JP2020084971A - Engine driven by parallel synchronous piston - Google Patents

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Abstract

To solve a problem of a small engine, which is in general a trunk piston engine, in which fuel or combustion gas enters into a crank area and a lubricant oil cannot be distinguished, and a structural problem of a conventional medium-sized cross head engine in terms of a disassembly maintenance as many structures are provided which are merely reduced in a similar figures of a large-sized cross head engine, and further a problem of a conventional single-row cylinder structure for meeting needs of future combustion improvement and high efficiency.SOLUTION: Two sets of pistons 2 are connected to one set of commonly-shared cross head 3 and driven on the same engine stroke so as to solve the above problems. The structure can also be applied to a two-stroke engine and four- stroke engine. Also, an engine structure provided herein can meet needs for high efficiency and environmental countermeasures of the engine such as discriminating collection of exhaust gas by temperature, improvement in cooling a combustion chamber, and improvement in combustion by connecting the two sets of combustion chambers.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、2組のシリンダーの両ピストン2を、共用する1組のクロスヘッド3に連結し、両ピストン2を同じエンジン行程で運転して、1組のコネクティングロッド4と、1組のクランクアーム5aを介して、1本のクランク軸5bに回転力を与えるクロスヘッド型往復動エンジンの構造に関するものである。 The present invention connects both pistons 2 of two sets of cylinders to one set of common crossheads 3, operates both pistons 2 in the same engine stroke, and connects one set of connecting rod 4 and one set of crank. The present invention relates to the structure of a crosshead reciprocating engine that applies a rotational force to one crankshaft 5b via an arm 5a.

往復動エンジンには、トランクピストン型とクロスヘッド型があり、どちらもエンジン用途に応じて使用されている。クロスヘッド型は、クランク機構で発生する横方向スラストを、クロスヘッド構造で受け止めエンジンを大型化し易いことや、シリンダーエリア1xと、クランクエリア5xを、ピストンロッド気密装置2eで隔離できることや、潤滑油の選別や管理が合理的に行えることなどより、大型舶用2ストロークエンジンに多用されている。しかし、トランクピストン型に比べて構造が複雑で、エンジン高さも高くなる。 There are two types of reciprocating engines, a trunk piston type and a crosshead type, both of which are used according to the engine application. The crosshead type can easily receive the lateral thrust generated by the crank mechanism with a crosshead structure and enlarge the engine, and can separate the cylinder area 1x and the crank area 5x by the piston rod airtight device 2e, and the lubricating oil. It is widely used in large-scale two-stroke marine engines because it can be reasonably selected and managed. However, the structure is more complicated and the engine height is higher than that of the trunk piston type.

一方、トランクピストン型は、構造が簡単でエンジン高さも低く抑えられるが、クランク機構で発生する横方向スラストを、ピストン自体で受け止める必要があるので、大型のエンジンには適用し難い。また、シリンダーエリア1xと、クランクエリア5xを、クロスヘッド型のように、ピストンロッド気密装置2eで隔離できないので、燃料や燃焼ガスが、クランクエリア5xに流れ込む場合がある。また、シリンダーオイルとシステムオイルを分離できない。小型、中型の4ストロークエンジンで多用されている。 On the other hand, the trunk piston type has a simple structure and can keep the engine height low, but it is difficult to apply it to a large engine because the piston itself needs to receive the lateral thrust generated by the crank mechanism. Further, since the cylinder area 1x and the crank area 5x cannot be isolated by the piston rod airtight device 2e unlike the crosshead type, fuel and combustion gas may flow into the crank area 5x. Also, the cylinder oil and system oil cannot be separated. It is widely used in small and medium-sized 4-stroke engines.

特開2012−87781JP2012-87781 特開2012−167664JP2012-167664

従来の往復動エンジンに、クロスヘッド型を採用する場合は、エンジン高さが高くなるので設置場所の寸法的な制約があり、一般に、シリンダー内径が300mm未満のエンジンでは、クロスヘッド型は採用されていない。また、従来のシリンダー内径300mm以上の中型クロスヘッド型エンジンにおいては、大型クロスヘッド型エンジンを相似形でサイズを小さくした構造であり、整備や修理でエンジンを分解する場合の作業性がよくないという問題がある。 When a crosshead type is adopted for a conventional reciprocating engine, the height of the engine is high, so there is a dimensional restriction on the installation location. Generally, the crosshead type is adopted for engines with a cylinder inner diameter of less than 300 mm. Not not. Further, in the conventional medium-sized crosshead engine having a cylinder inner diameter of 300 mm or more, the large crosshead engine has a similar structure and a small size, and workability when disassembling the engine for maintenance or repair is not good. There's a problem.

