JPS59138709A - ４サイクル内燃機関の運転方法及びカム - Google Patents

４サイクル内燃機関の運転方法及びカム

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JPS59138709A
JPS59138709A JP59006208A JP620884A JPS59138709A JP S59138709 A JPS59138709 A JP S59138709A JP 59006208 A JP59006208 A JP 59006208A JP 620884 A JP620884 A JP 620884A JP S59138709 A JPS59138709 A JP S59138709A
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cam
internal combustion
combustion engine
valve
dead center
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JP59006208A
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ダーレン・ゲイル・スワンソン
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    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B41/00—Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • F02B41/02—Engines with prolonged expansion
    • F02B41/04—Engines with prolonged expansion in main cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/08—Shape of cams
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、シリンダ内に於けるピストンの繰返し作動中
に於ける可燃性ガス及び排気ガスの流れを制御するため
に使用されるポペットバルブを含む型式の４サイクル内
燃機関に係り、更に詳細には４サイクル内燃機関の運転
効率及び性能を改善する内燃機関の改善された運転方法
、改良されたカム及びカムの製造方法に係る。
本発明に関連する従来技術として、４サイクル内燃機関
の運転を行うための種々の方法及び装置が多数存在する
。以下の表は本願の優先権の主張の基礎とされた米国特
許出願が行われる以前に実施された検索に於て発見され
た従来の米国特許である。
米国性的番号　　　溌明者　　　　発行年月日１．７５
５，８１７　　　Ｑ　１ｂｌｅｙ　　　　　　１９３０
年　４月２２日２．０４２，９６７　　　Ｒｕ５ｓｅｌ
ｌ　　　　　　１９３６年　６月　２日２．５（ｉ７．
Ｇａ４　　３１ｓｂｏｐ　　　　　　１９５１年　９月
１１日２．５６７．６００　　　Ｂ１５ｈｏｐ等　　　
　１９５１年　９月１１日２．６２８．ＧＯ！ｊ　　　
Ｊ　０１１ｅＳ　　等　　　　１９５３年　２月１７日
２．８０４，８６３　　Ｗｏｌｆ　−Ｄ　１ｅｔａｒＢ
　ｅｎｓ　ｉ　ｎｇｅｒ　　等　１９５７年　９月　３
日上述の米国特許のうち、米国特許第２．６２８゜６０
５号はカム及びその製造方法に関するものであり、米国
特許第１．７５５，８１７号はカム及びそのカムを用い
て４サイクル内燃機関を運転する方法に関するものであ
る。後に説明する本発明の要素をｈ慮することより明ら
かとなる如く、前述の何れの米国特許も本発明の効果を
与えるものを開示しておらず、また何れにせよこれら及
び他の公知の従来技術の装置に対する運転効率の向上及
び性能の改善は従来に於ては得られていない。
４サイクル内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブを作動
