JP2023012999A - gas engine system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、水素ガスエンジンを含むガスエンジンシステムに関する。 The present disclosure relates to gas engine systems including hydrogen gas engines.
4サイクルのレシプロエンジンでは、空気と燃料の混合気が燃焼室内で圧縮される際に、シリンダとピストン(正確には、ピストンに装着されたシール用のピストンリング)との隙間からクランク室へブローバイガスが漏れ出す(例えば、特許文献1参照)。このブローバイガスには燃料が含まれる。 In a 4-cycle reciprocating engine, when the air-fuel mixture is compressed in the combustion chamber, it blows through the gap between the cylinder and the piston (more precisely, the sealing piston ring attached to the piston) into the crank chamber. Gas leaks out (see Patent Literature 1, for example). This blow-by gas contains fuel.
一般的に、4サイクルのレシプロエンジンは、クランクシャフトを収容するクランク室と、クランク室と接続されたシリンダと、シリンダの内部空間であるシリンダボア内に配置されたピストンと、シリンダボアをクランク室と反対側から覆うシリンダヘッドを含む。シリンダヘッドとピストンとの間に燃焼室が形成される。 Generally, a 4-cycle reciprocating engine includes a crank chamber containing a crankshaft, a cylinder connected to the crank chamber, a piston arranged in a cylinder bore which is an internal space of the cylinder, and a cylinder bore opposite to the crank chamber. Including the cylinder head covering from the side. A combustion chamber is formed between the cylinder head and the piston.
シリンダヘッドには、燃焼室へ混合気を供給するための給気口と燃焼室から燃焼ガスを排出するための排気口が形成されるとともに、給気口を開閉する給気弁と排気口を開閉する排気弁が設けられる。また、レシプロエンジンでは、シリンダヘッドを挟んで燃焼室と反対側に動弁室が形成され、この動弁室内に給気弁および排気弁を駆動する駆動機構が配置される。 The cylinder head has an intake port for supplying air-fuel mixture to the combustion chamber and an exhaust port for discharging combustion gas from the combustion chamber. An exhaust valve is provided that opens and closes. Further, in the reciprocating engine, a valve operating chamber is formed on the side opposite to the combustion chamber with the cylinder head interposed therebetween, and a drive mechanism for driving the intake valve and the exhaust valve is arranged in this valve operating chamber.
一般的に、上述した動弁室は、駆動機構の潤滑に使用された潤滑油をクランク室に落とすために、クランク室と連通している。 Generally, the valve train chamber described above is in communication with the crank chamber in order to drop into the crank chamber the lubricating oil used to lubricate the drive mechanism.
ところで、水素を燃料とする水素ガスエンジンでは、上述したブローバイガスに水素が含まれるため、クランク室が水素雰囲気となる。それ故、クランク室内に配置されるクランクシャフトなどの部品に水素脆化対策が施される。 By the way, in a hydrogen gas engine using hydrogen as a fuel, since the blow-by gas mentioned above contains hydrogen, the crank chamber becomes a hydrogen atmosphere. Therefore, measures against hydrogen embrittlement are applied to parts such as the crankshaft arranged in the crank chamber.
しかし、動弁室がクランク室と連通する場合、動弁室内に配置される部品にも水素脆化対策を施す必要がある。 However, when the valve gear chamber communicates with the crank chamber, it is necessary to take measures against hydrogen embrittlement for parts arranged in the valve gear chamber.
そこで、本開示は、水素脆化対策が必要な部品点数を低減することができるガスエンジンシステムを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present disclosure is to provide a gas engine system capable of reducing the number of parts that require measures against hydrogen embrittlement.
本開示のガスエンジンシステムは、クランク室および前記クランク室と連通する動弁室を含む水素ガスエンジンと、前記動弁室に大気圧よりも高い圧力のガスを供給するガス供給機と、を備える。 A gas engine system of the present disclosure includes a hydrogen gas engine including a crank chamber and a valve chamber communicating with the crank chamber, and a gas supplier that supplies gas having a pressure higher than atmospheric pressure to the valve chamber. .
