JP2014098321A - Hcci engine capable of self-ignition control, and method for controlling self-ignition - Google Patents

Hcci engine capable of self-ignition control, and method for controlling self-ignition Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an HCCI engine enabling self-ignition control in a way that the temperature of a combustion chamber can be set to a maximum value after a piston passes a top dead center.SOLUTION: An HCCI engine is an internal combustion engine in which fuel in a combustion chamber 2 is compressed in the compression process of a piston 3, and is ignited automatically. The HCCI engine is configured to reduce the volume of the combustion chamber 2 at the same time when the piston 3 passes a top dead center.

Description

本発明は自着火制御可能なＨＣＣＩエンジンとそのエンジンにおける自着火の制御方法に関するものである。   The present invention relates to an HCCI engine capable of controlling self-ignition and a method for controlling self-ignition in the engine.

ＨＣＣＩエンジンとは、予混合圧縮自己着火エンジンの略であり、複数の燃料を均一の混合した混合気を燃焼室内で圧縮してゆき、加圧に伴って上昇した温度が一定値に達したときに自己着火させるエンジンである。
このエンジンは燃費がよく、ＮＯｘ（窒素酸化物）やＰＭ（粒子状物質）の発生が少ない、などの多くの特徴を備えていることから究極のエンジンなどと呼ばれ特許文献を挙げるまでもなく多数の発明がなされている。 The HCCI engine is an abbreviation for a premixed compression self-ignition engine. When an air-fuel mixture in which a plurality of fuels are uniformly mixed is compressed in the combustion chamber, and the temperature that rises with pressurization reaches a certain value It is an engine that self-ignites.
This engine is fuel efficient and has many features such as low generation of NOx (nitrogen oxide) and PM (particulate matter). A number of inventions have been made.

特開２０１０−２３６４９７号公報JP 2010-236497 A

前記したようにＨＣＣＩエンジンは多くの利点があるにもかかわらず、実用化に至っていない。
その理由は、火花点火しないＨＣＣＩエンジンでは、ＨＣＣＩ燃焼できる領域が狭いからである。
すなわちプラグで点火するのではないから、温度、圧力、圧縮ガスの活性といった条件が整った場合でないと着火せず、予定している瞬間に燃料が燃焼しないという問題がある。
あるいは反対に、プラグで点火しないで燃焼するエンジンだから、制御できない燃焼状態となって失火や異常燃焼が発生し、状況によってはピストン、バルブ、コンロッドなどの損傷を招く恐れもある。 As described above, although the HCCI engine has many advantages, it has not been put into practical use.
The reason is that, in an HCCI engine that does not ignite sparks, a region where HCCI combustion is possible is narrow.
In other words, since the plug is not ignited, there is a problem that the fuel does not burn at the scheduled moment unless the conditions such as temperature, pressure, and compressed gas activity are satisfied.
Or, conversely, since the engine burns without being ignited by the plug, the combustion state becomes uncontrollable and misfire or abnormal combustion occurs. In some situations, the piston, valve, connecting rod, etc. may be damaged.

