JPH11247665A - ２サイクルディーゼル機関の窒素酸化物低減構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２サイクルディーゼル機関においても、圧力
の高い吸気側へ過給機を介することなく排気ガスの供給
を可能とし、排気ガス含有成分に起因して掃気ポンプに
不具合を生ずることなく窒素酸化物を低減することので
きる２サイクルディーゼル機関の窒素酸化物低減構造を
提供する。 【解決手段】 エンジン１０は、排気ターボ過給機４０
を備えて２サイクル機関部２０と４サイクル機関部３０
が複合的に構成され、排気ターボ過給機４０のタービン
４１が排気通路１３を介して２サイクル機関排気管２１
と接続されると共に、圧縮機４２が給気通路１２を介し
て吸気管１１と接続され、４サイクル排気管３１は還流
通路１５を介して給気通路１２に接続されて構成されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼・膨張行程の
末期に掃気作用を行って毎回転に燃焼・膨張行程を有
し、圧縮行程で圧縮された空気内に燃料を噴射して蒸発
・拡散させた混合気に自己発火させる２サイクルディー
ゼル機関の窒素酸化物低減構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧縮された空気内に燃料を噴射して、蒸
発・拡散させて混合気として自己発火させる圧縮点火機
関、いわゆるディーゼル機関では、空気過剰な状態で運
転されるために排気ガス中に含まれる窒素酸化物の濃度
が高い。

【０００３】このような窒素酸化物を低減し得るものと
して、排気ガス再循環が知られている。これは、排気通
路とスロットル弁の下流側の吸気通路とを還流通路で接
続し、この還流通路を介して排気ガスの一部を吸気側に
供給するものである。これにより、燃焼温度が低下して
窒素酸化物の発生が抑えられる。

【０００４】ところで、特に大形で低速回転の船舶用等
には、主に高い効率の得られる２サイクルディーゼル機
関が用いられているが、２サイクル機関は吸気バルブを
備えておらず、ピストンの下死点付近で開口する吸気ポ
ートから掃気作用を行って、空気（吸気）によってシリ
ンダ内の排気ガスを排出させて新気に置換する。このた
め、吸気圧力は排気圧力より高くなければならず、その
ために吸気圧力を排気圧力より高く昇圧して給気する過
給機を備えて構成される。

【０００５】図３に排気ターボ過給機を備えた２サイク
ルディーゼル機関の一例の概念構成図を示す。図示構成
の２サイクルディーゼル機関１は、吸気管２から吸気し
て排気管３に排気する。排気管３は排気ターボ過給機４
０のタービン４１の給気口に排気通路４を介して接続さ
れ、吸気管２は排気ターボ過給機４０の圧縮機４２の吐
出口に給気通路５を介して接続されており、排気通路４
を介した排気ガスによって排気ターボ過給機４０のター
ビン４１が駆動され、圧縮機４２によって掃気に必要な
所定の圧力に昇圧された空気が給気通路５を介して吸気
管２に供給されるようになっている。図中６は吸気を冷
却するインタークーラーである。

【０００６】このような２サイクル機関に排気ガス再循
環を適用しようとした場合、排気通路４と、過給機（排
気ターボ過給機４０）下流の空気供給通路（給気通路５
又は吸気管２）とを単純に還流通路で接続しても、空気
供給通路内の圧力が排気通路内より高いために排気ガス
を供給することはできない。このため、還流通路を過給
機の上流側（過給機入口）に接続して排気ガスを過給機
の上流側に供給することが考えられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ごとく還流通路を過給機の上流側（過給機入口）に接続
して排気ガスを過給機の上流側に供給するように構成し
た場合、当然のことながら排気ガスが過給機内を流れる
こととなり、過給機が排気ガス中に含まれる硫黄酸化物
等の腐食性物質によって腐食したり、また、特にディー
ゼルエンジンでは未燃焼カーボン等の排気微粒子によっ
て損傷する等、不具合の生ずる虞がある。

【０００８】即ち、図３に示す構成では、排気ターボ過
給機４０のタービン４１の排出側と、圧縮機４２の吸入
口側とを図中破線で示す還流通路７で接続し、この還流
通路７を介してタービン４１から排出された排気ガスが
圧縮機４２に吸入されるようにした場合、排気ターボ過
給機４０の圧縮機４２や給気通路５に介設されたインタ
ークーラー６に腐食や損傷の虞がある。

