JP2012219727A - Premix type two-stroke engine - Google Patents

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義幸 梅本
Takeshi Yamada
剛 山田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a premix type two-stroke engine enhancing the responsiveness of a whole system and stably operating.SOLUTION: A shielding cylinder 52 having openings 51 is fitted movably in a vertical direction to the outside of scavenging ports 1 of a cylinder liner 3. The shielding cylinder 52 is driven vertically by a hydraulic cylinder 53, and the hydraulic cylinder 53 is installed to the cylinder liner 3 by a retainer 54. When the shielding cylinder 52 is in a lower end position, the scavenging ports 1 of the cylinder liner 3 wholly overlap with the openings 51 of the shielding cylinder 52. When the shielding cylinder 52 moves upward, the scavenging ports 1 partially overlap with the openings 51, and the lower parts of the scavenging ports 1 are shielded by the shielding cylinder 52.

Description

本発明は、１往復（２行程＝２ストローク）で１周期とするレシプロエンジンである予混合式２ストローク機関に関し、特に、空燃比調整（制御）技術に特徴のある予混合式２ストローク機関に関する。   The present invention relates to a premixed two-stroke engine that is a reciprocating engine that makes one cycle in one reciprocation (two strokes = 2 strokes), and more particularly, to a premixed two-stroke engine characterized by an air-fuel ratio adjustment (control) technique. .

図９は、従来例に係る予混合式２ストローク機関の一部断面全体構成図である。   FIG. 9 is a partial cross-sectional overall configuration diagram of a premixed two-stroke engine according to a conventional example.

掃気ポート１とガス噴射弁２を有するシリンダライナ３が外衣４に取り付けられ、シリンダライナ３の内部にピストン５が挿入されている。シリンダライナ３の上部にはシリンダカバー６が取り付けられ、シリンダカバー６には、排気弁棒７を有する排気弁箱８及びパイロット噴射弁９が装着されている。   A cylinder liner 3 having a scavenging port 1 and a gas injection valve 2 is attached to an outer garment 4, and a piston 5 is inserted into the cylinder liner 3. A cylinder cover 6 is attached to the upper portion of the cylinder liner 3, and an exhaust valve box 8 having an exhaust valve rod 7 and a pilot injection valve 9 are mounted on the cylinder cover 6.

排気弁箱８と排気主管１０が結合され、排気主管１０と排気タービン１１が排気タービン入口管１２で結合されている。また、排気バイパス弁１３を有する排気バイパス管１４が排気タービン入口管１２と排気出口管１５の間に接続されている。排気出口管１５は、排気タービン１１の出口に設けられる。   The exhaust valve box 8 and the exhaust main pipe 10 are coupled, and the exhaust main pipe 10 and the exhaust turbine 11 are coupled by an exhaust turbine inlet pipe 12. An exhaust bypass pipe 14 having an exhaust bypass valve 13 is connected between the exhaust turbine inlet pipe 12 and the exhaust outlet pipe 15. The exhaust outlet pipe 15 is provided at the outlet of the exhaust turbine 11.

過給機ブロワ２１には、空気吸込み管２２とブロワ出口管２３が接続され、ブロワ出口管２３は、空気冷却器２４に接続されている。空気冷却器２４は、外衣４に取り付けられた掃気溜２５の内部に取り付けられている。また、過給機ブロワ２１のブロワ出口管２３には、空気バイパス管２６と空気バイパス管２７が装備され、空気バイパス管２６には、バイパス弁２８が、空気バイパス管２７にはバイパス弁２９が装備されている。   An air suction pipe 22 and a blower outlet pipe 23 are connected to the supercharger blower 21, and the blower outlet pipe 23 is connected to an air cooler 24. The air cooler 24 is attached to the inside of a scavenging reservoir 25 attached to the outer garment 4. The blower outlet pipe 23 of the supercharger blower 21 is equipped with an air bypass pipe 26 and an air bypass pipe 27. The air bypass pipe 26 has a bypass valve 28 and the air bypass pipe 27 has a bypass valve 29. Equipped.

空気吸込み管２２から吸入された空気は、過給機ブロワ２１により加圧されブロワ出口管２３を通り、空気冷却器２４で冷却された後、掃気溜２５を通り掃気ポート１からシリンダライナ３に流入する。シリンダライナ３に流入した空気とガス噴射弁２よりシリンダライナ３内に噴出されるガスにより混合気が形成される。   The air sucked from the air suction pipe 22 is pressurized by the supercharger blower 21, passes through the blower outlet pipe 23, is cooled by the air cooler 24, passes through the scavenging reservoir 25, and passes from the scavenging port 1 to the cylinder liner 3. Inflow. An air-fuel mixture is formed by the air flowing into the cylinder liner 3 and the gas ejected from the gas injection valve 2 into the cylinder liner 3.

そして、シリンダライナ３内を下死点から上死点に向けて移動するピストン５により圧縮された混合気にパイロット噴射弁９より液体燃料を噴射し、着火することで混合気を燃焼（爆発）させる。この爆発により、ピストン５は上死点から下死点に向けて移動する。このようにして、ピストン５が１往復（２行程＝２ストローク）することで、１周期の動作が終了する。   Then, liquid fuel is injected from the pilot injection valve 9 into the air-fuel mixture compressed by the piston 5 moving from the bottom dead center toward the top dead center in the cylinder liner 3, and the air-fuel mixture is combusted (explosion) by ignition. Let Due to this explosion, the piston 5 moves from the top dead center toward the bottom dead center. Thus, one cycle of operation is completed when the piston 5 makes one reciprocation (two strokes = 2 strokes).

