JP2004176620A - Overhead valve type multiple cylinder engine capable of two-cycle operation - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、2サイクル運転が可能な頭上弁式多気筒エンジンに関する。
【0002】
【従来の技術】
ガソリンエンジンは、4サイクル運転を行うのが普通であるが、過給器を用いて2サイクル運転が可能なガソリンエンジンも提案されている(例えば特許文献1)。
【0003】
【特許文献1】特開平7−91267号公報
【特許文献2】特開2001−304014号公報
【特許文献3】特開2000−213342号公報
【特許文献4】特開平7−17275号公報
【特許文献5】特開平8−177503号公報
【特許文献6】実公平4−1309号公報
【0004】
特許文献1に記載されたエンジンは、給気弁と排気弁がいずれもシリンダヘッドに設けられている頭上弁式エンジンである。2サイクル運転が可能な頭上弁式エンジンでは、いわゆる掃気作用により、新気によって排気が燃焼室から排出される。
【0005】
近年では、頭上弁式の2サイクルエンジンにおいて、混合気を自着火させる燃焼方式(「予混合自着火燃焼方式」とも呼ばれている)を採用することが検討されている。この自着火燃焼方式は、例えば、ガソリンを給気と予混合しておき、圧縮によって自着火させるものである。このような自着火燃焼を利用すると、燃費が向上し、また、大気汚染物質(特にNOx )の排出量も低減できるという利点がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、多気筒の2サイクルエンジンでは、各気筒の排気管内の圧力脈動の影響によって、掃気の効果が気筒毎に多少異なる傾向がある。例えば、ある気筒では燃焼室内に残留する排ガス(「内部EGR」と呼ばれる)が多すぎるために、新気が少なくなってリッチな混合気となり、一方、他の気筒では、残留排ガスが少なすぎるために、新気が多くなってリーンな混合気となる場合がある。エンジンの要求負荷(トルク)が小さい場合には、燃料噴射量は少ないので、混合気がよりリーンな気筒では、トルク低下や失火が起こる可能性がある。一方、エンジンの要求負荷が大きな場合には、混合気がよりリッチな気筒で、ノッキングが生じたり、燃焼騒音が大きくなったりする可能性がある。従って、各気筒の排気管内の圧力脈動の影響によって気筒毎の混合気の組成が異なると、自着火燃焼が可能な運転条件の範囲が狭められてしまうという問題があった。
【0007】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、2サイクル運転が可能な頭上弁式エンジンにおいて、自着火燃焼が可能な運転条件の範囲を従来よりも広げることのできる技術を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明のエンジンは、2サイクル自着火運転が可能な多気筒エンジンであって、
排気で駆動されるタービンを収納するタービン室を有する過給器を備えており、
複数の気筒の燃焼室から前記タービン室に至るまでの複数の排気経路が、互いに独立しており、かつ、ほぼ等しい長さを有することを特徴とする。
【0009】
この構成によれば、複数の排気経路がタービンブレードによって分離されるので、各排気経路の圧力が互いに干渉することを防止できる。換言すれば、ある排気経路内の圧力脈動が、他の排気経路に伝播することを防止できる。従って、各気筒の排気管内の圧力脈動の影響によって気筒毎の混合気の組成に差異が生じることを防止でき、ほぼ同一の組成の混合気を得ることができる。この結果、自着火燃焼が可能な運転条件の範囲を従来よりも広げることが可能である。
【0010】
なお、前記複数の排気経路の前記タービン室への入口が均等に配置されていることが好ましい。
【0011】
この構成によれば、過給器の効率を向上させることができる。この結果、エンジンの回転数や負荷が低い場合にも十分な過給効果が得られるので、自着火燃焼が可能な運転条件の範囲をさらに広げることが可能である。
【0012】
また、前記複数の排気経路の前記タービン室への入口近傍の配管が、前記タービンの中心軸のまわりを略らせん状に進みながら前記タービン室に斜めに入るように構成されていることが好ましい。
【0013】
この構成によれば、排気経路をより短縮することが可能である。
【0014】
また、互いに等間隔で爆発を行う3つの気筒の燃焼室の3つの排気経路が、同一の前記タービン室に接続されていることが好ましい。
【0015】
