JPH0783011A - エンジン用ロータリーバルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】ロータリーバルブを使用したエンジンにおい
て、バルブの閉時期に発生する絞り損失を低減すること
によってエンジンのサイクルの効率を高め、ガソリンエ
ンジンの場合はノッキングの発生を防止し、ディーゼル
エンジンの場合はＮＯｘの発生量を低減させるロータリ
ーバルブを提供する。 【構成】ロータリーバルブ３３の入口および出口に乱流
防止用の案内羽根３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３
４ｅ，３４ｆを設ける。ロータリーバルブの弁体３３−
１の吸気流路３３Ｒ_１，３３Ｒ_２，３３Ｒ_３を、案内羽
根３３ａ，３３ｂを用いて複数の流路で構成する。上記
乱流防止用の案内羽根と、複数の流路で構成する弁体の
吸気流路は、縮流が発生しないように設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はオットーサイクルエンジ
ンおよびディーゼルエンジン、特にロータリーバルブを
使用したミラーサイクルを併用したエンジンのロータリ
ーバルブに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来公知の図６に示すロータリーバルブ
１３の場合、矢印Ａ方向に回転する弁体１３−１の閉じ
時期においては、吐出口１３ｂにおいて該吐出口の幅が
Ｗａであるにもかかわらず、弁体１３−１に沿って流れ
る空気の流れｋと弁ケースの内面１３ａに沿って流れる
空気の流れｌとの方向が一致せず、実際の流れの幅はａ
と、縮流を生じる。また、流入口１３ｃより弁ケース内
に流入する場合においても、幅がＷｂであった流れは弁
体１３−１によって流線ｍとｎとは接近し流れの幅はｂ
となり、縮流を生じる。

【０００３】また、図７（Ａ）に示す従来の他の型式の
ロータリーバルブ２３の全開状態においては、図からわ
かるように流れはスムースで縮流は全く生じないが、図
７（Ｂ）に示すように矢印Ｂ方向に回転する弁体２３−
１の閉弁直前においては、前記図６のロータリーバルブ
１３と同様の理由で大きな縮流を生じる。

【０００４】上記の縮流、すなわち吸気流路における絞
りの発生は、エンジンの吸気工程において図８の点線に
示す圧力経過をたどり、斜線で示された面積分だけのポ
ンピングロスを発生し、ポンピングロス分だけエンジン
の熱効率を低下させるのみならず、ポンピングロスの発
生はまた、図８の点ハの温度、すなわちエンジンの圧縮
工程始めの温度を高めることになり、エンジンの圧縮工
程上死点の温度を高めることになる。

【０００５】ミラーサイクルを応用したオットーサイク
ルエンジンにおいては、過給した場合、圧縮上死点にお
ける温度と圧力の過度の上昇によりノッキングが発生
し、その抑制のため、吸気工程の途中、図８の点ロにて
ロータリーバルブを閉じ、点ロより点ハまでの吸気工程
において、シリンダー内混合気を断熱膨張させることに
よって温度を低下せしめ、点ハより圧縮工程に入り、点
ニにおいて温度と圧力は吸気始めと同じとなり、点ニか
らの圧縮工程は実質的に通常のエンジンより短く、圧縮
上死点における圧力と温度を下げることを目的としてい
るが、従来公知のロータリーバルブでは図８の斜線部に
て示されるポンピングロスを発生し、点ハの温度を高
め、過給圧力を高めてさらに出力の増大をはかるのに障
害となっていた。

【０００６】また、膨張比を１１乃至１６と設定し、オ
ットーサイクルエンジンの熱効率を高めようとする本出
願人の先の提案（特開平３−１８９３２２号公報）にお
いても、従来公知の図６、図７に示すロータリーバルブ
を用いると、図８の点ハの温度は十分に低下せずにロー
タリーバルブの閉時期を遅らせ、図８の点イから点ロま
での吸気量を増やし出力を増大させようとしても、ポン
ピングロスによって点ハの温度と圧縮上死点の温度は十
分に低下せず、ノッキングが発生してより大出力を得る
ことが困難であった。

