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JPH0674745B2 - 5 cycle internal combustion engine - Google Patents
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JPH0674745B2 - 5 cycle internal combustion engine - Google Patents

5 cycle internal combustion engine

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JPH0674745B2
JPH0674745B2 JP10289786A JP10289786A JPH0674745B2 JP H0674745 B2 JPH0674745 B2 JP H0674745B2 JP 10289786 A JP10289786 A JP 10289786A JP 10289786 A JP10289786 A JP 10289786A JP H0674745 B2 JPH0674745 B2 JP H0674745B2
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scavenging
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exhaust
stroke
cylinder
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/02Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/028Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle five

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、自動車用ガソリン機関や自動車用ディーゼル
機関等として用いられる5サイクル内燃機関に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a 5-cycle internal combustion engine used as an automobile gasoline engine, an automobile diesel engine, or the like.

(従来の技術) 従来の内燃機関としては、例えば、「自動車工学全書4
巻ガソリンエンジン」(昭和55年7月(株)山海堂発
行)に記載されているようなものが知られている。
(Prior Art) As a conventional internal combustion engine, for example, “Automotive Engineering Complete Book 4
As described in "Rolled Gasoline Engine" (published by Sankaido Co., Ltd. in July, 1980) is known.

この従来の内燃機関のうち、最も一般的であり現在多用
されている4サイクルガソリンエンジンは、機関が2回
転する間に、吸気行程→圧縮行程→爆発行程→排気行程
の4つの行程を行なうエンジンである。
Among the conventional internal combustion engines, the most common and currently frequently used 4-cycle gasoline engine is an engine that performs four strokes of an intake stroke, a compression stroke, an explosion stroke, and an exhaust stroke while the engine makes two revolutions. Is.

尚、前記排気行程では、ピストンが上昇行程に移ると同
時に排気弁が開き、膨張した燃焼ガスが排出される。
In the exhaust stroke, the exhaust valve is opened at the same time as the piston moves to the upward stroke, and the expanded combustion gas is discharged.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、このような従来の4サイクルガソリンエ
ンジンでは、ピストンが上死点に達すると排気作用はほ
ぼ終ってしまい、上死点でのシリンダ空間内に燃焼ガス
が残り、この残留燃焼ガスにより、次の吸気行程に移っ
ても吸入混合気は残留燃焼ガスの分だけ減量され、機関
出力がその分低下してしまうという問題点があった。
(Problems to be Solved by the Invention) However, in such a conventional 4-cycle gasoline engine, when the piston reaches the top dead center, the exhaust action is almost finished, and the combustion gas is generated in the cylinder space at the top dead center. However, due to this residual combustion gas, the intake air-fuel mixture is reduced by the amount of the residual combustion gas even when the process proceeds to the next intake stroke, and the engine output decreases accordingly.

尚、第4図に示すように、圧縮比εは、 ε=(Vh+Vc)/Vc Vh;1行程でピストンが排除する排気ガス容積(行程容
積) Vc;ピストン上死点で残っている排気ガス容積(すきま
容積) となる。
As shown in FIG. 4, the compression ratio ε is ε = (Vh + Vc) / Vc Vh; Exhaust gas volume (stroke volume) that the piston removes in one stroke Vc; Exhaust gas remaining at the piston top dead center Volume (clearance volume).

そして、特に、排気系にコンバータやマフラ等のガス通
過抵抗(排気抵抗)の高い機器類が装着されるエンジン
では、排気抵抗による影響で残留燃焼ガスが充分に排出
されず従ってその密度も高まり、多くの燃焼ガスが残留
されることになる。このため、排気系のマフラやコンバ
ータは極力低抵抗になるように設計されているが、それ
でも抵抗値を低下させるには限界があり、その為に例え
ば、自動車用機関での残留燃焼ガスによる機関出力の損
失はその機関出力の数%から10数%にも達してしまう。
Then, particularly in an engine in which a device such as a converter or a muffler having a high gas passage resistance (exhaust resistance) is installed in the exhaust system, the residual combustion gas is not sufficiently discharged due to the influence of the exhaust resistance, and therefore the density thereof increases, Much combustion gas will remain. For this reason, exhaust system mufflers and converters are designed to have as low a resistance as possible, but there is still a limit to lowering the resistance value. The output loss reaches from several% to 10% of the engine output.

このことを換言すれば、排気抵抗が機関出力の損失に直
接影響してしまうということになり、このために以下に
述べるような問題も派生していた。
In other words, the exhaust resistance directly affects the loss of the engine output, which causes the following problems.

(イ) 排気系マフラは各種の消音原理を組み合わせて
排気騒音を低減させるようにしているが、いずれのマフ
ラにおいても騒音の低減度合と排気抵抗の間には強い相
関があり、一般的に排気抵抗の高いマフラは排気騒音が
低い。しかも、近年は、騒音公害により一層静かな排気
騒音の車が求められるため、排気抵抗は高くなり勝ち
で、前述の残留燃焼ガスによる機関出力の損失は排気抵
抗の高まりと共に大きくなっていた。
(B) The exhaust system muffler is designed to reduce exhaust noise by combining various muffling principles. However, in all mufflers, there is a strong correlation between the degree of noise reduction and exhaust resistance, and exhaust muffler is generally used. A muffler with high resistance has low exhaust noise. Moreover, in recent years, a vehicle with quieter exhaust noise due to noise pollution has been required, and therefore exhaust resistance tends to increase, and the loss of engine output due to the above-mentioned residual combustion gas increases with the increase in exhaust resistance.

