JP2014227878A - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関に関し、特に1つの燃焼室に対して2つの往復移動可能なピストンを有する内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine, and more particularly, to an internal combustion engine having two reciprocating pistons for one combustion chamber.
従来、1つの燃焼室の体積が2つのピストンの往復移動により変化するダブルピストンエンジンが知られている。ダブルピストンエンジンでは、1つの燃焼室に対して1つのピストンを備えるシングルピストンエンジンとピストンのストロークを同じにした場合、混合気が供給されるときの燃焼室の体積が2倍になるため、1回の燃焼工程において発生する熱エネルギが2倍になる。例えば、特許文献1には、燃焼室を形成するピストンの端面が向かい合う2つのピストンを備えるピストン対向型内燃機関が記載されている。 Conventionally, a double piston engine in which the volume of one combustion chamber is changed by reciprocation of two pistons is known. In the double piston engine, when the stroke of the piston is the same as that of a single piston engine having one piston for one combustion chamber, the volume of the combustion chamber when the air-fuel mixture is supplied is doubled. The thermal energy generated in each combustion process is doubled. For example, Patent Document 1 describes a piston-facing internal combustion engine that includes two pistons whose end faces of a piston forming a combustion chamber face each other.
しかしながら、特許文献1に記載のピストン対向型内燃機関では、燃焼室を形成する内壁の面積が比較的大きくなる。このため、燃焼室の温度と内壁との温度差により生じる冷熱損失が大きくなり、熱効率が低下するおそれがある。 However, in the piston-opposed internal combustion engine described in Patent Document 1, the area of the inner wall forming the combustion chamber is relatively large. For this reason, there is a concern that the heat loss caused by the temperature difference between the temperature of the combustion chamber and the inner wall becomes large and the thermal efficiency is lowered.
本発明の目的は、熱効率の向上が可能な内燃機関を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an internal combustion engine capable of improving thermal efficiency.
本発明の内燃機関は、往復移動可能な一方のピストンと、一方のピストンの動きに連動して往復移動可能な他方のピストンと、一方のピストン及び他方のピストンを収容するシリンダと、一方のピストン、他方のピストン、及び、シリンダにより形成される主燃焼室に導入される燃料に点火する点火手段と、一方のピストン及び他方のピストンに連結する位相差制御手段と、を備え、位相差制御手段は、点火手段により主燃焼室に導入された燃料が点火された後、主燃焼室の体積が所定の時間一定となるよう一方のピストンの位相及び他方のピストンの位相を制御することを特徴とする。 The internal combustion engine of the present invention includes one piston that can reciprocate, the other piston that can reciprocate in conjunction with the movement of one piston, a cylinder that houses the one piston and the other piston, and one piston An ignition means for igniting the fuel introduced into the main combustion chamber formed by the other piston and the cylinder, and a phase difference control means connected to the one piston and the other piston, and the phase difference control means Is characterized in that after the fuel introduced into the main combustion chamber is ignited by the ignition means, the phase of one piston and the phase of the other piston are controlled so that the volume of the main combustion chamber is constant for a predetermined time. To do.
本発明の内燃機関では、一方のピストンと他方のピストンとが連動するよう位相差制御手段により連結されている。位相差制御手段は、燃料が点火された後、主燃焼室の体積が所定の時間一定となるよう一方のピストンと他方のピストンとの間に位相差を設ける。ここで、ピストンの「位相」とは、シリンダ内でのピストンの往復運動における上死点と下死点との間の位置を示す値であり、本発明の内燃機関では、同じ時刻における一方のピストンの位相と他方のピストンの位相とが異なるよう位相制御手段が制御する。これにより、主燃焼室の体積が一定となる時間が比較的長くなり、主燃焼室の圧力が比較的大きくなる。したがって、内燃機関が外部に対して行う仕事量が大きくなり、内燃機関の熱効率を向上することができる。 In the internal combustion engine of the present invention, one piston and the other piston are connected by phase difference control means so as to be interlocked. The phase difference control means provides a phase difference between one piston and the other piston so that the volume of the main combustion chamber is constant for a predetermined time after the fuel is ignited. Here, the “phase” of the piston is a value indicating the position between the top dead center and the bottom dead center in the reciprocating motion of the piston in the cylinder. In the internal combustion engine of the present invention, The phase control means controls so that the phase of the piston and the phase of the other piston are different. Thereby, the time for which the volume of the main combustion chamber is constant becomes relatively long, and the pressure of the main combustion chamber becomes relatively large. Therefore, the amount of work that the internal combustion engine performs on the outside increases, and the thermal efficiency of the internal combustion engine can be improved.
