JP6703792B2 - 内燃機関における可変圧縮比及び可変空燃比の実現方法 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関、特に内燃機関における可変圧縮比及び可変空燃比の実現方法に関する。

近年、内燃機関に経済性の向上が求められ、内燃機関排出ガス規制がより厳しくなるに伴い、内燃機関の設計及び製造において、燃費及び排出ガス低減性能の向上が強く求められている。
従来の内燃機関では、燃焼温度を高めることにより燃焼圧力を上げるものが主流となっており、しかしながら、燃焼温度が高いほど、排出ガスにより持ち去られる熱エネルギーが多くなる。従来の内燃機関では、燃焼温度が２２００−２５００℃と高く、排気温度も１０００−１２００℃と高いため、利用されなかったガスが必然的に炎の形で排出され、これに伴い大量の熱エネルギーが持ち去れる。これにより、従来の内燃機関の熱効率が３０％程度にとどまり、燃焼熱の７０％が仕事をすることなく直接大気へ排出される。
中国特許ＣＮ２００５８０００８３９９．７は超膨張仕事を実現する内燃機関を開示し、超膨張仕事による膨張容積の増加は、排気圧を下げるすることができるが、排気温度が更に下がることはできず、その根本的原因としては、従来の内燃機関において燃焼温度が高いという固有の欠点である。

本発明は、内燃機関における可変圧縮比及び可変空燃比の実現方法を提供することにより、燃焼温度を下げ、燃焼圧力を高め、燃焼熱の利用率を向上させることを目的とする。

内燃機関における可変圧縮比及び可変空燃比の実現方法であって、前記方法は
シリンダの吸気容積を第一吸気容積と第二吸気容積とに分けて、第一吸気容積に基づき圧縮比を設計し、絞り弁を開弁し、吸気容積が第一吸気容積に達する、ステップ１と、
絞り弁の開度を大きくして吸気量が増加し、第二吸気容積が吸気し、第二吸気容積が第一吸気容積を超え、前記圧縮比が吸気容積の増加に伴い上がり、前記混合気の圧縮密度が圧縮比の上昇に伴い上がり、前記空燃比が混合気の圧縮密度の上昇に伴い下がる、ステップ２と、
エレクトロニックコントロールユニットがノッキングセンサからフィードバックされた爆轟信号に応じて点火時期をリアルタイムに補正し、油噴射量をリアルタイムに制御することで希薄混合気の燃焼に必要な圧縮密度を確保する、ステップ３と、を含む。
好ましくは、前記設計圧縮比は内燃機関の低出力モード下の圧縮比、前記第一吸気容積は内燃機関の低出力モード下の吸気容積、前記第二吸気容積は内燃機関の高出力モード下の吸気容積とする。
好ましくは、前記第二吸気容積が前記第一吸気容積より大きい。
好ましくは、前記内燃機関は４ストローク機関とし、前記４ストローク機関の圧縮比の可変範囲は１０：１−２６．７：１、空燃比の可変範囲は１５：１−３２：１とする。
好ましくは、前記内燃機関は４ストローク機関とし、前記４ストローク機関の圧縮比の可変範囲は１４：１−４０：１、空燃比の可変範囲は１８：１−５０：１とする。
好ましくは、前記内燃機関は４ストローク機関とし、前記４ストローク機関の圧縮比の可変範囲は２０：１−４８：１、空燃比の可変範囲は１６：１−６０：１とする。
好ましくは、前記内燃機関は２ストローク機関とし、前記２ストローク機関の圧縮比の可変範囲は２５：１−６０：１、空燃比の可変範囲は３０：１−７０：１とする。
好ましくは、前記内燃機関における可変圧縮比及び可変空燃比の実現方法において、酸素センサの閉ループ制御を取り除き、ノッキングセンサのノッキング信号に応じて油噴射パルス幅を調整する。
