KR20230067525A

KR20230067525A - 엔진 시스템

Info

Publication number: KR20230067525A
Application number: KR1020220144726A
Authority: KR
Inventors: 요시미츠 마츠라; 요시노리 후쿠이; 에이토 야마구치; 유키 고바야시; 신노스케 미야자키
Original assignee: 얀마 홀딩스 주식회사
Priority date: 2021-11-09
Filing date: 2022-11-02
Publication date: 2023-05-16
Also published as: EP4177458A1; US20230147721A1; CN116104609A; US20240102406A1

Abstract

(과제) 크랭크실로부터 블로바이 가스를 효율적으로 배출하기 쉽고, 보다 한층 백파이어 대책을 가능하게 하는 엔진 시스템을 제공한다.
(해결 수단) 엔진 시스템은, 공기를 기준으로 하는 비중이 1 보다 작은 블로바이 가스가 발생할 수 있는 엔진 시스템으로서, 실린더 블록 (5) 을 구비한다. 실린더 블록 (5) 은, 상하 방향 (D2) 으로 늘어서는 기통 (51) 과 크랭크실 (52) 을 포함하고, 기통 (51) 의 하방에 크랭크실 (52) 이 위치한다. 실린더 블록 (5) 의 내주면 (501) 에는, 크랭크실 (52) 의 내부 공간 (Sp1) 과 실린더 블록 (5) 의 외부 공간을 잇는 환기 통로 (503) 로 이어지는 환기구 (502) 가 개구된다. 환기구 (502) 는, 크랭크실 (52) 에 있어서의 상하 방향 (D2) 의 중심 (C1) 보다 상방측에 배치되어 있다.

Description

엔진 시스템{ENGINE SYSTEM}

본 개시는 공기를 기준으로 하는 비중이 1 보다 작은 블로바이 가스가 발생할 수 있는 엔진 시스템, 및 흡기 포트의 내부 공간에 기체 연료를 공급하는 연료 공급 장치를 구비하는 엔진 시스템에 관한 것이다.

관련 기술로서, 연소실로부터 크랭크실 (크랭크 케이스) 로 누출된 블로바이 가스에 대한 대책을 강구한 엔진 시스템 (내연 기관) 이 알려져 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조). 관련 기술에 관련된 엔진 시스템에서는, 크랭크실의 내면부에는, 크랭크실로부터 블로바이 가스를 도입하는 도입구가 형성된다. 도입구는, 도입 통로에 의해 블로바이 가스 통로로 이어져 있으며, 엔진 시스템은, 블로바이 가스 통로에서, 흡기계를 개재하여 블로바이 가스를 연소실로 환류시키도록 구성되어 있다. 여기서, 도입구 (블로바이 가스 도입부) 는, 크랭크 저널보다 하측의 위치에 배치됨으로써, 블로바이 가스 도입부와 크랭크 샤프트의 크랭크 저널의 간섭이 회피된다. 또, 통내 분사용 인젝터와 흡기 통로 분사용 인젝터를 구비하는 듀얼 분사형의 엔진 시스템 (내연 기관) 이 알려져 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조). 관련 기술에 관련된 엔진 시스템에서는, 연료 분사량의 조정 (보정) 에 의해, 연료 증발 가스의 퍼지 처리 실행 시에 있어서의 백파이어의 발생을 억제한다. 구체적으로, 통내 분사용 인젝터 및 흡기 통로 분사용 인젝터의 분담율이 소정의 범위 내에 있을 때의 연료 증발 가스의 퍼지 처리 실행 시, 도입되는 퍼지 연료량에 대응하는 연료 분사량 보정을, 흡기 통로 분사용 인젝터로부터의 연료 분사량만을 바꾸어 실시한다.

일본 공개특허공보 2018-127894호 일본 공개특허공보 2006-194197호

그런데, 예를 들어, 수소 등의 비중이 1 보다 작은 기체 연료를 사용하는 엔진 시스템에 있어서는, 크랭크실에 누출된 블로바이 가스가 크랭크실의 상방에 체류하기 쉽다. 그 때문에, 상기 관련 기술과 같이, 도입구가 크랭크 저널보다 하측의 위치에 배치되어 있으면, 크랭크실로부터 블로바이 가스를 효율적으로 배출할 수 없을 가능성이 있다. 또, 예를 들어, 수소 등의 기체 연료를 사용하는 엔진 시스템에 있어서는, 보다 연료에 착화하기 쉬워지는 경우가 있다. 그 때문에, 만일 백파이어가 발생했을 경우에, 흡기 포트 내에 공급되는 연료에 착화하고, 백파이어가 연쇄하는 것까지 예측하여, 보다 한층 백파이어 대책을 실시하는 것이 요망된다.

본 개시의 목적은, 크랭크실로부터 블로바이 가스를 효율적으로 배출하기 쉬운 엔진 시스템, 및, 보다 한층 백파이어 대책을 가능하게 하는 엔진 시스템을 제공하는 것에 있다.

본 개시의 일 양태에 관련된 엔진 시스템은, 공기를 기준으로 하는 비중이 1 보다 작은 블로바이 가스가 발생할 수 있는 엔진 시스템으로서, 실린더 블록을 구비한다. 상기 실린더 블록은, 상하 방향으로 늘어서는 기통과 크랭크실을 포함하고, 상기 기통의 하방에 상기 크랭크실이 위치한다. 상기 실린더 블록의 내주면에는, 상기 크랭크실의 내부 공간과 상기 실린더 블록의 외부 공간을 잇는 환기 통로로 이어지는 환기구가 개구된다. 상기 환기구는, 상기 크랭크실에 있어서의 상기 상하 방향의 중심보다 상방측에 배치되어 있다. 또, 본 개시의 일 양태에 관련된 엔진 시스템은, 흡기 포트와, 연료 공급 장치를 구비한다. 상기 흡기 포트는, 연소실에 공기를 공급한다. 상기 연료 공급 장치는, 상기 흡기 포트의 내부 공간에 기체 연료를 공급한다. 상기 연료 공급 장치는, 상기 기체 연료를 분사하는 분사부를 갖는다. 적어도 상기 흡기 포트의 내주면 중 상기 분사부로부터의 상기 기체 연료의 분사 영역의 중심축과의 교점에는, 냉각부가 배치되어 있다.

본 개시에 의하면, 크랭크실로부터 블로바이 가스를 효율적으로 배출하기 쉬운 엔진 시스템, 및, 보다 한층 백파이어 대책을 가능하게 하는 엔진 시스템을 제공할 수 있다.

도 1 은, 실시형태 1 에 관련된 엔진 시스템의 개략 구성을 나타내는 시스템 도이다.
도 2 는, 실시형태 1 에 관련된 엔진 시스템을 탑재한 선박의 개략 구성을 나타내는 설명도이다.
도 3 은, 실시형태 1 에 관련된 엔진 시스템의 엔진 본체의 개략 사시도이다.
도 4 는, 실시형태 1 에 관련된 엔진 시스템의 엔진 본체의 개략 좌측면도이다.
도 5 는, 실시형태 1 에 관련된 엔진 시스템의 엔진 본체의 개략 평면도이다.
도 6 은, 실시형태 1 에 관련된 엔진 시스템의 엔진 본체의 개략 정면도이다.
도 7 은, 실시형태 1 에 관련된 엔진 시스템의 엔진 본체의 일부 파단한 주요부의 개략도이다.
도 8 은, 실시형태 1 에 관련된 엔진 시스템에 있어서의 블로바이 가스의 흐름을 나타내는 개략 설명도이다.
도 9 는, 실시형태 1 에 관련된 엔진 시스템의 환기 통로의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 10 은, 실시형태 1 에 관련된 엔진 시스템의 엔진 본체의 개략 좌측면도이다.
도 11 은, 실시형태 1 에 관련된 엔진 시스템의 실린더 블록에 있어서의 기통, 크랭크실 및 캠실의 위치 관계를 모식적으로 나타내는 개략도이다.
도 12 는, 실시형태 1 에 관련된 엔진 시스템의 실린더 블록에 있어서의 기통, 크랭크실, 캠실 및 흡기 매니폴드의 위치 관계를 모식적으로 나타내는 개략도이다.
도 13 은, 실시형태 1 에 관련된 엔진 시스템의 환기구와 기체 도입구의 위치 관계, 및 기류 형성부에 관한 변형예를 나타내는 개략도이다.
도 14 는, 실시형태 1 에 관련된 엔진 시스템의 피스톤 주변을 확대한 개략 단면도이다.
도 15 는, 실시형태 1 에 관련된 엔진 시스템의 피스톤 주변을 확대한 개략 단면도이다.
도 16 은, 실시형태 1 에 관련된 엔진 시스템의 별례의 기통 주변을 확대한 개략 단면도이다.
도 17 은, 실시형태 1 에 관련된 엔진 시스템의 엔진 본체의 일부 파단한 주요부의 개략도이다.
도 18 은, 실시형태 1 에 관련된 엔진 시스템의 실린더 헤드의 내부 구성을 나타내는 개략 사시도이다.
도 19 는, 실시형태 1 에 관련된 엔진 시스템의 실린더 헤드의 내부 구성을 나타내는 개략 평면도이다.
도 20 은, 실시형태 1 에 관련된 엔진 시스템의 흡기 포트 주변의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 21 은, 실시형태 1 에 관련된 엔진 시스템의 흡기 포트 주변의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 22 는, 실시형태 1 에 관련된 엔진 시스템의 제어 동작의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 23 은, 실시형태 1 에 관련된 엔진 시스템의 제어 동작의 일례를 나타내는 플로 차트이다.
도 24 는, 실시형태 1 에 관련된 엔진 시스템의 제어 동작의 일례를 나타내는 플로 차트이다.
도 25 는, 실시형태 1 의 변형예에 관련된 엔진 시스템에 있어서의 기통, 크랭크실 및 캠실의 위치 관계를 모식적으로 나타내는 개략도이다.
도 26 은, 실시형태 2 에 관련된 엔진 시스템의 엔진 본체의 일부 파단한 주요부의 개략도이다.
도 27 은, 실시형태 2 에 관련된 엔진 시스템에 있어서의 블로바이 가스의 흐름을 나타내는 개략 설명도이다.
도 28 은, 실시형태 3 에 관련된 엔진 시스템의 엔진 본체의 개략 좌측면도이다.
도 29 는, 실시형태 4 에 관련된 엔진 시스템의 흡기 포트 주변의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 30 은, 실시형태 4 의 변형예에 관련된 엔진 시스템의 흡기 포트 주변의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하면서, 본 개시의 실시형태에 대해서 설명한다. 이하의 실시형태는, 본 개시를 구체화한 일례로서, 본 개시의 기술적 범위를 한정하는 취지는 아니다. 본 개시에서 참조하는 도면은, 모두 모식적인 도면이며, 도면 중의 각 구성 요소의 크기 및 두께 각각의 비가, 반드시 실제의 치수비를 반영하고 있다고는 할 수 없다.

(실시형태 1)

[1] 전체 구성

먼저, 본 실시형태에 관련된 엔진 시스템 (1) 의 전체 구성에 대해서, 도 1 ∼ 도 6 을 참조하여 설명한다. 도 1 에 있어서는, 엔진 시스템 (1) 의 각 부의 구성을 모식적으로 나타내고, 또한 전기적인 접속 관계에 대해서는 (전기 신호가 흐르는 방향을 향한) 일점 쇄선의 화살표로 나타내고 있다.

본 실시형태에 관련된 엔진 시스템 (1) 은, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 엔진 시스템 (1) 의 주구성이 되는 엔진 본체 (2) 를 구비한다. 여기서 말하는 「엔진」 은, 연료를 연소시켜 기계적 에너지 (동력) 를 발생시키는 열 기관으로서, 연료의 연소가 기관의 내부에서 행해지고, 연소 가스를 동작 가스로 하여 열 에너지를 기계적 에너지로 바꾸는 원동기인 내연 기관을 포함한다. 요컨대, 엔진 본체 (2) 는, 공급되는 연료를 사용하여 동력 (기계적 에너지) 을 발생시킨다.

본 실시형태에 관련된 엔진 본체 (2) 는, 피스톤 (21) (도 1 참조) 의 왕복 운동을 회전 운동으로 변환하여 동력으로서 회전력을 출력하는 레시프로케이팅 엔진 (reciprocating engine) 이다. 특히 본 실시형태에서는, 적어도 수소를 연료로서 사용하는 수소 연료 엔진 (Hydrogen fueled internal combustion engine), 요컨대 수소 연료 레시프로케이팅 엔진을, 엔진 본체 (2) 의 예로서 설명한다.

본 실시형태에서는 일례로서, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 선박 (10) 에 사용되는 엔진 시스템 (1) 에 대해서 설명한다. 이 엔진 시스템 (1) 은, 선박 (10) 의 선체 (100) 에 탑재된다. 요컨대, 본 실시형태에 관련된 선박 (10) 은, 엔진 시스템 (1) 과, 선체 (100) 를 구비하고 있다. 엔진 시스템 (1) 은, 선체 (100) 를 추진시키는 추진력을 발생시키기 위한 구동원으로서 사용된다. 본 실시형태에서는 또한, 엔진 시스템 (1) 은, 선체 (100) 에서 사용되는 전기 에너지 (전력) 를 생성하는 발전기 (101) (도 1 참조) 를 구동시키기 위한 구동원으로서도 이용 가능하다. 요컨대, 엔진 시스템 (1) 은, 선체 (100) 의 추진력 발생용, 또는 발전기 (101) 구동용의 구동원으로서 사용된다. 발전기 (101) 로 생성되는 전기 에너지는, 축전 장치에 저장되어도 된다.

선박 (10) 은, 바다, 호수 또는 하천 등의 수상을 항행 (항주) 하는 이동체이다. 본 실시형태에서는 일례로서, 선박 (10) 은, 주로 바다에 있어서 스포츠 또는 레크리에이션 등에 사용되는 소형 선박인 「플레저 보트」 이다. 선박 (10) 의 선체 (100) 는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 프로펠러 (103) 및 프로펠러 샤프트 (104) 를 갖고 있다. 프로펠러 (103) 는, 프로펠러 샤프트 (104) 에 의해 엔진 시스템 (1) 의 엔진 본체 (2) 와 연결되어 있다. 선박 (10) 은, 엔진 본체 (2) 에서 발생하는 동력을 받아 프로펠러 샤프트 (104) 를 중심으로 프로펠러 (103) 를 회전시킴으로써, 선체 (100) 를 전진 또는 후진시키기 위한 추진력을 발생시킨다.

엔진 본체 (2) 는, 예를 들어, 선체 (100) 의 기관실의 내저판 상에 베이스대를 개재하여 설치된다. 여기서, 엔진 본체 (2) 는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 선체 (100) 가 수상에 정박하고 있는 상태에 있어서, 수평면에 대하여 선체 (100) 의 진행 방향의 일방에, 경사 각도 (θ1) 만큼 경사진 자세로 배치된다. 구체적으로는, 엔진 본체 (2) 는, 크랭크 샤프트 (22) (도 1 참조) 의 회전축 (Ax1) (도 3 참조) 을 선체 (100) 의 진행 방향을 따르게 하면서, 선체 (100) 의 진행 방향의 전진측 (전진 시에 진행하는 측) 일수록 높아지도록 경사진 「전방 상승」 의 자세로 배치되어 있다.

또, 본 실시형태에서는, 선박 (10) 은, 사람 (조종자) 의 조작 (원격 조작을 포함한다) 에 따라 동작하는 구성으로서, 특히, 조종자인 사람이 탑승 가능한 유인 타입인 것으로 한다. 그 때문에, 선박 (10) 은, 조종자의 조작을 접수하는 조작반 (102) (도 1 참조) 을 선체 (100) 에 갖고 있으며, 조작반 (102) 에 대한 조작에 따라, 엔진 시스템 (1) 의 엔진 제어부 (20) 가 엔진 본체 (2) 를 구동시킨다. 이에 따라, 선박 (10) 은, 조종자의 조작에 따라 엔진 본체 (2) 를 구동하고, 프로펠러 (103) 를 회전시킴으로써 선체 (100) 를 전진 또는 후진시키는 것이 가능해진다. 또, 선체 (100) 는, 키 기구, 표시 장치, 통신 장치, 및 조명 설비 등을 포함하는 각종 선내 설비를 추가로 구비하고 있다. 또, 엔진 시스템 (1) 이 발전기 (101) 의 구동에 사용되는 경우에는, 발전기 (101) 의 제어 상태 (발전기 부하) 또는 사람 (조종자) 의 조작 (원격 조작을 포함한다) 등에 따라, 엔진 제어부 (20) 가 엔진 본체 (2) 를 구동시킨다.

본 실시형태에 관련된 엔진 시스템 (1) 은, 기체 연료를 공기와 혼합시키고 나서 연소실 (50) 에 유입시키는 예혼합 연소 방식과, 액체 연료를 연소실 (50) 내에 분사하여 연소하는 확산 연소 방식, 중 어느 것에도 대응 가능한, 이른바 듀얼 퓨얼 엔진 (DF 엔진) 이다. 여기서, 기체 연료는 일례로서 수소이고, 액체 연료는 일례로서 화석 연료 (경유 또는 가솔린 등) 인 것으로 한다. 보다 상세하게는, 액체 연료로서 경유를 사용함으로써, 엔진 시스템 (1) 은, 연료에 수소를 사용하는 가스 모드와, 연료에 경유를 사용하는 디젤 모드, 중 어느 것에도 대응 가능하다. 여기서, 가스 모드에 있어서는 착화용 연료로서 소량의 액체 연료 (경유 등) 가 추가로 사용되어도 된다.

또, 본 실시형태에서는, 설명의 편의상, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 크랭크 샤프트 (22) 의 회전축 (Ax1) 을 따르는 방향을 출력축 방향 (D1) 이라고 정의한다. 또한, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 출력축 방향 (D1) 과 직교하고 또한 엔진 본체 (2) 가 사용 가능한 상태에서의 연직 방향을 따른 방향을 상하 방향 (D2) 이라고 정의하고, 출력축 방향 (D1) 과 상하 방향 (D2) 의 양방에 직교하는 방향을 폭 방향 (D3) 이라고 정의한다. 여기서, 출력축 방향 (D1) 의 일방을 「전방」, 타방을 「후방」 이라고 정의하고, 크랭크 샤프트 (22) 에 있어서 프로펠러 샤프트 (104) 와 연결되는 측 (플라이 휠이 배치되는 측) 을 후방으로 한다. 마찬가지로, 폭 방향 (D3) 의 일방을 「좌방」, 타방을 「우방」 이라고 정의한다. 또한, 상하 방향 (D2) 중, 후술하는 크랭크실 (52) (도 1 참조) 에서 보아 기통 (51) (도 1 참조) 이 위치하는 측을 「상방」, 반대측을 「하방」 이라고 정의한다.

바꿔 말하면, 본 실시형태에서 사용되는 각 방향은, 모두 크랭크 샤프트 (22) 의 회전축 (Ax1) 을 기준으로 규정되는 방향이다. 여기서, 엔진 본체 (2) 는, 상기 서술한 바와 같이, 크랭크 샤프트 (22) 의 회전축 (Ax1) 을 선체 (100) 의 진행 방향을 따르게 하면서, 경사 각도 (θ1) 만큼 수평면에 대하여 경사지는 「전방 상승」 의 자세로 배치된다. 그 때문에, 상하 방향 (D2) 으로 연장되는 가상 직선은, 선체 (100) 에 엔진 본체 (2) 가 탑재된 상태에서의 연직 방향에 대하여, 경사 각도 (θ1) 만큼 (후진측으로) 경사지게 된다. 단, 이들 방향은, 모두 엔진 본체 (2) 의 사용 방향 (사용 시의 방향) 을 한정하는 취지는 아니다.

