JPH094459A - 副燃焼室を持つ４サイクルエンジン - Google Patents

副燃焼室を持つ４サイクルエンジン

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Publication number
JPH094459A
JPH094459A JP7176953A JP17695395A JPH094459A JP H094459 A JPH094459 A JP H094459A JP 7176953 A JP7176953 A JP 7176953A JP 17695395 A JP17695395 A JP 17695395A JP H094459 A JPH094459 A JP H094459A
Authority
JP
Japan
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combustion chamber
sub
opening
chamber
valve
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Application number
JP7176953A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Matsuoka
寛 松岡
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Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH094459A publication Critical patent/JPH094459A/ja
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

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  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、１回の圧縮行程で経時的に２回の
膨張行程を行わせ、低圧縮比で高膨張比を確保して理論
熱効率を向上させる副燃焼室を持つ４サイクルエンジン
を提供する。 【構成】 本発明は、主燃焼室１と副燃焼室２とを連絡
孔４で連通させ、連絡孔４に副室開閉弁３を設ける。シ
リンダ下部に形成した掃気ポート１１に掃気開閉弁７を
設ける。主燃焼室１に主室スパークプラグ５を設け、副
燃焼室２に副室スパークプラグ６を設ける。副室開閉弁
３の閉鎖状態における圧縮上死点近傍で主室スパークプ
ラグ５で主燃焼室１内の混合気を点火して膨張させ、次
のピストン上死点近傍で副室開閉弁３を開放して副室ス
パークプラグ６で副燃焼室２内の混合気を点火して膨張
させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、副燃焼室を持つ４サ
イクルエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、エンジンの燃焼改善を目的として
副室（副燃焼室）を持つ副室式エンジンが開発されてい
る。このような副室式エンジンは、シリンダヘッド又は
ピストンヘッドに形成した副室、該副室とシリンダ側に
形成した主室（主燃焼室）とを連通する連絡孔及び副室
内に燃料を噴霧する燃料噴射ノズルを有し、連絡孔を通
じて副室に流入する吸入空気によって副室内に噴射され
た燃料とで混合気を形成させて一次燃焼させ、次いで副
室から連絡孔を通じて主室へ火炎、未燃混合気等のガス
を噴出して二次燃焼させている。
【０００３】また、実開平２−１４１６２９号公報に
は、副室付きガソリンエンジン構造が開示されている。
該副室付きガソリンエンジン構造は、燃焼室内と連通す
る副室と、副室と燃焼室との間に設けられた副室弁と、
副室内に進退自在に内装され副室内へ吸気を吸排駆動し
うる副ピストンとを有し、吸入及び圧縮行程内の所定の
時点で副ピストンの吸引側への移動と副室弁の開放とに
より燃焼室から副室内へ吸気を吸引し、排気行程の終了
時近くで副ピストンの排出側への移動と副室弁の開放と
により副室内から燃焼室へ吸気を排出できるものであ
る。
【０００４】また、特開平５−２４００４９公報には、
６サイクルエンジンが開示されている。該６サイクルエ
ンジンは、シリンダヘッドに設けた空気室を連通孔を通
