WO2017094616A1 - ガスエンジン - Google Patents

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pressure
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孝行 廣瀬
山田　剛
潤 寺本
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株式会社Ihi
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Definitions

  • This disclosure relates to a dual fuel type gas engine. This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2015-233168 for which it applied to Japan on November 30, 2015, and uses the content here.
  • a scavenging port is provided on one end side in the stroke direction of a piston in a cylinder, and an exhaust port is provided on a cylinder cover on the other end side.
  • the fuel gas injection amount is adjusted by the pressure of the fuel gas and the valve opening period of the valve of the fuel injection device upstream of the injection port.
  • the pressure of the active gas changes depending on the operating condition, there is a concern that the fuel gas and the active gas are difficult to mix if the pressure of the fuel gas is set with priority given to injecting only the desired injection amount. is there.
  • the present disclosure aims to provide a gas engine that can inject fuel gas at an appropriate pressure to promote mixing with an active gas.
  • one aspect of the present disclosure relates to a gas engine in which an active gas flows into a cylinder from a scavenging port and a fuel gas mixed with the active gas burns.
  • This gas engine has a fuel injection port located outside the cylinder, a fuel injection unit that injects fuel gas from the fuel injection port into the active gas sucked into the cylinder from the scavenging port, and a parameter that varies with the scavenging pressure Or an opening degree adjusting unit that mechanically or electrically changes the opening degree of the fuel injection port according to the value or the scavenging pressure.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a uniflow scavenging two-cycle engine 100 (gas engine).
  • the uniflow scavenging two-cycle engine 100 is used in, for example, a ship.
  • the uniflow scavenging two-cycle engine 100 includes a cylinder 110, a cylinder cover 112, a piston 114, a piston rod 116, a scavenging port 118, a scavenging reservoir 120, a scavenging chamber 122, and a cooler 124.
  • the piston 114 slides up and down in the cylinder 110 (cylinder liner 110a), and during the two strokes of the upward stroke and the downward stroke of the piston 114, exhaust, intake, compression, combustion, Expansion is performed.
  • One end of a piston rod 116 is fixed to the piston 114.
  • a cross head (not shown) is connected to the other end of the piston rod 116, and the cross head reciprocates together with the piston 114.
  • a crankshaft (not shown) rotates in conjunction with the reciprocation.
  • the scavenging port 118 is a hole penetrating from the inner peripheral surface of the cylinder 110 to the outer peripheral surface, and a plurality of scavenging ports 118 are provided over the entire periphery of the cylinder 110.
  • the scavenging port 118 opens while the piston 114 moves toward the bottom dead center, and allows the active gas to flow into the cylinder 110.
  • This active gas contains an oxidizing agent such as oxygen and ozone, or a mixture thereof (for example, air).
  • the scavenging chamber 122 communicates with the scavenging reservoir 120 and surrounds one end side (lower side in FIG. 1) of the stroke direction of the piston 114 (hereinafter, simply referred to as the stroke direction) of the cylinder 110.
  • the active gas from which cooling and moisture removal have been performed is introduced.
  • the scavenging reservoir 120 and the scavenging chamber 122 constitute a scavenging space.
  • the scavenging space is a space in which compressed active gas is guided and surrounds a part of one end side (lower side in FIG. 1) of the piston 114 in the stroke direction of the cylinder 110.
  • the scavenging reservoir 120 and the scavenging chamber 122 are taken as an example.
  • the scavenging space is guided with the compressed active gas and is one of the cylinders 110 at one end side in the stroke direction of the piston 114.
  • the space surrounding the part is not limited to the scavenging reservoir 120 or the scavenging chamber 122.
  • the scavenging port 118 is provided in a portion of the cylinder 110 (cylinder liner 110 a) located inside the scavenging chamber 122, and the scavenging port 118 is opened in the scavenging chamber 122.
  • the piston 114 descends below the scavenging port 118, the active gas is sucked from the scavenging chamber 122 into the cylinder 110 through the scavenging port 118 due to the differential pressure in the scavenging chamber 122 and the cylinder 110.
  • the exhaust port 132 is formed on the upper side of the combustion chamber 130 in FIG. 1 and is opened and closed to discharge exhaust gas generated by combustion of fuel gas in the cylinder 110.
  • the exhaust valve 134 is slid up and down at a predetermined timing by the exhaust valve driving device 136 to open and close the exhaust port 132.
  • the exhaust valve 134 is opened after the combustion of the fuel gas, the exhaust gas in the cylinder 110 is pushed out from the exhaust port 132 by the active gas (scavenging) flowing from the scavenging port 118.
  • the fuel gas main pipe 138 communicates with a fuel tank (not shown) and communicates with the annular pipe 142 via the fuel injection device 140.
  • the fuel gas is led from the fuel tank to the fuel gas main pipe 138, and when the valve of the fuel injection device 140 is opened, the fuel gas in the fuel gas main pipe 138 flows into the annular pipe 142.
  • the fuel gas is generated, for example, by gasifying LNG (liquefied natural gas). Further, the fuel gas is not limited to LNG, and for example, LPG (liquefied petroleum gas), light oil, heavy oil, etc. can be gasified and applied.
  • LNG liquefied natural gas
  • LPG liquefied petroleum gas
  • light oil heavy oil, etc.
  • the fuel gas flowing into the annular pipe 142 is injected from the fuel injection port into the active gas sucked into the scavenging port 118.
