WO2021014838A1 - 水素ガス燃料エンジン - Google Patents

水素ガス燃料エンジン Download PDF

Info

Publication number
WO2021014838A1
WO2021014838A1 PCT/JP2020/023748 JP2020023748W WO2021014838A1 WO 2021014838 A1 WO2021014838 A1 WO 2021014838A1 JP 2020023748 W JP2020023748 W JP 2020023748W WO 2021014838 A1 WO2021014838 A1 WO 2021014838A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
egr
line
exhaust
hydrogen gas
egr cooler
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/023748
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
雅人 仲井
洋輔 野中
Original Assignee
川崎重工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 川崎重工業株式会社 filed Critical 川崎重工業株式会社
Publication of WO2021014838A1 publication Critical patent/WO2021014838A1/ja

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/02—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with gaseous fuels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/10—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture adding acetylene, non-waterborne hydrogen, non-airborne oxygen, or ozone
    • F02M25/12—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture adding acetylene, non-waterborne hydrogen, non-airborne oxygen, or ozone the apparatus having means for generating such gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/05—High pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust system upstream of the turbine and reintroduced into the intake system downstream of the compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/06—Low pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust downstream of the turbocharger turbine and reintroduced into the intake system upstream of the compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/23—Layout, e.g. schematics
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the present invention relates to a reciprocating engine that uses hydrogen gas as fuel.
  • Patent Document 1 discloses an engine that uses hydrogen gas as fuel and includes an engine body having a crankshaft, a supercharger, and an EGR line.
  • the EGR line branches off from the exhaust line on the downstream side of the exhaust turbine and joins the air supply line on the upstream side of the compressor.
  • an object of the present invention is to provide a hydrogen gas fuel engine capable of suppressing an increase in the occupied area when an EGR cooler is provided.
  • the hydrogen gas fuel engine of the present invention branches from an engine body having a crank shaft and an exhaust line through which exhaust gas from the engine body flows, and supplies air to the engine body.
  • An EGR cooler provided on the EGR line that joins the air line to cool the exhaust gas flowing through the EGR line is provided, and the EGR cooler has a width direction orthogonal to the axial direction of the crank shaft in the engine body. It is characterized in that it is arranged so as to face the facing side surface.
  • the EGR cooler since the EGR cooler is arranged so as to face the side surface of the engine body, the EGR cooler can be arranged by effectively utilizing the space on the side of the engine body. As a result, it is possible to suppress an increase in the occupied area of the hydrogen gas fuel engine when the EGR cooler is provided.
  • FIG. 1A is a side view of a hydrogen gas fuel engine according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a front view of the engine. It is a schematic block diagram of the said hydrogen gas fuel engine. It is a schematic block diagram of the hydrogen gas fuel engine of a modification. It is a schematic block diagram of the hydrogen gas fuel engine of another modification.
  • FIG. 2 show a hydrogen gas fuel engine 1A according to an embodiment of the present invention.
  • the engine 1A includes an engine body 2 having a crankshaft 23, a supercharger 3, an air cooler 5, and an EGR cooler 8 attached to the engine body 2 via brackets (not shown) or the like.
  • the engine body 2 includes a frame 21 penetrating the crankshaft 23 and a plurality of cylinders 22 provided in the frame 21 arranged in the axial direction of the crankshaft 23.
  • the number of cylinders 22 is, for example, 5 to 18 (in FIG. 2, only three are shown for simplification of the drawings).
  • pistons are arranged in each cylinder 22.
  • the engine body 2 is a 4-stroke engine in which one cycle (air supply stroke, compression stroke, expansion stroke, exhaust stroke) is performed by the piston reciprocating twice.
  • the engine body 2 may be a two-stroke engine in which one cycle is performed by the piston reciprocating once.
  • Supply air is supplied to each cylinder 22 through the air supply line 4.
  • a fuel injection valve is provided for each cylinder 22 in the air supply line 4, and a mixture of air supply and hydrogen gas is formed by injecting hydrogen gas from the fuel injection valve. Then, this air-fuel mixture is ignited in the cylinder 22 and burned. Exhaust gas after combustion is discharged from each cylinder 22 through the exhaust line 6.
  • the supercharger 3 includes a compressor 31 provided in an air supply line 4 through which air is supplied to the engine body 2 and a turbine 32 provided in an exhaust line 6 through which exhaust gas from the engine body 2 flows.
  • the impeller of the compressor 31 and the impeller of the turbine 32 are connected by a shaft.
  • the air cooler 5 is provided on the air supply line 4 on the downstream side of the compressor 31.
  • the air cooler 5 is a heat exchanger that exchanges heat between the air supply and the coolant (for example, water).
  • the downstream part of the air supply line 4 (the part located on the downstream side of the air cooler 5) is composed of an air supply manifold 45 and a plurality of air supply passages 46 (the same number as the cylinder 22).
