JP2011214532A - Internal combustion engine with auxiliary chamber - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリンダボアを有するシリンダブロックと、該シリンダブロックに結合されるシリンダヘッドとの間に、前記シリンダボアに摺動自在に嵌合されるピストンの頂部を臨ませる燃焼室が形成され、前記シリンダヘッドに、該シリンダヘッドに設けられる吸気ポート、排気ポートおよび副室ポートの前記燃焼室への連通・遮断を切換える吸気バルブ、排気バルブおよび副室バルブがそれぞれ開閉作動可能に配設され、前記副室ポートに副室が接続され、前記燃焼室に先端を臨ませる点火プラグが前記シリンダヘッドに取付けられる副室付き内燃機関に関する。 In the present invention, a combustion chamber is formed between a cylinder block having a cylinder bore and a cylinder head coupled to the cylinder block so as to face a top of a piston slidably fitted to the cylinder bore. An intake valve, an exhaust valve, and a sub-chamber valve for switching communication / blocking of the intake port, exhaust port, and sub-chamber port provided in the cylinder head to the combustion chamber are respectively disposed in the head so as to be openable and closable. The present invention relates to an internal combustion engine with a sub chamber in which a sub chamber is connected to a chamber port, and a spark plug that faces the tip of the combustion chamber is attached to the cylinder head.
このような副室付き内燃機関は、特許文献1で既に知られている。
Such an internal combustion engine with a sub chamber is already known from
ところで、圧縮行程で燃焼室内の混合気の一部をその量を制御しながら副室に導入することで、吸気装置側にスロットルバルブが設けられることを不要としてエンジンの吸気制御を行うことが可能であり、より低負荷まで副室への混合気導入の制御を行いたい。しかるに、燃焼室の中央部に点火プラグが配置され、該点火プラグの周囲の燃焼室壁面に吸気ポート、排気ポートおよび副室ポートが近接配置される内燃機関では、点火プラグの近くに副室ポートが配置されることになるので、点火プラグの点火による火炎が副室ポート側に直ちに達するので、その火炎の影響を受けないように副室バルブを閉じる必要があり、副室バルブを長く(圧縮行程後期まで)開いて副室を利用しようとすると、点火タイミングをそれだけ遅らせる必要が生じ、効率のよい点火ができなくなってしまう。このため圧縮行程後期の点火タイミングよりも前に副室バルブを閉じる必要があり、吸気量制御に制限があった。 By the way, by introducing a part of the air-fuel mixture in the combustion chamber into the sub chamber while controlling the amount in the compression stroke, it is possible to perform intake control of the engine without the need for a throttle valve on the intake device side. I want to control the introduction of the air-fuel mixture into the subchamber up to a lower load. However, in an internal combustion engine in which an ignition plug is disposed in the center of the combustion chamber, and an intake port, an exhaust port, and a sub chamber port are disposed close to the combustion chamber wall surface around the ignition plug, the sub chamber port is located near the ignition plug. Since the flame due to ignition of the spark plug reaches the sub chamber port side immediately, it is necessary to close the sub chamber valve so that it is not affected by the flame. If it tries to open and use the sub chamber (until the end of the stroke), it will be necessary to delay the ignition timing accordingly, and efficient ignition will not be possible. For this reason, it is necessary to close the sub-chamber valve before the ignition timing in the latter half of the compression stroke, which limits the intake air amount control.
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、副室バルブをより長く開弁しておくことができるようにして、より低負荷での吸気量制御を可能とした副室付き内燃機関を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and the sub-chamber internal combustion engine that enables the intake air amount control at a lower load by enabling the sub-chamber valve to be opened longer. The purpose is to provide.
上記目的を達成するために、本発明は、シリンダボアを有するシリンダブロックと、該シリンダブロックに結合されるシリンダヘッドとの間に、前記シリンダボアに摺動自在に嵌合されるピストンの頂部を臨ませる燃焼室が形成され、前記シリンダヘッドに、該シリンダヘッドに設けられる吸気ポート、排気ポートおよび副室ポートの前記燃焼室への連通・遮断を切換える吸気バルブ、排気バルブおよび副室バルブがそれぞれ開閉作動可能に配設され、前記副室ポートに副室が接続され、前記燃焼室に先端を臨ませる点火プラグが前記シリンダヘッドに取付けられる副室付き内燃機関において、前記副室バルブの開弁中に点火時期となる点火プラグが前記燃焼室の中心を挟んで前記副室バルブと対称となる位置で先端を燃焼室に臨ませるようにして前記シリンダヘッドに取付けられることを第1の特徴とする。 In order to achieve the above object, according to the present invention, the top of a piston slidably fitted to the cylinder bore faces between a cylinder block having a cylinder bore and a cylinder head coupled to the cylinder block. A combustion chamber is formed, and an intake valve, an exhaust valve, and a sub-chamber valve for switching communication / blocking of the intake port, exhaust port, and sub-chamber port provided in the cylinder head to the combustion chamber are opened / closed respectively. In an internal combustion engine with a sub chamber in which a sub chamber is connected to the sub chamber port and a spark plug that faces the tip of the combustion chamber is attached to the cylinder head, the sub chamber valve is opened. The spark plug, which is the ignition timing, faces the tip of the combustion chamber at a position symmetrical to the sub-chamber valve across the center of the combustion chamber. That is attached to the cylinder head in the first feature.