【０００９】このため、還流通路７に腐食性物質やカー
ボン粒子を除去するフィルターを介設することが行われ
るが、フィルターによって腐食性物質を完全に除去する
ことは困難であり、何れにしても耐食性材料を用いたり
防食処理を施す必要があってコストアップを招来すると
共に耐久性や信頼性の点で問題を有するものである。

【００１０】本発明は、上記解決課題に鑑みて成された
ものであって、２サイクルディーゼル機関においても、
圧力の高い吸気側へ過給機を介することなく排気ガスの
供給を可能とし、排気ガス含有成分に起因して過給機に
不具合を生ずることなく窒素酸化物を低減することので
きる２サイクルディーゼル機関の窒素酸化物低減構造を
提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明に係る２サイクルディーゼル機関の窒素酸化物低減構
造は、燃焼・膨張行程の末期にシリンダ内を掃気して毎
回転に燃焼・膨張行程を有し、圧縮行程で圧縮された空
気内に燃料を噴射して蒸発・拡散させた混合気に自己発
火させる２サイクルディーゼル機関において、当該２サ
イクルディーゼル機関に４サイクル機関が併設されると
共に、前記２サイクルディーゼル機関に給気する過給機
の下流側の吸気通路と、前記４サイクル機関の排気管と
が、排気ガス供給通路を介して接続され、前記４サイク
ル機関の排気ガスが前記排気ガス供給通路を介して前記
２サイクルディーゼル機関の吸気側に供給されるように
構成されていることを特徴とする。

【００１２】また、上記４サイクル機関はディーゼル機
関であって、該４サイクルディーゼル機関と上記２サイ
クルディーゼル機関とは一体の機関として構成されてい
ることを特徴とする。

【００１３】また、上記２サイクルディーゼル機関に給
気する過給機は、当該２サイクルディーゼル機関の排気
によって駆動される排気ターボ過給機であることを特徴
とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下添付図面を参照して本発明の
実施の形態について説明する。図１は、本発明に係る２
サイクルディーゼル機関の窒素酸化物低減構造の一例を
適用したディーゼルエンジンの概念構成図である。

【００１５】図示エンジン１０は、排気ターボ過給機４
０を備えた５シリンダーのディーゼルエンジンであっ
て、２サイクル機関を基本としてその一部が４サイクル
機関化され、２サイクル機関と４サイクル機関が複合的
に構成されている。即ち、５シリンダーのうちの３本の
シリンダーが２サイクルディーゼル機関（２サイクル機
関部２０），２本のシリンダーが４サイクル機関（４サ
イクル機関部３０）となっているものである。

【００１６】吸気は２サイクル機関部２０及び４サイク
ル機関部３０とも共通の吸気管１１から行われ、排気ガ
スは２サイクル機関部２０と４サイクル機関部３０のそ
れぞれ独立した排気管（２サイクル機関排気管２１，４
サイクル機関排気管３１）に排出されるようになってい
る。

【００１７】排気ターボ過給機４０は、タービン４１と
圧縮機４２が同軸に設けられて構成されており、そのタ
ービン４１の給気口は排気通路１３を介して２サイクル
機関排気管２１と接続され、圧縮機４２の吐出口は給気
通路１２を介して吸気管１１と接続されている。給気通
路１２には、インタークーラー１４が介設されている。

【００１８】４サイクル排気管３１は、排気ガス供給通
路としての還流通路１５を介して給気通路１２に接続さ
れると共に、開閉バルブ１６Ａを備えたバイパス通路１
６によって排気通路１３と接続されている。

【００１９】還流通路１５には、クーラー１７とフィル
ター１８とが介設されている。尚、図中還流通路１５は
インタークーラー１４より上流側の給気通路１２に接続
されているが、その接続位置は図中想像線で示すように
インタークーラー１４の下流側であっても良く、更に、
吸気管１１に直接接続しても良い。つまり、吸気管１１
及び給気通路１２が本構成例における吸気通路である。
而して、上記のごとく構成されたエンジン１０では、下
記のごとく作用する。