じて空気室バルブの作動で燃焼室に対して開閉作動し、
吸入行程、第１圧縮行程、第１膨張行程、第２圧縮行
程、第２膨張行程及び排気行程の６サイクルで順次作動
する。空気室バルブを第１圧縮行程で開放して圧縮空気
を空気室に導入し、第２圧縮行程後に燃料噴射ノズルか
ら燃料を噴射し、燃料噴射後に、第２膨張行程で空気室
を開放して圧縮空気を燃焼室に噴射して攪乱する。吸気
バルブは吸入行程と、第１膨張行程後半から第１圧縮行
程の前半までとで開放して燃焼室へ吸入空気を導入す
る。
【０００５】また、主室と副室とを連通する連絡孔に分
割弁を設けたものは、例えば、特開平３−２０２６６８
号公報に開示されている。また、６サイクル断熱エンジ
ンは、例えば、特開平３−１１５７４３号公報に開示さ
れている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】一般に、ガソリンエン
ジンは、ディーゼルエンジンに比べて理論熱効率が低い
ものである。その理由は、ガソリンエンジンでは、圧縮
比を高くすると、ノッキングが発生し、エンジンの運転
ができなくなるため、ディーゼルエンジンに比べて圧縮
比が低く設定されているためである。これに対し、ディ
ーゼルエンジンは、空気のみを吸入し、該空気を圧縮し
た後に圧縮空気中に燃料を噴射するため、ノッキングは
発生しない。１気筒当たり５００ｃｃ程度のエンジンの
圧縮比は、上記の理由により、通常、ガソリンエンジン
は８〜１１程度であり、ディーゼルエンジンは１６〜２
３程度である。このことが、ディーゼルエンジンがガソ
リンエンジンに比較して燃費が優れている最も大きな要
因である。
【０００７】一方、ガソリンエンジンは、予混合燃焼タ
イプであり、燃料と空気との混合比も理論空燃費近傍で
運転され、３元触媒等を用いることにより、ＮＯX の極
めて低いエンジンを構成することが可能である。しかし
ながら、ディーゼルエンジンでは、排気ガスの後浄化処
理が困難であり、排気ガスの種々の開発が行われている
のが現状である。更に、エンジンに対する上記の理論熱
効率は、圧縮比によって左右されるのではなく、膨張比
に左右されるものである。しかしながら、一般的に、往
復動エンジンでは圧縮比と膨張比は同一であるため、ガ
ソリンエンジンのＮＯX の低減と高膨張比即ち高理論熱
効率とは両立しないものである。
【０００８】この発明の目的は、上記の課題を解決する
ことであり、火花点火式エンジンであるにもかかわら
ず、ディーゼルエンジンと同等或いはそれ以上の理論熱
効率を得ることができ、１回の圧縮行程で２回の膨張行
程を行わせて圧縮比に対する膨張比を大きく構成して理
論熱効率をアップすると共に、高過給を可能にし、それ
によって圧縮比を低く設定することを可能にして筒内最
高圧力を低くして強度上の問題を排除し、当量比１近く
の燃焼を行わせることによって三元触媒の利用を可能に
してＮＯX 等の発生を低減する副燃焼室を持つ４サイク
ルエンジンを提供することである。
【０００９】この発明の別の目的は、上記の課題を解決
することであり、ＮＯX の生成を低減できる予混合燃焼
であるディーゼル４サイクルであると共に、１回の圧縮
行程で２回の膨張行程を行わせて圧縮比に対する膨張比
を大きく構成して理論熱効率をアップすると共に、圧縮
比を低く設定しても十分な膨張比を確保できるため吸気
圧力を高くすることができ、ＮＯX 等の発生を低減し、
高い出力を得ることができる副燃焼室を持つ４サイクル
エンジンを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するため、次のように構成されている。即ち、この
発明は、シリンダ側に形成される主燃焼室、シリンダヘ
ッドに形成された副燃焼室、前記主燃焼室と前記副燃焼
室を連通する連絡孔を開閉する副室開閉弁、シリンダ下
部に設けた掃気ポートに設けた掃気開閉弁、前記主燃焼
室に設けられた主室スパークプラグ、前記副燃焼室に設
けられた副室スパークプラグ、及び混合気を生成するた
め吸入空気中に燃料を噴射する燃料噴射ノズルを有し、
掃気行程で前記掃気開閉弁を開放して前記シリンダ内に
空気を吸入すると共に排気弁が閉鎖した時点で前記燃料
噴射ノズルから燃料を吸入空気中に噴射して混合気を生
成し、次いで混合気を前記副室開閉弁の開放状態で圧縮
し、圧縮上死点近傍で前記副室開閉弁を閉鎖して前記主
室スパークプラグで前記主燃焼室内の混合気を点火して
