焼室へ流入する吸込空気が吸気弁１７の軸
   線と円板状の部分燃焼室１４の軸線とに対して同
   軸的な軸線を中心として旋回せしめられるように
   供給される、特許請求の範囲第１項記載の往復動
   ピストン型内燃機関。 ６ ピストン頂面をピストン軸線方向で投影した
   投影面内に位置する２つの排気弁９が設けられて
   いる、特許請求の範囲第５項記載の往復動ピスト
   ン型内燃機関。 ７ ピストンの圧縮行程に際してシリンダヘツド
   とピストン頂面６との間に形成される間隙から押
   し除けられて部分燃焼室１４内に流入する混合気
   の押し除け流に向けられるように部分燃焼室１４
   の壁内に少なくとも１つの点火栓２０が配置され
   ている、特許請求の範囲第１項記載の往復動ピス
   トン型内燃機関。 ８ 部分燃焼室１４内で旋回する混合気が前記押
   し除け流によつて点火栓２０の組込個所に近づけ
   られる、特許請求の範囲第７項記載の往復動ピス
   トン型内燃機関。 ９ 円板状の部分燃焼室１４がピストン頂面６に
   向かつて減少した直径を有している、特許請求の
   範囲第１項記載の往復動ピストン型内燃機関。