【００２０】２サイクル機関部２０及び４サイクル機関
部３０は共に吸気管１１から吸気して作動し、排気ガス
はそれぞれ独立した排気管２１，３１に排出する。

【００２１】排気ターボ過給機４０は、２サイクル機関
部２０の排気ガス（２サイクル機関排気管２１から排気
通路１３を介して供給される排気ガス）によってそのタ
ービン４１が駆動され、圧縮機４２が吸入した空気を給
気通路１２を介して吸気管１１に圧送する。

【００２２】ここで、吸気管１１内の圧力は、２サイク
ル機関排気管２１内の圧力より高くなるように設定さ
れ、これによって２サイクル機関部２０の掃気が可能と
なっている。

【００２３】一方、４サイクル機関排気管３１内の圧力
は、バイパス通路１６に介設されたバルブ１６Ａの開閉
調節によって吸気管１１内の圧力より高く設定する。４
サイクル機関部３０は吸排気バルブを備えるその構成
上、４サイクル機関排気管３１内の圧力が吸気管１１内
の圧力より高くても作動可能であり、このような設定が
可能となる。

【００２４】このような圧力関係により、４サイクル機
関部３１からの排気ガスを、４サイクル機関排気管３１
から還流通路１５を介して給気通路１２に供給すること
ができる。

【００２５】つまり、４サイクル機関部３０の排気ガス
を排気ターボ過給機４０内を通すことなく吸気管１１に
環流させて２サイクル機関部２０及び４サイクル機関部
３０の吸気に混合することができる。これにより、排気
ターボ過給機４０の圧縮機４２が排気ガス中に含まれる
硫黄酸化物等の腐食性物質によって腐食したり未燃焼カ
ーボン等の排気微粒子によって損傷する等の不具合を招
来することなく、燃焼温度を低下させて窒素酸化物の発
生を抑えることができるものである。

【００２６】ここで、本構成例では、４サイクル機関部
３０は２本のシリンダーにより構成されており、その位
相角を３６０度ずらして設定することで、排気の脈動に
よる４サイクル機関排気管３１内の排気ガスの圧力変化
を平均化できるようになっているものである。排気の脈
動による影響は、４サイクル機関排気管３１の容積を適
宜大きく設定することで無視し得、そうすれば４サイク
ル機関部３０は１シリンダーのみであっても良い。

【００２７】尚、上記構成例において還流通路１５に介
設したクーラー１７は必要不可欠なものではなく、条件
次第では省略しても良いものである。また、還流通路１
５のフィルター１８は、４サイクル機関部３０の排気中
に含まれる腐食成分やカーボン粒子を除去するためのも
のであるが、４サイクル機関部３０のみ良質の燃料を用
いることで省略することも可能である。更に、クーラー
１７とフィルター１８の配設順序は逆であっても良い
が、クーラー１７の下流側にフィルター１８を配すれ
ば、フィルター１８に高い耐熱性を要求されることがな
いために低コストに構成できる。

【００２８】上記構成例では、４サイクル機関部３０の
排気行程のピストン移動によって排気管３１内の排気ガ
ス圧力を昇圧する（即ち４サイクル機関部３０が圧縮機
として機能する）ものであるため、エンジン１０全体と
しては効率低下を来す。この効率低下を防ぐためには、
図２に示すエンジン１０′のように、還流通路１５にブ
ースター５０を介設し、４サイクル機関部３０の排気ガ
ス（４サイクル排気管３１からの排気ガス）を昇圧して
給気通路１２に導入するように構成しても良い。

【００２９】即ち、図示構成のブースター５０は、排気
ターボ過給機４０と同様に、タービン５１と圧縮機５２
が同軸に設けられて構成され、４サイクル機関排気管３
１からの排気ガスによってタービン５１を駆動すると共
に、圧縮機５２によって圧縮・昇圧するものである。図
中５３はクーラーであり、５４は排気ガスに含まれる腐
食成分やカーボン粒子を除去するフィルターである。本
構成においても、還流通路１５の給気通路１２への接続
位置は、図中想像線で示すようにインタークーラー１４
の下流側であっても良いものあり、また、クーラー５３
とフィルター５４の配設順序は逆であっても良いもので
ある。尚、図中上記構成例と同機能の部位には、同符号
を符して説明は省略する。

