JPH04234522A - ２サイクル内燃機関の燃焼室構造 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は２サイクル内燃機関の燃
焼室構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリンダヘッド内壁面上に給気弁および
排気弁を備え、排気弁側に位置する給気弁周縁部と弁座
間に形成される開口をマスク壁によって覆うことにより
シリンダ軸線を含む平面内におけるループ掃気流を形成
するようにした２サイクル内燃機関の燃焼室構造が公知
である（特開平２−１５３２２２号公報参照）。即ち、
この２サイクル内燃機関では排気弁側の給気弁周縁部と
弁座間の開口がマスク壁によって閉鎖されているので、
吸入空気はマスク壁と反対側の給気弁周縁部と弁座間の
開口から燃焼室内に流入する。この吸入空気がシリンダ
内壁面に沿ってピストン頂面に向かい、次いでピストン
頂面上において向きを変えてシリンダ内壁面に沿い排気
ポートに向けて流れるのでループ掃気を行うことができ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで上述の２サイ
クル内燃機関の第１の実施例では、ピストン頂面がシリ
ンダ軸線に垂直な平坦面から形成されている。この場合
、上述のループ掃気流が排気弁下方のピストン頂面周辺
部まで十分に行き渡らず、その結果排気弁下方のピスト
ン頂面周辺部上の既燃ガスが掃気されずに残留し、従っ
て掃気効率が低下してしまうという問題がある。また上
述の２サイクル内燃機関の第２の実施例では、給気弁と
排気弁間のシリンダヘッド内壁面上に下方に向けて突出
する突条を形成し、この突条は排気弁側の給気弁開口を
覆うマスク壁を有すると共にシリンダブロック内に突出
し、ピストン頂面中心部上にこの突条が侵入可能な凹溝
を形成した２サイクルディーゼル機関の燃焼室構造が記
載されている。この第２の実施例では、掃気流がピスト
ン頂面の凹溝内に流入し、次いでこの掃気流は凹溝内か
ら抜けるときに上昇し始める。従って、第１の実施例の
場合に比べて更に掃気流が排気弁下方のピストン頂面周
辺部上に行き渡りにくくなるので既燃ガスがより多く残
留し、その結果掃気効率が低下してしまうという問題が
ある。

【０００４】

【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シリンダヘッド内壁面上に給気弁お
よび排気弁を備え、排気弁側に位置する給気弁周縁部と
弁座間に形成される開口をマスク壁によって覆うことに
よりシリンダ軸線を含む平面内におけるループ掃気流を
形成するようにした２サイクル内燃機関の燃焼室構造に
おいて、ピストン頂面の周辺部を全周に亘ってピストン
頂面の中央部よりも低く形成している。

【０００５】

【作用】マスク壁と反対側の給気弁周縁部と弁座間の開
口から流入した吸入空気がシリンダ内壁面に沿ってピス
トン頂面に向かい、次いでピストン頂面上において向き
を変えて排気ポートに向けて流れる。従ってシリンダ軸
線を含む平面内におけるループ掃気流が形成される。こ
のループ掃気流のうちで流れに対し直角方向の両端部の
ループ掃気流部分はピストン頂面上を流れるときに低く
形成されたピストン頂面周辺部上を伝わって排気弁下方
のピストン頂面周辺部上に回り込み、次いでシリンダ内
壁面に沿って排気ポートに向けて流れる。従ってこのル
ープ掃気流部分によって排気弁下方のピストン頂面周辺
部上の既燃ガスが掃気される。

【０００６】

【実施例】図２および図６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上に一対の
給気弁６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は傾斜したほぼ平坦をなし、このシ
リンダヘッド内壁面部分３ｃ上に一対の排気弁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５の周壁８を介して互いに接続
されている。この凹溝周壁８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
延びる一対のマスク壁８ａと、給気弁６間に位置する新
気ガイド壁８ｂと、シリンダヘッド内壁面３ａの周壁と
給気弁６間に位置する一対の新気ガイド壁８ｃとにより
構成される。各マスク壁８ａ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の開弁期間全体に亙ってマスク壁８ａに
より閉鎖されることになる。また、各新気ガイド壁８ｂ
，８ｃ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８ｂ，８ｃは両給気弁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１０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。一方、排気弁７に
対しては排気弁７と弁座１１間の開口を覆うマスク壁が
設けられておらず、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。

【０００７】シリンダヘッド３内には給気弁６に対して
給気ポート１２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。一方、両給気弁６の間のシリンダ
ヘッド内壁面３ａの周縁部には燃料噴射弁１４が配置さ
れ、この燃料噴射弁１４から燃料が燃焼室４内に向けて
噴射される。図２から図５に示されるようにピストン２
の頂面２ａは全体的にシリンダヘッド内壁面３ａの形状
に対応した凸形状をなし、ピストン頂面２ａの中央部２
ｂが高く形成されている。一方、ピストン頂面２ａの周
辺部２ｃは全周に亘ってピストン頂面の中央部２ｂより
も低く形成されている。またピストン頂面２ａ上には点
火栓１０の下方から燃料噴射弁１４の先端部の下方まで
延びる凹溝１５が形成される。図２から図５に示される
実施例ではこの凹溝１５は点火栓１０と燃料噴射弁１４
とを含む垂直平面Ｋ−Ｋに対して対称なほぼ球面状をな
す。また、ピストン頂面２ａの中心部には凹溝１５より
も曲率の大きな球面状をなす凹所１６が形成される。こ
の凹所１６も垂直平面Ｋ−Ｋ上に形成されており、この
凹所１６は凹溝１５の凹状内壁面の上方部に開口してい
る。図２に示すように、ピストン２が上死点に達すると
点火栓１０が凹所１６内に侵入する。 一方、凹所１６に関して凹溝１５と反対側のピストン２
の頂面部分２ｄは傾斜したほぼ平坦面から形成され、図
２に示すようにピストン２が上死点に達するとシリンダ
ヘッド内壁面部分３ｃとピストン頂面部分２ｄ間にはス
キッシュエリア１７が形成される。上述のようにピスト
ン頂面２ａが全体的にシリンダヘッド内壁面３ａの形状
に対応した凸形状に形成されることにより、高い圧縮比
が確保されると共に、燃料噴射弁１４から凹溝１５内に
噴射された燃料が凹溝１５内から逃げないような凹溝１
５の深さが確保される。

【０００８】図７は給気弁６および排気弁７の開弁時期
の一例、および燃料噴射時期の一例を示している。図７
に示す例においては排気弁７が給気弁６よりも先に開弁
し、排気弁７が給気弁６よりも先に閉弁する。また、図
７においてＩｌ　は機関低負荷運転時における燃料噴射
時期を示しており、Ｉｈは機関高負荷運転時における燃
料噴射時期を示している。従って図７から機関低負荷運
転時には圧縮行程後半に燃料噴射Ｉｌ　が行われること
がわかる。また機関高負荷運転時には排気弁７が閉弁す
る前後において燃料噴射Ｉｈ　が行われることがわかる
。

【０００９】次に図１および図８を参照して掃気作用に
ついて説明する。排気弁７が開弁すると燃焼室４内の高
圧既燃ガスが排気ポート１３内に流出し、その結果排気
ポート１３内の圧力が一時的に大きな正圧となる。この
正圧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
排気ポート１３内に伝播してくる。従って給気弁６が開
弁すると排気ポート１３内には負圧が発生する。この反
射波の負圧によって給気ポート１２から給気弁６を介し
て燃焼室４内に新気が急激に吸い込まれる。このとき、
排気弁７側の給気弁６の開口はマスク壁８ａによって覆
われているので、空気は図１に示すようにマスク壁８ａ
と反対側の給気弁６の開口から燃焼室４内に流入し、次
いで矢印Ｗで示すように給気弁６下方のシリンダボア内
壁面に沿い下降する。なお、この給気弁６から流入した
空気は新気ガイド壁８ｂ，８ｃによってもシリンダボア
内壁面に沿って下方に向かうように案内される。次いで
この空気は矢印Ｗで示すようにピストン２の頂面に沿い
進んで排気弁７下方のシリンダボア内壁面に沿い上昇し
、斯くして空気は燃焼室４内をループ状に流れることに
なる。このループ状に流れるループ掃気流Ｗによって燃
焼室４内の既燃ガスが排気弁７を介して排出される。な
お、図１に示すようにループ掃気流部分Ｗ１　によって
凹溝１５内および凹所１６内の既燃ガスが掃気される。 また図１および図８に示すように、ループ掃気流Ｗのう
ちで流れに対し直角方向の両端部のループ掃気流部分Ｗ
２　はピストン頂面２ａ上を流れるときに低く形成され
たピストン頂面の周辺部２ｃ上を伝わって排気弁７下方
のピストン頂面２ａの周辺部上に回り込み、次いでシリ
ンダボア内壁面に沿い上昇する。従ってこのループ掃気
流部分Ｗ２　によって図１に示す排気弁７下方のピスト
ン頂面２ａ周辺部上の領域Ａ内の既燃ガスが良好に掃気
される。斯くして掃気効率が非常によい良好なループ掃
気が行われる。更に図１に示されるようにこのループ掃
気流Ｗによって燃焼室４内には垂直面内で旋回する旋回
流Ｘが発生せしめられる。次いでピストン２が下死点Ｂ
ＤＣを過ぎて上昇を開始し、排気弁７が閉弁すると燃料
噴射弁１４からの燃料噴射が行われる。

【００１０】次に図９から図１１を参照しつつ機関低負
荷運転時および機関高負荷運転時における燃料噴射方法
について説明する。なお図９及び図１０は低負荷運転時
を示しており、図１１は高負荷運転時を示している。図
９に示されるように燃料噴射弁１４からは凹溝１５の凹
状内壁面に向けて燃料が噴射される。図２から図６に示
す実施例ではこの噴射燃料の噴霧は図９に示されるよう
に例えば円錐状をなしており、この噴射燃料の噴射軸線
Ｚは図４に示す垂直平面Ｋ−Ｋ内に位置している。

【００１１】機関低負荷運転時には図９に示されるよう
に噴射軸線Ｚに沿う噴射燃料が鋭角θをなして斜めに凹
溝１５の凹状内壁面上に衝突する。このように噴射燃料
が凹溝１５の凹状内壁面上に斜めに衝突すると衝突した
燃料は図１０においてＦ１　で示されるように慣性力に
よって凹溝１５の凹状内壁面に沿い気化しつつ点火栓１
０の下方に進み、次いで凹所１６内に送り込まれる。機
関低負荷運転時には噴射量が少ないがこのとき大部分の
噴射燃料が点火栓１０の下方に運ばれるので点火栓１０
の周りには着火可能な混合気が形成されることになる。 また、図１に示されるように燃焼室４内に発生した旋回
流Ｘはピストン２が上昇するにつれて少しずつ減衰しつ
つ旋回半径が次第に小さくなり、ピストン２が上死点に
近づくと図９に示されるように凹溝１５の凹状内壁面に
沿う旋回流Ｘとなる。 噴射燃料はこの旋回流Ｘによっても点火栓１０の下方に
向かう力が与えられる。また、ピストン２が更に上死点
に近づくと図１０において矢印Ｓで示すようにスキッシ
ュエリア１７からスキッシュ流が噴出し、このスキッシ
ュ流Ｓも凹溝１５の凹状内壁面に沿って進む。従って噴
射燃料はこのスキッシュ流Ｓによっても点火栓１０の下
方に向かう力が与えられる。また、凹溝１５の凹状内壁
面に沿い点火栓１０の下方に向かう燃料は旋回流Ｘおよ
びスキッシュ流Ｓによって気化せしめられ、斯くして点
火栓１０の周りには十分に気化した可燃混合気が集まる
ことになる。斯くして噴射量が少ない機関低負荷運転時
であっても良好な着火と、それに続く良好な燃焼が得ら
れることになる。

【００１２】一方、機関高負荷運転時には上述したよう
に排気弁７が閉弁する前後において燃料噴射弁１４から
燃料噴射Ｉｈ　が行われる。このように燃料噴射Ｉｈ　
は排気弁７が閉弁する前後において行われるので噴射燃
料が排気弁７を介して排気ポート１３内に吹き抜けるこ
とがない。また、燃料噴射Ｉｈ　が行われるときには図
１１に示されるようにピストン２の位置が低く、従って
多量の噴射燃料はピストン２頂面の広い範囲に亘って衝
突せしめられることになる。このときピストン２は噴射
燃料によって冷却され、噴射燃料はピストン２から熱を
受けるために噴射燃料の気化が促進されることになる。 また、このとき燃焼室４内には図１に示すような強力な
旋回流Ｘが発生しているので多量の噴射燃料と空気とが
良好にミキシングされ、また噴射時期が早いために多量
の噴射燃料に対して燃料が気化するのに十分な時間が与
えられる。 従って点火栓１０による点火が行なわれる以前に燃焼室
４内全体に均一の混合気が形成され、その結果所要の機
関高出力を得ることができる。また、上述のようにルー
プ掃気流部分Ｗ２　によって図１に示す領域Ａ内の既燃
ガスが確実に掃気されるので掃気効率が向上せしめられ
、従って機関出力が向上せしめられる。更に、燃焼室４
内に残留する高温の既燃ガス量が低減せしめられるので
、均一混合気が残留既燃ガスによって加熱されて自己着
火することが防止される。即ち、均一混合気が自己着火
して燃焼騒音が発生することもなく、またノッキングが
発生することもない。

