JP6675887B2 - Crosshead internal combustion engine - Google Patents

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Description

本発明は、ディーゼルエンジンやガスエンジンなどのクロスヘッド式内燃機関に関するものである。   The present invention relates to a crosshead type internal combustion engine such as a diesel engine and a gas engine.

一般に、シリンダ内で燃料を燃焼させて動力を発生させるディーゼルエンジンやガスエンジンなどの内燃機関は、複数のシリンダの下方にシリンダ配列方向に沿ってクランクシャフトが配置されており、このクランクシャフトは、軸受を介してクランクケースに回転自在に支持されている。クロスヘッド式内燃機関は、台板の上部に架構が配置され、この架構の上部に燃焼装置が設けられて構成されている。   Generally, an internal combustion engine such as a diesel engine or a gas engine that generates power by burning fuel in a cylinder has a crankshaft arranged below a plurality of cylinders along a cylinder arrangement direction. It is rotatably supported by the crankcase via a bearing. The crosshead type internal combustion engine is configured such that a frame is disposed above a base plate, and a combustion device is provided above the frame.

上述したクロスヘッド式内燃機関は、低速2ストロークディーゼル機関であって、燃料油の燃焼を行う燃料油モードと、気化したLNG等の燃料ガスの燃焼を行う燃料ガスモードとを備えている。そして、このクロスヘッド式内燃機関では、燃料ガスモードを行うときに燃料ガスの拡散燃焼を行う拡散燃焼タイプの燃料噴射弁と、燃料ガスの予混合燃焼を行う予混合燃焼タイプの燃料噴射弁を有している。このようなクロスヘッド式内燃機関としては、例えば、下記特許文献1に記載されたものがある。   The above-mentioned crosshead type internal combustion engine is a low-speed two-stroke diesel engine, and has a fuel oil mode for burning fuel oil and a fuel gas mode for burning fuel gas such as vaporized LNG. In this crosshead type internal combustion engine, a diffusion combustion type fuel injection valve that performs diffusion combustion of fuel gas when performing a fuel gas mode, and a premixed combustion type fuel injection valve that performs premixed combustion of fuel gas are provided. Have. As such a crosshead type internal combustion engine, for example, there is one described in Patent Document 1 below.

特開2015−229973号公報JP-A-2005-229973

上述したクロスヘッド式内燃機関では、環境負荷低減や燃料費削減のため、ガス燃料化が求められているが、従来のクロスヘッド式内燃機関と同等の高い熱効率を保ったままで低NOx化が期待できる予混合燃焼を採用するためには、過早着火やノッキングなどの異常燃焼を回避する必要がある。ところで、予混合燃焼を実現するとき、ピストンがTDC付近に移動したときに燃料を噴射できるように、シリンダカバーにガス噴射弁を設けている。しかし、予混合気の作成に適している早いクランク角度では、燃焼室がシリンダ軸方向に長い領域であることから、ガス噴射弁から噴射された予混合ガスが燃焼室全域に行き渡りにくく、不均一な状態となって過早着火やノッキング等の異常燃焼が発生しやすい。   In the above-mentioned crosshead type internal combustion engine, gas fuel is required to reduce environmental load and fuel cost, but low NOx is expected while maintaining high thermal efficiency equivalent to that of the conventional crosshead type internal combustion engine. In order to adopt the premixed combustion that can be performed, it is necessary to avoid abnormal combustion such as premature ignition or knocking. By the way, when realizing premixed combustion, a gas injection valve is provided on the cylinder cover so that fuel can be injected when the piston moves near TDC. However, at a high crank angle that is suitable for creating a premixed gas, the premixed gas injected from the gas injection valve is difficult to spread over the entire combustion chamber because the combustion chamber is a region long in the cylinder axis direction, and the unevenness is uneven. Abnormal combustion such as premature ignition or knocking is likely to occur.

本発明は、上述した課題を解決するものであり、燃料と燃焼用気体との均一な混合を可能として過早着火やノッキング等の異常燃焼の発生を抑制するクロスヘッド式内燃機関を提供することを目的とする。   The present invention is to solve the above-mentioned problem, and to provide a crosshead type internal combustion engine that enables uniform mixing of fuel and combustion gas to suppress occurrence of abnormal combustion such as premature ignition or knocking. With the goal.

上記の目的を達成するための本発明のクロスヘッド式内燃機関は、円筒形状をなすシリンダライナと、前記シリンダライナの一端部に設けられたシリンダカバーと、前記シリンダライナ内を往復動自在に設けられるピストンと、前記シリンダライナと前記シリンダカバーと前記ピストンにより区画される燃焼室と、該シリンダカバーに設けられる排気弁と、前記シリンダライナの他端側に設けられて前記燃焼室に連通可能な掃気ポートと、前記シリンダカバーに設けられて前記燃焼室に燃料ガスを噴射する予混合燃焼用燃料噴射弁と、前記シリンダカバーに設けられて前記燃焼室に燃料ガスを噴射する拡散燃焼用燃料噴射弁と、を備え、前記予混合燃焼用燃料噴射弁の噴口の面積が前記拡散燃焼用燃料噴射弁の噴口の面積より大きく設定される、ことを特徴とするものである。   In order to achieve the above object, a crosshead type internal combustion engine of the present invention is provided with a cylinder liner having a cylindrical shape, a cylinder cover provided at one end of the cylinder liner, and a reciprocally movable interior of the cylinder liner. A piston, a combustion chamber defined by the cylinder liner, the cylinder cover, and the piston, an exhaust valve provided on the cylinder cover, and a valve provided on the other end of the cylinder liner and communicable with the combustion chamber. A scavenging port; a fuel injection valve for premixed combustion provided in the cylinder cover for injecting fuel gas into the combustion chamber; and a fuel injection for diffusion combustion provided in the cylinder cover for injecting fuel gas into the combustion chamber. Wherein the area of the injection port of the premixed combustion fuel injection valve is set larger than the area of the injection port of the diffusion combustion fuel injection valve. And it is characterized in that.

従って、予混合燃料ガスモードでは、排気弁が閉じられると共に掃気ポートが閉じた後のピストンが圧縮行程の初期に、予混合燃焼用燃料噴射弁から高圧の燃料ガスが噴射される。このとき、予混合燃焼用燃料噴射弁は、縦長とされる燃焼室の長手方向を向けて燃料ガスを噴射する。この予混合燃焼用燃料噴射弁は、噴口の面積が拡散燃焼用燃料噴射弁の噴口の面積より大きく設定されることから、燃焼室に噴射された燃料ガスの貫徹力が大きく、広い燃焼室の全体にわたって噴射され、燃焼用気体に対する燃料ガスの混合が促進され、広い範囲で均一な混合気を形成することができる。その結果、燃料ガスと燃焼用気体との均一な混合を可能として過早着火やノッキング等の異常燃焼の発生を抑制することができる。   Accordingly, in the premixed fuel gas mode, the high pressure fuel gas is injected from the premixed combustion fuel injection valve at the beginning of the compression stroke of the piston after the exhaust valve is closed and the scavenging port is closed. At this time, the fuel injection valve for premixed combustion injects the fuel gas in the longitudinal direction of the vertically elongated combustion chamber. In this premixed combustion fuel injection valve, the injection port area is set to be larger than the injection port area of the diffusion combustion fuel injection valve, so that the penetration force of the fuel gas injected into the combustion chamber is large, and the wide combustion chamber Injection is performed over the whole, and the mixing of the fuel gas with the combustion gas is promoted, so that a uniform air-fuel mixture can be formed over a wide range. As a result, it is possible to uniformly mix the fuel gas and the combustion gas, thereby suppressing the occurrence of abnormal combustion such as premature ignition or knocking.

本発明のクロスヘッド式内燃機関では、前記予混合燃焼用燃料噴射弁の噴口の数が前記拡散燃焼用燃料噴射弁の噴口の数より少なく設定され、前記予混合燃焼用燃料噴射弁の1個の噴口の面積が前記拡散燃焼用燃料噴射弁の1個の噴口の面積より大きく設定されることを特徴としている。   In the crosshead type internal combustion engine of the present invention, the number of injection ports of the fuel injection valve for premixed combustion is set to be smaller than the number of injection ports of the fuel injection valve for diffusion combustion, and one of the fuel injection valves for premixed combustion is provided. Is characterized in that the area of the injection port is set larger than the area of one injection port of the diffusion combustion fuel injection valve.

従って、予混合燃焼用燃料噴射弁の噴口の数を拡散燃焼用燃料噴射弁の噴口の数より少なくしており、予混合燃焼用燃料噴射弁の噴口から少量の燃料ガスを噴射する場合であっても、予混合燃焼用燃料噴射弁の噴射時期を制御するための開閉制御が困難となることはなく、予混合燃焼用燃料噴射弁の制御性を向上することができる。   Therefore, the number of injection ports of the fuel injection valve for premixed combustion is set to be smaller than the number of injection ports of the fuel injection valve for diffusion combustion, and a small amount of fuel gas is injected from the injection port of the fuel injection valve for premixed combustion. However, the opening / closing control for controlling the injection timing of the premixed combustion fuel injection valve does not become difficult, and the controllability of the premixed combustion fuel injection valve can be improved.

本発明のクロスヘッド式内燃機関では、前記予混合燃焼用燃料噴射弁の噴口の合計面積と前記拡散燃焼用燃料噴射弁の噴口の合計面積が同じに設定されることを特徴としている。   The crosshead type internal combustion engine according to the present invention is characterized in that the total area of the injection ports of the fuel injection valve for premixed combustion and the total area of the injection ports of the fuel injection valve for diffusion combustion are set to be the same.

従って、予混合燃焼用燃料噴射弁の噴口の合計面積と拡散燃焼用燃料噴射弁の噴口の合計面積を同じに設定することで、予混合燃料ガスモードと拡散燃料ガスモードと燃料ガスの噴射量を同量に調整することが容易となり、燃料噴射制御の制御性を向上することができる。   Therefore, by setting the total area of the injection port of the fuel injection valve for premixed combustion and the total area of the injection port of the fuel injection valve for diffusion combustion to be the same, the injection amount of the fuel gas in the premixed fuel gas mode, the diffusion fuel gas mode, Can be easily adjusted to the same amount, and the controllability of the fuel injection control can be improved.

本発明のクロスヘッド式内燃機関では、前記拡散燃焼用燃料噴射弁は、前記ピストンの頂面に向けて燃料ガスを噴射し、前記予混合燃焼用燃料噴射弁は、前記ピストンの頂面に向かない方向に燃料ガスを噴射することを特徴としている。   In the crosshead type internal combustion engine of the present invention, the diffusion combustion fuel injection valve injects a fuel gas toward the top surface of the piston, and the premix combustion fuel injection valve faces the top surface of the piston. It is characterized by injecting the fuel gas in the direction that does not exist.

従って、予混合燃料ガスモードと拡散燃料ガスモードを適正に実現することができる。   Therefore, the premixed fuel gas mode and the diffusion fuel gas mode can be appropriately realized.

本発明のクロスヘッド式内燃機関では、前記掃気ポートは、前記燃焼室に導入される燃焼用気体に旋回力を付与可能であり、前記予混合燃焼用燃料噴射弁は、燃焼用気体の旋回方向とは逆方向に燃料ガスを噴射することを特徴としている。   In the crosshead type internal combustion engine of the present invention, the scavenging port is capable of imparting a swirling force to the combustion gas introduced into the combustion chamber, and the premixed combustion fuel injection valve is provided with a swirling direction of the combustion gas. The fuel gas is injected in a direction opposite to the above.

従って、掃気ポートから燃焼室に導入される燃焼用気体と予混合燃焼用燃料噴射弁から燃焼室に噴射される燃料ガスが衝突することとなり、燃焼用気体に対する燃料ガスの混合が促進され、広い範囲で均一な混合気を形成することができる。   Therefore, the combustion gas introduced from the scavenging port into the combustion chamber collides with the fuel gas injected from the premixed combustion fuel injection valve into the combustion chamber, and the mixing of the fuel gas with the combustion gas is promoted. A uniform mixture can be formed within the range.

本発明のクロスヘッド式内燃機関によれば、予混合燃焼用燃料噴射弁の噴口の面積を拡散燃焼用燃料噴射弁の噴口の面積より大きく設定するので、燃料と燃焼用気体との均一な混合を可能として過早着火やノッキング等の異常燃焼の発生を抑制することができる。   According to the crosshead type internal combustion engine of the present invention, since the area of the injection port of the fuel injection valve for premixed combustion is set to be larger than the area of the injection port of the fuel injection valve for diffusion combustion, uniform mixing of fuel and combustion gas is achieved. And the occurrence of abnormal combustion such as premature ignition or knocking can be suppressed.

図1は、第1実施形態のクロスヘッド式内燃機関としての舶用ディーゼルエンジンの全体構成を表す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the overall configuration of a marine diesel engine as a crosshead type internal combustion engine according to the first embodiment. 図2は、舶用ディーゼルエンジンの要部を表す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a main part of the marine diesel engine. 図3は、燃焼室の縦断面図である。FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the combustion chamber. 図4は、燃焼室の水平断面図である。FIG. 4 is a horizontal sectional view of the combustion chamber. 図5は、予混合ガスの噴射状態を表す概略図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing the injection state of the premixed gas. 図6は、燃料油の噴射状態を表す概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a fuel oil injection state. 図7は、拡散ガスの噴射状態を表す概略図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing the state of injection of the diffusion gas. 図8は、第2実施形態のクロスヘッド式内燃機関としての舶用ディーゼルエンジンの燃焼室の水平断面図である。FIG. 8 is a horizontal sectional view of a combustion chamber of a marine diesel engine as a crosshead type internal combustion engine according to the second embodiment. 図9は、燃焼室の概略斜視図である。FIG. 9 is a schematic perspective view of the combustion chamber.

以下に添付図面を参照して、本発明に係るクロスヘッド式内燃機関の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。   Hereinafter, preferred embodiments of a crosshead type internal combustion engine according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the present invention is not limited by the embodiments, and when there are a plurality of embodiments, the embodiments include a combination of the embodiments.

[第1実施形態]
図1は、第1実施形態のクロスヘッド式内燃機関としての舶用ディーゼルエンジンの全体構成を表す概略図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the overall configuration of a marine diesel engine as a crosshead type internal combustion engine according to the first embodiment.

第1実施形態にて、図1に示すように、ディーゼルエンジン10は、例えば、船舶推進用の主機として用いられ、2ストローク1サイクルのユニフロー掃気方式のクロスヘッド式内燃機関である。このディーゼルエンジン10は、下方に位置する台板11と、台板11上に設けられる架構12と、架構12上に設けられる燃焼装置13とを備えている。この台板11と架構12と燃焼装置13は、上下方向に延在する複数のテンションボルト14及びナット15により一体に締結されて固定されている。   In the first embodiment, as shown in FIG. 1, a diesel engine 10 is, for example, a two-stroke, one-cycle, uniflow scavenging type crosshead internal combustion engine used as a main engine for marine vessel propulsion. The diesel engine 10 includes a base plate 11 located below, a frame 12 provided on the base plate 11, and a combustion device 13 provided on the frame 12. The base plate 11, the frame 12, and the combustion device 13 are integrally fastened and fixed by a plurality of tension bolts 14 and nuts 15 extending vertically.

燃焼装置13は、シリンダライナ16の上端部にシリンダカバー17が固定されてシリンダが構成されている。シリンダライナ16とシリンダカバー17は、空間部を区画しており、この空間部内にピストン18が上下に往復動自在に設けられることで、燃焼室19が形成される。また、シリンダカバー17は、排気弁20が設けられており、動弁装置21により開閉可能となっている。この排気弁20は、燃焼室19と排気ポート22とを開閉するものである。   The combustion device 13 has a cylinder in which a cylinder cover 17 is fixed to an upper end portion of a cylinder liner 16. The cylinder liner 16 and the cylinder cover 17 define a space, and a combustion chamber 19 is formed in the space by a piston 18 reciprocating up and down. Further, the cylinder cover 17 is provided with an exhaust valve 20 and can be opened and closed by a valve train 21. The exhaust valve 20 opens and closes the combustion chamber 19 and the exhaust port 22.

そのため、燃焼室19に対して、図示しない燃料噴射ポンプから供給された燃料(例えば、燃料油、天然ガス)と、図示しない圧縮機により圧縮された燃焼用気体(例えば、空気、EGRガス、またはその混合ガス)が供給されることで燃焼する。そして、この燃焼で発生したエネルギによりピストン18が上下動する。また、このとき、排気弁20により燃焼室19が開放されると、燃焼によって生じた排ガスが排気ポート22に押し出される一方、図示しない掃気ポートから燃焼用ガスが燃焼室19に導入される。   Therefore, the fuel (for example, fuel oil and natural gas) supplied from a fuel injection pump (not shown) and the combustion gas (for example, air, EGR gas, or The mixed gas is burned when supplied. Then, the piston 18 moves up and down by the energy generated by this combustion. Further, at this time, when the combustion chamber 19 is opened by the exhaust valve 20, exhaust gas generated by combustion is pushed out to the exhaust port 22, and combustion gas is introduced into the combustion chamber 19 from a scavenging port (not shown).

ピストン18は、下端部にピストン棒23の上端部が回動可能に連結されている。台板11は、クランクケースを構成しており、クランクシャフト24を回転自在に支持する軸受25が設けられている。また、クランクシャフト24は、クランク26を介して連接棒27の下端部が回動自在に連結されている。架構12は、上下方向に延在する一対のガイド板28が所定間隔を空けて固定されており、一対のガイド板28の間にクロスヘッド29が上下に移動自在に支持されている。クロスヘッド29は、ピストン棒23の下端部と連接棒27の上端部がそれぞれ回動自在に連結されている。   The upper end of the piston rod 23 is rotatably connected to the lower end of the piston 18. The base plate 11 forms a crankcase, and is provided with a bearing 25 that rotatably supports the crankshaft 24. The lower end of a connecting rod 27 is rotatably connected to the crankshaft 24 via a crank 26. In the frame 12, a pair of guide plates 28 extending in the up-down direction is fixed at predetermined intervals, and a crosshead 29 is supported between the pair of guide plates 28 so as to be vertically movable. In the crosshead 29, the lower end of the piston rod 23 and the upper end of the connecting rod 27 are rotatably connected respectively.

そのため、燃焼装置13からエネルギが伝達されたピストン18は、ピストン棒23と共に、ディーゼルエンジン10の設置面の方向(台板11側の方向、即ち、鉛直方向における下向き)に押し下げる。すると、ピストン棒23は、クロスヘッド29を同方向に押し下げ、連接棒27及びクランク26を介してクランクシャフト24を回転させる。   Therefore, the piston 18 to which the energy has been transmitted from the combustion device 13 pushes down together with the piston rod 23 in the direction of the installation surface of the diesel engine 10 (the direction toward the base plate 11, that is, downward in the vertical direction). Then, the piston rod 23 pushes down the crosshead 29 in the same direction, and rotates the crankshaft 24 via the connecting rod 27 and the crank 26.

図2は、舶用ディーゼルエンジンの要部を表す概略図である。   FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a main part of the marine diesel engine.

シリンダライナ16は、下部に設けられた複数の掃気ポート31を介して掃気トランク32が連結されると共に、上部に設けられた排気ポート22を介して排気マニホールド33が連結されている。掃気トランク32は、吸気管(図示略)を介して空気が供給可能となっている。シリンダカバー17は、上部に排ガスを排気ポート22に排出する排気弁20が設けられている。また、シリンダカバー17は、燃焼室19に燃料を噴射するインジェクタ(燃料噴射弁)34が設けられている。   The cylinder liner 16 is connected to a scavenging trunk 32 via a plurality of scavenging ports 31 provided at a lower portion, and is connected to an exhaust manifold 33 via an exhaust port 22 provided at an upper portion. The scavenging trunk 32 can supply air through an intake pipe (not shown). An exhaust valve 20 for discharging exhaust gas to an exhaust port 22 is provided at an upper portion of the cylinder cover 17. Further, the cylinder cover 17 is provided with an injector (fuel injection valve) 34 for injecting fuel into the combustion chamber 19.

そのため、ピストン18が下死点(図2の実線位置)に移動すると、掃気ポート31が開くことで、掃気トランク32の空気が掃気ポート31から燃焼室19に導入され、ピストン18が上昇すると、掃気ポート31と燃焼室19の導通がピストン18により遮断される。さらに、排気弁20により排気ポート22も閉じることによって、燃焼室19内の空気が圧縮される。ピストン18が上死点(図2の二点鎖線位置)まで移動すると、燃焼室19の圧力が所定の圧縮圧力になり、インジェクタ34が燃料を噴射する。すると、燃焼室19内で空気と燃料が混合して燃焼し、燃焼エネルギによりピストン18が下降する。このとき、排気弁20により排気ポート22が開くことで、燃焼室19の排ガス(燃焼ガス)が排気ポート22に排出される。   Therefore, when the piston 18 moves to the bottom dead center (the position indicated by the solid line in FIG. 2), the scavenging port 31 is opened, so that air in the scavenging trunk 32 is introduced from the scavenging port 31 into the combustion chamber 19, and the piston 18 rises. The communication between the scavenging port 31 and the combustion chamber 19 is blocked by the piston 18. Further, by closing the exhaust port 22 by the exhaust valve 20, the air in the combustion chamber 19 is compressed. When the piston 18 moves to the top dead center (the position indicated by the two-dot chain line in FIG. 2), the pressure in the combustion chamber 19 becomes a predetermined compression pressure, and the injector 34 injects fuel. Then, the air and fuel are mixed and burned in the combustion chamber 19, and the piston 18 is lowered by the combustion energy. At this time, exhaust gas (combustion gas) from the combustion chamber 19 is discharged to the exhaust port 22 by opening the exhaust port 22 by the exhaust valve 20.

図3は、燃焼室の縦断面図、図4は、燃焼室の水平断面図、図5は、予混合ガスの噴射状態を表す概略図、図6は、燃料油の噴射状態を表す概略図、図7は、拡散ガスの噴射状態を表す概略図である。   3 is a longitudinal sectional view of the combustion chamber, FIG. 4 is a horizontal sectional view of the combustion chamber, FIG. 5 is a schematic view showing an injection state of the premixed gas, and FIG. 6 is a schematic view showing an injection state of the fuel oil. FIG. 7 is a schematic view showing the state of injection of the diffusion gas.

図3及び図4に示すように、インジェクタ34は、予混合燃焼用燃料噴射弁としての予混合ガス弁41と、拡散燃焼用燃料噴射弁としての拡散ガス弁42と、燃料油噴射弁(以下、燃料油弁と称する。)43とから構成されている。   As shown in FIGS. 3 and 4, the injector 34 includes a premixed gas valve 41 as a premixed combustion fuel injection valve, a diffusion gas valve 42 as a diffusion combustion fuel injection valve, and a fuel oil injection valve (hereinafter, referred to as a fuel oil injection valve). , A fuel oil valve.) 43.

図3及び図4に示すように、予混合ガス弁41は、シリンダカバー17の外周部側に2個設けられている。2個の予混合ガス弁41は、シリンダカバー17の中心(排気弁20の中心)Oを挟んで互いに対向する位置に配置されている。なお、本実施形態では、予混合ガス弁41を2個設けたが、1個としてもよいし、3個以上設けてもよい。   As shown in FIGS. 3 and 4, two premixed gas valves 41 are provided on the outer peripheral side of the cylinder cover 17. The two premix gas valves 41 are arranged at positions facing each other with the center O of the cylinder cover 17 (center of the exhaust valve 20) interposed therebetween. In the present embodiment, two premixed gas valves 41 are provided, but one may be provided, or three or more may be provided.

予混合ガス弁41は、図示しない燃料ガス供給源に接続されており、シリンダライナ16とシリンダカバー17とピストン18により形成される燃焼室19に燃料ガスを高圧で噴射する。この燃料ガスとしては、例えば、気化したLNGなどの炭化水素系のガスが用いられる。   The premix gas valve 41 is connected to a fuel gas supply source (not shown), and injects fuel gas at a high pressure into a combustion chamber 19 formed by the cylinder liner 16, the cylinder cover 17, and the piston 18. As the fuel gas, for example, a hydrocarbon-based gas such as vaporized LNG is used.

予混合ガス弁41は、先端に設けられたノズルに1個の噴孔が設けられており、この1個の噴孔から燃料ガスを燃焼室19に噴射することができる。本実施形態にて、この予混合ガス弁41は、図5に示すように、噴孔から燃焼室19に燃料ガスG1を噴射するが、噴射する燃料ガスG1の向きは、ピストン18の方向、つまり、ピストン18が掃気ポート31を閉じた後のピストン18の頂面に向けた方向である。なお、本実施形態では、予混合ガス弁41における噴孔の数を1個としたが、2個以上としてもよい。   The premixed gas valve 41 is provided with one injection hole in a nozzle provided at the tip, and can inject fuel gas into the combustion chamber 19 from this one injection hole. In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the premixed gas valve 41 injects the fuel gas G1 from the injection hole into the combustion chamber 19, and the direction of the injected fuel gas G1 is the direction of the piston 18, That is, the direction is toward the top surface of the piston 18 after the piston 18 closes the scavenging port 31. In the present embodiment, the number of injection holes in the premixed gas valve 41 is one, but may be two or more.

予混合ガス弁41は、予混合燃焼によりディーゼルエンジン10を動作させるときに起動され、燃料ガスG1による拡散燃焼運転や燃料油による拡散燃焼運転のときには起動されずに停止する。予混合ガス弁41の起動及び停止は、図示しない制御装置からの指令によって行われる。予混合ガス弁41による燃料ガスG1の噴射タイミングは、図示しない制御装置によって制御され、排気弁20から燃料ガスG1が系外にリークしない範囲とされ、例えば、140以上20degBTDC(Before Top Dead Centre)以下、好ましくは100以上60degBTDC以下である。ここで、排気弁20が閉じるタイミングは、例えば、約90degBTDCである。また、予混合ガス弁41による燃料ガスG1の噴射期間は、例えば、ディーゼルエンジン10の負荷が100%の場合には、20deg以上30deg以下である。   The premixed gas valve 41 is activated when the diesel engine 10 is operated by premixed combustion, and is stopped without being activated during the diffusion combustion operation using the fuel gas G1 or the diffusion combustion operation using the fuel oil. The start and stop of the premixed gas valve 41 are performed by commands from a control device (not shown). The injection timing of the fuel gas G1 by the pre-mixed gas valve 41 is controlled by a control device (not shown) so that the fuel gas G1 does not leak out of the system from the exhaust valve 20. For example, 140 to 20 deg BTDC (Before Top Dead Center) Or less, preferably 100 to 60 degBTDC. Here, the timing at which the exhaust valve 20 closes is, for example, about 90 degBTDC. The injection period of the fuel gas G1 by the premixed gas valve 41 is, for example, 20 deg to 30 deg when the load on the diesel engine 10 is 100%.

図3及び図4に示すように、拡散ガス弁42は、シリンダカバー17の外周部側に2個設けられている。2個の拡散ガス弁42は、シリンダカバー17の中心(排気弁20の中心)Oを挟んで互いに対向する位置に配置されている。各拡散ガス弁42は、上述した各予混合ガス弁41に対して所定角度だけ周方向にずれた位置に配置されている。なお、本実施形態では、拡散ガス弁42を2個設けたが、1個としてもよいし、3個以上設けてもよい。   As shown in FIGS. 3 and 4, two diffusion gas valves 42 are provided on the outer peripheral side of the cylinder cover 17. The two diffusion gas valves 42 are arranged at positions facing each other with the center O of the cylinder cover 17 (center of the exhaust valve 20) interposed therebetween. Each of the diffusion gas valves 42 is arranged at a position shifted in the circumferential direction by a predetermined angle with respect to each of the premixed gas valves 41 described above. In this embodiment, two diffusion gas valves 42 are provided, but one or three or more diffusion gas valves 42 may be provided.

拡散ガス弁42は、予混合ガス弁41と同様に、図示しない燃料ガス供給源に接続されており、シリンダライナ16とシリンダカバー17とピストン18により形成される燃焼室19に燃料ガスを噴射する。この燃料ガスとしては、例えば、気化したLNGなどの炭化水素系のガスが用いられる。   The diffusion gas valve 42 is connected to a fuel gas supply source (not shown), like the premix gas valve 41, and injects fuel gas into the combustion chamber 19 formed by the cylinder liner 16, the cylinder cover 17, and the piston 18. . As the fuel gas, for example, a hydrocarbon-based gas such as vaporized LNG is used.

拡散ガス弁42は、先端に設けられたノズルに複数(本実施形態では、4個)の噴孔が設けられており、この4個の噴孔から燃料ガスを燃焼室19に噴射することができる。本実施形態にて、この拡散ガス弁42は、図7に示すように、4個の噴孔から燃焼室19に燃料ガスG2を噴射するが、噴射する燃料ガスG2の向きは、ピストン18が上死点近傍まで上昇して狭められた燃焼室19で拡散燃焼が行われるように、水平方向または水平方向から少しだけ下方を向いた方向であり、ピストン18の面部に向かわない方向である。なお、本実施形態では、拡散ガス弁42における噴孔の数を4個としたが、3個以下、または、5個以上としてもよい。   The diffusion gas valve 42 is provided with a plurality of (four in this embodiment) injection holes in a nozzle provided at the tip, and can inject fuel gas into the combustion chamber 19 from these four injection holes. it can. In this embodiment, the diffusion gas valve 42 injects the fuel gas G2 from the four injection holes into the combustion chamber 19, as shown in FIG. The direction is a horizontal direction or a direction slightly downward from the horizontal direction and does not face the surface of the piston 18 so that diffusion combustion is performed in the combustion chamber 19 which has been narrowed by rising to the vicinity of the top dead center. In the present embodiment, the number of injection holes in the diffusion gas valve 42 is four, but may be three or less, or five or more.

拡散ガス弁42は、拡散燃焼によりディーゼルエンジン10を動作させるときに起動され、燃料ガスG2による予混合燃焼運転や燃料油による拡散燃焼運転の際には起動されずに停止する。拡散ガス弁42の起動及び停止は、図示しない制御装置からの指令によって行われる。拡散ガス弁42による燃料ガスG2の噴射期間は、図示しない制御装置によって制御され、例えば、ディーゼルエンジン10の負荷が100%の場合には、20deg以上30deg以下である。   The diffusion gas valve 42 is activated when the diesel engine 10 is operated by diffusion combustion, and is not activated during the premix combustion operation using the fuel gas G2 or the diffusion combustion operation using fuel oil, and is stopped. The start and stop of the diffusion gas valve 42 are performed by commands from a control device (not shown). The injection period of the fuel gas G2 by the diffusion gas valve 42 is controlled by a control device (not shown). For example, when the load of the diesel engine 10 is 100%, the injection period is 20 deg to 30 deg.

図3及び図4に示すように、燃料油弁43は、シリンダカバー17の外周部側に2個設けられている。2個の燃料油弁43は、シリンダカバー17の中心(排気弁20の中心)Oを挟んで互いに対向する位置に配置されている。燃料油弁43は、排気弁20よりも外周部側で、且つ、予混合ガス弁41及び拡散ガス弁42よりも内周部側に位置している。各燃料油弁43は、上述した各拡散ガス弁42に対して所定角度だけ周方向にずれた位置に配置されている。即ち、シリンダカバー17の周方向に沿って予混合ガス弁41、拡散ガス弁42、燃料油弁43の順に並んで配置されている。なお、本実施形態では、燃料油弁43を2個設けたが、1個としてもよいし、3個以上設けてもよい。   As shown in FIGS. 3 and 4, two fuel oil valves 43 are provided on the outer peripheral side of the cylinder cover 17. The two fuel oil valves 43 are arranged at positions facing each other with the center O of the cylinder cover 17 (center of the exhaust valve 20) interposed therebetween. The fuel oil valve 43 is located on the outer peripheral side of the exhaust valve 20 and on the inner peripheral side of the premixed gas valve 41 and the diffusion gas valve 42. Each fuel oil valve 43 is arranged at a position shifted in the circumferential direction by a predetermined angle with respect to each diffusion gas valve 42 described above. That is, the premix gas valve 41, the diffusion gas valve 42, and the fuel oil valve 43 are arranged in this order along the circumferential direction of the cylinder cover 17. In the present embodiment, two fuel oil valves 43 are provided, but may be one, or three or more.

燃料油弁43は、図示しない燃料油供給源に接続されており、シリンダライナ16とシリンダカバー17とピストン18により形成される燃焼室19に燃料油を噴射する。この燃料油としては、例えば、C重油などの重油が用いられる。   The fuel oil valve 43 is connected to a fuel oil supply source (not shown), and injects fuel oil into a combustion chamber 19 formed by the cylinder liner 16, the cylinder cover 17, and the piston 18. As this fuel oil, for example, heavy oil such as C heavy oil is used.

燃料油弁43は、先端に設けられたノズルに複数(本実施形態では、4個)の噴孔が設けられており、この4個の噴孔から燃料油を燃焼室19に噴射することができる。本実施形態にて、燃料油弁43は、図6に示すように、4個の噴孔から燃料油G3を噴射するが、噴射する燃料油G3の向きは、ピストン18が上死点近傍まで上昇して狭められた燃焼室19で着火または拡散燃焼が行われるように、水平方向または水平方向から少しだけ下方を向いた方向であり、ピストン18の頂面に向かわない方向である。なお、本実施形態では、燃料油弁43における噴孔の数を4個としたが、3個以下、または、5個以上としてもよい。   The fuel oil valve 43 is provided with a plurality of (four in this embodiment) injection holes in a nozzle provided at the tip, and can inject fuel oil into the combustion chamber 19 from these four injection holes. it can. In the present embodiment, the fuel oil valve 43 injects the fuel oil G3 from the four injection holes as shown in FIG. 6, and the direction of the injected fuel oil G3 is such that the piston 18 is close to the vicinity of the top dead center. The horizontal direction or the direction slightly downward from the horizontal direction, and the direction not facing the top surface of the piston 18 so that ignition or diffusion combustion is performed in the combustion chamber 19 that has been raised and narrowed. In the present embodiment, the number of injection holes in the fuel oil valve 43 is four, but may be three or less, or five or more.

燃料油弁43は、燃料油G3による拡散燃焼によりディーゼルエンジン10を動作させるときには拡散燃焼のための燃料油G3を噴射するように動作(所謂、油専焼運転)し、また、燃料ガスG1による予混合燃焼運転及び燃料ガスG2による拡散燃焼運転のときには、着火用のパイロット油を噴射するように動作する。燃料油弁43の動作は、図示しない制御装置からの指令によって行われる。   When operating the diesel engine 10 by diffusion combustion with the fuel oil G3, the fuel oil valve 43 operates so as to inject the fuel oil G3 for diffusion combustion (so-called oil-only combustion operation). During the mixed combustion operation and the diffusion combustion operation using the fuel gas G2, the operation is performed so as to inject pilot oil for ignition. The operation of the fuel oil valve 43 is performed by a command from a control device (not shown).

このように構成された本実施形態のインジェクタ34は、予混合ガス弁41と、拡散ガス弁42と、燃料油弁43とから構成され、予混合ガス弁41の噴口の面積が拡散ガス弁42の噴口の面積より大きく設定されている。   The injector 34 of the present embodiment configured as described above includes a premixed gas valve 41, a diffusion gas valve 42, and a fuel oil valve 43, and the area of the injection port of the premixed gas valve 41 is Is larger than the area of the nozzle.

本実施形態では、予混合ガス弁41の噴口が1個であり、拡散ガス弁42の噴口が4個であり、予混合ガス弁41の噴口の数(1個)が拡散ガス弁42の噴口の数(4個)より少なく設定されている。そして、予混合ガス弁41における1個の噴口の面積が、拡散ガス弁42の1個の噴口の面積より大きく設定されている。この場合、予混合ガス弁41の噴口の数と拡散ガス弁42の噴口の数の関係は、本実施形態では、1個と4個であるが、例えば、2個と4個であってもよい。   In the present embodiment, the number of nozzles of the premix gas valve 41 is one, the number of nozzles of the diffusion gas valve 42 is four, and the number of nozzles (one) of the premix gas valve 41 is the number of nozzles of the diffusion gas valve 42. Is set to be less than the number (4). The area of one injection port of the premix gas valve 41 is set to be larger than the area of one injection port of the diffusion gas valve 42. In this case, the relationship between the number of injection ports of the premixed gas valve 41 and the number of injection ports of the diffusion gas valve 42 is one and four in the present embodiment. Good.

但し、予混合ガス弁41の1個の噴口の面積と、拡散ガス弁42の4個の噴口の合計面積とは、同じ面積に設定することが望ましい。   However, the area of one injection port of the premix gas valve 41 and the total area of the four injection ports of the diffusion gas valve 42 are desirably set to the same area.

この場合、シリンダカバー17に1個の予混合ガス弁41と1個の拡散ガス弁42が配置されているとき、予混合ガス弁41の噴口を1個とし、拡散ガス弁42の噴口を4個としたとき、予混合ガス弁41の噴口面積率Aは、下記式により設定される。ここで、燃焼室19の断面積は、シリンダライナ16における内側の面積である。
噴口面積率A=1個の噴口の面積/燃焼室の断面積
このとき、予混合ガス弁41の噴口面積率Aは、3.0E−05以上とすることが望ましい。
In this case, when one premixed gas valve 41 and one diffusion gas valve 42 are disposed on the cylinder cover 17, the premixed gas valve 41 has one injection port and the diffusion gas valve 42 has four injection ports. When the number is set, the injection port area ratio A of the premixed gas valve 41 is set by the following equation. Here, the cross-sectional area of the combustion chamber 19 is the area inside the cylinder liner 16.
Injection area ratio A = 1 area of one injection port / cross-sectional area of combustion chamber At this time, it is desirable that the injection opening area ratio A of the premixed gas valve 41 is 3.0E-05 or more.

このように構成された本実施形態のディーゼルエンジン10は、予混合ガス弁41を主として用い、燃料油弁43をパイロット用として用いる予混合燃料ガスモードと、拡散ガス弁42を主として用い、燃料油弁53をパイロット用として用いる拡散燃料ガスモードと、燃料油弁43を専ら用いる拡散燃料油モードとがある。   The diesel engine 10 of the present embodiment configured as described above mainly uses the premixed gas valve 41 and uses the fuel oil valve 43 for pilot use, and uses the diffusion gas valve 42 mainly and uses the fuel oil mode. There is a diffusion fuel gas mode in which the valve 53 is used for pilot use and a diffusion fuel oil mode in which the fuel oil valve 43 is exclusively used.

予混合燃料ガスモードは、NOx排出量が少ないため、例えば、船舶がECA内を航行するときに用いられる。拡散燃料ガスモードは、予混合燃料ガスモードよりも燃焼安定性が高い一方で、予混合燃料ガスモードに比べてNOx発生量が多いので、例えば、船舶がECA外を航行するときに用いられる。また、拡散燃料ガスモードは、ECA内であってもNOx規制量を超えない範囲で所定の時間内あれば、燃焼安定性が求められる場合に予混合燃料ガスモードに代えて用いることができる。拡散燃料油モードは、燃料油由来のSOxが燃料ガスを用いる場合に比べて多く発生するので、例えば、SOx排出規制が比較的緩い海域を航行するときに、高い燃焼安定性が求められる場合や、燃料ガスよりも燃料油を用いた方が良い場合に用いられる。   The premixed fuel gas mode is used, for example, when a ship navigates in the ECA because the NOx emission amount is small. The diffusion fuel gas mode has higher combustion stability than the premixed fuel gas mode, but generates a larger amount of NOx than the premixed fuel gas mode. Therefore, the diffusion fuel gas mode is used, for example, when a ship travels outside the ECA. Also, the diffusion fuel gas mode can be used in place of the premixed fuel gas mode when combustion stability is required within a predetermined time within the ECA within a range not exceeding the NOx regulation amount. In the diffusion fuel oil mode, SOx derived from fuel oil is generated more than when fuel gas is used. For example, when navigating in a sea area where SOx emission regulations are relatively relaxed, high combustion stability is required. It is used when it is better to use fuel oil than fuel gas.

[予混合燃料ガスモード]
予混合燃料ガスモードにおいて、図3から図5に示すように、排気弁20が閉じられてピストン18が掃気ポート31を閉じた後の圧縮行程の初期に、予混合ガス弁41から高圧とされた燃料ガスG1がピストン18の頂部に向けて噴射される。このとき、予混合ガス弁41は、上方のシリンダカバー17から下方のピストン18の頂面に向けて燃料ガスG1を噴射するため、ピストン18が掃気ポート31を閉じた後の縦長とされる燃焼室19の長手方向を有効に使って燃料ガスG1を全体に噴射することができ、空気に対する燃料ガスの混合が促進される。
[Premixed fuel gas mode]
In the premixed fuel gas mode, as shown in FIGS. 3 to 5, the high pressure is applied from the premixed gas valve 41 at the beginning of the compression stroke after the exhaust valve 20 is closed and the piston 18 closes the scavenging port 31. The fuel gas G <b> 1 is injected toward the top of the piston 18. At this time, the premixed gas valve 41 injects the fuel gas G1 from the upper cylinder cover 17 toward the top surface of the lower piston 18, so that the combustion becomes vertical after the piston 18 closes the scavenging port 31. The fuel gas G1 can be injected entirely by effectively using the longitudinal direction of the chamber 19, and the mixing of the fuel gas with the air is promoted.

また、本実施形態では、予混合ガス弁41の噴口の面積が拡散ガス弁の噴口の面積より大きく設定されることから、従来に比べて、燃焼室19に噴射された燃料ガスG1の貫徹力が大きくなる。そのため、予混合ガス弁41からの燃料ガスG1は、縦長とされる広い燃焼室19の全体にわたって燃料ガスG1が行き渡ることとなり、空気に対する燃料ガスの混合が促進され、広い範囲で均一な混合気を形成することができる。   Further, in this embodiment, since the area of the injection port of the premixed gas valve 41 is set to be larger than the area of the injection port of the diffusion gas valve, the penetration force of the fuel gas G1 injected into the combustion chamber 19 is higher than in the related art. Becomes larger. Therefore, the fuel gas G1 from the premixed gas valve 41 is distributed throughout the wide combustion chamber 19 which is elongated vertically, and the mixing of the fuel gas with the air is promoted, and the air-fuel mixture is uniform over a wide range. Can be formed.

予混合ガス弁41から噴射された燃料ガスG1によって燃焼室19に予混合気が形成された後、ピストン18が上方へ移動して予混合気を圧縮する。そして、ピストン18が上死点付近まで到達すると、燃料油弁43からパイロット油G3が噴射されて着火が行われる。この着火によって形成された火炎が予混合気内を伝播しながら予混合燃焼が行われ、燃焼及び膨張行程が行われ、ピストン18が下方へと移動する。   After a premixed gas is formed in the combustion chamber 19 by the fuel gas G1 injected from the premixed gas valve 41, the piston 18 moves upward to compress the premixed gas. Then, when the piston 18 reaches the vicinity of the top dead center, the pilot oil G3 is injected from the fuel oil valve 43 to ignite. Premixed combustion is performed while the flame formed by the ignition propagates in the premixed gas, the combustion and expansion strokes are performed, and the piston 18 moves downward.

拡散燃料ガスモードにおいて、図3及び図4、図7に示すように、排気弁20が閉じられてピストン18が掃気ポート31を閉じた後の圧縮行程では、掃気ポート31から導入した空気のみを圧縮する。そして、ピストン18が上死点付近まで到達すると、燃料油弁43から燃料油G3をパイロット油として噴射すると共に、このパイロット油G3と同時または直後に、拡散ガス弁42から高圧とされた燃料ガスG2を噴射する。これにより、燃料ガスG2の噴射に応じて燃焼室19で拡散燃焼が行われ、膨張行程によってピストン18が下方へと押し下げられる。   In the diffusion fuel gas mode, as shown in FIGS. 3, 4 and 7, in the compression stroke after the exhaust valve 20 is closed and the piston 18 closes the scavenging port 31, only the air introduced from the scavenging port 31 is removed. Compress. Then, when the piston 18 reaches the vicinity of the top dead center, the fuel oil G3 is injected from the fuel oil valve 43 as pilot oil, and simultaneously or immediately after the pilot oil G3, the fuel gas whose pressure is increased from the diffusion gas valve 42. Inject G2. Thereby, diffusion combustion is performed in the combustion chamber 19 in response to the injection of the fuel gas G2, and the piston 18 is pushed down by the expansion stroke.

拡散燃料油モードにおいて、図3及び図4、図6に示すように、拡散燃料ガスモードとほぼ同様であり、排気弁20を閉じてピストン18の上昇と共に空気の圧縮を行う。そして、ピストン18の上死点付近で、燃料油弁43から燃料油G3を高圧で噴射して拡散燃焼を行い、この拡散燃焼による膨張行程によりピストン18が下降する。   In the diffusion fuel oil mode, as shown in FIG. 3, FIG. 4, and FIG. 6, the operation is almost the same as in the diffusion fuel gas mode, and the exhaust valve 20 is closed to compress the air as the piston 18 rises. Then, near the top dead center of the piston 18, the fuel oil G3 is injected from the fuel oil valve 43 at a high pressure to perform diffusion combustion, and the piston 18 descends by the expansion stroke due to the diffusion combustion.

このように第1実施形態のクロスヘッド式内燃機関にあっては、シリンダライナ16と、シリンダカバー17と、ピストン18と、シリンダライナ16とシリンダカバー17とピストン18により区画される燃焼室19と、シリンダカバー17に設けられる排気弁20と、シリンダライナ16の下部に設けられて燃焼室19に連通可能な掃気ポート31と、シリンダカバー17に設けられる予混合ガス弁41及び拡散ガス弁42とを備え、予混合ガス弁41の噴口の面積を拡散ガス弁42の噴口の面積より大きく設定している。   Thus, in the cross-head type internal combustion engine of the first embodiment, the cylinder liner 16, the cylinder cover 17, the piston 18, the combustion chamber 19 defined by the cylinder liner 16, the cylinder cover 17, and the piston 18 , An exhaust valve 20 provided on the cylinder cover 17, a scavenging port 31 provided below the cylinder liner 16 and capable of communicating with the combustion chamber 19, a premix gas valve 41 and a diffusion gas valve 42 provided on the cylinder cover 17. And the area of the injection port of the premix gas valve 41 is set to be larger than the area of the injection port of the diffusion gas valve 42.

従って、予混合燃料ガスモードでは、排気弁20が閉じられると共に掃気ポート31が閉じた後のピストン18が圧縮行程の初期に、予混合ガス弁41から高圧の燃料ガスG1が噴射される。このとき、予混合ガス弁41は、噴口の面積が拡散ガス弁42の噴口の面積より大きく設定されることから、燃焼室19に噴射された燃料ガスG1の貫徹力が大きい。そのため、予混合ガス弁41からの燃料ガスG1は、縦長とされる広い燃焼室19の全体にわたって噴射されることとなり、空気に対する燃料ガスG1の混合が促進され、広い範囲で均一な混合気を形成することができる。その結果、燃料ガスG1と空気との均一な混合を可能として過早着火やノッキング等の異常燃焼の発生を抑制することができる。   Therefore, in the premixed fuel gas mode, the high pressure fuel gas G1 is injected from the premixed gas valve 41 at the beginning of the compression stroke of the piston 18 after the exhaust valve 20 is closed and the scavenging port 31 is closed. At this time, since the area of the injection port of the premixed gas valve 41 is set to be larger than the area of the injection port of the diffusion gas valve 42, the penetration force of the fuel gas G1 injected into the combustion chamber 19 is large. Therefore, the fuel gas G1 from the premixed gas valve 41 is injected over the entire vertically long combustion chamber 19, and the mixing of the fuel gas G1 with the air is promoted, and a uniform mixture over a wide range is produced. Can be formed. As a result, uniform mixing of the fuel gas G1 and the air is enabled, and occurrence of abnormal combustion such as premature ignition or knocking can be suppressed.

第1実施形態のクロスヘッド式内燃機関では、予混合ガス弁41の噴口の数を拡散ガス弁42の噴口の数より少なく設定し、予混合ガス弁41の1個の噴口の面積を拡散ガス弁42の1個の噴口の面積より大きく設定している。従って、予混合ガス弁41の噴口の数が少ないことから、予混合ガス弁41の噴口から少量の燃料ガスG1を噴射する必要がある場合であっても、予混合ガス弁41として電磁弁を適用しても、この電磁弁の噴射時期を制御するための開閉制御が困難となることはなく、予混合ガス弁41の制御性を向上することができる。   In the crosshead type internal combustion engine of the first embodiment, the number of injection ports of the premix gas valve 41 is set to be smaller than the number of injection ports of the diffusion gas valve 42, and the area of one injection port of the premix gas valve 41 is set to The area of one injection port of the valve 42 is set to be larger. Therefore, since the number of injection ports of the premix gas valve 41 is small, even when it is necessary to inject a small amount of the fuel gas G1 from the injection port of the premix gas valve 41, an electromagnetic valve is used as the premix gas valve 41. Even if it is applied, the opening and closing control for controlling the injection timing of the solenoid valve does not become difficult, and the controllability of the premixed gas valve 41 can be improved.

第1実施形態のクロスヘッド式内燃機関では、予混合ガス弁41の噴口の合計面積と拡散ガス弁42の噴口の合計面積を同じに設定している。従って、予混合燃料ガスモードと拡散燃料ガスモードと燃料ガスG1,G2の噴射量を同量に調整することが容易となり、燃料噴射制御の制御性を向上することができる。   In the crosshead type internal combustion engine of the first embodiment, the total area of the injection ports of the premixed gas valve 41 and the total area of the injection ports of the diffusion gas valve 42 are set to be the same. Therefore, it becomes easy to adjust the injection amount of the fuel gas G1, G2 to the same amount in the premixed fuel gas mode, the diffusion fuel gas mode, and the controllability of the fuel injection control.

[第2実施形態]
図8は、第2実施形態のクロスヘッド式内燃機関としての舶用ディーゼルエンジンの燃焼室の水平断面図、図9は、燃焼室の概略斜視図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
[Second embodiment]
FIG. 8 is a horizontal sectional view of a combustion chamber of a marine diesel engine as a crosshead type internal combustion engine according to the second embodiment, and FIG. 9 is a schematic perspective view of the combustion chamber. Note that members having the same functions as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

第2実施形態において、図8及び図9に示すように、シリンダライナ16は、下部に複数の掃気ポート31が設けられ、上部にシリンダカバー17が固定され、このシリンダカバー17に排気弁20とインジェクタ34が設けられている。インジェクタ34は、予混合ガス弁41と拡散ガス弁42と燃料油弁43とから構成されている。予混合ガス弁41と拡散ガス弁42と燃料油弁43は、シリンダカバー17の外周部側に周方向に所定間隔を空けて周方向に沿って設けられている。   In the second embodiment, as shown in FIGS. 8 and 9, the cylinder liner 16 is provided with a plurality of scavenging ports 31 at the lower part, the cylinder cover 17 is fixed at the upper part, and the exhaust valve 20 is attached to the cylinder cover 17. An injector 34 is provided. The injector 34 includes a premix gas valve 41, a diffusion gas valve 42, and a fuel oil valve 43. The premix gas valve 41, the diffusion gas valve 42, and the fuel oil valve 43 are provided on the outer peripheral side of the cylinder cover 17 at predetermined intervals in the circumferential direction along the circumferential direction.

そして、予混合ガス弁41の噴口の面積が拡散ガス弁42の噴口の面積より大きく設定されている。即ち、予混合ガス弁41の噴口が1個であり、拡散ガス弁42の噴口が4個であり、予混合ガス弁41の噴口の数(1個)が拡散ガス弁42の噴口の数(4個)より少なく設定されている。そして、予混合ガス弁41における1個の噴口の面積が、拡散ガス弁42の1個の噴口の面積より大きく設定されている。   The area of the injection port of the premix gas valve 41 is set to be larger than the area of the injection port of the diffusion gas valve 42. That is, the number of nozzles of the premix gas valve 41 is one, the number of nozzles of the diffusion gas valve 42 is four, and the number of nozzles (one) of the premix gas valve 41 is equal to the number of nozzles of the diffusion gas valve 42 ( 4). The area of one injection port of the premix gas valve 41 is set to be larger than the area of one injection port of the diffusion gas valve 42.

また、本実施形態にて、複数の掃気ポート31は、燃焼室19(シリンダカバー17)に対して接線方向に向けて配置されており、燃焼室19に導入される空気に対して旋回力を付与することでスワールSを生成可能である。このスワールSは、燃焼室19を上方から見て時計回り方向に沿った流れである。一方、予混合ガス弁41は、空気のスワールSの旋回方向とは逆方向に向けて燃料ガスG1を噴射する。即ち、予混合ガス弁41は、噴口が空気のスワールSの旋回方向とは逆方向に向けて開口しており、1個の噴口から燃料ガスG1をスワールSに対抗して噴射する。   Further, in the present embodiment, the plurality of scavenging ports 31 are arranged in a tangential direction with respect to the combustion chamber 19 (cylinder cover 17), and exert a swirling force on the air introduced into the combustion chamber 19. The swirl S can be generated by giving. The swirl S flows in a clockwise direction when the combustion chamber 19 is viewed from above. On the other hand, the premixed gas valve 41 injects the fuel gas G1 in a direction opposite to the turning direction of the swirl S of the air. That is, the premixed gas valve 41 has an injection port opened in a direction opposite to the swirling direction of the swirl S of air, and injects the fuel gas G1 from one injection port against the swirl S.

なお、予混合ガス弁41は、シリンダカバー17の中心(排気弁20の中心)Oを挟んで互いに対向する位置に配置されているが、両方の予混合ガス弁41からの燃料ガスG1の噴射方向を空気のスワールSと逆方向にしてもよいし、1個の予混合ガス弁41からの燃料ガスG1の噴射方向を空気のスワールSと逆方向にしてもよい。   Although the premixed gas valves 41 are arranged at positions opposing each other with the center O of the cylinder cover 17 (center of the exhaust valve 20) interposed therebetween, the fuel gas G1 is injected from both the premixed gas valves 41. The direction may be opposite to the swirl S of the air, or the injection direction of the fuel gas G1 from one premixed gas valve 41 may be opposite to the swirl S of the air.

そのため、予混合燃料ガスモードにおいて、排気弁20が閉じられてピストン18が掃気ポート31を閉じた後の圧縮行程の初期に、予混合ガス弁41から高圧とされた燃料ガスG1がピストン18の頂部に向けて噴射される。このとき、予混合ガス弁41は、上方のシリンダカバー17から下方のピストン18の頂面に向けて燃料ガスG1を噴射するため、ピストン18が掃気ポート31を閉じた後の縦長とされる燃焼室19の長手方向を有効に使って燃料ガスG1を全体に噴射することができ、空気に対する燃料ガスの混合が促進される。   Therefore, in the premixed fuel gas mode, at the beginning of the compression stroke after the exhaust valve 20 is closed and the piston 18 closes the scavenging port 31, the fuel gas G1, which has been increased in pressure from the premixed gas valve 41, is supplied to the piston 18. Injected towards the top. At this time, the premixed gas valve 41 injects the fuel gas G1 from the upper cylinder cover 17 toward the top surface of the lower piston 18, so that the combustion becomes vertical after the piston 18 closes the scavenging port 31. The fuel gas G1 can be injected entirely by effectively using the longitudinal direction of the chamber 19, and the mixing of the fuel gas with the air is promoted.

また、本実施形態では、予混合ガス弁41の噴口の面積が拡散ガス弁の噴口の面積より大きく設定され、空気のスワールSの旋回方向とは逆方向に向けて燃料ガスG1を噴射する。すると、燃焼室19に噴射された燃料ガスG1の貫徹力が大きくなり、空気のスワールSと衝突するそのため、予混合ガス弁41からの燃料ガスG1は、縦長とされる広い燃焼室19の全体にわたって燃料ガスG1が行き渡ることとなり、空気に対する燃料ガスの混合が促進され、広い範囲で均一な混合気を形成することができる。   Further, in the present embodiment, the area of the injection port of the premixed gas valve 41 is set to be larger than the area of the injection port of the diffusion gas valve, and the fuel gas G1 is injected in a direction opposite to the swirling direction of the air swirl S. Then, the penetration force of the fuel gas G1 injected into the combustion chamber 19 increases, and the fuel gas G1 collides with the swirl S of the air. The fuel gas G1 spreads over the air, and the mixing of the fuel gas with the air is promoted, and a uniform air-fuel mixture can be formed over a wide range.

このように第2実施形態のクロスヘッド式内燃機関にあっては、掃気ポート31は、燃焼室19に導入される空気に旋回力を付与可能であり、予混合ガス弁41は、この空気の旋回方向とは逆方向に燃料ガスG1を噴射する。   As described above, in the crosshead type internal combustion engine of the second embodiment, the scavenging port 31 can apply a swirling force to the air introduced into the combustion chamber 19, and the premix gas valve 41 controls The fuel gas G1 is injected in a direction opposite to the turning direction.

従って、掃気ポート31から燃焼室19に導入される空気のスワールSと予混合ガス弁41から燃焼室19に噴射される燃料ガスG1が衝突することとなり、空気に対する燃料ガスG1の混合が促進され、広い範囲で均一な混合気を形成することができる。   Therefore, the swirl S of the air introduced from the scavenging port 31 into the combustion chamber 19 collides with the fuel gas G1 injected from the premix gas valve 41 into the combustion chamber 19, and the mixing of the fuel gas G1 with the air is promoted. A uniform air-fuel mixture can be formed over a wide range.

10 ディーゼルエンジン(クロスヘッド式内燃機関)
13 燃焼装置
16 シリンダライナ
17 シリンダカバー
18 ピストン
19 燃焼室
20 排気弁
31 掃気ポート
32 掃気トランク
34 インジェクタ
41 予混合ガス弁(予混合燃焼用燃料噴射弁)
42 拡散ガス弁(拡散燃焼用燃料噴射弁)
43 燃料油弁
G1,G2 燃料ガス
G3 パイロット油(燃料油)
S スワール
10. Diesel engine (crosshead internal combustion engine)
13 Combustion device 16 Cylinder liner 17 Cylinder cover 18 Piston 19 Combustion chamber 20 Exhaust valve 31 Scavenging port 32 Scavenging trunk 34 Injector 41 Premixed gas valve (premixed combustion fuel injection valve)
42 Diffusion gas valve (diffusion combustion fuel injection valve)
43 Fuel oil valve G1, G2 Fuel gas G3 Pilot oil (fuel oil)
S swirl

Claims (5)

円筒形状をなすシリンダライナと、
前記シリンダライナの一端部に設けられたシリンダカバーと、
前記シリンダライナ内を往復動自在に設けられるピストンと、
前記シリンダライナと前記シリンダカバーと前記ピストンにより区画される燃焼室と、
該シリンダカバーに設けられる排気弁と、
前記シリンダライナの他端側に設けられて前記燃焼室に連通可能な掃気ポートと、
前記シリンダカバーに設けられて1個以上の噴口を有して前記燃焼室に燃料ガスを噴射する予混合燃焼用燃料噴射弁と、
前記シリンダカバーに設けられて複数の噴口を有して前記燃焼室に燃料ガスを噴射する拡散燃焼用燃料噴射弁と、
を備え、
予混合燃料ガスモードにおいて、前記予混合燃焼用燃料噴射弁は、圧縮行程の初期に燃料ガスを噴射し、
拡散燃料ガスモードにおいて、圧縮行程で空気のみを圧縮し、その後、前記拡散燃焼用燃料噴射弁は、燃料ガスを噴射し、
前記予混合燃焼用燃料噴射弁の1個の噴口の面積が前記拡散燃焼用燃料噴射弁の1個の噴口の面積より大きく設定される、
ことを特徴とするクロスヘッド式内燃機関。
A cylinder liner having a cylindrical shape,
A cylinder cover provided at one end of the cylinder liner,
A piston provided reciprocally in the cylinder liner,
A combustion chamber defined by the cylinder liner, the cylinder cover, and the piston;
An exhaust valve provided on the cylinder cover;
A scavenging port provided at the other end of the cylinder liner and capable of communicating with the combustion chamber;
A fuel injection valve for premixed combustion that is provided on the cylinder cover, has one or more injection ports, and injects fuel gas into the combustion chamber;
A fuel injection valve for diffusion combustion that has a plurality of injection ports provided on the cylinder cover and injects fuel gas into the combustion chamber;
With
In the premixed fuel gas mode, the premixed combustion fuel injection valve injects a fuel gas at an early stage of a compression stroke,
In the diffusion fuel gas mode, only air is compressed in the compression stroke, and then the diffusion combustion fuel injector injects the fuel gas,
The area of one injection port of the fuel injection valve for premixed combustion is set to be larger than the area of one injection port of the fuel injection valve for diffusion combustion.
A crosshead type internal combustion engine characterized by the above-mentioned.
前記予混合燃焼用燃料噴射弁の噴口の数が前記拡散燃焼用燃料噴射弁の噴口の数より少なく設定され、前記予混合燃焼用燃料噴射弁の1個の噴口の面積が前記拡散燃焼用燃料噴射弁の1個の噴口の面積より大きく設定されることを特徴とする請求項1に記載のクロスヘッド式内燃機関。   The number of injection ports of the fuel injection valve for premixed combustion is set to be smaller than the number of injection ports of the fuel injection valve for diffusion combustion, and the area of one injection port of the fuel injection valve for premixed combustion is reduced by the area of the fuel for diffusion combustion. 2. The crosshead type internal combustion engine according to claim 1, wherein the area is set to be larger than the area of one injection port of the injection valve. 前記予混合燃焼用燃料噴射弁の噴口の合計面積と前記拡散燃焼用燃料噴射弁の噴口の合計面積が同じに設定されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のクロスヘッド式内燃機関。   The crosshead type according to claim 1 or 2, wherein the total area of the injection ports of the fuel injection valve for premixed combustion and the total area of the injection ports of the fuel injection valve for diffusion combustion are set to be the same. Internal combustion engine. 前記予混合燃焼用燃料噴射弁は、前記ピストンの頂面に向けて燃料ガスを噴射し、前記拡散燃焼用燃料噴射弁は、前記ピストンの頂面に向かない方向に燃料ガスを噴射することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のクロスヘッド式内燃機関。 The fuel injection valve for premixed combustion injects fuel gas toward the top surface of the piston, and the fuel injection valve for diffusion combustion injects fuel gas in a direction not toward the top surface of the piston. The crosshead type internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, characterized in that: 前記掃気ポートは、前記燃焼室に導入される燃焼用気体に旋回力を付与可能であり、前記予混合燃焼用燃料噴射弁は、燃焼用気体の旋回方向とは逆方向に燃料ガスを噴射することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のクロスヘッド式内燃機関。   The scavenging port is capable of imparting a swirling force to the combustion gas introduced into the combustion chamber, and the premixed combustion fuel injector injects the fuel gas in a direction opposite to a direction in which the combustion gas is swirled. The crosshead type internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, characterized in that:
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