JP7442779B2 - 対向ピストンエンジン - Google Patents
対向ピストンエンジン Download PDFInfo
- Publication number
- JP7442779B2 JP7442779B2 JP2019145495A JP2019145495A JP7442779B2 JP 7442779 B2 JP7442779 B2 JP 7442779B2 JP 2019145495 A JP2019145495 A JP 2019145495A JP 2019145495 A JP2019145495 A JP 2019145495A JP 7442779 B2 JP7442779 B2 JP 7442779B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- exhaust
- intake
- port
- cylinder
- flow path
- 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.)
- Active
Links
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 37
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 37
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 19
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 16
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 15
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 15
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 11
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 6
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 33
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 25
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 23
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 22
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 17
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 11
- 230000002000 scavenging effect Effects 0.000 description 11
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 10
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 10
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 10
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 101100228469 Caenorhabditis elegans exp-1 gene Proteins 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 3
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 3
- 102100033263 Integrator complex subunit 3 Human genes 0.000 description 2
- 101710092886 Integrator complex subunit 3 Proteins 0.000 description 2
- 238000009841 combustion method Methods 0.000 description 2
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 102100024061 Integrator complex subunit 1 Human genes 0.000 description 1
- 101710092857 Integrator complex subunit 1 Proteins 0.000 description 1
- 102100033265 Integrator complex subunit 2 Human genes 0.000 description 1
- 108050002021 Integrator complex subunit 2 Proteins 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 1
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000003584 silencer Effects 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
Description
一般に自動車に搭載されているレシプロエンジンは、複数のシリンダがシリンダヘッドに覆われてシリンダブロック内に格納された多気筒の構造となっており、熱効率の向上のために様々な技術が開発されている。
図9は、従来の対向ピストンエンジン100の構造を概略的に示す断面図である。
一般に、対向ピストンエンジンは、シリンダ内のストローク/ボア比を高くすることができるとともに、シリンダヘッドが不要であることから冷却損失を低減することができる。また、ロングストロークであることから厚い燃焼室を形成できるので、容積比(≒幾何学的圧縮比)が高いにも関わらずS/V比(表面積/体積)を小さくすることができる。そのため、最高熱効率を高めることについて高いポテンシャルを有している。
本発明の一実施形態について、図1~7に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
本実施形態の対向ピストンエンジンを備える発電装置の構成について、図1に基づいて説明する。図1における符号1001で示す図は、本実施形態の対向ピストンエンジン1Aを備える発電装置10Aの概略的な構成を示す平面図であり、構造を分かり易く示すため、シリンダ20の筐体部の一部を透過して示している。図1における符号1002で示す図は、本実施形態の対向ピストンエンジン1Aの概略的な構成を示す側面図である。
