CN105209729B - 直流扫气式二冲程发动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种直流扫气式二冲程发动机，该直流扫气式二冲程发动机具有压力缸（110）、活塞、扫气口（124）和燃料喷射部（128），前述压力缸（110）在内部形成有燃烧室，前述活塞在压力缸内滑动，前述扫气口（124）设置于压力缸的一端部侧，前述一端部侧为活塞的冲程方向的一方的端部侧，对应活塞的滑动动作向燃烧室吸入活性气体，前述燃料喷射部（128）的喷射口（128a）位于压力缸的外侧，朝被向扫气口吸入的活性气体喷射燃料气体。由此，该直流扫气式二冲程发动机能够使向从扫气口流入的活性气体喷射燃料气体这一方案，在不使扫气口内壁的强度降低的情况下，通过容易的加工来实现。

Description

直流扫气式二冲程发动机

技术领域

本发明涉及一种直流扫气式二冲程发动机，该直流扫气式二冲程发动机使预混合气体燃烧，前述预混合气体通过向从扫气口吸入的活性气体喷射燃料气体来生成。

本申请基于2013年5月10日在日本申请的日本特愿2013-100529号主张优先权，将其内容引用于此。

背景技术

在也作为船舶的发动机使用的直流扫气式二冲程发动机中，在压力缸的活塞冲程方向一端部上设置有扫气口，在压力缸的活塞冲程方向另一端部侧设置有排气口。若在吸气（进气）行程中从扫气口将活性气体吸入至燃烧室，则由燃烧作用产生的废气被吸入的活性气体从排气口压出而排出。这时，向吸入的活性气体喷射燃料气体，生成预混合气体，压缩生成的预混合气体，由此获得燃烧作用，活塞借助由该燃烧作用产生的爆炸压力在压力缸内往复运动。

在这样的直流扫气式二冲程发动机中，在燃料气体和活性气体的混合不充分的情况下，局部燃料气体的浓度过高，产生过早点火和未燃烧气体的排出等问题。因此，例如专利文献1中所述，在扫气口的内壁上设置有连通孔，使喷嘴管从连通孔向扫气口突出。并且，公开了下述技术：从喷嘴管向扫气口内喷射燃料气体，在活性气体被吸入至压力缸内之前，开始和燃料气体的混合，由此确保压力缸内的燃料气体和活性气体的混合时间。

专利文献1：日本特许第3908855号公报。

但是，在前述专利文献1的方案中，在扫气口的内壁上设置有连通孔，相应地扫气口的内壁的强度下降。另外，在设置有多个扫气口的情况下，为了使扫气口的宽度变大，相邻扫气口之间的分隔壁的壁厚变薄。因此，根据设置连通孔的位置，扫气口的分隔壁的强度可能会降低，甚至连在扫气口的分隔壁上设置连通孔的加工也变得困难。

发明内容

本发明考虑到这样的问题，将提供一种直流扫气式二冲程发动机作为目的，该直流扫气式二冲程发动机能够使向从扫气口流入的活性气体喷射燃料气体这一方案，在不使扫气口的内壁强度降低的情况下，通过容易的加工来实现。

为了解决前述问题，涉及本发明的第一技术方案的直流扫气式二冲程发动机具有压力缸、活塞、扫气口和燃料喷射部，前述压力缸在内部形成有燃烧室，前述活塞在压力缸内滑动，前述扫气口设置于压力缸的一端部侧，前述一端部侧为活塞的冲程方向的一方的端部侧，对应活塞的滑动动作向燃烧室吸入活性气体，前述燃料喷射部的喷射口位于压力缸的外侧，朝被向扫气口吸入的活性气体喷射燃料气体。

在前述第一技术方案中，也可以是，扫气口在活塞的周向上以分别间隔开的方式设置多个，燃料喷射部的喷射口位于相邻的扫气口之间的分隔壁处的、压力缸的径向外侧。

在前述第一或第二技术方案中，也可以是，燃烧喷射部具有引导燃料气体的配管部，配管部从压力缸向压力缸的径向外侧间隔开，而且，将压力缸沿周向包围，并且，以与压力缸独立的方式被支承。