本発明の内燃機関における可変圧縮比及び可変空燃比の実現方法は、シリンダの吸気容積を第一吸気容積と第一吸気容積とに分けて、第一吸気容積に応じて圧縮比を設計し、第二吸気容積が第一吸気容積を超え、燃焼室容積が変わらないため、圧縮比が上がり、混合気の圧縮密度が上がり、空燃比が下がり、排気温度が従来の内燃機関の１２００℃から１８０−３００℃まで下がり、内燃機関の熱効率が大幅に向上する。

図１は、本発明の内燃機関における可変圧縮比及び可変空燃比の実現構造の模式図である。
図２は、従来の理論空燃比での燃料分子密度の模式図である。
図３は、希薄混合気燃料での分子密度の模式図である。
図４は、本発明の高圧縮密度の希薄混合気燃料での分子密度の模式図である。
図５は、本発明の内燃機関における可変圧縮比及び可変空燃比の実現方法の制御フローチャートである。

本発明の実施例に係る技術的解決手段及び利点をより明瞭にすべく、以下では、本発明の実施例における図面を参照し、本発明の実施例における技術的解決手段について明白、且つ完全的に説明する。説明する実施例は、本発明の実施例のすべてではなく、その一部でしかないことは自明である。当業者が本発明の実施例に基づき、進歩性を要することなく獲得した他の実施例は、すべて本発明の保護範囲内に含まれるものとする。
図１に示すように、内燃機関はシリンダ１、ピストン２を含み、そのうちシリンダ１は行程容積Ｖと燃焼室容積Ｖ１とを含み、行程容積Ｖは低出力モード下の吸気容積Ｖ２と高出力モード下の吸気容積Ｖ３とを含み、高出力モード下の吸気容積Ｖ３が低出力モード下の吸気容積Ｖ２より小さい。
従来の内燃機関において、シリンダの行程容積Ｖに基づき圧縮比（Ｖ：Ｖ１）を設計し、従来の火花点火内燃機関では、低出力モード下の実吸気容積が極めて小さく、実圧縮比が低く、熱効率が極めて低く、高出力モード下の吸気容積が大きく、実圧縮比が高く、熱効率が高く、従来の速度型内燃機関では、低出力モード下の吸気容積が大きく、圧縮仕事の消費が大きく、始動させにくい。自然吸気内燃機関の充填効率が０．８程度にとどまり、設計圧縮比に達することができない。これに鑑みて、いかにして０．８の充填効率でも設計圧縮比に達することができるが課題になる。
本発明は、０．８の充填効率に基づき圧縮比を設計し（該シリンダの容積を０．８とする）、充填効率が０．８に達すると、設計吸気容積、即ち設計圧縮比に達するとみなす。シリンダの充填効率が０．８を超え、０．９、１．０、１．１又は更にそれ以上になる場合、０．８の充填効率に基づき圧縮比を設計したため、充填効率が０．８以上になると吸気容積を超えるとみなし、即ち設計圧縮比を超えることに相当し、これにより可変圧縮比が実現するとする。しかし、充填効率が０．８以上になることはできないため、この仮説は実現に至らずにいた。
とはいえ、上記仮設は、０．８の充填効率に基づき圧縮比を設計することができる以上、それと同様に、低出力モード下の吸気容積Ｖ２に基づき圧縮比を設計し、該シリンダの容積をＶ２とし、吸気容積が低出力モード下の吸気容積Ｖ２に達すると、設計吸気容積に達するとみなし、設計圧縮比に達することに相当するという可変圧縮比を実現するという逆の方向性の解決手段を提供している。
本発明に記載の内燃機関における可変圧縮比及び可変空燃比の実現方法のカギとなることは、低出力モード下の吸気容積Ｖ２に基づき圧縮比（Ｖ２：Ｖ1）を設計することである。これにより、シリンダの容積が低出力モード下の吸気容積Ｖ２に達すると、設計吸気容積に達するとみなし、設計圧縮比に達することに相当し、吸気容積が低出力モード下の吸気容積Ｖ２を超えると、設計吸気容積を超えるとみなし、設計圧縮を超えることに相当する。