엔진 본체 (2) 의 후단부에서는, 엔진 출력축으로서의 크랭크 샤프트 (22) 가 후방을 향하여 돌출한다. 크랭크 샤프트 (22) 에는, 감속기를 개재하여 프로펠러 샤프트 (104) 가 연결된다. 엔진 본체 (2) 가 구동되어, 크랭크 샤프트 (22) 가 회전축 (Ax1) 을 중심으로 회전하면, 프로펠러 샤프트 (104) 에 이어지는 프로펠러 (103) 가 회전하여 선체 (100) 의 추진력이 발생한다. 엔진 시스템 (1) 이, 발전기 (101) 의 구동에 사용되는 경우에는, 크랭크 샤프트 (22) 에는, 발전기 (101) 가 연결된다. 이 경우, 엔진 본체 (2) 가 구동되어, 크랭크 샤프트 (22) 가 회전축 (Ax1) 을 중심으로 회전하면, 발전기 (101) 가 구동되어 전기 에너지가 생성된다.

본 실시형태에 관련된 엔진 시스템 (1) 은, 상기 서술한 바와 같이 듀얼 퓨얼 엔진이다. 그 때문에, 엔진 시스템 (1) 은, 기체 연료 (수소) 를 공기에 혼합시켜 연소시키는 예혼합 연소 방식 (가스 모드) 과, 액체 연료 (경유) 를 확산시켜 연소시키는 확산 연소 방식 (디젤 모드) 중 어느 것을 선택하여, 엔진 본체 (2) 를 구동시킬 수 있다. 그 때문에, 엔진 본체 (2) 에는, 기체 연료 (여기서는 수소) 와 액체 연료 (여기서는 경유) 의 2 종류의 연료를, 엔진 본체 (2) 의 외부로부터 공급 가능하게 구성되어 있다.

즉, 엔진 시스템 (1) 은, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 기체 연료를 공급하기 위한 연료 공급 장치 (3) 와, 액체 연료를 공급하기 위한 액체 연료 공급 장치 (4) 를 구비하고 있다.

연료 공급 장치 (3) 는, 분사부 (31) 와, 액화 수소 탱크 (32) 와, 연료 공급로 (33) 와, 기화기 (34) 와, 조압 밸브 (35) 와, 가스 어드미션 밸브 (36) 를 갖고 있다. 액화 수소 탱크 (32) 는, 액화된 기체 연료 (여기서는 수소) 를 저류하는 연료 탱크로서, 연료 공급로 (33) 를 통해서 가스 어드미션 밸브 (36) 에 접속되어 있다. 기화기 (34) 및 조압 밸브 (35) 는, 연료 공급로 (33) 에, 상류측으로부터 기화기 (34), 조압 밸브 (35) 의 순서로 삽입되어 있다. 기화기 (34) 는, 액화 수소를 기화한다. 조압 밸브 (35) 는, 엔진 본체 (2) 로의 기체 연료의 공급량을 조정하는 가스 밸브 유닛이다. 가스 어드미션 밸브 (36) 는, 연료 공급로 (33) 를 통해서 공급되는 기체 연료를, 노즐형상 (통상 (筒狀)) 의 분사부 (31) 로부터, 엔진 본체 (2) 내로 분사한다.

액체 연료 공급 장치 (4) 는, 액체 연료 분사부 (41) 를 갖고 있다. 액체 연료 공급 장치 (4) 는, 액체 연료 공급로를 개재하여, 액체 연료 탱크에 접속되어 있다. 액체 연료 공급 장치 (4) 는, 액체 연료 공급로를 통해서 공급되는 액체 연료를, 노즐형상 (통상) 의 액체 연료 분사부 (41) 로부터, 엔진 본체 (2) 내로 분사한다.

여기서, 기체 연료를 분사하는 분사부 (31) 는, 연소실 (50) 로 이어지는 흡기 포트 (61) 의 내부에 임하는 위치에 배치되고, 액체 연료를 분사하는 액체 연료 분사부 (41) 는, 연소실 (50) 에 임하는 위치에 배치되어 있다. 이에 따라, 분사부 (31) 는, 기체 연료를 흡기 포트 (61) 내에 분사하고, 기체 연료를 공기와 혼합시키고 나서 연소실 (50) 에 유입시킨다. 한편, 액체 연료 분사부 (41) 는, 액체 연료를 연소실 (50) 내에 직접적으로 분사한다. 요컨대, 연료 공급 방식으로서, 기체 연료에 대해서는 포트 분사 방식이 채용되며, 액체 연료에 대해서는 직분사 방식이 채용된다.

엔진 본체 (2) 는, 도 3 및 도 4 에 나타내는 바와 같이, 실린더 블록 (5) 위에 실린더 헤드 (6) 를 조립하여 구성된다. 실린더 블록 (5) 은, 기통 (51) (실린더) 및 크랭크실 (52) 을 갖고 있다. 실린더 헤드 (6) 는, 흡기 포트 (61) 및 배기 포트 (62) 를 갖고 있다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 실린더 블록 (5) 의 하부에는, 크랭크 샤프트 (22) 가, 회전축 (Ax1) 을 출력축 방향 (D1) 으로 향하게 향한 상태에서 회전 가능하게 지지되어 있다.

실린더 블록 (5) 에는, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 복수 (본 실시형태에서는 6 개) 의 기통 (51) 이 크랭크 샤프트 (22) 의 회전축 (Ax1) 을 따르도록 일렬 (직렬) 로 나란히 형성된다. 요컨대, 본 실시형태에서는, 엔진 본체 (2) 는, 기통 (51) 이 복수 직렬로 나란히 배치된 직렬 다기통 엔진 (직렬 6 기통 엔진) 이다. 크랭크 샤프트 (22) 의 회전축 (Ax1) 을 따른 출력축 방향 (D1) 과, 복수의 기통 (51) 의 배열 방향은 일치하고 있다. 각 기통 (51) 에는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 피스톤 (21) 이 상하 방향 (D2) 으로 슬라이드 가능, 요컨대 왕복 이동 가능하게 수용되어 있다. 피스톤 (21) 은, 커넥팅 로드 (24) 를 개재하여 크랭크 샤프트 (22) 에 연결된다.

실린더 헤드 (6) 는, 복수 (본 실시형태에서는 6 개) 의 기통 (51) 에 1 대 1 로 대응하도록 복수 형성되어 있다. 복수 (본 실시형태에서는 6 개) 의 실린더 헤드 (6) 는, 각각 기통 (51) 을 상방으로부터 덮도록, 1 개의 실린더 블록 (5) 의 상방에 고정되어 있다. 요컨대, 복수의 실린더 헤드 (6) 는, 출력축 방향 (D1) 으로 일렬로 나란히 배치되어 있다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 각 기통 (51) 의 내부 공간 중, 피스톤 (21) 의 상면과 실린더 헤드 (6) 의 하면으로 둘러싸인 공간이, 연소실 (50) 로서 기능한다. 요컨대, 피스톤 (21) 이 상하 방향 (D2) 으로 왕복 이동함으로써, 연소실 (50) 은 팽창과 수축을 번갈아 반복하게 된다.

복수의 헤드 커버 (71) 는, 복수 (본 실시형태에서는 6 개) 의 기통 (51) 에 1 대 1 로 대응하도록, 출력축 방향 (D1) 으로 일렬로 늘어놓아, 실린더 헤드 (6) 상에 배치되어 있다. 각 헤드 커버 (71) 의 내부에는, 흡기 밸브 (72) 및 배기 밸브 (73) 를 동작시키기 위한 푸쉬 로드 및 로커 아암 등을 포함하는 밸브 작동 기구가 수용되어 있다. 흡기 밸브 (72) 는, 실린더 헤드 (6) 에 형성된 흡기 포트 (61) 중, 연소실 (50) 로 이어지는 개구를 개폐한다. 배기 밸브 (73) 는, 실린더 헤드 (6) 에 형성된 배기 포트 (62) 중, 연소실 (50) 로 이어지는 개구를 개폐한다. 이에 따라, 흡기 밸브 (72) 가 열린 상태에서는, 연소실 (50) 에 흡기 포트 (61) 로부터의 공기 (흡입 공기) 를 도입할 수 있다. 배기 밸브 (73) 가 열린 상태에서는, 연소실 (50) 로부터의 배기를 배기 포트 (62) 에 배출할 수 있다.

흡기 밸브 (72) 및 배기 밸브 (73) 의 개폐 구동은, 캠샤프트 (23) (도 1 참조) 로 실시된다. 캠샤프트 (23) 는, 도 1 및 도 6 에 나타내는 바와 같이, 실린더 블록 (5) 에 있어서의 기통 (51) 의 좌방에 배치된 캠실 (53) 에 수용되어 있다. 캠실 (53) 은, 기통 (51) 및 크랭크실 (52) 등과 일체로, 실린더 블록 (5) 에 형성되어 있다. 캠실 (53) 은, 출력축 방향 (D1) 으로 연장되어 있고, 동일하게 출력축 방향 (D1) 으로 연장된 캠샤프트 (23) 를 회전 가능하게 수용한다. 캠샤프트 (23) 는, 크랭크 샤프트 (22) 의 회전에 연동하여 출력축 방향 (D1) 을 따른 회전축을 중심으로 회전하고, 흡기 밸브 (72) 및 배기 밸브 (73) 의 각각을 개폐 구동한다.

또, 실린더 블록 (5) 의 상방이며, 또한 실린더 헤드 (6) 의 좌방에 해당되는 부위에는, 사이드 커버 (74) 가 장착되어 있다. 요컨대, 엔진 본체 (2) 의 좌측면의 상부에는 단차가 형성되어 있고, 이 단차 부분을 덮도록, 사이드 커버 (74) 가 장착된다. 사이드 커버 (74) 로 덮인 공간에는, 액체 연료 공급용 레일 배관, 메인 연료 분사 펌프 및 파일럿 연료 공급용 레일 배관 등이 배치되어 있다. 액체 연료 공급용 레일 배관은, 출력축 방향 (D1) 으로 연장되도록 배치되고, 확산 연소 방식에 의한 연소 시에 각 기통 (51) 의 연소실 (50) 에 액체 연료를 분배하여 공급한다. 액체 연료 공급용 레일 배관에 공급된 액체 연료는, 각 기통 (51) 에 대응하여 형성된 메인 연료 분사 펌프에 분배되고, 메인 연료 분사 펌프로부터 공급된 액체 연료는 액체 연료 분사부 (41) 로부터 연소실 (50) 내로 분사된다. 파일럿 연료 공급용 레일 배관은, 예혼합 연소 방식에 의한 연소 시에 기체 연료 착화를 목적으로 하여, 각 기통 (51) 의 연소실 (50) 에 파일럿 연료를 분배하여 공급한다.

또, 도 1 및 도 6 에 나타내는 바와 같이, 실린더 블록 (5) 에 있어서의 기통 (51) 의 우방에는, 엔진 본체 (2) 의 외부로부터의 공기 (흡기) 를 각 기통 (51) 의 연소실 (50) 에 분배하여 공급하기 위한 흡기 매니폴드 (54) 가 배치되어 있다. 흡기 매니폴드 (54) 는, 기통 (51) 및 크랭크실 (52) 등과 일체로, 실린더 블록 (5) 에 형성되어 있다. 흡기 매니폴드 (54) 는, 출력축 방향 (D1) 으로 연장되어 있고, 복수의 실린더 헤드 (6) 에 형성된 복수의 흡기 포트 (61) 에 이어져 있다. 이에 따라, 복수의 흡기 포트 (61) 에는 흡기 매니폴드 (54) 로부터 공기가 분배된다. 요컨대, 흡기 매니폴드 (54) 는, 흡기 포트 (61) 를 통해서, 각 기통 (51) 의 연소실 (50) 에 통하게 된다.

도 6 에 나타내는 바와 같이, 실린더 헤드 (6) 의 우상방에는, 각 기통 (51) 의 연소실 (50) 에서의 연소에 의해 발생한 배기를 모아 엔진 본체 (2) 의 외부로 배출하기 위한 배기 매니폴드 (75) 가 배치되어 있다. 배기 매니폴드 (75) 는, 출력축 방향 (D1) 으로 연장되어 있고, 복수의 실린더 헤드 (6) 에 형성된 복수의 배기 포트 (62) 에 이어져 있다. 이에 따라, 복수의 배기 포트 (62) 로부터의 배기는 배기 매니폴드 (75) 에 집약된다. 요컨대, 배기 매니폴드 (75) 는, 배기 포트 (62) 를 통해서, 각 기통 (51) 의 연소실 (50) 에 통하게 된다.

여기서, 실린더 블록 (5), 실린더 헤드 (6) 및 피스톤 (21) 등의, 엔진 본체 (2) 를 구성하는 주요 부품은, 예를 들어, 알루미늄 합금 및 주철 등의 금속 재료로 구성되어 있다. 이들의 주요 부품은, 원하는 내구성 (강성 및 내마모성 등을 포함한다) 을 가지며, 또한 비교적 우수한 열전도성을 갖고 있다.

상기 구성에 의하면, 확산 연소 방식에 의한 엔진 본체 (2) 의 구동 시에는, 흡기 매니폴드 (54) 로부터 각 기통 (51) 에 공급된 공기가 피스톤 (21) 의 슬라이드에 의해 압축된 적절한 타이밍에, 액체 연료 분사부 (41) 로부터 연소실 (50) 내로 액체 연료가 분사된다. 액체 연료가 연소실 (50) 내에 분사됨으로써, 피스톤 (21) 은, 연소실 (50) 에서 발생하는 폭발로부터 얻어지는 추진력에 의해 기통 (51) 내를 왕복 운동하고, 피스톤 (21) 의 왕복 운동이 커넥팅 로드 (24) 를 개재하여 크랭크 샤프트 (22) 의 회전 운동으로 변환된다. 이에 따라, 엔진 본체 (2) 는, 크랭크 샤프트 (22) 의 회전력을 동력 (기계적 에너지) 으로서 출력한다.

한편, 예혼합 연소 방식에 의한 엔진 본체 (2) 의 구동 시에는, 액화 수소 탱크 (32) 로부터 연료 공급로 (33) 를 통해서 공급된 기체 연료가, 분사부 (31) 로부터 흡기 포트 (61) 내로 분사된다. 이에 따라, 흡기 매니폴드 (54) 로부터 흡기 포트 (61) 로 공급되는 공기와, 기체 연료가 흡기 포트 (61) 내에서 혼합된다. 그 때문에, 각 기통 (51) 에는, 흡기 포트 (61) 로부터 공기와 기체 연료의 혼합기 (混合氣) 가 도입되고, 당해 혼합기가 피스톤 (21) 의 슬라이드에 의해 압축된 적절한 타이밍에, 연소실 (50) 내에 소량의 파일럿 연료가 분사됨으로써, 기체 연료에 착화된다. 피스톤 (21) 은, 연소실 (50) 에서 발생하는 폭발로부터 얻어지는 추진력에 의해 기통 (51) 내를 왕복 운동하고, 피스톤 (21) 의 왕복 운동이 커넥팅 로드 (24) 를 개재하여 크랭크 샤프트 (22) 의 회전 운동으로 변환된다. 이에 따라, 엔진 본체 (2) 는, 크랭크 샤프트 (22) 의 회전력을 동력 (기계적 에너지) 으로서 출력한다.

확산 연소 방식 및 예혼합 연소 방식 중 어느 것이더라도, 연소실 (50) 에서의 연소 (폭발) 에 의해 발생하는 배기는, 피스톤 (21) 의 운동에 의해 기통 (51) 으로부터 밀려 나와, 배기 포트 (62) 를 통해서 배기 매니폴드 (75) 에 모아진 후, 엔진 본체 (2) 의 외부로 배출된다.

또, 본 실시형태에 관련된 엔진 시스템 (1) 은, 엔진 본체 (2) 에 더하여, 과급기 (8) (도 1 참조) 를 구비하는 과급기가 부착된 엔진이다. 과급기 (8) 는, 도 3 및 도 4 에 나타내는 바와 같이, 엔진 본체 (2) 의 전부 (前部) 의 상방에 배치되어 있다.

과급기 (8) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 흡기측 터빈 (81) 과, 배기측 터빈 (82) 을 갖고 있다. 흡기측 터빈 (81) 은, 공기를 흡기 매니폴드 (54) 에 도입하기 위한 흡기 통로 (83) 상에 배치되어 있다. 배기측 터빈 (82) 은, 배기 매니폴드 (75) 로 이어지는 배기 통로 (84) 상에 배치되어 있다. 배기측 터빈 (82) 은 흡기측 터빈 (81) 에 연결되어 있고, 배기 통로 (84) 를 통해서 배출되는 공기 (배기) 의 흐름에 의해 배기측 터빈 (82) 이 회전하면, 흡기측 터빈 (81) 이 회전한다. 흡기측 터빈 (81) 이 회전함으로써, 흡기 통로 (83) 로부터 도입되는 공기 (흡입 공기) 는, 압축되고, 인터 쿨러 (85) 를 통해서 흡기 매니폴드 (54) 에 보내진다. 인터 쿨러 (85) 는, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 엔진 본체 (2) 의 전단면을 따라 배치되어 있고, 과급기 (8) 로 압축된 공기 (흡입 공기) 를 냉각시킨다. 도 1 에 있어서의 굵은선 화살표는, 공기 (흡입 공기 및 배기를 포함한다) 의 흐름 (기류) 을 나타내고 있다.

그런데, 본 실시형태에 관련된 엔진 시스템 (1) 은, 상기 서술한 구성의 엔진 본체 (2) (및 과급기 (8)) 에 더하여, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 엔진 제어부 (20), 통내압 센서 (76) 및 회전수 센서 (77) 등을 추가로 구비하고 있다.

엔진 제어부 (20) 는, CPU (Central Processing Unit) 등의 1 이상의 프로세서와, ROM (Read Only Memory) 및 RAM (Random Access Memory) 등의 1 이상의 메리를 갖는 컴퓨터 시스템을 주구성으로 하며, 각종 처리 (정보 처리) 를 실행한다. 엔진 제어부 (20) 에 있어서의 1 이상의 메모리에는, 1 이상의 프로세서에 엔진 제어 방법을 실행시키기 위한 프로그램 (엔진 제어 프로그램) 이 기록되어 있다. 엔진 제어부 (20) 는, 조압 밸브 (35), 가스 어드미션 밸브 (36) 및 액체 연료 분사부 (41) 등에 제어 신호 (전기 신호) 를 출력하고, 조압 밸브 (35), 가스 어드미션 밸브 (36) 및 액체 연료 분사부 (41) 등을 제어한다. 이에 따라, 엔진 제어부 (20) 에서는, 엔진 본체 (2) 의 출력 (주로 회전수) 을, 임의의 값으로 조절하도록 엔진 본체 (2) 를 제어하는 것이 가능하다.

통내압 센서 (76) 는, 각 기통 (51) 의 연소실 (50) 에 임하는 위치에 배치되고, 연소실 (50) 내의 압력을 계측하고, 계측값 (압력) 에 따른 전기 신호를 엔진 제어부 (20) 에 출력한다. 회전수 센서 (77) 는, 크랭크 샤프트 (22) 의 회전수 (및 회전각) 를 계측하고, 계측값 (회전수) 에 따른 전기 신호를 엔진 제어부 (20) 에 출력한다.

[2] 정의

본 개시에서 말하는 「블로바이 가스」 는, 엔진 본체 (2) 의 압축 공정 또는 연소 행정에서 고압이 된 연소 가스 (배기) 및 미연소 가스 등 중, 기통 (51) 의 내주면과 피스톤 (21) 의 외주면의 간극을 통해서 기통 (51) (연소실 (50)) 으로부터 크랭크실 (52) 로 누출된 가스를 의미한다. 바꿔 말하면, 「블로바이 가스」 는, 압축 행정에서 고압이 된 연소실 (50) 내의 혼합기가 크랭크실 (52) 로 누출되어 이루어지는 「압축 누출 가스」 를 포함한다. 요컨대, 연소실 (50) 내의 미연소 가스 등이, 기통 (51) 과 피스톤 (21) 의 사이의 기밀을 확보하기 위한 피스톤 링 (컴프레션 링) 의 시일 능력을 초과하면, 연소실 (50) 내의 미연소 가스 등이, 블로바이 가스로서 크랭크실 (52) 에 누출되는 경우가 있다.

