JP2008190365A - Uniflow two-stroke cycle internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリンダの内周面に開口する掃気ポートから流入する新気の流れがシリンダ室でスワールを生成するユニフロー式2ストローク内燃機関に関し、詳細にはスワール比を制御する複数のベーンからなるベーン機構を備える気流制御装置の構造に関する。 The present invention relates to a uniflow type two-stroke internal combustion engine in which a flow of fresh air flowing from a scavenging port that opens to an inner peripheral surface of a cylinder generates a swirl in a cylinder chamber, and more specifically, includes a plurality of vanes that control a swirl ratio. The present invention relates to a structure of an airflow control device including a vane mechanism.
ユニフロー式2ストローク内燃機関において、掃気ポートまたは掃気通路からシリンダ室に供給される新気の流れ、すなわち新気の流れ方向や流量を、機関運転状態に応じて制御する気流制御装置を備えるものは知られている。(例えば、特許文献1〜3参照)
ところで、掃気ポートから流入する新気の流れが複数のベーンを備えるベーン機構により制御されるユニフロー式内燃機関において、すべてのベーンが同じ形態で一律に案内角(ベーンが径方向に対して形成する角度である。)が変更される場合、周方向で掃気ポートを挟んで(または掃気通路を形成する)隣接する1対のベーンにおいて、一方のベーンの位置に対応する他方のベーンの位置は一対一の対応関係を有することから、ベーン機構によるスワール比の制御精度を高めるためには、各ベーンの位置を高精度に制御する必要があって、簡単な構造により、機関運転状態に応じた燃焼性向上や掃気効率向上のための高精度なスワール比の制御は困難である。
また、ベーンの案内角が変更されると、それに伴って、掃気ポートまたは掃気通路の有効通路面積も変更されるため、各掃気ポートまたは各掃気通路の有効通路面積を同一にした状態で異なるスワール比を設定することができないので、スワール比と有効通路面積との組合せによる燃焼性向上や掃気効率向上のための精緻な制御は困難である。
By the way, in a uniflow internal combustion engine in which the flow of fresh air flowing in from the scavenging port is controlled by a vane mechanism having a plurality of vanes, all the vanes are uniformly formed in the same form with a guide angle (the vanes are formed in the radial direction). Is changed), in the pair of adjacent vanes sandwiching the scavenging port in the circumferential direction (or forming a scavenging passage), the position of the other vane corresponding to the position of one vane is a pair. Therefore, in order to increase the control accuracy of the swirl ratio by the vane mechanism, it is necessary to control the position of each vane with high accuracy, and with a simple structure, combustion according to engine operating conditions It is difficult to control the swirl ratio with high accuracy to improve the efficiency and scavenging efficiency.
Further, when the guide angle of the vane is changed, the effective passage area of the scavenging port or the scavenging passage is also changed accordingly, so that different swirls are obtained with the same effective passage area of each scavenging port or each scavenging passage. Since the ratio cannot be set, precise control for improving combustibility and scavenging efficiency by combining the swirl ratio and the effective passage area is difficult.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、請求項1〜5記載の発明は、簡単な構造により、第1,第2ベーンから構成されるベーン機構によるスワール比の微細な制御が可能であり、スワール比の高精度な制御が可能なユニフロー式2ストローク内燃機関を提供することを目的とする。そして、請求項3記載の発明は、さらに、ベーン機構を駆動する駆動機構の小型化を図ることを目的とし、請求項4記載の発明は、さらに、ベーン機構を駆動する駆動機構により、シリンダ軸線方向でシリンダが大型化することを回避することを目的とし、請求項5記載の発明は、さらに、ベーンの支持構造を工夫することにより、スワール比の増加を図ることを目的とする。
This invention is made | formed in view of such a situation, and the invention of Claims 1-5 has a fine swirl ratio by the vane mechanism comprised from a 1st, 2nd vane by simple structure. An object of the present invention is to provide a uniflow type two-stroke internal combustion engine that can be controlled and can control the swirl ratio with high accuracy. The invention described in
請求項1記載の発明は、往復運動するピストンが摺接する内周面に開口する掃気ポートが設けられたシリンダと、前記掃気ポートから前記シリンダにより形成されるシリンダ室に流入する新気の流れを機関運転状態に応じて制御する気流制御装置とを備えるユニフロー式2ストローク内燃機関において、
