JPH03206315A - ４サイクル火花点火ピストン式内燃機関装置 - 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】 〔概要〕 自動車なとの車両用の４サイクル火花点火ピストン式内
燃機関に関し、その燃焼室を含むシリンダー内、排気マ
ニホールド内又は排気バルブ内の中空部の一端の開口部
付近に不燃性の液体の噴射装置や供給装置を付加し、そ
れぞれに適した噴射時期で不燃性の液体を噴射し、また
供給して、排気バルブ付近の燃焼室内面の黙負荷を減少
させた。

〔産業上の利用分野〕

〔従来の技術〕 出力の上昇に伴って、排気バルブ温度は上昇し、やかて
、点火時の中央付近の混合気温度よりも点火時の排気ハ
ルブ付近の燃焼室内面部分の温度か高くなる。その為に
、壽★忰命排気バルブ付近の混合気部分の他の混合気部
分に比べての嘉轟辱亀燃焼速度が早まり、ピストン下降
前の高圧条件で燃焼する燃焼初期の排気バルブ付近の混
合気部分の割合が増加して、排気バルブ付近の燃焼室内
面部分の熱負荷が増大していた。

上記の対策として、空燃比の濃厚化や液体の混入量の増
加などの比熱の増加によって混合気全体の燃焼速度を低
下させていたが、排気バルブ付近の混合気部分の一部が
燃焼初期の高圧条件で燃焼する事に変りなく、この混合
気部分の割合を減らす為に、吸気量の増加以上に累進的
に混合気全体の比熱を増加させる必要があった。つまり
、排気バルブ付近の燃焼室内面部分の熱負荷の増大によ
る耐久性の低下と熱効率の低下とによって高出力化を実
現していた。

細部への熱伝導性を向上させたナトリウム封入バルブの
外に、排気バルブ内に設けた中空部の一部に空気を流し
て冷却する装置があったか、冷却したい排気バルブ傘部
から速い部分を空気で冷却する為に、冷却能力が不充分
だった。

特許登録番号１２２２０８５の給気ロータリバルブの下
死点時以前の早閉じによる圧縮行程を減少させる発明で
は、吸入・圧縮行程時の排気バルブの熱損失量の増大は
小さく、吸気量の増大に制限がある為に、高出力化の程
度が小さい。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、排気バルブ付近以外の混合気部分の点火時の
温度に対して点火時の排気バルブの燃焼室内面部分の温
度が近くなる出力時から高温になる出力時に、４サイク
ル火花点火ピストン式内燃機関の排気バルブ付近の燃焼
室内面の熱負荷を減少させる事を目的とする。

〔課題を解決する手段〕

第１の手段は、第１図に示す様に、４サイクル火花点火
ピストン式内燃機関（１）と、燃焼室又はンリンダーに
噴射口を持ち燃焼ガス又は排気バルブに向けて不燃性の
液体を噴射する装置（２）と、排気バルブ開弁期間を示
す機器（３）とを備え、上記の排気バルプ開弁期間を示
す機器（３）によって知られる期間中に、上記の不燃性
の液体を噴射する装置（２）によって燃焼ガス又は排気
バルブに向けて不燃性の液体を噴射する。

また、第２の手段は、第１図に示す様に、４サイクル火
花点火ピストン式内燃機関（１）と、排気マニホールド
内に噴射口を持ち排気バルブに向けて不燃性の液体を噴
射する装置（４）と、排気バルブ閉弁期間を示す機器（
５）とを備え、上記の排気バルブ閉弁期間を示す機器（
５）によって知られる期間中に、上記の排気バルブに向
けて不燃性の液体を噴射する装置（４）によって、排気
バルブに向けて不燃性の液体を噴射する。

上記の排気バルブ開弁期間を示す機器（３）と排気バル
ブ閉弁期間を示すセンサー（５）とは、検出期間の設定
以外は同一の機器が使用でき、クランク角センサー又は
排気バルブの開閉時期を検出するセンサーが使用できる
。

また、第３の手段は、第１及び、第２図に示す様に、４
サイクル火花点火ピストン式内燃機関（１）と、排気バ
ルブ内の中空部の一端の開口部から中空部に向けて不燃
性の液体又は不燃性の液体と空て排気バルブ内の中空部
に向けて不燃性の液体を供給する。

上記の排気バルブ内の中空部の一端の開口部から中空部
に向けて不燃性の液体又は不燃性の液体と空気との混合
物を供給する装置（６）には、中空部の一端の開口部に
不燃性の液体を噴射する装置と、中空部の一端の開口部
に供給する空気に不燃性の液体を混入して供給する装置
とがある。

