JP3719611B2 - 排気還流装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関の排気還流装置に関し、特には、通常サイクルとミラーサイクルとの変換を可能にした可変圧縮比エンジンの排気還流装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用エンジンでは、従来より、排気ガス中に含まれるＮＯｘを低減するために、不活性ガスである排気ガスを吸気中に還流し、燃焼ガス温度を低下させる排気還流（ＥＧＲ）が行われている。
【０００３】
ところで、エンジンの高負荷時にはＥＧＲガスの温度が低いほど体積効率が向上し、ＥＧＲガス量が多いほど燃焼温度が低下してＮＯｘが減少する。
軽負荷時にはＥＧＲガスの温度が低いと燃焼が不安定になるのでＥＧＲガスの温度は高い方が良い。
そのため、ＥＧＲガスの冷却手段を設けて高負荷時にはＥＧＲガスを冷却し、軽負荷時にはＥＧＲガスを冷却しないように制御する方法をとったものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高負荷時にＥＧＲを行うと燃費悪化、出力低下などの悪影響が生ずる。したがって、ＥＧＲガスの供給量（ＥＧＲ率）は低負荷時ほど多く、高負荷時ほど少なくする必要がある。
【０００５】
本発明は上記の問題点に着目してなされたもので、低負荷時にはＥＧＲ率を高くし、高負荷時にはＥＧＲ率を低くして、特に通常サイクルとミラーサイクルとの変換が可能な可変圧縮比エンジンの広い運転域に対して、常に最適のＥＧＲを行う排気還流装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る排気還流装置の第１発明においては、排気還流装置において、１気筒当たり２個の吸気弁と、２個の排気弁を備え、１個の吸気弁、および２個の排気弁を作動させるカムを設けた第１のカムシャフトと、残りの吸気弁、および第１カムシャフトで作動中の１個の排気弁を作動させるカムを設けた第２カムシャフトとを具備し、前記第１のカムシャフトと前記第２カムシャフトの位相を変更可能としたことを特徴としている。
【０００７】
第２の発明においては、排気還流装置において、１気筒当たり２個の吸気弁と、２個の排気弁を備え、１個の吸気弁、および２個の排気弁を作動させるカムを設けた第１のカムシャフトと、残りの吸気弁、および第１カムシャフトで作動中の１個の排気弁を作動させるカムを設けた第２カムシャフトとを具備し、前記第１のカムシャフトと前記第２カムシャフトの位相を変更可能とし、高負荷時には、前記排気弁の閉時期を吸気行程のピストン上死点付近とし、前記吸気弁の開閉時期を吸気行程のピストン上死点付近から吸気行程のピストン下死点前９０°付近とし、前記第２カムシャフトで開閉する排気弁を吸気行程初期の短時間開き、低負荷時には、前記第２カムシャフト側の吸気弁の閉時期を吸気行程のピストン下死点付近とし、かつ前記第２カムシャフトで開閉する排気弁を吸気行程のピストン下死点前９０°付近の短時間開くことを特徴としている。
【０００８】
第３の発明においては、排気還流装置において、１気筒当たり２個の吸気弁と、２個の排気弁を備え、１個の吸気弁、および２個の排気弁を作動させるカムを設けた第１のカムシャフトと、残りの吸気弁、および第１カムシャフトで作動中の１個の排気弁を作動させるカムを設けた第２カムシャフトとを具備し、前記第１のカムシャフトと前記第２カムシャフトの位相を変更可能とし、高負荷時には、前記排気弁の閉時期を吸気行程のピストン上死点付近とし、前記吸気弁の開閉時期を吸気行程のピストン上死点付近から吸気行程のピストン下死点付近とし、前記第２カムシャフトで開閉する排気弁を吸気行程のピストン下死点前９０°付近で短時間開き、低負荷時には、前記第２カムシャフト側の吸気弁の閉時期を吸気行程のピストン下死点後９０゜付近とし、かつ前記第２カムシャフトで開閉する排気弁を吸気行程のピストン下死点付近で短時間開くことを特徴としている。
【００１１】
【作用】
上記構成によれば、排気還流装置を備えた内燃機関に、１気筒当たり２個の吸気弁と、２個の排気弁と、そのうちの１個の吸気弁および２個の排気弁を駆動する第１カムシャフトと、残りの吸気弁、および第１カムシャフトで作動中の１個の排気弁を作動する第２カムシャフトとを設け、第２カムシャフトの位相を変化させることにより、１個の吸気弁と排気弁とのバルブタイミングを可変とした。
