JP2505406B2 - 過給機付き2サイクル式内燃機関 - Google Patents

過給機付き2サイクル式内燃機関

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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/02Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、過給機をそなえた2サイクル式内燃機関に
関し、特に掃気圧を利用してピストンの圧縮仕事を軽減
できるようにした、過給機付き2サイクル式内燃機関に
関する。
〔従来の技術〕
一般に、内燃機関の過給機の効率は、年々高効率化の
傾向があり、機関性能の向上に役立っている。
一方、このような高効率化された過給機で得られたエ
ネルギーを有効に機関性能面に反映させることが重要な
要件となりつつある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、従来の過給機付き内燃機関では、内燃
機関の過給機の効率は近年大いに改善されており、その
本来の役目である内燃機関への給気において必要量以上
に給気が供給されることになり、タービン出口の排気温
度が低下しすぎるという問題点があり、エネルギーが十
分内燃機関の性能に反映されない等の不具合に結びつい
ている。
この様な高い過給機効率をもちながら、それにより回
収したエネルギーを十分に内燃機関の性能として生かし
切れないという点が問題であり、これを改善することで
機関性能の向上に結びつくと考えられている。
すなわち、高い過給機効率で排気エネルギーを回収す
るものとして次のようなものがある。
排気エネルギーを内燃機関の動力として利用するも
の。近年、η・ブースタ(ターボコンパウンド)という
名称で余剰排気エネルギーによって排気タービンをまわ
し、それを推進軸系に環元して、出力として役立たせる
手段が実用化されつつある。
エネルギーを新気として機関に送ることにより、燃焼
の向上をはかりそれによる性能改善をするもの。このよ
うな手段として、ライナポートとのマッチング等により
余剰給気を利用する手段が従来より行なわれている。
しかしながら、このような従来の排気エネルギー回収
手段では、については機関以外のシステムが必要とな
るなどの短所があり、についてはなかなか効果ある方
策が見出しにくいといった状況にある。
本発明は、このような問題点を解決しようとするもの
で、過給機で得られた圧縮空気をピストンアンダーサイ
ド室に導入し、アクチュエータとしてピストンを下部よ
り作動させその仕事により機関の機械効率を向上させる
ことができるようにした、過給機付き2サイクル式内燃
機関を提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
このため、本発明の過給機付き2サイクル式内燃機関
は、2サイクル式内燃機関において、同内燃機関の排気
により駆動されるタービンと、同タービンにより駆動さ
れて上記内燃機関の過給を行なうコンプレッサとからな
る過給機と、上記内燃機関のピストンの下方に形成され
たピストンアンダーサイド室とをそなえ、同ピストンア
ンダーサイド室と上記過給機とを接続するピストンアン
ダーサイドアクチュエータ通路が設けられ、上記内燃機
関の掃気ポートに連通する第2掃気室が設けられ、同第
2掃気室に連通するとともに上記ピストンアンダーサイ
ド室に接続するピストンアンダーサイドキャンセル通路
が設けられ、上記ピストンアンダーサイドアクチュエー
タ通路に給気コントロール弁が介挿される一方、上記ピ
ストンアンダーサイドキャンセル通路にピストンアンダ
ーサイドキャンセル弁が介挿され、上記内燃機関のピス
トンの上昇行程時に上記給気コントロール弁を開状態と
するとともに上記ピストンアンダーサイドキャンセル弁
を閉状態とする一方、ピストンの下降行程時に上記給気
コントロール弁を閉状態とするとともに上記ピストンア
ンダーサイドキャンセル弁を開状態とするコントローラ
が設けられたことを特徴としている。
〔作用〕
上述の本発明の過給機付き2サイクル式内燃機関で
