JP2008144712A - Engine system and vehicle provided with same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンシステムおよびそれを備える車両に関する。 The present invention relates to an engine system and a vehicle including the same.
エンジンの熱効率を改善するために、混合気の燃料の濃度を薄くすること(空燃比のリーン化)、または排気ガスをシリンダ内へ供給することによりエンジンの熱損失およびポンプ損失を低減する手法が知られている。 In order to improve engine thermal efficiency, there is a technique to reduce engine heat loss and pump loss by reducing the fuel concentration in the mixture (lean air-fuel ratio) or supplying exhaust gas into the cylinder. Are known.
しかしながら、点火プラグを用いて混合気を着火させる火花点火方式のエンジンにおいては、空燃比をリーン化した場合、または排気ガスを大量に供給した場合、混合気の燃焼速度が低下し、燃焼状態が不安定になる。そのため、エンジンの熱効率を大幅に向上させることができない。 However, in a spark ignition type engine in which an air-fuel mixture is ignited using a spark plug, when the air-fuel ratio is made lean or when a large amount of exhaust gas is supplied, the combustion speed of the air-fuel mixture decreases, and the combustion state is reduced. It becomes unstable. For this reason, the thermal efficiency of the engine cannot be significantly improved.
上記のような燃焼状態の不安定化を防止する技術としては、HCCI(Homogeneous-Charge Compression-Ignition:予混合圧縮自己着火)方式が知られている。HCCI方式は、混合気を圧縮することによりシリンダ内の温度を上昇させ、火花点火を行うことなく混合気を自己着火させるものである。HCCI方式によれば、混合気の複数の箇所から燃焼反応が生じるため、燃焼速度が低下せず、安定した燃焼が可能となる。また、燃焼温度が低下するので、NOx(窒素酸化物)の発生を抑制することができる。 As a technique for preventing instability of the combustion state as described above, an HCCI (Homogeneous-Charge Compression-Ignition) system is known. In the HCCI method, the temperature of the cylinder is increased by compressing the air-fuel mixture, and the air-fuel mixture is self-ignited without performing spark ignition. According to the HCCI method, a combustion reaction occurs from a plurality of locations of the air-fuel mixture, so that the combustion speed does not decrease and stable combustion is possible. Moreover, since combustion temperature falls, generation | occurrence | production of NOx (nitrogen oxide) can be suppressed.
HCCI方式としては、例えば、1サイクル以前の燃焼ガス(既燃ガス)をシリンダ内に供給し、混合ガスの温度を上昇させる方法がある(例えば、特許文献1参照)。 As the HCCI method, for example, there is a method of increasing the temperature of the mixed gas by supplying combustion gas (burned gas) before one cycle into the cylinder (for example, refer to Patent Document 1).
特許文献1記載の4ストロークエンジンにおいては、シリンダの外部に既燃ガスを収容する収容部が設けられている。収容部に収容された既燃ガスは、吸気行程中または圧縮行程中に燃焼室に供給される。それにより、混合気の温度が上昇し、混合気を効果的に自己着火させることができる。
ところで、特許文献1のエンジンにおいては、シリンダと燃焼室とはポートを介して連通されている。また、ポートには弁が設けられている。このような構成において、膨張行程中に既燃ガスが収容部へ流入し、吸気行程中または圧縮行程中に既燃ガスが燃焼室へ流入するように弁が制御される。
By the way, in the engine of
つまり、特許文献1の構成では、各行程に従って弁の開閉を制御しなければならない。この場合、弁の開閉を高精度で制御するための機構が必要となり、エンジンの製造コストが増加する。
That is, in the configuration of
本発明の目的は、混合気の自己着火を確実に行うことができる低コストのエンジンシステムおよびそれを備えた車両を提供することである。 An object of the present invention is to provide a low-cost engine system capable of reliably performing self-ignition of an air-fuel mixture and a vehicle including the same.
(1)第1の発明に係るエンジンシステムは、機械装置を駆動するエンジンシステムであって、シリンダおよびシリンダ内で往復運動を行うピストンを有し、自己着火燃焼が可能なエンジンと、シリンダ内の既燃ガスを収容する既燃ガス収容部とを備え、シリンダは、シリンダ内と既燃ガス収容部とを連通させる連通部を有し、連通部は、ピストンの往復運動により連通状態および遮断状態になるように設けられるものである。 (1) An engine system according to a first aspect of the present invention is an engine system for driving a mechanical device, and includes an engine capable of self-ignition combustion having a cylinder and a piston that reciprocates within the cylinder, A burned gas containing portion for containing burned gas, the cylinder has a communicating portion for communicating the inside of the cylinder and the burned gas containing portion, and the communicating portion is in a communication state and a shut-off state by a reciprocating motion of the piston. It is provided to become.
このエンジンシステムにおいては、シリンダ内の既燃ガスが既燃ガス収容部に収容される。既燃ガス収容部に収容された既燃ガスは、次のサイクル以降において、吸入空気および燃料とともにシリンダ内に再び供給される。それにより、シリンダ内の混合気が成層化されるとともに、混合気の温度が上昇する。その結果、混合気を確実に自己着火させることができる。 In this engine system, the burned gas in the cylinder is housed in the burned gas housing portion. The burned gas stored in the burned gas storage unit is supplied again into the cylinder together with the intake air and fuel after the next cycle. Thereby, the mixture in the cylinder is stratified and the temperature of the mixture rises. As a result, the air-fuel mixture can be surely self-ignited.
また、シリンダ内と既燃ガス収容部とを連通させる連通部は、ピストンの往復運動により連通状態および遮断状態になる。すなわち、シリンダ内と既燃ガス収容部との間における既燃ガスの流れは、ピストンの往復運動によって制御される。この場合、既燃ガスの流れを制御するための弁を設ける必要がないので、エンジンシステムの低コスト化が可能となる。 Moreover, the communication part which connects the inside of a cylinder and the burned gas accommodating part will be in a communication state and interruption | blocking state by the reciprocating motion of a piston. That is, the flow of burned gas between the cylinder and the burned gas storage unit is controlled by the reciprocating motion of the piston. In this case, there is no need to provide a valve for controlling the flow of burned gas, so the cost of the engine system can be reduced.
以上の結果、低コストのエンジンシステムで、混合気を確実に自己着火させることが可能となる。 As a result, the air-fuel mixture can be surely self-ignited with a low-cost engine system.
(2)ピストンの外周面により連通部が閉塞されることにより連通部が閉塞状態となり、ピストンの外周面が連通部から外れることにより連通部が連通状態となってもよい。 (2) The communication portion may be in a closed state by closing the communication portion with the outer peripheral surface of the piston, and the communication portion may be in a communication state by removing the outer peripheral surface of the piston from the communication portion.
この場合、ピストンの外周面により連通部を閉塞および開口させることができるので、容易かつ確実に連通部を閉塞状態および連通状態にすることができる。 In this case, since the communication portion can be closed and opened by the outer peripheral surface of the piston, the communication portion can be easily and reliably brought into a closed state and a communication state.
(3)連通部は、ピストンが下死点近傍に位置するときに開口するように設けられてもよい。 (3) The communication portion may be provided so as to open when the piston is positioned near the bottom dead center.
この場合、膨張行程終了前および排気行程開始後の所定の期間において、連通部が開口される。膨張行程終了前および排気行程開始後の上記所定の期間では、燃焼時に発生する圧力により、シリンダ内の既燃ガスが連通部を介して既燃ガス収容部に流入する。 In this case, the communication portion is opened in a predetermined period before the end of the expansion stroke and after the start of the exhaust stroke. During the predetermined period before the end of the expansion stroke and after the start of the exhaust stroke, the burned gas in the cylinder flows into the burned gas storage portion via the communication portion due to the pressure generated during combustion.
また、吸気行程終了前および圧縮行程開始後の所定の期間において、連通部が開口される。吸気行程終了前の所定期間および圧縮行程開始後の上記所定の期間では、既燃ガス収容部内に対してシリンダ内が低圧になる。それにより、既燃ガス収容部内の既燃ガスがシリンダ内に流入する。 Further, the communication portion is opened before the intake stroke ends and during a predetermined period after the compression stroke starts. In the predetermined period before the end of the intake stroke and the predetermined period after the start of the compression stroke, the pressure in the cylinder is lower than that in the burned gas storage portion. Thereby, the burned gas in the burned gas storage part flows into the cylinder.
