JP3550428B2

JP3550428B2 - Open / close control device of intake valve for Miller cycle engine

Info

Publication number: JP3550428B2
Application number: JP25749494A
Authority: JP
Inventors: 文秀佐藤
Original assignee: Petroleum Energy Center PEC; Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd; Japan Petroleum Energy Center JPEC
Priority date: 1994-03-07
Filing date: 1994-09-26
Publication date: 2004-08-04
Anticipated expiration: 2019-08-04
Also published as: JPH07301107A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ミラーサイクルエンジン用吸気弁の開閉制御装置に係わり、特には、気筒毎に複数の吸気弁を備えた多気筒内燃機関において、吸気弁の開閉を制御する油圧装置を設けたミラーサイクルエンジン用吸気弁の開閉制御装置。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ディーゼルエンジンの熱効率改善、排気ミッション低減の一手段として、低圧縮比、高膨張比がえられるミラーサイクルエンジンは効果的な手段である。しかし、エンジンの低速、低負荷域でミラーサイクルを作動させると有効圧縮比が下がるため着火が安定しない問題がある。ミラーサイクルには、図１３に示すようなミラーサイクルエンジンの吸気弁の早閉じのように吸気工程の途中で吸気の流れを遮断する方式と、図１４に示すような吸気弁を遅閉じとして圧縮工程初期に吸気圧を逃がす方式がある。特に前者の方式は、図１５に示す通り吸気弁の上流に別の弁機構を設け、吸気弁の閉止に先立って吸気通路を閉鎖する構造が知られている。即ち、図示しないクランクシャフトから、タイミングギヤー、カムシャフト、タペット、プッシュロッドを介してロッカアーム８の揺動により吸気弁５が開閉する。一方吸気弁５の上流通路６１の中間には新たに弁機構６２を設けて、エンジンの回転数、負荷などを信号として検出し、変換機構６３を介して弁機構６２を吸気弁５の閉止時期より早めに閉鎖してミラーサイクルを作動させるように改善された提案がなされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記によればミラーサイクルを作動させて弁機構６２が閉鎖しても吸気弁５が開いている間はシリンダ室４の空気量に吸気弁５と弁機構６２との中間にある通路６４の空気量が加算され、ボリュウムとしては増加するため吸気工程の途中で弁機構６２を閉鎖した効果が少なくなり、ミラーサイクルの効果を低下させることになる。
【０００４】
本発明は、上記従来の問題点に着目されて成されたもので、ミラーサイクルエンジン用吸気弁の開閉制御装置に係わり、特には、気筒毎に複数の吸気弁を備えた多気筒内燃機関において、吸気弁の開閉時期を、別の弁機構を設けること無く直接、油圧装置を使って制御するように改善されたミラーサイクルエンジン用吸気弁の開閉制御装置の改良を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の発明は、エンジンのシリンダヘッド部に組み込まれた吸気弁装置において、ロッカアームの揺動によりガイドを案内して上下動しかつこの上下動によって吸気弁を作動させるクロスヘッドに、一方をロッカアームと接し、他方は油圧によりその動きが制御されるシリンダを内蔵しているとともに、前記シリンダ内の圧油が圧油供給側に戻るのを防ぐチェック弁と、シリンダ内の圧油がセット圧力に打ち勝ちタンクに戻るためのレギュレーションバルブと、エンジン回転速度に応じて動くことにより前記レギュレーションバルブと前記シリンダとを連通または遮断して、前記シリンダの動きを制御するコントロールバルブとを備えている。
【０００６】
第１の発明を主体とする第２の発明は、前記コントロールバルブは、エンジン高速回転時にはシリンダ内の圧油をレギュレーションバルブを介してタンクに戻すためシリンダとレギュレーションバルブとを連通し、かつ、エンジン低速回転時にはシリンダとレギュレーションバルブとを遮断し、前記シリンダの動きを制御する。
【０００７】
第１の発明を主体とする第３の発明は、前記コントロールバルブは、エンジン高速回転時にはシリンダとレギュレーションバルブとを遮断し、かつ、エンジン低速回転時にはシリンダ内の圧油をレギュレーションバルブを介してタンクに戻すためシリンダとレギュレーションバルブとを連通し、前記シリンダの動きを制御する。
【０００８】
第１又は第２又は第３の発明を主体とする第４の発明は、エンジンの回転速度を検出する回転センサと、前記コントロールバルブを制御する切換弁と、前記回転センサからの信号を受けてエンジンが所定の回転速度以上に達すると、前記切換弁を制御し、前記レギュレーションバルブと前記シリンダとを連通または遮断するように前記コントロールバルブを制御するコントローラとを設けている。
【０００９】
第１又は第２又は第３の発明を主体とする第５の発明は、前記エンジンの過給機のブースト圧を検出する圧力センサまたはブースト温度を検出する温度センサと、電磁式とした前記コントロールバルブと、前記圧力センサまたは温度センサの信号の、前記電磁式とした前記コントロールバルブへの通電を制御する制御装置とを設けている。
【００１０】
第１、第２、第３、第４、第５のいずれかの発明を主体とする第６の発明は、前記シリンダの一方をロッカアームと接し、他方は油圧とスプリングによりその動きが制御されるようにしている。
第１、第２、第３、第４、第５、第６のいずれかの発明を主体とする第７の発明は、前記コントロールバルブのスプールを押しつけているスプリング力の強さを調整することによりミラーサイクルと従来のサイクルとの切替えが任意の回転速度で撰択できるようにしている。
【００１１】
【作用】
上記構成によれば、エンジン高速回転時では、コントロールバルブはエンジン潤滑用オイルポンプの吐き出し流量が多いため高い油圧がスプリングに打ち勝ってスプールを動かしてガイド、クロスヘッドを介して通じているシリンダの油路と、レギュレーションバルブを通じてドレンする油路とを結ぶ。このとき、ロッカアームで押されるとシリンダ内の油圧は上昇し、レギュレーションバルブのセット圧に打ち勝ちシリンダ内の油圧はドレーンされる。この結果、シリンダは移動し、ストロークエンドになりクロスヘッドと当接し、初めてクロスヘッドは動き始める。一方、エンジン低速回転時では、油圧は低いため、コントロールバルブのスプールはスプリング力によりレギュレーションバルブとシリンダの油路とを遮断する位置にある。これにより、シリンダ内の圧油は密閉されることになり動きが拘束されるためロッカアームによるクロスヘッドの動き（即ち、吸気弁の開閉）は前もって設定されたカムプロフィールに従って作動する。このように、パイロット油圧が作動するコントロールバルブを開閉してクロスヘッドと、クロスヘッドに内蔵したシリンダで構成された空間の油を制御することにより、吸気系に別の弁機構を設けること無く吸気弁を直接制御して高速域では早閉じミラーサイクルに、低速域では従来のサイクル（ディーゼルサイクル）にすることができる。また、このパイロット圧力を調整することにより、エンジン回転速度のミラーサイクルへの切り換え位置を調整することができる。
