JP2021127689A - Engine device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、エンジン装置に関する。 The present disclosure relates to an engine device.
特開平6−2559号公報(特許文献1)には、回転軸と、回転軸上で回転する第1ロータおよび第2ロータと、第1ロータおよび第2ロータの動力を回転軸へ伝達する動力伝達手段とを備えるロータリエンジンが記載されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-2559 (Patent Document 1) describes a rotating shaft, a first rotor and a second rotor rotating on the rotating shaft, and a power for transmitting the power of the first rotor and the second rotor to the rotating shaft. A rotary engine with a transmission means is described.
複数のピストン部材が独立して回転可能な回転ピストン型のエンジンにおいては、エンジンの運転中の損失を低減して燃費を向上することが望まれる。上記文献には、一対のロータの真円回転運動により発生した回転動力を回転軸に対してそのまま出力することで回転ロスをなくすと記載されているが、未だ改善の余地がある。 In a rotary piston type engine in which a plurality of piston members can rotate independently, it is desired to reduce the loss during operation of the engine and improve fuel efficiency. The above document describes that the rotational power generated by the perfect circular rotational motion of a pair of rotors is output as it is to the rotating shaft to eliminate the rotational loss, but there is still room for improvement.
本開示では、運転中の損失を低減できるエンジン装置が提案される。 The present disclosure proposes an engine device capable of reducing loss during operation.
本開示に従うと、回転ピストン型のエンジンを備えるエンジン装置が提案される。エンジンは、ハウジングと、ハウジング内に回転中心を中心に一方向に回転可能に支持される第1ピストン部材と、ハウジング内に回転中心を中心に一方向に回転可能に支持される第2ピストン部材と、を含んでいる。ハウジング、第1ピストン部材および第2ピストン部材は、燃料を燃焼させるための燃焼室を形成する。エンジン装置は、回転電機装置と、制御装置とをさらに備えている。回転電機装置は、第1ピストン部材および第2ピストン部材を回転駆動する。制御装置は、燃焼室内での燃料の燃焼による燃焼室内の圧力上昇が第1ピストン部材および第2ピストン部材のうちのいずれか一方のピストン部材を回転駆動する場合において、その一方のピストン部材の回転中に、回転電機装置に駆動トルクを発生させて第1ピストン部材および第2ピストン部材のうちのいずれか他方のピストン部材を回転駆動するように制御する。 According to the present disclosure, an engine device including a rotating piston type engine is proposed. The engine includes a housing, a first piston member rotatably supported in the housing in one direction around the center of rotation, and a second piston member rotatably supported in the housing about the center of rotation in one direction. And, including. The housing, the first piston member and the second piston member form a combustion chamber for burning fuel. The engine device further includes a rotary electric device and a control device. The rotary electric machine rotationally drives the first piston member and the second piston member. In the control device, when the pressure rise in the combustion chamber due to the combustion of fuel in the combustion chamber rotationally drives one of the first piston member and the second piston member, the rotation of the one piston member is performed. A drive torque is generated in the rotary electric machine to control the piston member of either the first piston member or the second piston member to be rotationally driven.
燃焼室内の圧力上昇で回転駆動されるピストン部材を回転電機装置の駆動トルクで回転させるのではなく、燃焼室内の圧力上昇で回転駆動されないピストン部材を回転電機装置の駆動トルクで回転させる。これにより、ピストン部材を回転させるために回転電機装置の発生する駆動仕事が相対的に小さくなる。回転電機装置に駆動仕事を発生させることはエネルギーの損失となるが、回転電機の駆動仕事を小さくするように制御することで、エンジンの運転中の損失を低減することができる。 Instead of rotating the piston member that is rotationally driven by the pressure rise in the combustion chamber with the drive torque of the rotary electric appliance, the piston member that is not rotationally driven by the pressure rise in the combustion chamber is rotated by the drive torque of the rotary electric appliance. As a result, the driving work generated by the rotary electric device for rotating the piston member becomes relatively small. Generating drive work in the rotary electric machine causes energy loss, but by controlling the drive work of the rotary electric machine to be small, the loss during operation of the engine can be reduced.
上記のエンジン装置において、回転電機装置は、第1ピストン部材に接続され、第1ピストン部材を回転駆動する第1回転電機と、第2ピストン部材に接続され、第2ピストン部材を回転駆動する第2回転電機とを有してもよい。 In the above engine device, the rotary electric machine is connected to the first piston member and rotationally drives the first piston member, and is connected to the second piston member and rotationally drives the second piston member. It may have a two-turn electric machine.
