JP6734438B1 - Engine intake and exhaust structure - Google Patents
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Abstract
【課題】クランク軸の回転角度に機械的に依存することなく、弁の開閉タイミングを容易に調整可能とし、かつ、弁体を往復回転させることを可能とする。【解決手段】軸103aと交差する方向に貫通しているポート孔14と、摺動面13と、第1押込み面15と、第2押込み面16を備え、往復回転する弁体10を用いる。電磁弁60は、エンジンの工程に応じて第1押込み面15を所要の距離だけ押し下げる棒部材61を有し、ポート孔14がシリンダヘッドのポート111と接続されて開状態となる位置まで弁体10を回転させる。コイルばね70は、電磁弁60による棒部材61の押し下げが解除されたときに、第2押込み面16を押し下げて、ポート111が閉状態となる位置まで弁体10を逆方向に回転させる。【選択図】図4PROBLEM TO BE SOLVED: To easily adjust the opening/closing timing of a valve and to reciprocally rotate a valve body without mechanically depending on a rotation angle of a crankshaft. SOLUTION: A valve body 10 having a port hole 14 penetrating in a direction intersecting with a shaft 103a, a sliding surface 13, a first pushing surface 15 and a second pushing surface 16 and reciprocally rotating is used. The solenoid valve 60 has a rod member 61 that pushes down the first pressing surface 15 by a required distance according to the process of the engine, and the port body 14 is connected to the port 111 of the cylinder head to open the valve body. Rotate 10. The coil spring 70 pushes down the second pushing surface 16 when the pushing down of the rod member 61 by the solenoid valve 60 is released, and rotates the valve body 10 in the opposite direction to the position where the port 111 is closed. [Selection diagram] Fig. 4
Description
本発明は、エンジンの吸排気構造に係るものであり、より詳しくは、特に6サイクルエンジンの性能向上に適した回転式の弁体を用いた吸気弁および排気弁の構造と、各弁体を往復回転させる装置に関するものである。 The present invention relates to an intake and exhaust structure of an engine, and more specifically, it relates to a structure of an intake valve and an exhaust valve using a rotary valve body suitable for improving the performance of a 6-cycle engine, and each valve body. The present invention relates to a device for reciprocating rotation.
4サイクルエンジンの吸気、圧縮、燃焼、排気の4工程の後に、掃気吸入工程と掃気排出工程を加えた6サイクルエンジンが提案されている(特許文献1)。 A 6-cycle engine has been proposed in which a scavenging intake process and a scavenging exhaust process are added after four processes of intake, compression, combustion, and exhaust of a 4-cycle engine (Patent Document 1).
しかし、6サイクルエンジンは、燃焼工程、排気工程の後に、高温の燃焼室の内部に空気を吸入し、排出する2工程を加えることで燃焼室内の温度を下げ、高い圧縮比を実現できて、燃焼ガスから多くのエネルギーを取り出すことができる一方、以下の課題が指摘されている。 However, in the 6-cycle engine, after the combustion process and the exhaust process, the temperature inside the combustion chamber can be lowered and a high compression ratio can be realized by adding two processes of sucking air into the high temperature combustion chamber and discharging it. While much energy can be extracted from the combustion gas, the following problems have been pointed out.
すなわち、4サイクルエンジンは、1回の燃焼でクランク軸が2回転するのに対し、6サイクルエンジンは、1回の燃焼でクランク軸が3回転するから、4サイクルエンジンの4工程に対して追加された掃気吸入工程、掃気排出工程の2工程は、本来、エンジンの駆動力となるエネルギーを消費してしまう負の仕事にほかならず、ポンピングロスが大きいという課題である。つまり6サイクルエンジンは、一定の走行条件の場合は燃費の向上が期待できるが、実際は、運転状況によってエンジンの負荷は大きく変動するので、街中での使用を想定した場合、ポンピングロスの課題の方が顕著となる。 In other words, in a 4-cycle engine, the crankshaft makes two revolutions in one combustion, whereas in a six-cycle engine, the crankshaft makes three revolutions in one combustion, so it is added to the four steps of the four-cycle engine. The two steps of the scavenging air intake process and the scavenging air discharge process, which are essentially negative works that consume energy that is the driving force of the engine, are problems that pumping loss is large. In other words, a 6-cycle engine can be expected to improve fuel efficiency under certain driving conditions, but in reality, the engine load varies greatly depending on driving conditions. Becomes noticeable.
