(57)【要約】【課題】火花点火方式内燃機関の吸気燃焼方法を吸気弁の改善により層状給気燃焼方法とし内燃機関の省エネ低公害化と多種多様な燃料を使用し得る内燃機関の開発を課題とする。【手段】主吸気弁の吸気流れを横流れ方向として先ず点火栓や電極部の内部冷却作用を図ると共に排気弁側の気筒壁を経過して下方のピストン部に向う縦のタンブル流れ形態とし、副吸気弁よりの流れ形態を気筒壁面に沿った横流れ形態とすることにより旋回的なスワ−ル流れを形成する事等を各吸気弁の吸気流れの制御手段を吸気弁と環状弁座部との組み合わせにより環状弁座部の約半域を流量抵抗の異なる構成として流れ方向を制御する作用を弁のリフト制御により実現し空気や混合気の指向的供給方法による多種多様な燃料の層状給気燃焼を火花点火内燃機関の高圧縮比により改革する燃焼技術を提示する。【選択図】図４
2013256933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の主吸気弁より気筒内に供給する空気や混合気の流れ方向を点火栓や点火電極部を経過して流れる様に横方向の流れ形態とする手段として、吸気弁部と弁座部との整合形態を図４に示す如くに改造し近接する半球状燃焼容積部から突出する電極部の冷却作用を吸気空気や混合気流により促進する事とし、電極部に混合気群を層状的に展開しうる吸気方法の構成を弁リフトの制御とＥＦＩ燃料噴射条件との整合により構成する吸気方法とし、副吸気弁よりの空気やガスの流れを気筒壁に沿ったスワ−ル流れとして気筒壁近傍の混合気を排除する作用を副吸気弁リフトの開閉制御と横流れ方法により構成する事とした層状給気燃焼条件により点火電極部の冷却を図る事と電極近傍に小量の混合気群の展開を主吸気弁のリフト制御と燃料噴射条件との整合により構成する層状給気燃焼条件とし、高負荷運転時には弁リフトを大とし横方向流れを減じて充填効率の向上を図り、高負荷燃焼時には副吸気弁による端域スワ−ル作用でエンドガスノッキングを排除し空気やＥＧＲガスによりＮＯｘを減ずる火花点火層状給気内燃機関の燃焼方法。
【請求項２】
主吸気弁（７）や副吸気弁（１９）の各環状弁座部（１１）の片側半分域を図４（１８）の如くにカット構造とし弁小リフトの場合において吸気の流れ抵抗を変化すべくに弁の傘部と環状リング部の半分域をカットして吸気の流れ方向を弁座と弁傘部との相関により流体抵抗の少ないカット部を経して点火栓部方向に流れる様にする方法を弁小Ｒ部（１３）の転向作用と反点火栓側に流体抵抗の多い吸気弁座の小間隙（１４）部で構成し、点火栓方向への流量を増加する事と点火栓方向に流れる空気や混合気により点火栓部を冷却した後に排気弁方向の壁面部により気筒内のピストン（９）方向にタンブル流として展開する事とし、副吸気弁も気筒壁に対して旋回的な空気やＥＧＲガスを含む空気による横方向のスワ−ル流れとして供給し端域混合気の自己着火に因るノッキングの抑制と排除を有効とした請求項１記載の層状給気燃焼内燃機関の吸気弁改革方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は火花点火層状給気内燃機関の構成に必要な吸気燃焼技術の改革に関するものである。
【背景技術】
【０００２】従来、吸気弁を経して燃焼室内に空気や混合気を流入させる際にこれら気体の流れ方向を制御し燃焼条件の改良を図るマスク構造等が知られている。この方法では機関の無負荷時や軽負荷時の層状燃焼方法構成には到らずマスク部の効果は期待出来ない。【０００３】従って吸気弁の構造を変える事で吸気流れの方向を横方向とする事を弁リフトと燃料噴射制御との相関により点火栓電極方向に指向的とする方法とする吸気方法とすれば点火電極部の冷却と層状混合気群の展開が可能となり層状給気燃焼条件の基本が構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【特許文献】特開２００７−２３９６０４号公報
【０００４】
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  従来の火花点火方式内燃機関には、次のような欠陥や問題点がある。
（イ）、燃費を良くする為に圧縮比を高めようとすると気筒の端域まで供給される予混合気に因る自己着火エンドガスノッキング現象が圧縮比を高める程に発生頻度が増える事から低い圧縮比の採用を余儀なくされて燃費が悪かつた。
