JP2018168719A - Internal combustion engine - Google Patents

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征治 山本
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征治 山本
英人 稲垣
Hideto Inagaki
英人 稲垣
宮川 浩
Hiroshi Miyagawa
浩 宮川
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Abstract

To provide an internal combustion engine capable of suppressing a steep opening/closing action of an intake valve when performing an Atkinson cycle operation by quickly closing the intake valve in an intake process.SOLUTION: The present invention relates to an internal combustion engine comprising a valve opening/closing part for driving opening/closing of an intake valve which opens/closes an intake passage, a first exhaust valve which opens/closes a first exhaust passage, and a second exhaust valve which opens/closes a second exhaust passage. The valve opening/closing part has first valve timing in which the opening/closing of each of the valves is driven in such a manner that, exhaust air in a combustion chamber is exhausted to the first exhaust passage by opening the first exhaust valve in an exhaust process, an air-fuel mixture is supplied from the intake passage to the combustion chamber by opening the intake valve in an intake process, the intake valve is closed before an intake bottom dead point and a part of the air-fuel mixture in the combustion chamber is exhausted to the second exhaust passage by opening the second exhaust valve in a compression process. The first valve timing causes the air-fuel mixture flowing in the second exhaust passage to return to the intake passage.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、内燃機関の技術に関する。   The present invention relates to the technology of an internal combustion engine.

従来、吸気工程における吸気弁の閉じる時期を吸気下死点より前に閉じることにより(吸気弁の早閉じにより)、内燃機関の燃焼室の実膨張比に比較して実圧縮比を低下させるアトキンソンサイクル運転が公知である。このようなアトキンソンサイクル運転によれば、圧縮工程における燃焼室内の温度がそれほど高まることがないため、ノッキングの発生を抑制することができる。   Conventionally, by closing the closing timing of the intake valve in the intake process before the intake bottom dead center (by early closing of the intake valve), Atkinson reduces the actual compression ratio compared to the actual expansion ratio of the combustion chamber of the internal combustion engine Cycle operation is known. According to such an Atkinson cycle operation, the temperature in the combustion chamber in the compression process does not increase so much, so that the occurrence of knocking can be suppressed.

アトキンソンサイクル運転を行ってノッキングの発生を抑制するものではないが、例えば、特許文献1には、燃焼室に夫々独立して接続され、混合気を燃焼室に供給する吸気通路、燃焼室の排気を排出する排気通路、燃焼室の排気を吸気通路に再循環させる再循環通路、吸気通路を開閉する吸気弁、排気通路を開閉する第1排気弁、及び再循環通路を開閉する第2排気弁を備え、吸気弁と第2排気弁の開閉時期の一部がオーバーラップしているときに、排気を燃焼室から再循環通路を介して吸気通路に戻す内燃機関が開示されている。   Although it does not suppress the occurrence of knocking by performing Atkinson cycle operation, for example, Patent Document 1 discloses an intake passage that is independently connected to a combustion chamber and supplies an air-fuel mixture to the combustion chamber. An exhaust passage for exhausting the exhaust gas, a recirculation passage for recirculating exhaust from the combustion chamber to the intake passage, an intake valve for opening and closing the intake passage, a first exhaust valve for opening and closing the exhaust passage, and a second exhaust valve for opening and closing the recirculation passage And an internal combustion engine that returns exhaust gas from the combustion chamber to the intake passage through the recirculation passage when the opening and closing timing of the intake valve and the second exhaust valve overlap each other.

特開2015−209798号公報JP2015-209798A

ところで、従来の内燃機関において吸気工程の吸気弁の早閉じによるアトキンソンサイクル運転を行う場合、燃焼室の実圧縮比を低減してノッキングの発生を抑制するために、通常運転よりも非常に短い時間で、且つ同量の混合気を燃焼室に供給する必要がある。すなわち、通常運転より吸気弁の開閉期間を極端に短くし、且つバルブリフト量を同等程度とするような吸気弁の急峻な開閉動作が必要となる。このような吸気弁の急峻な開閉動作を行う場合、燃焼室に供給する混合気の供給圧力を非常に高く設定する必要が生じたり、燃焼室のポンプ損失が増加したりする場合がある。   By the way, when performing an Atkinson cycle operation by quickly closing an intake valve in an intake process in a conventional internal combustion engine, in order to reduce the actual compression ratio of the combustion chamber and suppress the occurrence of knocking, a much shorter time than the normal operation And the same amount of air-fuel mixture needs to be supplied to the combustion chamber. That is, it is necessary to perform a sharp opening / closing operation of the intake valve so that the opening / closing period of the intake valve is made extremely shorter than that in the normal operation and the valve lift amount is made approximately the same. When performing such a sharp opening / closing operation of the intake valve, the supply pressure of the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber may need to be set very high, or the pump loss of the combustion chamber may increase.

そこで、本発明では、吸気工程の吸気弁の早閉じによるアトキンソンサイクル運転を行う場合において、吸気弁の急峻な開閉動作を抑えることが可能な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 capable of suppressing a sharp opening / closing operation of an intake valve when performing an Atkinson cycle operation by early closing of the intake valve in an intake process.

本発明は、空気及び燃料を含む混合気を燃焼する燃焼室に夫々独立して接続される吸気通路、第1排気通路及び第2排気通路と、前記吸気通路を開閉する吸気弁、前記第1排気通路を開閉する第1排気弁、前記第2排気通路を開閉する第2排気弁と、前記吸気弁、前記第1排気弁、及び前記第2排気弁を開閉駆動させる弁開閉部と、を備え、前記弁開閉部は、排気工程において前記第1排気弁を開いて、前記燃焼室の排気を前記第1排気通路に排出し、吸気工程において前記吸気弁を開いて、前記吸気通路から前記燃焼室に混合気を供給し吸気下死点前に吸気弁を閉じ、圧縮行程において前記第2排気弁を開いて、前記燃焼室の混合気の一部を前記第2排気通路に排出するように、各弁を開閉駆動させる第1バルブタイミングを有し、前記第1バルブタイミングにより前記第2排気通路を流れる混合気は、前記吸気通路に戻ることを特徴とする内燃機関。   The present invention includes an intake passage, a first exhaust passage and a second exhaust passage that are independently connected to a combustion chamber for burning an air-fuel mixture containing air and fuel, an intake valve for opening and closing the intake passage, and the first A first exhaust valve that opens and closes an exhaust passage, a second exhaust valve that opens and closes the second exhaust passage, and a valve opening and closing portion that opens and closes the intake valve, the first exhaust valve, and the second exhaust valve. The valve opening / closing part opens the first exhaust valve in the exhaust process, discharges the exhaust of the combustion chamber to the first exhaust passage, opens the intake valve in the intake process, and opens the intake passage from the intake passage. An air-fuel mixture is supplied to the combustion chamber, the intake valve is closed before the intake bottom dead center, the second exhaust valve is opened in the compression stroke, and a part of the air-fuel mixture in the combustion chamber is discharged to the second exhaust passage. Having a first valve timing for opening and closing each valve, Mixture flowing through the second exhaust passage by the valve timing, the engine, characterized in that return to the intake passage.

また、前記内燃機関において、前記弁開閉部は、内燃機関の負荷の低下に伴い、前記吸気弁の開閉時期を遅角すること、前記第2排気弁の開閉時期を進角すること、前記吸気弁の作用角を増加すること、及び前記第2排気弁の作用角を低減することのうち少なくともいずれか1つを行うことが好ましい。   Further, in the internal combustion engine, the valve opening / closing portion retards the opening / closing timing of the intake valve, advances the opening / closing timing of the second exhaust valve, and decreases the load of the internal combustion engine, It is preferable to perform at least one of increasing the operating angle of the valve and decreasing the operating angle of the second exhaust valve.

また、前記内燃機関において、前記燃焼室に接続される第2吸気通路を備え、前記第2排気弁は、前記第2排気通路及び前記第2吸気通路を開閉し、前記弁開閉部は、排気工程において前記第1排気弁を開いて、前記燃焼室の排気を前記第1排気通路に排出し、吸気工程において前記吸気弁及び前記第2排気弁を開いて、前記吸気通路及び前記第2吸気通路から前記燃焼室に混合気を供給するように、各弁を開閉駆動させる第2バルブタイミングを有し、予め定められた高負荷領域では、前記第1バルブタイミングを行い、前記高負荷領域以外では前記第2バルブタイミングを行うことが好ましい。   The internal combustion engine further includes a second intake passage connected to the combustion chamber, the second exhaust valve opens and closes the second exhaust passage and the second intake passage, and the valve opening and closing portion In the step, the first exhaust valve is opened to exhaust the combustion chamber exhaust to the first exhaust passage. In the intake step, the intake valve and the second exhaust valve are opened, and the intake passage and the second intake valve are opened. A second valve timing for opening and closing each valve so as to supply an air-fuel mixture from a passage to the combustion chamber; in a predetermined high load region, the first valve timing is performed, and other than the high load region Then, it is preferable to perform the second valve timing.

