JP3977374B2 - 内燃機関用弁機構 - Google Patents
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Description
本願は、2002年5月31日に出願された米国仮特許出願第60/384,274号明細書に開示された要旨を特許請求している。
〔発明の背景〕
本発明は、1以上のシリンダ内で往復動する1以上のパワーピストンを備えた内燃機関(本明細書において、「エンジン」ともいう)に関する。特に、本発明は、パワーピストンが燃料吸入行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を周期的に行う4行程サイクルで動作するこの種のエンジンに関する。特に、本発明は、燃料と空気の混合気(以下、単に「混合気」ともいう)をこの種のエンジンのシリンダ内に導入する吸入弁及び弁作動コンポーネントに関する。
本発明は、上述の問題を解決することを目的としている。
吸入弁14を通って導入される混合気の量と弁の閉鎖位置における種々の圧縮比とのマッチングは、燃料入口ポート37の形状を変えることにより微調整できる。本発明のこの例における燃料入口ポート37は、矩形の形をしている。図12は、各入口ポート37が頂部のところで広く、ポートの底部に向かって次第に狭くなる第1の変形例を示している。これにより、弁ピストン運動に応答する弁14内への流路の寸法の変化が得られ、かかる変化は、低い出力時よりも高い出力時において大々的である。図13は、ポート37が底部のところよりも頂部のところの方が狭いポート37の別の変形例を示している。これにより、高い出力時に弁ピストン運動により生じる流路の寸法の変化の度合いは、低い出力時における変化よりも小さい。
カム89,91のプロフィールは、吸入弁の開放期間の持続時間を定め、所望ならば、これを変更すると開放期間の持続時間を増減させることができる。
Claims (21)
- 内燃機関であって、
エンジンシリンダ内を往復動し、エンジンクランクシャフト54に結合された少なくとも1つのパワーピストンと、
前記クランクシャフトによって回転されるカムシャフトと、
エンジンの出力を変えるように動かされる加速制御装置とを有し、
前記エンジンシリンダ内へ開口した出口端部を持つスリーブと、該スリーブの側壁に設けられた少なくとも1つの燃料入口ポートとを備える燃料吸入弁を有し、該燃料吸入弁は、前記スリーブ内を軸方向に延びる移動経路に沿って移動される弁ピストンを更に有し、該弁ピストンは、
前記入口ポートから前記出口端部まで次第に大きくなる流路をもたらす開放位置を通って前記出口端部から遠ざかるように移動することができ、
前記入口ポートから前記出口端部への燃料の流れが前記弁ピストンによって遮断される閉鎖位置に、前記出口端部に向かって近づくように移動することができ、
弁アクチュエータを有し、該弁アクチュエータが、
前記弁ピストンと相互連結され、前記カムシャフトの回転に応答して前記弁ピストンを開放位置と閉鎖位置との間で周期的に移動させる第1のグループのコンポーネントと、
前記弁ピストンと相互連結され、前記加速制御装置の出力増大運動に応答して前記移動経路を前記出口端部から遠ざかるようにシフトさせ、前記加速制御装置の出力減少運動に応答して前記移動経路を前記出口端部に近づけるようにシフトさせる第2のグループのコンポーネントとを有する、
