JP2015096727A

JP2015096727A - 内燃機関を動作させる方法および内燃機関

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Publication number: JP2015096727A
Application number: JP2014223310A
Authority: JP
Inventors: フレミング・エム．ビー．・アンデルセン; M B Andersen Flemming
Original assignee: MAN Energy Solutions Filial af MAN Energy Solutions SE; MAN Diesel and Turbo Filial af MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions Filial af MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2013-11-01
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2015-05-21
Also published as: CN104612836A; KR20150051180A; DK177936B9; DK177936B1; KR101733730B1

Abstract

【課題】圧縮仕事を低下させ、機関の効率を上昇させる。【解決手段】少なくとも１つのシリンダ２とシリンダ２内の往復動ピストン１５とを有する内燃機関１を動作させる方法であって、往復動ピストンが、機関の全負荷において１２００ｒｐｍ以下で回転し、シリンダ２は、吸気および排気用の空気通路開口１０、１２を有し、前記開口は、上死点に向かうピストン１５の圧縮ストロークの少なくとも大部分の間にわたり閉じられる。少なくとも１つの液体非自動点火燃料インジェクタ２６は、ピストンが上死点後の５０?から上死点前の５０?までのクランク角の間隔内に位置する場合にピストン１５により覆われる位置にてシリンダライナ２’に位置決めされる。液体非自動点火燃料インジェクタ２６は、圧縮ストローク中にシリンダ２内に液体非自動点火燃料を噴射し、それにより、シリンダ内の圧力を、およびしたがってピストンにより実施される圧縮仕事を低下させる。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関を動作させる方法に関する。該機関は、中にピストンを有する少なくとも１つのシリンダを有し、このピストンは、クランクシャフトに連結され、機関の動作中には上死点（ＴＤＣ）と下死点（ＢＤＣ）との間で往復運動しており、前記シリンダは、吸気および排気用の空気通路開口を有する。液体非自動点火燃料が、圧縮ストローク中にシリンダのシリンダライナにおける噴射位置からシリンダ内へと噴射され、その際に、前記空気通路開口は閉じられ、ピストンは噴射位置の下方に配置され、点火デバイスは、液体非自動点火燃料を点火するために作動される。

ＧＢ６５１，５２６Ａは、点火プラグに隣接するシリンダの頂部に配置された燃料インジェクタからの、ＴＤＣ前には７５°〜３０°の範囲のおよび一般にＴＤＣ前には約７０°〜３０°の範囲の燃料の噴射を開始することにより、ノッキングが抑制される、１８００ｒｐｍにて駆動する機関におけるこの種の方法を開示している。点火プラグ付近の位置からの圧縮ストロークの後期部分における燃料の噴射は、噴射燃料の第１の部分と蒸気−空気との混合気を即座に点火させることによって、シリンダ内の渦方向に逆らって進む火炎前面を確立し、したがってノッキングを回避すると言われている。

本発明は、特に、１００％機関負荷にて９００ｒｐｍ未満の回転速度で動作する機関に関する。

ＤＫ−Ｂ−１７６１１８および対応する日本特許第３９０８８５５号は、低圧供給ガスにおけるディーゼル型のターボチャージ式二元燃料内燃機関の駆動能力の強化に関するものであり、強力な水噴射が、圧縮ストローク中に燃料の量と同等のまたはそれを超過する重量量にてシリンダ内容物全体に直接的に実施される、ディーゼル型のターボチャージ二元燃料内燃機関を開示している。これは、主要燃料としての低圧噴射ガス燃料においてさらに大型の２ストロークディーゼル機関を動作させることを可能にし、それにより、高圧噴射燃料は、点火補助としてのみ使用されることになる。なぜならば、水の噴射により、シリンダ内におけるガス燃料と空気とのより良好な混合が可能となり、したがって局所的自動点火のリスクが低下するからであり、また、噴射された水の気化により、シリンダ内の温度および圧力が低下し、これらの両要因により、化学反応を遅延させ、自動点火のリスクの低下に寄与するからである。さらに、より高速にて駆動する小型ガス／ディーゼル機関にてより良好な燃焼状態を達成することが可能であると言及されている。