(ロ) 内燃機関の熱勘定において、注入エネルギの30
%前後を排気に捨てている。従って、この排気エネルギ
を回収し、有効に利用することは省エネルギの面からも
大変有意義なことである。そこで、熱を回収するために
排気系に排気ガスタービン等を設けることも考えられる
が、いずれの手段であっても排気抵抗を高めてしまうこ
とになり機関出力の損失につながるので、得られた回収
エネルギ以上の機関出力の損失を招き、排気エネルギの
回収は実用上困難なものであった。
(B) In the heat balance of an internal combustion engine, 30
About% is discarded in the exhaust. Therefore, it is very meaningful to collect and effectively use this exhaust energy from the viewpoint of energy saving. Therefore, it is conceivable to provide an exhaust gas turbine or the like in the exhaust system in order to recover heat, but any method will increase exhaust resistance and lead to loss of engine output. It was practically difficult to recover the exhaust energy because the engine output was lost more than the recovered energy.

また、従来の内燃機関としては、例えば、前述の「自動
車工学全書4巻ガソリンエンジン」の第156ページ〜第1
63ページや実開昭60-178329号公報等に記載されている
ような、ターボチャージャを備えたターボ過給ガソリン
機関が知られている。
Further, as a conventional internal combustion engine, for example, pages 156 to 1 of "Automotive Engineering Complete Book 4 Vol.
There is known a turbocharged gasoline engine equipped with a turbocharger as described in page 63, Japanese Utility Model Publication No. 60-178329, etc.

このターボ過給ガソリン機関は、排気ガスを利用してタ
ービンを回転させ、このタービンに同軸で取り付けられ
たコンプレッサにより吸気圧を高め、特に高速回転域で
機関出力を増大させるようにしたものである。
This turbocharged gasoline engine uses exhaust gas to rotate a turbine, and a compressor mounted coaxially to the turbine increases the intake pressure to increase the engine output, especially in a high-speed rotation range. .

しかし、このターボ過給ガソリン機関では吸気側に着目
して機関出力の増大を目指すものであるが、前述のよう
な残留燃焼ガスによる機関出力の損失に関しては全く同
様であり、しかも、この損失は排気系にタービンが設け
られることで排気抵抗が増し、この点ではターボチャー
ジャのない機関より残留燃焼ガスによる機関出力の損失
は大きくなる。しかしながら過給により得られる出力増
加のメリットが買われて実用化されているにすぎない。
However, this turbocharged gasoline engine aims to increase the engine output by paying attention to the intake side, but the loss of the engine output due to the residual combustion gas as described above is exactly the same, and this loss is The exhaust resistance is increased by providing the turbine in the exhaust system, and in this respect, the loss of the engine output due to the residual combustion gas is larger than that of the engine without the turbocharger. However, the merit of increased output obtained by supercharging is only bought and put to practical use.

(問題点を解決するための手段) 本発明は、上述のような問題点を解決すること、つま
り、残留燃焼ガスによる機関出力の損失をなくことと、
排気抵抗による出力に対する影響を排除することを目的
としてなされたもので、この目的達成のために本発明で
は、機関の2回転中に吸気,圧縮,爆発,排気,掃気の
5行程を行ない、前記掃気行程では排気弁開放時に残留
燃焼ガスを排出するための加圧空気を作り出す掃気ポン
プが用いられる5サイクル内燃機関において、前記掃気
ポンプを、機関により直接駆動される容積型とし、機関
の総すきま容積Vc*,機関及び掃気ポンプの単位時間当
りの回転数N及びn,掃気係数kとした場合前記掃気ポン
プの1回転当りの排気量Vpを、式 により設定し、かつ、掃気係数kを0.8〜2.5の範囲に定
めることを特徴とする手段とした。
(Means for Solving Problems) The present invention solves the problems described above, that is, eliminates loss of engine output due to residual combustion gas,
The purpose of this invention is to eliminate the influence of exhaust resistance on the output. To achieve this purpose, the present invention performs five strokes of intake, compression, explosion, exhaust, and scavenging during two revolutions of the engine. In a 5-cycle internal combustion engine in which a scavenging pump that creates pressurized air for discharging residual combustion gas is used in the scavenging stroke when the exhaust valve is opened, the scavenging pump is a positive displacement type driven directly by the engine, and the total clearance of the engine is When the volume Vc * , the number of revolutions N and n of the engine and the scavenging pump per unit time, and the scavenging coefficient k, the displacement Vp per one revolution of the scavenging pump is expressed by And the scavenging coefficient k is set in the range of 0.8 to 2.5.

