JPH0249921A - ２サイクル内燃機関 - 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２サイクル内燃機関に関する。

〔従来の技術〕

第１の給気弁を介して燃焼室内に連結された第１の給気
通路と、第２の給気弁を介して燃焼室内に連結された第
２の給気通路とを具備し、第２給気通路内に機関低負荷
運転時に閉弁する給気制御弁を配置した２サイクル内燃
機関が公知である（特開昭６１−２９１４２７号公報参
照）。この２サイクル内燃機関では排気弁が開弁じてブ
ローダウンが生じた後に燃焼室内に逆流する既燃ガスに
よって燃焼室内にシリンダ軸線回りの旋回流が発生せし
められる。このような旋回流が発生せしめられるとピス
トンが下降するにつれて既燃ガスも旋回しつつ下降せし
められる。次いで給気弁が開弁し、給気弁のほぼ全周か
ら新気が燃焼室内に供給される。このように給気弁のほ
ぼ全周から新気が流入するために新気の流入速度は遅く
、従って新気が旋回している既燃ガスを撹拌することな
く既燃ガスの上方領域に集まるので燃焼室内は成層化さ
れることになる。その結果、点火枠周りには新気が存在
するので良好な着火を得ることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところがこのように燃焼室内を成層化すると高温の既燃
ガスと低温の新気との境界面に存在する新気中の燃料成
分が高温の既燃ガスによって加熱されるためにこの境界
面の燃料が自己着火するという問題を生ずる。また、既
燃ガスには旋回流が与えられているために若干の熱がシ
リンダ内壁面に逃げるがその熱量はさほど多くなく、従
って新気が着火せしめられると燃焼温度がかなり高くな
るために多量のＮＯＸが発生するという問題がある。ま
た、既燃ガスと新気とが分離されていると既燃ガスが燃
焼速度を低下させる内部ＥＧＲの作用を果さず、従って
燃焼速度が速くなるために燃焼圧が上昇して燃焼温度が
かなり高くなり、従ってこの点からも多量のＮＯＸが発
生するという問題がある。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために本発明によれば第１の給気
弁を介して燃焼室内に連結された第１の給気通路と、第
２の給気弁を介して燃焼室内に連結された第２の給気通
路とを具備し、排気弁側に位置する各給気弁周縁部と弁
座間の開口を閉鎖するマスク壁を設け、第２給気通路内
に機関低負荷運転時に閉弁する給気制御弁を配置してい
る。

〔作　用〕

機関低負荷運転時に給気制御弁を閉弁することより第１
給気通路内を流れる新気の流速が速められる。また、マ
スク壁によって給気弁の開口の一部が閉鎖されるために
給気弁から流入する新気の流速が更に速くなり、しかも
この新気はピストン頂面まで達するので新気と既燃ガス
とが機関低負荷運転時であっても十分に混合せしめられ
、新気によって既燃ガスに強力な乱れが与えられるため
にシリンダ内壁面に逃げる熱量が増大する。従って燃焼
温度が下がり、既燃ガスが内部ＥＧＲガスとして有効に
作用する。

〔実施例〕

第１図および第２図を参照すると、１はシリンダブロッ
ク、２はシリンダブロック１内で往復動するピストン、
３はシリンダブロック１上に固定されたシリンダヘッド
、４はシリンダヘッド３の内壁面３ａとピストン２の頂
面間に形成された燃焼室を夫々示す。シリンダヘッド内
壁面３ａ上には凹溝５が形成され、この凹溝５の底壁面
をなすシリンダヘッド内壁面部分３ｂに第１の給気弁６
ａおよび第２の給気弁６ｂからなる一対の給気弁が配置
される。一方、凹溝５を除くシリンダヘッド内壁面部分
３ｃはほぼ平坦をなし、このシリンダヘッド内壁面部分
３Ｃ上に第１の排気弁７ａおよび第２の排気弁７ｂから
なる一対の排気弁が配置される。シリンダヘッド内壁面
部分３ｂとシリンダヘッド内壁面部分３ｃは凹溝５の周
壁９を介して互いに接続されている。この凹溝周壁９は
各給気弁６ａ・６ｂの周縁部に極めて近接配置されかつ
各給気弁６ａ、５ｂの周縁部に沿って円弧状に延びる一
対のマスクＱ９　ａと、給気弁５ａ。

６ｂ間に位置する新気ガイド壁９ｂと、シリンダヘッド
内壁面３ａの周壁と各給気弁６ａ、６ｂ間に位置する一
対の新気ガイド壁９ｃとにより構成される。各マスク壁
９ａは最大リフト位置にある給気弁６ａ、６ｂよりも下
方まで燃焼室４に向けて延びており、従って排気弁７ａ
・７ｂ側に位置する各給気弁６ａ、６ｂ周縁部と弁座１
０間の開口は給気弁６ａ、６ｂの開弁期間全体に亙って
マスク壁９ａにより閉鎖されることになる。また、各新
気ガイド壁９ｂ、９ｃはほぼ同一平面内に位置しており
、更にこれらの新気ガイド壁９ｂ。

９Ｃは両給気弁（３ａ、６ｂの中心を結ぶ線に対してほ
ぼ平行に延びている。点火栓１１はシリンダヘッド内壁
面３ａの中心に位置するようにシリンダヘッド内壁面部
分３Ｃに配置されている。

シリンダヘッド３内には第１の給気ポート１２ａと第２
の給気ボー）１２ｂからなる一対の給気ボートと、第１
の排気ポート１３ａと第２排気ボート１３ｂからなる一
対の排気ポートとが形成される。

第２排気ポー）１３ｂは第１給気ボート１２ａと整列配
置されかつ第１給気ボート１２ａと反対側に延びている
。一方、第１排気ポー）１３ａは第２給気ボー）１２ｂ
と整列配置されかつ第２給気ポート１２ｂと反対側に延
びている。また、第１給気ボート１２ａと第２排気ポー
）１３ａは燃焼室４の同一周辺方向に向けて燃焼室４内
に接線状に連結されており、第２給気ポート１２ｂと第
２排気ポート１３ｂはこれとは逆方向の燃焼室４の同一
周辺方向に向けて燃焼室４内に接線状に連結されている
。

第３図に示されるように各気筒の第１給気ポート１２ａ
は独立した給気枝管１４ａを介してサージタンク１５に
接続され、各気筒の第２給気ポート１２ｂは独立した給
気枝管１４．ｂを介してサージタンク１５に接続される
。各給気枝管１４ｂ内には機関低負荷運転時に閉弁し殴
関高負荷運転時に開弁する給気制御弁１６が配置される
。サージタンク１５は機関駆動の機械式過給機１７およ
び図示しないスロットル弁を介してエアクリーナに接続
される。

再び第１図および第２図を参照するとシリンダヘッド３
には燃料を圧縮空気と共に噴出するエアブラスト弁２０
が取付けられる。このエアブラスト弁２０はその先端部
にノズル口２１を形成した圧縮空気通路２２と、ノズル
口２１の開閉制御をする弁体２３と、弁体２３を駆動す
るためのアクチュエータ２４と、圧縮空気通路２２から
分岐された圧縮空気通路２５と、圧縮空気通路２５内に
向けて燃料を噴射する燃料噴射弁２６からなる。

圧縮空気通路２５は機関駆動のエアポンプ２７の吐出口
に連結されており、従って圧縮空気路２２２５内は圧縮
空気によって満たされている。

第４図は給気弁６ａ・６ｂおよび排気弁７ａ。

７ｂの開弁期間を示している。第４図に示されるように
給気弁６ａ、６ｂよりも排気弁７ａ、７ｂが先に開弁し
、給気弁６ａ、５ｂよりも排気弁７ａ、７ｂが先に閉弁
する。また、燃料噴射弁２６からは下死点前に圧縮空気
通路２５内に向けて燃料が噴射される。次いで下死点後
排気弁？ａ。

７ｂが閉弁する前後で開閉弁２３、即ちエアブラスト弁
２０が開弁せしめられる。このとき燃料が圧縮空気と共
にノズル口２１から燃焼室４内に噴射される。

前述したように機関低負荷運転時には給気制御弁１６が
閉弁せしめられる。従ってこのときには給気弁６ａ・６
ｂが開弁すると給気枝管１４ａおよび第１給気ポー）１
２ａを介して第１給気弁６ａのみから新気が供給される
。このように機関低負荷運転時には第１給気ポート１２
ａのみから新′気が供給されるので新気は第１給気ポー
ト１２ａ内を高速度で流れる。一方、給気弁５ａ、５ｂ
が開弁すると第１給気ポート１２ａから燃焼室４内に新
気が流入するが給気弁６ａの開口に対してマスク壁９ａ
が設けられているために新気はマスク壁９ａと反対側の
給気弁６ａの開口部から燃焼室４内に流入する。次いで
この新気は第５図において矢印Ｓで示されるようにピス
トン２の頂面で向きを変えて排気弁？ａ、７ｂに向かう
。その結果、この掃気流によって燃焼室４内の既燃ガス
が排気ボート１３ａ、１３ｂ内に押し出され、斯くして
ループ掃気が行われることになる。このように機関低負
荷運転時には第１給気ポート１２ａのみから新気が供給
されしかも給気弁６ａの開口のかなりの部分がマスク”
ｌ　９　ａによって閉鎖されているために給気弁６ａの
開口から燃焼室４内への新気の流入速度が速くなり、斯
くして掃気流Ｓ＋：）燃焼室４内を高速で流れることに
なる。更に第１図および第２図に示す実施例では円弧状
に延びるマスク壁９ａの長さが比較的長く、給気弁６ａ
とその弁座１０間に形成される開口のうちで排気弁７ｂ
側に位置するほぼ１／３の開口がマスク壁９ａにより閉
鎖され、排気弁７ａと反対側に位置するほぼ２／３の開
口から新気が供給される。更にこの実施例では給気弁６
ａから流入した新気は新気ガイド壁９ｂ９Ｃにシリンダ
内壁面に沿って下方に向かうように案内される。従って
この実施例では給気弁６ａが開弁じたときには大部分の
新気がシリンダ内壁面に沿ってピストン２の頂面に向か
い、斯くして良好なループ掃気が行われることになる。

このように機関低負荷運転時には掃気流Ｓが高速で燃焼
室４内を流れるので燃焼室４内の高温残留ガスと低温の
新気とが十分に混合せしめられ、斯くして残留ガス温が
低下せしめられる。また、新気によって残留ガスに強力
な乱れが与えられるためにシリンダ内壁面に逃げる残留
ガス熱が増大し、斯くして残留ガス温は更に低くなる。

このように残留ガス温が低下するために燃焼温度が低下
し、しかも残留ガスが内部ＥＧＲの作用を果すのでＮＯ
Ｘの発生が抑制されることになる。

一方、機関高負荷運転時には給気制御弁１６が開弁せし
めれ、従ってこのときには双方の給気ポーＨ２ａ　、１
２ｂから新気が給気される。一方、排気弁７ａ＝７ｂに
対してはマスク壁が設けられていないので排気弁７ａ、
７ｂが開弁すると燃焼室４内の既燃ガスはすみやかに排
気ポート１３ａ１３ｂに排出され、即ち強力なブローダ
ウンが生じ、燃焼室４内の圧力はただぢに低下する。従
って給気ポー）１２ａ、１２ｂから流入する新気による
強力なループ掃気によって良好な掃気が行われるために
機関高出力が得られることになる。

第６図に別の実施例を示す。この実施例では各気筒の給
気枝管１４ａ内にサージタンク１５から燃焼室４内に向
けてのみ流通可能なリード弁からなる逆止弁３０が配置
される。第４図に示されるようにピストン２が下死点を
過ぎて上昇を開始するとまず初めに排気弁７ａ、７ｂが
閉弁し、次いで給気弁５ａ、５ｂが閉弁する。従って排
気弁？ａ。

７ｂが閉弁した後給気弁５ａ、５ｂが閉弁するまでの間
に燃焼室４内で圧縮された新気が給気弁６ａ、６ｂを介
して各給気ボート１２ａ、１２ｂ内に押し出される。そ
の結果、給気弁６ａ、６ｂが閉弁した直後は各給気ポー
）６ａ、６ｂ内の圧力は一時的に高くなる。機関低負荷
運転時には吸気制御弁１６が閉弁せしめられるが若干の
漏れが存在するために第２給気ボート１２ｂ内の圧力は
早い時期に低下してしまう。これに対して逆止弁３０は
第１給気ポート１２ａからサージタンク１０に向がう新
気流を完全に遮断するために第１給気ボート１２ａ内は
高圧に維持される。従って次に給気弁６ａ、６ｂが開弁
したときにはまず初めに第１給気ボート１２ａ内に蓄積
された高圧の新気が高速度で燃焼室４内に噴出するので
この新気によって残留ガスに強力な乱れが与えられ、同
時に新気と残留ガスとが強力に混合せしめられる。その
結果、燃焼温度は更に低下し、斯くしてＮＯｘの発生を
更に抑制することができる。

第７図および第８図に排気ポート１３ａから燃焼室４内
への排気ガスの逆流を利用して更に新気と残留ガスとの
混合を促進するようにした実施例を示す。この実施例で
は第２給気ポー）１２ｂ内に機関低負荷運転時に閉弁し
機関高負荷運転時に開弁する給気制御４０が配置され、
第２排気ポート１３ｂ内には機関低負荷運転時に閉弁し
機関高負荷運転時に開弁する排気制御弁４１が配置され
る。

また、第１給気ボート１２ａ内には燃料噴射弁４２が配
置され、この燃料噴射弁４２から燃料が第１給気ポー）
１２ａの給気弁６ａの背面上に向けて噴射される。その
他の構造については第１図および第２図に示す実施例と
同じであるので説明を省略する。

第９図は給気弁５ａ、６ｂおよび排気弁７ａ７ｂの弁リ
フトおよび排気ボート１３ａ内の圧力変化を示している
。排気制御弁４１が開弁じているときは排気ポー）１３
ｂ内の圧力も第９図に示すように変化する。即ち、ピス
トン２が下降して排気弁７ａ、７ｂが開弁すると燃焼室
４内の高圧の既燃ガスが排気ポー）１３ａに、排気制御
弁４１が開弁じているときには排気ポー）１３ａ＝１３
ｂに排出される。その結果、第９図に示されるように排
気ボート１３ａ、１３ｂ内の圧力は一時的に正圧となる
。

この正圧は排気ポー）１３ａ、１３ｂ内を下流に向けて
伝播して各気筒の排気通路の合流部において反射し、今
度は負圧となって排気ポー）１３ａ、１３ｂ内に再び戻
ってくる。従って第９図に示すように正圧が発生すると
それに続いて負圧が発生する。

次いでこの負圧は再び排気ポー）１３ａ、１３ｂ内を下
流に向けて伝播して各気筒の排気通路の合流部において
反射し、今度は正圧となって排気ポート１３ａ、１３ｂ
内に再び戻ってくる。このように排気弁７ａ・７ｂが開
弁すると第９図に示される如く排気ポー）４３ａ　、１
３ｂ内には正圧と負圧が交互に発生し、排気脈動を生ず
る。

機関低負荷運転時には前述したように給気制御弁４０お
よび排気制御弁４１は共に閉弁している。

従って排気弁？ａ、７ｂが開弁すると燃焼室４内の既燃
ガスは第１排気ボー）１３ａ内に排出され、燃焼室４内
の圧力が急速に低下する。次いで排気脈動により第１排
気ポート１３ａ内の圧力が正圧になると今度は第１排気
ポート１３ａ内の排気ガスが燃焼室４内に逆流し、第８
図および第１０図においてＸで示すように燃焼室４内に
旋回流を発生せしめる。次いで給気弁６ａ、　６ｂが開
弁すると第１０図の矢印Ｓで示すように第１給気ポート
１２ａのみから新気が高速度で燃焼室４内に流入する。

