JP5851639B1 - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
【課題】熱効率を向上させた内燃機関を提供する。
【解決手段】燃焼室40に連通するとともに相互に連通する第1換気通路110及び第2換気通路140と、第1換気通路110に連通する吸気通路120及び排気通路130と、が形成されたシリンダヘッド100と、第1換気通路110を開閉することにより燃焼室40への給排気と燃焼室40の密閉を切り替える主弁200と、主弁200に沿って移動した位置に応じて第1換気通路110と吸気通路120又は排気通路130との連通を切り替える副弁300と、により構成される第1弁700と、第2換気通路120を開閉することにより、燃焼室40への吸気量を変更する第2弁400と、を備える。これにより、第2弁400を開閉することで、ポンピングロスを低減できるため、燃焼室40の熱効率が向上する。
【選択図】図1An internal combustion engine with improved thermal efficiency is provided.
A cylinder in which a first ventilation passage 110 and a second ventilation passage 140 that communicate with a combustion chamber 40 and communicate with each other, and an intake passage 120 and an exhaust passage 130 that communicate with the first ventilation passage 110 are formed. A main valve 200 that switches between supply and exhaust of the combustion chamber 40 and sealing of the combustion chamber 40 by opening and closing the head 100 and the first ventilation passage 110, and the first ventilation passage according to the position moved along the main valve 200 The intake amount to the combustion chamber 40 is changed by opening and closing the first valve 700 and the second ventilation passage 120 that are configured by 110 and the auxiliary valve 300 that switches communication between the intake passage 120 and the exhaust passage 130. A second valve 400. Thereby, since the pumping loss can be reduced by opening and closing the second valve 400, the thermal efficiency of the combustion chamber 40 is improved.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、自動車、建設機械、鉄道車両、モーターボート、可搬式発電機、農林業機械などの内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine such as an automobile, a construction machine, a railway vehicle, a motor boat, a portable generator, and an agricultural and forestry machine.
従来の内燃機関としては非特許文献1に示される自動車用のものが知られている。非特許文献1に示される内燃機関は、シリンダと、シリンダ内を移動し、シリンダとの間に燃焼室を形成するピストンと、燃焼室の吸排気を行う吸気弁と排気弁を備えている。吸気弁は吸気工程において開き、燃焼室内に吸気する。一方、排気弁は排気工程において開き、燃焼室を排気する。各弁はカムの回転によって駆動する。そして、内燃機関の熱効率を向上させるために、エンジン圧縮行程時に、可変弁タイミング装置により内燃機関の実圧縮比を制御することが知られている。すなわち、エンジン圧縮行程時に、可変弁タイミング装置によりカム軸に機械的機構を介してピストンの動きに応じてカムの取り付け位置を変更することにより、ピストンの動き位置とクランク角度の位相をずらす。これにより、各弁の開放時期を調整し、実圧縮比が変更される。 As a conventional internal combustion engine, an automobile engine shown in Non-Patent Document 1 is known. The internal combustion engine shown in Non-Patent Document 1 includes a cylinder, a piston that moves in the cylinder and forms a combustion chamber with the cylinder, and an intake valve and an exhaust valve that intake and exhaust the combustion chamber. The intake valve opens in the intake process and intakes into the combustion chamber. On the other hand, the exhaust valve opens in the exhaust process and exhausts the combustion chamber. Each valve is driven by cam rotation. In order to improve the thermal efficiency of the internal combustion engine, it is known to control the actual compression ratio of the internal combustion engine by a variable valve timing device during the engine compression stroke. That is, during the engine compression stroke, the variable valve timing device shifts the phase of the piston movement position and the crank angle by changing the mounting position of the cam according to the movement of the piston on the camshaft via a mechanical mechanism. Thereby, the opening timing of each valve is adjusted, and the actual compression ratio is changed.
しかしながら、非特許文献1の内燃機関では、可変弁タイミング装置によって制御される各弁の作動領域が小さいため、熱効率を向上させる効果は限定されるという課題がある。 However, the internal combustion engine of Non-Patent Document 1 has a problem that the effect of improving the thermal efficiency is limited because the operation region of each valve controlled by the variable valve timing device is small.
そこで本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、熱効率を向上させることの可能な新規かつ改良された内燃機関を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a new and improved internal combustion engine capable of improving thermal efficiency.
上記課題を解決するために、本発明によれば、燃焼室と、シリンダヘッドと、第1弁と、第2弁とを備えた内燃機関が提供される。燃焼室は、シリンダとそのシリンダ内を移動するピストンとによって形成される。シリンダヘッドには、前記燃焼室に連通するとともに相互に連通する第1換気通路及び第2換気通路と、前記第1換気通路に連通する吸気通路及び排気通路と、が形成される。第1弁は、前記第1換気通路を開閉することにより前記燃焼室への給排気と燃焼室の密閉を切り替える主弁と、前記主弁に沿って移動した位置に応じて前記第1換気通路と前記吸気通路又は前記排気通路との連通を切り替える副弁と、により構成される。第2弁は、前記第2換気通路を開閉することにより、前記燃焼室への吸気量を変更する。 In order to solve the above problems, according to the present invention, an internal combustion engine including a combustion chamber, a cylinder head, a first valve, and a second valve is provided. The combustion chamber is formed by a cylinder and a piston that moves in the cylinder. The cylinder head is formed with a first ventilation passage and a second ventilation passage that communicate with the combustion chamber and communicate with each other, and an intake passage and an exhaust passage that communicate with the first ventilation passage. The first valve opens and closes the first ventilation passage to switch between supply / exhaust to the combustion chamber and sealing of the combustion chamber, and the first ventilation passage according to a position moved along the main valve. And a sub valve for switching communication between the intake passage and the exhaust passage. The second valve changes the amount of intake air into the combustion chamber by opening and closing the second ventilation passage.
かかる構成によれば、シリンダヘッドに燃焼室への給排気と燃焼室の密閉を切り替える主弁とは別に、燃焼室への吸気量を変更する第2弁を設けた。このため、第2弁の作動領域を大きくすることにより、第2弁を開閉することで、従来のスロットル弁に相当する絞り効果が得られるとともに、従来のスロットル弁に比してポンピングロスを低減できる。よって、内燃機関の熱効率を向上することができる。 According to such a configuration, the cylinder head is provided with the second valve for changing the intake air amount to the combustion chamber separately from the main valve for switching between supply and exhaust of the combustion chamber and sealing of the combustion chamber. For this reason, by opening and closing the second valve by increasing the operating range of the second valve, a throttle effect equivalent to that of the conventional throttle valve can be obtained, and the pumping loss can be reduced as compared with the conventional throttle valve. it can. Therefore, the thermal efficiency of the internal combustion engine can be improved.
本発明は様々な応用が可能である。例えば、前記主弁を駆動する駆動機構は、主弁電磁駆動装置と前記主弁電磁駆動装置の上方に設けられる主弁ロッカアームとを備え、前記副弁を駆動する駆動機構は、副弁電磁駆動装置と前記副弁電磁駆動装置の下方に設けられる副弁ロッカアームと前記吸気通路を閉じる方向に前記副弁を付勢する副弁バネとを備え、前記第2弁を駆動する駆動機構は、第2弁電磁駆動装置を備え、前記吸気通路は、前記排気通路の下方に設けられており、前記副弁が上方に移動したときに、前記副弁バネが縮み、前記吸気通路が開き、前記排気通路が閉じ、前記副弁バネの弾性力によって前記副弁が下方に移動したときに、前記排気通路が開き、前記吸気通路が閉じるようにしてもよい。 The present invention can be applied in various ways. For example, the driving mechanism for driving the main valve includes a main valve electromagnetic driving device and a main valve rocker arm provided above the main valve electromagnetic driving device, and the driving mechanism for driving the auxiliary valve is an auxiliary valve electromagnetic driving. And a sub-valve rocker arm provided below the sub-valve electromagnetic drive device, and a sub-valve spring that urges the sub-valve in a direction to close the intake passage, and a drive mechanism for driving the second valve includes: A two-valve electromagnetic drive device, wherein the intake passage is provided below the exhaust passage, and when the sub-valve moves upward, the sub-valve spring contracts, the intake passage opens, and the exhaust passage The exhaust passage may be opened and the intake passage may be closed when the passage is closed and the sub valve is moved downward by the elastic force of the sub valve spring.
このように、吸気通路を排気通路の下方に設け、副弁バネの弾性力によって副弁が下方に移動したときに、排気通路が開き、吸気通路が閉じるように構成したことにより、内燃機関を停止したときに、副弁バネの作用によって、上方に設けた排気通路が開き、下方に設けた吸気通路が閉じた状態で停止する。一般的に、内燃機関が停止したときには、排気通路が開いて排気するとともに、内燃機関を再開させるときのために、吸気通路は閉じておくことが好ましいが、本構成では内燃機関を停止したときに好ましい状態になる。また、第2弁を電磁駆動装置で駆動するため、第2弁の駆動機構が簡単でコストを抑えることができる。このため、第2弁を備えることによる内燃機関の製造コストの増加を最小限に抑えることができる。 As described above, the intake passage is provided below the exhaust passage, and when the sub valve moves downward by the elastic force of the sub valve spring, the exhaust passage is opened and the intake passage is closed. When stopped, the exhaust valve provided above opens by the action of the auxiliary valve spring, and the intake passage provided below is closed. In general, when the internal combustion engine is stopped, it is preferable to close the intake passage so that the exhaust passage opens and exhausts and the internal combustion engine is restarted. However, in this configuration, when the internal combustion engine is stopped It becomes a preferable state. Further, since the second valve is driven by the electromagnetic drive device, the drive mechanism of the second valve is simple and the cost can be reduced. For this reason, the increase in the manufacturing cost of an internal combustion engine by providing a 2nd valve can be suppressed to the minimum.
また、前記主弁電磁駆動装置、前記副弁電磁駆動装置及び前記第2弁電磁駆動装置は、鉄心がアモルファス金属で構成されるようにしてもよい。これにより、鉄損が小さくなり、電磁駆動装置を小型化したり、駆動力を大きくしたりすることができる。さらに、第2弁を備えることによる内燃機関の大型化を最小限に抑えることができる。 In the main valve electromagnetic drive device, the sub valve electromagnetic drive device, and the second valve electromagnetic drive device, the iron core may be made of an amorphous metal. Thereby, an iron loss becomes small and an electromagnetic drive device can be reduced in size or a drive force can be enlarged. Furthermore, the increase in size of the internal combustion engine due to the provision of the second valve can be minimized.
また、前記主弁電磁駆動装置、前記副弁電磁駆動装置及び前記第2弁電磁駆動装置は、前記第2弁の戻りエネルギーの回生を蓄電するキャパシタを備えるようにしてもよい。これにより、電磁駆動装置を駆動するバッテリのエネルギーを削減することができるため、エンジン駆動発電機の負荷が軽減され、内燃機関の熱効率が向上する。 In addition, the main valve electromagnetic drive device, the sub valve electromagnetic drive device, and the second valve electromagnetic drive device may include a capacitor that stores the regeneration of the return energy of the second valve. Thereby, since the energy of the battery which drives an electromagnetic drive device can be reduced, the load of an engine drive generator is reduced and the thermal efficiency of an internal combustion engine improves.
また、前記第2換気通路は、縦及び横方向の渦流を生成するようにしてもよい。これにより、第2弁の開放時に、空気に縦及び横方向の渦流が生成されるため、急速燃焼が助成される。また、急速燃焼の実現で、燃焼時間が短縮すると異常燃焼を回避できるので、圧縮比を大きくでき、熱効率が向上する。 The second ventilation passage may generate vertical and horizontal eddy currents. Thereby, when the second valve is opened, since vertical and lateral vortex flows are generated in the air, rapid combustion is assisted. Also, by realizing rapid combustion, abnormal combustion can be avoided if the combustion time is shortened, so that the compression ratio can be increased and thermal efficiency is improved.
さらには、前記吸気通路の出口には逆止弁が設けられるようにしてもよい。これにより、吸気通路内で排気ガスと新気とを混合してEGRを生成することができる。このため、多量EGR制御でポンピングロスを低減して熱効率を向上することができ、かつ、内燃機関単体での大気放出ガスを後処理なしで、さらにクリーンにすることができる。 Furthermore, a check valve may be provided at the outlet of the intake passage. Accordingly, EGR can be generated by mixing exhaust gas and fresh air in the intake passage. For this reason, the pumping loss can be reduced by the large amount of EGR control to improve the thermal efficiency, and the atmospheric emission gas in the internal combustion engine alone can be further cleaned without post-treatment.
本発明によれば、内燃機関の熱効率を向上させることが可能である。本発明のその他の効果については、以下の発明を実施するための形態の項でも説明する。 According to the present invention, it is possible to improve the thermal efficiency of an internal combustion engine. The other effects of the present invention will be described in the section for carrying out the invention below.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
まず、本実施形態にかかる内燃機関10の構成について、図1〜図8を参照しながら説明する。なお、本実施形態の内燃機関10は自動車の内燃機関であるが、これは一例であり、本発明は、建設機械、鉄道車両、モーターボート、可搬式発電機、農林業機械などの内燃機関にも適用される。 First, the configuration of the internal combustion engine 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. Although the internal combustion engine 10 of the present embodiment is an internal combustion engine of an automobile, this is an example, and the present invention is applied to an internal combustion engine such as a construction machine, a railway vehicle, a motor boat, a portable generator, and an agricultural and forestry machine. Applied.