また本発明は、第1の特徴の構成に加えて、前記副室および前記燃焼室間に、前記副室に生じる圧力ならびに前記副室に貯留される空気量を可変とする制御弁が配設されることを第2の特徴とする。 According to the present invention, in addition to the configuration of the first feature, a control valve is provided between the sub chamber and the combustion chamber to vary the pressure generated in the sub chamber and the amount of air stored in the sub chamber. This is a second feature.
本発明は、第1の特徴の構成に加えて、第1の前記点火プラグとは別の第2の点火プラグが、第1の前記点火プラグよりも前記副室バルブに近い位置で先端を前記燃焼室に臨ませて前記シリンダヘッドに取付けられることを第3の特徴とする。 In the present invention, in addition to the configuration of the first feature, a second spark plug different from the first spark plug has a tip at a position closer to the sub chamber valve than the first spark plug. A third feature is that it is attached to the cylinder head so as to face the combustion chamber.
本発明は、第3の特徴の構成に加えて、前記吸気バルブおよび前記排気バルブが、前記吸気バルブ、排気バルブおよび副室バルブを開閉駆動する動弁機構が備える単一のカムシャフトの両側に配置され、第1および第2の前記点火プラグと、前記副室バルブとが、前記カムシャフトの両側に配置されることを第4の特徴とする。 According to the present invention, in addition to the configuration of the third feature, the intake valve and the exhaust valve are provided on both sides of a single camshaft provided in a valve mechanism that opens and closes the intake valve, the exhaust valve, and the sub chamber valve. The fourth feature is that the first and second spark plugs and the sub-chamber valve are disposed on both sides of the camshaft.
本発明は、第3または第4の特徴の構成に加えて、第2の点火プラグの点火時期が前記副室バルブの閉弁後に設定されることを第5の特徴とする。 The fifth feature of the present invention is that, in addition to the configuration of the third or fourth feature, the ignition timing of the second spark plug is set after the sub chamber valve is closed.
本発明は、第3〜第5の特徴の構成のいずれかに加えて、第2の点火プラグの点火時期が、第1の点火プラグの点火時期よりも遅く設定されることを第6の特徴とする。 The sixth feature of the present invention is that, in addition to any of the third to fifth features, the ignition timing of the second spark plug is set later than the ignition timing of the first spark plug. And
本発明は、第3〜第6の特徴の構成のいずれかに加えて、所定回転数以上の機関回転数の運転状態で、第1および第2の点火プラグの一方の点火がリタードあるいはカットされることを第7の特徴とする。 In the present invention, in addition to any one of the third to sixth features, the ignition of one of the first and second spark plugs is retarded or cut in an operating state at an engine speed equal to or higher than a predetermined speed. This is the seventh feature.
本発明は、第3〜第6の特徴の構成のいずれかに加えて、所定回転数以上の機関回転数の運転状態で、第1および第2の点火プラグの一方の点火がリタードあるいはカットされるとともに、第1および第2の点火プラグの他方の点火時期が、所定回転数未満の機関回転数の運転状態での点火時期よりも早められることを第8の特徴とする。 In the present invention, in addition to any one of the third to sixth features, the ignition of one of the first and second spark plugs is retarded or cut in an operating state at an engine speed equal to or higher than a predetermined speed. In addition, an eighth feature is that the other ignition timing of the first and second spark plugs is made earlier than the ignition timing in the operating state at the engine speed less than the predetermined engine speed.
さらに本発明は、第8の特徴の構成に加えて、機関回転数が設定回転数以下の低速運転状態で、第1および第2の点火プラグの点火時期が同時に設定されることを第9の特徴とする。 Furthermore, in addition to the configuration of the eighth feature, the present invention provides that the ignition timings of the first and second spark plugs are set simultaneously in a low-speed operation state where the engine speed is equal to or less than the set speed. Features.