膨張させ、膨張行程終端付近で前記排気弁を開放して前
記主燃焼室内の燃焼ガスを排気し、排気行程のピストン
上死点近傍で前記副室開閉弁を開放すると共に、前記副
室スパークプラグで前記副燃焼室内の混合気を点火して
膨張させ、次いで膨張行程終端付近で前記排気弁を開放
すると共に前記掃気開閉弁を開放して掃気するサイクル
を繰り返して駆動されることを特徴とする副燃焼室を持
つ４サイクルエンジンに関する。
【００１１】又は、この発明は、シリンダ側に形成され
る主燃焼室、シリンダヘッドに形成された第１副燃焼室
と第２副燃焼室、前記主燃焼室と前記第１副燃焼室を連
通する連絡孔を開閉する第１開閉弁、前記主燃焼室と前
記第２副燃焼室を連通する連絡孔を開閉する第２開閉
弁、前記第１副燃焼室に設けられた第１スパークプラ
グ、前記第２副燃焼室に設けられた第２スパークプラ
グ、及び混合気を生成するため吸入空気中に燃料を噴射
する燃料噴射ノズルを有し、掃気行程で前記掃気開閉弁
を開放して前記シリンダ内に空気を吸入すると共に排気
弁が閉鎖した時点で前記燃料噴射ノズルから燃料を吸入
空気中に噴射して混合気を生成し、次いで混合気を前記
第１開閉弁と前記第２開閉弁との開放状態で圧縮し、ピ
ストン上死点近傍で前記第１開閉弁を閉鎖して前記第２
スパークプラグで前記第２副燃焼室内の混合気を点火し
て膨張させ、膨張行程終端付近で排気弁を開放して筒内
の燃焼ガスを排気し、排気行程のピストン上死点近傍で
前記２開閉弁を閉鎖して前記第１開閉弁を開放すると同
時に前記第１スパークプラグで前記第１副燃焼室内の混
合気を点火して膨張させ、次いで膨張行程終端付近で前
記排気弁を開放すると共に前記掃気開閉弁を開放して筒
内の燃焼ガスを掃気するサイクルを繰り返して駆動され
ることを特徴とする副燃焼室を持つ４サイクルエンジン
に関する。
【００１２】或いは、この発明は、シリンダ側に形成さ
れる主燃焼室、シリンダヘッドに形成された副燃焼室、
前記主燃焼室と前記副燃焼室を連通する連絡孔を開閉す
る副室開閉弁、シリンダ下部に設けた掃気ポートに設け
た掃気開閉弁、前記主燃焼室に設けられた主室燃料噴射
ノズル、及び前記副燃焼室に設けられた副室燃料噴射ノ
ズルを有し、圧縮上死点近傍で前記副室開閉弁を閉鎖し
て前記主室燃料噴射ノズルで前記主燃焼室に燃料を噴射
して着火燃焼させて膨張させ、膨張行程終端付近で前記
副室開閉弁を開放して前記副室燃料噴射ノズルで前記副
燃焼室に燃料を噴射して着火燃焼させて膨張させること
を特徴とする副燃焼室を持つ４サイクルエンジンに関す
る。
【００１３】又は、この発明は、シリンダ側に形成され
た主燃焼室、シリンダヘッドに形成された第１副燃焼室
と第２副燃焼室、前記主燃焼室と前記第１副燃焼室を連
通する連絡孔を開閉する第１開閉弁、前記主燃焼室と前
記第２副燃焼室を連通する連絡孔を開閉する第２開閉
弁、前記第１副燃焼室に設けられた第１燃料噴射ノズ
ル、及び前記第２副燃焼室に設けられた第２燃料噴射ノ
ズルを有し、前記第１開閉弁の閉鎖状態で前記第２開閉
弁を開放した圧縮上死点近傍で前記第２燃料噴射ノズル
で前記第２副燃焼室に燃料を噴射して着火燃焼させて膨
張させ、排気行程のピストン上死点近傍で前記第２開閉
弁の閉鎖状態で前記第１開閉弁を開放して前記第１燃料
噴射ノズルで前記第１副燃焼室に燃料を噴射して着火燃
焼させて膨張させることを特徴とする副燃焼室を持つ４
サイクルエンジンに関する。
【００１４】
【作用】この発明による副燃焼室を持つ４サイクルエン
ジンは、上記のように構成され、次のように作用する。
即ち、この副燃焼室を持つ４サイクルエンジンは、掃気
・吸入−圧縮行程、膨張行程、排気行程及び膨張行程か
ら成る４つの行程で１つのサイクルを構成するものであ
り、主燃焼室と副燃焼室を連通する連絡孔を開閉する副
室開閉弁の閉鎖状態における圧縮上死点近傍で主室スパ
ークプラグで前記主燃焼室内の混合気を点火して膨張さ
せ、次のピストン上死点近傍で前記副室開閉弁を開放し
て副室スパークプラグで前記副燃焼室内の混合気を点火
して膨張させるので、前記主燃焼室と前記副燃焼室とに
存在する圧縮された混合気を経時的にそれぞれ独立して
スパークプラグで点火して膨張させることができ、一回
の圧縮行程で二回の膨張行程を行うことができ、圧縮比
に対して膨張比を大きくすることができ、理論熱効率を
大幅に向上させることができる。この場合には、前記副
燃焼室を２個設け、前記副燃焼室にそれぞれ前記副室ス
