CN109690034A - 内燃机的进排气阀和内燃机的运转控制方法 - Google Patents

Abstract

在与燃烧室连通的排气端口设置排气阀的壳体(42)。壳体(42)具有形成有从端口的中心轴以放射状延伸的多个固定狭缝的板状部(47)。阀体(50)与板状部(47)邻接设置，能够绕中心轴旋转，并形成有从中心轴以放射状延伸的多个可动狭缝。通过电磁铁(63、64)和安装于环状构件(51)的永久磁铁的作用，使阀体(50)绕端口的中心轴旋转位移而使固定狭缝与可动狭缝的相对位置关系发生变化，从而开闭排气阀。进气阀也是同样。

Description

内燃机的进排气阀和内燃机的运转控制方法

技术领域

本发明涉及一种在汽车用发动机等内燃机中，对进排气端口进行开闭的进排气阀。

背景技术

对内燃机的进排气端口进行开闭的进排气阀通常为提升阀，具有扁平的圆锥状的阀体和从阀体的中心部延伸的阀杆。阀体设置于形成在气缸盖上的进排气端口的燃烧室侧的开口，阀杆贯通气缸盖延伸，其前端与设置于气缸盖的上部的摇臂抵接(例如专利文献1)。摇臂通过凸轮轴的凸轮进行摆动，由此阀体对进排气端口进行开闭。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-121572号公报

发明内容

发明所要解决的问题

如上所述，在气缸盖的上方，为了对进排气阀进行开闭驱动而设置有凸轮轴、摇臂等机构。因此，以往，在气缸盖的上方必须确保用于设置许多个部件的空间，从而难以实现发动机的小型化。另外，为了提高发动机的性能，必须高精度地控制混合气向燃烧室的供给或废气从燃烧室的排出，但就现有的进排气阀而言，无法精密地控制开闭动作，从而发动机的性能的提高有极限。

本发明的目的在于，简化用于对进排气阀进行开闭驱动的结构，从而能够实现发动机的小型化，并且提高开闭动作的自由度，从而实现发动机的性能提高。

用于解决问题的手段

本发明所涉及的内燃机的进排气阀的特征在于，具备：壳体，其设置于与燃烧室连通的进气端口和/或排气端口，并具有形成有从端口的中心轴以放射状延伸的多个固定狭缝的板状部；阀体，其与板状部邻接设置，能够绕中心轴旋转，并形成有从中心轴以放射状延伸的多个可动狭缝；以及驱动机构，其使阀体绕中心轴旋转位移而使固定狭缝与可动狭缝的相对位置关系发生变化。

优选地，阀体和板状部件中的一方构成用于形成燃烧室的内壁面的一部分。

驱动机构例如具备：环状构件，其被安装为能够相对于壳体绕中心轴进行旋转，并设置有绕中心轴分散配置的永久磁铁；以及电磁铁，其设置于壳体的外侧，并配置在与永久磁铁对应的位置。

优选地，电磁铁配置为使铁芯的第一端部和第二端部接近环状构件，永久磁铁配置为使N极或S极接近第一端部和第二端部，在第一端部与永久磁铁对置的状态下，第二端部位于从永久磁铁偏离的位置。

本发明所涉及的内燃机的第一运转控制方法的特征在于，在排气冲程和/或进气冲程中，关闭进排气阀的至少一个。在该方法中，可以在排气冲程和/或进气冲程的中途打开进排气阀。

另外，本发明所涉及的内燃机的第二运转控制方法的特征在于，在压缩冲程的最初打开排气阀。

发明效果

根据本发明，能够得到能够使发动机小型化、并且实现发动机的性能提高的进排气阀，此外，能够在内燃机中执行各种运转控制。

附图说明

图1为表示具备作为本发明的第一实施方式的进排气阀的发动机的主要部分的结构的剖视图。

图2为表示第一实施方式的排气阀的剖视图。

图3为将第一实施方式的排气阀分解表示的剖视图。

图4为表示第一实施方式的阀体的主视图。

图5为表示第一实施方式的环状构件的主视图。

图6为表示第一实施方式的排气阀的固定狭缝和电磁铁的主视图。

图7为表示第一实施方式的排气阀的电磁铁与永久磁铁的位置关系的主视图。

图8为用于说明第一实施方式的排气阀的电磁铁和永久磁铁的作用的图。

图9为表示现有的发动机制动的动作的图。

图10为表示通过控制第一实施方式中的进气阀和排气阀的开闭动作而进行的发动机制动(进排气制动)的动作的图。

图11为表示第一实施方式中的通常行驶的动作的图。

图12为表示第一实施方式中的米勒循环的动作的图。

图13为表示第二实施方式的环状构件的俯视图。

图14为表示第二实施方式的环状构件的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的第一实施方式进行说明。

