JPH05340252A - ２サイクル機関の燃焼室 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ２サイクル機関において燃焼室内全体を掃気
する。 【構成】 シリンダヘッド内壁面３ａの一側周辺部に３
個の排気弁９，１０，１１を配置し、シリンダヘッド内
壁面３ａの他側周辺部に２個の給気弁１２，１３を配置
する。更にシリンダヘッド内壁面３ａの中央部に１個の
給気弁１４を配置する。排気弁９，１０，１１側に形成
される各給気弁１２，１３，１４の開口をマスク壁１
６，１９，２２によって覆う。給気弁１４の開弁時期を
給気弁１２，１３の開弁時期よりも遅くする。給気弁１
２，１３から流入する新気によって燃焼室の周縁部を掃
気し、給気弁１４から流入する新気によって燃焼室の中
央部を掃気する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は２サイクル機関の燃焼室
に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリンダヘッド内壁面の一側周辺部に一
対の排気弁を配置すると共にシリンダヘッド内壁面の他
側周辺部に一対の給気弁を配置し、排気弁側に形成され
る給気弁開口をマスク壁により覆うことにより排気弁側
に形成される給気弁開口からの新気の流入を阻止し、排
気弁と反対側に形成される各給気弁開口から流入した新
気を給気弁下方のシリンダボア内壁面に沿い下降させ、
次いでピストン頂面に沿って進行させた後に排気弁下方
のシリンダボア内壁面に沿って上昇させるようにした２
サイクル機関が公知である（特開平１−２７７６１９号
公報参照）。この２サイクル機関では給気弁から流入し
た新気を燃焼室の周縁に沿いループ状に流すことによっ
て既燃ガスをできる限り掃気するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
に新気を燃焼室の周縁に沿いループ状に流すと燃焼室周
縁部に存在する既燃ガスは新気によって良好に掃気され
るが燃焼室中央部に存在する既燃ガスは掃気されること
なくそのまま残存し、斯くして燃焼室内全体の既燃ガス
を良好に掃気できないという問題を生ずる。

【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の一側周辺
部に少くとも１個の排気弁を配置すると共にシリンダヘ
ッド内壁面の他側周辺部に少くとも１個の給気弁を配置
し、給気弁開口のうちで排気弁側に位置する開口部分か
らの新気の流入を阻止して排気弁と反対側の給気弁開口
部分から流入した新気を給気弁下方のシリンダボア内壁
面に沿い下降させ、次いでピストン頂面に沿って進行さ
せた後に排気弁下方のシリンダボア内壁面に沿って上昇
させるようにした２サイクル機関において、シリンダヘ
ッド内壁面の中心部に追加の給気弁を配置してこの追加
の給気弁から燃焼室内の中央部に向けて新気を供給する
と共に、追加の給気弁の開弁時期をシリンダヘッド内壁
面の周辺部に配置された給気弁の開弁時期よりも遅くし
ている。

【０００５】

【作用】シリンダヘッド内壁面の周辺部に配置された給
気弁から流入して燃焼室内をループ状に流れる新気流に
より燃焼室周縁部に存在する既燃ガスが掃気される。ま
た、このループ状に流れる新気流を乱すことなく追加の
給気弁から供給された新気によって燃焼室中央部に存在
する既燃ガスが掃気される。

【０００６】

【実施例】図１から図４に本発明を２サイクルディーゼ
ル機関に適用した場合を示す。しかしながら本発明を２
サイクル火花点火式機関に適用することもできる。図１
から図４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上に固締されたシリンダヘッド、４はピス
トン２の頂面とシリンダヘッド内壁面３ａ間に形成され
た主室、５はシリンダヘッド内壁面３ａの周縁部上方の
シリンダヘッド３内に形成された副室、６は主室４内に
開口する副室５の噴口、７は副室５内に向けて燃料を噴
射するための燃料噴射弁、８は副室５内に配置されたグ
ロープラグを夫々示す。