また、第１１第２又は第３の手段で、１つの燃焼サイク
ル中の燃焼ガスの熱量を示す機器（７）を増設し、１つ
の燃焼サイクル中の燃焼ガスの熱量を示す機器（７）の
値に応じて、不燃性の液体の噴射量又は不燃性の液体と
空気との混合物の供給量を決定する。

上記の１つの燃焼サイクル中の燃焼ガスの熱量を示す機
器（７）には、アクセルや機械式の吸気流量計などに機
械的に連動する機器の外に、排気ガスの温度・圧力を直
接測るセンサーや、燃焼ガスの熱量と関係のあるアクセ
ル踏み度合い，吸気流量，スロットルバルブ開度又は吸
気管内圧力などの指標を測るセンサーや、ノッキングセ
ンサーなどが使用できる。

〔作用〕

シリンダー内の燃焼ガスに液体を噴射すると、気化熱と
燃焼ガスの比熱の増大とにより、燃焼ガス温度が低下し
、シリンダー及び燃焼室内面も低温化し、排気バルブは
特に低温化する。また、排気バルブに直接液体を噴射す
ると、気化熱と付近のガス温度の低下によって、排気バ
ルブは低温化する。また、排気バルブ内の中空部に液体
を供給しても、気化熱又は空気温度の低下により低温化
する。

前記の手段によって冷却されて、点火時の排気バルブの
燃焼室内面部分の温度が点火時の中央付近の混合気温度
よりも低温になると、排気バルブ付近の混合気部分の燃
焼速度が中央付近の混合気部分よりも遅くなり、ピスト
ン下降前の高圧条件で燃焼する燃焼初期に燃焼する排気
バルブ付近の混合気部分の割合が減少して、ピストン下
降後の低圧条件で残りの多くの排気バルブ付近の混合気
部分が燃焼する為に、排気バルプ付近の燃焼室内面部分
の熱負荷が減少する。

排気バルブ開弁後のシリンダー内の燃焼ガス中に液体を
噴射すると、燃焼ガスの比熱が増加して、燃焼ガス圧力
が低下して、排気行程時の負の仕事量が減少する。

〔実施例〕

第１図、及び第２図により説明する。

排気バルブ付近以外の燃焼室内面は、高出力時の点火時
でも、そこに接する混合気の熱量を燃焼室外に伝えて熱
損失を発生している。しかし、排気バルブ温度は、吸入
行程時及び圧縮行程の一部の時の混合気への熱損失やバ
ルブシ一ト部への熱伝導による熱損失にもかかわらず、
燃焼ガスの熱量の増大によって、やがて点火時の混合気
温度よりも高温化する。その結果として熱負荷が増大す
る訳だから、排気バルブに不燃性の液体を噴射又は供給
して低温化させれば、過給や高圧縮比化を行って混合気
の燃焼速度を高速化させても、燃焼初期のピストン下降
前の高圧条件で燃焼する混合気部分の内の排気バルブ付
近の混合気部分の割合が減少して、熱負荷が減少する。

また、上死点時前に大量の混合気の燃焼によって圧力が
大幅に上昇しない様に、前記の手段に加えて、混合気の
比熱を増加させて燃焼速度を低下させる方法を併用した
り、着火時期を上死点時に近づける様に点火時期き設定
する方法を併用したりする事が望ましい。

排気バルブを低温化させるには、課題を解決する手段の
欄に記載した第１の手段の様に排気バル軸 ブ傘部及び−一一部を低温化する手段と、前記の第２の
手段の様に排気バルブ傘部の排気マニホルド側と軸部を
低温化する手段と、前記の第３の手段の様に中空部から
低温化させる手段とがあり、前記の第１の手段では排気
ハルブ開弁期間内に噴射時期を設定しないと、シリンダ
ー内の燃焼ガスの比熱を増加させて出力が減少する。ま
た、前記の第２の手段では、排気バルブ閉弁期間中に噴
射時期を設定する。そして、前記の第３の手段では、排
気バルブ閉弁期間中に不燃性の液体を噴射又は空気に混
入して供給しても、また、排気バルブの開閉期間に限定
しなくても良い。また、排気バルブ内の中空部の一端の
開口部は、軸部又は傘部に設けても良く、中空部は軸部
から傘部近くまである物が望ましい。

