JP2009162104A - Marine 4-stoke diesel engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、舶用4ストロークディーゼル機関に関し、主に窒素酸化物(NOx)の排出量を低減するものに関する。 The present invention relates to a marine four-stroke diesel engine, and mainly relates to an engine that reduces nitrogen oxide (NOx) emissions.
地球環境保護の観点から、船舶のディーゼル機関から排出されるNOxによる大気汚染を防止するために、NOx排出量に対する規制が実施されている。ディーゼル機関から排出されるNOxを低減するための手法としてEGRがある。EGRは、ディーゼル機関の燃焼室から排出された排気ガスの一部を排気管から分岐して、冷却器によって温度を下げた後に、吸気管に導き、燃焼室内に取り入れるものである。このEGRを応用した技術として特許文献1に開示されているものがある。 From the viewpoint of protecting the global environment, regulations on NOx emissions have been implemented in order to prevent air pollution caused by NOx discharged from marine diesel engines. There is EGR as a technique for reducing NOx discharged from a diesel engine. In EGR, a part of the exhaust gas discharged from the combustion chamber of the diesel engine is branched from the exhaust pipe, and after the temperature is lowered by a cooler, it is led to the intake pipe and taken into the combustion chamber. There is a technique disclosed in Patent Document 1 as a technique to which this EGR is applied.
特許文献1の技術では、舶用の3気筒の4ストロークディーゼル機関において、第1気筒の排気弁が開いて、第1気筒から排気マニホルドへの排気が行われている状態で、既に開いている第3気筒の排気弁が閉じ終わらないようにして排気マニホルドから排気ガスを第3気筒の燃焼室に逆流させ、その後に第3気筒の吸気弁を開くものである。これら吸気弁及び排気弁は、カムによって開閉されている。 In the technique of Patent Document 1, in a marine three-cylinder four-stroke diesel engine, the exhaust valve of the first cylinder is opened, and the exhaust from the first cylinder to the exhaust manifold is already performed. Exhaust gas is allowed to flow back from the exhaust manifold to the combustion chamber of the third cylinder so that the exhaust valve of the three cylinders does not close and then the intake valve of the third cylinder is opened. These intake valves and exhaust valves are opened and closed by cams.
一般に、吸気弁を開いたときの吸気圧力は、既に開いている排気弁側の排気圧力よりも高い。第3気筒の吸気弁を開いたときに排気弁が開かれていると、吸気圧力が排気圧力よりも高いために、燃焼室内に排気弁を介して排気ガスが逆流しない。そこで、特許文献1の技術では、第3気筒の吸気弁を開くタイミングを遅らせて、排気ガスを燃焼室内に逆流させている。 Generally, the intake pressure when the intake valve is opened is higher than the exhaust pressure on the already opened exhaust valve side. If the exhaust valve is opened when the intake valve of the third cylinder is opened, the intake pressure is higher than the exhaust pressure, so that the exhaust gas does not flow back through the exhaust valve into the combustion chamber. Therefore, in the technique of Patent Document 1, the timing of opening the intake valve of the third cylinder is delayed to cause the exhaust gas to flow back into the combustion chamber.
しかし、特許文献1の技術では、吸気弁の開時期を遅らせているので、排気ガスが供給される期間と新しい空気が供給される期間とのオーバーラップ期間が短く、吹き抜け空気量が少なくなり、排気温度の上昇や燃焼室内部材の温度上昇が懸念される。従って、排気ガスによって駆動されて吸気マニホルドへ新しい空気を送る過給機の寿命が短くなったり、燃焼室の寿命が短くなったりする怖れがある。また、カムによって吸気弁及び排気弁を開閉しているので、吸気弁及び排気弁の開閉タイミングは、常に一定であり、低負荷から高負荷までの広い範囲で、開閉タイミングを最適化することができない。 However, in the technique of Patent Document 1, since the opening timing of the intake valve is delayed, the overlap period between the period in which the exhaust gas is supplied and the period in which new air is supplied is short, and the amount of blown-through air is reduced. There is concern about an increase in exhaust gas temperature and an increase in the temperature of members in the combustion chamber. Therefore, there is a fear that the life of the supercharger that is driven by the exhaust gas and sends new air to the intake manifold is shortened, or the life of the combustion chamber is shortened. In addition, since the intake and exhaust valves are opened and closed by cams, the opening and closing timings of the intake and exhaust valves are always constant, and the opening and closing timing can be optimized in a wide range from low load to high load. Can not.