3つの気筒毎の3つの排気経路を1つのタービン室に接続するようにすれば、過給器の効率が向上するので、自着火燃焼が可能な運転条件の範囲をさらに広げることが可能である。
【0016】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、エンジンや、エンジンの排気装置、エンジンや排気装置の制御方法等の態様で実現することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
A.第1実施例:
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図1は、本発明の第1実施例としてのガソリンエンジン100の構成を概念的に示した説明図である。図1には、ガソリンエンジン100の燃焼室の中心で断面を取ったときの燃焼室の構造が表示されている。
【0018】
このガソリンエンジン100の燃焼室は、シリンダブロック140内に設けられた中空円筒形のシリンダ142と、シリンダ142内を上下に摺動するピストン144と、シリンダブロック140の上部に設けられたシリンダヘッド130によって形成されている。なお、シリンダブロック140とシリンダヘッド130の両方で構成される筒状体を、広義の「シリンダ」と呼ぶ。
【0019】
シリンダヘッド130には、吸入空気が流入する給気ポートの開口部を開閉する給気弁132と、排気ガスが流出する排気ポートの開口部を開閉する排気弁134と、点火プラグ136と、燃焼室内に燃料噴霧を噴射する燃料噴射弁14とが設けられている。給気弁132および排気弁134は、それぞれ電動アクチュエータ162,164で駆動されている。電動アクチュエータ162,164は、任意のタイミングでそれぞれの給気弁132および排気弁134を開閉することが可能である。なお、電動アクチュエータの代わりに、油圧アクチュエータやカム機構によって給気弁132および排気弁134を駆動しても良い。
【0020】
給気ポートには吸入空気を導く給気通路12が接続され、排気ポートには排気ガスが通過する排気通路16が接続されている。排気通路16の下流には、排気ガスに含まれる大気汚染物質を浄化するための触媒26と、過給器50のタービン52とが設けられている。排気通路16内を通過する排気ガスはタービン52を回転させた後、大気に放出される。また、給気通路12には、過給器50のコンプレッサ54が設けられている。コンプレッサ54は、シャフト56を介してタービン52に接続されており、排気ガスによってタービン52が回転するとコンプレッサ54も回転する。その結果、コンプレッサ54はエアクリーナ20から吸い込んだ空気を加圧した後、給気ポートに向かって圧送する。
【0021】
なお、本実施例のエンジン100は3つの気筒を有しており、各気筒の排気管16の長さ(排気ポートから過給器50までの長さ)が互いに等しくなるように設定されている。この点については後述する。
【0022】
コンプレッサ54で加圧すると空気温度が上昇するので、吸入空気を冷却するために、コンプレッサ54の下流側にはインタークーラ62が設けられている。また、給気通路12内にはサージタンク60や、スロットル弁22も設けられている。サージタンク60は、燃焼室が空気を吸い込んだときに生じる圧力波を緩和させる作用を有しており、またスロットル弁22は電動アクチュエータ24によって適切な開度に設定されて、吸入空気量を調整する機能を有している。
【0023】
ピストン144は、コネクティングロッド146を介してクランクシャフト148に接続されており、クランクシャフト148には、クランク角度を検出するクランク角センサ32が取り付けられている。
【0024】
このガソリンエンジン100の動作は、エンジン制御用ユニット(以下、ECU)30によって制御されている。ECU30は、エンジン回転速度Ne やアクセル開度θacを検出し、これらに基づいてスロットル弁22の開度の制御や、点火プラグ136の点火タイミング制御、燃料噴射弁14の制御を実行する。エンジン回転速度Ne はクランク角センサ32によって検出され、アクセル開度θacはアクセルペダルに内蔵されたアクセル開度センサ34によって検出される。
【0025】
図2は、第1実施例のエンジン100の運転モードを示すマップである。このマップに示されているように、第1実施例のエンジン100は、2サイクル運転と4サイクル運転とを切り換えて実行することが可能である。図2の横軸はエンジンの回転数、縦軸は負荷(トルク)である。エンジンの回転数が小さいときには2サイクル運転が実行され、回転数が大きいときには4サイクル運転が実行される。2サイクル運転領域は、低負荷および高負荷時の火花点火領域と、中負荷時の自着火領域に区分されている。自着火領域は、火花点火を行わずに自着火によって燃焼を起こさせる運転領域である。なお、4サイクル運転時でも自着火燃焼を行うことが可能である。
