JP2008286015A - Divided stroke cycle engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a divided stroke cycle engine capable of reducing emission, by improving engine efficiency, by restraining the occurrence of self-ignition or knocking. <P>SOLUTION: This divided stroke cycle engine has separately a compression cylinder 10 performing a suction-compression stroke and an expansion cylinder 20 performing an expansion-exhaust stroke, and both these cylinders are communicated by a communicating passage 30. An intercooler 40 is provided for cooling air in the communicating passage 30. This intercooler is arranged at one end in the communicating passage 30, and the low temperature side on the other end may be a heat pipe 42 arranged in a water jacket 102 or an intake passage 14. The compression cylinder 10 is communicated with the intake passage 14 via an intake valve 12, and is communicated with the communicating passage 30 via a check delivery valve 15. The expansion cylinder 20 is communicated with the communicating passage 30 via a second intake valve 23, and is communicated with an exhaust passage 24 via an exhaust valve 25. A valve opening means is provided for opening the second intake valve 23 in a predetermined period when opening the exhaust valve 25. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、吸入・圧縮行程を行う気筒と膨張・排気行程を行う気筒とを別々に備えた分割行程サイクルエンジンに関する。   The present invention relates to a split stroke cycle engine having a cylinder that performs an intake / compression stroke and a cylinder that performs an expansion / exhaust stroke separately.

従来、吸入・圧縮行程を行う圧縮気筒と膨張・排気行程を行う膨張気筒とを別々に備え、これらの両気筒を連通路で連通するようにした分割行程サイクルエンジンが公知である(例えば、特許文献1参照)。このような分割行程サイクルエンジンにおいては、圧縮気筒で圧縮された空気が連通路を介して膨張気筒に導入され、該膨張気筒で燃焼が実施されて動力を得るように構成することにより、エンジン効率の向上やエミッションの低減を図ることが意図されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a split stroke cycle engine that includes a compression cylinder that performs an intake / compression stroke and an expansion cylinder that performs an expansion / exhaust stroke separately, and communicates these two cylinders through a communication path (for example, patents). Reference 1). In such a split stroke cycle engine, the engine efficiency is achieved by introducing the air compressed in the compression cylinder into the expansion cylinder through the communication path and performing combustion in the expansion cylinder to obtain power. It is intended to improve emissions and reduce emissions.

米国特許第6、543、225B2号明細書US Pat. No. 6,543,225B2

ところで、上記の分割行程サイクルエンジンにおいては、圧縮気筒で圧縮された後の空気の温度が高いことから、連通路を介して膨張気筒に導入されたこの高温の圧縮空気に対し燃料が噴射供給されると、自己着火ないしはノッキングが生じるおそれがある。その結果、正常な燃焼制御が困難になり、意図したエンジン効率の向上やエミッションの低減が達成されないおそれがあった。さらに、高温の圧縮空気を膨張気筒に導入すると空気密度が下がり、充填効率が悪くなることからエンジン出力の向上代が低下する。   By the way, in the above-described split stroke cycle engine, since the temperature of the air after being compressed in the compression cylinder is high, fuel is injected and supplied to this high-temperature compressed air introduced into the expansion cylinder via the communication path. Then, self-ignition or knocking may occur. As a result, normal combustion control becomes difficult, and the intended improvement in engine efficiency and reduction in emissions may not be achieved. Further, when high-temperature compressed air is introduced into the expansion cylinder, the air density is lowered and the charging efficiency is deteriorated, so that the margin for improving the engine output is lowered.

そこで、本発明の目的は、自己着火ないしはノッキングの発生を抑制しエンジン効率の向上やエミッションの低減を図ることのできる分割行程サイクルエンジンを提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a split stroke cycle engine that can suppress the occurrence of self-ignition or knocking to improve engine efficiency and reduce emissions.

本発明の一形態に係る分割行程サイクルエンジンは、吸入・圧縮行程を行う圧縮気筒と膨張・排気行程を行う膨張気筒とを別々に備え、これらの両気筒を連通路で連通するようにした分割行程サイクルエンジンにおいて、前記連通路内の空気を冷却する冷却手段を備えることを特徴とする。   A split stroke cycle engine according to an aspect of the present invention includes a compression cylinder that performs a suction / compression stroke and an expansion cylinder that performs an expansion / exhaust stroke separately, and the two cylinders communicate with each other through a communication path. The stroke cycle engine includes a cooling means for cooling the air in the communication path.