前記気流制御装置は、前記シリンダ室でスワールが生成されるように新気を前記掃気ポートに案内する案内通路を形成する第1ベーンおよび第2ベーンを備え、スワール比を制御するために前記第1ベーンおよび前記第2ベーンの揺動位置が互いに独立して変更可能であるユニフロー式2ストローク内燃機関である。
請求項2記載の発明は、請求項1記載のユニフロー式2ストローク内燃機関において、前記掃気ポートの有効開口面積は前記案内通路の通路面積により設定され、前記有効開口面積が前記第2ベーンの揺動位置により制御され、前記有効開口面積が前記第2ベーンによりほぼ一定に維持されている状態で、前記第1ベーンの揺動位置により前記スワール比が制御されるものである。
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載のユニフロー式2ストローク内燃機関において、前記気流制御装置は、前記第1ベーンおよび前記第2ベーンの揺動位置をそれぞれ変更する第1駆動リングおよび第2駆動リングを備え、前記第1駆動リングおよび前記第2駆動リングは、それぞれ前記シリンダの周方向に沿って配置されると共に、シリンダ軸線方向に並んで配置されるものである。
請求項4記載の発明は、請求項3記載のユニフロー式2ストローク内燃機関において、前記第1駆動リングおよび前記第2駆動リングは、シリンダ軸線方向で前記第1ベーンおよび前記第2ベーンを挟む位置に配置されるものである。
請求項5記載の発明は、請求項1から4のいずれか1項記載のユニフロー式2ストローク内燃機関において、前記第1ベーンおよび前記第2ベーンは、その内周端部に前記シリンダに揺動可能に支持されるヒンジ部を有し、前記各内周端部は、前記シリンダの、前記掃気ポートの周方向縁部に形成された凹部に収容されるものである。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a cylinder provided with a scavenging port opened on an inner peripheral surface with which a reciprocating piston slides, and a flow of fresh air flowing from the scavenging port into a cylinder chamber formed by the cylinder. In a uniflow type two-stroke internal combustion engine provided with an airflow control device that controls according to an engine operating state,
The airflow control device includes a first vane and a second vane that form a guide passage for guiding fresh air to the scavenging port so that a swirl is generated in the cylinder chamber, and the first airflow control device controls the swirl ratio. This is a uniflow type two-stroke internal combustion engine in which the swing positions of the first vane and the second vane can be changed independently of each other.
According to a second aspect of the present invention, in the uniflow type two-stroke internal combustion engine according to the first aspect, an effective opening area of the scavenging port is set by a passage area of the guide passage, and the effective opening area is a fluctuation of the second vane. The swirl ratio is controlled by the swing position of the first vane while being controlled by the moving position and the effective opening area is maintained substantially constant by the second vane.
According to a third aspect of the present invention, in the uniflow type two-stroke internal combustion engine according to the first or second aspect, the airflow control device changes a swing position of the first vane and the second vane, respectively. And the second drive ring, wherein the first drive ring and the second drive ring are arranged along the circumferential direction of the cylinder and arranged side by side in the cylinder axial direction.
A fourth aspect of the present invention is the uniflow type two-stroke internal combustion engine according to the third aspect, wherein the first drive ring and the second drive ring sandwich the first vane and the second vane in the cylinder axial direction. Is to be arranged.
According to a fifth aspect of the present invention, in the uniflow two-stroke internal combustion engine according to any one of the first to fourth aspects, the first vane and the second vane swing on the cylinder at an inner peripheral end portion thereof. The inner peripheral end portion is accommodated in a recess formed in a circumferential edge portion of the scavenging port of the cylinder.
