JP2014092072A - Diesel engine - Google Patents

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Yutaka Masuda
裕 増田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a diesel engine capable of improving a reliability in collision between fuel and water within a combustion chamber and reducing generation amount of NOx.SOLUTION: A diesel engine comprises a cylinder having a combustion chamber formed therein, a piston sliding within the cylinder, a fuel injection part 126 having one or a plurality of fuel injection ports 126a opened into the combustion chamber and injecting fuel F through the fuel injection ports, and a water injection part 128 having one or a plurality of water injection ports 128a formed to enclose the fuel injection ports to inject water from the water injection ports into the combustion chamber to generate a water layer L of water flow, the fuel injection part injects fuel in a direction where it passes through the water layer L generated by the water injection part.

Description

本発明は、燃焼室に燃料と水を噴射して燃料を燃焼させるディーゼルエンジンに関する。   The present invention relates to a diesel engine that injects fuel and water into a combustion chamber to burn the fuel.

ディーゼルエンジンには2ストローク方式と4ストローク方式があり、2ストローク方式は船舶など、4ストローク方式は自動車などに搭載されて普及している。その構造は2ストローク方式と4ストローク方式で異なり、2ストローク方式のディーゼルエンジンを例に挙げると、シリンダにおけるピストンのストローク方向一端部に排気ポートが設けられ、シリンダにおけるピストンのストローク方向他端部側に掃気ポートが設けられている。そして、吸気(給気)行程において掃気ポートから燃焼室に活性ガスが吸入されると、燃焼作用によって生じた排気ガスが、吸入される活性ガスによって排気ポートから押し出されるようにして排気される。このとき、吸入された活性ガスに燃料を噴射することにより燃焼作用が得られ、この燃焼作用によって生じる爆発圧力によってピストンがシリンダ内で往復運動することとなる。   Diesel engines are classified into two-stroke and four-stroke methods. The two-stroke method is installed in ships and the like, and the four-stroke method is widely used in automobiles. The structure differs between the 2-stroke and 4-stroke systems. For example, in a 2-stroke diesel engine, an exhaust port is provided at one end of the cylinder in the stroke direction of the piston. A scavenging port is provided. Then, when the active gas is sucked into the combustion chamber from the scavenging port during the intake (supply) stroke, the exhaust gas generated by the combustion action is exhausted by being pushed out of the exhaust port by the sucked active gas. At this time, a combustion action is obtained by injecting fuel into the sucked active gas, and the piston reciprocates in the cylinder by the explosion pressure generated by this combustion action.

こうしたディーゼルエンジンでは、上記のいずれの方式においても、燃焼室内の酸素濃度が高くなり過ぎると、有害なNOx(窒素酸化物)が生成され、排気ガスと一緒に排出されてしまう。そこで、特許文献1では、燃焼室において、燃料が噴射される前に水を噴射することで水蒸気を付加し、酸素分圧を低下させて、NOxの生成量を低減する構成が記載されている。また、燃焼室内に水を噴射すると燃焼室が冷却され、燃料の燃焼温度が低下して、NOxの生成量が低減される効果があることが知られている。特に、燃焼室内に噴射された燃料と水を衝突させると、燃焼反応に水が介在することで燃料の燃焼速度が低下し、NOxの生成量の低減に効果がある。   In such a diesel engine, in any of the above systems, if the oxygen concentration in the combustion chamber becomes too high, harmful NOx (nitrogen oxide) is generated and discharged together with the exhaust gas. Therefore, Patent Document 1 describes a configuration in which, in the combustion chamber, water is injected before fuel is injected to add water vapor, thereby reducing the oxygen partial pressure and reducing the amount of NOx produced. . It is also known that when water is injected into the combustion chamber, the combustion chamber is cooled, the combustion temperature of the fuel is lowered, and the amount of NOx produced is reduced. In particular, when the fuel injected into the combustion chamber collides with water, water intervenes in the combustion reaction, so that the combustion speed of the fuel is reduced, which is effective in reducing the amount of NOx produced.

特開2010−96133号公報JP 2010-96133 A

上記のように、燃焼室において燃料と水を衝突させる場合、単に、燃料の噴射方向と水の噴射方向を交差させただけでは、噴射された燃料に水が衝突しない部分が生じる。そして、燃料のうち、水が衝突していない部分から燃焼反応が起こると、燃焼温度が上昇してしまい、NOxの生成量があまり低減されないおそれがある。   As described above, when the fuel and the water collide in the combustion chamber, a portion where the water does not collide with the injected fuel is generated simply by intersecting the fuel injection direction and the water injection direction. And if a combustion reaction takes place from the portion of the fuel where water does not collide, the combustion temperature will rise, and the amount of NOx produced may not be reduced much.