  • the fuel gas joins the flow of the active gas and is sucked into the cylinder 110 from the scavenging port 118 while being mixed with the active gas.
  • the cylinder cover 112 is provided with a pilot injection valve (not shown), and an appropriate amount of fuel oil is injected from the pilot injection valve into the combustion chamber 130 at a desired point in the engine cycle.
  • This fuel oil is vaporized by the heat from the mixture of the fuel gas and the active gas, which is introduced into the combustion chamber 130 and compressed.
  • the fuel oil is vaporized, spontaneously ignited and burned in a short time, the temperature of the combustion chamber 130 becomes extremely high, and the compressed fuel gas introduced into the combustion chamber 130 is combusted.
  • the piston 114 reciprocates mainly by the expansion pressure due to the combustion of the mixture of fuel gas and active gas.
  • FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining the structure of the fuel injection unit 144.
  • the fuel injection unit 144 includes an inner tube 148 and an outer tube 150.
  • the inner pipe 148 communicates with the annular pipe 142, and the fuel gas is guided from the annular pipe 142 to the inside of the main body 148 a of the inner pipe 148.
  • FIG. 3 is a perspective view of the fuel injection unit 144 on the lower end side (bottom dead center side).
  • the outer tube 150 accommodates the inner tube 148 inside the main body 150 a and forms a double tube together with the inner tube 148.
  • the opening adjustment unit 154 changes the relative position of the inner tube 148 with respect to the outer tube 150 in the circumferential direction.
  • the opening adjustment unit 154 includes a lever unit 156. One end of the lever portion 156 is fixed to the lower end portion 148 c of the inner tube 148, and the other end projects from the outer tube 150 to the outer side in the radial direction of the outer tube 150.
  • a connecting rod 158 is rotatably fixed to the other end of the lever portion 156.
  • the connecting rod 158 connects the lever portions 156 adjacent to each other in the circumferential direction of the cylinder 110. Further, at least one of the connecting rods 158 is connected to a shaft 160b protruding from the main body 160a of the pressure driving device 160.
  • FIG. 4A to 4C are diagrams for explaining the opening degree adjusting unit 154.
  • FIG. 4A the inner hole 148b of the inner tube 148 and the outer hole 150b of the outer tube 150 are substantially equal in the vertical direction (stroke direction) position in FIG. 4A. Therefore, when the inner tube 148 swings in the circumferential direction with respect to the outer tube 150, as shown by hatching in FIG. 4C, the area of the overlapping portion of the inner hole 148b and the outer hole 150b changes.
  • the fuel injection port 152 includes an inner hole 148b and an outer hole 150b, and the fuel injection port 152 is formed by overlapping the inner hole 148b and the outer hole 150b.
  • the fuel injection unit 144 is provided on the radially outer side of the cylinder 110 with respect to the scavenging port 118. Therefore, the fuel injection port 152 formed in the fuel injection unit 144 is also provided on the radially outer side of the cylinder 110 (outside the cylinder 110) than the scavenging port 118.
  • the opening adjustment unit 154 changes the relative position of the inner tube 148 with respect to the outer tube 150 in the circumferential direction, and enlarges the fuel injection port 152 by increasing the area of the overlapping portion of the inner hole 148b and the outer hole 150b.
  • the fuel injection port 152 is made smaller by reducing the area of the overlapping portion of the hole 148b and the outer hole 150b.
  • the opening degree of the fuel injection port 152 is variable depending on the degree of overlap between the inner hole 148b and the outer hole 150b.
  • the pressure receiving unit 162 is configured by piping, and one end opens into the scavenging space, and the other end communicates with the inside of the main body 160a of the pressure driving device 160 as shown in FIG. 4B.
  • one end of the pressure receiving unit 162 is located farther from the scavenging port 118 than the fuel injection port 152 in the scavenging space, and is less likely to receive pressure fluctuations due to opening and closing of the scavenging port 118 by the piston 114 than the fuel injection port 152.
  • the internal pressure of the pressure receiving part 162 becomes the same as the scavenging air pressure Psc in the substantially steady scavenging space.
  • the inside of the main body 160a is hollow and accommodates a driving piston 160c.
  • the drive piston 160c divides the interior of the main body 160a into a first air chamber 160d and a second air chamber 160e.
  • a coil spring 160f is accommodated in the second air chamber 160e and presses the drive piston 160c toward the first air chamber 160d.
  • the opening degree adjusting unit 154 changes the opening degree of the fuel injection port 152 by changing the differential pressure between the scavenging air pressure Psc and the atmospheric pressure Patm received by the pressure receiving unit 162.
  • the opening adjustment unit 154 increases the opening of the fuel injection port 152 when the scavenging pressure Psc increases, and decreases the opening of the fuel injection port 152 when the scavenging pressure Psc decreases.
  • the scavenging pressure Psc becomes high and the fuel gas injection amount needs to be increased, if the opening area of the fuel injection port 152 is too small, the fuel gas is difficult to be injected. Therefore, even if the valve opening period of the fuel injection device 140 is extended to cope with it, the period during which the scavenging port 118 is open is limited, and the length that can be set as the valve opening period is limited. Also, there is a limit to the pump performance in increasing the pressure of the fuel gas.
