JPS6410646B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明の課題は、内燃機関の液体燃料から混合
気を製造する方法と、この方法によつて得られた
混合気の内燃機関とに関する。

従来例及びその解決すべき問題点 西独国公開公報第1576009号によつて公知にさ
れた混合気の製造方法は、１つのシリンダと他の
シリンダがあり、該他のシリンダの作動空間から
回収した高温高圧排ガスの圧力により燃料の流れ
の全部又は一部を気化させて該一のシリンダの燃
焼室内に噴射させる。他のシリンダ内で圧縮又は
膨張したガスは、一のシリンダの吸込管又は燃焼
室に対し設けた燃料噴霧ノズルに供給される。し
かし、これによれば常に少なくとも２つのシリン
ダを連結しなければならず、構成上の制約がある
という欠点がある。

他の従来例として、圧縮空気の流れに液体燃料
を気化し、これを燃焼室へ供給することにより可
燃混合気を得るものがある。この種の仕方の例は
西独国定期刊行物「自動車技報」、1971年９月号
の306−311頁に記載された圧縮点火機関にみられ
る。

これによれば、前記圧縮空気の流れは、ピスト
ンヘツドとシリンダヘツドの特定形状に基づいて
得られるようにしている。即ち、ピストンヘツド
の突出部がそのピストンの上死点範囲内でピスト
ンヘツドに比して幾何学的形状が対応するようシ
リンダヘツドに設けられた凹所に導かれる。シリ
ンダヘツドの凹所とピストンの突出部との間に燃
焼室が画成されかつ燃焼室から隔てられて掃気室
が画成される。この掃気室は、シリンダ表面と、
ピストンヘツド表面と、シリンダヘツドのピスト
ン外径及び突出部間に対応する部分とによつて画
成され、本発明の強制貫流室に対応するものであ
る。燃焼室と掃気室とはシリンダヘツドに通じる
通路によつて接続され、この通路に対し燃料が噴
込まれる。上死点範囲内における圧縮行程の終り
に、燃焼室と掃気室との間に生じる圧力差によ
り、前記通路を通る空気流れを生ぜしめ、これに
より、燃料を空気の強制貫流流れにのせて燃焼室
へ導入させる。この従来例の主な目的は、複雑で
高価な噴射ポンプを不要にし、燃料の気化を改良
することにある。しかしながら、この従来例によ
れば、噴込まれる燃料は他の気体との混合気とさ
れておらず、前記通路へ噴込まれるときに該通路
内の空気と混合されてしまい、気化燃料と空気中
の酸素との反応により圧縮工程の初期のうちに早
期自己点火を生ずるという不都合を生じやすいと
いう欠点があり、又燃料自体の温度も自己点火を
生じない程度の燃焼に適した温度とするために加
熱器を必要とするという欠点があつた。

又他の従来例として、日本国特許第178580号に
見られる如く燃料を排気ガス中に霧化してこの混
合気をシリンダ内へ導き燃焼効率を高めようとし
たものもあるが、上記混合気は更にシリンダへ至
る前に吸入空気とも混合されてしまうので、上記
従来例の場合と同様に早期自己点火を生じ易いと
いう欠点があり、又吸入空気は排気ガスに比して
低温ゆえ上記シリンダへ至る混合気が適切な燃焼
効率を保つための温度よりも低くなり易いという
欠点があつた。

問題点の解決手段 本発明の目的は、シリンダヘツド又はピストン
に設けた溜め空間に気化燃料と該シリンダからの
排気ガスとのみからなる混合気を供給することに
より、燃焼効率を改善した内燃機関における混合
気の製造方法及び内燃機関を提供することであ
る。

