JP2006132331A - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は内燃機関に関し、より詳細には、ミラーサイクルを行う内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine, and more particularly to an internal combustion engine that performs a mirror cycle.
ミラーサイクルを行う内燃機関は、圧縮比を低くしてノッキングの発生を防止することが出来ると共に、膨張比を高くして熱効率を向上することが出来るので、近年、注目されている。 An internal combustion engine that performs a mirror cycle has been attracting attention in recent years because it can prevent the occurrence of knocking by lowering the compression ratio and can improve thermal efficiency by increasing the expansion ratio.
ミラーサイクルを行う内燃機関には、吸気行程でピストンが下死点に到達するよりも以前の段階で吸気弁を閉鎖してしまうタイプ(いわゆる「早閉じ」:例えば、特許文献1参照)と、ピストンが下死点に到達するよりも以後の段階で吸気弁を閉鎖するタイプ(いわゆる「遅閉じ」:例えば、特許文献2参照)とが存在する。 In an internal combustion engine that performs a mirror cycle, a type in which the intake valve is closed at a stage before the piston reaches bottom dead center in the intake stroke (so-called “early closing”: see, for example, Patent Document 1), There is a type in which the intake valve is closed at a stage after the piston reaches bottom dead center (so-called “slow closing”: see, for example, Patent Document 2).
ここで、後述する様に、早閉じタイプの場合は、吸気弁開閉タイミングを調節するためのカムの形状がいわゆる「尖った」ものとなるので、カム及びカムに当接してバルブを開閉する動弁部材の磨耗が問題となる。そのため、コージェネレーションシステムで用いられる内燃機関にミラーサイクルを適用する場合には、遅閉じタイプのものが使用される場合が多い。 Here, as will be described later, in the case of the early closing type, the shape of the cam for adjusting the intake valve opening / closing timing becomes a so-called “pointed” shape. Wear of the valve member becomes a problem. For this reason, when applying a mirror cycle to an internal combustion engine used in a cogeneration system, a slow closing type is often used.
図13及び図14を参照して、遅閉じタイプのミラーサイクルについて、オットーサイクルと比較して説明する。
ここで、オットーサイクルは図13で「吸気(13−1)」、「圧縮(13−2)」、「燃焼・膨張(13−3)」、「排気(13−4)」の4工程で示す。
一方、ミラーサイクルの遅閉じは図14で「吸気(14−1a,14−1b)」、「圧縮(14−2)」、「燃焼・膨張(14−3)」、「排気(14−4)」の5工程で示す。
ここで、図13及び図14において、符号1はシリンダ、符号2はピストン、符号11は吸気ポート、符号12は排気ポート、符号13は吸気弁、符号14は排気弁、符号9は燃焼室を、それぞれ示している。
With reference to FIG. 13 and FIG. 14, the delayed closed type mirror cycle will be described in comparison with the Otto cycle.
Here, the Otto cycle consists of four steps of “intake (13-1)”, “compression (13-2)”, “combustion / expansion (13-3)”, and “exhaust (13-4)” in FIG. Show.
On the other hand, the slow closing of the mirror cycle is shown in FIG. 14 with “intake (14-1a, 14-1b)”, “compression (14-2)”, “combustion / expansion (14-3)”, “exhaust (14-4)”. ) ".
13 and 14, reference numeral 1 is a cylinder,
ミラーサイクルの場合には、以下の項目(1)、(2)で説明するような問題が存在する。 In the case of the mirror cycle, there are problems as described in the following items (1) and (2).
(1)早閉じの場合
吸気弁を早めに閉じるため、吸気時間が短くなり十分な吸気を行うことが困難である。また、吸気行程の時間が(オットーサイクルや遅閉じの場合に比較して)短縮されてしまうため、吸気弁の移動速度(開閉速度)を早くして、吸気弁の開閉動作を急激に行う必要性が生じる。一方、吸気弁の開閉動作を急激に行うと、弁や弁座に負担を与える。
更に、吸気弁を早期に閉鎖するため、弁を駆動するカムの形状がいわゆる「尖った」ものとなるので、カム及びカムに当接してバルブを開閉する動弁部材の摩耗が問題となる。
加えて、弁とピストン上面とが上死点近傍で干渉しないようにするため、ピストンに弁逃がしの窪みを設ける必要があり、膨張非(下死点体積/上死点体積)を大きく取れずにミラーサイクルの長所を相殺してしまう。
(1) In the case of early closing Since the intake valve is closed early, the intake time is shortened and it is difficult to perform sufficient intake. Also, since the intake stroke time is shortened (compared to Otto cycle and late closing), it is necessary to increase the moving speed (opening / closing speed) of the intake valve and open / close the intake valve rapidly. Sex occurs. On the other hand, if the intake valve is suddenly opened and closed, a load is applied to the valve and the valve seat.
