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技術 圧縮着火内燃機関における局所的自己着火の抑制方法

出願人 株式会社豊田中央研究所
発明者 小島晋爾勝見則和
出願日 1998年10月2日 (22年1ヶ月経過) 出願番号 1998-281047
公開日 2000年4月18日 (20年7ヶ月経過) 公開番号 2000-110565
状態 特許登録済
技術分野 特殊用途機関の応用、補機、細部 内燃機関燃焼法 機関出力の制御及び特殊形式機関の制御
主要キーワード 各圧縮行程 燃焼現象 カム回転角度 天板下面 圧縮比変更機構 両回転軸 次行程 両クランク
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2000年4月18日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (6)

課題

圧縮着火内燃機関において、局所自己着火を抑制する。

解決手段

燃焼室において吸気行程圧縮行程膨張行程排気行程を繰り返す圧縮着火内燃機関において、吸気行程と圧縮行程の間に、燃焼室の混合気を、冷炎が発生するが、熱炎が発生しない程度に圧縮する行程と、その圧縮された混合気を膨張させる行程を設けたことを特徴とする局所的自己着火の抑制方法

概要

背景

圧縮着火内燃機関は、燃焼室において吸気行程圧縮行程膨張行程排気行程を繰り返し、各圧縮行程において燃焼室の空気に燃料を霧状に噴射し、または、予混合式では各吸気行程において空気と燃料の混合気吸入し、各圧縮行程の終りに空気と燃料の混合気の自己着火によって燃焼を開始する。自己着火が燃焼室の全域で発生せずに、局所的に発生すると、ノックとも言われる異常燃焼ないし異常振動が発生する。

そこで、自己着火を燃焼室の全域で発生させて局所的自己着火を抑制するいろいろな方法が考えられている。

概要

圧縮着火内燃機関において、局所的自己着火を抑制する。

燃焼室において吸気行程、圧縮行程、膨張行程と排気行程を繰り返す圧縮着火内燃機関において、吸気行程と圧縮行程の間に、燃焼室の混合気を、冷炎が発生するが、熱炎が発生しない程度に圧縮する行程と、その圧縮された混合気を膨張させる行程を設けたことを特徴とする局所的自己着火の抑制方法

目的

効果

実績

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牽制数
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請求項1

燃焼室において吸気行程圧縮行程膨張行程排気行程を繰り返す圧縮着火内燃機関において、吸気行程と圧縮行程の間に、燃焼室の混合気を、冷炎が発生するが、熱炎が発生しない程度に圧縮する行程と、その圧縮された混合気を膨張させる行程を設けたことを特徴とする局所自己着火抑制方法

技術分野

0001

本発明は、圧縮着火内燃機関において、局所自己着火を抑制する方法に関する。

背景技術

0002

圧縮着火内燃機関は、燃焼室において吸気行程圧縮行程膨張行程排気行程を繰り返し、各圧縮行程において燃焼室の空気に燃料を霧状に噴射し、または、予混合式では各吸気行程において空気と燃料の混合気吸入し、各圧縮行程の終りに空気と燃料の混合気の自己着火によって燃焼を開始する。自己着火が燃焼室の全域で発生せずに、局所的に発生すると、ノックとも言われる異常燃焼ないし異常振動が発生する。

0003

そこで、自己着火を燃焼室の全域で発生させて局所的自己着火を抑制するいろいろな方法が考えられている。

発明が解決しようとする課題

0004

ところが、従来における局所的自己着火の抑制方法は、燃焼室の混合気の温度や当量比を均一にしたり、それらの値を一定の範囲に限定しようとするものである。局所的自己着火の抑制効果は、運転条件が相当に限定され、十分ではない。

0005

圧縮着火内燃機関において、燃焼室での混合気の燃焼現象を詳細に観察すると、燃焼室の圧縮比が増加する、即ち、燃焼室の混合気の温度が上昇するに従って、先ず、熱の発生が少ない冷炎が発生し、次に、熱の発生が多い熱炎が発生して燃焼する。2段階に着火する。

0006

本発明者は、燃焼室の混合気を、熱炎が発生する通常時の圧縮比より小さい圧縮比で圧縮すると、冷炎のみが燃焼室のほぼ全域で発生し、膨張後に、通常時通りに圧縮すると、熱炎が燃焼室のほぼ全域で発生して局所的自己着火が抑制される、ことを発見した。

