JP2004286012A - Compression ignition internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、圧縮着火内燃機関に係り、特に火花点火燃焼と圧縮着火燃焼とを切り替えて行う圧縮着火内燃機関に関する。 The present invention relates to a compression ignition internal combustion engine, and more particularly to a compression ignition internal combustion engine that switches between spark ignition combustion and compression ignition combustion.
従来より、圧縮着火エンジンとして、低負荷及び中負荷の領域で圧縮着火燃焼を行い、高負荷の領域で火花点火燃焼を行うものがある。このエンジンでは、図10に示されるように、圧縮着火燃焼時の吸気行程中に、吸気バルブを符号Aのようなタイミング・リフト量で開くと共に排気バルブを符号Bまたは符号Cのようなタイミング・リフト量で開くことにより、排気行程で排気バルブから排気通路に排出された高温の排気ガスを燃焼室に還流させて内部EGRを行い、その結果、燃焼室内を加熱して圧縮着火させる。また、火花点火燃焼時には、高温の排気ガスを使用するとノッキングの発生が促進される虞があるため、吸気行程中に排気バルブを開かないことが望ましい。例えば、特許文献1では、電磁式のバルブ駆動装置を利用して、圧縮着火燃焼時及び火花点火燃焼時の吸気行程にそれぞれ対応した排気バルブの制御を行っている。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is a compression ignition engine that performs compression ignition combustion in a low load and medium load region and performs spark ignition combustion in a high load region. In this engine, as shown in FIG. 10, during the intake stroke at the time of compression ignition combustion, the intake valve is opened with a timing lift amount as shown by the symbol A and the exhaust valve is opened with the timing as shown by the symbol B or C. By opening with the lift amount, high-temperature exhaust gas discharged from the exhaust valve to the exhaust passage in the exhaust stroke is recirculated to the combustion chamber to perform internal EGR, and as a result, the combustion chamber is heated to compress and ignite. In addition, during spark ignition combustion, the use of high-temperature exhaust gas may promote the occurrence of knocking. Therefore, it is desirable not to open the exhaust valve during the intake stroke. For example, in
しかしながら、上述した電磁式のバルブ駆動装置はコストが非常に高いため、最終的にエンジン全体もコストが高くなってしまう問題がある。また、電磁式のバルブ駆動装置を使用して圧縮着火燃焼と火花点火燃焼とにそれぞれ対応して排気バルブを開閉することは、複雑な制御を伴うものである。さらに、既存のエンジンはカムを使用してバルブの制御を行うものが多い。よって、そのような既存のエンジンを改造して電磁式のバルブ駆動装置を組み込むのは大幅な改造となるため、既存のカム式のエンジンを流用できれば好適である。 However, since the above-mentioned electromagnetic valve driving device is very expensive, there is a problem that the cost of the entire engine eventually increases. Opening and closing the exhaust valve using the electromagnetic valve driving device for compression ignition combustion and spark ignition combustion, respectively, involves complicated control. In addition, many existing engines use cams to control valves. Therefore, remodeling such an existing engine to incorporate an electromagnetic valve driving device is a drastic remodeling, and it is preferable if the existing cam engine can be used.
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、カム式のエンジンにおいてコストを低く抑えながら簡単な制御により圧縮着火燃焼時のみに内部EGRを行うことができる圧縮着火内燃機関を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve such a problem. In a cam-type engine, a compression-ignition internal combustion engine capable of performing internal EGR only at the time of compression-ignition combustion by simple control while keeping costs low is provided. The purpose is to provide.
この発明に係る圧縮着火内燃機関は、圧縮着火燃焼と火花点火燃焼とを切り替えて行う圧縮着火内燃機関において、吸気通路及び排気通路が連通される燃焼室と、吸気通路中に設けられ、吸気通路の開閉を行う吸気手段と、排気通路中に設けられ、カムにより駆動されて排気通路の開閉を行うと共に少なくとも圧縮着火燃焼時及び火花点火燃焼時のそれぞれの排気行程中及び吸気行程中に排気通路を開く排気手段と、排気通路中に設けられ、少なくとも圧縮着火燃焼時の吸気行程中に開弁することで燃焼室への排気ガスの還流を行うと共に、火花点火燃焼時の吸気行程中の少なくとも前記排気手段が開いている間は閉弁することで、燃焼室への排気ガスの還流を防止する排気ガス還流防止手段とを備えるものである。なお、ここでいう「排気行程中」とは、排気行程中の全ての期間という意味だけでなく、排気行程中の一部の期間という意味も含む。また、「吸気行程中」についても同様である。 A compression-ignition internal combustion engine according to the present invention is a compression-ignition internal combustion engine that switches between compression ignition combustion and spark ignition combustion, and is provided in a combustion chamber in which an intake passage and an exhaust passage communicate with each other, and provided in the intake passage. An intake means for opening and closing the exhaust passage, and an exhaust passage provided in the exhaust passage and driven by a cam to open and close the exhaust passage, and at least during the exhaust stroke and the intake stroke at the time of compression ignition combustion and spark ignition combustion, respectively. Exhaust means, which is provided in the exhaust passage, recirculates exhaust gas to the combustion chamber by opening at least during an intake stroke during compression ignition combustion, and at least during an intake stroke during spark ignition combustion. An exhaust gas recirculation preventing means for preventing recirculation of exhaust gas to the combustion chamber by closing the valve while the exhaust means is open. Here, “during the exhaust stroke” includes not only the entire period during the exhaust stroke but also a part of the period during the exhaust stroke. The same applies to “during the intake stroke”.
