JPH0249923A - 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〕

一対の給気弁と一対の排気弁を具備し、シリンダヘッド
内壁面から燃焼室に向けて延びるマスク壁を各排気弁と
吸気弁との間に形成して各マスク壁により給気弁側に位
置する各排気弁周縁部と弁座間の開口を排気弁のリフ＋
−１が小さいときに閉鎖し、一対の給気ポートから夫々
流入する新気の流量が等しくなるように各給気ポートを
形成した２サイクル内燃機関が本出願人により既に提案
されている（特願昭６２−３１５５９号参照）。この２
サイクル内燃機関では排気弁開弁時においてブローダウ
ンが生じた後に排気ポートから燃焼室内に逆流する排気
ガスをマスク壁により案内し、この逆流排気ガスにより
燃焼室内にシリンダ軸線回りのスワール流を発生せしめ
るようにしている。機関低負荷運転時には給気ポートか
ら流入する新気の流速が遅いために新気が逆流排気ガス
のスワール流と共に旋回し、その結果新気が燃焼室の下
方領域に拡散せず、燃焼室の上部領域に集まるために燃
焼室内は成層化される。一方、機関高負荷運転時には給
気ポートから流入する新気の流速が速いために新気はピ
ストン頂面に向かって下降し、次いでピストン頂面にお
いて流れ方向を変え、斯くしてループ掃気が行なわれる
。このとき再給気ポートから流入する新気の流量が異な
ると、即ち再給気ポートから流入する新気の強さに差が
あると弱い方の新気流は強い方の新気流により横方向に
押されるためにきれいなループ状を描いて流れず、斯く
して全体として良好なループ掃気が得られない。しかし
ながらこの２サイクル内燃機関では再給気ポートから流
入する新気の強さが等しいために両断気流が共にループ
状に流れ、斯くして良好なループ掃気が行なわれる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながらこの２サイクル内燃機関では排気弁のリフ
トが大きくなると排気弁と弁座間の開口が排気弁の全周
に亘って燃焼室内に開口し、その結果給気ポートから流
入した新気の一部がシリンダヘッド内壁面に沿って流れ
、次いでマスク壁を越えて排気ポート内に流出するため
に新気の吹き抜けが生じる。ところがこのように新気の
一部が排気ポート内に吹き抜けるとこの新気はループ掃
気に寄与しないことになるので強力なループ掃気を行な
うことができないという問題がある。

〔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一対の給気
弁および一対の給気ポートをシリンダ軸線を含む平面に
関して夫々対称に配置すると共に各給気弁の形状および
各給気ポートの形状を夫々実質的に同一の形状に形成し
、シリンダヘッド内壁面から燃焼室に向けて延びるマス
ク壁を各給気弁と排気弁との間に形成して各マスク壁に
より排気弁側に位置する各給気弁周縁部と弁座間の開口
を給気弁の全開弁期間に亘って閉鎖し、各マスク壁を上
述のシリンダ軸線を含む平面に関して対称に配置すると
共に各マスク壁の形状を実質的に同一の形状に形成して
いる。

〔作　用〕

排気弁側に位置する各給気弁周縁部と弁座間の開口を給
気弁の全開弁期間に亘ってマスク壁により閉鎖すること
によって給気ポートから流入する新気は排気ポート内に
吹き抜けることなくピストン頂面に向かい、しかも再給
気ポートから流入する新気が共にきれいなループ状をな
して流れる。

〔実施例〕

第１図から第３図を参照すると、ｌ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ｌ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３の
内壁面３ａ上には燃焼室４に向けて突出しかつシリンダ
ヘッド３の内壁面３ａの直径に沿いその直径の全体に亙
って延びる隆起部５が形成される。第１図に示すように
この隆起部５はその下端部に尾根５ａを有する三角形状
断面を有しており、この隆起部５の根元部が第１図から
第３図において５ｂで示される。隆起部５の一側には一
対の給気弁６が配置され、隆起部５の他側には一対の排
気弁７が配置される。

また、隆起部５の中央部５ｃは排気弁７側に湾曲せしめ
られており、この湾曲中央部５Ｃの給気弁６側に点火栓
８が配置される。従って点火栓８はほぼシリンダ軸線上
に位置し、しかも隆起部５に対して給気弁６側に配置さ
れている。隆起部５上には排気弁７側に位置する給気弁
６周縁部と弁座９間の開口を覆うために各給気弁６に対
して夫々マスク壁１０が形成されている。これらのマス
ク壁１０は対応する給気弁６の周縁部に極めて近接配置
されかつ給気弁６の周縁部に沿って延びる断面円弧状を
なしており、更にこれらのマスク壁１０は第１図におい
て鎖線で示す最大リフト位置にある給気弁６よりも下方
まで燃焼室４に向けて延びている。従って排気弁７側に
位置する給気弁６周縁部と弁座９間の開口は給気弁６の
開弁期間全体に亙ってマスク壁１０により閉鎖されるこ
とになる、一方、排気弁７の周縁部と隆起部５の根元部
５ｂとの間には一定の間隔が設けられており従って給気
弁６側に位置する排気弁７周縁部と弁座１１間の開口は
隆起部５によって閉鎖されることがない。従って排気弁
７が開弁すると排気弁７と弁座１１間に形成される開口
はその全体が燃焼室４内に開口することになる。

