JP2005090369A - 混合気を圧縮自着火させる自着火運転が可能な2サイクル式内燃機関 - Google Patents
混合気を圧縮自着火させる自着火運転が可能な2サイクル式内燃機関 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】 シリンダヘッド130に、少なくとも3つの排気口の開閉を行う少なくとも3つの排気弁132が設けられ、排気弁132は、シリンダ142の中心軸の周囲に、互いの間隔が均等になるように配置されている。ピストン152の上下動によってシリンダ142に面する開口部が開閉する掃気ポート146、148がシリンダ142の周壁に接続されている。
【選択図】 図3
Description
シリンダとピストンとで構成される燃焼室と、
前記シリンダのシリンダヘッド部に設けられ、少なくとも3つの排気口の開閉を行う少なくとも3つの排気弁と、
前記シリンダの周壁に接続され、前記ピストンの上下動によって前記シリンダに面する開口部が開閉する少なくとも1つの掃気ポートと、
を備え、
前記排気弁は、前記シリンダの中心軸の周囲に、互いの間隔が均等になるように配置されている、ことを特徴とする。
A.予混合圧縮自着火燃焼方式の2サイクル式内燃機関の概要:
B.第1実施例:
C.第2実施例:
D.第3実施例:
E.第4実施例:
F.変形例:
理解の便宜から、まず始めに予混合圧縮自着火燃焼方式の2サイクル式内燃機関の概要について説明し、その後に、この内燃機関の各種実施例について説明する。図1は、予混合圧縮自着火燃焼方式を適用した2サイクル式内燃機関の動作の概要を、一例を取って説明する説明図である。図1では、シリンダAの上部に排気弁Cを備え、シリンダAの周壁下部に掃気ポートDが接続された、いわゆるユニフロー式2サイクル式内燃機関の例を示している。この内燃機関は、シリンダA内でピストンBを上下させ、排気弁Cと掃気ポートDを開閉させながら、燃料と空気との混合気を燃焼させることによって動力を取り出している。
図2は、本発明の第1実施例としてのガソリンエンジン100の構成を概念的に示した説明図である。図2には、ガソリンエンジン100のシリンダの中心で断面を取ったときのシリンダの構造が示されている。
図10は、第2実施例におけるシリンダヘッドの断面を拡大して示す説明図である。図3に示した第1実施例との違いは、シリンダヘッド130が、排気チャンバ134を上下方向に2分割するような平面に沿って、分割される構造を有していることである。それ以外の構成は、第1実施例と同じである。
図11は、第3実施例におけるシリンダヘッドの断面を拡大して示す説明図である。図12は、図11の12−12断面を示す説明図である。本実施例では、シリンダヘッド130に、排気弁132が6つ設けられている。シリンダヘッド130の上部には、2つの駆動アーム162が設けられ、それぞれ3つの排気弁132の上部に接続されている。図12には、排気弁132との位置関係を示すため、駆動アーム162の上部から見た位置を点線にて示している。排気弁132は、駆動アーム162を介して、電磁アクチュエータ164により駆動されている。
図15は、第4実施例におけるシリンダ周壁内部の形状を示す説明図である。図15は、シリンダ142の内側から、掃気ポート146,148のシリンダ142に面する開口部(掃気口)付近を見たときの状況を表している。掃気ポート(接線ポート)146の掃気口の上縁は、掃気ポート(ストレートポート)148の掃気口の上縁より、上側に位置している。それ以外の構成は、第1実施例と同じである。
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
上記実施例では、2つの接線ポート146と2つのストレートポート148との合計4つの掃気ポートが、シリンダ142に接続されているエンジンについて説明したが、シリンダ142に接続される掃気ポートは1つの掃気ポート(接線ポート)146であるとしてもよい。あるいは、シリンダ142に接続される掃気ポートは、1つの掃気ポート(接線ポート)146と1つのストレートポート148との合計2つの掃気ポートであるとしてもよい。あるいは、シリンダ142に接続される掃気ポートは、1つまたは複数の任意形状の掃気ポートであるとしてもよい。
上記実施例では、シリンダヘッド130に3つ以上の排気弁132が設けられているが、シリンダヘッド130に1つまたは2つの排気弁132が設けられているとしてもよい。
上記実施例では、掃気ポート(接線ポート)146内の燃料噴射弁15と掃気ポート(ストレートポート)148内の燃料噴射弁14との2つの燃料噴射弁が設けられているが、掃気ポート146内の燃料噴射弁15のみが設けられているとしてもよい。
上記実施例では、2つの掃気ポート(ストレートポート)148のそれぞれに開閉機構としての給気制御弁149が設けられているが、1つの掃気ポート148にのみ給気制御弁149が設けられているとしてもよい。あるいは、掃気ポート148に限らず、任意の掃気ポートの少なくとも1つに給気制御弁149が設けられているとしてもよい。