は、ピストンの上昇行程においては、給気コントロール
を開状態とするとともにピストンアンダーサイドキャン
セル弁を閉状態として、ピストンアンダーサイド室に過
給機から高圧空気を供給してピストンを下方より上方へ
向けて駆動するアクチュエータに形成するとともに、作
動後の圧縮空気をシリンダ内に掃気として流入させる作
用が行なわれる。
また、ピストンの下降行程においては、給気コントロ
ール弁を閉状態とするとともにピストンアンダーサイド
キャンセル弁を開状態として、ピストンアンダーサイド
室内の圧力の上昇を押えて、ピストンアンダーサイド室
内の圧縮による負の圧縮仕事を減少する作用が行なわれ
る。
〔実施例〕
以下、図面により本発明の実施例について説明する
と、第1,2図は本発明の一実施例としての過給機付き2
サイクル式内燃機関を示すもので、第1図はその縦断面
図、第2図はその作用を説明するためのグラフである。
第1図に示すように、排気過給機付きの2サイクル式
内燃機関において、排気通路21に連通する排気管1に介
挿された図示しないタービンと、同タービンによって軸
部を介して駆動され第1の空気通路としての掃気通路7
に連通する給気ダクト3に介挿されたコンプレッサとか
らなる過給機2が設けられている。
そして、コンプレッサよりも下流側の給気ダクト3に
は、空気冷却器4が介挿されていて、給気ダクト3は第
1掃気室5に連通しており、この第1掃気室5と内燃機
関のピストン9の下部に形成されたピストンアンダーサ
イド室11(この実施例では、ピストンアンダーサイド室
11は、後述するように、過給機から高圧空気の供給をう
けてピストン9を上方へ向けて駆動するアクチュエータ
としての機能を有するので、以下「ピストンアンダーサ
イドアクチュエータ室11」と呼ぶこともある)とが、ピ
ストンアンダーサイドアクチュエータ通路としての掃気
通路7により連通されていて、掃気通路7の上流側には
掃気弁6が介挿されており、掃気通路7の下流側には第
1の開閉弁としての給気コントロール弁8が介挿されて
いる。
また、ピストンアンダーサイドアクチュエータ室11と
第2掃気室14とを接続する第2の空気通路としてのピス
トンアンダーサイドキャンセル通路12が設けられてい
て、ピストンアンダーサイドキャンセル通路12には下流
側に第2の開閉弁としてのピストンアンダーサイドキャ
ンセル弁13が介挿されている。
そして、第2掃気室14は掃気ポート15を介してシリン
ダ室16に連通している。
さらに、給気コントロール弁8およびピストンアンダ
ーサイドキャンセル弁13の開閉時期を制御するためのコ
ントローラ22が設けられていて、給気コントロール弁8
はピストン9が下死点(BDC)に下降したときに開状態
となり、ピストン9の上昇行程の間、開状態を維持さ
れ、ピストン9の下降行程では閉状態となるよう制御さ
れる。
また、ピストンアンダーサイドキャンセル弁13はピス
トン9の下降行程において開状態となり、ピストン9の
上昇行程において閉状態となるよう制御される。
なお、図中の符号10はピストン棒、17はシリンダジャ
ケット、18はシリンダライナ、19はシリンダカバー、20
は排気弁をそれぞれ示している。
本発明の実施例としての過給機付き2サイクル式内燃
機関は、上述のごとく構成されているので、ピストン9
の上昇行程において、コントローラ22からの第1の制御
信号を受けて給気コントロール弁8が開状態となるとと
もに、すなわちピストン9が下死点(BDC)に下降した
ときから給気コントロール弁8が開放状態となり、コン
トローラ22からの第2の制御信号を受けてピストンアン
ダーサイドキャンセル弁13が閉状態となる。
これにより、ピストンアンダーサイドアクチュエータ
室11内へ過給機2から過給圧が送られて、ピストン9の
上昇行程での膨張仕事をなす。
また、ピストン9の下縁部が掃気ポート15の下縁部よ
りも上方へ移動すると、掃気ポート15が開状態となっ
て、給気は、第2掃気室14へ流入し、次のピストン9の
下降行程で掃気ポート15が開いた時にシリンダ室16へ流
入して燃焼に利用される。
そして、ピストン9の下降行程では、コントローラ22
からの第1の制御信号を受けて給気コントロール弁8が
閉状態となるとともに、コントローラ22からの第2の制
