JP2016217203A - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ピストンと吸排気バルブと燃焼室を備える内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine including a piston, an intake / exhaust valve, and a combustion chamber.
ピストンの往復移動と吸排気バルブの開閉動作を連動させることで、燃焼室への給気や圧縮、燃焼室での燃焼、燃焼室からの排ガスの排出を行わせる内燃機関が知られている。この内燃機関では、ピストンの直上に吸気バルブや排気バルブが配置されているので、これらのバルブがピストンに衝突しないように各バルブの開閉動作が制御される。例えば、特許文献1には、圧縮開放ブレーキの実行時における排気バルブのリフト量をピストンの位置との関係で制限する技術が開示されている。 There is known an internal combustion engine in which reciprocating movement of a piston and opening / closing operation of an intake / exhaust valve are interlocked to supply and compress a combustion chamber, combust in the combustion chamber, and discharge exhaust gas from the combustion chamber. In this internal combustion engine, since the intake valve and the exhaust valve are arranged directly above the piston, the opening / closing operation of each valve is controlled so that these valves do not collide with the piston. For example, Patent Document 1 discloses a technique for limiting the lift amount of the exhaust valve when executing the compression release brake in relation to the position of the piston.
吸気バルブや排気バルブのリフト量をピストンの位置にかかわらず制御できれば、筒内空気量の制御に対する自由度を高めることができ、ひいては圧縮開放ブレーキの強さや吸気量など種々の制御に対する自由度を高めることができる。 If the lift amount of the intake valve and exhaust valve can be controlled regardless of the position of the piston, the degree of freedom in controlling the air amount in the cylinder can be increased, and as a result, the degree of freedom in various controls such as the strength of the compression release brake and the intake air amount can be increased. Can be increased.
開示の内燃機関は、吸気バルブや排気バルブのリフト量をピストンの位置にかかわらず制御可能にすることで、筒内空気量の制御に対する自由度を高めることを目的とする。 It is an object of the disclosed internal combustion engine to increase the degree of freedom in controlling the in-cylinder air amount by making it possible to control the lift amount of the intake valve and the exhaust valve regardless of the position of the piston.
開示の内燃機関は、ピストンと、前記ピストンが往復移動される穴部、及び、前記穴部における前記ピストンの上死点側端部に連通され、前記穴部よりも外周方向に拡大された形状の凹部を備えるシリンダと、前記ピストン及び前記凹部によって形成され、前記凹部に対応する拡大部分を備える燃焼室と、前記燃焼室の前記拡大部分で開閉される吸気バルブ及び排気バルブとを備える。 The disclosed internal combustion engine includes a piston, a hole part in which the piston is reciprocated, and a top dead center side end part of the piston in the hole part, and a shape that is enlarged in the outer circumferential direction than the hole part. A combustion chamber that is formed by the piston and the recess and has an enlarged portion corresponding to the recess, and an intake valve and an exhaust valve that are opened and closed at the enlarged portion of the combustion chamber.
開示の内燃機関によれば、吸気バルブや排気バルブのリフト量をピストンの位置にかかわらず制御可能にすることで、筒内空気量の制御に対する自由度を高めることができる。 According to the disclosed internal combustion engine, the lift amount of the intake valve and the exhaust valve can be controlled regardless of the position of the piston, thereby increasing the degree of freedom in controlling the in-cylinder air amount.
