JPS6238830A - 掃気管制装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、内燃機関の掃気管制装置に関づ−る。

従来の技術 たとえば、掃気孔を通してシリンダ内に空気が流入され
、排気孔または排気弁を通してシリンダ内の燃焼ガスが
排出される掃気型機関において、従来、当該機関の熱効
率を向上させる手段として、排気開始時期を遅くしてシ
リンダ内の膨張仕事を増大させることが広く知られてい
る。すなわち、第６図は上記掃気型機関の下死点近傍に
おける指圧線図を示したものであるが、排気開始時期を
通常の場合よりも遅くすることによって、同図において
斜線部で示す部分の増加により、図示平均有効圧が増大
することを説明している。

ところが、排気開始時期を遅らせると、通常のようにピ
ストン頂部にて掃気孔の開閉を行なうものでは、掃気孔
開時期においてなおシリンダ内のガス圧が高く、燃焼ガ
スがシリンダから掃気室内に逆流して種々の障害が発生
するおそれがある。

このためこのような掃気型機関において、ピストンの動
きによる掃気孔の開閉とは別に、掃気孔を適切な時期に
開閉させる掃気管制装置が種々提案されている。

このような掃気管制装置は、一般にシリンダライナの掃
気孔部分を開閉する掃気管制弁と、この掃気管制弁を作
動させるための駆動装置とで構成されており、これらの
装置に共通して要求される性能は、ピストンの下降行程
において、可能な限り下死点（ＢＤＣ＞付近までピスト
ンが下降した時点で、瞬時に掃気管制弁が開となること
である。

そして、その後、ピストンが上臂行程に転じ、ピストン
自体が掃気孔を閉じて掃気行程が完了したのちに掃気管
制弁が開となり、次の掃気の準備にそなえる必要がある
。なお、このＪ：うな掃気管制装置においては、掃気の
開始が従来の機関Ｊこりも遅いクランク角度となるため
、一般に掃気孔の高さを従来のそれと比べて高くするこ
とにより、従来機関と同等の棉気孔間口時間面梢を確保
する必要が生じてくる。

第７図（ａ）〜（ｄ）および第８図は、従来提案された
掃気管制装置の例を示す。

第７図（ａ）　〜（ｄ）は特願昭５７−２６５７９＠で
提案されたものであり、この第７図（ａ）〜（ｄ）にお
いて、１はシリンダライナ２の周方向に所定散設【プら
れた掃気孔であり、この掃気孔１が設（プられたシリン
ダライナ２部分外周には、シリンダ軸心方向下向きに傾
斜する複数の平らな弁座３が各掃気孔１ごとに形成され
ている。すなわち、シリンダライナ２のこの部分の外周
は多角錐状に加工されているものである。

４は各掃気孔１ごとに配設された掃気管制弁であり、弁
座３に当接して掃気孔１をおおう弁体５と、この弁体５
を先端に有する作用ロッド６が機関のシリンダ軸心方向
に出退するように機関本体７に固定された油圧シリンダ
装置８とで構成されている。各油圧シリンダ装置８は、
それぞれ同時に作動するように、油圧配管９にて並列に
接続されている。１０は作動油、１１はピストン１２を
押し戻すためのばねで゛ある。また、１３は作用ロッド
６を案内するためのガイドであり、シリンダライナ２の
外周に取り付けられている。１４は掃気孔１上方におけ
るシリンダライナ２外周に固定されたストッパである。

上記１Ｉｌｆｃにおいて、シリンダライナ２内でガスが
膨張しているときには、油圧シリンダ装置８内には作動
油１０が充満されており、第７図の（ａ）。

′（ｂ）および（ｄ）に示すように掃気孔１は弁体５に
て閉じられている。いま、所定の開時期になったときに
油圧シリンダ装＠８から作動油１０を排出させれば、第
７図（Ｃ）に示すように弁体５が降下されて掃気孔１は
開かれる。所定時期に掃気孔１を閉じる場合には、油圧
シリンダ装置８内に作動油１０を供給して弁体５を上昇
させ、弁座３に当接させるようになっている。

しかしながら、上記第７図に示す従来例の場合には、次
のような問題点がある。

（イ）　弁体５の開弁速度を速くするためには、ばね１
１の復元力を増す必要があるが、この場合は閉弁に要す
る作動油の圧力を上げねばならない。

（ロ）　開弁速度は作動油１０の排出速度によっても制
約される。

（ハ）　作動油１０の供給を、例えばモータ駆動の油圧
ポンプで行なうと、掃気管制弁による内燃機関の燃料消
費率の低減の益を相当減じるほどのモータ駆動動力が必
要となる。