させるカムシャフトは、効率及び性能の改善を達成する
内燃機関の運転に適し且これを実現する外形を有するよ
う形成される。
本発明による４サイクル内燃機関の改善された運転方法
は、４サイクル作動の排気行程と吸気行程との間に於て
排気バルブの閉弁と吸気バルブの開弁との間に所定の時
間間隔を与えることを含んでおり、圧縮行程のごく僅か
な部分の間吸気バルブが量弁状態に維持され、爆発行程
のご（僅かな部分の間排気バルブが開弁される如き運転
を与える。かかる運転方法によれば、従来の及び修正さ
れた種々の形態のカム及びバルブタイミング関係に比し
て成る与えられた内燃機関の効率及び性能が改善される
。後に説明する如く、吸気バルブはそれが上死点以降に
開弁じ下死点以降に閉弁するよう、また排気バルブはそ
れが下死点ＪＪ、″前に開弁し上死点以降であって吸気
バルブが開弁じ始める以前に閉弁するよう制御される。
吸気バルブ及び１〕１気バルブは内燃機関のクランクシ
ャフトの２゜Ｏ〜２２８°の回転範囲に関連する時間の
間開弁位置に位置リ−（）よう制御される。
本発明によるカムの外形は、内燃機関の運転効率及び経
湾性を改善し、また内燃機関の運転の１サイクル中に於
ける吸気バルブ及び排気バルブの作動部分の間空気の流
速及び体積が増大されることにより内燃機関の性能を改
善するよう、後に説明する数式により確定される。
以下に添イ；１の図を参照しつつ、本発明を実施例・　
につい−Ｃ詳細に説明する。
添ｒｓｌの第３図に、内燃機関の排気バルブ又は吸気バ
ルブのためのカム１０の一つのローブの側面図としてカ
ムの外形が図示されている。カムの外形を確定し、特に
カムを製造する方法に於て使用し得るように１−るため
には、実際のカムの外形を表現するために使用されてよ
い数式にてカムの外形を表現づることが好ましい。添付
の第４図に示された各変位曲線を比較することより解る
如く、本発明のカムの外形１１は、一般にサイクロイド
曲線１３、多項関数曲線１４、正弦曲線１２等と呼ばれ
る典型的な従来のカムの外形とはがなり異なっている。
また第１図に示されたバルブのドエルタイム、即ち開弁
時間はカムシャフトの回転角度に基づくものであるが、
カムの外形の実際のドエルはカムシャフトの回転角度に
て表悦され、従って例えばカムシャフトのドエルタイム
が１１６０であるカムの外形はクランクシャフトに関連
するドエルタイムでは２３２°となる。更にカムの外形
は１１０°、１１６６．１２４°の範囲内であるが、得
られる作動特性は本明細書に於て表現されたものと同−
又は同様である。
本発明のカムの変位曲線を表現するために使用される方
程式が方法の多項方程式を用いて開発さレタ。この方程
式の一般式は ｙ　　＝ａ　　＋ｂｘ＋ｃｘ２＋ｄｘ３＋ｅｘ４　　＋
ｆｘ５であり、ここにｙは変位であり、Ｘは独立変数で
ある。係数ａ−ｆは曲線の各端部に於ける位置べり）・
ル、速度ベクトル、加速度ベクトルを特定することによ
って得られる。これらの係数は混合係数マク１ヘワツク
スを用いて端部の条件の情報よりｉｔ　ｌ”Ｔされる。
このブ１］セスを郭定するマクトリックス式は１ス下の
如くである。
この式に於て、Ｐ　Ｉ及びＰ２はカムセグメント曲線の
始端部及び終端部に於ける位置ベクトルを上述の方法は
１１６°のカムシャフトのドエル（２３２°のクランク
シャフトのドエル）を有する第３図に示されている如き
゛経済的なカムの外形を決定するために使用された。３
６ｏ６に亙る全変位曲線が五つのセクションに分割され
た。５８゛〜３０２°の最も大きいセクション＜Ａ＞は
変位が０のドエルの期間である。四つの伯のしクション
（まカムのローブを決定するために使用されてよい。こ
れら四つのセクションの曲線の端部について位置、速度
、及び加速度の情報が計樟され、マクトリックスが多項
式の係数を決定するために使用された。カムの外形のこ
れらの四つのセクションについて使用された端部の条件
の値は以下の如くである。
角度　　　（【　　　速度　　　　加速度−５８″０．
０　　　　０．０　　　　　０，０−２９’　　０，１
３０７６　　０．１７８０５　　−０，１３３５５０°
　０，２２　　　　０．０　　　　−０．１８９１３２