ここで、前記冷却手段は、一端が前記連通路内に配置され、他端の低温側がシリンダヘッドのウォータージャケット内または前記圧縮気筒の吸気通路内に配置されたヒートパイプであってもよい。   Here, the cooling means may be a heat pipe having one end arranged in the communication passage and the low temperature side of the other end arranged in a water jacket of a cylinder head or an intake passage of the compression cylinder.

なお、前記圧縮気筒は第1の吸気弁を介して吸気通路に連通されると共に、逆止め吐出弁を介して前記連通路に連通され、前記膨張気筒は第2の吸気弁を介して前記連通路に連通されると共に、排気弁を介して排気通路に連通されており、該排気弁の開弁中の所定期間に前記第2の吸気弁を開く開弁手段を備えてもよい。   The compression cylinder communicates with the intake passage via a first intake valve and communicates with the communication passage via a non-return discharge valve, and the expansion cylinder communicates with the communication passage via a second intake valve. A valve opening means that communicates with the passage and communicates with the exhaust passage via the exhaust valve and opens the second intake valve during a predetermined period during the opening of the exhaust valve may be provided.

また、前記連通路は、前記膨張気筒に対し平面視において接線と平行する方向に向けて連通されていることが好ましい。   In addition, it is preferable that the communication path communicates with the expansion cylinder in a direction parallel to a tangent line in a plan view.

本発明の一形態によれば、吸入・圧縮行程を行う圧縮気筒と膨張・排気行程を行う膨張気筒とを連通する連通路内の空気が冷却手段により冷却されるので、これが膨張気筒に導入されて燃料が噴射供給されても、自己着火ないしはノッキングの発生が抑制される。さらに、空気密度が高まり、充填効率が向上することからエンジン出力の増大が図れる。かくて、エンジン効率の向上やエミッションの低減ができる。   According to one aspect of the present invention, the air in the communication path that connects the compression cylinder that performs the suction / compression stroke and the expansion cylinder that performs the expansion / exhaust stroke is cooled by the cooling means, and this is introduced into the expansion cylinder. Thus, even if fuel is injected and supplied, the occurrence of self-ignition or knocking is suppressed. Furthermore, since the air density is increased and the charging efficiency is improved, the engine output can be increased. Thus, engine efficiency can be improved and emissions can be reduced.

ここで、前記冷却手段が、一端が前記連通路内に配置され、他端の低温側がシリンダヘッドのウォータージャケット内または前記圧縮気筒の吸気通路内に配置されたヒートパイプである形態によれば、レイアウトが容易にできると共に、効率よく連通路内の空気を冷却することができる。   Here, according to the form in which the cooling means is a heat pipe having one end disposed in the communication passage and the low temperature side of the other end disposed in a water jacket of a cylinder head or an intake passage of the compression cylinder. The layout can be facilitated and the air in the communication path can be efficiently cooled.

なお、前記圧縮気筒が第1の吸気弁を介して吸気通路に連通されると共に、逆止め吐出弁を介して前記連通路に連通され、前記膨張気筒が第2の吸気弁を介して前記連通路に連通されると共に、排気弁を介して排気通路に連通されており、該排気弁の開弁中の所定期間に前記第2の吸気弁を開く開弁手段を備える形態によれば、該第2の吸気弁が開かれたときに膨張気筒内の排気ガスの一部が連通路内に侵入する。この連通路内に侵入した排気ガスは連通路内に保持され、冷却手段により冷却される。そして、この冷却された排気ガスは、次サイクルにおいて、内部EGRガスとして圧縮空気と共に膨張気筒に導入される。したがって、比較的大量のEGRガスの導入が容易にできるので、NOxなどのエミッションの低減を図ることができる。   The compression cylinder communicates with the intake passage via a first intake valve, and communicates with the communication passage via a non-return discharge valve, and the expansion cylinder communicates with the communication passage via a second intake valve. According to an aspect provided with the valve opening means that communicates with the passage and communicates with the exhaust passage through the exhaust valve, and that opens the second intake valve during a predetermined period during the opening of the exhaust valve. When the second intake valve is opened, a part of the exhaust gas in the expansion cylinder enters the communication path. The exhaust gas that has entered the communication path is held in the communication path and cooled by the cooling means. Then, the cooled exhaust gas is introduced into the expansion cylinder together with the compressed air as internal EGR gas in the next cycle. Therefore, since a relatively large amount of EGR gas can be easily introduced, it is possible to reduce emissions such as NOx.

