JP2711563B2 - Variable cycle number engine - Google Patents

Variable cycle number engine

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JP2711563B2
JP2711563B2 JP1106583A JP10658389A JP2711563B2 JP 2711563 B2 JP2711563 B2 JP 2711563B2 JP 1106583 A JP1106583 A JP 1106583A JP 10658389 A JP10658389 A JP 10658389A JP 2711563 B2 JP2711563 B2 JP 2711563B2
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cylinder
exhaust
intake air
dead center
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英男 河村
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株式会社いすゞセラミックス研究所
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B69/00Internal-combustion engines convertible into other combustion-engine type, not provided for in F02B11/00; Internal-combustion engines of different types characterised by constructions facilitating use of same main engine-parts in different types
    • F02B69/06Internal-combustion engines convertible into other combustion-engine type, not provided for in F02B11/00; Internal-combustion engines of different types characterised by constructions facilitating use of same main engine-parts in different types for different cycles, e.g. convertible from two-stroke to four stroke

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、エンジンの回転数が所定回転数以下の場合
には2サイクル、所定回転数以上の場合には4サイクル
で稼働するサイクル数可変エンジンに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial application field) The present invention relates to a variable cycle number that operates in two cycles when the engine speed is equal to or lower than a predetermined speed, and in four cycles when the engine speed is equal to or higher than the predetermined speed. About the engine.

(従来の技術) 従来のエンジンには、エンジン出力軸の回転毎の行程
の相違により2サイクルエンジンと4サイクルエンジン
とに大別される。2サイクルエンジンはエンジン出力軸
の1回転毎に爆発行程を実行するため、エンジン出力軸
の回転速度変動が小であり高トルクを発生せしめること
ができる。一方、4サイクルエンジンは2回転毎に爆発
行程を実行し、かつ、排気行程と吸気行程とが独立して
いるので、燃料消費率が小であるという特徴がある。
(Prior Art) Conventional engines are roughly classified into two-stroke engines and four-stroke engines according to differences in the stroke of each rotation of an engine output shaft. Since the two-stroke engine executes the explosion stroke every rotation of the engine output shaft, fluctuations in the rotation speed of the engine output shaft are small and high torque can be generated. On the other hand, the four-stroke engine has a feature that the fuel consumption rate is small since the explosion stroke is executed every two revolutions and the exhaust stroke and the intake stroke are independent.

(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上記2サイクルエンジンは吸気行程と
排気行程とを同時に平行して実行するので吸排気が完全
に行なわれず、よって燃料消費率が大であるという問題
がある。一方、4サイクルエンジンはエンジン出力軸の
回転速度変動が大であるため、低回転数領域においては
トルクが不足し、滑らかな運転ができないという問題が
ある。
(Problems to be Solved by the Invention) However, since the two-stroke engine executes the intake stroke and the exhaust stroke simultaneously in parallel, there is a problem that the intake and exhaust are not completely performed, and the fuel consumption rate is large. . On the other hand, the four-stroke engine has a problem that the rotational speed of the engine output shaft fluctuates greatly, so that the torque is insufficient in a low rotational speed region and smooth operation cannot be performed.

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、所定回
転数以下の領域においては2サイクルエンジンとして運
転し、該所定回転数以上の領域においては4サイクルエ
ンジンとして運転することのできるサイクル数可変エン
ジンを提供しようとするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and has been made in consideration of the above-described circumstances. It aims to provide a variable engine.

