(57)【要約】【課題】エンジン頂部に排気弁を設置した従来の方式では、排気ガス温度の高低により排気ガスを弁別するのは、構造的にも制御的にも難しい。特に、高温の排気ガスに晒され、常時上下運動を繰り返す排気弁をエンジン行程毎に操作するのは、その耐久性の問題もある。【解決手段】従来の頂上排気弁方式に代えて、シリンダー上部に給気弁９と、シリンダー１ｂの下部に高温排気孔８ａＨと、低温排気孔８ａＬを設けて、高温排気ガスと低温排気ガスを弁別し、高温排気ダクト８Ｈと低温排気ダクト８Ｌで回収する。また、高温排気ダクト８Ｈの内部に、高温排気ガスの瞬時温度と、瞬時流量を計測するセンサーを設けて、この信号により、低温排気ダクト８Ｌ内に設置したダンパーを操作することにより低温排気ガスの流量を制御し、同時に、高温排気ダクトを流れる高温排気ガスの温度と流量を制御することができ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】
エンジン上部に給気弁９と、シリンダー１ｂの下部に、相対的に温度の高い排気ガス（以下、高温排気ガスという）を流す高温排気孔８ａＨと、その下方に相対的に温度の低い排気ガス（以下、低温排気ガスという）を流す低温排気孔８ａＬと、エンジン行程に同期して、これらの高温排気孔８ａＨと低温排気孔８ａＬを開閉する機能を備えた高温排気ガスと低温排気ガスを弁別する構造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に、高温排気ダクト８Ｈ内に、高温排気ガスの温度を検出する瞬時温度センサー６１ａと、高温ガスの流速を検出する瞬時流速センサー６１ｃを設置し、その信号を、低温排気ガス量を調節するダンパー５６の開度を調節するダンパー調節装置５７に送信して、低温排気ダクト８Ｌを流れる低温排気ガスの流量を調節することにより、高温排気ダクト８Ｈに流れ込む高温排気ガスの温度と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】
前記により、高温排気ガスと、低温排気ガスを弁別した後、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には供給しないことにより、過給機（タービン）１２Ｔに供給する高温排気ガスの温度と量を調節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、２ストローク往復動エンジンの排気ガスを、高温排気ガスと、低温排気ガスに弁別して、その排気ガスを、エンジンのシリンダー１ｂに設けた排気孔より、シリンダー１ｂ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れば、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ることができるが、その温度の異なる排気ガスを、エンジン行程に同期して、シリンダーの外に排出することは、従来のエンジンでは構造上の問題や、制御上の問題があり実用化されていない。【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全て混合して、同一の排気ダクトに排出するため、環境対策の目的で外部ＥＧＲを使用する場合は、高温排気ガスも冷却処理することになるので、外部ＥＧＲ装置の冷却装置が大きくなる。【０００４】  また、従来の往復動エンジンでは、環境対策上、燃焼により発生したＮＯｘを処理することが求められる場合があるが、相対的にＮＯｘ濃度が高い高温排気ガスとＮＯｘ濃度の低い低温排気ガスを混合しているので、合理的な処理が行えない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＷＯ／２０１４／０５４６０７  Ａ１
【特許文献２】特開２０１７−１８６９９９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  従来は、エンジン上部に排気弁を装置し、シリンダーの下部に設けた掃気孔よりこの排気弁の方向に、シリンダーの下部から上部の方向に燃焼ガスや給気を流す方式（通称ユニフロ方式、以下、頂上排気弁方式という）であるが、この方式では、排気弁を通過する燃焼ガスを、エンジンの毎排気行程の都度、排気ガスの温度を検出して弁別し、その温度の異なる排気ガスを、それぞれ異なる排気ダクトに送出することは、排気弁構造の複雑化や耐久性などの問題および制御機能上の問題がある。【０００７】  また、従来の頂上排気弁方式で、燃料に天然ガスなどを使用した予混合燃焼を行う場合は、エンジン行程に同期して、掃気や燃焼に使用する空気や燃料の天然ガスなど
（２）
を、シリンダー内に供給するための制御が必要になるが、更に排気ガスを温度に応じて弁別する場合、この空気や天然ガスの供給タイミングも考慮して、排気ガスの弁別制御を行うことになるので、制御が非常に複雑になり、実用的ではない。【０００８】  また、従来の頂上排気弁方式では、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、燃焼室を構成する部品であるピストンヘッド、シリンダーライナーおよびシリンダーヘッドの中では排気弁表面が最も高温になり、排気弁の機械的強度を維持する目的で、高級な耐熱合金を使用するため経済的な問題を生じている。また、前記の高温腐食や低温腐食を抑制する目的でニッケルなどの高級な耐腐食合金を使用ため経済的な問題を生じている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  そこで、本発明は、従来の頂部排気弁方式を、シリンダー頂部に給気弁９を設置する方式（以下、頂部給気弁方式という）に変更して、これらの問題を解決するものである。即ち、本発明では、シリンダーの頂部に設けた給気弁９により、シリンダー１ｂの上部から下部の、従来とは逆の方向に燃焼ガスや給気を流し、燃焼ガスはシリンダー１ｂの下部に設置した排気孔８ａから、シリンダーの外部に排出するエンジン構造とすることで、これらの問題を解決する。【００１０】  また、本発明では、排気ガスの弁別は、高温排気孔８ａＨから高温排気ガスダクト８Ｈに流れ込む高温排気ガスの瞬時温度と瞬時流速を、高温排気ダクト８Ｈ内に設置したセンサーで計測把握し、この信号により、低温排気ダクト８Ｌ内を流れる低温排気ガスの流量を、低温排気ガスダクト８Ｌ内に設置したダンパー５６で調節することにより、これらの問題を解決する。
【発明の効果】
【００１１】  本発明は、エンジン上部に給気弁９を装置する頂部給気弁方式にすることにより、排気ガス弁別のための排気孔８ａＨと、排気孔８ａＬをシリンダー１ｂの下部に設置できるので、従来の頂上排気弁方式よりは構造上の自由度が高く、排気ダクトが設置し易い。また、排気ガスの弁別には、従来の排気弁のように可動部分がないので、エンジンの構造を簡素化でき、耐久性も高められる。【００１２】  また、本発明は、高温排気ガスの温度と流量の調節は、低温排気ダクト内に設置したダンパーにより行うので、高温部分に可動部分がある装置の設置を回避できるので、装置の耐久性を高められる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】  図１の（１）は、本発明の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。また、この補足説明のため、（２）膨張排気行程例および（３）給気圧縮行程例を示す。
【図２】  ピストンクラウン２ａの行程位置と、各排気孔の開閉の関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】  以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
【００１５】  図１にこの構造の概念を示す。従来の排気弁を給気弁９に変更し、燃焼ガスや空気は、シリンダー１ｂの上部から下部の方向に流し、排気ガスは、高温排気孔８ａＨおよび低温排気孔８ａＬから、シリンダー１ｂの外部に排出する構造である。
【００１６】  ピストンクラウン２ａが下死点（以下、ＢＤＣという）付近にあり、高温排気孔８ａＨや、低温排気孔８ａＬを開口している時以外は、ピストンクラウン２ａと、ピストンスカート２ｇが、高温排気孔８ａＨや低温排気孔８ａＬを閉口し、排気ガスがシリンダー１ｂ内へ逆流するのを防止する。
【００１７】  ピストンクラウン２ａが下降して、ＢＤＣ付近でまず高温排気孔８ａＨが開口し、高温排気ガスが高温排気ダクト８Ｈへ排出される。その後、更にピストンクラウン２ａが下降して低温排気孔８ａＬが開口し、低温排気ガスが低温排気ダクト８Ｌに排出される。ピストンクラウン２ａが、高温排気孔８ａＨを全開した状態を図２の（１）に示す。また、ピストンクラウン２ａがＢＤＣ位置に来て、高温排気孔８ａＨに加えて、低温排気孔８ａＬも全開した状態を図２の（２）に示す。
【００１８】  高温排気孔８ａＨから高温排気ダクト８Ｈに流入する高温排気ガスの温度と量を、高温排気ダクト８Ｈ内の瞬時温度センサー６１ａと、瞬時流速センサー６１ｃと、で計測し、その信号で、低温排気ガスの量をダンパー５６で調節することにより、高温排気ガスとして回収する温度と量を調節する。例えば、瞬時温度センサー６１ａにより検出した高温排気ガスの瞬時温度が、ある設定値以下で、且つ、瞬時流速センサー６１ｃにより検出した高温排気ガスの瞬時流速が、ある設定値以上の場合は、低温排気ガスの流量を増加させ、高温排気ガスの回収量を制限する。
