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JP3039147B2 - 2-4 stroke switching engine - Google Patents

2-4 stroke switching engine

Info

Publication number
JP3039147B2
JP3039147B2 JP4192763A JP19276392A JP3039147B2 JP 3039147 B2 JP3039147 B2 JP 3039147B2 JP 4192763 A JP4192763 A JP 4192763A JP 19276392 A JP19276392 A JP 19276392A JP 3039147 B2 JP3039147 B2 JP 3039147B2
Authority
JP
Japan
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stroke
exhaust
cylinder
turbocharger
port
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP4192763A
Other languages
Japanese (ja)
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JPH0610694A (en
Inventor
寛 松岡
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.)
Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Isuzu Motors Ltd filed Critical Isuzu Motors Ltd
Priority to JP4192763A priority Critical patent/JP3039147B2/en
Publication of JPH0610694A publication Critical patent/JPH0610694A/en
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Publication of JP3039147B2 publication Critical patent/JP3039147B2/en
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Expired - Lifetime 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
    • F02B69/00Internal-combustion engines convertible into other combustion-engine type, not provided for in F02B11/00; Internal-combustion engines of different types characterised by constructions facilitating use of same main engine-parts in different types
    • F02B69/06Internal-combustion engines convertible into other combustion-engine type, not provided for in F02B11/00; Internal-combustion engines of different types characterised by constructions facilitating use of same main engine-parts in different types for different cycles, e.g. convertible from two-stroke to four stroke
    • 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
    • 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
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    • F02B2075/027Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle four

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  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Supercharger (AREA)

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−
4ストローク切換エンジンに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a turbocharger driven by exhaust energy of an engine.
It relates to a four-stroke switching 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サ
イクルエンジン即ち2ストロークエンジンは、シリンダ
ヘッド或いはシリンダ下部に排気ポートを形成し、シリ
ンダ下部に掃気ポートを設け、ピストンの2ストローク
で1サイクルが終了するものであり、クランクシャフト
1回転で1回の動力を得ることができる。また、4サイ
クルエンジン即ち4ストロークエンジンは、上記4つの
作動をピストンの1行程毎に行って1サイクルを終了す
るのにピストンの4ストローク即ちクランクシャフトの
2回転を要するエンジンである。
2. Description of the Related Art In general, the operation of an engine is such that the operation of an explosion stroke, that is, an expansion stroke, an exhaust stroke, a suction stroke, and a compression stroke is sequentially repeated, and two types of a four-stroke engine and a two-stroke engine are available. is there. A two-stroke engine, i.e., a two-stroke engine, has an exhaust port formed in a cylinder head or a lower part of a cylinder, a scavenging port provided in a lower part of a cylinder, and one cycle is completed in two strokes of a piston. Power can be obtained. A four-stroke engine, that is, a four-stroke engine, is an engine that requires four strokes of the piston, that is, two rotations of the crankshaft, to complete the one cycle by performing the above four operations for each stroke of the piston.

【0003】従来、排気エネルギーで駆動されるターボ
チャージャとエネルギー回収タービンを持つエンジン
は、排気ポートに連結した排気マニホルド等の排気管の
下流にターボチャージャ、エネルギー回収タービン等が
連結され、エンジンで発生する排気エネルギーをターボ
チャージャ、エネルギー回収タービン等で回収し、コン
プレッサを駆動したり、或いは発電・電動機で電気エネ
ルギーとしてバッテリ等で回収している。
Conventionally, in an engine having a turbocharger driven by exhaust energy and an energy recovery turbine, a turbocharger, an energy recovery turbine, and the like are connected downstream of an exhaust pipe such as an exhaust manifold connected to an exhaust port to generate the engine. The exhaust energy is recovered by a turbocharger, an energy recovery turbine, or the like, and is driven by a compressor, or is recovered as electric energy by a power generator / motor by a battery or the like.

【0004】また、サイクル切換エンジンとしては、特
開平3−279632号公報及び特開平3−27963
3号公報に開示されたものがある。これらのサイクル切
換エンジンは、吸排気バルブをセラミック材料の軽量な
材料で製作することによって吸排気バルブを電磁力で開
閉作動して作動状態を制御してクランクの回転とは独立
して吸排気バルブを自由に制御できることに着眼し、ま
た、2サイクルエンジンが4サイクルエンジンより低速
領域での出力トルクが大きいと共に、EGRの効果即ち
NOX 発生の抑制効果が期待できることに着眼し、エン
ジンの作動を2サイクル又は4サイクルに切換可能に構
成すると共に、直接噴射式又は副室式に切換可能に構成
している。
Further, as the cycle switching engine, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 3-279632 and Hei 3-27963 are known.
No. 3 discloses a technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei. In these cycle switching engines, the intake and exhaust valves are made of a lightweight material such as a ceramic material, and the intake and exhaust valves are opened and closed by electromagnetic force to control the operation state, so that the intake and exhaust valves are independent of the crank rotation. focuses to be freely controlled, also with two-cycle engine is large, the output torque in the low speed region than four-stroke engine, and focusing on the effect of suppressing the effects i.e. NO X generation of EGR can be expected, the operation of the engine It is configured to be switchable between two cycles or four cycles, and is configured to be switchable between a direct injection type and a sub chamber type.

