JP2008002442A - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関に関し、特に、複数のクランク室を備える内燃機関に関するものである。 The present invention relates to an internal combustion engine, and more particularly to an internal combustion engine having a plurality of crank chambers.
乗用車、トラックなどの車両に搭載される内燃機関として、ピストンが往復運動可能な複数のシリンダを有し、この各シリンダに対応した複数のクランク室がバルクヘッドによりそれぞれ独立して区画されている内燃機関が知られている。このような内燃機関においては、その運転中、ピストンの往復運動にともなうクランク室(クランク室と連続したシリンダの内部空間を含む)の圧力変動によりポンピングロスが生じ、これが内燃機関の運転時における抵抗の1つとなっている。近年、内燃機関の高出力化、燃費向上の要求が高まっており、この要求にこたえるためには、このポンピングロスを低減することが重要である。そこで、従来の内燃機関として、各クランク室を区画するバルクヘッドに連通孔を形成することで、ピストンの下降にともなってクランク室側へ押圧される空気を、例えば、クランク角度が180度異なる隣接したクランク室へ流出させて、クランク室で発生する圧力を開放し、これにより、クランク室の圧力変動を緩和し、ポンピングロスの低減を図ったものがある。 As an internal combustion engine mounted on a vehicle such as a passenger car or a truck, an internal combustion engine having a plurality of cylinders in which pistons can reciprocate, and a plurality of crank chambers corresponding to the cylinders are independently partitioned by a bulkhead. The institution is known. In such an internal combustion engine, during its operation, a pumping loss occurs due to pressure fluctuations in the crank chamber (including the internal space of the cylinder continuous with the crank chamber) that accompanies the reciprocating motion of the piston, and this is a resistance during operation of the internal combustion engine. It is one of. In recent years, demands for higher output and improved fuel efficiency of internal combustion engines have increased, and in order to meet these demands, it is important to reduce this pumping loss. Therefore, as a conventional internal combustion engine, by forming a communication hole in the bulkhead that defines each crank chamber, the air that is pressed toward the crank chamber as the piston descends, for example, the crank angle is adjacent to each other by 180 degrees. In some cases, the pressure generated in the crank chamber is released by releasing the pressure into the crank chamber, thereby relaxing the pressure fluctuation in the crank chamber and reducing the pumping loss.
ところで、上記のようにクランク室のバルクヘッドに連通孔を設けた場合、このポンピングロスは、所定の連通孔面積のときに最大となるが、この所定の連通孔面積は、内燃機関の回転数に応じて異なる。すなわち、ポンピングロスの低減に最適な連通孔面積は、内燃機関の回転数に応じて異なることから、ある回転数に対して最適な連通孔面積に設定しても、全回転域にわたって効果的にポンピングロスを低減することは困難であった。 By the way, when the communication hole is provided in the bulkhead of the crank chamber as described above, this pumping loss becomes the maximum when the predetermined communication hole area is reached. This predetermined communication hole area is the rotational speed of the internal combustion engine. Depends on. In other words, the optimal communication hole area for reducing the pumping loss varies depending on the rotational speed of the internal combustion engine. Therefore, even if the optimal communication hole area is set for a certain rotational speed, it is effective over the entire rotational range. It has been difficult to reduce the pumping loss.
なお、このような内燃機関として、例えば、特許文献1に記載のエンジンがある。このエンジンは、クランク軸方向に延びる各気筒共通の掃気チャンバを備え、この掃気チャンバは掃気調整開口により各クランク室に連通している。そして、この掃気調整開口は内部に設けられた掃気制御弁によって開閉可能となっている(例えば、特許文献1)。
In addition, as such an internal combustion engine, there exists an engine of
しかしながら、上述した特許文献1に記載されているエンジンは、上記クランク室に吸気マニホールドが連結され、このクランク室に吸入された空気を主燃焼室に導入して燃焼させる2サイクルディーゼルエンジンであり、掃気制御弁を開閉してクランク室容積を変更することで、掃気圧を変えてクランク室への吸入空気量を可変とするものであり、上記と同様、エンジンの全回転域にわたって効果的にポンピングロスを低減することはできない。
However, the engine described in
そこで本発明は、全回転域にわたってポンピングロスを効果的に低減することができる内燃機関を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an internal combustion engine that can effectively reduce the pumping loss over the entire rotation range.
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明による内燃機関は、ピストンが各々往復移動可能な複数のシリンダボアと、前記ピストンの移動方向の一方側に設けられると共に吸気ポート及び排気ポートが連通される複数の燃焼室と、前記ピストンの移動方向の他方側に設けられる複数のクランク室と、前記複数のクランク室を貫通して設けられると共に前記ピストンの往復運動に連動して回転可能なクランクシャフトと、前記複数のクランク室を開口をもって連通する連通路と、前記連通路の開度を調整可能な開度調整手段と、前記クランクシャフトの回転速度に応じて前記開度調整手段による前記連通路の開度を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an internal combustion engine according to a first aspect of the present invention is provided with a plurality of cylinder bores, each of which is capable of reciprocating, and an intake port and an exhaust port in communication with each other. A plurality of combustion chambers, a plurality of crank chambers provided on the other side of the piston in the moving direction, and a crank that is provided through the plurality of crank chambers and is rotatable in conjunction with the reciprocating motion of the pistons A shaft, a communication passage communicating the plurality of crank chambers with openings, an opening adjustment means capable of adjusting an opening of the communication passage, and the communication by the opening adjustment means according to the rotational speed of the crankshaft. And a control means for controlling the opening of the passage.
請求項2に係る発明による内燃機関では、前記複数のシリンダボアを形成するボア壁面と、該ボア壁面の下端部に連続すると共に前記複数のクランク室を形成するクランク室壁面を有するシリンダブロックを備え、前記連通路の開口は、前記ボア壁面の前記下端部に設けられることを特徴とする。 An internal combustion engine according to a second aspect of the invention includes a bore wall surface that forms the plurality of cylinder bores, and a cylinder block that has a crank chamber wall surface that is continuous with a lower end portion of the bore wall surface and forms the plurality of crank chambers, The opening of the communication path is provided at the lower end portion of the bore wall surface.
請求項3に係る発明による内燃機関では、前記連通路の開口は、前記クランクシャフトの回転方向を向いていることを特徴とする。 An internal combustion engine according to a third aspect of the present invention is characterized in that the opening of the communication path faces the rotation direction of the crankshaft.
請求項4に係る発明による内燃機関では、前記制御手段は、前記クランクシャフトの回転速度が低速域であるときに前記開度調整手段による前記連通路の開度が最大となるように制御し、前記クランクシャフトの回転速度が高速域であるときに前記開度調整手段による前記連通路の開度が最小となるように制御することを特徴とする。
In the internal combustion engine according to the invention according to
請求項5に係る発明による内燃機関では、前記開度調整手段による前記連通路の最大開度は、前記開口が形成される壁面の強度に応じて設定され、最小開度は、前記クランク室内の負圧に応じて設定されることを特徴とする。 In the internal combustion engine according to the fifth aspect of the invention, the maximum opening of the communication path by the opening adjusting means is set according to the strength of the wall surface on which the opening is formed, and the minimum opening is within the crank chamber. It is set according to the negative pressure.