また、前記連通路が、前記膨張気筒に対し平面視において接線と平行する方向に向けて連通されている形態によれば、膨張気筒内において強力な旋回流もしくは乱流を生起させることができるので、良好な燃焼が行われ、エンジン効率を向上させることができる。   Further, according to the form in which the communication path communicates with the expansion cylinder in a direction parallel to the tangent in a plan view, a strong swirling flow or turbulence can be generated in the expansion cylinder. Good combustion can be performed and engine efficiency can be improved.

以下、本発明による分割行程サイクルエンジンの最良の実施形態につき添付図面を参照して説明する。   DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of a split stroke cycle engine according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図1は分割行程サイクルエンジン100の一実施形態を示す縦断面概略図、図2は同じく平面概略図である。   FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing an embodiment of a split stroke cycle engine 100, and FIG.

図1及び図2において、10は吸入・圧縮行程を行う圧縮気筒であり、20は膨張・排気行程を行う膨張気筒、及び30はこれらの両気筒を連通する連通路である。圧縮気筒10には圧縮ピストン11が往復動自在に嵌装され、この圧縮ピストン11はコネクチングロッド12を介して不図示のクランクシャフトの第1クランクピンに回動可能に連結されている。圧縮気筒10はリードバルブで構成される第1吸気弁13を介して吸気通路14に連通されていると共に、逆止め弁で構成される吐出弁15を介して連通路30に連通されている。該吐出弁15は、圧縮ピストン11の上部に形成される圧縮室16に向けて、スプリング17により所定の設定荷重で付勢されている。   In FIGS. 1 and 2, reference numeral 10 denotes a compression cylinder that performs an intake / compression stroke, 20 denotes an expansion cylinder that performs an expansion / exhaust stroke, and 30 denotes a communication path that connects these two cylinders. A compression piston 11 is fitted in the compression cylinder 10 so as to be able to reciprocate. The compression piston 11 is connected to a first crank pin of a crankshaft (not shown) via a connecting rod 12 so as to be rotatable. The compression cylinder 10 communicates with an intake passage 14 via a first intake valve 13 constituted by a reed valve, and communicates with a communication passage 30 via a discharge valve 15 constituted by a check valve. The discharge valve 15 is urged with a predetermined set load by a spring 17 toward a compression chamber 16 formed in an upper portion of the compression piston 11.

また、膨張気筒20には膨張ピストン21が往復動自在に嵌装され、この膨張ピストン21はコネクチングロッド22を介して、上述のクランクシャフトの、コネクチングロッド12が連結されている第1クランクピンとは位相角が異なる第2クランクピンに回動可能に連結されている。この位相角は、膨張ピストン21が圧縮ピストン11に若干先行して作動するように設定されている。さらに、膨張気筒20は、ポペットバルブで構成されてソレノイド28で電磁的に駆動される第2吸気弁23を介して連通路30に連通されていると共に、同じくポペットバルブで構成される排気弁25(本実施形態では2個)を介して排気通路24に連通されている。排気弁25はクランクシャフトに同期して駆動されるカムシャフトのカムにより開閉される。そして、膨張気筒20にはそのほぼ中心線上に気筒上壁から燃焼室29に突出して点火プラグ26が配置されている。また、本実施の形態では、連通路30が膨張気筒20に対し平面視において接線と平行する方向に向けて連通されていると共に、該連通路30のほぼ延長線上位置の周部に点火プラグ26に噴射方向が向けられた形態で燃料噴射弁27が配置されている。   Further, an expansion piston 21 is fitted in the expansion cylinder 20 so as to be reciprocally movable. The expansion piston 21 is connected to the above-described first crank pin of the crankshaft connected to the connecting rod 12 via a connecting rod 22. The second crank pins having different phase angles are rotatably connected. This phase angle is set so that the expansion piston 21 operates slightly ahead of the compression piston 11. Further, the expansion cylinder 20 is connected to the communication passage 30 through a second intake valve 23 that is configured by a poppet valve and electromagnetically driven by a solenoid 28, and an exhaust valve 25 that is also configured by a poppet valve. It communicates with the exhaust passage 24 via (two in this embodiment). The exhaust valve 25 is opened and closed by a camshaft cam that is driven in synchronization with the crankshaft. An ignition plug 26 is disposed on the expansion cylinder 20 so as to protrude from the cylinder upper wall to the combustion chamber 29 substantially on the center line. Further, in the present embodiment, the communication passage 30 communicates with the expansion cylinder 20 in a direction parallel to the tangent in a plan view, and the spark plug 26 is provided at a peripheral portion of the communication passage 30 substantially on the extension line. The fuel injection valve 27 is arranged in such a manner that the injection direction is directed to the front.