参照图1，在气缸体10的上部设置有具有半球状内壁面11的气缸盖12，在升降自如地设置在气缸体10内的活塞13的上表面14与半球状内壁面11之间形成有燃烧室15。活塞13的上表面14上升到气缸盖12的平面部16即半球形内壁面11的下缘附近。在图1中，用符号A表示活塞上死点。

在气缸盖12的顶部安装有火花塞20。火花塞20的火花电极21从半球形内壁表面11朝向燃烧室15突出。在气缸盖12的火花塞20附近安装有用于向燃烧室15内喷射供给燃料的直喷型燃料喷射器22。燃料喷射器22设置为朝向活塞13的上表面14喷射燃料。在活塞13的上表面14设置有凹陷17以形成逆滚流。

在气缸盖12设置有进气口(进气端口)30和排气口(排气端口)40。在进气口30安装有进气阀31，在排气口40安装有排气阀41。进气阀31的壳体32固定于气缸盖12的外表面，在壳体32的与气缸盖12相反侧的开口部33嵌合有进气管34。同样地，排气阀41的壳体42固定于气缸盖12的外表面，在壳体42的与气缸盖12相反侧的开口部43嵌合有排气管44。

参照图2、3概略地说明排气阀41的结构。另外，进气阀31的结构也与排气阀41相同，因此省略进气阀31的结构的说明。

在壳体42的气缸盖12侧的端部的外周设有凸缘45，在凸缘45形成有用于安装螺栓的孔46。在壳体42的内部，在与凸缘45对应的位置处形成有圆形的板状部47。在壳体42的外侧，具有与板状部47相同的外径的圆板状的阀体50与板状部47邻接设置。阀体50构成形成燃烧室15的内壁面11的一部分(参照图1)。

另一方面，在壳体42的内侧，设置有具有比板状部47稍大的外径的环状构件51。如后文所述，在环状构件51设置有永久磁铁60a～60d(参照图5)。环状构件51通过螺栓52与阀体50的凸部55连结。在环状构件51和凸部55分别形成有用于使螺栓52通过的孔53、54，在板状部47形成有用于使凸部55通过的孔48。另外，形成于凸部55的孔54未贯通阀体50，在阀体50的燃烧室15侧的表面除了后述的可动狭缝61(参照图4)以外没有形成开口。

如此，阀体50通过螺栓52与环状构件51一体地连结，从而能够与环状构件51一起相对于壳体42即板状部47旋转。在壳体42的外侧设置有电磁铁63、64，通过对电磁铁63、64通电从而环状构件51旋转位移，阀体50相对于板状部47旋转。

图4为从壳体42的开口部43侧观察阀体50的图。如该图所示，在阀体50形成有从中心部(排气端口的中心轴)以放射状延伸的多个可动狭缝61，并且在中心部形成有与板状部47的孔48嵌合的筒状的凸部55。可动狭缝61形成为等角度间隔(在此例中为30°)，呈越是远离中心的部分宽度越宽的扇形。

图5为从壳体42的板状部47侧观察环状构件51的图。如该图所示，环状构件51具有圆筒状的主体56和位于主体56的圆筒中心的圆柱状的轴部57，主体56和轴部57通过多个连结构件58连结。连结构件58从轴部57以放射状延伸，并隔开90°间隔设置。在主体56中，在与各连结构件58连结的连结部分之间分别设置有永久磁铁60a～60d。

图6为从开口部43侧观察壳体42的图，省略了环状构件51。在板状部47形成有从孔48以放射状延伸的多个固定狭缝62。固定狭缝62与可动狭缝61同样，形成为等角度间隔(在此例中为30°)，并呈越是远离中心的部分宽度越宽的扇形。在壳体42的外侧设置有第一电磁铁63和第二电磁铁64。电磁铁63、64设置在凸缘45上，如后文所述，配置在与永久磁铁60a～60d对应的位置。