【００１２】
そして、吸気行程において、吸気弁の閉時期をピストン下死点前に設定するとともに、排気弁の開閉時期をピストン上死点付近とし、運転条件によっては少なくとも１個の吸気弁の閉時期をピストン下死点付近に設定するとともに、排気弁の開閉時期をピストン下死点前に設定するようにした。そのため、高負荷時には低圧縮比の早閉じミラーサイクルとなり、その場合には排気還流は殆ど行われず、低負荷時には高圧縮比の通常サイクルとなり、その場合には排気還流が行われる。
【００１３】
あるいは、吸気行程において、吸気弁の閉時期をピストン下死点付近に設定するとともに、排気弁の開閉時期をピストン下死点前とし、運転条件によっては少なくとも１個の吸気弁の閉時期をピストン下死点後に設定するとともに、排気弁の開閉時期をピストン下死点付近に設定するようにした。そのため、低負荷時には高圧縮比の通常サイクルとなり、その場合には排気還流が行われ、高負荷時には低圧縮比の遅閉じミラーサイクルとなり、その場合には排気還流は殆ど行われない。
【００１４】
【実施例】
以下に、本発明に係る排気還流装置の実施例について、図面を参照して詳述する。
【００１５】
図１は１気筒に吸気弁２個、排気弁２個を有するディーゼルエンジンのシリンダヘッド部分の平面断面図、図２はその側面断面図であり、図３は図１のＸ−Ｘ断面を示す側面断面図である。
シリンダヘッド１には第１吸気弁２、第２吸気弁３、第１排気弁４、第２排気弁５、および第１カムシャフト１０、第２カムシャフト２０が装着されている。
第１カムシャフト１０には第１吸気弁２、第１排気弁４、および第２排気弁５用のカム１１、１２、および１３が設けられており、カム１２は直接第１排気弁４を作動し、カム１１、およびカム１３はそれぞれロッカアーム１４、および１５を介して第１吸気弁２、および第２排気弁５を作動する。
第２カムシャフト２０にはカム２１、およびカム２２が設けられ、カム２１は直接第２吸気弁３を作動し、カム２２は図３に示すように、シリンダヘッド１に装着されたレバー２３をピン２４を中心に揺動させ、ロッカアーム１５を作動させて、第２排気弁５を開閉する。
第２カムシャフト２０は図示しない駆動装置により予め定められた角度だけ回転するようになっており、カム２１、およびカム２２の位相をずらすことにより第２吸気弁３、および第２排気弁５のバルブタイミングを遅らせることができる。
２５はピストン、２６、２７は吸気通路、２８は排気通路である。
【００１６】
つぎに、作動について説明する。
図４は高負荷時におけるピストン２５の動きと、吸、排気弁の開口面積との関係を示す図であり、縦軸は開口面積、横軸はピストン２５の位置を示している。実線は弁１個の開口面積であり、細い２点鎖線は弁２個の総開口面積である。図中、Ａは排気弁、Ｂは吸気弁、Ｃは第２排気弁を示す。
すなわち、第１、第２排気弁４、５はピストン下死点前から開き始め、ピストン上死点付近で閉じる。そして、その位相は常に同一である。また、第１、第２吸気弁２、３も位相は同一でピストン上死点付近から開き始め、ピストン下死点前９０°付近で閉じるようになっている。
ピストン上死点付近で第２吸気弁３が開くとき、同時に第２排気弁５がＣに示すように短時間開くが、ピストン上死点付近であるため、殆ど排気ガスは吸気中には還流しない。したがって、燃費悪化、出力低下の恐れはない。
【００１７】
図５は高負荷時のＰＶ線図である。
吸気行程において０から吸い込みを開始し、１ａにおいて第１、第２吸気弁２、３は閉じるため筒内圧力は低下し、矢印に沿って１ｂに至る。圧縮行程で１ｂから１ａを経て２ａに至り、燃焼、膨張行程で２ａから３、４に至り、排気行程で４から１ｃに至り、１ｃから０に至る。
すなわち、早閉じミラーサイクルとなり、吸気行程の終わり付近では１ａ−１ｂ−１ａという膨張、圧縮を行うだけなので、実質的な圧縮比は低くなり、このときの圧縮比は１１〜１３付近である。したがって、高出力化が可能となる。
【００１８】
図６は低負荷時におけるピストン２５の動きと、吸、排気弁の開口面積との関係を示す図であり、この場合には第２カムシャフト２０を駆動装置により回転させてカム２１、および２２の位相を変更し、第２吸気弁３の閉位置を遅らせてピストン下死点付近にする。図中、Ｂ１は第１吸気弁２を示し、Ｂ２は第２吸気弁３を示す。したがって、第２排気弁５はＣに示す位置、すなわち、ピストン下死点前９０°付近となり、排気ガスは吸気中に還流され、ＥＧＲ率は高くなり、ＮＯｘの発生を低減する。