課題を解決するための手段

0007

本発明は、燃焼室において吸気行程、圧縮行程、膨張行程と排気行程を繰り返す圧縮着火内燃機関において、吸気行程と圧縮行程の間に、燃焼室の混合気を、冷炎が発生するが、熱炎が発生しない程度に圧縮する行程と、その圧縮された混合気を膨張させる行程を設けたことを特徴とする局所的自己着火の抑制方法である。

発明の効果

0008

本発明においては、燃焼室の混合気は、冷炎が発生するが、熱炎が発生しない程度に圧縮されて膨張し、次に、熱炎が発生する通常通りに圧縮される。熱炎が燃焼室のほぼ全域で発生して局所的自己着火が抑制される。

0009

[第1例(図1図4参照)]本例の圧縮着火内燃機関は、予混合式であり、吸気管内の空気に燃料を霧状に噴射して空気と燃料を混合し、吸気管内の空気と燃料の混合気を燃焼室に吸入する。

0010

そして、図1に示すように、通常の圧縮行程、膨張行程、排気行程と吸気行程を有する上、通常の吸気行程と圧縮行程の間に、燃焼室の混合気を、通常時の圧縮比より小さい圧縮比で圧縮する追加の圧縮行程と、その圧縮された混合気を膨張させる追加の膨張工程を有する。

0011

換言すると、6サイクル機関であり、クランク軸が3回転する間に、追加の圧縮行程と膨張行程、および、通常の圧縮行程、膨張行程、排気行程と吸気行程の6行程を行う。

0012

通常の吸気行程において、通常時通り吸気管内の空気と燃料の混合気が燃焼室に吸入される。燃焼室の混合気は、次行程の追加の圧縮行程において、通常時の圧縮比より小さい圧縮比で圧縮される。燃焼室のほぼ全域で冷炎が発生するが、熱炎は発生しない。次行程の追加の膨張工程において、燃焼室の混合気は、膨張する。次行程の通常の圧縮行程において、燃焼室の混合気は、通常通り圧縮される。燃焼室のほぼ全域で熱炎が発生する。局所的自己着火が抑制される。次行程の通常の膨張工程において、燃焼室の混合気は、燃焼する。次行程の通常の排気行程において、燃焼室の排気は、通常通り排出される。

0013

追加の圧縮行程における圧縮比を通常の圧縮行程における圧縮比より小さくするには、燃焼室に嵌合したピストンの頂面を移動して幾何学的圧縮比を変更する圧縮比変更機構を用いる。

0014

この圧縮比変更機構においては、図2に示すように、燃焼室1に嵌合したピストン2は、円筒形状のピストンスカート3の上部に、天板のある短い円筒形状のピストン頂部4を被せて軸心方向に移動可能に設けている。ピストンスカート3の上部内には、カム軸5を径方向に配置して軸受けし、カム軸5に固定したカム6の周面をピストン頂部4の天板下面に当てている。カム軸5が回転すると、カム6の外周曲線に従ってピストン頂部4がピストンスカート3に対して昇降する。

0015

ピストンスカート3のカム軸5下側位置には、ピストンピン7をカム軸5と平行に配置して軸受けしている。カム軸5とピストンピン7は、タイミングベルト伝動機構8で連結している。ピストンピン7には、コンロッド9の小端を回転可能に取り付けている。

0016

シリンダブロックに軸受けしたクランク軸10は、図2に示すように、第1ジャーナル11と第2ジャーナル12の端にそれぞれクランクアーム13、14を径方向に固定し、両クランクアーム13、14の先端間にクランクピン15を掛け渡して軸受けしている。クランクピン15には、コンロッド9の大端を回転可能に取り付けている。

0017

シリンダブロックには、第1回転軸16と第2回転軸17をクランク軸10と平行に軸受けし、両回転軸16、17を一対の歯車18で連結している。クランク軸10の第1ジャーナル11と第1回転軸16は、タイミングベルト伝動機構19で連結している。

0018

第1ジャーナル11の端には、中間軸20を同心状で片持ち状に軸受けしている。第2回転軸17と中間軸20は、タイミングベルト伝動機構21で連結している。中間軸20とクランクピン15は、タイミングベルト伝動機構22で連結している。クランクピン15とピストンピン7は、コンロッド9の中空部に配置したタイミングベルト伝動機構23で連結している。

0019

クランク軸10が回転すると、通常通りにピストン2が燃焼室1内で往復動する一方、カム軸5が回転し、カム6の外周曲線に従ってピストン頂部4がピストンスカート3に対して昇降し、燃焼室1の容積増減する。

0020

カム6は、クランク軸10の3回転、即ち、追加の圧縮行程から通常の吸気行程までの6行程の間に1回転する。カム6の回転中心とピストン頂部4の上面との間の距離は、図3に示すように、追加の圧縮行程と膨張行程の間、低い山状に変化し、通常の圧縮行程と膨張行程の間、および、通常の排気行程と吸気行程の間、それぞれ、高い山状に変化する。

0021

ピストン2の通常通りの往復動にカム6の回転によるピストン頂部4の昇降が加わる結果、ピストン頂部4の上面と燃焼室1の天井面との間の距離は、ピストン頂部4上面の位置を太い実線で示す図4から明らかなように、追加の圧縮行程と膨張行程の間にはピストン2の上死点でも大きく縮まらない。幾何学的圧縮比が小さい。

0022

しかし、ピストン頂部4の上面と燃焼室1の天井面との間の距離は、通常の圧縮行程と膨張行程の間には、ピストン2の上死点で大きく縮まる。幾何学的圧縮比が大きい。

0023

通常の排気行程と吸気行程の間には、通常の圧縮行程と膨張行程の間におけるのと同様に、ピストン頂部4の上面と燃焼室1の天井面との間の距離は、ピストン2の上死点で大きく縮まる。なお、図4には、カム6の回転中心の位置を細線で示す。

0024

本例の圧縮着火内燃機関は、吸気管内で混合した空気と燃料の混合気を燃焼室に吸入する予混合式であるが、追加の圧縮行程において燃焼室の空気に燃料を霧状に噴射する方式にしてもよい。

0025

[第2例(図5参照)]本例は、追加の圧縮行程の圧縮比を通常の圧縮行程の圧縮比より小さくするのに、第1例において幾何学的圧縮比を変更するのに代え、実効的圧縮比を変更する。

0026

通常の吸気行程において、通常時通り、排気弁を閉じ、吸気弁を開き、吸気管内の混合気を燃焼室に吸入する。しかし、図5に実線で示すように、吸気弁の閉鎖時期を遅らせ、次行程の追加の圧縮行程において吸気弁が開いている期間を長くし、追加の圧縮行程において、実質的な圧縮が開始する時期を遅らせ、実効的圧縮比を小さくして、燃焼室の混合気を圧縮する。燃焼室のほぼ全域で冷炎が発生するが、熱炎は発生しない。

0027

次行程の追加の膨張工程において、燃焼室の混合気を膨張する。しかし、図5に実線で示すように、追加の膨張工程の終り頃に吸気弁を開き、吸気管内の混合気を燃焼室に吸入して、新しい混合気を、冷炎が発生した古い混合気に混合する。次行程の通常の圧縮行程において、通常時通り、吸気弁を閉じ、燃焼室の混合気を圧縮する。燃焼室のほぼ全域で熱炎が発生する。局所的自己着火が抑制される。

0028

次行程の通常の膨張工程において、燃焼室の混合気は、燃焼する。次行程の通常の排気行程において、通常通り、排気弁を開き、燃焼室の排気を排出する。

0029

吸気弁開閉機構は、クランク軸の1回転毎に吸気弁を開放するオバーヘッドカム機構であって、吸気カムシャフトとクランク軸の位相角をずらす機構で吸気弁の閉鎖時期を遅らせ、吸気カムシャフトのカムから吸気弁の弁軸に至る伝動経路遮断する機構で吸気弁の閉鎖状態を維持する。

0030

排気弁開閉機構は、クランク軸の3回転毎に排気弁を開放するオバーヘッドカム機構である。

図面の簡単な説明

0031

図1本発明の実施態様第1例の局所的自己着火抑制方法におけるピストン頂面の位置とクランク角度(各工程)の関係を示す線図。
図2同抑制方法における圧縮比変更機構の概略図。
図3同圧縮比変更機構におけるとピストン頂面との間の距離とカム回転角度(クランク角度)の関係を示す線図。
図4同抑制方法におけるピストン頂面の位置(カム回転中心の位置)とクランク角度の関係を示す線図。
図5実施態様の第2例の局所的自己着火抑制方法におけるピストンの位置、吸気弁のリフト量、排気弁のリフト量とクランク角度(各工程)の関係を示す線図。

--

0032

1燃焼室
2ピストン
3ピストンスカート
4 ピストン頂部
6カム
10 クランク軸

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