JP3077398B2 - 2−4ストローク切換エンジン - Google Patents
2−4ストローク切換エンジンInfo
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- JP3077398B2 JP3077398B2 JP04192764A JP19276492A JP3077398B2 JP 3077398 B2 JP3077398 B2 JP 3077398B2 JP 04192764 A JP04192764 A JP 04192764A JP 19276492 A JP19276492 A JP 19276492A JP 3077398 B2 JP3077398 B2 JP 3077398B2
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- JP
- Japan
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- stroke
- exhaust
- cylinder
- port
- scavenging
- Prior art date
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B69/00—Internal-combustion engines convertible into other combustion-engine type, not provided for in F02B11/00; Internal-combustion engines of different types characterised by constructions facilitating use of same main engine-parts in different types
- F02B69/06—Internal-combustion engines convertible into other combustion-engine type, not provided for in F02B11/00; Internal-combustion engines of different types characterised by constructions facilitating use of same main engine-parts in different types for different cycles, e.g. convertible from two-stroke to four stroke
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
- F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
- F02B2075/025—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two
-
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、エンジンの排気エネ
ルギーによって駆動されるターボチャージャを持つ2−
4ストローク切換エンジンに関する。
ルギーによって駆動されるターボチャージャを持つ2−
4ストローク切換エンジンに関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、エンジンの作動については、爆
発行程即ち膨張行程、排気行程、吸入行程及び圧縮行程
の作動を順次繰り返して行うものであり、4サイクルエ
ンジンと2サイクルエンジンの2つの方式がある。2サ
イクルエンジン即ち2ストロークエンジンは、シリンダ
ヘッド或いはシリンダ下部に排気ポートを形成し、シリ
ンダ下部に掃気ポートを設け、ピストンの2ストローク
で1サイクルが終了するものであり、クランクシャフト
1回転で1回の動力を得ることができる。また、4サイ
クルエンジン即ち4ストロークエンジンは、上記4つの
作動をピストンの1行程毎に行って1サイクルを終了す
るのにピストンの4ストローク即ちクランクシャフトの
2回転を要するエンジンである。
発行程即ち膨張行程、排気行程、吸入行程及び圧縮行程
の作動を順次繰り返して行うものであり、4サイクルエ
ンジンと2サイクルエンジンの2つの方式がある。2サ
イクルエンジン即ち2ストロークエンジンは、シリンダ
ヘッド或いはシリンダ下部に排気ポートを形成し、シリ
ンダ下部に掃気ポートを設け、ピストンの2ストローク
で1サイクルが終了するものであり、クランクシャフト
1回転で1回の動力を得ることができる。また、4サイ
クルエンジン即ち4ストロークエンジンは、上記4つの
作動をピストンの1行程毎に行って1サイクルを終了す
るのにピストンの4ストローク即ちクランクシャフトの
2回転を要するエンジンである。
【0003】従来、排気エネルギーで駆動されるターボ
チャージャとエネルギー回収タービンを持つエンジン
は、排気ポートに連結した排気マニホルド等の排気管の
下流にターボチャージャ、エネルギー回収タービン等が
連結され、エンジンで発生する排気エネルギーをターボ
チャージャ、エネルギー回収タービン等で回収し、コン
プレッサを駆動したり、或いは発電・電動機で電気エネ
ルギーとしてバッテリ等で回収している。
チャージャとエネルギー回収タービンを持つエンジン
は、排気ポートに連結した排気マニホルド等の排気管の
下流にターボチャージャ、エネルギー回収タービン等が
連結され、エンジンで発生する排気エネルギーをターボ
チャージャ、エネルギー回収タービン等で回収し、コン
プレッサを駆動したり、或いは発電・電動機で電気エネ
ルギーとしてバッテリ等で回収している。
【0004】また、サイクル切換エンジンとしては、特
開平3−279632号公報及び特開平3−27963
3号公報に開示されたものがある。これらのサイクル切
換エンジンは、吸排気バルブをセラミック材料の軽量な
材料で製作することによって吸排気バルブを電磁力で開
閉作動して作動状態を制御してクランクの回転とは独立
して吸排気バルブを自由に制御できることに着眼し、ま
た、2サイクルエンジンが4サイクルエンジンより低速