본 개시에서 말하는 「비중」 은, 어느 물질의 밀도와, 기준 물질의 밀도의 비를 의미하며, 기체에 관한 비중은, 당해 기체와 동 (同) 온도 또한 동 압력에 있어서의 기준 물질로서의 공기와의 밀도의 비로 나타낸다. 그 때문에, 기체인 블로바이 가스의 비중이 「1」 보다 작으면, 블로바이 가스와 동 온도 또한 동 압력에 있어서의 (블로바이 가스와) 동 체적의 공기에 비해, 블로바이 가스의 질량은 작아 (요컨대 가벼워) 진다. 반대로, 기체인 블로바이 가스의 비중이 「1」 보다 크면, 블로바이 가스와 동 온도 또한 동 압력에 있어서의 (블로바이 가스와) 동 체적의 공기에 비해, 블로바이 가스의 질량은 커 (요컨대 무거워) 진다. 일례로서, 수소의 비중은 「0.06952」 로서 「1」 보다 충분히 작기 때문에, 블로바이 가스의 주성분이 수소인 경우에는, 블로바이 가스의 비중은 「1」 보다 작아져, 블로바이 가스는 동 온도 또한 동 압력에서 동 체적의 공기보다 가벼워진다. 혹은, 기체의 비중은, 표준 상태 (0 ℃, 1 기압) 의 기준 물질로서의 공기와의 밀도의 비로 나타내도 된다.

본 개시에서 말하는 「백파이어」 는, 예를 들어 흡기 행정에 있어서, 연소실 (50) 또는 흡기 포트 (61) 등에 있어서, 의도치 않게 착화하고, 그 화염이 연소실 (50) 또는 흡기 포트 (61) 등의 내부에 존재하는 것을 의미한다. 따라서, (흡기 밸브 (72) 가 열려 있는) 흡기 행정에 있어서, 백파이어가 발생하면, 흡기 포트 (61) 가 화염에 노출될 가능성이 있다.

본 개시에서 말하는 「평행」 이란, 일 평면 상의 2 직선이라면 어디까지 연장해도 교차하지 않는 경우, 요컨대 양자간의 각도가 엄밀하게 0 도 (또는 180 도) 인 경우에 더하여, 양자간의 각도가 0 도에 대하여 몇 도 (예를 들어 10 도 미만) 정도의 오차 범위에 들어가는 관계에 있는 것을 말한다. 마찬가지로, 본 개시에서 말하는 「직교」 란, 양자간의 각도가 엄밀하게 90 도로 교차하는 경우에 더하여, 양자간의 각도가 90 도에 대하여 몇 도 (예를 들어 10 도 미만) 정도의 오차 범위에 들어가는 관계에 있는 것을 말한다.

[3] 실린더 블록의 구성

다음으로, 엔진 본체 (2) 중 실린더 블록 (5) (및 그 주변 구조) 의 구성에 대해서, 도 7 ∼ 도 16 을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 도 7 은, 출력축 방향 (D1) 의 일방측인 후측 (크랭크 샤프트 (22) 가 돌출하는 측) 으로부터 엔진 본체 (2) 를 바라본, 실린더 블록 (5) 의 일부를 파단하면서 주요한 단면 (斷面) 부분에 사선 (해칭) 을 부여한 개략도이다. 도 7 에서는, 사이드 커버 (74) 등의 도시를 적절히 생략하고 있다.

본 실시형태에서는, 실린더 블록 (5) 에는, 상기 서술한 바와 같이, 기통 (51) 및 크랭크실 (52) 에 더하여, 캠실 (53) 및 흡기 매니폴드 (54) 가 형성되어 있다. 기통 (51), 크랭크실 (52), 캠실 (53) 및 흡기 매니폴드 (54) 는, 모두 실린더 블록 (5) 의 내부에 있어서 서로 구획지어진 구획 (실) 로 이루어지고, 각각 내부 공간을 갖고 있다. 그 때문에, 이들 기통 (51), 크랭크실 (52), 캠실 (53) 및 흡기 매니폴드 (54) 의 내주면은, 모두 실린더 블록 (5) 의 내주면 (501) 에 포함된다. 구체적으로, 크랭크실 (52) 이 실린더 블록 (5) 의 하부에 배치되고, 크랭크실 (52) 의 상방에, 기통 (51), 캠실 (53) 및 흡기 매니폴드 (54) 가 배치되어 있다. 기통 (51), 캠실 (53) 및 흡기 매니폴드 (54) 중, 기통 (51) 이 폭 방향 (D3) 의 중앙에 배치되고, 기통 (51) 의 좌방에 캠실 (53) 이 배치되고, 기통 (51) 의 우방에 흡기 매니폴드 (54) 가 배치되어 있다. 이와 같이, 실린더 블록 (5) 은, 상하 방향 (D2) 으로 늘어서는 기통 (51) 과 크랭크실 (52) 을 포함하고, 기통 (51) 의 하방에 크랭크실 (52) 이 위치한다.

여기서, 도 7 에서는, 기통 (51), 크랭크실 (52), 캠실 (53) 및 흡기 매니폴드 (54) 는, 1 개씩 나타내고 있지만, 실제로는, 기통 (51) 은, 출력축 방향 (D1) (도 7 의 지면에 직교하는 방향) 으로 복수 (본 실시형태에서는 6 개) 나란히 배치되어 있다. 한편, 크랭크실 (52) 에 대해서는, 인접하는 기통 (51) 간에 위치하는 칸막이 벽 (521) 에 의해, 출력축 방향 (D1) 에 있어서 일단 구획지어져 있기는 하지만, 칸막이 벽 (521) 의 하부에 형성된 연통 구멍 (522) 에 의해 일체로 연속한다. 요컨대, 크랭크실 (52) 은, 출력축 방향 (D1) 으로 이어지는 하나의 구획 (실) 로 이루어진다. 또, 캠실 (53) 의 하면에는 개구부 (531) 가 형성되어 있고, 캠실 (53) 의 내부 공간은 개구부 (531) 를 통해서 크랭크실 (52) 의 내부 공간 (Sp1) 과 연속한다. 흡기 매니폴드 (54) 는, 출력축 방향 (D1) 으로 연장되는 하나의 구획 (실) 로 이루어진다.

기통 (51) 은, 상하 방향 (D2) 으로 연장되는 원통상으로 형성되어 있고, 내부에 피스톤 (21) 을 상하 방향 (D2) 을 따라 왕복 이동 가능하게 수용한다. 기통 (51) 의 상하 방향 (D2) 의 양단면은 개방되어 있다. 피스톤 (21) 은, 기통 (51) 의 내경에 대응하는 외경을 갖는 원기둥 모양의 부재로서, 피스톤 (21) 에 의해 기통 (51) 의 내부 공간은 상하 방향 (D2) 으로 이분된다. 그리고, 기통 (51) 의 내부 공간 중, 피스톤 (21) 의 상방의 공간, 요컨대 피스톤 (21) 의 상면과 실린더 헤드 (6) 의 하면으로 둘러싸인 공간이, 연소실 (50) 이 된다. 한편, 기통 (51) 의 내부 공간 중, 피스톤 (21) 의 하방의 공간은, 크랭크실 (52) 의 내부 공간 (Sp1) 에 연속한다.

본 실시형태에서는, 피스톤 (21) 은, 하면 (크랭크실 (52) 에 임하는 면) 이 개방된 중공 (中空) 부재로 이루어진다. 요컨대, 피스톤 (21) 은, 원통부 (211) 와, 격리벽 (212) 을 갖고 있다. 원통부 (211) 는, 상하 방향 (D2) 의 양단면이 개방된 원통상의 부위로서, 격리벽 (212) 은, 원통부 (211) 의 상면을 덮는 부위이다. 여기서는, 원통부 (211) 와 격리벽 (212) 은 일체로 형성되어 있고, 피스톤 (21) 은, 전체적으로 바닥이 있는 통상으로 형성되어 있다. 그 때문에, 엄밀하게는, 기통 (51) 의 내부 공간 중, 연소실 (50) 과, 크랭크실 (52) 의 내부 공간 (Sp1) 에 연속하는 공간은, 격리벽 (212) 으로 분리되어 있다. 바꿔 말하면, 격리벽 (212) 의 상방의 공간이 연소실 (50) 이 되고, 격리벽 (212) 의 하방의 공간은, 원통부 (211) 의 내부 공간도 포함하여, 크랭크실 (52) 의 내부 공간 (Sp1) 에 연속한다. 커넥팅 로드 (24) 는, 그 상단부가 피스톤 (21) 내에 삽입된 상태에서 피스톤 (21) 에 지지되어 있다.

또, 본 실시형태에서는, 기통 (51) 은, 피스톤 (21) 을 안내하는 실린더 라이너 (511) 로 구성되어 있다. 실린더 라이너 (511) 는, 원통상의 부품으로서, 그 내주면에 대하여 피스톤 (21) 을 슬라이딩함으로써, 피스톤 (21) 의 이동 방향 (상하 방향 (D2)) 을 규제한다. 실린더 라이너 (511) 는, 실린더 블록 (5) 의 라이너 지지벽 (55) 으로 지지되어 있다. 라이너 지지벽 (55) 은, 실린더 라이너 (511) 보다 한바퀴 큰 내경을 갖는 원통상의 부위로서, 실린더 라이너 (511) 는, 라이너 지지벽 (55) 에 끼워 넣어짐으로써 실린더 블록 (5) 에 고정된다. 여기서, 실린더 라이너 (511) 의 상하 방향 (D2) 의 치수는, 라이너 지지벽 (55) 의 상하 방향 (D2) 의 치수보다 크고, 실린더 라이너 (511) 의 하단부는 라이너 지지벽 (55) 의 하면으로부터 하방 (크랭크 샤프트 (22) 측) 으로 돌출한다. 요컨대, 본 실시형태에서는, 실린더 블록 (5) 은, 기통 (51) 을 구성하는 실린더 라이너 (511) 를 지지하는 라이너 지지벽 (55) 을 갖는다. 실린더 라이너 (511) 의 하단은, 라이너 지지벽 (55) 의 하단으로부터 하방으로 돌출한다.

크랭크실 (52) 은, 상기 서술한 바와 같이 기통 (51) 의 하방에 위치한다. 크랭크실 (52) 의 내부 공간 (Sp1) 에는, 크랭크 샤프트 (22) 가 회전축 (Ax1) 을 중심으로 회전 가능하게 수용되어 있다. 크랭크 샤프트 (22) 는, 칸막이 벽 (521) 으로 회전 가능하게 지지되어 있고, 커넥팅 로드 (24) 를 개재하여 연결된 피스톤 (21) 의 왕복 운동에 연동하여 회전한다. 여기서, 크랭크실 (52) 은, 기통 (51) 의 내부 공간 중 피스톤 (21) 의 상방의 연소실 (50) 과는, 피스톤 (21) 에 의해 격리되어 있다. 단, 예를 들어, 연소실 (50) 내가 고압이 되는 압축 행정 등에 있어서는, 상기 서술한 바와 같이 기통 (51) 과 피스톤 (21) 의 간극을 통해서, 미연소 가스 등의 블로바이 가스가, 연소실 (50) 로부터 크랭크실 (52) 로 누출되는 경우가 있다.

그런데, 관련 기술로서, 연소실 (50) 로부터 크랭크실 (52) 로 누출된 블로바이 가스에 대한 대책을 강구한 엔진 시스템이 알려져 있다. 관련 기술에 관련된 엔진 시스템에서는, 크랭크실 (52) 의 내면부에는, 크랭크실 (52) 로부터 블로바이 가스를 도입하는 도입구가 형성된다. 도입구는, 도입 통로에 의해 블로바이 가스 통로로 이어져 있으며, 엔진 시스템은, 블로바이 가스 통로에서, 흡기계를 개재하여 블로바이 가스를 연소실 (50) 로 환류시키도록 구성되어 있다. 여기서, 도입구 (블로바이 가스 도입부) 는, 크랭크 저널보다 하측의 위치에 배치됨으로써, 블로바이 가스 도입부와 크랭크 샤프트 (22) 의 크랭크 저널의 간섭이 회피된다.

그러나, 예를 들어, 수소 등의 비중이 1 보다 작은 기체 연료를 사용하는 엔진 시스템 (1) 에 있어서는, 크랭크실 (52) 에 누출된 블로바이 가스가 크랭크실 (52) 의 상방에 체류하기 쉽다. 그 때문에, 상기 관련 기술과 같이, 도입구가 크랭크 저널보다 하측의 위치에 배치되어 있으면, 크랭크실 (52) 로부터 블로바이 가스를 효율적으로 배출할 수 없을 가능성이 있다.

그래서, 본 실시형태에서는, 이하에 설명하는 구성을 채용함으로써, 크랭크실 (52) 로부터 블로바이 가스를 효율적으로 배출하기 쉬운 엔진 시스템 (1) 을 제공 가능하게 한다.

즉, 본 실시형태에 관련된 엔진 시스템 (1) 은, 공기를 기준으로 하는 비중이 1 보다 작은 블로바이 가스가 발생할 수 있는 엔진 시스템 (1) 이다. 이와 같은 엔진 시스템 (1) 에 있어서, 실린더 블록 (5) 의 내주면 (501) 에는, 환기구 (502) 가 개구되어 있다. 환기구 (502) 는, 크랭크실 (52) 의 내부 공간 (Sp1) 과 실린더 블록 (5) 의 외부 공간을 잇는 환기 통로 (503) 로 이어지는 구 (口) (구멍) 이다. 환기구 (502) 는, 크랭크실 (52) 에 있어서의 상하 방향 (D2) 의 중심 (C1) 보다 상방측에 배치되어 있다.

요컨대, 예를 들어, 수소 등의 비중이 1 보다 작은 기체 연료를 사용함으로써, (공기를 기준으로 한다) 비중이 1 보다 작은 블로바이 가스가 발생할 수 있는 엔진 시스템 (1) 에 있어서, 상기 구성을 채용함으로써, 블로바이 가스를 효율적으로 배출하기 쉬워진다. 이러한 종류의 엔진 시스템 (1) 에 있어서는, 크랭크실 (52) 에 누출된 블로바이 가스는, 크랭크실 (52) 의 상방에 체류하기 쉽다. 본 실시형태에 관련된 엔진 시스템 (1) 에서는, 환기구 (502) 는, 크랭크실 (52) 중 중심 (C1) 보다 상방측에 배치되어 있기 때문에, 크랭크실 (52) 의 상방에 체류하는 블로바이 가스를, 환기구 (502) 로부터 효율적으로 배출하는 것이 가능하다. 요컨대, 블로바이 가스가 체류하는 크랭크실 (52) 의 상방 부위에, 블로바이 가스의 출구가 되는 환기구 (502) 가 형성되어 있으므로, 크랭크실 (52) 의 내부 공간 (Sp1) 으로부터 블로바이 가스가 환기구 (502) (및 환기 통로 (503)) 경유로 효율적으로 배출된다. 따라서, 크랭크실 (52) 로부터 블로바이 가스를 효율적으로 배출하기 쉬운 엔진 시스템 (1) 을 제공할 수 있다.

구체적으로는, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 크랭크실 (52) 에 있어서의 상하 방향 (D2) 의 중심 (C1) 은, 크랭크실 (52) 의 상하 방향 (D2) 의 치수 (높이 치수) (L1) 를 이등분하는 위치에 설정된다. 요컨대, 크랭크실 (52) 의 상단과 하단의 양방으로부터 등거리가 되는 위치에 중심 (C1) 이 설정된다. 이 중심 (C1) 에서 보아, 상하 방향 (D2) 에 있어서의 상방측, 요컨대 기통 (51) 측에 위치하도록, 환기구 (502) 가 배치된다. 환기구 (502) 는, 평면에서 보았을 때, 예를 들어, 블로바이 가스를 통과시키기에 충분한 크기의 원형상 (진원) 으로 개구되어 있다. 단, 환기구 (502) 는, 원형상에 한정되지 않고, 예를 들어, 타원형상, 사각형상 또는 다각형상으로 개구되어 있어도 된다.

보다 상세하게는, 환기구 (502) 는, 기통 (51) 의 하단보다 상방측에 배치되어 있다. 요컨대, 환기구 (502) 는, 상하 방향 (D2) 에 있어서, 크랭크실 (52) 의 중심 (C1) 보다 상방측이고, 또한 기통 (51) 의 하단보다 상방측에 배치되어 있다. 여기서 말하는 기통 (51) 의 하단은, 기통 (51) 중, 가장 하방에 위치하는 부위로서, 크랭크실 (52) 에 임하는 부위이다. 본 실시형태에서는, 상기 서술한 바와 같이 기통 (51) 을 구성하는 실린더 라이너 (511) 가, 라이너 지지벽 (55) 의 하단으로부터 하방으로 돌출하므로, 실린더 라이너 (511) 의 하단 (하면) 이 기통 (51) 의 하단이 된다. 기통 (51) 의 하단 (실린더 라이너 (511) 의 하단) 은, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 크랭크실 (52) 에 있어서의 상하 방향 (D2) 의 중심 (C1) 보다 상방측에 위치하고, 당해 기통 (51) 의 하단보다 더욱 상방측에, 환기구 (502) 가 배치된다.

이에 따라, 비중이 1 보다 작은 블로바이 가스는, 기통 (51) 의 하단으로부터 크랭크실 (52) 로 누출된 후, 기통 (51) 의 하단보다 상방측에 위치하는 환기구 (502) 측으로 유도되기 쉬워진다. 결과적으로, 크랭크실 (52) 로부터 블로바이 가스를 보다 효율적으로 배출하기 쉬워져, 블로바이 가스의 배출 성능의 향상을 도모할 수 있다.

또, 환기구 (502) 는, 하방을 향해서 개구된다. 여기서, 상하 방향 (D2) 에 있어서, 기통 (51) 에서 보아 크랭크실 (52) 측이 「하방」 인 바, 환기구 (502) 는, 기통 (51) 에서 보아 크랭크실 (52) 측을 향하여 개구되게 된다. 환기구 (502) 는, 실린더 블록 (5) 의 내주면 (501) 에 개구되어 있으므로, 내주면 (501) 중 하방을 향한 부위, 요컨대 천면이 되는 부위에 환기구 (502) 가 형성됨으로써, 하방을 향해서 개구되는 환기구 (502) 가 실현된다. 환기구 (502) 는, 하방을 향해서 개구되어 있으면 되고, 엄밀하게 바로 아래를 향해서 개구되는 구성 뿐만 아니라, 비스듬한 하방을 향해서 개구되는 구성도 포함한다. 요컨대, 환기구 (502) 의 개구면의 법선은, 상하 방향 (D2) 으로 평행해도 되고, 상하 방향 (D2) 에 대하여 경사져 있어도 된다.

이에 따라, 비중이 1 보다 작은 블로바이 가스는, 기통 (51) 의 하단으로부터 크랭크실 (52) 로 누출된 후, 상방을 향하여 흐를 때에 환기구 (502) 로부터 배출되기 쉬워진다. 결과적으로, 크랭크실 (52) 로부터 블로바이 가스를 보다 효율적으로 배출하기 쉬워져, 블로바이 가스의 배출 성능의 향상을 도모할 수 있다.

또, 본 실시형태에서는, 상기 서술한 바와 같이 실린더 블록 (5) 은, 크랭크실 (52) 과 이어져 있고, 캠샤프트 (23) 를 수용하는 캠실 (53) 을 추가로 포함하고 있다. 여기서, 환기구 (502) 는, 캠실 (53) 에 형성되어 있다. 요컨대, 환기구 (502) 는, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 기통 (51), 크랭크실 (52) 및 캠실 (53) 등을 포함하는 실린더 블록 (5) 중, 캠실 (53) 에 배치되어 있다. 여기서는 일례로서, 캠실 (53) 에 있어서의 캠샤프트 (23) 의 상방이 되는 위치, 요컨대 캠실 (53) 의 상벽부 (532) 에, 환기구 (502) 가 형성되어 있다. 여기서, 환기구 (502) 는, 상벽부 (532) 를 상하 방향 (D2) 으로 관통한다. 캠실 (53) 의 내부 공간은 개구부 (531) 를 통해서 크랭크실 (52) 의 내부 공간 (Sp1) 과 연속하므로, 크랭크실 (52) 에 누출된 블로바이 가스는, 개구부 (531) 를 통해서 캠실 (53) 내에 도입되게 된다.

