JP2006183481A - Uniflow two-stroke internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ユニフロー２ストローク内燃機関に関する。 The present invention relates to a uniflow two-stroke internal combustion engine.
２ストローク機関（２サイクル機関）において排気弁のリフト・作動角を変化させて、掃気効率を向上させる狙いについては既に同一出願人から提案されており、公知（特許文献１を参照）である。この特許文献１の構成においては、圧力差に依存したガス交換特性によって出力特性が左右される２ストローク機関において、広い回転範囲での性能向上を図ることができるが、機関部分負荷時の燃費については燃焼の本質的な問題がある。すなわち、２ストローク機関では部分負荷時に吸気を絞るとその分残留ガスが増大する。そのため、ディーゼルのようなリーン燃焼で吸気を絞らない方式では燃焼の悪化は少ないが、ガソリンエンジンでは燃焼を悪化させてしまうことになる。
これに対しては掃気ポートの開口期間を延ばし、気筒内に掃気で導入された新気を圧縮行程の途中まで逆流させることで充填効率を低下させれば、吸気を絞らなくても済むことになる。 On the other hand, if the opening period of the scavenging port is extended and the fresh air introduced by scavenging in the cylinder flows back to the middle of the compression stroke to reduce the charging efficiency, it is not necessary to throttle the intake air. Become.
しかしながら、２ストローク機関では掃気ポートの開口特性はピストンのストロークで決まるため、下死点に関して対称となる。そのため、圧縮行程で掃気ポートの閉時期を遅らせると、膨張行程で掃気ポートが早く開き、燃費を悪化させてしまうという問題がある。 However, in the two-stroke engine, the opening characteristic of the scavenging port is determined by the stroke of the piston, and is therefore symmetric with respect to the bottom dead center. Therefore, if the closing timing of the scavenging port is delayed in the compression stroke, there is a problem that the scavenging port is opened early in the expansion stroke and fuel consumption is deteriorated.
そこで、本発明では掃気ポートに吸気制御弁を追加し、掃気ポートがを閉じた後、吸気制御弁を暫く開いておくことにより、気筒内の新気を逆流させ吸気量を減少させる。そして、膨張仕事を有効に取り出すことにより燃費の向上を図ることを目的としている。 Therefore, in the present invention, an intake control valve is added to the scavenging port, and after the scavenging port is closed, the intake control valve is opened for a while, whereby the fresh air in the cylinder is caused to flow backward to reduce the intake amount. And it aims at improving a fuel consumption by taking out expansion work effectively.
本発明は、シリンダブロックに設けられてピストン下死点位置近傍で開口する掃気ポートと、シリンダヘッドに開閉作動可能に設けられた排気弁と、を有するユニフロー２ストローク内燃機関において、開弁特性を可変制御可能な吸気制御弁がシリンダヘッドに設けられていることを特徴としている。 The present invention provides a valve opening characteristic in a uniflow two-stroke internal combustion engine having a scavenging port provided in a cylinder block and opening near a piston bottom dead center position and an exhaust valve provided in a cylinder head so as to be opened and closed. An intake control valve that can be variably controlled is provided in the cylinder head.
本発明によれば、吸気制御弁の開弁特性を可変制御することにより、筒内に残る新気の量を適正化でき、燃費向上を図ることができる。 According to the present invention, by variably controlling the valve opening characteristics of the intake control valve, the amount of fresh air remaining in the cylinder can be optimized and fuel efficiency can be improved.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１は、本発明に係るに係るユニフロー型の２ストローク内燃機関の概略構成を示している。尚、図１は、一つの気筒に着目してその概略を模式的に示したものであり、また低負荷運転時（部分負荷時）の状態（詳細は後述）を示すものである。 FIG. 1 shows a schematic configuration of a uniflow type two-stroke internal combustion engine according to the present invention. FIG. 1 schematically shows an outline focusing on one cylinder, and shows a state during low load operation (partial load) (details will be described later).
