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JP2019143528A - Two-stroke engine - Google Patents

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JP2019143528A
JP2019143528A JP2018027982A JP2018027982A JP2019143528A JP 2019143528 A JP2019143528 A JP 2019143528A JP 2018027982 A JP2018027982 A JP 2018027982A JP 2018027982 A JP2018027982 A JP 2018027982A JP 2019143528 A JP2019143528 A JP 2019143528A
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JP
Japan
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piston
main shaft
cylinder
stroke engine
crank arm
Prior art date
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Pending
Application number
JP2018027982A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
裕 増田
Yutaka Masuda
裕 増田
孝行 廣瀬
Takayuki Hirose
孝行 廣瀬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Publication date
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Abstract

To provide a two-stroke engine that varies a compression ratio during operation.SOLUTION: A two-stroke engine includes: a cylinder having a combustion chamber; a piston sliding inside the cylinder; and a crankshaft interlocking with the piston. The crankshaft includes: a main shaft; and a crank arm provided toward an outer side in a radial direction from the main shaft and having a variable distance in the radial direction from the main shaft.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、2ストロークエンジンに関するものである。   The present invention relates to a two-stroke engine.

例えば、特許文献1には、船舶等に搭載される2ストロークエンジンが開示されている。このような2ストロークエンジンは、ピストンと、ピストンが摺動されるシリンダとを備え、ピストンが上死点まで移動されることにより、シリンダ内の燃焼ガスが圧縮されて自着火する。   For example, Patent Document 1 discloses a two-stroke engine mounted on a ship or the like. Such a two-stroke engine includes a piston and a cylinder in which the piston slides. When the piston is moved to the top dead center, the combustion gas in the cylinder is compressed and self-ignited.

特開2013−7320号公報JP2013-7320A

このような構成の2ストロークエンジンにおいて、燃焼効率を向上させるためには、高圧縮比で運転することが考えられる。しかしながら、運転状況や、供給される燃料の組成によって最適な圧縮比が異なるため、燃焼時の圧縮比を運転中に変更することが求められている。   In the two-stroke engine having such a configuration, it is conceivable to operate at a high compression ratio in order to improve the combustion efficiency. However, since the optimal compression ratio varies depending on the operating conditions and the composition of the supplied fuel, it is required to change the compression ratio during combustion during operation.

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、2ストロークエンジンにおいて、運転中に圧縮比を可変とすることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to make the compression ratio variable during operation in a two-stroke engine.

本発明は、上記課題を解決するための第1の手段として、燃焼室を有するシリンダと、上記シリンダ内を摺動するピストンと、上記ピストンに連動するクランク軸とを有する2ストロークエンジンであって、上記クランク軸は、主軸と、上記主軸から径方向外側に向けて設けられる共に前記主軸からの前記径方向における距離が変更可能とされるクランクアームとを有する、という構成を採用する。   As a first means for solving the above-mentioned problems, the present invention is a two-stroke engine having a cylinder having a combustion chamber, a piston sliding in the cylinder, and a crankshaft interlocked with the piston. The crankshaft includes a main shaft and a crank arm that is provided radially outward from the main shaft and is capable of changing a distance in the radial direction from the main shaft.

本発明によれば、運転中に主軸とクランクピンとの主軸径方向における距離が変更可能であることにより、ピストンロッドを介してピストンのシリンダ内における上死点の位置を変更することができる。これにより、燃焼室の容積が変化し、圧縮比を変更することが可能となる。   According to the present invention, the position of the top dead center in the cylinder of the piston can be changed via the piston rod by changing the distance between the main shaft and the crank pin in the main shaft radial direction during operation. Thereby, the volume of a combustion chamber changes and it becomes possible to change a compression ratio.

本発明の一実施形態における2ストロークエンジンの模式断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a two-stroke engine according to an embodiment of the present invention.

以下、図面を参照して、本発明におけるエンジンシステムの一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。   Hereinafter, an embodiment of an engine system according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the scale of each member is appropriately changed in order to make each member a recognizable size.

