JP7156128B2

JP7156128B2 - エンジン装置、およびエンジン装置の制御方法

Info

Publication number: JP7156128B2
Application number: JP2019060322A
Authority: JP
Inventors: 卓央岩橋
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2019-03-27
Filing date: 2019-03-27
Publication date: 2022-10-19
Anticipated expiration: 2039-03-27
Also published as: JP2020159293A

Description

本開示は、エンジン装置、およびエンジン装置の制御方法に関する。

特開２００９－２３２２号公報（特許文献１）には、２つのローターの回転角速度変化が６つのピストン間の容積を変化させ、このピストン間の空間容積変化を吸入、圧縮、爆発、排出および冷却に利用する、内燃機関が開示されている。

特開２００９－２３２２号公報

上記文献に記載の内燃機関のための回転伝達機構部は、固定された内歯枠と、内歯枠に噛み合いながら遊星回転する遊星歯車と、遊星歯車の遊星回転とともに回転する出力軸とを備えている。各ロータの回転位相が歯車機構により管理されており、内燃機関の運転中におけるロータの回転位相の変更ができない構造であるため、ピストン間の空間の容積を変化させることもできない。

本開示では、回転可能な一対のピストン部材により形成される燃焼室の容積の自在な調整を可能とし、もって圧縮比を最適に調整できるようにした、エンジン装置およびエンジン装置の制御方法が提供される。

本開示のある局面に従うと、エンジン装置が提供される。エンジン装置は、回転ピストン型のエンジンを備えている。回転ピストン型のエンジンは、円筒形状のハウジングと、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ピストン部材および第２ピストン部材と、を含んでいる。ハウジングの内周面、第１ピストン部材の回転方向の前方面、および第２ピストン部材の回転方向の後方面は、燃料を燃焼させるための第１燃焼室および第３燃焼室を形成している。ハウジングの内周面、第１ピストン部材の回転方向の後方面、および第２ピストン部材の回転方向の前方面は、燃料を燃焼させるための第２燃焼室および第４燃焼室を形成している。第１燃焼室、第２燃焼室、第３燃焼室および第４燃焼室は、一方向においてこの順に並んでいる。第１燃焼室、第２燃焼室、第３燃焼室および第４燃焼室内において、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。エンジン装置はさらに、第１回転電機と、第２回転電機と、制御装置とを備えている。第１回転電機は、第１ピストン部材に接続され、第１ピストン部材の回転により回生発電可能、かつ第１ピストン部材を回転駆動可能に構成されている。第２回転電機は、第２ピストン部材に接続され、第２ピストン部材の回転により回生発電可能、かつ第２ピストン部材を回転駆動可能に構成されている。制御装置は、第１回転電機および第２回転電機を制御する。制御装置は、第１ピストン部材に対する第１回転電機の制御量、および第２ピストン部材に対する第２回転電機の制御量を調整することにより、第１～第４燃焼室のうちのいずれか１つの燃焼室内で燃料に着火するときの第１ピストン部材および第２ピストン部材の位置を制御して、当該燃焼室の容積を変化させる。

第１ピストン部材および第２ピストン部材の位置を制御することで、燃焼室の容積が調整され、圧縮比を調整することができる。したがって、適正な圧縮比での燃焼を維持してエンジン装置を運転することができる。

上記のエンジン装置において、制御装置は、燃焼室に供給される燃料の性状に基づいて、第１ピストン部材および第２ピストン部材の位置を制御する。これにより、燃料性状に応じた最適な圧縮比での燃焼を維持してエンジン装置を運転することができる。

上記のエンジン装置において、エンジンは、燃焼室に供給される燃料を供給する燃料供給装置を含んでいる。制御装置は、燃料供給装置に対する制御信号により、燃料の性状を判定する。これにより制御装置は、燃料の性状を精度高く判定することができる。

上記のエンジン装置において、制御装置は、燃焼室内での燃料の燃焼状態に基づいて、第１ピストン部材および第２ピストン部材の位置を制御する。これにより、燃焼室内での燃料の実際の燃焼状態に基づく適切な圧縮比で燃焼させることが可能になる。

上記のエンジン装置において、制御装置は、エンジンの周囲環境状態に基づいて、第１ピストン部材および第２ピストン部材の位置を制御する。これにより、周囲環境状態に基づく適切な圧縮比で燃焼させることが可能になる。

上記のエンジン装置において、エンジンは、燃焼室内の燃料に点火するためのプラグを含み、制御装置は、第１ピストン部材および第２ピストン部材の回転の周方向における第１ピストン部材と第２ピストン部材との中央にプラグが配置されるように、第１ピストン部材および第２ピストン部材の位置を制御する。このようにすれば、燃焼室内の混合気を効率よく燃焼させることができるので、燃焼効率を向上することができる。