【０００７】図１から図４に示される実施例では図１お
よび図２に示されるようにシリンダヘッド内壁面３ａの
一側周辺部には３個の排気弁９，１０，１１が配置さ
れ、シリンダヘッド内壁面３ａの他側周辺部には２個の
給気弁１２，１３が配置される。更にシリンダヘッド内
壁面３ａの中央部には第３の、即ち追加の給気弁１４が
配置される。図１に示されるように排気弁９と排気弁１
０はシリンダ軸線を含む対称平面Ｋ−Ｋに関して対称的
に配置され、給気弁１２と給気弁１３も対称平面Ｋ−Ｋ
に関して対称的に配置される。また、３個の給気弁１
２，１３，１４によって囲まれたシリンダヘッド内壁面
３ａの周辺部に副室５の噴口６が配置され、更に排気弁
１１、給気弁１４および噴口６は対称平面Ｋ−Ｋ上に配
置される。従って図１から図４に示す実施例ではシリン
ダヘッド内壁面３ａの周辺部に３個の排気弁９，１０，
１１、２個の給気弁１２，１３および噴口６がほぼ等角
度間隔で配置され、シリンダヘッド内壁面３ａのほぼ中
央部に追加の給気弁１４が配置されている形となってい
る。

【０００８】図１および図３に示されるようにシリンダ
ヘッド内壁面３ａ上には凹部１５が形成され、この凹部
１５の最奥部に給気弁１２が配置される。排気弁９，１
０，１１側に位置する凹部１５の内周壁面部分１６は給
気弁１２の外周縁に沿って延びる円筒状をなしており、
この円筒状内周壁面部分１６を除く凹部１５の内周壁面
部分１７は主室４内に向けて拡開する円錐状に形成され
ている。従って円筒状内周壁面部分１６に対面する給気
弁１２の開口は円筒状内周壁面部分１６によって覆われ
ることになり、従ってこの円筒状内周壁面部分１６は排
気弁９，１０，１１側に形成される給気弁１２の開口を
覆うマスク壁を形成している。図１から図４に示す実施
例ではこのマスク壁１６は最大リフト位置にある給気弁
１２よりも下方まで延びており、従って排気弁９，１
０，１１側に形成される給気弁１２の開口は給気弁１２
の全開弁期間に亘ってマスク壁１６により覆われること
になる。しかしながらマスク壁１６の高さを少し低くし
て給気弁１２のリフト量が小さいときのみ給気弁１２の
開口をマスク壁１６によって覆うようにすることもでき
る。

【０００９】一方、図１に示されるようにシリンダヘッ
ド内壁面３ａ上には対称平面Ｋ−Ｋに関して凹部１５と
対称的な形状を有する凹部１８が形成され、この凹部１
８の最奥部に給気弁１３が配置される。排気弁９，１
０，１１側に位置する凹部１８の内周壁面部分１９は給
気弁１３の外周縁に沿って延びる円筒状をなしており、
この円筒状内周壁面部分１９を除く凹部１８の内周壁面
部分２０は主室４内に向けて拡開する円錐状に形成され
ている。従って円筒状内周壁面部分１９に対面する給気
弁１３の開口は円筒状内周壁面部分１９によって覆われ
ることになり、従ってこの円筒状内周壁面部分１９は排
気弁９，１０，１１側に形成される給気弁１３の開口を
覆うマスク壁を形成している。図１から図４に示す実施
例ではこのマスク壁１９はマスク壁１６と同様に最大リ
フト位置にある給気弁１３よりも下方まで延びており、
従って排気弁９，１０，１１側に形成される給気弁１３
の開口は給気弁１３の全開弁期間に亘ってマスク壁１９
により覆われることになる。しかしながらこのマスク壁
１９についてもマスク壁１９の高さを少し低くして給気
弁１３のリフト量が小さいときのみ給気弁１３の開口を
マスク壁１９によって覆うようにすることもできる。

