特許 7287305 エンジン装置

(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】

(24)【登録日】2023-05-29

(45)【発行日】2023-06-06

(54)【発明の名称】エンジン装置

(51)【国際特許分類】

   F02B 53/00 20060101AFI20230530BHJP

【ＦＩ】

F02B53/00 C

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020020780

(22)【出願日】2020-02-10

(65)【公開番号】P2021127689

(43)【公開日】2021-09-02

【審査請求日】2022-05-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】加藤 秀朗

(72)【発明者】

【氏名】岩橋 卓央

【審査官】津田 真吾

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１０６１５１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００８／０８１２１２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｂ ５３／００

Ｆ０１Ｃ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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、前記第１ピストン部材および前記第２ピストン部材は燃料を燃焼させるための燃焼室を形成する、回転ピストン型のエンジンと、
前記第１ピストン部材および前記第２ピストン部材を回転駆動する回転電機装置と、
前記燃焼室内で前記燃料が着火して燃焼することによる前記燃焼室内の圧力上昇が前記第１ピストン部材および前記第２ピストン部材のうちのいずれか一方のピストン部材を回転駆動する場合において、前記一方のピストン部材の回転中に、前記回転電機装置に駆動トルクを発生させて前記第１ピストン部材および前記第２ピストン部材のうちのいずれか他方のピストン部材を回転駆動し、前記燃料が着火したときの前記一方のピストン部材の位置に前記他方のピストン部材が到達するよりも前に前記他方のピストン部材への駆動トルクの供給を停止するように制御する、制御装置と、を備える、エンジン装置。

【請求項2】

前記回転電機装置は、前記第１ピストン部材に接続され、前記第１ピストン部材を回転駆動する第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ピストン部材を回転駆動する第２回転電機とを有する、請求項１に記載のエンジン装置。

【請求項3】

前記制御装置は、前記燃焼室内の前記圧力上昇による前記第１ピストン部材および前記第２ピストン部材の回転を利用して、前記回転電機装置に回生発電させる、請求項１または２に記載のエンジン装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、エンジン装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特開平６－２５５９号公報（特許文献１）には、回転軸と、回転軸上で回転する第１ロータおよび第２ロータと、第１ロータおよび第２ロータの動力を回転軸へ伝達する動力伝達手段とを備えるロータリエンジンが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平６－２５５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

複数のピストン部材が独立して回転可能な回転ピストン型のエンジンにおいては、エンジンの運転中の損失を低減して燃費を向上することが望まれる。上記文献には、一対のロータの真円回転運動により発生した回転動力を回転軸に対してそのまま出力することで回転ロスをなくすと記載されているが、未だ改善の余地がある。

【0005】

本開示では、運転中の損失を低減できるエンジン装置が提案される。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に従うと、回転ピストン型のエンジンを備えるエンジン装置が提案される。エンジンは、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２ピストン部材と、を含んでいる。ハウジング、第１ピストン部材および第２ピストン部材は、燃料を燃焼させるための燃焼室を形成する。エンジン装置は、回転電機装置と、制御装置とをさらに備えている。回転電機装置は、第１ピストン部材および第２ピストン部材を回転駆動する。制御装置は、燃焼室内での燃料の燃焼による燃焼室内の圧力上昇が第１ピストン部材および第２ピストン部材のうちのいずれか一方のピストン部材を回転駆動する場合において、その一方のピストン部材の回転中に、回転電機装置に駆動トルクを発生させて第１ピストン部材および第２ピストン部材のうちのいずれか他方のピストン部材を回転駆動するように制御する。

【0007】

燃焼室内の圧力上昇で回転駆動されるピストン部材を回転電機装置の駆動トルクで回転させるのではなく、燃焼室内の圧力上昇で回転駆動されないピストン部材を回転電機装置の駆動トルクで回転させる。これにより、ピストン部材を回転させるために回転電機装置の発生する駆動仕事が相対的に小さくなる。回転電機装置に駆動仕事を発生させることはエネルギーの損失となるが、回転電機の駆動仕事を小さくするように制御することで、エンジンの運転中の損失を低減することができる。

【0008】

上記のエンジン装置において、回転電機装置は、第１ピストン部材に接続され、第１ピストン部材を回転駆動する第１回転電機と、第２ピストン部材に接続され、第２ピストン部材を回転駆動する第２回転電機とを有してもよい。

【0009】

上記のエンジン装置において、制御装置は、燃焼室内の圧力上昇による第１ピストン部材および第２ピストン部材の回転を利用して、回転電機装置に回生発電させるように制御してもよい。