本開示のある局面に従うと、エンジン装置の制御方法が提供される。エンジン装置は、回転ピストン型のエンジンを備えている。エンジンは、円筒形状のハウジングと、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ピストン部材および第２ピストン部材と、を含んでいる。ハウジングの内周面、第１ピストン部材の回転方向の前方面、および第２ピストン部材の回転方向の後方面は、燃料を燃焼させるための第１燃焼室および第３燃焼室を形成している。ハウジングの内周面、第１ピストン部材の回転方向の後方面、および第２ピストン部材の回転方向の前方面は、燃料を燃焼させるための第２燃焼室および第４燃焼室を形成している。第１燃焼室、第２燃焼室、第３燃焼室および第４燃焼室は、一方向においてこの順に並んでいる。第１燃焼室、第２燃焼室、第３燃焼室および第４燃焼室内において、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。エンジン装置はさらに、第１回転電機と、第２回転電機とを備えている。第１回転電機は、第１ピストン部材に接続され、第１ピストン部材の回転により回生発電可能、かつ第１ピストン部材を回転駆動可能に構成されている。第２回転電機は、第２ピストン部材に接続され、第２ピストン部材の回転により回生発電可能、かつ第２ピストン部材を回転駆動可能に構成されている。制御方法は、エンジンの圧縮比の目標値を設定するステップと、第１ピストン部材に対する第１回転電機の制御量、および第２ピストン部材に対する第２回転電機の制御量を調整することにより、第１～第４燃焼室のうちのいずれか１つの燃焼室内で燃料に着火するときの第１ピストン部材および第２ピストン部材の位置を制御して、当該燃焼室の容積を変化させるステップとを備えている。

本開示に係るエンジン装置およびエンジン装置の制御方法に従えば、燃焼室の容積を自在に調整することができ、これにより、圧縮比を最適に調整することができる。

本実施形態におけるエンジン装置の概略構成の一例を示す図である。エンジン装置の構成の一部を示す斜視図である。燃料供給装置の概略構成を示す模式図である。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。燃焼室およびエンジンの動作を説明するための模式図である。燃焼室およびエンジンの動作を説明するための模式図である。燃焼室およびエンジンの動作を説明するための模式図である。燃焼室およびエンジンの動作を説明するための模式図である。燃焼室およびエンジンの動作を説明するための模式図である。燃焼室およびエンジンの動作を説明するための模式図である。燃焼室およびエンジンの動作を説明するための模式図である。燃焼室およびエンジンの動作を説明するための模式図である。ピストン部材の位置を調整する処理を示すフローチャートである。圧縮比が過小である場合の動作の一例を説明するための図である。圧縮比が過大である場合の動作の一例を説明するための図である。ピストン部材の位置を調整する処理の他の例を示す図である。

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。

＜エンジン装置１の概略構成について＞
図１は、本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、第１ＭＧ（Motor Generator）６１と、第２ＭＧ（Motor Generator）６２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、外気温センサ１２０と、制御装置２００と、入力部２０１とを含む。

＜エンジン２の構成について＞
本実施形態において、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、筒内センサ１０４と、吸気センサ１０６と、排気センサ１０８とを含む。

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。

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。

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。

図３は、燃料供給装置１０の概略構成を示す模式図である。燃料供給装置１０は、複数のインジェクタと、複数の燃料貯蔵部とを有している。図３に示される例では、燃料供給装置１０は、３つのインジェクタ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃと、３つの燃料貯蔵部３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃとを有している。燃料貯蔵部３０Ａは、インジェクタ１０Ａに接続されている。燃料貯蔵部３０Ｂは、インジェクタ１０Ｂに接続されている。燃料貯蔵部３０Ｃは、インジェクタ１０Ｃに接続されている。

燃料貯蔵部３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃは、各々異なる種類の燃料を貯蔵している。たとえば、燃料貯蔵部３０Ａは水素を貯蔵し、燃料貯蔵部３０Ｂはハイオクガソリンを貯蔵し、燃料貯蔵部３０Ｃはレギュラーガソリンを貯蔵してもよい。

