JP2011149408A

JP2011149408A - Internal combustion engine

Info

Publication number: JP2011149408A
Application number: JP2010013524A
Authority: JP
Inventors: Takehiro Yamaguchi; 剛弘山口
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2010-01-25
Filing date: 2010-01-25
Publication date: 2011-08-04

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an internal combustion engine which has relatively simple construction for surely preventing an excess pressure in a combustion chamber without worsening exhaust gas characteristics. <P>SOLUTION: The engine 1 includes a relief valve 3 to be opened when cylinder pressure PCYL is valve opening pressure PCYLH or higher. Thereby, when the cylinder pressure PCYL rises during knocking, the relief valve 3 is opened to surely prevent an excess pressure in the combustion chamber. The relief valve 3 is arranged near an exhaust valve 7 on the opposite side to an intake valve 6, which hardly causes the influences of the heat of exhaust gas exhausted via the relief valve 3 on an intake system to prevent the thermal deterioration of components in the intake system. Furthermore, the exhaust gas exhausted via the opened relief valve 3 flows to the upstream side beyond a three-way catalyst 11 in an exhaust pipe 9 to prevent the worsening of exhaust gas characteristics. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関に関し、特に燃焼室内の圧力の過大化を防止する機能を備えた内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine, and more particularly, to an internal combustion engine having a function of preventing excessive pressure in a combustion chamber.

従来のこの種の内燃機関として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この内燃機関のシリンダヘッドには、爆発圧力コントロールバルブが設けられている。この爆発圧力コントロールバルブは、燃焼室に臨む第１および第２バルブと、燃焼室と反対側に画成された蓄圧室と、第１および第２バルブを付勢する２つのばねなどを備えている。この内燃機関では、ノッキングにより燃焼室内の圧力が所定の圧力よりも高くなったときに、第１バルブが開弁することで、燃焼室内の燃焼ガスの一部を蓄圧室に逃がすことによって、燃焼室内の圧力の過大化が防止される。また、その後、膨張行程におけるピストンの下降に伴い、燃焼室内の圧力が蓄圧室内の圧力よりも低くなったときに、第２バルブが開弁することで、蓄圧室内の燃焼ガスが燃焼室内に戻される。 As a conventional internal combustion engine of this type, for example, one disclosed in Patent Document 1 is known. The cylinder head of this internal combustion engine is provided with an explosion pressure control valve. The explosion pressure control valve includes first and second valves facing the combustion chamber, a pressure accumulating chamber defined on the opposite side of the combustion chamber, and two springs for urging the first and second valves. Yes. In this internal combustion engine, when the pressure in the combustion chamber becomes higher than a predetermined pressure due to knocking, the first valve is opened so that a part of the combustion gas in the combustion chamber is released to the pressure accumulating chamber. Excessive indoor pressure is prevented. Thereafter, when the pressure in the combustion chamber becomes lower than the pressure in the pressure accumulating chamber as the piston descends in the expansion stroke, the second valve opens to return the combustion gas in the pressure accumulating chamber to the combustion chamber. It is.

また、従来の他の内燃機関として、特許文献２に開示されたものが知られている。この内燃機関には、シリンダヘッドを貫通し、燃焼室に連通する通路が設けられており、この通路に安全弁が取り付けられている。この内燃機関では、燃焼室内の圧力が所定の圧力よりも高くなったときに、安全弁が開弁し、開弁された安全弁を介して燃焼ガスを大気中に排出させることによって、燃焼室内の圧力の過大化が防止される。 As another conventional internal combustion engine, one disclosed in Patent Document 2 is known. This internal combustion engine is provided with a passage that passes through the cylinder head and communicates with the combustion chamber, and a safety valve is attached to this passage. In this internal combustion engine, when the pressure in the combustion chamber becomes higher than a predetermined pressure, the safety valve is opened, and the combustion gas is discharged into the atmosphere via the opened safety valve. Is prevented from becoming excessive.

実開昭５８−８４３２４号公報Japanese Utility Model Publication No. 58-84324 実開平２−９９２３５号公報Japanese Utility Model Publication No. 2-99235

しかし、特許文献１の内燃機関では、爆発圧力コントロールバルブの部品点数が多く、構成が複雑であるため、その設置や保守に要するコストが増大する。また、燃焼室内の圧力を十分に低下させるための大きな容量を有する蓄圧室が必要であることから、爆発圧力コントロールバルブが大型化し、取り付けスペースの確保が問題になる。また、特許文献２の内燃機関では、排ガスを大気中に直接、排出するため、排ガス特性が悪化してしまう。 However, in the internal combustion engine of Patent Document 1, the number of parts of the explosion pressure control valve is large and the configuration is complicated, so that the cost required for installation and maintenance increases. In addition, since a pressure accumulating chamber having a large capacity for sufficiently reducing the pressure in the combustion chamber is necessary, the explosion pressure control valve becomes large, and securing the mounting space becomes a problem. Moreover, in the internal combustion engine of Patent Document 2, exhaust gas is discharged directly into the atmosphere, so the exhaust gas characteristics deteriorate.