本発明の低出力モード下の吸気容積Ｖ２に基づき圧縮比を設計する方法の利点としては、
低出力モード下で、火花点火内燃機関及び速度型内燃機関は低出力モード下の吸気容積がＶ２に達すると、低出力モード下の吸気容積Ｖ２に基づき圧縮比を設計するため設計吸気容積に達するとみなし、設計圧縮比に達することに相当し、これにより低出力モード下で比較的高い圧縮比を得ることができ、低出力モード下の圧縮仕事が減少し、始動させやすい。
高出力モード下で、火花点火内燃機関及び速度型内燃機関の高出力モード下の吸気容積Ｖ３が低出力モード下の吸気容積Ｖ２を超え、燃焼容積Ｖ１が変わらないため吸気容積が低出力モード下の吸気容積Ｖ２を超えると、設計吸気容積を超えるとみなし、設計圧縮比を超えることに相当し、圧縮比が吸気容積の持続的増加に伴い上がり、これにより可変圧縮比が実現する。
本発明の技術的解決手段により可変圧縮比が実現し、希薄混合気の燃焼速度が高められるが、燃焼速度の向上により、爆轟の発生が発生するおそれがある。爆轟の発生には、比較的高い温度と、比較的高い圧縮比と、比較的高い混合気濃度という３つの要件が必要である。これら３つの要件のうち、いずれか１つを下げると爆轟を解消することができ、言うまでもないが、比較的高い作動温度及び比較的高い圧縮比は熱効率の向上に有利である。
本発明において、混合気濃度を下げることにより爆轟を解消し、前記高出力モード下では可変圧縮比が実現し、圧縮比が高出力モード下の吸気容積Ｖ３の持続的増加に伴い上がり、圧縮比が上がり続けることに相当し、高出力モード下の空燃比が圧縮比の持続的増加に伴い下がり、これにより可変空燃比が実現する。
図２に示すように、理論空燃比の場合、燃焼分子１０間の距離がＬ１、混合気中の燃料密度が燃焼に必要な密度であり、該燃料密度下では点火しやすく、正常に燃焼することができる。
図３に示すように、希薄混合気の場合、燃焼分子１０間の距離がＬ２で、Ｌ２＞Ｌ１であり、燃料密度が燃焼要件を満たさず、これにより点火できず、正常に燃焼することもできない。
図４に示すように、高圧濃縮密度の希薄混合気の場合、燃焼分子１０間の距離がＬ３で、Ｌ３＝Ｌ１であり、混合気が極めて希薄であるが、更なる圧縮を経ると、希薄混合気は燃焼に必要な圧縮密度に達することができ、これにより希薄混合気体を点火でき、正常に燃焼することができる。
上記内容から分かるように、燃焼を圧縮できないものの、空気を圧縮することができるため、希薄混合気を更に圧縮させる過程で、燃料の圧縮密度が上がり、燃焼に必要な密度に達する。これにより、希薄混合気は燃焼に必要な圧縮密度に達すると、正常に燃焼することができる。

例１：燃料１ｇと、空気１４．７ｇとを混合し、圧縮比１０：１とし（従来の理論空燃比）、前記混合気が１０：１で圧縮され、該燃料は正常に燃焼することができる。
例２：燃料１ｇと、空気２９．４ｇとを混合し、圧縮比１０：１とし、混合燃料が燃焼に必要な密度に達せず、正常に燃焼することはできず、圧縮比を２０：１に引き上げ、混合気が極めて希薄であるが、燃焼に必要な圧縮密度に達しているため、正常に燃焼することができる。これにより、混合気が極めて希薄な場合でも、燃焼に必要な圧縮密度に達すると、その物理的性質が変わるため、正常に燃焼することができる。
実験１：ガソリン１ｇと空気１４．７ｇとを混合し、圧縮比１０：１とする理論空燃比燃焼方式とし、点火後の燃焼温度が２５００℃、燃焼圧力が６Ｍｐａで、仕事をすることができる。