【００１９】
図７は低負荷時のＰＶ線図であり、吸気行程０−１、圧縮行程１−２、燃焼行程２−３、膨張行程３−４、排気行程４−１−０の通常のサイクル作動となる。このときの圧縮比は１５〜１７で、良好な始動性と燃焼状況とを得ることができる。
【００２０】
上記のエンジン負荷と、圧縮比、あるいはＥＧＲ率との関係を整理するとつぎのようになる。
図８はエンジン負荷と圧縮比との関係を示す図であり、縦軸はエンジンの負荷、横軸はエンジン回転数を示す。一番外側の曲線はエンジンの最大出力時のトルク曲線である。
図に示すように負荷が大きくなるほど圧縮比は低くなり、負荷が小さくなるほど圧縮比は高くなる。
【００２１】
図９はエンジン負荷とＥＧＲ率との関係を示す図であり、図８と同様に縦軸はエンジンの負荷、横軸はエンジン回転数である。
図に示すように負荷が大きくなるほどＥＧＲ率は低くなり、負荷が小さくなるほどＥＧＲ率は高くなる。
【００２２】
図１０は１気筒あたりそれぞれ２個の吸、排気弁を備えたガソリンエンジンのシリンダヘッド部分の平面断面図であり、図１１は側面断面図、図１２は図１０のＹ−Ｙ断面を示す側面断面図である。
シリンダヘッド３１には第１吸気弁３２、第２吸気弁３３、第１排気弁３４、第２排気弁３５、および第１カムシャフト４０、第２カムシャフト５０が装着されている。
第１カムシャフト４０には第１吸気弁３２、第１排気弁３４、および第２排気弁３５用のカム４１、４２、および４３が設けられており、カム４１はロッカアーム４４を介して第１吸気弁３２を作動し、カム４２は直接第１排気弁３４を作動し、カム４３はシリンダヘッド３１にピン４５により揺動自在に軸着されたレバー４６を介して第２排気弁３５を作動する。
第２カムシャフト５０にはカム５１、および５２が設けられ、カム５１は直接第２吸気弁３３を作動し、カム５２はシリンダヘッド３１にピン５３により揺動自在に軸着されたレバー５４によりレバー４６を揺動させ、第２排気弁３５を開閉する。
第２カムシャフト５０は図示しない駆動装置により予め定められた角度だけ回転するようになっており、カム５１、および５２の位相をずらすことにより第２吸気弁３３、および第２排気弁３５のバルブタイミングを遅らせることができる。
５５はピストン、５６、５７は吸気通路、５８は排気通路である。
【００２３】
つぎに作動について説明する。
図１３は低負荷時のピストン５５の動きと、吸、排気弁の開口面積との関係を示す図であり、縦軸は吸、排気弁の開口面積、横軸はピストン５５の位置を示している。実線は弁１個の開口面積であり、細い２点鎖線は弁２個の総開口面積を示している。図中、Ａは排気弁、Ｂは吸気弁、Ｃは第２排気弁を示す。
すなわち、第１、第２排気弁３４、３５はピストン下死点前から開き始め、ピストン上死点付近で閉じる。そして、その位相は常に同一である。
第１、第２吸気弁３２、３３はともに位相は同一で、ピストン上死点付近から開き始め、ピストン下死点付近で閉じる。このとき第２排気弁３５はピストン下死点前９０°付近で短時間開き、排気ガスは吸気中に還流され、ＥＧＲ率は高く、ＮＯｘの発生を低減する。
【００２４】
図１４は低負荷時のＰＶ線図であり、吸気行程０−１、圧縮行程１−２、燃焼行程２−３、膨張行程３−４、排気行程４−１−０のサイクル作動を行う。このときの圧縮比は１１〜１３付近とし、始動性や熱効率を向上し、燃費低減やＣＯ2 の発生量低減が可能となる。
【００２５】
図１５は高負荷時のピストン５５の動きと、吸、排気弁の開口面積との関係を示す図であり、図中、Ａは排気弁、Ｂ１は第１吸気弁３２、Ｂ２は第２吸気弁３３、Ｃは第２排気弁３５を示す。
この場合は図示しない駆動装置により第２カムシャフト５０を回転させ、第２吸気弁３３の閉時期をピストン下死点後９０°とする。したがって、第２排気弁３５の開閉時期はピストン下死点付近となり、排気ガスは吸気中に殆ど還流されない。したがって、燃費悪化、出力低下は発生しない。
【００２６】
図１６は高負荷時のＰＶ線図であり、吸気行程０−１で吸気し、圧縮行程では１−１ｄでは第２吸気弁３３が開いているため昇圧せず、１ｄ点で第２吸気弁３３が閉じるので圧縮行程は１ｄ−２ｂとなる。以後は燃焼行程２ｂ−３、膨張行程３−４、排気行程４−１−０の遅閉じミラーサイクル作動となる。このときの圧縮比は８〜１０付近であり、高出力発生可能であるとともに高出力時のノッキングの発生を防止する。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明は、１気筒当たり２個の吸気弁と、２個の排気弁とを有し、２本のカムシャフトによりこれらの吸、排気弁を作動し、１本のカムシャフトの位相を変更して１個の吸気弁および排気弁のバルブタイミングを可変にした。
