JPH05280341A

JPH05280341A - 内燃機関

Info

Publication number: JPH05280341A
Application number: JP4077787A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Oya; 明宏大屋; Koichi Takeuchi; 公一武内
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1992-03-31
Filing date: 1992-03-31
Publication date: 1993-10-26

Abstract

(57)【要約】【目的】エンジンの始動性を犠牲にすることなく、い
かなる運転状態においても、高い燃焼効率を得ることが
でき、更に、煤の発生を低減することができる内燃機関
を提供する。【構成】機関の燃焼室に連通する空気室と、この空気
室の容積を可変とするアクチュエータとを設けると共
に、前記機関の温度を検出する温度センサーと、この機
関の負荷を検出する負荷センサーと、前記温度センサー
の検出温度が所定値以上の場合に前記負荷センサーの検
出する負荷状態に応じて前記空気室の容積を可変とする
前記アクチュエータの駆動装置を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の燃焼室に連通
する空気室を形成し、この空気室内に蓄えられる空気を
前記燃焼室に噴出することによって煤の発生を低減し、
燃焼効率を改善した内燃機関の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関、特にディーゼルエンジンにお
いては、煤の発生量を低減するために機関の燃焼室に連
通する空気室を形成すると共に、ピストンの圧縮行程時
に前記空気室に蓄えた高圧の空気を、燃焼行程後半以降
に前記燃焼室に噴出するように形成したものが特開平 2
−102317号公報に提案されている。

【０００３】この発明は、クランク角度に対応して、所
定のタイミングに前記空気室内に蓄えられた空気を燃焼
室に噴出するように、タイミングチェーン等を使用して
機関のクランク軸と、前記空気室内の空気を燃焼室に導
く弁機構とを連結しており、又、前記空気室は、この空
気室の容積に相当する一定量の高圧の空気を、ピストン
の燃焼行程後半以降に燃焼室に開放し、この空気によっ
て燃焼室内の未燃焼ガスや、煤等を完全に燃焼させ、煤
の発生量を低減するように構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、この空気
室の容積が、どの程度の大きさの場合に最も燃焼効率が
高くなり、煤の発生を低減できるのかについて調べるた
めに、この空気室の容積が異なる複数のエンジンを運転
して比較調査を行った。その結果、機関の冷間時や負荷
が小さい場合には、圧縮比及び圧縮温度を高くすると好
ましく、その場合の空気室の容積は比較的に小さい容積
が適しており、一方、負荷が大きい場合には、圧縮比及
び圧縮温度を低くすると好ましく、その場合の空気室の
容積は比較的に大きい容積が適していることが判明し
た。また、負荷が大きい場合に、容量の大きな空気室を
使用することによって、筒内圧力の過度な上昇を防止す
る効果が得られることも判明した。

【０００５】しかしながら、前記公報の発明によると、
空気室から燃焼室に導かれる空気の量は、常に一定量に
なるように構成されているため、噴出空気量が比較的に
少量である方が好ましい機関の冷間時や低負荷時の状態
か、又は、噴出空気量が比較的に多量である方が好まし
い機関の高負荷時の状態か、のどちらか一方に予め設定
しなければならないという問題がある。

【０００６】そこで、通常は機関の暖気終了後のある程
度の負荷が掛かった運転状態に適合するように空気室の
容量が設定されているために、機関の冷間時や負荷の低
い状態では圧縮温度の低下を招き、始動性が悪化すると
いう問題があった。本発明は以上の問題点に鑑みて、エ
ンジンの始動性を犠牲にすることなく、いかなる運転状
態においても、高い燃焼効率を得ることができ、更に、
煤の発生を低減することができる内燃機関を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明に係る内燃機関は、機関の燃焼室に連通する空
気室と、この空気室の容積を可変とするアクチュエータ
とを設けると共に、前記機関の温度を検出する温度セン
サーと、この機関の負荷を検出する負荷センサーと、前
記温度センサーの検出温度が所定値以上の場合に前記負
荷センサーの検出する負荷状態に応じて前記空気室の容
積を可変とする前記アクチュエータの駆動装置を設けた
ことを特徴とする構成である。