内燃機関。 - 前記弁アクチュエータは、リンク装置アンカ部材と、前記リンク装置アンカ部材に枢着されたベルクランクと、前記ベルクランクから前記弁ピストンまで延びていて、前記ベルクランクから前記弁ピストンの各々に枢着されているリンクロッドとを有し、前記第1のグループをなす弁アクチュエータコンポーネントは、前記カムシャフトの回転により2つの位置相互間で往復動するカムフォロアを有し、前記カムフォロアは、前記ベルクランクを前記リンク装置アンカ部材に対して2つの角度の向き相互間で回転させるよう前記ベルクランクに相互連結され、それにより、前記リンクロッドが前記カムシャフトの回転に応答して前記吸入弁を開閉するようになっている、請求項1記載の内燃機関。
- 前記ベルクランクは、第1のピボットピンのところで前記リンク装置アンカ部材に締結され、前記リンクロッドは、前記ベルクランクに第2のピボットピンのところで締結され、前記リンクロッドは、第3のピボットピンのところで前記弁ピストンに締結され、前記第1、第2及び第3のピボットピンは、互いに整列すると共に吸入弁が閉じられると前記弁ピストンの前記移動経路と整列するよう位置決めされており、前記シリンダ内での燃料燃焼により生じる突然の力が、前記リンク装置アンカ部材によって受け止められ、前記カムフォロアには伝達されない、請求項2記載の内燃機関。
- 前記カムフォロアは、前記カムシャフトの互いに反対側の側部に位置する第1及び第2の互いに間隔を置いたカムフォロアローラを支持する並進可能なシャトルを有し、前記シャトルは、第1のシャトル位置から第2のシャトル位置へのシャトル運動に応答して前記燃料吸入弁を開き、前記第2のシャトル位置から第1のシャトル位置へのシャトル運動に応答して前記燃料吸入弁を閉じるよう前記ベルクランクに相互連結されており、前記カムシャフトは、前記第1のカムフォロアローラと接触する第1のローブ付きカム及び前記第2のカムフォロアローラと接触する第2のローブ付きカムを有し、前記第1及び第2のローブ付きカムは、前記カムシャフトの各回転中、前記シャトルを前記第1のシャトル位置から前記第2のシャトル位置に並進させ、そして前記第1のシャトル位置に戻すよう形作られている、請求項2記載の内燃機関。
- 前記リンク装置アンカ部材は、前記エンジンの出力を増大させるよう第1の方向に動いたり前記エンジンの出力を減少させるよう逆方向に動くことができ、前記シャトルは、前記カムシャフトの回転中、前記燃料吸入弁の開閉のタイミングを変化させるよう前記カムシャフト回りに回転可能であり、前記第1のグループをなす前記アクチュエータコンポーネントは、前記シャトルを前記リンク装置アンカ部材の出力増大運動に応答して第1の角度方向に回転させたり前記シャトルを前記リンク装置アンカ部材の出力減少運動に応答して逆の角度方向に回転させるよう前記シャトルと前記リンク装置アンカ部材を相互連結するコンポーネントを備える、請求項4記載の内燃機関。
- 前記弁アクチュエータは、リンク装置アンカ部材と、前記リンク装置アンカ部材に枢着されたクランク部材と、前記クランク部材のアームから前記弁ピストンまで延びると共に前記クランク部材及び前記弁ピストンの各々に枢着されたリンクロッドとを有し、前記第2のグループをなす前記アクチュエータコンポーネントは、前記エンジンの前記加速制御装置の運動に応答して動く出力制御装置コンポーネントを含み、前記出力制御装置コンポーネントは、前記リンク装置アンカ部材を前記加速制御装置の出力増大運動に応答して前記燃料吸入弁スリーブの前記出口端部から一段と遠ざけたり、前記リンク装置アンカ部材を前記加速制御装置の出力減少運動に応答して前記スリーブの前記出口端部に向かって前進させるように構成されている、請求項1記載の内燃機関。
- 前記リンク装置アンカ部材にはスロットが設けられ、前記出力制御装置コンポーネントは、前記リンク装置アンカ部材の前記スロットに沿って延びるランプを含み、前記スロット及び前記ランプは、前記弁ピストンの前記移動経路に対し傾斜しており、前記ランプを第1の方向に動かすと、前記リンク装置アンカ部材は、前記スリーブの前記出口端部から一段と遠ざかり、ランプを逆方向に動かすかと、前記リンク装置アンカ部材は、前記出口端部に向かって前進する、請求項6記載の内燃機関。