【0026】
このように2サイクル運転と4サイクル運転を使い分けるのは、以下のような理由による。一般に、2サイクル運転はクランクシャフトの1回転に1度ずつ爆発が起こるので、1回の燃料噴射量が同じ条件では、4サイクル運転の約2倍のトルクが得られる。従って、同じトルクを出力する場合には、2サイクル運転の方が4サイクル運転よりも1回の燃料噴射量が少なくて済み、よりリーンな条件(空気過剰率がより大きな条件)で運転が可能である。ガソリンエンジンにおいてよりリーンな条件で運転を行うことによって、燃費が向上し、また、排気ガス中の汚染物質濃度を低下させることが可能である。さらに、自着火運転を行えば、燃費の向上と排気ガス中の汚染物質濃度が低下するという効果がさらに高まることが知られている。但し、2サイクル運転ではいわゆる掃気(給気によって排気を押し出す動作)が行われるが、高回転では掃気を十分に行えない場合がある。そこで、高回転の運転条件では、4サイクル運転の方が適している。
【0027】
図3は、2サイクル運転の自着火燃焼の様子を示す説明図である。図3(a)〜(c)には、2サイクル運転の膨張・排気・前期掃気行程(下降行程)が示されており、図3(d)〜(f)には後期掃気・吸気・圧縮行程(上昇行程)が示されている。図4は、2サイクル運転時の給気弁(IN弁)と排気弁(EX弁)の開閉期間を模式的に示している。
【0028】
図3(a)は、燃焼室内の混合気が自着火によって燃焼を開始した状態を示している。混合気が燃焼すると、燃焼室内には高圧の燃焼ガスが発生してピストン144を押し下げる。ピストン144がある程度まで降下すると、適切なタイミングで排気弁134が開かれる(図3(b))。図4の例では、排気弁134は、ピストンの下死点(BDC)前、約70°のタイミングで開かれている。
【0029】
排気弁から燃焼ガスがある程度流出したタイミングで給気弁132が開くと、これに伴って給気ポートから空気が流入する(図3(c))。給気通路12内の空気は過給器50によって所定圧力に加圧されているので、給気弁132から流入する新気によって、燃焼室内の燃焼ガスを掃気することができる。図4の例では、給気弁132は、ピストンの下死点(BDC)前、約60°のタイミングで開いている。
【0030】
掃気期間であってピストン144が下死点近傍にあるときに、燃料噴射弁14が燃焼室内に燃料噴霧を噴射する(図3(d),図4)。下死点の後、まもなく排気弁134が閉じられるので、下死点近傍で燃料噴霧を噴射すれば、噴射した燃料噴霧が排気弁134から排出されることがなく、また、燃料と新気とを十分に混合させることができる。
【0031】
燃料を噴射後、所定のタイミングで排気弁134を閉じた後は、図3(e)に示すように、給気弁132から加圧された空気が燃焼室内に流入する。図4の例では、排気弁134を閉じるタイミングは、ピストンの下死点後、約50°に設定されている。掃気期間に噴射された燃料噴霧は、吸入空気の流れによって燃焼室内に分散され、吸入空気と混合する。
【0032】
給気弁132が閉じた以降は、ピストン144の上昇とともに燃焼室内の混合気が圧縮される。給気弁132が開いている間は、ピストンが上昇しても燃焼室内の混合気を圧縮することはできない。従って、2サイクル運転においては、給気弁132を閉じるタイミングによって混合気の実質的な圧縮比が決定される。図4の例では、給気弁132を閉じるタイミングは、ピストンの下死点後、約60°に設定されている。
【0033】
給気弁132を閉じた後、ピストン144を上昇していくと、図3(f)に示すように、燃焼室内で混合気が圧縮され、ピストン144の上死点付近で自着火する。その結果、燃焼室内の形成された混合気を速やかに燃焼させることができる。
【0034】
このように、2サイクル自着火運転では、空気過剰率の大きいリーンな混合気を圧縮自着火させるので、燃料消費量を低減でき、また、大気汚染物質の排出量も大幅に低減することができる。なお、高負荷時には燃料噴射量が増えて空気過剰率が小さくなるので、圧縮時にノッキングが発生しやすくなる傾向にある。そこで、高負荷時には、圧縮比を若干低く設定するとともに、点火プラグで点火することによって混合気を燃焼させることが好ましい。一方、極く低負荷時には、燃料噴射量が少ないので、自着火が不安定になる場合がある。そこで、極く低負荷時にも、点火プラグで点火することによって混合気を燃焼させるようにしてもよい。
【0035】
図5(a)は、第1実施例の排気系配管を示す斜視図である。このエンジンは3気筒エンジンであり、シリンダヘッド130には3つの燃焼室#1〜#3が設けられている。3つの燃焼室#1〜#3は、互いに等間隔で燃焼(すなわち爆発)を行うようにバルブタイミングが設定されている。
【0036】
3つの燃焼室#1〜#3の排気管16a〜16cは、略中空円筒形状のタービン室52a(「タービンハウジング」とも呼ぶ)にそれぞれ独立に接続されている。タービン室52aは、ターボ過給器50のタービン52(図1)を収納するための収納室である。なお、図5では、コンプレッサ54(図1)を収納するコンプレッサ室は省略されている。
【0037】
図5(b)に示すように、タービン室52aは、その外周に沿って等間隔で設けられた3つの入口管201〜203を有している。これらの入口管201〜203は、タービン52(図1)の中心軸53に垂直な平面上に配置されており、排気ガスがタービン室52aの外周面からタービン52の外周に導入されるように構成されている。この実施例では、入口管201〜203は、120度の間隔で均等に配置されている。
【0038】
なお、入口管201〜203は、排気管16a〜16cの一部を構成している。すなわち、排気管16a〜16cは、シリンダヘッド130への排気管16a〜16cの取り付け部130aから、略中空円筒形状のタービン室52aに至るまでの経路を意味している。
【0039】
本実施例においては、3つの燃焼室#1〜#3の排気管16a〜16cの長さが互いに等しく設定されている。通常は、シリンダヘッド130内における各燃焼室の排気ポートの長さは同一である。この場合には、3つの排気管16a〜16cの長さを互いに等しく設定すれば、3つの燃焼室からタービン室52aに至るまでの排気経路の長さを互いに等しくすることができる。また、仮に、シリンダヘッド130内における各燃焼室の排気ポートの長さが異なる場合には、排気管16a〜16cの長さを調整することによって、3つの燃焼室からタービン室52aに至るまでの排気経路の長さを互いに等しくすることができる。
【0040】
このように、第1実施例では、3つの燃焼室#1〜#3の排気経路が、燃焼室からタービン室52aに至るまで互いに独立した経路として構成されており、また、互いの長さが等しく設定されているとともに、タービン室52aの外周に120度の均等な間隔で接続されている。この結果、各燃焼室#1〜#3からの排気が同一の条件でタービン室52aに流入するので、各燃焼室#1〜#3の排気管16a〜16c内の圧力脈動がほぼ同一となる。特に、本実施例では、タービン52(図1)の羽根(タービンブレード)が、各排気管16a〜16c内の圧力変動の伝播を防止する障壁としての機能を発揮する。この結果、各燃焼室内に流入する空気量や残留排気ガス量がほぼ同一となり、各燃焼室でほぼ同一の組成の混合気を得ることができる。すなわち、特定の燃焼室が他の燃焼室よりも過度にリッチになったり過度にリーンになったりすることを防止できる。
【0041】
従来技術でも説明したように、一般に、エンジンの要求負荷(トルク)が小さい場合には燃料噴射量は少ないので、混合気がよりリーンな燃焼室においては、トルク低下や失火が起こるという問題が発生し得る。また、エンジンの要求負荷が大きな場合には、混合気がよりリッチな気筒でノッキングが生じたり、燃焼騒音が大きくなったりするという問題が発生し得る。しかし、本実施例では、混合気の組成が各燃焼室でほぼ同一になるので、このような問題をいずれも回避することが可能である。このような効果は、運転条件(回転数や負荷)が変化したときにも維持される。従って、本実施例のエンジンによれば、自着火燃焼が可能な運転条件の範囲(図2)を広げることが可能である。
【0042】
また、本実施例では、タービンブレードが各排気管16a〜16c内の圧力変動の伝播を防止する障壁として機能するので、各排気管16a〜16c内の圧力の相互干渉が極めて少なくなり、過給器50の出力(効率)が向上する。過給器50の効率が向上すれば、エンジンの回転数や負荷が低い場合にも十分な過給効果が得られるので、自着火燃焼が可能な範囲を広げることができる。
【0043】
B.第2実施例:
図6は、第2実施例の排気系配管を示す斜視図である。第2実施例では、排気管とタービン室52aとの接続の仕方が第1実施例と異なるだけであり、他の点は第1実施例と同じである。
【0044】
第2実施例では、3つの排気管160a〜160cが、1つのフランジ210のところで集合しており、ここで3つの入口管211〜213に接続されている。3つの入口管211〜213は、タービン52(図1)の軸方向から排気ガスをタービン室52aに導入するように構成されている。より具体的に言えば、3つの入口管211〜213は、タービン52の中心軸のまわりを略らせん状に進みながらタービン室52aに斜めに入るように構成されている。ここで、「略ラセン状に進む」とは、その進行方向が、タービン52の中心軸に平行な方向と、タービン52の中心軸まわりを回る方向と、の両方の成分を有することを意味している。一方、図5に示した第1実施例では、入口管201〜203がタービン室52aに入る方向は、タービン52の中心軸のまわりを回る方向は含んでいるが、タービン52の中心軸に平行な方向を含んでいない点で第2実施例と異なっている。なお、図6において、タービン室52aから排出される排気の経路220は、図示の便宜上、破線で描かれている。
【0045】
第2実施例も、上述した第1実施例と同様に、各燃焼室内における流入空気量や残留排気ガス量がほぼ同一となるので、各燃焼室においてほぼ同一の組成の混合気が得られるという効果がある。
【0046】
また、第2実施例の構成では、第1実施例よりも排気管の長さを短くできるという利点がある。この理由は、タービン室52aの外周面に入口管201〜203を配置しておらず、略円筒状のタービン室52aの一方の底面に3つの入口管201〜203を配置しているからである。
【0047】
このように、第2実施例では、3つの燃焼室#1〜#3の排気経路を、タービン52の軸方向からタービン室52aに排気ガスが導入されるように構成しているので、排気経路の長さを短くすることができる。すなわち、短い排気管長でも、各気筒の燃焼室からタービン室52aまでの排気経路を等しくすることが可能である。
【0048】
第2実施例では、排気経路を短くできるので、過給器50の効率が向上し、また、エンジンの過渡応答性も向上するという効果がある。従って、エンジンの回転数や負荷が低い運転条件においても、十分な過給効果を得ることができ、この結果、自着火できる範囲を拡大することが可能である。また、排気経路が短いので、部品点数が少なくて済み、また、エンジンの組み付け性や生産性も向上する。さらに、エンジン全体がコンパクトになるので、いわゆるヒートインレータ(排気管まわりを覆って熱を遮蔽するもの)も小型化でき、全体として軽量化を達成することができるという利点もある。
【0049】
C.変形例:
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【0050】
C1.変形例1:
上記実施例では、3つの燃焼室#1〜#3の排気経路の長さを互いに等しく設定したが、各排気経路の長さ(正確には燃焼室からタービン室までの長さ)は若干異なっていてもよく、互いにほぼ等しければ良い。本明細書において、排気経路の長さが「互いに等しい」とは、長さの差が約5%以内であることを意味している。
【0051】
C2.変形例2:
上記実施例では、3気筒エンジンについて説明したが、本発明は、一般に多気筒エンジンに適用可能である。但し、気筒数は3の整数倍とすることが好ましい。この場合には、1つの過給器のタービン室には、3つの気筒からの排気管が接続されるようにすることが好ましい。例えば、6気筒エンジンであれば、タービン室を2つ設けたツインターボ過給器を利用することが好ましい。
【0052】
C3.変形例3:
上記実施例では、2サイクル運転と4サイクル運転とを切り換えることが可能なエンジンについて説明したが、本発明は、2サイクル運転のみを行うエンジンにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例としてのガソリンエンジン100の構成を概念的に示した説明図。
【図2】第1実施例のエンジン100の運転モードを示すマップ。
【図3】2サイクル運転の様子を示す説明図。
【図4】2サイクル運転時の給気弁と排気弁を開閉期間を模式的に示す説明図。
【図5】第1実施例の排気系配管を示す斜視図。
【図6】第2実施例の排気系配管を示す斜視図。
【符号の説明】
12…給気通路
14…燃料噴射弁
16,16a〜16c…排気管(排気通路)
20…エアクリーナ
22…スロットル弁
24…電動アクチュエータ
26…触媒
30…ECU
32…クランク角センサ
34…アクセル開度センサ
50…ターボ過給器
52…タービン
52a…タービン室
53…中心軸
54…コンプレッサ
56…シャフト
60…サージタンク
62…インタークーラ
100…ガソリンエンジン
130…シリンダヘッド
130a…排気管取り付け部
132…給気弁
134…排気弁
136…点火プラグ
140…シリンダブロック
142…シリンダ
144…ピストン
146…コネクティングロッド
148…クランクシャフト
160a〜160c…排気管
162,164…電動アクチュエータ
201〜203…入口管
210…フランジ
211〜213…入口管
220…排気経路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an overhead valve type multi-cylinder engine capable of two-cycle operation.
[0002]
[Prior art]
A gasoline engine normally performs four-cycle operation, but a gasoline engine capable of performing two-cycle operation using a supercharger has also been proposed (for example, Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1] JP-A-7-91267 [Patent Document 2] JP-A-2001-304014 [Patent Document 3] JP-A-2000-213342 [Patent Document 4] JP-A 7-17275 [Patent] Document 5: Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-177503 [Patent Document 6] Japanese Utility Model Publication No. 4-1309
The engine described in
[0005]
In recent years, it has been studied to employ a combustion method in which an air-fuel mixture is self-ignited (also referred to as a “premixed self-ignition combustion method”) in an overhead valve type two-cycle engine. In this self-ignition combustion system, for example, gasoline is premixed with air supply and self-ignition is performed by compression. The use of such self-ignition combustion has the advantages of improving fuel economy and reducing the emission of air pollutants (particularly NOx).
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a multi-cylinder two-cycle engine, the scavenging effect tends to be slightly different for each cylinder due to the influence of pressure pulsation in the exhaust pipe of each cylinder. For example, some cylinders have too much exhaust gas (called "internal EGR") remaining in the combustion chamber, so that fresh air is reduced to a rich mixture, while other cylinders have too little residual exhaust gas. In some cases, the fresh air increases and the mixture becomes lean. When the required load (torque) of the engine is small, the amount of fuel injection is small, and therefore, in a cylinder having a leaner air-fuel mixture, a decrease in torque or misfire may occur. On the other hand, when the required load of the engine is large, there is a possibility that knocking may occur or combustion noise may increase in a cylinder with a richer air-fuel mixture. Therefore, when the composition of the air-fuel mixture of each cylinder differs due to the influence of the pressure pulsation in the exhaust pipe of each cylinder, there is a problem that the range of operating conditions under which auto-ignition combustion can be performed is narrowed.
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and in an overhead valve type engine capable of two-cycle operation, the range of operating conditions in which self-ignition combustion can be performed can be expanded as compared with the related art. It aims to provide technology.
[0008]
[Means for Solving the Problems and Their Functions and Effects]
In order to achieve at least a part of the above object, an engine of the present invention is a multi-cylinder engine capable of performing two-cycle self-ignition operation,
A supercharger having a turbine chamber that houses a turbine driven by exhaust gas,
A plurality of exhaust paths from the combustion chambers of the plurality of cylinders to the turbine chamber are independent of each other and have substantially equal lengths.
[0009]
According to this configuration, since the plurality of exhaust paths are separated by the turbine blade, it is possible to prevent the pressures of the respective exhaust paths from interfering with each other. In other words, it is possible to prevent the pressure pulsation in one exhaust path from propagating to another exhaust path. Therefore, it is possible to prevent a difference in the composition of the air-fuel mixture between the cylinders due to the influence of the pressure pulsation in the exhaust pipe of each cylinder, and to obtain an air-fuel mixture having substantially the same composition. As a result, it is possible to extend the range of operating conditions under which self-ignition combustion can be performed, as compared with the related art.
[0010]
In addition, it is preferable that the inlets of the plurality of exhaust paths to the turbine chamber are evenly arranged.
[0011]
According to this configuration, the efficiency of the supercharger can be improved. As a result, a sufficient supercharging effect can be obtained even when the engine speed and load are low, so that the range of operating conditions under which self-ignition combustion can be performed can be further expanded.
[0012]
Further, it is preferable that the pipes in the vicinity of the inlets to the turbine chamber of the plurality of exhaust paths are configured so as to enter the turbine chamber obliquely while proceeding substantially spirally around the central axis of the turbine.
[0013]
According to this configuration, it is possible to further shorten the exhaust path.
[0014]
Further, it is preferable that three exhaust paths of the combustion chambers of the three cylinders that explode at equal intervals are connected to the same turbine chamber.
[0015]
If three exhaust paths for each of the three cylinders are connected to one turbine chamber, the efficiency of the supercharger is improved, so that the range of operating conditions in which self-ignition combustion can be performed can be further expanded. .
[0016]
Note that the present invention can be realized in various aspects, for example, in aspects of an engine, an exhaust device of the engine, a control method of the engine and the exhaust device, and the like.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A. First embodiment:
Next, embodiments of the present invention will be described based on examples. FIG. 1 is an explanatory diagram conceptually showing the configuration of a
[0018]
The combustion chamber of the
[0019]
The
[0020]
An
[0021]
Note that the
[0022]
When pressurized by the
[0023]
The
[0024]
The operation of the
[0025]
FIG. 2 is a map showing an operation mode of the
[0026]
The reason why the two-cycle operation and the four-cycle operation are properly used in this way is as follows. In general, in the two-cycle operation, an explosion occurs once for each rotation of the crankshaft, so that under the same fuel injection amount, a torque approximately twice that of the four-cycle operation can be obtained. Therefore, when the same torque is output, the two-cycle operation requires less fuel injection per operation than the four-cycle operation, and operation can be performed under leaner conditions (conditions with a larger excess air ratio). It is. By operating the gasoline engine under leaner conditions, fuel efficiency can be improved and the concentration of pollutants in exhaust gas can be reduced. Furthermore, it is known that the effect of improving fuel efficiency and reducing the concentration of pollutants in exhaust gas is further enhanced by performing self-ignition operation. However, in the two-cycle operation, so-called scavenging (operation of pushing out exhaust gas by air supply) is performed, but scavenging may not be performed sufficiently at high rotation speed. Thus, under high-rotation operating conditions, four-cycle operation is more suitable.
[0027]
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a state of self-ignition combustion in two-cycle operation. 3 (a) to 3 (c) show the expansion / exhaust / first-stage scavenging stroke (downward stroke) of the two-cycle operation, and FIGS. 3 (d) to (f) show the second-stage scavenging / intake / compression. The stroke (upstroke) is shown. FIG. 4 schematically shows the open / close periods of the air supply valve (IN valve) and the exhaust valve (EX valve) during the two-cycle operation.
[0028]
FIG. 3A shows a state in which the air-fuel mixture in the combustion chamber has started combustion by self-ignition. When the air-fuel mixture burns, high-pressure combustion gas is generated in the combustion chamber and pushes down the
[0029]
When the
[0030]
When the
[0031]
After the fuel is injected and the
[0032]
After the
[0033]
When the
[0034]
As described above, in the two-cycle self-ignition operation, since the lean air-fuel mixture having a large excess air ratio is compressed and self-ignited, the fuel consumption can be reduced, and the emission of air pollutants can be significantly reduced. . It should be noted that when the load is high, the fuel injection amount increases and the excess air ratio decreases, so that knocking tends to occur during compression. Therefore, when the load is high, it is preferable to set the compression ratio slightly lower and burn the air-fuel mixture by igniting with an ignition plug. On the other hand, when the load is extremely low, the self-ignition may be unstable because the fuel injection amount is small. Therefore, even when the load is extremely low, the air-fuel mixture may be burned by igniting with an ignition plug.
[0035]
FIG. 5A is a perspective view showing the exhaust pipe of the first embodiment. This engine is a three-cylinder engine, and a
[0036]
The
[0037]
As shown in FIG. 5B, the
[0038]
Note that the
[0039]
In this embodiment, the lengths of the
[0040]
As described above, in the first embodiment, the exhaust paths of the three
[0041]
As described in the related art, in general, when the required load (torque) of the engine is small, the fuel injection amount is small. Therefore, in a combustion chamber in which the air-fuel mixture is leaner, there is a problem that a torque reduction or misfire occurs. I can do it. Further, when the required load of the engine is large, there may occur a problem that knocking occurs in a cylinder in which the air-fuel mixture is richer and combustion noise increases. However, in this embodiment, since the composition of the air-fuel mixture becomes substantially the same in each combustion chamber, any of such problems can be avoided. Such an effect is maintained even when the operating conditions (the number of rotations and the load) change. Therefore, according to the engine of the present embodiment, it is possible to widen the range of operating conditions (FIG. 2) in which self-ignition combustion is possible.
