(57)【要約】【課題】小型エンジンには、一般にトランクピストン型であり、燃料や燃焼ガスがクランクエリアに侵入するという問題や、潤滑油を区別できない問題がある。また、従来の中型クロスヘッド型では、大型クロスヘッド型を単に相似形で縮小した構造が多く、分解整備などの面で構造的な問題がある。また、従来のように単列シリンダー構造では、今後の燃焼改善や高効率化に対応するのは難しい。【解決手段】２組のピストン２ａを、共用する１組のクロスヘッドに連結して、同じエンジン行程で運転することにより、これらの問題を解決する。また、同時に、２組のシリンダー１ｂを直列に接続することにより、従来の２ストロークエンジンでは、採用できなかった横断掃気方式の採用を可能とし、従来４ストロークエンジンしか採用されていない分野に、２ストロークエンジンの導入を可能とするエンジン構造を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同じエンジン行程で運転される２組のシリンダー（以下、Ａ列、Ｂ列と称する）の両ピストン２ａを、共用する１組のクロスヘッド３に連結し、このクロスヘッド３の往復動を、１組のコネクティングロッド４を介して、１本のクランク軸５ｂに回転力を与える構造と、一方のシリンダー１ｂの下部（例えば、Ｂ列シリンダー１ｂの下部）に、燃料を燃焼するための空気と燃焼ガスを掃気するための空気（以下、これらを総称して給気という）を供給する給気孔７ａと、他方のシリンダー１ｂの下部（例えば、Ａ列シリンダー１ｂの下部）に、燃焼ガスを外部に排出するための排気孔８ａを備え、Ｂ列およびＡ列の両シリンダー１ｂを、燃焼室連結器１ｃを用いて直列に接続して、両シリンダー１ｂを横断的に掃気することを特徴とするエンジン。
【請求項２】
前記のエンジンにおいて、ミラーサイクルを行わせるため、エンジン上部に圧縮圧力を調節する圧縮圧力調節弁１１を装置することを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記のエンジンにおいて、Ａ列シリンダー１ｂとＢ列シリンダーの両燃焼室を、燃焼室連結器１ｃにより連結し、この両燃焼室および燃焼室連結器１ｃを１個の燃焼室と看做して、拡散燃料噴射弁１４ｂと、予混合燃料供給弁１５ｂを備えることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、Ａ列とＢ列の２組のシリンダーの両ピストン２ａを、共用する１組のクロスヘッド３に連結し、両ピストン２ａを同じエンジン行程で運転して、１組のコネクティングロッド４を介して、１本のクランク軸５ｂに回転力を与えるクロスヘッド型２ストローク往復動エンジンの、両シリンダー１ｂを直列に接続して、横断掃気（＝クロス掃気）を行う場合の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  往復動エンジンには、トランクピストン型とクロスヘッド型があり、どちらもエンジン用途に応じて使用されている。クロスヘッド型は、クランク機構で発生する横方向スラストをクロスヘッド構造で受け止めエンジンを大型化し易いことや、シリンダーエリア１ｘと、クランクエリア５ｘを、ピストンロッド気密装置２ｅで隔離できることや、潤滑油の選別や管理が合理的に行えることなどより、大型舶用２ストロークエンジンに多用されている。しかし、トランクピストン型に比べて構造が複雑で、エンジン高さも高くなる。【０００３】  一方、トランクピストン型は、構造が簡単でエンジン高さも低く抑えられるが、クランク機構で発生する横方向スラストを、ピストン自体で受け止める必要があるので、大型のエンジンには適用し難い。また、シリンダーエリア１ｘと、クランクエリア５ｘを、クロスヘッド型エンジンのようにピストンロッド気密装置で隔離できないので、燃料や燃焼ガスが、クランクエリア５ｘに流れ込む場合がある。また、シリンダーオイルとシステムオイルを分離できない。小型、中型の４ストロークエンジンで多用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−８７７８１