燃焼した混合気は、排気弁棒７の開時に排気弁箱８を通り、さらに排気主管１０から排気タービン入口管１２を通って排気タービン１１を駆動し、外部に排出される。排気タービン１１は過給機ブロワ２１と直結しているので、排気タービン１１の駆動により過給機ブロワ２１も駆動される。   The combusted air-fuel mixture passes through the exhaust valve box 8 when the exhaust valve rod 7 is opened, further drives the exhaust turbine 11 from the exhaust main pipe 10 through the exhaust turbine inlet pipe 12, and is discharged to the outside. Since the exhaust turbine 11 is directly connected to the supercharger blower 21, the supercharger blower 21 is also driven by the drive of the exhaust turbine 11.

ところで、シリンダライナ３内の混合気の空気とガスの混合比（空燃比）を調整して、最大の爆発力（エンジンの出力）を得るためには、掃気ポート１を通りシリンダライナ３に流入する空気量を調整すればよい。即ち、空燃比を調整するためには、過給機ブロワ２１からブロワ出口管２３を通じて供給される空気量を調整すればよい。   By the way, in order to obtain the maximum explosive force (engine output) by adjusting the air / gas mixture ratio (air / fuel ratio) of the air-fuel mixture in the cylinder liner 3, it flows into the cylinder liner 3 through the scavenging port 1. What is necessary is just to adjust the air quantity to do. That is, in order to adjust the air-fuel ratio, the amount of air supplied from the supercharger blower 21 through the blower outlet pipe 23 may be adjusted.

過給機ブロワ２１から供給される空気量を調整する方式としては、主として以下の３通りの方式がある。   As a method of adjusting the amount of air supplied from the supercharger blower 21, there are mainly the following three methods.

第１の方式は、排気バイパス弁１３の開度調整により排気タービン１１に流入する排気ガス量を調整し、過給機ブロワ２１の回転数を変化させる方式である。第２の方式は、バイパス弁２８の開度を調整し、ブロワ出口管２３に供給される空気を排気タービン１１に導く方式である。第３の方式は、バイパス弁２９の開度を調整し、ブロワ出口管２３に供給される空気を空気吸込み管２２に戻す方式である。   The first method is a method of adjusting the amount of exhaust gas flowing into the exhaust turbine 11 by adjusting the opening degree of the exhaust bypass valve 13 and changing the rotational speed of the supercharger blower 21. The second method is a method of adjusting the opening degree of the bypass valve 28 and guiding the air supplied to the blower outlet pipe 23 to the exhaust turbine 11. The third method is a method of adjusting the opening degree of the bypass valve 29 and returning the air supplied to the blower outlet pipe 23 to the air suction pipe 22.

上述したように従来は、過給機ブロワ２１の回転数変更やバイパスによる過給空気量の調整により空燃比調整を行っていた。しかし、このような従来の空燃比調整方式は、応答が遅く、機関の負荷変動に追従して適性な空燃比を作る時間が不足する欠点がある。   As described above, conventionally, the air-fuel ratio is adjusted by changing the rotational speed of the supercharger blower 21 or adjusting the amount of supercharged air by bypass. However, such a conventional air-fuel ratio adjustment method has a drawback that the response is slow, and there is a shortage of time for making an appropriate air-fuel ratio following the engine load fluctuation.

ここで特許文献１には、排ガススタック内にシリンダの燃焼室からの排気ガスによって駆動される過給機のタービンを備え、下流ディフューザ内にタービンにより軸を介して駆動される過給機の圧縮用ロータを備える予混合式２ストローク機関が開示されている。   Here, Patent Document 1 includes a turbocharger turbine driven by exhaust gas from a cylinder combustion chamber in an exhaust gas stack, and compression of the turbocharger driven by a turbine through a shaft in a downstream diffuser. A premixed two-stroke engine with a motor rotor is disclosed.

上記のガス機関においては、シリンダ燃焼室からの排気ガスによりタービンが駆動されると、軸を介してロータが駆動され、給気スタックからの空気はロータに吸入されて圧縮され、ロータで圧縮された圧縮空気は、ディフューザ、空気冷却器、圧力経路を介してインレットレシーバに供給され、該インレットレシーバから掃気開口を通り、掃気としてシリンダの燃焼室に流入する。   In the above gas engine, when the turbine is driven by the exhaust gas from the cylinder combustion chamber, the rotor is driven through the shaft, and the air from the air supply stack is sucked into the rotor and compressed, and compressed by the rotor. The compressed air is supplied to the inlet receiver through the diffuser, the air cooler, and the pressure path, passes through the scavenging opening from the inlet receiver, and flows into the combustion chamber of the cylinder as scavenged air.

特開２０１０−１５１１４０号公報JP 2010-151140 A

上記特許文献１の予混合式２ストローク機関では、燃焼室に掃気として供給する圧縮空気の流量を変更する際には、出口弁の開度を制御（調整）し、シリンダ燃焼室からの排気ガスの流量を調整して過給機におけるロータの回転数を変更しなければならない。   In the premixed two-stroke engine of Patent Document 1, when changing the flow rate of compressed air supplied as scavenging gas to the combustion chamber, the opening degree of the outlet valve is controlled (adjusted), and the exhaust gas from the cylinder combustion chamber The rotor speed in the turbocharger must be changed by adjusting the flow rate of the turbocharger.

即ち、上記特許文献１の予混合式２ストローク機関においても、上述した従来技術と同様に、過給機の回転数変更による空燃比調整（制御）技術を採用しており、上述した従来技術の欠点を有している。   That is, the premixed two-stroke engine of Patent Document 1 also adopts an air-fuel ratio adjustment (control) technique by changing the rotation speed of the supercharger, similar to the conventional technique described above. Has drawbacks.