(課題を解決するための手段) 本発明によれば、下死点近傍でのピストン上面位置に
対応するシリンダ円筒面に穿設された吸気口と、該吸気
口からシリンダ内へ吸気を圧送するコンプレッサとター
ビン軸に設置された電動機を持つ過給手段と、シリンダ
上部に設けられ、前記排気バルブの上端部に一対の磁極
の異なる永久磁石を設け、前記永久磁石に対向する外周
部分に軸方向に離間して並設された磁極とコイルとから
なり、その電磁力により排気バルブを開閉駆動するバル
ブ駆動手段と、前記排気バルブはシリンダ内の排気ガス
を過給圧により排出する行程の上死点で前記排気口を閉
鎖し、その閉鎖状態でピストンを降下させてシリンダ内
吸気を断熱膨張させるとともにその下死点でシリンダ内
負圧作用と過給圧とにより吸気をシリンダ内に急激に流
入せしめるようになし、耐熱断熱材で被覆されて遮熱構
造となした燃焼室内への燃料噴射タイミングを可変制御
する燃料制御手段と、上記過給手段を力行する回転電機
と、エンジン回転数が上記所定回転数より低回転数であ
るとき該回転電機を電力により駆動する過給圧増加手段
と、排気バルブの開閉及び燃料噴射を、エンジンの回転
数が所定回転数以上の場合にはエンジン出力軸の2回転
毎に実行し、排気バルブと燃料噴射を1回転毎に実行す
るサイクル変更手段とを有することを特徴とするサイク
ル数可変エンジンを提供することができる。
(Means for Solving the Problems) According to the present invention, an intake port formed in a cylinder cylindrical surface corresponding to a position of a piston upper surface near a bottom dead center, and intake air is pressure-fed from the intake port into the cylinder. A supercharger having an electric motor installed on a compressor and a turbine shaft; and a pair of permanent magnets having a pair of magnetic poles provided at an upper portion of the cylinder and provided at an upper end portion of the exhaust valve. Valve driving means comprising a magnetic pole and a coil arranged side by side at a distance from each other and driving the opening and closing of an exhaust valve by the electromagnetic force, and the exhaust valve is a top dead stroke of discharging exhaust gas in a cylinder by a supercharging pressure. At this point, the exhaust port is closed, and in the closed state, the piston is lowered to adiabatically expand the intake air in the cylinder, and at the bottom dead center, the intake air is injected into the cylinder by the negative pressure action and the supercharging pressure in the cylinder. Fuel control means for variably controlling fuel injection timing into a combustion chamber covered with a heat-resistant heat insulating material to form a heat shielding structure, a rotating electric machine for powering the supercharging means, and an engine. When the rotation speed is lower than the predetermined rotation speed, the boosting pressure increasing means for driving the rotating electric machine with electric power, opening and closing of the exhaust valve and fuel injection are performed when the rotation speed of the engine is equal to or higher than the predetermined rotation speed. Is executed every two rotations of the engine output shaft, and has an exhaust valve and cycle changing means for executing fuel injection every one rotation.

また、上記発明において、エンジンが所定回転数、所
定負荷以上の場合、排気口に付設したターボチャージャ
とその合流に取り付けられたタービンに設けられた電動
機を発電機として電気エネルギーを回収することを特徴
とするサイクル数可変エンジンをも提供することができ
る。
Further, in the above invention, when the engine is at a predetermined rotation speed and a predetermined load or more, electric energy is collected by using a turbocharger attached to an exhaust port and a motor provided at a turbine attached to the junction thereof as a generator. The variable cycle number engine described above can also be provided.

(作用) 本発明のサイクル数可変エンジンは、所定回転数以下
の領域においては2サイクルエンジンとして運転し、該
所定回転数以上の領域においては4サイクルエンジンと
して運転するので、低中回転数領域では、エンジン回転
速度が円滑な高トルクエンジンとなり、中高回転数領域
では燃料消費率が小である高効率エンジンとなる。
(Operation) The variable cycle number engine of the present invention operates as a two-cycle engine in a region equal to or lower than a predetermined rotation speed, and operates as a four-cycle engine in a region equal to or higher than the predetermined rotation speed. Thus, a high-torque engine having a smooth engine rotation speed is obtained, and a high-efficiency engine having a small fuel consumption rate in a middle to high rotation speed region is obtained.

(実施例) 以下、本発明の一実施例を図面に従って詳細に説明す
る。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は、本発明によるエンジンの構成を示すブロッ
ク図、第2図は、第1図におけるI−I断面図、第3図
は、第1図におけるII−II断面図である。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an engine according to the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line II in FIG. 1, and FIG. 3 is a sectional view taken along line II-II in FIG.

シリンダ1の内周面にはシリンダスリーブ11が配設さ
れており、該シリンダスリーブ11の下死点近傍における
ピストンヘッドの位置には吸気口13が周設されている。
該吸気口13は吸入された吸気が時計回りに旋回するよう
に傾斜して開口している。
A cylinder sleeve 11 is provided on the inner peripheral surface of the cylinder 1, and an intake port 13 is provided around the piston head near the bottom dead center of the cylinder sleeve 11.
The intake port 13 is inclined and opened so that the intake air turns clockwise.

