(57)【要約】【課題】クランク軸の最高回転力と最低回転力との差を減らすために、混合気の燃焼を２段階に分けて行うことができるガソリンエンジンの２段燃焼システムを提供する。【解決手段】本発明は、ガソリンエンジンの燃焼システムであって、前記主燃焼室の上側面にシリンダヘッド内部に凹状に形成された副燃焼室と；前記シリンダヘッド上部に設けられてクランクシャフトによりベルトで動力が伝達されるカム軸に形成された副燃焼室バルブ用カムと；前記副燃焼室バルブ用カムの一側面に底面部が接触して固定軸を中心に回動しながら梃子の動作によって動力を伝達するロッカアームと；前記ロッカアームの他端の底面部にステムエンド部が接触して、上下運動しながら前記副燃焼室入口を開閉作動する副燃焼室バルブと；から構成されることを特徴とする。【選択図】図１
2005127302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッド上部に設けられた吸気バルブ用カムによって駆動される吸気バルブの開放作動によって空気と燃料との混合ガスが主燃焼室内に吸入され、点火プラグによって点火されて燃焼された後、排気バルブの開放によって燃焼ガスが排出されるガソリンエンジンの２段燃焼システムであって、
前記主燃焼室の上側面シリンダヘッド内部に凹状に形成された副燃焼室と；
前記シリンダヘッド上部に設けられてクランクシャフトによりベルトで動力が伝達されるカム軸に形成された副燃焼室バルブ用カムと；
前記副燃焼室バルブ用カムの一側面に底面部が接触して固定軸を中心に回動しながら梃子の動作によって動力を伝達するロッカアームと；
前記ロッカアームの他端の底面部にステムエンド部が接触して、上下運動しながら前記副燃焼室入口を開閉作動する副燃焼室バルブと；
から構成されることを特徴とするガソリンエンジンの２段燃焼システム。
【請求項２】
前記副燃焼室バルブ用カムは、吸気バルブ用カムと同一のカム軸に形成されることを特徴とする請求項１に記載のガソリンエンジンの２段燃焼システム。
【請求項３】
前記副燃焼室バルブ用カムは、前記副燃焼室バルブが圧縮末期まで開かれてから点火直前に閉じた後、爆発行程の中盤以後に開く作用をすることができるように偏心した円形の形状を有することを特徴とする請求項１に記載のガソリンエンジンの２段燃焼システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガソリンエンジンの２段燃焼システムに関し、より詳しくは、燃焼室上側面に副燃焼室を設けて副燃焼室に圧縮された混合気を一部保存してから爆発行程の中盤以後に２次燃焼をさせることによりクランク軸回転力の変動幅を減らすことができるガソリンエンジンの２段燃焼システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両の動力発生装置であるエンジンは車両を駆動させるための動力を発生させる装置であり、エンジンの主要部は潤滑装置、燃料装置、冷却装置、吸排気装置、点火装置などから構成されている。
エンジンは燃料を熱源とし、その燃焼による熱エネルギーを作動流体に供給して熱膨脹（燃焼、爆発）させて作動流体が膨脹する力を機械的エネルギーであるクランク軸の回転力に変えて動力を得る装置であるため熱機関と呼ばれる。
即ち、熱エネルギーがピストンの往復運動に変わって往復運動が再び回転動力に変えられるものである。
【０００３】
通常、ガソリンエンジンが燃焼過程を通じてピストンの周期的運動を続けるためには、燃焼したガスを排出して新しい混合気を補わなければならない。従ってクランク軸の回転と連動して吸排気バルブを正確なタイミングで開閉させなければならない。
エンジンの作動循環では、混合ガスがシリンダ内に吸入されて燃焼した後、排気ガスとなってシリンダの外に排出されるまでのシリンダ内におけるピストンの周期的変化をエンジンのサイクルという。ガソリンエンジンの場合、４サイクルと２サイクルがあり、低速から高速まで広範囲な速度変化が可能で、燃料消費率が少ない４サイクルが主流をなしている。
【０００４】
さらに詳細に説明すれば、４サイクルエンジンは４つの行程で燃焼過程が完了するエンジンであり、１行程とは、ピストンの上死点から下死点までの動き、または距離を言う。
吸入行程は、ピストンが上死点から下死点に向けた下降運動によって混合気を吸い込みながら下死点に到達するまでの行程であり、この間、吸入バルブは開かれて、排気バルブは閉じている。
圧縮行程はピストンが下死点から上死点に向けて上昇運動をして吸い込んだ混合気を圧縮する行程であって、この間、吸入バルブと排気バルブとは閉じているため、混合気の圧力と温度は上昇する。