（ロ）、更に自動車用機関等で多用する無負荷や軽負荷時には吸気を絞り運転の安定性を図る必要がありこのポンプ絞り吸気損失で低負荷走行時の燃費が更に悪化している。
（ハ）、高負荷運転時に於いてもエンドガスノッキングを回避する燃焼手段の開発が出来ない事から燃費に有利な高圧縮比の採用が出来なく長年に渡り貴重な燃料資源が低い熱効率での低圧縮比仕様で燃料が浪費されている。【０００６】本発明はこれらの課題や問題点を解決するために必要な火花点火内燃機関の層状給気燃焼と、その方法に要する吸気弁の給気制御燃焼技術を開示する事にある。【０００７】従来の火花点火内燃機関は、図１Ａ・Ｂに示す如く機関本体（１）のシリンダ−ヘッド部（２）に半球状の燃焼室部（３）が設けられ燃焼室の壁部には吸気路（４）排気路（５）点火栓（６）が図Ａ図Ｂの如くに位置付けされている。この吸排気路には茸型の可動開閉弁が配備され弁リフトの作動により吸排気流の開閉を制御する構造であり図２に示す如くに吸入・圧縮・爆発・排気のサイクルごとに各弁の作動を作用角の整合により行う事が知られている。【０００８】従って主吸気弁（７）の開時には吸気路内の空気や混合気は気筒内流れ矢印（８）で示す如く吸気弁座間より下部に位置するピストン（９）方向に弁と弁座間を経して気筒内（１０）に流入するのが一般的な吸気の流れ形態である。この流入形態では気筒内の端域まで予混合気群が空気と同様に配達される事になる。【０００９】この為に次の圧縮燃焼行程で気筒内の圧力や温度が高まると端域迄に配達された混合気の自己着火現象「エンドガスノッキング」が発生して正常な点火用電極放電部よりの火炎伝播燃焼条件を阻害するのである。このエンドガスノッキングは機関の圧縮比を高める程に発生頻度が増えて機関の破損因ともなる事から解決を要する課題であるが既存の火花点火燃焼方式ではこのエンドガスノッキング問題が解決出来なく省エネに有利な高圧縮比の設計が出来なのである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】本発明は機関の吸気行程で気筒内（１０）に流出する空気や混合気の流出方向を従来方向とは変化させ点火栓電極方向に横流れ方向の指向的な流れとする方法により従来の吸排気弁作用角とは異なり吸入空気や混合気流れによる電極部の冷却作用を図ると共に混合気群を点火電極近傍に展開し層状給気燃焼方法の構成によりエンドガスノッキングの生成因を排除し、特に機関が出力を要しなく混合気量の少ない給気比時においても確実に点火栓電極部に層状的な混合気群の展開による吸気制御供給燃焼方法を吸気弁と弁座部との相関と弁リフトの制御により構成している。【００１１】この方法は気筒内の火花点火電極方向に空気や混合気を主吸気弁より横方向の流れとして噴出させ先ず点火栓部の冷却を図りたる後に排気弁側で下部のピストン方向に展開する層状的な混合気の展開を可能とする吸気供給方法であり層状給気燃焼条件を吸気弁リフトと流れ方向の指向制御を吸気弁と弁座部との相関により構成している。【００１２】この方法によれば吸気を絞る事なく点火電極部に層状的に空気や混合気群を供給し展開する事ができる。この主吸気弁よりの空気や混合気の流れ方向を点火電極部方向に指向する方法の構成は主吸気弁（７）と環状弁座部（１１）との相関を環状弁座開閉部（１２）面より下の弁座部の約半分片側域部（１３）を図３図４に示すが如く複数の凹部や溝状（１８）に形成加工する事とし加工凹部で吸気流れ抵抗を減ずる事と流れの方向を横方向に変更すべき作用を主吸気弁の小Ｒ部（１５）形状と環状弁座部気筒側の小間隙部（１４）の構造による抵抗値の可変と弁リフトの制御により目的を達成する仕組みである。【００１３】この様な主吸気弁と環状弁座部を有し弁リフトの可変により吸気の流れ方向を自在とする制御構造とすればこの方法と燃料噴射ＥＦＩ制御方式との混合気群噴射供給条件を整合させる事により点火電極方向に指向的とした吸気流れによる電極部の冷却作用と共に層状的に縦のタンブル流による空気や混合気群の分布形態を構成する事が出来る。【００１４】従って吸気流れ条件を制御し得る本層状給気燃焼方法によれば火花点火内燃機関のアイドリングを含む機関全負荷範囲での火炎伝播燃焼条件が大きく改革される事になる。
