JP2019049239A - In-cylinder pressure suppression device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、筒内圧力抑制装置に関するものである。 The present invention relates to an in-cylinder pressure control device.
従来、エンジンの高圧縮比化を図ることで熱効率を上げて燃費を改善する手法が知られており、このような手法を用いて燃費を改善するにあたっては、高負荷運転領域での最大筒内圧力の増大に関する対策が必要不可欠であるが、高負荷運転領域での運転のためだけに従来より高い最大筒内圧力に耐え得るようエンジンを刷新したのでは、設備コストの大幅な高騰を招く結果となって燃費改善に向けた費用対効果が低くなってしまう。 Heretofore, there has been known a method for improving the fuel efficiency by increasing the thermal efficiency by aiming at a high compression ratio of the engine. In order to improve the fuel efficiency using such a method, the maximum in-cylinder in the high load operation region is known. It is essential to take measures against pressure increase, but if the engine has been upgraded to withstand the higher maximum in-cylinder pressure just for operation in the high load operating range, the equipment cost will increase dramatically. Cost-effectiveness for fuel efficiency improvement.
このため、既存のエンジン及び動弁系をそのまま利用して高負荷運転領域だけで最大筒内圧力を抑制することが可能な対策が求められており、燃料噴射のタイミングを遅角(リタード)する手法や、吸気弁の遅閉じにより吸入空気の一部を筒内から逃がす手法が既に提案されている(例えば下記の特許文献1等を参照)。 For this reason, there is a need for measures capable of suppressing the maximum in-cylinder pressure only in the high load operating region by using the existing engine and valve system as it is, and retarding the timing of fuel injection. A method or a method of releasing part of the intake air from the inside of the cylinder by the late closing of the intake valve has already been proposed (see, for example, Patent Document 1 described below).
しかしながら、燃料噴射のタイミングを遅角(リタード)する手法では、燃費を改善するために行った高圧縮比化により燃費の悪化を招いてしまうという本末転倒の問題を招きかねず、また、吸気弁の遅閉じにより吸入空気の一部を筒内から逃がす手法では、複雑な可変バルブ機構が必要となって設備コストの大幅な高騰を招いてしまう虞れがある。 However, the method of retarding the timing of fuel injection may lead to the problem of overturning the fuel efficiency due to the increase in compression ratio performed to improve the fuel efficiency, and also in the intake valve. In the method in which a part of the intake air is released from the inside of the cylinder by the late closing, a complicated variable valve mechanism may be required, which may cause a significant increase in the equipment cost.
尚、複雑な可変バルブ機構を用いることなく吸気弁の遅閉じを実現するために、該吸気弁を遅閉じさせるプロフィールを持つ吸気カムに変更することも考えられるが、このようにした場合、全運転領域で吸入空気の一部が筒内から逃げてしまう結果となり、燃費の改善効果を十分に得ることができなくなる。 In addition, in order to realize the late closing of the intake valve without using a complicated variable valve mechanism, it is conceivable to change to an intake cam having a profile for closing the intake valve, but in such a case, it is possible to As a result, part of the intake air escapes from the inside of the cylinder in the operating range, and it is not possible to obtain a sufficient improvement in fuel efficiency.
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、複雑な可変バルブ機構を要することなく高負荷運転領域のみでエンジンの最大筒内圧力を確実に抑制し得る筒内圧力抑制装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides an in-cylinder pressure suppression device capable of reliably suppressing the maximum in-cylinder pressure of the engine only in the high load operation region without requiring a complicated variable valve mechanism. With the goal.
