JPH05214947A - Two-stroke engine with turbo-charger - Google Patents

Two-stroke engine with turbo-charger

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JPH05214947A
JPH05214947A JP4048692A JP4048692A JPH05214947A JP H05214947 A JPH05214947 A JP H05214947A JP 4048692 A JP4048692 A JP 4048692A JP 4048692 A JP4048692 A JP 4048692A JP H05214947 A JPH05214947 A JP H05214947A
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JP
Japan
Prior art keywords
exhaust
cylinder
exhaust port
turbocharger
stroke
Prior art date
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Pending
Application number
JP4048692A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Matsuoka
寛 松岡
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Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Isuzu Motors Ltd filed Critical Isuzu Motors Ltd
Priority to JP4048692A priority Critical patent/JPH05214947A/en
Publication of JPH05214947A publication Critical patent/JPH05214947A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F02B2075/025Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two

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Abstract

PURPOSE:To provide a two-stroke engine having a turbo-charger effectively recovering exhaust energy. CONSTITUTION:An exhaust passage 11 arranged with an exhaust valve 9 is formed on a cylinder head 1, an exhaust port 4 opened near the bottom dead point of a piston is formed at the lower section of a cylinder 10, a turbo-charger 5 is communicated to the exhaust port 4 via an exhaust pipe 8, an opening/ closing valve 3 is provided on the exhaust port 4, the exhaust port is opened when the cylinder pressure is a preset value or above in the exhaust stroke, and it is closed when the cylinder pressure is the preset value or below. The high-pressure exhaust energy at the initial stage of the exhaust stroke in the turbo-charger can be effectively recovered.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[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ス
トロークエンジンに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a two-stroke engine having a turbocharger driven by the exhaust energy of the engine.

【0002】[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。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。
2. Description of the Related Art Generally, regarding the operation of an engine, the operations of an explosion stroke (that is, an expansion stroke), an exhaust stroke, an intake stroke and a compression stroke are sequentially repeated. There are two methods. In a two-stroke engine, an exhaust port is formed in the cylinder head or the lower part of the cylinder, a scavenging port is provided in the lower part of the cylinder, and one stroke is completed by two stalks of the piston. be able to. Conventionally, an engine that has a turbocharger and an energy recovery turbine driven by exhaust energy is connected to the exhaust port such as an exhaust manifold connected to the exhaust port downstream of the turbocharger and energy recovery turbine, and the exhaust energy generated by the engine Is recovered by a turbocharger, an energy recovery turbine or the like, and drives a compressor, or is recovered by a battery or the like as electric energy by a generator / motor.

【0003】また、エンジンの排気エネルギー回収装置
としては、特開昭59−20526号公報に開示された
ものがある。該エンジンの排気エネルギー回収装置は、
内部で発生する熱の放熱を抑制し、排気ガスのエネルギ
ーを回収するものであり、エンジンの排気マニホルドの
先端に順次配設した複数の排気タービンのタービン軸に
直流発電機の回転軸をそれぞれ直結するとともに、エン
ジンの回転軸に直流モータの回転軸を結合し、直流発電
機から発生する電気エネルギーを直流モータに与えてこ
れを駆動し、直流モータの出力をエンジンの出力軸に帰
還させたものである。
Further, as an exhaust energy recovery system for an engine, there is one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-20526. The exhaust energy recovery system of the engine is
It suppresses the dissipation of heat generated inside and recovers the energy of the exhaust gas.The rotary shafts of the DC generator are directly connected to the turbine shafts of the multiple exhaust turbines that are sequentially installed at the tip of the engine exhaust manifold. In addition, the rotating shaft of the DC motor is connected to the rotating shaft of the engine, the electric energy generated from the DC generator is applied to the DC motor to drive it, and the output of the DC motor is fed back to the output shaft of the engine. Is.

【0004】また、特開平3−50363号公報には、
2ストローク断熱エンジンが開示されている。該2スト
ローク断熱エンジンは、ヘッド下面部とライナ上部とを
断熱構造に構成し、ヘッド下面部に形成した排気ポート
に排気バルブを配置し、ライナ上部とライナ下部との境
界部に断熱ガスケットを配置し、ライナ下部に多数に吸
気口を形成し、該吸気口をライナ下部外周に形成した吸
気ポートに開口したものである。
Further, Japanese Patent Laid-Open No. 3-50363 discloses that
A two-stroke adiabatic engine is disclosed. In the two-stroke heat insulation engine, the lower surface of the head and the upper portion of the liner are constructed in a heat insulating structure, an exhaust valve is arranged in an exhaust port formed in the lower surface of the head, and a heat insulating gasket is arranged at the boundary between the upper portion of the liner and the lower portion of the liner. However, many intake ports are formed in the lower part of the liner, and the intake ports are opened to intake ports formed in the outer periphery of the lower part of the liner.