パークプラグを設けることができる。また、燃料噴射ノ
ズルから燃料を吸入空気中に噴射して混合気の生成のた
め、前記燃料噴射ノズルは掃気ポートに設けることがで
きるが、燃焼室内に燃料を直接噴射することもできる。
前記燃焼室内に燃料を直接噴射する場合には、前記燃料
噴射ノズルを前記主燃焼室に設けるか又は前記主燃焼室
と前記副燃焼室に設けることができる。或いは、この副
燃焼室を持つ４サイクルエンジンは、上記構成の火花点
火式４サイクルエンジンにおけるスパークプラグを燃料
噴射ノズルに代えてディーゼルエンジンに構成すること
もできる。
【００１５】又は、この副燃焼室を持つ４サイクルエン
ジンは、掃気・吸入−圧縮行程、膨張行程、排気行程及
び膨張行程から成る４つの行程で１つのサイクルを構成
するものであり、シリンダヘッドに第１副燃焼室と第２
副燃焼室を設け、前記第１副燃焼室の第１開閉弁の閉鎖
状態で前記第２副燃焼室の第２開閉弁を開放した圧縮上
死点近傍で前記第２副燃焼室を設けた第２スパークプラ
グで混合気を点火して膨張させ、次のピストン上死点近
傍で前記第２開閉弁の閉鎖状態で前記第１開閉弁を開放
して前記第１副燃焼室の第１スパークプラグで混合気を
点火して膨張させるので、前記第１副燃焼室と前記第２
副燃焼室とに存在する圧縮された混合気を経時的にそれ
ぞれ独立してスパークプラグで点火して膨張させること
ができ、一回の圧縮行程で二回の膨張行程を行うことが
でき、圧縮比に対して膨張比を大きくすることができ、
理論熱効率を大幅に向上させることができる。また、燃
料噴射ノズルから燃料を吸入空気中に噴射して混合気の
生成のため、前記燃料噴射ノズルは掃気ポートに設ける
ことができるが、燃焼室内に燃料を直接噴射することも
できる。前記燃焼室内に燃料を直接噴射する場合には、
前記燃料噴射ノズルを前記主燃焼室に設けるか又は前記
第１副燃焼室と前記第２副燃焼室とに設けることができ
る。或いは、この副燃焼室を持つ４サイクルエンジン
は、上記構成の火花点火式４サイクルエンジンにおける
スパークプラグを燃料噴射ノズルに代えてディーゼルエ
ンジンに構成することができる。
【００１６】
【実施例】この発明による副燃焼室を持つ４サイクルエ
ンジンは、火花点火式４サイクルエンジン或いは４サイ
クルディーゼルエンジンに適用することができるが、こ
こでは、火花点火式４サイクルエンジンについての実施
例について説明する。従って、この発明による副燃焼室
を持つ４サイクルエンジンは、スパークプラグを燃料噴
射ノズルに代えて火花点火式エンジンで用いた燃料噴射
ノズルを排除することによってディーゼルエンジンに構
成することができるものである。
【００１７】以下、図１〜図４を参照して、この発明に
よる副燃焼室を持つ火花点火式４サイクルエンジンの実
施例を説明する。図１はこの発明による副燃焼室を持つ
火花点火式４サイクルエンジンの一実施例を示すシリン
ダヘッド下面の平面図、図２は図１の線Ａ−Ａにおける
断面図、図３は図１の線Ｂ−Ｂにおける断面図、及び図
４は図１の副燃焼室を持つ火花点火式４サイクルエンジ
ンの作動タイミングを示す線図である。
【００１８】この副燃焼室を持つ火花点火式４サイクル
エンジンは、シリンダ２０を構成するシリンダブロック
１５、シリンダブロック１５にガスケット２１を介して
固定したシリンダヘッド１０、及びシリンダ２０内を往
復運動するピストン９を有している。この火花点火式４
サイクルエンジンは、シリンダヘッド１０に副燃焼室２
が形成されている。シリンダブロック１５にはエンジン
の気筒数に対応する孔部１９が形成され、該孔部１９に
シリンダ２０を形成したシリンダライナ１６を嵌合して
もよく、又は、図示していないが、これらの孔部１９に
よってシリンダ２０を構成してもよいものである。シリ
ンダヘッド１０には、２つの排気ポート１２が形成さ
れ、排気ポート１２のバルブシート１８には排気弁８が
配置されている。シリンダ下部には、掃気ポート１１が
形成され、掃気ポート１１にはロータリバルブ等の掃気
開閉弁７が設けられている。
【００１９】この火花点火式４サイクルエンジンは、特
に、シリンダ２０側に形成された主燃焼室１、シリンダ
ヘッド１０に形成された副燃焼室２、主燃焼室１と副燃
焼室２を連通する連絡孔４を開閉する副室開閉弁３、主
燃焼室１に設けられた主室スパークプラグ５、及び副燃
焼室２に設けられた副室スパークプラグ６を有してい