制御装置２００からの制御信号ＩＮＪに応じて、複数のインジェクタのいずれか１つが作動し、吸気管６内に燃料が噴射される。燃料供給装置１０は、制御信号ＩＮＪに応じてインジェクタ１０Ａを選択的に作動し、燃料貯蔵部３０Ａ内の燃料をインジェクタ１０Ａから吸気管６内に噴射する。燃料供給装置１０はまた、制御信号ＩＮＪに応じてインジェクタ１０Ｂを選択的に作動し、燃料貯蔵部３０Ｂ内の燃料をインジェクタ１０Ｂから吸気管６内に噴射する。燃料供給装置１０はまた、制御信号ＩＮＪに応じてインジェクタ１０Ｃを選択的に作動し、燃料貯蔵部３０Ｃ内の燃料をインジェクタ１０Ｃから吸気管６内に噴射する。

図１および図２に戻って、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。

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。

筒内センサ１０４は、ハウジング４内の気体の圧力および温度を検出する。筒内センサ１０４は、ハウジング４内の気体の圧力の検出結果を示す検出信号Ｐｃ、およびハウジング４内の気体の温度の検出結果を示す検出信号Ｔｃを、制御装置２００に出力する。

吸気センサ１０６は、吸気管６に供給される燃料の性状を検出する。吸気センサ１０６は、吸気管６に供給される燃料の性状の検出結果を示す検出信号ＦＬを、制御装置２００に出力する。吸気センサ１０６はまた、吸気管６内の気体の圧力を検出する。吸気センサ１０６は、吸気管６内の気体の圧力の検出結果を示す検出信号Ｐｉｎを、制御装置２００に出力する。

排気センサ１０８は、エンジン２から排出され排気管８内を流通する排気成分を検出する。排気センサ１０８は、排気管８内を流通する排気成分の検出結果を示す検出信号ＥＸＴを、制御装置２００に出力する。排気センサ１０８はまた、排気管８内の気体の圧力を検出する。排気センサ１０８は、排気管８内の気体の圧力の検出結果を示す検出信号Ｐｏｕｔを、制御装置２００に出力する。

＜エンジン２の内部構造について＞
以下、エンジン２の内部構造の一例について図４を参照しつつ説明する。図４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。

図４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。

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によって回転可能に支持されている。第１回転体２４ａと第２回転体２８ａとは、図４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回転体２４ａと第２回転体２８ａとは、回転中心ＡＸを中心に回転可能である。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。

第１回転体２４ａには、回転中心からハウジング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。

第２回転体２８ａには、回転中心からハウジング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。

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。

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回転体２４ａには、回転中心が一致するように第１出力軸１６が接続される。第２回転体２８ａには、回転中心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回転体２４ａ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み回転を許容し、予め定められた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回転体２８ａ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み回転を許容し、予め定められた回転方向とは逆方向への回転を抑制する。

＜エンジン２以外の構成について＞
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。

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。第１出力軸１６は、第１ＭＧ６１の回転軸に接続される。第２出力軸１８は、第２ＭＧ６２の回転軸に接続される。

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、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。制御装置２００は、第１ＭＧ６１を制御する。

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。あるいは、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。

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。制御装置２００は、第２ＭＧ６２を制御する。

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。あるいは、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。

バッテリ８０は、たとえば、ニッケル水素電池や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。

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。

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。

外気温センサ１２０は、エンジン２の周辺における外気温を検出する。典型的には、外気温センサ１２０は、吸気管６に吸入される空気の温度を検出する。外気温センサ１２０は、外気温の検出結果を示す検出信号Ｔａｍｂを、制御装置２００に出力する。

入力部２０１は、エンジン装置１を使用するユーザによって操作される。入力部２０１はたとえば、吸気管６に供給される燃料性状を選択する燃料切替スイッチを有している。ユーザは、燃料切替スイッチを操作して、燃料性状の選択結果を入力部２０１から制御装置２００に入力する。

＜エンジン装置１の動作について＞
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５～１２は、燃焼室Ａ～Ｄ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。

図５～１２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５～１２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Ａ～Ｄ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Ａ～Ｄ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。

燃焼室Ａおよび燃焼室Ｃは、第１ピストン部材２４の回転方向の前方面２４ｍ、および第２ピストン部材２８の回転方向の後方面２８ｎによって、規定されている。燃焼室Ｂおよび燃焼室Ｄは、第１ピストン部材２４の回転方向の後方面２４ｎ、および第２ピストン部材２８の回転方向の後方面２８ｍによって、規定されている。

図４に示されるワンウェイクラッチ２２，２６は、図５～１２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５～１２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Ａ、燃焼室Ｂ、燃焼室Ｃおよび燃焼室Ｄは、この一方向においてこの順に並んでいる。