本発明は、上記従来技術の課題を解消し、系全体の応答性を高め、安定した運転を可能とすることができる予混合式２ストローク機関を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a premixed two-stroke engine that can solve the above-described problems of the prior art, increase the responsiveness of the entire system, and enable stable operation.

本発明は、外部の空気を取り入れる掃気開口とその上部の燃料噴射弁を有するシリンダと、前記シリンダ内を往復動するピストンとを備え、前記ピストンが下死点から上死点に移動して前記掃気開口から取り入れられた空気と前記燃料噴射弁から噴射された燃料からなる混合気を圧縮する圧縮行程と、前記混合気の着火による爆発力で前記ピストンが上死点から下死点に移動して前記上死点側に取り付けられる排気弁から排気を行う排気行程との２行程で１周期を完結する予混合式２ストローク機関であって、前記掃気開口に対面する位置の前記シリンダの外周に、前記掃気開口の開度を調整する遮蔽円筒を上下方向に移動可能に嵌合して配置したことを特徴とする予混合式２ストローク機関に係るものである。   The present invention includes a cylinder having a scavenging opening for taking in external air and a fuel injection valve at an upper portion thereof, and a piston that reciprocates in the cylinder, and the piston moves from a bottom dead center to a top dead center. The piston moves from the top dead center to the bottom dead center by the compression stroke that compresses the air-fuel mixture composed of the air taken in from the scavenging opening and the fuel injected from the fuel injection valve, and the explosive force caused by the ignition of the air-fuel mixture. A premixed two-stroke engine that completes one cycle in two strokes, an exhaust stroke for exhausting from an exhaust valve attached to the top dead center side, on the outer periphery of the cylinder at a position facing the scavenging opening. The present invention relates to a premixed two-stroke engine characterized in that a shielding cylinder for adjusting the opening of the scavenging opening is fitted and arranged so as to be movable in the vertical direction.

また、本発明は、外部の空気を取り入れる掃気開口とその上部の燃料噴射弁を有するシリンダと、前記シリンダ内を往復動するピストンとを備え、前記ピストンが下死点から上死点に移動して前記掃気開口から取り入れられた空気と前記燃料噴射弁から噴射された燃料からなる混合気を圧縮する圧縮行程と、前記混合気の着火による爆発力で前記ピストンが上死点から下死点に移動して前記上死点側に取り付けられる排気弁から排気を行う排気行程との２行程で１周期を完結する予混合式２ストローク機関であって、前記掃気開口に対面する位置の前記シリンダの外周に、前記掃気開口の開度を調整する遮蔽板を水平方向に回転可能に取り付けたことを特徴とする予混合式２ストローク機関に係るものである。   Further, the present invention includes a cylinder having a scavenging opening for taking in external air and a fuel injection valve at an upper portion thereof, and a piston that reciprocates in the cylinder, and the piston moves from a bottom dead center to a top dead center. The piston is changed from the top dead center to the bottom dead center by the compression stroke of compressing the air-fuel mixture composed of the air taken in from the scavenging opening and the fuel injected from the fuel injection valve, and the explosive force caused by the ignition of the air-fuel mixture. A premixed two-stroke engine that completes one cycle in two strokes of an exhaust stroke that moves and exhausts from an exhaust valve that is attached to the top dead center side, the cylinder at a position facing the scavenging opening. The present invention relates to a premixed two-stroke engine characterized in that a shielding plate for adjusting the opening of the scavenging opening is attached to the outer periphery so as to be rotatable in the horizontal direction.

上記において、燃焼した前記混合気を排気させる排気主管と、排気タービン入口管により前記排気主管と接続される排気タービンと、前記排気タービンと連結され、外部の空気を吸込む空気吸込み管と圧縮空気を送り出すブロワ出口管と燃焼した前記混合気を外部に排出する排気出口管を有する過給機ブロワと、前記排気タービン入口管と前記排気出口管の間に接続され排気バイパス弁を有する排気バイパス管と、前記ブロワ出口管の前記圧縮空気を前記排気タービン側に逃がす機能を有し第１のバイパス弁を有する第１の空気バイパス管と、前記ブロワ出口管の前記圧縮空気を前記空気吸込み管側に逃がす機能を有し第２のバイパス弁を有する第２の空気バイパス管とを備えることが好ましい。   In the above, an exhaust main pipe that exhausts the burned air-fuel mixture, an exhaust turbine connected to the exhaust main pipe by an exhaust turbine inlet pipe, an air suction pipe that is connected to the exhaust turbine and sucks external air, and compressed air A supercharger blower having a blower outlet pipe to be sent out and an exhaust outlet pipe for discharging the burned mixture to the outside; an exhaust bypass pipe having an exhaust bypass valve connected between the exhaust turbine inlet pipe and the exhaust outlet pipe; A first air bypass pipe having a function of allowing the compressed air of the blower outlet pipe to escape to the exhaust turbine side and a first bypass valve; and the compressed air of the blower outlet pipe to the air intake pipe side It is preferable to provide a second air bypass pipe having a function of releasing and having a second bypass valve.

また、上記において、前記遮蔽円筒または前記遮蔽板を駆動制御して前記掃気開口の開度を調整する空燃比制御装置を備えることが好ましい。   Moreover, in the above, it is preferable to provide an air-fuel ratio control device that drives and controls the shielding cylinder or the shielding plate to adjust the opening of the scavenging opening.

さらに、上記において、前記空燃比制御装置は、少なくとも前記排気主管の近傍の空燃比センサの検出信号を取り込むことが好ましい。   Furthermore, in the above, it is preferable that the air-fuel ratio control device captures at least a detection signal of an air-fuel ratio sensor in the vicinity of the exhaust main pipe.