以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係るディーゼルエンジン1(内燃機関の一例,以下単にエンジン1という)について説明する。 Hereinafter, a diesel engine 1 (an example of an internal combustion engine, hereinafter simply referred to as an engine 1) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1に示すように、エンジン1は、シリンダブロック2とシリンダヘッド3を備えている。シリンダブロック2の上側半部はシリンダ部10に相当し、上下方向に延びる円形状の穴部11が形成されている。この穴部11には、ピストン12が往復移動可能な状態で収納される。穴部11の下端(すなわちピストン12の下死点側の端)はクランクケース部20に接続されている。一方、穴部11の上端(すなわちピストン12の上死点側の端)に連通して凹部13が形成されている。凹部13は、ピストン12の頂面12aやシリンダヘッド3の下面3aと共に燃焼室Xを形成する。なお、凹部13については、燃焼室Xと共に後で説明する。
As shown in FIG. 1, the engine 1 includes a
クランクケース部20には、クランクシャフト21が回転可能な状態で配置されている。クランクシャフト21が備えるクランクピン22には、コンロッド23の下端が回転可能な状態で取り付けられている。コンロッド23の上端は、ピストン12が備えるピストンピン12bに回転可能な状態で取り付けられている。クランクケース部20の上端には、オイル流路24から供給されたオイルを上方に向けて噴射するオイルジェット25が設けられている。オイルジェット25から噴射されたオイルは、ピストン12の内部に形成されたクーリングチャンネル12c(図2を参照)に流入され、ピストン12の冷却に使用される。また、シリンダ部10における凹部13の周囲には、冷却水等の冷媒が流れる冷媒流路14が設けられている。
A crankshaft 21 is disposed in the
シリンダヘッド3には、吸気ポート31と排気ポート32が形成されている。吸気ポート31は新気を導入する流路であり、排気ポート32は排気を排出する流路である。吸気ポート31の出口は、シリンダヘッド3の下面3aにおける凹部13(底面13a)の直上位置に開口されている。排気ポート32の入口は、吸気ポート31の出口と同様に、シリンダヘッド3の下面3aにおける凹部13(底面13a)の直上位置に開口されている。
An
吸気ポート31には吸気バルブ33が配置され、排気ポート32には排気バルブ34が配置されている。具体的には、吸気バルブ33の傘部が吸気ポート31の出口に配置され、排気バルブ34の傘部が排気ポート32の入口に配置されている。吸気バルブ33及び排気バルブ34には、それぞれの軸部に設けられたバルブスプリング35によって上向きの力が加えられている。また、吸気バルブ33と排気バルブ34の上端には、それぞれ油圧プランジャ36が配置されている。
An
油圧プランジャ36は、油圧に応じて上下方向に移動されるピン36aを備えており、ピン36aの下端面が各バルブ33,34の軸部上端面に当接されている。油圧の上昇により、バルブスプリング35の復元力に抗してピン36aが下方向に移動されると、対応する吸気バルブ33や排気バルブ34は開弁方向にリフトする。一方、油圧の低下によってバルブスプリング35の復元力が勝ると、ピン36aは上方向に移動され、対応する吸気バルブ33や排気バルブ34は閉弁方向に移動する。
The
油圧プランジャ36は、電子制御ユニット50(以下、ECU50という)と電気的に接続されており、ECU50からの制御信号に応じて動作(ピン36aの移動量)が制御される。このため、油圧プランジャ36とECU50の組は、本発明の吸気バルブ制御手段及び排気バルブ制御手段の一例である。
The
吸気バルブ33と排気バルブ34の間にはインジェクタ41が配置されている。インジェクタ41は、燃料を燃焼室X内に噴射する部材であり、燃焼室X内に配置された先端部には複数の噴射孔42が形成されており、これらの噴射孔42から燃料が噴射される。なお、噴射孔42の形成数は、5個、7個、10個など適宜に定めることができる。
An
次に、燃焼室Xについて詳細に説明する。図2に示すように、燃焼室Xは、シリンダブロック2に形成された凹部13と、ピストン12と、シリンダヘッド3によって形成されている。すなわち、凹部13の底面13a及び側面13bと、上死点に位置するピストン12の頂面12aと、シリンダヘッド3の下面3aによって区画された空間全体が燃焼室Xとなっている。そして、燃焼室Xにおけるピストンの頂面12a(穴部11)の上方に位置する部分が中心側部分X1であり、同じく凹部13の底面13aの上方に位置する部分が拡大部分X2である。この燃焼室Xの容積は、凹部13を備えずに穴部11の上端部に形成された一般的な燃焼室の容積と同じである。言い換えれば、本実施形態の燃焼室Xと一般的な燃焼室は同じ圧縮比である。
Next, the combustion chamber X will be described in detail. As shown in FIG. 2, the combustion chamber X is formed by a