また、前記内燃機関において 前記燃焼室に接続される第2吸気通路と、前記第2吸気通路を開閉する第2吸気弁と、を備え、前記弁開閉部は、排気工程において前記第1排気弁を開いて、前記燃焼室の排気を前記第1排気通路に排出し、吸気工程において前記吸気弁及び前記第2吸気弁を開いて、前記吸気通路及び前記第2吸気通路から前記燃焼室に混合気を供給するように、各弁を開閉駆動させる第3バルブタイミングを有し、予め定められた高負荷領域では、前記第1バルブタイミングを行い、前記高負荷領域以外では前記第3バルブタイミングを行うことが好ましい。   The internal combustion engine further includes a second intake passage connected to the combustion chamber, and a second intake valve that opens and closes the second intake passage, and the valve opening and closing portion includes the first exhaust valve in an exhaust process. And the exhaust gas in the combustion chamber is discharged into the first exhaust passage, and the intake valve and the second intake valve are opened in the intake step, and mixed into the combustion chamber from the intake passage and the second intake passage. A third valve timing for opening and closing each valve so as to supply air, the first valve timing is performed in a predetermined high load region, and the third valve timing is performed in a region other than the high load region. Preferably it is done.

また、前記内燃機関において、前記燃焼室内に燃料を直接噴射する直噴型燃料インジェクタを有し、前記第1バルブタイミングにおける前記第2排気弁の閉弁時期は、前記直噴型燃料インジェクタによる燃料噴射前であることが好ましい。   The internal combustion engine further includes a direct injection type fuel injector that directly injects fuel into the combustion chamber, and the closing timing of the second exhaust valve at the first valve timing is determined by fuel generated by the direct injection type fuel injector. It is preferable that it is before injection.

本発明によれば、吸気工程の吸気弁の早閉じによるアトキンソンサイクル運転を行う場合において、吸気弁の急峻な開閉動作を抑えることが可能となる。   According to the present invention, when performing an Atkinson cycle operation by early closing of an intake valve in an intake process, it is possible to suppress a sharp opening / closing operation of the intake valve.

本実施形態に係る内燃機関の一例を示す概略構成図である。It is a schematic structure figure showing an example of an internal-combustion engine concerning this embodiment. 気筒、吸気系及び排気系の概略構成を示す一部模式断面図である。2 is a partial schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a cylinder, an intake system, and an exhaust system. FIG. 本実施形態の内燃機関における第1バルブタイミングを示す図である。It is a figure which shows the 1st valve timing in the internal combustion engine of this embodiment. 従来の内燃機関におけるアトキンソンサイクル運転のバルブタイミングを示す図である。It is a figure which shows the valve timing of the Atkinson cycle driving | operation in the conventional internal combustion engine. 内燃機関の負荷の低下に伴い、吸気弁や第2排気弁の開閉時期又は作用角を調整した第1バルブタイミングを示す図である。It is a figure which shows the 1st valve timing which adjusted the opening / closing timing or operating angle of an intake valve or a 2nd exhaust valve with the fall of the load of an internal combustion engine. 本実施形態に係る内燃機関の他の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows another example of the internal combustion engine which concerns on this embodiment. 本実施形態の内燃機関における第2バルブタイミングを示す図である。It is a figure which shows the 2nd valve timing in the internal combustion engine of this embodiment. 本実施形態に係る内燃機関の他の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows another example of the internal combustion engine which concerns on this embodiment. 本実施形態の内燃機関における第3バルブタイミングを示す図である。It is a figure which shows the 3rd valve timing in the internal combustion engine of this embodiment.

図1は、本実施形態に係る内燃機関の一例を示す概略構成図である。図1に示す内燃機関100は、例えば、自動車等に搭載される。図1に示す内燃機関100は、気筒10、吸気通路12、第1排気通路14、第2排気通路16、排気還流通路18、吸気弁20、第1排気弁22、第2排気弁24、過給器28、インタークーラー30、EGRクーラー32、燃料インジェクタ34、スロットルバルブ36a,36b、排気触媒38、ECU42、不図示の弁開閉部を備える。図1に示す気筒10は1つであるが、複数でもよい。過給器28は、コンプレッサ44、タービン46を備える。なお、図1に示す内燃機関100は、火花点火を行うプラグを備えるが、その図示を省略している。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an example of an internal combustion engine according to the present embodiment. An internal combustion engine 100 shown in FIG. 1 is mounted on, for example, an automobile. An internal combustion engine 100 shown in FIG. 1 includes a cylinder 10, an intake passage 12, a first exhaust passage 14, a second exhaust passage 16, an exhaust recirculation passage 18, an intake valve 20, a first exhaust valve 22, a second exhaust valve 24, A feeder 28, an intercooler 30, an EGR cooler 32, a fuel injector 34, throttle valves 36a and 36b, an exhaust catalyst 38, an ECU 42, and a valve opening / closing unit (not shown) are provided. Although there is one cylinder 10 shown in FIG. The supercharger 28 includes a compressor 44 and a turbine 46. Although the internal combustion engine 100 shown in FIG. 1 includes a plug that performs spark ignition, the illustration thereof is omitted.

吸気通路12及び第1排気通路14は、それぞれ気筒10に接続されている。また、第2排気通路16の一端は、気筒10に接続され、他端はコンプレッサ44より上流の吸気通路12に接続されている。また、排気還流通路18の一端は、第1排気通路14に接続され、他端は、スロットルバルブ36aより下流の吸気通路12に接続されている。   The intake passage 12 and the first exhaust passage 14 are each connected to the cylinder 10. One end of the second exhaust passage 16 is connected to the cylinder 10, and the other end is connected to the intake passage 12 upstream from the compressor 44. One end of the exhaust gas recirculation passage 18 is connected to the first exhaust passage 14, and the other end is connected to the intake passage 12 downstream of the throttle valve 36a.

過給器28のコンプレッサ44は吸気通路12に設置され、過給器28のタービン46は第1排気通路14に設置されている。過給器28のタービン46及びコンプレッサ44は、回転軸48の同軸上に配置されており、回転軸48を介して一体的に構成されている。過給器28は、第1排気通路14を流れる排気のエネルギを利用してタービン46を回転させ、そのタービン46の回転力でコンプレッサ44を駆動して、吸気通路12を流れる空気を加圧する。   The compressor 44 of the supercharger 28 is installed in the intake passage 12, and the turbine 46 of the supercharger 28 is installed in the first exhaust passage 14. The turbine 46 and the compressor 44 of the supercharger 28 are arranged on the same axis of the rotating shaft 48 and are integrally configured via the rotating shaft 48. The supercharger 28 uses the energy of the exhaust gas flowing through the first exhaust passage 14 to rotate the turbine 46, drives the compressor 44 with the rotational force of the turbine 46, and pressurizes the air flowing through the intake passage 12.

インタークーラー30は、過給器28のコンプレッサ44より下流の吸気通路12に設けられている。インタークーラー30により、例えば吸気通路12を流れる空気が冷却水と熱交換され、冷却される。   The intercooler 30 is provided in the intake passage 12 downstream of the compressor 44 of the supercharger 28. By the intercooler 30, for example, air flowing through the intake passage 12 is heat-exchanged with cooling water and cooled.

燃料インジェクタ34は、インタークーラー30より下流の吸気通路12に設けられている。燃料インジェクタ34により、吸気通路12を流れる空気に燃料が噴射される。   The fuel injector 34 is provided in the intake passage 12 downstream of the intercooler 30. Fuel is injected into the air flowing through the intake passage 12 by the fuel injector 34.

スロットルバルブ36aは、燃料インジェクタ34より下流の吸気通路12に設置されている。スロットルバルブ36aにより、吸気通路12を流れる混合気の流量が調整される。   The throttle valve 36 a is installed in the intake passage 12 downstream from the fuel injector 34. The flow rate of the air-fuel mixture flowing through the intake passage 12 is adjusted by the throttle valve 36a.

排気触媒38は、過給器28のタービン46より下流の第1排気通路14に設けられている。排気触媒38は、例えば、三元触媒や酸化触媒等であり、第1排気通路14を流れる排気を浄化するものである。   The exhaust catalyst 38 is provided in the first exhaust passage 14 downstream of the turbine 46 of the supercharger 28. The exhaust catalyst 38 is, for example, a three-way catalyst or an oxidation catalyst, and purifies the exhaust gas flowing through the first exhaust passage 14.