（ニ）　さらに、クランク角度と同期して作動油１０を
排出、供給するための制御装置が必要となる。

第８図は他の従来例を示し、これは特開昭５５−１２５
３１８号公報にて提案されているものである。以下、第
８図における構成と作動を説明する。掃気孔１を開閉し
うるようにシリンダライナ２の外側に上下に摺動自在に
掃気管制弁４を嵌装し、ピストン１５の下面により往復
駆動されるプランジｔ１６を有する油圧ポンプ１７を設
け、同油圧ポンプ１７により吐出される圧油により往復
動して曲記棉気管制弁４を駆動させる油圧ピストン１８
が設けられている。そして前記油圧ポンプ１７には、外
部油圧供給源１９から逆止弁２０を介して、給油孔２１
に低圧油が常に供給されている。また、油圧ポンプ１７
のプランジャ１６に摺動自在に嵌合するバレル２２の吐
出孔２３から前記油圧ピストン１８に向かう圧油の流動
のみを許容するように、前記吐出孔２３と油圧ピストン
１８との間の高圧管２４の油路内に逆止弁２５を介装し
ている。前記油圧ポンプ１７のバレル２２には、前記ピ
ストン１５の下降行程の最後に前記油圧ポンプ１７のプ
ランジャ１６により閉塞される排油孔２６を設けている
。

よって、前記バレル２２の吐出孔２３から前記逆止弁２
５を介して前記油圧ピストン１８に供給される高圧の圧
油によって前記掃気管制弁４が開かれ、次に前記ピスト
ン１５が１屏して前記掃気孔１を閉塞した後、ピストン
１５下面で駆動されていた油圧ポンプ１７のプランジャ
１６が戻り、前記バレル２２に形成された戻り孔２７が
開かれる。すなわち、前記ピストン１５の上面が前記掃
気孔１を閉塞したのち、油圧ピストン１８への圧油が逆
止弁２８を介して戻り孔２７よりバレル２２内に排出さ
れ、そののち掃気管制弁４が掃気孔１を閉塞するように
なっている。

このため、排気弁開き始めを遅らせても、筒内圧力が掃
気圧力以下に下がるに必要な高圧排気期間を十分に取っ
て、掃気孔開き始めを遅らせることができる。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら第８図の従来例では次のような問題点があ
る。

（ａ）　　ピストン１５の往復動による圧油の強制吐出
方式のため、掃気管制弁駆動装置などが万一固着した場
合、駆動油が非圧縮性であるため、駆動油圧管路内の油
圧の巽常上屏による油圧管系の破損などの事故に至る。

ｆｂ）　　上記（ａ）の事故や配管にゆるみが生じた場
合に、駆動油が掃気室内に飛散することになり、掃気室
内の火災など重大な傷損事故をひきおこす。

（Ｃ）　　本油圧駆動方式では相当な吐出容量を持つ外
部油圧供給源１９が必要である。すなわち、ピストン１
５の往復行程中の大部分を占めるピストン１５が掃気孔
１よりも上部にある期間中、プランジャ１６の下面は第
８図の（Ａ）の位置にあるため、外部油圧供給源１９か
ら給油孔２１へ供給された低圧油は、排油孔２６からそ
のままサンプタンクに排油される。またピストン１５の
各往復毎にプランジャ１６のストローク（Ｌ）に対応す
る油量を毎回供給する必要がある。このため、掃気管制
弁４による内燃機関の燃料消費率の低減の益を相当減す
るほどの外部油圧供給源１９用の駆動動力が必要となる
。

そこで本発明は、上記問題点を解決し、所望の時期に適
確に掃気孔を開閉させ、しかも機関の熱−〇　− 効率を大幅に向上させることを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するため本発明は、 内燃機関のシリンダライナの掃気孔部分に、この掃気孔
を開閉可能な掃気管制弁を設け、この掃気管制弁に、こ
の掃気管制弁を閉弁付勢するとともに、加圧空気の供給
を受けたときに前記掃気管制弁を量弁動作させる空気圧
駆動機器を連動連結し、 シリンダライナの下部にピストン棒に外嵌摺接する下部
ピストンカバーを設けて、ピストンと、シリンダライナ
と、下部ピストンカバーと、ピストン棒とにより、ピス
トンの下降行程において空気を圧縮可能な空気ピストン
室を構成し、前記下部ピストンカバーに、一端がこの下
部ピストンカバーの内周面に間口するとともに、他端が
前記空気圧駆動機器に連通ずる第１の空気通路を形成し
、 前記ピストン棒に、ピストンが下死点に近づいたときに
前記空気ピストン室と第１の空気通路とを連通させて前
記空気圧駆動機器に加圧空気を供給させる第２の空気通
路と、前記ピストンにより掃気孔が閉塞された後に前記
第１の空気通路に連通して前記空気圧駆動機器内の空気
を排気させる第３の空気通路とを形成したものである。