本発明は、NOxを減少させることができる上に、排気ガスの温度上昇や燃焼室内の温度上昇を防止することができ、また最適なタイミングで排気弁を開くことによって低負荷から高負荷の広い範囲で最適化が可能な舶用4ストロークディーゼル機関を提供することを目的とする。 The present invention can reduce NOx, prevent an exhaust gas temperature rise and a combustion chamber temperature rise, and open an exhaust valve at an optimum timing to widen a low load to a high load. An object is to provide a marine four-stroke diesel engine that can be optimized within a range.
本発明の一態様による舶用4ストロークディーゼル機関は、燃焼室に吸気弁と排気弁とを設けた気筒を有し、前記吸気弁と前記排気弁を駆動する駆動手段の制御を電子制御システムで行うものである。気筒内にはピストンが設けられている。また、燃料噴射手段も設けられている。前記電子制御システムが、前記吸気弁を開いている吸気行程中において燃焼室内の圧力が低下しているとき、例えば前記ピストンが降下している最中に、前記排気弁を開くように前記駆動手段を制御して、前記燃焼室内に排気ガスを導入する。 A marine four-stroke diesel engine according to an aspect of the present invention has a cylinder in which an intake valve and an exhaust valve are provided in a combustion chamber, and an electronic control system controls a drive unit that drives the intake valve and the exhaust valve. Is. A piston is provided in the cylinder. Fuel injection means is also provided. The electronic control system is configured to open the exhaust valve when the pressure in the combustion chamber is reduced during the intake stroke in which the intake valve is opened, for example, while the piston is being lowered. And exhaust gas is introduced into the combustion chamber.
このように構成された舶用4ストロークディーゼル機関では、吸気弁が開かれて、新しい空気が燃焼室に導入されている状態において、例えばピストンが降下している最中で、燃焼室内の圧力が低下している際に、排気弁を開くことによって、排気ガスを燃焼室内に導入している。これによって窒素酸化物を減少させることができる。このように吸気行程中の圧力低下時に排気弁を開く構成であるので、排気行程中の排気弁が開いている状態において、吸気弁を開くことができる。即ち、上述した特許文献1のように吸気弁を開くタイミングを遅くする必要が無く、排気弁と吸気弁とが共に開いているオーバーラップ時間を長くとることができ、吹き抜け空気量を多くすることができ、排気ガスの温度や燃焼室内部材の温度の上昇を防止でき、燃焼室の長寿命化を図ることができる上に、過給機を設けていても、その長寿命化を図ることができる。 In the marine four-stroke diesel engine configured as described above, the pressure in the combustion chamber decreases while the piston is lowered, for example, while the intake valve is opened and new air is introduced into the combustion chamber. During the operation, the exhaust gas is introduced into the combustion chamber by opening the exhaust valve. This can reduce nitrogen oxides. Since the exhaust valve is thus opened when the pressure is reduced during the intake stroke, the intake valve can be opened while the exhaust valve is open during the exhaust stroke. That is, there is no need to delay the opening timing of the intake valve as in Patent Document 1 described above, the overlap time during which both the exhaust valve and the intake valve are open can be increased, and the amount of blown air is increased. The temperature of the exhaust gas and the temperature of the members in the combustion chamber can be prevented, the life of the combustion chamber can be extended, and even if a supercharger is provided, the life can be extended. it can.
上述した気筒を複数設けることができる。この場合、各気筒の排気弁は排気マニホルドを介して接続され、各吸気弁も吸気マニホルドを介して接続されている。各気筒における4行程は、互いに異なる位相に設定され、各気筒が吸気行程にあるとき、他のいずれかの気筒は排気行程にある。 A plurality of the cylinders described above can be provided. In this case, the exhaust valve of each cylinder is connected via an exhaust manifold, and each intake valve is also connected via an intake manifold. The four strokes in each cylinder are set in different phases, and when each cylinder is in the intake stroke, any other cylinder is in the exhaust stroke.
このように構成すると、或る気筒が吸気行程にあるとき、当該気筒の排気弁を開くことによって、排気行程にある他の気筒から排気ガスを排気マニホルドを介して当該気筒の燃焼室に供給することができる。 With this configuration, when a certain cylinder is in the intake stroke, the exhaust valve of the cylinder is opened to supply exhaust gas from other cylinders in the exhaust stroke to the combustion chamber of the cylinder via the exhaust manifold. be able to.
前記電子制御システムが、吸気行程中に、ディーゼル機関の運転状況に応じて前記排気弁の駆動手段を制御することもできる。運転状況としては、例えばディーゼル機関の回転数や出力がある。 The electronic control system can also control the exhaust valve driving means in accordance with the operating conditions of the diesel engine during the intake stroke. The operating status includes, for example, the rotational speed and output of a diesel engine.
このように構成すると、負荷の状況に応じて最適なタイミング及び期間に排気ガスを、吸気行程中の気筒に供給することができる。 If comprised in this way, exhaust gas can be supplied to the cylinder in an intake stroke at the optimal timing and period according to the condition of load.
以上のように、本発明によれば、窒素酸化物を減少させることができる上に、排気ガスの温度上昇や燃焼室内の温度上昇を防止することができる。また低負荷から高負荷の広い範囲で最適化が可能である。 As described above, according to the present invention, it is possible to reduce nitrogen oxides and to prevent a rise in exhaust gas temperature and a temperature rise in the combustion chamber. Optimization is possible over a wide range from low load to high load.
本発明の一実施形態の舶用4ストロークディーゼル機関は、図1に示すように、気筒2を有している。この気筒2内に、ピストン4が配置され、気筒2内をその長さ方向に沿って摺動可能である。ピストン4の上部側の気筒2内が燃焼室5となる。このピストン4にはコネクティングロッドを介してクランクに接続されているが、図示は省略してある。燃焼室5には、吸気弁座6と排気弁座8とが形成されている。吸気弁座6を開閉する吸気弁10が設けられ、排気弁座8を開閉する排気弁12が設けられている。
A marine four-stroke diesel engine according to an embodiment of the present invention has a
吸気弁座6は吸気管14、空気冷却器16を介して過給機18のコンプレッサ20に接続されている。排気弁座8は排気管22を介して過給機18のタービン24に接続されている。タービン24がコンプレッサ20を駆動している。
The
吸気弁10、排気弁12は、電子制御システム26によって制御される。電子制御システム26は、図2に示すように、CPUのような制御手段及びメモリのような記憶手段からなるコントローラ28を有し、このコントローラ28が吸気弁駆動装置30及び排気弁駆動装置32を制御することによって吸気弁10、排気弁12が弁座6、8から離れて開いたり、弁座6、8に着座して閉じたりする。また、図1には示していないが、燃焼室5内に燃料を噴射する燃料噴射装置34も設けられており、コントローラ28が制御する。燃料噴射装置34には、燃料噴射ポンプから燃料が供給される。
The
コントローラ28が、制御を行うために、クランクの角度を検出し、そのクランク角度をコントローラ28に出力するクランク角度検出部36と、このディーゼル機関の回転数を検出し、その回転数をコントローラ28に出力する回転数検出部38とが、設けられている。また、コントローラ28は、クランク角度からピストン4の位置を判別する。また、燃料噴射ポンプのラックの目盛りを検出する目盛りセンサが設けられ、コントローラ28は、この目盛りセンサの出力と、回数検出部38の出力とから、ディーゼル機関の出力を算出している。
In order to perform control, the
図1に示す気筒2、ピストン4、吸気弁10、排気弁12等からなるセットは、複数、例えば3つ設けられており、吸気弁座6は吸気マニホルド40によって互いに接続され、排気弁座8は、排気マニホルド42によって互いに接続されている。なお、電子制御システム26は、気筒2ごとに設けることもできるし、各気筒2に共通に1台だけ設けることもできる。
A plurality of, for example, three sets including the
この舶用4ストロークディーゼル機関は、例えば図3に示すように動作する。なお、以下の説明では、このディーゼル機関が備える3つの気筒2を、気筒2a、2b、2cと称する。
This marine 4-stroke diesel engine operates, for example, as shown in FIG. In the following description, the three
例えば気筒2aにおいてピストン4が下死点にあり、燃焼室5内に新しい空気が供給されているとする。この状態からピストンが上死点に向かって上昇し、燃焼室5内の空気を圧縮する(圧縮行程)。
For example, it is assumed that the piston 4 is at the bottom dead center in the
上死点に到達する直前から上死点に到達した後まで、コントローラ28が燃料噴射装置34に燃焼室5内に燃料を噴射させ、燃料の爆発を生じさせる(爆発行程)。これによってピストン4が下死点に向かって降下する。
From just before reaching the top dead center until after reaching the top dead center, the
下死点に到達する前で下死点に対するクランクの角度が60度のタイミングで排気弁12を開くように、排気弁駆動装置32をコントローラ28が制御する。ピストン4が下死点から上死点に向かって移動する間、燃焼室から排気が行われる(排気行程)。排気弁12は、ピストン4が上死点に到達し、クランクが上死点に対して30度の角度をなすまで開かれており、この30度の角度をなしたタイミングで、コントローラ28が排気弁駆動装置32に排気弁12を閉じさせる。
The
一方、上死点にピストン4が到達する前で、クランクが上死点に対して55度の角度をなすタイミングで、コントローラ28は吸気弁駆動装置30に吸気弁10を開かせる。この吸気弁10が開いた状態は、ピストン4が上死点に到達し、下死点に向かって降下している間も継続し、さらに下死点に到達した後、上死点に向かって移動してクランクが下死点に対して40度の角度をなすタイミングまで、吸気弁10は開かれる。この間に燃焼室5内に新しい空気が供給される(吸気行程)。40度の角度をなすタイミングで吸気弁10が閉じられる。以下、同様に気筒2aは動作を繰り返す。
On the other hand, before the piston 4 reaches the top dead center, the
気筒2b、2cも同様に動作するが、気筒2bは、気筒2aに対してクランクの角度で240度遅れて動作し、気筒2cは、気筒2aに対してクランクの角度で240度進んで動作している。
The
いずれの気筒2a、2b、2cにおいても、吸気行程において、ピストン4が降下中に、コントローラ28が排気弁12を所定期間、例えばクランク角度で30度の間、開く。いずれかの気筒が吸気行程にあるとき、他の気筒は排気行程にある。例えば気筒2aが吸気工程にあるとき、気筒2bが排気行程にあり、気筒2bが吸気工程にあるとき、気筒2cが排気行程にあり、気筒2cが吸気行程にあるとき、気筒2aが排気行程にある。従って、気筒2a、2b、2cのいずれであっても、吸気行程の途中で排気弁を開くと、排気マニホルド42を介して排気ガスが供給される。この排気弁12が開かれたとき、ピストン4が降下しているので、燃焼室5内の圧力は排気ガスの圧力よりも低く、燃焼室5内に流入する。従って、吸気行程中に排気ガスを燃焼室5内に取り入れることができ、窒素酸化物の排出量を低減することができる。
In any of the
しかも、吸気行程においてピストン4が降下中であるタイミングで、排気弁12を開いて排気ガスを燃焼室5内に導入しているので、上死点にピストン4が到達する前で、クランクが上死点に対して55度の角度をなす、既に排気弁12が開かれているタイミングから吸気弁10を開くことができる。排気弁12と吸気弁10とが開いているオーバーラップの状態は、クランクが上死点に対して30度の角度をなして排気弁12が閉じられるまで継続する。その結果、オーバーラップ時間が長くなり、吹き抜け空気量が多くなり、排気ガスの温度を低下させたり、燃焼室5の部材の温度上昇が防止したりすることができる。従って、過給機18や燃焼室5の長寿命化を図ることができる。
Moreover, since the
上記の実施形態における吸気弁10及び排気弁12が開閉する角度は、それぞれ一例にすぎず、機関形式によっては、これら角度は変更されることがある。
The angles at which the
上記の例では、吸気弁10及び排気弁12の開閉角度は、ディーゼル機関の運転中は変更されずに、一定として説明したが、これら角度は、ディーゼル機関の回転数や出力の変化に応じて最適なものに変更することができる。そのため、コントローラ28には、上述したクランク角度検出部36と、回転数検出部38と、燃料ポンプラック目盛りセンサが、接続され、コントローラ28は、ディーゼル機関の出力も判別している。
In the above example, the opening and closing angles of the
上記の実施形態では、ディーゼル機関は3気筒のものを示したが、これに限ったものではなく、複数気筒を備えたものであれば種々のものを使用できる。 In the above embodiment, the three-cylinder diesel engine is shown. However, the present invention is not limited to this, and various engines can be used as long as they have a plurality of cylinders.
2 気筒
4 ピストン
5 燃焼室
10 吸気弁
12 排気弁
26 電子制御システム
2 cylinder 4
Claims (3)
前記電子制御システムが、前記吸気弁が開いている吸気行程中における前記燃焼室の圧力が低下している期間に、前記排気弁を開くように前記駆動手段を制御して、前記燃焼室内に排気ガスを導入する舶用4ストロークディーゼル機関。 In a marine 4-stroke diesel engine comprising a cylinder provided with an intake valve and an exhaust valve in a combustion chamber, and controlling a drive means for driving the intake valve and the exhaust valve with an electronic control system,
The electronic control system controls the driving means to open the exhaust valve during a period when the pressure of the combustion chamber is decreasing during the intake stroke in which the intake valve is open, and exhausts the exhaust into the combustion chamber. Marine 4-stroke diesel engine that introduces gas.
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JP2008000529A JP2009162104A (en) | 2008-01-07 | 2008-01-07 | Marine 4-stoke diesel engine |
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Citations (2)
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JP2005083326A (en) * | 2003-09-10 | 2005-03-31 | National Maritime Research Institute | NOx-REDUCTION TYPE DIESEL ENGINE |
JP2007263050A (en) * | 2006-03-29 | 2007-10-11 | Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp | Internal combustion engine |
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2008
- 2008-01-07 JP JP2008000529A patent/JP2009162104A/en active Pending
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