JPS589250B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃機関特に自動車用内燃機関の改良に関す
るものである。

従来の自動車用内燃機関では、アイドル運転時及び軽負
荷運転時に、スロットル弁の開度が小さく吸気量が少量
であるため、吸入行程において吸気マニホルドからシリ
ンダ内に流入する混合気の速度が低く、従ってシリンダ
内における混合気のスワールも弱い。

この結果、通常圧締行程の終期に行われる点火時に、シ
リンダ内に残存する混合気のスワールも弱くなり、着火
及び燃焼性が但くなるので、安定なエンジンの運転を確
保するためには中及び高負荷運転時よりも空燃比が小さ
い混合気を供給する必要があり、燃費の増大を招くだけ
でなく、濃混合気の不完全燃焼のために排ガス中のＣＯ
、ＨＯが増加する不都合がある。

又近来、エンジンの排ガス中の００，ＨＣ特にＮ Ｏ
ｘを減少させることを目的として、理論混合比よりも充
分稀薄な混合気を燃焼させることが提案され、また排ガ
ス中のＮ Ｏ ｘを減少させることを目的として排ガス
の一部をエンジンの排気系から抽出して混合気中に混合
し燃焼させることも提案されているが、何れの場合にも
混合気の着火性、燃焼性が低くなるために、アイドル運
転及び軽負荷運転時におけるドライバビリテイが低下し
，燃費も悪化する不都合があった。

特公昭４７−２４０４１号に示される先行技術は、濃混
合気と空気又は希薄混合気とを別経路でシリンダ内に吸
入し、両者は着火時点まで混合されないようにして、着
火面前には濃混合気を点火プラグ周辺に導びき、空気又
は希薄混合気は点火プラグから離れた場所に導ひき、濃
混合気に点火して着火燃焼性を良好にし、総合の空燃比
が犬の希薄燃焼を達成するものであるが、このような技
術ｆこよれば運転状態に関係なく常に良好な層状化を達
成して点火プラグ付近に濃混合気を導びくために装置及
び制御が複雑になるという欠点がある本発明は、シリン
ダ内に気体を噴射する簡単な副吸気系を付加する構成に
より着火燃焼性を改善するもので、しかも上記層状燃焼
とは全く異なる燃焼方式の改良に関するものである。

すなわち、点火プラグ付近の掃気、及び点火時における
プラグ付近での吸気の流動による着火性の向上、噴射気
体により吸入混合気に与えられる強力な渦流あるいは乱
流の発注による燃焼性の改善により、ドライバビリテイ
を悪化することなく希薄燃焼を達成して燃費を向上し、
有害ガスの排出量を低減する燃焼方式の改良に関するも
のである。

本発明は上記に鑑み提唱されたものであって、主吸気通
路を介して吸気が供給される燃焼室内に虞火プラグの火
花間隙を臨ませるとともに、上記燃焼室内に面接開口し
且つ上記上記火花間隙近傍に開口するとともに該火花間
隙近傍に指向する噴射孔を設け、同噴射孔からは吸気行
程時燃焼室内に発生する負圧による吸い込みで気体が噴
出される内燃機関において、上記噴射孔に接続された副
吸気通路、上記副吸気通路に介装され同副吸気通路を開
閉する副吸気弁、上記副吸気通路に空気を供給する空気
供給源、上記副吸気通路に空気と燃料の混合気を供給す
る混合気供給源、上記副吸気通路の空気供給源に接続さ
れる通路に介装された制御弁、機関の斥なくとも高負荷
運転時に上記制御弁を閉方向に作動させる作動機構を備
えたことを特徴とする内燃機関を要旨とするものである
。