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による内燃機関を図1〜図7に示す。「内燃機関」としての気体燃料用エンジン1は、いわゆる、4サイクルエンジンであって、図示しない気体燃料用燃料タンクが供給する気体燃料を主燃焼室11において燃焼し、主燃焼室11の圧力変化による第1ピストン41及び第2ピストン51の作動から回転トルクを出力する。気体燃料用エンジン1は、図1に示すように、シリンダ10、点火プラグ15、吸気系20、排気系30、第1ピストン部40、第2ピストン部50、および、位相制御部60から構成される。なお、図1中の矢印F1は、吸気系20から主燃焼室11への燃料と空気との混合気の流れを示す。また、図1中の矢印F2は、主燃焼室11から排気系30を通って外部に導出される排気の流れを示す。
Hereinafter, a plurality of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
An internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention is shown in FIGS. A gas fuel engine 1 as an “internal combustion engine” is a so-called four-cycle engine, in which gas fuel supplied from a gas fuel fuel tank (not shown) is combusted in the
シリンダ10は、両端に底部を有する有底筒状の金属部材であって、内部に第1ピストン部40、第2ピストン部50を収容する。シリンダ10は、第1ピストン部40が有する第1ピストン41の第2ピストン部50側のピストン面411、第2ピストン部50が有する第2ピストン51の第1ピストン部40側のピストン面511、第1ピストン41及び第2ピストン51が摺動する内壁面101、102により形成される主燃焼室11を有する。内壁面101を有する側壁103には、主燃焼室11の混合気に点火する「点火手段」としての点火プラグ15、吸気系20、排気系30が設けられる。ピストン面411は、特許請求の範囲に記載の「一方のピストンの端面」に相当する。ピストン面511は、特許請求の範囲に記載の「他方のピストンの端面」に相当する。
The
吸気系20は、吸気弁21、及び、吸気管22から構成されている。吸気弁21は、シリンダ10の内壁面101に形成されている弁座104に当接または離間する。吸気管22は、吸気弁21が弁座104から離間しているとき、気体燃料と空気との混合気を主燃焼室11に供給する。
The
点火プラグ15は、吸気弁21と排気弁31との間に設けられている。点火プラグ15は、図示しない制御部などからの指示に応じて主燃焼室11に供給される混合気に点火する。
The
排気系30は、排気弁31、及び、排気管32から構成されている。排気弁31は、シリンダ10の内壁面101に形成されている弁座105に当接または離間する。排気管32は、主燃焼室11の混合気が点火プラグ15により点火された後、排気弁31が弁座105から離間しているとき、主燃焼室11の燃焼後の気体を外部に排出する。
The
第1ピストン部40は、第1ピストン41、第1コンロッド42、第1クランク43、及び第1クランクシャフト44などから構成されている。第1ピストン部40は、主燃焼室11の圧力変化を利用し第1クランクシャフト44の回転運動を外部に出力する。
The
第1ピストン41は、略円柱状に形成され、シリンダ10の内部に内壁面101、102と摺動しつつシリンダ10に対して往復移動可能に設けられる。「一方のピストン」としての第1ピストン41には第1コンロッド42の一端が連結する。第1コンロッド42の他端には第1クランク43が連結する。
The
第1クランク43は、シリンダ10の一方の端部内に形成される第1クランク室13に収容されている。第1クランク43及び第1コンロッド42は、第1ピストン41の往復運動を第1クランクシャフト44の回転運動に変換する。第1クランクシャフト44の第1クランク43と連結する反対側の端部441は、シリンダ10の側壁106に形成されている貫通孔107からシリンダ10の外部に突出している。端部441は、位相制御部60の内部に挿入されている。
The
第2ピストン部50は、第2ピストン51、第2コンロッド52、第2クランク53、第2クランクシャフト54などから構成されている。第2ピストン部50は、主燃焼室11の圧力変化を利用し第2クランクシャフト54の回転運動を外部に出力する。
The
第2ピストン51は、略円柱状に形成され、シリンダ10の内部に内壁面101、102と摺動しつつシリンダ10に対して第1ピストン41と同軸上を往復移動可能に設けられる。第2ピストン51は、ピストン面511が第1ピストン41のピストン面411と向かいあうように設けられている。「他方のピストン」としての第2ピストン51には第2コンロッド52の一端が連結する。第2コンロッド52の他端には第2クランク53が連結する。
The
第2クランク53は、シリンダ10の他方の端部内に形成される第2クランク室14に収容されている。第2クランク53は、第2ピストン51の往復運動を第2クランクシャフト54の回転運動に変換する。第2クランクシャフト54の第2クランク53と連結する反対側の端部541は、シリンダ10の側壁106に形成されている貫通孔108からシリンダ10の外部に突出している。端部541は、位相制御部60の内部に挿入されている。
The
位相制御部60は、タイミングベルト61、及び、ハウジング62などから構成されている。ハウジング62の内部に収容されているタイミングベルト61は、ハウジング62の内部において第1クランクシャフト44の端部441と第2クランクシャフト54の端部541とを連結する。これにより、第1ピストン41と第2ピストン51とが連動する。具体的には、タイミングベルト61は、第1ピストン41が上死点にあるとき、第2ピストン51は、下死点から上死点に向かう途中に位置するよう第1クランクシャフト44の端部441と第2クランクシャフト54の端部541とを連結している。位相制御部60は、特許請求の範囲に記載の「位相制御手段」に相当する。
The
次に、気体燃料用エンジン1の燃焼工程およびその効果について、図2〜7に基づいて説明する。
図2(a)、3(a)、4(a)、5(a)には、気体燃料用エンジン1の燃焼工程における第1ピストン41及び第2ピストン51のシリンダ10に対する相対位置を示す。また、図2(b)、3(b)、4(b)、5(b)には、主燃焼室11の体積の時間変化を示す。なお、図2(a)、3(a)、4(a)、5(a)には、説明の便宜上、シリンダ10の中心を中心線C、第1ピストン41の上死点の位置を点線P1、及び、第2ピストン51の上死点の位置を点線P2で示す。気体燃料用エンジン1では、第1ピストン41の上死点及び第2ピストン51の上死点の位置は、第1ピストン41が点線P1の位置にあり、かつ、第2ピストン51が点線P2の位置にあるとき形成される主燃焼室11の体積が、図2(b)、3(b)、4(b)、5(b)に示す主燃焼室11の最小の体積である体積v0より小さくなるよう設けられている。すなわち、第1ピストン部40及び第2ピストン部50は、後述する比較例としての、主燃焼室の混合気の燃焼時に2つの対向するピストンが同時に上死点に到達する気体燃料用エンジンにおけるピストンのストローク量に比べ、第1ピストン41及び第2ピストン51のストローク量が大きくなるよう設けられている。また、図2(a)、3(a)、4(a)、5(a)には、それぞれの時刻における第1ピストン41の移動の方向を白抜き矢印M1、第2ピストン51の移動の方向を白抜き矢印M2で示す。
Next, the combustion process and effects of the gaseous fuel engine 1 will be described with reference to FIGS.
