JP2017155735A - クロスヘッド式内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】クロスヘッド式内燃機関において、燃料と燃焼用気体との均一な混合を可能として過早着火やノッキング等の異常燃焼の発生を抑制する。
【解決手段】シリンダライナ１６と、シリンダカバー１７と、ピストン１８と、シリンダライナ１６とシリンダカバー１７とピストン１８により区画される燃焼室１９と、シリンダカバー１７に設けられる排気弁２０と、シリンダライナ１６の下部に設けられて燃焼室１９に連通可能な掃気ポート３１と、シリンダカバー１７に設けられる予混合ガス弁４１及び拡散ガス弁４２とを備え、予混合ガス弁４１の噴口の面積を拡散ガス弁４２の噴口の面積より大きく設定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ディーゼルエンジンやガスエンジンなどのクロスヘッド式内燃機関に関するものである。

一般に、シリンダ内で燃料を燃焼させて動力を発生させるディーゼルエンジンやガスエンジンなどの内燃機関は、複数のシリンダの下方にシリンダ配列方向に沿ってクランクシャフトが配置されており、このクランクシャフトは、軸受を介してクランクケースに回転自在に支持されている。クロスヘッド式内燃機関は、台板の上部に架構が配置され、この架構の上部に燃焼装置が設けられて構成されている。

上述したクロスヘッド式内燃機関は、低速２ストロークディーゼル機関であって、燃料油の燃焼を行う燃料油モードと、気化したＬＮＧ等の燃料ガスの燃焼を行う燃料ガスモードとを備えている。そして、このクロスヘッド式内燃機関では、燃料ガスモードを行うときに燃料ガスの拡散燃焼を行う拡散燃焼タイプの燃料噴射弁と、燃料ガスの予混合燃焼を行う予混合燃焼タイプの燃料噴射弁を有している。このようなクロスヘッド式内燃機関としては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。

特開２０１５−２２９９７３号公報

上述したクロスヘッド式内燃機関では、環境負荷低減や燃料費削減のため、ガス燃料化が求められているが、従来のクロスヘッド式内燃機関と同等の高い熱効率を保ったままで低ＮＯｘ化が期待できる予混合燃焼を採用するためには、過早着火やノッキングなどの異常燃焼を回避する必要がある。ところで、予混合燃焼を実現するとき、ピストンがＴＤＣ付近に移動したときに燃料を噴射できるように、シリンダカバーにガス噴射弁を設けている。しかし、予混合気の作成に適している早いクランク角度では、燃焼室がシリンダ軸方向に長い領域であることから、ガス噴射弁から噴射された予混合ガスが燃焼室全域に行き渡りにくく、不均一な状態となって過早着火やノッキング等の異常燃焼が発生しやすい。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、燃料と燃焼用気体との均一な混合を可能として過早着火やノッキング等の異常燃焼の発生を抑制するクロスヘッド式内燃機関を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明のクロスヘッド式内燃機関は、円筒形状をなすシリンダライナと、前記シリンダライナの一端部に設けられたシリンダカバーと、前記シリンダライナ内を往復動自在に設けられるピストンと、前記シリンダライナと前記シリンダカバーと前記ピストンにより区画される燃焼室と、該シリンダカバーに設けられる排気弁と、前記シリンダライナの他端側に設けられて前記燃焼室に連通可能な掃気ポートと、前記シリンダカバーに設けられて前記燃焼室に燃料ガスを噴射する予混合燃焼用燃料噴射弁と、前記シリンダカバーに設けられて前記燃焼室に燃料ガスを噴射する拡散燃焼用燃料噴射弁と、を備え、前記予混合燃焼用燃料噴射弁の噴口の面積が前記拡散燃焼用燃料噴射弁の噴口の面積より大きく設定される、ことを特徴とするものである。

従って、予混合燃料ガスモードでは、排気弁が閉じられると共に掃気ポートが閉じた後のピストンが圧縮行程の初期に、予混合燃焼用燃料噴射弁から高圧の燃料ガスが噴射される。このとき、予混合燃焼用燃料噴射弁は、縦長とされる燃焼室の長手方向を向けて燃料ガスを噴射する。この予混合燃焼用燃料噴射弁は、噴口の面積が拡散燃焼用燃料噴射弁の噴口の面積より大きく設定されることから、燃焼室に噴射された燃料ガスの貫徹力が大きく、広い燃焼室の全体にわたって噴射され、燃焼用気体に対する燃料ガスの混合が促進され、広い範囲で均一な混合気を形成することができる。その結果、燃料ガスと燃焼用気体との均一な混合を可能として過早着火やノッキング等の異常燃焼の発生を抑制することができる。