シリンダ1の上部中央には副燃焼室2が設けられてお
り、該副燃焼室2の内面は耐熱断熱材のセラミックス等
からなるスリーブ21で被覆されている。該スリーブ21と
シリンダスリーブ11との間は断熱ガスケット12を介して
接続している。副燃焼室2の側部には該副燃焼室2内部
へ燃料を時計回りに噴射する噴射ノズル22が配設されて
おり、該噴射ノズル22は燃料の噴射タイミング及び噴射
量が可変である燃料ポンプ23と接続されている。また、
該副燃焼室2には副燃焼室2を介して排気を排出するた
めの排気口が設けられており、該排気口は排気バルブ24
により開閉される。そして、該排気バルブ24は軸部に配
設されたバルブ駆動装置6により開閉駆動される。
A sub-combustion chamber 2 is provided at the center of the upper part of the cylinder 1, and the inner surface of the sub-combustion chamber 2 is covered with a sleeve 21 made of ceramics or the like as a heat-resistant heat insulating material. The sleeve 21 and the cylinder sleeve 11 are connected via a heat insulating gasket 12. An injection nozzle 22 for injecting fuel clockwise into the sub-combustion chamber 2 is provided at a side of the sub-combustion chamber 2, and the injection nozzle 22 is a fuel whose injection timing and injection amount are variable. Connected to pump 23. Also,
The sub-combustion chamber 2 is provided with an exhaust port for discharging exhaust gas through the sub-combustion chamber 2, and the exhaust port is provided with an exhaust valve 24.
It is opened and closed by. The exhaust valve 24 is driven to open and close by a valve driving device 6 disposed on the shaft.

前記シリンダ1内部にはピストン3が配設されてお
り、該ピストン3のピストンヘッド面は副燃焼室2と同
様に耐熱断熱材のセラミックス等により被覆されてい
る。また、ピストンヘッド中央部には突起31が形成され
ており、ピストン3が上死点近傍にあるときに副燃焼室
2の開口部を狭穿する。
A piston 3 is provided inside the cylinder 1, and a piston head surface of the piston 3 is coated with a heat-resistant heat insulating material, such as ceramics, similarly to the sub-combustion chamber 2. A projection 31 is formed at the center of the piston head, and narrows the opening of the sub-combustion chamber 2 when the piston 3 is near the top dead center.

前記排気口より排出された排気ガスは排気管路41によ
りターボチャージャ4のタービンへと導かれる。該ター
ボチャージャ4の回転軸には回転電機43が接続してお
り、外部からの電力供給により過給圧を発生させること
が可能な構造を有している。また、ターボチャージャ4
を通過した排気ガスは回収タービン44に導かれ、未だ排
気ガスの有するエネルギを電気エネルギに変換しコント
ロールユニット5を介して回生する。尚、ターボチャー
ジャ4は排気ガスあるいは外部からの電力によりコンプ
レッサを回転させる吸気に過給圧を付与し、該吸気を吸
気管路42を経て吸気口13へと供給する。
Exhaust gas discharged from the exhaust port is guided to a turbine of the turbocharger 4 through an exhaust pipe 41. A rotating electric machine 43 is connected to the rotating shaft of the turbocharger 4, and has a structure capable of generating a supercharging pressure by supplying power from the outside. In addition, turbocharger 4
The exhaust gas that has passed through is guided to the recovery turbine 44, converts the energy still contained in the exhaust gas into electric energy, and regenerates it through the control unit 5. The turbocharger 4 applies a supercharging pressure to intake air for rotating the compressor using exhaust gas or electric power from the outside, and supplies the intake air to the intake port 13 through the intake pipe 42.

上記バルブ駆動装置6、燃料ポンプ23及び回転電機43
はコントロールユニット5の入出力インターフェイス50
からの信号により制御されている。該入出力インターフ
ェイス50には、上記の他にエンジンの回転数及びクラン
ク角を検知する回転センサ55、アクセルペダルの踏込量
を検知するアクセルセンサ56及び回収タービンの発電機
が接続されており、各センサからの信号と回生電力とが
入力されている。該コントロールユニット5には入出力
インターフェイス50の他に、プログラムや各種関係テー
ブルを記憶するROM53、該ROM53のプログラムの下に演算
を実行するCPU51、演算結果及びデータを一時記憶するR
AM54、コントロールユニット5内部の信号流れを司るコ
ントロールメモリ52などにより構成されている。
The valve driving device 6, the fuel pump 23 and the rotating electric machine 43
Is the input / output interface 50 of the control unit 5
Is controlled by a signal from In addition to the above, a rotation sensor 55 for detecting the number of revolutions and the crank angle of the engine, an accelerator sensor 56 for detecting the amount of depression of the accelerator pedal, and a generator for the recovery turbine are connected to the input / output interface 50. The signal from the sensor and the regenerative power are input. In addition to the input / output interface 50, the control unit 5 has a ROM 53 for storing programs and various relational tables, a CPU 51 for executing calculations under the programs in the ROM 53, and an R for temporarily storing calculation results and data.
It comprises an AM 54, a control memory 52 for controlling the signal flow inside the control unit 5, and the like.