即ちこの吸気燃焼方法によれば主吸気弁のリフト制御とＥＦＩ電子燃料制御部での噴射タイミングや量の制御技術との整合により機関の負荷に応じた規模の燃焼が点火栓部を燃焼反応の起点とした燃焼条件により内部冷却作用と共に具現化される事になる。【００１５】更に副吸気弁（１９）にも本技術を適用し気筒端域の空気スワ−ル流れ作用によりエンドガスノッキングの排除作用をＥＧＲガス混合で利用すれば機関の高圧縮比化と層状給気燃焼条件が安定化される事で火花点火内燃機関の燃焼条件が高圧縮比で抜本的に改善され燃費とＮＯｘ抑制の目的も多種な燃料により達成される事になる。【００１６】本発明は以上の如く吸気弁の改革による層状燃焼方法と燃料分割ＥＦＩ制御技術との整合に加え副吸気弁のスワ−ル作用と効果により燃焼条件の基本を改革する火花点火内燃機関の層状給気燃焼方法である。
【発明の効果】
【００１７】本発明は吸気流れの物理原則を重要視し空気や燃料混合気の流れ方向を制御し得る方法を主吸気弁や副吸気弁の弁部と弁座部との組み合わせにより主吸気流れの方向を点火栓電極部経由の横流れ方向とし点火栓部の冷却と同時に気筒内に縦横のタンブルやスワ−ル流れを形成する事により内燃機関の燃焼条件を改善する給気燃焼方法であり従来不可能視されていたガソリン予混合火花点火燃焼方式機関の圧縮比改善課題をエンドガスノッキングの抑制と燃焼容積部中心域を火炎伝播反応の起点とする燃焼方法で改革し火花点火火炎伝播燃焼機関の高圧縮比化目的を達成する機関性能向上の効果は大きい。【００１８】特に本発明の実施に要する部品や加工も総て既存材料や既存技術が役立ち既存技術が活用されることで世界の内燃機関企業の総てが小コストで実践可能な事が産業の発展や地球規模での資源保全と環境改善に貢献する効果がある。即ちエンドガスノッキングの発生因を排除した高圧縮比化により熱効率は飛躍的に向上し多種多様な燃料の使用を可能とする本火花点火燃焼方法は世界の産業発展に大きな効果をもたらし次世代の動力機関としての資質を示す新しい層状給気内燃機関の燃焼技術である。【００１９】即ち吸気の流れ方向を弁リフトの可変と弁部と環状座弁部との整合により近接する点火栓部の冷却を図ると同時に混合気の層状的展開を図る事を電子制御噴射との整合により行い、更に副吸弁のスワ−ルによるノッキングの抑制効果はガス燃料等の燃焼にも適し多様な燃料使用を可能とする燃焼特性は大きな効果である。【００２０】また重量当たりの出力や燃費に関しても現在最高の熱効率とされている直噴ディーゼル燃焼機関や電気動力機関と較べても使用燃料の多種多様性や価格や可搬性等で有利でありコージネ用機関として発電給湯に最も早期にガス燃料や灯油燃料機関として世界に提供し得る事も本内燃機関燃焼技術の発明効果と言える。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】Ａ・Ｂは機関部品配置図
【図２】従来の吸排気行程参考図
【図３】吸気弁と環状弁座部の透視図
【図４】吸気弁部と環状弁座部の断面図
【図５】従来吸気弁と弁座部断面図
【発明を実施するための形態】
【００２２】以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
本発明は図１に示す如く自動車用機関として多用されている半球状燃焼室（３）に吸気路（４）排気路（５）点火栓（６）が配備されておりこの主吸気弁（７）と点火栓部の近接配置を利用し、主吸気弁よりの空気や混合気群の気筒内流入方向を意図的に点火栓方向に指向し流入空気や混合気による点火栓部（６）の冷却を重要視した層状給気燃焼方法である。
これにより従来不可能とされていた点火栓放電電極部の内部冷却が可能となり電極部冷却効果により電極の燃焼室内中心域突出度を高める事ができる。
【００２３】即ち世界のエンジン技術者が終世願望としている燃焼容積部中心域よりの点火火炎伝播燃焼による理想的点火燃焼条件が電極突出で中心域に近づく事を可能とし火炎伝播の均等化や燃焼期間の短縮作用による機関熱効率の向上効果が実現化されるのである。
【００２４】本発明の重要部である主吸気弁（７）や副吸気弁（１９）も環状弁座部（１１）との整形加工により弁座部の点火栓側や気筒壁側を断面図（４）で示す如く約半分域を複数のカット部や凹状（１８）部に形成しカット部での流路抵抗を物理法則により減ずる事によりカット部よりの気流の流れ方向を可動弁部の小Ｒ部（１３）で転向して点火栓電極部方向や壁面に対する流れ方向に転向する給気方法でありリング状弁座部や茸弁の構成も従来のプレスや鍛造加工技術で容易に造られ小Ｒ転向部の自在な加工によれば吸気噴出パタ−ンも変化する。
