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二冲程 发动机和 四冲程发动机

阅读：1006发布：2020-05-25

专利汇可以提供二冲程发动机和四冲程发动机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供二冲程发动机和四冲程发动机。从二冲程发动机（1）的燃烧室（20）排出的排气被送入增压器（5）的涡轮（51）。通过涡轮（51）后的排气的一部分由排气再循环部（83）作为EGR气体取出。EGR气体在利用氨喷出部（86）喷出的液氨的气化热而被冷却后，向吸气通道（82）内的吸气回流，并被压缩机（52）加压而作为扫气供给至燃烧室（20）。这样，通过进行排气再循环，可以降低二冲程发动机（1）对外部空气的氮氧化物排放量。此外，通过向再循环用流路（84）内的EGR气体喷出液氨，能够在使EGR气体向吸气回流时容易对EGR气体进行必要的冷却。，下面是二冲程发动机和四冲程发动机专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种二冲程发动机，其特征在于包括：
缸；
活塞，设置在所述缸内；
增压器，对吸气进行加压生成扫气；
扫气口，形成于所述缸，向燃烧室内供给来自所述增压器的所述扫气，所述燃烧室为由所述缸和所述活塞的上表面包围的空间；
排气口，形成于所述缸，将所述燃烧室内的气体向所述燃烧室外排出；
排气再循环部，将从所述燃烧室排出的排气的一部分作为EGR气体取出，并向所述吸气或所述扫气回流；以及
喷出部，向所述排气再循环部内的所述EGR气体喷出液氨。
2.根据权利要求1所述的二冲程发动机，其特征在于，
所述增压器包括：
涡轮，利用从所述燃烧室排出的排气而旋转；以及
 压缩机，以所述涡轮的旋转为动力对所述吸气进行加压，
所述排气再循环部将通过所述涡轮后的排气的一部分作为所述EGR气体取出。
3.根据权利要求1或2所述的二冲程发动机，其特征在于，所述EGR气体不经制冷剂冷却就向所述吸气或所述扫气回流。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的二冲程发动机，其特征在于，还包括向所述燃烧室供给燃料的燃料供给部，
所述燃料包含液氨。
5.根据权利要求4所述的二冲程发动机，其特征在于，所述二冲程发动机为船舶用的发动机，从所述燃烧室排出的排气不经洗涤器除去硫成分就向外部空气回流。
6.一种四冲程发动机，其特征在于包括：
缸；
活塞，设置在所述缸内；
增压器，对吸气进行加压生成供气；
供气口，形成于所述缸，在吸入行程中，向燃烧室内供给来自所述增压器的所述供气，所述燃烧室为由所述缸和所述活塞的上表面包围的空间；
排气口，形成于所述缸，在所述燃烧室内的气体燃烧的爆炸行程后的排气行程中，将所述燃烧室内的气体向所述燃烧室外排出；
排气再循环部，将从所述燃烧室排出的排气的一部分作为EGR气体取出，并向所述吸气或所述供气回流；以及
喷出部，向所述排气再循环部内的所述EGR气体喷出液氨。

说明书全文

二冲程发动机和 四冲程发动机

技术领域

[0001] 本发明涉及具有排气再循环部的发动机。

背景技术

[0002] 近年来，在汽车用的四冲程发动机中，采用了排气再循环（EGR：Exhaust Gas Recirculation）装置，通过将排出到排气系统的排气的一部分（以下称为EGR气体）向吸气系统回流，来降低排气中的氮氧化物（NOX）含量。具有排气再循环装置的发动机中，EGR气体所含的硫（S）成分在吸气系统中与水蒸气发生反应，使吸气成为酸性从而导致吸气系统的金属零件受到腐蚀。日本专利公开公报特开2009-85011号（文献1）中，将通过了设置于排气系统的催化剂装置后的排气的一部分，作为EGR气体向吸气系统回流。由于EGR气体含有在催化剂装置中还原氮氧化物而生成的氨气（NH3），因此中和了酸性的吸气从而抑制了吸气系统中的金属零件的腐蚀。

[0003] 但是由于上述文献1的装置将EGR气体向吸气系统回流，所以需要冷却高温的EGR气体。因此，在连接吸气管和排气管并将EGR气体向吸气系统再循环的排气回流通道中，设置有用于冷却EGR气体的EGR冷却器。可是，由于在发动机室内配置有包含发动机配件的各种设备，因此希望实现EGR冷却器小型化。