例えば内燃機関の排気ガス通路から燃焼通路内
へ吸込まれた排気ガスの流れ中に気化された燃料
は未燃混合気を生じさせ、この混合気は負荷（空
気）の吸込中（４サイクルの場合）又は負荷の交
換中（即ち空気の吸込中かつ排気ガスの排気中）
（２サイクルの場合）に低圧条件でシリンダヘツ
ド又はピストンに設けられた溜め空間へ送られ
る。そして、溜め空間内で、未燃混合気は作動空
間の強制貫流室から流入する空気によつて圧縮さ
れる。この圧縮は容積型方式により該混合気と空
気との混合を生ずることなく行われる。尚容積型
方式とは機械的変位がそのまま内容物の容積変化
となる方式をいい、非容積型方式（例えば軸流圧
縮機）と比較される概念である。容積型方式圧縮
は、ガスの旋回流を生じないような形状とされた
空間へ空気と混合気とが互いに層をなして（即ち
境界面を介して互いに混合しない状態で）流入す
ることによつて得られる。小量の排気で多量の燃
料が蒸発することによつて同時に生ずる内部冷却
効果、及び溜め空間の壁部の集中冷却効果により
混合気が排気ガスの高温により過度に高温とされ
ることが避けられつつ適正な高温となり、一方未
然混合気と上記空気相との互いに層をなす燃焼を
生じない化学的限界に基づき、高い圧縮比下であ
つても早期自己点火を生じないような条件がもた
らされる。ピストンの上死点前の点火に適するよ
う定めた瞬間に溜め空間内の未然混合気は圧力差
に基づき燃焼室に強制貫流的に流入され、そこで
空気と混合されて可燃混合気を形成し、かくして
点火が行われる。

本発明の可燃混合気の製造方法に実施される内
燃機関は、ピストンの上死点範囲で燃焼室と強制
貫流室とを画成するようなピストンとピストンヘ
ツドとを用いている。更に上記内燃機関は、燃料
の気化器を備えた排気ガス通路（以下単に排気通
路という）に定期的に接続される分離された溜め
空間をもち、上記接続は定期的遮断機構により行
われる。溜め空間は、ピストンの上死点範囲で互
いに分離された強制貫流室と燃焼室とを連通状態
で接続するように形状づけられる。溜め空間が内
燃機関のピストンヘツドに設けられている場合、
混合気を溜め空間へ定期的に供給するには、逆止
弁からなる遮断機構によつて行われる。他の例と
して、溜め空間がピストンヘツドに設けられてい
る場合は、溜め空間の貫通孔形状はその両端の孔
がピストンの突出部とピストン周辺部とに夫々開
口する形状となつている。この場合、遮断機構
は、ピストンとシリンダ壁に開口する未燃混合気
の出口通路との協働によつて遮断動作を行なう。

本発明は、４サイクル及び２サイクルの内燃機
関の両方に適用することができる。２サイクル内
燃機関において溜め空間へ未燃混合気を供給する
には、追加的に設けた燃焼通路系と吸込力空気通
路系とによつて行なわれ、上記供給はクランク室
における圧力変動を伝達して行われる。本発明
は、火花点火を使用しない圧縮点火機関又は火花
点火機関の何れにも実施できる。

実施例 本発明の詳細につき、図示された実施例を参照
して以下に説明する。

第１図示の内燃機関は４サイクル内燃機関であ
つて、その作動空間は、シリンダ１６と、ヘツド
に突出部４をもつたピストン５と、凹所１８を有
するヘツド１７とによつて画成される。突出部４
は凹所１８と幾何学的に形状が対応しているの
で、ピストンの上死点範囲内でのこれら部材の連
接により、作動空間から燃焼室１と強制貫流室２
とが分離形成される。ヘツド１７には、燃料室１
と強制貫流室２を接続する溜め空間３がある。圧
縮空気の流入部側、即ち、強制貫流室２側に向か
うに従い徐々に広がつている細長い空間としての
溜め空間３は空気が供給通路１９からの混合気と
互いに層をなしつつ流入するのを保証する形状と
なつている。側方の供給通路１９は、溜め空間３
に接続され、更に燃焼通路１１を介して、内燃機
関の排気ガス用の排気通路８に連結される。この
燃焼通路１１には供給通路１９の方から順次自動
逆止弁６及び気化器７が設けられている。