本実施形態のエンジンシステム100は、例えば大型タンカなど船舶に搭載され、図1に示すように、エンジン1と、制御部200とを有している。
エンジン1は、多気筒のユニフロー掃気ディーゼルエンジン(2ストロークエンジン)とされ、天然ガス等の気体燃料を重油などの液体燃料と共に燃焼させるガス運転モードと、重油などの液体燃料を燃焼させるディーゼル運転モードとを有している。なお、ガス運転モードでは、気体燃料のみを燃焼させても良い。このようなエンジン1は、シリンダ部2と、燃料噴射弁3と、ピストン4と、排気弁ユニット5と、ピストンロッド6と、クロスヘッド7と、連接棒8と、クランク軸9と、油圧ポンプ10とを有している。
The engine system 100 of this embodiment is mounted on a ship such as a large tanker, for example, and has an engine 1 and a control unit 200 as shown in FIG.
The engine 1 is a multi-cylinder uniflow scavenging diesel engine (two-stroke engine), a gas operation mode in which a gaseous fuel such as natural gas is burned together with a liquid fuel such as heavy oil, and a diesel operation mode in which a liquid fuel such as heavy oil is burned. And have. In the gas operation mode, only gaseous fuel may be burned. Such an engine 1 includes a cylinder portion 2, a fuel injection valve 3, a piston 4, an exhaust valve unit 5, a piston rod 6, a crosshead 7, a connecting rod 8, a crankshaft 9, a hydraulic pump. 10.

シリンダ部2は、燃焼室R1を有する円筒状のシリンダライナ2aと、排気ポートHが形成されると共に不図示の排気溜と接続されるシリンダヘッド2bと、シリンダライナ2aの下部設けられると共にシリンダライナ2aの下端部が挿入された円筒状のシリンダジャケット2cとを有している。また、シリンダジャケット2cには、掃気ポートS、掃気室R2が設けられており、掃気溜と接続されている。   The cylinder portion 2 includes a cylindrical cylinder liner 2a having a combustion chamber R1, a cylinder head 2b in which an exhaust port H is formed and connected to an unillustrated exhaust reservoir, a lower portion of the cylinder liner 2a, and a cylinder liner. And a cylindrical cylinder jacket 2c into which the lower end of 2a is inserted. The cylinder jacket 2c is provided with a scavenging port S and a scavenging chamber R2, and is connected to a scavenging reservoir.

燃料噴射弁3は、シリンダヘッド2bに設けられた弁装置である。燃料噴射弁3は、液体燃料による運転の際には、燃焼室R1に向けて液体燃料を噴射する。また、燃料噴射弁3は、気体燃料による運転の際には、始動時のパイロット燃料として少量の液体燃料を燃焼室R1に向けて噴射する。   The fuel injection valve 3 is a valve device provided in the cylinder head 2b. The fuel injection valve 3 injects liquid fuel toward the combustion chamber R1 during operation with liquid fuel. In addition, the fuel injection valve 3 injects a small amount of liquid fuel toward the combustion chamber R1 as pilot fuel at the time of start-up when operating with gaseous fuel.

ピストン4は、略円柱状とされ、後述するピストンロッド6と接続されてシリンダライナ2aの内側に配置されている。ピストン4は、燃焼室R1における圧力の変動により、ピストンロッド6を伴ってシリンダライナ2a内を摺動する。   The piston 4 has a substantially cylindrical shape, and is connected to a piston rod 6 to be described later and disposed inside the cylinder liner 2a. The piston 4 slides in the cylinder liner 2a with the piston rod 6 due to pressure fluctuations in the combustion chamber R1.

排気弁ユニット5は、排気弁5aと、排気弁筐5bと、排気弁駆動部5cとを有している。排気弁5aは、シリンダヘッド2bの内側に設けられ、排気弁駆動部5cにより、シリンダ部2内の排気ポートHを閉塞する。排気弁筐5bは、排気弁5aの端部を収容する円筒形の筐体である。排気弁駆動部5cは、排気弁5aをピストン4のストローク方向に沿う方向に移動させるアクチュエータである。   The exhaust valve unit 5 includes an exhaust valve 5a, an exhaust valve housing 5b, and an exhaust valve drive unit 5c. The exhaust valve 5a is provided inside the cylinder head 2b, and closes the exhaust port H in the cylinder part 2 by the exhaust valve drive part 5c. The exhaust valve housing 5b is a cylindrical housing that houses the end of the exhaust valve 5a. The exhaust valve drive unit 5 c is an actuator that moves the exhaust valve 5 a in a direction along the stroke direction of the piston 4.

ピストンロッド6は、一端がピストン4と接続され、他端がクロスヘッド7と連結された長尺状部材である。クロスヘッド7は、不図示のクロスヘッドピンを有している。クロスヘッド7は、ピストンロッド6の端部及び連接棒8の端部と連結され、ピストン4の直線運動を連接棒8へと伝達している。   The piston rod 6 is a long member having one end connected to the piston 4 and the other end connected to the crosshead 7. The crosshead 7 has a crosshead pin (not shown). The crosshead 7 is connected to the end of the piston rod 6 and the end of the connecting rod 8, and transmits the linear motion of the piston 4 to the connecting rod 8.