請求項1記載の発明によれば、掃気ポートに新気を案内する第1,第2ベーンの揺動位置が互いに独立して制御されるので、ベーン機構を構成する第1ベーンおよび第2ベーンの一方のベーンの1つの揺動位置に対して他方のベーンの揺動位置を多様に変更することができるので、スワール比の微細な設定が可能になる。この結果、第1,第2ベーンの揺動位置を互いに独立して変更可能とするという簡単な構造により、ベーン機構によるスワール比の微細な制御が可能になって、ユニフロー式2ストローク内燃機関において、スワール比の高精度な制御が可能になる。
請求項2記載の事項によれば、同じ有効開口面積に対して多様なスワール比を設定することができるので、有効開口面積とスワール比との組合せによりスワール比の微細な制御が可能になって、燃焼性または掃気効率などの機関性能上で最適なスワール比の設定が可能になる。
請求項3記載の事項によれば、第1,第2駆動リングがシリンダ軸線方向に並んで配置されるので、第1,第2駆動リングからなる駆動機構が径方向で小型化される。
請求項4記載の事項によれば、第1,第2駆動リングは、第1,第2ベーンに対して、シリンダ軸線方向での端部スペースに配置されるので、第1,第2駆動リングからなる駆動機構により、シリンダ軸線方向でシリンダが大型化することが回避される。
請求項5記載の事項によれば、第1,第2ベーンの内周端部が掃気ポートの周方向縁部に設けられた凹部内に収容されるため、内周端部が掃気ポートを流れる新気の抵抗とならないので、スワール比の増加に寄与する。
According to the first aspect of the present invention, since the swing positions of the first and second vanes for guiding fresh air to the scavenging port are controlled independently of each other, the first vane and the second vane constituting the vane mechanism. Since the swing position of the other vane can be variously changed with respect to the swing position of one of the vanes, the swirl ratio can be set finely. As a result, the swirl position of the first and second vanes can be changed independently of each other, so that the swirl ratio can be finely controlled by the vane mechanism. , High-precision control of the swirl ratio becomes possible.
According to the second aspect, since various swirl ratios can be set for the same effective opening area, the swirl ratio can be finely controlled by combining the effective opening area and the swirl ratio. It is possible to set an optimal swirl ratio in terms of engine performance such as combustibility or scavenging efficiency.
According to the third aspect, since the first and second drive rings are arranged side by side in the cylinder axial direction, the drive mechanism including the first and second drive rings is downsized in the radial direction.
According to the fourth aspect of the present invention, the first and second drive rings are disposed in the end space in the cylinder axial direction with respect to the first and second vanes. Due to the drive mechanism, the cylinder is prevented from being enlarged in the cylinder axial direction.
According to the fifth aspect of the present invention, since the inner peripheral ends of the first and second vanes are accommodated in the recesses provided at the circumferential edge of the scavenging port, the inner peripheral end flows through the scavenging port. Since it does not become a resistance of fresh air, it contributes to an increase in the swirl ratio.
以下、本発明の実施形態を図1〜図8を参照して説明する。
図1,図2を参照すると、本発明が適用されたユニフロー式2ストローク内燃機関Eは、車両に搭載される多気筒内燃機関としての直列4気筒内燃機関であり、複数としての4つのシリンダ3を有するシリンダブロック1と、シリンダブロック1の下端部に結合されてシリンダブロック1の下部と共にクランク軸12が配置されるクランク室7を形成するクランクケース4と、シリンダブロック1の上端部に結合されるシリンダヘッド5と、シリンダヘッド5の上端部に結合されるヘッドカバー6とから構成される機関本体を備える。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
Referring to FIGS. 1 and 2, a uniflow two-stroke internal combustion engine E to which the present invention is applied is an in-line four-cylinder internal combustion engine as a multi-cylinder internal combustion engine mounted on a vehicle. Is connected to the lower end portion of the
実施形態において、上下方向は、図1に示されるように、シリンダ軸線Lに平行な方向(以下、「シリンダ軸線方向」という。)であるとする。また、径方向および周方向は、特に断らない限り、それぞれシリンダ軸線Lを中心とする径方向および周方向であるとする。そして、上および下の一方を上下方向での一方とするとき、上および下の他方は上下方向での他方である。 In the embodiment, the vertical direction is assumed to be a direction parallel to the cylinder axis L (hereinafter referred to as “cylinder axis direction”) as shown in FIG. Further, the radial direction and the circumferential direction are respectively a radial direction and a circumferential direction around the cylinder axis L unless otherwise specified. Then, when one of the upper and lower sides is one in the vertical direction, the other of the upper and lower sides is the other in the vertical direction.
