JPH05214948A - Two-stroke engine with turbo-charger - Google Patents
Two-stroke engine with turbo-chargerInfo
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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
- 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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Abstract
Description
【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、2スト
ロークエンジンと4ストロークエンジンの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装置を持つエ
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、エネルギー回収装置が
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、エネルギー回収装置で回収し、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 having a turbocharger driven by exhaust energy and an energy recovery device has a turbocharger and an energy recovery device connected downstream of an exhaust pipe such as an exhaust manifold connected to an exhaust port, so that exhaust energy generated by the engine is It is recovered by a turbocharger or energy recovery device and drives a compressor, or is recovered 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、排気タービンの上流側の圧力まで一度
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
気タービンの上流側の圧力を高くし、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の上流側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
ータルのエネルギー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 cylinder pressure immediately before the exhaust stroke is several kg / cm 2 or more, and if the high 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 on the upstream side of the exhaust turbine, and the pressure expands to the atmospheric pressure. Only the pressure difference can be recovered by the exhaust turbine. Further, when considering increasing the pressure on the upstream side of the exhaust turbine and increasing the amount of recovery thereof, in a two-stroke engine, the scavenging air pressure needs to be increased to a pressure higher than the pressure on the upstream side of the exhaust turbine. The required energy is increased, and the total energy recovery efficiency is not improved.
【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、シリンダブロックに構成したシリ
ンダの下部に掃気ポートと排気ポートとを形成した2ス
トロークエンジンにおいて、シリンダ下部に形成した排
気ポートを第1排気通路と第2排気通路に分流して連通
し、第1排気通路をターボチャージャの上流側に、また
第2排気通路をターボチャージャの下流側に連通し、排
気ポートと第1排気通路又は第2排気通路との連通をロ
ータリバルブ等の切換バルブで切り換え、筒内圧力が掃
気圧より高圧である排気ガスのみを第1排気通路を通じ
てターボチャージャに送り込み、排気エネルギーを有効
に回収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。Therefore, an object of the present invention is to solve the above problems, and in a two-stroke engine in which a scavenging port and an exhaust port are formed in the lower part of a cylinder formed in a cylinder block, the exhaust formed in the lower part of the cylinder is exhausted. The port divides into communication with the first exhaust passage and the second exhaust passage, communicates with the first exhaust passage upstream of the turbocharger, and communicates the second exhaust passage downstream of the turbocharger with the exhaust port and the first exhaust passage. The communication with the exhaust passage or the second exhaust passage is switched by a switching valve such as a rotary valve, and only the exhaust gas whose cylinder pressure is higher than the scavenging pressure is sent to the turbocharger through the first exhaust passage to effectively recover the exhaust energy. The purpose is to provide a two-stroke engine with a turbocharger.
【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、シリンダブロックに形成されるシリンダの
下部に形成した掃気ポートと排気ポートを有するターボ
チャージャを持つ2ストロークエンジンにおいて、前記
排気ポートに連通し且つ前記ターボチャージャの上流側
に連通する第1排気通路、前記排気ポートに連通し且つ
前記ターボチャージャの下流側に連通する第2排気通
路、及び前記排気ポートを前記第1排気通路又は前記第
2排気通路のいずれかに連通するように切り換えられる
切換バルブを有することを特徴と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 relates to a two-stroke engine having a turbocharger having a scavenging port and an exhaust port formed in a lower portion of a cylinder formed in a cylinder block, and a first stroke communicating with the exhaust port and upstream of the turbocharger. An exhaust passage, a second exhaust passage communicating with the exhaust port and downstream of the turbocharger, and the exhaust port are switched to communicate with either the first exhaust passage or the second exhaust passage. A two-stroke engine having a turbocharger characterized by having a switching valve.
【0008】また、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、前記切換バルブは、エンジン
の回転に同期して作動され、排気行程前半で前記排気ポ
ートと前記第1排気通路とを連通し、且つ排気行程後半
で前記排気ポートと前記第2排気通路とを連通するよう
に作動するものである。Further, in the two-stroke engine having the turbocharger, the switching valve is operated in synchronization with the rotation of the engine so that the exhaust port and the first exhaust passage communicate with each other in the first half of the exhaust stroke. In the latter half of the stroke, the exhaust port and the second exhaust passage are operated to communicate with each other.