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、比較的単純な構成により、排ガス特性を悪化させることなく、燃焼室内の圧力の過大化を確実に防止することができる内燃機関を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. With a relatively simple configuration, it is possible to reliably prevent an excessive increase in pressure in the combustion chamber without deteriorating exhaust gas characteristics. An object is to provide an internal combustion engine.

上記の目的を達成するため、本願の請求項１に係る発明は、燃焼室１ｄに臨み、燃焼室１ｄに新気を導入する吸気弁６と、燃焼室１ｄに臨み、燃焼室１ｄから排気通路（実施形態における（以下、本項において同じ）排気管９）に排ガスを排出する排気弁７と、排気通路に設けられ、排ガスを浄化する排ガス浄化装置（三元触媒１１）と、燃焼室１ｄに臨み、燃焼室１ｄ内の圧力（筒内圧ＰＣＹＬ）が開弁圧ＰＣＹＬＨ以上になったときに開弁する安全弁（リリーフバルブ３）と、を備え、安全弁は、排気弁７の近傍で、かつ吸気弁６よりも排気弁７に近い位置に配置され、開弁した安全弁を介して排出された排ガスが、排気通路の排気浄化装置よりも上流側に流入するように構成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 of the present application faces the combustion chamber 1d, introduces fresh air into the combustion chamber 1d, faces the combustion chamber 1d, and passes through the exhaust passage from the combustion chamber 1d. (Exhaust pipe 7 in the embodiment (hereinafter the same in this section) exhaust gas 7), exhaust gas purification device (three-way catalyst 11) provided in the exhaust passage and purifying exhaust gas, and combustion chamber 1d And a safety valve (relief valve 3) that opens when the pressure in the combustion chamber 1d (in-cylinder pressure PCYL) becomes equal to or higher than the valve opening pressure PCYLH, and the safety valve is in the vicinity of the exhaust valve 7 and The exhaust gas is disposed at a position closer to the exhaust valve 7 than the intake valve 6 and is configured such that the exhaust gas discharged through the opened safety valve flows into the upstream side of the exhaust gas purification device in the exhaust passage. And

この内燃機関によれば、例えばノッキングが発生し、燃焼室内の圧力が開弁圧以上になったときに、安全弁が開弁することで、燃焼ガスの一部を燃焼室外に逃がすので、燃焼室内の圧力の過大化を確実に防止することができる。また、安全弁を備えるだけでよいので、複数のバルブや、複数のばね、蓄圧室などが必要な従来の内燃機関と比較して、構成を単純化することができる。また、燃焼室内の圧力が過大になることがないので、燃焼室の周辺部品の強度を低く設定することができ、内燃機関の軽量化や低コスト化が可能になる。 According to this internal combustion engine, for example, when knocking occurs and the pressure in the combustion chamber becomes equal to or higher than the valve opening pressure, the safety valve opens, so that a part of the combustion gas is released outside the combustion chamber. Excessive pressure can be reliably prevented. Further, since only a safety valve needs to be provided, the configuration can be simplified as compared with a conventional internal combustion engine that requires a plurality of valves, a plurality of springs, a pressure accumulating chamber, and the like. Further, since the pressure in the combustion chamber does not become excessive, the strength of the peripheral parts of the combustion chamber can be set low, and the weight and cost of the internal combustion engine can be reduced.

また、安全弁を介して排出された排ガスが、高温の排ガスを通すために本来的に熱対策が施されている排気通路に流入するので、追加の熱対策を省略することができる。また、この排ガスが排気浄化装置よりも上流側に流入するので、排ガスを、排気浄化装置によって浄化してから大気中に放出でき、排ガス特性の悪化を防止することができる。 Further, since the exhaust gas discharged through the safety valve flows into the exhaust passage that is originally provided with a heat countermeasure in order to pass the high-temperature exhaust gas, an additional heat countermeasure can be omitted. In addition, since the exhaust gas flows into the upstream side of the exhaust purification device, the exhaust gas can be discharged into the atmosphere after being purified by the exhaust purification device, and deterioration of exhaust gas characteristics can be prevented.

また、安全弁を、排気弁の近傍で、かつ吸気弁よりも排気弁に近い位置に配置しているので、一般には十分な熱対策が施されていない吸気系に、安全弁を介して排出された排ガスの熱による影響が及びにくくなる。その結果、吸気系の部品の熱劣化を防止できるとともに、例えばポート噴射の場合の、燃料噴射弁から噴射された燃料への悪影響（例えば燃料への引火）を防止することができる。 In addition, since the safety valve is located near the exhaust valve and closer to the exhaust valve than the intake valve, it is generally discharged via the safety valve to the intake system where sufficient heat countermeasures have not been taken. The influence of exhaust gas heat is less likely to be affected. As a result, it is possible to prevent thermal deterioration of the components of the intake system and to prevent adverse effects (for example, ignition of fuel) on the fuel injected from the fuel injection valve in the case of port injection, for example.

