JPH0333424A - 筒内直噴式２サイクルエンジン - 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、インジェクタにより筒内に直接燃料噴射する
筒内直噴式２サイクルエンジンに関し、詳しくは、燃焼
室の形状、インジェクタおよび点火プラグの配置に関す
る。

〔従来の技術〕

２サイクルエンジンにおいて特に低負荷の掃気効率を向
上し、燃料の吹き抜けを防止するために、掃気時には空
気のみを掃気ポンプ等を用いて導入し、掃気ポートが閉
じた後に燃料をインジェクタにより直接筒内に噴射する
方式が提案されている。

従って、かかる筒内直噴式では燃焼室にインジェクタと
点火プラグとを備えている。

そこで従来、この種の２サイクルエンジンに関しては、
例えば特開昭６２−３２２１４号公報の先行技術があり
、ここで燃焼室にシリンダ直径の約０．５５〜０．７７
の深さの半円形キャビティを、中心に対してオフセット
して設け、このキャビティの略中心にインジェクタ、点
火プラグを取付けることが示されている。また、特開昭
６０−１３２２号公報では、異なる方向に燃料噴射する
２つの噴口を有するノズルを副室に取付け、両噴口から
の噴流に挾まれた領域に点火プラグのギャップを位置す
ることが示されている。

〔発明が角ｑ決しようとする課題〕

ところで、上記先行技術の前者のものは、燃焼室のキャ
ビティがかなり深いために掃気流による新気のキャビテ
ィ内への導入量が少なくなり、このため残留ガスの押し
出しを充分に行うことができず、掃気不良による燃焼悪
化が予想される。また、点火プラグがキャビティの奥に
あるので、特に高負荷時の火炎伝播が遅くなり、ノッキ
ングが生し易い。しかも、キャビティは中心からオフセ
ットされて半円形を威すので、縦スワールがキャビティ
により影響されて縦スワールの半径が小さくなり、この
ため、排気ポートおよび掃気ポートが開いている間、排
気ポートの口元には負圧が生じ易い。そしてこの負圧に
より排気ポートより排気ガスを引き戻し、残留ガスの増
大を招いて燃焼不良、高負荷時の残留ガスによる掃気温
度の上昇およびノッキング発生が生じることがある。

更に、インジェクタがシリンダ中心からオフセットされ
るため、高負荷時に燃料がシリンダ壁面に多く付着して
拡散不良が生じ易く、これにより燃焼効率が低下する。

また、燃料がシリンダ壁面のオイル分を流してしまい、
潤滑不良が生じることがある。キャビティでは低負荷時
に燃料を縦スワールによりプラグギャップに導いている
が、ガス流動のサイクル変動が大きいため、安定した着
火性を得ることが難しい。

また、先行技術の後者のものは、副室で燃料噴射して着
火するものであるから、２サイクルエンジンに適用した
場合は掃気不良で副室の残留ガスが多くなって燃焼を良
好に行うことはできない、また、噴出孔の絞りによる熱
効率の低下、燃焼遅れ等により燃費率の悪化や高出力化
には対応できない。

このことから２サイクルエンジンでのガス交換と燃焼形
態としては、縦スワールにより掃気効率を上げ、低負荷
域では成層燃焼を、高負荷域では均一燃焼を実現する給
気法と直接燃料噴射が必要である。それに伴い良好に燃
焼すると共に高出力化を可能にするように燃焼室を形成
し、インジェクタおよび点火プラグを適切に配置するこ
とが望まれる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、燃焼室形状、インジェクタと点火プラ
グとの配置を改善して、常に良好に掃気作用および混合
気の燃焼により高出力化が可能な筒内直噴式２サイクル
エンジンを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明の筒内直噴式２サイク
ルエンジンは、シリンダの途中に排気ポートと掃気ポー
トとが開口し、燃焼室に燃料噴射するインジェクタと点
火プラグとが取付けられる筒内直噴式２サイクルエンジ
ンにおいて、上記燃焼室の略中心から上記排気ポートと
反対側に、縦スワールの掃気流を案内するキャビティを
少なくとも平面視扇形に形成し、上記キャビティの幅の
狭い略中央部に、コーン型噴霧を噴射するインジェクタ
をシリンダ中心に向って取付け、上記点火プラグのギャ
ップを、上記インジェクタの燃料噴射方向に所定の距離
だけ離して位置するように傾けて取付けるものである。

〔作　　　用〕

上記構成に基づき、掃気ポートから流入す・る新気の縦
スワールは、燃焼室の扇形キャビティにより集合されて
中心部で高速化するように案内され、縦スワールで特に
キャビティ中心部のインジェクタおよび点火プラグのギ
ャップの部分は常に良好に掃気される。そして中、低負
荷時は、給気量が少ないためインジェクタから燃料噴射
された中実コーン型噴霧が、上述の縦スワールの影響を
受けずに進み、あまり拡散しないで点火プラグのギャッ
プを通過することになり、このギャップ通過時に着火さ
れて火炎が制限を受けることなく四方に等しく伝播して
良好に成層燃焼される。更に高負荷時には、高速かつ多
量の給気により噴霧がシリンダ内部全域に自由に拡散し
、良好に均一燃焼され、高出力化するようになる。