実験２：ガソリン１ｇと、空気１４．７ｇから抽出した酸素ガスとを混合する純酸素燃焼方式とし、圧縮比１０：１とし、点火後の燃焼温度が３０００℃、燃焼圧力が１Ｍｐａで、燃焼温度が高く、爆轟が発生し、燃焼圧力が低く、仕事をすることができない。
実験３：ガソリン１ｇと１４．７ｇ×２の空気とを混合し、圧縮比１０：１とする希薄燃焼方式とし、点火できず、仕事をすることができない。
実験４：ガソリン１ｇと１４．７ｇ×２の空気とを混合し、圧縮比２０：１とする高圧縮密度下の希薄混合気燃焼方式とし、点火後の燃焼温度が１５００℃、燃焼圧力が９Ｍｐａで、爆轟が発生せず、燃焼圧力が上がるため、出力が上がる。
実験５：ガソリン１ｇと１４．７ｇ×４の空気とを混合し、圧縮比４０：１とする高圧縮密度下の希薄混合気燃焼方式とし、点火後の燃焼温度が１０００℃、燃焼圧力が１５Ｍｐａで、爆轟が発生せず、燃焼圧力が上がるため、出力が大幅に上がる。
実験分析：実験２、３、４、５を実験１と比較する。
実験２：純酸素燃焼で、燃焼速度が極めて速く、媒体として燃焼過程で吸熱、膨張する他のガスが存在しなかったため、燃焼温度が高く、燃焼圧力が極めて低く、仕事をすることができない。
実験３：希薄混合気中の燃料の密度が燃焼要件を満たさないため、燃料を点火できず、仕事をすることができない。
実験４：希薄混合気が燃焼に必要な圧縮密度に達しており、正常に燃焼することができ、大量の他のガスが燃焼過程で吸熱するため、燃焼温度が下がる。また、大量の他のガスが吸熱後に急速に膨張するため、燃焼圧力が上がり、出力が高められる。
実験５：混合気が燃焼に必要な圧縮密度に達しており、正常に燃焼することができ、且つ大量の他のガスが燃焼過程で吸熱するため、燃焼温度が更に下がる。また、大量の他のガスが吸熱後に、急速に膨張するため、燃焼圧力が更に上がり、出力が大幅に向上する。
実験結果から明らかなように、理論空燃比の定義は、燃料１ｇの燃焼には空気１４．３−１４．７ｇを必要とするのに対し、実際上の意義としては、理論空燃比下の燃焼効果が最も優れるのではなく、燃料１ｇの燃焼にはちょうどこの量の空気中の酸素ガスを必要とするだけである。それは、燃焼過程に関与したのは空気中の酸素ガスだけで、大量の他のガスが燃焼過程で吸熱するために燃焼温度が下がり、大量の他のガスが吸熱後に急速に膨張し、これにより燃焼圧力が上がり、出力が大幅に向上するからである。
図５に示すように、内燃機関の低出力モード下の吸気容積Ｖ２に基づき圧縮比を設計する。高出力モード下の吸気容積Ｖ３が低出力モード下の吸気容積Ｖ２を超えて増加し続け、圧縮圧力が上がり続ける。ＥＣＵ（エレクトロニックコントロールユニット）は油噴射量が圧縮密度に適合するようにリアルタイムに制御し、希薄混合気の燃焼に必要な圧縮密度をリアルタイムに確保する。内燃機関の作動過程で、絞り弁の開度の変化、回転数の変化、温度の変化はいずれも燃焼速度に影響を与え、ノッキングセンサがノッキング信号を検出後に、ＥＣＵにリアルタイムにフィードバックし、ＥＣＵはノッキング信号が次第に減衰するまで油噴射量を減らし、ノッキングセンサが軽微なノッキングを検出することが好ましい（従来の内燃機関では、酸素センサが取得した排出ガス中の酸素含有量に応じて油噴射パルス幅を変更し、油噴出量を変更する）。軽微なノッキング信号が次第に減衰すると、燃焼速度が下がることを示し、ＥＣＵは、ノッキングセンサが軽微なノッキング信号を検出するまで、油噴射量を適宜増やして燃焼速度を上げ、これにより内燃機関がいつでもノッキング発生限界状態下で作動する。最終的に低い燃焼温度、高い燃焼圧力が実現する。