参照图7对第一及第二电磁铁63、64与永久磁铁60a～60d的位置关系进行说明。第一电磁铁63的铁芯65呈コ字状，铁芯65的第一及第二端部65a、65b嵌入到形成于壳体42的孔(未图示)，与环状构件51接近。在环状构件51中，在第一及第二端部65a、65b接近的位置处埋入有永久磁铁60a、60b。在图示的状态中，第一端部65a与永久磁铁60a对置，第二端部65b从永久磁铁60b偏离，永久磁铁60b的一部分与第二端部65b对置。

第二电磁铁64也具有同样的结构。即，第二电磁铁64的铁芯66呈コ字状，铁芯66的第一及第二端部66a、66b嵌入到形成于壳体42的孔，与环状构件51接近。在环状构件51中，在第一及第二端部66a、66b接近的位置处埋入有永久磁铁60c、60d，在图示的状态下，第一端部66a与永久磁铁60c对置，第二端部66b的一部分与第二端部60d对置。

永久磁铁60a～60d设置为N极位于环状构件51的外周侧，S极位于内周侧。另外，在永久磁铁60a、60c与第一端部65a、66a对置时，永久磁铁60b、60d相对于第二端部65b、66b在图7中向逆时针方向偏移，在永久磁铁60b、60d与第二端部65b、66b对置时，永久磁铁60a、60c相对于第二端部65a、66a在图7中向顺时针方向偏移。

另外，在本实施方式中，永久磁铁60a～60d配置为N极接近电磁铁63的第一及第二端部65a、65b和电磁铁64的第一及第二端部66a、66b，但也可以取代此而配置为S极接近电磁铁63、64的端部65a、65b、66a、66b。

参照图8对电磁铁63和永久磁铁60a、60b的作用进行说明。在图8的状态下，在电磁铁63中，进行通电使得在线圈中沿给定的方向流动电流，铁芯65的第一端部65a被励磁为S极，第二端部65b被励磁为N极。因此，引力作用于永久磁铁60a与第一端部65a，并且斥力作用于永久磁铁60b与第二端部65b，环状构件51在永久磁铁60a与第一端部65a对置且永久磁铁60b从第二端部65b偏离的状态下静止。

在此，若电磁铁63的线圈中的通电切换为反方向，则铁芯65的第一端部65a被励磁为N极，第二端部65b被励磁为S极。因此，斥力作用于永久磁铁60a与第一端部65a，并且引力作用于永久磁铁60b与第二端部65b，环状构件51从图8所示的状态向下方位移(在图7中向顺时针方向位移)，在永久磁铁60b与第二端部65b对置且永久磁铁60a从第一端部65a偏离的状态下静止。

如此，通过改变电磁铁63、64中的通电状态，从而环状构件51相对于电磁铁63、64旋转位移。该旋转位移的角度在本实施方式中为15°，为板状部47中的相邻的两个固定狭缝62之间的角度(30°)以及阀体50中的相邻的两个可动狭缝61之间的角度(30°)的一半。另外，固定狭缝62和可动狭缝61根据电磁铁63、64的通电状态，相互重合或者固定狭缝62位于两个可动狭缝61之间。换言之，根据电磁铁63、64的通电状态，排气阀41成为全开状态或全闭状态。

上述的排气阀41的开闭动作在进气阀31也是同样。像这样，由于进气阀31和排气阀41为电磁阀，因而仅通过控制对电磁铁63、64的通电状态来进行开闭，不像以往那样需要凸轮轴、摇臂等驱动机构。因此，不需要设置在发动机的上方的部件用的空间，能够使发动机小型化。另外，进气阀31和排气阀41的开闭动作能够以高于以往的自由度进行控制。例如，如下所述，既能够提高发动机制动的效果，还能够实现米勒循环。

参照图9、图10，对发动机制动的动作进行说明。

图9示出了现有的发动机制动的动作。即，进气阀和排气阀为提升式阀。另外，燃料喷射器22和火花塞20休止。在排气冲程中，排气阀打开，由在排气阀的周围流动的气流的流道阻力所引起的泵损耗作为发动机制动而发挥作用。在进气冲程中进气阀打开，与排气冲程同样地，由流道阻力所引起的泵损耗作为发动机制动而发挥作用。在压缩冲程和燃烧冲程中，排气阀和进气阀分别关闭。因此，由压缩冲程中的活塞的上升运动引起的气缸内的压力上升和由燃烧冲程中的活塞的下降运动引起的气缸内的压力下降相抵消，从而发动机制动实质上不起作用。