【特許文献２】特開２０１２−１６７６６４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  従来の往復動エンジンに、クロスヘッド型を採用する場合は、エンジン高さが高くなるので設置場所の寸法的な制約があり、一般に、シリンダー内径が３００ｍｍ未満のエンジンではクロスヘッド型は一般に採用されていない。また、従来のシリンダー内径３００ｍｍ以上の中型クロスヘッド型エンジンにおいては、大型クロスヘッド型エンジンを相似形でサイズを小さくした構造であり、整備や修理でエンジンを分解する場合の作業性がよくないという問題がある。【０００６】  また、近年、液体燃料（例：石油燃料）と気体燃料（例：天然ガス）を使用する二元燃料エンジンが採用されているが、従来のトランクピストン型では、その構造より、シリンダーオイルとシステムオイルを基本的に分離できないので、合理的な潤滑油の選択や管理ができないという問題がある。【０００７】  また、従来のトランクピストン型で、天然ガスなどを予混合燃焼方式で使用する時は、ピストンロッド気密装置が装置されていないので、シリンダー１ｂの内部に供給された予混合燃料が、未燃焼のガス状のままで、シリンダー１ｂとピストン２ａの摺動面から漏洩した場合は、直ちに、クランクエリアに侵入することになり、何らかの原因で引火し爆発する危険があるという問題がある。【０００８】  また、従来のクロスヘッド型およびトランクピストン型においても、それぞれのシリンダーのエンジン行程を単独に考えて、この行程を個別に行わせるだけでは、排気ガスの環境問題や高効率化への対応には、構造的に限界がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  そこで、本発明は、Ａ列およびＢ列の２組のピストン２ａを、共用する１組のクロスヘッド３に連結し、この両ピストン２ａを同じエンジン行程で運転することにより、従来のエンジンよりシリンダー内径を小さくできる結果、エンジン高さを低くできるので、従来、クロスヘッド化されていないシリンダー内径が３００ｍｍ未満のエンジンのクロスヘッド化を実現する。また、このＡ列およびＢ列の２組のシリンダーの燃焼室を、燃焼室連結器１ｃで連結することにより、従来の単列１組のシリンダーでは構造的に不可能であった掃気方式や、燃焼改善方式などを実現する。
【発明の効果】
【００１０】  本発明により、従来の単列１組のシリンダーを、Ａ列およびＢ列の２組のシリンダー１ｂに分割できるので、従来のシリンダーが１個の場合に比べて、シリンダー内径を約３０パーセント小さくでき、その結果、エンジン高さも３０パーセント低くでき、従来はクロスヘッド化が困難であった小型エンジンも、クロスヘッド化が可能となる。【００１１】  また、本発明のクロスヘッド化により、ピストン２ａへの潤滑油供給に、テレスコピック方式やスイングレバー方式の採用が可能となり、ピストン２ａに充分な量の潤滑油を供給できる。この結果、ピストン２ａの温度を従来より低下させることができるので、予混合燃焼方式のエンジンにおける過早着火や、ノッキングの発生の抑制あるいは回避に寄与できる。【００１２】  また、本発明により、従来、コネクティングロッド４と結合する目的で、ピストン２ａに設けられていたピストンピン用のボス構造が不要となることより、ピストン２ａの構造を簡素化でき、熱分布を均等化し易くなるので、ピストン２ａの冷却が改善され、予混合燃焼方式のエンジンにおける過早着火や、ノッキングの発生の抑制あるいは回避に寄与できる。【００１３】  また、従来、中型、大型の舶用エンジンにおいては、そのシリンダー口径に比してストロークが長いことより、横断掃気（＝クロス掃気）やループ掃気は適用できず、エンジン上部に排気弁を装置した通称ユニフロ掃気式の２ストロークエンジンや、吸気弁と排気弁を備えた４ストロークエンジンしか採用できなかったが、本発明により、Ａ列とＢ列のシリンダー１ｂを直列に接続して、両シリンダー１ｂを横断的に掃気することが可能となるので、従来、４ストロークエンジンのみが使用されていた分野に、２ストロークエンジンの採用が可能となることより、この分野のエンジンを小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】  実施形態を示すエンジン構造の断面図で行程途中の状態を示す。
