WO2016043312A1 - レシプロエンジン - Google Patents

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喬弘 久下
敬之 山田
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    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the present disclosure relates to a reciprocating engine in which a piston reciprocates due to an explosion pressure of fuel.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2014-190325 for which it applied to Japan on September 18, 2014, and uses the content here.
  • Patent Document 1 describes a configuration including both a nozzle for injecting liquid fuel and a nozzle for injecting gaseous fuel (fuel gas) as nozzles mounted on an engine. In such a configuration, it is possible to expand combustion by injecting fuel gas to a place where liquid fuel is injected and ignited.
  • the combustion of a part of the liquid fuel and the fuel gas injected into the cylinder rapidly proceeds locally. It may become high temperature and exhaust control substances such as NOx may be generated.
  • the present disclosure has been made in view of such a problem, and an object thereof is to provide a reciprocating engine capable of suppressing generation of NOx accompanying combustion of liquid fuel and fuel gas.
  • the present disclosure provides a reciprocating engine in which a piston reciprocates in a cylinder by an explosion pressure generated in the combustion chamber formed in the cylinder, and the liquid fuel supplies liquid fuel to the combustion chamber.
  • a uniflow scavenging two-cycle engine in which gas flows in one direction inside a cylinder will be described.
  • the type of engine is not limited to the uniflow scavenging type, two-cycle type, and may be any reciprocating engine in which the piston reciprocates in the cylinder by the explosion pressure generated in the combustion chamber formed in the cylinder.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a uniflow scavenging two-cycle engine 100 (reciprocating engine).
  • the uniflow scavenging two-cycle engine 100 of the present embodiment is used for, for example, ships.
  • the uniflow scavenging two-cycle engine 100 includes a cylinder 110, a piston 112, an exhaust port 114, an exhaust valve driving device 116, an exhaust valve 118, a scavenging port 120, a scavenging chamber 122, a combustion chamber 124, and a rotary.
  • the encoder 126 includes a governor (governor) 128, a supply control unit 130, and an exhaust control unit 132.
  • the piston 112 reciprocates in the cylinder 110 through four successive strokes including intake (supply air), compression, combustion, and exhaust.
  • One end of a piston rod 112 a is fixed to the piston 112.
  • the piston rod 112a is connected to a cross head (not shown).
  • the crankshaft rotates through the cross head and the connecting rod.
  • the stroke in the cylinder 110 can be formed relatively long, and the side pressure acting on the piston 112 can be received by the crosshead.
  • the output of 100 can be increased.
  • the exhaust port 114 is an opening provided in the cylinder head 110a located on the upper side in FIG. 1 from the top dead center position of the piston 112, and is opened and closed to exhaust the exhaust gas after combustion generated in the cylinder 110. Is done.
  • the exhaust valve driving device 116 opens and closes the exhaust port 114 by sliding the exhaust valve 118 up and down at a predetermined timing.
  • the exhaust gas exhausted through the exhaust port 114 in this way is supplied to the turbine side of a turbocharger (not shown) and then exhausted to the outside. Further, a part of the exhaust gas exhausted from the exhaust port 114 recirculates into the cylinder 110 as EGR gas.
  • the EGR gas supply path will be described in detail later.
  • the scavenging port 120 is a hole that penetrates the cylinder 110 from the inner peripheral surface (the inner peripheral surface of the cylinder block 110b) to the outer peripheral surface on the lower end side (lower side in FIG. 1) of the cylinder 110.
  • FIG. 2A and 2B are diagrams for explaining the scavenging port 120.
  • FIG. 2A shows a side view of the vicinity of the scavenging port 120 of the cylinder 110
  • FIG. 2B shows II (b) -II in FIG. 2A.
  • (B) The cross section along a line is shown.
  • a plurality of scavenging ports 120 are provided over the entire circumference of the cylinder 110. Then, the active gas is sucked into the cylinder 110 from the scavenging port 120 in accordance with the sliding motion of the piston 112.
  • This active gas contains an oxidizing agent such as oxygen and ozone, or a mixture thereof (for example, air).
  • the scavenging port 120 has a shape that guides the scavenging gas in a direction inclined with respect to the radial direction of the cylinder 110 from the outside to the inside of the cylinder 110. Specifically, the scavenging port 120 extends in a direction inclined with respect to the radial direction of the cylinder 110. Moreover, the inclination with respect to the radial direction is substantially equal for any scavenging port 120 provided over the entire circumference of the cylinder 110. As a result, as indicated by an arrow in FIG. 2B, the scavenging gas is swirled and rises in the cylinder 110 and flows to the exhaust port 114 side.
  • the scavenging chamber 122 is filled with active gas (for example, air) pressurized by a compressor of a supercharger (not shown), and the scavenging port is caused by the differential pressure in the scavenging chamber 122 and the cylinder 110. From 120, active gas is inhaled.