图10示出了通过本实施方式实现的发动机制动，即通过控制进气阀31和排气阀41的开闭动作而进行的进排气制动的动作。在排气冲程中，排气阀41直至中途处于关闭，在此期间，活塞13的上升运动引起的气缸内压力的上升所引起的泵损耗作为发动机制动而发挥作用。随后，排气阀41打开(符号E)，泵损耗减少，发动机制动几乎不起作用。如此，通过打开排气阀41，能够抑制燃烧室15内的压力上升，从而能够在下一个进气冲程中发挥发动机制动的效果。

在排气冲程中，进气阀31直至中途处于关闭，在此期间，由活塞13的下降运动引起的气缸内压力的降低所产生的泵损耗作为发动机制动而发挥作用。然后，进气阀31打开(符号I)，泵损耗减少，发动机制动几乎不起作用。如此，通过关闭进气阀31，能够抑制燃烧室15内的压力下降，从而能够在下一个压缩冲程中发挥发动机制动的效果。压缩冲程的作用与排气冲程相同，并且燃烧冲程的作用与进气冲程相同。

对于发动机制动的作用而言，在进气冲程或排气冲程中，越延迟进气阀31或排气阀41打开的定时，则其效果越大。但是，若排气制动或进气制动过大，则有可能导致车轮锁死，车辆的转向操作变得无效。因此，为了消除这种可能性，也可以提前由符号E、I表示的排气阀41或进气阀31的打开定时，或者如符号A、B所示，在给定的冲程(例如排气冲程或进气冲程)中打开排气阀41或进气阀31。据此，如由符号a、b所示那样，气缸内压力大致为一个大气压，能够抑制排气制动或进气制动的作用。排气阀41的打开定时(符号E)、进气阀31的关闭定时(符号I)、排气冲程或进气冲程中的排气阀41或进气阀31的打开(符号A、B)能够根据目的自由选择、组合。

接下来，参照图11和图12对米勒循环的动作进行说明。

图11示出了通常行驶的动作。在排气冲程中排气阀41打开，在进气冲程中进气阀31打开。在压缩冲程中，燃料从燃料喷射器22喷射，在燃烧室15内生成混合气，之后，由火花塞20点火并燃烧。该动作与通常的发动机中的动作相同。

图12示出了米勒循环的动作，该动作通过本实施方式来实现。与图11所示的通常行驶的不同之处在于，在压缩冲程的最初打开排气阀41(符号C)。如此，在排气阀41打开时，由于实质上不产生活塞13的压缩作用，因此能够改变压缩比和膨胀比，实现米勒循环。仅通过控制对电磁铁63、64的通电，便能够自由地设定排气阀41的打开定时。

如上所述，在本实施方式中，在设置于与燃烧室15连通的进气端口和排气端口的壳体32、42，设置形成有从端口的中心轴以放射状延伸的多个固定狭缝62的板状部47，并且与板状部47邻接以能够绕端口的中心轴旋转的方式安装有形成有从中心轴以放射状延伸的多个可动狭缝61的阀体50。另外，设置使阀体50绕端口的中心轴旋转位移而使固定狭缝62与可动狭缝61的相对位置关系发生变化的驱动机构，该驱动机构具有：环状构件51，其被安装为能够相对于壳体32、42绕端口的中心轴进行旋转，并设有绕中心轴分散配置的永久磁铁60a～60d；以及电磁铁63、64，其设置于壳体32、42的外侧，并配置在与永久磁铁60a～60d相对应的位置。

因此，根据本实施方式，用于进行开闭驱动的结构变得简单，从而能够使发动机小型化，而且开闭动作的自由度提高，从而能够实现发动机的性能提高。

参照图13、图14对第二实施方式进行说明。图13为从燃烧室15侧观察环状构件71的俯视图，图14为从燃烧室15侧观察环状构件71的立体图。在第二实施方式中，与第一实施方式的不同点在于环状构件71的结构，其他的结构相同。