本発明の第1の特徴によれば、燃焼室の中心を挟んで副室バルブと対称となる位置で点火プラグの先端が燃焼室に臨むので、点火プラグの先端を副室バルブから遠い位置に配置することで副室バルブをより長く開弁して置くことができ、低負荷での吸気量制御が可能となる。特に低速回転での運転時には火炎の伝播が遅くなるので、点火直後も副室バルブを開いておくことができる。 According to the first feature of the present invention, since the tip of the spark plug faces the combustion chamber at a position symmetrical to the sub chamber valve across the center of the combustion chamber, the tip of the spark plug is positioned far from the sub chamber valve. By arranging, the sub chamber valve can be opened longer and the intake air amount control at a low load becomes possible. In particular, since the flame propagation is slow during operation at low speed, the sub-chamber valve can be opened immediately after ignition.
本発明の第2の特徴によれば、副室に生じる圧力ならびに副室に貯留される空気量が制御弁で可変に制御されるので、膨張比をコントロールして機関の運転状態に応じた可変圧縮が可能となる。 According to the second feature of the present invention, since the pressure generated in the sub chamber and the amount of air stored in the sub chamber are variably controlled by the control valve, the expansion ratio is controlled to be variable according to the operating state of the engine. Compression is possible.
本発明の第3の特徴によれば、第1および第2の点火プラグが、第1の点火プラグよりも副室バルブに近い位置で第2点火プラグの先端を燃焼室に臨ませるようにしてシリンダヘッドに取付けられるので、限られた燃焼室のスペースに、相互に干渉することがないようにして、副室ポートならびに第1および第2の点火プラグを配置することができ、一対の点火プラグによって効率のよい燃焼が可能となり、点火タイミングを遅らせることも可能となる。 According to the third aspect of the present invention, the first and second spark plugs are arranged such that the tip of the second spark plug faces the combustion chamber at a position closer to the sub chamber valve than the first spark plug. Since it is attached to the cylinder head, the sub-chamber port and the first and second spark plugs can be arranged in a limited combustion chamber space so as not to interfere with each other. Thus, efficient combustion is possible, and the ignition timing can be delayed.
本発明の第4の特徴によれば、動弁機構が備える単一のカムシャフトの両側に、吸気バルブおよび排気バルブが配置されるとともに、第1および第2の点火プラグと、副室バルブとが配置されるので、限られた燃焼室のスペースに、吸気ポート、排気ポート、副室ポートおよび一対の点火プラグを配置することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the intake valve and the exhaust valve are disposed on both sides of a single camshaft included in the valve mechanism, and the first and second spark plugs, the sub chamber valve, Therefore, an intake port, an exhaust port, a sub chamber port, and a pair of spark plugs can be arranged in a limited combustion chamber space.
本発明の第5の特徴によれば、第1の点火プラグよりも副室バルブに近い位置にある第2の点火プラグの点火時期が副室バルブの閉弁後に設定されるので、第2の点火プラグによる火炎の影響が副室側に生じることがないようにして点火タイミングを遅らせて燃焼効率の向上を図ることができる。 According to the fifth feature of the present invention, the ignition timing of the second spark plug located closer to the sub chamber valve than the first spark plug is set after the sub chamber valve is closed. It is possible to improve the combustion efficiency by delaying the ignition timing so that the influence of the flame by the spark plug does not occur on the side of the sub chamber.
本発明の第6の特徴によれば、第1および第2の点火プラグが位相差をもって点火するものであり、副室バルブから遠い側の第1の点火プラグの点火時期を副室バルブに近い側の第2の点火プラグの点火時期よりも早くするようにして全体の点火時期を遅くし、燃焼効率を高めつつ低負荷までの吸気量制御が可能となり、火炎の伝播による影響を副室側で受け難くすることができる。 According to the sixth aspect of the present invention, the first and second spark plugs ignite with a phase difference, and the ignition timing of the first spark plug far from the sub chamber valve is close to the sub chamber valve. The ignition timing of the second ignition plug on the side is made earlier so that the entire ignition timing is delayed, and the intake amount control up to a low load is possible while improving the combustion efficiency. It can be made difficult to receive.