【0005】そして、エンジンの低速高負荷時には、エ
ンジンを2サイクルで作動し且つ直接噴射式に切換え
て、燃焼室の容積を小さくして高圧縮比で燃料リッチ状
態で燃焼させ、EGRを行って高出力化を確保する。ま
た、低速部分負荷及び高速部分負荷時には、エンジンを
4サイクルで作動して直接噴射式に切換え、燃焼室の容
積を小さくして高圧縮比で燃料リッチ状態で燃焼させて
NOX の発生を抑制する。更に、高速高負荷時には、エ
ンジンを4サイクルで作動し且つ副室式に切換え、副室
式燃焼を行わせて燃焼室の容積を大きくして多量の空気
を導入して低圧縮比で且つ副室で燃料リッチで主たる燃
焼によりNOX の発生を抑制し、それによってエンジン
のいずれの作動領域でもNOX の発生を抑制し、効率の
良い高出力エンジンを得ることができるサイクル切換エ
ンジンを提供することである。
When the engine is running at a low speed and a high load, the engine is operated in two cycles and switched to a direct injection type to reduce the volume of the combustion chamber, burn the fuel in a fuel-rich state at a high compression ratio, and perform EGR. Ensure high output. Further, at the time of low-speed part-load and high-speed part-load, it switched to direct injection by operating the engine in four cycles, to reduce the volume of the combustion chamber is burned in a fuel-rich state at a high compression ratio suppress of the NO X I do. Further, at high speed and high load, the engine is operated in four cycles and switched to the sub-chamber type, the combustion in the sub-chamber type is performed, the volume of the combustion chamber is increased, a large amount of air is introduced, and a low compression ratio and a low compression ratio are obtained. the generation of the NO X is suppressed by primary combustion in the fuel-rich at room, thereby suppressing the generation of the NO X in any of the operating region of the engine, provides a cycle switching engine capable of obtaining an efficient high-power engine That is.

【0006】上記サイクル切換エンジンは、シリンダヘ
ッドに形成した吸気ポートに配置した吸気バルブと排気
ポートに配置した排気バルブ、シリンダ下部に形成した
吸気ポートに配置した吸気バルブ、シリンダヘッドに設
けた副室と主室を連通する連絡孔に配置した開閉切換バ
ルブ、前記各バルブを電磁力で開閉作動する各電磁バル
ブ駆動装置、エンジンの作動状態を検出する検出手段、
及び該検出手段による検出信号に応答して前記各バルブ
の作動状態を制御するコントローラを有するものであ
り、エンジンの回転数及び負荷等の作動状態を検出手段
で検出し、該検出信号を前記コントローラに入力するこ
とによって、前記コントローラはエンジンの作動状態に
応答して前記各バルブの開閉状態を制御でき、従って、
エンジンを2サイクル又は4サイクルに切り換えること
ができると共に、直接噴射式又は副室式の燃焼状態に切
り換えることができ、特に、エンジンの全作動領域に対
してNOX の発生を抑制できる制御を行うことができ
る。
The cycle switching engine includes an intake valve disposed at an intake port formed in a cylinder head, an exhaust valve disposed at an exhaust port, an intake valve disposed at an intake port formed at a lower portion of a cylinder, and a sub-chamber provided at a cylinder head. An opening / closing switching valve arranged in a communication hole communicating the main chamber with each other, each electromagnetic valve driving device for opening and closing each of the valves by electromagnetic force, a detecting means for detecting an operating state of the engine,
And a controller for controlling the operation state of each valve in response to a detection signal from the detection means. The detection means detects the operation state of the engine speed, load, and the like, and outputs the detection signal to the controller. , The controller can control the opening and closing of each of the valves in response to the operating state of the engine,
The engine can be switched to two or four cycles, and can be switched to a direct injection type or sub-chamber type combustion state. In particular, control is performed to suppress the generation of NO X over the entire operation range of the engine. be able to.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、2ストロー
クエンジンにおいて、ターボチャージャを設けた場合
に、排気圧力を掃気圧力より高圧にすることは、2スト
ローク作動の原理から不可能なことである。ところが、
排気行程直前の筒内圧力は、数kg/cm2 以上あり、
該高圧の筒内圧力を利用すれば、排気タービンによって
排気エネルギーを有効に回収することは可能である。し
かしながら、現実には、排気タービン前の圧力まで一度
膨張し、その圧力が大気圧まで膨張する。その圧力差分
のみが排気タービンで回収できるのみである。また、排
気タービン前の圧力を高くし、その回収分を増大させる
ことを考えた場合に、2ストロークエンジンでは、掃気
圧を排気タービン前の圧力以上に上昇させる必要があ
り、それに要するエネルギーが増大し、トータルの回収
効率は向上しないものである。
In a two-stroke engine, when a turbocharger is provided, it is impossible to make the exhaust pressure higher than the scavenging pressure due to the principle of two-stroke operation. However,
The in-cylinder pressure immediately before the exhaust stroke is several kg / cm 2 or more,
If the high in-cylinder pressure is used, exhaust energy can be effectively recovered 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, when considering increasing the pressure in front of the exhaust turbine to increase the amount of recovery, in a two-stroke engine, it is necessary to increase the scavenging pressure to a level higher than the pressure in front of the exhaust turbine, and the energy required for this increases. However, the total recovery efficiency is not improved.