以上の結果、既燃ガス収容部への既燃ガスの収容およびシリンダ内への既燃ガスの供給を容易かつ確実に行うことができる。 As a result, it is possible to easily and surely store the burned gas in the burned gas storage unit and supply the burned gas into the cylinder.
(4)エンジンンシステムは、シリンダ内の混合気の燃焼時期を計測する燃焼時期計測手段と、混合気の最適な燃焼時期を記憶する記憶部と、燃焼時期計測手段により計測された燃焼時期と記憶部に記憶された最適な燃焼時期との差が小さくなるようにエンジンの動作を制御する制御手段とをさらに備えてもよい。 (4) The engine system includes a combustion timing measuring means for measuring the combustion timing of the air-fuel mixture in the cylinder, a storage unit for storing the optimal combustion timing of the air-fuel mixture, and a combustion timing measured by the combustion timing measuring means. Control means for controlling the operation of the engine may be further provided so that the difference from the optimal combustion timing stored in the storage unit becomes small.
この場合、混合気の燃焼時期が記憶部に記憶された最適な燃焼時期に近づくように制御部によりエンジンの動作が制御される。それにより、失火等の不整燃焼を防止することができる。 In this case, the operation of the engine is controlled by the control unit so that the combustion timing of the air-fuel mixture approaches the optimal combustion timing stored in the storage unit. Thereby, irregular combustion such as misfire can be prevented.
(5)エンジンシステムは、既燃ガス収容部の容積を調整する容積調整手段をさらに備え、制御手段は、容積調整手段を制御することによりシリンダ内の燃焼時期を調整してもよい。 (5) The engine system may further include a volume adjustment unit that adjusts the volume of the burned gas storage unit, and the control unit may adjust the combustion timing in the cylinder by controlling the volume adjustment unit.
この場合、容積調整手段により既燃ガス収容部の容積を調整することにより、既燃ガス収容部内に収容できる既燃ガスの量を調整することができる。それにより、既燃ガス収容部内からシリンダ内に供給される既燃ガスの量を調整することができ、混合気の温度を調整することができる。その結果、混合気の燃焼時期を容易に調整することが可能となる。 In this case, the amount of burned gas that can be stored in the burned gas storage unit can be adjusted by adjusting the volume of the burned gas storage unit by the volume adjusting means. Thereby, the quantity of the burned gas supplied from the burned gas storage part into the cylinder can be adjusted, and the temperature of the air-fuel mixture can be adjusted. As a result, the combustion timing of the air-fuel mixture can be easily adjusted.
(6)制御手段は、既燃ガス収容部の容積を増加させることによりシリンダ内の混合気の燃焼時期を進角させ、既燃ガス収容部の容積を減少させることによりシリンダ内の混合気の燃焼時期を遅角させてもよい。 (6) The control means advances the combustion timing of the air-fuel mixture in the cylinder by increasing the volume of the burned gas storage unit, and reduces the volume of the fuel mixture in the cylinder by decreasing the volume of the burned gas storage unit. The combustion timing may be retarded.
この場合、既燃ガス収容部の容積を増加させることにより、既燃ガスのシリンダ内への流出による既燃ガス収容部内の圧力低下を低減することができる。それにより、既燃ガス収容部内の圧力を高く保ちつつシリンダ内へ既燃ガスを供給することができる。また、既燃ガス収容部の容積が増加することにより、既燃ガス収容部の既燃ガスの収容量が増加する。これらの結果、シリンダ内へ十分な量の既燃ガスを供給することができる。それにより、混合気の温度が上昇し、燃焼時期が進角する。 In this case, by increasing the volume of the burned gas storage unit, it is possible to reduce the pressure drop in the burnt gas storage unit due to the outflow of burnt gas into the cylinder. Thereby, the burned gas can be supplied into the cylinder while keeping the pressure in the burned gas storage portion high. Further, the amount of the burned gas in the burned gas storage unit increases as the volume of the burned gas storage unit increases. As a result, a sufficient amount of burned gas can be supplied into the cylinder. Thereby, the temperature of the air-fuel mixture rises and the combustion timing is advanced.
また、既燃ガス収容部の容積を減少させたることにより、既燃ガスのシリンダ内への流出による既燃ガス収容部内の圧力低下を大きくすることができる。また、既燃ガス収容部の容積が小さくなることにより、既燃ガス収容部の既燃ガスの収容量が減少する。これらの結果、シリンダ内に供給される既燃ガスの量が減少する。それにより、混合気の温度が低下し、燃焼時期が遅角する。 Further, by reducing the volume of the burned gas storage unit, it is possible to increase the pressure drop in the burned gas storage unit due to the outflow of burnt gas into the cylinder. Further, since the volume of the burned gas storage unit is reduced, the stored amount of burned gas in the burned gas storage unit is reduced. As a result, the amount of burned gas supplied into the cylinder is reduced. Thereby, the temperature of the air-fuel mixture decreases and the combustion timing is retarded.
(7)エンジンシステムは、既燃ガスをシリンダ内から排出する排気通路と、排気通路を開閉する排気弁と、排気弁を駆動する排気弁駆動手段とをさらに備え、制御手段は、排気弁駆動手段を制御することによりシリンダ内の燃焼時期を調整してもよい。 (7) The engine system further includes an exhaust passage for discharging burned gas from the cylinder, an exhaust valve for opening and closing the exhaust passage, and an exhaust valve driving means for driving the exhaust valve, and the control means is driven by the exhaust valve. The combustion timing in the cylinder may be adjusted by controlling the means.
この場合、排気弁駆動手段により排気弁の開閉時期を調整することにより、シリンダ内から排気通路へ流出する既燃ガスの量を調整することができる。それにより、シリンダ内から既燃ガス収容部に流入する既燃ガスの量を調整することができる。その結果、シリンダ内に供給される既燃ガスの量を調整することができ、混合気の燃焼時期を容易に調整することが可能となる。 In this case, the amount of burnt gas flowing out from the cylinder to the exhaust passage can be adjusted by adjusting the opening / closing timing of the exhaust valve by the exhaust valve driving means. Thereby, the quantity of the burned gas which flows into the burned gas storage part from the inside of a cylinder can be adjusted. As a result, the amount of burnt gas supplied into the cylinder can be adjusted, and the combustion timing of the air-fuel mixture can be easily adjusted.
(8)制御手段は、排気弁が開く時期を遅くすることによりシリンダ内の混合気の燃焼時期を進角させ、排気弁が開く時期を早くすることによりシリンダ内の混合気の燃焼時期を遅角させてもよい。 (8) The control means advances the combustion timing of the air-fuel mixture in the cylinder by delaying the opening timing of the exhaust valve, and delays the combustion timing of the air-fuel mixture in the cylinder by increasing the timing of opening the exhaust valve. You may make it horn.
この場合、排気弁が開く時期を遅くすることにより、シリンダ内から排気通路へ流出する既燃ガスの量が減少する。それにより、シリンダ内から既燃ガス収容部に流入する既燃ガスの量が増加し、十分な量の既燃ガスを既燃ガス収容部内に収容することができる。したがって、既燃ガス収容部からシリンダ内に十分な量の既燃ガスを供給することができる。その結果、混合気の温度が上昇し、燃焼時期が進角する。 In this case, the amount of burnt gas flowing out from the cylinder to the exhaust passage is reduced by delaying the opening of the exhaust valve. Accordingly, the amount of burned gas flowing from the cylinder into the burned gas storage unit increases, and a sufficient amount of burned gas can be stored in the burned gas storage unit. Therefore, a sufficient amount of burned gas can be supplied from the burned gas storage portion into the cylinder. As a result, the temperature of the air-fuel mixture rises and the combustion timing is advanced.