【0005】[0005]

【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。
By the way, in a two-stroke engine, when a turbocharger is provided, it is impossible from the two-stroke principle to make the exhaust pressure higher than the scavenging pressure. However, the in-cylinder pressure immediately before the exhaust stroke is several kg / cm 2 or more, and if the high in-cylinder pressure is utilized, it is possible to effectively recover the exhaust energy by the exhaust turbine. However, in reality, the pressure once expands to the pressure before the exhaust turbine, and the pressure expands to the atmospheric pressure. Only the pressure difference can be recovered by the exhaust turbine. In addition, in the case of considering increasing the pressure before the exhaust turbine and increasing the amount of recovery thereof, in the two-stroke engine, the scavenging air pressure needs to be raised to a pressure higher than the pressure before the exhaust turbine, and the energy required for this increases. However, the total recovery efficiency does not improve.

【0006】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、シリンダヘッドに排気バルブを配
置した第1排気ポートを形成し、シリンダ下部に掃気ポ
ートを形成した2ストロークエンジンにおいて、シリン
ダ下部に開閉バルブを配置した第2排気ポートを形成
し、該第2排気ポートをターボチャージャに連通し、排
気行程初期における高速で且つ高圧の排気ガスをターボ
チャージャに送り込んで排気圧を上げて排気エネルギー
を有効に回収して回収エネルギーを増大させ、排気行程
初期で筒内の排気ガス量を低減し、前記第1排気ポート
による排気行程でのピストン圧縮仕事を低減させ、筒内
に残留する残留ガスを低減して吸入効率を向上させ、エ
ンジン出力の低下を防止するターボチャージャを持つ2
ストロークエンジンを提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to solve the above problems, and in a two-stroke engine in which a first exhaust port having an exhaust valve arranged in a cylinder head is formed and a scavenging port is formed in a lower portion of the cylinder, A second exhaust port in which an opening / closing valve is arranged is formed in the lower part of the cylinder, the second exhaust port is communicated with a turbocharger, and high-speed and high-pressure exhaust gas in the early stage of the exhaust stroke is sent to the turbocharger to increase the exhaust pressure. Exhaust energy is effectively recovered to increase the recovered energy, the amount of exhaust gas in the cylinder is reduced in the initial stage of the exhaust stroke, and the piston compression work in the exhaust stroke by the first exhaust port is reduced and remains in the cylinder. Has a turbocharger that reduces residual gas to improve intake efficiency and prevents engine output from decreasing
It is to provide a stroke engine.

【0007】[0007]

【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、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ストロークエンジンにお
いて、シリンダヘッドに形成し且つ排気バルブを配置し
た第1排気ポート、ピストン下死点近傍で開口するシリ
ンダ下部に形成した第2排気ポート、該第2排気ポート
より下方位置のシリンダ下部に形成した掃気ポート、前
記第2排気ポートに排気管を通じて連通したターボチャ
ージャ、及び前記第2排気ポートを排気行程において筒
内圧力が所定以上で開放し且つ所定以下で閉鎖する開閉
バルブを有するターボチャージャを持つ2ストロークエ
ンジンに関する。
In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows. That is,
The present invention, in a two-stroke engine having a turbocharger driven by the exhaust energy of the engine, is formed in a cylinder head and a first exhaust port in which an exhaust valve is arranged, and is formed in the lower part of the cylinder opening near the piston bottom dead center. A second exhaust port, a scavenging port formed in a lower portion of the cylinder below the second exhaust port, a turbocharger communicating with the second exhaust port through an exhaust pipe, and a cylinder pressure in the exhaust stroke of the second exhaust port. The present invention relates to a two-stroke engine having a turbocharger having an opening / closing valve that opens above a predetermined level and closes below a predetermined level.

【0008】[0008]

【作用】この発明によるターボチャージャを持つ2スト
ロークエンジンは、上記のように構成されており、次の
ように作用する。即ち、このターボチャージャを持つ2
ストロークエンジンは、シリンダヘッドに排気バルブを
配置した第1排気ポートを形成し、ピストン下死点近傍
で開口する第2排気ポートをシリンダ下部に形成し、該
第2排気ポートより下方位置のシリンダ下部に掃気ポー
トを形成し、前記第2排気ポートに排気管を通じてター
ボチャージャを連通し、前記第2排気ポートを排気行程
において筒内圧力が所定以上で開放し且つ所定以下で閉
鎖する開閉バルブを設けたので、排気行程初期における
高圧の排気エネルギーを前記第2排気ポートを通じて前
記ターボチャージャへ送り込むことができ、排気エネル
ギーを前記ターボチャージャで有効に回収できる。
The two-stroke engine having the turbocharger according to the present invention is constructed as described above and operates as follows. That is, 2 with this turbocharger
A stroke engine has a cylinder head having a first exhaust port in which an exhaust valve is arranged, a second exhaust port opening near a piston bottom dead center formed at a lower portion of the cylinder, and a lower cylinder portion located below the second exhaust port. A scavenging port is formed, a turbocharger is connected to the second exhaust port through an exhaust pipe, and an opening / closing valve is provided to open the second exhaust port at a pressure equal to or higher than a predetermined pressure and close it at a predetermined pressure or lower during an exhaust stroke. Therefore, high-pressure exhaust energy in the early stage of the exhaust stroke can be sent to the turbocharger through the second exhaust port, and the exhaust energy can be effectively recovered by the turbocharger.

