JP2996971B1 - ミラ―サイクルエンジン - Google Patents
ミラ―サイクルエンジンInfo
- Publication number
- JP2996971B1 JP2996971B1 JP11019999A JP1999999A JP2996971B1 JP 2996971 B1 JP2996971 B1 JP 2996971B1 JP 11019999 A JP11019999 A JP 11019999A JP 1999999 A JP1999999 A JP 1999999A JP 2996971 B1 JP2996971 B1 JP 2996971B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- air supply
- flow path
- supply system
- stage supercharger
- supercharger
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
- F02B29/04—Cooling of air intake supply
- F02B29/0406—Layout of the intake air cooling or coolant circuit
- F02B29/0412—Multiple heat exchangers arranged in parallel or in series
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
- F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
- F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
- F02M26/07—Mixed pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is either taken out upstream of the turbine and reintroduced upstream of the compressor, or is taken out downstream of the turbine and reintroduced downstream of the compressor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
- F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
- F02M26/08—EGR systems specially adapted for supercharged engines for engines having two or more intake charge compressors or exhaust gas turbines, e.g. a turbocharger combined with an additional compressor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B2275/00—Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
- F02B2275/32—Miller cycle
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Abstract
【要約】
【課題】 燃料と燃焼用酸素含有ガスとをシリンダ内に
給気するとともに、給気弁を下死点よりも早く若しくは
遅く閉じて圧縮比を膨張比よりも小さくするミラーサイ
クルエンジンにおいて、さらに燃焼効率を向上させ、燃
費の改善を実現することを目的とする。 【解決手段】 給気系流路と排気系流路を備え、給気を
圧縮して冷却する給気過給冷却手段Ａを備え、給気過給
冷却手段Ａは、前段過給機６と後段過給機５を、給気系
流路において前段過給機６を後段過給機５の上流側とし
て直列に接続して備えるとともに、圧縮された給気を冷
却する冷却器７，８を、給気系流路の前段過給機と後段
過給機の間の給気系中間流路と後段過給機とシリンダの
間の給気系下流側流路にそれぞれ備えて構成され、排気
系流路の後段過給機の上流側の流路の排気の一部を給気
系中間流路へ還流するＥＧＲ手段Ｂを備えた
給気するとともに、給気弁を下死点よりも早く若しくは
遅く閉じて圧縮比を膨張比よりも小さくするミラーサイ
クルエンジンにおいて、さらに燃焼効率を向上させ、燃
費の改善を実現することを目的とする。 【解決手段】 給気系流路と排気系流路を備え、給気を
圧縮して冷却する給気過給冷却手段Ａを備え、給気過給
冷却手段Ａは、前段過給機６と後段過給機５を、給気系
流路において前段過給機６を後段過給機５の上流側とし
て直列に接続して備えるとともに、圧縮された給気を冷
却する冷却器７，８を、給気系流路の前段過給機と後段
過給機の間の給気系中間流路と後段過給機とシリンダの
間の給気系下流側流路にそれぞれ備えて構成され、排気
系流路の後段過給機の上流側の流路の排気の一部を給気
系中間流路へ還流するＥＧＲ手段Ｂを備えた
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料と燃焼用酸素
含有ガスとをシリンダ内に給気するとともに、給気弁を
下死点よりも早く若しくは遅く閉じて圧縮比を膨張比よ
りも小さくするミラーサイクルエンジンの給気冷却技術
に関する。
含有ガスとをシリンダ内に給気するとともに、給気弁を
下死点よりも早く若しくは遅く閉じて圧縮比を膨張比よ
りも小さくするミラーサイクルエンジンの給気冷却技術
に関する。
【０００２】