対向ピストンエンジン1Aの動作について、図2および図3を用いて以下に説明する。図2における符号2001で示す図は、本実施形態の対向ピストンエンジン1Aにおける排気側ピストン21および吸気側ピストン22が上死点に位置する状態を概略的に示す断面図である。図2における符号2002で示す図は、本実施形態の対向ピストンエンジン1Aにおける排気側ピストン21および吸気側ピストン22が下死点に位置する状態を概略的に示す断面図である。構造を分かり易く示すため、シリンダ20の筐体部の一部を透過して示している。また、図2においては、説明の平明化のために、位相可変部材75によって排気側クランクシャフト31と吸気側クランクシャフト32とのクランク位相を変化させていない状態(クランク位相が揃っている状態)について示している。
本実施形態における対向ピストンエンジン1Aは、位相可変部材75によって、排気側クランクシャフト31の回転の位相が吸気側クランクシャフト32の回転の位相よりも遅角するようになっている。このことについて、図3を用いて以下に説明する。
さらに、本実施形態における対向ピストンエンジン1Aは、副掃気期間T3において、排気流路の負圧波を用いて、シリンダ20内の排気を効果的に行うようになっている。この点について、図4~6を用いて以下に説明する。
本実施形態における対向ピストンエンジン1Aの利点について、図7を用いて以下に説明する。図7における符号7001で示す図は、エンジンのサイクルにおけるシリンダ20内の容積および圧力を示すグラフであり、符号7002で示す図は、上記グラフの要部拡大図である。また、図7における符号7003で示す図は、最小容積基準クランク角度に対応する、シリンダ20内の温度を示すグラフである。
本実施形態における対向ピストンエンジン1Aに関するシミュレーション結果について、以下に説明する。
上記表1に示すように、給気部87の容積は、排気流出部82の容積よりも大きくなっていることが好ましい。これは、排気ポート81につながる排気流出部82は、ブローダウン圧力を減衰しないために比較的小さな容積であることが好ましく、吸気ポート86につながる給気部87は、ある程度の容積を確保して吸気しやすいようにすることが好ましいためである。
(a)対向ピストンエンジン1Aでは、x軸方向において、排気側下死点ExBDCと排気ポート81の一方の端部の位置ExP1とが略同一であり、吸気側下死点InBDCと吸気ポート86の一方の端部の位置InP1とが略同一であるが、これに限定されない。図2を参照して、本発明の一態様における対向ピストンエンジンは、x軸方向において、排気ポート81の下端部の位置ExP1が排気側下死点ExBDCよりも中心位置CPに近く位置するようになっていてもよく、吸気ポート86の下端部の位置InP1が吸気側下死点InBDCよりも中心位置CPに近く位置するようになっていてもよい。
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
10A 発電装置
20 シリンダ
21 排気側ピストン
22 吸気側ピストン
31 排気側クランクシャフト(排気側クランク軸)
32 吸気側クランクシャフト(吸気側クランク軸)
61 機械式過給機
75 位相可変部材
81 排気ポート
82 排気流出部
83 排気管(排気流路形成部)
84 触媒コンバータ(別部材)
86 吸気ポート
87 給気部
91 検出部
92 位相制御装置
Claims (8)
- 吸気ポートおよび排気ポートが、中心から軸方向に沿って互いに離れた位置に設けられたシリンダと、
前記シリンダ内を対向して往復運動する一対のピストンを構成する、前記吸気ポートを開閉するように動作する吸気側ピストン、および、前記排気ポートを開閉するように動作する排気側ピストンと、
前記吸気ポートを介して前記シリンダ内に空気を圧送する過給機と、
前記吸気側ピストンの往復運動に対応して回転する吸気側クランク軸と、
前記排気側ピストンの往復運動に対応して回転する排気側クランク軸と、
前記吸気側クランク軸の回転と前記排気側クランク軸の回転との互いの位相関係を決定する回転伝達機構と、を備え、
CA50が8度程度でかつ正味平均有効圧力(BMEP)が5バール以上の運転領域の全域において、前記排気側クランク軸の回転の位相が、前記吸気側クランク軸の回転の位相よりも遅角していることを特徴とする対向ピストンエンジン。 - 前記排気ポートの近傍に設けられ前記排気ポートを介して前記シリンダ内に連通する空間が形成された排気流出部と、
排気の流れる排気流路が内部に形成されており、前記排気流路の一方の第1の端部が前記排気流出部に連通して接続され、前記排気流路の他方の第2の端部が別部材に連通して接続されている排気流路形成部と、を備え、
前記吸気側ピストンおよび排気側ピストンの動作により、(i)前記吸気ポートが完全閉状態であり、かつ前記排気ポートの開放面積が増大しつつある期間を第1の期間とし、(ii)前記吸気ポートが完全閉状態であり、かつ前記排気ポートの開放面積が減少しつつある期間を第2の期間として、
前記排気流路形成部は、前記運転領域での運転中に、前記第1の期間に前記排気流路に生じた排気のブローダウン圧力が前記別部材により反射されることにより形成された負圧波の第n波(nは1以上の整数)のうちいずれか1つが、前記第2の期間に前記排気ポートに到達するような、前記第1の端部から前記第2の端部までの前記排気流路の長さとなっていることを特徴とする請求項1に記載の対向ピストンエンジン。 - 前記吸気側クランク軸の回転と前記排気側クランク軸の回転との互いの位相関係を調整する位相可変機構と、
前記対向ピストンエンジンの動作にかかる負荷または前記対向ピストンエンジンの動作によって出力されるトルクを検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて前記位相可変機構を制御する位相制御装置と、を備え、
前記位相制御装置は、検出された前記負荷または前記トルクの値が所定値よりも低い場合、前記排気側クランク軸の回転の位相と前記吸気側クランク軸の回転の位相との位相差が0に近づくように前記位相可変機構を制御することを特徴とする請求項1または2に記載の対向ピストンエンジン。 - 吸気ポートおよび排気ポートが、中心から軸方向に沿って互いに離れた位置に設けられたシリンダと、
前記シリンダ内を対向して往復運動する一対のピストンを構成する、前記吸気ポートを開閉するように動作する吸気側ピストン、および、前記排気ポートを開閉するように動作する排気側ピストンと、
前記吸気ポートを介して前記シリンダ内に空気を圧送する過給機と、
前記吸気側ピストンの往復運動に対応して回転する吸気側クランク軸と、
前記排気側ピストンの往復運動に対応して回転する排気側クランク軸と、
前記吸気側クランク軸の回転と前記排気側クランク軸の回転との互いの位相関係を決定する回転伝達機構と、を備える対向ピストンエンジンであって、
前記吸気側クランク軸の回転と前記排気側クランク軸の回転との互いの位相関係を調整する位相可変機構と、
前記対向ピストンエンジンの動作にかかる負荷または前記対向ピストンエンジンの動作によって出力されるトルクを検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて前記位相可変機構を制御する位相制御装置と、をさらに備え、
