JP2006233963A - Four cycle internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、4サイクル内燃機関に関し、特に、排気ガス(既燃焼ガス)又は新気(空気のみ又は空気と燃料の混合気)によりスワールを発生させるようにした4サイクル内燃機関に関する。 The present invention relates to a four-cycle internal combustion engine, and more particularly to a four-cycle internal combustion engine in which swirl is generated by exhaust gas (burned gas) or fresh air (air alone or a mixture of air and fuel).
従来、排気ガスの一部を燃焼室に戻すことによって、燃焼室における混合気の燃焼を緩慢にして最高燃焼温度を下げ、窒素酸化物(NOx)を低減する排気ガス再循環装置(EGR:Exhaust Gas Re-circulation)を備えた4サイクル内燃機関が広く用いられている。 Conventionally, an exhaust gas recirculation device (EGR: Exhaust) that slows the combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber, lowers the maximum combustion temperature, and reduces nitrogen oxides (NOx) by returning a part of the exhaust gas to the combustion chamber. A four-cycle internal combustion engine equipped with gas re-circulation is widely used.
例えば、燃焼室に連結された副排気ポートに副排気弁を設け、当該副排気ポートを介して排出された既燃焼ガスの一部(EGRガス)を貯留するガス貯留室を備え、当該ガス貯留室に貯留されたEGRガスを所定のタイミングで燃焼室に戻すEGRが知られている(例えば、特許文献1参照)。
上述した従来の排気ガス再循環装置(EGR)を備える4サイクル内燃機関では、ポンピングロスの低減に伴う燃費の改善が図れるが、近年では、さらなる燃費の改善が望まれていた。 In the four-cycle internal combustion engine provided with the above-described conventional exhaust gas recirculation device (EGR), the fuel consumption can be improved along with the reduction of the pumping loss. However, in recent years, further improvement of the fuel consumption has been desired.
また、上述した従来のEGRを備える4サイクル内燃機関は、排気ガスを燃焼室から排出する主排気ポート及び主排気バルブに加え、副排気ポート及び副排気バルブが必要となる。 In addition, the above-described four-cycle internal combustion engine equipped with the conventional EGR requires a sub exhaust port and a sub exhaust valve in addition to a main exhaust port and a main exhaust valve that discharge exhaust gas from the combustion chamber.
このため、シリンダーヘッド部分の構造が複雑となり、製造コストの上昇などを招くといった問題があった。 For this reason, there has been a problem that the structure of the cylinder head portion becomes complicated, leading to an increase in manufacturing cost.
そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、シリンダーヘッド部分の構造を複雑にすることなく、さらに燃費を改善するとともに窒素酸化物(NOx)を低減することができる4サイクル内燃機関を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and can further improve fuel efficiency and reduce nitrogen oxides (NOx) without complicating the structure of the
上述した問題を解決するため、本願第1発明〜第3発明は、次のような特徴を有している。まず、第1発明の第1の特徴は、燃焼室40と、上記燃焼室に開口する吸気通路(吸気ポート)21と、上記燃焼室に開口する排気通路(排気ポート)31と、上記吸気通路の燃焼室側開口を開閉する吸気バルブ22と、上記排気通路の燃焼室側開口を開閉する排気バルブ32とを備えた4サイクル内燃機関(エンジン)10であって、上記排気通路に連通し、上記燃焼室から排出される既燃焼ガスGを貯留するガス貯留室100を備え、膨張行程又は排気行程において上記排気バルブが開いている間に、上記既燃焼ガスが上記ガス貯留室に流入し、吸気行程において上記排気バルブが開いている間に、上記ガス貯留室に貯留されている上記既燃焼ガスが上記燃焼室に排出されることを要旨とする。
In order to solve the above-described problems, the first to third inventions of the present application have the following features. First, the first feature of the first invention is that a
かかる特徴によれば、内部EGR量を従来より大きくできるため、ポンピングロスが低減する。 According to such a feature, the amount of internal EGR can be made larger than before, so that the pumping loss is reduced.
また、かかる特徴によれば、排気通路に連通し、燃焼室から排出される既燃焼ガスを貯留するガス貯留室が設けられるため、ガス貯留室と連通される専用の吸排気通路及びバルブを設ける必要がない。 Further, according to this feature, since the gas storage chamber that stores the burned gas discharged from the combustion chamber is provided that communicates with the exhaust passage, a dedicated intake / exhaust passage and a valve that communicate with the gas storage chamber are provided. There is no need.
すなわち、かかる特徴によれば、シリンダーヘッド部分の構造を複雑にすることなく、さらに燃費を改善するとともに窒素酸化物(NOx)を低減することができる4サイクル内燃機関を提供することができる。 That is, according to this feature, it is possible to provide a four-cycle internal combustion engine that can further improve fuel economy and reduce nitrogen oxides (NOx) without complicating the structure of the cylinder head portion.
本願第1発明の第2の特徴は、上記第1の特徴に係り、上記膨張行程において上記排気バルブが開いたときに、上記既燃焼ガスが上記ガス貯留室に流入し、上記吸気行程において上記排気バルブが開いている間に、上記既燃焼ガスが上記燃焼室に排出されることを要旨とする。 A second feature of the first invention of the present application relates to the first feature, wherein when the exhaust valve is opened in the expansion stroke, the burned gas flows into the gas storage chamber, and the intake stroke in the intake stroke The gist is that the burned gas is discharged into the combustion chamber while the exhaust valve is open.
本願第1発明の第3の特徴は、上記第1の特徴に係り、上記既燃焼ガスが上記燃焼室に排出されるタイミングが、上記吸気バルブ及び上記排気バルブが開いているオーバーラップ期間内であることを要旨とする。 A third feature of the first invention of the present application relates to the first feature, wherein the timing at which the burned gas is discharged into the combustion chamber is within an overlap period in which the intake valve and the exhaust valve are open. It is a summary.