本発明の第7の特徴によれば、所定回転数以上の機関回転数の運転状態では、筒内流動が向上しており、燃焼が早くなるので、第1および第2の点火プラグの両方を点火させる必要はなく、第1および第2の点火プラグの一方の点火をリタードあるいはカットして他方の点火だけで対応することが可能となり、不要な点火をリタードあるいはカットすることができる。 According to the seventh feature of the present invention, in the operating state at the engine speed equal to or higher than the predetermined speed, the in-cylinder flow is improved and the combustion is accelerated, so that both the first and second spark plugs are connected. There is no need to ignite, it is possible to retard or cut one ignition of the first and second spark plugs and respond only by the other ignition, and it is possible to retard or cut unnecessary ignition.
本発明の第8の特徴によれば、所定回転数以上の機関回転数の運転状態では、第1および第2の点火プラグの一方の点火がリタードあるいはカットされ、他方の点火プラグの点火時期が早められるので、筒内流動が向上して燃焼が早くなるのに伴って点火タイミングを早めることができる。 According to the eighth aspect of the present invention, in an operating state at an engine speed equal to or higher than a predetermined speed, one ignition of the first and second spark plugs is retarded or cut, and the ignition timing of the other spark plug is Since it is advanced, the ignition timing can be advanced as the in-cylinder flow is improved and the combustion is accelerated.
さらに本発明の第9の特徴によれば、機関回転数が設定回転数以下の低速運転状態では第1および第2の点火プラグが同時に点火するので、火炎の伝播を効率よく行うようにして点火タイミングを遅らせることができ、副室バルブをより長く開弁しておくことができる。 Further, according to the ninth feature of the present invention, since the first and second spark plugs are ignited simultaneously in the low speed operation state where the engine speed is equal to or lower than the set speed, the ignition is performed so as to efficiently transmit the flame. The timing can be delayed and the sub chamber valve can be opened longer.
本発明の実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
本発明の実施例1について図1〜図6を参照しながら説明すると、先ず図1において、この内燃機関Eは、シリンダボア11を有するシリンダブロック12と、該シリンダブロック12に結合されるシリンダヘッド13とを備え、シリンダブロック12およびシリンダヘッド13間には、前記シリンダボア11に摺動自在に嵌合されるピストン15の頂部を臨ませる燃焼室14が形成される。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6. First, in FIG. 1, the internal combustion engine E includes a
図2および図3を併せて参照して、前記シリンダヘッド13には、吸気ポート16、排気ポート17および副室ポート18がそれぞれ設けられており、前記吸気ポート16に通じる吸気通路19を形成する吸気管20を含む吸気装置21がシリンダヘッド13に接続され、吸気管20には、吸気通路19に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁22が取付けられる。また前記排気ポート17に連なるようにして排気装置(図示せず)がシリンダヘッド13に接続される。
2 and 3 together, the
ところで前記シリンダヘッド13には、該シリンダヘッド13をシリンダブロック12およびクランクケース側に結合するためのスタッドボルト23,23…を挿通せしめる4つの第1〜第4ボルト挿通孔24,25,26,27が、前記燃焼室14の周囲で周方向に間隔をあけるようにして設けられており、前記吸気ポート16は前記燃焼室14から第1および第2ボルト挿通孔24,25間を通ってシリンダヘッド13の第1側面13aに開口するように配置され、前記排気ポート17は、前記燃焼室14から第3および第4ボルト挿通孔26,27間を通ってシリンダヘッド13の第1側面13aとは反対側の第2側面13bに開口するように配置される。また前記副室ポート18は、前記燃焼室14から第2および第3ボルト挿通孔25,26を通ってシリンダヘッド13の第3側面13cに開口するように配置されるものであり、第3側面13cは、第1および第2側面13a,13bが臨む方向とは直交する方向に臨む位置に配置される側面である。