【００１３】ところで、ピストン頂面２ａと第１の圧力
リング２０（図２参照）間のピストン外周壁面２１、即
ちトップランド外周壁面２１（図３および図５参照）と
シリンダボア内周壁面間に燃料が侵入すると、侵入した
燃料は燃焼されずに未燃ＨＣガスが排気ポート１３内に
排出される。本実施例ではピストン頂面の周辺部２ｃが
全周に亘って低く形成されているので、トップランド外
周壁面２１の表面積がそれだけ小さくなっている。従っ
て、もし何らかの原因で燃料がトップランド外周壁面２
１とシリンダボア内周壁面間に侵入することがあっても
この侵入する燃料量が低減せしめられ、斯くして未燃Ｈ
Ｃガスの発生が低減せしめられる。

【００１４】次に図１２を参照して、給気弁６および排
気弁７の開弁時期の別の実施例について説明する。図７
に示す実施例では排気弁７が給気弁６よりも先に閉弁す
るが、図１２に示す実施例では排気弁７および給気弁６
がほぼ同時に閉弁する。このように排気弁７および給気
弁６がほぼ同時に閉弁すると、掃気行程の最後に至るま
で排気によって給気が促進され、その結果燃焼室４内の
掃気がより完全に行われる。また掃気弁７および給気弁
６がほぼ同時に閉弁すると、図１において矢印Ｘで示す
ように旋回している空気が掃気行程末期に給気ポート１
２内に吹き返すことが防止され、従って旋回流Ｘが急激
に減衰せしめられることがない。その結果、燃焼室４内
に発生した旋回流Ｘは図７に示す実施例の場合よりも強
力に旋回し続けることになる。その結果、燃焼室４内に
供給された燃料の気化が更に促進されると共に、強力な
旋回流Ｘにより燃焼速度が速められてより安定した燃焼
が得られる。

【００１５】なお、上述の実施例ではマスク壁８ａの高
さが給気弁６の開弁期間全体に亘って排気弁７側の給気
弁６開口を閉鎖する高さに形成されているが、マスク壁
８ａの高さが給気弁６のリフト量が小さいときのみ給気
弁６開口を閉鎖する高さに形成される場合にも本発明を
適用することができる。

【００１６】

【発明の効果】ピストン頂面の周辺部を全周に亘ってピ
ストン頂面の中央部よりも低く形成することにより、給
気弁下方のシリンダ内壁面に沿い下降してきたループ掃
気流の一部がピストン頂面周辺部上を伝わって排気弁下
方のピストン頂面周辺部上に回り込むので、排気弁下方
のピストン頂面周辺部上の既燃ガスを良好に掃気するこ
とができる。従って掃気効率が向上し、それによって良
好な燃焼と機関高出力を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】給気弁および排気弁の開弁時における燃焼室内
の様子を説明するための２サイクル内燃機関の側面断面
図である。

【図２】ピストンが上死点にあるときの図１の２サイク
ル内燃機関の側面断面図である。

【図３】図２のピストンの斜視図である。

【図４】図２のピストンの平面図である。

【図５】図２のピストンの側面図である。

【図６】図２のシリンダヘッドの底面図である。

【図７】給排気弁の開弁時期および燃料噴射時期を示す
線図である。

【図８】ピストン頂面上におけるループ掃気流の流れを
説明するためのピストンの平面図である。

【図９】機関低負荷運転時における燃焼室内の様子を説
明するための図である。

【図１０】機関低負荷運転時における燃焼室内の燃料の
流動の様子を説明するための図である。

【図１１】機関高負荷運転時における燃焼室内の様子を
説明するための図である。

【図１２】給排気弁の開弁時期および燃料噴射時期の別
の実施例を示す線図である。

【符号の説明】

２…ピストン ２ｂ…ピストン頂面の中央部 ２ｃ…ピストン頂面の周辺部 ３…シリンダヘッド ４…燃焼室 ６…給気弁 ７…排気弁 ８ａ…マスク壁 ９…弁座 １０…点火栓 １１…弁座 １４…燃料噴射弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　シリンダヘッド内壁面上に給気弁およ
   び排気弁を備え、排気弁側に位置する給気弁周縁部と弁
   座間に形成される開口をマスク壁によって覆うことによ
   りシリンダ軸線を含む平面内におけるループ掃気流を形
   成するようにした２サイクル内燃機関の燃焼室構造にお
   いて、ピストン頂面の周辺部を全周に亘ってピストン頂
   面の中央部よりも低く形成した２サイクル内燃機関の燃
   焼室構造。