シリンダブロック1は、コンロッド11を介してクランク軸12に連結されるピストン10が往復運動可能に嵌合する円筒状の単一のスリーブ8を有する各シリンダ3と、各スリーブ8を囲むと共に各スリーブ8との間に掃気室9を形成する本体2とを備える。掃気室9には、掃気ポンプにより加圧された空気である新気が供給される。本体2は、シリンダ軸線Lに直交する平面で分割される上本体2aと下本体2bとが多数のボルトにより結合されて構成される。
The
本体2に嵌合されて固定されるスリーブ8には、ピストン10が摺接する内周面8iに開口する複数の、この実施形態では8つの掃気ポート13が、周方向に等しい間隔をおいて、かつスリーブ8を径方向に貫通して設けられる。すべての掃気ポート13は同一形状であり、ピストン10が下死点を占めるとき、該ピストン10により閉塞されず、全開状態となる。
掃気室9内の新気が各掃気ポート13を通って流入するシリンダ室14は、シリンダ軸線方向でピストン10とシリンダヘッド5との間で、スリーブ8により形成される。
In the
A
シリンダヘッド5には、シリンダ軸線方向でシリンダ室14に対向する位置の凹部により形成される燃焼室15と、燃焼室15に開口する排気ポート16と、排気ポート16を開閉する排気弁17と、燃焼室15に臨む共に燃焼室15内およびシリンダ室14内に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁18と、燃焼室15に臨む点火栓19とが設けられる。
シリンダヘッド5とヘッドカバー6とで形成される動弁室20内に配置される動弁装置は、クランク軸12の動力により回転駆動されるカム軸21を備える。排気弁17は、シリンダヘッド5に回転可能に支持されるカム軸21により、クランク軸12の回転と同期して開閉駆動され、所定の開閉時期に排気ポート16を開閉する。
The
The valve operating device disposed in the
内燃機関Eは、掃気ポート13からシリンダ室14内に流入する新気の流れ、すなわちその流れ方向、流速および流量を、内燃機関Eの機関運転状態に応じて制御する気流制御装置を備える。気流制御装置は、1つの掃気ポート13毎に対応して設けられる複数のベーン、ここでは2つのベーンである第1ベーン31および第2ベーン32から構成されるベーン機構(以下、「ベーン機構」という。)と、スワール比を制御するために第1ベーン31および第2ベーン32の揺動位置を互いに独立して変更する駆動機構としての第1駆動リング41および第2駆動リング42と、両駆動リング41,42をそれぞれ駆動する駆動力を発生するアクチュエータとしての第1,第2電動モータ51,52と、両電動モータ51,52が発生する駆動力をそれぞれ第1,第2駆動リング41,42に伝達する伝達機構としての第1,第2ウォームギヤ61,62と、内燃機関Eの機関運転状態を検出する検出手段71と、該機関運転状態に応じて各電動モータ51,52を制御する制御ユニットとしての電子制御ユニット70と、を備える。
ここで、スワール比とは、各掃気ポート13からシリンダ室14に流入する新気によりシリンダ室14内で生成されるスワールの旋回速度の、クランク軸12の回転速度に対する比である。
The internal combustion engine E includes an airflow control device that controls the flow of fresh air flowing into the
Here, the swirl ratio is a ratio of the swirling speed of the swirl generated in the
併せて図3〜図5を参照すると、ベーン機構を構成するすべての第1,第2ベーン31,32は、シリンダ軸線方向で同じ位置にある。各ベーン31,32のシリンダ軸線方向での幅は、シリンダ軸線方向での掃気ポート13の幅W(図5参照)にほぼ等しい。そして、掃気ポート13毎に設けられる第1,第2ベーン31,32は、周方向で掃気ポート13を挟む位置に配置されて、シリンダ軸線Lに平行な揺動中心線を中心にしてスリーブ8に揺動可能に支持され、各掃気ポート13からシリンダ室14内に流入する新気がシリンダ室14内でスワールを生成するように、掃気室9の新気を掃気ポート13に案内する案内通路33を、シリンダ軸線方向での第1,第2駆動リング41,42の間で形成する。したがって、該案内通路33は、周方向に間隔をおいて配置される第1,第2ベーン31,32およびシリンダ軸線方向に間隔をおいて配置される第1,第2駆動リング41,42により形成される。
3-5, all the 1st,
図3〜図5を参照すると、第1,第2ベーン31,32のそれぞれは、径方向での両端部、すなわち径方向でシリンダ軸線Lに近い端部である内周端部31i,32iと、径方向でシリンダ軸線Lから遠い外周端部31o,32oとを有する。第1ベーン31は、掃気ポート13に対して、掃気ポート13を形成するスリーブ8の、スワールの旋回方向Sとは反対方向の周方向縁部8bに、該内周端部31iに設けられるヒンジ部31hにより、内周端部31iにて揺動可能に支持される。また、第2ベーン32は、掃気ポート13に対して、掃気ポート13を形成するスリーブ8の、スワールの旋回方向Sの周方向縁部8aに、該内周端部32iに設けられるヒンジ部32hにより、内周端部32iにて揺動可能に支持される。
各ヒンジ部31h,32hは、スリーブ8に設けられる支持部としての支持ピン34が挿通される貫通孔が設けられた部分である。したがって、ヒンジ部31h,32hは、スリーブ8に両端部で固定される支持ピン34に枢支される。支持ピン34は、スリーブ8に一体成形されて設けられた鍔部8c,8dおよびスリーブ8に設けられる径方向溝8c1,8d1に挿入された後、第1,第2駆動リング41,42より抜け止めされた状態で保持される。