９°　０．１３０７６　−０．１７８０５　　−０．１
３３５５５８”　０．０　　　　０．０　　　　　０．
０得られる四つの方程式は以下の如くである。　　　　
−−５８°〜−２９°　（セクションＢ）Ｖ　＝０．５
２８６３ｘ３−０，５８１５ｘ’　”　０．１８３６４
＞：’−２９°〜０°　（セクションＣ） ｙ　＝０．１３０７６　＋　０．４γ８０５ｘ　−０，
０６６７１３Ｘ　’−Ｏ，１３３１４ｘ３＋０．０７４
６ｘ’　−０，０２６５０ｘ　５０６〜２９°　（セク
ションＤ） Ｖ　＝０．２２−０．０９４５６ｘ２＋　　０．３６６
１ｘ３−０．０５７７４Ｘ’　　　＋　　０．０２６４
４ｘ　　５２９°〜５８°　（セクションＥ） Ｖ　＝９．１３０７６−　０，１７８０５ｘ　−０，６
６７５ｘ”−０，０３８８，８Ｘ３＋　　０，３３６５
３Ｘ　’　　−０，１８３５８ｘ’ここにＸ−θ／２９
．０であり、θ〈θ〈２９である。
これらの方程式は本発明のカムの変位曲線を決定し、カ
ムの周りの種々の角方向位置θについてＱ）ｙの値を決
定Ｊ゛るために使用される。
下記の表は上述の方程式を用いてカムの外形を決定づべ
く種々の角方向位置について計締された寸法を示してい
る。
角方向位置（θ）　　　　半径（ｙ　）−５８，０００
０００，６４２５０ −’５６．４７８１０　　　０．６４２５４−５（’３
．２６３１８　　　０．６４−２５６−５／１．２５４
，４６　　　０．６４２９５−５３．９６９９５　　　
　０．６４３０３−５３．６７８６２　　　　０．６４
３１３−５３．３８０６６　　　　０．６４３２４−５
３．０７６２５　　　　０．６４３３７−５２．７６５
５６　　　　０．６４３５１−５２．４４８７９　　　
　０．６４３６６−５２．１２６１０　　　　０．６４
３８３−５１．７９７６９　　　　０．６４４０１−５
１．４６３７２　　　　０．６４４２１−５１．１２４
３９　　　　０．６４４４３−５０．７７９８７　　　
　０．６４４６６−４４．７０７５８　　　　０．６５
１４１−４４．３０２０３　　　　０．６５２０４−４
３．８９４４５　　　　０．６５２７０−４３．４８５
００　　　　０．６５３３９−４３．０７３８５　　　
　０．６５４１０−’３０．６８１６４　　　　０．６
８８０３−３０．２８７６０　　　　０．６８’９５４
−２９．８９５９０　　　　０．６９１０５−２９．５
０６６０　　　　０．６９２５９−２９，１１９７９０
，６９４１５ −１８，９２８７５０，７４５４４ −１８，６４１５２０，７４７’１８ −１８．　３５７８４　　　　　０．　７４８９２−１
８．０７７７１　　　　　０．７５０６６−１０．９４
５０７　　　　　０．８００１７−１０．７７６７７　
　　　　０．８０１４５−１０．６１１５３　　　　　
０．８０２７１−１０．＝１．９９３７　　　　　０．
８０３９５−１０．　２９０２５　　　　　０．　８０
５１７−１０．１３４１６　　　　　０．８０６３８−
６．９６２６２　　　　　０．８３１３０−６．　８７
９７９　　　　　０．　８３１９６−６．７９９１２　
　　　　０．８３２５９−６．　７２０（３００，８３
３２１ −６，６４４１３０，８３３８１ −６，５６９７３０，８３４，３９ ＝　６．　４９７３５　　　　　０．　８３４９６−６
．４２６９２　　　　　０．８３’５５１”６．３５８
４３　　　　　０．８３６０５−６．２９１８３　　　
　０．８３６５７−６．２２７１０　　　　０．８３７
０７−６．１６４１８　　　　０．８３７５６−６．１
０３０３　　　　０．８３８０３−６．０４３６２　　
　　０．８３８４９−３．９８７８１　　　　０．８５
３０８−３．８２９００　　　　０．８５４７５−３．
７０２０１　　　　０．８５４７５−３．５９７９８　
　　　０．８５５３２−３．５２７７２　　　　０．．
８５５６８−３．４５３９３　　　　０．８５６０４−
３．３８２５８　　　　０．８５６３７−３．−３０９
４１　　　　０．８５６６９−３．２３０７２　　　　
０．８５７０１−３．１４３３２　　　　０．８５７３
５−３．０４４５７　　　　０．８５７７０−１．９８
６６３　　　　０．８６０４６−１．８８１６８　　　
　０．８６０６６−１．．７７３９７　　　　０．８６
０８６−１．６９１５６　　　　０．８６１００−１．
５７９８２　　　　　０．８６１１８−１．００３７３
　　　　　０．８６１９３−０．　５００６４　　　　
　０．８６２３４−０．１３８３２　　　　　０．８６
２４９−０．０９６４０　　　　　０．８６２’４９−
０．０７６１２　　　　０．８６２５００．０００００
　　　　　０．８６２５００．０７６１６　　　　０．
８６２５００．０９６４３　　　　　０．８６２５９０
．１３８３３　　　　０．８６２４９０．５００３８　
　　　　０．８６２３４１．００２９５　　　　０．８
６１９３２．０１０５０　　　　　０．８６０４１３．
００１７０　　　　０．８５７８５３．１０５３３　　
　　　０．８５７４８３．２０７５２　　　　０．８５
７１０３．３０７３３　　　　　０．８５６６９／１．
００７３０　　　　　’０．８５２９５４、．１１５６
５　　　　　０．８５２２７４．２１２９８　　　　０
．８５１６’５４．３２０７８　　　　　０．８５０９
５４．４０９０９　　　　　０．８５０３７４．５０４
２７　　　　　０．８４９７３５．０１３３８　　　　
　０．８４６２０８．０２７１１　　　　　０．８２２
８７９．１２５２４　　　　　０．８１４．２２１０．
１３５７４　　　’　　　０．８０６３６２０、　１１
５５７　　　　　０．　７３８３９３０．２８９９６　
　　　　０．６８９５２４０．１６．３３８　　　　　
０．６５９８８５０、　０７６７３　　　　　０．　６
４５　１９５３．０７６６９　　　　　０．６４３３７
５４、　２５４７９　　　　　．０．　６４２９５５５
．０６５５１　　　　　０ｙ６４２７４５６．０３９９
５　　　　　０．６／１２５９５７、　２４９３−　　
　　　　　、　６４２５１５７．４１９１３　　　　　
０．６４２５０上述の例に示されたカムの外形は、それ
ぞれ記号Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅを付された五つのセクショ
ンを有するものとして第３図に図示されている。
このカムは垂直のＯ°軸軸線対し対称であり、セクショ
ンＣどＤ及びセクションＢとＥはＯ°軸軸線対し互に対
称である。本発明のカムの変位曲線１０をそれぞれ従来
の正弦曲線カム、サイクロイド曲線カム、多項関数カム
についての変位曲線１２．１３．１４と比較することに
より、両者の差異が明らかである。
約２９°の位置に近接した部分に於けるカム曲線の形状
は、本発明の改良されたカムが組込まれ作動される内燃
機関の空気流特性及び速度特性を改牌ツることに実質的
に寄与するものと考えられる。内燃機関の全体として運
転効率、燃料経済性の実質的な増大及びトルクの増大が
観察された。
燃旧経洛性及びトルクの増大は、カムによるバルブ開弁
サイクルの時間がより長くなることに起因して空気流の
ｉ％を速がより高くなることによるものと省えられる。
このことは気化器のベンチュリーを通過する空気中に燃
料が捕捉される際に気化器Ｊ：りの燃料の分子の分解を
改善する。改善された空気／燃料混合気は良好な燃焼を
行うに必要とされる燃料を低減し、また内燃機関のトル
ク特性を向上させることに寄与する。改善された空気、
・′燃料混合気より得られるトルクの増大及びエネルギ
及び熱が少な（で済むよう排気バルブの開弁を遅延さ才
てより大ぎい動力ストロークをブと生させることは、任
意の与えられた速度に於て光生される窒素酸化物を低減
づる効果を４１している。また燃焼生成物の炭化水素及
び−酸化炭素のレベルも低いことが認められた。
本発明の改良されたカムの作動は、内燃機関の運転サイ
クルに於ける排気バルブの閉弁と吸気バルブの開弁との
間にドエルタイムを与えるべく内燃機関の成る与えられ
たシリンダについて吸気カムと排気カムとの間にバルブ
タイミングを行うことによって更に一層向上される。上
述のカム形状を有するカムシャフトの一つの運転実施例
に於ては、第１図に示されている如く上死点（ＴＤＣ＞
より５″から上死点より１０′までの間に延在する５°
のドエルタイムが内燃機関の運転を更に向上させ改善す
るのに好適である。
第１図は上述の実施例の１１６°のカムを示している。
また第２図は１４０°のカムの一つの典型的な従来のバ
ルブタイミングを示している。第′１図及び第２図の何
れの場合にも、４サイクル運転の吸気行程及び排気行程
に於けるバルブ開弁時間には、バルブ駆動機構に於ける
クリアランスを考慮して各カムローブの始端部及び終端
部に５゜の−ｌｘ　Ｍ時間が設【プられており、従って
カムシャフトの角度よりクランクシトフトの角度に変換
された第１図及び第２図の例は４サイクル内燃機関のク
ランクシトソ１〜の回転変位中に於【プるバルブ開弁時
間を示している。また排気バルブ及び吸気バルブのそれ
ぞれの開弁時間は排気バルブ機構の作動と吸気バルブ機
構の作動との間の５°のドエルターイ１１の何れかの側
より延在するよう設けられている。
第４図より解る如く、変位曲線、速度曲線、及び加速度
曲線は従来の典型的な正弦曲線カム、サイクロイド曲線
カム、多項関数曲線カムに比して題名に異イする特徴を
有している。
本発明によるカムの外形は従来技術に対し実質的な改善
を達成する。一つの典型的な実施例に於ては、内燃機関
の運転特性は、従来の典型的な標準のカム形状に比して
、燃料経済効率の向上、トルクの増大、及びシリンダ温
度の低減による好ましからざる排気エミッションの低減
を含むことが認められた。
燃料経済性の向上は液体燃料が移動する空気流中に捕捉
される際に液体燃料の分子の分解が改善されるよう、従
来のカムの場合に比してより長い時間に瓦り気化器のベ
ンチュリーを通る空気の流速をより大きく寸べく吸気バ
ルブを作動さぼることによって生じるものと考えられる
。かくして改善された空気／燃料混合気は内燃機関の運
転範囲の任意の与えられた部分に必要とされる燃料の吊
を低減する。
以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説明
したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能であること
は当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明によるカムを組込まれた内燃機関の四つ
の行程を示づ前回である。 第２図は第１図に示された４サイクル内燃機関について
一つの典型的な従来のカムの作動を示づ前回である。 第３図は本発明によるカムの外形を示すカムの拡大側面
図である。 第４図は従来の三つのカムとの対比に於て本発明のカム
の種々の運転パラメータを示すカム線図でｄうる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）４サイクル内燃機関の運転方法にして、上死点以
    降に吸気バルブを開弁じ下死点以降に前記吸気バルブを
    閉弁じ、下死点以前に排気バルブを開弁し上死点以降に
    前記排気バルブを閉弁し、前記吸気バルブの開弁は前記
    排気バルブの閉弁以降に生じるようにりることを特徴と
    する運転方法。
  2. （２）４サイクル内燃機関のためのカムにして、半径一
    定の部分と高リフト部分とよりなり、前δ己高リフト部
    分はカムシャフトの回転中心を通って延在する中心線に
    対し対称であり且複数個のセグメントよりなっており、
    各セグメントは方程式％式％ て連続する種々の角方向位置について変位ｙを計算し、
    マトリックス を用いることにより各セグメントについて変位ｙの値を
    計算すべくカムの外形の各セグメントについて端部条件
    又は値を用いて係数ａ〜［を求めることにより決定され
    る半径を有していることを特徴とするカム。
JP59006208A 1983-01-17 1984-01-17 ４サイクル内燃機関の運転方法及びカム Pending JPS59138709A (ja)

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FR (1) FR2539454A1 (ja)
GB (1) GB2133467A (ja)

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