また、近年、液体燃料(例:石油燃料)と気体燃料(例:天然ガス)を両用する二元燃料エンジンが採用されているが、従来のトランクピストン型では、その構造よりシリンダーオイルとシステムオイルを基本的に分離できないので、合理的な潤滑油の選択や管理ができないという問題がある。 In recent years, a dual fuel engine that uses both liquid fuel (example: petroleum fuel) and gas fuel (example: natural gas) has been adopted. In the conventional trunk piston type, cylinder oil and system oil are used due to its structure. Since there is basically no separation, there is the problem that rational selection and management of lubricating oil cannot be performed.

また、従来のトランクピストン型で、天然ガスなどを予混合燃焼方式で使用する時は、ピストンエリア1xと、クランクエリア5xを分離する気密装置が装置されていないので、シリンダー1の内部に供給された予混合燃料が、未燃焼のガス状のままで、シリンダー1とピストン2の摺動面から漏洩した場合は、直ちに、クランクエリアに侵入することになり、何らかの原因で引火し爆発する危険があるという問題がある。 Further, when using a conventional trunk piston type and natural gas in a premixed combustion system, an airtight device for separating the piston area 1x from the crank area 5x is not provided, so that it is supplied to the inside of the cylinder 1. If the premixed fuel remains unburned in a gaseous state and leaks from the sliding surface of the cylinder 1 and the piston 2, it will immediately enter the crank area, and there is a risk of ignition and explosion for some reason. There is a problem.

また、従来のクロスヘッド型およびトランクピストン型においても、それぞれのシリンダーのエンジン行程を単独に考えて、このエンジン行程を個別に行わせるだけでは、排気ガスの環境問題や高効率化への対応には、構造的に限界がある。 Even in the conventional crosshead type and trunk piston type, by considering the engine stroke of each cylinder independently and performing this engine stroke individually, it is possible to cope with environmental problems of exhaust gas and high efficiency. Is structurally limited.

そこで、本発明は、A列およびB列の2組のピストン2を、共用する1組のクロスヘッド3に連結し、この両ピストン2を同じエンジン行程で運転することにより、従来のエンジンよりシリンダー内径を小さくできる結果、エンジン高さを低くできるので、従来、クロスヘッド化されていないシリンダー内径が300mm未満のエンジンのクロスヘッド化を実現する。また、このA列およびB列の2組のシリンダーの燃焼室を、燃焼室連結器1cで連結することにより、従来の単列1組のシリンダー群のエンジンでは不可能であった掃気方式や、燃焼改善方式などを採用する。 Therefore, according to the present invention, two sets of pistons 2 in the rows A and B are connected to a common set of crossheads 3 and both pistons 2 are operated in the same engine stroke, so that the cylinders can be operated more than the conventional engine. As a result of being able to reduce the inner diameter, the height of the engine can be reduced, so that it is possible to realize an engine having a cylinder inner diameter of less than 300 mm, which has not been crossheaded conventionally. Further, by connecting the combustion chambers of the two sets of cylinders A and B with the combustion chamber connector 1c, a scavenging method that is not possible with a conventional engine with a single set of single cylinders, Adopt a combustion improvement method.

本発明により、従来の単列1組のシリンダーを、A列およびB列の2組のシリンダー1に分割することにより、従来のシリンダーが1個の場合に比べて、シリンダー内径を約30パーセント小さくでき、その結果、エンジン高さも30パーセント低くできるので、従来はクロスヘッド化が困難であった小型エンジンも、クロスヘッド化が可能となる。 According to the present invention, by dividing a conventional single row cylinder into two pairs of cylinder 1 of row A and row B, the inner diameter of the cylinder is reduced by about 30% as compared with the case of one conventional cylinder. As a result, the height of the engine can be reduced by 30%, so that even a small engine, which has been difficult to crosshead in the past, can be crossheaded.