  • the pressure in the scavenging chamber 122 can be substantially constant. However, when the pressure in the scavenging chamber 122 changes, a pressure gauge is provided in the scavenging port 120, and the injection amount of the fuel gas, etc. according to the measured value, etc. Other parameters may be controlled.
  • the combustion chamber 124 is a space surrounded by the cylinder head 110a, the cylinder liner in the cylinder block 110b, and the piston 112.
  • Liquid fuel, fuel gas (gaseous fuel), and EGR gas are supplied to the combustion chamber 124 by a liquid fuel supply unit, a fuel gas supply unit, and an EGR supply unit. In order to facilitate understanding, these supply units are not shown in FIG. 1 and will be described later.
  • the rotary encoder 126 is provided on a crankshaft (not shown) and detects an angle signal of the crankshaft (hereinafter referred to as a crank angle signal).
  • the governor 128 derives the injection amounts of the liquid fuel, the fuel gas, and the EGR gas based on the engine output command value input from the host controller and the engine speed based on the crank angle signal from the rotary encoder 126, Output to the supply control unit 130.
  • the supply control unit 130 Based on the information indicating the injection amounts of the liquid fuel, the fuel gas, and the EGR gas input from the governor 128 and the crank angle signal from the rotary encoder 126, the supply control unit 130 is provided with the liquid fuel supply unit and the fuel gas supply unit. The EGR supply unit is controlled.
  • the exhaust control unit 132 sends an exhaust valve to the exhaust valve driving device 116 based on the information indicating the injection amounts of the liquid fuel, fuel gas, and EGR gas from the supply control unit 130 and the crank angle signal from the rotary encoder 126. Outputs an operation signal.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an outline of a supply path of fuel gas, liquid fuel, and EGR gas to the cylinder 110.
  • the fuel gas storage unit 134 and the liquid fuel storage unit 136 are configured by, for example, tanks, the fuel gas storage unit 134 stores fuel gas, and the liquid fuel storage unit 136 stores liquid fuel.
  • the fuel gas stored in the fuel gas storage section 134 and the liquid fuel stored in the liquid fuel storage section 136 pass through the fuel gas supply path 134a and the liquid fuel supply path 136a, respectively, into the cylinder 110. Supplied.
  • the exhaust passage 114 a is an exhaust gas passage communicating with the exhaust port 114.
  • a three-way valve 138 is provided in the exhaust flow path 114a, and the three-way valve 138 guides exhaust gas generated by combustion in the combustion chamber 124 and exhausted outside the cylinder 110 from the exhaust port 114 to the exhaust manifold 140 side. .
  • the three-way valve 138 guides a part of the exhaust gas to the reflux path 142 that returns to the cylinder 110.
  • the exhaust gas recirculated to the cylinder 110 is referred to as EGR gas.
  • the opening degree of the three-way valve 138 is adjusted according to the injection amount of EGR gas injected into the cylinder 110 according to the control of the supply control unit 130, for example.
  • the reflux path 142 is provided with a compressor 144 and a heat exchanger 146, and exhaust gas (EGR gas) flowing through the reflux path 142 becomes high pressure by the compressor 144 and is cooled by the heat exchanger 146. After that, it is supplied into the cylinder 110.
  • exhaust gas EGR gas
  • FIG. 4A and 4B are diagrams for explaining the arrangement of the supply units in the combustion chamber 124.
  • FIG. 4A shows a cross section taken along line IV (a) -IV (a) of FIG.
  • FIG. 4B shows a view taken in the direction of arrow IV (b) in FIG. 4A. 4A and 4B, only the combustion chamber 124 and each supply part in the cylinder 110 are schematically shown for easy understanding.
  • the cylinder 110 (cylinder head 110a) is provided with a liquid fuel supply unit 148, a fuel gas supply unit 150 (gas supply unit), and an EGR supply unit 152 (gas supply unit). ing.
  • Each of the supply units (liquid fuel supply unit 148, fuel gas supply unit 150, and EGR supply unit 152) is composed of an injection nozzle and is operated under the control of the supply control unit 130.
  • the liquid fuel supply unit 148 communicates with the downstream end of the liquid fuel supply path 136a, and injects (supply) the liquid fuel stored in the liquid fuel storage unit 136 into the cylinder 110 (combustion chamber 124).
  • the fuel gas supply unit 150 communicates with the downstream end of the fuel gas supply path 134a, and injects the fuel gas stored in the fuel gas storage unit 134 into the cylinder 110 (combustion chamber 124).
  • the EGR supply unit 152 includes two injection nozzles (a first EGR supply unit 152a and a second EGR supply unit 152b), which communicate with the downstream end of the return path 142, respectively.
  • the circulating EGR gas is injected into the cylinder 110 (combustion chamber 124).
  • a swirl flow is generated in the combustion chamber 124 due to the active gas flowing from the scavenging port 120.
