JPS59201920A - 液体燃料エンジン - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、液体燃料エンジンに関し、特に４サイクル
エンジンの燃料消費率の低減に関する。

近時、エンジンの燃料消費率を少なくしようとして種々
研究提案がなされているが、エンジンの燃料消費率をす
くなくするにはエンジンに供給された混合気の燃焼効率
を向上することが最も有効である。

ところで一般に液体燃料エンジンにおいては、エンジン
のシリンダ内に供給された混合気がガス化された燃料と
微粒状の燃料との混在状態のときに着火させると、混合
気は良好に燃焼して燃焼効率がよいと言われている。し
かし、混合気に含まれている液体燃料は、周知の如くガ
ソリン、軽油等の揮撥性に冨んだ油類であるため、周囲
の熱的環境から熱を吸収してガス化しやすく、エンジン
に供給した混合気を点火時に當にガス化された燃料と微
粒状の燃料との混在状態としておくことは困難である。

その理由は、シリンダ内の熱的環境が混合気のこのよう
な状態の維持に適さない状態にあるためである。しかし
、種々の使用状況下におかれるエンジンにおいて、でき
るだけこのようなガス化された燃料を微粒状の燃料との
混在状態を維持させることは、それだけ燃焼効率の向上
に寄与するので実用上からも燃料消費率を少さくするご
とができる。

この発明は、このような事情に着目してなされたもので
、エンジンに吸込まれた混合気を点火時になるべくガス
化された燃料微粒状の燃料との混在状態にするようにし
て燃焼効率を改善し、もって燃料消費率の向上を図ろう
とするものである。

この目的は、４サイクルエンジンであって、液体燃料を
吸気中に混入する燃料供給装置と、混合気の燃焼を迅速
に行わせるハアストバーン手段とを具備するものにおい
て、ピストン行程をシリンダ直径より大きくし、かつこ
のエンジンにおける混合気の燃焼をクランク角で上死点
から１００度以内に完了すべく構成することにより達成
することができる。

以下図に示す頭上弁式４サイクルエンジンにおける実施
例について説明する。尚、このエンジンは排気量が５０
ＣＣの少排気量エンジンであって比較的小型の自動２輪
車の原動機として用いるものである。■はエンジンで、
２はシリンダ、３はシリンダヘッド、４はピストンであ
る。シリンダ２は鉄製シリンダライナを備えたアルミニ
ウム合金製で、外周には空気冷却用フィン５が形成され
ている。シリンダヘッド３の下面は燃焼室の端壁を構成
し、この端壁面の略中夫には浅い球面形をなす凹部６が
形成されている。この凹部６には吸気口８、及び排気口
９及び点火プラグ装着穴１０が設けられている（第３図
参照）。ここで図面からあきらかなように、吸気口８の
口径の方が排気口９より大径にされている。これはシリ
ンダ２内への吸気の充填効率をたかめるためである。尚
、図中１１は吸気弁、１２は排気弁、１３は点火プラグ
を示し、これらの弁８．９は図示しないカム軸及び操作
杆を介してロッカアーム１４．１５を揺動させて開閉す
るようになっている。この吸気口８へは図示しない気化
気（燃料供給装置）を介してガソリン（液体燃料）が混
入された混合気が吸気通路１６を経て供給される。この
吸気口８に連なる吸気通路１６は第１図中りより下流に
おいて直線的に吸気口８に延びている。そのため、この
直線部分でシリンダ２内に供給される混合気の流動方向
を整え、混合気はシリンダ中心軸０方向に対して傾斜し
てシリンダ内に流入する。その結果シリンダ内において
混合気はシリンダ中心軸０まわりのスワールを生じこれ
が本発明で言うファストバーン手段としての機能を果た
す。ピストン４は周知の如くコンロノド１６を介してク
ランク軸１７を連動すべく構成してあり、ピストン４の
上面には浅い球面状の凹部１８がシリンダボア中心線０
から一例へ偏って配置されている。この凹部１８に対向
するように前記のシリンダヘッド例の四部６も配置され
、この凹部１８以外のピストン」二面はシリンダヘッド
３下面との間でスキッシュエリアを構成している。そし
て、これらの凹部６．１８の偏った側となるシリンダヘ
ッドには点火プラグ１３が配置されており、点火プラグ
１３の電極部分１９に比較的多量の圧縮された混合気が
確保されるため、点火プラグ１３による着火を良好にし
ている。このように構成されたエンジン１は第２図に実
線で示す上死点位置と想像線で示ず下死点位置との間の
距離（ピストン行程）Ｓがシリンダ直径りより大きく設
けられている。

