JPS61268822A - 掃気管制装置 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は、内燃機関の掃気管制装置に関する。

従来の技術 たとえば、掃気孔を通してシリンダ内に空気が流入され
、排気孔または排気弁を通してシリンダ内の燃焼ガスが
排出される掃気型機関において、従来、当該機関の熱効
率を向上させる手段として、排気開始時期を遅くしてシ
リンダ内の膨張仕事を増大させることが広く知られてい
る。すなわち、第６図は上記掃気型機関の下死点近傍に
おける指圧線図を示したものであるが、排気開始時期を
通常の場合よりも遅くすることによって、同図において
斜線部で示す部分の増加により、図示平均有動圧が増大
されることを説明している。

ところが、排気開始時期を遅らせると、通常のようにビ
ヌトン頂部にて掃気孔の開閉を行なうものでは、掃気孔
開時期においてなおシリンダ内のガス圧が高く、燃焼ガ
スがシリンダから掃気室内に逆流して種々の障害が発生
するおそれがある。

このためこのような掃気型機関において、ピストンの動
きによる掃気孔の開閉とは別に、掃気孔を適切な時期に
開閉させる掃気管制装置が種々提案されている。

このような掃気管制装置は、一般にシリンダライナの掃
気孔部分を開閉する掃気管制弁と、この掃気管制弁を作
動させるための駆動装置とで構成されており、これらの
装置に共通して要求される性能は、ピストンの下降行程
において、可能な限り下死点（ＢＤＯ）付近までピスト
ンが下降した時点で、瞬時に掃気管制弁が開となること
である。

そして、その後、ピストンが上昇行程に転じ、ピストン
自体が掃気孔を閉じて掃気行程が完了したのちに掃気管
制弁が閉となり、次の掃気の準備にそなえる必要がある
。なお、このような掃気管制装置においては、掃気の開
始が従来の機関よりも遅いクランク角度となるため、一
般に掃気孔の高さを従来のそれと比べて高くすることに
より、従来機関と同等の掃気孔開時間面積を確保する必
要が生じてくる。

第７図（ａ）〜（ｄ）および第８図は、従来提案された
掃気管制装置の例を示す。

第７図（ａ）　〜（ｄ）は特願昭５７−２６５７９号で
提案されたものであり、この第７図（ａ）〜（ｄ）にお
いて、（１）はシリンダライナ（２）の局方向に所定数
設けられた掃気孔であり、この掃気孔（１）が設けられ
たシリンダライナ（２）部分外周には、シリンダ軸心方
向下向きに傾斜する複数の平らな弁座（３）が各掃気孔
（１）ごとに形成されている。すなわち、シリンダライ
ナ（２）のこの部分の外周は多角錐状に加工されている
ものであるａ （４）は各掃気孔（１）ごとに配設された掃気管制弁で
あり、弁座（３）に当接して掃気孔（１）をおおう弁体
（５）と、この弁体（５）を先端に有する作用ロッド（
６）が機関のシリンダ軸心方向に出退するように機関本
体（７）に固定された油圧シリンダ装置（８）とで構成
されている。各油圧シリンダ装置（８）は、それぞれ同
時に作動するように、油圧配管（９）にて並列に接続さ
れている。００は作動油、Ｑυはピストン（２）を押し
戻すためのばねである。また、儲は作用ロッド（６）を
案内するためのガイドであり、シリンダライナ（２）の
外周に取り付けられている。α◆は掃気孔（１）上方に
おけるシリンダライナ（２）外周に固定されたストッパ
である〇 上記構成において、シリンダライナ（２）内でガスが膨
張しているときには、油圧シリンダ装置（８）内には作
動油００が充満されており、第７図の（ａ）　、　（ｂ
）および（ｄ）に示すように掃気孔（１）は弁体（５）
にて閉じられている。いま、所定の開時期になったとき
に油圧シリンダ装置（８）から作動油Ｑ□を排出させれ
ば、第７図（Ｃ）に示すように弁体（５）が降下されて
掃気孔（１）は開かれる。所定時期に掃気孔（１）を閉
じる場合には、油圧シリンダ装置（８）内に作動油αＯ
を供給して弁体（５）を上昇させ、弁座（３）に当接さ
せるようになっている。

