(57)【要約】【課題】  ピストンの３往復毎に１回の燃焼行程を行う６行程のエンジンにおいて、排気弁の熱せられた部分を間髪を入れず射水して主として水の気化熱で冷却し、排気弁の最高温度を下げようというものである。【解決手段】  放熱時間を約２倍にしたことに加えて、少量の冷却水を既燃ガスの流れによって妨げられることなく排気弁の近傍へ噴射して、過熱した排気弁を水冷するとともに、排気弁の冷却からはずれた水滴を利用して燃焼室内に流入する既燃ガス効率よく冷却する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ孔へ摺動可能に挿通されたピストンと、ピストン上方のシリンダ孔を閉じるシリンダヘッドとの間に点火栓を備えた燃焼室を設け、その燃焼室内を外気に連通させる吸気通路と排気通路の開口部に吸気弁と排気弁とを開閉可能に設け、前記吸気通路に燃料噴射弁を設け、前記吸気弁と排気弁とをピストンが３往復する間に１度づつ開閉させるとともに、吸入、圧縮、燃焼、排気の行程の次に、吸気弁が閉じ排気弁の開いた状態でピストンを昇降させる冷却と放出との２個の行程を設けた６行程ガソリンエンジンにおいて、前記排気通路に水噴射ノズルを設け、前記排気行程の終期に排気弁に向けて水噴射を行うよう設定してなる水噴射装置。
【請求項２】
請求項１において、前記水噴射ノズルから噴射する水量を、おおむね燃料の噴射量と同一量とし、燃料噴射量の増減に比例して水噴射量を増減するように制御される水噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンの３往復毎に１回の燃焼行程を行う６行程ガソリンエンジンに関するもので、特に、冷却行程を効率よく行うための水噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼室における燃料の燃焼効率を向上させ、エンジンの燃料消費を減じる具体的な手法として、出願人は先に、４行程エンジンにおける排気行程の次に、冷却と放出との２個の行程を加えた６行程のエンジンが有効であることを提案（特許文献１参照）した。
【０００３】
すなわち、排気弁の開いた状態でピストンを降下させ、一旦排気通路へ排出され排気管で空冷された既燃ガスを燃焼室内へ再導入して行う冷却行程と、ピストンを上昇させて冷却に用いた既燃ガスを放出する放出行程との２個の行程によって、吸排気弁を含む燃焼室壁の冷却性を向上させ、圧縮比を上げて吸気の比熱比の低下を抑えてエンジンの熱効率を向上させる技術を開示した。
【０００４】
また、その中では、排気された既燃ガスを排気通路内で冷却するのに、排気管の中で管壁を通して外気によって行う他、排気管の中に冷却水を噴射して行うことが、記載されている。本発明はその効果を一層明瞭にするための具体的装置を提供する。
【０００５】
最近の研究によれば、４行程のエンジンの吸気弁の温度が３５０度であるのに排気弁の温度は８５０度にもなり、その熱伝導によって燃焼室壁温が上がってしまうことがわかってきた。
【０００６】
排気弁が高温になる原因であるが図６に示すように排気弁が開き始めたとき、燃焼室の高温ガスが円錐状にバーナーとなって、ステムに集中してステムを焼き切るほどの高温にさせるのである。
【０００７】
したがって、排気弁の温度分布は図３に示すようにステムが８５０度の最高温になりそれが燃焼室壁へと熱伝導し、排気弁の傘表（燃焼室側）で８００度位になり壁温の最高を表すことになる。
【０００８】
もし、排気弁の傘表がステムからの熱伝導がなかったとしたら、排気弁は吸気弁と同じく３５０度にとどまる筈だというのが通説となった。
【０００９】
本発明では、６行程で放熱時間を約２倍にしたことに加えて、排気弁の円錐バーナーで熱せられた部分を間髪を入れず射水して主として水の気化熱で冷却し、排気弁の最高温度を５００度まで下げようというものである。
【特許文献１】特願２００６−１３０２２９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
よって、本発明が解決せんとする問題点は、少量の冷却水を既燃ガスの流れによって妨げられることなく排気弁の近傍へ噴射して、過熱した排気弁を水冷するとともに、排気弁の冷却からはずれた水滴を利用して燃焼室内に流入する既燃ガス効率よく冷却することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、シリンダ孔へ摺動可能に挿通されたピストンと、ピストン上方のシリンダ孔を閉じるシリンダヘッドとの間に点火栓を備えた燃焼室を設け、その燃焼室内を外気に連通させる吸気通路と排気通路の開口部に吸気弁と排気弁とを開閉可能に設け、前記吸気通路に燃料噴射弁を設け、前記吸気弁と排気弁とをピストンが３往復する間に１度づつ開閉させるとともに、吸入、圧縮、燃焼、排気の行程の次に、吸気弁が閉じ排気弁の開いた状態でピストンを昇降させる冷却と放出との２個の行程を設けた６行程ガソリンエンジンにおいて、前記排気通路に水噴射ノズルを設け、前記排気行程の終期に排気弁に向けて水噴射を行うよう設定することを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る６行程エンジンの水噴射装置は、排気行程に続く冷却行程で水噴射するから、噴射された水は排気によって押し戻されることなく、逆流する既燃ガスとともに排気弁に向かって流動し、ステムや弁の裏面に当たって冷却する。
【００１３】
また、排気弁の冷却から外れた一部の射水は、排気弁を通過して直接に燃焼室内へ流入し、気化潜熱で内部の熱を大きく奪って燃焼室内の温度を降下させる。かくて、６行程エンジンの吸入行程直前における燃焼室内の温度を低く保つことによって、エンジンを高い熱効率で運転することができる。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明を利用したエンジン１０の要部断面図である。図中、エンジン１０は周知のように、シリンダブロック１１とピストン１２、およびシリンダヘッド１３によって囲まれた燃焼室１４を有する。１５は点火栓である。