Furthermore, since the intake valve is closed early, the shape of the cam that drives the valve becomes a so-called “pointed” shape, and wear of the valve and a valve member that opens and closes the valve in contact with the cam becomes a problem.
In addition, in order to prevent the valve and the upper surface of the piston from interfering with each other in the vicinity of the top dead center, it is necessary to provide a recess for the valve relief in the piston, so that the non-expandable (bottom dead center volume / top dead center volume) cannot be increased. This offsets the advantages of the mirror cycle.
(2)遅閉じ(図14で1サイクルを示す)の場合
オットーサイクル(図13で全サイクルを示す)に比較して吸気弁13閉鎖のタイミングが遅くなる(図14の(14−1b)〜(14−2)を参照)ため、燃焼室9から吸気系(吸気ポート)11に空気が逆流してしまう(吹き戻し)。ここで、逆流する空気は燃焼室9から熱を貰っており、吹き戻しの温度が百数十℃に達するため、燃焼室9から吸気系に逆流した空気が保有する熱量が、吸気系統から燃焼室9に入ろうとする空気を加熱して熱膨張させてしまう。
その結果、吸気バルブを遅く閉じた後に有効圧縮が開始することによりミラーサイクルの長所である低圧縮化を実現して、エンジン自身の消費馬力の削減することを意図しても、圧縮工程終了時の空気温度が低下しないために、ノッキングを回避することが困難となる。
換言すれば、吸気の熱膨張を防止するために吸気系には種々の技術が施されているが、燃焼室9から吸気系に逆流した空気が保有する熱量が吸気に投入されてしまうので、熱膨張防止のための各種技術が存在したとしても、吸気の熱膨張を防止することが出来なくなってしまうのである。
(2) In the case of delayed closing (showing one cycle in FIG. 14) The timing of closing the
As a result, effective compression starts after the intake valve is closed late to achieve low compression, which is an advantage of the Miller cycle, and even when the engine itself is intended to reduce the horsepower consumption, Therefore, it is difficult to avoid knocking.
In other words, various techniques are applied to the intake system in order to prevent thermal expansion of the intake air, but the amount of heat held by the air flowing back from the combustion chamber 9 to the intake system is input to the intake air. Even if various technologies for preventing thermal expansion exist, it is impossible to prevent thermal expansion of intake air.
この様な問題は、従来の「早閉じ」タイプのミラーサイクルエンジンでも、「遅閉じ」タイプのミラーサイクルエンジンでも、依然として解消されていない。
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、ミラーサイクルを行う内燃機関であって、早閉じタイプの場合の様に吸気弁に負担を与えること無く、遅閉じタイプの場合の様に燃焼室内に侵入した吸気が吸気系に吹き戻されることが無い様な内燃機関の提供を目的としている。 The present invention has been proposed in view of the above-described problems of the prior art, and is an internal combustion engine that performs a mirror cycle, which does not impose a burden on the intake valve as in the case of the early closing type, and is a late closing type It is an object of the present invention to provide an internal combustion engine in which the intake air that has entered the combustion chamber is not blown back into the intake system as in the case of.
本発明の内燃機関は、ミラーサイクルを行う4サイクルの内燃機関において、ピストン(2)が、吸気弁に近い側の第1のピストン(上側ピストン3)とクランクに近い側の第2のピストン(下側ピストン4)とに分離し或いは第1のピストン(3)と第2のピストン(4)とが一体となってシリンダ(1)内を移動する様に構成されており、第1のピストン(3)と第2のピストン(4)とは吸気行程では分離し、圧縮行程では分離した第1のピストン(3)と第2のピストン(4)とが近接し、膨張行程及び排気行程では第1のピストン(3)と第2のピストン(4)とが一体的にシリンダ(1)内を移動する様に構成されていることを特徴としている(請求項1)。 The internal combustion engine of the present invention is a four-cycle internal combustion engine that performs a mirror cycle, in which the piston (2) has a first piston (upper piston 3) closer to the intake valve and a second piston (closer to the crank). The first piston (3) is separated from the lower piston (4), or the first piston (3) and the second piston (4) are integrally moved in the cylinder (1). (3) and the second piston (4) are separated in the intake stroke, the separated first piston (3) and the second piston (4) are close in the compression stroke, and in the expansion stroke and the exhaust stroke. The first piston (3) and the second piston (4) are configured to move integrally within the cylinder (1) (Claim 1).