EGRクーラー32は、排気還流通路18に設けられている。EGRクーラー32により、例えば、吸気通路12に還流する排気(EGRガス)が冷却水と熱交換され、冷却される。スロットルバルブ36bは、EGRクーラー32より下流の排気還流通路18に設置されている。スロットルバルブ36bにより、排気還流通路18を流れる排気(EGRガス)の流量が調整される。   The EGR cooler 32 is provided in the exhaust gas recirculation passage 18. By the EGR cooler 32, for example, the exhaust gas (EGR gas) recirculated to the intake passage 12 is heat-exchanged with cooling water and cooled. The throttle valve 36 b is installed in the exhaust gas recirculation passage 18 downstream from the EGR cooler 32. The flow rate of the exhaust gas (EGR gas) flowing through the exhaust gas recirculation passage 18 is adjusted by the throttle valve 36b.

本実施形態の吸気系(吸気通路12、吸気弁20)及び排気系(第1排気通路14、第2排気通路16、第1排気弁22、第2排気弁24)の具体的構成について説明する。   Specific configurations of the intake system (the intake passage 12, the intake valve 20) and the exhaust system (the first exhaust passage 14, the second exhaust passage 16, the first exhaust valve 22, and the second exhaust valve 24) of the present embodiment will be described. .

図2は、気筒、吸気系及び排気系の概略構成を示す一部模式断面図である。気筒10内には、ピストン50が配置され、ピストン50の上面及び気筒10の内周壁からなる燃焼室52が形成されている。気筒10内のピストン50は、不図示であるが、クランク機構を介してクランク軸に接続されている。クランク軸の近傍には、不図示であるが、クランク角度、内燃機関の回転数を検出するクランク角センサ、トルクを検出するトルクセンサ、ノッキングを検出するノッキングセンサ等が設けられている。   FIG. 2 is a partial schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a cylinder, an intake system, and an exhaust system. A piston 50 is disposed in the cylinder 10, and a combustion chamber 52 formed of an upper surface of the piston 50 and an inner peripheral wall of the cylinder 10 is formed. Although not shown, the piston 50 in the cylinder 10 is connected to the crankshaft via a crank mechanism. Although not shown, a crank angle sensor that detects the crank angle and the rotational speed of the internal combustion engine, a torque sensor that detects torque, a knocking sensor that detects knocking, and the like are provided in the vicinity of the crankshaft.

吸気通路12、第1排気通路14及び第2排気通路16は燃焼室52の上部に夫々独立して接続されている。吸気通路12には吸気弁20が設置され、吸気通路12は吸気弁20によって開閉される。第1排気通路14には第1排気弁22が設置され、第1排気通路14は第1排気弁22によって開閉される。第2排気通路16には第2排気弁24が設置され、第2排気通路16は第2排気弁24により開閉される。   The intake passage 12, the first exhaust passage 14, and the second exhaust passage 16 are independently connected to the upper portion of the combustion chamber 52. An intake valve 20 is installed in the intake passage 12, and the intake passage 12 is opened and closed by the intake valve 20. A first exhaust valve 22 is installed in the first exhaust passage 14, and the first exhaust passage 14 is opened and closed by the first exhaust valve 22. A second exhaust valve 24 is installed in the second exhaust passage 16, and the second exhaust passage 16 is opened and closed by the second exhaust valve 24.

弁開閉部は、吸気弁20、第1排気弁22及び第2排気弁24をそれぞれ独立して開閉駆動するように構成され、例えば、カム軸と、複数のカム、可変バルブ機構等により構成される公知の構造である(例えば、特開2010−13940号公報参照)。具体的には、カム軸は、タイミングベルトを介してクランク軸から駆動力が伝達され、回転する。複数のカムは、カム軸の外周に形成され、カム軸の回転に伴い吸気弁20、第1排気弁22及び第2排気弁24を開閉駆動させる。可変バルブ機構は、例えばカム軸に設けられたカム、またはカムのプロファイルなどを変更することにより、各弁の開閉時期、リフト量及び作用角等を変更する。   The valve opening / closing unit is configured to open and close the intake valve 20, the first exhaust valve 22, and the second exhaust valve 24 independently, and includes, for example, a cam shaft, a plurality of cams, a variable valve mechanism, and the like. (For example, refer to JP 2010-13940 A). Specifically, the camshaft rotates when the driving force is transmitted from the crankshaft via the timing belt. The plurality of cams are formed on the outer periphery of the cam shaft, and open and close the intake valve 20, the first exhaust valve 22, and the second exhaust valve 24 as the cam shaft rotates. The variable valve mechanism changes the opening / closing timing, lift amount, working angle, etc. of each valve by changing a cam provided on the cam shaft or a cam profile, for example.

弁開閉部は、排気工程において第1排気弁22を開いて、燃焼室52の排気を第1排気通路14に排出し、吸気工程において吸気弁20を開いて、吸気通路12から燃焼室52に混合気を供給し吸気下死点前に吸気弁20を閉じ、圧縮行程において第2排気弁24を開いて、燃焼室52の混合気の一部を第2排気通路16に排出するように、各弁を開閉駆動させる第1バルブタイミングを有する。ここで、上記吸気下死点とは、吸気工程においてピストン50が下死点に達したクランク角を指す。なお、吸気上死点とは、吸気工程においてピストン50が上死点に達したクランク角を指し、排気上死点とは、排気工程においてピストン50が上死点に達したクランク角を指し、排気下死点とは、排気工程においてピストン50が下死点に達したクランク角を指す。第1バルブタイミングの具体例については後述する。   The valve opening / closing part opens the first exhaust valve 22 in the exhaust process to discharge the exhaust from the combustion chamber 52 to the first exhaust passage 14, and opens the intake valve 20 in the intake process to enter the combustion chamber 52 from the intake passage 12. Supply the air-fuel mixture, close the intake valve 20 before the intake bottom dead center, open the second exhaust valve 24 in the compression stroke, and discharge part of the air-fuel mixture in the combustion chamber 52 to the second exhaust passage 16. A first valve timing for opening and closing each valve is provided. Here, the intake bottom dead center refers to the crank angle at which the piston 50 has reached bottom dead center in the intake stroke. Note that the intake top dead center refers to the crank angle at which the piston 50 has reached top dead center in the intake process, and the exhaust top dead center refers to the crank angle at which the piston 50 has reached top dead center in the exhaust process, The exhaust bottom dead center is the crank angle at which the piston 50 has reached bottom dead center in the exhaust process. A specific example of the first valve timing will be described later.

ECU42は、CPU、RAM、ROM、A/D変換素子、D/A変換素子等をバスで相互に接続して構成された周知のマイクロコンピュータである。図1に示すように、ECU42は、燃料インジェクタ34、スロットルバルブ36a,36b、不図示の点火プラグと電気的に接続されている。ECU42は、クランク角センサからの内燃機関の回転数、トルクセンサからの内燃機関のトルク、ノッキングセンサからのノッキング強度等の制御情報(データ)を取得し、その制御情報等に基づいて、燃料インジェクタ34、スロットルバルブ36a,36b、点火プラグを駆動制御し、燃料噴射量、混合気流量、排気流量、点火時期等を調整する。また、ECU42は、弁開閉部と電気的に接続され、弁開閉部の駆動を制御する。   The ECU 42 is a well-known microcomputer configured by connecting a CPU, a RAM, a ROM, an A / D conversion element, a D / A conversion element, and the like with a bus. As shown in FIG. 1, the ECU 42 is electrically connected to a fuel injector 34, throttle valves 36a and 36b, and a spark plug (not shown). The ECU 42 acquires control information (data) such as the rotational speed of the internal combustion engine from the crank angle sensor, the torque of the internal combustion engine from the torque sensor, the knocking strength from the knock sensor, and the fuel injector based on the control information and the like 34, the throttle valves 36a and 36b and the spark plug are driven and controlled to adjust the fuel injection amount, the mixture flow rate, the exhaust flow rate, the ignition timing, and the like. Moreover, ECU42 is electrically connected with a valve opening / closing part, and controls the drive of a valve opening / closing part.

次に、内燃機関100の動作について説明する。   Next, the operation of the internal combustion engine 100 will be described.

