JP2006300011A - Internal combustion engine - Google Patents

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Shinobu Kamata
忍 釜田
Hiroshi Iwano
岩野  浩
Hiroshi Oba
大羽  拓
Kenji Ota
健司 太田
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an internal combustion engine by which combustion-time loss can be reduced, while reducing the cooling loss throughout from low to high rotation. <P>SOLUTION: In the expansion stroke in the internal combustion engine, the working distance of a piston with respect to a rotational angle of a crankshaft is changed in accordance with a rotational speed of the crankshaft. Since the working distance of the piston with respect to a rotational angle of the crankshaft in an expansion stroke is changed in accordance with the rotational speed of the crankshaft, combustion-time loss can be reduced, while reducing the cooling loss throughout from low to high rotation. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関に関する。   The present invention relates to an internal combustion engine.

特許文献1には、エンジンが低回転で運転している場合の吸気慣性効果を高めるために、リンク機構を用いて吸気行程及び膨張行程を従来よりも速くし、圧縮行程及び排気行程を従来よりも長くする内燃機関が開示されている。
特開2003−83102号公報
In Patent Document 1, in order to enhance the intake inertia effect when the engine is operating at a low speed, the intake stroke and the expansion stroke are made faster than before by using a link mechanism, and the compression stroke and the exhaust stroke are made faster than before. A longer internal combustion engine is disclosed.
JP 2003-83102 A

しかしながらこの特許文献1においては、エンジンが低回転で運転中の場合は、燃焼ガスがシリンダ壁面と接触する時間が長くなるため冷却損失が増加し、正味効率が低下してしまうという問題がある。   However, in Patent Document 1, when the engine is operating at a low rotation speed, there is a problem that the cooling loss increases and the net efficiency decreases because the time during which the combustion gas contacts the cylinder wall surface becomes long.

また、エンジン回転数によらず吸気行程及び膨張行程のピストンモーションが略一定であるため、エンジン回転数が高い場合、燃焼期間中に大きくピストンが下降してしまい、燃焼時間損失が大、すなわち燃焼により筒内圧力が十分に上昇する前にピストンが下降してしまいピストンに十分な燃焼圧力を伝えられないという問題がある。   In addition, since the piston motion in the intake stroke and the expansion stroke is substantially constant regardless of the engine speed, when the engine speed is high, the piston is greatly lowered during the combustion period, resulting in a large combustion time loss, that is, combustion. Therefore, there is a problem that the piston is lowered before the in-cylinder pressure is sufficiently increased, and a sufficient combustion pressure cannot be transmitted to the piston.

さらに、吸気行程と膨張行程が同一のピストンモーションであるため、吸気行程にのみ適性化されたエンジン制御となってしまいエンジンを効率良く使用することができない虞がある。また、筒内圧が充分に上昇する前にピストンが下降するため燃焼時間損失が大きくなってしまう問題があった。   Furthermore, since the intake stroke and the expansion stroke are the same piston motion, there is a possibility that the engine control is made suitable only for the intake stroke, and the engine cannot be used efficiently. Further, since the piston descends before the in-cylinder pressure sufficiently rises, there is a problem that the combustion time loss increases.

そこで、本発明の内燃機関は、膨張行程において、クランクシャフトの回転角度に対するピストン作動距離をクランクシャフトの回転速度に応じて変更することを特徴としている。   Therefore, the internal combustion engine of the present invention is characterized in that the piston operating distance with respect to the rotation angle of the crankshaft is changed in accordance with the rotation speed of the crankshaft in the expansion stroke.

本発明によれば、クランクシャフトの回転速度に応じて、膨張行程におけるクランクシャフトの回転角度に対するピストン作動距離を変更する構成としたので、低回転から高回転まで冷却損失を低減しつつ、燃焼時間損失を低減できる。   According to the present invention, since the piston working distance with respect to the rotation angle of the crankshaft in the expansion stroke is changed according to the rotation speed of the crankshaft, the combustion time is reduced while reducing the cooling loss from the low rotation to the high rotation. Loss can be reduced.

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1及び図2は、本発明の第1実施形態における内燃機関の本体1(以下、機関本体1と記す)を模式的に示した説明図である。   1 and 2 are explanatory views schematically showing a main body 1 (hereinafter referred to as an engine main body 1) of an internal combustion engine in a first embodiment of the present invention.

機関本体1は、吸気行程と圧縮行程を行う吸気圧縮シリンダ2と、膨張行程と排気行程を行う膨張排気シリンダ3とを有し、吸気圧縮シリンダ2と膨張排気シリンダ3とが一対となって実質的に一つの気筒が構成されている。   The engine body 1 includes an intake compression cylinder 2 that performs an intake stroke and a compression stroke, and an expansion exhaust cylinder 3 that performs an expansion stroke and an exhaust stroke, and the intake compression cylinder 2 and the expansion exhaust cylinder 3 are substantially paired. One cylinder is constructed.

吸気圧縮シリンダ2には、燃料噴射弁(図示せず)が配置された吸気ポート4が連結されており、吸気バルブ5を開弁動作させることで吸気圧縮シリンダ2内に吸気ポート4から混合気が導入される。   An intake port 4 in which a fuel injection valve (not shown) is disposed is connected to the intake compression cylinder 2, and an air-fuel mixture is introduced into the intake compression cylinder 2 from the intake port 4 by opening the intake valve 5. Is introduced.

吸気圧縮シリンダ2は、隣接して対となる膨張排気シリンダ3に、連結通路6を介して接続されている。連結通路6の一端側、すなわち吸気圧縮シリンダ2と連結通路6との連結部分には、圧縮バルブ7が配置されている。   The intake / compression cylinder 2 is connected to a pair of adjacent expansion and exhaust cylinders 3 via a connecting passage 6. A compression valve 7 is disposed at one end of the connection passage 6, that is, at a connection portion between the intake compression cylinder 2 and the connection passage 6.

膨張排気シリンダ3には、排気ポート8が連結されており、排気バルブ9を開弁動作させることで膨張排気シリンダ3から排気が排出される。   An exhaust port 8 is connected to the expansion exhaust cylinder 3, and exhaust is discharged from the expansion exhaust cylinder 3 by opening the exhaust valve 9.

吸気圧縮シリンダ2内には、吸気圧縮ピストン10が配置されている。吸気圧縮ピストン10は、吸気圧縮コンロッド11を介して燃焼圧を回転動力として伝達するクランクシャフト12のクランクピン12aに回転可能に連結されている。   An intake compression piston 10 is disposed in the intake compression cylinder 2. The intake compression piston 10 is rotatably connected to a crankpin 12a of a crankshaft 12 that transmits combustion pressure as rotational power via an intake compression connecting rod 11.

膨張排気シリンダ3内には、膨張排気コンロッド13の一端に回転可能に連結された膨張排気ピストン14が配置されている。この膨張排気コンロッド13は、他端にカムローラ15を有し、このカムローラ15がクランクシャフト12のクランクジャーナル12bに外装された3次元カム16に回転可能に接触している。尚、図1中における17は点火プラグである。   An expansion exhaust piston 14 that is rotatably connected to one end of an expansion exhaust connecting rod 13 is disposed in the expansion exhaust cylinder 3. The expansion / exhaust connecting rod 13 has a cam roller 15 at the other end, and the cam roller 15 is rotatably in contact with a three-dimensional cam 16 mounted on the crank journal 12b of the crankshaft 12. Note that reference numeral 17 in FIG. 1 denotes a spark plug.