また、本発明により、ピストン2内部への潤滑油供給に、テレスコピック方式やスイングレバー方式の採用が可能となり、ピストン2に充分な量の潤滑油を供給できる。この結果、ピストン2の温度を、従来より低下させることができるので、予混合燃焼方式のエンジンにおける過早着火や、ノッキングの発生の抑制あるいは回避に寄与できる。 Further, according to the present invention, it is possible to adopt a telescopic method or a swing lever method for supplying the lubricating oil into the piston 2, and a sufficient amount of lubricating oil can be supplied to the piston 2. As a result, the temperature of the piston 2 can be lowered as compared with the prior art, which can contribute to the suppression or avoidance of pre-ignition and knocking in the premixed combustion type engine.

また、本発明により、従来、コネクティングロッド4と結合するために、ピストン2に設けられていたピストンピン用のボス構造が不要となることより、ピストン2の構造を簡素化でき、熱分布を均等化し易くなるので、ピストンの冷却が改善され、予混合燃焼方式のエンジンにおける過早着火や、ノッキングの発生の抑制あるいは回避に寄与できる。 Further, according to the present invention, since the boss structure for the piston pin, which is conventionally provided in the piston 2 for connecting with the connecting rod 4, is not required, the structure of the piston 2 can be simplified and the heat distribution can be made uniform. Since it is easy to generate, the cooling of the piston is improved, and it is possible to contribute to suppressing or avoiding the occurrence of pre-ignition or knocking in the engine of the premixed combustion system.

本発明の具体例としては、本発明を4ストロークエンジンに採用した場合においては、本来の4ストロークエンジンの排気行程の直前に、一方のシリンダー1の下部に設けた給気孔より、他方のシリンダー1の下部に設けた排気孔を使用した横断掃気(=クロス掃気)行程を付加できるので、排気ガスの温度による弁別回収や、排気弁やシリンダーヘッド部分の冷却改善や、2組のシリンダーの燃焼室連結による燃焼改善方式などの採用が可能となる。なお、この効果については、別途特許願を提出しているので、ここでは説明を割愛する。 As a specific example of the present invention, in the case where the present invention is applied to a four-stroke engine, immediately before the original exhaust stroke of the four-stroke engine, one cylinder 1 is connected to the other through the air supply hole provided in the lower portion. Since a cross scavenging (= cross scavenging) stroke can be added using the exhaust hole provided in the lower part of the exhaust gas, it is possible to recover by discrimination by the temperature of the exhaust gas, improve the cooling of the exhaust valve and the cylinder head part, and the combustion chamber of two sets of cylinder It is possible to adopt a combustion improvement method by connecting. Note that a patent application for this effect has been separately filed, so a description thereof will be omitted here.

また、本発明の別の具体例としては、本発明を2ストロークエンジンに採用した場合においては、従来のシリンダー頂部に設置していた排気弁に代えて、シリンダー頂部に給気弁を設置することにより、排気ガスの温度による弁別回収や、高温の排気ガスに晒される排気弁の廃止や、シリンダーヘッド部分の冷却改善や、燃焼改善などが可能となる。なお、この効果については、別途特許願を提出しているので、ここでは説明を割愛する。 As another specific example of the present invention, when the present invention is applied to a two-stroke engine, an air supply valve is installed at the top of the cylinder instead of the exhaust valve installed at the top of the conventional cylinder. As a result, it is possible to perform discriminative recovery according to the temperature of exhaust gas, abolishment of an exhaust valve exposed to high-temperature exhaust gas, improvement of cooling of a cylinder head portion, improvement of combustion, and the like. Note that a patent application for this effect has been separately filed, so a description thereof will be omitted here.

実施形態を示すエンジン構造の断面図を示す。 1 is a cross-sectional view of an engine structure showing an embodiment.

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1に、この構造の断面的な概念を示す。A列とB列の2組のシリンダー1を、同じエンジン行程で運転し、この両ピストン2の往復動を、共用する1組のクロスヘッド3を介して、1組のコネクティングロッド4に伝達し、1本のクランク軸5bに回転力を与える基本構造である。クランク軸5bの回転方向は、右回転でも左回転でもよい。 FIG. 1 shows the cross-sectional concept of this structure. Two sets of cylinders 1 in rows A and B are operated in the same engine stroke, and the reciprocating motion of both pistons 2 is transmitted to one set of connecting rods 4 through one set of shared crossheads 3. This is a basic structure that applies a rotational force to one crankshaft 5b. The rotation direction of the crankshaft 5b may be right rotation or left rotation.