By the way, the
前記シリンダヘッド13には、前記吸気ポート16、前記排気ポート17および前記副室ポート18の前記燃焼室14への連通・遮断を切換える吸気バルブ28、排気バルブ29および副室バルブがそれぞれ開閉作動可能に配設され、吸気バルブ28、排気バルブ29および副室バルブ30は、シリンダヘッド13との間に設けられるバルブスプリング31,32,33で閉弁側に付勢される。
In the
前記吸気バルブ28、排気バルブ29および副室バルブ30を開閉駆動する動弁機構35は、前記シリンダヘッド13と、該シリンダヘッド13に結合されるヘッドカバー34との間に形成される動弁室36に収納される。而して前記動弁機構35は、前記吸気バルブ28、排気バルブ29および副室バルブ30に共通な単一のカムシャフト37と、該カムシャフト37の回転に従動して前記吸気バルブ28、排気バルブ29および副室バルブ30を開弁側に駆動する吸気バルブ用ロッカアーム38、排気バルブ用ロッカアーム39および副室バルブ用ロッカアーム40とを備える。
A
前記カムシャフト37の一端部は、前記シリンダヘッド13に設けられた第1カムホルダ41を回転自在に貫通し、第1カムホルダ41およびカムシャフト37間にはボールベアリング43が介装される。また前記カムシャフト37の軸線に沿う方向で第1カムホルダ41から間隔をあけた位置でシリンダヘッド13に設けられる第2カムホルダ42に、前記カムシャフト37の他端部がボールベアリング44を介して回転自在に支承される。
One end of the
前記カムシャフト37には、前記吸気バルブ28に対応した吸気カム46、前記排気バルブ29に対応した排気カム47、ならびに前記副室バルブ30に対応した副室カム48が軸方向に間隔をあけて設けられる。
On the
第1および第2カムホルダ41,42には、前記カムシャフト37の軸線の両側に配置される第1ロッカシャフト49および第2ロッカシャフト50の両端部が支持される。第1ロッカシャフト49には、吸気バルブ用ロッカアーム38および副室バルブ用ロッカアーム40が揺動可能に支承され、吸気バルブ用ロッカアーム38および副室バルブ用ロッカアーム40の一端にそれぞれ軸支されるローラ51,52が吸気カム46および副室カム48に転がり接触する。また吸気バルブ用ロッカアーム38および副室バルブ用ロッカアーム40の他端には、タペットねじ54,55が軸方向に沿う進退位置を調整可能として螺合されており、それらのタペットねじ54,55は、吸気バルブ28および副室バルブ30のステムエンドに当接する。
The first and
第2ロッカシャフト50には、排気バルブ用ロッカアーム39が揺動可能に支承され、排気バルブ用ロッカアーム39の一端に軸支されるローラ53が排気カム47に転がり接触する。また排気バルブ用ロッカアーム39の他端には、タペットね56じが軸方向に沿う進退位置を調整可能として螺合されており、該タペットねじ56は、排気バルブ29のステムエンドに当接する。
An exhaust
前記カムシャフト37の一端すなわち第1カムホルダ41からの前記カムシャフト37の突出端部には、クランクシャフトからの回転動力を伝達するカムチェーン57を走行させるためのカムチェーン通路59がシリンダブロック12およびシリンダヘッド13に設けられる。すなわち前記カムシャフト37の第1カムホルダ41からの突出端部には被動スプロケット58が固定され、この被動スプロケット58に前記カムチェーン57が巻き掛けられる。
At one end of the
前記副室ポート18は、前記燃焼室14に関して前記カムチェーン通路59と反対側に位置するように前記シリンダヘッド13に設けられており、この副室ポート18は、車体搭載時に前記燃焼室14側に向かって下り勾配となるように形成される。
The
また前記シリンダヘッド13には、前記燃焼室14に先端を臨ませる第1および第2の点火プラグ60A,60Bが取付けられるのであるが、第1の点火プラグ60Aは、燃焼室14の中心Cを挟んで副室バルブ30と対称となる位置で先端を燃焼室14に臨ませるようにしてシリンダヘッド13に取付けられ、第2の点火プラグ60Bは、第1の点火プラグ60Aよりも副室バルブ30に近い位置、この実施例1では吸気ポート16および副室ポート18間で先端を燃焼室14に臨ませてシリンダヘッド13に取付けられる。
The
しかも吸気バルブ28および排気バルブ29が、動弁機構35が備える単一の前記カムシャフト37の両側に配置されるのに対して、第1および第2の点火プラグ60A,60Bと、副室バルブ30とが、前記カムシャフト37の両側に配置される。すなわちシリンダボア11の軸線に直交する平面への投影図上で、図3で示すように、前記カムシャフト37の中心軸線CLの一側に吸気ポート16および副室ポート18が配置され、前記中心軸線CLの他側に排気ポート17ならびに第1および第2の点火プラグ60A,60Bが配置される。
In addition, the
第2の点火プラグ60Bの点火時期は、副室バルブ30の閉弁後に設定されており、第2の点火プラグ60Bの点火時期が、第1の点火プラグ60Aの点火時期よりも遅く設定される。
The ignition timing of the
