特許 6235792 内燃機関

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6235792

(24)【登録日】2017年11月2日

(45)【発行日】2017年11月22日

(54)【発明の名称】内燃機関

(51)【国際特許分類】

   F02D 15/04 20060101AFI20171113BHJP

【ＦＩ】

   F02D15/04 F

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-106221(P2013-106221)

(22)【出願日】2013年5月20日

(65)【公開番号】特開2014-227856(P2014-227856A)

(43)【公開日】2014年12月8日

【審査請求日】2016年4月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005463

【氏名又は名称】日野自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100156395

【弁理士】

【氏名又は名称】荒井 寿王

(72)【発明者】

【氏名】工藤 有吾

(72)【発明者】

【氏名】舩山 悦弘

【審査官】 山村 秀政

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−２５７２４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１２７２１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５０７５７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１０４８９２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−２０３４２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実公昭１４−０１１３４６（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】 特開２０００−２３０４３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０７０１５９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 実開平０４−０９５６３９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１２−２１９７０８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｄ １５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直噴ディーゼルエンジンである内燃機関であって、
主燃焼室と前記主燃焼室に連通する可変容積室とを含む燃焼室と、
前記可変容積室を画成し、摺動可能に設けられたサブピストンと、
前記サブピストンのストローク運動を制御するストローク制御部と、を備え、
前記ストローク制御部は、
前記サブピストンのストローク運動を、前記主燃焼室を画成するピストンと接続されたクランクシャフトの軸出力とは異なる出力として取り出す出力部を有し、
圧縮行程において、前記可変容積室の容積を増加させず、
燃焼行程において、前記主燃焼室を画成するピストンが上死点付近に位置し燃料が着火し燃焼するとき、前記サブピストンのストローク運動を制御することにより、筒内圧力が筒内最高圧力で一定となるように前記可変容積室を膨張させることを特徴とする内燃機関。

【請求項2】

前記出力部は、前記サブピストンのストローク運動を回転運動に変換する補助クランク機構と、前記補助クランク機構により得られる軸出力を電気エネルギに変換するモータと、を有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。

【請求項3】

前記出力部は、前記サブピストンのストローク運動を作動油室の作動ピストンに伝達する油圧回路と、前記作動ピストンのストローク運動を電気エネルギに変換するリニアモータと、を有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。

【請求項4】

前記燃焼室及び前記サブピストンを複数備え、
複数の前記サブピストンは、複数の前記燃焼室それぞれにおける前記可変容積室を画成し、
前記油圧回路は、複数の前記サブピストンの前記ストローク運動を一の前記作動ピストンに伝達することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。

【請求項5】

前記ストローク制御部は、膨張行程において、前記可変容積室を膨張させた位置に前記サブピストンが留まるように前記サブピストンのストローク運動を制御することにより、前記可変容積室の膨張状態を維持させることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の内燃機関。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の内燃機関として、例えば下記特許文献１に記載されたものが知られている。この特許文献１に記載された内燃機関では、燃焼室に常時連通する補助室にスライダを摺動自在に取り付け、燃焼室に連通保持された可変容積室を隔成し、可変容積室の容積を最適制御して圧縮による温度上昇を制御することにより、排ガス特性を改善することが図れている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１１−１０７７９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上述したような内燃機関においては、例えば、ノッキングの抑制と筒内最高圧力（Ｐｍａｘ）の増加に起因する摩擦抵抗によるエネルギ損失（フリクションロス）の増加を防ぐため、筒内圧力の過大な上昇を抑制することが望まれている。

【0005】

そこで、本発明は、筒内圧力の過大な上昇を抑制することが可能な内燃機関を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明に係る内燃機関は、主燃焼室と主燃焼室に連通する可変容積室とを含む燃焼室と、可変容積室を画成し、摺動可能に設けられたサブピストンと、サブピストンのストローク運動を制御するストローク制御部と、を備え、ストローク制御部は、少なくとも燃焼工程において、サブピストンのストローク運動を制御することにより、筒内圧力が一定となるように可変容積室を膨張させることを特徴とする。

