JP2009144595A - Reciprocal engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レシプロエンジンに関するものである。 The present invention relates to a reciprocating engine.
一般に、レシプロエンジン(Reciprocating engine)は、往復動機関或いはピストンエンジン等とも称される内燃機関であって、シリンダの燃焼室内での燃料の燃焼による熱エネルギーを作動流体の圧力として先ずピストンの往復運動に変換し、次いでその往復運動をコンロッドを介してクランクシャフトへ伝えることにより回転運動の力学的エネルギーとして取り出す原動機であり、自動車用エンジンはもとより、自動車以外の発電機や航空機等にも広く用いられている。 In general, a reciprocating engine is an internal combustion engine that is also called a reciprocating engine or a piston engine. First, a reciprocating motion of a piston is performed using thermal energy generated by combustion of fuel in a combustion chamber of a cylinder as a pressure of a working fluid. This is the prime mover that extracts the reciprocating motion as mechanical energy of rotational motion by transmitting the reciprocating motion to the crankshaft via the connecting rod. ing.
近年、レシプロエンジンでも特にディーゼルエンジンの場合、燃料を高圧で且つピストン行程における上死点より早期に噴射することにより燃料と空気を予混合し、該混合気を圧縮して高温にし自己着火させ一気に燃焼させる、いわゆる予混合圧縮着火方式が注目されている。 In recent years, especially in the case of a diesel engine, even a reciprocating engine, the fuel and air are premixed by injecting the fuel at a high pressure and earlier than the top dead center in the piston stroke, and the mixture is compressed to a high temperature to self-ignite at once. A so-called premixed compression ignition method for burning is drawing attention.
尚、回転速度に応じて圧縮比を変化させるようにしたレシプロエンジンの一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献1がある。
前記予混合圧縮着火方式においては、高圧噴射により初期の燃焼を活発化させると、パティキュレート(Particulate Matter:粒子状物質)は低減できる反面、燃焼室内圧が急激に上昇する結果、火炎温度が上がり、NOxが増加すると共に、ノッキングが発生してエンジンに悪影響を及ぼす虞があるため、その使用範囲がノッキングの発生しない低負荷時にのみ限定されていた。 In the premixed compression ignition method, if the initial combustion is activated by high pressure injection, the particulate matter (Particulate Matter) can be reduced, but the flame temperature rises as a result of the sudden increase in the combustion chamber pressure. As NOx increases, knocking may occur and the engine may be adversely affected, so that the range of use is limited only to low loads where knocking does not occur.
尚、特許文献1に開示されたレシプロエンジンの場合、クランクシャフトにブリッジを取り付け、該ブリッジの一端にピストンのコンロッドを連結し、ブリッジ他端に所定の軸を中心として揺動する揺動アーム端を連結し、該軸を偏心軸としてその位置を変化させることにより、低速回転域ではピストンの上死点の位置を上げ圧縮比を高めて安定した着火燃焼を行い、高速域では上死点を下げ圧縮比を低くして充分な吸気量を確保できるようにしているが、このような構造では、燃焼室内圧の急激な上昇に対処することは困難となっていた。
In the case of the reciprocating engine disclosed in
本発明は、斯かる実情に鑑み、予混合圧縮着火方式を採用し高圧噴射にて初期の燃焼を活発化させることにより、パティキュレートを低減でき、且つ燃焼初期の燃焼室内圧の急激な上昇を抑制して火炎温度を下げ、NOxの低減並びにノッキングの発生防止を図ることができ、これまで低負荷時にのみ限定されていた予混合圧縮着火の使用範囲を拡張し得るレシプロエンジンを提供しようとするものである。 In view of such circumstances, the present invention adopts a premixed compression ignition system and activates initial combustion by high-pressure injection, thereby reducing particulates and increasing the combustion chamber pressure at the early stage of combustion rapidly. An attempt is made to provide a reciprocating engine that can suppress the flame temperature, reduce NOx and prevent knocking, and can extend the use range of premixed compression ignition, which has been limited only at low load until now. Is.