(作用) 従って、本発明の5サイクル内燃機関では、上述のよう
な手段としたことで、排気弁が開きピストンが上昇する
ことで燃焼ガスを排出する排気行程に引き続いて、掃気
ポンプによる加圧空気をシリンダ内に噴射して残留燃焼
ガスを強制的に外部へ排出させる掃気行程が行なわれ、
ピストン上死点でのすきま容積には残留燃焼ガスに代え
て加圧空気が残り、その後の吸気行程ではシリンダ総容
積が混合気の吸入有効容積となり、残留燃焼ガスによる
機関出力の損失をなくすことができる。
(Operation) Therefore, in the five-cycle internal combustion engine of the present invention, by adopting the above-mentioned means, the exhaust valve is opened and the piston is raised, and the pressurization by the scavenging pump is performed subsequent to the exhaust stroke for discharging the combustion gas. A scavenging stroke is performed in which air is injected into the cylinder to forcibly discharge residual combustion gas to the outside.
Pressurized air remains in the clearance volume at the top dead center of the piston instead of the residual combustion gas, and in the subsequent intake stroke, the total cylinder volume becomes the effective intake volume of the air-fuel mixture, eliminating the loss of engine output due to the residual combustion gas. You can

また、前述のように、強制的な掃気作用により残留燃焼
ガスが外部へ排出されることで、排気抵抗による機関出
力への直接影響を排除することができる。
Further, as described above, the residual combustion gas is discharged to the outside by the forced scavenging action, so that the direct influence of the exhaust resistance on the engine output can be eliminated.

また、容積型の掃気ポンプは、機関の直接的な駆動とす
ればその回転は機関の回転と一定比率で完全に比例し、
かつ、該容積型の掃気ポンプの1回転当りの排気量が一
定であることから、エンジン回転数の変化によってシリ
ンダ内に噴射される加圧空気の量が大きく変動すること
はないので、掃気係数kを0.8〜2.5の範囲内で設定して
おけば、機関の低速から高速に至るで、必要とする加圧
空気量が確保され、従って別に加圧空気量のコントロー
ルを要することなく、低速時の機関トルクの増大と、高
速時の機関出力の増大が容易に達成される。
Further, in the displacement type scavenging pump, if the engine is directly driven, the rotation thereof is completely proportional to the rotation of the engine at a constant ratio.
Moreover, since the displacement per revolution of the positive displacement scavenging pump is constant, the amount of pressurized air injected into the cylinder does not change significantly due to changes in the engine speed. If k is set in the range of 0.8 to 2.5, the required amount of pressurized air can be secured from low speed to high speed of the engine. Therefore, there is no need to control the amount of pressurized air at low speed. The increase of the engine torque and the increase of the engine output at high speed are easily achieved.

(実施例) 以下、本発明の実施例を図面により詳述する。尚、この
実施例を述べるにあたって、自動車用エンジンとして用
いられる5サイクルガソリンエンジンを例にとる。
(Examples) Hereinafter, examples of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In describing this embodiment, a 5-cycle gasoline engine used as an automobile engine will be taken as an example.

まず、実施例の構成を説明する。First, the configuration of the embodiment will be described.

実施例の5サイクルガソリンエンジンAは、第1図〜第
4図に示すように、シリンダ1、ピストン2、吸気管
3、吸気弁4、排気管5、排気弁6、掃気管7、掃気弁
8、容積型エアコンプレッサ(掃気ポンプ)9を主な構
成としている。
The 5-cycle gasoline engine A of the embodiment has a cylinder 1, a piston 2, an intake pipe 3, an intake valve 4, an exhaust pipe 5, an exhaust valve 6, a scavenging pipe 7, and a scavenging valve, as shown in FIGS. 1 to 4. 8 and a positive displacement air compressor (scavenging pump) 9 are the main components.

前記シリンダ1は、シリンダブロック内に形成される円
筒形の気筒で、複数のシリンダを有する場合のシリンダ
配列としては、L形(直列形),V形,対向ピストン形等
がある。
The cylinder 1 is a cylindrical cylinder formed in a cylinder block, and the cylinder arrangement in the case of having a plurality of cylinders includes L type (series type), V type, opposed piston type and the like.

前記ピストン2は、前記シリンダ1内に往復移動可能に
設けられるもので、このピストン2はコンロッド10及び
クランクアーム11を介してクランクシャフト12に連結さ
れている。
The piston 2 is provided in the cylinder 1 so as to be capable of reciprocating, and the piston 2 is connected to a crankshaft 12 via a connecting rod 10 and a crank arm 11.

前記吸気管3は、空気と燃料との混合気が吸い込まれる
管で、この吸気管3の吸気孔13は前記シリンダ1のシリ
ンダヘッド部1aに開孔され、この吸気孔13の位置にはカ
ムシャフトの回転等に応じて開閉作動をする吸気弁4が
設けられている。
The intake pipe 3 is a pipe into which a mixture of air and fuel is sucked. An intake hole 13 of the intake pipe 3 is opened in the cylinder head portion 1a of the cylinder 1, and a cam is provided at the position of the intake hole 13. An intake valve 4 is provided which opens and closes in response to rotation of the shaft.

尚、この吸気管3には、キャブレタ19及び燃料噴射ノズ
ル20が設けられている。
The intake pipe 3 is provided with a carburetor 19 and a fuel injection nozzle 20.

前記排気管5は、爆発燃焼後の燃焼ガスを外部に排出さ
せる管で、この排気管5の排気孔15は前記シリンダ1の
シリンダヘッド部1aに開孔され、この排気孔15の位置に
はカムシャフトの回転等に応じて開閉作動をする排気弁
6が設けられている。
The exhaust pipe 5 is a pipe for discharging combustion gas after explosive combustion to the outside, and an exhaust hole 15 of the exhaust pipe 5 is opened in the cylinder head portion 1a of the cylinder 1, and the exhaust hole 15 is located at a position of the exhaust hole 15. An exhaust valve 6 that opens and closes according to the rotation of the camshaft and the like is provided.

前記掃気管7は、4サイクル内燃機関で言えば排気行程
の末期にあって、前記排気弁6が開いている時に、容積
形エアコンプレッサ9からの加圧空気をシリンダ1内に
噴射する管で、この掃気管7の掃気孔17は前記シリンダ
1のシリンダヘッド部1aに開孔され、この掃気孔17の位
置にはカムシャフト等の回転等に応じて開閉作動をする
掃気弁8が設けられている。
The scavenging pipe 7 is a pipe for injecting pressurized air from the positive displacement air compressor 9 into the cylinder 1 when the exhaust valve 6 is open at the end of the exhaust stroke in the case of a 4-cycle internal combustion engine. A scavenging hole 17 of the scavenging pipe 7 is opened in the cylinder head portion 1a of the cylinder 1, and a scavenging valve 8 which is opened / closed at a position of the scavenging hole 17 in accordance with rotation of a cam shaft or the like is provided. ing.

尚、実施例では、吸気孔13,排気孔15及び掃気孔17の配
置を、第3図に示すように、排気孔15と掃気孔17とを近
づけた三角形をなすように配置すると共に、掃気弁8に
掃気ガイドプレート81を設け、第3図及び第4図の矢印
に示すように、加圧空気の噴射経路をシリンダ1の空間
を内周面に沿って回りながらの経路とし、燃焼ガスの掃
気効率を高めている。
In the embodiment, the intake holes 13, the exhaust holes 15, and the scavenging holes 17 are arranged so that the exhaust holes 15 and the scavenging holes 17 are arranged in a triangle as shown in FIG. The valve 8 is provided with a scavenging guide plate 81, and as shown by the arrows in FIG. 3 and FIG. 4, the injection path of the pressurized air is a path that goes around the space of the cylinder 1 along the inner peripheral surface, and the combustion gas Scavenging efficiency is improved.

前記容積型エアコンプレッサ9は、前記掃気管7の途中
に設けられ、残留燃焼ガスを短時間に充分排除するに足
る圧力と量による加圧空気を作り出す手段で、この容積
型エアコンプレッサ9は、クランクシャフト12にベルト
機構や歯車機構等による変速機構18を介して直結され、
エンジン駆動により直接駆動される。
The positive displacement air compressor 9 is provided in the middle of the scavenging pipe 7 and is a means for generating pressurized air with a pressure and volume sufficient to eliminate residual combustion gas in a short time. Directly connected to the crankshaft 12 via a speed change mechanism 18 such as a belt mechanism or a gear mechanism,
It is driven directly by the engine.

尚、容積型エアコンプレッサ9とは、各行程の排気量が
シリンダ等の容積によって定量化されている型式のエア
コンプレッサであり、往復動式(クランク式,斜板式)
エアコンプレッサや、ロータリ式エアコンプレッサやル
ーツブロワー等がある。
The positive displacement air compressor 9 is an air compressor of a type in which the displacement of each stroke is quantified by the volume of a cylinder or the like, and is a reciprocating type (crank type, swash plate type).
There are air compressors, rotary air compressors, and roots blowers.

また、前記容積型エアコンプレッサ9の1回転当りの排
気量Vpは、エンジンAの総すきま容積Vc*を基本とし、
掃気行程はエンジンAの2回転中に1回起る事を考慮し
次式によって定める事が合理的である。
The displacement Vp per revolution of the positive displacement air compressor 9 is based on the total clearance volume Vc * of the engine A,
It is rational to determine the scavenging stroke according to the following equation in consideration that it occurs once during two revolutions of the engine A.

Vp;容積型エアコンプレッサ9の1回転当りの排気量(c
c) N;エンジンAの回転数(rpm) n;容積型エアコンプレッサ9の回転数(rpm) Vc*;エンジンAの各気筒でのすきま容積Vcに、気筒数
を乗じた総すきま容積(cc)(例えば、6気筒エンジン
の場合は、Vc*に=6×Vc) k;容積型エアコンプレッサ9の掃気係数(総すきま容積
Vc*から、容積型エアコンプレッサ9の実用的排気量を
定める係数) 上式において、掃気係数kが1の場合は、容積型エアコ
ンプレッサ9の1回転当りの排気量Vpが となり、エンジンAが2回転での排気量が総すきま容積
Vc*と等しい場合であり、従って掃気作用が理想的に行
なわれると、ほぼ100%残留燃焼ガスをシリンダ1外へ
排除することが可能であるが、実際上は加圧空気の一部
が残留燃焼ガスとともにシリンダ外へ排出され、その分
だけ残留燃焼ガスがシリンダ内に残留することになる。
Vp; Displacement per revolution of positive displacement air compressor 9 (c
c) N: Number of revolutions of engine A (rpm) n; Number of revolutions of positive displacement air compressor 9 (rpm) Vc * ; Total clearance volume (cc) obtained by multiplying the clearance volume Vc of each cylinder of engine A by the number of cylinders ) (For example, in the case of a 6-cylinder engine, Vc * = 6 × Vc) k; Scavenging coefficient of the positive displacement air compressor 9 (total clearance volume
Vc * is a coefficient that determines the practical displacement of the positive displacement air compressor 9) In the above equation, when the scavenging coefficient k is 1, the displacement Vp of the positive displacement air compressor 9 per revolution is And the displacement of engine A in 2 revolutions is the total clearance volume
If it is equal to Vc * , therefore, if the scavenging action is ideally performed, it is possible to remove almost 100% of the residual combustion gas to the outside of the cylinder 1, but in reality, part of the compressed air remains. The combustion gas is discharged to the outside of the cylinder, and the residual combustion gas remains in the cylinder by that amount.