このため、現状、6サイクルエンジンは一般には普及しておらず、例えば燃費競技車として開発された事例や、その燃費性能の実績値が報告されるにとどまっている。6サイクルエンジンの適用範囲を拡大するためには、上記ポンピングロスを補うだけのエンジンの改良、高効率化が不可欠である。 Therefore, at present, the 6-cycle engine has not been popularized, and only the cases developed as fuel-efficient competition vehicles and the actual values of their fuel efficiency performance have been reported. In order to expand the range of application of the 6-cycle engine, it is essential to improve the engine so as to compensate the pumping loss and to improve the efficiency.
エンジンの高効率化の一例として、シリンダの吸気及び排気の各ポートを開閉する弁体の構造の改良が考えられる。一般には往復動により各ポートを開閉するポペット弁が用いられているが、これを回転動により各ポートを開閉する回転式の弁体に置き換えると、ポペット弁を用いた場合と比較して、高速運転時における弁体の飛び上がりによる追従遅れが低減される。 As an example of improving the efficiency of the engine, it is conceivable to improve the structure of the valve body that opens and closes each intake and exhaust port of the cylinder. Generally, a poppet valve that opens and closes each port by reciprocating motion is used, but if this is replaced by a rotary valve body that opens and closes each port by rotating motion, it will be faster than when using a poppet valve. The follow-up delay due to jumping up of the valve element during operation is reduced.
従来、回転式の弁体を使用したエンジンの吸排気構造としては、例えば、略円筒状の回転軸にシリンダヘッドの吸気ポート、排気ポートに対応した連通孔をそれぞれ設け、この回転軸を、エンジンの工程に対応付けて、タイミングチェーン、カムシャフト、カム等を介してクランク軸の回転に連動させ、同方向に連続回転させる装置が提案されている(特許文献2)。 Conventionally, as an intake and exhaust structure of an engine using a rotary valve body, for example, a substantially cylindrical rotary shaft is provided with communication holes corresponding to an intake port and an exhaust port of a cylinder head, and this rotary shaft is used as an engine. Corresponding to the process of (1), there is proposed a device that interlocks with the rotation of the crankshaft via a timing chain, a camshaft, a cam, and the like to continuously rotate in the same direction (Patent Document 2).
しかし、特許文献2の吸排気構造は、弁体を構成する略円筒状の回転軸を回転させる機構がクランク軸の回転角度に機械的に依存しているため、たとえば回転軸に設けた連通孔と吸気ポートが接続されて弁が開状態となる時間を所望の微小時間だけ長くするなど、弁の開閉タイミングの調整は困難であった。 However, in the intake/exhaust structure of Patent Document 2, since the mechanism for rotating the substantially cylindrical rotary shaft that constitutes the valve body mechanically depends on the rotation angle of the crankshaft, for example, a communication hole provided in the rotary shaft. It was difficult to adjust the opening/closing timing of the valve, for example, by increasing the time for which the intake port is connected and the valve is in the open state for a desired minute time.
また、特許文献2の吸排気構造は、弁体を構成する略円筒状の回転軸は、同方向にのみ連続回転するものであり、回転方向を逆転させることは不可能であった。弁を閉状態とする間、弁体を構成する回転軸をほぼ1回転、回転させる特許文献2の構成は、ロスが大きいものであった。 Further, in the intake/exhaust structure of Patent Document 2, the substantially cylindrical rotation shaft that constitutes the valve body is continuously rotated only in the same direction, and it is impossible to reverse the rotation direction. The configuration of Patent Document 2 in which the rotary shaft constituting the valve body is rotated approximately once while the valve is in the closed state has a large loss.
このような課題があるため、従来の回転式の弁体は、ポペット弁と比較して有利な点は認められるが、仮に6サイクルエンジンに適用したとしても、同エンジンの課題であるポンピングロスを補うだけの性能向上は期待できないものであった。 Because of such problems, the conventional rotary valve body is recognized to have an advantage as compared with the poppet valve, but even if it is applied to a 6-cycle engine, the pumping loss, which is a problem of the same engine, will occur. It was not possible to expect a performance improvement just to compensate.