請求項6に係る発明による内燃機関では、前記開度調整手段は、円筒形に形成され、前記連通路内に周方向に回転可能に設けられると共に外周面に連通孔が設けられたロータリーバルブを有し、該ロータリーバルブが回転して前記外周面及び前記連通孔により前記連通路の前記開口を閉鎖及び開放することで開口面積を変更可能であることを特徴とする。 In the internal combustion engine according to a sixth aspect of the present invention, the opening degree adjusting means is formed in a cylindrical shape, and is provided with a rotary valve provided in the communication path so as to be rotatable in the circumferential direction and provided with a communication hole in the outer peripheral surface. And the opening area of the communication path can be changed by closing and opening the opening of the communication path through the outer peripheral surface and the communication hole.
請求項7に係る発明による内燃機関では、前記開度調整手段は、基端部が回転軸に固定され、先端部が前記連通路の内面に沿って回動可能なフラッパバルブを有し、該フラッパバルブが前記回転軸の回転に伴って回動することで前記連通路の前記開口における通路面積を変更可能であることを特徴とする。 In the internal combustion engine according to a seventh aspect of the invention, the opening degree adjusting means includes a flapper valve having a base end portion fixed to the rotating shaft and a tip end portion rotatable along the inner surface of the communication path. The flapper valve can change the passage area in the opening of the communication passage by rotating with the rotation of the rotary shaft.
請求項8に係る発明による内燃機関では、前記開度調整手段は、前記連通路の開口上に上下移動可能なスライドバルブを有し、該スライドバルブが前記上下移動することで前記連通路の前記開口の開口面積を変更可能であることを特徴とする。 In the internal combustion engine according to an eighth aspect of the present invention, the opening degree adjusting means has a slide valve that can move up and down over the opening of the communication path, and the slide valve moves up and down to move the opening of the communication path. The opening area of the opening can be changed.
請求項9に係る発明による内燃機関では、前記開度調整手段は、回転軸に固定され、該回転軸から一端部までの長さと他端部までの長さとが異なると共に固定部分で折れ曲がったバタフライバルブを有し、該バタフライバルブの前記一端部側又は前記他端部側により前記連通路の開口を閉鎖することで開口面積を変更可能であることを特徴とする。 In the internal combustion engine according to the ninth aspect of the present invention, the opening degree adjusting means is fixed to the rotating shaft, the length from the rotating shaft to one end portion is different from the length to the other end portion, and the butterfly is bent at the fixed portion. It has a valve | bulb, The opening area can be changed by closing the opening of the said communicating path by the said one end part side or the said other end part side of this butterfly valve.
本発明に係る内燃機関によれば、複数のクランク室を開口をもって連通する連通路と、連通路の開度を調整可能な開度調整手段と、クランクシャフトの回転速度に応じて開度調整手段による連通路の開度を制御する制御手段とを備えるので、全回転域にわたってポンピングロスを効果的に低減することができる。 According to the internal combustion engine of the present invention, the communication passage that communicates the plurality of crank chambers with openings, the opening adjustment means that can adjust the opening of the communication passage, and the opening adjustment means according to the rotational speed of the crankshaft. Therefore, the pumping loss can be effectively reduced over the entire rotation range.
以下に、本発明に係る内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。 Embodiments of an internal combustion engine according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily replaced by those skilled in the art or those that are substantially the same.
図1は、本発明の実施例1に係るエンジンの模式的断面図、図2は、本発明の実施例1に係るエンジンのシリンダブロックの側面図、図3は、本発明の実施例1に係るエンジンの開度調整駆動部を示す模式図、図4は、本発明の実施例1に係るエンジンの連通路の最大開度時を示す部分断面図、図5は、本発明の実施例1に係るエンジンの連通路の最大開度時の開口を示す正面図、図6は、本発明の実施例1に係るエンジンの連通路の最小開度時を示す部分断面図、図7は、本発明の実施例1に係るエンジンの連通路の最小開度時の開口を示す正面図、図8は、本発明の実施例1に係るエンジンの連通路開度とポンピングロスとの関係を示す線図である。
1 is a schematic cross-sectional view of an engine according to
図1に示すように、実施例1に係る内燃機関としてのエンジン1は、乗用車、トラックなどの車両に搭載されるエンジンであり、シリンダボア3に往復運動可能に設けられるピストン2が2往復する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の4行程を行う、いわゆる4サイクルエンジンである。
As shown in FIG. 1, an
このエンジン1は、ピストン2が各々往復移動可能な複数のシリンダボア3と、ピストン2の移動方向の一方側に設けられる複数の燃焼室5と、ピストン2の移動方向の他方側に設けられる複数のクランク室4を備える。ここで、ピストン2の移動方向は、円筒形状に形成されるシリンダボア3の軸線方向である。つまり、ピストン2を挟んでこのシリンダボア3の軸線方向の一方側に燃焼室5、他方側にクランク室4が設けられる。また、このエンジン1は、図2に示すように、クランク室4、燃焼室5、ピストン2(図1参照)、シリンダボア3(図1参照)をそれぞれ4つずつ備える4気筒のエンジンである。ただし、気筒数は一例を示すものであり必ずしも4気筒に限定されるものではない。
The
さらに、エンジン1は、図1に示すように、燃焼室5に連通する吸気ポート6及び排気ポート7と、燃焼室5内に燃料を直接噴射することが可能なインジェクタ8と、燃焼室5の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ9と、ピストンの往復運動に連動して回転可能なクランクシャフト10を備える。さらに、エンジン1は、シリンダヘッド11、シリンダブロック12及びオイルパン13を備える。