【0009】[0009]
【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、シリンダ下部に排気ポートを形
成し、該排気ポートを第1排気通路によってターボチャ
ージャの上流側に連通し、前記排気ポートを第2排気通
路によって前記ターボチャージャの下流側に連通し、更
に、前記排気ポートを前記第1排気通路又は前記第2排
気通路のいずれかに連通するように切り換えられる切換
バルブを有するので、掃気圧より高圧の排気ガスのみを
前記ターボチャージャの上流側へ送り込むことができ
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
In the stroke engine, an exhaust port is formed in a lower portion of a cylinder, the exhaust port is connected to an upstream side of the turbocharger by a first exhaust passage, and the exhaust port is connected to a downstream side of the turbocharger by a second exhaust passage, Further, since the exhaust valve has a switching valve that is switched so as to communicate with either the first exhaust passage or the second exhaust passage, only exhaust gas having a pressure higher than the scavenging pressure is sent to the upstream side of the turbocharger. be able to.
【0010】即ち、ピストン下死点近傍で前記排気ポー
トが開口することで、前記第1排気通路を通じて筒内の
排気ガスはターボチャージャのタービン上流側に排気さ
れ、排気圧が大きくても前記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、タ
ーボチャージャの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、排気ガスが有するエネルギーを
有効に回収できる。That is, by opening the exhaust port near the bottom dead center of the piston, the exhaust gas in the cylinder is exhausted to the turbine upstream side of the turbocharger through the first exhaust passage, and the exhaust gas is exhausted even if the exhaust pressure is large. Since high-pressure gas from the engine blowdown flows out from the port in a short time, the turbine of the turbocharger can be driven, the compressor can be driven, and if the turbocharger is equipped with a generator / motor, the generator / motor can be used. It can be recovered as electric energy, and the energy of the exhaust gas can be effectively recovered.
【0011】[0011]
【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を持
つ2ストロークエンジンの一実施例を示す概略断面図、
図2は図1の2ストロークエンジンにおける開閉バルブ
が第2排気通路が開放した状態を示す概略断面図、図3
は図1のエンジンに設けたターボチャージャを示す説明
図、及び図4は図1のエンジンに設けたエネルギー回収
タービンを示す説明図、及び図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例を示す線図
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 a two-stroke engine having a turbocharger according to the present invention,
2 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the opening / closing valve in the two-stroke engine of FIG. 1 has the second exhaust passage opened, and FIG.
Is an explanatory view showing a turbocharger provided in the engine of FIG. 1, FIG. 4 is an explanatory view showing an energy recovery turbine provided in the engine of FIG. 1, and FIG. 5 is an example of operation of a two-stroke engine having this turbocharger. FIG.
【0012】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には燃料
噴射ノズル9が配置されている。As shown in the figure, a two-stroke engine having this turbocharger has a turbocharger 5 and an energy recovery device 6 driven by the exhaust energy of the engine. This two-stroke engine rotates 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 reciprocating in the cylinder 10, and a reciprocating motion of the piston 7. It has a connecting rod and a crankshaft that convert it into motion. In FIG. 1, the cylinder 10 formed in the cylinder block 2 is schematically illustrated. A fuel injection nozzle 9 is arranged in the cylinder head 1.
【0013】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の下部で且つピストン
下死点近傍で開口する排気ポート4及び掃気ポート12
を形成している。また、排気ポート4を第1排気通路で
ある排気通路8を通じてターボチャージャ5の上流側即
ちタービン20のタービンスクロール14に連結してい
る。更に、排気ポート4を第2排気通路である排気通路
11を通じてターボチャージャ5の下流側でエネルギー
回収装置6の上流側即ち発電タービン25のタービンス
クロール17に連結している。ターボチャージャ5にお
けるタービン20の出口は排気管即ち排気通路16を通
じてエネルギー回収装置6のタービンスクロール17に
連結されている。場合によっては、排気通路11はエネ
ルギー回収装置6の下流側の排気通路18に連通しても
よいことは勿論である。A two-stroke engine having this turbocharger is particularly equipped with an exhaust port 4 and a scavenging port 12 which are open at the bottom of the cylinder 10 and near the piston bottom dead center.