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関１において、安全弁の開弁圧は、内燃機関１のノッキング時以外の正常燃焼時に発生する燃焼室１ｄ内の最大圧力（正常燃焼時最大圧力ＰＣＹＬＮＭＡＸ）よりも大きく、かつノッキング時に発生する、燃焼室１ｄ内の最大圧力よりも大きな燃焼室１ｄ内の圧力よりも小さな値に設定されていることを特徴とする。 The invention according to claim 2 is the internal combustion engine 1 according to claim 1, wherein the opening pressure of the safety valve is the maximum pressure in the combustion chamber 1d generated during normal combustion other than during knocking of the internal combustion engine 1 (during normal combustion). It is characterized by being set to a value that is greater than the maximum pressure in the combustion chamber 1d that is greater than the maximum pressure PCYLNMAX) and that is greater than the maximum pressure in the combustion chamber 1d that occurs during knocking.

この構成によれば、ノッキングの発生時以外の正常燃焼時には、燃焼室内の圧力が安全弁の開弁圧を超えないので、安全弁が閉弁状態に確実に保たれることで、意図しない燃焼ガスの排出に起因する出力の低下を回避し、内燃機関の運転を支障なく行うことができる。また、ノッキングの発生時には、燃焼室内の圧力が開弁圧を超え、安全弁が開弁することによって、燃焼室内の圧力が開弁圧以下に確実に制限される。その結果、燃焼室の周辺部品の強度の安全率を、ノッキングの発生に備えて高く設定する場合よりも低く設定することが可能になり、それにより、内燃機関の軽量化や低コスト化を実現することができる。 According to this configuration, during normal combustion other than the occurrence of knocking, the pressure in the combustion chamber does not exceed the valve opening pressure of the safety valve. It is possible to avoid a decrease in output due to the emission and to operate the internal combustion engine without any trouble. Further, when knocking occurs, the pressure in the combustion chamber exceeds the valve opening pressure, and the safety valve opens, so that the pressure in the combustion chamber is reliably limited to the valve opening pressure or less. As a result, the safety factor of the strength of the peripheral parts of the combustion chamber can be set lower than when it is set high in preparation for knocking, thereby reducing the weight and cost of the internal combustion engine. can do.

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関１において、安全弁は、ばね（スプリング３ａ）により閉弁側に付勢されており、ばねの固有振動数Ｆｎは、ノッキング時に発生する内燃機関１の共振振動数（ノッキング共振周波数Ｆｒ）と異なる値に設定されていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the internal combustion engine 1 according to the first aspect, the safety valve is biased toward the valve closing side by a spring (spring 3a), and the natural frequency Fn of the spring is generated at the time of knocking. The resonance frequency (knocking resonance frequency Fr) of the internal combustion engine 1 is set to a different value.

この構成によれば、安全弁を閉弁側に付勢するばねの固有振動数は、内燃機関のノッキング時に発生する共振振動数と異なる値に設定されているので、ノッキングが発生したときでも、ばねの共振が発生することがなく、それに起因するばねの摩耗や劣化を防止することができる。 According to this configuration, the natural frequency of the spring that biases the safety valve toward the valve closing side is set to a value different from the resonance frequency that is generated when the internal combustion engine is knocked. Therefore, even when knocking occurs, the spring The resonance of the spring does not occur, and the wear and deterioration of the spring due to the resonance can be prevented.

本発明の第１実施形態による内燃機関を概略的に示す図である。1 is a diagram schematically showing an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention. 図１の内燃機関の吸気弁および排気弁などの配置を概略的に示す平面図である。FIG. 2 is a plan view schematically showing the arrangement of intake valves and exhaust valves of the internal combustion engine of FIG. 1. 燃焼室内に発生する圧力と安全弁の開弁圧などとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the pressure which generate | occur | produces in a combustion chamber, the valve opening pressure of a safety valve, etc. 第２実施形態による内燃機関の吸気弁および排気弁などの配置を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows roughly arrangement | positioning, such as an intake valve and an exhaust valve, of the internal combustion engine by 2nd Embodiment.

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態による内燃機関（以下「エンジン」という）１の概略構成を示している。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of an internal combustion engine (hereinafter referred to as “engine”) 1 according to a first embodiment of the present invention.

エンジン１は、例えば４つの気筒１ａ（１つのみ図示）を有するガソリンエンジンである。各気筒１ａのピストン１ｂとシリンダヘッド１ｃの間には、燃焼室１ｄが形成されている。また、シリンダヘッド１ｃには、点火プラグ５が、燃焼室１ｄに臨むように取り付けられている（１つのみ図示）。この点火プラグ５は、ＥＣＵ２からの制御信号により、点火時期に応じたタイミングで高電圧が加えられることによって放電し、燃焼室１ｄ内の混合気を燃焼させる。点火プラグ５の点火時期は、後述するＥＣＵ２によって制御される。 The engine 1 is, for example, a gasoline engine having four cylinders 1a (only one is shown). A combustion chamber 1d is formed between the piston 1b and the cylinder head 1c of each cylinder 1a. A spark plug 5 is attached to the cylinder head 1c so as to face the combustion chamber 1d (only one is shown). The spark plug 5 is discharged when a high voltage is applied at a timing corresponding to the ignition timing in accordance with a control signal from the ECU 2, and the air-fuel mixture in the combustion chamber 1d is combusted. The ignition timing of the spark plug 5 is controlled by the ECU 2 described later.

