CN110352294B - 单流扫气式二冲程发动机 - Google Patents

Abstract

本单流扫气式二冲程发动机具备：汽缸(110)；扫气口(118)，其形成于汽缸，在活塞(114)移向下止点的过程中开口，使活性气体流入至汽缸的内部；以及可动部，其使扫气口中活塞的上止点侧的开口位置(118a)沿活塞的冲程方向位移。

Description

单流扫气式二冲程发动机

技术领域

本公开涉及单流扫气式二冲程发动机。

背景技术

也作为船舶的机器使用的单流扫气式二冲程发动机在汽缸中活塞的冲程方向的一端侧设置有扫气口，在配置于另一端侧的汽缸盖设置有排气口。如果燃料在燃烧室中燃烧，由通过燃烧产生的燃烧气体推压的活塞移动至比扫气口更靠近下止点侧，则活性气体从开口的扫气口吸入至汽缸的内部，燃料燃烧后的废气以通过活性气体从排气口被推出的方式排气。

另外，在专利文献1中，记载了将燃料以液体燃料和燃料气体切换的所谓双燃料型的单流扫气式二冲程发动机。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-151963号公报。

发明内容

发明要解决的课题

在液体燃料和燃料气体中，使活性气体从扫气口流入至汽缸的内部的最佳时机有时候不同。因此，如果与液体燃料和燃料气体的一种一致地设计扫气口的位置，则在使用另一种燃料时，有时候难以在恰当时机使活性气体流入至汽缸的内部。

另外，无论有无燃料切换，扫气口的开闭时机都影响发动机的效率。例如，如果扫气口接近活塞的上止点而打开的时机变早，则存在膨胀行程变短而招致效率低下的可能性，如果扫气口接近活塞的下止点而关闭的时机变早，则存在扫气时间变短而不能将足够的活性气体吸入的可能性。

于是，期望有根据运转状况而在恰当时机使扫气口开闭的技术的开发。

本公开鉴于这样的课题，其目的在于提供能够在根据运转状况的恰当时机使扫气口开闭的单流扫气式二冲程发动机。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题，本公开的第一方式的单流扫气式二冲程发动机具备：汽缸；扫气口，其形成于汽缸，在活塞移向下止点的过程中开口，使活性气体流入至汽缸的内部；以及可动部，其使扫气口中活塞的上止点侧的开口位置沿活塞的冲程方向位移。

本公开的第二方式为，上述第一方式的单流扫气式二冲程发动机是将燃料以液体燃料和燃料气体切换的双燃料型。

本公开的第三方式为，在上述第一或第二方式的单流扫气式二冲程发动机中，汽缸具有形成有扫气口的下部汽缸、和比下部汽缸更配置于活塞的上止点侧的上部汽缸，可动部构成为使下部汽缸相对于上部汽缸沿活塞的冲程方向位移。

本公开的第四方式为，在上述第三方式的单流扫气式二冲程发动机中，下部汽缸和上部汽缸中的一个汽缸的端部沿活塞的冲程方向插入至另一个汽缸的内部。

本公开的第五方式为，在上述第四方式的单流扫气式二冲程发动机中，下部汽缸的端部插入至上部汽缸的内部，在下部汽缸最大程度地位移至上止点侧的状态下，扫气口的上止点侧的开口位置比上部汽缸的下止点侧的端部更靠近下止点侧。

发明的效果

依据本公开，能够在根据运转状况的恰当时机使扫气口开闭。

附图说明

图1是示出单流扫气式二冲程发动机的整体构成的说明图。

图2是用于说明可动部的构造的说明图。

图3A是沿图2的3A-3A线观察的截面图。

图3B是沿图2的3B-3B线观察的截面图。

图4是用于说明可动部的动作的说明图。

图5是示出变形例中的单流扫气式二冲程发动机的整体构成的说明图。

具体实施方式

以下，参照附图同时对本公开的合适实施方式详细地说明。本实施方式中示出的构成要素的尺寸、材料、其它具体数值等只不过是用于使发明的理解变得容易的例示，除了特别阐明的情况以外，都不限定本公开。此外，在本说明书和附图中，通过对实质上具有同一功能、构成的要素标记同一符号，从而省略重复说明，另外，与本公开无直接关系的要素省略图示。