クランクシャフト12の一端部には、膨張速度制御用アクチュエータ18が配置されている。この膨張速度制御用アクチュエータ18は、エンジン回転数(クランクシャフト12の回転数)に応じて、クランクシャフト12を、クランクシャフト12長手方向(図1における紙面垂直方向、図2における左右方向)に沿ってスライドさせるものである。尚、膨張速度制御用アクチュエータ18は、電動であっても油圧駆動であってもよい。   An expansion speed control actuator 18 is disposed at one end of the crankshaft 12. The expansion speed control actuator 18 moves the crankshaft 12 along the longitudinal direction of the crankshaft 12 (the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1 and the left-right direction in FIG. 2) according to the engine speed (number of rotations of the crankshaft 12). Slide. The expansion speed control actuator 18 may be electric or hydraulically driven.

3次元カム16は、クランクジャーナル12bと一体となってに回転するものであって、カムローラ15が当接する外周面に、図3に示すように、クランクシャフト12の長手方向に沿って、複数のカムプロフィールが連続して形成された構成となっている。詳述すると、本実施形態における3次元カム16は、エンジン回転数に応じた4つのカムプロフィールが連続して形成されたものであって、クランクシャフト12の他端側に位置するものほど低回転用のカムプロフィールとなっている。尚、各カムプロフィール間は、テーパ状に形成されており、クランクシャフト12を軸方向にスライドさせた際に、膨張排気コンロッド13のカムローラ15が円滑に追従するよう構成されている。また、本実施形態における3次元カム16は、カムプロフィールを4段階で変更するものであるが、クランクシャフト12をスライドさせることでカムプロフィールが無段階に変更できるように構成することも可能である。   The three-dimensional cam 16 rotates integrally with the crank journal 12b. A plurality of three-dimensional cams 16 are arranged along the longitudinal direction of the crankshaft 12 as shown in FIG. The cam profile is formed continuously. More specifically, the three-dimensional cam 16 in the present embodiment is formed by continuously forming four cam profiles corresponding to the engine rotational speed, and the one positioned on the other end side of the crankshaft 12 has a lower rotation speed. It is a cam profile for. In addition, between each cam profile is formed in the taper shape, and when the crankshaft 12 is slid to the axial direction, the cam roller 15 of the expansion / exhaust exhaust connecting rod 13 is configured to smoothly follow. In addition, the three-dimensional cam 16 in the present embodiment changes the cam profile in four stages, but can be configured such that the cam profile can be changed steplessly by sliding the crankshaft 12. .

この第1実施形態の内燃機関においては、吸気圧縮シリンダ2内で行われる吸気行程と圧縮行程は、クランクシャフト12が1回転することで実施される。圧縮行程終了時には、圧縮バルブ7が開かれ、圧縮された混合気が膨張排気シリンダ3に導入される。膨張排気シリンダ3内で行われる膨張行程と排気行程は、図4に示すように、クランクシャフト12が1回転することで実施される。そして、圧縮行程終了時と排気行程終了時とが同期して実行されるため、全体としては、吸気、圧縮、膨張、排気の4行程がクランクシャフト12の1回転で終了する。尚、この図4は、エンジン回転数が低回転のときに選択されるカムプロフィールを例に示したものである。   In the internal combustion engine of the first embodiment, the intake stroke and the compression stroke performed in the intake compression cylinder 2 are performed by one rotation of the crankshaft 12. At the end of the compression stroke, the compression valve 7 is opened, and the compressed air-fuel mixture is introduced into the expansion exhaust cylinder 3. The expansion stroke and the exhaust stroke performed in the expansion / exhaust cylinder 3 are performed by one rotation of the crankshaft 12 as shown in FIG. Since the end of the compression stroke and the end of the exhaust stroke are executed in synchronization, the overall four strokes of intake, compression, expansion, and exhaust are completed with one revolution of the crankshaft 12. FIG. 4 shows an example of a cam profile selected when the engine speed is low.

図5は、この第1実施形態における内燃機関の各ピストン10、14及び各バルブ5、7、9の動作を示すタイミングチャートである。   FIG. 5 is a timing chart showing the operation of each piston 10, 14 and each valve 5, 7, 9 of the internal combustion engine in the first embodiment.

吸気圧縮ピストン10が下降する動作に合わせて吸気バルブ5が開かれる。吸気圧縮ピストン10が下死点に到達し再び上昇し始めると吸気バルブ5が閉じられる。吸気圧縮ピストン10が上死点に接近すると圧縮バルブ7が開かれ、膨張排気シリンダ3へ圧縮された混合気が送り込まれる。吸気圧縮ピストン10が上死点に到達すると圧縮バルブ7が閉じられ圧縮された混合気の逆流を防止する。圧縮された混合気は点火プラグ17によって点火されて燃焼し、膨張排気ピストン14を下降させる。このとき3次元カム16のプロフィールによって膨張排気ピストン14の膨張速度(下降速度)と筒内圧が変更される。膨張排気ピストン14が下死点から再び上昇を始めると排気バルブ9が開かれ排気する。   The intake valve 5 is opened in accordance with the operation of lowering the intake compression piston 10. When the intake compression piston 10 reaches the bottom dead center and starts to rise again, the intake valve 5 is closed. When the intake compression piston 10 approaches top dead center, the compression valve 7 is opened, and the compressed air-fuel mixture is sent to the expansion / exhaust cylinder 3. When the intake compression piston 10 reaches the top dead center, the compression valve 7 is closed to prevent the compressed air-fuel mixture from flowing backward. The compressed air-fuel mixture is ignited by the spark plug 17 and burned, and the expansion exhaust piston 14 is lowered. At this time, the expansion speed (lowering speed) and the in-cylinder pressure of the expansion / exhaust piston 14 are changed by the profile of the three-dimensional cam 16. When the expansion exhaust piston 14 starts to rise again from the bottom dead center, the exhaust valve 9 is opened and exhausted.

尚、吸気バルブ5の開閉タイミング及び排気バルブ8の開閉タイミングは、エンジン回転数に応じて適正化することが好ましい。また、膨張速度制御用アクチュエータ18とクランクシャフト12の間にトルク増幅器、トルク遮断機が配置されるように構成してもよい。そして、本実施形態においては、燃焼室を膨張排気シリンダ3内に設定しているが、燃焼室を吸気圧縮シリンダ2と膨張排気シリンダ3との間、すなわち連結通路6に設けることも可能である。   The opening / closing timing of the intake valve 5 and the opening / closing timing of the exhaust valve 8 are preferably optimized according to the engine speed. Further, a torque amplifier and a torque interrupter may be arranged between the expansion speed control actuator 18 and the crankshaft 12. In the present embodiment, the combustion chamber is set in the expansion / exhaust cylinder 3. However, the combustion chamber may be provided between the intake / compression cylinder 2 and the expansion / exhaust cylinder 3, that is, in the connecting passage 6. .

