JP7474830B2 - Fuel Injection - Google Patents

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Description

本発明は、燃料噴射装置に関するものである。 The present invention relates to a fuel injection device.

例えば、特許文献１には、往復ピストン内燃機関（２ストロークエンジン）へのガス供給システムが開示されている。特許文献１のガス供給システムでは、シリンダに設けられるガス入口ノズル（燃料噴射ノズル）より、燃料ガスをシリンダ内の燃焼空間に供給している。このような燃料噴射ノズルを複数設ける場合、等しい噴射角でそれぞれ対向するように設ける。 For example, Patent Document 1 discloses a gas supply system for a reciprocating piston internal combustion engine (two-stroke engine). In the gas supply system of Patent Document 1, fuel gas is supplied to the combustion space in the cylinder from a gas inlet nozzle (fuel injection nozzle) provided in the cylinder. When multiple such fuel injection nozzles are provided, they are provided so that they face each other with the same injection angle.

特開２０１６－８９８３６号公報JP 2016-89836 A

しかしながら、複数の燃料噴射ノズルより等しい噴射角で燃料を噴射する場合、複数の燃料噴射ノズルから等しい位置に向けて燃料が噴射され、燃焼室内において燃料が一部に偏るため、燃焼室における燃料と空気との混合に不均一が生じる。燃焼室において燃料ガス濃度に濃淡が生じると、異常燃焼の原因となる可能性がある。 However, when fuel is injected from multiple fuel injection nozzles at equal injection angles, the fuel is injected from multiple fuel injection nozzles toward the same position, and the fuel is biased to one area in the combustion chamber, resulting in uneven mixing of the fuel and air in the combustion chamber. If the fuel gas concentration varies in the combustion chamber, this can cause abnormal combustion.

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、燃焼室において燃料と空気とを均一に混合することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above-mentioned problems, and aims to mix fuel and air uniformly in the combustion chamber.

本発明は、上記課題を解決するための第１の手段として、ピストンにより圧縮される２ストロークエンジンの燃焼室に向けて燃料を噴射する複数の燃料噴射ノズルを備える燃料噴射装置であって、少なくとも一対の上記燃料噴射ノズルは、それぞれ異なる噴射角で上記燃料を噴射する、という構成を採用する。 As a first means for solving the above problem, the present invention employs a fuel injection device having multiple fuel injection nozzles that inject fuel into a combustion chamber of a two-stroke engine compressed by a piston, where at least one pair of the fuel injection nozzles injects the fuel at different injection angles.

第２の手段として、上記第１の手段において、少なくとも一対の上記燃料噴射ノズルは、上記ピストンの摺動方向から見て、それぞれ異なる噴射角で上記燃料を噴射する、という構成を採用する。 As a second means, the first means is configured such that at least one pair of the fuel injection nozzles inject the fuel at different injection angles when viewed from the sliding direction of the piston.

第３の手段として、上記第１または第２の手段において、少なくとも一対の上記燃料噴射ノズルは、上記ピストンの摺動方向と直交する方向から見て、それぞれ異なる噴射角で上記燃料を噴射する、という構成を採用する。 As a third means, in the first or second means, at least one pair of the fuel injection nozzles injects the fuel at different injection angles when viewed from a direction perpendicular to the sliding direction of the piston.

第４の手段として、上記第３の手段において、少なくとも一対の上記燃料噴射ノズルは、上記ピストンの摺動方向と直交する方向を０°とし、上記ピストンの圧縮方向を正としたときに、上記噴射角が－３０°以上０°以下である、という構成を採用する。 As a fourth means, in the third means, the injection angle of at least one pair of fuel injection nozzles is between -30° and 0° when the direction perpendicular to the sliding direction of the piston is set to 0° and the compression direction of the piston is set to positive.

第５の手段として、上記第３の手段において、全ての上記燃料噴射ノズルは、上記ピストンの摺動方向と直交する方向を０°とし、上記ピストンの圧縮方向を正としたときに、上記噴射角が０°以下である、という構成を採用する。 As a fifth means, in the third means, the injection angle of all the fuel injection nozzles is 0° or less when the direction perpendicular to the sliding direction of the piston is set to 0° and the compression direction of the piston is set to positive.

第６の手段として、上記第１～５のいずれかの手段において、上記燃料噴射ノズルは、上記ピストンの摺動方向においてそれぞれ異なる位置に取り付けられる、という構成を採用する。 As a sixth means, in any one of the first to fifth means, the fuel injection nozzles are attached at different positions in the sliding direction of the piston.

第７の手段として、ピストンと上記ピストンが摺動されると共に燃焼室を有するシリンダとを有する２ストロークエンジンと、第１～６のいずれかの手段の燃料噴射装置とを備え、上記燃焼室内では、旋回流が形成される、という構成を採用する。 The seventh means is a two-stroke engine having a piston and a cylinder in which the piston slides and which has a combustion chamber, and a fuel injection device according to any one of the first to sixth means, in which a swirling flow is formed in the combustion chamber.