排気通路は、燃焼室毎に設けられる合流路と、合流路の上流で分岐して燃焼室に連通する第1及び第2排気分岐路とを備え、排気手段は、第1排気分岐路に設けられ、圧縮着火燃焼時及び火花点火燃焼時において、排気行程のみ開く第1排気バルブと、第2排気分岐路に設けられ、少なくとも吸気行程に開く第2排気バルブとを含み、排気ガス還流防止手段は、第2排気分岐路に設けられて火花点火燃焼時には第2排気分岐路を常に遮断すると共に、圧縮着火燃焼時には第2排気分岐路を常に開通する排気スロットルであってもよい。
また、排気手段は、2段カムを介して排気行程及び吸気行程の両方で開く各燃焼室毎に設けられた単一の排気バルブを含み、排気ガス還流防止手段は、排気通路に設けられて、排気行程中に開いて排気を行うと共に、火花点火燃焼時における吸気行程の少なくとも排気バルブが開弁する間、排気通路を遮断する排気スロットルであってもよい。
さらに、燃焼室は複数設けられており、排気手段は、各燃焼室毎に設けられ少なくとも吸気行程に開く複数の排気バルブを含み、排気通路は、少なくとも吸気行程に開く前記排気バルブによって流路が開閉される複数の排気分岐路と、これら排気分岐路を一つにまとめる排気合流路とを備え、排気ガス還流防止手段は、排気合流路に設けられて火花点火燃焼時における吸気行程の少なくとも排気バルブが開弁する間、排気合流路を遮断する排気スロットルであってもよい。
また、前記燃焼室及び前記排気通路は第1排気口及び第2排気口によって連通されており、前記排気通路は、その上流端部に、第1排気口及び第2排気口の双方を包含するように両排気口に接続される単一管状の連通室を有し、前記排気手段は、圧縮着火燃焼時及び火花点火燃焼時において、排気行程のみ前記第1排気口を開く第1排気バルブと、少なくとも吸気行程に前記第2排気口を開く第2排気バルブとを有し、前記排気ガス還流防止手段は、閉弁時に第1排気口及び第2排気口が相互に非連通状態となるように前記連通室内を区切るシャッターバルブを有し、該シャッターバルブは、圧縮着火燃焼時の少なくとも吸気行程に第1排気口及び第2排気口が相互に連通状態となるように開弁する、ように構成してもよい。
また、燃焼室への新気の流入を制限する吸気制御手段を備え、圧縮着火燃焼時の吸気行程中に吸気制御手段により新気の流入量を制限することにより排気手段からの排気ガスの還流を増やすことが好ましい。
The exhaust passage includes a merging passage provided for each combustion chamber, and first and second exhaust branching passages that branch upstream of the merging passage and communicate with the combustion chamber, and the exhaust means is provided in the first exhaust branching passage. A first exhaust valve that opens only in the exhaust stroke during compression ignition combustion and spark ignition combustion; and a second exhaust valve that is provided in the second exhaust branch and opens at least during the intake stroke. May be an exhaust throttle provided in the second exhaust branch so as to always shut off the second exhaust branch during spark ignition combustion and to always open the second exhaust branch during compression ignition combustion.
Further, the exhaust means includes a single exhaust valve provided for each combustion chamber which is opened in both the exhaust stroke and the intake stroke via a two-stage cam, and the exhaust gas recirculation prevention means is provided in the exhaust passage. The exhaust throttle may be opened during the exhaust stroke to perform exhaust and shut off the exhaust passage at least during the opening of the exhaust valve in the intake stroke during spark ignition combustion.
Further, a plurality of combustion chambers are provided, and the exhaust means includes a plurality of exhaust valves provided for each combustion chamber and opened at least during an intake stroke, and the exhaust passage has a flow path defined by the exhaust valve opened at least during the intake stroke. A plurality of exhaust branches that are opened and closed, and an exhaust junction that combines these exhaust branches are provided. Exhaust gas recirculation prevention means is provided in the exhaust junction so that at least the exhaust stroke of the intake stroke during spark ignition combustion is performed. An exhaust throttle that shuts off the exhaust junction while the valve is open may be used.
The combustion chamber and the exhaust passage are communicated by a first exhaust port and a second exhaust port, and the exhaust passage includes both a first exhaust port and a second exhaust port at an upstream end thereof. And a first exhaust valve that opens the first exhaust port only during the exhaust stroke during compression ignition combustion and spark ignition combustion. A second exhaust valve that opens the second exhaust port at least during an intake stroke, wherein the exhaust gas recirculation prevention means is configured such that the first exhaust port and the second exhaust port are not in communication with each other when the valve is closed. A shutter valve that separates the communication chamber, and the shutter valve opens such that the first exhaust port and the second exhaust port are in a mutually communicating state at least during an intake stroke during compression ignition combustion. You may comprise.
In addition, an intake control means for restricting inflow of fresh air into the combustion chamber is provided, and the amount of fresh air is restricted by the intake control means during an intake stroke during compression ignition combustion, whereby exhaust gas is recirculated from the exhaust means. Is preferably increased.
この発明によれば、吸気通路及び排気通路が連通される燃焼室と、吸気通路中に設けられ且つカムを介して開閉駆動される吸気手段と、排気通路中に設けられ且つカムを介して開閉駆動されると共に圧縮着火燃焼時及び火花点火燃焼時のそれぞれの排気行程中及び吸気行程中に開かれる排気手段と、火花点火燃焼時の吸気行程中に燃焼室への排気ガスの還流を防止する排気ガス還流防止手段とを備えたので、カム式のエンジンにおいてコストを低く抑えながら簡単な制御により圧縮着火燃焼時のみに内部EGRを行うことができる。 According to the present invention, the combustion chamber in which the intake passage and the exhaust passage communicate with each other, the intake means provided in the intake passage and driven to open and close through the cam, and the combustion chamber provided in the exhaust passage and opened and closed through the cam Exhaust means that is driven and opened during an exhaust stroke and an intake stroke during compression ignition combustion and spark ignition combustion, respectively, and prevents recirculation of exhaust gas to a combustion chamber during an intake stroke during spark ignition combustion. Since the exhaust gas recirculation prevention means is provided, the internal EGR can be performed only at the time of compression ignition combustion by simple control while suppressing the cost in the cam type engine.
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
実施の形態1.
