JP2005201075A - Internal combustion engine capable of self-ignition operation allowing compression self-ignition of air-fuel mixture - Google Patents

Internal combustion engine capable of self-ignition operation allowing compression self-ignition of air-fuel mixture Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress a lowering of exhaust temperature in a premix compression self-ignition combustion system. <P>SOLUTION: This internal combustion engine is designed such that a cylinder head 130 is dividable along a plane for vertically dividing an exhaust port 135 into two, and a heat insulating member 172 is arranged on the inner wall of the exhaust port 135, which is a part in the vicinity of an exhaust valve seat 133. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、混合気を圧縮自着火させる自着火運転が可能な内燃機関において、排気温度の低下を抑制する技術に関する。   The present invention relates to a technique for suppressing a decrease in exhaust temperature in an internal combustion engine capable of a self-ignition operation in which an air-fuel mixture is compressed and ignited.

内燃機関の燃焼方式として、近年、通常のガソリンエンジンのような「予混合火花点火燃焼方式」や、通常のディーゼルエンジンのような「拡散燃焼方式」に代わる、新たな燃焼方式が模索されている。このような新たな燃焼方式の1つとして、燃焼室内に予め混合気を形成しておき、これを圧縮して自着火燃焼させる「予混合圧縮自着火燃焼方式」がある。予混合圧縮自着火燃焼方式は、超リーン混合気を高圧縮比で圧縮し、一気に自着火燃焼させて短時間に燃焼を完了させる燃焼方式であり、原理的には、排気ガス中に含まれるNOxの量と燃料消費量とを同時に、しかも大幅に低減することが可能と考えられている。   In recent years, as a combustion method for internal combustion engines, a new combustion method has been sought that replaces the "premixed spark ignition combustion method" like a normal gasoline engine or the "diffuse combustion method" like a normal diesel engine. . As one of such new combustion methods, there is a “premixed compression self-ignition combustion method” in which an air-fuel mixture is formed in advance in a combustion chamber, and this is compressed and self-ignited and combusted. The premixed compression auto-ignition combustion method is a combustion method that compresses an ultra-lean mixture at a high compression ratio, completes combustion in a short time by self-ignition combustion at once, and in principle it is included in the exhaust gas It is considered that the amount of NOx and the fuel consumption can be reduced at the same time.

しかし、NOx以外の大気汚染物質であるHCやCOは、依然として触媒による化学反応の促進によって浄化する必要がある。ここで、触媒は、排気温度がある程度高くないと十分に作用しないが、予混合圧縮自着火燃焼方式は、超リーン混合気を燃焼させる燃焼方式のため、他の燃焼方式と比較して排気温度が低くなりやすい。そのため、予混合圧縮自着火燃焼方式による内燃機関では、特に暖機時や軽負荷時に触媒を十分に作用させるため、ヒータ等の加熱型触媒や排気への燃料添加等による昇温手段を必要としていた。この結果、大幅なコストアップや燃費悪化を招いていた。   However, HC and CO, which are air pollutants other than NOx, still need to be purified by promoting chemical reactions with catalysts. Here, the catalyst does not work sufficiently if the exhaust temperature is not high to some extent, but the premixed compression auto-ignition combustion method is a combustion method that burns a super lean mixture, so the exhaust temperature is different from other combustion methods. Tends to be low. Therefore, in an internal combustion engine using a premixed compression auto-ignition combustion method, a heating type catalyst such as a heater or a temperature raising means such as addition of fuel to the exhaust is required in order to make the catalyst sufficiently act at the time of warm-up or light load. It was. As a result, the cost was significantly increased and the fuel consumption was deteriorated.

排気温度の低下を抑制するための技術として、排気ポートにポートライナ(断熱材)を組み付ける技術や、ポートライナの表面に多数の凹部を設け、ポートライナと排気ポート内壁面との間に断熱空間を形成する技術が知られている。   As a technology to suppress the exhaust temperature drop, a technology for assembling a port liner (heat insulating material) to the exhaust port, or a number of recesses on the surface of the port liner, and a heat insulating space between the port liner and the inner wall surface of the exhaust port Techniques for forming are known.

特開平5−133225号公報JP-A-5-133225 特開平5−042660号公報JP-A-5-042660

しかし、予混合圧縮自着火燃焼方式では、排気温度が他の燃焼方式と比較して低いため、上記技術では、排気温度の低下の抑制が不十分であった。   However, in the premixed compression auto-ignition combustion system, the exhaust temperature is lower than in other combustion systems, and thus the above technique has not sufficiently suppressed the decrease in the exhaust temperature.

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、予混合圧縮自着火燃焼方式において、排気温度の低下をより一層抑制することを可能とする技術を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a technique that can further suppress a decrease in exhaust temperature in a premixed compression auto-ignition combustion system. And

上記課題を解決するために、本発明の内燃機関は、予混合圧縮自着火運転が可能な内燃機関であって、
シリンダとピストンとで構成される燃焼室と、
前記燃焼室から燃焼ガスが排出される排気口の開閉を行う排気弁と、
前記排気弁の閉時に、前記排気弁と密着する排気弁シートと、
前記シリンダのシリンダヘッド部に設けられ、前記排気口から排出された燃焼ガスを排出する排気ポートと、
を備え、
前記シリンダヘッド部は、前記排気ポートを上下方向に2分割する平面に沿って分割可能な構造であり、
前記排気ポートの、少なくとも前記排気弁シート近傍の部分の内壁には、断熱材が設けられている。
In order to solve the above problems, an internal combustion engine of the present invention is an internal combustion engine capable of premixed compression self-ignition operation,
A combustion chamber composed of a cylinder and a piston;
An exhaust valve for opening and closing an exhaust port through which combustion gas is discharged from the combustion chamber;
An exhaust valve seat closely contacting the exhaust valve when the exhaust valve is closed;
An exhaust port that is provided in a cylinder head of the cylinder and discharges combustion gas discharged from the exhaust port;
With
The cylinder head portion has a structure that can be divided along a plane that divides the exhaust port into two in the vertical direction,
A heat insulating material is provided on an inner wall of at least a portion near the exhaust valve seat of the exhaust port.

この内燃機関では、シリンダヘッド部が排気ポートを上下方向に2分割する平面に沿って分割可能な構造のため、断熱材を、排気ポートの、排気弁シート近傍の部分の内壁に容易に設けることができる。従って、最も熱伝達率が大きくなる排気弁シート近傍の部分の排気ポート内壁の断熱を行うことができ、排気温度の低下をより一層抑制することができる。   In this internal combustion engine, since the cylinder head portion can be divided along a plane that divides the exhaust port into two in the vertical direction, heat insulating material can be easily provided on the inner wall of the exhaust port in the vicinity of the exhaust valve seat. Can do. Therefore, it is possible to insulate the exhaust port inner wall in the vicinity of the exhaust valve seat where the heat transfer coefficient is maximized, and to further suppress the decrease in the exhaust temperature.

上記内燃機関において、前記排気ポートの内壁には、前記断熱材を支持する複数の凸部が設けられ、
前記排気ポートの内壁と前記断熱材との間に、断熱空間を有するとしてもよい。
In the internal combustion engine, the inner wall of the exhaust port is provided with a plurality of convex portions that support the heat insulating material,
A heat insulating space may be provided between the inner wall of the exhaust port and the heat insulating material.

この構成によれば、断熱空間の存在により、さらに断熱効果を向上させることができ、排気温度の低下をさらに抑制することができる。さらに、断熱材の形状を単純な形状とすることができるため、コストダウンを図ることができると共に、排気ガスが通過する流路の表面積を小さくすることができ、より一層断熱効果を高め、排気温度の低下をより一層抑制することができる。   According to this configuration, the presence of the heat insulating space can further improve the heat insulating effect, and can further suppress the decrease in the exhaust temperature. Furthermore, since the shape of the heat insulating material can be a simple shape, the cost can be reduced and the surface area of the flow path through which the exhaust gas passes can be reduced, further increasing the heat insulating effect and exhausting. A decrease in temperature can be further suppressed.

また、上記内燃機関において、前記排気ポートの内壁には、複数の凹部が設けられ、
前記複数の凹部と前記断熱材とによって、複数の閉ざされた断熱空間が構成されているとしてもよい。
In the internal combustion engine, the inner wall of the exhaust port is provided with a plurality of recesses,
A plurality of closed heat insulation spaces may be constituted by the plurality of recesses and the heat insulating material.

この構成によっても、断熱空間の存在により、さらに断熱効果を向上させることができ、排気温度の低下をさらに抑制することができる。さらに、断熱空間が、複数の凹部と断熱材とによって、複数の閉ざされた断熱空間に区画されるため、空気の対流を抑制することができ、さらに一層断熱効果を高め、排気温度の低下をさらに一層抑制することができる。   Also with this configuration, the heat insulation effect can be further improved by the presence of the heat insulation space, and a decrease in the exhaust temperature can be further suppressed. Furthermore, since the heat insulation space is partitioned into a plurality of closed heat insulation spaces by the plurality of recesses and the heat insulating material, air convection can be suppressed, and the heat insulation effect can be further enhanced and the exhaust temperature can be lowered. Further suppression can be achieved.

また、上記内燃機関において、前記排気口と前記排気弁とを複数備え、
前記排気弁は上下方向に移動し、
前記排気ポートは、複数の前記排気口から上昇する燃焼ガスが合体する排気室(チャンバ)と、前記排気室から外部に燃焼ガスを導く排出通路とを有しており、
前記排気室と前記排出通路とは、水平に設けられており、前記シリンダヘッド部を分割する平面によって中央で上下に2分割されるとしてもよい。
The internal combustion engine may include a plurality of the exhaust ports and the exhaust valves,
The exhaust valve moves up and down;
The exhaust port has an exhaust chamber (chamber) in which combustion gases rising from a plurality of the exhaust ports are combined, and an exhaust passage for leading the combustion gas from the exhaust chamber to the outside,
The exhaust chamber and the discharge passage may be provided horizontally, and may be divided into two at the center by a plane that divides the cylinder head portion.