本願第1発明の第4の特徴は、上記第1の特徴に係り、上記排気バルブが、上記排気通路の上記燃焼室への開口部を開閉する弁部32aと、該弁部から延びる柄部32bとによって構成されており、上記排気通路内における上記弁部の周辺から上記ガス貯留室に連通するガス連通路(既燃焼ガス誘導管)110をさらに備えることを要旨とする。
A fourth feature of the first invention of the present application relates to the first feature, wherein the exhaust valve has a
本願第1発明の第5の特徴は、上記第4の特徴に係り、上記ガス連通路の上記弁部側の端部110eが、上記燃焼室の周部40pに沿った方向に向いていることを要旨とする。
A fifth feature of the first invention of the present application relates to the fourth feature, wherein the valve portion
本願第1発明の第6の特徴は、上記第1の特徴に係り、上記吸気通路に連通し、該吸気通路を流動する新気を貯留する新気貯留室69を備え、吸気行程において上記吸気バルブが開いている間に、上記新気貯留室に貯留されている新気が上記燃焼室に吸入されることを要旨とする。
A sixth feature of the first invention of the present application is related to the first feature, comprising a fresh
本願第1発明の第7の特徴は、上記第1の特徴に係り、上記吸気通路を流動する新気を貯留する新気貯留室69と、該新気貯留室と上記吸気通路の燃焼室側開口近傍部分に連通する第1新気連通路70とを備え、吸気通路の圧力変動により、新気が上記第1新気連通路を介して上記新気貯留室に流入し、吸気行程において上記吸気バルブが開いている間に、上記新気貯留室に貯留されている新気が上記第1新気連通路を介して上記燃焼室に吸入されることを要旨とする。
The seventh feature of the first invention of the present application relates to the first feature, and is a fresh
本願第1発明の第8の特徴は、上記第7の特徴に係り、上記新気貯留室と上記吸気通路とを連通する第2新気連通路を備え、吸気通路の圧力変動により新気が上記第1,第2新気連通路を介して上記新気貯留室に流入し、吸気行程において上記吸気バルブが開いている間に、上記新気貯留室に貯留されている新気が上記第1新気連通路を介して上記燃焼室に吸入されることを要旨とする。 An eighth feature of the first invention of the present application relates to the seventh feature, and includes a second fresh air communication passage that communicates the fresh air storage chamber and the intake passage, and fresh air is generated by pressure fluctuations in the intake passage. The fresh air stored in the fresh air storage chamber flows into the fresh air storage chamber via the first and second fresh air communication passages while the intake valve is open during the intake stroke. The gist is to be sucked into the combustion chamber through one fresh air communication passage.
本願第1発明の第9の特徴は、上記第8の特徴に係り、上記第2新気連通路は、上記吸気通路のスロットルバルブより下流側近傍部分に連通していることを要旨とする。 A ninth feature of the first invention of the present application is related to the eighth feature, wherein the second fresh air communication passage communicates with a portion near the downstream side of the throttle valve of the intake passage.
本願第1の発明の第10の特徴は、上記第6の特徴に係り、上記ガス貯留室と排気通路の燃焼室側開口近傍部分とを連通するガス連通路は、燃焼室内周に対して接線方向に向くように配置されていることを要旨とする。 A tenth feature of the first invention of the present application relates to the sixth feature, wherein the gas communication passage that communicates the gas storage chamber and the portion near the combustion chamber side opening of the exhaust passage is tangent to the periphery of the combustion chamber. The gist is that they are arranged in the direction.
本願第1の発明の第11の特徴は上記第10の特徴に係り、上記新気貯留室と吸気通路の燃焼室側開口近傍部分とを連通する第1新気連通路は、燃焼室の中心側に形成された同心円に対して接線をなすように配置されていることを要旨としている。 An eleventh feature of the first invention of the present application is related to the tenth feature, wherein the first fresh air communication passage that communicates the fresh air storage chamber and the vicinity of the opening on the combustion chamber side of the intake passage is the center of the combustion chamber. The gist is that they are arranged so as to be tangent to a concentric circle formed on the side.
本願第2発明の第1の特徴は、燃焼室と、上記燃焼室に開口する吸気通路と、上記燃焼室に開口する排気通路と、上記吸気通路の燃焼室側開口を開閉する吸気バルブと、上記排気通路の燃焼室側開口を開閉する排気バルブとを備えた4サイクル内燃機関であって、上記吸気通路に第1新気連通路70を介して連通し、該吸気通路を流動する新気を貯留する新気貯留室69を備え、吸気行程において上記吸気バルブが開いている間に、上記新気貯留室69に貯留されている新気が上記燃焼室に吸入されることを要旨とする。
A first feature of the second invention of the present application is a combustion chamber, an intake passage that opens to the combustion chamber, an exhaust passage that opens to the combustion chamber, an intake valve that opens and closes the combustion chamber side opening of the intake passage, A four-cycle internal combustion engine having an exhaust valve that opens and closes the combustion chamber side opening of the exhaust passage, and communicates with the intake passage via a first fresh
本願第2発明の第2の特徴は、上記第2発明の第1の特徴に係り、上記新気貯留室69と上記吸気通路とを連通する第2新気連通路71を備え、上記吸気バルブが閉じている間に、新気が上記第1,第2新気連通路70,71を介して上記新気貯留室69に流入し、吸気行程において上記吸気バルブが開いている間に、上記新気貯留室69に貯留されている新気が上記第1新気連通路70を介して上記燃焼室に吸入されることを要旨とする。
A second feature of the second invention of the present application is the first feature of the second invention, comprising a second fresh
本願第2発明の第3の特徴は、上記第2発明の第2の特徴に係り、上記第2新気連通路が、上記吸気通路の上記スロットルバルブ65より下流側近傍部分に連通していることを要旨とする。
A third feature of the second invention of the present application is the second feature of the second invention, wherein the second fresh air communication passage communicates with a portion near the downstream side of the
本願第3の発明の第1の特徴は、燃焼室と、上記燃焼室に開口する吸気通路と、上記燃焼室に開口する排気通路と、上記吸気通路の燃焼室側開口を開閉する吸気バルブと、上記排気通路の燃焼室側開口を開閉する排気バルブと、上記吸気通路の通路面積を変化させるスロットルバルブとを備えた4サイクル内燃機関であって、上記吸気通路の、上記スロットルバルブより下流側近傍部分と上記燃焼室側開口近傍部分とを連通する第3新気連通路を備え、該第3新気連通路の下流端部は燃焼室の内周に対して接線方向に向くように配置されていることを要旨としている。 A first feature of the third invention of the present application is a combustion chamber, an intake passage that opens to the combustion chamber, an exhaust passage that opens to the combustion chamber, and an intake valve that opens and closes the combustion chamber side opening of the intake passage. A four-cycle internal combustion engine comprising an exhaust valve that opens and closes the combustion chamber side opening of the exhaust passage and a throttle valve that changes a passage area of the intake passage, the intake passage being downstream of the throttle valve A third fresh air communication passage that communicates the vicinity portion with the combustion chamber side opening vicinity portion is provided, and the downstream end portion of the third fresh air communication passage is disposed so as to be tangential to the inner periphery of the combustion chamber. The gist of this is.