前記位相制御装置は、CA50が8度程度でかつ正味平均有効圧力(BMEP)が5バール以上の運転領域の全域において、前記排気側クランク軸の回転の位相を前記吸気側クランク軸の回転の位相よりも遅角させることを特徴とする対向ピストンエンジン。 - 吸気ポートおよび排気ポートが、中心から軸方向に沿って互いに離れた位置に設けられたシリンダと、
前記シリンダ内を対向して往復運動する一対のピストンを構成する、前記吸気ポートを開閉するように動作する吸気側ピストン、および、前記排気ポートを開閉するように動作する排気側ピストンと、
前記吸気ポートを介して前記シリンダ内に空気を圧送する過給機と、
前記吸気側ピストンの往復運動に対応して回転する吸気側クランク軸と、
前記排気側ピストンの往復運動に対応して回転する排気側クランク軸と、
前記排気ポートの近傍に設けられ前記排気ポートを介して前記シリンダ内に連通する空間が形成された排気流出部と、
排気の流れる排気流路が内部に形成されており、前記排気流路の一方の第1の端部が前記排気流出部に連通して接続され、前記排気流路の他方の第2の端部が別部材に連通して接続されている排気流路形成部と、を備え、
前記吸気側ピストンおよび排気側ピストンの動作により、(i)前記吸気ポートが完全閉状態であり、かつ前記排気ポートの開放面積が増大しつつある期間を第1の期間とし、(ii)前記吸気ポートが完全閉状態であり、かつ前記排気ポートの開放面積が減少しつつある期間を第2の期間として、
前記排気流路形成部は、CA50が8度程度でかつ正味平均有効圧力(BMEP)が5バール以上である運転領域での運転中に、前記第1の期間に前記排気流路に生じた排気のブローダウン圧力が前記別部材により反射されることにより形成された負圧波の第n波(nは1以上の整数)のうちいずれか1つが、前記第2の期間に前記排気ポートに到達するような、前記第1の端部から前記第2の端部までの前記排気流路の長さとなっていることを特徴とする対向ピストンエンジン。 - 前記排気流路形成部は、前記運転領域での運転中に、前記負圧波の第2波が、前記第2の期間に前記排気ポートに到達するような長さの前記排気流路を形成していることを特徴とする請求項2または5に記載の対向ピストンエンジン。
- 前記シリンダの軸方向における、
前記シリンダの前記中心に近づく方向を上、前記中心から遠ざかる方向を下と規定し、
前記吸気ポートの上端部の位置と、下死点にある前記吸気側ピストンのピストン上面の位置と、の差を吸気ポート高さ、
前記排気ポートの上端部の位置と、下死点にある前記排気側ピストンのピストン上面の位置と、の差を排気ポート高さ、として、
前記排気ポート高さが、前記吸気ポート高さの2倍以上となっていることを特徴とする請求項1~6のいずれか1項に記載の対向ピストンエンジン。 - 前記シリンダにおける幾何学的圧縮比が15以上となっていることを特徴とする請求項1~7のいずれか1項に記載の対向ピストンエンジン。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019145495A JP7442779B2 (ja) | 2019-08-07 | 2019-08-07 | 対向ピストンエンジン |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019145495A JP7442779B2 (ja) | 2019-08-07 | 2019-08-07 | 対向ピストンエンジン |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021025488A JP2021025488A (ja) | 2021-02-22 |
JP7442779B2 true JP7442779B2 (ja) | 2024-03-05 |
Family
ID=74664477
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019145495A Active JP7442779B2 (ja) | 2019-08-07 | 2019-08-07 | 対向ピストンエンジン |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7442779B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023004017A1 (en) * | 2021-07-22 | 2023-01-26 | Achates Power, Inc. | Hydrogen-powered opposed-piston engine |
US11933215B2 (en) | 2022-02-21 | 2024-03-19 | Achates Power, Inc. | Hydrogen opposed-piston engine |
CN114790974A (zh) * | 2022-04-19 | 2022-07-26 | 中北大学 | 可变排量对置式柱塞泵及其变排量计算方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001073780A (ja) | 1999-09-03 | 2001-03-21 | Kunihiko Okudaira | 対向ピストン式2サイクルユニフロー型機関 |
JP2013522519A (ja) | 2010-03-09 | 2013-06-13 | ピナクル・エンジンズ・インコーポレイテッド | 多モード高効率内燃機関 |
JP2014206174A (ja) | 2006-04-18 | 2014-10-30 | ピナクル エンジンズ インコーポレイテッド | 内燃機関 |
JP2017508914A (ja) | 2014-02-12 | 2017-03-30 | アカーテース パワー,インク. | 低反応性圧縮着火対向ピストンエンジン |
JP2019124153A (ja) | 2018-01-15 | 2019-07-25 | 国立大学法人広島大学 | 発電装置および自動車 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS4915815A (ja) * | 1972-06-10 | 1974-02-12 | ||
JPS54111004A (en) * | 1978-02-17 | 1979-08-31 | Nippon Soken Inc | Two cycle engine |
JPS5874826A (ja) * | 1981-10-28 | 1983-05-06 | Yamaha Motor Co Ltd | 2サイクル内燃機関の排気消音装置 |
US4660378A (en) * | 1984-12-21 | 1987-04-28 | Outboard Marine Corporation | Exhaust system with side branch |
EP0344204A1 (en) * | 1987-01-28 | 1989-12-06 | JOHNSTON, Richard P. | Variable-cycle reciprocating internal combustion engine |
-
2019