この構成によれば、排気室の存在により高温の排気ガスの流速を下げることができるため、壁面への熱伝達率を小さくして排気ガス温度の低下を抑制することができる。これにより、触媒暖機性を向上させることができると共に、ターボ効率を向上させることができる。また、排気室と排出通路とは、シリンダヘッド部を分割する平面によって中央で上下に2分割されるため、断熱材を排気室および排出通路の排気弁シート近傍の部分の内壁に容易に設けることができる。従って、最も熱伝達率が大きくなる排気弁シート近傍の部分の断熱を行うことができ、排気温度の低下をより一層抑制することができる。さらに、背圧が低減されるため、排気ガスの抜けを良好にすると共に、他気筒の排気脈動の影響を抑制し、予混合圧縮自着火燃焼による運転が可能な領域を高回転高負荷領域まで拡大することができる。   According to this configuration, the flow rate of the high-temperature exhaust gas can be lowered due to the presence of the exhaust chamber, so that the heat transfer coefficient to the wall surface can be reduced and the decrease in the exhaust gas temperature can be suppressed. Thereby, the catalyst warm-up property can be improved and the turbo efficiency can be improved. Further, since the exhaust chamber and the discharge passage are divided into two in the middle by a plane that divides the cylinder head portion, a heat insulating material can be easily provided on the inner wall of the exhaust chamber and the portion of the exhaust passage near the exhaust valve seat. Can do. Therefore, it is possible to insulate the portion in the vicinity of the exhaust valve seat where the heat transfer coefficient is maximized, and to further suppress the decrease in the exhaust temperature. In addition, since the back pressure is reduced, exhaust gas escape is improved and the influence of exhaust pulsation of other cylinders is suppressed. Can be enlarged.

また、上記内燃機関において、前記内燃機関は、前記排気口と前記排気弁とを3つ以上備えると共に、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つの掃気ポートを備える2サイクル式内燃機関であるとしてもよい。   In the internal combustion engine, the internal combustion engine includes three or more exhaust ports and exhaust valves, and is connected to a peripheral wall of the cylinder, and an opening facing the cylinder is opened and closed by the vertical movement of the piston. The engine may be a two-cycle internal combustion engine having at least one scavenging port.

この構成によれば、弁面積を過大とすることなく、大きなカーテン面積を確保することができ、高回転高負荷運転時においても、効率よく燃焼ガスの排出を行うことができ、安定した圧縮自着火運転を行うことができる。また、新気や噴射燃料の吹き抜けを抑制することができる。   According to this configuration, a large curtain area can be secured without increasing the valve area, combustion gas can be discharged efficiently even during high-rotation and high-load operation, and stable compression itself. Ignition operation can be performed. Moreover, the blow-through of fresh air and injected fuel can be suppressed.

また、上記内燃機関において、前記シリンダは、前記シリンダヘッド部とシリンダブロック部とが一体形成された、モノブロック構造であるとしてもよい。   In the internal combustion engine, the cylinder may have a monoblock structure in which the cylinder head portion and the cylinder block portion are integrally formed.

この構成によれば、シリンダ内高圧時のガスシール性の向上を図ることができる。また、ボア歪が抑制され、ブローバイガス量を低減することができる。また、デッドボリュームを削減でき、HC排出量を低減できる。さらに、部品点数の削減による低コスト化、軽量化、信頼性向上や、点火プラグおよび燃料噴射弁の配置自由度の向上を図ることができる。   According to this configuration, it is possible to improve the gas sealing performance at the time of high pressure in the cylinder. Moreover, bore distortion is suppressed and the amount of blow-by gas can be reduced. In addition, dead volume can be reduced and HC emissions can be reduced. Furthermore, the cost can be reduced, the weight can be reduced, the reliability can be improved, and the degree of freedom in arranging the spark plug and the fuel injection valve can be improved by reducing the number of parts.

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、内燃機関や、内燃機関の排気装置、内燃機関の排気方法等の態様で実現することができる。   The present invention can be realized in various modes, and can be realized in modes such as an internal combustion engine, an exhaust device of the internal combustion engine, an exhaust method of the internal combustion engine, and the like.

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A.第1実施例:
B.第2実施例:
C.第3実施例:
D.変形例:
Next, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment:
B. Second embodiment:
C. Third embodiment:
D. Variation:

A.第1実施例:
図1は、本発明の第1実施例におけるガソリンエンジンの構成を概念的に示した説明図である。図1には、ガソリンエンジン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。
A. First embodiment:
FIG. 1 is an explanatory view conceptually showing the structure of a gasoline engine in the first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows the structure of a cylinder when a cross section is taken at the center of the cylinder of a gasoline engine.

このガソリンエンジン100の燃焼室は、シリンダブロック140内に設けられた中空円筒形のシリンダ142と、シリンダ142内を上下に摺動するピストン152と、シリンダブロック140の上部に設けられたシリンダヘッド130とによって形成されている。本実施例では、シリンダブロック140とシリンダヘッド130とが一体となったモノブロック構造の例を示している。なお、シリンダブロック140とシリンダヘッド130とで構成される筒状体を、広義の「シリンダ」と呼ぶ。また、本明細書においては、シリンダ142の中心軸に沿って、ピストン152がシリンダヘッド130に近づく方向を上方向と、ピストン152がシリンダヘッド130から離れる方向を下方向として説明する。また、本明細書において「水平」とは、上下方向のずれがほとんどない状態をいうものとする。   The combustion chamber of the gasoline engine 100 includes a hollow cylindrical cylinder 142 provided in the cylinder block 140, a piston 152 that slides up and down in the cylinder 142, and a cylinder head 130 provided on the cylinder block 140. And is formed by. In this embodiment, an example of a monoblock structure in which the cylinder block 140 and the cylinder head 130 are integrated is shown. A cylindrical body constituted by the cylinder block 140 and the cylinder head 130 is called a “cylinder” in a broad sense. In the present specification, the direction in which the piston 152 approaches the cylinder head 130 along the central axis of the cylinder 142 is described as an upward direction, and the direction in which the piston 152 moves away from the cylinder head 130 is described as a downward direction. In this specification, “horizontal” means a state in which there is almost no vertical displacement.

シリンダヘッド130には、燃焼室内の燃焼ガスが流出する排気口を開閉する排気弁132と、排気口から流出した燃焼ガスである排気ガスを排出する排気ポート135と、点火プラグ136とが設けられている。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で駆動されている。電磁アクチュエータ164は、任意のタイミングで排気弁132を開閉することが可能である。なお、電磁アクチュエータの代わりに、油圧アクチュエータやカム機構などの他の種類の可変動弁機構によって排気弁132を駆動しても良い。   The cylinder head 130 is provided with an exhaust valve 132 that opens and closes an exhaust port through which the combustion gas in the combustion chamber flows out, an exhaust port 135 through which exhaust gas that is the combustion gas that flows out from the exhaust port, and an ignition plug 136. ing. The exhaust valve 132 is driven by an electromagnetic actuator 164 via a drive arm 162. The electromagnetic actuator 164 can open and close the exhaust valve 132 at an arbitrary timing. Note that the exhaust valve 132 may be driven by another type of variable valve mechanism such as a hydraulic actuator or a cam mechanism instead of the electromagnetic actuator.

シリンダブロック140には、シリンダ142内に新気を流入する2種類の掃気ポート146,148(詳細な形状は後述)が設けられている。掃気ポート146,148のシリンダ142に面する開口部(掃気口)は、ピストン152の上下動によって開閉され、ピストン152の下死点近傍において全開の状態となるように構成されている。掃気ポート146,148は、シリンダ142とは反対側の端部において、シリンダブロック140に設けられた給気サージタンク144に接続されている。   The cylinder block 140 is provided with two types of scavenging ports 146 and 148 (detailed shapes will be described later) through which fresh air flows into the cylinder 142. The openings (scavenging ports) facing the cylinder 142 of the scavenging ports 146 and 148 are configured to be opened and closed by the vertical movement of the piston 152 and to be fully opened in the vicinity of the bottom dead center of the piston 152. The scavenging ports 146 and 148 are connected to an air supply surge tank 144 provided in the cylinder block 140 at the end opposite to the cylinder 142.

このように、ガソリンエンジン100は、シリンダ142の下部に掃気ポート146,148が接続され、シリンダヘッド130に排気弁132が設けられた、いわゆるユニフロー式の2サイクル式エンジンである。2サイクル式エンジンは、掃気口と排気口とが共に開状態となる掃気行程が存在するため、掃気口からシリンダ内に供給された新気や噴射燃料がそのまま排気口から流出する、いわゆる「吹き抜け」が問題となりやすい。新気や噴射燃料の吹き抜けが発生すると、掃気ポート内の圧力を必要以上に高めなければならず、過給損失による燃費悪化を招いてしまう。また、シリンダ内の混合気が十分リーンとならず、過早着火を引き起こしやすい。ユニフロー式の2サイクル式エンジンは、掃気口と排気口との距離が離れているため、頭上弁式やシュニーレ式といった他の方式の2サイクル式エンジンと比較して新気や噴射燃料の吹き抜けが抑制され、好ましい。   As described above, the gasoline engine 100 is a so-called uniflow type two-cycle engine in which the scavenging ports 146 and 148 are connected to the lower portion of the cylinder 142 and the exhaust valve 132 is provided in the cylinder head 130. Since the two-stroke engine has a scavenging stroke in which both the scavenging port and the exhaust port are in an open state, the so-called “blow-through” in which fresh air or injected fuel supplied from the scavenging port to the cylinder flows out from the exhaust port as it is. Is likely to be a problem. When fresh air or injected fuel blows out, the pressure in the scavenging port must be increased more than necessary, leading to deterioration of fuel consumption due to supercharging loss. In addition, the air-fuel mixture in the cylinder does not become sufficiently lean, and premature ignition tends to occur. Uniflow type two-cycle engines have a greater distance between the scavenging port and the exhaust port, so fresh air and injected fuel can be blown out compared to other types of two-cycle engines such as overhead valve type and schneille type. Suppressed and preferred.

掃気ポート146,148には、新気を導く吸気通路12が、給気サージタンク144を介して接続され、排気ポート135には、排気ガスが通過する排気通路16が接続されている。排気通路16の下流には、大気汚染物質を浄化するための触媒26と、過給器50のタービン52とが設けられている。排気通路16内を通過する排気ガスはタービン52を回転させた後、大気に放出される。また、吸気通路12には、過給器50のコンプレッサ54が設けられている。コンプレッサ54は、シャフト56を介してタービン52に接続されており、排気ガスによってタービン52が回転するとコンプレッサ54も回転する。その結果、コンプレッサ54はエアクリーナ20から吸い込んだ空気を加圧した後、掃気ポート146,148に向かって圧送する。   The scavenging ports 146 and 148 are connected to an intake passage 12 for introducing fresh air via a supply surge tank 144, and the exhaust port 135 is connected to an exhaust passage 16 through which exhaust gas passes. Downstream of the exhaust passage 16, a catalyst 26 for purifying air pollutants and a turbine 52 of the supercharger 50 are provided. Exhaust gas passing through the exhaust passage 16 is released into the atmosphere after rotating the turbine 52. The intake passage 12 is provided with a compressor 54 for the supercharger 50. The compressor 54 is connected to the turbine 52 via a shaft 56, and the compressor 54 also rotates when the turbine 52 rotates by the exhaust gas. As a result, the compressor 54 pressurizes the air sucked from the air cleaner 20 and then pumps it toward the scavenging ports 146 and 148.