Further, as shown in FIG. 1, the
シリンダヘッド11は、シリンダブロック12上に締結され、オイルパン13は、シリンダブロック12の下部に締結される。シリンダブロック12は、内部に円筒形状のシリンダボア3が形成される。このシリンダブロック12は、複数のシリンダボア3を形成するボア壁面3aと、複数のクランク室4を形成するクランク室壁面4aを有し、このボア壁面3aとクランク室壁面4aとは、ボア壁面3aの下端部3b、クランク室壁面4aの上端部4bにおいて連続している。
The
ピストン2は、このシリンダボア3に上下移動自在に嵌合する。複数のクランク室4は、複数のシリンダボア3に各々連通し、さらに図2に示すように、隔壁としてのバルクヘッド16によりそれぞれが独立して区画される。なお、各クランク室4は、さらに具体的には、図1に示すように、このバルクヘッド16と、クランク室壁面4aと、オイルパン13と、ピストン2の一方の端面である底面2bと、ボア壁面3aとにより区画される。すなわち、各クランク室4は、ピストン2の往復運動によりその容積が変化し、ピストン2が上死点側(シリンダヘッド11側)に位置する際には、シリンダボア3の内部空間もその一部に含まれる。オイルパン13は、内部にバッフルプレート13aが装着され、潤滑油を貯留する。
The
クランクシャフト10は、複数のクランク室4、バルクヘッド16を貫通するように設けられ、各ピストン2は、それぞれコネクティングロッド17を介してこのクランクシャフト10に連結される。また、クランクシャフト10は、その軸周りにカウンタウェイト10aを有する。各ピストン2の往復運動は、コネクティングロッド17を介してクランクシャフト10に伝えられ、ここで回転運動に変換されて、エンジン1の出力として取り出される。なお、このエンジン1では、クランクシャフト10、カウンタウェイト10aは、図1中に矢印で示すように、時計回りに回転する。
The
燃焼室5は、ピストン2を挟んでクランク室4の反対側に設けられる。この燃焼室5は、複数のシリンダボア3に対応して複数形成され、シリンダヘッド11の下面11a、シリンダボア3のボア壁面3a及びピストン2の他方の端面である頂面2aにより画成される。この燃焼室5の上部、つまり、シリンダヘッド11の下面11aに上述した吸気ポート6及び排気ポート7が各々2つずつ形成される。この吸気ポート6及び排気ポート7の開口には吸気弁14及び排気弁15が設けられる。この吸気弁14及び排気弁15は、吸気ポート6及び排気ポート7をそれぞれ開閉可能とし、吸気ポート6と燃焼室5、燃焼室5と排気ポート7とをそれぞれ連通することができる。吸気ポート6は、その吸気方向上流側に空気を導入する吸気通路(吸気管)18が接続され、排気ポート7は、その排気方向下流側に排気ガスを排出する排気通路(排気管)19が接続される。
The combustion chamber 5 is provided on the opposite side of the
インジェクタ8は、シリンダヘッド11の吸気ポート6側に装着される。また、インジェクタ8は、先端をシリンダボア3の中心線に向けて上下方向に対して所定角度傾斜して設けられる。このインジェクタ8は、ピストン2の頂面2aに向けて燃料噴霧を噴射する。点火プラグ9は、燃焼室5の天井部分、すなわち、シリンダヘッド11の下面11aの吸気ポート6と排気ポート7の間に装着される。
The
このエンジン1では、ピストン2がシリンダボア3内を下降することで、吸気通路18および吸気ポート6を介して燃焼室5内に空気が吸入され(吸気行程)、この空気とインジェクタ8から燃焼室5内へ噴射される燃料とが混合して混合気を形成する。そして、このピストン2が吸気行程下死点を経てシリンダボア3内を上昇することで混合気が圧縮され(圧縮行程)、ピストン2が圧縮行程上死点付近に近づくと点火プラグ9により混合気に点火され、該混合気が燃焼し、その燃焼圧力によりピストン2を下降させる(膨張行程)。燃焼後の混合気は、ピストン2が膨張行程下死点を経て吸気行程上死点に向かって再び上昇することで排気ポート7、排気通路19を介して排気ガスとして放出される(排気行程)。このピストン2のシリンダボア3内での往復運動は、コネクティングロッド17を介してクランクシャフト10に伝えられ、ここで回転運動に変換され、出力として取り出されると共に、このピストン2は、カウンタウェイト10a、クランクシャフト10が慣性力によりさらに回転することで、このクランクシャフト10の回転に伴ってシリンダボア3内を往復する。このクランクシャフト10が2回転することで、ピストン2はシリンダボア3を2往復し、この間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の4行程を行い、燃焼室5内で1回の爆発が行われる。
In the
ところで、このようなエンジン1では、その運転中、ピストン2の往復運動にともなう各クランク室4の圧力変動によりポンピングロスが生じ、これがエンジンの運転時における抵抗の1つとなっている。しかしながら、本実施例に係るエンジン1は、図1、図2に示すように、複数のクランク室4を開口20aをもって連通する連通路20と、連通路20の開度を調整可能な開度調整手段としての開度調整部21と、図3に示すように、クランクシャフト10の回転速度に応じて開度調整部21による連通路20の開度を制御する制御手段としての電子制御ユニット(以下「ECU」という)22を備えることで、ピストン2の移動にともなってクランク室4側へ押圧される空気を連通路20により内圧の低いクランク室4に流出させて、全回転域にわたる効果的なポンピングロスの低減を図っている。
By the way, in such an
連通路20は、図1に示すように、上述のシリンダブロック12のボア壁面3aの下端部3bとクランク室壁面4aの上端部4bとが交わり連続する部分の外側に壁面が膨らんだような形状で設けられる。連通路20は、このクランクシャフト10の長手方向に沿ってクランクシャフト10とほぼ平行に設けられ、各クランク室4に対する開口20aがこの下端部3bに形成される。これにより、各クランク室4において最も圧力変動が大きくなりやすいピストン2の下死点位置での底面2b付近に連通路20の各開口20aを位置させることが可能となる。なお、ここでは、この連通路20の開口20aは、ボア壁面3aの下端部3bとクランク室壁面4aの上端部4bにかかるように形成され、ピストン2が下死点位置にある際に、この開口20aがピストン2と重ならないように形成される。すなわち、ピストン2によりこの開口20aが閉鎖されることはない。
As shown in FIG. 1, the
また、連通路20の各開口20aは、クランクシャフト10、カウンタウェイト10aの回転方向を向くように形成される。つまり、図1中時計回りに回転するクランクシャフト10、カウンタウェイト10aに対して、連通路20の各開口20aは、向かって左側のクランク室壁面4aに形成される。これにより、クランク室4内の潤滑油がコネクティングロッド17やカウンタウェイト10aにより掻き上げられても、連通路20の各開口20aがこの掻き上げられた潤滑油に対面してしまうことがなく、各開口20aを介してこの連通路20の内部に潤滑油が侵入しにくくなっている。
Moreover, each
開度調整部21は、図2に示すように、円筒形に形成され、連通路20内に周方向に回転可能に設けられるロータリーバルブ23と、このロータリーバルブ23を回転可能に支持するベアリング24を有する。ベアリング24は、ロータリーバルブ23の両端部を支持する。ロータリーバルブ23は、連通路20の長手方向に沿って設けられ、バキュームアクチュエータ26を有する開度調整駆動部25により回転駆動される。
As shown in FIG. 2, the
開度調整駆動部25は、図3に示すように、上述のバキュームアクチュエータ26と、バキュームスイッチングバルブ(以下「VSV」という)27と、バキュームタンク28を有する。バキュームアクチュエータ26は、その内部の空間を2つの空間としての正圧部26c、負圧部26dに区切る可動板26aと、この可動板26aに固定される連結棒26bを有する。連結棒26bは、可動板26aの正圧部26c側の面とロータリーバルブ23の端面縁部23aとを連結する。また、バキュームアクチュエータ26は、正圧部26cに大気が導入される一方、負圧部26dに配管を介してVSV27が接続される。このVSV27は、ECU22に電気的に接続されている。VSV27は、ECU22から制御信号を受信することで内部に大気を吸入可能である。また、このVSV27は、配管を介してバキュームタンク28に接続される。バキュームタンク28は、さらにエンジン1のインテークマニホールドに接続され、これにより内部が負圧に維持される。
As shown in FIG. 3, the opening
このように構成される開度調整駆動部25は、VSV27がECU22から制御信号を受信していないときは、バキュームアクチュエータ26の負圧部26d、VSV27、バキュームタンク28及びこれらをつなぐ配管内は負圧に維持されている。この間、可動板26aは負圧部26d側に吸引されている。ここで、VSV27がECU22から制御信号を受信したときは、VSV27の内部に大気が吸入され、バキュームアクチュエータ26の正圧部26cと負圧部26dとの圧力差が小さくなっていき、これにより、負圧部26d側に吸引されていた可動板26aは、正圧部26c側に移動する。つまり、この可動板26aは、バキュームアクチュエータ26内の正圧部26cと負圧部26dとの圧力差の変動に応じて往復運動する。そして、ロータリーバルブ23は、その端面縁部23aが連結棒26bを介してこの可動板26aに連結されていることから、可動板26aの往復運動に連動して周方向に回転可能となる。なお、ロータリーバルブ23は、リターンスプリング25aにより周方向に対して正圧部26cと負圧部26dとの圧力差が小さくなったときに回転する方向(図中時計回りの方向)に付勢されている。これにより、ロータリーバルブ23は、正圧部26cと負圧部26dとの圧力差が小さくなったときにすばやく回転することができる。
