JP4401990B2

JP4401990B2 - ４サイクルディーゼル機関の始動方法

Info

Publication number: JP4401990B2
Application number: JP2005083413A
Authority: JP
Inventors: 元幸高橋; 一郎田中; 和弘原田; 武治國本
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Priority date: 2005-03-23
Filing date: 2005-03-23
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2025-03-23
Also published as: JP2006266128A

Description

本発明は、４サイクルディーゼル機関の始動方法に関するものである。

４サイクルディーゼル機関の低速回転時に、急に、多量の燃料をシリンダ内に投入した場合、燃焼用空気が不足して一時的に多量のスモークが発生するが、例えば、特許文献１には、高圧空気源からシリンダ内に空気（アシストエア）を、直接、送り込んでスモークの発生を低減することが記載されている。

しかし、特許文献１によるスモークの改善が必ずしも十分なものでないはないため、４サイクルディーゼル機関の始動時期より所定の時間だけ前に、過給機にアシストエアの供給を開始してアシストエアの供給を改善する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開昭６４−１６０９１５号公報特開２００２−１２２０３１号公報

しかしながら、前者の如く、高圧空気源からアシストエアを、直接、シリンダ内に送り込む場合、アシストエアの供給開始の時期は、４サイクルディーゼル機関にあっては、吸気弁が閉じてからが好ましい。

吸気弁の閉止時期は、ピストンの圧縮行程に当たるため、始動弁のサイズの制約からエアアシストする時期が長くなると、ピストンの有効圧縮比が低下して、燃焼に必要な空気温度が十分に得られない。その結果、始動時のスモークの発生を有効に抑制できないという結果となる。

他方、後者の如く、排気タービン過給機付き４サイクルディーゼル機関の始動時に、過給機にアシストエアを供給して、始動時のスモーク発生を抑制する方法では、過給機が開放されているため、アシストエアとして供給された空気が全てシリンダ内に送り込まれず、大気中にも放出されるという問題がある。

アシストエアによる給気圧力の上昇が小さい場合、この大気中への放出は、大きな損失にはつながらないが、大きな給気圧力上昇が求められる場合には、この大気中への放出は、大きなアシストエアの損失をもたらし、場合によっては、燃料の燃焼に必要な給気圧力まで到達できず、スモークの発生を抑制できなくなるという問題がある。

このような問題を解決するためには、始動時の燃料の燃焼に必要な空気量をシリンダ内に十分に送り込み、更に、燃料の燃焼に求められる空気温度（有効圧縮比）を得る必要がある。

本発明者は、かかる知見に基づいて鋭意研究した結果、本発明に到達したものであり、その目的とするところは、４サイクルディーゼル機関の始動時に、燃料の燃焼に必要な空気量をシリンダ内に十分に送り込み、かつ、燃料の燃焼に求められる空気温度（有効圧縮比）が得られる４サイクルディーゼル機関の始動方法を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明は、次のように構成されている。

本発明の４サイクルディーゼル機関の始動方法は、４サイクルディーゼル機関の始動時に、該ディーゼル機関の給気室に連通する吸気管、或いは給気管よりなる空気吸引管の出口に配置した開閉弁を閉じ、次いで、前記給気室に高圧空気源よりアシストエアを直接投入して給気室の給気圧力を０．１×１０⁵〜０．５×１０⁵Ｐａ昇圧させ、しかる後に、燃料噴射を行うことを特徴とするものである。

また、本発明の４サイクルディーゼル機関の始動方法は、前記ディーゼル機関の回転速度が、燃焼室内に噴射させた燃料が連続して燃焼するに必要な機関回転速度に達したとき、燃料を燃焼室内へ噴射することを特徴とするものである。

上記のように、本発明は、４サイクルディーゼル機関の始動時に、該ディーゼル機関の給気室に連通する吸気管、或いは給気管よりなる空気吸引管の出口に配置した開閉弁を閉じ、次いで、前記給気室に高圧空気源よりアシストエアを直接投入して給気室の給気圧力を０．１×１０⁵〜０．５×１０⁵Ｐａ昇圧させ、しかる後に、燃料噴射を行うので、４サイクルディーゼル機関の始動時において、燃料の燃焼に必要なアシストエア（空気）を任意に、そして、十分に確保することができる。

その結果、本方法では、空気の有効圧縮比を犠牲にすることなく、空気が機能するため、始動時における燃料の燃焼不良を抑制することができる。したがって、始動時に発生するスモークを従来又は通常の４サイクルディーゼル機関に比べて大幅に低減、すなわち、約１／１０にできる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は、本発明の方法を実施する４サイクルディーゼル機関の概略構成図である。なお、この実施の形態では、排気タービン過給機付きの４サイクルディーゼル機関を例とする。

図１において、符号１は、大型の中低速ディーゼル機関である排気タービン過給機付きの４サイクルディーゼル機関であり、この４サイクルディーゼル機関１のシリンダヘッド２には、吸気弁３、排気弁４、及び燃料噴射ノズル６を設けている。

上記吸気弁３は、燃焼室７と供給室８とを連通する連通管９の出口を開閉するようになっている。また、排気弁４は、燃焼室７と排気室１６とを連通する連通管１１の入口を開閉するようになっている。

符号１２は、過給機であり、タービン１３を内蔵したタービン室１４は、排気管１５を経て排気室１６と連通し、コンプレッサ１７を内蔵したコンプレッサ室１８は、給気管１９を経て上記給気室８と連通している。また、この給気管１９は、その途中に開閉弁室２０を備えている。

この開閉弁室２０は、図２に示すように、その内部に円板状の開閉弁２１を設けて給気管１９の出口を開閉するようにしている。この開閉弁２１の開閉は、開閉用エアシリンダ２２によって行うようになっている。

上記開閉弁２１は、回転軸２４の横手に突き出した２本の支持体２３に取り付けられている。また、開閉用エアシリンダ２２のロッド２５は、回転軸２４の横手に突き出したアーム２６の自由端に連結されている。

従って、開閉用エアシリンダ２２のロッド２５を伸長及び収縮することにより、回転軸２４に取り付けたアーム２６が回動して開閉弁２１が給気管８の出口を開閉するようになっている。

上記開閉弁２１は、通常、図示しない固定金具によって初期位置に支持又は固定されているが、固定用シリンダ３６によって固定金具を移動、例えば、固定軸２４の軸方向に移動させることによって開閉弁２１を固定金具から開放できるようになっている。

図１中、符号３０は、電気的な制御ラインであり、この制御ライン３０には、圧縮空気投入用ソレノイド弁３１を設けている。また、この制御ライン３０から分岐した分岐ライン３２には、開閉弁用ソレノイド弁３３を設けている。

この開閉弁用ソレノイド弁３３は、開閉用エアシリンダ２２に付随する第２スピードコントローラ３５と、固定用エアシリンダ３６に付随する第１スピードコントローラ３７とを制御するようになっている。

他方、上記給気室８は、空気導入管４０を介して高圧空気源４１と接続しており、高圧空気源４１から必要に応じて圧縮空気（アシストエア）ａを導入できるようになっている。この空気導入管４０には、高圧空気源４１から給気室８の方角に、順次、減圧弁４２、第１リレー弁４３及び第１絞り弁４４を設けている。更に、上記空気導入管４０に設けたバイパス路４５には、上記第１リレー弁４３及び第１絞り弁４４にそれぞれ対峙する第２リレー弁４６及び第２絞り弁４７を設けている。

上記第１リレー弁４３は、制御ライン３０から分岐した分岐ライン４８と電気的に接続し、第２リレー弁４６は、制御ライン３０からから分岐した分岐ライン４９と電気的に接続している。但し、この分岐ライン４９は、その途中にタイムディレー弁５０を備えている。また、このタイムディレー弁５０は、上記制御ライン３０に接続する接続ライン５１とも接続している。

また、符号５２は、電子制御装置であり、上記圧縮空気投入用ソレノイド弁３１及び開閉弁用ソレノイド弁３３を制御するようになっている。この電子制御装置５２には、上記給気室８に設けた圧力センサ５３から給気室８内の給気圧力を入力するようになっている。また、４サイクルディーゼル機関１の回転速度は、駆動軸２８に装着した回転速度計測装置（例えば、パルス発生器）５４によって上記電子制御装置５２に入力するようになっている。

次に、このエアアシスト方法の作用について説明する。このエアアシスト方法は、図３のタイムチャートに基づいて行われる。

（１）上記電子制御装置５２からスタート信号が発信されると、図１において、機関始動用のエアスタート用ソレノイド弁（図示せず）が作動してエアスタータが作動し、同時に、開閉弁用ソレノイド弁３３も作動する。これに伴い機関回転速度が上昇しながら、開閉弁２１も閉弁する。

（２）すなわち、開閉弁用ソレノイド弁３３の作動により、先ず、第１スピードコントローラ３７が作動して固定用エアシリンダ３６が働き、開閉弁２１を固定金具（図示せず）から開放する。

その後（所定時間経過後）、第２スピードコントローラ３５が作動して開閉用エアシリンダ２２が作動し、図２に示すように、回転軸２４に装着したアーム２６が矢印ｂの方向に回転する。そして、支持体２３を介して回転軸２４に取り付けた開閉弁２１によって給気管１９の出口が閉止される。このため、アシストエアの漏洩が防止される。

（３）燃焼室７内に噴射する燃料が連続して燃焼するに必要な所定の機関回転数（例えば、６５〜７５ｒｐｍ）に到達すると、投入用ソレノイド弁３１が作動する。

この投入用ソレノイド弁３１の作動により、第１リレー弁４３が作動し、高圧空気源４１の高圧空気ａが減圧弁４２によって所定の圧力（例えば、０．５〜１ＭＰａ）に減圧された後、第１絞り弁４４を経て給気室８に供給され、同時に燃料噴射ノズル６から燃焼室７内に燃料ｃが噴射される。

上記第１リレー弁４３を流れるアシストエア（高圧空気）ａは、第１リレー弁４３の後流側に設けた第１絞り弁４４によって給気室８の圧力がアシストエアａの投入で０．１〜０．５ｂａｒ（０．１×１０⁵〜０．５×１０⁵Ｐａ）、より好ましくは、０．２〜０．５ｂａｒ（０．２×１０⁵〜０．５×１０⁵Ｐａ）上昇するように前もって流量調整されている。

（４）機関回転数がより上昇すると、第１リレー弁４６からの投入だけでは給気圧力が低下するため、タイムディレー弁５０で予め設定された所定の時間遅れ（例えば、２〜３秒）を持って第２リレー弁４６が作動し、第２リレー弁４６からも給気室８にアシストエアａが供給される。この場合についても、給気室圧力が０．２〜０．５ｂａｒ上昇するように第２絞り弁４７により調整される。

（５）機関回転数が所定の回転速度（例えば、４００〜５００ｒｐｍ））より上昇すると、投入用ソレノイド弁３１が非作動となり、アシストエアａの投入が終了する。

（６）過給機１２からの給気圧が上昇すると、開閉弁用ソレノイド弁３３が非作動となる。そして、給気管１９から導入される給気圧によって開閉弁２１が自動的に開弁する。その後、所定の時間（例えば、１０〜２０秒）を置いて固定用エアシリンダ３６の入口に取り付けられた第１スピードコントローラ３７の働きで図示いない固定金具が作動して開閉弁２１を初期位置に固定する。

以上の説明では、排気タービン過給機付き４サイクルディーゼル機関について説明したが、このエアアシスト方法は、排気タービン過給機を持たない通常の４サイクルディーゼル機関にも適用することができる。なお、その場合には、「給気管１９」を「吸気管１９」と読み替える。

本発明の方法を実施する４サイクルディーゼル機関の概略構成図である。図１のＸ部分の拡大斜視図である。エアアシスト方法のタイムチャートである。機関始動時の給気圧力とスモーク（煤）量との関係を示す図である。

符号の説明

１４サイクルディーゼル機関
７燃焼室
８給気室
１９空気吸込管
２１開閉弁
４１高圧空気源
ａ圧縮空気
ｃ燃料

Claims

４サイクルディーゼル機関の始動時に、該ディーゼル機関の給気室に連通する吸気管、或いは給気管よりなる空気吸引管の出口に配置した開閉弁を閉じ、次いで、前記給気室に高圧空気源よりアシストエアを直接投入して給気室の給気圧力を０．１×１０⁵〜０．５×１０⁵Ｐａ昇圧させ、しかる後に、燃料噴射を行うことを特徴とする４サイクルディーゼル機関の始動方法。
前記ディーゼル機関の回転速度が、燃焼室内に噴射させた燃料が連続して燃焼するに必要な機関回転速度に達したとき、燃料を燃焼室内へ噴射する請求項１記載の４サイクルディーゼル機関の始動方法。