本発明の予混合式２ストローク機関によれば、掃気ポートの開口面積を変化させ、シリンダライナに取り込まれる空気量を調整するようにしたので、系全体の応答性が高まり、安定した運転が可能になる。   According to the premixed two-stroke engine of the present invention, since the opening area of the scavenging port is changed and the amount of air taken into the cylinder liner is adjusted, the responsiveness of the entire system is improved and stable operation is possible. become.

本発明の第１の実施の形態に係る予混合式２ストローク機関の一部断面全体構成図である。1 is an overall partial configuration diagram of a premixed two-stroke engine according to a first embodiment of the present invention. 図１のＡ部拡大図である。It is the A section enlarged view of FIG. 図２におけるシリンダライナの下方部分の外観図である。It is an external view of the lower part of the cylinder liner in FIG. 本発明の第２の実施の形態に係る予混合式２ストローク機関のシリンダライナ下方部の断面図（図２に相当）である。It is sectional drawing (equivalent to FIG. 2) of the cylinder liner lower part of the premix type 2 stroke engine which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図４のＢ部分の拡大図である。It is an enlarged view of the B part of FIG. 図５の上視図である。FIG. 6 is a top view of FIG. 5. 図４のＣ−Ｃ線断面上視図である。It is the CC sectional view seen from the CC line of FIG. 駆動ピンの移動軌跡とそれに伴う遮蔽板の回転の様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the movement locus | trajectory of a drive pin, and the mode of rotation of the shielding board accompanying it. 従来例に係る予混合式２ストローク機関の一部断面全体構成図である。It is a partial cross section whole block diagram of the premix type 2 stroke engine which concerns on a prior art example.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る予混合式２ストローク機関の一部断面全体構成図である。   FIG. 1 is a partial cross-sectional overall configuration diagram of a premixed two-stroke engine according to a first embodiment of the present invention.

まず、その構成を説明する。   First, the configuration will be described.

掃気ポート（掃気開口）１とガス噴射弁（燃料噴射弁）２を有するシリンダライナ（シリンダ）３が外衣４に取り付けられ、シリンダライナ３の内部に、上下に往復動するピストン５が挿入されている。シリンダライナ３の上部にはシリンダカバー６が取り付けられ、シリンダカバー６には、排気弁棒（排気弁）７を有する排気弁箱８及びパイロット噴射弁９が装着されている。   A cylinder liner (cylinder) 3 having a scavenging port (scavenging opening) 1 and a gas injection valve (fuel injection valve) 2 is attached to an outer garment 4, and a piston 5 that reciprocates up and down is inserted into the cylinder liner 3. Yes. A cylinder cover 6 is attached to the upper portion of the cylinder liner 3, and an exhaust valve box 8 having an exhaust valve rod (exhaust valve) 7 and a pilot injection valve 9 are mounted on the cylinder cover 6.

排気弁箱８と排気主管１０が結合され、排気主管１０と排気タービン１１が排気タービン入口管１２で結合（接続）されている。また、排気バイパス弁１３を有する排気バイパス管１４が排気タービン入口管１２と排気出口管１５の間に接続されている。排気出口管１５は、排気タービン１１の出口に設けられる。   The exhaust valve box 8 and the exhaust main pipe 10 are coupled, and the exhaust main pipe 10 and the exhaust turbine 11 are coupled (connected) by the exhaust turbine inlet pipe 12. An exhaust bypass pipe 14 having an exhaust bypass valve 13 is connected between the exhaust turbine inlet pipe 12 and the exhaust outlet pipe 15. The exhaust outlet pipe 15 is provided at the outlet of the exhaust turbine 11.

排気タービン１１と連結される過給機ブロワ２１には、外部の空気を吸込む空気吸込み管２２と圧縮空気を送り出すブロワ出口管２３が接続され、ブロワ出口管２３は、空気冷却器２４に接続されている。空気冷却器２４は、外衣４に取り付けられた掃気溜２５の内部に取り付けられている。また、過給機ブロワ２１のブロワ出口管２３には、空気バイパス管（第１の空気バイパス管）２６と空気バイパス管（第２の空気バイパス管）２７が装備され、空気バイパス管２６には、バイパス弁（第１のバイパス弁）２８が、空気バイパス管２７にはバイパス弁（第２のバイパス弁）２９が装備されている。   The supercharger blower 21 connected to the exhaust turbine 11 is connected to an air suction pipe 22 for sucking outside air and a blower outlet pipe 23 for sending compressed air. The blower outlet pipe 23 is connected to an air cooler 24. ing. The air cooler 24 is attached to the inside of a scavenging reservoir 25 attached to the outer garment 4. The blower outlet pipe 23 of the supercharger blower 21 is equipped with an air bypass pipe (first air bypass pipe) 26 and an air bypass pipe (second air bypass pipe) 27. The bypass valve (first bypass valve) 28 is provided, and the air bypass pipe 27 is provided with a bypass valve (second bypass valve) 29.

空気バイパス管２６は、ブロワ出口管２３内の圧縮空気を排気タービン１１側に逃がし、空気バイパス管２７は、ブロワ出口管２３内の圧縮空気を空気吸込み管２２側に逃がす機能を有する。   The air bypass pipe 26 releases the compressed air in the blower outlet pipe 23 to the exhaust turbine 11 side, and the air bypass pipe 27 has a function of releasing the compressed air in the blower outlet pipe 23 to the air suction pipe 22 side.