图1是示出单流扫气式二冲程发动机100的整体构成的说明图。单流扫气式二冲程发动机100可用于例如船舶等，能够选择性地实行主要使作为气体燃料的燃料气体燃烧的气体运转模式、和使作为液体燃料的燃料油燃烧的柴油运转模式中的任一个运转模式。即，单流扫气式二冲程发动机100是将燃料以液体燃料和燃料气体切换的双燃料型的发动机。

具体而言，单流扫气式二冲程发动机100包括汽缸110、汽缸盖112、活塞114、活塞杆116、扫气口118、扫气积存部120、扫气室122、冷却器124、整流板126、排水分离器128、燃烧室130、排气口132、排气阀134、排气阀驱动装置136、液体燃料喷射阀138、燃料气体主管140、燃料喷射装置142、环状配管144、燃料配管146、燃料喷出口148以及可动部150而构成。以下，在汽缸110的中心轴方向(图1的纸面上下方向)上，有时候将汽缸盖112侧称为上侧，将扫气室122侧称为下侧。

在单流扫气式二冲程发动机100中，活塞114在汽缸110(汽缸衬套110a)内滑动，在活塞114的上升行程和下降行程这两个行程期间，进行排气、吸气、压缩、燃烧、膨胀。在活塞114固定有活塞杆116的一端。另外，在活塞杆116的另一端联接有未图示的十字头，十字头与活塞114一起往复移动。如果伴随着活塞114的往复移动而十字头往复移动，则未图示的曲轴与十字头的往复移动联动而旋转。以下，有时候将活塞114在汽缸110的中心轴方向上往复移动的方向称为活塞114的冲程方向。

扫气口118是从汽缸110的内周面贯通至外周面的孔，遍及汽缸110的整周而隔开间隔设置有多个。而且，扫气口118在活塞114移向下止点的过程中开口，使活性气体流入至汽缸110的内部。该活性气体包括氧、臭氧等氧化剂或者其混合气体(例如空气)。在沿汽缸110的径向观察时，本实施方式的扫气口118形成为沿冲程方向延伸的长圆形，但不限定于这样的形状，也可以是例如圆形、椭圆形、矩形、多边形等。以下，有时候将活塞114的下止点简称为下止点，将活塞114的上止点简称为上止点。

通过未图示的增压器或鼓风机等压缩的活性气体(例如空气)被冷却器124冷却，并封入至扫气积存部120。活性气体在扫气积存部120中从冷却器124朝向扫气室122流动。被压缩和冷却的活性气体通过在扫气积存部120内配置的整流板126整流，然后由排水分离器128除去水分。

扫气室122与扫气积存部120连通，并且围绕汽缸110中活塞114的冲程方向(以下，简称为冲程方向)的一端侧(图1中的下侧)。被压缩、冷却以及除去水分后的活性气体从扫气积存部120被引导至扫气室122。

扫气口118在扫气室122开口。当活塞114下降至比扫气口118更靠近下侧时，汽缸110内和扫气室122通过扫气口118而互相连通，扫气口118通过扫气室122与汽缸110内的压力差而将活性气体从扫气室122吸入至汽缸110内。

燃烧室130被汽缸盖112(汽缸头)、汽缸衬套110a以及活塞114围绕而形成于汽缸110的内部，汽缸盖112配置成当活塞114位于上止点侧时覆盖汽缸110的上端开口部。吸入至汽缸110内的活性气体和燃料气体通过活塞114引导至燃烧室130。

排气口132形成于燃烧室130的图1中的上侧，为了将燃料气体在汽缸110内燃烧所产生的废气排出至汽缸110的外部而开闭。排气阀134通过排气阀驱动装置136在规定的时机上下滑动，将排气口132开闭。在燃料气体的燃烧后，如果排气阀134开阀，则通过从扫气口118流入的活性气体(扫气)，汽缸110内的废气从排气口132被推出。

另外，如上所述，在本实施方式的单流扫气式二冲程发动机100中，设置柴油运转模式和气体运转模式。以下，对主要以柴油运转模式使用的液体燃料供给机构和主要以气体运转模式使用的燃料气体供给机构进行说明。

(液体燃料供给机构)