図1に、実施の形態1に係る圧縮着火内燃機関として、ガスエンジンヒートポンプ(GHP)等に使用される圧縮着火エンジンの1つの燃焼室近傍を平面的にみた模式図を示す。エンジンの燃焼室1に吸気通路2及び排気通路3が接続されている。吸気通路2は、吸気合流路4とその先端で2つに分岐した吸気分岐路5a及び5bとからなり、これら2つの吸気分岐路5a及び5bがほぼ同径の2つの吸気口6a及び6bを介してそれぞれ燃焼室1に連通されている。また、吸気合流路4には燃料供給通路4aが連通されており、燃料であるガスが燃料供給通路4aを通って吸気通路に供給される。これにより、燃料と空気とが燃焼室1への流入前に予め混合された後に燃焼室1内にて圧縮着火燃焼される、いわゆる予混合圧縮着火燃焼が行われる。一方、排気通路3は、排気合流路7とその先端で2つに分岐した第1排気分岐路8a及び第2排気分岐路8bとからなり、これら第1排気分岐路8a及び8bが相互に径の異なる第1排気口9a及び第2排気口9bを介して燃焼室1に連通されている。図1に示されるように、第2排気口9bは第1排気口9aよりも小径に設定されている。
FIG. 1 is a schematic plan view of the vicinity of one combustion chamber of a compression ignition engine used for a gas engine heat pump (GHP) or the like as the compression ignition internal combustion engine according to the first embodiment. An
また、2つの吸気口6a及び6bにはそれぞれ吸気手段としての吸気バルブ10及び11が配置されており、これら2つの吸気バルブ10及び11が図示しない吸気バルブ用のカムを介して開閉駆動される構成になっている。一方、第1排気口9a及び第2排気口9bにはそれぞれ排気手段としての第1排気バルブ12及び第2排気バルブ13が配置されており、これら第1排気バルブ12及び第2排気バルブ13もまた図示しない排気バルブ用のカムを介して開閉駆動される構成になっている。さらに、吸気合流路4の途中にはこの吸気合流路4を狭めて燃焼室1への新気の流入を制限する吸気制御手段としての吸気スロットル14が取り付けられている。また、第2排気口9bにつながる第2排気分岐路8bの途中には排気ガス還流防止手段としてこの第2排気分岐路8bを開閉する排気スロットル15が取り付けられており、本実施の形態では、この排気スロットル15は火花点火燃焼時において常に閉じられ、圧縮着火燃焼時において常に開かれるようになっている。なお、図示しないが、燃焼室1内には火花点火燃焼のための点火プラグが配置されている。
Further,
ここで、図2を参照して、2つの吸気バルブ10及び11、第1排気バルブ12と第2排気バルブ13とを吸気行程及び排気行程においてどのように開閉制御するかを説明する。この吸気行程及び排気行程における制御は、圧縮着火燃焼時及び火花点火燃焼時にかかわらず一定の開閉動作となるように行われる。図2に示されるように、排気行程では第1排気バルブ12が符号Eのようなタイミング・リフト量で開かれる。また、吸気行程では、2つの吸気バルブ10及び11が共に符号Dのようなタイミング・リフト量で開かれ、さらに吸気行程中の後半に第2排気バルブ13が符号Fのようなタイミング・リフト量で開かれる。すなわち、第1排気バルブ12は排気行程のみ開弁し、第2排気バルブ13は吸気行程の後半のみ開弁する。
Here, how to control the opening and closing of the two
次に、この実施の形態1に係る圧縮着火エンジンの動作について説明する。このエンジンは、圧縮着火燃焼と火花点火燃焼を切り替えて駆動され、すなわち、低負荷及び中負荷の領域では圧縮着火燃焼を行い、高負荷の領域では火花点火燃焼を行う。 Next, the operation of the compression ignition engine according to the first embodiment will be described. This engine is driven by switching between compression ignition combustion and spark ignition combustion, that is, performs compression ignition combustion in low load and medium load regions, and performs spark ignition combustion in high load regions.
まず、圧縮着火燃焼時における動作を説明する。この圧縮着火燃焼時において、排気行程では、第2排気分岐路8bの途中に取り付けられた排気スロットル15は開かれる。また、吸気行程では、排気スロットル15と吸気スロットル14とが共に開かれる。
First, the operation during compression ignition combustion will be described. During the compression ignition combustion, in the exhaust stroke, the
排気行程において、第1排気バルブ12が符号Eのようなタイミング・リフト量で開弁すると共に第2排気バルブ13は閉弁しており、燃焼室1内で生じた高温の排気ガスが第1排気分岐路8aのみを通って排気合流路7へと排出される。一方、吸気行程では、吸気スロットル14が開かれた状態で2つの吸気バルブ10及び11が共に符号Dのようなタイミング・リフト量で開かれると、空気及び燃料の混合気が新気として吸気分岐路5a及び5bを通って燃焼室1内へ流入する。さらに、吸気行程では、排気スロットル15が開かれている一方、吸気行程中後半に第2排気バルブ13が符号Fのようなタイミング・リフト量で開弁するので、図1に点線で示されるように、排気行程で排気通路3に排出された高温の排気ガスが第2排気分岐路8bを通って燃焼室1内へ還流する。そして、この高温の排気ガスにより燃焼室1内の混合気が加熱され、この状態で圧縮着火が行われる。これにより、着火性の低い天然ガスなどを燃料として効率よく圧縮着火燃焼を行うことができる。なお、排気スロットル15は、排気行程や吸気行程の他、圧縮行程や膨張行程においても、すなわち、圧縮着火燃焼時には全行程を通して常に開いているものとする。
In the exhaust stroke, the
ここで、上述の吸気行程中において、吸気スロットル14の開度を小さくして吸気合流路4を狭め、これにより燃焼室1への新気の流入量を制限することが好ましい。このように吸気スロットル14により新気の流入を制限すれば、その分排気ガスの還流量を増加させることができ、燃焼室1内の混合気を効率よく加熱することができる。また、燃焼室1への新気の流入を制限した状態では、第2排気バルブ13が吸気行程中後半に開かれるまで燃焼室1内が負圧になるため、第2排気バルブ13が開くと高温の排気ガスが一気に燃焼室1内へ流入し、その結果、断熱圧縮による温度上昇効果も加わり、燃焼室1内の混合気をさらに効率よく加熱することができる。
Here, during the above-described intake stroke, it is preferable that the opening of the