【００１０】一方、図１および図４に示されるようにシ
リンダヘッド内壁面３ａ上には凹部２１が形成され、こ
の凹部２１の最奥部に給気弁１４が配置される。排気弁
９，１０，１１側に位置する凹部２１の内周壁面部分２
２は給気弁１４の外周縁に沿って延びる円筒状をなして
おり、この円筒状内周壁面部分２２を除く凹部１５の内
周壁面部分２３は主室４内に向けて拡開する円錐状に形
成されている。従って円筒状内周壁面部分２２に対面す
る給気弁１４の開口は円筒状内周壁面部分２２によって
覆われることになり、従ってこの円筒状内周壁面部分２
２は排気弁９，１０，１１側に形成される給気弁１４の
開口を覆うマスク壁を形成している。図１から図４に示
す実施例ではこのマスク壁２２はマスク壁１６，１９と
同様に最大リフト位置にある給気弁１４よりも下方まで
延びており、従って排気弁９，１０，１１側に形成され
る給気弁１４の開口は給気弁１４の全開弁期間に亘って
マスク壁２２により覆われることになる。しかしながら
このマスク壁２２についてもマスク壁２２の高さを少し
低くして給気弁１４のリフト量が小さいときのみ給気弁
１４の開口をマスク壁２２によって覆うようにすること
もできる。

【００１１】これに対して各排気弁９，１０，１１に対
してはマスク壁が設けられておらず、従って排気弁９，
１０，１１が開弁すると排気弁９，１０，１１は全周に
亘って主室４内に開口する。図１から図４に示す実施例
では全排気弁９，１０，１１がシリンダヘッド３内に摺
動可能に挿入された対応するバルブリフタ２４を介して
共通のカムシャフト２５により駆動され、全給気弁１
２，１３，１４がシリンダヘッド３内に摺動可能に挿入
された対応するバルブリフタ２６を介して共通のカムシ
ャフト２７により駆動される。即ち、全排気弁９，１
０，１１はロッカーアームを介することなく各排気弁
９，１０，１１の軸線上に位置する共通のカムシャフト
２５によって直接駆動され、全給気弁１２，１３，１４
はロッカーアームを介することなく各給気弁１２，１
３，１４の軸線上に位置する共通のカムシャフト２７に
よって直接駆動される。

【００１２】シリンダヘッド３内には各排気弁９，１
０，１１まで延びる全排気弁９，１０，１１に対して共
通の排気ポート２８が形成され、更にシリンダヘッド３
内には副室５の両側において各給気弁１２，１３まで延
びる一対の給気ポート２９，３０が形成される。また、
シリンダヘッド３内には各給気ポート２９，３０から夫
々分岐して給気弁１４まで延びかつ給気弁１４の近傍に
おいて互いに合流する一対の給気枝通路３１，３２が形
成される。従って給気弁１２，１３からは夫々対応する
給気ポート２９，３０を介して新気が供給され、給気弁
１４からは各給気ポート２９，３０から各給気枝通路３
１，３２内に分流された新気が供給される。

【００１３】図５は排気弁９，１０，１１および給気弁
１２，１３，１４の開弁期間を示している。図５に示さ
れるように全排気弁９，１０，１１は各給気弁１２，１
３，１４よりも先に同時に開弁し、各給気弁１２，１
３，１４よりも先に同時に閉弁する。また、シリンダヘ
ッド内壁面３ａの中央部に配置された追加の給気弁１４
の開弁時期はシリンダヘッド内壁面３ａの周辺部に配置
された一対の給気弁１２，１３の開弁時期よりも遅くほ
ぼ下死点ＢＤＣ付近に設定されており、全ての給気弁１
２，１３，１４の閉弁時期は同一時期に設定されてい
る。

【００１４】次に図６から図８を参照しつつ図１から図
４に示す２サイクルディーゼル機関の作動について説明
する。前述したように全排気弁９，１０，１１は各給気
弁１２，１３，１４よりも先に開弁する。全排気弁９，
１０，１１が開弁すると主室４内の既燃ガスが急激に排
気ポート２８内に排出され、即ちブローダウンを生じ、
その結果主室４内の圧力が急激に低下する。主室４内の
圧力が低下すると副室５内の既燃ガスが噴口６を介して
主室４内に流出する。