【図２】  実施形態を示すエンジン構造の平面図を示す。なお、フライホール５ｇ側のシリンダーのみ、説明の便宜上、内部構造の一部を記載してあるが、全シリンダーとも基本的に同じ構造である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】  以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
【００１６】  図１に、この構造の断面的な概念を示す。Ａ列とＢ列の２組のシリンダー１ｂを、共用するクロスヘッド３に連結して、両ピストン２ａを同じエンジン行程で運転し、両ピストン２ａの往復動を、共用する１組のクロスヘッド３を介して、１組のコネクティングロッド４に伝達し、１本のクランク軸５ｂに回転力を与える基本構造である。
【００１７】  シリンダーエリア１ｘと、クランクエリア５ｘは、Ａ列およびＢ列の両ピストンロッド気密装置２ｅにより隔離する。クロスヘッド３の両端には、エンジン架台６に固定されたスラストガイド３ａ上を摺動するスラストシュー３ｂがあり、コネクティングロッド４により発生する横方向スラストを受ける。１組のクロスヘッド３には、１組のコネクティングロッド４が連結されていて、１組のクランクアーム５ａを介して、１本のクランク軸５ｂに回転力を与える。クランク軸５ｂの回転方向は右回転でも左回転でもよい。
【００１８】  Ａ列シリンダー１ｂの下部には排気孔８ａが、そしてＢ列シリンダー１ｂの下部には給気孔７ａが設けられていて、Ａ列シリンダーの排気孔８ａは、Ａ列ピストン２ａおよびピストンスカート２ｂ、およびＢ列シリンダーの給気孔は、Ｂ列ピストン２ａおよびピストンスカート２ｂにより、エンジン行程に同期して開閉される。そして、燃焼ガスを掃気する空気は、Ｂ列シリンダーの給気孔７ａから供給され、Ｂ列シリンダー１ｂと燃焼室連結器１ｃを経由してＡ列シリンダー１ｂに至り、これらの部分を横断的に掃気し、Ａ列シリンダーの排気孔８ａから、シリンダー１ｂの外部に排出される。Ａ列シリンダーとＢ列シリンダーの流路を逆にして製作することも可能である。
【００１９】  Ｂ列シリンダー１ｂには、給気ダクト７が設けられており、予混合燃料供給弁１５ｂが設置されている。予混合燃料は、給気孔７ａからまずＢ列シリンダー１ｂ内に供給され、燃焼室連結器１ｃを経て、Ａ列シリンダー１ｂにも供給される。拡散燃焼させる燃料をシリンダー１ｂ内に供給する拡散燃料噴射弁１４ｂは、Ａ列またはＢ列のシリンダーや燃焼室連結器１ｃにそれぞれ、あるいはどちらかに、そのエンジンに必要な数を設置できる。
【００２０】  Ａ列とＢ列の両シリンダー１ｂを、燃焼室連結器１ｃで連結して、これらを１個の燃焼室と看做して使用できる。予混合燃焼させる燃料（例：天然ガス）は、給気ダクト７に設置した予混合燃料供給弁１５ｂから、給気弁９を経て、両シリンダー１ｂと燃焼室連結器１ｃに供給される。拡散燃料は、拡散燃料噴射弁１４ｂにより、シリンダー１ｂ内に噴射して自然発火で燃焼させる。予混合燃料の着火は、独自の適当な着火装置を備えることもできるし、この拡散燃料の自発火炎をパイロット炎として利用することもできる。
【００２１】  拡散燃料の噴射は、Ａ列とＢ列の両燃焼室および燃焼室連結器１ｃを１個の燃焼室と看做して、ピストン頂面に水平な方向に噴射できるので、従来の１個のシリンダーの場合に比べて、燃料の噴霧範囲が広くなり、燃焼改善に寄与できる。このピストン頂面の水平方向に噴射される拡散燃焼の燃料の噴射圧力、噴射角度、噴射流長さ等は、燃料の性状などに応じて自由に選択できる。
【００２２】  また、このピストン頂面に水平方向に拡散燃料を噴霧することにより、ピストン頂部には、従来のような深い凹み部を設ける必要が無くなるので、ピストンの冷却改善や熱変形防止に寄与できる。また、このピストン頂部の凹み部に、燃焼残渣物が堆積するのを防止できるので、燃焼残渣物の異常な自然発火などを回避できるので、予混合燃料の過早着火やノッキングの抑制や回避に寄与できる。
【００２３】  クロスヘッド３には、テレスコピック型潤滑油供給装置２ｆを装置している。外部に設置した潤滑油ポンプより当該装置２ｆに供給されたピストン冷却用潤滑油は、クロスヘッド３の内部の油穴から、両ピストンロッド２ｄ内の油穴を経由して、ピストン２ａの内部に供給される。ピストン２ａを冷却した潤滑油は、ピストンロッドの戻り油穴から、クランクエリア５ｘに戻る。テレスコピック方式に代えて、スイングレバー方式も採用できる。
【００２４】  前記のテレスコピック潤滑油供給装置２ｆにより、ピストンロッド２ｄを経てピストンクラウン２ａには冷却に十分な潤滑油が供給されるので、ピストンクラウン２ａの表面温度が低下して、予混合燃料における過早着火やノッキングの抑制や回避に寄与できる。
【００２５】  ミラーサイクルを行う場合は、シリンダー頂部に１個以上で構成される圧縮圧力調節弁１１を設置する。この圧縮圧力調節弁１１は、調節装置５７により自動制御される。この圧縮圧力調整弁は、予混合燃料供給弁１５ｂから供給されるガス燃料が、エンジン外部に漏洩（メタンスリップ）することを防止する観点より、なるべく予混合燃料供給弁１５ｂから遠い位置に設置するのが望ましい。
【００２６】  図１の（２）排気掃気行程例に、排気掃気行程の一般的な事例を示す。排気孔８ａの開閉時期は、Ａ列シリンダー１ｂに設けたこの排気孔８ａの位置と孔の大きさにより固定される。圧縮圧調節弁１１は、そのエンジンに求められる圧縮圧力に応じて自由に設定できる。拡散燃料噴射弁１４ｂの開閉時期は、そのエンジンの必要に応じて、自由に設定できる。
【００２７】  図１の（３）給気圧縮行程例に、給気圧縮行程の一般的な事例を示す。Ｂ列シリンダーの掃気孔７ａの開閉時期は、シリンダー１ｂに設けた掃気孔７ａの位置と孔の大きさにより固定される。予混合燃料供給弁１５ｂの開閉時期は、そのエンジンの必要に応じて、自由に設定できる。
【００２８】  図２に、この構造の平面的な概念を示す。この図では、例示的にＡ列４シリンダーと、Ｂ列４シリンダーの、合計８シリンダーのエンジンの場合を示しているが、２シリンダー単位でシリンダー総数は自由に選択できる。また、この図では、カム軸を備える場合を示しており、クランクシャフト５ｂの中央部からカム軸駆動動力を取り出しているが、カム軸駆動動力の取り出しは、フライホイール５ｇ側でも、または、フライホイール５ｇの反対側でも自由に選択できるのは、従来のエンジンと同様である。
【符号の説明】
【００２９】      １ｂ        シリンダー
１ｃ        燃焼室連結器
１ｘ        シリンダーエリア
２ａ        ピストン
２ｄ        ピストンロッド
２ｅ        ピストンロッド気密装置
２ｆ        テレスコピック潤滑油供給装置
３ａ        スラストガイド
３ｂ        スラストシュー
３ｃ        クロスヘッドピン
４          コネクティングロッド
５ａ        クランクアーム
５ｂ        クランク軸
５ｃ        クランクピン
５ｇ        フライホイール
５ｉ        カム軸駆動装置
５ｘ        クランクエリア
６          エンジン架台
７          給気ダクト
７ａ        給気孔
７ｍ        給気集合管
８          排気ダクト
８ａ        排気孔
１１          圧縮圧力調節弁
１４ｂ        拡散燃料供給弁
１５ｂ        予混合燃料噴射弁
５７          調節装置
【図１】
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【図２】
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