このように、第1実施形態における内燃機関は、吸気圧縮行程を行うシリンダと膨張排気行程を行うシリンダと分離し、膨張行程における膨張排気ピストン14の膨張速度と、膨張行程における膨張排気シリンダ3内の筒内圧とを3次元カム16により変更して動作させることができるものである。   As described above, the internal combustion engine in the first embodiment is separated from the cylinder that performs the intake compression stroke and the cylinder that performs the expansion / exhaust stroke, and the expansion speed of the expansion / exhaust piston 14 in the expansion stroke and the inside of the expansion / exhaust cylinder 3 in the expansion stroke. The in-cylinder pressure can be changed and operated by the three-dimensional cam 16.

図6及び図7は、本発明の第2実施形態における内燃機関の本体31(以下、機関本体31と記す)を模式的に示した説明図である。   6 and 7 are explanatory views schematically showing a main body 31 (hereinafter referred to as the engine main body 31) of the internal combustion engine in the second embodiment of the present invention.

機関本体31は、吸気行程と圧縮行程を行う吸気圧縮シリンダ32と、膨張行程と排気行程を行う膨張排気シリンダ33とを有し、吸気圧縮シリンダ32と膨張排気シリンダ33とが一対となって実質的に一つの気筒が構成されている。   The engine body 31 includes an intake compression cylinder 32 that performs an intake stroke and a compression stroke, and an expansion exhaust cylinder 33 that performs an expansion stroke and an exhaust stroke, and the intake compression cylinder 32 and the expansion exhaust cylinder 33 are substantially paired. One cylinder is constructed.

吸気圧縮シリンダ32には、燃料噴射弁(図示せず)が配置された吸気ポート34が連結されており、吸気バルブ35を開弁動作させることで吸気圧縮シリンダ32に吸気ポート34から混合気が導入される。   An intake port 34 in which a fuel injection valve (not shown) is disposed is connected to the intake compression cylinder 32, and an air-fuel mixture is supplied to the intake compression cylinder 32 from the intake port 34 by opening the intake valve 35. be introduced.

吸気圧縮シリンダ32は、隣接して対となる膨張排気シリンダ33に、連結通路36を介して接続されている。連結通路36の一端側、すなわち吸気圧縮シリンダ32と連結通路36との連結部分には、圧縮バルブ37が配置されている。   The intake and compression cylinder 32 is connected to a pair of adjacent expansion and exhaust cylinders 33 via a connecting passage 36. A compression valve 37 is disposed at one end of the connection passage 36, that is, at a connection portion between the intake compression cylinder 32 and the connection passage 36.

膨張排気シリンダ33には、排気ポート38が連結されており、排気バルブ39を開弁動作させることで膨張排気シリンダ33から排気が排出される。   An exhaust port 38 is connected to the expansion exhaust cylinder 33, and exhaust is discharged from the expansion exhaust cylinder 33 by opening the exhaust valve 39.

吸気圧縮シリンダ32内には、吸気圧縮ピストン40が配置されている。吸気圧縮ピストン40は、吸気圧縮コンロッド41を介してクランクシャフト42のクランクピン(図示せず)に回転可能に連結されている。クランクシャフト42は、トランスミッション軸(図示せず)に連結されるものであって、一端側に、吸気圧縮1速ギヤ45と吸気圧縮2速ギヤ46が配置されている。吸気圧縮1速ギヤ45及び吸気圧縮2速ギヤ46は、クランクシャフト42のクランクジャーナル42bに固定されたものであって、クランクシャフト42のクランクジャーナル42bと一体となって回転する。尚、図6中の47は点火プラグである。   An intake compression piston 40 is disposed in the intake compression cylinder 32. The intake compression piston 40 is rotatably connected to a crank pin (not shown) of the crankshaft 42 via an intake compression connecting rod 41. The crankshaft 42 is connected to a transmission shaft (not shown), and an intake compression first speed gear 45 and an intake compression second speed gear 46 are arranged on one end side. The intake compression first speed gear 45 and the intake compression second speed gear 46 are fixed to the crank journal 42b of the crankshaft 42, and rotate integrally with the crank journal 42b of the crankshaft 42. In addition, 47 in FIG. 6 is a spark plug.

膨張排気シリンダ33内には、膨張排気ピストン44が配置されている。膨張排気ピストン44は、膨張排気コンロッド43を介して補助クランクシャフト52のクランクピン52aに回転可能に連結されている。補助クランクシャフト52は、図8に示すように、クランクシャフト42と平行に配置されたものであって、一端側に、吸気圧縮一速ギヤ45に係合する膨張排気1速ギヤ48と、吸気圧縮2速ギヤ46に係合する膨張排気2速ギヤ49と、が配置されている。膨張排気1速ギヤ48は、第1クラッチ50を介して補助クランクシャフト52のクランクジャーナル52bに取り付けられている。膨張排気2速ギヤ49は、第2クラッチ51を介して補助クランクシャフト52のクランクジャーナル52bに取り付けられている。   An expansion exhaust piston 44 is disposed in the expansion exhaust cylinder 33. The expansion exhaust piston 44 is rotatably connected to the crank pin 52 a of the auxiliary crankshaft 52 via the expansion exhaust connecting rod 43. As shown in FIG. 8, the auxiliary crankshaft 52 is arranged in parallel with the crankshaft 42, and has an expansion exhaust first speed gear 48 that engages with the intake compression first speed gear 45 on one end side, An expansion exhaust second speed gear 49 that engages with the compression second speed gear 46 is disposed. The expansion exhaust first speed gear 48 is attached to the crank journal 52 b of the auxiliary crankshaft 52 via the first clutch 50. The expansion / exhaust second gear 49 is attached to the crank journal 52 b of the auxiliary crankshaft 52 via the second clutch 51.

この第2実施形態においては、吸気圧縮1速ギヤ45及び膨張排気1速ギア48は、補助クランクシャフト52がクランクシャフト42の回転数の2倍の回転数となるように設定されている。そして、吸気圧縮2速ギヤ46及び膨張排気2速ギア49は、補助クランクシャフト52がクランクシャフト42と同一回転数となるよう設定されている。   In the second embodiment, the intake compression first speed gear 45 and the expansion / exhaust first speed gear 48 are set such that the auxiliary crankshaft 52 has a rotational speed twice that of the crankshaft 42. The intake / compression second gear 46 and the expansion / exhaust second gear 49 are set such that the auxiliary crankshaft 52 has the same rotational speed as the crankshaft 42.