コンプレッサ54で加圧すると空気温度が上昇するので、吸入空気を冷却するために、コンプレッサ54の下流側にはインタークーラ62が設けられている。また、吸気通路12内にはサージタンク60や、スロットル弁22も設けられている。サージタンク60は、燃焼室が空気を吸い込んだときに生じる圧力波を緩和させる作用を有しており、またスロットル弁22は電動アクチュエータ24によって適切な開度に設定されて、吸入空気量を調整する機能を有している。   Since air temperature rises when pressurized by the compressor 54, an intercooler 62 is provided downstream of the compressor 54 in order to cool the intake air. A surge tank 60 and a throttle valve 22 are also provided in the intake passage 12. The surge tank 60 has a function of relaxing pressure waves generated when the combustion chamber sucks air, and the throttle valve 22 is set to an appropriate opening degree by the electric actuator 24 to adjust the intake air amount. It has a function to do.

ピストン152は、コネクティングロッド154を介してクランクシャフト156に接続されており、クランクシャフト156には、クランク角度を検出するクランク角センサ32が取り付けられている。   The piston 152 is connected to a crankshaft 156 via a connecting rod 154, and a crank angle sensor 32 that detects a crank angle is attached to the crankshaft 156.

このガソリンエンジン100の動作は、エンジン制御用ユニット(以下、ECU)30によって制御されている。ECU30は、エンジン回転速度Neやアクセル開度θacを検出し、これらに基づいてスロットル弁22の開度の制御や、点火プラグ136の点火タイミング制御、電磁アクチュエータ164の制御を実行する。エンジン回転速度Neはクランク角センサ32によって検出され、アクセル開度θacはアクセルペダルに内蔵されたアクセル開度センサ34によって検出される。   The operation of the gasoline engine 100 is controlled by an engine control unit (hereinafter referred to as ECU) 30. The ECU 30 detects the engine rotational speed Ne and the accelerator opening degree θac, and executes control of the opening degree of the throttle valve 22, ignition timing control of the spark plug 136, and control of the electromagnetic actuator 164 based on these. The engine rotation speed Ne is detected by a crank angle sensor 32, and the accelerator opening degree θac is detected by an accelerator opening degree sensor 34 built in the accelerator pedal.

図2は、第1実施例におけるガソリンエンジンのシリンダの断面を拡大して示す説明図である。また図3は、図2のA−A断面を示す説明図である。図2に示すように、第1実施例のガソリンエンジン100は、シリンダヘッド130が分割面DFに沿って上下に分割可能な構造となっている。図3には、シリンダヘッド130の分割面DFより下の部分を上方から見た状態を示している。   FIG. 2 is an explanatory diagram showing an enlarged cross section of a cylinder of the gasoline engine in the first embodiment. FIG. 3 is an explanatory view showing the AA cross section of FIG. As shown in FIG. 2, the gasoline engine 100 according to the first embodiment has a structure in which the cylinder head 130 can be vertically divided along the dividing surface DF. FIG. 3 shows a state in which a portion below the dividing surface DF of the cylinder head 130 is viewed from above.

ガソリンエンジン100は、シリンダヘッド130のほぼ中央に点火プラグ136が設けられており、点火プラグ136の周囲に3つの排気弁132が設けられている。排気弁132のバルブヘッド部132aは、すべて同径であり、シリンダ142の中心軸の周囲に、互いの間隔が等間隔となるように配置されている。また、3つの排気弁132は、その軸部132bの中心軸が、互いに平行となるように、かつ、シリンダ142の中心軸にほぼ平行となるように、シリンダヘッド130に設置されている。   In the gasoline engine 100, a spark plug 136 is provided in the approximate center of the cylinder head 130, and three exhaust valves 132 are provided around the spark plug 136. All of the valve head portions 132a of the exhaust valve 132 have the same diameter, and are arranged around the central axis of the cylinder 142 so that the intervals are equal. The three exhaust valves 132 are installed in the cylinder head 130 so that the central axes of the shaft portions 132b are parallel to each other and are substantially parallel to the central axis of the cylinder 142.

シリンダヘッド130に設けられた排気ポート135は、3つの排気弁132が開閉する排気口から排出される排気ガスが合体する排気室(チャンバ)135bと、排気室135bから排気通路16の方へと排気ガスを導く排出通路135aとを有している。排出通路135aおよび排気室135bは水平に設けられており、また、分割面DFによって、中央で上下に2分割されるような位置に設けられている。   An exhaust port 135 provided in the cylinder head 130 includes an exhaust chamber (chamber) 135b in which exhaust gases discharged from exhaust ports opened and closed by the three exhaust valves 132 are combined, and from the exhaust chamber 135b to the exhaust passage 16. And a discharge passage 135a for guiding the exhaust gas. The discharge passage 135a and the exhaust chamber 135b are provided horizontally, and are provided at positions such that the discharge passage 135a and the exhaust chamber 135b are divided into two vertically at the center by the dividing surface DF.

シリンダヘッド130に排気室135bを設けることによって、燃焼室から排出された直後の高温の排気ガスの流速を下げることができ、排気ポート135壁面への熱伝達率を小さくして排気ガス温度の低下を抑制することができる。これにより、触媒暖機性を向上させることができる。また、ターボ効率を向上させることができる他、背圧が低減されるため、排気ガスの抜けを良好にすると共に、他気筒の排気脈動の影響を抑制し、予混合圧縮自着火燃焼による運転が可能な領域を高回転高負荷領域まで拡大することができる。   By providing the exhaust chamber 135b in the cylinder head 130, the flow rate of the high-temperature exhaust gas immediately after being discharged from the combustion chamber can be reduced, and the heat transfer rate to the wall surface of the exhaust port 135 is reduced to reduce the exhaust gas temperature. Can be suppressed. Thereby, catalyst warm-up property can be improved. In addition to improving turbo efficiency, the back pressure is reduced, so that exhaust gas escape is improved and the influence of exhaust pulsation of other cylinders is suppressed, and operation by premixed compression auto-ignition combustion is performed. The possible area can be expanded to the high rotation and high load area.

また、排気ポート135(排出通路135aおよび排気室135b)の内壁には、ステンレス断熱材172が組み付けられている。そして、図2に示すように、ステンレス断熱材172は、排気ポート135の、バルブシート133近傍の部分を含めた全体の内壁に設けられている。   Further, a stainless heat insulating material 172 is assembled to the inner wall of the exhaust port 135 (the exhaust passage 135a and the exhaust chamber 135b). As shown in FIG. 2, the stainless steel heat insulating material 172 is provided on the entire inner wall of the exhaust port 135 including the portion in the vicinity of the valve seat 133.

排気ポート135のバルブシート133近傍の部分は、排気ガスが排気口から排出された直後で最も流速が大きいため、最も熱伝達率が大きくなる場所である。ステンレス断熱材172をバルブシート133近傍にも設けることによって、最も熱伝達率が大きくなる場所の断熱を行うことができるため、排気温度の低下を最小限に抑制することができる。従って、触媒の活性化を早めることができ、加熱型触媒や排気への燃料添加等による昇温手段を必要とせず、あるいは、使用範囲を大幅に削減することができ、燃費向上やコストダウンを図ることできる。また、ターボ効率を向上させることもできる。   The portion of the exhaust port 135 near the valve seat 133 is a place where the heat transfer coefficient is the highest because the flow velocity is the highest immediately after the exhaust gas is discharged from the exhaust port. By providing the stainless steel heat insulating material 172 also in the vicinity of the valve seat 133, it is possible to insulate the place where the heat transfer coefficient is maximized, and thus it is possible to suppress a decrease in the exhaust temperature to a minimum. Therefore, the activation of the catalyst can be accelerated, and there is no need for a temperature raising means such as a heating type catalyst or fuel addition to the exhaust, or the use range can be greatly reduced, resulting in an improvement in fuel consumption and cost reduction. I can plan. Moreover, turbo efficiency can also be improved.

このような、ステンレス断熱材172の設置は、シリンダヘッド130を、排出通路135aおよび排気室135bの中央を通る平面に沿って、上下に2分割される構造としたことにより容易に可能となったものである。このように、シリンダヘッド130を上下2分割構造とすることによって、断熱材の設置における生産性の向上やコストダウンを図ることができる。   The installation of the stainless steel heat insulating material 172 is easily made possible by the structure in which the cylinder head 130 is vertically divided into two along a plane passing through the center of the discharge passage 135a and the exhaust chamber 135b. Is. In this way, by making the cylinder head 130 into a vertically divided structure, it is possible to improve productivity and reduce costs in installing the heat insulating material.

なお、本明細書において、排気ポート135のバルブシート133近傍の部分とは、排気ポート135の内、排気弁シート133からの距離が10mm以内の部分をいうものとする。   In the present specification, the portion of the exhaust port 135 near the valve seat 133 refers to a portion of the exhaust port 135 that is within a distance of 10 mm from the exhaust valve seat 133.

また、第1実施例では、シリンダブロック140とシリンダヘッド130とが一体となったモノブロック構造を採用している。モノブロック構造の採用は、排気弁132の中心軸がシリンダ142の中心軸と平行であり、シリンダヘッド130における排気弁132用の穴あけ加工を、シリンダブロック140の下部側から行うことができるため、可能となったものである。モノブロック構造の採用により、シリンダ内高圧時のガスシール性の向上を図ることができる。また、ボア歪が抑制され、ブローバイガス量を低減することができる。また、デッドボリュームを削減でき、HC排出量を低減できる。さらに、部品点数の削減による低コスト化、軽量化、信頼性向上や、点火プラグおよび燃料噴射弁の配置自由度の向上を図ることができる。   In the first embodiment, a monoblock structure in which the cylinder block 140 and the cylinder head 130 are integrated is adopted. The adoption of the monoblock structure is such that the central axis of the exhaust valve 132 is parallel to the central axis of the cylinder 142, and drilling for the exhaust valve 132 in the cylinder head 130 can be performed from the lower side of the cylinder block 140. It has become possible. By adopting a monoblock structure, it is possible to improve the gas sealing performance at high pressure in the cylinder. Moreover, bore distortion is suppressed and the amount of blow-by gas can be reduced. In addition, dead volume can be reduced and HC emissions can be reduced. Furthermore, the cost can be reduced, the weight can be reduced, the reliability can be improved, and the degree of freedom in arranging the spark plug and the fuel injection valve can be improved by reducing the number of parts.