米国特許第７２８４５０６号は、ディーゼル燃料を備える第１の燃料とメタノールまたはエタノールなどの低セタン燃料を備える第２の燃料との実質的に均質な混合物における内燃機関の動作時の自動点火のタイミング調整を行う方法を開示している。それによって、第１の燃料および第２の燃料の量は、自動点火のタイミングを調節するために変更される。記載される実施形態においては、低セタン燃料は、吸気マニホルド内に適用され、それにより、低セタン燃料は、吸気ストロークの間、燃焼シリンダ内に導入されることとなるが、低セタン燃料を噴射するための燃料インジェクタは、おそらく燃焼シリンダ内に直接的に燃料を噴射するように構成されると言及されている。

本発明の目的は、内燃機関の機関経済性および／または機関効率を高めることである。

これは、背景技術で述べたような方法であって、液体非自動点火燃料が、機関の動作中にピストンにより交互に覆われる噴射位置から上死点（ＴＤＣ）前に少なくとも９０°のクランク角にて噴射され、クランクシャフトが、１００％の機関負荷で４０〜１２００ｒｐｍの範囲の回転速度にて回転する、方法により達成される。圧縮ストローク中に液体非自動点火燃料を噴射することにより、シリンダ内部の空気の温度およびしたがって圧力が、液体非自動点火燃料の気化による熱消費によって低下する。噴射された液体非自動点火燃料は、気化し、圧縮空気から熱を消費する一方で、ピストンは、上死点（ＴＤＣ）前の実質的に９０°の位置から上方へと移動される。したがって、圧縮ストローク中にピストンが実施する仕事は、ピストンに対する下方圧力が、気化した液体非自動点火燃料の冷却により引き起こされるより低い圧縮圧力によって低下するため、減少する。液体非自動点火燃料の噴射が行われると、シリンダ内の圧力もまた、圧縮ストロークの終了時のシリンダ圧力よりも著しく低くなり、噴射された液体非自動点火燃料は、そうでなければ圧縮ストロークの終了時に優位となるより高い圧力に対して圧縮ストロークの終了時に噴射されていた筈の燃料に代わる。

圧縮ストローク中に液体非自動点火燃料の噴射を伴わずに機関内のピストンにより実施される仕事と比較した場合の、ピストンにより実施される仕事のこの減少により、機関の効率が強化される。代替的には、本発明のこの効果は、より小型のおよびしたがってより安価な吸気冷却器を設けることによって吸気冷却器を有する機関を設計する場合に利用されてもよく、これにより、機関のより経済的な全体設計が得られる。

圧縮ストローク中のより早期に、液体非自動点火燃料が噴射されるほど、より多量の圧縮仕事が、軽減され、したがって、液体非自動点火燃料は、圧縮ストローク中に上死点（ＴＤＣ）前の少なくとも９０°のクランク角にてシリンダ内に噴射される。

液体非自動点火燃料の噴射が、吸気および排気用の空気通路開口が圧縮ストロークの開始時に全て閉じられた後に即座に実施されると、少なくとも理論的には、ピストンにより実施される圧縮仕事の最大の減少が得られる。しかし、実際に使用される液体非自動点火燃料と、吸気の温度などの他の機関パラメータとによっては、噴射の遅延は、液体非自動点火燃料の噴射前の圧縮によりその燃料の気化が促進されることによって、シリンダ内部の空気温度の一定の上昇を得るために有利となる場合がある。

液体非自動点火燃料は、シリンダのシリンダライナにて噴射位置から噴射され、前記噴射位置は、ピストンにより交互に覆われ、噴射は、ピストンが噴射位置の下方に位置する場合に実施される。シリンダのシリンダライナは、シリンダの円筒状側部表面を形成し、またこれは、ピストンリングがシリンダのこの円筒状側部表面上を滑走または動作するため滑走面とも呼ばれる。液体非自動点火燃料は、気化可能な状態の細かい霧として噴射され得る。なぜならば、この噴射は、噴射の終了後に噴射位置がピストンにより覆われ、ピストン頂部がピストン移動中に上死点（ＴＤＣ）の方向に上方へと噴射位置を通過するように、シリンダ頂部から遠方に位置決めされた、シリンダライナ上の１つまたは複数の噴射位置から実施されるからである。シリンダの下半部に位置する噴射位置からの噴射により、液体非自動点火燃料は、長距離にわたりシリンダ内へと噴射される必要がなく、したがって、噴射は、気化可能な状態の細かい霧の形態でありながらも、シリンダの下方部分において給気中に行われ得る。したがって、シリンダライナ中のこの噴射位置により、噴射された液体燃料は、ピストンが上死点（ＴＤＣ）付近に移動するかなり前に気化することが可能となり、したがって、気化による冷却効果は、圧縮ストローク中に得られる。