发明内容

[0004] 为了解决上述问题，本发明的目的在于利用排气再循环来降低氮氧化物排放量，并且在将EGR气体回流时容易进行必要的冷却。

[0005] 本发明一个优选方式的二冲程发动机包括：缸；活塞，设置在所述缸内；增压器，对吸气进行加压生成扫气；扫气口，形成于所述缸，向燃烧室内供给来自所述增压器的所述扫气，所述燃烧室为由所述缸和所述活塞的上表面包围的空间；排气口，形成于所述缸，将所述燃烧室内的气体向所述燃烧室外排出；排气再循环部，将从所述燃烧室排出的排气的一部分作为EGR气体取出，并向所述吸气或所述扫气回流；以及喷出部，向所述排气再循环部内的所述EGR气体喷出液氨。由此，利用排气再循环降低了氮氧化物排放量，并且可以在使EGR气体回流时容易进行必要的冷却。

[0006] 此外，优选所述增压器包括：涡轮，利用从所述燃烧室排出的排气而旋转；以及压缩机，以所述涡轮的旋转为动力对所述吸气进行加压，所述排气再循环部将通过所述涡轮后的排气的一部分作为所述EGR气体取出。

[0007] 在更优选方式的二冲程发动机中，所述EGR气体不经制冷剂冷却就向所述吸气或所述扫气回流。

[0008] 此外，优选二冲程发动机还包括向所述燃烧室供给燃料的燃料供给部，所述燃料包含液氨。

[0009] 更优选的是，二冲程发动机为船舶用的发动机，从所述燃烧室排出的排气不经洗涤器除去硫成分就向外部空气回流。

[0010] 本发明一个优选方式的四冲程发动机包括：缸；活塞，设置在所述缸内；增压器，对吸气进行加压生成供气；供气口，形成于所述缸，在吸入行程中，向燃烧室内供给来自所述增压器的所述供气，所述燃烧室为由所述缸和所述活塞的上表面包围的空间；排气口，形成于所述缸，在所述燃烧室内的气体燃烧的爆炸行程后的排气行程中，将所述燃烧室内的气体向所述燃烧室外排出；排气再循环部，将从所述燃烧室排出的排气的一部分作为EGR气体取出，并向所述吸气或所述供气回流；以及喷出部，向所述排气再循环部内的所述EGR气体喷出液氨。由此，利用排气再循环降低了氮氧化物排放量，并且可以在使EGR气体回流时容易进行必要的冷却。

[0011] 参照附图并根据以下的本发明的详细说明，可以清楚地知道本发明的上述的目的和其他目的、特征、方式以及优点。

附图说明

[0012] 图1是表示第一实施方式的二冲程发动机的结构的图。

[0013] 图2是表示二冲程发动机的另一例的结构的图。

[0014] 图3是表示第二实施方式的四冲程发动机的结构的图。

[0015] 附图标记说明

[0016] 1、1a 二冲程发动机

[0017] 1b 四冲程发动机

[0018] 2、2b 缸

[0019] 3、3b 活塞

[0020] 5、5b 增压器

[0021] 20、20b 燃烧室

[0022] 23 扫气口

[0023] 23b 供气口

[0024] 24、24b 排气口

[0025] 51、51b 涡轮

[0026] 52、52b 压缩机

[0027] 61、61b 燃料供给部

[0028] 83、83a、83b 排气再循环部

[0029] 86、86b 氨喷出部

具体实施方式

[0030] 图1是表示本发明第一实施方式的二冲程发动机1的结构的图。二冲程发动机1为船舶用的内燃机，以氨气（NH3）为燃料。二冲程发动机1具有缸2以及设置在缸2内的活塞3，活塞3能在图1中的上下方向移动。另外，图1的上下方向不限于重力方向。

[0031] 缸2具有圆筒状的缸套21和安装在缸套21上部的缸盖22。活塞3包括：插入缸套21的厚圆板状的活塞头31，以及一端连接于活塞头31下表面的活塞杆32。活塞杆32的另一端连接于省略图示的曲柄机构。

[0032] 在二冲程发动机1中，由缸套21、缸盖22、排气阀25（后述）和活塞头31的上表面（即活塞3的上表面）包围的空间，是用于燃烧氨气和空气的燃烧室20。缸盖22上设有向燃烧室20供给燃料的燃料供给部61。本实施方式中使用液氨作为燃料。从液氨容器62向燃料供给部61供给液氨，并利用燃料供给部61向燃烧室20内喷出液氨。

[0033] 在缸套21的下端部附近呈圆周状配置多个通孔，这些通孔的集合是向燃烧室20内供给后述的扫气的扫气口23。扫气口23的周围设有扫气室231，扫气口23借助扫气室231与扫气管41连通。

[0034] 在缸盖22上形成有将燃烧室20内的气体向燃烧室20外排出的排气口24，排气口24上设有对排气口24进行开闭的排气阀25。从燃烧室20借助排气口24排出的气体（以下称为排气），经第一排气通道241被导向排气管42。实际的二冲程发动机1中并列设置有多个缸2，多个缸2与一个扫气管41和一个排气管42连接。

[0035] 二冲程发动机1还具备作为涡轮增压器的增压器5，以及利用海水等制冷剂对来自增压器5的空气进行冷却的空气冷却器43。增压器5具有涡轮51和压缩机52，涡轮51利用借助第二排气通道811从排气管42送入的排气而旋转。压缩机52利用涡轮51产生的旋转力（即，以涡轮51的旋转为动力），对从二冲程发动机1的外部经过吸气通道82取入的吸气（空气）进行加压并压缩。加压后的空气（以下称为扫气）经由空气冷却器43冷却后，供给至扫气管41内。如此，增压器5利用排气对吸气进行加压，生成扫气。

[0036] 用于涡轮51的旋转的排气通过第三排气通道812，并借助用于还原氮氧化物（NOX）的还原催化剂7，向二冲程发动机1的外部排出。如上所述，二冲程发动机1的燃料为氨，燃料中不含硫成分。因此，排气不经洗涤器除去硫而向外部空气回流（即排出）。这样，可以简化具备二冲程发动机1的船舶的结构。

[0037] 二冲程发动机1还具备排气再循环部83，所述排气再循环部83将燃烧室20排出的排气的一部分作为EGR气体（即再循环用排气）取出。排气再循环部83包括：再循环用流路84，在涡轮51和还原催化剂7之间从第三排气通道812分路并与吸气通道82连接；以及再循环阀85，设置于再循环用流路84。利用再循环用流路84，通过涡轮51后的排气的一部分作为EGR气体被取出，并向吸气通道82内的吸气回流。此外，通过控制再循环阀85，调整从再循环用流路84向吸气通道82内的吸气回流的EGR气体的量。

[0038] 二冲程发动机1具备向再循环用流路84内的EGR气体喷出液氨的喷出部86（以下称为氨喷出部86），氨喷出部86与液氨容器62连接。喷到再循环用流路84内的液氨立刻气化，利用液氨的气化热（蒸发潜热），将再循环用流路84内的高温的EGR气体冷却。这样，容易进行EGR气体相对于吸气的回流。压缩机52对包含EGR气体和冷却用的氨的吸气进行加压并生成扫气。如上所述，扫气在由空气冷却器43冷却后，经扫气管41、扫气室231和扫气口23供给到燃烧室20。

[0039] 接着，说明二冲程发动机1的动作。在二冲程发动机1中，图1中由双点划线所示的活塞3的位置为上止点，实线所示的活塞3的位置为下止点。当活塞3位于上止点附近时，如图1中双点划线所示，排气阀25上升而关闭排气口24，燃烧室20内的扫气被压缩。

[0040] 而后，从燃料供给部61向燃烧室20内喷出液氨，气化的氨自燃，燃烧室20内的气体（即氨气和扫气）发生燃烧（爆炸）。这样，活塞3被推压下降，向下止点移动。另外，燃烧室20内的气体不一定需要自燃，也可以用火花塞等点燃燃烧室20内的气体。

[0041] 燃烧室20内的气体燃烧后，在活塞3到达下止点前，排气阀25下降而打开排气口24。这样，燃烧室20内的燃烧完毕的气体开始排出。如上所述，从燃烧室20排出的气体（即排气）经第一排气通道241、排气管42和第二排气通道811被送入增压器5的涡轮51。通过涡轮51后的排气的一部分由排气再循环部83作为EGR气体取出，并在被氨喷出部86喷出的液氨冷却后，向吸气通道82内的吸气回流。此外，取出EGR气体后的排气通过还原催化剂7并向二冲程发动机1的外部排出。另外，二冲程发动机1中，利用与曲柄机构的曲柄轴连接的凸轮机构，进行排气阀25的升降（排气口24的开闭）。

[0042] 当活塞3移动到下止点附近、且活塞头31的上表面位于扫气口23的下方时，燃烧室20与扫气室231连通（即扫气口23打开），扫气室231内的扫气开始向燃烧室20内供给。活塞3通过下止点后转为上升，通过使活塞头31的上表面到达扫气口23的上方，扫气口23被关闭，停止向燃烧室20内供给扫气。接着，利用排气阀25关闭排气口24，燃烧室20被密闭。