【0008】特に、タービンとコンプレッサを備えたタ
ーボチャージャを持つエンジンでは、ターボチャージャ
は、低速低負荷時には排気ガスエネルギーが小さくな
り、十分な過給圧の確保が困難であるという問題を有し
ている。
Particularly, in an engine having a turbocharger provided with a turbine and a compressor, the turbocharger has a problem that exhaust gas energy becomes small at low speed and low load, and it is difficult to secure a sufficient supercharging pressure. I have.

【0009】そこで、この発明の目的は、上記の課題を
解決することであり、排気エネルギーによって駆動され
る発電・電動機を持つターボチャージャを設け、4スト
ローク作動時に2ストローク作動で使用される掃気ポー
トから排気行程において吸気を導入して筒内の排気ガス
を押し出すように構成し、筒内の排気行程初期に強制的
に掃気し、筒内残留ガスを極めて少なくし、4ストロー
ク作動における掃気時に、新気がシリンダ壁面より受熱
して熱エネルギーを得てターボチャージャ又はエネルギ
ー回収タービンでエネルギー回収を行い、熱効率を向上
させる2−4ストローク切換エンジンを提供することで
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems and to provide a turbocharger having a generator / motor driven by exhaust energy, and to provide a scavenging port used in two-stroke operation during four-stroke operation. In the exhaust stroke, the intake air is introduced and the exhaust gas in the cylinder is pushed out, and the exhaust gas in the cylinder is forcibly scavenged at the beginning of the exhaust stroke in the cylinder. An object of the present invention is to provide a 2-4 stroke switching engine in which fresh air receives heat from a cylinder wall surface to obtain thermal energy, recovers energy by a turbocharger or an energy recovery turbine, and improves thermal efficiency.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、シリンダヘッドに形成した吸気ポートと排
気ポート、該排気ポートに配置した排気弁、前記吸気ポ
ートを2ストローク作動時に閉鎖保持し且つ4ストロー
ク作動時に開閉作動して排気行程終了近くから圧縮行程
初期の間で吸気を行う前記吸気ポートに配置した吸気
弁、シリンダ下部に形成した掃気ポート、排気エネルギ
ーによって駆動される発電・電動機を持つターボチャー
ジャ及び4ストローク作動時に排気行程初期に前記ター
ボチャージャからの新気で筒内を掃気するため開放する
前記掃気ポートに設けた逆止弁、を有する2−4ストロ
ーク切換エンジンに関する。
The present invention is configured as follows to achieve the above object. That is,
According to the present invention, an intake port and an exhaust port formed in a cylinder head, an exhaust valve disposed in the exhaust port, and the intake port are closed and held during a two-stroke operation, and are opened and closed during a four-stroke operation to compress from near the end of the exhaust stroke. A turbocharger having an intake valve disposed at the intake port for performing intake during an initial stroke, a scavenging port formed at a lower portion of a cylinder, a generator / motor driven by exhaust energy, and the turbocharger at an early stage of an exhaust stroke during four-stroke operation. And a check valve provided at the scavenging port, which is opened to scavenge the inside of the cylinder with fresh air from the engine.

【0011】また、この2−4ストローク切換エンジン
において、低速低負荷時には前記ターボチャージャの前
記発電・電動機を電動機運転して前記ターボチャージャ
からの過給により過給圧を確保するものである。
In the 2-4 stroke switching engine, at low speed and low load, the generator / motor of the turbocharger is operated by an electric motor to secure a supercharging pressure by supercharging from the turbocharger.

【0012】また、この2−4ストローク切換エンジン
において、排気弁の開放タイミングは2ストローク作動
時が4ストローク作動時より早く開放するように設定さ
れている。
Further, in this 2-4 stroke switching engine, the opening timing of the exhaust valve is set such that the exhaust valve is opened earlier in the two stroke operation than in the four stroke operation.

【0013】[0013]

【作用】この発明による2−4ストローク切換エンジン
は、上記のように構成されており、次のように作用す
る。即ち、この2−4ストローク切換エンジンは、シリ
ンダヘッドの吸気ポートに配置した吸気弁を2ストロー
ク作動時に閉鎖保持し、4ストローク作動時に開閉作動
して吸気を行い、4ストローク作動時に排気行程初期に
シリンダ下部の掃気ポートに設けた逆止弁が開放して排
気エネルギーによって駆動されるターボチャージャから
の新気を筒内に掃気するので、排気行程時に筒内が強制
的に掃気され、筒内残留ガスが極めて小さくなると共
に、4ストローク作動の掃気時に新気は壁面から受熱し
てターボチャージャ或いは発電タービンでエネルギー回
収され、熱効率が向上する。また、前記逆止弁で筒内を
掃気することで、4ストローク作動時の前記排気弁の開
時期を、2ストローク作動時に比較して遅くすることが
可能であり、4ストローク作動に最適時期に調節するこ
とができる。
The 2-4 stroke switching engine according to the present invention is constructed as described above and operates as follows. That is, in the 2-4 stroke switching engine, the intake valve arranged in the intake port of the cylinder head is kept closed during the two-stroke operation, opened and closed during the four-stroke operation to perform intake, and during the four-stroke operation, in the early stage of the exhaust stroke. The check valve provided in the scavenging port at the bottom of the cylinder opens and scavenges fresh air from the turbocharger driven by exhaust energy into the cylinder, so that the inside of the cylinder is forcibly scavenged during the exhaust stroke and remains in the cylinder. The gas becomes extremely small, and the fresh air receives heat from the wall surface during scavenging in a four-stroke operation and is recovered by a turbocharger or a power generation turbine to improve thermal efficiency. Further, by scavenging the inside of the cylinder with the check valve, it is possible to delay the opening timing of the exhaust valve during the four-stroke operation as compared with the two-stroke operation. Can be adjusted.

【0014】また、低速低負荷時には前記ターボチャー
ジャの前記発電・電動機を電動機運転するので、前記タ
ーボチャージャのコンプレッサの過給により低速低負荷
時にも十分に過給圧を確保することができる。
Further, since the generator / motor of the turbocharger is operated by an electric motor at a low speed and a low load, a sufficient boost pressure can be ensured even at a low speed and a low load by supercharging the compressor of the turbocharger.

【0015】[0015]

【実施例】以下、図面を参照して、この発明による2−
4ストローク切換エンジンの一実施例を説明する。図1
はこの発明による2−4ストローク切換エンジンの一実
施例を示す概略断面図、図2は図1の2−4ストローク
切換エンジンに組み込まれた発電・電動機を持つターボ
チャージャの一例を示す概略説明図、図3は図1の2−
4ストローク切換エンジンに組み込まれたエネルギー回
収タービンの一例を示す概略説明図、及び図4は図1の
2−4ストローク切換エンジンの作動を示す説明図であ
る。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
One embodiment of the four-stroke switching engine will be described. FIG.
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of a 2-4 stroke switching engine according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic explanatory view showing an example of a turbocharger having a generator / motor incorporated in the 2-4 stroke switching engine of FIG. , And FIG.
FIG. 4 is a schematic explanatory view showing an example of the energy recovery turbine incorporated in the four-stroke switching engine, and FIG. 4 is an explanatory view showing the operation of the 2-4 stroke switching engine in FIG.

【0016】この2−4ストローク切換エンジンは、エ
ンジンの排気エネルギーによって駆動されるターボチャ
ージャ5を有し、場合によってはエネルギー回収タービ
ン6も有している。この実施例では、両者を備えている
ものとする。この2−4ストローク切換エンジンは、シ
リンダブロック2、該シリンダブロック2に固定したシ
リンダヘッド1、シリンダブロック2に形成した穴部に
嵌合したシリンダ10を構成するシリンダライナ13、
該シリンダ10内即ち筒内を往復運動するピストン7、
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。シリンダヘッ
ド1には、排気ポート8が形成され且つ筒内に燃料を噴
射するため燃料噴射ノズル29が配置されている。ま
た、シリンダ10のシリンダ下部に掃気ポート12を形
成している。シリンダヘッド1に形成した排気ポート8
は、マニホルドガスケットを介在して排気マニホルドに
連結されている。排気マニホルドはターボチャージャ5
の上流側の排気通路16に連結され、ターボチャージャ
5の下流側の排気通路17にはエネルギー回収タービン
6が連結されている。
This 2-4 stroke switching engine has a turbocharger 5 driven by the exhaust energy of the engine and, in some cases, an energy recovery turbine 6. In this embodiment, both are provided. The 2-4 stroke switching engine includes a cylinder block 2, a cylinder head 1 fixed to the cylinder block 2, a cylinder liner 13 forming a cylinder 10 fitted in a hole formed in the cylinder block 2,
A piston 7 reciprocating in the cylinder 10, that is, in the cylinder;
And a connecting rod and a crankshaft for converting a reciprocating motion of the piston 7 into a rotary motion. An exhaust port 8 is formed in the cylinder head 1 and a fuel injection nozzle 29 for injecting fuel into the cylinder is disposed. Further, a scavenging port 12 is formed below the cylinder 10. Exhaust port 8 formed in cylinder head 1
Are connected to the exhaust manifold via a manifold gasket. Exhaust manifold is turbocharger 5
The energy recovery turbine 6 is connected to an exhaust passage 16 on the upstream side of the turbocharger 5 and an exhaust passage 17 on the downstream side of the turbocharger 5.

【0017】この2−4ストローク切換エンジンは、特
に、シリンダヘッド1に形成した吸気ポート3と排気ポ
ート8、該排気ポート8に配置した排気弁9、吸気ポー
ト3を2ストローク作動時に閉鎖保持し且つ4ストロー
ク作動時に開閉作動して排気行程終了近くから圧縮行程
初期の間で吸気を行う吸気ポート3に配置した吸気弁
4、シリンダ10下部に形成した掃気ポート12、排気
エネルギーによって駆動される発電・電動機21を持つ
ターボチャージャ5及び4ストローク作動時に排気行程
初期にターボチャージャ5からの新気を筒内即ちシリン
ダ10内に掃気できる掃気ポート12に設けた逆止弁2
8を有している。また、排気ポート8は、ターボチャー
ジャ5におけるタービン20のタービンスクロール14
に連結されている。ターボチャージャ5のコンプレッサ
19は吸気通路24を通じて吸気ポート3及び吸気通路
24から分岐した掃気通路11を通じて掃気ポート12
に連結されている。
This 2-4 stroke switching engine particularly holds the intake port 3 and the exhaust port 8 formed in the cylinder head 1, the exhaust valve 9 arranged in the exhaust port 8, and the intake port 3 closed during the two-stroke operation. In addition, an intake valve 4 disposed at an intake port 3 for opening and closing during a four-stroke operation and performing intake from near the end of an exhaust stroke to an early stage of a compression stroke, a scavenging port 12 formed at a lower portion of the cylinder 10, and power generation driven by exhaust energy A turbocharger 5 having an electric motor 21 and a check valve 2 provided at a scavenging port 12 capable of scavenging fresh air from the turbocharger 5 into a cylinder, that is, into the cylinder 10 at an early stage of an exhaust stroke during four-stroke operation.
Eight. Further, the exhaust port 8 is connected to the turbine scroll 14 of the turbine 20 in the turbocharger 5.
It is connected to. The compressor 19 of the turbocharger 5 has the intake port 3 through the intake passage 24 and the scavenging port 12 through the scavenging passage 11 branched from the intake passage 24.
It is connected to.

【0018】また、この2−4ストローク切換エンジン
に組み込まれたターボチャージャ5は、図2に示すよう
に、タービン20、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、排気通路16に連
通している。タービン20の出口側の排気通路17は、
図3に示すエネルギー回収装置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
ネルギー回収タービン6は、発電タービン25に固定し
たシャフト22に対して発電機27が設けられ、該発電
機27で排気エネルギーが回収されるように構成されて
いる。
As shown in FIG. 2, the turbocharger 5 incorporated in the 2-4 stroke switching engine is provided on a turbine 20, a compressor 19 connected to a shaft 23 fixed to the turbine 20, and the shaft 23. Power generator / motor 21. The turbine scroll 14 on the inlet side of the turbine 20 communicates with the exhaust passage 16. The exhaust passage 17 on the outlet side of the turbine 20 is
The energy recovery device 6 shown in FIG. 3 communicates with a turbine scroll 26 on the inlet side of the power generation turbine 25. 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 purification device. The energy recovery turbine 6 is configured such that a generator 27 is provided for a shaft 22 fixed to a power generation turbine 25, and the generator 27 recovers exhaust energy.

【0019】上記のように構成されている2−4ストロ
ーク切換エンジンの作動を、図4を参照して説明する。
図4はこの2−4ストローク切換エンジンの作動の一実
施例を説明する線図である。図4において、ピストン7
がシリンダ10内を往復運動する時のピストン7の変位
を符号Pで示し、上死点をTDCで示し且つ下死点をB
DCで示す。この2−4ストローク切換エンジンにおい
て、4ストローク作動時を上段に示し、2ストローク作
動時を下段に示している。掃気ポート12に設けた逆止
弁28の開放期間を符号EV、吸気弁4の開放期間を符
号IV、排気弁9の開放期間を符号EVで示す。また、
2−4ストローク切換エンジンは、圧縮行程CS、燃焼
行程即ち膨張行程ES、排気行程ES及び吸入行程IS
(2ストローク作動では、掃気・吸気行程)を順次繰り
返して作動されるものである。
The operation of the 2-4 stroke switching engine configured as described above will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a diagram illustrating an embodiment of the operation of the 2-4 stroke switching engine. In FIG. 4, the piston 7
Represents the displacement of the piston 7 when it reciprocates in the cylinder 10, the upper dead center is shown by TDC, and the lower dead center is shown by B.
Indicated by DC. In this 2-4 stroke switching engine, the upper stage shows the time of 4-stroke operation, and the lower stage shows the time of 2-stroke operation. The open period of the check valve 28 provided in the scavenging port 12 is denoted by EV, the open period of the intake valve 4 is denoted by IV, and the open period of the exhaust valve 9 is denoted by EV. Also,
The 2-4 stroke switching engine includes a compression stroke CS, a combustion stroke or expansion stroke ES, an exhaust stroke ES, and an intake stroke IS.
(In the two-stroke operation, the scavenging and intake strokes) are sequentially repeated.

【0020】この2−4ストローク切換エンジンは、エ
ンジン回転数、エンジン負荷等のエンジンの作動状態を
センサー(図示せず)で検出し、該検出信号に応答して
コントローラ(図示せず)の指令で吸気弁4及び排気弁
9の開閉タイミングを制御して2ストローク作動又は4
ストローク作動に切り換えるものである。そして、この
2−4ストローク切換エンジンにおいて、2ストローク
作動時には、シリンダ10の下部に設けた掃気ポート1
2から掃気・吸気を行い、シリンダヘッド1に形成した
排気ポート8に設けた排気弁9を開閉作動して排気ポー
ト8を通じて排気を行って作動する。また、4ストロー
ク作動時には、掃気ポート12からの新気で筒内を掃気
した後、シリンダヘッド1に形成した吸気ポート3に設
けた吸気弁4を開閉作動して吸気ポート3を通じて吸気
を行い、シリンダヘッド1に形成した排気ポート8に設
けた排気弁9を開閉作動して排気ポート8を通じて排気
を行って作動する。
In the 2-4 stroke switching engine, a sensor (not shown) detects an operating state of the engine such as an engine speed and an engine load, and in response to the detection signal, a command from a controller (not shown) is issued. Control the opening / closing timing of the intake valve 4 and the exhaust valve 9 by two stroke operation or 4
It switches to stroke operation. In the 2-4 stroke switching engine, the scavenging port 1 provided at the lower part of
2, scavenging and intake are performed, and an exhaust valve 9 provided in an exhaust port 8 formed in the cylinder head 1 is opened / closed to perform exhaust through the exhaust port 8. Further, at the time of the four-stroke operation, after scavenging the inside of the cylinder with fresh air from the scavenging port 12, the intake valve 4 provided in the intake port 3 formed in the cylinder head 1 is opened and closed to perform intake through the intake port 3, An exhaust valve 9 provided in an exhaust port 8 formed in the cylinder head 1 is opened and closed to perform an exhaust operation through the exhaust port 8.