エンジン１のシリンダヘッド１ｃには、気筒１ａごとに、吸気ポート１ｆおよび排気ポート１ｇが形成されており、吸気ポート１ｆには吸気管８の吸気マニホールド８ａが、排気ポート１ｇには排気管９の排気マニホールド９ａが接続されている。図２に示すように、吸気ポート１ｆおよび排気ポート１ｇは、２つに分岐した状態で燃焼室１ｄに開口しており、これらの開口部に、一対の吸気弁６，６および一対の排気弁７，７が燃焼室１ｄに臨むように設けられている。吸気弁６は吸気側動弁機構３０によって開閉され、排気弁７は排気側動弁機構４０によって開閉される。 The cylinder head 1c of the engine 1 is formed with an intake port 1f and an exhaust port 1g for each cylinder 1a. The intake manifold 1a of the intake pipe 8 is formed in the intake port 1f, and the exhaust pipe 9 is connected to the exhaust port 1g. An exhaust manifold 9a is connected. As shown in FIG. 2, the intake port 1f and the exhaust port 1g are opened into the combustion chamber 1d in a state of being branched into two, and a pair of intake valves 6 and 6 and a pair of exhaust valves are formed in these openings. 7 and 7 are provided to face the combustion chamber 1d. The intake valve 6 is opened and closed by an intake side valve mechanism 30, and the exhaust valve 7 is opened and closed by an exhaust side valve mechanism 40.

吸気側動弁機構３０は、カム駆動式のものであり、回転自在の吸気カムシャフト３１と、吸気カムシャフト３１に一体に設けられた吸気カム３２と、ロッカアームシャフト（図示せず）と、ロッカアームシャフトに回動自在に支持されるとともに、吸気弁６，６の上端にそれぞれ当接する２つのロッカアーム（図示せず）などを備えている。 The intake side valve mechanism 30 is of a cam drive type, and includes a rotatable intake camshaft 31, an intake cam 32 provided integrally with the intake camshaft 31, a rocker arm shaft (not shown), and a rocker arm. Two rocker arms (not shown) that are rotatably supported by the shaft and abut against the upper ends of the intake valves 6 and 6 are provided.

吸気カムシャフト３１は、排気スプロケットおよびタイミングチェーン（いずれも図示せず）を介して、クランクシャフト１ｅに連結されており、クランクシャフト１ｅが２回転するごとに１回転する。吸気カムシャフト３１が回転すると、ロッカアームが吸気カム３２で押圧され、ロッカアームシャフトを中心として回動することにより、吸気弁６，６が開閉される。 The intake camshaft 31 is connected to the crankshaft 1e via an exhaust sprocket and a timing chain (both not shown), and rotates once every two rotations of the crankshaft 1e. When the intake camshaft 31 rotates, the rocker arm is pressed by the intake cam 32 and rotates about the rocker arm shaft, whereby the intake valves 6 and 6 are opened and closed.

排気側動弁機構４０もまた、吸気側動弁機構３０と同様のカム駆動式のものであり、回転自在の排気カムシャフト４１と、排気カムシャフト４１に一体に設けられた排気カム４２と、ロッカアームシャフト（図示せず）と、ロッカアームシャフトに回動自在に支持されるとともに、排気弁７，７の上端にそれぞれ当接する２つのロッカアーム（図示せず）などを備えている。 The exhaust side valve mechanism 40 is also of the same cam drive type as the intake side valve mechanism 30, and includes a rotatable exhaust cam shaft 41, an exhaust cam 42 provided integrally with the exhaust cam shaft 41, A rocker arm shaft (not shown) and two rocker arms (not shown) that are rotatably supported by the rocker arm shaft and abut against the upper ends of the exhaust valves 7 and 7 are provided.

排気カムシャフト４１は、排気スプロケットおよびタイミングチェーン（いずれも図示せず）を介して、クランクシャフト１ｅに連結されており、クランクシャフト１ｅが２回転するごとに１回転する。排気カムシャフト４１が回転すると、ロッカアームが排気カム４２で押圧され、ロッカアームシャフトを中心として回動することにより、排気弁７，７が開閉される。 The exhaust camshaft 41 is connected to the crankshaft 1e via an exhaust sprocket and a timing chain (both not shown), and rotates once every two rotations of the crankshaft 1e. When the exhaust camshaft 41 rotates, the rocker arm is pressed by the exhaust cam 42 and rotates about the rocker arm shaft, thereby opening and closing the exhaust valves 7 and 7.

図１および図２に示すように、シリンダヘッド１ｃには、排気ポート１ｇの途中から分岐するようにリリーフポート１ｈが形成されている。このリリーフポート１ｈは、排気弁７の近傍で、かつ吸気弁６の反対側の位置において、燃焼室１ｄに開口しており、この開口部にリリーフバルブ３が燃焼室１ｄに臨むように設けられている。 As shown in FIGS. 1 and 2, a relief port 1h is formed in the cylinder head 1c so as to branch from the middle of the exhaust port 1g. The relief port 1h is open to the combustion chamber 1d in the vicinity of the exhaust valve 7 and on the opposite side of the intake valve 6, and the relief valve 3 is provided in this opening so as to face the combustion chamber 1d. ing.