ここで、ピストンは２行程、即ち１往復し、クランク軸は１回転する。
膨脹行程は圧縮した混合気に点火して燃焼膨脹し、その圧力でピストンを押し下げることによって実際に動力を発生する行程であり、この間は吸入バルブも閉じている。ピストンの下降によってガスは膨脹して、その圧力と温度が下がる。
排気行程は、下死点にあるピストンが再び上死点まで移動しながら燃焼膨脹したガスをシリンダの外に押し出す行程であり、この間、排気バルブだけが開いている。
【０００５】
上記のようにピストンが吸入、圧縮、膨脹、排気という４つの行程を完了する時、クランク軸はその間に２回転して動力発生の１動作を完了したことになる。
しかし、シリンダ内の燃焼圧力と運動部の慣性力との変動によって、回転力の大きさがクランクの回転角度によって増加と減少とを繰り返す。
即ち、第１シリンダの爆発行程時にクランク軸の回転力が最高点に到達した後で徐々に減少して、再び第３シリンダ、第４シリンダ及び第２シリンダの爆発行程時に最高点にそれぞれ到達する過程を繰り返してサイン（ｓｉｎｅ）曲線を描く。
上記のようなクランク軸回転力の大きい変動はクランク軸の回転速度を周期的に変動させるため、一定の回転力を得るために通常クランク軸の後端部にフライホイールを装着している。
【特許文献１】特開２００２−３２２９２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来、エンジンの燃焼システムは、クランク軸の回転力の大きい変動によってエンジンの振動及び騒音が大きく、極端な場合にはエンジン破損の原因となったりする。
さらに、クランク軸の速度変化を減らすために、クランク軸の後端部にフライホイールを装着しているが、これはクランク軸のねじれ量の増大によるクランク軸破損の原因となり、エンジンの重量が増大して車両発進時の加速性能を低下させる。
本発明の目的は、クランク軸の最高回転力と最低回転力との差を減らすために混合気の燃焼を２段階に分けて行うことができるガソリンエンジンの２段燃焼システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため本発明は、シリンダヘッド上部に設けられた吸気バルブ用カムによって駆動される吸気バルブの開放作動によって空気と燃料との混合ガスが主燃焼室内に吸入され、点火プラグによって点火されて燃焼された後、排気バルブの開放によって燃焼ガスが排出されるガソリンエンジンの燃焼システムであって、前記主燃焼室の上側面にシリンダヘッド内部に凹状に形成された副燃焼室と；前記シリンダヘッド上部に設けられてクランクシャフトによりベルトで動力が伝達されるカム軸に形成された副燃焼室バルブ用カムと；前記副燃焼室バルブ用カムの一側面に底面部が接触して固定軸を中心に回動しながら梃子の動作によって動力を伝達するロッカアームと；前記ロッカアームの他端の底面部にステムエンド部が接触して、上下運動しながら前記副燃焼室入口を開閉作動する副燃焼室バルブと；から構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明において、クランク軸回転力の変動幅縮小によりエンジンの振動、騒音などが減少して車両の静粛性が向上し、２回の燃焼で燃焼効率が増加して出力及び燃費が向上する。
そして、本発明はクランク軸の回転速度を均一にするためにクランク軸の後端部に設けるフライホイールの重量を縮小することができ、エンジンの重量減少及び車両の発進加速性能が向上する。
さらに、エンジンの高速回転時のクランク軸のねじれ振動（ｔｏｒｓｉｏｎａｌ  ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）が減ってクランク軸の耐久性が向上し、ねじれ振動低減用ダンパプーリを設置しなくて済むため、エンジンの製造費用が低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例を添付図によって詳述する。
【実施例】
【００１０】
図１は本発明によるガソリンエンジンの２段燃焼システムの構成を示す概略構成図であり、図２は本発明によるガソリンエンジン２段燃焼システムのクランク軸回転角度による回転力の変動を示す実験結果のグラフである。
本発明によるガソリンエンジンの２段燃焼システムは、図１に示すように、主燃焼室１６の上側面に形成された副燃焼室３０と、吸気バルブカム軸１１に設けた副燃焼室バルブ用カム４０と、副燃焼室バルブ用カム４０によって動作するロッカアーム４２と、ロッカアーム４２によって副燃焼室３０の入口を開閉する副燃焼室バルブ３２と、から構成される。