Is formed. Further, the exhaust port 4 is connected to the upstream side of the turbocharger 5, that is, the turbine scroll 14 of the turbine 20 through an exhaust passage 8 which is a first exhaust passage. Further, the exhaust port 4 is connected to an upstream side of the energy recovery device 6, that is, a turbine scroll 17 of the power generation turbine 25, on the downstream side of the turbocharger 5 through an exhaust passage 11 which is a second exhaust passage. The outlet of the turbine 20 of the turbocharger 5 is connected to a turbine scroll 17 of the energy recovery device 6 through an exhaust pipe, that is, an exhaust passage 16. Of course, in some cases, the exhaust passage 11 may communicate with the exhaust passage 18 on the downstream side of the energy recovery device 6.
【0014】更に、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の出口にはロー
タリバルブである切換バルブ3が設けられており、切換
バルブ3の回転作動(図では左回り)によって排気ポー
ト4を排気通路8又は排気通路11のいずれかに連通す
るように切り換えられる。特に、切換バルブ3は、エン
ジンの回転に同期して作動されるものであり、図1に示
すように、排気行程前半で排気ポート4を排気通路8に
連通し、また、図2に示すように、下死点BDC付近即
ち排気行程後半で排気ポート4を排気通路11に連通す
る。即ち、排気ポート4は、排気行程において筒内圧力
が所定以上の高圧時には排気通路8に連通し、また、筒
内圧力が所定以下の低圧時には排気通路11に連通され
る。従って、ピストン7がシリンダ10内を下降してピ
ストン下死点近傍になると、排気ポート4が開口し、筒
内の燃焼ガスは切換バルブ3の回動位置によって排気ポ
ート4から排気通路8又は排気通路11に送り込まれ
る。Further, in the two-stroke engine having this turbocharger, a switching valve 3 which is a rotary valve is provided at the outlet of the exhaust port 4 and the exhaust port is rotated by the rotational operation of the switching valve 3 (counterclockwise in the figure). 4 is communicated with either the exhaust passage 8 or the exhaust passage 11. In particular, the switching valve 3 is operated in synchronization with the rotation of the engine. As shown in FIG. 1, the exhaust port 4 communicates with the exhaust passage 8 in the first half of the exhaust stroke, and as shown in FIG. The exhaust port 4 is communicated with the exhaust passage 11 near the bottom dead center BDC, that is, in the latter half of the exhaust stroke. That is, the exhaust port 4 communicates with the exhaust passage 8 when the in-cylinder pressure is high above a predetermined pressure in the exhaust stroke, and communicates with the exhaust passage 11 when the in-cylinder pressure is low below a predetermined pressure. Therefore, when the piston 7 descends in the cylinder 10 and near the piston bottom dead center, the exhaust port 4 opens and the combustion gas in the cylinder is exhausted from the exhaust port 4 or the exhaust passage 8 depending on the turning position of the switching valve 3. It is sent to the passage 11.
【0015】切換バルブ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19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
ルドに送り込まれ、該吸気マニホルドから掃気ポート1
2、次いで筒内へと送り込まれる。The switching valve 3 can be constructed so as to operate at the same speed in synchronization with the engine rotation. Alternatively, the controller may be configured to control in response to engine operating conditions. Also, turbocharger 5
The air pressurized by the compressor 19 of the
Through the intake manifold through the intercooler or the like, and from the intake manifold to the scavenging port 1 through the intake manifold.
2, then sent into the cylinder.
【0016】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、排気管即ち排気通路8に連
通している。タービン20の出口側の排気通路16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17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2
7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, that is, the exhaust passage 8. The exhaust passage 16 on the outlet side of the turbine 20 is
It communicates with the turbine scroll 17 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. In the energy recovery device 6, a generator 27 is provided on a shaft 22 fixed to a generator turbine 25, and the generator 2
The exhaust energy is collected at 7.