在环状构件71中，与第一实施方式的环状构件51的不同之处在于，设置有翅片72。翅片72与阀体50(参照图4)的可动狭缝61匹配，配置有12片，且以每隔30°的方式配置。各翅片72以连结环形构件71的主体76和轴部77的方式呈放射状设置，并且相对于主体76的轴线倾斜约45°。该倾斜的朝向设定为，在进排气阀从关闭状态打开时，在阀体50开始旋转而使可动狭缝61开始与固定狭缝62重合的状态下，利用通过由可动狭缝61和固定狭缝62形成的开口的气体的流通促进环状构件51的旋转，使该开口扩大。

符号说明

15 燃烧室

30 进气口(进气端口)

40 排气口(排气端口)

42 壳体

47 板状部

50 阀体

61 可动狭缝

62 固定狭缝

63、64 电磁铁。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.[修改后]一种内燃机的进排气阀，其特征在于，具备：

壳体，其设于与燃烧室连通的进气端口和/或排气端口，并具有形成有从所述端口的中心轴以放射状延伸的多个固定狭缝的板状部；

阀体，其与所述板状部邻接设置，能够绕所述中心轴旋转，并形成有从所述中心轴以放射状延伸的多个可动狭缝；以及

驱动机构，其使所述阀体绕所述中心轴旋转位移而使所述固定狭缝与可动狭缝的相对位置关系发生变化，

所述驱动机构具备：

环状构件，其被安装为能够相对于所述壳体绕所述中心轴进行旋转，并设置有绕所述中心轴分散配置的永久磁铁；以及

电磁铁，其设置于所述壳体的外侧，并配置于与所述永久磁铁对应的位置。

2.根据权利要求1所述的进排气阀，其特征在于，

所述阀体和所述板状部中的一方构成用于形成所述燃烧室的内壁面的一部分。

3.[删除]

4.[修改后]根据权利要求1所述的进排气阀，其特征在于，

所述电磁铁配置为使铁芯的第一端部和第二端部接近所述环状构件，所述永久磁铁配置为使N极或S极接近所述第一端部和第二端部，在所述第一端部与永久磁铁对置的状态下，所述第二端部位于从永久磁铁偏离的位置。

5.一种内燃机的运转控制方法，其为基于对权利要求1所述的进排气阀进行开闭的内燃机的运转控制方法，

在排气冲程和/或进气冲程中，关闭进排气阀的至少一个。

6.根据权利要求5所述的运转控制方法，其特征在于，

所述进排气阀在排气冲程和/或进气冲程的中途打开。

7.一种内燃机的运转控制方法，其为基于对权利要求1所述的进排气阀进行开闭的内燃机的运转控制方法，

在压缩冲程的最初阶段打开排气阀。

Claims (7)

1.一种内燃机的进排气阀，其特征在于，具备：

壳体，其设于与燃烧室连通的进气端口和/或排气端口，并具有形成有从所述端口的中心轴以放射状延伸的多个固定狭缝的板状部；

阀体，其与所述板状部邻接设置，能够绕所述中心轴旋转，并形成有从所述中心轴以放射状延伸的多个可动狭缝；以及

驱动机构，其使所述阀体绕所述中心轴旋转位移而使所述固定狭缝与可动狭缝的相对位置关系发生变化。

2.根据权利要求1所述的进排气阀，其特征在于，

所述阀体和所述板状部中的一方构成用于形成所述燃烧室的内壁面的一部分。

3.根据权利要求1所述的进排气阀，其特征在于，

所述驱动机构具备：

环状构件，其被安装为能够相对于所述壳体绕所述中心轴进行旋转，并设置有绕所述中心轴分散配置的永久磁铁；以及

电磁铁，其设置于所述壳体的外侧，并配置于与所述永久磁铁对应的位置。

4.根据权利要求3所述的进排气阀，其特征在于，

所述电磁铁配置为使铁芯的第一端部和第二端部接近所述环状构件，所述永久磁铁配置为使N极或S极接近所述第一端部和第二端部，在所述第一端部与永久磁铁对置的状态下，所述第二端部位于从永久磁铁偏离的位置。

5.一种内燃机的运转控制方法，其为基于对权利要求1所述的进排气阀进行开闭的内燃机的运转控制方法，

在排气冲程和/或进气冲程中，关闭进排气阀的至少一个。

6.根据权利要求5所述的运转控制方法，其特征在于，

所述进排气阀在排气冲程和/或进气冲程的中途打开。

7.一种内燃机的运转控制方法，其为基于对权利要求1所述的进排气阀进行开闭的内燃机的运转控制方法，

在压缩冲程的最初阶段打开排气阀。