リリーフバルブ３は、スプリング３ａにより燃焼室１ｄ側（図１の下方）に付勢されている。リリーフバルブ３の開弁圧ＰＣＹＬＨは、スプリング３ａのばね定数や受圧部３ｂの面積などにより、ノッキング時以外の正常燃焼時に発生する燃焼室１ｄ内の圧力（以下「筒内圧」という）ＰＣＹＬの最大値である正常燃焼時最大圧力ＰＣＹＬＮＭＡＸよりも大きく、かつノッキング時に発生する筒内圧ＰＣＹＬよりも小さな値に設定されている。また、スプリング３ａの固有振動数Ｆｎは、ノッキング時に発生するエンジン１の共振振動数であるノッキング共振周波数Ｆｒの範囲外に設定されている。 The relief valve 3 is urged toward the combustion chamber 1d (downward in FIG. 1) by a spring 3a. The valve opening pressure PCYLH of the relief valve 3 is the maximum pressure in the combustion chamber 1d generated during normal combustion other than knocking (hereinafter referred to as “in-cylinder pressure”) PCYL, depending on the spring constant of the spring 3a and the area of the pressure receiving portion 3b. It is set to a value that is larger than the maximum normal pressure PCYLNMAX during normal combustion and smaller than the in-cylinder pressure PCYL generated during knocking. Further, the natural frequency Fn of the spring 3a is set outside the range of the knocking resonance frequency Fr that is the resonance frequency of the engine 1 generated at the time of knocking.

エンジン１の吸気管８には、スロットル弁１３が設けられている。このスロットル弁１３には、アクチュエータ１３ａが連結されている。スロットル弁１３の開度は、ＥＣＵ２により、エンジン１の運転状態に応じて、アクチュエータ１３ａを制御することによって制御され、それにより、燃焼室１ｄに吸入される新気の量が制御される。 A throttle valve 13 is provided in the intake pipe 8 of the engine 1. An actuator 13 a is connected to the throttle valve 13. The opening degree of the throttle valve 13 is controlled by the ECU 2 by controlling the actuator 13a in accordance with the operating state of the engine 1, thereby controlling the amount of fresh air drawn into the combustion chamber 1d.

また、吸気管８の吸気マニホールド８ａには、燃料噴射弁４が、気筒１ａごとに、吸気ポート１ｆに臨むように設けられている。燃料噴射弁４は、燃料ポンプ（図示せず）で昇圧された燃料を吸気ポート１ｆに噴射する。燃料噴射弁４の開弁時間および開弁時期はＥＣＵ２によって制御され、それにより燃料噴射量および噴射時期が制御される。 In addition, the fuel injection valve 4 is provided in the intake manifold 8a of the intake pipe 8 so as to face the intake port 1f for each cylinder 1a. The fuel injection valve 4 injects fuel boosted by a fuel pump (not shown) into the intake port 1f. The valve opening time and valve opening timing of the fuel injection valve 4 are controlled by the ECU 2, thereby controlling the fuel injection amount and the injection timing.

また、排気管９の下流部には、三元触媒１１が設けられている。三元触媒１１は、排ガス中のＨＣおよびＣＯを酸化するとともに、ＮＯｘを還元することによって、排ガスを浄化する。 A three-way catalyst 11 is provided downstream of the exhaust pipe 9. The three-way catalyst 11 purifies the exhaust gas by oxidizing HC and CO in the exhaust gas and reducing NOx.

また、ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよび入出力インターフェースなどから成るマイクロコンピュータ（いずれも図示せず）で構成されている。各種のセンサ（図示せず）で検出されたエンジン１の運転状態などに応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに基づいて、点火プラグ５の点火時期や燃料噴射弁４の燃料噴射量および噴射時期などを制御する。 The ECU 2 is composed of a microcomputer (all not shown) including a CPU, a RAM, a ROM, an input / output interface, and the like. The ignition timing of the spark plug 5, the fuel injection amount of the fuel injection valve 4 and the injection based on the control program stored in the ROM according to the operating state of the engine 1 detected by various sensors (not shown). Control time etc.

図３は、エンジン１において発生する筒内圧ＰＣＹＬとリリーフバルブ３の開弁圧ＰＣＹＬＨなどとの関係を示す。このエンジン１では、圧縮行程の終了時におけるＴＤＣ（上死点）の手前のクランク角度位置で点火プラグ５による火花点火が行われ、燃焼室１ｄ内で混合気が燃焼することによって、筒内圧ＰＣＹＬが増大し、そのピークはＴＤＣの直後に現れる。このピーク値は燃焼状態に応じて変化し、同図の正常燃焼時最大圧力ＰＣＹＬＮＭＡＸは、これらのピーク値のうちの正常燃焼時に発生し得る最大値を示す。 FIG. 3 shows the relationship between the in-cylinder pressure PCYL generated in the engine 1 and the valve opening pressure PCYLH of the relief valve 3. In the engine 1, spark ignition is performed by the spark plug 5 at a crank angle position before TDC (top dead center) at the end of the compression stroke, and the air-fuel mixture burns in the combustion chamber 1d, thereby causing the cylinder pressure PCYL. Increases and its peak appears immediately after TDC. This peak value changes according to the combustion state, and the normal combustion maximum pressure PCYLNMAX in the figure shows the maximum value that can be generated during normal combustion among these peak values.