一実施形態においては、内燃機関は、低速で２ストロークのクロスヘッド式ディーゼル型内燃機関であり、前記少なくとも１つのシリンダは、吸気に前記空気通路開口を提供する掃気ポートを有するシリンダライナを備え、液体非自動点火燃料は、掃気ポートが閉じられている間、噴射される。これにより、シリンダは、液体非自動点火燃料がシリンダ内の温度と圧力とを低下させるために噴射される際に、閉じられることが可能となる。「低速機関」は、１００％の機関負荷にて４０〜３００ｒｐｍの範囲内の回転速度で、特に４０〜２５０ｒｐｍの間の回転速度で稼動する機関として理解されたい。「ディーゼル型」という表現は、ディーゼルサイクルにしたがって動作する機関を備えるものとして理解されるべきであり、これらの機関は、一例としては、ディーゼル燃料、重質燃料油、メタンもしくは天然ガスなどのガス燃料、または二元燃料、すなわち自動点火燃料および非自動点火燃料で駆動し得る。

一実施形態においては、内燃機関は、中速の４ストローク内燃機関であり、前記少なくとも１つのシリンダは、吸気および排気のそれぞれに前記空気通路開口を提供する少なくとも１つの吸気弁と少なくとも１つの排気弁とを備える。液体非自動点火燃料は、前記弁が閉じられる間に噴射される。これにより、シリンダは、液体非自動点火燃料がシリンダ内の温度と圧力とを低下させるために噴射される際に、閉じられることが可能となる。中速機関は、１００％の機関負荷にて３００〜１２００ｒｐｍの間の回転速度で、特に４００〜１０００ｒｐｍの間の回転速度で駆動する機関として理解されたい。

液体非自動点火燃料は、動作中に関連する動作パラメータにて自動点火しない低セタン価を有する燃料であり得る。一実施形態においては、メタノールが、液体非自動点火燃料として使用される。他の企図される液体非自動点火燃料は、エタノールおよびｉ−プロパノールである。好ましくは、液体非自動点火燃料は、液体非自動点火燃料の気化による温度低下により引き起こされるシリンダ内の圧力の低下が、シリンダ内の給気に対する液体非自動点火燃料の追加による圧力上昇よりも大きくなることを確保するために、比較的高い気化熱を有するべきである。

一実施形態においては、点火デバイスは、自動点火燃料用の燃料インジェクタ、温度点火要素、および電気火花要素からなる群より選択される。したがって、液体非自動点火燃料の点火を実現するために、複数の可能性が当業者に与えられる。

本発明は、一実施形態においては、ディーゼル機関に対する二元燃料解決策において適用されてもよく、これにより、液体非自動点火燃料は、動作サイクル中にシリンダに供給される燃料の全量の一部分として付加され得る。液体非自動点火燃料は、動作中にシリンダに供給される燃料の全量のより少量部分またはより多量部分を構成してもよく、したがって、液体非自動点火燃料は、燃料の小部分を構成してもよく、または、液体非自動点火燃料は、主要部分を構成してもよく、ディーゼル燃料などの自動点火燃料が、圧縮ストロークの終了時に非自動点火燃料を点火するための燃料としてのみ使用されてもよい。

別の実施形態においては、気体状態ガス燃料が、吸気のための空気通路開口を閉じる前に吸気でシリンダを充填する間に、動作中にシリンダに供給される燃料の全量の一部分としてシリンダ内に入れられる。この実施形態は、例えば液化天然ガス（ＬＮＧ）を輸送するための船舶内などの、天然ガスで駆動する機関などに、例えば適用され得る。これにより、船舶の輸送タンクから気化する天然ガスが、吸気と共に追加燃料としてシリンダ内に導入され得ると共に、液化天然ガスは、本発明にしたがって液体非自動点火燃料として噴射され得る。