本発明において、第1のピストン(3)と第2のピストン(4)とが分離し或いは近接する場合に、第1のピストン(3)を案内するロッド(33R、33L)は第2のピストンに設けられた液圧ダンパ機構(DL、DR)に接続されており、該液圧ダンパ機構(DL、DR)は当該ロッド(33R、33L)に設けられた遮断部材(仕切り:34L、34R)により第1の室(上室41Lu、41Ru)と第2の室(下室41Lb、41Rb)とに分離されており、第2のピストン(4)内には第1の室と第2の室とに貯留される圧液(圧油)が流過する流路(圧油用流路44〜46、47L、47R)が形成されており、連接棒(5)がピストン移動方向(鉛直方向)と平行であれば第1の室(上室41Lu、41Ru)と第2の室(下室41Lb、41Rb)とは連通されないが、連接棒(5)がピストン移動方向(鉛直方向)に対して(所定の角度以上:ケース・バイ・ケース)傾斜すれば第1の室(上室41Lu、41Ru)と第2の室(下室41Lb、41Rb)とが連通される様に構成されているのが好ましい(請求項2)。
In the present invention, when the first piston (3) and the second piston (4) are separated or close to each other, the rods (33R, 33L) for guiding the first piston (3) are the second piston. The hydraulic damper mechanism (DL, DR) is connected to the hydraulic damper mechanism (DL, DR), and the hydraulic damper mechanism (DL, DR) is a blocking member (partition: 34L, 34R) provided to the rod (33R, 33L). Is separated into a first chamber (upper chamber 41Lu, 41Ru) and a second chamber (lower chamber 41Lb, 41Rb), and the first chamber and the second chamber are disposed in the second piston (4). Are formed in the flow path (pressure
そして、ピストンに接続された連接棒(5)のピストン側端部(小端部6)の周縁部にも前記圧液(圧油)が流過する流路(圧油用流路61L、61R)が形成されており、連接棒(5)のピストン側端部(小端部6)の周縁部に形成された流路(61L、61R)は、連接棒(5)がピストン移動方向(鉛直方向)と平行であれば第2のピストン(下側ピストン4)内に形成された流路(圧油用流路47L、47R、45)には連通しないが、連接棒(5)がピストン移動方向(鉛直方向)に対して(所定の角度以上:ケース・バイ・ケース)傾斜すれば第2のピストン(下側ピストン4)内に形成された流路(圧油用流路44〜46、47L、47R)と連通し、以って、第1の室(上室41Lu、41Ru)と第2の室(下室41Lb、41Rb)とを連通する様に構成されているのが好ましい(請求項3)。
And the flow path (pressure
本発明は、早閉じタイプのミラーサイクルに適用することが可能である。
すなわち、吸気弁(13)が通常のオットーサイクルに比較して早い時期に閉鎖するタイプの内燃機関に、上述したピストン(2;3,4)を適用することが可能である。
但し、吸気弁(13)が開いている時間が短いので、給気量が少なくなる恐れある。そのため、新規の吸入を、過給機構等を用いて行う必要がある。
The present invention can be applied to an early closing type mirror cycle.
That is, it is possible to apply the piston (2; 3, 4) described above to an internal combustion engine of a type in which the intake valve (13) closes earlier than a normal Otto cycle.
However, since the intake valve (13) is open for a short time, the air supply amount may be reduced. Therefore, it is necessary to perform new inhalation using a supercharging mechanism or the like.