上記のような課題を解決するために、本発明の自着火制御可能なＨＣＣＩエンジンは、燃焼室内の燃料をピストンの圧縮行程で圧縮して自己着火させる内燃機関であって、ピストンが上死点を過ぎると同時に、燃焼室の容積を縮小するように構成したことを特徴としたものである。
また本発明のＨＣＣＩエンジンは、上記のエンジンにおいて、ピストンが上死点を過ぎると同時に、燃焼室の内部に容積可変部材を突出して燃焼室の容積を縮小するように構成したことを特徴とするものである。
また本発明のＨＣＣＩエンジンは、上記の容積可変部材が、燃焼室の内部に突出する副ピストンであることを特徴とするものである。
また本発明のＨＣＣＩエンジンは、上記のエンジンにおいて、燃焼室の外側に副ピストンを設け、ピストンが上死点を過ぎると同時に、クランクシャフトと連動して副ピストンが燃焼室側へ摺動するように構成したことを特徴とするものである。
また本発明のＨＣＣＩエンジンは、上記のエンジンにおいて、燃焼室の外側に副ピストンと、クランクシャフトと連動して副ピストンを燃焼室側に押し出すリンクを設け、ピストンが上死点を過ぎると同時に、リンクによって副ピストンを燃焼室側へ押し出すように構成したことを特徴とするものである。
また本発明のＨＣＣＩエンジンは、上記のエンジンにおいて、燃焼室の外側に副ピストンと、クランクシャフトと連動して副ピストンを燃焼室側に押し出すカムを設け、ピストンが上死点を過ぎると同時に、カムによって副ピストンを燃焼室側へ押し出すように構成したことを特徴とするものである。
また本発明の自着火制御可能なＨＣＣＩエンジンの制御方法は、燃焼室内の燃料をピストンの圧縮行程で圧縮して自己着火させる内燃機関における制御方法であって、ピストンが上死点を過ぎると同時に、燃焼室の容積を縮小させて行う方法を特徴としたものである。 In order to solve the above-described problems, the self-ignition controllable HCCI engine of the present invention is an internal combustion engine that self-ignites by compressing the fuel in the combustion chamber in the compression stroke of the piston, and the piston is at top dead center. At the same time, the volume of the combustion chamber is reduced.
The HCCI engine of the present invention is characterized in that, in the above-described engine, the volume of the combustion chamber is reduced by projecting a volume variable member inside the combustion chamber at the same time as the piston passes the top dead center. Is.
The HCCI engine of the present invention is characterized in that the variable volume member is a sub-piston projecting into the combustion chamber.
In the HCCI engine of the present invention, in the above engine, a secondary piston is provided outside the combustion chamber, and at the same time the piston passes the top dead center, the secondary piston slides toward the combustion chamber in conjunction with the crankshaft. It is characterized by comprising.
In the HCCI engine of the present invention, in the above engine, a sub piston is provided outside the combustion chamber and a link for pushing the sub piston to the combustion chamber side in conjunction with the crankshaft. The sub-piston is pushed out to the combustion chamber side by a link.
In the HCCI engine of the present invention, in the above engine, a sub piston is provided outside the combustion chamber and a cam that pushes the sub piston to the combustion chamber side in conjunction with the crankshaft. The auxiliary piston is pushed out to the combustion chamber side by a cam.
A control method for an HCCI engine capable of self-ignition control according to the present invention is a control method in an internal combustion engine that self-ignites by compressing fuel in a combustion chamber in a compression stroke of the piston, and at the same time the piston passes the top dead center. The method is carried out by reducing the volume of the combustion chamber.

