JP2730198B2 - 4-cycle insulated engine - Google Patents
4-cycle insulated engineInfo
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- JP2730198B2 JP2730198B2 JP1182449A JP18244989A JP2730198B2 JP 2730198 B2 JP2730198 B2 JP 2730198B2 JP 1182449 A JP1182449 A JP 1182449A JP 18244989 A JP18244989 A JP 18244989A JP 2730198 B2 JP2730198 B2 JP 2730198B2
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- cylinder
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、シリンダヘッド下面部及びシリンダライ
ナ上部を断熱構造に構成した4サイクル断熱エンジンに
関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a four-stroke adiabatic engine in which a lower surface portion of a cylinder head and an upper portion of a cylinder liner have a heat insulating structure.
従来、断熱エンジンとして、シリンダライナ部を有す
るセラミック製ライナヘッドをシリンダヘッドの内側に
嵌合したものは、例えば、特開昭59−122765号公報に開
示されている。2. Description of the Related Art Conventionally, an insulated engine in which a ceramic liner head having a cylinder liner is fitted inside a cylinder head is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-122765.
一般に、ガソリンエンジン又はディーゼルエンジンの
作動については、吸入工程、圧縮工程、燃焼工程及び排
気工程の4つの作用の繰り返しによって行われ、該各工
程の内、動力が発生してクランクシャフトにトルクが与
えられるのは燃焼工程のみであり、他の3つの工程は慣
性によって回転が行われるものである。これらの各工程
の作動原理には、4サイクルエンジンと2サイクルエン
ジンの2種類の方式がある。特に、4サイクルエンジン
は、上記4つの作動をピストンの1工程毎に行って1サ
イクルを終了するのに、ピストンの4ストローク即ちク
ランクシャフトの2回転を要するエンジンである。この
ように4サイクルエンジンは、排気工程及び吸入工程の
ため1ストローク即ち十分な時間が与えられ、体積効率
が高く、平均有効圧力が高く、高速では特に効率が良
く、しかもクランクシャフトの2回転に対して1つの燃
焼工程が行われ、各部位の熱的負荷が低減できる。Generally, the operation of a gasoline engine or a diesel engine is performed by repeating four operations of an intake process, a compression process, a combustion process, and an exhaust process, and in each of these processes, power is generated and torque is applied to a crankshaft. Only the combustion process is performed, and the other three processes are performed by inertia. There are two types of operating principles of each of these processes, a four-cycle engine and a two-cycle engine. In particular, a four-stroke engine is an engine that requires four strokes of the piston, that is, two rotations of the crankshaft, to complete the one cycle by performing the above four operations for each step of the piston. As described above, the four-cycle engine is provided with one stroke, that is, sufficient time for the exhaust process and the intake process, has a high volumetric efficiency, a high average effective pressure, is particularly efficient at a high speed, and has two crankshaft rotations. On the other hand, one combustion step is performed, and the thermal load on each part can be reduced.
また、従来、内燃機関のバルブ機構として、吸入排気
バルブを電気的に構成し、電動させるバルブ機構が、例
えば、特開昭58−183805号公報に開示されている。Conventionally, as a valve mechanism of an internal combustion engine, a valve mechanism in which an intake / exhaust valve is electrically configured and electrically driven is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-183805.
ところで、上記のような断熱エンジンについては、シ
リンダヘッド及びシリンダブロックに形成したシリンダ
から成る燃焼室を、特にシリンダヘッド下面部及びシリ
ンダライナ上部を一体的に構成して該外周部位に断熱
材、セラミック材等から断熱材を配置して断熱構造に構
成されており、シリンダ内の高熱化により容積効率が低
下し、出力の低下をもたらす。その理由は、吸気バルブ
と排気バルブとがシリンダヘッドに配置され、互いに近
接して配置され、しかも、断熱エンジンではシリンダヘ
ッド及びシリンダ上部は断熱構造のため、燃焼室上部及
び壁面は高温になり、排気ガス及び燃焼室上部の温度は
相当に高くなる。それ故に、吸気ポート及び吸入空気
は、排気ポート、燃焼室上部壁及び排気ガスによる熱的
影響を受け易く、シリンダ内に吸い込まれる新気はシリ
ンダ内或いは壁面から受熱して加熱膨張し、吸入空気が
熱的影響のため膨張して吸入空気量が極端に、例えば、
2割以上にも減少させられ、吸入効率を低下させる。ま
た、断熱エンジンについての吸入効率は、低速時ほど冷
却エンジンに比較して低下する。即ち、エンジン回転が
低い程、吸入工程におけるタイムエリア大きくなり、吸
入空気が熱影響を受ける時間が大きくなって吸入効率が
低下する。By the way, with regard to the above-described insulated engine, a combustion chamber formed of a cylinder formed in a cylinder head and a cylinder block is formed integrally with a cylinder head lower surface portion and a cylinder liner upper portion. A heat insulating material is arranged from a material or the like to form a heat insulating structure, and volumetric efficiency is reduced due to high heat in the cylinder, resulting in a reduction in output. The reason is that the intake valve and the exhaust valve are arranged on the cylinder head and are arranged close to each other.Moreover, in an insulated engine, the cylinder head and the upper part of the cylinder are insulated, so the upper part of the combustion chamber and the wall surface become hot, The temperature of the exhaust gas and the upper part of the combustion chamber is considerably higher. Therefore, the intake port and the intake air are easily thermally affected by the exhaust port, the upper wall of the combustion chamber, and the exhaust gas, and the fresh air sucked into the cylinder receives heat from the cylinder or the wall surface and expands by heating. Expands due to thermal effects and the intake air volume becomes extremely high, for example,
It can be reduced to more than 20%, which lowers the inhalation efficiency. In addition, the suction efficiency of the adiabatic engine decreases as the speed decreases, as compared with the cooling engine. That is, the lower the engine speed, the larger the time area in the suction process, the longer the time during which the intake air is affected by heat, and the lower the suction efficiency.
しかしながら、2サイクルの作動のエンジンでは、吸
気ポートはシリンダライナ下部に設けられており、吸入
空気は排気ガス、排気ポート及び燃焼室上部壁面の熱影
響を受けない構造になっており、また、空気交換は配置
バルブが開弁し、排気ポートを通じて排気される時、シ
リンダ内に圧力波即ちパルス波が発生し、排気ガスを押
し出す現象になる。それによって、該排気ガスの後流に
発生した負の圧力ゾーンに新気がシリンダ下部から流入
するが、シリンダ下部はシリンダヘッドに比較してそれ
ほど高温になっていないので、新気はシリンダ下部の壁
面温度の影響を余り受けない。このことは、特に、断熱
エンジンにおいて、2サイクルの作動を行ってシリンダ
下部より新気を吸入すれば、掃気空気量或いは吸入空気
量が減少しないというメリットがある。However, in a two-cycle engine, the intake port is provided below the cylinder liner, and the intake air is not affected by the heat of the exhaust gas, the exhaust port, and the upper wall of the combustion chamber. In the replacement, when the arrangement valve is opened and the gas is exhausted through the exhaust port, a pressure wave or a pulse wave is generated in the cylinder, and the exhaust gas is pushed out. As a result, fresh air flows into the negative pressure zone generated downstream of the exhaust gas from the lower part of the cylinder, but since the lower part of the cylinder is not so hot compared to the cylinder head, the fresh air is Insensitive to wall temperature. This has the merit that the scavenged air amount or the intake air amount does not decrease particularly if the adiabatic engine performs two-cycle operation and sucks fresh air from the lower part of the cylinder.
この発明の目的は、上記の課題を解決することであ
り、シリンダヘッド及びシリンダから成る燃焼室上部を
断熱構造に構成した断熱エンジンにおいて、作動サイク
ルを制御することによって吸入効率を向上させ、4サイ
クルの特徴を活かすエンジンを提供するものであり、シ
リンダヘッド部位は高温になるが、シリンダヘッドより
離れたシリンダ下部は比較的に高温でないことに着眼
し、吸気ポートを排気ポートから隔たったシリンダ下部
に設け、吸入空気が排気ポートが設けられたシリンダヘ
ッド壁面、排気ガス等からの温度の影響を受けない構造
に構成し、吸気口がシリンダライナ下部に設けられて吸
入期間を短くしてタイムエリアを小さくし吸入空気の熱
影響を低減し、それに伴ってシリンダ内圧と吸入空気圧
との差圧を大きくし、しかも吸入面積を大きくして吸気
流入状態を良好にし、所定の吸入空気量を確保し、ま
た、バルブをセラミック材料の軽量な材料で製作するこ
とによって該バルブを電磁力で開閉作動して開閉タイミ
ングを制御することによってクランクの回転とは独立し
て該バルブを自由に制御できることに着眼し、シリンダ
ライナ下部に形成した吸気ポートに吸気コントロールバ
ルブを配置し、該吸気コントロールバルブを、爆発工程
及び排気工程で吸気コントロールバルブを閉鎖し且つ排
気工程後のストンが吸気口に達する下死点付近で吸気コ
ントロールバルブを開放するように制御して吸気効率を
向上させることを特徴とする4サイクル断熱エンジンを
提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-described problems. In an adiabatic engine in which the upper part of a combustion chamber including a cylinder head and a cylinder is configured to have an adiabatic structure, the operation cycle is controlled to improve the suction efficiency, and the four-cycle The cylinder head is hot, but the lower part of the cylinder farther from the cylinder head is not hot, so the intake port is located at the lower part of the cylinder, separated from the exhaust port. The air intake port is provided at the bottom of the cylinder liner to shorten the suction period to reduce the time area. The pressure difference between the cylinder internal pressure and the intake air pressure should be increased accordingly. Also, the intake area is increased to improve the intake flow condition, a predetermined intake air volume is secured, and the valve is made of a lightweight ceramic material to open and close the valve with electromagnetic force to open and close the valve. By controlling the valve, the valve can be freely controlled independently of the rotation of the crank, and an intake control valve is arranged in an intake port formed below the cylinder liner. A four-stroke insulated engine characterized by controlling the intake control valve to close in the process and opening the intake control valve near the bottom dead center where the stone after the exhaust process reaches the intake port to improve intake efficiency. To provide.
この発明は、上記目的を達成するため、次のように構
成されている。即ち、この発明は、断熱構造に構成した
シリンダヘッド下面部とシリンダライナ上部、該シリン
ダヘッド下面部に配置した排気バルブ、下死点手前のシ
リンダライナ下部周方向に形成した多数の吸気口、該吸
気口に通じるシリンダライナ外周にガイドスクロール、
及び該ガイドスクロールに通じる吸気通路に設け且つ排
気工程後に開放し且つ爆発工程及び排気工程時に閉鎖す
る吸気コントロールバルブ、から成る4サイクル断熱エ
ンジンに関する。The present invention is configured as follows to achieve the above object. That is, the present invention provides a cylinder head lower surface portion and a cylinder liner upper portion configured in a heat insulating structure, an exhaust valve disposed on the cylinder head lower surface portion, a number of intake ports formed in a circumferential direction of a cylinder liner lower portion before a bottom dead center, Guide scrolls around the cylinder liner leading to the intake port,
And an intake control valve provided in an intake passage leading to the guide scroll and opened after the exhaust stroke and closed during the explosion stroke and the exhaust stroke.