凹部13は、ピストン12が往復移動する穴部11の縁よりも外周方向(穴部11の半径方向)に拡大された形状とされ、底面13aと側面(周面)13bによって形成されている。
The
穴部11の縁よりも外周方向に拡大された凹部13を形成したことから、図3に示すように、インジェクタ41の中心から底面13aの外周縁までの距離L2が、インジェクタ41から穴部11の内壁面までの距離L1よりも長くなる。そして、底面13aは、平面方向から見て穴部11を中心とする円形リング形状に設けられる。吸気バルブ33及び排気バルブ34は、底面13aと対向する位置に配置されている。
Since the
本実施形態では図3における左側部分に2つの吸気バルブ33が配置され、同じく右側部分に2つの排気バルブ34が配置されている。底面13aの幅(距離L2と距離L1の差)は、吸気バルブ33の傘部及び排気バルブ34の傘部の直径以上とされている。言い換えれば、ピストン12の直径Dp、各バルブ33,34の直径Db、穴部11の直径Dcとしたとき、L2−L1>Db、かつ、Dc>Dpの関係を満たすように、各部の直径が定められる。
In this embodiment, two
側面13bは、底面13aの外周縁から上方に立ち上がる面によって形成されている。側面13bの高さは、吸気バルブ33及び排気バルブ34の最大リフト量以上に定められている。これも吸気バルブ33や排気バルブ34を、燃焼室Xの拡大部分X2で開閉動作をするためである。
The
また、底面13aは、内周縁から外周縁へ下る傾斜面によって形成されている。ピストン12の頂面12aは、高さの低い円錐形状に形成されていることから、凹部13の底面13aもピストン12の頂面12aと同じ傾斜角度の傾斜面とされている。これにより、ピストン12が上死点に位置した際に、ピストン12の頂面12aと凹部13の底面13aが一連の傾斜面(円錐面)を形成する。
The
以上の構成を有する第1実施形態のエンジン1では、吸気バルブ33や排気バルブ34をピストン12の高さ位置にかかわらず開閉させることができる。
In the engine 1 of the first embodiment having the above configuration, the
図4(A)に示すように、燃焼室Xの拡大部分X2がピストン12よりも外周方向に形成されているので、この拡大部分X2に配置されている吸気バルブ33は、ピストン12が上死点に位置していてもバルブ可動範囲H1の中で自由に開閉動作できる。同様に、図4(B)に示すように、吸気バルブ33も拡大部分X2に配置されているので、ピストン12が上死点に位置していてもバルブ可動範囲H2の中で自由に開閉動作できる。
As shown in FIG. 4 (A), since the enlarged portion X2 of the combustion chamber X is formed in the outer peripheral direction with respect to the
このように、吸気バルブ33や排気バルブ34のリフト量をピストン12の位置にかかわらず定めることができ、筒内空気量の制御に対する自由度を高めることができる。これにより、筒内圧力を調整したり、筒内の気体の流れを調整したりできる。その結果、圧縮開放ブレーキの強さや吸気量など種々の制御に対する自由度を高めることができる。
In this way, the lift amount of the
また図2に示すように、ピストン12が上死点に位置した場合に、ピストン12の面方向中心から凹部13の外周縁に至る燃焼室Xの底面(ピストン12の頂面12a,凹部13の底面13a)が下り傾斜面となる。このため、燃焼室Xは、外周側に向かうほどに深くなる空間となる。そして、インジェクタ41は、側面13bにおける高さ方向の中央に向けて燃料を噴射させる。
As shown in FIG. 2, when the
従って、噴射孔42から噴射された燃料が上下方向へ拡がっても、燃焼室Xの底面や燃焼室Xの天井面(シリンダヘッド3の下面3a)へ直接衝突する燃料の量を抑えることができる。その結果、燃料と空気を均一に混合させ易くなり、過剰燃料領域の発生を抑制できる。また、燃焼室Xを、一般的な形状の燃焼室よりも浅く、面方向に拡がった形状にできるため、拡散途中の燃料に火炎が接触し難くなり、効率よく燃料を燃焼させることができる。
Therefore, even if the fuel injected from the
また、この燃焼室Xに関し、平面方向に見て円形であり、外周側に向かうにつれて深くなる形状であるため、噴射孔42から噴射された燃料が外周側に向かうにつれて上下方向に拡がっても、天井面や底面13aに直接衝突する燃料の量を抑えることができ、燃焼室X内に噴射された燃料の濃度を均等化できる。
Further, since the combustion chamber X is circular when viewed in the plane direction and has a shape that becomes deeper toward the outer peripheral side, even if the fuel injected from the injection holes 42 expands in the vertical direction toward the outer peripheral side, The amount of fuel that directly collides with the ceiling surface or the