本発明の自着火制御可能なＨＣＣＩエンジンとその制御方法は以上説明したようになるから次に示すような従来のエンジンとの相違を得ることができる。
＜１＞ 主ピストンが圧縮上死点を過ぎると、従来のエンジンであれば燃焼室の容積は拡大するだけであり、その拡大にともなって燃料の温度は低下する。したがって上死点以降では適正な自着火のタイミングに制御することは極めて困難である。
＜２＞ 反対に従来のエンジンでは主ピストンが上死点に至る直前で着火する場合もある。すると主ピストンの上昇を上から抑えることになり、本来の作業とはまったく反対の作業が行われてしまう。
＜３＞ その点で、本発明の構造であれば、主ピストンが上死点を通過した後に燃焼室内の容積を縮小することができる。
＜４＞ すると、上死点以降で燃焼室内が最高温度となり、その点で自着火をさせることができる。すると主ピストンが下降行程、すなわち膨張行程に入った直後に主ピストンを上から叩くことになり、きわめて効率のよい運動を与えることができる。
＜５＞ 主ピストンが上死点を通過後には燃焼室の容積は拡大するから、副ピストンによる燃焼室の容積の減少率は、両ピストンの体積や移動速度によって決まる。したがって構造次第では、主ピストンが上死点を通過した後に、燃焼室の容積が縮小しない場合もある。しかしその場合でも副ピストンが存在しない状態と比較すれば、燃焼室の容積の拡大率は低下することになり、それだけ上死点通過後の温度低下を緩慢にすることができるから、自着火の機会を延長することができる。 Since the HCCI engine capable of controlling self-ignition of the present invention and the control method thereof have been described above, the following differences from the conventional engine can be obtained.
<1> When the main piston passes the compression top dead center, if the engine is a conventional engine, the volume of the combustion chamber only expands, and the temperature of the fuel decreases with the expansion. Therefore, it is extremely difficult to control the timing of self-ignition after top dead center.
<2> On the contrary, in a conventional engine, the main piston may ignite immediately before reaching the top dead center. Then, the rise of the main piston is suppressed from the top, and the work opposite to the original work is performed.
<3> In that respect, with the structure of the present invention, the volume in the combustion chamber can be reduced after the main piston passes through the top dead center.
<4> Then, after the top dead center, the combustion chamber reaches a maximum temperature, and self-ignition can be performed at that point. Then, immediately after the main piston enters the downward stroke, that is, the expansion stroke, the main piston is hit from above, and an extremely efficient motion can be given.
<5> Since the volume of the combustion chamber expands after the main piston passes through the top dead center, the reduction rate of the volume of the combustion chamber by the sub piston is determined by the volume and moving speed of both pistons. Therefore, depending on the structure, the volume of the combustion chamber may not be reduced after the main piston passes through the top dead center. However, even in that case, the expansion rate of the volume of the combustion chamber will be reduced compared to the state where there is no secondary piston, and the temperature decrease after passing through the top dead center can be slowed accordingly. Opportunities can be extended.

本発明のＨＣＣＩエンジンの実施例の説明図。Explanatory drawing of the Example of the HCCI engine of this invention. 容積可変部材としてカムと副ピストンを組み合わせた実施例の説明図。Explanatory drawing of the Example which combined the cam and the subpiston as a volume variable member. 容積可変部材としてリンクと副ピストンを組み合わせた実施例の説明図。Explanatory drawing of the Example which combined the link and the subpiston as a volume variable member. 燃焼室内の最高温度がずれる状態の説明図。Explanatory drawing of the state from which the maximum temperature in a combustion chamber shifts.

以下図面を参照にしながら本発明の自着火可能なＨＣＣＩエンジンとその制御方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of a self-ignitable HCCI engine and a control method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

＜１＞前提条件
本発明はＨＣＣＩエンジンに関するものである。
前記したようにＨＣＣＩエンジンとは、予混合圧縮自己着火エンジンの略であり、複数の燃料を均一の混合した混合気をシリンダー内に噴射して圧縮してゆき、加圧に伴って上昇した温度が一定値に達したときに自己着火させるエンジンである。
このエンジンの構造自体は公知であるから詳細な説明は省略する。 <1> Precondition The present invention relates to an HCCI engine.
As described above, the HCCI engine is an abbreviation for a premixed compression self-ignition engine, in which a mixture of a plurality of fuels is uniformly mixed and injected into a cylinder to be compressed, and the temperature increased with pressurization. It is an engine that self-ignites when reaches a certain value.
Since the structure of the engine itself is known, detailed description thereof is omitted.

＜２＞燃焼室の容積
エンジンはシリンダー内でピストンが上下運動を行って混合気を圧縮する機関であって、（排気量＋燃焼室容積）／燃焼室容積＝圧縮比である。
通常のガソリンエンジンであれば圧縮比は７〜１０程度であり、排気量も燃焼室容積もボアやストロークの寸法が決まっているから、その値はエンジンごとに一定である。 <2> Volume of combustion chamber The engine is an engine in which a piston moves up and down in a cylinder and compresses an air-fuel mixture, and (exhaust amount + combustion chamber volume) / combustion chamber volume = compression ratio.
In the case of a normal gasoline engine, the compression ratio is about 7 to 10, and since the displacement and the combustion chamber volume are determined in terms of bore and stroke dimensions, the values are constant for each engine.