本発明によれば、少なくとも一対の燃料噴射ノズルが、異なる噴射角で燃料を噴射する。これにより、燃焼室内のガスの流れに対して、各燃料噴射ノズルが異なる位置に向けて燃料を噴射することができ、燃焼室内において噴射された燃料が空気と混合しやすくなる。したがって、燃焼室において燃料と空気とを均一に混合することができる。 According to the present invention, at least one pair of fuel injection nozzles injects fuel at different injection angles. This allows each fuel injection nozzle to inject fuel toward a different position relative to the gas flow in the combustion chamber, making it easier for the injected fuel to mix with the air in the combustion chamber. Therefore, the fuel and air can be mixed uniformly in the combustion chamber.

本発明の一実施形態におけるエンジンシステムの断面図である。1 is a cross-sectional view of an engine system according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態におけるエンジンシステムが備えるシリンダライナの模式断面図であり、（ａ）がピストン摺動方向から見た図であり、（ｂ）がピストン摺動方向と直交する方向から見た図である。1A is a schematic cross-sectional view of a cylinder liner provided in an engine system according to one embodiment of the present invention, where FIG. 1A is a view seen from a piston sliding direction, and FIG. 1B is a view seen from a direction perpendicular to the piston sliding direction. 本発明の一実施形態におけるエンジンシステムの燃料の混合度合を示すグラフである。4 is a graph illustrating fuel mixing in an engine system according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態におけるエンジンシステムが備えるシリンダライナの変形例を示す模式断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a modified example of a cylinder liner provided in the engine system according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態におけるエンジンシステムが備えるシリンダライナの変形例を示す模式断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a modified example of a cylinder liner provided in the engine system according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態におけるエンジンシステムが備えるシリンダライナの変形例を示す模式断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a modified example of a cylinder liner provided in the engine system according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態におけるエンジンシステムが備えるシリンダライナの変形例を示す模式断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a modified example of a cylinder liner provided in the engine system according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態におけるエンジンシステムが備えるシリンダライナの変形例を示す模式断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a modified example of a cylinder liner provided in the engine system according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態におけるエンジンシステムが備えるシリンダライナの変形例を示す模式断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a modified example of a cylinder liner provided in the engine system according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態におけるエンジンシステムが備えるシリンダライナの変形例を示す模式断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a modified example of a cylinder liner provided in the engine system according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態におけるエンジンシステムが備えるシリンダライナの変形例を示す模式断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a modified example of a cylinder liner provided in the engine system according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態におけるエンジンシステムが備えるシリンダライナの変形例を示す模式断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a modified example of a cylinder liner provided in the engine system according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態におけるエンジンシステムが備えるシリンダライナの変形例を示す模式断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a modified example of a cylinder liner provided in the engine system according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態におけるエンジンシステムが備えるシリンダライナの変形例を示す模式断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a modified example of a cylinder liner provided in the engine system according to one embodiment of the present invention.

以下、図面を参照して、本発明におけるエンジンシステム１００の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。 Below, an embodiment of the engine system 100 of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that in the following drawings, the scale of each component has been appropriately changed so that each component is of a recognizable size.

［第１実施形態］
本実施形態のエンジンシステム１００は、例えば大型タンカなど船舶に搭載され、図１に示すように、エンジン１と、燃料噴射装置１５と、過給機２００と、制御部３００と、とを有している。なお、本実施形態においては、過給機２００を補機として捉え、エンジン１（主機）と別体として説明する。但し、過給機２００をエンジン１の一部として構成することも可能である。 [First embodiment]
An engine system 100 of this embodiment is mounted on a ship such as a large tanker, and includes an engine 1, a fuel injection device 15, a turbocharger 200, and a control unit 300, as shown in Fig. 1. In this embodiment, the turbocharger 200 is regarded as an auxiliary machine and will be described as being separate from the engine 1 (main engine). However, it is also possible to configure the turbocharger 200 as a part of the engine 1.

エンジン１は、多気筒のユニフロー掃気ディーゼルエンジン（２ストロークエンジン）とされ、天然ガス等の気体燃料を重油などの液体燃料と共に燃焼させるガス運転モードと、重油などの液体燃料を燃焼させるディーゼル運転モードとを有している。なお、ガス運転モードでは、気体燃料のみを燃焼させても良い。このようなエンジン１は、架構２と、シリンダ部３と、ピストン４と、排気弁ユニット５と、ピストンロッド６と、クロスヘッド７と、連接棒９と、クランク角センサ１０と、クランク軸１１と、掃気溜１２と、排気溜１３と、空気冷却器１４とを有している。また、シリンダ部３、ピストン４、排気弁ユニット５及びピストンロッド６により、気筒が構成されている。 The engine 1 is a multi-cylinder uniflow scavenging diesel engine (two-stroke engine) and has a gas operation mode in which gaseous fuel such as natural gas is burned together with liquid fuel such as heavy oil, and a diesel operation mode in which liquid fuel such as heavy oil is burned. In the gas operation mode, only gaseous fuel may be burned. Such an engine 1 has a frame 2, a cylinder section 3, a piston 4, an exhaust valve unit 5, a piston rod 6, a crosshead 7, a connecting rod 9, a crank angle sensor 10, a crankshaft 11, a scavenging reservoir 12, an exhaust reservoir 13, and an air cooler 14. The cylinder section 3, the piston 4, the exhaust valve unit 5, and the piston rod 6 form a cylinder.