上述した構成を具備する本発明によれば、吸気行程では第1のピストン(上側ピストン3)と第2のピストン(下側ピストン4)とは分離し、第2のピストン(下側ピストン4)がシリンダ(1)におけるクランク(8)に最近接する位置に到達すれば、両者(第1のピストン3と第2のピストン4)との間隔が最大になり、下死点に到達する以前の段階であってもそれ以上は、上側ピストン(3)は下降しなくなる。その結果、吸気弁(13)を「早閉じ」しなくても、圧縮行程の時間が短縮される。すなわち、圧縮比が低減される。
According to the present invention having the above-described configuration, the first piston (upper piston 3) and the second piston (lower piston 4) are separated in the intake stroke, and the second piston (lower piston 4) is separated. Reaches the position closest to the crank (8) in the cylinder (1), the distance between the two (the
次の圧縮行程では分離した第1のピストン(3)と第2のピストン(4)とが近接し、圧縮行程終了時には第1のピストン(3)と第2のピストン(4)とは一体化する。そして、第1のピストン(3)と第2のピストン(4)とは一体化した状態で膨張行程及び排気行程が行われるので、第1のピストン(3)がシリンダ(1)内を移動する距離は、吸気行程及び圧縮行程の場合よりも、第1のピストン(3)と第2のピストン(4)とが離隔していた距離だけ長くなる。換言すれば、その分だけ、膨張行程で膨張した気体の体積が増加し、膨張比が高くなる。 In the next compression stroke, the separated first piston (3) and second piston (4) are close to each other, and at the end of the compression stroke, the first piston (3) and the second piston (4) are integrated. To do. Since the expansion stroke and the exhaust stroke are performed in a state where the first piston (3) and the second piston (4) are integrated, the first piston (3) moves in the cylinder (1). The distance becomes longer than the distance between the first piston (3) and the second piston (4) than in the intake stroke and the compression stroke. In other words, the volume of the gas expanded in the expansion stroke is increased by that amount, and the expansion ratio is increased.
すなわち、本発明によれば、吸気弁(13)の閉鎖タイミングを変更すること無く、ミラーサイクルを実行して、圧縮比を低くし、且つ、膨張比を高くすることが可能となる。 That is, according to the present invention, it is possible to execute the mirror cycle without changing the closing timing of the intake valve (13), thereby reducing the compression ratio and increasing the expansion ratio.
ここで、従来技術と、本発明の相違点としては、従来技術によるミラーサイクルが吸気弁閉鎖時期の調整によって実行され、いわゆる「見做し低圧縮化」或いは「見かけの低圧縮化」であったのに対して、本発明によって行われるミラーサイクルでは、ピストンの変位制御によって、本来的な意味での「低圧縮化」を実現している。
すなわち、本発明によれば、機構的な特徴により、更なる低圧縮化が可能となる。
Here, the difference between the prior art and the present invention is that the mirror cycle according to the prior art is executed by adjusting the closing timing of the intake valve, which is the so-called “reduced low compression” or “apparent low compression”. On the other hand, in the mirror cycle performed according to the present invention, “lower compression” in the original sense is realized by piston displacement control.
That is, according to the present invention, it is possible to further reduce the compression due to the mechanical feature.
また、下側のピストン(4)の速度は変わらないが、上側のピストン(3)の速度は遅くなる。吸気速度が遅くなるため、吸気抵抗が減少する。即ち、ポンピングロスの更なる低減が可能となる。 Further, the speed of the lower piston (4) is not changed, but the speed of the upper piston (3) is decreased. Since the intake speed becomes slow, the intake resistance decreases. That is, the pumping loss can be further reduced.
吸気弁(13)の開閉動作を急激に行う必要が無いため、吸気時に吸気弁(13)が燃焼室(9)側に突出した際に、ピストン(3)と吸気弁(13)が干渉してしまう恐れも無くなる。 Since it is not necessary to open and close the intake valve (13) suddenly, when the intake valve (13) protrudes toward the combustion chamber (9) during intake, the piston (3) and the intake valve (13) interfere with each other. There is no fear of it.
吸気弁(13)の開閉タイミングを通常のオットーサイクルの場合と変化させる必要が無いため、従来の早閉じタイプのミラーサイクルと比較して、十分な吸気が可能となる。 Since there is no need to change the opening / closing timing of the intake valve (13) as in the case of a normal Otto cycle, sufficient intake can be achieved as compared with a conventional mirror cycle of the early closing type.
吸気弁(13)を開放している時間を短くする必要が無いため、吸気弁(13)の開閉動作における速度を高速化する(開閉動作を急激に行う)必要が無く、弁(13)や弁座に負担を与える事も無い。
また、カムをいわゆる「尖った」形状にする必要が無いため、カム及びカムに当接する動弁部材の摩耗や破損が防止出来る。
Since there is no need to shorten the time during which the intake valve (13) is opened, there is no need to increase the speed in the opening / closing operation of the intake valve (13) (the opening / closing operation is abruptly performed). There is no burden on the valve seat.
In addition, since the cam does not need to have a so-called “pointed” shape, wear and breakage of the cam and the valve member that contacts the cam can be prevented.