＜３＞燃焼室の容積と自着火
ピストンの作動と混合気の圧力の関係は、ピストンが上死点に至って混合気の圧力は最大に上昇し、その後は徐々に低下する。
すなわち燃焼室の温度は、ピストンの上死点で最高となり、その後徐々に低下してゆく。
したがって混合気の自着火はピストンの上死点付近で行われるが、上死点への到達と同時に、あるいは到達直前に自着火したとすると、ピストンの上向きのエネルギーを上から叩くことになり大きなエネルギーの損失と、許容範囲を超えた急激な燃焼、すなわち異常燃焼の発生をきたす。 <3> Volume of Combustion Chamber and Self-Ignition The relationship between the operation of the piston and the pressure of the air-fuel mixture increases to the maximum when the piston reaches the top dead center, and then gradually decreases.
That is, the temperature of the combustion chamber becomes the highest at the top dead center of the piston, and then gradually decreases.
Therefore, the self-ignition of the air-fuel mixture is performed near the top dead center of the piston. However, if self-ignition occurs at the same time as or just before reaching the top dead center, the upward energy of the piston is struck from the top. Loss of energy and sudden combustion exceeding the allowable range, that is, abnormal combustion occurs.

＜４＞上死点後の容積の変化
本発明の構造は、従来は一定であるはずのシリンダ１の燃焼室２の容量を、ピストン３の作動行程中に変化させるという点に特徴を有する。
特にピストン３が上死点を過ぎると同時に燃焼室２の容積を縮小したり、燃焼室２の容積の拡大率を緩慢にできるように構成したことを特徴としたものである。
前記したように従来のエンジンでは、上死点で混合気はもっとも圧縮され、圧力が最高となり、その結果温度が最高となって混合気が自着火する。
それに対して、本発明のエンジンでは、上死点を過ぎてからさらに燃焼室２の容積を縮小することができる。
あるいは上死点を過ぎてから燃焼室２の容積が拡大する率を緩慢にすることができる。
すると上死点を過ぎてからさらに温度が上昇するか、あるいは上死点を過ぎてからも温度の低下を抑えることができる。
その結果、ピストン３が上死点を過ぎた段階で、混合気を自着火させることが可能となる。 <4> Volume Change After Top Dead Center The structure of the present invention is characterized in that the capacity of the combustion chamber 2 of the cylinder 1 that should be constant in the past is changed during the operation stroke of the piston 3.
In particular, the piston 3 is configured to reduce the volume of the combustion chamber 2 at the same time as passing through the top dead center, or to reduce the expansion rate of the volume of the combustion chamber 2.
As described above, in the conventional engine, the air-fuel mixture is compressed most at the top dead center, the pressure becomes the highest, and as a result, the temperature becomes the highest and the air-fuel mixture self-ignites.
On the other hand, in the engine of the present invention, the volume of the combustion chamber 2 can be further reduced after the top dead center.
Alternatively, the rate at which the volume of the combustion chamber 2 increases after passing through the top dead center can be made slow.
Then, the temperature can be further increased after the top dead center is passed, or the temperature drop can be suppressed even after the top dead center is passed.
As a result, the air-fuel mixture can be self-ignited when the piston 3 passes the top dead center.

＜５＞容積可変部材
上記したように燃焼室２の容積をピストン３が上死点を過ぎると同時に減少させる構造として、燃焼室２の内部に容積可変部材４を機能させて燃焼室２の容積を縮小するように構成することができる。 <5> Volume variable member As described above, the volume of the combustion chamber 2 is reduced by reducing the volume of the combustion chamber 2 as soon as the piston 3 passes the top dead center. Can be configured to reduce.