通常運転では、気筒10の燃焼室52内で燃焼した排気の一部は、第1排気弁22を介して第1排気通路14を流れ、過給器28のタービン46を回転駆動させた後、排気触媒38で処理されて系外に排出される。タービン46の回転駆動により、過給器28のコンプレッサ44が回転駆動され、吸気通路12を通る空気が加圧される。加圧された空気はインタークーラー30によって冷却された後、燃料インジェクタ34から所定量の燃料が噴射される。また、吸気通路12には、気筒10から排出された排気の一部が排気還流通路18を通り、EGRクーラー32によって冷却された後、吸気通路12に供給される。吸気通路12を流れる混合気(空気と燃料)の流量、排気還流通路18を通る排気の流量はスロットルバルブ36a,36bにより調整される。吸気通路12を流れる混合気(空気、燃料、排気の混合気)は吸気弁20を介して気筒10内の燃焼室52に供給される。燃焼室52内の混合気は、点火プラグによって点火され、混合気の燃焼によって生じた圧力によってピストン50が駆動される。燃焼室52内で燃焼した混合気は、排気として第1排気弁22を介して第1排気通路14に排出される。   In normal operation, a part of the exhaust gas combusted in the combustion chamber 52 of the cylinder 10 flows through the first exhaust passage 14 via the first exhaust valve 22, and rotates the turbine 46 of the supercharger 28. It is processed by the exhaust catalyst 38 and discharged out of the system. By the rotational drive of the turbine 46, the compressor 44 of the supercharger 28 is rotationally driven, and the air passing through the intake passage 12 is pressurized. The pressurized air is cooled by the intercooler 30 and then a predetermined amount of fuel is injected from the fuel injector 34. In addition, a part of the exhaust discharged from the cylinder 10 passes through the exhaust gas recirculation passage 18 and is cooled by the EGR cooler 32 to the intake passage 12 and then supplied to the intake passage 12. The flow rate of the air-fuel mixture (air and fuel) flowing through the intake passage 12 and the flow rate of exhaust gas passing through the exhaust gas recirculation passage 18 are adjusted by throttle valves 36a and 36b. The air-fuel mixture (air, fuel, exhaust gas mixture) flowing through the intake passage 12 is supplied to the combustion chamber 52 in the cylinder 10 via the intake valve 20. The air-fuel mixture in the combustion chamber 52 is ignited by a spark plug, and the piston 50 is driven by the pressure generated by the combustion of the air-fuel mixture. The air-fuel mixture combusted in the combustion chamber 52 is discharged to the first exhaust passage 14 through the first exhaust valve 22 as exhaust.

例えば、内燃機関100の負荷が上昇し、ノッキングが発生する場合には、吸気工程における吸気弁20の早閉じによるアトキンソンサイクル運転を行うことが好ましい。この場合、弁開閉部は第1バルブタイミングで吸気弁20、第1排気弁22及び第2排気弁24を開閉駆動させる。具体的には、ECU42がトルクセンサやノッキングセンサから、内燃機関100のトルク(負荷)データやノッキング強度データを取得し、これらの値が予め設定された閾値以上である場合には、ECU42から弁開閉部に制御信号が送信され、弁開閉部は、第1バルブタイミングで各弁を開閉駆動させる。   For example, when the load of the internal combustion engine 100 increases and knocking occurs, it is preferable to perform the Atkinson cycle operation by early closing of the intake valve 20 in the intake process. In this case, the valve opening / closing section opens and closes the intake valve 20, the first exhaust valve 22, and the second exhaust valve 24 at the first valve timing. Specifically, the ECU 42 acquires torque (load) data and knocking strength data of the internal combustion engine 100 from the torque sensor and knock sensor, and if these values are equal to or greater than a preset threshold value, the ECU 42 A control signal is transmitted to the opening / closing section, and the valve opening / closing section drives each valve to open / close at the first valve timing.

図3は、本実施形態の内燃機関における第1バルブタイミングを示す図である。図において、縦軸はバルブリフト量を示し、横軸はピストン50のクランク角を示している。なお、図3の各弁の開閉時期は一例であってこれに制限されるものではない。   FIG. 3 is a diagram showing the first valve timing in the internal combustion engine of the present embodiment. In the figure, the vertical axis represents the valve lift amount, and the horizontal axis represents the crank angle of the piston 50. In addition, the opening / closing timing of each valve of FIG. 3 is an example, and is not limited to this.

燃焼室52における燃焼後、排気工程において、排気下死点付近(クランク角180°付近)において第1排気弁22を開き、ピストン50が上昇し、排気上死点付近(クランク角360°付近)で第1排気弁22を閉じる。第1排気弁22が開いており、ピストン50が上昇している間に、燃焼室52内の排気が第1排気通路14から排出される。   After the combustion in the combustion chamber 52, in the exhaust process, the first exhaust valve 22 is opened near the exhaust bottom dead center (crank angle 180 °), the piston 50 rises, and the exhaust top dead center (crank angle 360 °) To close the first exhaust valve 22. While the first exhaust valve 22 is open and the piston 50 is rising, the exhaust in the combustion chamber 52 is discharged from the first exhaust passage 14.

吸気工程において、吸気上死点付近(クランク角360°付近)で、吸気弁20を開き、ピストン50が下降し、吸気下死点より手前(クランク角540°より手前)で吸気弁20を閉じる(図3の実線を参照)。吸気弁20が開くことで、吸気通路12から混合気(燃料、空気及び排気)が燃焼室52内に供給される。また、ノッキングの発生を抑制するため、吸気弁20を吸気下死点より手前で閉じる早閉じを行い、燃焼室52内の実圧縮比の低減を図っている。なお、通常運転では、例えば、吸気工程において、吸気上死点付近で吸気弁20を開き、吸気下死点で吸気弁20を閉じる(図3の破線を参照)。   In the intake process, the intake valve 20 is opened near the intake top dead center (crank angle near 360 °), the piston 50 is lowered, and the intake valve 20 is closed before the intake bottom dead center (before the crank angle 540 °). (See solid line in FIG. 3). By opening the intake valve 20, the air-fuel mixture (fuel, air, and exhaust) is supplied from the intake passage 12 into the combustion chamber 52. In addition, in order to suppress the occurrence of knocking, the intake valve 20 is quickly closed before the intake bottom dead center to reduce the actual compression ratio in the combustion chamber 52. In normal operation, for example, in the intake process, the intake valve 20 is opened near the intake top dead center, and the intake valve 20 is closed at the intake bottom dead center (see the broken line in FIG. 3).

ピストン50が上昇し、燃焼室52内の混合気が圧縮される圧縮行程において、第2排気弁24を開閉し、燃焼室52内の混合気の一部を第2排気通路16に排気する。第2排気通路16を流れる混合気は、吸気通路12に戻されるので、燃料ロスは抑えられる。また、ノッキングを防止する点で、混合気をインタークーラー30より上流側の吸気通路12に戻し、混合気を冷却することが好ましい。   In the compression stroke in which the piston 50 moves up and the air-fuel mixture in the combustion chamber 52 is compressed, the second exhaust valve 24 is opened and closed, and a part of the air-fuel mixture in the combustion chamber 52 is exhausted to the second exhaust passage 16. Since the air-fuel mixture flowing through the second exhaust passage 16 is returned to the intake passage 12, fuel loss is suppressed. Further, in terms of preventing knocking, it is preferable to return the air-fuel mixture to the intake passage 12 upstream of the intercooler 30 to cool the air-fuel mixture.

このように、本実施形態では、圧縮行程において第2排気弁24を開き、燃焼室52の混合気の一部を排気しているため、吸気工程において燃焼室52に供給する混合気量を多くしても、燃焼室52内の実圧縮比の低減は担保され、ノッキングの発生が抑制される。すなわち、吸気工程においては、吸気弁20の開閉期間(弁が開いてから閉じるまでの時間)を通常運転の場合よりも極端に短くする必要はない。また、吸気弁20の開閉期間をある程度長くすることができるため、バルブリフト量も低減することができる。したがって、吸気工程の吸気弁20の早閉じによるアトキンソンサイクル運転を行う場合、上記のような第1バルブタイミングで各弁を開閉駆動させることで、吸気弁20の急峻な開閉動作が抑えられる。   As described above, in the present embodiment, the second exhaust valve 24 is opened in the compression stroke, and a part of the air-fuel mixture in the combustion chamber 52 is exhausted. Even so, the reduction of the actual compression ratio in the combustion chamber 52 is ensured, and the occurrence of knocking is suppressed. That is, in the intake process, it is not necessary to make the opening / closing period of the intake valve 20 (the time from when the valve is opened until it is closed) extremely shorter than in the case of normal operation. Moreover, since the opening / closing period of the intake valve 20 can be lengthened to some extent, the valve lift amount can also be reduced. Therefore, when performing the Atkinson cycle operation by early closing of the intake valve 20 in the intake process, the rapid opening / closing operation of the intake valve 20 can be suppressed by driving the valves to open / close at the first valve timing as described above.