【０００７】また、ミラーサイクルを応用するディーゼ
ルエンジンにおいても、圧縮上死点温度の上昇は燃焼温
度の上昇となり、それによってＮＯｘの発生は増大する
傾向があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、オットーサ
イクルエンジンおよびディーゼルエンジン、ロータリー
バルブを使用したミラーサイクルを併用したエンジンに
おいて、ロータリーバルブの閉時期に発生する絞り損失
を低減することによってエンジンのサイクルの効率を高
めるのみならず、圧縮工程開始時シリンダー内空気温度
を低下せしめて、ガソリンエンジンの場合は、圧縮温度
を低下せしめ、ノッキングの発生を防止し、ディーゼル
エンジンの場合も、圧縮温度を低下させることによっ
て、燃焼温度を低下させてＮＯｘの発生量を低減させる
ロータリーバルブを提案しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、エンジンの吸
気通路にバルブ開閉時期調整装置を備えたロータリーバ
ルブを介装し、該バルブをエンジンの吸気工程の下死点
前で閉じることによって、実質的圧縮比を調整するエン
ジン用ロータリーバルブであって、該ロータリーバルブ
は、吸気流路の入口および出口に乱流防止用の案内羽根
を有し、弁体は吸気流路内に該吸気流路の形状に沿って
配設した案内羽根により複数の流路を有するロータリー
バルブを要旨とするものである。

【００１０】

【作用】ロータリーバルブは、その吸気流路のほぼ全長
にわたり該吸気流路の形状に沿って配設した案内羽根に
より複数の吸気流路を構成しているので、該ロータリー
バルブをエンジンの吸気工程下死点前で閉じる場合に縮
流によるポンピングロスを発生することなく、吸気工程
下死点における吸気温度を低下させることができる。し
たがって、オットーサイクルエンジンにおいては、ノッ
キングを防止できるとともに、ポンピングロスの発生を
防止してエンジンの熱効率を向上させることができ、ま
たディーゼルエンジンにおいては、圧縮上死点の温度を
低下させることによってＮＯｘ発生量を減じることがで
きる。

【００１１】

【実施例】図１〜図４は本発明に係るロータリーバルブ
の一例を示す断面図で、図１、図２は図６に示す従来の
ロータリーバルブに対応し、図３、図４は図７に示す従
来のロータリーバルブに対応する。図５は本発明のロー
タリーバルブを介装したミラーサイクルエンジンの一例
を示す断面図である。

【００１２】本発明のロータリーバルブを介装したミラ
ーサイクルエンジンは、基本的には図５に示すように、
シリンダ１内でピストン２が摺動し、コンロッド３によ
りクランク軸（図示せず）を回転させる４サイクルエン
ジンにおいて、そのシリンダヘッド４の吸気口６に吸気
弁７が、排気口９に排気弁１０がそれぞれ設置されてお
り、この吸気弁７および排気弁１０はクランク軸と同期
して周知のバルブ開閉機構により開閉されるもので、そ
の開閉時期は通常のエンジンと同様に設定してある。前
記吸気口６と連通する吸気枝管１１の一端には吸気マニ
ホールド１２が設けられ、吸気通路が形成されている。
吸気枝管１１には、制御弁としてのロータリーバルブ３
３、４３が組込まれ、クランク軸から歯車伝達機構を介
して駆動される仕組みとなっている。

【００１３】図１、図２に示すロータリーバルブ３３
は、弁体３３−１が回転軸３３−２に固定され、該軸を
中心として弁ケースの内面３３−３と僅かな隙間を維持
しつつ矢印Ａ方向に回転し、吸気流路を開閉する構造と
なっている。

【００１４】弁ケースの入口側の内壁１１ａおよび出口
側の内壁１１ｂは、弁ケースの内面３３−３との交角α
が１２０度以上に設定され、空気の流れの急激な方向の
変化を防止している。さらに、弁ケースの内面３３−３
と内壁３４ａ、３４ｂとの交点には小さな丸みＲがつけ
られている。

【００１５】弁体３３−１の吸気流路には、弁ケースの
入口側および出口側における流路と流れ方向が同方向と
なり、かつ該流路の形状に沿って配設した案内羽根３３
ａ、３３ｂにより複数の流路３３Ｒ_１、３３Ｒ_２、３３
Ｒ_３を形成し、該吸気流路の入口および出口には乱流防
止用の案内羽根３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４
ｅ、３４ｆが設けられている。乱流防止用の案内羽根
は、吸気流路の入口側においては漸次流路が狭められ、
出口側においては漸次流路が角度β＝５〜１０度で拡大
されるように配置する。