【００２８】
そして、吸気行程で吸気弁の閉時期をピストン下死点前に設定するとともに、排気弁の開閉時期をピストン上死点付近に設定したため圧縮比は低くなり、早閉じミラーサイクル作動となり高出力化が可能となるが、排気還流は殆ど行われないので高出力時の燃費悪化、出力低下は発生しない。
また、低負荷時には少なくとも１個の吸気弁の閉時期をピストン下死点付近に設定し、排気弁の開閉時期をピストン下死点前に設定できるようにしたため、圧縮比は高くなり、通常サイクル作動となり、始動性は良好で、燃焼状態も良く、ＥＧＲ率は高くなってＮＯｘの発生を低減する。
【００２９】
あるいは、吸気行程で吸気弁の閉時期をピストン下死点付近に設定するとともに、排気弁の開閉時期をピストン下支点前に設定したため圧縮比は高くなり、通常サイクル作動となり、始動性は良好で、燃焼状態も良く、ＥＧＲ率は高くなってＮＯｘの発生を低減する。
また、高負荷時には少なくとも１個の吸気弁の閉時期をピストン下死点後に設定するとともに、排気弁の開閉時期をピストン下死点付近に設定できるようにしたため圧縮比は低くなり、遅閉じミラーサイクル作動となり高出力化は可能となるが、排気還流は殆ど行われないので高出力時の燃費悪化、出力低下は発生しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気還流装置を備えたディーゼルエンジンのシリンダヘッド部分の平面断面図である。
【図２】同エンジンの側面断面図である。
【図３】同エンジンの排気弁駆動装置の側面断面図である。
【図４】同エンジンの高負荷時のピストンの動きと、吸、排気弁の開口面積との関係を示す図である。
【図５】同エンジンの高負荷時のＰＶ線図である。
【図６】同エンジンの低負荷時のピストンの動きと、吸、排気弁の開口面積との関係を示す図である。
【図７】同エンジンの低負荷時のＰＶ線図である。
【図８】同エンジンの負荷と圧縮比の変化との関係を示す図である。
【図９】同エンジンの負荷とＥＧＲ率の変化との関係を示す図である。
【図１０】本発明の排気還流装置を備えたガソリンエンジンのシリンダヘッド部分の平面断面図である。
【図１１】同エンジンの側面断面図である。
【図１２】同エンジンの排気弁駆動装置の側面断面図である。
【図１３】同エンジンの低負荷時のピストンの動きと、吸、排気弁の開口面積との関係を示す図である。
【図１４】同エンジンの低負荷時のＰＶ線図である。
【図１５】同エンジンの高負荷時のピストンの動きと、吸、排気弁の開口面積との関係を示す図である。
【図１６】同エンジンの高負荷時のＰＶ線図である。
【符号の説明】
１、３１‥‥シリンダヘッド、２、３２‥‥第１吸気弁、３、３３‥‥第２吸気弁、４、３４‥‥第１排気弁、５、３５‥‥第２排気弁、１０、４０‥‥第１カムシャフト、２０、５０‥‥第２カムシャフト、１４、１５、４４‥‥ロッカアーム、４６、５４‥‥レバー。
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関の排気還流装置に関し、特には、通常サイクルとミラーサイクルとの変換を可能にした可変圧縮比エンジンの排気還流装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用エンジンでは、従来より、排気ガス中に含まれるＮＯｘを低減するために、不活性ガスである排気ガスを吸気中に還流し、燃焼ガス温度を低下させる排気還流（ＥＧＲ）が行われている。
【０００３】
ところで、エンジンの高負荷時にはＥＧＲガスの温度が低いほど体積効率が向上し、ＥＧＲガス量が多いほど燃焼温度が低下してＮＯｘが減少する。
軽負荷時にはＥＧＲガスの温度が低いと燃焼が不安定になるのでＥＧＲガスの温度は高い方が良い。
そのため、ＥＧＲガスの冷却手段を設けて高負荷時にはＥＧＲガスを冷却し、軽負荷時にはＥＧＲガスを冷却しないように制御する方法をとったものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高負荷時にＥＧＲを行うと燃費悪化、出力低下などの悪影響が生ずる。したがって、ＥＧＲガスの供給量（ＥＧＲ率）は低負荷時ほど多く、高負荷時ほど少なくする必要がある。