本発明は、このような課題に鑑み、燃焼室における燃料と水の衝突の確実性を向上しNOxの生成量を低減することが可能なディーゼルエンジンを提供することを目的としている。   In view of such a problem, an object of the present invention is to provide a diesel engine capable of improving the certainty of collision of fuel and water in a combustion chamber and reducing the amount of NOx generated.

上記課題を解決するために、本発明のディーゼルエンジンは、内部に燃焼室が形成されるシリンダと、前記シリンダ内を摺動するピストンと、前記燃焼室に開口する1または複数の燃料噴射口を有し、該燃料噴射口から燃料を噴射する燃料噴射部と、前記燃料噴射口を囲って形成される1または複数の水噴射口を有し、該水噴射口から前記燃焼室内に水を噴射して、該水の流れによる水の層を生成する水噴射部と、を備え、前記燃料噴射部は、前記水噴射部が生成した前記水の層を通過する方向に、前記燃料を噴射することを特徴とする。   In order to solve the above problems, a diesel engine according to the present invention includes a cylinder in which a combustion chamber is formed, a piston that slides in the cylinder, and one or more fuel injection ports that open in the combustion chamber. A fuel injection unit that injects fuel from the fuel injection port, and one or a plurality of water injection ports formed to surround the fuel injection port, and injects water into the combustion chamber from the water injection port And a water injection unit that generates a layer of water by the water flow, wherein the fuel injection unit injects the fuel in a direction that passes through the water layer generated by the water injection unit. It is characterized by that.

前記燃料噴射部は、前記燃料噴射口を複数有し、前記水の噴射方向と交差する方向であって、かつ、前記燃料噴射口毎に異なる方向に、前記燃料を噴射してもよい。   The fuel injection unit may include a plurality of the fuel injection ports, and may inject the fuel in a direction that intersects with the water injection direction and is different for each fuel injection port.

前記燃料噴射部は、複数の前記燃料噴射口の中心に対し、放射状に前記燃料を噴射してもよい。   The fuel injection unit may inject the fuel radially with respect to the centers of the plurality of fuel injection ports.

本発明のディーゼルエンジンによれば、燃焼室における燃料と水の衝突の確実性を向上しNOxの生成量を低減することが可能となる。   According to the diesel engine of the present invention, it is possible to improve the certainty of collision between fuel and water in the combustion chamber and reduce the amount of NOx produced.

ディーゼルエンジンの全体構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the whole structure of a diesel engine. 図1の破線部分の拡大図である。It is an enlarged view of the broken-line part of FIG. 燃料と水の噴射形態を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the injection form of a fuel and water. 各制御部の動作を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows operation | movement of each control part.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating the understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and elements not directly related to the present invention are not illustrated. To do.

図1は、ディーゼルエンジン100の全体構成を示す説明図であり、図2は、図1の破線部分の拡大図である。本実施形態のディーゼルエンジン100は、例えば、船舶等に用いられる。具体的に、ディーゼルエンジン100は、シリンダ110(シリンダヘッド110a、シリンダブロック110b)と、ピストン112と、パイロット噴射弁114と、排気ポート116と、排気弁駆動装置118と、排気弁120と、掃気ポート122と、掃気室124と、燃料噴射部126と、水噴射部128と、ロータリエンコーダ130と、燃焼室140と、を含んで構成され、ガバナー(調速機)150、噴射制御部152、排気制御部154等の制御部によって制御される。   FIG. 1 is an explanatory diagram showing the overall configuration of the diesel engine 100, and FIG. 2 is an enlarged view of a broken line portion of FIG. The diesel engine 100 of this embodiment is used for a ship etc., for example. Specifically, the diesel engine 100 includes a cylinder 110 (cylinder head 110a, cylinder block 110b), a piston 112, a pilot injection valve 114, an exhaust port 116, an exhaust valve driving device 118, an exhaust valve 120, a scavenging air. The port 122, the scavenging chamber 124, the fuel injection unit 126, the water injection unit 128, the rotary encoder 130, and the combustion chamber 140 are configured to include a governor (regulator) 150, an injection control unit 152, It is controlled by a control unit such as the exhaust control unit 154.

ディーゼルエンジン100では、吸気(給気)、圧縮、燃焼、排気といった4つの連続する行程を通じて、不図示のクロスヘッドに連結されたピストン112がシリンダ110内を摺動自在に往復移動する。このようなクロスヘッド型のピストン112では、シリンダ110内でのストロークを比較的長く形成することができ、ピストン112に作用する側圧をクロスヘッドに受けさせることが可能なので、ディーゼルエンジン100の高出力化を図ることができる。さらに、シリンダ110とクロスヘッドが収まる不図示のクランク室とが隔離されるので、低質燃料油を用いる場合においても汚損劣化を防止することができる。   In the diesel engine 100, a piston 112 connected to a crosshead (not shown) reciprocates in a slidable manner in a cylinder 110 through four consecutive strokes such as intake (supply), compression, combustion, and exhaust. In such a cross head type piston 112, the stroke in the cylinder 110 can be formed relatively long, and the side pressure acting on the piston 112 can be received by the cross head. Can be achieved. Further, since the cylinder 110 and a crank chamber (not shown) in which the crosshead is accommodated are isolated, deterioration of contamination can be prevented even when using low quality fuel oil.