【００１５】次いでシリンダヘッド内壁面３ａの周辺部
に配置された一対の給気弁１２，１３が開弁すると機関
駆動の機械式過給機（図示せず）から各給気ポート２
９，３０内に送り込まれた新気が各給気弁１２，１３を
介して主室４内に供給される。このとき前述したように
排気弁９，１０，１１側に形成される各給気弁１２，１
３の開口は夫々対応するマスク壁１６，１９によって覆
われているので新気は排気弁９，１０，１１と反対側に
位置する各給気弁１２，１３の開口を通って主室４内に
流入する。この場合、給気弁１２，１３はシリンダヘッ
ド内壁面３ａの周辺部に配置されているのでこれら給気
弁１２，１３から流入した新気は図６および図８におい
て矢印Ｘで示すように夫々対応する給気弁１２，１３下
方のシリンダボア内壁面１ａに沿って下降し、次いでピ
ストン２の頂面に沿って進行し、次いで排気弁９，１０
下方のシリンダボア内壁面１ａに沿って上昇する。即
ち、各給気弁１２，１３から流入した新気は主室４の周
縁部に沿ってループ状に流れ、このループ状に流れる新
気Ｘによって主室４内の既燃ガスが各排気弁９，１０，
１１から排出される。従って各給気弁１２，１３から流
入する新気Ｘによって主室４の周縁部が掃気されること
になる。

【００１６】一方、シリンダヘッド内壁面３ａの周辺部
に配置された一対の給気弁１２，１３が開弁して暫らく
するとシリンダヘッド内壁面３ａの中央部に配置された
追加の給気弁１４が開弁する。給気弁１４が開弁すると
機械式過給機から各吸気枝通路３１，３１内に送り込ま
れた新気が給気弁１４を介して主室４内に供給される。
このとき前述したように排気弁９，１０，１１側に形成
される給気弁１４の開口はマスク壁２２によって覆われ
ているので新気は排気弁９，１０，１１と反対側に位置
する給気弁１４の開口を通って主室４内に流入する。こ
の場合、給気弁１４はシリンダヘッド内壁面３ａの中央
部に配置されているので給気弁１４から流入した新気は
図７および図８において矢印Ｙで示すように主室４の中
央部を下降し、次いでピストン２の頂面において向きを
変えた後に排気弁９，１０，１１下方のシリンダボア内
壁面１ａに沿って上昇する。従って主室４の中央部に存
在する既燃ガスはこの新気流Ｙによって排気ポート２８
内に排出され、従って主室４内の中央部は給気弁１４か
ら流入する新気Ｙによって掃気されることになる。この
ように給気弁１２，１３から流入する新気によって主室
４の周縁部が掃気され、給気弁１４から流入する新気に
よって主室４の中央部が掃気されるので各給気弁１２，
１３，１４から流入する新気によって主室４内全体が良
好に掃気されることになる。

【００１７】ところで排気弁１４から流入した新気流Ｙ
はピストン２の頂面に衝突すると実際には四方に広が
り、一部の新気流Ｙのみが排気弁９，１０，１１下方の
シリンダボア内壁面１ａに沿って上昇する。従って全給
気弁１２，１３，１４の開弁時期を同一にしておくと新
気流Ｙによってループ状に流れる新気流Ｘが乱されると
共に減速され、斯くしてループ状に流れる新気流Ｘによ
る掃気作用が悪化する。しかしながら本発明では一対の
給気弁１２，１３が開弁した後に追加の給気弁１４が遅
れて開弁するように設定されており、従ってループ状に
流れる新気流Ｘが発生した後に遅れて新気流Ｙが発生せ
しめられる。即ち、新気流Ｘが排気弁９，１０，１１下
方のシリンダボア内壁面１ａに沿って上昇を開始した後
に新気流Ｙがピストン２の頂面に達することになる。そ
の結果、新気流Ｘは新気流Ｙによってほとんど乱される
ことがなくなると共に減速されることがなくなり、斯く
して新気流Ｘによる良好な掃気作用を確保できることに
なる。

【００１８】次いで排気弁９，１０，１１が閉弁し、給
気弁１２，１３，１４が閉弁するとピストン２の上昇作
用により主室４内のガスが噴口６を介して副室５内に送
り込まれる。上述したように主室４内全体が良好に掃気
されるので副室５内には多量の新気を含んだガスが送り
込まれ、斯くして燃料噴射弁７から副室５内に噴射され
た燃料が良好に燃焼せしめられることになる。