上記実施例では、給気制御弁149の開閉制御において、すべての給気制御弁149を同時に開放または閉鎖する制御としているが、内燃機関の回転数および負荷に応じて、多段階的に1つまたは複数の給気制御弁149毎に開放または閉鎖を行うような制御としてもよい。
上記実施例では、ガソリンエンジン100はシリンダヘッド130とシリンダブロック140とが一体となったモノブロック構造のエンジンであるとしているが、ガソリンエンジン100はシリンダヘッド130とシリンダブロック140が分割されているエンジンであるとしてもよい。
上記実施例では、排気チャンバ134に設ける断熱構造の一例として、ステンレス断熱壁133と空気層とによる断熱構造の例を用いて説明したが、排気チャンバ134に設ける断熱構造はそれ以外の他の断熱構造であるとしてもよい。
14…燃料噴射弁
15…燃料噴射弁
16…排気通路
17…燃料噴射弁
20…エアクリーナ
22…スロットル弁
24…電動アクチュエータ
26…触媒
30…ECU
32…クランク角センサ
34…アクセル開度センサ
50…過給器
52…タービン
54…コンプレッサ
56…シャフト
60…サージタンク
62…インタークーラ
100…ガソリンエンジン
130…シリンダヘッド
132…排気弁
132a…バルブヘッド部
133…ステンレス断熱壁
134…排気チャンバ
135…排気ポート
136…点火プラグ
138…ウォータージャケット
139…冷却水路
140…シリンダブロック
142…シリンダ
144…給気サージタンク
145…リブ
146…掃気ポート
147…リブ
148…掃気ポート
149…給気制御弁
152…ピストン
153…ピストンリング
154…コネクティングロッド
156…クランクシャフト
162…駆動アーム
164…電磁アクチュエータ
166…ウォータージャケット
168…水温センサ
Claims (26)
- 予混合圧縮自着火運転が可能な2サイクル式内燃機関であって、
シリンダとピストンとで構成される燃焼室と、
前記シリンダのシリンダヘッド部に設けられ、少なくとも3つの排気口の開閉を行う少なくとも3つの排気弁と、
前記シリンダの周壁に接続され、前記ピストンの上下動によって前記シリンダに面する開口部が開閉する少なくとも1つの掃気ポートと、
を備え、
前記排気弁は、前記シリンダの中心軸の周囲に、互いの間隔が均等になるように配置されている、内燃機関。 - 請求項1記載の内燃機関であって、
前記掃気ポートの少なくとも1つは、前記シリンダ内にスワールを生成するように形成されている、内燃機関。 - 請求項1記載の内燃機関であって、さらに、
前記掃気ポートの少なくとも1つの開口部近傍に、前記掃気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備える、内燃機関。 - 請求項1記載の内燃機関であって、さらに、
前記少なくとも3つの排気弁を同時に駆動する少なくとも1つの駆動アームを備え、
前記少なくとも3つの排気弁は、その中心軸が互いに平行となるように設置されている、内燃機関。 - 請求項1記載の内燃機関であって、
ストローク・ボア比の値が1.2以上のロングストロークである、内燃機関。 - 請求項1記載の内燃機関であって、さらに、
前記掃気ポートを少なくとも2つ備え、前記掃気ポートの少なくとも1つは、前記掃気ポートを開閉することができる開閉機構を備えており、
前記内燃機関は、さらに、前記内燃機関の回転数および負荷に応じて前記開閉機構の開閉制御を行う制御部を備える、内燃機関。 - 請求項6記載の内燃機関であって、
前記制御部は、低回転低負荷運転時には前記開閉機構を閉じる制御を行い、高回転高負荷運転時には前記開閉機構を開ける制御を行う、内燃機関。 - 請求項6または請求項7記載の内燃機関であって、
前記少なくとも2つの掃気ポートは、前記開閉機構を備えていないとともに前記シリンダ内にスワールを生成するように形成された第1の掃気ポートと、前記開閉機構を備えるとともに前記シリンダ内に上昇気流を生成するように形成された第2の掃気ポートと、を含む、内燃機関。 - 請求項8記載の内燃機関であって、
前記第1の掃気ポートは、前記シリンダの中心軸からずれた方向に向かって前記シリンダに接続されている接線ポートであり、前記第2の掃気ポートは、前記シリンダの中心軸に向かう方向に設けられているストレートポートである、内燃機関。 - 請求項9記載の内燃機関であって、
前記シリンダを挟んで対向する少なくとも1組の前記ストレートポートを備える、内燃機関。 - 請求項9記載の内燃機関であって、
前記ストレートポートは、前記シリンダに近い部分ほど前記シリンダのシリンダヘッド部からの距離が遠くなるような勾配をつけて形成されている、内燃機関。 - 請求項9ないし請求項11のいずれかに記載の内燃機関であって、さらに、
少なくとも1つの前記接線ポート内に燃料を噴射する第1の燃料噴射弁と、
少なくとも1つの前記ストレートポート内に燃料を噴射する第2の燃料噴射弁と、
を備える、内燃機関。 - 請求項12記載の内燃機関であって、
前記第1の燃料噴射弁は、比較的噴射率が小さく噴霧貫徹力が小さい型式の燃料噴射弁であり、前記第2の燃料噴射弁は、比較的噴射率が大きく噴霧貫徹力が大きい型式の燃料噴射弁である、内燃機関。 - 請求項1記載の内燃機関であって、さらに、