液体燃料喷射阀138设置于汽缸盖112，顶端突出至燃烧室130，在柴油运转模式中，朝向燃烧室130从顶端喷射燃料油。

(燃料气体供给机构)

燃料气体主管140与未图示的燃料罐连通，并且经由燃料喷射装置142与环状配管144连通。燃料气体从燃料罐被引导至燃料气体主管140，如果燃料喷射装置142驱动，则燃料气体主管140的燃料气体流入至环状配管144。

在此，燃料气体是例如使LNG(液化天然气)气化而生成的气体。另外，燃料气体不限于LNG，还能够使用例如使LPG(液化石油气)、轻油、重油等气化后的气体。

环状配管144在汽缸110的径向外侧比扫气口118更配置于图1中的上侧，沿汽缸110的周向以环状延伸而围绕汽缸110。在环状配管144中冲程方向上的扫气口118侧(即，图1中的下侧)，固定有多个燃料配管146。燃料配管146针对各个扫气口118而各配置一个，沿冲程方向延伸。以下，有时候将汽缸110的径向简称为径向，将汽缸110的周向简称为周向。

燃料配管146与汽缸110中沿周向相邻的扫气口118之间的壁面对置，在燃料配管146中与该壁面对置的部位，形成有燃料喷出口148。在此，由于扫气口118遍及汽缸110的整周而设置有多个，因而燃料配管146(燃料喷出口148)也与扫气口118一致地遍及汽缸110的周向而设置有多个。

燃料喷出口148将流入至环状配管144的燃料气体喷射到被吸入至扫气口118的活性气体。其结果是，燃料气体与活性气体流汇合而与活性气体一起从扫气口118被吸入至汽缸110内。

在发动机循环中的期望的时刻，从液体燃料喷射阀138喷射适量的(比柴油运转模式更少量的)燃料油。该燃料油因燃烧室130的热而气化。然后，燃料油气化而自燃，并在短时间内燃烧，燃烧室130的温度变得极高，被引导至燃烧室130且压缩后的燃料气体燃烧。活塞114主要通过基于燃料气体的燃烧的膨胀压力而往复移动。

在燃料气体和燃料油中，即在气体运转模式和柴油运转模式中，使活性气体从扫气口118流入至汽缸110的内部的最佳时机有时候不同。因此，如果与燃料气体和燃料油的一种一致地设计扫气口118的位置，则在使用另一种燃料时，有时候难以在恰当时机使活性气体流入至汽缸110的内部。

于是，单流扫气式二冲程发动机100具备使扫气口118的冲程方向的位置变化的可动部150。

图2、图3A以及图3B是用于说明可动部150的构造的说明图。在图2中，将图1中扫气口118的附近抽取而示出，在图3A中，示出沿图2的3A-3A线观察的截面，在图3B中，示出沿图2的3B-3B线观察的截面。在此，图3A、3B全都示出基于包括汽缸110的中心轴的面的截面图。

如图2中所示出的，汽缸110(汽缸衬套110a)包括图2中的上侧(图1的汽缸盖112侧)的上部汽缸152、和比上部汽缸152更配置于图2中的下侧(活塞114的下止点侧)的下部汽缸154而构成。上部汽缸152比下部汽缸154更位于活塞114的上止点侧，扫气口118形成于下部汽缸154。

在上部汽缸152中的图2中的下侧(下部汽缸154侧)的下端部的内周面，设置有比该内周面更朝向径向外侧凹陷的上部槽152a。如图3A、3B中所示出的，上部槽152a沿周向隔离而设置有多个，沿冲程方向延伸。上部槽152a朝向上部汽缸152的下方开放。

另外，在下部汽缸154中的图2中的上侧(上部汽缸152侧)的上端面154a，设置有突出至上部汽缸152侧的下部突起154b。下部突起154b设置于上端面154a中径向内侧的部分。如图3A、3B中所示出的，下部突起154b沿周向隔离而以与上部槽152a相同的间隔设置多个，下部突起154b的冲程方向的长度(高度)与上部槽152a的冲程方向的长度大致相等。