上記本発明に係るエンジンによれば、特にアイドリング
時及び軽負荷運転時には、スロットル開度が小さいため
、スロットル弁の絞り作用が大で主吸気通路からの吸気
流入速度は緩かで吸気量が少なく吸気行程において燃焼
室内は高負圧となり，副吸気通路に導かれた気体はこの
強力な燃焼室内負圧に引かれて噴射孔より燃焼室内の設
定方向ｔこ向かって噴射され、燃焼室内に強力な渦流あ
るいは乱流が発生して燃焼速度が上昇し、希薄燃焼限界
が伸長して燃費が改善され、また燃焼室内に配置された
点火プラグの火花間隙周辺に上記噴射孔からの噴流が作
用すると燃焼ガスの掃気が行われて着火性が向上すると
ともに、同掃気作用によって希薄燃焼限界が伸長される
。

従って、混合気の分配性が悪く、しかも燃焼室壁温か低
くて燃焼性が悪いアイドリングあるいは軽負荷運転領域
において希薄燃焼を行っても出力低下および燃費増大が
最小限に押えられ、また空燃比増大により燃焼温度が低
下してＮ Ｏ ｘの発生量が極度に低減される。

また本発明に係るエンジンでは、上記副吸気通路ｌこ供
給される気体として空気および空気一燃料混合気を使用
し、上記副吸気通路の空気供給源に接続される通路に介
装された制御弁と機関の種々の運転状態に応じて上記制
御弁の開閉制御を行う作動機構によって、高出力を必要
とする運転領域においては、上記制御弁を閉作動させて
上記通路を閉塞し、燃焼室内への空気の導入を遮断し、
副吸気通路へ空気一燃料混合気のみを導入することｌこ
より、燃料の蒸発潜熱で噴射孔が冷却され、その結果、
噴射孔の過熱によるノックの発生が防止され、従って上
記副吸気通路へ空気一燃料混合気を導入することで燃焼
室内へ吸入される混合気の総合の空燃比を下げて上記運
転領域に適した高出力を得ることができる。

また、高出力を必要とせず、燃費が重要視される運転領
域においては、上記制御弁を開作動させて上記通路を開
放して、吸気行程時の燃焼室内に多量の空気を含む気体
を噴射させることｆこより燃焼室内に強力な渦流あるい
は乱流を発生させ、希薄燃焼限界を伸長させて燃費を向
上あせることができる。

さらに、上記混合気供給源を、上記気化器のフロート室
に連通ずる燃料通路と、大気に連通ずる空気通路または
上記気化器のベンチュリのと部に開口する空気通路と、
上記燃料通路及び空気通路のそれぞれに介装されたオリ
フイスと、上記両通路に連通されるとともに上記副吸気
通路に連通された主燃料通路と、同主燃料通路と上記ベ
ンチュリのと部とを連通ずる負圧通路と、同負圧通路に
介装されたオリフイスとから構成すれば、特に副吸気通
路へ空気一燃料混合気のみを導入させる運転領域におい
て、同空気一燃料混合気の空燃比制御が非常に簡単な装
置で可能となり、また、オリフイスの絞り量を種々に変
えるだけで空燃比調整が容易に行え、しかも、機関の種
々の運転状態に応じた空燃比特性を簡単に変えることが
できるという効果を奏する。

次に本発明の実施例装置を図面に従って詳細に説明する
。

なお、各図中、同一または均等部分には同一符号を付し
た。

第１図〜第２図に示す本発明の実施例において１０は自
動車用ガソリン内燃機関の本体、１２はシリンダヘッド
、１４はシリンダブロック、１６はピストン、１８は燃
焼室、２０は点火プラグ、２２は主吸気ポート、２４は
排気ポート、２６は主吸気弁、２８は吸気マニホルド、
３０は気化器３２はエアクリーナ、３３は混合気供給源
である．シリンダヘッド１２には燃焼室１８Ｉこ開口す
る噴射孔３４が穿設され、同噴射孔は点火プラグ２０の
火花間隙３６泊下に指向されるとともにピストン１６の
頂面と例えば３０°〜６０°程度の設定角度を有してピ
ストン１６方向に指向されているまた、同噴射孔３４は
副吸気弁３８を介して副吸気通路４０に接続されている
。