架構２は、エンジン１の全体を支持する強度部材であり、クロスヘッド７及び連接棒９が収容されている。また、架構２は、内部において、クロスヘッド７の後述するクロスヘッドピン７ａが往復動可能とされている。 The frame 2 is a strength member that supports the entire engine 1, and houses the crosshead 7 and the connecting rod 9. Inside the frame 2, the crosshead pin 7a of the crosshead 7 (described later) is capable of reciprocating motion.

シリンダ部３は、シリンダライナ３ａと、シリンダヘッド３ｂとシリンダジャケット３ｃとを有している。シリンダライナ３ａは、円筒状の部材であり、ピストン４との摺動面が内側に形成されている。このようなシリンダライナ３ａの内周面とピストン４とにより囲まれた空間が燃焼室Ｒ１とされている。燃焼室Ｒ１内は、略円柱状の空間であり、内部のガスが燃焼室Ｒ１の中心の周りを一定の方向に旋回する流れが形成されている。なお、以下の説明においては、燃焼室Ｒ１におけるガスの旋回方向をスワール方向として説明している。また、シリンダライナ３ａの下部には、複数の掃気ポートＳが形成されている。掃気ポートＳは、シリンダライナ３ａの周面に沿って配列された開口であり、シリンダジャケット３ｃ内部の掃気室Ｒ２とシリンダライナ３ａの内側とを連通している。シリンダヘッド３ｂは、シリンダライナ３ａの上端部に設けられた蓋部材である。シリンダヘッド３ｂは、平面視において中央部に排気ポートＨが形成され、排気溜１３と接続されている。また、シリンダヘッド３ｂには、不図示の燃料噴射弁が設けられている。シリンダジャケット３ｃは、架構２とシリンダライナ３ａとの間に設けられ、シリンダライナ３ａの下端部が挿入された円筒状の部材であり、内部に掃気室Ｒ２が形成されている。また、シリンダジャケット３ｃの掃気室Ｒ２は、掃気溜１２と接続されている。 The cylinder section 3 has a cylinder liner 3a, a cylinder head 3b, and a cylinder jacket 3c. The cylinder liner 3a is a cylindrical member, and a sliding surface with the piston 4 is formed on the inside. The space surrounded by the inner peripheral surface of the cylinder liner 3a and the piston 4 is the combustion chamber R1. The combustion chamber R1 is a substantially cylindrical space, and a flow is formed in which the internal gas swirls in a certain direction around the center of the combustion chamber R1. In the following description, the swirling direction of the gas in the combustion chamber R1 is described as the swirl direction. In addition, a plurality of scavenging ports S are formed in the lower part of the cylinder liner 3a. The scavenging ports S are openings arranged along the peripheral surface of the cylinder liner 3a, and communicate between the scavenging chamber R2 inside the cylinder jacket 3c and the inside of the cylinder liner 3a. The cylinder head 3b is a lid member provided at the upper end of the cylinder liner 3a. The cylinder head 3b has an exhaust port H formed in the center in a plan view, and is connected to the exhaust tank 13. The cylinder head 3b is also provided with a fuel injection valve (not shown). The cylinder jacket 3c is a cylindrical member provided between the frame 2 and the cylinder liner 3a, into which the lower end of the cylinder liner 3a is inserted, and a scavenging chamber R2 is formed inside. The scavenging chamber R2 of the cylinder jacket 3c is also connected to the scavenging reservoir 12.

ピストン４は、略円柱状とされ、後述するピストンロッド６と接続されてシリンダライナ３ａの内側に配置されている。また、ピストン４の外周面には不図示のピストンリングが設けられ、ピストンリングにより、ピストン４とシリンダライナ３ａとの間隙を封止している。ピストン４は、燃焼室Ｒ１における圧力の変動により、ピストンロッド６を伴ってシリンダライナ３ａ内を摺動する。 The piston 4 is generally cylindrical, connected to a piston rod 6 (described later) and disposed inside the cylinder liner 3a. A piston ring (not shown) is provided on the outer periphery of the piston 4, and seals the gap between the piston 4 and the cylinder liner 3a. The piston 4 slides inside the cylinder liner 3a together with the piston rod 6 due to pressure fluctuations in the combustion chamber R1.