なお、以上は、早閉じミラーサイクルに関する動きであるが、後閉じミラーサイクルを実現するためには、高速回転時では、シリンダの油路とドレンする油路とをコントロールバルブによって遮断し、低速回転時では、それらを連通させればよい。
さらに、エンジン回転速度に応じたエンジン潤滑用オイルポンプの吐き出し流量に基づいてコントロールバルブのスプールを動かす他、エンジンの回転速度に応じて切り換わる切換弁を設け、この切換弁を介してコントロールバルブに油圧を作用させ、よってスプールの動きを制御してもよく（請求項４）、コントロールバルブを電磁式とした場合には、エンジンの出力に応じて変化する過給機のブースト圧力、温度に基づいてソレノイドを切り換えることで、スプールの動きを制御してもよい（請求項５）。
【００１２】
【実施例】
以下に、本発明に係わるミラーサイクルエンジン用吸気弁の開閉制御装置の実施例につき、図面を参照して詳細に説明する。図１はエンジンの一部を、図２、図３は本発明の第１実施例を示す早閉じミラーサイクルの吸気弁の開閉制御装置の概念図である。図１において、シリンダライナ１にはピストン２が枢密に挿入され、その上部にエンジンヘッド３が配設されている。エンジンヘッド３には吸気管３ａと排気管３ｂがもうけられ、吸気管３ａのシリンダ室４との連絡口には茸型の吸気弁５が、また、排気管３ｂのシリンダ室４との連絡口には茸型の排気弁６が配設されている。吸気弁５は図２、図３に示す通りスプリング７にて吸気管３ａとシリンダ室４とを遮断している。しかし、図示しないクランクシャフトの回転によりタイミングギヤー、カムシャフト、タペット、プッシュロッドを通してロッカアーム８が揺動するとクロスヘッド９がガイド１０を案内として上下動するため、吸気弁５も上下動し吸気管３ａとシリンダ室４との通路が開閉される。クロスヘッド９の中心には一方をロッカアーム８に接し、他方をスプリング１１と油圧に保持されたシリンダ１２が組み込まれており、シリンダ１２とクロスヘッド９との空間１３は油路１４，１５，１６によりコントロールバルブ１７のＡポートと通じている。一方コントロールバルブ１７のＢポートはレギュレーションバルブ１８に接続し、レギュレーションバルブ１８はタンク１９に接続している。
【００１３】
コントロールバルブ１７にはスプール２０が枢密に挿入されておりコントロールバルブ内を左右にスライドしてＡポートとＢポートを連通、または遮断する。スプール２０の端面の空間２１には配管２２が接続し、配管２２は図示しないエンジン潤滑用ポンプに接続し、エンジンの回転速度に応じて変動する油圧が配管２２（矢印Ｐ）を経て供給される。スプール２０の他端面の空間２４には調整ネジ１７ｃにより調整可能なスプリング２５が組み込まれている。前記空間２１に油圧を供給する配管２２は分岐され、分岐された配管２２ａには逆止弁２６が配設されている。逆止弁２６を経た油圧は油路１６に合流し、一方では前記のコントロールバルブ１７のＡポートと、他方では、油路１４，１５を経て、シリンダ１２の空間１３と接続し、配管２２からの圧油をシリンダ１２の空間１３に補充している。
【００１４】
上記構成において、エンジン高速回転における作動を図２で説明する。エンジン高速回転時には図示しないエンジンと直結したポンプの吐き出し量は多くなり各部を潤滑する潤滑油の回路圧力（Ｐ）が高くなり、この圧力がスプールの端面の空間２１に作用しスプリング２５により生ずる調整圧力よりも高くなる。このためコントロールバルブ１７のスプール２０はスプリング２５に抗して図示の左側に移動し、ＡポートとＢポートは連通した状態になる。この状態で吸気弁５を開くためにロッカアーム８が開弁方向（Ｗ方向）に揺動したとき、シリンダ１２はＷ方向の力を受ける。このとき、シリンダ１２はスプリング１１と油圧に保持されているが、ＡポートとＢポートが連通しているため、空間１３の油はシリンダ１２の端面１２ａがクロスヘッド９に当接するまで、油路１４，１５，１６およびＡポートとＢポートを経て、レギュレーションバルブ１８よりタンク１９に排出される。このシリンダ１２の端面１２ａがクロスヘッド９に当接するまでの間、クロスヘッド９はＷ方向に動かない。即ち、クロスヘッド９のストローク（Ｓ）が小さくなり、これにより図６に見る通り開弁時期（Ｔ）が遅れることになり、また、閉弁時期（Ｒ）は早まり、エンジンは高速時の早閉じミラーサイクルで作動する。
なお、ロッカアーム８が閉弁方向（Ｗ方向の反対）に揺動すると逆止弁２６より油が油路１６，１５，１４を通って空間１３に補充され元の状態になる。また、コントロールバルブ１７のスプリング２５の力を調整することにより、図１２に示すとおりミラーサイクル領域のエンジン回転速度（Ｑ）の位置を設定できる。
【００１５】
エンジン低速回転では図示しないポンプの吐き出し量が少ないため回路圧力は低くなる。このためスプール端面の空間２１に作用する圧力（Ｐ）も低くなり、図３に示す通りコントロールバルブ１７のスプール２０はスプリング２５の作用でＡポートとＢポートとを遮断する方向（Ｎ）に移動する。この結果、ロッカアーム８が開弁方向（Ｗ方向）に揺動してもシリンダ１２の空間１３および油路１４，１５，１６，からＡポートまで油で充満し、かつ、ＡポートとＢポートが遮断されているために上記は密閉され、シリンダ１２とクロスヘッド９とは一体となって移動し、図６に示す従来のサイクル（ディーゼルサイクル）として作動する。
【００１６】
図４では本発明の早閉じミラーサイクルの第２実施例を示し、コントロールバルブ部分と制御装置を示す。なお、第１実施例と同一部品には同一符号を付して説明は省略する。コントロールバルブ１７を電磁式バルブ３０に替えた場合の吸気弁開閉制御装置４０について説明する。一般にエンジンのブースト圧力、ブースト温度は高速回転、高負荷になるほど高くなる傾向を示す。従って、図示しない過給機の出口にブースト圧力、又は、温度を検出するためのブースト温度センサ４１、又はブースト圧力センサ４２とを設け、この信号を吸気弁開閉制御装置４０を介して電磁式バルブ３０のソレノイド３１への通電を制御する。例えばブースト圧力、又は温度が高いときにはミラーサイクルに、ブースト圧力、又は温度が低いときにはディーゼルサイクルを行なうことにより、前記の油圧パイロットでの制御と同様の効果をもたらす。
【００１７】
図５では本発明の早閉じミラーサイクルの第３実施例を示し、コントロールバルブ部分と制御装置を示す。なお、第１実施例と同一部品には同一符号を付して説明は省略する。コントロールバルブ１７は吸気弁開閉制御装置５０で制御される。吸気弁開閉制御装置５０は、エンジン５１で駆動される油圧ポンプ５２と、２位置切換弁５３と、エンジン５１に付設された回転速度センサー５４と、回転速度センサー５４からの信号を受けて２位置切換弁５３に指令を出力するコントローラ５５とからなる。なお、第１実施例の空間１３および空間２１に供給する油圧（Ｐ）が変動するのに対し、第３実施例では、空間１３にはエンジン５１で駆動される油圧ポンプ５６とリリーフ弁５７を用いて所定の一定圧力を供給する。
