JP2526052B2 - Reciprocating internal combustion engine for both spark ignition and compression ignition - Google Patents

Reciprocating internal combustion engine for both spark ignition and compression ignition

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JP2526052B2
JP2526052B2 JP62048914A JP4891487A JP2526052B2 JP 2526052 B2 JP2526052 B2 JP 2526052B2 JP 62048914 A JP62048914 A JP 62048914A JP 4891487 A JP4891487 A JP 4891487A JP 2526052 B2 JP2526052 B2 JP 2526052B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、火花点火および圧縮着火を選択的に行な
うことができる単一の往復動式内燃機関に関するもので
ある。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a single reciprocating internal combustion engine capable of selectively performing spark ignition and compression ignition.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

内燃機関には、一般に火花点火機関と圧縮着火機関と
がある。火花点火機関は、天然ガス、気化したガソリン
等のような気体燃料を空気と混合し、空気と混合された
気体燃料を吸入し圧縮してから、シリンダの燃焼室に取
り付けられた点火プラグにより点火燃焼させる方式であ
る。一方、圧縮着火機関は、シリンダー内に空気だけを
吸入し圧縮して高圧、高温にしたところに、シリンダの
燃焼室に取り付けられた燃料噴射ノズルから液体燃料を
吹き込み燃焼させる方式である。
Internal combustion engines generally include a spark ignition engine and a compression ignition engine. A spark ignition engine mixes gaseous fuel such as natural gas and vaporized gasoline with air, sucks in and compresses the gaseous fuel mixed with air, and then ignites it with a spark plug attached to the combustion chamber of the cylinder. It is a method of burning. On the other hand, the compression ignition engine is a system in which only the air is sucked into the cylinder and compressed to a high pressure and a high temperature, and then the liquid fuel is blown from a fuel injection nozzle attached to the combustion chamber of the cylinder to burn the liquid fuel.

このような火花点火機関および圧縮着火機関は、従
来、その特性に応じた用途に個別に設置され、使用され
ていた。例えば、大型ビルにおける発電設備としては、
都市ガスを燃料とする火花点火内燃機関が設置されてお
り、更に、これとは別個に地震その他の事故等により都
市ガスの供給がとだえた場合に備えた非常用発電機関と
して、貯蔵可能な液体燃料例えば軽油等を燃料とする圧
縮着火内燃機関が設置されている。
Conventionally, such a spark ignition engine and a compression ignition engine have been individually installed and used for applications according to their characteristics. For example, as a power generation facility in a large building,
A spark-ignition internal combustion engine that uses city gas as fuel is installed, and separately from this, a liquid that can be stored as an emergency power generation engine in case the supply of city gas is interrupted due to an earthquake or other accident. A compression ignition internal combustion engine that uses fuel such as light oil as a fuel is installed.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

上述のように、大型ビル等における発電設備として
は、常用としての火花点火内燃機関と、非常用としての
圧縮着火内燃機関とを設置する必要がある。このために
ビル内に広いスペースを確保しなければならず且つ多額
の設備費およびメンテナンス費を必要とする問題があつ
た。
As described above, it is necessary to install a regular spark ignition internal combustion engine and an emergency compression ignition internal combustion engine as power generation equipment in a large building or the like. Therefore, there is a problem that a large space must be secured in the building and a large amount of equipment cost and maintenance cost are required.

1つの内燃機関で火花点火と圧縮着火とを併用するこ
とができれば、上述した問題を解決することができる
が、これは、以下に述べる点で従来困難とされていた。
If the spark ignition and the compression ignition can be used together in one internal combustion engine, the above-described problem can be solved, but this has been conventionally difficult in the following points.

即ち、過給火花点火内燃機関の最大出力は、出力の上
限で発生するノツキング現象によつて制約される。ノツ
キング現象の発生は、圧縮比によつて左右され、バラン
スのとれた過給火花点火内燃機関において空燃比を1に
制御して運転する場合の、ノツキング現象が発生しない
圧縮比の上限は、約8である。
That is, the maximum output of the supercharged spark ignition internal combustion engine is restricted by the knotting phenomenon that occurs at the upper limit of the output. The occurrence of the knocking phenomenon depends on the compression ratio, and when operating in a well-balanced supercharged spark ignition internal combustion engine with the air-fuel ratio controlled at 1, the upper limit of the compression ratio at which the knocking phenomenon does not occur is about 8

一方、過給圧縮着火内燃機関の始動性および燃焼性に
問題が発生しない圧縮比の下限は、約12である。圧縮比
がこれよりも低くなればなるほど機関の始動が困難にな
り且つ安定燃焼性が悪化する。
On the other hand, the lower limit of the compression ratio at which the startability and combustibility of the supercharged compression ignition internal combustion engine do not occur is about 12. The lower the compression ratio, the more difficult it is to start the engine and the worse the stable combustibility.

上述のように、過給火花点火内燃機関は、その圧縮比
が約8以下であることを必要とし、一方、圧縮着火内燃
機関は、その圧縮比が約12以上であることを必要とする
結果、1つの内燃機関で、火花点火と圧縮着火とを併用
すると、その内燃機関の圧縮比は設計上一定であって変
更できないことから、次のような問題が生ずる。
As mentioned above, a supercharged spark ignition internal combustion engine requires its compression ratio to be about 8 or less, while a compression ignition internal combustion engine requires its compression ratio to be about 12 or more. When spark ignition and compression ignition are used together in one internal combustion engine, the compression ratio of the internal combustion engine is constant by design and cannot be changed, so that the following problems occur.