  • the opening area of the fuel injection port 152 is designed to be large in advance, the fuel gas is easily injected from the fuel injection port 152 even when the scavenging air pressure Psc becomes low and the fuel gas injection amount needs to be reduced. Therefore, if the valve opening period of the fuel injection device 140 is shortened to cope with it, the fuel injection becomes a lump in the active gas and the mixing is difficult to proceed because the desired injection amount is reached with a short injection. Further, if the pressure of the fuel gas is lowered to cope with it, the fuel gas is likely to stay inside the inner pipe 148 of the fuel injection unit 144, and the mixing with the active gas is also difficult to proceed.
  • the drive piston 160c When the uniflow scavenging two-cycle engine 100 is stopped and the scavenging air pressure Psc becomes about the atmospheric pressure Patm, the drive piston 160c is pressed by the coil spring 160f and moves to the first air chamber 160d side. At this time, the inner hole 148b and the outer hole 150b are designed to be separated (displaced) in the circumferential direction so as not to overlap each other, and the fuel injection port 152 is closed. Therefore, the fuel gas inside the fuel injection unit 144 is difficult to leak into the scavenging chamber 122, and safety is improved.
  • the first air chamber 160d is connected to a pipe 164a communicating with the outside air, and the pipe 164a is provided with an emergency shut-off valve 164b.
  • the emergency shut-off valve 164b is composed of, for example, an electromagnetic valve, and the emergency shut-off valve 164b is normally closed.
  • the emergency shut-off valve 164b is opened.
  • the pressure in the first air chamber 160d decreases, and the drive piston 160c moves to the first air chamber 160d side by the coil spring 160f. In this way, the fuel injection port 152 can be quickly closed and the fuel gas injection from the fuel injection port 152 can be stopped, thereby improving safety.
  • the uniflow scavenging two-cycle engine 100 has a data acquisition unit 266.
  • the data acquisition unit 266 is configured by a sensor, for example, and is arranged at a position farther from the scavenging port 118 than the fuel injection port 152 in the scavenging space, like the pressure receiving unit 162, and is a scavenging air pressure in a substantially steady scavenging space.
  • Psc is acquired (detected) and replaced with an electric signal. That is, in the example of FIG. 5, for example, an electric signal in which the scavenging pressure Psc is replaced is applied as a parameter.
  • the opening adjustment unit 254 includes an actuator 254a and a control unit 254b.
  • the control unit 254b receives the electrical signal from the data acquisition unit 266, and controls the actuator 254a according to the value indicated by the received electrical signal.
  • the opening adjustment unit 254 moves the inner pipe 148 by the actuator 254a, so that it is possible to promote the mixing with the active gas by injecting the fuel gas at an appropriate pressure as in the above-described embodiment. Become. Further, since the operation of the actuator 254a is electrical control, the amount of movement of the inner tube 148 in the circumferential direction can be easily set.
  • the opening degree adjusting units 154 and 254 increase the opening degree of the fuel injection port 152 when the scavenging air pressure Psc increases, and increase the opening amount of the fuel injection port 152 when the scavenging air pressure Psc decreases.
  • the opening adjustment units 154 and 254 may change at least the opening of the fuel injection port 152 in accordance with the value of the parameter that varies with the scavenging air pressure Psc or the scavenging air pressure Psc.
  • the pressure receiving unit 162 receives the scavenging pressure Psc at a position away from the scavenging port 118 from the fuel injection port 152 in the scavenging space.
  • the pressure receiving unit 162 may be disposed anywhere as long as it receives the scavenging air pressure Psc.
  • the pressure receiving unit 162 since the pressure receiving unit 162 receives the scavenging pressure Psc at a position away from the scavenging port 118 from the fuel injection port 152 in the scavenging space, the pressure receiving unit 162 is hardly affected by the flow of the active gas due to the opening and closing of the scavenging port 118. It becomes possible to stabilize the opening degree of the injection port 152 to an appropriate size.
  • the fuel injection unit 144 is configured by a double tube of the inner tube 148 and the outer tube 150, and the fuel injection port 152 is formed outside the inner hole 148 b of the inner tube 148 and the outer tube 150.
  • the case where the hole 150b is configured has been described.
  • the inner pipe 148 and the outer pipe 150 may not be provided, and the opening degree of the fuel injection port 152 may be variable by another mechanism.
  • the fuel injection unit 144 has been described with respect to the case where the inner tube 148 and the outer tube 150 are relatively rotated in the circumferential direction and the opening of the fuel injection port 152 is changed.
  • the opening degree of the fuel injection port 152 may be changed by the relative movement of the inner pipe 148 and the outer pipe 150 in the stroke direction.
  • the case where the inner hole 148b and the outer hole 150b are the same circle has been described.
  • one or both of the inner hole 148b and the outer hole 150b may have other shapes.
  • the present disclosure can be used for a dual fuel type gas engine.