パイロット噴射弁114は、シリンダ110のストローク方向一端部である、ピストン112の上死点より上方のシリンダヘッド110aに設けられ、エンジンサイクルにおける所望の時点で適量の燃料油を噴射する。かかる燃料油は、シリンダヘッド110aと、シリンダブロック110bにおけるシリンダライナと、ピストン112とに囲繞された燃焼室140の熱で自然着火し、僅かな時間で燃焼して、燃焼室140の温度を極めて高くするので、燃料を所望のタイミングで確実に燃焼することができる。   The pilot injection valve 114 is provided in the cylinder head 110a above the top dead center of the piston 112, which is one end of the cylinder 110 in the stroke direction, and injects an appropriate amount of fuel oil at a desired point in the engine cycle. Such fuel oil is spontaneously ignited by the heat of the combustion chamber 140 surrounded by the cylinder head 110a, the cylinder liner in the cylinder block 110b, and the piston 112, and burns in a short time, so that the temperature of the combustion chamber 140 is extremely reduced. Since it is made high, the fuel can be surely burned at a desired timing.

排気ポート116は、シリンダ110におけるピストン112のストローク方向の一端側、すなわち、ピストン112の上死点より上方のシリンダヘッド110aの頂部に設けられた開口部であり、シリンダ110内で生じた燃焼後の排気ガスを排気するために開閉される。排気弁駆動装置118は、所定のタイミングで排気弁120を上下に摺動させ、排気ポート116を開閉する。このようにして排気ポート116を介して排気された排気ガスは、例えば、不図示の過給機のタービン側に供給された後、外部に排気される。   The exhaust port 116 is an opening provided at one end of the cylinder 110 in the stroke direction of the piston 112, that is, at the top of the cylinder head 110 a above the top dead center of the piston 112. It is opened and closed to exhaust the exhaust gas. The exhaust valve driving device 118 opens and closes the exhaust port 116 by sliding the exhaust valve 120 up and down at a predetermined timing. The exhaust gas exhausted through the exhaust port 116 in this manner is supplied to the turbine side of a turbocharger (not shown) and then exhausted to the outside.

掃気ポート122は、シリンダ110におけるピストン112のストローク方向の他端側の内周面(シリンダブロック110bの内周面)から外周面まで貫通する孔であり、シリンダ110の全周囲に亘って、複数設けられている。そして、掃気ポート122は、ピストン112の摺動動作に応じてシリンダ110内に活性ガスを吸入する。かかる活性ガスは、酸素、オゾン等の酸化剤、または、その混合気(例えば空気)を含む。掃気室124には、不図示の過給機のコンプレッサによって加圧された活性ガス(例えば空気)が封入されており、掃気室124とシリンダ110内の差圧をもって掃気ポート122から活性ガスが吸入される。掃気室124の圧力は、ほぼ一定とすることができるが、掃気室124の圧力が変化する場合には、掃気ポート122に圧力計を設け、その計測値に応じて燃料の噴射量等、他のパラメータを制御してもよい。   The scavenging port 122 is a hole that penetrates from the inner peripheral surface (the inner peripheral surface of the cylinder block 110b) on the other end side in the stroke direction of the piston 112 in the cylinder 110 to the outer peripheral surface. Is provided. The scavenging port 122 sucks the active gas into the cylinder 110 according to the sliding motion of the piston 112. Such an active gas includes an oxidizing agent such as oxygen and ozone, or a mixture thereof (for example, air). The scavenging chamber 124 is filled with active gas (for example, air) pressurized by a compressor of a supercharger (not shown), and the active gas is sucked from the scavenging port 122 with a differential pressure in the scavenging chamber 124 and the cylinder 110. Is done. The pressure in the scavenging chamber 124 can be substantially constant, but when the pressure in the scavenging chamber 124 changes, a pressure gauge is provided in the scavenging port 122, and the fuel injection amount, etc., according to the measured value, etc. The parameters may be controlled.

図2に示すように、シリンダヘッド110aには、上記の排気ポート116を形成する排気用部材116aが固定されている。また、シリンダヘッド110aには、後述する各噴射部(燃料噴射部126および水噴射部128)を形成する噴射用部材110cが固定されている。   As shown in FIG. 2, an exhaust member 116a forming the exhaust port 116 is fixed to the cylinder head 110a. Further, an injection member 110c that forms each injection section (a fuel injection section 126 and a water injection section 128) to be described later is fixed to the cylinder head 110a.