急加速機能：内燃機関の出力が最大になると、燃焼温度が最低に、燃焼圧力が最高になり、内燃機関が最高効率点で作動する。このとき、混合気濃度のわずかな増減は爆轟につながらず、このような特性により油噴射量を適宜増やすことで出力を上げて、急加速機能を実現することができる。内燃機関を自動車に使用し、追い越しや登坂など急加速が必要な場合、排気性能に影響を与えない前提下で急加速機能をオンにすることができる。
急加速機能の利用：絞り弁の開度が最大になり、出力が最大になっており、急加速が必要な場合、手作業で操作して絞り弁を１回動かし、絞り弁位置センサ又は他の方法により急加速信号を発生させ、油噴射量を適宜増やし、急加速機能をオンにし、これにより内燃機関の実用的価値を更に向上することができる。
本発明の可変圧縮比及び可変空燃比の実現方法において、低出力モード下の吸気容積Ｖ２に基づき圧縮比を設計し、希薄混合気の燃焼に必要な圧縮密度を確保する。これにより、シンプルな方法で可変圧縮比及び可変空燃比という高度な技術を実現し、前記可変圧縮比及び可変空燃比の実現方法はシンプルで、実用的で、信頼性が高い。
本発明は高圧縮密度下の希薄混合気燃焼方式を採用し、希薄混合気の燃焼温度が下がり、酸素ガスが十分で、十分に燃焼でき、これによりＣＯ（一酸化炭素）及びＴＨＣ（炭化水素）の排出量が従来の内燃機関の１／１０だけで、燃焼温度の下降によりＮＯｘ（窒素酸化物）の生成要件としての高温を満たさなくなり、結果としてＮＯｘの排出量が従来の内燃機関の１／６だけになる。以上から分かるように、油消費量の大幅な低減に加え、汚染物の排出が大幅に削減され、内燃機関の燃焼学における大きな進歩といえる。

実施例１：
本実施例は４ストローク機関である。
シリンダの行程容積が４００ｍｌで、燃焼室容積Ｖ１は１５ｍｌとする。
低出力モード下の吸気容積Ｖ２が１５０ｍｌである。
低出力モード下の圧縮比が１０：１である。
低出力モード下の空燃比が１５：１である。
高出力モード下の吸気容積Ｖ３が２５０ｍｌである。
高出力モード下の可変圧縮比の範囲が１０：１−２６．７：１である。
高出力モード下の可変空燃比の範囲が１５：１−３２：１である。
本実施例において、低出力モード下の吸気容積Ｖ２に基づき圧縮比を設計し、吸気容積がＶ２に達すると、設計圧縮比に達するとみなす。低出力モード下の吸気容積Ｖ２が１５０ｍｌで、燃焼室容積Ｖ１は１５ｍｌとし、低出力モード下の圧縮比が１０：１、空燃比が１５：１である。内燃機関は低出力モード下で比較的高い圧縮比に達することができ、低出力モード下の単位面積あたりの実圧力が高められ、圧縮仕事が減少し、始動させやすい。
内燃機関が低出力モードから高出力モードへ移行し、絞り弁の開度を大きくし、高出力モード下の吸気容積Ｖ３が低出力モード下の吸気容積Ｖ２を超え、燃焼室容積Ｖ１が変わらず吸気容積が増加するため、吸気容積が低出力モード下の吸気容積Ｖ２を超えると、圧縮比の上昇に相当する。圧縮比が高出力モード下の吸気容積Ｖ３の持続的増加に伴い上がり、圧縮比の可変範囲が１０：１−２６．７：１である。
高出力モード下の内燃機関の単位面積あたりの実圧力が高められ、混合気の圧縮密度が上がり、燃焼速度が上がり、ＥＣＵによりノッキングセンサからフィードバックされた信号に応じてリアルタイムに油噴射量を減らし、混合気の濃度を下げることで、混合気の濃度が圧縮密度に適合するようにリアルタイムに確保し、且つ点火時期をリアルタイムに制御する。空燃比が圧縮比の持続的上昇に伴い下がり、空燃比の可変範囲が１５：１−３２：１である。