即ち、火花点火運転から圧縮着火運転への切り換え時
には、火花点火運転時の燃焼用空気が低温のために、シ
リンダ内において着火せず、従って、内燃機関が作動し
ない。一方、圧縮着火運転から火花点火運転への切り換
え時には、燃焼用空気が高温のためにノッキングが発生
して運転が不能になる。
That is, when the spark ignition operation is switched to the compression ignition operation, the combustion air during the spark ignition operation does not ignite in the cylinder due to the low temperature, and therefore the internal combustion engine does not operate. On the other hand, when the compression ignition operation is switched to the spark ignition operation, knocking occurs due to the high temperature of the combustion air, and the operation becomes impossible.

従って、火花点火運転から圧縮着火運転に、または、
圧縮着火運転から火花点火運転に切り換える場合には、
運転を一時停止して、燃焼用空気の温度を、火花点火運
転または圧縮着火運転に適応した温度に変えてから運転
を再開しなければならない。
Therefore, from spark ignition operation to compression ignition operation, or
When switching from compression ignition operation to spark ignition operation,
It is necessary to suspend the operation, change the temperature of the combustion air to a temperature adapted to the spark ignition operation or the compression ignition operation, and then restart the operation.

このように、内燃機関の運転を一時停止することは、
例えば、この内燃機関を発電機に使用した場合に、電力
供給が不安定になり、OA機器が多く使用されている現
在、各方面に多大の問題が発生する。
In this way, temporarily stopping the operation of the internal combustion engine
For example, when this internal combustion engine is used as a power generator, the power supply becomes unstable, and OA equipment is now widely used, causing a great deal of problems in various fields.

従つて、この発明の目的は、火花点火および圧縮着火
兼用往復動式内燃機関において、燃焼用空気の温度を瞬
時に変更することにより、火花点火運転と圧縮着火運転
との相互間の運転の切り換えを、ノッキングの発生や始
動性および燃焼性の悪化が生ずることなく、そして、運
転を停止することなしに連続的に行うことができる単一
の往復動式内燃機関を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to switch the operation between the spark ignition operation and the compression ignition operation by instantaneously changing the temperature of the combustion air in the reciprocating internal combustion engine for both spark ignition and compression ignition. It is an object of the present invention to provide a single reciprocating internal combustion engine that can be continuously operated without occurrence of knocking, deterioration of startability and combustibility, and without stopping operation.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

この発明の往復動式内燃機関は、シリンダの燃焼室に
設けられた、火花点火用のプラグ、液体燃料噴射ノズ
ル、火花点火用の気体燃料と空気との混合気または圧縮
着火用空気の吸気管および排気管と、 前記吸気管に吹き込まれる前記混合気を調整するため
のガスキャブレターと、 前記ガスキャブレターに空気を供給するための、一端
が過給機に接続された空気供給用導管と、 前記空気供給用導管の途中に設けられた、火花点火運
転時および圧縮着火の定常運転時用の燃焼用空気を冷却
するための空気冷却器、および、枝管を介して前記空気
冷却器と並列に設けられた、圧縮着火の起動時用の燃焼
用空気を加熱するための空気加熱器と、 前記ガスキャブレターに気体燃料を供給するための、
その途中にバルブが設けられた気体燃料供給用導管と、 前記吸気管に前記混合気または前記圧縮着火用空気を
供給するための、その途中に流量調整弁が設けられた気
体供給用導管と、 前記空気供給用導管の、前記空気冷却器および前記空
気加熱器の出側で且つ前記ガスキャブレターの入側の部
分から分岐し、前記気体供給用導管に接続されるバイパ
ス管と、 前記空気冷却器および前記空気加熱器の入側の空気供
給用導管に設けられた、前記空気供給用導管を通る空気
を、前記空気冷却器および前記空気加熱器の何れかに選
択的に導くための制御弁と、 前記混合気および前記圧縮着火用空気の何れかを前記
気体供給用導管に選択的に導くための、前記空気加熱器
の出側の空気供給用導管および前記バイパス管の各々の
途中に設けられたバルブと、 前記液体燃料噴射ノズルに、燃料噴射ポンプを介して
接続された、その途中にバルブを有する液体燃料供給用
導管と、 前記気体供給用導管の途中に設けられた流量調整弁の
開度を調整して前記燃焼室内に吸気される気体の流量を
制御し、または、前記燃料噴射ポンプを調整して前記燃
焼室内に噴射される液体燃料の噴射速度を制御するため
のガバナーとからなり、前記空気冷却器および前記空気
加熱器による前記燃焼用空気の温度を瞬時に変更するこ
とによって、火花点火運転と圧縮着火運転との相互間の
運転の切り換えを、内燃機関の運転を中止することなく
連続的に行い得るようにしたことに特徴を有するもので
ある。
The reciprocating internal combustion engine of the present invention is provided with a spark ignition plug, a liquid fuel injection nozzle, a mixture of a gaseous fuel and air for spark ignition, or an intake pipe for air for compression ignition, which is provided in a combustion chamber of a cylinder. And an exhaust pipe, a gas carburetor for adjusting the air-fuel mixture blown into the intake pipe, an air supply conduit having one end connected to a supercharger for supplying air to the gas carburetor, An air cooler provided in the middle of the air supply conduit for cooling combustion air for spark ignition operation and steady operation of compression ignition, and in parallel with the air cooler via a branch pipe. An air heater provided for heating the combustion air for starting the compression ignition, and for supplying a gaseous fuel to the gas carburetor,
A gas fuel supply conduit provided with a valve on the way, and a gas supply conduit provided with a flow rate adjusting valve on the way for supplying the air-fuel mixture or the air for compression ignition to the intake pipe, A bypass pipe branched from a portion of the air supply conduit on the outlet side of the air cooler and the air heater and on the inlet side of the gas carburetor and connected to the gas supply conduit; and the air cooler. And a control valve provided in an air supply conduit on the inlet side of the air heater for selectively guiding air passing through the air supply conduit to either the air cooler or the air heater. Provided in the middle of each of the air supply conduit on the outlet side of the air heater and the bypass pipe for selectively guiding either the air-fuel mixture or the compression ignition air to the gas supply conduit. Valve A liquid fuel supply conduit connected to the liquid fuel injection nozzle via a fuel injection pump and having a valve in the middle, and an opening degree of a flow rate adjusting valve provided in the middle of the gas supply conduit. A governor for adjusting the flow rate of the gas sucked into the combustion chamber by adjusting or for adjusting the fuel injection pump to control the injection speed of the liquid fuel injected into the combustion chamber, By instantaneously changing the temperature of the combustion air by the air cooler and the air heater, switching between the spark ignition operation and the compression ignition operation can be continuously performed without stopping the operation of the internal combustion engine. It is characterized in that it can be performed in an objective manner.