本発明が解決しようとする課題は、従来の回転式の弁体は、弁の開閉タイミングを調整することや、弁体の回転方向を逆転させることは困難で、ロスが大きい点である。 The problem to be solved by the present invention is that it is difficult for the conventional rotary valve body to adjust the opening/closing timing of the valve and to reverse the rotation direction of the valve body, resulting in a large loss.
本発明は、回転式の弁体を用いたエンジンの吸排気構造において、クランク軸の回転角度に機械的に依存することなく、弁の開閉タイミングを容易に調整可能で、弁体を往復回転させることが可能な構造を提供することを目的としている。 According to the present invention, in an engine intake/exhaust structure using a rotary valve body, the opening/closing timing of the valve can be easily adjusted without mechanically depending on the rotation angle of the crankshaft to reciprocally rotate the valve body. It is intended to provide a possible structure.
また、本発明は、1つのシリンダに対して上記弁体を4個配置し、シリンダ内に新気を吸入する新気吸入工程と、吸入した新気をシリンダ外に排出する二次空気排出工程と、排出した二次空気をインタークーラーに導入し、適正な温度に冷却した後にシリンダ内に吸入する二次空気吸入工程を備えた6サイクルエンジンの吸排気構造を提供することを目的としている。 Further, according to the present invention, four valve elements are arranged for one cylinder, and a fresh air suction step of sucking fresh air into the cylinder and a secondary air discharging step of discharging the sucked fresh air to the outside of the cylinder. Another object of the present invention is to provide an intake/exhaust structure for a 6-cycle engine including a secondary air intake step of introducing the discharged secondary air into an intercooler, cooling it to an appropriate temperature, and then sucking it into the cylinder.
本発明のエンジンの吸排気構造は、
軸と交差する方向に貫通しているポート孔と、摺動面と、第1押込み面と、第2押込み面と、を有する弁体と、
エンジンの工程に応じて前記第1押込み面を所要の距離だけ押し下げる棒部材を有し、前記ポート孔がシリンダヘッドのポートと接続されて開状態となる位置まで前記弁体を回転させる電磁弁と、
前記電磁弁による前記棒部材の押し下げが解除されたときに、前記第2押込み面を押し下げて、前記ポートが閉状態となる位置まで前記弁体を回転させるコイルばねと、
を備え、前記弁体を往復回転させることを最も主要な特徴としている。
The intake and exhaust structure of the engine of the present invention is
A valve body having a port hole penetrating in a direction intersecting the axis, a sliding surface, a first pressing surface, and a second pressing surface,
An electromagnetic valve that has a rod member that pushes down the first pushing surface by a required distance according to the process of the engine, and that rotates the valve element to a position where the port hole is connected to the port of the cylinder head and is in an open state. ,
A coil spring that pushes down the second pushing surface when the pushing down of the rod member by the solenoid valve is released, and rotates the valve element to a position where the port is in a closed state;
And is characterized in that the valve body is reciprocally rotated.
本発明の回転式の弁体は、たとえば、軸孔と、この軸孔に挿通する軸と交差する方向に貫通しているポート孔と、シリンダヘッドに当接して摺動する摺動面を有し、この摺動面の上方に、前記軸を挟むように第1押込み面と第2押込み面を備えたものである。前記ポート孔は、シリンダヘッドのポート(吸気系ポート、排気系ポート)に接続されるものであり、ポート孔の入口と出口は前記摺動面上に存在する。 The rotary valve body of the present invention has, for example, a shaft hole, a port hole penetrating in a direction intersecting with a shaft inserted into the shaft hole, and a sliding surface that abuts and slides on the cylinder head. However, a first pushing surface and a second pushing surface are provided above the sliding surface so as to sandwich the shaft. The port hole is connected to a port (intake system port, exhaust system port) of the cylinder head, and an inlet and an outlet of the port hole exist on the sliding surface.
本発明では、エンジンの工程に応じて機械的に固定されないタイミングで第1押込み面を電磁弁の棒部材が押し下げることで、弁体が回転し、弁体のポート孔がシリンダヘッドのポートと接続されて、弁が開状態となる。また、電磁弁による棒部材の押し下げが解除されたときに、第2押込み面をコイルばねが押し下げることで、弁体が、上記とは逆方向に回転し、摺動面によってシリンダヘッドのポートが閉塞されて、弁が閉状態となる。 According to the present invention, the rod member of the solenoid valve pushes down the first pushing surface at a timing when it is not mechanically fixed according to the engine process, whereby the valve body rotates and the port hole of the valve body connects to the port of the cylinder head. Then, the valve is opened. Further, when the pushing down of the rod member by the solenoid valve is released, the coil spring pushes down the second pushing surface, the valve body rotates in the opposite direction to the above, and the sliding surface causes the port of the cylinder head to move. It is closed and the valve is closed.