根据本发明的直流扫气式二冲程发动机，将燃料喷射部设置成其喷射口位于压力缸的外侧，因此，能够使向从扫气口流入的活性气体喷射燃料气体这一方案，在不使扫气口内壁的强度降低的情况下，通过容易的加工来实现。

附图说明

图1是表示本发明第1实施方式中的直流扫气式二冲程发动机的整体结构的说明图。

图2A是用来说明燃料喷射部的、和图1相同的剖面中的压力缸的一部分和燃料喷射部的剖视图。

图2B是沿图2A的Ⅱ（b）−Ⅱ（b）线的剖视图。

图2C是沿图2B的箭头Ⅱ（c）方向的视图。

图2D是图2C的虚线部分的放大图。

图3是表示本实施方式中的各控制部的动作的图。

图4是用来说明本发明第2实施方式中的直流扫气式二冲程发动机的图。

具体实施方式

以下，参照附图，关于本发明的优选实施方式详细地进行说明。在该实施方式中表示的尺寸、材料和其他具体的数值等，只是用来使发明的理解更容易的例示，除了特别注明的情况，并不限定本发明。此外，在本说明书及附图中，对于具有实质上相同的功能、结构的要素，附加相同的附图标记，由此省略重复说明，另外省略和本发明没有直接关系的要素的图示。

（第1实施方式）

图1是表示本发明的第1实施方式中的直流扫气式二冲程发动机100的整体结构的图。本实施方式的直流扫气式二冲程发动机100例如用于船舶等。具体来说，直流扫气式二冲程发动机100构成为，包含压力缸110（压力缸头110a、压力缸体110b）、活塞112、支承部114、先导喷射阀116、排气口118、排气阀驱动装置120、排气阀122、扫气口124、扫气室126、燃料喷射部128、旋转编码器130和燃烧室140，借助调速器150、燃料喷射控制部152和排气控制部154等控制部进行控制。

在直流扫气式二冲程发动机100中，通过吸气（进气）、压缩、燃烧、排气这样的4个连续的行程，连接于没有图示的十字头的活塞112在压力缸110内滑动自如地往复移动。利用这样的十字头型的活塞112，能够使压力缸110内的冲程形成得比较长，能够使作用于活塞112的侧压被十字头承受，因此，能够实现直流扫气式二冲程发动机100的高输出化。进而，压力缸110与收纳十字头的没有图示的曲柄箱隔离，因此即使在使用劣质燃油的情况下也能够防止曲柄箱的污损老化。

支承部114具有基座114a、卡止部114b及导向部114c，固定支承压力缸110。在基座114a上，形成有插通压力缸110的压力缸孔114d和插通导向部114c的导向孔114e，支承直流扫气式二冲程发动机100整体的载荷。卡止部114b嵌合于设置在压力缸110的压力缸体110b的外周面的槽，位于压力缸孔114d的上方，将压力缸110卡止于基座114a的上表面。导向部114c被从活塞112向冲程方向突出的活塞杆112a插通，抑制活塞112的径向的晃动。

先导喷射阀116设置于作为压力缸110的冲程方向一端部的、比活塞112的上止点更靠上方的压力缸头110a上，在发动机冲程中的所期望的时间点喷射适量的燃油。该燃油由于燃烧室140的热量而自燃，在短暂的时间内燃烧，使燃烧室140的温度变得极高，前述燃烧室140被压力缸头110a、压力缸体110b中的压力缸套和活塞112包围。因此，能够使包含燃料气体的预混合气体按照所期望的时机可靠地燃烧。

排气口118为开口部，设置于压力缸110的一端侧，前述一端侧为活塞112的冲程方向的一端侧，即，比活塞112的上止点更靠上方的压力缸头110a的顶部，为了排出在压力缸110内产生的燃烧后的废气而进行开闭。排气阀驱动装置120按照既定的时机使排气阀122上下滑动，开闭排气口118。像这样经由排气口118排出的废气，例如，供给到没有图示的增压器的涡轮侧后，向外部排出。

扫气口124为从压力缸110的另一端（一方的端部）侧的内周面（压力缸体110b的内周面）贯通至外周面的孔，在压力缸110的整周上，以分别间隔开的方式设置多个，前述另一端侧为活塞112的冲程方向的另一端侧。