図4は、排気ポート135の排出通路135aの断面(図2のB−B断面)を拡大して概略的に示す説明図である。図4には、シリンダヘッド130に設けられた排気ポート135の排出通路135aの内壁に、ステンレス断熱材172が設けられている様子を示している。図4に示すように、本実施例では、ステンレス断熱材172が複数の凸部を有するように成型されている。そのため、ステンレス断熱材172を排出通路135aの内壁に設置すると、ステンレス断熱材172と排出通路135aの内壁との間に空気層174が形成される。   FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing an enlarged cross section of the exhaust passage 135a of the exhaust port 135 (cross section BB in FIG. 2). FIG. 4 shows a state in which the stainless steel heat insulating material 172 is provided on the inner wall of the discharge passage 135 a of the exhaust port 135 provided in the cylinder head 130. As shown in FIG. 4, in this embodiment, the stainless steel heat insulating material 172 is molded so as to have a plurality of convex portions. Therefore, when the stainless steel heat insulating material 172 is installed on the inner wall of the discharge passage 135a, an air layer 174 is formed between the stainless steel heat insulating material 172 and the inner wall of the discharge passage 135a.

また、同様に、図示しない排気ポート135の排気室135bの内壁に設けられたステンレス断熱材172も、同様の形状に成型されており、ステンレス断熱材172と排気室135bの内壁との間に空気層174が形成されている。   Similarly, the stainless steel heat insulating material 172 provided on the inner wall of the exhaust chamber 135b of the exhaust port 135 (not shown) is also molded in the same shape, and the air is interposed between the stainless steel heat insulating material 172 and the inner wall of the exhaust chamber 135b. Layer 174 is formed.

このように、ステンレス断熱材172と排気ポート135の内壁との間に空気層174が形成されると、空気層174は断熱空間として働くため、さらに断熱効果を向上させることができ、排気温度の低下をさらに抑制することができる。   As described above, when the air layer 174 is formed between the stainless steel heat insulating material 172 and the inner wall of the exhaust port 135, the air layer 174 functions as a heat insulating space. The decrease can be further suppressed.

図5は、排気弁を駆動する機構の構成を示す説明図である。図5(a)は、排気弁132の弁軸を押すための駆動アーム162を上部から見た形状を示しており、図5(b)は、シリンダヘッド130を中心にシリンダの断面を拡大して示している。シリンダヘッド130の上方に駆動アーム162が設けられている。駆動アーム162は、上面視略三角形状であり、3つの頂点部分のそれぞれには、排気弁132の上端部が接続されている。駆動アーム162の上方には電磁アクチュエータ164が設置され、駆動アーム162の上面視略三角形の重心位置(図5(a)の一点鎖線の交点)に、電磁アクチュエータ164が作用するように配置されている。   FIG. 5 is an explanatory diagram showing a configuration of a mechanism for driving the exhaust valve. FIG. 5A shows a shape of the drive arm 162 for pushing the valve shaft of the exhaust valve 132 as viewed from above, and FIG. 5B shows an enlarged cross section of the cylinder with the cylinder head 130 as the center. It shows. A drive arm 162 is provided above the cylinder head 130. The drive arm 162 is substantially triangular when viewed from above, and the upper end of the exhaust valve 132 is connected to each of the three apex portions. An electromagnetic actuator 164 is installed above the drive arm 162, and is arranged so that the electromagnetic actuator 164 acts on the center of gravity of the drive arm 162 in a substantially triangular position (the intersection of the dashed line in FIG. 5A). Yes.

電磁アクチュエータ164は、ECU30からの開弁命令を受けると、駆動アーム162の重心位置に力を加え、駆動アーム162を下方に平行移動させる。駆動アーム162は、3つの排気弁132の上端部に接続されており、また、3つの排気弁の中心軸は、互いに平行となっているので、駆動アーム162が下方に移動すると、3つの排気弁132は同時に、排気弁132の軸方向に沿って下方に移動する。排気弁132が下方に移動すると、排気口が開きシリンダ142内の燃焼ガスが排気ポート135に向かって排出される。排気弁132が下方に移動したときの、元の位置から移動した位置までの排気弁132の軸方向の移動量をリフト量と呼ぶ。リフト量と排気弁132のバルブヘッド部132aの周長との積をカーテン面積といい、カーテン面積が大きいほどシリンダ142内の排気ガスが効率よく排出される。   When the electromagnetic actuator 164 receives a valve opening command from the ECU 30, the electromagnetic actuator 164 applies a force to the position of the center of gravity of the drive arm 162 and translates the drive arm 162 downward. The drive arm 162 is connected to the upper ends of the three exhaust valves 132, and since the central axes of the three exhaust valves are parallel to each other, when the drive arm 162 moves downward, the three exhaust valves At the same time, the valve 132 moves downward along the axial direction of the exhaust valve 132. When the exhaust valve 132 moves downward, the exhaust port opens and the combustion gas in the cylinder 142 is discharged toward the exhaust port 135. The amount of movement of the exhaust valve 132 in the axial direction from the original position when the exhaust valve 132 moves downward is referred to as a lift amount. The product of the lift amount and the circumferential length of the valve head portion 132a of the exhaust valve 132 is called a curtain area. The larger the curtain area, the more efficiently the exhaust gas in the cylinder 142 is discharged.

予混合圧縮自着火燃焼方式の2サイクル式エンジンにおいて、高回転高負荷時にも過早着火を起こさせることなく圧縮自着火運転を行うためには、燃焼ガスを効率よく排出することが必要である。燃焼ガスを効率よく排出するためには、前述の通り、カーテン面積を大きく設定すればよい。しかし、カーテン面積を大きく取ろうとして、排気弁のバルブヘッド部の面積(弁面積)を大きくすると、排気弁を駆動するための動力が増大してしまい、特に、筒内圧力が非常に高くなる予混合圧縮自着火燃焼方式の2サイクル式エンジンでは、好ましくない。従って、排気弁の弁面積を大きくすることなく、排気弁のカーテン面積を大きくとることが望ましい。   In a premixed compression self-ignition combustion type two-cycle engine, in order to perform compression self-ignition operation without causing premature ignition even at high rotation and high load, it is necessary to efficiently discharge the combustion gas. . In order to efficiently discharge the combustion gas, the curtain area may be set large as described above. However, if the area of the valve head of the exhaust valve (valve area) is increased in an attempt to increase the curtain area, the power for driving the exhaust valve increases, and in particular, the in-cylinder pressure becomes very high. In a two-cycle engine of a premixed compression auto-ignition combustion system, it is not preferable. Therefore, it is desirable to increase the curtain area of the exhaust valve without increasing the valve area of the exhaust valve.

図6は、排気弁の弁数と弁面積およびカーテン面積との関係を示す説明図である。図は、排気弁の弁数が1つのときを基準として、弁数を増加させていったときに、配置された排気弁のトータル弁面積とトータルカーテン面積とが、基準に対してどのような増加率となるかを示している。一般に、排気弁をシリンダヘッドに配置する際には、排気弁とシリンダとの間および隣接する排気弁同士の間に所定のクリアランスを確保する必要がある。本実施例では、各弁数に応じた排気弁132をシリンダヘッド130に配置するための条件として、シリンダ142の直径Dbは81ミリメートル、シリンダ142と排気弁132との必要クリアランスLsは5ミリメートル、隣接する排気弁132間の必要クリアランスLvは5ミリメートルとしている。そして排気弁132のバルブヘッド部132aの径Dvは、この条件を前提として、取りうる最大の値に設定する。なお、このような条件に従い排気弁132を配置すると、排気弁132は、シリンダ142の中心軸の周囲に均等間隔に配置される。排気弁132のバルブヘッド部の径Dvが設定されれば、弁面積およびカーテン面積を算定することができる。   FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the number of exhaust valves, the valve area, and the curtain area. The figure shows how the total valve area and total curtain area of the arranged exhaust valves are relative to the standard when the number of valves is increased with the number of exhaust valves as one reference. It shows whether the rate of increase is reached. In general, when the exhaust valve is disposed in the cylinder head, it is necessary to ensure a predetermined clearance between the exhaust valve and the cylinder and between adjacent exhaust valves. In this embodiment, as a condition for disposing the exhaust valve 132 corresponding to the number of valves in the cylinder head 130, the diameter Db of the cylinder 142 is 81 millimeters, the required clearance Ls between the cylinder 142 and the exhaust valve 132 is 5 millimeters, The required clearance Lv between adjacent exhaust valves 132 is 5 millimeters. The diameter Dv of the valve head portion 132a of the exhaust valve 132 is set to the maximum value that can be taken on the premise of this condition. If the exhaust valves 132 are arranged according to such conditions, the exhaust valves 132 are arranged at equal intervals around the center axis of the cylinder 142. If the diameter Dv of the valve head portion of the exhaust valve 132 is set, the valve area and the curtain area can be calculated.

図6を見ると、トータル弁面積は、排気弁132の弁数が2のときに極小となるが、弁数が3以上では、弁数が増加するほど弁面積は緩やかに減少している。一方、トータルカーテン面積は、排気弁132の弁数が2のときに極小となり、弁数が3以上では、弁数が増加するほどカーテン面積は大きく増加している。従って、排気弁132の弁数を3以上とすれば、弁面積を過大とすることなく、大きなカーテン面積を確保することができ、高回転高負荷運転時においても、効率よく燃焼ガスの排出を行うことができ、安定した圧縮自着火運転を行うことができる。   Referring to FIG. 6, the total valve area is minimized when the number of exhaust valves 132 is 2, but when the number of valves is 3 or more, the valve area gradually decreases as the number of valves increases. On the other hand, the total curtain area is minimized when the number of exhaust valves 132 is 2, and when the number of valves is 3 or more, the curtain area increases greatly as the number of valves increases. Therefore, if the number of exhaust valves 132 is three or more, a large curtain area can be secured without increasing the valve area, and combustion gas can be efficiently discharged even during high-rotation and high-load operation. It is possible to perform a stable compression self-ignition operation.

なお、排気弁数を3以上としても、本実施例のように、1つの駆動アーム162と1つの電磁アクチュエータ164とで3つ以上の排気弁132を駆動させることができ、コストダウン、搭載性の向上および運動部品の軽量化を図ることができる。特に2サイクル式エンジンは、4サイクル式エンジンに比べて動弁系の動作頻度が2倍であり、弁のサージング限界により最大回転数が抑えられがちであるが、運動部品の軽量化により、サージング限界回転数を高くすることができる。   Even if the number of exhaust valves is three or more, as in this embodiment, it is possible to drive three or more exhaust valves 132 with one drive arm 162 and one electromagnetic actuator 164, which reduces cost and mountability. And weight reduction of the moving parts can be achieved. In particular, a 2-cycle engine has twice the operating frequency of the valve system compared to a 4-cycle engine, and the maximum number of revolutions tends to be reduced due to the surging limit of the valve. The limit rotational speed can be increased.