然后，下部汽缸154的上端面154a(端部)沿冲程方向插入贯通(插入)至上部汽缸152的内部，下部汽缸154的多个下部突起154b沿冲程方向插入贯通至上部汽缸152的多个上部槽152a。即，下部汽缸154中除了下部突起154b以外的上端部以能够在冲程方向上滑动的方式紧密地插入至上部汽缸152中比上部槽152a更靠近下侧的下端部的内部。下部突起154b嵌合于上部槽152a，由此下部汽缸154相对于上部汽缸152的周向的旋转被限制。但是，在上部槽152a内，下部突起154b能够沿冲程方向滑动，下部汽缸154能够相对于上部汽缸152沿冲程方向相对移动。

另外，上部汽缸152的内径(上部汽缸152中比上部槽152a更靠近上侧的部分的内径)和下部汽缸154的内径大致相等，下部突起154b插入贯通至上部槽152a的部位设计成几乎不产生周向的阶梯差。

可动部150设置于上部汽缸152与下部汽缸154的联接部分，使下部汽缸154相对于上部汽缸152沿冲程方向移动。具体而言，可动部150由液压机构构成，具有液压活塞156和液压室158。但是，可动部150并不限定于液压机构，只要能够使下部汽缸154相对于上部汽缸152沿冲程方向移动，就可以是任意的构成。

在上部汽缸152的下端部中比上部槽152a更靠近径向外侧，设置有空心部152c。空心部152c沿上部汽缸152的周向隔离而相对于上部汽缸152的中心轴对称地配置有多个(在此，例如四个)。即，空心部152c沿上部汽缸152的周向等间隔地配置。液压活塞156以能够沿冲程方向滑动的方式配置于空心部152c的内部，将空心部152c沿冲程方向划分成两个空间。

液压室158是空心部152c中由液压活塞156划分的位于图2中的下侧(下部汽缸154侧)的空间。液压室158与未图示的油泵连通，升压后的工作油从油泵被供给至液压室158。

如果工作油被供给至液压室158，则通过供给至液压室158的工作油的液压，液压活塞156移动至图2中的上侧。另外，如果工作油从液压室158被排出，则通过重力，液压活塞156移动至图2中的下侧。此外，例如也可以是如下的构成：升压后的工作油交替地供给至空心部152c中由液压活塞156划分的两个空间，液压活塞156沿冲程方向往复移动。也可以通过工作油进行液压活塞156向冲程方向的任一侧的移动，通过其它外力(重力或弹簧等的作用力)进行向另一侧的移动。

在液压活塞156中的图2中的下侧，固定有轴160。轴160在上部汽缸152中贯通液压室158的图2中的下侧的壁部，沿冲程方向延伸至比扫气口118更靠近下侧。轴160的下端部固定于在下部汽缸154的外周面设置的突出部154c。

图4是用于说明可动部150的动作的说明图。在图4的纸面上侧示出的图4(a)示出下部汽缸154位于最大程度地上升的位置(下部汽缸154最大程度地接近活塞114的上止点的位置、下部汽缸154最大程度地接近上部汽缸152的位置)的状态，在图4的纸面下侧示出的图4(b)示出下部汽缸154位于最大程度地下降的位置(下部汽缸154从活塞114的上止点沿冲程方向最大程度地离开的位置、下部汽缸154从上部汽缸152沿冲程方向最大程度地离开的位置)的状态。如图4(a)、4(b)中所示出的，如果液压活塞156通过液压等移动至图4中的上侧，则联接至液压活塞156的下部汽缸154也经由轴160移动至上侧。同样地，如果液压活塞156通过液压等移动至图4中的下侧，则下部汽缸154也移动至下侧。

这样，成为通过可动部150而下部汽缸154相对于上部汽缸152的位置沿冲程方向位移的构成。其结果是，在下部汽缸154设置的扫气口118的位置也沿冲程方向位移。即，扫气口118中活塞114的上止点侧的开口位置118a沿冲程方向位移。换言之，通过可动部150，扫气口118中活塞114的上止点侧的开口边缘的位置(开口边缘的最大程度地接近活塞114的上止点的位置、开口边缘的最大程度地接近上部汽缸152的位置)能够沿冲程方向变化。