本発明のクロスヘッド式内燃機関では、前記予混合燃焼用燃料噴射弁の噴口の数が前記拡散燃焼用燃料噴射弁の噴口の数より少なく設定され、前記予混合燃焼用燃料噴射弁の１個の噴口の面積が前記拡散燃焼用燃料噴射弁の１個の噴口の面積より大きく設定されることを特徴としている。

従って、予混合燃焼用燃料噴射弁の噴口の数を拡散燃焼用燃料噴射弁の噴口の数より少なくしており、予混合燃焼用燃料噴射弁の噴口から少量の燃料ガスを噴射する場合であっても、予混合燃焼用燃料噴射弁の噴射時期を制御するための開閉制御が困難となることはなく、予混合燃焼用燃料噴射弁の制御性を向上することができる。

本発明のクロスヘッド式内燃機関では、前記予混合燃焼用燃料噴射弁の噴口の合計面積と前記拡散燃焼用燃料噴射弁の噴口の合計面積が同じに設定されることを特徴としている。

従って、予混合燃焼用燃料噴射弁の噴口の合計面積と拡散燃焼用燃料噴射弁の噴口の合計面積を同じに設定することで、予混合燃料ガスモードと拡散燃料ガスモードと燃料ガスの噴射量を同量に調整することが容易となり、燃料噴射制御の制御性を向上することができる。

本発明のクロスヘッド式内燃機関では、前記拡散燃焼用燃料噴射弁は、前記ピストンの頂面に向けて燃料ガスを噴射し、前記予混合燃焼用燃料噴射弁は、前記ピストンの頂面に向かない方向に燃料ガスを噴射することを特徴としている。

従って、予混合燃料ガスモードと拡散燃料ガスモードを適正に実現することができる。

本発明のクロスヘッド式内燃機関では、前記掃気ポートは、前記燃焼室に導入される燃焼用気体に旋回力を付与可能であり、前記予混合燃焼用燃料噴射弁は、燃焼用気体の旋回方向とは逆方向に燃料ガスを噴射することを特徴としている。

従って、掃気ポートから燃焼室に導入される燃焼用気体と予混合燃焼用燃料噴射弁から燃焼室に噴射される燃料ガスが衝突することとなり、燃焼用気体に対する燃料ガスの混合が促進され、広い範囲で均一な混合気を形成することができる。

本発明のクロスヘッド式内燃機関によれば、予混合燃焼用燃料噴射弁の噴口の面積を拡散燃焼用燃料噴射弁の噴口の面積より大きく設定するので、燃料と燃焼用気体との均一な混合を可能として過早着火やノッキング等の異常燃焼の発生を抑制することができる。

図１は、第１実施形態のクロスヘッド式内燃機関としての舶用ディーゼルエンジンの全体構成を表す概略図である。 図２は、舶用ディーゼルエンジンの要部を表す概略図である。 図３は、燃焼室の縦断面図である。 図４は、燃焼室の水平断面図である。 図５は、予混合ガスの噴射状態を表す概略図である。 図６は、燃料油の噴射状態を表す概略図である。 図７は、拡散ガスの噴射状態を表す概略図である。 図８は、第２実施形態のクロスヘッド式内燃機関としての舶用ディーゼルエンジンの燃焼室の水平断面図である。 図９は、燃焼室の概略斜視図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係るクロスヘッド式内燃機関の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態のクロスヘッド式内燃機関としての舶用ディーゼルエンジンの全体構成を表す概略図である。

第１実施形態にて、図１に示すように、ディーゼルエンジン１０は、例えば、船舶推進用の主機として用いられ、２ストローク１サイクルのユニフロー掃気方式のクロスヘッド式内燃機関である。このディーゼルエンジン１０は、下方に位置する台板１１と、台板１１上に設けられる架構１２と、架構１２上に設けられる燃焼装置１３とを備えている。この台板１１と架構１２と燃焼装置１３は、上下方向に延在する複数のテンションボルト１４及びナット１５により一体に締結されて固定されている。

