JP4031662B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば
希薄予混合気を燃焼させる予混合圧縮自着火燃焼エンジンなどの内燃機関に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンにおいては、排ガスのクリーン化のため、予混合圧縮自着火エンジンの開発が進められている。この予混合圧縮自着火ディーゼル機関においては、燃料をシリンダ内に直接供給することで希薄予混合気を形成し、ピストンによる圧縮により上死点付近で予混合気を自着火させて燃焼させるものである。これにより、従来のディーゼルエンジンの拡散燃焼で大量に発生していたＮＯｘ（窒素酸化物）、すすなどが少ない極めてクリーンな排ガス特性が得られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような予混合圧縮自着火ディーゼル機関では、エンジンの運転領域は回転数、負荷とも極めて広いにも関わらず、予混合気の自着火特性は必ずしも運転状態と適合しない場合がある。すなわち、予混合気の着火特性は温度、圧力、混合気濃度によって定まり、これらがある値に決まると着火の時期（着火遅れ）は時間ベースで一意に決まってしまう。一方、エンジンはクランク角度ベースであるため、図５のように低速域ではピストンが上死点となる前に着火する過早着火が起きやすく、高速域では失火などの異常燃焼が発生しやすい。また負荷に対しても同様であり、高負荷域では過早着火、低負荷域では失火が発生してしまうという問題がった。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、運転条件が変わっても効率のよい燃焼を行うことができる内燃機関を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、複数組の連桿比が異なるピストンとシリンダとを有し、前記各シリンダが形成する燃焼室は連通して一つの燃焼室が形成され、該燃焼室に供給された予混合気が自着火する内燃機関であって、エンジンの運転条件に応じて前記各ピストンの中から必要なピストンを作動させる制御装置が設けられ、該制御装置が、圧縮比を同一に保ちながら、上死点近傍で前記予混合気が自着火するように自着火タイミングを制御することを特徴とする。
【０００６】
この発明においては、燃焼室を複数の連桿比が異なるピストンとシリンダの組で共有することができる。このため、各ピストンの作動・非作動を組み合わせることで、自着火特性を種々に変えることができる。例えば連桿比が小さい方のピストンから大きい方のピストンに切り替えることで、より低速域に対応した自着火特性を得ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は本発明の第１実施形態として示した予混合圧縮自着火ディーゼル機関（内燃機関）である。本実施形態においては二つのピストンを備えている。
図において、符号１はシリンダ、２ａ、２ｂピストン、３ａ、３ｂはコンロッド、４ａ、４ｂはクランク軸、５ａ、５ｂはクランク腕、６は吸気弁、７は排気弁である。また符号８ａ、８ｂは出力軸、符号９ａ、９ｂはそれぞれピストン２ａ、２ｂの動きを停止、許可する電磁クラッチ（回転防止機構）である。
各ピストン２ａ、２ｂはシリンダ１を共有しており、シリンダ１と各ピストン２ａ、２ｂとによりそれそれ形成される燃焼室も連通した状態で一つの燃焼室１０とされている。
また、電磁クラッチ９ａ、９ｂは制御装置１１により制御されて各ピストン２ａ、２ｂの作動・非作動が制御されるようになっている。
【００１０】
コンロッド３ａ、３ｂの長さをそれぞれＬａ、Ｌｂとし、クランク腕５ａ、５ｂの長さをそれぞれｒａ、ｒｂとすると、連桿比はＬａ／ｒａ＜Ｌｂ／ｒｂとなっている。
連桿比が大きいと、より低速域・高負荷条件にてタイミングの良い自着火を実現することができる。したがって運転条件（回転数及び負荷）に応じて、制御装置１１が連桿比の異なるピストン２ａ、２ｂを適宜選択して（いずれか一方または同時に）作動させることにより、予混合気が自着火する時期（予混合気の着火遅れ）を変化させることができる。なお、非作動状態のピストン２ａ、２ｂについては、電磁クラッチ９ａ，９ｂを用いてピストン２ａ、２ｂを動かないようにしておく。
このように、ピストン２ａ、２ｂを選択して作動させることで、運転条件が変わっても効率のよい運転を行うことができる。また、圧縮比を同一に保つことができるため、圧縮比を変化させて実現する予混合時着火燃焼よりも熱効率を高く維持することができる。
【００１１】
上記第１実施形態においては二組のピストン２ａ、２ｂを設けたが、以下のようにさらに複数のピストンを組み合わせてもよい。
図２は３組目のピストン３ｃを設けた第２実施形態である。図において、３ｃはコンロッド（長さＬｃ）、４ｃはクランク軸、５ｃはクランク腕（長さｒｃ）である。また符号８ｃは出力軸、符号９ｃはピストン２ｃの動きを停止、許可する電磁クラッチ（回転防止機構）である。