次にこの実施例のエンジン作動を第５図で吸気〜圧縮行
程において説明する。

（ａ）吸気行程になると、まず吸気弁１１が開き吸気口
８から混合気がシリンダ２内に入る。

このとのピストン４は、上死点近傍に位置しているから
ビス、トン上面直上の空間に混合気が位置することにな
る。このようにピストン４直上の空間に供給された混合
気をこの明細書では先行混合気Ａと呼ふことにする。

この先行混合きＡは吸気通路１６がシリンダ中心軸０に
対し傾斜して設けられているためシリンダ２内でスワー
ルを生しる。（第５図（ａ）参照） （ｂ）そして、ピストンは移動速度を増しつつ下行する
ため先行混合気Ａは、スワールを継続しながらピストン
４直上の位置でピストンの移動に伴って下行する。この
先行混合気への下方への移動により、この先行混合気へ
の上方には吸気口から新たな混合気（以下本明細書では
後続混合気Ｂという）が充填される。

この後続混合気Ｂも先行混合気へと同様にスワールを生
している。（第５図（ｂ）参照ン（Ｃ）このようにして
吸気行程が終わると、吸気弁１１が閉止してピストンが
上昇する。このとき、先行混合気Ａ及び後続混合気Ｂは
慣性によりスワールが継続している。（第５図（Ｃ）参
照） （ｄ）このようにしてピストン４が上昇し上死点近傍に
なると、ピストンによって構成されている燃焼室の全体
形状が、第５図（ｄ）に示す如くそれまでのシリンダ２
による円筒形状から変化し、偏平な球形に近づく。この
偏平の球形のスペースの直径ｄはそれまでのシリンダ直
径りより小さいのでそれまでシリンダ２内壁に沿って旋
回していた混合気は徐々にシリンダ中心軸０側に押し出
される。そしてスワールの直径が縮小されるので減衰し
つつあったスワールの旋回速度が補われる。（第５図（
ｄ）） （ｅ）さらにピストン４が上昇すると、点火プラグ１３
の点火に前後してシリンダヘッドとピストン４上面との
間においてスキッシュを生じ、爆発行程となる。

ところでスキッシュは、本来そのスキッシュの流れ自体
が点火プラグの電極付近の混合気に直接乱れを生じさせ
て燃焼速度をたかめルモノテ、本発明でいうファースト
バーン手段の１つでもある。

この実施例におけるスキッシュは、燃焼室内のスワール
に対して吹きつけるものでスワールに対してスキッシュ
により混合気を吹きつけると、そのスワールに乱れを生
じその乱れた状態出願点火プラグ１３の電極部分１９に
致るので点火プラグ１３による着火の確実性と、火炎伝
帳速度を高める効果がある。

次に、このような作動をなすエンジンが燃焼効率を向上
している理由を説明する。

先に説明したように、シリンダ２内に吸込まれた混合気
には先行混合気Ａと後続混合気Ｂがある。

先行混合気Ａの多くはエンジンの吸気行程の初期から点
火するまでの長時間にわたって、エンジン内で最も高温
とされているピストン上面の近傍に位置してスワ−ルを
続けることになる。そのため混合気中に含まれている燃
料粒は点火時までに上面の熱を得てガス化される確立が
極めて高い。

一方、後続混合気Ｂは、シリンダ内に入って点火される
までの時間が先行混合気Ａに較べて短時間であり、かつ
エンジン内で最も高温とされるピストン上面との間には
前記の先行混合気Ａが介在しておりその結果主にシリン
ダ４内壁からの熱により含まれた燃料のガス化熱量を得
ることになるので後続混合気Ｂは先行混合気Ａよりシエ
ンダ内で得る熱量はすくない。ところで、我々の目的は
、点火前の混合気にガス化された燃料と微粒状の燃料を
混在させることであるので、ガス化された燃料は前述の
ように先行混合気Ａによって得られるとしても、微粒状
の燃料をいかに確保するかがこの目的の達成の最大のポ
イントである。