燃焼装置１３は、シリンダライナ１６の上端部にシリンダカバー１７が固定されてシリンダが構成されている。シリンダライナ１６とシリンダカバー１７は、空間部を区画しており、この空間部内にピストン１８が上下に往復動自在に設けられることで、燃焼室１９が形成される。また、シリンダカバー１７は、排気弁２０が設けられており、動弁装置２１により開閉可能となっている。この排気弁２０は、燃焼室１９と排気ポート２２とを開閉するものである。

そのため、燃焼室１９に対して、図示しない燃料噴射ポンプから供給された燃料（例えば、燃料油、天然ガス）と、図示しない圧縮機により圧縮された燃焼用気体（例えば、空気、ＥＧＲガス、またはその混合ガス）が供給されることで燃焼する。そして、この燃焼で発生したエネルギによりピストン１８が上下動する。また、このとき、排気弁２０により燃焼室１９が開放されると、燃焼によって生じた排ガスが排気ポート２２に押し出される一方、図示しない掃気ポートから燃焼用ガスが燃焼室１９に導入される。

ピストン１８は、下端部にピストン棒２３の上端部が回動可能に連結されている。台板１１は、クランクケースを構成しており、クランクシャフト２４を回転自在に支持する軸受２５が設けられている。また、クランクシャフト２４は、クランク２６を介して連接棒２７の下端部が回動自在に連結されている。架構１２は、上下方向に延在する一対のガイド板２８が所定間隔を空けて固定されており、一対のガイド板２８の間にクロスヘッド２９が上下に移動自在に支持されている。クロスヘッド２９は、ピストン棒２３の下端部と連接棒２７の上端部がそれぞれ回動自在に連結されている。

そのため、燃焼装置１３からエネルギが伝達されたピストン１８は、ピストン棒２３と共に、ディーゼルエンジン１０の設置面の方向（台板１１側の方向、即ち、鉛直方向における下向き）に押し下げる。すると、ピストン棒２３は、クロスヘッド２９を同方向に押し下げ、連接棒２７及びクランク２６を介してクランクシャフト２４を回転させる。

図２は、舶用ディーゼルエンジンの要部を表す概略図である。

シリンダライナ１６は、下部に設けられた複数の掃気ポート３１を介して掃気トランク３２が連結されると共に、上部に設けられた排気ポート２２を介して排気マニホールド３３が連結されている。掃気トランク３２は、吸気管（図示略）を介して空気が供給可能となっている。シリンダカバー１７は、上部に排ガスを排気ポート２２に排出する排気弁２０が設けられている。また、シリンダカバー１７は、燃焼室１９に燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）３４が設けられている。

そのため、ピストン１８が下死点（図２の実線位置）に移動すると、掃気ポート３１が開くことで、掃気トランク３２の空気が掃気ポート３１から燃焼室１９に導入され、ピストン１８が上昇すると、掃気ポート３１と燃焼室１９の導通がピストン１８により遮断される。さらに、排気弁２０により排気ポート２２も閉じることによって、燃焼室１９内の空気が圧縮される。ピストン１８が上死点（図２の二点鎖線位置）まで移動すると、燃焼室１９の圧力が所定の圧縮圧力になり、インジェクタ３４が燃料を噴射する。すると、燃焼室１９内で空気と燃料が混合して燃焼し、燃焼エネルギによりピストン１８が下降する。このとき、排気弁２０により排気ポート２２が開くことで、燃焼室１９の排ガス（燃焼ガス）が排気ポート２２に排出される。

図３は、燃焼室の縦断面図、図４は、燃焼室の水平断面図、図５は、予混合ガスの噴射状態を表す概略図、図６は、燃料油の噴射状態を表す概略図、図７は、拡散ガスの噴射状態を表す概略図である。

図３及び図４に示すように、インジェクタ３４は、予混合燃焼用燃料噴射弁としての予混合ガス弁４１と、拡散燃焼用燃料噴射弁としての拡散ガス弁４２と、燃料油噴射弁（以下、燃料油弁と称する。）４３とから構成されている。

図３及び図４に示すように、予混合ガス弁４１は、シリンダカバー１７の外周部側に２個設けられている。２個の予混合ガス弁４１は、シリンダカバー１７の中心（排気弁２０の中心）Ｏを挟んで互いに対向する位置に配置されている。なお、本実施形態では、予混合ガス弁４１を２個設けたが、１個としてもよいし、３個以上設けてもよい。