シリンダヘッド３内には給気弁６に対して給気ポート１
２が形成され、排気弁７に対して排気ポート１３が形成
される。各給気ポート１２は例えば機関によって駆動さ
れる機械式過給機１４および給気ダクト１５を介して図
示しないエアクリーナに接続されており、給気ダクト１
５内にはスロットル弁１６が配置される。各給気ボー１
−１２の上壁面には燃料噴射弁１７が配置され、各燃料
噴射弁１７からは広がり角の小さい剛体状の燃料が給気
弁６の第３図においてハツチングで示す領域１８に向け
て噴射される。この領域１８は給気ポート１２軸線に関
して点火栓８側に位置し、かつ両給気弁６の弁ステムを
結ぶ線に対して点火栓８と反対側に位置する。

第２図かられかるように一対の給気弁６はシリンダ軸線
を含む平面ａ−ａに関して対称に配置されており、一対
の給気ポート１２も平面ａ−ａに関して対称に配置され
ている。また、各給気弁６の形状は実質的に同一であり
、各給気ポート１２の形状も実質的に同一である。また
、各給気弁６の弁リフト曲線は実質的に同一であり、従
って給気弁６が開弁じたときに各給気ポート１２から流
入する新気の量は実質的に同一となる。また、隆起部５
は平面ａ−ａに関して対称的な形状を有し、各マスク壁
１０も平面ａ−ａに関して対称的に配置されている。更
に各マスク壁１０は実質的に同一の形状を有する。また
、各排気弁７も平面ａａに関して対称的に配置されてお
り、弁黍排気弁７は実質的に同一の形状を有する。

第４図は各給気弁６および各排気弁７の開弁期間の一例
、および燃料噴射期間の一例を示している。第４図に示
す例においては給気弁６よりも排気弁７が先に開弁じ、
給気弁６よりも排気弁７が先に閉弁する。更に燃料噴射
期間は給気弁６の開弁後、下死点ＢＤＣ前までの間に設
定されている。

第５図は給気弁６および排気弁７の弁リフトおよび排気
ポート１３内の圧力変化Ｐ１＋Ｐｚ＋Ｑ＋　、Ｑｚを示
している。これらの圧力変化Ｐ＋。

Ｐｔ　、Ｑｌ、　　Ｑｚについては後述する。

次に第６図および第７図を参照して掃気作用および成層
化作用について説明する。第６図は低負荷運転時を示し
ており、第７図は高負荷運転時を示している。また、第
６図（＾）および第７図（＾）は給気弁６が開弁じた直
後を示しており、第６図（Ｂ）および第７図（Ｂ）はピ
ストン２がほぼ下死点にあるときを示している。

まず初めに第６図を参照して機関低負荷運転時について
説明する。

ピストン２が下降して排気弁７が開弁すると燃焼室４内
の高圧燃焼ガスが排気ポート１３内に流出し、その結果
第５図においてＰ、で示すように排気ボー）１３内の圧
力は一時的に正圧となる。

この正圧Ｐ、は排気通路内を下流に向けて伝播し、各気
筒の排気通路の集合部において反射し、今度は負圧とな
って再び排気ボー１−１３内に伝播してくる。従って給
気弁６が開弁すると第５図においてＰ２で示されるよう
に排気ポート１３内には負圧が発生する。この負圧の発
生する時期は排気通路の長さに依存している。機関低負
荷運転時は燃焼圧が低く、従って排気ポート１３内に発
生する正圧Ｐ１、負圧Ｐ２は比較的小さい。

給気弁６が開弁すると給気ポート１２から燃焼室４内に
燃料を含んだ新気が流入するが給気弁６の開口に対して
マスク壁１０が設けられているために新気および燃料は
主にマスク壁１０と反対側の給気弁６の開口部から燃焼
室４内に流入する。

