(57)【要約】【課題】簡単な構造で過給機の軸回転力を利用するとともに、吸気温度を下げることを可能とし、通常よりも吸入空気温度が高い場合でも効率を低下させること無く運転することを可能にし得る過給式エンジンの吸気冷却装置を提供する。【解決手段】過給機１６により圧縮され高温になった吸気１０を冷却する第一の熱交換器２２と、冷媒２６を圧縮する冷媒用コンプレッサ２７と、冷媒用コンプレッサ２７の下流で冷媒２６を液化する冷媒液化用熱交換器２９と、冷媒液化用熱交換器２９の下流で液化された冷媒２６を気化する膨張器３０と、膨張器３０の下流で気化した冷媒２６と第一の熱交換器２２で冷却された吸気１０の熱交換を行う第二の熱交換器３１とを備え、冷媒用コンプレッサ２７を過給機１６の軸に接続し、過給機１６の軸回転力を冷媒用コンプレッサ２７に伝達し得るように構成する。【選択図】図２
2019007427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機により圧縮され高温になった吸気を冷却する第一の熱交換器と、
冷媒を圧縮する冷媒用コンプレッサと、
該冷媒用コンプレッサの下流で冷媒を液化する冷媒液化用熱交換器と、
該冷媒液化用熱交換器の下流で液化された冷媒を気化する膨張器と、
該膨張器の下流で気化した冷媒と第一の熱交換器で冷却された吸気の熱交換を行う第二の熱交換器とを備え、
前記冷媒用コンプレッサを前記過給機の軸に接続し、前記過給機の軸回転力を前記冷媒用コンプレッサに伝達し得るように構成したことを特徴とする過給式エンジンの吸気冷却装置。
【請求項２】
前記過給機から前記冷媒用コンプレッサに伝わる回転数を減少させる減速機を備え、
該減速機を介して前記過給機の軸と前記冷媒用コンプレッサの軸を接続するように構成したことを特徴とする請求項１記載の過給式エンジンの吸気冷却装置。
【請求項３】
前記冷媒用コンプレッサは、リショルム式のコンプレッサであることを特徴とする請求項２記載の過給式エンジンの吸気冷却装置。
【請求項４】
前記冷媒用コンプレッサは、ルーツ式のコンプレッサであることを特徴とする請求項２記載の過給式エンジンの吸気冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給式エンジンの吸気冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、過給式エンジンは、燃焼用の空気を吸い込む過給機を備え、過給機のコンプレッサの下流側には熱交換器を配置して吸込空気を冷媒との熱交換により冷却及び凝縮し、その後、吸込空気をシリンダ内へ供給するようになっている。
【０００３】
図５は、一般的な２ストロークエンジンの形状を示すものであり、図６は、一般的な過給式エンジンの吸排気系統を示すものである。
【０００４】
エンジン１は、筒状のライナ２、そのライナ２の外周の段部を上部壁３ａ中央の開口部に係合して保持する外衣３、外衣３の図５において右側に開口する開口部３ｂに装着される掃気溜４、ライナ２の上面に装着される中空状のシリンダ蓋５を備える。さらに、エンジン１は、シリンダ蓋５の中央の開口部に上方から装着される排気弁筐６を備える。
【０００５】
ライナ２の中空部（内周）には円柱状のピストン７が上下移動可能に嵌合される。ピストン７は、下方に延びるピストン棒８が外衣３の下方内側に設けた鍔部３ｃの中央に装着されるスタッフィングボックス９に保持されることで、ライナ２及び外衣３に保持される。外衣３の開口部３ｂに連なる中空部３ｄに臨んで、ライナ２の側壁には複数の掃気ポート２ａが形成される。掃気ポート２ａは、ピストン７が下死点にある状態で、外衣３の中空部３ｄからライナ２の内部に吸気１０を取り入れるようになっている。
【０００６】
排気弁筐６には、燃焼室１１に開口する底部から斜め上方に向かう排気通路６ａが形成される。また、排気弁筐６には、下端部に排気弁１２を有する排気弁棒１３が上下動自在に軸支される。排気弁１２は、燃焼室１１と排気通路６ａを開閉する。排気弁棒１３は、排気弁駆動部１４によって上下し、排気弁１２により燃焼室１１と排気通路６ａを開閉する。そして、排気弁筐６は、排気ガス流路１５を介して過給機１６のタービン１７と接続されている。