本実施例は可変圧縮比及び可変空燃比の方法を用いることにより、希薄混合気の燃焼に必要な圧縮密度、作動に必要な燃焼速度を確保する。高い圧縮密度により生じた高い燃焼圧力は出力を高めることができ、希薄混合気により生じた低い燃焼温度は汚染物の排出を低減することができ、内燃機関の熱効率を高める効果的な手段である。
本実施例において、排気温度が３００℃まで下がり、これにより熱効率が大幅に向上する。

実施例２：
本実施例は４ストローク機関である。
シリンダの行程容積が６００ｍｌで、燃焼室容積Ｖ１は１５ｍｌとする。
低出力モード下の吸気容積Ｖ２が２１０ｍｌである。
低出力モード下の圧縮比が１４：１である。
低出力モード下の空燃比が１８：１である。
高出力モード下の吸気容積Ｖ３が３６０ｍｌである。
高出力モード下の可変圧縮比の範囲が１４：１−４０：１である。
高出力モード下の可変空燃比の範囲が１８：１−５０：１である。
本実施例において、低出力モード下の吸気容積Ｖ２に基づき圧縮比を設計し、吸気容積がＶ２に達すると、設計圧縮比に達するとみなす。低出力モード下の吸気容積Ｖ２が２１０ｍｌで、燃焼室容積Ｖ１は１５ｍｌとし、低出力モード下の圧縮比が１４：１、空燃比が１８：１である。内燃機関は低出力モード下で比較的高い圧縮比に達することができ、低出力モード下の単位面積あたりの実圧力が高められ、圧縮仕事が減少し、始動させやすい。
内燃機関が低出力モードから高出力モードへ移行し、絞り弁の開度を大きくし、高出力モード下の吸気容積Ｖ３が低出力モード下の吸気容積Ｖ２を超え、燃焼室容積Ｖ１が変わらず吸気容積が増加するため、吸気容積が低出力モード下の吸気容積Ｖ２を超えると、圧縮比の上昇に相当する。圧縮比が高出力モード下の吸気容積Ｖ３の持続的増加に伴い上がり、圧縮比の可変範囲が１４：１−４０：１である。
内燃機関は高い出力モード下の単位面積あたりの実圧縮圧力が高められ、混合気の圧縮密度が上がり、燃焼速度が上がり、ＥＣＵによりノッキングセンサからフィードバックされた信号に応じてリアルタイムに油噴射量を減らし、混合気の濃度を下げることで、混合気の濃度が圧縮密度に適合するようにリアルタイムに確保し、且つ点火時期をリアルタイムに制御する。空燃比が圧縮比の持続的上昇に伴い下がり、空燃比の可変範囲が１８：１−５０：１である。
本実施例は可変圧縮比及び可変空燃比の方法を用いることにより、希薄混合気の燃焼に必要な圧縮密度、作動に必要な燃焼速度を確保する。高い圧縮密度により生じた高い燃焼圧力は出力を高めることができ、希薄混合気により生じた低い燃焼温度は汚染物の排出を低減することができ、内燃機関の熱効率を高める効果的な手段である。
本実施例において、排気温度は２５０℃まで下がり、これにより熱効率が大幅に向上する。

実施例３：
本実施例は４ストローク機関で、絞り弁を増設する必要がある。
シリンダの行程容積が１２００ｍｌで、燃焼室容積Ｖ１は２５ｍｌとする。
低出力モード下の吸気容積Ｖ２が５００ｍｌである。
低出力モード下の圧縮比が２０：１である。
低出力モード下の空燃比が１６：１である。
高出力モード下の吸気容積Ｖ３が７００ｍｌである。
高出力モード下の可変圧縮比の範囲が２０：１−４８：１である。
高出力モード下の可変空燃比の範囲が１６：１−６０：１である。
本実施例において、低出力モード下の吸気容積Ｖ２に基づき圧縮比を設計し、吸気容積がＶ２に達すると、設計圧縮比に達するとみなす。低出力モード下の吸気容積Ｖ２が５００ｍｌで、燃焼室容積Ｖ１は２５ｍｌとし、低出力モード下の圧縮比が２０：１、空燃比が１６：１である。内燃機関は低出力モード下で比較的高い圧縮比に達することができ、低出力モード下の単位面積あたりの実圧力が高められ、圧縮仕事が減少し、始動させやすい。
