(57)【要約】【課題】エンジン上部に設置されている排気弁を使用した排気行程だけでは、４ストロークエンジンの排気ガスの温度差による弁別回収は、構造的に困難である。また、従来のエンジン構造は、燃焼残渣物がシリンダー内に残留し易く、これらが予混合燃焼時の過早着火やノッキングの原因になっている。【解決手段】同じエンジン行程を行う２組のシリンダー１ｂを連結して、従来の排気弁による排気行程に加えて、一方のシリンダー１ｂと、他方のシリンダー１ｂとを、直列接続して横断的に掃気を行い、排気ガスを温度により弁別回収する。また、同時にこの横断掃気の給気により、燃焼室内部の冷却や、燃焼残渣物のエンジン外部への排出を促進し、過早着火やノッキングの発生を抑制または回避する。また、従来の排気弁が高温になることに起因する使用材料や整備間隔の問題も併せて解決するエンジンの構造を提供する。【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）において、一方のシリンダー１ｂの下部（例えば、Ａ列シリンダー１ｂの下部）に設けた高温排気孔８ａＨと、他方のシリンダー１ｂの下部（例えば、Ｂ列シリンダー１ｂの下部）に設けた給気孔７ａと、この高温排気孔８ａＨを開閉するピストン２ａおよびピストンスカート２ｂと、この給気孔７ａを開閉するピストン２ａおよびストンスカート２ｂと、を備え、相対的に高温度な排気ガス（以下、高温排気ガスという）と、相対的に低温度な排気ガス（以下、低温排気ガスという）を弁別して排気することを特徴とするエンジン。
【請求項２】
前記の高温排気ガスと、低温排気ガスの弁別のため、高温排気ダクト８Ｈ内に設置した高温排気ガスの瞬時温度を検出する瞬時温度センサー６１ａと、高温排気ガスの瞬時流速を検出する瞬時流速センサー６１ｃで計測した各信号を、排気ガスを掃気するために供給する空気量を調節するダンパー５６の開度調節装置５７に与えて、この掃気用空気の供給量を調節することにより、弁別する高温排気ガスの温度と流量を調節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】
前記の高温排気ガスと、低温排気ガスを弁別することにより、高温排気ガスは、過給機（タービン）１２Ｔに供給するが、低温排気ガスは、過給機（タービン）１２Ｔをバイパスすることを特徴とする請求項１および請求項２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、同じエンジン行程で運転する２組のシリンダー群で構成される４ストローク往復動エンジンの排気行程に、横断的な掃気行程を付与して、その掃気行程により、高温排気ガスと低温排気ガスを弁別して、高温排気ガスは、一方のシリンダー下部（例えば、Ａ列シリンダの下部）に設けた高温排気孔８ａＨから、また、低温排気ガスは、シリンダー上部に設けた排気弁１０から、それぞれシリンダーの外部に排出するエンジンの構造と制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  排気ガス温度の高低により、排気ガスを弁別して過給機に供給することは、過給機を小型化したり、過給機の効率やエンジンの総合効率を高めたりできるが、その温度の異なる排気ガスを、毎サイクルのエンジン行程に同期してシリンダーの外部に排出することは、従来のエンジンでは構造の問題や、制御の問題があり実現されていない。【０００３】  また、従来の往復動エンジンでは、高温排気ガスと、低温排気ガスを弁別しないで、全て同一の排気ダクトに排出して混合するため、環境対策の目的で排気ガスを外部で処理する場合は、高温排気ガスも低温排気ガスも一緒に処理している。【０００４】  また、従来の往復動エンジンでは、相対的にＮＯｘ濃度が高い高温排気ガスと、相対的にＮＯｘ濃度の低い低温排気ガスを弁別できないので、この両者を混合した状態でエンジンから排出している。【０００５】  また、従来のエンジン頂部に排気弁のみを設置して、排気ガスをエンジン外部に排出する方式では、燃焼室を構成する部品であるピストン、シリンダーライナー、シリンダーヘッドおよび弁類の中では、排気弁が最も高温になるが、排気弁はエンジン運転中は常時上下に動いているため、排気弁本体の冷却には自ずと限度があり、排気弁の機械的強度を維持するために高級な耐熱合金を使用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１７−１８６９９９