- 前記出力制御装置コンポーネントに結合されたサーボモータを更に有し、前記サーボモータは、前記エンジンの前記加速制御装置の運動に応答して前記出力制御装置コンポーネントを動かす、請求項6記載の内燃機関。
- 前記弁ピストンは、前記吸入弁が閉じられた状態で前記エンジンが最小出力で作動しているとき、弁ピストンの端面を前記スリーブの前記出口端部のところに位置決めするよう比率構成されている、請求項1記載の内燃機関。
- 前記弁ピストンの前記端面の第1の部分は、前記端面のところに設けられていて、前記エンジンの前記パワーピストンの頂面と実質的に平行な関係をなして延びる平らな領域である、請求項9記載の内燃機関。
- 前記弁ピストンの前記端面の第2の部分は、その前記平らな第1の部分から延び、前記弁ピストンが前記スリーブの前記出口端部のところに位置しているとき、前記パワーピストンの前記頂面から外方に延びるよう傾けられている、請求項10記載の内燃機関。
- 前記エンジンの前記パワーピストンは、エンジンブロック内で往復動し、エンジンブロックには、エンジンヘッド部材が固定されており、エンジンヘッド部材は、前記エンジンシリンダの燃焼室延長部を形成する凹部を有し、前記燃料吸入弁は、前記弁スリーブの前記出口端部が前記凹部、前記弁スリーブ及び弁ピストンのところに位置している状態で前記ヘッド部材内を延び、前記弁ピストンの移動経路は、前記エンジンの前記パワーピストンの移動方向に対し傾斜しており、前記弁ピストンは、前記燃料吸入弁が閉じられた状態でエンジンが最小出力で作動しているとき、前記凹部内へ突き出る端部領域を有する、請求項1記載の内燃機関。
- 前記弁ピストンの前記端部領域は、前記ピストンに設けられていて、燃料吸入弁が閉じられた状態でエンジンが最小出力で作動しているとき、前記ヘッド部材の底面と実質的に面一をなした関係で延びる平らな領域を有する、請求項12記載の内燃機関。
- 前記スリーブの前記側壁の前記燃料入口ポートは、前記スリーブの前記出口端部に最も近接して位置する第1の端部及び前記スリーブの前記出口端部から一段と遠くに位置する反対側の端部を有し、前記燃料入口ポートは、その前記端部の第1のところで最小幅のものであり、その前記第2の端部のところに向かって幅が漸増している、請求項1記載の内燃機関。
- 前記スリーブの前記側壁の前記燃料入口ポートは、前記スリーブの前記出口端部に最も近接して位置する第1の端部及び前記スリーブの前記出口端部から一段と遠くに位置する反対側の端部を有し、前記燃料入口ポートは、その前記第1の端部のところで最大幅のものであり、その前記第2の端部のところに向かって幅が漸減している、請求項1記載の内燃機関。
- 前記第1及び第2の弁アクチュエータコンポーネントグループのコンポーネントは、前記弁ピストンの前記移動経路が前記スリーブの前記出口端部から遠ざかるにつれて前記移動経路を短くし、前記移動経路が前記スリーブの前記出口端部に近づくにつれて前記移動経路を長くするよう位置決めされている、請求項1記載の内燃機関。
- エンジンシリンダ内を往復動する少なくとも1つのパワーピストンと、燃料を前記エンジンシリンダに導入する燃料吸入弁と、エンジンの出力を増大させるように一方の方向に動き、エンジンの出力を減少させるように逆の方向に動くことができる加速制御装置とを有する内燃機関であって、
前記燃料吸入弁は、前記エンジンシリンダに開口した出口端部を備えた弁室を有するピストン弁であり、該ピストン弁は、前記弁室の前記出口端部から離れるように間隔を隔てられた位置で前記弁室の側壁に設けられた少なくとも1つの燃料入口ポートを有し、
前記吸入弁は、前記弁室内に設けられ、前記弁室の前記出口端部に近づいたりこれから遠ざかることができる弁ピストンを有し、
該弁ピストンは、移動経路に沿って動くことができ、該移動経路は、前記入口ポートを通る燃料の流れが前記ピストンによって次第に絞られる第1の弁位置範囲と、前記入口ポートを通る燃料の流れが前記ピストンによって完全に遮断され、前記ピストンが前記弁室の前記出口端部に次第に近づくようになる第2の弁位置範囲を更に有し、
前記弁ピストンに結合された弁作動コンポーネントを有し、該弁作動コンポーネントは第1のグループをなすコンポーネントを備え、該第1のグループをなすコンポーネントは、前記パワーピストンの燃料吸入行程中は前記弁ピストンを前記第1の範囲の弁位置内に位置決めし、エンジン作動サイクルの他の段階では前記弁ピストンを前記第2の範囲の弁位置内に位置決めし、
前記弁作動コンポーネントは、前記弁ピストンの前記移動経路を、前記エンジン加速制御装置の運動に応答して、シフトさせる第2のグループをなすコンポーネントを更に備え、
前記移動経路は、前記一方の方向における前記加速制御装置の運動に応答して前記弁室の前記出口端部から遠ざかり、前記逆の方向における前記加速制御装置の運動に応答して前記出口端部に近づく、
内燃機関。 - エンジンシリンダ内を往復動する少なくとも1つのパワーピストンと、エンジンの出力を増大させるように第1の方向に動き、エンジンの出力を減少させるように逆の方向に動くことができる加速制御装置とを有する内燃機関であって、
前記エンジンシリンダ内へ開口した出口端部を備える弁室と、出口端部から離れるように間隔を隔てられた、前記室内の位置に設けられた燃料入口ポートとを備える燃料吸入弁を有し、該燃料吸入弁は、前記室内に設けられ、前記室の前記出口端部に向かって延びる移動経路に沿って動くことができる弁ピストンを更に有し、
該弁ピストンは、前記入口ポートから前記出口端部まで次第に大きくなる流路をもたらす開放位置を通って前記出口端部から遠ざかることができ、
前記弁ピストンは、前記入口ポートから前記出口端部への燃料の流れが前記弁ピストンによって遮断され、前記弁ピストンが出口端部に次第に近づくようになった閉鎖位置まで前記出口端部に近づくことができ、
前記弁ピストンを前記入口ポートから前記エンジンシリンダへの燃料の流れを可能にする開放位置と、前記燃料の流れが遮断される閉鎖位置との間で周期的に動かす第1の弁アクチュエータ手段と、
前記第1の方向における前記加速制御装置の運動に応答して前記ピストンの前記移動経路を前記出口端部から遠ざけ、前記逆の方向における前記加速制御装置の運動に応答して前記弁ピストンの前記移動経路を前記出口端部に近づける第2の弁アクチュエータ手段とを有する、
内燃機関。 - 前記弁アクチュエータ手段は、前記弁ピストンの前記移動経路を前記弁室の前記出口端部から遠ざけるにつれ前記移動経路を短くし、前記移動経路を前記弁室の前記出口端部に近づけるにつれ前記移動経路を長くする、請求項18記載の内燃機関。
- 前記エンジンは、前記シリンダを収納したエンジンブロックを有すると共に前記エンジンブロックを覆っているヘッド部材を有し、前記ヘッド部材は、シリンダ燃焼室の延長部を形成する凹部を有し、前記弁アクチュエータ手段は、前記エンジンが最小出力で作動しているとき、前記弁ピストンを前記凹部内へ突き出し、前記エンジンが高出力で作動しているとき、前記弁ピストンを引っ込めて前記凹部から遠ざける、請求項18記載の内燃機関。
- 前記弁ピストンは、前記エンジンシリンダに向いた端面を有し、前記端面は、前記エンジンピストンの頂面と実質的に平行な関係をなして延びているスキッシュを促進する平らな領域を有する、請求項20記載の内燃機関。
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