また、この4サイクル断熱エンジンは、前記吸気バル
ブを電磁力で開閉作動する電磁バルブ駆動装置を有する
ものである。The four-cycle adiabatic engine includes an electromagnetic valve driving device that opens and closes the intake valve with electromagnetic force.
この発明による4サイクル断熱エンジンは、上記のよ
うに構成され、次のように作用する。The four-cycle adiabatic engine according to the present invention is configured as described above, and operates as follows.
この4サイクル断熱エンジンは、燃焼室上部を断熱構
造に構成したシリンダヘッド下面部に配置した排気バル
ブ、下死点手前のシリンダライナ下部周方向に形成した
多数の吸気口、該吸気口に通じるシリンダライナ外周に
ガイドスクロール、及び該ガイドスクロールに通じる吸
気通路に設け且つ排気工程後に開放し且つ爆発工程及び
排気工程時に閉鎖する吸気コントロールバルブから構成
したので、爆発工程及び排気工程中における吸気通路へ
の排気ガスの逆流を防止でき、また吸入空気は高温度の
排気ガス及び高温度の燃焼室上部壁面の熱影響を全く受
けることがなく、吸入空気の温度上昇はなく、排気バル
ブは下死点前で開放されてシリンダ内の圧力は急速に低
下し、排気工程の終了後、排気バルブは閉鎖してピスト
ンの下降によってシリンダ内は負圧になり、ピストンの
下死点手前で吸気コントロールバルブが開放する。吸気
ポート即ち吸気口はシリンダ外周に配置されているの
で、面積は大きくとれバルブ開弁期間が小さくても吸入
工程におけるタイムエリアを大きくすることができ、且
つ時間が短いので吸入空気の受熱は抑制され且つピスト
ンの下降工程により内圧が下がっているので、シリンダ
内圧と吸入空気圧との差圧が大きくなり、熱影響を受け
ずに低温状態の吸入空気は該負圧状態のシリンダ内へ一
気に短時間で所定の吸入空気量が吸入され、従って、吸
入効率を向上できる。This four-cycle insulated engine has an exhaust valve arranged on the lower surface of a cylinder head having an upper part of a combustion chamber formed in an insulated structure, a number of intake ports formed in a lower circumferential direction of a cylinder liner before a bottom dead center, and a cylinder communicating with the intake ports. A guide scroll is provided on the outer periphery of the liner, and an intake control valve is provided in an intake passage communicating with the guide scroll and opened after the exhaust process and closed during the explosion process and the exhaust process. The backflow of exhaust gas can be prevented, and the intake air is not affected at all by the high-temperature exhaust gas and the heat of the upper wall of the high-temperature combustion chamber, the temperature of the intake air does not rise, and the exhaust valve is located before bottom dead center. , The pressure in the cylinder drops rapidly, and after the end of the exhaust stroke, the exhaust valve closes and the piston moves down to close the exhaust valve. Sunda in becomes negative pressure, the intake control valve is opened at the bottom dead center before the piston. Since the intake port, i.e., the intake port, is arranged on the outer periphery of the cylinder, the area can be increased and the time area in the intake process can be increased even if the valve opening period is short, and since the time is short, heat reception of intake air is suppressed. And the internal pressure is lowered by the lowering process of the piston, the differential pressure between the cylinder internal pressure and the intake air pressure becomes large, and the intake air in a low temperature state without being affected by the heat is quickly sent into the cylinder in the negative pressure state for a short time. Thus, a predetermined amount of intake air is sucked, so that the suction efficiency can be improved.
また、シリンダライナ下部には吸気通路がガイドスク
ロールに連通しているので、吸入空気の旋回流を大きく
してシリンダ内へ吸入され易くなる。Further, since the intake passage communicates with the guide scroll below the cylinder liner, the swirling flow of the intake air is increased, and the intake air is easily sucked into the cylinder.
以下、図面を参照して、この発明による4サイクル断
熱エンジンの実施例を説明する。Hereinafter, an embodiment of a four-cycle adiabatic engine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図及び第2図において、この発明による4サイク
ル断熱エンジンの一実施例が示されている。第1図はこ
の発明による4サイクル断熱エンジンの一実施例を示す
概略断面図、及び第2図は第1図の4サイクル断熱エン
ジンのシリンダライナ下部の断面図を示す。この4サイ
クル断熱エンジンは、排気バルブ1をシリンダヘッド3
に配置したものであり、排気工程をシリンダ中心線に対
して一定方向の気流によって行わせたものであり、排気
ポート20の入口部にバルブシート19が配置され、排気バ
ルブ1はそのバルブフェースがバルブシート19に隣接可
能に開閉作動するように配置されている。また、シリン
ダブロック4に形成されたシリンダには、セラミック材
料或いは金属材料で製作されたシリンダライナ9が嵌合
し、シリンダライナ9の下部には、周方向に多数の吸気
口12が形成され、該吸気口12はシリンダブロック4に形
成された環状の吸気通路となるガイドスクロール11が連
通している。更に、このガイドスクロール11は、ターボ
チャージャ或いはコンプレンサ等から成る過給機が連結
されている。1 and 2 show an embodiment of a four-cycle adiabatic engine according to the present invention. FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of a four-cycle insulated engine according to the present invention, and FIG. 2 is a sectional view of a lower part of a cylinder liner of the four-cycle insulated engine of FIG. In this four-cycle insulated engine, the exhaust valve 1 is connected to the cylinder head 3
The exhaust process is performed by airflow in a certain direction with respect to the cylinder center line. A valve seat 19 is disposed at the inlet of the exhaust port 20, and the exhaust valve 1 has a valve face. It is arranged so that it can be opened and closed so as to be adjacent to the valve seat 19. A cylinder liner 9 made of a ceramic material or a metal material is fitted into a cylinder formed in the cylinder block 4, and a number of intake ports 12 are formed in a lower part of the cylinder liner 9 in a circumferential direction. The intake port 12 communicates with the guide scroll 11 which is an annular intake passage formed in the cylinder block 4. Further, the guide scroll 11 is connected to a supercharger formed of a turbocharger, a compressor or the like.