【0009】即ち、この2ストロークエンジンにおい
て、排気行程初期において、前記第2排気ポートから前
記開閉バルブを通じて筒内の排気ガスは前記ターボチャ
ージャのタービン上流側に排気でき、排圧が大きくても
前記第2排気ポートからはエンジンのブローダウンの高
圧ガスが短時間に大部分流出するので、前記タービンを
駆動でき、コンプレッサを駆動すると共に、前記ターボ
チャージャに発電・電動機を設けた場合には該発電・電
動機で電気エネルギーとして回収することができる。
That is, in this two-stroke engine, in the early stage of the exhaust stroke, the exhaust gas in the cylinder can be exhausted from the second exhaust port through the opening / closing valve to the turbine upstream side of the turbocharger, and the exhaust pressure is large even if the exhaust pressure is large. Most of the high-pressure gas in the blowdown of the engine flows out from the second exhaust port in a short time, so that the turbine can be driven, the compressor can be driven, and when the turbocharger is provided with a power generator / motor, the power generation can be performed. -It can be recovered as electric energy by an electric motor.

【0010】[0010]

【実施例】以下、図面を参照して、この発明によるター
ボチャージャを持つ2ストロークエンジンの一実施例を
説明する。図1はこの発明によるターボチャージャと回
収タービンを持つエンジンの一実施例を示し且つ開閉バ
ルブの閉鎖状態を示す概略断面図、図2は図1の開閉バ
ルブの開放状態を示す概略断面図、図3は図1の2スト
ローク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、及び図4は図1
の2ストロークエンジンに組み込まれたエネルギー回収
装置の一例を示す概略説明図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT An embodiment of a two-stroke engine having a turbocharger according to the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of an engine having a turbocharger and a recovery turbine according to the present invention and showing a closed state of an opening / closing valve, and FIG. 2 is a schematic sectional view showing an opening state of the opening / closing valve of FIG. 3 is a schematic explanatory view showing an example of a turbocharger having a generator / motor incorporated in the two-stroke engine of FIG. 1, and FIG.
FIG. 3 is a schematic explanatory view showing an example of an energy recovery device incorporated in the 2-stroke engine of FIG.

【0011】図示するように、このターボチャージャを
持つ2ストロークエンジンは、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及びエネルギ
ー回収装置6を有している。この2ストロークエンジン
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
シリンダ10、該シリンダ10内即ち筒内を往復運動す
るピストン7、及び該ピストン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を有してい
る。図1では、シリンダブロック2に形成されるシリン
ダ10については概略が示されている。シリンダヘッド
1には、第1排気ポートである排気ポート11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。排気ポート11には、排気バルブ9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11は、マニホルドガスケットを介在
して排気マニホルド13に連結されている。排気マニホ
ルド13は、ターボチャージャ5の下流側の排気通路1
7、或いはエネルギー回収装置6の下流側の排気通路1
8に連結されている。
As shown in the figure, the two-stroke engine having the turbocharger has a turbocharger 5 and an energy recovery device 6 driven by the exhaust energy of the engine. This two-stroke engine includes a cylinder block 2, a cylinder head 1 fixed to the cylinder block 2, a cylinder 10 formed in the cylinder block 2, a piston 7 that reciprocates in the cylinder 10, that is, a cylinder, and a reciprocation of the piston 7. It has a connecting rod and a crankshaft that convert motion into rotary motion. In FIG. 1, the cylinder 10 formed in the cylinder block 2 is schematically illustrated. The cylinder head 1 is provided with an exhaust port 11 which is a first exhaust port, and a fuel injection nozzle 32 for injecting fuel into the cylinder. An exhaust valve 9 is arranged in the exhaust port 11. Further, a scavenging port 12 is formed in the lower portion of the cylinder 10. The exhaust port 11 formed in the cylinder head 1 is connected to the exhaust manifold 13 via a manifold gasket. The exhaust manifold 13 is provided in the exhaust passage 1 on the downstream side of the turbocharger 5.
7, or the exhaust passage 1 on the downstream side of the energy recovery device 6
Connected to eight.