従来技術の遅閉じの様な吹き戻しの現象が生じないので、吸気温度が上昇しない。したがって、ノッキング回避能力が向上する。 The intake air temperature does not rise because the blow-back phenomenon like the slow closing of the prior art does not occur. Therefore, the knocking avoidance ability is improved.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について、説明する。
図1において、図示の実施形態の内燃機関は、シリンダ1と、シリンダ1内を上下に摺動して移動するピストン2と、シリンダ1の上端に配置されたシリンダヘッド10と、クランク8と、ピストン2(の後述する第2のピストン4)とクランクとを連結する連接棒5とを有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
1, the internal combustion engine of the illustrated embodiment includes a cylinder 1, a
シリンダヘッド10には、シリンダ1の上端側に開口部を持つ吸気ポート11及び排気ポート12が形成され、吸気ポート11には吸気バルブ13が、排気ポート12には排気バルブ14が夫々配置されている。
吸気ポート11の上流側にはスロットル弁16が設けられている。また、シリンダヘッド10の下端中央には点火プラグ15が配置されている。
The
A
前記ピストン2は、シリンダヘッド10側、即ち、給排気弁に近い側の第1のピストン(上側ピストン、以降、第1のピストンを上側ピストンと言う)3と、クランク8に近い側の第2のピストン(下側ピストン、以降、第2のピストンを下側ピストンと言う)4とで構成されている。そして、上側のピストン3の頂部とシリンダヘッドの下面によって、容量可変の燃焼室9が形成される。
The
上側ピストン3は、図2に詳細を示すように、ピストン本体31と、ピストン本体の下面3Bから鉛直下方に延在する1対のガイドロッド33L、33Rとで構成されている。
ピストン本体31には、図示では明確ではないがピストンリング溝が形成されており、その溝にピストンリング32が嵌め込まれている。
As shown in detail in FIG. 2, the
The piston
前記1対のガイドロッド33L、33Rの先端には、円盤状部材(後述するダンパ機構を構成する下側ピストン4に形成した油圧室41L、41Rを上下に分離する仕切り板、以降、円盤状部材を仕切り板と言う)34L、34Rが形成されている。
換言すれば、油圧室41L、41Rをシリンダと見立てれば、仕切り板34L、34Rはピストンであり、ピストン34L、34Rがシリンダ41L、41R内を摺動するように構成されている。
At the tip of the pair of
In other words, when the
一方、下側ピストン4は、図3に詳細を示すように、ピストン4の図示しない中心軸に対称な位置に1対の円柱状空間である油圧室41L、41Rが中心軸と平行して形成されている。
On the other hand, as shown in detail in FIG. 3, the
下側ピストン4の中央近傍には、後述する連接棒5の小端部(上端部)6の側端部を回動自在に収容する小端部収容孔43が形成されている。
Near the center of the
前記油圧室41L、41Rは、ガイド孔42L、42Rによって、ピストン上面4Uと連通しており、前記上側ピストンのガイドロッド33L、33Rをそのガイド孔42L、42Rに摺動自在に挿通させるように形成されている。
また、この油圧室(シリンダ)41L、41Rは、内部に上側ピストンのガイドロッド33L、33R及びガイドロッド先端の仕切り板(ピストン)34L、34Rを収容した(2点鎖線で上側ピストンのガイドロッド33L、33R及びガイドロッド先端の仕切り板34L、34Rを収容した状態を示す)際には、仕切り板(ピストン)34L、34Rによって、油圧室(シリンダ)41L、41Rを上下の部屋41Lu、41Lb;41Ru、41Rbに液密に分離される。
The
The hydraulic chambers (cylinders) 41L and 41R accommodate
油圧室41L、41Rの上方には双方の油室を連通する油圧用流路44が形成され、油圧室41L、41Rの下方には双方の油室を連通する油圧用流路45が形成されている。
A
前記油圧用流路44の中央には、下方に向って流路46が形成され、その流路46は、前記小端部収容孔43に連通するように構成されている。また、前記油圧用流路45の、左右の油圧室41L、41R近傍からは垂直上方に向って夫々流路47L、47Rが立上り、その流路47L、47Rは小端部収容孔43の中心よりやや上方部で直角に折れ曲がり、小端部収容孔43に連通するように形成されている。
A
連接棒5は、連接部50と前記小端部(上端部)6と大端部(下端部)7とを有しており、図4の部分詳細図に示すように、その小端部6の周縁部にも圧油の流路61L、61Rが形成されている。流路61L、61Rは、連接部50の延長部分62で分離されている。
The connecting
図示の実施形態では、上側ピストンのガイドロッド33L、33R、仕切り板34L、34R;下側ピストンに形成された油圧室41L、41R、油圧流路44〜46,47L、47R;連接棒5の小端部6に形成された流路61L、61R及び、下側ピストン4の油圧室41L、41Rにおける仕切り板34L、34Rの図示の上方の部屋(上室)41Lu、41Ruに格納される緩衝用スプリングSによって油圧ダンパDL、DRが構成される。
