JP2017198082A - Internal combustion engine - Google Patents

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和宣 吉冨
Kazunobu Yoshitomi
和宣 吉冨
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Hino Motors Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an internal combustion engine that can control cylinder pressure to a predetermined value or less even when being a high-compression ratio and high supercharging engine while having a relatively-simple and inexpensive structure, and can reuse air (intake air) that is released for suppressing the cylinder pressure.SOLUTION: An internal combustion engine 100 according to the invention comprises: a cylinder pressure relief mechanism A that is connected to a cylinder 103 of the internal combustion engine 100 and makes air flow out of the cylinder 103 when the cylinder pressure exceeds a first threshold in a compression stroke; a tank 130 storing the air made to flow out of the cylinder by the cylinder pressure relief mechanism A; and an air returning mechanism B that is connected to the cylinder 103 of the internal combustion engine 100 and makes the air flow into the cylinder 103 from the tank 130 when the cylinder pressure becomes lower than the internal pressure of the air storage part in an expansion stroke.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、内燃機関に関する。特に、燃料をシリンダ内（筒内）に直接噴射供給する内燃機関のシリンダ内圧調整技術（筒内圧調整技術）に関する。   The present invention relates to an internal combustion engine. In particular, the present invention relates to a cylinder internal pressure adjustment technique (in-cylinder pressure adjustment technique) for an internal combustion engine that directly injects fuel into a cylinder (in-cylinder).

エンジン（内燃機関）の高効率化（高出力化、低燃費化等）のために、従来より高圧縮比・高過給エンジンが検討されているが、このようなエンジンの場合、高回転高負荷の運転領域では、燃焼圧（シリンダ内圧）が設計値（シリンダヘッド等の強度限界閾値など）を超えてしまうため、そのような領域では筒内圧（シリンダ内圧）が設計値以下となるように、吸気弁を遅閉じするなどバルブタイミングを制御したり、過給圧を逃がす制御などをする必要があるため、燃費改善などの効果が得られるのは、ある限られた運転領域に限定されてしまうといった実情がある。
更に、吸気弁を遅閉じするようにした場合には、他の運転領域でエンジン性能に悪影響を与える（例えば低温始動時における白煙の悪化など）といったおそれがある。 In order to increase the efficiency of engines (internal combustion engines) (higher output, lower fuel consumption, etc.), high compression ratio / high turbocharged engines have been studied. In the operating region of the load, the combustion pressure (cylinder internal pressure) exceeds the design value (such as the strength limit threshold of the cylinder head), so in such a region, the in-cylinder pressure (cylinder internal pressure) is less than the design value. Because it is necessary to control the valve timing, such as closing the intake valve late, or to control the boost pressure, etc., the effect of improving fuel economy is limited to a limited operating range. There is a fact that it ends up.
Further, when the intake valve is closed late, there is a risk that engine performance will be adversely affected in other operating regions (for example, deterioration of white smoke during cold start).

このようなことから、特許文献１では、筒内圧の過大な上昇を抑制するために、図６に示すように、主燃焼室１０ａに連通する可変容積室１０ｂを備えて構成し、この可変容積室１０ｂに摺動自在にサブピストン２１を収容させ、このサブピストン２１のストローク運動をストローク制御部２４が制御することで、筒内圧が一定となるようにする技術を提案している。   For this reason, in Patent Document 1, in order to suppress an excessive increase in the in-cylinder pressure, as shown in FIG. 6, a variable volume chamber 10 b that communicates with the main combustion chamber 10 a is provided. A technique has been proposed in which the sub-piston 21 is slidably accommodated in the chamber 10b, and the stroke control unit 24 controls the stroke motion of the sub-piston 21 so that the in-cylinder pressure becomes constant.

特開２０１４−２２７８５６号公報JP 2014-227856 A

しかしながら、特許文献１に記載される筒内圧の制御技術によれば、筒内圧の過大な上昇を抑制することができるが、補助クランク機構等が必要であり構成が高コスト化・複雑化するといった実情があると共に、可変容積室１０ｂに逃がした空気を有効に利用することができないため改善の余地が残されているといった実情がある。   However, according to the control technique of the in-cylinder pressure described in Patent Document 1, an excessive increase in the in-cylinder pressure can be suppressed, but an auxiliary crank mechanism or the like is necessary, and the configuration becomes expensive and complicated. In addition to the actual situation, there is a situation in which room for improvement remains because the air escaped to the variable volume chamber 10b cannot be used effectively.