【００３０】上記構成例のエンジン１０は、２サイクル
機関（２サイクル機関部２０）と４サイクル機関（４サ
イクル機関部３０）を複合一体化して構成したものであ
るが、全く別個のエンジンとして構成しても良い。例え
ば、船舶において推進用の２サイクルディーゼルエンジ
ンと補機用の４サイクルエンジンを組み合わせても良い
ものである。しかし、本構成例のように一体化すること
により、クランクシャフトやバルブ駆動機構の共通化，
架構の一体化，給排気管の引き回しの簡略化等のメリッ
トがある。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明による２サイ
クルディーゼル機関の窒素酸化物低減構造によれば、２
サイクルディーゼル機関に給気する過給機の下流側の吸
気通路と、併設された４サイクル機関の排気管とが、排
気ガス供給通路を介して接続され、４サイクル機関の排
気ガスが排気ガス供給通路を介して２サイクルディーゼ
ル機関の吸気側に供給されるように構成されていること
により、吸排気バルブを備えるために排気圧力を高く設
定可能な４サイクル機関部からの排気ガスを、排気ガス
供給通路を介して給気通路に供給することができる。

【００３２】これにより、排気ガスが過給機内を流れる
ことがないため、過給機が排気ガス中に含まれる硫黄酸
化物等の腐食性物質によって腐食したり、未燃焼カーボ
ン等の排気微粒子によって損傷する等の不具合が生ずる
ことがなく、燃焼温度を低下させて窒素酸化物の発生を
抑えることができるものである。

【００３３】また、４サイクル機関はディーゼル機関で
あって、該４サイクル機関と２サイクルディーゼル機関
が一体の機関として構成されていることにより、クラン
クシャフトやバルブ駆動機構の共通化，架構の一体化が
可能となると共に給排気管の引き回しも簡略化でき、低
コストに構成できるものである。

【００３４】更に、２サイクルディーゼル機関の過給機
が当該２サイクルディーゼル機関の排気によって駆動さ
れる排気ターボ過給機であれば、当該排気ターボ過給機
の圧縮機内を排気ガスが流れることがないため、排気ガ
ス中に含まれる硫黄酸化物等の腐食性物質によって圧縮
機のインペラが腐食したり、未燃焼カーボン等の排気微
粒子によって損傷する等の不具合が生ずることがなく、
耐食性材料を用いたり防食処理を施す必要もなく、耐久
性や信頼性を向上できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る２サイクルディーゼル機関の窒素
酸化物低減構造の一例を適用したディーゼルエンジンの
概念構成図である。

【図２】他の構成例のディーゼルエンジンの概念構成図
である。

【図３】従来例としてのディーゼルエンジンの概念構成
図である。

【符号の説明】

１０，１０′ エンジン １１ 吸気管（吸気通路） １２ 給気通路（吸気通路） １５ 還流通路（排気ガス供給通路） ２０ ２サイクル機関部（２サイクルディーゼル機関） ２１ ２サイクル機排気管 ３０ ４サイクル機関部（４サイクル機関） ３１ ４サイクル機関排気管 ４０ 排気ターボ過給機（過給機）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼・膨張行程の末期にシリンダ内を掃
   気して毎回転に燃焼・膨張行程を有し、圧縮行程で圧縮
   された空気内に燃料を噴射して蒸発・拡散させた混合気
   に自己発火させる２サイクルディーゼル機関において、 当該２サイクルディーゼル機関に４サイクル機関が併設
   されると共に、前記２サイクルディーゼル機関に給気す
   る過給機の下流側の吸気通路と、前記４サイクル機関の
   排気管とが、排気ガス供給通路を介して接続され、前記
   ４サイクル機関の排気ガスが前記排気ガス供給通路を介
   して前記２サイクルディーゼル機関の吸気側に供給され
   るように構成されていることを特徴とする２サイクルデ
   ィーゼル機関の窒素酸化物低減構造。
2. 【請求項２】 上記４サイクル機関はディーゼル機関で
   あって、該４サイクルディーゼル機関と上記２サイクル
   ディーゼル機関とは一体の機関として構成されているこ
   とを特徴とする請求項１に記載の２サイクルディーゼル
   機関の窒素酸化物低減構造。
3. 【請求項３】 上記２サイクルディーゼル機関に給気す
   る過給機は、当該２サイクルディーゼル機関の排気によ
   って駆動される排気ターボ過給機であることを特徴とす
   る請求項１又は２に記載の２サイクルディーゼル機関の
   窒素酸化物低減構造。