燃焼室8の上部における構造は、シリンダヘッド3の
シリンダヘッド下面部6及びシリンダを構成するシリン
ダライナ上部7から構成した一体構造のヘッドライナ5
は、窒化珪素(Si3N4)、炭化珪素(SiC)等のセラミッ
ク材料から成り、シリンダヘッド3の下面部に嵌合した
状態に配置され、該ヘッドライナ5の外側全面には、シ
リンダヘッドの下面部との間に断熱材から形成された断
熱ガスケット10が介在している。更に、ヘッドライナ5
のシリンダライナ上部7の下端部とシリンダライナ9の
下部の上端面との境界部には、ライナ上部7からライナ
9の下部への熱流の発生を防止するため、断熱材から成
る断熱ガスケット15が介在している。また、シリンダ内
を往復運動するピストン13については、図示していない
が、セラミック材料等から断熱構造に構成されている。
なお、図中、16はピストンリングを示す。The structure in the upper part of the combustion chamber 8 is a headliner 5 of an integral structure composed of a cylinder head lower surface part 6 of a cylinder head 3 and a cylinder liner upper part 7 constituting a cylinder.
Is made of a ceramic material such as silicon nitride (Si 3 N 4 ) or silicon carbide (SiC), and is disposed so as to be fitted to the lower surface of the cylinder head 3. A heat insulating gasket 10 made of a heat insulating material is interposed between the heat insulating gasket 10 and the lower surface of the gasket. In addition, headliner 5
At the boundary between the lower end of the cylinder liner upper part 7 and the upper end surface of the lower part of the cylinder liner 9, a heat insulating gasket 15 made of a heat insulating material is provided to prevent the generation of heat flow from the liner upper part 7 to the lower part of the liner 9. Intervening. Although not shown, the piston 13 that reciprocates in the cylinder has a heat insulating structure made of a ceramic material or the like.
In the figure, reference numeral 16 denotes a piston ring.
シリンダライナ上部7とシリンダライナ9の下部との
境界部に、断熱ガスケット15を配置することによって、
燃焼室8を構成する壁面の温度分布は、例えば、シリン
ダヘッド3のファイヤデッキを構成するシリンダヘッド
下面部6の部位の温度が600℃とすると、断熱ガスケッ
ト15を配置した境界部の温度が300℃、吸気口12が形成
されているシリンダライナ9下部の温度は200℃以下に
なる。従って、エンジンの燃焼工程では断熱し、膨張工
程では冷却するように構造に構成できる。By arranging the heat insulating gasket 15 at the boundary between the upper part 7 of the cylinder liner and the lower part of the cylinder liner 9,
The temperature distribution of the wall surface constituting the combustion chamber 8 is, for example, assuming that the temperature of the cylinder head lower surface portion 6 constituting the fire deck of the cylinder head 3 is 600 ° C., the temperature of the boundary portion where the heat insulating gasket 15 is disposed is 300 ° C. ° C, the temperature at the lower part of the cylinder liner 9 where the intake port 12 is formed becomes 200 ° C or less. Therefore, the structure can be configured such that heat is insulated in the combustion process of the engine and cooled in the expansion process.
また、この4サイクル断熱エンジンにおいて、吸気口
12は、ピストン13の下死点手前のシリンダライナ9の下
部円周上に多数形成されており、また、シリンダライナ
9の外周面には、吸気通路17に通じる環状の通路である
ガイドスクロール11が形成されている。多数の吸気口12
は、ガイドスクロール11に連通し、該吸気口12の形状は
吸入空気が流線に沿って流れるように、シリンダライナ
9の半径方向且つ軸方向に対して傾斜状態に形成されて
いる。更に、吸気通路17には、吸気通路17を開閉するた
め、吸気コントロールバルブ2が配置されている。この
吸気コントロールバルブ2は、例えば、後述の電磁バル
ブ駆動装置によって電磁力で開閉作動するように構成す
ることが好ましい。吸気コントロールバルブ2をセラミ
ック材料の軽量な非磁性材料で製作することによって該
バルブを電磁力で開閉作動して開閉タイミングを制御す
ることができ、しかもクランクの回転とは独立して該バ
ルブを自由に制御できるようになる。そこで、この吸気
コントロールバルブ2を爆発工程及び排気工程で閉鎖
し、且つ排気工程後のピストン13が吸気口12に達する直
前の下死点付近に位置する時に、吸気コントロールバル
ブ2を開放するように制御することができる。排気バル
ブ1については、通常エンジンと同様にカム等の動弁機
構で開放作動してもよいが、吸気コントロールバルブ2
と共に電磁バルブ駆動装置によって開閉作動してもよい
ことは勿論である。Also, in this four-cycle insulated engine,
A large number of 12 are formed on the lower circumference of the cylinder liner 9 before the bottom dead center of the piston 13, and a guide scroll 11 which is an annular passage communicating with the intake passage 17 is formed on the outer peripheral surface of the cylinder liner 9. Are formed. Multiple inlets 12
Are connected to the guide scroll 11, and the shape of the intake port 12 is formed so as to be inclined with respect to the radial direction and the axial direction of the cylinder liner 9 so that the intake air flows along the flow line. Further, the intake passage 17 is provided with an intake control valve 2 for opening and closing the intake passage 17. It is preferable that the intake control valve 2 is configured to be opened and closed by an electromagnetic force by an electromagnetic valve driving device described later, for example. By making the intake control valve 2 from a lightweight non-magnetic material of ceramic material, the valve can be opened and closed by electromagnetic force to control the opening and closing timing, and the valve can be freely opened independently of the rotation of the crank. Can be controlled. Therefore, when the intake control valve 2 is closed in the explosion process and the exhaust process, and the piston 13 after the exhaust process is located near the bottom dead center just before reaching the intake port 12, the intake control valve 2 is opened. Can be controlled. The exhaust valve 1 may be opened by a valve mechanism such as a cam as in a normal engine.