排気弁ユニット５は、排気弁５ａと、排気弁筐５ｂと、排気弁駆動部５ｃとを有している。排気弁５ａは、シリンダヘッド３ｂの内側に設けられ、排気弁駆動部５ｃにより、シリンダ部３内の排気ポートＨを閉塞する。排気弁筐５ｂは、排気弁５ａの端部を収容する円筒形の筐体である。排気弁駆動部５ｃは、排気弁５ａをピストン４のストローク方向に沿う方向に移動させるアクチュエータである。 The exhaust valve unit 5 has an exhaust valve 5a, an exhaust valve housing 5b, and an exhaust valve drive unit 5c. The exhaust valve 5a is provided inside the cylinder head 3b, and the exhaust valve drive unit 5c closes the exhaust port H in the cylinder section 3. The exhaust valve housing 5b is a cylindrical housing that houses the end of the exhaust valve 5a. The exhaust valve drive unit 5c is an actuator that moves the exhaust valve 5a in a direction along the stroke direction of the piston 4.

ピストンロッド６は、一端がピストン４と接続され、他端がクロスヘッドピン７ａと連結された長尺状部材である。ピストンロッド６の端部は、クロスヘッドピン７ａに固定され、連接棒９が回転可能となるように連結されている。 The piston rod 6 is a long member with one end connected to the piston 4 and the other end connected to the crosshead pin 7a. The end of the piston rod 6 is fixed to the crosshead pin 7a and is connected so that the connecting rod 9 can rotate.

クロスヘッド７は、クロスヘッドピン７ａと、ガイドシュー７ｂと、を有している。クロスヘッドピン７ａは、ピストンロッド６と連接棒９とを移動可能に連結する円柱状部材である。 The crosshead 7 has a crosshead pin 7a and a guide shoe 7b. The crosshead pin 7a is a cylindrical member that movably connects the piston rod 6 and the connecting rod 9.

ガイドシュー７ｂは、クロスヘッドピン７ａを回動可能に支持する部材であり、クロスヘッドピン７ａに伴ってピストン４のストローク方向に沿って不図示のガイドレール上を移動する。ガイドシュー７ｂがガイドレールに沿って移動することにより、クロスヘッドピン７ａは、回転運動と、ピストン４のストローク方向に沿う直線方向以外への移動が規制される。このようなクロスヘッド７は、ピストン４の直線運動を連接棒９へと伝達している。 The guide shoe 7b is a member that rotatably supports the crosshead pin 7a, and moves on a guide rail (not shown) along the stroke direction of the piston 4 along with the crosshead pin 7a. As the guide shoe 7b moves along the guide rail, the crosshead pin 7a is restricted from rotational movement and movement in any direction other than the linear direction along the stroke direction of the piston 4. Such a crosshead 7 transmits the linear movement of the piston 4 to the connecting rod 9.

図１に示すように、連接棒９は、クロスヘッドピン７ａと連結されると共にクランク軸１１と連結されている長尺状部材である。連接棒９は、クロスヘッドピン７ａに伝えられたピストン４の直線運動を回転運動に変換している。クランク角センサ１０は、クランク軸１１のクランク角を計測するためのセンサであり、制御部３００へとクランク角を算出するためのクランクパルス信号を送信している。 As shown in FIG. 1, the connecting rod 9 is a long member that is connected to the crosshead pin 7a and also to the crankshaft 11. The connecting rod 9 converts the linear motion of the piston 4 transmitted to the crosshead pin 7a into rotational motion. The crank angle sensor 10 is a sensor for measuring the crank angle of the crankshaft 11, and transmits a crank pulse signal to the control unit 300 for calculating the crank angle.

クランク軸１１は、気筒に設けられる連接棒９に接続された長尺状の部材であり、それぞれの連接棒９により伝えられる回転運動により回転されることで、例えばスクリュー等に動力を伝える。掃気溜１２は、シリンダジャケット３ｃと過給機２００との間に設けられ、過給機２００により加圧された空気が流入する。また、掃気溜１２には、空気冷却器１４が内部に設けられている。排気溜１３は、各気筒の排気ポートＨと接続されると共に過給機２００と接続される管状部材である。排気ポートＨより排出されるガスは、排気溜１３に一時的に貯留されることにより、脈動を抑制した状態で過給機２００へと供給される。空気冷却器１４は、掃気溜１２内部の空気を冷却する装置である。 The crankshaft 11 is a long member connected to the connecting rods 9 provided in the cylinders, and is rotated by the rotary motion transmitted by each connecting rod 9 to transmit power to, for example, a screw. The scavenging chamber 12 is provided between the cylinder jacket 3c and the turbocharger 200, and air pressurized by the turbocharger 200 flows into it. The scavenging chamber 12 is also provided with an air cooler 14 inside. The exhaust chamber 13 is a tubular member connected to the exhaust port H of each cylinder and to the turbocharger 200. The gas discharged from the exhaust port H is temporarily stored in the exhaust chamber 13, and is supplied to the turbocharger 200 with pulsation suppressed. The air cooler 14 is a device that cools the air inside the scavenging chamber 12.