When the
開度調整部21のロータリーバルブ23は、図4、図5に示すように、外周面29に連通孔30が設けられる。連通孔30は、連通路20の各クランク室4の複数の開口20aに対応して1つずつ設けられる。各連通孔30は、ロータリーバルブ23の軸方向に対して各開口20aの位置と一致する位置に形成されている。また、開口20a、各連通孔30は、ともにロータリーバルブ23の軸方向に長い楕円形にほぼ同じ大きさで形成されている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
開度調整部21は、上述の開度調整駆動部25によりこのロータリーバルブ23が回転されることで、外周面29及び連通孔30により連通路20の開口20aを閉鎖、開放して開口面積を変更可能であり、これにより、各クランク室4において同期して連通路20の開度を調整可能である。
When the
すなわち、開度調整部21は、連通路20の開口20aとロータリーバルブ23の連通孔30とが全部の部分で重なることで、開口20aの全体を開放する。これにより、開口20a及び連通孔30を介してロータリーバルブ23の内部、すなわち、連通路20の内部に流入し、各クランク室4を行き来する空気の量が多くなる。一方、開度調整部21は、図6、図7に示すように、連通路20の開口20aとロータリーバルブ23の連通孔30とが一部分のみで重なることで、外周面29により開口20aの残りの部分を閉鎖する。これにより、開口20aの開口面積が小さくなり、開口20a及び連通孔30を介してロータリーバルブ23の内部、すなわち、連通路20の内部に流入し、各クランク室4を行き来する空気の量が少なくなる。
That is, the opening
ECU22は、図3に示すように、マイクロコンピュータを中心として構成され、エンジン1の各部を制御するものであり、開度調整駆動部25のVSV27に電気的に接続されると共に、クランク角センサ31にも電気的に接続される。クランク角センサ31は、各気筒のクランク角度を検出するものである。クランク角センサ31は、この検出したクランク角度をECU22に送信し、このECU22は受信したクランク角度に基づいて各気筒における吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程を判別すると共に、エンジン1のエンジン回転数(rpm)を算出する。なおここで、エンジン回転数は、言い換えれば、クランクシャフト10の回転速度に対応し、このクランクシャフト10の回転速度が高くなれば、クランクシャフト10の回転数、エンジン回転数も高くなる。
As shown in FIG. 3, the
ところで、上記のように複数のクランク室4を連通路20により連通する場合、ポンピングロスは、図8に示すように、連通路20が所定の開度であるときに最大となる。しかしながら、ポンピングロスが最大となる連通路20の開度は、エンジン1の回転数に応じて異なる。すなわち、ポンピングロスの低減に最適な連通路20の開度は、内燃機関の回転数に応じて異なることから、ある回転数に対して最適な連通路20の開度に設定しても、全回転域にわたって効果的にポンピングロスを低減することができないおそれがある。
When the plurality of crank
そこで、ECU22は、このエンジン回転数に応じて開度調整駆動部25のVSV27に制御信号を送信して開度調整部21による連通路20の開度を制御する。具体的には、図8に示すように、ECU22は、エンジン回転数が低回転域、例えば、1000rpm以下(アイドル状態を含む)であるときに、開度調整駆動部25の駆動を制御し、図4、図5に示すように、開度調整部21による連通路20の開度が最大となるように制御する。さらに、ECU22は、エンジン回転数が高回転域、例えば、6000rpm以上であるときに、開度調整駆動部25の駆動を制御し、図6、図7に示すように、開度調整部21による連通路20の開度が最小となるように制御する。また、本実施例では、ECU22は、エンジン回転数が中回転域、例えば、3000rpm程度であるときにも、開度調整駆動部25の駆動を制御し、開度調整部21による連通路20の開度が最小となるように制御する。
Therefore, the
つまり、本実施例では、ECU22は、エンジン回転数が低回転域であるときに連通路20の開度を最大とし、それ以外の中・高回転域であるときに連通路20の開度を最小とする。これにより、エンジン回転数が低回転域であるときに連通路20の開度を最大とすることで、低回転域において開度を最小とする場合に比べてポンピングロスをより効果的に低減することができると共に、エンジン回転数が中・高回転域であるときに連通路20の開度を最小とすることで、中・高回転域において開度を最大とする場合に比べてポンピングロスをより効果的に低減することができる。
That is, in this embodiment, the
ここで、図8に示すように、ポンピングロスは、理論的には連通路20の開度を0にすると、各クランク室4がそれぞれ系として完全に閉じた状態に近づき、ピストン2がクランク室4内の空気を圧縮するエネルギーがほとんどピストン2に戻ってくることから、ポンピングロスもかぎりなく0に近づく。ここから開度を大きくすることで、各クランク室4の系の外に出て行くエネルギーが増えることから、ポンピングロスは最大値に向かって増加する。そして、さらに開度を大きくすることで、今度はピストン2がクランク室4内の空気を圧縮するエネルギー自体が小さくなることから、ポンピングロスは再び低下していく。
Here, as shown in FIG. 8, when the opening of the
ここで、図4、図5に示す開度調整部21による連通路20の最大開度は、開口20aが形成される壁面の強度に応じて設定される。上述のように、理論的には連通路20の開度を大きくすればするほど、ポンピングロスはより多く低減されが、実際には連通路20の開口20aを形成するシリンダブロック12の壁面の強度を確保する必要から、この開口20aを無限に大きくすることはできない。また、開口20aを形成するシリンダブロック12の壁面を大きくすることでこの壁面に対する開口20aの面積割合を小さくし、開口20aの開口面積を大きくしながら壁面の強度を確保することも可能であるが、この場合、シリンダブロック12自体が大型化し、また、連通路20の内径も大きくする必要があることから、エンジン1が大型化してしまう。開口20aの開口面積をより大きくすることによるポンピングロスの低減率は、図8に示すように小さいため、エンジン1の大型化に見合うだけのポンピングロスの低減は望めない。したがって、連通路20の最大開度は、開口20aが形成される壁面の強度に応じて設定することが好適である。
Here, the maximum opening degree of the
一方、図6、図7に示す開度調整部21による連通路20の最小開度は、クランク室4内の負圧に応じて設定される。上述したように、理論的には連通路20の開度を0にするとポンピングロスもほぼ0になるが、実際には各クランク室4がそれぞれ系として完全に閉じていると、クランク室4内の圧力変動が大きくなりすぎて、クランクオイルシールの破損や、バッフルプレート13aが破損してしまったりするなどエンジン1の耐久性に問題が生じる。つまり、このエンジン1の耐久性の観点から実質的に用いることができる連通路20の最小開度には限界値が存在することから、この最小開度はクランク室4内の負圧に応じて設定することが好適である。
On the other hand, the minimum opening of the
ここで、上述した連通路20の容積は、各クランク室4を空気が行き来するのに必要な容積があればよく、それ以上に多くの容積は必要ない。これは、上述したように、ECU22がエンジン回転数に応じて開度調整部21による連通路20の開度を変更した際に、連通路20の容積が大きすぎると、そのレスポンスが悪くなってしまうからである。
Here, the volume of the above-described
上記のように構成されるエンジン1では、ピストン2がシリンダボア3を往復運動すると、ピストン2が下死点側から上死点方向に移動した場合、クランク室4はその移動に従って容積が大きくなるので、これに伴って、クランク室4の内圧は低くなる。また、ピストン2が上死点側から下死点方向に移動した場合には、クランク室4はその移動に従って容積が小さくなるので、これに伴って各クランク室4の内圧は高くなる。各クランク室4は、ピストン2の往復運動によって上記のように内圧が変化するが、各クランク室4にはこの各クランク室4を連通する連通路20が設けられており、ピストン2の往復運動によって、各クランク室4の内圧に変化が生じた場合には、クランク室4内の空気は、圧力が高いクランク室4側から圧力が低いクランク室4側にこの連通路20を通って移動する。つまり、連通路20を介して連通している各クランク室4間において内圧に圧力差が生じた場合には、その圧力差に応じて、圧力差が低減する方向に空気が流れ、クランク室4で発生する圧力が開放され、ポンピングロスが低減される。
In the
そして、ECU22の制御によって、エンジン回転数が低回転域であるときに開度調整部21により連通路20の開度を最大とし各クランク室4を行き来する空気の量を多くすることで、低回転域におけるポンピングロスをより効果的に低減すると共に、エンジン回転数が中・高回転域であるときに開度調整部21により連通路20の開度を最小とし各クランク室4を行き来する空気の量を少なくすることで、中・高回転域におけるポンピングロスをより効果的に低減する。