It goes without saying that the opening and closing operation may be performed by the electromagnetic valve driving device.
また、この4サイクル断熱エンジンについては、吸気
通路17がターボチャージャ或いはコンプレッサ等から成
る過給機を連結することもでき、該過給機によってブー
スト圧を向上させれば、エンジンの低速時でのトルクを
アップすることができる。In addition, in this four-cycle insulated engine, the intake passage 17 can be connected to a supercharger composed of a turbocharger, a compressor, or the like. The torque can be increased.
更に、この4サイクル断熱エンジンについては、排気
バルブ1及び吸気コントロールバルブ2を電磁力によっ
て開閉作動すうように構成でき、各バルブ1,2の開閉作
動はクランクの回転とは独立して、ピストンのストロー
ク位置即ちクランク角を検出する位置センサーによる検
出信号に応答して各バルブ1,2の開閉タイミングを最適
状態に開閉抑制できるものである。即ち、各バルブ1,2
の電磁バルブ駆動装置は、電磁力によってバルブを開閉
作動するものであり、エンジンの回転数を検出する回転
センサー、エンジンの負荷を検出する負荷センサー、ピ
ストン13のストローク位置即ちクランク角を検出する位
置センサー、及び吸入空気量を検出する吸気流量センサ
ーからの各検出信号を受け、これらの各検出信号に応答
して指令を発するコントローラによって制御できるもの
である。エンジンの負荷センサーは、エンジン負荷を検
出するものであり、燃料噴射装置の噴射ノズルからエン
ジンへ供給される燃料供給量を検出するか、或いはアク
セルペダルの踏込み量を検出することによって検出でき
るものである。Further, in this four-cycle adiabatic engine, the exhaust valve 1 and the intake control valve 2 can be configured to open and close by electromagnetic force. The opening and closing timing of each of the valves 1 and 2 can be suppressed to an optimal state in response to a detection signal from a position sensor that detects a stroke position, that is, a crank angle. That is, each valve 1, 2
The electromagnetic valve driving device is for opening and closing the valve by electromagnetic force, a rotation sensor for detecting the number of revolutions of the engine, a load sensor for detecting the load of the engine, a stroke position of the piston 13, that is, a position for detecting the crank angle. It can be controlled by a controller that receives each detection signal from a sensor and an intake air flow sensor that detects the amount of intake air, and issues a command in response to each of these detection signals. The engine load sensor detects the engine load, and can be detected by detecting the amount of fuel supplied from the injection nozzle of the fuel injection device to the engine or by detecting the amount of depression of the accelerator pedal. is there.
また、エンジンへの供給燃料を制御する燃料噴射装置
は噴射ノズルを有し、該噴射ノズルはシリンダヘッド3
の上部から燃焼室8、或いは吸気通路17に設けられ、該
噴射ノズルから噴射される燃料がシリンダ内へと噴霧導
入される。この燃料噴射装置は、コントローラからの指
令によって所定量の燃料を噴射するように制御されるも
のである。また、エンジンの出力軸に対して回転センサ
ーが設けられ、エンジン回転数を検出する。このエンジ
ン回転数の検出値即ち回転信号は、コントローラに入力
される。Further, the fuel injection device for controlling the fuel supplied to the engine has an injection nozzle, and the injection nozzle is connected to the cylinder head 3.
Is provided in the combustion chamber 8 or the intake passage 17 from above, and the fuel injected from the injection nozzle is spray-introduced into the cylinder. This fuel injection device is controlled so as to inject a predetermined amount of fuel according to a command from a controller. In addition, a rotation sensor is provided for the output shaft of the engine, and detects the engine speed. The detected value of the engine speed, that is, the rotation signal is input to the controller.
電磁バルブ駆動装置によって吸気コントロールバルブ
2が往復運動すると、シリンダブロック4の吸気通路17
に設置されたバルブシート14に当接又は離脱することに
よって、吸気通路17が開閉されるものである。When the intake control valve 2 reciprocates by the electromagnetic valve driving device, the intake passage 17 of the cylinder block 4 is moved.
The intake passage 17 is opened and closed by coming into contact with or detaching from the valve seat 14 installed in the vehicle.
この発明による4サイクル断熱エンジンは、上記のよ
うに構成されており、第3図及び第4図(A)、第4図
(B)、第4図(C)及び第4図(D)を参照して、こ
の4サイクル断熱エンジンの作動サイクルを説明する。
第3図には、この発明による4サイクル断熱エンジンに
ついてのP−V線図、並びに第4図(A)、第4図
(B)、第4図(C)及び第4図(D)は各作動サイク
ルの状態を示す説明図である。The four-stroke adiabatic engine according to the present invention is configured as described above, and comprises the components shown in FIGS. 3, 4 (A), 4 (B), 4 (C), and 4 (D). The operation cycle of the four-cycle adiabatic engine will be described with reference to FIG.
FIG. 3 shows a PV diagram for a four-cycle adiabatic engine according to the present invention, and FIGS. 4 (A), 4 (B), 4 (C) and 4 (D) It is explanatory drawing which shows the state of each operation cycle.
第3図において、エンジンの作動サイクルを説明する
ため、1サイクルにおけるシリンダ内のガス状態の変化
が示されており、横軸に容積Vを且つ縦軸に圧力Pをプ
ロットしている。ここで、ピストンの受圧面積は一定で
あるので、横軸はピストン工程の位置を示すことがで
き、左終端が上死点T.D.C.であり且つ右終端が下死点B.