2A, 3A, 4A, and 5A show the relative positions of the
また、図6には、気体燃料用エンジン1の燃焼工程における第1ピストン41のピストン面411と第2ピストン51のピストン面511との間の距離の時間変化を示す。図6では、第1ピストン41の下死点でのピストン面411の位置を0として、第1ピストン41のピストン面411の位置の時間変化を実線L1、第2ピストン51のピストン面511の位置の時間変化を実線L2で示す。図6では、図2(a)、3(a)、4(a)、5(a)に示したシリンダ10の中心線Cの位置を点線L0、第1ピストン41の上死点の位置を点線L10、第2ピストン51の上死点の位置を点線L20で示す。
FIG. 6 shows a change over time in the distance between the
吸気弁21が弁座104から離間しシリンダ10内に気体燃料と空気との混合気が供給される。吸気弁21が弁座104に当接した後、第1ピストン41が上死点に向かって移動する(図6の時刻t0以降)。さらに、第2ピストン51が上死点に向かって移動を開始すると、主燃焼室11の体積は第1ピストン41と第2ピストン51との接近により減少し(例えば、図6の時刻t1など)、主燃焼室11の混合気の圧力は増加する。このとき、図2(a)に示すように、第1ピストン41のピストン面411は、第2ピストン51のピストン面511に比べシリンダ10の中心線Cの近くに位置している。
The
第1ピストン41及び第2ピストン51の移動により主燃焼室11の混合気の圧力が増加する途中で点火プラグ15により主燃焼室11の混合気が点火される。具体的には、図3(b)に示すように、第1ピストン41が上死点に到達する時刻t3より前の時刻t2に点火される。
混合気が点火した後、第1ピストン41が時刻t3に上死点に到達する(図3(a))。このとき、図3(b)の時刻t3に示すように、主燃焼室11の体積は、気体燃料用エンジン1の燃焼工程において最小の値となる。なお、第1ピストン41が上死点に到達したとき、第2ピストン51は下死点から上死点に上昇する途中の位置にある。
The air-fuel mixture in the
After the air-fuel mixture is ignited, the
次に、第1ピストン41が上死点から下死点に移動する途中の時刻t4で第2ピストン51が上死点に到達する(図4(a))。気体燃料用エンジン1では、図3に示す第1ピストン41が上死点に到達する時刻t3から図4に示す第2ピストン51が上死点に到達する時刻t4までの間、主燃焼室11の体積が一定となるよう第1ピストン41及び第2ピストン51の位相が位相制御部60により調整されている。
Next, the
次に、第2ピストン51が上死点から下死点に向かって移動を開始する。このとき、図6に示すように、第1ピストン41も上死点から下死点に移動している。これにより、図6の時刻t4以降に示すように、第1ピストン41のピストン面411と第2ピストン51のピストン面511とは離れる方向に移動し、主燃焼室11の体積は、図5(b)に示すように、時刻t4以降増加する。
このように、気体燃料用エンジン1では、第1ピストン41が上死点に到達した後に第2ピストン51が上死点に到達するよう第1ピストン41及び第2ピストン51の位相が制御されている。
Next, the
Thus, in the gaseous fuel engine 1, the phases of the
図7に第1実施形態による気体燃料用エンジン1の燃焼工程におけるpv線図を示す。図7には、気体燃料用エンジン1における主燃焼室11の圧力pと体積vとの関係を実線L3で示す。また、比較例として、主燃焼室の混合気の燃焼時に2つの対向するピストンが同時に上死点に到達する気体燃料用エンジンにおける主燃焼室の圧力pと体積vとの関係を点線L4で示す。
FIG. 7 shows a pv diagram in the combustion process of the gaseous fuel engine 1 according to the first embodiment. In FIG. 7, the relationship between the pressure p and the volume v of the
比較例の気体燃料用エンジンでは、主燃焼室の混合気に点火され2つのピストンがそれぞれ上死点に達したとき、主燃焼室の体積が最も小さい体積v0になる。2つのピストンがそれぞれ上死点に達した後、2つのピストンはそれぞれ上死点から下死点に向かうため、主燃焼室の体積が体積v0となっている時間は比較的短く、また、主燃焼室の圧力は主燃焼室の体積が体積v0より大きくなり始めたときの圧力p2が最大となる。 In the gas fuel engine of the comparative example, when the mixture in the main combustion chamber is ignited and the two pistons reach the top dead center, the volume of the main combustion chamber becomes the smallest volume v0. After the two pistons reach the top dead center, the two pistons go from the top dead center to the bottom dead center, so the time during which the volume of the main combustion chamber is the volume v0 is relatively short. The pressure of the combustion chamber becomes maximum at the pressure p2 when the volume of the main combustion chamber starts to become larger than the volume v0.
一方、気体燃料用エンジン1では、第1ピストン41と第2ピストン51との間で位相差を設けるとともに、第1ピストン41及び第2ピストン51のストローク量を比較例の気体燃料用エンジンのピストンに比べて大きくしているため、第1ピストン41が上死点の位置する時刻t3から第2ピストン51が上死点に位置する時刻t4までの間、主燃焼室11の体積が比較例の気体燃料用エンジンにおける最小の体積と同じ体積v0で一定となる。気体燃料用エンジン1では、主燃焼室11の体積が体積v0となる時間が比較例の気体燃料用エンジンに比べ長いため、主燃焼室11の圧力は、比較例の気体燃料用エンジンにおいて発生する最大の圧力p2より大きい圧力p1となる。これにより、燃焼工程において気体燃料用エンジン1が出力する仕事量W1(=∫p1dv)は、比較例の気体燃料用エンジンが出力する仕事量W2(=∫p2dv)より大きくなる。したがって、気体燃料用エンジン1の熱効率を向上することができる。
On the other hand, in the gas fuel engine 1, a phase difference is provided between the
また、気体燃料用エンジン1では、図7に示すように、主燃焼室11の最小の体積を2つのピストンが同時に上死点に到達する気体燃料用エンジンの主燃焼室の最小の体積である体積v0と同じにするため、第1ピストン41及び第2ピストン51のストローク量が、2つのピストンが同時に上死点に到達する気体燃料用エンジンの2つのピストンのストローク量に比べ大きくなるよう設けられている。これにより、主燃焼室11の圧縮比が上がるため、主燃焼室11の最大圧力をさらに大きくすることができる。したがって、気体燃料用エンジン1の熱効率をさらに向上することができる。
In the gas fuel engine 1, as shown in FIG. 7, the minimum volume of the
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態による内燃機関を図8に基づいて説明する。第2実施形態は、予備燃焼室を形成するキャビティを備える点が第1実施形態と異なる。なお、第1実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。なお、図8中の矢印F3は、吸気系20から副燃焼室12への混合気の流れを示す。また、図8中の矢印F4は、副燃焼室12から排気系30を通って外部に導出される排気の流れを示す。
(Second Embodiment)
Next, an internal combustion engine according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The second embodiment differs from the first embodiment in that it includes a cavity that forms a preliminary combustion chamber. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the site | part substantially the same as 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted. 8 indicates the flow of the air-fuel mixture from the
第2実施形態による気体燃料用エンジン2では、主燃焼室11に連通する予備燃焼室12を有する。予備燃焼室12は、略直方体状のキャビティ121により形成され、側壁103に形成されている連通路109を介して主燃焼室11に連通している。
The gaseous fuel engine 2 according to the second embodiment has a
キャビティ121は、側壁に点火プラグ15、吸気弁21が当接可能な弁座122、排気弁31が当接可能な弁座123が設けられている。点火プラグ15は、第1ピストン41及び第2ピストン51のうち、先に上死点に到達する第1ピストン41に対して向かい合うキャビティ121の側壁124に設けられている。キャビティ121は、特許請求の範囲に記載の「予備燃焼室形成部」に相当する。
The
気体燃料用エンジン2では、吸気弁21が弁座122から離間し予備燃焼室12に混合気が供給される。予備燃焼室12に供給される混合気は、連通路109を介して主燃焼室11に拡散する。これにより、主燃焼室11の混合気は、気体燃料の濃度が比較的高い予備燃焼室12の混合気に比べ気体燃料の濃度が比較的低い状態となっている。
第1ピストン41及び第2ピストン51が下死点から上死点に向かって移動する途中、点火プラグ15により予備燃焼室12の混合気に点火される。予備燃焼室12の混合気は、上述したように気体燃料の濃度が比較的高い状態になっており、点火プラグ15により予備燃焼室12で発生する火炎は、例えば、球面状に拡散し、連通路109の混合気、及び、主燃焼室11の混合気に伝搬する。予備燃焼室12の火炎は、第1ピストン41が上死点から下死点に向かって移動しているとき主燃焼室11の混合気に伝搬する。
In the gaseous fuel engine 2, the
While the