【０００８】

【作用】本発明は以上の構成を有しており、温度セン
サーによって、機関の温度が所定値以上であることが検
出された場合に、負荷センサーによって検出された機関
の負荷状態に最適な量の空気が、空気室内からアクチュ
エータの作動によって、燃焼室内に噴出される。この空
気の噴射によって、燃焼行程後半以降に燃焼室内の未燃
焼ガスや、煤等を完全に燃焼させ、煤の発生量を低減す
ることができる。

【０００９】また、機関の負荷がある程度小さい場合に
は、空気室の容積は小さくなるため、圧縮比及び圧縮温
度を高くすることができ、一方、負荷が比較的に大きい
場合には、空気室の容積は大きくなるため、圧縮比及び
圧縮温度を低くすることができる。従って、エンジンの
運転状態に応じて、最適な燃焼状態を得ることができ
る。

【００１０】更に、温度センサーが検出した機関の温度
が所定値に達しない場合、即ち、機関の始動時等の場合
には、空気室の容積がほぼゼロになるように作動するた
め、圧縮温度を高く保持することができ、良好な始動性
を得ることができる。

【００１１】

【実施例】次に図面を参照して、本発明の一実施例
を説明する。図１〜図４に示すように、本発明の内燃機
関はシリンダヘッド１に空気室２を設けており、この空
気室２内に嵌入されているピストン３にはシールリング
４が設けられている。この空気室２内をピストン３が図
中の上方から下方に移動することによって、空気室２内
の空気が連通孔５を通って、燃焼室６内に吹き込まれる
ように構成している。

【００１２】このように空気室２内に貯溜しておいた空
気を、燃焼行程後半に燃焼室６内に吹き込むことによっ
て、燃焼室６内のガスを攪乱し、未燃焼ガスや煤等を完
全に燃焼させるようにしている。この空気室２内の空気
を燃焼室６内に噴出させるために、前記ピストン３を駆
動する機構としては、カム７によって球面の支点８を回
動の中心として、駆動されるスイングアーム９の先端部
9aで、前記ピストン３に駆動軸10を介して連結されてい
るバネ座11を押すように構成し、バネ座11とシリンダヘ
ッド１との間に介在させたスプリング12の弾性力に抗し
て、ピストン３を上方から下方に向かって押すことによ
って、空気室２内に貯溜された空気を、燃焼室６に向か
って噴射する。

【００１３】また、このスイングアーム９の先端部9aが
上下する移動範囲を規制することによって、空気室２の
容積を調節し、燃焼室６内に噴出する空気の量を、最も
燃焼効率の高くなる量に加減すると共に、燃焼行程の前
に予め連通孔５を通じて燃焼室６に連通している空気室
２の容積を調節することによって、圧縮行程で圧縮され
る空気の圧縮比を調節し、圧縮温度の調整も行うことが
できる。

【００１４】先ず、エンジン始動後暫くして、エンジン
の温度がある程度上昇し、エンジンの負荷が高くなった
状態において、空気室２の容積がどのように変化するの
か説明する。図１はエンジンの圧縮行程半ばにおいて、
ピストン３が上死点に達する前の状態であり、この時に
はカム７によって下方に押さえつけられているスイング
アーム９は、バネ座11を下方に押し、スプリング12の弾
性力に抗して空気室２内のピストン３を空気室２の下端
に押しつけており、空気室２の容積をほぼゼロにしてい
る。この状態で圧縮されるので、圧縮比は比較的に高
く、圧縮温度は高く保持される。