【００１６】すなわち、上記構造のロータリーバルブ
は、図１に示すバルブ全開状態においても、図２に示す
閉弁直前においても、流路の面積および方向においても
急激な変化はなく、またロータリーバルブの入口および
出口においても縮流の発生がなく、熱効率の高い、圧縮
温度の低いミラーサイクルエンジンとすることが可能と
なるのである。

【００１７】図３、図４に示すロータリーバルブは、弁
体４３−１が弁ケースの内面４３−２と僅かな隙間を維
持しつつ矢印Ａ方向に回転し、吸気流路を開閉する構造
となっており、弁体中央の吸気流路は該流路の形状に沿
って配設した案内羽根４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３
ｄ、４３ｅにより複数の流路４３Ｒ_１、４３Ｒ_２、４３
Ｒ_３、４３Ｒ_４、４３Ｒ_５、４３Ｒ_６が形成され、該吸
気流路の入口および出口には図１、図２のものと同様の
乱流防止用の案内羽根４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４
ｄ、４４ｅ、４４ｆが設けられている。

【００１８】このような構造のロータリーバルブにおい
ても、図１、図２のものと同様、図３に示すバルブ全開
状態においても、図４に示す閉弁直前においても、流路
の面積および方向においても急激な変化はなく、またロ
ータリーバルブの入口および出口においても縮流の発生
がなく、熱効率の高い、圧縮温度の低いミラーサイクル
エンジンとすることが可能となるのである

【００１９】

【発明の効果】以上説明したごとく、この発明のロータ
リーバルブによれば、吸気に縮流を生じることなく閉じ
ることができるので、ポンピングロスなしに実質的圧縮
比を調整することができる結果、エンジンの圧縮比はノ
ッキング限界近くに維持され、高い膨張比によって熱効
率を向上させることができる。また、空気／燃料比の大
きな混合気であっても燃焼速度を高め、大きな膨張比と
あいまって熱効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るロータリーバルブの構造の一例を
示す断面図である。

【図２】同上ロータリーバルブの閉弁直前の状態を示す
断面図である。

【図３】本発明に係るロータリーバルブの他の構造例を
示す断面図である。

【図４】同上ロータリーバルブの閉弁直前の状態を示す
断面図である。

【図５】本発明のロータリーバルブを介装したミラーサ
イクルエンジンの一例を示す断面図である。

【図６】従来のロータリーバルブの一例を示す断面図で
ある。

【図７】従来の他の型式のロータリーバルブを示す断面
図で、（Ａ）は全開状態、（Ｂ）は閉弁直前の状態をそ
れぞれ示す。

【図８】従来のロータリーバルブにおけるバルブ内のシ
リンダー圧力とポンピングロスの関係を示す特性図であ
る。

【符号の説明】

１ シリンダ ２ ピストン ３ コンロッド ４ シリンダヘッド ６ 吸気口 ７ 吸気弁 ９ 排気口 １０ 排気弁 １１ 吸気枝管 １２ 吸気マニホールド ３３、４３ ロータリーバルブ ３３−１、４３−１ 弁体 ３３−２ 回転軸 ３３−３、４３−３ 弁ケースの内面 ３３ａ、３３ｂ 案内羽根 ３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、３４ｆ
乱流防止用案内羽根 ３３Ｒ_１、３３Ｒ_２、３３Ｒ_３ 吸気流路 ４３Ｒ_１、４３Ｒ_２、４３Ｒ_３、４３Ｒ_４、４３Ｒ_５、
４３Ｒ_６ 吸気流路 ４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、４４ｅ、４４ｆ
乱流防止用案内羽根

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの吸気通路にバルブ開閉時期調
   整装置を備えたロータリーバルブを介装し、該バルブを
   エンジンの吸気工程の下死点前で閉じることによって、
   実質的圧縮比を調整するエンジン用ロータリーバルブで
   あって、該ロータリーバルブは、吸気流路の入口および
   出口に乱流防止用の案内羽根を有し、弁体は吸気流路内
   に該吸気流路の形状に沿って配設した案内羽根により複
   数の流路を有することを特徴とするエンジン用ロータリ
   ーバルブ。