排気弁棒７の上端には、排気弁棒駆動ピストン３１が取り付けられており、排気弁棒駆動油圧管３２からの油圧により、排気弁棒７は、クランク軸と連動して排気弁を開閉するようになっている。   An exhaust valve rod drive piston 31 is attached to the upper end of the exhaust valve rod 7, and the exhaust valve rod 7 opens and closes the exhaust valve in conjunction with the crankshaft by the hydraulic pressure from the exhaust valve rod drive hydraulic pipe 32. It is like that.

また、本実施の形態の予混合式２ストローク機関は、排気弁箱８と排気主管１０の間の排気管１０ａに、空燃比センサ３３が排気主管１０の近傍に位置するように配置され、掃気溜２５に過給空気圧センサ３４が配置されている。また、クランク軸付歯車３５の周囲には、パルスセンサ３６と負荷検出センサ３７が配置されている。   Further, the premixed two-stroke engine of the present embodiment is arranged in the exhaust pipe 10a between the exhaust valve box 8 and the exhaust main pipe 10 so that the air-fuel ratio sensor 33 is located in the vicinity of the exhaust main pipe 10, and scavenging A supercharging air pressure sensor 34 is disposed in the reservoir 25. A pulse sensor 36 and a load detection sensor 37 are disposed around the crankshaft gear 35.

また、本実施の形態の予混合式２ストローク機関には、パイロット噴射弁９を制御するパイロット噴射弁制御装置３８、ガス噴射弁２を制御するガス噴射弁制御装置３９、後述する油圧シリンダを制御する油圧シリンダ制御装置４０が備えられる。さらに、本実施の形態の予混合式２ストローク機関には、ＣＰＵで構成される空燃比制御装置４１が備えられる。   The premixed two-stroke engine of the present embodiment controls a pilot injection valve control device 38 that controls the pilot injection valve 9, a gas injection valve control device 39 that controls the gas injection valve 2, and a hydraulic cylinder that will be described later. A hydraulic cylinder control device 40 is provided. Further, the premixed two-stroke engine of the present embodiment is provided with an air-fuel ratio control device 41 composed of a CPU.

空燃比制御装置４１は、空燃比センサ３３、過給空気圧センサ３４、パルスセンサ３６及び負荷検出センサ３７からの検出信号を取り込んで、パイロット噴射弁制御装置３８、ガス噴射弁制御装置３９、油圧シリンダ制御装置４０を制御するようになっている。また、空燃比制御装置４１は、各弁１３、２８、２９に取り付けられたモータ４２、４３、４４のオン、オフを制御するようになっている。   The air-fuel ratio control device 41 takes in detection signals from the air-fuel ratio sensor 33, the supercharging air pressure sensor 34, the pulse sensor 36, and the load detection sensor 37, and a pilot injection valve control device 38, a gas injection valve control device 39, a hydraulic cylinder. The control device 40 is controlled. The air-fuel ratio control device 41 controls on / off of the motors 42, 43, 44 attached to the valves 13, 28, 29.

本実施の形態の予混合式２ストローク機関の主要部である図１のＡ部の構成は、図２以下で後述する。   The configuration of part A in FIG. 1, which is the main part of the premixed two-stroke engine of the present embodiment, will be described later with reference to FIG.

次に、その動作を説明する。   Next, the operation will be described.

空気吸込み管２２から吸入された空気は、過給機ブロワ２１により加圧されブロワ出口管２３を通り、空気冷却器２４で冷却された後、掃気溜２５を通り掃気ポート１からシリンダライナ３に流入する。シリンダライナ３に流入した空気とガス噴射弁２よりシリンダライナ３内に噴出されるガスにより混合気が形成される。   The air sucked from the air suction pipe 22 is pressurized by the supercharger blower 21, passes through the blower outlet pipe 23, is cooled by the air cooler 24, passes through the scavenging reservoir 25, and passes from the scavenging port 1 to the cylinder liner 3. Inflow. An air-fuel mixture is formed by the air flowing into the cylinder liner 3 and the gas ejected from the gas injection valve 2 into the cylinder liner 3.

そして、シリンダライナ３内を下死点から上死点に向けて移動する（圧縮行程）ピストン５により圧縮された混合気にパイロット噴射弁９より液体燃料を噴射し、着火することで混合気を燃焼（爆発）させる。この爆発により、ピストン５は上死点から下死点に向けて移動する（排気行程）。このようにして、ピストン５が１往復（２行程＝２ストローク）することで、１周期の動作が終了（完結）する。   Then, liquid fuel is injected from the pilot injection valve 9 into the air-fuel mixture compressed by the piston 5 that moves in the cylinder liner 3 from the bottom dead center toward the top dead center (compression stroke), and the air-fuel mixture is ignited by ignition. Burn (explode). Due to this explosion, the piston 5 moves from the top dead center toward the bottom dead center (exhaust stroke). Thus, one cycle of operation is completed (completed) by the piston 5 reciprocating once (2 strokes = 2 strokes).

燃焼した混合気は、排気弁棒７の開時に排気弁箱８を通り、さらに排気主管１０から排気タービン入口管１２を通って排気タービン１１を駆動し、外部に排出される。排気タービン１１は過給機ブロワ２１と直結しているので、排気タービン１１の駆動により過給機ブロワ２１も駆動される。   The combusted air-fuel mixture passes through the exhaust valve box 8 when the exhaust valve rod 7 is opened, further drives the exhaust turbine 11 from the exhaust main pipe 10 through the exhaust turbine inlet pipe 12, and is discharged to the outside. Since the exhaust turbine 11 is directly connected to the supercharger blower 21, the supercharger blower 21 is also driven by the drive of the exhaust turbine 11.

前述したように、本発明は、シリンダライナ３内の空燃比調整技術に特徴がある。以下にその詳細を説明する。   As described above, the present invention is characterized by the air-fuel ratio adjustment technique in the cylinder liner 3. Details will be described below.