上記のエンジン装置において、制御装置は、燃焼室内の圧力上昇による第1ピストン部材および第2ピストン部材の回転を利用して、回転電機装置に回生発電させるように制御してもよい。 In the above engine device, the control device may control the rotary electric device to regenerative power generation by utilizing the rotation of the first piston member and the second piston member due to the increase in pressure in the combustion chamber.
本開示に係るエンジン装置に従えば、運転中の損失を低減することができる。 According to the engine device according to the present disclosure, the loss during operation can be reduced.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号が付されている。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same parts are designated by the same reference numerals. Their names and functions are the same. Therefore, detailed explanations about them will not be repeated.
<エンジン装置1の概略構成>
図1は、実施形態におけるエンジン装置1の概略構成の一例を示す図である。図2は、エンジン装置1の構成の一部を示す斜視図である。図1および図2に示すように、エンジン装置1は、エンジン2と、回転電機装置60と、第1インバータ71と、第2インバータ72と、バッテリ80と、負荷90とを含む。エンジン装置1はまた、第1レゾルバ101と、第2レゾルバ102と、制御装置200とを含む。
<Outline configuration of
FIG. 1 is a diagram showing an example of a schematic configuration of an
<エンジン2の構成>
実施形態において、エンジン2は、回転ピストン型の内燃機関である。エンジン2の燃料には、たとえば、水素、ガソリン、ガス(液化天然ガス、液化石油ガスなど)または軽油などが用いられる。エンジン2は、ハウジング4と、吸気管6と、排気管8と、燃料供給装置10と、スロットルバルブ12と、スロットルモータ14と、第1出力軸16と、第2出力軸18とを含む。
<Configuration of
In the embodiment, the
吸気管6の一方端は、ハウジング4の吸気ポート(図示せず)に接続される。吸気管6の他方端には、たとえば、エアクリーナ(図示せず)が接続される。エアクリーナは、エンジン2の外部から吸入される空気から異物を除去する。エンジン2の作動中において、吸気管6には、エアクリーナから吸入された空気が流通する。吸気管6を流通する空気は、ハウジング4の吸気ポートに流通する。
One end of the
スロットルバルブ12は、吸気管6に設けられ、吸気管6を流通する空気の流量を制限する。スロットルバルブ12の開度(スロットル開度)は、制御装置200からの制御信号THに応じて動作するスロットルモータ14によって調整される。
The
燃料供給装置10は、吸気管6のスロットルバルブ12よりも上流側に設けられる。燃料供給装置10は、制御装置200からの制御信号INJに応じて、燃料を吸気管6内に供給する。吸気管6内に供給された燃料は、吸気管6内で空気と混合されて、ハウジング4の吸気ポートに流通する。
The
ハウジング4の外周部分は、円筒形状によって形成されており、その内周部分も円筒形状に形成されている。ハウジング4は、その内部に、第1出力軸16に接続される第1ピストン部材と、第2出力軸18に接続される第2ピストン部材とを収納する。
The outer peripheral portion of the
排気管8の一方端は、ハウジング4の排気ポート(図示せず)に接続される。排気管8の他方端には、たとえば、排気処理装置(図示せず)が接続される。エンジン2の作動中において、ハウジング4内での燃焼により生じた排気は、ハウジング4の排気ポートから排気管8に流通する。排気管8に流通する排気は、排気処理装置によって浄化されて、エンジン2の外部に排出される。
One end of the
<エンジン2の内部構造>
以下、エンジン2の内部構造の一例について図3を参照しつつ説明する。図3は、エンジン内部に設けられるピストン部材の構成の一例を示す図である。
<Internal structure of
Hereinafter, an example of the internal structure of the
図3に示すように、ハウジング4内には、第1ピストン部材24と、第2ピストン部材28とが組み合わされて収納される。第1ピストン部材24は、第1回転体24aと、第1壁面部材24bとを含む。第2ピストン部材28は、第2回転体28aと、第2壁面部材28bとを含む。
As shown in FIG. 3, the
第1ピストン部材24と、第2ピストン部材28とは、ハウジング4によって支持されており、ハウジング4内で回転可能とされている。第1ピストン部材24と第2ピストン部材28とは、図3中に一点鎖線で図示される回転中心AXが一致している。第1ピストン部材24は、回転中心AXを中心に回転可能である。第2ピストン部材28は、回転中心AXを中心に回転可能である。
The