次に、火花点火燃焼時における動作を説明する。この火花点火燃焼時において、排気スロットル15は常に閉じられる一方、吸気スロットル14は吸気行程において適当な開度で開かれる。排気行程では、第1排気バルブ12が符号Eのようなタイミング・リフト量で開かれると、圧縮着火燃焼時の排気行程と同様に、燃焼室1内で生じた高温の排気ガスが第1排気分岐路8aを通って排気合流路7へ排出される。また、吸気行程においても、吸気スロットル14が開かれた状態で2つの吸気バルブ10及び11が共に符号Dのようなタイミング・リフト量で開かれると、混合気が新気として吸気分岐路5a及び5bを通って2つの吸気口6a及び6bから燃焼室1内へ流入する。
Next, the operation during spark ignition combustion will be described. During the spark ignition combustion, the
ところで、第2排気バルブ13はカムにより開閉タイミングが決定されているため、前述した圧縮着火燃焼時と同様に、火花点火燃焼時においても吸気行程の後半に符号Fのようなタイミング・リフト量で開弁してしまう。しかし、本実施の形態では、火花点火燃焼時の吸気行程中は排気スロットル15が閉じられるため、第2排気バルブ13は開弁していても、第2排気分岐路8bは排気スロットル15により遮断される。よって、排気行程において第1排気口9aから排気合流路7に排出された高温の排気ガスは、火花点火燃焼時は第2排気分岐路8bを通って燃焼室1内へ還流することが防止される。そして、上述のように2つの吸気口6a及び6bから燃焼室1内に流入した混合気が充分に圧縮され、さらに図示しない点火プラグにより点火されて火花点火燃焼が行われる。このように燃焼室1内に排気ガスが還流していない状態で火花点火燃焼を行えるため、高温の排気ガスによりノッキングの発生が促進されることが防止され、これにより安定した火花点火燃焼を行うことが可能となる。
By the way, since the opening and closing timing of the
以上のように、2つの吸気バルブ10及び11と第1排気バルブ12と第2排気バルブ13とを、圧縮着火燃焼時も火花点火燃焼時もカムにより一定の開閉動作で駆動すると共に、排気スロットル15を火花点火燃焼時の吸気行程中のみ閉じることにより、圧縮着火燃焼時には燃焼室内に高温の排気ガスを還流し且つ火花点火燃焼時には排気ガスを還流しないように容易に制御することができる。
また、カムを介してバルブを開閉駆動することは、既存のエンジンに多く使用されているため、大幅な改造をすることなく、既存のカム式のエンジンを流用することができる。
加えて、本発明の圧縮着火エンジンでは、従来のようにコストが非常に高い電磁バルブ式の駆動装置を使用しないため、エンジン全体のコストを低く抑えられる。
As described above, the two
In addition, since the opening and closing drive of the valve via the cam is widely used in the existing engine, the existing cam-type engine can be diverted without significant modification.
In addition, the compression ignition engine of the present invention does not use an electromagnetic valve type driving device, which is very expensive as in the prior art, so that the cost of the entire engine can be kept low.
なお、上述の実施の形態1では、排気スロットル15は、火花点火燃焼時には常に閉じていたが、これに代えて、火花点火燃焼時の吸気行程のみ閉じるようにしてもよく、あるいは、少なくとも第2排気バルブ13が開かれる間、すなわち、符号Fの間だけ常に閉じた状態に維持するようにしてもよい。
In the above-described first embodiment, the
また、第2排気バルブ13は符号Fのようなタイミング・リフト量で吸気行程中後半に開く代わりに、図3(a)に示されるように吸気行程中前半で開いたり、図3(b)に示されるように排気行程から吸気行程にまたがって開くなど、少なくとも吸気行程中に開く期間があれば、どのようなタイミング・リフト量であってもよい。なお、前述のように第2排気バルブ13が排気行程から吸気行程にまたがって開く場合には、排気行程において第1排気バルブ12だけでなく第2排気バルブ13も排気に寄与することができるため、排気ガスの排出を効率よく行うことができる。
Further, instead of opening the
さらに、上述の実施の形態では、第2排気口9bが第1排気口9aより小さい径を有するが、この代わりに、これら第1排気口9aと及び第2排気口9bが互いにほぼ同じ径を有してもよい。
Further, in the above-described embodiment, the
実施の形態2.
次に、本発明の実施の形態2を説明する。この実施の形態2の圧縮着火エンジンは、図1に示した実施の形態1の圧縮着火エンジンにおいて、第2排気バルブ13を吸気行程の後半に加えて、排気行程中も第1排気バルブ12と同様に開くようにしたものである。すなわち、図2において、排気行程では第1排気バルブ12と共に第2排気バルブ13が符号Eのようなタイミング・リフト量で開かれ、吸気行程では実施の形態1と同様に、第2排気バルブ13のみが符号Fのようなタイミング・リフト量で開かれる。第2排気バルブ13のこのような開閉動作は、突起を二つ有する2段カムを第2排気バルブ13用のカムとして用いることで実現される。また、本実施の形態では、火花点火燃焼時の排気行程中には第2排気バルブ13に排気機能を発揮させ、且つ、火花点火燃焼時の吸気行程中には第2排気バルブ13が開弁していても排気ガスの還流は無効化させる必要があることから、排気スロットル15は火花点火燃焼時の吸気行程中のみ閉じるようにしている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The compression ignition engine according to the second embodiment is different from the compression ignition engine according to the first embodiment shown in FIG. 1 in that the
以上のような構成によれば、カム式のエンジンにおいてコストを低く抑えながら簡単な制御により圧縮着火燃焼時のみに内部EGRを行うことができ、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
さらに、本実施の形態2では、排気行程において第1排気バルブ12だけでなく第2排気バルブ13も開くことから、これら第1排気バルブ12及び第2排気バルブ13の2つのバルブを使用して排気することができ、これにより排気ガスの排出を効率よく行うことができる。
According to the configuration described above, the internal EGR can be performed only during the compression ignition combustion by a simple control with a low cost in a cam type engine, and the same effect as in the first embodiment can be obtained. .
