KR20160119242A - Internal combustion engine and ship equipped with same - Google Patents

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소우타 와타나베
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

통 내에 있어서의 예혼합기의 혼합을 촉진하여 연소 안정성을 향상시킨 내연 기관을 제공한다. 내연 기관(1)이, 실린더 라이너(9) 내를 왕복 운동하는 피스톤(13)과, 실린더 라이너(9)의 일단측에 마련된 실린더 커버(11)와, 실린더 커버(11)에 마련된 배기 밸브(12)와, 실린더 라이너(9)의 타단측에 마련된 소기 포트(10)와, 실린더 커버(11)에 마련되고, 실린더 라이너(9) 및 실린더 커버(11)에 의하여 형성되는 통 내에 연료 가스를 분사하는 예혼합 가스 밸브(30)를 구비하며, 예혼합 가스 밸브(30)는, 실린더 커버(11)에 마련되고, 소기 포트(10)를 피스톤(13)으로 폐쇄한 후의 피스톤(13)을 향하여 연료 가스를 고압으로 분사한다.Provided is an internal combustion engine in which mixing of premixtures in a cylinder is promoted to improve combustion stability. The internal combustion engine 1 includes a piston 13 reciprocating in the cylinder liner 9, a cylinder cover 11 provided at one end of the cylinder liner 9, and an exhaust valve The cylinder liner 9 and the cylinder cover 11. The cylinder liner 9 and the cylinder cover 11 are provided with a scavenge pot 10 provided at the other end side of the cylinder liner 9, The premixed gas valve 30 is provided in the cylinder cover 11 and is provided with a piston 13 after closing the piston port 10 with the piston 13 The fuel gas is injected at a high pressure.

Description

내연 기관 및 이를 구비한 선박{INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND SHIP EQUIPPED WITH SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an internal combustion engine,

본 발명은, 연료 가스를 이용하여 예혼합 연소를 행하는 내연 기관 및 이를 구비한 선박에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an internal combustion engine for performing premixed combustion using fuel gas and a ship having the internal combustion engine.

최근, LNG(액화 천연 가스) 등의 액화 가스 운반선의 수요를 전망하여 선박용 주 기관으로서 듀얼 퓨얼 기관(이하 "DF 기관"이라고 함)의 개발이 행해지고 있다(하기 특허문헌 1 및 2 참조). DF 기관은, 연료 오일의 연소를 행하는 연료 오일 모드와, LNG 등의 연료 가스의 연소를 행하는 연료 가스 모드를 구비하고 있다. 또한, 연료 가스 모드에서는, 착화용의 파일럿 연료로서 연료 오일이 이용되는 것이 일반적이다.In recent years, a dual fuel engine (hereinafter referred to as "DF engine") has been developed as a ship main engine in view of the demand for liquefied gas carriers such as LNG (liquefied natural gas) (see Patent Documents 1 and 2 below). The DF engine has a fuel oil mode for burning fuel oil and a fuel gas mode for burning fuel gas such as LNG. Further, in the fuel gas mode, fuel oil is generally used as pilot fuel for ignition.

특허문헌 1: 일본 특허공보 제5395848호Patent Document 1: Japanese Patent Publication No. 5395848 특허문헌 2: 국제공개공보 제2013/183737호Patent Document 2: International Publication No. 2013/183737

액화 가스 운반선의 선박용 주 기관으로서 이용되는 DF 기관은, 정격에 있어서의 회전수가 200rpm 이하인 저속 2 스트로크 디젤 기관이 이용된다. 이와 같은 DF 기관은, 연료 가스 모드를 행할 때에 연료 가스의 확산 연소를 행하는 확산 연소 타입과, 연료 가스의 예혼합 연소를 행하는 예혼합 연소 타입이 존재한다.A DF engine used as a ship main engine of a liquefied gas carrier is a low speed two-stroke diesel engine having a rotational speed of 200 rpm or less at the rated speed. Such a DF engine has a diffusion combustion type in which the diffusion combustion of the fuel gas is performed when the fuel gas mode is performed and a premix combustion type in which the premix combustion of the fuel gas is performed.

도 12에는, 확산 연소 타입의 DF 기관이 나타나 있다.In Fig. 12, a diffusive combustion type DF engine is shown.

확산 연소 타입의 DF 기관(100)은, 실린더 라이너(101)와, 실린더 라이너(101) 내를 왕복 운동하는 피스톤(103)을 구비하고 있다. 실린더 라이너(101)의 상단에는 실린더 커버(105)가 마련되어 있으며, 이 실린더 커버(105)에는, 1개의 배기 밸브(107)와, 2개의 확산용 연료 가스 분사 밸브(109)와, 2개의 연료 오일 밸브(111)가 마련되어 있다. 또, 실린더 라이너(103)의 하방에는 소기(掃氣) 포트(113)가 마련되어 있다.The diffusive combustion type DF engine 100 includes a cylinder liner 101 and a piston 103 which reciprocates in the cylinder liner 101. A cylinder cover 105 is provided at the upper end of the cylinder liner 101. The cylinder cover 105 is provided with one exhaust valve 107, two diffusion fuel gas injection valves 109, An oil valve 111 is provided. A sweeping port 113 is provided below the cylinder liner 103.

도 12와 같이, 피스톤(103)에 의하여 소기 포트(113)가 폐쇄되고 배기 밸브(107)도 폐쇄된 후에 피스톤(103)이 상승함으로써 통 내의 공기가 압축된다. 그리고, 도 13에 나타내는 바와 같이, 피스톤(103)이 상사점 부근까지 도달하면, 연료 오일 밸브(111)로부터 연료 오일을 파일럿 오일로서 분사함과 함께, 이 파일럿 오일과 동시 또는 직후에, 확산용 연료 가스 분사 밸브(109)로부터 예를 들면 약 30MPa 정도의 고압의 연료 가스를 분사한다. 이로써, 도 14에 나타내는 바와 같이, 연료 가스의 분사에 따라 통 내에서 확산 연소가 행해지고(이때 연료 오일 밸브(111)로부터의 파일럿 오일의 분사는 정지되어 있음), 팽창 행정에 의하여 피스톤(103)이 하방으로 압하(押下)된다.As shown in Fig. 12, after the scavenging port 113 is closed by the piston 103 and the exhaust valve 107 is also closed, the piston 103 rises and the air in the cylinder is compressed. 13, when the piston 103 reaches the vicinity of the top dead center, the fuel oil is injected from the fuel oil valve 111 as pilot oil, and simultaneously with or immediately after the pilot oil, A high-pressure fuel gas of about 30 MPa, for example, is injected from the fuel gas injection valve 109. 14, diffusion combustion is carried out in the cylinder according to the injection of the fuel gas (injection of the pilot oil from the fuel oil valve 111 is stopped at this time), and the piston 103 is opened by the expansion stroke, Downward (downward).

이와 같은 연료 가스에 의한 확산 연소는, 디젤 기관의 연료 오일에 의한 확산 연소와 동등 레벨의 연소 안정성을 갖는다는 이점을 갖는다.Such diffusive combustion by the fuel gas has an advantage that it has combustion stability equivalent to that of diffusion combustion by the fuel oil of the diesel engine.

그러나, 연료 가스에 의한 확산 연소를 이용한 디젤 기관은, 연료 오일에 의한 확산 연소를 이용한 디젤 기관에 비하여 20~30% 정도의 NOx(질소 산화물)를 줄일 수 있지만, 확산 연소를 이용하기 때문에 NOx 배출량이 여전히 많고, 특히 선박용 주 기관으로서 이용하는 경우에는 국제해사기구(IMO)가 정한 Tier III를 만족시킬 수 없다. 따라서, 상기 Tier III가 적용되는 배기 가스 규제 해역(ECA; Emission Control Area)에서는, 어떠한 NOx 배출 저감 대책을 행하지 않으면 운전할 수 없다는 문제가 있다.However, a diesel engine using diffusive combustion by fuel gas can reduce NOx (nitrogen oxides) of about 20 to 30% as compared with a diesel engine using diffusive combustion by fuel oil. However, since diffuse combustion is used, Is still large and can not satisfy the Tier III set by the International Maritime Organization (IMO), especially when it is used as a main engine for ships. Accordingly, there is a problem in that, in the emission control area (ECA) to which the above Tier III is applied, it is impossible to operate without any NOx emission reduction measures.

NOx 배출량을 저감하려면, SCR(Selective Catalytic Reduction; 선택식 촉매 환원) 등의 배기 가스 처리 장치나, NOx를 저감하기 위한 EGR(Exhaust Gas Recirculation; 배기 가스 재순환) 등의 부대 설비를 추가하는 것이 생각되지만, 이니셜 코스트나 러닝 코스트가 증대되게 된다.In order to reduce the NOx emission amount, it is considered to add an exhaust gas treatment device such as SCR (Selective Catalytic Reduction) or an additional facility such as EGR (exhaust gas recirculation) for reducing NOx , The initial cost and the running cost are increased.

도 15에는, 예혼합 연소 타입의 DF 기관(120)이 나타나 있다. 또한, 도 12~도 14를 이용하여 설명한 확산 연소 타입의 DF 기관(100)과 동일한 구성에 대해서는 동일 부호를 붙이고 있다.In FIG. 15, a DF engine 120 of a premixed combustion type is shown. The same components as those of the diffusion combustion type DF engine 100 described with reference to Figs. 12 to 14 are denoted by the same reference numerals.

예혼합 연소 타입의 DF 기관(120)은, 도 12 등에 나타낸 확산 연소 타입의 DF 기관(100)에 대하여, 연료 가스를 분사하는 분사 밸브의 위치가 상이하다. 구체적으로는, 예혼합 연소 타입의 DF 기관(120)은, 실린더 라이너(101)의 측부이고 또한 소기 포트(113)의 상방에, 2개의 예혼합용 연료 가스 분사 밸브(122)가 마련되어 있다.The premixed combustion type DF engine 120 differs from the diffusion combustion type DF engine 100 shown in FIG. 12 in the position of the injection valve for injecting the fuel gas. Specifically, the premixed combustion type DF engine 120 is provided on the side of the cylinder liner 101 and above the scavenge port 113, with two fuel gas injection valves 122 for premixing.

도 15와 같이, 피스톤(103)에 의하여 소기 포트(113)가 폐쇄된 후에, 예혼합용 연료 가스 분사 밸브(122)로부터 연료 가스가 분사된다. 예혼합 연료 가스 분사 밸브(122)로부터 분사되는 연소 가스는, 대략 수평 방향을 향하여 예를 들면 1.0MPa 미만의 저압으로 분사된다. 이로써, 소기 포트(113)로부터 도입된 공기와 연료 가스가 예혼합된다. 그리고, 도 16과 같이 피스톤(103)이 상승함에 따라 예혼합기(豫混合氣)가 압축되고, 피스톤(103)이 상사점 부근까지 도달하면, 연료 오일 밸브(111)로부터 파일럿 오일이 분사되어 착화가 행해진다. 이로써, 도 17에 나타내는 바와 같이, 통 내에서 화염면 전파에 의한 예혼합 연소가 행해지고(이때 연료 오일 밸브(111)로부터의 파일럿 오일의 분사는 정지되어 있음), 팽창 행정에 의하여 피스톤(103)이 하방으로 압하된다.Fuel gas is injected from the fuel gas injection valve for premixing 122 after the scavenge port 113 is closed by the piston 103 as shown in Fig. The combustion gas injected from the premixed fuel gas injection valve 122 is injected toward the substantially horizontal direction at a low pressure of, for example, less than 1.0 MPa. Thereby, the air introduced from the scavenge port 113 and the fuel gas are premixed. When the premixture is compressed as the piston 103 rises as shown in Fig. 16 and the piston 103 reaches the vicinity of the top dead center, the pilot oil is injected from the fuel oil valve 111 to be ignited Is performed. 17, the premixed combustion by the flame surface propagation is performed in the cylinder (injection of the pilot oil from the fuel oil valve 111 is stopped at this time) and the piston 103 is opened by the expansion stroke, Downward.

이와 같은 연료 가스에 의한 예혼합 연소는, NOx 배출량이 낮고, 상술한 SCR이나 EGR을 이용하지 않아도 기관 단독으로 상기 Tier III를 달성할 수 있다는 이점을 갖는다.Such premix combustion by the fuel gas has an advantage that the NOx emission amount is low and the Tier III can be achieved by the engine alone without using the above-mentioned SCR or EGR.

그러나, 예혼합 연소 타입의 DF 기관(120)은, 예혼합 연소 특유의 과조 착화(過早着火)나 노킹 등의 이상 연소가 발생할 리스크가 있으며, 확산 연소에 비하여 연소 안정성이 나쁘다는 문제가 있다.However, the DF engine 120 of the premixed combustion type has a problem that there is a risk that abnormal combustion such as over-ignition (knocking) and knocking specific to premixed combustion occurs and the combustion stability is worse than diffused combustion .

또, 예혼합 연소 타입의 DF 기관(120)은, 저압의 연료 가스를 분사하는 구성으로 되어 있으므로, 공기(소기)에 대한 연료 가스의 혼합이 불충분하게 되어 혼합기 농도가 불균일하게 되기 쉽다. 과조 착화나 노킹 등의 이상 연소는 국소적으로 가스 농도가 높은(공기 과잉률 λ가 낮은) 위치에서 발생하기 쉬운 것이 알려져 있으며, 저압의 연료 가스를 분사하는 것만으로는 혼합기 농도가 불균일하게 되기 때문에 이상 연소가 발생할 가능성이 높아진다.In addition, since the DF engine 120 of the premix combustion type is configured to inject the low-pressure fuel gas, the mixing of the fuel gas with respect to air (draft) becomes insufficient, and the concentration of the mixture becomes liable to become uneven. It is known that abnormal combustion such as over-ignition combustion or knocking is likely to occur locally at a position with a high gas concentration (low air excess ratio λ), and only when the low-pressure fuel gas is injected, The possibility of abnormal combustion is increased.