また、掃気係数kが1以下では理論上からしても完全掃
気は不可能であるが、容積型エアコンプレッサ9として
は排気量の小さいものを使用することにより、コンプレ
ッサ自体のコストの低下が図れ、かつ、エンジン出力の
損失も少なくなる等のメリットもあるので、1以下でも
0.8位までは不完全ながら掃気作用にってエンジン出力
の損失を軽減することができる。
Further, if the scavenging coefficient k is 1 or less, complete scavenging is impossible theoretically, but the cost of the compressor itself can be reduced by using a displacement type air compressor 9 having a small displacement. And, because it also has the advantage of reducing the loss of engine output, even if it is 1 or less
Although it is incomplete up to 0.8, the scavenging action can reduce the loss of engine output.

また、掃気係数kが2の場合は、掃気のために総すきま
容積Vc*の2倍の空気を供給することになり、従って特
別な掃気手段を搆じなくても掃気はほぼ完全に行なわれ
るが、2以下でも掃気効率を高めることによって完全掃
気が可能である。
When the scavenging coefficient k is 2, air is supplied twice as much as the total clearance volume Vc * for scavenging, so that scavenging can be performed almost completely without using special scavenging means. However, even if it is 2 or less, complete scavenging is possible by increasing the scavenging efficiency.

また、掃気係数kが2以上の場合はほぼ完全掃気後も加
圧空気がシリンダ1内に噴射されることになり、その分
容積型エアコンプレッサ9の駆動馬力が増加して不経済
であるが、掃気の完全さが特に要求される場合もあるの
で、2.5位までは設定可能である。
Further, when the scavenging coefficient k is 2 or more, the pressurized air is injected into the cylinder 1 even after almost complete scavenging, and the driving horsepower of the positive displacement air compressor 9 increases by that amount, which is uneconomical. Since perfect scavenging may be required in particular, it is possible to set up to 2.5th place.

従って、掃気係数kが0.8〜2.5の範囲であればエンジン
出力の損失軽減によるメリットが期待できる。
Therefore, if the scavenging coefficient k is in the range of 0.8 to 2.5, a merit due to reduction of engine output loss can be expected.

尚、前述のように掃気弁8に掃気ガイドプレート81を設
けたり、掃気弁8の位置や大きさを適切にすることによ
って、掃気係数kが1.5前後でも充分な掃気効果が期待
できる。
As described above, by providing the scavenging guide plate 81 on the scavenging valve 8 and appropriately adjusting the position and size of the scavenging valve 8, a sufficient scavenging effect can be expected even when the scavenging coefficient k is about 1.5.

次に、実施例の作用を説明する。Next, the operation of the embodiment will be described.

まず、各行程について述べる。First, each process will be described.

(a)吸気行程 吸気弁4の開時に、上死点よりピストン2が下降し、混
合気がシリンダ1内に吸入される。
(A) Intake stroke When the intake valve 4 is opened, the piston 2 descends from the top dead center, and the air-fuel mixture is sucked into the cylinder 1.

(b)圧縮行程 次いで、下死点よりピストン2が上昇する。この時、吸
気弁4及び排気弁6は共に閉じており、混合気が圧縮さ
れてその温度と圧力が上昇する。
(B) Compression stroke Next, the piston 2 rises from the bottom dead center. At this time, both the intake valve 4 and the exhaust valve 6 are closed, and the air-fuel mixture is compressed and its temperature and pressure rise.

(c)爆発行程 圧縮行程終りの上死点の少し前で、点火プラグにより混
合気は点火される。そして、燃焼により生じた高圧ガス
はピストン2を下方に押して仕事をする。
(C) Explosion stroke Just before the top dead center at the end of the compression stroke, the mixture is ignited by the spark plug. Then, the high-pressure gas generated by the combustion pushes the piston 2 downward to work.

(d)排気行程 次のピストン2の上昇行程では、排気弁6が開き、膨張
した燃焼ガスが大気へ排出される。
(D) Exhaust stroke In the next rising stroke of the piston 2, the exhaust valve 6 is opened and the expanded combustion gas is discharged to the atmosphere.