而且，扫气口124对应活塞112的滑动动作将活性气体吸入至压力缸110内。该活性气体包含氧、臭氧等氧化剂或其混合气体（例如空气）。在扫气室126中，封入有被没有图示的增压器的压缩机加压的活性气体（例如空气），借助扫气室126和压力缸110内的压差从扫气室124吸入活性气体。扫气室126的压力可以为大致恒定，但是也可以是，在扫气室126的压力变化的情况下，在扫气口124上设置压力计，对应其测量值控制燃料气体的喷射量等其他参数。

图2A~图2D是用来说明燃料喷射部128的图，图2A表示和图1相同的剖面中的压力缸110的一部分和燃料喷射部128，图2B表示沿图2A的Ⅱ（b）−Ⅱ（b）线的剖面，图2C表示沿图2B的箭头Ⅱ（c）方向的视图。另外，图2D表示图2C的虚线部分的放大图。在图2A~图2D中，为了容易理解，关于燃料喷射部128的剖面结构及活塞112，省略图示。

如图2A所示，燃料喷射部128具有和压力缸110分体地形成的混合管128a和128b。混合管128a和128b分别是将压力缸110的径向外侧沿周向包围的环状部件。混合管128a配置于比扫气口124更靠活塞112的冲程方向的一端侧（图2A中为上侧）的位置，混合管128b配置于比扫气口124更靠活塞112的冲程方向的另一端侧（图2A中为下侧）的位置。

如图2A所示，在压力缸110的外周面上，在形成于混合管128a的上侧的槽110c中，嵌合有环156a，借助环156a制约混合管128a向上侧的移动。同样，在压力缸110的外周面上，在形成于混合管128b的下侧的槽110d中，嵌合有环156b，借助环156b制约混合管128b向下侧的移动。

另外，如图2B所示，混合管128b由将压力缸110分别沿周向包围且每个包围半周的两个部件158a和158b构成，将设置于部件158a和158b各自的两端部的突出部158c和158d用链或螺母等连结（所谓的G连接（G-coupling））。即，混合管128b将压力缸110从外周侧紧固，借助混合管128b和压力缸110的接触部分的摩擦力，也能限制混合管128b的图2A中上下方向的移动。这里，关于混合管128b的固定方法进行了说明，混合管128a也由和混合管128b同样的结构连结。

在混合管128a和128b各自的内部，形成有延伸为环状的混合室，流动有将LNG（液化天然气）气化得到的燃料气体的燃料配管（图中未示出）及流动有活性气体的活性配管（图中未示出）经由开闭阀128c连通。

而且，在混合室中，来自燃料配管的燃料气体及来自活性配管的活性气体被混合，生成预混合气体。这里，燃料气体不限于LNG，例如，也可以应用将LPG（液化石油气）、轻油、重油等气化得到的气体。

流通管128d如图2C所示，配置于混合管128a和混合管128b之间，两端分别固定于混合管128a和混合管128b上。另外，如图2D所示，在与压力缸110的外周面中设置于相邻扫气口124之间的分隔壁124a相对的位置上（扫气口124的分隔壁124a的径向外侧），针对个分隔壁124a配置1个流通管128d。

流通管128d中，有连通于混合管128a的流通管和连通于混合管128b的流通管，它们在压力缸110的周向上交替地配置。即，相邻的流通管128d中，一个连通于混合管128a，另一个连通于混合管128b。这样一来，在流通管128d中，流通有从混合管128a或混合管128b流入的包含燃料气体的预混合气体。

另外，如图2D所示，在流通管128d上形成有喷射口128e。喷射口128e为将流通管128d的内周面和外周面连通的孔。即，喷射口128e位于相邻的扫气口124之间的、压力缸110的径向外侧（压力缸110的外侧）。另外，喷射口128e从流通管128d朝向压力缸110的周向开口。

而且，若接受来自后述的燃料喷射控制部152的指令，开闭阀128c开阀，则从唯一开口的喷射口128e喷出预混合气体。如此一来，朝向从扫气室126向扫气口124流动的活性气体，从燃料喷射部128的喷射口128e吹出预混合气体。这时，能够在扫气口124附近的活性气体中产生涡流，借助涡流促进活性气体和预混合气体的混合。