図4は、従来の内燃機関におけるアトキンソンサイクル運転のバルブタイミングを示す図である。従来の内燃機関においてアトキンソンサイクル運転を行う場合には、本実施形態のように圧縮行程において燃焼室の混合気の一部を排気しないため、図4の実線で示す吸気弁の開閉期間は、負荷の増加に伴い、図4の破線で示す通常運転の場合よりも極端に短い時間とする必要がる。そして、吸気弁の短い開閉時期の間に、通常運転と同量の混合気を燃焼室に供給するために、通常運転と同等程度のバルブリフト量とする必要がある。したがって、従来の内燃機関は、本実施形態の内燃機関と比べて、吸気工程の吸気弁の早閉じによるアトキンソンサイクル運転を行う場合、吸気弁の急峻な開閉動作が必要となる。   FIG. 4 is a diagram showing valve timings of Atkinson cycle operation in a conventional internal combustion engine. When performing an Atkinson cycle operation in a conventional internal combustion engine, since a part of the air-fuel mixture in the combustion chamber is not exhausted during the compression stroke as in this embodiment, the intake valve opening / closing period indicated by the solid line in FIG. With this increase, it is necessary to make the time extremely shorter than in the case of the normal operation shown by the broken line in FIG. In order to supply the same amount of air-fuel mixture as that in the normal operation to the combustion chamber during a short opening / closing timing of the intake valve, it is necessary to set the valve lift to the same level as in the normal operation. Therefore, compared with the internal combustion engine of the present embodiment, the conventional internal combustion engine requires a sharp opening / closing operation of the intake valve when performing the Atkinson cycle operation by early closing of the intake valve in the intake process.

吸気弁の急峻な開閉動作は、燃焼室に供給する混合気の供給圧力(例えば、過給器の過給圧)を非常に高く設定する必要が生じたり、燃焼室のポンプ損失が増加したりする場合がある。しかし、本実施形態は、吸気弁の急峻な開閉動作が抑えられるため、従来の内燃機関と比べて、混合気の供給圧力や燃焼室のポンプ損失の低減を図ることが可能となる。   The steep opening / closing operation of the intake valve requires that the supply pressure of the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber (for example, the supercharging pressure of the supercharger) be set very high, or the pump loss of the combustion chamber increases. There is a case. However, in this embodiment, since a sharp opening / closing operation of the intake valve is suppressed, it is possible to reduce the supply pressure of the air-fuel mixture and the pump loss of the combustion chamber as compared with the conventional internal combustion engine.

本実施形態では、アトキンソンサイクル運転を第1バルブタイミングで行う場合の吸気弁20の開閉期間は、例えば、通常運転における吸気弁20の開閉期間に対して20%〜30%程度低減させるだけでよく、吸気弁20のバルブリフト量は、例えば、通常運転における吸気弁20のバルブリフト量に対して20%〜30%低減させることができる。なお、従来の内燃機関では、アトキンソンサイクル運転における吸気弁の開閉期間は、例えば、通常運転における吸気弁の開閉期間に対して50%以上低減させ、吸気弁のバルブリフト量は、例えば、通常運転における吸気弁のバルブリフト量と同程度とする必要がある。   In the present embodiment, the opening / closing period of the intake valve 20 when the Atkinson cycle operation is performed at the first valve timing may be reduced by, for example, about 20% to 30% with respect to the opening / closing period of the intake valve 20 in the normal operation. The valve lift amount of the intake valve 20 can be reduced by, for example, 20% to 30% with respect to the valve lift amount of the intake valve 20 in normal operation. In the conventional internal combustion engine, the opening / closing period of the intake valve in the Atkinson cycle operation is reduced by, for example, 50% or more with respect to the opening / closing period of the intake valve in the normal operation, and the valve lift amount of the intake valve is, for example, the normal operation It is necessary to make it the same as the valve lift amount of the intake valve.

図5は、内燃機関の負荷の低下に伴い、吸気弁や第2排気弁の開閉時期又は作用角を調整した第1バルブタイミングを示す図である。ここで、作用角とは、各弁のリフト量を時間で積分した値である開口時間面積を指す。すなわち、以下で述べる作用角の増加とは、リフト量や開閉期間を増加することを意味し、作用角の低減とは、リフト量や開閉期間を低減することを意味する。また、以下で述べる開閉時期の進角とは、作用角を変更せず、弁の開閉時期を早くすることを意味し、開閉時期の遅角とは、作用角を変更せず、弁の開閉時期を遅くすることを意味する。   FIG. 5 is a diagram illustrating a first valve timing in which the opening / closing timing or the operating angle of the intake valve or the second exhaust valve is adjusted in accordance with a decrease in the load of the internal combustion engine. Here, the working angle refers to an opening time area which is a value obtained by integrating the lift amount of each valve with time. That is, the increase in the working angle described below means that the lift amount and the opening / closing period are increased, and the reduction of the working angle means that the lift amount and the opening / closing period are reduced. In addition, the advance angle of the opening / closing timing described below means that the operating angle is not changed and the valve opening / closing timing is advanced, and the retarding of the opening / closing timing is not changed and the valve opening / closing timing is not changed. It means delaying the time.

例えば、ECU42がトルクセンサから、内燃機関100のトルク(負荷)データを取得し、これらの値が予め設定された閾値以下となった場合には、ECU42から弁開閉部に制御信号が送信され、弁開閉部は、吸気弁20や第2排気弁24の開閉時期又は作用角を以下のように変更する。例えば、図5(A)に示すように、吸気弁20の開閉時期を遅角させる。すなわち、吸気弁20の開閉時期を吸気下死点側(クランク角540°側)にシフトさせる。但し、第1バルブタイミング(アトキンソンサイクル運転)であるので、吸気弁20は吸気下死点より前に閉じられる。また、例えば、図5(B)に示すように、第2排気弁24の開閉時期を進角させる。すなわち、第2排気弁24の開閉時期を吸気下死点側(クランク角540°側)にシフトさせる。また、例えば、図5(C)に示すように、吸気弁20の作用角を増加させる。図5(C)では、吸気弁20の開閉期間及びリフト量の両方を増加させているが、いずれか一方で良い。また、例えば、図5(D)に示すように、第2排気弁24の作用角を低減させる。図5(D)では、第2排気弁24の開閉期間及びリフト量の両方を低減させているが、いずれか一方で良い。上記のような吸気弁20及び第2排気弁24の開閉時期又は作用角の調整により、燃焼室52のポンプ損失や過給器28による混合気の過給圧をより低減することができる。なお、上記のような吸気弁20及び第2排気弁24の開閉時期又は作用角の調整により内燃機関の実圧縮比の低減率は緩和されるが、内燃機関の負荷が低下しノッキングの発生率も低下しているため、ノッキングへの影響は少ない。   For example, when the ECU 42 acquires torque (load) data of the internal combustion engine 100 from the torque sensor and these values are equal to or less than a preset threshold value, a control signal is transmitted from the ECU 42 to the valve opening / closing unit, The valve opening / closing part changes the opening / closing timing or operating angle of the intake valve 20 and the second exhaust valve 24 as follows. For example, as shown in FIG. 5A, the opening / closing timing of the intake valve 20 is retarded. That is, the opening / closing timing of the intake valve 20 is shifted to the intake bottom dead center side (crank angle 540 ° side). However, since it is the first valve timing (Atkinson cycle operation), the intake valve 20 is closed before the intake bottom dead center. Further, for example, as shown in FIG. 5B, the opening / closing timing of the second exhaust valve 24 is advanced. That is, the opening / closing timing of the second exhaust valve 24 is shifted to the intake bottom dead center side (crank angle 540 ° side). Further, for example, as shown in FIG. 5C, the operating angle of the intake valve 20 is increased. In FIG. 5C, both the opening / closing period and the lift amount of the intake valve 20 are increased, but either one may be sufficient. Further, for example, as shown in FIG. 5D, the working angle of the second exhaust valve 24 is reduced. In FIG. 5D, both the opening / closing period and the lift amount of the second exhaust valve 24 are reduced, but either one may be sufficient. By adjusting the opening / closing timing or operating angle of the intake valve 20 and the second exhaust valve 24 as described above, the pump loss of the combustion chamber 52 and the supercharging pressure of the air-fuel mixture by the supercharger 28 can be further reduced. Although the reduction rate of the actual compression ratio of the internal combustion engine is alleviated by adjusting the opening / closing timing or the working angle of the intake valve 20 and the second exhaust valve 24 as described above, the load of the internal combustion engine is reduced and the occurrence rate of knocking is reduced. The impact on knocking is small.