作用 このようなものであると、ピストンが下降行程の半ばを
過ぎて、ピストンの下部ピストンリングが掃気孔を閉じ
始め、かつ第３の空気通路が第１の空気通路を通過する
と、ピストン棒が下部ピストンカバーに内嵌摺接するた
め空気ピストン室が閉塞されてこの空気ピストン内の空
気が圧縮される。ピストンが下死点に近づくと、第２の
空気通路により空気ピストン室と第１の空気通路とが連
通され、この結果空気ピストン室内の加圧空気が空気圧
駆動機器に供給されることになって、掃気管制弁が開か
れる。ピストンが上昇行程に移ると、第２の空気通路に
よる空気ピストンと第１の空気通路との連通が断たれる
が、この時点では第１の空気通路の下部ピストンカバー
の内周面側の間口はピストン棒にて閉塞されるため、掃
気管制弁（ま開状態に保持される。

その後ピストンがさらに上昇して掃気孔を閉塞すると、
次に第３の空気通路と第１の空気通路とが連通され、こ
の結果空気圧駆動機器内の加圧空気が排出され、これに
より掃気管制弁が閉動される。

実施例 以下、本発明の一実施例を第１図〜第４図にもとづいて
説明する。

３１は掃気孔３２を備えたシリンダライナで、同シリン
ダライナ３１にピストン３３が上下に摺動自在に嵌装さ
れ、同シリンダライナ３１の頂部に、ｖ１気カム（図示
されず）によって開閉される排気弁（図示されず）が配
設されている。掃気孔３２の下端は下死点（ＢＤＣ）で
のピストン３３の上面と一致するように形成されている
。また前記シリンダライナ３１の外側に掃気管制弁３４
が上下に摺動自在に嵌装され、同棉気管制弁３４は空気
圧駆動機器としての空気圧シリンダ３５の空気圧ピスト
ン３６に連結されており、空気圧が作用しない時にはば
ね３７の復元力によって上方のストッパ３８に押付けら
れ、前記掃気管制弁３４の上昇で前記掃気孔３２が閉塞
されるようになっている。

ピストン棒３９の下部には第３の空気通路としての下部
空気通過溝４０が装備され、またシリンダライナ３１の
下部には、同ピストン棒３９部分外面を摺動面とする下
部ピストンカバー４１が設置されている。さらに下部ピ
ストンカバー４１には、前記ピストン棒３９と接する側
を空気の出入口とする第１の空気通路としての空気通過
孔４２が設けられ、仕だ同ピストン棒３９の上部には、
第２の空気通路としての上部空気通過溝４３が設けれら
れており、下部ピストンカバー４１の空気通過孔４２は
高圧管４４にて前記空気圧シリンダ３５に接続されてい
る。

このような構成において、下部空気通過溝４０と上部空
気通過溝４３とは十分な距離を有しているので、ピスト
ン３３の下降行程において、まず最初に下部空気通過溝
４０が下部ピストンカバー４１の空気通過孔４２を通過
すれば、ピストン棒３９が空気通過孔４２を閉塞し、さ
らにピストン３３が下降して下部ピストンリング４５が
掃気孔３２を閉じ始めた時点、すなわちクランク角度が
第４図の（θ５）になった時点において、空気ピストン
室４６内の空気が圧縮される。ビス１〜ン３３の下降行
程の終端付近、すなわち下死点（ＢＤＣ）付近になった
時りで、前記下部空気通過溝４３が前記空気通過孔４２
に連通ずるため、クランク角度が第４図のくθ６）にお
いて、空気ビス１〜ン室４６尚の十分に圧縮された空気
が空気圧シリンダ３５に流入し、空気圧ピストン３６は
ばね３７の復元力に抗して下方に押下げられる。