次に、バルブ駆動装置6について説明する。 Next, the valve driving device 6 will be described.

第4図は、バルブ駆動装置6の詳細図である。 FIG. 4 is a detailed view of the valve driving device 6.

排気バルブ24の軸端部には所定間隔で永久磁石61と永
久磁石62とが嵌合している。該永久磁石61及び62の外周
部分の極性は互いに異なり、例えば、永久磁石61の外周
部分がN極であれば、永久磁石62の外周部分はS極であ
る。永久磁石61及び62の外周部分と対向し、排気バルブ
24の移動方向に永久磁石61と永久磁石62とは異なる間隔
で磁極63が並設されており、磁極63の各々には磁極63の
極性を制御するためのコイル64が捲設されている。
A permanent magnet 61 and a permanent magnet 62 are fitted to the shaft end of the exhaust valve 24 at predetermined intervals. The polarities of the outer peripheral portions of the permanent magnets 61 and 62 are different from each other. For example, if the outer peripheral portion of the permanent magnet 61 is N pole, the outer peripheral portion of the permanent magnet 62 is S pole. The exhaust valve faces the outer peripheral portions of the permanent magnets 61 and 62.
Magnetic poles 63 are arranged side by side at different intervals between the permanent magnets 61 and 62 in the moving direction of the coil 24, and a coil 64 for controlling the polarity of the magnetic pole 63 is wound around each of the magnetic poles 63.

コイル64の各々への通電はコントロールユニット5に
より制御され、磁極63の永久磁石との対向側の極性を順
次変更し、永久磁石61及び62と磁極63との間に作用する
電磁力の合力により排気バルブ24を開閉方向に駆動す
る。
The energization of each of the coils 64 is controlled by the control unit 5 and sequentially changes the polarity of the magnetic pole 63 on the side facing the permanent magnet, and by the resultant of the electromagnetic force acting between the permanent magnets 61 and 62 and the magnetic pole 63. The exhaust valve 24 is driven in the opening / closing direction.

次に、本発明によるエンジンを、2サイクルエンジン
として運転する場合について説明する。
Next, a case where the engine according to the present invention is operated as a two-cycle engine will be described.

膨張行程が終了しピストン3が下死点近傍になると、
吸気口13より過給圧が付加された吸気がシリンダ内へと
流入し円周方向の旋回流となる。次に、ピストン3の上
昇に伴ない排気ガスを押し上げ排気口より掃気するが副
燃焼室2の開口部面積が大であるので排気抵抗が小であ
り、素早く掃気することができる。そして、ピストン上
昇途中で排気バルブ24により排気口を閉鎖して圧縮行程
に移行し吸気を圧縮する。ピストン3の上昇に伴ないシ
リンダ1内の吸気は副燃焼室2へ移動するがシリンダ径
より副燃焼室2の径の方が小であるため、シリンダ1内
の旋回流は加速され副燃焼室2内へと流入する。圧縮行
程後半には該流入量は減少するが、ピストンヘッドに形
成された突起31が副燃焼室2の開口面積を狭搾し、副燃
焼室2へ流入する旋回流の流速を加速する。よって、圧
縮終了時には副燃焼室2内部には拘束の旋回流が発生す
る。
When the expansion stroke ends and the piston 3 approaches the bottom dead center,
The intake air to which the supercharging pressure is added flows from the intake port 13 into the cylinder, and forms a swirling flow in the circumferential direction. Next, the exhaust gas is pushed up with the rise of the piston 3 and is scavenged from the exhaust port. However, since the opening area of the sub-combustion chamber 2 is large, the exhaust resistance is small and scavenging can be performed quickly. Then, the exhaust valve 24 closes the exhaust port during the rise of the piston, and shifts to the compression stroke to compress the intake air. With the rise of the piston 3, the intake air in the cylinder 1 moves to the sub-combustion chamber 2, but since the diameter of the sub-combustion chamber 2 is smaller than the cylinder diameter, the swirling flow in the cylinder 1 is accelerated and the sub-combustion chamber is accelerated. 2 flows into. In the latter half of the compression stroke, the inflow decreases, but the protrusion 31 formed on the piston head narrows the opening area of the sub-combustion chamber 2 and accelerates the flow velocity of the swirling flow flowing into the sub-combustion chamber 2. Therefore, at the end of the compression, a restricted swirling flow is generated inside the sub-combustion chamber 2.

