往复式发动机的制作方法

本公开涉及活塞通过燃料的爆炸压力而往复移动的往复式发动机。

本申请基于在日本于2014年9月18日申请的日本特愿2014-190325号来主张优先权，并将其内容援引于此。

背景技术：

近年来，开发了多种发动机中的燃料的燃烧方式。例如，在专利文献1中，记载有作为搭载于发动机的喷嘴，具备喷射液体燃料的喷嘴和喷射气体燃料(燃料气体)的喷嘴双方的构成。在此种构成中，能够在喷射液体燃料并使其着火之后，通过喷射燃料气体来使燃烧扩大。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-124586号公报。

技术实现要素：

发明内容

发明要解决的课题

在如上所述地具备喷射液体燃料的喷嘴和喷射燃料气体的喷嘴双方的构成中，存在喷射到缸内的液体燃料、燃料气体的一部分的燃烧急速地进行而局部地变为高温，从而产生NOx等排气限制物质的情况。

本发明鉴于此种问题，其目的在于提供能够抑制液体燃料及燃料气体的燃烧所伴随的NOx的产生的往复式发动机。

用于解决问题的方案

为了解决上述问题，本公开为活塞通过在形成于缸内的燃烧室处产生的爆炸压力而在缸内往复移动的往复式发动机，具备：液体燃料供给部，其对燃烧室供给液体燃料；以及气体供给部，其将EGR气体及燃料气体供给到缸内，EGR气体是通过燃烧室中的燃烧而产生且从燃烧室排气的排气气体。

发明效果

根据本公开，能够抑制液体燃料及燃料气体的燃烧所伴随的NOx的产生。

附图说明

图1是示出单流扫气式双循环发动机的整体构成的图；

图2A是用于说明扫气端口的图；

图2B是用于说明扫气端口的图；

图3是示出对缸的燃料气体、液体燃料、及EGR气体的供给路径的概要的框图；

图4A是用于说明燃烧室中的各供给部的配置的图；

图4B是用于说明燃烧室中的各供给部的配置的图；

图5A是用于说明对燃烧室的液体燃料、燃料气体、及EGR气体的供给的图；

图5B是用于说明对燃烧室的液体燃料、燃料气体、及EGR气体的供给的图；

图6A是用于说明第一变形例中的各供给部的配置的图；

图6B是用于说明第二变形例中的各供给部的配置的图；

图6C是用于说明第三变形例中的各供给部的配置的图；

图7是示出第四变形例中的对缸的燃料气体、液体燃料、及EGR气体的供给路径的概要的框图；

图8A是用于说明第四变形例的燃烧室中的各供给部的配置的图；

图8B是用于说明第四变形例的燃烧室中的各供给部的配置的图。

具体实施方式

以下，参照附图详细地说明本公开的优选实施方式。此种实施方式所示的尺寸、材料、其他具体数值等只不过是用于使所公开内容的理解容易的例示，除特别事先声明的情况以外，不限定本公开。此外，在本说明书以及附图中，对于具有实质上相同的功能、构成的要素，通过附以相同的符号来省略重复说明，另外对与本公开无直接关系的要素省略图示。

在以下的实施方式中，说明气体在缸内部单方向地流动的单流扫气式双循环发动机。但是，发动机的类型不限于单流扫气式、双循环型，是活塞通过在缸内形成的燃烧室中产生的爆炸压力而在缸内往复移动的往复式发动机即可。

图1是示出单流扫气式双循环发动机100(往复式发动机)的整体构成的图。本实施方式的单流扫气式双循环发动机100例如用于船舶等。单流扫气式双循环发动机100包含以下部分而构成：缸110、活塞112、排气端口114、排气阀驱动装置116、排气阀118、扫气端口120、扫气室122、燃烧室124、旋转编码器126、调节器(调速机)128、供给控制部130、以及排气控制部132。

在单流扫气式双循环发动机100中，通过包括吸气(供气)、压缩、燃烧、排气的四个连续的行程，活塞112在缸110内往复移动。

活塞杆112a的一端固定于活塞112。活塞杆112a连结于未图示的十字头，若活塞112在缸110内滑动且往复移动，则通曲柄轴通过十字头及连结棒而旋转。在此种十字头型的往复式发动机中，能够比较长地形成缸110内的冲程，能够使十字头受到作用于活塞112的侧压，因而能够谋求单流扫气式双循环发动机100的高输出化。

