JP2020060175A - 往復動エンジンの内部egr - Google Patents
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Abstract
【課題】エンジン内部に燃焼ガスの一部を残留させて、次の燃焼行程で使用してNOxの発生を抑制する方法が行われている。しかし、舶用大型エンジンにおける従来の方法では、シリンダー内に水を直接噴霧して残留した燃料ガスを冷却するので、エンジン効率の低下や、水分によるエンジンへの悪影響も懸念されてる。【解決手段】従来のシリンダーの頂部に設置されていた排気弁に代えて、シリンダー1bの頂部に給気弁9を設置して、旋回力を与えて供給した給気により、シリンダー1b内の燃焼ガスの一部をこの給気で囲い込むように残留させ、この残留させた燃焼ガス16dは、給気を使用して冷却し、次の燃焼行程でNOx発生の抑制に使用する。また、必要であればシリンダー1b内に水も供給するが、残留している燃焼ガスを冷却した後は、この水分は給気(掃気)を使用してシリンダー1bの外に極力排出する。【選択図】図1
Description
本発明は、エンジンの上部に設置した給気弁9よりシリンダー1b内に供給する給気に旋回力を与え、この給気の旋回流を使用して、必要な量の燃焼ガス16dをその旋回流の内側に閉じ込めてシリンダー1bの内部に残留させ、この燃焼ガス16dをエンジン内部の排気ガス還流(以下、内部EGRという)のため使用するエンジンの構造と制御に関するものである。
エンジンの排気ガス中に含まれる有害物質のうち、NOxの処理が重要になっている。一部には重油に代えて天然ガスを燃料に使用し、更に天然ガスを予混合燃焼方式による希薄燃焼を行い、エンジンのNOxの排出を低減することが行われている。また、電子制御エンジンに代表されるように燃焼方法自体の改善や、エマルジョン燃料の使用や、シリンダー内への水噴射などの研究開発も行われている。
石油燃料とりわけ舶用低速エンジンのように低質な重油を使用するエンジンでは、前記の燃焼方式の改善や燃料の変更対策だけでは環境規制値を満足できない場合が多く、燃焼ガス還流装置(EGR)や脱硝装置(SCR)をエンジン外部に設置して、排気ガスの処理を行っている場合も多い。しかし、舶用大型エンジンでは、エンジン内部で燃焼ガスを還流させる方法は、従来はまだ存在していない。
従来の2ストロークエンジンでは、シリンダーの下部に設けた掃気孔より給気を供給して、シリンダー頂部に設置した排気弁より燃焼ガスを排出する方式(以下、頂部排気弁方式という)を採用しているが、この掃気孔よりシリンダー内に給気を供給する方式では燃焼ガスと給気が混じり易く、燃焼ガスを給気や掃気と分離してシリンダー内部に残留させるのは不可能である。また、シリンダー内に残留させた燃焼ガスの冷却法も、燃焼ガスに水を噴霧する以外の方法は現状では存在していない。
また、従来の頂上排気弁方式で、燃料に天然ガスなどを使用した予混合燃焼を行う場合は、エンジン行程に同期して、燃焼用の空気や予混合燃焼させる天然ガスなどの燃料を、シリンダー1b内にタイムリーに供給する必要があるので、更にシリンダー1b内での排気ガス処理の制御が付加されると制御機構が非常に複雑になり、運用が非常に難しい。
そこで、本発明は、従来の頂部排気弁方式を、シリンダー頂部に給気弁9を設置する方式(以下、頂部給気弁方式という)に変更して、これらの問題を解決する。即ち、本発明では、従来とは逆方向に、シリンダー1bの頂部に設けた給気弁9により、シリンダー1bの上部から下部に給気を流す。そして、給気弁9よりシリンダー1bに給気を供給する時に、この給気に旋回力を付与してシリンダー1b内に燃焼ガスを必要量だけ残留させることにより、この問題を解決する。
本発明によれば、給気弁9からシリンダー1b内に供給される吸気に旋回力を付与することにより、シリンダー1bの内部で、給気の旋回流が、燃焼ガス16dを取り囲むようにしてこれを残留させることができる。更に、給気の旋回力を旋回付与羽根の羽根角度を調節することにより増減し、シリンダー1b内に残留させる燃焼ガス16dの量を調節できる。
また、本発明によれば、旋回しながらシリンダー1bの内壁に沿って下降するこの給気流により、シリンダー1bの中心付近に残留させている燃焼ガスを冷却できる。また、この給気による冷却を超えて更に残留燃焼ガスを冷却する必要がある場合は、給気弁9から供給する給気に適量の水を噴射して混入させ、この水の蒸発潜熱を使用して燃料ガスの温度を下げることができる。この冷却のために噴射した水は、シリンダー1b内で燃焼ガスの熱で蒸発し、大部分の水蒸気は、シリンダー1b内で旋回する掃気に混じってエンジンの外部に排出されるので、水分によるシリンダー1b内部の潤滑や腐食などへの悪影響を緩和できる。
前記により、シリンダー1b内に残留した燃焼ガス16dは、次の圧縮行程で給気と一緒に圧縮され、次の燃焼行程で発生す燃焼ガスの温度を低下させて、NOxの発生を抑制する。
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
給気は、給気弁9よりシリンダー1bの上部から下部の方向に流れ、燃焼ガスは排気孔8aからシリンダー1bの外部に排出する構造である。図1および図2には詳しい記載を省略してあるが、ピストンクラウンやピストンスカートなど、排気孔8aを管制するに必要な機能の装置や部品が排気孔8aの開閉を自動的に行い、排気ガスがシリンダー1b側に逆流することはない。
エンジンの掃気給気行程で、給気弁9の開弁によりシリンダー1b内に供給される給気は、旋回付与羽根9aで旋回力が与えられ、給気弁9の弁傘上部に沿って旋回しながらシリンダー1bに流れ込む。その後この給気はシリンダー1bの内壁に沿って旋回しながら下降するが、この旋回力と燃焼ガス16dと給気の比重差により、燃焼ガス16dは旋回する給気に囲まれてシリンダー1bの中心側に残留する。この状態のイメージを図1に示す。なお、説明の便宜上、図1では給気の旋回方向は上方から見て右回りに記入してあるが、左回りでもよい。
旋回付与羽根9aの羽根角度は、必要に応じて羽根角度調節装置57により調節する。この羽根角度が0(ゼロ)の状態では、給気に旋回力が与えられないので、シリンダー1b内の燃焼ガスは給気と容易に混合され、その後、給気に押されてほぼ一様な断面でシリンダー1bの下方に流れるので、シリンダー1b内に残留する燃焼ガス16dは僅かとなる。この旋回付与羽根9aの羽根角度を0(ゼロ)にした場合の燃焼ガスの残留イメージを、図2に示す。旋回付与羽根9aは翼角調節装置57により調節する必要がなければ、旋回付与羽根9aの羽根角度は適当な位置に固定し、この調整装置57は設置しなくてもよい。
前記の給気(掃気)は、シリンダー1bの内壁に沿って旋回しながら流れて、燃焼ガス16dを冷却して、排気孔8aからシリンダー1bの外に排出される。排気孔8aには、給気の旋回方向と同じ方向に捩じれ角を付けた方が、給気(掃気)流れの抵抗が減るので望ましい。図1および図2では、説明の便宜上、排気孔8aは左右1箇所として記載してあるが、排気面積の必要に応じて、シリンダー1b上に何個でも、また何段でも設置してよい。
1b シリンダー
2a ピストンクラウン
7 給気ダクト
8 排気ダクト
8a 排気孔
8m 排気集合管
9 給気弁
9a 旋回付与羽根
16d 残留燃焼ガス
17a 水タンク
17b 水ポンプ
17c 水供給弁
57 羽根角度調節装置
2a ピストンクラウン
7 給気ダクト
8 排気ダクト
8a 排気孔
8m 排気集合管
9 給気弁
9a 旋回付与羽根
16d 残留燃焼ガス
17a 水タンク
17b 水ポンプ
17c 水供給弁
57 羽根角度調節装置
Claims (4)
- エンジンのシリンダー1bの上部に給気弁9を設け、燃料の燃焼のための空気と燃焼ガスの掃気のための空気(以下、これらを総称して給気という)を、この給気弁9から供給し、燃焼後はこの燃焼ガスや燃焼残渣物を、シリンダー1bの下部に設けた排気孔8aから、シリンダー1bの外部に排出する内燃機関において、この給気弁9からシリンダー1bの内部に供給する給気に旋回流を与えることにより、シリンダー1bの内部にある燃焼ガス16dを、一定程度この給気旋回流の内側に閉じ込めて残し、次の燃焼による窒素酸化物(以下、NOxという)の発生を抑制することを特徴とするエンジン。
- 前記の給気弁9よりシリンダー1bの内部に給気を供給する時に、給気弁9の弁傘上を含む給気弁9の上流側風路に設置した旋回付与羽根9aの羽根角度を調節することにより、給気の旋回流の強さを適度な値に調節して、シリンダー1b内の燃焼ガス16dの残留量を調節することを特徴とする請求項1に記載のエンジン。
- 前記の給気弁9によりシリンダー1bの内部に給気を流し込んだ後に、この給気の温度と旋回流を使用して、シリンダー1bの内部に残留している燃焼ガスI6dを冷却することを特徴とする請求項1および請求項2に記載のエンジン。
- 前記の給気による燃焼ガスの冷却を超えて更に燃焼ガスを冷却する場合において、給気弁9の上流側に冷却用の水を給気に混入させて、シリンダー1b内の残留燃焼ガス16dを冷却することを特徴とする請求項1、請求項2および請求項3に記載のエンジン。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018201307A JP2020060175A (ja) | 2018-10-04 | 2018-10-04 | 往復動エンジンの内部egr |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2018201307A JP2020060175A (ja) | 2018-10-04 | 2018-10-04 | 往復動エンジンの内部egr |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020060175A true JP2020060175A (ja) | 2020-04-16 |
Family
ID=70219469
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2018201307A Pending JP2020060175A (ja) | 2018-10-04 | 2018-10-04 | 往復動エンジンの内部egr |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2020060175A (ja) |
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2018
- 2018-10-04 JP JP2018201307A patent/JP2020060175A/ja active Pending
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