  • Each air supply path 46 connects the corresponding cylinder 22 and the air supply manifold 45.
  • At least the downstream side portion of each air supply passage 46 is provided in the cylinder head (not shown) constituting the upper part of the frame 21.
  • the air supply manifold 45 may be provided on the cylinder head or may be arranged beside the cylinder head.
  • the air supply line 4 includes a first air supply pipe 41 connected to the suction port of the compressor 31, a discharge port of the compressor 31, and an inflow port of the air cooler 5. It includes a second air supply pipe 43 to be connected, and a third air supply pipe 44 to connect the outlet of the air cooler 5 and the air supply manifold 45.
  • the upstream portion of the exhaust line 6 is composed of an exhaust manifold 62 and a plurality of exhaust passages 61 (the same number as the cylinder 22). Each exhaust passage 61 connects the corresponding cylinder 22 and the exhaust manifold 62. At least an upstream portion of each exhaust passage 61 is provided in the cylinder head described above. In this embodiment, the exhaust manifold 62 is arranged above the engine body 2.
  • a first exhaust pipe 63 connecting the exhaust manifold 62 and the intake port of the turbine 32 and a second exhaust pipe 64 connected to the discharge port of the turbine 32 are provided. including.
  • the EGR line 7 branches from the exhaust line 6, and this EGR line 7 joins the air supply line 4.
  • the EGR line 7 branches from the exhaust line 6 on the downstream side of the turbine 32 and joins the air supply line 4 on the upstream side of the compressor 31.
  • the EGR line 7 is provided with an EGR cooler 8 that cools the exhaust gas flowing through the EGR line 7.
  • the EGR cooler 8 is a heat exchanger that exchanges heat between the exhaust gas and the coolant (for example, water).
  • the EGR line 7 is provided with an EGR valve 73 whose opening degree can be changed on the downstream side of the EGR cooler 8.
  • the EGR valve 73 is, for example, a butterfly valve.
  • the EGR line 7 includes a first EGR pipe 71 that connects the second exhaust pipe 64 and the inflow port of the EGR cooler 8, and a second EGR pipe that connects the outlet of the EGR cooler 8 and the first air supply pipe 41. Includes 72.
  • the EGR valve 73 is provided in the second EGR pipe 72.
  • the second air supply pipe 43, the first exhaust pipe 63, the second exhaust pipe 64, and the first EGR pipe 71 are covered with a heat insulating material because the temperature becomes high.
  • the air supply line 4 and the exhaust line 6 are provided with throttle valves 42 and 65 whose opening degree can be changed, respectively.
  • the throttle valve 42 of the air supply line 4 is provided in the first air supply pipe 41 so as to be located upstream from the confluence of the EGR line 7, and the throttle valve 65 of the exhaust line 6 is a branch of the EGR line 7.
  • the second exhaust pipe 64 is provided so as to be located on the downstream side of the point.
  • the throttle valves 42 and 65 are, for example, butterfly valves.
  • the throttle valve 65 is provided in the second exhaust pipe 64 in this way, the exhaust pressure can be increased and the EGR flow rate can be increased by reducing the opening degree of the throttle valve 65. Further, if the throttle valve 42 is provided in the first air supply pipe 41, the pressure loss of the air supply line 4 can be increased and the EGR flow rate can be increased by reducing the opening degree of the throttle valve 42. That is, if at least one of the throttle valve 65 and the throttle valve 42 is present, a large amount of exhaust gas can be recirculated without providing a compressor on the EGR line 7. One or both of the throttle valves 42 and 65 may be omitted.
  • the axial direction of the crankshaft 23 is referred to as the front-rear direction (the right side of FIG. 1A is the front, the opposite is the rear), and the width direction of the engine body 2 orthogonal to the axial direction of the crankshaft 23 is referred to as the left-right direction. ..
  • the supercharger 3 is arranged in front of the exhaust manifold 62 and is aligned with the exhaust manifold 62 in the front-rear direction.
  • the air cooler 5 is arranged in front of the engine body 2 and below the supercharger 3.
  • the engine body 2 has a pair of side surfaces 2a and 2b facing in the left-right direction.
  • the EGR cooler 8 is arranged so as to face one of the side surfaces 2a. More specifically, the EGR cooler 8 is arranged so as to face a portion of the side surface 2a of the engine body 2 close to the supercharger 3.
  • the "part close to the supercharger 3" is a part on the supercharger 3 side when the side surface 2a of the engine body 2 is bisected in the axial direction of the crankshaft 23.
  • the EGR cooler 8 has a substantially rectangular parallelepiped shape that is long in the front-rear direction, and the largest surface faces the side surface 2a of the engine body 2.
  • the inflow port of the EGR cooler 8 faces the rear, and the outflow port faces the front.
  • the EGR line 7 is configured such that the EGR cooler 8 is located at the lowest position among the EGR lines 7. That is, the first EGR pipe 71 is horizontal or downward from the second exhaust pipe 64 toward the EGR cooler 8, and does not have an upward portion. Further, the second EGR pipe 72 is horizontal or upward from the EGR cooler 8 toward the first air supply pipe 41, and does not have a downward portion. With this configuration, the condensed water generated while the exhaust gas flows through the EGR line 7 can be collected in the EGR cooler 8, and the condensed water can be easily removed.