シリンダーエリア1xと、クランクエリア5xは、A列およびB列の両ピストンロッド気密装置2eにより隔離される。クロスヘッド3の両端には、スラストシュー3bが設けられており、エンジン架台6に設けられたスラストガイド3a上を摺動し、コネクティングロッド4により発生する横方向スラストを受ける。 The cylinder area 1x and the crank area 5x are separated by both piston rod airtight devices 2e in the rows A and B. Thrust shoes 3b are provided at both ends of the crosshead 3, slide on a thrust guide 3a provided on the engine frame 6, and receive a lateral thrust generated by the connecting rod 4.

A列とB列のシリンダー1を、燃焼室連結器1cで結合すれば、この両シリンダー1の燃焼室を1個の燃焼室と看做して使用できる。この結合により、例えば、A列シリンダーの燃焼室からB列シリンダーの燃焼室あるいはその逆方向に、拡散燃焼の燃料(例:石油燃料)を噴射することができるので、燃料のシリンダー内への噴霧が効果的に行える。 If the cylinders 1 of rows A and B are connected by the combustion chamber connector 1c, the combustion chambers of both cylinders 1 can be regarded as one combustion chamber and used. By this connection, for example, it is possible to inject the fuel of diffusion combustion (eg petroleum fuel) from the combustion chamber of the row A cylinder to the combustion chamber of the row B cylinder or vice versa, so that the fuel is sprayed into the cylinder. Can be done effectively.

排気弁、吸気弁あるいは給気弁などは、A列またはB列のシリンダー1にそれぞれ設置できるし、A列およびB列シリンダーのこれらの諸弁を、燃焼室連結器1cに集約して設置することもできる。また、燃料の供給装置は、A列シリンダー1またはB列シリンダー1にそれぞれ設置できるし、A列およびB列のこの燃料の供給装置を、燃焼室連結器1cに集約して設置することもできる。 Exhaust valves, intake valves, intake valves, etc. can be installed in the cylinder 1 of the A-row or B-row, respectively, and these valves of the A-row and B-row cylinders are collectively installed in the combustion chamber coupler 1c. You can also Further, the fuel supply device can be installed in the row A cylinder 1 or the row B cylinder 1, respectively, or the fuel supply devices in the rows A and B can be collectively installed in the combustion chamber coupler 1c. ..

1 シリンダー
1c 燃焼室連結器
1x シリンダーエリア
2 ピストン
2e ピストンロッド気密装置
2d ピストンロッド
3a スラストガイド
3b スラストシュー
3c クロスヘッドピン
4 コネクティングロッド
5a クランクアーム
5b クランク軸
5c クランクピン
5x クランクエリア
6 エンジン架台
1 cylinder 1c combustion chamber connector 1x cylinder area 2 piston 2e piston rod airtight device 2d piston rod 3a thrust guide 3b thrust shoe 3c crosshead pin 4 connecting rod 5a crank arm 5b crankshaft 5c crankpin 5x crank area 6 engine mount

Claims (3)

往復動エンジンにおいて、2組のシリンダー(以下、A列、B列という)の両ピストン2を、共用する1組のクロスヘッド3に連結し、このクロスヘッド3の往復動を、共用する1組のコネクティングロッド4を介して、1組のクランクアーム5aに伝達し、A列およびB列の両ピストン2を同じエンジン行程で作動させて、1本のクランク軸5bに回転力を与えることを特徴とするエンジン。 In a reciprocating engine, both pistons 2 of two sets of cylinders (hereinafter referred to as A-row and B-row) are connected to a common set of crossheads 3, and the reciprocating motion of the crossheads 3 is commonly used. Is transmitted to one set of crank arms 5a via the connecting rod 4 of No. 1 and both pistons 2 in rows A and B are operated in the same engine stroke, thereby giving a rotational force to one crankshaft 5b. And the engine. 前記のエンジンにおいて、シリンダーエリア1xと、クランクエリア5xを、2組のピストンロッド気密装置2eで隔離することを特徴とする請求項1に記載のエンジン。 The engine according to claim 1, wherein in the engine, the cylinder area 1x and the crank area 5x are separated by two sets of piston rod airtight devices 2e. 前記のエンジンにおいて、クロスヘッド3が、コネクティングロッド4より受ける横方向スラストを、クロスヘッド3の両端に設けたスライドシュー3bと、エンジン架台に固定されたスラストガイド3aで受けることを特徴とする請求項1および請求項2に記載のエンジン。 In the above engine, the crosshead 3 receives the lateral thrust received from the connecting rod 4 by the slide shoes 3b provided at both ends of the crosshead 3 and the thrust guide 3a fixed to the engine mount. The engine according to claim 1 and claim 2.
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