【００１９】  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において、これらのデータとその他の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の調節を行い、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行なわない調節方法の適用も可能である。
【００２０】  また、高温排気口８ａＨや低温排気孔８ａＬの開口位置や面積を、予め設計製作することで、高温排気ガスの瞬時温度や瞬時流速の計測把握を、エンジンの毎行程の度に行わない簡便な方法で、排気ガスの温度による弁別を行う方法も適用できる。また、必要があれば、高温排気ダクト８Ｈと低温排気ダクト８Ｌのシリンダー１ｂへの設置位置を、上下に移動できるように製作して、排気ガス回収のための最良の排気孔位置に、これら両ダクトを配置する方法も適用できる。
【００２１】  ピストンクラウン２ａが上昇する場合は、下降時とは逆に、ピストンクラウン２ａやピストンスカート２ｂが、順次、低温排気口８ａＬや、高温排気孔８ａＨを閉口して、排気ガスがシリンダー１ｂ側に逆流するのを防止する。
【００２２】  舶用低速エンジンのように、ストローク／シリンダー内径比の大きいロングストロークのエンジンでは、ピストンクラウン２ａに固定されたピストンスカート方式を採用することは、事実上不可能なので、ピストンクラウン２ａからピストンスカート部分を切り離して、エンジン行程で同期して、高温排気孔８ａＨおよび低温排気孔８ａＬを開閉する浮動式のピストンスカート方式を採用することや、排気ガス逆止弁方式を採用することにより、この問題を解決する。なお、この浮動式ピストンスカート方式や、排気ガス逆止弁方式については、別途、特許申請されているので、ここではその詳しい説明を割愛する。
【００２３】  シリンダー１ｂの頂部には、外部から給気を導入する給気ダクト７を設け、この給気のシリンダー１ｂ内への供給は、自動で開閉される給気弁９により行う。図１では説明の便宜上、給気弁９は１個として記載してあるが、給気弁９は必要に応じて、構造上可能であれば何個でも設置してよい。また、図１および図２では、説明の便宜上、高温排気孔８ａＨおよび低温排気孔８ａＬは、それぞれ左右に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、シリンダーの周囲に何個でも、また何段でも設置してよい。また、高温排気孔８ａＨ及び低温排気孔８ａＬは、それぞれを上下に仕切っている部分を無くし、同じ１個の排気孔として製作してもよい。
【００２４】  図２の（２）に、ピストンがＢＤＣ位置の時の状態を示す。ピストンクラウン２ａが、この位置を超えて上昇すれば、まずシリンダー１ｂに設けられた低温排気孔８ａＬ、続いて高温排気孔８ａＨが、ピストンスカート２ｂにより自動的に閉口され、排気ガスがシリンダー側に逆流するのを防止する。
【００２５】  図１の（２）に、排気掃気行程の一般的な事例を示す。高温排気孔８ａＨの開口開始時期は、シリンダー１ｂに設けたこの高温排気孔８ａＨの位置により固定されるが、実際の高温排気ガスの高温排気ダクト８Ｈへの排出温度と、排出量（＝回収量）は、低温排気ガスの流量を調節することで、間接的に制御、調節される。
【００２６】  図１の（３）に給気圧縮行程の一般的な事例を示す。低温排気孔８ａＬの閉口終了時期は、シリンダー１ｂに設けた低温排気孔８ａＬの位置により固定されるが、この低温排気孔８ａＬを流れる排気ガスの温度と量は、前記の通り、高温排気孔８ａＨから高温排気ダクト８Ｈに流れ込む高温排気ガスの温度と流量、並びに給気弁９の閉弁時期により調節できる。また、給気弁９の開閉時期の設定は、そのエンジンに求められる給気圧縮行程の状況に応じて設定される。
【符号の説明】
【００２７】  １ｂ        シリンダー
２ａ        ピストンクラウン
２ｂ        ピストンスカート
４          クランク連結装置
６          エンジン架台
７          給気ダクト
８Ｈ        高温排気ダクト
８Ｌ        低温排気ダクト
８ａＨ      高温排気孔
８ａＬ      低温排気孔
８ｍＨ      高温排気ガス集合管
８ｍＬ      低温排気ガス集合管
９          給気弁
９ａ        旋回付与羽根
１２Ｔ        過給機（タービン）
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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【図２】
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