第1回転体24aと第2回転体28aとは、第1回転体24aの一方の端面と第2回転体28aの一方の端面とが軸方向に対向するように設けられる。第1回転体24aおよび第2回転体28aは、その回転中心を含む断面に斜面部分を有するように形成される。これにより、第1回転体24aと第2回転体28aとが組み合わされた状態において、第1回転体24aと第2回転体28aとの間には、V字形状の断面を有する凹部が周方向に形成される。
The first
第1回転体24aには、回転中心AXからハウジング4の内周面に向けて延在するように設けられ、端部がハウジング4の内周面に当接する第1壁面部材24bが設けられる。第1壁面部材24bは、2つの三角形の板状部材によって構成される。第1壁面部材24bの2つの三角形の板状部材は、回転中心AXについて互いに対称となる位置関係になるように第1回転体24aに設けられる。
The first
第2回転体28aには、回転中心AXからハウジング4の内周面に向けて延在するように設けられ、端部がハウジング4の内周面に当接する第2壁面部材28bが設けられる。第2壁面部材28bは、上述の第1壁面部材24bを構成する板状部材と同形状となる、2つの三角形の板状部材によって構成される。第2壁面部材28bの2つの三角形の板状部材は、回転中心AXについて互いに対称となる位置関係になるように第2回転体28aに設けられる。
The second
第1壁面部材24bおよび第2壁面部材28bの三角形の板状部材は、いずれも、第1ピストン部材24と第2ピストン部材28がハウジング4に収納されている状態において、第1回転体24aと第2回転体28aとの間の凹部とハウジング4の内周面とによって形成される三角形の断面形状に合致するように形成される。また、第1壁面部材24bおよび第2壁面部材28bの三角形の板状部材の外周部分は、ハウジング4の内周面と摺動可能に構成される。
The triangular plate-shaped members of the first
各部材間の当接部分や摺動部分には、シール等が適宜設けられる。第1ピストン部材24には、回転中心AXが一致するように第1出力軸16が接続される。第2ピストン部材28には、回転中心AXが一致するように第2出力軸18が接続される。さらに、第1回転体24aおよび第2回転体28aの各々とハウジング4との間には、たとえば、ワンウェイクラッチ22,26が設けられる。ワンウェイクラッチ22は、第1ピストン部材24のハウジング4内における予め定められた回転方向への回転を許容し、当該回転方向とは逆方向への回転を抑制する。同様に、ワンウェイクラッチ26は、第2ピストン部材28のハウジング4内における予め定められた回転方向への回転を許容し、当該回転方向とは逆方向への回転を抑制する。
Seals and the like are appropriately provided on the contact portion and the sliding portion between the members. The
<エンジン2以外の構成>
図1および図2に戻って、以下にエンジン装置1のエンジン2以外の構成について説明する。
<Configuration other than
Returning to FIGS. 1 and 2, the configuration of the
第1出力軸16および第2出力軸18は、いずれもハウジング4内での燃料の燃焼によって回転する。回転電機装置60は、第1MG(Motor Generator)61と、第2MG(Motor Generator)62とを有している。第1出力軸16は、第1MG61の回転軸に接続されている。第2出力軸18は、第2MG62の回転軸に接続されている。
Both the
第1MG61および第2MG62は、たとえば、いずれも三相交流回転電機である。第1インバータ71および第2インバータ72は、いずれも直流電力と交流電力との間で電力変換が可能に構成される電力変換装置である。第1MG61は、実施形態における第1回転電機に相当する。第2MG62は、実施形態における第2回転電機に相当する。
The first MG61 and the second MG62 are, for example, both three-phase AC rotary electric machines. Both the
第1MG61は、第1インバータ71と電気的に接続される。第1インバータ71は、制御装置200からの制御信号INV1によって制御される。すなわち、第1MG61と第1インバータ71との間で授受される電力は、制御装置200からの制御信号INV1によって制御される。
The
制御装置200は、たとえば、第1MG61において回生トルクが発生するように第1インバータ71を制御する。このとき、第1MG61において発生する回生電力は、第1インバータ71において交流電力から直流電力に変換され、バッテリ80に供給される。バッテリ80は、第1インバータ71から供給される直流電力によって充電される。第1MG61は第1出力軸16を介して第1ピストン部材24に接続されており、第1MG61は第1ピストン部材24の回転により回生発電可能に構成されている。
The
または、制御装置200は、第1MG61において駆動トルクが発生するように第1インバータ71を制御する。このとき、バッテリ80の電力は、第1インバータ71において直流電力から交流電力に変換され第1MG61に供給される。第1MG61は第1出力軸16を介して第1ピストン部材24に接続されており、第1MG61は第1ピストン部材24を回転駆動可能に構成されている。
Alternatively, the
制御装置200は、第1インバータ71に制御信号INV1を送信することにより、第1ピストン部材24の回転動作を制御する。
The
第1レゾルバ101は、第1MG61の回転軸(第1出力軸16)の回転角度(以下、回転角度CA1と記載する)を検出する。第1レゾルバ101は、検出した回転角度CA1を示す信号を制御装置200に送信する。
The