一方、ノッキングの発生時には、点火プラグ５から遠い位置にある未燃焼の混合気（末端ガス）が一気に自己着火し、筒内圧ＰＣＹＬが急激に上昇することによって、そのピーク値は、正常燃焼時よりもかなり高くなる。同図に示すように、リリーフバルブ３の開弁圧ＰＣＹＬＨは、以上のような正常燃焼時最大圧力ＰＣＹＬＮＭＡＸよりも若干大きく、かつノッキングの発生時の筒内圧ＰＣＹＬのピーク値よりも小さな値に設定されている。 On the other hand, when knocking occurs, the unburned mixture (terminal gas) located far from the spark plug 5 self-ignites all at once, and the in-cylinder pressure PCYL rapidly rises. Is also quite expensive. As shown in the figure, the valve opening pressure PCYLH of the relief valve 3 is set to a value slightly larger than the normal combustion maximum pressure PCYLNMAX as described above and smaller than the peak value of the in-cylinder pressure PCYL when knocking occurs. Has been.

以上のような開弁圧ＰＣＹＬＨの設定により、ノッキングが発生すると、筒内圧ＰＣＹＬが開弁圧ＰＣＹＬＨを上回ることで、リリーフバルブ３が開弁し、燃焼室１ｄ内の燃焼ガスの一部がリリーフポート１ｈを介して排気管９に排出され、逃がされる。 When knocking occurs due to the setting of the valve opening pressure PCYLH as described above, the in-cylinder pressure PCYL exceeds the valve opening pressure PCYLH, whereby the relief valve 3 is opened and a part of the combustion gas in the combustion chamber 1d is relieved. It is discharged to the exhaust pipe 9 through the port 1h and escaped.

また、図３に示すように、シリンダヘッド１ｃなどの燃焼室１ｄの周辺部品の強度に関する設計圧ＰＤＧＮは、リリーフバルブ３の開弁圧ＰＣＹＬＨに対し、比較的低い安全率を適用することによって、開弁圧ＰＣＹＬＨよりも若干大きな値に設定されている。 Further, as shown in FIG. 3, the design pressure PDGN related to the strength of the peripheral parts of the combustion chamber 1d such as the cylinder head 1c is applied to the valve opening pressure PCYLH of the relief valve 3 by applying a relatively low safety factor. It is set to a value slightly larger than the valve opening pressure PCYLH.

以上のように、本実施形態によれば、筒内圧ＰＣＹＬが開弁圧ＰＣＹＬＨ以上になったときに、リリーフバルブ３が開弁することで、燃焼室１ｄ内の燃焼ガスの一部を燃焼室１ｄ外に逃がすので、筒内圧ＰＣＹＬの過大化を確実に防止することができる。また、リリーフバルブ３を備えるだけでよいので、構成を単純化することができる。 As described above, according to the present embodiment, when the in-cylinder pressure PCYL becomes equal to or higher than the valve opening pressure PCYLH, the relief valve 3 is opened so that a part of the combustion gas in the combustion chamber 1d is removed from the combustion chamber. Since it escapes outside 1d, it is possible to reliably prevent the cylinder pressure PCYL from becoming excessive. Further, since only the relief valve 3 needs to be provided, the configuration can be simplified.

また、リリーフバルブ３を介して排出された排ガスが、高温の排ガスを通すために本来的に熱対策が施されている排気管９に流入するので、追加の熱対策を省略することができる。また、この排ガスが排気管９の三元触媒１１よりも上流側に流入するので、排ガスを三元触媒１１で浄化してから大気中に放出でき、排ガス特性の悪化を防止することができる。さらに、リリーフバルブ３を、排気弁７の近傍で、かつ吸気弁６の反対側に配置しているので、リリーフバルブ３を介して排出された排ガスの熱による影響が吸気系に及びにくくなる。その結果、吸気系の部品、例えば吸気管８や燃料噴射弁４の熱劣化を防止できるとともに、燃料噴射弁４から吸気ポート１ｆに噴射された燃料への悪影響（例えば燃料への引火）を防止することができる。 Further, since the exhaust gas discharged through the relief valve 3 flows into the exhaust pipe 9 that is originally provided with a heat countermeasure in order to pass the high-temperature exhaust gas, an additional heat countermeasure can be omitted. Moreover, since this exhaust gas flows into the upstream side of the three-way catalyst 11 of the exhaust pipe 9, the exhaust gas can be discharged into the atmosphere after being purified by the three-way catalyst 11, and deterioration of the exhaust gas characteristics can be prevented. Furthermore, since the relief valve 3 is disposed in the vicinity of the exhaust valve 7 and on the opposite side of the intake valve 6, the influence of the heat of the exhaust gas discharged through the relief valve 3 is less likely to affect the intake system. As a result, it is possible to prevent thermal deterioration of the intake system components, for example, the intake pipe 8 and the fuel injection valve 4, and to prevent adverse effects on the fuel injected from the fuel injection valve 4 to the intake port 1f (for example, ignition of fuel). can do.