図５に示される燃焼室Ａ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Ａで燃料が燃焼すると、第１ピストン部材２４の反時計回りの移動がワンウェイクラッチ２２によって抑制されるため、第１ピストン部材２４の回転位置が維持されつつ、第２ピストン部材２８のみが矢印方向に図中の時計回り方向に回転する。燃焼室Ａでは、燃焼室Ａ内の気体の膨張とともに燃焼室Ａの容積が増加する、膨張行程となる。

図６に示されるように、燃焼室Ａでの燃料の燃焼によって、第２ピストン部材２８が矢印方向に図中の時計回り方向に回転すると、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Ｂの容積が減少する。このとき、燃焼室Ｂは、排気管８と連通している。そのため、燃焼室Ｂ内の排気は、燃焼室Ｂの容積の減少とともに、排気管８に排出されていく。燃焼室Ｂ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。

一方、図５に示される燃焼室Ｄ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Ｄ内に吸入される。燃焼室Ｄでは、吸気管６から混合気が吸入される吸気行程となる。

燃焼室Ａでの燃料の燃焼によって第２ピストン部材２８が矢印方向に図中の時計回り方向に回転する途中で、燃焼室Ｄ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Ｄの容積が減少する。このとき、図６に示されるように、燃焼室Ｄ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Ｄの容積の減少によって燃焼室Ｄ内の混合気が圧縮される。燃焼室Ｄ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。

図５に示される燃焼室Ｃでは、燃焼室Ａでの燃料の燃焼によって、第２ピストン部材２８が矢印方向に図中の時計回り方向に回転すると、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Ｃ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６に示されるように、燃焼室Ｃの容積の増加とともに、吸気管６から混合気が燃焼室Ｃ内に吸入される。燃焼室Ｃでは、吸気管６から混合気が吸入される吸気行程となる。

図７に示されるように、第２ピストン部材２８がさらに回転すると、燃焼室Ｂは排気管８と非連通になる。燃焼室Ｄ内の混合気がさらに圧縮される。燃焼室Ｄ内の圧力が上昇することによって、第１ピストン部材２４に時計回りの力が作用する。そして図８に示されるように、第１ピストン部材２４が回転する。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９に示す配置となる。図９に示される配置では、第１ピストン部材２４と第２ピストン部材２８とはいずれも、図５に示される配置から１８０°回転した位置にある。

図９に示される燃焼室Ｄ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Ｄで燃料が燃焼すると、第２ピストン部材２８の反時計回りの移動がワンウェイクラッチ２６によって抑制されるため、第２ピストン部材２８の回転位置が維持されつつ、第１ピストン部材２４のみが矢印方向に図中の時計回り方向に回転する。燃焼室Ｄでは、燃焼室Ｄ内の気体の膨張とともに燃焼室Ｄの容積が増加する、膨張行程となる。

図１０に示されるように、燃焼室Ｄでの燃料の燃焼によって、第１ピストン部材２４が矢印方向に図中の時計回り方向に回転すると、第２ピストン部材２８の回転位置が維持されるため、燃焼室Ａの容積が減少する。このとき、燃焼室Ａは、排気管８と連通している。そのため、燃焼室Ａ内の排気は、燃焼室Ａの容積の減少とともに、排気管８に排出されていく。燃焼室Ａ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。

一方、図９に示される燃焼室Ｃ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Ｃ内に吸入される。燃焼室Ｃでは、吸気管６から混合気が吸入される吸気行程となる。

燃焼室Ｄでの燃料の燃焼によって第１ピストン部材２４が矢印方向に図中の時計回り方向に回転する途中で、燃焼室Ｃは吸気管６と非連通になる。第１ピストン部材２４がさらに回転すると、第２ピストン部材２８の回転位置が維持されるため、燃焼室Ｃの容積が減少する。このとき、図１０に示されるように、燃焼室Ｃ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Ｃの容積の減少によって燃焼室Ｃ内の混合気が圧縮される。燃焼室Ｃ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。

図９に示される燃焼室Ｂでは、燃焼室Ｄでの燃料の燃焼によって、第１ピストン部材２４が矢印方向に図中の時計回り方向に回転すると、第２ピストン部材２８の回転位置が維持されるため、容積が増加する。燃焼室Ｂは、第１ピストン部材２４が回転する途中で、吸気管６と連通する。このとき、図１０に示されるように、燃焼室Ｂの容積の増加とともに、吸気管６から混合気が燃焼室Ｂ内に吸入される。燃焼室Ｂでは、吸気管６から混合気が吸入される吸気行程となる。

図１１に示されるように、第１ピストン部材２４がさらに回転すると、燃焼室Ａは排気管８と非連通になる。燃焼室Ｃ内の混合気がさらに圧縮される。燃焼室Ｃ内の圧力が上昇することによって、第２ピストン部材２８に時計回りの力が作用する。そして図１２に示されるように、第２ピストン部材２８が回転する。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５に示す配置へと戻る。