【0012】このターボチャージャを持つ2ストローク
エンジンは、特に、シリンダ10のシリンダ下部で且つ
ピストン下死点近傍で開口する第2排気ポートである排
気ポート4が形成されており、排気ポート4を排気管8
を通じてターボチャージャ5におけるタービン20のタ
ービンスクロール14に連結したことを特徴としてい
る。また、排気ポート4の筒内の開口位置は、掃気ポー
ト12の筒内の開口位置より上方である。言い換えれ
ば、排気ポート4より下方位置のシリンダ下部に掃気ポ
ート12が形成されている。更に、排気ポート4には、
排気行程において筒内圧力が所定以上で開放し且つ所定
以下で閉鎖する開閉バルブであるロータリバルブ3が配
置されている。
In the two-stroke engine having the turbocharger, the exhaust port 4 which is the second exhaust port opening at the lower part of the cylinder 10 and near the piston bottom dead center is formed, and the exhaust port 4 is exhausted. Tube 8
It is characterized by being connected to the turbine scroll 14 of the turbine 20 in the turbocharger 5 through. Further, the opening position of the exhaust port 4 in the cylinder is above the opening position of the scavenging port 12 in the cylinder. In other words, the scavenging port 12 is formed below the exhaust port 4 and below the cylinder. Furthermore, in the exhaust port 4,
A rotary valve 3, which is an opening / closing valve that opens and closes when the cylinder pressure is equal to or higher than a predetermined value in the exhaust stroke, is arranged.

【0013】このロータリバルブ3は、図1では排気ポ
ート4を閉鎖した状態が示されており、また、図2では
排気ポート4を開放した状態が示されている。ロータリ
バルブ3は、エンジン回転に同期して同一回転数で作動
するように構成できる。或いは、コントローラでエンジ
ン作動状態に応答して制御するように構成することも可
能である。また、ターボチャージャ5のコンプレッサ1
9で加圧された空気は、吸気通路24を通じて、例え
ば、インタクーラ等を通って吸気マニホルド16に送り
込まれる。
The rotary valve 3 is shown in a state in which the exhaust port 4 is closed in FIG. 1, and in a state in which the exhaust port 4 is open in FIG. The rotary valve 3 can be configured to operate at the same rotation speed in synchronization with engine rotation. Alternatively, the controller may be configured to control in response to engine operating conditions. Also, the compressor 1 of the turbocharger 5
The air pressurized in 9 is sent to the intake manifold 16 through the intake passage 24, for example, through an intercooler or the like.

【0014】また、この2ストロークエンジンに組み込
まれたターボチャージャ5は、図3に示すように、ター
ビン20、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及びシャフト23上に設けた発
電・電動機21を有している。タービン20の入口側の
タービンスクロール14は、排気管8に連通している。
タービン20の出口側の排気通路17は、図4に示すエ
ネルギー回収装置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。エネルギー回収装
置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。
Further, as shown in FIG. 3, the turbocharger 5 incorporated in this two-stroke engine has a turbine 20, a compressor 19 connected to a shaft 23 fixed to the turbine 20, and a power generation / provided on the shaft 23. It has an electric motor 21. The turbine scroll 14 on the inlet side of the turbine 20 communicates with the exhaust pipe 8.
The exhaust passage 17 on the outlet side of the turbine 20 communicates with the turbine scroll 26 on the inlet side of the power generation turbine 25 of the energy recovery device 6 shown in FIG. The exhaust passage 18 on the outlet side of the power generation turbine 25 is open to the atmosphere through, for example, an exhaust gas purifying device. The energy recovery device 6 is configured such that a power generator 27 is provided on the shaft 22 fixed to the power generation turbine 25, and exhaust energy is recovered by the power generator 27.

【0015】上記のように構成されている2ストローク
エンジンの作動を図5を参照して説明する。図5はこの
ターボチャージャを持つ2ストロークエンジンの作動の
一実施例を説明する線図である。図5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BDCで示す。更に、図5において、この2ストロー
クエンジンにおける開閉バルブ3の開放期間を符号A、
掃気ポート12の開放期間を符号B、排気バルブ9の開
放期間を符号C及び排気ポート4の開放期間を符号Dで
示す。従って、開閉バルブ3が閉鎖することによって排
気ポート4は閉鎖状態になり、開放期間が短縮される。
図5では、開閉バルブ3の閉鎖で排気ポート4が閉鎖状
態になる閉鎖期間を符号Eで示す。
The operation of the two-stroke engine constructed as described above will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram illustrating an embodiment of the operation of a two-stroke engine having this turbocharger. In FIG. 5, the displacement of the piston 7 when the piston 7 reciprocates in the cylinder 10 is indicated by the symbol P, the top dead center is indicated by TDC, and the bottom dead center is indicated by BDC. Further, in FIG. 5, the opening period of the on-off valve 3 in this two-stroke engine is indicated by the symbol A,
The open period of the scavenging port 12 is indicated by reference symbol B, the open period of the exhaust valve 9 is indicated by reference symbol C, and the open period of the exhaust port 4 is indicated by reference symbol D. Therefore, by closing the open / close valve 3, the exhaust port 4 is closed, and the open period is shortened.
In FIG. 5, reference numeral E indicates a closed period in which the exhaust port 4 is closed by closing the open / close valve 3.