燃料噴射部126は、燃焼室140に開口する複数の燃料噴射口126aと、当該燃料噴射口126aを不図示の燃料タンクに連通する経路の少なくとも一部を形成する連通路126bを有する。   The fuel injection unit 126 has a plurality of fuel injection ports 126a that open to the combustion chamber 140, and a communication passage 126b that forms at least a part of a path that connects the fuel injection ports 126a to a fuel tank (not shown).

連通路126bは噴射用部材110cに形成された孔を含んで構成され、連通路126bの燃焼室140側の出口端には、半球形状の中空部材126cが、当該中空部材126cの平面側に形成された内部への開口を対向させて固定されている。   The communication passage 126b includes a hole formed in the injection member 110c, and a hemispherical hollow member 126c is formed on the plane side of the hollow member 126c at the outlet end of the communication passage 126b on the combustion chamber 140 side. The openings to the inside are fixed so as to face each other.

中空部材126cには、内部から曲面側に貫通する複数の孔が形成されており、燃料噴射口126aは、中空部材126cに形成された孔の曲面側の端部で構成される。   A plurality of holes penetrating from the inside to the curved surface side are formed in the hollow member 126c, and the fuel injection port 126a is configured by an end portion on the curved surface side of the hole formed in the hollow member 126c.

そして、燃料噴射部126は、燃料噴射口126aと燃料タンクとの連通経路を開閉可能な不図示の燃料噴射弁を開くことで、燃料噴射口126aから燃料を噴射する。   The fuel injection unit 126 injects fuel from the fuel injection port 126a by opening a fuel injection valve (not shown) that can open and close the communication path between the fuel injection port 126a and the fuel tank.

燃料噴射部126の燃料噴射口126aの周囲には、燃料噴射口126aを囲って複数の水噴射口128aが設けられている。図2では、水噴射口128aを2つ示すが、水噴射口128aは、中空部材126cの開口を中心として、シリンダ110の周方向に亘り、例えば、等間隔に4つ以上配されている。   A plurality of water injection ports 128a are provided around the fuel injection port 126a of the fuel injection unit 126 so as to surround the fuel injection port 126a. In FIG. 2, two water injection ports 128a are shown. Four or more water injection ports 128a are arranged at equal intervals, for example, in the circumferential direction of the cylinder 110 with the opening of the hollow member 126c as the center.

燃料噴射口126aと水噴射口128aの位置関係について詳述すると、シリンダヘッド110aの鉛直下側からの下面視において、水噴射口128aは、燃料噴射口126aの周りに複数配される。すなわち、複数の水噴射口128aの中心側に燃料噴射口126aが位置する。   The positional relationship between the fuel injection port 126a and the water injection port 128a will be described in detail. A plurality of water injection ports 128a are arranged around the fuel injection port 126a in the bottom view from the vertically lower side of the cylinder head 110a. That is, the fuel injection port 126a is located on the center side of the plurality of water injection ports 128a.

水噴射部128は、複数の水噴射口128aと、当該水噴射口128aを不図示の水タンクに連通する経路の少なくとも一部を形成する連通路128bを有する。連通路128bは、噴射用部材110cに形成された孔を含んで構成され、水噴射口128aは当該連通路128bの出口端である。   The water ejection unit 128 includes a plurality of water ejection ports 128a and a communication path 128b that forms at least a part of a path that connects the water ejection ports 128a to a water tank (not shown). The communication path 128b includes a hole formed in the injection member 110c, and the water injection port 128a is an outlet end of the communication path 128b.

図2では、理解を容易とするため、燃料噴射部126の連通路126bと水噴射部128の連通路128bを交差させて示すが、実際には、双方の連通路126b、128bは、交差せず互いに連通していないものとする。   In FIG. 2, for easy understanding, the communication path 126 b of the fuel injection unit 126 and the communication path 128 b of the water injection unit 128 are shown intersecting each other. However, actually, both the communication paths 126 b and 128 b intersect each other. It is assumed that they are not in communication with each other.

そして、水噴射部128は、水噴射口128aと水タンクとの連通経路を開閉可能な不図示の水噴射弁を開くことで、連通路128bから燃焼室140内に水を噴射(噴霧)する。本実施形態においては、噴射される水は液体とする。   The water injection unit 128 injects (sprays) water into the combustion chamber 140 from the communication path 128b by opening a water injection valve (not shown) that can open and close the communication path between the water injection port 128a and the water tank. . In the present embodiment, the water to be ejected is liquid.

ここで、水噴射部128による水の噴射量は、例えば、燃料の噴射量の30〜50%程度とする。また、水噴射口128aの数によって、水の噴射量の最適値は変わり、水噴射口128aの数が多いほど、燃料の噴射量に対する水の噴射量の比率を低下させることが望ましい。   Here, the water injection amount by the water injection unit 128 is, for example, about 30 to 50% of the fuel injection amount. Further, the optimum value of the water injection amount varies depending on the number of water injection ports 128a, and it is desirable to reduce the ratio of the water injection amount to the fuel injection amount as the number of water injection ports 128a increases.

また、水噴射部128は、燃料噴射部126による燃料の噴射とほとんど同時に、水を噴射するものとする。ただし、水の噴射圧力は大凡一定であって、燃料噴射部126による燃料の噴射圧力が高い場合、燃料の噴射タイミングよりも水の噴射タイミングを、最大で1ミリ秒(ms)程度早めることが望ましい。   Further, the water injection unit 128 is assumed to inject water almost simultaneously with the fuel injection by the fuel injection unit 126. However, if the water injection pressure is substantially constant and the fuel injection pressure by the fuel injection unit 126 is high, the water injection timing may be advanced by about 1 millisecond (ms) at the maximum from the fuel injection timing. desirable.

図3は、燃料と水の噴射形態を説明するための説明図である。図3では、各連通路126b、128bを破線で示し、水噴射部128が噴射した水の流れによって形成された水の層Lをグレーの塗りつぶしで示す。   FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a fuel and water injection mode. In FIG. 3, the communication paths 126b and 128b are indicated by broken lines, and the water layer L formed by the flow of water jetted by the water jetting part 128 is indicated by gray fill.

図3に示すように、本実施形態においては、水噴射部128は水を鉛直方向から僅かに傾斜した方向に噴射する。また、燃料噴射部126は、燃料を水の噴射方向に対して45度程度傾斜した方向に噴射している。ここでは、水の噴射方向を鉛直方向から僅かに傾斜した方向、燃料の噴射方向を水の噴射方向に対して45度傾斜した方向としているが、水の噴射方向は鉛直下方でもよいし、その他の方向であってもよい。また、燃料の噴射方向は水の噴射方向に対して傾斜していれば45度に限らない。ただし、水の噴射方向に対する燃料の噴射方向の傾斜角は、少なくとも45度以上であることが望ましい。   As shown in FIG. 3, in this embodiment, the water injection part 128 injects water in the direction slightly inclined from the vertical direction. Further, the fuel injection unit 126 injects fuel in a direction inclined by about 45 degrees with respect to the water injection direction. Here, the water injection direction is slightly inclined from the vertical direction, and the fuel injection direction is inclined 45 degrees with respect to the water injection direction, but the water injection direction may be vertically downward, May be the direction. The fuel injection direction is not limited to 45 degrees as long as the fuel injection direction is inclined with respect to the water injection direction. However, the inclination angle of the fuel injection direction with respect to the water injection direction is preferably at least 45 degrees or more.

そして、水噴射口128aが燃料噴射口126aを囲うように配されていることから、水噴射部128によって噴射された水の流れによって生成された水の層Lは、燃料噴射口126aを囲う円筒形状となる。   Since the water injection port 128a is disposed so as to surround the fuel injection port 126a, the water layer L generated by the flow of water injected by the water injection unit 128 is a cylinder surrounding the fuel injection port 126a. It becomes a shape.

このとき、燃料噴射部126は、燃料Fを、水噴射部128による水の噴射方向と交差する方向に噴射する。すなわち、燃料噴射部126は、鉛直方向に対して傾斜した方向に燃料Fを噴射する。また、燃料噴射部126は、複数の燃料噴射口126a毎に異なる方向に燃料Fを噴射する。   At this time, the fuel injection unit 126 injects the fuel F in a direction crossing the water injection direction by the water injection unit 128. That is, the fuel injection unit 126 injects the fuel F in a direction inclined with respect to the vertical direction. The fuel injection unit 126 injects fuel F in different directions for each of the plurality of fuel injection ports 126a.

詳細には、燃料噴射部126は、複数の燃料噴射口126aの中心に対し、放射状に燃料Fを噴射する。すわなち、鉛直上側から見たとき、複数の燃料噴射口126aは、仮想円上の周方向に等間隔に位置し、燃料Fは複数の燃料噴射口126aの中心から離隔する方向に噴射される。   In detail, the fuel injection part 126 injects the fuel F radially with respect to the center of the some fuel injection port 126a. That is, when viewed from the vertical upper side, the plurality of fuel injection ports 126a are located at equal intervals in the circumferential direction on the virtual circle, and the fuel F is injected in a direction away from the center of the plurality of fuel injection ports 126a. The

例えば、単に燃料の噴射方向と水の噴射方向を交差させただけでは、噴射された燃料に水が衝突しない部分が生じる。そして、燃料のうち、水が衝突していない部分から燃焼反応が起こると、燃焼温度が上昇してNOxが生成される場合がある。   For example, when the fuel injection direction and the water injection direction are simply crossed, a portion where water does not collide with the injected fuel is generated. When a combustion reaction occurs from a portion of the fuel that does not collide with water, the combustion temperature may rise and NOx may be generated.