さらに、連通路30にはインタークーラ40が配置されている。より具体的には、このインタークーラ40は端部に多数の冷却フィン41が設けられた複数本のヒートパイプ42で構成され、冷却フィン41が連通路30内に平行して配置されている。そして、第1の実施形態では、図1及び図3に示すように、当該ヒートパイプ42の低温側端部がエンジン100の冷却水が循環されるシリンダヘッド内に形成されているウォータージャケット102内に配置されている。また、第2の実施形態では、図2に示すように、当該ヒートパイプ42の低温側端部が比較的低温の空気が流れる圧縮気筒10の吸気通路14内に配置されている。なお、インタークーラ40はシリンダヘッドを製作する際に鋳ぐるみにより設けられる。   Further, an intercooler 40 is disposed in the communication path 30. More specifically, the intercooler 40 is constituted by a plurality of heat pipes 42 provided with a large number of cooling fins 41 at the end, and the cooling fins 41 are arranged in parallel in the communication path 30. And in 1st Embodiment, as shown in FIG.1 and FIG.3, in the water jacket 102 in which the low temperature side edge part of the said heat pipe 42 is formed in the cylinder head through which the cooling water of the engine 100 is circulated. Is arranged. Further, in the second embodiment, as shown in FIG. 2, the low temperature side end of the heat pipe 42 is disposed in the intake passage 14 of the compression cylinder 10 through which relatively low temperature air flows. Note that the intercooler 40 is provided by a caster when the cylinder head is manufactured.

また、エンジン100には、エンジン100の回転数を検出するための不図示のクランク角センサ(以下、回転数センサと称す)や要求負荷(アクセル開度)を検出するためのアクセル開度センサ、吸入空気量を計測するエアフローメータ、さらに、エンジン100の冷却水温を検出する水温センサ等の各種センサが設けられている。そして、これらの各種センサの出力がマイクロコンピュータ等で構成される不図示の電子制御ユニットに送られるようになっている。   Further, the engine 100 includes a crank angle sensor (not shown) for detecting the rotational speed of the engine 100 (hereinafter referred to as a rotational speed sensor), an accelerator opening sensor for detecting a required load (accelerator opening), Various sensors such as an air flow meter for measuring the intake air amount and a water temperature sensor for detecting the cooling water temperature of the engine 100 are provided. The outputs of these various sensors are sent to an electronic control unit (not shown) constituted by a microcomputer or the like.

電子制御ユニット(以下、ECUと称す)は、上述の各種センサから送られてきた出力値に応じて、燃料噴射量、燃料噴射時期及び点火時期に加え、本実施の形態では第2吸気弁23の開閉時期等を制御する。なお、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期及び第2吸気弁23の開閉時期等の制御のために使用される基本的な制御値は、例えば縦軸に吸入空気量等で代表されるエンジンの負荷をとり、横軸にエンジン回転数をとったエンジン100の運転状態を表す基本マップに、エンジン100の要求特性等に合わせて実験的に求めた最適値が制御値として設定されており、これらの基本マップは電子制御ユニットのROMに保存されている。   In the present embodiment, an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”), in addition to the fuel injection amount, the fuel injection timing, and the ignition timing, corresponds to the output values sent from the various sensors described above. Controls the opening and closing time of the. The basic control values used for controlling the fuel injection amount, the fuel injection timing, the ignition timing, the opening / closing timing of the second intake valve 23, and the like are, for example, an engine whose vertical axis represents the intake air amount and the like. In the basic map representing the operating state of the engine 100 with the horizontal axis representing the engine speed, the optimum value obtained experimentally in accordance with the required characteristics of the engine 100 is set as the control value. These basic maps are stored in the ROM of the electronic control unit.

そこで、本発明の実施形態によるエンジン100の作動につき、図4及び図5に示すグラフを参照して説明する。なお、以下の説明において、「期間」についてはクランクシャフトの回転角であるクランク角(°CA)で表され、また、「時期」については上死点(TDCと称す)又は下死点(BDCと称す)を基準として上死点又は下死点前後のクランク角で表される。   The operation of the engine 100 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the graphs shown in FIGS. In the following description, “period” is represented by a crank angle (° CA) that is the rotation angle of the crankshaft, and “time” is top dead center (referred to as TDC) or bottom dead center (BDC). It is expressed by the crank angle before and after the top dead center or the bottom dead center.