【0007】

本発明の内燃機関では、ストローク制御部によりサブピストンのストローク運動が制御され、少なくとも燃焼工程において筒内圧力が一定となるように可変容積室が膨張される。従って、筒内圧力の過大な上昇を抑制することが可能となる。

【0008】

また、ストローク制御部は、サブピストンのストローク運動を出力として取り出す出力部を有することが好ましい。この場合、サブピストンのストローク運動を、例えばクランクシャフトとは異なる出力として取り出すことができる。

【0009】

また、出力部は、サブピストンのストローク運動を回転運動に変換する補助クランク機構と、補助クランク機構により得られる軸出力を電気エネルギに変換するモータと、を有することが好ましい。この場合、補助クランク機構及びモータによってサブピストンのストロークを出力として取り出すことができ、上記作用効果を好適に発揮することができる。

【0010】

また、出力部は、サブピストンのストローク運動を作動油室の作動ピストンに伝達する油圧回路と、作動ピストンのストローク運動を電気エネルギに変換するリニアモータと、を有することが好ましい。この場合、油圧回路、作動ピストン、及びリニアモータによってサブピストンのストローク運動を電気エネルギとして取り出すことができ、上記作用効果を好適に発揮することができる。

【0011】

また、燃焼室及びサブピストンを複数備え、複数のサブピストンは複数の燃焼室それぞれにおける可変容積室を画成し、油圧回路は複数のサブピストンのストローク運動を一の作動ピストンに伝達することが好ましい。この場合、複数のサブピストンのストローク運動をまとめて作動ピストンのストローク運動へ伝達することができる。

【0012】

また、ストローク制御部は、膨張工程において、サブピストンのストローク運動を制御することにより、可変容積室の膨張状態が維持させることが好ましい。この場合、膨張工程において、可変容積室を膨張状態に維持でき、これにより、膨張比を増加し高膨張比にするとともに、内燃機関における燃焼サイクルの効率を向上することができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、筒内圧力の過大な上昇を抑制することが可能な内燃機関を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第一実施形態に係る内燃機関の一部の構成を示す概略図である。

【図2】図１に示す内燃機関の動作を説明する図である。

【図3】図１に示す内燃機関の動作を説明する他の図である。

【図4】図２に示す内燃機関の動作におけるＰＶ線図である。

【図5】図１に示す内燃機関の他の動作を説明する図である。

【図6】図１に示す内燃機関の他の動作を説明する他の図である。

【図7】図４に示す内燃機関の動作におけるＰＶ線図である。

【図8】第二実施形態に係る内燃機関の一部の構成を示す概略図である。

【図9】図６に示す内燃機関の動作を説明する図である。

【図10】図６に示す内燃機関の動作を説明する他の図である。

【図11】図７に示す内燃機関の動作におけるＰＶ線図である。

【図12】図６に示す内燃機関の他の動作を説明する図である。

【図13】図６に示す内燃機関の他の動作を説明する他の図である。

【図14】図１０に示す内燃機関の動作におけるＰＶ線図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

【0016】

（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態に係る内燃機関の構成を示す概略図である。内燃機関１は、例えば車両に搭載される走行用の駆動機関であり、１又は複数の気筒を有する４サイクルのディーゼルエンジンとされている（図示する例では、内燃機関１のうち一気筒のみが断面図として示されている）。

【0017】

なお、内燃機関１の構成又は用途は限定されるものではない。例えば、内燃機関１としては、ディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジンであってもよい。また、適用される車両は限定されるものではなく、例えばトラック、バスもしくは重機等の大型車両や中型車両、普通乗用車、小型車両又は軽車両等であってもよい。

【0018】

内燃機関１は、シリンダ５に備えられたピストン１１と、シリンダ５に連通するサブシリンダ７に備えられたサブピストン２１と、サブピストン２１のストローク運動を制御するストローク制御部２４とを備えている。

【0019】

ピストン１１は、シリンダ５内において主燃焼室１０ａを画成するものであり、その軸方向に沿って摺動可能に設けられている。ピストン１１は、コネクティングロッド１２を介してクランクシャフト１３と接続されている。このピストン１１のストローク運動は、コネクティングロッド１２を介して、クランクシャフト１３の軸出力として取り出される。

