JPS6218731B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は機関の吸入行程において、排気通路よ
り燃焼室内に逆流する既燃ガスに強力な旋回流を
生成させるとともに、さらに吸気通路より燃焼室
内に吸入される吸気に既燃ガスの旋回流を助長さ
せることにより、燃焼効率を高め、機関の高負荷
から低負荷運転の全域に亘る運転性能を高めると
ともに、HC、CO等の未燃有害成分の発生を可及
的に低減できるようにした、構成簡単な４サイク
ル内燃機関における混合気の燃焼改善装置に関す
るものである。

自動車用４サイクル内燃機関において、高負荷
運転時に高出力を得る手段として一般に吸入効率
を高めるべく吸、排気弁の開放時期をオーバーラ
ツプさせ、即ちピストンの上昇する排気行程の終
了直前から吸入弁を開弁し始め、次のピストンの
下降する吸入行程の途中まで排気弁を開弁させる
ようにしているが、このように吸、排気弁の開放
時期をオーバーラツプさせると、吸入空気量の絶
対量の多い機関の高負荷運転域では吸入空気量が
多いので、吸入混合気の燃焼に問題はなく吸入効
率を高めて所期の高出力を得ることができるが、
一方、機関の低負荷運転域では気化器の絞り弁開
度は当然に小さく吸入空気量の絶対量が少ないの
で、機関の一サイクル当りのシリンダ内の新混合
気の吸入量に対する残留ガス量の割合が高く（シ
リンダ容積に対する新混合気量20〜40％）、着火
が不安定となるばかりでなく、ピストンの往復や
スキツシユ等によつて生じる吸入混合気の乱れや
旋回流の発生も少なくなり、燃焼火炎の伝播も遅
くなつて燃焼効率の低下を招くことがあり、その
結果排ガス中のHC、CO等の未燃有害成分の発生
量が多くなる不都合を生じる。そしてこのような
現象は当然に前記の吸、排気弁のオーバーラツプ
期間が長い高出力型になるほど、その傾向が大き
くなる。したがつて機関を高出力型にすると、低
負荷運転域での燃焼効率を低下させ、排ガス中の
HC、CO等の未燃有害成分の発生量が多くなると
いう問題が発生する。

而してかゝる問題を解決すべく、たとえば吸気
通路を螺旋状に形成したり、吸気弁に羽根を形成
したり、また吸気弁の周囲に案内壁を形成したり
等の手段を講じて燃焼室内の混合気に旋回流や乱
れを生起させ燃焼を改善する技術手段が種々提案
されているが、機関の減速運転域では、機関が高
回転しているにも拘らず絞り弁がアイドリング位
置に閉じて新混合気の吸入量がきわめて少なくな
り、シリンダ内での新混合気に対する残留ガス量
の割合がきわめて高くなるため、単に吸入系に前
述のような新混合気に旋回流や乱れを生ぜしめる
ような手段を講じる程度では満足な燃焼改善は難
しい。また従来から機関の減速運転域での燃焼を
改善すべく気化器の絞り弁開度を一時的に大きく
するスロツトルオプナーやダツシユポツトを吸気
系に付設する手段が提案されているが、かゝる手
段は機関の減速運転域での新混合気の吸入量を増
加させ、シリンダ内の残留ガス量に対する新混合
気量を増大させて燃焼を改善する点で効果はある
が、反面減速運転域で必要以上の新混合気が供給
されて燃焼が過度に促進され、エンジンブレーキ
性能の低下をもたらし、減速ドライバビリテイが
悪化するという別の弊害を生じる。

以上の諸点に鑑み本発明の主な目的は、機関の
排気系に、燃焼室内に逆流既燃ガスによる旋回流
発生手段を設けるとともに、吸気系には逆流既燃
ガスの旋回流を助長させるための手段を施して、
機関の全運転域、特に低負荷運転域での燃焼を改
善して機関の高負荷、高出力運転に何ら悪影響を
及ぼしめることなくHC、CO等の有害未燃成分の
発生量を可及的に低減させることである。

また本発明の他の目的は、全体として希薄混合
気による良好な機関の運転を可能にして燃料消費
率の向上を図ることである。

さらにまた本発明の他の目的は、運転条件に左
右されることなく常に良好な機関の運転性能が得
られるようにすることである。

そして上記目的を達成するために本発明は、ピ
ストンを摺動自在に嵌合したシリンダの上部に形
成される燃焼室の壁面に、吸気通路に連通する吸
気弁口と、排気通路に連通する排気弁口とをそれ
ぞれ開口し、前記吸気弁口には吸気弁を、前記排
気弁口には排気弁をそれぞれ設け、前記吸気通路
にはそこに空気−燃料混合気を供給する燃料供給
手段を連設し、ピストンの下降する吸気行程時
に、前記排気弁の未閉により前記排気通路内の既
燃ガスの一部を前記燃焼室内に逆流させるように
した４サイクル内燃機関において、前記燃焼室を
画成する燃焼室壁の前記排気弁口の周囲部に、前
記燃焼室内へ逆流する既燃ガスを衝突させ、これ
に旋回流を生成させるための旋回流生成案内壁を
前記燃焼室側へ突設するとともに、前記吸気通路
内から前記燃焼室内へ吸入される吸気が前記逆流
既燃ガスの旋回流を助長するように前記吸気通路
の前記吸気弁口に接続する部分をＳ字状に蛇行さ
せたことを特徴とする。