  • the first EGR supply unit 152a is disposed upstream of the fuel gas supply unit 150 in the flow direction of the swirl flow, for example, within a range of a half circumference of the cylinder 110.
  • the second EGR supply unit 152b is disposed slightly upstream of the liquid fuel supply unit 148 in the flow direction of the swirl flow, for example, within a range of a half circumference of the cylinder 110. This range is, for example, a region up to half of the circumferential direction of the cylinder 110 on the upstream side in the swirl flow direction starting from the position of the liquid fuel supply unit 148.
  • FIG. 5A and 5B are diagrams for explaining the supply of liquid fuel, fuel gas, and EGR gas to the combustion chamber 124.
  • FIG. 5A EGR gas is first injected from the first EGR supply unit 152a and the second EGR supply unit 152b. Strictly speaking, after the EGR gas is injected from the first EGR supply unit 152a, the EGR gas is injected from the second EGR supply unit 152b.
  • the liquid fuel is injected from the liquid fuel supply unit 148.
  • fuel gas is injected from the fuel gas supply unit 150.
  • the EGR gas injected from the second EGR supply unit 152b flows along the swirl flow in the liquid fuel injection direction of the liquid fuel supply unit 148, and the liquid fuel supply unit 148 includes the EGR gas.
  • a liquid fuel is injected toward it.
  • the EGR gas injected from the first EGR supply unit 152a flows along the swirl flow, and the fuel gas supply unit 150 faces the EGR gas. To inject fuel gas.
  • the concentration of EGR gas locally increases around the liquid fuel and fuel gas supplied into the cylinder 110.
  • the local and excessive temperature rise is suppressed due to the lowering of the oxygen concentration around the fuel gas and liquid fuel, and the influence of a gas having a large specific heat such as carbon dioxide gas or water vapor contained in the EGR gas.
  • the amount of generation is reduced.
  • the EGR gas is supplied only to the vicinity of the portion of the combustion chamber 124 where the liquid fuel and the fuel gas are supplied first. Therefore, it is possible to suppress the supply amount of EGR gas as compared with the configuration in which EGR gas is supplied to the entire combustion chamber 124.
  • the first EGR supply unit 152a and the second EGR supply unit 152b are provided upstream of the fuel gas supply unit 150 and the liquid fuel supply unit 148 in the swirl flow, respectively. For this reason, the fuel gas and the liquid fuel are injected into the EGR gas that flows along the swirl flow and is appropriately diffused. As a result, the fuel gas or the liquid fuel easily comes into contact with the EGR gas, and the amount of NOx generated is further reduced.
  • 6A to 6C are diagrams for explaining the arrangement of the supply units in the first modification, the second modification, and the third modification of the present embodiment. 6A to 6C, illustration of the liquid fuel supply unit 148 and the second EGR supply unit 152b is omitted for easy understanding.
  • the first EGR supply unit 252a is disposed downstream of the fuel gas supply unit 150 in the flow direction of the swirl flow. Then, the first EGR supply unit 252a injects EGR gas toward the upstream side in the swirl flow direction. As described above, the first EGR supply unit 252a may be disposed downstream of the fuel gas supply unit 150 in the swirl flow.
  • the first EGR supply unit 252a is arranged in a direction substantially opposite to the fuel gas supply unit 150 in the fuel gas injection direction. However, at least the positional relationship may be such that the flow path of the fuel gas injected from the fuel gas supply section 150 intersects the flow path of the EGR gas injected from the first EGR supply section 252a.
  • the first EGR supply unit 352a1 is arranged upstream of the fuel gas supply unit 150 in the flow direction of the swirl flow, and the first EGR supply unit 352a2 is arranged downstream.
  • the first EGR supply unit 352a1 on the upstream side injects EGR gas toward the downstream side in the flow direction of the swirl flow, and the first EGR supply unit 352a2 on the downstream side has the EGR gas toward the upstream side in the flow direction of the swirl flow. Inject.
  • first EGR supply parts 452a1 and 452a2 are arranged on the upstream side in the swirl flow direction from the fuel gas supply part 150, and the first EGR supply is provided on the downstream side.
  • Part 452a3 is arranged.
  • the first EGR supply units 452a1 and 452a2 on the upstream side inject EGR gas toward the downstream side in the flow direction of the swirl flow, and the first EGR supply unit 452a3 on the downstream side moves toward the upstream side in the flow direction of the swirl flow. EGR gas is injected.
  • two or more first EGR supply units 352a1, 352a2, 452a1, 452a2, 452a3 may be arranged.
  • the first EGR supply units 252a, 352a1, 352a2, 452a1, 452a2, and 452a3 are disposed at positions where the fuel gas is injected from the fuel gas supply unit 150.
  • the arrangement and injection timing are set so that the EGR gas is located in a properly diffused state.
  • FIG. 7 is a block diagram showing an outline of a supply path of fuel gas, liquid fuel, and EGR gas to the cylinder 110 in the fourth modification of the present embodiment.