この結果、クランク角度が第４図の（θ２）において、
掃気管制弁４は急速に下方に押し下げられ、掃気孔３２
を開とする。

さらにピストン３３が下死点（ＢＤＣ）を通過し、上昇
行程に転じ、クランク角度が第４図の（θ７）において
、上部空気通過溝４３と空気通過孔４２との連通は断た
れ、ピストン棒３９の外周部にて空気通過孔４２を閉塞
するため、空気圧シリンダ３５内の圧縮空気は封じ込ま
れる。この結采、掃気管制弁３４は開位置を保持する。

さらにピストン３３が上昇し、ピストン３３上面が掃気
孔３２の上端に達し、クランク角度が第４図の（θ４）
において掃気行程は完了する。次に下部空気通過溝４０
が第４図のクランク角度（θ８）に達した時点で、下部
ピストンカバー４１の空気通過孔４２を開とするため、
空気圧シリンダ３５内に封じ込められていた圧縮空気は
、掃気室内に排出される。この結束、バネ３７の復元力
により空気圧ピストン３６および掃気管制弁３４は上昇
し、第４図のクランク角度（θ９）において掃気孔３２
は閉じられて、次の掃気の準備が整えられる。

このように第１図および第２図に図示の本発明の実施例
では、第３図および第４図に図示されるように従来機関
よりも遅いクランク角度（θ２）において掃気孔３２が
開き始めるが、掃気花鳥さくＨ２）を従来機関の袢気孔
高さくＨｌ）よりも高くすることにより、下死点（ＢＤ
Ｃ）における全開時の掃気孔間口面積が大きくなり、ま
たビストン３３の上昇による掃気孔３２の閉じ終わりク
ランク角度（θ４）も近くなるため、従来機関と同等の
掃気孔間口時間面積を得ることができる。そして、掃気
孔間口時間面積を従来機関のものと同稈度確保したまま
、掃気孔開き始めのクランク角度を遅くでき、ピストン
３３の有効ストロークが長くなり、燃料消費率が大巾に
改善される。さらに本発明は、従来提案されてきたもの
と比較して次のような数多くの利点を有している。

（ａ）　　掃気管制弁を駆動する動力源を機関自身の回
転によって得ている。このため、油圧駆動方式のように
掃気管制弁の開閉の毎に使用油量を供給するためのモー
タ駆動油圧ポンプなどの外部消費効力を必要とするもの
と比較して、機関側での機械的な動力損失は十分に小さ
な値となる。

（ｂ）　　油圧駆動の場合、事故が発生すれば掃気室内
で駆動油が飛散することになり、掃気室内の火災など重
大な傷損事故をひきおこすが、空気圧駆動のためこのよ
うな事故の可能性は皆無である。

（Ｃ）第８図のような従来の油圧駆動方式では掃気管制
弁駆動装置などが万一固着した場合、駆動油が非圧縮性
であるため、駆動油圧管路内の油圧の異常上昇による油
圧管系の破損といった事故に至るが、本発明では圧縮性
の空気圧駆動のため、このような場合でも駆動空気系統
の空気圧のいくふんの上昇にとどまり破損に至る可能＋
！［は非常に少ない。

（ｄ）　　流体圧シリンダによって掃気管制弁を駆動す
る場合、通常複数個の流体圧シリンダが必要となるが、
この場合に油圧など非圧縮性の液体を用いたとすると、
各々の流体シリンダへの配管容積や管路抵抗の少しの差
によって各流体圧シリンダへの油圧の伝達に不均衡を生
じ、しかも掃気管制弁の開閉速度の上昇に伴いますます
この不均衡が大きくなり、高速での開閉が困がとなって
くる。しかしながら、本発明の空気圧は圧綿、膨張性が
あるため、各流体圧シリンダへの圧力伝達の不均衡の程
度が油圧と比べて少なく、このため掃気管制弁の開閉動
作が油圧式のものと比べて円滑となる。

（ｅ）　　第８図のにうな従来の油圧駆動方式と比べて
、逆止弁が不要となり、配管も簡単になる。

（ｆ）　　１３を関のシリンダライナや掃気室など主要
構造を変更することなく駆動空気源機構を得ることがで
き、現状機関への装備が容易である。

（ｇ）本発明によれば、クランク角度（θ６）にて空気
ピストン室４６からの圧縮空気が空気圧シリンダ３５に
対して供給され始めても、下死点（ＢＤＣ＞までは空気
ビス１ヘン室４６内の空気圧はまだ圧縮行程にあるため
、空気圧シリンダ３５に対して継続して高圧空気を供給
し続けることができる。しかも空気室ピストン４６内の
圧縮圧力の圧縮速度は内燃機関の回転速度に比例するた
め、掃気管側弁の開弁速度も対応して高速となる。

以上、本発明を実施例にもとづいて説明したが、本発明
は上記実施例だけに局限されるものでなく、本発明の趣
旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施しうるちのであ
る。特に本実施例においては、説明の便宜上掃気管制弁
および掃気管制弁駆動用の空気圧シリンダを上下往復動
作式としているが、上下の往復動作に限定されるもので
はなく、これらの部分は、掃気孔を開閉する掃気管制弁
と、掃気管制弁駆動装置として空気圧を用いた装置との
あらゆる組合せに適用することができるものである。

なお、第１図の実施例においては、空気圧シリンダ３５
の復元用部材にばね３７を用いたものを示したが、この
かわりに、第５図に示すような空気圧ばね機構を採用す
ることにより、さらに次のような利点を得ることができ
る。

（イ）　空気圧ピストン３６の最上部位置、すなわち掃
気管制弁３４の閉位置において、第１図のばね３７によ
る初期荷重に相当する値を、減圧弁５１の設定圧力値に
よって容易に調節できる。

（ロ）　空気圧ピストン３６の最下部位置、すなわち掃
気管制弁３４の閉位置において、第１図のばね３７の圧
縮による復元力に相当する値を、空気タンク４９の８吊
によって決定することができる。

（ハ）上記（イ）と（ロ）の値を適切に設定することに
より、掃気管制弁３４の開弁に要する駆動力を軽減する
ことができ、Ｊζり高速の開弁速度を得ることができる
。

（ニ）空気圧ピストン３６の最下部位置における下部空
気ばね室４７の容積は僅少でもよく、第１図の復元用ば
ね３７を採用の空気圧シリンダと比べて、外径寸法、長
さ等を大幅に短縮できる。なお、４８は管路、５０は逆
止弁、５２は空気圧供給源である。

発明の効果 以上述べたように本発明によると、掃気管制弁を駆動す
る動力源を機関自身の回転によって得ているため、機関
側での機械的な動力損失を小さなものとすることができ
、しかも空気圧を利用するものであるため火災等の事故
や管路の破損を防止できて、所望の時期に適確に掃気孔
を開閉することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図（ａＨｂ）
は第１図におけるＡ−ＡおよびＢ−８断面図、第３図お
よび第４図は第１図および第２図に示す装置の動作説明
図、第５図は本発明の他の実施例を示す図、第６図は掃
気型機関の下死点近傍における指圧線図を例示する図、
第７図（ａ）〜（ｄ）は第１の従来例を示す図、第８図
は第２の従来例を示す図である。 ３１・・・シリンダライナ、３２・・・掃気孔、３３・
・・ピスト通溝（第３の空気通路）、４１・・・下部ピ
ストンカバー、４２・・・空気通過孔（第１の空気通路
）、４３・・・上部空気通過溝（第２の空気通路）、４
６・・・空気ビストン室 代理人　　　森　　本　　義　　弘 第５図 第を図 ＤＣ （下死と、） （トノ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内燃機関のシリンダライナの掃気孔部分に、この掃
   気孔を開閉可能な掃気管制弁を設け、この掃気管制弁に
   、この掃気管制弁を閉弁付勢するとともに、加圧空気の
   供給を受けたときに前記掃気管制弁を開弁動作させる空
   気圧駆動機器を連動連結し、 シリンダライナの下部にピストン棒に外嵌摺接する下部
   ピストンカバーを設けて、ピストンと、シリンダライナ
   と、下部ピストンカバーと、ピストン棒とにより、ピス
   トンの下降行程において空気を圧縮可能な空気ピストン
   室を構成し、前記下部ピストンカバーに、一端がこの下
   部ピストンカバーの内周面に間口するとともに、他端が
   前記空気圧駆動機器に連通する第１の空気通路を形成し
   、 前記ピストン棒に、ピストンが下死点に近づいたときに
   前記空気ピストン室と第１の空気通路とを連通させて前
   記空気圧駆動機器に加圧空気を供給させる第２の空気通
   路と、前記ピストンにより掃気孔が閉塞された後に前記
   第１の空気通路に連通して前記空気圧駆動機器内の空気
   を排気させる第３の空気通路とを形成し、 たことを特徴とする掃気管制装置。