さらに、本発明は、中にピストンを有する少なくとも１つのシリンダを有する内燃機関に関する。このピストンは、クランクシャフトに連結され、前記ピストンは、上死点（ＴＤＣ）と下死点（ＢＤＣ）との間で往復運動し、前記シリンダは、吸気および排気用の空気通路開口を有し、前記開口は、上死点（ＴＤＣ）に向かうピストンの圧縮ストロークの少なくとも大部分の間にわたり閉じられる。この内燃機関は、シリンダ内に液体非自動点火燃料を噴射するための少なくとも１つの液体非自動点火燃料インジェクタと、空気通路開口が閉じられている間、圧縮ストローク中にシリンダ内に前記液体非自動点火燃料を噴射するように前記インジェクタを制御するための手段とを有する。本発明によれば、少なくとも１つの液体非自動点火燃料インジェクタは、ピストンが上死点（ＴＤＣ）後のＢＤＣにわたる５０°から、上死点（ＴＤＣ）前の５０°までのクランク角の間隔内にある場合に、ピストンにより覆われる位置にてシリンダライナに位置決めされ、機関は、１００％の機関負荷にて４０〜１２００ｒｐｍの範囲内の回転速度を有する。これにより、上述の利点および効果を有する、本発明の方法により動作するのに適した内燃機関が実現される。少なくとも１つの液体非自動点火燃料インジェクタが、ピストンがＴＤＣ後のＢＤＣにわたる５０°から、ＴＤＣ前の５０°までのクランク角の間隔内にある場合に、ピストンにより交互に覆われる位置にてシリンダライナに位置決めされることにより、液体非自動点火燃料用のインジェクタが、シリンダの下方部分内に配置されることが実現され、それにより、液体非自動点火燃料は、シリンダ内容物の下半部中に存在するために短距離にわたって噴射されることが必要となるにすぎず、この噴射は、容易に気化するおよびしたがって気化熱を消費する細かい霧として行われ得ることが実現される。

液体非自動点火燃料は、上死点（ＴＤＣ）前に少なくとも９０°のクランク角にて噴射され、かかる噴射は、ピストンが上死点（ＴＤＣ）前に約５０°の位置にある場合のピストン頂部の高さにある噴射位置から、または、ピストンが上死点（ＴＤＣ）前に約９０°の位置にある場合のピストン頂部の高さにある噴射位置、もしくはピストンが上死点（ＴＤＣ）前に９０°超の位置にある場合のピストン頂部の高さにあるシリンダの下半部にある噴射位置などの、シリンダの頂部からさらに大きな距離を置いて位置する噴射位置から、実施され得る。したがって、後者の場合には、少なくとも１つの液体非自動点火燃料インジェクタは、ピストンがＴＤＣ後のＢＤＣにわたる９０°からＴＤＣ前の９０°までのクランク角の間隔内にある場合に、ピストンにより交互に覆われる位置にてシリンダライナに位置決めされ得る。

シリンダライナが、シリンダライナの軸方向端部同士の中間の中間位置にて機関フレームにより支持され、シリンダライナが、シリンダライナの下方端部と前記中間位置との間に位置決めされた掃気ポートを備える、一実施形態においては、少なくとも１つの液体非自動点火燃料インジェクタは、掃気ポートと前記中間位置との間に位置決めされる。これにより、液体非自動点火燃料用のインジェクタが、中間位置と掃気ポートを備える端部の対向側の端部にてシリンダを閉じるシリンダカバーとの間に延在するシリンダライナの部分に比較してごくわずかな応力を被るシリンダの箇所に配置され得ることが実現される。シリンダボルトは、シリンダライナの頂部の定位置にシリンダカバーを保持し、したがって、中間位置とシリンダカバーとの間に延在するシリンダライナの部分は、クランプ力が、シリンダボルトからシリンダカバーを介してシリンダライナにおよび中間位置にまで伝達され、この中間位置にてクランプ力が機関フレームにより吸収されることによって、影響を被る。したがって、シリンダライナ中の中間位置よりも低い高さに液体非自動点火燃料インジェクタを配置することが有利となる。