内燃機関が低出力モードから高出力モードへ移行し、絞り弁の開度を大きくし、高出力モード下の吸気容積Ｖ３が低出力モード下の吸気容積Ｖ２を超え、燃焼室容積Ｖ１が変わらず吸気容積が増加するため、吸気容積が低出力モード下の吸気容積Ｖ２を超えると、圧縮比の上昇に相当する。圧縮比が高出力モード下の吸気容積Ｖ３の持続的増加に伴い上がり、圧縮比の可変範囲が２０：１−４８：１である。
内燃機関は高い出力モード下の単位面積あたりの実圧縮圧力が高められ、混合気の圧縮密度が上がり、燃焼速度が上がり、ＥＣＵによりノッキングセンサからフィードバックされた信号に応じてリアルタイムに油噴射量を減らし、混合気の濃度を下げることで、混合気の濃度が圧縮密度に適合するようにリアルタイムに確保し、且つ点火時期をリアルタイムに制御する。空燃比が圧縮比の持続的上昇に伴い下がり、空燃比の可変範囲が１６：１−６０：１である。
本実施例は可変圧縮比及び可変空燃比の方法を用いることにより、希薄混合気の燃焼に必要な圧縮密度、作動に必要な燃焼速度を確保する。高い圧縮密度により生じた高い燃焼圧力は出力を高めることができ、希薄混合気により生じた低い燃焼温度は汚染物の排出を低減することができ、内燃機関の熱効率を高める効果的な手段である。
本実施例において、排気温度は２００℃まで下がり、これにより熱効率が大幅に向上する。

実施例４：
本実施例は２ストローク機関で、絞り弁を増設する必要がある。
シリンダの行程容積が４２０Ｌで、燃焼室容積Ｖ１は７Ｌとする。
低出力モード下の吸気容積Ｖ２が１７５Ｌである。
低出力モード下の圧縮比が２５：１である。
低出力モード下の空燃比が３０：１である。
高出力モード下の吸気容積Ｖ３が２４５Ｌである。
高出力モード下の可変圧縮比の範囲が２５：１−６０：１である。
高出力モード下の可変空燃比の範囲が３０：１−７０：１である。
本実施例において、低出力モード下の吸気容積Ｖ２に基づき圧縮比を設計し、吸気容積がＶ２に達すると、設計圧縮比に達するとみなす。低出力モード下の吸気容積Ｖ２が１７５Ｌで、燃焼室容積Ｖ１は７Ｌとし、低出力モード下の圧縮比が２５：１、空燃比が３０：１である。内燃機関は低出力モード下で比較的高い圧縮比に達することができ、低出力モード下の単位面積あたりの実圧力が高められ、圧縮仕事が減少し、始動させやすい。
内燃機関が低出力モードから高出力モードへ移行し、絞り弁の開度を大きくし、高出力モード下の吸気容積Ｖ３が低出力モード下の吸気容積Ｖ２を超え、燃焼室容積Ｖ１が変わらず吸気容積が増加するため、吸気容積が低出力モード下の吸気容積Ｖ２を超えると、圧縮比の上昇に相当する。圧縮比が高出力モード下の吸気容積Ｖ３の持続的増加に伴い上がり、圧縮比の可変範囲が２５：１−６０：１である。
内燃機関は高い出力モード下の単位面積あたりの実圧縮圧力が高められ、混合気の圧縮密度が上がり、燃焼速度が上がり、ＥＣＵによりノッキングセンサからフィードバックされた信号に応じてリアルタイムに油噴射量を減らし、混合気の濃度を下げることで、混合気の濃度が圧縮密度に適合するようにリアルタイムに確保し、且つ点火時期をリアルタイムに制御する。空燃比が圧縮比の持続的上昇に伴い下がり、空燃比の可変範囲が３０：１−７０：１である。
本発明に記載の内燃機関における可変圧縮比及び可変空燃比の実現方法においては、酸素センサの閉ループ制御を取り除き、ノッキングセンサのノッキング信号に応じて油噴射パルス幅を調整する。
本実施例は可変圧縮比及び可変空燃比の方法を用いることにより、希薄混合気の燃焼に必要な圧縮密度、作動に必要な燃焼速度を確保する。高い圧縮密度により生じた高い燃焼圧力は出力を高めることができ、希薄混合気により生じた低い燃焼温度は汚染物の排出を低減することができ、内燃機関の熱効率を高める効果的な手段である。