図２は、図１のＡ部拡大図である。シリンダライナ３と外衣４の下方部分が断面で示されている。また、図３は、図２におけるシリンダライナ３の下方部分の外観図である。   FIG. 2 is an enlarged view of part A in FIG. The lower part of the cylinder liner 3 and the outer garment 4 is shown in cross section. 3 is an external view of a lower portion of the cylinder liner 3 in FIG.

図２、図３に示すように、シリンダライナ３の掃気ポート１の外側（外周）に、開口部５１を有する遮蔽円筒５２が、上下方向に移動可能に嵌合（装備）される。遮蔽円筒５２は、油圧シリンダ５３によって上下駆動されるようになっており、油圧シリンダ５３は、保持器５４によってシリンダライナ３に取り付けられている。   As shown in FIGS. 2 and 3, a shielding cylinder 52 having an opening 51 is fitted (equipped) movably in the vertical direction on the outer side (outer periphery) of the scavenging port 1 of the cylinder liner 3. The shielding cylinder 52 is driven up and down by a hydraulic cylinder 53, and the hydraulic cylinder 53 is attached to the cylinder liner 3 by a cage 54.

ここで、遮蔽円筒５２が下端位置にあるときは、シリンダライナ３の掃気ポート１と遮蔽円筒５２の開口部５１は全面的に重なる。言い換えると、遮蔽円筒５２が下端位置にあるときは、掃気ポート１は掃気溜２５に完全に露出する。   Here, when the shielding cylinder 52 is at the lower end position, the scavenging port 1 of the cylinder liner 3 and the opening 51 of the shielding cylinder 52 entirely overlap. In other words, when the shielding cylinder 52 is at the lower end position, the scavenging port 1 is completely exposed to the scavenging reservoir 25.

また、油圧シリンダ５３の作用により、遮蔽円筒５２が上方に移動すると（図２、図３の状態）、掃気ポート１と開口部５１は一部重なり、掃気ポート１の下方部は遮蔽円筒５２によって遮蔽される。これにより、掃気ポート１を介してシリンダライナ３内に取り込まれる空気量を低減することができる。即ち、掃気ポート１の実開口面積を変化させることで、シリンダライナ３内に取り込まれる空気量を調整し、空燃比を制御することができる。即ち、遮蔽円筒５２は、掃気ポート１の開度を調整する機能を有する。   When the shielding cylinder 52 is moved upward by the action of the hydraulic cylinder 53 (the state shown in FIGS. 2 and 3), the scavenging port 1 and the opening 51 partially overlap, and the lower portion of the scavenging port 1 is covered by the shielding cylinder 52. Shielded. Thereby, the amount of air taken into the cylinder liner 3 via the scavenging port 1 can be reduced. That is, by changing the actual opening area of the scavenging port 1, the amount of air taken into the cylinder liner 3 can be adjusted and the air-fuel ratio can be controlled. That is, the shielding cylinder 52 has a function of adjusting the opening degree of the scavenging port 1.

具体的には、図１で説明したように、空燃比制御装置４１は、空燃比センサ３３、過給空気圧センサ３４、パルスセンサ３６及び負荷検出センサ３７からの検出信号を取り込んで、油圧シリンダ制御装置４０を制御する。油圧シリンダ５３は、油圧シリンダ制御装置４０によって駆動制御されるので、空燃比制御装置４１の判断により、油圧シリンダ５３を駆動制御し、遮蔽円筒５２を上下して掃気ポート１の実開口面積を変化させ、常に適正な空燃比制御を行うことができる。   Specifically, as described in FIG. 1, the air-fuel ratio control device 41 takes in detection signals from the air-fuel ratio sensor 33, the supercharging air pressure sensor 34, the pulse sensor 36, and the load detection sensor 37 to control the hydraulic cylinder. The apparatus 40 is controlled. Since the hydraulic cylinder 53 is driven and controlled by the hydraulic cylinder control device 40, the hydraulic cylinder 53 is driven and controlled based on the determination of the air-fuel ratio control device 41, and the actual opening area of the scavenging port 1 is changed by moving the shielding cylinder 52 up and down. Therefore, it is possible to always perform proper air-fuel ratio control.

さらに詳細に空燃比制御装置４１の機能を説明する。空燃比センサ３３の検出信号により空気量が多いと空燃比制御装置４１が判断した場合、空燃比制御装置４１は、油圧シリンダ制御装置４０に指令して遮蔽円筒５２を上昇させ、掃気ポート１の開口面積を小さくする。それにより、シリンダライナ３内に取り込まれる空気量を低減して、所定の空燃比にすることができる。   The function of the air-fuel ratio control device 41 will be described in more detail. When the air-fuel ratio control device 41 determines that the amount of air is large from the detection signal of the air-fuel ratio sensor 33, the air-fuel ratio control device 41 instructs the hydraulic cylinder control device 40 to raise the shielding cylinder 52 and Reduce the opening area. As a result, the amount of air taken into the cylinder liner 3 can be reduced to a predetermined air-fuel ratio.

また、掃気溜２５より供給される空気量が、機関定格出力で必要とされる空気量よりも十分多くなるように、排気タービン１１と過給機ブロワ２１をマッチングしておく。そして、空燃比制御装置４１は、通常運転では、排気バイパス弁１３やバイパス弁２８またはバイパス弁２９を開き、必要な空気量となるように減少して掃気溜２５に空気を供給する。   Further, the exhaust turbine 11 and the supercharger blower 21 are matched so that the amount of air supplied from the scavenging reservoir 25 is sufficiently larger than the amount of air required for the engine rated output. In the normal operation, the air-fuel ratio control device 41 opens the exhaust bypass valve 13, the bypass valve 28, or the bypass valve 29, and supplies air to the scavenging reservoir 25 by reducing the air amount to a necessary amount.

