JP5693189B2 - 内燃機関の燃料噴射装置および内燃機関の燃料噴射方法 - Google Patents
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Description
また、エンジン排ガス規制海域内においては、近い将来、排気ガスのさらなる規制強化が予定されており、新たな規制を遵守するためには、エンジン排ガス規制海域内に入る前に、例えば、主機および発電機関の燃料噴射モード(運転モード)を、上記特許文献1,2に開示されているような、燃料油のみの噴射から燃料油と水とが多層状もしくはエマルジョンになったものの噴射に変更して対処することになる。
本発明に係る内燃機関の燃料噴射装置は、針弁の開弁圧を調整する開弁圧調整装置を備えた燃料噴射弁を、一シリンダに対して少なくとも二個備えた内燃機関の燃料噴射装置であって、燃料油と不活性物質とをシリンダライナ内に噴射する場合には、すべての燃料噴射弁から燃料油と不活性物質とが噴射され、燃料油のみをシリンダライナ内に噴射する場合には、前記開弁圧調整装置を作動させて前記少なくとも二個の燃料噴射弁のうちの少なくとも一個の燃料噴射弁の針弁を、該針弁の開弁圧以上の力で押し付けることにより当該燃料噴射弁の燃料噴射を遮断するように構成されている。
これにより、燃料噴射圧力が低下し、燃焼性が悪化して、内燃機関の性能が低下することを防止することができるとともに、煤塵や黒煙の増加を防止することができる。
これにより、シリンダライナ内の熱負荷を、周方向にわたって(略)均一にする(分散させる)ことができ、熱応力の部分的な集中を回避することができる。
これにより、シリンダライナ内の熱負荷を、周方向にわたってより均一にする(分散させる)ことができ、熱応力の部分的な集中を確実に回避することができる。
これにより、燃料油のみをシリンダライナ内に噴射する場合のシリンダ内における燃焼性を向上させることができ、シリンダ内から排出される煤煙および黒煙を低減させることができる。
これにより、船舶全体の燃費を向上させることができ、航続距離を延ばすことができるとともに、ファンネル(煙突)から排出される煤煙および黒煙を低減させることができる。
本発明の第1実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置および内燃機関の燃料噴射方法について、図1から図6を参照しながら説明する。
図1は本実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置の構成図、図2は切換弁装置の縦断面図、図3は図2のIII−III矢視断面図、図4は切換弁装置の変形例を示す構成図、図5および図6はそれぞれ作用説明図である。
符号31は燃料噴射弁本体11の上部に固着されたシリンダ、符号32はシリンダ31の上部内周に往復動可能に嵌合された第1ピストン、符号33はシリンダ31の下部内周に往復動可能に嵌合された第2ピストンで、第1ピストン32の下部に形成された凸部34の下端面が第2ピストン33の上面に当接されている。また、符号35は第1ピストン32の上面が臨んで形成された第1空気室、符号36は第2ピストン33の上面が臨んで形成された第2空気室で、第1空気室35と第2空気室36とは、第1ピストン32内に穿孔された空気孔37および凸部34の下端面に放射状に形成された複数の通路溝(図示せず)を介して連通されている。
符号43は第1空気室35の空気入口通路、符号44は空気入口継手で、その内部に形成された空気通路(図示せず)および空気入口通路35を介して作動空気管45と第1空気室35とが連通されている。
図4はコントローラ54と2個の(電磁式)制御弁90,91とを組み合わせた切換弁装置の変形例を示す図であり、図4において、符号90は水の制御弁、符号91は燃料の制御弁で、コントローラ54により燃料噴射ポンプ4A(図1参照)の休止期間中に、交互に所定期間開閉制御される。
また、図4に示す切換弁装置を備えている場合は、燃料噴射ポンプ4Aの休止期間中に水の制御弁90および燃料の制御弁91がコントローラ54により交互に開閉制御され、燃料・水供給管64内に、水および燃料が制御弁90,91の開期間に対応して交互に流入することになる。
そして、燃料噴射ポンプ4Aが作動して噴射を始めると、図6に示すように、針弁15の開弁により油溜め16内の燃料が、つづいて燃料通路19内の水および燃料が交互に多層状に噴射され、最後に燃料のみが噴射されて、これを繰返す。なお、排ガス中にNOxを減少させるのに必要な水の注入量を増加させても、エンジンの回転が不安定となるおそれはない。