【０００７】
過給機１６においては、タービン１７とコンプレッサ１８とが軸で直結されている。コンプレッサ１８には、外部から空気１９を取り入れる空気流路２０と、コンプレッサ１８で圧縮した空気１９を送り込む圧縮空気流路２１とが接続され、圧縮空気流路２１は、吸気を冷却する熱交換器２２に接続されている。熱交換器２２は、外衣３に取り付けられた掃気溜４の内部に取り付けられている。
【０００８】
次に、このような構成のエンジン１の動作を説明する。
【０００９】
ディーゼル機関の場合、ライナ２内を下死点から上死点に向けて移動するピストン７により圧縮された空気に燃料を噴射することで、燃焼（爆発）させる。この爆発により、ピストン７は上死点から下死点に向けて移動する。このようにして、ピストン７が１往復（２行程＝２ストローク）することで、１周期の動作が終了する。
【００１０】
また、ガソリンエンジンやガスエンジンといったオットー機関の場合は、ライナ２内を下死点から上死点に向けて移動するピストン７により圧縮された混合気に着火することで混合気を燃焼（爆発）させる。この爆発により、ピストン７は上死点から下死点に向けて移動する。このようにして、ピストン７が１往復（２行程＝２ストローク）することで、１周期の動作が終了する。
【００１１】
排気ガス２３は、排気弁棒１３の開時に排気弁筐６を通り、さらに排気主管２４から排気ガス流路１５を通ってタービン１７を駆動し、外部に排出される。尚、図５には、ユニフロー式の２ストロークエンジンが図示されているが、掃気の方式はユニフロー式に限定されるものではなく、横断掃気式やループ掃気式であってもよい。
【００１２】
そして、タービン１７はコンプレッサ１８と直結しているので、タービン１７の駆動によりコンプレッサ１８も駆動される。コンプレッサ１８の回転により、空気流路２０から空気１９を取り込み、圧縮し圧縮空気流路２１に送り込む。その後、圧縮され高温になった空気１９は圧縮空気流路２１を介して、熱交換器２２を通過し冷却され、吸気１０として吸気流路２５を介してエンジン１に供給されるようになっている。
【００１３】
ここで、過給機においては、その軸回転力を他の構成要素を駆動させるために利用することが考えられてきた。
【００１４】
過給機の軸回転力を利用する従来の技術としては、特許文献１が示すような過給機の軸端部に発電機を設け、電力系統に連携するものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２０１２−１３７０１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、特許文献１に開示されたものでは、過給機の回転数が一定ではないため、系統に連携させるためにはコンバータで一旦直流に変換し、インバータを用いて交流に変換しなければならなかった。
【００１７】
このため、軸回転力を利用するためには、システムが複雑になるという欠点を有していた。
【００１８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、簡単な構造で過給機の軸回転力を利用するとともに、吸気温度を下げることを可能とし、通常よりも吸入空気温度が高い場合でも効率を低下させること無く運転することを可能にし得る過給式エンジンの吸気冷却装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、過給機により圧縮され高温になった吸気を冷却する第一の熱交換器と、冷媒を圧縮する冷媒用コンプレッサと、該冷媒用コンプレッサの下流で冷媒を液化する冷媒液化用熱交換器と、該冷媒液化用熱交換器の下流で液化された冷媒を気化する膨張器と、該膨張器の下流で気化した冷媒と第一の熱交換器で冷却された吸気の熱交換を行う第二の熱交換器とを備え、前記冷媒用コンプレッサを前記過給機の軸に接続し、前記過給機の軸回転力を前記冷媒用コンプレッサに伝達し得るように構成したことを特徴とする過給式エンジンの吸気冷却装置にかかるものである。
【００２０】
前記過給式エンジンの吸気冷却装置において、前記過給機から前記冷媒用コンプレッサに伝わる回転数を減少させる減速機を備え、該減速機を介して前記過給機の軸と前記冷媒用コンプレッサの軸を接続するように構成することができる。
【００２１】
前記過給式エンジンの吸気冷却装置において、前記冷媒用コンプレッサは、リショルム式のコンプレッサであることが好ましい。
【００２２】
前記過給式エンジンの吸気冷却装置において、前記冷媒用コンプレッサは、ルーツ式のコンプレッサであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の過給式エンジンの吸気冷却装置によれば、簡単な構造で過給機の軸回転力を利用するとともに、吸気温度を下げることを可能とし、通常よりも吸入空気温度が高い場合でも効率を低下させること無く運転することを可能にし得るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明における熱交換器の配置図である。
【図２】本発明における吸排気系統図である。
【図３】本発明の過給式エンジンの吸気冷却装置の第一実施例を示す要部拡大断面図である。
【図４】本発明の過給式エンジンの吸気冷却装置の第二実施例を示す要部拡大断面図である。
【図５】一般的な２ストロークエンジンの断面図である。
【図６】一般的な過給式エンジンの吸排気系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００２６】
図１〜図３は本発明の過給式エンジンの吸気冷却装置の第一実施例であって、図中、図５及び図６と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００２７】
第一実施例の場合、過給式エンジンの吸気冷却装置は、図１〜図３に示す如く、空気１９を取り込む空気流路２０と、空気流路２０から送り込まれる空気１９を圧縮するコンプレッサ１８と、コンプレッサ１８で圧縮された空気１９が通る圧縮空気流路２１と、圧縮空気流路２１を介して送り込まれる圧縮された空気１９を冷却する第一の熱交換器２２と、第一の熱交換器２２で冷却された吸気１０が通る吸気流路２５と、エンジン１から発生した排気ガス２３が通る排気ガス流路１５と、排気ガス流路１５を介して送り込まれる排気ガス２３により回転するタービン１７とを備えている。
【００２８】
更に、第一実施例の場合、過給式エンジンの吸気冷却装置は、図１〜図３に示す如く、冷媒２６を圧縮する冷媒用コンプレッサ２７と、冷媒用コンプレッサ２７で圧縮された冷媒２６が通る冷媒用流路２８と、冷媒用流路２８を介して送り込まれる冷媒２６を液化する冷媒液化用熱交換器２９と、冷媒液化用熱交換器２９で液化された冷媒２６を気化する膨張器３０と、膨張器３０で気化した冷媒２６と吸気流路２５を介して送り込まれる第一の熱交換器２２で冷却された吸気１０の熱交換を行う第二の熱交換器３１と、第二の熱交換器３１から冷媒用コンプレッサ２７に冷媒２６を流す冷媒用流路３２とを備えている。
【００２９】
空気流路２０にコンプレッサ１８を配置し、コンプレッサ１８の下流側に圧縮空気流路２１を介して第一の熱交換器２２を設け、第一の熱交換器２２の下流側に吸気流路２５を介して第二の熱交換器３１を設け、エンジン１に吸気１０を供給するようにしている。
【００３０】
また、エンジン１の下流側に排気ガス流路１５を介してタービン１７を設けている。
【００３１】
そして、冷媒用コンプレッサ２７の下流側に冷媒用流路２８を介して冷媒液化用熱交換器２９を設け、冷媒液化用熱交換器２９の下流側に膨張器３０を設け、膨張器３０の下流側に第二の熱交換器３１を設け、冷媒用流路３２を介して第二の熱交換器３１と冷媒用コンプレッサ２７を接続している。