本発明は、シリンダの燃焼室内で燃料を燃焼させることにより、ピストンを往復運動させるレシプロエンジンにおいて、
シリンダの燃焼室内圧が設定圧を超えて上昇した際に燃焼室容積を拡張可能な筒内圧上昇緩和手段をピストンに具備したことを特徴とするレシプロエンジンにかかるものである。
The present invention relates to a reciprocating engine that reciprocates a piston by burning fuel in a combustion chamber of a cylinder.
The present invention is directed to a reciprocating engine characterized in that a piston is provided with in-cylinder pressure increase mitigation means capable of expanding the combustion chamber volume when the combustion chamber pressure of the cylinder rises above a set pressure.
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。 According to the above means, the following operation can be obtained.
予混合圧縮着火方式を採用して、高圧噴射により初期の燃焼を活発化させると、パティキュレートが低減されると共に、燃焼室内圧が設定圧を超えて上昇した際には、ピストンに具備した筒内圧上昇緩和手段により燃焼室容積が拡張されるため、燃焼初期の燃焼室内圧の急激な上昇が抑制されて火炎温度が下がり、NOxが増加しにくくなると共に、ノッキングが発生せず、エンジンに悪影響を及ぼす虞がなくなり、その使用範囲がノッキングの発生しない低負荷時にのみ限定されず、高負荷時においても予混合圧縮着火方式の使用が可能となる。 When premixed compression ignition is used and the initial combustion is activated by high-pressure injection, the particulates are reduced, and when the combustion chamber pressure rises above the set pressure, the cylinder provided in the piston Since the combustion chamber volume is expanded by the internal pressure increase mitigation means, a rapid increase in the combustion chamber pressure at the beginning of combustion is suppressed, the flame temperature decreases, NOx is less likely to increase, knocking does not occur, and the engine is adversely affected. The range of use is not limited only to low loads where knocking does not occur, and the premixed compression ignition system can be used even at high loads.
前記レシプロエンジンにおいては、前記筒内圧上昇緩和手段を、
クランクシャフトに対しコンロッドを介してピストンピンにより連結されるインナーピストンと、
該インナーピストンに対し燃焼室容積を拡張する方向へ変位可能となるよう外嵌され且つ前記シリンダの燃焼室内に往復運動可能となるよう嵌入されるアウターピストンと、
前記インナーピストンとアウターピストンとの間に介装され且つ前記シリンダの燃焼室内圧が設定圧を超えて上昇した際に収縮して前記アウターピストンをインナーピストンに対し燃焼室容積を拡張する方向へ変位させる弾性部材と
から構成することができ、このようにすると、前記シリンダの燃焼室内圧が設定圧以下であれば、アウターピストンは弾性部材の付勢力にてインナーピストンに対し燃焼室容積を拡張する方向へ変位しないが、前記シリンダの燃焼室内圧が設定圧を超えて上昇した際には、前記アウターピストンが弾性部材の付勢力に抗してインナーピストンに対し燃焼室容積を拡張する方向へ変位する形となり、燃焼室内圧の上昇が抑制される。
In the reciprocating engine, the cylinder pressure rise mitigating means is
An inner piston connected to the crankshaft by a piston pin via a connecting rod;
An outer piston which is externally fitted so as to be displaceable in a direction in which the combustion chamber volume is expanded with respect to the inner piston, and is fitted so as to be capable of reciprocating in the combustion chamber of the cylinder;
It is interposed between the inner piston and the outer piston, and contracts when the pressure in the combustion chamber of the cylinder rises above a set pressure and displaces the outer piston in a direction to expand the combustion chamber volume with respect to the inner piston. In this way, if the pressure in the combustion chamber of the cylinder is equal to or lower than a set pressure, the outer piston expands the combustion chamber volume with respect to the inner piston by the urging force of the elastic member. However, when the pressure in the combustion chamber of the cylinder rises above a set pressure, the outer piston displaces in a direction that expands the combustion chamber volume with respect to the inner piston against the biasing force of the elastic member. The increase in the pressure in the combustion chamber is suppressed.