る。主燃焼室１は、主として、ピストン９のピストン頂
部に形成した凹部２２及びシリンダヘッド１０の下面と
で形成されている。副室開閉弁３はカム等から構成され
た動弁機構で開閉するように構成できる。また、図で
は、吸入空気中に燃料を噴射して混合気を生成するた
め、燃料噴射ノズル１４が主燃焼室１に設けられている
が、場合によっては、燃料噴射ノズル１４を掃気ポート
１１に設けることもでき、或いは、燃料噴射ノズル１４
を主燃焼室１と副燃焼室２にそれぞれ設けることもでき
る。
【００２０】この火花点火式４サイクルエンジンは、エ
ンジンの２回転、即ち、掃気・吸入−圧縮行程、膨張行
程、排気行程及び膨張行程から成る４つの行程で１つの
サイクルを構成するものであり、その間にピストン９は
シリンダ２０内を２回往復運動する。この火花点火式４
サイクルエンジンは、副室開閉弁３が連絡孔４を閉鎖し
ている圧縮上死点近傍で主室スパークプラグ５の点火に
よって主燃焼室１内に存在する混合気を点火し爆発して
膨張し、ピストン９を押し下げて仕事をする。次いで、
排気行程の上死点近傍で副室開閉弁３が連絡孔４を開放
すると同時に副室スパークプラグ６の点火によって副燃
焼室２内の混合気が点火し爆発して膨張し、ピストン９
を押し下げて仕事をする。この火花点火式４サイクルエ
ンジンの具体的な作動の例を次に説明する。
【００２１】この火花点火式４サイクルエンジンの作動
について、ピストン９の変位に対する副室開閉弁３、掃
気ポート１１、掃気開閉弁７及び排気弁８の開閉タイミ
ング、及び主室スパークプラグ５と副室スパークプラグ
６との点火タイミングが図４に示されている。まず、掃
気・吸入−圧縮行程では、副室開閉弁３、排気弁８及び
掃気開閉弁７が開放して燃焼室内の燃焼ガスは排気ポー
ト１２を通じて排気されると共に燃焼室内に吸入空気が
導入され、ピストン９の上昇によって掃気ポート１１が
閉鎖されて掃気開閉弁７と排気弁８が閉鎖される。そこ
で、燃焼室内の吸入空気が圧縮されるが、この時、燃料
噴射ノズル１４から主燃焼室１内に燃料が噴射され、混
合気が生成され、主燃焼室１と副燃焼室２との圧縮混合
気が充満する。ピストン９が圧縮上死点近傍で副室開閉
弁３が閉鎖されると、主室スパークプラグ５で主燃焼室
１内の混合気を点火して膨張させ、ピストン９が下降し
て仕事をする。
【００２２】ピストン９が下降して下死点近傍になって
掃気ポート１１は開口するが、掃気開閉弁７は閉鎖して
いるので、吸入空気が燃焼室を含むシリンダ２０内へ導
入されない。そこで、排気弁８が開放してピストン９の
上昇に応じて主燃焼室１内の燃焼ガスが排気ポート１２
を通じて外部に排出される。ピストン９が上死点近傍に
来ると、副室開閉弁３が開放して副室スパークプラグ６
で副燃焼室２内の混合気を点火して膨張させ、ピストン
９が下降して仕事をする。ピストン９が下死点近傍に到
達する時点で掃気ポート１１が開放し、掃気開閉弁７が
開放すると共に、排気弁８が開放する。ピストン９は下
死点から上死点へ変位すると共に、副燃焼室２と主燃焼
室１内の燃焼ガスは排気ポート１２を通じて筒内から外
部へ排気される。ピストン９の上昇によって掃気ポート
１１が閉鎖すると共に掃気開閉弁７が閉鎖する。次い
で、排気弁８が閉鎖して燃焼室内の吸入空気が圧縮され
ると共に、燃料噴射ノズル１４から燃料が主燃焼室１内
に噴射され、燃焼室内に混合気が生成される。この火花
点火式４サイクルエンジンは、これによって１つのサイ
クルが完結されることになり、これらのサイクルを繰り
返して駆動されることになる。
【００２３】次に、図５〜図８を参照して、この発明に
よる副燃焼室を持つ火花点火式４サイクルエンジンの別
の実施例を説明する。図５はこの発明による副燃焼室を
持つ火花点火式４サイクルエンジンの別の実施例を示す
平面図、図６は図５の線Ｃ−Ｃにおける断面図、図７は
図５の線Ｄ−Ｄにおける断面図、及び図８は図５の副燃
焼室を持つ火花点火式４サイクルエンジンの作動タイミ
ングを示す線図である。この実施例の火花点火式４サイ
クルエンジンは、上記実施例と比較して、副燃焼室をシ
リンダヘッドに２個設け、各副燃焼室にスパークプラグ
をそれぞれ設け、限りなく容積が小さく設計された主燃
焼室を有し且つ主燃焼室にはスパークプラグを設けてい
ない点で相違するが、作動そのものは実質的に同様に行
われるものであり、一方の副燃焼室内の混合気を点火爆
発させ、次いで、他方の副燃焼室内の混合気を点火爆発