【０００５】
本発明は上記の問題点に着目してなされたもので、低負荷時にはＥＧＲ率を高くし、高負荷時にはＥＧＲ率を低くして、特に通常サイクルとミラーサイクルとの変換が可能な可変圧縮比エンジンの広い運転域に対して、常に最適のＥＧＲを行う排気還流装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る排気還流装置の第１発明においては、排気還流装置において、１気筒当たり２個の吸気弁と、２個の排気弁を備え、１個の吸気弁、および２個の排気弁を作動させるカムを設けた第１のカムシャフトと、残りの吸気弁、および第１カムシャフトで作動中の１個の排気弁を作動させるカムを設けた第２カムシャフトとを具備し、前記第１のカムシャフトと前記第２カムシャフトの位相を変更可能としたことを特徴としている。
【０００７】
第２の発明においては、排気還流装置において、１気筒当たり２個の吸気弁と、２個の排気弁を備え、１個の吸気弁、および２個の排気弁を作動させるカムを設けた第１のカムシャフトと、残りの吸気弁、および第１カムシャフトで作動中の１個の排気弁を作動させるカムを設けた第２カムシャフトとを具備し、前記第１のカムシャフトと前記第２カムシャフトの位相を変更可能とし、高負荷時には、前記排気弁の閉時期を吸気行程のピストン上死点付近とし、前記吸気弁の開閉時期を吸気行程のピストン上死点付近から吸気行程のピストン下死点前９０°付近とし、前記第２カムシャフトで開閉する排気弁を吸気行程初期の短時間開き、低負荷時には、前記第２カムシャフト側の吸気弁の閉時期を吸気行程のピストン下死点付近とし、かつ前記第２カムシャフトで開閉する排気弁を吸気行程のピストン下死点前９０°付近の短時間開くことを特徴としている。
【０００８】
第３の発明においては、排気還流装置において、１気筒当たり２個の吸気弁と、２個の排気弁を備え、１個の吸気弁、および２個の排気弁を作動させるカムを設けた第１のカムシャフトと、残りの吸気弁、および第１カムシャフトで作動中の１個の排気弁を作動させるカムを設けた第２カムシャフトとを具備し、前記第１のカムシャフトと前記第２カムシャフトの位相を変更可能とし、高負荷時には、前記排気弁の閉時期を吸気行程のピストン上死点付近とし、前記吸気弁の開閉時期を吸気行程のピストン上死点付近から吸気行程のピストン下死点付近とし、前記第２カムシャフトで開閉する排気弁を吸気行程のピストン下死点前９０°付近で短時間開き、低負荷時には、前記第２カムシャフト側の吸気弁の閉時期を吸気行程のピストン下死点後９０゜付近とし、かつ前記第２カムシャフトで開閉する排気弁を吸気行程のピストン下死点付近で短時間開くことを特徴としている。
【００１１】
【作用】
上記構成によれば、排気還流装置を備えた内燃機関に、１気筒当たり２個の吸気弁と、２個の排気弁と、そのうちの１個の吸気弁および２個の排気弁を駆動する第１カムシャフトと、残りの吸気弁、および第１カムシャフトで作動中の１個の排気弁を作動する第２カムシャフトとを設け、第２カムシャフトの位相を変化させることにより、１個の吸気弁と排気弁とのバルブタイミングを可変とした。
【００１２】
そして、吸気行程において、吸気弁の閉時期をピストン下死点前に設定するとともに、排気弁の開閉時期をピストン上死点付近とし、運転条件によっては少なくとも１個の吸気弁の閉時期をピストン下死点付近に設定するとともに、排気弁の開閉時期をピストン下死点前に設定するようにした。そのため、高負荷時には低圧縮比の早閉じミラーサイクルとなり、その場合には排気還流は殆ど行われず、低負荷時には高圧縮比の通常サイクルとなり、その場合には排気還流が行われる。
【００１３】
あるいは、吸気行程において、吸気弁の閉時期をピストン下死点付近に設定するとともに、排気弁の開閉時期をピストン下死点前とし、運転条件によっては少なくとも１個の吸気弁の閉時期をピストン下死点後に設定するとともに、排気弁の開閉時期をピストン下死点付近に設定するようにした。そのため、低負荷時には高圧縮比の通常サイクルとなり、その場合には排気還流が行われ、高負荷時には低圧縮比の遅閉じミラーサイクルとなり、その場合には排気還流は殆ど行われない。
【００１４】
【実施例】
以下に、本発明に係る排気還流装置の実施例について、図面を参照して詳述する。