Furthermore, in the second embodiment, since not only the
なお、上述の実施の形態2において、第2排気バルブ13は、排気行程中に符号Eのようなタイミング・バルブ量で開かれると共に吸気行程中後半に符号Fのようなタイミング・バルブ量で開かれるようになっていたが、その代わりに、図3(a)に示されるように、排気行程中に符号Eのようなタイミング・バルブ量で開かれると共に吸気行程中前半に符号Fのようなタイミング・バルブ量で開かれてもよい。さらに、第2排気バルブ13を図4に示される符号Fのようなタイミング・バルブ量で開くようにしてもよい。なお、図4では、第2排気バルブ13の開閉動作を優先して説明するため、第1排気バルブ12や2つの吸気バルブ10及び11のタイミング・リフト量は図示省略している。
In the above-described second embodiment, the
実施の形態3.
次に、本発明の実施の形態3を図5により説明する。この実施の形態3の圧縮着火エンジンは、上述した実施の形態において各燃焼室毎に設けられていた排気スロットルを、排気系として一つだけ設ける態様で実施するものである。図5に示されるように、直列4気筒の圧縮着火エンジンにおいて、4つの燃焼室21には、吸気通路22及び排気通路24が接続されている。吸気通路22は、各気筒の燃焼室21毎に2つ設けられる吸気分岐路22aと、その上流で吸気分岐路22aの合計8本分がまとめられる吸気集合路22bとを備えている。吸気スロットル23は、かかる吸気集合路22bに設けられている。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The compression ignition engine according to the third embodiment is implemented in a mode in which only one exhaust throttle provided for each combustion chamber in the above-described embodiment is provided as an exhaust system. As shown in FIG. 5, in the in-line four-cylinder compression ignition engine, an
一方、排気通路24は、図1の第1排気分岐路8aに相当する4本の第1排気分岐路24aと、これら4本の第1排気分岐路24aを下流でまとめる第1排気合流路24bと、図1の第2排気分岐路8bに相当する4本の第2排気分岐路24cと、これら4本の第2排気分岐路24cを下流でまとめる第2排気合流路24dと、第1及び第2排気合流路24b及び24dをその下流でまとめる排気集合路25とを備える。排気スロットル26は、各燃焼室に共通のものとして、第2排気合流路24dに一つだけ設けられている。
On the other hand, the
かかる圧縮着火エンジンにおいては、各燃焼室21に設けられた2つの吸気バルブ、第1排気バルブ及び第2排気バルブは、実施の形態1又は2における動作と同様に開閉制御される。また、排気スロットル26も上記の実施の形態と同様に、火花点火燃焼の少なくとも吸気行程において第2排気バルブが開弁している間だけは閉じられる。したがって、各燃焼室毎に排気スロットルを設けなくても、上記と同様の効果を奏することが可能となっている。
In such a compression ignition engine, the two intake valves, the first exhaust valve, and the second exhaust valve provided in each
実施の形態4.
次に、本発明の実施の形態4を図6によって説明する。この実施の形態4の圧縮着火エンジンは、上記の実施の形態1において、排気バルブを二つではなく一つとしたものである。燃焼室30には1つの排気口32が形成されており、この排気口32に2段カムを介して開閉駆動される排気手段としての排気バルブ31が配置されている。また、この排気口32が排気通路33につながっており、排気通路33はその途中に排気スロットル34を有している。排気スロットル34は、火花点火燃焼時において少なくとも吸気行程中に排気バルブ31が開弁する間だけ閉じられるようになっている。
ここで、排気バルブ31は図7に符号G1及びG2で示されるようなタイミング・リフト量で開かれる、すなわち、排気行程中に開いた排気バルブ31は完全に閉じることなく微小のリフト量を保ってそのまま吸気行程中前半に開かれる。また、吸気行程中には2つの吸気バルブ10及び11が実施の形態1と同様に符号Dのようなタイミング・リフト量で開かれる。なお、これらの開閉制御は圧縮着火燃焼及び火花点火燃焼にかかわらず一定になるように行われる。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The compression ignition engine according to the fourth embodiment differs from the first embodiment in that the number of exhaust valves is one instead of two. One
Here, the
圧縮点火燃焼時において、排気行程中には、排気スロットル34が開かれ、吸気行程中には、排気スロットル34が開かれたまま維持され、吸気スロットル14も適当な要求開度で開かれる。これにより、排気行程中には、排気バルブ31が開いて排気ガスが排気通路33へと排出され、また、吸気行程中には、2つの吸気バルブ10及び11が開いて新気が流入すると共に吸気行程中前半に排気バルブ31が開いて燃焼室30内に高温の排気ガスが還流して内部EGRが行われる。
During compression ignition combustion, the
また、火花点火燃焼時において、排気行程中には、排気スロットル34が開かれ、吸気行程中には、排気スロットル34は閉じられる一方、吸気スロットル14が適当な要求開度で開かれる。よって、排気行程中に排気バルブ31が開いて排気ガスが排気通路33へと排出され、また、吸気行程中には、2つの吸気バルブ10及び11が開いて新気が流入するが、このとき排気スロットル34が閉じられているため、排気バルブ31が吸気行程中前半に開いても燃焼室30内への高温の排気ガスが還流することが防止される。
従って、このような構成にしても、カム式のエンジンにおいてコストを低く抑えながら簡単な制御により圧縮着火燃焼時のみに内部EGRを行うことができ、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
なお、排気スロットルはできる限り排気バルブに近い位置に設置する。そのようにすることによって、排気バルブと排気スロットルとの間に残留した排気ガスが還流してしまうことを低減することができる。
Further, during spark ignition combustion, the
Therefore, even with such a configuration, the internal EGR can be performed only at the time of compression ignition combustion by simple control while suppressing the cost in the cam type engine, and the same effect as in the first embodiment can be obtained. it can.