【００１８】
上記構成において、次に早閉じミラーサイクルの作動について説明する。
エンジン５１が所定の回転速度以上に達すると、コントローラ５５は回転速度センサー５４からの信号を受け、所定のパイロット圧力を空間２１に供給するように２位置切換弁５３に指令を出力する。これにより、空間２１には油圧ポンプ５２が生ずるパイロット圧力が２位置切換弁５５により制御されて所定の圧油が供給される。この圧油を受け、スプール２０はスプリング２５に抗して、スプール２０を図示の左方向に移動し、ＡポートとＢポートとを連通する。これにより、第１実施例と同様に、所定の回転速度以上では、図６に見る通り開弁時期（Ｔ）が遅れることになり、また、閉弁時期（Ｒ）は早まり、高速時のミラーサイクルで作動する。
なお、上記において、油圧ポンプ５２と５６と二個の油圧ポンプを用いたが、一個でも良く、また、２位置切換弁５３を用いたが電磁比例圧力弁５３、若しくは、減圧弁等の弁でも良い。
〔以下、追加記載である。〕
【００１９】
図７、図８は本発明の後閉じミラーサイクルの吸気弁の開閉制御装置の第１実施例を示す概念図である。なお、早閉じミラーサイクルの第１実施例と同一部品には同一符号を付して説明は省略する。
【００２０】
後閉じ用コントロールバルブ７０には後閉じ用スプール７１が枢密に挿入されておりコントロールバルブ内を左右にスライドしてＡポートとＢポートを連通、または遮断する。後閉じ用スプール７１の端面の空間２１には配管２２が接続し、配管２２は図示しないエンジン潤滑用ポンプに接続し、エンジンの回転速度に応じて変動する油圧が配管２２（矢印Ｐ）を経て供給される。後閉じ用スプール７１の他端面の空間２４には調整ネジ１７ｃにより調整可能なスプリング２５が組み込まれている。前記空間２１に油圧を供給する配管２２は分岐され、分岐された配管２２ａには逆止弁２６が配設されている。逆止弁２６を経た油圧は油路１６に合流し、一方では前記の後閉じ用コントロールバルブ７０のＡポートと、他方では、油路１４，１５を経て、シリンダ１２の空間１３と接続し、配管２２からの圧油をシリンダ１２の空間１３に補充している。
【００２１】
上記構成において、エンジン高速回転における作動を図７で説明する。エンジン高速回転時には図示しないエンジンと直結したポンプの吐き出し量は多くなり各部を潤滑する潤滑油の回路圧力（Ｐ）が高くなり、この圧力がスプールの端面の空間２１に作用しスプリング２５により生ずる調整圧力よりも高くなる。このため後閉じ用コントロールバルブ７０の後閉じ用スプール７１はスプリング２５に抗して図示の左側（Ｋ方向）に移動し、ＡポートとＢポートは遮断した状態になる。この状態で吸気弁５を開くためにロッカアーム８が開弁方向（Ｗ方向）に揺動したとき、シリンダ１２はＷ方向の力を受ける。このとき、シリンダ１２はスプリング１１と油圧に保持されているが、ＡポートとＢポートが遮断しているため、ロッカアーム８が開弁方向（Ｗ方向）に揺動してもシリンダ１２の空間１３および油路１４，１５，１６，からＡポートまで油で充満し、かつ、ＡポートとＢポートが遮断されているいるために上記は密閉され、シリンダ１２とクロスヘッド９とは一体となって移動する。このときの、シリンダ１２とクロスヘッド９とは一体となって移動するストローク（Ｓ）を後閉じ用のミラーサイクルに設定することにより、図９に見る通り開弁時期（Ｍ）が遅れることになり、後閉じのミラーサイクルとして作動する。
【００２２】
エンジン低速回転における作動を図８で説明する。エンジン低速回転では図示しないポンプの吐き出し量が少ないため回路圧力は低くなる。このためスプール端面の空間２１に作用する圧力（Ｐ）も低くなり、図８に示す通り後閉じ用スプール７１はスプリング２５の作用でＡポートとＢポートとを連通する方向（Ｎ）に移動する。この結果、ロッカアーム８が開弁方向（Ｗ方向）に揺動するとシリンダ１２の空間１３の油はシリンダ１２の端面１２ａがクロスヘッド９に当接するまで、油路１４，１５，１６およびＡポートとＢポートを経て、レギュレーションバルブ１８よりタンク１９に排出される。このシリンダ１２の端面１２ａがクロスヘッド９に当接するまでの間、クロスヘッド９はＷ方向に動かない。即ち、クロスヘッド９のストローク（Ｓ）が小さくなり、これにより図９に見る通り開弁時期（Ｊ）が早くなり、従来のサイクル（ディーゼルサイクル）として作動する。
なお、ロッカアーム８が閉弁方向（Ｗ方向の反対）に揺動すると逆止弁２６より油が油路１６，１５，１４を通って空間１３に補充され元の状態になる。また、後閉じ用コントロールバルブ７０のスプリング２５の力を調整することにより、図１２に示すとおりミラーサイクル領域のエンジン回転速度（Ｑ）の位置を設定できる。
【００２３】
図１０では本発明の後閉じミラーサイクルの第２実施例を示し、コントロールバルブ部分と制御装置を示す。なお、後閉じミラーサイクルの第２実施例は、早閉じミラーサイクルの第２実施例のコントロールバルブ１７を、後閉じミラーサイクルの第１実施例の後閉じ用コントロールバルブ７０に置換したのみであるので詳細な説明は省略する。
【００２４】
図１１では本発明の後閉じミラーサイクルの第３実施例を示し、コントロールバルブ部分と制御装置を示す。なお、後閉じミラーサイクルの第３実施例は、早閉じミラーサイクルの第３実施例のコントロールバルブ１７を、後閉じミラーサイクルの第１実施例の後閉じ用コントロールバルブ７０に置換したのみであるので詳細な説明は省略する。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように吸気弁を直接制御出来るようにしたこと、および、エンジン回転により駆動されるポンプ油圧、ブースト圧力、温度あるいはエンジン回転速度に応じてコントロールバルブを制御することによりエンジンが高速回転ではミラーサイクルとなり、低速回転では従来のサイクルとして作動させることが出来るようになったため、高速では低圧縮比、高膨張比がえられ熱効率の改善ができ、低速では有効圧縮比が下がることがなく着火は安定する。しかも、スプールを押しつけているスプリング力の強さを調整することによりミラーサイクルと従来のサイクルとの切替えが任意の回転速度で撰択できるなどの優れた効果がえられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】４サイクルエンジンの一般的な概念図である。
【図２】本発明の早閉じミラーサイクルの第１実施例で、エンジンが高速回転での吸気弁の開閉制御装置の作動状況を示す図である。
【図３】本発明の早閉じミラーサイクルの第１実施例で、エンジンが低速回転での吸気弁の開閉制御装置の作動状況を示す図である。
【図４】本発明の早閉じミラーサイクルの第２実施例で、第１実施例に対して吸気弁の開閉制御装置のコントロールバルブを電磁式バルブに置き換えた図である。
【図５】本発明の早閉じミラーサイクルの第３実施例で、第１実施例に対して他の吸気弁の開閉制御装置を示す図である。
【図６】本発明の早閉じミラーサイクルの第１、第２実施例における吸気弁の開閉線図である。
【図７】本発明の後閉じミラーサイクルの第１実施例で、エンジンが高速回転での吸気弁の開閉制御装置の作動状況を示す図である。