In the illustrated embodiment, upper
連接棒5の小端部6の周縁部に形成された圧油流路61L、61Rは、流路47L或いは47R及び流路45を介して、左右のダンパDL、DRの下室41Lb、41Rbと連通している。
図1(図5と同じ)で示す状態、すなわち連接棒5が鉛直軸と平行に延在している状態では、圧油流路61L、61Rは、ダンパDL、DRの上室41Lu、41Ruとは連通していない。
In the state shown in FIG. 1 (same as FIG. 5), that is, the connecting
ダンパDL、DRの上室41Lu、41Ruと連通する流路44、46とは、連接部50の延長部分62によって遮断されているからである。従って、図1で示す状態では、左右のダンパDL、DRの下室41Lb、41Rbと、上室41Lu、41Ruとを連通する圧油回路は形成されておらず、ダンパDL、DRの下室41Lb、41Rbと、上室41Lu、41Ruとの間では油は移動しない。
This is because the
これに対して、図6(吸気工程)、図8(圧縮工程)、図10(膨張行程)、図12(排気工程)で示す様に、連接棒5が鉛直軸に対してある程度の角度だけ傾くと、連接部50の延長部分62が図1(図5と同じ)で示す位置から左右何れかに変位するので、流路44が流路61L、61Rの何れか一方と連通する。その結果、ダンパDL、DRの上室41Lu、41Ruと下室41Lb、41Rbとは、流路44、流路46、流路61L、61Rの何れか一方、流路47L、47Rの何れか一方、流路45という流路を経て、相互に圧油が移動可能となる。
In contrast, as shown in FIG. 6 (intake process), FIG. 8 (compression process), FIG. 10 (expansion process), and FIG. 12 (exhaust process), the connecting
次に、図5〜図12を参照して、当該内燃機関の1サイクル全工程における、上側ピストン3と下側ピストン4の相対位置関係、及びダンパ機構DL、DRにおける圧油の流れを説明する。
尚、クランクの回転方向は、時計回り(円弧の矢印で示す)である。
Next, the relative positional relationship between the
Note that the rotation direction of the crank is clockwise (indicated by a circular arrow).
先ず、図5の吸気工程の始まりである上死点では、上側ピストン3と下側ピストン4とは接触している。上述したように、連接部50の延長部分62が流路46を遮るため、ダンパDL、DRの圧油の流れはない。
First, the
図6では吸気が進み、連接棒5の傾斜角が所定値を超えると、ダンパDL、DRの油圧回路、即ち、流路は上述したように全て連通する。吸気中であるので、燃焼室9は負圧となり、上側ピストン3には上方に留まろうとする力、慣性力が作用する。一方、下側ピストン4は連接棒5でクランク8に接続されているので、クランク8の回転に従って、下降する。慣性力と、吸気側の負圧の作用により、上側ピストン3は、下側ピストン4に少し遅れて下降する。
即ち、上側ピストン3と下側ピストン4とは互いに離れ始める。上側ピストン3と下側ピストン4とが離れ始めれば油圧室41L、41R内の仕切り板34L、34Rは上方へ移動し、油圧室内の圧油は上室41Lu、41Ruから流路44、46、61R、47R、45を経由して下室41Lb、41Rbへ圧油が流れる。
In FIG. 6, when the intake air advances and the inclination angle of the connecting
That is, the
ここで、上室41Lu、41Ru内には緩衝用スプリングSがある(図6では符号を付してない)ので、急激に、ピストン3,4が離れていくわけではない。
下死点の少し手前では、上側ピストンの慣性力と油圧回路が通じて油圧が作用しない状態での緩衝用スプリングSの反力とによって上側ピストン3と下側ピストン4との距離は縮まりつつある。
Here, since the buffer springs S are present in the upper chambers 41Lu and 41Ru (the reference numerals are not given in FIG. 6), the
A little before the bottom dead center, the distance between the
図7の吸気工程から圧縮工程に転ずる下死点では、前述した理由で、下室41Lb、41Rbのオイルは、上室41Lu、41Ruとの連通が遮断されている。そのため、上側ピストン3の下降しようとする慣性力に抗して、上側ピストン3と下側ピストン4とは、分離した状態を維持する。
At the bottom dead center where the intake process is changed to the compression process in FIG. 7, the oil in the lower chambers 41Lb and 41Rb is blocked from communicating with the upper chambers 41Lu and 41Ru for the reason described above. Therefore, the