また、ピストン12に関し、頂面12aが高さの低い円錐形状とされているので、高温や高圧下においても十分な強度を確保できる。加えて、シリンダブロック2における凹部13の周囲に、冷媒が流れる冷媒流路14が設けられている。シリンダブロック2は、エンジン1を構成する部品群の中で体積の大きな部品であることから、エンジン1の強度を損なうことなく必要な冷却能力が容易に得られる。
Moreover, since the
次に、本発明の第2実施形態に係るエンジン1について説明する。第2実施形態のエンジン1では、吸気バルブ33及び排気バルブ34の個数と制御が第1実施形態のエンジン1と相違している。このため以下では、相違点に関する部分について説明し、共通部分についての説明を省略する。
Next, the engine 1 which concerns on 2nd Embodiment of this invention is demonstrated. In the engine 1 of the second embodiment, the number and control of the
図5(A)に示すように、第2実施形態の燃焼室Xもまた、ピストン12の上方に形成される中心側部分X1と、凹部13の底面13aの上方に形成される拡大部分X2を備える。第2実施形態においても、燃焼室Xの容積は、一般的な燃焼室の容積と同じである。
As shown in FIG. 5A, the combustion chamber X of the second embodiment also has a center side portion X1 formed above the
第2実施形態のエンジン1は、4つの吸気バルブ33A〜33Dと、4つの排気バルブ34A〜34Dを備えている。この例では、各吸気バルブ33A〜33Dを図における左側半部に、図の下側から時計回り方向で円弧状に配置している。同様に各排気バルブ34A〜34Dを図における右側半部に、図の下側から反時計回り方向で円弧状に配置している。
The engine 1 of the second embodiment includes four
図1で説明したように、これらの吸気バルブ33A〜33D及び排気バルブ34A〜34Dのそれぞれに対応して、油圧プランジャ36が設けられている。そして、各油圧プランジャ36はECU50と電気的に接続されており、動作が独立して制御される。各吸気バルブ33A〜33Dは同じ制御としてもよいし、個別に制御してもよい。同様に、各排気バルブ34A〜34Dについても同じ制御としてもよいし、個別に制御してもよい。
As described with reference to FIG. 1,
そして、これらの吸気バルブ33A〜33D及び排気バルブ34A〜34Dを個別に制御することにより、筒内の気体流動を制御することが可能になる。例えば、図5(B)に示すように、タイミングt1で第1吸気バルブ33Aを開弁し、タイミングt2で第2吸気バルブ33Bを開弁し、タイミングt3で第3吸気バルブ33Cを開弁し、タイミングt4で第3吸気バルブ33Dを開弁することにより、筒内に旋回流を積極的に生じさせることが可能になる。
Then, by individually controlling the
また、各排気バルブ34A〜34Dについても、開弁される排気バルブ34の数とバルブリフト量を調整することで、圧縮開放ブレーキの強さを調整することも可能になる。
Further, with respect to each of the
以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれる。 The above description of the embodiment is for facilitating the understanding of the present invention, and does not limit the present invention. The present invention can be changed and improved without departing from the gist thereof, and the present invention includes equivalents thereof.
例えば、燃焼室X(凹部13)に関し、前述の各実施形態では、平面方向から見て円形の窪みとなっているが、この形状に限定されない。例えば、平面方向から見て楕円形の窪みとしてもよいし、扇状の窪みとしてもよい。 For example, regarding the combustion chamber X (recessed portion 13), in each of the above-described embodiments, a circular depression is seen from the plane direction, but the shape is not limited thereto. For example, it may be an elliptical depression as viewed from the plane, or may be a fan-shaped depression.