＜６＞副ピストン
上記の容積可変部材４として、燃焼室２の内部に突出し、その後に燃焼室２から後退する副ピストン４１を採用することができる。（以下の説明では、「副ピストン４１」に対して、エンジン本体のシリンダー内のピストンを「主ピストン３」と称する。）
副ピストン４１は、燃焼室２の一部を開口し、その開口部に円筒体である副シリンダー４２を取り付け、副シリンダー４２から円柱形の副ピストン４１を出入りさせる構造である。
副ピストン４１が燃焼室２に侵入すると、副ピストン４１の侵入した部分の体積だけ燃焼室２の容積が減少することになる。
したがって副ピストン４１の燃焼室２への侵入を、主ピストン３が上死点を過ぎた直後に開始すれば、主ピストン３だけでは拡大に転じる燃焼室２の容積を、反対に減少させたり、あるいは拡大させず一定に保ったり、あるいは拡大の率を緩慢にすることができる。
そのいずれの機能が達成できるかは、燃焼室２の内径や主ピストン３の速度に対する、副ピストン４１の体積や侵入速度によって決まる。 <6> Secondary Piston As the volume variable member 4, a secondary piston 41 that protrudes into the combustion chamber 2 and then retreats from the combustion chamber 2 can be employed. (In the following description, the piston in the cylinder of the engine body is referred to as “main piston 3” with respect to “sub piston 41”.)
The sub-piston 41 has a structure in which a part of the combustion chamber 2 is opened, a sub-cylinder 42 that is a cylindrical body is attached to the opening, and the columnar sub-piston 41 is moved in and out from the sub-cylinder 42.
When the auxiliary piston 41 enters the combustion chamber 2, the volume of the combustion chamber 2 is reduced by the volume of the portion where the auxiliary piston 41 has entered.
Therefore, if the invasion of the auxiliary piston 41 into the combustion chamber 2 is started immediately after the main piston 3 passes the top dead center, the volume of the combustion chamber 2 that turns to enlargement with the main piston 3 alone is decreased, Alternatively, it can be kept constant without being enlarged, or the rate of enlargement can be made slow.
Which of these functions can be achieved depends on the volume of the sub piston 41 and the penetration speed with respect to the inner diameter of the combustion chamber 2 and the speed of the main piston 3.

＜７＞副ピストンの駆動源
燃焼室２の外側に設けた副ピストン４１を、ピストン３が上死点を過ぎると同時に主ピストン３内へ侵入させるためには何らかの駆動源が必要である。
そのために例えば副ピストン４１の燃焼室２側へ侵入運動を、エンジンがすでに備えているクランクシャフト５と連動して行うように構成することができる。 <7> Sub-piston drive source In order for the sub-piston 41 provided outside the combustion chamber 2 to enter the main piston 3 at the same time as the piston 3 passes the top dead center, some drive source is required.
For this purpose, for example, the intrusion movement of the auxiliary piston 41 toward the combustion chamber 2 can be performed in conjunction with the crankshaft 5 already provided in the engine.

＜８＞カム機構（図２）
副ピストン４１は副シリンダー４２内を往復動する円柱体である。
この副シリンダー４２の尾端側にカム６を設置し、このカム６で副ピストン４１の尾端を加圧できるように構成する。
するとカム６の回転を副ピストン４１の往復動に変換することができる。
副ピストン４１には、カム６側への戻りのための戻りバネ６１を設ける。
カム６の回転は、ベルト、チェーン、歯車などを介してクランクシャフト５の回転から取ることができる。
クランクシャフト５の回転は、コンロッド５１を介して主ピストン３の往復動と連動しているから、結果として主ピストン３のシリンダー内での往復動を副ピストン４１の燃焼室２への出入り運動に連動することができ、ピストン３が上死点を過ぎると同時にカム６によって副ピストン４１を燃焼室２側へ押し出すように構成することができる。
その際の副ピストン４１の圧縮の作動は、クランク軸とカム軸の変速比、タイミング、カム山の形状などを任意に設定して行うことができる。 <8> Cam mechanism (Fig. 2)
The sub piston 41 is a cylindrical body that reciprocates in the sub cylinder 42.
The cam 6 is installed on the tail end side of the sub cylinder 42, and the cam 6 is configured to pressurize the tail end of the sub piston 41.
Then, the rotation of the cam 6 can be converted into the reciprocating motion of the sub piston 41.
The auxiliary piston 41 is provided with a return spring 61 for returning to the cam 6 side.
The rotation of the cam 6 can be taken from the rotation of the crankshaft 5 via a belt, a chain, a gear or the like.
The rotation of the crankshaft 5 is interlocked with the reciprocating motion of the main piston 3 via the connecting rod 51. As a result, the reciprocating motion of the main piston 3 in the cylinder is changed into the movement of the auxiliary piston 41 in and out of the combustion chamber 2. The auxiliary piston 41 can be pushed out to the combustion chamber 2 side by the cam 6 at the same time as the piston 3 passes the top dead center.
The compression operation of the sub-piston 41 at that time can be performed by arbitrarily setting the gear ratio between the crankshaft and the camshaft, the timing, the shape of the cam crest, and the like.