第１のサイクル、即ち吸気用のピストン５の下
降行程中は、空間が圧力差に基づき吸気通路１４
を介して作動空間に供給され、他方、気化器７か
らの燃料は排気通路８から燃焼通路１１の逆止弁
６を介して溜め空間３方向へ流れる排気中へ気化
される。従つて、溜め空間３は、未燃混合気を定
期的に収容する室となる。溜め空間３の壁は集中
的に冷却される。例えばこの壁は、外気が溜め空
間３の外表面からそのフイン９を介して熱を奪う
ことによつて冷却される。

第２のサイクル、即ち圧縮用のピストン５の上
昇中に空気圧が上昇すると、この空気圧は溜め空
間３内の混合気に作用するが、空気の強制貫流室
２側から溜め空間３内への層をなして流入によつ
ては、溜め空間３内の混合気が燃焼室１内へ流入
する変位を生ずることなく、単に溜め空間３内の
混合気と空気との層状圧縮が生じるのみである。
溜め空間３中では、未燃混合気は気化燃料以外に
は酸素を含まない小量の排気ガスがあるのみでか
つ集中的に冷却されているので該未燃混合気が溜
め空間３中で自己点火してしまう危険はない。圧
縮行程の終りで突出部４が凹所１８に入ると、強
制貫流室２が形成されかつ該室２内の圧力が上昇
し、事実上溜め空間３を通つて燃焼室１へ向かう
空気による掃気が行なわれる。これにより、燃焼
室１に導かれた混合気は、高温空気と混合されて
可燃混合気となり、自己点火される。続いて、第
３のサイクル、即ち燃焼用下降行程と、第４のサ
イクル、即ち排気用上昇行程が行なわれる。

第２図には、上述したものとは異なつた形状の
室をもつている４サイクル火花点火機関が示され
ている。ピストン５のヘツドの所定の弦に対応し
て直線状に形状づけられた突出部４は、溝状凹所
１８に導入され、互いに分離された強制貫流室２
と燃焼室１との間で一種のラビリンスシールを形
成している。このような構造は、局部的な圧力上
昇を生ぜしめ、かつ両室２，１間の掃気の動的特
性を増大させる。燃焼室１はくさび形をなし、か
つ溜め空間３から流出する混合気の流れの方向に
固着された点火プラグ１５を設けている。第２図
の例では点火時期が点火プラグ１５により制御さ
れるという点を除けば、可燃混合気の製造工程と
内燃機関の動作工程とは第１図の実施例のものと
同じである。

第３図は、本発明を、クランク室側から空気が
供給される２サイクル内燃機関に適用した実施例
を示す。内燃機関の構成部材と互いに分離した各
室１，２，３とは４サイクル内燃機関について前
述したものと同じである。しかし、溜め空間３へ
の混合気の供給方法には相違がある。逆止弁６の
下流の側方供給通路１９は、クランク室１３に接
続された吸込力通路１０と燃焼通路１１とに分岐
され、この燃焼通路１１の他端は排気通路８のポ
ートの近傍でシリンダ１６の内壁まで導かれてい
る。ピストン５の周辺部には凹所１２が設けら
れ、この凹所１２は、第３図の如くピストンの上
死点範囲内で排気通路８を燃焼通路１１に接続し
ている。気化器７は吸込力通路内に設けられてい
る。溜め空間３への未燃混合気の充填は、後述す
る第１サイクル時に、シリンダ１６内で負荷交換
されるとき（即ち、ピストン５上方の作動空間へ
の吸気と該作動空間から排気通路８を介しての排
気とが同時に行なわれる時）に行なわれる。

まず、第２サイクルとしてピストン５が上昇し
た後可燃混合気の燃焼を行なわせる間に、クラン
ク室１３内で負圧が生じているので吸気通路１４
を介して該クランク室１３内へ空気が吸込まれ
る。又この間、第３図に示す如く、ピストン５の
凹所１２は燃焼通路１１を排気通路８に接続す
る。従つて、排気通路８から小量の排気ガスが、
燃焼通路１１内に吸込まれ、この段階において逆
止弁６は閉じているので、該排気ガスは更に上記
クランク室１３の負圧に基づき吸込力通路１０内
に流れる。この排気ガスは気化器７を通つて流れ
る間に気化された燃料と混合されて未燃混合気を
形成して吸込力通路１０の空間を、第３図中例え
ば符号１０ａの位置付近に至るまで占める。尚吸
込力通路１０の空間のうち、符号１０ａ位置から
クランク室１３へ至る部分はクランク室１３から
の空気が占めている。次に、第１サイクルとし
て、ピストン５が下降を開始する。これにより、
クランク室１３内の空気が圧縮されて図示しない
所定通路を介してピストン５上方の作動空間へ流
入即ち吸入されると共に、作動空間からの排気ガ
スが排気通路８を介して排気される。

このとき同時に、クランク室１３内の空気は吸
込力通路１０に対してもその圧力を及ぼすが、該
通路１０の断面積が適宜絞られかつ該通路１０内
に未然混合気の圧力が存在することに起因して、
上記空気は該通路１０の空間内を進入する距離を
限られて例えば符号１０ｂで示す位置まで至る。
従つて、吸込力通路１０の符号１０ａ及び１０ｂ
間の空間に相当する容積の未然混合気が逆止弁６
を介して溜め空間３に強制的に流入される。尚、
吸込力通路１０内において、未然混合気及び空気
は互いの境界部で若干の混合を生ずるのみであ
り、実際上、上記溜め空間３に流入される未然混
合気は気化燃料及び排気ガスのみからなつている
とみなされクランク室からの空気が上記溜め空間
３に流入する未燃混合気中に混入されることはな
い。又上記ピストン５の下降時に該ピストン５の
周辺部により燃焼通路１１が閉じられる。

次ぎに、再び第２サイクルとしてピストン５が
上死点方向へ上昇することにより公知の圧縮現象
が生じ、第２図の場合と同様に得られた可燃混合
気が点火プラグ１５により点火される。

第４図は、前述した内燃機関と比較して混合気
供給機構に違いがある２サイクル火花点火機関の
作動状態を示す図である。この相違は、気化器７
が燃焼通路１１に設けられた点と、吸込力通路１
０内にクランク室１３を隔て、かつ該クランク室
１３内の圧力変化により生じた脈動を吸込力通路
１０へ伝達する膜２０を設けた点とにある。混合
気供給機構にかかる作動を行なわせることによ
り、該供給機構内で膜２０を介して脈動される気
体の均質性を保証しえ、これにより２サイクル内
燃機関運転の安定性を向上し得る。

第１図乃至第４図の内燃機関はヘツド１７に溜
め空間３を設けているが、第５図のものは、ピス
トン５のヘツドに溜め空間３をもつたクランク室
１３側から空気が供給される２サイクル内燃機関
である。溜め空間３は両端に穴を有し、その一端
穴はピストン５の周辺上にあり、他端穴はピスト
ン５のヘツドの上面のうち燃焼室１を画成しうる
範囲、即ち本解決方法では突出部４上に設けられ
る。ピストン５の周辺上の一端穴は、ピストンの
下死点位置で、シリンダ１６の内壁まで導かれた
吸込力通路１０の出口と整合する。吸込力通路１
０は、膜２０からなる圧力リレー中継機を介して
クランク室１３に接続されている。燃焼通路１１
は吸込力通路１０に接続され、かつ気化器７が設
けられている。燃焼通路１１は第３図及び第４図
に示したと同様な方法によりピストン５の凹所１
２を介して排気通路８に接続される。シリンダ１
６の上部には切欠部２１が設けられ、これによ
り、強制貫流室２をピストン５の周辺上の一端穴
を介して溜め空間３へ接続している。この内燃機
関では逆止弁６は省略されている。その理由は、
溜め空間３への未燃混合気の流入を遮断する機能
は、溝付タイミングギヤを使用して動作するピス
トン５の外壁とシリンダ１６の内壁との間の密封
機能により行なわれるからである。混合気製造の
過程は第３図及び第４図の実施例と同じである
が、第２サイクルとしてのピストン５の上昇中に
溜め空間３の片側を上述の如く幾何学的に密封す
る点に効果上の違いがある。ピストン５の上昇途
中に突出部４の他端穴を介して作動空間内の空気
が溜め空間３の該他端穴側内部に流入して該溜め
空間３内の未燃混合気を圧縮するが、この未燃混
合気の圧縮は旋回流を発生させることなく完全に
容積型方式で未燃混合気及び流入空気どうしが互
いに層をなす状態で行なわれる。その結果、早期
自己点火の現象をみることなく一層高い圧縮比に
おける適切な時期の自己点火が可能になる。

上述の如く、本発明によれば、シリンダヘツド
又はピストンの頭部に設けた溜め空間内へ、気化
燃料とシリンダからの排気ガスとのみからなる混
合気を供給しているため、次ぎに示す利点があ
る。

(1) 燃料のみの噴射、又は気化燃料及び排気ガス
に加えるに空気を混入した混合気の供給に比
し、て、混合気は溜め空間に流入されるまでは
空気と接触せず又流入後も強制貫流室からの空
気と互いに層をなして燃焼室へ供給されて燃焼
を生じな化学的限界条件が保持されるため、早
期自己点火を生ずるおそれなく適正時期に点火
を生じ燃焼効率を向上し得る。

(2) 気化燃料は比較的温度の高い排気ガスとのみ
混合されるので、自己点火を生じない程度の適
正な高温が速やかに得られ、一層燃焼効率を向
上しうると共に、加熱器を必要としない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る４サイクル圧縮点火機関
を示す縦断面図、第２図は異なつた形状のピスト
ンとシリンダヘツドとを備えた４サイクル火花点
火機関を示す縦断面図、第３図はクランク室側か
ら空気が供給される２サイクル火花点火機関を示
す縦断面図、第４図は２サイクル火花点火機関の
他の実施例を示す縦断面図、第５図はピストンヘ
ツドに溜め空間を設けた２サイクル圧縮点火機関
を示す縦断面図である。 １……燃焼室、２……強制貫流室、３……溜め
空間、４……突出部、５……ピストン、６……逆
止弁、７……気化器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関における混合気の製造方法であつ
   て、該機関は、シリンダヘツド１７を有するシリ
   ンダ１６と、該シリンダ内で下死点及び上死点間
   で移動可能なピストン５と、該シリンダ１６、ピ
   ストン５及びシリンダヘツド１７の各表面により
   画成された作動空間１，２とを具備してなり、タ
   イミング手段により制御されて、吸気、圧縮、燃
   焼及び排気からなる各行程により動作されるよう
   な前記製造方法において、該製造方法は、 前記圧縮行程の前に、前記作動空間１，２を空
   気源に接続する工程と、 前記シリンダからの排気ガスと気化燃料とのみ
   からなる混合気を製造する工程と、 前記シリンダヘツド１７又はピストン５内にお
   いて作動空間１，２の近傍に隣接してかつ該作動
   空間から分離して画成された溜め空間３へ、前記
   排気ガス及び燃料の混合気を供給する工程と、 前記圧縮行程の間に、作動空間１，２中で分離
   画成された該作動空間の一方２からの空気を排気
   ガス及び燃料の容積式変位を伴い層をなして該溜
   め空間３内へ流入させ、該混合気が該溜め空間内
   で燃焼し得ない化学的組成状態を保持するよう該
   空気を圧縮する工程と、 該ピストン５が前記圧縮行程の終りである前記
   上死点に至つたとき、前記混合気を前記空気によ
   り加圧して該溜め空間３内の圧力を急激に上昇さ
   せることにより、後続の燃焼を行わせるため該混
   合気及び空気を前記作動空間１，２中で分離画成
   された該作動空間の他方１へ速やかに移送させる
   工程と、 を有することを特徴とする前記製造方法。 ２ 前記溜め空間３の集中冷却が行われることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の製造方
   法。 ３ シリンダ１６と、ピストンヘツド上に突出す
   る突出部４を有するピストン５と、ピストンの突
   出部に対応した断面の凹所１８、空気供給用の吸
   気通路１４及び排気通路８を備えたシリンダヘツ
   ド７とにより画成される作動空間１，２を備えて
   おり、ピストンの上死点範囲で前記ピストンの突
   出部４と前記シリンダヘツドの凹所１８との相互
   連接により前記作動空間から燃焼室１及び強制貫
   流室２を分離画成し、しかも該燃焼室及び強制貫
   流室を接続する溜め空間３を設けられた内燃機関
   において、 前記溜め空間３は、前記排気通路８に対し定期
   的遮断機構６；５，１６を介して定期的に接続さ
   れ、かつ燃料気化器７が、該排気通路８及び該溜
   め空間３を接続する燃焼通路１１か又は該通路１
   １に対し分岐してクランク室１３に圧力相互伝達
   的に接続された吸込力通路１０に設けられてお
   り、 前記気化器７からの燃料と前記排気通路８から
   の排気ガスとのみからなる混合気が前記遮断機構
   部分を介して該溜め空間３へ供給される、 ことを特徴とする内燃機関。 ４ 前記溜め空間３は、前記シリンダヘツド１７
   内に設けられかつ混合気供給用の供給通路１９を
   介して前記遮断機構に対し接続され、該遮断機構
   は逆止弁６であることを特徴とする特許請求の範
   囲第３項記載の内燃機関。 ５ 前記クランク室１３側から空気が供給される
   ２サイクル内燃機関であつて、 前記供給通路１９は、前記吸込力通路１０と、
   その他端が排気通路８のポートの近傍でシリンダ
   １６の内壁に導かれた前記燃焼通路１１とに分岐
   されており、 ピストンの上死点の範囲で該燃焼通路１１を該
   排気通路８に接続する凹所１２がピストン５上に
   設けられていることを特徴とする特許請求の範囲
   第４項記載の内燃機関。 ６ 前記クランク室１３側から空気が供給される
   ２サイクル内燃機関であつて、 前記溜め空間３はピストン５の頭部に設けられ
   ていると共に、該溜め空間の一端はピストンの周
   辺部上にかつ他端はピストンの突出部４上に夫々
   開口しており、 前記吸込力通路１０の出口が、ピストンの下死
   点位置における該ピストン５の前記一端穴に対応
   してシリンダ１６壁上に画成され、 更に、該吸込力通路１０には気化器７を設けた
   燃焼通路１１の一端が接続され、該燃焼通路の他
   端は前記排気通路８のポートの近傍でシリンダ１
   ６の内壁に導かれ、 更に、ピストンの上死点範囲で該燃焼通路１１
   を該排気通路８に接続する凹所１２がピストン５
   上に設けられ、 シリンダ１６の上方部には切欠部２１が形成さ
   れ、該切欠部及びピストンの前記一端穴を介して
   強制貫流室２を溜め空間３に接続することを特徴
   とする特許請求の範囲第３項記載の内燃機関。 ７ 前記吸込力通路１０の該溜め空間３側空間
   は、該通路１０途中に設けた弾性膜２０により前
   記クランク室１３から隔てられていることを特徴
   とする特許請求の範囲第５項又は第６項記載の内
   燃機関。