【００１５】
図１は１気筒に吸気弁２個、排気弁２個を有するディーゼルエンジンのシリンダヘッド部分の平面断面図、図２はその側面断面図であり、図３は図１のＸ−Ｘ断面を示す側面断面図である。
シリンダヘッド１には第１吸気弁２、第２吸気弁３、第１排気弁４、第２排気弁５、および第１カムシャフト１０、第２カムシャフト２０が装着されている。
第１カムシャフト１０には第１吸気弁２、第１排気弁４、および第２排気弁５用のカム１１、１２、および１３が設けられており、カム１２は直接第１排気弁４を作動し、カム１１、およびカム１３はそれぞれロッカアーム１４、および１５を介して第１吸気弁２、および第２排気弁５を作動する。
第２カムシャフト２０にはカム２１、およびカム２２が設けられ、カム２１は直接第２吸気弁３を作動し、カム２２は図３に示すように、シリンダヘッド１に装着されたレバー２３をピン２４を中心に揺動させ、ロッカアーム１５を作動させて、第２排気弁５を開閉する。
第２カムシャフト２０は図示しない駆動装置により予め定められた角度だけ回転するようになっており、カム２１、およびカム２２の位相をずらすことにより第２吸気弁３、および第２排気弁５のバルブタイミングを遅らせることができる。
２５はピストン、２６、２７は吸気通路、２８は排気通路である。
【００１６】
つぎに、作動について説明する。
図４は高負荷時におけるピストン２５の動きと、吸、排気弁の開口面積との関係を示す図であり、縦軸は開口面積、横軸はピストン２５の位置を示している。実線は弁１個の開口面積であり、細い２点鎖線は弁２個の総開口面積である。図中、Ａは排気弁、Ｂは吸気弁、Ｃは第２排気弁を示す。
すなわち、第１、第２排気弁４、５はピストン下死点前から開き始め、ピストン上死点付近で閉じる。そして、その位相は常に同一である。また、第１、第２吸気弁２、３も位相は同一でピストン上死点付近から開き始め、ピストン下死点前９０°付近で閉じるようになっている。
ピストン上死点付近で第２吸気弁３が開くとき、同時に第２排気弁５がＣに示すように短時間開くが、ピストン上死点付近であるため、殆ど排気ガスは吸気中には還流しない。したがって、燃費悪化、出力低下の恐れはない。
【００１７】
図５は高負荷時のＰＶ線図である。
吸気行程において０から吸い込みを開始し、１ａにおいて第１、第２吸気弁２、３は閉じるため筒内圧力は低下し、矢印に沿って１ｂに至る。圧縮行程で１ｂから１ａを経て２ａに至り、燃焼、膨張行程で２ａから３、４に至り、排気行程で４から１ｃに至り、１ｃから０に至る。
すなわち、早閉じミラーサイクルとなり、吸気行程の終わり付近では１ａ−１ｂ−１ａという膨張、圧縮を行うだけなので、実質的な圧縮比は低くなり、このときの圧縮比は１１〜１３付近である。したがって、高出力化が可能となる。
【００１８】
図６は低負荷時におけるピストン２５の動きと、吸、排気弁の開口面積との関係を示す図であり、この場合には第２カムシャフト２０を駆動装置により回転させてカム２１、および２２の位相を変更し、第２吸気弁３の閉位置を遅らせてピストン下死点付近にする。図中、Ｂ１は第１吸気弁２を示し、Ｂ２は第２吸気弁３を示す。したがって、第２排気弁５はＣに示す位置、すなわち、ピストン下死点前９０°付近となり、排気ガスは吸気中に還流され、ＥＧＲ率は高くなり、ＮＯｘの発生を低減する。
【００１９】
図７は低負荷時のＰＶ線図であり、吸気行程０−１、圧縮行程１−２、燃焼行程２−３、膨張行程３−４、排気行程４−１−０の通常のサイクル作動となる。このときの圧縮比は１５〜１７で、良好な始動性と燃焼状況とを得ることができる。
【００２０】
上記のエンジン負荷と、圧縮比、あるいはＥＧＲ率との関係を整理するとつぎのようになる。
図８はエンジン負荷と圧縮比との関係を示す図であり、縦軸はエンジンの負荷、横軸はエンジン回転数を示す。一番外側の曲線はエンジンの最大出力時のトルク曲線である。
図に示すように負荷が大きくなるほど圧縮比は低くなり、負荷が小さくなるほど圧縮比は高くなる。
【００２１】
図９はエンジン負荷とＥＧＲ率との関係を示す図であり、図８と同様に縦軸はエンジンの負荷、横軸はエンジン回転数である。
図に示すように負荷が大きくなるほどＥＧＲ率は低くなり、負荷が小さくなるほどＥＧＲ率は高くなる。
【００２２】
図１０は１気筒あたりそれぞれ２個の吸、排気弁を備えたガソリンエンジンのシリンダヘッド部分の平面断面図であり、図１１は側面断面図、図１２は図１０のＹ−Ｙ断面を示す側面断面図である。
