JP2015163795A - Two-cycle gas engine and fuel gas injection system for two-cycle gas engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、2サイクルガスエンジン及び2サイクルガスエンジン用の燃料ガス噴射システムに関する。 The present invention relates to a two-cycle gas engine and a fuel gas injection system for the two-cycle gas engine.
従来、天然ガス等の燃料ガスを主燃料、圧縮着火性の良い軽油などの燃料油をパイロット燃料とし、高温雰囲気下の燃焼室内に該燃料油を噴射して自己着火させることで、主燃料である燃料ガスを燃焼させるガスエンジンが公知である。 Conventionally, fuel gas such as natural gas is used as the main fuel, fuel oil such as light oil with good compression ignition is used as the pilot fuel, and the fuel oil is injected into the combustion chamber in a high temperature atmosphere and self-ignited. Gas engines that burn certain fuel gases are known.
例えば特許文献1には、燃料ガスなどの圧縮着火性の悪い低セタン価燃料を主燃料とし、圧縮着火性の良い燃料油をパイロット燃料とした二元燃料ディーゼルエンジンが開示されている。この特許文献1のエンジンは、シリンダヘッドに設けられた燃料ガス噴射弁及びパイロット燃料噴射弁を備えており、該燃料ガス噴射弁及びパイロット燃料噴射弁から燃焼室に向けて燃料ガス及びパイロット燃料を噴射することで、高温の燃焼室内でパイロット燃料(燃料油)を自己着火させ、これにより主燃料(燃料ガス)を燃焼せしめるように構成されている。 For example, Patent Document 1 discloses a dual fuel diesel engine in which a low cetane number fuel with poor compression ignitability such as fuel gas is used as a main fuel and fuel oil with good compression ignitability is used as a pilot fuel. The engine disclosed in Patent Document 1 includes a fuel gas injection valve and a pilot fuel injection valve provided in a cylinder head. The fuel gas and the pilot fuel are supplied from the fuel gas injection valve and the pilot fuel injection valve toward the combustion chamber. By injecting, the pilot fuel (fuel oil) is self-ignited in the high-temperature combustion chamber, thereby combusting the main fuel (fuel gas).
また例えば特許文献2には、圧縮着火性の悪い燃料ガスを主燃料とし、圧縮着火性の良い軽油や灯油等のディーゼル燃料をパイロット燃料としたガスエンジンが開示されている。この特許文献2のガスエンジンは、シリンダヘッドに設けられた吸気ポート及びディーゼル燃料噴射装置と、シリンダ周壁に設けられた燃料ガス噴射装置を備えている。そして、ピストンが下降する吸入行程時に吸気ポートから燃焼室に空気が導入され、吸入行程後期から圧縮行程後期の間の適正な時期に燃料ガス噴射装置から燃焼室に燃料ガスが噴射されるようになっている。そして、ピストンが上死点近傍まで上昇したタイミングでディーゼル燃料噴射装置から燃焼室にディーゼル燃料が噴射され、燃焼室内でディーゼル燃料が自己着火することで、主燃料である燃料ガスを燃焼せしめるように構成されている。
Further, for example,
ところで上述した特許文献1のエンジンは、主燃料とパイロット燃料とが上死点近傍にてほぼ同時に燃焼室に供給されるため、燃焼室に噴射された主燃料は、撹拌される間もなく直ぐに燃焼される。したがって、その主燃料の燃焼形態は拡散燃焼となる。拡散燃焼の場合は、予混合燃焼の場合と比べて均一燃焼が難しく、高温の燃焼領域において、NOx(窒素酸化物)が発生しやすくなるとの問題がある。 By the way, in the engine of Patent Document 1 described above, the main fuel and the pilot fuel are supplied to the combustion chamber almost simultaneously near the top dead center, so that the main fuel injected into the combustion chamber is burned immediately without being agitated. The Therefore, the combustion form of the main fuel is diffusion combustion. In the case of diffusion combustion, there is a problem that uniform combustion is more difficult than in the case of premixed combustion, and NOx (nitrogen oxide) is likely to be generated in a high-temperature combustion region.
また、上述した特許文献2のガスエンジンは、燃焼室内に吸入する空気量を増大させるためになされた発明である。すなわち特許文献2の発明は、従来は吸気ポートから燃料ガスと空気との混合気を導入していたのに対して、吸気ポートからは空気だけを吸入し、別途、燃料ガス噴射装置を備えるように構成されている。そして、該燃料ガス噴射装置によって吸入行程とはタイミングをずらして燃焼室に燃料ガスを噴射することで、吸気ポートから燃焼室内に吸入される空気量を増大させ、これによりエンジン出力の向上を図っている。
The above-described gas engine of
このような特許文献2には、予混合化を促進することでNOx(窒素酸化物)の発生を抑制するとの技術的思想は何ら開示されていない。
本発明は上述したような従来技術の課題に鑑みなされた発明であって、燃料ガスと空気との予混合化を促進することでNOx(窒素酸化物)の発生を抑制した2サイクルガスエンジン及び2サイクルガスエンジン用の燃料ガス噴射システムを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and is a two-cycle gas engine that suppresses the generation of NOx (nitrogen oxide) by promoting the premixing of fuel gas and air, and The object is to provide a fuel gas injection system for a two-cycle gas engine.