  • a mixing chamber 554 is provided on the downstream side of the heat exchanger 146 in the reflux path 142.
  • the fuel gas supply path 534 a is connected to the mixing chamber 554.
  • the mixing chamber 554 the EGR gas supplied from the heat exchanger 146 and the fuel gas supplied from the fuel gas storage unit 134 are mixed.
  • FIGS. 8A and 8B are views for explaining the arrangement of the supply parts in the combustion chamber 124 in the fourth modification.
  • FIG. 8A shows a cross-section at a position corresponding to FIG. 4A in the fourth modified example
  • FIG. 8B shows a VIII (b) arrow view of FIG. 8A.
  • FIG. 8A and B only the combustion chamber 124 and each supply part in the cylinder 110 are schematically shown for easy understanding.
  • the gas supply unit 556 injects into the cylinder 110 a premixed gas of fuel gas and EGR gas mixed in the mixing chamber 554 that communicates with the downstream end of the reflux path 142 and flows through the downstream end of the reflux path 142. .
  • the configuration in which the swirl flow is generated by the scavenging port 120 has been described, but the configuration in which the scavenging port 120 extends in the radial direction of the cylinder 110 and does not generate the swirl flow may be employed.
  • the present disclosure can be used for a reciprocating engine in which a piston reciprocates due to an explosion pressure of fuel.

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Abstract

シリンダ（１１０）内に形成される燃焼室（１２４）で生じる爆発圧力により、シリンダ内でピストンが往復動するレシプロエンジンであって、液体燃料を燃焼室に供給する液体燃料供給部（１４８）と、燃焼室における燃焼により生じ燃焼室から排気された排気ガスであるＥＧＲガス、および、燃料ガスをシリンダ内に供給するガス供給部（燃料ガス供給部（１５０）、ＥＧＲ供給部（１５２））と、を備える。

Description

レシプロエンジン
　本開示は、燃料の爆発圧力によってピストンが往復動するレシプロエンジンに関する。
　本願は、２０１４年９月１８日に日本に出願された特願２０１４－１９０３２５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
近年、エンジンにおける燃料の燃焼方式が複数開発されている。例えば、特許文献１では、エンジンに搭載するノズルとして、液体燃料を噴射するノズルと、気体燃料（燃料ガス）を噴射するノズルの双方を備える構成が記載されている。このような構成においては、液体燃料を噴射して着火させたところに、燃料ガスを噴射することで燃焼を拡大させることが可能となる。
日本国特開２０１３－１２４５８６号公報
上記のように、液体燃料を噴射するノズルと、燃料ガスを噴射するノズルの双方を備える構成において、シリンダ内に噴射された液体燃料や燃料ガスの一部の燃焼が急速に進んで局所的に高温となり、ＮＯｘなどの排気規制物質が発生してしまうことがある。