この実施形態の内燃機関は、典型的には、電動ブロワおよび／またはターボチャージャによる圧縮流入空気の供給などにより、加圧される。さらに、本発明による可能なオプションは、排気再循環（ＥＧＲ）または排気バイパス（ＥＧＢ）を利用することであり、これらは、当技術においてやはり一般的に知られている。

以下、極めて概略的な図面を参照として、例としてさらに詳細に本発明を説明する。

本発明によるディーゼル機関の側面図。図１の機関のシリンダ全体の垂直断面図。シリンダの下方領域の部分図。

図１においては、コンテナ船もしくはばら積み貨物船などの船舶の推進用の、または固定発電所における電力生成用の、ディーゼル型の２ストローククロスヘッド機関１の概要が示される。機関１は、機関フレーム３上に一列に配置された４〜１５個のシリンダなどの、いくつかのシリンダ２を有する。高圧供給ポンプ４’と、ディーゼルオイルまたは重質燃料油などの自動点火燃料用の共通供給パイプ４とが、シリンダの頂部に取り付けられた燃料インジェクタの形態の点火デバイス９に、制御デバイス５を介した自動点火燃料の供給を行う。制御デバイス５は、ピストンポンプまたは電子制御弁であってもよい。制御デバイス５は、点火デバイスを作動させ、従来の燃料噴射タイミングに相当する望ましい機関サイクルタイミングにて、燃焼チャンバ６における燃焼を開始させる。この作動は、一例としては、上死点（ＴＤＣ）前の１０°〜上死点（ＴＤＣ）後の１０°の範囲において実施され得る。点火デバイスは、典型的には、周知の燃焼原理にしたがった燃焼開始のための周知の様式にて、目下の機関負荷に応じた機関サイクルの調節可能なタイミング調整により作動される。オットーサイクル機関で知られている点火プラグなどの、熱点火要素または電気火花要素などの他の種類の点火デバイスが使用されてもよい。

また、気体燃料をシリンダに供給することが望ましい場合にも、圧縮ストローク中に、液体非自動点火燃料の噴射前のシリンダ中の流入空気に１０バール未満の圧力などの低圧にてガスを供給することが可能である。また、かかるガスは、非自動点火性であるため、点火のタイミングは、点火デバイスの作動により制御される。

内燃機関１は、例えば電気モータにより駆動されるピストンポンプまたは油圧駆動ポンプもしくはカムシャフト駆動ポンプなどの、従来の圧力ポンプなどであってもよい圧力デバイス８により、供給ライン７を経由して供給される、液体非自動点火燃料の図示しない貯蔵タンクなどの供給源か、あるいは、液体非自動点火燃料を定期的に供給され、液体非自動点火燃料インジェクタ２６への所望の液体非自動点火燃料供給圧力に相当する圧力の圧縮不活性空気により加圧される少なくとも１つのタンクを備える、例えばメタノールなどの液体非自動点火燃料用の供給システムを有する。不活性ガスにより加圧されるタンクシステムは、非自動点火燃料が非常に乏しい潤滑性能を有する場合には、好ましいものとなり得る。タンク内の液体非自動点火燃料および不活性空気は、膜により、またはタンクが、液体非自動点火燃料上に浮遊し不活性空気圧をそれに伝達する空気充填ボールなどのフロートを備えているなどの別の方法で相互から隔離されてもよい。このようにすることで、非常に高い液体非自動点火燃料圧力を生成することと、ピストンが液体非自動点火燃料中に部分的に延在するポンプシリンダ内の潤滑条件を考慮する必要なく、シリンダに多量の液体非自動点火燃料を送達することとが可能となる。