本発明の2サイクルガスエンジンは、シリンダ及びシリンダヘッドと、前記シリンダ内に収容されるとともに、前記シリンダの周壁及び前記シリンダヘッドとの間で燃焼室を画成するピストンと、前記シリンダヘッドに設けられ、前記燃焼室に燃料ガスを噴射する燃料ガス噴射手段と、前記シリンダヘッドに設けられ、前記燃焼室内の燃料ガスに点火する点火手段と、前記シリンダの周壁に開口した、前記ピストンが下死点近傍に位置する時に前記燃焼室内に空気を供給する掃気ポートと、前記ピストンが上昇行程にあり、且つ前記ピストンが上死点の10°〜100°手前に位置する時に前記燃料ガス噴射手段によって燃料ガスを噴射させ、さらに前記ピストンが上死点近傍に位置する時に前記燃料ガス噴射手段によって燃料ガスを噴射させるように構成された燃料ガス噴射タイミング制御手段と、前記ピストンが上死点近傍に位置する時に前記点火手段によって前記燃焼室内の燃料ガスに点火する点火タイミング制御手段と、を備えたことを特徴とする。 The two-cycle gas engine of the present invention is provided with a cylinder and a cylinder head, a piston that is housed in the cylinder, and that defines a combustion chamber between the peripheral wall of the cylinder and the cylinder head, and the cylinder head. A fuel gas injection means for injecting fuel gas into the combustion chamber; an ignition means provided in the cylinder head for igniting the fuel gas in the combustion chamber; and the piston opened to the peripheral wall of the cylinder. A scavenging port for supplying air into the combustion chamber when positioned in the vicinity of the point, and the fuel gas injection means when the piston is in the upward stroke and the piston is positioned 10 ° to 100 ° before top dead center Fuel gas is injected, and when the piston is located near top dead center, fuel gas is injected by the fuel gas injection means. And a fuel gas injection timing control means configured to ignite the fuel gas in the combustion chamber by the ignition means when the piston is located near the top dead center. And
このように構成される本発明の2サイクルガスエンジンは、燃焼室に燃料ガスを噴射する燃料ガス噴射手段と、燃焼室内の燃料ガスに点火する点火手段と、ピストンが下死点近傍に位置する時に燃焼室内に空気を供給する掃気ポートと、ピストンが上死点の10°〜100°手前に位置する時に燃料ガス噴射手段によって燃料ガスを噴射させ、さらにピストンが上死点近傍に位置する時に燃料ガス噴射手段によって燃料ガスを噴射させるように構成された燃料ガス噴射タイミング制御手段と、前記ピストンが上死点近傍に位置する時に前記点火手段によって前記燃焼室内の燃料ガスに点火する点火タイミング制御手段と、を備えている。 In the two-cycle gas engine of the present invention configured as described above, the fuel gas injection means for injecting the fuel gas into the combustion chamber, the ignition means for igniting the fuel gas in the combustion chamber, and the piston are located near the bottom dead center. A scavenging port for supplying air into the combustion chamber sometimes, and when the piston is positioned 10 ° to 100 ° before top dead center, fuel gas is injected by the fuel gas injection means, and when the piston is positioned near top dead center Fuel gas injection timing control means configured to inject fuel gas by the fuel gas injection means, and ignition timing control for igniting the fuel gas in the combustion chamber by the ignition means when the piston is located near top dead center Means.
このような本発明によれば、ピストンが上死点の10°〜100°手前に位置する時に燃料ガスを噴射し、さらにピストンが上死点近傍に位置する時に燃料ガスを噴射するとともに、点火手段によって燃焼室内の燃料ガスに点火するように構成されているため、ピストンが上死点の10°〜100°手前に位置する時に噴射された燃料ガスと空気との予混合化が促進される。このため、燃焼全体に占める拡散燃焼の割合が低下し、NOx(窒素酸化物)の発生を抑制することができる。 According to the present invention, fuel gas is injected when the piston is positioned 10 ° to 100 ° before top dead center, and fuel gas is injected when the piston is positioned near top dead center, and ignition is performed. Since the fuel gas in the combustion chamber is ignited by the means, the premixing of the fuel gas and air injected when the piston is positioned 10 ° to 100 ° before top dead center is promoted. . For this reason, the ratio of the diffusion combustion which occupies for the whole combustion falls, and generation | occurrence | production of NOx (nitrogen oxide) can be suppressed.
また、このような本発明の2サイクルガスエンジンは、例えばエンジンコントロールユニット(ECU)等によって構成される燃料ガス噴射タイミング制御手段によって燃料ガスの噴射タイミングを制御するだけで構成することができる。したがって、新たな追加装置等を必要とすることなく、既存の2サイクルガスエンジンにおいて簡単に予混合化を促進することが可能である。 In addition, such a two-cycle gas engine of the present invention can be configured only by controlling the fuel gas injection timing by means of a fuel gas injection timing control means constituted by, for example, an engine control unit (ECU). Therefore, it is possible to easily promote premixing in an existing two-cycle gas engine without requiring a new additional device or the like.