【0020】

サブシリンダ７は、シリンダ５上部の径方向外側に連設されている。サブピストン２１は、サブシリンダ７内において容積が可変な可変容積室１０ｂを画成するものであり、その軸方向に沿って摺動可能に設けられている。

【0021】

ストローク制御部２４は、可変容積室１０ｂの容積を可変するようにサブピストン２１のストローク運動を制御するものであり、ここでは、少なくとも燃焼圧に応じてサブピストン２１のストローク運動を制御する。このストローク制御部２４は、サブピストン２１に接続されている。また、本実施形態のストローク制御部２４は、サブピストン２１のストローク運動を出力（仕事）として取り出す出力部２４ａとしても機能する。ストローク制御部２４は、補助クランク機構２４ｂ及びモータＭを有している。

【0022】

補助クランク機構２４ｂは、サブピストン２１と連結するサブコネクティングロッド２２と、サブクランクシャフト２３と、を含んでいる。補助クランク機構２４ｂは、サブピストン２１のストローク運動を回転運動に変換するマルチリンク機構であり、複数のリンクにより構成されている。

【0023】

モータＭは、サブピストン２１のストローク運動から、補助クランク機構２４ｂにより取り出される回転運動を電気エネルギに変換するものである。また、モータＭは、サブクランクシャフト２３を介してサブピストン２１に負荷をかけることができ、これにより、サブピストン２１のストローク運動を好適に制御可能となっている。なお、モータＭには、制御装置（不図示）が接続され、この制御装置により、モータＭの動作制御やモータＭからの出力制御が実施されてもよい。

【0024】

このようなストローク制御部２４は、少なくとも燃焼工程において、サブピストン２１のストローク運動を制御することにより、筒内圧力が一定となるように可変容積室１０ｂを膨張させる。以下、このストローク制御部２４の動作の一例を内燃機関１の動作と合わせて詳説する。

【0025】

図２及び図３は、図１に示す内燃機関の動作を説明する図である。図４は、図１に示す内燃機関の動作のＰＶ線図である。図２及び図３において、メイン側の位相とは、クランクシャフト１３の位相であり、ピストン１１が上死点（ＴＤＣ）にあるときのクランクシャフトピン１３ａの位置を０度としている。また、補助側の位相とは、サブピストン２１の位相であり、サブピストン２１が上死点にあるときのサブクランクシャフトピン２３ａの位置を０度とする。図２及び図３のａ１０からｈ１０は、内燃機関１の各行程の状態をあらわす。

【0026】

図２のａ１０からｂ１０に示すように、下死点（ＢＤＣ）から上死点までピストン１１が移動する行程が圧縮工程であり、燃焼室１０内の空気を圧縮する。圧縮工程において、ストローク制御部２４は、図２のａ１１に示すように、サブピストン２１がサブシリンダ７の軸方向下端部に位置するように制御され、可変容積室１０ｂの容積は増加せずに０（無し）とされる。

【0027】

ピストン１１が上死点又はその近傍に位置したとき、図２のｃ１０に示すように、燃焼室１０内の高温高圧の空気に燃料が噴射され、図２のｃ１１に示すように、燃料が燃焼する（燃焼行程）。燃焼行程においては、ストローク制御部２４は、図２のｃ１１に示すように、燃焼圧に応じてサブピストン２１がサブシリンダ７の軸方向上方に移動するように制御され、可変容積室１０ｂの容積が増加（膨張）する。

【0028】

具体的には、本実施形態のストローク制御部２４は、燃焼行程（ここでは、ピストン１１が上死点付近に位置し、燃料が着火し燃焼するとき）において、サブピストン２１のストローク運動を制御することにより、筒内圧力Ｐが筒内最高圧力Ｐｍａｘで一定となるように、可変容積室１０ｂを燃焼圧に応じて膨張させる。つまり、ストローク制御部２４にあっては、筒内最高圧力Ｐｍａｘを維持させたまま燃焼室１０を膨張させ、これにより、ＰＶ線図（図４参照）に示すように、筒内最高圧力Ｐｍａｘが局所的に存在するのではなく、燃焼行程の少なくとも一部において一定に維持される（横ばいで一定化される）。