図1は、本発明の一実施形態にかかる内燃機関を正面方向から見た図である。本実施形態にかかる内燃機関10は、図1に示したように、シリンダ20とそのシリンダ20内を移動するピストン30とによって形成される第1換気通路110に連通する吸気通路120及び排気通路130と、が形成されたシリンダヘッド100と、第1換気通路110を開閉することにより燃焼室40への給排気と燃焼室の密閉を切り替える主弁200と、主弁200に沿って移動した位置に応じて第1換気通路110と吸気通路120と排気通路130との連通を切り替える副弁300と、により構成される第1弁700と、第2換気通路140を開閉することにより、燃焼室40への吸気量を変更する第2弁300と、を主に備えて構成される。 FIG. 1 is a front view of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the internal combustion engine 10 according to the present embodiment includes an intake passage 120 and an exhaust passage 130 that communicate with a first ventilation passage 110 formed by a cylinder 20 and a piston 30 that moves in the cylinder 20. And a main valve 200 that switches between supply and exhaust of the combustion chamber 40 and sealing of the combustion chamber by opening and closing the first ventilation passage 110, and a position moved along the main valve 200. Accordingly, the first valve 700 constituted by the first ventilation passage 110, the sub-valve 300 for switching the communication between the intake passage 120 and the exhaust passage 130, and the second ventilation passage 140 are opened and closed to enter the combustion chamber 40. And a second valve 300 that changes the amount of intake air.
以下、本実施形態にかかる内燃機関10の各構成要素について、図2を参照しながら説明する。図2は、本発明の一実施形態にかかる内燃機関を説明するための図である。 Hereinafter, each component of the internal combustion engine 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a view for explaining an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
シリンダ20には、図2に示したように、ピストン30が嵌め合わされており、シリンダ20とシリンダ20内を移動するピストン30によって燃焼室40が形成される。シリンダ20には、さらに、燃焼室40内に燃料を噴射する燃料噴射弁50と、燃料噴射弁50から噴射された燃料に対して、燃焼室40内の複数の点で火種を生成する、後述するレーザー光発射器90とが設けられる。 As shown in FIG. 2, a piston 30 is fitted into the cylinder 20, and a combustion chamber 40 is formed by the cylinder 20 and the piston 30 that moves in the cylinder 20. The cylinder 20 further generates a fire type at a plurality of points in the combustion chamber 40 with respect to the fuel injection valve 50 that injects fuel into the combustion chamber 40 and the fuel injected from the fuel injection valve 50. A laser light emitter 90 is provided.
(シリンダヘッド100)
シリンダヘッド100は、図2に示したように、シリンダヘッド100の中央に円筒形状の第1換気通路110が形成されており、第1換気通路110は燃焼室40に連通している。この第1換気通路110を介して燃焼室40が換気される。第1換気通路110は、シリンダヘッド100に1つ設けられ、主弁200によって開閉される。
(Cylinder head 100)
As shown in FIG. 2, the cylinder head 100 has a cylindrical first ventilation passage 110 formed at the center of the cylinder head 100, and the first ventilation passage 110 communicates with the combustion chamber 40. The combustion chamber 40 is ventilated through the first ventilation passage 110. One first ventilation passage 110 is provided in the cylinder head 100 and is opened and closed by the main valve 200.
また、シリンダヘッド100には、燃焼室40内へ新気を取り込むための吸気通路120と、燃焼後のガスを排気するための排気通路130が形成されている。吸気通路120と排気通路130は第1換気通路110に連通している。吸気通路120と排気通路130は、第1換気通路110に沿って設けられており、第1換気通路110の長さ方向において、吸気通路120が、燃焼室40に近い側に、排気通路130が遠い側にそれぞれ上下に並んで配置されている。なお、この吸気通路120と排気通路130の位置は一例である。例えば、吸気通路120と排気通路130を第1換気通路110の円周方向における他の位置に設けるなど、適宜設定することができる。吸気通路120と排気通路130は副弁300によって開閉される。 Further, the cylinder head 100 is formed with an intake passage 120 for taking in fresh air into the combustion chamber 40 and an exhaust passage 130 for exhausting the gas after combustion. The intake passage 120 and the exhaust passage 130 communicate with the first ventilation passage 110. The intake passage 120 and the exhaust passage 130 are provided along the first ventilation passage 110, and in the length direction of the first ventilation passage 110, the intake passage 120 is located on the side closer to the combustion chamber 40. They are arranged side by side on the far side. The positions of the intake passage 120 and the exhaust passage 130 are examples. For example, the intake passage 120 and the exhaust passage 130 can be set as appropriate, for example, at other positions in the circumferential direction of the first ventilation passage 110. The intake passage 120 and the exhaust passage 130 are opened and closed by the auxiliary valve 300.
さらに、シリンダヘッド100には、第1換気通路110に隣り合った位置に第1換気通路110と燃焼室40とを連通する第2換気通路140が形成されている。第2換気通路140の出口は、逆S字状の空気流動生成形状141に形成されている。これにより、第2換気通路140は、第2弁400が開弁時に、空気流動を縦及び横方向の渦流にする。第2換気通路140は、第2弁460によって開閉される。 Furthermore, a second ventilation passage 140 that connects the first ventilation passage 110 and the combustion chamber 40 is formed in the cylinder head 100 at a position adjacent to the first ventilation passage 110. The outlet of the second ventilation passage 140 is formed in an inverted S-shaped air flow generation shape 141. As a result, the second ventilation passage 140 turns the air flow into a vortex in the vertical and horizontal directions when the second valve 400 is opened. The second ventilation passage 140 is opened and closed by the second valve 460.
また、図2に示したように、シリンダヘッド100の吸気通路120は、吸気マニホルド60に逆止弁70を介して連結されている。 As shown in FIG. 2, the intake passage 120 of the cylinder head 100 is connected to the intake manifold 60 via a check valve 70.
吸気マニホルド60には、図2に示したように、吸気マニホルド噴射弁80が設けられており、吸気マニホルド噴射弁80は、吸気マニホルド60内に燃料を噴射する。 As shown in FIG. 2, the intake manifold 60 is provided with an intake manifold injection valve 80, and the intake manifold injection valve 80 injects fuel into the intake manifold 60.
逆止弁70は、図3に示したように、弁シート71に主弁となるリード弁72とリフト押え73が組み付けられて構成されている。リード弁72は、リード弁体74、第1補助板75及び第2補助板76を組み立てることにより構成されている。これは、一般に、リード弁は、これのバネ定数が小さいと回転数が早くなるほど空きっぱなしになる。一方、リード弁は、バネ定数が大きいと低回転で吸い込み抵抗が大きくなりエンジン燃費が悪くなり、高回転で割れやすくなり耐久性が低下する。このため、第1補助板75と第2補助板76を用いてこれらのバネ定数をリード弁本体74のバネ定数に加算することにより、低回転から高回転まで対応することができるようにした。なお、本実施形態のリード弁72をリード弁体74、第1補助板75及び第2補助板76の3つを組み立てることにより構成したが、必ずしもこれに限定されず、例えば、補助板のバネ定数に応じて、組み立てる板の数は適宜変更することができる。 As shown in FIG. 3, the check valve 70 is configured by assembling a reed valve 72 serving as a main valve and a lift presser 73 on a valve seat 71. The reed valve 72 is configured by assembling a reed valve body 74, a first auxiliary plate 75 and a second auxiliary plate 76. In general, the reed valve is left open as the rotational speed increases when the spring constant is small. On the other hand, if the spring constant of the reed valve is large, the suction resistance becomes large at low rotation and the fuel consumption of the engine deteriorates. Therefore, by adding these spring constants to the spring constant of the reed valve main body 74 using the first auxiliary plate 75 and the second auxiliary plate 76, it is possible to cope with low rotation to high rotation. The reed valve 72 of this embodiment is configured by assembling three of the reed valve body 74, the first auxiliary plate 75, and the second auxiliary plate 76. However, the present invention is not limited to this, and for example, the spring of the auxiliary plate Depending on the constant, the number of plates to be assembled can be changed as appropriate.
逆止弁70は、リード弁72とリフト押え73の一端が弁シート71から離隔したり、当接したりすることにより開閉する。逆止弁70が開くと、吸気通路120と吸気マニホルド60とが連通し、逆止弁70が閉じると、吸気通路120と吸気マニホルド60との連通が遮断される。 The check valve 70 opens and closes when one end of the reed valve 72 and the lift presser 73 is separated from or abuts on the valve seat 71. When the check valve 70 is opened, the intake passage 120 and the intake manifold 60 are communicated. When the check valve 70 is closed, the communication between the intake passage 120 and the intake manifold 60 is blocked.
本実施形態では、燃焼室40に設けられる燃料噴射弁50と吸気マニホルド60に設けられる吸気マニホルド噴射弁80により燃料を噴射する構成となっている。ここでは、これら2つの噴射弁を用いた作用について説明する。燃料噴射弁50は、20MPa位の高圧で燃焼室40に直接燃料を噴射する。燃料噴射弁50は、このように噴射された燃料が、ノズルで微細化される際に気化熱により周りの熱を奪う冷却作用を利用して、圧縮比を高くしても冷却により温度が低く押さえられるようにしている。これにより、ノッキング発生を抑制できるので熱効率が良くなる。このように、燃焼室40では、高中速域では燃料噴射弁50からの燃料噴射で希薄燃焼する。しかし、燃料噴射弁50の燃焼の方法は、希薄燃焼が主体で熱効率を良くしているため、低中速域では希薄燃焼では燃料に火が点かず失火し易くなる。一方、吸気マニホルド噴射弁80は、吸気マニホルド60内に7MPa位の圧力で燃料を噴射する。このように噴射された燃料は、確実に火が点く理論空燃比で空気と混合されて燃焼室40に送り込まれることにより、特に低速域で燃焼が安定する。このように、燃焼室40では、高中速域では燃料噴射弁50からの燃料噴射で希薄燃焼し、低速では、吸気マニホルド噴射弁80からの燃料噴射で燃焼が安定する。よって、燃料噴射弁50と吸気マニホルド噴射弁80の両方を用いる構成では、燃料噴射弁50のみで低速から高速までの全域をカバーする場合に比べて、全域スムーズな燃焼ができ、燃料噴射弁50と吸気マニホルド噴射弁80で適宜細かい燃料供給調整ができるので熱効率が大変良くなる。 In the present embodiment, fuel is injected by a fuel injection valve 50 provided in the combustion chamber 40 and an intake manifold injection valve 80 provided in the intake manifold 60. Here, the operation using these two injection valves will be described. The fuel injection valve 50 directly injects fuel into the combustion chamber 40 at a high pressure of about 20 MPa. The fuel injection valve 50 uses a cooling action that takes away the surrounding heat by the heat of vaporization when the fuel injected in this way is miniaturized by the nozzle, so that the temperature is lowered by cooling even if the compression ratio is increased. I try to hold it down. Thereby, since knocking generation can be suppressed, thermal efficiency is improved. Thus, in the combustion chamber 40, lean combustion is performed by fuel injection from the fuel injection valve 50 in the high and medium speed range. However, since the combustion method of the fuel injection valve 50 is mainly lean combustion to improve the thermal efficiency, the fuel is not ignited and the fuel tends to misfire in the lean combustion at a low and medium speed range. On the other hand, the intake manifold injection valve 80 injects fuel into the intake manifold 60 at a pressure of about 7 MPa. The fuel injected in this way is reliably mixed with air at a stoichiometric air-fuel ratio that is ignited and sent into the combustion chamber 40, so that combustion is stabilized particularly in the low speed region. Thus, in the combustion chamber 40, lean combustion is performed by fuel injection from the fuel injection valve 50 in the high and medium speed ranges, and combustion is stabilized by fuel injection from the intake manifold injection valve 80 at low speeds. Therefore, in the configuration using both the fuel injection valve 50 and the intake manifold injection valve 80, the entire area from the low speed to the high speed can be covered with only the fuel injection valve 50, and the entire area can be burnt smoothly. Since the intake manifold injection valve 80 can finely adjust the fuel supply appropriately, the thermal efficiency is greatly improved.
(主弁200)
主弁200は、図2に示したように、第1換気通路110の長さ方向に移動して第1換気通路110を開閉する主弁本体210と、第1換気通路110を閉塞する方向に主弁本体210を常時付勢する主弁バネ220と、主弁本体210と主弁バネ220を収容する主弁ケース230と、主弁本体210を駆動する後述する主弁電磁駆動装置240及び主弁ロッカアーム250と、を主に備えて構成されている。
(Main valve 200)
As shown in FIG. 2, the main valve 200 moves in the length direction of the first ventilation passage 110 to open and close the first ventilation passage 110, and in the direction to close the first ventilation passage 110. A main valve spring 220 that constantly biases the main valve body 210, a main valve case 230 that houses the main valve body 210 and the main valve spring 220, a main valve electromagnetic drive device 240 that drives the main valve body 210, and a main valve that will be described later. The valve rocker arm 250 is mainly provided.
