JP5393784B2 - Control configuration in piston engine - Google Patents
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Description
本発明は、請求項1の前文に従ったピストンエンジン内のガス交換のための制御構成に関する。 The invention relates to a control arrangement for gas exchange in a piston engine according to the preamble of claim 1.
4サイクルエンジン(内燃機関)の動作において、自動点火が起こるのに十分な空気をシリンダが備えない状況がある。これはエンジン始動中及び負荷変動中に2段ターボチャージエンジンのような高圧によってチャージされるエンジンに関して特に当て嵌まる。この種類のエンジンでは、より高い圧力がより鋭角な或いはより短いカムノーズ形態との組み合わせで利用され、その結果、チャージ作業がより短い時間で行われる。故に、エンジンの通常負荷下の吸気弁の開放時間は、そのような特殊な状況にとって十分ではない。 In the operation of a four-cycle engine (internal combustion engine), there are situations where the cylinder does not have enough air for auto ignition to occur. This is particularly true for engines that are charged by high pressure during engine start-up and load fluctuations, such as a two-stage turbocharged engine. In this type of engine, higher pressures are used in combination with a sharper or shorter cam nose configuration, so that the charging operation takes place in a shorter time. Therefore, the opening time of the intake valve under the normal load of the engine is not sufficient for such special situations.
他方、ディーゼルエンジンからの排気を最小限化するために、吸気弁のタイミングは、吸気弁がピストンの下死点より前に早く閉じるが、十分な量の空気をシリンダにもたらすために、ブースト圧が相応して上昇される必要がある。しかしながら、ターボチャージャーのブースト圧が依然として比較的低いとき、この種類の構成は、低いエンジン負荷を伴い問題である。 On the other hand, in order to minimize exhaust from the diesel engine, the intake valve timing is adjusted so that the intake valve closes earlier than the bottom dead center of the piston but boost pressure is applied to bring sufficient air to the cylinder. Needs to be raised accordingly. However, this type of configuration is problematic with low engine loads when the turbocharger boost pressure is still relatively low.
1つの解決策は、そのような特殊な状況下での吸気弁の開放段階中の吸気供給の増大であり得る。他の解決策は、必要なときに吸気弁の開放時間を延長するために吸気弁の閉塞における遅延をもたらすことである。そのような可変吸気弁閉塞(VIC)のための1つの解決策は、国際公開2008/000899号に開示されている。 One solution may be an increase in intake air supply during the opening phase of the intake valve under such special circumstances. Another solution is to introduce a delay in the closing of the intake valve to extend the opening time of the intake valve when needed. One solution for such variable intake valve blockage (VIC) is disclosed in WO 2008/000899.
本発明の目的は、2段階ターボチャージエンジンに特に適用可能であり、エンジンの始動中に低いエンジン負荷の下で動作されるときにそのようなエンジンに現れる上述の問題を解決する、ピストンエンジン内のガス交換のための更に改良された制御構成を提供することである。 The object of the present invention is particularly applicable to two-stage turbocharged engines and solves the above-mentioned problems that appear in such engines when operated under low engine loads during engine start-up, in piston engines It is to provide a further improved control arrangement for the gas exchange.
請求項1及び他の請求項に開示されるように本発明の目的を実質的に満足し得る。本発明によれば、カム装置は、カムプロファイルを有し、カムプロファイルは、その基礎円の下に配置される部分を有し、それによって、カムプロファイルの前記部分は、吸気弁を通じるガス交換を制御するよう配置される。ここでは、特に、低負荷状況及びエンジン始動の下での空気の不足を補償することができるように、構造的に簡単で確実な制御の方法を提供することができる。鋭角なカムノーズ形態が利用されるとき、それは前記特殊状況の下での吸気弁の閉塞段階中の早期に吸気弁の閉塞動作の効果的な遅延をもたらすのに有利である。その場合には、遅延効果の終了を決定するようカムプロファイルの形態を構成することによって、利点を伴って本発明を役立たせることができる。 The objects of the invention may be substantially satisfied as disclosed in claim 1 and other claims. According to the invention, the cam device has a cam profile, the cam profile having a part arranged below its base circle, whereby said part of the cam profile allows gas exchange through the intake valve Arranged to control. Here, it is possible to provide a control method that is structurally simple and reliable, in particular so as to compensate for air shortages under low load conditions and engine starting. When an acute cam nose configuration is utilized, it is advantageous to provide an effective delay of the intake valve closing action early during the intake valve closing phase under the special circumstances. In that case, the present invention can be used with advantages by configuring the profile of the cam profile to determine the end of the delay effect.
