JPS5840270Y2 - Residual gas amount control device for internal combustion engines - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は内燃焼機関のシリンダ内残留ガス量（内部排気
環流量）を機関運転状態に応じてコントロールするよう
にした装置に関する。[Detailed Description of the Invention] The present invention relates to a device that controls the amount of residual gas in the cylinder of an internal combustion engine (internal exhaust gas recirculation amount) in accordance with the operating state of the engine.

内燃機関から排出されるＮＯｘを低減する手段として、
燃焼最高温度を抑制してＮＯｘの発生そのものを減少さ
せる排気環流システムが知られているが、これと同等の
作用をもたらすものとしてシリンダ内残留ガスがある。As a means of reducing NOx emitted from internal combustion engines,
Exhaust recirculation systems are known that reduce the generation of NOx by suppressing the maximum combustion temperature, but residual gas in cylinders provides a similar effect.

この残留ガスは、通常吸排気弁のオーバラップにより、
特に低負荷域など吸入負圧の増力口するときに高温の排
気の一部が吸気系へと引き戻され、その後ピストンの降
下に伴い再びシリンダ内へと吸入されるので、排気環流
（外部環流）に比べて相対的にガス温度が高いため、シ
リンダ内混合気の性状改善に役立ち、外部からの排気環
流と同一のガス割合ならば残留ガスを使う場合の方が燃
焼の安定性が向上する。This residual gas is normally removed by overlapping intake and exhaust valves.
Part of the high-temperature exhaust gas is drawn back into the intake system when the suction negative pressure is boosted, especially in low-load areas, and then sucked into the cylinder again as the piston descends, resulting in exhaust recirculation (external recirculation). Since the gas temperature is relatively high compared to the previous one, it helps improve the properties of the air-fuel mixture inside the cylinder, and if the gas ratio is the same as that of the exhaust gas recirculation from the outside, combustion stability will be improved when using residual gas.

ところで、従来の機関では吸排気弁のオーバラップは、
高速運転時の慣性過給効果をねらって所定の状態に固定
的に設定しであるのが普通で、このため、残留ガス量の
みを要求に応じて適正に制御することは難かしかった。By the way, in conventional engines, the overlap of intake and exhaust valves is
Normally, the inertial supercharging effect during high-speed operation is fixedly set to a predetermined state, and therefore it is difficult to appropriately control only the amount of residual gas according to demand.

バルブタイミングを変化させることによって、バルブオ
ーバラップを可変制御するものとして、例えば、特開昭
５１−８９０２２号に示されるようなものもあるが、オ
ーバラップだけで残留ガス量を最適値に制御することは
極めて困難である。There is a system that variably controls the valve overlap by changing the valve timing, such as the one shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 51-89022, but the amount of residual gas is controlled to the optimum value only by the overlap. This is extremely difficult.

昔た、残留ガスは外部環流ガスに比べればガス温度は確
かに高いが、多くのガスがいったん吸気マニホールドへ
と逆流するので、このときに低温のマニホールドで冷却
を受け、すくなくともその１まシリンダ内に残っている
燃焼ガスに叱べれば、大幅に温度が低下する。In the past, the temperature of the residual gas was certainly higher than that of the external recirculating gas, but since most of the gas once flows back into the intake manifold, it is cooled by the low-temperature manifold, and at least part of the gas flows back into the intake manifold. If the combustion gas remaining in the tank can be scolded, the temperature will drop significantly.

従って、残留ガスのもつ熱エネルギーの有効利用の見地
から１だまた不十分な点があった。Therefore, from the viewpoint of effective utilization of the thermal energy of the residual gas, 1 was still insufficient.

本考案はかかる点に着目してなされたもので、シリンダ
内に封じ込めてア−り残留ガス量を運転状態に応じ最適
値に制御し、所期の目的を達成すると共に、主として低
負荷域での燃焼改善をはかる内燃機関の残留ガス量コン
トロール装置を提供するものである。The present invention was developed by focusing on this point, and by controlling the amount of arc residual gas by confining it in the cylinder to an optimal value according to the operating conditions, it achieves the desired purpose and mainly works in the low load range. The present invention provides a residual gas amount control device for an internal combustion engine that aims to improve combustion.

以下、本考案の実施例を添附回向に基づいて説明する。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on the attached circular.

第１図にむいて１はシリンダブロック、２はシリンダヘ
ッド、３はバルブロッカ室、４はピストンでアリ、ピス
トン４はコンロッド５を介してクランクシャフト（クラ
ンクピン）６に連結している。In FIG. 1, 1 is a cylinder block, 2 is a cylinder head, 3 is a valve rocker chamber, 4 is a piston, and the piston 4 is connected to a crankshaft (crank pin) 6 via a connecting rod 5.