このようにして、燃焼室Ａ～Ｄのうちのいずれかで燃焼する毎に、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Ａ、燃焼室Ｂ、燃焼室Ｃおよび燃焼室Ｄ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。

このように動作するエンジン装置１において、適正な圧縮比での燃焼を維持し運転するために、ハウジング４内を回転する第１ピストン部材２４および第２ピストン部材２８の回転位置を精度高く制御することが求められる。

本実施形態においては、第１ピストン部材２４に、第１出力軸１６を介して第１ＭＧ６１が接続されている。第２ピストン部材２８に、第２出力軸１８を介して第２ＭＧ６２が接続されている。そこで、本実施形態においては、制御装置２００は、エンジン２の作動中に、第１ＭＧ６１の制御量を調整することにより第１ピストン部材２４の回転に対する負荷を増減し、第２ＭＧ６２の制御量を調整することにより第２ピストン部材２８の回転に対する負荷を増減する制御を実行する。

本実施形態においては、第１ＭＧ６１は、第１ピストン部材２４の回転により回生発電可能、かつ第１ピストン部材２４を回転駆動可能に、構成されている。制御装置２００は、第１ピストン部材２４に対する第１ＭＧ６１の制動力を調整し、第１ＭＧ６１による第１ピストン部材２４の回転速度の低下量を調整する。制御装置２００は、第１ピストン部材２４に対する第１ＭＧ６１の駆動力を調整し、第１ＭＧ６１による第１ピストン部材２４の回転速度の増加量を調整する。

第２ＭＧ６２は、第２ピストン部材２８の回転により回生発電可能、かつ第２ピストン部材２８を回転駆動可能に、構成されている。制御装置２００は、第２ピストン部材２８に対する第２ＭＧ６２の制動力を調整し、第２ＭＧ６２による第２ピストン部材２８の回転速度の低下量を調整する。制御装置２００は、第２ピストン部材２８に対する第２ＭＧ６２の駆動力を調整し、第２ＭＧ６２による第２ピストン部材２８の回転速度の増加量を調整する。

制御装置２００は、燃焼室Ａ～Ｄのうちのいずれか１つの燃焼室内で燃料に着火するときの第１ピストン部材２４および第２ピストン部材２８の回転位置を、最適に制御する。これにより制御装置２００は、燃料が燃焼する燃焼室の容積を変化させる。

図１３は、第１ピストン部材２４および第２ピストン部材２８の位置を調整する処理を示すフローチャートである。

まずステップＳ１において、制御装置２００は、吸気管６に供給される燃料の性状を判定するために必要な情報を取得する。取得する情報は、センサ類の検出信号、たとえば吸気センサ１０６から制御装置２００に入力される燃料の性状を示す検出信号ＦＬであってもよい。取得する情報は、制御装置２００から燃料供給装置１０に出力される、各燃料に対応するインジェクタ１０Ａ～１０Ｃのうちどのインジェクタを作動させるかを示す制御信号ＩＮＪであってもよい。取得する情報は、入力部２０１から制御装置２００に入力される、ユーザによる燃料切替スイッチの操作を示す信号であってもよい。

次にステップＳ２において、制御装置２００は、先のステップＳ１で取得した情報に基づいて、吸気管６に供給される燃料の性状を判定する。

次にステップＳ３において、狙い圧縮比が決定される。制御装置２００は、メモリに予め記憶されている燃料性状と狙い圧縮比との関係を示すテーブルを参照して、先のステップＳ２で判定された燃料性状に対応する圧縮比の目標値を設定する。メモリに複数のテーブルが記憶されていてもよく、この場合制御装置２００は複数のテーブルから１つを選択して狙い圧縮比を決定してもよい。複数のテーブルは、エンジン２の燃費を最適にする設定のテーブル、エンジン２が発生する騒音および振動を低減する設定のテーブル、などを有していてもよい。

次にステップＳ４において、各ロータの位相が検出される。制御装置２００は、第１レゾルバ１０１で検出された回転角度ＣＡ１に基づいて、第１出力軸１６に接続されている第１ピストン部材２４の位相を検出する。制御装置２００は、第２レゾルバ１０２で検出された回転角度ＣＡ２に基づいて、第２出力軸１８に接続されている第２ピストン部材２８の位相を検出する。