本発明は、かかる実情に鑑みなされたものであり、比較的簡単かつ低コストな構成でありながら、高圧縮比・高過給エンジンであっても筒内圧を所定値以下に制御することができると共に、筒内圧を抑制するために逃がした空気（吸気）を再利用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 in view of such circumstances, and can control the in-cylinder pressure to a predetermined value or less even in a high compression ratio / high supercharged engine while having a relatively simple and low-cost configuration. Another object is to provide an internal combustion engine that can reuse air (intake air) that has escaped in order to suppress in-cylinder pressure.

このため、本発明に係る内燃機関は、
内燃機関のシリンダに接続され、圧縮行程においてシリンダ内圧が第１の閾値を超えたときにシリンダから空気を流出させるシリンダ内圧逃がし機構と、
シリンダ内圧逃がし機構によりシリンダ内から流出された空気を貯留する空気貯留部と、
内燃機関のシリンダに接続され、膨張行程においてシリンダ内圧が前記空気貯留部の内圧より小さくなったときに、前記空気貯留部から空気をシリンダに流入させる空気戻し機構と、
を備えたことを特徴とする。 Therefore, the internal combustion engine according to the present invention is
A cylinder internal pressure relief mechanism connected to a cylinder of the internal combustion engine and configured to discharge air from the cylinder when the cylinder internal pressure exceeds a first threshold in a compression stroke;
An air reservoir for storing air that has flowed out of the cylinder by the cylinder internal pressure relief mechanism;
An air return mechanism that is connected to a cylinder of the internal combustion engine and causes air to flow into the cylinder from the air reservoir when the cylinder internal pressure becomes smaller than the internal pressure of the air reservoir in the expansion stroke;
It is provided with.

本発明において、前記シリンダ内圧逃がし機構は、シリンダ内圧が第１の閾値を超えていても、同一燃焼サイクル中におけるシリンダ内への燃料の供給開始後は、シリンダからの空気の流出を停止させることを特徴とすることができる。   In the present invention, the cylinder internal pressure relief mechanism stops the outflow of air from the cylinder after the start of fuel supply into the cylinder during the same combustion cycle even if the cylinder internal pressure exceeds the first threshold value. Can be characterized.

本発明において、前記シリンダ内圧逃がし機構は、
シリンダ内圧が第１の閾値を超えたときにスプリングの弾性付勢力に抗して開弁してシリンダから空気を流出させる流出弁を備えると共に、
シリンダ内への燃料の供給開始からは、前記スプリングのセット荷重を変更することにより流出弁を閉弁してシリンダからの空気の流出を停止させる
ことを特徴とすることができる。 In the present invention, the cylinder internal pressure relief mechanism includes:
Provided with an outflow valve that opens against the elastic biasing force of the spring when the internal pressure of the cylinder exceeds the first threshold and causes air to flow out of the cylinder;
From the start of fuel supply into the cylinder, the outflow valve is closed by changing the set load of the spring to stop the outflow of air from the cylinder.

本発明によれば、比較的簡単かつ低コストな構成でありながら、高圧縮比・高過給エンジンであっても筒内圧を所定値以下に制御することができると共に、筒内圧を抑制するために逃がした空気を再利用することができる内燃機関を提供することができる。   According to the present invention, the in-cylinder pressure can be controlled to a predetermined value or less and the in-cylinder pressure is suppressed even in a high-compression ratio / high-supercharged engine with a relatively simple and low-cost configuration. Thus, it is possible to provide an internal combustion engine that can reuse the air that has escaped.

本発明の一実施の形態に係る内燃機関の燃焼室付近を模式的に表現した断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing the vicinity of a combustion chamber of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. 同上実施の形態に係る内燃機関の筒内圧逃がし機構（シリンダ内逃がし機構）Ａを拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the cylinder pressure relief mechanism (cylinder relief mechanism) A of the internal combustion engine which concerns on embodiment same as the above. 同上実施の形態に係る内燃機関の空気戻し機構Ｂを拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the air return mechanism B of the internal combustion engine which concerns on embodiment same as the above. 同上実施の形態に係る内燃機関の筒内圧逃がし機構（シリンダ内逃がし機構）Ａ、空気戻し機構Ｂの動作の様子を説明する模式断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining the operation of an in-cylinder pressure relief mechanism (in-cylinder relief mechanism) A and an air return mechanism B of the internal combustion engine according to the embodiment. 同上実施の形態に係る内燃機関の流出弁、流入弁のクランクアングル（時間）に対する開閉弁の様子、及び筒内圧・燃料噴射の様子を示すタイミングチャートである。4 is a timing chart showing an outflow valve of an internal combustion engine according to the same embodiment, a state of an on-off valve with respect to a crank angle (time) of the inflow valve, and a state of in-cylinder pressure and fuel injection. 従来の内燃機関の筒内圧の制御技術の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the control technique of the cylinder pressure of the conventional internal combustion engine.