また上記発明において、前記燃料ガス噴射手段が、前記ピストンが上死点近傍に位置する時に前記燃焼室に燃料ガスを噴射する第1燃料ガス噴射手段と、該第1燃料ガス噴射手段とは別に構成された、前記ピストンが上死点の10°〜100°手前に位置する時に前記燃焼室に燃料ガスを噴射する第2燃料ガス噴射手段と、を有するように構成することができる。 Further, in the above invention, the fuel gas injection means is separate from the first fuel gas injection means for injecting fuel gas into the combustion chamber when the piston is located near top dead center, and the first fuel gas injection means. And a second fuel gas injection unit configured to inject fuel gas into the combustion chamber when the piston is positioned 10 ° to 100 ° before top dead center.
このように、燃料ガス噴射手段が、第1燃料ガス噴射手段と第2燃料ガス噴射手段とに別々に構成されていれば、第1燃料ガス噴射手段と第2燃料ガス噴射手段とで、燃料ガスの噴射方向や圧力条件等を異ならしめることができる。すなわち、ピストンが上死点の10°〜100°手前に位置する時と、ピストンが上死点近傍にある時とでは、燃料ガスの好ましい噴射方向やその噴射圧力は異なったものとなる。よって本発明をこのように構成することで、ピストンがいずれの位置にある時でも、最適な噴射方向及び噴射圧力で燃焼室に燃料ガスを噴射することが可能となる。 Thus, if the fuel gas injection means is configured separately for the first fuel gas injection means and the second fuel gas injection means, the first fuel gas injection means and the second fuel gas injection means can The gas injection direction and pressure conditions can be made different. That is, when the piston is positioned 10 ° to 100 ° before top dead center and when the piston is near top dead center, the preferred fuel gas injection direction and the injection pressure are different. Therefore, by configuring the present invention in this way, it becomes possible to inject fuel gas into the combustion chamber with an optimal injection direction and injection pressure regardless of the position of the piston.
また、本発明の2サイクルガスエンジンは、シリンダ及びシリンダヘッドと、前記シリンダ内に収容されるとともに、前記シリンダの周壁及び前記シリンダヘッドとの間で燃焼室を画成するピストンと、前記シリンダヘッドに設けられ、前記燃焼室に燃料ガスを噴射する燃料ガス噴射手段と、前記シリンダの周壁に開口した、前記ピストンが下死点近傍に位置する時に前記燃焼室内に空気を供給する掃気ポートと、前記ピストンが上昇行程にあり、且つ前記ピストンが上死点近傍の手前に位置する時に前記燃料ガス噴射手段によって燃料ガスを噴射させ、さらに前記ピストンが上死点近傍に位置する時に前記燃料ガス噴射手段によって燃料ガスを噴射させるように構成された燃料ガス噴射タイミング制御手段と、を備える。そして、前記燃料ガス噴射手段が、前記ピストンが上死点近傍に位置する時に前記燃焼室に燃料ガスを噴射する第1燃料ガス噴射装置と、前記第1燃料ガス噴射装置とは別に構成された、前記ピストンが上死点近傍の手前に位置する時に前記燃焼室に燃料ガスを噴射する第2燃料ガス噴射装置と、を有するとともに、前記第2燃料ガス噴射装置は、前記第1燃料ガス噴射装置よりも低い噴射圧力で前記燃焼室に燃料ガスを噴射するように構成される。 The two-cycle gas engine of the present invention includes a cylinder and a cylinder head, a piston that is accommodated in the cylinder, and that defines a combustion chamber between the peripheral wall of the cylinder and the cylinder head, and the cylinder head A fuel gas injection means for injecting fuel gas into the combustion chamber; and a scavenging port that opens in a peripheral wall of the cylinder and supplies air into the combustion chamber when the piston is located near bottom dead center; The fuel gas is injected by the fuel gas injection means when the piston is in the ascending stroke and the piston is positioned near the top dead center, and the fuel gas injection is performed when the piston is positioned near the top dead center. And a fuel gas injection timing control means configured to inject fuel gas by the means. The fuel gas injection means is configured separately from the first fuel gas injection device and the first fuel gas injection device that inject fuel gas into the combustion chamber when the piston is located near top dead center. A second fuel gas injection device that injects fuel gas into the combustion chamber when the piston is positioned near the top dead center, and the second fuel gas injection device includes the first fuel gas injection The fuel gas is configured to be injected into the combustion chamber at an injection pressure lower than that of the apparatus.