3 to 5, each of the first and
Each of the
図3を参照すると、内周端部31i,32iおよびヒンジ部31h,32hは、縁部8a,8bに設けられた収容部としての凹部8eに収容される。内周端部31i,32iおよびヒンジ部31h,32hにおいて各ベーン31,32の揺動範囲で掃気ポート13に面する外面は、前記揺動中心線を中心軸線とする円柱面から形成され弧状部分31e,32eを有する。この弧状部分31e,32eが掃気ポート13に臨む揺動位置では、各ベーン31,32の内周端部31i,32iおよびヒンジ部31h,32hにより掃気ポート13の開口面積が変化することが殆どない。
Referring to FIG. 3, the inner
図3〜図5を参照すると、第1ベーン31の外周端部31oには、上端部から上方に突出するベーン側係合部としての係合ピン35が一体成形されて設けられ、第2ベーン32の外周端部32oには、下端部から下方に突出するベーン側係合部としての係合ピン36が一体成形されて設けられる。
Referring to FIGS. 3 to 5, an
図1〜図5を参照すると、第1,第2駆動リング41,42は、それぞれ、シリンダ軸線方向に薄い板状の円環状部材であり、スリーブ8の周方向に沿って、スリーブ8の外周に、その全周に渡って該スリーブ8を囲んで配置され、互いに独立に周方向に摺動可能となるようにスリーブ8および本体2に支持される。
具体的には、第1駆動リング41は、内周部でスリーブ8の円環状の鍔部8cに支持され、外周部で、下本体2bから上方に周方向に間隔をおいて突出して一体に設けられる複数の柱状の支持部43(図2,図5参照)に支持される。第2駆動リング42は、内周部および外周部寄りの部分において、それぞれ、下本体2bから上方に周方向に間隔をおいて突出して一体に設けられる複数の柱状の支持部44,45(図2,図5参照)に支持される。
Referring to FIGS. 1 to 5, each of the first and second drive rings 41 and 42 is a thin plate-like annular member in the cylinder axial direction, and the outer periphery of the
Specifically, the
そして、第1,第2駆動リング41,42は互いに平行に配置され、シリンダ軸線Lに直交する平面上で周方向に回動する。第1,第2駆動リング41,42のシリンダ軸線方向での間隔は掃気ポート13の幅Wにほぼ等しい。
The first and second drive rings 41 and 42 are arranged in parallel to each other and rotate in the circumferential direction on a plane orthogonal to the cylinder axis L. The distance between the first and second drive rings 41 and 42 in the cylinder axial direction is substantially equal to the width W of the scavenging
掃気室9内で第1,第2ベーン31,32の上方に形成されるスペース46に配置される第1駆動リング41には、第1ベーン31の係合ピン35が係合するリング側係合部としての係合溝48が設けられる。また、掃気室9内で第1,第2ベーン31,32の下方に形成されるスペース47に配置される第2駆動リング42には、第2ベーン32の係合ピン36が係合するリング側係合部としての係合溝49が設けられる。ここで、両スペース46,47は、第1,第2ベーン31,32に対して、シリンダ軸線方向での両方の端部側に形成される端部スペースである。
したがって、第1,第2駆動リング41,42は、シリンダ軸線方向に並んで配置され、そして、シリンダ軸線方向で、すべての第1ベーン31およびすべての第2ベーン32を挟む位置に配置される。このため、シリンダ軸線方向から見て、第1,第2駆動リング41,42およびすべての第1,第2ベーン31,32が重なる位置にある。
The
Therefore, the first and second drive rings 41 and 42 are arranged side by side in the cylinder axial direction, and are arranged at positions sandwiching all the
図1,図2を参照すると、第1ウォームギヤ61は、電動モータ51により回転駆動される駆動部としてのウォーム61aと、ウォーム61に噛合して該ウォーム61aにより駆動されてシリンダ軸線Lを回動中心線として第1駆動リング41と一体に回動する被動部としてのウォームホイール61bとにより構成される。ウォーム61aは、電動モータ51の回転軸に連結される駆動軸53に一体成形されて設けられる。ウォームホイール61bは、ウォーム61aとの噛合部61cが周方向での一部に設けられる第1駆動リング41により構成される。そして、第1駆動リング41は、電動モータ51により駆動されて回動することにより、すべての第1ベーン31の揺動位置を一律に変更する。
Referring to FIGS. 1 and 2, the
同様に、第2ウォームギヤ62は、電動モータ52により回転駆動される駆動部としてのウォーム62aと、ウォーム62aに噛合して該ウォーム62aにより駆動されてシリンダ軸線Lを回動中心線として第2駆動リング42と一体に回動する被動部としてのウォームホイール62bとにより構成される。ウォーム62aは、電動モータ52の回転軸に連結される駆動軸54に一体成形されて設けられる。ウォームホイール62bは、ウォーム62aとの噛合部62cが周方向での一部に設けられる第2駆動リング42により構成される。そして、第2駆動リング42は、電動モータ52により駆動されて回動することにより、すべての第2ベーン32の揺動位置を一律に変更する。