【0016】この2ストロークエンジンにおいて、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32
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が排気ポート4の上側部分とラッ
プを始めると即ち排気ポート4が筒内に開口し始める
と、開閉バルブ3は図2に示す位置になって開放し、筒
内の高温高圧の燃焼ガスは、排気ポート4及び開閉バル
ブ3を通じて排気管8へ排気され、次いでターボチャー
ジャ5のタービン20へ送り込まれる。この場合に、排
気管8内の圧力は、ターボチャージャ5とエネルギー回
収装置6が設けられているため、高圧の排気圧を有して
いるが、該排気圧よりも筒内圧力が高圧になっているた
め、短時間に筒内の大部分の燃焼ガスは流出する。
In this two-stroke engine, when the piston 7 becomes close to the top dead center TDC in the compression stroke and the cylinder air is compressed and becomes high temperature and high pressure, the fuel injection nozzle 32
Fuel is injected into the cylinder from it, and it mixes with the compressed air and burns. In the combustion stroke, the piston 7 descends. When the piston top surface 15 of the piston 7 starts to wrap with the upper portion of the exhaust port 4, that is, when the exhaust port 4 begins to open in the cylinder, the opening / closing valve 3 is opened to the position shown in FIG. The high-temperature and high-pressure combustion gas is exhausted to the exhaust pipe 8 through the exhaust port 4 and the opening / closing valve 3 and then sent to the turbine 20 of the turbocharger 5. In this case, the pressure in the exhaust pipe 8 has a high exhaust pressure because the turbocharger 5 and the energy recovery device 6 are provided, but the in-cylinder pressure becomes higher than the exhaust pressure. Therefore, most of the combustion gas in the cylinder flows out in a short time.

【0017】ピストン7が更に下降し、ピストン頂面1
5が掃気ポート12の上側部分とラップを始めるタイミ
ング即ち掃気ポート12が筒内に開口し始めるタイミン
グで、開閉バルブ3は回転しているため、図1に示す位
置になって開閉バルブ3が排気ポート4を閉鎖する。開
閉バルブ3の閉鎖タイミングで排気バルブ9が開放し、
排気ポート11が筒内に連通する状態になる。ここで、
開閉バルブ3による排気ポート4の閉鎖と排気バルブ9
による排気ポート11の開放とのタイミングは、ほぼ同
一であるが、多少のオーバラップがあっても差し支えな
いものである。
The piston 7 is further lowered, and the piston top surface 1
Since the opening / closing valve 3 is rotating at the timing when 5 starts to wrap with the upper portion of the scavenging port 12, that is, the timing when the scavenging port 12 starts to open in the cylinder, the opening / closing valve 3 reaches the position shown in FIG. Close port 4. The exhaust valve 9 opens at the closing timing of the open / close valve 3,
The exhaust port 11 is in communication with the inside of the cylinder. here,
Closing the exhaust port 4 by the open / close valve 3 and the exhaust valve 9
Although the timing with which the exhaust port 11 is opened is almost the same, there is no problem even if there is some overlap.

【0018】次いで、筒内の燃焼ガスは排気ポート11
を通じて排気されると共に、掃気ポート12を通じて筒
内に新気が導入され、該新気により筒内の残留ガスは排
気ポート11から排気される。排気ポート11から排出
された排気ガスは、排気マニホルド13を通ってターボ
チャージャ5の下流側の排気通路17或いはエネルギー
回収装置6の下流側の排気通路18に排気される。
Next, the combustion gas in the cylinder is exhausted from the exhaust port 11.
And the fresh air is introduced into the cylinder through the scavenging port 12, and the residual gas in the cylinder is exhausted from the exhaust port 11 by the fresh air. The exhaust gas discharged from the exhaust port 11 passes through the exhaust manifold 13 and is discharged to the exhaust passage 17 on the downstream side of the turbocharger 5 or the exhaust passage 18 on the downstream side of the energy recovery device 6.