  • the EGR cooler 8 may have a rectangular parallelepiped shape or a columnar shape that is long in the vertical direction, for example. In this case, if the inflow port and the outflow port are formed on the upper surface of the EGR cooler 8, the EGR line 7 can be configured so that the EGR cooler 8 is located at the lowest position.
  • a plurality of inspection hatches 24 arranged in the front-rear direction are provided on each of the side surfaces 2a and 2b of the engine body 2.
  • the EGR cooler 8 is arranged above the inspection hatch 24 thereof.
  • the EGR cooler 8 is arranged so as to face the side surface 2a of the engine body 2, so that the space on the side of the engine body 2 is effectively utilized.
  • the EGR cooler 8 can be arranged. As a result, it is possible to suppress an increase in the occupied area of the hydrogen gas fuel engine 1A when the EGR cooler 8 is provided.
  • the EGR cooler 8 is arranged near the supercharger 3, the length of the first EGR pipe 71 from the exhaust line 6 to the EGR cooler 8 and the length from the EGR cooler 8 to the air supply line 4
  • the length of the second EGR pipe 72 can be shortened.
  • the EGR line 7 may be provided with a mist separator 74 on the downstream side of the EGR cooler 8.
  • the amount of water in the exhaust gas is larger than when gasoline or methane is used as fuel. Therefore, the exhaust gas that has passed through the EGR cooler 8 contains a large amount of mist. Therefore, if the mist is removed by the mist separator 74, the blades of the impeller of the compressor 31 can be protected.
  • the EGR line 7 may branch from the exhaust line 6 on the upstream side of the turbine 32 and join the air supply line 4 on the downstream side of the compressor 31. Good.
  • the EGR line 7 is provided with a compressor 75 between the EGR cooler 8 and the EGR valve 73.
  • the hydrogen gas fuel engine of the present invention has an engine body having a crank shaft and an EGR line that branches off from an exhaust line through which exhaust gas from the engine body flows and joins an air supply line through which air supply to the engine body flows.
  • An EGR cooler for cooling the exhaust gas flowing through the EGR line is provided, and the EGR cooler is arranged so as to face a side surface of the engine body facing the width direction orthogonal to the axial direction of the crank shaft. It is characterized by being done.
  • the EGR cooler since the EGR cooler is arranged so as to face the side surface of the engine body, the EGR cooler can be arranged by effectively utilizing the space on the side of the engine body. As a result, it is possible to suppress an increase in the occupied area of the hydrogen gas fuel engine when the EGR cooler is provided.
  • the hydrogen gas fuel engine is provided in an exhaust manifold arranged above the engine body, a compressor provided in the air supply line, and the exhaust line, which form a part of the exhaust line.
  • a supercharger including a turbine is further provided, the supercharger is aligned in the axial direction of the exhaust manifold and the crankshaft, and the EGR cooler is close to the supercharger on the side surface of the engine body. It may be arranged so as to face the portion. According to this configuration, the length of the EGR pipe from the exhaust line to the EGR cooler and the length of the EGR pipe from the EGR cooler to the air supply line can be shortened.
  • the EGR line may branch from the exhaust line on the downstream side of the turbine and join the air supply line on the upstream side of the compressor.
  • the exhaust line may be provided with a throttle valve on the downstream side of the branch point of the EGR line. According to this configuration, the exhaust pressure can be increased and the EGR flow rate can be increased by reducing the opening degree of the throttle valve. Therefore, a large amount of exhaust gas can be recirculated without providing a compressor on the EGR line.
  • the air supply line may be provided with a throttle valve on the upstream side of the confluence of the EGR lines. According to this configuration, the pressure loss of the air supply line can be increased and the EGR flow rate can be increased by reducing the opening degree of the throttle valve. Therefore, a large amount of exhaust gas can be recirculated without providing a compressor on the EGR line.
  • the EGR line may be provided with a mist separator on the downstream side of the EGR cooler.
  • a mist separator When hydrogen gas is used as fuel, the amount of water in the exhaust gas is larger than when gasoline or methane is used as fuel. Therefore, the exhaust gas that has passed through the EGR cooler contains a large amount of mist. Therefore, if the mist is removed with a mist separator, the blades of the compressor impeller can be protected.
  • the EGR line may be configured such that the EGR cooler is located at the lowest position among the EGR lines. According to this configuration, the condensed water generated while the exhaust gas flows through the EGR line can be collected in the EGR cooler, and the removal of the condensed water becomes easy.
  • a plurality of inspection hatches arranged in the axial direction of the crankshaft are provided on the side surface of the engine body, and the EGR cooler may be arranged above the plurality of inspection hatches. According to this configuration, a work space facing the inspection hatch can be secured below the EGR cooler.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

水素ガス燃料エンジン（１Ａ）は、クランクシャフト（２３）を有するエンジン本体（２）と、ＥＧＲクーラ（８）とを含む。ＥＧＲクーラ（８）は、エンジン本体（２）からの排気ガスが流れる排気ラインから分岐して、エンジン本体（２）への給気が流れる給気ラインへ合流するＥＧＲラインに設けられ、ＥＧＲラインに流れる排気ガスを冷却する。ＥＧＲクーラは、エンジン本体（２）におけるクランクシャフト（２３）の軸方向と直交する幅方向を向く側面（２ａ）に対向するように配置されている。

Description

水素ガス燃料エンジン
　本発明は、水素ガスを燃料とするレシプロエンジンに関する。
　レシプロエンジンでは、一般的にガソリンやメタンなどが燃料として使用されている。近年では、水素ガスをレシプロエンジンの燃料として使用することも提案されている。水素ガスは燃焼速度が非常に速いものであるため、水素ガスを燃料として使用する場合には、水素ガスと給気の混合気の燃焼速度を遅くする必要がある。
　混合気の燃焼速度を遅くする方法の一つとしては、排気ガスの一部を給気として再循環させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）がある。例えば、特許文献１には、水素ガスを燃料とするレシプロエンジンであって、クランクシャフトを有するエンジン本体、過給機およびＥＧＲラインを含むエンジンが開示されている。この水素ガス燃料エンジンでは、ＥＧＲラインが、排気タービンの下流側で排気ラインから分岐して圧縮機の上流側で給気ラインへ合流している。
特開２００６－２９９８９０号公報
　ところで、ＥＧＲラインには、当該ＥＧＲラインに流れる排気ガスを冷却するＥＧＲクーラを設けることが望ましい。しかしながら、上述したように混合気の燃焼速度を遅くするためには、大量の排気ガスを再循環させる必要があり、ＥＧＲクーラが大型化する。このような大型のＥＧＲクーラは、水素ガス燃料エンジンシの専有面積の増加を招来する。
　そこで、本発明は、ＥＧＲクーラを設けたときの専有面積の増加を抑制することができる水素ガス燃料エンジンを提供することを目的とする。
　前記課題を解決するために、本発明の水素ガス燃料エンジンは、クランクシャフトを有するエンジン本体と、前記エンジン本体からの排気ガスが流れる排気ラインから分岐して前記エンジン本体への給気が流れる給気ラインへ合流するＥＧＲラインに設けられた、前記ＥＧＲラインに流れる排気ガスを冷却するＥＧＲクーラと、を備え、前記ＥＧＲクーラは、前記エンジン本体における前記クランクシャフトの軸方向と直交する幅方向を向く側面に対向するように配置されている、ことを特徴とする。
　上記の構成によれば、ＥＧＲクーラがエンジン本体の側面と対向するように配置されるので、エンジン本体の側方の空間を有効に活用してＥＧＲクーラを配置することができる。これにより、ＥＧＲクーラを設けたときの水素ガス燃料エンジンの専有面積の増加を抑制することができる。
　本発明によれば、ＥＧＲクーラを設けたときの水素ガス燃料エンジンの専有面積の増加を抑制することができる。
図１Ａは本発明の一実施形態に係る水素ガス燃料エンジンの側面図、図１Ｂは同エンジンの正面図である。 前記水素ガス燃料エンジンの概略構成図である。 変形例の水素ガス燃料エンジンの概略構成図である。 別の変形例の水素ガス燃料エンジンの概略構成図である。
　図１Ａおよび１Ｂならびに図２に、本発明の一実施形態に係る水素ガス燃料エンジン１Ａを示す。このエンジン１Ａは、クランクシャフト２３を有するエンジン本体２と、エンジン本体２に図略のブラケットなどを介して取り付けられた、過給機３、エアクーラ５およびＥＧＲクーラ８を含む。
　エンジン本体２は、クランクシャフト２３に貫通される架構２１と、架構２１に設けられた、クランクシャフト２３の軸方向に並ぶ複数のシリンダ２２を含む。シリンダ２２の数は、例えば５～１８である（図２では、図面の簡略化のために３つのみを図示）。
　図示は省略するが、各シリンダ２２内にはピストンが配置されている。本実施形態では、エンジン本体２が、ピストンが二往復することによって１サイクル（給気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程）が行われる４ストロークエンジンである。ただし、エンジン本体２は、ピストンが一往復することによって１サイクルが行われる２ストロークエンジンであってもよい。
　各シリンダ２２へは、給気ライン４を通じて給気が供給される。図示は省略するが、給気ライン４には燃料噴射弁がシリンダ２２ごとに設けられており、燃料噴射弁からの水素ガスの噴射によって給気と水素ガスとの混合気が形成される。そして、この混合気がシリンダ２２内で点火されて燃焼される。各シリンダ２２からは、燃焼後の排気ガスが排気ライン６を通じて排出される。
　過給機３は、エンジン本体２への給気が流れる給気ライン４に設けられた圧縮機３１と、エンジン本体２からの排気が流れる排気ライン６に設けられたタービン３２を含む。圧縮機３１のインペラーとタービン３２のインペラーとはシャフトによって連結されている。
　エアクーラ５は、圧縮機３１の下流側で給気ライン４に設けられている。エアクーラ５は、給気とクーラント（例えば、水）との間で熱交換を行う熱交換器である。
　給気ライン４の下流側部分（エアクーラ５よりも下流側に位置する部分）は、給気マニホールド４５と複数（シリンダ２２と同数）の給気路４６で構成されている。各給気路４６は、対応するシリンダ２２と給気マニホールド４５とを接続する。各給気路４６の少なくとも下流側部分は架構２１の上部を構成する図略のシリンダヘッドに設けられる。給気マニホールド４５は、シリンダヘッドに設けられてもよいし、シリンダヘッドの脇に配置されてもよい。
　給気ライン４は、給気マニホールド４５および給気路４６に加えて、圧縮機３１の吸入口と接続された第１給気管４１と、圧縮機３１の吐出口とエアクーラ５の流入口とを接続する第２給気管４３と、エアクーラ５の流出口と給気マニホールド４５とを接続する第３給気管４４を含む。
　排気ライン６の上流側部分は、排気マニホールド６２と、複数（シリンダ２２と同数）の排気路６１で構成されている。各排気路６１は、対応するシリンダ２２と排気マニホールド６２とを接続する。各排気路６１の少なくとも上流側部分は上述したシリンダヘッドに設けられる。本実施形態では、排気マニホールド６２がエンジン本体２の上方に配置されている。
　排気ライン６は、排気マニホールド６２および排気路６１に加えて、排気マニホールド６２とタービン３２の吸入口とを接続する第１排気管６３と、タービン３２の吐出口と接続された第２排気管６４を含む。
　さらに、排気ライン６からはＥＧＲライン７が分岐しており、このＥＧＲライン７は給気ライン４へ合流している。本実施形態では、ＥＧＲライン７が、タービン３２の下流側で排気ライン６から分岐し、圧縮機３１の上流側で給気ライン４へ合流している。
　ＥＧＲライン７には、当該ＥＧＲライン７に流れる排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ８が設けられている。ＥＧＲクーラ８は、排気ガスとクーラント（例えば、水）との間で熱交換を行う熱交換器である。また、ＥＧＲライン７には、ＥＧＲクーラ８の下流側に、開度が変更可能なＥＧＲ弁７３が設けられている。ＥＧＲ弁７３は、例えばバタフライ弁である。
　より詳しくは、ＥＧＲライン７は、第２排気管６４とＥＧＲクーラ８の流入口とを接続する第１ＥＧＲ配管７１と、ＥＧＲクーラ８の流出口と第１給気管４１とを接続する第２ＥＧＲ配管７２を含む。ＥＧＲ弁７３は、第２ＥＧＲ配管７２に設けられている。
　上述した配管のうち、第２給気管４３、第１排気管６３、第２排気管６４および第１ＥＧＲ配管７１は高温になるため、断熱材で覆われている。
　さらに、本実施形態では、給気ライン４および排気ライン６に、開度が変更可能な絞り弁４２，６５がそれぞれ設けられている。給気ライン４の絞り弁４２は、ＥＧＲライン７の合流点よりも上流側に位置するように第１給気管４１に設けられており、排気ライン６の絞り弁６５は、ＥＧＲライン７の分岐点よりも下流側に位置するように第２排気管６４に設けられている。絞り弁４２，６５は、例えばバタフライ弁である。
　このように第２排気管６４に絞り弁６５が設けられていれば、絞り弁６５の開度を小さくすることで排気圧を上昇させてＥＧＲ流量を増加させることができる。また、第１給気管４１に絞り弁４２が設けられていれば、絞り弁４２の開度を小さくすることで給気ライン４の圧損を増加させてＥＧＲ流量を増加させることができる。すなわち、絞り弁６５と絞り弁４２の少なくとも一方が在れば、ＥＧＲライン７に圧縮機を設けることなく、大量の排気ガスを再循環させることができる。なお、絞り弁４２，６５の一方または双方が省略されてもよい。
　次に、図１Ａおよび１Ｂを参照して、エンジン本体２、過給機３、エアクーラ５およびＥＧＲクーラ８の位置関係を説明する。以下では、説明の便宜上、クランクシャフト２３の軸方向を前後方向（図１Ａの右方を前方、その反対を後方）、クランクシャフト２３の軸方向と直交するエンジン本体２の幅方向を左右方向という。
　過給機３は、排気マニホールド６２の前方に配置されており、排気マニホールド６２と前後方向に並んでいる。エアクーラ５は、エンジン本体２の前方であって過給機３の下方に配置されている。
　エンジン本体２は、左右方向を向く一対の側面２ａ，２ｂを有している。ＥＧＲクーラ８は、そのうちの一方の側面２ａに対向するように配置されている。より詳しくは、ＥＧＲクーラ８は、エンジン本体２の側面２ａにおける過給機３に近い部分に対向するように配置されている。ここで、「過給機３に近い部分」とは、エンジン本体２の側面２ａをクランクシャフト２３の軸方向に二等分したときの過給機３側の部分である。
　本実施形態では、ＥＧＲクーラ８が、前後方向に長い略直方体状の形状を有しており、最も大きな面がエンジン本体２の側面２ａと対向している。そして、ＥＧＲクーラ８の流入口が後方を向いており、流出口が前方を向いている。
　ＥＧＲライン７は、当該ＥＧＲライン７のうちでＥＧＲクーラ８が最も低い位置に位置するように構成されている。すなわち、第１ＥＧＲ配管７１は、第２排気管６４からＥＧＲクーラ８に向かって水平か下向きとなっており、上向きとなる部分を有しない。また、第２ＥＧＲ配管７２は、ＥＧＲクーラ８から第１給気管４１に向かって水平か上向きとなっており、下向きとなる部分を有しない。この構成であれば、排気ガスがＥＧＲライン７を流れる間に発生する凝縮水をＥＧＲクーラ８に集めることができ、凝縮水の除去が容易になる。
　なお、ＥＧＲクーラ８は、例えば、鉛直方向に長い直方体状または円柱状であってもよい。この場合、ＥＧＲクーラ８の上面に流入口および流出口を形成すれば、ＥＧＲライン７をＥＧＲクーラ８が最も低い位置に位置するように構成することが可能である。