[0042]
Further, in this embodiment, since the turbine blade functions as a barrier for preventing the propagation of the pressure fluctuation in each of the
[0043]
B. Second embodiment:
FIG. 6 is a perspective view showing an exhaust pipe of the second embodiment. The second embodiment differs from the first embodiment only in the way of connecting the exhaust pipe and the
[0044]
In the second embodiment, three
[0045]
In the second embodiment, as in the first embodiment described above, since the inflow air amount and the residual exhaust gas amount in each combustion chamber are substantially the same, a mixture having substantially the same composition can be obtained in each combustion chamber. effective.
[0046]
Further, the configuration of the second embodiment has an advantage that the length of the exhaust pipe can be made shorter than that of the first embodiment. This is because the
[0047]
As described above, in the second embodiment, the exhaust paths of the three
[0048]
In the second embodiment, since the exhaust path can be shortened, there is an effect that the efficiency of the
[0049]
C. Modification:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, but can be implemented in various modes without departing from the gist of the invention, and for example, the following modifications are possible.
[0050]
C1.
In the above embodiment, the lengths of the exhaust paths of the three
[0051]
C2. Modified example 2:
In the above embodiment, a three-cylinder engine has been described, but the present invention is generally applicable to a multi-cylinder engine. However, it is preferable that the number of cylinders is an integral multiple of three. In this case, it is preferable that exhaust pipes from three cylinders are connected to the turbine chamber of one supercharger. For example, in the case of a six-cylinder engine, it is preferable to use a twin turbocharger provided with two turbine chambers.
[0052]
C3. Modification 3:
In the above embodiment, an engine capable of switching between two-cycle operation and four-cycle operation has been described. However, the present invention is also applicable to an engine that performs only two-cycle operation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view conceptually showing a configuration of a
FIG. 2 is a map showing an operation mode of the
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a state of two-cycle operation.
FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing an open / close period of a supply valve and an exhaust valve during two-cycle operation.
FIG. 5 is a perspective view showing an exhaust pipe of the first embodiment.
FIG. 6 is a perspective view showing an exhaust pipe according to a second embodiment.
[Explanation of symbols]
12 ...
20 ...
32
Claims (4)
排気で駆動されるタービンを収納するタービン室を有する過給器を備えており、
複数の気筒の燃焼室から前記タービン室に至るまでの複数の排気経路が、互いに独立しており、かつ、ほぼ等しい長さを有することを特徴とするエンジン。A multi-cylinder engine capable of two-cycle self-ignition operation,
A supercharger having a turbine chamber that houses a turbine driven by exhaust gas,
An engine, wherein a plurality of exhaust paths from combustion chambers of a plurality of cylinders to the turbine chamber are independent of each other and have substantially equal lengths.
前記複数の排気経路の前記タービン室への入口が均等に配置されている、エンジン。The engine according to claim 1, wherein
An engine, wherein inlets of the plurality of exhaust paths to the turbine chamber are arranged evenly.
前記複数の排気経路の前記タービン室への入口近傍の配管が、前記タービンの中心軸のまわりを略らせん状に進みながら前記タービン室に斜めに入るように構成されている、エンジン。3. The engine according to claim 2, wherein
An engine configured such that pipes near inlets of the plurality of exhaust paths to the turbine chamber enter the turbine chamber obliquely while traveling in a substantially spiral manner around a central axis of the turbine.
互いに等間隔で爆発を行う3つの気筒の燃焼室の3つの排気経路が、同一の前記タービン室に接続されている、エンジン。3. The engine according to claim 2, wherein
An engine, wherein three exhaust paths of combustion chambers of three cylinders that explode at equal intervals are connected to the same turbine chamber.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009228537A (en) * | 2008-03-21 | 2009-10-08 | Mazda Motor Corp | Exhaust apparatus of engine with supercharger |
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JP2012122346A (en) * | 2010-12-06 | 2012-06-28 | Ihi Corp | Scroll part structure and supercharger |
-
2002
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