【0021】2ストローク作動時には、シリンダヘッド
1に設けた吸気弁4は閉鎖状態に保持されており、ター
ボチャージャ5のコンプレッサ19から供給される新気
は、掃気通路11を通って掃気ポート12から筒内即ち
シリンダ10内に掃気され、排気弁9の開放で筒内ガス
は排気ポート8を通じて筒内から排気される。排気ポー
ト8を通じて筒内の燃焼ガスは、ターボチャージャ5の
タービン20の上流側に排気され、該排気ガスはタービ
ン20を駆動した後にタービン20の出口側即ち排気通
路17からエネルギー回収タービン6の発電タービン2
5に送り込まれ、該排気ガスは発電タービン25を駆動
した後に外部へ排気される。ターボチャージャ5のター
ビン20を駆動でき、コンプレッサ19を駆動すると共
に、ターボチャージャ5に設けた発電・電動機21によ
って電気エネルギーとして回収することができる。
During the two-stroke operation, the intake valve 4 provided on the cylinder head 1 is kept closed, and fresh air supplied from the compressor 19 of the turbocharger 5 passes through the scavenging passage 11 and from the scavenging port 12. The gas is scavenged in the cylinder, that is, in the cylinder 10, and the gas in the cylinder is exhausted from the cylinder through the exhaust port 8 when the exhaust valve 9 is opened. The combustion gas in the cylinder is exhausted to the upstream side of the turbine 20 of the turbocharger 5 through the exhaust port 8, and the exhaust gas is driven by the energy recovery turbine 6 from the outlet side of the turbine 20, that is, the exhaust passage 17 after driving the turbine 20. Turbine 2
The exhaust gas is exhausted to the outside after driving the power generation turbine 25. The turbine 20 of the turbocharger 5 can be driven, the compressor 19 can be driven, and the electric power can be recovered as electric energy by the power generation / motor 21 provided in the turbocharger 5.

【0022】また、4ストローク作動時には、シリンダ
ヘッド1に設けた吸気弁4は開閉作動して吸入空気はシ
リンダヘッド1の吸気ポート3を通じて筒内即ちシリン
ダ10内に供給され、膨張行程を経て排気行程で、排気
弁9の開放で筒内ガスは排気ポート8を通じて筒内から
排気されると共に、排気行程初期で掃気ポート12の逆
止弁28が開放し、強制的に掃気され、筒内残留ガスが
きわめて少なくされる。更に、排気ガスは排気ポート8
及び排気通路16を通ってターボチャージャ5に送り込
まれ、ガスエネルギーはターボチャージャ5で回収さ
れ、次いで、エネルギー回収タービン6へ送り込まれて
エネルギー回収される。
During a four-stroke operation, the intake valve 4 provided on the cylinder head 1 opens and closes, and intake air is supplied into the cylinder, that is, into the cylinder 10 through the intake port 3 of the cylinder head 1, and exhausted through an expansion stroke. During the exhaust stroke, the in-cylinder gas is exhausted from the interior of the cylinder through the exhaust port 8 when the exhaust valve 9 is opened, and at the beginning of the exhaust stroke, the check valve 28 of the scavenging port 12 is opened, forcibly scavenged, and the residual gas in the cylinder is left. The gas is very low. Further, the exhaust gas is supplied to the exhaust port 8
Then, the gas energy is sent to the turbocharger 5 through the exhaust passage 16, and the gas energy is recovered by the turbocharger 5, and then sent to the energy recovery turbine 6 to recover the energy.

【0023】この2−4ストローク切換エンジンでは、
2ストローク作動時が4ストローク作動時に比較して排
気弁9は早く開放するように設定されている。また、圧
縮行程でピストン7が上死点TDCの近くになり、筒内
空気は圧縮されて高温高圧になると、燃料噴射ノズル2
9から燃料が筒内に噴射され、圧縮空気と混合して燃焼
し、燃焼行程即ち膨張行程になってピストン7は下降す
る。ピストン7のピストン頂面15が掃気ポート12の
上端に達し、筒内圧力が掃気通路11の圧力より低くな
ると、逆止弁28が開放する。
In this 2-4 stroke switching engine,
The exhaust valve 9 is set to open earlier in the two-stroke operation than in the four-stroke operation. Also, when the piston 7 comes close to the top dead center TDC in the compression stroke and the in-cylinder air is compressed to a high temperature and a high pressure, the fuel injection nozzle 2
From 9, fuel is injected into the cylinder, mixed with compressed air and burned, and the piston 7 descends in the combustion stroke, that is, the expansion stroke. When the piston top surface 15 of the piston 7 reaches the upper end of the scavenging port 12 and the in-cylinder pressure becomes lower than the pressure in the scavenging passage 11, the check valve 28 opens.