本願発明の特徴によれば、シリンダーヘッド部分の構造を複雑にすることなく、さらに燃費を改善するとともに窒素酸化物(NOx)を低減することができる4サイクル内燃機関を提供することができる。 According to the features of the present invention, it is possible to provide a four-cycle internal combustion engine that can further improve fuel efficiency and reduce nitrogen oxides (NOx) without complicating the structure of the cylinder head portion.
次に、本発明に係る4サイクル内燃機関の第1実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。 Next, a first embodiment of a four-cycle internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic and ratios of dimensions and the like are different from actual ones.
したがって、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 Accordingly, specific dimensions and the like should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
(4サイクル内燃機関の概略構成)
図1は、本実施形態に係る4サイクル内燃機関であるエンジン10の概略構成を示している。具体的には、図1は、シリンダーヘッド10shの部分を断面として示したエンジン10の側面図である。
(Schematic configuration of a 4-cycle internal combustion engine)
FIG. 1 shows a schematic configuration of an
同図に示すように、エンジン10は、吸気通路のシリンダヘッド内部分を構成するとともに燃焼室40に開口する吸気ポート21と、排気通路のシリンダヘッド内部分を構成するとともに燃焼室に開口する排気ポート31とを備えている。
As shown in the figure, the
吸気ポート21には吸気バルブ22が設けられており、排気ポート31には排気バルブ32が設けられている。
The
吸気バルブ22は、シリンダーヘッド10shの上部に配設されている吸気側カムシャフト23によって、所定のタイミングで往復運動させられる。吸気バルブ22は、吸気側カムシャフト23によって往復運動させられると、吸気ポート21の燃焼室側開口(図2に示すバルブシート24部分)を開閉する。
The
同様に、排気バルブ32は、シリンダーヘッド10shの上部に配設されている排気側カムシャフト33によって、所定のタイミングで往復運動させられる。排気バルブ32は、排気側カムシャフト33によって往復運動させられると、排気ポート31の燃焼室側開口(図2に示すバルブシート34部分)を開閉する。
Similarly, the
シリンダーヘッド10shの下方には、シリンダー51が形成されており、シリンダー51内には、コンロッド53を介してクランク軸(不図示)を回転させるピストン52が配置されている。
A
(シリンダーヘッド部分の構成)
次に、図2〜図4を参照して、シリンダーヘッド10sh部分の具体的な構成について説明する。
(Configuration of cylinder head)
Next, a specific configuration of the cylinder head 10sh will be described with reference to FIGS.
図2は、シリンダーヘッド10sh部分の断面図、具体的には、吸気側カムシャフト23及び排気側カムシャフト33に直交する方向に沿ったシリンダーヘッド10sh部分の断面図を示している。また、図3は、図2に示したF3方向からの矢視図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the
図2及び図3に示すように、吸気バルブ22は、吸気ポート21の燃焼室40(図1参照)への開口部、具体的には、バルブシート24の部分を開閉する弁部22aと、弁部22aから延びる柄部22bとによって構成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
同様に、排気バルブ32は、排気ポート31の燃焼室40(図1参照)への開口部、具体的には、バルブシート34の部分を開閉する弁部32aと、弁部32aから延びる柄部32bとによって構成されている。
Similarly, the
また、排気ポート31には、弁部32aの周辺からガス貯留室100に連通する既燃焼ガス誘導管(ガス連通路)110が備えられている。具体的には、既燃焼ガス誘導管110の端部110eは、排気ポート31の開口部を塞いでいるときにおいて弁部32aと干渉しない距離を確保しつつ弁部32aに接近するように、弁部32aよりも排気側に設けられている。
Further, the
また、シリンダーヘッド10shの側方には、排気ポート31に連通し、燃焼室40から排出される既燃焼ガスG(図5参照)を貯留するガス貯留室100が備えられている。
Further, a
ガス貯留室100には、エンジン10の膨張行程又は排気行程において排気バルブ32が開いている間に、既燃焼ガスGが流入する。また、ガス貯留室100に貯留されている既燃焼ガスG(EGRガス)は、エンジン10の吸気行程において排気バルブ32が開いている間に、燃焼室40内に排出される。
The burned gas G flows into the
なお、より具体的な既燃焼ガスG(EGRガス)のガス貯留室100への流入のタイミング、及び既燃焼ガスG(EGRガス)のガス貯留室100からの排出のタイミングについては、後述する。
A more specific timing of inflow of the burnt gas G (EGR gas) into the
図4は、図3に示した既燃焼ガス誘導管110の端部110eを含む排気ポート31周辺の拡大図である。
FIG. 4 is an enlarged view of the vicinity of the
同図に示すように、既燃焼ガス誘導管110の端部110eは、若干湾曲した形状を有している。具体的には、端部110eは、燃焼室40の周部40p(図6参照)に沿った方向に向いている。
As shown in the figure, the
(既燃焼ガスの流入・排出動作)
次に、図5〜図7を参照して、上述したエンジン10に備えられているガス貯留室100への既燃焼ガスGの流入、及び既燃焼ガスG(EGRガス)のガス貯留室100からの排出に関する動作について説明する。
(Inflow / exhaust operation of burnt gas)
Next, referring to FIG. 5 to FIG. 7, the inflow of the burned gas G into the
図5は、エンジン10の一部拡大断面図である。ガス貯留室100に貯留している既燃焼ガスGは、エンジン10の吸気行程において排気バルブ32が開いている間に、燃焼室40に排出される。
FIG. 5 is a partially enlarged cross-sectional view of the