【図８】本発明の後閉じミラーサイクルの第１実施例で、エンジンが低速回転での吸気弁の開閉制御装置の作動状況を示す図である。
【図９】本発明の後閉じミラーサイクルにおける吸気弁の開閉線図である。
【図１０】本発明の後閉じミラーサイクルの第２実施例で、第１実施例に対して吸気弁の開閉制御装置のコントロールバルブを電磁式バルブに置き換えた図である。
【図１１】本発明の後閉じミラーサイクルの第３実施例で、第１実施例に対して他の吸気弁の開閉制御装置を示す図である。
【図１２】本発明の第１、第２実施例におけるエンジン回転速度とエンジントルクとの関係においてミラーサイクルと従来のサイクルとの領域を示す図である。
【図１３】ミラーサイクルエンジンの吸気弁の早閉じの４サイクルヂーゼルエンジンの指圧線図である。
【図１４】ミラーサイクルエンジンの吸気弁の遅閉じの４サイクルヂーゼルエンジンの指圧線図である。
【図１５】従来のミラーサイクルエンジンの早閉じの４サイクルヂーゼルエンジンの吸気弁を説明するための概念図である。
【符号の説明】
１シリンダライナ、２ピストン、３エンジンヘッド、
３ａ吸気管、３ｂ排気管、４シリンダ室、
５吸気弁、６排気弁、７スプリング、
８ロッカアーム、９クロスヘッド、１０ガイド、
１１スプリング、１２シリンダ、１３空間、
１４，１５，１６油路、
１７コントロールバルブ、
１８レギュレーションバルブ、２０スプール、
２１，２２空間、２５スプリング、２６逆止弁、
３０電磁式バルブ、
４０吸気弁開閉制御装置。
５３弁、
７０後閉じ用コントロールバルブ、７１後閉じ用スプール、[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a control apparatus for controlling the opening and closing of an intake valve for a Miller cycle engine, and more particularly, to a Miller cycle including a hydraulic apparatus for controlling the opening and closing of an intake valve in a multi-cylinder internal combustion engine having a plurality of intake valves for each cylinder. Open / close control device for engine intake valve.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a means of improving the thermal efficiency of a diesel engine and reducing an exhaust mission, a Miller cycle engine which can obtain a low compression ratio and a high expansion ratio is an effective means. However, when the Miller cycle is operated in the low speed and low load range of the engine, there is a problem that the ignition is not stable because the effective compression ratio decreases. In the Miller cycle, a method of shutting off the flow of intake air in the middle of the intake process, such as the early closing of an intake valve of a Miller cycle engine as shown in FIG. 13, and a method of closing the intake valve as shown in FIG. There is a method of releasing the intake pressure at the beginning of the process. In particular, in the former method, a structure is known in which another valve mechanism is provided upstream of the intake valve as shown in FIG. 15 and the intake passage is closed prior to closing of the intake valve. That is, the intake valve 5 is opened and closed by swinging of the rocker arm 8 from a crankshaft (not shown) via a timing gear, a camshaft, a tappet, and a push rod. On the other hand, a valve mechanism 62 is newly provided in the middle of the upstream passage 61 of the intake valve 5 to detect the number of revolutions and load of the engine as a signal, and the valve mechanism 62 is closed via the conversion mechanism 63 to close the intake valve 5. Improved proposals have been made to close early and activate the Miller cycle.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the above, even when the Miller cycle is activated and the valve mechanism 62 is closed, while the intake valve 5 is open, the amount of air in the cylinder chamber 4 is maintained in the passage 64 between the intake valve 5 and the valve mechanism 62 while the intake valve 5 is open. Is added, and the volume increases, so that the effect of closing the valve mechanism 62 during the intake process is reduced, and the effect of the Miller cycle is reduced.
[0004]
The present invention has been made by paying attention to the conventional problems described above, and relates to a control apparatus for opening and closing an intake valve for a Miller cycle engine, and more particularly, to a multi-cylinder internal combustion engine having a plurality of intake valves for each cylinder. It is an object of the present invention to provide an improved intake valve opening / closing control device for a Miller cycle engine in which the opening / closing timing of an intake valve is controlled directly using a hydraulic device without providing a separate valve mechanism. .
[0005]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, a first aspect of the present invention, the intake air in the intake valve device incorporated in a cylinder head of the engine, by vertical movement to and this vertical movement to guide the guide by rocking of the rocker arm A check valve that has a built- in cylinder whose one is in contact with the rocker arm and the other of which is controlled by hydraulic pressure on the crosshead that operates the valve, and that prevents the pressure oil in the cylinder from returning to the pressure oil supply side. When the regulation valve for hydraulic fluid in the cylinder is returned to the tank overcomes the set pressure, and communicating or blocking said said regulation valve cylinder by moving according to the engine rotational speed, controls the movement of the cylinder and a control valve for.
[0006]
A second invention based on the first invention is characterized in that the control valve communicates the cylinder with the regulation valve to return the pressurized oil in the cylinder to the tank via the regulation valve at the time of high-speed rotation of the engine. During low-speed rotation, the cylinder and the regulation valve are shut off to control the movement of the cylinder.
[0007]
A third invention mainly based on the first invention is characterized in that the control valve shuts off the cylinder and the regulation valve when the engine is rotating at a high speed, and releases the pressure oil in the cylinder via the regulation valve when the engine is rotating at a low speed. A cylinder and a regulation valve communicate with each other to return to the tank, and the movement of the cylinder is controlled.
[0008]
A fourth invention based on the first, second, or third invention is a rotation sensor for detecting a rotation speed of an engine, a switching valve for controlling the control valve, and receiving a signal from the rotation sensor. A controller is provided for controlling the switching valve and controlling the control valve such that the regulation valve communicates with or shuts off the cylinder when the engine reaches a predetermined rotation speed or higher.
[0009]
A fifth invention based on the first, second, or third invention is a pressure sensor for detecting a boost pressure of a turbocharger of the engine or a temperature sensor for detecting a boost temperature; A valve and a control device for controlling the energization of the signal from the pressure sensor or the temperature sensor to the electromagnetic control valve are provided.
[0010]
A sixth invention based on any one of the first, second, third, fourth , and fifth inventions is such that one of the cylinders is in contact with a rocker arm, and the other is controlled by a hydraulic pressure and a spring. Like that .
A seventh invention based on any one of the first, second, third, fourth, fifth, and sixth inventions adjusts the strength of a spring force pressing the spool of the control valve. Thus, switching between the mirror cycle and the conventional cycle can be selected at an arbitrary rotation speed.
[0011]
[Action]
According to the above configuration, at the time of high-speed rotation of the engine, the control valve has a large discharge flow rate of the oil pump for engine lubrication, so that the high hydraulic pressure overcomes the spring to move the spool, and the oil in the cylinder passing through the guide and the crosshead passes. And the oil passage that drains through the regulation valve. At this time, when pushed by the rocker arm, the hydraulic pressure in the cylinder rises, overcoming the set pressure of the regulation valve, and the hydraulic pressure in the cylinder is drained. As a result, the cylinder moves, reaches the stroke end, comes into contact with the crosshead, and the crosshead starts to move for the first time. On the other hand, when the engine is running at a low speed, the hydraulic pressure is low, so the spool of the control valve is at a position where the spring of the control valve cuts off the regulation valve and the oil passage of the cylinder. As a result, the pressure oil in the cylinder is closed and the movement is restricted, so that the movement of the crosshead by the rocker arm (that is, the opening and closing of the intake valve) operates according to the preset cam profile. Thus, by opening and closing the control valve operated by the pilot oil pressure to control the oil in the space formed by the crosshead and the cylinder built in the crosshead, the intake air can be provided without providing a separate valve mechanism in the intake system. By directly controlling the valve, a fast closing Miller cycle can be achieved in a high speed range, and a conventional cycle (diesel cycle) can be achieved in a low speed range. Further, by adjusting the pilot pressure, it is possible to adjust the switching position of the engine rotation speed to the Miller cycle.
The above description relates to the operation of the early closing mirror cycle.However, in order to realize the rear closing mirror cycle, at the time of high speed rotation, the oil passage of the cylinder and the oil passage to be drained are shut off by the control valve, and the low speed rotation Sometimes, they only need to communicate.