燃料噴射装置１５は、不図示の燃料タンクに接続されると共に、図２（ａ）に示すように、シリンダライナ３ａの内周面より、燃焼室Ｒ１に向けて燃料を噴射する装置である。本実施形態においては、燃料噴射装置１５は、第１ノズル１５ａ及び第２ノズル１５ｂの２本（一対）のノズルを燃料噴射ノズルとして備えている。 The fuel injection device 15 is connected to a fuel tank (not shown) and, as shown in FIG. 2(a), injects fuel from the inner peripheral surface of the cylinder liner 3a toward the combustion chamber R1. In this embodiment, the fuel injection device 15 has two nozzles (a pair) as fuel injection nozzles: a first nozzle 15a and a second nozzle 15b.

第１ノズル１５ａ及び第２ノズル１５ｂは、不図示の燃料ポンプと接続され、シリンダライナ３ａの内側に向けて燃料を噴射する。第１ノズル１５ａ及び第２ノズル１５ｂは、シリンダライナ３ａの中心を挟んで対向する位置より突出して設けられている。
第１ノズル１５ａは、ピストン４の摺動方向（上下方向）から見て、図２（ａ）に示すように、シリンダライナ３ａの中心に対して、α°傾いた方向に向けて燃料を噴射する。また、第２ノズル１５ｂは、上下方向から見て、図２（ａ）に示すように、シリンダライナ３ａの中心に対して、噴射角がβ°（β≠α）傾いた方向に向けて燃料を噴射する。さらに、第１ノズル１５ａは、図２（ｂ）に示すように、上下方向から直交する方向（水平方向）から見て、水平方向に対して噴射角がγ°傾いた方向に向けて燃料を噴射する。また、第２ノズル１５ｂは、図２（ｂ）に示すように、ピストン４の摺動方向と直交する方向（水平方向）から見て、水平方向に対してε°（ε≠γ）傾いた方向に向けて燃料を噴射する。
上述のように、第１ノズル１５ａと第２ノズル１５ｂとは、燃焼室Ｒ１の中心から偏心した方向であって、互いに異なる噴射角で燃料を噴射可能とされている。 The first nozzle 15a and the second nozzle 15b are connected to a fuel pump (not shown) and inject fuel toward the inside of the cylinder liner 3a. The first nozzle 15a and the second nozzle 15b are provided protruding from positions opposing each other across the center of the cylinder liner 3a.
The first nozzle 15a injects fuel in a direction inclined by α° with respect to the center of the cylinder liner 3a as shown in FIG. 2A when viewed from the sliding direction (vertical direction) of the piston 4. The second nozzle 15b injects fuel in a direction inclined by an injection angle of β° (β≠α) with respect to the center of the cylinder liner 3a as shown in FIG. 2A when viewed from the vertical direction. The first nozzle 15a injects fuel in a direction inclined by an injection angle of γ° with respect to the horizontal direction as shown in FIG. 2B when viewed from a direction perpendicular to the vertical direction (horizontal direction). The second nozzle 15b injects fuel in a direction inclined by ε° (ε≠γ) with respect to the horizontal direction as shown in FIG. 2B when viewed from a direction perpendicular to the sliding direction of the piston 4 (horizontal direction).
As described above, the first nozzle 15a and the second nozzle 15b are capable of injecting fuel in a direction eccentric to the center of the combustion chamber R1 and at different injection angles.

過給機２００は、排気ポートＨより排出されたガスにより回転されるタービンにより、不図示の吸気ポートから吸入した空気を加圧して燃焼室Ｒ１に供給する装置である。 The turbocharger 200 is a device that compresses air drawn in through an intake port (not shown) using a turbine rotated by gas discharged from the exhaust port H and supplies it to the combustion chamber R1.

制御部３００は、船舶の操縦者による操作等に基づいて、燃料の供給量等を制御するコンピュータである。 The control unit 300 is a computer that controls the amount of fuel supplied, etc., based on operations by the ship's operator, etc.

このようなエンジンシステム１００は、不図示の燃料噴射弁より燃焼室Ｒ１に噴射された燃料を着火、爆発させることによりピストン４をシリンダライナ３ａ内で摺動させ、クランク軸１１を回転させる装置である。詳述すると、燃焼室Ｒ１に供給された燃料は、掃気ポートＳより流入した空気と混合された後、ピストン４が上死点方向に向けて移動することにより圧縮されて温度が上昇し、自然着火する。また、液体燃料の場合には、燃焼室Ｒ１において温度上昇することにより気化し、自然着火する。 Such an engine system 100 is a device that ignites and explodes fuel injected into the combustion chamber R1 from a fuel injection valve (not shown), causing the piston 4 to slide inside the cylinder liner 3a and rotating the crankshaft 11. More specifically, the fuel supplied to the combustion chamber R1 is mixed with air flowing in from the scavenging port S, and then compressed as the piston 4 moves toward the top dead center, causing the temperature to rise and spontaneously ignite. In the case of liquid fuel, the temperature rise in the combustion chamber R1 causes the fuel to vaporize and spontaneously ignite.