空燃比制御装置４１は、負荷検出センサ３７で得られた負荷に対応するＬＮＧを、ガス噴射弁制御装置３９を用いてガス噴射弁２に供給する。しかし、このＬＮＧ量に対応する空気量が不足する場合は、空燃比制御装置４１は、排気バイパス弁１３やバイパス弁２８またはバイパス弁２９を閉じ、遮蔽円筒５２を下端位置に戻し、掃気ポート１を全開にして、掃気溜２５に十分な空気を供給する。   The air-fuel ratio control device 41 supplies LNG corresponding to the load obtained by the load detection sensor 37 to the gas injection valve 2 using the gas injection valve control device 39. However, when the air amount corresponding to this LNG amount is insufficient, the air-fuel ratio control device 41 closes the exhaust bypass valve 13, the bypass valve 28 or the bypass valve 29, returns the shielding cylinder 52 to the lower end position, and the scavenging port 1 Is fully opened, and sufficient air is supplied to the scavenging reservoir 25.

図４は、本発明の第２の実施の形態に係る予混合式２ストローク機関のシリンダライナ下方部の断面図（図２に相当）である。また、図５は、図４のＢ部分の拡大図、図６は、図５の上視図、図７は、図４のＣ−Ｃ線断面上視図、図８は、駆動ピンの移動軌跡とそれに伴う遮蔽板の回転の様子を示す模式図である。   FIG. 4 is a cross-sectional view (corresponding to FIG. 2) of the cylinder liner lower part of the premixed two-stroke engine according to the second embodiment of the present invention. 5 is an enlarged view of a portion B in FIG. 4, FIG. 6 is a top view of FIG. 5, FIG. 7 is a cross-sectional top view of FIG. 4, and FIG. It is a schematic diagram which shows the mode of a locus | trajectory and the rotation of the shielding board accompanying it.

シリンダライナ３の外側に、掃気ポート１を開閉する遮蔽板６１が、水平方向に回転可能に取り付けられる。具体的には、図５に示すように、シリンダライナ３の外側には、掃気ポート１の上下端近傍に保持環６２（６２ａ、６２ｂ）が固定されており、遮蔽板６１の上下の固定側端部に形成されたヒンジピン６３（６３ａ、６３ｂ）がこの保持環６２に係合されている。   A shielding plate 61 that opens and closes the scavenging port 1 is attached to the outside of the cylinder liner 3 so as to be rotatable in the horizontal direction. Specifically, as shown in FIG. 5, holding rings 62 (62 a and 62 b) are fixed near the upper and lower ends of the scavenging port 1 on the outer side of the cylinder liner 3, and the upper and lower fixed sides of the shielding plate 61. A hinge pin 63 (63a, 63b) formed at the end is engaged with the holding ring 62.

また、保持環６２の外周には、駆動環６４が回転自在に嵌合されており、その駆動溝６５に、遮蔽板６１の回転側上端に形成された駆動ピン６６が嵌合されている（図８参照）。駆動環６４は、油圧シリンダ５３により保持環６２の周囲を所定の範囲内で回転するようになっている（図６参照）。   A driving ring 64 is rotatably fitted on the outer periphery of the holding ring 62, and a driving pin 66 formed at the upper end of the shielding plate 61 on the rotation side is fitted in the driving groove 65 ( (See FIG. 8). The drive ring 64 is rotated around the holding ring 62 within a predetermined range by the hydraulic cylinder 53 (see FIG. 6).

油圧シリンダ５３の作用により駆動環６４が回転すると、駆動溝６５に嵌合する駆動ピン６６の位置が変わり、その結果、遮蔽板６１がヒンジピン６３を中心として回転し、掃気ポート１の開口面積を変化させる。これにより、掃気ポート１に取り込まれる空気量を制御することができる。この空燃比制御は、第１の実施の形態と同様に、空燃比制御装置４１の判断によってなされる。   When the drive ring 64 is rotated by the action of the hydraulic cylinder 53, the position of the drive pin 66 fitted in the drive groove 65 is changed. As a result, the shielding plate 61 is rotated around the hinge pin 63, and the opening area of the scavenging port 1 is increased. Change. Thereby, the amount of air taken into the scavenging port 1 can be controlled. This air-fuel ratio control is performed by the determination of the air-fuel ratio control device 41, as in the first embodiment.

尚、本発明の予混合式２ストローク機関では、燃料としてガスを使用する場合について説明したが、燃料として油を使用することも可能である。   In the premixed two-stroke engine of the present invention, the case where gas is used as fuel has been described, but oil can also be used as fuel.

１ 掃気ポート
２ ガス噴射弁
３ シリンダライナ
５ ピストン
７ 排気弁棒
１０ 排気主管
１１ 排気タービン
１２ 排気タービン入口管
１３ 排気バイパス弁
１４ 排気バイパス管
１５ 排気出口管
２２ 空気吸込み管
２３ ブロワ出口管
２６、２７ 空気バイパス管
２８、２９ バイパス弁
３３ 空燃比センサ
４１ 空燃比制御装置
５２ 遮蔽円筒
６１ 遮蔽板

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Scavenging port 2 Gas injection valve 3 Cylinder liner 5 Piston 7 Exhaust valve rod 10 Exhaust main pipe 11 Exhaust turbine 12 Exhaust turbine inlet pipe 13 Exhaust bypass valve 14 Exhaust bypass pipe 15 Exhaust outlet pipe 22 Air suction pipe 23 Blower outlet pipes 26, 27 Air bypass pipes 28 and 29 Bypass valve 33 Air-fuel ratio sensor 41 Air-fuel ratio control device 52 Shielding cylinder 61 Shielding plate