(e)掃気行程 ピストン2の排気ストロークにおいて、ピストン2が上
死点近く、または上死点まで達すると、掃気弁8が開
き、加圧空気がシリンダ1の空間内に噴射されて、残留
燃焼ガスを強制的に外部へ排出する行程で、排気弁6が
閉じると共にこの掃気行程は終了する。
(E) Scavenging stroke When the piston 2 is near the top dead center or reaches the top dead center in the exhaust stroke of the piston 2, the scavenging valve 8 is opened and pressurized air is injected into the space of the cylinder 1 to cause residual combustion. In the process of forcibly discharging the gas to the outside, the exhaust valve 6 closes and the scavenging process ends.

尚、掃気行程によって混合気の吸入有効容積がシリンダ
総容積となる。此の時吸気行程では残留燃焼ガスに代え
て加圧空気が残留していることになるので、混合気は従
来よりも高濃度の混合気とし、シリンダ1内に吸気され
た時点で従来と同じ濃度の混合気となるように燃料供給
系を調整する必要があり、その燃料量は、ほぼ となる。
The effective suction volume of the air-fuel mixture becomes the total cylinder volume by the scavenging process. At this time, in the intake stroke, the pressurized air remains instead of the residual combustion gas, so the air-fuel mixture has a higher concentration than before, and when the air is taken into the cylinder 1, it remains the same as before. It is necessary to adjust the fuel supply system so that the mixture has a concentration, and the fuel amount is almost Becomes

次いで、出力利得と出力損失の理論計算について述べ
る。
Next, the theoretical calculation of output gain and output loss will be described.

[装置] 2000cc6気筒ガソリンエンジン 圧縮比 8 最高出力 120Hp 前提として、負荷や回転数あるいは排気系の抵抗等で異
なるが、残留燃焼ガスにより5%〜15%の出力損失があ
るとし、これらの損失が解消すれば本エンジンでは126H
p〜140Hpの出力になるものとする。
[Apparatus] 2000cc 6-cylinder gasoline engine Compression ratio 8 Maximum output 120Hp Assuming that there is an output loss of 5% to 15% due to residual combustion gas, although it depends on load, rotation speed, exhaust system resistance, etc. 126H with this engine if solved
The output shall be p to 140Hp.

[コンプレッサ所要動力の計算] 断熱ガス動力Ladは次式で計算できる。[Calculation of compressor required power] Adiabatic gas power Lad can be calculated by the following formula.

N;中間冷却器の基数 (この場合、中間冷却器なしとしてN=0) K;比熱比 (ここでは、乾燥空気としてK=1.4) Pt1Pt2;コンプレッサ入口,出口の全圧 (ここでは、動圧が静圧に比較して小さいと考え、Pt1,
Pt2の代りに静圧を使用 静圧Ps1=1kg/cm2=10000kg/m2 静圧Ps2=2kg/cm2=20000kg/m2) Q;掃気空気の体積流量 m3/min(Vcの1.5倍とした) 以上によりLadを計算すると、 Lad=1.17KW=1.6Hp [結論] 効率50%のエアコンプレッサを使用するとして、約3Hp
の駆動馬力を要することになる。従って、140Hpのエン
ジン出力は137Hpに減少するが、それでも17Hpの出力増
加が見込める。
N; radix of intercooler (in this case, N = 0 without intercooler) K; specific heat ratio (here, K = 1.4 as dry air) Pt 1 Pt 2 ; total pressure at inlet and outlet of compressor (here , Considering that the dynamic pressure is smaller than the static pressure, Pt 1 ,
Static pressure is used instead of Pt 2 Static pressure Ps 1 = 1kg / cm 2 = 10000kg / m 2 Static pressure Ps 2 = 2kg / cm 2 = 20000kg / m 2 ) Q; Volume flow of scavenging air m 3 / min ( 1.5 times of Vc) When Lad is calculated from the above, Lad = 1.17KW = 1.6Hp [Conclusion] Assuming that an air compressor with an efficiency of 50% is used, it will be approximately 3Hp
Driving horsepower will be required. Therefore, the engine output of 140Hp is reduced to 137Hp, but the output of 17Hp can still be expected to increase.

以上説明してきたように、実施例の5サイクルガソリン
エンジンAでは、掃気管7及び掃気弁8を設け、排気弁
6の開放時に残留燃焼ガスを強制的に外部に排出する、
すなわち掃気を行なうようにしたため、残留燃焼ガスに
よるエンジン出力の損失がなくなり、結果的にはエンジ
ン出力の増大を図ることができる。
As described above, in the 5-cycle gasoline engine A of the embodiment, the scavenging pipe 7 and the scavenging valve 8 are provided, and the residual combustion gas is forcibly discharged to the outside when the exhaust valve 6 is opened.
That is, since the scavenging is performed, the loss of the engine output due to the residual combustion gas is eliminated, and as a result, the engine output can be increased.