【従来の技術】火花点火式エンジンの理論熱効率ηは、
圧縮比をε、比熱比をκとしたとき、
圧縮比をε、比熱比をκとしたとき、
【数１】 であるので、効率を上げるためには、圧縮比εを高く設
定する必要があるが、圧縮比を高く設定すると、給気の
過早発火によるノッキングを生じる恐れがあり、単純に
圧縮比を高くすることはできない。この問題を解決する
ための手段として、排気再循環（ＥＧＲ）ミラーサイク
ル方式が公知となっている。ミラーサイクルは、エンジ
ンの圧縮比を膨張比よりも小さく維持することにより、
ノッキングの発生を回避しつつ、高い燃焼効率を実現す
るために有効である大きな膨張比を実現しており、燃焼
ガスを十分に膨張させて、燃焼エネルギーをより効果的
にトルクとして活用できる。また、排気再循環（ＥＧ
Ｒ）方式は、エンジンから排出された排気の一部を給気
系へ還流し、給気の酸素濃度を下げることによって、給
気の着火性を下げ、ノッキングを回避しつつ圧縮比を高
く設定することが可能であり、この結果、燃費向上を実
現できる。従って、ミラーサイクルに排気再循環（ＥＧ
Ｒ）方式を組み合わせて採用することにより、ノッキン
グを抑えつつ高水準の燃費を実現することができる。
定する必要があるが、圧縮比を高く設定すると、給気の
過早発火によるノッキングを生じる恐れがあり、単純に
圧縮比を高くすることはできない。この問題を解決する
ための手段として、排気再循環（ＥＧＲ）ミラーサイク
ル方式が公知となっている。ミラーサイクルは、エンジ
ンの圧縮比を膨張比よりも小さく維持することにより、
ノッキングの発生を回避しつつ、高い燃焼効率を実現す
るために有効である大きな膨張比を実現しており、燃焼
ガスを十分に膨張させて、燃焼エネルギーをより効果的
にトルクとして活用できる。また、排気再循環（ＥＧ
Ｒ）方式は、エンジンから排出された排気の一部を給気
系へ還流し、給気の酸素濃度を下げることによって、給
気の着火性を下げ、ノッキングを回避しつつ圧縮比を高
く設定することが可能であり、この結果、燃費向上を実
現できる。従って、ミラーサイクルに排気再循環（ＥＧ
Ｒ）方式を組み合わせて採用することにより、ノッキン
グを抑えつつ高水準の燃費を実現することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このＥＧＲミラーサイ
クルエンジンにおいて、燃焼効率を一層高めるために
は、上記の理論熱効率の式からも明らかなように、エン
ジンの膨張比をさらに大きくする必要がある。このため
には、ピストンのストローク量を大きくして膨張終了時
のシリンダ内容積を大きくする方法と、ストローク量を
変えずに圧縮終了時のシリンダ内容積を小さくする方法
がある。しかし、前者の方法においては、シリンダ容積
を大きくする必要があるので、単位出力あたりのエンジ
ンの大きさが大きくなりコストが高くなるので、後者の
方法を採用することが多い。しかし、この場合は、比較
的小さなシリンダ内容積に高密度の給気を供給する必要
があるので、過給機によって給気を高い圧縮比で加圧す
る必要があり、高い圧縮比で過給機を用いると、過給機
の効率が低下し、逆にエンジンの燃費が低下するという
問題があった。特に、排気圧力が小さいガスエンジンに
おいて、ＥＧＲを行うにあたり、効率よく給気系に排気
を還流するためには、図３に示すように、エンジンから
排出されて加圧状態の排気の一部を過給機５０のタービ
ン５０ｂを通さずに、タービン５０ｂの上流側の流路１
４０からＥＧＲ流路１１５を介して、給気系において低
圧状態である過給機上流側の流路１２０へ還流するか、
又は、タービン５０ｂの下流側に絞りを設けて、その手
前から流路１２０へ還流するかの方法を取らざるを得な
い。しかし、これらの方法では、一旦圧縮したガスを燃
焼後に再び過給機の上流側の流路１２０に返すこととな
り、無駄な過給機仕事を行わすこととなり、間接的に効
率を低下させる要因となっていた。さらには、給気系に
還流される排気に含まれる水蒸気による燃焼効率の低下
や、給気の昇温による過給機の体積効率の低下を防ぐた
めに、ＥＧＲ流路１１５に冷却器１１６を設け、給気系
へ還流する排気を冷却して水蒸気を取り除く構造となっ
ており、複雑な構造となっていた。よって、本発明は、
このような事情を鑑みて、さらに燃焼効率を向上させ、
燃費の改善を実現できるＥＧＲミラーサイクルエンジン
を提供することにある。
クルエンジンにおいて、燃焼効率を一層高めるために
は、上記の理論熱効率の式からも明らかなように、エン
ジンの膨張比をさらに大きくする必要がある。このため
には、ピストンのストローク量を大きくして膨張終了時
のシリンダ内容積を大きくする方法と、ストローク量を
変えずに圧縮終了時のシリンダ内容積を小さくする方法
がある。しかし、前者の方法においては、シリンダ容積
を大きくする必要があるので、単位出力あたりのエンジ
ンの大きさが大きくなりコストが高くなるので、後者の
方法を採用することが多い。しかし、この場合は、比較
的小さなシリンダ内容積に高密度の給気を供給する必要
があるので、過給機によって給気を高い圧縮比で加圧す
る必要があり、高い圧縮比で過給機を用いると、過給機
の効率が低下し、逆にエンジンの燃費が低下するという
問題があった。特に、排気圧力が小さいガスエンジンに
おいて、ＥＧＲを行うにあたり、効率よく給気系に排気
を還流するためには、図３に示すように、エンジンから
排出されて加圧状態の排気の一部を過給機５０のタービ
ン５０ｂを通さずに、タービン５０ｂの上流側の流路１
４０からＥＧＲ流路１１５を介して、給気系において低
圧状態である過給機上流側の流路１２０へ還流するか、
又は、タービン５０ｂの下流側に絞りを設けて、その手
前から流路１２０へ還流するかの方法を取らざるを得な
い。しかし、これらの方法では、一旦圧縮したガスを燃
焼後に再び過給機の上流側の流路１２０に返すこととな