【0029】

そして、燃焼により膨張したガスがピストン１１を押し下げ、ピストン１１が下死点まで移動し、燃焼室１０内のガスが膨張される（膨張行程）。膨張工程においては、ストローク制御部２４は、図２のｃ１２に示すように、サブピストン２１がサブシリンダ７の軸方向下方に再び位置するように制御され、これにより、燃焼において膨張した可変容積室１０ｂの容積は、縮小（収縮）される。

【0030】

ピストン１１が下死点に位置した後、図２のｄ１０から図３のｇ１０に示すように、ピストン１１が再び上死点まで移動し、燃焼ガスが燃焼室１０外に押し出されて排気される（排気工程）。排気工程においては、ストローク制御部２４は、図２のｅ１０に示すように、サブピストン２１がサブシリンダ７の軸方向下方に位置するように制御され、上記圧縮工程と同様に、可変容積室１０ｂの容積は増加せずに０とされる。そして、排気工程の終了時、燃焼室１０の容積は、圧縮工程の開始前の状態に戻る。

【0031】

ピストン１１が上死点に再び位置した後、図３のｇ１０からｇ１２に示すように、ピストン１１が下死点まで再び下がり、空気がシリンダ５内に吸い込まれる（吸気工程）。吸気工程においては、ストローク制御部２４は、図３のｇ１２に示すように、サブピストン２１がサブシリンダ７の軸方向下端部に位置するように制御され、上記圧縮工程及び排気工程と同様に、可変容積室１０ｂの容積は増加せずに０とされる。

【0032】

ここで、本実施形態では、補助クランク機構２４ｂにより、サブピストン２１のストローク運動が回転運動に変換される。そして、補助クランク機構２４ｂにより変換された回転運動（軸出力）は、モータＭにより電気エネルギとして取り出される。すなわち、補助クランク機構２４ｂの回転運動として取り出した軸出力は、モータＭに吸収されてＨＶ用の電力等として回収されることになる。

【0033】

以上、本実施形態の内燃機関１によれば、燃焼工程において、ストローク制御部２４によりサブピストンのストローク運動が制御され（図２のｃ１１）、筒内圧力Ｐの最大値である筒内最高圧力Ｐｍａｘが一定で維持されるように可変容積室１０ｂが膨張される。これにより、筒内圧力Ｐの過大な上昇を抑制することが可能となり、ノッキングを抑制できるとともに、筒内最高圧力Ｐｍａｘの増加に起因する摩擦抵抗によるエネルギ損失（フリクションロス）の増加を防ぐことができる。さらには、従来の内燃機関において筒内最高圧力Ｐｍａｘが増加する場合と比較して燃焼サイクル効率を向上することができる（図４のＰＶ線図における斜線ハッチング領域Ｗ１からクロスハッチング領域Ｗ２を差し引いた差分に相当。図７、１１及び１４も同様）。

【0034】

また、上述したように、ストローク制御部２４が出力部２４ａとして機能しており、その補助クランク機構２４ｂ及びモータＭの協働によってサブピストン２１のストローク運動を、例えばクランクシャフト１３とは異なる出力として取り出すことができ、エネルギ回収することができる。

【0035】

ところで、筒内に副室を設けて燃焼室容積を膨張させる場合もあるが、この場合、燃焼室容積を膨張させるだけであるため、燃焼により得られた体積膨張分を仕事として取り出せず、損失が大きくなるおそれがある。これに対し、本実施形態では、上述したように、ストローク制御部２４が出力部２４ａとして機能しており、当該膨張仕事を出力として取り出してエネルギ回収でき、よって、この点においても有効なものとなる。

【0036】

次に、図５から図７に基づいて、本実施形態の変形例について説明する。図５及び図６は図１に示す内燃機関の他の動作を説明する図であり、図７は図１に示す内燃機関の動作のＰＶ線図である。図５及び図６のａ２０からｈ２０は、内燃機関１の各行程の状態をあらわす。