　さらに、エンジン本体２の側面２ａ，２ｂのそれぞれには、前後方向に並ぶ複数の点検ハッチ２４が設けられている。そして、ＥＧＲクーラ８は、それらの点検ハッチ２４よりも上方に配置されている。
　以上説明したように、本実施形態の水素ガス燃料エンジン１Ａでは、ＥＧＲクーラ８がエンジン本体２の側面２ａと対向するように配置されるので、エンジン本体２の側方の空間を有効に活用してＥＧＲクーラ８を配置することができる。これにより、ＥＧＲクーラ８を設けたときの水素ガス燃料エンジン１Ａの専有面積の増加を抑制することができる。
　また、本実施形態では、ＥＧＲクーラ８が過給機３の近くに配置されているので、排気ライン６からＥＧＲクーラ８までの第１ＥＧＲ配管７１の長さとＥＧＲクーラ８から給気ライン４までの第２ＥＧＲ配管７２の長さを短くすることができる。
　しかも、ＥＧＲクーラ８は点検ハッチ２４よりも上方に配置されているので、ＥＧＲクーラ８の下方に、点検ハッチ２４に面する作業スペースを確保することができる。
　（変形例）
　本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
　例えば、図３に示す水素ガス燃料エンジン１Ｂのように、ＥＧＲライン７には、ＥＧＲクーラ８の下流側にミストセパレータ７４が設けられてもよい。水素ガスを燃料とした場合は、ガソリンやメタンを燃料とした場合に比べて、排気ガス中の水分量が多い。従って、ＥＧＲクーラ８を通過した排気ガスは多量のミストを含む。このため、そのミストをミストセパレータ７４で除去すれば、圧縮機３１のインペラーの羽を保護することができる。
　あるいは、図４に示す水素ガス燃料エンジン１Ｃのように、ＥＧＲライン７は、タービン３２の上流側で排気ライン６から分岐して、圧縮機３１の下流側で給気ライン４へ合流してもよい。この場合、ＥＧＲライン７には、ＥＧＲクーラ８とＥＧＲ弁７３の間に圧縮機７５が設けられる。
　（まとめ）
　本発明の水素ガス燃料エンジンは、クランクシャフトを有するエンジン本体と、前記エンジン本体からの排気ガスが流れる排気ラインから分岐して前記エンジン本体への給気が流れる給気ラインへ合流するＥＧＲラインに設けられた、前記ＥＧＲラインに流れる排気ガスを冷却するＥＧＲクーラと、を備え、前記ＥＧＲクーラは、前記エンジン本体における前記クランクシャフトの軸方向と直交する幅方向を向く側面に対向するように配置されている、ことを特徴とする。
　上記の構成によれば、ＥＧＲクーラがエンジン本体の側面と対向するように配置されるので、エンジン本体の側方の空間を有効に活用してＥＧＲクーラを配置することができる。これにより、ＥＧＲクーラを設けたときの水素ガス燃料エンジンの専有面積の増加を抑制することができる。
　上記の水素ガス燃料エンジンは、前記排気ラインの一部を構成する、前記エンジン本体の上方に配置された排気マニホールドと、前記給気ラインに設けられた圧縮機、および前記排気ラインに設けられたタービンを含む過給機と、をさらに備え、前記過給機は、前記排気マニホールドと前記クランクシャフトの軸方向に並んでおり、前記ＥＧＲクーラは、前記エンジン本体の側面における前記過給機に近い部分に対向するように配置されてもよい。この構成によれば、排気ラインからＥＧＲクーラまでのＥＧＲ配管の長さとＥＧＲクーラから給気ラインまでのＥＧＲ配管の長さを短くすることができる。
　例えば、前記ＥＧＲラインは、前記タービンの下流側で前記排気ラインから分岐し、前記圧縮機の上流側で前記給気ラインへ合流してもよい。
　前記排気ラインには、前記ＥＧＲラインの分岐点よりも下流側に絞り弁が設けられてもよい。この構成によれば、絞り弁の開度を小さくすることで排気圧を上昇させてＥＧＲ流量を増加させることができる。従って、ＥＧＲラインに圧縮機を設けることなく、大量の排気ガスを再循環させることができる。
　前記給気ラインには、前記ＥＧＲラインの合流点よりも上流側に絞り弁が設けられてもよい。この構成によれば、絞り弁の開度を小さくすることで給気ラインの圧損を増加させてＥＧＲ流量を増加させることができる。従って、ＥＧＲラインに圧縮機を設けることなく、大量の排気ガスを再循環させることができる。
　前記ＥＧＲラインには、前記ＥＧＲクーラの下流側にミストセパレータが設けられてもよい。水素ガスを燃料とした場合は、ガソリンやメタンを燃料とした場合に比べて、排気ガス中の水分量が多い。従って、ＥＧＲクーラを通過した排気ガスは多量のミストを含む。このため、そのミストをミストセパレータで除去すれば、圧縮機のインペラーの羽を保護することができる。
　前記ＥＧＲラインは、当該ＥＧＲラインのうちで前記ＥＧＲクーラが最も低い位置に位置するように構成されてもよい。この構成によれば、排気ガスがＥＧＲラインを流れる間に発生する凝縮水をＥＧＲクーラに集めることができ、凝縮水の除去が容易になる。
　前記エンジン本体の側面には、前記クランクシャフトの軸方向に並ぶ複数の点検ハッチが設けられており、前記ＥＧＲクーラは、前記複数の点検ハッチよりも上方に配置されてもよい。この構成によれば、ＥＧＲクーラの下方に、点検ハッチに面する作業スペースを確保することができる。
　１Ａ～１Ｃ　水素ガス燃料エンジン
　２　　エンジン本体
　２ａ，２ｂ　側面
　２３　クランクシャフト
　２４　点検ハッチ
　３　　過給機
　３１　圧縮機
　３２　タービン
　４　　給気ライン
　４２　絞り弁
　６　　排気ライン
　６５　絞り弁
　７　　ＥＧＲライン
　７４　ミストセパレータ
　８　　ＥＧＲクーラ

