JPH11311122A - Two-cycle engine - Google Patents
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- JPH11311122A JPH11311122A JP11046978A JP4697899A JPH11311122A JP H11311122 A JPH11311122 A JP H11311122A JP 11046978 A JP11046978 A JP 11046978A JP 4697899 A JP4697899 A JP 4697899A JP H11311122 A JPH11311122 A JP H11311122A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、シリンダに所属す
るピストンにより制御可能である、充填媒体を供給する
ための給気口−スリット装置を有するシリンダと、所定
のクランク角範囲に亙っている開放時間スパン(開放持
続期間)の間開かれている、排ガスを排出するための排
気口−装置とを有する形式の2サイクル機関、特に2サ
イクル大型ディーゼル機関に関するものである。The present invention relates to a cylinder having an inlet-slit arrangement for supplying a filling medium, which can be controlled by a piston belonging to the cylinder, and over a predetermined crank angle range. The present invention relates to a two-stroke engine of the type having an exhaust port for exhaust gas exhaust, which is open for an open time span (open duration), in particular a two-stroke large diesel engine.
【0002】[0002]
【従来の技術】上記の形式の公知の装置、例えば本出願
人の2サイクルー大型ディーゼル機関では、排気装置は
単に一個の大型排気弁を有しているに過ぎない。従って
単に1つの排ガス流だけが生じ、この排ガス流はあらゆ
る汚染物質及び環境有害物質を含んでいるととももに、
該排ガス流の平均温度は前−排気持続期間(給気口−ス
リット装置開放前の排気弁の開放持続期間)中に排出さ
れる膨張する燃焼ガスの温度よりも著しく低く、かつ、
後−排気持続期間(給気口−スリット装置閉鎖後の排出
持続期間)中に排出されるほとんどきれいな掃気空気の
温度より著しく高い。2. Description of the Related Art In known systems of the above type, for example in our two-cycle large diesel engine, the exhaust system has only one large exhaust valve. Thus, only one exhaust gas stream results, which contains all pollutants and environmentally harmful substances,
The mean temperature of the exhaust gas stream is significantly lower than the temperature of the expanding combustion gases discharged during the pre-exhaust period (opening of the exhaust valve before opening the inlet-slit device), and
Significantly higher than the temperature of the almost clean scavenging air that is exhausted during the post-exhaust period (inlet-exhaust period after closing the slit device).
【0003】従って、上記の形式のこのような公知の装
置では、排ガスの浄化及び有毒物質除去のために比較的
大形の装置群が必要となり、該装置群は全排ガス量に相
応する容積流を処理しなければならない。しかしこのこ
とは、既存の組付けスペース事情に基づき良好な結果を
生じない。[0003] Such a known device of the above-mentioned type therefore requires a relatively large group of devices for the purification of exhaust gases and the removal of toxic substances, which have a volume flow corresponding to the total amount of exhaust gas. Must be processed. However, this does not produce good results based on existing installation space conditions.
【0004】さらに、排ガスの平均温度が比較的低いた
め、窒素酸化物を含む排ガスを浄化するための浄化装置
群を排ガスタンクとターボ過給器タービンの入口との間
に設け、これにより必要な触媒処理プロセスが行われる
ようにすることが必要になる。ターボ過給器タービンの
後方に設けたのでは温度が過度に低くなることであろ
う。Further, since the average temperature of the exhaust gas is relatively low, a group of purification devices for purifying the exhaust gas containing nitrogen oxides is provided between the exhaust gas tank and the inlet of the turbocharger turbine. It is necessary to ensure that the catalytic treatment process takes place. If placed behind the turbocharger turbine, the temperature would be excessively low.
【0005】さらに、この場合、排ガスエネルギーの一
部が失われる。というのは、タンク内における排ガス総
量が減少し、シリンダ内の比較的高い圧力が、前−排気
中に排ガスタンク内の圧力まで、機械仕事に利用される
こともなく低下するからである。このことは全体的経済
性にとって不都合な結果を生じる。このような圧力低減
の損失は、今日の2サイクルディーゼル機関においては
機関の軸出力のほぼ8%のエネルギーポテンシャルを喪
失することを意味する。Furthermore, in this case, a part of the exhaust gas energy is lost. This is because the total amount of exhaust gas in the tank is reduced and the relatively high pressure in the cylinder drops to the pressure in the exhaust gas tank during pre-exhaust without being used for mechanical work. This has consequences for the overall economy. Such loss in pressure reduction means that in today's two-stroke diesel engines, the energy potential of almost 8% of the engine's shaft power is lost.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、このような従来技術から出発して、冒頭に述べた形
式の機関を簡単でコスト的に有利な手段により比較的高
い環境親和性(無公害性)及び経済性が得られるよう改
良することにある。It is therefore an object of the present invention, starting from such prior art, to provide engines of the type mentioned at the outset with a relatively high environmental friendliness (simple and cost-effective). Pollution-free) and economical efficiency.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】この課題は本発明によれ
ば、排気口−装置が複数の排気口を有し、これらの各排
気口にそれぞれ、互いに独立に操作可能である排気弁が
所属しており、該排気弁が、開放時間スパン内にある互
いに異なる部分開放時間中、開かれており、かつ全排ガ
ス量が、複数の排ガス部分流に分けられており、これら
の各排ガス部分流が異なる目的箇所へ供給可能であるこ
とによって解決されている。SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, there is provided, in accordance with the present invention, an exhaust port device having a plurality of exhaust ports, each of which is associated with an exhaust valve which can be operated independently of one another. The exhaust valve is open during different partial opening times within the opening time span, and the total exhaust gas amount is divided into a plurality of exhaust gas partial flows, and each of these exhaust gas partial flows Can be supplied to different destinations.
【0008】このような手段によれば、先に述べた欠点
が最小限にされ又は完全に避けられる。全排ガス量が複
数の排ガス部分流に分けられることによって、有利な形
式で、排ガスの、各排ガス部分流の特性に応じた個別的
な利用又は後処理が可能になり、このことは、高い浄化
純度及び良好な経済性の達成に有利である。With such measures, the disadvantages mentioned above are minimized or completely avoided. The division of the total exhaust gas volume into a plurality of exhaust gas substreams makes it possible, in an advantageous manner, to use the exhaust gas individually or in accordance with the characteristics of each exhaust gas substream, which results in high purification It is advantageous for achieving purity and good economy.