Furthermore, in addition to moving the spool of the control valve based on the discharge flow rate of the engine lubrication oil pump according to the engine rotation speed, a switching valve that switches according to the engine rotation speed is provided, and the control valve is connected to the control valve via this switching valve. Hydraulic pressure may be applied to control the movement of the spool (claim 4). When the control valve is of an electromagnetic type, it is based on the boost pressure and temperature of the supercharger, which change according to the output of the engine. The movement of the spool may be controlled by switching the solenoid by using the solenoid (claim 5).
[0012]
【Example】
Hereinafter, an embodiment of an opening / closing control apparatus for an intake valve for a Miller cycle engine according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a conceptual diagram of a part of an engine, and FIGS. 2 and 3 are conceptual diagrams of an opening / closing control device for an intake valve in a fast-closing mirror cycle according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, a piston 2 is inserted into a cylinder liner 1 in a pivotally tight manner, and an engine head 3 is disposed above the piston. The engine head 3 has an intake pipe 3a and an exhaust pipe 3b. A mushroom-shaped intake valve 5 is provided at a communication port of the intake pipe 3a with the cylinder chamber 4, and a communication port of the exhaust pipe 3b with the cylinder chamber 4. Is provided with a mushroom type exhaust valve 6. As shown in FIGS. 2 and 3, the intake valve 5 shuts off the intake pipe 3a and the cylinder chamber 4 by a spring 7. However, when the rocker arm 8 swings through the timing gear, camshaft, tappet, and push rod by rotation of a crankshaft (not shown), the crosshead 9 moves up and down with the guide 10 as a guide, so that the intake valve 5 also moves up and down and the intake pipe 3a. The passage between the cylinder chamber 4 is opened and closed. At the center of the crosshead 9, one is in contact with the rocker arm 8, and the other is a spring 11 and a cylinder 12 held by oil pressure. The space 13 between the cylinder 12 and the crosshead 9 is provided with oil passages 14, 15, 16. Communicates with the A port of the control valve 17. On the other hand, the B port of the control valve 17 is connected to a regulation valve 18, and the regulation valve 18 is connected to a tank 19.
[0013]
A spool 20 is pivotally inserted into the control valve 17 and slides left and right inside the control valve to communicate or shut off the A port and the B port. A pipe 22 is connected to the space 21 on the end face of the spool 20, and the pipe 22 is connected to an engine lubrication pump (not shown). A hydraulic pressure that varies according to the rotation speed of the engine is supplied through the pipe 22 (arrow P). . A spring 25 that can be adjusted by an adjusting screw 17c is incorporated in a space 24 on the other end surface of the spool 20. A pipe 22 for supplying the oil pressure to the space 21 is branched, and a check valve 26 is provided in the branched pipe 22a. The hydraulic pressure passing through the check valve 26 joins the oil passage 16, and is connected to the A port of the control valve 17 on the one hand and the space 13 of the cylinder 12 via the oil passages 14 and 15 on the other hand. Is refilled into the space 13 of the cylinder 12.
[0014]
The operation of the above configuration at high engine speed will be described with reference to FIG. At the time of high-speed rotation of the engine, the discharge amount of the pump directly connected to the engine (not shown) increases, and the circuit pressure (P) of the lubricating oil for lubricating the respective parts increases, and this pressure acts on the space 21 on the end face of the spool and is adjusted by the spring 25 Higher than the pressure. Therefore, the spool 20 of the control valve 17 moves to the left side in the drawing against the spring 25, and the port A and the port B are in a state of communication. In this state, when the rocker arm 8 swings in the valve opening direction (W direction) to open the intake valve 5, the cylinder 12 receives a force in the W direction. At this time, although the cylinder 12 is held at the oil pressure with the spring 11, the oil in the space 13 flows until the end face 12 a of the cylinder 12 abuts on the crosshead 9 because the port A and the port B are in communication. Through the ports 14, 15, 16 and the A port and the B port, the water is discharged from the regulation valve 18 to the tank 19. The crosshead 9 does not move in the W direction until the end surface 12a of the cylinder 12 contacts the crosshead 9. That is, the stroke (S) of the crosshead 9 becomes smaller, which delays the valve opening timing (T) as shown in FIG. 6, and the valve closing timing (R) is advanced, and the engine is operated at high speed at high speed. Operates in a closed Miller cycle.
When the rocker arm 8 swings in the valve closing direction (opposite to the W direction), oil is replenished from the check valve 26 into the space 13 through the oil passages 16, 15, and 14, and returns to the original state. Further, by adjusting the force of the spring 25 of the control valve 17, you can set the position of the engine rotational speed (Q) of the Miller cycle region as shown in FIG. 12.
[0015]
When the engine rotates at a low speed, the discharge pressure of a pump (not shown) is small, so that the circuit pressure is low. Therefore, the pressure (P) acting on the space 21 on the end surface of the spool also decreases, and the spool 20 of the control valve 17 moves in the direction (N) to shut off the A port and the B port by the action of the spring 25 as shown in FIG. I do. As a result, even if the rocker arm 8 swings in the valve opening direction (W direction), the space 13 of the cylinder 12 and the oil passages 14, 15, 16 from the port A are filled with oil, and the A port and the B port are filled. the above is sealed to being cut off, and moved together to the cylinder 12 and the cross head 9, operates as a conventional cycle shown in FIG. 6 (diesel cycle).
[0016]
FIG. 4 shows a second embodiment of the early closing mirror cycle of the present invention, showing a control valve portion and a control device. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. The intake valve opening / closing control device 40 when the control valve 17 is replaced with an electromagnetic valve 30 will be described. Generally, the boost pressure and the boost temperature of the engine tend to increase as the engine speed increases and the load increases. Therefore, a boost temperature sensor 41 or a boost pressure sensor 42 for detecting a boost pressure or a temperature is provided at an outlet of a supercharger (not shown), and this signal is transmitted to an electromagnetic valve via an intake valve opening / closing control device 40. The power supply to the solenoid 31 is controlled. For example, by performing a Miller cycle when the boost pressure or the temperature is high and a diesel cycle when the boost pressure or the temperature is low, the same effect as the control by the hydraulic pilot is obtained.