【0017】上記のように構成されている2ストローク
エンジンの作動タイミングを図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タイミング線図である。
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T
DC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排気ポート4
の開放可能期間を符号A、掃気ポート12の開放期間を
符号B、切換バルブ3の排気通路8側の開放期間を符号
C、切換バルブ3の排気通路11側の開放期間を符号
D、及び排気ポート4が開放可能期間であるが、切換バ
ルブ3によって閉鎖される閉鎖期間を符号Eで示す。従
って、切換バルブ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、排気ポート4の開放期間が短縮さ
れる。The operation timing of the two-stroke engine configured as described above will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a timing diagram for explaining an embodiment of the operation of the two-stroke engine having this turbocharger.
In FIG. 5, the reference symbol P indicates the displacement of the piston 7 when the piston 7 reciprocates in the cylinder 10, and the top dead center is T.
DC and bottom dead center are indicated by BDC. Furthermore, in FIG. 5, the exhaust port 4 in this two-stroke engine is shown.
Is the openable period of A, the open period of the scavenging port 12 is B, the open period of the switching valve 3 on the exhaust passage 8 side is C, the open period of the switching valve 3 on the exhaust passage 11 side is D, and the exhaust A symbol E indicates a closed period in which the port 4 is openable but closed by the switching valve 3. Therefore, when the switching valve 3 is closed, the exhaust port 4 is closed, and the open period of the exhaust port 4 is shortened.
【0018】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13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、排
気行程が始まると、切換バルブ3は図1に示す位置にな
って排気行程初期で排気通路8を開放し、筒内の高温高
圧の燃焼ガスは、排気ポート4及び切換バルブ3を通じ
て排気通路8へと排気され、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、排気通路
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ターボチャージャ5
へと流出する。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 to a high temperature and high pressure, fuel is injected from the fuel injection nozzle 9 into the cylinder and compressed. Mixed with air and burned,
In the combustion stroke, the piston 7 descends. When the piston top surface 15 of the piston 7 begins to wrap with the upper portion 13 of the exhaust port 4, that is, when the exhaust port 4 begins to open in the cylinder and the exhaust stroke begins, the switching valve 3 becomes the position shown in FIG. At the beginning of the exhaust stroke, the exhaust passage 8 is opened, and the high-temperature and high-pressure combustion gas in the cylinder is exhausted to the exhaust passage 8 through the exhaust port 4 and the switching valve 3, and then the turbocharger 5
It is sent to the turbine 20 of. In this case, the pressure in the exhaust passage 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. Because
Most of the combustion gas in the cylinder is turbocharged in a short time.
Outflows to.
【0019】更にピストン7が下降し、ピストン頂面1
5が掃気ポート12の上側部分26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、切換バルブ3は回転しているため、図2に示
す位置になって切換バルブ3が排気通路8を閉鎖し、排
気ポート4を排気通路11に連通するようになる。排気
ポート4が排気通路11に連通すると、筒内の燃焼ガス
は排気通路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、該新気で排気ガス
を押し出すような状態で筒内の残留ガスは排気通路11
から排気される。排気通路11から排出された排気ガス
は、ターボチャージャ5の下流側の排気通路11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。更にピストン7が上昇するに従って掃気ポート1
2は閉鎖し、この時、切換バルブ3が排気ポート4を閉
鎖する。勿論、切換バルブ3の排気ポート4の閉鎖タイ
ミングを掃気ポート12の閉鎖前又は閉鎖後のコントロ
ールすることもできる。Further, the piston 7 descends, and the piston top surface 1
Since the switching valve 3 is rotating at the timing when 5 starts to wrap with the upper portion 26 of the scavenging port 12, that is, at the timing when the scavenging port 12 starts to open in the cylinder, the switching valve 3 comes to the position shown in FIG. The exhaust passage 8 is closed so that the exhaust port 4 communicates with the exhaust passage 11. When the exhaust port 4 communicates with the exhaust passage 11, the combustion gas in the cylinder is exhausted through the exhaust passage 11 and fresh air is introduced into the cylinder through the scavenging port 12 so that the exhaust gas is pushed out by the fresh air. The residual gas in the cylinder is exhaust passage 11
Exhausted from. The exhaust gas discharged from the exhaust passage 11 is exhausted to the exhaust passage 11 on the downstream side of the turbocharger 5 or the exhaust passage 18 on the downstream side of the energy recovery device 6. Further, as the piston 7 rises, the scavenging port 1
2 is closed, and at this time, the switching valve 3 closes the exhaust port 4. Of course, the closing timing of the exhaust port 4 of the switching valve 3 can be controlled before or after closing the scavenging port 12.