主弁本体210は、前述のように、第1換気通路110の長さ方向に移動して第1換気通路110を開閉するものである。主弁本体210は、長尺な棒状の主弁ロッド211と主弁ロッド211の先端に円錐状に広がった主弁円錐状閉塞部212とを備えて構成されている。主弁円錐状閉塞部212は燃焼室40内に配置されている。主弁ロッド211は第1換気通路110を貫通して、シリンダヘッド100に固定されている主弁ケース230内に第1換気通路110の長さ方向に移動可能に支持されて配置されている。主弁円錐状閉塞部212は、主弁本体210が第1換気通路110の長さ方向に移動すると、第1換気通路110を開閉するようになっている。本実施形態では、主弁本体210は、耐熱セラミック材料で構成されるが、これに限定されず、例えば、SUH3(マルテンサイト系耐熱鋼)などのような耐熱鋼などでもよい。 As described above, the main valve main body 210 moves in the length direction of the first ventilation passage 110 to open and close the first ventilation passage 110. The main valve main body 210 includes a long rod-shaped main valve rod 211 and a main valve conical blocking portion 212 that extends conically at the tip of the main valve rod 211. The main valve conical blocking portion 212 is disposed in the combustion chamber 40. The main valve rod 211 passes through the first ventilation passage 110 and is supported and arranged in a main valve case 230 fixed to the cylinder head 100 so as to be movable in the length direction of the first ventilation passage 110. The main valve conical blocking portion 212 opens and closes the first ventilation passage 110 when the main valve main body 210 moves in the length direction of the first ventilation passage 110. In the present embodiment, the main valve body 210 is made of a heat-resistant ceramic material, but is not limited thereto, and may be a heat-resistant steel such as SUH3 (martensitic heat-resistant steel).
主弁バネ220は、主弁ケース230の長さ方向に沿って移動可能に設けられ主弁リテーナ221と、主弁ケース230との間に設けられている。主弁バネ220は、自然長より予荷重を掛けたセット長で主弁リテーナ221が主弁ケース230の上端に配置されるようになっている。また、主弁バネ220は1重の樽型のバネである。これにより、主弁バネ220は、バネ高さが削減されており、不等ピッチによりバネ有効巻き数が削減されてサージング防止効果が向上している。 The main valve spring 220 is provided so as to be movable along the length direction of the main valve case 230, and is provided between the main valve retainer 221 and the main valve case 230. The main valve spring 220 has a set length in which a preload is applied from the natural length, and the main valve retainer 221 is arranged at the upper end of the main valve case 230. The main valve spring 220 is a single barrel-shaped spring. As a result, the spring height of the main valve spring 220 is reduced, and the number of effective spring turns is reduced due to unequal pitch, and the effect of preventing surging is improved.
主弁電磁駆動装置240は、図2に示したように、主弁ロッカアーム250を介して主弁ロッド211に連結されている。主弁電磁駆動装置240は主弁ロッカアーム250を揺動することにより、主弁本体210を第1換気通路110の長さ方向に移動して第1換気通路110を開閉させる。以下、主弁電磁駆動装置240について、図4を参照しながら説明する。 As shown in FIG. 2, the main valve electromagnetic drive device 240 is connected to the main valve rod 211 via the main valve rocker arm 250. The main valve electromagnetic driving device 240 swings the main valve rocker arm 250 to move the main valve body 210 in the length direction of the first ventilation passage 110 to open and close the first ventilation passage 110. Hereinafter, the main valve electromagnetic drive device 240 will be described with reference to FIG.
主弁電磁駆動装置240は、図4に示したように、稼動ロッド241と、稼動ロッド241に間隔をあけて設けられる2つのロッド円盤板242と、ロッド円盤板242に取り付けられる永久磁石243と、2つのロッド円盤板242の間に配置される複数の電磁石244と、ロッド円盤板242と電磁石244を収容する外ケース245と、外ケース245に取り付けられる外ケース用永久磁石246と、を主に備えて構成される。 As shown in FIG. 4, the main valve electromagnetic drive device 240 includes an operating rod 241, two rod disk plates 242 provided at intervals to the operating rod 241, and a permanent magnet 243 attached to the rod disk plate 242. A plurality of electromagnets 244 disposed between the two rod disk plates 242, an outer case 245 that accommodates the rod disk plate 242 and the electromagnet 244, and an outer case permanent magnet 246 that is attached to the outer case 245. It is configured to prepare for.
稼動ロッド241は、図4に示したように、外ケース245の中心を貫通して設けられており、稼動ロッド241は、外ケース245に対して軸方向に移動する。 As shown in FIG. 4, the operating rod 241 is provided so as to penetrate the center of the outer case 245, and the operating rod 241 moves in the axial direction with respect to the outer case 245.
ロッド円盤板242は、図4に示したように、稼動ロッド241の軸方向の2か所に設けられた磁気受けである。ロッド円盤板242は、図5に示したように、円盤状の形状をしており、円周方向に永久磁石243が嵌り合う嵌合孔242aが複数形成されている。 As shown in FIG. 4, the rod disk plate 242 is a magnetic receiver provided at two locations in the axial direction of the operating rod 241. As shown in FIG. 5, the rod disk plate 242 has a disk shape, and a plurality of fitting holes 242 a into which the permanent magnets 243 are fitted are formed in the circumferential direction.
永久磁石243は、フェライト磁石によって構成されている。永久磁石243は、図5に示したように、扇形部243aから円筒状部243bが突出した形状である。永久磁石243は、ロッド円盤板242の嵌合孔242aに嵌め合わされると、扇形部243aが電磁石244方向に突出し、円筒状部243bが外ケース245方向に突出する。 The permanent magnet 243 is composed of a ferrite magnet. As shown in FIG. 5, the permanent magnet 243 has a shape in which the cylindrical portion 243b protrudes from the sector portion 243a. When the permanent magnet 243 is fitted into the fitting hole 242 a of the rod disk plate 242, the fan-shaped portion 243 a protrudes in the direction of the electromagnet 244 and the cylindrical portion 243 b protrudes in the direction of the outer case 245.
電磁石244は、図4に示したように、2つのロッド円盤板242の間に配置される。また、電磁石244は、稼動ロッド241の周りおいて、円周方向に永久磁石243と同数配置される。 As shown in FIG. 4, the electromagnet 244 is disposed between the two rod disk plates 242. Further, the same number of electromagnets 244 as the permanent magnets 243 are arranged in the circumferential direction around the operating rod 241.
電磁石244は、図6に示したように、鉄心244−1と鉄心244−1に巻き付けられる銅線244−2によって構成されている。鉄心244−1は、アモルファス金属によって構成されており、永久磁石243の扇形部243aとほぼ同様の扇形の形状をしている。このような扇形の形状の鉄心244−1に銅線244−2が巻き付けられることにより、電磁石244が構成される。このように構成された複数の電磁石244は、ドーナツ型に配置され、円の中心に稼働ロッド241がストロークできるように配置される。鉄心244−1が外ケース245に固定される。 As shown in FIG. 6, the electromagnet 244 includes an iron core 244-1 and a copper wire 244-2 wound around the iron core 244-1. The iron core 244-1 is made of an amorphous metal and has a fan shape substantially similar to the fan-shaped portion 243a of the permanent magnet 243. The electromagnet 244 is configured by winding the copper wire 244-2 around the fan-shaped iron core 244-1. The plurality of electromagnets 244 configured in this manner are arranged in a donut shape, and are arranged so that the operating rod 241 can stroke at the center of the circle. The iron core 244-1 is fixed to the outer case 245.
ここで、鉄心244−1を構成するアモルファス金属について説明する。アモルファス金属は、結晶構造のない金属の総称であり、溶けた金属を急冷することで非結晶構造が実現される。アモルファス金属を鉄心244−1に使用すると、鉄損と呼ばれる損失が従来の電磁鋼板(珪素鋼板)の約1/10と小さくなる。しかし、薄くて硬いアモルファス金属で鉄心244−1を構成する場合、プレス加工などで複雑な形状にすることは困難である。そこで、本実施形態では、電磁石固定子と稼働ロッド241のストローク軸方向、すなわち、アキシャル方向でN極とS極を受け取る構造のアキシャルギャップ方式を採用する。この方式にすると、鉄心244−1と稼働ロッド241の軸方向が同一断面形状の柱体となる。すなわち、薄くて硬いアモルファス金属を短冊状に切断して、扇形の鉄心244−1の構造とすれば、アモルファス金属を鉄心244−1の構造に加工することができる。 Here, the amorphous metal which comprises the iron core 244-1 is demonstrated. Amorphous metal is a general term for metals having no crystal structure, and an amorphous structure is realized by rapidly cooling a molten metal. When an amorphous metal is used for the iron core 244-1, the loss called iron loss is reduced to about 1/10 of that of a conventional electromagnetic steel sheet (silicon steel sheet). However, when the iron core 244-1 is made of a thin and hard amorphous metal, it is difficult to form a complicated shape by pressing or the like. Therefore, in this embodiment, an axial gap method is adopted in which the N pole and the S pole are received in the stroke axis direction of the electromagnet stator and the working rod 241, that is, in the axial direction. If this system is used, the axial direction of the iron core 244-1 and the operating rod 241 is a column having the same cross-sectional shape. That is, if a thin and hard amorphous metal is cut into a strip shape to form a fan-shaped iron core 244-1, the amorphous metal can be processed into the structure of the iron core 244-1.
このように、鉄心244−1をアモルファス金属で構成すると鉄損が小さくなるため、電磁駆動装置200を小型化したり、駆動力を大きくしたりすることができる。 As described above, when the iron core 244-1 is made of an amorphous metal, the iron loss is reduced. Therefore, the electromagnetic driving device 200 can be downsized or the driving force can be increased.
外ケース245の内部には、図4に示したように、2つのロッド円盤板242と、電磁石244が収容されている。また、外ケース244の中心に稼動ロッド241が貫通している。外ケース245は、稼働ロッド241の主弁ロッカアーム250との連結端が上を向くように主弁ケース230に固定されている。 As shown in FIG. 4, two rod disk plates 242 and an electromagnet 244 are accommodated in the outer case 245. Further, the operating rod 241 passes through the center of the outer case 244. The outer case 245 is fixed to the main valve case 230 so that the connecting end of the operating rod 241 with the main valve rocker arm 250 faces upward.
外ケース245には、図4に示したように、ヘリウム空気混合ガスを導入するための導入部245aが設けられており、導入部245aを介して外ケース245内にヘリウム空気混合ガスが充填される。外ケース245内に導入されるヘリウム空気混合ガスは、ロッド円盤板242が高速で上下動するときの風損抵抗を軽減するものである。すなわち、ロッド円盤板242が高速で上下動すると、風損の発生が考えられる。特に、主弁電磁駆動装置240や後述する副弁電磁駆動装置340などの稼働ロッド241のストロークが長い場合は、風損抵抗が大きくなる。そこで、ヘリウム空気混合ガスをロッド円盤板242の動作空間に充填して、風損抵抗を軽減する。 As shown in FIG. 4, the outer case 245 is provided with an introduction portion 245a for introducing a helium air mixed gas, and the outer case 245 is filled with the helium air mixed gas through the introduction portion 245a. The The helium-air mixed gas introduced into the outer case 245 reduces windage resistance when the rod disk 242 moves up and down at high speed. That is, when the rod disk 242 moves up and down at a high speed, the occurrence of windage loss can be considered. In particular, when the stroke of the operating rod 241 such as the main valve electromagnetic driving device 240 or the sub-valve electromagnetic driving device 340 described later is long, the windage resistance increases. Therefore, helium air mixed gas is filled in the operating space of the rod disk 242 to reduce windage resistance.
ロッド円盤板242の動作空間に充填するガスはヘリウム100パーセントの方が軽減効果が大きいが、粒子が小さいため、Oリング程度では漏れ防止ができない。このため、ヘリウムを空気と混合し、大気圧化で使用する。高気密構造によるケースなどのコストアップ対風損軽減の費用対効果は、ヘリウム空気混合ガスの大気圧下での利用の方が大きくなる傾向にある。 The gas filled in the operating space of the rod disk 242 has a greater mitigating effect when helium is 100 percent, but since the particles are small, leakage cannot be prevented with an O-ring. For this reason, helium is mixed with air and used at atmospheric pressure. The cost-effectiveness of cost increase vs. windage mitigation in cases such as cases with a high airtight structure tends to be greater when helium-air mixed gas is used at atmospheric pressure.
外ケース用永久磁石246は、フェライト磁石によって構成されている。外ケース用永久磁石246は、図4に示したように、外ケース244のロッド円盤板242の永久磁石243と対向する位置に取り付けられている。外ケース244に取り付けられる外ケース用永久磁石246の数は、ロッド円盤板242の永久磁石243の数と同じである。 The outer case permanent magnet 246 is formed of a ferrite magnet. As shown in FIG. 4, the outer case permanent magnet 246 is attached to a position facing the permanent magnet 243 of the rod disk 242 of the outer case 244. The number of outer case permanent magnets 246 attached to the outer case 244 is the same as the number of permanent magnets 243 of the rod disk plate 242.
このように構成された主弁電磁駆動装置240は、銅線244−2に電流を流すと、電流の流れる方向に応じて、鉄心244−1の両端にN極とS極の磁極が発生する。鉄心244−1に発生した磁極とロッド円盤板242の永久磁石243の磁極とで吸引と反発を同時に行い、稼動ロッド241を電流を流した方向に応じて鉄心244−1に対してアキシャルギャップ方向にストロークさせる。永久磁石243と外ケース用永久磁石246との同極の組み合わせで反発を起こさせ、稼動ロッド241のストローク端の衝撃を吸収する。 In the main valve electromagnetic driving device 240 configured as described above, when a current is passed through the copper wire 244-2, magnetic poles of N and S poles are generated at both ends of the iron core 244-1 in accordance with the direction in which the current flows. . The magnetic pole generated in the iron core 244-1 and the magnetic pole of the permanent magnet 243 of the rod disk plate 242 are simultaneously attracted and repelled, and in the axial gap direction with respect to the iron core 244-1 according to the direction in which the current flows through the operating rod 241. Stroke to. The repulsion is caused by the combination of the permanent magnet 243 and the outer case permanent magnet 246 so as to absorb the impact at the stroke end of the operating rod 241.