次にステップＳ５において、各ロータのうちどれが先行ロータでありどれが後追ロータであるのかの判断が行なわれる。制御装置２００は、先のステップＳ４で検出された第１ピストン部材２４および第２ピストン部材２８の位相により、第１ピストン部材２４と第２ピストン部材２８とのいずれが先行しておりいずれが後を追っているのかを判断する。ここで先行ロータ、後追ロータの判断は、第１ピストン部材２４および第２ピストン部材２８のうち、次に着火が発生する燃焼室に対して回転方向の下流にあるピストン部材が先行ロータ、次に着火が発生する燃焼室に対して回転方向の上流にあるピストン部材が後追ロータとして、判断される。

たとえば、図８に示される第１ピストン部材２４および第２ピストン部材２８の両方が回転している状況においては、次に着火が発生する燃焼室は燃焼室Ｄであり、燃焼室Ｄに対して回転方向の下流にある第１ピストン部材２４が先行ロータと判断され、燃焼室Ｄに対して回転方向の上流にある第２ピストン部材２８が後追ロータと判断される。またたとえば、図１２に示される第１ピストン部材２４および第２ピストン部材２８の両方が回転している状況においては、次に着火が発生する燃焼室は燃焼室Ｃであり、燃焼室Ｃに対して回転方向の下流にある第２ピストン部材２８が先行ロータと判断され、燃焼室Ｃに対して回転方向の上流にある第１ピストン部材２４が後追ロータと判断される。

次にステップＳ６において、各ロータの制御量が調整され、これにより続くステップＳ７において、狙い圧縮比が実現される。

図１４は、圧縮比が過小である場合の動作の一例を説明するための図である。たとえば、第１ピストン部材２４と第２ピストン部材２８との位置関係が図１４の左側のエンジン２に示される位置関係である場合を想定する。この場合、第１ピストン部材２４の回転位置が適切な位置よりも図中の反時計回り方向にずれた位置にあり、燃焼室の容積が適切な容積よりも大きいことにより、圧縮比が過小になる。

この場合には、第１ピストン部材２４に接続されている第１ＭＧ６１の負荷を減少することにより、第１ピストン部材２４の図中の時計回り方向の回転に対する制動力を減少する。図１４の右側のエンジン２に示されるように、第１ピストン部材２４が図中の時計回り方向にさらに回転移動し、燃焼室の容積が減少することにより、圧縮比が増加する。これにより、圧縮比が過小になる状態が解消され、適正な圧縮比が実現される。

図１５は、圧縮比が過大である場合の動作の一例を説明するための図である。たとえば、第１ピストン部材２４と第２ピストン部材２８との位置関係が図１５の左側のエンジン２に示される位置関係である場合を想定する。この場合、第１ピストン部材２４の回転位置が適切な位置よりも図中の時計回り方向にずれた位置にあり、燃焼室の容積が適切な容積よりも小さいことにより、圧縮比が過大になる。

この場合には、第１ピストン部材２４に接続されている第１ＭＧ６１の負荷を増大することにより、第１ピストン部材２４の図中の時計回り方向の回転に対する制動力を増大する。図１５の右側のエンジン２に示されるように、第１ピストン部材２４の図中の時計回り方向の回転移動量が減少し、燃焼室の容積が増大することにより、圧縮比が減少する。これにより、圧縮比が過大になる状態が解消され、適正な圧縮比が実現される。

図１３に戻って、次にステップＳ８において、燃焼室内で燃料が燃焼する。先のステップＳ７で、第１ピストン部材２４および第２ピストン部材２８が適正な圧縮比となるように配置されていることにより、適正な圧縮比での燃焼が実現される。

さらに、狙い圧縮比の精度向上のためのフィードバック制御が行なわれる。ステップＳ９において、制御装置２００は、筒内センサ１０４で検出されたハウジング４内の温度および圧力、より具体的には混合気の燃焼が発生した燃焼室内の温度および圧力、ならびに排気センサ１０８で検出された排気成分などのデータを取得する。そして処理の流れはステップＳ３に戻り、制御装置２００は、ステップＳ９で取得した燃焼室内での実際の燃焼状態を示すデータに基づいて、実際に供給される燃料の成分、周囲環境状態（たとえば、外気の温度および湿度）などを考慮した適正な狙い圧縮比を求め、狙い圧縮比を更新する。

＜作用および効果＞
実施形態のエンジン装置１の特徴的な構成および作用効果についてまとめて説明すると、以下の通りである。なお、実施形態の構成に参照番号を付すが、これは一例である。