しかも所定回転数以上の機関回転数の運転状態では、第1および第2の点火プラグ60A,60Bの一方、この実施例1では、第2の点火プラグ60Bの点火がリタードあるいはカットされ、第1および第2の点火プラグ60A,60Bの他方、この実施例1では第1の点火プラグ60Aの点火時期が、所定回転数未満の機関回転数の運転状態での点火時期よりも早められ、たとえば副室を有しない内燃機関において1つの点火プラグで点火する際の点火タイミングまで早められる。而して前記所定回転数は、最大回転数の2/3以上の回転数であり、たとえば最大出力発生回転数が8000rpmの場合、前記所定回転数は5000rpmに設定される。
In addition, in the operating state of the engine speed equal to or higher than the predetermined speed, in the first embodiment, the ignition of the
このような第1および第2の点火プラグ60A,60Bの点火タイミングは、図4で示されるようになり、この図4において、第1の点火プラグ60Aの点火タイミングはL1で、第2の点火プラグ60Bの点火タイミングはL2でそれぞれ示される。なお参考のために、副室を有しない内燃機関で1つの点火プラグで点火する際の点火タイミングがL3で、副室を有しない内燃機関で2つの点火プラグで同時に点火する際の点火タイミングがL4で示される。
The ignition timings of the first and
ところで前記吸気カム46、前記排気カム47および前記副室カム48による吸気バルブ28、排気バルブ29および副室バルブ30の開弁リフト特性は、図5で示す通りであり、副室バルブ30は、吸気バルブ28の開きタイミングに合わせる時期ならびに圧縮行程が始まる時期間のどこかから開き始めるものであり、その閉弁時期は、第1および第2の点火プラグ60A,60Bの点火時期に位相差を持たせることで、一対の点火プラグを同時に点火する時の特性よりも遅くすることが可能である。なお第1および第2の点火プラグ60A,60Bの点火時期に位相差を持たせたときに点火時期が遅い方の第2の点火プラグ60Bの点火時期が図5においてθAで示されるのに対し、一対の点火プラグを同時に点火する際の点火時期は図5においてθBで示される。
Incidentally, the valve opening lift characteristics of the
前記副室ポート18には、前記ピストン15の圧縮行程で前記副室バルブ30を開くことによって前記燃焼室14の混合気の一部を導く副室61が接続されるものであり、この副室61を形成する副室ハウジング62は連結筒部63を介して前記シリンダヘッド13に締結され、副室ハウジング62および連結筒部63は一体に形成される。
A
圧縮行程で副室バルブ30が開いていることによって燃焼室14内の混合気の一部は副室ポート18から副室側に流れるのであるが、副室61および燃焼室14間には、副室61に生じる圧力ならびに副室61に貯留される空気量を可変とするための制御弁であるバタフライバルブ64が配設されており、このバタフライバルブ64の弁軸65は前記連結筒部63に回動可能に支承される。
A part of the air-fuel mixture in the
而して副室バルブ30は、吸気バルブ28の開きタイミングから圧縮行程が始まる時期までのどこかで開弁し、圧縮行程の後期の概ね点火時期まで開弁するのであるが、その間に、バタフライバルブ64を開弁することで吸気ポート16から吸入した空気および燃料が圧縮行程で副室61に押し出されるのであるが、バタフライバルブ64の開度を制御して通気抵抗を変化させることで要求出力を得るのに必要な空気量に調節することができ、バタフライバルブ64を全開としたときには機関出力は最小となり、全閉のときに最大となる。このように副室61に燃焼室14から一部の混合気を導くとともにその量を制御することにより、実質的に吸気量が制御されるので吸気装置21側にはスロットルバルブが不要となる。
Thus, the
ところで副室への混合気の導入量を制御するにあたって、ピストンの一端を副室に臨ませ、そのピストンを作動せしめて福室の容積を変化させることも可能であるが、そのような構造では、圧縮行程で燃焼室14側から作用する高圧に耐える強固な構造がピストン側で必要となり、摺動部の漏れをシールするのが困難である。それに対して、燃焼室14および副室61間に配置されるバタフライバルブ64によって通気抵抗を変化させることで混合気の副室61への導入量を制御するようにした上述の構造では、可動部で高圧を直接支える必要がないので、可動部分の構造を簡素化することができ、バタフライバルブ64の回動で通気抵抗を変化させるので、漏れに対する対応が容易である。
By the way, when controlling the amount of air-fuel mixture introduced into the sub chamber, it is possible to change the volume of the chamber by moving one end of the piston into the sub chamber and operating the piston. A strong structure that can withstand the high pressure acting from the
また燃焼室14から副室61に混合気を押し出すようにすることで、ミラーサイクルと同様にポンピングロスを低減することができ、しかもバタフライバルブ64を開くことで出力制御を行うので、負荷が低いほどポンピングロスの低減効果が大きくなる。また全負荷運転時には、バタフライバルブ64を全閉とするものの、副室バルブ30およびバタフライバルブ64間の通路容積分は、燃焼室14から押し出されるので、ノッキングに対する耐久性が向上し、その分、幾何学的圧縮比を上げることが可能となり、低負荷時には膨張比の向上分だけ、燃費の低減を図ることができる。さらに低負荷時にも吸気装置21側にスロットルバルブがないことからスロットルバルブの全開時と同様な強力な筒内流動を燃焼室14に生じさせることができ、リーン燃焼運転が可能となる。