主弁ロッカアーム250は、図2に示したように、主弁ロッカアーム250の一端が主弁電磁駆動装置240の稼動ロッド241の連結端に連結されており、稼動ロッド241がストロークすると、主弁ロッカアーム250の一端が上下動する。また、主弁ロッカアーム250の他端は主弁ロッド211の上端に連結されており、主弁ロッド211を主弁電磁弁駆動装置240によって主弁ロッカアーム250が揺動することにより、主弁ロッド211をストロークさせる。 As shown in FIG. 2, the main valve rocker arm 250 has one end of the main valve rocker arm 250 connected to the connecting end of the operating rod 241 of the main valve electromagnetic driving device 240, and when the operating rod 241 strokes, the main valve rocker arm 250 One end of 250 moves up and down. Further, the other end of the main valve rocker arm 250 is connected to the upper end of the main valve rod 211, and the main valve rocker arm 250 is swung by the main valve electromagnetic valve driving device 240, whereby the main valve rod 211 is moved. Stroke.
(副弁300)
副弁300は、図2に示したように、第1換気通路110の長さ方向に移動して吸気通路120と排気通路130を開閉する副弁本体310と、吸気通路120を閉塞する方向に副弁本体310を常時付勢する副弁バネ320と、副弁本体310と副弁バネ320を収容する副弁ケース330と、副弁本体310を駆動する副弁電磁駆動装置340及び副弁ロッカアーム350と、を主に備えて構成されている。
(Sub valve 300)
As shown in FIG. 2, the auxiliary valve 300 moves in the length direction of the first ventilation passage 110 to open and close the intake passage 120 and the exhaust passage 130, and the auxiliary valve body 310 closes the intake passage 120. A sub-valve spring 320 that constantly biases the sub-valve main body 310, a sub-valve case 330 that accommodates the sub-valve main body 310 and the sub-valve spring 320, a sub-valve electromagnetic drive device 340 that drives the sub-valve main body 310, and a sub-valve rocker arm 350 is mainly provided.
副弁本体310は、図2に示したように、第1換気通路110の長さ方向に移動して吸気通路120と排気通路130、さらに第2換気通路140を開閉するものである。副弁本体310は、吸気通路120と排気通路130を閉塞する通路閉塞部311と、一端が通路閉塞部311に連結しており、主弁ロッド211に沿って移動する副弁ガイドバー312とを備えて構成されている。本実施形態では、副弁本体310は、耐熱セラミック材料で構成されるが、これに限定されず、例えば、ステンレス鋼などでもよい。 As shown in FIG. 2, the auxiliary valve main body 310 moves in the length direction of the first ventilation passage 110 to open and close the intake passage 120, the exhaust passage 130, and the second ventilation passage 140. The auxiliary valve main body 310 includes a passage closing portion 311 that closes the intake passage 120 and the exhaust passage 130, and an auxiliary valve guide bar 312 that is connected to the passage closing portion 311 at one end and moves along the main valve rod 211. It is prepared for. In the present embodiment, the auxiliary valve body 310 is made of a heat-resistant ceramic material, but is not limited to this, and may be stainless steel, for example.
通路閉塞部311は、円筒状の形状をしており、円筒状の周面によって各通路52、53、54を閉鎖する。通路閉塞部311が、吸気通路120を開くときには、排気通路130は閉じられ、第2換気通路140は開かれる。逆に通路閉塞部311が、吸気通路120を閉じるときには、排気通路130は開かれ、第2換気通路140は閉じられる。 The passage closing part 311 has a cylindrical shape, and closes the passages 52, 53, 54 by a cylindrical peripheral surface. When the passage closing part 311 opens the intake passage 120, the exhaust passage 130 is closed and the second ventilation passage 140 is opened. Conversely, when the passage blocking portion 311 closes the intake passage 120, the exhaust passage 130 is opened and the second ventilation passage 140 is closed.
副弁ガイドバー312は中空に構成されており、副弁ガイドバー312の中空には、主弁200の主弁ロッド211が軸方向に相対移動可能に挿通して配置される。また、副弁ガイドバー312には、副弁ロッカアーム350が連結される。 The sub valve guide bar 312 is configured to be hollow, and the main valve rod 211 of the main valve 200 is inserted into the hollow of the sub valve guide bar 312 so as to be relatively movable in the axial direction. The auxiliary valve guide bar 312 is connected to the auxiliary valve rocker arm 350.
副弁バネ320は、図2に示したように、副弁ケース330の長さ方向に沿って移動可能に設けられ副弁リテーナ321と、副弁ケース330との間に設けられている。副弁ケース330は、主弁ケース230内に配置され、主弁ケース230に固定されている。副弁バネ320は、自然長より予荷重を掛けたセット長で副弁リテーナ321が副弁ケース330の下端に配置されるようになっている。また、副弁バネ320は1重の樽型のバネである。これにより、副弁バネ320は、バネ高さが削減されており、不等ピッチによりバネ有効巻き数が削減されてサージング防止効果が向上している。 As shown in FIG. 2, the auxiliary valve spring 320 is provided so as to be movable along the length direction of the auxiliary valve case 330 and is provided between the auxiliary valve retainer 321 and the auxiliary valve case 330. The sub valve case 330 is disposed in the main valve case 230 and is fixed to the main valve case 230. The auxiliary valve spring 320 has a set length in which a preload is applied from the natural length, and the auxiliary valve retainer 321 is arranged at the lower end of the auxiliary valve case 330. The auxiliary valve spring 320 is a single barrel-shaped spring. As a result, the spring height of the auxiliary valve spring 320 is reduced, and the effective number of turns of the spring is reduced due to the unequal pitch, and the effect of preventing surging is improved.
副弁電磁駆動装置340及び副弁ロッカアーム350の主な構成は、図4〜図6に示した主弁電磁駆動装置240及び主弁ロッカアーム250と同様の構成である。また、副弁電磁駆動装置340及び副弁ロッカアーム350の主な作用も、主弁電磁駆動装置240及び主弁ロッカアーム250と同様の構成である。よって、ここでは、主弁電磁駆動装置240及び主弁ロッカアーム250と同様の構成及び作用については説明を省略し、相違する点のみ説明することとする。また、主弁電磁駆動装置240及び主弁ロッカアーム250と同じ部分には同じ符号を付するものとする。 The main configurations of the auxiliary valve electromagnetic drive device 340 and the auxiliary valve rocker arm 350 are the same as those of the main valve electromagnetic drive device 240 and the main valve rocker arm 250 shown in FIGS. The main operations of the auxiliary valve electromagnetic driving device 340 and the auxiliary valve rocker arm 350 are the same as those of the main valve electromagnetic driving device 240 and the main valve rocker arm 250. Therefore, description of the same configuration and operation as those of the main valve electromagnetic drive device 240 and the main valve rocker arm 250 will be omitted here, and only different points will be described. In addition, the same parts as those of the main valve electromagnetic driving device 240 and the main valve rocker arm 250 are denoted by the same reference numerals.
副弁電磁駆動装置340は、主弁電磁駆動装置240と同一のものであり、主弁電磁駆動装置240と軸方向において逆向きに主弁ケース230に固定されている。すなわち、稼働ロッド341の副弁ロッカアーム350との連結端が下を向くように主弁ケース230に固定されている。 The sub-valve electromagnetic drive device 340 is the same as the main valve electromagnetic drive device 240 and is fixed to the main valve case 230 in the opposite direction to the main valve electromagnetic drive device 240 in the axial direction. That is, the operating rod 341 is fixed to the main valve case 230 so that the connecting end of the operating rod 341 with the sub valve rocker arm 350 faces downward.
副弁電磁駆動装置340の稼働ロッド341の連結端には、副弁ロッカアーム350の一端が連結されている。副弁ロッカアーム350の他端は副弁ガイドバー312に連結されており、稼働ロッド341による副弁ロッカアーム350の一端の上下動に対応して、副弁ガイドバー312が上下動する。これにより、副弁本体310が吸気通路120と排気通路130を開閉する。 One end of a sub valve rocker arm 350 is connected to the connection end of the operating rod 341 of the sub valve electromagnetic drive unit 340. The other end of the auxiliary valve rocker arm 350 is connected to the auxiliary valve guide bar 312, and the auxiliary valve guide bar 312 moves up and down in response to the vertical movement of one end of the auxiliary valve rocker arm 350 by the operating rod 341. As a result, the auxiliary valve body 310 opens and closes the intake passage 120 and the exhaust passage 130.
(第2弁400)
第2弁400は、第2換気通路140を開閉することで、従来のスロットル弁に相当する絞り効果を得るようにしたものである。第2弁400は、図2に示したように、第2換気通路140の長さ方向に移動して第2換気通路140を開閉する第2弁本体410と、第2換気通路140を閉塞する方向に第2弁本体410を常時付勢する第2弁バネ420と、第2弁本体410と第2弁バネ420を収容する第2弁ケース430と、第2弁本体410を駆動する後述する第2弁電磁駆動装置440と、を主に備えて構成されている。なお、第2弁400は、1つの燃焼室40に対して、複数個、例えば2〜3個設けることにより、低負荷運転がより円滑になり、且つポンピング損失を低減できるので、熱効率が向上する。
(Second valve 400)
The second valve 400 opens and closes the second ventilation passage 140 so as to obtain a throttle effect equivalent to a conventional throttle valve. As shown in FIG. 2, the second valve 400 moves in the length direction of the second ventilation passage 140 to close the second ventilation passage 140 and the second valve body 410 that opens and closes the second ventilation passage 140. A second valve spring 420 that constantly biases the second valve body 410 in the direction, a second valve case 430 that houses the second valve body 410 and the second valve spring 420, and a second valve body 410 that will be described later. The second valve electromagnetic drive device 440 is mainly provided. Note that by providing a plurality of, for example, two to three, the second valve 400 with respect to one combustion chamber 40, the low load operation becomes smoother and the pumping loss can be reduced, so that the thermal efficiency is improved. .
第2弁400は、前述のように、第2換気通路140の長さ方向に移動して第2換気通路140を開閉するものである。第2弁400は、図2に示したように、主弁200よりも小型であり、シリンダヘッド100の高さよりも若干低くなるように構成されている。第2弁本体410は、長尺な棒状の第2弁ロッド411と第2弁ロッド411の先端に円錐状に広がった第2弁円錐状閉塞部412とを備えて構成されている。 As described above, the second valve 400 moves in the length direction of the second ventilation passage 140 to open and close the second ventilation passage 140. As shown in FIG. 2, the second valve 400 is smaller than the main valve 200 and is configured to be slightly lower than the height of the cylinder head 100. The second valve main body 410 includes a long rod-shaped second valve rod 411 and a second valve conical blocking portion 412 that extends conically at the tip of the second valve rod 411.
第2弁円錐状閉塞部412は燃焼室40内に配置されている。第2弁ロッド411は第1換気通路110を貫通して、第2弁ケース430内に第2換気通路140の長さ方向に移動可能に支持されて配置されている。第2弁円錐状閉塞部412は、第2弁本体410が第2換気通路140の長さ方向に移動すると、第2換気通路140を開閉するようになっている。本実施形態では、第2弁本体410は、耐熱セラミック材料で構成されるが、これに限定されず、例えば、SUH3(マルテンサイト系耐熱鋼)などのような耐熱鋼などでもよい。 The second valve conical blocking portion 412 is disposed in the combustion chamber 40. The second valve rod 411 passes through the first ventilation passage 110 and is supported and arranged in the second valve case 430 so as to be movable in the length direction of the second ventilation passage 140. The second valve conical block 412 opens and closes the second ventilation passage 140 when the second valve body 410 moves in the length direction of the second ventilation passage 140. In the present embodiment, the second valve body 410 is made of a heat-resistant ceramic material, but is not limited thereto, and may be a heat-resistant steel such as SUH3 (martensitic heat-resistant steel).
第2弁バネ420は、第2弁ケース430の長さ方向に沿って移動可能に設けられ第2弁リテーナ421と、第2弁ケース430との間に設けられている。第2弁バネ420は、自然長より予荷重を掛けたセット長で第2弁リテーナ421が第2弁ケース430の上端に配置されるようになっている。また、第2弁バネ420は1重の樽型のバネである。これにより、第2弁バネ420は、バネ高さが削減されており、不等ピッチによりバネ有効巻き数が削減されてサージング防止効果が向上している。 The second valve spring 420 is provided so as to be movable along the length direction of the second valve case 430, and is provided between the second valve retainer 421 and the second valve case 430. The second valve spring 420 has a set length in which a preload is applied from the natural length, and the second valve retainer 421 is arranged at the upper end of the second valve case 430. The second valve spring 420 is a single barrel-shaped spring. As a result, the spring height of the second valve spring 420 is reduced, and the number of effective spring turns is reduced due to the unequal pitch, and the surging prevention effect is improved.