次に、噴射ノズル22から旋回流方向に燃料を噴射する
と、燃料は燃焼し膨張行程に移行する。噴射された燃料
は副燃焼室2内で全て燃焼し燃焼ガスとなりピストン3
を降下させる。すると、突起31により狭搾させていた副
燃焼室2の開口部面積はピストン3の降下により拡大さ
れ、燃焼ガスは速やかにシリンダ内へ拡散する。そし
て、ピストン3の降下途中にて排気バルブ24を駆動し排
気口を開放し排気ガスを排出する。そして、前記の吸気
行程に連続し上記サイクルを繰換す。
Next, when fuel is injected from the injection nozzle 22 in the swirling flow direction, the fuel burns and shifts to an expansion stroke. All of the injected fuel is burned in the sub-combustion chamber 2 to become combustion gas, and the piston 3
Descend. Then, the opening area of the sub-combustion chamber 2 narrowed by the protrusion 31 is enlarged by the lowering of the piston 3, and the combustion gas is quickly diffused into the cylinder. Then, the exhaust valve 24 is driven during the lowering of the piston 3 to open the exhaust port and exhaust the exhaust gas. Then, the above cycle is repeated following the intake stroke.

次に、本発明によるエンジンを、4サイクルエンジン
として運転する場合について説明する。
Next, a case where the engine according to the present invention is operated as a four-cycle engine will be described.

第5図は、4サイクルエンジンのp−v線図、第6図
は、4サイクルエンジンの行程の一部を示す図である。
尚、第5図におけるa〜e点の状態を第6図のa〜eに
示す。
FIG. 5 is a p-v diagram of the four-stroke engine, and FIG. 6 is a diagram showing a part of the stroke of the four-stroke engine.
The states at points a to e in FIG. 5 are shown in a to e in FIG.

燃焼後の膨張行程において、体積が圧縮状態にある上
死点V1から下死点直前のV2まで増加すると排気口を開放
し排気ガスの排出を開始する。すると、a点を通過し下
死点V3まで膨張する間に急速に圧力が減少する。そし
て、b点に示す下死点ではすでに吸気口13が開放される
ので、過給圧が負荷されている吸気は旋回流となりシリ
ンダ1内へと流入する。流入する該吸気により排気は更
に上方へと押し上げられ排気口からの排出が助長され
る。ピストン3が下死点から上方へと移動し吸気口が閉
鎖され吸気の流入が停止しても、シリンダ1内には排気
ガスが未だ残留しているので、c点に示すごとく排気口
の開放は継続される。そして、排気口の開放状態を上死
点まで継続しシリンダ内の排気ガスを完全に排出する。
次に上死点V1でd点に示すごとく排気口を閉鎖する。排
気口が閉鎖された状態を保持してピストン3が降下する
とシリンダ内に封入された吸気は断熱膨張される。該断
熱膨張時には封入された吸気の温度が降下するため、燃
焼室壁面から熱エネルギを迅速に奪う。そして、V3直前
の吸気口が開口する位置すなわちe点を通過すると、吸
気は過給圧とシリンダ1内の負圧との作用により急激に
シリンダ内へと流入する。吸気口13は第3図に示すごと
く中心方向に対し傾斜しているので、該吸入された吸気
はシリンダ1内で高速の旋回流となる。
In the expansion stroke after combustion, when the volume increases from the top dead center V1 in the compressed state to V2 immediately before the bottom dead center, the exhaust port is opened to start discharging the exhaust gas. Then, the pressure rapidly decreases while passing through the point a and expanding to the bottom dead center V3. Since the intake port 13 is already opened at the bottom dead center shown at point b, the intake air loaded with the supercharging pressure becomes a swirling flow and flows into the cylinder 1. Exhaust is further pushed upward by the inflowing intake air, and exhaustion from the exhaust port is promoted. Even if the piston 3 moves upward from the bottom dead center and the intake port is closed to stop the inflow of intake air, the exhaust gas still remains in the cylinder 1 so that the exhaust port is opened as shown at point c. Is continued. Then, the exhaust port is kept open to the top dead center and exhaust gas in the cylinder is completely exhausted.
Next, at the top dead center V1, the exhaust port is closed as shown at point d. When the piston 3 descends while the exhaust port is kept closed, the intake air sealed in the cylinder is adiabatically expanded. During the adiabatic expansion, the temperature of the enclosed intake air drops, so that heat energy is quickly taken from the combustion chamber wall surface. Then, when passing through the position where the intake port immediately before V3 opens, that is, point e, the intake air rapidly flows into the cylinder by the action of the supercharging pressure and the negative pressure in the cylinder 1. The intake port 13 is inclined with respect to the center direction as shown in FIG. 3, so that the intake air takes a high-speed swirling flow in the cylinder 1.