図8の圧縮工程の中期では、上室41Lu、41Ruと下室41Lb、41Rbとが連通する。即ち、ダンパDL、DRには油圧が作用しない状態である。また、燃焼室の空気が圧縮されても弁13,14は閉じているので、下側ピストン4が上側ピストン3に近づき、やがて、図9の上死点の少し手前において上側ピストン3と下側ピストン4は密着する。
In the middle of the compression process of FIG. 8, the upper chambers 41Lu and 41Ru and the lower chambers 41Lb and 41Rb communicate with each other. That is, no hydraulic pressure is applied to the dampers DL and DR. Further, since the
図9の上死点では、上室41Lu、41Ruと下室41Lb、41Rbは再び圧油の連通を遮断される。上側ピストン3が慣性で燃焼室8の上端にぶつかろうとしても、ダンパ機構の上室41Lu、41Ruの圧油が移動しないので、下側ピストン4から離隔することが出来ない。そのため、上側ピストン3は、燃焼室8上端に衝突しない。
9, the upper chambers 41Lu and 41Ru and the lower chambers 41Lb and 41Rb are again disconnected from the pressure oil. Even if the
図9の上死点を過ぎ、図10の圧縮工程に入れば、下死点近傍までは、爆発・膨張によって燃焼室9の圧力上昇が大となり、上側ピストン3が下側ピストン4を下側へ押し付けること(圧着したまま)となるので、油圧室の上室41Lu、41Ruから下室41Lb、41Rbへのオイルの移動は無い。したがって、上側ピストン3と下側ピストン4とは、一体となって下降する。
If the top dead center of FIG. 9 is passed and the compression process of FIG. 10 is entered, the pressure increase in the combustion chamber 9 becomes large due to explosion / expansion until the bottom dead center and the
そのまま、膨張行程の終わりである下死点(図11)を過ぎ、図12の排気工程に入る。
排気工程では、排気弁14が開いている。下側ピストン4が上側ピストン3を押し上げるので、両者は離隔することはない。再び上死点(図5参照)に来た時、図9の上死点の場合と同様の理由により、ピストン2(の上側ピストン3)が燃焼室9の上端と衝突することはない。
As it is, the bottom dead center (FIG. 11) which is the end of the expansion stroke is passed, and the exhaust process of FIG. 12 is entered.
In the exhaust process, the
図示の実施形態の内燃機関によれば、吸気行程では第1のピストン(上側ピストン)3と第2のピストン(下側ピストン)4とは分離し、第2のピストン(下側ピストン)4がシリンダ1におけるクランク8に最近接する位置に到達すれば、両者との間隔が最大になり、下死点に到達する以前の段階であってもそれ以上は、上側ピストン3は下降しなくなる。その結果、吸気弁13を「早閉じ」しなくても、圧縮行程の時間が短縮される。すなわち、圧縮比が低減される。
According to the internal combustion engine of the illustrated embodiment, the first piston (upper piston) 3 and the second piston (lower piston) 4 are separated in the intake stroke, and the second piston (lower piston) 4 is When the position closest to the crank 8 in the cylinder 1 is reached, the distance between the two reaches the maximum, and the
次の圧縮行程では分離した上側ピストン3と下側ピスト4とが近接し、圧縮行程終了時には上側ピストン3と下側ピストン4とは一体化する。そして、上側ピストン3と下側ピストン4とは一体化した状態で膨張行程及び排気行程が行われるので、上側ピストン3がシリンダ1内を移動する距離は、吸気行程及び圧縮行程の場合よりも、上側ピストン3と下側ピストン4とが離隔していた距離だけ長くなる。
換言すれば、その分だけ、膨張行程で膨張した気体の体積が増加し、膨張比が高くなる。
In the next compression stroke, the separated
In other words, the volume of the gas expanded in the expansion stroke is increased by that amount, and the expansion ratio is increased.