排气端口114是在与活塞112的上死点位置相比位于图1中上侧的缸头110a设置的开口部，其开闭以用于对在缸110内产生的燃烧后的排气气体进行排气。排气阀驱动装置116以既定的定时通过使排气阀118上下滑动而开闭排气端口114。如此经由排气端口114而排气的排气气体例如在供给到未图示的增压机的涡轮侧之后排气到外部。另外，从排气端口114排气的排气气体的一部分作为EGR气体回流至缸110内。之后详细说明EGR气体的供给路径。

扫气端口120是在缸110的下端侧(图1中下侧)将缸110从其内周面(缸体110b的内周面)贯穿至外周面的孔。

图2A及B是用于说明扫气端口120的图，在图2A中，示出缸110的扫气端口120附近的侧视图，在图2B中，示出沿图2A的Ⅱ(b)-Ⅱ(b)线的截面。

如图2A及B所示，扫气端口120遍及缸110的整个周围设有多个。而且，从扫气端口120，与活塞112的滑动动作对应地将活性气体吸入缸110内。该活性气体包含氧、臭氧等氧化剂，或者其混合气(例如空气)。

扫气端口120为从缸110的外部朝内部，沿相对于缸110的径向方向倾斜的方向引导扫气气体的形状。具体而言，扫气端口120沿相对于缸110的径向方向倾斜的方向延伸。另外，关于遍及缸110的整个周围设置的任一扫气端口120，相对于径向方向的倾斜都大致相等。结果，如在图2B中以箭头示出的那样，扫气成为涡旋流且在缸110内上升并流到排气端口114侧。

回到图1，在扫气室122中，封入有由未图示的增压机的压缩机加压的活性气体(例如空气)，通过扫气室122和缸110内的差压来从扫气端口120吸入活性气体。虽然能够使扫气室122的压力大致一定，但在扫气室122的压力变化的情况下，还可以在扫气端口120设置压力计，并与其测量值对应地控制燃料气体的喷射量等其他参数。

燃烧室124是由缸头110a、缸体110b中的缸衬套、和活塞112包围的空间。通过液体燃料供给部、燃料气体供给部、EGR供给部对燃烧室124供给液体燃料、燃料气体(气体燃料)、及EGR气体。关于这些供给部，为了使理解容易，之后在图1中省略图示来叙述。

旋转编码器126设于未图示的曲柄轴，检测曲柄轴的角度信号(以下，称为曲柄角度信号)。

调节器128基于从上位的控制装置输入的发动机输出指令值、以及根据来自旋转编码器126的曲柄角度信号的发动机转速，导出液体燃料、燃料气体、EGR气体分别的喷射量，并输出到供给控制部130。

供给控制部130基于从调节器128输入的表示液体燃料、燃料气体、EGR气体分别的喷射量的信息、以及来自旋转编码器126的曲柄角度信号，控制液体燃料供给部、燃料气体供给部、EGR供给部。

排气控制部132基于来自供给控制部130的表示液体燃料、燃料气体、EGR气体分别的喷射量的信息、以及来自旋转编码器126的曲柄角度信号，对排气阀驱动装置116输出排气阀操作信号。

图3是示出对缸110的燃料气体、液体燃料、及EGR气体的供给路径的概要的框图。燃料气体贮留部134及液体燃料贮留部136例如由储罐等构成，燃料气体贮留于燃料气体贮留部134，液体燃料贮留于液体燃料贮留部136。贮留于燃料气体贮留部134的燃料气体及贮留于液体燃料贮留部136的液体燃料分别通过燃料气体供给路径134a及液体燃料供给路径136a供给到缸110内。

另外，排气流路114a是与上述排气端口114连通的排气气体的流路。在排气流路114a设有三通阀138，三通阀138将因燃烧室124处的燃烧而产生且从排气端口114排气到缸110外的排气气体引导到排放歧管140侧。另外，三通阀138将排气气体的一部分引导至回流路径142，回流路径142回流到缸110。在本实施方式中，将回流到缸110的排气气体称呼为EGR气体。

三通阀138的开度例如与上述供给控制部130的控制对应地，配合喷射到缸110内的EGR气体的喷射量来调整。

在回流路径142设有压缩机144及热交换器146，在回流路径142中流通的排气气体(EGR气体)通过压缩机144而变得高压，并且在由热交换器146冷却之后供给到缸110内。

图4A及B是用于说明燃烧室124中的各供给部的配置的图，在图4A中，示出沿着图1的IV(a)-IV(a)线的截面，在图4B中，示出图4A的IV(b)向视图。在图4A及B中，为了使理解容易，概要地仅示出缸110内的燃烧室124及各供给部。

如图4A及B所示，在缸110(缸头110a)，设有液体燃料供给部148、燃料气体供给部150(气体供给部)、及EGR供给部152(气体供给部)。各供给部(液体燃料供给部148、燃料气体供给部150、及EGR供给部152)分别由喷射喷嘴构成，且通过供给控制部130的控制而工作。

液体燃料供给部148与液体燃料供给路径136a的下游端连通，以将贮留于液体燃料贮留部136的液体燃料喷射(供给)到缸110(燃烧室124)内。

燃料气体供给部150与燃料气体供给路径134a的下游端连通，以将贮留于燃料气体贮留部134的燃料气体喷射到缸110(燃烧室124)内。

EGR供给部152在本实施方式中由两个喷射喷嘴(第一EGR供给部152a、第二EGR供给部152b)构成，分别与回流路径142的下游端连通，以将在回流路径142中流通的EGR气体喷射到缸110(燃烧室124)内。

另外，如在图4A中以空白箭头所示的那样，在燃烧室124中，产生因从扫气端口120流入的活性气体引起的涡旋流。此时，第一EGR供给部152a与燃料气体供给部150相比配置在涡旋流的流动方向上游侧，例如，缸110的半周的范围内。另外，第二EGR供给部152b与液体燃料供给部148相比稍微配置在涡旋流的流动方向上游侧，例如，缸110的半周的范围内。该范围例如为将液体燃料供给部148的位置作为起点，向涡旋流的流动方向的上游侧，直到缸110的周向方向的一半的区域。

图5A及B是用于说明对燃烧室124的液体燃料、燃料气体、及EGR气体的供给的图。如图5A所示，首先，从第一EGR供给部152a及第二EGR供给部152b喷射EGR气体。严密地说，在从第一EGR供给部152a喷射EGR气体之后，从第二EGR供给部152b喷射EGR气体。

之后，如图5B所示，从液体燃料供给部148喷射液体燃料。然后，在液体燃料自动着火之后，从燃料气体供给部150喷射燃料气体。此时，随着涡旋流，从第二EGR供给部152b喷射的EGR气体向液体燃料供给部148的液体燃料的喷射方向流动，液体燃料供给部148朝该EGR气体喷射液体燃料。

另外，随着涡旋流，从第一EGR供给部152a喷射的EGR气体向燃料气体供给部150的燃料气体的喷射方向流动，燃料气体供给部150朝该EGR气体喷射燃料气体。

因此，在对缸110内供给的液体燃料及燃料气体的周围，EGR气体的浓度局部地变高。其结果，通过燃料气体及液体燃料周围的氧浓度的降低、EGR气体所包含的二氧化碳气体、水蒸气等比热大的气体的影响，抑制局部且过度的温度上升，以降低NOx的产生量。

另外，在燃烧室124之中，仅对被首先供给液体燃料及燃料气体的部分附近供给EGR气体。因此，与对燃烧室124内全部范围供给EGR气体的构成相比较，能够抑制EGR气体的供给量。

另外，第一EGR供给部152a及第二EGR供给部152b分别与燃料气体供给部150、液体燃料供给部148相比设于涡旋流的上游侧。因此，对随着涡旋流而流动且适度地扩散的EGR气体喷射燃料气体及液体燃料。其结果，燃料气体、液体燃料容易接触EGR气体，从而进一步降低NOx的产生量。

图6A～C是用于说明本实施方式的第一变形例、第二变形例、及第三变形例中的各供给部的配置的图。在图6A～C中，为了容易理解，对液体燃料供给部148及第二EGR供给部152b省略图示。