本開示は、このような課題に鑑み、液体燃料および燃料ガスの燃焼に伴うＮＯｘの発生を抑制することが可能なレシプロ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、本開示は、シリンダ内に形成される燃焼室で生じる爆発圧力により、シリンダ内でピストンが往復動するレシプロエンジンであって、液体燃料を燃焼室に供給する液体燃料供給部と、燃焼室における燃焼により生じ、燃焼室から排気された排気ガスであるＥＧＲガス、および、燃料ガスをシリンダ内に供給するガス供給部と、を備える。
本開示によれば、液体燃料および燃料ガスの燃焼に伴うＮＯｘの発生を抑制することが可能となる。
ユニフロー掃気式２サイクルエンジンの全体構成を示す図である。 掃気ポートを説明するための図である。 掃気ポートを説明するための図である。 シリンダへの燃料ガス、液体燃料、および、ＥＧＲガスの供給経路の概略を示すブロック図である。 燃焼室における各供給部の配置を説明するための図である。 燃焼室における各供給部の配置を説明するための図である。 燃焼室への液体燃料、燃料ガス、および、ＥＧＲガスの供給を説明するための図である。 燃焼室への液体燃料、燃料ガス、および、ＥＧＲガスの供給を説明するための図である。 第１変形例における各供給部の配置を説明するための図である。 第２変形例における各供給部の配置を説明するための図である。 第３変形例における各供給部の配置を説明するための図である。 第４変形例におけるシリンダへの燃料ガス、液体燃料、および、ＥＧＲガスの供給経路の概略を示すブロック図である。 第４変形例における燃焼室における各供給部の配置を説明するための図である。 第４変形例における燃焼室における各供給部の配置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。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、開示された内容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。
以下の実施形態では、シリンダ内部をガスが一方向に流れるユニフロー掃気式２サイクルエンジンについて説明する。しかし、エンジンの種類は、ユニフロー掃気式、２サイクル型に限られず、シリンダ内に形成される燃焼室で生じる爆発圧力により、シリンダ内でピストンが往復動するレシプロエンジンであればよい。
図１は、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００（レシプロエンジン）の全体構成を示す図である。本実施形態のユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００は、例えば、船舶等に用いられる。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、ピストン１１２と、排気ポート１１４と、排気弁駆動装置１１６と、排気弁１１８と、掃気ポート１２０と、掃気室１２２と、燃焼室１２４と、ロータリエンコーダ１２６と、ガバナー（調速機）１２８と、供給制御部１３０と、排気制御部１３２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、吸気（給気）、圧縮、燃焼、排気からなる４つの連続する行程を通じて、ピストン１１２がシリンダ１１０内を往復動する。
ピストン１１２には、ピストンロッド１１２ａの一端が固定されている。ピストンロッド１１２ａは、不図示のクロスヘッドに連結されており、ピストン１１２がシリンダ１１０内を摺動しつつ往復動すると、クロスヘッドおよび連結棒を介してクランクシャフトが回転する。このようなクロスヘッド型のレシプロエンジンでは、シリンダ１１０内でのストロークを比較的長く形成することができ、ピストン１１２に作用する側圧をクロスヘッドに受けさせることが可能なので、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００の高出力化を図ることができる。
排気ポート１１４は、ピストン１１２の上死点位置より図１中、上側に位置するシリンダヘッド１１０ａに設けられた開口部であり、シリンダ１１０内で生じた燃焼後の排気ガスを排気するために開閉される。排気弁駆動装置１１６は、所定のタイミングで排気弁１１８を上下に摺動させることで排気ポート１１４を開閉する。このようにして排気ポート１１４を介して排気された排気ガスは、例えば、不図示の過給機のタービン側に供給された後、外部に排気される。また、排気ポート１１４から排気された排気ガスの一部は、ＥＧＲガスとしてシリンダ１１０内に還流する。ＥＧＲガスの供給経路については後に詳述する。
掃気ポート１２０は、シリンダ１１０の下端側（図１中、下側）にて、シリンダ１１０を、その内周面（シリンダブロック１１０ｂの内周面）から外周面まで貫通する孔である。
図２ＡおよびＢは、掃気ポート１２０を説明するための図であり、図２Ａには、シリンダ１１０の掃気ポート１２０近傍の側面図を示し、図２Ｂには、図２ＡのＩＩ（ｂ）―ＩＩ（ｂ）線に沿った断面を示す。