一方、給気弁６が開弁すると第５図においてＰ２で示さ
れるように排気ポート１３内には負圧が発生するので燃
焼室４の上方部の既燃ガスがこの負圧によって排気ポー
ト１３内に吸い出される。この既燃ガスの移動によって
新気および燃料は第６図（＾）において矢印Ｒ，で示す
ように排気弁７に向けて引っばられ、斯くして燃料が点
火栓８　（第ユ図）の周りに導びかれる。次いで第６図
＋８１に示すようにピストン２が下降すると燃料を含ん
だ新気はＲ２で示されるように給気弁６下方のシリンダ
内壁面に沿って下方に向かう。しかしながら機関低負荷
運転時は燃焼室４内に流入する新気量が少なくしかも流
入速度が遅いために新気はピストン２の頂面まで達せず
、燃焼室４の上方部に滞留している。従ってピストン２
が上昇すると燃焼室４の上方部には混合気が集まり、燃
焼室４の下方部には残留既燃ガスが集まるために燃焼室
４内は成層化されることになる。斯くして混合気が点火
栓８によって確実に着火せしめられるごとになる。

一方、機関高負荷運転時には燃焼圧が高くなるために第
５図においてＱ、で示されるように排気ポート１３内に
発生ずる正圧が高くなり、またこの正圧Ｑ１の反射波で
ある負圧Ｑｔも大きくなる。

また、負圧Ｑ２のピークは負圧Ｐ２のピークよりも若干
遅れて発生する。

機関高負荷運転時には燃焼室４内に流入する新気の量が
多く、しかも流入速度が速くなる。従って給気弁６が開
弁すると多量の新気が高速度で燃焼室４内に流入する。

次いで排気ポート１３内に発生する負圧ＱＸによって燃
焼室４の上方部の既燃ガスが排気ポート１３内に吸い出
されると第７図（＾）において矢印Ｓ、、Ｓ、で示され
るように新気は燃焼室４の中心部の方に向きを変える。

次いで更にピストン２が下降すると第７図（８１におい
てＳｓで示されるように新気は給気弁６下方のシリンダ
内壁面に沿って下方に向かい、ピストン２の頂面に達す
る。従って燃焼室４内の既燃ガスは第７図（ｅｌにおい
て矢印Ｔで示すように新気により徐々に追いやられて排
気ポート１３内に排出され、斯くして燃焼室４内ではル
ープ掃気が行なわれることになる。

ところで前述したように第１図から第３図に示す実施例
では各給気弁６、各マスク壁１０および各給気ポート１
２は夫々平面ａ−ａに関して対称に配置されており、夫
々実質的に同一の形状を有する。従って各給気ポート１
２から流入する新気の強さは実質的に等しく、しかも燃
焼室４内の形状が平面ａ−ａに関して対称的な形状とな
っているので各給気ポート１２から燃焼室４内に流入し
た新気は平面ａ−ａに関して対称的なループ状の流れを
生ずる。その結果、新気はきれいなループ状をなして燃
焼室４内を流れることになり、斯くして機関高負荷運転
時には強力なループ掃気が得られることになる。

給気弁６および排気弁７を具えた２サイクル内燃機関で
はこのようなループ掃気が最も掃気効率がよい。また２
サイクル内燃機関では残留既燃ガス量が多く、このよう
に残留既燃ガスが多い場合においても良好な着火燃焼を
確保するためには点火栓８の周りに混合気を集めてお（
こと、即ち良好な成層化を行なうことが必要となる。第
１図から第３図に示す実施例ではマスク壁ｌＯを設ける
ことによって新気および混合気がシリンダ内壁面３の内
壁面３ａに沿って排気ポート１３内に流出することがな
く、それによって良好なループ掃気を確保できるばかり
でな（、良好な成層化も確保することができる。

また、点火栓８を隆起部５に対して給気弁６側に配置す
ることによって点火栓８の周りに混合気が集まりやすく
なり、従って点火栓８による混合気の良好な着火を確保
することができる。特に隆起部５の湾曲中央部５ｃによ
り包囲された領域には混合気が滞留しやすく、この領域
内に点火栓８が配置されているので着火性が向上せしめ
られる。

また、燃料噴射弁１７から噴射された燃料は給気弁６の
かさ部背面に衝突して霧化した後にただちに燃焼室４内
に供給されるので燃料が給気ポート１２の内壁面上に付
着することがない。

第８図および第９図は更に良好なループ掃気を確保でき
るようにした２サイクル内燃機関の別の実施例を示す。

この実施例ではシリンダヘッド内壁面３ａ上に凹溝２０
が形成され、この凹溝２０の底壁面をなすシリンダヘッ
ド内壁面部分３ｂ上に給気弁６が配置される。一方、凹
溝２０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上に排気弁
７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２０の周壁２１を介し
て互いに接続されている。この凹溝周壁２１は給気弁６
の周縁部に極めて近接配置されかつ給気弁６の周縁部に
沿って円弧状に延びるマスク壁２１ａと、給気弁６間に
位置する新気ガイド璧２１ｂと、シリンダヘッド内壁面
３ａの周壁と給気弁６間に位置する新気ガイド壁２ＩＣ
とにより構成される。各マスク壁２１ａは最大リフト位
置にある給気弁６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７側に位置する給気弁６周縁部と
弁座９間の開口は給気弁６の開弁期間全体に互ってマス
ク壁２１ａにより閉鎖されることになる。また、各新気
ガイド壁２１ｂ、２１Ｃ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２１ｂ、２１Ｃは再給気
弁６の中心を結ぶ線に対してほぼ平行に延びている。点
火栓８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上に配置されている
。