Under the control of the
以上で説明した本発明の実施例1に係るエンジン1によれば、ピストン2が各々往復移動可能な複数のシリンダボア3と、ピストン2の移動方向の一方側に設けられると共に吸気ポート6及び排気ポート7が連通される複数の燃焼室5と、ピストン2の移動方向の他方側に設けられる複数のクランク室4と、複数のクランク室4を貫通して設けられると共にピストン2の往復運動に連動して回転可能なクランクシャフト10と、複数のクランク室4を開口20aをもって連通する連通路20と、連通路20の開度を調整可能な開度調整部21と、クランクシャフト10の回転速度、すなわち、エンジン1の回転数に応じて開度調整部21による連通路20の開度を制御するECU22を備える。
According to the
したがって、独立して区画される複数のクランク室4を連通路20によって連通することから、ピストン2の往復移動に伴って各クランク室4の内圧に変化が生じた場合には、クランク室4内の空気はこの連通路20を通って圧力が高いクランク室4側から圧力が低いクランク室4側に移動し、クランク室4内に発生する圧力を開放する。さらに開度調整部21によりこの連通路20の開度を調整し、ECU22によりエンジン1の回転数に応じてこの開度調整部21による連通路20の開度を制御するので、連通路20の開度をエンジン1の回転域に応じてポンピングロスの低減に最適な開度とすることができ、回転域に応じて特性の異なるポンピングロスを全回転域にわたって効果的に低減することができる。
Therefore, since the plurality of crank
さらに、以上で説明した本発明の実施例1に係るエンジン1によれば、ECU22は、エンジン1の回転数が低回転域であるときに開度調整部21による連通路20の開度が最大となるように制御し、エンジン1の回転数が中・高回転域であるときに開度調整部21による連通路20の開度が最小となるように制御する。したがって、ECU22によりエンジン回転数が低回転域であるときに連通路20の開度を最大とすることで、各クランク室4を行き来する空気の量を多くして、低回転域において開度を最小とする場合に比べてポンピングロスをより効果的に低減し、エンジン回転数が中・高回転域であるときに連通路20の開度を最小とすることで、各クランク室4を行き来する空気の量を少なくして、中・高回転域において開度を最大とする場合に比べてポンピングロスをより効果的に低減するので、低回転域と中・高回転域の双方においてポンピングロスの低減を両立させることができ、トータルのポンピングロスを大幅に低減することができる。
Furthermore, according to the
さらに、以上で説明した本発明の実施例1に係るエンジン1によれば、開度調整部21による連通路20の最大開度は、開口20aが形成される壁面の強度に応じて設定される。したがって、シリンダブロック12、ひいてはエンジン1を大型化することなく、ポンピングロスの低減に必要な開口20aの開口面積を確保しつつ、開口20aが形成される壁面の強度を十分に確保することができる。さらに、開度調整部21による連通路20の最小開度は、クランク室4内の負圧に応じて設定される。したがって、クランク室4内の圧力変動が大きくなりすぎてエンジン1の耐久性を低下させることなく、開口20aをポンピングロスの低減に理想的な値に近い開口面積とすることができる。
Furthermore, according to the
さらに、以上で説明した本発明の実施例1に係るエンジン1によれば、複数のシリンダボア3を形成するボア壁面3aと、該ボア壁面3aの下端部3bに連続すると共に複数のクランク室4を形成するクランク室壁面4aを有するシリンダブロック12を備え、連通路20の開口20aは、ボア壁面3aの下端部3bに設けられる。したがって、連通路20は各クランク室4において最も圧力変動が大きくなりやすい位置に開口20aをもって各クランク室4を連通するので、連通路20を介した各クランク室4間の空気の行き来を効率的に行うことができ、開口20aの面積を無駄に大きくすることなく、連通路20を介した各クランク室4間の圧力差の低減をより迅速に行うことができる。
Furthermore, according to the
さらに、以上で説明した本発明の実施例1に係るエンジン1によれば、連通路20の開口20aは、クランクシャフト10の回転方向を向いている。したがって、連通路20の各開口20aがコネクティングロッド17やカウンタウェイト10aによって掻き上げられる潤滑油に対面してしまうことがないので、各開口20aを介してこの連通路20の内部に潤滑油が侵入しにくくなり、連通路20の開度が実質的に小さくなってしまって、ECU22による制御に狂いが生じてしまうことを防止することができる。
Furthermore, according to the
さらに、以上で説明した本発明の実施例1に係るエンジン1によれば、開度調整部21は、円筒形に形成され、連通路20内に周方向に回転可能に設けられると共に外周面29に連通孔30が設けられたロータリーバルブ23を有し、該ロータリーバルブ23が回転して外周面29及び連通孔30により連通路20の開口20aを閉鎖及び開放することで開口面積を変える。したがって、ロータリーバルブ23が回転することで各クランク室4に対応する開口20aの開口面積を同期して変更することができ、連通路20の開口20aと連通孔30とが全部の部分で重なることで、開口20aの全体を開放し、連通路20の開度を大きくするので、各クランク室4を行き来する空気の量を多くすることができる一方、連通路20の開口20aと連通孔30とが一部分のみで重なることで、外周面29により開口20aの一部を閉鎖し、連通路20の開度を小さくするので、各クランク室4を行き来する空気の量を少なくすることができる。また、例えば、各クランク室4に応じて連通孔30の位置を周方向にずらして設けることで、開口20aの閉鎖、開放のタイミングをエンジン1の特性に応じて軽微な変更により適宜設定することができる。
Furthermore, according to the
図9は、本発明の実施例2に係るエンジンの連通路の最大開度時を示す部分断面図、図10は、本発明の実施例2に係るエンジンの連通路の最大開度時の開口を示す正面図、図11は、本発明の実施例2に係るエンジンの連通路の最小開度時を示す部分断面図、図12は、本発明の実施例2に係るエンジンの連通路の最小開度時の開口を示す正面図である。 FIG. 9 is a partial cross-sectional view showing the maximum opening of the communication passage of the engine according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 10 shows the opening at the maximum opening of the communication passage of the engine according to the second embodiment of the present invention. FIG. 11 is a partial cross-sectional view showing the minimum opening of the communication path of the engine according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 12 shows the minimum of the communication path of the engine according to the second embodiment of the present invention. It is a front view which shows the opening at the time of an opening degree.
実施例2に係るエンジンは、実施例1に係るエンジンと略同様の構成であるが、開度調整手段がロータリーバルブに代えてフラッパバルブを有する点で実施例1に係るエンジンとは異なる。その他、上述した実施例と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、同一の符号を付す。 The engine according to the second embodiment has substantially the same configuration as the engine according to the first embodiment, but differs from the engine according to the first embodiment in that the opening degree adjusting means includes a flapper valve instead of the rotary valve. In addition, about the structure, effect | action, and effect which are common in the Example mentioned above, while overlapping description is abbreviate | omitted as much as possible, the same code | symbol is attached | subjected.
図9に示すように、この実施例2に係るエンジン201では、開度調整手段としての開度調整部221は、基端部233aが回転軸232に固定され、先端部233bが連通路20の内面に沿って回動可能なプレート状のフラッパバルブ233を有する。ここで、本実施例の連通路20の通路断面は半円形状に形成され、連通路20は半円形断面の曲面がシリンダブロック12の外方を向くように形成される。そして、連通路20の開口20aは、連通路20の半円形断面の直線部分において一方の半径分だけが開口するように形成される。なお、本実施例では、開口20aは矩形状に形成されている。
As shown in FIG. 9, in the
回転軸232は、連通路20の半円形断面のほぼ中心部分にこの連通路20の長手方向に沿って設けられる。また、回転軸232は、実施例1のロータリーバルブ23とほぼ同様に、図3で説明した開度調整駆動部25により周方向に回転可能である。フラッパバルブ233は、各クランク室4の複数の開口20aに対応して1つずつ設けられ、各々回転軸232に固定される。これにより、各クランク室4に対応する開口20aの開口面積を同期して変更することが可能となる。そして、このフラッパバルブ233は、回転軸232の回転に伴って回動することで連通路20の開口20aにおける通路面積を変えることが可能であり、これにより、連通路20の開度を調整可能である。
The
すなわち、開度調整部221は、図9、図10に示すように、フラッパバルブ233が回転軸232を中心として開口20aの反対側に倒れることで、連通路20の開口20aにおける通路面積を最大にする。これにより、開口20aを介して連通路20の内部に流入し、各クランク室4を行き来する空気の量が多くなる。一方、開度調整部221は、図11、図12に示すように、開度調整駆動部25により回転軸232が回転し、フラッパバルブ233の先端部233bが連通路20の内面に沿って開口20aに向かって周方向に回動することで連通路20の開口20aにおける通路面積を小さくする。これにより、開口20aを介して連通路20の内部に流入し、各クランク室4を行き来する空気の量が少なくなる。
That is, as shown in FIGS. 9 and 10, the opening
以上で説明した本発明の実施例2に係るエンジン201によれば、開度調整部221は、基端部233aが回転軸232に固定され、先端部233bが連通路20の内面に沿って回動可能なフラッパバルブ233を有し、該フラッパバルブ233が回転軸232の回転に伴って回動することで連通路20の通路面積を変更可能である。したがって、回転軸232が回転してフラッパバルブ233がこの回転軸232を中心として開口20aの反対側に倒れることで、連通路20の開口20aにおける通路面積を大きくするので、各クランク室4を行き来する空気の量を多くすることができる一方、フラッパバルブ233の先端部233bが連通路20の内面に沿って開口20aに向かって周方向に回動することで連通路20の開口20aにおける通路面積を小さくするので、各クランク室4を行き来する空気の量を少なくすることができる。そして、例えば、ロータリーバルブ23を用いていた実施例1の開度調整部21と比較して、この開度調整部221を比較的簡単な構造とした上で適切に連通路20の開度を調整することができ、また、上述した連通孔30のように所定の位置に設けるために高い精度もいらないことから、高い加工精度が必要な部分も少なくすることができる。さらに、フラッパバルブ233による開度調整部221を用いることで、連通路20の通路断面を実施例1のように円形状にする必要が無く、連通路20の設置スペースに応じて半円形状等の形状に適宜設定することができるので、エンジン201をより小型化することができ、設計上の自由度も向上することができる。
According to the
図13は、本発明の実施例3に係るエンジンの連通路の最大開度時を示す部分断面図、図14は、本発明の実施例3に係るエンジンの連通路の最大開度時の開口を示す正面図、図15は、本発明の実施例3に係るエンジンの連通路の最小開度時を示す部分断面図、図16は、本発明の実施例3に係るエンジンの連通路の最小開度時の開口を示す正面図である。
FIG. 13 is a partial cross-sectional view showing the maximum opening of the communication passage of the engine according to
実施例3に係るエンジンは、実施例1に係るエンジンと略同様の構成であるが、開度調整手段がロータリーバルブに代えてスライドバルブを有する点で実施例1に係るエンジンとは異なる。その他、上述した実施例と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、同一の符号を付す。 The engine according to the third embodiment has substantially the same configuration as the engine according to the first embodiment, but differs from the engine according to the first embodiment in that the opening degree adjusting means includes a slide valve instead of the rotary valve. In addition, about the structure, effect | action, and effect which are common in the Example mentioned above, while overlapping description is abbreviate | omitted as much as possible, the same code | symbol is attached | subjected.
図13に示すように、この実施例3に係るエンジン301では、開度調整手段としての開度調整部321は、連通路20の開口20a上に上下移動可能なプレート状のスライドバルブ334を有する。ここで、本実施例の連通路20の通路断面は、実施例2と同様に、半円形状に形成され、連通路20は半円形断面の曲面がシリンダブロック12の外方を向くように形成される。そして、連通路20の開口20aは、連通路20の半円形断面の直線部分において一方の半径分だけが開口するように形成される。さらに、この半円形断面の直線部分の残りの部分には、スライドバルブ334とのスライド面を形成するスライド面部材336が設けられる。なお、本実施例では、開口20aは矩形状に形成されている。
As shown in FIG. 13, in the
スライドバルブ334は、各クランク室4の複数の開口20aに対応して1つずつ設けられ、各々スライド面の反対側の面で駆動軸335に固定される。これにより、各クランク室4に対応する開口20aの開口面積を同期して変更することが可能となる。駆動軸335は、連通路20の長手方向に沿って設けられる。また、駆動軸335の端面は、図3で説明した開度調整駆動部25の連結棒26bに連結されており、可動板26aの往復運動に連動してスライドバルブ334の上下移動を可能とする。このスライドバルブ334は、連通路20の開口20a上に上下移動することで連通路20の開口20aの開口面積を変更可能であり、これにより、連通路20の開度を調整可能である。
One
すなわち、開度調整部321は、図13、図14に示すように、スライドバルブ334がスライド面部材336上に上下移動することで、連通路20の開口20aの開口面積を最大にする。これにより、開口20aを介して連通路20の内部に流入し、各クランク室4を行き来する空気の量が多くなる。一方、開度調整部321は、図15、図16に示すように、開度調整駆動部25により駆動軸335が移動し、スライドバルブ334が連通路20の開口20a上に上下移動することで開口20aの開口面積を小さくする。これにより、開口20aを介して連通路20の内部に流入し、各クランク室4を行き来する空気の量が少なくなる。
That is, as shown in FIGS. 13 and 14, the opening
以上で説明した本発明の実施例3に係るエンジン301によれば、開度調整部321は、連通路20の開口20a上に上下移動可能なスライドバルブ334を有し、該スライドバルブ334が上下移動することで連通路20の開口20aの開口面積を変更可能である。したがって、スライドバルブ334がスライド面部材336上に上下移動することで、連通路20の開口20aの開口面積を最大にするので、各クランク室4を行き来する空気の量を多くすることができる一方、スライドバルブ334が連通路20の開口20a上に上下移動することで開口20aの開口面積を小さくするので、各クランク室4を行き来する空気の量を少なくすることができる。そして、例えば、ロータリーバルブ23を用いていた実施例1の開度調整部21と比較して、この開度調整部321を比較的簡単な構造とした上で適切に連通路20の開度を調整することができ、また、上述した連通孔30のように所定の位置に設けるために高い精度もいらないことから、高い加工精度が必要な部分も少なくすることができる。さらに、スライドバルブ334による開度調整部321を用いることで、連通路20の通路断面を実施例1のように円形状にする必要が無く、連通路20の設置スペースに応じて半円形状等の形状に適宜設定することができるので、エンジン301をより小型化することができ、設計上の自由度も向上することができる。さらに、実施例2のフラッパバルブ233のように、先端部233bが連通路20の内面に沿って回動することもないので、スライドバルブ334の高い寸法精度も必要なく、この点でも製造効率を向上することができる。
According to the
図17は、本発明の実施例4に係るエンジンの連通路の最大開度時を示す部分断面図、図18は、本発明の実施例4に係るエンジンの連通路の最大開度時の開口を示す正面図、図19は、本発明の実施例4に係るエンジンの連通路の最小開度時を示す部分断面図、図20は、本発明の実施例4に係るエンジンの連通路の最小開度時の開口を示す正面図である。 FIG. 17 is a partial cross-sectional view showing the maximum opening degree of the communication passage of the engine according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 18 shows the opening at the maximum opening degree of the communication passage of the engine according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 19 is a partial cross-sectional view showing the minimum opening of the communication path of the engine according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 20 shows the minimum of the communication path of the engine according to the fourth embodiment of the present invention. It is a front view which shows the opening at the time of an opening degree.