しかしながら、上記第７図に示す従来例の場合には、次
のような問題点がある。

（（イ）弁体（５）の開弁速度を速くするためには、ば
ね（ロ）の復元力を増す必要があるが、この場合は閉弁
に要する作動油の圧力を上げねばならない、。

（ロ）　開弁速度は作動油Ｏｆ）の排出速度によっても
制約される。

（ハ）　作動油αＧの供給を、例えばモータ駆動の油圧
ポンプで行なうと、掃気管制弁による内燃機関の燃料消
費率の低減の益を相殺するほどのモータ駆動動力が必要
となる。

に）　さらに、クランク角度と同期して作動油０１３を
排出、供給するだめの制御装置が必要となる。

第８図は他の従来例を示し、これは特開昭５５−１２５
８１８号公報にて提案されているものである。

以下、第８図における構成と作動を説明する。掃気孔（
１）を開閉しうるようにシリンダライナ（２）の外側に
上下に摺動自在に掃気管制弁（４）を嵌装し、ピストン
（至）の下面により往復駆動されるプランジャ（至）を
有する油圧ポンプ（ロ）を設け、同油圧ポンプａηによ
り吐出される圧油により往復動して前記掃気管制弁（４
）を駆動させる油圧ピストン（至）が設けられている。

そして前記油圧ポンプ（ロ）には、外部油圧供給源（２
）から逆止弁−を介して、給油孔（２）に低圧油が常に
供給されている。また、油圧ポンプ（ロ）のプランジャ
Ｑｌに摺動自在に嵌合するパレｌｖ＠の吐出孔（至）か
ら前記油圧ピストン（ト）に向かう圧油の流動のみを許
容するように、前記吐出孔（財）と油圧ピストン（財）
との間の高圧管（ハ）の油路内に逆止弁（ハ）を介襄し
ている。前記油圧ポンプＱηのバレル（２）には、前記
ピストン（２）の下降行程の最後に前記油圧ポンプ（ロ
）のプランジャ（至）により閉塞される排油孔（ホ）を
設けている。よって、前記バレ／Ｌ’（２）の吐出孔に
）から前記逆上弁（２）を介して前記油圧ピストン（ト
）に供給される高圧の圧油によって・前記掃気管制弁（
４）が開かれ、次に前記ピストン（２）が上昇して前記
掃気孔（１）を閉塞した後、ピストン（ト）下面で駆動
されていた油圧ポンプα力のプランジャαＱが戻り、前
記バレ／Ｉ／＠に形成された戻り孔（財）が開かれる。

すなわち、前記ピストン（ト）の上面が前記掃気孔（１
）を閉塞したのち、油圧ピストン（至）への圧油が逆止
弁（至）を介して戻り孔（２）よりバレ／Ｉ／＠内に排
出され、そののち掃気管制弁（４）が掃気孔（１）を閉
塞するようになっている。このため、排気弁開き始めを
遅らせても、筒内圧力が掃気圧力以下に下がるに必要な
高圧排気期間を十分に取って、掃気孔開き始めを遅らせ
ることができる。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら第８図の従来例では次のような問題照点が
ある。

（ａｌ　　ピストン（至）の往復動による圧油の強制吐
出方式のため、掃気管制弁駆動装置などが万一固着した
場合、駆動油が非圧縮性であるため、駆動油圧管路内の
油圧の異常上昇による油圧管系の破損などの事故に至る
。

（ｂ）　　上記（ａ）の事故や配管にゆるみが生じた場
合に１駆動油が掃気室内に飛散することになり、掃気室
内の火災など重大な傷損事故をひきおこす。

（ｃｌ　　本油圧駆動方式では相当な吐出容量を持つ外
部油圧供給源（２）が必要である。すなわち、ピストン
（イ）の往復行程中の大部分を占めるピストン（ト）が
掃気孔（１）よりも上部にある期間中、プランジャα０
の下面は第８図の（５）の位置にあるため、外部油圧供
給源Ｑ９から給油孔（２）へ供給された低圧油は、排油
孔（ホ）からそのままサンプタンクに排油される。また
ピストン（イ）の各往復毎にプランジャαＱのストロー
ク（Ｌ）に対応する油量を毎回供給する必要がある。こ
のため、掃気管制弁（４）による内燃機関の燃料消費率
の低減の益を相当減するほどの外部油圧供給源Ｏｎ用の
駆動動力が必要となる。

そこで本発明は、上記問題点を解決し、所望の時期に適
確に掃気孔を開閉させ１しかも機関の熱効率を大幅に向
上させることを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するため本発明は１ 内燃機関のシリンダライナの掃気孔部分に、この掃気孔
を開閉可能な掃気管制弁を設け１この掃気管制弁に、こ
の掃気管制弁を閉弁付勢するとともに、加圧空気の供給
を受けたときに前記掃気管制弁を開弁動作させる空気圧
駆動機器を連動連結し、 シリンダライナの下部に下部ピストンカバーを設けると
ともに、ピストン棒の上部に、ピストンが下降したとき
に前記下部ピストンカバーに内嵌摺接する弁ライナを外
嵌固定して、ピストンと、シリンダライナと、下部ピス
トンカバーと、弁ライナとにより、ピストンの下降行程
において空気を圧縮可能な空気ピストン室を構成し、前
記下部ピストンカバーに、一端がこの下部ピストンカバ
ーの内局面に開口するとともに１他端が前記空気圧駆動
機器に連通ずる第１の空気通路を形成し、 前記弁ライナに、ピストンが下死点に近づいたときに前
記空気ピストン室と第１の空気通路とを連通させる第２
の空気通路を形成し、 たものである。

作用 このようなものであると、ピストンが下降行程の半ばを
過ぎると、弁ライナが下部ピストンカバーに内嵌摺接し
、空気ピストン室が閉塞されてこの空気ピストン内の空
気が圧縮される。ピストンが下死点に近づくと、第２の
空気通路により空気ピストン室と第１の空気通路とが連
通され、この結果空気ピストン室内の加圧空気が空気圧
駆動機器に供給されることになって、掃気管制弁が開か
れる。

ピストンが上昇行程に移ると、第２の空気通路による空
気ピストンと第１の空気通路との連通が断たれるが、こ
の時点では第１の空気通路の下部ピストンカバーの内局
面側の開口は弁ライナにて閉塞されるため、掃気管制弁
は開状態に保持される。

その後ピストンがさらに上昇して掃気孔を閉塞すると、
次に弁ライナと下部ピヌトンカノ（−との嵌合が解除さ
れ、この結果前記開口が開放さレルことになって、空気
圧駆動機器内の加圧空気が排出され、これにより掃気管
制弁が閉動される。

実施例 以下、本発明の一実施例を第１図〜第４図にもとづいて
説明する。

０υは掃気孔（至）を備えたシリンダライナで、同シリ
ンダライナ０υにピストン瞥が上下に摺動自在に嵌装さ
れ、同シリンダライナ０υの頂部に、排気カム（図示さ
れず）によって開閉される排気弁（図示されず）が配設
されている。掃気孔に）の下端は下死点（ＢＤ（３）で
のピストン關の上面と一致するように形成されている。

また前記シリンダライナ０υの外側に掃気管制弁■が上
下に摺動自在に嵌装され、同掃気管制弁■は空気圧駆動
機器としての空気圧シリンダ■の空気圧ピストン−に連
結されており、空気圧が作用しない時にはばね的の復元
力によって上方のヌトツバ（至）に押付けられ、前記掃
気管制弁■の上昇で前記掃気孔（２）が閉塞されるよう
になっている。

ピストン棒端に外嵌する弁ライナーが装備され、またシ
リンダライナ０υの下部には、量弁ライナ■部分外面を
摺動面とする下部ピストンカバー１４ＡＩが設置されて
いる。さらに下部ピストンカバーｈｌｌには、前記弁ラ
イナ輪と接する側を空気の出入口とする第１の空気通路
としての空気通過孔■が設けられ、また向弁ライナαＧ
側の外面には、第２の空気通路としての空気通過溝＠引
が設けられており、下部ピストンカバー圓の空気通過孔
■は高圧管−にて前記空気圧シリンダーに接続されてい
る。

このような構成において、弁ライナーは十分な長さを有
しているので、ピストン（至）の下降行程において、ま
ず最初に弁ライナーの外周部が下部ピストンカバー１４
ＩＩの空気通過孔■を閉塞し、さらにピストン瞥が下降
して下部ピストンリング−が掃気孔働を閉じ始めた時点
、すなわちクランク角度が第４図の（θ５）になった時
点において、空気ピストン室囮内の空気が圧縮される。

ピストン（至）の下降行程の終端付近、すなわち下死点
（ＤＩ）Ｏ）付近になった時点で、前記空気通過溝（ハ
）が前記空気通過孔０２に連通するため、クランク角度
が第４図の（θ６）において、空気ピストン室顛内の十
分に圧縮された空気が空気圧シリンダ（至）に流入し、
空気圧ピストン−はばね０ηの復元力に抗して下方に押
下げられる。この結果、クランク角度が第４図の（θ２
）において、掃気管制弁（４）は急速に下方に押し下げ
られ、掃気孔（２）を開とする。

さらにピストン瞥が下死点（ＢＤＯ）を通過し、上昇行
程に転じ、クランク角度が第４図の（θ７）において、
弁ライナーの外周部にて空気道、過孔ｉ４ａを閉塞する
ため、空気圧シリンダ（至）内の圧縮空気は封じ込まれ
る。この結果、掃気管制弁■は開位置を保持する。

さらにピストン−が上昇し、ピストン−上面が掃気孔（
至）の上端に達し、クランク角度が第４図の（θ４）に
おいて掃気行程は完了する。次に弁ライナーの下端が第
４図のクランク角度（θ８）に達した時点で、下部ピス
トンカバー＠幻の空気通過孔（４２を開とするため、空
気圧シリンダー内に封じ込められていた圧縮空気は、掃
気室内に排出される。この品果、バネ闘の復元力により
空気圧ピストン−および掃気管制弁■は上昇し、第４図
のクランク角度（θ９）において掃気孔（２）は閉じら
れて、次の掃気の準備が整えられる。

このように第１図および第２図に図示の本発明の実施例
では、第８図および第４図に図示される２うに従来機関
よりも遅いクランク角度（θ２）　において掃気孔に）
が開き始めるが１掃気孔高さくＨ２）を１小米機関の掃
気孔高さくＨｌ）よりも高くすることにより、下死点（
Ｂｌ）Ｏ）における全開時の掃気孔開口面積が大きくな
り、またピストン−〇上昇による掃気孔（イ）の閉じ終
わりクランク角度（θ４）も遅くなるため、従来機関と
同等の掃気孔開口時間面積を得ることができる。そして
、掃気孔開一時間面倒を従来機関のものと同程度確保し
たまま、掃畿孔開き始めのクランク角度を遅くでき、ピ
ストンＱの有効ストロークが長くなり１燃料消費率が大
巾に改善される。さらに本発明は、従来提案されできた
ものと比較して次のような数多くの利点を付している。

（ａ）　　Ｐ４気管制弁を駆動する動力源を機関自身の
回転によって得ている。このため、油圧駆動方式のよう
にｍ気管側弁の開閉の毎に使用油量を供給するためのモ
ータ駆動油圧ポンプなどの外部消費効力を必要とするも
のと比較して、機関側での機械的な動力損失は十分に小
さな値となる。

（ｂ）　　油圧駆動の場合、事故が発生すれば掃気室内
で駆動油が飛散することになり、掃気室内の火災など重
大な傷損事故をひきおこすが、空気圧駆動のためこのよ
うな事故の可能性は皆無である。

（Ｃ）　　第８図のような従来の油圧駆動方式では掃気
管制弁駆動装置などが万一固着した場合、駆動油が非圧
縮性であるため、駆動油圧管路内の油圧の異常上昇によ
る油圧管系の破損といった事故に至るが、本発明では圧
縮性の空気圧駆動のため、このような場合でも駆動空気
系統の空気圧のいくぶんの上昇にとどまり破損に至る可
能性は非常に少ない。

（ｄｌ　　流体圧シリンダによって掃気管制弁を駆動す
る場合、通常複数個の流体圧シリンダが必要となるが、
この場合に油圧など非圧縮性の液体を用いたとすると、
各々の流体シリンダへの配管容積や管路抵抗の少しの差
によって各流体圧シリンダへの油圧の伝達に不均衡を生
じ、しかも掃気管制弁の開閉速度の上昇に伴いますます
この不均衡が大きくなり、高速での開閉が困難となって
くる。しかしながら、本発明の空気圧は圧縮、膨張性が
あるため、各流体圧シリンダへの圧力伝達の不均衡の程
度が油圧と比べて少なくこのため掃気管制弁の開閉動作
が油圧式のものと比べて円滑となる。

（ｅ）　　第８図のような従来の油圧駆動方式と比べて
、逆上弁が不用となり、配管も簡単になる。

（４）　　機関のシリンダ２イナや掃気室など主要構造
を変更することなく駆動空做源機構を得ることができ、
現状機関への装備が容易である。

（ｇ）　　本発明によれば、クランク角度（θ６）にて
空気ピストン室四からの圧縮９戴が空気圧シリンダ（至
）に対して供給され始めても、下死点（ＢＤＣ）までは
空気ピストン室−内の空気圧はまだ圧縮行程にあるため
、突気シ「ンダ（至）に対して継続して高圧空気を供給
し続けることができる。しかも空気室ピストン−〇内の
圧縮圧力の圧縮速度は内燃機関の回転速度に比例するた
め、掃気管制弁の開弁速度も対応して高速となる。

以上、本発明を実施例にもとづいて説明したが、本発明
は王妃実施例だけに局限されるものでなく、本発明の趣
旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施しうるものであ
る。特に本実施例においては、説明の便宜上掃気管制弁
および掃気管制弁駆動用の空気圧シリンダを上下往復動
作式としているが、上下の往復動作に限定されるもので
なく、これらの部分は、゛掃気孔を開閉する掃気管制弁
と、掃気管制弁駆動装置として空気圧を用いた装置との
あらゆる組合せに適用することができるものである。

なお、第１図の実施例においては、空電圧シリンダーの
復元用部材にばね−を用いたものを示したが、このかわ
りに、第５図に示すような空気圧ばね機構を採用するこ
とにより、さらに次のような利点を得ることができる。

（（イ）空気圧ピストン−の最上部位置、すなわち掃気
管制弁（至）の閉位置において、第１図のばね的による
初期荷重に相当する値を、減圧弁Ｉυの設定圧力値によ
って容易に調整できる。

（ロ）空気圧ピストン−〇最下部位置、すなわち掃気管
制弁■の開位置において、第１図のばね−の圧縮による
復元力に相当する値を、空気タンク四の容量によって決
定することができる。

し→　上記（イ）と（ロ）の値を適切に選定することＫ
より、掃気管制弁■の開弁に要する駆動力を軽減するこ
とができ、より高速の開弁速度を得ることができる。

に）空気圧ピストン（至）の最下部１位置における下部
空気ばね室←ηの容積は僅少でもよく電溶１図の復元用
ばね−を採用の空気圧シリンダと比べて、外径寸法、長
さ等を大幅に短縮できる。なお、（ハ）は管路、（５０
）は逆止弁、姉は空気圧供給源である。

発明の効果 以上述べたように本発明によると、掃気管制弁を駆動す
る動力源を機関自身の回転によって得ているため、機関
側での機械的な動力損失を小さなものとすることができ
、しかも空気圧を利用するものであるため火災等の事故
や管路の破損を防止できて、所望の時期に適確に掃気孔
を開閉することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は第１図に
おけるＩ−１断面図、第８図および第４図は第１図およ
び第２図に示す装置の動作説明図、第５図は本発明の他
の実施例を示す図、第６図は掃気型機関の下死点近傍に
おける指圧線図を例示する図、第７図（ａ）〜（ｄ）は
第１の従来例を示す図、第８図は第２の従来例を示す図
である。 ０］）・・・シリンダライチ、（至）・・・掃気孔、■
・・・ピストン、（至）・・・掃気管制弁、−・・・空
気圧シリンダ（空気圧駆動機器）、＠・・・ピストン棒
、■・・・弁ライナ。 ←ト・・下部ビヌトンカバー、（６）・・・空気通過孔
（第１の空気通路）を瞥・・・空気通過溝（第２の空気
通路）。 −・・・空気ピストン室

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内燃機関のシリンダライナの掃気孔部分に、この掃
   気孔を開閉可能な掃気管制弁を設け、この掃気管制弁に
   、この掃気管制弁を閉弁付勢するとともに、加圧空気の
   供給を受けたときに前記掃気管制弁を開弁動作させる空
   気圧駆動機器を連動連結し、 シリンダライナの下部に下部ピストンカバーを設けると
   ともに、ピストン棒の上部に、ピストンが下降したとき
   に前記下部ピストンカバーに内嵌摺接する弁ライナを外
   嵌固定して、ピストンと、シリンダライナと、下部ピス
   トンカバーと、弁ライナとにより、ピストンの下降行程
   において空気を圧縮可能な空気ピストン室を構成し、 前記下部ピストンカバーに、一端がこの下部ピストンカ
   バーの内周面に開口するとともに、他端が前記空気圧駆
   動機器に連通する第１の空気通路を形成し、 前記弁ライナに、ピストンが下死点に近づいたときに前
   記空気ピストン室と第１の空気通路とを連通させる第２
   の空気通路を形成し、 たことを特徴とする掃気管制装置。