JP2019105172A - ２ストロークエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】２ストロークエンジンにおいて、運転中に圧縮比を可変とする。【解決手段】燃焼室Ｒ１を有するシリンダ２と、上記シリンダ内を摺動するピストンロッドとを有する２ストロークエンジン１であって、上記シリンダと可変容積部３とを備え、可変容積部３は、外層タンク３ａに供給する非圧縮性流体の量を調節することで膨張タンク３ｂの容積を変化させ、燃焼室Ｒ１の容積を変化させて、圧縮比を可変とする圧縮比可変機構を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、２ストロークエンジンに関するものである。

例えば、特許文献１には、船舶等に搭載される２ストロークエンジンが開示されている。このような２ストロークエンジンは、ピストンと、ピストンが摺動されるシリンダとを備え、ピストンが上死点まで移動されることにより、シリンダ内の燃焼ガスが圧縮されて自着火する。

特開２０１３−７３２０号公報

このような構成の２ストロークエンジンにおいて、燃焼効率を向上させるためには、高圧縮比で運転することが考えられる。しかしながら、運転状況や、供給される燃料の組成によって最適な圧縮比が異なるため、燃焼時の圧縮比を運転中に変更することが求められている。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、２ストロークエンジンにおいて、運転中に圧縮比を可変とすることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための第１の手段として、燃焼室を有するシリンダと、上記シリンダ内を摺動するピストンとを有する２ストロークエンジンであって、上記燃焼室と連通すると共に、非圧縮性流体により容積を変更可能な可変容積タンクを有する、という構成を採用する。

本発明によれば、運転中において、燃焼室と連通している容積可変タンクの容積を変更することにより、燃焼室の容積を可変とし、圧縮比を変更することができる。したがって、２ストロークエンジンにおいて、着火点の異なる燃料を切り替えて使用することが可能である。

本発明の一実施形態におけるエンジンシステムの一部の断面図である。

以下、図面を参照して、本発明におけるエンジンシステムの一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

本実施形態のエンジンシステム１００は、例えば大型タンカなど船舶に搭載され、図１に示すように、エンジン１と、制御装置２００とを有している。
エンジン１は、多気筒のユニフロー掃気ディーゼルエンジン（２ストロークエンジン）とされ、天然ガス等の気体燃料を重油などの液体燃料と共に燃焼させるガス運転モードと、重油などの液体燃料を燃焼させるディーゼル運転モードとを有している。なお、ガス運転モードでは、気体燃料のみを燃焼させても良い。このようなエンジン１は、シリンダ部２と、可変容積部３とを有し、この他に不図示のピストン、排気弁装置、ピストンロッド、連接棒及びクランク軸等を有している。

シリンダ部２は、シリンダライナ２ａと、シリンダヘッド２ｂと、シリンダライナ２ａの下死点側の端部に設けられるシリンダジャケット（不図示）とを有している。シリンダライナ２ａは、円筒状であり、内周面がピストンの摺動面とされ、燃焼室Ｒ１を有している。シリンダヘッド２ｂは、シリンダライナ２ａにおけるピストンの上死点側の端部に接続され、排気ポートが形成されている略円盤状の部材である。このようなシリンダライナ２ａ及びシリンダヘッド２ｂには、シリンダライナ２ａの上死点側の端部（ピストンが摺動しない部位）からシリンダヘッド２ｂの外側に向けて、シリンダライナ２ａの中心軸から傾いた方向に形成されるタンク通路Ｒ２が設けられている。

可変容積部３は、外層タンク３ａと、膨張タンク３ｂ（可変容積タンク）と、ポンプ３ｃとを有している。また、可変容積部３には、ポンプ３ｃと外層タンク３ａとの間に設けられるポンプ側バルブ３ｄと、外層タンク３ａの排気側に設けられる圧力解放バルブ３ｅとをさらに有している。