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Abstract

このガスエンジンでは、掃気ポートからシリンダの内部に活性ガスが流入し、活性ガスと混合した燃料ガスが燃焼する。ガスエンジンは、シリンダの外側に位置する燃料噴射口（１５２）を有し、掃気ポートからシリンダに吸入される活性ガスに、燃料噴射口（１５２）から燃料ガスを噴射する燃料噴射部（１４４）と、掃気圧とともに変動するパラメータの値、もしくは、掃気圧に応じて、燃料噴射口（１５２）の開度を機械的または電気的に変える開度調整部（１５４）と、を備える。

Description

ガスエンジン
　本開示は、デュアルフューエル型のガスエンジンに関する。本願は、２０１５年１１月３０日に日本に出願された特願２０１５－２３３１６８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
船舶の機関としても用いられるユニフロー掃気式２サイクルエンジンでは、シリンダにおけるピストンのストローク方向の一端側に掃気ポートが設けられ、他端側のシリンダカバーに排気ポートが設けられている。燃焼室で燃料が燃焼し、押圧されたピストンが掃気ポートより下死点側に移動すると、掃気ポートからシリンダの内部に活性ガスが吸入され、燃料燃焼後の排気ガスが、活性ガスによって排気ポートから押し出されるように排気される。
このようなユニフロー掃気式２サイクルエンジンにおいて、気体燃料である燃料ガスを燃料とし、燃焼室に直接燃料ガスを噴射するのではなく、掃気ポート側からシリンダ内に燃料ガスを供給する技術が開発されている。例えば、特許文献１に記載のエンジンにおいては、シリンダの外壁内部を通って掃気ポート内に燃料ガスを噴射する機構が設けられている。
日本国特許第３９０８８５５号公報
ところで、燃料ガスの噴射量は、燃料ガスの圧力や、噴射口の上流にある燃料噴射装置の弁の開弁期間によって調整される。しかしながら、活性ガスの圧力は運転状況に応じて変化するため、所期の噴射量だけ噴射することを優先して燃料ガスの圧力を設定すると、燃料ガスと活性ガスとが混合しにくくなる懸念がある。
本開示は、このような課題に鑑み、燃料ガスを適切な圧力で噴射して活性ガスとの混合を促進することが可能なガスエンジンを提供することを目的としている。
上記課題を解決するために、本開示の一態様は、掃気ポートからシリンダの内部に活性ガスが流入し、活性ガスと混合した燃料ガスが燃焼するガスエンジンに関する。このガスエンジンは、シリンダの外側に位置する燃料噴射口を有し、掃気ポートからシリンダに吸入される活性ガスに、燃料噴射口から燃料ガスを噴射する燃料噴射部と、掃気圧とともに変動するパラメータの値、もしくは、掃気圧に応じて、燃料噴射口の開度を機械的または電気的に変える開度調整部と、を備える。
本開示によれば、燃料ガスを適切な圧力で噴射して活性ガスとの混合を促進することが可能となる。
ユニフロー掃気式２サイクルエンジン（ガスエンジン）の全体構成を示す図である。 燃料噴射部の構造を説明するための図である。 燃料噴射部の構造を説明するための図である。 燃料噴射部の下端部側（下死点側）の斜視図である。 開度調整部を説明するための図である。 開度調整部を説明するための図である。 開度調整部を説明するための図である。 開度調整部の変形例を説明するための図である。
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。以下の実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、開示の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。
図１は、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００（ガスエンジン）の全体構成を示す図である。ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００は、例えば、船舶等に用いられる。具体的に、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００は、シリンダ１１０と、シリンダカバー１１２と、ピストン１１４と、ピストンロッド１１６と、掃気ポート１１８と、掃気溜１２０と、掃気室１２２と、冷却器１２４と、整流板１２６と、ドレインセパレータ１２８と、燃焼室１３０と、排気ポート１３２と、排気弁１３４と、排気弁駆動装置１３６と、燃料ガス主管１３８と、燃料噴射装置１４０と、環状配管１４２と、燃料噴射部１４４とを含んで構成される。
ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００では、シリンダ１１０（シリンダライナ１１０ａ）内をピストン１１４が上下に摺動し、ピストン１１４の上昇行程および下降行程の２行程の間に、排気、吸気、圧縮、燃焼、膨張が行われる。ピストン１１４には、ピストンロッド１１６の一端が固定されている。また、ピストンロッド１１６の他端には、不図示のクロスヘッドが連結されており、クロスヘッドは、ピストン１１４とともに往復移動する。ピストン１１４の往復移動に伴いクロスヘッドが往復移動すると、その往復移動に連動して、不図示のクランクシャフトが回転する。