続いて、ピストン3の上昇に伴ないシリンダ1内の旋
回流は副燃焼室2内へと移動するが、シリンダ径より副
燃焼室2の径の方が小であるため、シリンダ1内の旋回
流は加速され副燃焼室2内へと流入する。圧縮行程後半
には該流入量は減少するが、ピストンヘッドに形成され
た突起31が副燃焼室2の開口面積を狭窄し、副燃焼室2
へ流入する旋回流の流速を加速するので、圧縮終了時に
は副燃焼室2内部には更に高速の旋回流が発生する。該
圧縮行程終了時には既に内壁面は冷却されているので、
噴射ノズル22から旋回流方向に燃料を噴射すると、燃料
は良好な状態で燃焼し膨張行程に移行する。噴射された
燃料は副燃焼室2内で全て燃焼し燃焼ガスとなりピスト
ン3を降下させるが、突起31により狭窄されていた副燃
焼室2の開口部面積はピストン3の降下により拡大さ
れ、燃焼ガスは速やかにシリンダ内へ拡散する。
Subsequently, the swirl flow in the cylinder 1 moves into the sub-combustion chamber 2 with the rise of the piston 3, but the swirl flow in the cylinder 1 is smaller because the diameter of the sub-combustion chamber 2 is smaller than the cylinder diameter. The flow is accelerated and flows into the sub-combustion chamber 2. In the latter half of the compression stroke, the inflow decreases, but the projection 31 formed on the piston head narrows the opening area of the sub-combustion chamber 2,
Since the flow velocity of the swirling flow flowing into the sub-combustion chamber 2 is accelerated, a higher-speed swirling flow is generated inside the sub-combustion chamber 2 at the end of compression. At the end of the compression stroke, the inner wall surface has already been cooled,
When the fuel is injected from the injection nozzle 22 in the swirling flow direction, the fuel burns in a good state and shifts to the expansion stroke. The injected fuel is entirely burned in the sub-combustion chamber 2 to become combustion gas, and the piston 3 is lowered. However, the opening area of the sub-combustion chamber 2 narrowed by the projection 31 is enlarged by the drop of the piston 3, and the combustion gas is reduced. Quickly diffuses into the cylinder.

次に、本発明によるエンジンの作用について説明す
る。
Next, the operation of the engine according to the present invention will be described.

第7図は、本発明のエンジンにおける回転数とトルク
との関係を示す図である。図において、横軸エンジン回
転数Nを示し、縦軸はトルクTを示す。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the rotation speed and the torque in the engine of the present invention. In the figure, the horizontal axis indicates the engine speed N, and the vertical axis indicates the torque T.

回転センサ55により検知されるエンジン回転数Nが所
定回転数N2以上の領域では排気バルブ24の開閉及び噴射
ノズル22からの燃料噴射をエンジン出力軸の2回転毎に
行ない上記4サイクルエンジンとして運転する。
In the region where the engine speed N detected by the rotation sensor 55 is equal to or higher than the predetermined speed N2, the exhaust valve 24 is opened and closed and the fuel is injected from the injection nozzle 22 every two revolutions of the engine output shaft to operate as the above-described four-cycle engine. .

