JPH0733771B2 - ２サイクル内燃機関 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は２サイクル内燃機関に関する。

〔従来の技術〕 一対の給気弁と一対の排気弁を具備し、シリンダヘッド
内壁面から燃焼室に向けて延びるマスク壁を各排気弁と
吸気弁との間に形成して各マスク壁により給気弁側に位
置する各排気弁周縁部と弁座間の開口を排気弁のリフト
量が小さいときに閉鎖し、一対の給気ポートから夫々流
入する新気の流量が等しくなるように各給気ポートを形
成した２サイクル内燃機関が本出願人により既に提案さ
れている（特願昭62−31559号参照）。この２サイクル
内燃機関では排気弁開弁時においてブローダウンが生じ
た後に排気ポートから燃焼室内に逆流する排気ガスをマ
スク壁により案内し、この逆流排気ガスにより燃焼室内
にシリンダ軸線回りのスワール流を発生せしめるように
している。機関低負荷運転時には給気ポートから流入す
る新気の流速が遅いために新気が逆流排気ガスのスワー
ル流と共に旋回し、その結果新気が燃焼室の下方領域に
拡散せず、燃焼室の上部領域に集まるために燃焼室内は
成層化される。一方、機関高負荷運転時には給気ポート
から流入する新気の流速が速いために新気はピストン頂
面に向かって下降し、次いでピストン頂面において流れ
方向を変え、斯くしてループ掃気が行なわれる。このと
き両給気ポートから流入する新気の流量が異なると、即
ち両給気ポートから流入する新気の強さに差があると弱
い方の新気流は強い方の新気流により横方向に押される
ためにきれいなループ状を描いて流れず、斯くして全体
として良好なループ掃気が得られない。しかしながらこ
の２サイクル内燃機関では両給気ポートから流入する新
気の強さが等しいために両新気流が共にループ状に流
れ、斯くして良好なループ掃気が行なわれる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながらこの２サイクル内燃機関では排気弁のリフ
トが大きくなると排気弁と弁座間の開口が排気弁の全周
に亘って燃焼室内に開口し、その結果給気ポートから流
入した新気の一部がシリンダヘッド内壁面に沿って流
れ、次いでマスク壁を越えて排気ポート内に流出するた
めに新気の吹き抜けが生じる。ところがこのように新気
の一部が排気ポート内に吹き抜けるとこの新気はループ
掃気に寄与しないことになるので強力なループ掃気を行
なうことができないという問題がある。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために本発明によれば一対の給気
弁および一対の給気ポートをシリンダ軸線を含む平面に
関して夫々対称に配置すると共に各給気弁の形状および
各給気ポートの形状を夫々実質的に同一の形状に形成
し、シリンダヘッド内壁面から燃焼室に向けて延びるマ
スク壁を各給気弁と排気弁との間に形成して各マスク壁
により排気弁側に位置する各給気弁周縁部と弁座間の開
口を給気弁の全開弁期間に亘って閉鎖し、各マスク壁を
上述シリンダ軸線を含む平面に関して対称に配置すると
共に各マスク壁の形状を実質的に同一の形状に形成して
いる。

〔作 用〕

排気弁側に位置する各給気弁周縁部と弁座間の開口を給
気弁の全開弁期間に亘ってマスク壁により閉鎖すること
によって給気ポートから流入する新気は排気ポート内に
吹き抜けることなくピストン頂面に向かい、しかも両給
気ポートから流入する新気が共にきれいなループ状をな
して流れる。

〔実施例〕

第１図から第３図を参照すると、１はシリンダブロッ
ク、２はシリンダブロック１内で往復動するピストン、
３はシリンダブロック１上に固定されたシリンダヘッ
ド、４はシリンダヘッド３の内壁面3aとピストン２の頂
面間に形成された燃焼室を夫々示す。シリンダヘッド３
の内壁面3a上には燃焼室４に向けて突出しかつシリンダ
ヘッド３の内壁面3aの直径に沿いその直径の全体に亙っ
て延びる***部５が形成される。第１図に示すようにこ
の***部５はその下端部に尾根5aを有する三角形状断面
を有しており、この***部５の根元部が第１図から第３
図において5bで示される。***部５の一側には一対の給
気弁６が配置され、***部５の他側には一対の排気弁７
が配置される。