＜９＞クランク機構（図３）
前記したように副ピストン４１は副シリンダー４２内をスライドする円柱体であるが、この副シリンダー４２の尾端側に補助円盤７を回転自在に設ける構成を採用することができる。
そしてこの補助円盤７と、副シリンダー４２内をスライドする副ピストン４１の後端とをリンク７１で連結する。
すると補助円盤７の回転を、リンク７１を介して副ピストン４１の往復動に変換することができる。
補助円盤７の回転は、ベルト７２、チェーン、歯車などを介してクランクシャフト５の回転から取ることができる。
クランクシャフト５の回転は主ピストン３の往復動と連動しているから、結果として主ピストン３のシリンダー内での往復動を、副ピストン４１の燃焼室２への出入り運動に連動することができ、ピストン３が上死点を過ぎると同時にリンク７１によって副ピストン４１を燃焼室２側へ押し出すように構成することができる。 <9> Crank mechanism (Fig. 3)
As described above, the sub-piston 41 is a cylindrical body that slides in the sub-cylinder 42, but a configuration in which the auxiliary disk 7 is rotatably provided on the tail end side of the sub-cylinder 42 can be adopted.
The auxiliary disk 7 and the rear end of the auxiliary piston 41 that slides in the auxiliary cylinder 42 are connected by a link 71.
Then, the rotation of the auxiliary disk 7 can be converted into the reciprocating motion of the auxiliary piston 41 via the link 71.
The rotation of the auxiliary disk 7 can be taken from the rotation of the crankshaft 5 via a belt 72, a chain, a gear and the like.
Since the rotation of the crankshaft 5 is interlocked with the reciprocating motion of the main piston 3, the reciprocating motion of the main piston 3 in the cylinder can be interlocked with the movement of the auxiliary piston 41 in and out of the combustion chamber 2. The sub piston 41 can be pushed out to the combustion chamber 2 side by the link 71 at the same time as the piston 3 passes the top dead center.

＜１０＞機能
上記において主ピストン３と副ピストン４１の機能を説明したが、本発明のエンジンの作動、機能をまとめて説明する。 <10> Function While the functions of the main piston 3 and the sub piston 41 have been described above, the operation and functions of the engine of the present invention will be described together.