図1に示すように、連接棒8は、クロスヘッドピン7aと連結されると共にクランク軸9と連結されている長尺状部材である。連接棒8は、クロスヘッドピン7aに伝えられたピストン4の直線運動を回転運動に変換している。   As shown in FIG. 1, the connecting rod 8 is a long member that is connected to the crosshead pin 7 a and connected to the crankshaft 9. The connecting rod 8 converts the linear motion of the piston 4 transmitted to the cross head pin 7a into rotational motion.

クランク軸9は、ピストンロッド6及び連接棒8を介してピストン4と接続され、ピストン4に連動する部材であり、主軸9aと、複数のクランクアーム9bと、クランクピン9cとを有している。主軸9aは、略円柱状とされ、中心に回転軸を有する長尺状部材である。また、主軸9aは、不図示のタービン等とギアを介して接続され、回転運動をタービン等に伝えている。   The crankshaft 9 is a member that is connected to the piston 4 via the piston rod 6 and the connecting rod 8 and interlocks with the piston 4, and has a main shaft 9a, a plurality of crank arms 9b, and a crankpin 9c. . The main shaft 9a is a long member having a substantially cylindrical shape and having a rotation shaft at the center. Further, the main shaft 9a is connected to a turbine or the like (not shown) via a gear, and transmits rotational motion to the turbine or the like.

クランクアーム9bは、可動部9dと、固定部9eとを有している。可動部9dは、油圧室R3を形成する凹部を有しており、端部においてクランクピン9cと接合されている。また、可動部9dには、油圧室R3と連通する不図示のリリーフ流路が設けられている。リリーフ流路には、制御部200により制御されるリリーフ弁が設けられる。固定部9eは、油圧室R3に一端が挿入されると共に、主軸9aに一端が接合された部材である。このようなクランクアーム9bは、主軸9aから径方向外側に向けて突出しており、2個1対とされてクランクピン9cによりそれぞれ連結されている。
クランクピン9cは、クランクアーム9bの可動部9dと接合され、連接棒8の一端が連結された円柱状の部材である。
The crank arm 9b has a movable part 9d and a fixed part 9e. The movable portion 9d has a recess that forms the hydraulic chamber R3, and is joined to the crankpin 9c at the end. The movable portion 9d is provided with a relief channel (not shown) that communicates with the hydraulic chamber R3. The relief flow path is provided with a relief valve controlled by the control unit 200. The fixed portion 9e is a member having one end inserted into the hydraulic chamber R3 and one end joined to the main shaft 9a. Such a crank arm 9b protrudes radially outward from the main shaft 9a, and two crank arms 9b are paired and connected by a crank pin 9c.
The crank pin 9c is a cylindrical member joined to the movable portion 9d of the crank arm 9b and connected to one end of the connecting rod 8.

油圧ポンプ10は、制御部200からの指示に基づいて作動油を油圧室R3に供給するポンプであり、クランク軸9と別体として外部に固定されている。油圧ポンプ10には、例えば、ピストン4に供給される冷却油の一部が作動油として供給される。   The hydraulic pump 10 is a pump that supplies hydraulic oil to the hydraulic chamber R3 based on an instruction from the control unit 200, and is fixed to the outside as a separate body from the crankshaft 9. For example, a part of the cooling oil supplied to the piston 4 is supplied to the hydraulic pump 10 as hydraulic oil.

制御部200は、船舶の操縦者による操作等に基づいて、燃料の供給量等を制御するコンピュータである。また、制御部200は、油圧ポンプ10を制御することにより、油圧室R3の容積を変更させ、圧縮比を変更する。   The control unit 200 is a computer that controls a fuel supply amount and the like based on an operation by a ship operator. The control unit 200 controls the hydraulic pump 10 to change the volume of the hydraulic chamber R3 and change the compression ratio.

このようなエンジンシステム100において、圧縮比を高める場合には、制御部200は、油圧ポンプ10を駆動して油圧室R3に作動油を供給する。これにより、可動部9dが固定部9eから浮き上がり、クランクアーム9bの長さが伸びる。したがって、連接棒8及びピストンロッド6を介してクランクピン9cに接続されるピストン4の上死点がより上方へと移動し、圧縮比が高められる。   In such an engine system 100, when increasing the compression ratio, the control unit 200 drives the hydraulic pump 10 to supply hydraulic oil to the hydraulic chamber R3. Thereby, the movable part 9d is lifted from the fixed part 9e, and the length of the crank arm 9b is extended. Therefore, the top dead center of the piston 4 connected to the crank pin 9c via the connecting rod 8 and the piston rod 6 moves further upward, and the compression ratio is increased.