り、無駄な過給機仕事を行わすこととなり、間接的に効
率を低下させる要因となっていた。さらには、給気系に
還流される排気に含まれる水蒸気による燃焼効率の低下
や、給気の昇温による過給機の体積効率の低下を防ぐた
めに、ＥＧＲ流路１１５に冷却器１１６を設け、給気系
へ還流する排気を冷却して水蒸気を取り除く構造となっ
ており、複雑な構造となっていた。よって、本発明は、
このような事情を鑑みて、さらに燃焼効率を向上させ、
燃費の改善を実現できるＥＧＲミラーサイクルエンジン
を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明における、燃料と燃焼用酸素含有ガスとをシリ
ンダ内に給気するとともに、給気弁を下死点よりも早く
若しくは遅く閉じて圧縮比を膨張比よりも小さくするミ
ラーサイクルエンジンの特徴は、請求項１に記載されて
いるように、給気をシリンダに供給する給気系流路と排
気を外部へ排出する排気系流路を備え、給気を圧縮して
冷却する給気過給冷却手段を備え、前記給気過給冷却手
段は、前記排気系流路内を流通する排気のエネルギーを
利用して前記給気系流路に流通する給気を圧縮する前段
過給機と後段過給機を、前記給気系流路において前記前
段過給機を前記後段過給機の上流側として直列に接続し
て備えるとともに、前記圧縮された給気を冷却する冷却
器を、給気系流路の前記前段過給機と前記後段過給機の
間の給気系中間流路と前記後段過給機と前記シリンダの
間の給気系下流側流路にそれぞれ備えて構成され、前記
排気系流路の前記後段過給機の上流側の流路の排気の一
部を前記給気系中間流路へ還流するＥＧＲ手段を備えた
ことにある。ミラーサイクルエンジンにおいて、さらに
燃費の改善を実現するために圧縮比を高く設定すると、
給気の過早発火によるノッキングを発生しやすくなる。
ノッキングの発生を抑制するためには、給気系流路へ排
気の一部を還流して給気の酸素濃度を低下させ、給気の
過早発火を抑制するＥＧＲ方式が考えられる。このＥＧ
Ｒ方式を効率よく行うために、本発明に係るミラーサイ
クルエンジンは、前記給気過給冷却手段と前記ＥＧＲ手
段を備えている。即ち、前記ＥＧＲ手段によって、排気
の一部は前段過給機の下流側の給気系中間流路へ還流す
る。給気系中間流路内の給気は前段過給機によってある
程度圧縮されており、よって、排気のエネルギーが過給
機の上流側へ逃げてしまうことがなく、排気を給気系流
路へ還流しても、給気の圧縮効率を維持することができ
るのである。また、給気系中間流路へ還流した排気は必
ず冷却器を介してシリンダに給気される構成となってお
り、ＥＧＲ流路に還流される排気のみを冷却する冷却器
を備える必要はない。更に、この構成によると、２つの
過給機を備え、それぞれの過給機の下流側に冷却器をそ
れぞれ備えているので、それぞれの過給機の圧縮比を小
さく設定して効率よく給気を圧縮できるので、過給機の
圧縮効率を高く維持することができ、シリンダに給気さ
れる給気を一層圧縮し、エンジンの燃費を向上すること
ができる。尚、給気系下流側流路の冷却器は、シリンダ
の圧縮効率を向上するものとして備えているが、後段過
給機から排出された給気がある程度低温である場合は、
冷却器を備えること無く、給気系下流側流路と給気の熱
交換で給気を空冷することができる。
の本発明における、燃料と燃焼用酸素含有ガスとをシリ
ンダ内に給気するとともに、給気弁を下死点よりも早く
若しくは遅く閉じて圧縮比を膨張比よりも小さくするミ
ラーサイクルエンジンの特徴は、請求項１に記載されて
いるように、給気をシリンダに供給する給気系流路と排
気を外部へ排出する排気系流路を備え、給気を圧縮して
冷却する給気過給冷却手段を備え、前記給気過給冷却手
段は、前記排気系流路内を流通する排気のエネルギーを
利用して前記給気系流路に流通する給気を圧縮する前段
過給機と後段過給機を、前記給気系流路において前記前
段過給機を前記後段過給機の上流側として直列に接続し
て備えるとともに、前記圧縮された給気を冷却する冷却
器を、給気系流路の前記前段過給機と前記後段過給機の
間の給気系中間流路と前記後段過給機と前記シリンダの
間の給気系下流側流路にそれぞれ備えて構成され、前記
排気系流路の前記後段過給機の上流側の流路の排気の一
部を前記給気系中間流路へ還流するＥＧＲ手段を備えた
ことにある。ミラーサイクルエンジンにおいて、さらに
燃費の改善を実現するために圧縮比を高く設定すると、
給気の過早発火によるノッキングを発生しやすくなる。
ノッキングの発生を抑制するためには、給気系流路へ排
気の一部を還流して給気の酸素濃度を低下させ、給気の
過早発火を抑制するＥＧＲ方式が考えられる。このＥＧ
Ｒ方式を効率よく行うために、本発明に係るミラーサイ
クルエンジンは、前記給気過給冷却手段と前記ＥＧＲ手
段を備えている。即ち、前記ＥＧＲ手段によって、排気
の一部は前段過給機の下流側の給気系中間流路へ還流す
る。給気系中間流路内の給気は前段過給機によってある
程度圧縮されており、よって、排気のエネルギーが過給
機の上流側へ逃げてしまうことがなく、排気を給気系流
路へ還流しても、給気の圧縮効率を維持することができ
るのである。また、給気系中間流路へ還流した排気は必
ず冷却器を介してシリンダに給気される構成となってお
り、ＥＧＲ流路に還流される排気のみを冷却する冷却器
を備える必要はない。更に、この構成によると、２つの
過給機を備え、それぞれの過給機の下流側に冷却器をそ
れぞれ備えているので、それぞれの過給機の圧縮比を小
さく設定して効率よく給気を圧縮できるので、過給機の
圧縮効率を高く維持することができ、シリンダに給気さ
れる給気を一層圧縮し、エンジンの燃費を向上すること
ができる。尚、給気系下流側流路の冷却器は、シリンダ
の圧縮効率を向上するものとして備えているが、後段過
給機から排出された給気がある程度低温である場合は、
冷却器を備えること無く、給気系下流側流路と給気の熱
交換で給気を空冷することができる。
【０００５】これらのミラーサイクルエンジンにおい
て、エンジンに損傷を与えるノッキングを抑制し、エン
ジンの良好な動作状態を維持することが望まれる。ノッ
キングは、燃焼波がシリンダ内の端に到達する以前に、
未燃焼部が自然着火することによって起こる。よって、
ノッキングを抑制するためには未燃焼部の自然着火に到
る時間を遅らせ、過早発火状態を正常な燃焼状態にする
必要があり、請求項２に記載されているように構成する
ことが好ましい。即ち、エンジンのノッキングを検出す
るノッキングセンサを備えるとともに、前記ＥＧＲ手段
は前記給気系中間流路へ還流する排気の量を設定可能な
構造とし、前記ノッキングセンサの検出結果に基づい
て、前記ＥＧＲ手段を働かせ、前記給気系中間流路へ還
流する排気の流量を調整する制御手段を備える。即ち、
制御手段はノッキングの発生をノッキングセンサによっ
て検出すると、ＥＧＲ手段を働かせて、給気系流路へ還
流する排気の量を増加させる。このことによって、給気
内の酸素濃度が低下し、給気の過早発火を抑制すること
ができ、結果、ノッキングを回避することができる。
て、エンジンに損傷を与えるノッキングを抑制し、エン
ジンの良好な動作状態を維持することが望まれる。ノッ
キングは、燃焼波がシリンダ内の端に到達する以前に、
未燃焼部が自然着火することによって起こる。よって、
ノッキングを抑制するためには未燃焼部の自然着火に到
る時間を遅らせ、過早発火状態を正常な燃焼状態にする
必要があり、請求項２に記載されているように構成する
ことが好ましい。即ち、エンジンのノッキングを検出す
るノッキングセンサを備えるとともに、前記ＥＧＲ手段
は前記給気系中間流路へ還流する排気の量を設定可能な
構造とし、前記ノッキングセンサの検出結果に基づい
て、前記ＥＧＲ手段を働かせ、前記給気系中間流路へ還
流する排気の流量を調整する制御手段を備える。即ち、
制御手段はノッキングの発生をノッキングセンサによっ
て検出すると、ＥＧＲ手段を働かせて、給気系流路へ還
流する排気の量を増加させる。このことによって、給気
内の酸素濃度が低下し、給気の過早発火を抑制すること
ができ、結果、ノッキングを回避することができる。
【０００６】また、燃料として都市ガスを使用する場
合、都市ガスの供給圧力は１ｋｇ／ｍ 2Ｇ程度で あるか
ら、ミラーサイクルのように比較的高い過給圧力を必要
とする場合、従来の一段過給では、過給機の吐出側で都
市ガスを混合することは不可能な場合が多く、したがっ
て、過給機吸込み側で混入せざるを得なくなる。この場
合、せっかくの都市ガスの圧力を利用できなくなるのみ
ならず、都市ガスの主成分のメタンの比熱が空気に比較
して大きいことから過給機の性能を低下させてしまうこ
とになる。しかし、本発明にあっては、請求項３に記載
されているように、前記給気系中間流路に、前記燃料を
供給する燃料供給手段を備え、前記前段過給機の吐出圧
力を前記燃料供給手段の燃料供給圧力よりも低く設定す
ることができる。この構成によって、前段過給機によっ
て加圧された後の給気系中間流路に燃料を供給すること
により、供給する燃料の圧力を利用することができ、前
段過給機は空気のみを圧縮することになり、過給機の圧
縮動力を少なくできるので、過給機器の効率を向上する
ことができる。
合、都市ガスの供給圧力は１ｋｇ／ｍ 2Ｇ程度で あるか
ら、ミラーサイクルのように比較的高い過給圧力を必要
とする場合、従来の一段過給では、過給機の吐出側で都
市ガスを混合することは不可能な場合が多く、したがっ
て、過給機吸込み側で混入せざるを得なくなる。この場
合、せっかくの都市ガスの圧力を利用できなくなるのみ
ならず、都市ガスの主成分のメタンの比熱が空気に比較
して大きいことから過給機の性能を低下させてしまうこ
とになる。しかし、本発明にあっては、請求項３に記載
されているように、前記給気系中間流路に、前記燃料を
供給する燃料供給手段を備え、前記前段過給機の吐出圧
力を前記燃料供給手段の燃料供給圧力よりも低く設定す
ることができる。この構成によって、前段過給機によっ
て加圧された後の給気系中間流路に燃料を供給すること
により、供給する燃料の圧力を利用することができ、前
段過給機は空気のみを圧縮することになり、過給機の圧
縮動力を少なくできるので、過給機器の効率を向上する
ことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】本願のミラーサイクルエンジン１
００の構造を図１に基づいて説明する。エンジン１００
は、給気弁１及び排気弁２を備えたシリンダ３と、この
シリンダ３内に収納されるピストン４を備えている。給
気を圧縮する後段過給機５及び前段過給機６は、それぞ
れ互いに連結されているブロア部５ａ、６ａとタービン
部５ｂ、６ｂを備えており、ブロア部５ａの下流側の給
気系下流側流路１１と、ブロア部６ａとブロア部５ａの
間の給気系中間流路１２にそれぞれ冷却器７及び冷却器
８を備えている。更に、給気系中間流路１２に燃料を供
給する燃料供給手段２１を備えており、ブロア部６ａに
よって圧縮された空気に燃料を供給し、その混合気を給
気とする構成となっている。また、シリンダ３から排出
した排気は排気系上流側流路１４、タービン部５ｂ、排
気系中間流路１３及びタービン部６ｂを順に流通し、そ
れぞれのタービンを回転させた後、外部へ排出される。
この構成により、シリンダ３より排出される排気により
燃料と空気の給気の混合気である給気を２段階に圧縮す
ることが可能となっている。このように、排気のエネル
ギを利用して給気を圧縮し、圧縮した後の給気を冷却す
る手段を給気過給冷却手段Ａと呼ぶ。
００の構造を図１に基づいて説明する。エンジン１００
は、給気弁１及び排気弁２を備えたシリンダ３と、この