이에 따라, 캠샤프트 (23) 를 수용하기 위한 공간을 이용함으로써, 환기구 (502) 를 형성하기 위한 공간을 신설하는 일 없이, 크랭크실 (52) 로부터 블로바이 가스를 효율적으로 배출할 수 있다. 게다가, 캠실 (53) 은, 크랭크실 (52) 의 상방에 위치하므로, 비중이 1 보다 작은 블로바이 가스는, 크랭크실 (52) 에 누출된 후, 환기구 (502) 가 형성된 캠실 (53) 에 모이기 쉬워져, 블로바이 가스의 배출 성능의 향상을 도모할 수 있다.

또, 본 실시형태에서는 일례로서, 환기 통로 (503) 는, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 환기구 (502) 로부터 상하 방향 (D2) 을 따라 똑바로 연장되는 원통상의 파이프 (관) 이다. 환기 통로 (503) 는, 환기구 (502) 에 결합되어 있고, 환기구 (502) 로부터 배출되는 블로바이 가스의 통로로서 기능한다. 환기 통로 (503) 의 선단 (환기구 (502) 와는 반대측의 단부 (端部)) 은, 실린더 블록 (5) 의 외부 공간의 적절한 위치에 배치된다. 일례로서, 환기 통로 (503) 의 선단은, 사이드 커버 (74) 의 내측에 위치해도 되고, 사이드 커버 (74) 의 외측에 위치해도 된다. 또한, 환기 통로 (503) 의 선단은, 엔진 본체 (2) 가 탑재되어 있는 선체 (100) 의 외부에 위치해도 되고, 선체 (100) 의 기관실에 형성된 환기 장치에 접속되어도 된다.

단, 환기 통로 (503) 는, 이 구성에 한정되지 않고, 예를 들어, 각통상 등, 원통상 이외의 형상이어도 되고, 튜브 또는 호스 등이어도 된다. 또한, 환기 통로 (503) 는, 크랭크실 (52) 의 내부 공간 (Sp1) 과 실린더 블록 (5) 의 외부 공간의 사이에 있어서의 블로바이 가스의 통로가 될 수 있는 구성이면 되며, 통상의 부재인 것조차 필수는 아니다. 요컨대, 환기구 (502) 가, 환기 통로 (503) 를 통해서 최종적으로 실린더 블록 (5) 의 외부 공간으로 통하고 있으면 되고, 예를 들어, 사이드 커버 (74) 의 내부 공간이 환기 통로 (503) 로서 기능해도 된다.

이상 설명한 구성에 의하면, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 블로바이 가스는, 크랭크실 (52) 의 내부 공간 (Sp1) 으로부터 환기구 (502) (및 환기 통로 (503)) 경유로 효율적으로 배출되게 된다. 도 8 에서는, 블로바이 가스의 흐름을 굵은선 화살표로 나타내고 있다. 즉, 기통 (51) 과 피스톤 (21) 의 간극을 통해서, 미연소 가스 등이, 연소실 (50) 로부터 크랭크실 (52) 로 누출됨으로써 블로바이 가스가 발생한다. 본 실시형태에서는, 비중이 1 보다 작은 기체 연료 (수소) 를 사용함으로써, 블로바이 가스에 대해서도 비중이 1 보다 작아지기 때문에, 크랭크실 (52) 에 누출된 블로바이 가스는 크랭크실 (52) 의 상방으로 이동한다. 크랭크실 (52) 의 상방에는, 크랭크실 (52) 의 내부 공간 (Sp1) 과 개구부 (531) 에서 이어지는 캠실 (53) 이 형성되어 있기 때문에, 상방으로 이동하는 블로바이 가스는, 개구부 (531) 를 통해서 캠실 (53) 로 유입한다. 그 결과, 블로바이 가스는, 캠실 (53) 의 환기구 (502) 로부터 배출되고, 환기 통로 (503) 를 통해서 실린더 블록 (5) 의 외부 공간으로 배출된다.

또, 본 실시형태에서는, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 환기 통로 (503) 는, 기체와 액체를 분리하는 기액 분리부 (504) 를 갖는다. 기액 분리부 (504) 는, 일례로서, 환기 통로 (503) 의 내측에 형성된 돌출벽으로 이루어진다. 기액 분리부 (504) 로서의 돌출벽은, 환기 통로 (503) 의 내주면으로부터, 환기 통로 (503) 의 중심축을 향해서 돌출한다. 본 실시형태에서는, 환기 통로 (503) 의 내주면 중 폭 방향 (D3) 의 일방 (좌방) 측으로부터 돌출하는 돌출벽과, 폭 방향 (D3) 의 타방 (우측) 측으로부터 돌출하는 돌출벽이, 상하 방향 (D2) 에 있어서 번갈아 늘어서도록, 기액 분리부 (504) 로서의 돌출벽이 복수 형성되어 있다. 폭 방향 (D3) 의 일방 (좌방) 측으로부터 돌출하는 돌출벽과, 폭 방향 (D3) 의 타방 (우측) 측으로부터 돌출하는 돌출벽은, 그 선단부끼리가 상하 방향 (D2) 에 있어서 중복한다.

이와 같은 기액 분리부 (504) 가 형성됨으로써, 환기 통로 (503) 내부는 래버린스 구조가 되고, 환기구 (502) 로부터 환기 통로 (503) 로 도입된 블로바이 가스는, 기액 분리부 (504) 로서의 돌출벽의 사이를 누비도록 사행하면서 환기 통로 (503) 내를 흐른다. 그리고, 블로바이 가스가 기액 분리부 (504) 로서의 돌출벽에 접촉했을 때, 블로바이 가스와 함께 배출된 오일 또는 수분 등의 액체가 기액 분리부 (504) 로서의 돌출벽에 부착된다. 이에 따라, 블로바이 가스와 함께 배출된 액체 (오일 또는 수분 등) 가, 기액 분리부 (504) 에서 포획되고, 블로바이 가스에 포함되어 있는 기체와 분리된다. 결과적으로, 블로바이 가스는, 오일 등의 액체 성분이 적어도 일부 제거된 상태에서, 환기 통로 (503) 로부터 배기되게 되어, 블로바이 가스의 배기에 수반하는 오일 소비 등의 억제로 이어진다.

기액 분리부 (504) 는, 상기 서술한 바와 같은 돌출벽에 한정되지 않고, 환기구 (502) 로부터 배출되는 블로바이 가스로부터 액체를 분리하는 기능이 있으면 된다. 기액 분리부 (504) 는, 예를 들어, 환기 통로 (503) 내에 배치되는 필터 등이어도 되고, 돌출벽과 필터의 조합이어도 된다.

그런데, 본 실시형태에 관련된 엔진 본체 (2) 는, 상기 서술한 바와 같이, 기통 (51) 이 복수 (본 실시형태에서는 6 개) 직렬로 나란히 배치된 직렬 다기통 엔진 (직렬 6 기통 엔진) 이다. 이러한 종류의 엔진에서는, 복수의 기통 (51) 의 각각에 대해 블로바이 가스가 발생할 수 있는 바, 본 실시형태에서는, 블로바이 가스 배출용의 환기구 (502) 는, 복수의 기통 (51) 에 대하여 1 개만 형성되어 있다. 바꿔 말하면, 환기구 (502) 는, 복수의 기통 (51) 에 있어서 공용되고 있다. 즉, 본 실시형태에서는, 상기 서술한 바와 같이, 크랭크실 (52) 은, 출력축 방향 (D1) 으로 이어지는 하나의 구획 (실) 로 이루어진다. 그 때문에, 복수의 기통 (51) 중 어느 것에서 블로바이 가스가 발생하였다고 해도, 결국은, 동일한 크랭크실 (52) 로 블로바이 가스가 누출되게 된다. 그렇다면, 블로바이 가스 배출용의 환기구 (502) 에 있어서도, 복수의 기통 (51) 에 대하여 1 개 지점에 있으면 충분해진다.

구체적으로는, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 기통 (51) 은, 출력축 방향 (D1) 으로 늘어서도록 복수 설치되어 있고, 복수의 기통 (51) 은, 출력축 방향 (D1) 의 양측에 위치하는 일단측 기통 (51A) 및 타단측 기통 (51B) 을 포함한다. 여기서, 환기구 (502) 는, 일단측 기통 (51A) 에 대응하는 위치에 배치된다. 요컨대, 출력축 방향 (D1) 으로 늘어서는 6 개의 기통 (51) 중, 출력축 방향 (D1) 의 일단 (본 실시형태에서는 전단) 측에 있는 기통 (51) 을 「일단측 기통 (51A)」, 출력축 방향 (D1) 의 타단 (본 실시형태에서는 후단) 측에 있는 기통 (51) 을 「타단측 기통 (51B)」 이라고 정의한다. 이 경우에, 환기구 (502) 는, 캠실 (53) 중, 일단측 기통 (51A) 에 대응하는 위치, 요컨대 전단부에 형성된다. 환기 통로 (503) 는, 이 환기구 (502) 로부터 상방으로 연장되도록 형성된다.

이와 같이, 환기구 (502) 는, 복수의 기통 (51) 에 대하여 1 개 지점에 있으면 되고, 결과적으로, 블로바이 가스의 배출을 위한 구조를 간략화할 수 있다. 특히, 본 실시형태에서는, 엔진 본체 (2) 는 「전방 상승」 의 자세로 배치되어 있으므로 (도 2 참조), 크랭크실 (52) 에 누출된 블로바이 가스는, 상대적으로 상방에 위치하는 전단부측에 집약되기 쉬워진다. 그 때문에, 실린더 블록 (5) (에 있어서의 캠실 (53)) 의 전단부에 환기구 (502) 가 배치된 구성에서는, 선체 (100) 에 형성한 배기관 (105) (도 2 참조) 으로부터, 보다 효율적으로 블로바이 가스를 배출하는 것이 가능해진다.

또, 본 실시형태에서는, 환기구 (502) 로부터의 블로바이 가스의 배기를 보다 부드럽게 실시하기 위해서, 도 11 에 나타내는 바와 같이, 실린더 블록 (5) 의 내주면 (501) 에는, 크랭크실 (52) 의 내부 공간 (Sp1) 과 실린더 블록 (5) 의 외부 공간을 잇는 기체 도입구 (505) 가 개구되어 있다. 도 11 은, 기통 (51), 크랭크실 (52) 및 캠실 (53) 의 위치 관계를 모식적으로 나타내는 실린더 블록 (5) 의 개략도이다.

이와 같은 기체 도입구 (505) 가, 환기구 (502) 와는 별도로 형성됨으로써, 환기구 (502) 로부터의 블로바이 가스의 배기 시에, 크랭크실 (52) 의 내부 공간 (Sp1) 에 신선한 공기를 도입하는 것이 가능하다. 그 결과, 크랭크실 (52) 의 내부 공간 (Sp1) 의 환기 (블로바이 가스의 배기) 를 보다 부드럽게 실시하는 것이 가능하다. 기체 도입구 (505) 는, 평면에서 보았을 때, 예를 들어, 공기를 통과시키기에 충분한 크기의 원형상 (진원) 으로 개구되어 있다. 단, 기체 도입구 (505) 는, 원형상에 한정되지 않고, 예를 들어, 타원형상, 사각형상 또는 다각형상으로 개구되어 있어도 된다.

기체 도입구 (505) 는, 도 11 에 나타내는 바와 같이, 크랭크실 (52) 에 배치되는 크랭크 샤프트 (22) 의 회전축 (Ax1) 을 따르는 출력축 방향 (D1) 에 있어서, 환기구 (502) 와 기체 도입구 (505) 는 서로 상이한 위치에 배치되어 있다. 요컨대, 환기구 (502) 와 기체 도입구 (505) 는, 출력축 방향 (D1) 에 있어서 서로 오프셋되어 있다. 도 11 의 예에서는, 기체 도입구 (505) 는, 출력축 방향 (D1) 의 타단측에 있는 타단측 기통 (51B) 에 대응하는 위치, 요컨대 실린더 블록 (5) 의 후단부에 배치되어 있다. 요컨대, 환기구 (502) 는, 출력축 방향 (D1) 의 일단 (본 실시형태에서는 전단) 측에 배치되어 있는 데 반해, 기체 도입구 (505) 는, 출력축 방향 (D1) 의 타단 (본 실시형태에서는 후단) 측에 배치되어 있다.

이 구성에 의하면, 기체 도입구 (505) 로부터 도입되는 기체 (공기) 는, 환기구 (502) 를 향해서 흐름으로써, 출력축 방향 (D1) 을 따른 기류를 형성하므로, 기류를 출력축 방향 (D1) 의 광범위에 걸쳐서 작용시킬 수 있다. 따라서, 기류에 의한 블로바이 가스의 배출 성능의 추가적인 향상을 도모할 수 있다.

특히, 본 실시형태에서는, 환기구 (502) 는, 일단측 기통 (51A) 에 대응하는 위치 (전단부) 에 배치되어 있는 데 반해, 기체 도입구 (505) 는, 타단측 기통 (51B) 에 대응하는 위치 (후단부) 에 배치되어 있다. 이와 같이, 환기구 (502) 와 기체 도입구 (505) 가, 출력축 방향 (D1) 에 있어서의 실린더 블록 (5) 의 양단부에 배치됨으로써, 기류를 크랭크실 (52) 에 있어서의 출력축 방향 (D1) 의 대략 전역에 걸쳐서 작용시킬 수 있다. 따라서, 기류에 의한 블로바이 가스의 배출 성능의 추가적인 향상을 도모할 수 있다.

또, 본 실시형태에서는, 환기구 (502) 와 기체 도입구 (505) 는, 평면에서 보았을 때, 크랭크실 (52) 에 배치되는 크랭크 샤프트 (22) 의 회전축 (Ax1) 을 사이에 두고 반대측에 배치되어 있다. 요컨대, 평면에서 보았을 때, 환기구 (502) 는 회전축 (Ax1) 에서 보아 폭 방향 (D3) 의 일방측 (본 실시형태에서는 좌방측) 에 위치하는 데 반해, 기체 도입구 (505) 는 회전축 (Ax1) 에서 보아 폭 방향 (D3) 의 타방측 (본 실시형태에서는 우방측) 에 위치한다. 기체 도입구 (505) 는, 일례로서, 크랭크실 (52) 의 우측벽을 관통하도록, 크랭크실 (52) 의 우측벽에 형성되어 있다. 이와 같이, 환기구 (502) 와 기체 도입구 (505) 가 회전축 (Ax1) 을 사이에 두고 반대측에 배치됨으로써, 기류를 크랭크실 (52) 에 있어서의 폭 방향 (D3) 의 광범위에 걸쳐서 작용시킬 수 있다. 따라서, 기류에 의한 블로바이 가스의 배출 성능의 추가적인 향상을 도모할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 기체 도입구 (505) 는, 크랭크실 (52) 에 있어서의 상하 방향 (D2) 의 중심 (C1) (도 7 참조) 보다 하방측에 배치되어 있다. 이에 따라, 기체 도입구 (505) 로부터 도입되는 기체 (공기) 에 의한 기류는, 비스듬한 상방의 환기구 (502) 를 향해서 흐름으로써, 상하 방향 (D2) 을 따른 기류를 형성하므로, 크랭크실 (52) 의 전체에 걸쳐서 기류를 작용시킬 수 있다. 따라서, 기류에 의한 블로바이 가스의 배출 성능의 추가적인 향상을 도모할 수 있다.

여기서, 본 실시형태에 관련된 엔진 시스템 (1) 은, 도 12 에 나타내는 바와 같이, 기류 형성부 (506) 를 추가로 구비한다. 기류 형성부 (506) 는, 기체 도입구 (505) 로부터 환기구 (502) 를 향하는 기류를 형성한다. 도 12 는, 기통 (51), 크랭크실 (52), 캠실 (53) 및 흡기 매니폴드 (54) 의 위치 관계를 모식적으로 나타내는 실린더 블록 (5) 의 개략도이다. 본 실시형태에서는 일례로서, 과급기 (8) 를 기류 형성부 (506) 에 이용한다. 구체적으로는, 기류 형성부 (506) 는, 흡기 매니폴드 (54) 와 기체 도입구 (505) 의 사이를 잇는 바이패스 관을 포함한다. 기류 형성부 (506) 로서의 바이패스 관은, 예를 들어, 흡기 매니폴드 (54) 에 있어서의 기류의 하류측의 단부 (본 실시형태에서는 후단부) 로부터 기체 도입구 (505) 로의 공기가 지나는 길을 형성한다. 이에 따라, 과급기 (8) 로 압축된 공기 (흡입 공기) 는, 인터 쿨러 (85) 를 통해서 흡기 매니폴드 (54) 에 보내지고, 또한 기류 형성부 (506) 로서의 바이패스 관을 통해서 기체 도입구 (505) 에 보내진다. 그 결과, 기체 도입구 (505) 는, 압축 공기에 의해 크랭크실 (52) 의 내부 공간 (Sp1) 에 대하여 정압 상태가 되고, 크랭크실 (52) 내에 있어서는 환기구 (502) 로부터 기체 (블로바이 가스) 를 밀어 내는 방향의 기류가 발생한다.

이와 같이, 기류 형성부 (506) 가 형성됨으로써, 크랭크실 (52) 의 내부 공간 (Sp1) 에 강제적으로 기류를 형성할 수 있어, 크랭크실 (52) 내에 블로바이 가스가 정체되기 어려워진다. 요컨대, 기류 형성부 (506) 에 의해, 환기구 (502) 로부터의 블로바이 가스의 배출이 촉진되어, 블로바이 가스의 배출 성능의 추가적인 향상을 도모할 수 있다. 게다가, 본 실시형태에서는, 과급기 (8) 를 기류 형성부 (506) 에 이용하므로, 기류를 형성하기 위한 장치를 신설할 필요가 없다.

도 13 은, 환기구 (502) 와 기체 도입구 (505) 의 위치 관계, 및 기류 형성부 (506) 에 관한 변형예를 나타낸다. 도 13 의 「A」 에 나타내는 변형예에서는, 환기구 (502) 는, 실린더 블록 (5) 의 출력축 방향 (D1) 의 중앙부에 배치되고, 기체 도입구 (505) 는, 실린더 블록 (5) 의 출력축 방향 (D1) 의 양단부에 각각 배치되어 있다. 이 예에서는, 2 개 지점에 형성된 기체 도입구 (505) 로부터 도입되는 기체 (공기) 가, 1 개 지점의 환기구 (502) 를 향해서 흐름으로써, 출력축 방향 (D1) 을 따른 기류를 형성한다.

도 13 의 「B」 에 나타내는 변형예에서는, 기류 형성부 (506) 는, 선체 (100) 에 탑재되어 있는 에어 탱크를 포함하고, 에어 탱크로부터 기체 도입구 (505) 로 공기를 보낸다. 도 13 의 「C」 에 나타내는 변형예에서는, 기류 형성부 (506) 는, 전동 팬을 포함하고, 전동 팬으로부터 기체 도입구 (505) 로 공기를 보낸다. 도 13 의 「B」 및 「C」 중 어느 예이더라도, 기체 도입구 (505) 는, 크랭크실 (52) 의 내부 공간 (Sp1) 에 대하여 정압 상태가 되고, 크랭크실 (52) 내에 있어서는 환기구 (502) 로부터 기체 (블로바이 가스) 를 밀어 내는 방향의 기류가 발생한다.