図6は、ガス貯留室100及び既燃焼ガス誘導管110を含む燃焼室40の拡大図である。具体的には、図6は、図5に示したF6方向から、ガス貯留室100及び既燃焼ガス誘導管110を含む燃焼室40を捉えた図である。
FIG. 6 is an enlarged view of the
同図に示すように、排気ポート31内に設けられた既燃焼ガス誘導管110の端部110eは、若干湾曲した形状を有している。具体的には、端部110eは、燃焼室40の周部40pに沿った方向に向いている。
As shown in the figure, the
また、本実施形態では、端部110eは、ピストン52の上面に沿った方向、つまり、略水平方向に向いている。
In the present embodiment, the
端部110eが燃焼室40の周部40pに沿った方向に向いているため、ガス貯留室100に貯留されている既燃焼ガスG(EGRガス)をスワール状に周部40pに排出することができる。
Since the
このため、周部40pにおいて主に発生する消炎領域(火炎が伝播したときに冷却により火炎が消える領域)、いわゆるクエンチエリアQAの未燃焼ガスが減少し、炭化水素ガス(HC)の排出量を抑制することができる。 For this reason, the flame extinguishing region mainly generated in the peripheral portion 40p (the region where the flame disappears by cooling when the flame propagates), the so-called quench area QA, unburned gas is reduced, and the amount of hydrocarbon gas (HC) discharged is reduced. Can be suppressed.
より具体的には、既燃焼ガスG(EGRガス)がスワール状に周部40pに排出されると、高温の既燃焼ガスG(EGRガス)によってクエンチエリアQAの未燃焼ガスが蒸発する。未燃焼ガスが蒸発すると、クエンチエリアQAは、既燃焼ガスG(EGRガス)によって満たされるようになり、クエンチエリアQAへの未燃焼ガスの流入が防止される。 More specifically, when the burnt gas G (EGR gas) is discharged into the peripheral portion 40p in a swirl shape, the unburned gas in the quench area QA is evaporated by the hot burned gas G (EGR gas). When the unburned gas evaporates, the quench area QA is filled with the burned gas G (EGR gas), and the inflow of unburned gas into the quench area QA is prevented.
このため、クエンチエリアQAの未燃焼ガスが減少し、炭化水素ガス(HC)の排出量を抑制することができる。 For this reason, the unburned gas in the quench area QA is reduced, and the discharge amount of hydrocarbon gas (HC) can be suppressed.
本実施形態では、既燃焼ガス誘導管110の内径は、2.2〜2.5mmに設定されている。なお、既燃焼ガス誘導管110の内径、管長及びガス貯留室100の容量は、エンジン10の排気量などに応じて変更することが好ましい。
In the present embodiment, the inner diameter of the burnt
図7は、ガス貯留室100への既燃焼ガスGの流入、及び既燃焼ガスG(EGRガス)のガス貯留室100からの排出のタイミングを示している。図7において、点線“EX”は、クランク軸角度に応じた排気バルブ32の開度を示している。点線”IN”は、クランク軸角度に応じた吸気バルブ22の開度を示している。
FIG. 7 shows the timing of the inflow of the burnt gas G into the
また、実線“流入”は、ガス貯留室100に流入する既燃焼ガスGの容量及び流入のタイミングを示している。実線“排出”は、ガス貯留室100から排出される既燃焼ガスG(EGRガス)の容量及び排出のタイミングを示している。
The solid line “inflow” indicates the capacity of the already burned gas G flowing into the
図7に示すように、既燃焼ガスGは、エンジン10の膨張行程、つまり、燃焼ガスの膨張により、ピストン52がクランク軸(不図示)方向に押し下げられる間において、排気バルブ32が開いたタイミングで、ガス貯留室100に流入する。
As shown in FIG. 7, the burned gas G is a timing at which the
また、ガス貯留室100に貯留している既燃焼ガスGは、エンジン10の吸気行程、つまり、混合気が吸気ポート21から燃焼室40に流入する間において、排気バルブ32が開いているタイミングで燃焼室40に排出される。
In addition, the burnt gas G stored in the
より具体的には、図7に示すように、既燃焼ガスG(EGRガス)が燃焼室40に排出するタイミングは、排気バルブ32が閉じるタイミングの近傍に設定されている。
More specifically, as shown in FIG. 7, the timing at which the burnt gas G (EGR gas) is discharged to the
(作用・効果)
次に、上述したガス貯留室100及び既燃焼ガス誘導管110を備えるエンジン10の作用・効果について、図8〜図11に示すデータを参照して説明する。なお、図8〜図11に示すデータは、以下の条件で測定されたものである。
(Action / Effect)
Next, the operation and effect of the
・ エンジン排気量: 約125cc
・ 測定時エンジン回転数: 3,000rpm(0.6kW出力)
図8は、ガス貯留室100の容量と、窒素酸化物(NOx)との関係を示すグラフである。同図に示すように、ガス貯留室100の容量が極めて小さい場合(図中のP11、約0cc)と、ガス貯留室100の容量が約65ccである場合(図中のP12)とでは、NOxが約15%低減している。
・ Engine displacement: Approximately 125cc
・ Engine speed during measurement: 3,000 rpm (0.6 kW output)
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the capacity of the
上述したように、エンジン10では、排気ポート31に連通し、燃焼室40から排出される既燃焼ガスGを貯留するガス貯留室100が設けられるため、ガス貯留室100と連通される専用の吸排気ポート及びバルブを設ける必要がない。
As described above, since the
すなわち、ガス貯留室100及び既燃焼ガス誘導管110を備えるエンジン10によれば、シリンダーヘッド10sh部分の構造を複雑にすることなく、窒素酸化物(NOx)を低減することができる4サイクル内燃機関を提供することができる。
That is, according to the
図9は、ガス貯留室100の容量と、燃費率との関係を示すグラフである。同図に示すように、ガス貯留室100の容量が極めて小さい場合(図中のP21、約0cc)と、ガス貯留室100の容量が約45ccである場合(図中のP22)とでは、燃費率が約10%改善している。また、図10は、ガス貯留室100の容量と、スロットル(スロットルバルブ)の開度との関係を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the capacity of the
ガス貯留室100及び既燃焼ガス誘導管110を備えるエンジン10では、吸気行程において、既燃焼ガスG(EGRガス)が燃焼室40に排出(還流)されることによって、内部EGR量を従来より大きくでき、エンジン10のポンピングロスが低減するため、エンジン10のスロットルバルブを開き側に設定でき、燃費率を改善することができる。
In the
さらに、ガス貯留室100及び既燃焼ガス誘導管110を備えるエンジン10では、燃焼室40にスワールを発生させることができるため、燃焼効率をさらに向上させることができる。
Furthermore, in the
図11は、ガス貯留室100の容量と、炭化水素ガス(HC)との関係を示すグラフである。同図に示すように、ガス貯留室100の容量が極めて小さい場合(図中のP31、約0cc)と、ガス貯留室100の容量が約30ccである場合(図中のP32)とでは、HCが約7%低減している。
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the capacity of the
クエンチエリアQAではHCが多く発生するが、既燃焼ガス誘導管110の端部110eが、燃焼室40の周部40pに沿った方向に向いているため、ガス貯留室100に貯留されている既燃焼ガスG(EGRガス)をスワール状に周部40pに排出することができる。つまり、エンジン10では、EGRガスによってクエンチエリアQAの未燃焼ガスが減少するため、HCの発生量を抑制することができる。さらに、エンジン10では、EGRガスがスワール状に燃焼室40に排出(還流)されるため、周部40p付近に位置するEGRガスと、吸気ポート21から流入する新たな混合気との層状化が図られる。
Although a large amount of HC is generated in the quench area QA, the
すなわち、EGR率(燃焼室40に還流されるEGRガスの量を吸入空気量で叙した数値)を向上させることができ、さらなる燃費率の改善や、排気ガスの浄化を図ることができる。
That is, it is possible to improve the EGR rate (a numerical value obtained by expressing the amount of EGR gas recirculated to the
また、上述したように、既燃焼ガス誘導管110の内径、管長、及びガス貯留室100の容量は、エンジン10の排気量などに応じて調整することができる。このため、エンジン10の特性などに応じて、既燃焼ガスG(EGRガス)を燃焼室40に排出するタイミングを適切な回転数の領域に容易に設定することができる。
Further, as described above, the inner diameter, the tube length, and the capacity of the
(その他の実施形態)
上述したように、本発明の第1実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態が明らかとなろう。
(Other embodiments)
As described above, the contents of the present invention have been disclosed through the first embodiment of the present invention. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments will be apparent to those skilled in the art.
例えば、上述した本発明の第1実施形態では、エンジン10の膨張行程において、排気バルブ32が開いたタイミングで、既燃焼ガスGがガス貯留室100に流入し、エンジン10の吸気行程において排気バルブ32が開いているタイミングで、既燃焼ガスG(EGRガス)が燃焼室40に排出される形態としたが、既燃焼ガスGの流入及び排出のタイミングは、必ずしも当該タイミングに限定されるものではない。
For example, in the first embodiment of the present invention described above, the burnt gas G flows into the
さらに、上述した本発明の第1実施形態では、既燃焼ガス誘導管110の端部110eが弁部32aの周辺に位置する形態としたが、既燃焼ガス誘導管110は、必ずしも設けなくても構わない。この場合、既燃焼ガス誘導管110は、例えば、図4に示す位置PV、つまり、排気ポート31の内壁面で終端する形態としてもよい。
Further, in the above-described first embodiment of the present invention, the
このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。 As described above, the present invention naturally includes various embodiments that are not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.
図12,図13は、本発明の第2実施形態を説明するための図である。本第2実施形態は、上記第1実施形態と同様のガス貯留室67に加えて新気貯留室69を備えた例である。なお、本実施形態において、新気とは、空気のみの場合と、空気と燃料との混合気の場合の両方を含む。
12 and 13 are diagrams for explaining a second embodiment of the present invention. The second embodiment is an example in which a fresh
本第2実施形態におけるエンジンは、各気筒当たり吸気バルブ2本と排気バルブ2本を備えた4サイクル単気筒4バルブエンジンである。該エンジンは、クランクケースの上壁にシリンダブロック,シリンダヘッド及びヘッドカバーを積層締結した概略構造を有する。 The engine in the second embodiment is a four-cycle single-cylinder four-valve engine provided with two intake valves and two exhaust valves for each cylinder. The engine has a schematic structure in which a cylinder block, a cylinder head, and a head cover are stacked and fastened on an upper wall of a crankcase.
上記シリンダヘッド61のシリンダブロック側合面61aには燃焼室の天壁を構成する燃焼凹部61bが凹接されている。この燃焼凹部61bには、2つの吸気バルブ開口62a,62bと、2つの排気バルブ開口63a,63bが形成されている。これらの吸気バルブ開口,排気バルブ開口はそれぞれ吸気バルブ,排気バルブで開閉される。なお、73は上記燃焼凹部61bの略中心部に配置された点火プラグである。
A combustion recess 61 b that constitutes the top wall of the combustion chamber is in contact with the cylinder block
上記各吸気バルブ開口62a,62bには吸気通路のシリンダヘッド内部分を構成する分岐吸気ポート62c,62dが接続されている。この2つの分岐吸気ポート62c,62dは、同じく吸気通路のシリンダヘッド内部分を構成する1つの共通の主吸気ポート62eから分岐されている。この主吸気ポート62eの外部接続口には、吸気通路のシリンダヘッド外方部分を構成する吸気管64が接続されている。この吸気管64には吸気通路面積を制御するスロットルバルブ65が配設されている。
The
上記各排気バルブ開口63a,63bには排気通路のシリンダヘッド内部分を構成する分岐排気ポート63c,63dが接続されている。この2つの分岐排気ポート63c,63dは、同じく排気通路のシリンダヘッド内部分を構成する1つの共通の主排気ポート63eに合流している。この主排気ポート63eの外部接続口には、排気通路のシリンダヘッド外方部分を構成する排気管66が接続されている。
そして上記シリンダヘッド61の排気側外方には、上記第1実施形態におけるガス貯留室100と同様の密閉ボックス状のガス貯留室67が配設されている。このガス貯留室67には、既燃焼ガス誘導通路(ガス連通路)68の一端68aが該ガス貯留室内に連通するように接続されている。該ガス連通路68の他端68bは上記一方の分岐排気ポート63dの上記排気バルブ開口63bの下流側近傍部分に連通するように接続されている。
A sealed box-like
ここで、上記ガス連通路68の他端68bは、上記排気バルブ開口63bを介して燃焼室内に臨むように、かつ該燃焼室の内周に対して接線方向に向くように形成されている。即ちこのガス誘導通路68の軸線方向及び配置位置は、上記ガス貯留室67内に貯留された排気ガスが燃焼室の内周に沿ってスワール流(横渦)をなしつつ燃焼室内に吸入されるように設定されている。
Here, the
また上記ガス貯留室67にはピストン67aが進退自在に配置されている。このピストン67aはアクチュエータ67bにより進退駆動される。これにより上記ガス貯留室67の容積を自由に変化させることが可能となっている。
A
また、上記シリンダヘッド61の吸気側外方には、上記ガス貯留室67と同様の密閉ボックス状をなす新気貯留室69が配設されている。この新気貯留室69には、第1新気連通路70の一端70aが該新気貯留室内に連通するように接続されている。この第1新気連通路70の他端70bは上記一方の分岐吸気ポート62cの上記吸気バルブ開口62aの上流側近傍部分に連通するように接続されている。
A fresh
上記第1新気連通路70の他端70bは、上記吸気バルブ開口62aを介して燃焼室内に臨むように、かつ該燃焼室の中心寄りに形成された同心円Hに対して接線方向に向くように形成されている。即ちこの第1新気連通路70の軸線方向及び配置位置は、上記新気貯留室69内に貯留された新気が燃焼室の中心寄りのスワール流(横渦)となって燃焼室内に吸入されるように設定されている。
The
ここで上記ガス貯留室67から排出された排気ガスによるスワール流は燃焼室の外周寄りに形成され、上記新気貯留室69から排出された新気によるスワール流は上記点火プラグ71側寄りに形成され、この2つのスワール流は層状をなし、これによりいわゆる層状燃焼が実現される。
Here, the swirl flow due to the exhaust gas discharged from the
また上記新気貯留室69には、第2新気連通路71の一端71aが室内に連通するように接続されている。この第2新気連通路71の他端71bは、上記吸気管64のアイドリング開度に位置しているスロットルバルブ65の下流側直近部分に連通している。
In addition, one
さらにまた上記新気貯留室69にはピストン69aが進退自在に配置されており、該ピストン69aはアクチュエータ69bにより進退駆動され、これにより上記新気貯留室69の容積を自由に変化させることが可能となっている。
Furthermore, a
そして上記アクチュエータ67b,69bには、ECU74からガス貯留室容積制御信号A,新気貯留室容積制御信号Bが入力される。このECUは、エンジン回転速度a,スロットル開度b,エンジン温度c等のエンジン運転状態を示す信号が入力され、これらの入力信号に基づいて、最適なガス貯留室容積,新気貯留室容積を求め、これらの容積を実現するための上記制御信号A,Bを上記各アクチュエータ67b,69bに出力する。
The
本第2実施形態では、ガス貯留室67は、ガス連通路68によって分岐排気ポート63dの排気バルブ開口63bの下流側近傍に連通しているので、膨張行程の終期付近で排気バルブが排気バルブ開口63bを開くと、排気ガスの高いブローダウン圧力が上記ガス連通路68に作用し、排気ガスがガス貯留室67に流入し、該ガス貯留室67内に正圧でもって貯留される。そして吸気行程において排気バルブが排気バルブ開口63bを閉じる前にピストンが下降開始し、燃焼室内が負圧になると、図13に符号Dで示すように、上記ガス貯留室67内に貯留されていた排気ガスが上記排気バルブ開口63bを介して燃焼室内に排出される。
In the second embodiment, the
そして上記ガス連通路68は、その軸線が排気バルブ開口63bを通って燃焼室の内周に対して概ね接線をなすように配置されているので、上記ガス貯留室67からの排気ガスは、燃焼室の周縁寄りにおいて接線方向に排出され、そのため燃焼室の周縁寄りに排気ガスのスワール流が形成される。
The
上記新気貯留室69内は前回の吸気行程において負圧になっており、また第1,第2新気連通路70,71により吸気通路の吸気バルブ開口近傍,スロットルバルブ下流側近傍に連通しているので、吸気行程の終了により吸気バルブが吸気バルブ開口を閉じると、新気がこの新気貯留室69内に貯留される。
The fresh
そして次の吸気行程においてピストンが下降するとともに吸気バルブが吸気バルブ開口62aを開くと、上記新気貯留室69内に貯留されていた新気が第1新気連通路70を介して吸気バルブ開口62aから燃焼室内に吸入される。この場合、新気貯留室69は、第2連通路71により吸気通路のスロットルバルブ下流側直近部分と連通しているので、新気が第2連通路71,新気貯留室69,及び第1新気連通路70を介して吸気行程の終期付近まで継続して吸入され、かつ吸気行程の終期側になるほど多くの新気が燃焼室内に吸入される(図13の符号E参照)。
When the piston descends and the intake valve opens the
そして上記第1新気連通路70は、その軸線が吸気バルブ開口62aを通って燃焼室の点火プラグ73側寄りに形成された同心円Hに対して概ね接線をなすように配置されているので、上記新気貯留室69からの新気は、燃焼室の中心寄りにおける接線方向に吸入され、そのため燃焼室の中心寄りに新気のスワール流が形成される。
The first fresh
このようにして燃焼室の外周寄りには排気ガスによるスワール流が形成され、点火プラグ73側寄りには新気によるスワール流が形成される。この外側と内側の二重のスワール流により層状化が実現され、排気ガスの導入によるポンピングロスの低減ひいては燃費の向上を図ることができ、同時に新気のスワール流による燃焼性ひいては排気ガス性状の改善を図ることができる。
In this way, a swirl flow due to exhaust gas is formed near the outer periphery of the combustion chamber, and a swirl flow due to fresh air is formed near the
なお、上記第1実施形態では、(1)ガス貯留室100のみを設けた例を説明し、上記第2実施形態では、(2)ガス貯留室67と新気貯留室69との両方を設け、かつ新気貯留室69をスロットルバルブ下流側と連通させた場合を説明したが、本発明では、以下の通り、さらに別の実施形態を採用することができる。
In the first embodiment, (1) an example in which only the
(3)新気貯留室69のみを設けるとともに、該新気貯留室69と吸気通路とを上記第1,第2新気連通路70,71で連通する。
(3) While only the fresh
(4)新気貯留室69のみを設け、該新気貯留室69と吸気通路とを上記第1新気連通路70で連通し、第2新気連通路71は設けない。
(4) Only the fresh
(5)ガス貯留室67と新気貯留室69との両方を設ける。但しこの場合に、新気貯留室69と吸気通路とは、上記第1新気連通路70のみで連通する。
(5) Both the
(6)図15に示すように排気側にはガス貯留室67を設け、一方、吸気側には新気貯留室69を設けることなく吸気通路のスロットルバルブ下流近傍部分と吸気バルブ開口近傍部分とを第3新気連通路72で直接連通する。この第3新気連通路72の上流端部72aはスロットルバルブ下流近傍に、下流端部72bは吸気バルブ開口近傍に接続され、さらにこの下流端部72b部分は、燃焼室の中心側寄りに新気のスーワル流が形成されるように軸線方向や配置位置が設定されている。より具体的には、上記下流端部72bは、燃焼室の内周に対して接線方向に向くように配置されている。
(6) As shown in FIG. 15, the
図14は、上記(1)〜(6)の場合における燃費向上効果を説明するための実験結果を示す。本実験では、エンジン排気量125cc、ガス貯留室容積30cc、新気貯留室容積30ccの自動二輪車で時速30,50,70km/hで走行する場合の燃費率の、上記ガス貯留室, 新気貯留室の何れも備えていない比較例車両に対する向上効果を調査した。なお、上記(6)の場合は、30km/hで走行した場合のみの実験結果が示されている。 FIG. 14 shows experimental results for explaining the fuel efficiency improvement effect in the cases (1) to (6). In this experiment, the gas storage chamber, fresh air storage of the fuel consumption rate when traveling at a speed of 30, 50, 70 km / h on a motorcycle with an engine displacement of 125 cc, a gas storage chamber volume of 30 cc, and a fresh air storage chamber volume of 30 cc. The improvement effect with respect to the comparative example vehicle which is not equipped with any of the rooms was investigated. In the case of (6) above, experimental results are shown only when traveling at 30 km / h.
図13から、上記(1)〜(6)の何れの場合にも比較例より燃費率が向上していることが判る。特に(4),(3),(2)の場合には、30km/hにおいては、燃費率が比較例に比べて13%,16%,21%と大幅に向上している。 From FIG. 13, it can be seen that in any of the cases (1) to (6), the fuel consumption rate is improved as compared with the comparative example. In particular, in the cases of (4), (3), and (2), at 30 km / h, the fuel consumption rate is greatly improved to 13%, 16%, and 21% as compared with the comparative example.
10 エンジン
10sh シリンダーヘッド
21 吸気ポート (吸気通路)
22 吸気バルブ
22a 弁部
22b 柄部
23 吸気側カムシャフト
24 バルブシート (吸気通路の燃焼室側開口)
31 排気ポート (排気通路)
32 排気バルブ
32a 弁部
32b 柄部
33 排気側カムシャフト
34 バルブシート (排気通路の燃焼室側開口)
40 燃焼室
40p 周部
51 シリンダー
52 ピストン
65 スロットルバルブ
68,110 既燃焼ガス誘導管(ガス連通路)
69 新気貯留室
70 第1新気連通路
71 第2新気連通路
72 第3新気連通路
100 ガス貯留室
110e 端部
G 既燃焼ガス
H 同心円
QA クエンチエリア
10 Engine
22
31 Exhaust port (exhaust passage)
32
40 Combustion chamber
69 Fresh
Claims (15)
上記排気通路に連通し、上記燃焼室から排出される既燃焼ガスを貯留するガス貯留室を備え、
膨張行程又は排気行程において上記排気バルブが開いている間に上記既燃焼ガスが上記ガス貯留室に流入し、
吸気行程において上記排気バルブが開いている間に、上記ガス貯留室に貯留されている上記既燃焼ガスが上記燃焼室に排出されることを特徴とする4サイクル内燃機関。 A combustion chamber; an intake passage that opens to the combustion chamber; an exhaust passage that opens to the combustion chamber; an intake valve that opens and closes a combustion chamber side opening of the intake passage; and a combustion chamber side opening of the exhaust passage that opens and closes A four-cycle internal combustion engine with an exhaust valve,
A gas storage chamber that communicates with the exhaust passage and stores the already burned gas discharged from the combustion chamber;
While the exhaust valve is open in the expansion stroke or the exhaust stroke, the burned gas flows into the gas storage chamber,
A four-cycle internal combustion engine, wherein the burned gas stored in the gas storage chamber is discharged into the combustion chamber while the exhaust valve is open in an intake stroke.
上記吸気行程において上記排気バルブが開いている間に、上記既燃焼ガスが上記燃焼室に排出されることを特徴とする4サイクル内燃機関。 In Claim 1, when the exhaust valve is opened in the expansion stroke, the burned gas flows into the gas storage chamber,
A four-cycle internal combustion engine, wherein the burned gas is discharged into the combustion chamber while the exhaust valve is open in the intake stroke.
上記排気通路内における上記弁部の周辺から上記ガス貯留室に連通するガス連通路をさらに備えることを特徴とする4サイクル内燃機関。 In Claim 1, the said exhaust valve has a valve part which opens and closes the above-mentioned combustion chamber side opening of the above-mentioned exhaust passage, and a handle part extended from this valve part,
A four-cycle internal combustion engine, further comprising a gas communication path communicating from the periphery of the valve portion in the exhaust path to the gas storage chamber.
吸気行程において上記吸気バルブが開いている間に、上記新気貯留室に貯留されている新気が上記燃焼室に吸入されることを特徴とする4サイクル内燃機関。 In Claim 1, provided with a fresh air storage chamber that communicates with the intake passage and stores fresh air flowing through the intake passage,
A four-stroke internal combustion engine, wherein fresh air stored in the fresh air storage chamber is sucked into the combustion chamber while the intake valve is open in an intake stroke.
該新気貯留室と上記吸気通路の燃焼室側開口近傍部分とを連通する第1新気連通路とを備え、
吸気通路の圧力変動により新気が上記第1新気連通路を介して上記新気貯留室に流入し、
吸気行程において上記吸気バルブが開いている間に、上記新気貯留室に貯留されている新気が上記第1新気連通路を介して燃焼室に吸入されることを特徴とする4サイクル内燃機関。 The fresh air storage chamber according to claim 1, wherein the fresh air storage chamber communicates with the intake passage and stores fresh air flowing through the intake passage.
A first fresh air communication passage that communicates the fresh air storage chamber and a portion near the combustion chamber side opening of the intake passage;
Due to pressure fluctuations in the intake passage, fresh air flows into the fresh air storage chamber via the first fresh air communication passage,
A four-cycle internal combustion engine in which fresh air stored in the fresh air storage chamber is sucked into the combustion chamber through the first fresh air communication passage while the intake valve is open in the intake stroke. organ.
吸気通路の圧力変動により新気が上記第1,第2新気連通路を介して上記新気貯留室に流入し、
吸気行程において上記吸気バルブが開いている間に、上記新気貯留室に貯留されている新気が上記第1新気連通路を介して上記燃焼室に吸入されることを特徴とする4サイクル内燃機関。 In Claim 7, provided with the 2nd fresh air communication passage which connects the above-mentioned fresh air storage room and the above-mentioned intake passage,
Due to pressure fluctuations in the intake passage, fresh air flows into the fresh air storage chamber via the first and second fresh air communication passages,
4 cycles, wherein fresh air stored in the fresh air storage chamber is sucked into the combustion chamber through the first fresh air communication passage while the intake valve is open in the intake stroke. Internal combustion engine.
上記吸気通路に第1新気連通路を介して連通し、該吸気通路を流動する新気を貯留する新気貯留室を備え、
吸気行程において上記吸気バルブが開いている間に、上記新気貯留室に貯留されている新気が上記燃焼室に吸入されることを特徴とする4サイクル内燃機関。 A combustion chamber; an intake passage that opens to the combustion chamber; an exhaust passage that opens to the combustion chamber; an intake valve that opens and closes a combustion chamber side opening of the intake passage; and a combustion chamber side opening of the exhaust passage that opens and closes A four-cycle internal combustion engine with an exhaust valve,
A fresh air storage chamber that communicates with the intake passage via a first fresh air communication passage and stores fresh air flowing through the intake passage;
A four-stroke internal combustion engine, wherein fresh air stored in the fresh air storage chamber is sucked into the combustion chamber while the intake valve is open in an intake stroke.
上記吸気バルブが閉じている間に、新気が上記第1,第2新気連通路を介して上記新気貯留室に流入し、
吸気行程において上記吸気バルブが開いている間に、上記新気貯留室に貯留されている新気が上記第1新気連通路を介して上記燃焼室に吸入されることを特徴とする4サイクル内燃機関。 In Claim 12, provided with a second fresh air communication passage that communicates the fresh air storage chamber and the intake passage,
While the intake valve is closed, fresh air flows into the fresh air storage chamber via the first and second fresh air communication passages,
4 cycles, wherein fresh air stored in the fresh air storage chamber is sucked into the combustion chamber through the first fresh air communication passage while the intake valve is open in the intake stroke. Internal combustion engine.
上記吸気通路の、上記スロットルバルブより下流側部分と上記燃焼室側開口近傍部分とを連通する第3新気連通路を備え、該第3新気連通路の下流端部は燃焼室の内周に対して接線方向に向くように配置されていることを特徴とする4サイクル内燃機関。 A combustion chamber; an intake passage that opens to the combustion chamber; an exhaust passage that opens to the combustion chamber; an intake valve that opens and closes a combustion chamber side opening of the intake passage; and a combustion chamber side opening of the exhaust passage that opens and closes A four-cycle internal combustion engine comprising an exhaust valve and a throttle valve that changes a passage area of the intake passage,
A third fresh air communication passage communicating the downstream portion of the intake passage with respect to the throttle valve and the vicinity of the opening on the combustion chamber side; a downstream end of the third fresh air communication passage is an inner periphery of the combustion chamber A four-cycle internal combustion engine characterized by being arranged so as to be directed in a tangential direction with respect to the engine.
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