シリンダ３内に収納されるピストン４を備えている。給
気を圧縮する後段過給機５及び前段過給機６は、それぞ
れ互いに連結されているブロア部５ａ、６ａとタービン
部５ｂ、６ｂを備えており、ブロア部５ａの下流側の給
気系下流側流路１１と、ブロア部６ａとブロア部５ａの
間の給気系中間流路１２にそれぞれ冷却器７及び冷却器
８を備えている。更に、給気系中間流路１２に燃料を供
給する燃料供給手段２１を備えており、ブロア部６ａに
よって圧縮された空気に燃料を供給し、その混合気を給
気とする構成となっている。また、シリンダ３から排出
した排気は排気系上流側流路１４、タービン部５ｂ、排
気系中間流路１３及びタービン部６ｂを順に流通し、そ
れぞれのタービンを回転させた後、外部へ排出される。
この構成により、シリンダ３より排出される排気により
燃料と空気の給気の混合気である給気を２段階に圧縮す
ることが可能となっている。このように、排気のエネル
ギを利用して給気を圧縮し、圧縮した後の給気を冷却す
る手段を給気過給冷却手段Ａと呼ぶ。
【０００８】この、給気過給冷却手段Ａによる給気の圧
縮状態を図２に示す圧力−体積線図にて説明する。図２
からもわかるように、給気過給冷却手段Ａは２つの後段
過給機５及び前段過給機６により２段式の過給を行って
おり、それぞれの後段過給機５及び前段過給機６の下流
側に冷却器７、８を設けている。即ち、前段過給機６に
よって、給気をａからｂ'に加圧し、冷却器 ８の冷却に
よって給気の体積をｂ'からｃ'に減少させ、その後、後
段過給機５によってｃ' からｄ'に加圧し、冷却器７の
冷却によって給気の体積をｄ'からｅに減少させる。よ
って、この給気過給冷却手段Ａの仕事量はａｂ'ｃ'ｄ'
ｅ０に示す面積となり、図３に示す従来の 過給機及び
冷却器をそれぞれ１つづつ備えた構成の場合の仕事量を
示すａｂｅ０の面積に対して、ｂ'ｂｄ'ｃ'の面積分小
さくなり、本願の給気過給冷却手段Ａの仕事量は従来と
比べ て小さく設定できる。更に、燃料をブロア部６ａ
の下流側の燃料供給手段２１で空気と混合させるので、
ブロア部６ａは空気を圧縮するだけでよく、これによっ
ても過給機の効率を向上することができる。
縮状態を図２に示す圧力−体積線図にて説明する。図２
からもわかるように、給気過給冷却手段Ａは２つの後段
過給機５及び前段過給機６により２段式の過給を行って
おり、それぞれの後段過給機５及び前段過給機６の下流
側に冷却器７、８を設けている。即ち、前段過給機６に
よって、給気をａからｂ'に加圧し、冷却器 ８の冷却に
よって給気の体積をｂ'からｃ'に減少させ、その後、後
段過給機５によってｃ' からｄ'に加圧し、冷却器７の
冷却によって給気の体積をｄ'からｅに減少させる。よ
って、この給気過給冷却手段Ａの仕事量はａｂ'ｃ'ｄ'
ｅ０に示す面積となり、図３に示す従来の 過給機及び
冷却器をそれぞれ１つづつ備えた構成の場合の仕事量を
示すａｂｅ０の面積に対して、ｂ'ｂｄ'ｃ'の面積分小
さくなり、本願の給気過給冷却手段Ａの仕事量は従来と
比べ て小さく設定できる。更に、燃料をブロア部６ａ
の下流側の燃料供給手段２１で空気と混合させるので、
ブロア部６ａは空気を圧縮するだけでよく、これによっ
ても過給機の効率を向上することができる。
【０００９】これまでが、本願のミラーサイクルエンジ
ンの２段過給の構成であり、ミラーサイクルエンジンと
同様に、給気弁１を下死点より遅く又は早く閉じること
によりミラーサイクルを実現し、高圧縮された給気をシ
リンダ３に給気し高効率の動作状況を実現することがで
きる。更に、図１に示す本発明に係るミラーサイクルエ
ンジンは、排気系上流側流路１４と給気系中間流路１２
における冷却器８の上流側を流通可能とするＥＧＲ流路
１５と、そのＥＧＲ流路１５に流通する排気の量を調整
するＥＧＲ量設定弁１６を備えており、この構成によっ
て、過給機の駆動源である排気圧のエネルギーが給気系
のブロア部６ａの上流側へ逃げてしまうことがなく、排
気をＥＧＲ流路１５によって給気系へ還流しても、給気
の圧縮効率を維持することができるのである。このよう
に、シリンダ３から排出される排気の一部を給気系へ還
流するとともに、その還流する排気の量を設定すること
ができ、このような手段をＥＧＲ手段Ｂと呼ぶ。この、
ＥＧＲ手段Ｂによって、給気系へ排気の一部を還流する
ことができ、給気の酸素濃度を低下させ、給気の過早発
火によるノッキングを抑制することができ、燃費を向上
することができる。
ンの２段過給の構成であり、ミラーサイクルエンジンと
同様に、給気弁１を下死点より遅く又は早く閉じること
によりミラーサイクルを実現し、高圧縮された給気をシ
リンダ３に給気し高効率の動作状況を実現することがで
きる。更に、図１に示す本発明に係るミラーサイクルエ
ンジンは、排気系上流側流路１４と給気系中間流路１２
における冷却器８の上流側を流通可能とするＥＧＲ流路
１５と、そのＥＧＲ流路１５に流通する排気の量を調整
するＥＧＲ量設定弁１６を備えており、この構成によっ
て、過給機の駆動源である排気圧のエネルギーが給気系
のブロア部６ａの上流側へ逃げてしまうことがなく、排
気をＥＧＲ流路１５によって給気系へ還流しても、給気
の圧縮効率を維持することができるのである。このよう
に、シリンダ３から排出される排気の一部を給気系へ還
流するとともに、その還流する排気の量を設定すること
ができ、このような手段をＥＧＲ手段Ｂと呼ぶ。この、
ＥＧＲ手段Ｂによって、給気系へ排気の一部を還流する
ことができ、給気の酸素濃度を低下させ、給気の過早発
火によるノッキングを抑制することができ、燃費を向上
することができる。
【００１０】また、本願のミラーサイクルエンジンは、
ノッキングを検出するノッキングセンサ１７をシリンダ
３に備えており、このノッキングセンサ１７の検出結果
に基づいて、ＥＧＲ量設定弁１６の開度を制御する制御