한편, 도 13 의 「D」 에 나타내는 변형예에서는, 기류 형성부 (506) 는, 전동 팬을 포함하고, 전동 팬으로 환기구 (502) 로부터 블로바이 가스를 끌어들인다. 이 예에서는, 환기구 (502) 의 하류측 (환기 통로 (503) 측) 이 크랭크실 (52) 의 내부 공간 (Sp1) 에 대하여 부압 상태가 되고, 크랭크실 (52) 내에 있어서는 기체 도입구 (505) 로부터 환기구 (502) 로 기체 (블로바이 가스) 가 끌어들여지는 방향의 기류가 발생한다. 이와 같이, 기류 형성부 (506) 는, 정압 및 부압 중 어느 것을 발생함으로써 기류를 형성해도 되고, 또는, 정압과 부압의 양방을 발생하는 구성이어도 된다. 도 13 의 「C」 또는 「D」 의 변형예에 있어서, 전동 팬 대신에, 예를 들어, 펌프가 사용되어도 된다.

이하, 본 실시형태에 관련된 엔진 시스템 (1) 의 피스톤 (21) 의 구성에 대해서, 도 14 및 도 15 를 참조하여, 보다 상세하게 설명한다. 도 14 및 도 15 는, 피스톤 (21) 주변을 확대한 개략 단면도이다.

기통 (51) 내를 상하 방향 (D2) 을 따라 왕복 이동하는 피스톤 (21) 의 내측에 형성되는 피스톤 내 공간 (210) 에는, 도 14 에 나타내는 바와 같이, 피스톤 (21) 의 이동에 수반하여 상하 방향 (D2) 을 따라 왕복 이동하는 교반부 (213) 가 배치되어 있다. 본 실시형태에서는, 피스톤 (21) 의 원통부 (211) 의 내주면으로부터, 피스톤 (21) 의 중심축을 향해서 돌출하는 날개형상의 돌기가 교반부 (213) 를 구성한다. 피스톤 내 공간 (210) 은, 피스톤 (21) 의 원통부 (211) 로 둘러싸인 원기둥 모양의 공간으로서, 피스톤 (21) 의 격리벽 (212) 으로 연소실 (50) 과 분리된 공간이다. 커넥팅 로드 (24) 는, 그 상단부가 피스톤 내 공간 (210) 에 삽입된 상태에서 피스톤 (21) 에 지지되어 있다. 교반부 (213) 는, 원통부 (211) 의 둘레 방향의 전체 둘레에 형성되어 있고, 또한 상하 방향 (D2) 에 있어서 이간하여 복수 (여기서는 2 개) 형성되어 있다.

요컨대, 크랭크실 (52) 의 내부 공간 (Sp1) 에 연속하는 피스톤 내 공간 (210) 에는, 피스톤 (21) 의 이동에 수반하여 왕복 이동하는 교반부 (213) 가 형성되어 있다. 이와 같은 교반부 (213) 가 형성됨으로써, 피스톤 (21) 이 왕복 운동하면 피스톤 내 공간 (210) 에서 교반부 (213) 가 왕복 이동하고, 피스톤 내 공간 (210) 의 기체가 교반된다. 그 때문에, 기통 (51) 과 피스톤 (21) 의 간극을 통해서, 미연소 가스 등의 블로바이 가스가, 연소실 (50) 로부터 피스톤 내 공간 (210) 으로 누출되었다고 해도, 피스톤 내 공간 (210) 의 블로바이 가스를 적극적으로 유동시켜, 크랭크실 (52) 로 이동시키기 쉬워진다. 따라서, 피스톤 내 공간 (210) 에 블로바이 가스가 체류하는 것을 억제하기 쉬워져, 블로바이 가스의 배출 성능의 추가적인 향상을 기대할 수 있다.

또, 교반부 (213) 는, 피스톤 내 공간 (210) 에 형성되고, 피스톤 (21) 의 이동에 수반하여 왕복 이동하는 구성이면 되며, 피스톤 (21) 의 원통부 (211) 로부터 돌출하는 돌기에 한정되지 않고, 예를 들어, 커넥팅 로드 (24) 의 상단부로부터 돌출하는 돌기여도 된다. 요컨대, 커넥팅 로드 (24) 중, 피스톤 (21) 의 하단보다 상방측에 형성된 돌기이면, 상기 서술한 교반부 (213) 와 마찬가지로, 피스톤 (21) 의 왕복 이동에 수반하여 피스톤 내 공간 (210) 의 기체를 교반할 수 있다. 교반부 (213) 는, 피스톤 (21) 과 커넥팅 로드 (24) 의 양방에 형성되어 있어도 된다.

또, 도 15 에 나타내는 바와 같이, 기통 (51) 내를 상하 방향 (D2) 을 따라 왕복 이동하는 피스톤 (21) 중 기통 (51) 의 내부 공간을 상하 방향 (D2) 으로 분리하는 격리벽 (212) 은, 내부에 공동부 (空洞部) (214) 를 갖는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 격리벽 (212) 의 하면 (연소실 (50) 과는 반대측의 면) 에 플레이트 (215) 가 용착 등의 적절한 방법으로 고정됨으로써, 격리벽 (212) 을 이중 구조로 한다. 이에 따라, 플레이트 (215) 의 상방측 (연소실 (50) 측) 에는, 단열층으로서의 공동부 (214) 가 형성된다.

요컨대, 기통 (51) 의 내부 공간 중, 연소실 (50) 과, 크랭크실 (52) 의 내부 공간 (Sp1) 에 연속하는 공간은, 격리벽 (212) 으로 분리되므로, 격리벽 (212) 의 상면은 연소실 (50) 에 노출되게 된다. 그 때문에, 도 14 와 같이, 공동부 (214) 가 형성되어 있지 않은 구성에서는, 격리벽 (212) 의 상면의 열이 격리벽 (212) 의 이면 (하면) 측에 전달되기 쉽고, 예를 들어, 수소 등을 주성분으로 하는 블로바이 가스가 가열될 가능성이 있다. 이에 비해, 단열층으로서의 공동부 (214) 가 형성된 도 15 의 구성에 의하면, 공동부 (214) 에서 플레이트 (215) 의 하면측에는 열이 전달되기 어려워진다. 따라서, 연소실 (50) 의 열에 의해, 예를 들어, 수소 등을 주성분으로 하는 블로바이 가스가 가열되는 것을 억제할 수 있다.

또, 피스톤 내 공간 (210) 의 블로바이 가스를 적극적으로 유동시키기 위한 구성으로서, 교반부 (213) 에 더하여 또는 대신해서, 도 16 에 나타내는 바와 같이, 교반 노즐 (216) 이 설치되어 있어도 된다. 교반 노즐 (216) 은, 그 선단부를 기통 (51) 의 하면으로부터 기통 (51) 의 내부 공간에 임하게 하는 위치에, 각 기통 (51) 에 설치되어 있다. 교반 노즐 (216) 은, 기통 (51) 의 내부를 향해서, 기체 (예를 들어 공기) 또는 액체 (예를 들어 오일) 를, 간헐적 또는 연속적으로 분사한다. 이에 따라, 기통 (51) 의 내부에 분사된 기체 또는 액체에 의해, 피스톤 내 공간 (210) 의 기체가 교반된다. 그 때문에, 기통 (51) 과 피스톤 (21) 의 간극을 통해서, 미연소 가스 등의 블로바이 가스가, 연소실 (50) 로부터 피스톤 내 공간 (210) 으로 누출되었다고 해도, 피스톤 내 공간 (210) 의 블로바이 가스를 적극적으로 유동시켜, 크랭크실 (52) 로 이동시키기 쉬워진다. 따라서, 피스톤 내 공간 (210) 에 블로바이 가스가 체류하는 것을 억제하기 쉬워져, 블로바이 가스의 배출 성능의 추가적인 향상을 기대할 수 있다.

그런데, 상기 서술한 피스톤 (21) 에 관한 구성에 대해서는, 블로바이 가스의 배기 대책의 구성 (환기구 (502)) 등과는 따로 떼어, 그것 단독으로 채용할 수 있다. 즉, 일 양태에 관련된 엔진 시스템 (1) 은, 기통 (51) 과 크랭크실 (52) 을 포함하는 실린더 블록 (5) 을 구비하고, 기통 (51) 내를 왕복 이동하는 피스톤 (21) 의 내측에 형성되는 피스톤 내 공간 (210) 에는, 피스톤 (21) 의 이동에 수반하여 왕복 이동하는 교반부 (213) 가 배치되어 있다. 또, 다른 일 양태에 관련된 엔진 시스템 (1) 은, 기통 (51) 과 크랭크실 (52) 을 포함하는 실린더 블록 (5) 을 구비하고, 기통 (51) 내를 왕복 이동하는 피스톤 (21) 중 기통 (51) 의 내부 공간을 (피스톤 (21) 이 왕복 이동하는 방향으로) 분리하는 격리벽 (212) 은, 내부에 공동부 (214) 를 갖는다.

[4] 실린더 헤드의 구성

다음으로, 엔진 본체 (2) 중 실린더 헤드 (6) (및 그 주변 구조) 의 구성에 대해서, 도 17 ∼ 도 21 을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 도 17 은, 출력축 방향 (D1) 의 일방측인 후측 (크랭크 샤프트 (22) 가 돌출하는 측) 으로부터 엔진 본체 (2) 를 바라본, 실린더 블록 (5) 및 실린더 헤드 (6) 일부를 파단하면서 주요한 단면 부분에 사선 (해칭) 을 부여한 개략도이다. 도 17 에서는, 사이드 커버 (74) 등의 도시를 적절히 생략하고 있다.

본 실시형태에서는, 실린더 헤드 (6) 에는, 상기 서술한 바와 같이, 흡기 포트 (61) 및 배기 포트 (62) 가 형성되어 있다. 흡기 포트 (61) 및 배기 포트 (62) 는, 모두 실린더 헤드 (6) 의 내부에 있어서 서로 구획지어진 구획 (실) 로 이루어지고, 각각 내부 공간을 갖고 있다. 실린더 헤드 (6) 는 복수 (본 실시형태에서는 6 개) 형성되어 있지만, 복수의 실린더 헤드 (6) 는 공통의 구성을 채용하고 있다. 그래서, 이하에서는, 특별히 언급이 없는 한, 1 개의 실린더 헤드 (6) 에 주목하여 설명한다.

본 실시형태에서는 일례로서, 도 18 및 도 19 에 나타내는 바와 같이, 흡기 포트 (61) 및 배기 포트 (62) 는, 실린더 헤드 (6) 에 2 개씩 형성되어 있다. 요컨대, 1 개의 실린더 헤드 (6) 에 대하여, 2 개의 흡기 포트 (61), 및 2 개의 배기 포트 (62) 가 형성되어 있다. 단, 2 개의 흡기 포트 (61) 는 기본적으로는 공통의 구성을 채용하고, 2 개의 배기 포트 (62) 는 기본적으로는 공통의 구성을 채용하고 있다. 그래서, 이하에서는, 특별히 언급이 없는 한, 1 개의 흡기 포트 (61) 또는 1 개의 배기 포트 (62) 에 주목하여 설명한다. 도 18 은, 실린더 헤드 (6) 및 기통 (51) 의 개략 외형을 상상선 (이점 쇄선) 으로 나타내고, 흡기 포트 (61) 및 배기 포트 (62) 를 강조 표시한 개략 사시도이다. 또, 도 19 는, 후술하는 냉매 통로 (63) 를 상상선 (이점 쇄선) 으로 나타내고, 흡기 포트 (61) 및 배기 포트 (62) 를 강조 표시한 개략 평면도이다.

실린더 헤드 (6) 는, 도 17 및 도 18 에 나타내는 바와 같이, 기통 (51) 의 상방에 배치되어 있다. 이에 따라, 기통 (51) 의 내부 공간 중, 피스톤 (21) 의 상면과 실린더 헤드 (6) 의 하면으로 둘러싸인 공간이, 연소실 (50) 로서 기능한다. 실린더 헤드 (6) 에 형성된 흡기 포트 (61) 및 배기 포트 (62) 모두, 연소실 (50) 로 이어지는 개구를 갖고 있다.

흡기 포트 (61) 는, 실린더 블록 (5) 에 형성된 흡기 매니폴드 (54) 와, 연소실 (50) 의 사이를 잇는 기체 (흡입 공기) 가 지나는 길이다. 그리고, 흡기 포트 (61) 중, 연소실 (50) 측의 개구, 요컨대 기류의 하류측이 되는 개구에는, 흡기 밸브 (72) 가 설치되어 있다. 그 때문에, 흡기 매니폴드 (54) 로부터 분배되는 공기는, 흡기 밸브 (72) 가 열린 상태에서, 흡기 포트 (61) 를 개재하여 연소실 (50) 에 공급된다.

또한, 본 실시형태에서는, 기체 연료에 대해서는 연료 공급 방식으로서 포트 분사 방식이 채용되어 있으므로, 연료 공급 장치 (3) 는, 흡기 포트 (61) 의 내부 공간에 기체 연료 (본 실시형태에서는 수소) 를 공급한다. 요컨대, 기체 연료를 분사하는 연료 공급 장치 (3) 의 분사부 (31) 는, 흡기 포트 (61) 의 내부에 임하는 위치에 배치되어 있고, 흡기 포트 (61) 내에 기체 연료를 분사한다. 연료 공급 장치 (3) 가 기체 연료를 분사하는 타이밍에 대해서 상세하게는 「[5] 엔진 시스템의 제어 동작」 의 난에서 설명한다.

한편, 배기 포트 (62) 는, 배기 매니폴드 (75) 와 연소실 (50) 의 사이를 잇는 기체 (배기) 가 지나는 길이다. 그리고, 배기 포트 (62) 중, 연소실 (50) 측의 개구, 요컨대 기류의 상류측이 되는 개구에는, 배기 밸브 (73) 가 설치되어 있다. 그 때문에, 연소실 (50) 로부터 배출되는 기체는, 배기 밸브 (73) 가 열린 상태에서, 배기 포트 (62) 를 개재하여 배기 매니폴드 (75) 에 배출 (집약) 된다.

또, 도 17 및 도 19 에 나타내는 바와 같이, 실린더 헤드 (6) 에는, 흡기 포트 (61) 및 배기 포트 (62) 에 더하여, 냉매 통로 (63) 가 형성되어 있다. 냉매 통로 (63) 는, 냉매가 통과하기 위한 통로이다. 여기서 말하는 「냉매」 는, 냉각 사이클에 있어서 열을 이동시키기 위해서 사용되는 열 매체를 의미하며, 예를 들어, 물 (냉각수) 혹은 오일 등의 액체, 또는 냉각 가스와 같은 기체 등의 유체이다. 요컨대, 냉매 통로 (63) 를 유체인 냉매가 흐름으로써, 냉매 통로 (63) 의 주위로부터 열을 빼앗을 수 있어, 냉매 통로 (63) 의 주위를 냉각시키는 것이 가능하다. 본 실시형태에서는 일례로서, 냉매 통로 (63) 는 냉매로서의 냉각수를 통과시키기 위한 워터 자켓이다.

냉매 통로 (63) 는, 도 19 에 나타내는 바와 같이, 평면에서 보았을 때, 흡기 포트 (61) 및 배기 포트 (62) 중 연소실 (50) 측의 개구를 둘러싸는 환상 (環狀) 으로 형성되어 있다. 구체적으로, 도 17 에 나타내는 바와 같이, 냉매 통로 (63) 는, 흡기 포트 (61) 에 있어서의 연소실 (50) 측의 개구에 인접하는 위치에 배치되어 있다. 그리고, 냉매 통로 (63) 에는, 실린더 헤드 (6) 의 외부에서 냉각된 냉매 (냉각수) 가 순환하도록 공급된다. 이에 따라, 냉매 통로 (63) 를 흐르는 냉매에 의해, 흡기 포트 (61) 및 배기 포트 (62) 중, 주로 연소실 (50) 측의 개구 주변이 냉각되게 된다.

그런데, 관련 기술로서, 통내 분사용 인젝터와 흡기 통로 분사용 인젝터를 구비하는 듀얼 분사형의 엔진 시스템이 알려져 있다. 관련 기술에 관련된 엔진 시스템에서는, 연료 분사량의 조정 (보정) 에 의해, 연료 증발 가스의 퍼지 처리 실행 시에 있어서의 백파이어의 발생을 억제한다. 구체적으로, 통내 분사용 인젝터 및 흡기 통로 분사용 인젝터의 분담율이 소정의 범위 내에 있을 때의 연료 증발 가스의 퍼지 처리 실행 시, 도입되는 퍼지 연료량에 대응하는 연료 분사량 보정을, 흡기 통로 분사용 인젝터로부터의 연료 분사량만을 바꾸어 실시한다.

단, 예를 들어, 수소 등의 기체 연료를 사용하는 엔진 시스템 (1) 에 있어서는, 보다 연료 (기체 연료) 에 착화하기 쉬워지는 경우가 있다. 그 때문에, 만일 백파이어가 발생했을 경우에, 흡기 포트 (61) 내에 공급되는 연료 (기체 연료) 에 착화하고, 백파이어가 연쇄하는 것까지 예측하여, 보다 한층 백파이어 대책을 실시하는 것이 요망된다.

그래서, 본 실시형태에서는, 이하에 설명하는 구성을 채용함으로써, 보다 한층 백파이어 대책을 가능하게 하는 엔진 시스템 (1) 을 제공 가능하게 한다.

즉, 본 실시형태에 관련된 엔진 시스템 (1) 은, 연소실 (50) 에 공기를 공급하는 흡기 포트 (61) 와, 흡기 포트 (61) 의 내부 공간 (Sp2) (도 20 참조) 에 기체 연료를 공급하는 연료 공급 장치 (3) 를 구비하고 있다. 연료 공급 장치 (3) 는, 기체 연료를 분사하는 분사부 (31) 를 갖는다. 여기서, 도 20 에 나타내는 바와 같이, 적어도 흡기 포트 (61) 의 내주면 (611) 중 분사부 (31) 로부터의 기체 연료의 분사 영역 (R1) 의 중심축 (Ax2) 과의 교점에는, 냉각부 (612) 가 배치되어 있다. 바꿔 말하면, 흡기 포트 (61) 의 내주면 (611) 과 분사부 (31) 로부터의 기체 연료의 분사 영역 (R1) 의 중심축 (Ax2) 의 교점은, 냉각부 (612) 에 포함된다.

본 개시에서 말하는 「냉각부」 는, 흡기 포트 (61) 의 내주면 (611) 중 냉각됨으로써 상대적으로 저온이 되는 부위를 의미한다. 요컨대, 흡기 포트 (61) 의 내부 공간 (Sp2) 에 임하는 내주면 (611) 의 온도는 균일하지 않고, 부위에 따라 온도차가 발생할 수 있는 바, 다른 부위에 비해 상대적으로 저온이 되는 부위가 냉각부 (612) 를 구성한다. 일례로서, 흡기 포트 (61) 의 내주면 (611) 중, 기준 온도 (예를 들어, 내주면 (611) 의 온도의 평균값 또는 중앙값 등) 미만의 부위가 냉각부 (612) 가 된다.

요컨대, 예를 들어, 수소 등의 기체 연료가 흡기 포트 (61) 의 내부 공간 (Sp2) 에 분사되는 포트 분사 방식을 채용한 엔진 시스템 (1) 에 있어서, 상기 구성을 채용함으로써, 보다 한층 백파이어 대책이 가능해진다. 이러한 종류의 엔진 시스템 (1) 에 있어서는, 예를 들어, 백파이어에 의해 흡기 포트 (61) 가 화염에 노출되는 상황에서, 흡기 포트 (61) 내에 분사되는 기체 연료 (수소 등) 에 착화하면, 백파이어가 연쇄할 가능성이 있다. 본 실시형태에 관련된 엔진 시스템 (1) 에서는, 기체 연료의 분사 영역 (R1) 의 중심축 (Ax2) 을 냉각부 (612) 를 향하게 함으로써, 기체 연료의 열 내림이 양호해져, 백파이어의 발생 직후이더라도, 기체 연료가 가열되는 것에 의한 기체 연료의 착화를 억제할 수 있다. 이와 같이, 흡기 포트 (61) 내에서의 기체 연료의 냉각 성능을 향상시킨 것으로, 백파이어의 연쇄를 억제할 수 있어, 보다 한층 백파이어 대책이 가능한 엔진 시스템 (1) 을 제공할 수 있다.