以下、本発明に係る一実施の形態を、添付の図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態により、本発明が限定されるものではない。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below.

本発明の一実施の形態に係る内燃機関１００は、高圧縮比或いは高過給エンジンとすることができ、図１に示すように、ピストン１０１の頂面（上面）と、シリンダヘッド１０２Ａの下面と、シリンダライナ１０２Ｂの内周壁面と、により画成される筒内（シリンダ内）１０３に、筒内圧逃がし機構Ａが臨んで設けられていると共に、この筒内圧逃がし機構Ａが逃がした空気を貯留するタンク（空気貯留部）１３０が備えられ、更に、タンク１３０に貯留された空気を筒内（シリンダ内）１０３（或いはインテークマニホールド）に戻す空気戻し機構Ｂが備えられている。   The internal combustion engine 100 according to an embodiment of the present invention can be a high compression ratio or high-supercharged engine. As shown in FIG. 1, the top surface (upper surface) of the piston 101 and the lower surface of the cylinder head 102A. And an in-cylinder pressure relief mechanism A facing the inside (cylinder) 103 defined by the inner circumferential wall surface of the cylinder liner 102B, and the air released by the in-cylinder pressure relief mechanism A A tank (air storage unit) 130 for storing is provided, and an air return mechanism B for returning the air stored in the tank 130 to the cylinder (inside the cylinder) 103 (or the intake manifold) is further provided.

筒内圧逃がし機構Ａは、筒内圧（筒内（燃焼室）１０３の圧力）が設計値（所定の第１の閾値、例えば最大燃焼圧力がシリンダヘッド等の強度限界値などに至らないようにするために圧縮行程中の筒内圧を低く抑えた値）を超えそうな圧力に達した際に、筒内１０３から圧力（空気）を逃がす機構である。   The in-cylinder pressure relief mechanism A prevents the in-cylinder pressure (pressure in the cylinder (combustion chamber) 103) from reaching a design value (a predetermined first threshold, for example, the maximum combustion pressure reaches an intensity limit value of the cylinder head or the like). Therefore, the pressure (air) is released from the in-cylinder 103 when reaching a pressure that is likely to exceed the value in which the in-cylinder pressure during the compression stroke is kept low.

具体的には、図２に示すように、筒内圧が所定の第１の閾値を超えると開弁して筒内１０３から空気を流出させる（逃がす）流出弁１１１を備えると共に、この流出弁１１１が開弁したときに筒内１０３から流出する空気をタンク１３０へと導く圧力逃がし流路１１３Ａが備えられている。   Specifically, as shown in FIG. 2, there is provided an outflow valve 111 that opens when the in-cylinder pressure exceeds a predetermined first threshold and allows air to flow out (release) from the in-cylinder 103. Is provided with a pressure relief channel 113A that guides the air flowing out of the cylinder 103 to the tank 130 when the valve is opened.

流出弁１１１はバルブボディ１０９に内蔵されていて、同様にバルブボディ１０９に内蔵されるスプリング１１０により図２において下方に向けて閉弁付勢されている。バルブボディ１０９は、シリンダヘッド１０２Ａに取り付けられている。   The outflow valve 111 is built in the valve body 109 and is also urged to close downward in FIG. 2 by a spring 110 built in the valve body 109. The valve body 109 is attached to the cylinder head 102A.

また、スプリング１１０は、カム１０４により揺動されるロッカーアーム１０５により上下動されるセット荷重変更バルブ１０８により上下方向長さを伸縮可能に構成されていて、これによりスプリング１１０のセット荷重が変更（調整）可能に構成されている。   In addition, the spring 110 is configured such that the length in the vertical direction can be expanded and contracted by a set load change valve 108 that is moved up and down by a rocker arm 105 that is swung by a cam 104, thereby changing the set load of the spring 110 ( Adjustment) is possible.

セット荷重変更バルブ１０８は、スプリング１０７により閉弁付勢されているが、バルブキャップ１０６を介してロッカーアーム１０５によりスプリング１０７の閉弁付勢力に抗して下方に移動可能に構成されている。   The set load changing valve 108 is urged to close by a spring 107, but is configured to be movable downward against the valve urging force of the spring 107 by a rocker arm 105 via a valve cap 106.

なお、カム１０４は、内燃機関の吸気用或いは排気用カムシャフトに略一体的に取り付けた構成などとすることができる。   The cam 104 can be configured to be substantially integrally attached to an intake cam shaft or an exhaust cam shaft of the internal combustion engine.

なお、筒内圧逃がし機構Ａの圧力逃がし流路１１３Ａにはタンク１３０が接続され、このタンク１３０には、流出弁１１１が開弁されたときに、筒内１０３から流出した（逃がされた）空気が導かれて貯留される。   A tank 130 is connected to the pressure relief flow path 113A of the in-cylinder pressure relief mechanism A, and the tank 130 flows out (relieved) from the in-cylinder 103 when the outflow valve 111 is opened. Air is guided and stored.

この一方、本実施の形態に係る空気戻し機構Ｂは、タンク１３０に貯留されている空気を所定条件下で筒内１０３（或いはインテークマニホールド）に戻すことができるように構成されている。   On the other hand, the air return mechanism B according to the present embodiment is configured to return the air stored in the tank 130 to the cylinder 103 (or the intake manifold) under a predetermined condition.

具体的な一例としては、図３に示すように、タンク１３０に接続されている空気戻し流路１１３Ｂからの筒内１０３（或いはインテークマニホールド）への空気の流入（戻し）を制御する流入弁１１７が備えられ、この流入弁１１７はスプリング１１８により図３上方に向けて閉弁付勢されている。このスプリング１１８のセット荷重（流入弁１１７の開弁圧）は、例えば、流入弁１１７が落下などしない程度の小さな値＝１０ＭＰａ程度に設定されることができる。但し、１０ＭＰａより小さな値とすることができるし、１０ＭＰａより小さな値とすることも可能である。   As a specific example, as shown in FIG. 3, an inflow valve 117 that controls the inflow (return) of air from the air return channel 113 </ b> B connected to the tank 130 to the cylinder 103 (or the intake manifold). The inflow valve 117 is urged to close by the spring 118 toward the upper side in FIG. The set load of the spring 118 (the valve opening pressure of the inflow valve 117) can be set to, for example, a small value = about 10 MPa so that the inflow valve 117 does not drop. However, the value can be smaller than 10 MPa, and can be smaller than 10 MPa.

すなわち、小さな力で閉弁付勢されている流入弁１１７は、筒内１０３の圧力がタンク１３０の内圧より所定に小さくなったときに開弁して、タンク１３０から空気を筒内（シリンダ内）１０３へ戻すようになっている。
なお、符号１１４は流路キャップであり、符号１１５はキャップ（弁座）であり、符号１１６は、シリンダヘッド１０２Ａに取り付けられるバルブボディである。 That is, the inflow valve 117 that is energized to close with a small force is opened when the pressure in the cylinder 103 becomes a predetermined pressure lower than the internal pressure of the tank 130, and air is supplied from the tank 130 into the cylinder (in the cylinder). ) To 103.
Reference numeral 114 denotes a flow path cap, reference numeral 115 denotes a cap (valve seat), and reference numeral 116 denotes a valve body attached to the cylinder head 102A.

以上のような筒内圧逃がし機構Ａ、空気戻し機構Ｂが備えられた本実施の形態では、これら機構が以下のように動作するようになっている。
（１）事前に、圧縮行程において、燃料噴射後の筒内圧が設計値（所定の第１の閾値）を超えない範囲で、圧力を抜くタイミングでの設定圧（スプリング１１０のセット荷重、すなわち流出弁１１１の開弁圧）を決めておく。
（２）但し、燃料噴射開始から燃焼終了まで、筒内圧（燃焼圧）が第１の閾値を超えたとしても、強制的に作動（流出弁１１１が開弁）しない構造を有する。すなわち、筒内（シリンダ内）１０３への燃料の噴射開始後は、筒内（シリンダ内）１０３から空気を流出させないようにする。
（３）逃がした圧力（空気）は、ＴＤＣ（上死点）後の（膨張行程における）筒内１０３若しくはインテークマニホールド（吸気通路）に戻す。 In the present embodiment provided with the in-cylinder pressure relief mechanism A and the air return mechanism B as described above, these mechanisms operate as follows.
(1) In advance, in the compression stroke, the set pressure (the set load of the spring 110, that is, the outflow) at the timing of releasing the pressure within a range where the in-cylinder pressure after fuel injection does not exceed the design value (predetermined first threshold). The valve opening pressure of the valve 111) is determined.
(2) However, from the start of fuel injection to the end of combustion, even if the in-cylinder pressure (combustion pressure) exceeds the first threshold value, it does not forcibly operate (the outflow valve 111 does not open). That is, after the start of fuel injection into the cylinder (cylinder) 103, air is prevented from flowing out of the cylinder (cylinder) 103.
(3) The released pressure (air) is returned to the cylinder 103 or the intake manifold (intake passage) after the TDC (top dead center) (in the expansion stroke).

すなわち、本実施の形態では、
（１）燃焼サイクル（ディーゼルサイクル）におけるピストン圧縮行程にて、筒内圧がスプリング１１０のセット荷重（所定の閾値：第１の閾値）を超えた際に、流出弁１１１が開弁され、筒内１０３から空気を流出させて、タンク１３０へ圧力を逃がす（筒内１０３の空気を逃がす）。
これにより、筒内１０３の圧力が所定の第１の閾値を超えることがないため、例えば最大燃焼圧力を低く抑えることができ内燃機関１００の損傷等を長期に亘って抑制することができる。 That is, in this embodiment,
(1) When the in-cylinder pressure exceeds the set load (predetermined threshold: first threshold) of the spring 110 in the piston compression stroke in the combustion cycle (diesel cycle), the outflow valve 111 is opened, and the in-cylinder The air is caused to flow out from 103 and the pressure is released to the tank 130 (air in the cylinder 103 is released).
Thereby, since the pressure in the cylinder 103 does not exceed the predetermined first threshold, for example, the maximum combustion pressure can be kept low, and damage to the internal combustion engine 100 can be suppressed over a long period of time.

（２）但し、その後の燃料噴射開始以降の行程では（圧縮行程及び膨張行程の途中までは）、筒内圧（燃焼圧）が第１の閾値を超えたとしても、筒内圧逃がし機構Ａが作動しないように（流出弁１１１が開弁しないように）、カム１０４にて、スプリング１１０を押し縮めることでセット荷重（開弁圧力）を増大させて第２の閾値（第１の閾値より大きな値）にて開弁するようにして、流出弁１１１を閉弁し、筒内（シリンダ内）１０３から空気を流出させないようにする。
これにより、閉塞した空間である筒内１０３にて燃焼を行わせることで安定した燃焼状態を作り出すと共に、燃料噴射弁（図示せず）から筒内１０３に噴射供給された燃料が、空気と伴にタンク１３０へ流出しないようになっている。 (2) However, in the stroke after the start of fuel injection thereafter (until the middle of the compression stroke and the expansion stroke), even if the in-cylinder pressure (combustion pressure) exceeds the first threshold, the in-cylinder pressure relief mechanism A operates. The set load (valve opening pressure) is increased by pushing and contracting the spring 110 with the cam 104 so as not to open (the outflow valve 111 does not open), and the second threshold value (a value larger than the first threshold value). ) To close the outflow valve 111 so that air does not flow out of the cylinder (inside the cylinder) 103.
As a result, combustion is performed in the cylinder 103, which is a closed space, to create a stable combustion state, and the fuel injected and supplied from the fuel injection valve (not shown) into the cylinder 103 is accompanied with air. The tank 130 is prevented from flowing out.

（３）ピストン１０１が、ＴＤＣ（上死点）を超えて（膨張行程となり）筒内圧がタンク１３０の内圧より低くなると、流入弁１１７が開弁され、タンク１３０から気体が筒内１０３（若しくはインテークマニホールド）へ流入される。
これにより、例えば、新気（燃焼に利用されていない空気）を筒内１０３に供給できるため、未燃焼物（ＨＣや煤など）などを燃焼させることができ、以って排気性能の改善に貢献することができる。 (3) When the piston 101 exceeds the TDC (top dead center) (becomes an expansion stroke) and the in-cylinder pressure becomes lower than the internal pressure of the tank 130, the inflow valve 117 is opened, and the gas is transferred from the tank 130 into the in-cylinder 103 (or Into the intake manifold).
Thereby, for example, since fresh air (air not used for combustion) can be supplied to the cylinder 103, unburned matter (HC, soot, etc.) can be burned, thereby improving exhaust performance. Can contribute.

ここで、図４、図５を用いて作動例の一例を説明する。
（１）燃焼サイクル（ディーゼルサイクル）におけるピストン圧縮行程にて、
例えば、クランクアングルで約２０°ＢＴＤＣ（上死点前約２０°）以前に、筒内１０３の圧力（筒内圧力：圧縮圧力）がスプリング１１０のセット荷重（開弁圧、所定の第１の閾値）を超えた場合に、流出弁１１１が開弁して筒内圧（圧縮空気）を逃がす（図４（Ａ）、図５参照）。この圧縮空気は、圧力逃がし流路１１３Ａを介してタンク１３０内に導かれて貯留される。 Here, an example of an operation example is demonstrated using FIG. 4, FIG.
(1) In the piston compression stroke in the combustion cycle (diesel cycle)
For example, before the crank angle is about 20 ° BTDC (about 20 ° before top dead center), the pressure in the cylinder 103 (in-cylinder pressure: compression pressure) is the set load of the spring 110 (valve opening pressure, predetermined first pressure). When the threshold value is exceeded, the outflow valve 111 is opened to release the in-cylinder pressure (compressed air) (see FIGS. 4A and 5). This compressed air is guided and stored in the tank 130 via the pressure relief passage 113A.

これにより、筒内１０３の圧力が所定の第１の閾値を超えることがないため、例えば最大燃焼圧力を低く抑えることができ内燃機関１００の損傷等を長期に亘って抑制することができる。なお、スプリング１１０のセット荷重（所定の第１の閾値、流出弁１１１の開弁圧）を比較的容易に変更できる構成であるため、前記所定の閾値を比較的容易に変更することが可能である。   Thereby, since the pressure in the cylinder 103 does not exceed the predetermined first threshold, for example, the maximum combustion pressure can be kept low, and damage to the internal combustion engine 100 can be suppressed over a long period of time. Since the set load (predetermined first threshold value, valve opening pressure of the outflow valve 111) of the spring 110 can be changed relatively easily, the predetermined threshold value can be changed relatively easily. is there.

（２）上記（１）に続いて、燃料噴射開始から燃焼終了までの間、例えば、約２０°ＢＴＤＣ〜約２０°ＡＴＤＣ（上死点前約２０°〜上死点後約２０°）の間では、カム１０４によりセット荷重変更バルブ１０８を押し下げる（図４（Ｂ））。これにより、スプリング１１０を縮めてセット荷重を変更して（流出弁１１１の開弁圧を第２の閾値まで高めて）、流出弁１１１を閉弁させる（図５参照）。すなわち、筒内（シリンダ内）１０３への燃料の噴射開始後は、筒内（シリンダ内）１０３から空気をタンク１３０へ流出させないようにする。   (2) Subsequent to (1) above, from the start of fuel injection to the end of combustion, for example, about 20 ° BTDC to about 20 ° ATDC (about 20 ° before top dead center to about 20 ° after top dead center). In the meantime, the set load changing valve 108 is pushed down by the cam 104 (FIG. 4B). Thus, the spring 110 is contracted to change the set load (the valve opening pressure of the outflow valve 111 is increased to the second threshold value), and the outflow valve 111 is closed (see FIG. 5). That is, after the start of fuel injection into the cylinder (inside the cylinder) 103, air is prevented from flowing out of the cylinder (inside the cylinder) 103 into the tank 130.

この流出弁１１１の閉弁動作により、閉塞した空間である筒内１０３にて燃焼を行わせることで安定した燃焼状態を作り出すと共に、燃料噴射弁（図示せず）から筒内１０３に噴射供給された燃料が、空気と伴にタンク１３０へ流出することが防止され、無駄に燃料が消費されるといったおそれを回避することができるようになっている。   By closing the outflow valve 111, combustion is performed in the cylinder 103, which is a closed space, to create a stable combustion state, and the fuel is injected from the fuel injection valve (not shown) into the cylinder 103. Thus, the fuel is prevented from flowing out into the tank 130 together with the air, so that it is possible to avoid the possibility that the fuel is wasted.

（３）上記（２）に続いて、ピストン１０１がＴＤＣ（上死点）を超えて下がり（膨張行程において上死点後約３０°程度となり）、爆発後の筒内圧がタンク１３０の内圧より所定に小さくなると、流入弁１１７が開弁してタンク１３０内の空気が筒内（シリンダ内）１０３或いはインテークパイプ（吸気通路）に戻される（図４（Ｃ）参照）。   (3) Subsequent to (2) above, the piston 101 falls over TDC (top dead center) (about 30 ° after top dead center in the expansion stroke), and the cylinder pressure after the explosion is greater than the internal pressure of the tank 130. When it becomes small, the inflow valve 117 is opened, and the air in the tank 130 is returned to the cylinder (inside the cylinder) 103 or the intake pipe (intake passage) (see FIG. 4C).

これにより、例えば、新気（燃焼に利用されていない空気）を筒内１０３に供給できるため、未燃焼物（ＨＣや煤など）などを燃焼させることができ、以って排気性能の改善に貢献することができる。また、新気（燃焼に利用されていない空気）をインテークマニホールド（吸気通路）に戻す場合には、空気過剰率を増やすことができるため燃焼改善に貢献することができる。   Thereby, for example, since fresh air (air not used for combustion) can be supplied to the cylinder 103, unburned matter (HC, soot, etc.) can be burned, thereby improving exhaust performance. Can contribute. In addition, when returning fresh air (air not used for combustion) to the intake manifold (intake passage), the excess air ratio can be increased, which can contribute to combustion improvement.

以上のように、本実施の形態に係る内燃機関１００によれば、筒内圧逃がし機構Ａと、筒内圧逃がし機構Ａが逃がした空気を貯留するタンク１３０と、タンク１３０に貯留された空気を筒内（燃焼室）１０３（或いはインテークマニホールド）に戻す空気戻し機構Ｂと、を備えて構成したので、高圧縮比エンジンであっても、運転条件により筒内圧（燃焼圧）が最大設計値を超えないように、圧縮行程における筒内圧を所定値（第１の閾値）以下に制御することができ、以って内燃機関１００の損傷等を長期に亘って抑制することができる。   As described above, according to the internal combustion engine 100 according to the present embodiment, the in-cylinder pressure relief mechanism A, the tank 130 that stores the air released by the in-cylinder pressure relief mechanism A, and the air stored in the tank 130 Since it has an air return mechanism B that returns to the inner (combustion chamber) 103 (or intake manifold), the in-cylinder pressure (combustion pressure) exceeds the maximum design value depending on the operating conditions even in a high compression ratio engine. Therefore, the in-cylinder pressure in the compression stroke can be controlled to be equal to or less than a predetermined value (first threshold value), and thus damage and the like of the internal combustion engine 100 can be suppressed over a long period of time.

また、本実施の形態に係る内燃機関１００によれば、スプリング１１０のセット荷重（所定の第１の閾値、流出弁１１１の開弁圧）を比較的容易に変更できる構成であるため、前記所定の第１の閾値の大きさを比較的容易に第２の閾値（＞第１の閾値）に変更することが可能である。   Further, according to the internal combustion engine 100 according to the present embodiment, the set load of the spring 110 (the predetermined first threshold value, the valve opening pressure of the outflow valve 111) can be changed relatively easily. It is possible to relatively easily change the first threshold value to the second threshold value (> first threshold value).

このため、同一燃焼サイクル中において、その圧縮行程で一旦流出弁１１１を開弁させて筒内圧を逃がした後でも、例えば燃料噴射開始から燃焼終了までの間において、再び流出弁１１１を閉弁維持させることが可能であり、これにより燃費悪化や燃焼悪化等を抑制することに貢献可能である。   For this reason, during the same combustion cycle, even after the outflow valve 111 is once opened during the compression stroke and the in-cylinder pressure is released, the outflow valve 111 is kept closed again, for example, from the start of fuel injection to the end of combustion. This can contribute to the suppression of fuel consumption deterioration and combustion deterioration.

また、本実施の形態に係る内燃機関１００によれば、同一燃焼サイクル中において、燃焼が終了した後（ピストン１０１がＴＤＣ（上死点）を超えて上死点後約３０°程度となったときに）、筒内圧がタンク１３０の内圧より低下すると、流入弁１１７が開弁してタンク１３０内の空気を筒内（シリンダ内）１０３或いはインテークパイプ（吸気通路）に戻すことができる。   Moreover, according to the internal combustion engine 100 according to the present embodiment, after the combustion is completed in the same combustion cycle (the piston 101 exceeds TDC (top dead center) and becomes about 30 ° after the top dead center. When the in-cylinder pressure drops below the internal pressure of the tank 130, the inflow valve 117 is opened, and the air in the tank 130 can be returned to the in-cylinder (in-cylinder) 103 or the intake pipe (intake passage).

これにより、例えば、新気（燃焼に利用されていない空気）を筒内１０３に戻す場合には、未燃焼物（ＨＣや煤など）などを再燃焼させることができ、以って排気性能の改善に貢献することができる一方、新気（燃焼に利用されていない空気）をインテークマニホールド（吸気通路）に戻す場合には空気過剰率を増やすことができるため燃焼改善に貢献することができる。   As a result, for example, when fresh air (air not used for combustion) is returned to the cylinder 103, unburned matter (HC, soot, etc.) can be reburned, so that the exhaust performance can be improved. While this can contribute to improvement, when returning fresh air (air not used for combustion) to the intake manifold (intake passage), the excess air ratio can be increased, which can contribute to improvement in combustion.

すなわち、本実施の形態によれば、比較的簡単かつ低コストな構成でありながら、高圧縮比・高過給エンジンであっても筒内圧を所定値以下に制御することができると共に、筒内圧を抑制するために逃がした空気を再利用することができる内燃機関を提供することができる。   That is, according to the present embodiment, the in-cylinder pressure can be controlled to a predetermined value or less even in a high compression ratio / high supercharged engine, while having a relatively simple and low-cost configuration. Therefore, it is possible to provide an internal combustion engine that can reuse the air that has escaped in order to suppress the combustion.