【特許文献２】ＷＯ／２０１４／０５４６０７  Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  従来の単シリンダー毎に個々のサイクルを行う方式では、エンジンの排気行程時に、シリンダーの頂部に設けた排気弁より、燃焼で発生した全ての燃焼ガスをエンジン外部に排出するが、この方式で排気ガスを温度の高低に基づき弁別する場合は、エンジンの毎排気行程の都度、排気ガスを弁別して排気することが必要になり、排気弁や排気ダクトの構造の複雑化や耐久性の問題や、制御機能上の問題がある。【０００８】  また、従来のエンジンでは、燃焼室を構成する部品であるピストン、シリンダーライナー、シリンダーヘッドおよび弁類の中では、排気弁表面が最も高温になり、且つ、排気弁はエンジン稼働中には常時上下に動いているため、排気弁本体の冷却には自ずと限度があり高温になるので、排気弁の機械的強度を維持するために、高級な耐熱合金を使用する問題がある。また、高温腐食や低温腐食を抑制するため、高級な耐腐食合金を使用する問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  そこで、本発明は、エンジン行程を同期させた２組のシリンダー１ｂを、並列して設置できるようエンジン構造を変更し、この２組のシリンダー１ｂを、燃焼室連結器１ｃで結合し、同じシリンダーのように使用することで、これらの問題を解決する。即ち、本発明は、一方のシリンダー１ｂの下部（例えば、Ａ列シリンダー１ｂの下部）には高温排気ガスを排出する高温排気孔８ａＨを、また他方のシリンダーの下部（例えば、Ｂ列シリンダー１ｂの下部）には給気孔７ａを新たに設けて、この両シリンダー１ｂを燃焼室連結器１ｃにより連結し、従来の排気弁による排気行程の直前に、この給気孔７ａと高温排気孔８ａＨの間を、横断的に掃気することにより問題を解決する。【００１０】  また、本発明では、排気ガスの温度による弁別は、高温排気孔８ａＨから高温排気ガスダクト８Ｈに排出される高温排気ガスの瞬時流量と瞬時流速を、高温排気ダクト８Ｈ内に設置した各センサーで計測して、この信号により、給気ダクト７からエンジンに供給される給気量をダンパー５６で調節することにより問題を解決する。
【発明の効果】
【００１１】  本発明により、排気ガスの温度による弁別を行うことが可能になり、過給機（タービン）１２Ｔに流入する排気ガスを、高温排気ガスに限定できるので、過給機の小型化や高効率化が可能となる。また、その結果、エンジン全体の効率を高めることが可能となる。【００１２】  本発明により、エンジンの排気行程の初期に、高温の燃焼ガスを、排気弁１０を通過させずに、排気孔８ａＨよりシリンダー１ｂの外部に排出できるので、排気弁１０の表面最高温度を、概ね摂氏５００度程度に下げることが可能となる。この結果、排気弁の材質に高級な耐熱合金を使用することを回避できる。また、従来のエンジンでは、排気弁１０が高温になるため、使用する燃料の性状によっては高温腐食が発生するが、本発明により排気弁１０の表面温度が前記のように低くなるので、この高温腐食の発生を抑制あるいは回避できるので、高級な耐腐食合金の使用を回避できる。【００１３】  また、本発明により、ガス燃料の予混合燃焼を行う場合において、ピストン２ａと、ピストンリング２ｃと、シリンダー１ｂに囲まれた空間に滞留した未燃焼のガス状燃料を、両ピストン２ａが、排気孔８ａＨや給気孔７ａを開口した時に、シリンダー１ｂ内から高温の排気ガスや燃焼残渣物が、排気孔８ａＨや給気孔７ａから噴出することを利用して、この部分に残留している未燃焼のガス状燃料を燃焼させることができるので、未燃焼のガス燃料が大気へ漏洩（メタンスリップ）することを抑制あるいは回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】  実施形態を示すエンジン構造とステム構成の概念を示す。但し、クランクエリア側の構造は、本発明に直接関係しないので記載を省略してある。
【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、この断面的な構造とシステム構成の概念を示す。従来の排気弁１０に加えて、一方のシリンダー１ｂの下部（例えば、Ａ列シリンダー１ｂの下部）に高温排気孔８ａＨと、他方のシリンダー１ｂの下部（例えば、Ｂ列シリンダー１ｂの下部）に給気孔７ａを設け、両シリンダーを横断的に掃気することにより、高温排気ガスは、高温排気ダクト８Ｈから排気集合管８ｍＨに排出され、過給機（タービン）１２Ｔに供給される。一方、低温排気ガスは、前記の横断掃気の終了後に、通常の４ストロークエンジンにおける排気行程により、排気弁１０から低温排気ダクト８Ｌを経て、過給機（タービン）１２Ｔをバイパスして、エンジン外部に排出される基本構造である。
【００１７】  Ａ列およびＢ列のピストン２ａが下死点（以下、ＢＤＣという）付近にあり、高温排気孔８ａＨ、並びに給気孔７ａを塞いでいる時以外は、これらのピストン２ａに固定されているピストンスカート２ｂが、この高温排気孔８ａＨや給気孔７ａを塞いで、排気ガスや給気がシリンダーエリア１ｘ内に流入するのを防止する。