なお、本実施形態において燃料噴射弁10は、シリンダカバー(図示せず)の頂部に、シリンダライナ110(図11および図12参照)の周方向に沿って、等間隔(90度もしくは180度間隔)で設けられている。
また、コントローラ54には、回転数検出器50、掃気圧力検出器51、ラック位置検出器52、排気温度検出器53等の機関運転状態検出手段からの機関運転状態検出値の他、自船がエンジン排ガス規制海域内に位置するかエンジン排ガス規制海域外に位置するかを判断する航海援助装置(図示せず)からの自船位置データや、自船がエンジン排ガス規制海域内に位置している、または自船がエンジン排ガス規制海域外に位置していると判断した船橋内の航海士・甲板員あるいは機関室内の機関士・機関員により操作されたスイッチ類の位置データが入力されるようになっている。
これにより、燃料噴射圧力が低下し、燃焼性が悪化して、内燃機関の性能が低下することを防止することができるとともに、煤塵や黒煙の増加を防止することができる。
本発明の第2実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置および内燃機関の燃料噴射方法について、図7から図9を参照しながら説明する。
図7は本実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置の構成図、図8および図9はそれぞれ作用説明図である。
なお、上述した第1実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
また、第1実施形態のところで説明した燃料・水供給管85、制御弁63、燃料・水供給管64、燃料・水入口通路68、燃料・水通路66には、水供給ポンプ61を介して水タンク60から供給された水のみが通過することになるため、本実施形態では符号85を水供給管85、符号64を水供給管、符号68を水入口通路、符号66を水通路と称することにする。
そして、燃料通路19内の合流部92より上流側、すなわち、燃料噴射ポンプ4A側の燃料は、燃料噴射ポンプ4Aに設けられた等圧弁8を押し開いて戻され、燃料通路19内に水柱が充填される。
その結果、図8に示すように、燃料噴射弁10内においては、油溜め16の容積V2および合流部92から油溜め16までの燃料通路19の容積V1の和であるV1+V2の容積が燃料で満たされ、合流部92の上流側の燃料通路19内には所定量の水が満たされて、さらにその上流には再び燃料が満たされた状態となっている。
針弁15が開弁圧P0に達すると、図9に示すように、燃料噴射弁10の噴孔13から、まず、油溜め16および燃料通路19内の合流部92までの容積に満されていたV1+V2の容積の燃料が噴射され、つづいて、所定量の水が噴射されて、最後に、残りの燃料が全量噴射されることとなる。ここで、1回の噴射で噴射される燃料の量をQFとすると、最初に噴射される燃料の量QFpは前述のようにQFp=V1+V2となり、つづいて、QWの水の全量が噴射され、最後に、残りの燃料の量をQFsとするとQFs=QF−QFpが噴射されることになる。
その結果、QFpの燃料によりディーゼルの燃料行程初期の着火が確実に行われ、引続きQWの水により噴霧内への空気の導入が増大され燃料速度が増大および黒煙発生の低減が行われると同時に水の火炎域への導入によりNOxの低減が図られることになる。
本発明の第3実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置および内燃機関の燃料噴射方法について、図10を参照しながら説明する。
図10は本実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置の構成図である。
なお、上述した第2実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
そして、燃料通路19内の合流部92より上流側、すなわち、燃料噴射ポンプ4A側の燃料は、燃料噴射ポンプ4Aに設けられた等圧弁8を押し開いて戻され、燃料通路19内に水柱が充填される。
その結果、図8に示すように、燃料噴射弁10内においては、油溜め16の容積V2および合流部92から油溜め16までの燃料通路19の容積V1の和であるV1+V2の容積が燃料で満たされ、合流部92の上流側の燃料通路19内には所定量の水が満たされて、さらにその上流には再び燃料が満たされた状態となっている。
針弁15が開弁圧P0に達すると、図9に示すように、燃料噴射弁10の噴孔13から、まず、油溜め16および燃料通路19内の合流部92までの容積に満されていたV1+V2の容積の燃料が噴射され、つづいて、所定量の水が噴射されて、最後に、残りの燃料が全量噴射されることとなる。ここで、1回の噴射で噴射される燃料の量をQFとすると、最初に噴射される燃料の量QFpは前述のようにQFp=V1+V2となり、つづいて、QWの水の全量が噴射され、最後に、残りの燃料の量をQFsとするとQFs=QF−QFpが噴射されることになる。
その結果、QFpの燃料によりディーゼルの燃料行程初期の着火が確実に行われ、引続きQWの水により噴霧内への空気の導入が増大され燃料速度が増大および黒煙発生の低減が行われると同時に水の火炎域への導入によりNOxの低減が図られることになる。
本発明の第4実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置および内燃機関の燃料噴射方法について説明する。
さて、本実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置は、燃料噴射管9を介して供給された燃料のみを燃料噴射弁10から連続して噴射させる場合(例えば、エンジン排ガス規制海域(ECA:Emission Control Area)外を航行する場合)に、燃料が噴射される他方の燃料噴射弁10と、燃料が噴射されない一方の燃料噴射弁10とが、所定のサイクル毎に切り換えられるように(例えば、他方の燃料噴射弁10の噴孔13から燃料が10回噴射されたら、燃料が噴射される燃料噴射弁10を他方の燃料噴射弁10から一方の燃料噴射弁10に切り換えて燃料を噴射させ、一方の燃料噴射弁10の噴孔13から燃料が10回噴射されたら、燃料が噴射される燃料噴射弁10を一方の燃料噴射弁10から他方の燃料噴射弁10に切り換えるように)構成されているという点で上述した実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
これにより、シリンダライナ110内の熱負荷を、周方向にわたってより均一にする(分散させる)ことができ、熱応力の部分的な集中を確実に回避することができる。
その他の作用効果は、上述した実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。
本発明の第5実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置および内燃機関の燃料噴射方法について、図11および図12を参照しながら説明する。
図11および図12はそれぞれ本実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置を装備した内燃機関の一シリンダ内(筒内)における燃料火炎の状態を示す模式図である。
なお、上述した第1実施形態および第2実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
これにより、シリンダライナ110内の熱負荷を、周方向にわたって(略)均一にする(分散させる)ことができ、熱応力の部分的な集中を回避することができる。
その他の作用効果は、上述した第1実施形態および第2実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。
本発明の第6実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置および内燃機関の燃料噴射方法について説明する。
さて、本実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置は、燃料噴射管9を介して供給された燃料のみを燃料噴射弁10から連続して噴射させる場合(例えば、エンジン排ガス規制海域(ECA:Emission Control Area)外を航行する場合)に、燃料が噴射される他組の燃料噴射弁10と、燃料が噴射されない一組の燃料噴射弁10とが、所定のサイクル毎に切り換えられるように(例えば、他組の燃料噴射弁10の噴孔13から燃料が10回噴射されたら、燃料が噴射される燃料噴射弁10を他組の燃料噴射弁10から一組の燃料噴射弁10に切り換えて燃料を噴射させ、一組の燃料噴射弁10の噴孔13から燃料が10回噴射されたら、燃料が噴射される燃料噴射弁10を一組の燃料噴射弁10から他組の燃料噴射弁10に切り換えるように)構成されているという点で上述した第5実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第5実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
これにより、シリンダライナ110内の熱負荷を、周方向にわたってより均一にする(分散させる)ことができ、熱応力の部分的な集中を確実に回避することができる。
その他の作用効果は、上述した第5実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。
例えば、上述した実施形態では、燃料噴射弁10が燃料噴射ポンプ4A毎に二個ずつ、あるいは四個ずつ設けられているものを具体例として挙げて説明したが、燃料噴射弁10の個数は、燃料噴射ポンプ4A毎に三個ずつ、五個ずつ、六個三組ずつ、七個ずつ、八個四組ずつ設ける等してもよく、燃料噴射弁10の個数によって本発明が限定されることはない。
さらに、燃料油と水とが多層状になったものを噴射させるシステム(燃料噴射装置)だけでなく、燃料油と水とがエマルジョンになったものを噴射させるシステム(燃料噴射装置)にも適用することができる。
なお、図13において、上述した実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付している。また、図13中の符号131は、針弁15を閉弁方向、すなわち、第1ピストン32を第2ピストン33の側(図13において下側)に付勢するばねである。
10 燃料噴射弁
15 針弁
30 空気圧アクチュエータ(開弁圧調整装置)
101 内燃機関の燃料噴射装置
110 シリンダライナ
130 空気圧アクチュエータ(開弁圧調整装置)
201 内燃機関の燃料噴射装置
Claims (8)
- 針弁の開弁圧を調整する開弁圧調整装置を備えた燃料噴射弁を、一シリンダに対して少なくとも二個備えた内燃機関の燃料噴射装置であって、
燃料油と不活性物質とをシリンダライナ内に噴射する場合には、すべての燃料噴射弁から燃料油と不活性物質とが噴射され、
燃料油のみをシリンダライナ内に噴射する場合には、前記開弁圧調整装置を作動させて前記少なくとも二個の燃料噴射弁のうちの少なくとも一個の燃料噴射弁の針弁を、該針弁の開弁圧以上の力で押し付けることにより当該燃料噴射弁の燃料噴射を遮断するように構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。 - 前記燃料噴射弁が偶数個、前記シリンダライナの周方向に沿って、等間隔で設けられており、
燃料油のみをシリンダライナ内に噴射する場合には、前記開弁圧調整装置を作動させて前記少なくとも二個の燃料噴射弁のうちの、対向して配置された少なくとも一組の燃料噴射弁の針弁を、該針弁の開弁圧以上の力で押し付けることにより当該燃料噴射弁の燃料噴射を遮断するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の燃料噴射装置。 - 燃料油のみをシリンダライナ内に噴射する場合に、燃料噴射が遮断される燃料噴射弁と、燃料噴射が許容される燃料噴射弁とが、所定のサイクル毎に切り換えられるように構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
- 請求項1から3のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置を具備していることを特徴とする内燃機関。
- 請求項4に記載の内燃機関を具備していることを特徴とする船舶。
- 針弁の開弁圧を調整する開弁圧調整装置を備えた燃料噴射弁を、一シリンダに対して少なくとも二個備えた内燃機関の燃料噴射方法であって、
燃料油と不活性物質とをシリンダライナ内に噴射する場合には、すべての燃料噴射弁から燃料油と不活性物質とが噴射され、
燃料油のみをシリンダライナ内に噴射する場合には、前記開弁圧調整装置を作動させて前記少なくとも二個の燃料噴射弁のうちの少なくとも一個の燃料噴射弁の針弁を、該針弁の開弁圧以上の力で押し付けることにより当該燃料噴射弁の燃料噴射を遮断するようにしたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射方法。 - 前記燃料噴射弁が偶数個、前記シリンダライナの周方向に沿って、等間隔で設けられており、
燃料油のみをシリンダライナ内に噴射する場合には、前記開弁圧調整装置を作動させて前記少なくとも二個の燃料噴射弁のうちの、対向して配置された少なくとも一組の燃料噴射弁の針弁を、該針弁の開弁圧以上の力で押し付けることにより当該燃料噴射弁の燃料噴射を遮断するようにしたことを特徴とする請求項6に記載の内燃機関の燃料噴射方法。 - 燃料油のみをシリンダライナ内に噴射する場合に、燃料噴射が遮断される燃料噴射弁と、燃料噴射が許容される燃料噴射弁とを、所定のサイクル毎に切り換えるようにしたことを特徴とする請求項6または7に記載の内燃機関の燃料噴射方法。
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