第９図かられかるようにこの実施８例においても一対の
給気弁６はシリンダ軸線を含む平面ａ−ａに関して対称
に配置されており、一対の給気ポート１２も平面ａ−ａ
に関して対称に配置されている。また、各給気弁６の形
状は実質的に同一であり、各給気ポート１２の形状も実
質的に同一である。また、各給気弁６の弁リフト曲線は
実質的に同一であり、従って給気弁６が開弁じたときに
各給気ボー）１２から流入する新気の量は実質的に同一
となる。また、各マスク壁２１ａは平面ａ−ａに関して
対称的な形状を有し、新気ガイド壁２１ｂおよび各新気
ガイド壁２１ｃも夫々平面ａ−ａに関して対称的に配置
されている。更に各マスク壁２１ａおよび各新気ガイド
壁２１ｃは夫々実質的に同一の形状を有する。また、各
排気弁７および各排気ボー）１３も夫々平面ａ−ａに関
して対称的に配置されており、各排気弁７および各排気
ポート１３は夫々実質的に同一の形状を有する。

この実施例では第１図から第３図に示す実施例に比べて
円弧状に延びるマスク壁２１ａの長さが長く、給気弁６
とその弁座９間に形成される開口のうちで排気弁７側に
位置するほぼ１／３の開口がマスク壁２１ａにより閉鎖
され、排気弁７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から
流入した新気は新気ガイド壁２１ｂ、２１Ｃによりシリ
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６が開弁じたときには第１０
図において矢印Ｕで示すように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なわれることになる。

ところで第９図および第１０図に示す実施例においても
各給気弁６、各給気ポート１２、各マスク壁２１ａおよ
び各新気ガイド壁２１Ｃは夫々平面ａ−ａに関して対称
に配置されており、夫々実質的に同一の形状を有する。

従って各給気ボー）１２から流入する新気の強さは実質
的に等しく、しかも燃焼室４内の形状が平面ａ−ａに関
して対称的な形状となっているので各給気ポート１２か
ら燃焼室４内に流入した新気は平面ａ−ａに関して対称
的なループ状の流れを生ずる。その結果、この実施例に
おいても新気はきれいなループ状をなして燃焼室４内を
流れることになり、斯くして機関高負荷運転時には強力
なループ掃気が得られることになる。

なお、これまで本発明を２サイクルガソリン機関に適用
した場合について説明してきたが本発明を２サイクルデ
イ一ゼル機関に適用しうろことは云うまでもない。

〔発明の効果〕

排気弁側に位置する給気弁周縁部と弁座間の開口を給気
弁の全開弁期間に亙ってマスク壁により閉鎖しかつ各給
気ポートから実質的に同じ強さで新気を燃焼室内に流入
させ、流入した新気をシリンダ軸線を含む平面に関し対
称的にループ状に流すことによって強力なループ掃気を
確保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図と２サイクル内燃機関の側面断面図、第２図はシ
リンダヘッド内壁面を示す図、第３図はシリンダヘッド
の平面断面図、第４図は給排気弁の開弁期間を示す線図
、第５図は給排気弁の弁リフトおよび排気ポート内の圧
力変化を示す図、第６図は低負荷運転時の作動を説明す
るための図、第７図は高負荷運転時の作動を説明するた
めの図、第８図は別の実施例を示す２サイクル内燃機関
の側面断面図、第９図は第８図のシリンダヘッド内壁面
を示す図、第１０図は作動を説明するための図である。 ３・・・シリンダヘッド、　　４・・・燃焼室、５・・
・隆起部、　　　　　　６・・・給気弁、７・・・排気
弁、　　　　　　　８・・・点火栓、１０、２１ａ・・
・マスク壁、　　　１２・・・給気ポート。 第 図 排気弁 （Ａ） 隼 図 第 図 第 図 （Ａ） （Ｂ） 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　一対の給気弁および一対の給気ポートをシリンダ軸線
   を含む平面に関して夫々対称に配置すると共に各給気弁
   の形状および各給気ポートの形状を夫々実質的に同一の
   形状に形成し、シリンダヘッド内壁面から燃焼室に向け
   て延びるマスク壁を各給気弁と排気弁との間に形成して
   各マスク壁により排気弁側に位置する各給気弁周縁部と
   弁座間の開口を給気弁の全開弁期間に亘って閉鎖し、各
   マスク壁を上記シリンダ軸線を含む平面に関して対称に
   配置すると共に各マスク壁の形状を実質的に同一の形状
   に形成した２サイクル内燃機関。