主吸気弁２６および副吸気弁３８は共に同一のロッカア
ーム４２により駆動されるキノコ弁で、同ロツカアーム
はロツカシセフト４４に嵌合され，図示しない機関のク
ランクシセフトに連動して回動されるカムシセフト４６
に設けられたカム４８に当接して揺動ずる。

また、上記ロッカアーム４２のカム４８への当接面とは
反対側のアーム部は２叉に分岐し、各分岐部にはそれぞ
れアジャストスクリュ５０．５２が螺着され、一方のア
ジャストスクリュ５０端面ば主吸気弁２６の弁棒上端面
に当接し、他方のアジャストスクリュ５２端面は副吸気
３８の弁棒端面に当接している。

なお、５４．５６はバルブスプリング、５８，６０はス
プリングシ一ト、６２は副吸気弁３８のバルブガイドで
ある。

エアクリーナ３２より気化器３０および吸気マニホルド
２８を介して吸気ポート２２に連通する主吸気通路６４
の気化器部分にはベンチュリ６６およびスロットル弁６
８が配置されている。

スロットル弁６８の全閉位置近傍の吸気通路内壁には主
としてアイドル時あるいは軽負荷時に燃料を供給するア
イドルポート７０およびスローポート７２が穿設されて
おり、同アイドルポート７０およびスローポート１２は
スロー燃料系通路７４に接続されている。

また、上記アイドルポート７０にはアジャストスクリュ
ー７６が設けられ、上記スローポート１２の上流側スロ
ー燃料系通路７４にはバイパススクリュー７８が設けら
れている、８０はメインジェット、８２はメインウエル
、８４は上記ベンチュリ６６に連通するメインノズル、
８６はチョーク弁，８８はフロート室９０内に設けられ
たフロートである。

また、混合気供給源３３は次のように構成されている。

即ち、上記フロート室９０にオリフイス９２を介して連
通された燃料通路９４、主吸気通路６４に設けられたベ
ンチュリのど部９６に開口された空気通路９８及び上記
ベンチュリのど部９６より上流側の主吸気通路６４に開
口された空気通路１００は上記フロート室９０の燃料液
面より高位置の混合部１０２において集合され、同混合
部１０２は主燃料通路１０４に連通され、同主燃料通路
１０４は上記副吸気通路４０に連通されたパイプ１０６
に接続され、上記空気通路９８にはオリフイス１０８が
、上記空気通路１００にはオリフイス１１０が、さらに
上記主燃料通路１０４にはオリフイス１１２がそれぞれ
介装されており、上記主燃料通路１０４のオリフイス１
１２より下流側の連通部１１４において上記ベンチュリ
のど部９６に開口された負圧通路１１６が連通され、同
負圧通路１１６にはオリフイス１１８が介装されている
。

また、上記主燃料通路１０４の連通部１１４より下流側
には流量調整用のオリフイス１２０が介装されている。

上記副吸気通路４０に連通されたパイプ１０６は、制御
弁１２２を介して上記チョーク弁８６より上流側の主吸
気通路６４に連通されている。

上記制御方１２２は、ロツド１２４を介してダイヤフラ
ム装置１２６のダイヤフラム１２８に装着され、同ダイ
セフラム１２８の揺動により開閉作動が行われる。

上記ダイセフラム装置１２６のダイセフラム１２８によ
って仕切られた２室１３０，１３２の一方の室１３０は
開口１３４を介して大気に開放され、他方の室１３２は
パイプ１３６を介して上記主吸気通路６４の吸気マニホ
ルド２８部に設けられたポート１３８に連通されている
。

また、上記他方の室１３２には、上記制御弁１２２を常
に閉方向へ付勢するスプリング１４０が内装されている
。

また上記パイプ１０６の上記主燃料通路１０６が接続さ
れた部分より上流側には、空気流量を調整するためのオ
リフイス１４２が介装されている。

上記構成によれば、エアクリーナ３２から主吸気通路６
４に吸入された空気の大部分が気化器３０において燃料
と所定の空燃比に混合されて吸気ポート２２から燃焼室
１８に吸入される。