Similarly, the
図2を参照すると、検出手段71は、内燃機関Eの機関回転速度を検出する回転速度検出手段71aと、燃料噴射量または掃気ポンプに吸入される空気の吸気量に基づいて内燃機関Eの機関負荷を検出する負荷検出手段71bとを備え、各検出手段71a,71bの信号は電子制御ユニット70に入力される。
電子制御ユニット70は、各検出手段71a,71bにより検出された機関回転速度または機関負荷に基づいてスワール比を制御すべく、機関回転速度および機関負荷をパラメータとしてそれぞれ予め設定された第1,第2ベーン31,32の揺動位置を第1,第2ベーン31,32が占めるように、第1,第2ベーン31,32を制御する。
Referring to FIG. 2, the detection means 71 includes a rotation speed detection means 71 a for detecting the engine rotation speed of the internal combustion engine E, and an engine of the internal combustion engine E based on the fuel injection amount or the intake air amount sucked into the scavenging pump. Load detecting means 71b for detecting a load, and signals of the detecting
The
図6〜8を参照して、気流制御装置の動作について説明する。
図6には、第1,第2ベーン31,32の位置を互いに独立して変更することによりスワール比が制御されるときの、第1,第2ベーン31,32の一形態が示される。第1,第2ベーン31,32はほぼ平行となる揺動位置を占めており、第1,第2ベーン31,32の案内角θ1,θ2が比較的大きく設定されているので、シリンダ室14内には、スワール比が比較的大きいスワールが生成される。このときの、掃気ポート13の有効開口面積(以下、「有効開口面積」という。)は、第1,第2ベーン31,32の通路面積Aの最小面積により定まる。
With reference to FIGS. 6-8, operation | movement of an airflow control apparatus is demonstrated.
FIG. 6 shows one form of the first and
ここで、掃気ポート13の有効開口面積とは、掃気ポート13から流入する新気の流量を規定する開口面積であり、第1,第2ベーン31,32の揺動位置に依存して、掃気ポート13の開口面積、案内通路33の最小の通路面積A、または掃気ポート13と第1,第2ベーン31,32の一方との協働により定まる。例えば、通路面積Aが掃気ポート13の幾何学的形状により定まる開口面積よりも小さいとき、該有効開口面積は通路面積Aであり、通路面積Aが前記開口面積よりの大きいとき、有効開口面積は前記開口面積、または掃気ポート13と第1,第2ベーン31,32の一方との協働により定まる通路面積である。
Here, the effective opening area of the scavenging
そして、前述の状態から、第2ベーン32が、第2駆動リング42により駆動されて、その案内角θ2が小さくなる二点鎖線で示される位置まで揺動すると、スワール比が小さくなるように制御され、同時に通路面積Aにより設定される有効開口面積が大きくなるように変更される。さらに、この状態から、第1ベーン31が、第1駆動リング41(図1,図2参照)により駆動されて、案内角θ1が小さくなる三点鎖線で示される位置まで揺動すると、スワール比が一層小さくなり、有効開口面積が大きくなる。
このように、第1,第2ベーン31,32の揺動位置または案内角θ1,θ2が互いに独立に変更されることにより、すべてのベーンの揺動位置または案内角が一律に変更される場合に比べて、スワール比の微細な制御が可能になり、スワール比の制御精度が高められる。
Then, when the
As described above, when the swing positions or guide angles θ1 and θ2 of the first and
図7,図8を参照すると、第1,第2ベーン31,32の一形態として、第1,第2ベーン31,32または第2ベーン32の揺動位置により形成される案内通路33の通路面積Aにより、掃気ポート13の有効開口面積が設定される形態が示される。
そして、図7に実線で示されている第1,第2ベーン31,32がほぼ平行になる揺動位置に対して、第1ベーン31のみが、第1駆動リング41(図1,図2参照)により駆動されて案内角θ1が大きくなるように揺動して、二点鎖線で示される揺動位置を占めるとき、有効開口面積がほぼ同じ状態に維持された状態で、揺動前に比べてスワール比が増加する。
7 and 8, as one form of the first and
Then, only the
また、図8に示されるように、第1,第2ベーン31,32が図7に示される揺動位置に比べて、案内角θ1,θ2が小さい揺動位置を占めている形態では、掃気ポート13と第2ベーン32との協働により定まる通路面積により設定される有効開口面積がより大きくなる。そして、第1,第2ベーン31,32の案内角θ1,θ2が小さくなることから、スワール比は図7に比べて小さくなる。この場合にも、第1ベーン31のみが案内角θ1が大きくなるように駆動されて、二点鎖線で示される位置を占めるとき、有効開口面積がほぼ同じ状態に維持された状態で、第1ベーン31が実線で示される揺動位置にあるときに比べて、スワール比が増加する。