另外，在本实施方式中，将燃料喷射控制部152在压力缸110的径向外侧设置成和压力缸110分体。因此，能够在不使扫气口124的分隔壁124a的强度降低且不要求对扫气口124的分隔壁124a的难易度高的加工的情况下，通过容易的加工构成燃料喷射部128。

另外，形成有喷射口128e的流通管128d位于相邻扫气口124之间的、压力缸110的径向外侧。因此，能够避免下述情况：流通管128d妨碍向扫气口124流通的活性气体的流动。

回到图1，旋转编码器130设置于没有图示的曲柄机构上，检测曲柄的角度信号（以下称为曲柄角度信号）。

调速器150基于从上位的控制装置输入的发动机输出指令值和借助来自旋转编码器130的曲柄角度信号得到的发动机转速，导出燃料喷射量，向燃料喷射控制部152输出。

燃料喷射控制部152基于从调速器150输入的表示燃料喷射量的信息和来自旋转编码器130的曲柄角度信号，控制开闭阀128c（参照图2A）。

排气控制部154基于来自燃料喷射控制部152的涉及燃料喷射量的信号以及来自旋转编码器130的曲柄角度信号，向排气阀驱动装置120输出排气阀操作信号。

以下，关于前述直流扫气式二冲程发动机100的发动机冲程中的各控制部的动作进行说明。

图3是说明各控制部的动作的图。如图3所示，在燃烧行程后的排气行程中，排气口118及扫气口124处在闭合状态，燃烧室140（压力缸110内）中充满了废气。

若借助由燃烧室140的燃烧作用产生的爆炸压力，活塞112下降而接近下止点，则排气控制部154通过排气阀驱动装置120使排气阀122开阀，另外扫气口124对应活塞112的滑动动作开口（图3所示的t1）。如此一来，从扫气口124吸入活性气体。

而且，燃料喷射控制部152基于从调速器150输入的表示燃料喷射量的信息和借助来自旋转编码器130的曲柄角度信号导出的发动机转速等，使开闭阀128开阀，从燃料喷射部128向扫气口124处的压力缸110的径向外侧喷射预混合气体。由此，在被吸入扫气口124之前的活性气体中包含预混合气体。

预混合气体形成用来促进活性气体和包含于预混合气体的燃料气体的混合的漩涡，同时上升，将燃烧室140（压力缸110内）的废气从排气口118压出。

而且，在活塞112从下止点朝向上止点上升的压缩行程中，燃料喷射控制部152使开闭阀128闭阀，从燃料喷射部128向扫气口124内的燃料气体的喷射停止。另外，扫气口124闭口，活性气体的吸入被停止。

这时，排气控制部154将排气阀122维持在开阀状态，借助活塞112的上升，燃烧室140（压力缸110内）的废气继续从排气口118被排出。

其后，若活塞112进一步上升，则排气控制部154将排气阀122闭阀，将排气口118闭口（图3所示的t2）。于是，借助燃烧室140的燃烧作用产生爆炸。

这样一来，在燃烧室140中预混合气体燃烧，由此，如前述那样重复排气、吸气、压缩、燃烧行程。

（第2实施方式）

接下来，关于本发明的第2实施方式中的燃料喷射部228及其支承结构进行说明。在第2实施方式中，和前述第1实施方式相比，只有燃料喷射部228及其支承结构不同，因此这里省略对和前述第1实施方式相同的结构的说明，仅关于结构不同的燃料喷射部228及其支承结构进行说明。

图4是用来说明第2实施方式中的直流扫气式二冲程发动机200的说明图。在图4中，在直流扫气式二冲程发动机200的结构中，省略对控制系统的功能部、比压力缸体110b靠上侧的结构及扫气室126的图示。

燃料喷射部228是和第1实施方式中的燃料喷射部128实质上相同的结构，但是引导活性气体和燃料气体的混合管228a及混合管（配管部）228b不抵接于压力缸110，以在压力缸110的径向外侧和压力缸110间隔开的状态将压力缸110沿周向包围。