従って、本発明によれば、電磁弁による棒部材の押し下げのタイミング、速度、距離を制御することで、弁体の回転速度や回転角度の調整が容易となる。例えば、ポート孔と二次空気吸入ポートが接続される開弁時間を所望の微小時間だけ長くし、燃料と空気の混合効率を向上させることも容易となる。 Therefore, according to the present invention, the rotation speed and the rotation angle of the valve body can be easily adjusted by controlling the timing, speed, and distance of pushing down the rod member by the solenoid valve. For example, it becomes easy to increase the mixing efficiency of fuel and air by lengthening the valve opening time for connecting the port hole and the secondary air intake port by a desired minute time.
また、本発明の弁体は、往復回転するものであるから、弁を閉状態とするのに必要な最小限の角度だけ効率的に弁体を逆向きに回転させることが可能となり、弁体の無駄な回転によるロスがなくなる。 Further, since the valve element of the present invention reciprocally rotates, it becomes possible to efficiently rotate the valve element in the opposite direction by the minimum angle required to close the valve, and There is no loss due to wasted rotation.
本発明を実施するための形態の一例を、図1〜図10を用いて詳細に説明する。本実施例は、本発明の吸排気構造を4気筒の6サイクルディーゼルエンジンに適用したものである。 An example of a mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In this embodiment, the intake/exhaust structure of the present invention is applied to a 4-cylinder 6-cycle diesel engine.
100は、本実施例の6サイクルディーゼルエンジンであり、シリンダ格納室101の内部は4個のシリンダで構成される。151は新気吸入通路であり、外部から新気を取り入れる入口部分にはエアークリーナー121が設けられている。
本実施例では、燃焼、排気後のシリンダ内に、先ず新気を吸入するが、新気を吸入した後にシリンダ内から排出される空気は、新気と区別するため「二次空気」と呼ぶ。152はシリンダから排出された二次空気が通過する二次空気排出通路、153は二次空気を再びシリンダ内に導入する二次空気吸入通路を示している。122は、二次空気排出通路152と二次空気吸入通路153の間に設けたインタークーラーである。
In this embodiment, fresh air is first sucked into the cylinder after combustion and exhaust, but the air discharged from the cylinder after sucking the fresh air is called "secondary air" to distinguish it from fresh air. ..
二次空気は新気よりも温度が上昇しているが、本実施例では、二次空気排出通路152と二次空気吸入通路153の間にインタークーラー122を設けることで、二次空気の温度を十分に下げることができる。そして適正な温度まで低下させた二次空気を使用して、吸入、圧縮、燃焼の工程を行うので、高い圧縮比を実現できて、燃焼ガスから多くのエネルギーを取り出すことができる。
Although the temperature of the secondary air is higher than that of the fresh air, in this embodiment, the temperature of the secondary air is controlled by providing the
154は、圧縮、燃焼後の排ガスが排出される排気通路を示している。161は、圧縮工程においてシリンダ内に燃料を噴射するインジェクションノズルである。
本実施例では、1つのシリンダ102に対して、新気吸入バルブ10、二次空気排出バルブ20、二次空気吸入バルブ30、排気バルブ40の4つの弁体を、図2に示す位置に配置する。
In the present embodiment, four valve elements of the fresh