보다 상세하게는, 도 20 에 나타내는 바와 같이, 흡기 포트 (61) 는, 단면 형상이 일방향을 향해서 볼록해지는 만곡부 (600) 를 갖고 있다. 본 실시형태에서는 일례로서, 만곡부 (600) 는, 흡기 포트 (61) 의 중간 부분에 형성되어 있고, 단면 형상이 상방을 향해서 볼록해지도록 만곡함으로써, 흡기 포트 (61) 는 전체적으로 역 U 자 모양의 단면 형상을 갖는다. 그 때문에, 흡기 포트 (61) 의 내부 공간 (Sp2) 에 있어서의 공기 (흡입 공기) 의 흐름 (기류) 은, 만곡부 (600) 를 따라 일방향 (여기서는 상방) 을 향해서 볼록해지는 호를 그리는 경로를 취한다. 도 20 에서는, 흡입 공기의 흐름을 굵은선 화살표로 나타내고 있다.

본 실시형태에서는, 냉각부 (612) 는, 이와 같은 흡기 포트 (61) 에 있어서, 그 내주면 (611) 중 만곡부 (600) 의 타방향 (여기서는 하방) 측의 면, 요컨대 만곡부 (600) 의 내주측면 (602) 에 배치되어 있다. 요컨대, 내주면 (611) 은, 만곡부 (600) 의 일방향 (여기서는 상방) 측의 면이 되는 외주측면 (601) 과, 만곡부 (600) 의 타방향 (여기서는 하방) 측의 면이 되는 내주측면 (602) 을 포함하는 바, 내주측면 (602) 에 냉각부 (612) 가 배치된다.

그리고, 노즐형상 (통상) 의 분사부 (31) 는, 그 선단부가 외주측면 (601) 으로부터 흡기 포트 (61) 내로 돌출하는 형태로 배치되어 있으며, 분사부 (31) 로부터 냉각부 (612) 를 향해서 기체 연료가 분사된다. 요컨대, 분사부 (31) 의 선단부는, 적어도 내주측면 (602) 에 형성된 냉각부 (612) 를 향하고 있다. 여기서, 분사 영역 (R1) 의 중심축 (Ax2) 은, 분사부 (31) 의 선단을 정점으로 대략 원추상으로 넓어지는 분사 영역 (R1) 의 중심축으로서, 노즐형상 (통상) 의 분사부 (31) 의 중심축과 대략 일치한다.

또, 냉각부 (612) 는, 흡기 포트 (61) 에 있어서 분사부 (31) 보다 공기의 기류의 하류측에 배치되어 있다. 도 20 의 예에서는, 흡기 포트 (61) 에 있어서, 우방에서 좌방을 향하는 공기의 기류가 발생하기 때문에, 연료 공급 장치 (3) 의 분사부 (31) 의 선단에 대하여, 하류측이 되는 좌방에 냉각부 (612) 가 배치되어 있다.

이와 같이, 냉각부 (612) 가 분사부 (31) 보다 하류측에 배치되어 있음으로써, 분사부 (31) 로부터 분사된 기체 연료가, 공기의 기류에 의해 하류측으로 흐른 경우에도, 냉각부 (612) 에 도달하기 쉬워진다. 그 때문에, 냉각부 (612) 에 의한 기체 연료의 냉각 효과를 충분히 발휘하는 것이 가능하다.

그런데, 냉각부 (612) 의 구체적 양태로는, 예를 들어, 이하에 설명하는 제 1 양태, 제 2 양태 및 제 3 양태가 있다. 제 1 양태는, 냉매 통로 (63) 를 사용한 냉매 냉각 방식, 제 2 양태는, 부착 냉매를 사용한 기화 잠열 방식, 제 3 양태는, 공랭 방식이다. 즉, 제 1 양태, 제 2 양태 혹은 제 3 양태, 또는 이들의 조합에 의해, 흡기 포트 (61) 의 내주면 (611) 의 냉각부 (612) 가 실현 가능하다.

먼저, 제 1 양태 (냉매 냉각 방식) 에서는, 도 20 에 나타내는 바와 같이, 냉매 통로 (63) 의 근방 부위가 냉각부 (612) 가 된다. 구체적으로는, 냉매 통로 (63) 와 흡기 포트 (61) 의 내부 공간 (Sp2) 은, 격벽부 (64) 에 의해 물리적으로 격리되어 있고, 당해 격벽부 (64) 에 있어서의 냉매 통로 (63) 와는 반대측의 면 (흡기 포트 (61) 의 내주면 (611)) 이, 냉각부 (612) 를 구성한다. 즉, 엔진 시스템 (1) 은, 흡기 포트 (61) 가 형성된 실린더 헤드 (6) 를 구비하고, 실린더 헤드 (6) 는, 냉매가 통과하는 냉매 통로 (63) 를 갖고 있다. 여기서, 냉각부 (612) 는, 적어도 냉매 통로 (63) 와 흡기 포트 (61) 를 물리적으로 분리하는 격벽부 (64) 에 배치되어 있다.

이 구성에 의하면, 실린더 헤드 (6) 에 형성된 냉매 통로 (63) 를 흐르는 냉매에 의해, 냉각부 (612) 를 효율적으로 냉각시키는 것이 가능하다. 또한, 냉매의 유량 등에 의해, 냉각부 (612) 의 온도를 조정할 수도 있기 때문에, 보다 확실하게 기체 연료를 냉각시키는 것이 가능하다. 따라서, 기체 연료가 가열되는 것에 의한 기체 연료의 착화를 보다 한층 억제할 수 있다.

또한, 도 20 에 나타내는 바와 같이, 격벽부 (64) 는, 박육부 (641) 와, 후육부 (642) 를 포함하고 있다. 박육부 (641) 는, 냉매 통로 (63) 와 흡기 포트 (61) 사이의 두께 (Th1) 가 기준 두께보다 작다. 후육부 (642) 는, 냉매 통로 (63) 와 흡기 포트 (61) 사이의 두께 (Th2) 가 기준 두께보다 크다. 박육부 (641) 와 후육부 (642) 중 박육부 (641) 에만 냉각부 (612) 가 형성되어 있다. 여기서 말하는 「기준 두께」 는, 격벽부 (64) 의 기준이 되는 두께로서, 일례로서, 격벽부 (64) 의 두께의 평균값 또는 중앙값 등이다. 요컨대, 격벽부 (64) 의 두께는 균일하지 않고, 부위에 따라 상이하다. 그리고, 냉각부 (612) 는, 격벽부 (64) 중 상대적으로 박육인 박육부 (641) 에 형성되고, 후육부 (642) 에는 형성되어 있지 않다.

이 구성에 의하면, 냉매 통로 (63) 를 흐르는 냉매로, 냉각부 (612) 를 보다 효율적으로 냉각시키는 것이 가능하다. 즉, 격벽부 (64) 의 내주면 (611) 중, 상대적으로 냉매 통로 (63) 까지의 거리가 가까워, 냉매 통로 (63) 를 흐르는 냉매에 열이 전달되기 쉬운 박육부 (641) 에 냉각부 (612) 가 배치되므로, 보다 확실하게 기체 연료를 냉각시키는 것이 가능하다. 따라서, 기체 연료가 가열되는 것에 의한 기체 연료의 착화를 보다 한층 억제할 수 있다.

제 2 양태 (기화 잠열 방식) 에서는, 도 21 에 나타내는 바와 같이, 엔진 시스템 (1) 은, 흡기 포트 (61) 의 내주면 (611) 의 일부에 부착 냉매 (651) 를 부착시키는 냉매 공급부 (65) 를 추가로 구비한다. 냉각부 (612) 는, 적어도 부착 냉매 (651) 가 부착되는 부위에 배치되어 있다. 여기서 말하는 「부착 냉매」 는, 주로 기화 잠열에 사용되는 열 매체를 의미하며, 예를 들어, 물 (냉각수) 혹은 오일 등의 액체이다. 즉, 흡기 포트 (61) 의 내주면 (611) 의 일부에 부착 냉매 (651) 가 부착됨으로써, 부착 냉매 (651) 가 기화할 때에 내주면 (611) 의 열을 빼앗는 것에 의해, 내주면 (611) 의 냉각이 실시된다. 그래서, 흡기 포트 (61) 의 내주면 (611) 중 부착 냉매 (651) 가 부착되는 부위를 냉각부 (612) 로 함으로써, 냉각부 (612) 의 냉각이 실현된다. 부착 냉매 (651) 를 「부착」 시키는 양태로는, 예를 들어, 부착 냉매 (651) 의 분무, 토출, 결로 또는 도포 등이 있다.

구체적으로, 도 21 의 「A」 에 나타내는 예에서는, 부착 냉매 (651) 를 분사하는 노즐형상 (통상) 의 냉매 공급부 (65) 가 사용되고 있다. 이 냉매 공급부 (65) 는, 그 선단부가 외주측면 (601) 으로부터 흡기 포트 (61) 내에 돌출하는 형태로 배치되어 있고, 분사부 (31) 로부터 냉각부 (612) 를 향해서 기체 연료가 분사된다. 요컨대, 냉매 공급부 (65) 의 선단부는, 적어도 내주측면 (602) 에 형성된 냉각부 (612) 를 향하고 있다. 이에 따라, 냉매 공급부 (65) 로부터 분사되는 부착 냉매 (651) 는, 흡기 포트 (61) 의 내주면 (611) (내주측면 (602)) 의 냉각부 (612) 에 부착되고, 냉각부 (612) 를 냉각시킨다.

또, 도 21 의 「B」 에 나타내는 예에서는, 흡기 포트 (61) 에 도입되는 공기를 냉각시키는 냉매 공급부 (65) 가 사용되고 있다. 이 냉매 공급부 (65) 는, 코일상의 냉각기로 이루어지고, 흡기 포트 (61) 에 있어서의 흡기 매니폴드 (54) 측의 개구 부근에 배치되어 있다. 냉매 공급부 (65) 에 냉매가 공급됨으로써, 냉매 공급부 (65) 를 통과하는 공기가 냉각되고, 공기 중의 수증기량이 포화 수증기량을 초과하면, 결로에 의해 부착 냉매 (651) 로서의 물이 발생한다. 부착 냉매 (651) 는, 공기의 기류에 의해 운반되고, 적어도 내주측면 (602) 에 형성된 냉각부 (612) 에 부착된다. 이에 따라, 부착 냉매 (651) 는, 흡기 포트 (61) 의 내주면 (611) (내주측면 (602)) 의 냉각부 (612) 에 부착되고, 냉각부 (612) 를 냉각시킨다. 냉매 공급부 (65) 에 공급되는 냉매는, 예를 들어, 액화 수소 탱크 (32) 와의 열 교환에 의해 저온으로 유지되는 것이 바람직하다.

도 21 의 예에서는, 냉매 공급부 (65) 에 더하여, 냉매 통로 (63) 에 의해 제 1 양태의 냉매 냉각 방식도 병용되고 있지만, 제 2 양태 (기화 잠열 방식) 와 제 1 양태를 조합하는 것은 필수는 아니다. 요컨대, 제 2 양태 (기화 잠열 방식) 를 채용하는 경우에는, 냉매 통로 (63) 가 생략되어도 되고, 이 경우에도 부착 냉매 (651) 에 의해 냉각부 (612) 는 실현 가능하다.

제 3 양태 (공랭 방식) 에서는, 흡기 포트 (61) 의 내부 공간 (Sp2) 에 있어서의 공기의 흐름 (기류) 을 이용하여, 흡기 포트 (61) 의 내주면 (611) 의 일부에 냉각부 (612) 를 형성한다. 즉, 예를 들어, 팬 등을 사용하여 공기의 유속을 높이고, 흡기 포트 (61) 의 내주면 (611) 의 일부에 공기를 쏘임으로써, 흡기 포트 (61) 의 내주면 (611) 중 공기가 닿는 부위를, 기류로 냉각시켜 냉각부 (612) 로 한다. 이 구성에 의하면, 별도로, 냉매를 사용하지 않고, 흡기 포트 (61) 의 내주면 (611) 의 일부를 냉각시켜 냉각부 (612) 를 구성하는 것이 가능하다.

그 밖에, 본 실시형태에 관련된 엔진 시스템 (1) 에 있어서는, 백파이어 대책으로서 하기의 구성을 채용하는 것이 더욱 유용하다.

첫번째 구성으로서, 연료 공급 장치 (3) 의 분사부 (31) 를 냉각시키는 노즐 냉각 구조를 형성하고, 분사부 (31) 로부터 분사되는 기체 연료 자체를 냉각시킨다. 노즐 냉각 구조는, 일례로서, 분사부 (31) 의 주위에 배치되는 냉매의 통로에 의해 실현 가능하다. 이에 따라, 분사부 (31) 가 냉매로 냉각되고, 실린더 헤드 (6) 로부터 분사부 (31) 로의 입열이 억제되기 때문에, 기체 연료의 온도 상승을 억제하는 것이 가능하다. 냉매의 통로는, 예를 들어, 실린더 헤드 (6) 로부터 폭 방향 (D3) 으로 연장되어도 되고, 혹은 실린더 헤드 (6) 로부터 상방으로 연장되어도 된다.

두번째 구성으로서, 연료 공급 장치 (3) 의 분사부 (31) 를 덮는 단열재를 설치하고, 분사부 (31) 로부터 분사되는 기체 연료로의 입열을 억제한다. 이에 따라, 실린더 헤드 (6) 로부터 분사부 (31) 로의 입열이 억제되기 때문에, 기체 연료의 온도 상승을 억제하는 것이 가능하다.

[5] 엔진 시스템의 제어 동작

다음으로, 본 실시형태에 관련된 엔진 시스템 (1) 의 제어 동작에 대해서, 도 22, 도 23 및 도 24 를 참조하여 설명한다. 본 실시형태에서는, 상기 서술한 바와 같이 엔진 시스템 (1) 의 제어는 엔진 제어부 (20) 가 실시하므로, 이하에 설명하는 엔진 시스템 (1) 의 제어 동작은, 엔진 제어부 (20) 에 의해 실행되는 처리를 포함한다.

본 실시형태에서는, 엔진 제어부 (20) 는, 도 22 에 나타내는 바와 같은 타이밍에, 연료 공급 장치 (3) 를 제어하여 흡기 포트 (61) 에 대한 기체 연료의 분사를 실행한다. 도 22 에서는, 가로축을 크랭크각으로 하고, 배기 밸브 (73) 의 개도 (G1) 및 흡기 밸브 (72) 의 개도 (G2) (「밸브 개도」 라고 표기), 흡기 포트 (61) 내의 흡기 공기의 유속 (「유속」 이라고 표기), 및 흡기 포트 (61) 내에 있어서의 연소실 (50) 부근의 내주면 (611) (벽면) 의 온도 (「온도」 라고 표기) 를 나타낸다. 여기서, 크랭크각은, 시간 경과에 따라, 피스톤 (21) 이 하사점 (BDC : Bottom Dead Center) 과 상사점 (TDC : Top Dead Center) 의 사이를 왕복 이동하는 데 수반하여 연속적으로 변화한다. 그 때문에, 크랭크각을 나타내는 가로축은, 시간축에 상당한다.

도 22 에 있어서, 시점 t0 에서 피스톤 (21) 이 하사점에 있고, 시점 t2 에서 피스톤 (21) 이 상사점에 있고, 시점 t7 에서 피스톤 (21) 이 하사점에 있고, 시점 t1 에서 백파이어가 발생한 것으로 가정한다. 여기서, 시점 t1 은, 시점 t0 과 시점 t2 의 사이에 있고, 흡기 밸브 (72) 가 개변을 개시한 직후의 타이밍이다. 이 경우에 있어서, 시점 t2 후의 시점 t3 에 있어서, 배기 밸브 (73) 가 폐변 (개도 (G1) 가 0) 하면, 그 후, 냉각 기간 (T1) 이 경과하고 처음으로, 기체 연료의 분사가 가능한 분사 허가 기간 (T2) 이 개시된다. 여기서, 기체 연료의 분사가 분할 분사 (간헐 분사) 인 경우, 최초의 분사 개시부터 마지막 분사 종료까지가 분사 허가 기간 (T2) 내에 실행된다.

즉, 본 실시형태에서는, 연료 공급 장치 (3) 는, 배기 밸브 (73) 가 닫히는 것을 포함하는 공급 개시 조건을 만족한 후, 냉각 기간 (T1) 이 경과하면, 흡기 포트 (61) 의 내부 공간 (Sp2) 으로의 기체 연료의 공급을 개시한다. 여기서, 냉각 기간 (T1) 은, 냉각부 (612) 를 냉각시키기 위한 기간으로서, 기체 연료의 분사가 금지되는 기간이다. 구체적으로는, 공급 개시 조건은, 배기 밸브 (73) 가 닫히는 (개도 (G1) 가 0) 것에 더하여, 흡기 밸브 (72) 가 열리는 (개도 (G2) 가 0 보다 크다) 것을 포함한다. 도 22 의 예에 있어서, 시점 t3 에서는, 배기 밸브 (73) 가 폐변하고, 또한 (그 전의 시점 t1 에서) 흡기 밸브 (72) 가 개변하고 있기 때문에, 공급 개시 조건을 만족하게 된다. 그 때문에, 시점 t3 부터 시점 t5 까지의 냉각 기간 (T1) 이 경과하여, 분사 허가 기간 (T2) 에 들어가면, 연료 공급 장치 (3) 는, 기체 연료의 분사 (공급) 를 개시하는 것이 가능해진다.

이 구성에 의하면, 기체 연료의 공급 (분사) 이 개시되기 전에, 냉각 기간 (T1) 이 설정되므로, 냉각부 (612) 를 확실하게 냉각시킨 후에, 흡기 포트 (61) 의 내부 공간 (Sp2) 으로의 기체 연료의 공급을 개시할 수 있다. 따라서, 백파이어가 발생한 경우이더라도, 냉각부 (612) 에 의한 기체 연료의 냉각이 실시되어, 백파이어의 연쇄를 억제하기 쉬워진다.

또, 냉각 기간 (T1) 의 종료 시점은, 흡기 밸브 (72) 의 개도 (G2) 가 최대가 되는 시점 이후로 설정된다. 요컨대, 냉각 기간 (T1) 의 종료 시점인 시점 t5 는, 흡기 밸브 (72) 의 개도 (G2) 가 최대 (개도 (G2) 의 피크) 가 되는 시점 t4 에서 보아, 크랭크각의 지각측으로 설정된다.

이 구성에 의하면, 흡기 포트 (61) 내의 흡기 공기의 유속이 최대가 되는 타이밍 이후에 기체 연료의 공급이 개시되게 되어, 기체 연료를 보다 효율적으로 냉각 가능해진다. 즉, 흡기 밸브 (72) 의 개도 (G2) 가 최대가 될 때에 흡기 포트 (61) 내의 흡기 공기의 유속이 최대가 되는 바, 이 타이밍 (도 22 에서는 시점 t4) 이후에, 기체 연료의 공급을 개시함으로써, 기체 연료의 냉각 성능이 향상된다. 따라서, 백파이어의 연쇄를 보다 한층 억제하기 쉬워진다.

또, 본 실시형태에 관련된 엔진 시스템 (1) 은, 흡기 포트 (61) 에 공기를 보내는 과급기 (8) 를 구비하고 있다. 이에 따라, 냉각 기간 (T1) 을 마련함으로써 기체 연료의 공급 개시의 타이밍이 늦어도, 기체 연료를 연소실 (50) 에 보내기 쉬워진다. 요컨대, 과급기 (8) 에 의해 공기의 유속이 가속됨으로써, 흡기 포트 (61) 내에 분사된 기체 연료가 연소실 (50) 에 유입하기 쉬워진다.