図7は、図2のC−C断面を示す説明図である。掃気ポート146は、シリンダ142の中心軸に垂直な平面にほぼ平行となるように形成されており(図2参照)、また、シリンダ142の中心軸からずれた方向に向かって新気が流入するように、シリンダ142に接続されている(図7参照)。そのため、掃気ポート146からシリンダ142に流入した新気は、シリンダ142の内周に沿って移動し、シリンダ142内に、シリンダ142の中心軸に垂直な平面内での渦(スワール)を生成する。本明細書において、このような掃気ポート146を「接線ポート」と呼ぶ。本実施例では、2つの掃気ポート(接線ポート)146が、シリンダ142内に同じ方向のスワールを生成するような向きに設けられている。   FIG. 7 is an explanatory view showing a CC cross section of FIG. The scavenging port 146 is formed so as to be substantially parallel to a plane perpendicular to the central axis of the cylinder 142 (see FIG. 2), and fresh air flows in a direction shifted from the central axis of the cylinder 142. Thus, it is connected to the cylinder 142 (see FIG. 7). Therefore, fresh air that has flowed into the cylinder 142 from the scavenging port 146 moves along the inner periphery of the cylinder 142, and generates a vortex (swirl) in a plane perpendicular to the central axis of the cylinder 142 in the cylinder 142. . In this specification, such a scavenging port 146 is referred to as a “tangential port”. In this embodiment, two scavenging ports (tangential ports) 146 are provided in the cylinder 142 so as to generate swirls in the same direction.

また、掃気ポート(接線ポート)146のシリンダ142に面する開口部(掃気口)付近には、リブ(突起)145が設けられており(図7)、リブ145により掃気ポート146の掃気口は左右に2分割されている。掃気口が左右2分割されていることで、ピストン152の上下動に伴うピストンリング153(図2)の引っかかりが防止される。さらに、2つの掃気ポート146の内の1つの掃気口近傍には、ポート内に燃料噴霧を噴射する燃料噴射弁15が設けられている(図7)。燃料噴射弁15を掃気ポート146内に設けることにより、燃料噴霧を掃気流に乗せて混合気のミキシング促進を図ることができ、また、低圧噴射弁を採用できるため、燃料噴射弁や燃料ポンプのコストダウンが可能である。燃料噴射弁15の燃料噴射制御は、ECU30(図1)により行われる。なお、掃気ポート146の開口部(掃気口)近傍とは、掃気ポート146内であって、掃気ポート146の長さ方向の中間点よりシリンダ142に近い側であることが好ましい。   Further, a rib (projection) 145 is provided in the vicinity of the opening (scavenging port) facing the cylinder 142 of the scavenging port (tangential port) 146 (FIG. 7), and the scavenging port of the scavenging port 146 is formed by the rib 145. It is divided into left and right. Since the scavenging port is divided into left and right parts, the piston ring 153 (FIG. 2) is prevented from being caught due to the vertical movement of the piston 152. Further, a fuel injection valve 15 for injecting fuel spray into the port is provided in the vicinity of one of the two scavenging ports 146 (FIG. 7). By providing the fuel injection valve 15 in the scavenging port 146, it is possible to promote mixing of the air-fuel mixture by placing the fuel spray on the scavenging airflow, and to employ a low-pressure injection valve. Cost reduction is possible. The fuel injection control of the fuel injection valve 15 is performed by the ECU 30 (FIG. 1). The vicinity of the opening (scavenging port) of the scavenging port 146 is preferably within the scavenging port 146 and closer to the cylinder 142 than the intermediate point in the length direction of the scavenging port 146.

一方、掃気ポート148は、シリンダ142の中心軸に垂直な平面に対し、新気が斜め下向きにシリンダ142内に流入するような勾配を設けて形成されている(図2参照)。また、掃気ポート148は、シリンダ142の中心軸に向かって新気が流入するように、シリンダ142に接続されている(図7参照)。本明細書において、このような掃気ポート148を「ストレートポート」と呼ぶ。本実施例では、2つの掃気ポート(ストレートポート)148が、シリンダ142を挟んで対向するように設けられている。そのため、掃気ポート148からシリンダ142に流入した新気は、ピストン152の頂面に衝突して、向きを斜め上向きに転ずると共に(図2参照)、対向する2つの掃気ポート148からの新気同士がシリンダ142の中心軸付近で衝突するため(図7参照)、シリンダ142内に、シリンダ142の中心軸付近を上昇する上昇気流を生成する。   On the other hand, the scavenging port 148 is formed with a gradient so that fresh air flows into the cylinder 142 obliquely downward with respect to a plane perpendicular to the central axis of the cylinder 142 (see FIG. 2). The scavenging port 148 is connected to the cylinder 142 so that fresh air flows toward the central axis of the cylinder 142 (see FIG. 7). In this specification, such a scavenging port 148 is referred to as a “straight port”. In this embodiment, two scavenging ports (straight ports) 148 are provided to face each other with the cylinder 142 interposed therebetween. Therefore, fresh air that has flowed into the cylinder 142 from the scavenging port 148 collides with the top surface of the piston 152, turns its direction diagonally upward (see FIG. 2), and fresh air from the two opposing scavenging ports 148 Collide in the vicinity of the center axis of the cylinder 142 (see FIG. 7), and therefore, an upward air flow that rises in the vicinity of the center axis of the cylinder 142 is generated in the cylinder 142.

また、掃気ポート(ストレートポート)148のシリンダ142に面する開口部(掃気口)付近には、リブ(突起)147が設けられており(図7)、リブ147により掃気ポート148の掃気口は左右に2分割されている。掃気口が左右2分割されていることで、ピストン152の上下動に伴うピストンリング153の引っかかりが防止される。さらに、2つの掃気ポート148の内の1つの掃気口近傍には、ポート内に燃料噴霧を噴射する燃料噴射弁14が設けられている(図7)。燃料噴射弁14を掃気ポート148内に設けることにより、低圧噴射弁を採用できるため、燃料噴射弁や燃料ポンプのコストダウンが可能である。燃料噴射弁14の燃料噴射制御は、ECU30(図1)により行われる。なお、掃気ポート148の開口部(掃気口)近傍とは、掃気ポート148内であって、掃気ポート148の長さ方向の中間点よりシリンダ142に近い側であることが好ましい。   Further, a rib (projection) 147 is provided in the vicinity of the opening (scavenging port) facing the cylinder 142 of the scavenging port (straight port) 148 (FIG. 7), and the scavenging port of the scavenging port 148 is formed by the rib 147. It is divided into left and right. Since the scavenging port is divided into left and right parts, the piston ring 153 is prevented from being caught due to the vertical movement of the piston 152. Further, a fuel injection valve 14 for injecting fuel spray into the port is provided in the vicinity of one of the two scavenging ports 148 (FIG. 7). By providing the fuel injection valve 14 in the scavenging port 148, a low-pressure injection valve can be adopted, so that the cost of the fuel injection valve and the fuel pump can be reduced. The fuel injection control of the fuel injection valve 14 is performed by the ECU 30 (FIG. 1). The vicinity of the opening (scavenging port) of the scavenging port 148 is preferably in the scavenging port 148 and closer to the cylinder 142 than the intermediate point in the length direction of the scavenging port 148.

なお、掃気ポート148が、斜め下向きの勾配を設けて形成されていることは、燃料噴射弁14によって噴射された燃料噴霧の吹き抜け防止の点からも好ましい。また、掃気ポート148がシリンダ142を挟んで対向するように設けられていることは、燃料噴射弁14によって噴射された燃料噴霧がシリンダ142の内壁面に付着し、HC(未燃燃料)やスモークの排出量が増加してしまうことを防止する点からも好ましい。   In addition, it is preferable that the scavenging port 148 is formed with an obliquely downward gradient from the viewpoint of preventing blow-through of the fuel spray injected by the fuel injection valve 14. Further, the scavenging port 148 is provided so as to oppose the cylinder 142 so that the fuel spray injected by the fuel injection valve 14 adheres to the inner wall surface of the cylinder 142, and HC (unburned fuel) or smoke It is preferable also from the point which prevents that discharge | emission amount increases.

また、2つの掃気ポート(ストレートポート)148には、それぞれ開閉機構としての給気制御弁149(図2、図7)が設けられており、給気制御弁149の軸を中心とした回転によって、掃気ポート148の開閉を行うことができる。給気制御弁149の開閉制御は、ECU30(図1)により行われる。   Each of the two scavenging ports (straight ports) 148 is provided with an air supply control valve 149 (FIGS. 2 and 7) as an opening / closing mechanism, and by rotation about the axis of the air supply control valve 149 The scavenging port 148 can be opened and closed. The opening / closing control of the air supply control valve 149 is performed by the ECU 30 (FIG. 1).

低回転低負荷運転時には、ECU30は、掃気ポート(ストレートポート)148に設けられた給気制御弁149を閉じるような制御を行う。すなわち、低回転低負荷運転時には、掃気ポート(接線ポート)146のみにより、シリンダ142内に新気が供給される。このとき、新気の流入速度は大きくなり、シリンダ142内の残留ガスと混合気とのミキシングが促進されるため、低回転低負荷運転時においても安定した圧縮自着火燃焼運転を行うことができる。   During the low rotation and low load operation, the ECU 30 performs control such that the air supply control valve 149 provided in the scavenging port (straight port) 148 is closed. In other words, fresh air is supplied into the cylinder 142 only by the scavenging port (tangential port) 146 during the low rotation and low load operation. At this time, the flow rate of fresh air increases, and the mixing of the residual gas in the cylinder 142 and the air-fuel mixture is promoted, so that a stable compression auto-ignition combustion operation can be performed even at the time of low rotation and low load operation. .

また、掃気ポート(接線ポート)146は、前述の通り、シリンダ142内にスワールを生成するように形成されているため、シリンダ142内に流入した比較的低温の新気は、シリンダ142の内壁面に沿って移動し、高温の残留ガスは、シリンダ142の中央付近に分布する。従って、新気がシリンダ142内壁面から熱を奪うことによって、残留ガスの温度低下が抑制され、低回転低負荷運転時においても安定した圧縮自着火燃焼運転を行うことができる。   Further, as described above, the scavenging port (tangential port) 146 is formed so as to generate a swirl in the cylinder 142, so that the relatively low temperature fresh air that has flowed into the cylinder 142 flows into the inner wall surface of the cylinder 142. The hot residual gas is distributed near the center of the cylinder 142. Therefore, when the fresh air takes heat from the inner wall surface of the cylinder 142, the temperature drop of the residual gas is suppressed, and a stable compression auto-ignition combustion operation can be performed even during the low rotation and low load operation.

さらに、掃気ポート146から排気口へと直接向かう気流を伴わないため、新気や噴射燃料の吹き抜けを抑制することができ、過給損失による燃費の悪化を防止することができる。   Further, since there is no air flow directly from the scavenging port 146 to the exhaust port, it is possible to suppress blow-through of fresh air and injected fuel, and to prevent deterioration of fuel consumption due to supercharging loss.