紙面右側の新気吸入バルブ10、二次空気吸入バルブ30は吸気系の弁体であり、各軸孔に共通の軸103aが挿通される。また、紙面左側の二次空気排出バルブ20、排気バルブ40は排気系の弁体であり、各軸孔に共通の軸103bが挿通される。
The fresh
新気吸入バルブ10、二次空気吸入バルブ30は軸103aによって、二次空気排出バルブ20、排気バルブ40は軸103bによって、夫々が独立して回転可能な状態に軸支されている。そして図2に示すように、新気吸入バルブ10と排気バルブ40が向かい合うと共に、二次空気吸入バルブ30と二次空気排出バルブ20が向かい合う配置となっている。
The fresh
4つの弁体10〜40と図1に示した通路151〜154の接続関係は、以下のとおりである。
新気吸入通路151は新気吸入バルブ10に接続され、新気吸入バルブ10が開状態のときにシリンダ内に新気が吸入される。また、二次空気排出バルブ20と二次空気排出通路152が接続されており、二次空気排出バルブ20が開状態のときに、二次空気は二次空気排出通路152を通ってインタークーラー122に導入される。
The connection relationship between the four
The fresh
また、二次空気吸入通路153は二次空気吸入バルブ30に接続され、二次空気吸入バルブ30が開状態のときに、シリンダ内にインタークーラー122によって適正な温度に冷却された二次空気が吸入される。また、排気バルブ40と排気通路154が接続されており、燃焼後の排気は、排気通路154を通って排ガス浄化処理をした後に外部に排出される。
Further, the secondary
以上に説明した構成によれば、シリンダ102内の空気の流れは、図2中に矢印A、Bで示したとおり、新気吸入バルブ10から二次空気排出バルブ20への空気の流れ(A)と、二次空気吸入バルブ30から排気バルブ40への空気の流れ(B)が交差状となり、偏りが生じないので、シリンダ内の空気の流れが良好となる。
According to the configuration described above, the flow of air in the
本実施例に用いた弁体の形状は、図3に示すとおりである。4つの弁体があるが、各弁体の形状は同じあるため、新気吸入バルブ10を例に説明する。
The shape of the valve body used in this example is as shown in FIG. Although there are four valve bodies, the shape of each valve body is the same, so the fresh
新気吸入バルブ10は、図3(b)に示すように、半円形状の本体部11と、軸103aが挿通される軸孔12を備える。本体部11の円弧部分の側面は、図3(a)に示すように、新気吸入バルブ10が回転したときにシリンダヘッドと当接する摺動面13を形成している。軸孔12の内径は、軸103aの外径と同一である。軸103aの軸心103aaから摺動面13までの距離は一定である。
As shown in FIG. 3B, the fresh
14は、入口と出口が摺動面13上に設けられ、軸孔12に挿通する軸103aと交差する方向に貫通しているポート孔である。ポート孔14は、後記するエンジンの各工程に応じて、シリンダヘッドのポートに接続されるものである。本実施例では、軸103aの長手方向と直交する向きにポート孔14を設けている。
摺動面13を有する本体部11の上方の面には、軸孔12を挟むようにして第1押込み面15と第2押込み面16が形成されている。第1押込み面15と第2押込み面16は、共にフラットな面である。17は、軸孔12が存在する部分の上方に位置する半円筒部である。
A first pushing
51は、摺動面13とシリンダヘッドとの間の密着性を向上するため、開弁時にポート孔14の開口部(入口と出口の双方)の周囲に位置するように、シリンダヘッド側に取り付けられる環状のシール材である。52は、シール材51を摺動面13側に押し付ける環状の板バネであり、シリンダヘッド側に取り付けられる。
51 is attached to the cylinder head side so as to be located around the opening (both the inlet and the outlet) of the
次に、本発明の吸排気構造を適用した6サイクルディーゼルエンジンの新気吸入工程、
二次空気排出工程、二次空気吸入工程、圧縮工程、燃焼工程、排気工程の6つの工程に対応させて、各弁体の作動を説明する。
Next, a fresh air intake process of a 6-cycle diesel engine to which the intake/exhaust structure of the present invention is applied,
The operation of each valve element will be described in association with the six steps of the secondary air discharge step, secondary air intake step, compression step, combustion step, and exhaust step.