이에 대하여, 상기 특허문헌 1에서는, 가스 분사 밸브가 마련된 높이 위치로부터 실린더축 방향에 대하여 직교하는 방향을 향하여 연료 가스를 저압으로 분사함으로써, 핫 스폿이 되는 실린더 꼭대기부나 배기 밸브로 연료 가스를 향하게 하지 않고 소기 포트로부터 도입된 소기에 혼합시킴으로써, 연료 가스를 고압으로 하지 않고 예혼합을 행하게 하는 것이 개시되어 있다. 그러나, 이 특허문헌 1에 기재된 분사 방법이더라도, 연료 가스의 분사 방향이 수평 방향이기 때문에, 연소 공간의 상부(도 15(b)의 부호 A로 나타낸 영역)가 유효하게 이용되지 않아, 예혼합이 충분하지 않다는 문제가 있다.On the other hand, in Patent Document 1, the fuel gas is injected at a low pressure toward a direction orthogonal to the cylinder axis direction from the height position where the gas injection valve is provided, so that the fuel gas is directed to the cylinder top portion or the exhaust valve, The fuel gas is mixed into the scavenge introduced from the scavenge pot so that the premixing is performed without the high pressure of the fuel gas. However, even in the injection method described in Patent Document 1, since the injecting direction of the fuel gas is horizontal, the upper portion of the combustion space (region indicated by A in Fig. 15 (b)) is not effectively used, There is a problem that it is not enough.

따라서, 예혼합 연소를 이용하는 DF 기관에서는, 이상 연소를 회피하기 위하여 압축비를 낮춰 운전을 하지 않을 수 없어, 열효율이 저하된다는 문제가 있다.Therefore, in the DF engine using the premixed combustion, there is a problem that the thermal efficiency is lowered because the compression ratio is lowered in order to avoid the abnormal combustion and the operation must be performed.

또, 높은 Pme(통 내 평균 유효 압력)의 고부하에서의 운전이 될수록 이상 연소가 발생하기 쉬워져 연소 안정성이 악화되기 때문에, 상술과 같이 기하학적 압축비를 낮춰도 고부하 운전이 어려워져, 추가로 부하(즉 Pme)에 제약을 마련할 필요가 발생한다. 특히, 선박용 주 기관으로서 DF 기관을 이용하는 경우, 상기 Tier III가 적용되는 ECA에서는, 고부하 운전을 행하지 못하여, 선박의 운전 자유도를 낮추게 된다는 문제가 있다.Further, as the operation is performed at a high load of high Pme (average effective pressure in the cylinder), abnormal combustion tends to occur and combustion stability deteriorates. Therefore, even if the geometrical compression ratio is lowered as described above, high load operation becomes difficult, That is, Pme). Particularly, when the DF engine is used as the main engine for the ship, there is a problem in that the high load operation can not be performed in the ECA to which the Tier III is applied, thereby lowering the degree of freedom of operation of the ship.

본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 통 내에 있어서의 예혼합기의 혼합을 촉진하여 연소 안정성을 향상시킨 내연 기관 및 이를 구비한 선박을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an internal combustion engine improved in combustion stability by promoting mixing of a premixer in a cylinder and a ship having the internal combustion engine.

본 발명의 제1 양태는, 실린더 라이너와, 상기 실린더 라이너 내를 왕복 운동하는 피스톤과, 상기 실린더 라이너의 일단측에 마련된 실린더 커버와, 상기 실린더 커버에 마련된 배기 밸브와, 상기 실린더 라이너의 타단측에 마련된 소기 포트와, 상기 실린더 커버에 마련되어, 상기 실린더 라이너 및 상기 실린더 커버에 의하여 형성되는 통 내에 연료 가스를 예혼합 연소용 연료로서 분사하는 제1 연료 가스 분사 밸브를 구비하며, 상기 제1 연료 가스 분사 밸브는, 상기 소기 포트를 상기 피스톤으로 폐쇄한 후의 상기 피스톤을 향하여 상기 연료 가스를 분사하는 내연 기관이다.A first aspect of the present invention is a cylinder liner comprising a cylinder liner, a piston reciprocating in the cylinder liner, a cylinder cover provided at one end of the cylinder liner, an exhaust valve provided in the cylinder cover, And a first fuel gas injection valve provided in the cylinder cover for injecting fuel gas as fuel for premix combustion in a cylinder formed by the cylinder liner and the cylinder cover, The gas injection valve is an internal combustion engine that injects the fuel gas toward the piston after the scavenging port is closed by the piston.

본 발명의 제1 양태에서는, 제1 연료 가스 분사 밸브를 실린더 커버에 마련하고, 소기 포트를 피스톤으로 폐쇄한 후의 피스톤을 향하여(예를 들면 상방에서 하방을 향하여) 연료 가스를 분사하는 것으로 했다. 이로써, 소기 포트를 피스톤으로 폐쇄한 후의 연소 공간의 피스톤 왕복 운동 방향(예를 들면 상하 방향)을 유효하게 이용하여 연료 가스를 전체에 분사할 수 있어, 산화제 가스에 대한 연료 가스의 혼합이 촉진된다. 따라서, 국소적으로 연료 가스 농도가 높아지는 국소적 최소 λ(λ는 공기 과잉률)를 크게 할 수 있어, 과조 착화나 노킹 등의 이상 연소를 가급적 회피함으로써 연소 안정성을 향상시킬 수 있다. 또, 과조 착화나 노킹 등의 이상 연소를 가급적 회피할 수 있으므로, 종래의 예혼합 기관보다 압축비의 낮춤 정도를 작게 할 수 있고, 열효율의 저하를 최소화할 수 있어, 높은 Pme(통 내 평균 유효 압력)의 고부하에서의 운전도 가능해진다.In the first aspect of the present invention, the first fuel gas injection valve is provided on the cylinder cover, and the fuel gas is injected toward the piston after closing the scavenge openings by the piston (for example, from downward to downward). Thereby, the fuel gas can be injected to the whole, effectively using the reciprocating motion direction (for example, the up-and-down direction) of the combustion space after the scavenge port is closed by the piston, and the mixing of the fuel gas with the oxidizer gas is promoted . Therefore, the local minimum? (? Is excess air ratio) at which the fuel gas concentration is locally increased can be increased, and abnormal combustion such as overcharge ignition and knocking can be avoided as much as possible, thereby improving combustion stability. Further, abnormal combustion such as over-ignition combustion and knocking can be avoided as much as possible, so that the degree of lowering of the compression ratio can be made smaller than that of the conventional pre-mix engine, the decrease in thermal efficiency can be minimized, ) Can be operated under a high load.

연료 가스를 분사하는 타이밍으로서는, 소기 포트를 피스톤이 폐쇄한 후이고 또한 배기 밸브로부터 연료 가스가 계외로 누출되지 않는 범위가 바람직하며, 구체적으로는 예를 들면 140 이상 20degBTDC 이하(BTDC는 Before Top Dead Centre), 바람직하게는 100 이상 60degBTDC 이하이다. 또한, 본 양태의 제1 연료 가스 분사 밸브는, 배기 밸브와 동일하게 실린더 커버에 마련되어 있으며, 배기 밸브로부터 멀어지도록 연료 가스를 분사하게 되므로, 배기 밸브가 완전히 폐쇄되기 전이어도 연료 가스의 분사를 개시할 수 있다. 이와 같이 배기 밸브가 폐쇄되기 전에 연료 가스의 분사를 개시하는 것으로 하면, 연료 가스를 산화제 가스에 대하여 혼합시키는 시간을 많이 확보할 수 있으므로, 보다 균일하게 혼합할 수 있다. 배기 밸브가 폐쇄되는 타이밍으로서는 예를 들면 약 90degBTDC이다.The timing for injecting the fuel gas is preferably a range in which the scavenging port is closed after the piston is closed and the fuel gas does not leak out of the system. Specifically, for example, the range is from 140 to 20degBTDC (BTDC is Before Top Dead Center), preferably 100 or more and 60degBTDC or less. Further, the first fuel gas injection valve of this embodiment is provided on the cylinder cover in the same manner as the exhaust valve, and injects the fuel gas so as to move away from the exhaust valve. Therefore, even when the exhaust valve is completely closed, can do. If the injection of the fuel gas is started before the exhaust valve is closed as described above, it is possible to secure a long time for mixing the fuel gas with the oxidant gas, so that the fuel can be mixed more uniformly. The timing at which the exhaust valve is closed is, for example, about 90 deg BTDC.

연료 가스를 분사하는 기간(즉 계속해서 분사하는 기간)으로서는, 예를 들면 내연 기관의 부하가 100%인 경우에는 20deg 이상 30deg 이하이다.When the load of the internal combustion engine is 100%, for example, the period during which the fuel gas is injected (that is, the period for continuously injecting) is 20 deg or more and 30 deg or less.

연료 가스를 분사하는 분사 구멍이 제1 연료 가스 분사 밸브에 복수 마련되어 있는 경우에는, 적어도 1개의 분사 구멍으로부터 분사되는 연료 가스가 소기 포트를 폐쇄한 후의 피스톤으로 향해져 있으면 된다.In the case where a plurality of injection holes for injecting the fuel gas are provided in the first fuel gas injection valve, fuel gas injected from at least one injection hole may be directed to the piston after closing the scavenge openings.

내연 기관으로서는, 예를 들면, 소기 포트로부터 산화제 가스를 통 내에 도입하고, 제1 연료 가스 분사 밸브로부터 연료 가스를 통 내의 산화제 가스에 대하여 분사하며, 연소 후의 연소 가스를 배기 밸브로부터 배출하는 유니플로 소기형이 이용된다.As an internal combustion engine, for example, there is known an internal combustion engine which includes an oxidizing gas injector for injecting a fuel gas from a first fuel gas injection valve into an oxidizing gas in a cylinder from a scavenge pot and discharging a combustion gas after combustion from an exhaust valve Small type is used.

본 발명의 제1 양태의 내연 기관에서는, 상기 실린더 라이너의 내경에 대한 상기 피스톤의 스트로크의 비인 보어 스트로크비를 3 이상으로 해도 된다.In the internal combustion engine of the first aspect of the present invention, the ratio of the stroke of the piston to the inner diameter of the cylinder liner may be 3 or more.

보어 스트로크비가 3 이상과 같은 초(超) 롱 스트로크가 이용된다. 이로 인하여, 소기 포트를 피스톤으로 폐쇄한 후의 연소 공간은 피스톤의 왕복 운동 방향으로 뻗은 세로로 긴 형상이 된다. 따라서, 이와 같은 디젤 엔진에 연료 가스를 이용한 예혼합 연소 방식을 채용하는 경우, 연료 가스를 산화제 가스(예를 들면 공기)에 대하여 균일하게 혼합하는 것이 어려워진다.A super long stroke such as a bore stroke ratio of 3 or more is used. Due to this, the combustion space after closing the scavenge pot with the piston becomes a longitudinally elongated shape extending in the reciprocating motion direction of the piston. Therefore, when such a diesel engine employs a premix combustion method using fuel gas, it becomes difficult to uniformly mix the fuel gas with the oxidant gas (for example, air).

본 발명의 제1 양태에서는, 제1 연료 가스 분사 밸브를 실린더 커버에 마련하고, 소기 포트를 폐쇄한 후의 피스톤을 향하여(예를 들면 상방에서 하방을 향하여) 연료 가스를 분사하는 것으로 하고 있으므로, 초 롱 스트로크이더라도 연소 공간의 피스톤 왕복 운동 방향(예를 들면 상하 방향)을 유효하게 이용하여 연료 가스를 전체에 분사할 수 있어, 산화제 가스에 대한 연료 가스의 혼합을 촉진시킬 수 있다.In the first aspect of the present invention, since the first fuel gas injection valve is provided on the cylinder cover and the fuel gas is injected toward the piston after closing the scavenge openings (for example, from downward to downward) Even in the case of a long stroke, the fuel gas can be injected to the whole by effectively using the piston reciprocating motion direction (for example, the up and down direction) of the combustion space, and the mixing of the fuel gas with the oxidant gas can be promoted.

본 발명의 제1 양태의 내연 기관으로서는, 예를 들면, 정격으로 200rpm 이하로 운전되는 저속 2 스트로크 디젤 엔진이 이용되고, 주로 선박용 주 기관에 채용된다.As the internal combustion engine of the first aspect of the present invention, for example, a low-speed two-stroke diesel engine operating at a rated speed of 200 rpm or less is used, and is mainly employed in a main engine for a ship.

본 발명의 제1 양태의 내연 기관에서는, 상기 제1 연료 가스 분사 밸브로부터 분사되는 연료 가스의 압력은, 절대압으로 1.0MPa 이상 50MPa 이하로 할 수 있다.In the internal combustion engine of the first aspect of the present invention, the pressure of the fuel gas injected from the first fuel gas injection valve may be 1.0 MPa or more and 50 MPa or less under absolute pressure.

절대압으로 1.0MPa 이상 50MPa 이하인 고압으로 연료 가스를 분사하는 것으로 했으므로, 산화제 가스에 대한 혼합을 보다 촉진시킬 수 있다. 분사 압력으로서는, 보다 바람직하게는 절대압으로 20MPa 이상 30MPa 이하이다.Since the fuel gas is injected at a high pressure of 1.0 MPa or more and 50 MPa or less with absolute pressure, mixing with the oxidant gas can be further promoted. The injection pressure is more preferably 20 MPa or more and 30 MPa or less by absolute pressure.

본 발명의 제1 양태의 내연 기관에서는, 상기 실린더 커버에, 상기 통 내에 연료 오일을 분사하는 연료 오일용 분사 밸브를 마련해도 된다.In the internal combustion engine of the first aspect of the present invention, the cylinder cover may be provided with a fuel oil injection valve for injecting fuel oil into the cylinder.

실린더 커버에 마련된 연료 오일용 분사 밸브로부터 분사되는 연료 오일은, 연료 가스에 의한 예혼합 연소 시에 파일럿용 오일로서 이용된다. 즉, 연료용 분사 밸브로부터 분사되는 연료 오일에 의하여 착화가 행해진다.The fuel oil injected from the fuel oil injection valve provided in the cylinder cover is used as pilot oil in the premix combustion by the fuel gas. That is, ignition is performed by the fuel oil injected from the fuel injection valve.

연료 오일용 분사 밸브로부터 분사되는 연료 오일을 확산 연소용 연료로서 이용하여 내연 기관을 운전하는 연료 오일 모드(이른바 오일 전소(專燒) 모드)를 구비함으로써, 연료 오일 모드와 연료 가스 모드를 구비한 듀얼 퓨얼 기관(DF 기관)으로서 내연 기관을 이용할 수 있다.And a fuel oil mode (so-called oil burning mode) in which the internal combustion engine is operated by using the fuel oil injected from the fuel oil injection valve as the diffusive combustion fuel, An internal combustion engine may be used as a fuel engine (DF engine).