Further, by pushing the air-fuel mixture from the
前記連結筒部63から突出した前記弁軸65の一端部には、バタフライバルブを開閉作動せしめるための駆動力を伝達するケーブル(図示せず)が巻き掛け、連結されるドラム66が固定され、前記連結筒部63から突出した前記弁軸65の他端部には、前記副室ハウジング62で支持された回動位置検出センサ67が同軸に連結される。
A cable (not shown) for transmitting a driving force for opening and closing the butterfly valve is wound around one end portion of the
このような副室付き内燃機関Eは、図5で示すように、たとえば自動二輪車に搭載されるものであり、自動二輪車が備える車体フレームFの前端のヘッドパイプ75で操向可能に支承されるフロントフォーク76の下端で軸支される前輪WFと、後輪WFとの間に配置されるようにして前記副室付き内燃機関Eが車体フレームFに搭載され、前記後輪WRは、車体フレームFで前端部が揺動可能に支承されるスイングアーム77の後端部に軸支される。
As shown in FIG. 5, such an internal combustion engine E with a sub chamber is mounted on a motorcycle, for example, and is supported by a
而して前記副室付き内燃機関Eは、そのシリンダヘッド13に接続される吸気装置21がシリンダヘッド13から上方に立ち上がり、前記副室61を自動二輪車の進行方向右側に配置するようにして車体フレームFに搭載される。
Thus, in the internal combustion engine E with the sub chamber, the
次にこの実施例1の作用について説明すると、動弁機構35が備えるカムシャフト37がシリンダヘッド13に回転自在に支承され、カムシャフト37の一端部に回転動力を伝達するカムチェーン57を走行させるためのカムチェーン通路59がシリンダブロック12およびシリンダヘッド13に設けられ、燃焼室14に関してカムチェーン通路59と反対側に副室ポート18が配置されるので、カムシャフト37や、吸気バルブ28および排気バルブ29等との干渉を考慮することなく副室ポート18の位置を定めることができる。しかも副室ポート18が車体搭載時に前記燃焼室14側に向かって下り勾配となるので、副室61内に燃料液滴が留まってしまうことを防止することができる。
Next, the operation of the first embodiment will be described. A
また副室バルブ30の開弁中に点火時期となる第1の点火プラグ60Aが燃焼室14の中心Cを挟んで副室バルブ30と対称となる位置で先端を燃焼室14に臨ませるようにしてシリンダヘッド13に取付けられるので、第1の点火プラグ60Aの先端を副室バルブ30から遠い位置に配置することで副室バルブ30をより長く開弁して置くことができ、低負荷での吸気量制御が可能となる。特に低速回転での運転時には火炎の伝播が遅くなるので、点火直後も副室バルブ30を開いておくことができる。
Further, the
また副室61および燃焼室14間に、副室61に生じる圧力ならびに副室61に貯留される空気量を可変とするバタフライバルブ64が配設されるので、膨張比をコントロールして機関の運転状態に応じた可変圧縮が可能となる。
In addition, a
また第1の点火プラグ60Aとは別の第2の点火プラグ60Bが、第1の点火プラグ60Aよりも副室バルブ30に近い位置で先端を燃焼室14に臨ませてシリンダヘッド13に取付けられるので、限られた燃焼室14のスペースに、相互に干渉することがないようにして、副室ポート18ならびに第1および第2の点火プラグ60A,60Bを配置することができ、一対の点火プラグ60A,60Bによって効率のよい燃焼が可能となり、点火タイミングを遅らせることも可能となる。
Also, a
また動弁機構35が備える単一のカムシャフト37の両側に吸気バルブ28および排気バルブ29が配置されるとともに、第1および第2の点火プラグ60A,60Bと、副室バルブ30とが、カムシャフト37の両側に配置されるので、限られた燃焼室14のスペースに、吸気ポート16、排気ポート17、副室ポート18および一対の点火プラグ60A,60Bを配置することができる。
An
また第2の点火プラグ60Bの点火時期が副室バルブ30の閉弁後に設定されるので、第1の点火プラグ60Aよりも副室バルブ30に近い位置にある第2の点火プラグ60Bの点火時期が副室バルブ30の閉弁後に設定されることになり、第2の点火プラグ60Bによる火炎の影響が副室61側に生じることがないようにして点火タイミングを遅らせて燃焼効率の向上を図ることができる。
Further, since the ignition timing of the
しかも第2の点火プラグ60Bの点火時期が、第1の点火プラグ60Aの点火時期よりも遅く設定されるので、第1および第2の点火プラグ60A,60Bが位相差をもって点火することになり、副室バルブ30から遠い側の第1の点火プラグ60Aの点火時期を副室バルブ30に近い側の第2の点火プラグ60Bの点火時期よりも早くするようにして全体の点火時期を遅くし、燃焼効率を高めつつ低負荷までの吸気量制御が可能となり、火炎の伝播による影響を副室61側で受け難くすることができる。