液体非自動点火燃料は、機関サイクルに依拠して時間制御される制御弁を開閉することにより、シリンダ上の液体非自動点火燃料インジェクタ２６に供給されてもよい。制御弁は、クランクシャフトの目下の角度位置に関する信号を受領する制御ユニットにより、電子的に制御されてもよい。液体非自動点火燃料の噴射は、迅速に、および噴射が実施される際のシリンダ内の圧力と比べて過剰な圧力で行われてもよい。より長い期間にわたり噴射を行うことが望ましい場合には、液体非自動点火燃料の圧力を可変的にすることによる噴射中の圧縮圧力の上昇を考慮に入れることが可能であり、それにより、この圧力もまた、圧縮ストローク中に上昇する。

周知の方式に従って、各液体非自動点火燃料インジェクタ２６が、内部シートと、液体非自動点火燃料供給源と噴霧器ノズルとの間の連結を遮断するためにばねにより内部シートに対して圧迫される可動スライダとを有する、弁ハウジングを備えてもよい。弁が、液体非自動点火燃料噴射の開始のために作動されると、スライダは、シートから離れる方向に変位される。これは、例えば制御弁が、下方スライダ表面に対して液体非自動点火燃料圧力を印加するために開くことなどによって、実行され得る。これにより、液体非自動点火燃料圧力は、シートから離れる方向にスライダを変位させる。代替的な可能性は、シートから離れる方向にスライダを変位させるために制御オイルを使用することであり、この場合には、弁の開閉機能は、液体非自動点火燃料圧力とは無関係となり得る。インジェクタの端部付近の噴霧器ノズルは、噴射される液体非自動点火燃料がシリンダ壁部またはピストンに衝突するように、配向される。噴霧器ノズルをそれぞれが有する、図２に示すように３つなどのいくつかの液体非自動点火燃料インジェクタ２６が、シリンダ２に取り付けられてもよい。様々な噴霧器ノズルが、シリンダ内容物中に比較的均一に液体非自動点火燃料を分配するために、それぞれ異なる配向を有してもよい。噴霧器ノズル中のノズル穴は、典型的には、シリンダライナの内方表面の付近の、しかしラジアル方向外方の、凹部内に配置される。噴射は、シリンダの内方表面から離れる方向に進む方向へと適切に配向され得る。

機関は、機関負荷で変動し得る圧力の掃気および給気を供給されてもよい。掃気および給気は、場合によっては機関が部分負荷または低負荷にて駆動中である場合に被動補助ブロワにより補助される、１つまたは複数のターボチャージャによって送達されてもよい。

機関は、中速度機関であってもよいが、図示する実施形態においては、機関は、シリンダカバー１１内のシリンダの頂部に配置された排気弁１０と、掃気ボックス１３により囲まれたより低いシリンダセクションのシリンダライナ２’中に位置する一列の掃気ポート１２とを有する、低速度機関であり、掃気ボックス１３は、開口２１を介して、いくつかのシリンダに共通の細長高圧容器である掃気レシーバ３０などの圧縮掃気供給源に連通する。掃気ボックス１３は、各シリンダごとに別個であってもよく、すなわち、シリンダ同士の間の横断壁部により相互に分離されてもよく、クランクハウジングと空気供給源との効果的な隔離を実現するために、機関フレーム内の中間底部１４によって下方において区切られてもよい。シリンダ内のピストン１５は、ピストンロッドスタッフィングボックス１７内において中間底部を貫通するピストンロッド１６に取り付けられる。別の実施形態においては、掃気ボックスは、いくつかのまたは全てのシリンダに共通であってもよい。

図３に示す別の実施形態においては、液体非自動点火燃料インジェクタ２６は、図２に示すように、シリンダライナ２’上の機関フレーム３の支持位置の下方の位置においてシリンダライナ２’中のボア内に取り付けられる。シリンダライナ２’のこの部分は、機関フレーム３の支持位置の上方のシリンダライナ２’の部分ほどの高い負荷は受けず、図２に示すように、シリンダライナ２’の壁厚は、機関フレーム３の支持位置の下方よりも小さい。より低い負荷と掃気ポート１２により近い位置とにより、この領域に液体非自動点火燃料インジェクタ２６を配置することと、シリンダ内において上方に噴射が行われるその方向に噴霧器ボアを配向することとが、有利となる。シリンダの頂部までの距離が長いことにより、ピストン１５から離れる方向に全ての噴射を向けつつ、多量の非自動点火燃料を噴射することが可能となる。