本発明のレシプロエンジンによれば、予混合圧縮着火方式を採用し高圧噴射にて初期の燃焼を活発化させることにより、パティキュレートを低減でき、且つ燃焼初期の燃焼室内圧の急激な上昇を抑制して火炎温度を下げ、NOxの低減並びにノッキングの発生防止を図ることができ、これまで低負荷時にのみ限定されていた予混合圧縮着火の使用範囲を拡張し得るという優れた効果を奏し得る。 According to the reciprocating engine of the present invention, the premixed compression ignition system is employed and the initial combustion is activated by high-pressure injection, whereby the particulates can be reduced and the rapid increase in the combustion chamber pressure at the initial stage of combustion is suppressed. Thus, the flame temperature can be lowered, NOx can be reduced and knocking can be prevented, and the range of use of premixed compression ignition, which has been limited only at the time of low load, can be expanded.
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1及び図2は本発明を実施する形態の一例であって、図中、1はレシプロエンジンとしてのディーゼルエンジン、2はディーゼルエンジン1のシリンダ、3はシリンダ2内に摺動自在に嵌挿されたピストン、4はシリンダ2内におけるピストン3の頂面側に形成される燃焼室、5はシリンダ2の上部に設けられたシリンダヘッド、6はシリンダヘッド5に設けられ且つ燃料噴射ポンプ(図示せず)から圧送される燃料を燃焼室4内に噴射する燃料噴射弁、7はシリンダヘッド5に形成された吸気ポート、8は吸気ポート7を開閉する吸気バルブ、9はシリンダヘッド5に形成された排気ポート、10は排気ポート9を開閉する排気バルブであり、シリンダ2の燃焼室4内圧が設定圧を超えて上昇した際に燃焼室4容積を拡張可能な筒内圧上昇緩和手段11をピストン3に具備するよう構成したものである。
1 and 2 show an example of an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a diesel engine as a reciprocating engine, 2 is a cylinder of the
本図示例の場合、ピストン3を、クランクシャフト12に対しコンロッド13を介してピストンピン14により連結されるインナーピストン3aと、該インナーピストン3aに対し燃焼室4容積を拡張する方向へ変位可能となるよう外嵌され且つ前記シリンダ2の燃焼室4内に往復運動可能となるよう嵌入されるアウターピストン3bとに分割し、前記インナーピストン3aとアウターピストン3bとの間に、前記シリンダ2の燃焼室4内圧が設定圧を超えて上昇した際に収縮して前記アウターピストン3bをインナーピストン3aに対し燃焼室4容積を拡張する方向へ変位させる弾性部材15を介装することにより、前記筒内圧上昇緩和手段11を構成してある。
In the case of the illustrated example, the
前記弾性部材15は、図1の例では圧縮コイルスプリングとしているが、板バネ、或いは耐熱性を有するゴムや合成樹脂等の所望の弾性係数を有する部材を採用することもできる。
In the example of FIG. 1, the
次に、上記図示例の作用を説明する。 Next, the operation of the illustrated example will be described.
ディーゼルエンジン1の運転時において、シリンダ2の燃焼室4内圧が設定圧以下であれば、筒内圧上昇緩和手段11を構成するアウターピストン3bは弾性部材15の付勢力にてインナーピストン3aに対し燃焼室4容積を拡張する方向へ変位しないが(図1の実線参照)、前記シリンダ2の燃焼室4内圧が設定圧を超えて上昇した際には、前記アウターピストン3bが弾性部材15の付勢力に抗してインナーピストン3aに対し燃焼室4容積を拡張する方向へ変位する形となり(図1の仮想線参照)、燃焼室4内圧の上昇が抑制される。
When the internal pressure of the combustion chamber 4 of the
即ち、仮に前記筒内圧上昇緩和手段11がない場合には、あるクランク角に対する燃焼室4内圧が、図2の実線に示す如く、跳ね上がってしまうのに対し、前記筒内圧上昇緩和手段11をピストン3に具備したことにより、図2の仮想線に示す如く、あるクランク角に対する燃焼室4内圧の上昇を抑えることが可能となる。
That is, if the in-cylinder pressure increase mitigating
この結果、予混合圧縮着火方式を採用して、高圧噴射により初期の燃焼を活発化させると、パティキュレートが低減されると共に、燃焼室4内圧が設定圧を超えて上昇した際には、ピストン3に具備した筒内圧上昇緩和手段11により燃焼室4容積が拡張されるため、燃焼初期の燃焼室4内圧の急激な上昇が抑制されて火炎温度が下がり、NOxが増加しにくくなると共に、ノッキングが発生せず、エンジンに悪影響を及ぼす虞がなくなり、その使用範囲がノッキングの発生しない低負荷時にのみ限定されず、高負荷時においても予混合圧縮着火方式の使用が可能となる。
As a result, when the premixed compression ignition method is adopted and the initial combustion is activated by high pressure injection, the particulates are reduced, and when the internal pressure of the combustion chamber 4 rises above the set pressure, the