本実施形態では、上述したように、水の層Lが燃料噴射口126aを囲うように形成される。燃料噴射部126は、水噴射部128が生成した水の層Lを通過する方向、すなわち、水の噴射方向に対して傾斜した方向に燃料Fを噴射するため、燃焼室140における燃料Fと水の衝突の確実性を向上しNOxの生成量を低減することが可能となる。   In the present embodiment, as described above, the water layer L is formed so as to surround the fuel injection port 126a. The fuel injection unit 126 injects the fuel F in the direction passing through the water layer L generated by the water injection unit 128, that is, the direction inclined with respect to the water injection direction. It is possible to improve the certainty of the collision and reduce the amount of NOx produced.

また、水の層Lが燃料噴射口126aを囲うように形成されることで、仮に、燃料噴射口126aから、設計時に狙った方向から多少ずれた方向に燃料Fが噴射される事態が生じたとしても、燃料Fと水との衝突の可能性を高めることができる。   Further, since the water layer L is formed so as to surround the fuel injection port 126a, a situation has occurred in which the fuel F is injected from the fuel injection port 126a in a direction slightly deviated from the direction aimed at the time of design. However, the possibility of collision between the fuel F and water can be increased.

図1に戻って、ロータリエンコーダ130は、不図示のクランク機構に設けられ、クランクの角度信号(以下、クランク角度信号と言う。)を検出する。   Returning to FIG. 1, the rotary encoder 130 is provided in a crank mechanism (not shown) and detects a crank angle signal (hereinafter referred to as a crank angle signal).

ガバナー150は、上位の制御装置から入力されたエンジン出力指令値と、ロータリエンコーダ130からのクランク角度信号によるエンジン回転数に基づいて、燃料噴射量を導出し、噴射制御部152に出力する。   The governor 150 derives the fuel injection amount based on the engine output command value input from the host controller and the engine speed based on the crank angle signal from the rotary encoder 130, and outputs the fuel injection amount to the injection control unit 152.

噴射制御部152は、ガバナー150から入力された燃料噴射量を示す情報と、ロータリエンコーダ130からのクランク角度信号に基づいて、燃料噴射弁を制御する。また、噴射制御部152は、燃料噴射量に基づいて水噴射量を導出し、ロータリエンコーダ130からのクランク角度信号に基づいて、水噴射弁を制御する。   The injection control unit 152 controls the fuel injection valve based on the information indicating the fuel injection amount input from the governor 150 and the crank angle signal from the rotary encoder 130. Further, the injection control unit 152 derives a water injection amount based on the fuel injection amount, and controls the water injection valve based on the crank angle signal from the rotary encoder 130.

排気制御部154は、噴射制御部152からの燃料噴射量にかかる信号、および、ロータリエンコーダ130からのクランク角度信号に基づいて、排気弁駆動装置118に排気弁操作信号を出力する。   The exhaust control unit 154 outputs an exhaust valve operation signal to the exhaust valve driving device 118 based on the signal related to the fuel injection amount from the injection control unit 152 and the crank angle signal from the rotary encoder 130.

以下、上述したディーゼルエンジン100のエンジンサイクルにおける各制御部の動作について説明する。   Hereinafter, the operation of each control unit in the engine cycle of the diesel engine 100 described above will be described.

図4は、各制御部の動作を示す説明図である。図4に示すように、燃焼行程後の排気行程では、排気ポート116および掃気ポート122が閉塞状態にあり、燃焼室140(シリンダ110内)には排気ガスが充満している。   FIG. 4 is an explanatory diagram showing the operation of each control unit. As shown in FIG. 4, in the exhaust stroke after the combustion stroke, the exhaust port 116 and the scavenging port 122 are in a closed state, and the combustion chamber 140 (inside the cylinder 110) is filled with exhaust gas.

燃焼室140の燃焼作用によって生じる爆発圧力により、ピストン112が下降し下死点に近づくと、排気制御部154は排気弁駆動装置118を通じて排気弁120を開弁し(図4に示すt1)、続いて、ピストン112の摺動動作に応じて掃気ポート122が開口する(図4に示すt2)。すると、掃気ポート122から活性ガスが吸入される。活性ガスはシリンダ110内を上昇し、燃焼室140(シリンダ110内)の排気ガスを排気ポート116から押し出す。   When the piston 112 descends and approaches the bottom dead center due to the explosion pressure generated by the combustion action of the combustion chamber 140, the exhaust control unit 154 opens the exhaust valve 120 through the exhaust valve driving device 118 (t1 shown in FIG. 4). Subsequently, the scavenging port 122 is opened according to the sliding motion of the piston 112 (t2 shown in FIG. 4). Then, the active gas is sucked from the scavenging port 122. The active gas rises in the cylinder 110 and pushes the exhaust gas in the combustion chamber 140 (in the cylinder 110) from the exhaust port 116.