実施形態のエンジン装置１では、図１に示されるように、第１ピストン部材２４に第１ＭＧ６１が接続されており、第２ピストン部材２８に第２ＭＧ６２が接続されている。図１３に示されるように、制御装置２００は、第１ＭＧ６１の制御量を調整することにより第１ピストン部材２４の回転に対する負荷を増減し、第２ＭＧ６２の制御量を調整することにより第２ピストン部材２８の回転に対する負荷を増減する制御を実行する。これにより制御装置２００は、燃焼室で燃料に着火するときの第１ピストン部材２４および第２ピストン部材２８の回転位置を制御する。

このように第１ピストン部材２４および第２ピストン部材２８の回転位置を制御することで、ハウジング４，第１ピストン部材２４および第２ピストン部材２８によって形成される燃焼室の容積が調整される。これにより、圧縮比を調整することができる。適正な圧縮比での燃焼を維持してエンジン装置１を運転することが可能となり、したがってエンジン装置１の燃費を向上することができる。また、これらの制御を行なうために新たな機構や部品等を別途追加する必要がないため、エンジン２の構成を簡易な構成とすることができる。そのため、製造コストおよび部品点数の増加を抑制するとともに耐久性の低下を抑制することができる。

図１３に示されるように、制御装置２００は、燃焼室に供給される燃料の性状に基づいて、第１ピストン部材２４および第２ピストン部材２８の位置を制御する。このように制御することで、燃料性状に応じた最適な圧縮比での燃焼を維持してエンジン装置１を運転することができる。

図１３に示されるように、制御装置２００は、燃料供給装置１０に対する制御信号ＩＮＪにより、燃焼の性状を判定する。各燃料に対応するインジェクタ１０Ａ～１０Ｃのうちどのインジェクタを作動させるかを示す制御信号ＩＮＪに基づいて判定することにより、制御装置２００は燃焼室に供給される燃料の性状を精度高く判定することができる。

図１３に示されるように、制御装置２００は、燃焼室内での燃料の燃焼状態に基づいて、第１ピストン部材２４および第２ピストン部材２８の位置を制御する。燃焼室内での燃料の実際の燃焼状態に基づく最適な圧縮比を求めて、その圧縮比で燃焼させてエンジン装置１を運転することができ、したがってより適切な圧縮比で燃焼させることが可能になる。

図１３に示されるように、制御装置２００は、エンジン２の周囲環境状態に基づいて、第１ピストン部材２４および第２ピストン部材２８の位置を制御する。外気温および酸素濃度などの周囲環境状態の条件が異なれば、最適な圧縮比が異なることになる。周囲環境状態に基づく最適な圧縮比を求めて、その圧縮比で燃焼させてエンジン装置１を運転することができ、したがってより適切な圧縮比で燃焼させることが可能になる。

＜他の実施形態＞
図１６は、第１ピストン部材２４および第２ピストン部材２８の位置を調整する処理の他の例を示す図である。上述した実施形態においては、燃焼室内で混合気が自着火によって着火する例を説明した。この例に限られず、図１６に示されるように、エンジン２が点火プラグ４０を有し、点火プラグ４０で発生する放電火花を用いて、圧縮された空気と燃料との混合気に点火する構成としてもよい。

この場合、制御装置２００は、第１ピストン部材２４および第２ピストン部材２８の回転の周方向における第１ピストン部材２４と第２ピストン部材２８との中央に点火プラグ４０が配置されるように、第１ピストン部材２４および第２ピストン部材２８の位置を制御することができる。このようにすれば、燃焼室内の混合気を効率よく燃焼させることができるので、燃焼効率を向上することができる。

以上のように実施形態について説明を行なったが、今回開示された実施形態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て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。

１エンジン装置、２エンジン、４ハウジング、６吸気管、８排気管、１０燃料供給装置、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃインジェクタ、１２スロットルバルブ、１４スロットルモータ、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、２４ｂ第１壁面部材、２８第２ピストン部材、２８ａ第２回転体、２８ｂ第２壁面部材、３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ燃料貯蔵部、４０点火プラグ、６１第１ＭＧ、６２第２ＭＧ、７１第１インバータ、７２第２インバータ、８０バッテリ、９０負荷、１０１第１レゾルバ、１０２第２レゾルバ、１０４筒内センサ、１０６吸気センサ、１０８排気センサ、１２０外気温センサ、２００制御装置、２０１入力部、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ燃焼室、ＣＡ１，ＣＡ２回転角度、ＥＸＴ，ＦＬ，Ｐｃ，Ｐｏｕｔ，Ｔａｍｂ，Ｔｃ検出信号、ＩＮＪ，ＩＮＶ１，ＩＮＶ２，ＴＨ制御信号。