また、排気弁が開く時期を早くすることにより、シリンダ内から排気通路へ流出する既燃ガスの量が増加する。それにより、シリンダ内から既燃ガス収容部に流入する既燃ガスの量が減少し、既燃ガス収容部23内に収容される既燃ガスの量が減少する。したがって、既燃ガス収容部からシリンダ内に供給される既燃ガスの量を減少させることができる。その結果、混合気の温度が低下し、燃焼時期が遅角する。
Further, by increasing the timing at which the exhaust valve opens, the amount of burned gas flowing out from the cylinder into the exhaust passage increases. As a result, the amount of burned gas flowing from the cylinder into the burned gas storage portion decreases, and the amount of burned gas stored in the burned
(9)エンジンは、シリンダ内の混合気を火花点火する点火手段と、連通部の開閉を行うための開閉手段とをさらに備え、点火手段によりシリンダ内の混合気が火花点火される場合には、開閉手段により連通部が閉塞されてもよい。 (9) The engine further includes ignition means for spark-igniting the air-fuel mixture in the cylinder and opening / closing means for opening and closing the communicating portion, and when the air-fuel mixture in the cylinder is spark-ignited by the ignition means The communication part may be closed by the opening / closing means.
この場合、エンジンの状態が自己着火燃焼に適していない場合には、開閉手段により連通部を閉塞することにより、既燃ガス収容部からシリンダ内への既燃ガスの供給を中断することができる。それにより、点火手段による混合気の火花点火を確実に行うことができる。その結果、エンジンの破損、NOxの発生、および失火等の不整燃焼を防止することができる。 In this case, when the state of the engine is not suitable for self-ignition combustion, the supply of burned gas from the burned gas storage portion into the cylinder can be interrupted by closing the communicating portion by the opening / closing means. . Thereby, the spark ignition of the air-fuel mixture by the ignition means can be performed reliably. As a result, engine combustion, generation of NOx, and irregular combustion such as misfire can be prevented.
(10)ピストンは、連通部からシリンダ内に供給される既燃ガスの流速を低下させる流速低下部を有してもよい。 (10) The piston may have a flow rate reduction unit that reduces the flow rate of burned gas supplied from the communication unit into the cylinder.
この場合、流速低下部により既燃ガスの流速が低下されるので、既燃ガス収容部からシリンダ内に流入した既燃ガスがシリンダの壁面に高速で衝突することを防止することができる。それにより、既燃ガスの熱がシリンダの壁面から放出されることを防止することができる。その結果、混合気の温度を確実に上昇させることができ、混合気を確実に自己着火させることができる。 In this case, the flow velocity of the burned gas is lowered by the flow velocity reduction portion, so that the burnt gas flowing into the cylinder from the burned gas storage portion can be prevented from colliding with the wall surface of the cylinder at high speed. Thereby, it is possible to prevent the heat of the burned gas from being released from the wall surface of the cylinder. As a result, the temperature of the air-fuel mixture can be reliably increased, and the air-fuel mixture can be surely self-ignited.
また、流速低下部により既燃ガスの流れが制御されるので、シリンダ内の混合気が十分に成層化される。それにより、混合気の温度をさらに上昇させることが可能となる。その結果、混合気をより確実に自己着火させることができる。 Moreover, since the flow of burned gas is controlled by the flow velocity reduction portion, the air-fuel mixture in the cylinder is sufficiently stratified. Thereby, the temperature of the air-fuel mixture can be further increased. As a result, the air-fuel mixture can be self-ignited more reliably.
(11)既燃ガス収容部は、複数の既燃ガス収容部を含み、連通部は、複数の既燃ガス収容部とシリンダ内とをそれぞれ連通させる複数の連通部を含み、複数の連通部は、既燃ガスがシリンダの略中央部に向かって流出するように形成されてもよい。 (11) The burned gas storage unit includes a plurality of burned gas storage units, and the communication unit includes a plurality of communication units that respectively connect the plurality of burned gas storage units and the inside of the cylinder, and the plurality of communication units. The burned gas may be formed so as to flow out toward the substantially central portion of the cylinder.
この場合、複数の既燃ガス収容部により、十分な量の既燃ガスをシリンダ内に供給することができる。それにより、混合気の温度を確実に上昇させることができる。 In this case, a sufficient amount of burned gas can be supplied into the cylinder by the plurality of burned gas storage units. Thereby, the temperature of the air-fuel mixture can be reliably increased.
また、複数の既燃ガス収容部から供給される既燃ガスは、シリンダの略中央部で合流する。そのため、既燃ガス収容部からシリンダ内に流入する既燃ガスの流速は、シリンダ内の略中央部で低下する。 Moreover, the burned gases supplied from the plurality of burned gas storage units merge at a substantially central portion of the cylinder. Therefore, the flow velocity of the burned gas flowing into the cylinder from the burned gas storage portion is reduced at the substantially central portion in the cylinder.
この場合、既燃ガス収容部からシリンダ内に流入した既燃ガスがシリンダの壁面に高速で衝突することを防止することができる。それにより、既燃ガスの熱がシリンダの壁面から放出されることを防止することができる。その結果、混合気の温度を確実に上昇させることができる。 In this case, it is possible to prevent the burned gas flowing into the cylinder from the burned gas storage portion from colliding with the wall surface of the cylinder at a high speed. Thereby, it is possible to prevent the heat of the burned gas from being released from the wall surface of the cylinder. As a result, the temperature of the air-fuel mixture can be reliably increased.
以上の結果、混合気を確実に自己着火させることができる。 As a result, the air-fuel mixture can be surely self-ignited.
(12)第2の発明に係る車両は、駆動輪と、第1の発明に係るエンジンシステムと、第1の発明に係るエンジンシステムにより発生される動力を駆動輪に伝達する伝達機構とを備えたものである。 (12) A vehicle according to a second invention includes drive wheels, an engine system according to the first invention, and a transmission mechanism that transmits power generated by the engine system according to the first invention to the drive wheels. It is a thing.
この車両においては、第1の発明に係るエンジンシステムにより発生される動力が伝達機構により駆動輪に伝達され、駆動輪が駆動される。 In this vehicle, power generated by the engine system according to the first aspect of the invention is transmitted to the drive wheels by the transmission mechanism, and the drive wheels are driven.
第1の発明に係るエンジンシステムにおいては、シリンダ内の既燃ガスが既燃ガス収容部に収容される。既燃ガス収容部に収容された既燃ガスは、次のサイクル以降において、吸入空気および燃料とともにシリンダ内に再び供給される。それにより、シリンダ内の混合気が成層化されるとともに、混合気の温度が上昇する。その結果、混合気を確実に自己着火させることができる。 In the engine system according to the first aspect of the present invention, the burned gas in the cylinder is housed in the burned gas housing portion. The burned gas stored in the burned gas storage unit is supplied again into the cylinder together with the intake air and fuel after the next cycle. Thereby, the mixture in the cylinder is stratified and the temperature of the mixture rises. As a result, the air-fuel mixture can be surely self-ignited.
また、シリンダ内と既燃ガス収容部とを連通させる連通部は、ピストンの往復運動により連通状態および遮断状態になる。すなわち、シリンダ内と既燃ガス収容部との間における既燃ガスの流れは、ピストンの往復運動によって制御される。この場合、既燃ガスの流れを制御するための弁を設ける必要がないので、エンジンシステムの低コスト化が可能となる。 Moreover, the communication part which connects the inside of a cylinder and the burned gas accommodating part will be in a communication state and interruption | blocking state by the reciprocating motion of a piston. That is, the flow of burned gas between the cylinder and the burned gas storage unit is controlled by the reciprocating motion of the piston. In this case, there is no need to provide a valve for controlling the flow of burned gas, so the cost of the engine system can be reduced.
以上の結果、車両の走行安定性を低コストで向上させることができる。 As a result, the running stability of the vehicle can be improved at a low cost.
本発明によれば、エンジンのシリンダ内の既燃ガスが既燃ガス収容部に収容される。既燃ガス収容部に収容された既燃ガスは、次のサイクル以降において、吸入空気および燃料とともにシリンダ内に再び供給される。それにより、シリンダ内の混合気が成層化されるとともに、混合気の温度が上昇する。その結果、混合気を確実に自己着火させることができる。 According to the present invention, the burned gas in the cylinder of the engine is accommodated in the burned gas storage portion. The burned gas stored in the burned gas storage unit is supplied again into the cylinder together with the intake air and fuel after the next cycle. Thereby, the mixture in the cylinder is stratified and the temperature of the mixture rises. As a result, the air-fuel mixture can be surely self-ignited.