【0019】このターボチャージャを持つ2ストローク
エンジンにおいて、排気ポート4が開閉バルブ3の作動
で閉鎖、掃気ポート12が開放及び排気ポート11が排
気バルブ9の作動で開放するタイミングにおける各部分
の圧力を見ると、排気ポート4の圧力が最も大きく、掃
気ポート12の圧力が続き、排気ポート11の圧力が小
さくなっている。従って、排気ポート4に開閉バルブ3
が設けられていないと、排気管8内の圧力によって排気
ガスが筒内に逆流する現象が発生するが、この時、排気
ポート4は開閉バルブ3で閉鎖されるので、排気ガスの
筒内への逆流現象は発生しない。また、排気ポート11
内の圧力は、掃気ポート12内の圧力より低圧であり、
掃気行程が良好に行われる。引き続き、ピストン7は再
び上昇し、排気バルブ9及び掃気ポート12による掃気
・吸気行程が終了し、圧縮行程に移行する。この掃気・
吸気行程と圧縮行程では、開閉バルブ3は閉鎖した状態
である。
In a two-stroke engine having this turbocharger, the exhaust port 4 is closed by the operation of the opening / closing valve 3, the scavenging port 12 is opened and the exhaust port 11 is opened by the operation of the exhaust valve 9. As can be seen, the pressure in the exhaust port 4 is the highest, the pressure in the scavenging port 12 continues, and the pressure in the exhaust port 11 is low. Therefore, the opening / closing valve 3 is attached to the exhaust port 4.
If the exhaust gas is not provided, the phenomenon that the exhaust gas flows back into the cylinder due to the pressure in the exhaust pipe 8, but at this time, since the exhaust port 4 is closed by the opening / closing valve 3, the exhaust gas enters the cylinder. The backflow phenomenon does not occur. Also, the exhaust port 11
The pressure inside is lower than the pressure inside the scavenging port 12,
Good scavenging process. Subsequently, the piston 7 rises again, the scavenging / intake stroke by the exhaust valve 9 and the scavenging port 12 is completed, and the piston shifts to the compression stroke. This scavenging
The on-off valve 3 is in the closed state during the intake stroke and the compression stroke.

【0020】従って、このターボチャージャを持つ2ス
トロークエンジンは、ピストン下死点近傍で開閉バルブ
3が開放して排気ポート4が排気管8内に連通すること
で、該排気ポート4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装置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。従って、排気ポ
ート4分だけ排気ガスを排出する排気有効面積が増大す
ると共に、排気ポート4を通じて筒内の排気ガスはター
ボチャージャ5のタービン20上流側に排気され、排気
圧が大きくても排気ポート4からはエンジンのブローダ
ウンの高圧ガスが短時間に流出するので、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。
Therefore, in the two-stroke engine having this turbocharger, the opening / closing valve 3 opens near the piston bottom dead center and the exhaust port 4 communicates with the inside of the exhaust pipe 8. The combustion gas is exhausted to the upstream side of the turbine 20 of the turbocharger 5, and the exhaust gas is sent to the power generation turbine 25 of the energy recovery device 6 from the outlet side of the turbine 20, that is, the exhaust passage 17, after driving the turbine 20. The exhaust gas is exhausted to the outside after driving the power generation turbine 25. Therefore, the effective exhaust area for exhausting the exhaust gas is increased by the amount corresponding to the exhaust port 4, and the exhaust gas in the cylinder is exhausted to the upstream side of the turbine 20 of the turbocharger 5 through the exhaust port 4, and the exhaust port is exhausted even if the exhaust pressure is large. Since high-pressure gas from the blowdown of the engine flows out from 4 in a short time, the turbine 20 of the turbocharger 5 can be driven, the compressor 19 can be driven, and the power generation / motor 21 provided in the turbocharger 5 can recover it as electric energy. can do.

【0021】更に、排気マニホルド13をエネルギー回
収装置6の上流側に連通すれば、排気ポート11から排
気される残りの排気ガスが有する排気エネルギーはエネ
ルギー回収装置6によって回収される。
Furthermore, if the exhaust manifold 13 is connected to the upstream side of the energy recovery device 6, the energy recovery device 6 recovers the exhaust energy of the remaining exhaust gas exhausted from the exhaust port 11.

【0022】次に、図6及び図7を参照して、この発明
によるターボチャージャを持つ2ストロークエンジンの
別の実施例を説明する。この実施例は、上記実施例と比
較して、開閉バルブの構成が異なる以外は、全く同一の
構成及び機能を有するのものであるので、同一の部品に
は同一の符号を付して重複する説明は省略する。この実
施例のターボチャージャを持つ2ストロークエンジンに
おいて、開閉バルブ3は、シリンダブロック2に取り付
けたバルブケース28と、バルブケース28内で軸受3
1を介して回転可能に取り付けられた筒状ロータリバル
ブ30とから構成されている。シリンダブロック2は、
図6では一体構造のものが示されているが、図7に示す
ように、シリンダブロック2を本体部2Bとライナ部2
Lとから構成することもできる。筒状ロータリバルブ3
0には、排気ポート4と整合して排気ガスを排気管8へ
連通する開口29を備えている。この形成の開閉バルブ
3は、排気ガスを排気ポート4から排気管8へコントロ
ールを良好に且つ排気ガスをスムースに排気させること
ができる。
Next, another embodiment of a two-stroke engine having a turbocharger according to the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7. Compared with the above-mentioned embodiment, this embodiment has exactly the same structure and function except that the structure of the on-off valve is different. Therefore, the same parts are designated by the same reference numerals and duplicated. The description is omitted. In the two-stroke engine having the turbocharger of this embodiment, the opening / closing valve 3 includes the valve case 28 attached to the cylinder block 2 and the bearing 3 in the valve case 28.
1 and a tubular rotary valve 30 rotatably attached to the rotary valve 30. The cylinder block 2 is
Although the integrated structure is shown in FIG. 6, as shown in FIG. 7, the cylinder block 2 is connected to the main body portion 2B and the liner portion 2.
It can also be composed of L and L. Cylindrical rotary valve 3
0 is provided with an opening 29 which is aligned with the exhaust port 4 and communicates the exhaust gas with the exhaust pipe 8. The on-off valve 3 thus formed can satisfactorily control the exhaust gas from the exhaust port 4 to the exhaust pipe 8 and smoothly exhaust the exhaust gas.