【００１５】次に圧縮行程後半において、ピストン13の
上死点直前になると、図２に示すようにカム７の回転角
度が変化して、スイングアーム９は図中に示すように、
スプリング12の弾性力によって、上方に持ち上げられ
る。また、空気室２内のピストン３もスプリング12の弾
性力によって、空気室２の上端に持ち上げられ、この状
態で、燃焼室６側から連通孔５を通って空気室２内に空
気が流入する。エンジンの負荷が高い状態では、筒内圧
力が過度に上昇することがあり、エンジンの耐久性上好
ましくないので、このように空気室２の容積を増やすこ
とによって、筒内圧力の過度な上昇を防止している。

【００１６】燃焼行程の後半において、カム７の回転に
伴って、空気室２の容積は再び図２に示す状態から図１
に示す状態に変化する。この時、空気室２内に滞留して
いた空気が、ピストン３に押され、連通孔５を通って燃
焼室６内に噴射される。この連通孔５はノズル状に形成
され、空気の流路を絞ることによって、燃焼室６内に勢
い良く噴出するように形成されている。

【００１７】このように、前記連通孔５の径が絞られて
いるため、空気室２内に滞留していた空気は、燃焼行程
の前半では燃料の燃焼には使用されておらず、酸素を充
分に含んでいるため、この空気が燃焼行程後半で燃焼室
６内に噴出されることによって、燃焼室６内のガスを攪
乱して、対流を発生させ、未燃焼ガスや煤等を完全燃焼
させるように働く。

【００１８】以上図１及び図２の状態では、前記スイン
グアーム９の先端部9aの上下移動の範囲を規制するレギ
ュレータ14のシャフト15は、油圧シリンダ装置16によっ
て、スイングアーム９の上下動を殆ど規制しない位置に
まで、持ち上げられるので、エンジンが充分に暖まり、
エンジン負荷の大きい場合には、空気室２の容積を大き
くして、空気室２内に滞留する空気を燃焼行程後半にお
いて、燃焼室６内に噴射し、排気ガス中の煤の量を低減
することができる。

【００１９】一方、エンジンの始動時には、図３及び図
４に示すように、レギュレータ14のシャフト15は、油圧
シリンダ装置16によって、スイングアーム９を上下動範
囲内の下端に固定する位置にまで押し下げるので、カム
７の回転角度の如何に関わらず、空気室２の容積をほぼ
ゼロに保ち、圧縮比を大きくすることによって、圧縮温
度を上昇させ、エンジンの冷間時等における着火性を良
好な状態に保持することができる。

【００２０】尚、空気の噴射量の調節は、エンジンの負
荷状態に応じて、油圧シリンダ装置16の複数の電磁弁17
を開閉制御することによって、レギュレータ14のシャフ
ト15の上下位置を調整して空気室２のピストン３の移動
範囲を加減することによって行われる。本実施例では、
油圧シリンダ装置16に電磁弁17を４個設けており、更に
リークしたオイルをポンプ22に戻すリークリターン回路
23を設けている。そして、空気室２のピストン３が上方
に押し上げられ、空気室２に空気を貯溜する状態で、図
５に示すように４段階に容積を可変制御することができ
る。尚、本実施例では便宜的に４段階制御としたが、こ
の空気室２の容積の可変制御は複数の段階に制御できれ
ば良く、多くの段階に可変できるように構成することに
よって、エンジンの燃焼状態に適したものとすることが
できる。

【００２１】このようにエンジンの始動直後、或いは始
動後に暖気が完了した状態において、エンジンの負荷状
態によって空気室２の容積を可変とするためには、例え
ば図６に示すように水温センサー18と負荷（アクセル開
度）センサー19を設けて、これらのセンサーから出力さ
れる信号によって制御装置（ＣＰＵ）20で演算を行い、
それぞれの電磁弁17を開閉制御する電磁弁制御回路21に
出力信号を送るようにすれば良い。

【００２２】この制御装置20によって電磁弁17を開閉す
る場合には、例えば図７に示すような制御マップに従っ
て実施すれば良い。図中に示すように、先ず水温センサ
ー18によって水温Ｔを検出して、これを制御装置20内に
読み込む。そして、水温Ｔが所定の水温Ｔ_Aよりも高い
場合には、負荷（アクセル開度）センサー19によって負
荷Ｌを検出して、予め設定された負荷状態Ｌ₁，Ｌ₂，
Ｌ₃と比較して、空気室２の容積を図８に示すように調
整する。