また、シリンダ内と既燃ガス収容部とを連通させる連通部は、ピストンの往復運動により連通状態および遮断状態になる。すなわち、シリンダ内と既燃ガス収容部との間における既燃ガスの流れは、ピストンの往復運動によって制御される。この場合、既燃ガスの流れを制御するための弁を設ける必要がないので、エンジンシステムの低コスト化が可能となる。 Moreover, the communication part which connects the inside of a cylinder and the burned gas accommodating part will be in a communication state and interruption | blocking state by the reciprocating motion of a piston. That is, the flow of burned gas between the cylinder and the burned gas storage unit is controlled by the reciprocating motion of the piston. In this case, there is no need to provide a valve for controlling the flow of burned gas, so the cost of the engine system can be reduced.
以下、本発明の実施の形態に係るエンジンシステムおよびそれを備えた車両について図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態のエンジンシステムは、HCCI(Homogeneous-Charge Compression-Ignition:予混合圧縮自己着火)方式および火花点火方式による燃焼を行う。また、以下の説明においては、車両の一例として自動二輪車について説明する。 Hereinafter, an engine system according to an embodiment of the present invention and a vehicle including the engine system will be described with reference to the drawings. The engine system according to the present embodiment performs combustion by an HCCI (Homogeneous-Charge Compression-Ignition) method and a spark ignition method. In the following description, a motorcycle will be described as an example of a vehicle.
(1)自動二輪車の構成
図1は、本発明の一実施の形態に係る自動二輪車の模式図である。
(1) Configuration of Motorcycle FIG. 1 is a schematic diagram of a motorcycle according to an embodiment of the present invention.
図1の自動二輪車600においては、本体フレーム601の前端にヘッドパイプ602が設けられる。ヘッドパイプ602にフロントフォーク603が左右方向に揺動可能に設けられる。フロントフォーク603の下端に前輪604が回転可能に支持される。ヘッドパイプ602の上端にはハンドル605が取り付けられる。
In the
本体フレーム601の中央部には、エンジン100、吸気管11および排気管12が設けられる。エンジン100の上部には燃料タンク606が設けられ、燃料タンク606の後方にはシート607が設けられる。シート607の下部には、ECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)50が設けられる。
An
エンジン100の後方に延びるように、本体フレーム601にリアアーム608が接続される。リアアーム608は、後輪609および後輪ドリブンスプロケット610を回転可能に保持する。また、排気管12には三元触媒616が介挿され、排気管12の後端にはマフラー612が取り付けられる。
A
エンジン100にはドライブシャフト613が取り付けられ、ドライブシャフト613には後輪ドライブスプロケット614が取り付けられる。後輪ドライブスプロケット614は、チェーン615を介して後輪609の後輪ドリブンスプロケット610に連結される。
A
(2)エンジンシステムの構成
図2は、本実施の形態に係るエンジンシステム200を示す模式図である。図2に示すように、エンジンシステム200は、アクセル開度センサ31、クランク角センサ32、スロットルセンサ33、モータ34,35、ECU50およびエンジン100を含む。
(2) Configuration of Engine System FIG. 2 is a schematic diagram showing an
エンジン100はシリンダ1および外部容器21を含む。外部容器21は、シリンダ1内で燃焼した混合気(以下、既燃ガスと称する)の一部を収容する。詳細は後述する。
シリンダ1内には、ピストン2が上下動可能に設けられる。ピストン2は、コンロッド41およびクランク(図示せず)を介してクランク軸42に連結される。シリンダ1内の上部には燃焼室3が設けられる。燃焼室3は吸気ポート4および排気ポート5を介してエンジン100の外部に連通する。
A
吸気ポート4の下流側の開口端に吸気弁6が開閉自在に配置され、排気ポート5の上流側の開口端に排気弁7が開閉自在に配置される。吸気弁6の上端には、吸気弁6を駆動するための吸気弁駆動装置6aが設けられる。排気弁7の上端には、排気弁7を駆動するための排気弁駆動装置7aが設けられる。
An
燃焼室3の上部には、燃焼室3内で火花点火を行うための点火プラグ8が設けられる。燃焼室3の側部には、混合気の燃焼時期を計測するための燃焼時期計測器10が設けられる。吸気ポート4の上流側の開口端には、吸気管11が取り付けられ、排気ポート5の下流側の開口端には排気管12が取り付けられる。
An
外部容器21は、シリンダ1の側面に取り付けられる。外部容器21には、外部容器21内を2つの空間22,23に分割する仕切り板24,25が設けられる。なお、シリンダ1内の既燃ガスは空間23内に収容される。以下、空間23を既燃ガス収容部23と称する。
The
仕切り板24の一端は、外部容器21内の上面に固定される。仕切り板24の他端には回動軸26が仕切り板24に対して回動自在に設けられる。回動軸26は、モータ34の回転軸に連結されており、モータ34により回動される。
One end of the
仕切り板25の一端は回動軸26に固定される。回動軸26が回動することにより、仕切り板25が回動軸26を中心として回動する。このとき、仕切り板25の他端は、外部容器21内の内面に沿って摺動する。これにより、既燃ガス収容部23の容積が調整される。したがって、回動軸26を回動させることにより、既燃ガス収容部23内に収容される既燃ガスの量を調整することができる。
One end of the
既燃ガス収容部23とシリンダ1内とは、シリンダ1の側部に形成された断面四角形の連通孔28により連通される。連通孔28には、連通孔28内を通過する既燃ガスの流量を調整するための調整弁29が設けられる。
The burned
調整弁29の一端側は、外部容器21内に設けられた回動軸30に固定される。回動軸30は、モータ35の回転軸に連結されており、モータ35により回動される。回動軸30を回動させることにより、調整弁29の開度を調整することができる。それにより、連通孔28を通過する既燃ガスの流量が調整される。
One end side of the
吸気管11には、シリンダ1内に燃料を供給するためのインジェクタ9が設けられる。また、吸気管11には電子制御式スロットルバルブ(ETV)14が設けられる。運転者が図示しないアクセルグリップを操作することによりECU50によりETV14の開度(以下、スロットル開度と称する)が調整される。それにより、シリンダ1内に吸入される空気(吸気)の量が調整される。
The
アクセル開度センサ31は、運転者によるアクセルグリップの操作量(以下、アクセル開度と称する)を検出し、検出値をECU50に与える。クランク角センサ32は、クランク軸42の回転角度(以下、クランク角度と称する)を検出し、検出値をECU50に与える。スロットルセンサ33は、スロットル開度を検出し、検出値をECU50に与える。
The
ECU50は、I/F(インターフェース)51、CPU(中央演算処理装置)52、ROM(リードオンリメモリ)53およびRAM(ランダムアクセスメモリ)54を含む。上記のセンサ31〜33および燃焼時期計測器10の検出値は、I/F51を介してCPU52に与えられる。
The
CPU52は、各センサ31〜33および燃焼時期計測器10の検出値に基づいて、吸気弁駆動装置6a、排気弁駆動装置7a、点火プラグ8、インジェクタ9、ETV14およびモータ34,35を制御する。CPU52の制御動作の詳細は後述する。ROM53は、CPU52の制御プログラム等を記憶する。RAM54は、種々のデータを記憶するとともにCPU52の作業領域として機能する。
The
(3)エンジンの動作
次に、エンジン100の動作について説明する。本実施の形態においては、HCCI方式による燃焼(以下、HCCI燃焼と呼ぶ)および火花点火方式による燃焼(以下、火花点火燃焼と呼ぶ)が選択的に行なわれるように、CPU52により各部の動作が制御される。以下、HCCI燃焼および火花点火燃焼について簡単に説明する。
(3) Engine Operation Next, the operation of the
(3−1)HCCI燃焼
まず、HCCI燃焼時のエンジン100の状態について説明する。なお、本実施の形態においては、エンジン100として4ストロークエンジンが用いられている。
(3-1) HCCI combustion First, the state of the
図3は、HCCI燃焼時のエンジン100の状態を示す模式図である。図3(a)において、混合気が自己着火している。このとき、ピストン2の上面が連通孔28の上面より上方に位置している。それにより、連通孔28のピストン2側はピストン2の側面により閉塞される。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a state of