【0024】また、この2−4ストローク切換エンジン
において、逆止弁28で筒10内を掃気することで、4
ストローク作動時の排気弁9の開時期を、2ストローク
作動時に比較して遅くすることが可能であり、4ストロ
ーク作動に最適時期に調節することができる。即ち、掃
気ポート12に逆止弁28を設けることによって、例え
ば、排気弁9を電磁力による電磁駆動式に構成しておけ
ば、4ストローク作動と2ストローク作動とにおける排
気弁9の開放時期即ち開放タイミングを別々に設定する
ことができる。一般的に、2ストローク作動時が4スト
ローク作動時に比較して、排気弁9の開放タイミングは
早く設定されている。しかるに、2ストローク作動時
に、排気弁9の開放タイミングを早く設定していない
と、ブローダウンが利用できず、掃気が良好に行われな
い。これに対して、4ストローク作動時には、排気弁9
の開放タイミングをぎりぎりまで遅く設定しておかない
と、膨張行程の仕事を有効に活用できないという問題が
ある。
Further, in this 2-4 stroke switching engine, the inside of the cylinder 10 is scavenged by the check valve 28 so that
The opening timing of the exhaust valve 9 at the time of the stroke operation can be delayed as compared with the time of the two-stroke operation, and can be adjusted to the optimal timing for the four-stroke operation. That is, by providing the check valve 28 in the scavenging port 12, for example, if the exhaust valve 9 is configured to be electromagnetically driven by an electromagnetic force, the opening timing of the exhaust valve 9 in the four-stroke operation and the two-stroke operation, that is, The release timing can be set separately. Generally, the opening timing of the exhaust valve 9 is set earlier during the two-stroke operation than during the four-stroke operation. However, if the opening timing of the exhaust valve 9 is not set earlier during the two-stroke operation, blowdown cannot be used and scavenging cannot be performed well. On the other hand, at the time of four-stroke operation, the exhaust valve 9
Unless the opening timing of the valve is set as late as possible, there is a problem that the work of the expansion stroke cannot be effectively utilized.

【0025】従って、この2−4ストローク切換エンジ
ンは、4ストローク作動時の排気弁9の開時期ストロー
ク開放タイミングを、2ストローク作動時に比較して遅
くなるように調節している。そして、この2−4ストロ
ーク切換エンジンは、2ストローク作動時には、排気弁
9の開放タイミングを早く設定し、ブローダウンを有効
に利用して掃気を良好に行うようにし、また、4ストロ
ーク作動時には、排気弁9の開放タイミングをぎりぎり
まで遅く設定し、膨張行程の仕事を有効に活用するよう
に調節している。
Therefore, in the 2-4 stroke switching engine, the opening timing of the exhaust valve 9 during the four stroke operation is adjusted to be later than the stroke opening timing during the two stroke operation. In the 2-4 stroke switching engine, the opening timing of the exhaust valve 9 is set earlier during the two-stroke operation, and the scavenging is favorably performed by effectively using the blowdown. The opening timing of the exhaust valve 9 is set as late as possible so that the work of the expansion stroke can be effectively utilized.

【0026】[0026]

【発明の効果】この発明による2−4ストローク切換エ
ンジンは、上記のように構成されており、次のような効
果を有する。即ち、この2−4ストローク切換エンジン
は、シリンダヘッドに形成した吸気ポートに設けた吸気
弁を2ストローク時に閉鎖保持し、4ストローク時に開
閉作動して吸気を行い、シリンダ下部に形成した掃気ポ
ートに逆止弁を設けて4ストローク作動の排気行程初期
にターボチャージャからの新気を筒内に掃気するので、
排気行程時に筒内が強制的に掃気され、筒内残留ガスを
極めて小さくできる。また、4ストローク作動の掃気時
に新気は壁面から受熱してターボチャージャ或いは発電
タービンでエネルギー回収され、熱効率が向上する。ま
た、前記逆止弁で筒内を掃気することで、4ストローク
作動時の前記排気弁の開時期を、ぎりぎりまで遅くして
4ストローク作動に最適時期に調節でき、仕事を有効に
活用できる。
The 2-4 stroke switching engine according to the present invention is configured as described above and has the following effects. That is, in the 2-4 stroke switching engine, an intake valve provided in an intake port formed in a cylinder head is closed and held in two strokes, and opened and closed in four strokes to perform intake air. A check valve is provided to scavenge fresh air from the turbocharger into the cylinder at the beginning of the four-stroke operation exhaust stroke.
During the exhaust stroke, the inside of the cylinder is forcibly scavenged, and the residual gas in the cylinder can be extremely reduced. Also, at the time of scavenging in the four-stroke operation, fresh air receives heat from the wall surface and is recovered in energy by the turbocharger or the power generation turbine, thereby improving thermal efficiency. Further, by scavenging the inside of the cylinder with the check valve, the opening timing of the exhaust valve at the time of four-stroke operation can be adjusted to the optimal timing for four-stroke operation by delaying the opening timing to the last minute, so that work can be effectively utilized.