【００２３】尚、本実施例では、エンジンの温度センサ
ーとして水温センサー18を使用したが、これの替わりに
油温センサーを使用しても良い。また負荷センサーとし
てアクセル開度センサー19を使用したが、これにエンジ
ン回転数センサー等を適宜付加しても構わない。更に、
本実施例ではカム７を吸排気バルブを開閉するカムシャ
フトに併設したが、これを別体のカムシャフトによって
駆動しても構わない。また、本実施例のスイングアーム
９の替わりにロッカーアーム等を使用しても良い。

【００２４】

【発明の効果】本発明の内燃機関は、機関の燃焼室に連
通する空気室と、この空気室の容積を可変とするアクチ
ュエータとを設けると共に、前記機関の温度を検出する
温度センサーと、この機関の負荷を検出する負荷センサ
ーと、前記温度センサーの検出温度が所定値以上の場合
に前記負荷センサーの検出する負荷状態に応じて前記空
気室の容積を可変とする前記アクチュエータの駆動装置
を設けたことを特徴とするので、以下の効果を奏するこ
とができる。

【００２５】温度センサーによって、機関の温度が所定
値以上であることが検出された場合に、負荷センサーに
よって検出された機関の負荷状態に最適な量の空気が、
空気室内からアクチュエータの作動によって、燃焼室内
に噴出される。この空気の噴射によって、燃焼行程後半
以降に燃焼室内の未燃焼ガスや、煤等を完全に燃焼さ
せ、煤の発生量を低減することができる。

【００２６】また、機関の負荷がある程度小さい場合に
は、空気室の容積は小さくなるため、圧縮比及び圧縮温
度を高くすることができ、一方、負荷が比較的に大きい
場合には、空気室の容積は大きくなるため、圧縮比及び
圧縮温度を低くすることができる。従って、エンジンの
運転状態に応じて、最適な燃焼状態を得ることができ
る。更に、温度センサーが検出した機関の温度が所定値
に達しない場合、即ち、機関の始動時等の場合には、空
気室の容積がほぼゼロになるように作動するため、圧縮
温度を高く保持することができ、良好な始動性を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における高負荷時の空気室の
閉塞状態を示す要部断面図である。

【図２】本発明の一実施例における高負荷時の空気室の
開放状態を示す要部断面図である。

【図３】本発明の一実施例におけるエンジン始動時の空
気室の閉塞状態を示す要部断面図である。

【図４】本発明の一実施例におけるエンジン始動時の空
気室の開放状態を示す要部断面図である。

【図５】本発明の一実施例におけるエンジンの作動行程
と空気室容積との関係を示す特性図である。

【図６】本発明の一実施例に使用される制御装置のブロ
ック図である。

【図７】図５に示す特性を得るための制御マップを示す
フローチャートである。

【図８】図７に示す制御マップに従って制御した場合の
負荷（アクセル開度）と空気室容積との関係を示す特性
図である。

【符号の説明】

２空気室３ピストン４シールリング
６燃焼室７カム８支点９スイング
アーム 10 駆動軸 11 バネ座 12スプリング
14 レギュレータ 15 シャフト 16 油圧シ
リンダ装置17 電磁弁 18 水温センサー 19 負
荷（アクセル開度）センサー。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機関の燃焼室に連通する空気室と、この
空気室の容積を可変とするアクチュエータとを設けると
共に、前記機関の温度を検出する温度センサーと、この
機関の負荷を検出する負荷センサーと、前記温度センサ
ーの検出温度が所定値以上の場合に前記負荷センサーの
検出する負荷状態に応じて前記空気室の容積を可変とす
る前記アクチュエータの駆動装置を設けたことを特徴と
する内燃機関。