【００２５】従って副吸気弁（１９）も主吸気弁と同様な弁座加工技術で気筒壁域にスワ−ル流れを構成する作用に適用すれば端域の混合気を排除し圧縮時におけるエンドガスノッキングの生成因や高負荷燃焼時でも空気やＥＧＲ混合ガスによるスワ−ル流れ作用により端域ガスノッキングの発生因が排除されるので有害なＮＯｘの制御にも有効なのである。
【００２６】従って主吸気弁と副吸気弁のリフト制御と電子燃料噴射制御との整合によればアイドリングや軽負荷時には小量の混合気群でも点火栓電極域に展開する事が小リフト作用と燃料の分割噴射供給条件との整合により可能となり、高負荷時においても大リフト作用時による燃焼条件も副吸気弁のスワ−ル作用により気筒端域でのノッキング抑制問題が解決される事になる。
【００２７】この空気や混合気の供給条件を弁リフトの制御により行い高負荷域の燃焼容積部中心域からの火炎伝播燃焼条件のノッキング発生因をスワ−ル作用により制御することで高負荷域燃焼と機関の高圧縮比化燃焼条件を多種多様な燃料使用で具現化できるのである。
【００２８】本燃焼方法は貴重な地球燃料資源保全の目的を既存技術の応用により簡便かつ容易に達成し得る内燃機関の燃焼方法であり先人が苦労した層状燃焼や希薄燃焼やＥＧＲ等の技術総てが活用される事と共に次世代内燃機閑として求められる機関性能が吸気流れの制御技術とＥＦＩ制御噴射技術との整合により最も簡便確実に物理法則により構成される燃焼技術なのである。
【００２９】主吸気弁（７）副吸気弁（１９）の各環状弁座部の約半分片側域を図４の如くに加工し弁小リフト時の場合において吸気の流れ抵抗を可変すべく断面図４で示す如く弁の傘部（１３）と環状リング座部との相関を半分片側域の凹状や溝状（１８）にカットし吸気の流れ方向を弁座と弁傘Ｒ部（１３）により反対側の小間隙部（１４）の流れ抵抗増により流路抵抗の少ないカット部を経して空気や混合気群を点火栓部方向に流れる方法の仕組みを弁リフトの制御で構成する方法は物理的に明確である。
【００３０】ヘッド部に吸気流れを点火栓部に案内すべく浅い溝部（１５）を設ける事も自在である。この様に反点火栓側を小間隙部（１４）構造とし流体抵抗の多い吸気弁座回路部の構成によれば必然的に点火栓方向に吸気路圧と燃焼容積部内の圧力差により吸気流れは点火電極方向に強く噴出する事になる。
【００３１】従って点火栓方向に流れる空気や混合気は先ず点火栓を冷却した後に排気弁方向の壁面により気筒内のピストン（９）方向にタンブル流れを矢印の如くに展開する。また副吸気弁（１９）も矢印の如く気筒壁方向に対して旋回的な空気やＥＧＲガスを含む空気による横方向のスワ−ル流れを構成し端域混合気の自己着火に因るノッキングの抑制に作用し機関の高圧縮比化作用に効果的なのである。
【００３２】また電極部も吸気や混合気による冷却効果により電極を燃焼室中心域近傍に突出することが内部冷却作用により可能となり高負荷時においても電極部の過熱による過早着火やランオンやデトネション等の異常燃焼因が抑制される事になる。
【００３３】以上の如く弁のリフト制御とＥＦＩ方式と吸気弁と弁座部による吸気流れ方向の制御技術によれば機関のアイドル時や高負荷運転域迄の広い負荷範囲において多種多様な燃料による内燃機関の層状燃焼が具現化し地球環境の改善と燃料資源の保全に資する事になる。
【符号の説明】
【００３４】１  機関本体
２  シリンダ−ヘッド部
３  燃焼室部
４  吸気路
５  排気路
６  点火栓
７  主吸気弁
８  気筒内流れ矢印
９  ピストン
１０  気筒内流れ
１１  環状弁座部
１２  環状弁座開閉面
１３  気流偏向Ｒ部
１４  小間隙部
１５  浅い案内溝部
１６  ＥＦＩ噴射ノズル
１７  横方向流れ
１８  凹溝カット部
１９  副吸気弁
Ａ  吸入行程
Ｂ  圧縮行程
Ｃ  燃焼爆発行程
Ｄ  排気行程
【図１】
2013256933.tif 000003
【図２】
2013256933.tif 000004
【図３】
2013256933.tif 000005
【図４】
2013256933.tif 000006
【図５】
2013256933.tif 000007