【0023】[0023]

【発明の効果】この発明によるターボチャージャを持つ
2ストロークエンジンは、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、このターボチャー
ジャを持つ2ストロークエンジンは、ピストン下死点近
傍で開口するシリンダ下部に第2排気ポートを形成し、
前記第2排気ポートに排気管を通じてターボチャージャ
を連通し、筒内圧力が所定以上の排気行程初期に開放し
且つそれ以外の時には閉鎖する開閉バルブを前記第2排
気ポートに設けたので、排気行程初期における高圧の排
気ガスを前記開閉バルブを通じて前記ターボチャージャ
へ送り込み、該ターボチャージャで排気エネルギーを有
効に回収できる。即ち、排気行程初期において、前記第
2排気ポートから開放した前記開閉バルブを通じて筒内
の排気ガスは前記ターボチャージャのタービン上流側に
排気でき、排圧が大きくても前記第2排気ポートからは
エンジンのブローダウンの高圧ガスが短時間に流出する
ので、前記タービンを駆動でき、コンプレッサを駆動す
ると共に、前記ターボチャージャに発電・電動機を設け
た場合には該発電・電動機で電気エネルギーとして回収
できる。
The two-stroke engine having the turbocharger according to the present invention is constructed as described above and has the following effects. That is, the two-stroke engine having this turbocharger has the second exhaust port formed in the lower part of the cylinder that opens near the piston bottom dead center.
Since the turbocharger is connected to the second exhaust port through an exhaust pipe and an opening / closing valve that opens at the beginning of the exhaust stroke at which the cylinder pressure is equal to or higher than a predetermined value and closes at other times is provided in the second exhaust port, the exhaust stroke High-pressure exhaust gas in the initial stage can be sent to the turbocharger through the on-off valve, and the exhaust energy can be effectively recovered by the turbocharger. That is, in the early stage of the exhaust stroke, the exhaust gas in the cylinder can be exhausted to the turbine upstream side of the turbocharger through the opening / closing valve opened from the second exhaust port, and even if the exhaust pressure is large, the engine can be exhausted from the second exhaust port. Since the blowdown high-pressure gas flows out in a short time, the turbine can be driven, the compressor can be driven, and when the turbocharger is provided with a generator / motor, it can be recovered as electric energy by the generator / motor.

【0024】更に、前記ターボチャージャの下流にエネ
ルギー回収装置を設けておけば、前記ターボチャージャ
を駆動した後、該排気ガスは前記エネルギー回収装置に
送り込まれ、前記エネルギー回収装置の発電タービンを
駆動して排気エネルギーを回収できる。
Further, if an energy recovery device is provided downstream of the turbocharger, after driving the turbocharger, the exhaust gas is sent to the energy recovery device to drive the power generation turbine of the energy recovery device. Exhaust energy can be recovered.

【0025】また、排気行程の初期に相当量、例えば、
70%の排気ガスが前記第2排気ポートから排出される
ので、筒内の排気ガス量は低減して排気ガス圧は低くな
り、ピストンの圧縮行程には既に燃焼ガス圧は低下し、
排気行程即ちピストン上昇時の前記ピストンの圧縮仕事
が低減する。
Also, a considerable amount, for example, at the beginning of the exhaust stroke,
Since 70% of exhaust gas is exhausted from the second exhaust port, the amount of exhaust gas in the cylinder is reduced and the exhaust gas pressure is lowered, and the combustion gas pressure is already reduced in the compression stroke of the piston.
The compression work of the piston during the exhaust stroke, i.e. when the piston rises, is reduced.

