JP2008240535A - Burnt gas control device by poppet valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は自動車や自動二輪車用において使用される4工程エンジンに好適な既燃ガスの制御装置に関するもので、とくに、吸排気に使用されるポペット弁を利用して、燃焼室で発生する窒素酸化物の発生を抑制する装置に関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a burned gas control device suitable for a four-stage engine used in automobiles and motorcycles, and more particularly, to oxidize nitrogen generated in a combustion chamber using a poppet valve used for intake and exhaust. The present invention relates to an apparatus for suppressing the generation of objects.
一般に、燃焼室で発生する窒素酸化物を抑制する手段として、燃焼室の既燃ガスを再度燃焼室へ還流させる、いわゆる、排気再循環装置がよく知られている。また、出願人は先に、排気還流再循環装置の構成を簡略する手段として、図4で示すように、吸気弁あるいは排気弁をなすポペット弁50のステム52を中空に構成し、そのステム内部を隔壁54によって閉じ、隔壁に設けた小径の連通路56を通して燃焼室内に開口させる簡便の装置を提案した(特許文献1参照)。
In general, as a means for suppressing nitrogen oxides generated in a combustion chamber, a so-called exhaust gas recirculation device that recirculates burnt gas in the combustion chamber to the combustion chamber is well known. Further, as a means for simplifying the configuration of the exhaust gas recirculation device, the applicant previously configured the
すなわち、エンジンの燃焼行程で生じる既燃ガスが、燃焼圧力によってポペット弁のステム内に押し込まれ、引き続く排気行程と吸気行程に亘って燃焼室内へ還流して、吸気弁から吸入される新気と混合し、燃焼温度の過度の昇温を防ぐ構成になっている。 That is, the burnt gas generated in the combustion stroke of the engine is pushed into the stem of the poppet valve by the combustion pressure, recirculates into the combustion chamber over the subsequent exhaust stroke and intake stroke, and fresh air sucked from the intake valve Mixing is performed to prevent an excessive increase in combustion temperature.
しかしながら、既燃ガスを一旦、ステム内に導入すると、ステムの温度が過度に上昇するので比較的冷却の容易な吸気弁以外の使用が難しかった。他方、これを吸気弁に適用すると、反作用として吸入される吸気の温度が上昇し、吸気の充填効率を低下させる不具合を生じた。 However, once the burned gas is introduced into the stem, the temperature of the stem rises excessively, making it difficult to use other than an intake valve that is relatively easy to cool. On the other hand, when this is applied to the intake valve, the temperature of the intake air that is inhaled as a reaction rises, resulting in a problem that the intake charging efficiency is lowered.
その不具合を解消するには、ステムに既燃ガスを導入するのをやめる以外にないが、それでは排気再循環装置の構造を簡略化することができない。
この発明が解決しようとする問題点は、ポペット弁に既燃ガスを一旦蓄えて混合気の燃焼を制御する方法は、既燃ガスをステムの内部へ引き込んでいたので、装置を構成する部品点数が少なくできる利点があるものの、他方で、燃焼室の大きさとステムの太さとは直接的な相関関係がないので、燃焼室へ還流させる既燃ガス量の設定が難しかった。 The problem to be solved by the present invention is that the method of controlling the combustion of the air-fuel mixture by temporarily storing the burned gas in the poppet valve draws the burned gas into the stem, so the number of parts constituting the device However, since there is no direct correlation between the size of the combustion chamber and the thickness of the stem, it is difficult to set the amount of burned gas to be returned to the combustion chamber.
本発明は、燃焼室に通じる通気口を開閉する弁体とその弁体に連なるステムとを有し、前記弁体の燃焼室に対向する面に中央部分が深い略半球形状のくぼみを設けるとともに、そのくぼみを耐熱材料で作られた隔壁で閉じて内側に緩衝室を設け、その緩衝室の内外を隔壁に設けた連通路によって連通させたことを最も主要な特徴とする。 The present invention has a valve body that opens and closes a vent leading to a combustion chamber and a stem connected to the valve body, and a substantially hemispherical recess having a deep central portion is provided on a surface of the valve body facing the combustion chamber. The main feature is that the recess is closed with a partition made of a heat-resistant material, a buffer chamber is provided inside, and the inside and outside of the buffer chamber are communicated by a communication passage provided in the partition.