排気ハルブ付近の燃焼室内面の熱負荷を減少させる為に
必要な噴射量又は供給量は、１つの燃焼サイクル中の燃
焼ガスの熱量に応じて決まる為に、１つの燃焼サイクル
中の燃焼ガスの熱量を示す機器（７）を設け、その値に
応じて、不燃性の液体の噴射量又は不燃性の液体と空気
との混合物の供給量を決定すれば良い。

前記の第１の手段で、噴射時期を排気バルブ開弁後の下
死点時から吸気ハルブの開弁直前までに設定すると、高
圧の燃焼ガスの噴射後の為に、不燃性の液体を噴射する
装置（２）の噴射圧力か小さくでき、装置か小型化でき
る。排気バルブ閉弁後の為に、前記の第２の手段でも装
置が小型化できるが、排気バルブの熱によって気化した
蒸気は次の排気行程時に噴出してくる高圧・高温の排気
ガスの比熱を増大させて低圧・低温化する為に、排気駆
動式の過給器では過給圧の増加量が減少し、機械駆動式
の過給器では影響はない、また、前期の第３の手段では
排気ガスに影響を与えない。

また、不燃性の液体を噴射する装置（２）、（４）又は
（６）は、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置を低圧化
した装置や、ガンリンエンジンの燃料噴射装置を高圧化
した装置が転用できる。

〔発明の効果〕

第１、第２又は第３の手段の不燃性の液体の噴射量又は
供給量に応して、排気バルブ付近の燃焼室内面の熱負荷
が減少する。従って、熱負荷の減少量に応じて、吸気量
の増加すなわち高出力化が可能になる。また、濃厚な空
燃比の供給や不燃性の液体の混入を減少させれば、その
分の比熱の減少量だけ熱効率か向上する。

また、第１の手段では、排気行程時の負の仕事量か減少
した分だけ、熱効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図は、第１１第２及び第３の３つの手段を１つの図
に書いた共通の図、第２図は、第３の手段の拡大図であ
る。 ｉは４サイクル火花点火ピストン式内燃機関、２は燃焼
室又はシリンダーに噴射口を持ち燃焼ガス又は排気バル
ブに向けて不燃性の液体を噴射する装置、３は排気バル
ブ開弁期間を示す機器、４は排気マニホールド内に噴射
口を持ち排気バルブに向けて不燃性の液体を噴射する装
置、５は排気バルブ閉弁時期を示す機器、６は排気バル
ブの中空部の一端の開口部から中空部に向けて不燃性の
液体を供給する装置、７は１つの燃焼サイクル中の燃焼
ガスの熱量を示す機器である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）４サイクル火花点火ピストン式内燃機関（１）と
   、燃焼室又はシリンダーに噴射口を持ち燃焼ガス又は排
   気バルブに向けて不燃性の液体を噴射する装置（２）と
   、排気バルブ開弁時期を示す機器（３）とを備え、 上記の排気バルブ開弁時期を示す機器（３）によって知
   られる期間中に、上記の不燃性の液体を噴射する装置（
   ２）によって燃焼ガス又は排気バルブに向けて不燃性の
   液体を噴射する事を特徴とする４サイクル火花点火ピス
   トン式内燃機関装置。
2. （２）４サイクル火花点火ピストン式内燃機関（１）と
   、排気マニホールド内に噴射口を持ち排気バルブに向け
   て不燃性の液体を噴射する装置（４）と、排気バルブ閉
   弁期間を示す機器（５）とを備え、 上記の排気バルブ閉弁期間を示す機器（５）によって知
   られる期間中に、上記の排気バルブに向けて不燃性の液
   体を噴射する装置（４）によって排気バルブに向けて不
   燃性の液体を噴射する事を特徴とする４サイクル火花点
   火ピストン式内燃機関装置。
3. （３）４サイクル火花点火ピストン式内燃機関（１）と
   、排気バルブ内の中空部の一端の開口部から中空部に向
   けて不燃性の液体又は不燃性の液体と空気との混合物を
   供給する装置（６）とを備え、 上記の不燃性の液体又は不燃物の液体と空気との混合物
   を供給する装置（６）によって排気バルブ内の中空部に
   向けて不燃性の液体を供給する事を特徴とする４サイク
   ル火花点火ピストン式内燃機関装置。
4. （４）１つの燃焼サイクル中の燃焼ガスの熱量を示す機
   器（７）を増設し、 １つの燃焼サイクル中の燃焼ガスの熱量を 示す機器（７）の値に応じて、不燃性の液体の噴射量又
   は不燃性の液体と空気との混合物の供給量を決定する事
   を特徴とする請求項（１）、請求項（２）又は請求項（
   ３）に記載の４サイクル火花点火ピストン式内燃機関装
   置。