まず、本実施形態によるエンジン100においては、不図示のクランクシャフトの1回転(360°CA)で、吸入、圧縮、膨張及び排気の4行程からなる1サイクルが完了される。すなわち、図5(A)に示すように、圧縮気筒10における圧縮ピストン11のTDCに対応するクランク角を0°CAとすると、圧縮ピストン11が、クランク角が180°CAとなるBDCに至る間に吸入行程が実行され、その後、圧縮ピストン11がクランク角が360°CAとなるTDCに至る間に圧縮行程が実行される。同時に膨張気筒20においては、図5(B)に示すように、このクランクシャフトの同じ1回転において、クランク角が0°CAから180°CAに至る膨張ピストン21のTDCからBDCへの移動の間に爆発・膨張行程が実行され、その後、膨張ピストン21が、クランク角が360°CAとなるTDCに至る間に排気行程が実行される。換言すると、圧縮気筒10での圧縮行程と膨張気筒20での排気行程とが、排気行程が若干先行する位相差でほぼ同時期に、かつ、圧縮気筒10での吸入行程と膨張気筒20での膨張行程とが膨張行程が若干先行する位相差でほぼ同時期に行われる。   First, in the engine 100 according to the present embodiment, one cycle including four strokes of suction, compression, expansion, and exhaust is completed by one rotation (360 ° CA) of a crankshaft (not shown). That is, as shown in FIG. 5A, when the crank angle corresponding to the TDC of the compression piston 11 in the compression cylinder 10 is 0 ° CA, the compression piston 11 reaches the BDC having a crank angle of 180 ° CA. Then, the suction stroke is executed, and thereafter, the compression stroke is executed while the compression piston 11 reaches TDC at a crank angle of 360 ° CA. At the same time, in the expansion cylinder 20, as shown in FIG. 5B, during the same rotation of the crankshaft, during the movement of the expansion piston 21 from TDC to BDC in which the crank angle reaches 0 ° CA to 180 ° CA. Then, the explosion / expansion stroke is executed, and thereafter, the exhaust stroke is executed while the expansion piston 21 reaches TDC where the crank angle becomes 360 ° CA. In other words, the compression stroke in the compression cylinder 10 and the exhaust stroke in the expansion cylinder 20 are almost at the same time with a phase difference slightly preceded by the exhaust stroke, and the intake stroke in the compression cylinder 10 and the expansion stroke in the expansion cylinder 20. The expansion stroke is performed almost at the same time with a phase difference slightly preceding the expansion stroke.

そこで、圧縮気筒10において圧縮ピストン11が下降する、図4(A)に示されるようなクランク角が1サイクル目の0°CAから180°CA及び次のサイクルの360°CAから540°CAに至る間には、筒内の圧力低下に伴いリードバルブで構成される第1吸気弁13が開かれ、吸気通路14から空気が吸入される吸入行程となる。そして、圧縮気筒10において圧縮ピストン11が上昇する、図4(A)に示されるようなクランク角が1サイクル目の180°CAから360°CA及び次のサイクルの540°CAから720°CAに至る間には、リードバルブで構成される第1吸気弁13が閉じられ、圧縮室16内の空気が圧縮されて圧力が上昇する。そして、圧縮気筒10におけるこの圧縮圧力が吐出弁15を付勢しているスプリング17の所定の設定荷重よりも大きくなると、逆止め弁で構成されている吐出弁15が開かれ、圧縮空気が連通路30に送り込まれる。   Therefore, the compression piston 11 descends in the compression cylinder 10, and the crank angle as shown in FIG. 4A is changed from 0 ° CA to 180 ° CA in the first cycle and from 360 ° CA to 540 ° CA in the next cycle. In the meantime, the first intake valve 13 constituted by a reed valve is opened along with the pressure drop in the cylinder, and the intake stroke in which air is drawn from the intake passage 14 is performed. Then, the compression piston 11 rises in the compression cylinder 10, and the crank angle as shown in FIG. 4A is changed from 180 ° CA in the first cycle to 360 ° CA and from 540 ° CA to 720 ° CA in the next cycle. In the meantime, the first intake valve 13 constituted by a reed valve is closed, the air in the compression chamber 16 is compressed, and the pressure rises. When the compression pressure in the compression cylinder 10 becomes larger than a predetermined set load of the spring 17 urging the discharge valve 15, the discharge valve 15 constituted by a check valve is opened, and the compressed air is continuously connected. It is sent to the passage 30.