なお、低回転低負荷運転時には、掃気ポート(接線ポート)146内に設けられた燃料噴射弁15により燃料噴射を行う。燃料噴射弁としては、ホロコーン型や、多孔衝突噴霧型、ファンスプレー型、中実コーン型、スリット型などが知られているが、燃料噴射弁15は、比較的噴射率が小さく噴霧貫徹力の小さいホロコーン型や多孔衝突噴霧型を採用することが好ましい。こうすれば、燃料噴霧を掃気ポート146が生成するスワールに容易に乗せることができ、混合気のミキシングを促進することができる。   Note that, during low rotation and low load operation, fuel injection is performed by the fuel injection valve 15 provided in the scavenging port (tangential port) 146. As the fuel injection valve, there are known a hollow cone type, a multi-hole collision spray type, a fan spray type, a solid cone type, a slit type, etc., but the fuel injection valve 15 has a relatively low injection rate and a spray penetration force. It is preferable to adopt a small hollow cone type or a multi-hole collision spray type. In this way, the fuel spray can be easily placed on the swirl generated by the scavenging port 146, and mixing of the air-fuel mixture can be promoted.

一方、高回転高負荷運転時には、ECU30は、掃気ポート(ストレートポート)148に設けられた給気制御弁149を開けるような制御を行う。すなわち、高回転高負荷運転時には、掃気ポート(接線ポート)146と掃気ポート(ストレートポート)148との両方から、シリンダ142内に新気が供給される。高回転高負荷運転時は、シリンダ内に供給される空気量および燃料量が多くミキシング時間が少ないが、両方の掃気ポートを使用することによって、掃気口の面積を増加させて速やかに掃気を行うことができ、安定した圧縮自着火燃焼運転を行うことができる。   On the other hand, at the time of high rotation and high load operation, the ECU 30 performs control to open the air supply control valve 149 provided in the scavenging port (straight port) 148. That is, during high-speed and high-load operation, fresh air is supplied into the cylinder 142 from both the scavenging port (tangential port) 146 and the scavenging port (straight port) 148. During high-speed and high-load operation, the amount of air and fuel supplied into the cylinder is large and the mixing time is short, but by using both scavenging ports, scavenging is performed quickly by increasing the area of the scavenging port. And a stable compression auto-ignition combustion operation can be performed.

また、掃気ポート(ストレートポート)148は、シリンダ142内にシリンダ142の中心軸付近に沿った上昇気流を生成するように形成されているため、シリンダ142の中心軸付近に残りやすい残留ガスを確実に排出して、掃気率を高め、混合気の温度が必要以上に上昇することを抑制することができる。従って、高回転高負荷運転時においても、過早着火を起こすことなく圧縮自着火燃焼運転を行うことができる。   Further, since the scavenging port (straight port) 148 is formed in the cylinder 142 so as to generate an updraft along the center axis of the cylinder 142, the residual gas that tends to remain in the vicinity of the center axis of the cylinder 142 is surely secured. It is possible to increase the scavenging rate and to prevent the temperature of the air-fuel mixture from rising more than necessary. Therefore, even during the high rotation and high load operation, the compression self-ignition combustion operation can be performed without causing premature ignition.

なお、高回転高負荷運転時には、掃気ポート(ストレートポート)148内に設けられた燃料噴射弁14により、あるいは、燃料噴射弁14と掃気ポート(接線ポート)146内に設けられた燃料噴射弁15とにより、燃料噴射を行う。燃料噴射弁14は、比較的噴射率が大きく噴霧貫徹力の大きいファンスプレー型や、中実コーン型、スリット型を採用することが好ましい。こうすれば、高回転高負荷運転時にも、短時間で必要な燃料量を噴射できると共に、燃料噴霧が掃気ポート148からの新気によって生成される上昇気流に乗って吹き抜けることを抑制することができる。   Note that, during high-speed and high-load operation, the fuel injection valve 14 provided in the scavenging port (straight port) 148 or the fuel injection valve 15 provided in the fuel injection valve 14 and the scavenging port (tangential port) 146. Then, fuel injection is performed. The fuel injection valve 14 is preferably a fan spray type, a solid cone type, or a slit type that has a relatively high injection rate and a large spray penetration force. In this way, it is possible to inject the required amount of fuel in a short time even during high-rotation and high-load operation, and to prevent the fuel spray from being blown through the updraft generated by the fresh air from the scavenging port 148. it can.

なお、掃気ポート(接線ポート)146により生成されるスワールと、掃気ポート(ストレートポート)148により生成される上昇気流とは、共にシリンダ142の中心軸に対して対称な気流である。すなわちシリンダ142の中心軸に垂直な断面内において、気流の偏りが少ない。従って、シリンダヘッド130に均等間隔に配置された排気弁132から、まんべんなく排気ガスを排出することができ、排気(掃気)の効率を高めることができる。   It should be noted that the swirl generated by the scavenging port (tangential port) 146 and the rising air flow generated by the scavenging port (straight port) 148 are both symmetric with respect to the central axis of the cylinder 142. That is, the airflow is less biased in the cross section perpendicular to the central axis of the cylinder 142. Therefore, exhaust gas can be exhausted evenly from the exhaust valves 132 arranged at equal intervals in the cylinder head 130, and the efficiency of exhaust (scavenging) can be improved.

掃気ポート146,148は、シリンダ142とは反対側の端部において、シリンダブロック140に設けられた給気サージタンク144に接続されており(図2、図7参照)、新気は、吸気通路12から給気サージタンク144を介して、掃気ポート146,148に供給される(図1参照)。本実施例では、給気サージタンク144は、シリンダブロック140に一体となって形成されている(図2参照)。また、給気サージタンク144は、図示しない他のシリンダの掃気ポートにも接続され、他のシリンダに新気を供給している。   The scavenging ports 146 and 148 are connected to an air supply surge tank 144 provided in the cylinder block 140 at an end opposite to the cylinder 142 (see FIGS. 2 and 7), and fresh air is supplied to the intake passage. 12 is supplied to scavenging ports 146 and 148 via an air supply surge tank 144 (see FIG. 1). In this embodiment, the supply surge tank 144 is formed integrally with the cylinder block 140 (see FIG. 2). The supply surge tank 144 is also connected to a scavenging port of another cylinder (not shown), and supplies fresh air to the other cylinder.

掃気行程において、掃気口が開口し、掃気ポート146,148から新気がシリンダ142内に流入し始めると、慣性により、掃気ポート146,148内に負の圧力波が発生する。この負の圧力波は、掃気ポート146,148内をさかのぼって行き、給気サージタンク144に面する開口部(開放端)に来ると、逆位相の正の圧力波となって掃気口に戻ってくる。この正の圧力波がまだ掃気口が開口しているときに戻ってくると、シリンダ内に新気を押し込む作用をして給気効率が向上する。本実施例では、給気サージタンク144をシリンダブロック140に一体として形成することによって、掃気ポート146,148の管長を短くすることができる。このようにして、圧力波の往復時間を短縮することができ、圧力波を利用して給気効率向上を図ることができる。また、併せて、多気筒エンジンの小型化を図ることができる。   In the scavenging stroke, when the scavenging port opens and fresh air begins to flow into the cylinder 142 from the scavenging ports 146 and 148, a negative pressure wave is generated in the scavenging ports 146 and 148 due to inertia. This negative pressure wave goes back through the scavenging ports 146 and 148, and when it reaches the opening (open end) facing the supply air surge tank 144, it returns to the scavenging port as an antiphase positive pressure wave. Come. When this positive pressure wave returns when the scavenging port is still open, the air supply efficiency is improved by pushing new air into the cylinder. In the present embodiment, the tube length of the scavenging ports 146 and 148 can be shortened by forming the supply surge tank 144 integrally with the cylinder block 140. In this way, the reciprocation time of the pressure wave can be shortened, and the supply efficiency can be improved by using the pressure wave. In addition, it is possible to reduce the size of the multi-cylinder engine.

ガソリンエンジン100は、上述の通り、低回転低負荷運転時から高回転高負荷運転時まで、安定して予混合圧縮自着火燃焼による運転を行うことができる。従って、負荷が極端に小さく圧縮自着火燃焼が困難な始動時および暖機時は、火花点火燃焼による運転を行い、それ以外の運転領域では、予混合圧縮自着火燃焼による運転を行うとすることもできる。図8は、第1実施例におけるガソリンエンジン100の運転モードを示すマップである。図8の横軸はエンジンの回転数、縦軸は負荷(トルク)である。   As described above, the gasoline engine 100 can be stably operated by premixed compression self-ignition combustion from the time of low rotation and low load operation to the time of high rotation and high load operation. Therefore, during start-up and warm-up when the load is extremely small and compression auto-ignition combustion is difficult, operation by spark ignition combustion is performed, and operation by premixed compression auto-ignition combustion is performed in other operation regions. You can also. FIG. 8 is a map showing the operation mode of the gasoline engine 100 in the first embodiment. In FIG. 8, the horizontal axis represents the engine speed, and the vertical axis represents the load (torque).

ガソリンエンジン100の運転モードは、回転数および負荷に応じて2つの運転領域R1およびR2に区分されている。第1の運転領域R1は、極低回転極低負荷の始動および暖機を行う運転領域である。この運転領域R1では、火花点火燃焼による運転を行う。一方、第2の運転領域R2は、運転領域R1以外の運転領域であり、回転数および負荷について広い範囲をカバーする運転領域である。この運転領域R2では、圧縮自着火燃焼による運転を行う。   The operation mode of the gasoline engine 100 is divided into two operation regions R1 and R2 according to the rotation speed and the load. The first operation region R1 is an operation region in which starting and warming up of an extremely low rotation and extremely low load are performed. In this operation region R1, operation by spark ignition combustion is performed. On the other hand, the second operation region R2 is an operation region other than the operation region R1, and is an operation region that covers a wide range of rotation speed and load. In this operation region R2, operation by compression self-ignition combustion is performed.

このように、始動時および暖機時は、火花点火燃焼による運転を行い、それ以外の運転領域では、予混合圧縮自着火燃焼による運転を行うこととすれば、点火プラグ136(図2)は、始動時および暖機時の専用とすることができ、小型化することができる。点火プラグ136を小型化できれば、シリンダヘッド130に設置する排気弁132(図2)の大きさや配置に関する自由度を高めることができると共に、点火プラグ136自身の配置の自由度も高められる。さらに、点火プラグ136の冷却装置を不要とすることができると共に、イグナイタの低コスト化を図ることができる。また、暖機後は、燃焼方式の切り替えを行う必要が無いため、ドライバビリティが向上すると共に、燃費悪化の要因となる燃焼方式切り替え時のトルクショック対策用トルク調整制御が不要となる。   As described above, if the operation is performed by spark ignition combustion at the time of start-up and warm-up, and if the operation is performed by premixed compression auto-ignition combustion in other operation regions, the spark plug 136 (FIG. 2) is It can be dedicated for start-up and warm-up, and can be downsized. If the spark plug 136 can be reduced in size, the degree of freedom regarding the size and arrangement of the exhaust valve 132 (FIG. 2) installed in the cylinder head 130 can be increased, and the degree of freedom in arrangement of the spark plug 136 itself can be increased. Furthermore, the cooling device for the spark plug 136 can be eliminated, and the igniter can be reduced in cost. Further, since it is not necessary to switch the combustion method after warming up, drivability is improved, and torque adjustment control for torque shock countermeasures at the time of switching the combustion method, which causes a deterioration in fuel consumption, is unnecessary.

ガソリンエンジン100は、ストローク・ボア比の値が1.2以上のロングストロークに設定されている。図9は、ストローク・ボア比とピストン頂部面積および燃焼室クリアランス高さとの関係を示す説明図である。本実施例では、1気筒あたりの排気量を500ccとし、圧縮比を15と設定している。図9に示すように、ピストン頂部面積は、ストローク・ボア比の値が1のエンジン(スクエアエンジン)を基準とすると、ストローク・ボア比の値が大きくなるほど、ピストン頂部面積は減少する。ガソリンエンジン100は、圧縮自着火燃焼を行うために高圧縮比に設定されており、また、圧縮自着火燃焼により混合気の燃焼がほぼ同時に行われるため、シリンダ142内の圧力は非常に高圧となる。このようなガソリンエンジン100において、ストローク・ボア比の値を1.2以上に設定してロングストロークとすれば、ピストン頂部面積はスクエアエンジンと比較して10%以上減少する。従って、ピストン152の頂面に作用する圧力も10%以上軽減され、部品の軽量化や信頼性の向上を図ることができる。また燃焼室の表面積と容積の比(S/V比)が小さくなり、冷却損失を抑制して燃費を向上させることができる。さらに、図9に示すように、ストローク・ボア比の値を大きくすると、燃焼室クリアランス高さを大きくとることができる。ガソリンエンジン100は、高圧縮比運転を行うために燃焼室容積が小さいが、ストローク・ボア比を1.2以上とすることにより、ピストン152とシリンダヘッド130とのクリアランスを十分に確保でき、気流の妨げやS/V比の悪化につながるバルブリセスの設置を不要とすることができる。   The gasoline engine 100 is set to a long stroke having a stroke / bore ratio value of 1.2 or more. FIG. 9 is an explanatory diagram showing the relationship between the stroke / bore ratio, the piston top area, and the combustion chamber clearance height. In this embodiment, the displacement per cylinder is set to 500 cc, and the compression ratio is set to 15. As shown in FIG. 9, when the piston top area is based on an engine having a stroke / bore ratio value of 1 (square engine), the piston top area decreases as the stroke / bore ratio value increases. The gasoline engine 100 is set to a high compression ratio in order to perform compression self-ignition combustion, and since the combustion of the air-fuel mixture is performed almost simultaneously by compression self-ignition combustion, the pressure in the cylinder 142 is very high. Become. In such a gasoline engine 100, if the stroke / bore ratio is set to 1.2 or more to make a long stroke, the piston top area is reduced by 10% or more compared to the square engine. Therefore, the pressure acting on the top surface of the piston 152 is also reduced by 10% or more, and it is possible to reduce the weight of the parts and improve the reliability. Further, the ratio between the surface area and the volume of the combustion chamber (S / V ratio) is reduced, and the fuel consumption can be improved by suppressing the cooling loss. Furthermore, as shown in FIG. 9, when the value of the stroke / bore ratio is increased, the combustion chamber clearance height can be increased. The gasoline engine 100 has a small combustion chamber volume in order to perform a high compression ratio operation, but by setting the stroke / bore ratio to 1.2 or more, a sufficient clearance between the piston 152 and the cylinder head 130 can be secured, and the airflow It is possible to eliminate the need to install a valve recess that leads to a hindrance to the S / V ratio.

B.第2実施例:
図10は、第2実施例における排気ポート135の排出通路135aの断面(図2のB−B断面)を拡大して概略的に示す説明図である。図4に示した第1実施例との違いは、排気ポート135の排出通路135aの内壁に、複数の凸部131が設けられていることである。そして、ステンレス断熱材172は、複数の凸部131の各頂点部において支持されるように設置されている。
B. Second embodiment:
FIG. 10 is an explanatory diagram schematically showing an enlarged cross section (cross section BB in FIG. 2) of the discharge passage 135a of the exhaust port 135 in the second embodiment. The difference from the first embodiment shown in FIG. 4 is that a plurality of convex portions 131 are provided on the inner wall of the discharge passage 135 a of the exhaust port 135. And the stainless steel heat insulating material 172 is installed so that it may be supported in each vertex part of the some convex part 131. FIG.

また、同様に、図示しない排気ポート135の排気室135bの内壁にも、複数の凸部131が設けられており、ステンレス断熱材172は、複数の凸部131の各頂点部において支持されるように設置されている。   Similarly, a plurality of convex portions 131 are also provided on the inner wall of the exhaust chamber 135b of the exhaust port 135 (not shown) so that the stainless steel heat insulating material 172 is supported at each vertex of the plurality of convex portions 131. Is installed.

このようにしても、ステンレス断熱材172と排気ポート135内壁との間に空気層174が形成され、さらに断熱効果を向上させることができ、排気温度の低下をさらに抑制することができる。さらに、第2実施例では、ステンレス断熱材172の形状を凹凸のない単純な形状とすることができるため、コストダウンを図ることができると共に、排気ガスが通過する流路の表面積を小さくすることができ、より一層断熱効果を高め、排気温度の低下をより一層抑制することができる。   Even if it does in this way, the air layer 174 is formed between the stainless steel heat insulating material 172 and the exhaust port 135 inner wall, and a heat insulation effect can be improved further, and the fall of exhaust temperature can further be suppressed. Furthermore, in the second embodiment, since the shape of the stainless steel heat insulating material 172 can be a simple shape without unevenness, the cost can be reduced and the surface area of the flow path through which the exhaust gas passes can be reduced. It is possible to further increase the heat insulation effect and further suppress the decrease in the exhaust temperature.

C.第3実施例:
図11は、第3実施例における排気ポート135の排出通路135aの断面を斜視した状態を概略的に示す説明図である。図11では、構造をわかりやすくするために排気ポート135の下側半分のみを示している。また、図の左側が排気室135b側、図の右側が排気通路16側である。第3実施例では、排気ポート135の排出通路135aの内壁に、格子状のリブ137によって区画された複数の凹部176が設けられている。そして、図示しないステンレス断熱材172が、格子状のリブ137の先端部において支持されるように設置される。
C. Third embodiment:
FIG. 11 is an explanatory view schematically showing a perspective view of the cross section of the discharge passage 135a of the exhaust port 135 in the third embodiment. In FIG. 11, only the lower half of the exhaust port 135 is shown for easy understanding of the structure. Further, the left side of the figure is the exhaust chamber 135b side, and the right side of the figure is the exhaust passage 16 side. In the third embodiment, a plurality of recesses 176 defined by grid-like ribs 137 are provided on the inner wall of the exhaust passage 135 a of the exhaust port 135. And the stainless steel heat insulating material 172 which is not shown in figure is installed so that it may be supported in the front-end | tip part of the grid | lattice-like rib 137.

また、同様に、図示しない排気ポート135の排気室135bの内壁にも、格子状のリブ137によって区画された複数の凹部176が設けられており、図示しないステンレス断熱材172が、格子状のリブ137の先端部において支持されるように設置される。   Similarly, the inner wall of the exhaust chamber 135b of the exhaust port 135 (not shown) is also provided with a plurality of recesses 176 that are partitioned by the grid-like ribs 137, and the stainless steel insulation 172 (not shown) is connected to the grid-like ribs. It is installed so as to be supported at the tip of 137.

このようにしても、ステンレス断熱材172と排気ポート135内壁に設けられた凹部176との間に空気層が形成され、さらに断熱効果を向上させることができ、排気温度の低下をさらに抑制することができる。さらに、本実施例では、空気層が、リブ137によって小さく区画されるため、空気の対流を抑制することができ、さらに一層断熱効果を高め、排気温度の低下をさらに一層抑制することができる。   Even if it does in this way, an air layer is formed between the stainless steel heat insulating material 172 and the recessed part 176 provided in the inner wall of the exhaust port 135, and a heat insulation effect can be improved further, and the fall of exhaust temperature is further suppressed. Can do. Further, in the present embodiment, the air layer is partitioned by the ribs 137, so that air convection can be suppressed, the heat insulation effect can be further enhanced, and the exhaust temperature decrease can be further suppressed.

D.変形例:
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。
D. Variation:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

D1.変形例1:
上記実施例では、2サイクル式のエンジンを例に用いて説明したが、本発明は、2サイクル式のエンジンに限らず、例えば4サイクル式エンジンのような他の方式のエンジンにも適用することができる。すなわち、他の方式のエンジンにおいても、排気ポートの、排気弁シート近傍の部分の内壁に断熱材を設けたり、断熱材と排気ポートの内壁との間に空気層を設けたりすることによって、排気温度の低下を抑制することができる。
D1. Modification 1:
In the above embodiment, a two-cycle engine has been described as an example. However, the present invention is not limited to a two-cycle engine, and may be applied to other types of engines such as a four-cycle engine. Can do. That is, in other types of engines, exhaust gas is provided by providing a heat insulating material on the inner wall of the exhaust port near the exhaust valve seat or by providing an air layer between the heat insulating material and the inner wall of the exhaust port. A decrease in temperature can be suppressed.

D2.変形例2:
上記実施例では、排気ポート135が排気室135bを有している例を用いて説明しているが、本発明は、排気ポート135が排気室135bを有さない場合、すなわち、排出通路135aのみを有する場合にも適用することができる。このとき、各排気口からの排気ガスは、それぞれに接続された排気ポート135(すなわち排出通路135a)を通って排出される。このようなときでも、排気ポートの、排気弁シート近傍の部分の内壁に断熱材を設けたり、断熱材と排気ポートの内壁との間に空気層を設けたりすることによって、排気温度の低下を抑制することができる。
D2. Modification 2:
In the above embodiment, the example in which the exhaust port 135 has the exhaust chamber 135b has been described. However, in the present invention, the exhaust port 135 does not have the exhaust chamber 135b, that is, only the exhaust passage 135a. This can also be applied to the case where At this time, the exhaust gas from each exhaust port is exhausted through the exhaust port 135 (that is, the exhaust passage 135a) connected thereto. Even in such a case, it is possible to reduce the exhaust temperature by providing a heat insulating material on the inner wall of the exhaust port near the exhaust valve seat or by providing an air layer between the heat insulating material and the inner wall of the exhaust port. Can be suppressed.