また、***部５の中央部5cは排気弁７側に湾曲せしめら
れており、この湾曲中央部5cの給気弁６側に点火栓８が
配置される。従って点火栓８はほぼシリンダ軸線上に位
置し、しかも***部５に対して給気弁６側に配置されて
いる。***部５上には排気弁７側に位置する給気弁６周
縁部と弁座９間の開口を覆うために各給気弁６に対して
夫々マスク壁10が形成されている。これらのマスク壁10
は対応する給気弁６の周縁部に極めて近接配置されかつ
給気弁６の周縁部に沿って延びる断面円弧状をなしてお
り、更にこれらのマスク壁10は第１図において鎖線で示
す最大リフト位置にある給気弁６よりも下方まて燃焼室
４に向けて延びている。従って排気弁７側に位置する給
気弁６周縁部と弁座９間の開口は給気弁６の開弁期間全
体に亙ってマスク壁10により閉鎖されることになる。一
方、排気弁７の周縁部と***部５の根元部5bとの間には
一定の間隔が設けられており従って給気弁６側に位置す
る排気弁７周縁部と弁座11間の開口は***部５によって
閉鎖されることがない。従って排気弁７が開弁すると排
気弁７と弁座11間に形成される開口はその全体が燃焼室
４内に開口することになる。

シリンダヘッド３内には給気弁６に対して給気ポート12
が形成され、排気弁７に対して排気ポート13が形成され
る。各給気ポート12は例えば機関によって駆動される機
械式過給機14および給気ダクト15を介して図示しないエ
アクリーナに接続されており、給気ダクト15内にはスロ
ットル弁16が配置される。各給気ポート12の上壁面には
燃料噴射弁17が配置され、各燃料噴射弁17からは広がり
角の小さい剛体状の燃料が給気弁６の第３図においてハ
ッチングで示す領域18に向けて噴射される。この領域18
は給気ポート12軸線に関して点火栓８側に位置し、かつ
両給気弁６の弁ステムを結ぶ線に対して点火栓８と反対
側に位置する。

第２図からわかるように一対の給気弁６はシリンダ軸線
を含む平面ａ−ａに関して対称に配置されており、一対
の給気ポート12も平面ａ−ａに関して対称に配置されて
いる。また、各給気弁６の形状は実質的に同一であり、
各給気ポート12の形状も実質的に同一である。また、各
給気弁６の弁リフト曲線は実質的に同一であり、従って
給気弁８が開弁したときに各給気ポート12から流入する
新気の量は実質的に同一となる。また、***部５は平面
ａ−ａに関して対称的な形状を有し、各マスク壁10も平
面ａ−ａに関して対称的に配置されている。更に各マス
ク壁10は実質的に同一の形状を有する。また、各排気弁
７も平面ａ−ａに関して対称的に配置されており、各排
気弁７は実質的に同一の形状を有する。

第４図は各給気弁６および各排気弁７の開弁期間の一
例、および燃料噴射期間の一例を示している。第４図に
示す例においては給気弁６よりも排気弁７が先に開弁
し、給気弁６よりも排気弁７が先に閉弁する。更に燃料
噴射期間は給気弁６の開弁後、下死点BDC前までの間に
設定されている。

第５図は給気弁６および排気弁７の弁リフトおよび排気
ポート13内の圧力変化P₁,P₂,Q₁,Q₂を示している。これ
らの圧力変化P₁,P₂,Q₁,Q₂については後述する。