この最大のポイントに対する解決策として我々は後続混
合気Ｂにおけるシリン−ダ２内壁との熱の授受に注目す
る。

今、考え方を明瞭にするために第６図に示したモデル化
したグラフにより説明する。

まず、金側に混合気の燃焼完了クランク角度が」二死点
からθ（度）である場合のエンジンのシリンダ内壁表面
温度を考えてみると、第６図に実線Ｐで示すようである
。すなわち、上死点近傍で混合気に着火しクランク角が
θに達するまでの間燃焼室側壁となるシリンダ内壁表面
温度は、燃焼火炎あるいは燃焼直後の高温ガスにさらさ
れるため極めて高温となる（尚、この高温部分は混合気
の燃焼状態によって必ずしも均一温度ではないが、第６
図が考え方の説明図であるのでこのように作成したにす
ぎない）。

以下において、この燃焼完了クランク角θより」−死点
側となるシリンダ内壁を高温部Ｈと言う。

一方、燃焼完了クランク角がθの点から下死点に敗る間
はシリンダ内には既燃ガスが存在しこのガスとの熱の授
受及び前記の高温部Ｉ（がらの熱伝達によってシリンダ
内壁表面温度が主に定まり、既燃ガスとシリンダ壁との
間での熱交換時間も下死点に近い程短くなる。従って、
シリンダ内壁表面温度は下死点に近づけば近づくほど表
面温度が低することになる。

シリンダ内壁表面温度は、このような傾向を備えたもの
と想定される。

以下の説明では、この燃焼完了クランク角θである点か
ら下死点側となるシリンダ内壁を低温部りと言うことに
する。

ここで本発明におけるファストバーン手段の意義を説明
すると次のようである。

第６図に示した仮想線Ｑは先に説明したエンジンの燃焼
完了角度のみを小さくした場合を示し、仮想線Ｒは燃焼
完了角度のみを大きくした場合を示す。仮想線Ｑに示す
ように、燃焼完了角度を小さくすると、燃焼完了時に燃
焼室壁面積が実線Ｐの場合に比べて狭くそこに一定の熱
量が生じるのでそのときに燃焼室側壁を形成している高
温部Ｈのシリンダ内壁表面温度が上昇する。これは言い
かかると低温部りの低温化が為されていることを意味す
る。

すなわち、一定量の燃料を燃焼して生じた一定量の熱量
の多くを前述の高温部Ｈに集中させることによって低温
部りの領域の拡大をはかり、その結果、低温部りの得る
熱量を広く分散させて低温部りの温度低下を図るもので
ある。また低温部りの下部からすれば熱源となる高温部
Ｈの末端がＰの場合と比べて上死点寄りに位置している
ので、シリンダを経る伝熱距離が遠くなり、比較的低温
になる。さらに、燃焼完了位置が遠くなることによって
燃焼直後の既燃ガスが低温部りの下死点寄りの部分に到
達するまでの時間が長くなって下列。

点寄りの低温部りの低温化に寄与する。

これとは逆に、仮想線Ｒで示すように燃焼完了クランク
角が大きくなると燃焼室壁面積が大きくなることによっ
て一定の熱量が分散されその結果高温部Ｈの温度が低下
し、また熱源位置が下死点側に寄って位置するので、こ
れより下死点側でのシリンダ内壁面温度の上昇を招く。

すなわち、この発明においてファストバーン手段はシリ
ンダ側壁のうち燃焼完了時に燃焼室側壁となる高温部Ｉ
］をさらに高温にすることにより、これより下死点側と
なる低温部りのシリンダ内壁表面温度を低下させるもの
である。そのため、後続混合気Ｉ３のうち比較的長時間
にわたってシリンダ２内に留まるものが受ける熱量を減
少させて微粒状の燃料のガス化される確率を低くして着
火時まで微粒状態を維持させるようにしている。

以上説明した低温部１．の低温化のために、この発明は
さらにピストン行程Ｓをシリンダ直径より犬としている
。これは燃焼完了クランク角が同一であってもピストン
行程がシリンダ直径りより大きいエンジンでは高温部Ｈ
から下死点までの距離を拡大することができ低温部り下
部の温度が比較的低温に保ち易いためである。

また、図に示す実施例ではファストバーン手段として吸
気にスワールを生じさせている。このスワールは究極的
には点火プラグ１３の電極１９近傍での混合気の乱れを
生じさせて急速燃焼を図るものであるが、この実施例で
はとくに吸気および圧縮行程中にスワールが継続されて
いることにより、次のような意義を持つものである。

すなわち、このスワールによりとくに後続混合気Ｂはシ
リンダ２内周壁に沿って流動するため、後続混合気Ｂの
多くがシリンダ内周壁から熱伝達を受けることになる。

しかし、シリンダ２内に比較的長時間留まる後続混合気
Ｂと短時間留まる後続混合気■３の熱授受の差は、低温
部■７での熱授受の差しかないので後続混合気Ｂの全体
的な加熱状態はほぼ均一となる。従って、シリンダ内壁
表面に貯えられた一定量の熱量が後続混合気Ｂの多くの
部分に分散して伝熱されるため、このような伝熱によっ
ては後続混合気Ｂに含まれた燃料粒が微細化されるに止
まり、ガス化されるに至る確率が小さい。この意味から
スワールが微粒状の燃料の確保に関与している。

また、この実施例ではピストン上面に凹部１９を具備す
るものであるが、これは次のような理由によってガス化
した燃料と微粒状の燃料との混在した混合気の確保に寄
与するものである。

すなわち、ピストン上面に凹部１９を形成すると燃焼時
の燃焼室壁面積のうちでピストンがしめる面積割合が増
加するから燃焼により生じる熱量のピストンへの伝熱量
が増して、その結果先行混合気Ａのガス化能力をたかめ
る。また逆にエンジンの圧縮比および空間容積が同一で
ある上面平坦ピストンと比較すればこの凹部１９の周囲
に残されたピストン」二面は上面平坦ビス１〜ンの上面
より下死点寄りに位置することになって、その分シリン
ダ側壁の受熱量を減じ、またこれは高温部Ｈの位置を下
死点側から遠ざける意味をも有する。

このような考えに基づき、発明者等は燃完了がクランク
角で上点以後何度まで行えばよいかを実機により種々実
験の結果、燃焼完了クランク角と燃料消費率との間に第
７図に示す定性を認めた。

すなわち、この定性から前述の考えは燃焼完了クランク
角として１００度まで有効であると判断される。

この発明は以上説明したように、４サイクルエンジンで
あって、液体燃料を吸気中に混入する燃料供給装置と、
混合気の燃焼を迅速に行ね七′るファストバーン手段と
を具備するものにおいて、ピストン行程をシリンダ直径
より大きくし、且つこのエンジンにおける混合気の燃焼
をクランク角で上死点後１００度以内に完了すべく構成
してなる液体燃料エンジンである。従って、燃焼時に燃
焼室を構成するピストン上面及びシリンダ側壁のシリン
ダヘッド側の部分の表面温度を高めて吸気弁の開弁直後
にシリンダ内に供給される混合気の燃料のガス化を図り
、同時にシリンダ側壁の下死点寄りの部分の表面温度を
低くすることができるので、その後にシリンダ内に供給
される混合気に伝達する熱量を少なくすることができ、
混合気の燃料のガス化を抑制できる。その結果混合気に
含まれる微粒状態の燃料を点火時まで確保し−でおくこ
とができる。