＜１１＞最高温度をずらす機能
上記したように本発明のエンジンでは主ピストン３が上死点に到達した直後に、副ピストン４１を燃焼室２の内部に押し出すことが特徴である。
すると主ピストン３が上死点到達以降に燃焼室２の容積が最少となる瞬間が到来し、上死点通過後に最高温度を迎えることになる。
その状態で混合気が自着火すれば、主ピストン３が上死点通過後の下降行程に入った直後に主ピストン３の頭を叩かれることになり、きわめて効率のよいエネルギーを取り出すことができる。
従来のように主ピストン３だけで圧縮する場合と、別に副ピストン４１を設けた場合のシリンダー内の温度上昇の一例を図４に示す。
図は、主ピストン３の容積が約５００ｃｍ3、副ピストン４１の容積が約１０ｃｍ3の場合である。
この図で明らかなように、最高温度の際のクランク角度は、上死点（ＴＤＣ）よりもわずかに下降（膨張）行程側へずれており、理想的な主ピストン３の位置で自着火、燃焼を行わせることができることを示している。
さらにこの機構を用いれば、ＨＣＣＩエンジンの宿命であった、自着火の時期の制御が困難である、という問題も解決することができる。 <11> Function for Shifting Maximum Temperature As described above, the engine of the present invention is characterized in that the sub piston 41 is pushed out into the combustion chamber 2 immediately after the main piston 3 reaches the top dead center.
Then, the moment when the volume of the combustion chamber 2 becomes minimum after the main piston 3 reaches the top dead center arrives, and the maximum temperature is reached after passing through the top dead center.
If the air-fuel mixture self-ignites in this state, the head of the main piston 3 is hit immediately after the main piston 3 enters the downward stroke after passing through the top dead center, so that extremely efficient energy can be taken out. .
FIG. 4 shows an example of the temperature rise in the cylinder when the compression is performed only by the main piston 3 as in the prior art and when the auxiliary piston 41 is provided separately.
The figure shows a case where the volume of the main piston 3 is about 500 cm 3 and the volume of the auxiliary piston 41 is about 10 cm 3 .
As is clear from this figure, the crank angle at the maximum temperature is slightly shifted from the top dead center (TDC) to the lowering (expansion) stroke side, and self-ignition at the ideal position of the main piston 3 It shows that combustion can be performed.
Furthermore, if this mechanism is used, the problem that it is difficult to control the timing of self-ignition, which was the fate of the HCCI engine, can be solved.

＜１２＞最高温度を維持する機能
上記したように、主ピストン３と副ピストン４１のサイズの相違、副ピストン４１の燃焼室２への侵入速度の相違によって、燃焼室２の容積が上死点以降で縮小するか、あるいは上死点の状態の容積を維持するか、あるいは維持しないまでも燃焼室２の容積の拡大が、副ピストン４１が存在しない場合よりも緩慢になるか、結果は異なったものとなる。
燃焼室２の容積が上死点以降でさらに縮小する状況については上記したが、他の場合には最高温度を一定時間維持し、あるいは温度低下を緩慢にすることができるから、混合気の着火性などの条件次第ではより効率のよいエンジンを得ることができる。 <12> Function to maintain the maximum temperature As described above, the volume of the combustion chamber 2 is increased to the top dead center due to the difference in size between the main piston 3 and the sub piston 41 and the difference in the intrusion speed of the sub piston 41 into the combustion chamber 2. The result is different depending on whether the expansion of the volume of the combustion chamber 2 becomes slower than in the case where the sub piston 41 is not present, even if the volume is reduced thereafter, or the volume at the top dead center is maintained or not maintained. It will be.
The situation in which the volume of the combustion chamber 2 is further reduced after the top dead center has been described above. In other cases, the maximum temperature can be maintained for a certain period of time, or the temperature drop can be slowed down. Depending on conditions such as sex, a more efficient engine can be obtained.

１：シリンダ
２：燃焼室
３：主ピストン
４：容積可変部材
４１：副ピストン
５：クランクシャフト
６：カム
７：補助円盤 1: Cylinder 2: Combustion chamber 3: Main piston 4: Volume variable member 41: Sub piston 5: Crankshaft 6: Cam 7: Auxiliary disk

Claims (7)