以下、図面により本発明の実施例について説明
する。

第１〜３図において、ピストン２を摺動自在に
嵌合したピストン１上方において、シリンダヘツ
ド３には燃焼室４が形成され、この燃焼室４の上
壁にはそれぞれ弁シート７，８を装着した吸気弁
口５と排気弁口６とが燃焼室４の中心から偏心し
た状態で開口され、前記吸気弁口５には、シリン
ダヘツド３に形成したＳ字状に蛇行する吸気通路
９が連通され、また前記排気弁口６には、シリン
ダヘツド３に形成した排気通路１０が形成されて
いる。吸気通路９には通常のように気化器等の空
気−燃料混合気供給装置１１が接続されている。
吸気弁口５には、該口５を開閉する吸気弁１２が
設けられ、また排気弁口６には、該口６を開閉す
る排気弁１３が設けられる。吸気弁口５へ向う吸
気通路９の出口部の方向および排気弁口６へ向う
排気通路１０の方向は、それぞれシリンダ１の中
心から一方に偏らせてあり、後述するように吸気
通路９から燃焼室４内へ吸入される吸気および排
気通路１０から燃焼室４へ逆流する既燃ガスがそ
れぞれシリンダ１内の外周壁に沿つて流れるよう
になつている。

吸、排気弁１２，１３は従来公知の動弁機構に
よつて所望の開閉サイクルに従つて開閉作動され
る。またこの機関では高負荷運転域で高出力を得
るべく吸、排気弁１２，１３の開弁時期をオーバ
ーラツプさせてあり、排気行程の終了前に吸気弁
１２を開弁させて排気行程の終了時に、排気慣性
に起因して排気通路１０に生じる負圧により、吸
気路から新混合気を燃焼室内に吸引させはじめて
吸入効率を高め、機関性能を向上させることがで
きるように設定されている。

燃焼室４壁には前述のように吸、排気弁１２，
１３の開弁時期のオーバーラツプによつて排気通
路１０より燃焼室４内に逆流する既燃ガスに旋回
流を生起させるための旋回流生成案内壁１４が設
けられる。

而して本発明におけるこの旋回流生成案内壁１
４は、燃焼室４内に、より強力な一方向の既燃ガ
ス旋回流を生成して未燃混合気の火炎伝播速度
（火炎面直前の未燃混合気の流動速度と燃焼速度
との代数和）を高めて燃焼効率を高めるべく特殊
な構成を有するものであつて、以下この旋回流生
成案内壁１４の構成を説明すると、前記旋回流生
成案内壁１４は燃焼室４の上壁に一体に垂設され
ていて、燃焼室４の外周壁より排気弁口６の外周
に沿つて円弧状をなして燃焼室４の中央部に向つ
てのびている。そしてその縦断面形状は第４図に
明瞭に示すように略Ｕ字状に形成され、排気弁口
６に対面する内周面１５は略垂直に、また燃焼室
４の外周壁に対面する外周面１６は上下に凹状円
弧に形成され、さらにそれらの内、外周面１５，
１６の下端を連絡する底面１７は略水平な平坦面
に形成されている。そして前記内周面１５と底面
１７との接続隅部および前記外周面１６と底面１
７との接続隅部には、それぞれ丸みr₁，r₂をもた
せてある。

燃焼室４の上壁には、前記旋回流生成案内壁１
４の、排気弁口６から離れる側の外壁面、即ち前
記外周面１６に近接して点火栓１８が設けられ
る。

本発明機関では吸入行程の途中まで排気弁１３
は未だ開いているので、この吸入工程の初期にお
いて排気通路１０へ流出した既燃ガスの一部は燃
焼室４内に逆流する（この場合機関が低負荷運転
域にあるときは絞り弁の開度は小さいので、既燃
ガスの燃焼室４内への逆流量は多くなる）。とこ
ろで吸入行程で未だ排気弁１３が開いている状態
にあるときは、第４図に示すように排気弁口６と
排気弁１３外周間の間隙においては、前記旋回流
生成案内壁１４の存在するところでは流体抵抗が
大きくなり、また旋回流生成案内壁１４の存在し
ないところでは流体抵抗が小さい。したがつて排
気通路１０より排気弁口６を通つて燃焼室４へ逆
流する既燃ガスに不均衡を生じ、その結果逆流既
燃ガスは旋回流を生起しつゝ燃焼室４内へと流れ
る。しかも排気通路１０から前記旋回流生成案内
壁１４の円弧状の内周面１５に衝突した逆流既燃
ガスの反射流は収束され、同一方向の集合した強
力な旋回流となつて燃焼室４内を流れる。そし
て、吸気通路内から燃焼室内へ吸入される吸気が
逆流既燃ガスの旋回流を助長するように吸気弁口
に接続する部分がＳ字状に蛇行している吸気通路
を経て燃焼室内へ吸入される吸気は、上記の如く
発生した逆流既燃ガスの旋回流を一層有効に助長
し、その結果全体として逆流既燃ガスと新混合気
との総合気流も強力な旋回流となつて燃焼室４内
を流れる。

そして圧縮行程の終了直前の、ピストン２の上
死点近傍で点火栓１８による火花点火が行われる
と、前記旋回流によつて増速された混合気の流動
速度と、旋回流およびその旋回流によつて引起さ
れた、小さな混合気の乱れとにより増速された燃
焼速度とによつて燃焼室４内の火炎は強力かつ急
速に成長する。したがつて特に空燃比を変えずと
も火炎の成長が強力かつ確実になり燃焼が著しく
向上し、剥離されたクエンチング層のHCをも難
なく燃焼させることができ、特に吸入新混合気の
少ない低負荷、および減速運転域でも全吸入混合
気を確実に燃焼させることができる。

以上のように本発明によれば、４サイクル内燃
機関において、燃焼室を画成する燃焼室壁の、排
気弁口の周囲に旋回流生成案内壁を燃焼室側へ突
設し、排気通路より燃焼室内へ逆流する既燃ガス
を前記旋回流生成案内壁に衝突させ、これに旋回
流を生成させるようにしたので、特に機関の低負
荷および減速運転域のように吸入空気量の少ない
場合であつても、燃焼室内の総合気流に強力な旋
回流を生成させ、点火栓の火花点火によつて得ら
れる燃焼火炎を強力かつ急速に成長させて火炎伝
播速度を増大し、低負荷、および減速運転域にお
いても吸入混合気を均等に燃焼させ燃焼効率を著
しく向上させることができ、HC、CO等の未燃有
害成分の発生を可及的に低減することができる。

また旋回流生成案内壁によつて、そこに衝突す
る逆流既燃ガスを収束させ、一方向の集合旋回流
として燃焼室内に流入させることによつて燃焼室
内には、より強力な旋回流の生成が可能となるも
のである。

さらに本発明によれば、吸気通路内から燃焼室
内へ吸入される吸気が逆流既燃ガスの旋回流を助
長するように吸気通路の吸気弁口に接続する部分
をＳ字状に蛇行させて形成したので、逆流既燃ガ
スの旋回流が有効に助長されて一層強力なものと
なり、燃焼火炎が一層強力かつ急速に成長して火
炎伝播速度が増大し、その結果燃焼効率が一層向
上するとともに、未燃有害成分の発生を一層低減
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置を備えた機関のシリンダヘ
ツドの底面図、第２図はその−線断面図、第
３図は旋回流生成案内壁の斜視図、第４図は排気
弁部分の拡大縦断側面図である。 １……シリンダ、２……ピストン、４……燃焼
室、５……吸気弁口、６……排気弁口、９……吸
気通路、１０……排気通路、１１……空気−燃料
混合気供給装置、１２……吸気弁、１３……排気
弁、１４……旋回流生成案内壁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ピストンを摺動自在に嵌合したシリンダの上
   部に形成される燃焼室の壁面に、吸気通路に連通
   する吸気弁口と、排気通路に連通する排気弁口と
   をそれぞれ開口し、前記吸気弁口には吸気弁を、
   前記排気弁口には排気弁をそれぞれ設け、前記吸
   気通路にはそこに空気−燃料混合気を供給する燃
   料供給手段を連設し、ピストンの下降する吸気行
   程時に、前記排気弁の未閉により前記排気通路内
   の既燃ガスの一部を前記燃焼室内に逆流させるよ
   うにした４サイクル内燃機関において、前記燃焼
   室を画成する燃焼室壁の前記排気弁口の周囲部
   に、前記燃焼室内へ逆流する既燃ガスを衝突さ
   せ、これに旋回流を生成させるための旋回流生成
   案内壁を前記燃焼室側へ突設するとともに、前記
   吸気通路内から前記燃焼室内へ吸入される吸気が
   前記逆流既燃ガスの旋回流を助長するように前記
   吸気通路の前記吸気弁口に接続する部分をＳ字状
   に蛇行させてなる、４サイクル内燃機関における
   混合気の燃焼改善装置。