JPS6218732B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は機関の吸入工程において、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、吸気通路より燃焼室内へ吸
入される吸気にも旋回流を生成させて既燃ガスの
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
能を高めるとゝもに、HC、CO等の未燃有害成分
の発生も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が生じる。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吸気による旋回
流発生手段を設けて、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焼供給
装置を連設し、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逆流既燃ガス用旋回
流生成案内壁を前記燃焼室側へ突設するととも
に、前記燃焼室壁の前記吸気弁口の周囲部には、
前記吸気通路内から前記燃焼室内へ吸入される吸
気を衝突させ、これに旋回流を生成させるための
吸気用旋回流生成案内壁を前記燃焼室側へ突設し
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
嵌合したシリンダ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
口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１
２，１３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１
４、および逆流既燃ガスの旋回流を助長させるよ
うに吸気にも旋回流を生起させるための旋回流生
成案内壁１９が設けられる。

而して本発明におけるこれらの旋回流生成案内
壁１４，１９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、以下これら
の旋回流生成案内壁１４，１９の構成を説明する
と、前記各旋回流生成案内壁１４，１９は燃焼室
４の上壁に一体に垂設されていて、それぞれ燃焼
室４の外周壁より吸気弁口５および排気弁口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。そしてこれらの各縦断面形状
は第４図に明瞭に示すように略Ｕ字状に形成さ
れ、吸気弁口５あるいは排気弁口６に対面する内
周面２０，１５は略垂直に、また燃焼室４の外周
壁に対面する外周面２１，１６は旋回流に対する
抵抗が小さくなるように上下に凹状円弧に滑らか
に立上つた状態に形成され、さらにそれら内、外
周面２０，１５および２１，１６の下端を連絡す
る底面２２，１７は略水平な平坦面に形成されて
いる。そして前記各内周面２０，１５と対応する
底面２２，１７との接続隅部および前記各外周面
２１，１６と対応する底面２２，１７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、逆流既燃ガス用の旋回流
生成案内壁１４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、この吸入行程の初期にお
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あ
るいは吸気弁口５と排気弁１３あるいは排気弁１
２の外周間の間隙においては、前記旋回流生成案
内壁１４，１９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１４，１９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、および吸気通路９より吸
気弁口５を通つて燃焼室４へ吸入される吸気に不
均衡を生じ、その結果逆流既燃ガスおよび吸気は
それぞれ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あるいは吸気通路９から
前記旋回流生成案内壁１４，１９の円弧凹状の内
周面１５，２０に衝突した逆流既燃ガスあるいは
吸気の反射流はそれぞれ収束され、それぞれ同一
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、吸気用旋回流生成案内壁１９
により生成された吸気の旋回流は、逆流既燃ガス
用旋回流生成案内壁により生成された逆流既燃ガ
スの旋回流を有効に助長し、その結果全体として
逆流既燃ガスの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。

そして圧縮工程の終了直前の、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
気弁口および吸気弁口の周囲部にそれぞれ旋回流
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および吸気通路より燃
焼室内へ吸入される吸気をそれぞれ対応する旋回
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等の未然有害成分の発生
を可及的に低減することができる。

また逆流既燃ガス用および吸気用の各旋回流生
成案内壁によつて、そこに衝突する逆流既燃ガス
あるいは吸気を収束させ、それぞれ一方向の集合
旋回流として燃焼室内に流入させることによつて
吸気の旋回流は逆流既燃ガスの旋回流を有効に助
長し、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。

【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図は逆流既燃ガス用および吸気用旋回流生成案
内壁の斜視図、第４図は排気弁部分および吸気弁
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……逆流既燃ガス用旋回流生成案内壁、
１８……点火栓、１９……吸気用旋回流生成案内
壁、２１……吸気用旋回流生成案内壁の周面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、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
   供給装置を連設し、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逆流既燃ガス用旋
   回流生成案内壁を前記燃焼室側へ突設するととも
   に、前記燃焼室壁の前記吸気弁口の周囲部には、
   前記吸気通路内から前記燃焼室内へ吸入される吸
   気を衝突させ、これに旋回流を生成させるための
   吸気用旋回流生成案内壁を前記燃焼室側へ突設し
   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。 ２ 前記特許請求の範囲第１項記載の４サイクル
   内燃機関における混合気の燃焼改善装置におい
   て、前記吸気用旋回流生成案内壁は前記逆流既燃
   ガスの旋回流を助長させる方向に前記吸気の旋回
   流を生成すべく前記吸気弁口の周囲部に配設され
   ている、４サイクル内燃機関における混合気の燃
   焼改善装置。 ３ 前記特許請求の範囲第１項記載の４サイクル
   内燃機関における混合気の燃焼改善装置におい
   て、前記吸気用旋回流生成案内壁は前記逆流既燃
   ガスの旋回流を助長させる方向に前記吸気の旋回
   流を生成すべく前記吸気弁口の周囲の一部を囲む
   ように形成してなる、４サイクル内燃機関におけ
   る混合気の燃焼改善装置。 ４ 前記特許請求の範囲第１項記載の４サイクル
   内燃機関における混合気の燃焼改善装置におい
   て、前記吸気用旋回流生成案内壁の前記逆流既燃
   ガスの旋回流の上流側に面する周面は、前記逆流
   既燃ガスの旋回流に対する抵抗が小さくなるよう
   に前記燃焼室の壁面から滑らかな曲面を形成して
   立上がつている、４サイクル内燃機関における混
   合気の燃焼改善装置。