【0037】

変形例に係る内燃機関１において、ストローク制御部２４は、膨張工程においても、サブピストン２１のストローク運動をさらに制御することにより、可変容積室１０ｂの膨張状態を維持する。なお、ここでの膨張状態とは、燃焼室１０が容積を有する状態を意味する。

【0038】

このような変形例に係る内燃機関１では、図６のｃ２２に示すように、膨張工程において、ストローク制御部２４によってサブピストン２１のストローク運動が制御され、燃焼行程において軸方向上方に位置されたサブピストン２１が、軸方向下方に移動せずにその位置に留まる。これにより、膨張状態にある可変容積室１０ｂは、膨張行程においても当該膨張状態を維持することとなる。その結果、ＰＶ線図（図７参照）に示すように、膨張比を増加して高膨張比にすることができ、加えて、従来の内燃機関において筒内最高圧力Ｐｍａｘが増加する場合と比較して内燃機関１における燃焼サイクル効率を向上することが可能となる。

【0039】

ちなみに、一般的に、可変バルブタイミングにより有効圧縮率比を下げて膨張比を高める場合も考えられるが、この場合、新気量が減るために過給圧等を高めて筒内のλ（空気過剰率）を維持する必要があり、ポンピングロスが増大して燃費が悪化するおそれがある。これに対し、変形例に係る内燃機関１は、ポンピングロスの増大を抑制して膨張比を高めることができ、この点においても有効なものとなる。

【0040】

（第二実施形態）
図８から図１４を参照して、第二実施形態に係る内燃機関１００について説明する。なお、本実施形態の説明では、第一実施形態との重複説明は省略し、相違点を中心に説明する。

【0041】

図８は、第二実施形態に係る内燃機関の構成を示す概略図である。図８に示すように、本実施形態の内燃機関１００は、少なくとも２気筒Ｘ１，Ｘ２を備えており、複数の燃焼室１０及びサブピストン２１を有している。複数のサブピストン２１は、複数の燃焼室１０それぞれにおける可変容積室１０ｂを画成している。そして、ストローク制御部２４は、油圧回路２７とリニアモータ２６とを有している。

【0042】

油圧回路２７は、複数のサブピストン２１のストローク運動を一の作動ピストン２８に伝達するための回路である。ここでの油圧回路２７では、その油圧をサブピストン２１にバネＳ１及びピストンロッド２２を介して伝達可能に構成されているとともに、作動油室３０内の作動ピストン２８に伝達可能に構成されている。作動ピストン２８は、作動油室３０内において摺動可能に設けられている。この作動ピストン２８には、バネＳ２が接続され、そのストローク方向に付勢されている。

【0043】

この油圧回路２７は、電磁弁等のバルブ２５を備えている。バルブ２５は、その開閉により油圧回路２７における作動油の流れを制御し、サブピストン２１と作動ピストン２８との間の油圧の伝達を制御し、ひいては、サブピストン２１のストローク運動を制御する。

【0044】

具体的には、バルブ２５が開とされる場合、作動油の流れが解放され、サブピストン２１と作動ピストン２８との間でそのストローク運動が伝達可能とされる。その結果、可変容積室１０ｂの容積は可変可能とされる。一方、バルブ２５が閉とされる場合、作動油の流れは抑止され、サブピストン２１と作動ピストン２８との間でそのストローク運動が伝達不能とされる。その結果、可変容積室１０ｂの容積は可変されずに維持される。

【0045】

また、このバルブ２５には、制御装置（不図示）が接続されており、その開閉が制御される。本実施形態では、少なくとも燃焼工程においてバルブ２５が開とされ、これにより、筒内圧力Ｐが筒内最高圧力Ｐｍａｘで一定で維持されるように、可変容積室１０ｂが燃焼圧に応じて膨張される。