また、ノッキングの発生時以外の正常燃焼時には、筒内圧ＰＣＹＬが開弁圧ＰＣＹＬＨを超えないので、リリーフバルブ３が閉弁状態に確実に保たれることで、意図しない燃焼ガスの排出に起因する出力の低下を回避し、エンジン１の運転を支障なく行うことができる。また、ノッキングの発生時には、リリーフバルブ３が開弁することによって、筒内圧ＰＣＹＬが開弁圧ＰＣＹＬＨ以下に確実に制限されるので、前述したように、燃焼室１ｄの周辺部品の強度の設計圧ＰＤＧＮを、開弁圧ＰＣＹＬＨに対して比較的低い安全率で、より小さな値に設定することで、エンジン１の軽量化や低コスト化を実現することができる。 Further, during normal combustion other than when knocking occurs, the in-cylinder pressure PCYL does not exceed the valve opening pressure PCYLH, so that the relief valve 3 is reliably kept in the closed state, resulting in unintended combustion gas discharge. A decrease in output can be avoided, and the engine 1 can be operated without any trouble. Further, when knocking occurs, the relief valve 3 is opened, so that the in-cylinder pressure PCYL is surely limited to the valve opening pressure PCYLH or less, and as described above, the design pressure of the strength of the peripheral parts of the combustion chamber 1d is set. By setting PDGN to a smaller value with a relatively low safety factor with respect to the valve opening pressure PCYLH, it is possible to reduce the weight and cost of the engine 1.

図４は、本発明の第２実施形態によるエンジン２１を示す。このエンジン２１のシリンダヘッド２１ｃには、排気ポート２１ｇが分岐せずに１つのみ形成され、燃焼室１ｄに開口しており、この開口部に１つの排気弁７が設けられている。また、排気ポート２１ｇの途中から分岐するように、リリーフポート２１ｈが形成されている。このリリーフポート２１ｈは、排気弁７の近傍で、かつ吸気弁６よりも排気弁７に近い位置において、燃焼室１ｄに開口しており、この開口部にリリーフバルブ３が設けられている。エンジン２１の他の構成は、第１実施形態のエンジン１と同様である。 FIG. 4 shows an engine 21 according to a second embodiment of the present invention. In the cylinder head 21c of the engine 21, only one exhaust port 21g is formed without branching, and opens to the combustion chamber 1d, and one exhaust valve 7 is provided in this opening. A relief port 21h is formed so as to branch from the middle of the exhaust port 21g. The relief port 21h is opened to the combustion chamber 1d in the vicinity of the exhaust valve 7 and closer to the exhaust valve 7 than the intake valve 6, and the relief valve 3 is provided in this opening. Other configurations of the engine 21 are the same as those of the engine 1 of the first embodiment.

このエンジン２１によれば、筒内圧ＰＣＹＬが開弁圧ＰＣＹＬＨ以上になったときに、リリーフバルブ３が開弁することで、燃焼室１ｄ内の燃焼ガスの一部を燃焼室１ｄ外に逃がすので、前述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、排気弁７およびリリーフバルブ３が１つずつ設けられているので、２つの排気弁７と１つのリリーフバルブ３が設けられている第１実施形態と比較して、構成が単純であり、製造を容易に行えるとともに、リリーフバルブ３を設けるスペースを容易に確保できる。この場合、例えば第１実施形態の一方の排気ポート１ｇに、排気弁７に代えて、リリーフバルブ３を設けることも可能であり、それにより、シリンダヘッド２１ｃの設計・製造やリリーフバルブ３のレイアウトをさらに容易に行うことができる。 According to the engine 21, when the in-cylinder pressure PCYL becomes equal to or higher than the valve opening pressure PCYLH, the relief valve 3 is opened so that a part of the combustion gas in the combustion chamber 1d is released to the outside of the combustion chamber 1d. The same effects as those of the first embodiment described above can be obtained. Further, since the exhaust valve 7 and the relief valve 3 are provided one by one, the configuration is simple compared to the first embodiment in which two exhaust valves 7 and one relief valve 3 are provided, Manufacture can be easily performed, and a space for providing the relief valve 3 can be easily secured. In this case, for example, the relief valve 3 can be provided in one exhaust port 1g of the first embodiment instead of the exhaust valve 7, whereby the design and manufacture of the cylinder head 21c and the layout of the relief valve 3 can be performed. Can be performed more easily.

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、第１実施形態では、リリーフバルブ３を吸気弁６の反対側に配置しているが、排気弁７の近傍で、かつ吸気弁６よりも排気弁７に近い位置であればよく、例えば、２つの排気ポート１ｇ，１ｇの間や、両者を結ぶ延長線上の外側に配置してもよく、あるいは吸気弁６側に配置してもよい。 In addition, this invention can be implemented in various aspects, without being limited to the described embodiment. For example, in the first embodiment, the relief valve 3 is disposed on the opposite side of the intake valve 6, but may be located near the exhaust valve 7 and closer to the exhaust valve 7 than the intake valve 6. It may be arranged between the two exhaust ports 1g, 1g, on the outside on the extended line connecting them, or on the intake valve 6 side.