本発明に係る既燃ガスの制御装置によれば、既存のエンジンに大きな改変を加えることなく、弁の交換だけで燃焼ガスの過度の昇温を抑え、窒素酸化物の発生を抑制することができると同時に、中負荷域の充填効率を上げることができ、燃料消費量を減じることができる。 According to the burned gas control device of the present invention, it is possible to suppress excessive temperature rise of the combustion gas and suppress generation of nitrogen oxides only by exchanging the valve without greatly modifying the existing engine. At the same time, the charging efficiency in the middle load range can be increased, and the fuel consumption can be reduced.
また、緩衝室を弁体に設けたから、前記隔壁の位置や大きさを適宜に設定することによって緩衝室の容積を加減できるから、エンジンの大きさや特性に応じて緩衝室の容積を変更できエンジンの性能調整が容易である。さらに、ステムが中空であっても、そこに既燃ガスを引き込まないから、ステムの過熱を抑制することができる、などの効果がある。 In addition, since the buffer chamber is provided in the valve body, the volume of the buffer chamber can be adjusted by appropriately setting the position and size of the partition wall, so the volume of the buffer chamber can be changed according to the size and characteristics of the engine. It is easy to adjust the performance. Furthermore, even if the stem is hollow, the burned gas is not drawn into the stem, so that it is possible to suppress overheating of the stem.
以下、図1で示す本発明装置に係る第1実施例を説明する。図中、10は4行程エンジンの吸気口、排気口などの通気口を開閉するのに使用されるポペット弁である。ポペット弁10は弁体12と、それに連なるステム14とを有する。14aはポペット弁10を、図示してないコッタを介してばねリテーナへ係止するため慣用されている係止溝である。
A first embodiment according to the apparatus of the present invention shown in FIG. 1 will be described below. In the figure,
この例において、前記ステム14は中空に成形された、いわゆる中空ステムをなし、その一端は鋼球16によって閉じられている。前記ステム14の他端には中空の円錐台状をした前記弁体12が冶金的一体に連結されている。
In this example, the
前記弁体12は前記ステム14に比してやや厚肉の耐熱鋼によって鍛造されており、図中、その上面は前記ステム14の外周へ滑らかに連続するガイド面12aと、ガイド面12aの周縁に約90°の円錐角で研削された弁面12bとで構成されている。弁体12のステム14に通じる小径の開口部には、図中で下側から耐熱材料で作られた蓋板18が溶接され、その開口を閉じている。
The
かくて、弁体12の下面、すなわち、燃焼室に対向する側に、中央部分の深い略半球形状のくぼみ20が形成される。弁体12の下面には、さらに、耐熱材料で作られた隔壁22が溶接されており、前記くぼみ20を閉じる。
Thus, a deep, substantially hemispherical recess 20 at the center is formed on the lower surface of the
これによって、前記蓋板18と隔壁22との間に緩衝室24が形成される。なお、隔壁22は円形の平板でもいいが、この例では、燃焼室側へ膨出する略半球状に作られ、高い燃焼圧に耐えられるよう耐圧性を増してある。
Thus, a buffer chamber 24 is formed between the
26は前記隔壁22に設けられた連通路であり、これによって前記緩衝室24内を燃焼室内に連通させる。この実施例において連通路26は、ポペット弁10の軸線の周りに4個が同一円周上に等間隔で配置されている。
次に、図2で示す本願発明の第2実施例を説明する。第2実施例のポペット弁10はステム14が中空でなく、従来から慣用されている中実の場合の例である。
Next, a second embodiment of the present invention shown in FIG. 2 will be described. The
すなわち、この例において、ポペット弁10は弁体12とステム14とが一体的に鍛造されており、弁体12の燃焼室側の面の中央部分が、深い略半球形状のくぼみ20にしてある。そのくぼみ20は第1実施例の場合と同様に、連通路26を設けた隔壁22によって閉じられており、内面に緩衝室24が形成されている。
That is, in this example, the
よって、上記第1、第2の実施例に係るポペット弁20を組み付けた4行程エンジンは、ピストンの上昇する圧縮行程において、燃焼室内へ吸入した混合気の一部が緩衝室24の中へ押し込まれるがその量は圧縮比以下にとどまる。圧縮行程の終期に点火されると、混合気が爆発的に燃焼し、その爆発によって生じる高圧の既燃ガスが連通路26を通して緩衝室24内へ流入する。
Therefore, in the four-stroke engine assembled with the poppet valve 20 according to the first and second embodiments, a part of the air-fuel mixture sucked into the combustion chamber is pushed into the buffer chamber 24 during the compression stroke in which the piston rises. However, the amount remains below the compression ratio. When ignited at the end of the compression stroke, the air-fuel mixture burns explosively, and high-pressure burned gas generated by the explosion flows into the buffer chamber 24 through the
その結果、既燃ガスが緩衝室24内へ逃れた分だけ燃焼室の圧力上昇が妨げられるので、燃焼圧力や燃焼温度の上昇が抑制され、ノッキングを起こしたり、過度の酸化窒素を放出したりすることがなくなる。 As a result, the combustion chamber pressure increase is prevented by the amount of burnt gas escaped into the buffer chamber 24, so that the increase in combustion pressure and combustion temperature is suppressed, causing knocking and releasing excessive nitric oxide. There is no longer to do.