よってシリンダ内で点火される混合気に１１ガス化され
た燃料と微粒状の燃料が混在しているから燃焼効率がよ
く燃料消費率を低減するものである

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の実施例の吸気弁および排気弁を見
せた断面図、 第２図は、点火プラグを見せた断面図、第３図は、第１
図のＩＩＩ　−−Ｉ１１方向に見たシリンダヘッド側燃
焼室形状説明図、 第４図は一第１図のＩＶ　−−ＩＶ方向に見たピストン
上面図、 第５図（ａ）〜（ｅ）は、この実施例のエンジンにおけ
る吸気ないし圧縮行程説明図、 第６図は、シリンダ内壁表面温度モデル説明図、第７図
は、この実施例における燃焼完了クランク角と燃料消費
率の関連を示す定性的グラフであるＳ：ピストン行程 Ｄ＝シリンダ直径 ２ニジリンダ ４：ピストン 特許出願人　　ヤマハ発動機株式会社 第３図 第４図 手続補正書（自発） 昭和５８年５月３１日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １、事件の表示 昭和５８年特許願第７６６９３号 ２、発明の名称 液体燃料エンジン ３、？ｌｌｉ正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　〒４３８ 静岡県磐田市新貝２５００番地 明細書の「特許請求の範囲」の欄、［発明の詳細な説明
コの閣、「図面の簡単な説明］の欄。及び図面。 ÷ ゛げ罪７二２４〜ＬｆＴｒ　＋　２−１゜。ｓ−％’〜
明　　　　　細　　　　書 １０発明の名称 液体燃料エンジン ２、特許請求の範囲 ４サイクルエンジンであって、液体燃料を吸気中に混入
する燃料供給装置と、混合気の燃焼を迅速に行わせるフ
ァストバーン手段とを具備するものにおいて、 ピストン行程をシリンダ直径より大きくし、ＩｓＬつご
のエンジンにおける混合気の燃焼をクランク角で上死点
後１００度以内に完了すべく構成してなる液体燃料エン
ジン。 ３、発明の詳細な説明 この発明は、液体燃料エンジンに関し、特に４　　　　
　　　′サイクルエンジンの燃料消費率の低減に関する
。 近時、エンジンの燃料消費率を少なくしようとして種々
研究提案がなされているが、エンジンの燃料消費率を少
なくするにはエンジンに供給された混合気の燃焼効率を
向上することが最も有効である。 ところで一般に液体燃料エンジンにおいては、エンジン
のシリンダ内に供給された混合気がガス化された燃料と
微粒状の燃料との混在状態のときに着火させると、混合
気は良好に燃焼して燃焼効率がよいと言われている。 しかし、混合気に含まれている液体燃料は、周知の如く
ガソリン、軽油等の揮発性に冨んだ油類であるため、周
囲の熱的環境から熱を吸収してガス化しやすく、エンジ
ンに供給した混合気を点火時に當にガス化された燃料と
微粒状の燃料との混在状態としておくことは困難である
。 その理由は、シリンダ内の熱的環境が混合気のこのよう
な状態の維持に適さない状態にあるためである。 しかし、種々の使用状況下におかれるエンジンにおいて
、できるだけこのようなガス化された燃料を微粒状の燃
料との混在状態を維持させることは、それだけ燃焼効率
の向上に寄与するので実用上の燃料消費率を少さくする
ことができる。 この発明は、このような事情に着目してなされたもので
、エンジンに吸込まれた混合気を点火時になるべくガス
化された燃料と微粒状の燃料との混在状態にするように
して燃焼効率を改善し、もって燃料消費率の向上を図ろ
うとするものであるこの目的は、４サイクルエンジンで
あって、液体燃料を吸気中に混入する燃料供給装置と、
混合気の燃焼を迅速に行わせるファストバーン手段とを
具備するものにおいて、ピストン行程をシリンダ直径よ
り大きくし、かつこのエンジンにおける混合気の燃焼を
クランク角で上死点から１００度以内に完了すべく構成
することにより達成することができる。 以下図に示す頭上弁式４サイクルエンジンにおける実施
例について説明する。面、このエンジンは排気量が５０
ＣＣの少排気量エンジンであって、比較的小型の自動２
輪車の原動機として用いるものである。 ■はエンジンで、２はシリンダ、３はシリンダヘット、
４はピストンである。シリンダ２は鉄製シリンダ２内チ
を備えたアルミニウム合金製で、外周には空気冷却用フ
ィン５が形成されている。 シリンダへソト３の下面は燃焼室の端壁を構成し、この
端壁面の略中夫には浅い球面形状をなす凹部６が形成さ
れている。この凹部６には吸気口８、及び排気口９及び
点火プラグ装着穴１０が設りられている（第３図参照）