図4〜図9を通じて、104はシリンダ102内を上下に摺動するピストン、105はシリンダヘッド、111は新気吸入ポート、112は二次空気排出ポート、113は二次空気吸入ポート、114は排気ポート、162はシリンダ内を余熱するグロープラグを示している。なお、各図において、シール材51、板バネ52は図示を省略している。
4 to 9, 104 is a piston that slides up and down in the
60は電磁弁であり、クランク軸の回転と機械的に連動することなく、エンジンの各工程に応じて第1押込み面15,25,35,45を所要の距離だけ押し下げる棒部材61を備えている。電磁弁60は、各弁体のポート孔14,24,34,44がシリンダヘッドのポート111,112,113,114と夫々接続されて開状態となる位置まで、各弁体を回転させるための装置である。
棒部材61の先端は、弁体の回転に伴い、第1押込み面15,25,35,45の角度が変化しても、角度の変化に追従して第1押込み面15,25,35,45とスムーズに当接できるように、下向きに突出した凸湾曲面を有する形状としている。棒部材61の先端は、例えば半球状とすれば良い。
Even if the angle of the first pushing
70はコイルばねであって、電磁弁60による棒部材61の押し下げが解除されたときに、軸103a,103bを挟んで第1押込み面15,25,35,45の反対側にある第2押込み面16,26,36,46を押し下げる。コイルばね70は、シリンダヘッドのポート111,112,113,114が閉状態となる位置まで、電磁弁60による回転とは逆方向に、各弁体を回転させる装置である。
80は、第1押込み面15,25,35,45と当接し、コイルばね70による第2押込み面16,26,36,46の押し下げ量を制限するストッパーである。このストッパー80の作用により、電磁弁60に負荷をかけることなく、各弁体を逆向きに回転させることが可能となる。
本実施例の6サイクルディーゼルエンジンの6つの工程における各弁体の作動は、次のとおりである。 The operation of each valve element in the six steps of the 6-cycle diesel engine of this embodiment is as follows.
(1)新気吸入工程(図4)
新気吸入バルブ10に対応した電磁弁60の棒部材61のみが第1押込み面15を押し下げている。二次空気排出バルブ20、二次空気吸入バルブ30、排気バルブ40に対応した電磁弁60の棒部材61の押し下げは解除状態となっており、コイルばね70が第2押込み面26,36,46を押し下げている。
(1) Fresh air inhalation process (Fig. 4)
Only the
新気吸入工程では、新気吸入バルブ10のみが、ポート孔14が新気吸入ポート111と接続され、弁が開状態である。二次空気排出バルブ20、二次空気吸入バルブ30、排気バルブ40は、摺動面23,33,43が二次空気排出ポート112、二次空気吸入ポート113、排気ポート114を閉塞しており、弁が閉状態である。この状態でピストン104が最上部から最下部に移動する間、ポート孔14、新気吸入ポート111を介してシリンダ内に新気が導入される。
In the fresh air intake process, only the fresh
(2)二次空気排出工程(図5)
二次空気排出バルブ20に対応した電磁弁60の棒部材61のみが第1押込み面25を押し下げている。新気吸入バルブ10、二次空気吸入バルブ30、排気バルブ40に対応した電磁弁60の棒部材61の押し下げは解除状態となっており、コイルばね70が第2押込み面16,36,46を押し下げている。
(2) Secondary air discharge process (Fig. 5)
Only the
二次空気排出工程では、二次空気排出バルブ20のみが、ポート孔24が二次空気排出ポート112と接続され、弁が開状態である。新気吸入バルブ10、二次空気吸入バルブ30、排気バルブ40は、摺動面13,33,43が新気吸入ポート111、二次空気吸入ポート113、排気ポート114を閉塞しており、弁が閉状態である。この状態でピストン104が最下部から最上部に移動する間、二次空気排出ポート112、ポート孔24を介して、シリンダ外に温度上昇した二次空気が排出される。
In the secondary air discharge step, only the secondary
(3)二次空気吸入工程(図6)
二次空気吸入バルブ30に対応した電磁弁60の棒部材61のみが第1押込み面35を押し下げている。新気吸入バルブ10、二次空気排出バルブ20、排気バルブ40に対応した電磁弁60の棒部材61の押し下げは解除状態となっており、コイルばね70が第2押込み面16,26,46を押し下げている。
(3) Secondary air suction process (Fig. 6)
Only the
二次空気吸入工程では、二次空気吸入バルブ30のみが、ポート孔34が二次空気吸入ポート113と接続され、弁が開状態である。新気吸入バルブ10、二次空気排出バルブ20、排気バルブ40は、摺動面13,23,43が新気吸入ポート111、二次空気吸入ポート113、排気ポート114を閉塞しており、弁が閉状態である。この状態でピストン104が最上部から最下部に移動する間、ポート孔34、二次空気吸入ポート113を介して、シリンダ内に温度調整された二次空気が吸入される。
In the secondary air intake step, only the secondary
(4)圧縮工程(図7)
新気吸入バルブ10、二次空気排出バルブ20、二次空気吸入バルブ30、排気バルブ40に対応した電磁弁60の棒部材61の押し下げが、すべて解除状態となっており、コイルばね70が第2押込み面16,26,36,46を押し下げている。
(4) Compression process (Fig. 7)
The push down of the