本開示によれば、水素脆化対策が必要な部品点数を低減することができる。 According to the present disclosure, it is possible to reduce the number of components that require measures against hydrogen embrittlement.
(第1実施形態)
図1に、第1実施形態に係るガスエンジンシステム1Aを示す。ガスエンジンシステム1Aは、陸上に設置されて発電機の駆動に使用されてもよいし、船舶に搭載されて推進プロペラまたは発電機の駆動に使用されてもよい。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a
具体的に、ガスエンジンシステム1Aは、過給機2および水素ガスエンジン4を含む。水素ガスエンジン4は、水素を燃料とする4サイクルのレシプロエンジンである。水素ガスエンジン4は、水素のみを燃焼させるガス専焼エンジンであってもよいし、水素と別燃料(例えば、燃料油や天然ガスなど)の一方または双方を燃焼させる二元燃料エンジンであってもよい。
Specifically, the
水素ガスエンジン4は、クランクシャフト51と、クランクシャフト51を収容するクランク室41と、クランク室41と接続されたシリンダ42と、シリンダ42の内部空間であるシリンダボア40をクランク室41と反対側から覆うシリンダヘッド43を含む。なお、シリンダ42の数は図1では1つであるが、実際のシリンダ42の数は複数である。
The
さらに、水素ガスエンジン4は、シリンダボア40内に配置されたピストン53と、ピストン53をクランクシャフト51と連結するロッド52を含む。ピストン53とシリンダヘッド43との間に燃焼室が形成される。
Further, the
シリンダヘッド43には、燃焼室へ空気と燃料の混合気を供給するための給気口61と、燃焼室から燃焼ガスを排出するための排気口62が形成されている。また、シリンダヘッド43には、給気口61の下流端を開閉する給気弁63と、排気口62の上流端を開閉する排気弁64が設けられている。
The
水素ガスエンジン4は、シリンダヘッド43を挟んで燃焼室と反対側に形成された動弁室44を含む。すなわち、シリンダ42およびシリンダヘッド43は、クランク室41と動弁室44の間に介在する。動弁室44内には、給気弁63および排気弁64を駆動する駆動機構が配置されている。
The
さらに、水素ガスエンジン4は、シリンダ42の脇に位置するカム室45と、カム室45と動弁室44とを接続する接続管46を含む。カム室45内には、クランクシャフト51と連動して回転する、給気弁63および排気弁64の開閉タイミングを決定するカムシャフト54が配置されている。接続管46内には、カムシャフト54から駆動機構へ動力を伝達するロッドが配置されている。
Further, the
カム室45は、クランク室41の上方に位置する。カム室45の底には開口47が設けられている。この開口47を通じて、カム室45はクランク室41と連通している。また、カム室45は接続管46を通じて動弁室44とも連通している。換言すれば、動弁室44は、接続管46およびカム室45を通じてクランク室41と連通している。
The
動弁室44内の駆動機構には潤滑油が供給される。駆動機構の潤滑に使用された潤滑油
は、動弁室44から接続管46、カム室45および開口47を通じてクランク室41に落下する。潤滑油はクランク室41の底に貯留され、ここから動弁室44内の駆動機構に再度供給されてもよい。
Lubricating oil is supplied to the driving mechanism in the
クランク室41内には、シリンダ42とピストン53(正確には、ピストン53に装着されたシール用のピストンリング)との隙間からクランク室41へブローバイガスが漏れ出す。クランク室41内の、ブローバイガスと混合された空気は、当該空気中に含まれる潤滑油を除去するためにミストセパレータを経て大気中に放出される。
Blow-by gas leaks into the
過給機2は、給気路31により水素ガスエンジン4の給気口61と接続された圧縮機21と、排気路32により水素ガスエンジン4の排気口62と接続されたタービン22を含む。圧縮機21で加圧された圧縮空気は給気路31および給気口61を流れ、給気路31および給気口61を流れる途中で圧縮空気中に燃料噴射弁から燃料である水素が噴射されて混合気が生成される。
The
さらに、ガスエンジンシステム1Aは、水素ガスエンジン4の動弁室44に大気圧よりも高い圧力のガスを供給するガス供給機7を含む。本実施形態では、ガス供給機7により動弁室44に供給されるガスが圧縮機21で加圧された圧縮空気である。
Furthermore, the
具体的に、ガス供給機7は、給気路31から分岐して動弁室44につながる供給路71と、供給路71に設けられた流量制御弁72を含む。本実施形態では、動弁室44の圧力が圧力センサにより検出され、検出される動弁室44の圧力が一定となるように流量制御弁72が制御される。
Specifically, the
以上説明したように、本実施形態のガスエンジンシステム1Aでは、動弁室44に大気圧よりも高い圧力のガス(本実施形態では圧縮空気)が供給されるので、クランク室41内に漏れ出すブローバイガスが動弁室44へ流入することが抑制される。従って、動弁室44内に配置される部品には水素脆化対策を施す必要がなく、水素脆化対策が必要な部品点数を低減することができる。
As described above, in the
さらに、本実施形態では、ガス供給機7の供給路71が給気路31から分岐して動弁室44につながるので、過給機2の圧縮機21で加圧された圧縮空気を動弁室44へ導くことができる。しかも、動弁室44の圧力が一定となるように流量制御弁72が制御されるので、動弁室44へ導かれる圧縮空気の量を最小限に抑えることができる。その結果、水素ガスエンジン4へ供給される圧縮空気の量を多く確保することができる。
Furthermore, in this embodiment, since the
(第2実施形態)
図2に、第2実施形態に係るガスエンジンシステム1Bを示す。なお、本実施形態および後述する第3実施形態において、第1実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
(Second embodiment)
FIG. 2 shows a
本実施形態では、水素ガスエンジン4の動弁室44に大気圧よりも高い圧力のガスを供給するガス供給機7が、排気路32から分岐して動弁室44につながる供給路73と、供給路73に設けられた流量制御弁74を含む。すなわち、ガス供給機7により動弁室44に供給されるガスは、燃焼室からの排ガスである。
In this embodiment, the
本実施形態でも、第1実施形態と同様に、動弁室44に大気圧よりも高い圧力のガス(本実施形態では排ガス)が供給されるので、クランク室41内に漏れ出すブローバイガスが動弁室44へ流入することが抑制される。従って、動弁室44内に配置される部品には水素脆化対策を施す必要がなく、水素脆化対策が必要な部品点数を低減することができる
。
In the present embodiment, as in the first embodiment, gas (exhaust gas in this embodiment) having a pressure higher than the atmospheric pressure is supplied to the
さらに、本実施形態では、過給機2のタービン22で膨張される前の排ガスを動弁室44へ導くことができる。
Furthermore, in this embodiment, the exhaust gas before being expanded by the
(第3実施形態)
図3に、第3実施形態に係るガスエンジンシステム1Cを示す。本実施形態では、水素ガスエンジン4の動弁室44に大気圧よりも高い圧力のガスを供給するガス供給機7が、圧縮空気を貯留するタンク75と、タンク75と動弁室44とを接続する供給路76と、供給路76に設けられた流量制御弁77を含む。タンク75に貯留された圧縮空気は、例えば、水素ガスエンジン4のエアースタータなどに使用される。
(Third embodiment)
FIG. 3 shows a
本実施形態でも、第1実施形態と同様に、動弁室44に大気圧よりも高い圧力のガス(本実施形態では圧縮空気)が供給されるので、クランク室41内に漏れ出すブローバイガスが動弁室44へ流入することが抑制される。従って、動弁室44内に配置される部品には水素脆化対策を施す必要がなく、水素脆化対策が必要な部品点数を低減することができる。
In this embodiment, as in the first embodiment, gas (compressed air in this embodiment) having a pressure higher than the atmospheric pressure is supplied to the
さらに、本実施形態では、タンク75に貯留された圧縮空気を利用して動弁室44へのブローバイガスの流入を抑制することができる。
Furthermore, in the present embodiment, the compressed air stored in the
(その他の実施形態)
本開示は上述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
(Other embodiments)
The present disclosure is not limited to the embodiments described above, and various modifications are possible without departing from the gist of the present disclosure.
例えば、水素ガスエンジン4がカム室45を有さずに、カムシャフト54が動弁室44内に配置されてもよい。この場合、動弁室44は、シリンダヘッド43に設けられる貫通穴およびシリンダ42に沿って形成される連通路を介してクランク室41と連通してもよい。
For example, the
また、クランク室41内に漏れ出すブローバイガスが動弁室44へ流入することを抑制するための手段としては、ガス供給機7を用いる代わりに、図4に示す変形例のガスエンジンシステム1Dのような構成を採用してもよい。
As a means for suppressing blow-by gas leaking into the
具体的に、ガスエンジンシステム1Dでは、カム室45の底に、開口47(図1参照)の代わりにJ字状の管8が設けられている。管8の形状は、横向きのS字状であってもよい。
Specifically, in the
この構成では、管8の向きが下向きから上向きに変わる折れ曲がり部に潤滑油が溜まることによってカム室45とクランク室41との連通が遮断される。従って、この構成でもクランク室41内に漏れ出すブローバイガスが動弁室44へ流入することを抑制することができる。
In this configuration, communication between the
(まとめ)
本開示のガスエンジンシステムは、クランク室および前記クランク室と連通する動弁室を含む水素ガスエンジンと、前記動弁室に大気圧よりも高い圧力のガスを供給するガス供給機と、を備える。
(summary)
A gas engine system of the present disclosure includes a hydrogen gas engine including a crank chamber and a valve chamber communicating with the crank chamber, and a gas supplier that supplies gas having a pressure higher than atmospheric pressure to the valve chamber. .
上記の構成によれば、動弁室に大気圧よりも高い圧力のガスが供給されるので、クランク室内に漏れ出すブローバイガスが動弁室へ流入することが抑制される。従って、動弁室
内に配置される部品には水素脆化対策を施す必要がなく、水素脆化対策が必要な部品点数を低減することができる。
According to the above configuration, gas having a pressure higher than the atmospheric pressure is supplied to the valve chamber, so blow-by gas leaking into the crank chamber is suppressed from flowing into the valve chamber. Therefore, it is not necessary to take measures against hydrogen embrittlement for the parts arranged in the valve chamber, and the number of parts requiring measures against hydrogen embrittlement can be reduced.
例えば、前記水素ガスエンジンは、前記クランク室と前記動弁室との間に介在するシリンダおよびシリンダヘッドと、前記シリンダの脇に位置するカム室と、前記カム室と前記動弁室とを接続する接続管を含み、前記動弁室は、前記接続管および前記カム室を介して前記クランク室と連通してもよい。 For example, in the hydrogen gas engine, a cylinder and a cylinder head interposed between the crank chamber and the valve chamber, a cam chamber located on the side of the cylinder, and the cam chamber and the valve chamber are connected. The valve train chamber may communicate with the crank chamber via the connecting pipe and the cam chamber.
上記のガスエンジンシステムは、給気路により前記水素ガスエンジンと接続された圧縮機、および排気路により前記水素ガスエンジンと接続されたタービンを含む過給機をさらに備え、前記ガス供給機は、前記給気路から分岐して前記動弁室につながる供給路を含んでもよい。この構成によれば、過給機の圧縮機で加圧された圧縮空気を動弁室へ導くことができる。 The above gas engine system further comprises a supercharger including a compressor connected to the hydrogen gas engine by an air supply line and a turbine connected to the hydrogen gas engine by an exhaust line, wherein the gas feeder comprises: A supply path branching from the air supply path and leading to the valve operating chamber may be included. According to this configuration, the compressed air pressurized by the compressor of the supercharger can be guided to the valve gear chamber.
前記供給路には流量制御弁が設けられており、前記流量制御弁は、前記動弁室の圧力が一定となるように制御されてもよい。この構成によれば、動弁室へ導かれる圧縮空気の量を最小限に抑えることができ、水素ガスエンジンへ供給される圧縮空気の量を多く確保することができる。 A flow control valve may be provided in the supply path, and the flow control valve may be controlled so that the pressure in the valve operating chamber is constant. According to this configuration, the amount of compressed air guided to the valve gear chamber can be minimized, and a large amount of compressed air to be supplied to the hydrogen gas engine can be ensured.
上記のガスエンジンシステムは、給気路により前記水素ガスエンジンと接続された圧縮機、および排気路により前記水素ガスエンジンと接続されたタービンを含む過給機をさらに備え、前記ガス供給機は、前記排気路から分岐して前記動弁室につながる供給路を含んでもよい。この構成によれば、過給機のタービンで膨張される前の排ガスを動弁室へ導くことができる。 The above gas engine system further comprises a supercharger including a compressor connected to the hydrogen gas engine by an air supply line and a turbine connected to the hydrogen gas engine by an exhaust line, wherein the gas feeder comprises: A supply path branched from the exhaust path and connected to the valve operating chamber may be included. According to this configuration, the exhaust gas before being expanded by the turbine of the supercharger can be guided to the valve gear chamber.
前記ガス供給機は、圧縮空気を貯留するタンクと、前記タンクと前記動弁室とを接続する供給路を含んでもよい。この構成によれば、タンクに貯留された圧縮空気を利用して動弁室へのブローバイガスの流入を抑制することができる。 The gas supplier may include a tank that stores compressed air, and a supply path that connects the tank and the valve gear chamber. According to this configuration, the compressed air stored in the tank can be used to suppress blow-by gas from flowing into the valve gear chamber.
1A~1D ガスエンジンシステム
4 水素ガスエンジン
41 クランク室
42 シリンダ
43 シリンダヘッド
44 動弁室
45 カム室
46 接続管
7 ガス供給機
71,73,76 供給路
72 流量制御弁
75 タンク
1A to 1D
Claims (6)
前記動弁室に大気圧よりも高い圧力のガスを供給するガス供給機と、
を備える、ガスエンジンシステム。 a hydrogen gas engine including a crankcase and a valve gear chamber communicating with the crankcase;
a gas supplier that supplies gas having a pressure higher than atmospheric pressure to the valve chamber;
A gas engine system comprising:
前記動弁室は、前記接続管および前記カム室を介して前記クランク室と連通する、請求項1に記載のガスエンジンシステム。 The hydrogen gas engine includes a cylinder and a cylinder head interposed between the crank chamber and the valve operating chamber, a cam chamber located on the side of the cylinder, and a connection connecting the cam chamber and the valve operating chamber. including tubes,
2. The gas engine system according to claim 1, wherein said valve gear chamber communicates with said crank chamber via said connecting pipe and said cam chamber.
前記ガス供給機は、前記給気路から分岐して前記動弁室につながる供給路を含む、請求項1または2に記載のガスエンジンシステム。 further comprising a turbocharger including a compressor connected to the hydrogen gas engine by an air supply line, and a turbine connected to the hydrogen gas engine by an exhaust line;
The gas engine system according to claim 1 or 2, wherein said gas supplier includes a supply passage branching from said air supply passage and leading to said valve gear chamber.
前記流量制御弁は、前記動弁室の圧力が一定となるように制御される、請求項3に記載のガスエンジンシステム。 A flow control valve is provided in the supply path,
4. The gas engine system according to claim 3, wherein said flow control valve is controlled such that pressure in said valve chamber is constant.
前記ガス供給機は、前記排気路から分岐して前記動弁室につながる供給路を含む、請求項1または2に記載のガスエンジンシステム。 further comprising a turbocharger including a compressor connected to the hydrogen gas engine by an air supply line, and a turbine connected to the hydrogen gas engine by an exhaust line;
3. The gas engine system according to claim 1, wherein said gas supplier includes a supply passage branching from said exhaust passage and leading to said valve gear chamber.
3. The gas engine system according to claim 1, wherein said gas supplier includes a tank for storing compressed air, and a supply path connecting said tank and said valve gear chamber.
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