気体燃料用エンジン2では、最初に、主燃焼室11に連通する予備燃焼室12の気体燃料の濃度が比較的高い混合気に点火する。点火された予備燃焼室12の混合気が点火プラグ15を中心とした火炎の広がりにより空間燃焼となり、当該空間燃焼が連通路109を介して主燃焼室11の混合気に伝搬する。主燃焼室11では燃焼は面として広がるため、点燃焼に比べ主燃焼室11の混合気全体が短時間のうちに燃焼する。これにより、主燃焼室11及び予備燃焼室12に供給された可燃分のエネルギ量に対する燃焼により発生するエネルギ量の比である燃焼効率を向上することができる。したがって、第2実施形態による気体燃料用エンジン2では、第1実施形態の効果に加え、さらに燃焼効率を向上することができる。
In the gaseous fuel engine 2, first, an air-fuel mixture having a relatively high concentration of gaseous fuel in the
また、第2実施形態による気体燃料用エンジン2では、点火プラグ15は、先に上死点に到達する第1ピストン41に対して向かい合うキャビティ121の側壁124に設けられている。これにより、第1ピストン41の上死点から下死点への移動速度と火炎の伝搬速度との相対速度が小さくなるため、予備燃焼室12から主燃焼室11に伝搬する圧力変化が上死点に向かう第1ピストン41のピストン面411に直接作用することを防止できる。
In the gaseous fuel engine 2 according to the second embodiment, the
(他の実施形態)
(ア)上述の実施形態では、「内燃機関」は気体燃料用の4サイクルエンジンであるとした。しかしながら、「内燃機関」の種類はこれに限定されない。供給される燃料はガソリンなどの液体燃料であってもよい。また、2サイクルエンジンであってもよい。
(Other embodiments)
(A) In the above-described embodiment, the “internal combustion engine” is a four-cycle engine for gaseous fuel. However, the type of “internal combustion engine” is not limited to this. The supplied fuel may be a liquid fuel such as gasoline. A two-cycle engine may also be used.
(イ)上述の実施形態では、第1ピストンと第2ピストンとは同軸上に往復移動可能に設けられ、第2ピストンのピストン面は第1ピストンのピストン面に向かいあうように設けられるとした。しかしながら、第1ピストン及び第2ピストンの位置関係はこれに限定されない。例えば、第1ピストンと第2ピストンとが平行に移動し、第1ピストン及び第2ピストンの上死点側に主燃焼室が形成されてもよい。 (A) In the above-described embodiment, the first piston and the second piston are provided so as to be reciprocally movable on the same axis, and the piston surface of the second piston is provided so as to face the piston surface of the first piston. However, the positional relationship between the first piston and the second piston is not limited to this. For example, the first piston and the second piston may move in parallel, and the main combustion chamber may be formed on the top dead center side of the first piston and the second piston.
(イ)上述の実施形態では、位相制御部は、2つのクランクシャフトを連結するタイミングベルト及びタイミングベルトを収容するハウジングなどから構成されるとした。しかしながら、位相制御部を構成する部材はこれに限定されない。例えば、オルタネータなどの発電機により第1ピストンと第2ピストンとの位相を制御してもよい。 (A) In the above-described embodiment, the phase control unit is configured by a timing belt that connects two crankshafts, a housing that houses the timing belt, and the like. However, the member which comprises a phase control part is not limited to this. For example, you may control the phase of a 1st piston and a 2nd piston with generators, such as an alternator.