Claims (5)

外部の空気を取り入れる掃気開口とその上部の燃料噴射弁を有するシリンダと、前記シリンダ内を往復動するピストンとを備え、前記ピストンが下死点から上死点に移動して前記掃気開口から取り入れられた空気と前記燃料噴射弁から噴射された燃料からなる混合気を圧縮する圧縮行程と、前記混合気の着火による爆発力で前記ピストンが上死点から下死点に移動して前記上死点側に取り付けられる排気弁から排気を行う排気行程との２行程で１周期を完結する予混合式２ストローク機関であって、
前記掃気開口に対面する位置の前記シリンダの外周に、前記掃気開口の開度を調整する遮蔽円筒を上下方向に移動可能に嵌合して配置したことを特徴とする予混合式２ストローク機関。 A scavenging opening for taking in external air, a cylinder having a fuel injection valve on the upper side thereof, and a piston that reciprocates in the cylinder, and the piston moves from the bottom dead center to the top dead center and takes in from the scavenging opening The piston moves from the top dead center to the bottom dead center by the compression stroke for compressing the air-fuel mixture composed of the injected air and the fuel injected from the fuel injection valve and the ignition force of the air-fuel mixture. A premixed two-stroke engine that completes one cycle in two strokes, an exhaust stroke that exhausts from an exhaust valve attached to the point side,
A premixing type two-stroke engine characterized in that a shielding cylinder for adjusting the opening degree of the scavenging opening is fitted on the outer periphery of the cylinder at a position facing the scavenging opening so as to be movable in the vertical direction. 外部の空気を取り入れる掃気開口とその上部の燃料噴射弁を有するシリンダと、前記シリンダ内を往復動するピストンとを備え、前記ピストンが下死点から上死点に移動して前記掃気開口から取り入れられた空気と前記燃料噴射弁から噴射された燃料からなる混合気を圧縮する圧縮行程と、前記混合気の着火による爆発力で前記ピストンが上死点から下死点に移動して前記上死点側に取り付けられる排気弁から排気を行う排気行程との２行程で１周期を完結する予混合式２ストローク機関であって、
前記掃気開口に対面する位置の前記シリンダの外周に、前記掃気開口の開度を調整する遮蔽板を水平方向に回転可能に取り付けたことを特徴とする予混合式２ストローク機関。 A scavenging opening for taking in external air, a cylinder having a fuel injection valve on the upper side thereof, and a piston that reciprocates in the cylinder, and the piston moves from the bottom dead center to the top dead center and takes in from the scavenging opening The piston moves from the top dead center to the bottom dead center by the compression stroke for compressing the air-fuel mixture composed of the injected air and the fuel injected from the fuel injection valve and the ignition force of the air-fuel mixture. A premixed two-stroke engine that completes one cycle in two strokes, an exhaust stroke that exhausts from an exhaust valve attached to the point side,
A premixing type two-stroke engine, characterized in that a shielding plate for adjusting the opening of the scavenging opening is attached to the outer periphery of the cylinder at a position facing the scavenging opening so as to be rotatable in the horizontal direction. 燃焼した前記混合気を排気させる排気主管と、排気タービン入口管により前記排気主管と接続される排気タービンと、前記排気タービンと連結され、外部の空気を吸込む空気吸込み管と圧縮空気を送り出すブロワ出口管と燃焼した前記混合気を外部に排出する排気出口管を有する過給機ブロワと、前記排気タービン入口管と前記排気出口管の間に接続され排気バイパス弁を有する排気バイパス管と、前記ブロワ出口管の前記圧縮空気を前記排気タービン側に逃がす機能を有し第１のバイパス弁を有する第１の空気バイパス管と、前記ブロワ出口管の前記圧縮空気を前記空気吸込み管側に逃がす機能を有し第２のバイパス弁を有する第２の空気バイパス管とを備えることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の予混合式２ストローク機関。   An exhaust main pipe for exhausting the burned air-fuel mixture, an exhaust turbine connected to the exhaust main pipe by an exhaust turbine inlet pipe, an air suction pipe connected to the exhaust turbine and sucking outside air, and a blower outlet for sending compressed air A turbocharger blower having an exhaust outlet pipe for discharging the air-fuel mixture burned to the pipe to the outside, an exhaust bypass pipe having an exhaust bypass valve connected between the exhaust turbine inlet pipe and the exhaust outlet pipe, and the blower A function of allowing the compressed air in the outlet pipe to escape to the exhaust turbine side, a first air bypass pipe having a first bypass valve, and a function of allowing the compressed air in the blower outlet pipe to escape to the air suction pipe side. And a second air bypass pipe having a second bypass valve and a premixed two-stroke according to any one of claims 1 and 2 Seki. 前記遮蔽円筒または前記遮蔽板を駆動制御して前記掃気開口の開度を調整する空燃比制御装置を備えることを特徴とする請求項３記載の予混合式２ストローク機関。   4. The premixed two-stroke engine according to claim 3, further comprising an air-fuel ratio control device that drives and controls the shielding cylinder or the shielding plate to adjust the opening of the scavenging opening. 前記空燃比制御装置は、少なくとも前記排気主管の近傍の空燃比センサの検出信号を取り込むことを特徴とする請求項４記載の予混合式２ストローク機関。
5. The premixed two-stroke engine according to claim 4, wherein the air-fuel ratio control device captures at least a detection signal of an air-fuel ratio sensor in the vicinity of the exhaust main pipe.
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