【００３２】
更に、本第一実施例の場合、図２に示す如く、過給機１６内において、タービン１７とコンプレッサ１８とが軸で直結されるとともに、コンプレッサ１８と同じく、冷媒用コンプレッサ２７もタービン１７の軸に直結され、過給機１６の軸回転力を冷媒用コンプレッサ２７に伝達し得るように構成する点を特徴としている。
【００３３】
次に、上記第一実施例の作用を説明する。
【００３４】
エンジン１から発生した排気ガス２３は、排気ガス流路１５を通り、過給機１６内を通過しタービン１７に回転力を与える。
【００３５】
過給機１６内において、タービン１７とコンプレッサ１８とが軸で直結されているため、タービン１７が回転するに伴いコンプレッサ１８も回転し、コンプレッサ１８の回転により、空気流路２０から空気１９を取り込み、圧縮し圧縮空気流路２１に送り込むようになっている。
【００３６】
その後、圧縮空気流路２１の圧縮された空気１９は、第一の熱交換器２２を通過し冷却され、吸気１０として吸気流路２５を介して第二の熱交換器３１に送り込まれ、第二の熱交換器３１によって更に吸気温度を下げられ、エンジン１に供給されるようになっている。尚、第二の熱交換器３１によって更に吸気温度を下げるためには、第二の熱交換器３１に流れる冷媒２６の温度を、第一の熱交換器２２に流れる冷媒の温度より低くしなければならない。
【００３７】
冷媒用コンプレッサ２７は、図３に示す如く、コンプレッサ１８の軸と直結されているため、コンプレッサ１８が回転するに伴い、冷媒用コンプレッサ２７も回転するようになっている。
【００３８】
そして、冷媒用コンプレッサ２７が回転することにより、冷媒用流路３２から流れてきた冷媒２６は、冷媒用コンプレッサ２７で圧縮され、冷媒用流路２８に送り込まれるようになっている。
【００３９】
続いて、冷媒用流路２８を通る冷媒２６は、冷媒液化用熱交換器２９を介して液化される。
【００４０】
その後、液化された冷媒２６は、膨張器３０で気化した後、第二の熱交換器３１に供給され、吸気流路２５から送り込まれた吸気１０と熱交換を行い、冷媒用流路３２を通って冷媒用コンプレッサ２７側に循環するようになっている。
【００４１】
このように、冷媒用コンプレッサ２７は、過給機１６のタービン１７及びコンプレッサ１８の軸と直結されているので、過給機１６の軸回転力を利用して駆動することができる。
【００４２】
更に、冷媒液化用熱交換器２９と、膨張器３０と、第二の熱交換器３１を備えるので、第一の熱交換器２２で冷却された吸気１０を第二の熱交換器３１によって更に冷却することができる。
【００４３】
以上のように、上記本第一実施例の過給式エンジンの吸気冷却装置は、過給機１６により圧縮され高温になった吸気１０を冷却する第一の熱交換器２２と、冷媒２６を圧縮する冷媒用コンプレッサ２７と、該冷媒用コンプレッサ２７の下流で冷媒２６を液化する冷媒液化用熱交換器２９と、該冷媒液化用熱交換器２９の下流で液化された冷媒２６を気化する膨張器３０と、該膨張器３０の下流で気化した冷媒２６と前記第一の熱交換器２２で冷却された吸気１０の熱交換を行う第二の熱交換器３１とを備え、前記冷媒用コンプレッサ２７を前記過給機１６の軸に接続し、前記過給機１６の軸回転力を前記冷媒用コンプレッサ２７に伝達し得るように構成しているので、過給機１６の軸回転力を利用して冷媒用コンプレッサ２７を駆動することができ、更に、第一の熱交換器２２で冷却した吸気１０を第二の熱交換器３１によって更に冷却することができる。
【００４４】
こうして、簡単な構造で過給機１６の軸回転力を利用するとともに、吸気温度を下げることを可能とし、通常よりも吸入空気温度が高い場合でも効率を低下させること無く運転することを可能にし得る。
【００４５】
図４は本発明の過給式エンジンの吸気冷却装置の第二実施例であって、図中、図３と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００４６】