D.C.の位置に相当している。また、ピストンストローク
はクランク角度の関数であり、横軸の圧力Pをクランク
角としてプロットすることができる。In FIG. 3, in order to explain the operation cycle of the engine, a change in the gas state in the cylinder in one cycle is shown, and the volume V is plotted on the horizontal axis and the pressure P is plotted on the vertical axis. Here, since the pressure receiving area of the piston is constant, the horizontal axis can indicate the position of the piston process, the left end is the top dead center TDC, and the right end is the bottom dead center B.
It corresponds to the DC position. The piston stroke is a function of the crank angle, and the pressure P on the horizontal axis can be plotted as the crank angle.
エンジンサイクルの吸気工程において、例えば、電磁
バルブ駆動装置によって排気バルブ1は閉鎖され、第4
図(A)の矢印Eで示すように、ピストン13は上死点T.
D.C.即ち第3図の点aから下降する。シリンダ内即ち燃
焼室8の負圧は段々大きくなるが、この時、ピストン13
は負の仕事(斜線Aで示す)をしてピストン13が下死点
B.D.C.付近の点b、例えば、下死点B.D.C.の終了前クラ
ンク角度で50゜の付近に達すると、吸気口12をシリンダ
内に開口するように設定しておけば、吸気コントロール
バルブ2は電磁バルブ駆動装置によって既に開放され、
しかも、吸入空気はターボチャージャ等の過給機によっ
て昇圧され且つ排気ガス、燃焼室上部の熱影響を受けな
い状態で吸気ポート即ちガイドスクロール11及び吸気通
路17に待機しているので、開放状態の吸気通路17、ガイ
ドスクロール11及び吸気口12を通じて負圧状態のシリン
ダ内に吸入空気は一気に流入し、シリンダ内の圧力は点
cで示すように、エンジン回転が低速時であってもタイ
ムエリアが小さい状態で所定の吸入空気量を確保するよ
うに上昇して、ピストン13は下死点B.D.C.に達する。In the intake process of the engine cycle, for example, the exhaust valve 1 is closed by an electromagnetic valve driving device, and the fourth valve is closed.
As shown by an arrow E in FIG.
It descends from DC, that is, point a in FIG. The negative pressure in the cylinder, that is, in the combustion chamber 8 is gradually increased.
Does negative work (indicated by oblique line A) and piston 13 is at bottom dead center
If the intake port 12 is set to be opened in the cylinder when the point b near the BDC reaches, for example, about 50 ° at the crank angle before the end of the bottom dead center BDC, the intake control valve 2 is set to the electromagnetic valve. Already released by the drive,
Moreover, the intake air is boosted by a supercharger such as a turbocharger and stands by at the intake port, that is, the guide scroll 11 and the intake passage 17 without being affected by the exhaust gas and the heat of the upper part of the combustion chamber. Through the intake passage 17, the guide scroll 11, and the intake port 12, the intake air flows into the cylinder in a negative pressure state at a stretch, and the pressure in the cylinder is, as shown by the point c, even if the engine speed is low, the time area is reduced. The piston 13 ascends to secure a predetermined intake air amount in a small state, and the piston 13 reaches the bottom dead center BDC.
次いで、第4図(B)の矢印Fで示すように、圧縮工
程に移ってピストン13は下死点B.D.C.即ち第3図の点c
から上昇し、ピストン13は先ず吸気口12を通過して閉鎖
し、吸入空気のシリンダ内への吸入が遮断され、シリン
ダ内は圧縮されると共に、吸気コントロールバルブ2は
閉鎖される。引き続いて、ピストン13の上昇によって混
合気は点dに到るまで圧縮されて温度と圧力が上昇す
る。圧縮工程の終わり上死点T.D.C.において、混合気は
点火或いは着火され、燃焼工程へと移る。混合気は燃焼
してシリンダ内圧は最高圧PMAXに達し、点dから点eの
線に沿う燃焼期間は終了する。爆発工程では、第4図
(C)の矢印Gで示すように、ピストン13は下降して点
eから点fの線に沿って燃焼によって発生した高圧ガス
によってピストン13は押し下げられ仕事を行う。仕事工
程が進み、排気ガスは後燃えしつつピストンを降下させ
るが、正の仕事(斜線W+斜線Bで示す)をし、仕事工
程の終了は下死点B.D.C.(点fに符合)に到るまで続け
られ、ここで、排気バルブ1が開放される。排気バルブ
1が開放することによって、排気ガスは排気管へ音速で
噴出しブローダウン現象が発生し、シリンダ内の圧力は
急速に低下して点gに到り、仕事工程が終了する。Next, as shown by an arrow F in FIG. 4 (B), the process proceeds to the compression step, and the piston 13 moves to the bottom dead center BDC, that is, the point c in FIG.
The piston 13 first passes through the intake port 12 and closes, so that the suction of the intake air into the cylinder is shut off, the inside of the cylinder is compressed, and the intake control valve 2 is closed. Subsequently, the air-fuel mixture is compressed by the rise of the piston 13 until reaching the point d, and the temperature and the pressure rise. At the top dead center TDC at the end of the compression process, the mixture is ignited or ignited and moves to the combustion process. Air mixture cylinder pressure in the combustion reaches the highest pressure P MAX, combustion period along from the point d to a line of the point e terminates. In the explosion process, as shown by the arrow G in FIG. 4 (C), the piston 13 descends and is pressed down by the high-pressure gas generated by combustion along the line from the point e to the point f to perform work. The work process proceeds, and the exhaust gas burns down and lowers the piston, but performs a positive work (indicated by oblique line W + oblique line B), and the end of the work process reaches bottom dead center BDC (corresponding to point f). Until the exhaust valve 1 is opened. When the exhaust valve 1 is opened, the exhaust gas is ejected to the exhaust pipe at a sonic speed to cause a blow-down phenomenon, and the pressure in the cylinder rapidly decreases to a point g, and the work process ends.