〔実　施　例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図において、筒内直噴式でシュニーレ式反転掃気の
２サイクルエンジンに適用した場合についてべろ。符号
１はクランクケースで、シリンダ２にピストン３が挿入
されており、シリンダ２の上部のシリンダヘッド４側に
燃焼室ｌＯが設けられる。また、シリンダ２の途中には
排気ポート５が開口し、この排気ポート５から下方に少
しずれた位置に例えば５つの掃気ポートＢが、排気ポー
ト５と反対側に開口してシュニーレ式を成す。

燃焼室ｌＯは、第２図（ａ）　、　（ｂ）に詳記するよ
うに、シリンダ２の中心からの曲率半径Ｒの大きい球面
状の広いスキッシュエリア１１を有し、このスキッシュ
エリア１１の略中心から排気ポート５と反対側にキャビ
ティ１２が設けられる。キャビティ１２は、頂面１２ａ
が平面視中心から外側に向って扇形を成し、外側から中
心に向い徐々に深くなるように弯曲して形成され、この
頂面１２ａの中心から排気ポート５側に少しずれた位置
に幅の狭いボス面１２ｂがインジェクタ噴射角φの半分
の所定の角度で設けられる。また、頂面１２ａおよびボ
ス面１２ｂの両側はテーバ而１２ｅを介してスキッシュ
エリア１１に緩やかに接続した形状に構成されている。

そして、上述燃焼室ＩＯのキャビティ１２における頂面
１２ａの略中心にインジェクタ１３が、シリンダ２の中
心に向って取付けられ、ボス面１２ｂに点火プラグｉ４
が横に傾いて取付けられる。インジェクタ１８は、高圧
１流体電磁式でシングルホールを有しており、高圧の一
定の噴射量で燃料噴射した場合に、所定の噴霧角φに対
し微粒化部分ａと微粒化不完全部すとが生じる。この微
粒化部分ａでは、新気のまき込み等により均一に微粒化
され、燃料微粒子の密度が小さくなるので、着火燃焼し
易い。

ここで縦スワールＳは、シリンダ２の壁面からキャビテ
ィ１２の頂面１２ａ　、ボス面１２ｂを介して排気ポー
ト５側に流れるが、縦スワールＳの内側に燃料噴霧がそ
れに影響されることなく所定の圧力で噴射されて略真直
ぐ進むことになる。そして点火プラグ１４のギャップ１
４ａがインジェクタ１３に近いと、噴霧の初速が比較的
速いため着火し難く、遠く離れると拡散が進んでしまう
ため、インジェクタ１３から燃料噴射方向に所定の距離
１だけ離れた位置に点火プラグ１４のギャップ１４ａが
配置される。

これによりギャップ１４ａは、燃焼室ｌＯの中心でキャ
ビティ１２から出た付近に設けられる。

また、上述の点火プラグ１４が取付けられるボス面１２
ｂは噴霧角φの点火プラグ１４側円錐面Ｃと平行なため
、燃料噴射の噴霧角φを損うことがなく、点火プラグ１
４の突出量を最少にすることが可能になる。

こうして、低速低負荷域では、インジェクタ１３からの
噴霧がスワールにより撹乱されることなく噴射圧力によ
り前方へ進んでギャップ１４ａを通過する際に着火され
て成層燃焼することになり、中負荷域では、スワール速
度も大となり燃料噴射時期が進められ、料噴射量の増加
にともない噴霧の先端が拡散して自動的に予混合の燃焼
状態になる。

そして高負荷域では、さらにこれらが・促進され、掃気
ポート６の閉じた直後から多量に燃料噴射されると、噴
霧はシリンダ２内部全域に拡散して均一燃焼することが
可能になる。

次いで、かかる構成の２サイクルエンジンの作用につい
て述べる。

先ずピストン３が下降して排気ポート５が開き、次いで
掃気ポートＢも開くと、掃気ポート６から空気のみの新
気がシリンダ２に流入する。この新気は、掃気ポート６
により排気ポート５と反対側に反転し、シリンダ２の壁
面に沿って上昇し、燃焼室ＩＯのキャビティ１２の頂面
１２ａ　、ボス面１２ｂを介し排気ポート５側に流下し
て縦スワールＳが生じるのであり、縦スワールＳにより
残留ガスが押し出されて掃気作用される。この場合に、
キャビティ１２の扇形頂面１２ａにより、各掃気ポート
６から左右の新気導入量にバラツキがあっても集合され
、更に頂面１２ａの中心とボス部１２ｂの最も幅の狭い
部分では縦スワールＳが高速で流れ、これによりインジ
ェクタ１３とギャップ１４ａの部分は特に良好に掃気さ
れ、空気のみの雰囲気になる。