第1クラッチ50は、膨張排気1速ギヤ48と補助クランクシャフト52との間に介装されたものであって、膨張排気1速ギヤ48と補助クランクシャフト52との締結と解放を行い、締結時には両者は一体に回転可能となり、解放時には、膨張排気1速ギヤ48が補助クランクシャフト52から離間して、膨張排気1速ギア48と補助クランクシャフト52との間で動力の伝達が行われないようになっている。第2クラッチ51は、膨張排気2速ギヤ49と補助クランクシャフト52との間に介装されたものであって、膨張排気2速ギヤ49と補助クランクシャフト52との締結と解放を行い、締結時には両者は一体に回転可能となり、解放時には、膨張排気2速ギヤ49が補助クランクシャフト52から離間して、膨張排気2速ギア49と補助クランクシャフト52との間で動力の伝達が行われないようになっている。ここで、第1クラッチ50と第2クラッチ51は、どちらか一方が締結された状態では、他方が解放された状態となっている。尚、第1クラッチ50及び第2クラッチ51は、具体的には、湿式多板クラッチあるいはシンクロ機構を有したドグクラッチとすることが好ましい。また、この第2実施形態においては、補助クランクシャフト52の回転数がエンジン回転数に応じてクランクシャフト42の回転数と同じもしくは2倍となるよう2段階で切り替えられているが、補助クランクシャフト52の回転数がエンジン回転数に応じて2段階以上(多段階)に切り替えられるよう、ギヤ段(吸気圧縮1速ギヤ45、膨張排気1速ギア48、吸気圧縮2速ギヤ46、膨張排気2速ギア49)の数を増加させた構成とすることも可能である。   The first clutch 50 is interposed between the expansion exhaust first speed gear 48 and the auxiliary crankshaft 52. The first clutch 50 engages and releases the expansion exhaust first speed gear 48 and the auxiliary crankshaft 52, and is engaged. Sometimes both can rotate integrally, and at the time of release, the expansion exhaust first speed gear 48 is separated from the auxiliary crankshaft 52, and no power is transmitted between the expansion exhaust first speed gear 48 and the auxiliary crankshaft 52. It is like that. The second clutch 51 is interposed between the expansion exhaust second speed gear 49 and the auxiliary crankshaft 52, and engages and releases the expansion exhaust second speed gear 49 and the auxiliary crankshaft 52 to be engaged. Sometimes both of them can rotate together, and at the time of release, the expansion / exhaust second gear 49 is separated from the auxiliary crankshaft 52, and no power is transmitted between the expansion / exhaust second gear 49 and the auxiliary crankshaft 52. It is like that. Here, when one of the first clutch 50 and the second clutch 51 is engaged, the other is released. Specifically, the first clutch 50 and the second clutch 51 are preferably a wet multi-plate clutch or a dog clutch having a sync mechanism. In the second embodiment, the auxiliary crankshaft 52 is switched in two steps so that the rotational speed of the auxiliary crankshaft 52 is the same as or twice the rotational speed of the crankshaft 42 according to the engine rotational speed. The gears (intake / compression first gear 45, expansion / exhaust / exhaust first gear 48, intake / compression / second gear 46, expansion / exhaust 2) so that the number of revolutions of 52 can be switched to two or more stages (multi-stage) according to the engine speed. A configuration in which the number of the speed gears 49) is increased is also possible.

図9及び図10はこの第2実施形態における内燃機関の各ピストン40,44及び各バルブ35,37,39の動作を示すタイミングチャートであり、図9はエンジン回転数が低い(クランクシャフト42の回転数が低い)場合のタイミングチャートであり、図10はエンジン回転数が高い(クランクシャフト42の回転数が高い)場合のタイミングチャートである。   9 and 10 are timing charts showing the operations of the pistons 40, 44 and the valves 35, 37, 39 of the internal combustion engine according to the second embodiment, and FIG. 9 shows a low engine speed (the crankshaft 42). FIG. 10 is a timing chart when the engine speed is high (the crankshaft 42 is high).

吸気圧縮ピストン40が下降する動作に合わせて吸気バルブ35が開かれる。吸気圧縮ピストン40が下死点に到達し再び上昇し始めると吸気バルブ35が閉じられる。吸気圧縮ピストン40が上死点に接近すると圧縮バルブ37が開かれ、膨張排気シリンダ33へ圧縮された混合気が送り込まれる。吸気圧縮ピストン40が上死点に到達すると圧縮バルブ37が閉じられ圧縮された混合気の逆流を防止する。圧縮された混合気は点火プラグ47によって点火されて燃焼し、膨張排気ピストン44を下降させる。   The intake valve 35 is opened in accordance with the operation of lowering the intake compression piston 40. When the intake compression piston 40 reaches the bottom dead center and starts to rise again, the intake valve 35 is closed. When the intake compression piston 40 approaches top dead center, the compression valve 37 is opened, and the compressed air-fuel mixture is sent to the expansion / exhaust cylinder 33. When the intake compression piston 40 reaches top dead center, the compression valve 37 is closed to prevent the backflow of the compressed air-fuel mixture. The compressed air-fuel mixture is ignited by the spark plug 47 and burned, and the expansion exhaust piston 44 is lowered.

このとき、補助クランクシャフト52は、クランクシャフト42の回転数が低い場合にはクランクシャフト42の2倍の回転数となり(第1クラッチ:締結、第2クラッチ:解放)、クランクシャフト42の回転数が高い場合にはクランクシャフト42と同一の回転数となるよう(第1クラッチ:解放、第2クラッチ:締結)、制御される。   At this time, when the rotation speed of the crankshaft 42 is low, the auxiliary crankshaft 52 has a rotation speed twice that of the crankshaft 42 (first clutch: engaged, second clutch: release), and the rotation speed of the crankshaft 42 Is high, the rotation speed is controlled to be the same as that of the crankshaft 42 (first clutch: released, second clutch: engaged).

膨張排気ピストン44の膨張速度は第1クラッチ50と第2クラッチ51のどちらが締結状態となっているかで決定される。また吸気圧縮ピストン40と膨張排気ピストン44が同時に上死点となるように第1クラッチ50または第2クラッチ51のどちらか一方を締結する。膨張排気ピストン44が下死点から再び上昇を始めると排気バルブ39が開かれ排気する。また、エンジン回転数が低い場合は第1クラッチ50が締結状態となり(第2クラッチ51は解放状態)、膨張排気ピストン44が吸気圧縮ピストン40に比べて倍の周期で動作することになるので、このとき損失が生じないように、第1クラッチ50は吸気圧縮ピストン40が下死点から上昇した際の上死点と下死点との中間で係合させる。   The expansion speed of the expansion exhaust piston 44 is determined by which of the first clutch 50 and the second clutch 51 is engaged. Also, either the first clutch 50 or the second clutch 51 is fastened so that the intake / compression piston 40 and the expansion / exhaust piston 44 are simultaneously at the top dead center. When the expansion exhaust piston 44 starts to rise again from the bottom dead center, the exhaust valve 39 is opened and exhausted. When the engine speed is low, the first clutch 50 is engaged (the second clutch 51 is disengaged), and the expansion / exhaust piston 44 operates at a cycle twice that of the intake / compression piston 40. At this time, the first clutch 50 is engaged between the top dead center and the bottom dead center when the intake compression piston 40 is lifted from the bottom dead center so that no loss occurs.

尚、吸気バルブ35の開閉タイミング及び排気バルブ39の開閉タイミングは、エンジン回転数に応じて適正化することが好ましい。また、締結状態の第1クラッチ50は、膨張行程が終了した時点で解放することが好ましい。さらに、第1クラッチ50を締結状態として、吸気圧縮ピストン40が上死点もしくは圧縮バルブ37が開弁される前段階まで排気バルブ39を開いていても良い。そして、エンジン回転数が高い場合は、第2クラッチ51を行程にかかわらず係合状態とすることが好ましい。   The opening / closing timing of the intake valve 35 and the opening / closing timing of the exhaust valve 39 are preferably optimized according to the engine speed. Further, it is preferable that the first clutch 50 in the engaged state is released when the expansion stroke is completed. Further, the first clutch 50 may be engaged, and the exhaust valve 39 may be opened until the intake compression piston 40 is at top dead center or before the compression valve 37 is opened. When the engine speed is high, the second clutch 51 is preferably engaged regardless of the stroke.