予混合ガス弁４１は、図示しない燃料ガス供給源に接続されており、シリンダライナ１６とシリンダカバー１７とピストン１８により形成される燃焼室１９に燃料ガスを高圧で噴射する。この燃料ガスとしては、例えば、気化したＬＮＧなどの炭化水素系のガスが用いられる。

予混合ガス弁４１は、先端に設けられたノズルに１個の噴孔が設けられており、この１個の噴孔から燃料ガスを燃焼室１９に噴射することができる。本実施形態にて、この予混合ガス弁４１は、図５に示すように、噴孔から燃焼室１９に燃料ガスＧ１を噴射するが、噴射する燃料ガスＧ１の向きは、ピストン１８の方向、つまり、ピストン１８が掃気ポート３１を閉じた後のピストン１８の頂面に向けた方向である。なお、本実施形態では、予混合ガス弁４１における噴孔の数を１個としたが、２個以上としてもよい。

予混合ガス弁４１は、予混合燃焼によりディーゼルエンジン１０を動作させるときに起動され、燃料ガスＧ１による拡散燃焼運転や燃料油による拡散燃焼運転のときには起動されずに停止する。予混合ガス弁４１の起動及び停止は、図示しない制御装置からの指令によって行われる。予混合ガス弁４１による燃料ガスＧ１の噴射タイミングは、図示しない制御装置によって制御され、排気弁２０から燃料ガスＧ１が系外にリークしない範囲とされ、例えば、１４０以上２０ｄｅｇＢＴＤＣ（Ｂｅｆｏｒｅ Ｔｏｐ Ｄｅａｄ Ｃｅｎｔｒｅ）以下、好ましくは１００以上６０ｄｅｇＢＴＤＣ以下である。ここで、排気弁２０が閉じるタイミングは、例えば、約９０ｄｅｇＢＴＤＣである。また、予混合ガス弁４１による燃料ガスＧ１の噴射期間は、例えば、ディーゼルエンジン１０の負荷が１００％の場合には、２０ｄｅｇ以上３０ｄｅｇ以下である。

図３及び図４に示すように、拡散ガス弁４２は、シリンダカバー１７の外周部側に２個設けられている。２個の拡散ガス弁４２は、シリンダカバー１７の中心（排気弁２０の中心）Ｏを挟んで互いに対向する位置に配置されている。各拡散ガス弁４２は、上述した各予混合ガス弁４１に対して所定角度だけ周方向にずれた位置に配置されている。なお、本実施形態では、拡散ガス弁４２を２個設けたが、１個としてもよいし、３個以上設けてもよい。

拡散ガス弁４２は、予混合ガス弁４１と同様に、図示しない燃料ガス供給源に接続されており、シリンダライナ１６とシリンダカバー１７とピストン１８により形成される燃焼室１９に燃料ガスを噴射する。この燃料ガスとしては、例えば、気化したＬＮＧなどの炭化水素系のガスが用いられる。

拡散ガス弁４２は、先端に設けられたノズルに複数（本実施形態では、４個）の噴孔が設けられており、この４個の噴孔から燃料ガスを燃焼室１９に噴射することができる。本実施形態にて、この拡散ガス弁４２は、図７に示すように、４個の噴孔から燃焼室１９に燃料ガスＧ２を噴射するが、噴射する燃料ガスＧ２の向きは、ピストン１８が上死点近傍まで上昇して狭められた燃焼室１９で拡散燃焼が行われるように、水平方向または水平方向から少しだけ下方を向いた方向であり、ピストン１８の面部に向かわない方向である。なお、本実施形態では、拡散ガス弁４２における噴孔の数を４個としたが、３個以下、または、５個以上としてもよい。

拡散ガス弁４２は、拡散燃焼によりディーゼルエンジン１０を動作させるときに起動され、燃料ガスＧ２による予混合燃焼運転や燃料油による拡散燃焼運転の際には起動されずに停止する。拡散ガス弁４２の起動及び停止は、図示しない制御装置からの指令によって行われる。拡散ガス弁４２による燃料ガスＧ２の噴射期間は、図示しない制御装置によって制御され、例えば、ディーゼルエンジン１０の負荷が１００％の場合には、２０ｄｅｇ以上３０ｄｅｇ以下である。

