JPS5818515A - 内燃機関 - 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】 本発明は内燃機関に係わり、更に詳しくは機関の体積効
率を高め、トルク・出力を増大させた内燃機関に関する
ものである。

一般に、機関の吸気弁を閉じる時期（機関の作動室が吸
気通路との連通を遮断される時期）は、ピストンの下死
点位置（吸気行程において作動室の容積が最大となる位
置）を所定角度■だけ過ぎたＮＯ．２ 時点になる様にしている。

これは機関に吸入される吸気の慣性を利用して体積効率
を高め様とする為で、この角度■を機関の回転速度の例
えば４０００ｒ．ｐ．ｍ．で適合する様に設計すると、
それ以下の回転速度範囲では吸気弁を閉じる時期が遅す
ぎ、作動室から吸気通路へ吸気が逆流を起し、又それ以
上の回転速度範囲では吸気弁を閉じる時期が早すぎ、い
ずれの場合も体積効率の低下を免れる事ができない。

従がって機関の回転速度の例えば４０００ｒ．ｐ．ｍ．
以下の範囲において、作動室から吸気通路への吸気の逆
流を何らかの方法で防止する事ができるならば、その回
転速度までの体積効率が高まり、機関のトルクが増大す
る。

又、前記■を機関の回転速度の例えば５０００ｒ．ｐ．
ｍ．で適合する様に設計し、それ以下の回転速度の範囲
において作動室から吸気通路への吸気の逆流を何らかの
方法によって防止する事ができれば、トルク・出力は共
に増大する。

本発明は以上の様な目的を達成しようとしたものＮＯ．
３ で、以下図面に従って説明する。

第１図は本発明による内燃機関の一実施例で、機関の出
力軸・カム軸、又は電動機（モーター）で駆動されるポ
ンプ（例えばベーン形回転ポンプ）を備えている。

通路１２から吸入された吸気（空気）はポンプ１５によ
って圧縮され、ポンプ吐出側通路１６、ロータリ弁１７
、溝２１（弁棒案内２０の内壁に形成されている）を経
て、噴口２２から噴出する。

（Ａ−Ａ´線断面図を第２図に示してある）通路１２に
は気化器１０の絞弁１１と機械的に連動する小絞弁１３
が設置されており、絞弁１１が閉じた機関の低負荷域で
は小絞弁１３も閉じており、噴口２２からは小流量の吸
気が噴出するのみである。

ロータリ弁１７は機関出力軸の回転の１／２に減速して
駆動され、吸気行程における機関の作動室４（シリンダ
ーヘッド１、ピストン２、シリンダー３により形成され
る空間）の容積が最大となる時期（ピストン２の下死点
位置）の近傍でロータリ弁１７に形成された連通路１８
がポンプ吐出側通路１６にＮＯ．４ 連通し（ポンプ吐出側通路１６を開き）、ポンプ１５か
ら圧送されてくる吸気を噴口２２から噴出させ、作動室
４と吸気通路（吸気ポート８、吸気管９等）との連通が
遮断される時期の近傍、即ち吸気弁５が全閉する時期の
近傍においてポンプ吐出側通路１６を閉鎖して、噴口２
２からの吸気の噴出を停止させる様になっている。

（この場合、ポンプ１５から圧送されてくる吸気をロー
タリ弁１７を介して、二点鎖線示の如く噴口２３から噴
出させても良い） 今、絞弁１１が（従って小絞弁１３も）十分に開いた機
関の高負荷域において吸気弁５が全閉する少し前の時期
を考えると（この時は既にピストン２が上昇行程中にあ
る）、作動室４の吸気は吸気ポート８へ逆流しようとす
るが、前述の如く噴口２２からは吸気の高速気流が作動
室４へ向って激しく噴出している為、吸気の逆流が妨げ
られ、そのまま吸気は作動室４に滞留する。

従って機関の高負荷低速（又は中速）域における体積効
率は高まり、トルクが増大する。

ＮＯ．５ 又、噴口２２からの吸気の噴出速度を極めて高くし、吸
気弁５の弁傘部における吸気流速を大とすると（例えば
音速の１／２程度）、吸気の慣性により吸気弁５が全閉
する直前の作動室４の圧力を大気圧以上にする事ができ
、より一層高トルクが得られる。

もし、機関の高負荷高速域において噴口２２からの吸気
の高速気流が吸気ポート８における吸気の円滑な流れを
妨げるならば（抵抗となるならば）、噴口２２からの吸
気の噴出を停止させる様にする。

この様に本発明によれば、機関の低速（又は中速）域に
おけるトルクを増大させる事ができると共に、最大トル
クが発生する回転速度（最高体積効率が得られる回転速
度）をより高速側に移して出力を増加させる事ができる
。

例えば、機関の低速（又は中速）域におけるトルクを低
下させる事なしに吸気弁の閉弁時期を出力軸角度でピス
トンの下死点後５５度〜７０度と大幅に遅らせ（通常は
５０度以下である）、出力を増加させる事ができるので
ある。

ＮＯ．６ 又、これにより吸気弁が開いている期間が長くなり、カ
ム形状をなだらかな曲線とし、弁揚程をより大きくして
一層高出力を得る事が可能となる。

次に、ポンプ１５に吸入される吸気の流量（吐出流量）
を制御する方法としては、図示の如く絞弁１１と連動す
る小絞弁１３を設置する他に、二点鎖線示の如く絞弁１
１が最小開度の時は第１吸気孔ａからのみ吸気をポンプ
１５に吸入させ、絞弁１１が開くに従って第２吸気孔ｂ
からも吸入させる様にする事が考えられる（第１吸気孔
ａは設けなくても良い事がある）。

前者の場合、絞弁１１がその最小開度からある程度開い
た後に小絞弁１３がこれと共に開く様にしても良いし、
絞弁１１がある程度開いたら小絞弁１３は全開する様に
しても良い（小絞弁１３を吸気管９の負圧を感知して作
動するダイアフラム装置で開く様にしても良い）。

又、通路１２に小絞弁１３を設置する代りに、二点鎖線
示の如く空気ジェット１４を設置する事も考えられる。

ＮＯ．７ もし絞弁１１の下流側を流れる吸気をポンプ１５に吸入
させる様にすれば、これらの事（小絞弁１３を設置する
事等）は不要となる。

ロータリ弁１７の代りにカム、ロッカーアーム（図示せ
ず）で駆動される開閉弁を使用した実施例を第３図に示
す。

即ち第３図において、開閉弁２６は吸気行程におけるピ
ストンの下死点位置の近傍時期に下方へ移動して、ポン
プ吐出側通路１６を開き（連通させ）、ポンプから圧送
されてくる吸気を孔２５、連通路２４、溝２１を経て、
噴口２２から噴出させる（この時、吸気弁５は全閉する
少し前の時期にあるから、孔２５、連通路２４、溝２１
は互いに連通している）。

これにより機関の高負荷低速（又は中速）域における吸
気の逆流が防止され、体積効率を高めてトルク・出力を
増大させる。

吸気弁５が開き始めると連通路２４は孔２５、溝２１に
連通するが、開閉弁２６が閉じているので噴口２２から
は吸気が噴出しない。

又、吸気弁５が完全に閉じれば弁棒大径部１９ｂが孔２
５を閉鎖するので、噴口２２からの吸気の噴出は停止す
る（この時、開閉弁２６は開いていても良い）。

吸気弁５が全閉した時、弁棒大径部１９ｂが孔２５を完
全に閉鎖する為には、弁棒大径部１９ｂの孔２５を閉鎖
する位置に第４図に示す如く、外側に強く張り出す気密
リング２７を備える様にすると良い。

２８は気密リング２７の合口、２９は溝２１に嵌り込ん
で合口２８が孔２５に一致しない様にする為の突起、３
０はサークリップである。

次に、本発明はポンプから圧送されてくる吸気の高速気
流によって、機関の作動室の残留ガス（残留燃焼ガス）
を掃気する様にする事ができる。

これを第５〜７図に示す。

先ず第５図において、機関の排気行程において作動室の
燃焼ガスを殆ど排気弁から排出して排気行程からの吸気
行程へ移り変る変換点（ピストンの上死点位置）の近傍
になると、ロータリ弁１７に形成されたもう１つの連通
路３１がポンプ吐出側通路１６´を開く（連通させる）
ので、ポンプから圧送されＮＯ．９ てくる吸気は溝２１を経て一定期間噴口２２から作動室
へ噴出し、残留ガスを掃気する（もちろん、残留ガスの
吸気ポート８への逆流も防止される）。

これにより機関の低負荷域においては新気に対する残留
ガスの割合が少なくなり、薄い混合気でも安定燃焼させ
る事ができるから、燃費が向上（改善）する。

１８は連通路を示し、第１図で説明した通り吸気行程に
おけるピストンの下死点位置の近傍時期にポンプ吐出側
通路１６を開き、ポンプから圧送されてくる吸気を噴口
２２から作動室へ噴出させ、吸気ポート８への吸気の逆
流を防止し、体積効率を高めてトルク・出力を増大させ
るものである。

（連通路３１を通過してきた吸気は、噴口２２でなく別
に設けた噴口から噴出させる様にする事も考えられる）
。

この時、吸気弁５の開き始めは早く開き、全閉する少し
前の時期からはゆっくりと閉じさせて、前者の場合（作
動室の残留ガスを掃気する事）よりも後者の場合（作動
室の吸気の吸気ポートへの逆ＮＯ．１０ 流を防止する事）の方により多量の吸気を噴出させる様
にするのが良い（この事は次に述べる第６・７図におい
ても同様である）。

第６、７図は、ロータリ弁１７の代りに各々弁棒大径部
１９ａ・１９ｂ、開閉弁３２（吸気弁５を開閉するカム
で駆動される）を使用して、第５図と同様の作用を行う
様にしたものである。

即ち、機関の排気行程から吸気行程へ移り変る変換点（
ピストンの上死点位置）の近傍で吸気弁５が開き始める
と、第６図では孔２５、連通路２４、溝２１が互いに連
通し、又第７図ではポンプ吐出側通路１６が開閉弁３２
により開かれ（連通路３３が連通し）、ポンプから圧送
されてくる吸気は各々噴口２２、２３から機関の作動室
へ一定期間噴出し、残留ガスを掃気する。

そして直ちに弁棒大径部１９ａにより孔２５が閉鎖され
、又第７図では大径部３４によりポンプ吐出側通路１６
が閉鎖され、吸気の噴出が一時停止する。

続いて吸気弁５が閉じ始め、ピストンの下死点位置の近
傍時期になると、再び孔２５が開かれ（連通路２４が連
通し）、又第７図ではポンプ吐出側通路１６が再び開か
れ（連通路３３が連通し）、ポンプから圧送されてくる
吸気は各々噴口２２、２３から作動室へ噴出し、吸気の
吸気ポート８への逆流が防止されて機関のトルク、出力
を増大させるのである。

尚第７図の場合、噴口２３は複数個設置しても良い。

以上、第１図から第７図までに述べた発明はディーゼル
機関にも適用される事は言うまでもない。

第８図に示す本発明は更に、ポンプから圧送されてくる
吸気の高速気流によって気化器等の燃料供給装置から供
給された燃料をも微粒化する様にしたものである。

例えば第１図において、ポンプ１５から圧送されてくる
吸気を第８図に示すノズル３６へ導びく様にしている。

即ち第１、８図において、ノズル３６はポンプ１５から
圧送されてくる吸気が噴出するノズルで、気化器１０か
ら機関の作動室４へ到る吸気通路（吸気管９、吸気ポー
ト８等）の内壁に付着する液状燃料を燃料ノズル３５に
より吸上げ、これに高速気流を衝突させて微粒化するも
のである（気化器１０から噴出した燃料は燃料粒子のも
つ自重・慣性等の理由の為、吸気通路の屈曲部の底部９
´に付着して液状燃料となる事が多い）。

ポンプ１５から圧送されてくる吸気の圧力がたとえ正圧
であっても、ノズル３６から吸気が高速度で噴出すると
先ず周囲の圧力まで減圧され、続いてそれ自身のもつ運
動エネルギーによって周囲の圧力よりも低くなって、吸
気通路の内壁に付着した液状燃料を燃料ノズル３５から
吸上げ、これを微粒化する事ができるのである。

燃料の微粒化を更に促進する為には、燃料ノズル３５又
はノズル３６にらせん溝を形成し、燃料又は吸気がらせ
ん運動を描きながら噴出する様にすれば良い。

燃料供給装置が燃料噴射装置である場合は、ポンプ１５
から圧送されてくる吸気の高速気流を燃料噴射弁（図示
せず）より噴射された燃料に衝突させて微粒化する様に
する。

この様に本発明によれば、燃料供給装置から供給ＮＯ．
１３ された燃料が極めて良く微粒化されるので、気化が促進
されて完全燃焼が可能となり、燃費を大幅に向上（改善
）させる事ができる。

尚第１、８図においては、機関の始動時には燃料の微粒
化をより促進する為に、ポンプ１５から圧送されてくる
吸気をノズル３６からのみ噴出させる様にしても良い。

第３〜７図においても、同様に燃料供給装置から供給さ
れた燃料を微粒化する事ができる。

第９図は本発明をロータリピストン機関に適用したもの
である。

即ち第９図において、ロータリピストン３７が回転して
機関の作動室４０（ロータリピストン３７、ローターハ
ウジング３８、サイドハウジング３９により形成される
空間）が吸気行程に移り、作動室４０の容積が最大とな
る時期の近傍になると、ロータリ弁４４（図では機関の
出力軸の回転の１／２に減速して駆動されている）に形
成された連通路４５がポンプ吐出側通路４３を開き（連
通し）、ポンプ（図示せず）から圧送されてくる吸気は
噴口４６から作動室ＮＯ．１４ ４０へ激しく噴出する。

これにより、作動室４０と吸気通路４２との連通が遮断
される時期（ロータリピストン３７が吸気通路４２の作
動室４０へ開口する開口部５０を閉鎖する時期）までの
吸気の吸気通路４２への逆流が防止される。

従って、機関の高負荷低速（又は中速）域における体積
効率を高め、トルクを、更に進んでは出力を増大させる
事ができる。

又、噴口４６からの吸気の噴出速度を極めて大きくし、
ロータリピストン３７が開口部５０を閉鎖する直前の作
動室４０の圧力を大気圧以上にして、より一層高トルク
、高出力を得る事ができる。

この発明においても、ロータリピストン３７が回転して
排気行程から吸気行程へ移り変る変換点の近傍時期にな
った時、二点鎖線示の如くロータリ弁４４に形成された
もう１つの連通路４８がポンプ吐出側通路４７を開く（
連通する）様にすれば、ポンプから圧送されてくる吸気
が噴口４９から作動室４０へ噴出し、残留ガスを掃気し
て燃費を向上させる事ができる。

ＮＯ．１５ （この場合、噴口４９を複数にし作動室４０をまんべん
なく掃気させる様にしても良い） 尚、吸気通路４２はサイドポート式であるが、ペリフェ
ラルポート式にしても良い。

又、第９図に示した発明においても、気化器等の燃料供
給装置から供給された燃料を第８図で説明した方法によ
って微粒化する事が考えられる。

以上、本発明はポンプから圧送されてくる吸気の高速気
流によって機関に作動室から吸気通路への吸気の逆流を
防止する様にした内燃機関において、（１）ポンプから
圧送されてくる吸気の高速気流によって、作動室の残留
ガスを掃気する事。

（２）ポンプから圧送されてくる吸気の高速気流によっ
て、燃料の微粒化を促進する事。

（３）ポンプから圧送されてくる吸気の高速気流によっ
て、作動室の残留ガスを掃気する事及び燃料の微粒化を
促進する事。

の３つの作用を付加する事が可能である。

本発明は以上の如く、機関の作動室へ通ずる吸気通路を
有する内燃機関において、作動室よりも上流側の作動室
近傍位置に吸気が噴出する噴口を形成し、吸気行程にお
ける機関の作動室の容積が最大となる時期の近傍から作
動室と吸気通路との連通が遮断される時期の近傍までの
期間にポンプから圧送されてくる吸気を前記噴口から一
定期間噴出させて、これにより作動室から吸気通路への
吸気の逆流を防止する様にしたので、体積効率を高めて
機関のトルク、出力を増大させる事ができる。

又、排気行程から吸気行程へ移り変る変換点の近傍で、
ポンプから圧送されてくる吸気を機関の作動室へ一定期
間噴出させて残留ガスを掃気する様にしたり、ポンプか
ら圧送されてくる吸気の高速気流を燃料供給装置によっ
て供給された燃料に衝突させて微粒化する様にすれば、
機関の燃費を大幅に向上（改善）させる事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１・３・５・６・７・８・９図は本発明による内燃機
関の断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ´線断面図、第４
図は吸気弁の正面図である。 １はシリンダーヘッド、２はピストン、３はシリンダー
、４・４０は作動室、５は吸気弁、６は排気弁、７・４
１は点火栓、８・９・４２は吸気通路、１０は気化器、
１１は絞弁、１２は通路、１３は小絞弁、１４は空気ジ
ェット、１５はポンプ、１６・１６´・４３・４７はポ
ンプ吐出側通路、１７・４４はロータリ弁、１８・２４
・３１・３３・４５・４８は連通路、１９は弁棒、２０
は弁棒案内、２１は溝、２２・２３・４６・４９は噴口
、２５は孔、２６・３２は開閉弁、２７は気密リング、
２８は合口、２９は突起、３０はサークリップ、３４は
大径部、３５は燃料ノズル、３６はノズル、３７はロー
タリピストン、３８はローターハウジング、３９はサイ
ドハウジング、５０は開口部、ａは第１吸気孔、ｂは第
２吸気孔、１９ａ・１９ｂは弁棒大径部、９´は吸気通
路の屈曲部の底部である。 特許出願人　北村修一

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）機関の作動室へ通ずる吸気通路を有する内燃機関
   において、作動室よりも上流側の作動室近傍位置に吸気
   が噴出する噴口を形成し、吸気行程における機関の作動
   室の容積が最大となる時期の近傍から作動室と吸気通路
   との連通が遮断される時期の近傍までの期間にポンプか
   ら圧送されてくる吸気を前記噴口から一定期間噴出させ
   て、これにより機関の作動室から吸気通路への吸気の逆
   流を防止する様にした事を特徴とする内燃機関。