こうして、予混合圧縮着火方式を採用し高圧噴射にて初期の燃焼を活発化させることにより、パティキュレートを低減でき、且つ燃焼初期の燃焼室4内圧の急激な上昇を抑制して火炎温度を下げ、NOxの低減並びにノッキングの発生防止を図ることができ、これまで低負荷時にのみ限定されていた予混合圧縮着火の使用範囲を拡張し得る。 In this way, by adopting the premixed compression ignition method and activating the initial combustion by high pressure injection, the particulates can be reduced and the rapid increase of the internal pressure of the combustion chamber 4 at the initial stage of combustion is suppressed to lower the flame temperature. Thus, NOx can be reduced and knocking can be prevented, and the range of use of premixed compression ignition, which has been limited to only when the load is low, can be expanded.
尚、本発明のレシプロエンジンは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 Note that the reciprocating engine of the present invention is not limited to the illustrated examples described above, and it is needless to say that various changes can be made without departing from the gist of the present invention.
1 ディーゼルエンジン(レシプロエンジン)
2 シリンダ
3 ピストン
3a インナーピストン
3b アウターピストン
4 燃焼室
5 シリンダヘッド
11 筒内圧上昇緩和手段
12 クランクシャフト
13 コンロッド
14 ピストンピン
15 弾性部材
1 Diesel engine (reciprocating engine)
2
Claims (2)
シリンダの燃焼室内圧が設定圧を超えて上昇した際に燃焼室容積を拡張可能な筒内圧上昇緩和手段をピストンに具備したことを特徴とするレシプロエンジン。 In a reciprocating engine that reciprocates a piston by burning fuel in a combustion chamber of a cylinder,
A reciprocating engine characterized in that a piston is provided with in-cylinder pressure increase mitigating means capable of expanding a combustion chamber volume when a combustion chamber pressure of a cylinder rises above a set pressure.
クランクシャフトに対しコンロッドを介してピストンピンにより連結されるインナーピストンと、
該インナーピストンに対し燃焼室容積を拡張する方向へ変位可能となるよう外嵌され且つ前記シリンダの燃焼室内に往復運動可能となるよう嵌入されるアウターピストンと、
前記インナーピストンとアウターピストンとの間に介装され且つ前記シリンダの燃焼室内圧が設定圧を超えて上昇した際に収縮して前記アウターピストンをインナーピストンに対し燃焼室容積を拡張する方向へ変位させる弾性部材と
から構成した請求項1記載のレシプロエンジン。 The cylinder pressure rise mitigating means,
An inner piston connected to the crankshaft by a piston pin via a connecting rod;
An outer piston which is externally fitted so as to be displaceable in a direction in which the combustion chamber volume is expanded with respect to the inner piston, and is fitted so as to be capable of reciprocating in the combustion chamber of the cylinder;
It is interposed between the inner piston and the outer piston, and contracts when the pressure in the combustion chamber of the cylinder rises above a set pressure and displaces the outer piston in a direction to expand the combustion chamber volume with respect to the inner piston. The reciprocating engine according to claim 1, wherein the reciprocating engine comprises:
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007322313A JP2009144595A (en) | 2007-12-13 | 2007-12-13 | Reciprocal engine |
PCT/JP2008/003180 WO2009075054A1 (en) | 2007-12-13 | 2008-11-05 | Reciprocal engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007322313A JP2009144595A (en) | 2007-12-13 | 2007-12-13 | Reciprocal engine |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2007
- 2007-12-13 JP JP2007322313A patent/JP2009144595A/en active Pending
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2008
- 2008-11-05 WO PCT/JP2008/003180 patent/WO2009075054A1/en active Application Filing
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WO2009075054A1 (en) | 2009-06-18 |
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