図３及び図４に示すように、燃料油弁４３は、シリンダカバー１７の外周部側に２個設けられている。２個の燃料油弁４３は、シリンダカバー１７の中心（排気弁２０の中心）Ｏを挟んで互いに対向する位置に配置されている。燃料油弁４３は、排気弁２０よりも外周部側で、且つ、予混合ガス弁４１及び拡散ガス弁４２よりも内周部側に位置している。各燃料油弁４３は、上述した各拡散ガス弁４２に対して所定角度だけ周方向にずれた位置に配置されている。即ち、シリンダカバー１７の周方向に沿って予混合ガス弁４１、拡散ガス弁４２、燃料油弁４３の順に並んで配置されている。なお、本実施形態では、燃料油弁４３を２個設けたが、１個としてもよいし、３個以上設けてもよい。

燃料油弁４３は、図示しない燃料油供給源に接続されており、シリンダライナ１６とシリンダカバー１７とピストン１８により形成される燃焼室１９に燃料油を噴射する。この燃料油としては、例えば、Ｃ重油などの重油が用いられる。

燃料油弁４３は、先端に設けられたノズルに複数（本実施形態では、４個）の噴孔が設けられており、この４個の噴孔から燃料油を燃焼室１９に噴射することができる。本実施形態にて、燃料油弁４３は、図６に示すように、４個の噴孔から燃料油Ｇ３を噴射するが、噴射する燃料油Ｇ３の向きは、ピストン１８が上死点近傍まで上昇して狭められた燃焼室１９で着火または拡散燃焼が行われるように、水平方向または水平方向から少しだけ下方を向いた方向であり、ピストン１８の頂面に向かわない方向である。なお、本実施形態では、燃料油弁４３における噴孔の数を４個としたが、３個以下、または、５個以上としてもよい。

燃料油弁４３は、燃料油Ｇ３による拡散燃焼によりディーゼルエンジン１０を動作させるときには拡散燃焼のための燃料油Ｇ３を噴射するように動作（所謂、油専焼運転）し、また、燃料ガスＧ１による予混合燃焼運転及び燃料ガスＧ２による拡散燃焼運転のときには、着火用のパイロット油を噴射するように動作する。燃料油弁４３の動作は、図示しない制御装置からの指令によって行われる。

このように構成された本実施形態のインジェクタ３４は、予混合ガス弁４１と、拡散ガス弁４２と、燃料油弁４３とから構成され、予混合ガス弁４１の噴口の面積が拡散ガス弁４２の噴口の面積より大きく設定されている。

本実施形態では、予混合ガス弁４１の噴口が１個であり、拡散ガス弁４２の噴口が４個であり、予混合ガス弁４１の噴口の数（１個）が拡散ガス弁４２の噴口の数（４個）より少なく設定されている。そして、予混合ガス弁４１における１個の噴口の面積が、拡散ガス弁４２の１個の噴口の面積より大きく設定されている。この場合、予混合ガス弁４１の噴口の数と拡散ガス弁４２の噴口の数の関係は、本実施形態では、１個と４個であるが、例えば、２個と４個であってもよい。

但し、予混合ガス弁４１の１個の噴口の面積と、拡散ガス弁４２の４個の噴口の合計面積とは、同じ面積に設定することが望ましい。

この場合、シリンダカバー１７に１個の予混合ガス弁４１と１個の拡散ガス弁４２が配置されているとき、予混合ガス弁４１の噴口を１個とし、拡散ガス弁４２の噴口を４個としたとき、予混合ガス弁４１の噴口面積率Ａは、下記式により設定される。ここで、燃焼室１９の断面積は、シリンダライナ１６における内側の面積である。
噴口面積率Ａ＝１個の噴口の面積／燃焼室の断面積
このとき、予混合ガス弁４１の噴口面積率Ａは、３．０Ｅ−０５以上とすることが望ましい。

このように構成された本実施形態のディーゼルエンジン１０は、予混合ガス弁４１を主として用い、燃料油弁４３をパイロット用として用いる予混合燃料ガスモードと、拡散ガス弁４２を主として用い、燃料油弁５３をパイロット用として用いる拡散燃料ガスモードと、燃料油弁４３を専ら用いる拡散燃料油モードとがある。