図２ＡおよびＢに示すように、掃気ポート１２０は、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１２０から、ピストン１１２の摺動動作に応じてシリンダ１１０内に活性ガスが吸入される。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。
掃気ポート１２０は、シリンダ１１０の外部から内部に向けて、シリンダ１１０の径方向に対して傾斜した方向に掃気ガスを導く形状となっている。具体的には、掃気ポート１２０は、シリンダ１１０の径方向に対して傾斜した方向に延びている。また、シリンダ１１０の全周に亘って設けられたいずれの掃気ポート１２０についても、径方向に対する傾斜がほぼ等しくなっている。その結果、図２Ｂ中、矢印で示すように、掃気はスワール流となってシリンダ１１０内を上昇して排気ポート１１４側に流れる。
図１に戻って、掃気室１２２には、不図示の過給機のコンプレッサによって加圧された活性ガス（例えば空気）が封入されており、掃気室１２２とシリンダ１１０内の差圧により掃気ポート１２０から活性ガスが吸入される。掃気室１２２の圧力は、ほぼ一定とすることができるが、掃気室１２２の圧力が変化する場合には、掃気ポート１２０に圧力計を設け、その計測値に応じて燃料ガスの噴射量等、他のパラメータを制御してもよい。
燃焼室１２４は、シリンダヘッド１１０ａと、シリンダブロック１１０ｂにおけるシリンダライナと、ピストン１１２とに囲まれる空間である。燃焼室１２４には、液体燃料供給部、燃料ガス供給部、ＥＧＲ供給部によって、液体燃料、燃料ガス（気体燃料）、および、ＥＧＲガスが供給される。これらの供給部について、理解を容易とするため図１では図示を省略し後述する。
ロータリエンコーダ１２６は、不図示のクランクシャフトに設けられ、クランクシャフトの角度信号（以下、クランク角度信号と言う。）を検出する。
ガバナー１２８は、上位の制御装置から入力されたエンジン出力指令値と、ロータリエンコーダ１２６からのクランク角度信号によるエンジン回転数に基づいて、液体燃料、燃料ガス、ＥＧＲガスそれぞれの噴射量を導出し、供給制御部１３０に出力する。
供給制御部１３０は、ガバナー１２８から入力された液体燃料、燃料ガス、ＥＧＲガスそれぞれの噴射量を示す情報と、ロータリエンコーダ１２６からのクランク角度信号に基づいて、液体燃料供給部、燃料ガス供給部、ＥＧＲ供給部を制御する。
排気制御部１３２は、供給制御部１３０からの液体燃料、燃料ガス、ＥＧＲガスそれぞれの噴射量を示す情報、および、ロータリエンコーダ１２６からのクランク角度信号に基づいて、排気弁駆動装置１１６に排気弁操作信号を出力する。
図３は、シリンダ１１０への燃料ガス、液体燃料、および、ＥＧＲガスの供給経路の概略を示すブロック図である。燃料ガス貯留部１３４および液体燃料貯留部１３６は、例えばタンクなどで構成され、燃料ガス貯留部１３４には燃料ガスが貯留され、液体燃料貯留部１３６には液体燃料が貯留される。燃料ガス貯留部１３４に貯留された燃料ガス、および、液体燃料貯留部１３６に貯留された液体燃料は、それぞれ、燃料ガス供給路１３４ａ、および、液体燃料供給路１３６ａを通って、シリンダ１１０内に供給される。
また、排気流路１１４ａは、上記の排気ポート１１４に連通する排気ガスの流路である。排気流路１１４ａには、三方弁１３８が設けられており、三方弁１３８は、燃焼室１２４における燃焼により発生し排気ポート１１４からシリンダ１１０外に排気された排気ガスを、エキゾーストマニホールド１４０側に導く。また、三方弁１３８は、排気ガスの一部を、シリンダ１１０に還流する還流路１４２に導く。本実施形態では、シリンダ１１０に還流する排気ガスをＥＧＲガスと呼称する。
三方弁１３８の開度は、例えば、上記の供給制御部１３０の制御に応じ、シリンダ１１０内に噴射するＥＧＲガスの噴射量に合わせて調整される。
還流路１４２には、圧縮機１４４および熱交換器１４６が設けられており、還流路１４２を流通する排気ガス（ＥＧＲガス）は、圧縮機１４４によって高圧になるとともに、熱交換器１４６によって冷却された後、シリンダ１１０内に供給される。
図４ＡおよびＢは、燃焼室１２４における各供給部の配置を説明するための図であり、図４Ａには、図１のＩＶ（ａ）―ＩＶ（ａ）線に沿った断面を示し、図４Ｂには、図４ＡのＩＶ（ｂ）矢視図を示す。図４ＡおよびＢでは、理解を容易とするため、シリンダ１１０内の燃焼室１２４および各供給部のみを概略的に示す。
図４ＡおよびＢに示すように、シリンダ１１０（シリンダヘッド１１０ａ）には、液体燃料供給部１４８、燃料ガス供給部１５０（ガス供給部）、および、ＥＧＲ供給部１５２（ガス供給部）が設けられている。各供給部（液体燃料供給部１４８、燃料ガス供給部１５０、および、ＥＧＲ供給部１５２）は、それぞれ、噴射ノズルで構成され、供給制御部１３０の制御によって作動する。
液体燃料供給部１４８は、液体燃料供給路１３６ａの下流端に連通し、液体燃料貯留部１３６に貯留された液体燃料をシリンダ１１０（燃焼室１２４）内に噴射（供給）する。
燃料ガス供給部１５０は、燃料ガス供給路１３４ａの下流端に連通し、燃料ガス貯留部１３４に貯留された燃料ガスをシリンダ１１０（燃焼室１２４）内に噴射する。