本発明は、動弁系のカムシャフトに対し各気筒毎に割り当てて増設された専用カムと、該専用カムの夫々が対応する気筒における吸気弁の閉から燃料噴射の開始までの間に前記専用カムにより作動するマスターピストンと、該マスターピストンに対し油通路を介して接続され且つ該油通路に前記マスターピストンの作動により油圧が発生した際に当該気筒の吸気弁を開作動するスレーブピストンと、前記油通路の夫々における油圧の保持・開放を切り替える作動油供給手段と、少なくとも高負荷運転領域でのエンジン駆動時に前記各油通路の油圧を前記作動油供給手段により保持せしめる制御装置とを備えたことを特徴とする筒内圧力抑制装置、に係るものである。 According to the present invention, the dedicated cam allocated to each cylinder for the camshaft of the valve system and the dedicated cam from the closing of the intake valve in the cylinder corresponding to each of the dedicated cams to the start of the fuel injection A master piston operated by a cam, and a slave piston connected to the master piston via an oil passage and opening the intake valve of the cylinder when an oil pressure is generated in the oil passage by the operation of the master piston; The hydraulic oil supply means for switching between holding and release of the hydraulic pressure in each of the oil passages, and a control device for holding the hydraulic pressure of each oil passage by the hydraulic oil supply means at least when the engine is operated in the high load operation region. The in-cylinder pressure suppression device is characterized in that
而して、最大筒内圧力に余裕のない高負荷運転領域でのエンジン駆動時に、制御装置により作動油供給手段を制御して各油通路の油圧を保持させておくと、各気筒で吸気弁の閉から燃料噴射の開始までの間に専用カムによりマスターピストンが作動されて油通路に油圧が発生し、スレーブピストンにより当該気筒の吸気弁が強制的に開作動されて吸入空気の一部が筒内から逃がされ、該吸入空気の量が減ることで最大筒内圧力が抑制されることになる。 Thus, when the engine is driven in the high load operating region where there is no margin for the maximum in-cylinder pressure, the hydraulic oil supply means is controlled by the control device to hold the oil pressure of each oil passage. Between the closing of the valve and the start of fuel injection, the master piston is operated by the dedicated cam and oil pressure is generated in the oil passage, and the intake valve of the cylinder is forcibly opened by the slave piston and a part of the intake air is The maximum in-cylinder pressure is suppressed by being released from the cylinder and the amount of the intake air being reduced.
他方、最大筒内圧力に余裕のある低負荷運転領域や中負荷運転領域でのエンジン駆動時に、制御装置により作動油供給手段を制御して各油通路の油圧を解放しておくと、専用カムによりマスターピストンが作動されても油通路に油圧が発生しなくなってスレーブピストンが従動しなくなり、吸気弁は通常のバルブ操作により吸気行程でのみ開作動され、これ以外のタイミングで開作動されることはなくなるので、エンジンを高圧縮比化して熱効率を上げることによる燃費の改善効果が十分に得られる。 On the other hand, when the engine is driven in the low load operation area or the medium load operation area where the maximum in-cylinder pressure is sufficient, the control device controls the hydraulic oil supply means to release the oil pressure of each oil passage. Therefore, even if the master piston is actuated, the hydraulic pressure is not generated in the oil passage and the slave piston does not follow, and the intake valve is opened only in the intake stroke by normal valve operation and opened at other timings. As a result, the fuel efficiency can be sufficiently improved by increasing the engine compression ratio to increase the thermal efficiency.
また、本発明においては、燃料噴射が実施されない制動時にも油通路の油圧を作動油供給手段により保持せしめ得るように制御装置を構成することも可能であり、燃料噴射が実施されない制動時に制御装置により作動油供給手段を制御して油通路の油圧を保持させておくと、専用カムによりマスターピストンが作動されて油通路に油圧が発生し、スレーブピストンにより当該気筒の吸気弁が強制的に開作動されて圧縮圧力が開放され、次の膨張行程におけるピストンを押し下げる力が喪失して圧縮行程で得た制動力が有効に作用すると共に、膨張行程にあっても抵抗がかかるようになってエンジンブレーキが増強されることになり、本発明の筒内圧力抑制装置を圧縮圧開放型エンジンブレーキとして活用することが可能となる。 Further, in the present invention, it is also possible to configure the control device so that the hydraulic pressure of the oil passage can be held by the hydraulic fluid supply means even when the fuel injection is not performed. When the hydraulic pressure in the oil passage is maintained by controlling the hydraulic oil supply means, the master piston is operated by the dedicated cam and the hydraulic pressure is generated in the oil passage, and the intake valve of the relevant cylinder is forcibly opened by the slave piston. It is operated to release the compression pressure, the force to depress the piston in the next expansion stroke is lost, and the braking force obtained in the compression stroke works effectively, and the engine also becomes resistant even in the expansion stroke. The brake is enhanced, and the in-cylinder pressure suppression device of the present invention can be utilized as a compression pressure release engine brake.
更に、このように本発明を圧縮圧開放型エンジンブレーキとしても活用する場合には、専用カムによりマスターピストンを作動させるタイミングを圧縮上死点に近づくよう燃料噴射の開始直前に設定しておくことが好ましく、このようにすれば、エンジンブレーキを増強する効果を最大限に得ることが可能となる。 Furthermore, when the present invention is also utilized as a compression pressure release engine brake as described above, the timing for operating the master piston by the dedicated cam is set immediately before the start of fuel injection so as to approach compression top dead center. In this way, it is possible to obtain the maximum effect of enhancing the engine brake.
上記した本発明の筒内圧力抑制装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。 According to the in-cylinder pressure suppression device of the present invention described above, the following various excellent effects can be obtained.
(I)本発明の請求項1に記載の発明によれば、複雑な可変バルブ機構を要することなく既存のエンジン及び動弁系をそのまま利用して高負荷運転領域のみでエンジンの最大筒内圧力を確実に抑制することができるので、エンジンを高圧縮比化して熱効率を上げることによる燃費の改善を設備コストの大幅な高騰を回避しつつ実現することができる。 (I) According to the first aspect of the present invention, the maximum in-cylinder pressure of the engine can be obtained only in the high load operating region by using the existing engine and valve system as it is without requiring a complicated variable valve mechanism. As a result, the fuel efficiency can be improved by increasing the engine compression ratio to increase the thermal efficiency while avoiding a significant increase in the facility cost.
(II)本発明の請求項2に記載の発明によれば、本発明の筒内圧力抑制装置を制動時に圧縮圧開放型エンジンブレーキとしても活用することができ、制動時におけるエンジンブレーキの増強効果を得ることができる。 (II) According to the invention described in claim 2 of the present invention, the in-cylinder pressure suppression device of the present invention can be utilized also as a compression pressure release type engine brake at the time of braking, and the enhancing effect of the engine brake at the time of braking You can get
(III)本発明の請求項3に記載の発明によれば、本発明の筒内圧力抑制装置を制動時に圧縮圧開放型エンジンブレーキとして活用するにあたり、エンジンブレーキを増強する効果を最大限に得ることができる。 (III) According to the third aspect of the present invention, in utilizing the in-cylinder pressure suppression device of the present invention as a compression pressure release engine brake at the time of braking, the effect of enhancing the engine brake can be maximized. be able to.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1〜図6は本発明の筒内圧力抑制装置を実施する形態の一例を示すもので、本形態例においては、トラックやバス等の大型車両に採用されている既存の圧縮圧開放型エンジンブレーキの基本構造を利用しており、図1及び図2中における符号の1は気筒、2は燃焼室、3はピストン、4は吸気弁、5は吸気流路を夫々示しており、吸気行程でカムシャフト6に装備した吸気カム7により一端を押し上げられて傾動するロッカーアーム8の他端によりバルブブリッジ9を介し両方の吸気弁4が押し下げられて開作動され、吸気流路5から気筒1内に吸入空気10が取り込まれるようになっている。
1 to 6 show an example of an embodiment for implementing the in-cylinder pressure suppression device of the present invention, and in the present embodiment, an existing compression pressure release engine employed in a large vehicle such as a truck or a bus 1 and 2 indicate cylinders, 2 indicates a combustion chamber, 3 indicates a piston, 4 indicates an intake valve, and 5 indicates an intake flow passage. At the other end of the
ここで、前記カムシャフト6に、各気筒1毎に割り当てられた専用カム7xが前記吸気カム7に隣接して増設されていると共に、前記吸気弁4の開作動を担うロッカーアーム8が軸支されているロッカーシャフト15には、当該気筒1の吸気行程で開いた吸気弁4が閉となってから燃料噴射が開始されるまでの間における適宜なタイミングで前記専用カム7xにより一端を押し上げられて傾動するロッカーアーム8xが前記ロッカーアーム8に隣接して増設されている。
Here, a
そして、前記ロッカーアーム8xの一端が上方の油圧ユニット11に備えられたマスターピストン12を押し上げ、前記油圧ユニット11内に穿設された油通路13に圧力を発生させて当該気筒1の上方にあるスレーブピストン14を従動させ、該スレーブピストン14により当該気筒1のロッカーアーム8の他端側上部を押し下げてバルブブリッジ9を介し両方の吸気弁4を開作動させるようにしてある。
Then, one end of the
また、前記油通路13には、油圧の保持・開放を切り替える為の作動油供給手段であるソレノイドバルブ16及びコントロールバルブ17を介し作動油18(エンジンオイル)が供給されるようになっており、前記ソレノイドバルブ16は、エンジン制御コンピュータ(ECU:Electronic Control Unit)を成す制御装置19からの制御信号16aにより作動油18の供給・遮断を行い、前記コントロールバルブ17は、ソレノイドバルブ16が開いた状態で前記油通路13の油圧が保持されるよう逆止弁として機能し且つソレノイドバルブ16が閉じた状態では前記油通路13の油圧をリリーフ口20へと開放するよう機能するようになっている。
Further, hydraulic oil 18 (engine oil) is supplied to the
ここで、前記制御装置19においては、少なくとも高負荷運転領域でのエンジン駆動時に前記ソレノイドバルブ16を開けて前記各油通路13の油圧を保持せしめるようにしているが、本形態例にあっては、制動時における圧縮圧開放型エンジンブレーキとしての活用も想定しており、燃料噴射が実施されない制動時にも前記各油通路13の油圧を保持せしめ得るようにしてある。
Here, in the
尚、図2に示されている通り、前記吸気カム7が装備されているカムシャフト6には、排気カム7’(図1では位相違いにより図示無し)も装備されており、該排気カム7’により一端を押し上げられて傾動するロッカーアーム8’の他端によりバルブブリッジ9’を介し両方の排気弁4’が押し下げられて開作動され、これにより燃焼室2から排気流路21(図1参照)へと排気ガス22(図1参照)が送出されるようになっている。
Incidentally, as shown in FIG. 2, an
而して、最大筒内圧力に余裕のない高負荷運転領域でのエンジン駆動時に、制御装置19からの制御信号16aによりソレノイドバルブ16を開けて各油通路13の油圧を保持させておくと、図3のグラフ及び図4のPV線図に示すように、吸気弁4の閉(図3及び図4中にIVC:Intake valve closeで示す)から燃料噴射の開始(図3及び図4中にSOI:Start of injectionで示す)までの間(図3及び図4中にAで示す)に専用カム7xによりマスターピストン12が作動されて油通路13に油圧が発生し、スレーブピストン14により当該気筒1の吸気弁4が強制的に開作動されて吸入空気10の一部が筒内から逃がされ、該吸入空気10の量が減ることで最大筒内圧力が抑制されることになる。
Thus, when the engine is driven in a high load operation region where there is no margin for the maximum in-cylinder pressure, if the
他方、最大筒内圧力に余裕のある低負荷運転領域や中負荷運転領域でのエンジン駆動時に、制御装置19からの制御信号16aによりソレノイドバルブ16を開けて各油通路13の油圧を解放しておくと、専用カム7xによりマスターピストン12が作動されても油通路13に油圧が発生しなくなってスレーブピストン14が従動しなくなり、吸気弁4は通常のバルブ操作により吸気行程でのみ開作動され、これ以外のタイミングで開作動されることはなくなるので、エンジンを高圧縮比化して熱効率を上げることによる燃費の改善効果が十分に得られる。
On the other hand, when the engine is driven in the low load operating range or the medium load operating range where the maximum in-cylinder pressure is sufficient, the
また、本形態例においては、制動時における圧縮圧開放型エンジンブレーキとしての活用も想定しているが、燃料噴射が実施されない制動時に制御装置19からの制御信号16aによりソレノイドバルブ16を開けて各油通路13の油圧を保持させておくと、専用カム7xによりマスターピストン12が作動されて油通路13に油圧が発生し、スレーブピストン14により当該気筒1の吸気弁4が強制的に開作動されて圧縮圧力が開放され、次の膨張行程におけるピストン3を押し下げる力が喪失して圧縮行程で得た制動力が有効に作用すると共に、膨張行程にあっても抵抗がかかるようになってエンジンブレーキが増強されることになり、本発明の筒内圧力抑制装置を圧縮圧開放型エンジンブレーキとして活用することが可能となる。
Moreover, in this embodiment, utilization as a compression pressure release type engine brake at the time of braking is also assumed, but at the time of braking where fuel injection is not performed, the
また、このように本発明の筒内圧力抑制装置を圧縮圧開放型エンジンブレーキとして活用する場合には、専用カム7xによりマスターピストン12を作動させるタイミングを圧縮上死点に近づくよう燃料噴射の開始直前に設定しておくことが好ましく、このようにすれば、エンジンブレーキを増強する効果を最大限に得ることが可能となる。
Further, when the in-cylinder pressure suppression device of the present invention is utilized as a compression pressure release type engine brake as described above, the fuel injection is started so that the timing for operating the
即ち、吸気弁4の閉(図3及び図4中にIVC:Intake valve closeで示す)から燃料噴射の開始(図3及び図4中にSOI:Start of injectionで示す)までの間(図3及び図4中にAで示す)で吸気弁4を強制的に開作動するといっても、図5のPV線図にP1で示すように、吸気弁4の閉(IVC)に近いところで吸気弁4を直ぐに開けた場合には、図5中にB(EVO:Exhaust valve openは排気弁4’の開を示す)で示す範囲の小さな制動力しか得られないのに対し、図6のPV線図にP2で示すように、燃料噴射の開始(SOI)直前に吸気弁4を開けた場合は、該吸気弁4を開けるタイミングが圧縮上死点に近づき、図6中にCで示す範囲の大きな制動力が得られることになる。
That is, from the closing of the intake valve 4 (indicated by IVC: Intake valve close in FIGS. 3 and 4) to the start of fuel injection (indicated by SOI: Start of injection in FIGS. 3 and 4) (FIG. 3) and even if the forcibly opening operation of the
従って、上記形態例によれば、複雑な可変バルブ機構を要することなく既存のエンジン及び動弁系をそのまま利用して高負荷運転領域のみでエンジンの最大筒内圧力を確実に抑制することができるので、エンジンを高圧縮比化して熱効率を上げることによる燃費の改善を設備コストの大幅な高騰を回避しつつ実現することができ、また、制動時に圧縮圧開放型エンジンブレーキとしても活用することができて、制動時におけるエンジンブレーキの増強効果を得ることができ、しかも、そのエンジンブレーキを増強する効果を最大限に得ることができる。 Therefore, according to the above embodiment, it is possible to reliably suppress the maximum in-cylinder pressure of the engine only in the high load operation region by using the existing engine and valve system as it is without requiring a complicated variable valve mechanism. Therefore, the fuel efficiency can be improved by increasing the compression ratio of the engine to increase the thermal efficiency while avoiding a sharp rise in the facility cost, and also it can be used as a compression pressure release engine brake at the time of braking. Thus, it is possible to obtain the enhancement effect of the engine brake at the time of braking, and also obtain the maximum effect of enhancing the engine brake.
尚、本発明の筒内圧力抑制装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、必ずしも制動時に圧縮圧開放型エンジンブレーキとしても活用できるようにしなくても良いこと、その他、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勿論である。 The in-cylinder pressure suppression device of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may not necessarily be utilized as a compression pressure release engine brake at the time of braking. It goes without saying that various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
1 気筒
4 吸気弁
6 カムシャフト
7x 専用カム
12 マスターピストン
13 油通路
14 スレーブピストン
16 ソレノイドバルブ(作動油供給手段)
17 コントロールバルブ(作動油供給手段)
19 制御装置
1
17 Control valve (hydraulic oil supply means)
19 Controller
Claims (3)
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2017174478A JP2019049239A (en) | 2017-09-12 | 2017-09-12 | In-cylinder pressure suppression device |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2017174478A JP2019049239A (en) | 2017-09-12 | 2017-09-12 | In-cylinder pressure suppression device |
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2017174478A Withdrawn JP2019049239A (en) | 2017-09-12 | 2017-09-12 | In-cylinder pressure suppression device |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2019049239A (en) |
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2017
- 2017-09-12 JP JP2017174478A patent/JP2019049239A/en not_active Withdrawn
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