Claims

回転ピストン型のエンジンを備え、
前記エンジンは、
円筒形状のハウジングと、
前記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、
前記ハウジング内に前記回転中心を中心に前記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み、
前記ハウジングの内周面、前記第１ピストン部材の回転方向の前方面および前記第２ピストン部材の回転方向の後方面は燃料を燃焼させるための第１燃焼室および第３燃焼室を形成し、前記ハウジングの内周面、前記第１ピストン部材の回転方向の後方面および前記第２ピストン部材の回転方向の前方面は燃料を燃焼させるための第２燃焼室および第４燃焼室を形成し、
前記第１燃焼室、前記第２燃焼室、前記第３燃焼室および前記第４燃焼室は前記一方向においてこの順に並び、前記第１燃焼室、前記第２燃焼室、前記第３燃焼室および前記第４燃焼室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、
さらに、前記第１ピストン部材に接続され、前記第１ピストン部材の回転により回生発電可能、かつ前記第１ピストン部材を回転駆動可能に構成された、第１回転電機と、
前記第２ピストン部材に接続され、前記第２ピストン部材の回転により回生発電可能、かつ前記第２ピストン部材を回転駆動可能に構成された、第２回転電機と、
前記第１回転電機および前記第２回転電機を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記第１ピストン部材に対する前記第１回転電機の制御量、および前記第２ピストン部材に対する前記第２回転電機の制御量を調整することにより、前記第１～第４燃焼室のうちのいずれか１つの燃焼室内で前記燃料に着火するときの前記第１ピストン部材および前記第２ピストン部材の位置を制御して、該燃焼室の容積を変化させる、エンジン装置。
前記制御装置は、前記燃焼室に供給される前記燃料の性状に基づいて、前記第１ピストン部材および前記第２ピストン部材の位置を制御する、請求項１に記載のエンジン装置。
前記エンジンは、前記燃焼室に供給される前記燃料を供給する燃料供給装置を含み、
前記制御装置は、前記燃料供給装置に対する制御信号により、前記燃料の性状を判定する、請求項２に記載のエンジン装置。
前記制御装置は、前記燃焼室内での前記燃料の燃焼状態に基づいて、前記第１ピストン部材および前記第２ピストン部材の位置を制御する、請求項１に記載のエンジン装置。
前記制御装置は、前記エンジンの周囲環境状態に基づいて、前記第１ピストン部材および前記第２ピストン部材の位置を制御する、請求項１に記載のエンジン装置。
前記エンジンは、前記燃焼室内の前記燃料に点火するためのプラグを含み、
前記制御装置は、前記燃料に点火するとき、前記第１ピストン部材および前記第２ピストン部材の回転の周方向における前記第１ピストン部材と前記第２ピストン部材との中央に前記プラグが配置されるように、前記第１ピストン部材および前記第２ピストン部材の位置を制御する、請求項１に記載のエンジン装置。
エンジン装置の制御方法であって、
前記エンジン装置は、回転ピストン型のエンジンを備え、
前記エンジンは、
円筒形状のハウジングと、
前記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、
前記ハウジング内に前記回転中心を中心に前記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み、
前記ハウジングの内周面、前記第１ピストン部材の回転方向の前方面および前記第２ピストン部材の回転方向の後方面は燃料を燃焼させるための第１燃焼室および第３燃焼室を形成し、前記ハウジングの内周面、前記第１ピストン部材の回転方向の後方面および前記第２ピストン部材の回転方向の前方面は燃料を燃焼させるための第２燃焼室および第４燃焼室を形成し、
前記第１燃焼室、前記第２燃焼室、前記第３燃焼室および前記第４燃焼室は前記一方向においてこの順に並び、前記第１燃焼室、前記第２燃焼室、前記第３燃焼室および前記第４燃焼室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、
前記エンジン装置はさらに、前記第１ピストン部材に接続され、前記第１ピストン部材の回転により回生発電可能、かつ前記第１ピストン部材を回転駆動可能に構成された、第１回転電機と、
前記第２ピストン部材に接続され、前記第２ピストン部材の回転により回生発電可能、かつ前記第２ピストン部材を回転駆動可能に構成された、第２回転電機と、を備え、
前記エンジンの圧縮比の目標値を設定するステップと、
前記第１ピストン部材に対する前記第１回転電機の制御量、および前記第２ピストン部材に対する前記第２回転電機の制御量を調整することにより、前記第１～第４燃焼室のうちのいずれか１つの燃焼室内で前記燃料に着火するときの前記第１ピストン部材および前記第２ピストン部材の位置を制御して、該燃焼室の容積を変化させるステップとを備える、エンジン装置の制御方法。