第2弁本体410は、主弁本体210や副弁本体310とは異なり、ロッカアームを用いること無く、第2弁電磁駆動装置440のみで駆動する。第2弁電磁駆動装置440の主な構成は、図4〜図6に示した主弁電磁駆動装置240と同様であるが、第2弁電磁駆動装置440は主弁電磁駆動装置240よりも小型に構成されている。また、第2弁電磁駆動装置440の主な作用も主弁電磁駆動装置240と同様である。ここでは、主弁電磁駆動装置240と同様の構成及び作用については説明を省略し、相違する点のみ説明することとする。また、主弁電磁駆動装置240と同じ部分には同じ符号を付するものとする。 Unlike the main valve body 210 and the sub-valve body 310, the second valve body 410 is driven only by the second valve electromagnetic drive device 440 without using a rocker arm. The main configuration of the second valve electromagnetic drive device 440 is the same as that of the main valve electromagnetic drive device 240 shown in FIGS. 4 to 6, but the second valve electromagnetic drive device 440 is smaller than the main valve electromagnetic drive device 240. It is configured. The main operation of the second valve electromagnetic drive device 440 is the same as that of the main valve electromagnetic drive device 240. Here, description of the same configuration and operation as those of the main valve electromagnetic drive device 240 will be omitted, and only differences will be described. Further, the same parts as those of the main valve electromagnetic drive device 240 are denoted by the same reference numerals.
第2弁電磁駆動装置440は、主弁電磁駆動装置240と同一のものであり、主弁電磁駆動装置240と軸方向においてほぼ逆向きにシリンダヘッド100に固定されている。すなわち、稼働ロッド441の第2弁ロッド411との連結端が上を向くようにシリンダヘッド100に固定されている。第2弁電磁駆動装置440の稼働ロッド441の連結端には、第2弁ロッド441の一端が直接連結されている。稼働ロッド441の稼働によって第2弁ロッド441が上下動する。これにより、第2弁本体410が第2換気通路140を開閉する。 The second valve electromagnetic drive device 440 is the same as the main valve electromagnetic drive device 240 and is fixed to the cylinder head 100 in a direction substantially opposite to the main valve electromagnetic drive device 240 in the axial direction. That is, the operating rod 441 is fixed to the cylinder head 100 so that the connecting end of the operating rod 441 with the second valve rod 411 faces upward. One end of the second valve rod 441 is directly connected to the connection end of the operating rod 441 of the second valve electromagnetic driving device 440. The second valve rod 441 moves up and down by the operation of the operating rod 441. As a result, the second valve body 410 opens and closes the second ventilation passage 140.
このように、第2弁400を電磁駆動装置440で駆動するため、第2弁400の駆動機構が簡単でコストを抑えることができる。このため、第2弁400を備えることによる内燃機関10の製造コストの増加を最小限に抑えることができる。また、前述のように、電磁駆動装置440の鉄心444−1をアモルファス金属で構成し、電磁駆動装置440を小型したことにより、第2弁400を備えることによる内燃機関10の大型化を最小限に抑えることができる。 Thus, since the 2nd valve 400 is driven with the electromagnetic drive device 440, the drive mechanism of the 2nd valve 400 is simple and can suppress cost. For this reason, the increase in the manufacturing cost of the internal combustion engine 10 by providing the 2nd valve 400 can be suppressed to the minimum. In addition, as described above, the iron core 444-1 of the electromagnetic drive device 440 is made of amorphous metal, and the electromagnetic drive device 440 is miniaturized, thereby minimizing the increase in size of the internal combustion engine 10 due to the provision of the second valve 400. Can be suppressed.
次に、電磁駆動装置の駆動装置について説明する。ここでは、第2弁電磁駆動装置440を例にとって、図7及び図8を参照しながら説明するが、主弁電磁駆動装置240及び副弁電磁駆動装置340も第2弁電磁駆動装置440と同様である。 Next, the drive device of the electromagnetic drive device will be described. Here, the second valve electromagnetic drive device 440 will be described as an example with reference to FIGS. 7 and 8. It is.
第2弁電磁駆動装置440の駆動装置は、図7に示した第2弁本体410を開く際の開弁駆動装置500と、図8に示した第2弁本体410を閉じる際の閉弁駆動装置600とを備えている。開弁駆動装置500は、図7に示したように、バッテリ510と、昇圧回路520と、クランク角度センサ530と、エンジン回転センサ540と、通電制御回路550と、電流正順回路560と、キャパシタ放電回路570と、を備えて構成される。また、閉弁駆動装置600は、図8に示したように、電流反転回路610とキャパシタ充電回路620と、を備えて構成される。 The driving device of the second valve electromagnetic driving device 440 includes a valve opening driving device 500 for opening the second valve main body 410 shown in FIG. 7 and a valve closing driving for closing the second valve main body 410 shown in FIG. Device 600. As shown in FIG. 7, the valve opening drive device 500 includes a battery 510, a booster circuit 520, a crank angle sensor 530, an engine rotation sensor 540, an energization control circuit 550, a current forward circuit 560, a capacitor And a discharge circuit 570. Further, as shown in FIG. 8, the valve closing drive device 600 includes a current inverting circuit 610 and a capacitor charging circuit 620.
まず、開弁駆動装置500について、図7を参照しながら説明する。バッテリ510は、12Vの電圧であり、昇圧回路520は、バッテリ510の12Vの電圧を60Vに昇圧する。 First, the valve opening drive device 500 will be described with reference to FIG. The battery 510 has a voltage of 12V, and the booster circuit 520 boosts the 12V voltage of the battery 510 to 60V.
クランク角度センサ530は、検出したクランク角度を通電制御回路550に送信する。クランク角度センサ530としては、例えば、アブソリュウトエンコーダが用いられる。 The crank angle sensor 530 transmits the detected crank angle to the energization control circuit 550. As the crank angle sensor 530, for example, an absolute encoder is used.
エンジン回転センサ540は、エンジン回転数を検出し、検出したエンジン回転数を通電制御回路550に送信する。 The engine speed sensor 540 detects the engine speed and transmits the detected engine speed to the energization control circuit 550.
通電制御回路550は、第2弁電磁駆動装置440への通電開始から稼働ロッド441のストローク終了までの通電と、稼働ロッド441のストローク位置が保持されるための通電と、を電流正順回路560に命令する。 The energization control circuit 550 performs energization from the start of energization to the second valve electromagnetic driving device 440 to the end of the stroke of the operating rod 441 and energization for maintaining the stroke position of the operating rod 441. To order.
第2弁電磁駆動装置440への通電開始から稼働ロッド441のストローク終了までの通電の時間は、通電制御回路550に予めタイマーで設定されている。また、稼働ロッド441のストローク位置が保持されるための通電の命令は、通電制御回路550が、クランク角度とエンジン回転数に基づいて演算した最適通電時期と最適通電時間に基づいて行われる。 The energization time from the start of energization to the second valve electromagnetic drive device 440 to the end of the stroke of the operating rod 441 is preset in the energization control circuit 550 by a timer. Further, a command for energization for maintaining the stroke position of the operating rod 441 is performed based on the optimum energization time and the optimum energization time calculated by the energization control circuit 550 based on the crank angle and the engine speed.
電流正順回路560は、通電制御回路550の命令に基づき、稼働ロッド441が開弁する方向の電流を電磁石444に流す。 The forward current forward circuit 560 causes the electromagnet 444 to flow a current in the direction in which the operating rod 441 opens based on a command from the energization control circuit 550.
また、キャパシタ放電回路570は、バッテリ電源にキャパシタ電源分を加えて、バッテリ510の単独以上の容量の電力を電磁石444に通電するものである。したがって、必要供給電力量に対してキャパシタ電源が加わった分だけ、バッテリ510の消費電力量を低減できるので、バッテリ510の小型化やバッテリ510の充填量の削減をすることができる。これにより、バッテリ510のエネルギーを削減することができるため、エンジン駆動発電機の負荷が軽減されて、エンジンの熱効率が向上する。また、キャパシタ放電回路570は、稼働ロッド441の起動からストローク終了までを補助するものであり、ストローク位置を保持する間は補助しないため、小型化と低コスト化が図られる。なお、キャパシタとしては、例えば、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタが用いられる。 Capacitor discharge circuit 570 adds a capacitor power supply to the battery power supply to energize electromagnet 444 with a capacity of battery 510 or more. Therefore, the amount of power consumed by the battery 510 can be reduced by the amount that the capacitor power supply is added to the required amount of supplied power, so that the battery 510 can be reduced in size and the amount of charge of the battery 510 can be reduced. Thereby, since the energy of the battery 510 can be reduced, the load on the engine-driven generator is reduced, and the thermal efficiency of the engine is improved. In addition, the capacitor discharge circuit 570 assists from the start of the operating rod 441 to the end of the stroke, and does not assist while maintaining the stroke position, so that the size and cost can be reduced. As the capacitor, for example, an electric double layer capacitor or a lithium ion capacitor is used.
以上、開弁駆動装置500の構成について説明した。次に、第2弁電磁駆動装置440によって第2弁本体410を開弁する際の制御の流れを説明する。まず、バッテリ510から昇圧回路520に12Vの電圧を供給する。昇圧回路520では、供給された12Vの電圧を60Vに昇圧して、通電制御回路550に供給する。通電制御回路550は、図7のグラフAに示したように、60Vの電圧で予めタイマーで設定しておいた通電時間だけ電流正順回路560から電磁石444に通電する。このとき、キャパシタ放電回路570も電流正順回路560に電力を供給し、稼働ロッド441の起動からストロークの終了までを補助する。稼働ロッド441のストロークに伴って、第2弁本体410が開弁していく。 The configuration of the valve opening drive device 500 has been described above. Next, the flow of control when the second valve electromagnetic drive device 440 opens the second valve body 410 will be described. First, a voltage of 12 V is supplied from the battery 510 to the booster circuit 520. In the booster circuit 520, the supplied 12V voltage is boosted to 60V and supplied to the energization control circuit 550. As shown in graph A of FIG. 7, the energization control circuit 550 energizes the electromagnet 444 from the current forward circuit 560 for an energization time set in advance with a timer at a voltage of 60V. At this time, the capacitor discharge circuit 570 also supplies power to the current forward circuit 560, and assists from the start of the operating rod 441 to the end of the stroke. The second valve body 410 is opened along with the stroke of the operating rod 441.
稼働ロッド441のストロークが終了すると、通電制御回路550は、クランク角度とエンジン回転数に基づいて最適通電時期と最適通電時間を演算し、演算した最適通電時期から最適通電時間だけ、12Vで通電する。これにより、稼働ロッド441がストローク位置で保持され、第2弁本体410の開弁した状態が保持される。 When the stroke of the operating rod 441 is completed, the energization control circuit 550 calculates the optimum energization time and the optimum energization time based on the crank angle and the engine speed, and energizes at 12 V for the optimum energization time from the calculated optimum energization time. . Thereby, the operating rod 441 is held at the stroke position, and the opened state of the second valve body 410 is held.
最適通電時間が終了すると、電磁石444への通電が終了し、第2弁本体410の開弁の制御が終了する。 When the optimum energization time ends, the energization to the electromagnet 444 ends, and the valve opening control of the second valve body 410 ends.
以上、開弁時の第2弁電磁駆動装置440の制御について説明した。次に、閉弁駆動装置600について、図8を参照しながら説明する。閉弁駆動装置600は、開弁制御が終了した後の、電磁弁444のエネルギーを回生するためのものであり、電流反転回路610は、図8に示したように、電磁石444に開弁時とは逆方向の電流を流すものである。また、キャパシタ充電回路620は、電磁石444から戻った電流をキャパシタに充電し、エネルギーを回生するものである。 The control of the second valve electromagnetic drive device 440 at the time of valve opening has been described above. Next, the valve closing drive device 600 will be described with reference to FIG. The valve closing drive device 600 is for regenerating the energy of the electromagnetic valve 444 after the valve opening control is completed, and the current reversing circuit 610 is connected to the electromagnet 444 when the valve is opened as shown in FIG. Means a current flowing in the opposite direction. The capacitor charging circuit 620 recharges energy by charging the capacitor with the current returned from the electromagnet 444.
次に、第2弁本体410の閉弁時の制御について説明する。最適通電時間が終了し、電磁石444への通電が終了すると、開いていた第2弁本体410は、第2弁バネ420の弾性力により閉じる方向にストロークする。このとき、電流反転回路610で電磁石444に逆方向の電流を流す。これにより、電磁石444の磁極が反転し、電流が電源側に戻ってくる。この電流がキャパシタ充電回路620でキャパシタに充電され、エネルギーが回生される。 Next, control when the second valve body 410 is closed will be described. When the optimum energization time ends and energization to the electromagnet 444 ends, the opened second valve body 410 strokes in the closing direction by the elastic force of the second valve spring 420. At this time, a current in the reverse direction is passed through the electromagnet 444 by the current reversing circuit 610. As a result, the magnetic poles of the electromagnet 444 are reversed, and the current returns to the power supply side. This current is charged into the capacitor by the capacitor charging circuit 620, and energy is regenerated.
以上、本実施形態の内燃機関10の構成について説明した。次に、内燃機関10の動作を、図9を参照しながら説明する。本実施形態において、内燃機関10は(1)吸入工程、(2)圧縮工程、(3)(爆発)膨張工程、(4)排気工程を1サイクルとする燃焼サイクルで動作する。各工程における内燃機関10の動作について、以下に詳述する。 The configuration of the internal combustion engine 10 of the present embodiment has been described above. Next, the operation of the internal combustion engine 10 will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the internal combustion engine 10 operates in a combustion cycle in which (1) the intake process, (2) the compression process, (3) (explosion) expansion process, and (4) the exhaust process are one cycle. The operation of the internal combustion engine 10 in each process will be described in detail below.