。 −　ここで図面から明らかなように、吸気口８の口径の
方が排気口９より大径にされている。これはシリンダ２
内への吸気の充填効率をたかめるためである。 尚、図中１１は吸気弁、１２は排気弁、１３は点火プラ
グを示し、これらの弁１１．１２は図示しないカム軸及
び操作杆を介して口、カアーム１４．１５を揺動させて
開閉するようになっているこの吸気口８へは図示しない
気化器（燃料供給装置）を介してガソリン（液体燃料）
が混入された混合気が吸気通路１６を経て供給される。 この吸気口８に連なる吸気通路１６は第１図中りより下
流において直線的に吸気口８に延びている。そのため、
この直線部分でシリンダ２内に供給される混合気の流動
方向を整え、混合気はシリンダ中心軸０方向に対し−で
傾斜してシリンダ内に流入する。 その結果シリンダ内において混合気はシリンダ中心軸Ｏ
まわりのスワールを生じこれが本発明で言うファストバ
ーン手段としての機能を果たす。 ピストン４は周知の如くコンロノド１６を介してクラン
ク軸１７を連動すべく構成してあり、ピストン４の上面
には浅い球面状の凹部１８がシリンダポア中心線Ｏから
一例へ偏って配置されている。 コノ凹部１８に対向するように前記のシリンダヘッド３
側の凹部６も配置され、この凹部１８以外のピストン上
面はシリンダヘノ１３下面との間でスキッシュエリアを
構成している。 そして、これらの凹部６．１８の偏った側となるシリン
ダへソド３には点火プラグ１３が配置されており、点火
プラグ１３の電極部分１９の近傍に比較的多量の圧縮さ
れた混合気が確保されるため、点火プラグ１３による着
火を良好にしているこのように構成されたエンノン１は
第２図に実線で示ず上死点位置と想像線で示す下死点位
置との間の距離（ピストン行程）Ｓがシリンダ直径りよ
り大きく設けられている。 次にこの実施例のエンジンの作動を第５図で吸気〜圧縮
行程において説明する。 （ａ）吸気行程になると、まず吸気弁１１か開き吸気口
８から混合気がシリンダ２内に入る。 このときピストン４は、上死点近傍に位置しているから
ピストン上面直上の空間に混合気が位置することになる
。 このようにピストン４直上の空間に供給された混合気を
この明細書では先行混合気Ａと呼ふことにする。 この先行混合気Ａは吸気通路１６がシリンダ中心軸０に
対し傾斜して設けられているためシリンダ２内でスワー
ルを生じる（第５図（（ｂ）そして、ピストンは移動速
度を増しつつド降するため先行混合気Ａば、スワールを
継続しながらピストン４直上の位置でビス１〜ンの移動
に伴って下降する。 この先行混合気Ａの下刃への移動により、この先行混合
気Ａの上方には吸気口から新たな混合気（以下本明細書
では後続混合気Ｂという）が充填される。この後続混合
気Ｂも先行混合気Ａと同様にスワールを生している（第
５図（ｂ）参照）。 （Ｃ）このようにして吸気行程が終わると、吸気弁１１
が閉止してピストンが上昇する。このとき、先行混合玄
人及び後続混合気Ｂば慣性によりスワールが継続してい
る（第５図（Ｃ）参照）。 （ｄ）このようにしてピストン４か一ヒ昇し上死点近傍
になると、ピストンによって構成されている燃焼室の全
体形状か、第５図（ｄ）に示す如くそれまでのシリンダ
２による円筒形状から変化し、偏平な球形に近づ（。 この偏平の球形のスペースの直径ｄはそれまでのシリン
ダ直径りより小さいのでそれまでシリンダ２内壁に沿っ
て旋回していた混合気は除々にシリンダ中心軸Ｏ側に押
し出される。そしてスワールの直径が縮小されるので減
衰しつつあったスワールのＪｋ回回速外補われる（第５
図（ｄ））。 （ｅ）さらにピストン４が上昇すると、点火プラグ１３
の点火に前後してシリンダヘッドとピストン４上面との
間においてスキッシュを生し、爆発行程となる。 とごろでスキッシュは、本来そのスキ、シュの流れ自体
が点火プラグの電極付近の混合気に直接部れを生じさせ
て燃焼速度をたかめるもので、本発明でいうファースト
バーン手段の１つでもある。 この実施例におけるスキッシュは、燃焼室内のスワール
に対して吹きつげるもので、スワールに対してスキッシ
ュにより混合気を吹きつけると、そのスワールに乱れを
生しその乱れた状態で点火プラグ１３の電極部分１９に
至るので点火プラグ１３による着火の確実性と、火炎伝
播速度を高める効果がある。 次に、このような作動をなすエンジンが燃焼効率を向上
している理由を説明する。 先に説明したように、シリンダ２内に吸込まれた混合気
には先行混合気Ａと後続混合気Ｂがあり、先行混合気Ａ
の多くはエンジンの吸気行程の初期から点火するまでの
長時間にわたって、エンジン内で最も高温とされている
ピストン上面の近傍に位置してスワールを続けることに
なる。 そのため混合気中に含まれている燃料粒は点火時までに
上面の熱を得てガス化される確率が極めて高い。 一方、後続混合気Ｂは、シリンダ内に入って点火される
までの時間が先行混合気Ａに較べて短時間であり、かつ
エンジン内で最も高温とされるピストン上面との間には
前記の先行混合気Ａが介在している。 その結果主にシリンダ４内壁からの熱Ｇこより含まれた
燃料のガス化熱量を得ることになるので後続混合気Ｂは
先行混合玄人よりシリンダ内で得る熱量は少ない。 とごろで、我々の目的は、点火前の混合気に力゛ス化さ
れた燃料と微粒状の燃料とを混在させることであるので
、ガス化された燃料は前述のよ償こ先行混合玄人によっ
て得られ伜としても、微粒状の燃料をいかに確保するか
がこの目的の達成の最大のポイントである。 この最大のポイントに対する解決策として我々は後続混
合気已におりるシリンダ２内壁との熱の授受に注目する
。 今、考え方を明瞭にするために第６図に示したモデル化
したグラフにより説明する。 まず、今、仮に混合気の燃焼完了クランク角度が上死点
からθ（度）である場合のエソジンのシリンダ内壁の表
面温度を考えてみると、第６図に実線Ｐで示すようであ
る。 すなわち、上死点近傍で混合気に着火しクランク角がθ
に達するまでの間に燃焼室側壁となるシリンダ内壁表面
温度は、燃焼火炎あるいは燃焼直後の高温ガスにさらさ
れるため極めて高温となる（尚、この高温部分は混合気
の燃焼状態によゲζ必ずしも均一温度ではないが、第６
図が考え方の説明図であるので図面上このように作成し
たにすぎない）。 以下において、この燃焼完了クランク角θより上死点側
となるシリンダ内壁を高温部Ｈと言う。 一方、燃焼完了クランク角が０の点から下死点に至る間
ではシリンダ内に存在する既燃ガスとの熱の授受及び前
記の高温部Ｈからの熱伝体によってシリンダ内壁表面温
度が主に定まり、既燃ガスとシリンダ壁との間での熱交
換時間も下死点に近い程短くなる。 従って、シリンダ内壁表面温度は下死点に近つけば近づ
くほど表面温度が低−Ｔすることになる。 このような理由からシリンダ内壁表面温度は、このよう
な傾向を備えたものと想定される。 以下の説明では、この燃焼完了クランク角θである点か
ら下死点側となるシリンダ内壁を低温部りと言うことに
する。 ここで本発明におけるファストバーン手段の意義を説明
すると次のようである。 第６図に示した仮想線Ｑは先に説明したエンジンの燃焼
完了角度のみを小さくした場合を示し、仮想線Ｒは燃焼
完了角度のみを大きくした場合を示す。 仮想線Ｑに示すように、燃焼完了角度を小さくすると、
燃焼完了祷に燃焼室壁面積が実線Ｐの場合に比べて狭く
そこに一定の熱量が生しるのでそのときに燃焼室側壁を
形成している高温部Ｉ］のシリンダ内壁表面温度が上昇
する。これは言い替えると低温部Ｉ−の低温化が為され
ていることを意味する。 ずなわら、一定量の燃料を燃焼して生した一定量の熱量
の多くを前述の高温部Ｈに集中させることによって低温
部りの領域の拡大をはかり、その結果、低温部■７の得
る熱量を広い面積にわたって分散させて低温部りの温度
像・下を図るものである。 また低温部りの下部からすれば熱源となる高温部Ｈの末
端がＰの場合と比べて上死点寄りに位置しているので、
シリンダを経る伝熱距離が遠くなり、比較的低温になる
。 さらに、燃焼完了位置が遠くなることによって燃焼直後
の既燃ガスが低温部りの下死点寄りの部分に到達するま
での時間が長くなって）死点寄りの低温部りの低温化に
寄与する。 これとは逆に、仮想線Ｒで示すように燃焼完了クランク
角が大きくなると燃焼室壁面積か大きくなるごとによっ
て一定の熱量が分散されその結果高温部Ｈの温度が低下
し、また熱源位置が下死点側に寄って位置するので、こ
れより下死点側でのシリンダ内壁面温度の上昇を招く。 すなわち、この発明においてファストバーン−１一段は
シリンダ側壁のうち燃焼完了時に燃焼室側壁となる高温
部Ｈをさらに高温にすることにより、これより下死点側
となる低温部Ｉ７のシリンダ内壁表面温度を低下させる
ものである。 そのため、後続混合気Ｂのうち比較的長時間にわたって
シリンダ２内に留まるものが受ける熱量を減少させて微
粒状の燃料のガフ化される確率を低くして着火時まで微
粒状態を維持させるようにしている。 以上説明した低温部りの低温化のために、この発明はさ
らにピストン行程Ｓをシリンダ直径より大としている。 これは燃焼完了クランク角が同一であってもピストン行
程がシリンダ直径りより大きいエンジンでは高温部１１
から下死点までの距離を拡大することができ低温部り下
部の温度が比較的低温に保ち易いためである。 また、図に示す実施例ではファストバーン手段として吸
気にスワールを生じさせている。このスワールは究極的
には点火プラグ１３の電極１９近傍での混合気の乱れを
生じさせて急速燃焼を図るものであるが、この実施例で
はとくに吸気および圧縮行程中にスワールが継続されて
いることにより、次のような意義を持つものである。 すなわち、このスワールによりとくに後続混合気Ｂはシ
リンダ２内周壁に沿って流動するため、後続混合気Ｂの
多くがシリンダ内周壁から熱伝達を受けることになる。 しかし、シリンダ２内に比較的長時間留まる後続混合気
Ｂと短時間留まる後続混合気Ｂの熱授受の差は、低温部
りでの熱授受の差しかないので後続混合気Ｂの全体的な
加熱状態はほぼ均一・となる従って、シリンダ内壁表面
に貯えられた一定量の熱量が後続混合気Ｂの多くの部分
に分散して伝熱されるため、このような伝熱によっては
後続混合気Ｉ３に含まれた燃料粒が微細化されるに止ま
り、ガス化されるに至る確率が小さい。 この意味からスワールが微粒状の燃料の（ｉ（を保に関
与している。 マタ、この実施例ではピストン−ヒ面に凹部ｔ　９を具
備するものであるが、これは次のような理由によってガ
ス化した燃料と微粒状の燃料との混在した混合気の確保
に寄与するものである。 すなわち、ピストン上面に凹部１９を形成すると燃焼時
の燃焼室壁面積のうちでピストンがしめる面積割合が増
加するから燃焼により生しる熱量のピストンへの伝熱量
が増して、その結果先行混合気Ａのガス化能力をたかめ
る。 また、エンジンの圧縮比および空間容積が同一である上
面平坦ピストンと比較すればこの凹部１９の周囲に残さ
れたピストン上面は上面平坦ピストンの上面より上死点
寄りに位置することになっ−ζ、その分ソリンダ側壁の
受熱量を減じ、またこれは高温部Ｈの位置を下死点側か
ら遠ざける意味をも有する。 このような考えに基づき、発明者等は燃焼完了がクラン
ク角で上死点以後何度まで行えばよいかを実機により種
々実験の結果、燃焼完了クランク角と燃料消費率との間
に第７図に示す定性を認めた。 すなわち、この定性から前述の考えは燃焼完了クランク
角として上死点後１００度まで有効であると判断される
。 この発明は以上説明したように、４サイクルエンジンで
あって、液体燃料を吸気中に混入する燃料供給装置と、
混合気の燃焼を迅速に行わせるファストバーン手段とを
具備するものにおいて、ピストン行程をシリンダ直径よ
り大きくし、且つこのエンジンにおける混合気の燃焼を
クランク角で上死点後１００度以内に完了すべく構成し
てなる液体燃料エンジンである。 従って、燃焼時に燃焼室を構成するピストン上面及びシ
リンダ側壁のシリンダヘッド側の部分の表面温度を高め
て吸気弁の開弁直後にシリンダ内に供給される混合気の
燃料のガス化を図り、同時にシリンダ側壁の下死点寄り
の部分の表面温度を低くすることができるので、その後
にシリンダ内に供給される混合気に伝達する熱量を少な
くすることができ、混合気の燃料のガス化の抑制が行い
やすい。 その結果混合気に含まれる微粒状態の燃料を点火時まで
確保しておくことができる。 よって、シリンダ内で点火される混合気にはガス化され
た燃料と微粒状の燃料が混在している確率が大きくなる
から燃焼効率を向上することができ、燃料消費率を低減
するものである。 ４、図面の簡単な説明 図面はこの発明の実施例に関し、 第１図は、吸気弁および排気弁を見せた（第２図の１−
１線に沿う）断面図、 第２図は、点火プラグを見せた（第１図の■−■線に沿
う）断面図、 第３図は、第１図のＤＩ　−Ｉ１１方向に見たシリンダ
へ７ド側燃焼室形状説明図、 第４図は、第１図のＩＶ−ＩＶ力方向見たピストン上面
図、 第５図（ａ）〜（ｅ）は、この実施例のエンジンにおけ
る吸気ないし圧縮行程説明図、 第６図は、シリンダ内壁表面温度モデル説明図、第７図
は、この実施例における燃焼完了クランク角と燃料消費
率の関連を示す定性的グラフであるＳ：ピストン行程 Ｄ＝シリンダ直径 ２ニジリンダ ４：ピストン 特許出願人　　ヤマハ発動機株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ４サイクルエンジンであって、液体燃料を吸気中に混入
   する燃料供給装置と、混合気の燃焼を迅速に行わせるフ
   ァストバーン手段とを具備するものにおいて、 ピストン行程をシリンダ直径より大きくし、且つこのエ
   ンジンにおける混合気の燃焼をクランク角で上死点後１
   ００度以内に完了すべく構成してなる液体燃料エンジン
   。