如上所述，在燃料气体和燃料油中，使活性气体从扫气口118流入至汽缸110的内部的最佳时机有时候不同。具体而言，在使用燃料油的情况下，为了在燃料的燃烧后较长地确保膨胀行程，有时候最好将扫气口118配置于远离上止点的位置(图4中的下侧)。另一方面，在使用燃料气体的情况下，为了将成为过早着火的原因的燃烧室130内的高温废气大量排出，有时候最好将扫气口118配置于上止点侧(图4中的上侧)而早早地开始基于活性气体的扫气。

在使用燃料油的柴油运转模式中，如图4(b)中所示出的，使下部汽缸154移动至下侧，在使用燃料气体的气体运转模式中，如图4(a)中所示出的，使下部汽缸154移动至上侧，从而能够使活性气体在恰当时机从扫气口118流入至汽缸110的内部。其结果是，在柴油运转模式中，能够较长地确保膨胀行程而谋求效率提高，并且在气体运转模式中，以变得难以过早着火的程度，能够增加燃料气体的喷射量而使输出上升。

另外，如图4(a)中所示出的，在下部汽缸154最大程度地位移至上止点侧的状态下，扫气口118的上止点侧的开口位置118a比上部汽缸152的下端面152b(下止点侧的端部)更靠近下止点侧。

因此，能够避免上部汽缸152覆盖扫气口118的一部分而通过上部汽缸152妨碍活性气体从扫气口118流入的这一事态，实现在恰当时机的活性气体的流入。

图5是示出上述实施方式的变形例中的单流扫气式二冲程发动机200的整体构成的说明图。在上述的实施方式中，对燃料气体供给机构的燃料喷出口148将燃料气体喷射到被吸入至扫气口118的活性气体的情况进行了说明。在本变形例中，在汽缸110中的扫气口118与排气口132之间的部分，设置有燃料气体供给机构的燃料喷射口202。

燃料喷射口202沿汽缸110的周向隔离而设置有多个。在各个燃料喷射口202，配设有燃料喷射阀204。在燃料喷射阀204中，燃料喷射阀204与燃料配管206连通而将从燃料配管206引导的燃料气体通过燃料喷射口202喷射到汽缸110内。

这样，燃料气体供给机构不限于燃料喷出口148将燃料气体喷射到被吸入至扫气口118的活性气体的构成，也可以是在汽缸110设置有燃料喷射口202而将燃料气体从燃料喷射口202供给至汽缸110内的构成。

以上，参照附图同时对本公开的实施方式进行了说明，但本公开不限定于上述实施方式。上述实施方式中示出的各构成部件的各种形状或组合等是一个示例，能够在本公开的技术范围内基于设计要求等而进行构成的附加、省略、置换以及其它变更。

例如，在上述的实施方式和变形例中，对汽缸110包括上部汽缸152和下部汽缸154而构成、可动部150使下部汽缸154相对于上部汽缸152沿冲程方向位移的情况进行了说明。可是，也可以不将汽缸110分成上部汽缸152和下部汽缸154，可动部150例如堵塞扫气口118的上止点侧的一部分，由此使扫气口118的上止点侧的开口位置118a(即，扫气口118的上止点侧的开口边缘的位置)位移。但是，汽缸110包括上部汽缸152和下部汽缸154而构成，可动部150使下部汽缸154相对于上部汽缸152沿冲程方向位移，由此能够进行扫气口118整体的冲程方向的位移。即，也可以是扫气口118的上止点侧的开口边缘的位置在冲程方向上变化的构成，也可以是扫气口118整体在冲程方向上位移的构成。

另外，在上述的实施方式和变形例中，对单流扫气式二冲程发动机100、200为将燃料以液体燃料和燃料气体切换的双燃料型的发动机的情况进行了说明。可是，单流扫气式二冲程发动机100、200不限于双燃料型，也可以是仅仅使用液体燃料和燃料气体的一种的发动机。但是，在单流扫气式二冲程发动机为双燃料型的情况下，在气体运转模式和柴油运转模式的各个中，能够在恰当时机打开扫气口118而使活性气体流入至汽缸110的内部。

另外，在上述的实施方式和变形例中，对根据运转模式使下部汽缸154沿冲程方向位移的情况进行了说明。可是，不限于运转模式，也可以根据发动机的行程使下部汽缸154沿冲程方向位移。例如，在膨胀行程中，如图4(b)中所示出的，预先使下部汽缸154位于下止点侧，其结果是，扫气口118开始打开的时机变迟，能够延长膨胀行程而谋求效率提高。