燃焼室内の燃料をピストンの圧縮行程で圧縮して自己着火させる内燃機関であって、
ピストンが上死点を過ぎると同時に、
燃焼室の容積を縮小するように構成した、
自着火制御可能なＨＣＣＩエンジン。 An internal combustion engine that self-ignites by compressing the fuel in the combustion chamber in the compression stroke of the piston,
As soon as the piston passes through top dead center,
Configured to reduce the volume of the combustion chamber,
HCCI engine with self-ignition control. 請求項１記載のエンジンにおいて、
ピストンが上死点を過ぎると同時に、
燃焼室の内部に容積可変部材を突出して、燃焼室の容積を縮小するように構成した、
自着火制御可能なＨＣＣＩエンジン。 The engine according to claim 1.
As soon as the piston passes through top dead center,
The volume variable member protrudes inside the combustion chamber and is configured to reduce the volume of the combustion chamber.
HCCI engine with self-ignition control. 請求項２記載のエンジンにおいて、
容積可変部材が、燃焼室の内部に突出する副ピストンである、
自着火制御可能なＨＣＣＩエンジン。 The engine according to claim 2, wherein
The variable volume member is a secondary piston that protrudes into the combustion chamber.
HCCI engine with self-ignition control. 請求項３記載のエンジンにおいて、
燃焼室の外側に副ピストンを設け、
ピストンが上死点を過ぎると同時に、クランクシャフトと連動して副ピストンが燃焼室側へ摺動するように構成した、
自着火制御可能なＨＣＣＩエンジン。 The engine according to claim 3,
A secondary piston is installed outside the combustion chamber,
At the same time that the piston passes the top dead center, the sub-piston slides to the combustion chamber side in conjunction with the crankshaft.
HCCI engine with self-ignition control. 請求項４記載のエンジンにおいて、
燃焼室の外側に副ピストンと、
クランクシャフトと連動して副ピストンを燃焼室側に押し出す押出しリンクを設け、
ピストンが上死点を過ぎると同時に、
リンクによって副ピストンを燃焼室側へ押し出すように構成した、
自着火制御可能なＨＣＣＩエンジン。 The engine according to claim 4.
A secondary piston outside the combustion chamber,
In conjunction with the crankshaft, an extrusion link that pushes the secondary piston toward the combustion chamber is provided.
As soon as the piston passes through top dead center,
The secondary piston is configured to be pushed out to the combustion chamber by a link.
HCCI engine with self-ignition control. 請求項４記載のエンジンにおいて、
燃焼室の外側に副ピストンと、
クランクシャフトと連動して副ピストンを燃焼室側に押し出すカムを設け、ピストンが上死点を過ぎると同時に、
カムによって副ピストンを燃焼室側へ押し出すように構成した、
自着火制御可能なＨＣＣＩエンジン。 The engine according to claim 4.
A secondary piston outside the combustion chamber,
A cam that pushes the sub piston to the combustion chamber side in conjunction with the crankshaft is installed, and at the same time the piston passes the top dead center,
The auxiliary piston is pushed out to the combustion chamber by a cam.
HCCI engine with self-ignition control. 燃焼室内の燃料をピストンの圧縮行程で圧縮して自己着火させる内燃機関における制御方法であって、
ピストンが上死点を過ぎると同時に、燃焼室の容積を縮小させて行う、
自着火制御可能なＨＣＣＩエンジンの制御方法。 A control method in an internal combustion engine, in which fuel in a combustion chamber is compressed by a compression stroke of a piston and self-ignited,
At the same time that the piston passes the top dead center, the volume of the combustion chamber is reduced,
Control method of HCCI engine capable of self-ignition control.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107476886A (en) * 2017-09-30 2017-12-15 中国第汽车股份有限公司 A kind of gasoline engine compression ratio continuous variable cylinder and its method of work
EP3779152A1 (en) * 2019-08-12 2021-02-17 Universiteit Gent An internal combustion engine and a method for operating an internal combustion engine

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107476886A (en) * 2017-09-30 2017-12-15 中国第汽车股份有限公司 A kind of gasoline engine compression ratio continuous variable cylinder and its method of work
CN107476886B (en) * 2017-09-30 2020-11-20 中国第一汽车股份有限公司 Gasoline engine compression ratio continuous variable cylinder and working method thereof
EP3779152A1 (en) * 2019-08-12 2021-02-17 Universiteit Gent An internal combustion engine and a method for operating an internal combustion engine

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