【００１１】
さらに詳しく説明すれば、主燃焼室１６は、シリンダヘッドの底面とピストンの上側面とで取り囲まれた燃焼空間であり、副燃焼室３０は、主燃焼室１６の上側面のシリンダヘッド部胴体側に凹状にくぼんだ空間からなる。
副燃焼室３０は、主燃焼室１６の点火以前に圧縮された混合気を一部保存した後、爆発行程中盤に保存された圧縮混合気を主燃焼室１６に放出して２次爆発を起こす機能を有する。
副燃焼室バルブ用カム４０は、吸気バルブ用カム１２が形成されたカム軸１１と同一の軸に形成されており、一般的な吸排気バルブ１０、２０と異なり、副燃焼室バルブ３２が開かれている時間が長いため円を偏心させた形状と似ており、主燃焼室１６の点火直前に副燃焼室のバルブ３２が閉じられるように、その時点に対応する箇所に最小半径を有する。
【００１２】
ここで、副燃焼室カム４０が設けられるカム軸１１はエンジンのクランクシャフト（図示なし）にベルトで連結されて動力が伝達されて回転する。
上記のような副燃焼室バルブ３２の開閉作用が吸気バルブ１０の作動時間と正確に比例している必要があるため、副燃焼室バルブ用カム４０は吸気バルブ用カム１２と同一のカム軸１１に形成させることが好ましい。
ロッカアーム４２は、副燃焼室バルブ用カム４０の一側面に一端部の底面部が接触し、他端部の底面部が副燃焼室バルブ３２のステムエンドに接触し、固定軸４４に中心部が回動可能なようにシリンダヘッド部に固定される。
【００１３】
従って、ロッカアーム４２はカム軸１１の回転によって固定軸４４を中心に回動しながら梃子動作によって副燃焼室バルブ３２に動力を伝達する機能を発揮する。
副燃焼室バルブ３２は、副燃焼室３０の入口に設けられていて、ロッカアーム４２から動力を伝達され、上下運動をしながら副燃焼室３０の入口を開閉する機能をなし、また、その上側にはバルブスプリング３１が備えられている。
【００１４】
次に、本発明の作用について説明する。
副燃焼室バルブ３２は、主燃焼室１６の圧縮末期まで開かれてから点火直前に閉まり、圧縮された混合気を副燃焼室３０に一部保存する。
その後、点火プラグ１４によって点火されて主燃焼室１６で燃焼が起き、爆発行程の中盤以後に副燃焼室バルブ３２が開かれると、副燃焼室３０に保存された混合気が主燃焼室１６に流出しながら主燃焼室１６と副燃焼室３０とで同時に２次燃焼が起きる。
【００１５】
この時、主燃焼室１６内で燃焼が進行中であるため、別に点火プラグ１４による点火なしで自然着火がなされる。
主燃焼室１６の排気行程時にも副燃焼室バルブ３２は開かれているため、主燃焼室１６の燃焼ガスと共に副燃焼室３０の燃焼ガスもシリンダーの外に排出される。
このように２段燃焼システムによって出力を得る場合、図２に示すように、クランク軸の最高回転力と最低回転力との変動幅は大きく縮小することが分かる。
即ち、本発明によるクランク軸の最高回転力と最低回転力との変動幅（β）は従来エンジンに比べて著しく縮小している。
【００１６】
ここで、クランク軸の回転力の変動幅が縮小する理由は、主燃焼室で１次燃焼の後で回転力が徐々に減少する時点で、もう一度２次燃焼によって出力を得るため、合成回転力の位相差が少なくなるためである。
さらに、１次燃焼過程で不完全燃焼された残りの混合ガスは、２次燃焼過程でもう一度燃焼する機会があるため、その燃焼効率が向上する。
【００１７】
以上の説明は本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎず、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的特性から脱しない範囲で変形実施が可能であろう。従って、本発明の技術思想は上記した実施例に限定されることはない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明によるガソリンエンジンの２段燃焼システムの構成を示す概略構成図である。
【図２】本発明によるガソリンエンジンの２段燃焼システムのクランク軸の回転角度による回転力の変動を示す実験結果のグラフである。
【符号の説明】
【００１９】
１０  吸気バルブ
１１  カム軸
１２  吸気バルブ用カム
１４  点火プラグ
１６  主燃焼室
２０  排気バルブ
２２  排気バルブ用カム
３０  副燃焼室
３２  副燃焼室バルブ
４０  副燃焼室バルブ用カム
４２  ロッカアーム
４４  固定軸
【図１】
2005127302.tif 000003
【図２】
2005127302.tif 000004