[0017]
FIG. 5 shows a third embodiment of the early closing mirror cycle of the present invention, showing a control valve portion and a control device. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. The control valve 17 is controlled by an intake valve opening / closing control device 50. The intake valve opening / closing control device 50 includes a hydraulic pump 52 driven by the engine 51, a two-position switching valve 53, a rotation speed sensor 54 attached to the engine 51, and a two-position The controller 55 outputs a command to the switching valve 53. While the hydraulic pressure (P) supplied to the space 13 and the space 21 in the first embodiment varies, the hydraulic pump 56 and the relief valve 57 driven by the engine 51 are provided in the space 13 in the third embodiment. To provide a predetermined constant pressure.
[0018]
Next, the operation of the early closing Miller cycle in the above configuration will be described.
When the engine 51 reaches a predetermined rotation speed or higher, the controller 55 receives a signal from the rotation speed sensor 54 and outputs a command to the two-position switching valve 53 to supply a predetermined pilot pressure to the space 21. Thus, the pilot pressure generated by the hydraulic pump 52 is controlled by the two-position switching valve 55 to supply a predetermined pressure oil to the space 21. Upon receiving this pressure oil, the spool 20 moves the spool 20 to the left in the drawing against the spring 25 to communicate the A port and the B port. As a result, as shown in FIG. 6, the valve opening timing (T) is delayed as shown in FIG. 6, and the valve closing timing (R) is advanced, as in the first embodiment. Operates on a cycle.
In the above description, the hydraulic pumps 52 and 56 and the two hydraulic pumps are used, but one may be used, and the two-position switching valve 53 is used, but a valve such as the electromagnetic proportional pressure valve 53 or the pressure reducing valve may be used. good.
[The following is an additional description. ]
[0019]
FIGS. 7 and 8 are conceptual diagrams showing a first embodiment of the intake valve opening / closing control device of the rear closing Miller cycle of the present invention. Note that the same parts as those in the first embodiment of the early closing mirror cycle are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0020]
A rear closing spool 71 is pivotally inserted into the rear closing control valve 70, and slides left and right inside the control valve to communicate or shut off the A port and the B port. A pipe 22 is connected to the space 21 at the end face of the rear closing spool 71, and the pipe 22 is connected to an engine lubrication pump (not shown). A hydraulic pressure that varies according to the rotation speed of the engine passes through the pipe 22 (arrow P). Supplied. A spring 25 that can be adjusted by an adjusting screw 17c is incorporated in the space 24 on the other end surface of the rear closing spool 71. A pipe 22 for supplying the oil pressure to the space 21 is branched, and a check valve 26 is provided in the branched pipe 22a. The hydraulic pressure passing through the check valve 26 joins the oil passage 16, and is connected to the port A of the rear closing control valve 70 on the one hand and the space 13 of the cylinder 12 via the oil passages 14 and 15 on the other hand, The pressure oil from the pipe 22 is supplied to the space 13 of the cylinder 12.
[0021]
In the above configuration, operation at high engine speed will be described with reference to FIG. At the time of high-speed rotation of the engine, the discharge amount of the pump directly connected to the engine (not shown) increases, and the circuit pressure (P) of the lubricating oil for lubricating the respective parts increases, and this pressure acts on the space 21 on the end face of the spool and is adjusted by the spring 25 Higher than the pressure. Therefore, the rear closing spool 71 of the rear closing control valve 70 moves to the left (K direction) in the drawing against the spring 25, and the port A and the port B are shut off. In this state, when the rocker arm 8 swings in the valve opening direction (W direction) to open the intake valve 5, the cylinder 12 receives a force in the W direction. At this time, the cylinder 12 is held by the spring 11 and the oil pressure, but since the A port and the B port are shut off, even if the rocker arm 8 swings in the valve opening direction (W direction), the space 13 of the cylinder 12 is And the oil passages 14, 15, 16 to the A port are filled with oil and the A port and the B port are shut off, so that the above is sealed, and the cylinder 12 and the crosshead 9 are integrally formed. Moving. At this time, by setting the stroke (S) in which the cylinder 12 and the crosshead 9 move together as a mirror cycle for rear closing, the valve opening timing (M) is delayed as shown in FIG. And operates as a post-closing Miller cycle.
[0022]
The operation at low engine speed will be described with reference to FIG. When the engine rotates at a low speed, the discharge pressure of a pump (not shown) is small, so that the circuit pressure is low. For this reason, the pressure (P) acting on the space 21 on the spool end surface also decreases, and the rear closing spool 71 moves in the direction (N) for connecting the A port and the B port by the action of the spring 25 as shown in FIG. . As a result, when the rocker arm 8 swings in the valve opening direction (W direction), the oil in the space 13 of the cylinder 12 is transferred to the oil passages 14, 15, 16 and the A port until the end face 12a of the cylinder 12 contacts the crosshead 9. It is discharged from the regulation valve 18 to the tank 19 through the B port. The crosshead 9 does not move in the W direction until the end surface 12a of the cylinder 12 contacts the crosshead 9. That is, the stroke (S) of the crosshead 9 is reduced, and as a result, the valve opening timing (J) is advanced as shown in FIG. 9, and the system operates as a conventional cycle (diesel cycle).
When the rocker arm 8 swings in the valve closing direction (opposite to the W direction), oil is replenished from the check valve 26 into the space 13 through the oil passages 16, 15, and 14, and returns to the original state. Further, by adjusting the force of the spring 25 of the rear closed control valve 70 can be set to the engine position of the rotation speed (Q) of the Miller cycle region as shown in FIG. 12.
[0023]
FIG. 10 shows a second embodiment of the post-closing Miller cycle of the present invention, showing a control valve portion and a control device. In the second embodiment of the rear-closed mirror cycle, the control valve 17 of the second embodiment of the early-closed mirror cycle is simply replaced by a rear-close control valve 70 of the first embodiment of the rear-closed mirror cycle. Therefore, detailed description is omitted.
[0024]
FIG. 11 shows a third embodiment of the post-closing Miller cycle of the present invention, showing a control valve portion and a control device. In the third embodiment of the rear-closed mirror cycle, the control valve 17 of the third embodiment of the early-closed mirror cycle is simply replaced with a rear-close control valve 70 of the first embodiment of the rear-closed mirror cycle. Therefore, detailed description is omitted.