(ウ)上述の実施形態では、主燃焼室または予備燃焼室の混合気は、点火プラグにより点火されるとした。しかしながら、「点火手段」はこれに限定されない。トーチ、パルスジェットなどでもよい。 (C) In the above-described embodiment, the air-fuel mixture in the main combustion chamber or the preliminary combustion chamber is ignited by the spark plug. However, the “ignition means” is not limited to this. A torch or a pulse jet may be used.
(エ)第2実施形態では、点火プラグは、先に上死点に到達する第1ピストンに対して向かい合うキャビティの側壁に設けられるとした。しかしながら、点火プラグが設けられる場所はこれに限定されない。 (D) In the second embodiment, the spark plug is provided on the side wall of the cavity facing the first piston that reaches the top dead center first. However, the place where the spark plug is provided is not limited to this.
(オ)上述の実施形態では、第1ピストン及び第2ピストンのストローク量は、2つのピストンが同時に上死点に到達する気体燃料用エンジンの2つのピストンのストローク量に比べ大きくなるとした。しかしながら、第1ピストン及び第2ピストンのストローク量は、これに限定されない。第1ピストン及び第2ピストンのストローク量は、2つのピストンが同時に上死点に到達する気体燃料用エンジンの2つのピストンのストローク量と同じであってもよい。
図9に、第1ピストン及び第2ピストンのストローク量を2つのピストンが同時に上死点に到達する気体燃料用エンジンの2つのピストンのストローク量と同じにしつつ第1ピストン及び第2ピストンの位相差を設ける本発明の気体燃料用エンジンのpv線図を実線L5で示す。点線L4は、図7で示した、比較例としての主燃焼室の混合気の燃焼時に2つの対向するピストンが同時に上死点に到達する気体燃料用エンジンにおける主燃焼室の圧力pと体積vとの関係である。
図9に示すように、本発明の気体燃料用エンジンでは、主燃焼室の最小の体積v1は、比較例の気体燃料用エンジンにおける主燃焼室の最小の体積v0に比べて大きくなる。また、本発明の気体燃料用エンジンにおける主燃焼室の最大の体積v2は、比較例の気体燃料用エンジンにおける主燃焼室の最大の体積v3に比べて小さくなる。しかしながら、本発明の気体燃料用エンジンでは、主燃焼室の体積が体積v1のときの最大の圧力p3が、比較例の気体燃料用エンジンにおける主燃焼室の体積が体積v0のときの圧力p2に比べて大きくなる。これにより、燃焼工程において本発明の気体燃料用エンジンが出力する仕事は比較例の気体燃料用エンジンが出力する仕事量より大きくなる。したがって、本発明の気体燃料用エンジンでは、第1ピストン及び第2ピストンのストローク量を2つのピストンが同時に上死点に到達する気体燃料用エンジンの2つのピストンのストローク量と同じにした場合でも熱効率を向上することができる。
(E) In the above-described embodiment, the stroke amounts of the first piston and the second piston are larger than the stroke amounts of the two pistons of the gas fuel engine in which the two pistons reach the top dead center at the same time. However, the stroke amounts of the first piston and the second piston are not limited to this. The stroke amounts of the first piston and the second piston may be the same as the stroke amounts of the two pistons of the gas fuel engine in which the two pistons reach the top dead center at the same time.
FIG. 9 shows the positions of the first piston and the second piston while making the stroke amounts of the first piston and the second piston the same as the stroke amounts of the two pistons of the gas fuel engine in which the two pistons reach the top dead center at the same time. A pv diagram of the gas fuel engine of the present invention providing a phase difference is indicated by a solid line L5. The dotted line L4 indicates the pressure p and volume v of the main combustion chamber in the gas fuel engine in which two opposing pistons reach the top dead center at the same time during combustion of the air-fuel mixture in the main combustion chamber as a comparative example shown in FIG. Relationship.
As shown in FIG. 9, in the gas fuel engine of the present invention, the minimum volume v1 of the main combustion chamber is larger than the minimum volume v0 of the main combustion chamber in the gas fuel engine of the comparative example. The maximum volume v2 of the main combustion chamber in the gas fuel engine of the present invention is smaller than the maximum volume v3 of the main combustion chamber in the gas fuel engine of the comparative example. However, in the gas fuel engine of the present invention, the maximum pressure p3 when the volume of the main combustion chamber is volume v1 is the pressure p2 when the volume of the main combustion chamber in the gas fuel engine of the comparative example is volume v0. Compared to larger. Thereby, the work output from the gas fuel engine of the present invention in the combustion process becomes larger than the work output from the gas fuel engine of the comparative example. Therefore, in the gas fuel engine of the present invention, even when the stroke amounts of the first piston and the second piston are the same as the stroke amounts of the two pistons of the gas fuel engine in which the two pistons reach the top dead center at the same time. Thermal efficiency can be improved.
(カ)上述の実施形態では、吸気系を介して燃料と空気との混合気が主燃焼室に導入されるとした。しかしながら、主燃焼室に燃料を導入する燃料導入手段はこれに限定されない。主燃焼室に直接燃料のみを噴射する直接噴射と別途供給管を介して空気を主燃焼室に供給する燃料導入手段であってもよい。 (F) In the above-described embodiment, the mixture of fuel and air is introduced into the main combustion chamber via the intake system. However, the fuel introduction means for introducing fuel into the main combustion chamber is not limited to this. There may be direct injection for injecting only fuel directly into the main combustion chamber and fuel introduction means for supplying air to the main combustion chamber via a separate supply pipe.
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。 Thus, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various forms without departing from the gist thereof.
1、2 ・・・気体燃料用エンジン(内燃機関)、
10 ・・・シリンダ、
11 ・・・主燃焼室、
15 ・・・点火プラグ(点火手段)、
41 ・・・第1ピストン(一方のピストン)、
51 ・・・第2ピストン(他方のピストン)、
60 ・・・位相制御部(位相制御手段)。
1, 2 ... Engine for gaseous fuel (internal combustion engine),
10 ... Cylinder,
11 ... main combustion chamber,
15 ... Spark plug (ignition means),
41 ... 1st piston (one piston),
51 ・ ・ ・ Second piston (the other piston),
60: Phase control unit (phase control means).
Claims (6)
前記一方のピストンの動きに連動して往復移動可能な他方のピストン(51)と、
前記一方のピストン及び前記他方のピストンを収容するシリンダ(10)と、
前記一方のピストン、前記他方のピストン、及び、前記シリンダにより形成される主燃焼室(11)に導入される燃料に点火する点火手段(15)と、
前記一方のピストン及び前記他方のピストンに連結し、前記点火手段により前記主燃焼室に導入された燃料が点火された後、前記主燃焼室の体積が所定の時間一定となるよう前記一方のピストンの位相及び前記他方のピストンの位相を制御する位相差制御手段(60)と、
を備えることを特徴とする内燃機関。 One piston (41) capable of reciprocating,
The other piston (51) capable of reciprocating in conjunction with the movement of the one piston;
A cylinder (10) for accommodating the one piston and the other piston;
Ignition means (15) for igniting fuel introduced into a main combustion chamber (11) formed by the one piston, the other piston, and the cylinder;
The one piston is connected to the one piston and the other piston, and after the fuel introduced into the main combustion chamber is ignited by the ignition means, the volume of the main combustion chamber is constant for a predetermined time. And a phase difference control means (60) for controlling the phase of the other piston and the phase of the other piston,
An internal combustion engine comprising:
前記点火手段は、前記予備燃焼室形成部に設けられることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の内燃機関。 A preliminary combustion chamber forming part (121) for forming a preliminary combustion chamber (12) communicating with the main combustion chamber;
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the ignition means is provided in the preliminary combustion chamber forming portion.
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