【0020】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、切換バルブ3の作動で排気通路8の
開放、排気通路11の開放、及び掃気ポート12の開放
するタイミングにおける各部分の圧力を見ると、排気通
路8の圧力が最も大きく、掃気ポート12の圧力が続
き、排気通路11の圧力が小さくなっている。従って、
排気ポート4に切換バルブ3が設けられていないと、排
気通路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は切換バルブ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、排気通路11内の圧力は、掃気ポート1
2内の圧力より低圧であり、掃気・吸気行程が良好に行
われる。引き続き、ピストン7は再び上昇し、排気通路
11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、切換バルブ3は閉鎖した状態である。In the two-stroke engine having this turbocharger, the pressure of each portion at the timing of opening the exhaust passage 8, opening the exhaust passage 11, and opening the scavenging port 12 by the operation of the switching valve 3 is examined. The pressure of 8 is the highest, the pressure of the scavenging port 12 continues, and the pressure of the exhaust passage 11 is low. Therefore,
If the switching valve 3 is not provided in the exhaust port 4, a phenomenon occurs in which exhaust gas flows back into the cylinder due to the pressure in the exhaust passage 8.
Since it is closed by, the backflow phenomenon of exhaust gas into the cylinder does not occur. The pressure in the exhaust passage 11 is the same as that of the scavenging port 1.
The pressure is lower than the pressure in 2 and the scavenging and intake strokes are performed well. Subsequently, the piston 7 rises again, the scavenging / intake stroke by the exhaust passage 11 and the scavenging port 12 is completed, and the compression stroke is started. During the scavenging / intake stroke and the compression stroke, the switching valve 3 is closed.
【0021】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切換バルブ
3が開放して排気ポート4が排気通路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
の出口から排気通路16を通って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 switching valve 3 opens near the piston bottom dead center and the exhaust port 4 communicates with the inside of the exhaust passage 8, whereby the inside of the cylinder passes through the exhaust port 4. The combustion gas is exhausted to the upstream side of the turbine 20 of the turbocharger 5, and the exhaust gas drives the turbine 20 and then the turbine 20
Energy recovery device 6 through the exhaust passage 16 from the outlet of the
Of the exhaust gas, the exhaust gas is driven to the power generation turbine 25 and then exhausted to the outside. Therefore,
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 even if the exhaust pressure is high, the high pressure gas for blowdown of the engine flows out from the exhaust port 4 in a short time. It is possible to drive the turbine 20 of No. 5 and drive the compressor 19, and at the same time, it can be recovered as electric energy by the power generator / motor 21 provided in the turbocharger 5.
【0022】更に、排気通路11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4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。Further, by connecting the exhaust passage 11 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 4.
【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、シリンダ下部に形
成した排気ポートに連通した第1排気通路を前記ターボ
チャージャの上流側に連通すると共に、前記排気ポート
に連通した第2排気通路を前記ターボチャージャの下流
側に連通し、前記排気ポートを前記第1排気通路又は前
記第2排気通路のいずれかに連通するように切り換えら
れる切換バルブを設けたので、排気行程初期における高
圧の排気ガスを前記切換バルブ及び前記第1排気通路を
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。The two-stroke engine having the turbocharger according to the present invention is constructed as described above and has the following effects. That is, in the two-stroke engine having this turbocharger, the first exhaust passage communicating with the exhaust port formed in the lower portion of the cylinder communicates with the upstream side of the turbocharger, and the second exhaust passage communicating with the exhaust port has the above-mentioned second exhaust passage. Since a switching valve that communicates with the downstream side of the turbocharger and is switched so that the exhaust port communicates with either the first exhaust passage or the second exhaust passage is provided, high-pressure exhaust gas in the early stage of the exhaust stroke is provided. Exhaust energy can be effectively recovered by being sent to the turbocharger through the switching valve and the first exhaust passage.