掃気ポート１１８は、シリンダ１１０の内周面から外周面まで貫通する孔であり、シリンダ１１０の全周囲に亘って、複数設けられている。そして、掃気ポート１１８は、ピストン１１４が下死点に向かう過程で開口し、シリンダ１１０の内部に活性ガスを流入させる。この活性ガスは、酸素、オゾン等の酸化剤、または、その混合気（例えば空気）を含む。
掃気溜１２０には、不図示のブロワーによって圧縮された活性ガス（例えば空気）が、冷却器１２４によって冷却されて封入されている。圧縮および冷却された活性ガスは、掃気溜１２０内に配置された整流板１２６によって整流された後、ドレインセパレータ１２８で水分が除去される。
掃気室１２２は、掃気溜１２０と連通するとともに、シリンダ１１０のうち、ピストン１１４のストローク方向（以下、単にストローク方向と称す）の一端側（図１中、下側）を囲んでおり、圧縮、冷却、および、水分の除去が為された活性ガスが導かれる。
ここで、掃気溜１２０および掃気室１２２は掃気空間を構成する。掃気空間は、圧縮された活性ガスが導かれ、シリンダ１１０のうち、ピストン１１４のストローク方向の一端側（図１中、下側）の一部を囲む空間である。ここでは、掃気空間の一例として掃気溜１２０や掃気室１２２を例に挙げたが、掃気空間は、圧縮された活性ガスが導かれ、シリンダ１１０のうち、ピストン１１４のストローク方向の一端側の一部を囲む空間であれば、掃気溜１２０や掃気室１２２に限られない。
掃気ポート１１８は、シリンダ１１０（シリンダライナ１１０ａ）のうちの掃気室１２２の内側に位置する部分に設けられており、掃気室１２２に掃気ポート１１８が開口している。ピストン１１４が掃気ポート１１８より下側に下降したとき、掃気ポート１１８を介して、掃気室１２２とシリンダ１１０内の差圧によって、掃気室１２２からシリンダ１１０内に活性ガスが吸入される。
燃焼室１３０は、ピストン１１４が上死点側にあるとき、シリンダカバー１１２（シリンダヘッド）と、シリンダライナ１１０ａと、ピストン１１４とに囲まれた空間としてシリンダ１１０の内部に形成される。シリンダ１１０に吸入された活性ガスおよび燃料ガスは、ピストン１１４によって燃焼室１３０に導かれる。
排気ポート１３２は、燃焼室１３０の、図１中、上側に形成され、シリンダ１１０内において燃料ガスが燃焼して生じた排気ガスを排出するために開閉される。排気弁１３４は、排気弁駆動装置１３６によって所定のタイミングで上下に摺動され、排気ポート１３２を開閉する。燃料ガスの燃焼後、排気弁１３４が開弁すると、掃気ポート１１８から流入した活性ガス（掃気）によって、シリンダ１１０内の排気ガスが排気ポート１３２から押し出される。
燃料ガス主管１３８は、不図示の燃料タンクに連通するとともに、燃料噴射装置１４０を介して環状配管１４２と連通している。燃料ガス主管１３８には、燃料タンクから燃料ガスが導かれており、燃料噴射装置１４０の弁が開弁すると、燃料ガス主管１３８の燃料ガスが環状配管１４２に流入する。
燃料ガスは、例えば、ＬＮＧ（液化天然ガス）をガス化して生成される。また、燃料ガスには、ＬＮＧに限らず、例えば、ＬＰＧ（液化石油ガス）、軽油、重油等をガス化して適用することもできる。
環状配管１４２は、シリンダ１１０の径方向外側に、掃気ポート１１８より、図１中、上側に配されており、シリンダ１１０の周方向に環状に延びシリンダ１１０を囲んでいる。環状配管１４２のうち、掃気ポート１１８側には複数の燃料噴射部１４４が固定されている。燃料噴射部１４４は、それぞれの掃気ポート１１８に対し１つずつ配され、ストローク方向に延びている。
燃料噴射部１４４は、シリンダ１１０のうち、隣り合う掃気ポート１１８の間の壁面に対向しており、燃料噴射部１４４のうち、この壁面との対向部位には、後述する燃料噴射口が形成されている。掃気ポート１１８がシリンダ１１０の全周囲に亘って複数設けられているため、掃気ポート１１８に合わせて燃料噴射部１４４（燃料噴射口）も、シリンダ１１０の周方向に亘って複数設けられている。
そして、環状配管１４２に流入した燃料ガスは、掃気ポート１１８に吸入される活性ガスに燃料噴射口から噴射される。その結果、燃料ガスは、活性ガスの流れに合流して活性ガスと混合されながら掃気ポート１１８からシリンダ１１０内に吸入される。
また、シリンダカバー１１２には不図示のパイロット噴射弁が設けられており、エンジンサイクルにおける所望の時点で、パイロット噴射弁から燃焼室１３０に適量の燃料油が噴射される。この燃料油は、燃焼室１３０に導かれて圧縮された、燃料ガスと活性ガスの混合気からの熱で気化する。そして、燃料油が気化して自然着火し僅かな時間で燃焼して、燃焼室１３０の温度が極めて高くなり、燃焼室１３０に導かれて圧縮された燃料ガスが燃焼する。ピストン１１４は、主に燃料ガスと活性ガスの混合気の燃焼による膨張圧によって往復移動する。
図２ＡおよびＢは、燃料噴射部１４４の構造を説明するための図である。図２ＡおよびＢに示すように、燃料噴射部１４４は、内管１４８と外管１５０で構成される。内管１４８は、環状配管１４２と連通し、環状配管１４２から内管１４８の本体１４８ａの内部に燃料ガスが導かれる。
内管１４８は、本体１４８ａの内部と外部を連通する内孔１４８ｂを有し、外管１５０は、本体１５０ａの内部と外部を連通する外孔１５０ｂを有する。内管１４８は、図２ＡおよびＢ中、下側の下端が閉塞されており、上側の上端が開口している。一方、外管１５０は、上端および下端の双方が開口している。
図３は、燃料噴射部１４４の下端部側（下死点側）の斜視図である。図３に示すように、外管１５０は、本体１５０ａの内部に内管１４８を収容して内管１４８とともに二重管を形成する。
開度調整部１５４は、外管１５０に対する内管１４８の相対位置を周方向に変化させる。開度調整部１５４は、レバー部１５６を有している。レバー部１５６は、一端が内管１４８の下端部１４８ｃに固定され、他端が外管１５０より外管１５０の径方向外側まで突出している。
レバー部１５６の他端には、連結棒１５８が回転自在に固定されている。連結棒１５８は、シリンダ１１０の周方向に隣り合うレバー部１５６同士を連結する。また、連結棒１５８のうち、少なくとも１つは、圧力駆動装置１６０の本体１６０ａから突出するシャフト１６０ｂに連結されている。
シャフト１６０ｂは、圧力駆動装置１６０の本体１６０ａの内部の圧力によって押圧され、図３中、破線で示す両矢印の向きに駆動する。その結果、連結棒１５８がシリンダ１１０の周方向に移動し、連結棒１５８を介して、レバー部１５６と、レバー部１５６に固定された内管１４８が、図３中、実線で示す両矢印で示すように、内管１４８の中心軸を回転軸として揺動（回転）する。外管１５０は、環状配管１４２に固定されているため、内管１４８の搖動（回転）に伴い、外管１５０に対して内管１４８が周方向に相対移動する。
図４Ａ～Ｃは、開度調整部１５４を説明するための図である。図４Ａに示すように、内管１４８の内孔１４８ｂと、外管１５０の外孔１５０ｂは、図４Ａ中、上下方向（ストローク方向）の位置がほぼ等しい。そのため、内管１４８が外管１５０に対して周方向に揺動すると、図４Ｃにハッチングで示すように、内孔１４８ｂと外孔１５０ｂの重なり合う部分の面積が変化する。
すなわち、燃料噴射口１５２は、内孔１４８ｂおよび外孔１５０ｂで構成され、内孔１４８ｂおよび外孔１５０ｂが重なることで燃料噴射口１５２が形成される。上記のように、燃料噴射部１４４は、掃気ポート１１８よりもシリンダ１１０の径方向外側に設けられる。そのため、燃料噴射部１４４に形成される燃料噴射口１５２も、掃気ポート１１８よりもシリンダ１１０の径方向外側（シリンダ１１０の外側）に設けられる。
開度調整部１５４は、外管１５０に対する内管１４８の相対位置を周方向に変化させ、内孔１４８ｂと外孔１５０ｂの重なり部分の面積を大きくすることで燃料噴射口１５２を大きくし、内孔１４８ｂと外孔１５０ｂの重なり部分の面積を小さくすることで燃料噴射口１５２を小さくする。このように、燃料噴射口１５２の開度は、内孔１４８ｂと外孔１５０ｂとの重なり度合によって可変となる。
また、開度調整部１５４は、受圧部１６２を有している。受圧部１６２は、シリンダ１１０を囲む掃気空間（掃気溜１２０、掃気室１２２）のうち、燃料噴射口１５２より掃気ポート１１８から離れた位置で、掃気圧Ｐｓｃを受ける。
具体的に、受圧部１６２は、配管で構成されており、一端が掃気空間に開口するとともに、図４Ｂに示すように、他端が圧力駆動装置１６０の本体１６０ａの内部に連通している。ここでは、受圧部１６２の一端は、掃気空間のうち、燃料噴射口１５２よりも掃気ポート１１８から離れ、燃料噴射口１５２よりも、ピストン１１４による掃気ポート１１８の開閉による圧力変動を受け難い位置に配される。そして、受圧部１６２の内圧は、ほぼ定常的な掃気空間の掃気圧Ｐｓｃと同一になる。
本体１６０ａの内部は中空で、駆動ピストン１６０ｃが収容されている。駆動ピストン１６０ｃは、本体１６０ａの内部を第１空気室１６０ｄと第２空気室１６０ｅに区画する。第２空気室１６０ｅには、コイルバネ１６０ｆが収容されており、駆動ピストン１６０ｃを第１空気室１６０ｄ側に押圧している。
第１空気室１６０ｄには受圧部１６２が連通している。また、第２空気室１６０ｅは、例えば、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００の外部に連通しており、その内圧は、大気圧Ｐａｔｍとなっている。
そのため、掃気圧Ｐｓｃが高くなると、第１空気室１６０ｄの内部の圧力によって駆動ピストン１６０ｃが第２空気室１６０ｅ側に移動する。駆動ピストン１６０ｃには上記のシャフト１６０ｂが固定されているため、駆動ピストン１６０ｃの動きに連動して、シャフト１６０ｂが移動する。
その結果、上記のとおり、外管１５０に対して内管１４８が周方向に相対移動し、燃料噴射口１５２の開度が変化する。このように、開度調整部１５４は、受圧部１６２が受ける掃気圧Ｐｓｃと大気圧Ｐａｔｍとの差圧変化によって、燃料噴射口１５２の開度を変える。例えば、開度調整部１５４は、掃気圧Ｐｓｃが上昇すると、燃料噴射口１５２の開度を大きくし、掃気圧Ｐｓｃが下降すると、燃料噴射口１５２の開度を小さくする。
例えば、掃気圧Ｐｓｃが高くなり燃料ガスの噴射量を増やす必要があるとき、燃料噴射口１５２の開口面積が小さすぎると、燃料ガスが噴射され難い。そのため、燃料噴射装置１４０の弁の開弁期間を長くして対応しようとしても、掃気ポート１１８が開口している期間には限りがあり、開弁期間として設定可能な長さに限りがある。また、燃料ガスの圧力を上昇させるのにも、ポンプ性能の限界がある。