御信号を受けてピストンアンダーサイドキャンセル弁13
が開状態となる。
これにより、ピストンアンダーサイドアクチュエータ
室11内の圧縮による負の圧縮仕事は減少する。
すなわち、第2図に示すPV線図上で説明すると、上昇
行程は状態C1からC2への変化であるA線で示され、これ
により得られる仕事Lは次式のようになる。
このPV線図上、L;仕事,G;通過流量 V;ピストンアンダーサイドアクチュエータ室の体積 P;ピストンアンダーサイドアクチュエータ室の圧力を
示す。
この仕事Lの分だけピストンの圧縮仕事は減少するこ
ととなり、機関の効率(機械効率の面で)の向上につな
がる。
また、吸気コントロール弁の調整によっては点線Bの
ケースにすることができ、エネルギーの利用率は更に高
くできる。
〔発明の効果〕
以上詳述したように、本発明の過給機付き2サイクル
式内燃機関によれば、次のような効果ないし利点が得ら
れる。
(1)ピストンの上昇行程においては、給気コントロー
ル弁が開状態となって過給機から高圧空気がピストンア
ンダーサイド室に供給され、ピストンを上方へ向けて駆
動するため、ピストンの上昇時における圧縮仕事を軽減
できる。
これにより排気エネルギーを有効に回収することがで
きる。
(2)ピストンの下降時においては、ピストンアンダー
サイドキャンセル弁が開状態となって、ピストンアンダ
ーサイド室の圧力上昇を押えることができ、これにより
上記(1)をより有効に働かせることができる。
(3)膨張時に給気はほぼ断熱膨張をなし温度レベルが
低くなり、シリンダ内に流入後のサイクル効率を上げる
要因となり、その面で熱効率の上昇につながる。
【図面の簡単な説明】
第1,2図は本発明の一実施例としての過給機付き2サイ
クル式内燃機関を示すもので、第1図はその縦断面図、
第2図はその作用を説明するためのグラフである。 1……排気管、2……過給機、3……給気ダクト、4…
…空気冷却器、5……第1掃気室、6……掃気弁、7…
…掃気通路(第1の空気通路)、8……給気コントロー
ル弁(第1の開閉弁)、9……ピストン、10……ピスト
ン棒、11……ピストンアンダーサイド(PU)アクチュエ
ータ室、12……ピストンアンダーサイド(PU)キャンセ
ル通路(第2の空気通路)、13……ピストンアンダーサ
イド(PU)キャンセル弁(第2の開閉弁)、14……第2
掃気室、15……掃気ポート、16……シリンダ室、17……
シリンダジャケット、18……シリンダライナ、19……シ
リンダカバー、20……排気弁、21……排気通路、22……
制御手段としてのコントローラ、

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】2サイクル式内燃機関において、 同内燃機関の排気により駆動されるタービンと、同ター
    ビンにより駆動されて上記内燃機関の過給を行なうコン
    プレッサとからなる過給機と、 上記内燃機関のピストンの下方に形成されたピストンア
    ンダーサイド室とをそなえ、 同ピストンアンダーサイド室と上記過給機とを接続する
    ピストンアンダーサイドアクチュエータ通路が設けら
    れ、 上記内燃機関の掃気ポートに連通する第2掃気室が設け
    られ、 同第2掃気室に連通するとともに上記ピストンアンダー
    サイド室に接続するピストンアンダーサイドキャンセル
    通路が設けられ、 上記ピストンアンダーサイドアクチュエータ通路に給気
    コントロール弁が介挿される一方、上記ピストンアンダ
    ーサイドキャンセル通路にピストンアンダーサイドキャ
    ンセル弁が介挿され、 上記内燃機関のピストンの上昇行程時に上記給気コント
    ロール弁を開状態とするとともに上記ピストンアンダー
    サイドキャンセル弁を閉状態とする一方、ピストンの下
    降行程時に上記給気コントロール弁を閉状態とするとと
    もに上記ピストンアンダーサイドキャンセル弁を開状態
    とするコントローラが設けられた ことを特徴とする、過給機付き2サイクル式内燃機関。
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