【0024】即ち、排気行程初期において、前記排気ポ
ートから開放した前記切換バルブを通じて筒内の排気ガ
スは前記第1排気通路を通じて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。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 first exhaust passage through the switching valve opened from the exhaust port, and the exhaust pressure is large even if the exhaust pressure is large. High-pressure gas from the engine blowdown flows out from the exhaust port in a short time, so that the turbine can be driven, the compressor can be driven, and the turbocharger can generate electricity.
When an electric motor is provided, it can be recovered as electric energy by the generator / motor.
【0025】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.
【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切換バルブと高圧
側排気通路とが連通状態を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of a two-stroke engine having a turbocharger according to the present invention and showing a state where a switching valve and a high pressure side exhaust passage are in communication with each other.
【図2】図1の2ストロークエンジンにおいて、切換バ
ルブと低圧側排気通路とが連通状態を示す概略断面図で
ある。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a switching valve and a low pressure side exhaust passage communicate with each other in the two-stroke engine 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タイミング線図である。FIG. 5 is a timing diagram showing an example of the operation of a two-stroke engine having this turbocharger.
1 シリンダヘッド 2 シリンダブロック 3 切換バルブ 4 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 排気通路(第1排気通路) 10 シリンダ 11 排気通路(第2排気通路) 12 掃気ポート 15 ピストン頂面 1 Cylinder Head 2 Cylinder Block 3 Switching Valve 4 Exhaust Port 5 Turbocharger 6 Energy Recovery Device 7 Piston 8 Exhaust Passage (First Exhaust Passage) 10 Cylinder 11 Exhaust Passage (Second Exhaust Passage) 12 Scavenging Port 15 Piston Top
Claims (2)
の下部に形成した掃気ポートと排気ポートを有するター
ボチャージャを持つ2ストロークエンジンにおいて、前
記排気ポートに連通し且つ前記ターボチャージャの上流
側に連通する第1排気通路、前記排気ポートに連通し且
つ前記ターボチャージャの下流側に連通する第2排気通
路、及び前記排気ポートを前記第1排気通路又は前記第
2排気通路のいずれかに連通するように切り換えられる
切換バルブを有することを特徴とするターボチャージャ
を持つ2ストロークエンジン。1. A two-stroke engine having a turbocharger having a scavenging port and an exhaust port formed in a lower portion of a cylinder formed in a cylinder block, the two-stroke engine communicating with the exhaust port and upstream of the turbocharger. 1 exhaust passage, a second exhaust passage communicating with the exhaust port and downstream of the turbocharger, and the exhaust port switched to communicate with either the first exhaust passage or the second exhaust passage A two-stroke engine with a turbocharger, which has a switching valve that is operated.
期して作動され、排気行程前半で前記排気ポートと前記
第1排気通路とを連通し、且つ排気行程後半で前記排気
ポートと前記第2排気通路とを連通することを特徴とす
る請求項1に記載のターボチャージャを持つ2ストロー
クエンジン。2. The switching valve is operated in synchronization with the rotation of the engine, connects the exhaust port and the first exhaust passage in the first half of the exhaust stroke, and connects the exhaust port and the second port in the latter half of the exhaust stroke. The two-stroke engine having a turbocharger according to claim 1, wherein the two-stroke engine communicates with an exhaust passage.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04040487A JP3123190B2 (en) | 1992-01-31 | 1992-01-31 | Two-stroke engine with turbocharger |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
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Publications (2)
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JPH05214948A true JPH05214948A (en) | 1993-08-24 |
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