また、掃気系を燃料供給系(吸気管3等)とは別系統に
設けたため、第1に、掃気空気量,圧力及び掃気のタイ
ミングを最も効率よく設定でき、高い掃気効果を望め
る。第2に、燃料噴射機関,気化器機関にかかわらず容
易に適用できる。第3に、掃気は空気のみで行なわれる
ため、混合気で掃気するのとは異なり燃料の損失がな
い。第4に、吸気液と掃気系を一系統とした場合には両
者に供給する混合気等の流量制御をバルブ開閉等により
行なわなければならないのに対し、吸気系と掃気系の相
互間の制御を必要としない。
Further, since the scavenging system is provided in a system separate from the fuel supply system (the intake pipe 3 etc.), firstly, the scavenging air amount, pressure and scavenging timing can be set most efficiently, and a high scavenging effect can be expected. Secondly, it can be easily applied regardless of the fuel injection engine or the carburetor engine. Third, since scavenging is performed only with air, there is no fuel loss unlike scavenging with a mixture. Fourth, when the intake fluid and the scavenging system are integrated into one system, the flow rate of the air-fuel mixture and the like to be supplied to both must be controlled by opening and closing the valve, whereas the control between the intake system and the scavenging system is performed. Does not need

また、強制的な掃気作用により残留燃焼ガスが外部へ排
出されることで、排気抵抗による機関出力への直接影響
を排除することができ、これによって、排気系の設計自
由度が大幅に増大し、排気音の低減装置や排気ガスエネ
ルギ回収装置等の付加を積極的に行なうことができる。
In addition, since the residual combustion gas is discharged to the outside by the forced scavenging action, it is possible to eliminate the direct influence of the exhaust resistance on the engine output, which greatly increases the degree of freedom in designing the exhaust system. It is possible to actively add an exhaust noise reduction device, an exhaust gas energy recovery device, and the like.

また、容積型エアコンプレッサ9が、クランクシャフト
12に変速機構18を介して直結され、その回転数nがエン
ジン(クランクシャフト12)の回転数Nと一定比率で完
全に比例し、しかも、該容積型エアコンプレッサ9の1
回転当りの排気量Vpも一定であるため、エンジン回転数
Nが変化しても、シリンダ1内に噴射される加圧空気の
量が大きく変動することはなく、従って、加圧空気のコ
ントロールを行なわなくても安定した掃気作用が行なわ
れ、低速時のエンジントルクの増大と、高速時のエンジ
ン出力の増大が達成できる。
Further, the positive displacement air compressor 9 is a crankshaft.
It is directly connected to 12 via a speed change mechanism 18, and its rotation speed n is completely proportional to the rotation speed N of the engine (crankshaft 12) at a constant ratio, and moreover, it is 1 of the positive displacement air compressor 9.
Since the exhaust amount Vp per rotation is also constant, even if the engine speed N changes, the amount of pressurized air injected into the cylinder 1 does not change significantly, and therefore the control of the pressurized air can be controlled. Even if it is not performed, stable scavenging action is performed, and an increase in engine torque at low speed and an increase in engine output at high speed can be achieved.

さらに、実施例では掃気孔17の配置と、掃気弁8に設け
た掃気ガイドプレート81によって、高い掃気効果を達成
できる。
Further, in the embodiment, a high scavenging effect can be achieved by the arrangement of the scavenging holes 17 and the scavenging guide plate 81 provided on the scavenging valve 8.

以上、本発明の実施例を図面により詳述してきたが、具
体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があって
も本発明に含まれる。
Although the embodiment of the present invention has been described in detail above with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and the present invention can be applied even if there is a design change or the like within a range not departing from the gist of the present invention. included.

例えば、実施例では5サイクルガソリンエンジンを例示
したが、ディーゼルエンジンにも適用することもでき
る。この場合には、普通の排気行程の末期に過給を加え
た吸気系により吸気弁を普通よりはやく開いて掃気すれ
ば可能である。しかし、一般にディーゼルエンジンでは
ガソリンエンジンの2倍以上の圧縮比であるから、ガソ
リンエンジン程の出力増大効果は望めない。
For example, although a 5-cycle gasoline engine is illustrated in the embodiment, it can be applied to a diesel engine. In this case, it is possible to open the intake valve earlier than usual and perform scavenging by the intake system to which supercharging has been added at the end of the normal exhaust stroke. However, in general, a diesel engine has a compression ratio that is more than twice that of a gasoline engine, so the output increasing effect of a gasoline engine cannot be expected.

また、実施例では、掃気手段として掃気管及び掃気弁に
よる手段を示したが、空気噴射ノズル等であってもよ
い。
Further, in the embodiment, the scavenging pipe and the scavenging valve are used as the scavenging device, but an air injection nozzle or the like may be used.

また、実施例では、掃気時期の終期を排気弁の閉じる時
期までとしたが、排気弁を閉じた後も掃気弁が開き続け
掃気を続けることで過給効果を期待することもできる。
Further, in the embodiment, the end of the scavenging time is set to the time when the exhaust valve is closed, but the supercharging effect can be expected by keeping the scavenging valve open and continuing the scavenging even after the exhaust valve is closed.

また、本発明の適用によりノック(異常燃焼)現象が増
加する場合は、エアコンプレッサの後に加圧空気を冷却
するクーラを設けることが有効である。
Further, when the knock (abnormal combustion) phenomenon increases due to the application of the present invention, it is effective to provide a cooler for cooling the pressurized air after the air compressor.