領域での出力トルクが大きいと共に、EGRの効果即ち
NOX 発生の抑制効果が期待できることに着眼し、エン
ジンの作動を2サイクル又は4サイクルに切換可能に構
成すると共に、直接噴射式又は副室式に切換可能に構成
している。
開平3−279632号公報及び特開平3−27963
3号公報に開示されたものがある。これらのサイクル切
換エンジンは、吸排気バルブをセラミック材料の軽量な
材料で製作することによって吸排気バルブを電磁力で開
閉作動して作動状態を制御してクランクの回転とは独立
して吸排気バルブを自由に制御できることに着眼し、ま
た、2サイクルエンジンが4サイクルエンジンより低速
領域での出力トルクが大きいと共に、EGRの効果即ち
NOX 発生の抑制効果が期待できることに着眼し、エン
ジンの作動を2サイクル又は4サイクルに切換可能に構
成すると共に、直接噴射式又は副室式に切換可能に構成
している。
【0005】そして、エンジンの低速高負荷時には、エ
ンジンを2サイクルで作動し且つ直接噴射式に切換え
て、燃焼室の容積を小さくして高圧縮比で燃料リッチ状
態で燃焼させ、EGRを行って高出力化を確保する。ま
た、低速部分負荷及び高速部分負荷時には、エンジンを
4サイクルで作動して直接噴射式に切換え、燃焼室の容
積を小さくして高圧縮比で燃料リッチ状態で燃焼させて
NOX の発生を抑制する。更に、高速高負荷時には、エ
ンジンを4サイクルで作動し且つ副室式に切換え、副室
式燃焼を行わせて燃焼室の容積を大きくして多量の空気
を導入して低圧縮比で且つ副室で燃料リッチで主たる燃
焼によりNOX の発生を抑制し、それによってエンジン
のいずれの作動領域でもNOX の発生を抑制し、効率の
良い高出力エンジンを得ることができるサイクル切換エ
ンジンを得ることを図っている。
ンジンを2サイクルで作動し且つ直接噴射式に切換え
て、燃焼室の容積を小さくして高圧縮比で燃料リッチ状
態で燃焼させ、EGRを行って高出力化を確保する。ま
た、低速部分負荷及び高速部分負荷時には、エンジンを
4サイクルで作動して直接噴射式に切換え、燃焼室の容
積を小さくして高圧縮比で燃料リッチ状態で燃焼させて
NOX の発生を抑制する。更に、高速高負荷時には、エ
ンジンを4サイクルで作動し且つ副室式に切換え、副室
式燃焼を行わせて燃焼室の容積を大きくして多量の空気
を導入して低圧縮比で且つ副室で燃料リッチで主たる燃
焼によりNOX の発生を抑制し、それによってエンジン
のいずれの作動領域でもNOX の発生を抑制し、効率の
良い高出力エンジンを得ることができるサイクル切換エ
ンジンを得ることを図っている。
【0006】上記サイクル切換エンジンは、シリンダヘ
ッドに形成した吸気ポートに配置した吸気バルブと排気
ポートに配置した排気バルブ、シリンダ下部に形成した
吸気ポートに配置した吸気バルブ、シリンダヘッドに設
けた副室と主室を連通する連絡孔に配置した開閉切換バ
ルブ、前記各バルブを電磁力で開閉作動する各電磁バル
ブ駆動装置、エンジンの作動状態を検出する検出手段、
及び該検出手段による検出信号に応答して前記各バルブ
の作動状態を制御するコントローラを有するものであ
り、エンジンの回転数及び負荷等の作動状態を検出手段
で検出し、該検出信号を前記コントローラに入力するこ
とによって、前記コントローラはエンジンの作動状態に
応答して前記各バルブの開閉状態を制御でき、従って、
エンジンを2サイクル又は4サイクルに切り換えること
ができると共に、直接噴射式又は副室式の燃焼状態に切
り換えることができ、特に、エンジンの全作動領域に対
してNOX の発生を抑制できる制御を行うことができ
る。
ッドに形成した吸気ポートに配置した吸気バルブと排気
ポートに配置した排気バルブ、シリンダ下部に形成した
吸気ポートに配置した吸気バルブ、シリンダヘッドに設
けた副室と主室を連通する連絡孔に配置した開閉切換バ
ルブ、前記各バルブを電磁力で開閉作動する各電磁バル
ブ駆動装置、エンジンの作動状態を検出する検出手段、
及び該検出手段による検出信号に応答して前記各バルブ
の作動状態を制御するコントローラを有するものであ
り、エンジンの回転数及び負荷等の作動状態を検出手段
で検出し、該検出信号を前記コントローラに入力するこ
とによって、前記コントローラはエンジンの作動状態に
応答して前記各バルブの開閉状態を制御でき、従って、
エンジンを2サイクル又は4サイクルに切り換えること
ができると共に、直接噴射式又は副室式の燃焼状態に切
り換えることができ、特に、エンジンの全作動領域に対
してNOX の発生を抑制できる制御を行うことができ
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、2ストロー
クエンジンにおいて、ターボチャージャを設けた場合
に、排気圧力を掃気圧力より高圧にすることは、2スト
ローク作動の原理から不可能なことである。ところが、
排気行程直前の筒内圧力は、数kg/cm2 以上あり、
該高圧の筒内圧力を利用すれば、排気タービンによって
排気エネルギーを有効に回収することは可能である。し
かしながら、現実には、排気タービン前の圧力まで一度
膨張し、その圧力が大気圧まで膨張する。その圧力差分
のみが排気タービンで回収できるのみである。また、排
気タービン前の圧力を高くし、その回収分を増大させる
ことを考えた場合に、2ストロークエンジンでは、掃気
圧を排気タービン前の圧力以上に上昇させる必要があ
り、それに要するエネルギーが増大し、トータルの回収
効率は向上しないものである。
クエンジンにおいて、ターボチャージャを設けた場合
に、排気圧力を掃気圧力より高圧にすることは、2スト
ローク作動の原理から不可能なことである。ところが、
排気行程直前の筒内圧力は、数kg/cm2 以上あり、
該高圧の筒内圧力を利用すれば、排気タービンによって
排気エネルギーを有効に回収することは可能である。し
かしながら、現実には、排気タービン前の圧力まで一度
膨張し、その圧力が大気圧まで膨張する。その圧力差分
のみが排気タービンで回収できるのみである。また、排
気タービン前の圧力を高くし、その回収分を増大させる
ことを考えた場合に、2ストロークエンジンでは、掃気
圧を排気タービン前の圧力以上に上昇させる必要があ
り、それに要するエネルギーが増大し、トータルの回収
効率は向上しないものである。
【0008】特に、タービンとコンプレッサを備えたタ
ーボチャージャを持つエンジンでは、ターボチャージャ
は、低速低負荷時には排気ガスエネルギーが小さくな
り、十分な過給圧の確保が困難であるという問題を有し
ている。
ーボチャージャを持つエンジンでは、ターボチャージャ
は、低速低負荷時には排気ガスエネルギーが小さくな
り、十分な過給圧の確保が困難であるという問題を有し
ている。
【0009】そこで、この発明の目的は、上記の課題を
解決することであり、排気エネルギーによって駆動され
るターボチャージャを設けると共に、該ターボチャージ
ャでの過給圧をクランクケースで再圧縮を行い、4スト
ローク作動時に2ストローク作動で使用される掃気ポー
トから排気作動中において吸気を導入して筒内の排気ガ
スを押し出すように構成し、筒内の排気作動初期に強制
的に掃気し、筒内残留ガスを極めて少なくし、4ストロ
ーク作動における掃気時に、新気がシリンダ壁面より受
熱して熱エネルギーを得てターボチャージャ又はエネル
ギー回収タービンでエネルギー回収を行い、熱効率を向
上させる2−4ストローク切換エンジンを提供すること
である。
解決することであり、排気エネルギーによって駆動され
るターボチャージャを設けると共に、該ターボチャージ
ャでの過給圧をクランクケースで再圧縮を行い、4スト
ローク作動時に2ストローク作動で使用される掃気ポー
トから排気作動中において吸気を導入して筒内の排気ガ
スを押し出すように構成し、筒内の排気作動初期に強制
的に掃気し、筒内残留ガスを極めて少なくし、4ストロ
ーク作動における掃気時に、新気がシリンダ壁面より受
熱して熱エネルギーを得てターボチャージャ又はエネル
ギー回収タービンでエネルギー回収を行い、熱効率を向
上させる2−4ストローク切換エンジンを提供すること
である。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、シリンダヘッドに形成した吸気ポートと排
気ポート、該排気ポートに配置した膨張行程終了付近で
開放して排気する排気弁、前記吸気ポートを2ストロー
ク作動時に閉鎖保持し且つ4ストローク作動時に開閉作
動して吸気を行う前記吸気ポートに配置した吸気弁、ク
ランクケースに通じるシリンダ下部に形成した掃気ポー
ト、前記クランクケースに掃気通路を通じて連通する排
気エネルギーによって駆動されるターボチャージャ、及
び4ストローク作動時に前記排気弁を通じて排気を行う
排気作動中に前記ターボチャージャからの新気を前記ク
ランクケースを通じて筒内を掃気するための前記掃気通
路に設けたリード弁、を有する2−4ストローク切換エ
ンジンに関する。
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、シリンダヘッドに形成した吸気ポートと排
気ポート、該排気ポートに配置した膨張行程終了付近で
開放して排気する排気弁、前記吸気ポートを2ストロー
ク作動時に閉鎖保持し且つ4ストローク作動時に開閉作
動して吸気を行う前記吸気ポートに配置した吸気弁、ク
ランクケースに通じるシリンダ下部に形成した掃気ポー
ト、前記クランクケースに掃気通路を通じて連通する排
気エネルギーによって駆動されるターボチャージャ、及
び4ストローク作動時に前記排気弁を通じて排気を行う
排気作動中に前記ターボチャージャからの新気を前記ク
ランクケースを通じて筒内を掃気するための前記掃気通
路に設けたリード弁、を有する2−4ストローク切換エ
ンジンに関する。
【0011】また、この2−4ストローク切換エンジン
において、排気弁の開放タイミングは2ストローク作動
時が4ストローク作動時より早く開放するように設定さ
れている。
において、排気弁の開放タイミングは2ストローク作動
時が4ストローク作動時より早く開放するように設定さ
れている。
【0012】
【作用】この発明による2−4ストローク切換エンジン
は、上記のように構成されており、次のように作用す
る。即ち、この2−4ストローク切換エンジンは、シリ
ンダヘッドの吸気ポートに配置した吸気弁を2ストロー
ク作動時に閉鎖保持し、4ストローク作動時に開閉作動
して吸気を行い、4ストローク作動時に排気エネルギー
によって駆動されるターボチャージャからの新気をクラ
ンクケースに入れ、排気作動期間の初期にシリンダ下部
の掃気ポートからクランクケースで再圧縮された新気で
筒内を掃気するので、排気作動期間中に筒内が強制的に
掃気され、筒内残留ガスが極めて小さくなると共に、4
ストローク作動の掃気時に新気は壁面から受熱してター
ボチャージャ或いは発電タービンでエネルギー回収さ
れ、熱効率が向上する。
は、上記のように構成されており、次のように作用す
る。即ち、この2−4ストローク切換エンジンは、シリ
ンダヘッドの吸気ポートに配置した吸気弁を2ストロー
ク作動時に閉鎖保持し、4ストローク作動時に開閉作動
して吸気を行い、4ストローク作動時に排気エネルギー
によって駆動されるターボチャージャからの新気をクラ
ンクケースに入れ、排気作動期間の初期にシリンダ下部
の掃気ポートからクランクケースで再圧縮された新気で
筒内を掃気するので、排気作動期間中に筒内が強制的に
掃気され、筒内残留ガスが極めて小さくなると共に、4
ストローク作動の掃気時に新気は壁面から受熱してター
ボチャージャ或いは発電タービンでエネルギー回収さ
れ、熱効率が向上する。
【0013】即ち、燃焼ガスからの受熱により筒内壁温
は高温となり、特に、爆発行程時は壁面の表面近くのみ
温度上昇する。この温度上昇したタイミングにクランク
ケース内で圧縮された新気を掃気ポートから流入させる
ことにより、この新気は壁面より熱を受熱し、該熱エネ
ルギーは排気ポートの下流に設けたターボチャージャに
よって出力に変換されて回収される。また、4ストロー
ク作動時には、吸入行程終了付近で掃気ポートよりクラ
ンクケースで圧縮された過給気が筒内に流入するので吸
入効率を向上させることができる。また、前記過給気で
筒内を掃気することで、4ストローク作動時の前記排気
弁の開時期を、2ストローク作動時に比較して遅くする
ことが可能であり、4ストローク作動に最適時期に調節
してエンジンの有効仕事を増加させることができる。
は高温となり、特に、爆発行程時は壁面の表面近くのみ
温度上昇する。この温度上昇したタイミングにクランク
ケース内で圧縮された新気を掃気ポートから流入させる
ことにより、この新気は壁面より熱を受熱し、該熱エネ
ルギーは排気ポートの下流に設けたターボチャージャに
よって出力に変換されて回収される。また、4ストロー
ク作動時には、吸入行程終了付近で掃気ポートよりクラ
ンクケースで圧縮された過給気が筒内に流入するので吸
入効率を向上させることができる。また、前記過給気で
筒内を掃気することで、4ストローク作動時の前記排気
弁の開時期を、2ストローク作動時に比較して遅くする
ことが可能であり、4ストローク作動に最適時期に調節
してエンジンの有効仕事を増加させることができる。
【0014】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明による2−
4ストローク切換エンジンの一実施例を説明する。図1
はこの発明による2−4ストローク切換エンジンの一実
施例を示す概略断面図、図2は図1の2−4ストローク
切換エンジンに組み込まれた発電・電動機を持つターボ
チャージャの一例を示す概略説明図、図3は図1の2−
4ストローク切換エンジンに組み込まれたエネルギー回
収タービンの一例を示す概略説明図、及び図4は図1の
2−4ストローク切換エンジンの作動を示す説明図であ
る。
4ストローク切換エンジンの一実施例を説明する。図1
はこの発明による2−4ストローク切換エンジンの一実
施例を示す概略断面図、図2は図1の2−4ストローク
切換エンジンに組み込まれた発電・電動機を持つターボ
チャージャの一例を示す概略説明図、図3は図1の2−
4ストローク切換エンジンに組み込まれたエネルギー回
収タービンの一例を示す概略説明図、及び図4は図1の
2−4ストローク切換エンジンの作動を示す説明図であ
る。
【0015】この2−4ストローク切換エンジンは、エ
ンジンの排気エネルギーによって駆動されるターボチャ
ージャ5を備え、場合によっては、エネルギー回収ター
ビン6を備えている。この実施例では両者を備えている
ものとする。この2−4ストローク切換エンジンは、シ
リンダブロック2、該シリンダブロック2に固定したシ
リンダヘッド1、シリンダブロック2に形成した穴部に
嵌合したシリンダ10を構成するシリンダライナ13、
該シリンダ10内即ち筒内を往復運動するピストン7、
該ピストン7の往復運動を回転運動に変換するコンロッ
ドとクランクシャフト29を収容するクランクケース3
0、及び該クランクケース30に過給気を供給するター
ボチャージャ5を有している。シリンダヘッド1には、
排気ポート8が形成され且つ筒内に燃料を噴射するため
燃料噴射ノズル32が配置されている。また、シリンダ
10のシリンダ下部に掃気ポート12を形成している。
シリンダヘッド1に形成した排気ポート8は、マニホル
ドガスケットを介在して排気マニホルドに連結されてい
る。排気マニホルドはターボチャージャ5の上流側の排
気通路16に連結され、ターボチャージャ5の下流側の
排気通路17にはエネルギー回収タービン6が連結され
ている。
ンジンの排気エネルギーによって駆動されるターボチャ
ージャ5を備え、場合によっては、エネルギー回収ター
ビン6を備えている。この実施例では両者を備えている
ものとする。この2−4ストローク切換エンジンは、シ
リンダブロック2、該シリンダブロック2に固定したシ
リンダヘッド1、シリンダブロック2に形成した穴部に
嵌合したシリンダ10を構成するシリンダライナ13、
該シリンダ10内即ち筒内を往復運動するピストン7、
該ピストン7の往復運動を回転運動に変換するコンロッ
ドとクランクシャフト29を収容するクランクケース3
0、及び該クランクケース30に過給気を供給するター
ボチャージャ5を有している。シリンダヘッド1には、
排気ポート8が形成され且つ筒内に燃料を噴射するため
燃料噴射ノズル32が配置されている。また、シリンダ
10のシリンダ下部に掃気ポート12を形成している。
シリンダヘッド1に形成した排気ポート8は、マニホル
ドガスケットを介在して排気マニホルドに連結されてい
る。排気マニホルドはターボチャージャ5の上流側の排
気通路16に連結され、ターボチャージャ5の下流側の
排気通路17にはエネルギー回収タービン6が連結され
ている。
【0016】この2−4ストローク切換エンジンは、特
に、シリンダヘッド1に形成した吸気ポート3と排気ポ
ート8、該排気ポート8に配置した排気弁9、吸気ポー
ト3を2ストローク作動時に閉鎖保持し且つ4ストロー
ク作動時に開閉作動して排気行程終了近くから圧縮行程
初期の間で吸気を行う吸気ポート3に配置した吸気弁
4、シリンダ10下部に形成した掃気ポート12、排気
エネルギーによって駆動される発電・電動機21を持つ
ターボチャージャ5、4ストローク作動時に排気行程初
期にターボチャージャ5からの新気をクランクケース3
0で再圧縮して筒内即ちシリンダ10内に掃気できる掃
気ポート12、及びターボチャージャ5のコンプレッサ
19の出口側の吸気通路24から分岐してクランクケー
ス30に連通する掃気通路31、及び該掃気通路31に
設けた逆止弁であるリード弁28を有している。更に、
クランクケース30は掃気通路11を通じて掃気ポート
12に連通している。また、排気ポート8は、ターボチ
ャージャ5におけるタービン20のタービンスクロール
14に連結されている。
に、シリンダヘッド1に形成した吸気ポート3と排気ポ
ート8、該排気ポート8に配置した排気弁9、吸気ポー
ト3を2ストローク作動時に閉鎖保持し且つ4ストロー
ク作動時に開閉作動して排気行程終了近くから圧縮行程
初期の間で吸気を行う吸気ポート3に配置した吸気弁
4、シリンダ10下部に形成した掃気ポート12、排気
エネルギーによって駆動される発電・電動機21を持つ
ターボチャージャ5、4ストローク作動時に排気行程初
期にターボチャージャ5からの新気をクランクケース3
0で再圧縮して筒内即ちシリンダ10内に掃気できる掃
気ポート12、及びターボチャージャ5のコンプレッサ
19の出口側の吸気通路24から分岐してクランクケー
ス30に連通する掃気通路31、及び該掃気通路31に
設けた逆止弁であるリード弁28を有している。更に、
クランクケース30は掃気通路11を通じて掃気ポート
12に連通している。また、排気ポート8は、ターボチ
ャージャ5におけるタービン20のタービンスクロール
14に連結されている。
【0017】また、この2−4ストローク切換エンジン
に組み込まれたターボチャージャ5は、図2に示すよう
に、タービン20及び該タービン20に固定したシャフ
ト23に連結したコンプレッサ19を有し、場合によっ
ては、シャフト23上に設けた発電・電動機21を有し
ている。この実施例では、発電・電動機21を有するタ
ーボチャージャ5が使用されている。タービン20の入
口側のタービンスクロール14は、排気通路16に連通
している。タービン20の出口側の排気通路17は、図
3に示すエネルギー回収タービン6の発電タービン25
の入口側のタービンスクロール26に連通している。ま
た、発電タービン25の出口側の排気通路18は、例え
ば、排気ガス浄化装置等を通じて大気開放している。エ
ネルギー回収タービン6は、発電タービン25に固定し
たシャフト22に対して発電機27が設けられ、該発電
機27で排気エネルギーが回収されるように構成されて
いる。
に組み込まれたターボチャージャ5は、図2に示すよう
に、タービン20及び該タービン20に固定したシャフ
ト23に連結したコンプレッサ19を有し、場合によっ
ては、シャフト23上に設けた発電・電動機21を有し
ている。この実施例では、発電・電動機21を有するタ
ーボチャージャ5が使用されている。タービン20の入
口側のタービンスクロール14は、排気通路16に連通
している。タービン20の出口側の排気通路17は、図
3に示すエネルギー回収タービン6の発電タービン25
の入口側のタービンスクロール26に連通している。ま
た、発電タービン25の出口側の排気通路18は、例え
ば、排気ガス浄化装置等を通じて大気開放している。エ
ネルギー回収タービン6は、発電タービン25に固定し
たシャフト22に対して発電機27が設けられ、該発電
機27で排気エネルギーが回収されるように構成されて
いる。
【0018】上記のように構成されている2−4ストロ
ーク切換エンジンの作動を、図4を参照して説明する。
図4はこの2−4ストローク切換エンジンの作動の一実
施例を説明する線図である。図4において、ピストン7
がシリンダ10内を往復運動する時のピストン7の変位
を符号Pで示し、上死点をTDCで示し且つ下死点をB
DCで示す。この2−4ストローク切換エンジンにおい
て、4ストローク作動時を上段に示し、2ストローク作
動時を下段に示している。クランクケ─ス30の入口部
付近に設けたリ─ド弁28の開放期間を符号SV、吸気
弁4の開放期間を符号IV、排気弁9の開放期間を符号
EVで示す。また、2−4ストローク切換エンジンは、
圧縮行程CS、燃焼行程即ち膨張行程ES、排気行程E
S及び吸入行程IS(2ストローク作動では、掃気・吸
気行程)を順次繰り返して作動されるものである。
ーク切換エンジンの作動を、図4を参照して説明する。
図4はこの2−4ストローク切換エンジンの作動の一実
施例を説明する線図である。図4において、ピストン7
がシリンダ10内を往復運動する時のピストン7の変位
を符号Pで示し、上死点をTDCで示し且つ下死点をB
DCで示す。この2−4ストローク切換エンジンにおい
て、4ストローク作動時を上段に示し、2ストローク作
動時を下段に示している。クランクケ─ス30の入口部
付近に設けたリ─ド弁28の開放期間を符号SV、吸気
弁4の開放期間を符号IV、排気弁9の開放期間を符号
EVで示す。また、2−4ストローク切換エンジンは、
圧縮行程CS、燃焼行程即ち膨張行程ES、排気行程E
S及び吸入行程IS(2ストローク作動では、掃気・吸
気行程)を順次繰り返して作動されるものである。
【0019】この2−4ストローク切換エンジンは、エ
ンジン回転数、エンジン負荷等のエンジンの作動状態を
センサー(図示せず)で検出し、該検出信号に応答して
コントローラ(図示せず)の指令で吸気弁4及び排気弁
9の開閉タイミングを制御して2ストローク作動又は4
ストローク作動に切り換えるものである。そして、この
2−4ストローク切換エンジンにおいて、2ストローク
作動時には、シリンダ10の下部に設けた掃気ポート1
2から掃気・吸気を行い、シリンダヘッド1に形成した
排気ポート8に設けた排気弁9を開閉作動して排気ポー
ト8を通じて排気を行って作動する。即ち、2ストロー
ク作動時には、ターボチャージャ5の過給気をクランク
ケース30で再圧縮を行うことにより、過給気を二段圧
縮して作動するものである。また、4ストローク作動時
には、膨張行程終了付近で排気弁9を開放して排気した
後、二段圧縮された過給気を掃気ポート12からシリン
ダ内に供給して筒内の掃気を行い、次いで排気行程終了
後、新気をシリンダヘッド1に設けた吸気弁4を開放し
て吸気ポート3から吸気を行い、シリンダヘッド1に形
成した排気ポート8に設けた排気弁9を閉作動して排気
ポート8を通じての排気を遮断して作動する。
ンジン回転数、エンジン負荷等のエンジンの作動状態を
センサー(図示せず)で検出し、該検出信号に応答して
コントローラ(図示せず)の指令で吸気弁4及び排気弁
9の開閉タイミングを制御して2ストローク作動又は4
ストローク作動に切り換えるものである。そして、この
2−4ストローク切換エンジンにおいて、2ストローク
作動時には、シリンダ10の下部に設けた掃気ポート1
2から掃気・吸気を行い、シリンダヘッド1に形成した
排気ポート8に設けた排気弁9を開閉作動して排気ポー
ト8を通じて排気を行って作動する。即ち、2ストロー
ク作動時には、ターボチャージャ5の過給気をクランク
ケース30で再圧縮を行うことにより、過給気を二段圧
縮して作動するものである。また、4ストローク作動時
には、膨張行程終了付近で排気弁9を開放して排気した
後、二段圧縮された過給気を掃気ポート12からシリン
ダ内に供給して筒内の掃気を行い、次いで排気行程終了
後、新気をシリンダヘッド1に設けた吸気弁4を開放し
て吸気ポート3から吸気を行い、シリンダヘッド1に形
成した排気ポート8に設けた排気弁9を閉作動して排気
ポート8を通じての排気を遮断して作動する。
【0020】即ち、2ストローク作動時には、シリンダ
ヘッド1に設けた吸気弁4は閉鎖状態に保持されてお
り、ターボチャージャ5のコンプレッサ19から供給さ
れる新気は、吸気通路24、掃気通路31及びリード弁
28を通じてクランクケース30に供給され、そこで新
気は再圧縮されて掃気通路11を通って掃気ポート12
から筒内即ちシリンダ10内に掃気され、排気弁9の開
放で筒内ガスは排気ポート8を通じて筒内から排気され
る。排気ポート8を通じて筒内の燃焼ガスは、ターボチ
ャージャ5のタービン20の上流側に排気され、該排気
ガスはタービン20を駆動した後にタービン20の出口
側即ち排気通路17からエネルギー回収タービン6の発
電タービン25に送り込まれ、該排気ガスは発電タービ
ン25を駆動した後に外部へ排気される。ターボチャー
ジャ5のタービン20を駆動でき、コンプレッサ19を
駆動すると共に、ターボチャージャ5に設けた発電・電
動機21によって電気エネルギーとして回収することが
できる。
ヘッド1に設けた吸気弁4は閉鎖状態に保持されてお
り、ターボチャージャ5のコンプレッサ19から供給さ
れる新気は、吸気通路24、掃気通路31及びリード弁
28を通じてクランクケース30に供給され、そこで新
気は再圧縮されて掃気通路11を通って掃気ポート12
から筒内即ちシリンダ10内に掃気され、排気弁9の開
放で筒内ガスは排気ポート8を通じて筒内から排気され
る。排気ポート8を通じて筒内の燃焼ガスは、ターボチ
ャージャ5のタービン20の上流側に排気され、該排気
ガスはタービン20を駆動した後にタービン20の出口
側即ち排気通路17からエネルギー回収タービン6の発
電タービン25に送り込まれ、該排気ガスは発電タービ
ン25を駆動した後に外部へ排気される。ターボチャー
ジャ5のタービン20を駆動でき、コンプレッサ19を
駆動すると共に、ターボチャージャ5に設けた発電・電
動機21によって電気エネルギーとして回収することが
できる。
【0021】また、4ストローク作動時には、排気弁9
が開放して筒内の燃焼ガスの排気を開始し、そのすぐ後
に掃気ポート12より圧縮された新気を導入し、排気ガ
スを押し出す状態で強制的に掃気され、筒内残留ガスが
きわめて少なくなり、ピストン7の上昇と共に排気行程
を行う。ピストン7が上死点TDC付近になると、吸気
弁4が開放し、ピストン7の下降に伴って吸入行程が開
始する。ピストン7の頂面15が掃気ポート12にオー
バラップすると、掃気ポート12よりクランクケース3
0で再圧縮された新気が更にシリンダ10内に流入し、
ピストン7が上昇して圧縮行程になる。ピストン7の上
死点TDC近傍で燃料噴射ノズル32から燃料が噴射さ
れ、燃料は着火燃焼して膨張行程に移る。
が開放して筒内の燃焼ガスの排気を開始し、そのすぐ後
に掃気ポート12より圧縮された新気を導入し、排気ガ
スを押し出す状態で強制的に掃気され、筒内残留ガスが
きわめて少なくなり、ピストン7の上昇と共に排気行程
を行う。ピストン7が上死点TDC付近になると、吸気
弁4が開放し、ピストン7の下降に伴って吸入行程が開
始する。ピストン7の頂面15が掃気ポート12にオー
バラップすると、掃気ポート12よりクランクケース3
0で再圧縮された新気が更にシリンダ10内に流入し、
ピストン7が上昇して圧縮行程になる。ピストン7の上
死点TDC近傍で燃料噴射ノズル32から燃料が噴射さ
れ、燃料は着火燃焼して膨張行程に移る。
【0022】特に、4ストローク作動時には、膨張行程
が終了する下死点付近で開始する排気作動期間の初期に
クランクケース30で圧縮された新気によりシリンダ内
の30〜60%が掃気され、この新気はシリンダ10内
の高温壁より熱を回収することができる。即ち、シリン
ダ10内は燃焼ガスからの受熱によって筒内温度は高温
になり、爆発行程である膨張行程時は壁面の表面近くの
み、温度が上昇する。この上昇したタイミングにクラン
クケース30内で圧縮された新気が掃気ポート12から
筒内に流入し、この新気はシリンダ壁面より熱を受熱
し、該ガスは排気ポート8及び排気通路16を通ってタ
ーボチャージャ5に送り込まれ、ガスエネルギーはター
ボチャージャ5で出力に変換して回収される。しかも、
4ストローク作動時には、吸入行程終了付近で、クラン
クケース30で再圧縮された過給気が流入できるため、
吸入効率が向上する。
が終了する下死点付近で開始する排気作動期間の初期に
クランクケース30で圧縮された新気によりシリンダ内
の30〜60%が掃気され、この新気はシリンダ10内
の高温壁より熱を回収することができる。即ち、シリン
ダ10内は燃焼ガスからの受熱によって筒内温度は高温
になり、爆発行程である膨張行程時は壁面の表面近くの
み、温度が上昇する。この上昇したタイミングにクラン
クケース30内で圧縮された新気が掃気ポート12から
筒内に流入し、この新気はシリンダ壁面より熱を受熱
し、該ガスは排気ポート8及び排気通路16を通ってタ
ーボチャージャ5に送り込まれ、ガスエネルギーはター
ボチャージャ5で出力に変換して回収される。しかも、
4ストローク作動時には、吸入行程終了付近で、クラン
クケース30で再圧縮された過給気が流入できるため、
吸入効率が向上する。
【0023】この2−4ストローク切換エンジンでは、
2ストローク作動時が4ストローク作動時に比較して排
気弁9は早く開放するように設定されている。また、圧
縮行程でピストン7が上死点TDCの近くになり、筒内
空気は圧縮されて高温高圧になると、燃料噴射ノズル1
9から燃料が筒内に噴射され、圧縮空気と混合して燃焼
し、燃焼行程即ち膨張行程になってピストン7は下降す
る。ピストン7のピストン頂面15が掃気ポート12の
上端に達し、筒内圧力が掃気通路11即ちクランクケー
ス30内の圧力より低くなると、リード弁28が開放す
る。
2ストローク作動時が4ストローク作動時に比較して排
気弁9は早く開放するように設定されている。また、圧
縮行程でピストン7が上死点TDCの近くになり、筒内
空気は圧縮されて高温高圧になると、燃料噴射ノズル1
9から燃料が筒内に噴射され、圧縮空気と混合して燃焼
し、燃焼行程即ち膨張行程になってピストン7は下降す
る。ピストン7のピストン頂面15が掃気ポート12の
上端に達し、筒内圧力が掃気通路11即ちクランクケー
ス30内の圧力より低くなると、リード弁28が開放す
る。
【0024】また、この2−4ストローク切換エンジン
において、掃気ポート12からの新気で筒内を掃気する
ことで、4ストローク作動時の排気弁9の開時期を、2
ストローク作動時に比較して遅くすることが可能であ
り、4ストローク作動に最適時期に調節することができ
る。即ち、掃気ポート12へ新気を供給するクランクケ
ース30の入口側にリード弁28を設けることによっ
て、例えば、排気弁9を電磁力による電磁駆動式に構成
しておけば、4ストローク作動と2ストローク作動とに
おける排気弁9の開放時期即ち開放タイミングを別々に
設定することができる。一般的に、2ストローク作動時
が4ストローク作動時に比較して、排気弁9の開放タイ
ミングは早く設定されている。しかるに、2ストローク
作動時に、排気弁9の開放タイミングを早く設定してい
ないと、ブローダウンが利用できず、掃気が良好に行わ
れない。これに対して、4ストローク作動時には、排気
弁9の開放タイミングをぎりぎりまで遅く設定しておか
ないと、膨張行程の有効仕事を増やすことができないと
いう問題がある。
において、掃気ポート12からの新気で筒内を掃気する
ことで、4ストローク作動時の排気弁9の開時期を、2
ストローク作動時に比較して遅くすることが可能であ
り、4ストローク作動に最適時期に調節することができ
る。即ち、掃気ポート12へ新気を供給するクランクケ
ース30の入口側にリード弁28を設けることによっ
て、例えば、排気弁9を電磁力による電磁駆動式に構成
しておけば、4ストローク作動と2ストローク作動とに
おける排気弁9の開放時期即ち開放タイミングを別々に
設定することができる。一般的に、2ストローク作動時
が4ストローク作動時に比較して、排気弁9の開放タイ
ミングは早く設定されている。しかるに、2ストローク
作動時に、排気弁9の開放タイミングを早く設定してい
ないと、ブローダウンが利用できず、掃気が良好に行わ
れない。これに対して、4ストローク作動時には、排気
弁9の開放タイミングをぎりぎりまで遅く設定しておか
ないと、膨張行程の有効仕事を増やすことができないと
いう問題がある。
【0025】従って、この2−4ストローク切換エンジ
ンは、4ストローク作動時の排気弁9の開時期ストロー
ク開放タイミングを、2ストローク作動時に比較して遅
くなるように調節している。そして、この2−4ストロ
ーク切換エンジンは、2ストローク作動時には、排気弁
9の開放タイミングを早く設定し、ブローダウンを有効
に利用して掃気を良好に行うようにし、また、4ストロ
ーク作動時には、排気弁9の開放タイミングをぎりぎり
まで遅く設定し、膨張行程で得ることができる有効仕事
を増大させるように調節している。
ンは、4ストローク作動時の排気弁9の開時期ストロー
ク開放タイミングを、2ストローク作動時に比較して遅
くなるように調節している。そして、この2−4ストロ
ーク切換エンジンは、2ストローク作動時には、排気弁
9の開放タイミングを早く設定し、ブローダウンを有効
に利用して掃気を良好に行うようにし、また、4ストロ
ーク作動時には、排気弁9の開放タイミングをぎりぎり
まで遅く設定し、膨張行程で得ることができる有効仕事
を増大させるように調節している。
【0026】
【発明の効果】この発明による2−4ストローク切換エ
ンジンは、上記のように構成されており、次のような効
果を有する。即ち、この2−4ストローク切換エンジン
は、シリンダヘッドに形成した吸気ポートに設けた吸気
弁を2ストローク作動時に閉鎖保持し且つ4ストローク
作動時に開閉作動して吸気を行い、排気エネルギーによ
って駆動されるターボチャージャをクランクケースに連
通し、該クランクケースを掃気通路を通じてシリンダ下
部に形成した掃気ポートに連通し、4ストローク作動時
に前記排気弁での排気後に前記ターボチャージャからの
新気を前記クランクケースへの掃気通路に設けたリード
弁の開放でクランクケース内に供給し、そこで再圧縮し
て掃気通路及び掃気ポートを通じて筒内に供給して筒内
を掃気するので、排気行程時に筒内が強制的に掃気さ
れ、筒内残留ガスを極めて小さくなり、次サイクルの圧
縮端強度を減少し、吸入効率を向上できる。
ンジンは、上記のように構成されており、次のような効
果を有する。即ち、この2−4ストローク切換エンジン
は、シリンダヘッドに形成した吸気ポートに設けた吸気
弁を2ストローク作動時に閉鎖保持し且つ4ストローク
作動時に開閉作動して吸気を行い、排気エネルギーによ
って駆動されるターボチャージャをクランクケースに連
通し、該クランクケースを掃気通路を通じてシリンダ下
部に形成した掃気ポートに連通し、4ストローク作動時
に前記排気弁での排気後に前記ターボチャージャからの
新気を前記クランクケースへの掃気通路に設けたリード
弁の開放でクランクケース内に供給し、そこで再圧縮し
て掃気通路及び掃気ポートを通じて筒内に供給して筒内
を掃気するので、排気行程時に筒内が強制的に掃気さ
れ、筒内残留ガスを極めて小さくなり、次サイクルの圧
縮端強度を減少し、吸入効率を向上できる。
【0027】また、この2−4ストローク切換エンジン
では、2ストローク作動から4ストローク作動に切り換
えたとしても、4ストローク時にシリンダ下部に設けた
掃気ポートを閉鎖する必要がなく、構造が極めて簡潔に
なる。また、4ストローク作動の掃気時に新気は壁面か
ら受熱して下流に設けたターボチャージャ或いは発電タ
ービンで熱エネルギーは回収され、熱効率が向上する。
また、前記掃気ポートを通じて新気で筒内を掃気するこ
とで、4ストローク作動時の前記排気弁の開時期を、ぎ
りぎりまで遅くして4ストローク作動に最適時期に調節
でき、膨張行程時にエンジンから得られる仕事を有効に
活用できる。
では、2ストローク作動から4ストローク作動に切り換
えたとしても、4ストローク時にシリンダ下部に設けた
掃気ポートを閉鎖する必要がなく、構造が極めて簡潔に
なる。また、4ストローク作動の掃気時に新気は壁面か
ら受熱して下流に設けたターボチャージャ或いは発電タ
ービンで熱エネルギーは回収され、熱効率が向上する。
また、前記掃気ポートを通じて新気で筒内を掃気するこ
とで、4ストローク作動時の前記排気弁の開時期を、ぎ
りぎりまで遅くして4ストローク作動に最適時期に調節
でき、膨張行程時にエンジンから得られる仕事を有効に
活用できる。
【0028】また、この2−4ストローク切換エンジン
では、2ストローク作動と4ストローク作動の切り換え
を単にシリンダ下部に形成した掃気ポートへのクランク
ケースの入口部に前記リード弁を設けるだけの簡単な構
成で済み、特別な制御をする必要がなく、前記吸気弁と
前記排気弁の作動タイミングの制御を行うだけで済み、
構造が極めてシンプルである。
では、2ストローク作動と4ストローク作動の切り換え
を単にシリンダ下部に形成した掃気ポートへのクランク
ケースの入口部に前記リード弁を設けるだけの簡単な構
成で済み、特別な制御をする必要がなく、前記吸気弁と
前記排気弁の作動タイミングの制御を行うだけで済み、
構造が極めてシンプルである。
【0029】更に、この2−4ストローク切換エンジン
は、4ストローク作動時の排気弁の開時期ストローク開
放タイミングを、2ストローク作動時に比較して遅くな
るように調節しているので、2ストローク作動時には、
排気弁の開放タイミングを早く設定し、ブローダウンを
有効に利用して掃気を良好に行うことができ、また、4
ストローク作動時には、排気弁の開放タイミングをぎり
ぎりまで遅く設定し、膨張行程で得られる仕事を有効に
活用することができる。
は、4ストローク作動時の排気弁の開時期ストローク開
放タイミングを、2ストローク作動時に比較して遅くな
るように調節しているので、2ストローク作動時には、
排気弁の開放タイミングを早く設定し、ブローダウンを
有効に利用して掃気を良好に行うことができ、また、4
ストローク作動時には、排気弁の開放タイミングをぎり
ぎりまで遅く設定し、膨張行程で得られる仕事を有効に
活用することができる。
【図1】この発明による2−4ストローク切換エンジン
の一実施例を示す概略断面図である。
の一実施例を示す概略断面図である。
【図2】図1の2−4ストローク切換エンジンに組み込
まれた発電・電動機を持つターボチャージャの一例を示
す概略説明図である。
まれた発電・電動機を持つターボチャージャの一例を示
す概略説明図である。
【図3】図1の2−4ストローク切換エンジンに組み込
まれたエネルギー回収タービンの一例を示す概略説明図
である。
まれたエネルギー回収タービンの一例を示す概略説明図
である。
【図4】この2−4ストローク切換エンジンの作動の一
例を示す線図である。
例を示す線図である。
1 シリンダヘッド 2 シリンダブロック 3 吸気ポート 4 吸気弁 5 ターボチャージャ 6 エネルギー回収タービン 7 ピストン 8 排気ポート 9 排気弁 10 シリンダ 11 掃気通路 12 掃気ポート 28 リード弁
Claims (2)
- 【請求項1】 シリンダヘッドに形成した吸気ポートと
排気ポート、該排気ポートに配置した膨張行程終了付近
で開放して排気する排気弁、前記吸気ポートを2ストロ
ーク作動時に閉鎖保持し且つ4ストローク作動時に開閉
作動して吸気を行う前記吸気ポートに配置した吸気弁、
クランクケースに通じるシリンダ下部に形成した掃気ポ
ート、前記クランクケースに掃気通路を通じて連通する
排気エネルギーによって駆動されるターボチャージャ、
及び4ストローク作動時に前記排気弁を通じて排気を行
う排気作動中に前記ターボチャージャからの新気を前記
クランクケースを通じて筒内を掃気するための前記掃気
通路に設けたリード弁、を有する2−4ストローク切換
エンジン。 - 【請求項2】 前記排気弁の開放タイミングは2ストロ
ーク作動時が4ストローク作動時より早く開放するよう
に設定されている請求項1に記載の2−4ストローク切
換エンジン。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04192764A JP3077398B2 (ja) | 1992-06-29 | 1992-06-29 | 2−4ストローク切換エンジン |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04192764A JP3077398B2 (ja) | 1992-06-29 | 1992-06-29 | 2−4ストローク切換エンジン |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0610695A JPH0610695A (ja) | 1994-01-18 |
JP3077398B2 true JP3077398B2 (ja) | 2000-08-14 |
Family
ID=16296659
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP04192764A Expired - Lifetime JP3077398B2 (ja) | 1992-06-29 | 1992-06-29 | 2−4ストローク切換エンジン |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3077398B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7036465B2 (en) | 2004-03-17 | 2006-05-02 | Ricardo, Inc. | Two-stroke and four-stroke switching mechanism |
CN103225539B (zh) * | 2013-04-02 | 2015-06-17 | 清华大学 | 一种可变冲程的发动机 |
WO2017152997A1 (en) * | 2016-03-11 | 2017-09-14 | Volvo Truck Corporation | A method for operating an internal combustion piston engine |
-
1992
- 1992-06-29 JP JP04192764A patent/JP3077398B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0610695A (ja) | 1994-01-18 |
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