また、圧縮比を下げる場合には、制御部200は、油圧室R3に連通するリリーフ流路のリリーフ弁を開放し、油圧室R3内の作動油を外部へと放出する。これにより、可動部9dが固定部9eと密着した状態となり、クランクアーム9bの長さが短くなる。したがって、連接棒8及びピストンロッド6を介してクランクピン9cに接続されるピストン4の上死点が下方へと移動し、圧縮比が下げられる。   Further, when the compression ratio is lowered, the control unit 200 opens the relief valve of the relief flow path communicating with the hydraulic chamber R3, and releases the hydraulic oil in the hydraulic chamber R3 to the outside. As a result, the movable portion 9d comes into close contact with the fixed portion 9e, and the length of the crank arm 9b is shortened. Therefore, the top dead center of the piston 4 connected to the crank pin 9c via the connecting rod 8 and the piston rod 6 moves downward, and the compression ratio is lowered.

このような本実施形態によれば、クランクアーム9bの長さを変更することにより、主軸9aとクランクピン9cとの主軸9aの径方向における距離を変更することができ、ピストン4の上死点位置を変更することができる。したがって、運転中に容易に圧縮比を変更することが可能である。   According to this embodiment, the distance between the main shaft 9a and the crank pin 9c in the radial direction of the main shaft 9a can be changed by changing the length of the crank arm 9b. The position can be changed. Therefore, it is possible to easily change the compression ratio during operation.

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。   As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring drawings, this invention is not limited to the said embodiment. Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described embodiments are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the spirit of the present invention.

上記実施形態においては、クランクアーム9b内に設けられた油圧室R3によりクランクアーム9bの長さを変更するものとしたが、本発明はこれに限定されない。クランクアーム9bの可動部9dと固定部9eとの間にジャッキ等の装置が設けられ、クランクアーム9bの長さが変更されるものとしてもよい。   In the above embodiment, the length of the crank arm 9b is changed by the hydraulic chamber R3 provided in the crank arm 9b, but the present invention is not limited to this. A device such as a jack may be provided between the movable portion 9d and the fixed portion 9e of the crank arm 9b, and the length of the crank arm 9b may be changed.

また、上記実施形態においては、クランクアーム9bは、クランクピン9c側に可動部9dが設けられているが、本発明はこれに限定されない。例えば、クランクアーム9bにおけるクランクピン9cの接続位置が油圧シリンダ等により径方向外側に向けて移動されるものとしてもよい。また、同様に、クランクアーム9bにおける主軸9aの接続位置が油圧シリンダ等により径方向内側に向けて移動されるものとしてもよい。これらの場合においても、上記実施形態と同様に、主軸9aとクランクピン9cとの相対的な距離が変化するため、ピストン4の上死点位置が変化し、圧縮比を変更可能である。   In the above embodiment, the crank arm 9b is provided with the movable portion 9d on the crank pin 9c side, but the present invention is not limited to this. For example, the connecting position of the crank pin 9c in the crank arm 9b may be moved radially outward by a hydraulic cylinder or the like. Similarly, the connecting position of the main shaft 9a in the crank arm 9b may be moved radially inward by a hydraulic cylinder or the like. Even in these cases, the relative distance between the main shaft 9a and the crankpin 9c changes as in the above embodiment, so that the top dead center position of the piston 4 changes and the compression ratio can be changed.

1 エンジン
2 シリンダ部
2a シリンダライナ
2b シリンダヘッド
2c シリンダジャケット
4 ピストン
5 排気弁ユニット
5a 排気弁
5b 排気弁筐
5c 排気弁駆動部
6 ピストンロッド
7 クロスヘッド
8 連接棒
9 クランク軸
9a 主軸
9b クランクアーム
9c クランクピン
9d 可動部
9e 固定部
100 エンジンシステム
200 制御部
H 排気ポート
R1 燃焼室
R2 掃気室
S 掃気ポート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 2 Cylinder part 2a Cylinder liner 2b Cylinder head 2c Cylinder jacket 4 Piston 5 Exhaust valve unit 5a Exhaust valve 5b Exhaust valve housing 5c Exhaust valve drive part 6 Piston rod 7 Crosshead 8 Connecting rod 9 Crank shaft 9a Main shaft 9b Crank arm 9c Crank pin 9d Movable part 9e Fixed part 100 Engine system 200 Control part H Exhaust port R1 Combustion chamber R2 Scavenging chamber S Scavenging port

Claims (1)

燃焼室を有するシリンダと、前記シリンダ内を摺動するピストンと、前記ピストンに連動するクランク軸とを有する2ストロークエンジンであって、
前記クランク軸は、主軸と、前記主軸から径方向外側に向けて設けられる共に前記主軸からの前記径方向における距離が変更可能とされるクランクアームとを有することを特徴とする2ストロークエンジン。

A two-stroke engine having a cylinder having a combustion chamber, a piston sliding in the cylinder, and a crankshaft interlocking with the piston;
The crankshaft has a main shaft and a crank arm provided radially outward from the main shaft and capable of changing a distance in the radial direction from the main shaft.

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