従ってこの実施例では機関低負荷運転時に逆流した排気
ガスにより旋回流Ｘが発生せしめられ、更に掃気流Ｓが
高速で燃焼室４内を流れるので残留ガスと新気との混合
が更に促進される。また残留ガスは旋回せしめられかつ
新気によって乱れが与えられるためにシリンダ内壁面に
逃げる熱量が増大し、斯くして残留ガス温は更に低下す
る。その結果、燃焼温度が一層低下し、ＮＯＸの発生が
大ｌ］に抑制されることになる。なお、この実施例にお
いても各排気弁７ａ、７ｂに対してマスク壁が設けられ
ていないので機関高負荷運転時のように燃焼圧が高いと
きであっても排気弁７ａ、７ｂが開弁するや否や既燃ガ
スが排気ポーＨ３ａ、１３ｂ内に流出する。従って掃気
効率が向上するために機関高出力が得られることになる
。

第１１図および第１２図に更に別の実施例を示す。この
実施例では第１排気ポート１３ａ内にエアサクションチ
ューブ４３が配置される。このエアサクションチューブ
４３の先端開口は排気弁７ａが閉弁しているときには排
気弁７ａのかさ部背面によって閉鎖され、排気弁７ａが
開弁じたときには燃焼室４の周辺方向に指向されるよう
に配置される。このエアサクションチューブ４３は先端
開口に向けてのみ流通可能なリード弁４４を介して例え
ば図示しないエアクリーナに接続されている。

排気弁７ａが開弁じた後に排気脈動により第１排気ボー
）１３ａ内に負圧が発生するとエアサクションチューブ
４３の先端開口から空気が噴出し、第１２図および第１
３図においてＹて示すようにこの空気によって燃焼室４
内に旋回流が発生せしめられる。この旋回流Ｙの旋回方
向は旋回流Ｘと同一方向である、従って燃焼室４内には
強力な旋回流が発生せしめられるために新気と残留ガス
の混合は更に良好となる。また、エアサクションチュー
ブ４３から噴出した空気が燃焼室４内に供給されると燃
焼室４内に逆流する排気ガス量が減少し、従って燃焼室
４内のガス温が低下するために更にＮＯＸの発生を制御
することができる。また、燃焼室４内のガス温が低下す
ることによって自己着火の発生を制御することができ、
更にエアサクションチューブ４３から噴出する空気によ
って点火栓１１の掃気を行なうことができるので良好な
着火を確保することができる。また、着火性が向上する
ことによってリーンリミットの拡大も図れる。

〔発明の効果〕

機関低負荷運転時に新気が高速で燃焼室内に流入するの
で残留ガスと新気とが良好に混合せしめられ、しかも残
留ガスには新気によって強力な乱れが与えられる。その
結果、残留ガス温が低下するために燃焼温度が低下し、
斯くしてＮＯＸの発生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第２図のＩ−Ｉ線に沿ってみた２サイクル内燃
機閲の側面断面図、第２図はシリンダヘッドの内壁面を
示す図、第３図は第１図の２サイクル内燃機関の平面断
面図、第４図は給排気弁およびエアブラスト弁等の開弁
期間を示す線図、第５図はピストンが下降したところを
示す側面断面図、第６図は別の実施例を示す２サイクル
内燃機関の平面断面図、第７図は第８図の■−■線に沿
ってみた２サイクル内燃機関の別の実施例の側面断面図
、第８図は第７図のシリンダヘッドの内壁面を示す図、
第９図は排気ポート内の圧力変化を示す線図、第１０図
はピストンが下降したところを示す側面断面図、第１１
図は第１２図のＸＩ−ＸＩ線にみた更に別の実施例の側
面断面図、第１２図は第１１図のシリンダヘッドの内壁
面を示す図、第１３図はピストンが下降したところを示
す側面断面図である。 ５ａ、５ｂ・・・給気弁、　７ａ・７ｂ・・・排気弁、
９ａ・・・マスク壁、　　　１２ａ・・・第１給気ポー
ト、１２ｂ・・・第２給気ポート、１３ａ・・・第１排
気ボート、１３ｂ・・・第２排気ボート、１６．４０・
・・給気制御弁、４１・・・排気制御弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１の給気弁を介して燃焼室内に連結された第１の給気
   通路と、第２の給気弁を介して燃焼室内に連結された第
   ２の給気通路とを具備し、排気弁側に位置する各給気弁
   周縁部と弁座間の開口を閉鎖するマスク壁を設け、第２
   給気通路内に機関低負荷運転時に閉弁する給気制御弁を
   配置した２サイクル内燃機関。