The exhaust throttle is installed as close to the exhaust valve as possible. By doing so, the recirculation of the exhaust gas remaining between the exhaust valve and the exhaust throttle can be reduced.
なお、本実施の形態4のように、排気バルブ31を微小のリフト量を保ったまま吸気行程中前半に開く代わりに、排気行程の終了で一度完全に閉じた後に、吸気行程中の後半など吸気行程中のどこかで再び開くようにしてもよい。
また、本実施の形態4に関しても、実施の形態3のように排気スロットルを排気系として一つだけ用意するようにしてもよい。
さらに、本実施の形態4のように2段カムを利用して排気・吸気行程の双方に開く排気バルブを、各燃焼室に2つずつ設けるようにしてもよい。
また、本実施の形態4では、全ての排気分岐路を一つの排気合流路に合流させ、その一つの排気合流路に一つの排気スロットルが設けられていたが、必ずしもそれに限定されず、例えば、V型エンジンにおいて、複数の排気分岐路を二つの排気合流路に合流させ、各排気合流路に一つずつの排気スロットル、すなわち合計二つの排気スロットルを配置するようにしてもよい。すなわち、少なくとも二つ以上の排気分岐路を一つの排気合流路に合流させ、その排気合流路に一つの排気スロットルを配置するようにすれば、排気スロットルの数を減らすことができる。
Note that, instead of opening the
Also, in the fourth embodiment, as in the third embodiment, only one exhaust throttle may be prepared as an exhaust system.
Furthermore, two exhaust valves that open to both the exhaust and intake strokes using a two-stage cam as in the fourth embodiment may be provided for each combustion chamber.
Further, in the fourth embodiment, all the exhaust branch paths are merged into one exhaust merging path, and one exhaust throttle is provided in the one exhaust merging path. However, the present invention is not necessarily limited to this. In the V-type engine, a plurality of exhaust branch lines may be merged into two exhaust merging passages, and one exhaust throttle may be arranged in each exhaust merging passage, that is, two exhaust throttles in total. That is, if at least two or more exhaust branch paths are merged into one exhaust junction, and one exhaust throttle is arranged in the exhaust junction, the number of exhaust throttles can be reduced.
実施の形態5.
次に、図8をもとに本発明の実施の形態5を説明する。なお、図8は、理解を助けるために図1の態様に対し排気経路部分のみ立体的に図示している。本実施の形態に係る圧縮着火エンジンは、排気通路及び排気ガス還流防止手段の構成が上述した実施の形態と異なるものであり、他の部分は上述した実施の形態1に係る構成と同様であるものとする。燃焼室1の上部には、上記実施の形態と同様に第1排気口9a及び第2排気口9bが設けられている。これら第1排気口9a及び第2排気口9bには排気通路103が接続される。排気通路103は、第1排気口9a及び第2排気口9bの双方を包含するように両排気口に接続される単一管状の連通室108と、その下流に設けられている排気本通路107とを備えている。連通室108内には、高さの低い仕切り151が立設されている。仕切り151は、第1排気口9a及び第2排気口9bが形成されている壁部であって連通室108の底面でもある底壁部153において、それら排気口9a及び9bの間の部分から立ち上がっている。また、連通室108には、シャッターバルブ115が設けられている。シャッターバルブ115は、仕切り151と当接又は離隔するようにスライド可能に設けられる。シャッターバルブ115が閉弁状態すなわち仕切り151と当接状態にある場合には、連通室108内が燃焼室1を介さずには連通不能な第1排気室108aと第2排気室108bとに区分けされる。すなわち、シャッターバルブ115によって第1排気口9a及び第2排気口9bが相互に非連通状態となるように連通室108内が区切られる。シャッターバルブ115の閉弁状態では、第1排気室108aは排気本通路107と連通する部屋となり、第2排気室108bは排気本通路107とは隔離した部屋となる。
Embodiment 5 FIG.