吸気弁20及び第2排気弁24の開閉時期又は作用角の調整は、上記のように予め設定した閾値を基準に行う場合に限定されず、内燃機関100の負荷の低下に伴い、段階的又は連続的に行ってもよい。また、内燃機関100の負荷は、トルクセンサにより検出されたトルクデータを用いているが、内燃機関100の負荷の増減を判断できるデータであればよく、例えば、ノッキングセンサにより検出されたノッキング強度データを用いてもよい。   The adjustment of the opening / closing timing or the working angle of the intake valve 20 and the second exhaust valve 24 is not limited to the case where the adjustment is performed based on the preset threshold value as described above. You may carry out continuously. Further, although the torque data detected by the torque sensor is used as the load of the internal combustion engine 100, any data that can determine increase / decrease in the load of the internal combustion engine 100 may be used. For example, knocking intensity data detected by the knocking sensor May be used.

図6は、本実施形態に係る内燃機関の他の一例を示す概略構成図である。図6に示す内燃機関200において、図1に示す内燃機関100と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。図6に示す内燃機関200は、第2吸気通路54を備える。第2吸気通路54の一端は、インタークーラー30より下流側でスロットルバルブ36aより上流側の吸気通路12に接続されている。第2吸気通路54の他端は、第2排気通路16に合流して1つの配管を成し、気筒10の燃焼室52に接続されている。第2排気弁24は上記配管に設けられており、第2排気弁24により第2吸気通路54及び第2排気通路16が開閉される。   FIG. 6 is a schematic configuration diagram illustrating another example of the internal combustion engine according to the present embodiment. In the internal combustion engine 200 shown in FIG. 6, the same components as those in the internal combustion engine 100 shown in FIG. The internal combustion engine 200 shown in FIG. 6 includes a second intake passage 54. One end of the second intake passage 54 is connected to the intake passage 12 downstream of the intercooler 30 and upstream of the throttle valve 36a. The other end of the second intake passage 54 joins the second exhaust passage 16 to form one pipe, and is connected to the combustion chamber 52 of the cylinder 10. The second exhaust valve 24 is provided in the pipe, and the second intake valve 54 and the second exhaust passage 16 are opened and closed by the second exhaust valve 24.

弁開閉部は、前述の第1バルブタイミングと、排気工程において第1排気弁22を開いて、燃焼室52の排気を第1排気通路14に排出し、吸気工程において吸気弁20及び第2排気弁24を開いて、吸気通路12及び第2吸気通路54から燃焼室52に混合気を供給するように、各弁を開閉駆動する第2バルブタイミングと、を有する。   The valve opening / closing part opens the first exhaust valve 22 in the above-described first valve timing and exhaust process, and exhausts the exhaust of the combustion chamber 52 to the first exhaust passage 14, and in the intake process, the intake valve 20 and the second exhaust And a second valve timing for opening and closing each valve so that the air-fuel mixture is supplied from the intake passage 12 and the second intake passage 54 to the combustion chamber 52 by opening the valve 24.

弁開閉部は、予め設定された高負荷領域では、第1バルブタイミングで、各弁を開閉駆動し、予め設定された高負荷領域以外では、第2バルブタイミングで、各弁を開閉駆動する。ここで、高負荷領域とは、例えば、トルクセンサから検出されたトルクデータが閾値以上となる内燃機関の運転状態、或いはノッキングセンサから検出されたノッキング強度データが閾値以上となる内燃機関の運転状態である。   The valve opening / closing section drives the valves to open and close at a first valve timing in a preset high load region, and drives the valves to open and close at a second valve timing outside the preset high load region. Here, the high load region is, for example, an operating state of the internal combustion engine in which the torque data detected from the torque sensor is equal to or higher than a threshold value, or an operating state of the internal combustion engine in which the knocking intensity data detected from the knocking sensor is equal to or higher than the threshold value. It is.

<第1バルブタイミングによる各弁の開閉駆動>
ECU42がトルクセンサやノッキングセンサから、内燃機関100のトルクデータ又はノッキング強度データを取得し、これらの値が予め設定された閾値以上である場合には、ECU42から弁開閉部に制御信号が送信され、弁開閉部は、第1バルブタイミングで各弁を開閉駆動させる。第1バルブタイミングによる各弁の開閉駆動は前述した通りであり、その説明を省略する(図3参照)。なお、第1バルブタイミングでは、圧縮行程中に第2排気弁24を開閉することで、第2排気通路16に排気された混合気の一部が、第2排気通路16に連通する第2吸気通路54側に漏れたり、第2吸気通路54を流れる混合気が燃焼室52内に流入したりする場合があるため、第2吸気通路54にバルブを設置して、第1バルブタイミング中は第2吸気通路54に設置したバルブを閉じておくことが望ましい。
<Open / close drive of each valve by the first valve timing>
The ECU 42 acquires torque data or knocking strength data of the internal combustion engine 100 from the torque sensor or knock sensor, and when these values are equal to or greater than a preset threshold value, a control signal is transmitted from the ECU 42 to the valve opening / closing unit. The valve opening / closing unit drives each valve to open and close at the first valve timing. The opening / closing drive of each valve by the first valve timing is as described above, and the description thereof is omitted (see FIG. 3). Note that at the first valve timing, the second exhaust valve 24 is opened and closed during the compression stroke so that a part of the air-fuel mixture exhausted to the second exhaust passage 16 is communicated with the second exhaust passage 16. Since there is a case where the air-fuel mixture leaks to the passage 54 side or the air-fuel mixture flowing through the second intake passage 54 flows into the combustion chamber 52, a valve is installed in the second intake passage 54 so 2 It is desirable to keep the valve installed in the intake passage 54 closed.

<第2バルブタイミングによる各弁の開閉駆動>
ECU42がトルクセンサやノッキングセンサから、内燃機関100のトルクデータ又はノッキング強度データを取得し、これらの値が予め設定された閾値未満である場合には、ECU42から弁開閉部に制御信号が送信され、弁開閉部は、第2バルブタイミングで各弁を開閉駆動させる。
<Open / close drive of each valve by the second valve timing>
When the ECU 42 acquires torque data or knocking strength data of the internal combustion engine 100 from the torque sensor or knocking sensor, and these values are less than a preset threshold value, a control signal is transmitted from the ECU 42 to the valve opening / closing unit. The valve opening / closing unit drives each valve to open and close at the second valve timing.

図7は、本実施形態の内燃機関における第2バルブタイミングを示す図である。図において、縦軸はバルブリフト量を示し、横軸はピストン50のクランク角を示している。なお、図7の各弁の開閉時期は一例であってこれに制限されるものではない。   FIG. 7 is a diagram showing the second valve timing in the internal combustion engine of the present embodiment. In the figure, the vertical axis represents the valve lift amount, and the horizontal axis represents the crank angle of the piston 50. In addition, the opening / closing timing of each valve of FIG. 7 is an example, and is not limited to this.

燃焼室52における燃焼後、排気工程において、排気下死点付近(クランク角180°付近)で第1排気弁22を開き、ピストン50が上昇し、排気上死点付近(クランク角360°付近)で第1排気弁22を閉じる。第1排気弁22が開いており、ピストン50が上昇している間に、燃焼室52内の排気が第1排気通路14から排出される。   After the combustion in the combustion chamber 52, in the exhaust process, the first exhaust valve 22 is opened near the exhaust bottom dead center (crank angle 180 °), the piston 50 rises, and the exhaust top dead center (crank angle 360 °) To close the first exhaust valve 22. While the first exhaust valve 22 is open and the piston 50 is rising, the exhaust in the combustion chamber 52 is discharged from the first exhaust passage 14.

吸気工程において、吸気上死点付近(クランク角360°付近)で、吸気弁20を開き、その後第2排気弁24を開き、吸気下死点(クランク角540°付近)で吸気弁20を閉じ、吸気下死点から所定時間経過後に第2排気弁24を閉じる。吸気弁20及び第2排気弁24を開くことで、吸気通路12及び第2吸気通路54から混合気が燃焼室52内に供給される。なお、第2バルブタイミングでは、第2吸気通路54を流れる混合気の一部が第2吸気通路54に連通する第2排気通路16側に漏れる場合があるため、第2排気通路16にバルブを設置して、第2バルブタイミング中は第2排気通路16に設置したバルブを閉じておくことが望ましい。   In the intake process, the intake valve 20 is opened near the intake top dead center (crank angle of 360 °), then the second exhaust valve 24 is opened, and the intake valve 20 is closed at the intake bottom dead center (crank angle of 540 °). The second exhaust valve 24 is closed after a predetermined time has elapsed from the intake bottom dead center. By opening the intake valve 20 and the second exhaust valve 24, the air-fuel mixture is supplied from the intake passage 12 and the second intake passage 54 into the combustion chamber 52. Note that at the second valve timing, a part of the air-fuel mixture flowing through the second intake passage 54 may leak to the second exhaust passage 16 side communicating with the second intake passage 54, so that the valve is connected to the second exhaust passage 16. It is desirable that the valve installed in the second exhaust passage 16 be closed during the second valve timing.