外層タンク３ａは、作動水が貯留されるタンクであり、内側に膨張タンク３ｂが設けられている。膨張タンク３ｂは、タンク通路Ｒ２のシリンダヘッド２ｂ側に接続されたアキュムレータタンクであり、内部に容積可変室Ｒ３を有している。膨張タンク３ｂは、外層タンク３ａに供給される水の圧力により、容積が変化させられる。つまり、膨張タンク３ｂの容積可変室Ｒ３は、タンク通路Ｒ２を介して燃焼室Ｒ１と連通されることで、燃焼室Ｒ１の一部として機能する。また、膨張タンク３ｂは、例えば金属製とされ、燃焼室Ｒ１内の燃焼ガスの一部が内部に流入する。ポンプ３ｃは、不図示の水貯留タンク中の水を、加圧して外層タンク３ａに供給する。
このような可変容積部３は、外層タンク３ａに供給する水の量を調節することで膨張タンク３ｂの容積を変化させ、燃焼室Ｒ１の容積を変化させている。

制御装置２００は、例えばＥＣＵとされ、エンジン１の各作動部品の動作を制御する装置である。制御装置２００は、本実施形態においては、燃料の種類や組成等に基づいて、可変容積部３のポンプ３ｃ、ポンプ側バルブ３ｄ及び圧力解放バルブ３ｅの動作を制御して、膨張タンク３ｂの容積を変更させることにより、圧縮比を調節している。

このような本実施形態の可変容積部３及び制御装置２００の動作について説明する。
本実施形態のエンジン１は、上死点における燃焼室Ｒ１の容積を小さくすることにより、圧縮比を下げることができる。具体的には、運転状況に応じて制御装置２００によりポンプ側バルブ３ｄが閉弁されると共に圧力解放バルブ３ｅが開弁される。これにより、外層タンク３ａ内の加圧された水が外部へと排出されることで、膨張タンク３ｂにかかる水圧が減少し、膨張タンク３ｂの容積が増加する。したがって、燃焼室Ｒ１の容積が増加し、圧縮比を下げることができる。

また、本実施形態のエンジン１は、上死点における燃焼室Ｒ１の容積を大きくすることにより、圧縮比を上げることができる。具体的には、運転状況に応じて、制御装置２００によりポンプ側バルブ３ｄが開弁されると共にポンプ３ｃが駆動され、水が外層タンク３ａへと圧送される。これにより、外層タンク３ａに水が貯留され、水圧により、膨張タンク３ｂが外側から内側へと圧縮方向に荷重を受ける。そして、膨張タンク３ｂは、圧縮され容積が小さくなる。したがって、燃焼室Ｒ１の容積が減少し、圧縮比を上げることができる。

本実施形態におけるエンジン１によれば、膨張タンク３ｂの容積を変更することで、燃焼室Ｒ１の容積を可変としている。これにより、エンジン１の運転中に圧縮比を容易に変更することが可能であり、運転状況または供給される燃料の種類に応じて圧縮比を変更することができる。

また、本実施形態においては、外層タンク３ａに非圧縮性流体である水を供給している。これにより、外層タンク３ａ内の水に圧力が加えられた際に、体積が変化することがない。したがって、膨張タンク３ｂの容積を一定の大きさで保持することが容易である。

以上、図面を参照しながら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い。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

上記実施形態においては、非圧縮性流体として水を用いているが、本発明はこれに限定されない。外層タンク３ａに供給される流体は、例えば液体のように非圧縮性の特性を有していれば、その種類が限定されるものではない。なお、供給される非圧縮性流体は、難燃性または不燃性であることが望ましい。

１ エンジン
２ シリンダ部
２ａ シリンダライナ
２ｂ シリンダヘッド
３ 可変容積部
３ａ 外層タンク
３ｂ 膨張タンク
３ｃ ポンプ
３ｄ ポンプ側バルブ
３ｅ 圧力解放バルブ
１００ エンジンシステム
２００ 制御装置
Ｒ１ 燃焼室
Ｒ２ タンク通路
Ｒ３ 容積可変室

Claims (1)

1. 燃焼室を有するシリンダと、前記シリンダ内を摺動するピストンとを有する２ストロークエンジンであって、
   前記燃焼室と連通すると共に、非圧縮性流体により容積を変更可能な可変容積タンクを有することを特徴とする２ストロークエンジン。

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