【0046】

また、本実施形態のバルブ２５は、第１及び第２バルブ２５_１，２５_２を含んでいる。第１バルブ２５_１は、油圧回路２７において作動油室３０から気筒Ｘ１のサブピストン２１側へ向かう作動油流路に設けられている。第２バルブ２５_２は、油圧回路２７において作動油室３０から気筒Ｘ２のサブピストン２１側へ向かう作動油流路に設けられている。第１及び第２バルブ２５_１，２５_２を交互に開閉することにより、各気筒Ｘ１，Ｘ２のサブピストン２１それぞれのストローク運動が作動ピストン２８に伝達される。このようにして、２つ（複数）のサブピストン２１のストローク運動をまとめて一の作動ピストン２８に伝達させる場合、作動ピストン２８のストローク運動の回数は、１つのサブピストン２１の場合に比べ、２倍（複数倍）とすることができる。

【0047】

リニアモータ２６は、作動ピストン２８のストローク運動を電気エネルギに変換する。このリニアモータ２６は、例えば、リニアソレノイド等を含んでおり、作動油室３０の周囲に配設されている。なお、このリニアモータ２６を制御することにより作動ピストン２８のストローク運動を所望に制御し、油圧回路２７の油圧を制御して複数のサブピストン２１のストローク運動を制御し、ひいては、可変容積室１０ｂの容積を任意に制御してもよい。

【0048】

図９及び図１０は、図８に示す内燃機関の動作を説明する図である。図９は、図８に示す内燃機関１００の気筒Ｘ１の動作を説明する図である。図１０は、図８に示す内燃機関１００の気筒Ｘ２の動作を説明する図である。図１１は、図８に示す内燃機関の動作のＰＶ線図である。なお、図９及び図１０中に示すバルブ開閉は、油圧回路２７に設けられている第１及び第２バルブ２５_１，２５_２の開閉状況である。また、図９及び図１０に示すクランクシャフトの位相は図２及び図３と同様に定義される。図９及び図１０のａ３０からｈ３０は、内燃機関１００の各行程の状態をあらわす。

【0049】

圧縮工程では、図９及び図１０のａ３１に示すように、第１及び第２バルブ２５_１，２５_２が閉とされ、サブピストン２１の動作が抑止され（動きが封じられ）、サブピストン２１がサブシリンダ７の軸方向下端部に位置するように制御され、可変容積室１０ｂの容積は増加せずに０（無し）とされる。

【0050】

燃焼行程においては、図９及び図１０のｃ３１に示すように、第１及び第２バルブ２５_１，２５_２が開とされ、可変容積室１０ｂの圧力を作動ピストン２８が受ける。つまり、燃焼圧に応じてサブピストン２１がサブシリンダ７の軸方向上方に移動するように制御され、可変容積室１０ｂの容積が増加（膨張）する。具体的には、本実施形態のストローク制御部２４は、燃焼行程において、サブピストン２１のストローク運動を制御することにより、筒内圧力Ｐが一定となるように、可変容積室１０ｂを燃焼圧に応じて膨張させる。

【0051】

膨張工程においては、図９及び図１０のｃ３２及びｄ３０に示すように、第１及び第２バルブ２５_１，２５_２が閉とされ、サブピストン２１がサブシリンダ７の軸方向下方に再び位置するように制御され、これにより、燃焼において膨張した可変容積室１０ｂの容積は、縮小（収縮）される。

【0052】

そして、排気工程から吸気工程においては、図９及び図１０のｅ３０からｇ３２に示すように、第１及び第２バルブ２５_１，２５_２の閉状態が維持され、サブピストン２１がサブシリンダ７の軸方向下方に位置するように制御され、上記圧縮工程と同様に、可変容積室１０ｂの容積は増加せずに０とされる。

【0053】

ここで、本実施形態では、サブピストン２１のストローク運動が作動ピストン２８のストローク運動として伝達され、リニアモータ２６により電気エネルギとして取り出される。換言すると、作動ピストン２８のストローク運動を介して、複数のサブピストン２１のストローク運動から電気エネルギが得られることとなる。加えて、従来の内燃機関において筒内最高圧力Ｐｍａｘが増加する場合と比較して内燃機関１００における燃焼サイクル効率を向上することも可能となる。

