JP3364023B2 - 大形低速２サイクルメタノールエンジン - Google Patents
大形低速２サイクルメタノールエンジンInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
- F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
- F02B2075/025—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は燃料にメタノールを使用
する大型ディーゼル機関の燃焼室に関する。 【０００２】 【従来の技術】図８に従来のメタノール焚き低速大形エ
ンジンの燃料系と燃焼室の断面図を示す。本図は１シリ
ンダに２ケの主燃料弁７ａ，８ａと副燃料弁１ａ，２ａ
が装備された一例である。主燃料弁７ａ，８ａがシリン
ダカバーに、副燃料弁１ａ，２ａがシリンダ上部側面に
装着され、前記副燃料弁の近くに着火用グロープラグ３
ａ，４ａが装着されている。 【０００３】副燃焼室１ａ，２ａは同噴口部５ａ，６ａ
を通じて主燃焼室Ａと連通している。主燃料は主燃料弁
７ａ，８ａから主燃焼室Ａに噴射される。副燃料弁１
ａ，２ａから副燃焼室Ｂへ燃料ガスが噴射され、着火用
グロープラグ３ａ，４ａの火花で燃料が着火燃焼する
と、噴口部５ａ，６ａから主燃焼室Ａへ燃焼ガスが噴出
し、主燃料弁７ａ，８ａから噴射された主燃料を着火，
燃焼させる。 【０００４】上述のような主燃焼室Ａにおいて、副燃焼
室Ｂの容積は通常上死点で形成される全燃焼室容積ＶC
の中に占める割合で定められる。 （副燃焼室の容積）／（上死点での全燃焼室容積） を容積比ηと定義した場合、従来は副燃焼室Ｂの容積比
η＝５〜１０％であり、副燃焼室は２ケあるので合計の
容積比η＝１０〜２０％となっていた。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】メタノールディーゼル
エンジンにおいて、副燃焼室Ｂの容積が大きくなる程、
副燃料弁１ａ，２ａからのメタノール噴霧への着火は容
易となり、冷態時起動性は改善される。また排気公害と
いう面からも未燃炭化水素の排出濃度が低減する等の利
点がある。 【０００６】しかし、副燃焼室Ｂの容積比が大きくなる
と、燃焼室全体の比表面積が増加し、燃料消費率（以下
燃費率と略称）が悪化するという欠点を有する。さらに
信頼性が低下したりコストアップの要因となる。このた
め容積比を大幅に低減させることが求められている。 【０００７】本発明の目的は１００％メタノール燃焼を
可能とする大型低速エンジンにおいて、起動性と低燃費
率に優れたメタノールディーゼルエンジンを提供するに
ある。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明の大形低速２サイ
クルメタノールエンジンは副燃焼室内にグロープラグを
有する大形低速メタノールエンジンに於て、上記副燃焼
室の上部副燃焼室直径をｄ、下部副燃焼室直径をＤ、グ
ロープラグの軸方向挿入距離をｌG 、前記副燃焼室内に
挿入された２本の前記グロープラグの相互の半径方向角
度をθ、副燃料弁の単噴口径をｄn 及び前記副燃焼室の
合計容積が上死点で形成される全燃焼室容積の中で占め
る割合を容積比ηとしたとき、前記ｌG ，θ，Ｄ／ｄ，
ηがそれぞれ３５ｄn ≦ｌG ≦４５ｄn ，２３°≦θ≦
３０°，１．５≦Ｄ／ｄ≦２．２５，０．６５％≦η≦
２．２５％を同時に満足していることを特徴としてい
る。 【０００９】 【作用】前記のとおり副燃焼室形状を（３５ｄn ≦ｌG
≦４５ｄn ，２３°≦θ≦３０°及び１．５≦Ｄ／ｄ≦
２．２５）を保持し、副燃焼室容積比η＝０．６５％〜
２．２５％とすると、図６、７に示すように冷態時起動
と燃費率が良好な結果が得られる。 【００１０】 【実施例】以下図１〜７を参照し本発明の第１実施例に
ついて説明する。図１は本発明のメタノール焚き低速大
形エンジンの燃料系と燃焼室の断面図、図２は本願副燃
焼室の主要寸法を示す説明図、図３〜７は実験結果を示
し、図３はエンジン負荷率と相対ＨＣ濃度をｘ，ｙ軸と
した線図である。 【００１１】図４は軸方向グロープラグ挿入距離ｌG と
燃料投入後の完爆開始サイクル数をｘ，ｙ軸とした線
図、図５は副燃焼室口径比Ｄ／ｄと燃料投入後完爆開始
サイクル数をｘ，ｙ軸とした線図、図６は副燃焼室容積
比ηと冷却時起動相対時間比をｘ，ｙ軸とした線図、図
７は副燃焼室容積比ηと相対燃費率をｘ，ｙ軸とした線
図である。 【００１２】図１のメタノール焚き低速大形ディーゼル
エンジンにおいて、シリンダカバーの内部には容積比η
を持つ副燃焼室Ｂが構成されているがその詳細について
は下記のとおりである。 【００１３】即ち図２に示す副燃焼室の基本形は（ａ）
図のような下部副燃焼室Ｂ2 が長方形のものが一般的で
あるが、（ｂ〜ｃ）図のようにその一部をテーパとした
ものもある。本実施例では容積比ηが３％以下という条
件下で起動性及び低負荷域に着目して実験を実施して副
燃焼室の形を定めたものである。 【００１４】図２に示す副燃焼室の基本形（ａ）図にお
いて、上部副燃焼室Ｂ1 の直径をｄ、下部副燃焼室Ｂ2
の直径をＤ、副燃料弁の単噴口径をｄn 、下部副燃焼室
長さｌ＝４０ｄn 、連絡口５の絞りに入る迄の副燃焼室
の長さをＬ（Ｌmax ＝９０dn）、軸方向グロープラグ挿
入距離をｌG 及び上部副燃焼室Ｂ1 の上端中心Ｃからグ
ロープラグ３，４迄の半径方向角度をθとする。 【００１５】上記構成のメタノールディーゼルエンジン
において、副燃焼室の形状を色々と変化させて図３は軸
方向のグロープラグ挿入距離ｌG と半径方向角度θによ
り低負荷時の相対ＨＣ濃度を確認したもので、明らかに
θ＝２３°〜３０°がよくて、これらの両サイドは悪化
が認められる。図４は燃料投入開始後の完爆開始サイク
ル数を確認したもので、ｌG ＝３５ｄn 〜４５ｄn が１
サイクル目から確実に着火燃焼に至っている。 【００１６】さらに図５は、副燃焼室口径比Ｄ／ｄと完
爆開始サイクル数を確認したものである。この結果から
燃料投入後２サイクル回転目迄を許容すると１．５≦Ｄ
／ｄ≦２．２５までなら満足する結果が得られることが
分る。そこでη≦３％を条件にする副燃焼室形状（Ｌma
x ≦９０ｄn ，ｌ＝４０ｄn ）で３５ｄn ≦ｌG ≦４５
ｄn ，２３°≦θ≦３０°、１．５≦Ｄ／ｄ≦２．２５
ならば、起動性及び低負荷の燃費率が良好であるので、
これを副燃焼室の基本形として提案した。 【００１７】次に前記第１実施例の作用について説明す
る。前記提案の副燃焼室形状（３５ｄn ≦ｌG ≦４５ｄ
n ，２３°≦θ≦３０°及び１．５≦Ｄ／ｄ≦２．２
５）を保持しつつ、η＝０．５％〜５％迄変化させた結
果を図６、７に示している。図６は冷態時の起動性を調
査したものである。η＝５％での起動操作後２５％舶用
特性回転数に到達するに必要な時間をベースとした冷態
起動相対時間比（ｔ／ｔη＝５％）とηとの関係をプロ
ットしたものである。 【００１８】（ｔ／ｔη＝５％）≦２を許容値とする
と、η≧０．６５％が適用可能である。さらにこれらを
定格出力で運転した時の相対燃費率（ｂe ／ｂe η＝５
％）とηの関係を示したものが図７であり、η＝５％時
に比べ０．６５％≦η≦１．７５％では３％以下の燃費
率の改善が認められる。 【００１９】 【発明の効果】本発明で提案された副燃焼室の形状を採
用すれば、起動性と低燃費率に優れた１００％メタノー
ル燃焼を可能とする大形低速２サイクルエンジンを提供
できる。
する大型ディーゼル機関の燃焼室に関する。 【０００２】 【従来の技術】図８に従来のメタノール焚き低速大形エ
ンジンの燃料系と燃焼室の断面図を示す。本図は１シリ
ンダに２ケの主燃料弁７ａ，８ａと副燃料弁１ａ，２ａ
が装備された一例である。主燃料弁７ａ，８ａがシリン
ダカバーに、副燃料弁１ａ，２ａがシリンダ上部側面に
装着され、前記副燃料弁の近くに着火用グロープラグ３
ａ，４ａが装着されている。 【０００３】副燃焼室１ａ，２ａは同噴口部５ａ，６ａ
を通じて主燃焼室Ａと連通している。主燃料は主燃料弁
７ａ，８ａから主燃焼室Ａに噴射される。副燃料弁１
ａ，２ａから副燃焼室Ｂへ燃料ガスが噴射され、着火用
グロープラグ３ａ，４ａの火花で燃料が着火燃焼する
と、噴口部５ａ，６ａから主燃焼室Ａへ燃焼ガスが噴出
し、主燃料弁７ａ，８ａから噴射された主燃料を着火，
燃焼させる。 【０００４】上述のような主燃焼室Ａにおいて、副燃焼
室Ｂの容積は通常上死点で形成される全燃焼室容積ＶC
の中に占める割合で定められる。 （副燃焼室の容積）／（上死点での全燃焼室容積） を容積比ηと定義した場合、従来は副燃焼室Ｂの容積比
η＝５〜１０％であり、副燃焼室は２ケあるので合計の
容積比η＝１０〜２０％となっていた。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】メタノールディーゼル
エンジンにおいて、副燃焼室Ｂの容積が大きくなる程、
副燃料弁１ａ，２ａからのメタノール噴霧への着火は容
易となり、冷態時起動性は改善される。また排気公害と
いう面からも未燃炭化水素の排出濃度が低減する等の利
点がある。 【０００６】しかし、副燃焼室Ｂの容積比が大きくなる
と、燃焼室全体の比表面積が増加し、燃料消費率（以下
燃費率と略称）が悪化するという欠点を有する。さらに
信頼性が低下したりコストアップの要因となる。このた
め容積比を大幅に低減させることが求められている。 【０００７】本発明の目的は１００％メタノール燃焼を
可能とする大型低速エンジンにおいて、起動性と低燃費
率に優れたメタノールディーゼルエンジンを提供するに
ある。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明の大形低速２サイ
クルメタノールエンジンは副燃焼室内にグロープラグを
有する大形低速メタノールエンジンに於て、上記副燃焼
室の上部副燃焼室直径をｄ、下部副燃焼室直径をＤ、グ
ロープラグの軸方向挿入距離をｌG 、前記副燃焼室内に
挿入された２本の前記グロープラグの相互の半径方向角
度をθ、副燃料弁の単噴口径をｄn 及び前記副燃焼室の
合計容積が上死点で形成される全燃焼室容積の中で占め
る割合を容積比ηとしたとき、前記ｌG ，θ，Ｄ／ｄ，
ηがそれぞれ３５ｄn ≦ｌG ≦４５ｄn ，２３°≦θ≦
３０°，１．５≦Ｄ／ｄ≦２．２５，０．６５％≦η≦
２．２５％を同時に満足していることを特徴としてい
る。 【０００９】 【作用】前記のとおり副燃焼室形状を（３５ｄn ≦ｌG
≦４５ｄn ，２３°≦θ≦３０°及び１．５≦Ｄ／ｄ≦
２．２５）を保持し、副燃焼室容積比η＝０．６５％〜
２．２５％とすると、図６、７に示すように冷態時起動
と燃費率が良好な結果が得られる。 【００１０】 【実施例】以下図１〜７を参照し本発明の第１実施例に
ついて説明する。図１は本発明のメタノール焚き低速大
形エンジンの燃料系と燃焼室の断面図、図２は本願副燃
焼室の主要寸法を示す説明図、図３〜７は実験結果を示
し、図３はエンジン負荷率と相対ＨＣ濃度をｘ，ｙ軸と
した線図である。 【００１１】図４は軸方向グロープラグ挿入距離ｌG と
燃料投入後の完爆開始サイクル数をｘ，ｙ軸とした線
図、図５は副燃焼室口径比Ｄ／ｄと燃料投入後完爆開始
サイクル数をｘ，ｙ軸とした線図、図６は副燃焼室容積
比ηと冷却時起動相対時間比をｘ，ｙ軸とした線図、図
７は副燃焼室容積比ηと相対燃費率をｘ，ｙ軸とした線
図である。 【００１２】図１のメタノール焚き低速大形ディーゼル
エンジンにおいて、シリンダカバーの内部には容積比η
を持つ副燃焼室Ｂが構成されているがその詳細について
は下記のとおりである。 【００１３】即ち図２に示す副燃焼室の基本形は（ａ）
図のような下部副燃焼室Ｂ2 が長方形のものが一般的で
あるが、（ｂ〜ｃ）図のようにその一部をテーパとした
ものもある。本実施例では容積比ηが３％以下という条
件下で起動性及び低負荷域に着目して実験を実施して副
燃焼室の形を定めたものである。 【００１４】図２に示す副燃焼室の基本形（ａ）図にお
いて、上部副燃焼室Ｂ1 の直径をｄ、下部副燃焼室Ｂ2
の直径をＤ、副燃料弁の単噴口径をｄn 、下部副燃焼室
長さｌ＝４０ｄn 、連絡口５の絞りに入る迄の副燃焼室
の長さをＬ（Ｌmax ＝９０dn）、軸方向グロープラグ挿
入距離をｌG 及び上部副燃焼室Ｂ1 の上端中心Ｃからグ
ロープラグ３，４迄の半径方向角度をθとする。 【００１５】上記構成のメタノールディーゼルエンジン
において、副燃焼室の形状を色々と変化させて図３は軸
方向のグロープラグ挿入距離ｌG と半径方向角度θによ
り低負荷時の相対ＨＣ濃度を確認したもので、明らかに
θ＝２３°〜３０°がよくて、これらの両サイドは悪化
が認められる。図４は燃料投入開始後の完爆開始サイク
ル数を確認したもので、ｌG ＝３５ｄn 〜４５ｄn が１
サイクル目から確実に着火燃焼に至っている。 【００１６】さらに図５は、副燃焼室口径比Ｄ／ｄと完
爆開始サイクル数を確認したものである。この結果から
燃料投入後２サイクル回転目迄を許容すると１．５≦Ｄ
／ｄ≦２．２５までなら満足する結果が得られることが
分る。そこでη≦３％を条件にする副燃焼室形状（Ｌma
x ≦９０ｄn ，ｌ＝４０ｄn ）で３５ｄn ≦ｌG ≦４５
ｄn ，２３°≦θ≦３０°、１．５≦Ｄ／ｄ≦２．２５
ならば、起動性及び低負荷の燃費率が良好であるので、
これを副燃焼室の基本形として提案した。 【００１７】次に前記第１実施例の作用について説明す
る。前記提案の副燃焼室形状（３５ｄn ≦ｌG ≦４５ｄ
n ，２３°≦θ≦３０°及び１．５≦Ｄ／ｄ≦２．２
５）を保持しつつ、η＝０．５％〜５％迄変化させた結
果を図６、７に示している。図６は冷態時の起動性を調
査したものである。η＝５％での起動操作後２５％舶用
特性回転数に到達するに必要な時間をベースとした冷態
起動相対時間比（ｔ／ｔη＝５％）とηとの関係をプロ
ットしたものである。 【００１８】（ｔ／ｔη＝５％）≦２を許容値とする
と、η≧０．６５％が適用可能である。さらにこれらを
定格出力で運転した時の相対燃費率（ｂe ／ｂe η＝５
％）とηの関係を示したものが図７であり、η＝５％時
に比べ０．６５％≦η≦１．７５％では３％以下の燃費
率の改善が認められる。 【００１９】 【発明の効果】本発明で提案された副燃焼室の形状を採
用すれば、起動性と低燃費率に優れた１００％メタノー
ル燃焼を可能とする大形低速２サイクルエンジンを提供
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る燃焼室の断面図。
【図２】本願の副燃焼室の基本形を示す説明図。
【図３】エンジン負荷率と相対ＨＣ濃度をｘ，ｙ軸とし
た線図。 【図４】軸方向グロープラグ挿入距離ｌG と燃料投入後
の完爆開始サイクル数をｘ，ｙ軸とした線図。 【図５】副燃焼室口径比Ｄ／ｄと燃料投入後完爆開始サ
イクル数をｘ，ｙ軸とした線図。 【図６】副燃焼室容積比ηと冷却時起動相対時間比を
ｘ，ｙ軸とした線図。 【図７】副燃焼室容積比ηと相対燃費率をｘ，ｙ軸とし
た線図。 【図８】従来例の図１応当図。 【符号の説明】 Ａ…主燃焼室、Ｂ…副燃焼室、Ｂ1 …上部副燃焼室、Ｂ
2 …下部副燃焼室、Ｚ…主噴霧、１…副燃料弁、３，４
…グロープラグ、５…噴口部、７…主燃料弁、ｄ…上部
副燃焼室直径、ｄn …副燃料弁の単噴口径、Ｄ…下部副
燃焼室直径、ｌG …グロープラグ軸方向挿入距離、θ…
グロープラグの相互半径角度。
た線図。 【図４】軸方向グロープラグ挿入距離ｌG と燃料投入後
の完爆開始サイクル数をｘ，ｙ軸とした線図。 【図５】副燃焼室口径比Ｄ／ｄと燃料投入後完爆開始サ
イクル数をｘ，ｙ軸とした線図。 【図６】副燃焼室容積比ηと冷却時起動相対時間比を
ｘ，ｙ軸とした線図。 【図７】副燃焼室容積比ηと相対燃費率をｘ，ｙ軸とし
た線図。 【図８】従来例の図１応当図。 【符号の説明】 Ａ…主燃焼室、Ｂ…副燃焼室、Ｂ1 …上部副燃焼室、Ｂ
2 …下部副燃焼室、Ｚ…主噴霧、１…副燃料弁、３，４
…グロープラグ、５…噴口部、７…主燃料弁、ｄ…上部
副燃焼室直径、ｄn …副燃料弁の単噴口径、Ｄ…下部副
燃焼室直径、ｌG …グロープラグ軸方向挿入距離、θ…
グロープラグの相互半径角度。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F02B 19/00 - 19/18
F02P 19/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 副燃焼室内にグロープラグを有する大形
低速メタノールエンジンに於て、上記副燃焼室の上部副
燃焼室直径をｄ、下部副燃焼室直径をＤ、グロープラグ
の軸方向挿入距離をｌG 、前記副燃焼室内に挿入された
２本の前記グロープラグの相互の半径方向角度をθ、副
燃料弁の単噴口径をｄn 及び前記副燃焼室の合計容積が
上死点で形成される全燃焼室容積の中で占める割合を容
積比ηとしたとき、前記ｌG ，θ，Ｄ／ｄ，ηがそれぞ
れ３５ｄn ≦ｌG ≦４５ｄn ，２３°≦θ≦３０°，
１．５≦Ｄ／ｄ≦２．２５，０．６５％≦η≦２．２５
％を同時に満足していることを特徴とする大形低速２サ
イクルメタノールエンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25019194A JP3364023B2 (ja) | 1994-09-20 | 1994-09-20 | 大形低速２サイクルメタノールエンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25019194A JP3364023B2 (ja) | 1994-09-20 | 1994-09-20 | 大形低速２サイクルメタノールエンジン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0893476A JPH0893476A (ja) | 1996-04-09 |
| JP3364023B2 true JP3364023B2 (ja) | 2003-01-08 |
Family
ID=17204174
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25019194A Expired - Fee Related JP3364023B2 (ja) | 1994-09-20 | 1994-09-20 | 大形低速２サイクルメタノールエンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3364023B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3372399B2 (ja) * | 1995-05-08 | 2003-02-04 | 三菱重工業株式会社 | メタノールエンジンの副燃焼室構造 |
| JP5779521B2 (ja) * | 2012-02-23 | 2015-09-16 | 株式会社クボタ | ディーゼルエンジンの副室式燃焼室 |
-
1994
- 1994-09-20 JP JP25019194A patent/JP3364023B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0893476A (ja) | 1996-04-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20020924 |
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