図3(a)および(b)に示すように、エンジン100のピストン2は、膨張行程において、TDC(Top Dead Center:上死点)からBDC(Bottom Dead Center:下死点)まで下降する。その後、図3(b)および(c)に示すように、ピストン2は、排気行程においてBDCからTDCへと上昇する。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the
ここで、エンジン100においては、図3(b)に示すように、BDC前後で、ピストン2の上面が連通孔28の上面より下方に位置する。それにより、連通孔28のピストン2側が開口される。すなわち、膨張行程終了前の所定期間および排気行程開始後の所定期間において、既燃ガス収容部23とシリンダ1内とが連通孔28を介して連通される。このとき、図3(a)において燃焼した混合気(既燃ガス)の一部が、燃焼時に発生した圧力により既燃ガス収容部23内に流入する。
Here, in the
また、図3(c)に示すように、TDC前後でピストン2の上面が連通孔28の上面より上方に位置する。それにより、連通孔28のピストン2側はピストン2の側面により閉塞される。この場合、シリンダ1と既燃ガス収容部23との間での既燃ガスの移動が遮断される。それにより、既燃ガスが既燃ガス収容部23内に保持される。
3C, the upper surface of the
次に、図3(c)および(d)に示すように、ピストン2は、吸気行程においてTDCからBDCへと下降する。その後、図3(d)および(a)に示すように、ピストン2は、圧縮行程においてBDCからTDCへ上昇する。それにより、混合気が自己着火する。
Next, as shown in FIGS. 3C and 3D, the
吸気行程終了前の所定期間および圧縮行程開始後の所定期間においても、図3(d)に示すように、上記の膨張行程および排気行程と同様に、ピストン2の上面が連通孔28の上面より下方に位置する。すなわち、吸気行程終了前の所定期間および圧縮行程開始後の所定期間において、既燃ガス収容部23とシリンダ1内とが連通孔28を介して連通される。このとき、シリンダ1内は、既燃ガス収容部23内に対して低圧になっているので、既燃ガス収容部23内の既燃ガスがシリンダ1内に流入する。それにより、シリンダ1内の混合気が成層化されるとともに、混合気の温度が上昇する。その結果、HCCI燃焼を確実に行うことができる。
Also in the predetermined period before the end of the intake stroke and the predetermined period after the start of the compression stroke, as shown in FIG. 3D, the upper surface of the
なお、本実施の形態においては、BDCにおいてピストン2の上面と連通孔28の下面が面一になるものとする(図3(b),(d)参照)。すなわち、BDCにおいて、連通孔28のピストン2側が完全に開口する。
In the present embodiment, it is assumed that the upper surface of the
(3−2)火花点火燃焼
図4は、火花点火燃焼時のエンジン100の状態を示した模式図である。
(3-2) Spark Ignition Combustion FIG. 4 is a schematic diagram showing a state of
図4に示すように、火花点火燃焼時には、調整弁29により連通孔28が閉塞される。それにより、シリンダ1と既燃ガス収容部23との間での既燃ガスの移動が阻止される。この状態で、点火プラグ8を用いた通常の火花点火燃焼が行われる。
As shown in FIG. 4, the
(3−3)運転領域
上述したように、本実施の形態においては、CPU52(図2)の制御により、HCCI燃焼および火花点火燃焼が選択的に行われる。CPU52は、エンジン100の回転速度とエンジン100の負荷との関係に基づいて、HCCI燃焼および火花点火燃焼のうち一方を選択する。なお、エンジン100の負荷は、エンジン100に設けられる図示しない検出装置により検出される。また、エンジン100の回転速度は、クランク角センサ32の検出値に基づいてCPU52により算出される。
(3-3) Operation Region As described above, in the present embodiment, HCCI combustion and spark ignition combustion are selectively performed under the control of the CPU 52 (FIG. 2).
図5は、エンジン100のHCCI燃焼による運転領域(以下、HCCI燃焼領域と称する)および火花点火燃焼による運転領域(以下、火花点火燃焼領域と称する)を示す図である。図5において、横軸はエンジン100の回転速度を示し、縦軸はエンジン100の負荷を示す。また、実線H1に囲まれる領域はHCCI燃焼領域を示し、実線H2に囲まれる領域は火花点火燃焼領域を示す。なお、図5に示す関係は、ECU50のROM53またはRAM54に記憶されている。
FIG. 5 is a diagram showing an operation region (hereinafter referred to as HCCI combustion region) by HCCI combustion of
図5に示すように、本実施の形態においては、HCCI燃焼は、エンジン100の回転速度が所定値より低い領域において、一部の低負荷領域を除く中低負荷領域で行われる。以下、その理由を簡単に説明する。
As shown in FIG. 5, in the present embodiment, HCCI combustion is performed in a medium to low load region excluding a part of the low load region in a region where the rotation speed of
エンジン100に大きな負荷が加わっている状態でHCCI燃焼を行う場合、混合気の燃焼速度が速くなる。そのため、高負荷時にHCCI燃焼を行った場合、急激に伝播する燃焼により衝撃が発生し、エンジン100が破損するおそれがある。
When HCCI combustion is performed in a state where a large load is applied to the
また、エンジン100の回転速度が高い場合、混合気の燃焼回数が増加し、燃焼反応による熱がシリンダ1内に蓄積される。混合気の燃焼により生成されるNOx(窒素酸化物)の量は、シリンダ1内の燃焼温度に依存する。したがって、エンジン100の回転速度が増加すると、生成されるNOxの濃度が上昇する。
Further, when the rotational speed of the
また、エンジン100の始動時および低負荷時には、外部容器21に収容されている既燃ガスの温度が低い。そのため、外部容器21内の既燃ガスがシリンダ1内に流入しても、混合気の温度が十分に上昇しない場合がある。それにより、混合気が自己着火できない場合がある。
Moreover, the temperature of the burned gas accommodated in the
そこで、本実施の形態においては、エンジン100の回転速度が高い場合、エンジン100の高負荷時、エンジン100の始動時、およびエンジン100の低負荷時には、通常の火花点火燃焼を行う。それにより、エンジン100の破損、NOxの発生、および失火等の不整燃焼を防止することができる。
Therefore, in the present embodiment, when the rotation speed of
(4)CPUの制御
次に、CPU52(図2)の制御動作について説明する。
(4) CPU Control Next, the control operation of the CPU 52 (FIG. 2) will be described.
図6は、CPU52の制御動作を示すフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart showing the control operation of the
まず、図6に示すように、CPU52が運転情報を取得する(ステップS1)。なお、運転情報とは、エンジンシステム200の動作状態に関する情報である。運転情報は、例えば、アクセル開度、エンジン100の回転速度、エンジン100の負荷、油温、水温、スロットル開度、クランク角度、ならびに吸気弁6および排気弁7の開閉時期等を含む。
First, as shown in FIG. 6, the
次に、CPU52は、ステップS1で取得した運転情報に基づいて、エンジン100がHCCI燃焼領域(図5参照)であるか否かを判定する(ステップS2)。エンジン100がHCCI燃焼領域である場合、CPU52はHCCI燃焼処理を行う(ステップS3)。その後、ステップS1に戻る。HCCI燃焼処理の詳細は後述する。
Next, the
ステップS2において、エンジン100がHCCI燃焼領域でない場合すなわち火花点火燃焼領域(図5参照)である場合、CPU52は火花点火燃焼処理を行う(ステップS4)。この場合、通常の火花点火燃焼の制御が行われる。その後、ステップS1に戻る。なお、火花点火燃焼処理においては、CPU52は、モータ34(図2)を制御することにより調整弁29の開度を0にする。すなわち、連通孔28が閉塞される。
In step S2, when the
(4−1)HCCI燃焼処理
HCCI燃焼処理においては、エンジン100の回転速度に応じて目標となる燃焼時期(以下、目標燃焼時期と呼ぶ)が予め定められている。CPU52は、燃焼時期計測器10(図2)によって検出される燃焼時期が目標燃焼時期と等しくなるように各部を制御する。なお、目標燃焼時期とは、取得した運転情報に基づいてHCCI燃焼が行われる場合に、熱効率および燃焼の安定性が最も向上する着火時期のことである。目標燃焼時期は、任意の運転情報に対応できるようにマップとしてROM53またはRAM54に記憶されている。
(4-1) HCCI Combustion Process In the HCCI combustion process, a target combustion timing (hereinafter referred to as a target combustion timing) is determined in advance according to the rotational speed of the
(a)燃焼時期
まず、燃焼時期について説明する。
(A) Combustion time First, the combustion time will be described.
上述したように、燃焼時期は燃焼時期計測器10によって検出される。例えば、燃焼時期は、シリンダ1内の熱発生率が最大となる時期(dQ/dθが最大となる時期)、または燃焼によるシリンダ1内の圧力の変化率が最大となる時期(dP/dθが最大となる時期)のいずれかとして検出することができる。なお、上記Qはシリンダ1内の発熱量を示し、Pはシリンダ1内の圧力を示し、θはクランク角度を示す。
As described above, the combustion timing is detected by the
また、燃焼質量割合(混合気全体の質量に対する燃焼した部分の質量の割合)が50%となる時期を燃焼時期として用いてもよい。図7は、シリンダ1におけるクランク角度と熱発生率との関係、およびクランク角度と燃焼質量割合との関係の一例を示したものである。燃焼質量割合が50%となる時期はdP/dθが最大となる時期に比べてやや遅角側の値となるが、図7に示すように、燃焼質量割合が50%となる時期とdQ/dθが最大となる時期とはほぼ同一である。したがって、燃焼質量割合が50%となる時期を燃焼時期としてもよい。
Moreover, you may use the time when a combustion mass ratio (ratio of the mass of the burned part with respect to the mass of the whole air-fuel mixture) becomes 50% as a combustion timing. FIG. 7 shows an example of the relationship between the crank angle and the heat generation rate in the
また、エンジン100の1サイクルにおけるイオン電流を積算した場合に、積算値が1サイクル分のイオン電流の50%となる時期は燃焼質量割合が50%となる時期とほぼ同一である。したがって、イオン電流の積算値が1サイクル分のイオン電流の50%となる時期を燃焼時期としてもよい。
Further, when the ion current in one cycle of
本実施の形態においては、燃焼時期計測器10として、例えば、イオンプローブ等によってイオン電流を測定することができる装置を用いる。そして、測定されたイオン電流の積算値が1サイクル分のイオン電流の50%となる時期を燃焼時期とする。
In the present embodiment, as the combustion
(b)HCCI燃焼処理時のCPUの制御動作
次に、HCCI燃焼処理時のCPU52(図2)の制御動作について説明する。
(B) CPU Control Operation During HCCI Combustion Process Next, the control operation of the CPU 52 (FIG. 2) during the HCCI combustion process will be described.
図8は、図6のステップS3に示されるHCCI燃焼処理の詳細を示すフローチャートである。 FIG. 8 is a flowchart showing details of the HCCI combustion process shown in step S3 of FIG.
図8に示すように、CPU52は、図6のステップS1で取得した運転情報(エンジン100の回転速度)に応じた目標燃焼時期をROM53またはRAM54から読み込む(ステップS11)。
As shown in FIG. 8, the
次に、CPU52は、図6のステップS1で取得した運転情報に基づいて、燃料噴射時期、燃料噴射量および空気量を決定する(ステップS12)。なお、燃焼噴射時期は、例えば、インジェクタ9から噴出された燃料が吸気行程中にシリンダ1内に供給されるように決定される。また、燃料噴射量は、例えば、アクセル開度に基づいて決定される。また、空気量は、例えば、混合気の空燃比が理論空燃比(約14.5:1)となるように決定される。
Next, the
次に、CPU52は、ステップS11で読み込んだ目標燃焼時期およびステップS12で決定した空気量等に基づいて外部容器21(図2)からシリンダ1(図2)内へ供給される既燃ガスの量を決定する(ステップS13)。なお、既燃ガス量を調整することにより、シリンダ1内の温度を調整することができる。
Next, the
次に、CPU52は、1サイクル前の処理において補正係数が算出されたか否かを判別する(ステップS14)。なお、補正係数は、後述するステップS20の処理において算出される。
Next, the
1サイクル前に補正係数が算出されている場合、CPU52は、ステップS13で決定された既燃ガス量に補正係数を乗算する(ステップS15)。
When the correction coefficient is calculated one cycle before, the
次に、CPU52は、ステップS12で決定された燃料噴射時期、燃料噴射量、空気量およびステップS15で算出された既燃ガス量に基づいて、吸気弁6(図2)の開閉時期、排気弁7(図2)の開閉時期、既燃ガス収容部23(図2)の容積、およびスロットル開度を決定する(ステップS16)。
Next, based on the fuel injection timing, fuel injection amount, air amount determined in step S12, and the burned gas amount calculated in step S15, the
なお、ステップS14において補正係数が算出されていない場合は、CPU52は、ステップS12で決定された燃料噴射時期、燃料噴射量、空気量およびステップS13で決定された既燃ガス量に基づいて、吸気弁6の開閉時期、排気弁7の開閉時期、既燃ガス収容部23の容積、およびスロットル開度を決定する。
When the correction coefficient is not calculated in step S14, the
次に、CPU52は、ステップS16で決定された吸気弁6の開閉時期、排気弁7の開閉時期、既燃ガス収容部23の容積、およびスロットル開度に基づいて混合気を自己着火燃焼させるとともに、燃焼時期計測器10(図2)から実際の燃焼時期を取得する(ステップS17)。
Next, the
次に、CPU52は、ステップS11で読み込んだ目標燃焼時期とステップS17で取得した実際の燃焼時期との誤差を算出する(ステップS18)。次に、CPU52は、ステップS18で算出された誤差の絶対値が予め設定されたしきい値以上か否かを判別する(ステップS19)。
Next, the
誤差の絶対値がしきい値以下の場合、CPU52は、既燃ガス量に対する補正係数を算出する(ステップS20)。その後、CPU52は図6のステップS1に戻る。
When the absolute value of the error is less than or equal to the threshold value, the
ステップS19において誤差の絶対値がしきい値より大きい場合、CPU52は、調整弁29により連通孔28を閉塞した後、火花点火燃焼処理を行う(ステップS21)。その後、図6のステップS1に戻る。これらステップS19およびステップS21の処理を設けることにより、実際の燃焼時期が目標燃焼時期と大きく異なっている場合には、HCCI燃焼を行わずに火花点火燃焼を行うことができる。それにより、混合気の早期着火および失火等の不整燃焼を防止することができる。
When the absolute value of the error is larger than the threshold value in step S19, the
(c)補正係数
ステップS20において算出される既燃ガス量に対する補正係数は、目標燃焼時期と実際の燃焼時期との誤差が小さくなるように算出される。
(C) Correction coefficient The correction coefficient for the burned gas amount calculated in step S20 is calculated so that an error between the target combustion timing and the actual combustion timing is small.
具体的には、実燃焼時期が目標燃焼時期よりも遅い場合には、シリンダ1(図2)内の既燃ガスの割合が大きくなるように補正係数が算出される。シリンダ1内の既燃ガスの割合が大きくなることにより、混合気の温度が上昇する。それにより、混合気の燃焼時期が進角する。
Specifically, when the actual combustion timing is later than the target combustion timing, the correction coefficient is calculated so that the ratio of burned gas in the cylinder 1 (FIG. 2) increases. As the ratio of burned gas in the
また、実燃焼時期が目標燃焼時期よりも早い場合には、シリンダ1内の既燃ガスの割合が小さくなるように補正係数が算出される。シリンダ1内の既燃ガスの割合が小さくなることにより、混合気の温度が低下する。それにより、混合気の燃焼時期が遅角する。
When the actual combustion timing is earlier than the target combustion timing, the correction coefficient is calculated so that the ratio of burned gas in the
なお、シリンダ1内の既燃ガス量の調整は、例えば、以下の方法のいずれか、または以下のいくつかの方法を組み合わせることにより行うことができる。
The amount of burnt gas in the
(d)シリンダ内の既燃ガス量の調整方法
(d−1)既燃ガス収容部による調整
既燃ガス収容部23(図2)の容積を調整することにより、シリンダ1内へ供給される既燃ガスの量を調整することができる。既燃ガス収容部23の容積を調整する際には、CPU52は、モータ35(図2)を制御することにより、仕切り板25を回動させる。
(D) Method for adjusting the amount of burnt gas in the cylinder (d-1) Adjustment by the burnt gas storage unit The volume of the burnt gas storage unit 23 (FIG. 2) is adjusted to be supplied into the
既燃ガス収容部23の容積を増加させた場合、シリンダ1内へ既燃ガスが流出することによって生じる既燃ガス収容部23内の圧力低下が減少する。この場合、既燃ガス収容部23内の圧力を高く保ちつつシリンダ1内へ既燃ガスを供給することができる。また、既燃ガス収容部23の容積が大きくなることにより、既燃ガス収容部23の既燃ガスの収容量が増加する。したがって、シリンダ1内へ十分な量の既燃ガスを供給することができる。それにより、混合気の温度が上昇し、燃焼時期が進角する。
When the volume of the burnt
一方、既燃ガス収容部23の容積を減少させた場合、シリンダ1内へ既燃ガスが流出することによって生じる既燃ガス収容部23内の圧力低下が増大する。この場合、シリンダ1内に既燃ガスを供給する際の既燃ガス収容部23内の圧力低下が大きくなる。また、既燃ガス収容部23の容積が小さくなることにより、既燃ガス収容部23の既燃ガスの収容量が減少する。したがって、シリンダ1内に供給される既燃ガスの量が減少する。それにより、混合気の温度が低下し、燃焼時期が遅角する。
On the other hand, when the volume of the burnt
(d−2)排気弁による調整
排気弁7(図2)が開いている時間(開口期間)を調整することにより、シリンダ1内へ供給される既燃ガスの量を調整することができる。
(D-2) Adjustment by Exhaust Valve The amount of burnt gas supplied into the
排気弁7の開口期間を短くした場合、シリンダ1内から排気ポート5へ流出する既燃ガスの量が減少する。それにより、シリンダ1内から既燃ガス収容部23に流入する既燃ガスの量が増加する。
When the opening period of the
この場合、十分な量の既燃ガスが既燃ガス収容部23内に収容される。それにより、既燃ガス収容部23からシリンダ1内に十分な量の既燃ガスを供給することが可能となる。その結果、混合気の温度が上昇し、燃焼時期が進角する。
In this case, a sufficient amount of burned gas is stored in the burned
一方、排気弁7の開口期間を長くした場合、シリンダ1内から排気ポート5へ流出する既燃ガスの量が増加する。それにより、シリンダ1内から既燃ガス収容部23に流入する既燃ガスの量が減少する。
On the other hand, when the opening period of the
この場合、既燃ガス収容部23内に収容される既燃ガスの量が減少する。それにより、既燃ガス収容部23からシリンダ1内に供給される既燃ガスの量が減少する。その結果、混合気の温度が低下し、燃焼時期が遅角する。
In this case, the amount of burned gas stored in the burned
なお、排気弁7の開口期間は、例えば、排気弁7の開く時期(開口時期)を遅角させること、または排気弁7の閉じる時期(閉塞時期)を進角させることにより短くすることができる。また、排気弁7の開口期間は、例えば、排気弁7の開口時期を進角させること、または排気弁7の閉塞時期を遅角させることにより長くすることができる。
The opening period of the
(5)本実施の形態の効果
(a)本実施の形態に係るエンジンシステム200においては、ピストン2の上下運動に伴って連通孔28がピストン2の外周面で開閉される。詳細には、ピストン2がBDC付近に位置する所定の期間において、連通孔28が開口される。また、上記所定の期間を除く期間においては、ピストン2の外周面により連通孔28が閉塞される。
(5) Effects of the present embodiment (a) In the
この場合、膨張行程および排気行程における上記所定の期間では、燃焼時に発生する圧力により、シリンダ1内の既燃ガスが連通孔28を介して既燃ガス収容部23に流入する。また、吸気行程および圧縮行程における上記所定の期間では、シリンダ1内が低圧になることにより、既燃ガス収容部23内の既燃ガスがシリンダ1内に流入する。
In this case, during the predetermined period in the expansion stroke and the exhaust stroke, the burned gas in the
このように、本実施の形態においては、既燃ガスの流れを制御するための弁を設けることなく、既燃ガス収容部23への既燃ガスの収容およびシリンダ1内への既燃ガスの供給を適切な時期に行うことができる。それにより、低コストのエンジンシステムで、混合気を確実に自己着火させることが可能となる。
Thus, in the present embodiment, without providing a valve for controlling the flow of burned gas, the burned gas is stored in the burned
(b)また、本実施の形態においては、既燃ガス収容部23の容積を調整することができる。それにより、シリンダ1内に供給される既燃ガスの量を調整することができる。その結果、混合気の燃焼時期を調整することができ、安定したHCCI燃焼が可能となる。
(B) Moreover, in this Embodiment, the volume of the burned
(c)また、調整弁29により連通孔28を閉塞することができる。この場合、エンジン100がHCCI燃焼に適していない状態である場合には、調整弁29により連通孔28を閉塞し火花点火燃焼を行うことができる。すなわち、本実施の形態においては、エンジン100の状態に応じて、HCCI燃焼および火花点火燃焼を選択的に行うことができる。それにより、エンジン100の出力を安定させることができる。
(C) Further, the
(d)また、本実施の形態においては、排気弁7の開閉時期を調整することにより、既燃ガス収容部23内に収容される既燃ガスの量を調整することができる。それにより、シリンダ1内に供給される既燃ガスの量を調整することができる。その結果、混合気の燃焼時期を調整することができ、安定したHCCI燃焼が可能となる。
(D) In the present embodiment, the amount of burned gas accommodated in the burned
(e)また、本実施の形態においては、設定された目標燃焼時期で自己着火燃焼が行われるようにエンジンシステム200の各部が制御される。それにより、ノッキングおよび失火等を防止することができ、エンジン100の安定した運転が可能になる。
(E) In this embodiment, each part of
(f)また、目標燃焼時期と実際の燃焼時期との誤差が大きい場合には、火花点火燃焼が行われる。それにより、混合気の早期着火および失火等の不整燃焼を確実に防止することができる。 (F) Further, when the error between the target combustion timing and the actual combustion timing is large, spark ignition combustion is performed. Thereby, irregular combustion such as early ignition and misfire of the air-fuel mixture can be surely prevented.
(g)また、本実施の形態においては、エンジン100の回転速度が高い場合、エンジン100の高負荷時、エンジン100の始動時、およびエンジン100の低負荷時には、通常の火花点火燃焼を行う。それにより、エンジン100の破損、NOxの発生、および失火等の不整燃焼を防止することができる。
(G) In this embodiment, when the rotation speed of
(6)他の実施の形態
(6−1)外部容器の設置例
上記実施の形態においては、1つのシリンダ1に1つの外部容器21を設けた場合について説明したが、1つのシリンダ1に複数の外部容器21を設けてもよい。
(6) Other Embodiments (6-1) Example of Installation of External Container In the above embodiment, a case where one
図9および図10は、2つの外部容器21を備えたエンジン100の一例を示す図である。なお、図10は、図9のA−A線断面図である。
9 and 10 are diagrams showing an example of the
図9および図10に示すように、本例では、2つの外部容器21が互いに対向するようにシリンダ1の両側面に設けられている。この構成においては、図9および図10に矢印で示すように、2つの外部容器21からシリンダ1内に流入する既燃ガスは、シリンダ1内の中央部で合流する。そのため、外部容器21からシリンダ1内に流入する既燃ガスの流速は、シリンダ1内の中央部で低下する。
As shown in FIGS. 9 and 10, in this example, two
この場合、シリンダ1内に流入した既燃ガスがシリンダ1の壁面に高速で衝突することを防止することができる。それにより、既燃ガスの熱がシリンダ1の壁面から放出されることを防止することができる。その結果、混合気の温度を確実に上昇させることができる。
In this case, the burned gas that has flowed into the
また、本例では2つの外部容器21に既燃ガスを収容することができるので、シリンダ1内に十分な量の既燃ガスを供給することができる。
Further, in this example, since the burned gas can be stored in the two
以上の結果、混合気を確実に自己着火させることができる。 As a result, the air-fuel mixture can be surely self-ignited.
なお、1つのシリンダ1に3つ以上の外部容器21を設けてもよい。この場合、各外部容器21からシリンダ1内に流入する既燃ガスがシリンダ1の中央部で合流するように各連通孔28が形成される。この場合、外部容器21からシリンダ1内に流入する既燃ガスの流速は、シリンダ1内の中央部で低下する。それにより、既燃ガスの熱がシリンダ1の壁面から放出されることを防止することができる。
Note that three or more
(6−2)ピストンの他の例
以下に説明する形状を有するピストン2を用いてもよい。
(6-2) Other Examples of
図11は、ピストン2の他の例を示す図である。図11のピストン2は、上面に上方に延びるように形成された突条部2aを有する。この構成においては、図11に矢印で示すように、外部容器21からシリンダ1内に流入する既燃ガスは突条部2aに衝突する。このとき、既燃ガスの流れの方向が上方に変化するとともに、流速が低下する。
FIG. 11 is a diagram illustrating another example of the
この場合、外部容器21からシリンダ1内に流入した既燃ガスがシリンダ1の壁面に高速で衝突することを防止することができる。それにより、既燃ガスの熱がシリンダ1の壁面から放出されることを防止することができる。その結果、混合気の温度を確実に上昇させることができる。したがって、混合気を確実に自己着火させることができる。
In this case, it is possible to prevent the burned gas flowing into the
また、突条部2aにより既燃ガスの流れが制御されるので、シリンダ1内の混合気が十分に成層化される。それにより、混合気の温度をさらに上昇させることが可能となる。その結果、混合気をより確実に自己着火させることができる。
Moreover, since the flow of burned gas is controlled by the
(6−3)シリンダ内の既燃ガス量の調整
吸気管11(図2)の長さ調整または調整弁29(図2)の開度調整を行うことによりシリンダ1内の既燃ガス量の調整を行ってもよい。また、上述した複数の方法のいくつかを組み合わせてシリンダ1内の既燃ガス量の調整を行ってもよい。
(6-3) Adjustment of the amount of burned gas in the cylinder Adjusting the length of the intake pipe 11 (FIG. 2) or adjusting the opening of the adjustment valve 29 (FIG. 2) Adjustments may be made. Further, the amount of burned gas in the
(6−4)他の車両への適用
上記実施の形態においては、車両の一例として自動二輪車100について説明したが、本発明に係るエンジンシステムは、自動三輪車および自動四輪車等の他の車両に適用することができる。
(6-4) Application to Other Vehicles In the above-described embodiment, the
(6−5)シリンダの形状
シリンダ1と外部容器21とは、別体として形成してもよく、あるいは一体的に形成してもよい。
(6-5) Cylinder shape The
(7)請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
(7) Correspondence between each constituent element of claims and each element of the embodiment Hereinafter, an example of correspondence between each constituent element of the claims and each element of the embodiment will be described. It is not limited to.
上記実施の形態では、連通孔28が連通部の例であり、燃焼時期計測器10が燃焼時期計測手段の例であり、ROM53またはRAM54が記憶部の例であり、CPU52が制御手段の例であり、仕切り板25が容積調整手段の例であり、排気ポート5が排気通路の例であり、排気弁駆動装置7aが排気弁駆動手段の例であり、点火プラグ8が点火手段の例であり、調整弁29が開閉手段の例であり、突状部2aが流速低下部の例であり、後輪609が駆動輪の例であり、後輪ドリブンスプロケット610、ドライブシャフト613、後輪ドライブスプロケット614およびチェーン615が伝達機構の例である。
In the above embodiment, the
請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。 As each constituent element in the claims, various other elements having configurations or functions described in the claims can be used.
本発明は、エンジンを備える種々の車両、船舶および発電機等に利用することができる。 The present invention can be used for various vehicles, ships, generators and the like equipped with an engine.
1 シリンダ
2 ピストン
2a 突状部
4 吸気ポート
5 排気ポート
6 吸気弁
6a 吸気弁駆動装置
7 排気弁
7a 排気弁駆動装置
8 点火プラグ
9 インジェクタ
10 燃焼時期計測器
11 吸気管
12 排気管
14 スロットルバルブ
21 外部容器
23 既燃ガス収容部
28 連通孔
29 調整弁
50 ECU
100 エンジン
200 エンジンシステム
609 後輪
610 後輪ドリブンスプロケット
613 ドライブシャフト
614 後輪ドライブスプロケット
615 チェーン
DESCRIPTION OF
100
Claims (12)
シリンダおよび前記シリンダ内で往復運動を行うピストンを有し、自己着火燃焼が可能なエンジンと、
前記シリンダ内の既燃ガスを収容する既燃ガス収容部とを備え、
前記シリンダは、前記シリンダ内と前記既燃ガス収容部とを連通させる連通部を有し、
前記連通部は、前記ピストンの往復運動により連通状態および遮断状態になるように設けられることを特徴とするエンジンシステム。 An engine system for driving a mechanical device,
An engine having a cylinder and a piston that reciprocates within the cylinder, and capable of self-ignition combustion;
A burned gas storage section for storing the burned gas in the cylinder,
The cylinder has a communication portion for communicating the inside of the cylinder and the burned gas storage portion,
The engine system is characterized in that the communication portion is provided so as to be in a communication state and a cutoff state by a reciprocating motion of the piston.
前記混合気の最適な燃焼時期を記憶する記憶部と、
前記燃焼時期計測手段により計測された燃焼時期と前記記憶部に記憶された前記最適な燃焼時期との差が小さくなるように前記エンジンの動作を制御する制御手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のエンジンシステム。 Combustion timing measuring means for measuring the combustion timing of the air-fuel mixture in the cylinder;
A storage unit for storing an optimal combustion timing of the air-fuel mixture;
And a control means for controlling the operation of the engine so that a difference between the combustion timing measured by the combustion timing measuring means and the optimum combustion timing stored in the storage unit is reduced. The engine system according to any one of claims 1 to 3.
前記制御手段は、前記容積調整手段を制御することにより前記シリンダ内の燃焼時期を調整することを特徴とする請求項4記載のエンジンシステム。 A volume adjusting means for adjusting the volume of the burned gas storage unit;
The engine system according to claim 4, wherein the control means adjusts the combustion timing in the cylinder by controlling the volume adjusting means.
前記排気通路を開閉する排気弁と、
前記排気弁を駆動する排気弁駆動手段とをさらに備え、
前記制御手段は、前記排気弁駆動手段を制御することにより前記シリンダ内の燃焼時期を調整することを特徴とする請求項4〜6のいずれかに記載のエンジンシステム。 An exhaust passage for discharging burned gas from the cylinder;
An exhaust valve for opening and closing the exhaust passage;
An exhaust valve driving means for driving the exhaust valve;
The engine system according to any one of claims 4 to 6, wherein the control means adjusts the combustion timing in the cylinder by controlling the exhaust valve driving means.
前記シリンダ内の混合気を火花点火する点火手段と、
前記連通部の開閉を行うための開閉手段とをさらに備え、
前記点火手段により前記シリンダ内の混合気が火花点火される場合には、前記開閉手段により前記連通部が閉塞されることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のエンジンシステム。 The engine is
Ignition means for spark ignition of the air-fuel mixture in the cylinder;
Opening and closing means for opening and closing the communication portion;
The engine system according to any one of claims 1 to 8, wherein when the air-fuel mixture in the cylinder is spark-ignited by the ignition means, the communication section is closed by the opening / closing means.
前記連通部は、前記複数の既燃ガス収容部と前記シリンダ内とをそれぞれ連通させる複数の連通部を含み、
前記複数の連通部は、前記既燃ガスが前記シリンダの略中央部に向かって流出するように形成されることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載のエンジンシステム。 The burned gas storage unit includes a plurality of burned gas storage units,
The communication part includes a plurality of communication parts for communicating the plurality of burned gas storage parts and the inside of the cylinder, respectively.
The engine system according to any one of claims 1 to 10, wherein the plurality of communication portions are formed such that the burned gas flows out toward a substantially central portion of the cylinder.
請求項1〜11のいずれかに記載のエンジンシステムと、
前記エンジンシステムにより発生される動力を前記駆動輪に伝達する伝達機構とを備えることを特徴とする車両。 Drive wheels,
The engine system according to any one of claims 1 to 11,
A vehicle comprising: a transmission mechanism that transmits power generated by the engine system to the drive wheels.
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