このように、吸気通路12及び第2吸気通路54の2つから混合気を燃焼室52に供給することで、各通路から供給される混合気量を調整することが可能となり、内燃機関200の熱効率を向上させることができる。特に、図で示すように、吸気弁20を開いて吸気通路12から混合気を供給した後に、第2排気弁24を開いて第2吸気通路54から混合気を供給することが好ましい。   Thus, by supplying the air-fuel mixture from the two intake passages 12 and the second intake passage 54 to the combustion chamber 52, the amount of air-fuel mixture supplied from each passage can be adjusted. Thermal efficiency can be improved. In particular, as shown in the figure, it is preferable to open the second exhaust valve 24 and supply the air-fuel mixture from the second intake passage 54 after the intake valve 20 is opened and the air-fuel mixture is supplied from the intake passage 12.

図8は、本実施形態に係る内燃機関の他の一例を示す概略構成図である。図8に示す内燃機関300において、図1に示す内燃機関100と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。図8に示す内燃機関300は、第2吸気通路54及び第2吸気弁56を備える。第2吸気通路54の一端は、インタークーラー30より下流側でスロットルバルブ36aより上流側の吸気通路12に接続されている。第2吸気通路54の他端は、気筒10の燃焼室52に接続されている。第2吸気通路54には、第2吸気弁56が設置され、第2吸気弁56により第2吸気通路54が開閉される。   FIG. 8 is a schematic configuration diagram illustrating another example of the internal combustion engine according to the present embodiment. In the internal combustion engine 300 shown in FIG. 8, the same components as those of the internal combustion engine 100 shown in FIG. The internal combustion engine 300 shown in FIG. 8 includes a second intake passage 54 and a second intake valve 56. One end of the second intake passage 54 is connected to the intake passage 12 downstream of the intercooler 30 and upstream of the throttle valve 36a. The other end of the second intake passage 54 is connected to the combustion chamber 52 of the cylinder 10. A second intake valve 56 is installed in the second intake passage 54, and the second intake passage 54 is opened and closed by the second intake valve 56.

弁開閉部は、前述の第1バルブタイミングと、排気工程において第1排気弁22を開いて、燃焼室52の排気を第1排気通路14に排出し、吸気工程において吸気弁20及び第2吸気弁56を開いて、吸気通路12及び第2吸気通路54から燃焼室52に混合気を供給するように、各弁を開閉駆動させる第3バルブタイミングと、を有する。弁開閉部は、予め設定された高負荷領域では、第1バルブタイミングで、各弁を開閉駆動し、予め設定された高負荷領域以外では、第3バルブタイミングで、各弁を開閉駆動する。   The valve opening / closing part opens the first exhaust valve 22 in the above-described first valve timing and exhaust process, and discharges the exhaust of the combustion chamber 52 to the first exhaust passage 14, and in the intake process, the intake valve 20 and the second intake valve And a third valve timing for opening and closing the valves so that the air-fuel mixture is supplied from the intake passage 12 and the second intake passage 54 to the combustion chamber 52. The valve opening / closing section drives the valves to open and close at a first valve timing in a preset high load region, and drives the valves to open and close at a third valve timing outside the preset high load region.

<第1バルブタイミングによる各弁の開閉駆動>
ECU42がトルクセンサやノッキングセンサから、内燃機関100のトルクデータ又はノッキング強度データを取得し、これらの値が予め設定された閾値以上である場合には、ECU42から弁開閉部に制御信号が送信され、弁開閉部は、第1バルブタイミングで各弁を開閉駆動させる。第1バルブタイミングによる各弁の開閉駆動は前述した通りであり、その説明を省略する(図3参照)。
<Open / close drive of each valve by the first valve timing>
The ECU 42 acquires torque data or knocking strength data of the internal combustion engine 100 from the torque sensor or knock sensor, and when these values are equal to or greater than a preset threshold value, a control signal is transmitted from the ECU 42 to the valve opening / closing unit. The valve opening / closing unit drives each valve to open and close at the first valve timing. The opening / closing drive of each valve by the first valve timing is as described above, and the description thereof is omitted (see FIG. 3).

<第3バルブタイミングによる各弁の開閉駆動>
ECU42がトルクセンサやノッキングセンサから、内燃機関100のトルクデータ又はノッキング強度データを取得し、これらの値が予め設定された閾値未満である場合には、ECU42から弁開閉部に制御信号が送信され、弁開閉部は、第3バルブタイミングで各弁を開閉駆動させる。
<Open / close drive of each valve at the third valve timing>
When the ECU 42 acquires torque data or knocking strength data of the internal combustion engine 100 from the torque sensor or knocking sensor, and these values are less than a preset threshold value, a control signal is transmitted from the ECU 42 to the valve opening / closing unit. The valve opening / closing section drives each valve to open and close at the third valve timing.

図9は、本実施形態の内燃機関における第3バルブタイミングを示す図である。図において、縦軸はバルブリフト量を示し、横軸はピストン50のクランク角を示している。なお、図9の各弁の開閉時期は一例であってこれに制限されるものではない。   FIG. 9 is a diagram showing the third valve timing in the internal combustion engine of the present embodiment. In the figure, the vertical axis represents the valve lift amount, and the horizontal axis represents the crank angle of the piston 50. In addition, the opening / closing timing of each valve of FIG. 9 is an example, and is not limited to this.

燃焼室52における燃焼後、排気工程において、排気下死点付近(クランク角180°付近)で第1排気弁22を開き、ピストン50が上昇し、排気上死点付近(クランク角360°付近)で第1排気弁22を閉じる。第1排気弁22が開いており、ピストン50が上昇している間に、燃焼室52内の排気が第1排気通路14から排出される。   After the combustion in the combustion chamber 52, in the exhaust process, the first exhaust valve 22 is opened near the exhaust bottom dead center (crank angle 180 °), the piston 50 rises, and the exhaust top dead center (crank angle 360 °) To close the first exhaust valve 22. While the first exhaust valve 22 is open and the piston 50 is rising, the exhaust in the combustion chamber 52 is discharged from the first exhaust passage 14.

吸気工程において、吸気上死点付近(クランク角360°付近)で、吸気弁20を開き、その後第2吸気弁56を開き、吸気下死点付近(クランク角540°付近)で吸気弁20を閉じ、吸気下死点から所定時間経過後に第2吸気弁56を閉じる。吸気弁20及び第2吸気弁56を開くことで、吸気通路12及び第2吸気通路54から混合気が燃焼室52内に供給される。   In the intake process, the intake valve 20 is opened near the intake top dead center (crank angle of 360 °), then the second intake valve 56 is opened, and the intake valve 20 is opened near the intake bottom dead center (crank angle of 540 °). The second intake valve 56 is closed after a predetermined time has elapsed from the intake bottom dead center. By opening the intake valve 20 and the second intake valve 56, the air-fuel mixture is supplied from the intake passage 12 and the second intake passage 54 into the combustion chamber 52.

このように、吸気通路12及び第2吸気通路54の2つから混合気を燃焼室52に供給することで、各通路から供給される混合気量を調整することが可能となり、内燃機関300の熱効率を向上させることができる。特に、図で示すように、吸気弁20を開いて吸気通路12から混合気を供給した後に、第2吸気弁56を開いて第2吸気通路54から混合気を供給することが好ましい。   Thus, by supplying the air-fuel mixture from the two intake passages 12 and the second intake passage 54 to the combustion chamber 52, the amount of air-fuel mixture supplied from each passage can be adjusted. Thermal efficiency can be improved. In particular, as shown in the figure, it is preferable to open the second intake valve 56 and supply the air-fuel mixture from the second intake passage 54 after the intake valve 20 is opened and the air-fuel mixture is supplied from the intake passage 12.