また、本発明の2サイクルガスエンジンは、シリンダ及びシリンダヘッドと、前記シリンダ内に収容されるとともに、前記シリンダの周壁及び前記シリンダヘッドとの間で燃焼室を画成するピストンと、前記シリンダヘッドに設けられ、前記燃焼室に燃料ガスを噴射する燃料ガス噴射手段と、前記シリンダの周壁に開口した、前記ピストンが下死点近傍に位置する時に前記燃焼室内に空気を供給する掃気ポートと、前記燃料ガス噴射手段を制御するように構成された制御装置と、を備える。そして、前記制御装置は、前記ピストンが上昇行程にあり、且つ前記ピストンが上死点近傍の手前に位置する時に前記燃料ガス噴射手段によって燃料ガスを噴射させ、さらに前記ピストンが上死点近傍に位置する時に前記燃料ガス噴射手段によって燃料ガスを噴射させるように構成され、前記燃料ガス噴射手段が、前記ピストンが上死点近傍に位置する時に前記燃焼室に燃料ガスを噴射する第1燃料ガス噴射装置と、前記第1燃料ガス噴射装置とは別に構成された、前記ピストンが上死点近傍の手前に位置する時に前記燃焼室に燃料ガスを噴射する第2燃料ガス噴射装置と、を有するとともに、前記第2燃料ガス噴射装置は、前記第1燃料ガス噴射装置よりも低い噴射圧力で前記燃焼室に燃料ガスを噴射するように構成される。 The two-cycle gas engine of the present invention includes a cylinder and a cylinder head, a piston that is accommodated in the cylinder, and that defines a combustion chamber between the peripheral wall of the cylinder and the cylinder head, and the cylinder head A fuel gas injection means for injecting fuel gas into the combustion chamber; and a scavenging port that opens in a peripheral wall of the cylinder and supplies air into the combustion chamber when the piston is located near bottom dead center; And a control device configured to control the fuel gas injection means. The control device causes the fuel gas injection means to inject fuel gas when the piston is in an ascending stroke and the piston is positioned in front of the top dead center, and further the piston is in the vicinity of the top dead center. A fuel gas is injected by the fuel gas injection means when positioned, and the fuel gas injection means injects fuel gas into the combustion chamber when the piston is located near top dead center An injection device and a second fuel gas injection device configured to inject fuel gas into the combustion chamber when the piston is positioned in front of the top dead center, separately from the first fuel gas injection device In addition, the second fuel gas injection device is configured to inject fuel gas into the combustion chamber at an injection pressure lower than that of the first fuel gas injection device.
また上記発明において、前記シリンダヘッドの頂部に設けられ、排気ポートを開閉する排気バルブをさらに備え、前記第1燃料ガス噴射装置は、前記シリンダヘッドにおける前記排気バルブの周囲に設けられ、前記第2燃料ガス噴射装置は、前記シリンダヘッドにおける前記排気バルブの周囲に設けられ、前記第2燃料ガス噴射装置から噴射される燃料ガスの噴射方向と前記ピストンの進退方向に対して直交する方向とのなす角度が、前記第1燃料ガス噴射装置から噴射される燃料ガスの噴射方向と前記ピストンの進退方向に対して直交する方向とのなす角度よりも、大きくなるように構成することができる。 Further, in the above invention, further comprising an exhaust valve provided at the top of the cylinder head for opening and closing an exhaust port, the first fuel gas injection device is provided around the exhaust valve in the cylinder head, and the second The fuel gas injection device is provided around the exhaust valve in the cylinder head, and is formed by an injection direction of the fuel gas injected from the second fuel gas injection device and a direction orthogonal to the advancing / retreating direction of the piston. The angle can be configured to be larger than the angle formed by the injection direction of the fuel gas injected from the first fuel gas injection device and the direction orthogonal to the forward / backward direction of the piston.
また、本発明の2サイクルガスエンジン用の燃料ガス噴射システムは、燃焼室に燃料ガスを噴射するように構成される第1燃料ガス噴射装置、及び前記第1燃料ガス噴射装置とは別に構成された、前記第1燃料ガス噴射装置よりも低い噴射圧力で前記燃焼室に燃料ガスを噴射するように構成される第2燃料ガス噴射装置、を有する燃料ガス噴射手段と、ピストンが上昇行程にあり、且つ前記ピストンが上死点近傍の手前に位置する時に前記第2燃料ガス噴射装置によって燃料ガスを噴射させ、さらに前記ピストンが上死点近傍に位置する時に前記第1燃料ガス噴射装置によって燃料ガスを噴射させるように構成された制御装置と、を備える。 The fuel gas injection system for a two-cycle gas engine of the present invention is configured separately from the first fuel gas injection device configured to inject fuel gas into the combustion chamber and the first fuel gas injection device. And a fuel gas injection means having a second fuel gas injection device configured to inject fuel gas into the combustion chamber at an injection pressure lower than that of the first fuel gas injection device, and the piston is in an upward stroke. When the piston is positioned near the top dead center, fuel gas is injected by the second fuel gas injection device, and when the piston is positioned near the top dead center, the fuel is injected by the first fuel gas injection device. And a control device configured to inject the gas.
本発明によれば、ピストンが上死点の10°〜100°手前に位置する時に燃料ガスを噴射し、燃料ガスと空気との予混合化を促進させて燃焼全体に占める拡散燃焼の割合を低下させることで、NOx(窒素酸化物)の発生を抑制した2サイクルガスエンジン及び2サイクルガスエンジン用の燃料ガス噴射システムを提供することができる。 According to the present invention, when the piston is positioned 10 ° to 100 ° before top dead center, the fuel gas is injected, and the premixing of the fuel gas and air is promoted so that the ratio of diffusion combustion in the entire combustion is increased. By reducing, it is possible to provide a two-cycle gas engine that suppresses the generation of NOx (nitrogen oxide) and a fuel gas injection system for the two-cycle gas engine.
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限り、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
However, the scope of the present invention is not limited to the following embodiments. The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the following embodiments are merely illustrative examples and are not intended to limit the scope of the present invention only unless otherwise specified.