而且，为了支承燃料喷射部228，配置有基台202及支承棒204。基台202为在压力缸110的冲程方向的一端侧固定于基座114a的环状部件，外径比压力缸110大，插通有活塞112的活塞杆112a。另外，在基台202的下表面202b上，配合基座114a形成有阶梯，基台202的上表面202a维持大致水平。

支承棒204为固定于基台202的上表面202a的棒状部件，一端固定于基台202，并且，另一端支承混合管228b。而且，燃料喷射部228的流通管228d一端固定于混合管228a，另一端固定于混合管228b。

即，燃料喷射部228经由支承棒204被固定支承于基台202，构成为和压力缸110不接触。压力缸110被支承部114支承，只要解除借助支承部114的支承，就能够在不拆卸燃料喷射部228的情况下将压力缸110向上侧拉起。因此，在保养时等，压力缸110的拆卸变容易，作业性提高。

以上，参照附图，关于本发明优选的实施方式进行了说明，但是当然本发明并不限定于该实施方式。需要知道，只要是本领域技术人员，在权利要求书记载的范畴中，能够想到各种变形例或修正例是显而易见的，关于这些也当然属于本发明的技术范围。

例如，在前述实施方式中，关于混合管128a、128b借助G连接结构以及环156a、156b二者固定于压力缸110的情况进行了说明，但是也可以是，混合管128a、128b借助G连接结构以及环156a、156b的某一个固定于压力缸110。

另外，在前述实施方式中，关于燃料喷射部128、228由混合管128a、128b、228a、228b、开闭阀128c、流通管128d、228d、喷射口128e构成的情况进行了说明，但是只要喷射口128e位于压力缸110的径向外侧，并向被向扫气口124吸入的活性气体喷射燃料气体，则无论哪种结构都可以。

另外，在前述实施方式中，关于喷射口128e位于相邻扫气口124之间的、压力缸110的径向外侧的情况进行了说明，但是喷射口128e也可以位于扫气口124的正面，也可以从扫气口124向活塞112的冲程方向的一端侧或另一端侧错开地配置。

另外，在前述实施方式中，关于下述情况进行了说明：朝向从扫气室126向扫气口124流动的活性气体，从燃料喷射部128喷出燃料气体和活性气体的预混合气体。但是也可以构成为，从燃料喷射部128只喷射燃料气体，借助和压力缸110内的活性气体的混合，生成预混合气体。

产业上的可利用性

本发明能够应用于下述直流扫气式二冲程发动机中：该直流扫气式二冲程发动机使预混合气体燃烧，前述预混合气体通过向从扫气口吸入的活性气体喷射燃料气体来生成。

附图标记说明

100、200 直流扫气式二冲程发动机；110 压力缸；112 活塞；114 支承部；124 扫气口；124a 分隔壁；128、228 燃料喷射部；128e 喷射口；202 基台。

Claims (3)

1.一种直流扫气式二冲程发动机，其特征在于，具有压力缸、活塞、扫气口和燃料喷射部，

前述压力缸在内部形成有燃烧室，

前述活塞在前述压力缸内滑动，

前述扫气口设置于前述压力缸的一端部侧，前述一端部侧为前述活塞的冲程方向的一方的端部侧，对应前述活塞的滑动动作向前述燃烧室吸入活性气体，

前述燃料喷射部的喷射口位于前述压力缸的外部，朝被向前述扫气口吸入的活性气体喷射燃料气体，

前述燃料喷射部包括一对混合管和多个流通管，

前述一对混合管以环状设置在前述压力缸的外周面，该一对混合管以隔着前述扫气口的状态相对配置，

前述多个流通管配置在该一对混合管之间，两端分别固定在前述混合管上，设置在与多个前述扫气口之间的分隔壁相对的位置上，

前述喷射口设置在多个前述流通管上。

2.如权利要求1所述的直流扫气式二冲程发动机，其特征在于，

多个前述流通管在前述压力缸的周向上相对于一对前述混合管交替地连通。

3.如权利要求1或2所述的直流扫气式二冲程发动机，其特征在于，

前述喷射口在多个前述流通管上向前述压力缸的周向开口。