ＥＧＲ供給部１５２は、本実施形態では、２つの噴射ノズル（第１ＥＧＲ供給部１５２ａ、第２ＥＧＲ供給部１５２ｂ）で構成されており、それぞれ、還流路１４２の下流端に連通し、還流路１４２を流通するＥＧＲガスをシリンダ１１０（燃焼室１２４）内に噴射する。
また、図４Ａに白抜き矢印で示すように、燃焼室１２４においては、掃気ポート１２０から流入した活性ガスによるスワール流が発生している。このとき、第１ＥＧＲ供給部１５２ａは、燃料ガス供給部１５０よりも、スワール流の流れ方向の上流側に、例えば、シリンダ１１０の半周の範囲内に配置されている。また、第２ＥＧＲ供給部１５２ｂは、液体燃料供給部１４８よりも、僅かに、スワール流の流れ方向の上流側に、例えば、シリンダ１１０の半周の範囲内に配置されている。この範囲は、例えば、液体燃料供給部１４８の位置を起点として、スワール流の流れ方向の上流側に、シリンダ１１０の周方向の半分までの領域である。
図５ＡおよびＢは、燃焼室１２４への液体燃料、燃料ガス、および、ＥＧＲガスの供給を説明するための図である。図５Ａに示すように、先に、第１ＥＧＲ供給部１５２ａおよび第２ＥＧＲ供給部１５２ｂからＥＧＲガスが噴射される。厳密には、第１ＥＧＲ供給部１５２ａからＥＧＲガスが噴射された後、第２ＥＧＲ供給部１５２ｂからＥＧＲガスが噴射される。
その後、図５Ｂに示すように、液体燃料供給部１４８から液体燃料が噴射される。そして、液体燃料が自着火した後、燃料ガス供給部１５０から燃料ガスが噴射される。このとき、液体燃料供給部１４８の液体燃料の噴射方向には、スワール流に乗って第２ＥＧＲ供給部１５２ｂから噴射されたＥＧＲガスが流れてきており、液体燃料供給部１４８は、このＥＧＲガスに向かって液体燃料を噴射する。
また、燃料ガス供給部１５０の燃料ガスの噴射方向には、スワール流に乗って第１ＥＧＲ供給部１５２ａから噴射されたＥＧＲガスが流れてきており、燃料ガス供給部１５０は、このＥＧＲガスに向かって燃料ガスを噴射する。
そのため、シリンダ１１０内に供給された液体燃料および燃料ガスの周囲では、局所的にＥＧＲガスの濃度が高くなっている。その結果、燃料ガスおよび液体燃料の周囲の酸素濃度の低下や、ＥＧＲガスに含まれる二酸化炭素ガスや水蒸気などの比熱が大きいガスの影響により、局所的かつ過度な温度上昇が抑えられ、ＮＯｘの発生量が低減される。
また、ＥＧＲガスは、燃焼室１２４のうち、液体燃料および燃料ガスが始めに供給される部分近傍にのみ供給される。そのため、燃焼室１２４内全域にＥＧＲガスを供給する構成に比べ、ＥＧＲガスの供給量を抑えることが可能となる。
また、第１ＥＧＲ供給部１５２ａおよび第２ＥＧＲ供給部１５２ｂは、それぞれ、燃料ガス供給部１５０、液体燃料供給部１４８よりもスワール流の上流側に設けられている。そのため、スワール流に乗って流れ、適度に拡散したＥＧＲガスに、燃料ガスおよび液体燃料が噴射される。その結果、燃料ガスや液体燃料がＥＧＲガスに接触しやすく、ＮＯｘの発生量がさらに低減される。
図６Ａ～Ｃは、本実施形態の第１変形例、第２変形例、および、第３変形例における各供給部の配置を説明するための図である。図６Ａ～Ｃでは、理解を容易とするため、液体燃料供給部１４８および第２ＥＧＲ供給部１５２ｂについては図示を省略している。
図６Ａに示すように、第１変形例では、燃料ガス供給部１５０よりもスワール流の流れ方向の下流側に、第１ＥＧＲ供給部２５２ａが配置されている。そして、第１ＥＧＲ供給部２５２ａは、スワール流の流れ方向の上流側に向かってＥＧＲガスを噴射する。このように、第１ＥＧＲ供給部２５２ａは、燃料ガス供給部１５０よりも、スワール流の下流側に配されてもよい。
ここでは、第１ＥＧＲ供給部２５２ａは、燃料ガス供給部１５０と、燃料ガスの噴射方向にほぼ対向する向きに配置されている。しかしながら、少なくとも、第１ＥＧＲ供給部２５２ａから噴射されたＥＧＲガスの流路上に、燃料ガス供給部１５０から噴射された燃料ガスの流路が交差する位置関係であればよい。
また、第２変形例では、図６Ｂに示すように、燃料ガス供給部１５０よりもスワール流の流れ方向の上流側に第１ＥＧＲ供給部３５２ａ１が配され、下流側に第１ＥＧＲ供給部３５２ａ２が配されている。上流側の第１ＥＧＲ供給部３５２ａ１は、スワール流の流れ方向の下流側に向かってＥＧＲガスを噴射し、下流側の第１ＥＧＲ供給部３５２ａ２は、スワール流の流れ方向の上流側に向かってＥＧＲガスを噴射する。
また、第３変形例では、図６Ｃに示すように、燃料ガス供給部１５０よりもスワール流の流れ方向の上流側に２つの第１ＥＧＲ供給部４５２ａ１、４５２ａ２が配され、下流側に第１ＥＧＲ供給部４５２ａ３が配されている。上流側の第１ＥＧＲ供給部４５２ａ１、４５２ａ２は、スワール流の流れ方向の下流側に向かってＥＧＲガスを噴射し、下流側の第１ＥＧＲ供給部４５２ａ３は、スワール流の流れ方向の上流側に向かってＥＧＲガスを噴射する。
第２変形例および第３変形例に示すように、第１ＥＧＲ供給部３５２ａ１、３５２ａ２、４５２ａ１、４５２ａ２、４５２ａ３は、２個以上配置されてもよい。