基礎円の下のカムプロファイルの部分は、吸気弁を通じる空気の供給を増大するために利点を伴って利用される。そのような空気の補助的なブーストが供給される場合には、吸気弁の総開放時間を増大することは必要でないかもしれない。しかしながら、この場合には、吸気弁を持ち上げるために配置されるカムプロファイルとは独立して動作するカムプロファイルを備える別個のカム装置を提供することが必要であり得る。 The portion of the cam profile below the base circle is utilized with advantage to increase the supply of air through the intake valve. If such a supplementary boost of air is provided, it may not be necessary to increase the total opening time of the intake valve. In this case, however, it may be necessary to provide a separate cam device with a cam profile that operates independently of the cam profile that is arranged to lift the intake valve.
ピストン装置は、少なくとも、吸気弁の開放のための方向において、カムシャフトと力伝達接続状態にある。本体部及びピストン装置は共に第一チャンバを定め、吸気弁の閉塞における遅延をもたらすために、油圧媒体を第一チャンバ内に選択的に供給することができる。この場合には、前記第一チャンバ内の圧力の解放を制御するために利用されるよう、利点を伴って基礎円の下のカムプロファイルの部分を配置し得る。 The piston device is in force-transmitting connection with the camshaft, at least in the direction for opening the intake valve. Both the body portion and the piston device define a first chamber and a hydraulic medium can be selectively supplied into the first chamber to provide a delay in closing the intake valve. In this case, a portion of the cam profile under the base circle may be arranged with advantages to be used to control the release of pressure in the first chamber.
その場合には、第二チャンバ内へのダクトの開口が、カム装置とピストン装置との間で第二チャンバ内に配置される案内部材によって選択的に制御されるよう、ダクトを介して第一チャンバを第二チャンバに接続することができる。 In that case, the opening of the duct into the second chamber is controlled via the duct so that it is selectively controlled by a guide member arranged in the second chamber between the cam device and the piston device. The chamber can be connected to the second chamber.
案内部材は、吸気弁を開放するための方向においてのみピストン装置に対して直接的に作用するよう配置される。それによって、遅延機能をもたらすために、利点を伴ってピストン装置の戻り動作を利用し得る。 The guide member is arranged to act directly on the piston device only in the direction for opening the intake valve. Thereby, the return movement of the piston device can be utilized with advantages to provide a delay function.
実用的な実施態様において、案内部材は、そのマントル表面に解放溝を含む。基礎円の下に配置されるカムプロファイルの前記部分を用いて、解放溝をダクト開放位置に配置することによって、前記第一チャンバ内の圧力を解放することができる。 In a practical embodiment, the guide member includes a release groove on its mantle surface. By using the part of the cam profile located under the base circle, the pressure in the first chamber can be relieved by placing the release groove in the duct open position.
案内部材はカム装置に向かってバネ荷重される。それによって、カム装置のカムプロファイルと弁持上げ手段との間の確実な協働を保証することができる。 The guide member is spring loaded toward the cam device. Thereby, a reliable cooperation between the cam profile of the cam device and the valve lifting means can be ensured.
第一チャンバは、利点を伴って、ピストン装置の最低の位置を定めるストッパ表面を含み、ピストンは、基礎円の下のカムプロファイルの部分によって案内されるときに、ピストンと案内部材との間に間隙が残されるように選択される。それによって、ピストン装置及び案内部材の円滑な動作を保証するよう、ピストン装置と案内部材との間の相互接触をゆっくり再構築することができる。他方、可変吸気弁閉塞(VIC)機能が利用されない場合には、ピストン装置と案内部材との間の協働が全ての状況の下で同じ状態のままであるよう、ストッパ表面はピストン装置が基礎円の下のカムプロファイルの部分の位置でカムプロファイルに従わないことを保証する。 The first chamber, with advantages, includes a stop surface that defines the lowest position of the piston device, and the piston is positioned between the piston and the guide member when guided by the portion of the cam profile below the base circle. It is selected so that a gap is left. Thereby, the mutual contact between the piston device and the guide member can be slowly reconstructed to ensure smooth operation of the piston device and the guide member. On the other hand, if the variable intake valve blockage (VIC) function is not utilized, the stopper surface is based on the piston device so that the cooperation between the piston device and the guide member remains the same under all circumstances. Ensures that the cam profile is not followed at the position of the cam profile part below the circle.