次に第６図および第７図を参照して掃気作用および成層
化作用について説明する。第６図は低負荷運転時を示し
ており、第７図は高負荷運転時を示している。また、第
６図（Ａ）および第７図（Ａ）は給気弁６が開弁した直
後を示しており、第６図（Ｂ）および第７図（Ｂ）はピ
ストン２がほぼ下死点にあるときを示している。

まず初めに第６図を参照して機関低負荷運転時について
説明する。

ピストン２が下降して排気弁７が開弁すると燃焼室４内
の高圧燃焼ガスが排気ポート13内に流出し、その結果第
５図においてP₁で示すように排気ポート13内の圧力は一
時的に正圧となる。この正圧P₁は排気通路内を下流に向
けて伝播し、各気筒の排気通路の集合部において反射
し、今度は負圧となって再び排気ポート13内に伝播して
くる。従って給気弁６が開弁すると第５図においてP₂で
示されるように排気ポート13内には負圧が発生する。こ
の負圧の発生する時期は排気通路の長さに依存してい
る。機関低負荷運転時は燃焼圧が低く、従って排気ポー
ト13内に発生する正圧P₁、負圧P₂は比較的小さい。

給気弁６が開弁すると給気ポート12から燃焼室４内に燃
料を含んだ新気が流入するが給気弁６の開口に対してマ
スク壁10が設けられているために新気および燃料は主に
マスク壁10と反対側の給気弁６の開口部から燃焼室４内
に流入する。一方、給気弁６が開弁すると第５図におい
てP₂で示されるように排気ポート13内には負圧が発生す
るので燃焼室４の上方部の既燃ガスがこの負圧によって
排気ポート13内に吸い出される。この既燃ガスの移動に
よって新気および燃料は第６図（Ａ）において矢印R₁で
示すように排気弁７に向けて引っぱられ、斯くして燃料
が点火栓８（第２図）の周りに導びかれる。次いで第６
図（Ｂ）に示すようにピストン２が下降すると燃料を含
んだ新気はR₂で示されるように給気弁６下方のシリンダ
内壁面に沿って下方に向かう。しかしながら機関低負荷
運転時は燃焼室４内に流入する新気量が少なくしかも流
入速度が遅いために新気はピストン２の頂面まで達せ
ず、燃焼室４の上方部に滞留している。従ってピストン
２が上昇すると燃焼室４の上方部には混合気が集まり、
燃焼室４の下方部には残留既燃ガスが集まるために燃焼
室４内は成層化されることになる。斯くして混合気が点
火栓８によって確実に着火せしめられることになる。

一方、機関高負荷運転時には燃焼圧が高くなるために第
５図においてQ₁で示されるように排気ポート13内に発生
する正圧が高くなり、またこの正圧Q₁の反射波である負
圧Q₂も大きくなる。また、負圧Q₂のピークは負圧P₂のピ
ークよりも若干遅れて発生する。

機関高負荷運転時には燃焼室４内に流入する新気の量が
多く、しかも流入速度が速くなる。従って排気弁６が開
弁すると多量の新気が高速度で燃焼室４内に流入する。
次いで排気ポート13内に発生する負圧Q₂によって燃焼室
４の上方部の既燃ガスが排気ポート13内に吸い出される
と第７図（Ａ）において矢印S₁,S₂で示されるように新
気は燃焼室４の中心部の方に向きを変える。次いで更に
ピストン２が下降すると第７図（Ｂ）においてS₃で示さ
れるように新気は給気弁６下方のシリンダ内壁面に沿っ
て下方に向かい、ピストン２の頂面に達する。従って燃
焼室４内の既燃ガスは第７図（Ｂ）において矢印Ｔで示
すように新気により徐々に追いやられて排気ポート13内
に排出され、斯くして燃焼室４内ではループ掃気が行な
われることになる。