(1)吸入工程
吸入工程においては、図9(a)に示したように、主弁電磁駆動装置240に通電し、主弁電磁駆動装置240を駆動して、主弁ロッカアーム250を介して主弁本体210が下降し、第1換気通路110を開放する。また、副弁電磁駆動装置340を通電する。これにより、副弁電磁駆動装置340の駆動により副弁ロッカアーム350を介して副弁本体310が上昇し、吸気通路120を開放する。さらに、第2弁電磁駆動装置440を通電して駆動する。これにより、第2弁本体410が下降し、第2換気通路140を開放する。
(1) Suction Process In the suction process, as shown in FIG. 9A, the main valve electromagnetic drive device 240 is energized to drive the main valve electromagnetic drive device 240, and the main valve rocker arm 250 is used to drive the main valve electromagnetic drive device 240. The valve body 210 is lowered to open the first ventilation passage 110. Further, the auxiliary valve electromagnetic drive device 340 is energized. As a result, the sub-valve main body 310 is lifted via the sub-valve rocker arm 350 by driving the sub-valve electromagnetic drive device 340 and the intake passage 120 is opened. Further, the second valve electromagnetic drive device 440 is energized and driven. As a result, the second valve body 410 is lowered and the second ventilation passage 140 is opened.
第1換気通路110、吸気通路120及び第2換気通路140が開放された状態で、ピストン駆動機構31によりピストン30が上死点から下降していく。これにより、図9(f)に示したように、燃焼室40の内圧が負圧になるため、逆止弁70が開いて、吸気通路120、第1換気通路110及び第2換気通路140を通って燃焼室40内に新気が吸い込まれる。第2換気通路140から吸い込まれる新気は縦及び横方向渦流となる空気流動を生成するため、この空気流動によって急速燃焼が助成される。 With the first ventilation passage 110, the intake passage 120, and the second ventilation passage 140 being opened, the piston 30 is lowered from the top dead center by the piston drive mechanism 31. As a result, as shown in FIG. 9 (f), the internal pressure of the combustion chamber 40 becomes a negative pressure, so that the check valve 70 is opened and the intake passage 120, the first ventilation passage 110 and the second ventilation passage 140 are opened. The fresh air is sucked into the combustion chamber 40 through it. Since the fresh air sucked from the second ventilation passage 140 generates an air flow that becomes a longitudinal and lateral vortex, this air flow assists rapid combustion.
そして、図9(e)に示したように、ピストン30が下降していく途中で、2弁電磁駆動装置440への通電が停止して、第2弁バネ420の弾性力により第2弁本体410が上昇し、第2換気通路140が閉鎖する。ピストン30が下死点まで移動した時点で、吸入工程が終了する。このように、第2換気通路140を開閉することで、従来のスロットル弁に相当する絞り効果が得られる。また、従来のスロットル弁に比べてポンピングロスを低減することで、熱効率の向上を計ることができる。吸気工程の終了後、引き続き圧縮工程に移行する。 As shown in FIG. 9 (e), energization to the two-valve electromagnetic drive device 440 is stopped while the piston 30 is descending, and the second valve body is driven by the elastic force of the second valve spring 420. 410 rises and the second ventilation passage 140 is closed. When the piston 30 moves to the bottom dead center, the suction process ends. Thus, by opening and closing the second ventilation passage 140, a throttle effect equivalent to a conventional throttle valve can be obtained. Further, the heat efficiency can be improved by reducing the pumping loss as compared with the conventional throttle valve. After the intake process, the process continues to the compression process.
なお、吸入工程における第2弁400の開放動作は、エンジンの作動領域において以下のように行う。
1)低負荷、低速回転
第2弁400は閉塞し、主弁200のみ開放して吸入する。
2)中負荷、中速回転
第2弁400を短時間開放して、主弁200と併用して中程度に吸入を行う。
3)高負荷、高速回転
第2弁400を長時間開放して、主弁200と併用して多量に吸入を行う。
Note that the opening operation of the second valve 400 in the suction process is performed as follows in the operating region of the engine.
1) Low load, low speed rotation The second valve 400 is closed, and only the main valve 200 is opened for suction.
2) Medium load, medium speed rotation The second valve 400 is opened for a short time and used in combination with the main valve 200 for moderate suction.
3) High load, high speed rotation The second valve 400 is opened for a long time and used together with the main valve 200 to inhale a large amount.
(2)圧縮工程
圧縮工程においては、図9(b)に示したように、主弁電磁駆動装置240への通電が停止し、主弁本体210が主弁バネ220の弾性力により上昇する。これにより、第1換気通路110が閉塞する。また、主弁本体210が第1換気通路110を閉じると、引き続き、副弁電磁駆動装置340への通電を停止する。これにより、副弁バネ320の弾性力により、副弁本体310が下降して吸気通路120を閉塞するとともに、排気通路130を開放する。さらに、第1換気通路110の閉塞と同時に、第2電磁駆動装置440を通電する。これにより、第2電磁駆動装置440の駆動により、第2弁本体410が下降し、第2換気通路140が開放される。
(2) Compression Process In the compression process, as shown in FIG. 9B, energization to the main valve electromagnetic drive device 240 is stopped, and the main valve main body 210 is raised by the elastic force of the main valve spring 220. As a result, the first ventilation passage 110 is closed. Further, when the main valve body 210 closes the first ventilation passage 110, the energization to the sub-valve electromagnetic drive device 340 is stopped. As a result, the sub valve main body 310 is lowered by the elastic force of the sub valve spring 320 to close the intake passage 120 and open the exhaust passage 130. Further, the second electromagnetic drive device 440 is energized simultaneously with the closing of the first ventilation passage 110. Accordingly, the second valve body 410 is lowered by the driving of the second electromagnetic driving device 440, and the second ventilation passage 140 is opened.
主弁本体210が第1換気通路110を閉じると、ピストン30が下死点から上死点まで上昇して、図9(f)に示したように、燃焼室40の空気を圧縮する。この圧縮により、燃焼室40の空気は高温になる。また、第1換気通路110が閉じると同時に、図9(e)に示したように、第2換気通路140を開放し、燃焼室40の圧縮圧を減圧して、実圧縮比を可変にする。仮に、燃焼室40の実圧縮比を可変にせず、高圧縮比固定だと、高負荷時にノッキング回避のために遅角点火するため、効率を高めることができない。すなわち、熱効率が最高になる圧縮比は、低負荷時は大きく、高負荷時は小さいため、負荷に合わせて最適な圧縮比が得られれば、熱効率を向上することができる。また、減圧した空気圧を吸気通路120に導き、この時、吸気通路120と吸気マニホルド60との間に設けた逆止弁70を閉じる。これにより、吸気通路120内に空気が蓄積され、吸気工程時に過給効果を持たせて、熱効率向上が計られる。ピストン30が上死点に達するより前に、第2電磁駆動装置440への通電が停止し、第2弁本体410が第2弁バネ220の弾性力により上昇し、第2換気通路140が閉塞される。圧縮工程が終了すると、(爆発)膨張行程に移行する。 When the main valve body 210 closes the first ventilation passage 110, the piston 30 rises from the bottom dead center to the top dead center, and compresses the air in the combustion chamber 40 as shown in FIG. 9 (f). Due to this compression, the air in the combustion chamber 40 becomes hot. At the same time as the first ventilation passage 110 is closed, as shown in FIG. 9E, the second ventilation passage 140 is opened, the compression pressure in the combustion chamber 40 is reduced, and the actual compression ratio is made variable. . If the actual compression ratio of the combustion chamber 40 is not made variable and the high compression ratio is fixed, retarded ignition is performed to avoid knocking at a high load, so that the efficiency cannot be increased. That is, since the compression ratio at which the thermal efficiency is maximized is large at low loads and small at high loads, the thermal efficiency can be improved if an optimal compression ratio is obtained according to the load. Further, the reduced air pressure is guided to the intake passage 120, and at this time, the check valve 70 provided between the intake passage 120 and the intake manifold 60 is closed. As a result, air is accumulated in the intake passage 120, and a supercharging effect is given during the intake process to improve thermal efficiency. Before the piston 30 reaches the top dead center, the power supply to the second electromagnetic drive device 440 is stopped, the second valve body 410 is raised by the elastic force of the second valve spring 220, and the second ventilation passage 140 is closed. Is done. When the compression process ends, the process proceeds to an (explosion) expansion stroke.
なお、圧縮工程における第2弁400の開放動作は、エンジンの作動領域において以下のように行う。
1)低負荷、低速回転
第2弁400は閉塞し、圧縮比18で熱効率を最高にする。
2)中負荷、中速回転
第2弁400を短時間開放して減圧し、圧縮比14にしてノッキングを回避する。
3)高負荷、高速回転
第2弁400を長時間開放して減圧し、圧縮比10にしてノッキングを回避する。
Note that the opening operation of the second valve 400 in the compression process is performed as follows in the operating region of the engine.
1) Low load, low speed rotation The second valve 400 is closed, and the thermal efficiency is maximized at a compression ratio of 18.
2) Medium load, medium speed rotation The second valve 400 is opened for a short time to reduce the pressure, and the compression ratio is set to 14 to avoid knocking.
3) High load, high speed rotation The second valve 400 is opened and decompressed for a long time, and the compression ratio is set to 10 to avoid knocking.
(3)(爆発)膨張工程
(爆発)膨張工程においては、図9(c)に示したように、主弁200が第1換気通路110を閉塞し、副弁300が吸気通路120を閉塞し、第2弁400が第2換気通路140を閉塞した状態を維持している。一方、燃焼室40では、図9(c)に示したように、圧縮工程において圧縮されて高温となった空気に対して、燃料噴射弁50が、高圧の燃料51を噴射する。また、レーザー光発射器90からレーザー光91が照射される。照射されたレーザー光91がレンズで集光される。燃焼室40の空気は、圧縮工程で圧縮されて高温・高圧となっているため、レーザー光91の集光部にプラズマ熱が発生する。高エネルギーのプラズマ熱は火種(火炎核)を生成する。これにより、燃焼室40内の燃料が燃焼する。このとき、レーザー光91の集光位置を瞬時に調整することで、複数の点で火種が生成される。
(3) (Explosion) Expansion Step In the (explosion) expansion step, as shown in FIG. 9C, the main valve 200 closes the first ventilation passage 110 and the sub valve 300 closes the intake passage 120. The second valve 400 maintains the state where the second ventilation passage 140 is closed. On the other hand, in the combustion chamber 40, as shown in FIG. 9C, the fuel injection valve 50 injects high-pressure fuel 51 to the air that has been compressed in the compression step and has reached a high temperature. Further, a laser beam 91 is emitted from the laser beam emitter 90. The irradiated laser beam 91 is collected by a lens. Since the air in the combustion chamber 40 is compressed in the compression process and has a high temperature and a high pressure, plasma heat is generated in the condensing part of the laser beam 91. High-energy plasma heat generates a fire type (flame core). Thereby, the fuel in the combustion chamber 40 burns. At this time, a fire type is generated at a plurality of points by instantaneously adjusting the condensing position of the laser light 91.
燃焼室40では燃料の燃焼により、燃焼ガスが膨張し、ピストン30が、図9(f)に示したように、下死点まで押し下げられる。ピストン30の下降に伴って、燃焼室40の圧力が低下する。燃焼行程が終了すると、排気工程に移行する。 In the combustion chamber 40, the combustion gas expands due to the combustion of fuel, and the piston 30 is pushed down to the bottom dead center as shown in FIG. 9 (f). As the piston 30 descends, the pressure in the combustion chamber 40 decreases. When the combustion stroke ends, the process proceeds to the exhaust process.
(4)排気工程
排気工程においては、図9(d)に示したように、主弁電磁駆動装置240に通電し、主弁電磁駆動装置240を駆動して、主弁ロッカアーム250を介して主弁本体210が下降し、第1換気通路110を開放する。また、副弁電磁駆動装置340に通電されておらず、副弁バネ320の弾性力により、副弁本体310が下降し、吸気通路120を閉塞する。ピストン30は、図9(f)に示したように、下死点から上死点まで上昇し、燃焼ガスが第1換気通路110と排気通路130を通って燃焼室40から押し出される。
(4) Exhaust Process In the exhaust process, as shown in FIG. 9 (d), the main valve electromagnetic drive device 240 is energized to drive the main valve electromagnetic drive device 240, and the main valve rocker arm 250 is connected to the main valve electromagnetic drive device 240. The valve body 210 is lowered to open the first ventilation passage 110. Further, the auxiliary valve electromagnetic drive device 340 is not energized, and the auxiliary valve main body 310 is lowered by the elastic force of the auxiliary valve spring 320 to close the intake passage 120. As shown in FIG. 9 (f), the piston 30 rises from the bottom dead center to the top dead center, and the combustion gas is pushed out of the combustion chamber 40 through the first ventilation passage 110 and the exhaust passage 130.
図9(e)に示したように、ピストン30が下死点から上死点まで上昇する途中、すなわち、排気工程の途中で、第2弁電磁駆動装置440に通電し、第2弁電磁駆動装置440を駆動する。これにより、第2弁本体410が下降し、第2換気通路140を開放する。 As shown in FIG. 9E, the second valve electromagnetic drive device 440 is energized while the piston 30 rises from the bottom dead center to the top dead center, that is, during the exhaust process, and the second valve electromagnetic drive is performed. The device 440 is driven. As a result, the second valve body 410 is lowered and the second ventilation passage 140 is opened.