一方、燃料噴射口１５２の開口面積を予め大きく設計すると、掃気圧Ｐｓｃが低くなり燃料ガスの噴射量を減らす必要があるときでも、燃料噴射口１５２から燃料ガスが容易に噴射されてしまう。そのため、燃料噴射装置１４０の弁の開弁期間を短くして対応すると、短期間の噴射で所期の噴射量に到達するため、燃料ガスが活性ガス中で塊状になり混合が進み難い。また、燃料ガスの圧力を低下させて対応すると、燃料噴射部１４４の内管１４８の内部に燃料ガスが滞留し易くなって、やはり活性ガスとの混合が進み難い。
そこで、本実施形態では、上述したように、開度調整部１５４が燃料噴射口１５２の開度を掃気圧Ｐｓｃに応じて変化させることで、燃料ガスを適切な圧力で噴射して活性ガスとの混合を促進することが可能となる。
また、開度調整部１５４は、受圧部１６２が受ける掃気圧Ｐｓｃと大気圧Ｐａｔｍとの差圧変化によって、本体１６０ａの内部に収容された駆動ピストン１６０ｃを動かし、駆動ピストン１６０ｃの動きに連動してシャフト１６０ｂを移動させることにより、収容燃料噴射口１５２の開度を変えている。そのため、電気的な機構に比べて故障し難く、耐久性を向上することが可能となる。
また、燃料噴射部１４４を内管１４８と外管１５０で構成し、燃料噴射口１５２の開度が、内孔１４８ｂと外孔１５０ｂとの重なりによって可変となる。そのため、燃料噴射口１５２の開度が可変な燃料噴射部１４４を簡易な構成で実現できる。
また、内管１４８と外管１５０が周方向に相対回転して、燃料噴射口１５２の開度が変更される。そのため、燃料噴射口１５２のストローク方向の位置をほとんど変えずに、開度の変更が可能となる。
また、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００が停止中、掃気圧Ｐｓｃが大気圧Ｐａｔｍ程度となると、駆動ピストン１６０ｃは、コイルバネ１６０ｆに押圧されて第１空気室１６０ｄ側に移動する。このとき、内孔１４８ｂと外孔１５０ｂが周方向に離れて（ずれて）重なり合わないように設計されており、燃料噴射口１５２は閉じる。そのため、燃料噴射部１４４の内部の燃料ガスは、掃気室１２２に漏出し難くなっており、安全性が向上する。
また、第１空気室１６０ｄには、外気に連通する配管１６４ａが接続されており、配管１６４ａには緊急遮断弁１６４ｂが設けられている。緊急遮断弁１６４ｂは例えば電磁弁で構成され、通常時、緊急遮断弁１６４ｂは閉弁している。ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００を緊急停止しなければならないときは、緊急遮断弁１６４ｂが開弁する。その結果、第１空気室１６０ｄ内の圧力が低下し、コイルバネ１６０ｆによって駆動ピストン１６０ｃが第１空気室１６０ｄ側に移動する。こうして、燃料噴射口１５２を迅速に閉じ、燃料噴射口１５２からの燃料ガスの噴射を停止することができ、安全性が向上する。
図５は、開度調整部の変形例を説明するための図である。上述した実施形態では、開度調整部１５４は、掃気圧Ｐｓｃに応じて、燃料噴射口１５２の開度を機械的に変える場合について説明したが、変形例においては、開度調整部２５４は、掃気圧Ｐｓｃとともに変動するパラメータの値に応じて、燃料噴射口１５２の開度を電気的に変える。
具体的には、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００は、データ取得部２６６を有している。データ取得部２６６は、例えば、センサで構成され、受圧部１６２と同様、掃気空間のうち、燃料噴射口１５２よりも掃気ポート１１８から離れた位置に配され、ほぼ定常的な掃気空間の掃気圧Ｐｓｃを取得（検知）して電気信号に置換する。すなわち、図５の例では、パラメータとして、例えば、掃気圧Ｐｓｃが置換された電気信号が適用されている。
開度調整部２５４は、アクチュエータ２５４ａと、制御部２５４ｂとを含んで構成される。制御部２５４ｂは、データ取得部２６６から電気信号を受信し、受信した電気信号が示す値に応じてアクチュエータ２５４ａを制御する。
アクチュエータ２５４ａに取り付けられたシャフト２５４ｃは、アクチュエータ２５４ａによって、図５中、破線で示す両矢印の向きに移動する。その結果、上述した実施形態と同様、シャフト２５４ｃに連結された連結棒１５８とレバー部１５６を介して、内管１４８が外管１５０に対して周方向に相対移動する。
このように、開度調整部２５４がアクチュエータ２５４ａによって内管１４８を動かすことで、上述した実施形態と同様、燃料ガスを適切な圧力で噴射して活性ガスとの混合を促進することが可能となる。また、アクチュエータ２５４ａの動作は電気的な制御であるため、内管１４８の周方向の移動量が容易に設定可能となる。
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について説明したが、本開示はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、上述した変形例では、掃気圧Ｐｓｃとともに変動するパラメータとして、センサが掃気圧Ｐｓｃを検知して置換した電気信号を例に挙げて説明したが、パラメータは、掃気圧Ｐｓｃとともに変動する値であればよく、例えば、エンジン回転数、エンジンロード、エンジントルク、ブロワーの風量などでもよい。
