JP5968034B2 - ２ストローク機関の過早着火防止装置 - Google Patents

Description

本発明は、２ストローク機関の過早着火防止装置に関するものである。

一般に、ユニフロー式の２ストロークガス機関は、頭上弁 (OHV) 方式の排気弁を備えて強制掃気を行うため、給排気がぶつかり合うループフロー式や、給排気がＵ字形の流れとなるクロスフロー式のものとは異なり、シリンダライナ下側から上方の排気弁への一方的な流れで掃気が確実になることから、排気の残留がなくなり、燃焼が安定し、出力を高めることができるものとして知られている。

図４及び図５は従来の２ストローク機関の一例として予混合式デュアルフューエル２ストローク機関を示すものであって、円筒状のシリンダライナ１の上端部（一端部）側にはカバー２を取り付けて燃焼室３を形成し、前記シリンダライナ１の下端部（他端部）外周には複数の掃気ポート４を穿設し、前記シリンダライナ１の下端部（他端部）外周には掃気室５を形成する外衣６を、前記掃気ポート４を包囲するように設けてある。

前記シリンダライナ１内には上下死点間で往復動するようピストン７を嵌挿し、前記シリンダライナ１の掃気ポート４より燃焼室３側（上方）には、該シリンダライナ１内部へ液化天然ガス（LNG）等のガス燃料を噴射するガス噴射弁８を装着すると共に、該シリンダライナ１のガス噴射弁８より燃焼室３側（上方）には、シリンダ潤滑油供給用の注油栓９を配備し、前記カバー２には、前記ガス燃料と空気との混合気に着火するための重油等の液体燃料を燃焼室３内へ噴射するパイロット噴射弁１０を取り付けてある。

前記カバー２には、前記燃焼室３と連通する排気ポート１１が形成された排気弁箱１２を取り付け、該排気弁箱１２には、前記排気ポート１１を開閉自在な排気弁１３を駆動装置１４によって押し引きされるよう配設してある。

前記ピストン７には、上から順にトップリング１５ａ及び複数（図の例では三個）のリング１５ｂを嵌着し、該トップリング１５ａ及び複数のリング１５ｂによってリングパック１５を構成してある。

尚、前記ピストン７に対しその下方へ延びるよう連結されるピストンロッド７ａは、前記外衣６の下部中央に装着されるスタッフィングボックス１６に摺動自在に支持されるようになっている。

前述の如き従来の予混合式デュアルフューエル２ストローク機関においては、図４に示される如く、ピストン７が下死点に移動してトップリング１５ａが掃気ポート４より下方に位置した状態では、外衣６内の掃気室５より空気が掃気ポート４からシリンダライナ１の内部に取り入れられると共に、排気弁１３が開かれて排気ポート１１が開放され、後述する燃焼室３に残留している燃焼排ガスが排気ポート１１から外部に排気される。その後、ピストン７は、シリンダライナ１内を上昇し（燃焼室３に向かって移動し）、排気弁１３が閉状態になり且つピストン７のトップリング１５ａが掃気ポート４より上方に位置した状態になると、シリンダライナ１内に流入した空気は圧縮されていく。

前記シリンダライナ１内に流入した空気が圧縮されていく途中で、ガス噴射弁８によりガス燃料がシリンダライナ１の内部に噴射され、該ガス燃料と空気の混合気が圧縮される。

続いて、図５に示される如く、前記ピストン７が上死点まで到達し、ガス燃料と空気の混合気が最大に圧縮された状態で、パイロット噴射弁１０から液体燃料が燃焼室３に向けて噴射され、該液体燃料は燃焼室３内で自発火し、このときに生じる火炎により前記圧縮された混合気は着火して爆発し、該爆発圧力により、前記ピストン７がシリンダライナ１内を高速で下降し（反燃焼室３側へ移動し）、下死点に到達後、前述と同様の作動が繰り返し行われる。

尚、前述の作動は、ガスモード運転時のものであるが、前記ガス噴射弁８によるガス燃料の供給を停止し、パイロット噴射弁１０での液体燃料の噴射のみとすれば、前記予混合式デュアルフューエル２ストローク機関をディーゼル機関として稼動させ、ディーゼルモード運転を行うこともできる。

そして、前記ピストン７がシリンダライナ１内部で往復運動する際、該注油栓９からシリンダ潤滑油が供給されてシリンダライナ１内周面とピストン７に嵌着されたトップリング１５ａ及びリング１５ｂとの間の潤滑が行われるようになっている。

因みに、前記注油栓９からのシリンダライナ１内部へのシリンダ潤滑油の供給は、通常、前記ピストン７が上昇中でトップリング１５ａが注油栓９を通過する瞬間に行われ、該注油栓９から供給されたシリンダ潤滑油は、トップリング１５ａの上部とリングパック１５の部分に付着する形で保持され、該トップリング１５ａの上部とリングパック１５の部分に付着する形で保持されたシリンダ潤滑油がシリンダライナ１内周面に広げられる。

尚、前述の如き２ストローク機関と関連する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。

特開平８−２９１７６９号公報

ところで、前述の如き従来の２ストローク機関では、前記ピストン７が下降行程にあり、該ピストン７に嵌着されたトップリング１５ａが、図６（ａ）に示される如く、掃気ポート４の位置に来たとき、前記シリンダライナ１内圧は掃気室５の空気圧より高いため、シリンダライナ１の内部ガスが掃気ポート４から掃気室５に噴出すると同時に、該内部ガスの流れに同伴されてピストン７のリングパック１５の部分に保持されたシリンダ潤滑油がミスト状に掃気室５に噴出するが、該ミスト状のシリンダ潤滑油は、図６（ｂ）に示される如く、前記ピストン７が更に下降した掃気状態では掃気ポート４から再度、前記シリンダライナ１内に吸入される。

この結果、その後の圧縮行程において、前記シリンダライナ１内に吸入されたミスト状のシリンダ潤滑油がガス燃料と空気との混合気に混ざり合い、圧縮に伴う温度上昇により自発火し、前記混合気に着火し、ガスモード運転時の過早着火を引き起こすという欠点を有していた。

前記ガスモード運転時のシリンダ潤滑油の自発火による過早着火は、出力低下につながるばかりでなく、シリンダ潤滑油の消費量の増加にもつながることとなる。

本発明は、斯かる実情に鑑み、ガス燃料と空気との混合気に対するシリンダ潤滑油の混入を抑制して、該シリンダ潤滑油の自発火による過早着火を防ぐことができ、出力増加並びにシリンダ潤滑油の消費量削減を図り得る２ストローク機関の過早着火防止装置を提供しようとするものである。

本発明は、円筒状のシリンダライナと、該シリンダライナ一端部側に形成される燃焼室と、前記シリンダライナの他端部外周に穿設される掃気ポートと、該掃気ポートを包囲し且つ前記シリンダライナの他端部外周に掃気室を形成する外衣と、前記シリンダライナ内に往復動するよう嵌挿されたピストンと、前記シリンダライナの掃気ポートより燃焼室側に装着され且つ該シリンダライナ内部へガス燃料を噴射するガス噴射弁とを備えた２ストローク機関の過早着火防止装置であって、
前記ピストンの反燃焼室側への移動行程中、該ピストンに嵌着されたトップリングが掃気ポートの位置に来たとき、該掃気ポートから掃気室に噴出する内部ガスの流れに同伴されてピストンのリングパックの部分に保持されたシリンダ潤滑油が掃気室に噴出することを防ぐよう該シリンダ潤滑油を回収するシリンダ潤滑油回収手段を備え、
前記シリンダ潤滑油回収手段を、
シリンダライナの掃気ポート直上位置に穿設される複数のシリンダ潤滑油回収孔と、
該シリンダ潤滑油回収孔が穿設されたシリンダライナ外周を包囲するように設けられる回収ヘッダと、
該回収ヘッダに接続される排出管と、
該排出管からのシリンダ潤滑油を回収する回収タンクと、
前記排出管途中に設けられる開閉弁と、
前記ピストンのシリンダライナ内における位置に応じて前記開閉弁に開閉信号を出力する制御器と
から構成したことを特徴とする２ストローク機関の過早着火防止装置にかかるものである。

上記手段によれば、以下のような作用が得られる。

前述の如く構成すると、ピストンの反燃焼室側への移動行程中、該ピストンに嵌着されたトップリングが掃気ポートの位置に来たとき、シリンダライナ内圧は掃気室の空気圧より高いため、シリンダライナの内部ガスが掃気ポートから掃気室に噴出するものの、シリンダ潤滑油回収手段によるシリンダ潤滑油の回収により、前記内部ガスの流れに同伴されてピストンのリングパックの部分に保持されたシリンダ潤滑油がミスト状に掃気室に噴出することが避けられ、前記ピストンが更に下降した掃気状態となっても、前記シリンダ潤滑油がミスト状のまま前記掃気ポートから再度シリンダライナ内に吸入されるようなことがなくなる。

この結果、その後の圧縮行程において、前記ミスト状のシリンダ潤滑油がガス燃料と空気との混合気に混ざり合うようなことがなくなり、圧縮に伴う温度上昇によりシリンダ潤滑油が自発火して前記混合気に着火してしまうようなこともなく、過早着火を防ぐことが可能となる。

前記シリンダ潤滑油の自発火による過早着火を防ぐことが可能になると、出力増加につながるばかりでなく、シリンダ潤滑油の消費量の削減にもつながることとなる。

又、前記２ストローク機関の過早着火防止装置においては、前記ガス燃料と空気との混合気に着火する液体燃料を燃焼室内へ噴射するパイロット噴射弁を備えた予混合式デュアルフューエル２ストローク機関に適用することができる。

本発明の２ストローク機関の過早着火防止装置によれば、ガス燃料と空気との混合気に対するシリンダ潤滑油の混入を抑制して、該シリンダ潤滑油の自発火による過早着火を防ぐことができ、出力増加並びにシリンダ潤滑油の消費量削減を図り得るという優れた効果を奏し得る。

本発明の２ストローク機関の過早着火防止装置の実施例を示す概要構成断面図であって、ピストンの下降行程でトップリングがシリンダ潤滑油回収孔の位置に来た状態を示す図である。 本発明の２ストローク機関の過早着火防止装置の実施例を示す概要構成断面図であって、ピストンの下降行程でトップリングが掃気ポートの位置に来た状態を示す図である。 本発明の２ストローク機関の過早着火防止装置の実施例を示す概要構成断面図であって、ピストンが下死点に移動した状態を示す図である。 従来の２ストローク機関の一例を示す概要構成断面図であって、ピストンが下死点に移動した状態を示す図である。 従来の２ストローク機関の一例を示す概要構成断面図であって、ピストンが上死点に移動した状態を示す図である。 （ａ）はピストンの下降行程でトップリングが掃気ポートの位置に来た状態を示す図、（ｂ）はピストンの下降行程でトップリングが掃気ポートの位置を通過した状態を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１〜図３は本発明の２ストローク機関の過早着火防止装置の実施例であって、図中、図４〜図６と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図４〜図６に示す従来のものと同様であるが、本実施例の特徴とするところは、図１〜図３に示す如く、ピストン７の下降行程（反燃焼室３側への移動行程）中、該ピストン７に嵌着されたトップリング１５ａが掃気ポート４の位置に来たとき、該掃気ポート４から掃気室５に噴出する内部ガスの流れに同伴されてピストン７のリングパック１５の部分に保持されたシリンダ潤滑油が掃気室５に噴出することを防ぐよう該シリンダ潤滑油を回収するシリンダ潤滑油回収手段１７を備えた点にある。

本実施例の場合、前記シリンダ潤滑油回収手段１７は、シリンダライナ１の掃気ポート４直上位置に穿設される複数のシリンダ潤滑油回収孔１７ａと、該シリンダ潤滑油回収孔１７ａが穿設されたシリンダライナ１外周を包囲するように設けられる回収ヘッダ１７ｂと、該回収ヘッダ１７ｂに接続される排出管１７ｃと、該排出管１７ｃからのシリンダ潤滑油を回収する回収タンク１７ｄと、前記排出管１７ｃ途中に設けられる開閉弁１７ｅと、前記ピストン７のシリンダライナ１内における位置に応じて前記開閉弁１７ｅに開閉信号１７ｆを出力する制御器１７ｇとから構成してある。

尚、前記開閉弁１７ｅは、前記ピストン７が下降行程にあり、該ピストン７に嵌着されたトップリング１５ａがシリンダ潤滑油回収孔１７ａに差し掛かって通過するタイミングで、前記制御器１７ｇから出力される開閉信号１７ｆにより開閉されるようにしてある。

次に、上記実施例の作用を説明する。

前記ピストン７が下降行程にあり、図１に示す如く、該ピストン７に嵌着されたトップリング１５ａがシリンダ潤滑油回収孔１７ａに差し掛かって通過するタイミングで、前記制御器１７ｇから出力される開閉信号１７ｆにより開閉弁１７ｅが開閉されると、前記シリンダライナ１内圧は回収タンク１７ｄ内圧より高いため、前記ピストン７のリングパック１５の部分に保持された余分なシリンダ潤滑油がシリンダ潤滑油回収孔１７ａから回収ヘッダ１７ｂ及び排出管１７ｃを経て回収タンク１７ｄに吹き出す形で回収される。

これにより、本実施例の予混合式デュアルフューエル２ストローク機関では、前記ピストン７が下降行程にあり、該ピストン７に嵌着されたトップリング１５ａが、図２に示す如く、掃気ポート４の位置に来たとき、前記シリンダライナ１内圧は掃気室５の空気圧より高いため、シリンダライナ１の内部ガスが掃気ポート４から掃気室５に噴出するものの、該内部ガスの流れに同伴されてピストン７のリングパック１５の部分に保持されたシリンダ潤滑油がミスト状に掃気室５に噴出することが避けられ、図３に示す如く、前記ピストン７が更に下降した掃気状態となっても、前記シリンダ潤滑油がミスト状のまま前記掃気ポート４から再度シリンダライナ１内に吸入されるようなことがなくなる。

この結果、その後の圧縮行程において、前記ミスト状のシリンダ潤滑油がガス燃料と空気との混合気に混ざり合うようなことがなくなり、圧縮に伴う温度上昇によりシリンダ潤滑油が自発火して前記混合気に着火してしまうようなこともなく、ガスモード運転時の過早着火を防ぐことが可能となる。

前記ガスモード運転時のシリンダ潤滑油の自発火による過早着火を防ぐことが可能になると、出力増加につながるばかりでなく、シリンダ潤滑油の消費量の削減にもつながることとなる。

こうして、ガス燃料と空気との混合気に対するシリンダ潤滑油の混入を抑制して、該シリンダ潤滑油の自発火による過早着火を防ぐことができ、出力増加並びにシリンダ潤滑油の消費量削減を図り得る。

尚、本発明の２ストローク機関の過早着火防止装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、予混合式デュアルフューエル２ストローク機関に限らず、２ストローク機関であればどのようなタイプのものにも適用可能なこと等、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ シリンダライナ
３ 燃焼室
４ 掃気ポート
５ 掃気室
６ 外衣
７ ピストン
８ ガス噴射弁
１０ パイロット噴射弁
１５ リングパック
１５ａ トップリング
１５ｂ リング
１７ シリンダ潤滑油回収手段
１７ａ シリンダ潤滑油回収孔
１７ｂ 回収ヘッダ
１７ｃ 排出管
１７ｄ 回収タンク
１７ｅ 開閉弁
１７ｆ 開閉信号
１７ｇ 制御器

Claims (2)

1. 円筒状のシリンダライナと、該シリンダライナ一端部側に形成される燃焼室と、前記シリンダライナの他端部外周に穿設される掃気ポートと、該掃気ポートを包囲し且つ前記シリンダライナの他端部外周に掃気室を形成する外衣と、前記シリンダライナ内に往復動するよう嵌挿されたピストンと、前記シリンダライナの掃気ポートより燃焼室側に装着され且つ該シリンダライナ内部へガス燃料を噴射するガス噴射弁とを備えた２ストローク機関の過早着火防止装置であって、
   前記ピストンの反燃焼室側への移動行程中、該ピストンに嵌着されたトップリングが掃気ポートの位置に来たとき、該掃気ポートから掃気室に噴出する内部ガスの流れに同伴されてピストンのリングパックの部分に保持されたシリンダ潤滑油が掃気室に噴出することを防ぐよう該シリンダ潤滑油を回収するシリンダ潤滑油回収手段を備え、
   前記シリンダ潤滑油回収手段を、
   シリンダライナの掃気ポート直上位置に穿設される複数のシリンダ潤滑油回収孔と、
   該シリンダ潤滑油回収孔が穿設されたシリンダライナ外周を包囲するように設けられる回収ヘッダと、
   該回収ヘッダに接続される排出管と、
   該排出管からのシリンダ潤滑油を回収する回収タンクと、
   前記排出管途中に設けられる開閉弁と、
   前記ピストンのシリンダライナ内における位置に応じて前記開閉弁に開閉信号を出力する制御器と
   から構成したことを特徴とする２ストローク機関の過早着火防止装置。
2. 前記ガス燃料と空気との混合気に着火する液体燃料を燃焼室内へ噴射するパイロット噴射弁を備えた予混合式デュアルフューエル２ストローク機関に適用した請求項１記載の２ストローク機関の過早着火防止装置。

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