【0027】また、この2−4ストローク切換エンジン
では、2ストローク作動と4ストローク作動の切り換え
を単にシリンダ下部に形成した掃気ポートに前記逆止弁
を設けるだけの簡単な構成で済み、特別な制御をする必
要がなく、吸気弁と排気弁の作動タイミングの制御を行
うだけで済み、構造が極めてシンプルである。
Further, in the 2-4 stroke switching engine, the switching between the two stroke operation and the four stroke operation can be performed simply by providing the check valve in the scavenging port formed in the lower portion of the cylinder, and special control is performed. It is only necessary to control the operation timing of the intake valve and the exhaust valve, and the structure is extremely simple.

【0028】更に、この2−4ストローク切換エンジン
は、4ストローク作動時の排気弁の開時期ストローク開
放タイミングを、2ストローク作動時に比較して遅くな
るように調節しているので、2ストローク作動時には、
排気弁の開放タイミングを早く設定し、ブローダウンを
有効に利用して掃気を良好に行うことができ、また、4
ストローク作動時には、排気弁の開放タイミングをぎり
ぎりまで遅く設定し、膨張行程の仕事を有効に活用する
ことができる。
Further, in this 2-4 stroke switching engine, the opening timing of the exhaust valve during the 4-stroke operation is adjusted so that the stroke opening timing is delayed as compared with the 2-stroke operation. ,
By setting the opening timing of the exhaust valve earlier, the scavenging can be performed well by effectively using the blowdown.
At the time of the stroke operation, the opening timing of the exhaust valve can be set as late as possible so that the work of the expansion stroke can be effectively utilized.

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

【図1】この発明による2−4ストローク切換エンジン
の一実施例を示す概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of a 2-4 stroke switching engine according to the present invention.

【図2】図1の2−4ストローク切換エンジンに組み込
まれた発電・電動機を持つターボチャージャの一例を示
す概略説明図である。
FIG. 2 is a schematic explanatory view showing an example of a turbocharger having a generator / motor installed in the 2-4 stroke switching engine of FIG. 1;

【図3】図1の2−4ストローク切換エンジンに組み込
まれたエネルギー回収タービンの一例を示す概略説明図
である。
FIG. 3 is a schematic explanatory view showing an example of an energy recovery turbine incorporated in the 2-4 stroke switching engine of FIG. 1;

【図4】この2−4ストローク切換エンジンの作動の一
例を示す線図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of the operation of the 2-4 stroke switching engine.

【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 吸気ポート 4 吸気弁 5 ターボチャージャ 6 エネルギー回収タービン 7 ピストン 8 排気ポート 9 排気弁 10 シリンダ 11 掃気通路 12 掃気ポート 21 発電・電動機 28 逆止弁 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cylinder head 2 Cylinder block 3 Intake port 4 Intake valve 5 Turbocharger 6 Energy recovery turbine 7 Piston 8 Exhaust port 9 Exhaust valve 10 Cylinder 11 Scavenging passage 12 Scavenging port 21 Generator / motor 28 Check valve

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 シリンダヘッドに形成した吸気ポートと
排気ポート、該排気ポートに配置した排気弁、前記吸気
ポートを2ストローク作動時に閉鎖保持し且つ4ストロ
ーク作動時に開閉作動して排気行程終了近くから圧縮行
程初期の間で吸気を行う前記吸気ポートに配置した吸気
弁、シリンダ下部に形成した掃気ポート、排気エネルギ
ーによって駆動される発電・電動機を持つターボチャー
ジャ及び4ストローク作動時に排気行程初期に前記ター
ボチャージャからの新気で筒内を掃気するため開放する
前記掃気ポートに設けた逆止弁、を有する2−4ストロ
ーク切換エンジン。
An intake port and an exhaust port formed in a cylinder head, an exhaust valve disposed in the exhaust port, the intake port is closed and held during a two-stroke operation, and is opened and closed during a four-stroke operation to close from the end of the exhaust stroke. An intake valve disposed at the intake port for performing intake during an early stage of a compression stroke, a scavenging port formed at a lower portion of a cylinder, a turbocharger having a generator / motor driven by exhaust energy, and the turbocharger at an early stage of an exhaust stroke during four-stroke operation. A 2-4 stroke switching engine comprising: a check valve provided at the scavenging port which is opened to scavenge the inside of the cylinder with fresh air from a charger.
【請求項2】 低速低負荷時には前記発電・電動機を電
動機運転して前記ターボチャージャからの過給により過
給圧を確保する請求項1に記載の2−4ストローク切換
エンジン。
2. The two- to four-stroke switching engine according to claim 1, wherein at a low speed and a low load, the generator / motor is operated by an electric motor to secure a supercharging pressure by supercharging from the turbocharger.
【請求項3】 前記排気弁の開放タイミングは2ストロ
ーク作動時が4ストローク作動時より早く開放するよう
に設定されている請求項1に記載の2−4ストローク切
換エンジン。
3. The two- to four-stroke switching engine according to claim 1, wherein an opening timing of the exhaust valve is set so as to open earlier in a two-stroke operation than in a four-stroke operation.
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