このように、第2実施形態における内燃機関は、吸気圧縮行程を行うシリンダと膨張排気行程を行うシリンダとを分離し、膨張行程における膨張排気ピストン44の膨張速度と、膨張行程における膨張排気シリンダ33内の筒内圧とを、ギヤ段(吸気圧縮1速ギヤ45、膨張排気1速ギア48、吸気圧縮2速ギヤ46、膨張排気2速ギア49)により変更して動作させることができるものである。   Thus, the internal combustion engine in the second embodiment separates the cylinder that performs the intake compression stroke and the cylinder that performs the expansion / exhaust stroke, and the expansion speed of the expansion / exhaust piston 44 in the expansion stroke and the expansion / exhaust cylinder 33 in the expansion stroke. The internal cylinder pressure can be changed and operated by gear stages (intake compression first speed gear 45, expansion exhaust first speed gear 48, intake compression second speed gear 46, expansion exhaust second speed gear 49). .

図11は、上述した本発明の第1実施形態及び第2実施形態の内燃機関に共通するエジンシステム構成の一例を模式的に示した説明図である。   FIG. 11 is an explanatory view schematically showing an example of an engine system configuration common to the internal combustion engines of the first and second embodiments of the present invention described above.

エンジンシステムは新気に含まれるごみを除去するためのエアクリーナ61と、エンジン吸気量を調節するスロットル62と、燃焼機関であるエンジン63(機関本体1または31に相当)と、エンジン排気中のNOxを還元し、HC、COを酸化して浄化する触媒64と、排気音の消音を行うマフラー65と、排気を再び吸気に戻して再循環させる際のEGR量を調節するEGRコントロールバルブ66と、排気中の空燃比を計測する空燃比センサ67と、排気の温度を測定する排気温度センサ68と、冷却水温度を電圧か電気抵抗として検出できる水温センサ69と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ70と、上記各センサからの信号が入力され、エンジン63、スロットル62及びEGRコントロールバルブ66を制御するECU(エンジンコントロールユニット)71と、を有している。   The engine system includes an air cleaner 61 for removing dust contained in fresh air, a throttle 62 for adjusting the intake air amount of the engine, an engine 63 (corresponding to the engine body 1 or 31) as a combustion engine, and NOx in the engine exhaust. A catalyst 64 that oxidizes and purifies HC and CO, a muffler 65 that silences exhaust noise, an EGR control valve 66 that adjusts the amount of EGR when the exhaust gas is returned to the intake air and recirculated, An air-fuel ratio sensor 67 that measures the air-fuel ratio in the exhaust, an exhaust temperature sensor 68 that measures the temperature of the exhaust, a water temperature sensor 69 that can detect the coolant temperature as voltage or electrical resistance, and an engine speed that detects the engine speed The number sensor 70 and signals from the above sensors are input to control the engine 63, the throttle 62, and the EGR control valve 66. That ECU has a (engine control unit) 71, a.

図12に本発明における膨張排気ピストン(第1実施形態の膨張排気ピストン14、第2実施形態の膨張排気ピストン44に相当)の膨張行程におけるピストンモーションをエンジン回転数(クランクシャフト回転数)N1の場合とエンジン回転数(クランクシャフト回転数)N2の場合について示す。尚、N1<N2とする。   FIG. 12 shows the piston motion in the expansion stroke of the expansion exhaust piston (corresponding to the expansion exhaust piston 14 of the first embodiment and the expansion exhaust piston 44 of the second embodiment) according to the present invention at the engine speed (crankshaft speed) N1. A case and an engine speed (crankshaft speed) N2 are shown. Note that N1 <N2.

膨張排気ピストンのピストンモーションを保持クランク角(詳細は後述)と膨張クランク角(詳細は後述)で表現すると、回転数が低い場合は膨張クランク角を小さくして膨張クランク角よりも保持クランク角を小さくする。   Expressing the piston motion of the expansion / exhaust piston in terms of a holding crank angle (details will be described later) and an expansion crank angle (details will be described later), if the rotation speed is low, the expansion crank angle is made smaller and the holding crank angle is made smaller than the expansion crank angle. Make it smaller.

ここで、上記保持クランク角とは上死点付近で膨張排気ピストンの位置が固定される期間に相当するクランクシャフト(第1実施形態におけるクランクシャフト12、第2実施形態におけるクランクシャフト42に相当)の回転角度であり、上記膨張クランク角とは上死点から下死点まで膨張排気ピストンの位置が変化する期間に相当するクランクシャフトの回転角度である。   Here, the holding crank angle is a crankshaft corresponding to a period in which the position of the expansion / exhaust piston is fixed near the top dead center (corresponding to the crankshaft 12 in the first embodiment and the crankshaft 42 in the second embodiment). The expansion crank angle is a rotation angle of the crankshaft corresponding to a period in which the position of the expansion / exhaust piston changes from the top dead center to the bottom dead center.

そして、膨張行程において、クランクシャフトの回転角度に対する上死点からの膨張排気ピストンの作動(移動)距離をクランクシャフトの回転速度に応じて変更し、クランクシャフトの回転速度が低い場合、膨張行程において、クランクシャフトの回転角度に対する上死点からの膨張排気ピストンの作動(移動)距離を相対的に長くする。すなわち、膨張排気ピストンが下死点に向かって下降する際のピストンスピードを速くする。一方、クランクシャフトの回転速度が高い場合、膨張行程において、クランクシャフトの回転角度に対する上死点からの膨張排気ピストンの作動(移動)距離を相対的に短くする。すなわち、膨張排気ピストンが下死点に向かって下降する際のピストンスピードを相対的に遅くする。   In the expansion stroke, when the operation (movement) distance of the expansion exhaust piston from the top dead center with respect to the rotation angle of the crankshaft is changed according to the rotation speed of the crankshaft, and the rotation speed of the crankshaft is low, The operation (movement) distance of the expansion exhaust piston from the top dead center with respect to the rotation angle of the crankshaft is made relatively long. That is, the piston speed when the expansion exhaust piston descends toward the bottom dead center is increased. On the other hand, when the rotation speed of the crankshaft is high, in the expansion stroke, the operation (movement) distance of the expansion exhaust piston from the top dead center with respect to the rotation angle of the crankshaft is relatively shortened. That is, the piston speed when the expansion exhaust piston descends toward the bottom dead center is relatively slow.

上述した第1実施形態におけるエンジンは、膨張行程において、膨張排気ピストン14に対してエンジン回転数に応じた保持クランク角及び膨張クランク角が設定されるものである。また、上述した第2実施形態におけるエンジンは、膨張行程において、膨張排気ピストン44に対してエンジン回転数に応じた膨張クランク角が設定されるものである。   In the engine according to the first embodiment described above, a holding crank angle and an expansion crank angle corresponding to the engine speed are set for the expansion exhaust piston 14 in the expansion stroke. Further, in the engine according to the second embodiment described above, an expansion crank angle corresponding to the engine speed is set for the expansion exhaust piston 44 in the expansion stroke.