シリンダヘッド３１には第１吸気弁３２、第２吸気弁３３、第１排気弁３４、第２排気弁３５、および第１カムシャフト４０、第２カムシャフト５０が装着されている。
第１カムシャフト４０には第１吸気弁３２、第１排気弁３４、および第２排気弁３５用のカム４１、４２、および４３が設けられており、カム４１はロッカアーム４４を介して第１吸気弁３２を作動し、カム４２は直接第１排気弁３４を作動し、カム４３はシリンダヘッド３１にピン４５により揺動自在に軸着されたレバー４６を介して第２排気弁３５を作動する。
第２カムシャフト５０にはカム５１、および５２が設けられ、カム５１は直接第２吸気弁３３を作動し、カム５２はシリンダヘッド３１にピン５３により揺動自在に軸着されたレバー５４によりレバー４６を揺動させ、第２排気弁３５を開閉する。
第２カムシャフト５０は図示しない駆動装置により予め定められた角度だけ回転するようになっており、カム５１、および５２の位相をずらすことにより第２吸気弁３３、および第２排気弁３５のバルブタイミングを遅らせることができる。
５５はピストン、５６、５７は吸気通路、５８は排気通路である。
【００２３】
つぎに作動について説明する。
図１３は低負荷時のピストン５５の動きと、吸、排気弁の開口面積との関係を示す図であり、縦軸は吸、排気弁の開口面積、横軸はピストン５５の位置を示している。実線は弁１個の開口面積であり、細い２点鎖線は弁２個の総開口面積を示している。図中、Ａは排気弁、Ｂは吸気弁、Ｃは第２排気弁を示す。
すなわち、第１、第２排気弁３４、３５はピストン下死点前から開き始め、ピストン上死点付近で閉じる。そして、その位相は常に同一である。
第１、第２吸気弁３２、３３はともに位相は同一で、ピストン上死点付近から開き始め、ピストン下死点付近で閉じる。このとき第２排気弁３５はピストン下死点前９０°付近で短時間開き、排気ガスは吸気中に還流され、ＥＧＲ率は高く、ＮＯｘの発生を低減する。
【００２４】
図１４は低負荷時のＰＶ線図であり、吸気行程０−１、圧縮行程１−２、燃焼行程２−３、膨張行程３−４、排気行程４−１−０のサイクル作動を行う。このときの圧縮比は１１〜１３付近とし、始動性や熱効率を向上し、燃費低減やＣＯ2 の発生量低減が可能となる。
【００２５】
図１５は高負荷時のピストン５５の動きと、吸、排気弁の開口面積との関係を示す図であり、図中、Ａは排気弁、Ｂ１は第１吸気弁３２、Ｂ２は第２吸気弁３３、Ｃは第２排気弁３５を示す。
この場合は図示しない駆動装置により第２カムシャフト５０を回転させ、第２吸気弁３３の閉時期をピストン下死点後９０°とする。したがって、第２排気弁３５の開閉時期はピストン下死点付近となり、排気ガスは吸気中に殆ど還流されない。したがって、燃費悪化、出力低下は発生しない。
【００２６】
図１６は高負荷時のＰＶ線図であり、吸気行程０−１で吸気し、圧縮行程では１−１ｄでは第２吸気弁３３が開いているため昇圧せず、１ｄ点で第２吸気弁３３が閉じるので圧縮行程は１ｄ−２ｂとなる。以後は燃焼行程２ｂ−３、膨張行程３−４、排気行程４−１−０の遅閉じミラーサイクル作動となる。このときの圧縮比は８〜１０付近であり、高出力発生可能であるとともに高出力時のノッキングの発生を防止する。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明は、１気筒当たり２個の吸気弁と、２個の排気弁とを有し、２本のカムシャフトによりこれらの吸、排気弁を作動し、１本のカムシャフトの位相を変更して１個の吸気弁および排気弁のバルブタイミングを可変にした。
【００２８】
そして、吸気行程で吸気弁の閉時期をピストン下死点前に設定するとともに、排気弁の開閉時期をピストン上死点付近に設定したため圧縮比は低くなり、早閉じミラーサイクル作動となり高出力化が可能となるが、排気還流は殆ど行われないので高出力時の燃費悪化、出力低下は発生しない。
また、低負荷時には少なくとも１個の吸気弁の閉時期をピストン下死点付近に設定し、排気弁の開閉時期をピストン下死点前に設定できるようにしたため、圧縮比は高くなり、通常サイクル作動となり、始動性は良好で、燃焼状態も良く、ＥＧＲ率は高くなってＮＯｘの発生を低減する。
【００２９】
あるいは、吸気行程で吸気弁の閉時期をピストン下死点付近に設定するとともに、排気弁の開閉時期をピストン下支点前に設定したため圧縮比は高くなり、通常サイクル作動となり、始動性は良好で、燃焼状態も良く、ＥＧＲ率は高くなってＮＯｘの発生を低減する。
また、高負荷時には少なくとも１個の吸気弁の閉時期をピストン下死点後に設定するとともに、排気弁の開閉時期をピストン下死点付近に設定できるようにしたため圧縮比は低くなり、遅閉じミラーサイクル作動となり高出力化は可能となるが、排気還流は殆ど行われないので高出力時の燃費悪化、出力低下は発生しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気還流装置を備えたディーゼルエンジンのシリンダヘッド部分の平面断面図である。
【図２】同エンジンの側面断面図である。
【図３】同エンジンの排気弁駆動装置の側面断面図である。
【図４】同エンジンの高負荷時のピストンの動きと、吸、排気弁の開口面積との関係を示す図である。
【図５】同エンジンの高負荷時のＰＶ線図である。
【図６】同エンジンの低負荷時のピストンの動きと、吸、排気弁の開口面積との関係を示す図である。
【図７】同エンジンの低負荷時のＰＶ線図である。
【図８】同エンジンの負荷と圧縮比の変化との関係を示す図である。
【図９】同エンジンの負荷とＥＧＲ率の変化との関係を示す図である。
【図１０】本発明の排気還流装置を備えたガソリンエンジンのシリンダヘッド部分の平面断面図である。
【図１１】同エンジンの側面断面図である。
【図１２】同エンジンの排気弁駆動装置の側面断面図である。
【図１３】同エンジンの低負荷時のピストンの動きと、吸、排気弁の開口面積との関係を示す図である。
【図１４】同エンジンの低負荷時のＰＶ線図である。
【図１５】同エンジンの高負荷時のピストンの動きと、吸、排気弁の開口面積との関係を示す図である。
【図１６】同エンジンの高負荷時のＰＶ線図である。
【符号の説明】
１、３１‥‥シリンダヘッド、２、３２‥‥第１吸気弁、３、３３‥‥第２吸気弁、４、３４‥‥第１排気弁、５、３５‥‥第２排気弁、１０、４０‥‥第１カムシャフト、２０、５０‥‥第２カムシャフト、１４、１５、４４‥‥ロッカアーム、４６、５４‥‥レバー。
Claims (3)
- 排気還流装置において、１気筒当たり２個の吸気弁と、２個の排気弁を備え、１個の吸気弁、および２個の排気弁を作動させるカムを設けた第１のカムシャフトと、残りの吸気弁、および第１カムシャフトで作動中の１個の排気弁を作動させるカムを設けた第２カムシャフトとを具備し、前記第１のカムシャフトと前記第２カムシャフトの位相を変更可能としたことを特徴とする排気還流装置。
- 排気還流装置において、１気筒当たり２個の吸気弁と、２個の排気弁を備え、１個の吸気弁、および２個の排気弁を作動させるカムを設けた第１のカムシャフトと、残りの吸気弁、および第１カムシャフトで作動中の１個の排気弁を作動させるカムを設けた第２カムシャフトとを具備し、前記第１のカムシャフトと前記第２カムシャフトの位相を変更可能とし、高負荷時には、前記排気弁の閉時期を吸気行程のピストン上死点付近とし、前記吸気弁の開閉時期を吸気行程のピストン上死点付近から吸気行程のピストン下死点前９０°付近とし、前記第２カムシャフトで開閉する排気弁を吸気行程初期の短時間開き、低負荷時には、前記第２カムシャフト側の吸気弁の閉時期を吸気行程のピストン下死点付近とし、かつ前記第２カムシャフトで開閉する排気弁を吸気行程のピストン下死点前９０°付近の短時間開くことを特徴とする排気還流装置。
- 排気還流装置において、１気筒当たり２個の吸気弁と、２個の排気弁を備え、１個の吸気弁、および２個の排気弁を作動させるカムを設けた第１のカムシャフトと、残りの吸気弁、および第１カムシャフトで作動中の１個の排気弁を作動させるカムを設けた第２カムシャフトとを具備し、前記第１のカムシャフトと前記第２カムシャフトの位相を変更可能とし、高負荷時には、前記排気弁の閉時期を吸気行程のピストン上死点付近とし、前記吸気弁の開閉時期を吸気行程のピストン上死点付近から吸気行程のピストン下死点付近とし、前記第２カムシャフトで開閉する排気弁を吸気行程のピストン下死点前９０°付近で短時間開き、低負荷時には、前記第２カムシャフト側の吸気弁の閉時期を吸気行程のピストン下死点後９０゜付近とし、かつ前記第２カムシャフトで開閉する排気弁を吸気行程のピストン下死点付近で短時間開くことを特徴とする排気還流装置。
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