[0025]
【The invention's effect】
As described above, the present invention enables direct control of an intake valve, and control of an engine by controlling a control valve according to a pump oil pressure, a boost pressure, a temperature, or an engine rotation speed driven by engine rotation. At high speeds, it becomes a mirror cycle, and at low speeds, it can be operated as a conventional cycle, so at high speeds a low compression ratio and high expansion ratio can be obtained and thermal efficiency can be improved, and at low speeds the effective compression ratio decreases. There is no ignition and the ignition is stable. In addition, by adjusting the strength of the spring force pressing the spool, an excellent effect is obtained such that switching between the mirror cycle and the conventional cycle can be selected at an arbitrary rotation speed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a general conceptual diagram of a four-cycle engine.
FIG. 2 is a diagram showing an operation state of an intake valve opening / closing control device when an engine rotates at a high speed in a first embodiment of the early closing Miller cycle of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an operation state of an intake valve opening / closing control device when the engine is rotating at a low speed in the first embodiment of the early closing Miller cycle of the present invention.
FIG. 4 is a view showing a second embodiment of the early closing mirror cycle according to the present invention, in which the control valve of the intake valve opening / closing control device is replaced with an electromagnetic valve in the first embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing another opening / closing control device of the intake valve in the third embodiment of the early closing Miller cycle according to the present invention, which is different from the first embodiment.
FIG. 6 is an opening / closing diagram of an intake valve in the first and second embodiments of the early closing Miller cycle of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing an operation state of the intake valve opening / closing control device when the engine rotates at a high speed in the first embodiment of the rear-close mirror cycle of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing an operation state of the intake valve opening / closing control device when the engine is rotating at a low speed in the first embodiment of the rear-closed mirror cycle of the present invention.
FIG. 9 is an opening / closing diagram of an intake valve in a rear-closed mirror cycle of the present invention.
FIG. 10 is a view showing a second embodiment of the rear closing mirror cycle according to the present invention, in which a control valve of the intake valve opening / closing control device is replaced with an electromagnetic valve in the first embodiment.
FIG. 11 is a view showing another opening / closing control device for the intake valve in the third embodiment of the post-closing Miller cycle according to the present invention with respect to the first embodiment.
FIG. 12 is a diagram showing a region between a Miller cycle and a conventional cycle in a relationship between an engine rotation speed and an engine torque in the first and second embodiments of the present invention.
FIG. 13 is a diagram of acupressure of a four-cycle diesel engine with the intake valve of the Miller cycle engine closed early.
FIG. 14 is a diagram of acupressure of a four-cycle diesel engine with a late closing of an intake valve of a mirror cycle engine.
FIG. 15 is a conceptual diagram for explaining an intake valve of a conventional four-cycle diesel engine of a closed early cycle of a Miller cycle engine.
[Explanation of symbols]
1 cylinder liner, 2 piston, 3 engine head,
3a intake pipe, 3b exhaust pipe, 4 cylinder chamber,
5 intake valve, 6 exhaust valve, 7 spring,
8 rocker arms, 9 crossheads, 10 guides,
11 spring, 12 cylinder, 13 space,
14, 15, 16 oilways,
17 control valve,
18 regulation valve, 20 spool,
21, 22 space, 25 spring, 26 check valve,
30 electromagnetic valves,
40 Intake valve opening / closing control device.
53 valves,
70 rear closing control valve, 71 rear closing spool,

Claims

In the intake valve device incorporated in the cylinder head of the engine,
The crosshead, which moves up and down by guiding the guide by rocker arm swing and operates the intake valve by this up and down movement, has a built- in cylinder whose one is in contact with the rocker arm and the other is controlled by hydraulic pressure . ,
A check valve for preventing the pressure oil in the cylinder from returning to the pressure oil supply side,
A regulation valve for the pressure oil in the cylinder to overcome the set pressure and return to the tank;
And communicating or blocking said said regulation valve cylinder by moving according to the engine rotational speed, mirror cycle engine according to claim <br/> that and a control valve for controlling the movement of the cylinder Open / close control device for intake valve.

The control valve communicates the cylinder with the regulation valve to return the pressurized oil in the cylinder to the tank via the regulation valve when the engine is running at high speed, and shuts off the cylinder and the regulation valve when the engine is running at low speed. 2. The opening / closing control apparatus for an intake valve for a mirror cycle engine according to claim 1, wherein the opening / closing control apparatus controls the movement of the intake valve.

The control valve shuts off the cylinder and the regulation valve at the time of high-speed rotation of the engine, and communicates the cylinder and the regulation valve to return the pressure oil in the cylinder to the tank via the regulation valve at the time of low-speed rotation of the engine. The opening / closing control device for an intake valve for a Miller cycle engine according to claim 1, wherein the movement of the cylinder is controlled.

A rotation sensor for detecting a rotation speed of the engine, a switching valve for controlling the control valve, and, when a signal from the rotation sensor is received and the engine reaches a predetermined rotation speed or more, the switching valve is controlled, and the regulation is performed. 4. The intake system according to claim 1, further comprising a controller that controls the control valve so that the valve communicates with or shuts off the cylinder. Valve opening and closing control device.

A pressure sensor or a temperature sensor for detecting a boost temperature of the supercharger of the engine, a temperature sensor for detecting a boost temperature, the control valve being an electromagnetic type, and the control being an electromagnetic type of a signal of the pressure sensor or the temperature sensor. 2. A control device for controlling energization of a valve is provided. 4. An opening / closing control apparatus for an intake valve for a mirror cycle engine according to claim 2.

6. An intake valve opening / closing control apparatus for a mirror cycle engine according to claim 1, wherein one of said cylinders is in contact with a rocker arm, and the other is controlled by a hydraulic pressure and a spring. .

7. A switch between a mirror cycle and a conventional cycle at an arbitrary rotational speed by adjusting the strength of a spring force pressing the spool of the control valve. An opening / closing control apparatus for an intake valve for a Miller cycle engine according to any one of the above.