エンジン回転数が所定回転数N2以下の領域では上記に
説明した2サイクルエンジンとして運転する。そして、
エンジン回転数が低回転数であるN1以下の領域では、排
気エネルギが不足するため、回転電機43へ電力を供給し
吸気の過給圧を強制的に増加させることによりトルクを
増大させる。尚、N1以上の領域において、エンジン負荷
が増大する場合には回転電機43に電力を供給し過給圧を
上昇させると共に、燃料ポンプ23から噴射ノズル22への
燃料供給量を増加させることによりエンジンの出力を増
大させる。
In the region where the engine speed is equal to or lower than the predetermined speed N2, the engine operates as the two-cycle engine described above. And
In a region where the engine speed is equal to or lower than N1 where the engine speed is low, the exhaust energy is insufficient. Therefore, electric power is supplied to the rotating electric machine 43 to forcibly increase the supercharging pressure of the intake air to increase the torque. When the engine load increases in the range of N1 or more, the electric power is supplied to the rotating electric machine 43 to increase the supercharging pressure, and the amount of fuel supplied from the fuel pump 23 to the injection nozzle 22 is increased. To increase the output.

上記運転により、本発明によるエンジンのトルクは回
転数の低下に伴ない増加する特性となり、車両の走行動
力源として最適のエンジンとなり、従来不可欠とされて
いる変速機の変速段数を減少、もしくは廃止せしめるこ
とが可能となる。
By the above-described operation, the torque of the engine according to the present invention has a characteristic of increasing as the rotational speed decreases, and the engine becomes an optimal engine as a driving power source of the vehicle. It is possible to make it.

以上本発明について説明したが、本発明の精神から逸
れないかぎりで、種々の異なる実施例は容易に構成でき
るから、本発明は前記特許請求の範囲において記載した
限定以外、特定の実施例に制約されるものではない。
Although the present invention has been described above, various different embodiments can be easily configured without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to any particular embodiment except for the limitations described in the claims. It is not something to be done.

(発明の効果) 以上説明したように、本発明によれば、所定回転数以
下の領域においては2サイクルエンジンとして運転し、
該所定回転数以上の領域においては4サイクルエンジン
として運転するので、低中回転数領域では、エンジン回
転速度が円滑な高トルクエンジンとなり、中高回転数領
域では燃料消費率が小である高効率エンジンとなり、車
両の走行動力源として使用する場合には従来不可欠とさ
れている変速機の変速段数を減少、もしくは廃止せしめ
ることが可能であるサイクル数可変エンジンを提供でき
る。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, the engine is operated as a two-cycle engine in a region of a predetermined rotation speed or less,
Since the engine is operated as a four-cycle engine in the region where the rotation speed is equal to or higher than the predetermined rotation speed, a high-torque engine having a smooth engine rotation speed is provided in the low and middle rotation speed regions, and a high-efficiency engine having a small fuel consumption rate in the middle and high rotation speed region. Thus, it is possible to provide a variable cycle number engine that can reduce or abolish the number of gears of the transmission, which is conventionally indispensable when used as a driving power source for a vehicle.