引き続く、排気工程の開始時期には、シリンダ内圧
は、従来のエンジンサイクルでは第3図の点hで示すよ
うに、高い値を示しているが、この発明による作動サイ
クルでは、シリンダ内圧はほぼ大気圧に近い点gの状態
へ戻り、第4図(D)の矢印Hで示すように、該点gか
ら点aまでの線に沿って排気工程が行われ、仕事をした
排気ガスがシリンダ外即ち燃焼室8外へ排気ポート20を
通じて排気される。At the subsequent start of the exhaust stroke, the cylinder internal pressure shows a high value in the conventional engine cycle as shown by a point h in FIG. 3, but in the operation cycle according to the present invention, the cylinder internal pressure becomes almost large. Returning to the state at the point g close to the atmospheric pressure, the exhaust process is performed along the line from the point g to the point a as shown by the arrow H in FIG. That is, the gas is exhausted out of the combustion chamber 8 through the exhaust port 20.
従って、この発明による4サイクル断熱エンジンは、
排気工程後に、ピストン13が下降する時に、負の仕事
(図で斜線Aで示す)を行うが、正の仕事(図で斜線B
を示す)が正の仕事(図で斜線Wで示す)に加算される
ので、負の仕事(図で斜線Aで示す)と正の仕事(図で
斜線Bで示す)とが相殺されて、実質的に正の仕事(図
で斜線Wで示す)を確保できる作動が可能となる。しか
も、吸入空気は熱影響を受けずに低温状態で負圧状態の
シリンダ内へ一気に短時間で吸入されるので、特に、断
熱エンジンの場合には、上記の理由のように吸入効率を
向上させることができる。Therefore, the four-stroke adiabatic engine according to the present invention
After the evacuation process, when the piston 13 descends, it performs a negative work (shown by a hatched line A in the figure), but performs a positive work (a hatched line B in the figure).
) Is added to the positive work (shown by diagonal line W in the figure), so that the negative work (shown by diagonal line A in the figure) and the positive work (shown by diagonal line B in the figure) are offset, An operation capable of securing substantially positive work (indicated by a hatched line W in the figure) becomes possible. In addition, since the intake air is sucked into the cylinder under the negative pressure state at a stretch in a short time without being affected by heat, the intake efficiency is improved particularly in the case of an insulated engine as described above. be able to.
この発明による4サイクル断熱エンジンは、上記のよ
うに構成されており、次のような効果を有する。即ち、
この4サイクル断熱エンジンは、断熱構造に構成したシ
リンダヘッド下面部とシリンダライナ上部、該シリンダ
ヘッド下面部に配置した排気バルブ、下死点手前のシリ
ンダライナ下部周方向に形成した多数の吸気口、該吸気
口に通じるシリンダライナ外周にガイスクロール、及び
該ガイドスクロールに通じる吸気通路に設け且つ排気工
程後に開放し且つ爆発工程及び排気工程時に閉鎖する吸
気コントロールバルブ、から構成したので、吸入空気が
排気ポートが設けられたシリンダヘッド壁面、排気ガ
ス、排気ポート等の高温部位の熱影響を受けない構造と
なり、吸入空気の温度上昇はなく、吸入空気の熱膨張は
発生しない。また、吸気コントロールバルブによって爆
発工程及び排気工程中における吸気通路への排気ガスの
逆流を防止できる。排気バルブは下死点前付近で開放さ
れてシリンダ内の圧力は急速に低下し、排気工程の終了
後、排気バルブは閉鎖してピストンの下降によってシリ
ンダ内は負圧になり、ピストンの下死点手前で吸気コン
トロールバルブが開放する。吸気ポート即ち吸気口はシ
リンダ外周に配置されているので、面積は大きくとれバ
ルブ開弁期間が小さくても吸入工程におけるタイムエリ
アを大きくすることができ、且つ時間が短いので吸入空
気の受熱は抑制され且つピストンの下降工程により内圧
が下がっているので、シリンダ内圧と吸入空気圧との差
圧が大きくなり、しかも吸入面積を大きくして吸気流入
状態を良好にできるので、熱影響を受けずに低温状態の
吸入空気がシリンダ内へ一気に短時間で所定の吸入空気
量が吸入され、従って、吸入効率を向上できる。The four-stroke insulated engine according to the present invention is configured as described above, and has the following effects. That is,
This four-cycle insulated engine has a cylinder head lower surface part and an upper part of a cylinder liner configured in a heat insulating structure, an exhaust valve arranged on the cylinder head lower part, a large number of intake ports formed in a circumferential direction of a cylinder liner lower part before a bottom dead center, A guide scroll is provided on the outer periphery of a cylinder liner communicating with the intake port, and an intake control valve is provided in an intake passage communicating with the guide scroll, and is opened after an exhaust process and closed during an explosion process and an exhaust process. The structure is not affected by high temperature parts such as the cylinder head wall surface provided with the port, the exhaust gas, the exhaust port, etc., so that the temperature of the intake air does not rise and the thermal expansion of the intake air does not occur. In addition, the intake control valve can prevent exhaust gas from flowing back into the intake passage during the explosion process and the exhaust process. The exhaust valve is opened near the bottom dead center and the pressure in the cylinder drops rapidly.After the exhaust process is completed, the exhaust valve closes and the pressure in the cylinder becomes negative due to the lowering of the piston. The intake control valve opens just before the point. Since the intake port, i.e., the intake port, is arranged on the outer periphery of the cylinder, the area can be increased and the time area in the intake process can be increased even if the valve opening period is short, and since the time is short, heat reception of intake air is suppressed. And the internal pressure is reduced by the process of lowering the piston, the differential pressure between the cylinder internal pressure and the intake air pressure increases, and the intake area can be increased to improve the intake air intake state. A predetermined amount of intake air is sucked into the cylinder in a short time in a short period of time, so that the suction efficiency can be improved.