これにより、第2換気通路140から燃焼ガスが吸気通路120内に導かれ(内部EGRという)、逆止弁70が閉じて、吸気通路120内で燃焼ガスと新気が混合し、EGRができる。このようにできたEGRと外部からのクールドEGRとを合わせて多量のEGRができる。多量EGR制御で、ポンピングロスを低減して、熱効率を向上し、かつエンジン単体での大気放出ガスを後処理なしで、さらにクリーンにすることができる。 As a result, the combustion gas is guided from the second ventilation passage 140 into the intake passage 120 (referred to as internal EGR), the check valve 70 is closed, and the combustion gas and fresh air are mixed in the intake passage 120, whereby EGR is performed. . A large amount of EGR can be obtained by combining the EGR thus made and the cooled EGR from the outside. With a large amount of EGR control, the pumping loss can be reduced, the thermal efficiency can be improved, and the air released from the engine alone can be further cleaned without post-treatment.
これにより、排気工程が終了し、1つの燃焼サイクルが終了する。次に、排気から吸気への切り替えのタイミングの調整について、主弁200、副弁300及び第2弁400の動作を、図10を参照しながら説明する。 Thereby, an exhaust process is complete | finished and one combustion cycle is complete | finished. Next, regarding the adjustment of the timing of switching from exhaust to intake, the operation of the main valve 200, the sub valve 300, and the second valve 400 will be described with reference to FIG.
図10に示したように、排気工程が始まるときには、第2弁400は第2換気通路140を閉じた状態であり、主弁200が第1換気通路110を開いていく。主弁200が第1換気通路110を完全に開いてしばらくすると、第2弁400が第2換気通路140を開く。これにより、前述のように、燃焼ガスが吸気通路120内に導かれ、逆止弁70が閉じて、吸気通路120内で燃焼ガスと新気が混合し、EGRができる。 As shown in FIG. 10, when the exhaust process starts, the second valve 400 is in a state where the second ventilation passage 140 is closed, and the main valve 200 opens the first ventilation passage 110. After a while after the main valve 200 completely opens the first ventilation passage 110, the second valve 400 opens the second ventilation passage 140. As a result, as described above, the combustion gas is guided into the intake passage 120, the check valve 70 is closed, and the combustion gas and fresh air are mixed in the intake passage 120, thereby performing EGR.
ピストン30が上死点に到達する直前である排気工程の終了直前に、副弁300を上昇させる。これにより、燃焼室40では、燃焼ガスが排出されるとともに、新気が吸気される。新気の吸気量は、副弁300の駆動開始直後は少ないが、副弁300が吸気通路120を開放していくとともに排気通路130を閉塞していくにしたがって、多くなっていく。そして、排気工程が完全に終了した時点では、最大量の吸気が行われる状態になっている。このように、排気工程の終了直前において、弁重合が行われ、排気工程と吸気工程とが重なり合うように、副弁300が動作するため、排気から吸気への切り替えタイミングが良好になる。これにより、ガス交換効率が向上し、燃費が向上する。 The sub valve 300 is raised immediately before the end of the exhaust process, which is just before the piston 30 reaches top dead center. Thereby, in the combustion chamber 40, combustion gas is discharged and fresh air is sucked. The amount of fresh air intake is small immediately after the start of driving of the auxiliary valve 300, but increases as the auxiliary valve 300 opens the intake passage 120 and closes the exhaust passage 130. When the exhaust process is completely completed, the maximum amount of intake air is being performed. In this manner, valve superposition is performed immediately before the end of the exhaust process, and the sub valve 300 operates so that the exhaust process and the intake process overlap with each other, so that the timing for switching from exhaust to intake becomes good. Thereby, gas exchange efficiency improves and fuel consumption improves.
次に、エンジンの始動時と停止時の第2弁400の動作について説明する。
エンジンの始動時には、第2弁400を開放して燃焼室40を減圧し、無負荷状態でフライホイールを回転させ、すぐに第2弁400を閉塞する。これにより、エンジンの始動時の負荷を軽減することができる。
Next, the operation of the second valve 400 when the engine is started and stopped will be described.
When the engine is started, the second valve 400 is opened to decompress the combustion chamber 40, the flywheel is rotated in a no-load state, and the second valve 400 is immediately closed. Thereby, the load at the time of engine starting can be reduced.
また、通常、エンジン始動時には、始動モータのスターターピニオンをフライホイールの外側に取り付けられたリングギヤに押し付けて、エンジンを始動する。このため、エンジン停止時には、従来のエンジンでは、始動モータのスターターピニオンとフライホイールの外側に取り付けられたリングギヤの噛み合い位置が、4気筒なら2箇所、6気筒なら3箇所の常に決まった位置に噛み合って止まる。よって、エンジン始動時には、フライホイールをリングギヤに押し付けて行うが、常に同じ位置が押し付けられることになる。このため、特にリングギヤが片減りして、早い時期に噛み合いが悪くなる。よって、リングギヤの耐久寿命が低下して早期交換が必要となり、メンテナンスコストが高騰する。しかし、本実施形態では、エンジン停止時に、第2弁400を開いて燃焼室40の減圧をするため、スターターピニオンとリングギヤの噛み合い位置が不規則になる。よって、前記問題が解決される。 Normally, when starting the engine, the starter pinion of the starting motor is pressed against a ring gear attached to the outside of the flywheel to start the engine. For this reason, when the engine is stopped, in the conventional engine, the meshing position of the starter pinion of the starting motor and the ring gear attached to the outside of the flywheel is always meshed at two fixed positions in the case of four cylinders and three positions in the case of six cylinders. Stop. Therefore, when the engine is started, the flywheel is pressed against the ring gear, but the same position is always pressed. For this reason, the ring gear is particularly reduced, and the meshing becomes worse early. Therefore, the durability life of the ring gear is reduced, and early replacement is necessary, which increases the maintenance cost. However, in the present embodiment, when the engine is stopped, the second valve 400 is opened and the combustion chamber 40 is depressurized. Therefore, the meshing position of the starter pinion and the ring gear becomes irregular. Therefore, the problem is solved.
また、エンジン停止時にピストン30が圧縮上死点に達する場合、フライホイールの回転エネルギーが小さくなり、従来のエンジンでは圧縮越えができなくなる。また、圧縮圧でピストン30が撥ね返されるため、撥ね返りながらピストン30と連接棒の慣性質量が停止すると、ピストン30と連接棒を締結するピストン・ピンとピン受け面に大きな衝撃が加わり、ピストン30と連接部尾のピン受け面が損傷し、耐久性が低下してメンテナンス費用が高騰する。 Further, when the piston 30 reaches the compression top dead center when the engine is stopped, the rotational energy of the flywheel becomes small, and the conventional engine cannot exceed the compression. Further, since the piston 30 rebounds due to the compression pressure, if the inertial mass of the piston 30 and the connecting rod stops while repelling, a large impact is applied to the piston pin and the pin receiving surface that fasten the piston 30 and the connecting rod, and the piston 30 As a result, the pin receiving surface of the connecting part tail is damaged, the durability is lowered, and the maintenance cost is increased.
これに対して、本実施形態では、エンジンの停止時に、第2弁400を開放して燃焼室40を減圧する。これにより、ピストン圧縮上死点で燃焼室40の圧が抜けてフリーの状態でピストン停止位置を不規則にする。このため、エンジンの停止時におけるピストン・ピンの衝撃が緩和されて、部品の耐久性を向上させることができる。 In contrast, in the present embodiment, when the engine is stopped, the second valve 400 is opened to decompress the combustion chamber 40. Thereby, the pressure of the combustion chamber 40 is released at the piston compression top dead center, and the piston stop position is made irregular in a free state. For this reason, the impact of the piston pin when the engine is stopped is alleviated, and the durability of the parts can be improved.
なお、本実施形態において、アイドリング時や極低負荷運転時は、第2弁400が第2換気通路140を閉塞した状態で、燃料噴射弁50から噴射される燃料51の量を少なく調整する。また、本実施形態の内燃機関10をハイブリッド車に用いる場合は、アイドリング時や極低負荷運転時は、内燃機関10の作動を停止する。 In the present embodiment, during idling or extremely low load operation, the amount of the fuel 51 injected from the fuel injection valve 50 is adjusted to be small with the second valve 400 closing the second ventilation passage 140. Moreover, when using the internal combustion engine 10 of this embodiment for a hybrid vehicle, the operation of the internal combustion engine 10 is stopped during idling or extremely low load operation.
(本実施形態の効果)
以上説明したように、本実施形態によれば、シリンダヘッド100に燃焼室40への給排気と燃焼室40の密閉を切り替える主弁200とは別に、燃焼室40への吸気量を変更する第2弁400を設けた。このため、第2弁400の作動領域を大きくすることにより、第2弁400を開閉することで、従来のスロットル弁に相当する絞り効果が得られるとともに、従来のスロットル弁に比してポンピングロスを低減できるよって、内燃機関10の熱効率を向上することができる。
(Effect of this embodiment)
As described above, according to the present embodiment, in addition to the main valve 200 that switches the cylinder head 100 between supply and exhaust of the combustion chamber 40 and sealing of the combustion chamber 40, the intake air amount to the combustion chamber 40 is changed. Two valves 400 were provided. For this reason, by opening and closing the second valve 400 by increasing the operating range of the second valve 400, a throttle effect equivalent to that of the conventional throttle valve can be obtained, and the pumping loss compared to the conventional throttle valve. Therefore, the thermal efficiency of the internal combustion engine 10 can be improved.
また、吸気通路120は、排気通路130の下方に設け、副弁バネ320の弾性力によって副弁本体310が下方に移動したときに、排気通路130が開き、吸気通路120が閉じるようにしたことにより、内燃機関10を停止したときに、副弁バネ320の作用によって、上方に設けた排気通路130が開き、下方に設けた吸気通路120が閉じた状態で停止する。一般的に、内燃機関が停止したときには、排気通路が開いて排気するとともに、内燃機関を再開させるときのために、吸気通路は閉じておくことが好ましいが、本実施形態の内燃機関10は、停止したときに好ましい状態になる。 In addition, the intake passage 120 is provided below the exhaust passage 130, and when the sub valve body 310 is moved downward by the elastic force of the sub valve spring 320, the exhaust passage 130 is opened and the intake passage 120 is closed. Thus, when the internal combustion engine 10 is stopped, the sub-valve spring 320 is operated to open the exhaust passage 130 provided above and stop the intake passage 120 provided below. In general, when the internal combustion engine is stopped, the exhaust passage is opened and exhausted, and the intake passage is preferably closed in order to restart the internal combustion engine, but the internal combustion engine 10 of the present embodiment is A preferred state is achieved when stopped.
また、第2換気通路140に縦及び横方向の渦流を生成する空気流動生成形状141が形成されているため、第2弁400の開放時に、空気に縦及び横方向の渦流が生成される。このため、急速燃焼が助成される。また、急速燃焼の実現で、燃焼時間が短縮すると異常燃焼を回避できるので、圧縮比を大きくでき、内燃機関10の熱効率が向上する。 Further, since the air flow generation shape 141 for generating the vertical and horizontal vortex flows is formed in the second ventilation passage 140, the vertical and horizontal vortex flows are generated in the air when the second valve 400 is opened. This aids rapid combustion. Further, by realizing rapid combustion, abnormal combustion can be avoided if the combustion time is shortened, so that the compression ratio can be increased and the thermal efficiency of the internal combustion engine 10 is improved.
また、第2弁400を電磁駆動装置440で駆動するため、第2弁400の駆動機構が簡単な構成となり、コストを抑えることができる。このため、第2弁400を備えることによる内燃機関40の製造コストの増加を最小限に抑えることができる。 Further, since the second valve 400 is driven by the electromagnetic driving device 440, the driving mechanism of the second valve 400 has a simple configuration, and the cost can be suppressed. For this reason, the increase in the manufacturing cost of the internal combustion engine 40 by providing the 2nd valve 400 can be suppressed to the minimum.
また、各電磁駆動装置240、340、440の鉄心244−1、344−1、444−1をアモルファス金属で構成されるようにしたことにより、鉄損が小さくなり、電磁駆動装置240、340、440を小型化したり、駆動力を大きくしたりすることができる。このため、第2弁400を備えることによる内燃機関40の大型化を最小限に抑えることができる。 In addition, since the iron cores 244-1, 344-1, 444-1 of each electromagnetic driving device 240, 340, 440 are made of amorphous metal, the iron loss is reduced, and the electromagnetic driving devices 240, 340, The size of the 440 can be reduced and the driving force can be increased. For this reason, the enlargement of the internal combustion engine 40 by providing the second valve 400 can be minimized.
また、各電磁駆動装置240、340、440に各弁200、300、400の戻りエネルギーの回生を蓄電するキャパシタを備えるようにしたことにより、電磁駆動装置240、340、440を駆動するバッテリ510のエネルギーを削減することができる。このため、エンジン駆動発電機の負荷が軽減され、内燃機関10の熱効率が向上する。 In addition, since each electromagnetic driving device 240, 340, 440 is provided with a capacitor that stores regeneration of the return energy of each valve 200, 300, 400, the battery 510 that drives the electromagnetic driving device 240, 340, 440 is provided. Energy can be reduced. For this reason, the load on the engine-driven generator is reduced, and the thermal efficiency of the internal combustion engine 10 is improved.