【0009】本発明の請求項1に記載した上記手段の有
利な構成及び改良は従属請求項に記載されている。排気
口−装置は、有利には、それぞれ少なくとも1つの排気
口を有する少なくとも2つの排気口−グループを備えて
いる。このことは比較的僅かな構造経費で既に1つの方
向での又は他の方向での手段の最適化を可能にする。Advantageous refinements and improvements of the above measures according to claim 1 of the present invention are set out in the dependent claims. The outlet devices advantageously have at least two outlet groups, each having at least one outlet. This allows the optimization of the measures already in one direction or in the other direction with relatively little construction cost.
【0010】少なくとも1つの排気口の部分開放時間
が、少なくとも部分的に、有利には完全に、給気口−ス
リット装置の閉制御後の範囲と合致するようにすること
ができる。この排ガス部分流は比較的高い清浄度と比較
的低い温度とを有している。従ってこの排ガス部分流
は、直接又は間接に機関の別個の冷却−浄化装置を通し
て、又は機関固有の掃気空気冷却器を通して、給気口−
スリット装置へ供給し、これにより循環させることがで
きる。循環された排ガス部分流が冷却器を通して戻され
れば、これによって機関の掃気性能が高められ、延いて
は機関圧縮行程始動時の温度を低くすることができ、機
関の効率を高める。掃気空気の清浄度はこの排ガス部分
流の循環によって減少するから、この場合燃焼中のNO
−生成物発生の可能性が少なくなる。さらに別の利点は
以下の点に認められる。すなわち、ターボ過給機の圧縮
機を通して送られる清浄過給空気の必要量も減少し、こ
れにより、圧縮機の構造を小型にすることができる。機
関サイクルのこの過程中は機関の給気口−スリット装置
は閉じられているから、圧縮行程の上昇運動が、有利な
形式で、機関の過給空気蓄圧器へ排ガスをポンピングに
より圧送するために働く。排ガス循環量を大きくするこ
とが望ましい場合には、当該排気口の開放時間が持続す
る期間を長くし、その結果この排気口が、機関の給気口
−スリット装置がピストンによって閉じられる以前に既
に開かれようにすることが必要である。このためにはさ
らに、この排ガス部分流の通路に、系内において排ガス
を搬送するための圧縮機を設けなければならない。ただ
しこの圧縮機はターボ過給機の圧縮機よりもはるかに低
い圧力比で操作され、従って掃気空気(ガス)を発生さ
せるための所要出力を著しく減少させる。It is possible for the partial opening time of the at least one outlet to be at least partially, preferably completely, in accordance with the range after the closing control of the inlet-slit device. This exhaust gas partial stream has a relatively high cleanliness and a relatively low temperature. This exhaust gas partial stream can therefore be passed directly or indirectly through a separate cooling-purification device of the engine or through an engine-specific scavenging air cooler,
It can be fed to a slitting device and thus circulated. If the circulated exhaust gas partial stream is returned through the cooler, this enhances the scavenging performance of the engine, which in turn lowers the temperature at the start of the engine compression stroke and increases the efficiency of the engine. Since the cleanliness of the scavenging air is reduced by the circulation of this exhaust gas partial stream, the NO
The possibility of product generation is reduced. Further advantages are recognized in the following points. That is, the required amount of clean supercharged air sent through the compressor of the turbocharger is also reduced, thereby making the structure of the compressor compact. During this phase of the engine cycle, the intake-slit arrangement of the engine is closed, so that the upward movement of the compression stroke is advantageous in order to pump the exhaust gas into the supercharged air accumulator of the engine by pumping. work. If it is desired to increase the amount of exhaust gas circulation, the duration of the open time of the exhaust port is increased, so that the exhaust port is already closed before the intake-slit device of the engine is closed by the piston. It needs to be opened. For this purpose, furthermore, a compressor for conveying the exhaust gas in the system must be provided in the exhaust gas partial flow path. However, this compressor operates at a much lower pressure ratio than the turbocharger compressor, thus significantly reducing the power required to generate scavenging air (gas).
【0011】請求項1記載の本発明の手段のさらに別の
改良手段によれば、少なくとも1つの排気弁の部分開放
時間が、少なくとも部分的に、有利には完全に、給気口
−スリット装置の開制御前の範囲と合致するようになっ
ている。機関サイクルのこの時間中はこの排ガス流と過
給空気蓄圧器とは直接接続されないから、所属の排ガス
タンク中の圧力は、戻し流を生じることなしに、過給空
気蓄圧器中の圧力よりも高くなることができる。この排
ガス部分流は比較的高い圧力と高い温度を有しており、
従って高いエネルギーを含んでいる。所属の排ガス蓄圧
器内の圧力が比較的高いことにより、排ガス中のエネル
ギーを機械仕事に変換するポテンシャルが高められる。
このポテンシャルは実地においては、接続されているタ
ーボ過給機タービン及び/又は動力タービンで使われ
る。全排ガス量の限られた一部分に過ぎないこの排ガス
流はさらに、汚染物質及び環境有害物質の総量の大部分
を含んでいる。従って機関の汚染物質及び環境有害物質
の総量の大部分が比較的小型の装置で浄化され、該装置
はターボ過給機タービンの前及び後に配置される。何故
ならば、温度がなお十分に高く、触媒処理がタービンで
の膨張の前においてもまた後においても可能であるから
である。According to a further refinement of the invention, the partial opening time of the at least one exhaust valve is at least partially, preferably completely, of the inlet-slit arrangement. In the range before the opening control. During this time of the engine cycle, the exhaust gas stream and the supercharged air accumulator are not directly connected, so that the pressure in the associated exhaust gas tank is lower than the pressure in the supercharged air accumulator without backflow. Can be higher. This exhaust gas partial stream has a relatively high pressure and high temperature,
Therefore contains high energy. The relatively high pressure in the associated exhaust gas accumulator increases the potential for converting the energy in the exhaust gas into mechanical work.