ところで前述したように第１図から第３図に示す実施例
では各給気弁６、各マスク壁10および各給気ポート12は
夫々平面ａ−ａに関して対称に配置されており、夫々実
質的に同一の形状を有する。従って各給気ポート12から
流入する新気の強さは実質的に等しく、しかも燃焼室４
内の形状が平面ａ−ａに関して対称的な形状となってい
るので各給気ポート12から燃焼室４内に流入した新気は
平面ａ−ａに関して対称的なループ状の流れを生ずる。
その結果、新気はきれいなループ状をなして燃焼室４内
を流れることになり、斯くして機関高負荷運転時には強
力なループ掃気が得られることになる。

給気弁６および排気弁７を具えた２サイクル内燃機関で
はこのようなループ掃気が最も掃気効率がよい。また２
サイクル内燃機関では残留既燃ガス量が多く、このよう
に残留既燃ガスが多い場合においても良好な着火燃焼を
確保するためには点火栓８の周りに混合気を集めておく
こと、即ち良好な成層化を行なうことが必要となる。第
１図から第３図に示す実施例ではマスク壁10を設けるこ
とによって新気および混合気がシリンダヘッド３の内壁
面3aに沿って排気ポート13内に流出することがなく、そ
れによって良好なループ掃気を確保できるばかりでな
く、良好な成層化も確保することができる。

また、点火栓８を***部５に対して給気弁６側に配置す
ることによって点火栓８の周りに混合気が集まりやすく
なり、従って点火栓８による混合気の良好な着火を確保
することができる。特に***部５の湾曲中央部5cにより
包囲された領域には混合気が滞留しやすく、この領域内
に点火栓８が配置されているので着火性が向上せしめら
れる。

また、燃焼噴射弁17から噴射された燃料は給気弁６のか
さ部背面に衝突して霧化した後にただちに燃焼室４内に
供給されるので燃焼が給気ポート12の内壁面上に付着す
ることがない。

第８図および第９図は更に良好なループ掃気を確保でき
るようにした２サイクル内燃機関の別の実施例を示す。
この実施例ではシリンダヘッド内壁面3a上に凹溝20が形
成され、この凹溝20の底壁面をなすシリンダヘッド内壁
面部分3b上に給気弁６が配置される。一方、凹溝20を除
くシリンダヘッド内壁面部分3cはほぼ平坦をなし、この
シリンダヘッド内壁面部分3c上に排気弁７が配置され
る。シリンダヘッド内壁面部分3bとシリンダヘッド内壁
面部分3cは凹溝20の周壁21を介して互いに接続されてい
る。この凹溝周壁21は給気弁６の周縁部に極めて近接配
置されかつ給気弁６の周縁部に沿って円弧状に延びるマ
スク壁21aと、給気弁６間に位置する新気ガイド壁21b
と、シリンダヘッド内壁面3aの周壁と給気弁６間に位置
する新気ガイド壁21cとにより構成される。各マスク壁2
1aは最大リフト位置にある給気弁６よりも下方まで燃焼
室４に向けて延びており、従って排気弁７側に位置する
給気弁６周縁部と弁座９間の開口は給気弁６の開弁期間
全体に亙ってマスク壁21aにより閉鎖されることにな
る。また、各新気ガイド壁21b,21cはほぼ同一平面内に
位置しており、更にこれらの新気ガイド壁21b,21cは両
給気弁６の中心を結ぶ線に対してほぼ平行に延びてい
る。点火栓８はシリンダヘッド内壁面3aの中心に位置す
るようにシリンダヘッド内壁面部分3c上に配置されてい
る。

第９図からわかるようにこの実施例においても一対の給
気弁６はシリンダ軸線を含む平面ａ−ａに関して対称に
配置されており、一対の給気ポート12も平面ａ−ａに関
して対称に配置されている。また、各給気弁６の形状は
実質的に同一であり、各給気ポート12の形状も実質的に
同一である。また、各給気弁６の弁リフト曲線は実質的
に同一であり、従って給気弁６が開弁したときに各給気
ポート12から流入する新気の量は実質的に同一となる。
また、各マスク壁21aは平面ａ−ａに関して対称的な形
状を有し、新気ガイド壁21bおよび各新気ガイド壁21cも
夫々平面ａ−ａに関して対称的に配置されている。更に
各マスク壁21aおよび各新気ガイド壁21cは夫々実質的に
同一の形状を有する。また、各排気弁７および各排気ポ
ート13も夫々平面ａ−ａに関して対称的に配置されてお
り、各排気弁７および各排気ポート13は夫々実質的に同
一の形状を有する。