これに加えて、本発明はバルブ駆動装置で駆動される
排気バルブによりシリンダ内の排気ガスを過給圧により
排出する行程の上死点で排気口を閉鎖し、その閉鎖状態
でピストンを降下させてシリンダ内吸気を断熱膨張さ
せ、その下死点でシリンダ内負圧作用と過給圧とにより
吸気をシリンダ内に急激に流入せしめるので、高速の旋
回流が得られるとともに、吸入効果が向上する効果があ
る。さらにバルブ駆動装置における永久磁石を排気バル
ブの上端部に設けることにより、バルブ駆動力をより増
大せしめる効果がある。
In addition to this, the present invention closes the exhaust port at the top dead center of the process of discharging the exhaust gas in the cylinder by the supercharging pressure by the exhaust valve driven by the valve driving device, and lowers the piston in the closed state. Adiabatic expansion of the intake air in the cylinder, and at the bottom dead center, the intake air suddenly flows into the cylinder by the negative pressure action and the supercharging pressure in the cylinder, so that a high-speed swirling flow is obtained and the suction effect is improved. effective. Further, by providing the permanent magnet in the valve driving device at the upper end of the exhaust valve, there is an effect of further increasing the valve driving force.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は、本発明の一実施例を示すブロック図、第2図
は、第1図におけるI−I断面図、第3図は、第1図に
おけるII−II断面図、第4図は、バルブ駆動装置の詳細
図、第5図は、4サイクルエンジンのp−v線図、第6
図は、4サイクルエンジンの一部を示す図、第7図は、
回転数とトルクとの関係を示す図である。 1……シリンダ、2……副燃焼室、3……ピストン、4
……ターボチャージャ、5……コントロールユニット、
6……バルブ駆動装置。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line II in FIG. 1, FIG. 3 is a sectional view taken along line II-II in FIG. 1, and FIG. FIG. 5 is a pv diagram of a four-stroke engine, FIG.
The figure shows a part of a four-stroke engine, and FIG.
FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between a rotation speed and a torque. 1 ... cylinder, 2 ... auxiliary combustion chamber, 3 ... piston, 4
... turbocharger, 5 ... control unit,
6 ... Valve drive device.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】下死点近傍でのピストン上面位置に対応す
るシリンダ円筒面に穿設された吸気口と、該吸気口から
シリンダ内へ吸気を圧送するコンプレッサとタービン軸
に設置された電動機を持つ過給手段と、シリンダ上部に
設けられ、前記排気バルブの上端部に一対の磁極の異な
る永久磁石を設け、前記永久磁石に対向する外周部分に
軸方向に離間して並設された磁極とコイルとからなり、
その電磁力により排気バルブを開閉駆動するバルブ駆動
手段と、前記排気バルブはシリンダ内の排気ガスを過給
圧により排出する行程の上死点で前記排気口を閉鎖し、
その閉鎖状態でピストンを降下させてシリンダ内吸気を
断熱膨張させるとともにその下死点でシリンダ内負圧作
用と過給圧とにより吸気をシリンダ内に急激に流入せし
めるようになし、耐熱断熱材で被覆されて遮熱構造とな
した燃焼室内への燃料噴射タイミングを可変制御する燃
料制御手段と、上記過給手段を力行する回転電機と、エ
ンジン回転数が上記所定回転数より低回転数であるとき
該回転電機を電力により駆動する過給圧増加手段と、排
気バルブの開閉及び燃料噴射を、エンジンの回転数が所
定回転数以上の場合にはエンジン出力軸の2回転毎に実
行し、排気バルブと燃料噴射を1回転毎に実行するサイ
クル変更手段とを有することを特徴とするサイクル数可
変エンジン。
An intake port formed in a cylindrical surface of a cylinder corresponding to a position of an upper surface of a piston near a bottom dead center, a compressor for pumping intake air from the intake port into a cylinder, and an electric motor mounted on a turbine shaft. A supercharging means having a magnetic pole provided at the upper part of the cylinder, provided with a pair of permanent magnets having different magnetic poles at the upper end of the exhaust valve, and arranged in parallel with an outer peripheral portion facing the permanent magnet so as to be spaced apart in the axial direction. Composed of coils,
Valve driving means for opening and closing an exhaust valve by the electromagnetic force, wherein the exhaust valve closes the exhaust port at a top dead center in a process of discharging exhaust gas in a cylinder by a supercharging pressure,
In the closed state, the piston is lowered to adiabatically expand the intake air in the cylinder, and at the bottom dead center, the intake air suddenly flows into the cylinder by the negative pressure action in the cylinder and the supercharging pressure. Fuel control means for variably controlling the timing of fuel injection into the covered and heat-insulated combustion chamber; a rotating electric machine for powering the supercharging means; and an engine speed lower than the predetermined speed. At this time, the boost pressure increasing means for driving the rotating electric machine by electric power, and opening and closing of the exhaust valve and fuel injection are executed every two rotations of the engine output shaft when the engine rotation speed is equal to or higher than a predetermined rotation speed. A variable cycle number engine comprising a valve and cycle changing means for executing fuel injection for each rotation.
【請求項2】エンジンが所定回転数、所定負荷以上の場
合、排気口に付設したターボチャージャとその合流に取
り付けられたタービンに設けられた電動機を発電機とし
て電気エネルギーを回収することを特徴とする特許請求
の範囲1に記載のサイクル数可変エンジン。
2. The method according to claim 1, wherein when the engine has a predetermined number of revolutions and a predetermined load or more, electric energy is recovered by using a turbocharger attached to the exhaust port and a motor provided on a turbine attached to the junction thereof as a generator. The variable cycle number engine according to claim 1, wherein:
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