This potential is used in practice in connected turbocharger turbines and / or power turbines. This exhaust gas stream, which is only a limited part of the total exhaust gas volume, also contains a large proportion of the total amount of pollutants and environmentally hazardous substances. Thus, a large portion of the total amount of engine pollutants and environmental pollutants is purified by relatively small devices, which are located before and after the turbocharger turbine. Because the temperature is still high enough, catalytic treatment is possible both before and after expansion in the turbine.
【0012】何れの場合においても、少なくとも1つの
排気弁の部分開放時間が、給気口−スリット装置の開制
御と閉制御との間の範囲に、少なくとも部分的に合致す
る、又はこの範囲と完全に重なるようにすることができ
る。この際に発生する排ガス部分流によって有利には固
有の排気ターボ過給機を駆動することができ、この場
合、この固有の排気ターボ過給機は、上記の排ガス部分
流、つまりその部分開放時間が少なくとも部分的に給気
口−スリット装置の開制御の前にある排ガス部分流、に
よって負荷可能である排ガスターボ過給機と共に、機関
が必要とする充填空気量を十分に充たすことができる。
これにより、全排ガス流中における余分なエネルギー量
を、有利には並列接続されている動力タービンを何等か
の形式で駆動するために利用することができ、これによ
り機関の全体効率が高められる。動力タービンを並列接
続することは、それぞれの動力タービンを比較的小型に
することができる利点を有している。In each case, the partial opening time of the at least one exhaust valve at least partially corresponds to or lies in the range between the opening and closing control of the inlet-slit device. They can completely overlap. The exhaust gas partial stream generated in this case can advantageously drive a specific exhaust turbocharger, wherein the specific exhaust turbocharger has the abovementioned exhaust gas partial flow, that is, its partial opening time. With the exhaust gas turbocharger, which can be loaded at least partially by the exhaust gas partial flow before the opening control of the inlet-slit device, the filling air quantity required by the engine can be filled sufficiently.
This makes it possible to use the excess energy in the entire exhaust gas stream, advantageously for driving the power turbines connected in parallel in some way, thereby increasing the overall efficiency of the engine. Connecting the power turbines in parallel has the advantage that each power turbine can be relatively small.
【0013】請求項1記載の本発明の手段のさらに別の
有利な構成及び改良は他の従属請求項に記載されてい
る。[0013] Further advantageous refinements and improvements of the measures of the invention according to claim 1 are set out in the other dependent claims.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
の図面を参照して説明する。図1は、複数の排気口を備
えた本発明による2サイクル大型ディーゼル機関の原理
的な概略ブロック図;図2は、クランク角又は時間と排
ガス容積流及び充填容積流との関係を示す線図である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. 1 is a schematic block diagram of the principle of a large-sized two-stroke diesel engine according to the present invention with a plurality of exhaust ports; FIG. 2 is a diagram showing the relationship between crank angle or time and exhaust gas volume flow and filling volume flow; It is.
【0015】2サイクル大型ディーゼル機関、例えば船
舶用駆動機関として使用可能である2サイクル大型ディ
ーゼル機関、の基本構造及び作業形式はそれ自体として
は公知であり、従ってここでは詳細な説明はもはや不要
である。この型式の機関は一般に、並列に配置されたシ
リンダ1を有し、これらのうち図1では単に1つのシリ
ンダ1だけが代表として図示されている。各シリンダ1
には、図示されていないクランク軸と協働するピストン
2が所属しており、該ピストン2は燃焼室3を規定して
いる。燃焼室3には燃料と空気が供給される。燃料(こ
こではディーゼル油)は燃焼室内へ噴射される。噴射装
置は図面を見や易くするため図1には図示されていな
い。空気の供給はシリンダ壁の範囲に配置された給気口
−スリット4を介して行われ、ピストン2は該給気口−
スリットをピストン下死点の範囲で通過し、これにより
該給気口−スリットを開制御及び閉制御する。The basic structure and mode of operation of a two-cycle heavy duty diesel engine, for example a two-stroke heavy duty diesel engine which can be used as a marine drive engine, are known per se and therefore need not be described in detail here. is there. Engines of this type generally have cylinders 1 arranged in parallel, of which only one cylinder 1 is shown as a representative in FIG. Each cylinder 1
A piston 2 cooperating with a crankshaft, not shown, which defines a combustion chamber 3. Fuel and air are supplied to the combustion chamber 3. Fuel (here, diesel oil) is injected into the combustion chamber. The injection device is not shown in FIG. 1 to make the drawing easier to see. The supply of air is effected via an air inlet arranged in the region of the cylinder wall-a slit 4 and the piston 2 is connected to the air inlet-
It passes through the slit in the range of the bottom dead center of the piston, and thereby controls the opening and closing of the intake port-slit.
【0016】過給空気は排ガスのエネルギーを使用して
圧縮される。このために、ここでは2つの排気ターボ過
給機5,6を有する装置が設けられており、これらの排
気ターボ過給機の後方には両排気ターボ過給機に共通の
1つの過給空気冷却器7が配置されており、該過給空気
冷却器により、過給空気の温度が下げられる。冷却器7
の後方には、全シリンダ1に対して共通の過給空気蓄圧
器8が配置されており、ここから分岐導管9が各シリン
ダ1へ延びている。The supercharged air is compressed using the energy of the exhaust gas. For this purpose, a device having two exhaust turbochargers 5, 6 is provided here, behind which a single supercharged air common to both exhaust turbochargers is provided. A cooler 7 is arranged, by means of which the temperature of the supercharged air is reduced. Cooler 7
Behind, a supercharged air accumulator 8 common to all cylinders 1 is arranged, from which branch conduits 9 extend to each cylinder 1.
【0017】燃焼時に発生する排ガスはシリンダヘッド
の範囲に配置された複数の排気口10,11,12を介
して燃焼室3から押し出される。図示の例では3つの排
気口10,11,12が設けられている。各排気口1
0,11,12は該各排気口にそれぞれ配属された各排
気弁13,14,15により開閉可能である。各排気口
10,11,12はそれぞれ所属の各排気接続導管1
6,17,18を介して所属の排気マニホールド管1
9,20,21に接続している。この場合、全シリンダ
1の互いに相応する排気口10又は11又は12はそれ
ぞれ同じ排気マニホールド管19又は20又は21に接
続されている。Exhaust gas generated during combustion is pushed out of the combustion chamber 3 through a plurality of exhaust ports 10, 11, 12 arranged in the area of the cylinder head. In the illustrated example, three exhaust ports 10, 11, and 12 are provided. Each exhaust port 1
The exhaust valves 0, 11 and 12 can be opened and closed by exhaust valves 13, 14, and 15 respectively assigned to the exhaust ports. Each of the exhaust ports 10, 11, 12 is connected to each of the associated exhaust connection conduits 1.
Exhaust manifold pipe 1 belonging via 6, 17, 18
9, 20, 21 are connected. In this case, the corresponding exhaust ports 10 or 11 or 12 of all cylinders 1 are connected to the same exhaust manifold pipe 19 or 20 or 21, respectively.
【0018】排気弁13,14,15は互いに独立に操
作可能である。このために設けられている操作装置は図
面を見易くするため図示されていない。排気弁13,1
4,15のこの操作装置の制御は、各シリンダ1の排気
口10,11,12が順次に開かれるように設計されて
いる。重複して開かれることも可能である。これに相応
して図2の線図の、Taで示されている開放時間スパン
が生じ、この開放時間スパン中で排気口10,11,1
2が開かれる。この開放時間スパンはこの場合、給気口
−スリット装置4が開かれている、Teで示されている
時間スパンを前後に越えて延びている。個々の場合にT
eに対するTaの延長が単に前又は後の一方向にだけ延
長されているようにすることも可能である。The exhaust valves 13, 14, 15 can be operated independently of each other. The operating device provided for this purpose is not shown for the sake of clarity of the drawing. Exhaust valve 13,1
The control of this operating device of 4, 15 is designed such that the exhaust ports 10, 11, 12 of each cylinder 1 are opened sequentially. It is also possible for them to be opened in duplicate. Correspondingly, an opening time span indicated by Ta in the diagram of FIG. 2 occurs, during which the outlets 10, 11, 1
2 is opened. This open time span extends in this case back and forth beyond the time span indicated by Te, in which the inlet-slit device 4 is open. T in each case
It is also possible that the extension of Ta with respect to e is extended only in one direction before or after.
【0019】図2には、排気口10,11,12の開放
時間スパンTaを3つの部分開放時間T10,T11 及び
T12 に分けている時間t1,t2,t3,t4 が示されて
いる。部分開放時間T10 中は、排気口10に所属する
排気弁13が開いている。この時間スパンは、面積−曲
線Veによって代表的に図示されている給気口−スリッ
ト装置4が開かれている時間スパンと完全に又は部分的
に合致している。部分開放時間T11 中は、排気口11
に所属する排気弁14が開いている。部分開放時間T12
中は、排気口12に所属する排気弁15が開いてい
る。これに相応して複数の、この場合3つの、図2に曲
線V10,V11 及びV12 によって示されている各排ガス
部分流が生じる。上記曲線下側の面は、それぞれ、当該
排気弁の所属の開放範囲に相応する。給気口−スリット
4を通って燃焼室3に供給される充填容積流は曲線Ve
によって示されている。FIG. 2 shows the times t 1 , t 2 , t 3 and t 4 in which the open time span Ta of the exhaust ports 10 , 11 and 12 is divided into three partial open times T 10 , T 11 and T 12. It is shown. Among partially open time T 10, the exhaust valve 13 that belong to the exhaust port 10 is open. This time span completely or partially coincides with the time span in which the inlet-slit device 4, typically illustrated by the area-curve Ve, is open. Among partially open time T 11, the exhaust port 11
The exhaust valve 14 belonging to is open. Partial opening time T 12
Inside, the exhaust valve 15 belonging to the exhaust port 12 is open. Multiple Correspondingly, three in this case, the exhaust gas partial flow, which is shown by curve V 10, V 11 and V 12 is generated in FIG. The lower surfaces of the curves each correspond to the associated open range of the exhaust valve. The charge volume flow supplied to the combustion chamber 3 through the inlet-slit 4 is the curve Ve
Indicated by
【0020】排気口10は、上に述べたように、給気口
−スリット装置4を介して行われる燃焼室3の掃気中開
かれている。排ガス部分流V10 はこれに相応して最大
の排ガス部分流である。該排ガス部分流は第1の排気タ
ーボ過給機5を駆動するために役立つ。これに相応し
て、排気マニホールド管19は導管22を介して排気タ
ーボ過給機5のタービン5aに接続され、排気ターボ過
給機5の圧縮機5bは、既に上に述べたように、導管2
3を介して過給空気冷却器7に接続されている。排ガス
部分流(排ガス部分容積流)V10 によりこの場合同時
に動力タービン28が駆動される。この動力タービンは
この例では小さい構造サイズを達成するために、排気タ
ーボ過給機5のタービン5aに対して、流動運動的に並
列に、配置されている。直列配置も勿論可能である。The outlet 10 is open during the scavenging of the combustion chamber 3 via the inlet-slit device 4, as described above. Exhaust gas partial flow V 10 is the maximum of the exhaust gas partial flow Correspondingly. The exhaust gas partial stream serves to drive the first exhaust turbocharger 5. Correspondingly, the exhaust manifold pipe 19 is connected via line 22 to the turbine 5a of the exhaust turbocharger 5, and the compressor 5b of the exhaust turbocharger 5, as already described above, 2
3 is connected to a supercharged air cooler 7. In this case at the same time the power turbine 28 is driven by the exhaust gas partial flow (exhaust gas partial flow volume) V 10. This power turbine is arranged in a fluid-dynamic manner parallel to the turbine 5 a of the exhaust turbocharger 5 in order to achieve a small structure size in this example. A series arrangement is of course also possible.
【0021】排気口11は、図2から判るように、先に
述べた掃気の開始前に既に開かれる。燃焼室3の掃気開
始前、排ガスは比較的高い温度及び比較的高い圧力を有
していると共に高い汚染物質含量及び環境有害物質含量
を有している。所属の排ガス部分流V11は従って比較的
多くのエネルギーを有しており、このエネルギーはこの
場合やはり排気ターボ過給機の駆動に使用される。この
エネルギーを完全に利用することができるようにするた
めに、1つの固有の排気ターボ過給機、この例では第2
の排気ターボ過給機6が設けられており、そのタービン
6aは導管24を介して排気マニホールド管20に接続
されている。排気ターボ過給機6の圧縮機6bはこの場
合導管25を介して過給空気冷却器7に接続されてい
る。この場合にもまた、図1から判るように、少なくと
も1つの付加的な、有利には並列接続された動力タービ
ン29へ排ガスを負荷することができる。As can be seen from FIG. 2, the exhaust port 11 is already opened before the start of the scavenging described above. Before the start of the scavenging of the combustion chamber 3, the exhaust gas has a relatively high temperature and a relatively high pressure, as well as a high pollutant content and an environmentally harmful content. Exhaust gas partial flow V 11 belongs therefore has a relatively large amount of energy, this energy is used to drive Again exhaust turbo supercharger. In order to be able to make full use of this energy, one unique exhaust turbocharger, in this example the second
The exhaust turbocharger 6 is provided, and the turbine 6a is connected to the exhaust manifold pipe 20 via a conduit 24. The compressor 6 b of the exhaust turbocharger 6 is in this case connected via a conduit 25 to the supercharged air cooler 7. In this case too, as can be seen from FIG. 1, at least one additional, preferably parallel, power turbine 29 can be loaded with exhaust gas.
【0022】排気マニホールド管19及び/又は20内
には、触媒を配置することが可能であり、これらの触媒
はそれぞれ煤フィルタ及びNOx−触媒−エレメントを
含んでいる。大気中に放出される汚染物質及び環境有害
物質の量は従って、触媒が両排ガス部分流V10 及びV
11 の双方に配置されている、又は単にその一方にしか
配置されていない、又は両方のいずれにも配置されてい
ない、ということに左右される。In the exhaust manifold pipes 19 and / or 20, it is possible to arrange catalysts, each of which comprises a soot filter and a NOx catalyst element. The amount of pollutants and environmentally harmful substances released into the atmosphere is therefore dependent on whether the catalyst is in both exhaust gas partial streams V 10 and V
11 or both, or only one of them, or neither of them.
【0023】全排ガス量と比較した場合、排ガス部分流
V11の量は小さいが、しかし、上に述べたように、多量
の汚染物質及び環境有害物質を含んでいる。従って、比
較的小さい触媒をこの排ガス部分流中に設けることによ
って、大気中に放出される汚染物質及び環境有害物質の
総量の著しい削減を達成することができる。さらに、該
排ガス部分流の温度は、必要な触媒作用をタービン後方
に配置された触媒中で問題なく生じさせるのに十分な高
さを有している。この原理によれば、全排ガス流の25
%より少ない排ガス部分流の触媒処理によって、大気中
に放出される全汚染物質量を50%以上減少させること
が可能である。[0023] When compared to the total quantity of exhaust gas, is small the amount of the exhaust gas partial flow V 11, however, as noted above, contains a large amount of pollutants and environmental toxins. Thus, by providing a relatively small catalyst in this exhaust gas partial stream, a significant reduction in the total amount of pollutants and environmentally harmful substances released into the atmosphere can be achieved. Furthermore, the temperature of the exhaust gas partial stream is high enough that the required catalysis takes place without problems in the catalyst arranged downstream of the turbine. According to this principle, 25% of the total exhaust gas stream
Catalytic treatment of less than 10% of the exhaust gas partial stream can reduce total pollutant emissions into the atmosphere by more than 50%.
【0024】図2に示されている例では、排ガス部分流
V11 のための開放時間のスパンは給気口−スリット装
置4が開制御される時点の前にある。これにより、上に
述べたように、排気マニホールド管20内には過給空気
蓄圧器8内よりも高い圧力が存在し、これにより、ター
ビン6a又は29によって行われる膨張仕事は大きくな
る。汚染物質及び環境有害物質の総量を上に述べた50
%よりさらに削減しようとする場合には、排ガス部分流
V11 の開放時間のスパンをさらに長くし、その結果該
開放時間のスパンが給気口−スリット装置4の開放時間
スパンと重なるようにする。これにより、排ガス部分流
V11の流量は大きくなり、排気マニホールド管20中に
設けられた触媒装置の触媒作用により処理される量が増
大する。[0024] In the example shown in FIG. 2, the span of the opening time for the exhaust gas partial flow V 11 is the air supply opening - in front of the point where the slit 4 is controlled open. Thereby, as mentioned above, there is a higher pressure in the exhaust manifold pipe 20 than in the supercharged air accumulator 8, which increases the expansion work performed by the turbine 6a or 29. The total amount of pollutants and environmentally hazardous substances is 50
When further trying to reduce than percent, and a longer span of the opening time of the exhaust gas partial flow V 11, the span of the result the open time the air supply port - to overlap with the opening time span of the slit device 4 . Thus, the flow rate of the exhaust gas partial flow V 11 increases, the amount to be processed by the catalytic action of the provided catalyst device in the exhaust manifold pipe 20 is increased.
【0025】排気口12は上に述べた掃気過程が終了し
た後に開かれる。該排気口12に所属する排ガス部分流
V12 は従って比較的僅かな汚染物質しか含んでおら
ず、温度も比較的低い。排ガス部分流V12 は従って新
鮮過給空気と一緒に燃焼室3へ再び供給される。この排
ガス部分流の循環は必要な過給空気量を低減させ、その
結果、排気ターボ過給機5及び6を比較的小さい構造サ
イズに製作することができる。The outlet 12 is opened after the scavenging process described above has been completed. Exhaust gas partial flow V 12 belonging to the exhaust port 12 is therefore contained only relatively small contaminants, temperature is relatively low. Exhaust gas partial flow V 12 is thus fed again into the combustion chamber 3 along with fresh charge air. This circulation of the exhaust gas partial flow reduces the required supercharging air volume, so that the exhaust turbochargers 5 and 6 can be manufactured with a relatively small construction size.
【0026】排ガス部分流V12 は過給空気蓄圧器8に
直接供給することができる。図示の例では、排ガス部分
流V12 は、排気マニホールド管21から過給空気冷却
器7へ延びている導管26によって示されているよう
に、過給空気冷却器7へ供給される。この場合固有の冷
却器を使用することも可能である。導管26には煤フィ
ルタ27の形の浄化装置が配置されており、これは排ガ
ス部分流V12 中に含まれている微粒子(パーティキュ
レイト)を除去する。この原理を用いることによって、
すなわち、排ガス部分流V12 を過給空気冷却器27を
通して、又は別個の冷却器を通して導くことによって、
給気口−スリット装置4を通って流れる全掃気流量を高
めることができ、これにより、冷空気−冷排ガスによる
機関の掃気性能を改善しかつ圧縮開始(排気弁15の閉
鎖)時のシリンダ3内の温度を低下させることができ
る。圧縮開始時のこの低下した温度は機関作業過程の効
率の改善をもたらす。The exhaust gas partial stream V 12 can be supplied directly to the supercharged air accumulator 8. In the illustrated example, the exhaust gas partial flow V 12, as indicated by a conduit 26 extending from an exhaust manifold pipe 21 to the boost air cooler 7, is supplied to the supercharger air cooler 7. In this case, it is also possible to use a specific cooler. The conduit 26 is disposed a cleaning device in the form of a soot filter 27, which removes fine particles (particulates rate) contained in the exhaust gas partial flow V 12. By using this principle,
That is, by directing the exhaust gas partial stream V 12 through the supercharged air cooler 27 or through a separate cooler,
The total scavenging flow rate flowing through the inlet-slit device 4 can be increased, thereby improving the scavenging performance of the engine with cold air-cold exhaust gas and the cylinder 3 at the start of compression (closing of the exhaust valve 15). Inside temperature can be reduced. This reduced temperature at the start of compression results in improved efficiency of the engine work process.
【0027】図2に示されている例では、排ガス部分流
V12 の開放時間スパンは給気口−スリット装置4の閉
制御時点の後にあり、その結果ピストン2は排ガスを排
気口12、排気マニホールド管21、煤フィルタ27及
び過給空気冷却器(掃気空気冷却器)7を介して過給空
気蓄圧器8へ圧送することができる。排ガス部分流V12
の開放時間スパンは、場合によっては、給気口−スリ
ット装置4の閉制御前に既に始まるようにすることも可
能であり、これにより、排ガス循環量を高めることがで
きる。しかしこのためには、図1に破線で示されている
吸引送風機30を導管26の範囲に設けることが必要で
ある。吸引送風機を導管26に使用した場合には、さら
に図1に示されているように、該送風機の前方に別個の
冷却器31を設けるのが有利である。[0027] In the example shown in FIG. 2, the opening time span of the exhaust gas partial flow V 12 is the air supply opening - located after closed control point of the slit 4, so that the piston 2 is an exhaust port 12 to exhaust gas, exhaust The pressure can be sent to the supercharged air accumulator 8 via the manifold pipe 21, the soot filter 27, and the supercharged air cooler (scavenging air cooler) 7. Exhaust gas partial flow V 12
Can be started before the closing control of the air inlet / slit device 4 in some cases, whereby the exhaust gas circulation amount can be increased. However, this requires that a suction blower 30, shown in broken lines in FIG. If a suction blower is used for the conduit 26, it is advantageous to provide a separate cooler 31 in front of the blower, as further shown in FIG.
【0028】清浄過給空気と循環された排気ガスとの混
合によって、シリンダ充填物の温度及び酸素含量が圧縮
行程の開始時に減少し、これにより、燃焼過程中のNO
−生成物発生の可能性を減少させることができる。The mixing of the clean supercharged air with the circulated exhaust gas reduces the temperature and the oxygen content of the cylinder charge at the beginning of the compression stroke, thereby reducing the NO during the combustion process.
The possibility of product generation can be reduced.
【0029】上に述べたように、圧縮機5b及び6bを
通過する全新鮮空気量は、一個の共通の排気弁しか持た
ない公知の装置において圧縮機を通過する量と比較し
て、減少している。さらに、減少した質量流に供給され
るエネルギー量は公知の装置と比較して殆ど変わらな
い。このことは、、圧縮機5b及び6bの駆動に必要な
エネルギ量よりもより大きなエネルギー量がタービン5
a及び6aにおける膨張のために供給され、該エネルギ
量を図示の動力タービン28及び/又は29でさらに使
用することができることを意味している。該動力タービ
ン28又は29により各種の装置ユニット、例えば発電
機等を駆動することができる。As mentioned above, the amount of fresh air passing through the compressors 5b and 6b is reduced compared to the amount passing through the compressor in a known device having only one common exhaust valve. ing. Furthermore, the amount of energy supplied to the reduced mass flow is substantially unchanged compared to known devices. This means that a larger amount of energy is needed to drive the compressors 5b and 6b than the turbine 5b.
a and 6a, which means that the amount of energy can be further used in the illustrated power turbines 28 and / or 29. The power turbine 28 or 29 can drive various device units such as a generator.
【0030】以上の説明から判るように、本発明の手段
によれば、各排ガス部分流の特性を特に効果的に利用す
ることができ、その結果全体として機関の高い出力向上
を達成することができる。機関の出力を、単に一個の排
気弁しか有していない公知の機関より3〜5%高くする
ことは容易に可能である。図示の例では3つの排ガス部
分流が設けられ、これらの排ガス部分流のうちの2つの
排ガス部分流は掃気過程の前又は後に生ぜしめられる。
この場合にとくに良好な成果が達成される。しかしなが
ら、両排ガス部分流V11 又はV12 の単に一方又は他方
の排ガス部分流を設けるだけで既に著しい出力向上がえ
られるであろう。As can be seen from the above description, according to the means of the present invention, the characteristics of each exhaust gas partial flow can be utilized particularly effectively, and as a result, a high engine output can be achieved as a whole. it can. It is easily possible to increase the power of the engine by 3-5% compared to known engines having only one exhaust valve. In the example shown, three exhaust gas partial streams are provided, two of these exhaust gas partial streams occurring before or after the scavenging process.
Particularly good results are achieved in this case. However, it will already significant output increase only by providing a simple one or the other of the exhaust gas partial flow of the two exhaust gas partial flow V 11 or V 12 will be obtained.
【0031】図示の例では、各排ガス部分流にそれぞれ
1つの排気口が配属されている。しかしまた、各排ガス
部分流に複数の排気口から成る1グループの排気口を配
属させることも考えられる。同様にまた、部分開放時間
を交差させることも考えられる。In the example shown, one exhaust port is assigned to each exhaust gas partial stream. However, it is also conceivable to assign a group of outlets comprising a plurality of outlets to each exhaust gas partial stream. Similarly, it is also conceivable to cross the partial opening times.
【0032】図示の例は2サイクル大型ディーゼル機関
をベースとしたものである。本発明はしかし他の2サイ
クル機関、例えばガス機関、ディーゼル−ガス機関、オ
ットー−ガス機関及びオットー機関にも有利に使用する
ことができる。The example shown is based on a two-cycle large diesel engine. However, the invention can also be used to advantage with other two-stroke engines, for example gas engines, diesel-gas engines, Otto-gas engines and Otto engines.
【図1】 複数の排気口を備えた本発明による2サイク
ル大型ディーゼル機関の原理的な概略ブロック図であ
る。1 is a basic schematic block diagram of a two-cycle large diesel engine according to the present invention with a plurality of exhaust ports.
【図2】 クランク角又は時間と排ガス容積流及び充填
容積流との関係を示す線図である。FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a crank angle or a time and an exhaust gas volume flow and a filling volume flow.
1 シリンダ 2 ピストン 3 燃焼室 4 給気口−スリット装置 5 排気ターボ過給機 5a タービン 6 排気ターボ過給機 6a タービン 7 過給空気冷却器 8 過給空気蓄圧器 10,11,12 排気口 13,14,15 排気弁 19,20,21 排気マニホールド管 26 導管 27 浄化装置 28 タービン 29 タービン 30 送風機 31 冷却器 Ta 開放時間スパン T10 部分開放時間 T11 部分開放時間 T12 部分開放時間 V11 排ガス部分流 V12 排ガス部分流 V13 排ガス部分流DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cylinder 2 Piston 3 Combustion chamber 4 Supply port-slit device 5 Exhaust turbocharger 5a Turbine 6 Exhaust turbocharger 6a Turbine 7 Supercharged air cooler 8 Supercharged air accumulator 10, 11, 12 Exhaust port 13 , 14, 15 exhaust valve 19, 20, 21 an exhaust manifold pipe 26 conduit 27 gas purification device 28 turbine 29 turbine 30 air blower 31 cooler Ta opening time span T 10 partially open time T 11 partially open time T 12 partially open time V 11 gas partial flow V 12 gas partial flow V 13 exhaust gas partial flow
Claims (18)
(2)により制御可能である、充填媒体を供給するため
の給気口−スリット装置(4)を有するシリンダ(1)
と、所定のクランク角範囲に亙っている開放時間スパン
(Ta)中開かれる、排ガスを排出するための排気口−
装置と、を有して成る2サイクル機関、特に2サイクル
大型ディーゼル機関であって、 前記排気口−装置が複数の排気口(10,11,12)
を有し、これらの各排気口に、互いに独立に操作可能で
ある排気弁(13,14,15)が所属しており、 該排気弁が、開放時間スパン(Ta)内にある互いに異
なる部分開放時間(T10,T11,T12)だけ開かれてお
り、 かつ、全排ガス量が、複数の排ガス部分流(V10,
V11,V12)に分けられており、これらの各排ガス部分
流が異なる目的箇所へ供給可能であることを特徴とする
2サイクル機関。Cylinder (1) having an inlet-slit device (4) for supplying a filling medium, controllable by a piston (2) belonging to the cylinder (1).
An exhaust port for discharging exhaust gas, which is opened during an open time span (Ta) over a predetermined crank angle range;
A two-stroke engine, in particular a two-stroke large diesel engine, comprising: a plurality of exhaust ports (10, 11, 12);
And each of these exhaust ports has an exhaust valve (13, 14, 15) operable independently of one another, the exhaust valves being different from each other within an open time span (Ta). It is open only for the opening time (T 10 , T 11 , T 12 ), and the total exhaust gas amount is a plurality of exhaust gas partial flows (V 10 ,
V 11 , V 12 ), characterized in that these exhaust gas partial flows can be supplied to different destinations.
て、排気口−装置が、それぞれが少なくとも1つの排気
口(10又は11又は12)を含む少なくとも2つの排
気口−グループを有していることを特徴とする2サイク
ル機関。2. The two-stroke engine according to claim 1, wherein the outlet-device has at least two outlet-groups each comprising at least one outlet (10 or 11 or 12). A two-stroke engine characterized by:
おいて、排気口−装置が、それぞれが少なくとも1つの
排気口(10又は11又は12)を含む3つの排出口−
グループを有していることを特徴とする2サイクル機
関。3. The two-stroke engine according to claim 1, wherein the outlet comprises three outlets each comprising at least one outlet (10 or 11 or 12).
A two-stroke engine characterized by having a group.
ル機関において、少なくとも1つの排気口(10)の部
分開放時間(T10)が、少なくとも部分的に、有利には
完全に、給気口−スリット装置(4)の開制御と閉制御
との間の範囲(Te)に合致しており、かつ上記の少な
くとも1つの排気口(10)に所属する排ガス部分流
(V10)により、該排ガス部分流(V10)に所属する少
なくとも1つのタービン(5a,28)が駆動可能とさ
れていることを特徴とする2サイクル機関。4. The two-stroke engine according to claim 1, wherein the partial opening time (T 10 ) of the at least one exhaust port ( 10 ) is at least partially, preferably completely, supplied. The exhaust gas partial flow (V 10 ) which corresponds to the range (Te) between the opening and closing control of the vent-slit device (4) and which belongs to the at least one outlet (10). , 2-stroke engine, wherein at least one turbine (5a, 28) is drivable belonging to exhaust gas partial flow (V 10).
ーボ過給機(5)が所属していることを特徴とする2サ
イクル機関。5. A two-stroke engine, characterized in that an exhaust gas turbocharger (5) belonging to the exhaust gas partial stream (V 10 ) belongs.
おいて、排ガス部分流(V10)に、少なくとも1つの動
力タービン(28)、有利には排ガスターボ過給機
(5)のタービン(5a)に対して流動運動的に並列に
配置された動力タービン(28)、が所属していること
を特徴とする2サイクル機関。6. The two-stroke engine according to claim 4, wherein at least one power turbine (28), preferably a turbine (5a) of an exhaust gas turbocharger (5), is added to the exhaust gas partial stream (V 10 ). A) two-stroke engine, characterized by a power turbine (28) arranged in fluid motion parallel to the power turbine (28).
ル機関において、少なくとも1つの排気口(11)の部
分開放時間(T11)が、少なくとも部分的に、有利には
完全に、給気口−スリット装置(4)の開制御の前の範
囲に合致しており、かつ所属の排ガス部分流(V11)に
より、少なくとも1つの所属のタービン(6a,29)
が駆動可能であることを特徴とする2サイクル機関。7. The two-stroke engine according to claim 1, wherein the partial opening time (T 11 ) of the at least one exhaust port ( 11 ) is at least partially, preferably completely, supplied. air outlet - slit device (4) of which matches the range of the previous opening control, and belongs exhaust gas partial flow by (V 11), at least one affiliation of the turbine (6a, 29)
A two-stroke engine characterized in that it can be driven.
て、排ガス部分流(V11)に、固有の排気ターボ過給機
(6)が所属していることを特徴とする2サイクル機
関。8. The two-stroke engine according to claim 7, wherein an exhaust gas turbocharger (6) belongs to the exhaust gas partial flow (V 11 ).
おいて、排ガス部分流(V11)に、少なくとも1つの動
力タービン(29)、有利には排気ターボ過給機(6)
のタービン(6a)に対して流動運動的に並列に配置さ
れた動力タービン(29)、が所属していることを特徴
とする2サイクル機関。9. The two-stroke engine according to claim 7, wherein at least one power turbine (29) is provided in the exhaust gas partial stream (V 11 ).
A two-stroke engine, comprising a power turbine (29) arranged in fluid motion parallel to the turbine (6a).
クル機関において、少なくとも1つの排気口(12)の
部分開放時間(T12)が、少なくとも部分的に、有利に
は完全に、給気口−スリット装置(4)の閉制御後の範
囲に合致しており、かつ所属の排ガス部分流(V12)が
直接又は間接に給気口−スリット装置(4)に供給可能
であることを特徴とする2サイクル機関。10. The two-stroke engine according to claim 1, wherein the partial opening time (T 12 ) of the at least one exhaust port ( 12 ) is at least partially, preferably completely, supplied. The range after the closing control of the vent-slit device (4) is matched, and the associated exhaust gas partial flow (V 12 ) can be supplied directly or indirectly to the intake-slit device (4). A two-stroke engine characterized by:
いて、排ガス部分流(V12)に送風機(30)、有利
には吸引送風機、が所属していることを特徴とする2サ
イクル機関。11. The two-stroke engine according to claim 10, wherein a blower (30) is assigned to the exhaust gas partial stream (V12).
いて、送風機(30)に冷却器(31)が所属している
ことを特徴とする2サイクル機関。12. The two-stroke engine according to claim 11, wherein a cooler (31) belongs to the blower (30).
サイクル機関において、給気口−スリット装置(4)に
供給される排ガス部分流(V12)に所属する導管(2
6)に浄化装置(27)が配置されていることを特徴と
する2サイクル機関。13. The method according to claim 10, wherein
In cycle engine air supply port - conduit belonging to the exhaust gas partial flow to be supplied to the slit device (4) (V 12) ( 2
6) A two-stroke engine, wherein a purifying device (27) is disposed in the engine.
イクル機関において、各排気口−グループに、全シリン
ダ(1)に亙って延びた固有の排気マニホールド管(1
9,20,21)が所属していることを特徴とする2サ
イクル機関。14. The two-stroke engine according to claim 1, wherein each exhaust-group has a unique exhaust manifold pipe (1) extending over the entire cylinder (1).
9, 20 and 21).
イクル機関において、少なくとも第1の排ガス部分流
(V11)に触媒装置が所属していることを特徴とする2
サイクル機関。15. The two-stroke engine according to claim 1, wherein a catalyst device is assigned to at least the first exhaust gas partial stream (V 11 ).
Cycle agency.
イクル機関において、少なくとも、循環されない各排ガ
ス部分流(V11,V10)に、1つの触媒装置が所属して
いることを特徴とする2サイクル機関。16. The two-stroke engine according to claim 1, wherein at least one catalyst device belongs to each of the uncirculated exhaust gas partial flows (V 11 , V 10 ). A two-cycle institution.
機関において、触媒装置が所属の排気マニホールド管
(19,20)に一体化されていることを特徴とする2
サイクル機関。17. The two-stroke engine according to claim 15, wherein the catalyst device is integrated into the associated exhaust manifold pipe (19, 20).
Cycle agency.
イクル機関において、全シリンダ(1)に亙って延びた
共通の過給空気蓄圧器(8)が設けられており、該蓄圧
器の前方に1つの共通の過給空気冷却器(7)が配置さ
れており、該過給空気冷却器が少なくとも、少なくとも
1つの排気ターボ過給機(5,6)によって準備された
過給空気によって、有利にはさらに給気口−スリット装
置(4)に供給可能な排ガス部分流(V12)によって
も、負荷可能であることを特徴とする2サイクル機関。18. A two-stroke engine according to claim 1, further comprising a common supercharged air accumulator (8) extending over all cylinders (1). A common supercharger (7) is arranged in front of the at least one supercharger provided by at least one exhaust turbocharger (5, 6). A two-stroke engine, characterized in that it can also be loaded by an exhaust gas partial flow (V 12 ), which can advantageously be supplied to the inlet-slit device (4).
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