さらに、図6に示すように、凹部13の側面(周面)13bを、凹部13の底面13aから上方へ離隔する程に、凹部13の底面外周縁から外周側に立ち上がる傾斜面としてもよい。このように、吸気バルブ33や排気バルブ34の傘部分における直径を、燃焼室Xの拡大部分X2の幅(底面13aの幅)よりも小さくすることで、拡大部分X2の最外周部の深さが0であっても、各バルブ33,34を自由に稼働できる。
Furthermore, as shown in FIG. 6, the side surface (circumferential surface) 13 b of the
前述の各実施形態では、吸気バルブ33と排気バルブ34の開閉動作を、油圧プランジャ36及びECU50の組(吸気バルブ制御手段,排気バルブ制御手段)によって制御したが、この構成に限定されるものではない。例えば、吸気カム、排気カム及びロッカーアームの組を、吸気バルブ33と排気バルブ34のそれぞれに設け、これらによって各バルブ33,34の開閉動作を制御してもよい。この場合には、吸気カム、排気カム及びロッカーアームの組が、本発明の吸気バルブ制御手段や排気バルブ制御手段に相当する。
In each of the above-described embodiments, the opening / closing operation of the
また、前述の各実施形態では、シリンダブロック2とシリンダヘッド3を備えるエンジン1を例示したが、この構成のエンジン1に限定されるものではない。ピストンと、ピストンが往復移動される穴部と、穴部の上端でこの穴部と連通される凹部を少なくとも備えるエンジンであればよい。
Moreover, in each above-mentioned embodiment, although the engine 1 provided with the
1…ディーゼルエンジン,2…シリンダブロック,3…シリンダヘッド,3a…シリンダヘッドの下面,10…シリンダ部,11…穴部,12…ピストン,12a…ピストンの頂面,12b…ピストンピン,12c…クーリングチャンネル,13…凹部,13a…凹部の底面,13b…凹部の側面,14…冷媒流路,20…クランクケース部,21…クランクシャフト,22…クランクピン,23…コンロッド,24…オイル流路,25…オイルジェット,31…吸気ポート,32…排気ポート,33…吸気バルブ,33A…第1吸気バルブ,33B…第2吸気バルブ,33C…第3吸気バルブ,33D…第4吸気バルブ,34…排気バルブ,34A…第1排気バルブ,34B…第2排気バルブ,34C…第3排気バルブ,34D…第4排気バルブ,35…バルブスプリング,36…油圧プランジャ,36a…油圧プランジャのピン,41…インジェクタ,42…噴射孔,50…ECU,X…燃焼室,X1…燃焼室の中心側部分,X2…燃焼室の拡大部分
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Diesel engine, 2 ... Cylinder block, 3 ... Cylinder head, 3a ... Lower surface of cylinder head, 10 ... Cylinder part, 11 ... Hole part, 12 ... Piston, 12a ... Top surface of piston, 12b ... Piston pin, 12c ... Cooling channel, 13 ... concave portion, 13a ... bottom surface of concave portion, 13b ... side surface of concave portion, 14 ... refrigerant flow path, 20 ... crankcase portion, 21 ... crankshaft, 22 ... crankpin, 23 ... connecting rod, 24 ... oil flow passage , 25 ... oil jet, 31 ... intake port, 32 ... exhaust port, 33 ... intake valve, 33A ... first intake valve, 33B ... second intake valve, 33C ... third intake valve, 33D ... fourth intake valve, 34 ... exhaust valve, 34A ... first exhaust valve, 34B ... second exhaust valve, 34C ... third exhaust valve, 34D ... fourth exhaust Lub, 35 ... Valve spring, 36 ... Hydraulic plunger, 36a ... Hydraulic plunger pin, 41 ... Injector, 42 ... Injection hole, 50 ... ECU, X ... Combustion chamber, X1 ... Center portion of combustion chamber, X2 ... Combustion chamber Enlarged part of
Claims (3)
前記ピストンが往復移動される穴部、及び、前記穴部における前記ピストンの上死点側端部に連通され、前記穴部よりも外周方向に拡大された形状の凹部を備えるシリンダと、
前記ピストン及び前記凹部によって形成され、前記凹部に対応する拡大部分を備える燃焼室と、
前記燃焼室の前記拡大部分で開閉される吸気バルブ及び排気バルブとを備える
内燃機関。 A piston,
A hole portion in which the piston is reciprocally moved, and a cylinder provided with a recess having a shape that is communicated with a top dead center side end portion of the piston in the hole portion and is expanded in an outer peripheral direction from the hole portion;
A combustion chamber that is formed by the piston and the recess and includes an enlarged portion corresponding to the recess;
An internal combustion engine comprising an intake valve and an exhaust valve that are opened and closed at the enlarged portion of the combustion chamber.
複数の前記吸気バルブの開閉動作を個別に制御する吸気バルブ制御手段を、さらに備える
請求項1に記載の内燃機関。 A plurality of the intake valves are provided for one piston,
The internal combustion engine according to claim 1, further comprising intake valve control means for individually controlling opening and closing operations of the plurality of intake valves.
複数の前記排気バルブ開閉動作を個別に制御する排気バルブ制御手段を、さらに備える
請求項1又は2に記載の内燃機関。
A plurality of the exhaust valves are provided for one piston,
The internal combustion engine according to claim 1, further comprising exhaust valve control means for individually controlling a plurality of exhaust valve opening / closing operations.
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