【0026】また、シリンダヘッドに形成した第1排気
ポートを前記ターボチャージャの下流側で且つエネルギ
ー回収装置の上流側に連通すれば、前記排気バルブの開
放で前記第1排気ポートから排気された残りの排気ガス
は前記エネルギー回収装置の上流側に送り込まれ、該残
りの排気ガスは前記エネルギー回収装置の発電タービン
を駆動して排気エネルギーは回収される。
Further, if the first exhaust port formed in the cylinder head is communicated with the downstream side of the turbocharger and the upstream side of the energy recovery device, the remainder exhausted from the first exhaust port by opening the exhaust valve. Exhaust gas is sent to the upstream side of the energy recovery device, and the remaining exhaust gas drives the power generation turbine of the energy recovery device to recover exhaust energy.

【0027】また、筒内の排気ガスは前記排気ポート及
び前記排気孔を通じて爆発行程終端及び排気行程初期に
おいて絶対量が低減して排気ガス圧は低くなり、ピスト
ンの上昇時の排気行程では、既に筒内の排気ガス量は低
減しているので、ピストン上昇時のピストンの圧縮仕事
が低減し、特に、排気行程終端での筒内圧力が低下し、
残留排気ガスは少量であるので、引き続く掃気・吸入行
程で十分の吸入空気がシリンダ内に導入され、吸入効率
を向上させることができる。
Further, the absolute amount of the exhaust gas in the cylinder decreases through the exhaust port and the exhaust hole at the end of the explosion stroke and the beginning of the exhaust stroke, and the exhaust gas pressure becomes low. Since the amount of exhaust gas in the cylinder is reduced, the compression work of the piston when the piston rises is reduced, especially the cylinder pressure at the end of the exhaust stroke is reduced,
Since the amount of residual exhaust gas is small, sufficient intake air is introduced into the cylinder in the subsequent scavenging and intake strokes, and intake efficiency can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明によるターボチャージャを持つ2スト
ロークエンジンの一実施例を示し且つ開閉バルブの閉鎖
状態を示す概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of a two-stroke engine having a turbocharger according to the present invention and showing a closed state of an on-off valve.

【図2】図1の開閉バルブの開放状態を示す概略断面図
である。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing an open state of the on-off valve of FIG.

【図3】図1の2ストローク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。
FIG. 3 is a schematic explanatory view showing an example of a turbocharger having a generator / motor incorporated in the two-stroke engine of FIG.

【図4】図1の2ストロークエンジンに組み込まれたエ
ネルギー回収装置の一例を示す概略説明図である。
FIG. 4 is a schematic explanatory diagram showing an example of an energy recovery device incorporated in the two-stroke engine of FIG.

【図5】このターボチャージャを持つ2ストロークエン
ジンの作動の一例を示す線図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of the operation of a two-stroke engine having this turbocharger.

【図6】この発明によるターボチャージャを持つ2スト
ロークエンジンの別の実施例を示し且つ開閉バルブの閉
鎖状態を示す概略断面図である。
FIG. 6 is a schematic sectional view showing another embodiment of a two-stroke engine having a turbocharger according to the present invention and showing a closed state of an opening / closing valve.

【図7】図6の線F−Fにおける概略断面図である。7 is a schematic cross-sectional view taken along the line FF of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリンダヘッド 2 シリンダブロック 3 開閉バルブ 4 排気ポート(第2排気ポート) 5 ターボチャージャ 6 エネルギー回収装置 7 ピストン 8 排気管 9 排気バルブ 10 シリンダ 11 排気ポート(第1排気ポート) 12 掃気ポート 15 ピストン頂面 17,18 排気通路 1 Cylinder Head 2 Cylinder Block 3 Open / Close Valve 4 Exhaust Port (Second Exhaust Port) 5 Turbocharger 6 Energy Recovery Device 7 Piston 8 Exhaust Pipe 9 Exhaust Valve 10 Cylinder 11 Exhaust Port (First Exhaust Port) 12 Scavenging Port 15 Piston Top Surface 17, 18 Exhaust passage

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 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ストロークエンジンに
おいて、シリンダヘッドに形成し且つ排気バルブを配置
した第1排気ポート、ピストン下死点近傍で開口するシ
リンダ下部に形成した第2排気ポート、該第2排気ポー
トより下方位置のシリンダ下部に形成した掃気ポート、
前記第2排気ポートに排気管を通じて連通したターボチ
ャージャ、及び前記第2排気ポートを排気行程において
筒内圧力が所定以上で開放し且つ所定以下で閉鎖する開
閉バルブを有するターボチャージャを持つ2ストローク
エンジン。
1. In a two-stroke engine having a turbocharger driven by exhaust energy of the engine, a first exhaust port formed in a cylinder head and having an exhaust valve, and a lower part of the cylinder opened near a piston bottom dead center. Second exhaust port, a scavenging port formed in the lower portion of the cylinder below the second exhaust port,
A two-stroke engine having a turbocharger that communicates with the second exhaust port through an exhaust pipe, and a turbocharger that has an opening / closing valve that opens the second exhaust port at a predetermined cylinder pressure or higher and closes it at a predetermined pressure or lower during an exhaust stroke. ..
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