여기서, 도 22 에 나타내는 바와 같이, 분사 허가 기간 (T2) 은, 흡기 밸브 (72) 의 폐변 직전에 삽입되는 유예 기간 (T3) 을 고려하여 설정되어 있다. 유예 기간 (T3) 은, 냉각 기간 (T1) 과 마찬가지로, 기체 연료의 분사가 금지되는 기간이다. 즉, 분사 허가 기간 (T2) 이 종료하는 시점 (t6) 으로부터, 흡기 밸브 (72) 가 폐변 (개도 (G2) 가 0) 하는 시점 (t7) 까지의 사이는, 유예 기간 (T3) 으로서, 기체 연료의 분사는 금지된다. 바꿔 말하면, 냉각 기간 (T1) 의 종료 시점은, 흡기 밸브 (72) 가 폐변하는 시점 (t7) 으로부터, 유예 기간 (T3) 과 분사 허가 기간 (T2) 의 합계 시간만큼 거슬러 올라간 시점 (도 22 에서는 시점 t5) 으로 설정된다.

이 구성에 의하면, 분사 허가 기간 (T2) 이 종료하는 시점 (t6) 에서 흡기 밸브 (72) 가 폐변되는 것에 의한 흡기 포트 (61) 에 대한 기체 연료의 잔류가 억제된다. 요컨대, 분사 허가 기간 (T2) 이 종료하는 시점 (t6) 에서 흡기 포트 (61) 내에 기체 연료가 잔류하고 있어도, 당해 잔류분의 기체 연료는 유예 기간 (T3) 중에 연소실 (50) 로 배출 가능하다.

또한, 유예 기간 (T3) 의 길이는, 분사부 (31) (의 선단) 와 흡기 포트 (61) 에 있어서의 연소실 (50) 측의 개구의 사이의 거리에 기초하여 설정되는 것이 바람직하다. 여기서 말하는 거리는, 흡기 포트 (61) 내에 있어서의 공기의 유로 상의 거리이다. 구체적으로는, 분사부 (31) (의 선단) 와 흡기 포트 (61) 에 있어서의 연소실 (50) 측의 개구와의 사이의 거리가 길수록, 유예 기간 (T3) 은 길게 설정된다. 이에 따라, 분사부 (31) 로부터 분사되는 기체 연료가 연소실 (50) 에 배출되는 데에 필요로 하는 시간을 고려하여, 유예 기간 (T3) 이 설정되기 때문에, 흡기 포트 (61) 내에 기체 연료가 잔류하기 어려워진다.

그런데, 상기 서술한 연료 공급 장치 (3) 의 제어에 관한 구성에 대해서는, 블로바이 가스의 배기 대책의 구성 (환기구 (502)), 및 냉각부 (612) 등과는 따로 떼어, 그것 단독으로 채용할 수 있다. 즉, 일 양태에 관련된 엔진 시스템 (1) 은, 연소실 (50) 에 공기를 공급하는 흡기 포트 (61) 와, 흡기 포트 (61) 의 내부 공간 (Sp2) 에 기체 연료를 공급하는 연료 공급 장치 (3) 를 구비하고 있다. 연료 공급 장치 (3) 는, 배기 밸브 (73) 가 닫히는 것을 포함하는 공급 개시 조건을 만족한 후, 냉각 기간 (T1) 이 경과하면, 흡기 포트 (61) 의 내부 공간 (Sp2) 으로의 기체 연료의 공급을 개시한다.

도 23 은, 엔진 시스템 (1) 을 발전기 (101) 의 구동, 또는 선체 (100) 의 추진에 사용하는 경우에 있어서의, 기체 연료의 분사에 관련된 엔진 제어부 (20) 의 동작 (처리) 의 일례를 나타내는 플로 차트이다.

즉, 엔진 제어부 (20) 는, 먼저 엔진 시스템 (1) 을 발전기 (101) 의 구동에 사용할지 여부를 판단한다 (S1). 엔진 시스템 (1) 을 발전기 (101) 의 구동에 사용하는 경우 (S1 : Yes), 엔진 제어부 (20) 는, 발전 모드에 있다고 판단하고, 처리를 스텝 S2 로 이행시킨다. 한편, 엔진 시스템 (1) 을 선체 (100) 의 추진에 사용하는 경우 (S1 : No), 엔진 제어부 (20) 는, 발전 모드에 없다고 판단하고, 처리를 스텝 S6 으로 이행시킨다.

스텝 S2 에서는, 엔진 제어부 (20) 는, 발전기 (101) 의 부하, 및 엔진 본체 (2) 의 회전수 (실회전수) 를 취득한다. 그리고, 엔진 제어부 (20) 는, 발전기 (101) 의 부하와 엔진 회전수의 상관 관계를 나타내는 「부하 - 회전수 맵」 에 비추어, 기체 연료의 분사 시기, 요컨대 기체 연료의 분사를 개시하는 타이밍을 결정한다 (S3). 그리고, 엔진 제어부 (20) 는, 기체 연료의 분사량을 연산하고 (S4), 기체 연료의 분사 시기가 도래하면 기체 연료를 분사시키도록 연료 공급 장치 (3) 를 제어한다 (S5).

스텝 S6 에서는, 엔진 제어부 (20) 는, 조작반 (102) (의 스로틀 레버) 의 조작량, 및 엔진 본체 (2) 의 회전수 (실회전수) 를 취득한다. 여기서, 엔진 제어부 (20) 는, 엔진 본체 (2) 의 목표 회전수를 설정하고 (S7), 목표 회전수와 실회전수의 차분을 연산한다 (S8). 또한, 엔진 제어부 (20) 는, 직전 사이클의 기체 연료의 분사량에 대하여 부족한 기체 연료의 분사량 (부족 분사량) 을 연산한다. 그리고, 엔진 제어부 (20) 는, 기체 연료의 분사량과 기체 연료의 분사 시간의 상관 관계를 나타내는 「분사량 - 분사 시간 맵」 에 비추어, 기체 연료의 분사 시간을 결정한다 (S10). 또, 엔진 제어부 (20) 는, 기체 연료의 분사량과 냉각 기간 (T1) 의 상관 관계를 나타내는 「분사량 - 냉각 기간 맵」 에 비추어, 기체 연료의 분사 시기, 요컨대 기체 연료의 분사를 개시하는 타이밍을 결정한다 (S11). 그리고, 엔진 제어부 (20) 는, 기체 연료의 분사 시기가 도래하면 기체 연료를 분사시키도록 연료 공급 장치 (3) 를 제어한다 (S12).

엔진 제어부 (20) 는, 상기 스텝 S1 ∼ S12 의 처리를 반복 실행한다. 단, 도 23 에 나타내는 플로 차트는 일례에 지나지 않으며, 처리가 적절히 추가 또는 생략되어도 되고, 처리 순서가 적절히 바뀌어도 된다.

도 24 는, 엔진 시스템 (1) 을 발전기 (101) 의 구동에 사용하는 경우에 있어서, 백파이어가 발생했을 때에만 냉각 기간 (T1) 을 형성하도록 한, 엔진 제어부 (20) 의 동작 (처리) 의 일례를 나타내는 플로 차트이다.

즉, 엔진 제어부 (20) 는, 우선 발전기 (101) 의 부하, 엔진 본체 (2) 의 회전수 (실회전수), 및 연소실 (50) 내의 압력 (통내압) 을 취득한다 (S21). 여기서, 통내압은 통내압 센서 (76) 로부터 취득되며, 백파이어의 발생의 유무에 관한 정보이다. 그 다음에, 엔진 제어부 (20) 는, 예를 들어 통내압에 기초하여, 백파이어가 발생하고 있는지 여부를 판단한다 (S22). 통내압의 파형 등으로부터 백파이어의 발생이 검지된 경우 (S22 : Yes), 엔진 제어부 (20) 는, 처리를 스텝 S23 으로 이행시킨다. 한편, 통내압의 파형 등으로부터 백파이어의 발생이 검지되지 않은 경우 (S22 : No), 엔진 제어부 (20) 는, 처리를 스텝 S24 로 이행시킨다.

스텝 S23 에서는, 엔진 제어부 (20) 는, 발전기 (101) 의 부하와 엔진 회전수의 상관 관계를 나타내는 「부하 - 회전수 제 1 맵」 에 비추어, 기체 연료의 분사 시기, 요컨대 기체 연료의 분사를 개시하는 타이밍을 결정한다. 「부하 - 회전수 제 1 맵」 은, 백파이어 발생시용으로 준비되어 있는 맵으로서, 냉각 기간 (T1) 을 고려하여 기체 연료의 분사 시기를 설정하기 위한 맵이다.

스텝 S24 에서는, 엔진 제어부 (20) 는, 발전기 (101) 의 부하와 엔진 회전수의 상관 관계를 나타내는 「부하 - 회전수 제 2 맵」 에 비추어, 기체 연료의 분사 시기, 요컨대 기체 연료의 분사를 개시하는 타이밍을 결정한다. 「부하 - 회전수 제 2 맵」 은, 백파이어가 발생하고 있지 않은 정상시용으로 준비되어 있는 맵으로서, 냉각 기간 (T1) 을 고려하지 않고 기체 연료의 분사 시기를 설정하기 위한 맵이다.

그리고, 엔진 제어부 (20) 는, 기체 연료의 분사량을 연산하고 (S25), 기체 연료의 분사 시기가 도래하면 기체 연료를 분사시키도록 연료 공급 장치 (3) 를 제어한다 (S26).

엔진 제어부 (20) 는, 상기 스텝 S21 ∼ S26 의 처리를 반복 실행한다. 단, 도 24 에 나타내는 플로 차트는 일례에 지나지 않으며, 처리가 적절히 추가 또는 생략되어도 되고, 처리 순서가 적절히 바뀌어도 된다.

[6] 변형예

이하, 실시형태 1 의 변형예를 열거한다. 이하에 설명하는 변형예는, 적절히 조합하여 적용 가능하다.

본 개시에 있어서의 엔진 시스템 (1) 은, 엔진 제어부 (20) 로서의 컴퓨터 시스템을 포함하고 있다. 컴퓨터 시스템은, 하드웨어로서의 1 이상의 프로세서 및 1 이상의 메모리를 주구성으로 한다. 컴퓨터 시스템의 메모리에 기록된 프로그램을 프로세서가 실행함으로써, 본 개시에 있어서의 엔진 제어부 (20) 로서의 기능이 실현된다. 프로그램은, 컴퓨터 시스템의 메모리에 미리 기록되어도 되고, 전기 통신 회선을 통해서 제공되어도 되고, 컴퓨터 시스템으로 판독 가능한 메모리 카드, 광학 디스크, 하드 디스크 드라이브 등의 비일시적 기록 매체에 기록되어 제공되어도 된다. 또, 엔진 제어부 (20) 에 포함되는 일부 또는 전부의 기능부는 전자 회로로 구성되어 있어도 된다.

또, 엔진 시스템 (1) 의 적어도 일부의 기능이, 1 개의 케이싱 내에 집약되어 있는 것은 엔진 시스템 (1) 에 필수 구성은 아니며, 엔진 시스템 (1) 의 구성 요소는, 복수의 케이싱에 분산되어 형성되어 있어도 된다. 반대로, 실시형태 1 에 있어서, 복수의 장치 (예를 들어, 엔진 본체 (2) 및 발전기 (101)) 에 분산되어 있는 기능이, 1 개의 케이싱 내에 집약되어 있어도 된다.

또한, 엔진 시스템 (1) 의 적어도 일부는, 선체 (100) 에 탑재되는 것에 한정되지 않고, 선체 (100) 와는 별도로 설치되어도 된다. 일례로서, 엔진 제어부 (20) 가, 선체 (100) 와는 별도로 설치된 서버 장치에 의해 구현화되는 경우, 서버 장치와 선체 (100) (의 통신 장치) 의 사이의 통신에 의해, 엔진 제어부 (20) 에 의한 엔진 시스템 (1) 의 제어가 가능해진다. 엔진 제어부 (20) 의 적어도 일부의 기능이 클라우드 (클라우드 컴퓨팅) 등에 의해 실현되어도 된다.

또, 선박 (10) 은, 플레저 보트에 한정되지 않고, 화물선 및 화객선 등을 포함하는 상선, 터그보트 및 샐비지선 등을 포함하는 작업선, 기상 관측선 및 연습선 등을 포함하는 특수선, 어선, 그리고 함정 등이어도 된다. 또한, 선박 (10) 은, 조종자가 탑승하는 유인 타입에 한정되지 않고, 사람 (조종자) 이 원격 조작 가능하거나, 또는 자율 운항 가능한 무인 타입의 선박이어도 된다. 또, 선박 (10) 은, 선체 (100) 에 엔진 본체 (2) 에 더하여, 모터 (전동기) 등의 1 이상의 동력원을 구비하고 있어도 된다. 엔진 시스템 (1) 은, 선박 (10) 이외에 사용되어도 된다.

또, 엔진 시스템 (1) 은, 복수의 기통 (51) 이 직렬로 나란히 배치된 직렬 다기통 엔진에 한정되지 않고, 예를 들어, 복수의 기통 (51) 이 크랭크 샤프트 (22) 의 회전축 (Ax1) 을 정점으로 하는 V 자 형상으로 배치된 V 형 엔진 또는 수평 대향 엔진 등이어도 된다. V 형 엔진의 경우에는, 예를 들어, 도 25 에 나타내는 바와 같이, 양측의 기통 (51) 간의 뱅크각 내에, 크랭크실 (52) 의 내부 공간 (Sp1) 과 이어지는 캠실 (53) 이 배치된다. 이러한 구성이더라도, 예를 들어, 캠실 (53) 에 환기구 (502) 가 형성됨으로써, 크랭크실 (52) 로부터의 블로바이 가스의 배출을 효율적으로 실시하는 것이 가능하다.

또, 엔진 시스템 (1) 은, 기통 (51) 을 1 개만 구비하는 단기통 엔진이어도 된다. 엔진 시스템 (1) 은, 듀얼 퓨얼 엔진에 한정되지 않고, 예를 들어, 연료로서 기체 연료 (예를 들어 수소) 만을 사용하는 엔진 (예를 들어 수소 전소 엔진) 이어도 된다. 또, 엔진 시스템 (1) 은, 과급기가 부착된 엔진에 한정되지 않고, 과급기 (8) 를 구비하지 않는 자연 흡기 엔진이어도 된다.

또, 기체 연료의 연료 공급 방식은, 연료를 흡기 포트 (61) 내에 분사하는 포트 분사 방식에 한정되지 않고, 연료를 연소실 (50) 내에 직접적으로 분사하는 직분사 방식이어도 된다. 이 경우, 기체 연료를 분사하는 분사부 (31) 는, 연소실 (50) 에 임하는 위치에 배치된다.

또, 환기구 (502) 는, 항상 열려 있는 것은 필수가 아니며, 예를 들어, 밸브 장치 등에 의해 개폐 가능하게 구성되어 있어도 된다. 이 경우, 환기구 (502) 가 열려 있는 기간에, 환기구 (502) 로부터의 블로바이 가스의 배출이 실시되고, 환기구 (502) 가 닫혀 있는 기간에는, 환기구 (502) 로부터의 블로바이 가스의 배출이 실시되지 않는다.

(실시형태 2)

본 실시형태에 관련된 엔진 시스템 (1A) 은, 도 26 및 도 27 에 나타내는 바와 같이, 환기구 (502) 의 위치가, 실시형태 1 에 관련된 엔진 시스템 (1) 과 상이하다. 이하, 실시형태 1 과 동일한 구성에 대해서는, 공통의 부호를 붙여 적절히 설명을 생략한다. 도 27 에서는, 블로바이 가스의 흐름을 굵은선 화살표로 나타내고 있다.

즉, 본 실시형태에서는, 도 26 에 나타내는 바와 같이, 실린더 블록 (5) 은, 기통 (51) 을 구성하는 실린더 라이너 (511) 를 지지하는 라이너 지지벽 (55) 을 갖는다. 실린더 라이너 (511) 의 하단은, 라이너 지지벽 (55) 의 하단으로부터 하방으로 돌출한다. 여기서, 환기구 (502) 는, 라이너 지지벽 (55) 의 하단에 배치되어 있다. 구체적으로는, 실린더 라이너 (511) 를 둘러싸는 원통상의 라이너 지지벽 (55) 의 하면에 있어서의 둘레 방향의 일부에, 환기구 (502) 가 형성되어 있다. 도 26 의 예에서는, 라이너 지지벽 (55) 의 하면 중, 실린더 라이너 (511) 의 좌방이 되는 위치에 환기구 (502) 가 형성되어 있다. 여기서, 본 실시형태에서는, 도 26 에 상상선 (이점 쇄선) 으로 나타내는 바와 같이, 캠실 (53) 의 개구부 (531) 에는, 캠실 (53) 의 내부 공간과 크랭크실 (52) 의 내부 공간 (Sp1) 을 구획짓는 캠실벽 (533) 이 설치되어 있는 것으로 한다. 캠실벽 (533) 은, 캠실 (53) 의 내부 공간과 크랭크실 (52) 의 내부 공간 (Sp1) 을 완전히 분리해도 되고, 캠실 (53) 의 내부 공간과 크랭크실 (52) 의 내부 공간 (Sp1) 을 일부 분리해도 된다.

환기구 (502) 로 이어지는 환기 통로 (503) 는, 환기구 (502) 로부터 상하 방향 (D2) 을 따라 똑바로 상방으로 연장되는 세로 통로 (503A) 와, 세로 통로 (503A) 의 상단부로부터 폭 방향 (D3) 을 따라 좌방으로 연장되는 가로 통로 (503B) 를 갖고 있다. 세로 통로 (503A) 는, 환기구 (502) 로부터 상하 방향 (D2) 을 따라 상방으로 연장되어 있으면 되며, 예를 들어, 환기구 (502) 로부터 비스듬한 상방으로 연장되어 있어도 되고, 환기구 (502) 로부터 사행하면서 상방으로 연장되어 있어도 된다. 이 환기 통로 (503) 는, 라이너 지지벽 (55) 의 내부에 형성된 벽내 통로이다. 이와 같이, 환기 통로 (503) 는, 연장 방향이 상이한 세로 통로 (503A) 및 가로 통로 (503B) 를 포함함으로써, 세로 통로 (503A) 와 가로 통로 (503B) 의 접속 부위에, 변곡부 (503C) (도 27 참조) 를 갖고 있다. 요컨대, 세로 통로 (503A) 와 가로 통로 (503B) 의 접속 부위가 변곡부 (503C) 를 구성한다.

이상 설명한 구성에 의하면, 도 27 에 나타내는 바와 같이, 블로바이 가스는, 크랭크실 (52) 의 내부 공간 (Sp1) 으로부터 환기구 (502) (및 환기 통로 (503)) 경유로 효율적으로 배출되게 된다. 즉, 기통 (51) 과 피스톤 (21) 의 간극을 통해서, 미연소 가스 등이, 연소실 (50) 로부터 크랭크실 (52) 로 누출됨으로써 블로바이 가스가 발생한다. 본 실시형태에서는, 비중이 1 보다 작은 기체 연료 (수소) 를 사용함으로써, 블로바이 가스에 대해서도 비중이 1 보다 작아지기 때문에, 크랭크실 (52) 에 누출된 블로바이 가스는 크랭크실 (52) 의 상방으로 이동한다. 실린더 라이너 (511) 의 하단은, 라이너 지지벽 (55) 의 하단으로부터 하방으로 돌출되어 있으므로, 실린더 라이너 (511) 의 하단으로부터 크랭크실 (52) 로 누출된 블로바이 가스는, 실린더 라이너 (511) 의 하단에서 되돌아오도록 하여, 상방으로 움푹 패인 라이너 지지벽 (55) 의 하면을 향하여 이동한다. 그 결과, 블로바이 가스는, 라이너 지지벽 (55) 의 하단 (하면) 의 환기구 (502) 로부터 배출되고, 환기 통로 (503) 를 통해서 실린더 블록 (5) 의 외부 공간으로 배출된다.

여기서, 라이너 지지벽 (55) 의 하단 (하면) 은, 기통 (51) 의 중심축에 대하여 수직이 아니라 경사져 있다. 요컨대, 도 27 에 나타내는 바와 같이, 라이너 지지벽 (55) 의 하면에는, 환기구 (502) 가 형성된 단부 (좌단부) 측일수록 상방에 위치하도록, 「좌방 상승」 의 구배가 부여되어 있다. 그 때문에, 라이너 지지벽 (55) 의 하단에 체류하는 블로바이 가스는, 라이너 지지벽 (55) 의 하면의 구배에 의해 실린더 라이너 (511) 의 주위를 우회하도록 하여 좌단측에 모아진다. 따라서, 블로바이 가스는, 라이너 지지벽 (55) 의 하단의 좌단부에 형성된 환기구 (502) 로부터 효율적으로 배출되게 된다.