各ピストン２ａ、２ｂ、２ｃはシリンダ１を共有しており、シリンダ１と各ピストン２ａ、２ｂ、２ｃとによりそれそれ形成される燃焼室も連通した状態で一つの燃焼室１０とされている。また、電磁クラッチ９ｃは制御装置１１により制御されてピストン２ｃの作動・非作動が制御されるようになっている。他の構成については上記第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
そして、本実施形態においては、連桿比はＬａ／ｒａ＜Ｌｂ／ｒｂ＜Ｌｃ／ｒｃとなっている。
【００１２】
図３は４組目のピストン３ｄを設けた第３実施形態である。図において、３ｄはコンロッド（長さＬｄ）、４ｄはクランク軸、５ｄはクランク腕（長さｒｄ）である。また符号８ｄは出力軸、符号９ｄはピストン２ｄの動きを停止、許可する電磁クラッチ（回転防止機構）である。
各ピストン２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄはシリンダ１を共有しており、シリンダ１と各ピストン２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄとによりそれそれ形成される燃焼室も連通した状態で一つの燃焼室１０とされている。また、電磁クラッチ９ｄは制御装置１１により制御されてピストン２ｄの作動・非作動が制御されるようになっている。他の構成については上記第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
そして、本実施形態においては、連桿比はＬａ／ｒａ＜Ｌｂ／ｒｂ＜Ｌｃ／ｒｃ＜Ｌｄ／ｒｄとなっている。
【００１３】
本例においては、上記第１実施形態と同様に各ピストン２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの動作・非動作を切り替え、連桿比を大きくしていくことで、図４のように広い範囲の条件に適した自着火を実現することができる。すなわち、回転速度が遅くなっていくとき、作動ピストンをピストン２ａ→２ｂ→２ｃ→２ｄと切り替えていくと、圧力・温度履歴が変動して着火時期が遅くなり、常にＴＤＣ（上死点）近傍で着火するように制御することができる。負荷変動に対しても同様にピストンを切り替えることで幅広い負荷変動に対応して適切な時期の自着火を行うことができる。
【００１４】
以上のように、上記各実施形態においては、各ピストン２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの組み合わせにより、運転状態に応じて適正な着火時期を実現する圧力・温度履歴が得られるため、制御装置１１がこれを制御することで、エンジン運転領域全域で予混合自着火燃焼を実現することができる。
なお、上記においては４組までの例を示したが、これ以上の組数であってもよいのはもちろんである。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の内燃機関においては、以下の効果を得ることができる。請求項１に記載の発明によれば、燃焼室を複数の異なるピストンとシリンダの組で共有することができる。このため、各ピストンの作動・非作動を組み合わせることで、自着火特性を種々に変えることができる。したがって、より運転条件が変化しても自着火特性を変えることで常に効率のよい燃焼を行うことができる。また、運転条件に応じて連桿比が異なるピストンを作動させることにより、運転条件が変化しても自着火特性を変えることで常に効率のよい燃焼を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態として示した予混合圧縮自着火ディーゼル機関である。
【図２】 本発明の第２実施形態として示した予混合圧縮自着火ディーゼル機関である。
【図３】 本発明の第３実施形態として示した予混合圧縮自着火ディーゼル機関である。
【図４】 各実施形態におけるクランク角度とエネルギー蓄積量および筒内圧力との関係を示した図である。
【図５】 従来の予混合圧縮自着火ディーゼル機関にける作動範囲を示した図である。
【符号の説明】
１ シリンダ
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ ピストン
９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ 電磁クラッチ（回転防止機構）
１０ 燃焼室
１１ 制御装置

Claims (1)

1. 複数組の連桿比が異なるピストンとシリンダとを有し、前記各シリンダが形成する燃焼室は連通して一つの燃焼室が形成され、該燃焼室に供給された予混合気が自着火する内燃機関であって、
   エンジンの運転条件に応じて前記各ピストンの中から必要なピストンを作動させる制御装置が設けられ、
   該制御装置が、圧縮比を同一に保ちながら、上死点近傍で前記予混合気が自着火するように自着火タイミングを制御することを特徴とする内燃機関。

Images