Moreover, since the ignition timing of the
また所定回転数以上の機関回転数の運転状態で、第1および第2の点火プラグ60A,60Bの一方、この実施例1では第2の点火プラグ60Bの点火がリタードあるいはカットされるのであるが、所定回転数以上の機関回転数の運転状態では、筒内流動が向上しており、燃焼が早くなるので、第1および第2の点火プラグ60A,60Bの両方を点火させる必要はなく、第2の点火プラグ60Bの点火をリタードあるいはカットして第1の点火プラグ60の点火だけで対応することが可能となり、不要な点火をカットすることができる。
Further, in the operating state of the engine speed equal to or higher than the predetermined speed, the ignition of one of the first and
また所定回転数以上の機関回転数の運転状態で、第1および第2の点火プラグ60A,60Bの他方、この実施例1では第1の点火プラグ60Aの点火時期が、所定回転数未満の機関回転数の運転状態での点火時期よりも早められるので、筒内流動が向上して燃焼が早くなるのに伴って点火タイミングを早めることができる。
Further, in the operating state of the engine speed equal to or higher than the predetermined speed, in the first embodiment, the ignition timing of the
このような第1および第2の点火プラグ60A,60Bの点火に位相差を持たせるような制御を行ったときの、正味平均有効圧および正味燃料消費率の関係を示すと、図6の細実線で示すようになり、2つの点火プラグを同時に点火させた場合の太実線で示す曲線に比べると、より効果の大きい低負荷側に運転可能領域を拡大することができる。
FIG. 6 shows the relationship between the net average effective pressure and the net fuel consumption rate when control is performed to give a phase difference to the ignition of the first and
ところで機関回転数が設定回転数以下の低速運転状態で、図4においてL5で示すように、第1および第2の点火プラグ60A,60Bの点火時期を同時に設定してもよく、そうすれば、機関回転数が設定回転数以下の低速運転状態では火炎の伝播を効率よく行うようにして点火タイミングを遅らせることができ、副室バルブ30をより長く開弁しておくことができる。
By the way, in the low speed operation state where the engine speed is equal to or lower than the set speed, the ignition timings of the first and
本発明の実施例2について図8を参照しながら説明するが、実施例1に対応する部分には同一の参照符号を付して図示するのみとし、詳細な説明は省略する。 A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 8, but the portions corresponding to the first embodiment are only shown with the same reference numerals and will not be described in detail.
シリンダヘッド13には、横断面円形のバルブハウジング68が連結されており、制御弁であるロータリバルブ69が前記バルブハウジング68内に回動可能に嵌合され、該ロータリバルブ69内に副室71が形成される。
A
前記ロータリバルブ69の周方向1箇所には副室ポート18を副室71に通じさせる開口部70が設けられており、ロータリバルブ69の回動によって前記開口部70の開口面積が変化することにより、通気抵抗が変化し、それによって副室71に生じる圧力ならびに副室71に貯留される空気量を可変とすることができる。
An
この実施例2によれば、ロータリバルブ69内に副室71を形成するので、より簡略化された構造で副室71を形成するとともに、精密な可変圧縮制御を可能とすることができる。
According to the second embodiment, since the
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various design changes can be made without departing from the present invention described in the claims. Is possible.
11・・・シリンダボア
12・・・シリンダブロック
13・・・シリンダヘッド
14・・・燃焼室
15・・・ピストン
16・・・吸気ポート
17・・・排気ポート
18・・・副室ポート
28・・・吸気バルブ
29・・・排気バルブ
30・・・副室バルブ
35・・・動弁機構
37・・・カムシャフト
60A・・・第1の点火プラグ
60B・・・第2の点火プラグ
61,71・・・副室
64・・・制御弁であるバタフライバルブ
69・・・制御であるロータリバルブ
C・・・燃焼室の中心
11 ... Cylinder bore 12 ...
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