図13は、エンジン回転数が低回転時におけるエンジン効率と膨張クランク角及び保持クランク角との相関関係を示している。図13より、上述した第1実施形態及び第2実施形態のエンジンのように、膨張クランク角と保持クランク角を適切に設定すると熱効率が向上することがわかる。   FIG. 13 shows the correlation between the engine efficiency, the expansion crank angle, and the holding crank angle when the engine speed is low. From FIG. 13, it can be seen that the thermal efficiency is improved when the expansion crank angle and the holding crank angle are appropriately set as in the engines of the first and second embodiments described above.

尚、図13における最高効率点は、エンジン回転数に応じて変化するものであり、エンジン回転数が大きくなると、図13中の矢印の方向、つまり膨張クランク角及び保持クランク角の双方が相対的に大きくなる方向に変化するものである。また、従来のピストンモーションは保持クランク角がゼロ、かつ膨張クランク角が180degである。   The maximum efficiency point in FIG. 13 changes according to the engine speed. When the engine speed increases, the direction of the arrow in FIG. 13, that is, both the expansion crank angle and the holding crank angle are relative. It will change in the direction of increasing. Further, the conventional piston motion has a holding crank angle of zero and an expansion crank angle of 180 deg.

図14は上述した第1実施形態及び第2実施形態の内燃機関に共通する制御の流れを示したフローチャートである。   FIG. 14 is a flowchart showing a control flow common to the internal combustion engines of the first and second embodiments described above.

ステップ(以下Sと表記する)1では、冷却水温度を検出する。S2ではエンジン回転数を検出する。S3では、冷却水温度とエンジン回転数から膨張排気ピストンのピストンモーションを選択する。尚、この制御フローよるピストンモーションの選択は、繰り返し実行される。   In step (hereinafter referred to as S) 1, the coolant temperature is detected. In S2, the engine speed is detected. In S3, the piston motion of the expansion exhaust piston is selected from the coolant temperature and the engine speed. The selection of piston motion by this control flow is repeatedly executed.

図15は、図14におけるS3のピストンモーション選択演算にあたる制御ブロックを示している。   FIG. 15 shows a control block corresponding to the piston motion selection calculation of S3 in FIG.

ブロック(以下Bと記す)1では、水温補正テーブル(後述)を用いて検出された冷却水温度からエンジン回転数補正値を演算する。   In a block (hereinafter referred to as “B”) 1, an engine speed correction value is calculated from a coolant temperature detected using a water temperature correction table (described later).

補正後エンジン回転数は、検出されたエンジン回転数にエンジン回転数補正値を加算することで求められる。   The corrected engine speed is obtained by adding the engine speed correction value to the detected engine speed.

そして、ピストンモーション選択部であるB2では、補正されたエンジン回転数(補正後エンジン回転数)を用いて、膨張排気ピストンのピストンモーションを選択する。すなわち、このB2では、第1実施形態における内燃機関においては膨張速度制御用アクチュエータ18の駆動量が決定され、第2実施形態における内燃機関においては第1クラッチ50と第2クラッチ51のどちらのクラッチを締結するのかが選択される。   And in B2 which is a piston motion selection part, the piston motion of an expansion exhaust piston is selected using the corrected engine speed (corrected engine speed). That is, in this B2, the driving amount of the expansion speed control actuator 18 is determined in the internal combustion engine in the first embodiment, and either the first clutch 50 or the second clutch 51 in the internal combustion engine in the second embodiment. Is selected.

水温補正テーブルは、図16に示すように、冷却水温度が低い場合はエンジン回転数補正値が低くなり、冷却水温度が高い場合はエンジン回転数補正値が高くなるよう設定されている。つまり、冷却水温度が低い場合は補正後エンジン回転数が検出されたエンジン回転数に対して低くなり、冷却水温度が高い場合は補正後エンジン回転数が検出されたエンジン回転数に対して高くなる。   As shown in FIG. 16, the water temperature correction table is set such that the engine speed correction value is low when the cooling water temperature is low, and the engine speed correction value is high when the cooling water temperature is high. That is, when the coolant temperature is low, the corrected engine speed is lower than the detected engine speed, and when the coolant temperature is high, the corrected engine speed is higher than the detected engine speed. Become.

同温度の燃焼ガスとすると水温が低い場合はシリンダ内の壁温が低いためシリンダへ受熱量が多くなる。逆に水温が高い場合にはシリンダ内の壁温が高いためシリンダへ受熱量が低くなる。よって、水温が高い場合は水温が常温におけるエンジン回転数よりも高いことと等価であり、水温が低い場合は水温が常温におけるエンジン回転数よりも低いことと等価になる。   If the combustion gas has the same temperature, when the water temperature is low, the wall temperature in the cylinder is low, so the amount of heat received by the cylinder increases. Conversely, when the water temperature is high, the wall temperature in the cylinder is high, so the amount of heat received by the cylinder is low. Therefore, when the water temperature is high, it is equivalent to the water temperature being higher than the engine speed at normal temperature, and when the water temperature is low, it is equivalent to the water temperature being lower than the engine speed at normal temperature.

図17は、図15におけるB2のピストンモーション選択部にあたる制御ブロックを示している。   FIG. 17 shows a control block corresponding to the piston motion selection unit B2 in FIG.

B11では、膨張クランク角演算テーブル(後述)を用いて、冷却水温度に応じて補正された補正後エンジン回転数から膨張クランク角を演算する。B12では、保持クランク角演算テーブル(後述)を用いて、冷却水温度に応じて補正された補正後エンジン回転数から保持クランク角を演算する。B13では、演算されて膨張クランク角と保持クランク角とを用いて、膨張行程において、クランクシャフトの回転角度に対する上死点からの膨張排気ピストンの作動(移動)距離をクランクシャフトの回転速度に応じて変更する。すなわち、第1実施形態における内燃機関においては、演算された膨張クランク角及び保持クランク角から膨張速度制御用アクチュエータ18の駆動量を決定し、第2実施形態における内燃機関においては、演算された膨張クランク角及び保持クランク角から第1クラッチ50と第2クラッチ51のどちらのクラッチを締結するのかが選択される。   In B11, the expansion crank angle is calculated from the corrected engine speed corrected according to the coolant temperature using an expansion crank angle calculation table (described later). In B12, the holding crank angle is calculated from the corrected engine speed corrected according to the coolant temperature, using a holding crank angle calculation table (described later). In B13, the operation (movement) distance of the expansion exhaust piston from the top dead center with respect to the rotation angle of the crankshaft is determined in accordance with the rotation speed of the crankshaft in the expansion stroke using the calculated expansion crank angle and the holding crank angle. To change. That is, in the internal combustion engine in the first embodiment, the drive amount of the expansion speed control actuator 18 is determined from the calculated expansion crank angle and holding crank angle, and in the internal combustion engine in the second embodiment, the calculated expansion is performed. Which of the first clutch 50 and the second clutch 51 is to be engaged is selected from the crank angle and the holding crank angle.

図18は、上述した膨張クランク角演算テーブルを示している。エンジン回転数が増加すると冷却損失よりも燃焼時間損失が増加するので膨張クランク角を増加させる。逆にエンジン回転数が低くなると燃焼時間損失よりも冷却損失が増加するので膨張クランク角を減少させる。   FIG. 18 shows the above-described expansion crank angle calculation table. As the engine speed increases, the combustion time loss increases more than the cooling loss, so the expansion crank angle is increased. Conversely, when the engine speed is lowered, the cooling loss is increased more than the combustion time loss, so that the expansion crank angle is decreased.

図19は、上述した保持クランク角演算テーブルを示している。エンジン回転数が低回転では筒内圧とシリンダ受熱量を適切に設定することが膨張クランク角のみでは困難であるため保持クランク角を膨張クランク角よりも小さい値とする。回転数が増加すると膨張クランク角で筒内圧とシリンダ受熱量を適切に設定できるため保持クランク角を大きくする。尚、エンジンの行程容積と行程面積の比で図18と図19の設定を適正化することが好ましい。   FIG. 19 shows the holding crank angle calculation table described above. When the engine speed is low, it is difficult to set the in-cylinder pressure and the amount of heat received by the cylinder with the expansion crank angle alone, so the holding crank angle is set to a value smaller than the expansion crank angle. If the rotation speed increases, the in-cylinder pressure and the amount of heat received by the cylinder can be appropriately set by the expansion crank angle, so that the holding crank angle is increased. In addition, it is preferable to optimize the setting of FIG. 18 and FIG. 19 with the ratio of the stroke volume of the engine and the stroke area.

以上、説明してきたように、本発明においては、第1実施形態の内燃機関のように3次元カム16のカムプロフィールをクランクシャフト12の回転数に応じて切り替える場合には、膨張クランク角及び保持クランク角が大きいほど、膨張行程における膨張排気ピストンの膨張速度が相対的に大きくなるカムプロフィールが選択される。つまり、第1実施形態においては低回転用のカムプロフィールが選択されるように、膨張速度制御用アクチュエータ18が制御される。また、膨張クランク角及び保持クランク角が小さいほど、膨張行程における膨張排気ピストンの膨張速度が相対的に小さくなるカムプロフィールが選択される。つまり、第1実施形態においては、高回転用のカムプロフィールが選択されるように、膨張速度制御用アクチュエータ18が制御される。   As described above, in the present invention, when the cam profile of the three-dimensional cam 16 is switched according to the rotation speed of the crankshaft 12 as in the internal combustion engine of the first embodiment, the expansion crank angle and the holding angle are maintained. A cam profile is selected such that the greater the crank angle, the greater the expansion speed of the expansion exhaust piston in the expansion stroke. That is, in the first embodiment, the expansion speed control actuator 18 is controlled so that the low-rotation cam profile is selected. Further, a cam profile is selected in which the expansion speed of the expansion exhaust piston in the expansion stroke becomes relatively smaller as the expansion crank angle and the holding crank angle are smaller. That is, in the first embodiment, the expansion speed control actuator 18 is controlled so that a cam profile for high rotation is selected.

一方、第2実施形態の内燃機関のように吸気圧縮行程と膨張排気行程を分離してクランクシャフトの回転数に応じてギヤ段を切り替える場合には、膨張クランク角及び保持クランク角が大きいほど、膨張行程における膨張排気ピストンの膨張速度が相対的に大きくなるよう、補助クランクシャフトの回転数が相対的に速くなるギヤが選択される。つまり、第2実施形態においては膨張クランク角及び保持クランク角が大きいと第1クラッチ50が締結される。また、膨張クランク角及び保持クランク角が小さいほど、膨張行程における膨張排気ピストンの膨張速度が相対的に小さくなるよう、補助クランクシャフトの回転数が相対的に遅くなるギヤが選択される。つまり、第2実施形態においては、膨張クランク角及び保持クランク角が小さいと第2クラッチ51が締結される。   On the other hand, when separating the intake compression stroke and the expansion / exhaust stroke as in the internal combustion engine of the second embodiment and switching the gear stage according to the rotation speed of the crankshaft, the larger the expansion crank angle and the holding crank angle, A gear with a relatively high rotational speed of the auxiliary crankshaft is selected so that the expansion speed of the expansion exhaust piston in the expansion stroke is relatively large. That is, in the second embodiment, the first clutch 50 is engaged when the expansion crank angle and the holding crank angle are large. In addition, a gear is selected in which the rotation speed of the auxiliary crankshaft is relatively slow so that the expansion crank angle and the holding crank angle are small, so that the expansion speed of the expansion exhaust piston in the expansion stroke is relatively small. That is, in the second embodiment, the second clutch 51 is engaged when the expansion crank angle and the holding crank angle are small.

上記実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。   The technical idea of the present invention that can be grasped from the above embodiment will be listed together with the effects thereof.

(1) 膨張行程において、クランクシャフトの回転角度に対するピストン作動距離をクランクシャフトの回転速度に応じて変更する。これによって、クランクシャフトの回転速度に応じて、膨張行程におけるクランクシャフトの回転角度に対するピストン作動距離を変更する構成としたので、低回転から高回転まで冷却損失を低減しつつ、燃焼時間損失を低減できる。   (1) In the expansion stroke, the piston working distance with respect to the rotation angle of the crankshaft is changed according to the rotation speed of the crankshaft. As a result, the piston working distance with respect to the crankshaft rotation angle in the expansion stroke is changed according to the rotation speed of the crankshaft, thereby reducing the cooling time loss from the low rotation to the high rotation and reducing the combustion time loss. it can.

(2) 上記(1)に記載の内燃機関において、クランクシャフトの回転速度が低い場合、膨張行程において、クランクシャフトの回転角度に対するピストン作動距離を長くする。これによって、低回転における高温の燃焼ガスとシリンダ壁面の接触時間を少なくでき冷却損失を低減できる。   (2) In the internal combustion engine described in (1) above, when the rotation speed of the crankshaft is low, the piston operating distance with respect to the rotation angle of the crankshaft is increased in the expansion stroke. As a result, the contact time between the high-temperature combustion gas and the cylinder wall surface at low rotation can be reduced, and cooling loss can be reduced.

(3) 上記(1)または(2)に記載の内燃機関において、クランクシャフトの回転速度が高い場合、膨張行程において、クランクシャフトの回転角度に対するピストン作動距離を短くする。これによって、高回転において燃焼中にピストンが下降する量が減少して筒内圧が適切に設定することができ、燃焼時間損失を低減できる。   (3) In the internal combustion engine described in the above (1) or (2), when the rotational speed of the crankshaft is high, the piston working distance with respect to the rotational angle of the crankshaft is shortened in the expansion stroke. As a result, the amount by which the piston descends during combustion at high revolutions can be reduced and the in-cylinder pressure can be set appropriately, reducing combustion time loss.

(4) 上記(1)〜(3)のいずれかに記載の内燃機関において、膨張行程において、クランクシャフトの回転速度に応じた所定期間、上死点位置のピストンが上死点近傍位置に保持される。これによって、低回転から高回転まで筒内圧を適切に設定することができ、燃焼時間損失を低減できる。   (4) In the internal combustion engine according to any one of (1) to (3), in the expansion stroke, the piston at the top dead center position is held at a position near the top dead center for a predetermined period according to the rotational speed of the crankshaft. Is done. As a result, the in-cylinder pressure can be set appropriately from low rotation to high rotation, and combustion time loss can be reduced.

(5) 内燃機関の冷却水温度を検出する冷却水温度検出手段を有し、膨張行程において、冷却水温度とクランクシャフトの回転速度とに応じてクランクシャフトの回転角度に対するピストン作動距離を変更する。これによって、シリンダ壁面への熱伝達量を考慮した筒内圧を設定でき、燃焼時間損失を低減しつつ冷却損失を低減できる。   (5) It has a cooling water temperature detecting means for detecting the cooling water temperature of the internal combustion engine, and changes the piston working distance with respect to the crankshaft rotation angle in the expansion stroke according to the cooling water temperature and the rotation speed of the crankshaft. . Thereby, the in-cylinder pressure can be set in consideration of the amount of heat transfer to the cylinder wall surface, and the cooling loss can be reduced while reducing the combustion time loss.

本発明に係る内燃機関の第1実施形態における構成を模式的に示した説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Explanatory drawing which showed typically the structure in 1st Embodiment of the internal combustion engine which concerns on this invention. 本発明に係る内燃機関の第1実施形態における構成を模式的に示した説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Explanatory drawing which showed typically the structure in 1st Embodiment of the internal combustion engine which concerns on this invention. 3次元カムを模式的に示した説明図。Explanatory drawing which showed the three-dimensional cam typically. 膨張排気シリンダで行われる膨張行程及び排気行程と、3次元カムとの相関を模式的に示した説明図。Explanatory drawing which showed typically the correlation with the expansion stroke and exhaust stroke which are performed with an expansion exhaust cylinder, and a three-dimensional cam. 第1実施形態における内燃機関のバルブ及びピストンの動作を示すタイミングチャート。The timing chart which shows the operation | movement of the valve | bulb and piston of an internal combustion engine in 1st Embodiment. 本発明に係る内燃機関の第2実施形態における構成を模式的に示した説明図。Explanatory drawing which showed typically the structure in 2nd Embodiment of the internal combustion engine which concerns on this invention. 本発明に係る内燃機関の第2実施形態における構成を模式的に示した説明図。Explanatory drawing which showed typically the structure in 2nd Embodiment of the internal combustion engine which concerns on this invention. 本発明に係る内燃機関の第2実施形態における構成を模式的に示した説明図。Explanatory drawing which showed typically the structure in 2nd Embodiment of the internal combustion engine which concerns on this invention. 第2実施形態における内燃機関において、エンジン回転数が低い場合のバルブ及びピストンの動作を示すタイミングチャート。The internal combustion engine in 2nd Embodiment WHEREIN: The timing chart which shows the operation | movement of a valve | bulb and piston when an engine speed is low. 第2実施形態における内燃機関において、エンジン回転数が高い場合のバルブ及びピストンの動作を示すタイミングチャート。The internal combustion engine in 2nd Embodiment WHEREIN: The timing chart which shows the operation | movement of a valve | bulb and piston when an engine speed is high. 本発明に係る内燃機関のエンジンシステム構成を模式的に示した説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Explanatory drawing which showed typically the engine system structure of the internal combustion engine which concerns on this invention. 本発明に係る内燃機関において、膨張排気ピストンの膨張行程におけるピストンモーションを示す説明図。The internal combustion engine which concerns on this invention WHEREIN: Explanatory drawing which shows the piston motion in the expansion stroke of an expansion exhaust piston. エンジン回転数が低回転時におけるエンジン効率と膨張クランク角及び保持クランク角との相関関係を示した説明図。Explanatory drawing which showed the correlation with the engine efficiency, an expansion crank angle, and a holding | maintenance crank angle at the time of engine speed low. 本発明に係る内燃機関の制御の流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the flow of control of the internal combustion engine which concerns on this invention. 図14におけるS3のピストンモーション選択演算にあたる制御ブロック。The control block which corresponds to the piston motion selection calculation of S3 in FIG. 図15のB1で用いる水温補正テーブル。The water temperature correction table used by B1 of FIG. 図15におけるB2のピストンモーション選択部にあたる制御ブロック。FIG. 16 is a control block corresponding to a piston motion selection unit of B2 in FIG. 図17のB11で用いる膨張クランク角演算テーブル。FIG. 18 is an expansion crank angle calculation table used in B11 of FIG. 図17のB12で用いる保持クランク角演算テーブル。FIG. 18 is a holding crank angle calculation table used in B12 of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

2…吸気圧縮シリンダ
3…膨張排気シリンダ
5…吸気バルブ
7…圧縮バルブ
9…排気バルブ
10…吸気圧縮ピストン
12…クランクシャフト
14…膨張排気ピストン
16…3次元カム
18…膨張速度制御用アクチュエータ
32…吸気圧縮シリンダ
33…膨張排気シリンダ
35…吸気バルブ
37…圧縮バルブ
39…排気バルブ
40…吸気圧縮ピストン
42…クランクシャフト
44…膨張排気ピストン
45…吸気圧縮1速ギヤ
46…吸気圧縮2速ギヤ
48…膨張排気1速ギヤ
49…膨張排気2速ギヤ
50…第1クラッチ
51…第2クラッチ
52…補助クランクシャフト
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Intake compression cylinder 3 ... Expansion exhaust cylinder 5 ... Intake valve 7 ... Compression valve 9 ... Exhaust valve 10 ... Intake compression piston 12 ... Crankshaft 14 ... Expansion exhaust piston 16 ... Three-dimensional cam 18 ... Expansion speed control actuator 32 ... Intake compression cylinder 33 ... Expansion exhaust cylinder 35 ... Intake valve 37 ... Compression valve 39 ... Exhaust valve 40 ... Intake compression piston 42 ... Crankshaft 44 ... Expansion exhaust piston 45 ... Intake compression first speed gear 46 ... Intake compression second speed gear 48 ... Expansion exhaust 1st gear 49 ... Expansion exhaust 2nd gear 50 ... 1st clutch 51 ... 2nd clutch 52 ... Auxiliary crankshaft

Claims (5)

膨張行程において、クランクシャフトの回転角度に対するピストン作動距離をクランクシャフトの回転速度に応じて変更することを特徴とする内燃機関。   An internal combustion engine characterized in that, in an expansion stroke, a piston working distance with respect to a rotation angle of the crankshaft is changed according to a rotation speed of the crankshaft. クランクシャフトの回転速度が低い場合、膨張行程において、クランクシャフトの回転角度に対するピストン作動距離を長くすることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。   2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein when the rotation speed of the crankshaft is low, the piston operating distance with respect to the rotation angle of the crankshaft is increased in the expansion stroke. クランクシャフトの回転速度が高い場合、膨張行程において、クランクシャフトの回転角度に対するピストン作動距離を短くすることを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関。   3. The internal combustion engine according to claim 1, wherein when the rotation speed of the crankshaft is high, the piston operating distance with respect to the rotation angle of the crankshaft is shortened in the expansion stroke. 膨張行程において、クランクシャフトの回転速度に応じた所定期間、上死点位置のピストンが上死点近傍位置に保持されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の内燃機関。   The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the piston at the top dead center position is held at a position near the top dead center for a predetermined period according to the rotational speed of the crankshaft in the expansion stroke. 内燃機関の冷却水温度を検出する冷却水温度検出手段を有し、膨張行程において、冷却水温度とクランクシャフトの回転速度とに応じてクランクシャフトの回転角度に対するピストン作動距離を変更することを特徴とする内燃機関。   A cooling water temperature detecting means for detecting a cooling water temperature of the internal combustion engine is provided, and the piston working distance with respect to the rotation angle of the crankshaft is changed in the expansion stroke in accordance with the cooling water temperature and the rotation speed of the crankshaft. An internal combustion engine.
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