そして、ピストン112が下死点から上死点に向けて上昇する圧縮行程では、掃気ポート122が閉口され、活性ガスの吸入が停止される。   Then, in the compression stroke in which the piston 112 rises from the bottom dead center toward the top dead center, the scavenging port 122 is closed and the suction of the active gas is stopped.

このとき、排気制御部154は、排気弁120を開弁状態に維持しており、ピストン112の上昇によって、引き続き、燃焼室140(シリンダ110内)の排気ガスは、排気ポート116から排出される。   At this time, the exhaust control unit 154 maintains the exhaust valve 120 in an open state, and the exhaust gas in the combustion chamber 140 (inside the cylinder 110) continues to be exhausted from the exhaust port 116 as the piston 112 rises. .

その後、さらにピストン112が上昇すると、排気制御部154は、排気弁120を閉弁して排気ポート116を閉口する(図4に示すt3)。   Thereafter, when the piston 112 further rises, the exhaust control unit 154 closes the exhaust valve 120 and closes the exhaust port 116 (t3 shown in FIG. 4).

そして、ピストン112が上死点に近づくと(図4に示すt4)、噴射制御部152は、ガバナー150から入力された燃料噴射量を示す情報や、ロータリエンコーダ130からのクランク角度信号によって導出されるエンジン回転数等に基づいて、燃料噴射弁を開弁して、燃料噴射部126から燃焼室140内に燃料Fを噴射させる。   When the piston 112 approaches top dead center (t4 shown in FIG. 4), the injection control unit 152 is derived by information indicating the fuel injection amount input from the governor 150 and the crank angle signal from the rotary encoder 130. The fuel injection valve is opened based on the engine speed and the like, and fuel F is injected from the fuel injection unit 126 into the combustion chamber 140.

同時に、噴射制御部152は、水噴射弁を開弁して、水噴射部128から燃焼室140内に水を噴射させる。これにより、噴射された水によって形成された水の層Lに燃料Fが衝突する。   At the same time, the injection control unit 152 opens the water injection valve to inject water into the combustion chamber 140 from the water injection unit 128. Thereby, the fuel F collides with the water layer L formed by the injected water.

そして、噴射制御部152は、燃料噴射弁および水噴射弁を閉弁し、燃料噴射部126および水噴射部128から燃焼室140内への燃料Fおよび水の噴射が停止する。   Then, the injection control unit 152 closes the fuel injection valve and the water injection valve, and the fuel F and water injection from the fuel injection unit 126 and the water injection unit 128 into the combustion chamber 140 is stopped.

このようにして、燃焼室140において燃料Fが燃焼することにより、上記のとおりに、排気、吸気、圧縮、燃焼行程が繰り返されることとなる。   As described above, the combustion of the fuel F in the combustion chamber 140 causes the exhaust, intake, compression, and combustion strokes to be repeated as described above.

上述した実施形態において、水タンクには、例えば、ディーゼルエンジン100が搭載された船舶の航行する海の海水を取水して貯留するものとする。これにより、船舶に積載する水タンクの容量を小さくできる上、真水の積載量を低減することが可能となる。また、当該海水をフィルタでろ過し、塩分などの不純物を除去して水タンクに貯留してもよい。また、水タンクに海水を貯留し、水タンクに貯留された海水を使用する際、フィルタでろ過してもよい。   In the above-described embodiment, for example, seawater in the sea where the ship on which the diesel engine 100 is mounted is taken and stored in the water tank. As a result, the capacity of the water tank loaded on the ship can be reduced and the load of fresh water can be reduced. Moreover, the said seawater may be filtered with a filter, impurities, such as salt content, may be removed and stored in a water tank. Moreover, when storing seawater in a water tank and using the seawater stored in the water tank, it may be filtered with a filter.

また、上述した実施形態において、水噴射部128は、液体の水を噴射する場合について説明したが、水噴射部128は、例えば、気体の水(水蒸気)を噴射してもよい。   In the above-described embodiment, the case where the water ejection unit 128 ejects liquid water has been described. However, the water ejection unit 128 may eject, for example, gaseous water (water vapor).

また、上述した実施形態において、燃料噴射口126a、および、水噴射口128aが、それぞれ複数設けられた場合について説明したが、燃料噴射口126a、および、水噴射口128aは一つであってもよい。水噴射口128aを一つとする場合、水噴射口128aを、燃料噴射口126aを囲うような環上の形状に形成するとよい。   In the above-described embodiment, the case where a plurality of fuel injection ports 126a and water injection ports 128a are provided has been described. However, even if there is only one fuel injection port 126a and one water injection port 128a. Good. When one water injection port 128a is used, the water injection port 128a may be formed in a ring shape so as to surround the fuel injection port 126a.