- 2019-08-07 JP JP2019145495A patent/JP7442779B2/ja active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001073780A (ja) | 1999-09-03 | 2001-03-21 | Kunihiko Okudaira | 対向ピストン式2サイクルユニフロー型機関 |
JP2014206174A (ja) | 2006-04-18 | 2014-10-30 | ピナクル エンジンズ インコーポレイテッド | 内燃機関 |
JP2013522519A (ja) | 2010-03-09 | 2013-06-13 | ピナクル・エンジンズ・インコーポレイテッド | 多モード高効率内燃機関 |
JP2017508914A (ja) | 2014-02-12 | 2017-03-30 | アカーテース パワー,インク. | 低反応性圧縮着火対向ピストンエンジン |
JP2019124153A (ja) | 2018-01-15 | 2019-07-25 | 国立大学法人広島大学 | 発電装置および自動車 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2021025488A (ja) | 2021-02-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7442779B2 (ja) | 対向ピストンエンジン | |
US7624709B2 (en) | Cao cycles of internal combustion engine with increased expansion ratio, constant-volume combustion, variable compression ratio, and cold start mechanism | |
Shaik et al. | Variable compression ratio engine: a future power plant for automobiles-an overview | |
US20120227397A1 (en) | Gaseous fuel-powered engine system having turbo-compounding | |
JP6093346B2 (ja) | スプリットサイクル位相可変往復ピストン火花点火エンジン | |
JP2006348947A (ja) | 排気圧回生機付内燃機関 | |
US20110108012A1 (en) | Internal combustion engine and working cycle | |
JP2005511946A (ja) | 制御された均質充填混合圧縮着火エンジン | |
US20120283932A1 (en) | Two-stroke internal combustion engine with variable compression ratio and an exhaust port shutter and a method of operating such an engine | |
US20070044778A1 (en) | Engine which operates repeatedly with a multi-stage combustion process | |
US10428863B2 (en) | Variable compression ratio engine | |
WO2019082403A1 (ja) | 内燃機関 | |
Mattarelli et al. | Combustion system development of an opposed piston 2-stroke diesel engine | |
US8978602B2 (en) | Six-stroke engine power density matching system and method | |
JP4980314B2 (ja) | 内燃機関及び駆動システム | |
JP6128091B2 (ja) | ディーゼルエンジンおよびその製造方法 | |
EP2366064A1 (fr) | Moteur a combustion interne a chambre de combustion a geometrie variable | |
WO2013054559A1 (ja) | 二軸出力型の逆v型略対向エンジン | |
JP6541825B2 (ja) | カムシャフト及び内燃機関 | |
Joshi et al. | Variable compression ratio (VCR) engine-a review of future power plant for automobile | |
JP2022184160A (ja) | 2ストロークエンジン | |
JP6359146B1 (ja) | 内燃機関及び駆動システム | |
JP2019206941A (ja) | 内燃機関の吸気装置 | |
JP2021088954A (ja) | 発電装置 | |
US8875672B2 (en) | Engine system having dedicated cylinder-to-cylinder connection |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A80 | Written request to apply exceptions to lack of novelty of invention |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A80 Effective date: 20190822 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220629 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230314 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230322 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230808 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20231002 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20231115 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240206 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240214 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7442779 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |