JP4395474B2 - Internal combustion engine equipped with scavenging control device - Google Patents
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Description
本発明は、2サイクル大型ディーゼル機関に適用され、シリンダ内に掃気を供給する掃気孔がシリンダライナの下部に円周方向に沿って複数穿設された2サイクル内燃機関であって、掃気管制弁の掃気ポートと前記掃気孔とを連通したとき前記シリンダ内へ掃気を供給可能とし、前記掃気ポートとシリンダライナの掃気孔との連通を遮断したとき、シリンダ内への掃気の供給を停止するように構成された掃気管制弁装置を備えた内燃機関に関する。 The present invention is a two-cycle internal combustion engine that is applied to a two-cycle large-sized diesel engine, in which a plurality of scavenging holes for supplying scavenging gas into the cylinder are formed in the lower part of the cylinder liner along the circumferential direction. When the scavenging port and the scavenging hole communicate with each other, scavenging can be supplied into the cylinder, and when the scavenging port and the scavenging hole of the cylinder liner are shut off, the supply of scavenging into the cylinder is stopped. The present invention relates to an internal combustion engine provided with a scavenging air control device configured as described above.
2サイクル大型ディーゼル機関は、通常、ユニフロー掃気方式が採用されており、ピストンの下死点前に、シリンダライナの下部に周方向に沿って複数個穿設された掃気孔を該ピストンの上縁によって開き、該掃気孔から掃気(空気)をシリンダ内に供給し、該シリンダ内の残留燃焼ガスを、シリンダカバーに設けられた排気弁を通して押し出すように構成されている。 A two-cycle large diesel engine usually employs a uniflow scavenging system, and before the bottom dead center of the piston, a plurality of scavenging holes are formed in the lower part of the cylinder liner along the circumferential direction. The scavenging air is supplied from the scavenging holes into the cylinder, and the residual combustion gas in the cylinder is pushed out through an exhaust valve provided in the cylinder cover.
かかるユニフロー掃気式2サイクル大型ディーゼル機関において、シリンダライナの内側もしくは外側の何れか一方に該シリンダライナの円周方向に移動可能に嵌合されてシリンダライナの掃気孔を開閉し、シリンダ内への掃気の供給、遮断を行う円環状の掃気管制弁をそなえたものが、特許文献1(特開2004−340120号公報)により提案されている。 In such a uniflow scavenging two-cycle large diesel engine, the cylinder liner is fitted to either the inside or the outside of the cylinder liner so as to be movable in the circumferential direction, and the scavenging hole of the cylinder liner is opened and closed. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-340120 proposes an annular scavenging control valve that supplies and shuts off scavenging air.
前記特許文献1にて提供されている掃気管制弁装置を備えたディーゼル機関においては、下部にシリンダ内へ掃気を供給する掃気孔が円周方向に沿って複数個穿設されたシリンダライナの内側に形成された嵌合面に該シリンダライナの円周方向に移動可能に嵌合され、シリンダライナに対する円周方向への相対移動によってシリンダライナの掃気孔と連通あるいは遮断することにより該掃気孔を開閉する掃気ポートを円周方向に複数個有してシリンダ内への掃気の供給、遮断を行う円環状の掃気管制弁をそなえ、電磁弁により作動油の給排が切換えられる掃気管制弁駆動装置によって該掃気管制弁をその円周方向に移動せしめて、該掃気管制弁の掃気ポートとシリンダライナ掃気孔とを連通、遮断するように構成されている。
In the diesel engine provided with the scavenging control device provided in
しかしながら、前記特許文献1(特開2004−340120号公報)等による従来技術には、次のような解決すべき問題点がある。
即ち、図10は前記従来技術に係る掃気管制弁装置を備えたディーゼル機関の掃気管制弁の掃気ポート近傍の拡大断面図である。かかる掃気管制弁付きディーゼル機関において、100は図示しない掃気孔をそなえたシリンダライナ、1は掃気ポート4をそなえた掃気管制弁、103はピストン、106は該ピストン103の外周に嵌挿された複数段(この例では4段)のピストンリングである。
However, the conventional technique disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-340120) has the following problems to be solved.
That is, FIG. 10 is an enlarged sectional view in the vicinity of a scavenging port of a scavenging control valve of a diesel engine equipped with the scavenging control device according to the prior art. In such a diesel engine with a scavenging control valve, 100 is a cylinder liner having a scavenging hole (not shown), 1 is a scavenging control valve having a
かかる掃気管制弁付きディーゼル機関においては、掃気管制弁1の掃気ポート4及びシリンダライナの掃気孔(図示省略)が1段であり、掃気ポート面積を大きくとるため掃気ポート4の高さ方向ポート幅を大きくとる結果、掃気ポート4の高さ方向ポート幅が最上段ピストンリング〜最下段ピストンリング間の長さよりも長くなっている。
このため、かかる従来技術にあっては、ピストン103が下降して最上段ピストンリング106が掃気ポート4を開き始めたとき、図10にT矢印で示されるようにピストンリング上部隙間103a内の燃焼ガスが掃気ポート4へと吹き抜けてピストン下部のスカート側に達するために、エンジン性能の低下を来すとともに燃焼ガス残さの摺動面100bへの付着によるピストンリングの焼付きを誘発し易い。
In such a diesel engine with a scavenging control valve, the
For this reason, in this prior art, when the
また、かかる従来の掃気管制弁付きディーゼル機関においては、電磁弁により作動油の給排が切換えられる掃気管制弁駆動装置によって掃気管制弁をその円周方向に移動せしめて該掃気管制弁の掃気ポートとシリンダライナ掃気孔とを連通、遮断するように構成されているため、掃気管制弁駆動装置を駆動するための作動油の消費量が多くなるとともに、作動油の圧縮仕事によるエネルギー損失が大きくなる、という問題も抱えている。 Further, in such a conventional diesel engine with a scavenging control valve, the scavenging control valve is moved in the circumferential direction by a scavenging control valve driving device in which the supply and discharge of hydraulic oil is switched by an electromagnetic valve, and the scavenging port of the scavenging control valve And the cylinder liner scavenging holes are communicated and cut off, so that the consumption of hydraulic oil for driving the scavenging control valve drive device increases and energy loss due to the compression work of the hydraulic oil increases. I also have the problem.
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、ピストンリング上部隙間内の燃焼ガスの掃気ポートへの吹き抜けを回避してエンジン性能の低下及び燃焼残さのピストンリング摺動面への付着によるピストンリングの焼付き等の発生を防止するとともに、掃気孔閉時におけるピストンリング上部隙間からの燃焼残さの掃気ポート内への堆積及びこれによるピストンリングの焼付き等の発生を防止し、さらに掃気管制弁を駆動するための作動流体の消費量を低減するとともに作動流体の圧縮仕事によるエネルギー損失を低減した掃気管制弁装置付き内燃機関を提供することを目的とする。 In view of the problems of the prior art, the present invention avoids the combustion gas in the piston ring upper gap from being blown through the scavenging port, thereby lowering the engine performance and burning the piston ring due to adhesion of combustion residue to the piston ring sliding surface. In addition to preventing the occurrence of sticking, etc., the accumulation of the combustion residue from the upper clearance of the piston ring when the scavenging hole is closed and the occurrence of seizure of the piston ring due to this are prevented, and the scavenging control valve is driven. An object of the present invention is to provide an internal combustion engine with a scavenging control device that reduces the amount of working fluid consumed to reduce the energy loss due to the compression work of the working fluid.
本発明はかかる目的を達成するもので、シリンダ内に掃気を供給する掃気孔がシリンダライナの下部に該シリンダライナの円周方向に沿って複数個穿設された内燃機関において、前記シリンダライナの内側もしくは外側の何れか一方に形成された嵌合面に該シリンダライナの円周方向に移動可能に嵌合されて前記掃気孔を開閉し、シリンダ内への掃気の供給、遮断を行う円環状の掃気管制弁をそなえ、前記掃気管制弁は、これの円周方向への移動によって前記シリンダライナの掃気孔と連通あるいは遮断される掃気ポートが円周方向に複数個且つ軸方向には複数段設けられるとともに、該掃気ポートの1段あたりの高さ方向ポート幅(L1)を、ピストンに嵌挿される最上段ピストンリングと最下段ピストンリングとの間の内のり距離(L2)よりも小さく(L1<L2)形成し、且つ前記複数段の掃気ポートのうち最上段掃気ポートの高さ方向ポート幅H1を2段以降の掃気ポートの高さ方向ポート幅H2よりも小さく(H1<H2)形成したことを特徴とする。 The present invention achieves such an object. In an internal combustion engine in which a plurality of scavenging holes for supplying scavenging gas into a cylinder are formed in the lower part of the cylinder liner along the circumferential direction of the cylinder liner, An annular shape that is fitted to a fitting surface formed on either the inner side or the outer side so as to be movable in the circumferential direction of the cylinder liner, opens and closes the scavenging hole, and supplies and blocks the scavenging gas into the cylinder. The scavenging control valve has a plurality of scavenging ports in the circumferential direction and a plurality of stages in the axial direction that are communicated with or cut off from the scavenging holes of the cylinder liner by the movement of the scavenging control valve in the circumferential direction. together provided, Inner distance between the top piston ring and bottom piston ring which is fitted the per stage of the scavenging port height direction port widths (L1), the piston (L2 Smaller than (L1 <L2) formed, and the plurality of stages in the height direction port width H1 of the uppermost scavenge out of the scavenging port smaller than the height direction port width H2 of the second stage and subsequent scavenging port (H1 <H2) It is formed .
また本発明は、前記シリンダライナの掃気孔と連通あるいは遮断することにより、該掃気孔を開閉する掃気ポートを円周方向に複数個有してシリンダ内への掃気の供給、遮断を行う円環状の掃気管制弁と、前記シリンダライナの内部に設けられて作動流体の圧力により前記掃気管制弁をその円周方向に移動せしめる流体駆動手段とを、前記掃気管制弁の上部に設置するのが好ましい。 Further, the present invention provides an annular ring having a plurality of scavenging ports for opening and closing the scavenging holes in the circumferential direction by communicating with or shutting off the scavenging holes of the cylinder liner to supply and block the scavenging in the cylinder. Preferably, the scavenging control valve and a fluid driving means provided inside the cylinder liner and moving the scavenging control valve in the circumferential direction by the pressure of the working fluid are installed above the scavenging control valve. .
また本発明は、前記流体駆動手段は、電磁弁の切換えによって作動流体が給排される駆動側アクチュエータ及び戻し側アクチュエータを前記掃気管制弁の円周方向に設けて該駆動側アクチュエータ及び戻し側アクチュエータに前記作動流体を給排することにより前記掃気管制弁を駆動方向及び戻し方向に作動させるとともに、次のように構成するのが好ましい。
(1)前記掃気管制弁を駆動方向に作動させる前記駆動側アクチュエータの作動面積を、前記掃気管制弁を戻し方向に作動させる前記戻し側アクチュエータの作動面積よりも大きく構成したことを特徴とする。
(2)前記駆動側アクチュエータの作動流体の圧力を戻し側アクチュエータに供給する作動流体の圧力よりも大きくしたことを特徴とする。
According to the present invention, the fluid drive means includes a drive side actuator and a return side actuator that are supplied and discharged by switching a solenoid valve in a circumferential direction of the scavenging control valve, and the drive side actuator and the return side actuator. It is preferable that the scavenging control valve is operated in the driving direction and the return direction by supplying and discharging the working fluid in the following manner and configured as follows.
(1) The operating area of the driving actuator that operates the scavenging control valve in the driving direction is configured to be larger than the operating area of the return actuator that operates the scavenging control valve in the returning direction.
(2) The pressure of the working fluid of the drive side actuator is made larger than the pressure of the working fluid supplied to the return side actuator.
さらに、かかる発明において、次のように構成するのが好ましい。
(1)前記電磁弁の不作動時に、該電磁弁と前記駆動側アクチュエータとを接続する作動流体通路に前記掃気管制弁の掃気ポートと前記シリンダライナの掃気孔とを連通状態に保持せしめるように作動流体を供給する掃気孔開放手段をそなえる。
(2)前記電磁弁の不作動時に、前記掃気管制弁の掃気ポートと前記シリンダライナの掃気孔とを連通状態に保持せしめるように付勢するスプリングをそなえる。
Furthermore, in this invention, the following configuration is preferable.
(1) When the solenoid valve is not in operation, the scavenging port of the scavenging control valve and the scavenging hole of the cylinder liner are held in communication with a working fluid passage connecting the solenoid valve and the drive side actuator. A scavenging hole opening means for supplying the working fluid is provided.
(2) Provided with a spring that biases the scavenging port of the scavenging control valve and the scavenging hole of the cylinder liner in a communicating state when the solenoid valve is inoperative.
本発明によれば、掃気管制弁の掃気ポートを軸方向に複数段設けて掃気通路面積を大きく保持しながら、掃気ポートの1段あたりの高さ方向ポート幅L1を、最上段ピストンリングと最下段ピストンリングとの間の内のり距離L2よりも小さく(L1<L2)形成することにより(請求項1)、複数段のピストンリングのいずれかが常時掃気ポートにかかって掃気ポートのガスシールを行なっているため、ピストンの下降時にピストンリング上部隙間から掃気ポートを経てピストンの下部(スカート部)へと吹き抜けるガスを遮断することができる。
従って、かかる発明によれば、掃気ポートを軸方向に複数段設けて掃気通路面積を大きくし掃気効率を高く保持して良好なエンジン性能を保持しつつ、ピストンリング上部隙間から掃気ポートを通ってピストンスカート側に達する燃焼ガスの吹き抜け、及びこれに伴う燃焼残さのピストンリング摺動面への付着によるピストンリングの焼付き等の発生を防止できる。
According to the present invention, while the scavenging port of the scavenging control valve is provided in a plurality of stages in the axial direction to keep the scavenging passage area large, the height direction port width L1 per stage of the scavenging port is set to be the same as that of the uppermost piston ring. By forming a distance smaller than the inner distance L2 between the lower piston ring (L1 <L2) (Claim 1), one of the plurality of piston rings is always applied to the scavenging port to perform gas sealing of the scavenging port. Therefore, it is possible to shut off the gas that blows through the piston ring upper gap through the scavenging port to the lower part (skirt part) of the piston when the piston descends.
Therefore, according to such an invention, the scavenging ports are provided in a plurality of stages in the axial direction to increase the scavenging passage area and maintain high scavenging efficiency to maintain good engine performance, while passing through the scavenging port from the piston ring upper gap. The combustion of the combustion gas reaching the piston skirt side and the occurrence of seizure of the piston ring due to the adhesion of the combustion residue to the piston ring sliding surface can be prevented.
また前記掃気管制弁の掃気ポートとシリンダライナの掃気孔とが遮断された状態で、ピストンが下降して最上段ピストンリングが掃気ポートを開き始めたときに最上段掃気ポートは2段目以降の掃気ポートより比較的高い筒内圧力が作用して燃焼ガスがわずかに洩れるが、本発明において最上段掃気ポートの高さ方向ポート幅H1を2段以降の掃気ポートの高さ方向ポート幅H2よりも小さく(H1<H2)形成することにより、最上段掃気ポートからのガス洩れを少なくすることが出来る。 Also, when the scavenging port of the scavenging control valve and the scavenging hole of the cylinder liner are shut off, when the piston descends and the uppermost piston ring begins to open the scavenging port, the uppermost scavenging port Although the in-cylinder pressure higher than the scavenging port acts and the combustion gas slightly leaks, in the present invention, the height direction port width H1 of the uppermost scavenging port is larger than the height direction port width H2 of the second and subsequent scavenging ports. Ri by the also be small (H1 <H2) formation, it is possible to reduce the gas leakage from the top scavenging port.
また本発明によれば、掃気管制弁の上部に前記流体駆動手段を設置することにより(請求項2)、掃気管制弁下部の掃気ポート形成部を薄肉の自由端とすることで、ピストンが筒内圧力を受けて下降する際における掃気管制弁の座屈変形を防止できる。 Further, according to the present invention, the fluid driving means is installed on the upper part of the scavenging control valve (Claim 2), and the scavenging port forming part in the lower part of the scavenging control valve is made a thin free end, so that the piston It is possible to prevent buckling deformation of the scavenging control valve when descending due to internal pressure.
また、掃気管制弁にあっては、掃気ポートとシリンダライナの掃気孔とを連通させる開弁速度を速くして排ガスと新気とを迅速に交換することがエンジン性能を上昇させるに必須であるが、前記掃気ポートとシリンダライナの掃気孔とを遮断する閉弁速度を遅くしてもエンジン性能への影響は無い。
一方、掃気管制弁を駆動するための作動流体は、駆動側あるいは戻し側アクチュエータの受圧面積×ストローク分だけ消費し、また作動油圧×作動油消費量だけの圧縮仕事が必要になることから、アクチュエータの受圧面積が小さい方が作動流体消費量及び作動流体の圧縮仕事が低減でき、また作動油圧が低い方が圧縮仕事を低減できる。
Further, in the scavenging control valve, it is essential to increase the engine performance to increase the valve opening speed for communicating the scavenging port and the scavenging hole of the cylinder liner and to quickly exchange the exhaust gas and fresh air. However, even if the valve closing speed for shutting off the scavenging port and the scavenging hole of the cylinder liner is decreased, there is no influence on the engine performance.
On the other hand, the working fluid for driving the scavenging control valve consumes only the pressure receiving area x stroke of the driving side or return side actuator, and the compression work of the working hydraulic pressure x hydraulic oil consumption is required. The smaller the pressure receiving area, the more the working fluid consumption and the compression work of the working fluid can be reduced, and the lower the working oil pressure, the more the compression work can be reduced.
然るに本発明によれば、掃気管制弁を駆動方向に作動させる駆動側アクチュエータの作動面積(受圧面積)を、掃気管制弁を戻し方向に作動させる戻し側アクチュエータの作動面積(受圧面積)よりも大きく構成したので(請求項3)、掃気ポートとシリンダライナの掃気孔との開弁側の作動を行なう駆動側アクチュエータの作動面積(受圧面積)を大きく保持してエンジン性能を目標性能に保持する一方、閉弁側の作動を行なう戻し側アクチュエータの作動面積(受圧面積)を小さくしたことにより、作動流体消費量及び作動流体の圧縮仕事が低減できる。これにより、エンジン全体の効率を上昇できる。 However, according to the present invention, the operating area (pressure receiving area) of the driving actuator that operates the scavenging control valve in the driving direction is larger than the operating area (pressure receiving area) of the return actuator that operates the scavenging control valve in the returning direction. Since it is configured (Claim 3), the operating area (pressure receiving area) of the drive side actuator that operates the valve opening side of the scavenging port and the scavenging hole of the cylinder liner is kept large and the engine performance is maintained at the target performance. By reducing the operating area (pressure receiving area) of the return side actuator that operates on the valve closing side, the working fluid consumption and the compression work of the working fluid can be reduced. Thereby, the efficiency of the whole engine can be raised.
また本発明によれば、駆動側アクチュエータの作動流体の圧力を戻し側アクチュエータに供給する作動流体の圧力よりも大きく構成したので(請求項4)、開弁側の作動を行なう駆動側アクチュエータの作動油圧を高く保持してエンジン性能を目標性能に保持する一方、閉弁側の作動を行なう戻し側アクチュエータの作動油圧を小さくしたことにより作動流体の圧縮仕事が低減できる。これにより、エンジン全体の効率を上昇できる。 According to the present invention, since the pressure of the working fluid of the drive side actuator is configured to be larger than the pressure of the working fluid supplied to the return side actuator (Claim 4), the operation of the drive side actuator that performs the valve opening side operation is performed. While keeping the hydraulic pressure high to keep the engine performance at the target performance, the compression work of the working fluid can be reduced by reducing the hydraulic pressure of the return side actuator that operates the valve closing side. Thereby, the efficiency of the whole engine can be raised.
また本発明によれば、前記流体駆動手段への作動流体を切換える電磁弁の不作動時に、該電磁弁と駆動側アクチュエータ及び戻し側アクチュエータとを接続する作動流体通路に、掃気管制弁の掃気ポートとシリンダライナの掃気孔とを連通状態に保持せしめるように作動流体を供給する掃気孔開放手段をそなえ(請求項5)、あるいは電磁弁の不作動時に掃気管制弁の掃気ポートとシリンダライナの掃気孔とを連通状態に保持せしめるように付勢するスプリングをそなえた(請求項6)ことにより、電磁弁が故障等によって不作動となった場合でも、掃気孔開放手段によって掃気ポートとシリンダライナの掃気孔とが連通されることとなって、電磁弁の不作動に影響されることなく通常運転を続行できる。 According to the present invention, the scavenging port of the scavenging control valve is connected to the working fluid passage that connects the solenoid valve, the drive side actuator, and the return side actuator when the solenoid valve that switches the working fluid to the fluid drive means is inoperative. And a scavenging hole opening means for supplying a working fluid so as to keep the scavenging hole of the cylinder liner in communication with each other (Claim 5 ), or the scavenging port of the scavenging control valve and the scavenging of the cylinder liner when the solenoid valve is not operated. By providing a spring that biases the air holes so as to keep them in communication with each other (Claim 6), even if the solenoid valve becomes inoperable due to a failure or the like, the scavenging port opening means and the cylinder liner are Since the scavenging holes are communicated with each other, normal operation can be continued without being affected by the malfunction of the solenoid valve.
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention only to specific examples unless otherwise specified. Only.
図1は本発明の参考例及び実施例に係る2サイクル大型ディーゼル機関における掃気孔および掃気管制弁の掃気ポートを示すシリンダ中心に沿う断面図、図2は前記参考例及び実施例における図1のB―B線に沿う断面図である。
図1〜2において、100はライナ上部100c及びライナ外筒部100dからなるシリンダライナ、103は該シリンダライナ100及び後述する掃気管制弁1の内面をピストンリング106を介して往復摺動するピストンである。105は掃気室である。
101は掃気孔で、該シリンダライナ100の下方部位に円周方向等間隔に複数個穿孔されている。図2の例では、該掃気孔101は円周方向に傾斜した傾斜型の掃気孔であるが、傾斜型に限定されることはない。
1は耐摩耗性材料からなる円環状の掃気管制弁で、前記シリンダライナ100の内周に形成された嵌合面100aに該シリンダライナ100と相対回転可能に嵌合され、内周面100bが前記ピストンリング106の摺動面(ピストンリング摺動面)となっている。
Figure 1 is a cross sectional view taken along the cylinder center showing the scavenging ports of the scavenging port and the scavenging control valve in two-stroke large diesel engine according to the Reference Examples and Examples of the present invention, FIG. 2 of Figure 1 in the Reference Examples and Examples It is sectional drawing which follows the BB line.
1 and 2,
101 is a scavenging hole, and a plurality of holes are drilled in the lower part of the
前記掃気管制弁1には、図2のように、円周方向に沿って前記掃気孔101と同数の掃気ポート4が穿孔されている。該掃気ポート4は、図2のように、全閉時には前記シリンダライナ100の掃気孔101の間に位置し、全開時には前記掃気孔101と同一位相に位置して該掃気孔101と完全に連通するようになっている。
本発明は以上のように構成された掃気管制弁付き内燃機関における掃気管制弁及び関連部材の改良に係るものである。
As shown in FIG. 2, the scavenging
The present invention relates to an improvement in a scavenging control valve and related members in an internal combustion engine with a scavenging control valve configured as described above.
図3は本発明の前提となる参考例(実施例の構成を含む。以下参考例及び実施例という)における掃気管制弁の掃気ポート部近傍のシリンダ中心に沿う要部断面図、図4は前記参考例及び実施例における作用説明図で、図3に対応する要部断面図である。
かかる参考例においては、前記掃気管制弁1において、掃気ポート4を円周方向に複数個且つ軸方向には複数段(この例では3段)設け、該掃気ポート4の1段あたりの高さ方向ポート幅L1を、ピストン103に嵌挿される最上段ピストンリング106aと最下段ピストンリング106dとの間の内のり距離L2よりも小さく(L1<L2)形成している。尚、106b、106cは第2段ピストンリング、第3段ピストンリングである。
従って、かかる参考例及び実施例においては、上記構成によって、図4の(1)に示すように、S矢印にて示すピストン103の下降時に、最上段ピストンリング106aの下縁が第1段の掃気ポート4の上縁にかかったとき、最下段ピストンリング106dの上縁が第1段の掃気ポート4の下縁よりも上方にあって、ピストンリング上部隙間103aとピストン103の下部(スカート部)および掃気室105とを遮断している。
以降のピストン103の位置においても、ピストンリング上部隙間103aとピストン103の下部(スカート部)および掃気室105との連通は、常時遮断されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view of an essential part along the center of the cylinder in the vicinity of the scavenging port portion of the scavenging control valve in a reference example (including the configuration of the example, hereinafter referred to as reference example and example) as a premise of the present invention . FIG. 4 is an explanatory view of an operation in a reference example and an embodiment , and is a main part sectional view corresponding to FIG. 3.
In this reference example , in the scavenging
Therefore, in the reference example and the embodiment , the lower edge of the
Even in the subsequent positions of the
かかる参考例及び実施例によれば、掃気管制弁1の掃気ポート4を軸方向に複数段(この例では3段)設けて掃気通路面積を大きく保持しながら、該掃気ポート4の1段あたりの高さ方向ポート幅L1を、最上段ピストンリング106aと最下段ピストンリング106dとの間の内のり距離L2よりも小さく(L1<L2)形成することにより、複数段のピストンリング106のいずれかが常時掃気ポート4にかかって、該掃気ポート4のガスシールを行なっているため、ピストン103の下降時にピストンリング上部隙間103aから掃気ポート4を経てピストン103の下部(スカート部)および掃気室105へと吹き抜ける燃焼ガスを遮断することができる。
これにより、掃気ポート4を軸方向に複数段設けて掃気通路面積を大きくし掃気効率を高く保持して良好なエンジン性能を保持しつつ、ピストンリング上部隙間103aから掃気ポート4を通ってピストンスカート側に達する燃焼ガスの吹き抜け、及びこれに伴う燃焼ガス残さのピストンリング摺動面100bへの付着によるピストンリング106(106a〜106d)の焼付きの発生を防止できる。
According to the reference example and the embodiment, the scavenging
As a result, a plurality of scavenging
図5は本発明の第1実施例を示し、(A)は図1のB―B線に沿う断面図、(B)は(A)におけるC−C線断面図である。
かかる第1実施例においては、前記掃気管制弁1の軸方向に複数段設けた掃気ポート4a,4bのうち、最上段掃気ポート4aの高さ方向ポート幅H1を第2段以降の掃気ポート4bの高さ方向ポート幅H2よりも小さく(H1<H2)形成している。尚、103はピストン、200はシリンダ中心である。
5A and 5B show a first embodiment of the present invention, in which FIG. 5A is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 1, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line CC in FIG.
In the first embodiment, among the scavenging
かかる第1実施例によれば、前記参考例及び実施例の構成に加えて最上段掃気ポート4aの高さ方向ポート幅H1を第2段以降の掃気ポート4bの高さ方向ポート幅H2よりも小さく(H1<H2)形成することにより、ピストン103が下降して最上段ピストンリング106aが掃気ポート4aを開き始めたときに、最上段掃気ポート4aにかかる筒内圧力によりライナ外筒部100dと掃気弁1との間から洩れ出す燃焼ガスの量を少なくすることが出来る。
According to the first embodiment , in addition to the configurations of the reference example and the embodiment , the height direction port width H1 of the uppermost scavenging
図6は本発明の第2実施例を示す図1のA−A線に沿う断面図、図7は前記第2実施例における図6の要部拡大断面図である。
図6〜図7において、3aは駆動側アクチュエータ、100eは駆動側作動油出入口、3bは戻し側アクチュエータ、100fは戻し側作動油出入口で、該駆動側作動油出入口100e及び戻し側作動油出入口100fは電磁弁(図示省略)に接続されて、該電磁弁の切換えによって作動油が給排されるようになっている。
6 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1 showing a second embodiment of the present invention, and FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of the main part of FIG. 6 in the second embodiment.
6-7, 3a is a drive side actuator, 100e is a drive side hydraulic oil inlet / outlet, 3b is a return side actuator, and 100f is a return side hydraulic oil inlet / outlet. The drive side hydraulic oil inlet /
即ち、図6、7のように、前記電磁弁からの作動油が駆動側作動油出入口100eを通って駆動側アクチュエータ3aに供給されるとともに、戻し側アクチュエータ3b内の作動油を戻し側作動油出入口100fから排油側へ抜くと、該駆動側アクチュエータ3aにより掃気管制弁1は図のM矢印の方向に回動せしめられ、掃気ポート4とライナ外筒部100dの掃気孔101(図1参照)とが連通されて該掃気管制弁1が開弁せしめられる。
また、前記電磁弁からの作動油が戻し側作動油出入口100fを通って戻し側アクチュエータ3bに供給されるとともに、駆動側アクチュエータ3a内の作動油を駆動側作動油出入口100eから排油側へ抜くと、該戻し側アクチュエータ3bにより掃気管制弁1は図のM矢印と逆方向に回動せしめられ、掃気ポート4とライナ外筒部100dの掃気孔101(図1参照)との連通が遮断されて該掃気管制弁1が閉弁せしめられる。
That is, as shown in FIGS. 6 and 7, the hydraulic oil from the solenoid valve is supplied to the
Further, the hydraulic oil from the solenoid valve is supplied to the
かかる第2実施例においては、上記のように構成された駆動側アクチュエータ3aと戻し側アクチュエータ3bとを、駆動側アクチュエータ3aの作動面積(受圧面積)A1を、前前記戻し側アクチュエータ3bの作動面積(受圧面積)A2よりも大きく構成している(A1>A2)。
ここで、掃気管制弁1にあっては、掃気ポート4とシリンダライナ100(ライナ外筒部100d)の掃気孔101とを連通させる開弁速度を速くして排ガスと新気とを迅速に交換することがエンジン性能を上昇させるに必須であるが、前記掃気ポート4とシリンダライナの掃気孔101とを遮断する閉弁速度を遅くしてもエンジン性能への影響は無い。
一方、前記掃気管制弁1を駆動するための作動油は、駆動側アクチュエータ3aあるいは戻し側アクチュエータ3bの受圧面積(作動面積)×ストローク分だけ消費することから、アクチュエータの受圧面積が小さい方が作動油消費量及び作動油の圧縮仕事が低減できる。
また、かかる第2実施例においては、前記戻し側アクチュエータ3bに供給する作動流体の圧力を、駆動側アクチュエータ3aの作動流体の圧力よりも小さく構成(駆動側アクチュエータ3aの作動流体の圧力を戻し側アクチュエータ3bの作動流体の圧力よりも大きく構成)している。
In the second embodiment, the drive-
Here, in the scavenging
On the other hand, since the hydraulic oil for driving the scavenging
In the second embodiment, the pressure of the working fluid supplied to the
然るにかかる第2実施例によれば、掃気管制弁1を開弁方向(駆動方向)に作動させる駆動側アクチュエータ3aの作動面積(受圧面積)A1を、掃気管制弁1を閉弁方向(戻し方向)に作動させる戻し側アクチュエータ3bの作動面積(受圧面積)A2よりも大きく構成したので(A1>A2)、掃気ポート1とシリンダライナの掃気孔101との開弁側の作動を行なう駆動側アクチュエータ3aの作動面積(受圧面積)A1を大きく保持してエンジン性能を目標性能に保持する一方、閉弁側の作動を行なう戻し側アクチュエータ3bの作動面積(受圧面積)A2を小さくしたことにより、作動油消費量及び作動油の圧縮仕事が低減できる。これにより、エンジン全体の効率を上昇できる。
また前記作動油圧は作動油圧×作動油消費量だけの圧縮仕事が必要になることから、作動油圧が低い方が圧縮仕事を低減できる。
然るにかかる第2実施例においては、戻し側アクチュエータ3bに供給する作動流体の圧力を、駆動側アクチュエータ3aの作動流体の圧力よりも小さく構成したので、開弁側の作動を行なう駆動側アクチュエータの作動油圧を高く保持してエンジン性能を目標性能に保持する一方、閉弁側の作動を行なう戻し側アクチュエータの作動油圧を小さくしたことにより作動流体の圧縮仕事が低減できる。これにより、エンジン全体の効率を上昇できる。
Therefore, according to the second embodiment, the operating area (pressure receiving area) A1 of the
Further, since the hydraulic pressure requires compression work equal to the hydraulic pressure × hydraulic oil consumption, the compression work can be reduced when the hydraulic pressure is lower.
However in the second embodiment that written back side the pressure of the hydraulic fluid supplied to the
図8は本発明の第3実施例を示す図1のA−A線断面相当図である。
かかる第3実施例においては、前記掃気管制弁1の駆動側アクチュエータ3a及び戻し側アクチュエータ3bの切換え制御を行う電磁弁を、電磁弁作動時以外は前記掃気管制弁1をこれの掃気ポート4と前記シリンダライナ100の掃気孔101とを連通状態に保持せしめるように設けている。100eは駆動側作動油出入口、100fは戻し側作動油出入口である。
かかる第3実施例によれば、電磁弁5が故障等によって不作動となった場合でも、掃気管制弁1の掃気ポート4とシリンダライナ100の掃気孔101とが連通された状態を保持することとなって、電磁弁の不作動に影響されることなく通常運転を続行できる。
FIG. 8 is a cross-sectional view corresponding to the line AA of FIG. 1 showing a third embodiment of the present invention.
In the third embodiment, an electromagnetic valve that performs switching control of the
According to the third embodiment, the scavenging
図9は本発明の第4実施例を示す図1のA−A線断面相当図である。
かかる第4実施例においては、電磁弁の不作動時に、駆動側アクチュエータ3aに作動油を供給する電磁弁51を設けるとともに、戻し側アクチュエータ3bに代えてスプリング11を設け、駆動側アクチュエータ3aをスプリング11の弾力とバランスさせて位置設定している。
かかる第4実施例によれば、電磁弁が故障等によって不作動となった場合でも、スプリング11によって、掃気管制弁1の掃気ポート4とシリンダライナ100の掃気孔101とが連通された状態を保持することが出来る。
FIG. 9 is a cross-sectional view corresponding to the line AA of FIG. 1 showing a fourth embodiment of the present invention.
In the fourth embodiment, an
According to the fourth embodiment, even when the solenoid valve becomes inoperative due to a failure or the like, the scavenging
本発明の第5実施例は、図1及び図6〜7において、前記掃気管制弁1の上部を駆動部100fとして構成し、この駆動部100fに前記駆動側アクチュエータ3a及び戻し側アクチュエータ3bからなる流体駆動手段を設置している。
かかる第5実施例によれば、掃気管制弁1の上部へ好ましくは掃気ポート4の形成部よりも肉厚に形成した駆動部100fに前記流体駆動手段を設置することにより、該流体駆動手段を設置する駆動部100fの剛性を増大する一方で、掃気管制弁1下部の掃気ポート4形成部を薄肉の自由端とすることで、ピストン103が筒内圧力を受けて下降する際における掃気管制弁1の座屈変形を防止できる。
In the fifth embodiment of the present invention, the upper part of the scavenging
According to the fifth embodiment, the fluid driving means is installed in the driving
本発明によれば、ピストンリング上部隙間内の燃焼ガスの掃気ポートへと吹き抜けを回避してエンジン性能の低下及び燃焼ガス残さのピストンリング摺動面への付着によるピストンリングの焼付きの発生を防止するとともに、掃気孔閉時におけるピストンリング上部隙間からの燃焼残さの掃気ポート内への堆積及びこれによるピストンリング摺動面の焼付き等の発生を防止し、さらに掃気管制弁を駆動するための作動流体の消費量を低減するとともに作動流体の圧縮仕事によるエネルギー損失を低減した掃気管制弁装置付き内燃機関を提供できる。 According to the present invention, the engine gas is prevented from being blown into the scavenging port of the combustion gas in the upper clearance of the piston ring, the engine performance is deteriorated, and the piston ring is seized due to the adhesion of the combustion gas residue to the piston ring sliding surface. To prevent accumulation of combustion residue from the upper clearance of the piston ring when the scavenging hole is closed, and seizure of the sliding surface of the piston ring due to this, and to drive the scavenging control valve It is possible to provide an internal combustion engine with a scavenging control device that reduces the consumption of the working fluid and reduces energy loss due to the compression work of the working fluid.
100 シリンダライナ
100a 嵌合面
100b ピストンリング摺動面
100d ライナ外筒部
100f 駆動部
101 掃気孔
103 ピストン
103a ピストンリング上部隙間
106a,106b,106c,106d ピストンリング
1 掃気管制弁
3a 駆動側アクチュエータ
3b 戻し側アクチュエータ
4 掃気ポート
11 スプリング
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