前記排気弁の下流側に、前記少なくとも3つの排気口を接続するように形成された排気チャンバを備える、内燃機関。 - 請求項14記載の内燃機関であって、
前記排気チャンバの壁面は断熱構造を有する、内燃機関。 - 請求項15記載の内燃機関であって、
前記シリンダのシリンダヘッド部は、前記排気チャンバを上下方向に2分割する平面に沿って、分割される構造を有する、内燃機関。 - 請求項14ないし請求項16のいずれかに記載の内燃機関であって、
前記排気チャンバは、前記シリンダのシリンダヘッド部側から見た形状がC字形状に形成されている、内燃機関。 - 請求項17記載の内燃機関であって、さらに、
前記シリンダ内に燃料を直接噴射するために前記シリンダのシリンダヘッド部のほぼ中央に設けられた燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁を冷却するためのウォータージャケットと、
前記ウォータージャケットの冷却水の供給と排出とを行う冷却水路と、
を備え、
前記冷却水路は、前記排気チャンバのC字形状の切れ目部分を通るように配置されている、内燃機関。 - 請求項1記載の内燃機関であって、さらに、
前記シリンダのシリンダヘッド部に設けられた点火プラグと、
始動時および暖機時においてのみ前記点火プラグを用いた予混合火花点火運転を行わせるように前記内燃機関の制御を行い、その他の運転領域においては予混合圧縮自着火運転を行わせるように前記内燃機関の制御を行う制御部と、を備える、内燃機関。 - 請求項19記載の内燃機関であって、さらに、
前記シリンダ内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、
冷却水温を計測するための水温センサと、
を備え、
前記制御部は、始動時において、前記水温センサにより計測された冷却水温とその変動率との組み合わせが所定の条件を満たす場合には、前記排気弁の閉弁時期を遅角させて実圧縮比を下げ、前記ピストンの上死点近傍で前記燃料噴射弁により燃料噴射を行い、前記点火プラグを用いた火花点火により燃焼を行うように、前記内燃機関の制御を行う、内燃機関。 - 請求項19記載の内燃機関であって、さらに、
前記シリンダ内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備え、
前記制御部は、暖機時において、前記排気弁の閉弁時期を進角させて掃気期間を短くし、前記排気弁の閉弁時期近傍で前記燃料噴射弁により燃料噴射を行い、前記点火プラグを用いた火花点火により燃焼を行うように、前記内燃機関の制御を行う、内燃機関。 - 請求項1記載の内燃機関であって、
前記掃気ポートは、前記シリンダ内にスワールを生成するように形成された第1の掃気ポートと、前記シリンダ内に上昇気流を生成するように形成された第2の掃気ポートと、を含み、前記第1の掃気ポートの前記シリンダに面する開口部の上縁は、前記第2の掃気ポートの前記シリンダに面する開口部の上縁より、上方に位置するように構成されている、内燃機関。 - 請求項22記載の内燃機関であって、
前記第1の掃気ポートは、前記シリンダの中心軸からずれた方向に向かって前記シリンダに接続されている接線ポートであり、前記第2の掃気ポートは、前記シリンダの中心軸に向かう方向に設けられているストレートポートである、内燃機関。 - 請求項1ないし請求項23のいずれかに記載の内燃機関であって、さらに、
複数の前記シリンダと、
前記掃気ポートに新気を供給する給気サージタンクと、
を備え、
前記給気サージタンクは、前記シリンダのシリンダブロック部に一体となって形成されている、内燃機関。 - 予混合圧縮自着火運転が可能な2サイクル式内燃機関であって、
シリンダとピストンとで構成される燃焼室と、
前記シリンダのシリンダヘッド部に設けられた排気弁と、
前記シリンダの周壁に接続され、前記ピストンの上下動によって前記シリンダに面する開口部が開閉する少なくとも2つの掃気ポートと、
を備え、
前記掃気ポートの少なくとも1つは、前記掃気ポートを開閉することができる開閉機構を備えており、
前記内燃機関は、さらに、前記内燃機関の回転数および負荷に応じて前記開閉機構の開閉制御を行う制御部を備える、内燃機関。 - 予混合圧縮自着火運転が可能な2サイクル式内燃機関であって、
シリンダとピストンとで構成される燃焼室と、
前記シリンダのシリンダヘッド部に設けられた排気弁と、
前記シリンダの周壁に接続され、前記ピストンの上下動によって前記シリンダに面する開口部が開閉する第1と第2の掃気ポートと、
を備え、
前記第1の掃気ポートは、前記シリンダ内にスワールを生成するように形成されており、
前記第2の掃気ポートは、前記シリンダ内に上昇気流を生成するように形成されており、
前記第1の掃気ポートの前記シリンダに面する開口部の上縁は、前記第2の掃気ポートの前記シリンダに面する開口部の上縁より、上方に位置するように構成されている、内燃機関。
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