シリンダブロック１とシリンダヘッド２により大略構成されたエンジン本体内には、複数のシリンダ３が直列に形成されている。これらのシリンダ３内には、それぞれピストン４が摺動可能に配置されている。
A plurality of
シリンダヘッド２には、排気弁５によって開閉される排気ポート６と、吸気制御弁７によって開閉される吸気制御ポート８と、が各シリンダ３毎に形成されている。シリンダブロック１には、ピストン４によって開閉される掃気ポート９が、各シリンダ３毎に形成されている。
An
吸気制御ポート８及び掃気ポート９に接続された吸気通路１０には、吸気コレクタ１１が介装されていると共に、吸気コレクタ１１の上流側に過給機１２が配置されている。また、吸気制御ポート８及び掃気ポート９は、吸気コレクタ１１の下流側で、吸気通路１０を介して連通するよう構成されている。
An
排気弁５は、排気弁リフト・作動角可変手段としてのリフト・作動角可変機構３０（詳細は後述）によりそのリフト・作動角が変更可能となっている。また、吸気制御弁７は、吸気制御弁位相可変手段としての位相可変機構３１（詳細は後述）によりそのリフトの中心角の位相（クランクシャフトに対する位相）を進角もしくは遅角することが可能となっている。つまり、排気弁５及び吸気制御弁７は、その開弁特性が可変制御可能となっている。特に、吸気制御弁７の開弁特性を可変制御可能とすることで、広範囲の運転条件に対応して充填効率が可変可能となっている。 The lift / operating angle of the exhaust valve 5 can be changed by a lift / operating angle variable mechanism 30 (details will be described later) as exhaust valve lift / operating angle variable means. Further, the intake control valve 7 can advance or retard the phase of the center angle of the lift (phase with respect to the crankshaft) by a phase variable mechanism 31 (details will be described later) as intake control valve phase variable means. It has become. That is, the valve opening characteristics of the exhaust valve 5 and the intake control valve 7 can be variably controlled. In particular, by making the valve opening characteristics of the intake control valve 7 variable, the charging efficiency can be varied corresponding to a wide range of operating conditions.
まず、図２を用いて上述したリフト・作動角可変機構３０を説明する。尚、このリフト・作動角可変機構３０は、本出願人が先に提案した特開２００２−８９３０３号公報や特開２００２−８９３４１号公報等によって公知となっているので、その概要のみを説明する。
First, the above-described lift / operating
排気弁５のリフト・作動角を拡大・縮小するリフト・作動角可変機構３０は、シリンダヘッド１上部の図示せぬカムブラケットに回転自在に支持された中空状の駆動軸１３と、この駆動軸１３に、圧入等により固定された偏心カム１５と、駆動軸１３の上方位置に同じカムブラケットによって回転自在に支持されるとともに駆動軸１３と平行に配置された制御軸１６と、この制御軸１６の偏心カム部１７に揺動自在に支持されたロッカアーム１８と、各排気弁５の上端部に配置されたタペット１９に当接する揺動カム２０と、を備えている。偏心カム１５とロッカアーム１８とはリンクアーム２５によって連係されており、ロッカアーム１８と揺動カム２０とは、リンク部材２６によって連係されている。
A lift / working
駆動軸１３は、タイミングチェーンないしはタイミングベルトを介して機関のクランクシャフトによって駆動されている。
The
偏心カム１５は、円形外周面を有し、該外周面の中心が駆動軸１３の軸心から所定量だけオフセットしているとともに、この外周面に、リンクアーム２５の環状部２５ａが回転可能に嵌合している。
The
ロッカアーム１８は、略中央部が偏心カム部１７によって支持されており、その一端部に、リンクアーム２５の延長部２５ｂが連係しているとともに、他端部に、リンク部材２６の上端部が連係している。偏心カム部１７は、制御軸１６の軸心から偏心しており、従って、制御軸１６の角度位置に応じてロッカアーム１８の揺動中心は変化する。
The
揺動カム２０は、駆動軸１３の外周に嵌合して回転自在に支持されており、側方へ延びた端部２０ａに、リンク部材２６の下端部が連係している。この揺動カム２０の下面には、駆動軸１３と同心状の円弧をなす基円面２４ａと、該基円面２４ａから上記端部２０ａへと所定の曲線を描いて延びるカム面２４ｂと、が連続して形成されており、これらの基円面２４ａならびにカム面２４ｂが、揺動カム２０の揺動位置に応じてタペット１９の上面に当接するようになっている。
The
すなわち、基円面２４ａはベースサークル区間として、リフト量が０となる区間であり、揺動カム２０が揺動してカム面２４ｂがタペット１９に接触すると、徐々にリフトしていくことになる。尚、ベースサークル区間とリフト区間との間には若干のランプ区間が設けられている。
That is, the
制御軸１６は、一端部に設けられたリフト・作動角制御用油圧アクチュエータ（図示せず）によって所定角度範囲内で回転するように構成されている。このリフト・作動角制御用油圧アクチュエータへの油圧供給は、エンジンコントロールユニット（図示せず）からの制御信号に基づき制御されている。
The
このリフト・作動角可変機構３０の作用を説明すると、駆動軸１３が回転すると、偏心カム１５のカム作用によってリンクアーム２５が上下動し、これに伴ってロッカアーム１８が揺動する。このロッカアーム１８の揺動は、リンク部材２６を介して揺動カム２０へ伝達され、該揺動カム２０が揺動する。この揺動カム２０のカム作用によって、タペット１９が押圧され、排気弁５がリフトする。
The operation of the variable lift /
ここで、リフト・作動角制御用油圧アクチュエータを介して制御軸１６の角度が変化すると、ロッカアーム１８の初期位置が変化し、ひいては揺動カム２０の初期揺動位置が変化する。
Here, when the angle of the
例えば偏心カム部１７が図２（Ａ）のように上方へ位置しているとすると、ロッカアーム１８は全体として上方へ位置し、揺動カム２０の端部２０ａが相対的に上方へ引き上げられた状態となる。つまり、揺動カム２０の初期位置は、そのカム面２４ｂがタペット１９から離れる方向に傾く。従って、駆動軸１３の回転に伴って揺動カム２０が揺動した際に、基円面２４ａが長くタペット１９に接触し続け、カム面２４ｂがタペット１９に接触する期間は短い。従って、リフト量が全体として小さくなり、かつその開時期から閉時期までの角度範囲つまり作動角も縮小する。
For example, if the
逆に、偏心カム部１７が図２（Ｂ）のように下方へ位置しているとすると、ロッカアーム１８は全体として下方へ位置し、揺動カム２０の端部２０ａが相対的に下方へ押し下げられた状態となる。つまり、揺動カム２０の初期位置は、そのカム面２４ｂがタペット１９に近付く方向に傾く。従って、駆動軸１３の回転に伴って揺動カム２０が揺動した際に、タペット１９と接触する部位が基円面２４ａからカム面２４ｂへと直ちに移行する。従って、リフト量が全体として大きくなり、かつその作動角も拡大する。
Conversely, if the
偏心カム部１７の初期位置は連続的に変化させ得るので、これに伴って、バルブリフト特性は、図３に示すように、連続的に変化する。つまり、リフトならびに作動角を、両者同時に、連続的に拡大，縮小させることができる。尚、この実施形態では、リフト・作動角の大小変化に伴い、排気弁５の開時期と閉時期とがほぼ対称に変化する。
Since the initial position of the
次に、図４を用いて、吸気制御弁７のリフトの中心角の位相（クランクシャフトに対する位相）を進角もしくは遅角する位相可変機構３１について説明する。
Next, the
吸気制御弁７の上部には、バルブリフタ（図示せず）が配置され、バルブリフタの上部には、図外のクランクシャフトに連動して軸周りに回転駆動する中空状の駆動軸４１が気筒列方向に延在している。
A valve lifter (not shown) is disposed above the intake control valve 7, and a
この駆動軸４１は、軸受けブラケット４２を介してシリンダヘッド側に回転可能に支持されている。駆動軸４１の一端側には、その外周上にカムプーリ（又はカムスプロケット）４３が同軸上に配置されている。このカムプーリ４３は、チェーン又はタイミングベルトを介してクランクシャフトからの回転動力が伝達され、クランクシャフトと同期して回転する。
The
位相可変機構３１は、上記のカムプーリ４３と駆動軸４１との間の回転伝達経路に設けられ、両者の回転位相を連続的かつ多段階に変化させるようになっている。具体的には、位相可変機構３１は、カムプーリ４３の内周側に一体的に形成された外筒部４４と、駆動軸４１にボルト４５を介して締結固定され、駆動軸４１と一体的に回転する内筒部４６と、外筒部４４と内筒部４６との間に介装されたリング状のプランジャ４７と、プランジャ４７を一方向（図４における左方向）へ常時付勢するリターンスプリング４８と、を有している。外筒部４４の内周側にはスリーブ４９が固定されており、このスリーブ４９がベアリング５０を介して軸受けブラケット４２に回転可能に支持されている。
The
ここで、プランジャ４７内、外周面と内筒部４６の外周面及び外筒部４４の内周面との噛合部分５１はヘリカルスプラインとなっている。従って、プランジャ４７が内、外筒部４６、４４の軸方向（図４における左右方向）へ移動することにより、この軸方向の運動が内筒部４６と外筒部４４との相対回転運動に変換され、外筒部４４と内筒部４６との相対回転位相が連続的に変化する。この結果、図５に示すように、吸気制御弁７の作動角が一定のままで、その吸気制御弁７のリフトの中心角が進角側（ａ）から遅角側（ｂ）へ連続的に変化する。例えば、プランジャ４７が図４の最も左方向へ配置されている状態（図４の状態）では、図５中の波形（ｂ）で示すように、吸気制御弁７のリフト中心角及び開閉時期は最も遅角側に設定される。一方、プランジャ４７が図の最も右側に配置されている状態では、図５中の波形（ａ）で示すように、吸気制御弁７のリフト中心角及び開閉時期が最も進角側に設定される。
Here, the meshing
尚、この位相可変機構３１は、プランジャ４７の一端と、外筒部４４にピン５２を介して固定されるエンドキャップ５３と、の間に液密に画成された油圧室５４への作動油圧を制御することでプランジャ４７を所定の軸方向位置に移動、保持し、吸気制御弁７のリフト中心角の位相を可変することを実現させている。また、油圧室５４には、エンドキャップ５３、ボルト４５及び駆動軸４１に形成された油通路５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄを介して、図外の油圧供給源から油圧が供給されている。尚、油圧室５４への油圧の供給はエンジンコントロールユニット（図示せず）からの制御信号に基づき制御されている。
The
そして、本発明の第１実施形態においては、機関部分負荷時には、図１に示すように、下死点付近で掃気が行われている時期に吸気制御弁７を開弁していない。そして、圧縮行程に入り、排気弁５が閉じるタイミングで吸気制御弁７を開き筒内の新気の一部を吸気制御弁７経由（吸気制御ポート８経由）で吸気系に逆流させている。このようにすることで、図示しない絞り弁で吸気を絞ることをしなくても、機関高負荷時に比べて筒内に残る新気の量を適正に減らすことができる。つまり、吸気を絞らないので、残留ガスも大幅に減り、燃焼が改善される。 In the first embodiment of the present invention, when the engine is partially loaded, the intake control valve 7 is not opened at the time when scavenging is performed near the bottom dead center, as shown in FIG. Then, the intake control valve 7 is opened at the timing when the exhaust valve 5 is closed during the compression stroke, and a part of the fresh air in the cylinder is caused to flow back to the intake system via the intake control valve 7 (via the intake control port 8). By doing so, it is possible to appropriately reduce the amount of fresh air remaining in the cylinder as compared with the time of high engine load without having to throttle intake air with a throttle valve (not shown). In other words, since the intake air is not throttled, the residual gas is greatly reduced and combustion is improved.
図６は、この第１実施形態における掃気ポート９の開口特性と、排気弁５及び吸気制御弁７のバルブリフト特性を示している。機関部分負荷時（低負荷時）には、吸気制御弁７の開弁時期の位相を遅らせて排気弁５が閉じた後も吸気制御弁７の開弁を継続し、機関高負荷時においては、掃気ポート９が閉じるタイミングで吸気制御弁７を閉じて筒内から吸気系への新気の逆流を最小限に抑える特性となっている。
FIG. 6 shows the opening characteristics of the scavenging
さらに言えば、機関部分負荷時には、吸気制御弁７の閉時期からピストン上死点までのピストンストローク量より、ピストン上死点から排気弁５の開時期までのピストンストローク量が大きくなるよう制御されている。 Furthermore, when the engine is partially loaded, the piston stroke amount from the piston top dead center to the exhaust valve 5 opening timing is controlled to be larger than the piston stroke amount from the closing timing of the intake control valve 7 to the piston top dead center. ing.
尚、排気弁５のリフト・作動角は、そのリフト中心角が機関部分負荷時と機関高負荷時とで同一となっているが、そのバルブリフト量が機関部分負荷時にはバルブリフト量が小さく、機関高負荷時にバルブリフトが大きくなるよう可変制御されている。これは、機関高負荷時における掃気効率を向上させるためである。 The lift / operating angle of the exhaust valve 5 is the same when the lift center angle is at the time of engine partial load and at the time of engine high load, but the valve lift amount is small when the engine partial load is The valve lift is variably controlled so as to increase the valve lift when the engine is heavily loaded. This is to improve the scavenging efficiency at the time of high engine load.
次に本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態は、上述した第１実施形態における構成が、機関圧縮比を可変制御する可変圧縮比機構６１（後述）を備えたものであり、第１実施形態と共通する構成については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。可変圧縮比機構６１は、複リンク式ピストン−クランク機構のリンク構成の一部を動かすことにより、ピストン上死点位置もしくはピストン下死点位置の少なくとも一方を変化させ、機関圧縮比つまり公称圧縮比を変化させるものである。つまり、可変圧縮比機構６１はピストン位置可変手段を含んだ構成となっている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, the configuration in the first embodiment described above is provided with a variable compression ratio mechanism 61 (described later) that variably controls the engine compression ratio, and the configuration common to the first embodiment is the same. The duplicated explanation is omitted. The variable
図７を用いて可変圧縮比機構６１について説明する。尚、可変圧縮比機構６１は、本出願人が先に提案した特開２００１−２２７３６７号公報等によって公知となっているので、その概要のみを説明する。
The variable
クランクシャフト６２は、複数のジャーナル部６３とクランクピン部６４とを備えており、シリンダブロック１の主軸受（図示せず）に、ジャーナル部６３が回転自在に支持されている。クランクピン部６４は、ジャーナル部６３から所定量偏心しており、ここに第２リンクとなるロアリンク６５が回転自在に連結されている。
The
ロアリンク６５は、クランクピン部６４を挟持するように本体６５ａへキャップ６５ｂを取り付けて構成されたものであって、この挟持部分でクランクピン部６５に対して回転自在に連結されている。
The
第１リンクとなるアッパリンク６６は、下端側が第１連結ピン６７によりロアリンク６５の一端に回動可能に連結され、上端側がピストンピン６８によりピストン４（図１を参照）に回動可能に連結されている。ピストン４は、燃焼圧力を受け、シリンダブロック１のシリンダ３内を往復動する。尚、図７におけるシリンダ３の上部に、上述した吸気制御弁７及び排気弁５が配置されている（図１を参照）。
The
第３リンクとなるコントロールリンク６９は、上端側が第２連結ピン７０によりロアリンク６５の他端に回動可能に連結され、下端側が制御軸７１（既出の制御軸１６とは別構成）を介して機関本体の一部となるシリンダブロック１の下部に回動可能に連結されている。詳しくは、制御軸７１は、回転可能に機関本体に支持されているとともに、その回転中心から偏心している偏心カム部７１ａを有し、この偏心カム部７１ａにコントロールリンク６９下端部が回転可能に嵌合している。制御軸７１は、電動モータ等を用いた図示しない圧縮比制御アクチュエータによって回動位置が制御される。
The control link 69 serving as the third link is pivotally connected to the other end of the
上記のような複リンク式ピストン−クランク機構を用いた可変圧縮比機構６１においては、制御軸７１が圧縮比制御アクチュエータによって回動されると、偏心カム部７１ａの中心位置、特に、機関本体に対する相対位置が変化する。これにより、コントロールリンク６９の下端の揺動支持位置が変化する。そして、コントロールリンク６９の揺動支持位置の変化により、ピストン４の行程が変化して、機関圧縮比を変えることが可能となる。
In the variable
図８は、上述した可変圧縮比機構６１により、機関圧縮比を高くした場合（高ε）と、機関圧縮比を低くした場合（低ε）と、のピストンストロークを対比したものである。図８から明らかなように、機関圧縮比を変化させることにより、ピストン下死点におけるピストン最下点位置が変化する。そのため、機関圧縮比を変化させることにより、図９に示すように掃気ポート９の開口高さが変化する。また、図８に示したピストンストローク特性から、機関圧縮比の変化に伴い掃気ポート９の開口期間も変化することになる。すなわち、可変圧縮比機構６１によりピストン下死点位置を高くすることで機関圧縮比を高圧縮比側に変化させると、図９（ａ）に示すように掃気ポート９の開口高さは小さくなり、かつ掃気ポート９の開口期間は短くなる。一方、ピストン下死点位置を低くすることで機関圧縮比を低圧縮比側に変化させると、図９（ｂ）に示すように掃気ポート９の開口高さは大きくなり、かつ掃気ポート９の開口期間は長くなる。
FIG. 8 compares piston strokes when the engine compression ratio is increased (high ε) and when the engine compression ratio is decreased (low ε) by the variable
また、上述したいわゆる複リンク式の可変圧縮比機構６１においては、リンクディメンジョンを適切に選定することにより、単振動に近いピストンストローク特性が得られるよう設定されている。この単振動に近いストローク特性は振動騒音の上でも有利ではあるが、特に、上死点付近のピストン速度が、一般的な単リンク式ピストン−クランク機構に比べて、２０％前後緩やかとなる。これは、特に冷機時のような燃焼速度が遅い条件下で、初期の火炎核の生成、成長の上で有利となる。尚、複リンク式の可変圧縮比機構において、ピストンストローク特性を単振動に近づけるように設定する技術は、本出願人が先に提案した特開２００１−２２７３６７号公報等によって公知となっているものである。
Further, in the so-called multi-link variable
図１０は、このような第２実施形態における掃気ポート９の開口特性と排気弁５及び吸気制御弁７のバルブリフト特性を示している。
FIG. 10 shows the opening characteristic of the scavenging
機関部分負荷時（低負荷時）には、ピストン４の下死点位置を高くすることで、機関圧縮比を高くすると共に、掃気ポート９の開口期間及び開口高さを相対的に縮小している。そして、吸気制御弁７の開弁時期の位相を掃気ポート９の開弁期間に対して大きく遅らせて（遅角）、排気弁５が閉じた後も吸気制御弁７の開弁を継続し、吸気の一部が気筒内から逆流できる特性としている。さらに、排気弁５のリフト・作動角を相対的に縮小して排気弁５の開時期を下死点側に近づけている。これは、掃気ポート９が開く時期が相対的に遅れるため、その分排気弁５の開時期を遅らせても排気の吸気への逆流が無いためであり、その結果、膨張仕事を最大限に回収可能となっている。さらに言えば、機関部分負荷時には、吸気制御弁７の閉時期からピストン上死点までのピストンストローク量より、ピストン上死点から排気弁５の開時期までのピストンストローク量が大きくなるよう制御されている。
At the time of partial engine load (low load), the bottom dead center position of the piston 4 is increased to increase the engine compression ratio and to relatively reduce the opening period and the opening height of the scavenging
一方、機関高負荷時には、ピストン４の下死点位置を低くすることで、機関圧縮比を低くすると共に、掃気ポート９の開口期間及び開口高さを相対的に拡大している。そして、吸気制御弁７の閉弁時期が掃気ポート９の閉弁時期と略同じとなるよう吸気制御弁７の開弁期間の位相を機関部分負荷時に比べて相対的に速くし（進角）、掃気ポート９が閉じるタイミングで吸気制御弁７を閉じて筒内から吸気系への新気の逆流を最小限に抑えている。さらに、排気弁５のリフト・作動角を相対的に拡大して掃気効率の向上を図っている。
On the other hand, when the engine is heavily loaded, the bottom dead center position of the piston 4 is lowered to lower the engine compression ratio, and the opening period and opening height of the scavenging
また、ピストン下死点位置を可変することで機関圧縮比を可変する圧縮比可変機構６１を備えたこの第２実施形態の最大のメリットは機関圧縮比の可変効果である。圧縮行程で長く吸気制御弁７が開いていると、吸気量は調節（低減）できるが、実圧縮比が低下して燃焼が悪化する事が問題となる。残留ガスの割合が減っても、機関圧縮比が低下しては燃焼の改善効果は小さいからである。しかしながら、この第２実施形態においては、図１１に示すように、掃気ポート９の開口特性改善と共に高圧縮比化が実現できるため、燃焼悪化の少ない高膨張比サイクルが出来る。そして、吸気制御弁７の閉時期を連続制御することで負荷調整ができるため、ガソリンエンジンでも機関部分負荷時に燃焼悪化の無い２サイクルシステムが完成する。
The greatest merit of the second embodiment provided with the variable
尚、この第２実施形態では、機関高負荷時に、排気弁５が閉弁してから吸気制御弁７が閉弁するまでの期間に、過給機１２による過給を行っている。
In the second embodiment, supercharging by the
次に、本発明の第３実施形態について説明する。この第３実施形態は、上述した第２実施形態における構成が吸気制御弁７のリフト・作動角を拡大縮小するリフト・作動角可変機構をも備えたものである。すなわち、吸気制御弁７は、位相可変機構６１によりそのリフト中心角の位相を進角もしくは遅角することが可能であり、リフト・作動角可変機構によりそのリフト・作動角が変更可能となっている。尚、吸気制御弁７のリフト・作動角を拡大縮小するリフト・作動角可変機構の構成は、排気弁５のリフト・作動角を拡大縮小するリフト・作動角可変機構３０と同様の構成である。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the third embodiment, the configuration in the second embodiment described above also includes a lift / working angle variable mechanism that enlarges / reduces the lift / working angle of the intake control valve 7. That is, the intake control valve 7 can advance or retard the phase of the lift center angle by the
そして、この第３実施形態においては、図１２に示すように、機関部分負荷時において、主として、吸気制御弁７のリフト・作動角を拡大することにより、吸気制御弁７の閉弁時期を遅らせて、吸気の一部が気筒内から逆流できる特性としている。さらに言えば、機関部分負荷時には、吸気制御弁７の閉時期からピストン上死点までのピストンストローク量より、ピストン上死点から排気弁５の開時期までのピストンストローク量が大きくなるよう制御されている。尚、この第３実施形態における掃気ポート９及び排気弁５の開閉特性は、上述した第２実施形態と同じである。また、機関高負荷時における吸気制御弁７の制御は、上述した第２実施形態における機関高負荷時の吸気制御弁７の制御と同様である。
In the third embodiment, as shown in FIG. 12, the closing timing of the intake control valve 7 is delayed mainly by enlarging the lift / operating angle of the intake control valve 7 when the engine is partially loaded. Thus, a part of the intake air can flow backward from the cylinder. Furthermore, when the engine is partially loaded, the piston stroke amount from the piston top dead center to the exhaust valve 5 opening timing is controlled to be larger than the piston stroke amount from the closing timing of the intake control valve 7 to the piston top dead center. ing. The open / close characteristics of the scavenging
このような第３実施形態においても、上述した第２実施形態と同様の作用効果を得ることができる。 Also in the third embodiment, the same operational effects as those of the second embodiment described above can be obtained.
上記実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。 The technical idea of the present invention that can be grasped from the above embodiment will be listed together with the effects thereof.
（１） シリンダブロックに設けられてピストン下死点位置近傍で開口する掃気ポートと、シリンダヘッドに開閉作動可能に設けられた排気弁と、を有するユニフロー２ストローク内燃機関において、開弁特性を可変制御可能な吸気制御弁がシリンダヘッドに設けられている。これによって、吸気制御弁の開弁特性を可変制御することにより、筒内に残る新気の量を適正化でき、燃費向上を図ることができる。 (1) Variable valve opening characteristics in a uniflow two-stroke internal combustion engine having a scavenging port provided in the cylinder block and opened near the piston bottom dead center position and an exhaust valve provided in the cylinder head so as to be opened and closed. A controllable intake control valve is provided in the cylinder head. Thus, by variably controlling the valve opening characteristics of the intake control valve, the amount of fresh air remaining in the cylinder can be optimized, and fuel consumption can be improved.
（２） ユニフロー２ストローク内燃機関は、シリンダブロックに設けられてピストン下死点位置近傍で開口する掃気ポートと、シリンダヘッドに開閉作動可能に設けられた排気弁と、シリンダヘッドに開閉作動可能に設けられた吸気制御弁と、吸気制御弁の開弁特性を可変制御する開弁特性可変手段と、を有している。 (2) The uniflow two-stroke internal combustion engine is provided in the cylinder block and opens in the vicinity of the piston bottom dead center position, an exhaust valve provided in the cylinder head that can be opened and closed, and can be opened and closed in the cylinder head An intake control valve provided; and valve opening characteristic variable means for variably controlling the valve opening characteristic of the intake control valve.
（３） 上記（１）に記載のユニフロー２ストローク内燃機関は、吸気制御弁のリフトの中心角の位相を遅進させる吸気制御弁位相可変手段と、吸気制御弁のリフト・作動角を拡大・縮小する吸気制御弁リフト・作動角可変手段と、のうちの少なくとも一方を備え、吸気制御弁のリフト中心角の位相の遅進、もしくは吸気制御弁のリフト・作動角の拡大・縮小、のうちの少なくとも一方を行うことによって、吸気制御弁の開弁特性を可変制御する。 (3) The uniflow two-stroke internal combustion engine described in the above (1) is an intake control valve phase varying means for delaying the phase of the central angle of the lift of the intake control valve, and the lift / operating angle of the intake control valve is enlarged / Inlet control valve lift / actuation angle variable means to be reduced, and at least one of the phase of the lift control valve lift center angle, or the intake control valve lift / operation angle expansion / reduction By performing at least one of the above, the valve opening characteristic of the intake control valve is variably controlled.
（４） 上記（２）に記載のユニフロー２ストローク内燃機関おいて、開弁特性可変手段は、吸気制御弁のリフトの中心角の位相を遅進させる吸気制御弁位相可変手段と、吸気制御弁のリフト・作動角を拡大・縮小する吸気制御弁リフト・作動角可変手段と、のうちの少なくとも一方を備え、吸気制御弁のリフト中心角の位相の遅進、もしくは吸気制御弁のリフト・作動角の拡大・縮小、のうちの少なくとも一方を行うことによって、吸気制御弁の開弁特性を可変制御する。 (4) In the uniflow two-stroke internal combustion engine according to (2), the valve opening characteristic varying means includes an intake control valve phase varying means for delaying the phase of the center angle of the lift of the intake control valve, and an intake control valve. Inlet control valve lift / operating angle variable means for expanding / reducing the lift / operating angle of the intake valve, and at least one of them, the phase of the lift control valve lift center angle is delayed, or the intake control valve lift / actuate The valve opening characteristic of the intake control valve is variably controlled by performing at least one of enlargement / reduction of the angle.
（５） 上記（３）または（４）に記載のユニフロー２ストローク内燃機関において、吸気制御弁位相可変手段は、クランクシャフトに連動して回転するカムシャフトと、チエーンまたはタイミングベルトを介してクランクシャフトにより駆動され、カムシャフトと同心に回転可能に配置されたスプロケットと、スプロケットとカムシャフトの間に装着され、両者の相対的な位相を変化させる手段と、を備えている。 (5) In the uniflow two-stroke internal combustion engine according to (3) or (4), the intake control valve phase varying means includes a camshaft that rotates in conjunction with the crankshaft, and a crankshaft via a chain or a timing belt. And a means for changing the relative phase between the sprocket and the camshaft, which is mounted between the sprocket and the camshaft.
（６） 上記（３）または（４）に記載のユニフロー２ストローク内燃機関において、吸気制御弁リフト・作動角可変手段は、クランクシャフトに連動して回転するカムシャフトと、カムシャフトにより回転駆動される偏心カムと、偏心カムに摺動可能に装着されるリンクアームと、カムシャフトに平行に設けられ、かつ偏心カム部を備えた回動可能な制御軸と、制御軸の偏心カム部に回転可能に装着され、かつリンクアームにより揺動されるロッカアームと、カムシャフトに回転可能に支持されると共に、ロッカアームにリンクを介して連結され、ロッカアームに伴って揺動することにより吸気制御弁のタペットを押圧する揺動カムと、を備え、制御軸の偏心カム部の回動位置を変化させることにより吸気制御弁のリフト・作動角が同時に増減変化するよう構成されている。 (6) In the uniflow two-stroke internal combustion engine described in the above (3) or (4), the intake control valve lift / operating angle varying means is rotated by a camshaft that rotates in conjunction with a crankshaft. An eccentric cam, a link arm slidably mounted on the eccentric cam, a rotatable control shaft provided in parallel with the cam shaft and provided with an eccentric cam portion, and rotating to the eccentric cam portion of the control shaft A rocker arm that is detachably mounted and swingably supported by a link arm, and is rotatably supported by a camshaft, is connected to the rocker arm via a link, and swings along with the rocker arm to tap the intake control valve. A swing cam that presses the valve, and the lift and operating angle of the intake control valve can be adjusted simultaneously by changing the rotational position of the eccentric cam portion of the control shaft. It is configured to change reduction.
（７） 上記（１）〜（６）のいずれかに記載のユニフロー２ストローク内燃機関は、機関圧縮行程において、吸気制御弁を介してシリンダ内の吸気の一部を吸気系に還流させる。 (7) The uniflow two-stroke internal combustion engine according to any one of (1) to (6) returns a part of the intake air in the cylinder to the intake system via the intake control valve in the engine compression stroke.
（８） 上記（１）〜（７）のいずれかに記載のユニフロー２ストローク内燃機関は、吸気系に過給機を有する。 (8) The uniflow two-stroke internal combustion engine according to any one of the above (1) to (7) has a supercharger in an intake system.
（９） 上記（１）〜（８）のいずれかに記載のユニフロー２ストローク内燃機関において、機関部分負荷時における吸気制御弁の閉時期は、掃気ポートの閉時期よりも遅れるよう制御されている。 (9) In the uniflow two-stroke internal combustion engine according to any one of the above (1) to (8), the closing timing of the intake control valve at the time of partial engine load is controlled to be delayed from the closing timing of the scavenging port. .
（１０） 上記（１）〜（９）のいずれかに記載のユニフロー２ストローク内燃機関において、機関部分負荷時における吸気制御弁の閉時期は、機関高負荷時における吸気制御弁の閉時期よりも遅れるよう制御されている。 (10) In the uniflow two-stroke internal combustion engine according to any one of (1) to (9), the closing timing of the intake control valve when the engine is partially loaded is more than the closing timing of the intake control valve when the engine is highly loaded. Controlled to be delayed.
（１１） 上記（１）〜（１０）のいずれかに記載のユニフロー２ストローク内燃機関において、機関部分負荷時には、吸気制御弁の閉時期からピストン上死点までのピストンストローク量より、ピストン上死点から排気弁の開時期までのピストンストローク量が大きくなるよう制御されている。 (11) In the uniflow two-stroke internal combustion engine according to any one of (1) to (10), when the engine is partially loaded, the piston top dead center is determined from the piston stroke amount from the closing timing of the intake control valve to the piston top dead center. The piston stroke amount from the point to the opening timing of the exhaust valve is controlled to be large.
（１２） 上記（１）〜（１１）のいずれかに記載のユニフロー２ストローク内燃機関において、排気弁のリフト・作動角を拡大縮小制御可能な排気弁リフト・作動角可変手段を有する。 (12) The uniflow two-stroke internal combustion engine according to any one of (1) to (11), further including an exhaust valve lift / operation angle variable unit capable of enlarging / reducing the lift / operation angle of the exhaust valve.
（１３） 上記（１）〜（１２）のいずれかに記載のユニフロー２ストローク内燃機関において、ピストンの上死点位置、もしくはピストンの下死点位置の少なくとも一方を可変制御するピストン位置可変手段を有する。 (13) In the uniflow two-stroke internal combustion engine according to any one of (1) to (12), piston position variable means for variably controlling at least one of a top dead center position of the piston or a bottom dead center position of the piston. Have.
（１４） 上記（１）〜（１３）のいずれかに記載のユニフロー２ストローク内燃機関において、ピストンは、ピストンにピストンピンを介して連結された第１リンクと、この第１リンクに揺動可能に連結されるとともにクランクシャフトのクランクピン部に回転可能に連結された第２リンクと、第２リンクに揺動可能に連結されるとともに機関本体に揺動可能に支持された第３リンクと、を備えた複リンク式ピストン−クランク機構によってクランクシャフトから駆動されている。 (14) In the uniflow two-stroke internal combustion engine according to any one of (1) to (13), the piston is swingable to the first link coupled to the piston via a piston pin. And a third link rotatably connected to the crankpin portion of the crankshaft, and a third link swingably connected to the second link and swingably supported by the engine body, Is driven from the crankshaft by a multi-link piston-crank mechanism with
（１５） 上記（１）〜（１４）のいずれかに記載のユニフロー２ストローク内燃機関において、吸気制御弁は、シリンダヘッドに設けられて吸気系と連通する吸気制御ポートを開閉するものであって、吸気制御ポートと掃気ポートとが互いに連通するよう構成されている。 (15) In the uniflow two-stroke internal combustion engine according to any one of (1) to (14), the intake control valve is provided in the cylinder head and opens and closes an intake control port communicating with the intake system. The intake control port and the scavenging port are configured to communicate with each other.
５…排気弁
６…排気ポート
７…吸気制御弁
８…吸気制御ポート
９…掃気ポート
5 ...
Claims (15)
開弁特性を可変制御可能な吸気制御弁がシリンダヘッドに設けられていることを特徴とするユニフロー２ストローク内燃機関。 In a uniflow two-stroke internal combustion engine having a scavenging port provided in a cylinder block and opening near a piston bottom dead center position, and an exhaust valve provided in a cylinder head so as to be opened and closed,
A uniflow two-stroke internal combustion engine, wherein an intake control valve capable of variably controlling a valve opening characteristic is provided in a cylinder head.
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