【００１９】給気弁１２，１３，１４が開弁したときに
主室４内の圧力が高いと主室４内の既燃ガスが給気ポー
ト２９，３０内に逆流する。ところがこのような逆流が
生じると逆流した既燃ガスを主室４内に戻しかつ排気ポ
ート２８内に排出させるために機械式過給機が余分な仕
事をしなければならず、斯くしてその分だけ機関の出力
損失が増大することになる。従ってこのような既燃ガス
の逆流を阻止するためには給気弁１２，１３，１４が開
弁したときの主室４内の圧力を低くしなければならず、
そのためには排気弁９，１０，１１が開弁したときにで
きるだけすみやかに既燃ガスを排気ポート２８内に排出
させることが必要となる。

【００２０】ところが排気弁９，１０，１１が開弁して
から給気弁１２，１３，１４が開弁するまでの期間は極
めて短かく、この短かい期間の間に既燃ガスをすみやか
に排出するには排気弁９，１０，１１を高速度で開弁せ
しめなければならない。この場合、ロッカーアームを介
して排気弁９，１０，１１を駆動するロッカーアームの
弾性変形等により排気弁９，１０，１１開弁時の開弁速
度が遅くなる。そこで本発明による実施例では排気弁
９，１０，１１の開弁時における開弁速度を速めるため
に各排気弁９，１０，１１をロッカーアームを介するこ
となくカムシャフト２５により直接駆動するようにして
いる。

【００２１】また、シリンダヘッド内壁面３ａについて
みると副室５内の温度はかなり高くなるので噴口６周り
のシリンダヘッド内壁面３ａの温度が他の部分に比べて
かなり高くなり、従って噴口６周りのシリンダヘッド内
壁面３ａに最も亀裂が発生しやすくなる。しかしながら
本発明による実施例では図１に示されるように噴口６は
３個の給気弁１２，１３，１４により囲まれた形となっ
ているので噴口６周りのシリンダヘッド内壁面３ａは各
給気弁１２，１３，１４から流入する新気によって冷却
され、斯くして噴口６周りのシリンダヘッド内壁面３ａ
に亀裂が発生するのを阻止することができる。

【００２２】

【発明の効果】燃焼室内全体を良好に掃気することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】シリンダヘッド内壁面の底面図である。

【図２】シリンダヘッドの平面断面図である。

【図３】図２の III− III線に沿ってみた内燃機関の側
面断面図である。

【図４】図２のIV−IV線に沿ってみた内燃機関の側面断
面図である。

【図５】給気弁および排気弁の開弁期間を示す線図であ
る。

【図６】図３と同一断面に沿ってみた内燃機関の側面断
面図である。

【図７】図４と同一断面に沿ってみた内燃機関の側面断
面図である。

【図８】図解的に示した内燃機関の斜視図である。

【符号の説明】

５…副室 ６…噴口 ９，１０，１１…排気弁 １２，１３，１４…給気弁 １６，１９，２２…マスク壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中江 公一 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダヘッド内壁面の一側周辺部に少
   くとも１個の排気弁を配置すると共にシリンダヘッド内
   壁面の他側周辺部に少くとも１個の給気弁を配置し、給
   気弁開口のうちで排気弁側に位置する開口部分からの新
   気の流入を阻止して排気弁と反対側の給気弁開口部分か
   ら流入した新気を給気弁下方のシリンダボア内壁面に沿
   い下降させ、次いでピストン頂面に沿って進行させた後
   に排気弁下方のシリンダボア内壁面に沿って上昇させる
   ようにした２サイクル機関において、シリンダヘッド内
   壁面の中心部に追加の給気弁を配置して該追加の給気弁
   から燃焼室内の中央部に向けて新気を供給すると共に、
   該追加の給気弁の開弁時期をシリンダヘッド内壁面の周
   辺部に配置された給気弁の開弁時期よりも遅くした２サ
   イクル機関の燃焼室。