另一方面，在压缩行程中，如图4(a)中所示出的，预先使下部汽缸154位于上止点侧，其结果是，扫气口118被闭塞的时机变迟，能够延长扫气(吸气)时间而高效地执行活性气体的流入和废气的排出。

另外，也可以是如下的构成：当为气体运转模式和柴油运转模式中的任一个运转模式时，为了发动机效率的提高，根据发动机的运转状况(加速时或减速时)或转速而使扫气口118的上止点侧的开口边缘的位置或扫气口118整体的位置在冲程方向上变化。

另外，在上述的实施方式和变形例中，对下部汽缸154的端部(上端部)被插入贯通(插入)至上部汽缸152的内部(下端部的内部)的情况进行了说明，但也可以是上部汽缸152的端部(下端部)被插入贯通(插入)至下部汽缸154的内部(上端部的内部)。但是，在下部汽缸154的端部被插入贯通至上部汽缸152的内部的情况下，能够减小下部汽缸154的外径而轻质化，能够抑制可动部150所需要的驱动力。

另外，在上述的实施方式和变形例中，对在下部汽缸154最大程度地位移至上止点侧的状态下，扫气口118的上止点侧的开口位置118a比上部汽缸152的下止点侧的端部更靠近下止点侧的情况进行了说明，但扫气口118的上止点侧的开口位置也可以与上部汽缸152的下止点侧的端部相同或位于上止点侧。

另外，在上述的实施方式和变形例中，对上部槽152a和下部突起154b分别沿周向隔离而设置有多个的情况进行了说明，但上部槽152a和下部突起154b并非必须的构成。但是，通过设置上部槽152a和下部突起154b，从而能够以简易的构成限制下部汽缸154相对于上部汽缸152的周向的旋转。另外，通过将上部槽152a和下部突起154b各自设置多个，从而能够抑制在活塞114设置的活塞环的接缝(形成接缝的端部)卡在上部槽152a或卡在沿周向相邻的下部突起154b之间的部分，活塞114能够相对于汽缸110的内周面顺利地滑动。如果增加上部槽152a和下部突起154b的周向的设置数量，则能够进一步抑制在活塞114设置的活塞环的接缝卡在上部槽152a等。

在上述的实施方式和变形例中，在汽缸110的中心轴方向上，将汽缸盖112侧称为上侧，将扫气室122侧称为下侧，但这并未限定实际使用时的单流扫气式二冲程发动机100、200的姿势，只要能够确保恰当的动作，就可以按任意的姿势使用。

产业上的可利用性

本公开能够利用于在汽缸形成有扫气口的单流扫气式二冲程发动机。

符号说明：

100、200 单流扫气式二冲程发动机

110 汽缸

114 活塞

118 扫气口

118a 开口位置

150 可动部

152 上部汽缸

152b 下端面(端部)

154 下部汽缸

154a 上端面(端部)。

Claims (4)

1.一种单流扫气式二冲程发动机，其特征在于，具备：

汽缸；其具有下部汽缸和上部汽缸，所述上部汽缸与该下部汽缸相比配置于活塞的上止点侧，

扫气口，其形成于所述下部汽缸，在所述活塞移向下止点的过程中开口，使活性气体流入至该汽缸的内部；以及

可动部，其使所述扫气口中所述活塞的上止点侧的开口位置沿该活塞的冲程方向位移，

所述可动部构成为使所述下部汽缸相对于所述上部汽缸沿所述活塞的冲程方向位移。

2.根据权利要求1所述的单流扫气式二冲程发动机，其特征在于，所述下部汽缸和所述上部汽缸中的一个汽缸的端部沿所述活塞的冲程方向插入至另一个汽缸的内部。

3.根据权利要求2所述的单流扫气式二冲程发动机，其特征在于，

所述下部汽缸的端部插入至所述上部汽缸的内部，

在所述下部汽缸最大程度地位移至所述上止点侧的状态下，所述扫气口的所述上止点侧的开口位置比所述上部汽缸的所述下止点侧的端部更靠近所述下止点侧。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的单流扫气式二冲程发动机，其特征在于，为将燃料以液体燃料和燃料气体切换的双燃料型。

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