また、バルブをセラミック材料の軽量な材料で製作す
ることによって該バルブを電磁力で開閉作動して開閉タ
イミングを制御することによってクランクの回転とは独
立して該バルブを自由に制御できることに着眼し、シリ
ンダライナ下部に形成した吸気ポートに配置した吸気コ
ントロールバルブを、爆発工程及び排気工程で吸気コン
トロールバルブを閉鎖し且つ排気工程後のピストンが吸
気口に達する下死点付近で開放する制御を行うことがで
きる。Also, the present invention focuses on the fact that the valve can be freely controlled independently of the rotation of the crank by controlling the opening / closing timing by operating the valve by electromagnetic force by manufacturing the valve from a lightweight material such as a ceramic material. The control is performed such that the intake control valve arranged at the intake port formed below the cylinder liner closes the intake control valve in the explosion process and the exhaust process and opens near the bottom dead center where the piston reaches the intake port after the exhaust process. be able to.
それ故に、断熱エンジンにおいて、吸入効率を向上さ
せることができる吸気ポートをシリンダライナ下部に設
けたタイプの4サイクルの特徴を活かすエンジンを提供
できる。Therefore, in an adiabatic engine, it is possible to provide an engine that utilizes the characteristics of a four-cycle type in which an intake port capable of improving the intake efficiency is provided below the cylinder liner.
また、シリンダライナ下部には吸気通路がガイドスク
ロールに連通しているので、吸入空気の旋回流を大きく
してシリンダ内へ吸入され易くなる。Further, since the intake passage communicates with the guide scroll below the cylinder liner, the swirling flow of the intake air is increased, and the intake air is easily sucked into the cylinder.
第1図はこの発明による4サイクル断熱エンジンの一実
施例を示し且つ第2図の線I−Iにおける断面図、第2
図は第1図の4サイクル断熱エンジンのシリンダライナ
下部を示す断面図、第3図はこの4サイクル断熱エンジ
ンのP−V線図を示す説明図、並びに第4図(A)、第
4図(B)、第4図(C)及び第4図(D)はこの発明
による4サイクル断熱エンジンの各作動サイクルの状態
を示す説明図である。 1……排気バルブ、2……吸気コントロールバルブ、3
……シリンダヘッド、4……シリンダブロック、6……
シリンダヘッド下面部、7……シリンダライナ上部、8
……燃焼室、9……シリンダライナ、10,15……断熱ガ
スケット、11……ガイドスクロール、12……吸気口、13
……ピストン、17……吸気通路。FIG. 1 shows an embodiment of a four-cycle adiabatic engine according to the present invention, and is a sectional view taken along line II of FIG.
FIG. 3 is a sectional view showing the lower part of the cylinder liner of the four-cycle insulated engine shown in FIG. 1, FIG. 3 is an explanatory view showing a PV diagram of the four-cycle insulated engine, and FIGS. (B), FIG. 4 (C) and FIG. 4 (D) are explanatory diagrams showing states of each operation cycle of the four-cycle adiabatic engine according to the present invention. 1 ... exhaust valve, 2 ... intake control valve, 3
…… Cylinder head, 4 …… Cylinder block, 6…
Cylinder head lower part, 7 ... Cylinder liner upper part, 8
... combustion chamber, 9 ... cylinder liner, 10, 15 ... heat insulating gasket, 11 ... guide scroll, 12 ... intake port, 13
... piston, 17 ... intake passage.
Claims (2)
とシリンダライナ上部、該シリンダヘッド下面部に配置
した排気バルブ、下死点手前のシリンダライナ下部周方
向に形成した多数の吸気口、該吸気口に通じるシリンダ
ライナ外周にガイドスクロール、及び該ガイドスクロー
ルに通じる吸気通路に設け且つ排気工程後に開放し且つ
爆発工程及び排気工程時に閉鎖する吸気コントロールバ
ルブ、から成る4サイクル断熱エンジン。1. A lower surface of a cylinder head and an upper portion of a cylinder liner having an insulating structure, an exhaust valve disposed on the lower surface of the cylinder head, a number of intake ports formed in a circumferential direction of a lower portion of the cylinder liner before a bottom dead center, and the intake air. A four-stroke insulated engine comprising: a guide scroll provided on an outer periphery of a cylinder liner leading to an opening; and an intake control valve provided in an intake passage leading to the guide scroll and opened after an exhaust process and closed during an explosion process and an exhaust process.
閉作動する電磁バルブ駆動装置を有する請求項1に記載
の4サイクル断熱エンジン。2. The four-stroke adiabatic engine according to claim 1, further comprising an electromagnetic valve driving device for opening and closing the intake control valve by electromagnetic force.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1182449A JP2730198B2 (en) | 1989-07-17 | 1989-07-17 | 4-cycle insulated engine |
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---|---|---|---|
JP1182449A JP2730198B2 (en) | 1989-07-17 | 1989-07-17 | 4-cycle insulated engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0350324A JPH0350324A (en) | 1991-03-04 |
JP2730198B2 true JP2730198B2 (en) | 1998-03-25 |
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JP1182449A Expired - Lifetime JP2730198B2 (en) | 1989-07-17 | 1989-07-17 | 4-cycle insulated engine |
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---|---|---|---|---|
JP4426518B2 (en) | 2005-10-11 | 2010-03-03 | 東京エレクトロン株式会社 | Processing equipment |
-
1989
- 1989-07-17 JP JP1182449A patent/JP2730198B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPH0350324A (en) | 1991-03-04 |
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