Further, as shown in FIG. 8, in the form in which the first and
このように、有効開口面積が第2ベーン32の位置により制御されるようにでき、有効開口面積が第2ベーン31,32によりほぼ一定に維持されている状態で、有効開口面積を変更することなく、第1ベーン31の位置によりスワール比を制御することができる。
In this way, the effective opening area can be controlled by the position of the
次に、前述のように構成された実施形態の作用および効果について説明する。
ユニフロー式2ストローク内燃機関Eの気流制御装置は、シリンダ室14でスワールが生成されるように新気を掃気ポート13に案内する案内通路33を形成する第1,第2ベーン31,32を備え、スワール比を制御するために第1,第2ベーン31,32の揺動位置が互いに独立して変更可能であることにより、掃気ポート13に新気を案内する第1,第2ベーン31,32の揺動位置が互いに独立して制御されるので、ベーン機構を構成する第1,第2ベーン31,32の一方のベーンの1つの揺動位置に対して他方のベーンの揺動位置を多様に変更することができるので、スワール比の微細な設定が可能になる。この結果、第1,第2ベーン31,32の揺動位置を互いに独立して変更可能とするという簡単な構造により、ベーン機構によるスワール比の微細な制御が可能になって、ユニフロー式2ストローク内燃機関Eにおいて、スワール比の高精度な制御が可能になる。
Next, operations and effects of the embodiment configured as described above will be described.
The airflow control device of the uniflow type two-stroke internal combustion engine E includes first and
掃気ポート13の有効開口面積は案内通路33の通路面積Aにより設定され、有効開口面積が第2ベーン32の揺動位置または案内角θ2により制御され、有効開口面積が第2ベーン32によりほぼ一定に維持されている状態で、第1ベーン31の揺動位置によりスワール比が制御されることにより、同じ有効開口面積に対して多様なスワール比を設定することができるので、有効開口面積とスワール比との組合せによりスワール比の微細な制御が可能になって、燃焼性または掃気効率などの機関性能上で最適なスワール比の設定が可能になる。
The effective opening area of the scavenging
気流制御装置は、第1,第2ベーン31,32の位置をそれぞれ変更する第1,第2駆動リング41,42を備え、第1,第2駆動リング41,42は、それぞれスリーブ8の周方向に沿って配置されると共に、シリンダ軸線方向に並んで配置されることにより、第1,第2駆動リング41,42がシリンダ軸線方向に並んで配置されるので、第1,第2駆動リング41,42からなる駆動機構が径方向で小型化される。
The airflow control device includes first and second drive rings 41 and 42 for changing the positions of the first and
第1,第2駆動リング41,42は、シリンダ軸線方向で第1,第2ベーン31,32を挟む位置に配置されることにより、第1,第2駆動リング41,42は、第1,第2ベーン31,32に対して、シリンダ軸線方向でのスペース46,47に配置されるので、第1,第2駆動リング41,42からなる駆動機構により、シリンダ軸線方向でシリンダ3またはスリーブ8が大型化することが回避される。
The first and second drive rings 41 and 42 are arranged at positions sandwiching the first and
第1,第2ベーン31,32は、その内周端部31i,32iにスリーブ8に揺動可能に支持されるヒンジ部31h,32hを有し、各内周端部31i,32iは、スリーブ8の、掃気ポート13の周方向縁部8a,8bに形成された凹部8eに収容されることにより、第1,第2ベーン31,32の内周端部31i,32iおよびヒンジ部31h,32hが掃気ポート13の周方向縁部8a,8bに設けられた凹部8e内に収容される。このため、内周端部31i,32iが掃気ポート13を流れる新気の抵抗とならないので、スワール比の増加に寄与する。
The first and
以下、前述した実施形態の一部の構成を変更した実施形態について、変更した構成に関して説明する。
係合溝48または係合溝49は、図3に三点鎖線で示されるように、半径方向に対して傾斜していてもよく、これにより、係合ピン35が係合溝48を移動するとき、または係合ピン36が係合溝49を移動するときの摩擦力が減少するので、各ベーン31,32の駆動力を小さくすることができて、電動モータ51,52を小型化できる。
各ベーン31,32に一体に形成されたピンが、周方向縁部8a,8bに設けられた孔から構成される支持部に揺動可能に支持されてもよい。
内燃機関は、単気筒内燃機関であってもよく、また圧縮点火式機関であってもよい。
内燃機関は、前記実施形態では車両に使用されるものであったが、鉛直方向を指向するクランク軸を備える船外機等の船舶推進装置に使用されるものであってもよい。