【００１８】  Ａ列シリンダーとＢ列シリンダーは、両シリンダー１ｂの上部を燃焼室連結器１ｃで連結されている。Ａ列ピストン２ａが下降して、ＢＣＤ付近で高温排気孔８ａＨが開口し、高温排気ガスが高温排気ダクト８へ噴出する。その時同時に、Ｂ列ピストン２ａは、給気孔７ａを開口するので、Ｂ列シリンダーからＡ列シリンダーに掃気が横断的に流れて、高温排気ガスを、高温排気ダクト８に排出する。排出された高温排気ガスは、高温排気集合管８ｍＨを経て、過給機（タービン）１２Ｔに供給される。
【００１９】  前記の横断掃気が完了した後、通常の４ストロークエンジンの排気行程が行われて、Ａ列シリンダー１ｂおよびＢ列シリンダー１ｂの内部に残っている低温排気ガスや、これに混入している掃気は、両ピストン２ａにより排気弁１０を経て低温排気ダクト８Ｌに押し出される。この低温排気ガスは、過給機（タービン）１２Ｔをバイパスするので、過給機（タービン）１２Ｔには、高温排気ガスのみが供給される。なお、図１では、説明の便宜上、排気弁は１箇所として記載してあるが、それぞれの排気面積の必要に応じて、燃焼室連結器１ｃや、シリンダー１ｂ頂部に、物理的に可能な範囲で何個でも設置できる。
【００２０】  高温排気ガスが、高温排気孔８ａＨから高温排気ダクト８Ｈに流入する時に、この排気ガスの瞬時温度と瞬時流速を、高温排気ダクト８Ｈ内に設置した瞬時温度センサー６１ａと、瞬時流速センサー６１ｃで計測し、その信号を、低温排気ダクト８Ｌ内に設置したダンパー５６の開度を調整する調節装置５７に送信して、高温排気ガスが、所定の温度で所定の量だけ高温排気ダクト８Ｈに流れ込むように、給気ダクト７に設けたダンパー５６で自動的に調節する。
【００２１】  前記のダンパー調節装置５７の実際の運用においては、高温排気ガスの瞬時温度と瞬時流速は、エンジンの工場試運転時などでこれらのデータとその他この制御に関係するエンジンデータを予め計測記録しておき、実際のエンジン運転時には、これらのデータを使用した予測制御でダンパー５６の調節を行うことが可能となる。この結果、実際の運転時には、エンジンの毎行程の度に、この高温排気ガスの瞬時温度や、瞬時流速の計測を省略できるので、これらのセンサーの保守管理が容易となる。また、給気孔７ａや、高温排気孔８ａＨの開口面積を、予め適切に設計製作することで、ダンパー５６の調節を、エンジンの毎行程の度に頻繁に行わない簡便な方法で、排気ガスの温度弁別を行う方法も採用可能である。
【００２２】  エンジンの頂部には、過給機（ブロワー）１２Ｂより、給気ダクト７を経て給気が供給され、吸気弁９により、シリンダー１ｂ内に供給される。なお、図１では、説明の便宜上、吸気弁９は１個として記載してあるが、吸気弁９は、必要に応じて物理的に可能な範囲で何個でも設置できる。また、図１では、説明の便宜上、吸気孔７ａと高温排気孔８ａＨは、それぞれ左右に１箇所として記載してあるが、所用な給気面積や排気面積に応じて、シリンダーの周囲に物理的に可能な範囲で、何個でもまた何段でも設置できる。
【００２３】  高温排気孔８ａＨの開閉時期は、この高温排気孔８ａＨのシリンダー１ｂ上の位置と孔の大きさにより固定される。同じく、掃気孔７ａの開閉時期も、その位置と孔の大きさにより固定される。高温排気ガスの高温ダクト８Ｈへの排出量は、前記の通り、給気ダクト７に設置したダンパー５６の開度により、掃気空気量を調節することで行われる。吸気弁９や排気弁１０の開閉時期は、通常の４ストロークエンジンと同様に設定できる。
【符号の説明】
【００２４】      １ｂ        シリンダー
１ｘ        シリンダーエリア
２ａ        ピストン
２ｂ        ピストンスカート
２ｃ        ピストンリング
２ｄ        ピストンロッド
２ｅ        ピストンロッド気密装置
３ａ        クロスヘッド
６          エンジン架台
７          給気ダクト
７ａ        給気孔
７ｍ        給気集合管
８Ｈ        高温排気ダクト
８Ｌ        低温排気ダクト
８ａＨ      高温排気孔
８ｍＨ      高温排気集合管
９          吸入弁
１０          排気弁
１２Ｔ        過給機（タービン）
１２Ｂ        過給機（ブロワー）
１２ｃ        空気冷却器
５６          ダンパー
５７          ダンパー調節装置
６１ａ        瞬時温度計測センサー
６１ｃ        瞬時流速計測センサー
６１ｅ        クランク角度信号
【図１】
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