そして、燃焼室Ｒ１内の燃料が自然着火することで急激に膨張し、ピストン４には下死点方向に向けた圧力がかかる。これにより、ピストン４が下死点方向に移動し、ピストン４に伴ってピストンロッド６が移動され、連接棒９を介してクランク軸１１が回転される。さらに、ピストン４が下死点に移動されることで、掃気ポートＳより燃焼室Ｒ１へと加圧空気が流入する。排気弁ユニット５が駆動することで排気ポートＨが開き、燃焼室Ｒ１内の排気ガスが、加圧空気により排気溜１３へと押し出される。 Then, the fuel in the combustion chamber R1 spontaneously ignites, expanding rapidly, and pressure is applied to the piston 4 toward the bottom dead center. This causes the piston 4 to move toward the bottom dead center, and the piston rod 6 moves with the piston 4, rotating the crankshaft 11 via the connecting rod 9. Furthermore, as the piston 4 moves to the bottom dead center, pressurized air flows into the combustion chamber R1 from the scavenging port S. The exhaust valve unit 5 is driven to open the exhaust port H, and the exhaust gas in the combustion chamber R1 is pushed out into the exhaust stack 13 by the pressurized air.

図３は、本実施形態におけるエンジンシステムの燃料の混合度合を示すグラフである。図３のグラフにおいて、混合度合は、グラフの下側に向かう程良好であるものとする。（ａ）は、上下方向における噴射角の変位（変位角γ，ε）を変えた際の混合度合を示している。なお、変位角は、水平方向を０とし、上方向（圧縮方向）を＋としている。また、（ｂ）は、上下方向における第１ノズル１５ａ及び第２ノズル１５ｂの角度差（γ－ε）を変えた際の混合度合を示している。変位角が－３０°≦γ，ε≦０°の範囲において、特に混合度合が良好であることがわかる。同様に、角度差が－１５°≦γ－ε≦１０°の範囲において特に混合度合が良好であることがわかる。 Figure 3 is a graph showing the degree of fuel mixing in the engine system of this embodiment. In the graph of Figure 3, the degree of mixing is better as you move downwards on the graph. (a) shows the degree of mixing when the displacement of the injection angle in the vertical direction (displacement angles γ, ε) is changed. Note that the horizontal direction of the displacement angle is 0, and the upward direction (compression direction) is +. Also, (b) shows the degree of mixing when the angle difference (γ-ε) between the first nozzle 15a and the second nozzle 15b in the vertical direction is changed. It can be seen that the degree of mixing is particularly good when the displacement angle is in the range of -30°≦γ, ε≦0°. Similarly, it can be seen that the degree of mixing is particularly good when the angle difference is in the range of -15°≦γ-ε≦10°.

また、（ｃ）は、水平方向における噴射角の変位（変位角α，β）を変えた際の混合度合を示している。なお、変位角は、中心軸方向を０とし、スワール方向を＋としている。特に、変位角がγ，ε≦－７．５°及び１２．５°≦γ，εの範囲において、混合度合が良好であることがわかる。 (c) shows the degree of mixing when the displacement of the injection angle in the horizontal direction (displacement angles α, β) is changed. Note that the displacement angle is set to 0 in the direction of the central axis and + in the direction of the swirl. It can be seen that the degree of mixing is particularly good when the displacement angles are in the ranges of γ, ε≦-7.5° and 12.5°≦γ, ε.

また、本実施形態によれば、第１ノズル１５ａ及び第２ノズル１５ｂは、水平方向から見て異なる噴射角で燃料を噴射する。これにより、第１ノズル１５ａ及び第２ノズル１５ｂは、それぞれ上下方向において異なる位置に向けて燃料を噴射する。このため、各燃料噴射ノズルから噴射された燃料がそれぞれ異なる位置で周囲の空気と混合され、燃焼室Ｒ１において、燃料と空気とが均一に混合される。 Furthermore, according to this embodiment, the first nozzle 15a and the second nozzle 15b inject fuel at different injection angles when viewed from the horizontal direction. As a result, the first nozzle 15a and the second nozzle 15b inject fuel toward different positions in the vertical direction. Therefore, the fuel injected from each fuel injection nozzle is mixed with the surrounding air at different positions, and the fuel and air are mixed uniformly in the combustion chamber R1.

また、本実施形態によれば、第１ノズル１５ａ及び第２ノズル１５ｂは、上下方向から見て、異なる噴射角で燃料を噴射する。これにより、第１ノズル１５ａ及び第２ノズル１５ｂは、それぞれ水平方向において異なる位置に向けて燃料を噴射する。このため、噴射された燃料がそれぞれ異なる位置で周囲の空気と混合され、燃焼室Ｒ１において、燃料と空気とが均一に混合される。 In addition, according to this embodiment, the first nozzle 15a and the second nozzle 15b inject fuel at different injection angles when viewed from the top and bottom. As a result, the first nozzle 15a and the second nozzle 15b inject fuel toward different positions in the horizontal direction. Therefore, the injected fuel is mixed with the surrounding air at different positions, and the fuel and air are mixed uniformly in the combustion chamber R1.

また、本実施形態によれば、燃焼室Ｒ１において旋回流が形成されているため、燃料と空気とがより均一に混合されやすくなる。 In addition, according to this embodiment, a swirling flow is formed in the combustion chamber R1, which makes it easier for the fuel and air to mix more uniformly.

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described above with reference to the drawings, the present invention is not limited to the above embodiment. The shapes and combinations of the components shown in the above embodiment are merely examples, and various modifications can be made based on design requirements, etc., without departing from the spirit of the present invention.

図４～１４は、上記実施形態の変形例である。図４～１４における実線、一点鎖線、二点鎖線及び破線の矢印は燃料噴射ノズルの噴射方向を示しており、太い矢印はスワール方向を示す。図４（ｂ）に示すように、２本の燃料噴射ノズルを上下方向において互いに異なる位置に設けることも可能である。この場合、２本の燃料噴射ノズルは、さらに互いに離れた位置に向けて燃料を噴射するため、燃料をより均一とすることができる。
また、図４（ｃ）、（ｄ）に示すように、２本の燃料噴射ノズルは、上下方向から見て、中心を挟んで互いに対向しない位置に設けられるものとしてもよい。すなわち、複数の燃料噴射ノズルを設ける際に、各燃料噴射ノズルは、シリンダライナ３ａの周方向においてそれぞれ不均等な間隔で設けられるものとしてもよい。 4 to 14 show modified examples of the above embodiment. In Fig. 4 to 14, the solid line, the dashed line, the two dashed line, and the broken line indicate the injection direction of the fuel injection nozzle, and the thick arrow indicates the swirl direction. As shown in Fig. 4(b), it is also possible to provide two fuel injection nozzles at different positions in the vertical direction. In this case, the two fuel injection nozzles inject fuel toward positions further apart from each other, so that the fuel can be more uniform.
4(c) and 4(d), the two fuel injection nozzles may be provided at positions that do not face each other across the center when viewed from the top-bottom direction. In other words, when providing multiple fuel injection nozzles, the fuel injection nozzles may be provided at unequal intervals in the circumferential direction of the cylinder liner 3a.

図４に示すように、２本の燃料噴射ノズルがスワール方向に向けて傾斜した噴射角で燃料を噴射してもよく、また、図５、６に示すように、２本の燃料噴射ノズルのうち少なくとも１本がスワール方向と反対の方向に向けて傾斜した噴射角で燃料を噴射するものとしてもよい。 As shown in Figure 4, two fuel injection nozzles may inject fuel at an injection angle inclined toward the swirl direction, or as shown in Figures 5 and 6, at least one of the two fuel injection nozzles may inject fuel at an injection angle inclined toward the opposite direction to the swirl direction.

なお、燃料噴射ノズルをスワール方向に向けて傾斜させて噴射させる場合、シリンダライナ３ａの内壁面近傍に燃料を案内することができ、従来の燃料噴射方法と比較して、燃焼室Ｒ１内の燃料の混合性を向上させることができる。
また、燃料噴射ノズルをスワール方向と反対の方向に傾斜させて噴射させる場合、燃焼室Ｒ１内の流れに速度差を生じさせ、乱流を発生させることができる。これにより、燃焼室Ｒ１内において燃料ガスが拡散され、混合性を向上させることができる。 Furthermore, when the fuel injection nozzle is tilted toward the swirl direction and the fuel is injected, the fuel can be guided near the inner wall surface of the cylinder liner 3a, which improves the mixing of the fuel in the combustion chamber R1 compared to conventional fuel injection methods.
In addition, when the fuel is injected from a fuel injection nozzle tilted in the opposite direction to the swirl direction, a speed difference is generated in the flow in the combustion chamber R1, which generates a turbulent flow, thereby diffusing the fuel gas in the combustion chamber R1 and improving the mixing efficiency.