本実施例において、排気温度は１８０℃まで下がり、これにより熱効率が大幅に向上する。
なお、上記実施例は本発明の技術的解決手段についての説明のみであり、それを限定するためのものではない。前記実施例を参照して本発明について詳しく説明したが、前記実施例に記載の技術的解決手段に修正を加え、又はその一部の技術的特徴について同等の置換を行うことができ、また、これらの修正又は置換により、対象となる技術的解決手段の趣旨が本発明の各実施例の技術的解決手段の趣旨及び範囲から逸脱することはないということは、当業者にとって自明である。

Claims (6)

1. シリンダの吸気容積を第一吸気容積と第二吸気容積とに分けて、第一吸気容積に基づき圧縮比を設計し、該設計圧縮比は低出力モード下の内燃機関の圧縮比であり、該第一吸気容積は低出力モード下の吸気容積であり、該第二吸気容積は高出力モード下の吸気容積であり、絞り弁を開弁し、吸気容積が第一吸気容積に達する、ステップ１と、
   絞り弁の開度を大きくして吸気量が増加し、第二吸気容積が吸気し、前記第二吸気容積が前記第一吸気容積より大きく、前記圧縮比が吸気容積の増加に伴い上がり、前記混合気の圧縮密度が圧縮比の上昇に伴い上がり、前記空燃比が混合気の圧縮密度の上昇に伴い上がる、ステップ２と、
   エレクトロニックコントロールユニットがノッキングセンサからフィードバックされた爆轟信号に応じて点火時期をリアルタイムに補正し、油噴射量をリアルタイムに制御することで希薄混合気の燃焼に必要な圧縮密度を確保する、ステップ３と、を含む、内燃機関における可変圧縮比及び可変空燃比の実現方法。
2. 前記内燃機関は４ストローク内燃機関とし、前記４ストローク内燃機関の圧縮比の可変範囲が１０：１−２６．７：１、空燃比の可変範囲が１５：１−３２：１であることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関における可変圧縮比及び可変空燃比の実現方法。
3. 前記内燃機関は４ストローク内燃機関とし、前記４ストローク内燃機関の圧縮比の可変範囲が１４：１−４０：１、空燃比の可変範囲が１８：１−５０：１であることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関における可変圧縮比及び可変空燃比の実現方法。
4. 前記内燃機関は４ストローク内燃機関とし、前記４ストローク内燃機関の圧縮比の可変範囲が２０：１−４８：１、空燃比の可変範囲が１６：１−６０：１であることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関における可変圧縮比及び可変空燃比の実現方法。
5. 前記内燃機関は２ストローク内燃機関とし、前記２ストローク内燃機関の圧縮比の可変範囲が２５：１−６０：１、空燃比の可変範囲が３０：１−７０：１であることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関における可変圧縮比及び可変空燃比の実現方法。
6. 酸素センサが取得した排出ガス中の酸素含有量に応じて 油噴射パルス幅を変更し、油噴出量を変更することなく、ノッキングセンサのノッキング信号に応じて油噴射パルス幅を調整することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関における可変圧縮比及び可変空燃比の実現方法。