【発明の効果】

【0010】

本開示に係るエンジン装置に従えば、運転中の損失を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】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。

【図2】エンジン装置の構成の一部を示す斜視図である。

【図3】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】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。

【図5】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。

【図6】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。

【図7】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。

【図8】先行ロータを駆動させる場合の、時間に対する位相の変化を示すグラフである。

【図9】先行ロータを駆動させる場合の、時間に対する回転数の変化を示すグラフである。

【図10】先行ロータを駆動させる場合の、時間に対するモータトルクの変化を示すグラフである。

【図11】後追ロータを駆動させる場合の、時間に対する位相の変化を示すグラフである。

【図12】後追ロータを駆動させる場合の、時間に対する回転数の変化を示すグラフである。

【図13】後追ロータを駆動させる場合の、時間に対するモータトルクの変化を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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。

【0013】

＜エンジン装置１の概略構成＞
図１は、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、回転電機装置６０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、制御装置２００とを含む。

【0014】

＜エンジン２の構成＞
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とを含む。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

＜エンジン２の内部構造＞
以下、エンジン２の内部構造の一例について図３を参照しつつ説明する。図３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。

【0021】

図３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。

【0022】

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によって支持されており、ハウジング４内で回転可能とされている。第１ピストン部材２４と第２ピストン部材２８とは、図３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ピストン部材２４は、回転中心ＡＸを中心に回転可能である。第２ピストン部材２８は、回転中心ＡＸを中心に回転可能である。

【0023】

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。

【0024】

第１回転体２４ａには、回転中心ＡＸ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ＡＸ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。

【0025】

第２回転体２８ａには、回転中心ＡＸ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ＡＸ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。

【0026】

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。

【0027】

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ピストン部材２４には、回転中心ＡＸが一致するように第１出力軸１６が接続される。第２ピストン部材２８には、回転中心ＡＸ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ピストン部材２４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回転を許容し、当該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ピストン部材２８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回転を許容し、当該回転方向とは逆方向への回転を抑制する。

【0028】

＜エンジン２以外の構成＞
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。

【0029】

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。回転電機装置６０は、第１ＭＧ（Motor Generator）６１と、第２ＭＧ（Motor Generator）６２とを有している。第１出力軸１６は、第１ＭＧ６１の回転軸に接続されている。第２出力軸１８は、第２ＭＧ６２の回転軸に接続されている。

【0030】

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、実施形態における第１回転電機に相当する。第２ＭＧ６２は、実施形態における第２回転電機に相当する。

【0031】

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。

【0032】

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。第１ＭＧ６１は第１出力軸１６を介して第１ピストン部材２４に接続されており、第１ＭＧ６１は第１ピストン部材２４の回転により回生発電可能に構成されている。

【0033】

または、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１ＭＧ６１は第１出力軸１６を介して第１ピストン部材２４に接続されており、第１ＭＧ６１は第１ピストン部材２４を回転駆動可能に構成されている。

【0034】

制御装置２００は、第１インバータ７１に制御信号ＩＮＶ１を送信することにより、第１ピストン部材２４の回転動作を制御する。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。第２ＭＧ６２は第２出力軸１８を介して第２ピストン部材２８に接続されており、第２ＭＧ６２は第２ピストン部材２８の回転により回生発電可能に構成されている。

【0038】

または、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２ＭＧ６２は第２出力軸１８を介して第２ピストン部材２８に接続されており、第２ＭＧ６２は第２ピストン部材２８を回転駆動可能に構成されている。

【0039】

制御装置２００は、第２インバータ７２に制御信号ＩＮＶ２を送信することにより、第２ピストン部材２８の回転動作を制御する。

【0040】

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。

【0041】

バッテリ８０は、たとえば、ニッケル水素電池、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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

＜エンジン装置１の動作＞
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４～７は、燃焼室Ｃ１～Ｃ４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。

【0045】

図４～７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４～７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４ｍ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Ｃ１～Ｃ４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Ｃ１～Ｃ４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。

【0046】

第１ピストン部材２４の第１壁面部材２４ｂは、２つの板状部材２４ｂ１，２４ｂ２を有している。板状部材２４ｂ１，２４ｂ２は、回転中心ＡＸを中心に、一体に回転可能である。板状部材２４ｂ１は、第１ピストン部材２４の回転方向の前方面２４ｍ１と、回転方向の後方面２４ｎ１とを有している。板状部材２４ｂ２は、第１ピストン部材２４の回転方向の前方面２４ｍ２と、回転方向の後方面２４ｎ２とを有している。