D3.変形例3:
上記実施例では、排気ポート135の内壁に設ける断熱材の一例として、ステンレス断熱材172を用いて説明したが、断熱材はそれ以外の他の断熱材であるとしてもよい。例えば、ジルコニア等のセラミックの溶射によって断熱材を形成することも可能である。
D3. Modification 3:
In the said Example, although demonstrated using the stainless steel heat insulating material 172 as an example of the heat insulating material provided in the inner wall of the exhaust port 135, a heat insulating material may be another heat insulating material. For example, the heat insulating material can be formed by thermal spraying of ceramic such as zirconia.

D4.変形例4:
上記実施例では、排出通路135aの内壁と、排気室135bの内壁との両方に断熱材を設けているが、どちらか一方のみに断熱材を設けるようにしてもよい。
D4. Modification 4:
In the above embodiment, the heat insulating material is provided on both the inner wall of the discharge passage 135a and the inner wall of the exhaust chamber 135b, but the heat insulating material may be provided on only one of them.

D5.変形例5:
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、本発明は、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きにも適用可能である。
D5. Modification 5:
In the above embodiment, the cylinder head 130 is provided with three or more exhaust valves 132. However, the present invention is also applicable when the cylinder head 130 is provided with one or two exhaust valves 132. is there.

D6.変形例6:
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。
D6. Modification 6:
In the above embodiment, the gasoline engine 100 is a monoblock engine in which the cylinder head 130 and the cylinder block 140 are integrated. However, the gasoline engine 100 is an engine in which the cylinder head 130 and the cylinder block 140 are divided. It may be.

D7.変形例7:
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。
D7. Modification 7:
In the above-described embodiment, the engine in which four scavenging ports including two tangential ports 146 and two straight ports 148 are connected to the cylinder 142 has been described. However, the scavenging port connected to the cylinder 142 has one scavenging port. It may be a port (tangential port) 146. Alternatively, the scavenging ports connected to the cylinder 142 may be a total of two scavenging ports, one scavenging port (tangential port) 146 and one straight port 148. Alternatively, the scavenging port connected to the cylinder 142 may be one or more arbitrarily shaped scavenging ports.

D8.変形例8:
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。
D8. Modification 8:
In the above embodiment, two fuel injection valves, the fuel injection valve 15 in the scavenging port (tangential port) 146 and the fuel injection valve 14 in the scavenging port (straight port) 148, are provided. Only the fuel injection valve 15 may be provided.

D9.変形例9:
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。
D9. Modification 9:
In the above embodiment, each of the two scavenging ports (straight ports) 148 is provided with an air supply control valve 149 as an opening / closing mechanism, but only one air scavenging port 148 is provided with an air supply control valve 149. It is good. Alternatively, the air supply control valve 149 may be provided not only in the scavenging port 148 but also in at least one arbitrary scavenging port.

D10.変形例10:
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。
D10. Modification 10:
In the above embodiment, in the opening / closing control of the air supply control valve 149, all the air supply control valves 149 are controlled to be opened or closed at the same time. Or it is good also as control which opens or closes for every some air supply control valve 149. FIG.

本発明の第1実施例におけるガソリンエンジンの構成を概念的に示した説明図。Explanatory drawing which showed notionally the structure of the gasoline engine in 1st Example of this invention. 第1実施例におけるガソリンエンジンのシリンダの断面を拡大して示す説明図。Explanatory drawing which expands and shows the cross section of the cylinder of the gasoline engine in 1st Example. 図2のA−A断面を示す説明図。Explanatory drawing which shows the AA cross section of FIG. 排気ポートの排出通路の断面(図2のB−B断面)を拡大して概略的に示す説明図。Explanatory drawing which expands and shows schematically the cross section (BB cross section of FIG. 2) of the discharge passage of an exhaust port. 排気弁を駆動する機構の構成を示す説明図。Explanatory drawing which shows the structure of the mechanism which drives an exhaust valve. 排気弁の弁数と弁面積およびカーテン面積との関係を示す説明図。Explanatory drawing which shows the relationship between the number of valves of an exhaust valve, valve area, and curtain area. 図2のC−C断面を示す説明図。Explanatory drawing which shows the CC cross section of FIG. 第1実施例におけるガソリンエンジンの運転モードを示すマップ。The map which shows the operation mode of the gasoline engine in 1st Example. ストローク・ボア比とピストン頂部面積および燃焼室クリアランス高さとの関係を示す説明図。Explanatory drawing which shows the relationship between stroke-bore ratio, piston top area, and combustion chamber clearance height. 第2実施例における排気ポートの排出通路の断面(図2のB−B断面)を拡大して概略的に示す説明図。Explanatory drawing which expands and shows schematically the cross section (BB cross section of FIG. 2) of the exhaust passage of the exhaust port in 2nd Example. 第3実施例における排気ポートの排出通路の断面を斜視した状態を概略的に示す説明図。Explanatory drawing which shows schematically the state which looked at the cross section of the exhaust passage of the exhaust port in 3rd Example.

符号の説明Explanation of symbols

12...吸気通路
14...燃料噴射弁
15...燃料噴射弁
16...排気通路
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
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
131...凸部
132...排気弁
132a...バルブヘッド部
132b...軸部
133...排気弁シート
135...排気ポート
135a...排出通路
135b...排気室
136...点火プラグ
137...リブ
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
172...ステンレス断熱材
174...空気層
176...凹部
12 ... Intake passage 14 ... Fuel injection valve 15 ... Fuel injection valve 16 ... Exhaust passage 20 ... Air cleaner 22 ... Throttle valve 24 ... Electric actuator 26 ... Catalyst 32. ..Crank angle sensor 34 ... Accelerator opening sensor 50 ... Supercharger 52 ... Turbine 54 ... Compressor 56 ... Shaft 60 ... Surge tank 62 ... Intercooler 100 .. Gasoline engine 130 ... Cylinder head 131 ... Convex part 132 ... Exhaust valve 132a ... Valve head part 132b ... Shaft part 133 ... Exhaust valve seat 135 ... Exhaust port 135a .. Discharge passage 135b ... exhaust chamber 136 ... ignition plug 137 ... rib 140 ... cylinder block 142 ... cylinder 144 ... supply surge tank 145 ... rib 146 ... scavenging port 147 ... Rib 148 ... Scavenging port 149 ... Air supply control valve 152 ... Piston 153 ... Piston ring 154 ... Connecting rod 156 ... Crankshaft 162 ... Drive arm 164 ... Electromagnetic actuator 172 ... Stainless steel insulation 174 ... Air layer 176 ... Recess

Claims (6)

予混合圧縮自着火運転が可能な内燃機関であって、
シリンダとピストンとで構成される燃焼室と、
前記燃焼室から燃焼ガスが排出される排気口の開閉を行う排気弁と、
前記排気弁の閉時に、前記排気弁と密着する排気弁シートと、
前記シリンダのシリンダヘッド部に設けられ、前記排気口から排出された燃焼ガスを排出する排気ポートと、
を備え、
前記シリンダヘッド部は、前記排気ポートを上下方向に2分割する平面に沿って分割可能な構造であり、
前記排気ポートの、少なくとも前記排気弁シート近傍の部分の内壁には、断熱材が設けられている、内燃機関。
An internal combustion engine capable of premixed compression self-ignition operation,
A combustion chamber composed of a cylinder and a piston;
An exhaust valve for opening and closing an exhaust port through which combustion gas is discharged from the combustion chamber;
An exhaust valve seat closely contacting the exhaust valve when the exhaust valve is closed;
An exhaust port that is provided in a cylinder head of the cylinder and discharges combustion gas discharged from the exhaust port;
With
The cylinder head portion has a structure that can be divided along a plane that divides the exhaust port into two in the vertical direction,
An internal combustion engine, wherein a heat insulating material is provided on an inner wall of at least a portion near the exhaust valve seat of the exhaust port.
請求項1記載の内燃機関であって、
前記排気ポートの内壁には、前記断熱材を支持する複数の凸部が設けられ、
前記排気ポートの内壁と前記断熱材との間に、断熱空間を有する、内燃機関。
The internal combustion engine according to claim 1,
The inner wall of the exhaust port is provided with a plurality of convex portions that support the heat insulating material,
An internal combustion engine having a heat insulating space between an inner wall of the exhaust port and the heat insulating material.
請求項1記載の内燃機関であって、
前記排気ポートの内壁には、複数の凹部が設けられ、
前記複数の凹部と前記断熱材とによって、複数の閉ざされた断熱空間が構成されている、内燃機関。
The internal combustion engine according to claim 1,
The inner wall of the exhaust port is provided with a plurality of recesses,
An internal combustion engine in which a plurality of closed heat insulation spaces are constituted by the plurality of recesses and the heat insulating material.
請求項1ないし請求項3に記載の内燃機関であって、
前記排気口と前記排気弁とを複数備え、
前記排気弁は上下方向に移動し、
前記排気ポートは、複数の前記排気口から上昇する燃焼ガスが合体する排気室(チャンバ)と、前記排気室から外部に燃焼ガスを導く排出通路とを有しており、
前記排気室と前記排出通路とは、水平に設けられており、前記シリンダヘッド部を分割する平面によって中央で上下に2分割される、内燃機関。
An internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3,
A plurality of the exhaust port and the exhaust valve;
The exhaust valve moves up and down;
The exhaust port has an exhaust chamber (chamber) in which combustion gases rising from a plurality of the exhaust ports are combined, and an exhaust passage for leading the combustion gas from the exhaust chamber to the outside,
The internal combustion engine, wherein the exhaust chamber and the discharge passage are horizontally provided and are divided into two at the center by a plane that divides the cylinder head portion.
請求項4記載の内燃機関であって、
前記内燃機関は、前記排気口と前記排気弁とを3つ以上備えると共に、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つの掃気ポートを備える2サイクル式内燃機関である、内燃機関。
An internal combustion engine according to claim 4,
The internal combustion engine includes three or more exhaust ports and exhaust valves, and is connected to a peripheral wall of the cylinder, and has at least one scavenging port that opens and closes an opening facing the cylinder by the vertical movement of the piston. An internal combustion engine that is a two-cycle internal combustion engine.
請求項1ないし請求項5に記載の内燃機関であって、
前記シリンダは、前記シリンダヘッド部とシリンダブロック部とが一体形成された、モノブロック構造である、内燃機関。
An internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5,
The internal combustion engine, wherein the cylinder has a monoblock structure in which the cylinder head portion and the cylinder block portion are integrally formed.
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