予混合燃料ガスモードは、ＮＯｘ排出量が少ないため、例えば、船舶がＥＣＡ内を航行するときに用いられる。拡散燃料ガスモードは、予混合燃料ガスモードよりも燃焼安定性が高い一方で、予混合燃料ガスモードに比べてＮＯｘ発生量が多いので、例えば、船舶がＥＣＡ外を航行するときに用いられる。また、拡散燃料ガスモードは、ＥＣＡ内であってもＮＯｘ規制量を超えない範囲で所定の時間内あれば、燃焼安定性が求められる場合に予混合燃料ガスモードに代えて用いることができる。拡散燃料油モードは、燃料油由来のＳＯｘが燃料ガスを用いる場合に比べて多く発生するので、例えば、ＳＯｘ排出規制が比較的緩い海域を航行するときに、高い燃焼安定性が求められる場合や、燃料ガスよりも燃料油を用いた方が良い場合に用いられる。

［予混合燃料ガスモード］
予混合燃料ガスモードにおいて、図３から図５に示すように、排気弁２０が閉じられてピストン１８が掃気ポート３１を閉じた後の圧縮行程の初期に、予混合ガス弁４１から高圧とされた燃料ガスＧ１がピストン１８の頂部に向けて噴射される。このとき、予混合ガス弁４１は、上方のシリンダカバー１７から下方のピストン１８の頂面に向けて燃料ガスＧ１を噴射するため、ピストン１８が掃気ポート３１を閉じた後の縦長とされる燃焼室１９の長手方向を有効に使って燃料ガスＧ１を全体に噴射することができ、空気に対する燃料ガスの混合が促進される。

また、本実施形態では、予混合ガス弁４１の噴口の面積が拡散ガス弁の噴口の面積より大きく設定されることから、従来に比べて、燃焼室１９に噴射された燃料ガスＧ１の貫徹力が大きくなる。そのため、予混合ガス弁４１からの燃料ガスＧ１は、縦長とされる広い燃焼室１９の全体にわたって燃料ガスＧ１が行き渡ることとなり、空気に対する燃料ガスの混合が促進され、広い範囲で均一な混合気を形成することができる。

予混合ガス弁４１から噴射された燃料ガスＧ１によって燃焼室１９に予混合気が形成された後、ピストン１８が上方へ移動して予混合気を圧縮する。そして、ピストン１８が上死点付近まで到達すると、燃料油弁４３からパイロット油Ｇ３が噴射されて着火が行われる。この着火によって形成された火炎が予混合気内を伝播しながら予混合燃焼が行われ、燃焼及び膨張行程が行われ、ピストン１８が下方へと移動する。

拡散燃料ガスモードにおいて、図３及び図４、図７に示すように、排気弁２０が閉じられてピストン１８が掃気ポート３１を閉じた後の圧縮行程では、掃気ポート３１から導入した空気のみを圧縮する。そして、ピストン１８が上死点付近まで到達すると、燃料油弁４３から燃料油Ｇ３をパイロット油として噴射すると共に、このパイロット油Ｇ３と同時または直後に、拡散ガス弁４２から高圧とされた燃料ガスＧ２を噴射する。これにより、燃料ガスＧ２の噴射に応じて燃焼室１９で拡散燃焼が行われ、膨張行程によってピストン１８が下方へと押し下げられる。

拡散燃料油モードにおいて、図３及び図４、図６に示すように、拡散燃料ガスモードとほぼ同様であり、排気弁２０を閉じてピストン１８の上昇と共に空気の圧縮を行う。そして、ピストン１８の上死点付近で、燃料油弁４３から燃料油Ｇ３を高圧で噴射して拡散燃焼を行い、この拡散燃焼による膨張行程によりピストン１８が下降する。

このように第１実施形態のクロスヘッド式内燃機関にあっては、シリンダライナ１６と、シリンダカバー１７と、ピストン１８と、シリンダライナ１６とシリンダカバー１７とピストン１８により区画される燃焼室１９と、シリンダカバー１７に設けられる排気弁２０と、シリンダライナ１６の下部に設けられて燃焼室１９に連通可能な掃気ポート３１と、シリンダカバー１７に設けられる予混合ガス弁４１及び拡散ガス弁４２とを備え、予混合ガス弁４１の噴口の面積を拡散ガス弁４２の噴口の面積より大きく設定している。

従って、予混合燃料ガスモードでは、排気弁２０が閉じられると共に掃気ポート３１が閉じた後のピストン１８が圧縮行程の初期に、予混合ガス弁４１から高圧の燃料ガスＧ１が噴射される。このとき、予混合ガス弁４１は、噴口の面積が拡散ガス弁４２の噴口の面積より大きく設定されることから、燃焼室１９に噴射された燃料ガスＧ１の貫徹力が大きい。そのため、予混合ガス弁４１からの燃料ガスＧ１は、縦長とされる広い燃焼室１９の全体にわたって噴射されることとなり、空気に対する燃料ガスＧ１の混合が促進され、広い範囲で均一な混合気を形成することができる。その結果、燃料ガスＧ１と空気との均一な混合を可能として過早着火やノッキング等の異常燃焼の発生を抑制することができる。

第１実施形態のクロスヘッド式内燃機関では、予混合ガス弁４１の噴口の数を拡散ガス弁４２の噴口の数より少なく設定し、予混合ガス弁４１の１個の噴口の面積を拡散ガス弁４２の１個の噴口の面積より大きく設定している。従って、予混合ガス弁４１の噴口の数が少ないことから、予混合ガス弁４１の噴口から少量の燃料ガスＧ１を噴射する必要がある場合であっても、予混合ガス弁４１として電磁弁を適用しても、この電磁弁の噴射時期を制御するための開閉制御が困難となることはなく、予混合ガス弁４１の制御性を向上することができる。

第１実施形態のクロスヘッド式内燃機関では、予混合ガス弁４１の噴口の合計面積と拡散ガス弁４２の噴口の合計面積を同じに設定している。従って、予混合燃料ガスモードと拡散燃料ガスモードと燃料ガスＧ１，Ｇ２の噴射量を同量に調整することが容易となり、燃料噴射制御の制御性を向上することができる。

［第２実施形態］
図８は、第２実施形態のクロスヘッド式内燃機関としての舶用ディーゼルエンジンの燃焼室の水平断面図、図９は、燃焼室の概略斜視図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第２実施形態において、図８及び図９に示すように、シリンダライナ１６は、下部に複数の掃気ポート３１が設けられ、上部にシリンダカバー１７が固定され、このシリンダカバー１７に排気弁２０とインジェクタ３４が設けられている。インジェクタ３４は、予混合ガス弁４１と拡散ガス弁４２と燃料油弁４３とから構成されている。予混合ガス弁４１と拡散ガス弁４２と燃料油弁４３は、シリンダカバー１７の外周部側に周方向に所定間隔を空けて周方向に沿って設けられている。

そして、予混合ガス弁４１の噴口の面積が拡散ガス弁４２の噴口の面積より大きく設定されている。即ち、予混合ガス弁４１の噴口が１個であり、拡散ガス弁４２の噴口が４個であり、予混合ガス弁４１の噴口の数（１個）が拡散ガス弁４２の噴口の数（４個）より少なく設定されている。そして、予混合ガス弁４１における１個の噴口の面積が、拡散ガス弁４２の１個の噴口の面積より大きく設定されている。

また、本実施形態にて、複数の掃気ポート３１は、燃焼室１９（シリンダカバー１７）に対して接線方向に向けて配置されており、燃焼室１９に導入される空気に対して旋回力を付与することでスワールＳを生成可能である。このスワールＳは、燃焼室１９を上方から見て時計回り方向に沿った流れである。一方、予混合ガス弁４１は、空気のスワールＳの旋回方向とは逆方向に向けて燃料ガスＧ１を噴射する。即ち、予混合ガス弁４１は、噴口が空気のスワールＳの旋回方向とは逆方向に向けて開口しており、１個の噴口から燃料ガスＧ１をスワールＳに対抗して噴射する。

なお、予混合ガス弁４１は、シリンダカバー１７の中心（排気弁２０の中心）Ｏを挟んで互いに対向する位置に配置されているが、両方の予混合ガス弁４１からの燃料ガスＧ１の噴射方向を空気のスワールＳと逆方向にしてもよいし、１個の予混合ガス弁４１からの燃料ガスＧ１の噴射方向を空気のスワールＳと逆方向にしてもよい。