【0047】

第２ピストン部材２８の第２壁面部材２８ｂは、２つの板状部材２８ｂ１，２８ｂ２を有している。板状部材２８ｂ１，２８ｂ２は、回転中心ＡＸを中心に、一体に回転可能である。板状部材２８ｂ１は、第２ピストン部材２８の回転方向の前方面２８ｍ１と、回転方向の後方面２８ｎ１とを有している。板状部材２８ｂ２は、第２ピストン部材２８の回転方向の前方面２８ｍ２と、回転方向の後方面２８ｎ２とを有している。

【0048】

燃焼室Ｃ１は、ハウジング４の内周面４ｍ、板状部材２４ｂ１の前方面２４ｍ１、および板状部材２８ｂ１の後方面２８ｎ１によって、規定されている。燃焼室Ｃ２は、ハウジング４の内周面４ｍ、板状部材２８ｂ２の前方面２８ｍ２、および板状部材２４ｂ１の後方面２４ｎ１によって、規定されている。燃焼室Ｃ３は、ハウジング４の内周面４ｍ、板状部材２４ｂ２の前方面２４ｍ２、および板状部材２８ｂ２の後方面２８ｎ２によって、規定されている。燃焼室Ｃ４は、ハウジング４の内周面４ｍ、板状部材２８ｂ１の前方面２８ｍ１、および板状部材２４ｂ２の後方面２４ｎ２によって、規定されている。

【0049】

図３に示されるワンウェイクラッチ２２，２６は、図４～７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４～７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Ｃ４、燃焼室Ｃ３、燃焼室Ｃ２および燃焼室Ｃ１は、この一方向においてこの順に並んでいる。

【0050】

図４に示される燃焼室Ｃ１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Ｃ１で燃料が燃焼すると、燃焼室Ｃ１内の圧力が急激に上昇する。燃焼室Ｃ１内の圧力は、板状部材２４ｂ１の前方面２４ｍ１に対して図中の反時計回り方向の力として作用し、板状部材２８ｂ１の後方面２８ｎ１に対して図中の時計回り方向の力として作用する。第１ピストン部材２４の反時計回りの移動は、ワンウェイクラッチ２２によって抑制されている。そのため、燃焼室Ｃ１内の圧力上昇は、第１ピストン部材２４および第２ピストン部材２８のうち、第２ピストン部材２８のみを回転駆動させる。

【0051】

図５に示されるように、第１ピストン部材２４の回転位置が維持される一方、第２ピストン部材２８は、図中の実線矢印に沿って、図中の時計回り方向（上述した一方向）に回転する。燃焼室Ｃ１では、燃焼室Ｃ１内の気体の膨張とともに燃焼室Ｃ１の容積が増加する、膨張行程となる。図５に示される実線矢印は、第２ピストン部材２８が加速しながら回転する加速回転運動を示す。図１に示される制御装置２００は、第２ピストン部材２８の回転を利用して、第２ピストン部材２８に接続された第２ＭＧ６２に回生発電させる。第２ＭＧ６２の発電した電力は、図１に示されるバッテリ８０に蓄えられる。

【0052】

燃焼室Ｃ１での燃料の燃焼によって、第２ピストン部材２８が一方向に回転すると、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Ｃ４の容積が減少する。このとき、燃焼室Ｃ４は、排気管８と連通している。そのため、燃焼室Ｃ４内の排気は、燃焼室Ｃ４の容積の減少とともに、排気管８に排出される。燃焼室Ｃ４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。

【0053】

一方、図４に示される燃焼室Ｃ２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Ｃ２内に吸入される。燃焼室Ｃ２では、吸気管６から混合気が吸入される吸気行程となる。

【0054】

燃焼室Ｃ１での燃料の燃焼によって第２ピストン部材２８が一方向に回転する途中で、燃焼室Ｃ２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Ｃ２の容積が減少する。このとき、図５に示されるように、燃焼室Ｃ２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Ｃ２の容積の減少によって燃焼室Ｃ２内の混合気が圧縮される。燃焼室Ｃ２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。

【0055】

図４に示される燃焼室Ｃ３では、燃焼室Ｃ１での燃料の燃焼によって第２ピストン部材２８が一方向に回転すると、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Ｃ３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５に示されるように、燃焼室Ｃ３の容積の増加とともに、吸気管６から混合気が燃焼室Ｃ３内に吸入される。燃焼室Ｃ３では、吸気管６から混合気が吸入される吸気行程となる。