すなわち、図示の実施形態によれば、吸気弁13の閉鎖タイミングを変更すること無く、ミラーサイクルを実行して、圧縮比を低くし、且つ、膨張比を高くすることが可能となる。
That is, according to the illustrated embodiment, it is possible to execute the mirror cycle without changing the closing timing of the
また、下側のピストン4の速度は変わらないが、上側のピストン3の速度は遅くなる。吸気速度が遅くなるため、吸気抵抗が減少する。即ち、ポンピングロスの更なる低減が可能となる。
Further, the speed of the
吸気弁13の開閉動作を急激に行う必要が無いため、吸気時に吸気弁13が燃焼室9側に突出した際に、ピストン2(の上側ピストン3)と吸気弁13が干渉してしまう恐れも無くなる。
Since it is not necessary to perform the opening / closing operation of the
吸気弁13の開閉タイミングを通常のオットーサイクルの場合と変化させる必要が無いため、従来の早閉じタイプのミラーサイクルと比較して、十分な吸気が可能となる。
Since it is not necessary to change the opening / closing timing of the
吸気弁13を開放している時間を短くする必要が無いため、吸気弁13の開閉動作における速度を高速化する(開閉動作を急激に行う)必要が無く、吸気弁13や弁座に負担を与える事も無い。
また、カムを「尖った」形状にする必要が無いため、カム及びカムに当接する動弁部材の摩耗や破損が防止出来る。
Since it is not necessary to shorten the time during which the
Further, since it is not necessary to make the cam have a “pointed” shape, the cam and the valve member that contacts the cam can be prevented from being worn or damaged.
従来技術の遅閉じの様な吹き戻しの現象が生じないので、吸気温度が上昇しない。したがって、ノッキング回避能力が向上する。 The intake air temperature does not rise because the blow-back phenomenon like the slow closing of the prior art does not occur. Therefore, the knocking avoidance ability is improved.
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術範囲を限定する趣旨ではない。
例えば、図示の実施形態では、上下のピストンを近接し或いは離隔するのには圧油を用いているが、圧油以外の流体を使用することは可能である。また、流体機構を使用すること無く、その他の機械的な手段を採用することも可能である。
The illustrated embodiment is merely an example, and is not intended to limit the technical scope of the present invention.
For example, in the illustrated embodiment, pressure oil is used to bring the upper and lower pistons closer to or away from each other, but fluids other than pressure oil can be used. It is also possible to employ other mechanical means without using a fluid mechanism.
本発明は、例えば4サイクルエンジンを原動機として使用する分野であって、その使用において高効率であることが優先項目となる様な産業分野については、全て、有効に利用することが出来る。 The present invention can be effectively used for all industrial fields in which, for example, a four-cycle engine is used as a prime mover and high efficiency in the use is a priority item.
1・・・シリンダ
2・・・ピストン
3・・・第1のピストン/上側ピストン
4・・・第2のピストン/下側ピストン
5・・・連結棒
6・・・小端部
7・・・大端部
8・・・クランク
9・・・燃焼室
10・・・シリンダヘッド
11・・・吸気ポート
12・・・排気ポート
13・・・吸気弁
14・・・排気弁
33L、33R・・・ガイドロッド
34L、34R・・・仕切り板
41L、41R・・・油室
44〜46、47L、47R・・・流路
61L、61R・・・流路
S・・・緩衝用スプリング
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004318903A JP2006132331A (en) | 2004-11-02 | 2004-11-02 | Internal combustion engine |
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JP2004318903A JP2006132331A (en) | 2004-11-02 | 2004-11-02 | Internal combustion engine |
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Family Applications (1)
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JP2004318903A Pending JP2006132331A (en) | 2004-11-02 | 2004-11-02 | Internal combustion engine |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112282931A (en) * | 2020-10-20 | 2021-01-29 | 苗立志 | New energy automobile engine |
CN113389639A (en) * | 2020-03-12 | 2021-09-14 | 赵天安 | Engine with compression ratio adjusting mechanism |
-
2004
- 2004-11-02 JP JP2004318903A patent/JP2006132331A/en active Pending
Cited By (3)
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CN113389639A (en) * | 2020-03-12 | 2021-09-14 | 赵天安 | Engine with compression ratio adjusting mechanism |
CN113389639B (en) * | 2020-03-12 | 2022-09-27 | 赵天安 | Engine with compression ratio adjusting mechanism |
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