Claims (8)

  1. 　クランクシャフトを有するエンジン本体と、
    　前記エンジン本体からの排気ガスが流れる排気ラインから分岐して前記エンジン本体への給気が流れる給気ラインへ合流するＥＧＲラインに設けられた、前記ＥＧＲラインに流れる排気ガスを冷却するＥＧＲクーラと、を備え、
    　前記ＥＧＲクーラは、前記エンジン本体における前記クランクシャフトの軸方向と直交する幅方向を向く側面に対向するように配置されている、水素ガス燃料エンジン。
  2. 　前記排気ラインの一部を構成する、前記エンジン本体の上方に配置された排気マニホールドと、
    　前記給気ラインに設けられた圧縮機、および前記排気ラインに設けられたタービンを含む過給機と、をさらに備え、
    　前記過給機は、前記排気マニホールドと前記クランクシャフトの軸方向に並んでおり、
    　前記ＥＧＲクーラは、前記エンジン本体の側面における前記過給機に近い部分に対向するように配置されている、請求項１に記載の水素ガス燃料エンジン。
  3. 　前記ＥＧＲラインは、前記タービンの下流側で前記排気ラインから分岐し、前記圧縮機の上流側で前記給気ラインへ合流する、請求項１または２に記載の水素ガス燃料エンジン。
  4. 　前記排気ラインには、前記ＥＧＲラインの分岐点よりも下流側に絞り弁が設けられている、請求項３に記載の水素ガス燃料エンジン。
  5. 　前記給気ラインには、前記ＥＧＲラインの合流点よりも上流側に絞り弁が設けられている、請求項３または４に記載の水素ガス燃料エンジン。
  6. 　前記ＥＧＲラインには、前記ＥＧＲクーラの下流側にミストセパレータが設けられている、請求項３～５の何れか一項に記載の水素ガス燃料エンジン。
  7. 　前記ＥＧＲラインは、当該ＥＧＲラインのうちで前記ＥＧＲクーラが最も低い位置に位置するように構成されている、請求項１～６の何れか一項に記載の水素ガス燃料エンジン。
  8. 　前記エンジン本体の側面には、前記クランクシャフトの軸方向に並ぶ複数の点検ハッチが設けられており、
    　前記ＥＧＲクーラは、前記複数の点検ハッチよりも上方に配置されている、請求項１～７の何れか一項に記載の水素ガス燃料エンジン。
PCT/JP2020/023748 2019-07-25 2020-06-17 水素ガス燃料エンジン WO2021014838A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019136857A JP7244382B2 (ja) 2019-07-25 2019-07-25 水素ガス燃料エンジン
JP2019-136857 2019-07-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021014838A1 true WO2021014838A1 (ja) 2021-01-28