ここで、該連通路30に送り込まれた圧縮空気は、連通路30に配置されたインタークーラ40により冷却される。すなわち、インタークーラ40が、一端が連通路30内に配置され、他端の低温側がシリンダヘッドのウォータージャケット102内に配置されたヒートパイプ42で構成される第1の実施形態(図1及び図3参照)の場合には、その一端に設けられた冷却フィン41を介して高温の圧縮空気から熱が回収され、その熱が、他端の低温側が配置されたウォータージャケット102内の冷却水に移送されることにより、効率よく連通路30内の圧縮空気が冷却される。一方、インタークーラ40が、一端が連通路30内に配置され、他端の低温側が圧縮気筒10の吸気通路14内に配置されたヒートパイプ42で構成される第2の実施形態(図2参照)の場合にも、その一端に設けられた冷却フィン41を介して高温の圧縮空気から熱が回収され、その熱が、他端の低温側が配置された吸気通路14内の吸入空気に移送されることにより、効率よく連通路30内の圧縮空気が冷却される。   Here, the compressed air sent into the communication path 30 is cooled by the intercooler 40 disposed in the communication path 30. That is, the intercooler 40 is a first embodiment (FIG. 1 and FIG. 1) configured with a heat pipe 42 having one end disposed in the communication path 30 and the other end on the low temperature side disposed in the water jacket 102 of the cylinder head. 3)), heat is recovered from the high-temperature compressed air through the cooling fins 41 provided at one end thereof, and the heat is transferred to the cooling water in the water jacket 102 in which the low-temperature side at the other end is disposed. By being transferred, the compressed air in the communication path 30 is efficiently cooled. On the other hand, a second embodiment in which the intercooler 40 includes a heat pipe 42 having one end disposed in the communication passage 30 and the low temperature side of the other end disposed in the intake passage 14 of the compression cylinder 10 (see FIG. 2). ), Heat is recovered from the high-temperature compressed air through the cooling fin 41 provided at one end thereof, and the heat is transferred to the intake air in the intake passage 14 where the other end is disposed at the low temperature side. As a result, the compressed air in the communication passage 30 is efficiently cooled.

そして、圧縮気筒10において圧縮ピストン11が上昇を続け、その圧縮TDC(代表的に360°CAにつき説明する)に到達する前、換言すると、膨張気筒20においてその膨張ピストン21が排気TDCにほぼ到達したとき(例えば、TDC0°CA:図4(B)及び図5(B)にt1で示す)に、ECUからの指令信号によりソレノイド28が駆動されて、第2吸気弁23が開成される。第2吸気弁23が開成されると、連通路30に送り込まれて冷却されていた圧縮空気が膨張気筒20に噴出される(図5(B)の「噴出」参照)。このとき、本実施形態においては、連通路30が膨張気筒20に対し平面視において接線と平行する方向に向けて連通されているので、膨張気筒20内において圧縮空気による強力な旋回流もしくは乱流が生起される。そして、この第2吸気弁23が開成され圧縮空気の導入が開始された直後に、ECUからの指令信号により燃料噴射弁27が駆動され、燃料噴射が開始される(図4(B)の「噴射」参照)。噴射された燃料は、上述の圧縮空気による旋回流もしくは乱流に混合され、燃焼に適した混合気が形成される。   Then, before the compression piston 11 continues to rise in the compression cylinder 10 and reaches its compression TDC (typically described for 360 ° CA), in other words, in the expansion cylinder 20, the expansion piston 21 almost reaches the exhaust TDC. When this occurs (for example, TDC 0 ° CA: indicated by t1 in FIGS. 4B and 5B), the solenoid 28 is driven by a command signal from the ECU, and the second intake valve 23 is opened. When the second intake valve 23 is opened, the compressed air that has been cooled by being sent to the communication passage 30 is ejected to the expansion cylinder 20 (see “ejection” in FIG. 5B). At this time, in the present embodiment, the communication passage 30 communicates with the expansion cylinder 20 in a direction parallel to the tangent in a plan view, so that a strong swirling flow or turbulent flow caused by compressed air in the expansion cylinder 20 Is born. Immediately after the second intake valve 23 is opened and the introduction of compressed air is started, the fuel injection valve 27 is driven by a command signal from the ECU, and fuel injection is started ("" in FIG. 4B). See “Injection”. The injected fuel is mixed with the swirling flow or turbulent flow by the compressed air, and an air-fuel mixture suitable for combustion is formed.