第二実施例の場合、第一実施例のように、冷媒用コンプレッサ２７を過給機１６の軸に直結するように構成する代わりに、過給機１６から冷媒用コンプレッサ２７に伝わる回転数を減少させる減速機３３を介して過給機１６の軸と冷媒用コンプレッサ２７の軸を接続するように構成したものであり、図４に示す如く、冷媒用コンプレッサ２７として既存のリショルム式のコンプレッサを使用するとともに、減速機３３を介してコンプレッサ１８の軸と冷媒用コンプレッサ２７を接続するように構成している。
【００４７】
尚、冷媒用コンプレッサ２７には、既存のルーツ式のコンプレッサを用いることもできる。
【００４８】
次に、上記第二実施例の作用を説明する。
【００４９】
過給機の回転数は低いものでも１００００min-1以上の高速で回転するため、過給機１６から冷媒用コンプレッサ２７に伝わる回転数を減速機３３により減少させて冷媒用コンプレッサ２７を駆動させ、冷媒用コンプレッサ２７が回転することによって、冷媒用流路３２からの冷媒２６を圧縮し、冷媒用流路２８に送るようになっている。
【００５０】
このように、冷媒用コンプレッサ２７は、減速機３３を介して過給機１６のタービン１７及びコンプレッサ１８の軸と接続されているので、過給機１６の回転数が高くても、過給機１６の軸回転力を利用して冷媒用コンプレッサ２７の回転数を抑えた状態で駆動することができる。
【００５１】
また、冷媒用コンプレッサ２７として既存のリショルム式のコンプレッサを用いているので、振動や騒音を抑えつつ遠心型のコンプレッサと比較して高圧縮比を得ることができる。
【００５２】
そして、第一実施例と同様に、冷媒液化用熱交換器２９と、膨張器３０と、第二の熱交換器３１を備えるので、第一の熱交換器２２で冷却された吸気１０を第二の熱交換器３１によって更に冷却することができる。
【００５３】
以上のように、上記本第二実施例の過給式エンジンの吸気冷却装置は、前記過給機１６から前記冷媒用コンプレッサ２７に伝わる回転数を減少させる減速機３３を備え、該減速機３３を介して前記過給機１６の軸と前記冷媒用コンプレッサ２７の軸を接続するように構成している。更に、第二実施例の場合、前記冷媒用コンプレッサ２７は、リショルム式のコンプレッサである。このように構成すると、過給機１６の回転数が高くても、過給機１６の軸回転力を利用して冷媒用コンプレッサ２７の回転数を抑えた状態で駆動することができるとともに、振動や騒音を抑えつつ遠心型のコンプレッサと比較して高圧縮比を得ることができる。
【００５４】
こうして、第二実施例においても第一実施例と同様、簡単な構造で過給機１６の軸回転力を利用するとともに、吸気温度を下げることを可能とし、通常よりも吸入空気温度が高い場合でも効率を低下させること無く運転することを可能にし得る。
【００５５】
尚、本発明の過給式エンジンの吸気冷却装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、過給式エンジンはディーゼル機関、或いはガソリンエンジンやガスエンジンといったオットー機関に限定されるものではなく、また掃気の方式はユニフロー式に限定されるものではなく、横断掃気式やループ掃気式であってもよく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００５６】
１０      吸気
１６      過給機
２２      熱交換器（第一の熱交換器）
２６      冷媒
２７      冷媒用コンプレッサ
２９      冷媒液化用熱交換器
３０      膨張器
３１      第二の熱交換器
３３      減速機
【図１】
2019007427.tif 000003
【図２】
2019007427.tif 000004
【図３】
2019007427.tif 000005
【図４】
2019007427.tif 000006
【図５】
2019007427.tif 000007
【図６】
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