Hereinafter, an embodiment in which a part of the configuration of the above-described embodiment is changed will be described with respect to the changed configuration.
The
The pins formed integrally with the
The internal combustion engine may be a single cylinder internal combustion engine or a compression ignition engine.
Although the internal combustion engine is used for a vehicle in the embodiment, it may be used for a ship propulsion device such as an outboard motor having a crankshaft oriented in the vertical direction.
1…シリンダブロック、3…シリンダ、8…スリーブ、13…掃気ポート、14…シリンダ室、31,32…ベーン、33…案内通路、41,42…駆動リング、46,47…スペース、51,52…電動モータ、61,62…ウォームギヤ、
L…シリンダ軸線、A…通路面積。
DESCRIPTION OF
L: Cylinder axis, A: Passage area.
Claims (5)
前記気流制御装置は、前記シリンダ室でスワールが生成されるように新気を前記掃気ポートに案内する案内通路を形成する第1ベーンおよび第2ベーンを備え、スワール比を制御するために前記第1ベーンおよび前記第2ベーンの揺動位置が互いに独立して変更可能であることを特徴とするユニフロー式2ストローク内燃機関。 A cylinder provided with a scavenging port opened on an inner peripheral surface with which a reciprocating piston slides, and a flow of fresh air flowing from the scavenging port into a cylinder chamber formed by the cylinder are controlled in accordance with an engine operating state. In a uniflow type two-stroke internal combustion engine comprising an airflow control device,
The airflow control device includes a first vane and a second vane that form a guide passage for guiding fresh air to the scavenging port so that a swirl is generated in the cylinder chamber, and the first airflow control device controls the swirl ratio. A uniflow type two-stroke internal combustion engine characterized in that swing positions of the first vane and the second vane can be changed independently of each other.
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---|---|---|---|
JP2007023581A JP2008190365A (en) | 2007-02-01 | 2007-02-01 | Uniflow two-stroke cycle internal combustion engine |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011062618A1 (en) * | 2009-11-18 | 2011-05-26 | Achates Power, Inc. | Apparatus and method for controlling swirl in a ported, two-stroke, internal combustion engine |
CN102808690A (en) * | 2012-08-09 | 2012-12-05 | 杭州电子科技大学 | Variable intake vortex channel structural device |
CN104389675A (en) * | 2014-09-18 | 2015-03-04 | 北京航空航天大学 | Composite circular rotational flow scavenging system for multi-fuel aerial heavy engine, and control method |
CN109026349A (en) * | 2018-09-18 | 2018-12-18 | 江苏心源航空科技有限公司 | A kind of two stroke engine scavenging air belt |
-
2007
- 2007-02-01 JP JP2007023581A patent/JP2008190365A/en active Pending
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