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 illustrates only the exhaust path portion in a three-dimensional manner with respect to the embodiment of FIG. 1 to facilitate understanding. The compression ignition engine according to the present embodiment is different from the above-described embodiment in the configuration of the exhaust passage and the exhaust gas recirculation prevention means, and the other parts are the same as those in the above-described first embodiment. Shall be. A
次に、このような構成の圧縮着火エンジンの動作について説明する。シャッターバルブ115の開閉タイミングは上記実施の形態1の排気スロットル15と同様であり、また、第1排気バルブ12及び第2排気バルブ13の開閉タイミングも実施の形態1と同様である。従って、圧縮着火燃焼時における排気行程では、第1排気バルブ12が開弁されると共に第2排気バルブ13が閉弁され、且つ、シャッターバルブ115は開弁される。これによって、燃焼室1からの排気ガスは、図中一点鎖線で示されるように、第1排気口9a、連通室108及び排気本通路107を介して排気される。一方、圧縮着火燃焼時の吸気行程では、第1排気バルブ12が閉弁されると共に第2排気バルブ13が開弁され、且つ、シャッターバルブ115は開弁される。これによって、排気行程中に連通室108に排気され第1排気口9a近傍に存在する排気ガスは、図中実線で示されるように、シャッターバルブ115及び仕切り151の間を通って、第2排気口9bから燃焼室1内に還流される。
Next, the operation of the compression ignition engine having such a configuration will be described. The opening / closing timing of the
また、火花点火燃焼時においても、第1排気バルブ12及び第2排気バルブ13は圧縮着火燃焼時の場合と同様な開閉動作を行う。しかしながら、シャッターバルブ115が常に閉じられた状態で維持されるので、排気行程中に連通室108に排気された排気ガスが、開放されている第2排気口9bから燃焼室1内に還流されてしまうことを防止することができる。このように本実施の形態においても、実施の形態1の場合と同様の作用効果を得ることができる。
Also, at the time of spark ignition combustion, the
さらに、圧縮着火燃焼時の排気ガスの還流は、排気行程で排気され連通室108に内に存在している排気ガスを、同じ連通室108から第2排気口9bを介して単純に燃焼室1へ吸い込むだけに過ぎないため、実施の形態1のように第1排気分岐路8a及び第2排気分岐路8bの叉部を回り込ませて吸い込む態様と比べて、より短距離且つ流路抵抗の少ない態様で排気ガスの還流が行える。よって、より効率の良いEGRを実現できる。
Further, the recirculation of the exhaust gas during the compression ignition combustion is performed by simply discharging the exhaust gas exhausted in the exhaust stroke and existing in the
なお、本実施の形態においても、実施の形態1の場合と同様な改変を施すことができる。すなわち、シャッターバルブ115を火花点火燃焼時の吸気行程のみ閉じるようにしてもよく、あるいは、少なくとも第2排気バルブ13が開かれる間だけ常に閉じた状態に維持するようにしてもよい。
In this embodiment, the same modifications as in the first embodiment can be made. That is, the
また、第2排気バルブ13の動作を図3(a)又は(b)に示されるように設定したり、第2排気口9bと第1排気口9aとの径の関係を改変したりできる点も、実施の形態1の場合と同様である。
Further, the operation of the
また、シャッターバルブ115による連通室108内の区切り態様は次のようにすることもできる。図9に示されるように、連通室108内に、単体で当該連通室108内を第1排気室108aと第2排気室108bとに区分けできる仕切り251を設ける。仕切り251は、第1排気口9a及び第2排気口9bの間から延びており、その周縁が連通室108の底面や側面に接続されている。また、仕切り251における下部すなわち第1排気口9a及び第2排気口9bの近傍部分には、連通口255が穿設されている。さらに、この連通口255を選択的に開放及び閉塞できるように、連通室108に対してシャッターバルブ115を設ける。このような構成においても、圧縮着火燃焼の吸気行程時に連通口255を介して排気ガスの還流を行うことができ、図8の構成と同様な作用を得ることができる。
In addition, the manner in which the
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な改変を施して実施することができる。例えば、上述の実施の形態における吸気スロットルは、蝶型のバルブの他に、実施の形態5に示したようなシャッターバルブ等を使用することもできる。また、必要に応じて、排気スロットルやシャッターバルブの開度を変えることで、排気ガス還流量を調整するようにしてもよい。
また、圧縮着火燃焼と火花着火燃焼とを切り替えるタイミングは、エンジンの負荷を基準とすることには限定されない。さらに、上記実施の形態では、予混合圧縮着火燃焼と火花着火燃焼とを切り替える態様として説明されているが、本発明はこれに限定されず、予混合タイプではない単なる圧縮着火燃焼(燃焼室内に配置された燃料噴射弁から、ピストンにより圧縮された気体中に燃料を直接噴射する点火方式)と火花着火燃焼とを切り替える態様に適用することも可能である。
さらに、上述の実施の形態では、燃料として天然ガスを使用していたが、その代わりに、都市ガス及びプロパンガス等のガス燃料をそのまま使用することができる。また、本発明の圧縮着火内燃機関は、ガソリンや軽油などを燃料として実施してもよい。さらに、エンジンの気筒の数は4気筒に限られず、6気筒や8気筒でもよく、その形式も直列型だけでなくV型や水平対向型などでもよく、特に限定されるものではない。また、各気筒に関する吸気通路の数や吸気バルブの数も上記の実施の形態に限定されるものではない。
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented with various modifications. For example, as the intake throttle in the above-described embodiment, a shutter valve as shown in the fifth embodiment or the like can be used in addition to the butterfly valve. Further, the recirculation amount of the exhaust gas may be adjusted by changing the opening degree of the exhaust throttle or the shutter valve as needed.
Further, the timing of switching between compression ignition combustion and spark ignition combustion is not limited to using the load of the engine as a reference. Further, in the above-described embodiment, the mode of switching between the premixed compression ignition combustion and the spark ignition combustion is described. However, the present invention is not limited to this. It is also possible to apply the present invention to a mode in which switching is made between an ignition method in which fuel is directly injected into gas compressed by a piston from an arranged fuel injection valve) and spark ignition combustion.
Further, in the above-described embodiment, natural gas is used as fuel, but gas fuel such as city gas and propane gas can be used as it is instead. Further, the compression ignition internal combustion engine of the present invention may be implemented using gasoline, light oil or the like as fuel. Further, the number of cylinders of the engine is not limited to four cylinders, but may be six or eight cylinders. The type thereof is not limited to the in-line type but may be the V type or the horizontally opposed type, and is not particularly limited. Further, the number of intake passages and the number of intake valves for each cylinder are not limited to those in the above embodiment.
1,21,30 燃焼室、2,22 吸気通路、3,24,33,103 排気通路、10,11 吸気バルブ、12 第1排気バルブ、13 第2排気バルブ、14,23 吸気スロットル、15,26,34 排気スロットル、31 排気バルブ、108 連通室、115 シャッターバルブ。 1,21,30 combustion chamber, 2,22 intake passage, 3,24,33,103 exhaust passage, 10,11 intake valve, 12 first exhaust valve, 13 second exhaust valve, 14,23 intake throttle, 15, 26, 34 Exhaust throttle, 31 Exhaust valve, 108 Communication chamber, 115 Shutter valve.
Claims (6)
吸気通路及び排気通路が連通される燃焼室と、
吸気通路中に設けられ、吸気通路の開閉を行う吸気手段と、
排気通路中に設けられ、カムにより駆動されて排気通路の開閉を行うと共に少なくとも圧縮着火燃焼時及び火花点火燃焼時のそれぞれの排気行程中及び吸気行程中に排気通路を開く排気手段と、
排気通路中に設けられ、少なくとも圧縮着火燃焼時の吸気行程中に開弁することで燃焼室への排気ガスの還流を行うと共に、火花点火燃焼時の吸気行程中の少なくとも前記排気手段が開いている間は閉弁することで、燃焼室への排気ガスの還流を防止する排気ガス還流防止手段と
を備えることを特徴とする圧縮着火内燃機関。 In a compression ignition internal combustion engine that performs switching between compression ignition combustion and spark ignition combustion,
A combustion chamber in which the intake passage and the exhaust passage communicate with each other;
An intake means provided in the intake passage for opening and closing the intake passage;
Exhaust means provided in the exhaust passage, driven by the cam to open and close the exhaust passage and open the exhaust passage at least during the compression stroke and the spark ignition combustion during the respective exhaust strokes and during the intake stroke,
The exhaust gas is provided in the exhaust passage and recirculated to the combustion chamber by opening at least during an intake stroke during compression ignition combustion, and at least the exhaust means is opened during an intake stroke during spark ignition combustion. A compression ignition internal combustion engine comprising exhaust gas recirculation preventing means for preventing recirculation of exhaust gas to the combustion chamber by closing the valve during the operation.
前記排気手段は、第1排気分岐路に設けられ、圧縮着火燃焼時及び火花点火燃焼時において、排気行程のみ開く第1排気バルブと、第2排気分岐路に設けられ、少なくとも吸気行程に開く第2排気バルブとを含み、
前記排気ガス還流防止手段は、第2排気分岐路に設けられて火花点火燃焼時には第2排気分岐路を常に遮断すると共に、圧縮着火燃焼時には第2排気分岐路を常に開通する排気スロットルである、
ことを特徴とする請求項1に記載の圧縮着火内燃機関。 The exhaust passage includes a merging path provided for each combustion chamber, and first and second exhaust branch paths that branch upstream of the merging path and communicate with the combustion chamber.
The first exhaust valve is provided in the first exhaust branch, and is provided only in the exhaust stroke during compression ignition combustion and spark ignition combustion. The first exhaust valve is provided in the second exhaust branch, and is provided at least in the intake stroke. 2 exhaust valves,
The exhaust gas recirculation prevention means is an exhaust throttle that is provided in the second exhaust branch and always shuts off the second exhaust branch during spark ignition combustion, and always opens the second exhaust branch during compression ignition combustion.
The compression ignition internal combustion engine according to claim 1, wherein:
前記排気ガス還流防止手段は、排気通路に設けられて、排気行程中に開いて排気を行うと共に、火花点火燃焼時における吸気行程の少なくとも前記排気バルブが開弁する間、排気通路を遮断する排気スロットルである、
ことを特徴とする請求項1に記載の圧縮着火内燃機関。 The exhaust means includes a single exhaust valve provided for each combustion chamber that opens in both the exhaust stroke and the intake stroke via a two-stage cam,
The exhaust gas recirculation prevention means is provided in an exhaust passage, opens and exhausts during an exhaust stroke, and shuts off the exhaust passage during at least the exhaust valve of an intake stroke during spark ignition combustion. The throttle,
The compression ignition internal combustion engine according to claim 1, wherein:
前記排気手段は、各燃焼室毎に設けられ少なくとも吸気行程に開く複数の排気バルブを含み、
前記排気通路は、少なくとも吸気行程に開く前記排気バルブによって流路が開閉される複数の排気分岐路と、これら排気分岐路を一つにまとめる排気合流路とを備え、
前記排気ガス還流防止手段は、排気合流路に設けられて火花点火燃焼時における吸気行程の少なくとも前記排気バルブが開弁する間、排気合流路を遮断する排気スロットルである、
ことを特徴とする請求項1又は3に記載の圧縮着火内燃機関。 A plurality of the combustion chambers are provided,
The exhaust means includes a plurality of exhaust valves provided for each combustion chamber and opened at least during an intake stroke,
The exhaust passage includes a plurality of exhaust branch passages whose passages are opened and closed by the exhaust valve that opens at least during an intake stroke, and an exhaust merging passage that unifies these exhaust branch passages into one.
The exhaust gas recirculation prevention means is an exhaust throttle that is provided in the exhaust merge passage and shuts off the exhaust merge passage during at least the exhaust valve opening of an intake stroke during spark ignition combustion.
The compression ignition internal combustion engine according to claim 1 or 3, wherein:
前記排気通路は、その上流端部に、第1排気口及び第2排気口の双方を包含するように両排気口に接続される単一管状の連通室を有し、
前記排気手段は、圧縮着火燃焼時及び火花点火燃焼時において、排気行程のみ前記第1排気口を開く第1排気バルブと、少なくとも吸気行程に前記第2排気口を開く第2排気バルブとを有し、
前記排気ガス還流防止手段は、閉弁時に第1排気口及び第2排気口が相互に非連通状態となるように前記連通室内を区切るシャッターバルブを有し、該シャッターバルブは、圧縮着火燃焼時の少なくとも吸気行程に第1排気口及び第2排気口が相互に連通状態となるように開弁する、
ことを特徴とする請求項1に記載の圧縮着火内燃機関。 The combustion chamber and the exhaust passage are connected by a first exhaust port and a second exhaust port,
The exhaust passage has, at its upstream end, a single tubular communication chamber connected to both exhaust ports so as to include both the first exhaust port and the second exhaust port,
The exhaust means has a first exhaust valve that opens the first exhaust port only during an exhaust stroke during compression ignition combustion and spark ignition combustion, and a second exhaust valve that opens the second exhaust port at least during an intake stroke. And
The exhaust gas recirculation prevention means has a shutter valve that separates the communication chamber so that the first exhaust port and the second exhaust port are not in communication with each other when the valve is closed. Opening the first exhaust port and the second exhaust port so that they are in communication with each other at least during the intake stroke.
The compression ignition internal combustion engine according to claim 1, wherein:
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