さらに、エアコンプレッサの種類や駆動方法により加圧
空気が脈動を呈したり、またエンジンの回転数等により
発生する加圧空気の圧力が変動する場合には、エアコン
プレッサとエンジンとの間にアキュムレータを設けるこ
とが望ましい。
Furthermore, if the pressurized air pulsates due to the type or drive method of the air compressor, or if the pressure of the pressurized air that fluctuates due to the engine speed, etc., an accumulator is installed between the air compressor and the engine. It is desirable to provide it.

(発明の効果) 以上説明してきたように、本発明の5サイクル内燃機関
にあっては、機関が2回転する間に、吸気行程→圧縮行
程→爆発行程→排気行程→掃気行程の順に5つの行程を
行なうようにしたため、残留燃焼ガスの強制掃気がなさ
れ、残留燃焼ガスによる機関出力の損失がなくなり、機
関出力の増大を図り得る。
(Effects of the Invention) As described above, in the five-cycle internal combustion engine of the present invention, while the engine makes two revolutions, five strokes are performed in the order of intake stroke → compression stroke → explosion stroke → exhaust stroke → scavenging stroke. Since the stroke is performed, the residual combustion gas is forcibly scavenged, the loss of the engine output due to the residual combustion gas is eliminated, and the engine output can be increased.

また、強制的な掃気作用により残留燃焼ガスが外部へ排
出されるため、排気抵抗による機関出力への直接影響を
排除でき、これによって、排気系の設計自由度が大幅に
増大し、排気抵抗の増大をそれ程気にすることなく排気
音の低減装置や排気ガスエネルギ回収装置等の付加を積
極的に行ない得る。
In addition, because the residual combustion gas is discharged to the outside by the forced scavenging action, it is possible to eliminate the direct influence of the exhaust resistance on the engine output, which greatly increases the degree of freedom in designing the exhaust system and reduces the exhaust resistance. An exhaust noise reduction device, an exhaust gas energy recovery device, and the like can be actively added without paying much attention to the increase.

さらに、加圧空気を作り出す掃気ポンプとして容積型の
掃気ポンプを用い、しかも該容積型の掃気ポンプを機関
により直接駆動させると共に、掃気係数kを0.8〜2.5に
設定したことによって、機関の低速から高速に至るま
で、常に必要とする加圧空気量を供給でき、従って別に
加圧空気量のコントロールを要することなく、低速時の
機関トルクの増大と、高速時の機関出力の増大を容易に
達成できるという効果が得られる。
Further, by using a positive displacement scavenging pump as a scavenging pump for producing pressurized air, and further by directly driving the positive displacement scavenging pump by the engine and setting the scavenging coefficient k to 0.8 to 2.5, the low speed of the engine is reduced. You can always supply the required amount of pressurized air up to high speeds, and therefore you can easily increase the engine torque at low speeds and the engine output at high speeds without separately controlling the amount of pressurized air. The effect of being able to be obtained is obtained.

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

第1図は本発明実施例の5サイクルガソリンエンジンを
示す全体図、第2図は実施例エンジンの吸・排・掃気経
路を示す平面図、第3図は掃気作用を示す平面図、第4
図は第3図I−I線による部分断面図、第5図はエンジ
ンのシリンダ容積説明図である。 A……5サイクルガソリンエンジン (5サイクル内燃機関) 1……シリンダ 2……ピストン 4……吸気弁 6……排気弁 8……掃気弁 9……容積型エアコンプレッサ 13……吸気孔 15……排気孔
FIG. 1 is an overall view showing a 5-cycle gasoline engine of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view showing intake / exhaust / scavenging paths of the engine of the embodiment, FIG. 3 is a plan view showing scavenging action, and FIG.
The drawing is a partial cross-sectional view taken along the line I-I of FIG. 3, and FIG. 5 is an explanatory view of the cylinder volume of the engine. A: 5-cycle gasoline engine (5-cycle internal combustion engine) 1 ... Cylinder 2 ... Piston 4 ... Intake valve 6 ... Exhaust valve 8 ... Scavenging valve 9 ... Positive displacement air compressor 13 ... Intake hole 15 ... … Exhaust holes

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】機関の2回転中に吸気,圧縮,爆発,排
気,掃気の5行程を行ない、前記掃気行程では排気弁開
放時に残留燃焼ガスを排出するための加圧空気を作り出
す掃気ポンプが用いられる5サイクル内燃機関におい
て、 前記掃気ポンプを、機関により直接駆動される容積型と
し、機関の総すきま容積Vc*,機関及び掃気ポンプの単
位時間当りの回転数N及びn,掃気係数kとした場合前記
掃気ポンプの1回転当りの排気量Vpを、式 により設定し、かつ、掃気係数kを0.8〜2.5の範囲に定
めることを特徴とする5サイクル内燃機関。
1. A scavenging pump that performs five strokes of intake, compression, explosion, exhaust, and scavenging during two revolutions of an engine, and produces pressurized air for discharging residual combustion gas when the exhaust valve is opened in the scavenging stroke. In the 5-cycle internal combustion engine used, the scavenging pump is a positive displacement type driven directly by the engine, and the total clearance volume Vc * of the engine, the rotational speeds N and n of the engine and the scavenging pump per unit time, and the scavenging coefficient k If you do, the displacement Vp per rotation of the scavenging pump And a scavenging coefficient k is set in the range of 0.8 to 2.5.
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