その後、膨張気筒20において膨張ピストン21が排気TDCを通過した所定のクランク角(例えば、TDC後60°CA:図4(B)及び図5(B)にt2で示す)に第2吸気弁23が閉成される。そして、この第2吸気弁23が閉成されるのとほぼ同じ時期に、ECUからの指令信号が送られて点火プラグ26による点火が行われる(図4(B)の「点火」参照)。かくて、膨張気筒20において爆発的に燃焼が開始され、膨張ピストン21が燃焼圧力により下降する膨張行程が行われる。   Thereafter, the second intake valve 23 at a predetermined crank angle at which the expansion piston 21 has passed the exhaust TDC in the expansion cylinder 20 (for example, 60 ° CA after TDC: indicated by t2 in FIGS. 4B and 5B). Is closed. A command signal from the ECU is sent and ignition is performed by the spark plug 26 at substantially the same timing as when the second intake valve 23 is closed (see “ignition” in FIG. 4B). Thus, combustion is started explosively in the expansion cylinder 20, and an expansion stroke is performed in which the expansion piston 21 is lowered by the combustion pressure.

さらに、この膨張行程の終期において膨張ピストン21が膨張BDCに到達する前の所定のクランク角(例えば、BDC前30°CA:図4(B)及び図5(B)にt3で示す)に排気弁25が開弁開始される。なお、この排気弁25はクランク角が540°CAの膨張BDCを通過して膨張ピストン21が排気行程を実行して排気TDCに至ったとき(720°CA)に閉じられる。   Further, at a final stage of the expansion stroke, exhaust is performed at a predetermined crank angle before the expansion piston 21 reaches the expansion BDC (for example, 30 ° CA before BDC: indicated by t3 in FIGS. 4B and 5B). The valve 25 is opened. The exhaust valve 25 is closed when it passes through the expansion BDC having a crank angle of 540 ° CA and the expansion piston 21 performs the exhaust stroke to reach the exhaust TDC (720 ° CA).

なお、本実施形態では、上述の排気弁25の開弁中の初期の所定期間(例えば、排気BDCから60°CAの期間:図5(B)にXで示す)に、ECUからの指令信号によりソレノイド28が駆動されて、第2吸気弁23が開成される。第2の吸気弁23が開かれると、膨張気筒20内の排気ガスの一部が連通路30内に侵入する。これは、膨張気筒20の筒内圧の変化の様子を示した図4(C)から明らかなように、上記の初期の所定期間Xにおいては、膨張気筒20内にある程度の残圧があるのに対し、圧縮気筒10では圧縮行程の初期であることから十分な圧縮圧が発生しておらず、逆止め弁で構成されている吐出弁15は閉じたままに維持されるからである。   In the present embodiment, a command signal from the ECU is output during an initial predetermined period (for example, a period from exhaust BDC to 60 ° CA: X in FIG. 5B) during opening of the exhaust valve 25 described above. As a result, the solenoid 28 is driven to open the second intake valve 23. When the second intake valve 23 is opened, a part of the exhaust gas in the expansion cylinder 20 enters the communication path 30. As is apparent from FIG. 4C showing the change in the in-cylinder pressure of the expansion cylinder 20, there is some residual pressure in the expansion cylinder 20 during the initial predetermined period X. On the other hand, because the compression cylinder 10 is in the initial stage of the compression stroke, a sufficient compression pressure is not generated, and the discharge valve 15 constituted by a check valve is kept closed.

そして、この連通路30内に侵入した排気ガスは連通路30内に保持され、インタークーラ40により冷却される。そして、この冷却された排気ガスは、次サイクルにおいて、上述したように圧縮ピストン11の上昇に伴う圧縮圧の増大により、内部EGRガスとして圧縮空気と共に膨張気筒20に導入される。したがって、比較的大量のEGRガスの導入が容易にできるので、NOxなどのエミッションの低減が図られる。   The exhaust gas that has entered the communication path 30 is held in the communication path 30 and cooled by the intercooler 40. Then, in the next cycle, the cooled exhaust gas is introduced into the expansion cylinder 20 together with the compressed air as internal EGR gas due to an increase in the compression pressure accompanying the rise of the compression piston 11 as described above. Accordingly, since a relatively large amount of EGR gas can be easily introduced, emission of NOx and the like can be reduced.