また、上述した実施形態および変形例では、開度調整部１５４、２５４は、掃気圧Ｐｓｃが上昇すると、燃料噴射口１５２の開度を大きくし、掃気圧Ｐｓｃが下降すると、燃料噴射口１５２の開度を小さくする場合について説明した。しかし、開度調整部１５４、２５４は、掃気圧Ｐｓｃとともに変動するパラメータの値、もしくは、掃気圧Ｐｓｃに応じて、燃料噴射口１５２の開度を少なくとも変えればよい。
また、上述した実施形態では、受圧部１６２は、掃気空間のうち、燃料噴射口１５２より掃気ポート１１８から離れた位置で、掃気圧Ｐｓｃを受ける場合について説明した。しかし、受圧部１６２は、掃気圧Ｐｓｃを受ければ、いずれに配されてもよい。ただし、受圧部１６２が、掃気空間のうち、燃料噴射口１５２より掃気ポート１１８から離れた位置で掃気圧Ｐｓｃを受けることで、掃気ポート１１８の開閉による活性ガスの流れの影響を受け難く、燃料噴射口１５２の開度を適切な大きさに安定させることが可能となる。
また、上述した実施形態および変形例では、燃料噴射部１４４が内管１４８と外管１５０の二重管で構成され、燃料噴射口１５２が、内管１４８の内孔１４８ｂと外管１５０の外孔１５０ｂで構成される場合について説明した。しかし、内管１４８と外管１５０を設けず、他の機構によって燃料噴射口１５２の開度を可変としてもよい。
また、上述した実施形態および変形例では、燃料噴射部１４４は、内管１４８と外管１５０が周方向に相対回転して、燃料噴射口１５２の開度が変更される場合について説明した。しかし、内管１４８と外管１５０がストローク方向に相対移動して、燃料噴射口１５２の開度が変更されてもよい。
また、上述した実施形態および変形例では、内孔１４８ｂと外孔１５０ｂが同じ円形である場合について説明したが、内孔１４８ｂと外孔１５０ｂの一方または双方を他の形状にしてもよい。
本開示は、デュアルフューエル型のガスエンジンに利用することができる。
１００　ユニフロー掃気式２サイクルエンジン（ガスエンジン）
１１０　シリンダ
１１８　掃気ポート
１２０　掃気溜（掃気空間）
１２２　掃気室（掃気空間）
１３２　排気ポート
１４４　燃料噴射部
１５２　燃料噴射口
１４８　内管
１４８ｂ　内孔
１５０　外管
１５０ｂ　外孔
１５４　開度調整部
１６２　受圧部
２５４　開度調整部
２５４ａ　アクチュエータ
２６６　データ取得部

Claims (8)

  1. 　掃気ポートからシリンダの内部に活性ガスが流入し、この活性ガスと混合した燃料ガスが燃焼するガスエンジンであって、
    前記シリンダの外側に位置する燃料噴射口を有し、前記掃気ポートから前記シリンダに吸入される前記活性ガスに、前記燃料噴射口から燃料ガスを噴射する燃料噴射部と、
    掃気圧とともに変動するパラメータの値、もしくは、前記掃気圧に応じて、前記燃料噴射口の開度を機械的または電気的に変える開度調整部と、
    を備えるガスエンジン。
  2. 前記開度調整部は、前記掃気圧が上昇すると、前記燃料噴射口の開度を大きくし、前記掃気圧が下降すると、前記燃料噴射口の開度を小さくする請求項１に記載のガスエンジン。
  3. 前記シリンダの一部を囲み、圧縮された活性ガスが導かれる掃気空間のうち、前記燃料噴射口より前記掃気ポートから離れた位置で、掃気圧を受ける受圧部をさらに備え、
    前記開度調整部は、前記受圧部が受ける掃気圧と大気圧との差圧変化によって、前記燃料噴射口の開度を変える請求項１に記載のガスエンジン。
  4. 前記シリンダの一部を囲み、圧縮された活性ガスが導かれる掃気空間のうち、前記燃料噴射口より前記掃気ポートから離れた位置で、掃気圧を受ける受圧部をさらに備え、
    前記開度調整部は、前記受圧部が受ける掃気圧と大気圧との差圧変化によって、前記燃料噴射口の開度を変える請求項２に記載のガスエンジン。
  5. 前記パラメータの値を取得するデータ取得部をさらに備え、
    前記開度調整部は、前記データ取得部が取得した前記パラメータの値に応じて、前記燃料噴射口の開度を変えるアクチュエータを有する請求項１に記載のガスエンジン。
  6. 前記パラメータの値を取得するデータ取得部をさらに備え、
    前記開度調整部は、前記データ取得部が取得した前記パラメータの値に応じて、前記燃料噴射口の開度を変えるアクチュエータを有する請求項２に記載のガスエンジン。
  7. 前記燃料噴射部は、
    内部と外部を貫通する内孔が形成され、前記内部に燃料ガスが導かれる内管と、
    内部と外部を貫通する外孔が形成され、前記内部に前記内管を収容して前記内管とともに二重管を形成する外管と、
    を備え、
    前記燃料噴射口は、前記内孔および前記外孔で構成され、前記内孔と前記外孔との重なりによって開度が可変となる請求項１から６のいずれか１項に記載のガスエンジン。
  8. 前記内管と前記外管が周方向に相対回転して、前記燃料噴射口の開度が変更される請求項７に記載のガスエンジン。
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