さらに、吸気通路120の出口に逆止弁70を設けることにより、吸気通路120内で排気ガスと新気とを混合してEGRを生成することができる。このため、多量EGR制御でポンピングロスを低減して内燃機関10の熱効率を向上することができ、かつ、内燃機関10単体での大気放出ガスを後処理なしで、さらにクリーンにすることができる。 Further, by providing the check valve 70 at the outlet of the intake passage 120, the exhaust gas and fresh air can be mixed in the intake passage 120 to generate EGR. Therefore, the pumping loss can be reduced by the large amount of EGR control to improve the thermal efficiency of the internal combustion engine 10, and the atmospheric emission gas in the internal combustion engine 10 alone can be further cleaned without post-processing.
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this example. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.
例えば、上記実施形態では、吸気通路120は、排気通路130の下方に設け、副弁バネ320の弾性力によって副弁本体310が下方に移動したときに、排気通路130が開き、吸気通路120が閉じるようにしたが、本発明は必ずしもこれに限定されない。例えば、吸気通路120と排気通路130の位置を逆にしてもよく、この場合、副弁本体310に作用する副弁バネ320の方向を逆にする、すなわち、副弁バネ320の弾性力によって副弁本体310が上方に移動したときに、排気通路130が開き、吸気通路120が閉じるようにしてもよい。 For example, in the above embodiment, the intake passage 120 is provided below the exhaust passage 130, and when the sub valve main body 310 moves downward by the elastic force of the sub valve spring 320, the exhaust passage 130 opens and the intake passage 120 However, the present invention is not necessarily limited to this. For example, the positions of the intake passage 120 and the exhaust passage 130 may be reversed. In this case, the direction of the sub valve spring 320 acting on the sub valve main body 310 is reversed, that is, the sub valve spring 320 has an elastic force. When the valve main body 310 moves upward, the exhaust passage 130 may be opened and the intake passage 120 may be closed.
また、上記実施形態では、第2換気通路140に縦及び横方向の渦流を生成する空気流動生成形状141を形成したが、本発明はこれに限定されず、縦方向のみの渦流や横方向のみの渦流を形成する空気流動生成形状141としたり、そもそも空気流動生成形状141を備えない形状としたりしてもよい。 Moreover, in the said embodiment, although the air flow production | generation shape 141 which produces | generates a vertical and horizontal eddy current was formed in the 2nd ventilation channel 140, this invention is not limited to this, Only the vertical eddy current or only a horizontal direction is formed. The air flow generation shape 141 that forms the vortex flow may be used, or the air flow generation shape 141 may not be provided in the first place.
また、上記実施形態では、主弁本体210、副弁本体310、第2弁本体410を主弁電磁駆動装置240、副弁電磁駆動装置340、第2弁電磁駆動装置440でそれぞれ駆動することにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、カムとロッカアームとを備えた駆動装置で駆動してもよい。 In the above embodiment, the main valve main body 210, the sub valve main body 310, and the second valve main body 410 are driven by the main valve electromagnetic drive device 240, the sub valve electromagnetic drive device 340, and the second valve electromagnetic drive device 440, respectively. However, the present invention is not limited to this. For example, you may drive with the drive device provided with the cam and the rocker arm.
また、上記実施形態では、電磁駆動装置の電磁石の鉄心にアモルファス合金を使用する例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば電磁鋼板でもよい。 Moreover, in the said embodiment, although the example which uses an amorphous alloy for the iron core of the electromagnet of an electromagnetic drive device was shown, this invention is not limited to this, For example, an electromagnetic steel plate may be sufficient.
また、上記実施形態では、電磁駆動装置に弁の戻りエネルギーの回生を蓄電するキャパシタを備える構成としたが、本発明はこれに限定されず、キャパシタを備えない構成としてもよい。 Moreover, in the said embodiment, although it was set as the structure provided with the capacitor which accumulate | stores regeneration of the return energy of a valve in an electromagnetic drive device, this invention is not limited to this, It is good also as a structure which is not provided with a capacitor.
さらに、上記実施形態では、吸気通路120の出口に逆止弁70を設けたが、これは一例であり、逆止弁70を設けない構成としてもよい。 Further, in the above embodiment, the check valve 70 is provided at the outlet of the intake passage 120. However, this is merely an example, and the check valve 70 may not be provided.
本発明は、自動車、建設機械、鉄道車両、モーターボート、可搬式発電機、農林業機械などの内燃機関に利用可能である。 The present invention can be used for an internal combustion engine such as an automobile, a construction machine, a railway vehicle, a motor boat, a portable generator, and an agricultural and forestry machine.
10 内燃機関
20 シリンダ
30 ピストン
31 ピストン駆動機構
40 燃焼室
50 燃料噴射弁
60 吸気マニホルド
70 逆止弁
71 弁シート
72 リード弁
73 リフト押え
74 リード弁体
75 第1補助板
76 第2補助板
80 吸気マニホルド噴射弁
90 レーザー光発射器
100 シリンダヘッド
110 第1換気通路
120 吸気通路
130 排気通路
140 第2換気通路
200 主弁
210 主弁本体
211 主弁ロッド
212 主弁円錐状閉塞部
220 主弁バネ
221 主弁リテーナ
230 主弁ケース
240 主弁電磁駆動装置
241 稼働ロッド
242 ロッド円盤板
242a 嵌合孔
243 永久磁石
243a 扇形部
243b 円筒状部
244 電磁石
244−1 鉄心
244−2 銅線
245 外ケース
245a 導入部
246 外ケース用永久磁石
250 主弁ロッカアーム
300 副弁
310 副弁本体
311 通路閉塞部
312 副弁ガイドバー
320 副弁バネ
321 副弁リテーナ
330 副弁ケース
340 副弁電磁駆動装置
341 稼働ロッド
350 副弁ロッカアーム
400 第2弁
410 第2弁本体
411 第2弁ロッド
412 第2弁円錐状閉塞部
420 第2弁バネ
430 第2弁ケース
440 第2弁電磁駆動装置
441 稼働ロッド
444−1 鉄心
500 開弁駆動装置
510 バッテリ
520 昇圧回路
530 クランク角度センサ
540 エンジン回転センサ
550 通電制御回路
560 電流正順回路
570 キャパシタ放電回路
600 閉弁駆動装置
610 電流反転回路
620 キャパシタ充電回路
700 第1弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Internal combustion engine 20 Cylinder 30 Piston 31 Piston drive mechanism 40 Combustion chamber 50 Fuel injection valve 60 Intake manifold 70 Check valve 71 Valve seat 72 Lead valve 73 Lift presser 74 Lead valve body 75 First auxiliary plate 76 Second auxiliary plate 80 Intake Manifold injection valve 90 Laser light emitter 100 Cylinder head 110 First ventilation passage 120 Intake passage 130 Exhaust passage 140 Second ventilation passage 200 Main valve 210 Main valve body 211 Main valve rod 212 Main valve conical blocking portion 220 Main valve spring 221 Main valve retainer 230 Main valve case 240 Main valve electromagnetic drive unit 241 Operating rod 242 Rod disk plate 242a Fitting hole 243 Permanent magnet 243a Fan-shaped part 243b Cylindrical part 244 Electromagnet 244-1 Iron core 244-2 Copper wire 245 Outer case 245a Introduction Part 246 Permanent magnet for outer case 250 Main valve rocker arm 300 Sub valve 310 Sub valve body 311 Passage closing part 312 Sub valve guide bar 320 Sub valve spring 321 Sub valve retainer 330 Sub valve case 340 Sub valve electromagnetic drive 341 Operating rod 350 Sub valve rocker arm 400 2nd valve 410 2nd valve body 411 2nd valve rod 412 2nd valve conical block part 420 2nd valve spring 430 2nd valve case 440 2nd valve electromagnetic drive device 441 Operating rod 444-1 Iron core 500 Opening drive Device 510 Battery 520 Booster circuit 530 Crank angle sensor 540 Engine rotation sensor 550 Energization control circuit 560 Current forward circuit 570 Capacitor discharge circuit 600 Valve closing drive device 610 Current reversing circuit 620 Capacitor charging circuit 700 First valve
Claims (6)
前記燃焼室に連通するとともに相互に連通する第1換気通路及び第2換気通路と、前記第1換気通路に連通する吸気通路及び排気通路と、が形成されたシリンダヘッドと、
前記第1換気通路を開閉することにより前記燃焼室への給排気と燃焼室の密閉を切り替える主弁と、前記主弁に沿って移動した位置に応じて前記第1換気通路と前記吸気通路又は前記排気通路との連通を切り替える副弁と、により構成される第1弁と、
前記第2換気通路を開閉することにより、前記燃焼室への吸気量を変更する第2弁と、
を備え、
前記主弁を駆動する駆動機構は、主弁電磁駆動装置と前記主弁電磁駆動装置の上方に設けられる主弁ロッカアームとを備え、
前記副弁を駆動する駆動機構は、副弁電磁駆動装置と前記副弁電磁駆動装置の下方に設けられる副弁ロッカアームと前記吸気通路を閉じる方向に前記副弁を付勢する副弁バネとを備え、
前記吸気通路は、前記排気通路の下方に設けられており、
前記副弁が上方に移動したときに、前記副弁バネが縮み、前記吸気通路が開き、前記排気通路が閉じ、
前記副弁バネの弾性力によって前記副弁が下方に移動したときに、前記排気通路が開き、前記吸気通路が閉じ、
前記主弁は、前記第1換気通路の長さ方向に移動して前記第1換気通路を開閉する主弁本体と、前記主弁本体と一体に移動する主弁リテーナと、前記第1換気通路を閉塞する方向に前記主弁本体を常時付勢するとともに前記主弁リテーナとともに一端が移動する主弁バネと、を備え、
前記副弁は、前記第1換気通路の長さ方向に移動して前記吸気通路と前記排気通路を開閉する副弁本体と、一端が前記副弁本体に取付けられ、中空の軸心に前記主弁本体が軸方向に相対移動可能に挿通する副弁ガイドバーと、前記副弁ガイドバーと一体に移動する副弁リテーナと、前記吸気通路を閉塞する方向に前記副弁本体を常時付勢するとともに前記副弁リテーナとともに一端が移動する前記副弁バネと、を備え、
前記主弁は、主弁ケースに収容されており、
前記副弁は、前記主弁ケース内に配置された副弁ケースに収容されており、
前記主弁ケースは、前記第1換気通路内に挿入された状態でシリンダヘッドに固定され、
前記主弁ケースには前記主弁リテーナと前記副弁ガイドバーが移動可能に嵌め合わされ、
前記副弁ケースは、前記主弁リテーナとともに一端が移動する主弁バネの他端と、前記副弁リテーナとともに一端が移動する前記副弁バネの他端とを支持するとともに、前記副弁リテーナが下端に配置されることを特徴とする、内燃機関。 A combustion chamber formed by a cylinder and a piston moving in the cylinder;
A cylinder head formed with a first ventilation passage and a second ventilation passage communicating with the combustion chamber and communicating with each other, and an intake passage and an exhaust passage communicating with the first ventilation passage;
A main valve that switches between supply and exhaust of the combustion chamber and sealing of the combustion chamber by opening and closing the first ventilation passage, and the first ventilation passage and the intake passage or the position depending on the position moved along the main valve A first valve configured to switch a communication with the exhaust passage,
A second valve that changes an intake air amount into the combustion chamber by opening and closing the second ventilation passage;
With
The drive mechanism for driving the main valve includes a main valve electromagnetic drive device and a main valve rocker arm provided above the main valve electromagnetic drive device,
The drive mechanism for driving the auxiliary valve includes an auxiliary valve electromagnetic drive device, an auxiliary valve rocker arm provided below the auxiliary valve electromagnetic drive device, and an auxiliary valve spring that urges the auxiliary valve in a direction to close the intake passage. Prepared,
The intake passage is provided below the exhaust passage,
When the auxiliary valve moves upward, the auxiliary valve spring contracts, the intake passage opens, the exhaust passage closes,
When the sub-valve moves downward by the elastic force of the sub-valve spring, the exhaust passage opens, the intake passage closes,
Said main valve, the main valve body in which the first moving in the longitudinal direction of the ventilation passage to open and close the first ventilation passage, a main valve retainer moves integrally with the main valve body, the first ventilation passage A main valve spring that constantly urges the main valve main body in a direction to close the main valve and one end of the main valve retainer moves together with the main valve retainer,
The sub-valve has a sub-valve body that moves in the length direction of the first ventilation passage to open and close the intake passage and the exhaust passage, and one end attached to the sub-valve main body, A sub-valve guide bar through which the valve main body is inserted so as to be relatively movable in the axial direction, a sub-valve retainer that moves together with the sub-valve guide bar, and the sub-valve main body are always urged in a direction to close the intake passage. And the auxiliary valve spring whose one end moves together with the auxiliary valve retainer,
The main valve is accommodated in a main valve case,
The auxiliary valve is accommodated in an auxiliary valve case disposed in the main valve case,
The main valve case is fixed to the cylinder head in a state inserted in the first ventilation passage,
The main valve retainer and the auxiliary valve guide bar are movably fitted to the main valve case,
The sub valve case supports the other end of the main valve spring whose one end moves together with the main valve retainer and the other end of the sub valve spring whose one end moves together with the sub valve retainer. An internal combustion engine arranged at the lower end.
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