そのため、予混合燃料ガスモードにおいて、排気弁２０が閉じられてピストン１８が掃気ポート３１を閉じた後の圧縮行程の初期に、予混合ガス弁４１から高圧とされた燃料ガスＧ１がピストン１８の頂部に向けて噴射される。このとき、予混合ガス弁４１は、上方のシリンダカバー１７から下方のピストン１８の頂面に向けて燃料ガスＧ１を噴射するため、ピストン１８が掃気ポート３１を閉じた後の縦長とされる燃焼室１９の長手方向を有効に使って燃料ガスＧ１を全体に噴射することができ、空気に対する燃料ガスの混合が促進される。

また、本実施形態では、予混合ガス弁４１の噴口の面積が拡散ガス弁の噴口の面積より大きく設定され、空気のスワールＳの旋回方向とは逆方向に向けて燃料ガスＧ１を噴射する。すると、燃焼室１９に噴射された燃料ガスＧ１の貫徹力が大きくなり、空気のスワールＳと衝突するそのため、予混合ガス弁４１からの燃料ガスＧ１は、縦長とされる広い燃焼室１９の全体にわたって燃料ガスＧ１が行き渡ることとなり、空気に対する燃料ガスの混合が促進され、広い範囲で均一な混合気を形成することができる。

このように第２実施形態のクロスヘッド式内燃機関にあっては、掃気ポート３１は、燃焼室１９に導入される空気に旋回力を付与可能であり、予混合ガス弁４１は、この空気の旋回方向とは逆方向に燃料ガスＧ１を噴射する。

従って、掃気ポート３１から燃焼室１９に導入される空気のスワールＳと予混合ガス弁４１から燃焼室１９に噴射される燃料ガスＧ１が衝突することとなり、空気に対する燃料ガスＧ１の混合が促進され、広い範囲で均一な混合気を形成することができる。

１０ ディーゼルエンジン（クロスヘッド式内燃機関）
１３ 燃焼装置
１６ シリンダライナ
１７ シリンダカバー
１８ ピストン
１９ 燃焼室
２０ 排気弁
３１ 掃気ポート
３２ 掃気トランク
３４ インジェクタ
４１ 予混合ガス弁（予混合燃焼用燃料噴射弁）
４２ 拡散ガス弁（拡散燃焼用燃料噴射弁）
４３ 燃料油弁
Ｇ１，Ｇ２ 燃料ガス
Ｇ３ パイロット油（燃料油）
Ｓ スワール

Claims (5)

1. 円筒形状をなすシリンダライナと、
   前記シリンダライナの一端部に設けられたシリンダカバーと、
   前記シリンダライナ内を往復動自在に設けられるピストンと、
   前記シリンダライナと前記シリンダカバーと前記ピストンにより区画される燃焼室と、
   該シリンダカバーに設けられる排気弁と、
   前記シリンダライナの他端側に設けられて前記燃焼室に連通可能な掃気ポートと、
   前記シリンダカバーに設けられて前記燃焼室に燃料ガスを噴射する予混合燃焼用燃料噴射弁と、
   前記シリンダカバーに設けられて前記燃焼室に燃料ガスを噴射する拡散燃焼用燃料噴射弁と、
   を備え、
   前記予混合燃焼用燃料噴射弁の噴口の面積が前記拡散燃焼用燃料噴射弁の噴口の面積より大きく設定される、
   ことを特徴とするクロスヘッド式内燃機関。
2. 前記予混合燃焼用燃料噴射弁の噴口の数が前記拡散燃焼用燃料噴射弁の噴口の数より少なく設定され、前記予混合燃焼用燃料噴射弁の１個の噴口の面積が前記拡散燃焼用燃料噴射弁の１個の噴口の面積より大きく設定されることを特徴とする請求項１に記載のクロスヘッド式内燃機関。
3. 前記予混合燃焼用燃料噴射弁の噴口の合計面積と前記拡散燃焼用燃料噴射弁の噴口の合計面積が同じに設定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のクロスヘッド式内燃機関。
4. 前記拡散燃焼用燃料噴射弁は、前記ピストンの頂面に向けて燃料ガスを噴射し、前記予混合燃焼用燃料噴射弁は、前記ピストンの頂面に向かない方向に燃料ガスを噴射することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のクロスヘッド式内燃機関。
5. 前記掃気ポートは、前記燃焼室に導入される燃焼用気体に旋回力を付与可能であり、前記予混合燃焼用燃料噴射弁は、燃焼用気体の旋回方向とは逆方向に燃料ガスを噴射することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のクロスヘッド式内燃機関。

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