この実施例では第１図から第３図に示す実施例に比べて
円弧状に延びるマスク壁21aの長さが長く、給気弁６と
その弁座９間に形成される開口のうちで排気弁７側に位
置するほぼ1/3の開口がマスク壁21aにより閉鎖され、排
気弁７と反対側に位置するほぼ2/3の開口から新気が供
給される。更にこの実施例では給気弁６から流入した新
気は新気ガイド壁21b,21cによりシリンダ内壁面に沿っ
て下方に向かうように案内される。従ってこの実施例で
は排気弁６が開弁したときには第10図において矢印Ｕで
示すように大部分の新気がシリンダ内壁面に沿ってピス
トン２の頂面に向かい、斯くして良好なループ掃気が行
なわれることになる。

ところで第９図および第10図に示す実施例においても各
給気弁６、各給気ポート12、各マスク壁21aおよび各新
気ガイド壁21cは夫々平面ａ−ａに関して対称に配置さ
れており、夫々実質的に同一の形状を有する。従って各
給気ポート12から流入する新気の強さは実質的に等し
く、しかも燃焼室４内の形状が平面ａ−ａに関して対称
的な形状となっているので各給気ポート12から燃焼室４
内に流入した新気は平面ａ−ａに関して対称的なループ
状の流れを生ずる。その結果、この実施例においても新
気はきれいなループ状をなして燃焼室４内を流れること
になり、斯くして機関高負荷運転時には強力なループ掃
気が得られることになる。

なお、これまで本発明を２サイクルガソリン機関に適用
した場合について説明してきたが本発明を２サイクルデ
ィーゼル機関に適用しうることは云うまでもない。

〔発明の効果〕

排気弁側に位置する給気弁周縁部と弁座間の開口を給気
弁の全開弁期間に亙ってマスク壁により閉鎖しかつ各給
気ポートから実質的に同じ強さで新気を燃焼室内に流入
させ、流入した新気をシリンダ軸線を含む平面に関し対
称的にループ状に流すことによって強力なループ掃気を
確保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は２サイクル内燃機関の側面断面図、第２図はシ
リンダヘッド内壁面を示す図、第３図はシリンダヘッド
の平面断面図、第４図は給排気弁の開弁期間を示す線
図、第５図は給排気弁の弁リフトおよび排気ポート内の
圧力変化を示す図、第６図は低負荷運転時の作動を説明
するための図、第７図は高負荷運転時の作動を説明する
ための図、第８図は別の実施例を示す２サイクル内燃機
関の側面断面図、第９図は第８図のシリンダヘッド内壁
面を示す図、第10図は作動を説明するための図である。 ３……シリンダヘッド、４……燃焼室、 ５……***部、６……給気弁、 ７……排気弁、８……点火栓、 10,21a……マスク壁、12……給気ポート。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一対の給気弁および一対の給気ポートをシ
   リンダ軸線を含む平面に関して夫々対称に配置すると共
   に各給気弁の形状および各給気ポートの形状を夫々実質
   的に同一の形状に形成し、シリンダヘッド内壁面から燃
   焼室に向けて延びるマスク壁を各給気弁と排気弁との間
   に形成して各マスク壁により排気弁側に位置する各給気
   弁周縁部と弁座間の開口を給気弁の全開弁期間に亘って
   閉鎖し、各マスク壁を上記シリンダ軸線を含む平面に関
   して対称に配置すると共に各マスク壁の形状を実質的に
   同一の形状に形成した２サイクル内燃機関。