【0056】

図６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Ｃ２内の混合気がさらに圧縮されて、燃焼室Ｃ２内の圧力が上昇する。燃焼室Ｃ２内の圧力の高められた気体が板状部材２８ｂ２の前方面２８ｍ２に図中の反時計回り方向の力を作用することによって、第２ピストン部材２８が減速する。図６および図７中の破線矢印は、第１ピストン部材２４および第２ピストン部材２８が減速しながら回転する減速回転運動を示す。

【0057】

一方、第１ピストン部材２４は、第１ＭＧ６１によって駆動されて、一方向に回転する。第２ピストン部材２８が第１ピストン部材２４に接近しすぎないように、第１ＭＧ６１により第１ピストン部材２４をアシスト駆動する。図６中の白抜き矢印は、第１ＭＧ６１の発生する駆動トルクによる第１ピストン部材２４の回転運動を示す。図１に示される制御装置２００は、図６に示されるように、第２ピストン部材２８が一方向に回転中に、第１ピストン部材２４に接続された第１ＭＧ６１に駆動トルクを発生させて、第１ピストン部材２４を回転駆動する。

【0058】

図７に示されるように、第２ピストン部材２８がさらに回転することで燃焼室Ｃ２の容積がさらに減少し、燃焼室Ｃ２内の圧力がさらに上昇することにより、第２ピストン部材２８は減速回転運動を続ける。一方、制御装置２００が第１ピストン部材２４の回転を利用して第１ピストン部材２４に接続された第１ＭＧ６１に回生発電させることにより、第１ピストン部材２４もまた、減速回転運動するようになる。第１ＭＧ６１から第１ピストン部材２４への駆動トルクの供給が停止することで、第１ピストン部材２４はより大きく減速する。

【0059】

図４に示される第２ピストン部材２８の位置に到達するまで第１ピストン部材２４が回転し、図４に示される第１ピストン部材２４の位置に到達するまで第２ピストン部材２８が回転すると、燃焼室Ｃ２で燃料が燃焼する。燃焼室Ｃ２内の圧力上昇が、第１ピストン部材２４を回転駆動する。第１ピストン部材２４の回転により、第１ＭＧ６１が回生発電する。第２ピストン部材２８は、第２ＭＧ６２の駆動トルクを受けて回転する。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４に示す配置へと戻る。

【0060】

このようにして、燃焼室Ｃ１～Ｃ４のうちのいずれかで燃焼する毎に、第１ピストン部材２４および第２ピストン部材２８のうちのいずれか一方のピストン部材が、燃焼室内での燃料の燃焼による圧力上昇で、回転駆動される。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Ｃ１、燃焼室Ｃ２、燃焼室Ｃ３および燃焼室Ｃ４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。

【0061】

燃焼室内での燃料の燃焼による燃焼室内の圧力上昇が第２ピストン部材２８を回転駆動する場合において、制御装置２００は、第２ピストン部材２８の回転中に、第１ＭＧ６１に駆動トルクを発生させて、第１ピストン部材２４を回転駆動する。燃焼室内での燃料の燃焼による燃焼室内の圧力上昇が第１ピストン部材２４を回転駆動する場合において、制御装置２００は、第１ピストン部材２４の回転中に、第２ＭＧ６２に駆動トルクを発生させて、第２ピストン部材２８を回転駆動する。

【0062】

燃焼室内で燃料が燃焼すると、第１ピストン部材２４および第２ピストン部材２８のうちのいずれか一方のピストン部材が、燃焼室内の圧力によって回転駆動する。この場合に、燃焼開始時にいずれか他方のピストン部材が配置されている位置にまで当該いずれか一方のピストン部材が回転するよりも前に、当該いずれか他方のピストン部材は、回転電機の発生する駆動トルクで回転して、位置を変えている。これにより、第１ピストン部材２４と第２ピストン部材２８との衝突が確実に回避されるので、エンジン２の運転を安定して継続することができる。

【0063】

第１ピストン部材２４と第２ピストン部材２８との衝突回避のために、燃焼室内の圧力上昇で回転駆動されるピストン部材を回転電機の駆動トルクで回転させるのではなく、燃焼室内の圧力上昇で回転駆動されないピストン部材を回転電機の駆動トルクで回転させる。これにより、ピストン部材を回転させるために回転電機の発生する駆動仕事が相対的に小さくなる。回転電機に駆動仕事を発生させることはエネルギーの損失となるが、回転電機の駆動仕事を小さくするように制御することで、エンジン２の運転中の損失を低減できる。したがって、エンジン２の燃費を向上することができる。駆動力を確保するために回転電機を大きくする必要がないので、エンジン装置１を小型化することができる。

【0064】

上述の実施形態においては、第１ピストン部材２４に第１ＭＧ６１が接続され、第２ピストン部材２８に第２ＭＧ６２が接続される例について説明した。複数のピストン部材がそれぞれ別の回転電機に接続される構成に替えて、エンジン装置１が複数のピストン部材のいずれか１つに選択的に接続される１つの回転電機を備える構成としてもよい。たとえば、クラッチを使用することにより、回転電機と第１ピストン部材２４とが接続されるときと、回転電機と第２ピストン部材２８とが接続されるときとを切り換える構成としてもよい。

【実施例】

【0065】

以下、実施例について説明する。先行ロータを回転電機で駆動させる場合と、後追ロータを回転電機で駆動させる場合とで、回転電機に駆動トルクを発生させることによる損失を比較した。ここでの先行ロータとは、圧縮行程にある燃焼室に対して回転方向の下流側にあるピストン部材をいい、後追ロータとは、圧縮行程にある燃焼室に対して回転方向の上流側にあるピストン部材をいう。たとえば図６においては、第１ピストン部材２４が先行ロータであり、第２ピストン部材２８が後追ロータである。

【0066】

図８は、先行ロータを駆動させる場合の、時間に対する位相の変化を示すグラフである。図９は、先行ロータを駆動させる場合の、時間に対する回転数の変化を示すグラフである。図１０は、先行ロータを駆動させる場合の、時間に対するモータトルクの変化を示すグラフである。図１１は、後追ロータを駆動させる場合の、時間に対する位相の変化を示すグラフである。図１２は、後追ロータを駆動させる場合の、時間に対する回転数の変化を示すグラフである。図１３は、後追ロータを駆動させる場合の、時間に対するモータトルクの変化を示すグラフである。

【0067】

図８～１３の各々の横軸は、時間を示す。燃焼室内で燃焼を開始した時刻を時刻０とする。図８，１１の縦軸は、先行ロータおよび後追ロータの位相を示す。図４～７における図中の上下方向を位相０の角度とする。図９，１２の縦軸は、先行ロータおよび後追ロータの回転数を示す。図１０，１３の縦軸は、先行ロータおよび後追ロータの各々に接続された回転電機のトルク（モータトルク）を示す。モータトルクが負の範囲で、回転電機は回生発電しているものとする。モータトルクが正の範囲で、回転電機は駆動トルクを発生しているものとする。

【0068】

図８～１０では、燃焼室内の圧力上昇によって後追ロータが回転している間に、先行ロータに接続されている回転電機に駆動トルクを発生させて、先行ロータを回転駆動する。図１０中のハッチングを付した領域の面積が、駆動トルクを積分した面積であり、回転電機の発生する駆動仕事の量に相当する。

【0069】

図１１～１３では、燃焼室内の圧力上昇によって後追ロータが回転している間に、後追ロータに接続されている回転電機に駆動トルクを発生させて、後追ロータを回転駆動する。図１３中のハッチングを付した領域の面積が、駆動トルクを積分した面積であり、回転電機の発生する駆動仕事の量に相当する。

【0070】

図１０と図１３とを比較して、先行ロータを駆動させる図１０のほうがハッチングを付した領域の面積が小さく、回転電機の発生する駆動仕事が小さかった。したがって、回転電機の発生する駆動トルクで後追ロータではなく先行ロータを回転駆動するように制御することで、エンジンの運転中の損失をより小さくでき、エンジンの燃費を向上できることが示された。

【0071】

今回開示された実施形態および実施例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、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。

【符号の説明】

【0072】

１ エンジン装置、２ エンジン、４ ハウジング、４ｍ 内周面、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、２４ｂ１，２４ｂ２，２８ｂ１，２８ｂ２ 板状部材、２４ｂ 第１壁面部材、２４ｍ１，２４ｍ２，２８ｍ１，２８ｍ２ 前方面、２４ｎ１，２４ｎ２，２８ｎ１，２８ｎ２ 後方面、２８ 第２ピストン部材、２８ａ 第２回転体、２８ｂ 第２壁面部材、６０ 回転電機装置、６１ 第１ＭＧ、６２ 第２ＭＧ、７１ 第１インバータ、７２ 第２インバータ、２００ 制御装置、ＡＸ 回転中心、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ 燃焼室。

【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】