[0043] 活塞3进一步上升，燃烧室20内的扫气被压缩，当活塞3到达上止点附近时，从燃料供给部61向燃烧室20内喷出液氨，在燃烧室20内产生燃烧。二冲程发动机1中重复进行上述动作。

[0044] 二冲程发动机1如上所述，其燃烧室20内的扫气中包含作为EGR气体而向吸气回流的排气的一部分。如此，通过进行排气再循环，燃烧室20内的燃烧温度降低，抑制了氮氧化物的生成。其结果，可以降低二冲程发动机1对外部空气的氮氧化物排放量。

[0045] 此外，通过从氨喷出部86向再循环用流路84内的EGR气体喷出液氨，能够在使EGR气体向吸气回流时容易对EGR气体进行必要的冷却。这样，不必在再循环用流路84上设置用于冷却EGR气体的EGR冷却器，就可以进行EGR气体向吸气的回流。换句话说，可以在不用制冷剂（即用于使EGR气体的温度下降的热介质）进行冷却的状态下使EGR气体向吸气回流。其结果，可以简化二冲程发动机1的排气再循环的结构，提高发动机室中的设备的配置自由度。

[0046] 二冲程发动机1中，排气再循环部83通过将经过涡轮51后的排气的一部分作为EGR气体取出，相比于将经过涡轮51前的排气的一部分作为EGR气体取出的情况，可以将燃烧室20的排气的温度和压力高效应用于涡轮51的旋转。此外，由于利用与燃料相同的液氨进行EGR气体的冷却，所以可以使排气再循环和燃料供给的配管及储存容器等的结构的一部分通用化。其结果，可以简化二冲程发动机1的结构。而且，EGR气体的冷却所使用的氨作为扫气的一部分供给到燃烧室20。因此，还能够降低从燃料供给部61向燃烧室20的液氨供给量。

[0047] 图2是二冲程发动机的另一例结构的图。除了排气再循环部83a将EGR气体向扫气回流这一点以外，图2的二冲程发动机1a与图1所示的二冲程发动机1相同，并对相同的结构标注相同的附图标记。

[0048] 排气再循环部83a中，再循环用流路84在涡轮51和还原催化剂7之间从第三排气通道812分路并与扫气管41连接。二冲程发动机1a与图1所示的二冲程发动机1相同，从液氨容器62向氨喷出部86供给的液氨朝向再循环用流路84内的EGR气体喷出并气化。这样，能容易地冷却高温的EGR气体，可以使EGR气体容易地向扫气管41内的扫气回流。而且，通过将所述扫气供给到燃烧室20，燃烧室20内的燃烧温度降低，抑制了氮氧化物的生成。其结果，可以降低二冲程发动机1a对外部空气的氮氧化物排放量。

[0049] 在二冲程发动机1a中，为了使EGR气体更容易向扫气回流，还可以在再循环用流路84上设置对EGR气体进行加压的压缩机等机构。此外，再循环用流路84也可以不与扫气管41连接，而是与连接压缩机52和空气冷却器43的第一扫气通道87连接，或是与连接空气冷却器43和扫气管41的第二扫气通道88连接。此时，EGR气体向第一扫气通道87或第二扫气通道88内的扫气回流。

[0050] 以下说明本发明第二实施方式的四冲程发动机。图3是表示第二实施方式的四冲程发动机1b的结构的图。四冲程发动机1b包括：缸2b；设置在缸2b内的活塞3b；形成在缸2b上的供气口23b和排气口24b；对吸气进行加压而生成供气的增压器5b；向缸2b内供给燃料的燃料供给部61b；将EGR气体向吸气回流的排气再循环部83b；以及向排气再循环部83b内的EGR气体喷出液氨的氨喷出部86b。燃料供给部61b与液氨容器62b连接，朝向燃烧室20b内喷出作为燃料的液氨，所述燃烧室20b为由缸2b和活塞3b的上表面包围的空间。氨喷出部86b也与液氨容器62b连接。

[0051] 在四冲程发动机1b中，活塞3b从上止点向下止点移动的吸入行程中，通过打开供气口23b上设置的阀，从增压器5b向燃烧室20b内供给供气。接着，通过在关闭供气口23b的状态下使活塞3b从下止点向上止点移动，进行压缩燃烧室20b内的供气的压缩行程。

[0052] 而后，当活塞3b位于上止点附近时，从燃料供给部61b向燃烧室20b内喷出液氨，进行燃烧室20b内的气体的燃烧（爆炸）。在利用燃烧室20b内的气体的燃烧使活塞3b从上止点向下止点移动的爆炸行程后，进行活塞3b从下止点向上止点移动的排气行程。排气行程中通过打开排气口24b上设置的阀，将燃烧室20b内的气体排出到燃烧室20b外。