以下に、付属の図面を参照して、ほんの一例として、本発明をより詳細に記載する。 The invention will now be described in more detail, by way of example only, with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の理解に関連する限りにおけるピストンエンジン1の概略図を示している。ピストンエンジン1内のシリンダ(図示せず)のガス交換は、シリンダヘッド2に配置されるガス交換弁、即ち、吸気弁及び排気弁の制御の下で御実施される。吸気弁3だけが示されており、それらは典型的にはエンジンのカムシャフト4上に配置されるカム装置5のカムプロファイル5’によって案内される弁機構6を用いて動作される。各弁機構6と対応するカム装置5との間の力伝達接続は、制御構成7によって実現される。
FIG. 1 shows a schematic view of a piston engine 1 as far as an understanding of the invention is concerned. Gas exchange of a cylinder (not shown) in the piston engine 1 is performed under the control of a gas exchange valve arranged in the cylinder head 2, that is, an intake valve and an exhaust valve. Only the intake valves 3 are shown, which are typically operated with a
制御構成17は、図2乃至6により詳細に示されており、図2は、非動作状態における制御構成を示しており、そこでは、制御構成と接続する吸気弁3は閉じられている。制御構成17は、本体部8を含み、本体部8は、典型的には、エンジン本体に取り付けられている。ピストン装置9が、本体部8内に移動可能に配置されている。ピストン装置9の上方端部は、弁機構6(緊密に図示されていない)と力伝達接続状態に配置されている。この接続は機械的又は油圧的であり得る。ピストン装置9の移動は、本体部8内でピストン装置9の下方端部に配置された案内部材10によって制御される。案内部材10はバネ11と係合状態にあり且つバネ11によってローラ12に向かって付勢され、ローラ12は、カム装置5のカムプロファイル5’からその案内を受け取る。よって、カムシャフト4が、図2乃至6において反時計回りに回転すると、ローラ12はカム装置5のカムプロファイル5’に従い、吸気弁3の開閉に影響を及ぼすようカムプロファイル5の変化が伝達される。
The
カムプロファイル5’は、半径Rを備える基礎円5aを有する。ノーズ5bが基礎円から延び、吸気弁3の開放をもたらすために、ピストン装置9を図面において上向きに移動するよう配置される。加えて、カムプロファイル5’は、半径Rよりも小さい半径を有する、カムプロファイル5’の基礎円5aの下に配置される部分5cを含む。本来的に、部分5cは一定の半径を有する必要はない。制御構成7及び吸気弁3の動作に対する部分5cの効果を以下に詳細に説明する。
The cam profile 5 'has a
本体部8及びピストン装置9は共に第一チャンバ13を定め、吸気弁3の閉塞における遅延をもたらすために、第一チャンバ1内に油圧媒体を選択的に送り込むことができる。フィードラインは、遮断弁14及び逆止弁15を備える。遮断弁14を用いて、吸気弁3の遅延閉塞のための遅延機能を使用することが目的か否かに依存して、第一チャンバ13にフィードラインを接続し或いは切断し得る。逆止弁15の故に、制御構成は油圧媒体源に如何なる脈動をも引き起こすことができない。潤滑油が油圧媒体として使用されるとき、これは重要である。
Both the
本体部8は、ダクト16を追加的に備え、ダクト16を用いて、第一チャンバ13を第二チャンバ17と接続することができ、第二チャンバ17は、本体部8及び案内部材10によって定められ、第二チャンバ内には、ピストン装置9の下方端部が配置される。バネ11も第二チャンバ17内に配置される。
The
よって、図2において、制御構成17は非動作状態にあり、ローラ12はカムプロファイル5’の基礎円5a上に配置されている。図3では、ノーズ5bがローラ12を図面において上向きに持ち上げるよう、カム装置5は反時計回りに回転される。よって、案内部材10及びピストン装置9も上向きに移動され、その結果、対応する吸気弁3(図示せず)が開放される。同時に、第一チャンバ13は油圧媒体で充填される。
Thus, in FIG. 2, the
図4では、ローラ12は基礎円5a上に戻っている。第一チャンバ13内の油圧媒体の故に、ピストン装置9はその頂部位置に留まり、それによって、吸気弁3も開放状態に維持する。図4中に見られるように、それによってピストン装置9と案内部材10との間の係合が分離される。
In FIG. 4, the
図5では、ローラ12がカムプロファイル5’の基礎円5aの下に配置される部分5cに進入するよう、カム装置5は更に反時計回りに回転されている。結果的に、案内部材10のマントル表面における解放溝10aが第一チャンバ13及び第二チャンバ17をそれぞれ接続するダクト16の位置に移動するよう、案内部材10も図面において下向きに移動する。それによって、第一チャンバ13内の圧力も解放され、ピストン装置9は図面において下向きに移動し始め、それによって、吸気弁の閉塞も許容する。解放溝10aは、第二チャンバ17と接続状態(図示せず)にあり、第二チャンバ17は、一方では、ダクト16を用いて、カムシャフト及びカムシャフトと接続される部分のための潤滑をもたらす油溜めに接続される。よって、本発明によれば、カムプロファイル5’の部分5cは、吸気弁の延長された開放に関連する遅延機能を終了するために圧力の解放をもたらすことによって、吸気弁を通じてガス交換を制御するよう配置される。
In FIG. 5, the
最後に、図6では、ローラ12は依然としてカムプロファイル5の部分5c上にあり、第一チャンバ13における圧力の解放は、ピストン装置9が下向きに移動して第一チャンバ13内に配置されるストッパ表面13aによって定められる位置に至ることを可能にする。図面から分かるように、ピストン装置9及び案内部材10は依然として分離されている。ローラ12がカムシャフト4の更なる回転後にカムプロファイル5の基礎円5aに戻らされるときにだけ、ローラ12は、適切に設計されるカムプロファイルによって案内されて、案内部材10と共にピストン装置9に対してゆっくり移動し、図2に開示される状況が後続し、サイクルが再開する。ストッパ表面13aは、円滑な動作及びピストン装置9と案内部材10との間の接触の再構築のために重要である。加えて、第一チャンバ13に関連する可変吸気弁閉塞(VIC)機能が利用されない場合には、ストッパ表面13aはピストン装置9が基礎円の下のカムプロファイルの部分の位置でカムプロファイルに従わないことを確認する。ピストン装置9の移動はストッパ表面13aによって停止されないが、案内部材10の移動は解放溝10aと共に継続され、第一チャンバ13と第二チャンバ17との間の連絡が普通の方法で構築されることを保証する。
Finally, in FIG. 6, the
本発明によって、カムシャフトの回転方向に従来よりも実質的により少なく延びることによって、大型2段階ターボエンジンにおいて役立つよう吸気弁の開放時間を短縮するカムノーズ形態に主に起因する、低負荷状況及びエンジン始動の下での空気の不足を補償することができる。大型エンジンは、ここでは、例えば、熱及び/又は電気の製造のための船舶における或いは電力プラントにおける主推進エンジン又は補助エンジンとして使用されるようなエンジンを指す。 Low load situation and engine mainly due to cam nose configuration which reduces the intake valve opening time to serve in large two-stage turbo engines by extending substantially less in the rotational direction of the camshaft than in the prior art by the present invention It can compensate for the lack of air under start-up. A large engine here refers to an engine as used, for example, as a main propulsion engine or auxiliary engine in a ship for the production of heat and / or electricity or in a power plant.
本発明が上述された実施例に限定されず、本発明を発明的着想の範囲内で多くの他の異なる実施態様において実施し得ることは、明らかである。 It is clear that the invention is not limited to the embodiments described above, but that the invention can be implemented in many other different embodiments within the scope of the inventive idea.
Claims (5)
当該制御構成は、本体部を含み、ピストン装置が前記本体部内に移動可能に配置され、前記本体部及び前記ピストン装置は、共に第一チャンバを定め、前記吸気弁の閉塞における遅延をもたらすために、前記第一チャンバ内に油圧媒体を選択的に送り込むことができ、前記カム装置は、カムプロファイルを含み、該カムプロファイルは、その基礎円の半径よりも小さい半径を有する部分を含み、前記カムプロファイルの前記基礎円の半径よりも小さい半径を有する前記部分は、前記第一チャンバ内の圧力の解放を制御するために利用され、
前記ピストン装置は、少なくとも、前記吸気弁を解放する方向において、前記カムシャフトと力伝達接続するよう配置されること、並びに、前記第一チャンバは、ダクトを介して第二チャンバに接続され、該第二チャンバ内への前記ダクトの開口は、前記カム装置と前記ピストン装置との間で前記第二チャンバ内に配置される案内部材によって選択的に制御されることを特徴とする、
制御構成。 A control arrangement for gas exchange in a piston engine adapted between a cam device of an engine camshaft and an intake valve mechanism arranged to open and close an intake valve associated with the engine cylinder. ,
The control arrangement includes a body portion, wherein a piston device is movably disposed within the body portion, the body portion and the piston device together define a first chamber and provide a delay in closing the intake valve. A hydraulic medium can be selectively fed into the first chamber, the cam device including a cam profile, the cam profile including a portion having a radius smaller than a radius of a base circle thereof, and the cam The portion of the profile having a radius smaller than the radius of the base circle is utilized to control the release of pressure in the first chamber;
The piston device is arranged to be in force-transmitting connection with the camshaft, at least in the direction of releasing the intake valve, and the first chamber is connected to a second chamber via a duct; The opening of the duct into the second chamber is selectively controlled by a guide member disposed in the second chamber between the cam device and the piston device.
Control configuration.
The first chamber includes a stopper surface that defines a lowest position of the piston device, the position being guided by the portion having a radius that is smaller than the radius of the base circle of the cam profile. The control arrangement according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it is selected such that a gap remains between the piston device and the guide member.
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