【００１５】
前記燃焼室１４には吸気弁２０を介して大気へ通じる吸気通路２１と、排気弁３０および消音器３１を介して大気へ通じる排気通路３２とが接続されている。吸気弁２０と排気弁３０とは、図２で明らかなように、1個のシリンダ１６ごとに各２個が設けられた、いわゆる４弁式をなし、それらは前記シリンダヘッド１３に支持されたカム２２によって開閉される。２３は慣用されている燃料噴射弁であり、吸気通路２１に付設されて、ポンプ２３ｂを介して燃料タンク２３ｃから給送される燃料を噴射する。なお、以上の構成は、従来から慣用されている４行程エンジンと大差はない。
【００１６】
ここで、前記６行程エンジン１０は、前記カム２２がクランク軸（図示してない）の３回転ごとに、図４で示す時期に、吸気弁２０と、排気弁３０とを開閉する構成になっている。
【００１７】
すなわち、従来の吸入、圧縮、燃焼、排気の各行程の後に、ピストン１２が下降し再び上昇するまでの間に、一旦、排気通路３２へ排出され、排気通路３２の管壁を通して外気によって冷却された既燃ガスを、再び燃焼室１４内へ導入して室内を冷却する冷却行程と、燃焼室１４内の熱を吸熱した既燃ガスを再び排気通路３２内へ放出する放出行程との２個の行程とが介在している（図５に指圧線図を示した）。
【００１８】
このエンジン１０では、前記排気通路３２に水噴射ノズル３５ａが設けられている。水噴射ノズル３５ａは水ポンプ３５ｂを介して水タンク３５ｃに通じており、水タンク３５ｃに入れた射水Ｗを排気通路３２内へ噴射可能となっている。これら水タンク３５ｃ、水ポンプ３５ｂ、および水噴射ノズル３５ａの各部材が水噴射装置３５をなしている。
【００１９】
前記シリンダヘッド１３には、図２で示すように、２個の排気弁３０、３０を通して燃焼室１４に通じる比較的短い２個の排気ポート３２ａ、３２ａが集合して排気通路３２が構成されており、その集合部の下流側に前記水噴射ノズル３５ａが設けられている。
【００２０】
水噴射ノズル３５ａの機械的な構成、および噴射量の制御方法は、従来の燃料噴射弁２３と同様になっており、水ポンプ３５ｂから所定の一定した圧力で射水が供給された状態で、図示してない電子装置によって所定の時間だけ開弁し、その開弁時間と開弁時期とを長短に調整できる。具体的には前記燃料噴射弁２３によって供給される燃料の量と略同量を噴射するように制御され、好結果を得ている。
【００２１】
水噴射ノズル３５ａは、また、２個の噴射口を持ち、前記従来の燃料噴射弁２３が２個の吸気ポート２１ａ、２１ａへ同時に同量の燃料を噴射するのと同様に、２個の排気ポート３２ａ、３２ａへ同時に同量の射水Ｗを噴射するようになっている。
【００２２】
前記排気ポート３２ａ、３２ａに設けた水噴射ノズル３５ａの射水Ｗの噴射方向は、排気流の下流側から排気弁３０、３０のステムを指向しており、噴射された射水Ｗによって前記ステムが直接に冷却できるように構成されている。
【００２３】
ここで、水噴射ノズル３５ａの射水噴射時期は、噴射した射水が排気流によって吹き返されることがないよう図４で示すように、排気行程が終了しピストン１２が下降して排気ポート３２ａへ排出された排気が、燃焼室１４へ向けて逆流し始めた後の時期に行われる。
【００２４】
この実施例は、以上のように構成されているから、水噴射ノズル３５ａから噴射された射水は排気弁３０のステムに衝突し、弁体の裏面に飛散して冷却する一方、一部は燃焼室１４内に入り、内部で気化して気化潜熱を吸収して内部の温度を一層低下させる。
【００２５】
かくて、冷却・放出行程において燃焼室１４内の温度を著しく低下させた状態で、吸気行程が開始するので、圧縮行程において吸気の温度上昇が低く維持できるため、燃料空気サイクルでの熱解離を抑制し比熱比の低下を抑えることができる。また、ノッキングの発生が抑制されるので、点火時期を進めたり、圧縮比を上げるなどの設定が容易になり、高い熱効率でエンジンを運転できる。
【００２６】
なお、燃焼室１４の壁面の温度が低下するので、水冷エンジンであっても、シリンダブロックに簡単な空冷フィン１７を設置するだけで冷却水の循環を省略でき、エンジンの小型化や軽量化も可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
主として、自動車の低燃費指向のエンジン用としての用途に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本願発明の一実施例であるエンジンの構成図である。
【図２】図１中のＩＩ−ＩＩ断面を拡大して示す要部の拡大断面図である。
【図３】排気行程終了時における排気弁の温度分布を示す分布図である。
【図４】図１で示すエンジンの弁ダイヤグラムである。
【図５】指圧線図である。
【図６】排気弁の様子を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０    エンジン
１１    シリンダブロック
１２    ピストン
１３    シリンダヘッド
１４    燃焼室
１５    点火栓
１６    シリンダ
１７    空冷フィン
２０    吸気弁
２１    吸気通路
２１ａ    吸気ポート
２２    カム
２３    燃料噴射弁
３０    排気弁
３１    消音器
３２    排気通路
３２ａ    排気ポート
３５    水噴射装置
３５ａ    水噴射ノズル
３５ｂ    水ポンプ
３５ｃ    水タンク
４０    円錐バーナー
４１    冷却水通路
Ｗ    射水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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