[0053] 从燃烧室20b排出的排气被送入增压器5b的涡轮51b。通过涡轮51b后的排气的一部分被排气再循环部83b作为EGR气体取出，并在再循环用流路84b内利用从氨喷出部86b喷出的液氨进行冷却后，向吸气通道82b内的吸气回流。此外，取出EGR气体后的排气通过还原催化剂7b并向四冲程发动机1b的外部排出。

[0054] 在四冲程发动机1b中，回流了EGR气体的吸气通过被增压器5b的压缩机52b加压而生成供气，所述供气在上述的吸入行程中供给到燃烧室20b。这样，通过进行排气再循环，燃烧室20b内的燃烧温度降低，抑制了氮氧化物的生成。其结果，可以降低四冲程发动机1b对外部空气的氮氧化物排放量。

[0055] 此外，通过从氨喷出部86b向再循环用流路84b内的EGR气体喷出液氨，可以在将EGR气体向吸气回流时容易地进行所必要的EGR气体的冷却。这样，能够将EGR气体不经制冷剂冷却就向吸气回流。其结果，可以简化四冲程发动机1b的排气再循环的结构，从而提高发动机室中的设备的配置自由度。

[0056] 在四冲程发动机1b中，排气再循环部83b通过将经过涡轮51b后的排气的一部分作为EGR气体取出，相比于将经过涡轮51b前的排气的一部分作为EGR气体取出的情况，可以把燃烧室20b的排气的温度和压力高效应用于涡轮51b的旋转。此外，由于利用与燃料相同的液氨进行EGR气体的冷却，所以能使排气再循环和燃料供给的配管及储存容器等的结构的一部分通用化。其结果，可以简化四冲程发动机1b的结构。而且，EGR气体的冷却所利用的氨作为供气的一部分供给到燃烧室20b。因此，还可以降低从燃料供给部61b对燃烧室20b的液氨供给量。

[0057] 四冲程发动机1b中，排气再循环部83b也可以通过与连接压缩机52b和燃烧室20b的供气通道87b连接，而将EGR气体向供气回流。此时，与上述相同，可以利用排气再循环降低氮氧化物排放量，并且能利用氨喷出部86b容易地进行EGR气体的冷却。

[0058] 以上说明了本发明的实施方式，但是本发明不限于上述实施方式，可以进行各种变更。

[0059] 例如在二冲程发动机1中，可以不是从燃料供给部61仅供给液氨，也可以供给在液氨中混合了石油燃料等的燃料。上述情况下，也是通过利用从燃料供给部61供给的燃料所含的液氨进行EGR气体的冷却，从而可以使排气再循环和燃料供给的配管及储存容器等的结构的一部分通用化。其结果，可以简化二冲程发动机1的结构。此外，由于EGR气体的冷却所利用的氨作为扫气的一部分供给到燃烧室20，因此也能够降低对燃烧室20的燃料供给量。在二冲程发动机1a和四冲程发动机1b中也相同。此外，在上述实施方式的发动机中，也可以从燃料供给部向燃烧室供给不含氨的燃料（例如氢气和汽油）。

[0060] 在二冲程发动机1、1a中，当再循环用流路84内的EGR气体需要进一步冷却时，也可以在再循环用流路84上设置利用制冷剂冷却EGR气体的EGR冷却器。相比于不经来自氨喷出部86的液氨对EGR气体进行冷却的情况，上述EGR冷却器更加小型化。在四冲程发动机1b中也相同。

[0061] 在上述实施方式的发动机中，也可以把通过还原催化剂后的排气的一部分作为EGR气体取出。此外，还可以将通过增压器的涡轮前的排气的一部分作为EGR气体取出，也可以将通过涡轮前的排气以及通过涡轮后的排气双方的一部分作为EGR气体取出。增压器除了利用来自燃烧室的排气对吸气进行加压以外，还可以利用从曲柄轴得到的动力对吸气进行加压等。

[0062] 上述实施方式中的二冲程发动机和四冲程发动机除了应用于船舶以外，还可以应用于汽车和发电用的原动机等各种用途。

[0063] 在相互不发生矛盾的前提下，可以适当组合上述实施方式和各变形例中的结构。

[0064] 以上具体说明了本发明，但上述的说明为例示性说明而不是限定性说明。因此，可以在不脱离本发明的范围内进行各种变形和实施。

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