【0054】

以上、本実施形態においても、筒内圧力の過大な上昇を抑制することができるという上記作用効果が奏される。また、上述したように、作動油室３０の作動ピストン２８を油圧でストローク運動させ、リニアモータ２６で発電させることができ、ＨＶ用の電力等として回収することが可能となる。

【0055】

次に、図１２から図１４に基づいて、本実施形態の変形例について説明する。図１２は、図６に示す内燃機関の他の動作を説明する図である。

【0056】

図１２及び図１３は図８に示す内燃機関の他の動作を説明する図であり、図１４は図８に示す内燃機関の動作のＰＶ線図である。図１２及び図１３のａ４０からｈ４０は、内燃機関１の各行程の状態をあらわす。

【0057】

変形例に係る内燃機関１００において、ストローク制御部２４は、次のように第１及び第２バルブ２５_１，２５_２の開閉を制御してサブピストン２１のストローク運動を制御する。すなわち、圧縮工程では、図１２及び図１３のａ４１に示すように、第１及び第２バルブ２５_１，２５_２が閉とされ、サブピストン２１の動作が抑止され、サブピストン２１がサブシリンダ７の軸方向下端部に位置するように制御され、可変容積室１０ｂの容積は増加せずに０とされる。

【0058】

図１２及び図１３のｂ４０に示すように、ピストン１１が上死点に位置したとき、第１及び第２バルブ２５_１，２５_２が開とされる。そして、図１２及び図１３のｃ４０に示すように、燃料が着火し、燃焼圧に応じてサブピストン２１がサブシリンダ７の軸方向上方に移動するように制御され、筒内圧力Ｐが筒内最高圧力Ｐｍａｘで一定に維持されるように可変容積室１０ｂの容積が増加（膨張）する。

【0059】

その後、図１２及び図１３のｄ４０に示すように、第１及び第２バルブ２５_１，２５_２が閉とされるとともに、当該閉状態が排気行程前まで維持される。これにより、膨張状態にある可変容積室１０ｂは、その膨張状態が排気行程前まで維持される。

【0060】

排気行程において、図１２及び図１３のｅ４０に示すように、第１及び第２バルブ２５_１，２５_２が開とされ、サブピストン２１がサブシリンダ７の軸方向下端部に移動するように制御され、可変容積室１０ｂの容積は増加せずに０とされる。そして、図１２及び図１３のａ４０に示すように、ピストン１１が下死点に位置したとき、第１及び第２バルブ２５_１，２５_２が閉とされるとともに、当該閉状態が維持されて上記圧縮行程に移行される。これにより、可変容積室１０ｂの容積は増加せずに０のまま維持されて、上記圧縮行程に移行される。

【0061】

このような変形例に係る内燃機関１００では、膨張行程においても可変容積室１０ｂの膨張状態を維持することができ、これにより、膨張比を増加して高膨張比にすることができ、加えて、従来の内燃機関において筒内最高圧力Ｐｍａｘが増加する場合と比較して内燃機関１における燃焼サイクル効率を向上することが可能となる。

【0062】

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。

【0063】

例えば、上記第二実施形態では、油圧回路２７は、複数のサブピストン２１のストローク運動を作動ピストン２８にまとめて伝達しているが、これに限定されず、１つのサブピストン２１のストローク運動を作動ピストン２８に伝達してもよい。

【0064】

また、ストローク制御部２４は、運転状態に合わせて所望の圧縮比となるように、例えば圧縮行程や吸気工程にてサブピストン２１のストローク運動をさらに制御し、可変容積室１０ｂの容積を制御してもよい。なお、上記「一定」とは、完全な一定だけでなく略一定も含み、例えば測定誤差やばらつき等を含むものである。

【符号の説明】

【0065】

１…内燃機関、５…シリンダ、７…サブシリンダ、１０…燃焼室、１０ａ…主燃焼室、１０ｂ…可変容積室、１１…ピストン、２１…サブピストン、２４…ストローク制御部、２４ａ…出力部、２４ｂ…補助クランク機構、２６…リニアモータ、２７…油圧回路、２８…作動ピストン、３０…作動油室、Ｍ…モータ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】