実施例4に係るエンジンは、実施例1に係るエンジンと略同様の構成であるが、開度調整手段がロータリーバルブに代えてバタフライバルブを有する点で実施例1に係るエンジンとは異なる。その他、上述した実施例と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、同一の符号を付す。 The engine according to the fourth embodiment has substantially the same configuration as the engine according to the first embodiment, but is different from the engine according to the first embodiment in that the opening degree adjusting unit includes a butterfly valve instead of the rotary valve. In addition, about the structure, effect | action, and effect which are common in the Example mentioned above, while overlapping description is abbreviate | omitted as much as possible, the same code | symbol is attached | subjected.
図17に示すように、この実施例4に係るエンジン401では、開度調整手段としての開度調整部421は、回転軸440に固定され、この固定部分で断面形状がくの字型に折れ曲がったバタフライバルブ439を有する。ここで、本実施例の連通路20の通路断面は、実施例2と同様に、半円形状に形成され、連通路20は半円形断面の曲面がシリンダブロック12の外方を向くように形成される。なお、本実施例では、開口20aは矩形状に形成されている。
As shown in FIG. 17, in the
回転軸440は、連通路20の半円形断面のほぼ中心部分にこの連通路20の長手方向に沿って設けられる。また、回転軸440は、実施例1のロータリーバルブ23とほぼ同様に、図3で説明した開度調整駆動部25により周方向に回転可能である。バタフライバルブ439は、この回転軸440の回転中心からから一端部437aまでの長さと他端部438aまでの長さとが異なる。すなわち、バタフライバルブ439は、回転軸440の回転中心から端部437aまでの長さが相対的に長い長辺部437と、回転中心から端部438aまでの長さ相対的に短い短辺部438を有する。バタフライバルブ439は、各クランク室4の複数の開口20aに対応して1つずつ設けられ、各々回転軸440に固定される。これにより、各クランク室4に対応する開口20aの開口面積を同期して変更することが可能となる。そして、このバタフライバルブ439は、回転軸440の回転に伴って回動することで、一端部437a側の長辺部437又は他端部438a側の短辺部438により連通路20の開口20aを閉鎖することで開口面積を変更可能であり、これにより、連通路20の開度を調整可能である。
The
すなわち、開度調整部421は、図17、図18に示すように、バタフライバルブ439の短辺部438が回転軸440を中心として開口20aに向かって倒れ、開口20aの一部を閉鎖し、残りの部分を開放することで、開口20aの開口面積を最大にする。これにより、開口20aを介して連通路20の内部に流入し、各クランク室4を行き来する空気の量が多くなる。一方、開度調整部421は、図19、図20に示すように、開度調整駆動部25により回転軸440が回転し、バタフライバルブ439の長辺部437が回転軸440を中心として開口20aに向かって倒れ、短辺部438が閉鎖していた部分を開放し、残りの部分を閉鎖することで、開口20aの開口面積を小さくする。これにより、開口20aを介して連通路20の内部に流入し、各クランク室4を行き来する空気の量が少なくなる。なお、バタフライバルブ439は、長辺部437、短辺部438が常に連通路20内に位置するように設け、開度調整駆動部25により回転される際にも、長辺部437、短辺部438が開口20aからクランク室4側に飛び出ないようにしている。これにより、クランク室4内で回転しているコネクティングロッド17やカウンタウェイト10aの軌道から開口20aまでのクリアランスを小さくすることができ、エンジン401をより小型化することができる。
That is, as shown in FIGS. 17 and 18, the
以上で説明した本発明の実施例4に係るエンジン401によれば、開度調整部421は、回転軸440に固定され、該回転軸440から一端部437aまでの長さと他端部438aまでの長さとが異なると共に固定部分で折れ曲がったバタフライバルブ439を有し、該バタフライバルブ439の一端部437a側の長辺部437又は他端部438a側の短辺部438により連通路20の開口20aを閉鎖することで開口面積を変更可能である。したがって、回転軸440が回転して、バタフライバルブ439の短辺部438が回転軸440を中心として開口20aに向かって倒れ、短辺部438により開口20aの一部を閉鎖することで、開口20aの開口面積を最大にするので、各クランク室4を行き来する空気の量を多くすることができる一方、長辺部437が回転軸440を中心として開口20aに向かって倒れ、短辺部438が閉鎖していた部分を開放し、残りの部分を閉鎖することで、開口20aの開口面積を小さくするので、各クランク室4を行き来する空気の量を少なくすることができる。そして、例えば、ロータリーバルブ23を用いていた実施例1の開度調整部21と比較して、この開度調整部421を比較的簡単な構造とした上で適切に連通路20の開度を調整することができ、また、上述した連通孔30のように所定の位置に設けるために高い精度もいらないことから、高い加工精度が必要な部分も少なくすることができる。さらに、バタフライバルブ439による開度調整部421を用いることで、連通路20の通路断面を実施例1のように円形状にする必要が無く、連通路20の設置スペースに応じて半円形状等の形状に適宜設定することができるので、エンジン401をより小型化することができ、設計上の自由度も向上することができる。
According to the
また、クランク室4内で回転しているコネクティングロッド17やカウンタウェイト10aの軌道から開口20aまでのクリアランスが十分確保されている場合には、バタフライバルブ439を短辺部438(あるいは長辺部437)がクランク室4側に出るまで回転させることも可能である。この場合、図17に破線で示すように、バタフライバルブ439を短辺部438がクランク室4側に出るまで回転させて開口20aの全面を開放することで、エンジン401の特性に応じて最大開度をさらに大きくすることができる。さらに、この場合、長辺部437における回転軸440の回転中心から端部437aまでの長さをより短くすることができるので、連通路20の通路断面をより偏平にすることが可能となり、連通路20のシリンダブロック12外方への出っ張りをより小さくすることができるので、エンジン401をより小型化することができる。
Further, when the clearance from the track of the connecting
なお、上述した本発明の実施例に係るエンジンは、上述した実施例に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。以上の説明では、エンジン1、201、301、401は、直噴型エンジンとして説明したがポート噴射型のエンジンでもよい。また、以上の説明では、開度調整駆動部25は、バキュームアクチュエータ26等を有し機械的に開度調整部21、221、321、421を駆動するものとして説明したが、モータ等により電気的に駆動するようにしてもよい。また、以上の説明では、開口20aは楕円形状又は矩形状に形成するものとして説明したが、他の形状に形成してもよい。
The engine according to the embodiment of the present invention described above is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made within the scope described in the claims. In the above description, the
また、以上の説明では、各クランク室4を連通する連通路20の開口20aは、ボア壁面3aの下端部3bとクランク室壁面4aの上端部4bにかかるように形成されるものとして説明したがこれに限らない。また、開口20aがクランクシャフト10の回転方向を向いていなくとも良い。また、以上の説明では、ECU22は、エンジン回転数が低回転域であるときに連通路20の開度を最大とし、それ以外の中・高回転域であるときに連通路20の開度を最小とするものとして説明したが、本発明を適用するエンジンの連通路開度−ポンピングロスグラフの特性に応じて、例えば、中回転域のときに連通路20の開度を最大とするようにしてもよい。また、以上の説明では、連通路20の開度は、最大開度と最小開度の2段階を用いるものとして説明したが、中間開度も用いて3段階としてもよいし、回転数に応じてリニアに開度を調整するようにしてもよい。また、連通路20は、バルクヘッド16を貫通するように設けてもよい。さらに、開度調整部21、221、321、421は、各クランク室4に対応して個別に連通路20の開度を調整するようにしてもよい。
In the above description, the
以上のように、本発明に係る内燃機関は、各クランク室を連通路により連通し、この連通路の開度をエンジン回転数に応じて調整することで、全回転域にわたって効果的にポンピングロスを低減することができるものであり、ピストンが2往復する間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の4行程を行う、いわゆる4サイクル内燃機関に用いて好適である。 As described above, the internal combustion engine according to the present invention communicates the crank chambers with the communication passages, and effectively adjusts the opening degree of the communication passages according to the engine speed, thereby effectively reducing the pumping loss over the entire rotation range. This is suitable for a so-called four-cycle internal combustion engine that performs a series of four strokes consisting of an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke while the piston reciprocates twice.