図1、図2は、本発明の2サイクルガスエンジンの基本構成を説明するための概略図であり、(a)は上面図、(b)は断面図である。先ず、図1及び図2を用いて、本発明の2サイクルガスエンジンの基本構成について説明する。 1 and 2 are schematic views for explaining the basic configuration of the two-cycle gas engine of the present invention, wherein (a) is a top view and (b) is a cross-sectional view. First, the basic configuration of the two-cycle gas engine of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
本発明の2サイクルガスエンジン1は、図1及び図2に示したように、円筒状のシリンダ2と、該シリンダ2の上端側に結合されたシリンダヘッド3と、シリンダ2の内部に進退自在に収容されたピストン4とを備えている。そして、これらシリンダ2の周壁2aと、シリンダヘッド3と、ピストン4の頂面4aとの間にて燃焼室cが画成されている。なお、図中の符号5は、ピストンリングを示している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the two-cycle gas engine 1 of the present invention can move forward and backward within a
また、シリンダ2の下方側の周壁2aには掃気ポート6が開口している。この掃気ポート6は、下死点近傍に位置するピストン4の頂面4a(図中に二点鎖線で表示)よりも上方の位置に形成されており、ピストン4が下死点近傍に位置する時に、掃気ポート6から燃焼室cに空気が供給されるようになっている。また、シリンダヘッド3の頂部には排気ポートが開口するとともに、該排気ポートを開閉する排気バルブ7が設けられている。この排気バルブ7は、ピストン4が上昇行程にある掃気行程時において、ピストン4が上死点の手前約100°の位置に到達するまで開放される。そして、掃気ポート6から燃焼室cに供給される空気によって、燃焼室cに残留する前行程の排ガスが掃気されるようになっている。
A scavenging
また図1に示したように、シリンダヘッド3には、燃焼室cに燃料ガス8aを噴射する燃料ガス噴射装置8(燃料ガス噴射手段)が設けられるとともに、同じく燃焼室cに圧縮着火性の良い燃料油10aを噴射する燃料油噴射装置10(点火手段)が設けられている。この燃料ガス噴射装置8及び燃料油噴射装置10は、シリンダ中心oを回転中心として円周方向に180°離れた位置に夫々2つ形成されている。
Further, as shown in FIG. 1, the
なお本実施形態では、燃料ガス噴射装置8及び燃料油噴射装置10には、夫々4つの噴孔が設けられている。また本発明において、上述した燃料ガス噴射装置8及び燃料油噴射装置10の設置数は特に限定されず、例えば1つであっても構わない。しかしながら、シリンダヘッド3の頂部に排気バルブ7が設けられる本実施形態にあっては、複数個の燃料ガス噴射装置8及び燃料油噴射装置10が、夫々円周方向に等間隔で配置されるのが好ましい。
In the present embodiment, the fuel
これら燃料ガス噴射装置8及び燃料油噴射装置10は、図1及び図2に示したように、エンジンコントロールユニット(ECU)12とケーブル14を介して接続されている。またECU12はクランク軸17の回転角を検出するクランク角センサ15とケーブル16を介して接続されている。そして、クランク角センサ15からクランク軸17の回転角にかかる信号を受信することで、ピストン4の位相を検知するようになっている。そして燃料ガス噴射装置8及び燃料油噴射装置10は、ECU12から送信される信号に基づいて、所定のタイミングで燃焼室cに燃料ガス8a及び燃料油10aを噴射するようになっている。そして図1に示したように、ピストン4が上死点近傍に位置している時に、燃料ガス噴射装置8及び燃料油噴射装置10から燃料ガス8a及び燃料油10aをほぼ同時に噴射することで、高温雰囲気下にある燃焼室c内において圧縮着火性の良い燃料油10aが自己着火し、これによりほぼ同時に噴射された燃料ガス10aが燃焼し、図2に示したように、燃焼室cの内部に燃焼火炎fが生成されるようになっている。
The fuel
すなわちECU12は、本発明における燃料ガス噴射タイミング制御手段を構成するとともに、ピストン4が上死点近傍に位置する時に燃料噴射装置10によって燃焼室c内の燃料ガスに点火する本発明の点火タイミング制御手段を構成している。なお、本発明において上死点近傍とは、ピストン4が上死点前10°から上死点後20°までの範囲に位置している状態を意味するものとする。
That is, the
<第1の実施形態>
次に、本発明の第1の実施形態の2サイクルエンジンについて図3を基に説明する。
図3は、本発明の第1の実施形態にかかる2サイクルガスエンジンを説明するための概略図であり、(a)はピストン4が上死点の10°〜100°手前に位置している状態、(b)はピストン4が上死点の約5°手前に位置している状態、(c)はピストン4が上死点に位置している状態、を夫々示している。
<First Embodiment>
Next, a two-cycle engine according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the two-cycle gas engine according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3A shows the
本実施形態の2サイクルガスエンジン1は、ピストン4が上昇行程にあり、且つピストン4が上死点の10°〜100°手前に位置する時(図3(a)に示した状態)に、上述したECU12(燃料ガス噴射タイミング制御手段)から送信される信号に基づいて、燃料ガス噴射装置8から燃焼室cに燃料ガス8bが噴射されるようになっている。このように、ピストン4が上死点の10°〜100°手前に位置する時に燃焼室cに燃料ガス8bが噴射されると、ピストン4がさらに上死点近傍まで上昇する過程において、噴射された燃料ガス8bと燃焼室cの内部の空気とが混じり合って予混合化が促進される。そして、図3(b)に示したように、燃焼室cの内部に混合気20が生成される。
In the two-cycle gas engine 1 of the present embodiment, when the
そしてピストン4が上死点近傍(例えば上死点の約5°手前)に達した時に、上述したECU12(燃料ガス噴射タイミング制御手段および点火タイミング制御手段)から送信される信号に基づいて、燃料ガス噴射装置8から燃料ガス8aが噴射されるとともに、燃料油噴射装置10から燃料油10aが噴射される。
Based on the signal transmitted from the ECU 12 (fuel gas injection timing control means and ignition timing control means) described above when the
すると上述したように、圧縮着火性の良い燃料油10aが自己着火し、これにより噴射された燃料ガス8aも燃焼する。そして図3(c)に示したように、燃焼室cの内部に燃焼火炎fが生成される。そして、この燃焼火炎fが上述した混合気20に伝播して、燃焼室cの全体で爆発的な燃焼が発生するようになっている。
Then, as described above, the
このように本実施形態の2サイクルガスエンジン1は、ピストン4が上死点の10°〜100°手前に位置する時に燃料ガス8bを噴射し、さらにピストン4が上死点近傍に位置する時に燃料ガス8aと燃料油10aとを噴射するように構成されている。したがって、ピストン4が上死点の10°〜100°手前に位置する時に噴射された燃料ガス8bと空気との予混合化が促進されて混合気20が生成されることで、燃焼形態の一部が予混合燃焼となる。このため、燃焼形態の全部が拡散燃焼である従来のガスエンジンと比べて、NOx(窒素酸化物)の発生を抑制することができる。
As described above, the two-cycle gas engine 1 of the present embodiment injects the
また本実施形態の2サイクルガスエンジン1は、ECU12によって構成される燃料ガス噴射タイミング制御手段によって、燃料ガス噴射装置8の噴射タイミングを制御するだけで構成される。よって、新たな追加装置等を必要とすることなく、既存の2サイクルガスエンジンにおいて簡単に予混合化を促進することが可能である。
The two-cycle gas engine 1 of the present embodiment is configured only by controlling the injection timing of the fuel
<第2の実施形態>
次に、本発明の第2の実施形態の2サイクルエンジンについて図4を基に説明する。
図4は、本発明の第2の実施形態にかかる2サイクルガスエンジンを説明するための概略図であり、(a)はピストン4が上死点の10°〜100°手前に位置している状態、(b)はピストン4が上死点の約5°手前に位置している状態、(c)はピストン4が上死点に位置している状態、を夫々示している。
<Second Embodiment>
Next, a two-cycle engine according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a schematic view for explaining a two-cycle gas engine according to a second embodiment of the present invention, in which (a) shows the
本実施形態の2サイクルガスエンジン1は、上述した実施形態と異なり、燃料ガス噴射手段が第1燃料ガス噴射手段(第1の燃料ガス噴射装置8A)と第2燃料ガス噴射手段(第2の燃料ガス噴射装置8B)とに別々に構成されている。第1の燃料ガス噴射装置8Aは、例えば上述した実施形態における燃料ガス噴射装置8と同じ位置、同じ向きに、同じ数だけ配置されている。一方、第2の燃料ガス噴射装置8Bは、図4に示したように、2つの第1の燃料ガス噴射装置8A、8Aの中間の位置に、シリンダ中心oを回転中心として円周方向に180°離れた位置に夫々2つ形成されている。また、第1の燃料ガス噴射装置8A及び第2の燃料ガス噴射装置8Bは、上述したECU12(燃料ガス噴射タイミング制御手段)に夫々接続されているものとする。
The two-cycle gas engine 1 of the present embodiment differs from the above-described embodiments in that the fuel gas injection means includes a first fuel gas injection means (first fuel
そして図4(a)に示したように、ECU12から送信される信号に基づいて、ピストン4が上昇行程中の上死点の10°〜100°手前に位置する時に、第2の燃料ガス噴射装置8Bから燃焼室cに向かって燃料ガス8bが噴射される。また図4(b)に示したように、ECU12(燃料ガス噴射タイミング制御手段)から送信される信号に基づいて、ピストン4が上死点近傍(例えば上死点の約5°手前)に達した時に、第1の燃料ガス噴射装置8Aから燃焼室cに向かって燃料ガス8aが噴射される。また上述した実施形態と同様に、ECU12(点火タイミング制御手段)から送信される信号に基づいて、燃料ガス8aが噴射されるのとほぼ同時に、燃料油噴射装置10から燃料油10aが噴射されるようになっている。
Then, as shown in FIG. 4A, the second fuel gas injection is performed when the
このように、本発明の燃料ガス噴射手段が第1燃料ガス噴射手段(第1の燃料ガス噴射装置8A)と第2燃料ガス噴射手段(第2の燃料ガス噴射装置8B)とに別々に構成されていれば、第1の燃料ガス噴射装置8Aと第2の燃料ガス噴射装置8Bとで、燃料ガスの噴射方向を異ならしめることができる。したがって図4に示したように、第2の燃料ガス噴射装置8Bから噴射される燃料ガス8bの噴射方向を、第1の燃料ガス噴射装置8Aから噴射される燃料ガス8aの噴射方向よりも下方に向けることで、燃料ガス8bを燃焼室cの内部にて撹拌させ、燃料ガス8bの予混合化を促進させることができる。また、ピストン4が上死点の10°〜100°手前に位置する時は、ピストン4が上死点近傍にある場合よりも燃焼室cの内部の圧力は低い状態である。このため、第2の燃料ガス噴射装置8Bとして、第1の燃料ガス噴射装置8Aとは異なる、その使用圧力に合った適当な噴射装置を採用することができる。
Thus, the fuel gas injection means of the present invention is configured separately for the first fuel gas injection means (first fuel
以上、本発明の2サイクルガスエンジン1によれば、ピストン4が上昇行程にあり、且つピストン4が上死点の10°〜100°手前に位置する時に燃料ガス噴射手段(燃料ガス噴射装置8又は第2の燃料ガス噴射装置8B)から燃料ガス8bを噴射することで、燃料ガス8bと空気との予混合化を促進し、燃焼全体に占める拡散燃焼の割合を低下させることで、NOx(窒素酸化物)の発生を抑制した2サイクルガスエンジンを提供することができる。
As described above, according to the two-cycle gas engine 1 of the present invention, when the
以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。 As mentioned above, although the preferable form of this invention was demonstrated, this invention is not limited to said form, A various change in the range which does not deviate from the objective of this invention is possible.
例えば上述した実施形態では、点火手段を燃料油噴射装置10によって構成していた。そして上述したように、ECU12(点火タイミング制御手段)から送信される信号に基づいて、燃料油噴射装置10から圧縮着火性の高い燃料油10aを高温雰囲気下の燃焼室c内に噴射することで、燃焼室c内の燃料ガスに点火するように構成していた。しかしながら本発明の点火手段はこれに限定されず、例えば、シリンダヘッド3に設けられた点火プラグを点火手段とし、ECU12(点火タイミング制御手段)から送信される信号に基づいて点火プラグを起動させ、該点火プラグにて生成される火花によって燃焼室c内の燃料ガスに点火するように構成してもよいものである。
For example, in the above-described embodiment, the ignition means is configured by the fuel
本発明の2サイクルガスエンジンは、建設機械用、大型車両用、発電用等、特に船舶用エンジンとして好適に用いることができる。 The two-cycle gas engine of the present invention can be suitably used as a marine engine, particularly for construction machinery, large vehicles, and power generation.
1 2サイクルガスエンジン、
2 シリンダ
2a 周壁
3 シリンダヘッド
4 ピストン
4a 頂面
5 ピストンリング
6 掃気ポート
7 排気バルブ
8 燃料ガス噴射装置(燃料ガス噴射手段)
8A 第1の燃料ガス噴射装置(第1燃料ガス噴射手段)
8B 第2の燃料ガス噴射装置(第2燃料ガス噴射手段)
8a 燃料ガス
10 燃料油噴射装置
10a 燃料油
12 ECU(燃料ガス噴射タイミング制御手段及び点火タイミング制御手段)
14、16 ケーブル
15 クランク角センサ
17 クランク軸
20 混合気
1 2-cycle gas engine,
2
8A First fuel gas injection device (first fuel gas injection means)
8B Second fuel gas injection device (second fuel gas injection means)
14, 16
Claims (4)
前記シリンダ内に収容されるとともに、前記シリンダの周壁及び前記シリンダヘッドとの間で燃焼室を画成するピストンと、
前記シリンダヘッドに設けられ、前記燃焼室に燃料ガスを噴射する燃料ガス噴射手段と、
前記シリンダの周壁に開口した、前記ピストンが下死点近傍に位置する時に前記燃焼室内に空気を供給する掃気ポートと、
前記ピストンが上昇行程にあり、且つ前記ピストンが上死点近傍の手前に位置する時に前記燃料ガス噴射手段によって燃料ガスを噴射させ、さらに前記ピストンが上死点近傍に位置する時に前記燃料ガス噴射手段によって燃料ガスを噴射させるように構成された燃料ガス噴射タイミング制御手段と、
を備え、
前記燃料ガス噴射手段が、
前記ピストンが上死点近傍に位置する時に前記燃焼室に燃料ガスを噴射する第1燃料ガス噴射装置と、
前記第1燃料ガス噴射装置とは別に構成された、前記ピストンが上死点近傍の手前に位置する時に前記燃焼室に燃料ガスを噴射する第2燃料ガス噴射装置と、を有するとともに、
前記第2燃料ガス噴射装置は、前記第1燃料ガス噴射装置よりも低い噴射圧力で前記燃焼室に燃料ガスを噴射するように構成されることを特徴とする2サイクルガスエンジン。 A cylinder and a cylinder head;
A piston housed in the cylinder and defining a combustion chamber between a peripheral wall of the cylinder and the cylinder head;
Fuel gas injection means provided in the cylinder head and for injecting fuel gas into the combustion chamber;
A scavenging port that opens in the peripheral wall of the cylinder and supplies air into the combustion chamber when the piston is positioned near bottom dead center;
The fuel gas is injected by the fuel gas injection means when the piston is in the ascending stroke and the piston is positioned near the top dead center, and the fuel gas injection is performed when the piston is positioned near the top dead center. Fuel gas injection timing control means configured to inject fuel gas by means;
With
The fuel gas injection means;
A first fuel gas injection device that injects fuel gas into the combustion chamber when the piston is located near top dead center;
A second fuel gas injection device configured to inject fuel gas into the combustion chamber when the piston is positioned in front of near the top dead center, configured separately from the first fuel gas injection device,
The two-cycle gas engine, wherein the second fuel gas injection device is configured to inject fuel gas into the combustion chamber at an injection pressure lower than that of the first fuel gas injection device.
前記シリンダ内に収容されるとともに、前記シリンダの周壁及び前記シリンダヘッドとの間で燃焼室を画成するピストンと、
前記シリンダヘッドに設けられ、前記燃焼室に燃料ガスを噴射する燃料ガス噴射手段と、
前記シリンダの周壁に開口した、前記ピストンが下死点近傍に位置する時に前記燃焼室内に空気を供給する掃気ポートと、
前記燃料ガス噴射手段を制御するように構成された制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記ピストンが上昇行程にあり、且つ前記ピストンが上死点近傍の手前に位置する時に前記燃料ガス噴射手段によって燃料ガスを噴射させ、さらに前記ピストンが上死点近傍に位置する時に前記燃料ガス噴射手段によって燃料ガスを噴射させるように構成され、
前記燃料ガス噴射手段が、
前記ピストンが上死点近傍に位置する時に前記燃焼室に燃料ガスを噴射する第1燃料ガス噴射装置と、
前記第1燃料ガス噴射装置とは別に構成された、前記ピストンが上死点近傍の手前に位置する時に前記燃焼室に燃料ガスを噴射する第2燃料ガス噴射装置と、を有するとともに、
前記第2燃料ガス噴射装置は、前記第1燃料ガス噴射装置よりも低い噴射圧力で前記燃焼室に燃料ガスを噴射するように構成されることを特徴とする2サイクルガスエンジン。 A cylinder and a cylinder head;
A piston housed in the cylinder and defining a combustion chamber between a peripheral wall of the cylinder and the cylinder head;
Fuel gas injection means provided in the cylinder head and for injecting fuel gas into the combustion chamber;
A scavenging port that opens in the peripheral wall of the cylinder and supplies air into the combustion chamber when the piston is positioned near bottom dead center;
A control device configured to control the fuel gas injection means;
With
The controller is
The fuel gas is injected by the fuel gas injection means when the piston is in the ascending stroke and the piston is positioned near the top dead center, and the fuel gas injection is performed when the piston is positioned near the top dead center. Configured to inject fuel gas by means,
The fuel gas injection means;
A first fuel gas injection device that injects fuel gas into the combustion chamber when the piston is located near top dead center;
A second fuel gas injection device configured to inject fuel gas into the combustion chamber when the piston is positioned in front of near the top dead center, configured separately from the first fuel gas injection device,
The two-cycle gas engine, wherein the second fuel gas injection device is configured to inject fuel gas into the combustion chamber at an injection pressure lower than that of the first fuel gas injection device.
前記第1燃料ガス噴射装置は、前記シリンダヘッドにおける前記排気バルブの周囲に設けられ、
前記第2燃料ガス噴射装置は、前記シリンダヘッドにおける前記排気バルブの周囲に設けられ、
前記第2燃料ガス噴射装置から噴射される燃料ガスの噴射方向と前記ピストンの進退方向に対して直交する方向とのなす角度が、前記第1燃料ガス噴射装置から噴射される燃料ガスの噴射方向と前記ピストンの進退方向に対して直交する方向とのなす角度よりも、大きくなるように構成されることを特徴とする請求項1または2のいずれか一項に記載の2サイクルガスエンジン。 An exhaust valve provided at the top of the cylinder head for opening and closing an exhaust port;
The first fuel gas injection device is provided around the exhaust valve in the cylinder head,
The second fuel gas injection device is provided around the exhaust valve in the cylinder head,
The angle formed by the injection direction of the fuel gas injected from the second fuel gas injection device and the direction orthogonal to the advance / retreat direction of the piston is the injection direction of the fuel gas injected from the first fuel gas injection device 3. The two-cycle gas engine according to claim 1, wherein the two-cycle gas engine is configured to be larger than an angle formed by a direction perpendicular to the advancing and retreating direction of the piston.
ピストンが上昇行程にあり、且つ前記ピストンが上死点近傍の手前に位置する時に前記第2燃料ガス噴射装置によって燃料ガスを噴射させ、さらに前記ピストンが上死点近傍に位置する時に前記第1燃料ガス噴射装置によって燃料ガスを噴射させるように構成された制御装置と、
を備えることを特徴とする2サイクルガスエンジン用の燃料ガス噴射システム。
The first fuel gas injection device configured to inject fuel gas into the combustion chamber, and the combustion at an injection pressure lower than that of the first fuel gas injection device configured separately from the first fuel gas injection device A fuel gas injection means having a second fuel gas injection device configured to inject fuel gas into the chamber;
When the piston is in the ascending stroke and the piston is positioned near the top dead center, fuel gas is injected by the second fuel gas injection device, and when the piston is positioned near the top dead center, the first A control device configured to inject fuel gas by the fuel gas injection device;
A fuel gas injection system for a two-cycle gas engine.
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