또, 본 실시형태에서는, 환기 통로 (503) 중 변곡부 (503C) 가, 기액 분리부 (504) 로서 기능한다. 요컨대, 이와 같은 변곡부 (503C) (기액 분리부 (504)) 가 형성됨으로써, 환기구 (502) 로부터 환기 통로 (503) 에 도입된 블로바이 가스는, 기액 분리부 (504) 로서의 변곡부 (503C) 를 통과할 때에 세로 통로 (503A) 의 막다른 면에 충돌하도록 환기 통로 (503) 내를 흐른다. 그리고, 블로바이 가스가 기액 분리부 (504) 로서의 변곡부 (503C) 의 내주면에 접촉했을 때, 블로바이 가스와 함께 배출된 오일 또는 수분 등의 액체가 기액 분리부 (504) 로서의 변곡부 (503C) 의 내주면에 부착된다. 이에 따라, 블로바이 가스와 함께 배출된 액체 (오일 또는 수분 등) 가, 기액 분리부 (504) 에서 포획되고, 블로바이 가스에 포함되어 있는 기체와 분리된다.

이와 같이, 본 실시형태에서는, 환기 통로 (503) 는, 가스의 유통 방향이 변화하는 변곡부 (503C) 를 갖고 있다. 기액 분리부 (504) 는 변곡부 (503C) 를 포함하고 있다. 결과적으로, 블로바이 가스는, 오일 등의 액체 성분이 적어도 일부 제거된 상태에서, 환기 통로 (503) 로부터 배기되게 되어, 블로바이 가스의 배기에 수반하는 오일 소비 등의 억제로 이어진다.

캠실벽 (533) 은, 필수 구성은 아니며, 적절히 생략되어도 된다. 실시형태 2 에 관련된 구성 (변형예를 포함한다) 은, 실시형태 1 에서 설명한 여러 가지 구성 (변형예를 포함한다) 과 적절히 조합하여 채용 가능하다.

(실시형태 3)

본 실시형태에 관련된 엔진 시스템 (1B) 은, 도 28 에 나타내는 바와 같이, 복수의 기통 (51) 에 1 대 1 로 대응하도록 복수의 환기구 (502) 가 형성되어 있는 점에서, 실시형태 1 에 관련된 엔진 시스템 (1) 과 상이하다. 이하, 실시형태 1 과 동일한 구성에 대해서는, 공통 부호를 붙여서 적절히 설명을 생략한다.

즉, 본 실시형태에서는, 기통 (51) 은, 출력축 방향 (D1) 으로 늘어서도록 복수 (6 개) 설치되어 있다. 여기서, 환기구 (502) 는, 캠실 (53) 중, 복수의 기통 (51) 전부에 대응하도록, 출력축 방향 (D1) 에 있어서의 6 개 지점에 형성되어 있다. 환기 통로 (503) 는, 이들 복수 (본 실시형태에서는 6 개) 의 환기구 (502) 로부터 각각 상방으로 연장되도록, 복수 형성된다.

여기서, 복수의 환기 통로 (503) 의 선단부 (상단부) 는, 1 개의 공통 배기관 (507) 에 이어져 있다. 공통 배기관 (507) 은, 출력축 방향 (D1) 을 따라 연장되어 있고, 그 선단 (본 실시형태에서는 후단) 이, 엔진 본체 (2) 의 외부 공간에 위치한다. 이에 따라, 복수의 기통 (51) 각각에서 발생한 블로바이 가스는, 각각 환기구 (502) 및 환기 통로 (503) 를 통해서 공통 배기관 (507) 에 집약되고, 공통 배기관 (507) 을 통해서 엔진 본체 (2) 의 외부 공간으로 배출된다.

본 실시형태에서는, 공통 배기관 (507) 은, 크랭크 샤프트 (22) 의 회전축 (Ax1) 에 대하여 평행이 아니라 경사져 있다. 요컨대, 도 28 에 나타내는 바와 같이, 공통 배기관 (507) 은, 출력축 방향 (D1) 의 일단 (본 실시형태에서는 후단) 측일수록 상방에 위치하도록, 「후방 상승」 의 구배가 부여되어 있다. 그 때문에, 공통 배기관 (507) 에 집약된 블로바이 가스는, 공통 배기관 (507) 의 구배에 의해 공통 배기관 (507) 의 선단측 (후단측) 에 모아진다. 따라서, 블로바이 가스는, 공통 배기관 (507) 으로부터 효율적으로 배출되게 된다.

실시형태 3 에 관련된 구성은, 실시형태 1 또는 실시형태 2 에서 설명한 여러 가지 구성 (변형예를 포함한다) 과 적절히 조합하여 채용 가능하다.

(실시형태 4)

본 실시형태에 관련된 엔진 시스템 (1C) 은, 도 29 에 나타내는 바와 같이, 냉각부 (612) 가 외주측면 (601) 에 배치되어 있는 점에서, 실시형태 1 에 관련된 엔진 시스템 (1) 과 상이하다. 이하, 실시형태 1 과 동일한 구성에 대해서는, 공통의 부호를 붙여서 적절히 설명을 생략한다.

즉, 본 실시형태에서는, 흡기 포트 (61) 는, 단면 형상이 일방향을 향해서 볼록해지는 만곡부 (600) 를 갖고 있다. 냉각부 (612) 는, 흡기 포트 (61) 의 내주면 (611) 중 만곡부 (600) 의 일방향 (여기서는 상방) 측의 면, 요컨대 외주측면 (601) 에 배치되어 있다. 요컨대, 내주면 (611) 은, 만곡부 (600) 의 일방향 (여기서는 상방) 측의 면이 되는 외주측면 (601) 과, 만곡부 (600) 의 타방향 (여기서는 하방) 측의 면이 되는 내주측면 (602) 을 포함하는 바, 외주측면 (601) 에 냉각부 (612) 가 배치된다.

이와 같이, 냉각부 (612) 가 외주측면 (601) 에 배치되어 있음으로써, 분사부 (31) 로부터 분사된 기체 연료가, 공기의 기류에 의해 흘렀을 경우에도, 냉각부 (612) 에 도달하기 쉬워진다. 요컨대, 만곡부 (600) 에 있어서의 공기의 기류는, 주로 외주측면 (601) 근처를 통과하기 때문에, 외주측면 (601) 에 냉각부 (612) 가 있음으로써, 기체 연료가 냉각부 (612) 에서 냉각되기 쉬워진다. 그 때문에, 냉각부 (612) 에 의한 기체 연료의 냉각 효과를 충분히 발휘하는 것이 가능하다.

여기서, 본 실시형태에서는, 분사부 (31) 의 노즐 길이가 비교적 길게 설정됨으로써, 분사부 (31) 로부터 분사되는 기체 연료의 지향성이 높아져 있다. 요컨대, 분사부 (31) 가 길어질수록, 분사부 (31) 로부터 분사되는 기체 연료의 지향성이 향상되고, 기체 연료가 냉각부 (612) 에 의해 한층 도달하기 쉬워진다.

그런데, 본 실시형태에서는 일례로서, 외주측면 (601) 에 배치되는 냉각부 (612) 를 실현하기 위해서, 도 29 에 나타내는 바와 같이, 밸브 시트부 (66) 를 이용하고 있다. 즉, 흡기 포트 (61) 에 있어서의 연소실 (50) 측의 단부에는, 흡기 밸브 (72) 가 착석하는 밸브 시트부 (66) 가 형성되어 있다. 냉각부 (612) 는, 밸브 시트부 (66) 에 배치되어 있다. 구체적으로는, 밸브 시트부 (66) 에 있어서의 흡기 포트 (61) 의 내부 공간 (Sp2) 과는 반대측의 면에는, 냉매를 통과시키기 위한 냉매 통로 (661) 가 형성되어 있다. 이 냉매 통로 (661) 에 냉매가 흐름으로써, 밸브 시트부 (66) 가 냉각되고, 밸브 시트부 (66) 에 형성된 냉각부 (612) 가 냉각된다. 요컨대, 냉각부 (612) 의 구체적 양태로는, 제 1 양태 (냉매 냉각 방식) 가 채용되어 있다.

이 구성에 의하면, 흡기 포트 (61) 중 연소실 (50) 에 가장 가까운 밸브 시트부 (66) 에서, 기체 연료를 냉각시킬 수 있다. 그 때문에, 백파이어에 의해 연소실 (50) 로부터 화염 (또는 가열된 기체) 이 흡기 포트 (61) 에 흘러들어도, 흡기 포트 (61) 의 입구 (밸브 시트부 (66)) 에 형성된 냉각부 (612) 에서 냉각을 도모할 수 있어, 백파이어의 연쇄를 보다 한층 억제할 수 있다.

또, 실시형태 4 의 변형예로서, 외주측면 (601) 에 배치되는 냉각부 (612) 를 실현하기 위해서, 도 30 에 나타내는 바와 같이, 수축부 (67) 가 이용되어도 된다. 수축부 (67) 는, 흡기 포트 (61) 중, 공기의 기류에 직교하는 단면적, 요컨대 유로 단면적이 국소적으로 축소된 부위이다. 요컨대, 흡기 포트 (61) 의 유로 단면적은 균일하지 않고, 적어도 수축부 (67) 에 있어서, 수축부 (67) 의 상류측 및 하류측보다 작게 (좁게) 되어 있다. 이와 같은 수축부 (67) 는, 흡기 포트 (61) 의 내주면 (611) 에 형성된 리브 등에 의해 구현화된다. 도 30 의 예에서는, 흡기 포트 (61) 의 내주면 (611) 으로부터 후방 (도 30 의 지면 앞측) 으로 돌출하는 리브로, 흡기 포트 (61) 의 유로 단면적이 국소적으로 좁아진 수축부 (67) 가 구성되어 있다.

이와 같은 수축부 (67) 가 형성됨으로써, 수축부 (67) 를 통과할 때에 유속이 높아진 공기는 대략 직진함으로써, 흡기 포트 (61) 의 내주면 (611) (여기서는 외주측면 (601)) 에 충돌한다. 이에 따라, 흡기 포트 (61) 의 내주면 (611) 중 공기가 닿는 부위를, 기류로 냉각시켜 냉각부 (612) 로 할 수 있다. 요컨대, 도 30 의 예에서는, 흡기 포트 (61) 는, 공기의 기류에 직교하는 단면적이 부분적으로 축소된 수축부 (67) 를 갖고 있다. 냉각부 (612) 는, 흡기 포트 (61) 의 내주면 (611) 중, 흡기 포트 (61) 에 있어서의 수축부 (67) 의 단면으로부터 기류의 하류측을 향해서 수직으로 연장되는 가상선 (VL1) 과의 교점을 포함한다. 이와 같이, 수축부 (67) 를 이용하여 실현되는 냉각부 (612) 는, 제 3 양태 (공랭 방식) 의 1 종이다.

이 구성에 의하면, 수축부 (67) 를 형성하는 것만으로, 공기의 유속을 높이기 위한 팬 등의 장치를 사용하는 일 없이, 공랭 방식에 의한 냉각부 (612) 를 실현할 수 있다. 따라서, 냉각부 (612) 를 실현하기 위한 구성의 간략화를 도모하는 것이 가능하다. 도 30 의 예에서는, 밸브 시트부 (66) 의 냉매 통로 (661) 는 생략 가능하다.

또, 본 실시형태에서는, 냉매 통로 (63) 는 적절히 생략 가능하다. 실시형태 4 에 관련된 구성 (변형예를 포함한다) 은, 실시형태 1, 실시형태 2 또는 실시형태 3 에서 설명한 여러 가지 구성 (변형예를 포함한다) 과 적절히 조합하여 채용 가능하다.

1, 1A ∼ 1C : 엔진 시스템
3 : 연료 공급 장치
5 : 실린더 블록
6 : 실린더 헤드
8 : 과급기
23 : 캠샤프트
31 : 분사부
50 : 연소실
51 : 기통
51A : 일단측 기통
51B : 타단측 기통
52 : 크랭크실
53 : 캠실
55 : 라이너 지지벽
61 : 흡기 포트
63 : 냉매 통로
64 : 격벽부
65 : 냉매 공급부
66 : 밸브 시트부
67 : 수축부
72 : 흡기 밸브
210 : 피스톤 내 공간
212 : 격리벽
213 : 교반부
214 : 공동부
501 : (실린더 블록의) 내주면
502 : 환기구
503 : 환기 통로
503C : 변곡부
504 : 기액 분리부
511 : 실린더 라이너
505 : 기체 도입구
506 : 기류 형성부
600 : 만곡부
601 : 외주측면 (일방향측의 면)
611 : (흡기 포트의) 내주면
612 : 냉각부
641 : 박육부
642 : 후육부
651 : 부착 냉매
Ax1 : 회전축
Ax2 : 중심축
C1 : 중심
D1 : 출력축 방향
D2 : 상하 방향
G2 : (흡기 밸브의) 개도
R1 : 분사 영역
Sp1 : (크랭크실의) 내부 공간
Sp2 : (흡기 포트의) 내부 공간
T1 : 냉각 기간
VL1 : 가상선

Claims

공기를 기준으로 하는 비중이 1 보다 작은 블로바이 가스가 발생할 수 있는 엔진 시스템으로서,
상하 방향으로 늘어서는 기통과 크랭크실을 포함하고, 상기 기통의 하방에 상기 크랭크실이 위치하는 실린더 블록을 구비하고,
상기 실린더 블록의 내주면에는, 상기 크랭크실의 내부 공간과 상기 실린더 블록의 외부 공간을 잇는 환기 통로로 이어지는 환기구가 개구되고,
상기 환기구는, 상기 크랭크실에 있어서의 상기 상하 방향의 중심보다 상방측에 배치되어 있는, 엔진 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 환기구는, 상기 기통의 하단보다 상방측에 배치되어 있는, 엔진 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 환기구는, 하방을 향해서 개구되는, 엔진 시스템.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실린더 블록은, 상기 크랭크실과 이어져 있고, 캠샤프트를 수용하는 캠실을 추가로 포함하고,
상기 환기구는, 상기 캠실에 형성되어 있는, 엔진 시스템.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 환기 통로는, 기체와 액체를 분리하는 기액 분리부를 갖는, 엔진 시스템.
제 5 항에 있어서,
상기 환기 통로는, 가스의 유통 방향이 변화하는 변곡부를 갖고,
상기 기액 분리부는 상기 변곡부를 포함하는, 엔진 시스템.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실린더 블록은, 상기 기통을 구성하는 실린더 라이너를 지지하는 라이너 지지벽을 갖고,
상기 실린더 라이너의 하단은, 상기 라이너 지지벽의 하단으로부터 하방으로 돌출하고,
상기 환기구는, 상기 라이너 지지벽의 하단에 배치되어 있는, 엔진 시스템.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실린더 블록의 내주면에는, 상기 크랭크실의 내부 공간과 상기 실린더 블록의 외부 공간을 잇는 기체 도입구가 개구되어 있고,
상기 기체 도입구로부터 상기 환기구를 향하는 기류를 형성하는 기류 형성부를 추가로 구비하는, 엔진 시스템.
제 8 항에 있어서,
상기 크랭크실에 배치되는 크랭크 샤프트의 회전축을 따르는 출력축 방향에 있어서, 상기 환기구와 상기 기체 도입구는 서로 상이한 위치에 배치되어 있는, 엔진 시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 기통은, 상기 출력축 방향으로 늘어서도록 복수 설치되어 있고
상기 복수의 기통은, 상기 출력축 방향의 양측에 위치하는 일단측 기통 및 타단측 기통을 포함하고,
상기 환기구는, 상기 일단측 기통에 대응하는 위치에 배치되고,
상기 기체 도입구는, 상기 타단측 기통에 대응하는 위치에 배치되어 있는, 엔진 시스템.
제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 환기구와 상기 기체 도입구는, 평면에서 보았을 때, 상기 크랭크실에 배치되는 크랭크 샤프트의 회전축을 사이에 두고 반대측에 배치되어 있는, 엔진 시스템.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기통 내를 상기 상하 방향을 따라 왕복 이동하는 피스톤의 내측에 형성되는 피스톤 내 공간에는, 상기 피스톤의 이동에 수반하여 상기 상하 방향을 따라 왕복 이동하는 교반부가 배치되어 있는, 엔진 시스템.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기통 내를 상기 상하 방향을 따라 왕복 이동하는 피스톤 중 상기 기통의 내부 공간을 상기 상하 방향으로 분리하는 격리벽은, 내부에 공동부 (空洞部) 를 갖는, 엔진 시스템.
제 1 항에 있어서,
연소실에 공기를 공급하는 흡기 포트와,
상기 흡기 포트의 내부 공간에 기체 연료를 공급하는 연료 공급 장치를 구비하고,
상기 연료 공급 장치는, 상기 기체 연료를 분사하는 분사부를 갖고,
적어도 상기 흡기 포트의 내주면 중 상기 분사부로부터의 상기 기체 연료의 분사 영역의 중심축과의 교점에는, 냉각부가 배치되어 있는, 엔진 시스템.
제 14 항에 있어서,
상기 흡기 포트가 형성된 실린더 헤드를 추가로 구비하고,
상기 실린더 헤드는, 냉매가 통과하는 냉매 통로를 갖고,
상기 냉각부는, 적어도 상기 냉매 통로와 상기 흡기 포트를 물리적으로 분리하는 격벽부에 배치되어 있는, 엔진 시스템.
제 15 항에 있어서,
상기 격벽부는, 상기 냉매 통로와 상기 흡기 포트의 사이의 두께가 기준 두께보다 작은 박육부와, 상기 냉매 통로와 상기 흡기 포트의 사이의 두께가 상기 기준 두께보다 큰 후육부를 포함하고,
상기 박육부와 상기 후육부 중 상기 박육부에만 상기 냉각부가 형성되어 있는, 엔진 시스템.
제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흡기 포트의 내주면의 일부에 부착 냉매를 부착시키는 냉매 공급부를 추가로 구비하고,
상기 냉각부는, 적어도 상기 부착 냉매가 부착되는 부위에 배치되어 있는, 엔진 시스템.
제 14 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흡기 포트는, 상기 공기의 기류에 직교하는 단면적이 부분적으로 축소된 수축부를 갖고,
상기 냉각부는, 상기 흡기 포트의 내주면 중, 상기 흡기 포트에 있어서의 상기 수축부의 단면 (斷面) 으로부터 상기 기류의 하류측을 향해서 수직으로 연장되는 가상선과의 교점을 포함하는, 엔진 시스템.
제 14 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각부는, 상기 흡기 포트에 있어서 상기 분사부보다 상기 공기의 기류의 하류측에 배치되어 있는, 엔진 시스템.
제 14 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흡기 포트는, 단면 형상이 일방향을 향해서 볼록해지는 만곡부를 갖고 있고,
상기 냉각부는, 상기 흡기 포트의 내주면 중 상기 만곡부의 상기 일방향측의 면에 배치되어 있는, 엔진 시스템.
제 14 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흡기 포트에 있어서의 상기 연소실측의 단부 (端部) 에는, 흡기 밸브가 착석하는 밸브 시트부가 형성되어 있고
상기 냉각부는, 상기 밸브 시트부에 배치되어 있는, 엔진 시스템.
제 14 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연료 공급 장치는, 배기 밸브가 닫히는 것을 포함하는 공급 개시 조건을 만족한 후, 냉각 기간이 경과하면, 상기 흡기 포트의 내부 공간으로의 상기 기체 연료의 공급을 개시하는, 엔진 시스템.
제 22 항에 있어서,
상기 냉각 기간의 종료 시점은, 흡기 밸브의 개도가 최대가 되는 시점 이후로 설정되는, 엔진 시스템.
제 14 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흡기 포트에 상기 공기를 보내는 과급기를 추가로 구비하는, 엔진 시스템.