DF 기관으로서 이용한 경우에는, 연료 오일 모드를 선택함으로써 연소 안정성이 더 높은 운전을 행할 수 있다. 한편, 연료 가스 모드를 선택하면, 연료 오일 유래의 SOx의 배출을 회피할 수 있고, 또 연료 오일 모드의 운전 시간을 저감하여 연료 오일 코스트를 억제할 수 있다.In the case of using as the DF engine, the operation of higher combustion stability can be performed by selecting the fuel oil mode. On the other hand, when the fuel gas mode is selected, the emission of SOx derived from the fuel oil can be avoided, and the operating time of the fuel oil mode can be reduced to suppress the fuel oil cost.

본 발명의 제1 양태의 내연 기관은, 상기 실린더 커버에, 상기 통 내에 연료 가스를 분사하는 제2 연료 가스 분사 밸브가 추가로 마련되고, 상기 제2 연료 가스 분사 밸브를 이용하여 연소를 행하는 확산 연료 가스 모드와, 상기 제1 연료 가스 분사 밸브를 이용하여 연소를 행하는 예혼합 연료 가스 모드를 전환하는 제어부를 구비하고 있어도 된다.The internal combustion engine of the first aspect of the present invention is characterized in that the cylinder cover is further provided with a second fuel gas injection valve for injecting a fuel gas in the cylinder and a diffusion for performing combustion by using the second fuel gas injection valve A fuel gas mode, and a pre-mixed fuel gas mode for performing combustion using the first fuel gas injection valve.

제2 연료 가스 분사 밸브에 의하여 통 내에 연료 가스를 분사함으로써, 예혼합 연소보다 연소 안정성이 높은 확산 연소를 행하게 할 수 있다. 상술한 연료 오일 분사 밸브가 마련되어 있는 경우에는, 이 연료 오일 분사 밸브로부터 분사되는 연료 오일이 연료 가스에 의한 확산 연소 시의 파일럿 오일로서 이용된다.By injecting the fuel gas into the cylinder by the second fuel gas injection valve, diffusion combustion with higher combustion stability than pre-mixed combustion can be performed. When the above-described fuel oil injection valve is provided, the fuel oil injected from the fuel oil injection valve is used as pilot oil at the time of diffusive combustion by the fuel gas.

제1 연료 가스 분사 밸브와 제2 연료 가스 분사 밸브를 전환함으로써, 예혼합 연소를 행하는 예혼합 연료 가스 모드와 확산 연소를 행하는 확산 연료 가스 모드를 상황에 따라 구분하여 사용할 수 있다.By switching the first fuel gas injection valve and the second fuel gas injection valve, the premixed fuel gas mode for carrying out the premixed combustion and the diffused fuel gas mode for performing the diffusion combustion can be used for different situations.

예를 들면, ECA와 같이 배기 가스 규제가 적용되는 영역에서 이용되는 경우에는, 예혼합 연소 가스 모드를 선택하고, 배기 가스 중의 NOx를 규젯값 이하로 하여 운전을 행할 수 있다. 이로써, NOx를 제거하기 위한 SCR 등의 배기 가스 처리 장치나, NOx를 저감하기 위한 EGR 등의 부대 설비가 불필요해진다. 한편, 배기 가스 규제가 적용되지 않는 영역에서는, 확산 연료 가스 모드를 선택하여, 연소 안정성이 더 높은 운전을 행할 수 있다.For example, in the case of using in a region where exhaust gas regulation is applied like ECA, the premixed combustion gas mode can be selected and the operation can be performed with NOx in the exhaust gas being set to a value not more than the regular value. This eliminates the necessity of an exhaust gas treatment device such as SCR or the like for removing NOx and an additional facility such as EGR for reducing NOx. On the other hand, in the region where the exhaust gas regulation is not applied, the diffusion fuel gas mode is selected and the combustion stability is higher.

확산용 연료 가스 분사 밸브로부터 분사되는 연료 가스의 압력은, 압축 시의 통 내압 이상 50MPa(절대압) 이하, 보다 바람직하게는 절대압으로 10MPa 이상 30MPa 이하이다.The pressure of the fuel gas injected from the fuel gas injection valve for diffusion is not less than 50 MPa (absolute pressure) and not less than 10 MPa and not more than 30 MPa, more preferably not more than 10 MPa.

본 발명의 제1 양태의 내연 기관에서는, 상기 제어부는, 상기 예혼합 연료 가스 모드로 전환한 직후의 최초의 사이클에 있어서의 연소 행정에서 상기 제1 연료 가스 분사 밸브로부터 분사되는 연료 가스가 완전 연소되는 농도까지, 상기 제1 연료 가스 분사 밸브로부터 분사되는 연료 가스량을 증대시키는 것으로 해도 된다.In the internal combustion engine of the first aspect of the present invention, in the combustion stroke in the first cycle immediately after switching to the pre-mixed fuel gas mode, the fuel gas injected from the first fuel gas injection valve is completely burned The amount of the fuel gas injected from the first fuel gas injection valve may be increased up to a predetermined concentration.

확산 연소를 행하는 확산 연료 가스 모드나 확산 연료 오일 모드와 같이 예혼합 연료 가스를 이용하지 않는 모드로부터, 예혼합 연소를 행하는 예혼합 연료 가스 모드로 전환할 때에는, 이하와 같이 작동한다. 예를 들면 확산 연소를 행하는 확산 연료 가스 모드로부터 예혼합 연료 가스 모드로 전환할 때에는, 제2 연료 가스 분사 밸브로부터 분사되는 연료 가스를 감소시킴과 함께 제1 연료 가스 분사 밸브로부터 분사되는 연료 가스를 증대시킨다. 즉, 확산 연료 가스 모드로부터 예혼합 연료 가스 모드로의 전환 시에는, 분사하는 전체 연료 가스 중 제1 연료 가스 분사 밸브로부터 분사되는 연료 가스의 비율인 예혼합 비율을 0%(확산 연소만)에서 100%(예혼합 연소만)를 향하여 복수의 사이클에 걸쳐 증대시켜가는 것이 생각된다. 이때, 예혼합 비율을 복수의 사이클에 걸쳐 서서히 증가시켜가면, 예혼합 비율이 작은 초기의 사이클의 경우에는 제1 연료 가스 분사 밸브로부터 분사되는 연료 가스량이 적고 예혼합 농도가 낮기 때문에 연료 가스를 완전 연소시키지 못하여 미연(未燃)의 연료 가스를 배기 밸브로부터 배출하게 될 우려가 있다.When the mode is switched from the mode that does not use the premixed fuel gas such as the diffusive fuel gas mode in which the diffusive combustion is performed or the diffusive fuel oil mode to the premixed fuel gas mode in which the premixed combustion is performed, the operation is as follows. For example, when switching from the diffusive fuel gas mode in which diffusive combustion is performed to the premixed fuel gas mode, the fuel gas injected from the second fuel gas injection valve is decreased while the fuel gas injected from the first fuel gas injection valve is reduced Increase. That is, at the time of switching from the diffusive fuel gas mode to the premixed fuel gas mode, the premixing ratio, which is the ratio of the fuel gas injected from the first fuel gas injection valve among all the injecting fuel gas, is 0% (diffusion combustion only) It is considered to increase over a plurality of cycles toward 100% (premixed combustion only). At this time, if the preliminary mixing ratio is gradually increased over a plurality of cycles, the amount of the fuel gas injected from the first fuel gas injection valve is low and the premix concentration is low in the case of the initial cycle in which the preliminary mixing ratio is small, There is a possibility that unburned fuel gas may be discharged from the exhaust valve due to failure to burn.

따라서, 본 발명의 제1 양태에 있어서, 확산 연료 가스 모드로부터 예혼합 연료 가스 모드로 전환한 직후의 최초의 사이클에 있어서의 연소 행정에서 연료 가스가 완전 연소되는 농도까지 제1 연료 가스 분사 밸브로부터 분사되는 연료 가스량을 증대시킴으로써, 확산 연료 가스 모드로부터 예혼합 연료 가스 모드로의 전환 시에 미연 가스가 배기 밸브로부터 배출되는 것을 방지할 수 있다.Therefore, in the first aspect of the present invention, it is preferable that from the first fuel gas injection valve to the concentration at which the fuel gas is completely burned in the combustion stroke in the first cycle immediately after the transition from the diffusion fuel gas mode to the premixed fuel gas mode By increasing the amount of injected fuel gas, unburned gas can be prevented from being discharged from the exhaust valve upon switching from the diffusive fuel gas mode to the premixed fuel gas mode.

예를 들면, 전환 직후의 예혼합 비율은 40% 이상 60% 이하이다. 전환 직후에 40% 이상 60% 이하의 예혼합 비율로 한 후에는, 계속되는 복수의 사이클에서 서서히 예혼합 비율을 증대시키는 것이 바람직하다.For example, the premixing ratio immediately after the conversion is 40% or more and 60% or less. It is preferable to gradually increase the preblending ratio in the subsequent plural cycles after the premixing ratio is 40% or more and 60% or less immediately after the conversion.

본 발명의 제1 양태의 내연 기관에서는, 상기 제1 연료 가스 분사 밸브로부터 연료 가스를 분사하고, 또한 상기 제2 연료 가스 분사 밸브로부터 예혼합 연료로서 연료 가스를 분사하는 것으로 해도 된다.In the internal combustion engine of the first aspect of the present invention, the fuel gas may be injected from the first fuel gas injection valve and the fuel gas may be injected as the premix fuel from the second fuel gas injection valve.

제1 연료 가스 분사 밸브로부터 예혼합 연료로서 연료 가스를 분사하고 연소 공간 내의 피스톤 왕복 운동 방향을 유효하게 이용하여 연료 가스를 산화제 가스에 대하여 균일하게 혼합할 수 있다. 그러나, 제1 연료 가스 분사 밸브는 실린더 커버에 마련되어 있기 때문에, 통 내의 실린더 커버측의 영역은 연료 가스의 혼합이 비교적 나빠질 우려가 있다. 한편, 제2 연료 가스 분사 밸브는, 피스톤이 실린더 커버 측으로 상승했을 때에 연료를 분사하여 확산 연소를 행하는 것이므로, 연료 가스의 분사 방향은 통 내에 있어서의 실린더 커버측의 영역(구체적으로는 통 내의 상방 영역)을 향하고 있으며, 이로 인하여, 제2 연료 가스 분사 밸브에 의하여 통 내의 실린더 커버측의 영역의 혼합을 촉진할 수 있다.It is possible to uniformly mix the fuel gas with the oxidant gas by injecting the fuel gas as the premix fuel from the first fuel gas injection valve and effectively using the piston reciprocating direction in the combustion space. However, since the first fuel gas injection valve is provided on the cylinder cover, there is a possibility that the mixing of the fuel gas in the region on the cylinder cover side in the cylinder becomes relatively poor. On the other hand, since the second fuel gas injection valve performs diffusive combustion by injecting fuel when the piston rises toward the cylinder cover side, the injection direction of the fuel gas is restricted in a region on the cylinder cover side in the cylinder (specifically, Area), whereby the mixing of the region on the cylinder cover side in the cylinder with the second fuel gas injection valve can be promoted.

따라서, 본 발명의 제1 양태는, 제1 연료 가스 분사 밸브로부터 예혼합 연료로서 연료 가스를 분사하고, 또한 제2 연료 가스 분사 밸브로부터 예혼합 연료로서 연료 가스를 분사함으로써, 연소 공간의 전체를 균일하게 혼합시킬 수 있다.Therefore, in the first aspect of the present invention, by injecting the fuel gas as the premix fuel from the first fuel gas injection valve and injecting the fuel gas as the premix fuel from the second fuel gas injection valve, It can be uniformly mixed.

제1 연료 가스 분사 밸브로부터 연료 가스를 분사한 후에, 제2 연료 가스 분사 밸브로부터 예혼합 연료로서 연료 가스를 분사함으로써, 연료 가스를 순차 분사함으로써 혼합을 더 촉진하는 것이 바람직하다.It is preferable to further promote the mixing by sequentially injecting the fuel gas by injecting the fuel gas as the premix fuel from the second fuel gas injection valve after injecting the fuel gas from the first fuel gas injection valve.

본 발명의 제2 양태는, 상술한 어느 하나의 내연 기관이 선박용 주 기관으로서 이용되는 선박이다.A second aspect of the present invention is a ship in which any one of the internal combustion engines described above is used as a main engine for a ship.

본 발명의 제2 양태는, 상술한 내연 기관을 이용함으로써, 과조 착화나 노킹 등의 이상 연소를 가급적 회피하여, 열효율이 우수하고 고부하 운전도 가능한 연료 가스에 의한 예혼합 연소를 행하게 할 수 있으므로, 에너지 절약성 및 환경 성능이 우수한 선박을 실현할 수 있다.According to the second aspect of the present invention, by using the above-described internal combustion engine, it is possible to avoid premature combustion such as overcharge ignition and knocking as much as possible, to perform premixed combustion by the fuel gas which is excellent in thermal efficiency, It is possible to realize a ship having excellent energy saving and environmental performance.

본 발명에 의하면, 과조 착화나 노킹 등의 이상 연소를 가급적 회피함으로써 연소 안정성을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, it is possible to improve combustion stability by avoiding abnormal combustion such as over-ignition and knocking as much as possible.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 내연 기관을 나타낸 전체 구성도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 실린더 라이너를 포함하는 통 내를 중심으로 구성한 개략도이고, 예혼합 연료 가스를 분사한 상태를 나타내며, (a)가 평면도, (b)가 종단면도이다.
도 3은 도 2에 대응한 개략도이고, 파일럿 오일에 의한 착화 상태를 나타내며, (a)가 평면도, (b)가 종단면도이다.
도 4는 도 2에 대응한 개략도이고, 예혼합 연소 상태를 나타내며, (a)가 평면도, (b)가 종단면도이다.
도 5는 도 2에 대응한 개략도이고, 공기를 압축하는 행정을 나타내며, (a)가 평면도, (b)가 종단면도이다.
도 6은 도 2에 대응한 개략도이고, 파일럿 오일에 의한 착화 상태 및 확산 연료 가스의 분사 상태를 나타내며, (a)가 평면도, (b)가 종단면도이다.
도 7은 도 2에 대응한 개략도이고, 확산 연소 상태를 나타내며, (a)가 평면도, (b)가 종단면도이다.
도 8은 예혼합 가스 밸브로부터의 연료 가스의 분사 방향의 일례를 나타낸 개략 사시도이다.
도 9는 예혼합 가스 밸브로부터의 연료 가스의 분사 방향의 다른 일례를 나타낸 개략 사시도이다.
도 10은 예혼합 가스 밸브로부터의 연료 가스의 분사 방향의 다른 일례를 나타낸 개략 사시도이다.
도 11은 예혼합 가스 밸브로부터의 연료 가스의 분사 방향의 다른 일례를 나타낸 개략 사시도이다.
도 12는 확산 연소 타입의 DF 기관의 공기를 압축하는 행정을 나타내며, (a)는 평면도, (b)는 종단면도이다.
도 13은 확산 연소 타입의 DF 기관의 파일럿 오일에 의한 착화 상태를 나타내며, (a)는 평면도, (b)는 종단면도이다.
도 14는 확산 연소 타입의 DF 기관의 연료 가스에 의한 확산 연소 상태를 나타내며, (a)는 평면도, (b)는 종단면도이다.
도 15는 예혼합 연소 타입의 DF 기관의 예혼합 연료 가스를 분사하고 있는 상태를 나타내며, (a)는 평면도, (b)는 종단면도이다.
도 16은 예혼합 연소 타입의 DF 기관의 파일럿 오일에 의한 착화 상태를 나타내며, (a)는 평면도, (b)는 종단면도이다.
도 17은 예혼합 연소 타입의 DF 기관의 예혼합 연소 상태를 나타내며, (a)는 평면도, (b)는 종단면도이다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 2 is a schematic view of a cylinder containing the cylinder liner shown in FIG. 1, showing a state in which a premixed fuel gas is injected, and FIG. 2 (a) is a plan view and FIG. 2 (b) is a longitudinal sectional view.
Fig. 3 is a schematic view corresponding to Fig. 2, showing an ignited state by the pilot oil, in which (a) is a plan view and (b) is a longitudinal sectional view.
Fig. 4 is a schematic view corresponding to Fig. 2, showing a premixed combustion state, wherein (a) is a plan view and (b) is a longitudinal section view.
Fig. 5 is a schematic view corresponding to Fig. 2, showing a stroke for compressing air, wherein (a) is a plan view and (b) is a longitudinal sectional view.
Fig. 6 is a schematic view corresponding to Fig. 2, which shows the ignition state by the pilot oil and the injection state of the diffused fuel gas, wherein (a) is a plan view and Fig. 6 (b) is a longitudinal sectional view.
Fig. 7 is a schematic view corresponding to Fig. 2, showing a diffusive combustion state, wherein (a) is a plan view and (b) is a longitudinal sectional view.
8 is a schematic perspective view showing an example of the direction of injection of the fuel gas from the premix gas valve.
9 is a schematic perspective view showing another example of the direction of injection of the fuel gas from the premix gas valve.
10 is a schematic perspective view showing another example of the direction of injection of the fuel gas from the premix gas valve.
11 is a schematic perspective view showing another example of the direction of injection of the fuel gas from the premix gas valve.
Fig. 12 shows a stroke for compressing the air of the diffusive combustion type DF engine, wherein (a) is a plan view and (b) is a longitudinal sectional view.
FIG. 13 is a plan view and FIG. 13 (b) is a longitudinal sectional view showing the ignition state of the diffused combustion type DF engine by the pilot oil.
FIG. 14 shows a diffusive combustion state of the DF engine of the diffusive combustion type by the fuel gas, wherein (a) is a plan view and (b) is a longitudinal sectional view.
FIG. 15 shows a state in which the premixed fuel gas of the DF engine of the premixed combustion type is injected, wherein (a) is a plan view and (b) is a longitudinal sectional view.
FIG. 16 is a plan view and FIG. 16 (b) is a longitudinal sectional view showing a premixed combustion type DF engine ignited by pilot oil.
17 shows the premixed combustion state of the premixed combustion type DF engine, wherein (a) is a plan view and (b) is a longitudinal sectional view.

이하에, 본 발명에 관한 실시형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1에는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 크로스헤드형 디젤 기관(내연 기관)(1)의 개략이 나타나 있다. 동 도면에 나타난 디젤 기관(1)은, 예를 들면 LNG 선박 등의 액화 가스 운반선의 선박용 주 기관으로서 이용되는 저속 2 스트로크 1 사이클의 유니플로 소기 방식이다.Fig. 1 schematically shows a crosshead-type diesel engine (internal combustion engine) 1 according to an embodiment of the present invention. The diesel engine 1 shown in the drawing is a low-speed two-stroke, one-cycle, uni-flow scavenging system used as a main engine for a ship of a liquefied gas carrier such as an LNG carrier.

디젤 기관(1)은, 하방에 위치하는 대판(台板)(3)과, 대판(3) 상에 마련된 가구(架構)(5)와, 가구(5) 상에 마련된 재킷(7)을 구비하고 있다. 이들 대판(3), 가구(5) 및 재킷(7)은, 상하 방향으로 뻗어 있는 복수의 텐션 볼트(도시하지 않음)에 의하여 일체적으로 체결되어 고정되어 있다.The diesel engine 1 is provided with a base plate 3 located on the lower side, a furniture 5 provided on the base plate 3 and a jacket 7 provided on the furniture 5 . The base plate 3, the furniture 5 and the jacket 7 are integrally fastened and fixed by a plurality of tension bolts (not shown) extending in the vertical direction.

재킷(7)에는 실린더 라이너(9)가 마련되어 있으며, 실린더 라이너(9)의 하단측에는 복수의 소기 포트(10)가 형성되어 있다. 실린더 라이너(9)의 상단에는, 실린더 커버(11)가 마련되어 있다. 실린더 커버(11)에는, 배기 밸브(12)가 마련되어 있다. 이와 같이, 실린더 라이너(9)의 하단측에 마련된 소기 포트(10)로부터 공기가 소기로서 하방으로부터 통 내에 도입되고, 통 내의 상방에 위치하는 배기 밸브(12)로부터 연소 배기 가스가 배기되는 유니플로 소기 방식이 채용되어 있다.A cylinder liner 9 is provided on the jacket 7 and a plurality of scavenge ports 10 are formed on the lower end side of the cylinder liner 9. [ At the upper end of the cylinder liner 9, a cylinder cover 11 is provided. In the cylinder cover 11, an exhaust valve 12 is provided. As described above, air is introduced from the scavenging port 10 provided at the lower end side of the cylinder liner 9 into the cylinder from below in a scavenging manner, and the combustion exhaust gas is exhausted from the exhaust valve 12 located above the cylinder. A scavenging method is adopted.

배기 밸브(12)로부터 배출시킨 배기 가스는, 배기 가스 매니폴드(14)에 모여진 후에, 과급기(16)로 보내진다. 과급기(16)에서는, 유도된 배기 가스에 의하여 도시하지 않은 배기 터빈이 회전되고, 이로써 동축에서 접속된 도시하지 않은 컴프레서가 회전된다. 컴프레서는, 외부로부터 들어온 공기를 압축하여, 에어 쿨러(18)에서 냉각된 후에 소기 매니폴드(20)로 유도된다. 소기 매니폴드(20)로 유도된 압축 공기는, 상술한 소기 포트(10)로 유도된다.The exhaust gas discharged from the exhaust valve 12 is collected in the exhaust gas manifold 14 and then sent to the supercharger 16. In the turbocharger 16, an exhaust turbine (not shown) is rotated by the induced exhaust gas, whereby a compressor (not shown) connected to the coaxial shaft is rotated. The compressor compresses the air from the outside, and is cooled in the air cooler 18 and then guided to the scavenging manifold 20. The compressed air introduced into the scavenging manifold 20 is led to the scavenging port 10 described above.

실린더 라이너(9) 및 실린더 커버(11)에 의하여 형성된 공간 내에는, 피스톤(13)이 왕복 운동 가능하게 마련되어 있다. 피스톤(13)의 하단에는, 피스톤봉(15)의 상단이 회동(回動) 가능하게 장착되어 있다.A piston 13 is reciprocatably provided in a space defined by the cylinder liner 9 and the cylinder cover 11. [ At the lower end of the piston 13, the upper end of the piston rod 15 is rotatably mounted.

본 실시형태의 디젤 기관(1)에서는, 실린더 라이너(9)의 내경에 대한 피스톤(13)의 스트로크의 비인 보어 스트로크비가 3 이상인 초 롱 스트로크이다.The diesel engine 1 of the present embodiment is an ultra long stroke having a bore stroke ratio of 3 or more, which is the ratio of the stroke of the piston 13 to the inner diameter of the cylinder liner 9. [

대판(3)은 크랭크 케이스이며, 크랭크축(17)이 마련되어 있다. 크랭크축(17)으로부터 취출된 회전 출력이 선박의 추진용 프로펠러로 전달되도록 되어 있다. 크랭크축(17)의 상단에는, 연접봉(19)의 하단이 회동 가능하게 접속되어 있다.The base plate 3 is a crankcase, and a crankshaft 17 is provided. The rotary output taken out from the crankshaft 17 is transmitted to the propulsion propeller of the ship. A lower end of the connecting rod 19 is rotatably connected to the upper end of the crankshaft 17.

가구(5)에는, 피스톤봉(15)과 연접봉(19)을 회동 가능하게 접속하는 크로스헤드(21)가 마련되어 있다. 즉, 피스톤봉(15)의 하단 및 연접봉(19)의 상단이 크로스헤드(21)에 접속되어 있다. 크로스헤드(21)의 양측(도 1에 있어서 좌우)에는, 상하 방향으로 뻗어 있는 한 쌍의 슬라이딩판(23)이 가구(5)측에 고정된 상태로 마련되어 있다.The furniture (5) is provided with a crosshead (21) for rotatably connecting the piston rod (15) and the connecting rod (19). That is, the lower end of the piston rod 15 and the upper end of the connecting rod 19 are connected to the crosshead 21. On both sides (right and left in Fig. 1) of the crosshead 21, a pair of sliding plates 23 extending in the vertical direction are provided on the furniture 5 side.

도 2에는, 디젤 기관(1)의 통 내를 중심으로 한 구성이 모식적으로 나타나 있다. 동 도면에 나타나 있는 바와 같이, 실린더 커버(11)에는, 제1 연료 가스 분사 밸브로서의 예혼합용 연료 가스 분사 밸브(이하 "예혼합 가스 밸브"라고 함)(30)와, 제2 연료 가스 분사 밸브로서의 확산용 연료 가스 분사 밸브(이하 "확산 가스 밸브"라고 함)(32)와, 연료 오일 분사 밸브(이하 "연료 오일 밸브"라고 함)(34)가 마련되어 있다.2 schematically shows the structure of the diesel engine 1 centered on the cylinder. As shown in the figure, the cylinder cover 11 is provided with a premixing fuel gas injection valve (hereinafter referred to as "premix gas valve") 30 as a first fuel gas injection valve, (Hereinafter referred to as " diffusion gas valve ") 32 as a valve, and a fuel oil injection valve (hereinafter referred to as" fuel oil valve ") 34 are provided.

예혼합 가스 밸브(30)는, 도 2(a)에 나타나 있는 바와 같이, 실린더 커버(11)를 평면에서 본 경우의 외주측에 2개 마련되어 있다. 2개의 예혼합 가스 밸브(30)는, 실린더 커버(11)의 중심(즉 배기 밸브(12)의 중심)을 사이에 두고 서로 대향하는 위치에 배치되어 있다. 또한, 예혼합 가스 밸브(30)의 수는, 예시로서 2개로 하고 있을 뿐이며, 1개여도 되고, 3개 이상이어도 된다.As shown in Fig. 2 (a), the premixed gas valve 30 is provided with two on the outer peripheral side when the cylinder cover 11 is viewed from the plane. The two premixed gas valves 30 are disposed at positions facing each other with the center of the cylinder cover 11 (that is, the center of the exhaust valve 12) therebetween. The number of the premixed gas valves 30 is only two as an example, and may be one or three or more.

예혼합 가스 밸브(30)는, 도시하지 않은 연료 가스 공급원에 접속되어 있으며, 실린더 라이너(9) 및 실린더 커버(11)에 의하여 형성되는 통 내에 연료 가스를 고압으로 분사한다. 연료 가스로서는, 기화한 LNG와 같은 탄화 수소계의 가스가 이용된다.The premix gas valve 30 is connected to a fuel gas supply source (not shown), and injects the fuel gas into the cylinder formed by the cylinder liner 9 and the cylinder cover 11 at a high pressure. As the fuel gas, a hydrocarbon-based gas such as vaporized LNG is used.

예혼합 가스 밸브(30)로부터의 가스 분사 압력은, 절대압으로 1.0MPa 이상 50MPa 이하이며, 바람직하게는 절대압으로 20MPa 이상 30MPa 이하이다. 예혼합 가스 밸브(30)의 선단에 마련된 노즐에는 복수의 분사 구멍이 마련되어 있고, 각각의 분사 구멍으로부터 연료 가스가 통 내에 분사된다. 예를 들면, 도 2(b)에 나타낸 본 실시형태에서는, 4개의 분사 구멍의 각각으로부터 연료 가스가 분사된 상태가 나타나 있다. 동 도면에 나타나 있는 바와 같이, 예혼합 가스 밸브(30)로부터 분사되는 연료 가스의 방향은, 피스톤(13) 방향, 보다 자세하게는 소기 포트(10)를 피스톤(13)으로 폐쇄한 후의 피스톤(13)의 꼭대기부 즉 피스톤(13) 상단의 원형인 꼭대기면을 향하여 연료 가스를 분사하는 방향이다.The gas injection pressure from the premixed gas valve 30 is 1.0 MPa or more and 50 MPa or less in absolute pressure and preferably 20 MPa or more and 30 MPa or less in absolute pressure. A nozzle provided at the tip of the premixed gas valve (30) is provided with a plurality of injection holes, and fuel gas is injected from each injection hole into the cylinder. For example, in this embodiment shown in Fig. 2 (b), a state in which fuel gas is injected from each of the four injection holes is shown. As shown in the figure, the direction of the fuel gas injected from the premixed gas valve 30 is the direction of the piston 13, more specifically, the piston 13 after closing the scavenge pot 10 with the piston 13 That is, the top of the piston 13, which is the top of the piston 13.

또한, 예혼합 가스 밸브(30)는 적어도 하나의 분사 구멍으로부터 피스톤(13) 방향으로 연료 가스가 분사되도록 각 분사 구멍이 마련되어 있으면 되고, 모든 분사 구멍이 피스톤(13) 방향으로 연료 가스를 분사하도록 마련될 필요는 없다.The premixed gas valve 30 may be provided so that each injection hole is provided so that the fuel gas is injected from the at least one injection hole toward the piston 13 and all the injection holes inject fuel gas in the direction of the piston 13 Need not be provided.

예혼합 가스 밸브(30)는, 예혼합 연소에 의하여 디젤 기관(1)을 작동시키는 경우에 기동되고, 연료 가스에 의한 확산 연소 운전이나 연료 오일에 의한 확산 연소 운전 시에는 기동되지 않고 정지된다. 예혼합 가스 밸브(30)의 기동 및 정지는, 도시하지 않은 제어부로부터의 지령에 따라 행해진다.The premixed gas valve 30 is activated when the diesel engine 1 is operated by premixed combustion, and is stopped without being started during the diffusive combustion operation by the fuel gas or the diffusive combustion operation by the fuel oil. Starting and stopping of the premix gas valve 30 is performed in accordance with a command from a control unit (not shown).

예혼합 가스 밸브(30)의 분사 타이밍은, 도시하지 않은 제어부에 의하여 제어되고, 배기 밸브(12)로부터 연료 가스가 계외로 누출되지 않는 범위이며, 구체적으로는, 예를 들면 140 이상 20degBTDC 이하(BTDC:Before Top Dead Centre), 바람직하게는 100 이상 60degBTDC 이하이다. 여기에서, 배기 밸브(12)가 폐쇄되는 타이밍으로서는, 예를 들면 약 90degBTDC이다.The injection timing of the premixed gas valve 30 is controlled by a control unit (not shown) and is a range in which the fuel gas does not leak out of the system from the exhaust valve 12. Specifically, for example, the injection timing is not less than 140 deg. 20 degBTDC BTDC: Before Top Dead Center), preferably 100 or more and 60degBTDC or less. Here, the timing at which the exhaust valve 12 is closed is, for example, about 90 deg BTDC.

연료 가스를 분사하는 기간(즉 연료 가스를 계속해서 분사하는 기간)으로서는, 예를 들면 디젤 기관(1)의 부하가 100%인 경우에는 20deg 이상 30deg 이하이다.When the load of the diesel engine 1 is, for example, 100%, the period for injecting the fuel gas (i.e., the period for continuously injecting the fuel gas) is not less than 20 deg and not more than 30 deg.

확산 가스 밸브(32)는, 도 2(a)에 나타나 있는 바와 같이, 실린더 커버(11)를 평면에서 본 경우의 외주측에 2개 마련되어 있다. 2개의 확산 가스 밸브(32)는, 실린더 커버(11)의 중심(즉 배기 밸브(12)의 중심)을 사이에 두고 서로 대향하는 위치에 배치되어 있다. 본 실시형태에서는, 각 확산 가스 밸브(32)는, 예혼합 가스 밸브(30)에 대하여 소정 각도만큼 둘레 방향으로 어긋난 위치에 배치되어 있지만, 확산 가스 밸브(32)와 예혼합 가스 밸브(30)는 실린더 커버(11) 상에 배치되어 있으면 된다. 또한, 확산 가스 밸브(32)의 수는, 예시로서 2개로 하고 있을 뿐이며, 1개여도 되고, 3개 이상이어도 되는데, 연료 오일 밸브(34)의 수와 동일하다.As shown in Fig. 2 (a), the diffusion gas valve 32 is provided on the outer circumferential side when the cylinder cover 11 is viewed from the plane. The two diffusion gas valves 32 are disposed at positions facing each other with the center of the cylinder cover 11 (that is, the center of the exhaust valve 12) therebetween. The diffusion gas valve 32 and the premix gas valve 30 are disposed at positions shifted in the circumferential direction by a predetermined angle with respect to the premix gas valve 30 in the present embodiment, May be disposed on the cylinder cover 11. The number of the diffusion gas valves 32 is two as an example, and may be one or three or more, which is the same as the number of the fuel oil valves 34.

예혼합 가스 밸브(30)는, 도시하지 않은 연료 가스 공급원에 접속되어 있으며, 실린더 라이너(9) 및 실린더 커버(11)에 의하여 형성되는 통 내에 연료 가스를 분사한다. 연료 가스로서는, 확산 가스 밸브(32)와 마찬가지로, 기화한 LNG와 같은 탄화 수소계의 가스가 이용된다.The premix gas valve 30 is connected to a fuel gas supply source (not shown), and injects the fuel gas into a cylinder formed by the cylinder liner 9 and the cylinder cover 11. As the fuel gas, a hydrocarbon-based gas such as vaporized LNG is used in the same manner as the diffusion gas valve 32.

확산 가스 밸브(32)로부터의 가스 분사 압력은, 피스톤(13)에 의하여 압축된 후의 공기(소기)보다 높은 압력으로서 50MPa 이하이며, 예를 들면 절대압으로 10MPa 이상 30MPa 이하이다. 확산 가스 밸브(32)의 선단에 마련된 노즐에는 복수의 분사 구멍이 마련되어 있으며, 각각의 분사 구멍으로부터 연료 가스가 통 내에 분사된다. 예를 들면, 도 7(b)에 나타낸 본 실시형태에서는, 4개의 분사 구멍의 각각으로부터 연료 가스가 분사된 상태가 나타나 있다. 동 도면에 나타나 있는 바와 같이, 확산 가스 밸브(32)로부터 분사되는 연료 가스의 방향은, 피스톤(13)이 상사점 근방까지 상승하여 좁아진 연소 공간 내에서 확산 연소가 행해지도록, 수평 방향 또는 수평 방향으로부터 약간 하방을 향한 방향이고, 또한 피스톤(13)의 꼭대기부를 향하지 않는 방향이다.The gas injection pressure from the diffusion gas valve 32 is 50 MPa or less, which is higher than the air (scavenging) after being compressed by the piston 13, and is, for example, 10 MPa or more and 30 MPa or less in absolute pressure. The nozzles provided at the tip of the diffusion gas valve 32 are provided with a plurality of injection holes, and the fuel gas is injected into the cylinder from the respective injection holes. For example, in this embodiment shown in Fig. 7 (b), a state in which fuel gas is injected from each of the four injection holes is shown. As shown in the figure, the direction of the fuel gas injected from the diffusion gas valve 32 is such that the piston 13 rises up to the vicinity of the top dead center so as to perform diffusion combustion in the narrowed combustion space, And also does not face the top portion of the piston 13. In the present embodiment, as shown in Fig.

확산 가스 밸브(32)는, 확산 연소에 의하여 디젤 기관(1)을 작동시키는 경우에 기동되고, 연료 가스에 의한 예혼합 연소 운전이나 연료 오일에 의한 확산 연소 운전 시에는 기동되지 않고 정지된다. 확산 가스 밸브(32)의 기동 및 정지는, 도시하지 않은 제어부로부터의 지령에 따라 행해진다. 또한, 확산 가스 밸브(32)를 예혼합 연소용의 가스 밸브로서 이용하는 경우에는, 예혼합 연소 운전 시에 기동되는 경우도 있다(예를 들면 도 11 참조).The diffusion gas valve 32 is started when the diesel engine 1 is operated by diffusive combustion, and is stopped without being started during the premix combustion operation by the fuel gas or the diffusion combustion operation by the fuel oil. Starting and stopping of the diffusion gas valve 32 is performed in accordance with a command from a control unit (not shown). When the diffusion gas valve 32 is used as a gas valve for premixed combustion, it may be started in the premix combustion operation (see, for example, FIG. 11).

확산 가스 밸브(32)가 연료 가스를 분사하는 기간(즉 계속해서 분사하는 기간)은, 도시하지 않은 제어부에 의하여 제어되고, 예를 들면 디젤 기관(1)의 부하가 100%인 경우에는 20deg 이상 30deg 이하이다.The period during which the diffusion gas valve 32 injects the fuel gas (i.e., the period during which the fuel gas is continuously injected) is controlled by a control unit (not shown). For example, when the load of the diesel engine 1 is 100% 30deg or less.

연료 오일 밸브(34)는, 도 2(a)에 나타나 있는 바와 같이, 실린더 커버(11)를 평면에서 본 경우에, 배기 밸브(12)보다 외주측이고 또한 예혼합 가스 밸브(30) 및 확산 가스 밸브(32)보다 내주측에 2개 마련되어 있다. 2개의 연료 오일 밸브(34)는, 실린더 커버(11)의 중심(즉 배기 밸브(12)의 중심)을 사이에 두고 서로 대향하는 위치에 배치되어 있다. 단, 각 연료 오일 밸브(34)는, 확산 가스 밸브(32) 및 예혼합 가스 밸브(30)에 대하여 소정 각도만큼 둘레 방향으로 어긋난 위치에 배치되어 있다. 또한, 연료 오일 밸브(34)의 수는, 예시로서 2개로 하고 있을 뿐이며, 1개여도 되고, 3개 이상이어도 된다. 또, 배기 밸브(12)보다 외주측이면, 예혼합 가스 밸브(30) 및 확산 가스 밸브(32)보다 내주측이 아니어도 된다.2 (a), when the cylinder cover 11 is viewed in a plan view, the fuel oil valve 34 is located on the outer peripheral side of the exhaust valve 12 and also on the premixed gas valve 30 and the diffusion Two on the inner circumferential side than the gas valve 32 are provided. The two fuel oil valves 34 are disposed at positions facing each other with the center of the cylinder cover 11 (that is, the center of the exhaust valve 12) therebetween. However, each fuel oil valve 34 is disposed at a position shifted in the circumferential direction by a predetermined angle with respect to the diffusion gas valve 32 and the premix gas valve 30. The number of the fuel oil valves 34 is only two as an example, and may be one or three or more. It should be noted that the inner circumferential side of the premixed gas valve 30 and the diffusion gas valve 32 may not be provided on the outer peripheral side of the exhaust valve 12.

연료 오일 밸브(34)는, 도시하지 않은 연료 오일 공급원에 접속되어 있으며, 실린더 라이너(9) 및 실린더 커버(11)에 의하여 형성되는 통 내에 연료 오일을 분사한다. 연료 오일로서는, 예를 들면 C 중유 등의 중유가 이용된다.The fuel oil valve 34 is connected to a fuel oil supply source (not shown), and injects fuel oil into a cylinder formed by the cylinder liner 9 and the cylinder cover 11. As fuel oil, for example, heavy oil such as C heavy oil is used.

연료 오일 밸브(34)로부터의 분사 압력은, 피스톤(13)에 의하여 압축된 후의 공기(소기)보다 높은 압력이며, 예를 들면 절대압으로 30MPa 이상 80MPa 이하이다. 연료 오일 밸브(34)의 선단에 마련된 노즐에는 복수의 분사 구멍이 마련되어 있으며, 각각의 분사 구멍으로부터 연료 오일이 통 내에 분사된다. 예를 들면, 도 3(b)에 나타낸 본 실시형태에서는, 4개의 분사 구멍의 각각으로부터 연료 오일이 분사된 상태가 나타나 있다. 동 도면에 나타나 있는 바와 같이, 연료 오일 밸브(34)로부터 분사되는 연료 오일의 방향은, 피스톤(13)이 상사점 근방까지 상승하여 좁아진 연소 공간 내에서, 착화 또는 확산 연소가 행해지도록, 수평 방향 또는 수평 방향으로부터 약간 하방을 향한 방향이고, 또한 피스톤(13)의 꼭대기부를 향하지 않는 방향이다.The injection pressure from the fuel oil valve 34 is higher than the air (scavenging) after being compressed by the piston 13, for example, 30 MPa or more and 80 MPa or less at an absolute pressure. A plurality of injection holes are provided in the nozzles provided at the tip of the fuel oil valve 34, and the fuel oil is injected into the cylinder from each injection hole. For example, in this embodiment shown in Fig. 3 (b), fuel oil is injected from each of the four injection holes. As shown in the figure, the direction of the fuel oil injected from the fuel oil valve 34 is the same as the direction of the fuel oil injected from the fuel oil valve 34 in the horizontal direction so that ignition or diffusion combustion is performed in the combustion space narrowed by the piston 13 rising close to the top dead center Or in a direction slightly downward from the horizontal direction and not toward the top of the piston 13. [

연료 오일 밸브(34)는, 연료 오일에 의한 확산 연소에 의하여 디젤 기관(1)을 작동시키는 경우에는 확산 연소를 위한 연료 오일을 분사하도록 작동하고(이른바 오일 전소 운전), 또 연료 가스에 의한 예혼합 연소 운전 및 연료 가스에 의한 확산 연소 운전 시에는, 착화용의 파일럿 오일을 분사하도록 작동한다. 연료 오일 밸브(34)의 작동은, 도시하지 않은 제어부로부터의 지령에 따라 행해진다.The fuel oil valve 34 is operated to inject fuel oil for diffusive combustion (so-called oil burner operation) when the diesel engine 1 is operated by diffusive combustion by the fuel oil, During the mixed combustion operation and the diffusive combustion operation by the fuel gas, the operation is performed to inject the pilot oil for ignition. The operation of the fuel oil valve 34 is performed in accordance with a command from a control unit (not shown).

다음으로, 상기 구성의 디젤 기관(1)의 작동 모드에 대하여 설명한다. 작동 모드로서는, 예혼합 가스 밸브(30)를 주로 이용하여, 연료 오일 밸브(34)를 파일럿용으로서 이용하는 예혼합 연료 가스 모드와, 확산 가스 밸브(32)를 주로 이용하여, 연료 오일 밸브(34)를 파일럿용으로서 이용하는 확산 연료 가스 모드와, 연료 오일 밸브(34)만을 이용하는 확산 연료 오일 모드(이른바 오일 전소 모드)가 있다.Next, the operation mode of the diesel engine 1 having the above-described configuration will be described. The operation mode includes a premixed fuel gas mode in which the premix gas valve 30 is mainly used and a fuel oil valve 34 is used as a pilot and a fuel gas valve 34 ) For pilot use and a diffused fuel oil mode using only the fuel oil valve 34 (so-called oil burning mode).

예혼합 연료 가스 모드는, NOx 배출량이 적기 때문에, 예를 들면, 선박이 ECA 내를 항행할 때에 이용된다.The pre-mixed fuel gas mode is used when, for example, the vessel is navigating in the ECA because the NOx emission amount is small.

확산 연료 가스 모드는, 예혼합 연료 가스 모드보다 연소 안정성이 높은 한편, 예혼합 연료 가스 모드에 비하여 NOx 발생량이 많으므로, 예를 들면, 선박이 ECA 외를 항행할 때에 이용된다. 또, 확산 연료 가스 모드는, ECA 내이더라도 NOx 규제량을 넘지 않는 범위에서 소정의 시간 내이면, 연소 안정성이 요구되는 경우에 예혼합 연료 가스 모드 대신에 이용할 수 있다.The diffusion fuel gas mode is higher in combustion stability than the premixed fuel gas mode, and has a larger amount of NOx than the premixed fuel gas mode. For example, the diffusion fuel gas mode is used when the vessel travels outside the ECA. The diffusion fuel gas mode can be used instead of the premixed fuel gas mode when combustion stability is required within a predetermined time within a range not exceeding the NOx regulated amount even in the ECA.

확산 연료 오일 모드는, 연료 오일 유래의 SOx가 연료 가스를 이용하는 경우에 비하여 많이 발생하므로, 예를 들면, SOx 배출 규제가 비교적 느슨한 해역을 항행할 때에, 높은 연소 안정성이 요구되는 경우나, 연료 가스보다 연료 오일을 이용한 편이 좋은 경우에 이용된다.The diffusion fuel oil mode generates a large amount of SOx derived from the fuel oil as compared with the case where the fuel gas is used. For example, when the SOx emission regulation requires a high combustion stability when navigating a relatively loose area, It is used when it is better to use fuel oil.

[예혼합 연료 가스 모드][Mixed Fuel Gas Mode]

예혼합 연료 가스 모드에 대하여, 도 2~도 4를 이용하여 설명한다.The pre-mixed fuel gas mode will be described with reference to Figs. 2 to 4. Fig.

도 2에 나타나 있는 바와 같이, 배기 밸브(12)가 폐쇄되고 또한 피스톤(13)이 소기 포트(10)를 폐쇄한 후의 압축 행정의 초기에, 제어부의 지령에 따라, 예혼합 가스 밸브(30)로부터 절대압으로 1.0MPa 이상 50MPa 이하, 바람직하게는 절대압으로 20MPa 이상 30MPa 이하인 고압의 연료 가스가 피스톤(13)의 꼭대기부를 향하여 분사된다. 또한, 예혼합 연료 가스 모드에서는, 확산 가스 밸브(32)는 폐쇄되어 있다. 단, 도 11에 나타내는 바와 같이, 확산 가스 밸브(32)를 병용하는 경우도 있다.2, at the beginning of the compression stroke after the exhaust valve 12 is closed and the piston 13 closes the scavenging port 10, the premix gas valve 30 is opened in accordance with the command of the control section, Pressure gas having an absolute pressure of 1.0 MPa or more and 50 MPa or less, preferably 20 MPa or more and 30 MPa or less at an absolute pressure, is injected toward the top of the piston 13. Further, in the premixed fuel gas mode, the diffusion gas valve 32 is closed. However, as shown in Fig. 11, the diffusion gas valve 32 may be used in combination.

예혼합 가스 밸브(30)로부터의 연료 가스의 분사 타이밍으로서는, 소기 포트(10)를 피스톤(13)이 폐쇄한 후이고 또한 배기 밸브(12)로부터 연료 가스가 계외로 누출되지 않는 범위에서 선정되며, 예를 들면 140 이상 20degBTDC 이하, 바람직하게는 100 이상 60degBTDC 이하의 사이에서 선정된다. 이 경우, 배기 밸브(12)가 폐쇄되는 타이밍은 약 90degBTDC이다. 예혼합 가스 밸브(30)로부터 연료 가스가 계속해서 분사되는 분사 기간은, 예를 들면 내연 기관의 부하가 100%인 경우에는 20deg 이상 30deg 이하이다.The injection timing of the fuel gas from the premixed gas valve 30 is selected in such a range that the scavenge pot 10 is closed after the piston 13 is closed and the fuel gas does not leak out from the exhaust valve 12 For example, not less than 140 and not more than 20 degBTDC, preferably not less than 100 and not more than 60 degBTDC. In this case, the timing at which the exhaust valve 12 is closed is about 90 deg BTDC. The injection period in which the fuel gas is continuously injected from the premix gas valve 30 is, for example, 20 deg or more and 30 deg or less when the load of the internal combustion engine is 100%.

예혼합 가스 밸브(30)는, 상방의 실린더 커버(11)로부터 하방의 피스톤(13)의 꼭대기부를 향하여 분사하므로, 소기 포트(10)를 피스톤(13)으로 폐쇄한 후의 세로로 긴 연소 공간의 길이 방향을 유효하게 이용하여 연료 가스를 전체에 분사할 수 있어, 공기(소기; 산화제 가스)에 대한 연료 가스의 혼합이 촉진된다. 특히, 본 실시형태의 디젤 기관(1)은 초 롱 스트로크이므로, 길이 방향의 연료 가스 분사에 의한 혼합은 효과적이다.Since the premixed gas valve 30 is sprayed from the upper cylinder cover 11 toward the top of the piston 13 downwardly, the premixed gas valve 30 is moved in the longitudinally long combustion space after closing the scavenge pot 10 with the piston 13 The fuel gas can be injected to the whole using the longitudinal direction effectively, and the mixing of the fuel gas with the air (the scavenging gas) is promoted. Particularly, since the diesel engine 1 of this embodiment is an ultra long stroke, mixing by longitudinally injecting fuel gas is effective.

예혼합 가스 밸브(30)로부터 분사된 연료 가스에 의하여 통 내에 예혼합기가 형성된 후, 피스톤(13)은 상방으로 이동하여 예혼합기를 압축한다. 그리고, 도 3에 나타내는 바와 같이 상사점 부근까지 도달하면, 연료 오일 밸브(34)로부터 파일럿 오일이 분사되어 착화가 행해진다. 이 착화에 의하여 형성된 화염이 예혼합기 내를 전파하면서 예혼합 연소가 행해지고, 도 4에 나타내는 바와 같이 연소 및 팽창 행정이 행해져(이때 연료 오일 밸브(34)로부터의 파일럿 오일의 분사는 정지되어 있음), 피스톤(13)이 하방으로 이동한다.After the premixer is formed in the cylinder by the fuel gas injected from the premix gas valve 30, the piston 13 moves upward to compress the premixer. Then, as shown in Fig. 3, when reaching the vicinity of the top dead center, pilot oil is injected from the fuel oil valve 34 to perform ignition. Premixed combustion is carried out while the flame formed by this ignition propagates in the premixer, and the combustion and expansion stroke are performed as shown in Fig. 4 (at this time, the injection of the pilot oil from the fuel oil valve 34 is stopped) , The piston 13 moves downward.

[확산 연료 가스 모드][Diffusion Fuel Gas Mode]

확산 연료 가스 모드에 대하여, 도 5~7을 이용하여 설명한다.The diffusion fuel gas mode will be described with reference to Figs. 5 to 7. Fig.

도 5에 나타나 있는 바와 같이, 배기 밸브(12)가 폐쇄되고 또한 피스톤(13)이 소기 포트(10)를 폐쇄한 후의 압축 행정에서는, 소기 포트(10)로부터 도입한 공기만을 압축한다. 그리고, 도 6에 나타내는 바와 같이, 피스톤(13)이 상사점 부근까지 도달하면, 연료 오일 밸브(34)로부터 연료 오일을 파일럿 오일로서 분사함과 함께, 이 파일럿 오일과 동시 또는 직후에, 확산 가스 밸브(32)로부터, 압축 시의 통 내압 이상 50MPa(절대압) 이하, 보다 바람직하게는 절대압으로 10MPa 이상 30MPa 이하인 고압의 연료 가스를 분사한다. 이로써, 도 7에 나타내는 바와 같이, 연료 가스의 분사에 따라 통 내에서 확산 연소가 행해져(이때 연료 오일 밸브(34)로부터의 파일럿 오일의 분사는 정지되어 있음), 팽창 행정에 의하여 피스톤(13)이 하방으로 압하된다.5, only the air introduced from the scavenge port 10 is compressed in the compression stroke after the exhaust valve 12 is closed and the piston 13 closes the scavenge port 10. 6, when the piston 13 reaches the vicinity of the top dead center, the fuel oil is injected from the fuel oil valve 34 as pilot oil, and simultaneously with or immediately after the pilot oil, Pressure fuel gas of not less than 50 MPa (absolute pressure), more preferably not less than 10 MPa and not more than 30 MPa in absolute pressure, is injected from the valve 32. As a result, as shown in Fig. 7, diffusion combustion is performed in the cylinder according to injection of the fuel gas (injection of pilot oil from the fuel oil valve 34 is stopped at this time) Downward.

또한, 확산 연료 가스 모드에서는, 예혼합 가스 밸브(30)는 상시 폐쇄되어 있다.Further, in the diffusion fuel gas mode, the premix gas valve 30 is always closed.

[확산 연료 오일 모드][Diffusion Fuel Oil Mode]

확산 연료 오일 모드(이른바 오일 전소 모드)에 대해서는, 도시하지 않지만, 일반 연료 오일을 이용한 확산 연소와 동일하다. 구체적으로는, 배기 밸브(12)를 폐쇄하여 피스톤(13)의 상승과 함께 공기의 압축을 행하고, 상사점 부근에서 연료 오일 밸브(34)로부터 연료 오일을 고압으로 분사하여 확산 연소를 행하며, 이 확산 연소에 의한 팽창 행정에 의하여 피스톤(13)이 하강한다.The diffusion fuel oil mode (so-called oil burning mode) is the same as diffusion combustion using common fuel oil (not shown). Specifically, the exhaust valve 12 is closed to compress the air with the piston 13 rising, and the fuel oil is injected at a high pressure from the fuel oil valve 34 in the vicinity of the top dead point to perform diffusive combustion, The piston 13 is lowered by the expansion stroke caused by diffusion combustion.

이와 같이 확산 연료 오일 모드를 구비함으로써, 연료 가스를 이용한 운전과 병용되는 듀얼 퓨얼 기관(DF 기관)으로서 디젤 기관(1)을 성립시킬 수 있다.By providing the diffusion fuel oil mode in this manner, the diesel engine 1 can be established as a dual fuel engine (DF engine) that is used in combination with the operation using the fuel gas.

또한, 확산 연료 오일 모드에서는, 예혼합 가스 밸브(30) 및 확산 가스 밸브(32)는 상시 폐쇄되어 있다.Further, in the diffusion fuel oil mode, the premixed gas valve 30 and the diffusion gas valve 32 are always closed.

[예혼합 이행 제어][Premixed transition control]

또한, 본 실시형태의 디젤 기관(1)은, 확산 연료 가스 모드 또는 확산 연료 오일 모드로부터 예혼합 연료 가스 모드로 이행할 때에 행해지는 예혼합 이행 제어를 구비하고 있다.Further, the diesel engine 1 of the present embodiment is equipped with the premixing transition control performed when shifting from the diffusion fuel gas mode or the diffusion fuel oil mode to the premixed fuel gas mode.

연료 가스를 이용한 확산 연료 가스 모드로부터 예혼합 연료 가스 모드로 전환할 때에는, 확산 가스 분사 밸브(32)로부터 분사되는 연료 가스를 감소시킴과 함께 예혼합 가스 밸브(30)로부터 분사되는 연료 가스를 증대시킨다. 즉, 확산 연료 가스 모드로부터 예혼합 연료 가스 모드로의 전환 시에는, 분사하는 전체 연료 가스 중 예혼합 가스 밸브(30)로부터 분사되는 연료 가스의 비율인 예혼합 비율을 0%(확산 연소만의 확산 연료 가스 모드)에서 100%(예혼합 연소만의 예혼합 연료 가스 모드)를 향하여 증대시켜 간다. 이때, 제어부에 의한 예혼합 이행 제어에 의하여, 확산 연료 가스 모드로부터 예혼합 연료 가스 모드로 전환한 직후의 최초의 사이클에 있어서의 연소 행정에서, 예혼합 가스 밸브(30)로부터 분사되는 연료 가스가 완전 연소되는 농도까지, 예혼합 가스 밸브(30)로부터 분사되는 연료 가스량을 증대시켜 예혼합 비율을 단번에 상승시킨다. 구체적으로는, 모드 전환 시의 최초의 사이클에서, 예혼합 비율을 0%에서 40% 이상 60% 이하까지 단번에 상승시킨다. 그리고, 모드 전환 직후의 최초의 사이클에서 40% 이상 60% 이하의 예혼합 비율로 한 후에는, 계속되는 복수의 사이클에서 서서히 예혼합 비율을 증대시킨다.When switching from the diffusion fuel gas mode using the fuel gas to the premixed fuel gas mode, the fuel gas injected from the diffusion gas injection valve 32 is decreased and the fuel gas injected from the premix gas valve 30 is increased . That is, at the time of switching from the diffusion fuel gas mode to the premixed fuel gas mode, the premixing ratio, which is the ratio of the fuel gas injected from the premixed gas valve 30 among all the injected fuel gas, is 0% Diffusion fuel gas mode) to 100% (premixed combustion only premixed fuel gas mode). At this time, in the combustion stroke in the first cycle immediately after the transition from the diffusive fuel gas mode to the premixed fuel gas mode, the fuel gas injected from the premix gas valve 30 The amount of the fuel gas injected from the premix gas valve 30 is increased to the concentration at which the mixture is completely burned to increase the premixing ratio at once. More specifically, in the first cycle at the time of mode switching, the preblending ratio is raised from 0% to 40% or more and 60% or less at once. Then, after the preliminary mixing ratio is set to 40% or more and 60% or less in the first cycle immediately after the mode change, the preliminary mixing ratio is gradually increased in the subsequent plural cycles.

이로써, 확산 연료 가스 모드로부터 예혼합 연료 가스 모드로의 전환 시에, 최초의 사이클로부터 예혼합 연료의 완전 연소가 행해지게 되어, 미연 가스가 배기 밸브로부터 배출되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 모드 전환 직후에 복수의 사이클에 걸쳐 예혼합 비율을 0%부터 서서히 증대시켜 가면, 예혼합 비율이 작은 초기의 사이클에서는 예혼합 가스 밸브(30)로부터 분사되는 연료 가스량이 적고 예혼합 농도가 너무 낮아 연료 가스를 완전 연소시키지 못하여 미연의 연료 가스인 탄화 수소(HC)를 배기 밸브(12)로부터 배출하게 된다는 문제를 회피할 수 있다.Thus, at the time of switching from the diffusion fuel gas mode to the premixed fuel gas mode, the complete combustion of the premixed fuel is performed from the first cycle, and the unburned gas can be prevented from being discharged from the exhaust valve. That is, if the pre-mix ratio is gradually increased from 0% immediately after the mode change to a plurality of cycles, the amount of the fuel gas injected from the pre-mix gas valve 30 is small and the premix concentration It is possible to avoid the problem that the hydrocarbon gas (HC), which is an unburned fuel gas, is discharged from the exhaust valve 12 because the fuel gas can not be completely burned.

또, 연료 오일을 이용한 확산 연료 오일 모드로부터 예혼합 연료 가스 모드로의 전환 시에 있어서도, 동일한 제어를 행한다. 즉, 확산 연료 오일 모드로부터 혼합 연료 가스 모드로 전환할 때에는, 연료 오일 밸브(34)로부터 분사되는 연료 오일을 감소시킴과 함께 예혼합 가스 밸브(30)로부터 분사되는 연료 가스를 증대시킨다. 즉, 확산 연료 오일 모드로부터 예혼합 연료 가스 모드로의 전환 시에는, 분사하는 전체 연료 중 예혼합 가스 밸브(30)로부터 분사되는 연료 가스의 발열량 비율인 예혼합 비율을 0%(확산 연소만의 확산 연료 오일 모드)에서 100%(예혼합 연소만의 예혼합 연료 가스 모드)를 향하여 증대시켜 간다. 이때, 제어부에 의한 예혼합 이행 제어에 의하여, 확산 연료 오일 모드로부터 예혼합 연료 가스 모드로 전환한 직후의 최초의 사이클에 있어서의 연소 행정에서, 예혼합 가스 밸브(30)로부터 분사되는 연료 가스가 완전 연소되는 농도까지, 예혼합 가스 밸브(30)로부터 분사되는 연료 가스량을 증대시켜 예혼합 비율을 단번에 상승시킨다. 구체적으로는, 모드 전환 시의 최초의 사이클에서, 예혼합 비율을 0%에서 40% 이상 60% 이하까지 단번에 상승시킨다. 그리고, 모드 전환 직후의 최초의 사이클에서 40% 이상 60% 이하의 예혼합 비율로 한 후에는, 계속되는 복수의 사이클에서 서서히 예혼합 비율을 증대시킨다.In addition, the same control is carried out also in the case of switching from the diffusion fuel oil mode using the fuel oil to the premixed fuel gas mode. That is, when switching from the diffusive fuel oil mode to the mixed fuel gas mode, the fuel oil injected from the premix gas valve 30 is increased while reducing the fuel oil injected from the fuel oil valve 34. That is, at the time of switching from the diffusive fuel oil mode to the premixed fuel gas mode, the premixing ratio, which is the ratio of the calorific value of the fuel gas injected from the premixed gas valve 30 among the total injected fuel, is 0% Diffusion fuel oil mode) to 100% (premixed combustion only fuel gas mode). At this time, in the combustion stroke in the first cycle immediately after the transition from the diffusive fuel oil mode to the premixed fuel gas mode, the fuel gas injected from the premixed gas valve 30 The amount of the fuel gas injected from the premix gas valve 30 is increased to the concentration at which the mixture is completely burned to increase the premixing ratio at once. More specifically, in the first cycle at the time of mode switching, the preblending ratio is raised from 0% to 40% or more and 60% or less at once. Then, after the preliminary mixing ratio is set to 40% or more and 60% or less in the first cycle immediately after the mode change, the preliminary mixing ratio is gradually increased in the subsequent plural cycles.

이로써, 확산 연료 오일 모드로부터 예혼합 연료 가스 모드로의 전환 시에, 최초의 사이클로부터 예혼합 연료의 완전 연소가 행해지게 되어, 미연 가스가 배기 밸브로부터 배출되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 모드 전환 직후에 복수의 사이클에 걸쳐 예혼합 비율을 0%부터 서서히 증대시켜 가면, 예혼합 비율이 작은 초기의 사이클에서는 예혼합 가스 밸브(30)로부터 분사되는 연료 가스량이 적고 예혼합 농도가 너무 낮아 연료 가스를 완전 연소시키지 못하여 미연의 연료 가스인 탄화 수소(HC)를 배기 밸브(12)로부터 배출하게 된다는 문제를 회피할 수 있다.Thus, at the time of switching from the diffusion fuel oil mode to the premixed fuel gas mode, complete combustion of the premixed fuel is performed from the first cycle, and unburnt gas can be prevented from being discharged from the exhaust valve. That is, if the pre-mix ratio is gradually increased from 0% immediately after the mode change to a plurality of cycles, the amount of the fuel gas injected from the pre-mix gas valve 30 is small and the premix concentration It is possible to avoid the problem that the hydrocarbon gas (HC), which is an unburned fuel gas, is discharged from the exhaust valve 12 because the fuel gas can not be completely burned.

[연료 가스 분사 패턴][Fuel gas injection pattern]

다음으로, 예혼합 연료 가스 모드에 있어서의 예혼합 가스 밸브(30)로부터 분사되는 연료 가스의 분사 방향에 대하여 설명한다. 예혼합 가스 밸브(30)로부터 분사되는 연료 가스는, 피스톤(13)이 소기 포트(10)를 폐쇄한 후의 피스톤(13)의 꼭대기부를 향하여 적어도 일부의 연료 가스가 분사되는 것이지만, 이하에 설명하는 바와 같이 복수의 패턴이 있다. 어느 패턴을 채용할지는, 실제로 채용되는 디젤 기관(1)의 형상 등에 따라 적절히 결정된다.Next, the direction of injection of the fuel gas injected from the premixed gas valve 30 in the premixed fuel gas mode will be described. Fuel gas injected from the premixed gas valve 30 is such that at least a portion of the fuel gas is injected toward the top of the piston 13 after the piston 13 closes the scavenge pot 10, There are a plurality of patterns as shown. Which pattern is adopted is appropriately determined depending on the shape of the diesel engine 1 actually employed and the like.

도 8에 나타내는 분사 패턴에서는, 예혼합 가스 밸브(30)의 모든 분사 구멍(동 도면에서는 4개)으로부터 분사되는 연료 가스가 피스톤(13)의 꼭대기부를 향하여 분사된다. 또한, 동 도면에서는 좌측의 예혼합 가스 밸브(30)로부터의 분사 상태밖에 나타나 있지 않지만, 우측의 예혼합 가스 밸브(30)로부터도 마찬가지로 동일한 타이밍에 모든 분사 구멍으로부터 피스톤(13)의 정면을 향하여 연료 가스가 분사된다. 연료 가스가 분사되는 방향은, 소기 포트(10)로부터 도입된 공기의 스월 방향(SW)을 따른 방향이 되어, 스월 공기에 실리도록 분사된다.In the injection pattern shown in Fig. 8, fuel gas injected from all the injection holes (four in the figure) of the premix gas valve 30 is injected toward the top of the piston 13. In the same figure, only the injection state from the left premixed gas valve 30 is shown, but from the right premixed gas valve 30 at the same timing, from all the injection holes toward the front face of the piston 13 Fuel gas is injected. The direction in which the fuel gas is injected is in a direction along the swirl direction SW of the air introduced from the scavenge port 10 and is injected so as to be placed in the swirl air.

도 8의 변형예로서, 좌우의 예혼합 가스 밸브(30)로부터 연료 가스를 분사하는 타이밍을 상이하게 하는 것으로 해도 된다. 이로써, 피스톤(13)의 상승에 따라 상이한 피스톤 위치가 된 타이밍에 각각 연소 가스를 분사할 수 있으므로, 연료 가스의 혼합을 촉진시킬 수 있다.8, the timings at which the fuel gas is injected from the left and right premix gas valves 30 may be made different. As a result, the combustion gas can be injected at the timing at which the piston 13 is moved to a different piston position, so that mixing of the fuel gas can be promoted.

또, 좌우의 예혼합 가스 밸브(30)로부터 연료 가스를 분사할 때의 분사 압력을 상이하게 하는 것으로 해도 된다. 이로써, 좌우의 예혼합 가스 밸브(30)로부터 분사되는 연료 가스의 도달 위치를 조정할 수 있어, 연료 가스의 혼합을 촉진시킬 수 있다.The injection pressure at the time of injecting the fuel gas from the left and right premix gas valves 30 may be different. Thereby, the arrival position of the fuel gas injected from the left and right premix gas valves 30 can be adjusted, and the mixing of the fuel gas can be promoted.

또, 예혼합 가스 밸브(30)로부터 분사시키는 연료 가스의 방향을, 공기의 스월 방향(SW)을 거스르는 방향으로 하여, 연료 가스의 혼합을 촉진해도 된다.The direction of the fuel gas injected from the premixed gas valve 30 may be set to be opposite to the swirl direction SW of the air to promote the mixing of the fuel gas.

도 9에 나타내는 분사 패턴에서는, 좌우의 예혼합 가스 밸브(30)로부터 연료 가스를 분사하는 방향을, 길이 방향으로 상이하게 하는 것으로 한다. 이로써, 세로로 긴 연소 공간의 길이 방향을 유효하게 이용하여 연료 가스의 혼합을 행하게 할 수 있다. 연료 가스의 분사 방향을 변경하는 방법으로서는, 분사 구멍의 방향을 변경하는 것으로 해도 되고, 동일한 분사 구멍의 방향이어도 분사 구멍의 직경을 좌우의 예혼합 가스 밸브(30)에서 상이하게 함으로써 실현할 수 있다.In the injection pattern shown in Fig. 9, the directions in which the fuel gas is injected from the left and right premix gas valves 30 are made different in the longitudinal direction. Thereby, the fuel gas can be mixed by effectively utilizing the longitudinal direction of the longitudinally long combustion space. As a method for changing the injection direction of the fuel gas, the direction of the injection hole may be changed or the diameter of the injection hole may be different between the left and right premix gas valves 30 even in the same injection hole direction.

좌우의 예혼합 가스 밸브(30)로부터 연료 가스를 분사하는 타이밍은, 연료 가스의 혼합이 양호한 타이밍이 이용되며, 동일한 타이밍이어도 되고, 상이하게 해도 된다.The timings at which the fuel gas is injected from the left and right premix gas valves 30 may be at the same timing or at different timings.

또, 예혼합 가스 밸브(30)로부터 연료 가스를 분사하는 방향은, 연료 가스의 혼합이 양호한 방향이 이용되며, 공기의 스월 방향(SW)을 따른 방향이어도 되고, 거스르는 방향이어도 된다.The direction in which the fuel gas is injected from the premixed gas valve 30 is a direction in which mixing of the fuel gas is favorable and may be a direction along the swirl direction SW of the air or a direction opposite to the swirl direction SW.

도 10에 나타내는 분사 패턴에서는, 복수 존재하는 분사 구멍 중 일부의 분사 구멍을 피스톤(13)의 꼭대기부를 향하게 하고, 그 외의 분사 구멍은 그보다 상방을 향하도록 수평 방향으로 기울인 방향을 향하게 한다. 이로써, 세로로 긴 연소 공간의 길이 방향을 유효하게 이용하여 연료 가스의 혼합을 행하게 할 수 있다. 또한, 동 도면에서는 좌측의 예혼합 가스 밸브(30)로부터의 분사 상태밖에 나타나 있지 않지만, 우측의 예혼합 가스 밸브(30)로부터도 마찬가지로 실린더 라이너(9)의 축선에 대칭이 되는 방향으로 연료 가스가 분사된다. 피스톤(13)의 꼭대기부를 향하지 않고 수평 방향으로 기울인 분사 구멍에 대해서는, 피스톤(13)의 꼭대기부를 향하는 분사 구멍보다 작은 직경으로 해도 된다. 수평 방향으로 기울인 분사 구멍으로부터 연료 가스가 분사되는 영역은 혼합 대상이 되는 공기가 비교적 적기 때문이다.In the injection pattern shown in Fig. 10, the injection holes of a part of the plurality of injection holes are directed to the top of the piston 13, and the other injection holes are directed upward in the horizontal direction. Thereby, the fuel gas can be mixed by effectively utilizing the longitudinal direction of the longitudinally long combustion space. In the same figure, only the injected state from the premixed gas valve 30 on the left side is shown, but from the premixed gas valve 30 on the right side, similarly to the direction of symmetry to the axis of the cylinder liner 9, . The diameter of the injection hole which is inclined in the horizontal direction without facing the top of the piston 13 may be smaller than the diameter of the injection hole directed to the top of the piston 13. This is because the air to be mixed is relatively small in the region where the fuel gas is injected from the injection hole inclined in the horizontal direction.

좌우의 예혼합 가스 밸브(30)로부터 연료 가스를 분사하는 타이밍은, 연료 가스의 혼합이 양호한 타이밍이 이용되며, 동일한 타이밍이어도 되고, 상이하게 해도 된다.The timings at which the fuel gas is injected from the left and right premix gas valves 30 may be at the same timing or at different timings.

또, 예혼합 가스 밸브(30)로부터 연료 가스를 분사하는 방향은, 연료 가스의 혼합이 양호한 방향이 이용되며, 공기의 스월 방향(SW)을 따른 방향이어도 되고, 거스르는 방향이어도 된다.The direction in which the fuel gas is injected from the premixed gas valve 30 is a direction in which mixing of the fuel gas is favorable and may be a direction along the swirl direction SW of the air or a direction opposite to the swirl direction SW.

도 11에 나타내는 분사 패턴에서는, 예혼합 가스 밸브(30)에 더하여 확산 가스 밸브(32)를 이용한다. 예혼합 가스 밸브(30)의 분사 패턴으로서는, 상술한 도 8~도 10 중 어느 것을 이용해도 된다. 확산 가스 밸브(32)는, 피스톤(13)이 실린더 커버(11)측으로 상승했을 때에 연료를 분사하여 착화나 확산 연소를 행하는 것이므로, 연료 가스의 분사 방향은 통 내에 있어서의 실린더 커버(11)측의 영역(구체적으로는 통 내의 상방 영역)을 향하고 있다. 이 확산 가스 밸브(32)의 분사 방향을 이용하여, 예혼합 연료 가스 모드 시에도 확산 가스 밸브(32)를 이용함으로써, 통 내의 실린더 커버(11)측의 상방 영역의 혼합을 촉진할 수 있다.In the injection pattern shown in Fig. 11, a diffusion gas valve 32 is used in addition to the premixed gas valve 30. As the injection pattern of the premixed gas valve 30, any of the above-described Fig. 8 to Fig. 10 may be used. Since the diffusion gas valve 32 performs ignition and diffusive combustion by injecting fuel when the piston 13 rises toward the cylinder cover 11 side, the injection direction of the fuel gas is directed toward the cylinder cover 11 side (Specifically, the upper region in the cylinder) of the cylinder. By using the spray direction of the diffusion gas valve 32 and using the diffusion gas valve 32 even in the premixed fuel gas mode, mixing of the upper region on the cylinder cover 11 side in the cylinder can be promoted.

분사 타이밍은, 예혼합 가스 밸브(30)와 확산 가스 밸브(32)를 동시에 분사해도 되고, 먼저 예혼합 가스 밸브(30)를 분사한 후에, 피스톤(13)이 소정 위치까지 상승한 타이밍에 확산 가스 밸브(32)를 분사시켜도 된다. 이와 같이 예혼합 가스 밸브(30)와 확산 가스 밸브(32)로부터 연료 가스를 순차 분사함으로써, 피스톤(13)의 이동에 따라 변화하는 연소 공간의 형상에 적합한 혼합 상태를 실현할 수 있다.The injection timing may be such that the premixed gas valve 30 and the diffusion gas valve 32 are injected at the same time. After the premixed gas valve 30 is first injected, the timing at which the piston 13 rises to a predetermined position, The valve 32 may be sprayed. By thus injecting the fuel gas sequentially from the premixed gas valve 30 and the diffusion gas valve 32, it is possible to realize a mixed state suitable for the shape of the combustion space which changes in accordance with the movement of the piston 13.

이상과 같이, 본 실시형태의 디젤 기관(1)에 의하면, 이하의 작용 효과를 나타낸다.As described above, the diesel engine 1 of the present embodiment exhibits the following operational effects.

예혼합 가스 밸브(30)를 실린더 커버(11)에 마련하고, 소기 포트(10)를 피스톤(13)으로 폐쇄한 후의 피스톤(13) 꼭대기부를 향하여 상방에서 하방으로 연료 가스를 분사하는 것으로 했다. 이로써, 소기 포트(10)를 피스톤(13)으로 폐쇄한 후의 연소 공간의 피스톤 왕복 운동 방향을 유효하게 이용하여 연료 가스를 전체에 분사할 수 있어, 연료 가스와 공기의 혼합이 촉진된다. 특히, 디젤 기관(1)은, 초 롱 스트로크이고, 연소 공간이 피스톤 왕복 운동 방향으로 긴 형상이므로, 연소 공간의 길이 방향을 유효하게 이용하여 연료 가스의 혼합이 효과적으로 행해진다. 또한, 절대압으로 1.0MPa 이상 50MPa 이하, 보다 바람직하게는 절대압으로 20MPa 이상 30MPa 이하인 고압으로 연료 가스를 분사하는 것으로 했으므로, 더욱 연료 가스의 혼합이 촉진된다.The premixed gas valve 30 is provided in the cylinder cover 11 and the fuel gas is injected downward from the top toward the top of the piston 13 after closing the engine 10 with the piston 13. Thereby, the fuel gas can be injected to the whole, effectively using the piston reciprocating direction of the combustion space after the scavenge pot 10 is closed by the piston 13, so that the mixing of the fuel gas and the air is promoted. Particularly, since the diesel engine 1 is an ultra long stroke and the combustion space is long in the reciprocating motion direction of the piston, the longitudinal direction of the combustion space is effectively used to effectively mix the fuel gas. Further, since the fuel gas is injected at an absolute pressure of 1.0 MPa or more and 50 MPa or less, more preferably 20 MPa or more and 30 MPa or less at an absolute pressure, the mixing of the fuel gas is further promoted.

따라서, 국소적으로 연료 가스 농도가 높아지는 국소적 최소 λ(λ는 공기 과잉률)를 크게 할 수 있어, 과조 착화나 노킹 등의 이상 연소를 가급적 회피함으로써 연소 안정성을 향상시킬 수 있다. 또, 과조 착화나 노킹 등의 이상 연소를 가급적 회피할 수 있으므로, 종래의 예혼합 기관보다 압축비의 낮춤 정도를 작게 할 수 있고, 열효율의 저하를 최소화할 수 있어, 높은 Pme(통 내 평균 유효 압력)의 고부하에서의 운전도 가능해진다.Therefore, the local minimum? (? Is excess air ratio) at which the fuel gas concentration is locally increased can be increased, and abnormal combustion such as overcharge ignition and knocking can be avoided as much as possible, thereby improving combustion stability. Further, abnormal combustion such as over-ignition combustion and knocking can be avoided as much as possible, so that the degree of lowering of the compression ratio can be made smaller than that of the conventional pre-mix engine, the decrease in thermal efficiency can be minimized, ) Can be operated under a high load.

예혼합 가스 밸브(30)는, 배기 밸브(12)와 동일하게 실린더 커버(11)에 마련되어 있으며, 배기 밸브(12)로부터 멀어지는 방향으로 연료 가스를 분사하게 되므로, 배기 밸브(12)가 완전히 폐쇄되기 전이더라도 연료 가스의 분사를 개시할 수 있다. 이와 같이 배기 밸브(12)가 폐쇄되기 전에 연료 가스의 분사를 개시하는 것으로 하면, 연료 가스를 공기에 대하여 혼합시키는 시간을 많이 확보할 수 있으므로, 보다 균일하게 혼합시킬 수 있다.The premixed gas valve 30 is provided in the cylinder cover 11 in the same manner as the exhaust valve 12 and injects the fuel gas in a direction away from the exhaust valve 12 so that the exhaust valve 12 is completely closed It is possible to start the injection of the fuel gas. If the injection of the fuel gas is started before the exhaust valve 12 is closed as described above, it is possible to secure more time for mixing the fuel gas with the air, so that the fuel gas can be mixed more uniformly.

또, 예혼합 연료 가스 모드와 확산 연료 가스 모드를 상황에 따라 구분하여 사용할 수 있으므로, ECA 내에서 이용되는 경우에는, 예혼합 연소 가스 모드를 선택하고, 배기 가스 중의 NOx를 규젯값 이하로 하여 운전을 행할 수 있다. 이로써, NOx를 제거하기 위한 SCR 등의 배기 가스 처리 장치나, NOx를 저감하기 위한 EGR 등의 부대 설비가 불필요해진다. 한편, ECA 외에서는, 확산 연료 가스 모드를 선택하여, 보다 연소 안정성이 높은 운전을 행할 수 있다.In addition, since the premixed fuel gas mode and the diffusing fuel gas mode can be used separately, it is possible to select the premixed combustion gas mode when used in the ECA, and to reduce the NOx in the exhaust gas to the regular value or less Can be performed. This eliminates the necessity of an exhaust gas treatment device such as SCR or the like for removing NOx and an additional facility such as EGR for reducing NOx. On the other hand, in a case other than the ECA, the diffusion fuel gas mode can be selected and the operation with higher combustion stability can be performed.

또, 연료 오일 밸브(34)를 이용하여 확산 연소를 행하는 연료 오일 모드를 구비하는 것으로 하여, 연료 오일 모드와 연료 가스 모드(예혼합 연료 가스 모드 및 확산 연료 가스 모드)를 구비한 DF 기관으로서 디젤 기관(1)을 구성하는 것으로 했으므로, 연료 오일 모드를 선택함으로써 연소 안정성이 더 높은 운전을 행할 수 있다. 한편, 연료 가스 모드를 선택하면, 연료 오일 유래의 SOx의 배출을 회피할 수 있고, 또 연료 오일 모드의 운전 시간을 저감하여 연료 오일 코스트를 억제할 수 있다.It is also possible to use a fuel oil mode in which diffusive combustion is performed by using the fuel oil valve 34 so that the diesel engine as a DF engine having a fuel oil mode and a fuel gas mode (a premixed fuel gas mode and a diffusing fuel gas mode) And the engine 1 is constituted. Therefore, the operation with higher combustion stability can be performed by selecting the fuel oil mode. On the other hand, when the fuel gas mode is selected, the emission of SOx derived from the fuel oil can be avoided, and the operating time of the fuel oil mode can be reduced to suppress the fuel oil cost.

또, 확산 연료 가스 모드 또는 확산 연료 오일 모드로부터 예혼합 연료 가스 모드로 전환한 직후의 최초의 사이클에 있어서의 연소 행정에서 연료 가스가 완전 연소되는 농도까지 예혼합 가스 밸브(30)로부터 분사되는 연료 가스량을 증대시키는 예혼합 이행 제어를 채용하는 것으로 했으므로, 확산 연료 가스 모드로부터 예혼합 연료 가스 모드로의 전환 시에 미연 가스가 배기 밸브(12)로부터 배출되는 것을 방지할 수 있다.The fuel injected from the premixed gas valve 30 up to the concentration at which the fuel gas is completely burned in the combustion stroke in the first cycle immediately after the transition from the diffusion fuel gas mode or the diffusion fuel oil mode to the premixed fuel gas mode It is possible to prevent the unburned gas from being discharged from the exhaust valve 12 at the time of switching from the diffusive fuel gas mode to the premixed fuel gas mode since the premixed transition control for increasing the gas amount is adopted.

또한, 상술한 실시형태에서는, 예혼합 가스 밸브(30)와 확산 가스 밸브(32)를 각각 다른 가스 밸브로서 설명했지만, 이들 예혼합 가스 밸브(30)와 확산 가스 밸브(32)를 공통의 가스 밸브로 하여 겸용시켜도 된다. 이와 같은 경우에는, 공통의 가스 밸브에 형성한 복수의 분사 구멍의 방향을 예혼합용과 확산용으로 나누어 설정하여, 각각의 분사 구멍을 전환하는 구성으로 한다.Although the premixed gas valve 30 and the diffusion gas valve 32 are described as being different gas valves in the above-described embodiment, the premixed gas valve 30 and the diffusion gas valve 32 may be provided as common gas It may be used as a valve. In such a case, the directions of the plurality of injection holes formed in the common gas valve are divided and set for the premixing and the diffusion, and the respective injection holes are switched.

1 디젤 기관(내연 기관)
9 실린더 라이너
10 소기 포트
11 실린더 커버
12 배기 밸브
13 피스톤
14 배기 가스 매니폴드
16 과급기
30 예혼합 가스 밸브(제1 연료 가스 분사 밸브)
32 확산 가스 밸브(제2 연료 가스 분사 밸브)
34 연료 오일 밸브(연료 오일 분사 밸브)1 Diesel engine (internal combustion engine)
9 cylinder liners
10 scavenge ports
11 Cylinder cover
12 Exhaust valve
13 Piston
14 Exhaust gas manifold
16 supercharger
30 Premixed gas valve (first fuel gas injection valve)
32 Diffusion gas valve (second fuel gas injection valve)
34 Fuel oil valve (fuel oil injection valve)

Claims (8)

실린더 라이너와,
상기 실린더 라이너 내를 왕복 운동하는 피스톤과,
상기 실린더 라이너의 일단측에 마련된 실린더 커버와,
상기 실린더 커버에 마련된 배기 밸브와,
상기 실린더 라이너의 타단측에 마련된 소기 포트와,
상기 실린더 커버에 마련되어, 상기 실린더 라이너 및 상기 실린더 커버에 의하여 형성되는 통 내에 연료 가스를 분사하는 제1 연료 가스 분사 밸브
를 구비하고,
상기 제1 연료 가스 분사 밸브는, 상기 소기 포트를 상기 피스톤으로 폐쇄한 후의 상기 피스톤을 향하여 상기 연료 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.A cylinder liner,
A piston reciprocating in the cylinder liner,
A cylinder cover provided on one end side of the cylinder liner,
An exhaust valve provided in the cylinder cover,
A scavenge port provided on the other end side of the cylinder liner,
A first fuel gas injection valve provided in the cylinder cover for injecting a fuel gas into a cylinder formed by the cylinder liner and the cylinder cover;
And,
Wherein the first fuel gas injection valve injects the fuel gas toward the piston after the scavenge port is closed by the piston. 청구항 1에 있어서,
상기 실린더 라이너의 내경에 대한 상기 피스톤의 스트로크의 비인 보어 스트로크비가 3 이상인 것을 특징으로 하는 내연 기관.The method according to claim 1,
Wherein a ratio of a stroke of the piston to an inner diameter of the cylinder liner is 3 or more. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제1 연료 가스 분사 밸브로부터 분사되는 연료 가스의 압력은, 절대압으로 1.0MPa 이상 50MPa 이하인 것을 특징으로 하는 내연 기관.The method according to claim 1 or 2,
Wherein the pressure of the fuel gas injected from the first fuel gas injection valve is 1.0 MPa or more and 50 MPa or less in absolute pressure. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실린더 커버에는, 상기 통 내에 연료 오일을 분사하는 연료 오일용 분사 밸브가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관.The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the cylinder cover is provided with a fuel oil injection valve for injecting fuel oil into the cylinder. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실린더 커버에는, 상기 통 내에 연료 가스를 분사하는 제2 연료 가스 분사 밸브가 추가로 마련되고,
상기 제2 연료 가스 분사 밸브를 이용하여 연소를 행하는 확산 연료 가스 모드와, 상기 제1 연료 가스 분사 밸브를 이용하여 연소를 행하는 예혼합 연료 가스 모드를 전환하는 제어부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관.The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the cylinder cover is further provided with a second fuel gas injection valve for injecting fuel gas into the cylinder,
A diffusion fuel gas mode in which combustion is performed using the second fuel gas injection valve and a premixed fuel gas mode in which combustion is performed using the first fuel gas injection valve, Agency. 청구항 5에 있어서,
상기 제어부는, 상기 예혼합 연료 가스 모드로 전환한 직후의 최초의 사이클에 있어서의 연소 행정에서 상기 제1 연료 가스 분사 밸브로부터 분사되는 연료 가스가 완전 연소되는 농도까지, 상기 제1 연료 가스 분사 밸브로부터 분사되는 연료 가스량을 증대시키는 것을 특징으로 하는 내연 기관.The method of claim 5,
The control unit may control the flow rate of the fuel gas injected from the first fuel gas injection valve to the concentration at which the fuel gas injected from the first fuel gas injection valve is completely burned in the combustion stroke in the first cycle immediately after the switching to the premixed fuel gas mode, And increases the amount of the fuel gas injected from the internal combustion engine. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
상기 제1 연료 가스 분사 밸브로부터 예혼합 연료로서 연료 가스를 분사하고, 또한 상기 제2 가스 분사 밸브로부터 예혼합 연료로서 연료 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.The method according to claim 5 or 6,
The fuel gas is injected as the premix fuel from the first fuel gas injection valve and the fuel gas is injected as the premix fuel from the second gas injection valve. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 기재된 내연 기관이 선박용 주 기관으로서 이용되고 있는 것을 특징으로 하는 선박.A ship characterized in that the internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7 is used as a main engine for a ship.
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