させるものであり、１回の圧縮行程で２回の膨張行程を
行うものである。
【００２４】この実施例の火花点火式４サイクルエンジ
ンは、シリンダ２０側に形成された主燃焼室１、シリン
ダヘッド１０に形成された第１副燃焼室２Ａと第２副燃
焼室２Ｂ、主燃焼室１と第１副燃焼室２Ａを連通する連
絡孔４Ａを開閉する第１開閉弁３Ａ、主燃焼室１と第２
副燃焼室２Ｂを連通する連絡孔４Ｂを開閉する第２開閉
弁３Ｂ、及び第１副燃焼室２Ａに設けられた第１スパー
クプラグ６Ａ、及び第２副燃焼室２Ｂに設けられた第２
スパークプラグ６Ｂを有している。図では、吸入空気中
に燃料を噴射して混合気を生成するため、燃料噴射ノズ
ル１４を掃気開閉弁７の上流側の掃気ポート１１に設
け、場合によっては、燃料噴射ノズル１４を主燃焼室１
に設けることができ、或いは、燃料噴射ノズル１４を第
１副燃焼室２Ａと第２副燃焼室２Ｂにそれぞれ設けるこ
ともできる。燃料噴射ノズル１４を掃気ポート１１に設
けた場合には、掃気ポート１１の上流側の吸気通路に燃
料が逆流しないように開閉バルブ２４を設ける。この火
花点火式４サイクルエンジンは、圧縮上死点近傍で第１
開閉弁３Ａの閉鎖状態で第２開閉弁３Ｂを開放して第２
スパークプラグ６Ｂで第２副燃焼室２Ｂ内の混合気を点
火して膨張させ、ピストン９を押し下げて仕事をする。
次いで、次のピストン上死点近傍で第２開閉弁３Ｂの閉
鎖状態で第１開閉弁３Ａを開放して第１スパークプラグ
６Ａで第１副燃焼室２Ａ内の混合気を点火して膨張さ
せ、ピストン９を押し下げて仕事をする。この火花点火
式４サイクルエンジンの具体的な作動の例を次に説明す
る。
【００２５】この火花点火式４サイクルエンジンの作動
について、ピストン９の変位に対する第１開閉弁３Ａ、
第２開閉弁３Ｂ、掃気ポート１１、掃気開閉弁７及び排
気弁８の開閉タイミング、及び第１スパークプラグ６Ａ
と第２スパークプラグ６Ｂとの点火タイミングが図８に
示されている。まず、掃気・吸入−圧縮行程では、第１
開閉弁３Ａ、第２開閉弁３Ｂ、排気弁８及び掃気開閉弁
７が開放して燃焼室内の燃焼ガスは排気ポート１２を通
じて排気されると共に燃焼室内に吸入空気が導入され、
ピストン９の上昇によって掃気ポート１１が閉鎖されて
掃気開閉弁７と排気弁８が閉鎖される。そこで、燃焼室
内の吸入空気が圧縮されるが、この時、燃料噴射ノズル
１４から主燃焼室１内に燃料が噴射され、混合気が生成
され、主燃焼室１、第１副燃焼室２Ａ及び第２副燃焼室
２Ｂの圧縮混合気が充満する。ピストン９が圧縮上死点
近傍で第１開閉弁３Ａが閉鎖されると、第２スパークプ
ラグ６Ｂで第２副燃焼室２Ｂ内の混合気を点火して膨張
させ、ピストン９が下降して仕事をする。
【００２６】ピストン９が下降して下死点近傍になって
掃気ポート１１は開口するが、掃気開閉弁７は閉鎖して
いるので、吸入空気が燃焼室へ導入されない。そこで、
排気弁８が開放してピストン９の上昇に応じて第２副燃
焼室２Ｂと主燃焼室１内の燃焼ガスが排気ポート１２を
通じて外部に排出される。ピストン９が上死点近傍に来
ると、第２開閉弁３Ｂが閉鎖して第１開閉弁３Ａが開放
し、第１スパークプラグ６Ａで第１副燃焼室２Ａ内の混
合気を点火して膨張させ、ピストン９が下降して仕事を
する。ピストン９が下死点近傍に到達する時点で掃気ポ
ート１１が開放し、掃気開閉弁７が開放すると共に、排
気弁８が開放する。ピストン９は下死点から上死点へ変
位すると共に、第１副燃焼室２Ａと主燃焼室１内の燃焼
ガスは排気ポート１２を通じて筒内から外部へ排気され
る。ピストン９の上昇によって掃気ポート１１が閉鎖す
ると共に掃気開閉弁７が閉鎖する。次いで、第２開閉弁
３Ｂが開放すると共に排気弁８が閉鎖して燃焼室内の吸
入空気が圧縮され、燃料噴射ノズル１４から燃料が主燃
焼室１内に噴射され、燃焼室内に混合気が生成される。
この火花点火式４サイクルエンジンは、これによって１
つのサイクルが完結されることになり、これらのサイク
ルを繰り返して駆動されることになる。
【００２７】
【発明の効果】この発明による副燃焼室を持つ４サイク
ルエンジンは、上記のように構成されており、次のよう
な効果を有する。この４サイクルエンジンは、主燃焼室
と副燃焼室を連通する連絡孔を開閉する副室開閉弁の閉
鎖状態における圧縮上死点近傍で主室スパークプラグで
前記主燃焼室内の混合気を点火して膨張させ、次のピス
トン上死点近傍で前記副室開閉弁の開放状態における副
室スパークプラグで前記副燃焼室内の混合気を点火して