ピストンが下降する膨張行程では、燃焼室内の圧力が急激に低下するので、それに伴って、緩衝室24内へ逃れた既燃ガスが連通路26を経て再び燃焼室内へ還流する。その間、大きな値ではないが、燃焼室内へ還流した既燃ガスはピストンを押し下げる圧力として作用する。
In the expansion stroke in which the piston descends, the pressure in the combustion chamber rapidly decreases, and accordingly, the burned gas that has escaped into the buffer chamber 24 returns to the combustion chamber again through the
緩衝室24内に残る既燃ガスは、連通路26の径が小さいため、ピストンが上昇する排気行程中も引き続き燃焼室内へ還流し、一部は開いている排気弁を通して排気される。
The burnt gas remaining in the buffer chamber 24 continues to recirculate into the combustion chamber during the exhaust stroke in which the piston ascends because the diameter of the
ピストンが下降に転じる吸気行程では、燃焼室内が負圧となるため既燃ガスが引き続き燃焼室内へ流入し、吸気弁を通して流入する新気と混合して、引き続く圧縮行程において新気とともに圧縮される。かくて4個の行程が一巡する。 In the intake stroke in which the piston turns downward, the combustion chamber becomes negative pressure, so the burned gas continues to flow into the combustion chamber, mixes with fresh air flowing in through the intake valve, and is compressed along with fresh air in the subsequent compression stroke. . Thus, the four strokes are completed.
よって、本願発明によれば、燃焼室外に配管することなく、エンジンの爆発行程で生じた既燃ガスを引続く吸入行程において燃焼室内の新気に混入させることができ、単純な形で、いわゆる排気再循環装置を構成する。 Therefore, according to the present invention, the burned gas generated in the explosion stroke of the engine can be mixed into the fresh air in the combustion chamber in the subsequent intake stroke without piping outside the combustion chamber. An exhaust gas recirculation device is configured.
この装置において、新気に混入させるべき既燃ガスの量は、エンジンの最大出力時に発生する窒素酸化物の量、あるいはノッキングの程度に応じて実験的に決定されるが、その調節は、前記隔壁22の位置や形状、および連通路26の径や数を加減することによって行う。
In this apparatus, the amount of burned gas to be mixed into fresh air is experimentally determined according to the amount of nitrogen oxides generated at the maximum output of the engine or the degree of knocking. This is done by adjusting the position and shape of the
これらの実施例では、以上のように、燃焼室へ還流されるべき既燃ガスの量が、従来のように、ステム14の径や長さ、あるいは中実であるか中空であるかによって制約を受けることがなく、エンジンに最適な量が容易に設定できる。また、ステム内に既燃ガスを引き込まないからステムの過熱を防止しつつ、燃焼室内の既燃ガスを制御できるなどの効果がある。なお、前記緩衝室24は吸気、排気のいづれの弁に設けてもよく、あるいは両方の弁につけてもよいことはもちろんである。
In these embodiments, as described above, the amount of burned gas to be recirculated to the combustion chamber is limited by the diameter and length of the
10 ポペット弁
12 弁体
12a ガイド面
12b 弁面
14 ステム
14a 係止溝
16 鋼球
18 蓋板
20 くぼみ
22 隔壁
24 緩衝室
26 連通路
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JP2007078327A JP2008240535A (en) | 2007-03-26 | 2007-03-26 | Burnt gas control device by poppet valve |
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JP2007078327A JP2008240535A (en) | 2007-03-26 | 2007-03-26 | Burnt gas control device by poppet valve |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012026011A1 (en) * | 2010-08-25 | 2012-03-01 | 日鍛バルブ株式会社 | Hollow poppet valve and method for manufacturing same |
EP3450707A1 (en) * | 2017-08-30 | 2019-03-06 | MAN Truck & Bus AG | Valve for a combustion engine |
RU2779355C2 (en) * | 2017-08-30 | 2022-09-06 | Ман Трак Энд Бас Аг | Valve for internal combustion engine |
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2007
- 2007-03-26 JP JP2007078327A patent/JP2008240535A/en active Pending
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