また、上述した実施形態において、燃料噴射部126は、複数の燃料噴射口126a毎に異なる方向に燃料Fを噴射することとしたが、燃料噴射部126は、すべての燃料噴射口126aについて同じ方向に燃料Fを噴射させてもよいし、燃料噴射口126aの総数より少ない2つ以上の燃料噴射口126aについてのみ、同じ方向に燃料Fを噴射させてもよい。ただし、複数の燃料噴射口126a毎に異なる方向に燃料Fを噴射することで、燃焼室140内に燃料Fが分散し易くすることが可能となる上、水の層Lの広い範囲が燃料Fと衝突することとなり、噴射された水を効率的に燃料Fと衝突させることが可能となる。   In the above-described embodiment, the fuel injection unit 126 injects the fuel F in a different direction for each of the plurality of fuel injection ports 126a. However, the fuel injection unit 126 has the same direction for all the fuel injection ports 126a. The fuel F may be injected into the fuel injection port, or the fuel F may be injected in the same direction only with respect to two or more fuel injection ports 126a that are smaller than the total number of the fuel injection ports 126a. However, by injecting the fuel F in a different direction for each of the plurality of fuel injection ports 126a, the fuel F can be easily dispersed in the combustion chamber 140, and the wide range of the water layer L is the fuel F. Thus, the injected water can collide with the fuel F efficiently.

また、上述した実施形態において、燃料噴射部126は、放射状に燃料Fを噴射する場合について説明したが、燃料Fを噴射する方向は、水の層Lを通過する方向であれば、放射状でなくてもよい。ただし、燃料噴射部126は、放射状に燃料Fを噴射することで、燃料Fの分散、および、噴射された水の燃料Fへの衝突が、さらに効率的に遂行される。   In the above-described embodiment, the fuel injection unit 126 has explained the case of injecting the fuel F radially. However, if the direction in which the fuel F is injected passes through the water layer L, it is not radial. May be. However, the fuel injection unit 126 injects the fuel F radially, so that the dispersion of the fuel F and the collision of the injected water with the fuel F are more efficiently performed.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Is done.

本発明は、燃焼室に燃料と水を噴射して燃料を燃焼させるディーゼルエンジンに利用することができる。   The present invention can be used for a diesel engine in which fuel and water are injected into a combustion chamber to burn the fuel.

F …燃料
L …水の層
100 …ディーゼルエンジン
110 …シリンダ
112 …ピストン
126 …燃料噴射部
126a …燃料噴射口
128 …水噴射部
128a …水噴射口
140 …燃焼室
F ... Fuel L ... Water layer 100 ... Diesel engine 110 ... Cylinder 112 ... Piston 126 ... Fuel injection part 126a ... Fuel injection part 128 ... Water injection part 128a ... Water injection part 140 ... Combustion chamber

Claims (3)

内部に燃焼室が形成されるシリンダと、
前記シリンダ内を摺動するピストンと、
前記燃焼室に開口する1または複数の燃料噴射口を有し、該燃料噴射口から燃料を噴射する燃料噴射部と、
前記燃料噴射口を囲って形成される1または複数の水噴射口を有し、該水噴射口から前記燃焼室内に水を噴射して、該水の流れによる水の層を生成する水噴射部と、
を備え、
前記燃料噴射部は、前記水噴射部が生成した前記水の層を通過する方向に、前記燃料を噴射することを特徴とするディーゼルエンジン。
A cylinder in which a combustion chamber is formed;
A piston sliding in the cylinder;
A fuel injection portion having one or a plurality of fuel injection ports opened in the combustion chamber and injecting fuel from the fuel injection ports;
A water injection unit that has one or a plurality of water injection ports formed around the fuel injection port, and injects water into the combustion chamber from the water injection port to generate a water layer by the flow of the water When,
With
The diesel engine, wherein the fuel injection unit injects the fuel in a direction passing through the water layer generated by the water injection unit.
前記燃料噴射部は、
前記燃料噴射口を複数有し、
前記水の噴射方向と交差する方向であって、かつ、前記燃料噴射口毎に異なる方向に、前記燃料を噴射することを特徴とする請求項1に記載のディーゼルエンジン。
The fuel injection part is
A plurality of the fuel injection ports;
2. The diesel engine according to claim 1, wherein the fuel is injected in a direction intersecting with the water injection direction and different in each fuel injection port.
前記燃料噴射部は、複数の前記燃料噴射口の中心に対し、放射状に前記燃料を噴射することを特徴とする請求項2に記載のディーゼルエンジン。   The diesel engine according to claim 2, wherein the fuel injection section injects the fuel radially with respect to the centers of the plurality of fuel injection ports.
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