次いで、ピストン３が上昇して掃気ポート６および排気
ポート５を閉じ、その後、インジェクタ１３から燃料が
高圧噴射される。そして所定の点火時期に、点火プラグ
１４が付勢され噴霧に着火することになる。そこで低負
荷時には、インジェクタ１３から噴射された燃料噴霧は
コーン型を威して空気をまき込み、微粒化部分ａ内の混
合気は縦スワルＳにあまり影響されないで点火プラグＩ
４のギャップ１４ａを通過する際に着火される。しかも
、微粒化部分ａにおける燃料の噴霧が微粒化状態にあり
、かつ空気と良好に混合され燃焼に最適な空燃比の状態
にあるため、良好な燃焼が行われる。

また、ギャップ１４ａの着火点は燃焼室ｌｏの中心でキ
ャビティ１２から出た付近であるため、火炎は何等制限
されずに四方に伝播するのであり、こうして良好に成層
燃焼される。

また負荷が増大すると、燃料噴射量が多くなるのに伴い
噴射開始が早くなると共にスワール速度も大となり、こ
れにより噴霧の先端の拡散が進んで予混合化する。そし
て高負荷時には、これらがさらに促進され噴霧自体が自
由に拡散してシリンダ２全域に拡がり、ピストン２で押
し上げられて良好に均一化し、高い新気利用率で燃焼さ
れる。

そして排気ポート５側が高温になっても、燃焼室ｌＯの
スキッシュエリア１１で強いスキッシュ効果が得られる
ので、ノッキング現象が抑止される。

第３図において、本発明の他の実施例について述べる。

第３図（ａ）のものは、燃焼室（０のキャビティ１２の
扇形頂面１２ａが両側のテーパ面１２ｃを弯曲して更に
末広がり角度を増大するように形成される。

第３図（ｂ）のものは、頂面１２ａがボス而１２ｂを除
く略全周に最大限開き角度を大きくして形成される。こ
れにより、頂面１２ａによる縦スワールＳの集合能力が
いずれも増し、インジェクタ１３と点火プラグ１４のギ
ャップ１４ａの掃気効果が向上することになる。

〔発明の効果〕

以上述べてきたように、本発明によれば、筒内直噴式２
サイクルエンジンにおいて、燃焼室のキャビティが扇形
に形成され、幅の狭い中心部にインジェクタと点火プラ
グのギャップとが配置されるので、これらインジェクタ
およびギャップの部分を縦スワールにより常に良好に掃
気することができ、ギャップによる着火燃焼性を向上し
得る。

さらに、インジェクタの燃料噴射方向に所定の距離酸れ
て点火プラグのギャップが配置され、噴霧の通過時に、
縦スワール等のガス流動の影響を及ぼさずに点火栓近傍
を適切な空燃比に保つので、常に安定して着火燃焼して
良好に成層燃焼し得る。

また、火炎は四方に等しく伝播して燃焼効率が良い。更
に、高負荷時の均一化が良好に行われ、高い新気利用率
により良好に燃焼すると共に高出力の性能が得られる。

さらにまた、燃焼室のキャビティ周囲に広いスキッシュ
エリアが設けられて強いスキッ、ノ・ユ効果が生じるの
で、ノッキングを防止し得る。

また、インジェクタと点火プラグのギャップととがシリ
ンダ中心に配置されるので、上述の燃焼性の向上を促し
、更に燃料のシリンダ壁面付着量が減じて、ピストンの
潤滑を損うことがない。

またさらに、インジェクタと点火プラグの離間配置によ
り、組付２点火プラグの交換およびインジェクタの保守
が容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の筒内直噴式２サイクルエンジンの実施
例を示す断面図、 第２図（ａ）は燃焼室の拡大断面図、（ｂ〉は同底面図
、 第３図（ａ）　、　（ｂ）は他の実施例の底面図である
。 ２・・・シリンダ、５・・・排気ポート、６・・・掃気
ポート、１０・・・燃焼室、１２・・・キャビティ、１
２ａ・・・頂面、１２ｂ ・・・ボス面、 １３・・・インジェクタ、 ｉ４・・・点火プラ グ、 ４ａ ・・・ギャップ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリンダの途中に排気ポートと掃気ポートとが開
   口し、燃焼室に燃料噴射するインジェクタと点火プラグ
   とが取付けられる筒内直噴式２サイクルエンジンにおい
   て、 上記燃焼室の略中心から上記排気ポートと反対側に、縦
   スワールの掃気流を案内するキャビティを少なくとも平
   面視扇形に形成し、 上記キャビティの幅の狭い略中央部に、コーン型噴霧を
   噴射するインジェクタをシリンダ中心に向って取付け、 上記点火プラグのギャップを、上記インジェクタの燃料
   噴射方向に所定の距離だけ離して位置するように傾けて
   取付けることを特徴とする筒内直噴式２サイクルエンジ
   ン。
2. （２）上記燃焼室のキャビティは、平面視扇形で外側か
   ら中心に向って徐々に深くなった頂面と、上記頂面の中
   心から排気ポート寄りに傾斜して設けられる幅の狭いボ
   ス面とを有し、 上記頂面の中心軸上にインジェクタを、上記ボス面に点
   火プラグを取付ける請求項（１）記載の筒内直噴式２サ
   イクルエンジン。