第2MG62は、第2インバータ72と電気的に接続される。第2インバータ72は、制御装置200からの制御信号INV2によって制御される。すなわち、第2MG62と第2インバータ72との間で授受される電力は、制御装置200からの制御信号INV2によって制御される。
The
制御装置200は、たとえば、第2MG62において回生トルクが発生するように第2インバータ72を制御する。このとき、第2MG62において発生する回生電力は、第2インバータ72において交流電力から直流電力に変換され、バッテリ80に供給される。バッテリ80は、第2インバータ72から供給される直流電力によって充電される。第2MG62は第2出力軸18を介して第2ピストン部材28に接続されており、第2MG62は第2ピストン部材28の回転により回生発電可能に構成されている。
The
または、制御装置200は、第2MG62において駆動トルクが発生するように第2インバータ72を制御する。このとき、バッテリ80の電力は、第2インバータ72において直流電力から交流電力に変換され第2MG62に供給される。第2MG62は第2出力軸18を介して第2ピストン部材28に接続されており、第2MG62は第2ピストン部材28を回転駆動可能に構成されている。
Alternatively, the
制御装置200は、第2インバータ72に制御信号INV2を送信することにより、第2ピストン部材28の回転動作を制御する。
The
第2レゾルバ102は、第2MG62の回転軸(第2出力軸18)の回転角度(以下、回転角度CA2と記載する)を検出する。第2レゾルバ102は、検出した回転角度CA2を示す信号を制御装置200に送信する。
The
バッテリ80は、たとえば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池によって構成される直流電源である。なお、バッテリ80は、第1インバータ71あるいは第2インバータ72から供給される直流電力の貯蔵が可能な蓄電装置であればよく、たとえば、バッテリ80に代えて、キャパシタ等が用いられてもよい。
The
エンジン装置1の動作は、制御装置200によって制御される。制御装置200は、各種処理を行なうCPU(Central Processing Unit)と、プログラムおよびデータを記憶するROM(Read Only Memory)およびCPUの処理結果等を記憶するRAM(Random Access Memory)等を含むメモリと、外部との情報のやり取りを行なうための入・出力ポート(いずれも図示せず)とを含む。入力ポートには、上述したセンサ類(たとえば、第1レゾルバ101および第2レゾルバ102)が接続される。出力ポートには、制御対象となる機器(たとえば、エンジン2、第1インバータ71、第2インバータ72等)が接続される。
The operation of the
制御装置200は、各センサおよび機器からの信号、ならびにメモリに格納されたマップおよびプログラムに基づいて、エンジン装置1が所望の作動状態となるように各種機器を制御する。なお、各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)により処理することも可能である。
The
<エンジン装置1の動作>
以上のような構成を有するエンジン装置1において、ハウジング4内に形成される燃焼室、およびピストン部材の動作について、以下に説明する。図4〜7は、燃焼室C1〜C4およびエンジン2の動作を説明するための模式図である。
<Operation of
In the
図4〜7には、ハウジング4の中央部分(たとえば、第1回転体24aと第2回転体28aとの当接部分)における、回転中心AXに直交する断面が示される。図4〜7に示すように、ハウジング4内には、ハウジング4の内周面4mと、第1ピストン部材24と、第2ピストン部材28とによって、燃料を燃焼させるための4つの燃焼室C1〜C4が形成される。第1壁面部材24bおよび第2壁面部材28bは、燃焼室C1〜C4の周方向の壁面を構成している。周方向に隣り合う2つの燃焼室は、第1壁面部材24bおよび第2壁面部材28bによって仕切られている。
4 to 7 show a cross section orthogonal to the rotation center AX at the central portion of the housing 4 (for example, the contact portion between the first
第1ピストン部材24の第1壁面部材24bは、2つの板状部材24b1,24b2を有している。板状部材24b1,24b2は、回転中心AXを中心に、一体に回転可能である。板状部材24b1は、第1ピストン部材24の回転方向の前方面24m1と、回転方向の後方面24n1とを有している。板状部材24b2は、第1ピストン部材24の回転方向の前方面24m2と、回転方向の後方面24n2とを有している。
The first
第2ピストン部材28の第2壁面部材28bは、2つの板状部材28b1,28b2を有している。板状部材28b1,28b2は、回転中心AXを中心に、一体に回転可能である。板状部材28b1は、第2ピストン部材28の回転方向の前方面28m1と、回転方向の後方面28n1とを有している。板状部材28b2は、第2ピストン部材28の回転方向の前方面28m2と、回転方向の後方面28n2とを有している。
The second
燃焼室C1は、ハウジング4の内周面4m、板状部材24b1の前方面24m1、および板状部材28b1の後方面28n1によって、規定されている。燃焼室C2は、ハウジング4の内周面4m、板状部材28b2の前方面28m2、および板状部材24b1の後方面24n1によって、規定されている。燃焼室C3は、ハウジング4の内周面4m、板状部材24b2の前方面24m2、および板状部材28b2の後方面28n2によって、規定されている。燃焼室C4は、ハウジング4の内周面4m、板状部材28b1の前方面28m1、および板状部材24b2の後方面24n2によって、規定されている。
The combustion chamber C1 is defined by an inner
図3に示されるワンウェイクラッチ22,26は、図4〜7においては、第1ピストン部材24と第2ピストン部材28の反時計回りの回転を抑制し、時計回りの回転を許容する。図4〜7中の時計回り方向は、実施形態における一方向に相当する。燃焼室C4、燃焼室C3、燃焼室C2および燃焼室C1は、この一方向においてこの順に並んでいる。
In FIGS. 4 to 7, the one-
図4に示される燃焼室C1では、圧縮された空気と燃料との混合気が自着火によって着火する。燃焼室C1で燃料が燃焼すると、燃焼室C1内の圧力が急激に上昇する。燃焼室C1内の圧力は、板状部材24b1の前方面24m1に対して図中の反時計回り方向の力として作用し、板状部材28b1の後方面28n1に対して図中の時計回り方向の力として作用する。第1ピストン部材24の反時計回りの移動は、ワンウェイクラッチ22によって抑制されている。そのため、燃焼室C1内の圧力上昇は、第1ピストン部材24および第2ピストン部材28のうち、第2ピストン部材28のみを回転駆動させる。
In the combustion chamber C1 shown in FIG. 4, the air-fuel mixture of the compressed air and the fuel is ignited by self-ignition. When the fuel burns in the combustion chamber C1, the pressure in the combustion chamber C1 rises sharply. The pressure in the combustion chamber C1 acts as a counterclockwise force on the front surface 24m1 of the plate-shaped member 24b1 in the counterclockwise direction in the drawing, and acts on the rear surface 28n1 of the plate-shaped member 28b1 in the clockwise direction in the drawing. Acts as a force. The counterclockwise movement of the
図5に示されるように、第1ピストン部材24の回転位置が維持される一方、第2ピストン部材28は、図中の実線矢印に沿って、図中の時計回り方向(上述した一方向)に回転する。燃焼室C1では、燃焼室C1内の気体の膨張とともに燃焼室C1の容積が増加する、膨張行程となる。図5に示される実線矢印は、第2ピストン部材28が加速しながら回転する加速回転運動を示す。図1に示される制御装置200は、第2ピストン部材28の回転を利用して、第2ピストン部材28に接続された第2MG62に回生発電させる。第2MG62の発電した電力は、図1に示されるバッテリ80に蓄えられる。
As shown in FIG. 5, the rotational position of the
燃焼室C1での燃料の燃焼によって、第2ピストン部材28が一方向に回転すると、第1ピストン部材24の回転位置が維持されるため、燃焼室C4の容積が減少する。このとき、燃焼室C4は、排気管8と連通している。そのため、燃焼室C4内の排気は、燃焼室C4の容積の減少とともに、排気管8に排出される。燃焼室C4では、膨張した排気が排気管8から排出される排気行程となる。
When the
一方、図4に示される燃焼室C2は、吸気管6と連通している。そのため、吸気管6から空気と燃料との混合気が燃焼室C2内に吸入される。燃焼室C2では、吸気管6から混合気が吸入される吸気行程となる。
On the other hand, the combustion chamber C2 shown in FIG. 4 communicates with the
燃焼室C1での燃料の燃焼によって第2ピストン部材28が一方向に回転する途中で、燃焼室C2は吸気管6と非連通になる。第2ピストン部材28がさらに回転すると、第1ピストン部材24の回転位置が維持されるため、燃焼室C2の容積が減少する。このとき、図5に示されるように、燃焼室C2は、吸気管6および排気管8のいずれにも連通していないため、燃焼室C2の容積の減少によって燃焼室C2内の混合気が圧縮される。燃焼室C2では、吸気管6から吸入された混合気が圧縮される圧縮行程となる。
The combustion chamber C2 is not in communication with the
図4に示される燃焼室C3では、燃焼室C1での燃料の燃焼によって第2ピストン部材28が一方向に回転すると、第1ピストン部材24の回転位置が維持されるため、容積が増加する。燃焼室C3は、第2ピストン部材28が回転する途中で、吸気管6と連通する。このとき、図5に示されるように、燃焼室C3の容積の増加とともに、吸気管6から混合気が燃焼室C3内に吸入される。燃焼室C3では、吸気管6から混合気が吸入される吸気行程となる。
In the combustion chamber C3 shown in FIG. 4, when the
図6に示されるように、第2ピストン部材28がさらに回転すると、燃焼室C2内の混合気がさらに圧縮されて、燃焼室C2内の圧力が上昇する。燃焼室C2内の圧力の高められた気体が板状部材28b2の前方面28m2に図中の反時計回り方向の力を作用することによって、第2ピストン部材28が減速する。図6および図7中の破線矢印は、第1ピストン部材24および第2ピストン部材28が減速しながら回転する減速回転運動を示す。
As shown in FIG. 6, when the
一方、第1ピストン部材24は、第1MG61によって駆動されて、一方向に回転する。第2ピストン部材28が第1ピストン部材24に接近しすぎないように、第1MG61により第1ピストン部材24をアシスト駆動する。図6中の白抜き矢印は、第1MG61の発生する駆動トルクによる第1ピストン部材24の回転運動を示す。図1に示される制御装置200は、図6に示されるように、第2ピストン部材28が一方向に回転中に、第1ピストン部材24に接続された第1MG61に駆動トルクを発生させて、第1ピストン部材24を回転駆動する。
On the other hand, the
図7に示されるように、第2ピストン部材28がさらに回転することで燃焼室C2の容積がさらに減少し、燃焼室C2内の圧力がさらに上昇することにより、第2ピストン部材28は減速回転運動を続ける。一方、制御装置200が第1ピストン部材24の回転を利用して第1ピストン部材24に接続された第1MG61に回生発電させることにより、第1ピストン部材24もまた、減速回転運動するようになる。第1MG61から第1ピストン部材24への駆動トルクの供給が停止することで、第1ピストン部材24はより大きく減速する。
As shown in FIG. 7, the volume of the combustion chamber C2 is further reduced by further rotation of the
図4に示される第2ピストン部材28の位置に到達するまで第1ピストン部材24が回転し、図4に示される第1ピストン部材24の位置に到達するまで第2ピストン部材28が回転すると、燃焼室C2で燃料が燃焼する。燃焼室C2内の圧力上昇が、第1ピストン部材24を回転駆動する。第1ピストン部材24の回転により、第1MG61が回生発電する。第2ピストン部材28は、第2MG62の駆動トルクを受けて回転する。第1ピストン部材24と第2ピストン部材28との両方が回転することにより、第1ピストン部材24と第2ピストン部材28とは、図4に示す配置へと戻る。
When the
このようにして、燃焼室C1〜C4のうちのいずれかで燃焼する毎に、第1ピストン部材24および第2ピストン部材28のうちのいずれか一方のピストン部材が、燃焼室内での燃料の燃焼による圧力上昇で、回転駆動される。第1ピストン部材24と第2ピストン部材28とが交互に回転することによって、エンジン2が動作する。燃焼室C1、燃焼室C2、燃焼室C3および燃焼室C4内において、吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程からなるサイクルが繰り返される。
In this way, each time combustion is performed in any of the combustion chambers C1 to C4, one of the piston members of the
燃焼室内での燃料の燃焼による燃焼室内の圧力上昇が第2ピストン部材28を回転駆動する場合において、制御装置200は、第2ピストン部材28の回転中に、第1MG61に駆動トルクを発生させて、第1ピストン部材24を回転駆動する。燃焼室内での燃料の燃焼による燃焼室内の圧力上昇が第1ピストン部材24を回転駆動する場合において、制御装置200は、第1ピストン部材24の回転中に、第2MG62に駆動トルクを発生させて、第2ピストン部材28を回転駆動する。
When the pressure rise in the combustion chamber due to the combustion of fuel in the combustion chamber rotationally drives the
燃焼室内で燃料が燃焼すると、第1ピストン部材24および第2ピストン部材28のうちのいずれか一方のピストン部材が、燃焼室内の圧力によって回転駆動する。この場合に、燃焼開始時にいずれか他方のピストン部材が配置されている位置にまで当該いずれか一方のピストン部材が回転するよりも前に、当該いずれか他方のピストン部材は、回転電機の発生する駆動トルクで回転して、位置を変えている。これにより、第1ピストン部材24と第2ピストン部材28との衝突が確実に回避されるので、エンジン2の運転を安定して継続することができる。
When the fuel burns in the combustion chamber, one of the piston members, the
第1ピストン部材24と第2ピストン部材28との衝突回避のために、燃焼室内の圧力上昇で回転駆動されるピストン部材を回転電機の駆動トルクで回転させるのではなく、燃焼室内の圧力上昇で回転駆動されないピストン部材を回転電機の駆動トルクで回転させる。これにより、ピストン部材を回転させるために回転電機の発生する駆動仕事が相対的に小さくなる。回転電機に駆動仕事を発生させることはエネルギーの損失となるが、回転電機の駆動仕事を小さくするように制御することで、エンジン2の運転中の損失を低減できる。したがって、エンジン2の燃費を向上することができる。駆動力を確保するために回転電機を大きくする必要がないので、エンジン装置1を小型化することができる。
In order to avoid collision between the
上述の実施形態においては、第1ピストン部材24に第1MG61が接続され、第2ピストン部材28に第2MG62が接続される例について説明した。複数のピストン部材がそれぞれ別の回転電機に接続される構成に替えて、エンジン装置1が複数のピストン部材のいずれか1つに選択的に接続される1つの回転電機を備える構成としてもよい。たとえば、クラッチを使用することにより、回転電機と第1ピストン部材24とが接続されるときと、回転電機と第2ピストン部材28とが接続されるときとを切り換える構成としてもよい。
In the above-described embodiment, an example in which the
以下、実施例について説明する。先行ロータを回転電機で駆動させる場合と、後追ロータを回転電機で駆動させる場合とで、回転電機に駆動トルクを発生させることによる損失を比較した。ここでの先行ロータとは、圧縮行程にある燃焼室に対して回転方向の下流側にあるピストン部材をいい、後追ロータとは、圧縮行程にある燃焼室に対して回転方向の上流側にあるピストン部材をいう。たとえば図6においては、第1ピストン部材24が先行ロータであり、第2ピストン部材28が後追ロータである。
Hereinafter, examples will be described. The loss caused by generating the drive torque in the rotary electric machine was compared between the case where the leading rotor was driven by the rotary electric machine and the case where the trailing rotor was driven by the rotary electric machine. Here, the leading rotor means a piston member located on the downstream side in the rotation direction with respect to the combustion chamber in the compression stroke, and the follow-up rotor means on the upstream side in the rotation direction with respect to the combustion chamber in the compression stroke. A piston member. For example, in FIG. 6, the
図8は、先行ロータを駆動させる場合の、時間に対する位相の変化を示すグラフである。図9は、先行ロータを駆動させる場合の、時間に対する回転数の変化を示すグラフである。図10は、先行ロータを駆動させる場合の、時間に対するモータトルクの変化を示すグラフである。図11は、後追ロータを駆動させる場合の、時間に対する位相の変化を示すグラフである。図12は、後追ロータを駆動させる場合の、時間に対する回転数の変化を示すグラフである。図13は、後追ロータを駆動させる場合の、時間に対するモータトルクの変化を示すグラフである。 FIG. 8 is a graph showing a change in phase with time when the leading rotor is driven. FIG. 9 is a graph showing a change in the number of revolutions with respect to time when the leading rotor is driven. FIG. 10 is a graph showing a change in motor torque with respect to time when the leading rotor is driven. FIG. 11 is a graph showing the change in phase with respect to time when the follow-up rotor is driven. FIG. 12 is a graph showing a change in the number of revolutions with respect to time when the follow-up rotor is driven. FIG. 13 is a graph showing the change in motor torque with respect to time when the follow-up rotor is driven.
図8〜13の各々の横軸は、時間を示す。燃焼室内で燃焼を開始した時刻を時刻0とする。図8,11の縦軸は、先行ロータおよび後追ロータの位相を示す。図4〜7における図中の上下方向を位相0の角度とする。図9,12の縦軸は、先行ロータおよび後追ロータの回転数を示す。図10,13の縦軸は、先行ロータおよび後追ロータの各々に接続された回転電機のトルク(モータトルク)を示す。モータトルクが負の範囲で、回転電機は回生発電しているものとする。モータトルクが正の範囲で、回転電機は駆動トルクを発生しているものとする。
The horizontal axis of each of FIGS. 8 to 13 indicates time. The time when combustion starts in the combustion chamber is set to
図8〜10では、燃焼室内の圧力上昇によって後追ロータが回転している間に、先行ロータに接続されている回転電機に駆動トルクを発生させて、先行ロータを回転駆動する。図10中のハッチングを付した領域の面積が、駆動トルクを積分した面積であり、回転電機の発生する駆動仕事の量に相当する。 In FIGS. 8 to 10, while the follow-up rotor is rotating due to the pressure rise in the combustion chamber, a drive torque is generated in the rotary electric machine connected to the leading rotor to rotationally drive the leading rotor. The area of the hatched area in FIG. 10 is the area where the drive torque is integrated, and corresponds to the amount of drive work generated by the rotary electric machine.
図11〜13では、燃焼室内の圧力上昇によって後追ロータが回転している間に、後追ロータに接続されている回転電機に駆動トルクを発生させて、後追ロータを回転駆動する。図13中のハッチングを付した領域の面積が、駆動トルクを積分した面積であり、回転電機の発生する駆動仕事の量に相当する。 In FIGS. 11 to 13, while the follow-up rotor is rotating due to the pressure rise in the combustion chamber, a drive torque is generated in the rotary electric machine connected to the follow-up rotor to rotationally drive the follow-up rotor. The area of the hatched area in FIG. 13 is the area where the drive torque is integrated, and corresponds to the amount of drive work generated by the rotary electric machine.
図10と図13とを比較して、先行ロータを駆動させる図10のほうがハッチングを付した領域の面積が小さく、回転電機の発生する駆動仕事が小さかった。したがって、回転電機の発生する駆動トルクで後追ロータではなく先行ロータを回転駆動するように制御することで、エンジンの運転中の損失をより小さくでき、エンジンの燃費を向上できることが示された。 Comparing FIGS. 10 and 13, the area of the hatched region was smaller in FIG. 10 for driving the leading rotor, and the driving work generated by the rotary electric machine was smaller. Therefore, it has been shown that the loss during operation of the engine can be further reduced and the fuel efficiency of the engine can be improved by controlling the leading rotor to be rotationally driven instead of the trailing rotor by the driving torque generated by the rotary electric machine.
今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments and examples disclosed this time should be considered as exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims, not the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
1 エンジン装置、2 エンジン、4 ハウジング、4m 内周面、16 第1出力軸、18 第2出力軸、22,26 ワンウェイクラッチ、24 第1ピストン部材、24a 第1回転体、24b1,24b2,28b1,28b2 板状部材、24b 第1壁面部材、24m1,24m2,28m1,28m2 前方面、24n1,24n2,28n1,28n2 後方面、28 第2ピストン部材、28a 第2回転体、28b 第2壁面部材、60 回転電機装置、61 第1MG、62 第2MG、71 第1インバータ、72 第2インバータ、200 制御装置、AX 回転中心、C1,C2,C3,C4 燃焼室。 1 engine unit, 2 engine, 4 housing, 4m inner peripheral surface, 16 1st output shaft, 18 2nd output shaft, 22,26 one-way clutch, 24 1st piston member, 24a 1st rotating body, 24b1, 24b2, 28b1 , 28b2 plate-shaped member, 24b first wall member, 24m1,24m2, 28m1,28m2 front surface, 24n1,24n2, 28n1,28n2 rear surface, 28 second piston member, 28a second rotating body, 28b second wall member, 60 rotary electric machine, 61 1st MG, 62 2nd MG, 71 1st inverter, 72 2nd inverter, 200 controller, AX rotation center, C1, C2, C3, C4 combustion chamber.
Claims (3)
前記第1ピストン部材および前記第2ピストン部材を回転駆動する回転電機装置と、
前記燃焼室内での前記燃料の燃焼による前記燃焼室内の圧力上昇が前記第1ピストン部材および前記第2ピストン部材のうちのいずれか一方のピストン部材を回転駆動する場合において、前記一方のピストン部材の回転中に、前記回転電機装置に駆動トルクを発生させて前記第1ピストン部材および前記第2ピストン部材のうちのいずれか他方のピストン部材を回転駆動するように制御する、制御装置と、を備える、エンジン装置。 A housing, a first piston member rotatably supported in the housing about the center of rotation in one direction, and a second piston rotatably supported in the housing about the center of rotation in one direction. A rotary piston type engine, including a member, wherein the housing, the first piston member, and the second piston member form a combustion chamber for burning fuel.
A rotary electric device that rotationally drives the first piston member and the second piston member, and
When the pressure increase in the combustion chamber due to the combustion of the fuel in the combustion chamber rotationally drives one of the first piston member and the second piston member, the one piston member. It includes a control device that generates a drive torque in the rotary electric device during rotation to control the first piston member and any one of the second piston members to be rotationally driven. , Engine equipment.
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