圧縮工程では、新気吸入バルブ10、二次空気排出バルブ20、二次空気吸入バルブ30、排気バルブ40は、摺動面13,23,33,43が、新気吸入ポート111、二次空気排出ポート112、二次空気吸入ポート113、排気ポート114を閉塞しており、何れの弁も閉状態である。この状態でピストン104が最下部から最上部に移動する間、シリンダ102内の空気が圧縮され、圧縮された状態でインジェクションノズル161から燃料が噴射され、自然着火により爆発が生じる。
In the compression process, the fresh
(5)燃焼工程(図8)
新気吸入バルブ10、二次空気排出バルブ20、二次空気吸入バルブ30、排気バルブ40に対応した電磁弁60の棒部材61の押し下げが、すべて解除状態となっており、コイルばね70が第2押込み面16,26,36,46を押し下げている。
(5) Combustion process (Fig. 8)
The push down of the
燃焼工程では、新気吸入バルブ10、二次空気排出バルブ20、二次空気吸入バルブ30、排気バルブ40は、摺動面13,23,33,43が、新気吸入ポート111、二次空気排出ポート112、二次空気吸入ポート113、排気ポート114を閉塞しており、何れの弁も閉状態である。この状態で燃料の爆発による膨張によりピストン104が最上部から最下部に押し下げられる。
In the combustion process, the fresh
(6)排気工程(図9)
排気バルブ40に対応した電磁弁60の棒部材61のみが第1押込み面45を押し下げている。新気吸入バルブ10、二次空気排出バルブ20、二次空気吸入バルブ30に対応した電磁弁60の棒部材61の押し下げは解除状態となっており、コイルばね70が第2押込み面16,26,36を押し下げている。
(6) Exhaust process (Fig. 9)
Only the
排気工程では、排気バルブ40のみが、ポート孔44が排気ポート114と接続され、弁が開状態である。新気吸入バルブ10、二次空気排出バルブ20、二次空気吸入バルブ30は、摺動面13,23,33が新気吸入ポート111、二次空気排出ポート112、二次空気吸入ポート113を閉塞しており、弁が閉状態である。この状態でピストン104が最下部から最上部に移動する間、排気ポート114、ポート孔44を介して、シリンダ外に排気が排出される。
In the exhaust process, only the
図10は、電磁弁60の棒部材61の変形例である。棒部材61は、図4〜図9の例に限らず、棒部材61の先端にキャスター62を取り付け、キャスター62の車輪62aが第1押込み面15と当接している構成としても良い。
FIG. 10 shows a modification of the
この変形例では、キャスター62の車輪62aが回転しながら第1押込み面15と当接するので、棒部材61の先端部分の摩耗を防止できると共に、第1押込み面15に対する追従性が向上する。
In this modified example, the
また、本発明のエンジンの吸排気構造において電磁弁60の棒部材61の押し下げは、例えば、ECM(Engine Control Module)と呼ばれるデジタル演算回路部(以下、ECM91)においてアプリケーションプログラムが実行されることによって制御される。
Further, in the engine intake/exhaust structure of the present invention, the pushing down of the
ECM91のI/Oポートには、クランク軸の位置を示す角度センサなど、エンジンの工程を示す各種センサからの出力信号が入力される。この入力信号をプログラム処理することで、ECM91はドライバ92を介して、クランク軸の位置に機械的に固定されないタイミングで、棒部材61を押し下げる指令を制御装置93へ出力する。
Output signals from various sensors indicating the process of the engine, such as an angle sensor indicating the position of the crankshaft, are input to the I/O port of the
例えば、クランク軸の角度センサが何度のときに開弁パルス信号、閉弁パルス信号を出力するかによって、電磁弁60が棒部材61を押し下げて弁体を開く時期や、棒部材61の押し下げを解除して弁体を閉じる時期を決定する。また、ECM91が出力する開弁パルス信号の時間幅を調整することで、電磁弁60が棒部材61を押し下げる距離を制御する。なお、電磁弁60としては、弁体に永久磁石を備えたものやソレノイドを備えたものが使用できる。
For example, depending on how many times the crankshaft angle sensor outputs the valve opening pulse signal and the valve closing pulse signal, the
以上に説明したとおり、本発明の吸排気構造を用いれば、クランク軸の回転角度に機械的に依存せず、エンジン状態を示すエンジンパラメータに基づいて回転式の弁体の開閉タイミングを容易に調整可能となり、かつ、弁体を往復回転させることも可能となり、ポンピングロスが低減できる。 As described above, when the intake/exhaust structure of the present invention is used, the opening/closing timing of the rotary valve body can be easily adjusted based on the engine parameter indicating the engine state without mechanically depending on the rotation angle of the crankshaft. It becomes possible and the valve body can also be reciprocally rotated, so that pumping loss can be reduced.