如图6A所示，在第一变形例中，与燃料气体供给部150相比在涡旋流的流动方向的下游侧，配置有第一EGR供给部252a。而且，第一EGR供给部252a朝涡旋流的流动方向的上游侧喷射EGR气体。如此，第一EGR供给部252a还可以与燃料气体供给部150相比配置在涡旋流的下游侧。

在此，第一EGR供给部252a配置为与燃料气体供给部150和燃料气体的喷射方向大致相向的朝向。但是，至少是在从第一EGR供给部252a喷射的EGR气体的流路上，从燃料气体供给部150喷射的燃料气体的流路交叉的位置关系即可。

另外，在第二变形例中，如图6B所示，与燃料气体供给部150相比在涡旋流的流动方向的上游侧配置有第一EGR供给部352a1，且在下游侧配置有第一EGR供给部352a2。上游侧的第一EGR供给部352a1朝涡旋流的流动方向的下游侧喷射EGR气体，下游侧的第一EGR供给部352a2朝涡旋流的流动方向的上游侧喷射EGR气体。

另外，在第三变形例中，如图6C所示，与燃料气体供给部150相比在涡旋流的流动方向的上游侧配置有两个第一EGR供给部452a1、452a2，且在下游侧配置有第一EGR供给部452a3。上游侧的第一EGR供给部452a1、452a2朝涡旋流的流动方向的下游侧喷射EGR气体，下游侧的第一EGR供给部452a3朝涡旋流的流动方向的上游侧喷射EGR气体。

如第二变形例及第三变形例所示，第一EGR供给部352a1、352a2、452a1、452a2、452a3还可以配置两个以上。

在上述第一～第三变形例中的任一者中，第一EGR供给部252a、352a1、352a2、452a1、452a2、452a3以在从燃料供给部150喷射燃料气体的时间点，EGR气体在适度地扩散的状态下位于从燃料气体供给部150喷射燃料气体的位置的方式设定配置及喷射定时。

另外，在第一～第三变形例中，在上述实施方式中，例示了变更第一EGR供给部152a的构成的情况。在此，虽然不详细叙述以避免冗长的说明，但关于第二EGR供给部152b，也能够进行同样的变更。

图7是示出本实施方式的第四变形例的对缸110的燃料气体、液体燃料、及EGR气体的供给路径的概要的框图。如图7所示，在第四变形例中，在回流路径142中的热交换器146的下游侧，设有混合室554。

另外，燃料气体供给路径534a连接于混合室554。在混合室554中，混合从热交换器146供给的EGR气体和从燃料气体贮留部134供给的燃料气体。

图8A及B是用于说明第四变形例的燃烧室124中的各供给部的配置的图。在图8A中，示出与第四变形例的图4A对应的位置的截面，在图8B中，示出图8A的VIII(b)向视图。在图8A及B中，为了使理解容易，概要地仅示出缸110内的燃烧室124及各供给部。

虽然在上述实施方式中，说明了第一EGR供给部152a及燃料气体供给部150设于缸头110a的构成，但在第四变形例中，如图8A及B所示，未设置第一EGR供给部152a及燃料气体供给部150，作为代替设有气体供给部556。

气体供给部556与回流路径142的下游端连通，以将在回流路径142的下游端中流通且在混合室554中混合的燃料气体及EGR气体的预混合气体喷射到缸110内。

如此，通过在混合室554处预先混合燃料气体和EGR气体，燃料气体和EGR气体的混合充分地进行，能够进一步降低NOx。

虽然在上述实施方式及变形例中，说明了通过扫气端口120产生涡旋流的构成，但还可以是扫气端口120沿缸110的径向方向延伸，不产生涡旋流的构成。

以上，参照附图对本公开的优选实施方式进行了说明，但无需赘言，本公开不限于此种实施方式。显然，本领域技术人员能够在权利要求书所记载的范畴内想到各种变更例或修正例，认为它们也当然属于本公开的技术范围内。

产业上的利用可能性

本公开能够利用于活塞通过燃料的爆炸压力而往复移动的往复式发动机。

符号说明

100 单流扫气式双循环发动机(往复式发动机)

110 缸

112 活塞

120 扫气端口

124 燃烧室

148 液体燃料供给部

150 燃料气体供给部(气体供给部)

152 EGR供给部(气体供给部)

152a、252a、352a1、352a2、452a1、452a2、452a3 第一EGR供给部

152b 第二EGR供给部

556 气体供给部