Family

ID=74193399

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/023748 WO2021014838A1 (ja) 2019-07-25 2020-06-17 水素ガス燃料エンジン

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP7244382B2 (ja)
WO (1) WO2021014838A1 (ja)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5091220U (ja) * 1973-12-25 1975-08-01
JPH09324707A (ja) * 1996-06-06 1997-12-16 Usui Internatl Ind Co Ltd Ｅｇｒ装置
US20040045281A1 (en) * 2002-09-11 2004-03-11 Detroit Diesel Corporation Turbocharged engine with turbocharger compressor recirculation valve
JP2008064018A (ja) * 2006-09-07 2008-03-21 Toyota Motor Corp 作動ガス循環型エンジン
JP2015161225A (ja) * 2014-02-27 2015-09-07 マツダ株式会社 エンジンの排気装置
JP2018135884A (ja) * 2017-02-23 2018-08-30 イエフペ エネルジ ヌヴェルＩｆｐ Ｅｎｅｒｇｉｅｓ Ｎｏｕｖｅｌｌｅｓ 排気再循環回路を備える過給内燃機関の吸気口に送られる流体の量を調節する装置及びそれを使用する方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202010007768U1 (de) * 2010-06-09 2010-08-26 Man Diesel & Turbo Se Brennkraftmaschine
JP6109040B2 (ja) * 2013-10-28 2017-04-05 ヤンマー株式会社 エンジン装置
US9476388B2 (en) * 2014-02-12 2016-10-25 General Electric Company Method and systems for exhaust gas recirculation
DK179313B1 (en) * 2016-12-21 2018-04-30 Man Diesel & Turbo Filial Af Man Diesel & Turbo Se Tyskland Large turbocharged two-stroke compression-igniting engine with exhaust gas recirculation

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5091220U (ja) * 1973-12-25 1975-08-01
JPH09324707A (ja) * 1996-06-06 1997-12-16 Usui Internatl Ind Co Ltd Ｅｇｒ装置
US20040045281A1 (en) * 2002-09-11 2004-03-11 Detroit Diesel Corporation Turbocharged engine with turbocharger compressor recirculation valve
JP2008064018A (ja) * 2006-09-07 2008-03-21 Toyota Motor Corp 作動ガス循環型エンジン
JP2015161225A (ja) * 2014-02-27 2015-09-07 マツダ株式会社 エンジンの排気装置
JP2018135884A (ja) * 2017-02-23 2018-08-30 イエフペ エネルジ ヌヴェルＩｆｐ Ｅｎｅｒｇｉｅｓ Ｎｏｕｖｅｌｌｅｓ 排気再循環回路を備える過給内燃機関の吸気口に送られる流体の量を調節する装置及びそれを使用する方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP7244382B2 (ja) 2023-03-22
JP2021021350A (ja) 2021-02-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8904773B2 (en) Cooling water passage structure in cylinder head of internal combustion engine
WO2013108603A1 (ja) 舶用エンジン
JP4563301B2 (ja) 内部ｅｇｒシステム付き４サイクルエンジン
CN104114828A (zh) 内燃机的冷却装置
US20150053185A1 (en) Marine engine
JP2015161227A (ja) ターボ過給機付きエンジン
WO2021014838A1 (ja) 水素ガス燃料エンジン
JP6606462B2 (ja) ブローバイガス処理装置
JP2021161979A (ja) エンジンのｅｇｒシステム
KR101184465B1 (ko) 엔진의 블로우바이 가스 압축용 터보차저
JP6409560B2 (ja) エンジンの吸気構造
US20190226422A1 (en) Multi-cylinder engine
JP6512237B2 (ja) エンジンの燃料噴射装置
JP2010031688A (ja) 火花点火式内燃機関
JP7356083B2 (ja) エンジンの吸気装置
KR20040025212A (ko) 엔진의 배기가스 재순환 장치
JP4860451B2 (ja) 内燃機関
JP2010031687A (ja) 火花点火式内燃機関
JP6258654B2 (ja) 内燃機関
KR101601158B1 (ko) 엔진의 배기가스 재순환의 분배성 개선 장치
US11976586B2 (en) Engine
JP2012036805A (ja) 熱交換部材、および、それを用いた吸気システム
JP7365583B2 (ja) 多気筒エンジンの吸気装置
JP6944567B2 (ja) エンジン装置
JP2517063Y2 (ja) 自動車におけるｖ型内燃機関の吸気マニホールド冷却装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20844903

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20844903

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1