次に、この発明を図面を参照しながら説明する。第1
図はこの発明の一実施態様を示す系統図、第2図は給排
気系の概念図、第3図はその1つのシリンダを示す概略
垂直断面図である。第1〜第3図に示すように複数基
(図示の例では6基)のシリンダ2によつて構成された
内燃機関1におけるシリンダ2の各々の燃焼室3には、
火花点火用の点火プラグ4と、圧縮着火用の液体燃料噴
射ノズル5と、火花点火用の気体燃料と空気との混合気
または圧縮着火用の空気の吸気管6と、そして、排気管
7とが設けられている。点火プラグ4には点火装置8が
接続されており、液体燃料噴射ノズル5には燃料噴射ポ
ンプ9が接続されている。10はピストンである。
Next, the present invention will be described with reference to the drawings. First
FIG. 1 is a system diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a conceptual diagram of an air supply / exhaust system, and FIG. 3 is a schematic vertical sectional view showing one cylinder thereof. As shown in FIGS. 1 to 3, in each combustion chamber 3 of the cylinder 2 in the internal combustion engine 1 configured by a plurality of (two in the illustrated example) cylinders 2,
A spark plug 4 for spark ignition, a liquid fuel injection nozzle 5 for compression ignition, an intake pipe 6 for a mixture of gaseous fuel and air for spark ignition or air for compression ignition, and an exhaust pipe 7. Is provided. An ignition device 8 is connected to the spark plug 4, and a fuel injection pump 9 is connected to the liquid fuel injection nozzle 5. 10 is a piston.

シリンダ2の燃焼室3に設けられた吸気管6には、気
体供給用導管11が接続されており、気体供給用導管11に
は、ガスキヤブレター12を介して気体燃料供給用導管13
が接続されている。気体供給用導管11の途中には流量調
整弁14が設けられており、気体燃料供給用導管13の途中
にはバルブ15および圧力調整弁16が設けられている。
A gas supply conduit 11 is connected to an intake pipe 6 provided in the combustion chamber 3 of the cylinder 2, and a gas fuel supply conduit 13 is connected to the gas supply conduit 11 via a gas carburetor 12.
Is connected. A flow rate adjusting valve 14 is provided in the middle of the gas supply conduit 11, and a valve 15 and a pressure adjusting valve 16 are provided in the middle of the gas fuel supply conduit 13.

ガスキヤブレター12には、一端が過給機17に接続され
た空気供給用導管18の他端が接続されている。過給機17
は、シリンダ2の排気管7から排出された排ガスでター
ビンを回し、給気管31より吸入した空気をその発生動力
で圧縮して空気供給用導管18に圧送する。
The gas carburetor 12 is connected to the other end of an air supply conduit 18 whose one end is connected to the supercharger 17. Supercharger 17
Rotates the turbine with the exhaust gas discharged from the exhaust pipe 7 of the cylinder 2, compresses the air sucked from the air supply pipe 31 by the generated power, and sends the compressed air to the air supply conduit 18.

ガスキヤブレター12は、気体燃料供給用導管13を通つ
て送られてくる気体燃料と、空気供給用導管18を通つて
送られてくる空気との混合気を作る。このようなガスキ
ヤブレター12、気体燃料供給用導管13および気体供給用
導管11によつて、混合気供給機構が形成されている。
The gas carburetor 12 forms a mixture of gaseous fuel sent through the gaseous fuel supply conduit 13 and air sent through the air supply conduit 18. A gas mixture supply mechanism is formed by the gas carburetor 12, the gas fuel supply conduit 13 and the gas supply conduit 11 as described above.

空気供給用導管18の途中には、枝管18aを介して空気
冷却器19が、また枝管18bを介して空気加熱器20が並列
に設けられている。空気供給用導管18の、枝管18aと枝
管18bとの分岐部には、制御弁21が設けられている。
In the middle of the air supply conduit 18, an air cooler 19 is provided in parallel via a branch pipe 18a, and an air heater 20 is provided in parallel via a branch pipe 18b. A control valve 21 is provided at a branch portion of the air supply conduit 18 between the branch pipe 18a and the branch pipe 18b.

空気冷却器19には冷却水が循環し、枝管18aを通つて
流れる過給機17で圧縮された空気を冷却してガスキヤブ
レター12に送る。空気加熱器20には、内燃機関1からの
高温の冷却排水が流れる冷却排水導管22が接続されてお
り、枝管18bを通つて流れる過給機17で圧縮された空気
を加熱する。
Cooling water circulates in the air cooler 19, cools the air compressed by the supercharger 17 flowing through the branch pipe 18a, and sends it to the gas carburetor 12. A cooling / drainage conduit 22 through which high-temperature cooling / drainage from the internal combustion engine 1 flows is connected to the air heater 20, and heats the compressed air by the supercharger 17 flowing through the branch pipe 18b.

ガスキヤブレター12の入側の空気供給用導管18と、気
体供給用導管11との間には、第1バイパス管23および第
2バイパス管24が接続されている。26は内燃機関1の冷
却用の冷却水導管、27は冷却排水導管22と冷却水導管26
とを、その各々の途中で連結する冷却排水循環導管であ
る。
A first bypass pipe 23 and a second bypass pipe 24 are connected between the air supply conduit 18 on the inlet side of the gas carburetor 12 and the gas supply conduit 11. 26 is a cooling water conduit for cooling the internal combustion engine 1, 27 is a cooling drain conduit 22 and a cooling water conduit 26.
And a cooling drain circulation conduit that connects and in the middle of each.

25は気体供給用導管11の途中に設けられた流量調整弁
14の開度を調整してシリンダ2の燃焼室3内に吸気され
る気体の吸気流量を制御し、または、燃料噴射ポンプ9
を調整してシリンダ2の燃焼室3内に噴射される液体燃
料の噴射速度を制御するためのガバナーである。
25 is a flow rate adjusting valve provided in the middle of the gas supply conduit 11.
The opening of 14 is adjusted to control the intake flow rate of the gas sucked into the combustion chamber 3 of the cylinder 2, or the fuel injection pump 9
Is a governor for controlling the injection speed of the liquid fuel injected into the combustion chamber 3 of the cylinder 2 by adjusting

空気加熱器20の出側の枝管18bの途中にはバルブ30
が、第1バイパス管23の途中には空燃比制御用のバルブ
28が、第2バイパス管24の途中にはバルブ29が、それぞ
れ設けられている。
A valve 30 is provided in the middle of the branch pipe 18b on the outlet side of the air heater 20.
However, a valve for air-fuel ratio control is provided in the middle of the first bypass pipe 23.
28 and a valve 29 in the middle of the second bypass pipe 24, respectively.

32は冷却水導管26の途中に設けられたポンプ、33は冷
却排水循環導管27の途中に設けられたポンプ、34は給水
加熱器である。
32 is a pump provided in the middle of the cooling water conduit 26, 33 is a pump provided in the middle of the cooling / drain circulation conduit 27, and 34 is a feed water heater.

燃焼室3の排気管7からの排気を過給機17に導く排気
導管35と、過給機17の排気管36との間には、パイロツト
エア制御弁37によつて作動する排気逃し弁38が設けられ
ている。
Between the exhaust pipe 35 for guiding the exhaust gas from the exhaust pipe 7 of the combustion chamber 3 to the supercharger 17 and the exhaust pipe 36 of the supercharger 17, an exhaust relief valve 38 operated by a pilot air control valve 37. Is provided.

シリンダ2の各々に設けられた燃料噴射ポンプ9に
は、液体燃料供給用導管39が接続されており、導管39に
は、重油を貯蔵する重油タンク40からの重油導管41と、
着火性の良い燃料例えば軽油を貯蔵する軽油タンク42か
らの軽油導管43とが接続されている。また、燃料噴射ポ
ンプ9には、液体燃料の戻し導管44が接続されており、
戻し導管44には、重油タンク40への重油戻し導管45と、
軽油タンク42への軽油戻し導管46とが接続されている。
このような重油タンク40、軽油タンク42、各導管39,41,
43,44,45,46等によつて液体燃料供給機構が形成されて
いる。
A liquid fuel supply conduit 39 is connected to the fuel injection pump 9 provided in each of the cylinders 2, and a heavy oil conduit 41 from a heavy oil tank 40 that stores heavy oil is connected to the conduit 39.
It is connected to a light oil conduit 43 from a light oil tank 42 that stores a fuel having good ignitability, for example, light oil. A liquid fuel return conduit 44 is connected to the fuel injection pump 9.
In the return conduit 44, a heavy oil return conduit 45 to the heavy oil tank 40,
A light oil return conduit 46 to the light oil tank 42 is connected.
Such heavy oil tank 40, light oil tank 42, each conduit 39,41,
A liquid fuel supply mechanism is formed by 43, 44, 45, 46 and the like.

重油導管41の途中にはバルブ47が、重油戻し導管45の
途中にはバルブ48が、そして、軽油導管43の途中にはバ
ルブ49が、軽油戻し導管46の途中にはバルブ50がそれぞ
れ設けられている。
A valve 47 is provided in the middle of the heavy oil conduit 41, a valve 48 is provided in the middle of the heavy oil return conduit 45, a valve 49 is provided in the middle of the light oil conduit 43, and a valve 50 is provided in the middle of the light oil return conduit 46. ing.

51は液体燃料供給用導管39の途中に設けられたポン
プ、52はフイルターである。
Reference numeral 51 is a pump provided in the middle of the liquid fuel supply conduit 39, and 52 is a filter.

〔作用〕[Action]

次に、この発明の内燃機関を、気体燃料を使用し、火
花点火によつて作動させる場合について説明する。
Next, the case where the internal combustion engine of the present invention is operated by spark ignition using a gaseous fuel will be described.

空気供給用導管18の制御弁21を、空気冷却器19が設け
られている枝管18a側に切替える。そして、気体供給用
導管13のバルブ15、および、軽油導管43のバルブ49およ
び軽油戻し管46のバルブ50を開とする。一方、空気加熱
器20の出側の枝管18bのバルブ30および第2バイパス管2
4のバルブ29を閉とし、第1バイパス管23のバルブ28を
開とし、且つ、重油導管41のバルブ47および重油戻し導
管45のバルブ48を閉とする。
The control valve 21 of the air supply conduit 18 is switched to the side of the branch pipe 18a where the air cooler 19 is provided. Then, the valve 15 of the gas supply conduit 13, the valve 49 of the light oil conduit 43, and the valve 50 of the light oil return pipe 46 are opened. On the other hand, the valve 30 of the branch pipe 18b on the outlet side of the air heater 20 and the second bypass pipe 2
The valve 29 of 4 is closed, the valve 28 of the first bypass pipe 23 is opened, and the valve 47 of the heavy oil conduit 41 and the valve 48 of the heavy oil return conduit 45 are closed.

この結果、気体燃料は、気体燃料供給用導管13を流
れ、そして、ガスキヤブレター12において、空気供給用
導管18を流れる空気冷却器19において冷却された空気と
混合された上、気体供給用導管11を通つて、シリンダ2
の燃焼室3にその吸気管6から吸気される。このとき、
空気供給管19において冷却された空気の一部は、空気供
給用導管18から分岐する第1バイパス管23に導かれ、第
1バイパス管23の途中に設けられたバルブ28の調整によ
って、適量の冷却空気が流量調整弁14に流れる。従っ
て、吸気管6から燃焼室3内に吸気される、気体燃料と
の混合気の空燃比が微調整される。このようにして、燃
焼室3内には低温の混合気が吸気されるので、点火プラ
グ4の火花点火によるピストンの作動は効率的に行なわ
れる。
As a result, the gaseous fuel flows through the gaseous fuel supply conduit 13 and is mixed in the gas carburetor 12 with the cooled air in the air cooler 19 flowing through the air supply conduit 18 and then through the gas supply conduit 11. Through, cylinder 2
The air is taken into the combustion chamber 3 from the intake pipe 6. At this time,
A part of the air cooled in the air supply pipe 19 is guided to the first bypass pipe 23 branched from the air supply pipe 18, and an appropriate amount of air is adjusted by adjusting a valve 28 provided in the middle of the first bypass pipe 23. Cooling air flows into the flow rate adjusting valve 14. Therefore, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture that is sucked into the combustion chamber 3 from the intake pipe 6 is finely adjusted. In this way, the low-temperature air-fuel mixture is sucked into the combustion chamber 3, so that the operation of the piston by the spark ignition of the spark plug 4 is efficiently performed.

このとき、ガバナー25によつて燃料噴射ポンプ9は作
動せず、閉止されたバルブ47および48によつて重油タン
ク40の重油も燃料噴射ポンプ9には供給されない。な
お、この間でも、ポンプ51の作動によつて軽油タンク42
内の軽油を燃料噴射ポンプ9に送り込んでこれを潤滑
し、燃料噴射ポンプ9が何時でも作動し得るように備え
ておく。
At this time, the fuel injection pump 9 is not operated by the governor 25, and the heavy oil in the heavy oil tank 40 is not supplied to the fuel injection pump 9 by the closed valves 47 and 48. Even during this period, the light oil tank 42 is
The light oil therein is fed to the fuel injection pump 9 to be lubricated, and the fuel injection pump 9 is provided so that it can operate at any time.

次に、この発明の内燃機関を、液体燃料を使用し、圧
縮着火により作動させる場合について説明する。先づ始
動時およびシリンダ2の燃焼室3が安定した高温度にな
るまでの間は、各バルブを次のように開閉する。即ち、
空気供給用導管18の制御弁21を、空気加熱器20が設けら
れた枝管18b側に切替える。そして、空気加熱器20の出
側の枝管18bのバルブ30および第2バイパス管24のバル
ブ29を開とし、第1バイパス管23のバルブ28および流量
調整弁14を閉とし、且つ、軽油導管43のバルブ49および
軽油戻し導管46のバルブ50を開とする。一方、気体燃料
供給用導管13のバルブ15、および、重油導管41のバルブ
47および重油戻し導管45のバルブ48を閉とする。
Next, a case where the internal combustion engine of the present invention is operated by compression ignition using liquid fuel will be described. Before starting and until the combustion chamber 3 of the cylinder 2 reaches a stable high temperature, each valve is opened and closed as follows. That is,
The control valve 21 of the air supply conduit 18 is switched to the side of the branch pipe 18b provided with the air heater 20. Then, the valve 30 of the branch pipe 18b on the outlet side of the air heater 20 and the valve 29 of the second bypass pipe 24 are opened, the valve 28 of the first bypass pipe 23 and the flow rate adjusting valve 14 are closed, and the light oil conduit Open valve 49 of 43 and valve 50 of light oil return conduit 46. On the other hand, the valve 15 of the gas fuel supply conduit 13 and the valve of the heavy oil conduit 41
47 and the valve 48 of the heavy oil return conduit 45 are closed.

この結果、軽油タンク42内の軽油は、軽油導管43およ
び液体燃料供給用導管39を通つて流れ、燃料噴射ポンプ
9によつて液体燃料噴射ノズル5からシリンダ2の燃焼
室3内に噴射される。
As a result, the light oil in the light oil tank 42 flows through the light oil conduit 43 and the liquid fuel supply conduit 39, and is injected by the fuel injection pump 9 from the liquid fuel injection nozzle 5 into the combustion chamber 3 of the cylinder 2. .

空気供給用導管18を流れる過給機17で圧縮された空気
は、空気加熱器20により、冷却排水導管22を流れる、内
燃機関1からの高温の冷却排水によつて加熱される。
The air compressed by the supercharger 17 flowing through the air supply conduit 18 is heated by the air heater 20 by the high-temperature cooling drainage from the internal combustion engine 1 flowing through the cooling drainage conduit 22.

従つて、シリンダ2の燃焼室3内には、吸気管6から
高温の空気が吸気され、高圧、高温にしたところに、液
体燃料噴射ノズル5から軽油が噴射されて燃焼する結
果、ピストン10は効果的に作動する。
Therefore, high temperature air is sucked into the combustion chamber 3 of the cylinder 2 from the intake pipe 6, and when high pressure and high temperature are reached, light oil is injected from the liquid fuel injection nozzle 5 and burned, and as a result, the piston 10 is Works effectively.

このとき、閉止されたバルブ15によつて、ガスキヤブ
レター12に気体燃料は供給されず、そして、空気加熱器
20において加熱された高温の空気は、ガスキャブレタ12
を通らない。従って、圧縮着火運転に必要な大量の空気
により、ガスキャブレタ12において過大な圧力損失や閉
塞等のトラブル等が発生することはない。
At this time, no gas fuel is supplied to the gas carburetor 12 by the closed valve 15, and the air heater is
The hot air, heated in 20, is fed into the gas carburetor 12
Do not pass. Therefore, the large amount of air required for the compression ignition operation does not cause troubles such as excessive pressure loss and blockage in the gas carburetor 12.

このように、始動時およびシリンダ2の燃焼室3が安
定した高温度になるまでの間は、高温の圧縮空気により
軽油の燃焼が行なわれるから、始動性および燃焼性が極
めて良好になる。
In this way, at the time of start-up and until the combustion chamber 3 of the cylinder 2 reaches a stable high temperature, light oil is burned by the high-temperature compressed air, so that startability and combustibility are extremely good.

次に、定常運転になつて、シリンダ2の燃焼室3が安
定した高温度になつた後は、各バルブを次のように開閉
する。即ち、空気供給用導管18の制御弁21を、空気冷却
器19が設けられた枝管18a側に切替える。そして、第1
バイパス管23のバルブ28および流量調整弁14を閉とし、
第2バイパス管24のバルブ29を開とし、且つ、重油導管
41のバルブ47および重油戻し導管45のバルブ48を開とす
る。一方、気体燃料供給導管13のバルブ15および空気加
熱器20の出側の枝管18bのバルブ30を閉とし、且つ、軽
油導管43のバルブ49および軽油戻し導管46のバルブ50を
閉とする。
Next, after the steady operation, and after the combustion chamber 3 of the cylinder 2 reaches a stable high temperature, each valve is opened and closed as follows. That is, the control valve 21 of the air supply conduit 18 is switched to the side of the branch pipe 18a provided with the air cooler 19. And the first
By closing the valve 28 of the bypass pipe 23 and the flow rate adjusting valve 14,
The valve 29 of the second bypass pipe 24 is opened, and the heavy oil conduit
The valve 47 of 41 and the valve 48 of the heavy oil return conduit 45 are opened. On the other hand, the valve 15 of the gas fuel supply conduit 13 and the valve 30 of the outlet pipe 18b of the air heater 20 are closed, and the valve 49 of the light oil conduit 43 and the valve 50 of the light oil return conduit 46 are closed.

この結果、重油タンク40内の重油は、重油導管41およ
び液体燃料供給用導管39を通つて流れ、燃料噴射ポンプ
9によつて液体燃料噴射ノズル5からシリンダ2の燃焼
室3内に噴射される。
As a result, the heavy oil in the heavy oil tank 40 flows through the heavy oil conduit 41 and the liquid fuel supply conduit 39, and is injected by the fuel injection pump 9 from the liquid fuel injection nozzle 5 into the combustion chamber 3 of the cylinder 2. .

シリンダ2の燃焼室3内には、空気供給用導管18およ
び第2バイパス管24を通って、低温の空気が吸気管6か
ら吸気され、高圧にしたところに液体燃料噴射ノズル5
から重油が噴射されて燃焼する結果、ピストン10は効率
的に作動する。
In the combustion chamber 3 of the cylinder 2, low-temperature air is sucked from the intake pipe 6 through the air supply conduit 18 and the second bypass pipe 24, and the liquid fuel injection nozzle 5
As a result of injecting and burning heavy oil from the piston 10, the piston 10 operates efficiently.

このとき、閉止されたバルブ15によつて、上記と同様
にガスキヤブレター12に気体燃料は供給されない。
At this time, the gas fuel is not supplied to the gas carburetor 12 by the closed valve 15 similarly to the above.

このように、定常運転時には、低温の圧縮空気により
重油の燃焼が行なわれるから、燃焼性が良好になる。
As described above, during steady operation, the heavy oil is burned by the low-temperature compressed air, so that the combustibility is improved.

なお、始動時において、空気加熱器20による空気供給
用導管18の空気の加熱を十分に行なわせるため、冷却排
水循環導管27の途中に設けられた給水加熱器34により、
冷却排水導管22を流れる冷却排水を加熱する。
In addition, at the time of starting, in order to sufficiently perform the heating of the air in the air supply conduit 18 by the air heater 20, by the feed water heater 34 provided in the middle of the cooling and draining circulation conduit 27,
The cooling drainage flowing through the cooling drainage conduit 22 is heated.

上述した、気体燃料を使用する火花点火または液体燃
料を使用する圧縮着火の切替え、および、圧縮着火時の
燃料および空気温度の切替えは、すべて各バルブおよび
ガバナー25を遠隔操作により開閉および制御することに
よつて、自動的に行なわれる。
The switching of spark ignition using gaseous fuel or compression ignition using liquid fuel, and switching of fuel and air temperature during compression ignition described above are all performed by opening / closing and controlling each valve and governor 25 by remote control. Is automatically performed by.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上述べたように、この発明によれば、単一の往復動
式内燃機関によつて、ノツキングの発生や、始動性およ
び燃焼性の悪化が生ずることなく、随時気体燃料を使用
する火花点火、および、液体燃料を使用する圧縮着火を
選択的に行なうことができる。
As described above, according to the present invention, by a single reciprocating internal combustion engine, the occurrence of knocking, spark ignition using gas fuel at any time without deterioration of startability and combustibility, Also, compression ignition using liquid fuel can be selectively performed.

従つて、例えば、大型ビルにおける発電設備に本発明
の内燃機関を使用すれば、従来のように、常用の火花点
火内燃機関のほかに、非常用の圧縮着火内燃機関を設置
する必要はない。この結果、ビル内における発電設備の
ためのスペースを小にすることができ、設備費およびメ
ンテナンス費を軽減することができる。
Therefore, for example, if the internal combustion engine of the present invention is used for power generation equipment in a large building, it is not necessary to install an emergency compression ignition internal combustion engine in addition to the conventional spark ignition internal combustion engine as in the conventional case. As a result, the space for power generation equipment in the building can be reduced, and equipment costs and maintenance costs can be reduced.

また、最近の下水処理場においては、発酵ガスを燃料
として火花点火内燃機関により発電を行ない、その排熱
を発酵用の熱源として使用しているが、稼動初期におけ
る発酵の促進および何等かの原因で発酵ガスの発生が減
少しまたは操業が停止した場合の再発酵に備え、予備用
の電熱源設備が必要とされている。このような下水処理
場における発電設備に本発明の内燃機関を使用すれば、
従来のような予備用の電熱源設備を設置する必要がな
く、極めて経済的である。
In recent sewage treatment plants, a spark ignition internal combustion engine is used to generate electricity using fermentation gas as a fuel, and the exhaust heat is used as a heat source for fermentation. In preparation for re-fermentation when the generation of fermentation gas is reduced or the operation is stopped, a backup electric heat source facility is required. If the internal combustion engine of the present invention is used for power generation equipment in such a sewage treatment plant,
It is extremely economical because it is not necessary to install a backup electric heat source equipment as in the past.

その他、本発明は各種プラントにおける発電設備に広
く利用することができ、工業上幾多の優れた効果を有し
ている。
In addition, the present invention can be widely used for power generation equipment in various plants and has various industrially excellent effects.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図はこの発明の一実施態様を示す系統図、第2図は
給排気系の概念図、第3図はその1つのシリンダを示す
概略垂直断面図である。図面において、 1……内燃機関、2……シリンダ、3……燃焼室、4…
…点火プラグ、5……液体燃料噴射ノズル、6……吸気
管、7……排気管、8……点火装置、9……燃料噴射ポ
ンプ、10……ピストン、11……気体供給用導管、12……
ガスキヤブレター、13……気体燃料供給用導管、14……
流量調整弁、17……過給機、18……空気供給用導管、19
……空気冷却器、20……空気加熱器、21……制御弁、22
……冷却排水導管、23……第1バイパス管、24……第2
バイパス管、25……ガバナー、26……冷却水導管、27…
…冷却排水循環導管、39……液体燃料供給用導管、40…
…重油タンク、41……重油導管、42……軽油タンク、4
4,45,46……戻し導管。
FIG. 1 is a system diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a conceptual diagram of an air supply / exhaust system, and FIG. 3 is a schematic vertical sectional view showing one cylinder thereof. In the drawings, 1 ... Internal combustion engine, 2 ... Cylinder, 3 ... Combustion chamber, 4 ...
... spark plug, 5 ... liquid fuel injection nozzle, 6 ... intake pipe, 7 ... exhaust pipe, 8 ... ignition device, 9 ... fuel injection pump, 10 ... piston, 11 ... gas supply conduit, 12 ……
Gas carburetor, 13 …… Gas fuel supply conduit, 14 ……
Flow rate control valve, 17 …… Supercharger, 18 …… Air supply conduit, 19
...... Air cooler, 20 ...... Air heater, 21 ...... Control valve, 22
...... Cooling drainage pipe, 23 ...... First bypass pipe, 24 ...... Second
Bypass pipe, 25 …… Governor, 26 …… Cooling water conduit, 27…
… Cooling drainage circulation conduit, 39… Liquid fuel supply conduit, 40…
… Heavy oil tank, 41 …… Heavy oil conduit, 42 …… Light oil tank, 4
4,45,46 …… Return conduit.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】シリンダの燃焼室に設けられた、火花点火
用のプラグ、液体燃料噴射ノズル、火花点火用の気体燃
料と空気との混合気または圧縮着火用空気の吸気管およ
び排気管と、 前記吸気管に吹き込まれる前記混合気を調整するための
ガスキャブレターと、 前記ガスキャブレターに空気を供給するための、一端が
過給機に接続された空気供給用導管と、 前記空気供給用導管の途中に設けられた、火花点火運転
時および圧縮着火の定常運転時用の燃焼用空気を冷却す
るための空気冷却器、および、枝管を介して前記空気冷
却器と並列に設けられた、圧縮着火の起動時用の燃焼用
空気を加熱するための空気加熱器と、 前記ガスキャブレターに気体燃料を供給するための、そ
の途中にバルブが設けられた気体燃料供給用導管と、 前記吸気管に前記混合気または前記圧縮着火用空気を供
給するための、その途中に流量調整弁が設けられた気体
供給用導管と、 前記空気供給用導管の、前記空気冷却器および前記空気
加熱器の出側で且つ前記ガスキャブレターの入側の部分
から分岐し、前記気体供給用導管に接続されるバイパス
管と、 前記空気冷却器および前記空気加熱器の入側の空気供給
用導管に設けられた、前記空気供給用導管を通る空気
を、前記空気冷却器および前記空気加熱器の何れかに選
択的に導くための制御弁と、 前記混合気および前記圧縮着火用空気の何れかを前記気
体供給用導管に選択的に導くための、前記空気加熱器の
出側の空気供給用導管および前記バイパス管の各々の途
中に設けられたバルブと、 前記液体燃料噴射ノズルに、燃料噴射ポンプを介して接
続された、その途中にバルブを有する液体燃料供給用導
管と、 前記気体供給用導管の途中に設けられた流量調整弁の開
度を調整して前記燃焼室内に吸気される気体の流量を制
御し、または、前記燃料噴射ポンプを調整して前記燃焼
室内に噴射される液体燃料の噴射速度を制御するための
ガバナーとからなり、前記空気冷却器および前記空気加
熱器による前記燃焼用空気の温度を瞬時に変更すること
によって、火花点火運転と圧縮着火運転との相互間の運
転の切り換えを、内燃機関の運転を中止することなく連
続的に行い得るようにしたことを特徴とする、火花点火
および圧縮着火兼用往復動式内燃機関。
1. A plug for spark ignition, a liquid fuel injection nozzle, an intake pipe and an exhaust pipe of a mixture of gaseous fuel and air for spark ignition or air for compression ignition, which are provided in a combustion chamber of a cylinder. A gas carburetor for adjusting the air-fuel mixture blown into the intake pipe, an air supply conduit having one end connected to a supercharger for supplying air to the gas carburetor, and an air supply conduit An air cooler provided on the way for cooling the combustion air for spark ignition operation and steady operation of compression ignition, and a compression provided in parallel with the air cooler via a branch pipe. An air heater for heating the combustion air for starting the ignition, a gas fuel supply conduit provided with a valve in the middle thereof for supplying the gas fuel to the gas carburetor, and the intake pipe For supplying the air-fuel mixture or the compression ignition air, a gas supply conduit provided with a flow rate adjusting valve in the middle thereof, and an outlet side of the air cooler and the air heater of the air supply conduit. And a bypass pipe branched from the inlet side portion of the gas carburetor and connected to the gas supply conduit, and provided in the inlet air supply conduit of the air cooler and the air heater, A control valve for selectively guiding the air passing through the air supply conduit to either the air cooler or the air heater, and the gas supply conduit for either the air-fuel mixture or the compression ignition air. A valve provided in the middle of each of the air supply conduit on the outlet side of the air heater and the bypass pipe for selectively guiding the liquid heater to the liquid fuel injection nozzle via a fuel injection pump. Was A liquid fuel supply conduit having a valve in the middle thereof, and controlling the flow rate of the gas sucked into the combustion chamber by adjusting the opening of a flow rate adjusting valve provided in the middle of the gas supply conduit, or A governor for adjusting the fuel injection pump to control the injection speed of the liquid fuel injected into the combustion chamber, and instantaneously changes the temperature of the combustion air by the air cooler and the air heater. By so doing, the operation switching between the spark ignition operation and the compression ignition operation can be continuously performed without stopping the operation of the internal combustion engine. Reciprocating internal combustion engine.
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