上述した第１～第３変形例のいずれにおいても、第１ＥＧＲ供給部２５２ａ、３５２ａ１、３５２ａ２、４５２ａ１、４５２ａ２、４５２ａ３は、燃料ガス供給部１５０から燃料ガスが噴射される位置に、燃料ガス供給部１５０から燃料ガスが噴射される時点で、ＥＧＲガスが適度に拡散した状態で位置するように、配置および噴射タイミングが設定される。
また、第１～第３変形例では、上述した実施形態において、第１ＥＧＲ供給部１５２ａの構成を変更する場合について例示した。ここでは、冗長な説明となることを避けるため詳述はしないが、第２ＥＧＲ供給部１５２ｂについても、同様の変更が可能である。
図７は、本実施形態の第４変形例におけるシリンダ１１０への燃料ガス、液体燃料、および、ＥＧＲガスの供給経路の概略を示すブロック図である。図７に示すように、第４変形例においては、還流路１４２における熱交換器１４６の下流側に、混合室５５４が設けられている。
また、燃料ガス供給路５３４ａは、混合室５５４に接続されている。混合室５５４においては、熱交換器１４６から供給されたＥＧＲガスと、燃料ガス貯留部１３４から供給された燃料ガスが混合される。
図８ＡおよびＢは、第４変形例における燃焼室１２４における各供給部の配置を説明するための図である。図８Ａには、第４変形例における図４Ａに対応する位置の断面を示し、図８Ｂには、図８ＡのＶＩＩＩ（ｂ）矢視図を示す。図８ＡおよびＢでは、理解を容易とするため、シリンダ１１０内の燃焼室１２４および各供給部のみを概略的に示す。
上述した実施形態では、シリンダヘッド１１０ａに第１ＥＧＲ供給部１５２ａおよび燃料ガス供給部１５０が設けられる構成について説明したが、第４変形例においては、図８ＡおよびＢに示すように、第１ＥＧＲ供給部１５２ａおよび燃料ガス供給部１５０が設けられていない代わりに、ガス供給部５５６が設けられている。
ガス供給部５５６は、還流路１４２の下流端に連通し、還流路１４２の下流端を流通する、混合室５５４で混合された、燃料ガスおよびＥＧＲガスの予混合ガスをシリンダ１１０内に噴射する。
このように、混合室５５４で予め燃料ガスとＥＧＲガスを混合することで、燃料ガスとＥＧＲガスの混合が十分に進み、ＮＯｘをさらに低減することが可能となる。
上述した実施形態および変形例では、掃気ポート１２０によってスワール流が生じる構成について説明したが、掃気ポート１２０がシリンダ１１０の径方向に延び、スワール流を発生させない構成であってもよい。
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。
本開示は、燃料の爆発圧力によってピストンが往復動するレシプロ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（レシプロエンジン）
１１０　シリンダ
１１２　ピストン
１２０　掃気ポート
１２４　燃焼室
１４８　液体燃料供給部
１５０　燃料ガス供給部（ガス供給部）
１５２　ＥＧＲ供給部（ガス供給部）
１５２ａ、２５２ａ、３５２ａ１、３５２ａ２、４５２ａ１、４５２ａ２、４５２ａ３　第１ＥＧＲ供給部
１５２ｂ　第２ＥＧＲ供給部
５５６　ガス供給部

Claims (7)

  1. シリンダ内に形成される燃焼室で生じる爆発圧力により、前記シリンダ内でピストンが往復動するレシプロエンジンであって、
    液体燃料を前記燃焼室に供給する液体燃料供給部と、
    前記燃焼室における燃焼により生じ、前記燃焼室から排気された排気ガスであるＥＧＲガス、および、燃料ガスを前記シリンダ内に供給するガス供給部と、
    を備えるレシプロエンジン。
  2. 前記ガス供給部は、
    前記ＥＧＲガスを前記シリンダ内に供給するＥＧＲ供給部と、
    前記燃料ガスを前記シリンダ内に供給する燃料ガス供給部と、
    を含む請求項１に記載のレシプロエンジン。
  3. 前記液体燃料供給部は、前記ＥＧＲ供給部から前記シリンダ内に供給されたＥＧＲガスに向かって、前記液体燃料を供給する請求項２に記載のレシプロエンジン。
  4. 前記燃料ガス供給部は、前記ＥＧＲ供給部から前記シリンダ内に供給されたＥＧＲガスに向かって、前記燃料ガスを供給する請求項２に記載のレシプロエンジン。
  5. 前記燃料ガス供給部は、前記ＥＧＲ供給部から前記シリンダ内に供給されたＥＧＲガスに向かって、前記燃料ガスを供給する請求項３に記載のレシプロエンジン。
  6. 前記シリンダに形成され、前記シリンダ内から活性ガスを流入させるとともに、この活性ガスによってスワール流を生じさせる掃気ポートをさらに備え、
    前記ＥＧＲ供給部は、前記燃料ガス供給部および前記液体燃料供給部の少なくとも一方より、前記スワール流の上流側に配置されている請求項２から５のいずれか１項に記載のレシプロエンジン。
  7. 前記ガス供給部は、前記ＥＧＲガスを前記燃料ガスと混合した予混合ガスを、前記シリンダ内に供給する請求項１に記載のレシプロエンジン。
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