これまでの実施形態では、吸気通路12に燃料インジェクタ34を配置した内燃機関について説明してきたが、燃料インジェクタ34は、燃焼室52内に燃料を直接噴射する直噴型燃料インジェクタでもよい。この場合、第1バルブタイミングにおける第2排気弁24の閉弁時期は、直噴型燃料インジェクタによる燃料噴射前とすることが好ましい。これにより、直噴型燃料インジェクタにより噴射された燃料が第2排気弁24を介して第2排気通路16から排出されることが抑制される。   In the above embodiments, the internal combustion engine in which the fuel injector 34 is disposed in the intake passage 12 has been described. However, the fuel injector 34 may be a direct injection type fuel injector that directly injects fuel into the combustion chamber 52. In this case, it is preferable that the closing timing of the second exhaust valve 24 at the first valve timing is before fuel injection by the direct injection type fuel injector. As a result, the fuel injected by the direct injection fuel injector is suppressed from being discharged from the second exhaust passage 16 via the second exhaust valve 24.

また、本実施形態では、各弁の開閉駆動を上記のようなカムを用いた弁開閉部により行っているが必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば、電磁駆動方式等でもよい。電磁駆動方式の弁開閉部は、例えば、各弁に設置される電動アクチュエータと、駆動回路とを備える。駆動回路には、ECU42から、各弁のバルブタイミングについての制御信号が伝えられる。駆動回路は、制御信号に基づいて、電動アクチュエータを駆動させ、各弁を開閉駆動させる。   Further, in the present embodiment, the opening / closing drive of each valve is performed by the valve opening / closing unit using the cam as described above. However, the present invention is not necessarily limited to this, and for example, an electromagnetic drive system or the like may be used. The electromagnetically driven valve opening / closing unit includes, for example, an electric actuator installed in each valve and a drive circuit. A control signal for the valve timing of each valve is transmitted from the ECU 42 to the drive circuit. The drive circuit drives the electric actuator based on the control signal to drive the valves to open and close.

10 気筒、12 吸気通路、14 第1排気通路、16 第2排気通路、18 排気還流通路、20 吸気弁、22 第1排気弁、24 第2排気弁、28 過給器、30 インタークーラー、32 EGRクーラー、34 燃料インジェクタ、36a,36b スロットルバルブ、38 排気触媒、44 コンプレッサ、46 タービン、48 回転軸、50 ピストン、52 燃焼室、54 第2吸気通路、56 第2吸気弁、100 ,200,300 内燃機関。   10 cylinders, 12 intake passages, 14 first exhaust passages, 16 second exhaust passages, 18 exhaust recirculation passages, 20 intake valves, 22 first exhaust valves, 24 second exhaust valves, 28 superchargers, 30 intercoolers, 32 EGR Cooler, 34 Fuel injector, 36a, 36b Throttle valve, 38 Exhaust catalyst, 44 Compressor, 46 Turbine, 48 Rotating shaft, 50 Piston, 52 Combustion chamber, 54 Second intake passage, 56 Second intake valve, 100, 200, 300 Internal combustion engine.

Claims (5)

空気及び燃料を含む混合気を燃焼する燃焼室に夫々独立して接続される吸気通路、第1排気通路及び第2排気通路と、
前記吸気通路を開閉する吸気弁、前記第1排気通路を開閉する第1排気弁、前記第2排気通路を開閉する第2排気弁と、
前記吸気弁、前記第1排気弁、及び前記第2排気弁を開閉駆動させる弁開閉部と、を備え、
前記弁開閉部は、排気工程において前記第1排気弁を開いて、前記燃焼室の排気を前記第1排気通路に排出し、吸気工程において前記吸気弁を開いて、前記吸気通路から前記燃焼室に混合気を供給し吸気下死点前に吸気弁を閉じ、圧縮行程において前記第2排気弁を開いて、前記燃焼室の混合気の一部を前記第2排気通路に排出するように、各弁を開閉駆動させる第1バルブタイミングを有し、前記第1バルブタイミングにより前記第2排気通路を流れる混合気は、前記吸気通路に戻ることを特徴とする内燃機関。
An intake passage, a first exhaust passage, and a second exhaust passage that are independently connected to a combustion chamber that burns an air-fuel mixture containing air and fuel;
An intake valve for opening and closing the intake passage; a first exhaust valve for opening and closing the first exhaust passage; a second exhaust valve for opening and closing the second exhaust passage;
A valve opening / closing unit that opens and closes the intake valve, the first exhaust valve, and the second exhaust valve;
The valve opening / closing part opens the first exhaust valve in the exhaust process, discharges the exhaust of the combustion chamber to the first exhaust passage, opens the intake valve in the intake process, and opens the intake chamber from the intake passage. So that the air-fuel mixture is supplied and the intake valve is closed before the intake bottom dead center, the second exhaust valve is opened in the compression stroke, and a part of the air-fuel mixture in the combustion chamber is discharged to the second exhaust passage. An internal combustion engine having a first valve timing for opening and closing each valve, and an air-fuel mixture flowing through the second exhaust passage at the first valve timing returns to the intake passage.
前記弁開閉部は、内燃機関の負荷の低下に伴い、前記吸気弁の開閉時期を遅角すること、前記第2排気弁の開閉時期を進角すること、前記吸気弁の作用角を増加すること、及び前記第2排気弁の作用角を低減することのうち少なくともいずれか1つを行うことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。   The valve opening / closing part retards the opening / closing timing of the intake valve, advances the opening / closing timing of the second exhaust valve, and increases the operating angle of the intake valve as the load of the internal combustion engine decreases. 2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein at least one of reducing the operating angle of the second exhaust valve is performed. 前記燃焼室に接続される第2吸気通路を備え、前記第2排気弁は、前記第2排気通路及び前記第2吸気通路を開閉し、
前記弁開閉部は、排気工程において前記第1排気弁を開いて、前記燃焼室の排気を前記第1排気通路に排出し、吸気工程において前記吸気弁及び前記第2排気弁を開いて、前記吸気通路及び前記第2吸気通路から前記燃焼室に混合気を供給するように、各弁を開閉駆動させる第2バルブタイミングを有し、予め定められた高負荷領域では、前記第1バルブタイミングを行い、前記高負荷領域以外では前記第2バルブタイミングを行う請求項1又は2に記載の内燃機関。
A second intake passage connected to the combustion chamber; the second exhaust valve opens and closes the second exhaust passage and the second intake passage;
The valve opening / closing part opens the first exhaust valve in the exhaust process, discharges the exhaust of the combustion chamber to the first exhaust passage, opens the intake valve and the second exhaust valve in the intake process, There is a second valve timing for opening and closing each valve so that air-fuel mixture is supplied from the intake passage and the second intake passage to the combustion chamber. In a predetermined high load region, the first valve timing is set. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the second valve timing is performed outside the high load region.
前記燃焼室に接続される第2吸気通路と、前記第2吸気通路を開閉する第2吸気弁と、を備え、
前記弁開閉部は、排気工程において前記第1排気弁を開いて、前記燃焼室の排気を前記第1排気通路に排出し、吸気工程において前記吸気弁及び前記第2吸気弁を開いて、前記吸気通路及び前記第2吸気通路から前記燃焼室に混合気を供給するように、各弁を開閉駆動させる第3バルブタイミングを有し、予め定められた高負荷領域では、前記第1バルブタイミングを行い、前記高負荷領域以外では前記第3バルブタイミングを行う請求項1又は2に記載の内燃機関。
A second intake passage connected to the combustion chamber, and a second intake valve for opening and closing the second intake passage,
The valve opening / closing part opens the first exhaust valve in the exhaust process, discharges the exhaust of the combustion chamber to the first exhaust passage, opens the intake valve and the second intake valve in the intake process, A third valve timing for opening and closing each valve so as to supply an air-fuel mixture from the intake passage and the second intake passage to the combustion chamber. In a predetermined high load region, the first valve timing is set. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the third valve timing is performed outside the high load region.
前記燃焼室内に燃料を直接噴射する直噴インジェクタを有し、
前記第1バルブタイミングにおける前記第2排気弁の閉弁時期は、前記直噴インジェクタによる燃料噴射前であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の内燃機関。
A direct injection injector for directly injecting fuel into the combustion chamber;
5. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the closing timing of the second exhaust valve at the first valve timing is before fuel injection by the direct injection injector.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113454332A (en) * 2019-02-20 2021-09-28 沙特阿拉伯石油公司 Super knock mitigation method for internal combustion engine
CN115234334A (en) * 2022-08-16 2022-10-25 重庆潍柴发动机有限公司 Exhaust cam for exhaust secondary opening

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113454332A (en) * 2019-02-20 2021-09-28 沙特阿拉伯石油公司 Super knock mitigation method for internal combustion engine
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