また、本発明を適用した6サイクルディーゼルエンジンは、1つのシリンダ102に対して、新気吸入バルブ10、二次空気排出バルブ20、二次空気吸入バルブ30、排気バルブ40からなる4個の回転式の弁体を配置すると共に、シリンダ内に新気を吸入する新気吸入工程と、吸入した新気をシリンダ外に排出する二次空気排出工程と、排出した二次空気をインタークーラーに導入して適正な温度に冷却した後にシリンダ内に吸入する二次空気吸入工程を備えることで、吸排気の効率を更に高めることができる。
Further, the 6-cycle diesel engine to which the present invention is applied has four rotations of one
本発明は、前記の実施例に限るものではなく、各請求項に記載の技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。 It is needless to say that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and the embodiments may be appropriately changed within the scope of the technical idea described in each claim.
例えば、上述の実施例では、本発明を6サイクルエンジンに適用する場合の例を示したが、本発明の吸排気構造は4サイクルエンジンにも適用できる。また、本発明の吸排気構造は、上述の実施例に示したディーゼルエンジンに限るものではなく、ガソリンエンジンにも適用できる。 For example, in the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to a 6-cycle engine is shown, but the intake/exhaust structure of the present invention can also be applied to a 4-cycle engine. Further, the intake/exhaust structure of the present invention is not limited to the diesel engine shown in the above embodiment, but can be applied to a gasoline engine.
10 新気吸入バルブ(弁体)
13 摺動面
14 ポート孔
15 第1押込み面
16 第2押込み面
20 二次空気排出バルブ(弁体)
23 摺動面
24 ポート孔
25 第1押込み面
26 第2押込み面
30 二次空気吸入バルブ(弁体)
33 摺動面
34 ポート孔
35 第1押込み面
36 第2押込み面
40 排気バルブ(弁体)
43 摺動面
44 ポート孔
45 第1押込み面
46 第2押込み面
60 電磁弁
61 棒部材
62 キャスター
62a 車輪
70 コイルばね
80 ストッパー
103a,103b 軸
105 シリンダヘッド
111 新気吸入ポート
112 二次空気排出ポート
113 二次空気吸入ポート
114 排気ポート
10 Fresh air intake valve (valve body)
13 sliding
23 sliding
33 sliding
43 sliding
Claims (3)
エンジンの工程に応じて前記第1押込み面を所要の距離だけ押し下げる棒部材を有し、前記ポート孔がシリンダヘッドのポートと接続されて開状態となる位置まで前記弁体を回転させる電磁弁と、
前記電磁弁による前記棒部材の押し下げが解除されたときに、前記第2押込み面を押し下げて、前記ポートが閉状態となる位置まで前記弁体を回転させるコイルばねと、
を備え、前記弁体を往復回転させることを特徴とするエンジンの吸排気構造。 A valve body having a port hole penetrating in a direction intersecting the axis, a sliding surface, a first pressing surface, and a second pressing surface,
An electromagnetic valve that has a rod member that pushes down the first pushing surface by a required distance according to the process of the engine, and that rotates the valve element to a position where the port hole is connected to the port of the cylinder head and is in an open state. ,
A coil spring that pushes down the second pushing surface when the pushing down of the rod member by the solenoid valve is released, and rotates the valve element to a position where the port is in a closed state;
An intake/exhaust structure for an engine, comprising:
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