燃料噴射ノズルは、３本以上設けられるものとしてもよい。一例として図７～１４に示すように、燃料噴射ノズルは、４本設けられるものとしてもよい。この場合、図７～９に示すように、燃料噴射ノズルは、２本ずつ等しい噴射角で燃料を噴射するものとしてもよい。また、図１０～１４に示すように、４本の燃料噴射ノズルは、それぞれシリンダライナ３ａの内周面の１つの位置に２本ずつ設けられ、４本それぞれが異なる噴射角で燃料を噴射するものとしてもよい。 Three or more fuel injection nozzles may be provided. As an example, as shown in Figures 7 to 14, four fuel injection nozzles may be provided. In this case, as shown in Figures 7 to 9, two fuel injection nozzles may be provided at a time to inject fuel at equal injection angles. Also, as shown in Figures 10 to 14, four fuel injection nozzles may be provided in pairs at one position on the inner circumferential surface of the cylinder liner 3a, and each of the four fuel injection nozzles may inject fuel at a different injection angle.

また、本発明は、燃焼室Ｒ１内において旋回流を形成しない構成についても適用可能である。 The present invention can also be applied to configurations that do not form a swirling flow within the combustion chamber R1.

１ エンジン
２ 架構
３ シリンダ部
３ａ シリンダライナ
３ｂ シリンダヘッド
３ｃ シリンダジャケット
４ ピストン
５ 排気弁ユニット
５ａ 排気弁
５ｂ 排気弁筐
５ｃ 排気弁駆動部
６ ピストンロッド
７ クロスヘッド
７ａ クロスヘッドピン
７ｂ ガイドシュー
９ 連接棒
１０ クランク角センサ
１１ クランク軸
１２ 掃気溜
１３ 排気溜
１４ 空気冷却器
１５ 燃料噴射装置
１５ａ 第１ノズル
１５ｂ 第２ノズル
１００ エンジンシステム
２００ 過給機
３００ 制御部
Ｈ 排気ポート
Ｏ 出口孔
Ｒ１ 燃焼室
Ｒ２ 掃気室
Ｓ 掃気ポート Reference Signs List 1 Engine 2 Frame 3 Cylinder section 3a Cylinder liner 3b Cylinder head 3c Cylinder jacket 4 Piston 5 Exhaust valve unit 5a Exhaust valve 5b Exhaust valve housing 5c Exhaust valve drive section 6 Piston rod 7 Crosshead 7a Crosshead pin 7b Guide shoe 9 Connecting rod 10 Crank angle sensor 11 Crankshaft 12 Scavenging chamber 13 Exhaust chamber 14 Air cooler 15 Fuel injection device 15a First nozzle 15b Second nozzle 100 Engine system 200 Supercharger 300 Control section H Exhaust port O Outlet hole R1 Combustion chamber R2 Scavenging chamber S Scavenging port

Claims (3)

ピストンにより圧縮される２ストロークエンジンの燃焼室に向けてガス燃料を噴射する複数の燃料噴射ノズルを備えるガス燃料噴射装置であって、
少なくとも一対の前記ガス燃料噴射ノズルは、前記ピストンの摺動方向及び前記ピストンの摺動方向と直交する方向から見て、それぞれ異なる噴射角で前記ガス燃料を噴射し、
前記ガス燃料噴射ノズルは、前記ピストンの摺動方向においてそれぞれ異なる位置かつシリンダライナの中心を挟んで互いに対向しない位置に取り付けられることを特徴とすることを特徴とするガス燃料噴射装置。 A gas fuel injection device including a plurality of fuel injection nozzles for injecting gas fuel toward a combustion chamber of a two-stroke engine compressed by a piston,
At least one pair of the gas fuel injection nozzles inject the gas fuel at different injection angles as viewed from a sliding direction of the piston and a direction perpendicular to the sliding direction of the piston,
2. A gas fuel injection device comprising: a gas fuel injection nozzle that is attached to a cylinder liner at a position different from the other in a sliding direction of the piston and that is not opposed to the other across the center of the cylinder liner . 前記ピストンの摺動方向に直行する方向を０度とし、前記ピストンの圧縮方向を正とした場合における前記噴射角γ、εは、－３０°以上０°未満に設定され、
前記噴射角γ、εの角度差は、－１５°≦γ－ε＜０、０＜γ―ε≦１０°に設定されることを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。 The injection angles γ and ε are set to be equal to or greater than −30° and less than 0° when a direction perpendicular to the sliding direction of the piston is defined as 0° and a compression direction of the piston is defined as positive,
2. The fuel injection device according to claim 1, wherein an angle difference between the injection angles γ and ε is set to -15°≦γ-ε<0 and 0<γ-ε≦10°. 請求項１に記載のガス燃料噴射装置と、
前記ピストンと当該ピストンが摺動されると共に前記燃焼室を有するシリンダとを備える前記２ストロークエンジンとを備え、
前記燃焼室内では旋回流が形成されることを特徴とするエンジンシステム。 A gas fuel injection device according to claim 1;
the two-stroke engine includes the piston and a cylinder in which the piston slides and which has the combustion chamber;
An engine system characterized in that a swirling flow is formed in the combustion chamber.
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