本実施の形態では、筒内圧逃がし機構Ａの筒内圧逃がし穴と、空気戻し機構Ｂの空気戻し穴と、をシリンダヘッド１０２Ａに設けた例を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、シリンダライナ或いはシリンダブロックのシリンダヘッド下面付近に設けた構成とすることができる。   In the present embodiment, the in-cylinder pressure relief hole of the in-cylinder pressure relief mechanism A and the air return hole of the air return mechanism B have been described using an example provided in the cylinder head 102A, but the present invention is limited to this. Instead of this, it may be configured to be provided near the lower surface of the cylinder head of the cylinder liner or cylinder block.

本実施の形態では、内燃機関の一例としてディーゼルエンジンを採用することができるが、本発明はこれに限定されるものではなく、ガソリン、天然ガス、アルコール、バイオ燃料など軽油以外の燃料であっても、直接的に筒内（燃焼室）に燃料を噴射供給する内燃機関であれば、本発明は適用可能であり、本発明の技術的範囲に含まれるものである。   In this embodiment, a diesel engine can be adopted as an example of an internal combustion engine, but the present invention is not limited to this, and is a fuel other than light oil such as gasoline, natural gas, alcohol, biofuel, and the like. However, the present invention is applicable to any internal combustion engine that directly injects fuel into the cylinder (combustion chamber), and is included in the technical scope of the present invention.

本発明は、上述した発明の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得ることは可能である。   The present invention is not limited to the embodiments of the invention described above, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

１００ 内燃機関（エンジン）
１０１ ピストン
１０３ 筒内（シリンダ内）
１０８ セット荷重変更バルブ
１１０ スプリング
１１１ 流出弁（弁体）
１１３Ａ 圧力逃がし流路
１１３Ｂ 空気戻し流路
１１８ スプリング
１１７ 流入弁（弁体）
１３０ タンク（空気貯留部）
Ａ 筒内圧逃がし機構（シリンダ内逃がし機構）
Ｂ 空気戻し機構 100 Internal combustion engine
101 Piston 103 In-cylinder (inside cylinder)
108 Set load change valve 110 Spring 111 Outflow valve (valve)
113A Pressure relief passage 113B Air return passage 118 Spring 117 Inlet valve (valve element)
130 Tank (Air storage part)
A In-cylinder pressure relief mechanism (cylinder relief mechanism)
B Air return mechanism

Claims (3)

内燃機関のシリンダに接続され、圧縮行程においてシリンダ内圧が第１の閾値を超えたときにシリンダから空気を流出させるシリンダ内圧逃がし機構と、
シリンダ内圧逃がし機構によりシリンダ内から流出された空気を貯留する空気貯留部と、
内燃機関のシリンダに接続され、膨張行程においてシリンダ内圧が前記空気貯留部の内圧より小さくなったときに、前記空気貯留部から空気をシリンダに流入させる空気戻し機構と、
を備えたことを特徴とする内燃機関。 A cylinder internal pressure relief mechanism connected to a cylinder of the internal combustion engine and configured to discharge air from the cylinder when the cylinder internal pressure exceeds a first threshold in a compression stroke;
An air reservoir for storing air that has flowed out of the cylinder by the cylinder internal pressure relief mechanism;
An air return mechanism that is connected to a cylinder of the internal combustion engine and causes air to flow into the cylinder from the air reservoir when the cylinder internal pressure becomes smaller than the internal pressure of the air reservoir in the expansion stroke;
An internal combustion engine comprising: 前記シリンダ内圧逃がし機構は、シリンダ内圧が第１の閾値を超えていても、同一燃焼サイクル中におけるシリンダ内への燃料の供給開始後は、シリンダからの空気の流出を停止させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。   The in-cylinder pressure relief mechanism stops the outflow of air from the cylinder after the start of fuel supply into the cylinder during the same combustion cycle even if the in-cylinder pressure exceeds the first threshold value. The internal combustion engine according to claim 1. 前記シリンダ内圧逃がし機構は、
シリンダ内圧が第１の閾値を超えたときにスプリングの弾性付勢力に抗して開弁してシリンダから空気を流出させる流出弁を備えると共に、
シリンダ内への燃料の供給開始からは、前記スプリングのセット荷重を変更することにより流出弁を閉弁してシリンダからの空気の流出を停止させる
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関。
The cylinder internal pressure relief mechanism is
Provided with an outflow valve that opens against the elastic biasing force of the spring when the internal pressure of the cylinder exceeds the first threshold and causes air to flow out of the cylinder;
3. From the start of fuel supply into the cylinder, the outflow valve is closed by changing the set load of the spring to stop the outflow of air from the cylinder. The internal combustion engine described.
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