1、201、301、401 エンジン
2 ピストン
3 シリンダボア
3a ボア壁面
3b 下端部
4 クランク室
4a クランク室壁面
4b 上端部
5 燃焼室
6 吸気ポート
7 排気ポート
8 インジェクタ
9 点火プラグ
10 クランクシャフト
11 シリンダヘッド
12 シリンダブロック
16 バルクヘッド
20 連通路
20a 開口
21、221、321、421 開度調整部(開度調整手段)
22 ECU(制御手段)
23 ロータリーバルブ
25 開度調整駆動部
29 外周面
30 連通孔
232 回転軸
233 フラッパバルブ
233a 基端部
233b 先端部
334 スライドバルブ
335 駆動軸
437a、438a 端部
437 長辺部
438 短辺部
439 バタフライバルブ
440 回転軸
1, 201, 301, 401
22 ECU (control means)
23
Claims (9)
前記ピストンの移動方向の一方側に設けられると共に吸気ポート及び排気ポートが連通される複数の燃焼室と、
前記ピストンの移動方向の他方側に設けられる複数のクランク室と、
前記複数のクランク室を貫通して設けられると共に前記ピストンの往復運動に連動して回転可能なクランクシャフトと、
前記複数のクランク室を開口をもって連通する連通路と、
前記連通路の開度を調整可能な開度調整手段と、
前記クランクシャフトの回転速度に応じて前記開度調整手段による前記連通路の開度を制御する制御手段とを備えることを特徴とする、
内燃機関。 A plurality of cylinder bores each capable of reciprocating pistons;
A plurality of combustion chambers provided on one side of the moving direction of the piston and communicating with an intake port and an exhaust port;
A plurality of crank chambers provided on the other side of the moving direction of the piston;
A crankshaft provided through the plurality of crank chambers and rotatable in conjunction with reciprocation of the piston;
A communication passage communicating the plurality of crank chambers with openings;
Opening degree adjusting means capable of adjusting the opening degree of the communication path;
Control means for controlling the opening degree of the communication path by the opening degree adjusting means according to the rotational speed of the crankshaft,
Internal combustion engine.
前記連通路の開口は、前記ボア壁面の前記下端部に設けられることを特徴とする、
請求項1に記載の内燃機関。 A bore wall surface forming the plurality of cylinder bores, and a cylinder block having a crank chamber wall surface continuous with a lower end portion of the bore wall surface and forming the plurality of crank chambers,
The opening of the communication path is provided in the lower end portion of the bore wall surface,
The internal combustion engine according to claim 1.
請求項1又は請求項2に記載の内燃機関。 The opening of the communication path is directed to the rotation direction of the crankshaft,
The internal combustion engine according to claim 1 or 2.
請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の内燃機関。 The control means controls the opening degree of the communication path by the opening degree adjusting means to be maximized when the rotation speed of the crankshaft is in a low speed range, and the rotation speed of the crankshaft is in a high speed range. Sometimes it is controlled so that the opening degree of the communication path by the opening degree adjusting means is minimized,
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3.
請求項4に記載の内燃機関。 The maximum opening of the communication path by the opening adjustment means is set according to the strength of the wall surface on which the opening is formed, and the minimum opening is set according to the negative pressure in the crank chamber. And
The internal combustion engine according to claim 4.
請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の内燃機関。 The opening adjusting means has a rotary valve formed in a cylindrical shape and provided rotatably in the circumferential direction in the communication path and provided with a communication hole in the outer peripheral surface. The opening area can be changed by closing and opening the opening of the communication path by an outer peripheral surface and the communication hole,
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5.
請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の内燃機関。 The opening degree adjusting means includes a flapper valve having a base end portion fixed to a rotation shaft and a tip end portion rotatable along the inner surface of the communication path, and the flapper valve is rotated along with the rotation of the rotation shaft. It is possible to change the passage area in the opening of the communication passage by rotating,
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5.
請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の内燃機関。 The opening degree adjusting means has a slide valve that can move up and down on the opening of the communication path, and the opening area of the opening of the communication path can be changed by the vertical movement of the slide valve. Characterized by the
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5.
請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の内燃機関。 The opening degree adjusting means includes a butterfly valve fixed to a rotating shaft, having a different length from the rotating shaft to one end and a length from the other end and being bent at the fixed portion, and the one end of the butterfly valve The opening area can be changed by closing the opening of the communication path on the part side or the other end side,
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006175589A JP2008002442A (en) | 2006-06-26 | 2006-06-26 | Internal combustion engine |
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JP2006175589A JP2008002442A (en) | 2006-06-26 | 2006-06-26 | Internal combustion engine |
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JP2008002442A true JP2008002442A (en) | 2008-01-10 |
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ID=39007019
Family Applications (1)
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JP2006175589A Pending JP2008002442A (en) | 2006-06-26 | 2006-06-26 | Internal combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2010013996A (en) * | 2008-07-02 | 2010-01-21 | Toyota Motor Corp | Engine lubricating device |
JP2010174778A (en) * | 2009-01-30 | 2010-08-12 | Honda Motor Co Ltd | Multi-cylinder internal combustion engine |
JP2010180747A (en) * | 2009-02-04 | 2010-08-19 | Toyota Motor Corp | Communicating structure between crankcases of multicylinder internal combustion engine |
JP2013083216A (en) * | 2011-10-11 | 2013-05-09 | Toyota Motor Corp | Stirling engine |
-
2006
- 2006-06-26 JP JP2006175589A patent/JP2008002442A/en active Pending
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