膨張させる。或いは、この火花点火式４サイクルエンジ
ンは、シリンダヘッドに第１副燃焼室と第２副燃焼室を
設け、前記第１副燃焼室の第１開閉弁の閉鎖状態で前記
第２副燃焼室の第２開閉弁を開放した圧縮上死点近傍で
前記第２副燃焼室を設けた第２スパークプラグで混合気
を点火して膨張させ、次のピストン上死点近傍で前記第
２開閉弁の閉鎖状態で前記第１開閉弁を開放して前記第
１副燃焼室の第１スパークプラグで混合気を点火して膨
張させる。従って、この４サイクルエンジンは、前記主
燃焼室又は前記副燃焼室に存在する圧縮された混合気、
或いは第１副燃焼室又は第２副燃焼室及び前記主燃焼室
に存在する圧縮された混合気を経時的にそれぞれ独立し
てスパークプラグで点火して膨張させることができ、一
回の圧縮行程で二回の膨張行程を行うことができ、圧縮
比に対して膨張比を大きくすることができ、理論熱効率
を大幅に向上させることができる。この副燃焼室を持つ
４サイクルエンジンをディーゼルエンジンに構成した場
合にも、一回の圧縮行程で二回の膨張行程を行うことが
でき、圧縮比に対して膨張比を大きくすることができ、
理論熱効率を大幅に向上させることができる。
【００２８】即ち、この４サイクルエンジンでは、膨張
比は圧縮比の最大２倍になるため、圧縮比を低く設定し
ても所定の膨張比を確保できると共に、高過給が可能に
なり、吸気行程即ち掃気行程がエンジン２回転で１回で
あるため、通常の４ストロークエンジンと同等のエンジ
ン２回転で１回の吸入回数であるにもかかわらず、エン
ジン２回転で２回の膨張行程を行うことができ、２サイ
クルの作動と同等以上の容積に対する出力（出力／エン
ジン容積）を得ることができる。また、この４サイクル
作動は、通常の２サイクル作動に比較して回転当たりの
吸入回数が減少するが、ノッキングの発生を考慮するこ
となく、高過給或いは多量の吸入空気を導入が可能にな
り、エンジンの大きさに比較して大幅に高出力化が可能
になる。この火花点火式４サイクルエンジンは、圧縮比
を低く設定できるので、筒内最高圧力を低く設定できる
ので、エンジン構造に高強度の構造が必要なくなり、製
造コストを低減できる。また、予混合燃焼にかかわら
ず、ディーゼルエンジンと同等、或いはそれ以上の熱効
率を得ることができ、特に、予混合燃焼を用いた場合
は、スートの生成がない。また、この火花点火式４サイ
クルエンジンは、当量比１近くの燃焼であるため、三元
触媒を使用でき、ＮＯX ，ＨＣ，ＳＯX 等の発生を抑制
でき、低公害エンジンを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による副燃焼室を持つ４サイクルエン
ジンの一実施例を示すシリンダヘッド下面の平面図であ
る。
【図２】図１の線Ａ−Ａにおける断面図である。
【図３】図１の線Ｂ−Ｂにおける断面図である。
【図４】図１の副燃焼室を持つ４サイクルエンジンの作
動タイミングを示す線図である。
【図５】この発明による副燃焼室を持つ４サイクルエン
ジンの別の実施例を示すシリンダヘッド下面の平面図で
ある。
【図６】図５の線Ｃ−Ｃにおける断面図である。
【図７】図５の線Ｄ−Ｄにおける断面図である。
【図８】図５の副燃焼室を持つ４サイクルエンジンの作
動タイミングを示す線図である。
【符号の説明】
１ 主燃焼室 ２ 副燃焼室 ２Ａ 第１副燃焼室 ２Ｂ 第２副燃焼室 ３ 副室開閉弁 ３Ａ 第１開閉弁 ３Ｂ 第２開閉弁 ４ 連絡孔 ５ 主室スパークプラグ ６ 副室スパークプラグ ６Ａ 第１スパークプラグ ６Ｂ 第２スパークプラグ ７ 掃気開閉弁 ８ 排気弁 ９ ピストン １０ シリンダヘッド １１ 掃気ポート １２ 排気ポート １４ 燃料噴射ノズル ２０ シリンダ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリンダ側に形成される主燃焼室、シリ
    ンダヘッドに形成された副燃焼室、前記主燃焼室と前記
    副燃焼室を連通する連絡孔を開閉する副室開閉弁、シリ
    ンダ下部に設けた掃気ポートに設けた掃気開閉弁、前記
    主燃焼室に設けられた主室スパークプラグ、前記副燃焼
    室に設けられた副室スパークプラグ、及び混合気を生成
    するため吸入空気中に燃料を噴射する燃料噴射ノズルを
    有し、掃気行程で前記掃気開閉弁を開放して前記シリン
    ダ内に空気を吸入すると共に排気弁が閉鎖した時点で前
    記燃料噴射ノズルから燃料を吸入空気中に噴射して混合
    気を生成し、次いで混合気を前記副室開閉弁の開放状態
    で圧縮し、圧縮上死点近傍で前記副室開閉弁を閉鎖して
    前記主室スパークプラグで前記主燃焼室内の混合気を点
    火して膨張させ、膨張行程終端付近で前記排気弁を開放
    して前記主燃焼室内の燃焼ガスを排気し、排気行程のピ
    ストン上死点近傍で前記副室開閉弁を開放すると共に、
    前記副室スパークプラグで前記副燃焼室内の混合気を点
    火して膨張させ、次いで膨張行程終端付近で前記排気弁
    を開放すると共に前記掃気開閉弁を開放して掃気するサ
    イクルを繰り返して駆動されることを特徴とする副燃焼
    室を持つ４サイクルエンジン。
  2. 【請求項２】 シリンダ側に形成される主燃焼室、シリ
    ンダヘッドに形成された第１副燃焼室と第２副燃焼室、
    前記主燃焼室と前記第１副燃焼室を連通する連絡孔を開
    閉する第１開閉弁、前記主燃焼室と前記第２副燃焼室を
    連通する連絡孔を開閉する第２開閉弁、前記第１副燃焼
    室に設けられた第１スパークプラグ、前記第２副燃焼室
    に設けられた第２スパークプラグ、及び混合気を生成す
    るため吸入空気中に燃料を噴射する燃料噴射ノズルを有
    し、掃気行程で前記掃気開閉弁を開放して前記シリンダ
    内に空気を吸入すると共に排気弁が閉鎖した時点で前記
    燃料噴射ノズルから燃料を吸入空気中に噴射して混合気
    を生成し、次いで混合気を前記第１開閉弁と前記第２開
    閉弁との開放状態で圧縮し、ピストン上死点近傍で前記
    第１開閉弁を閉鎖して前記第２スパークプラグで前記第
    ２副燃焼室内の混合気を点火して膨張させ、膨張行程終
    端付近で排気弁を開放して筒内の燃焼ガスを排気し、排
    気行程のピストン上死点近傍で前記２開閉弁を閉鎖して
    前記第１開閉弁を開放すると同時に前記第１スパークプ
    ラグで前記第１副燃焼室内の混合気を点火して膨張さ
    せ、次いで膨張行程終端付近で前記排気弁を開放すると
    共に前記掃気開閉弁を開放して筒内の燃焼ガスを掃気す
    るサイクルを繰り返して駆動されることを特徴とする副
    燃焼室を持つ４サイクルエンジン。
  3. 【請求項３】 シリンダ側に形成される主燃焼室、シリ
    ンダヘッドに形成された副燃焼室、前記主燃焼室と前記
    副燃焼室を連通する連絡孔を開閉する副室開閉弁、シリ
    ンダ下部に設けた掃気ポートに設けた掃気開閉弁、前記
    主燃焼室に設けられた主室燃料噴射ノズル、及び前記副
    燃焼室に設けられた副室燃料噴射ノズルを有し、圧縮上
    死点近傍で前記副室開閉弁を閉鎖して前記主室燃料噴射
    ノズルで前記主燃焼室に燃料を噴射して着火燃焼させて
    膨張させ、膨張行程終端付近で前記副室開閉弁を開放し
    て前記副室燃料噴射ノズルで前記副燃焼室に燃料を噴射
    して着火燃焼させて膨張させることを特徴とする副燃焼
    室を持つ４サイクルエンジン。
  4. 【請求項４】 シリンダ側に形成された主燃焼室、シリ
    ンダヘッドに形成された第１副燃焼室と第２副燃焼室、
    前記主燃焼室と前記第１副燃焼室を連通する連絡孔を開
    閉する第１開閉弁、前記主燃焼室と前記第２副燃焼室を
    連通する連絡孔を開閉する第２開閉弁、前記第１副燃焼
    室に設けられた第１燃料噴射ノズル、及び前記第２副燃
    焼室に設けられた第２燃料噴射ノズルを有し、前記第１
    開閉弁の閉鎖状態で前記第２開閉弁を開放した圧縮上死
    点近傍で前記第２燃料噴射ノズルで前記第２副燃焼室に
    燃料を噴射して着火燃焼させて膨張させ、排気行程のピ
    ストン上死点近傍で前記第２開閉弁の閉鎖状態で前記第
    １開閉弁を開放して前記第１燃料噴射ノズルで前記第１
    副燃焼室に燃料を噴射して着火燃焼させて膨張させるこ
    とを特徴とする副燃焼室を持つ４サイクルエンジン。
JP7176953A 1995-06-21 1995-06-21 副燃焼室を持つ４サイクルエンジン Pending JPH094459A (ja)

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