個々の液体非自動点火燃料インジェクタ２６は、好ましくは、燃料インジェクタ２６の対向側のシリンダライナ２’の内方壁部に到達する前に気化することとなる微細液滴の噴霧を供給するように配置される。

２ストローク機関は、原理的に上死点ＴＤＣにて０°のクランク角で開始する機関サイクルを有する。燃焼の大部分は、燃焼ストローク中に、下死点ＢＤＣにて０°のクランク角から１８０°までにおいて行われる。圧縮ストロークは、原理的には１８０°〜３６０°のクランク角にて行われるが、排気弁は、閉じられなければならず、ピストンは、圧縮が実際に開始される前に掃気ポート１２を覆わなければならない。したがって、圧縮ストローク中の上死点ＴＤＣ前の少なくとも３０°のクランク角が、１８０°〜３３０°の間隔内のクランク角となり、したがって、圧縮ストローク中の上死点ＴＤＣ前の少なくとも５０°のクランク角が、１８０°〜３１０°の間隔内のクランク角となり、したがって、圧縮ストローク中の上死点ＴＤＣ前の少なくとも９０°のクランク角が、１８０°〜２７０°の間隔内のクランク角となる。

機関が、４ストローク機関として具現化される場合には、関連する圧縮ストロークは、機関サイクルにおいて５４０°のクランク角から７２０°のクランク角までに位置する。したがって、４ストローク機関においては、圧縮ストローク中の上死点ＴＤＣ前の少なくとも３０°のクランク角は、５４０°〜６９０°の間隔内のクランク角となり、したがって、圧縮ストローク中の上死点ＴＤＣ前の少なくとも５０°のクランク角は、５４０°〜６７０°の間隔内のクランク角となり、したがって、圧縮ストローク中の上死点ＴＤＣ前の少なくとも９０°のクランク角は、５４０°〜６３０°の間隔内のクランク角となる。

非自動点火燃料の一例は、２〜５の範囲内のセタン価と、１９．９ＭＪ／ｋｇの低位発熱量と、１．１０４ＭＪ／ｋｇの気化熱という特性を有するメタノールである。別の好ましくない例は、約１２のセタン価と、２８．９ＭＪ／ｋｇの低位発熱量と、０．９３ＭＪ／ｋｇの気化熱とを有するエタノールである。

燃料の一部としてシリンダ内にガスを入れるように設定されることを備える上記の一実施形態を説明したが、本発明は、かかる設定を省いた機関にも適用可能である点を理解されたい。したがって、本発明は、機関のシリンダ内に噴射される液体非自動点火燃料と、点火用に供給されるオイルなどの自動点火燃料とのみによって燃料供給される機関に適用可能であり、これにより、自動点火燃料は、全燃料量のかなりの部分または点火を可能にするのに十分なだけの小部分のみを構成してもよい。また、本発明は、電気作動点火デバイスなどの自動点火燃料以外の別の熱源により点火されることとなる機関のシリンダ内に噴射される液体非自動点火燃料のみにより燃料供給される機関にも適用可能である。

さらに、空気の取込みおよび排気すなわち燃焼生成物の排出のための開口が閉じられる際に、および圧縮ストロークの特定期間の間に、シリンダ内に液体非自動点火燃料を噴射する本発明の原理は、給気弁および排気弁を有するディーゼル型とオットーサイクル型との両方の４ストローク機関、ならびに図面を参照として上述したような２ストローク機関とに適用可能である点を理解されたい。

少なくとも１つの液体非自動点火燃料インジェクタは、ピストンが上死点（ＴＤＣ）後の５０°から上死点（ＴＤＣ）前の５０°までのクランク角の間隔内にある場合にピストンに覆われる位置のシリンダライナ内に位置決めされる。液体非自動点火燃料インジェクタは、圧縮ストローク中にシリンダ内に液体非自動点火燃料を噴射し、それにより、シリンダ内の圧力と、したがってピストンにより実施される圧縮仕事とを低下させ、したがって機関の効率を上昇させる。

Claims

内燃機関（１）を動作させる方法であって、前記機関は、中にピストン（１５）を有する少なくとも１つのシリンダ（２）を有し、前記ピストン（１５）は、クランクシャフトに連結され、前記機関の動作中に上死点（ＴＤＣ）と下死点（ＢＤＣ）との間で往復運動しており、前記シリンダ（２）は、吸気および排気用の空気通路開口（１０、１２）を有し、液体非自動点火燃料が、圧縮ストローク中に前記シリンダ（２）のシリンダライナ（２’）にて噴射位置から前記シリンダ（２）内に噴射され、その際に、前記空気通路開口（１０、１２）は閉じられ、前記ピストンは前記噴射位置の下方に位置し、点火デバイスが、前記液体非自動点火燃料を点火するように作動される、方法において、前記液体非自動点火燃料は、前記機関の動作中に前記ピストン（１５）により交互に覆われる噴射位置から上死点（ＴＤＣ）前に少なくとも９０°のクランク角にて噴射され、前記クランクシャフトは、１００％の機関負荷で４０〜１２００ｒｐｍの範囲の回転速度にて回転することを特徴とする、方法。
前記内燃機関（１）は、低速で２ストロークのクロスヘッド式ディーゼル型内燃機関であり、前記少なくとも１つのシリンダ（２）は、吸気に前記空気通路開口を提供する掃気ポート（１２）を有するシリンダライナ（２’）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記内燃機関（１）は、中速の４ストローク内燃機関であり、前記少なくとも１つのシリンダは、吸気および排気のそれぞれに前記空気通路開口を提供する少なくとも１つの吸気弁と少なくとも１つの排気弁とを備えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記点火デバイス（５’）は、自動点火燃料用の燃料インジェクタ、燃料点火要素、および電気火花要素からなる群より選択されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
前記液体非自動点火燃料は、動作サイクル中に前記シリンダに供給される燃料の全量の一部分を構成し、前記液体非自動点火燃料は、前記圧縮ストロークの終了時に前記シリンダ内に自動点火燃料を噴射することによって点火されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
中にピストン（１５）を有する少なくとも１つのシリンダ（２）を有する内燃機関（１）であって、前記ピストン（１５）は、クランクシャフトに連結され、前記ピストン（１５）は、上死点（ＴＤＣ）と下死点（ＢＤＣ）との間で往復運動し、前記シリンダ（２）は、吸気および排気用の空気通路開口（１０、１２）を有し、前記開口は、上死点（ＴＤＣ）に向かう前記ピストンの圧縮ストロークの少なくとも大部分の間にわたり閉じられ、前記内燃機関は、前記シリンダ（２）内に液体非自動点火燃料を噴射するための少なくとも１つの液体非自動点火燃料インジェクタ（２６）と、前記空気通路開口が閉じられている間、前記圧縮ストローク中に前記シリンダ（２）内に前記液体非自動点火燃料を噴射するように前記インジェクタ（２６）を制御するための手段とを有し、前記少なくとも１つの液体非自動点火燃料インジェクタ（２６）は、噴射位置においてシリンダライナ（２’）内に位置決めされる、内燃機関（１）において、前記少なくとも１つの液体非自動点火燃料インジェクタ（２６）の前記噴射位置は、前記ピストンが上死点（ＴＤＣ）後のＢＤＣにわたる５０°から、上死点（ＴＤＣ）前の５０°までのクランク角の間隔内にある場合に、前記ピストン（１５）により覆われる位置にて前記シリンダライナ（２’）に位置決めされ、前記機関は、１００％の機関負荷にて４０〜１２００ｒｐｍの範囲内の回転速度を有することを特徴とする、内燃機関（１）。
前記シリンダライナ（２’）は、前記シリンダライナ（２’）の軸方向端部同士の中間の中間位置にて機関フレーム（３）により支持され、前記シリンダライナ（２’）は、前記シリンダライナ（２’）の下方端部と前記中間位置との間に位置決めされた掃気ポート（１２）を備え、前記少なくとも１つの液体非自動点火燃料インジェクタ（２６）は、前記掃気ポート（１２）と前記中間位置との間に位置決めされることを特徴とする、請求項６に記載の内燃機関。