一方，上記吸入空気の一部は、上記制御弁１２２が開放
されているとき、パイプ１０４を介し副吸気通路４０か
ら噴躬孔３４に勇びかれ、同噴射孔３４から燃焼室１８
内に噴射される。

また、上記混合気供給の３３からの混合気もパイプ１０
４を介して副吸気通路４０から噴射孔３４に導びかれ、
同噴射孔３４から燃焼室１８内に噴射される。

なお、上記混合気供給源３３においては、フロート室９
０内の燃料が副空気通路４０内に発生する負圧すなわち
吸気行程時の魅焼室１８内負圧による吸引により上記副
空気通路４０へ供給されるが、まず、オリフイス９２に
より調量された燃料が燃料通路９４を通って混合部１０
２に導び力１れ、またこの混合部１０２にはオリフイス
１０８により調量された空気が空気通路９８を通り、オ
リフイス１１０により調量された空気が空気通路１００
を通って導びかれ、上記混合部１０２において燃料がブ
リージングされた後主燃料通路１０４を流下し、オリフ
イス１１２により調量され、途中オリフイス１１８によ
り調量された空気が空気通路１１６を通って主燃料通路
１０４に流入し、同流入空気と再度ブリージングされた
後、再びオリフイス１２０により調量された後、所望の
空燃比となった混合気が上記副吸気通路４０に供給され
る。

上記噴射孔３４からの空気および混合気の噴射量、噴流
の強さはスロットル弁６８の開度すなわち機関の負荷に
応じて変化する。

即ち、スロットル開度が小さいアイドリング時あるいは
軽負荷運転領域ではスロットル弁６８の絞り作用により
主吸気通路６４から供給される混合気量が少なく、燃焼
室１８および吸気マニホルド２８には吸気行程中に高負
圧が発生し、上記吸気マニホルド２８の高負圧がパイプ
１３６を介してダイヤフラム装置１２６の室１３２に導
通され、スプリング１４０の付勢力に抗してダイヤフラ
ム１２８が第１図において左方へ吸引されて、制御弁１
２２が開となる。

ベンチュリのど部９６上流側の主吸気通路６４は略大気
圧であり、上記の如く燃焼室１８内には高負圧が発生す
るため、圧力差により多量の空気がオリフイス１４２に
より流量調整された後、副吸気通路４０を介して噴射孔
３４から燃焼室１８内に強力に噴出される。

一方、上記混合気供給源３３においては、燃焼室１８内
の負圧が大きいので、主燃料通路１０４より副吸気通路
４０に流入する混合気量が増大するが、ベンチュリのど
部９６における負圧すなわちベンチュリブーストが低い
ため、このベンチュリのど部９６から空気通路９８及び
負圧通路１１６を介して主燃料通路１０４に流入する空
気流量が増大してフロート室９０より主燃料通路１０４
に流入する燃料流量が減少し、その結果副吸気通路４０
へ供給される燃料流量は少ない。

即ち、機関のアイドリング時および軽負荷運転領域では
、副吸気通路４０を介して上記噴射孔３４から噴射され
る気体は、その大部分が空気となる。

従って、上記噴射孔３４から噴射される気体（微量の燃
料を含んだ気体）の噴出流は、点火プラグ２０の火花間
隙３６近傍を通過することにより同間隙３６周囲の既燃
ガスを掃気するとともに、主吸気通路６４より吸気ポー
ト２２を介して吸入された混合気に強力な渦流あるいは
乱流を与え、この渦流あるいは乱流は圧縮行程中にも残
存し、点火後の火焔伝播を助ける役目をする。

この結果、従来の機関に比較して火焔伝播速度が向上し
て失火限界が飛躍的に拡張され、燃費が改善されるとと
もに、主吸気通路６４より吸入される混合気を希薄化し
た場合でも出力低下が少なくドライバビリテイが向上す
る。

また、スロットル開度が大きい高負荷運転領域において
は、スロットル弁６８による絞り作用が小さく、主吸気
通路６４を介して多量の混合気が燃焼室１８内に吸入さ
れるため，吸気行程時の燃焼室１８内負圧およびマニホ
ルド負圧が小さくなる。

このため、上記制御弁１２２はスプリング１４０の付勢
力によって閉となり、ベンチュリ６６上流側から副吸気
通路４０への空気の流入が遮断される。

一方，上記混合気供給源３３においては、燃焼室１８内
負圧が小さくなるので、主燃料通路１０４より副吸気通
路４０へ流入する混合気量は減少するが、ベンチュリブ
ーストが高いためベンチュリのど部９６より主燃料通路
１０４に流入する空気流量も減少し、その分だけフロー
ト室９０より主燃料通路１０４に流入する燃料流量が増
大し、その結果副吸気通路４０へ供給される燃料流量は
多くなる。

即ち、機関の高負荷運転領域では、副吸気通路４０を介
して上記噴射孔３４から噴射される気体は燃料を多く含
んだ混合気となる。

従って、上記副吸気通路４０からの噴射量および噴出力
は低下し噴出流による渦流効果も減少するが、この場合
には吸気効率が大で、しかも主吸気通路６４より供給さ
れる混合気が吸気ポート２２より燃焼室１８に流入する
時強力な渦流あるいは乱流を生じ、また燃焼室１８の内
壁の温度も上昇するため、特に噴射孔３４からの噴流に
より強い渦流や乱流を発生させなくても火焔伝播速度が
高く燃焼性は良好である。

その上、上記噴射孔３４からは燃料を多く含んだ混合気
が噴躬されるので、燃料の蒸発潜熱で噴射孔３４が冷却
されて噴射孔３４の過熱によるノックの発生が防止され
その結果燃焼室１８へ吸入される混合気の総合の空燃比
を下げることが可能となり、上記燃料を多く包んだ混合
気の噴射により高負荷運転領域に適した高出力を得るこ
とができる。

以上より明らかなごとく、本実施例によれば、燃焼室１
８の内壁温度が比較的低く、吸入効率が悪い等燃焼条件
の悪い軽負荷運転領域において、総合空燃比が１５〜２
１程度の希薄混合気とした燃焼性の悪い混合気でも安定
的に燃焼させることができ、この際噴射孔３４からの強
力な気体噴射により強い渦流または乱流が発生すること
によりＮＯｘの発生量が増大することなく燃焼速度が向
上して燃焼完了時間が短縮され、燃費が低減されるとと
もにドライバビリテイが向上し、しかもＨＣ，ＣＯ等の
未燃焼ガスの排出量も低減されるという効果を奏する。

゛また、高負荷運転領域においては、噴射孔３４から燃
料を多く含んだ混合気を噴射して、燃料の蒸発潜熱によ
り噴射孔３４を冷却し、噴射孔３４の過熱によるノック
の発生を防止し、しかも上記燃料を多く含んだ混合気の
噴射により高出力が得られるという効果を奏する。

さらに、本実施例によれば、従来の気化器に構造が簡単
で調整の容易な混合気供給源３３を付加するだけで、副
吸気通路４０に吸入される混合気の制御を行うことがで
きる。

その上、上記混合気供給源３３の各通路に介装されたオ
リフイス９２，１０８，１１０，１１２及び１１８の絞
り量を調整すれば、例えば制御弁１２２を常に閉塞させ
た場合に、第３図に破線で示す如く、燃焼室１８内に供
給される混合気の空燃比を、機関の運転状態に関係なく
常に一定に近く保持することが可能であり、また、吸気
量に比例的に混合気濃度を増大させたり、逆に減少させ
たりすることも可能である。

さらに、オリフイス１２０の絞り量を調整すれば、副吸
気通路４０に吸入される混合気量を種種の機関に応じて
簡単に変更することができる。

なお、第３図は制御弁１２２を常に閉塞させた場合の燃
焼室１８内に吸入される混合気の空燃比特性を示してお
り、横軸にはアイドリング時からのスロットル弁開度、
縦軸には空燃比をとったものであり、実線は気化器３０
のみによる空燃比特性、破線は混合気供給源３３と気化
器３０とによる空燃比特性である。

なお、上記実施例においては、第１図に示すような副吸
気通路４０を副吸気弁３８を介して直接噴射孔３４１こ
接続した構成の気化器付内燃機関に本発明を適用した場
合を示したが、第４図に示す如く、副吸気通路４０を副
吸気弁３８および噴射室１５０を介して噴射孔３４に接
続した構成の気化器付内燃機関ｌこおいて、副吸気通路
４０を上記実施例におけるパイプ１０６に接続すれば、
上記実施例と同様の効果を奏することができる。

なお、上記噴射室１５０は、点火プラグ２０による点火
後、一部の火焔が噴射室１５０内に進入し、同噴射室１
５０内は急激に燃焼されて高温高圧となり、火焔が勢い
よく噴射孔３４から燃焼室１８内に押し出され、この時
に生じる噴流が燃焼室１８内で進行中の燃焼をより促進
するという効果を持たせるために設けられたものである
。

また、上記実施例においては、本発明を気化器付４サイ
クル内燃機関に応用した場合を示したが、本発明はこれ
に限られるものではなく、２サイクル内燃機関、燃料噴
射装置付内燃機関等の柚々の火花点火式内燃機関に応用
できるものであり、混合気供給源３３も上記実施例に示
す構造に限られるものでなく、従来と同様の気化器等の
混合気生成装置を別個に設けてもよいことは言うまでも
ない。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明一実施例の構造を示す断面
図、第３図は上記実施例において燃焼室１８内に吸入さ
れる混合気の空燃比特性を示す説明図、第４図は本発明
の他の実施例を示す要部断面図である。 １２・・・・・・シリンダヘッド、１４・・・・・・シ
リンダブロック、１６・・・・・・ピストン、１８・・
・燃焼室、２０・・・・・・点火プラグ、２２・・・・
・・吸気ポート、２４・・・・・・排気ポート、３０・
・・・・・気化器、３４・・・・・・噴射孔、３６・・
・・・・火花間隙、３８・・・・・・副吸気弁、４０・
・・・・・削吸気通路、６４・・・・・・主吸気通路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 主吸気通路を介して吸気が供給される燃焼室内に点
   火プラグの火花間隙を臨ませるとともに、上記燃焼室内
   に直接開口し且つ上記火花間隙近傍に開口するとともに
   該火花間隙近傍に指向する噴射孔を設け、同噴射孔から
   は吸気省程時燃焼室内に発生する負圧による吸い込みで
   気体が噴射される内燃機関において、上記噴射孔に接続
   された副吸気通路、上記副吸気通路に介装された同副吸
   気通路を開閉する副吸気弁、上記副吸気通路に空気を供
   給する空気供給源、上記副吸気通路に空気と燃料の混合
   気を供給する混合気供給源、上記副吸気通路の空気供給
   源に接続される通路に介装された制御弁、機関の少なく
   とも高負荷運転時に上記制御弁を閉方向に作動させる作
   動機構を備えたことを特徴とする内燃機関。 ２ 上記混合気供給源が、気化器のフロート室に連通す
   る燃料通路と、大気に連通する空気通路または上記気化
   器のベンチュリのど部に開口する空気通路と、上記燃料
   通路及び空気通路のそれぞれに介装されたオリフイスと
   、上記両通路に連通されるとともに上記副吸気通路に連
   通された主燃料通路と、同主燃料通路に介装されたオリ
   フイスと、同オリフイスより下流側の主燃料通路と上記
   ベンチュリのと部とを連通ずる負圧通路と、同負圧通路
   に介装されたオリフイスとを具備する上記特許請求の範
   囲第１項記載の内燃機関。