そして、上記シリンダブロック１の上部の所定の箇所に
は、残留ガス量コントロール装置７が組付けられている
。A residual gas amount control device 7 is installed at a predetermined location on the upper portion of the cylinder block 1.

残留ガス量コン）Ｅ−ル装置１は、第２図で示すように
シリンダボア８に形成した小孔９を介して燃焼室１０内
に連通するガス溜室１１と、該ガス溜室１１の容積（貯
え量）を可変とする油圧ピストン部１２と、更に上記小
孔９を所定待期に開閉するロータリバルブ１３とから構
成されている。As shown in FIG. It is composed of a hydraulic piston section 12 that makes the amount of storage variable (storage amount) variable, and a rotary valve 13 that opens and closes the small hole 9 at a predetermined waiting period.

尚、前記小孔９は排気弁が開く時のピストン位置より若
干下刃に位置して形成されている。The small hole 9 is formed slightly below the piston position when the exhaust valve opens.

そして、ガス溜室１１は好斗しくは断熱性の高い部材で
形成したハウジング１４により密室状に形成されると共
に、その一部はピストン体１５により画成されピストン
体１５の移動により、その有効容積が変化するようにな
っている。The gas reservoir chamber 11 is preferably formed into a sealed chamber by a housing 14 made of a highly insulating material, and a part of the gas reservoir chamber 11 is defined by a piston body 15, and the movement of the piston body 15 increases the effectiveness of the gas reservoir chamber 11. The volume is set to change.

ピストン体１５は、ロッド１６を介してガス溜室１１と
隔壁１４ａを介して隔てられた油圧ピストン部１２のピ
ストン１１に連結している。The piston body 15 is connected via a rod 16 to the piston 11 of a hydraulic piston section 12 that is separated from the gas reservoir chamber 11 via a partition wall 14a.

ピストン１γは、その上部油圧室１８に供給される油圧
制御装置１９を介しての制御油圧により、リターンスプ
リング２０に抗して図中下方に移動させられる。The piston 1γ is moved downward in the figure against the return spring 20 by controlled hydraulic pressure supplied to the upper hydraulic chamber 18 of the piston 1γ via the hydraulic control device 19.

油圧制御装置１９は、図示しないアクセルペダルに対し
て連結するスロットルレバー２１と連動して、油圧ポン
プ２２からの油圧を運転状態に応じてコントロールする
ものである。The hydraulic control device 19 controls the hydraulic pressure from the hydraulic pump 22 according to the operating state in conjunction with a throttle lever 21 connected to an accelerator pedal (not shown).

従って、アクセル開度か大きい機関高負荷域では上部油
圧室１８に供給される制御油圧が高１す、前記ピストン
１１は下方に大きく移動させられ、このピストン１１と
一体的なピストン体１５も下降するためガス溜室１１の
容積は縮少する。Therefore, in a high engine load range where the accelerator opening is large, the control oil pressure supplied to the upper hydraulic chamber 18 increases, the piston 11 is moved significantly downward, and the piston body 15 integral with the piston 11 also descends. Therefore, the volume of the gas reservoir chamber 11 is reduced.

逆に、アクセル開度が小さい機関低負荷域に入ると、制
御油圧は小さくなるためピストン１γはリターンスプリ
ング２０により上昇させられ、ガス溜室１１の容積は拡
大する。Conversely, when the engine enters a low load range where the accelerator opening is small, the control oil pressure becomes small, so the piston 1γ is raised by the return spring 20, and the volume of the gas reservoir chamber 11 is expanded.

言い換えると、機関低負荷域はど残留ガスの貯え量が多
くなるということである。In other words, the amount of residual gas stored increases in the low engine load range.

前記小孔９に介装されたロータリバルブ１３は第３図に
示すように、タイミングチェーンＡ及びＢを介してクラ
ンクシャフト６の回転と同期して回転させられると共に
、歯数化が２対１のスプロケット２３及び２４によって
クランクシャフト６が二回転するとロータリバルブ１３
は一回転するようになっている。As shown in FIG. 3, the rotary valve 13 installed in the small hole 9 is rotated in synchronization with the rotation of the crankshaft 6 via timing chains A and B, and the number of teeth is 2:1. When the crankshaft 6 rotates twice by the sprockets 23 and 24, the rotary valve 13
is designed to rotate once.

そして、■サイクル中２回ロータリバルブ１３の弁孔１
３ａが小孔９と通じ、燃焼室１ｏとガス溜室１１とが連
通ずるが、第４図イ５口に示すよウニ、ソノバルブ開口
肋間Ｔは、ピストン４の下死点附近の所定の期間（クラ
ンク角で下死点前３ｅ−ｆ附近）だけ開口するように設
定されていいる。and ■ Valve hole 1 of rotary valve 13 twice during the cycle.
3a communicates with the small hole 9, and the combustion chamber 1o and the gas reservoir chamber 11 communicate with each other.As shown in FIG. (approximately 3e-f before bottom dead center at crank angle).

従って、今ピストン４が圧縮後膨張行程に入り、下死点
近くになると前述のようにロータリバルブ１３の弁孔１
３ａが開口し、燃焼室１０とガス溜室１１とが連通ずる
ため、燃焼ガスの一部が膨張時の高圧力でガス溜室１１
内へに圧送される。Therefore, when the piston 4 now enters the expansion stroke after compression and approaches the bottom dead center, the valve hole 1 of the rotary valve 13
3a is opened and the combustion chamber 10 and the gas reservoir chamber 11 are communicated with each other, so that part of the combustion gas is exposed to high pressure during expansion and flows into the gas reservoir chamber 11.
pumped inward.

下死点を過ぎて排気行程に入ると、ロータリバルブ１３
が閉じられるため上記ガスはガス溜室１１内に残留ガス
として比較的高い圧力の状態で一時封じ込められる。After passing the bottom dead center and entering the exhaust stroke, the rotary valve 13
Since the gas storage chamber 11 is closed, the gas is temporarily confined in the gas reservoir chamber 11 as a residual gas at a relatively high pressure.

この残留ガス量は、前述したように運転状態によって異
なり、機関低負荷域になるほどガス溜室１１の容積が拡
大されるのでそれだけ貯え量が多くなり、高負荷域では
その逆になる。As mentioned above, the amount of residual gas varies depending on the operating state, and as the engine load becomes lower, the volume of the gas reservoir chamber 11 is expanded, so the amount stored increases accordingly, and the opposite is true in the high load range.

そして、貯えられた１１排気行程が過ぎ、次の吸入（下
降）行程で再び、ロータリバルブ１３が１８θ回転し弁
孔１３ａを開口すると、吸入行程時のシリンダボア８内
の圧力は低いため、今度はガス溜室１１の残留ガス燃焼
室１０へ勢いよく吹き出し新気と置台される。Then, after the stored 11 exhaust strokes have passed, the rotary valve 13 rotates 18θ again in the next suction (downward) stroke and opens the valve hole 13a. Since the pressure inside the cylinder bore 8 during the suction stroke is low, this time The residual gas in the gas reservoir chamber 11 is vigorously blown out into the combustion chamber 10 and placed there as fresh air.

そして再び、ガス溜室１１から残留ガス流出した状態で
連通が遮断され、上記新気は残留ガスを含んだ状態で圧
縮されて燃焼する。Then, the communication is cut off again with the residual gas flowing out from the gas reservoir chamber 11, and the fresh air is compressed and combusted while containing the residual gas.

このようにして本実施例によれば、燃焼ガスの一部を膨
張行程において燃焼室１ｏ外のガス溜室１１の残留ガス
として抜き取り、それを一時貯え”ｌ−いて吸気行程で
放出して新気と混合させるようにしたので、燃焼最高温
度が抑制されＮＯの発生を減少させると共に、その残留
ガス量を運転状態に応じて制御できるため、機関高負荷
域ではシリンダ内残留ガス量を減らして新気の充填効率
を高めて出力を向上させることができる。In this way, according to this embodiment, part of the combustion gas is extracted as residual gas in the gas reservoir chamber 11 outside the combustion chamber 1o during the expansion stroke, temporarily stored, and released during the intake stroke to create a new gas. By mixing it with gas, the maximum combustion temperature is suppressed, reducing the generation of NO, and the amount of residual gas can be controlled according to the operating conditions, so the amount of residual gas in the cylinder can be reduced in high engine load ranges. It is possible to improve the output by increasing the filling efficiency of fresh air.

また、本実施例は同じ残留ガスでも従来のように低唱の
吸気マニホールドに逆流して冷却されるということがな
く、常に高温を維持できるためそれだけ燃焼を促進させ
ることにもなる。Further, in this embodiment, even the same residual gas does not flow back into the low-temperature intake manifold and is cooled as in the conventional case, and the high temperature can be maintained at all times, which promotes combustion accordingly.

次に、第５図に示すものは本考案の他の実施例で、ガス
溜室１１′をシリンダヘッド２′の内部に設けると共に
、燃焼室１σに通じるボート２５を前述同様所定時期に
開閉するポベアトバルブ２６を、先の実施例同様のクラ
ンクシャフトの回転に同期シテ回転するカム２１により
開閉制御させたものである。Next, FIG. 5 shows another embodiment of the present invention, in which a gas reservoir chamber 11' is provided inside the cylinder head 2', and a boat 25 communicating with the combustion chamber 1σ is opened and closed at predetermined times as described above. The opening and closing of the poveato valve 26 is controlled by a cam 21 that rotates in synchronization with the rotation of the crankshaft, similar to the previous embodiment.