また、実施形態では、排ガスを浄化する排気浄化装置として、三元触媒を用いているが、他のタイプの浄化装置、例えばＮＯｘ触媒や酸化触媒を用いてもよい。さらに、実施形態ではリリーフバルブ３は直動式に開閉するタイプのものであるが、これに限らず、例えば回動式のものでもよい。 In the embodiment, the three-way catalyst is used as the exhaust gas purification device that purifies the exhaust gas. However, other types of purification devices such as a NOx catalyst and an oxidation catalyst may be used. Furthermore, in the embodiment, the relief valve 3 is of a type that opens and closes in a direct acting manner, but is not limited thereto, and may be, for example, a rotational type.

また、実施形態は、本発明を車両に搭載されたガソリンエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、ガソリンエンジン以外のディーゼルエンジンなどの各種のエンジンに適用してもよく、また、車両用以外のエンジン、例えば、クランク軸を鉛直に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。 The embodiment is an example in which the present invention is applied to a gasoline engine mounted on a vehicle, but the present invention is not limited to this, and may be applied to various engines such as a diesel engine other than a gasoline engine. Also, the present invention can be applied to engines other than those for vehicles, for example, engines for marine propulsion devices such as outboard motors having a crankshaft arranged vertically. In addition, it is possible to appropriately change the detailed configuration within the scope of the gist of the present invention.

１エンジン（内燃機関）
１ｄ燃焼室
３リリーフバルブ（安全弁）
３ａスプリング（ばね）
６吸気弁
７排気弁
９排気管（排気通路）
１１三元触媒（排気浄化装置）
２１エンジン（内燃機関）
ＰＣＹＬ筒内圧（燃焼室内の圧力）
ＰＣＹＬＨ開弁圧
ＰＣＹＬＮＭＡＸ正常燃焼時最大圧力（最大圧力）
Ｆｎ固有振動数
Ｆｒノッキング共振周波数（ノッキング時に発生する内燃機関の共振振動数） 1 engine (internal combustion engine)
1d Combustion chamber 3 Relief valve (safety valve)
3a Spring
6 Intake valve 7 Exhaust valve 9 Exhaust pipe (exhaust passage)
11 Three-way catalyst (exhaust gas purification device)
21 Engine (Internal combustion engine)
PCYL In-cylinder pressure (pressure in the combustion chamber)
PCYLH Valve opening pressure PCYLNMAX Maximum pressure during normal combustion (maximum pressure)
Fn natural frequency
Fr knocking resonance frequency (resonance frequency of internal combustion engine generated at the time of knocking)

Claims

燃焼室に臨み、当該燃焼室に新気を導入する吸気弁と、
前記燃焼室に臨み、前記燃焼室から排気通路に排ガスを排出する排気弁と、
前記排気通路に設けられ、排ガスを浄化する排ガス浄化装置と、
前記燃焼室に臨み、当該燃焼室内の圧力が開弁圧以上になったときに開弁する安全弁と、を備え、
当該安全弁は、前記排気弁の近傍で、かつ前記吸気弁よりも前記排気弁に近い位置に配置され、
前記開弁した安全弁を介して排出された排ガスが、前記排気通路の前記排気浄化装置よりも上流側に流入するように構成されていることを特徴とする内燃機関。 An intake valve that faces the combustion chamber and introduces fresh air into the combustion chamber;
An exhaust valve that faces the combustion chamber and exhausts exhaust gas from the combustion chamber to an exhaust passage;
An exhaust gas purification device that is provided in the exhaust passage and purifies exhaust gas;
A safety valve that faces the combustion chamber and opens when the pressure in the combustion chamber exceeds a valve opening pressure, and
The safety valve is disposed in the vicinity of the exhaust valve and at a position closer to the exhaust valve than the intake valve,
An internal combustion engine configured such that exhaust gas discharged through the opened safety valve flows into an upstream side of the exhaust gas purification device in the exhaust passage.

前記安全弁の前記開弁圧は、前記内燃機関のノッキング時以外の正常燃焼時に発生する前記燃焼室内の最大圧力よりも大きく、かつノッキング時に発生する、前記燃焼室内の前記最大圧力よりも大きな前記燃焼室内の圧力よりも小さな値に設定されていることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。 The opening pressure of the safety valve is greater than the maximum pressure in the combustion chamber that occurs during normal combustion other than during knocking of the internal combustion engine, and greater than the maximum pressure in the combustion chamber that occurs during knocking. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the internal combustion engine is set to a value smaller than the pressure in the room.

前記安全弁は、ばねにより閉弁側に付勢されており、当該ばねの固有振動数は、ノッキング時に発生する前記内燃機関の共振振動数と異なる値に設定されていることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。 The safety valve is biased toward the valve closing side by a spring, and the natural frequency of the spring is set to a value different from the resonance frequency of the internal combustion engine generated at the time of knocking. Item 6. The internal combustion engine according to Item 1.