本発明による分割行程サイクルエンジンの実施形態を示す縦断面概略図である。1 is a schematic longitudinal sectional view showing an embodiment of a split stroke cycle engine according to the present invention. 本発明による分割行程サイクルエンジンの実施形態を示す平面概略図である。1 is a schematic plan view showing an embodiment of a split stroke cycle engine according to the present invention. 図1の分割行程サイクルエンジンにおけるインタークーラ部の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the intercooler part in the division stroke cycle engine of FIG. 本発明による分割行程サイクルエンジンの作動を説明するためのグラフであり、(A)は圧縮気筒における第1吸気弁及び吐出弁の開閉のタイミング、(B)は膨張気筒における第2吸気弁及び排気弁の開閉のタイミングと燃料噴射及び点火のタイミング、(C)は同じく膨張気筒における筒内圧の変化を示す。5 is a graph for explaining the operation of the split stroke cycle engine according to the present invention, in which (A) is a timing for opening and closing the first intake valve and the discharge valve in the compression cylinder, and (B) is a second intake valve and the exhaust in the expansion cylinder. Valve opening / closing timing and fuel injection / ignition timing, (C), also show changes in in-cylinder pressure in the expansion cylinder. 本発明による分割行程サイクルエンジンの作動を説明するためのグラフであり、(A)は圧縮気筒における吸入行程及び圧縮行程とクランク角との関係、(B)は膨張気筒における膨張行程及び排気行程とクランク角との関係、及び、第2吸気弁及び排気弁の開閉のタイミングを示す。It is a graph for demonstrating the action | operation of the split stroke cycle engine by this invention, (A) is the relationship between the intake stroke in a compression cylinder, the compression stroke, and a crank angle, (B) is the expansion stroke and exhaust stroke in an expansion cylinder. The relationship with a crank angle and the opening / closing timing of a 2nd intake valve and an exhaust valve are shown.

符号の説明Explanation of symbols

10 圧縮気筒
11 圧縮ピストン
13 第1吸気弁(リードバルブ)
14 吸気通路
15 吐出弁(逆止め弁)
16 圧縮室
17 スプリング
20 膨張気筒
21 膨張ピストン
23 第2吸気弁
25 排気弁
26 点火プラグ
27 燃料噴射弁
28 ソレノイド
29 燃焼室
30 連通路
40 インタークーラ
41 冷却フィン
42 ヒートパイプ
100 エンジン
102 ウォータージャケット
10 Compression cylinder 11 Compression piston 13 First intake valve (reed valve)
14 Intake passage 15 Discharge valve (check valve)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 16 Compression chamber 17 Spring 20 Expansion cylinder 21 Expansion piston 23 2nd intake valve 25 Exhaust valve 26 Spark plug 27 Fuel injection valve 28 Solenoid 29 Combustion chamber 30 Communication path 40 Intercooler 41 Cooling fin 42 Heat pipe 100 Engine 102 Water jacket

Claims (4)

吸入・圧縮行程を行う圧縮気筒と膨張・排気行程を行う膨張気筒とを別々に備え、これらの両気筒を連通路で連通するようにした分割行程サイクルエンジンにおいて、
前記連通路内の空気を冷却する冷却手段を備えることを特徴とする分割行程サイクルエンジン。
In a split stroke cycle engine that includes a compression cylinder that performs suction / compression strokes and an expansion cylinder that performs expansion / exhaust strokes separately, and these two cylinders communicate with each other through a communication path.
A split stroke cycle engine comprising cooling means for cooling air in the communication path.
前記冷却手段は、一端が前記連通路内に配置され、他端の低温側がシリンダヘッドのウォータージャケット内または前記圧縮気筒の吸気通路内に配置されたヒートパイプであることを特徴とする請求項1に記載の分割行程サイクルエンジン。   The cooling means is a heat pipe having one end disposed in the communication passage and the low temperature side of the other end disposed in a water jacket of a cylinder head or an intake passage of the compression cylinder. Split stroke cycle engine as described in. 前記圧縮気筒は第1の吸気弁を介して吸気通路に連通されると共に、逆止め吐出弁を介して前記連通路に連通され、前記膨張気筒は第2の吸気弁を介して前記連通路に連通されると共に、排気弁を介して排気通路に連通されており、
該排気弁の開弁中の所定期間に前記第2の吸気弁を開く開弁手段を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の分割行程サイクルエンジン。
The compression cylinder communicates with the intake passage via a first intake valve and communicates with the communication passage via a check discharge valve, and the expansion cylinder communicates with the communication passage via a second intake valve. Communicated with the exhaust passage through an exhaust valve,
The split stroke cycle engine according to claim 1 or 2, further comprising valve opening means for opening the second intake valve during a predetermined period during opening of the exhaust valve.
前記連通路は、前記膨張気筒に対し平面視において接線と平行する方向に向けて連通されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の分割行程サイクルエンジン。   The split-stroke cycle engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the communication passage communicates with the expansion cylinder in a direction parallel to a tangent in a plan view.
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