装置２０を備えている。即ち、制御装置２０は、ノッキ
ングが発生すると、ＥＧＲ量設定弁１６を働かせ、給気
系へ還流する排気の量を増加させ、給気の酸素濃度を低
下させることで給気の過早発火を防ぎノッキングを回避
することができる。このように、ノッキングセンサ１７
の検出結果に基づいて、ＥＧＲ量設定弁１６を働かせ、
ノッキングを回避する手段を制御手段Ｃと呼ぶ。
ノッキングを検出するノッキングセンサ１７をシリンダ
３に備えており、このノッキングセンサ１７の検出結果
に基づいて、ＥＧＲ量設定弁１６の開度を制御する制御
装置２０を備えている。即ち、制御装置２０は、ノッキ
ングが発生すると、ＥＧＲ量設定弁１６を働かせ、給気
系へ還流する排気の量を増加させ、給気の酸素濃度を低
下させることで給気の過早発火を防ぎノッキングを回避
することができる。このように、ノッキングセンサ１７
の検出結果に基づいて、ＥＧＲ量設定弁１６を働かせ、
ノッキングを回避する手段を制御手段Ｃと呼ぶ。
【００１１】〔別実施の形態例〕 （イ） 本願のミラーサイクルエンジンに使用できる燃
料としては、都市ガス、ガソリン、プロパン、メタノー
ル、水素等、任意の燃料を使用することができる。 （ロ） 給気を生成するにあたっては、燃料とこの燃料
の燃焼のための酸素を含有するガスとを混合すればよい
が、例えば、燃焼用酸素含有ガスとして空気を使用する
ことが一般的である。しかしながら、このようなガスと
しては、例えば、酸素成分含有量が空気に対して高い酸
素富化ガス等を使用することが可能である。 （ハ）上記の実施の形態例において、ノッキングの検出
にあたっては、ノッキングセンサをシリンダに取り付け
て行ったが、シリンダ内圧を検出し、クランク軸角と比
較することで過早発火を検出し、その過早発火をノッキ
ングとして検出することもできる。更に、シリンダにフ
ォトセンサを備え、クランク軸角と比較することでも給
気の過早発火を検出することができる。 （ニ） 上記の実施の形態例においては、排気系上流側
流路１４の排気の一部を給気系中間流路１２へ還流する
ＥＧＲ流路１５について説明したが、ＥＧＲ流路１５の
代わりに、図１の２点鎖線に示すように、ＥＧＲ流路１
５ａを使用し、排気系中間流路１３の排気の一部を給気
系中間流路１２へ還流することができ、更に、過給動力
のロスを改善できる。この場合は、給気系中間流路１２
内の圧力を排気系中間流路１３の圧力より若干小さくな
るように、それぞれの過給機５、６の圧縮比を設定する
ことで可能となり、本発明に係るミラーサイクルエンジ
ンを構成することができる。
料としては、都市ガス、ガソリン、プロパン、メタノー
ル、水素等、任意の燃料を使用することができる。 （ロ） 給気を生成するにあたっては、燃料とこの燃料
の燃焼のための酸素を含有するガスとを混合すればよい
が、例えば、燃焼用酸素含有ガスとして空気を使用する
ことが一般的である。しかしながら、このようなガスと
しては、例えば、酸素成分含有量が空気に対して高い酸
素富化ガス等を使用することが可能である。 （ハ）上記の実施の形態例において、ノッキングの検出
にあたっては、ノッキングセンサをシリンダに取り付け
て行ったが、シリンダ内圧を検出し、クランク軸角と比
較することで過早発火を検出し、その過早発火をノッキ
ングとして検出することもできる。更に、シリンダにフ
ォトセンサを備え、クランク軸角と比較することでも給
気の過早発火を検出することができる。 （ニ） 上記の実施の形態例においては、排気系上流側
流路１４の排気の一部を給気系中間流路１２へ還流する
ＥＧＲ流路１５について説明したが、ＥＧＲ流路１５の
代わりに、図１の２点鎖線に示すように、ＥＧＲ流路１
５ａを使用し、排気系中間流路１３の排気の一部を給気
系中間流路１２へ還流することができ、更に、過給動力
のロスを改善できる。この場合は、給気系中間流路１２
内の圧力を排気系中間流路１３の圧力より若干小さくな
るように、それぞれの過給機５、６の圧縮比を設定する
ことで可能となり、本発明に係るミラーサイクルエンジ
ンを構成することができる。
【００１２】
【発明の効果】本発明に係るミラーサイクルエンジンに
おいては、過給機の効率を維持しつつ給気を高圧縮する
ことができ、エンジンの高効率化が実現できる。更に、
過給機の駆動源である排気圧のエネルギをロスすること
無く、簡単な構造で排気を給気系に還流することがで
き、給気に還流する排気の量を制御することによってエ
ンジンのノッキングを抑制することができ、エンジンの
性能を維持し、燃費を向上することができる。
おいては、過給機の効率を維持しつつ給気を高圧縮する
ことができ、エンジンの高効率化が実現できる。更に、
過給機の駆動源である排気圧のエネルギをロスすること
無く、簡単な構造で排気を給気系に還流することがで
き、給気に還流する排気の量を制御することによってエ
ンジンのノッキングを抑制することができ、エンジンの
性能を維持し、燃費を向上することができる。
【図１】本発明に係るミラーサイクルエンジンのＥＧＲ
システムの構成を示す図
システムの構成を示す図
【図２】本発明に係るミラーサイクルエンジンの過給機
における給気の圧力と体積の関係を示す図
における給気の圧力と体積の関係を示す図
【図３】従来のミラーサイクルエンジンのＥＧＲシステ
ムの構成を示す図
ムの構成を示す図
１ 給気弁 ２ 排気弁 ３ シリンダ ４ ピストン ５ 前段過給機 ６ 後段過給機 ７、８ 冷却器 １１ 給気系下流側流路 １２ 給気系中間流路 １３ 排気系中間流路 １４ 排気系上流側流路 １５ ＥＧＲ流路 １６ ＥＧＲ量設定弁 １７ ノッキングセンサ ２０ 制御装置 ２１ 燃料供給手段 Ａ 給気過給冷却手段 Ｂ ＥＧＲ手段 Ｃ 制御手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｚ ５７０ Ｆ０２Ｂ 37/00 ３０１Ｂ (72)発明者 鶴崎 将弘 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２ 号 大阪瓦斯株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−108861（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−238354（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02D 15/00 F02B 37/013 F02D 21/08 F02D 41/02 F02D 45/00 F02M 25/07 F02D 13/02
Claims (3)
- 【請求項１】 燃料と燃焼用酸素含有ガスとをシリンダ
内に給気するとともに、給気弁を下死点よりも早く若し
くは遅く閉じて圧縮比を膨張比よりも小さくするミラー
サイクルエンジンであって、 給気をシリンダに供給する給気系流路と排気を外部へ排
出する排気系流路を備え、 給気を圧縮して冷却する給気過給冷却手段を備え、 前記給気過給冷却手段は、前記排気系流路内を流通する
排気のエネルギーを利用して前記給気系流路に流通する
給気を圧縮する前段過給機と後段過給機を、前記給気系
流路において前記前段過給機を前記後段過給機の上流側
として直列に接続して備えるとともに、前記圧縮された
給気を冷却する冷却器を、給気系流路の前記前段過給機
と前記後段過給機の間の給気系中間流路と前記後段過給
機と前記シリンダの間の給気系下流側流路にそれぞれ備
えて構成され、 前記排気系流路の前記後段過給機の上流側の流路の排気
の一部を前記給気系中間流路へ還流するＥＧＲ手段を備
えたミラーサイクルエンジン。 - 【請求項２】 エンジンのノッキングを検出するノッキ
ングセンサを備えるとともに、 前記ＥＧＲ手段は前記給気系中間流路へ還流する排気の
量を設定可能な構造とし、 前記ノッキングセンサの検出結果に基づいて、前記ＥＧ
Ｒ手段を働かせ、前記給気系中間流路へ還流する排気の
流量を調整する制御手段を備えた請求項１に記載のミラ
ーサイクルエンジン。 - 【請求項３】 前記給気系中間流路に、前記燃料を供給
する燃料供給手段を備え、前記前段過給機の吐出圧力を
前記燃料供給手段の燃料供給圧力よりも低く設定する請
求項１又は２に記載のミラーサイクルエンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11019999A JP2996971B1 (ja) | 1999-01-28 | 1999-01-28 | ミラ―サイクルエンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11019999A JP2996971B1 (ja) | 1999-01-28 | 1999-01-28 | ミラ―サイクルエンジン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2996971B1 true JP2996971B1 (ja) | 2000-01-11 |
| JP2000220480A JP2000220480A (ja) | 2000-08-08 |
Family
ID=12014865
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11019999A Expired - Fee Related JP2996971B1 (ja) | 1999-01-28 | 1999-01-28 | ミラ―サイクルエンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2996971B1 (ja) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8215292B2 (en) | 1996-07-17 | 2012-07-10 | Bryant Clyde C | Internal combustion engine and working cycle |
| US6301889B1 (en) * | 2000-09-21 | 2001-10-16 | Caterpillar Inc. | Turbocharger with exhaust gas recirculation |
| JP2002213244A (ja) * | 2001-01-19 | 2002-07-31 | Honda Motor Co Ltd | 車両用自然吸気式内燃機関 |
| JP2003049674A (ja) * | 2001-08-08 | 2003-02-21 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 内燃機関用過給システム |
| US6883314B2 (en) | 2002-08-01 | 2005-04-26 | Caterpillar Inc. | Cooling of engine combustion air |
| ITMI20032559A1 (it) * | 2003-12-22 | 2005-06-23 | Iveco Spa | Metodo pere il ricircolo dei gas di scarico in motore sovralimentato ed impianto motore sovralimentato |
| JP4506324B2 (ja) * | 2004-07-20 | 2010-07-21 | トヨタ自動車株式会社 | 過給機付き車両用内燃機関のｅｇｒシステム |
| JP4692202B2 (ja) * | 2005-10-06 | 2011-06-01 | いすゞ自動車株式会社 | ２段過給式エンジンのｅｇｒシステム |
| JP4692201B2 (ja) * | 2005-10-06 | 2011-06-01 | いすゞ自動車株式会社 | 内燃機関のｅｇｒシステム |
| JP5185910B2 (ja) | 2009-10-16 | 2013-04-17 | 三菱重工業株式会社 | ミラーサイクルエンジン |
| FI124087B (fi) | 2010-05-12 | 2014-03-14 | Wärtsilä Finland Oy | Järjestely ja menetelmä pakokaasun takaisinkierrätykseen ja turboahtamiseen |
| US8549854B2 (en) * | 2010-05-18 | 2013-10-08 | Achates Power, Inc. | EGR constructions for opposed-piston engines |
| CN101858280B (zh) * | 2010-06-13 | 2012-09-05 | 奇瑞汽车股份有限公司 | 废气再循环系统及方法 |
| DE102011122442A1 (de) * | 2011-12-24 | 2013-06-27 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors |
| JP6225841B2 (ja) * | 2014-06-09 | 2017-11-08 | マツダ株式会社 | 多種燃料エンジンの燃料噴射制御装置 |
| JP6357902B2 (ja) * | 2014-06-17 | 2018-07-18 | いすゞ自動車株式会社 | エンジンの排気再循環方法及び排気再循環装置 |
-
1999
- 1999-01-28 JP JP11019999A patent/JP2996971B1/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000220480A (ja) | 2000-08-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2996971B1 (ja) | ミラ―サイクルエンジン | |
| US7788923B2 (en) | Constant EGR rate engine and method | |
| US6470682B2 (en) | Low emission, diesel-cycle engine | |
| JP3298358B2 (ja) | ディーゼルエンジンにおける圧縮端温度制御方法および制御装置 | |
| US10273908B2 (en) | Engine system | |
| JP4898912B2 (ja) | 火花点火機関の運転方法 | |
| JP2002180864A (ja) | 過給機付き圧縮自己着火式内燃機関 | |
| KR102633863B1 (ko) | 엔진 시스템 및 이의 제어 방법 | |
| CN104213998A (zh) | 运行内燃发动机的系统和方法 | |
| WO2008013157A1 (fr) | système de recirculation des gaz d'échappement pour moteur à combustion interne | |
| US20170350329A1 (en) | Apparatus and method for engine control | |
| US20220307408A1 (en) | Structural arrangement in a low-temperature turbocompressor for an internal combustion engine | |
| US8720422B2 (en) | Internal combustion heat engine, control system, method for dimensioning the engine, and automobile with said engine | |
| JP2009209809A (ja) | エンジンの過給装置 | |
| JPH1162715A (ja) | 過給式エンジンのｅｇｒ装置 | |
| JP2000213384A (ja) | 圧縮自着火エンジン | |
| US20220056829A1 (en) | Gas engine heat pump | |
| KR100268707B1 (ko) | 내연기관 과급장치 | |
| JP2000008963A (ja) | 過給エンジンの排気再循環装置 | |
| JP2007077899A (ja) | 二段過給システム | |
| JP2005344638A (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
| US10767602B2 (en) | Engine system | |
| CN206234015U (zh) | 一种废气再循环增压系统及两级增压内燃机 | |
| CN215170349U (zh) | 一种超增压式五冲程发动机的分流排气系统 | |
| US20100275892A1 (en) | Petrol engine having a low-pressure egr circuit |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081029 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111029 Year of fee payment: 12 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |