JP7451463B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関及び２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関のための予燃焼室セットに関する。

２ストローク内燃機関は、コンテナ船、ばら積み貨物船、及びタンカのような船舶において推進機関として使用されている。内燃機関からの不要な排気ガスを低減することが、ますます重要になってきている。

不要な排気ガス量を低減する効果的な方法は、燃料油、例えば、重油（ＨＦＯ）から燃料ガスに切り替えることである。燃料ガスを圧縮ストロークの最後にシリンダ内に噴射することができ、ここで、燃料ガスは、シリンダ内のガスが圧縮されたときに到達する高温又はパイロット燃料の着火のいずれかによって即座に着火し得る。しかしながら、圧縮ストロークの最後にシリンダ内に燃料ガスを噴射するには、シリンダ内の高圧を克服するために、噴射前に燃料ガスを圧縮するための高圧圧縮機が必要となる。

しかしながら、高圧ガス圧縮機は、製造及び維持が高価かつ複雑である。高圧圧縮機が必要となるのを回避する１つの方法は、シリンダ内の圧力がかなり低い圧縮ストロークの開始時に燃料ガスを噴射するように機関を構成することである。

ＤＫ１７６１１８Ｂは、そのような機関を開示している。燃料ガスの適切な着火を確保するために、パイロット着火予燃焼室がシリンダカバー内に設けられる。一定量のパイロット燃料が、パイロット着火予燃焼室内に噴射され、次いで着火する。この結果、シリンダの主燃焼室内の燃料ガスを着火させるトーチが得られる。

ＷＯ２０１３００７８６３は、シリンダカバー内に予燃焼室が設けられた機関の別の例を開示しており、ここで、着火を開始するために一定量の液体パイロット燃料が予燃焼室内に噴射される。

しかしながら、主燃焼室内の燃料空気混合気の適切な着火を確保するために、著しい量の液体パイロット燃料を予燃焼室内に噴射する必要がある。液体パイロット燃料が燃焼した結果、不要な排気ガスのレベルが著しく高くなるので、燃料ガスを使用する利点の一部が失われる。これは、特に、大型の燃焼室を有する大型機関の場合に問題である。

更に、予燃焼室も、主燃焼室内の燃料の適切な着火を確保するのに十分なサイズのトーチを発生させることができるように大型である必要がある。しかしながら、これにより、パイロット燃料の着火不良及び清浄でない燃焼を防止するために重要である、予燃焼室の温度の制御が困難になる。

したがって、これは、２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関の主燃焼室内の燃料を着火させる方法の改善を提供するのに未だ問題となっている。

第１の態様によれば、本発明は、２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関に関し、本２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関は、少なくとも１つのシリンダと、シリンダカバーと、ピストンと、燃料供給システムと、掃気空気システムとを備え、シリンダはシリンダ壁を有し、シリンダカバーはシリンダの上部に配置されており、かつ排気弁を有し、ピストンは、下死点と上死点との間で中心軸に沿ってシリンダ内に移動可能に配置されており、掃気空気システムは、シリンダの底部に配置された掃気空気入口を有し、燃料供給システムは、ピストンとシリンダカバーとの間に画定された主燃焼室内に燃料を噴射するように構成されており、ここにおいて、本機関は予燃焼室セットを更に備え、予燃焼室セットは、内側予燃焼室及び外側予燃焼室を備え、外側予燃焼室は、第１の開口部を通して主燃焼室に開口しているとともに内側予燃焼室に流体接続されており、ここにおいて、内側予燃焼室には、予燃焼室セット内の燃料／空気混合気を着火させるように構成された着火システムが設けられており、その結果、トーチが主燃焼室内に伝播して主燃焼室内の燃料を着火させる。

したがって、本機関に予燃焼室セットを設けることによって、内側予燃焼室は、もはや主燃焼室内の燃料と空気の混合気を着火させる必要がなくなり、予燃焼室セットのうちの別の予燃焼室、例えば外側予燃焼室内の燃料と空気の混合気のみを着火させるだけでよいので、より小型になり得る。これにより、不要な排気ガスの発生量を低減することができる。更に、内側予燃焼室の温度をより制御しやすくなり、それによって、パイロット燃料の着火不良及び清浄でない燃焼のリスクを抑えることができる。

内燃機関は、好ましくは、１シリンダ当たり少なくとも４００ｋＷのパワーを有する船舶又は定置発電装置を推進するための、大型低速ターボチャージャ付きのユニフロー掃気の２ストローククロスヘッド型内燃機関である。内燃機関は、内燃機関によって発生される排気ガスによって駆動され、かつ掃気空気を圧縮するように構成されたターボチャージャを備え得る。

内燃機関は、好ましくは、複数のシリンダ、例えば、４個～１４個のシリンダを備える。内燃機関は更に、複数のシリンダのシリンダごとに、シリンダカバー、排気弁、ピストン、燃料弁、予燃焼室セット、及び掃気空気入口を備え得る。

好ましくは、燃料供給システムは燃料ガス供給システムであり、この燃料ガス供給システムは、圧縮ストローク中に、例えば、下死点から０度～１６０度以内で、下死点から０度～１３０度以内で、又は下死点から０度～９０度以内で、シリンダ内に燃料ガスを噴射するように構成された燃料弁を備える。それによって、燃料が掃気空気と混合することができ、掃気空気と燃料の混合気を着火前に圧縮することが可能となる。燃料弁は、低圧、例えば、５バール～５０バールの圧力で、燃料を噴射するように構成され得る。

好適な燃料の例は、液化天然ガス（ＬＮＧ）、メタン、アンモニア、エタン、及び液化石油ガス（ＬＰＧ）である。

代替的に、燃料供給システムは、高圧下、例えば、２５０バール～５００バールの圧力で圧縮ストロークの最後に燃料を噴射するように構成された、シリンダカバー内に配置された１つ又は複数の燃料噴射器を備える。

好適な燃料の例は、液化天然ガス（ＬＮＧ）、メタン、アンモニア、エタン、及び液化石油ガス（ＬＰＧ）、重油、又は船舶用ディーゼル油である。しかしながら、燃料は、液化天然ガス（ＬＮＧ）、メタン、アンモニア、エタン、及び液化石油ガス（ＬＰＧ）などの、自己着火性が乏しい燃料であることが好ましい。

予燃焼室セットは、３つ以上の予燃焼室を備えてもよく、したがって、内側予燃焼室は、外側予燃焼室に接続された中間予燃焼室に接続されてもよい。したがって、内側予燃焼室から伝播する第１のトーチが、外側予燃焼室内の燃料空気混合気の着火を間接的にもたらし得るが、これは、直接的に中間予燃焼室内の燃料と空気の混合気の着火をもたらし、次いでその結果、第２のトーチが外側予燃焼室内に伝播して外側予燃焼室内の燃料と空気の混合気を着火させることによって行われる。予燃焼室セットは、少なくとも１つ、少なくとも２つ、又は少なくとも３つなど、任意の数の中間予燃焼室を備え得る。

しかしながら、内側予燃焼室は、外側予燃焼室に直接的に流体接続されてもよく、すなわち、予燃焼室セットは、中間予燃焼室を備えなくてもよい。異なる予燃焼室が、狭窄部、１つ又は複数の開口部、又は１つ又は複数のチャネルを通して流体接続され得る。１つ又は複数のチャネルの各々には、１つ又は複数の開口部を有するノズルが設けられ得る。

予燃焼室セットは、シリンダカバー内に少なくとも部分的に配置され得、例えば、予燃焼室セットのうちの少なくとも外側予燃焼室が、シリンダカバー内に配置され得る。代替的に、予燃焼室セットは、シリンダ壁内に少なくとも部分的に配置されてもよく、例えば、少なくとも外側予燃焼室が、シリンダ壁内に配置され得る。少なくとも１つのシリンダは、ベース部材及び予燃焼室セット部材を有し得、予燃焼室セット部材は、ベース部材の上部に配置され、シリンダカバーは、予燃焼室セット部材の上部に配置されており、ここにおいて、予燃焼室セットは、予燃焼室セット部材のシリンダ壁内に少なくとも部分的に配置されている。これにより、予燃焼室セット部材を、例えば、好適な材料を選択することによって、予燃焼室セット内の高温及び高圧を取り扱うように特別に設計することが可能になる。更に、これにより予燃焼室セットに対してメンテナンスがより行いやすくなり得る。

着火システムは、スパークプラグ点火システム、コロナ／プラズマ点火システム、マイクロ波点火システム、グロープラグ点火システム、レーザ点火システム、ジェットトーチ点火システム、又はパイロット燃料着火システムなどの、任意の種類の着火システムであってもよい。

いくつかの実施形態では、内側予燃焼室は外側予燃焼室よりも小さい。

いくつかの実施形態では、内側予燃焼室の内部容積は、外側予燃焼室の内部容積よりも小さい。

内側予燃焼室の内部容積は、予燃焼室セットの全内部容積の１５％～４５％を構成し得る。内側予燃焼室の内部容積は、予燃焼室セットの全内部容積の２０％～４０％を構成し得る。

したがって、内側予燃焼室のサイズを小さく保つことによって、内側予燃焼室の温度をより正確に制御することができる。

外側予燃焼室の内部容積は、予燃焼室セットの全内部容積の５５％～８５％を構成し得る。外側予燃焼室の内部容積は、予燃焼室セットの全内部容積の６０％～８０％を構成し得る。

いくつかの実施形態では、燃料供給システムは燃料ガス供給システムであり、この燃料ガス供給システムは、圧縮ストローク中にシリンダ内に燃料ガスを噴射するように構成された燃料ガス弁を備え、燃料ガスが掃気空気と混合することができ、掃気空気と燃料ガスの混合気を着火前に圧縮することを可能にする。

内燃機関は、燃料ガスで動くときのオットーサイクルモードと、代替燃料、例えば、重油又は船舶用ディーゼル油で動くときのディーゼルサイクルモードとを有する複式燃料機関であり得る。このような複式燃料機関は、代替燃料を噴射するためのそれ自体の専用の燃料供給システムを有する。

燃料ガス供給システムは、好ましくは、音速状態下で、すなわち音速に等しい速度、すなわち等速で、１つ又は複数の燃料ガス弁を介して燃料ガスを噴射するように構成されている。音速状態は、ノズルスロート部（断面の最小面積）にわたる圧力降下率が略２よりも大きいときに到達し得る。

いくつかの実施形態では、１つ又は複数の燃料ガス弁は、圧縮ストローク中に、下死点から０度～１６０度以内、下死点から０度～１３０度以内、又は下死点から０度～９０度以内で、シリンダ内に燃料ガスを噴射するように構成されている。

燃料ガス弁は、シリンダ壁内に少なくとも部分的に配置され得る。１つ又は複数の燃料ガス弁は、上死点と下死点との間のシリンダ壁内、好ましくは、掃気空気入口より上の位置に、少なくとも部分的に配置され得る。１つ又は複数の燃料ガス弁は、シリンダ内に燃料ガスを噴射するための、シリンダ壁内に配置されたノズルを備え得る。（ノズル以外の）燃料ガス弁の他の部分は、シリンダ壁の外側に配置され得る。

いくつかの実施形態では、本機関は、更に、予燃焼室セットと接続状態で設けられた予燃焼室セットパイロットガス弁を備え、予燃焼室セットパイロットガス弁は、予燃焼室セットにパイロット燃料ガスを供給するように構成されている。

したがって、予燃焼室セットパイロットガス弁を有することによって、予燃焼室セット内の空気燃料等量比λをより正確に制御することができる。これにより、予燃焼室セット内のλが主燃焼室内のλよりも低くなることも可能となり得、すなわち、予燃焼室セット内のガス／空気混合気が、主燃焼室内の混合気よりも濃くなり得る。

パイロット燃料ガスの例は、液化天然ガス（ＬＮＧ）、メタン、アンモニア、エタン、及び液化石油ガス（ＬＰＧ）である。機関がガスで動く場合、主燃料として使用するガスと、パイロット燃料ガスとして使用するガスは、同じタイプのガスであり得る。

しかしながら、主燃料として使用するガスとパイロット燃料ガスとして使用するガスが異なってもよい。一例として、主燃料として使用するガスが、アンモニアなどの着火しにくいガスである場合、メタン又はエタンなどのより着火しやすいガスをパイロット燃料ガスとして使用してもよく、すなわち、パイロット燃料ガスは、主燃料として使用するガスよりも低いオクタン価を有し得る。この設計は、自己着火パイロット燃料（self-ignitable pilot fuel）の量を抑えることが可能となり得るので、着火システムがパイロット燃料着火システムである場合に特に有利であり得る。

いくつかの実施形態では、予燃焼室セットパイロットガス弁は、シリンダ壁内に少なくとも部分的に配置されており、かつ予燃焼室内にパイロット燃料ガスを噴射するように構成されており、又は予燃焼室セットパイロットガス弁は、パイロット燃料ガスを直接的に予燃焼室セット内に噴射するように構成されている。

いくつかの実施形態では、燃料ガス弁は、第１の高さでシリンダ壁内に少なくとも部分的に配置され、予燃焼室セットパイロットガス弁は、第１の高さより上の第２の高さでシリンダ壁内に少なくとも部分的に配置されている。

したがって、予燃焼室セットパイロットガス弁をシリンダ壁内に配置させることによって、予燃焼室のサイズが比較的小さいことに起因して複雑となる場合もある、予燃焼室セットの予燃焼室への直接的なガス供給の必要がなくなる。更に、予燃焼室セットパイロットガス弁を主ガス弁より上に配置させることによって、予燃焼室セットへのガスの流入がより制御しやすくなる。

予燃焼室セットパイロットガス弁は、外側予燃焼室の第１の開口部の辺り、例えば、第１の開口部よりわずかに下の領域に第１の量のパイロット燃料ガスを堆積させ、次いで、圧縮ストローク中にピストンによって発生される圧力に依拠して第１の量のパイロット燃料ガスの一部を予燃焼室セットに押し込むように構成され得る。予燃焼室セットパイロットガス弁は、外側予燃焼室の第１の開口部の近くに配置されており、主燃焼室内を長距離移動しないパイロット燃料ガスの低速ジェットを供給するように構成され得る。しかしながら、予燃焼室セットパイロットガス弁はまた、外側予燃焼室の第１の開口部の反対側に配置されてもよく、外側予燃焼室の第１の開口部辺り、例えば第１の開口部より下のシリンダ壁に衝突するパイロット燃料ガスの高速ジェットを供給するように構成され得る。

いくつかの実施形態では、燃料ガス弁は、第１の時点で圧縮ストローク中に燃料ガスの噴射を開始するように構成されており、予燃焼室セットパイロットガス弁は、第２の時点で圧縮ストローク中にパイロット燃料ガスの噴射を開始するように構成されており、第２の時点は第１の時点の後である。

これにより、排気弁が閉鎖する前に燃料ガス弁が噴射を開始することが可能となり、燃料ガスが掃気空気とより混合するようにでき得る。

いくつかの実施形態では、予燃焼室セットパイロットガス弁は、予燃焼室セットの一部であり、パイロット燃料ガスを予燃焼室セット内に直接噴射するように構成されている。

したがって、パイロット燃料ガスを予燃焼室セット内に直接噴射することによって、予燃焼室セットに供給される燃料ガスの量のより良好な制御を達成することができる。

予燃焼室セットパイロットガス弁は、予燃焼室セットのうちのいずれかの予燃焼室、例えば、外側予燃焼室又は内側予燃焼室内に燃料ガスを噴射するように構成され得る。

いくつかの実施形態では、予燃焼室セットパイロットガス弁は、着火システムの作動前に、外側予燃焼室内の平均空気燃料等量比λが、主燃焼室内の平均λよりも低くなる、すなわち、予燃焼室セット内のガス／空気混合気が、主燃焼室内の混合気よりも濃くなることを保証するように構成されている。

したがって、第２のトーチによってより多くエネルギーが主燃焼室に運ばれ、主燃焼室内の燃料の効率的かつ確実な着火を確保することができる。

いくつかの実施形態では、外側予燃焼室は、主燃焼室から燃料ガスを受けるように構成された、受動的に燃料供給される予燃焼室である。

したがって、予燃焼室セットへの専用の燃料ガス供給がないので、機関はより単純になる。

予燃焼室セットには、より濃いガス空気混合気を確保するために、予燃焼室セットに配置された排気弁が設けられてもよい。予燃焼室セットには、好ましくは、内側予燃焼室に配置されたパイロット燃料弁が設けられ得、パイロット燃料弁は、自己着火パイロット燃料を内側予燃焼室内に噴射して第１のトーチを生成するように構成されており、それによって、受動的に燃料供給される外側予燃焼室内の燃料／空気混合気の着火をもたらす。

いくつかの実施形態では、着火システムは、内側予燃焼室に配置されたパイロット燃料弁を備え、パイロット燃料弁は、自己着火パイロット燃料を内側予燃焼室内に噴射するように構成されており、それによって、予燃焼室セット内の燃料／空気混合気を着火させる。したがって、内側予燃焼室内の燃料空気混合気を着火させる単純な方法が提供される。更に、従来の単一の予燃焼室ではなく、予燃焼室セットのうちの内側予燃焼室内にパイロット燃料を噴射することによって、結果として生じるトーチが、燃焼室全体ではなく別の予燃焼室内の燃料空気混合気を着火させるだけでよいので、パイロット燃料の量を抑えることができる。これにより、ＮＯｘ及び他の不要な排気ガスの発生を抑えることができる。更に、内側予燃焼室がより小型になり得るので、内側予燃焼室の温度の制御がより単純になり、それによって、パイロット燃料の着火不良及び清浄でない燃焼のリスクを抑えることができる。最後に、温度制御の向上により、パイロット燃料の自己着火限界に向かって温度を更に低下させることが可能となり、これにより、更にＮＯｘの発生を低減することができる。

内側予燃焼室は、予燃焼室内の温度及び圧力に起因してパイロット燃料が自己着火するように構成され得る。パイロット燃料は、重油又は船舶用ディーゼル油などの液体パイロット燃料、又は好適な着火性をもつ他の任意の燃料であり得る。このようなパイロット燃料システムは、構成部品のサイズが大きいことに起因して本目的には好適でない場合もある、代替燃料用の専用の燃料供給システムと比較して、サイズがはるかに小さく、正確な量のパイロット燃料を噴射するのにより好適であり得る。パイロット燃料弁は、上死点近くの、主チャージ（main charge）の最適な着火に好適なクランク角度で、一定量のパイロット油を噴射するように構成され得る。

いくつかの実施形態では、パイロット燃料弁はノズルを有し、ここにおいて、ノズルは、第１のノズル開口部及び第２のノズル開口部を備える。

したがって、自己着火パイロット燃料を予燃焼室セット内により均一に分散させることができ、それによって、予燃焼室セット内でより強力な着火及びより急激な圧力増加が生じ得る。この結果、主燃焼室内の燃料／空気混合気のより効果的な着火をもたらし得る。

いくつかの実施形態では、パイロット燃料弁のノズルは、中心ノズル軸に沿って延びており、第１のノズル開口部は、第１のノズル軸に沿って内側予燃焼室内に自己着火パイロット燃料を噴射するように構成され、第２のノズル開口部は、第２のノズル軸に沿って内側予燃焼室内に自己着火パイロット燃料を噴射するように構成されており、ここにおいて、第１のノズル軸及び第２のノズル軸は、中心ノズル軸に対して、５度～７０度、１０度～５０度、又は１５度～３０度の角度で配置される。

上記角度で自己着火パイロット燃料を噴射することによって、自己着火パイロット燃料の均一な分散が生じ、予燃焼室セット内のより強力な着火及びより急激な圧力増加をもたらすことができる。

いくつかの実施形態では、第１のノズル軸は、中心ノズル軸に対して第１の角度で配置され、第２のノズル軸は、中心ノズル軸に対して第２の角度で配置されており、第１の角度は第２の角度とは異なる。

したがって、第１のノズル開口部は、自己着火パイロット燃料を予燃焼室セットの第１の部分のほうに向けることができ、第２のノズル開口部は、自己着火パイロット燃料を予燃焼室セットの第２の部分のほうに向けることができる。

第１の角度は、第２の角度よりも少なくとも５度大きくてもよいし、又は第２の角度よりも少なくとも１０度大きくてもよい。

ノズルは、３つ以上のノズル開口部を備え得、例えば、ノズルは、中心ノズル軸に対して第１の角度で配置されたノズル軸を有する２つ以上のノズル開口部と、中心ノズル軸に対して第２の角度で配置されたノズル軸を有する２つ以上のノズル開口部を備え得る。

いくつかの実施形態では、パイロット燃料弁は、噴射期間中に自己着火パイロット燃料を噴射するように構成されており、自己着火パイロット燃料は、着火遅れ後に自己着火し、ここにおいて、パイロット燃料弁は、自己着火パイロット燃料が自己着火する前に、燃焼サイクル中に噴射される自己着火パイロット燃料の少なくとも７０％、８０％、又は９０％が噴射されていることを保証するように構成されている。

したがって、自己着火パイロット燃料の着火が生じるときに、燃焼サイクル中に噴射される自己着火パイロット燃料の少なくとも７０％、８０％、又は９０％が予燃焼室セット内に存在することを保証することによって、予燃焼室セット内でより強力な着火及びより急激な圧力増加が生じ得る。

パイロット燃料弁は、自己着火パイロット燃料が自己着火する前にすべての自己着火パイロット燃料を噴射するように構成され得、すなわち、噴射期間が終了してから、自己着火パイロット燃料が自己着火する。

いくつかの実施形態では、予燃焼室セットは、噴射された自己着火パイロット燃料の着火遅れが、全機関負荷（full engine load）で少なくとも０．８ｍｓ、１ｍｓ、１．５ｍｓ、又は２ｍｓであることを保証するように構成される。

したがって、着火遅れが長いことによって、自己着火パイロット燃料を噴射する時間がより多く利用可能である。これにより、着火が生じるときに、より多くの自己着火パイロット燃料が予燃焼室セット内に存在することができ、更にパイロット燃料弁のサイズを小さくすることが可能となり得る。

着火遅れは、温度、圧力、及び自己着火パイロット燃料のタイプに依存する。例として、着火遅れは、予燃焼室セットの温度を下げるために予燃焼室セット冷却システムを使用することによって延長することができる。

予燃焼室セットは、噴射された自己着火パイロット燃料の着火遅れが、８ｍｓ、６ｍｓ、又は５ｍｓ未満であることを保証するように構成され得る。

いくつかの実施形態では、パイロット燃料弁は、未燃パイロット燃料物質が第１のトーチと共に内側予燃焼室から噴出することを保証するために十分な量のパイロット燃料を内側予燃焼室内に噴射するように構成されている。

したがって、未燃物質は、次の予燃焼室、例えば外側予燃焼室での効果的かつ確実な燃焼を確保するために使用され得る。

いくつかの実施形態では、予燃焼室セットは第１のチャネルを備え、第１のチャネルは、内側予燃焼室に開口する第１の開口部と、外側予燃焼室に開口する第２の開口部とを有する。

いくつかの実施形態では、予燃焼室セットは、取り外し可能な予燃焼室セットハウジングを備え、内側予燃焼室及び外側予燃焼室は、取り外し可能な予燃焼室セットハウジング内に配置されている。

いくつかの実施形態では、予燃焼室セットは、例えば、付加製造技法を使用して、単一工程で製造される。

これにより、より複雑な幾何学形状を有する予燃焼室セットを製造することが可能となり得る。

第２の態様によれば、本発明は、２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関のための予燃焼室セットに関し、本予燃焼室セットは、少なくとも１つのシリンダと、シリンダカバーと、ピストンと、燃料供給システムと、掃気空気システムとを備え、シリンダはシリンダ壁を有し、シリンダカバーはシリンダの上部に配置されており、かつ排気弁を有し、ピストンは、下死点と上死点との間で中心軸に沿ってシリンダ内に移動可能に配置されており、掃気空気システムは、シリンダの底部に配置された掃気空気入口を有し、燃料供給システムは、ピストンとシリンダカバーとの間に画定された主燃焼室内に燃料を噴射するように構成されており、予燃焼室セットは、内側予燃焼室及び外側予燃焼室を備え、外側予燃焼室は、第１の開口部を通して主燃焼室に開口するように構成されているとともに内側予燃焼室に流体接続されており、ここにおいて、内側予燃焼室には、予燃焼室セット内の燃料／空気混合気を着火させるように構成された着火システムが設けられており、その結果、トーチが主燃焼室内に伝播して主燃焼室内の燃料を着火させる。

本発明の異なる態様は、２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関及び複式燃料２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関のための予燃焼室セットを含む、異なる方法で実現することができ、その各々は、上述した態様の少なくとも１つに関連して説明した利益及び利点のうちの１つ又は複数をもたらし、その各々は、上述した及び／又は従属請求項において開示される態様の少なくとも１つに関連して説明する好ましい実施形態に対応する１つ又は複数の好ましい実施形態を有する。更に、本明細書で説明する態様のうちの１つに関連して説明する実施形態を、他の態様にも等しく適用できることが理解されよう。

本発明の上記及び／又は追加の目的、特徴、及び利点について、付属の図面を参照して、本発明の実施形態の以下の例示的かつ非限定的な詳細な説明によって更に明らかになる。

本発明の一実施形態による、２ストローク内燃機関の断面図を概略的に示す。 本発明の一実施形態による、ユニフロー掃気の２ストローククロスヘッド型内燃機関の一部の概略断面図を示す。 本発明の一実施形態による、ユニフロー掃気の２ストローククロスヘッド型内燃機関の一部の概略断面図を示す。 本発明の一実施形態による、ユニフロー掃気の２ストローククロスヘッド型内燃機関のための予燃焼室セットの概略断面図を示す。 本発明の一実施形態による、ユニフロー掃気の２ストローククロスヘッド型内燃機関のための予燃焼室セットの概略断面図を示す。 本発明の一実施形態による、ユニフロー掃気の２ストローククロスヘッド型内燃機関のための予燃焼室セットの概略断面図を示す。 本発明の一実施形態による、ユニフロー掃気の２ストローククロスヘッド型内燃機関のための予燃焼室セットの概略断面図を示す。 本発明の一実施形態によるパイロット燃料弁のノズルの概略断面図を示す。 本発明の一実施形態によるパイロット燃料弁のノズルの概略断面図を示す。

以下の説明では、本発明をどのように実施することができるかを例示として示す添付の図を参照する。

図１は、本発明の一実施形態による、船舶を推進するための、大型低速ターボチャージャ付きのユニフロー掃気の２ストローククロスヘッド型内燃機関１００の断面図を概略的に示す。機関１００は、掃気空気システム１１１、排気ガスレシーバ１０８、燃料ガス供給システム、及びターボチャージャ１０９を備える。機関は、複数のシリンダ１０１（断面図では単一のシリンダのみが示されている）を有する。各シリンダ１０１は、シリンダ壁１１５を有し、シリンダ１０１の底部に配置された掃気空気入口１０２を備える。機関は、シリンダごとに、シリンダカバー１１２及びピストン１０３を更に備える。シリンダカバー１１２は、シリンダ１０１の上部に配置されており、排気弁１０４を有する。ピストン１０３は、下死点と上死点との間で中心軸１１３に沿ってシリンダ内に移動可能に配置されている。燃料ガス供給システムは、１つ又は複数の燃料ガス弁１０５（概略的にのみ図示する）を備え、この燃料ガス弁は、圧縮ストローク中にシリンダ１０１内に燃料ガスを噴射するように構成されており、燃料ガスが掃気空気と混合することができ、掃気空気と燃料ガスの混合気を着火前に圧縮することを可能にする。燃料ガス弁１０５は、シリンダカバー１１２と掃気空気入口１０２との間のシリンダ壁内に少なくとも部分的に配置され得る。機関は、シリンダカバー１１２内に配置された予燃焼室セット１１４（概略的にのみ図示する）を更に備える。予燃焼室セット１１４は、内側予燃焼室及び外側予燃焼室を備え、外側予燃焼室は、第１の開口部を通して主燃焼室１５０に開口しているとともに内側予燃焼室に流体接続されており、ここにおいて、内側予燃焼室には、内側予燃焼室内の燃料／空気混合気を着火させて第１のトーチを生成するように構成された着火システムが設けられており、第１のトーチは、直接的に又は間接的に外側予燃焼室内の燃料空気混合気の着火をもたらし、その結果、第２のトーチが主燃焼室内に伝播して主燃焼室１５０内の燃料を着火させる。掃気空気入口１０２は、掃気空気システムに流体接続されている。ピストン１０３は、その最低位置（下死点）に示されている。ピストン１０３は、クランクシャフト（図示せず）に連結されたピストン棒を有する。燃料ガス弁１０５は、圧縮ストローク中にシリンダ内に燃料ガスを噴射するように構成されており、燃料ガスが掃気空気と混合することができ、掃気空気と燃料ガスの混合気を着火前に圧縮することを可能にする。燃料ガス弁１０５は、好ましくは、圧縮ストロークの開始時に、下死点から０度～１３０度以内で、すなわち、クランクシャフトが下死点での向きから０度～１３０度回転したときに、シリンダ１０１内に燃料ガスを噴射するように構成されている。好ましくは、燃料ガス弁１０５は、燃料ガスが排気弁１０４及び掃気空気入口１０２から流出することを防止するために、クランクシャフト軸が下死点から数度回転してピストンが掃気空気入口１０２を通り過ぎた後に、燃料ガスの噴射を開始するように構成されている。掃気空気システム１１１は、掃気空気レシーバ１１０及び空気冷却器１０６を備える。燃料ガス弁１０５がシリンダ壁内に配置されている燃料ガス供給システムの代わりに、機関は、例えば、高圧ガス又はアンモニアいずれかの燃料を圧縮ストロークの最後に噴射するように構成された、シリンダカバー１１２内に配置された１つ又は複数の燃料噴射器１１６を備えてもよい。しかしながら、機関１００は、好ましくは、燃料ガスで動くときのオットーサイクルモードと、代替燃料、例えば、重油又は船舶用ディーゼル油で動くときのディーゼルサイクルモードとを有する複式燃料機関である。したがって、シリンダカバー１１２内に配置された１つ又は複数の燃料噴射器１１６は、代替燃料供給システムの一部を形成し得る。機関１００が代替燃料で動くとき、燃料噴射器１１６は、高圧下の圧縮ストロークの最後に代替燃料、例えば、重油を噴射するように構成されている。

図２は、本発明の一実施形態による、ユニフロー掃気の２ストローククロスヘッド型内燃機関の一部の概略断面図を示す。シリンダ１０１、シリンダカバー１１２、ピストン１０３、及び排気弁１０４が示されている。ピストン１０３は、上死点に位置している。シリンダ１０１は、第１の予燃焼室セット１１４及び第２の予燃焼室セット１１６が設けられたシリンダ壁１１５を有し、第１の予燃焼室セット１１４及び第２の予燃焼室セット１１６の各々は、内側予燃焼室及び外側予燃焼室を備え、外側予燃焼室は、第１の開口部を通して主燃焼室に開口しているとともに内側予燃焼室に流体接続されており、ここにおいて、内側予燃焼室には、内側予燃焼室内の燃料／空気混合気を着火させて第１のトーチを生成するように構成された着火システムが設けられており、第１のトーチは、直接的に又は間接的に外側予燃焼室内の燃料空気混合気の着火をもたらし、その結果、第２のトーチが主燃焼室内に伝播して主燃焼室内の燃料を着火させる。

図３は、本発明の一実施形態による、ユニフロー掃気の２ストローククロスヘッド型内燃機関の一部の概略断面図を示す。この部分は、図２に示す部分に対応するが、シリンダ１０１がベース部材１１７及び予燃焼室セット部材１１８を有し、予燃焼室セット部材１１８がベース部材１１７の上部に配置され、シリンダカバー１１２が予燃焼室部材１１８の上部に配置されている点が異なる。第１の予燃焼室セット１１４及び第２の予燃焼室セット１１６は、予燃焼室セット部材１１８のシリンダ壁内に配置されている。これにより、予燃焼室部材を、例えば、好適な材料を選択することによって、予燃焼室セット内の高温及び高圧を取り扱うように特別に設計することが可能になる。

図４ａ～図４ｄは、本発明の一実施形態による、ユニフロー掃気の２ストローククロスヘッド型内燃機関のための予燃焼室セット１６０の概略断面図を示す。予燃焼室セット１６０は、内側予燃焼室１２１及び外側予燃焼室１２０を備え、外側予燃焼室１２０は、第１の開口部１７０を通して機関の主燃焼室に開口するように構成されているとともに内側予燃焼室１２１に流体接続されている。内側予燃焼室１２１には、内側予燃焼室１２１内の燃料／空気混合気１３０（図４ａ参照）を着火させて第１のトーチ１３１（図４ｂ参照）を生成するように構成された着火システム（図示せず）が設けられており、第１のトーチ１３１は、外側予燃焼室１２０内に伝播し、それによって直接的に外側予燃焼室１２０内の燃料空気混合気１３３（図４ｃ参照）の着火をもたらし、その結果、第２のトーチ１３４が主燃焼室内に伝播して（図４ｄ参照）主燃焼室内の燃料を着火させる。

したがって、機関に予燃焼室セットを設けることによって、内側予燃焼室１２１は、もはや主燃焼室内の燃料と空気の混合気を着火させる必要がなくなり、外側予燃焼室１２０内の燃料と空気の混合気のみを着火させるだけでよいので、より小型になり得る。これにより、不要な排気ガスの発生量を低減することができる。更に、内側予燃焼室の温度をより制御しやすくなり、それによって、パイロット燃料の着火不良及び清浄でない燃焼のリスクを抑えることができる。

図５は、本発明の一実施形態による、ユニフロー掃気の２ストローククロスヘッド型内燃機関のための予燃焼室セットの概略断面図を示す。予燃焼室セット１６０は、内側予燃焼室１２１及び外側予燃焼室１２０を備え、外側予燃焼室１２０は、第１の開口部１７０を通して機関の主燃焼室に開口するように構成されているとともに内側予燃焼室１２１に流体接続されている。この実施形態では、パイロット燃料弁１８１が内側予燃焼室１２１に配置されており、パイロット燃料弁１８１は、自己着火パイロット燃料を内側予燃焼室内に噴射して第１のトーチを生成するように構成されており、すなわち、このパイロット燃料は、内側予燃焼室１２１内の圧力及び温度に起因して着火する。パイロット燃料は、重油又は船舶用ディーゼル油などの液体パイロット燃料であり得る。この実施形態では、予燃焼室セット１６０は更に、パイロット燃料ガス１９０を外側予燃焼室１２０内に噴射するように構成された予燃焼室セットパイロットガス弁１８０を備える。パイロット燃料ガスは、好ましくは、パイロット燃料弁１８１がパイロット燃料を噴射して着火を開始する前に、予燃焼室セット内に存在する圧力及び温度条件下で自己着火できない。パイロット燃料ガスは、液化天然ガス（ＬＮＧ）、メタン、アンモニア、エタン、及び液化石油ガス（ＬＰＧ）であり得る。したがって、空気燃料等量比λを正確に制御することができる。予燃焼室セットパイロットガス弁１８０は、好ましくは、パイロット燃料弁１８１の作動前に、外側予燃焼室内の平均λが主燃焼室内の平均λよりも低くなることを保証するように構成される。したがって、異なる２つのパイロット燃料を使用することによって、第１の火炎が外側予燃焼室１２０内のパイロット燃料ガスを着火させるだけでよく、第２のトーチによって主燃焼室に移動されるエネルギーの大部分がパイロット燃料ガスによって供給され得るので、自己着火パイロット燃料の量を抑えることができる。典型的にはパイロット燃料ガスのほうが、重油又は船舶用ディーゼル油などの自己着火パイロット燃料よりも清浄に燃焼するので、ＮＯｘの発生量を低減することができる。更に、内側予燃焼室がより小型になり得るので、内側予燃焼室の温度の制御がより単純になり、それによって、パイロット燃料の着火不良及び清浄でない燃焼のリスクを抑えることができる。最後に、温度制御の向上により、パイロット燃料の自己着火限界に向かって温度を更に低下させることが可能となり、これにより、更にＮＯｘの発生を低減することができる。

図６は、本発明の一実施形態による、ユニフロー掃気の２ストローククロスヘッド型内燃機関のための予燃焼室セットの概略断面図を示す。予燃焼室セット１６０は、図５に示す予燃焼室セットに類似しているが、外側予燃焼室に予燃焼室セットパイロットガス弁が設けられておらず、主燃焼室から第１の開口部１７０を介して燃料ガスを受けることによって受動的に燃料供給されるように構成されている点が異なる。予燃焼室セットには、任意選択的に、より濃いガス空気混合気を確保するために、予燃焼室セットに配置された排気弁（図示せず）が設けられてもよい。

図７は、本発明の一実施形態による、ユニフロー掃気の２ストローククロスヘッド型内燃機関のための予燃焼室セット１６０の概略断面図を示す。予燃焼室セット１６０は、内側予燃焼室１２１及び外側予燃焼室１２０を備え、外側予燃焼室１２０は、第１の開口部１７０を通して機関の主燃焼室に開口するように構成されているとともに内側予燃焼室１２１に流体接続されている。内側予燃焼室１２１には、ノズル１８２を有するパイロット燃料弁１８１の形態の着火システムが設けられており、パイロット燃料弁１８１は、自己着火パイロット燃料を内側予燃焼室１２１内に噴射するように構成されており、それによって、予燃焼室セット１６０内の燃料／空気混合気を着火させる。この実施形態では、内側予燃焼室１２１は、狭窄部１２５を通して外側予燃焼室１２０に直接的に流体接続されている。外側予燃焼室１２０は、ベンド１２４が設けられた通路１２３を通して機関の主燃焼室に開口するように構成されており、それによって、主燃焼室内に伝播するトーチは、シリンダの中心軸１１３に対して角度をつけた方向に伝播し得る。これは、予燃焼室がシリンダカバー内に配置されている場合に有利であり得る。予燃焼室セット１６０は、任意選択的に更に、パイロット燃料ガスを外側予燃焼室１２０内に噴射するように構成された予燃焼室セットパイロットガス弁１８０を備えてもよい。

図８は、本発明の一実施形態によるパイロット燃料弁のノズル１８２の概略断面図を示す。パイロット燃料弁は、図７に関連して開示されたパイロット燃料弁１８１であり得る。ノズルは、第１のノズル開口部１８４及び第２のノズル開口部１８３を備える。パイロット燃料弁のノズルは、中心ノズル軸１８５に沿って延びており、第１のノズル開口部１８４は、第１のノズル軸１８６に沿って内側予燃焼室内に自己着火パイロット燃料を噴射するように構成され、第２のノズル開口部１８３は、第２のノズル軸１８７に沿って内側予燃焼室内に自己着火パイロット燃料を噴射するように構成されており、ここにおいて、第１のノズル軸１８６及び第２のノズル軸１８７は、中心ノズル軸１８５に対して角度１８８で配置されている。この実施形態では、第１のノズル軸１８６と中心ノズル軸１８５との間の角度、第２のノズル軸１８７と中心ノズル軸１８５との間の角度は同じである。角度１８８は、５度～７０度、１０度～５０度、又は１５度～３０度であり得る。

図９は、本発明の一実施形態によるパイロット燃料弁のノズル１８２の概略断面図を示す。パイロット燃料弁は、図７に関連して開示されたパイロット燃料弁１８１であり得る。ノズルは、第１のノズル開口部１８４、第２のノズル開口部１８３、第３のノズル開口部１９０、及び第４のノズル開口部１９１を備える。パイロット燃料弁のノズルは、中心ノズル軸１８５に沿って延びており、第１のノズル開口部１８４は、第１のノズル軸１８６に沿って内側予燃焼室内に自己着火パイロット燃料を噴射するように構成され、第２のノズル開口部１８３は、第２のノズル軸１８７に沿って内側予燃焼室内に自己着火パイロット燃料を噴射するように構成され、第３のノズル開口部１９０は、第３のノズル軸１９２に沿って内側予燃焼室内に自己着火パイロット燃料を噴射するように構成され、第４のノズル開口部１９１は、第４のノズル軸１９３に沿って内側予燃焼室内に自己着火パイロット燃料を噴射するように構成されている。第１のノズル軸１８６は、中心ノズル軸１８５に対して第１の角度で配置され、第２のノズル軸１８７は、中心ノズル軸１８５に対して第２の角度で配置されており、第１の角度は第２の角度とは異なる。第１の角度は、第２の角度よりも少なくとも５度大きくてもよいし、又は第２の角度よりも少なくとも１０度大きくてもよい。したがって、第１のノズル開口部１８４は、自己着火パイロット燃料を予燃焼室セットの第１の部分のほうに向けることができ、第２のノズル開口部１８３は、自己着火パイロット燃料を予燃焼室セットの第２の部分のほうに向けることができる。この結果、自己着火パイロット燃料の均一な分散が生じ、予燃焼室セット内のより強力な着火及びより急激な圧力増加をもたらすことができる。この実施形態では、第３のノズル軸１９２も、中心ノズル軸１８５に対して第１の角度で配置されており、第４のノズル軸１９３も、中心ノズル軸に対して第２の角度で配置されている。この実施形態では、すべてのノズル開口部が同じ平面に配置されている。しかしながら、異なるノズル開口部を異なる平面に配置してもよく、例えば、第１のノズル開口部１８４及び第３のノズル開口部１９０を第１の平面に配置してもよく、第２のノズル開口部１８３及び第４のノズル開口部１９１を第２の平面に配置してもよい。

いくつかの実施形態について詳細に説明及び図示したが、本発明は、これらに限定されず、以下の特許請求の範囲に規定される主題の範囲内で他の方法でも具現化することできる。特に、本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用してもよいし、構造的及び機能的改変を行ってもよいことを理解されたい。

いくつかの手段を列挙する装置請求項では、これらの手段のいくつかを、ハードウェアの１つ及び同じ項目によって具現化することができる。特定の対策が相互に異なる従属請求項に記載されるか、又は異なる実施形態において説明されるということだけで、これらの対策の組合せを有利に使用できないことを示すものではない。

「備える／備えている」という用語は、本明細書で使用されるとき、記載された特徴、整数、ステップ、又は構成要素の存在を明記すると捉えられるが、１つ又は複数の他の特徴、整数、ステップ、構成要素、又はそれらのグループの存在又は付加を排除するものではないことを強調しておかなければならない。

ここに、出願当初の特許請求の範囲の記載事項を付記する。
［１］ ２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関であって、少なくとも１つのシリンダと、シリンダカバーと、ピストンと、燃料供給システムと、掃気空気システムとを備え、前記シリンダはシリンダ壁を有し、前記シリンダカバーは前記シリンダの上部に配置されており、かつ排気弁を有し、前記ピストンは、下死点と上死点との間で中心軸に沿って前記シリンダ内に移動可能に配置されており、前記掃気空気システムは、前記シリンダの底部に配置された掃気空気入口を有し、前記燃料供給システムは、前記ピストンと前記シリンダカバーとの間に画定された主燃焼室内に燃料を噴射するように構成されており、ここにおいて、前記機関は予燃焼室セットを更に備え、前記予燃焼室セットは、内側予燃焼室及び外側予燃焼室を備え、前記外側予燃焼室は、第１の開口部を通して前記主燃焼室に開口しているとともに前記内側予燃焼室に流体接続されており、ここにおいて、前記内側予燃焼室には、前記予燃焼室セット内の燃料／空気混合気を着火させるように構成された着火システムが設けられており、その結果、トーチが前記主燃焼室内に伝播して前記主燃焼室内の燃料を着火させる、２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関。
［２］ 前記燃料供給システムは燃料ガス供給システムであり、前記燃料ガス供給システムは、圧縮ストローク中に前記シリンダ内に燃料ガスを噴射するように構成された燃料ガス弁を備え、前記燃料ガスが掃気空気と混合することができ、掃気空気と燃料ガスの混合気を着火前に圧縮することを可能にする、［１］に記載の２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関。
［３］ 前記機関は、前記予燃焼室セットと接続状態で設けられた予燃焼室セットパイロットガス弁を更に備え、前記予燃焼室セットパイロットガス弁は、前記予燃焼室セットにパイロット燃料ガスを供給するように構成されている、［１］又は［２］に記載の２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関。
［４］ 前記予燃焼室セットパイロットガス弁は、前記予燃焼室セットの一部であり、パイロット燃料ガスを前記予燃焼室セット内に直接噴射するように構成されている、［３］に記載の２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関。
［５］ 前記予燃焼室セットパイロットガス弁は、前記着火システムの作動前に、前記外側予燃焼室内の平均空気燃料等量比λが、前記主燃焼室内の平均λよりも低くなることを保証するように構成されている、［３］又は［４］に記載の２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関。
［６］ 前記着火システムは、前記内側予燃焼室に配置されたパイロット燃料弁を備え、前記パイロット燃料弁は、自己着火パイロット燃料を前記内側予燃焼室内に噴射するように構成されており、それによって、前記予燃焼室セット内の前記燃料／空気混合気を着火させる、［１］～［５］のいずれか一項に記載の２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関。
［７］ 前記パイロット燃料弁はノズルを有し、前記ノズルは、第１のノズル開口部及び第２のノズル開口部を備える、［６］に記載の２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関。
［８］ 前記パイロット燃料弁の前記ノズルは、中心ノズル軸に沿って延びており、前記第１のノズル開口部は、第１のノズル軸に沿って前記内側予燃焼室内に自己着火パイロット燃料を噴射するように構成され、前記第２のノズル開口部は、第２のノズル軸に沿って前記内側予燃焼室内に自己着火パイロット燃料を噴射するように構成されており、ここにおいて、前記第１のノズル軸及び前記第２のノズル軸は、前記中心ノズル軸に対して、５度～７０度、１０度～５０度、又は１５度～３０度の角度で配置されている、［７］に記載の２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関。
［９］ 前記第１のノズル軸は、前記中心ノズル軸に対して第１の角度で配置され、前記第２のノズル軸は、前記中心ノズル軸に対して第２の角度で配置されており、前記第１の角度は前記第２の角度とは異なる、［８］に記載の２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関。
［１０］ 前記パイロット燃料弁は、噴射期間中に前記自己着火パイロット燃料を噴射するように構成されており、前記自己着火パイロット燃料は、着火遅れ後に自己着火し、前記パイロット燃料弁は、前記自己着火パイロット燃料が自己着火する前に、燃焼サイクル中に噴射される前記自己着火パイロット燃料の少なくとも７０％、８０％、又は９０％が噴射されていることを保証するように構成されている、［６］～［９］のいずれか一項に記載の２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関。
［１１］ 前記パイロット燃料弁は、未燃パイロット燃料物質が前記内側予燃焼室から噴出することを保証するために十分な量のパイロット燃料を前記内側予燃焼室内に噴射するように構成されている、［６］～［１０］のいずれか一項に記載の２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関。
［１２］ 前記内側予燃焼室の内部容積は、前記外側予燃焼室の内部容積よりも小さい、［１］～［１１］のいずれか一項に記載の２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関。
［１３］ 前記予燃焼室セットは第１のチャネルを備え、前記第１のチャネルは、前記内側予燃焼室に開口する第１の開口部と、前記外側予燃焼室に開口する第２の開口部とを有する、［１］～［１２］のいずれか一項に記載の２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関。
［１４］ 前記予燃焼室セットは、取り外し可能な予燃焼室セットハウジングを備え、前記内側予燃焼室及び前記外側予燃焼室は、前記取り外し可能な予燃焼室セットハウジング内に配置されている、［１］～［１３］のいずれか一項に記載の２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関。
［１５］ ２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関のための予燃焼室セットであって、少なくとも１つのシリンダと、シリンダカバーと、ピストンと、燃料供給システムと、掃気空気システムとを備え、前記シリンダはシリンダ壁を有し、前記シリンダカバーは前記シリンダの上部に配置されており、かつ排気弁を有し、前記ピストンは、下死点と上死点との間で中心軸に沿って前記シリンダ内に移動可能に配置されており、前記掃気空気システムは、前記シリンダの底部に配置された掃気空気入口を有し、前記燃料供給システムは、前記ピストンと前記シリンダカバーとの間に画定された主燃焼室内に燃料を噴射するように構成されており、前記予燃焼室セットは、内側予燃焼室及び外側予燃焼室を備え、前記外側予燃焼室は、第１の開口部を通して前記主燃焼室に開口するように構成されているとともに前記内側予燃焼室に流体接続されており、ここにおいて、前記内側予燃焼室には、前記予燃焼室セット内の燃料／空気混合気を着火させるように構成された着火システムが設けられており、その結果、トーチが前記主燃焼室内に伝播して前記主燃焼室内の燃料を着火させる、予燃焼室セット。

Claims (13)

1. ２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関であって、少なくとも１つのシリンダと、シリンダカバーと、ピストンと、燃料供給システムと、掃気空気システムとを備え、前記シリンダはシリンダ壁を有し、前記シリンダカバーは前記シリンダの上部に配置されており、かつ排気弁を有し、前記ピストンは、下死点と上死点との間で中心軸に沿って前記シリンダ内に移動可能に配置されており、前記掃気空気システムは、前記シリンダの底部に配置された掃気空気入口を有し、前記燃料供給システムは、前記ピストンと前記シリンダカバーとの間に画定された主燃焼室内に燃料を噴射するように構成されており、ここにおいて、前記機関は予燃焼室セットを更に備え、前記予燃焼室セットは、内側予燃焼室及び外側予燃焼室を備え、前記外側予燃焼室は、第１の開口部を通して前記主燃焼室に開口しているとともに前記内側予燃焼室に流体接続されており、ここにおいて、前記内側予燃焼室には、前記予燃焼室セット内の燃料／空気混合気を着火させるように構成された着火システムが設けられており、前記着火の結果、トーチが前記主燃焼室内に伝播して前記主燃焼室内の燃料を着火させ、
   前記燃料供給システムは燃料ガス供給システムであり、前記燃料ガス供給システムは、圧縮ストローク中に前記シリンダ内に燃料ガスを噴射するように構成された燃料ガス弁を備え、前記燃料ガスが掃気空気と混合することができ、掃気空気と燃料ガスの混合気を着火前に圧縮することを可能にし、
   前記着火システムは、前記内側予燃焼室に配置されたパイロット燃料弁を備え、前記パイロット燃料弁は、自己着火パイロット燃料を前記内側予燃焼室内に噴射するように構成され、前記予燃焼室セットは、前記自己着火パイロット燃料を着火させるための温度及び圧力を提供するように構成され、それによって、前記予燃焼室セット内の前記燃料／空気混合気を着火させ、前記パイロット燃料弁によって前記内側予燃焼室に噴射されるパイロット燃料の量は、燃焼サイクル中に前記シリンダに提供される燃料の総量のうちのごく一部を構成する、２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関。
2. 前記機関は、前記予燃焼室セットと接続状態で設けられた予燃焼室セットパイロットガス弁を更に備え、前記予燃焼室セットパイロットガス弁は、前記予燃焼室セットにパイロット燃料ガスを供給するように構成されている、請求項１に記載の２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関。
3. 前記予燃焼室セットパイロットガス弁は、前記予燃焼室セットの一部であり、パイロット燃料ガスを前記予燃焼室セット内に直接噴射するように構成されている、請求項２に記載の２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関。
4. 前記予燃焼室セットパイロットガス弁は、前記着火システムの作動前に、前記外側予燃焼室内の平均空気燃料等量比λが、前記主燃焼室内の平均λよりも低くなることを保証するように構成されている、請求項２又は３に記載の２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関。
5. 前記パイロット燃料弁はノズルを有し、前記ノズルは、第１のノズル開口部及び第２のノズル開口部を備える、請求項１～４のいずれか一項に記載の２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関。
6. 前記パイロット燃料弁の前記ノズルは、中心ノズル軸に沿って延びており、前記第１のノズル開口部は、第１のノズル軸に沿って前記内側予燃焼室内に自己着火パイロット燃料を噴射するように構成され、前記第２のノズル開口部は、第２のノズル軸に沿って前記内側予燃焼室内に自己着火パイロット燃料を噴射するように構成されており、ここにおいて、前記第１のノズル軸及び前記第２のノズル軸は、前記中心ノズル軸に対して、５度～７０度、１０度～５０度、又は１５度～３０度の角度で配置されている、請求項５に記載の２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関。
7. 前記第１のノズル軸は、前記中心ノズル軸に対して第１の角度で配置され、前記第２のノズル軸は、前記中心ノズル軸に対して第２の角度で配置されており、前記第１の角度は前記第２の角度とは異なる、請求項６に記載の２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関。
8. 前記パイロット燃料弁は、噴射期間中に前記自己着火パイロット燃料を噴射するように構成されており、前記自己着火パイロット燃料は、着火遅れ後に自己着火し、前記パイロット燃料弁は、前記自己着火パイロット燃料が自己着火する前に、燃焼サイクル中に噴射される前記自己着火パイロット燃料の少なくとも７０％が噴射されていることを保証するように構成されている、請求項１～７のいずれか一項に記載の２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関。
9. 前記パイロット燃料弁は、未燃パイロット燃料物質が前記内側予燃焼室から噴出することを保証するために十分な量のパイロット燃料を前記内側予燃焼室内に噴射するように構成されている、請求項１～８のいずれか一項に記載の２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関。
10. 前記内側予燃焼室の内部容積は、前記外側予燃焼室の内部容積よりも小さい、請求項１～９のいずれか一項に記載の２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関。
11. 前記予燃焼室セットは第１のチャネルを備え、前記第１のチャネルは、前記内側予燃焼室に開口する第１の開口部と、前記外側予燃焼室に開口する第２の開口部とを有する、請求項１～１０のいずれか一項に記載の２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関。
12. 前記予燃焼室セットは、取り外し可能な予燃焼室セットハウジングを備え、前記内側予燃焼室及び前記外側予燃焼室は、前記取り外し可能な予燃焼室セットハウジング内に配置されている、請求項１～１１のいずれか一項に記載の２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関。
13. ２ストロークユニフロー掃気式クロスヘッド型内燃機関のための予燃焼室セットであって、少なくとも１つのシリンダと、シリンダカバーと、ピストンと、燃料供給システムと、掃気空気システムとを備え、前記シリンダはシリンダ壁を有し、前記シリンダカバーは前記シリンダの上部に配置されており、かつ排気弁を有し、前記ピストンは、下死点と上死点との間で中心軸に沿って前記シリンダ内に移動可能に配置されており、前記掃気空気システムは、前記シリンダの底部に配置された掃気空気入口を有し、前記燃料供給システムは、前記ピストンと前記シリンダカバーとの間に画定された主燃焼室内に燃料を噴射するように構成されており、前記予燃焼室セットは、内側予燃焼室及び外側予燃焼室を備え、前記外側予燃焼室は、第１の開口部を通して前記主燃焼室に開口するように構成されているとともに前記内側予燃焼室に流体接続されており、ここにおいて、前記内側予燃焼室には、前記予燃焼室セット内の燃料／空気混合気を着火させるように構成された着火システムが設けられており、前記着火の結果、トーチが前記主燃焼室内に伝播して前記主燃焼室内の燃料を着火させ、
    前記着火システムは、前記内側予燃焼室に配置されたパイロット燃料弁を備え、前記パイロット燃料弁は、自己着火パイロット燃料を前記内側予燃焼室内に噴射するように構成されており、前記予燃焼室セットは、前記自己着火パイロット燃料を着火させるための温度及び圧力を提供するように構成され、それによって、前記予燃焼室セット内の前記燃料／空気混合気が着火され、前記パイロット燃料弁によって前記内側予燃焼室に噴射されるパイロット燃料の量は、燃焼サイクル中に前記シリンダに提供される燃料の総量のうちのごく一部を構成する、予燃焼室セット。