この場合、カム２７は吸排気弁用のカムシャフトに一体
的に形成してもよいが、カムシャフトの一回転につき２
回のリフト作用を持たせるように形成する必要がある。In this case, the cam 27 may be formed integrally with the camshaft for the intake and exhaust valves, but the cam 27 may be formed integrally with the camshaft for the intake and exhaust valves.
It is necessary to form it so that it has a lifting effect.

この実施例では、ボー、ト２５は常時燃焼室１σと連通
しているので膨張と吸気行程の任意の時期に残留ガスの
注出と混入が行える利点がある。In this embodiment, since the port 25 is always in communication with the combustion chamber 1σ, there is an advantage that residual gas can be discharged and mixed in at any time during the expansion and intake strokes.

また、以上述べたガス溜室１１（１１’）は気筒毎に設
ける必要はなく、全気筒のものが一ケ所に集斗るように
してむけば、個々の気筒に設けたバルブ１３（２６）の
開閉によって、必要なとき高温。Further, the gas reservoir chamber 11 (11') described above does not need to be provided for each cylinder, and if all the cylinders are gathered in one place, the valve 13 (26) provided in each cylinder High temperature when required by opening and closing.

高圧のガスを吸気行程にある気筒に供給することも可能
である。It is also possible to supply high-pressure gas to the cylinder during the intake stroke.

更に、小孔９及びポート２５をシリンダ内スワールを生
起するように所定の方向（例えば、接線方向等）に向け
て開口すれば、燃焼を更に促進することができる。Furthermore, if the small hole 9 and the port 25 are opened in a predetermined direction (for example, tangential direction, etc.) so as to generate a swirl inside the cylinder, combustion can be further promoted.

以上説明したように本考案によればＥヒ較的簡単な構造
により効果的に、シリンダ内残留ガス量を運転状態に応
じて最高値にコントロールすることができるという効果
がある。As explained above, according to the present invention, the amount of residual gas in the cylinder can be effectively controlled to the maximum value depending on the operating condition with a relatively simple structure.

尚、本考案は吸気絞弁を設けずに吸気弁の開閉期間及び
リフトを可変的にして吸入空気量を制御するようにした
機関の低負荷域での圧縮温度の低下を補うことができ、
このような機関の燃焼改善に一層の効果が期待できる。The present invention can compensate for the drop in compression temperature in the low load range of an engine that does not have an intake throttle valve and instead controls the amount of intake air by making the opening/closing period and lift of the intake valve variable.
Further effects can be expected from improving combustion in such engines.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は本考案の全体を示す断面図、第２図は同じくガ
ス溜室の要部断面図、第３図は同じくロータリバルブの
要部断面図、第４図イ９口は同じくバルブ開口期間を示
すそれぞれの説明図、第５図は本考案の他の実施例を示
す断面図である。 １０ 、１０’・・・燃焼室、９・・・小孔、２５・・
・ポート、１１ 、１１’・・・ガス溜室、４・・・ピ
ストン、１３・・・ロータリバルブ、２６・・・ポペッ
トバルブ、Ｉ・・・残留ガス量コントロール装置、１・
・・シリンタフロック、２・・・シリンダヘッド、２７
・・・カム、１５・・・ピストン体、１９・・・油圧制
御装置。Figure 1 is a sectional view showing the entirety of the present invention, Figure 2 is a sectional view of the main part of the gas reservoir chamber, Figure 3 is a sectional view of the main part of the rotary valve, and Figure 4 shows the valve opening. Each explanatory diagram showing the period and FIG. 5 are sectional views showing another embodiment of the present invention. 10, 10'... combustion chamber, 9... small hole, 25...
・Port, 11, 11'...Gas reservoir chamber, 4...Piston, 13...Rotary valve, 26...Poppet valve, I...Residual gas amount control device, 1.
...Cylinder lock, 2...Cylinder head, 27
...Cam, 15...Piston body, 19...Hydraulic control device.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 機関燃焼室と通路を介して連通ずるガス溜室と、ピスト
ンの膨張行程と吸入行程で上記通路を開くバルブ装置と
、運転状態に応じてガス溜室の容積を変化させる手段と
から構成されたことを特徴とする内燃機関の残留ガス量
コントロール装置。It consists of a gas reservoir communicating with the engine combustion chamber via a passage, a valve device that opens the passage during the expansion stroke and suction stroke of the piston, and means for changing the volume of the gas reservoir according to the operating condition. A residual gas amount control device for an internal combustion engine, characterized by the following.