(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内の燃焼室に、パイロット燃料噴射装置から着火用油燃料を噴射すると共に、ガス燃料噴射装置からガス燃料を噴射する二元燃料ディーゼルエンジンの運転方法において、
前記燃焼室に油燃料のみを噴射する単独燃焼モードで二元燃料ディーゼルエンジンを運転する第１工程と、
前記単独噴射モードで運転中に、置換ガスの供給圧より前記燃焼室の圧力が下回った時、前記ガス燃料噴射装置から置換ガスを噴射し、該ガス燃料噴射装置の噴射口に付着した燃焼残渣を除去する第２工程とからなることを特徴とする二元燃料ディーゼルエンジンの運転方法。
【請求項２】
前記ガス燃料噴射装置に置換ガス供給路を介して接続された置換ガス貯留タンクが設けられ、
前記第２工程は、前記燃焼室の圧力が前記置換ガス貯留タンクの圧力より低下した時、該置換ガス貯留タンクから置換ガスを前記燃焼室に噴射する工程であることを特徴とする請求項１に記載の二元燃料ディーゼルエンジンの運転方法。
【請求項３】
シリンダと、該シリンダ内を往復動するピストンと、該シリンダと共に燃焼室を形成するシリンダヘッドと、油燃料を噴射するパイロット燃料噴射装置及びガス燃料を噴射するガス燃料噴射装置とを備えた二元燃料ディーゼルエンジンにおいて、
前記パイロット燃料噴射装置に油燃料を供給する油燃料供給装置と、
前記ガス燃料噴射装置にガス燃料を供給するガス燃料供給装置と、
前記ガス燃料噴射装置に置換ガスを供給する置換ガス供給装置と、
前記ピストンの位置を検出するピストン位置検出装置と、
前記燃焼室に油燃料のみを噴射する単独噴射モードで運転中であって、置換ガスの供給圧より前記燃焼室の圧力が下回った時、前記ガス燃料噴射装置から置換ガスを噴射させる制御装置とを備えていることを特徴とする二元燃料ディーゼルエンジン。
【請求項４】
前記ガス燃料供給装置は、前記ガス燃料噴射装置にガス燃料供給路を介して接続されたガス燃料貯留タンクと、該ガス燃料供給路に設けられた第１の開閉弁とで構成され、
前記置換ガス供給装置は、前記第１の開閉弁の下流側で前記ガス燃料供給路から分岐した置換ガス供給路を介して接続された置換ガス貯留タンクと、該置換ガス供給路に設けられた第２の開閉弁とで構成され、
さらに、前記置換ガス供給路の分岐点より下流側で前記ガス燃料供給路から分岐した大気導入路と、該大気導入路に設けられた第３の開閉弁とを備え、
前記制御装置により前記各開閉弁を制御可能に構成したことを特徴とする請求項３に記載の二元燃料ディーゼルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油燃料とガス燃料とを噴射し、圧縮着火性が良い軽油などの油燃料をパイロット燃料とし、該油燃料を自己着火させることで、ガス燃料を燃焼させる二元燃料ディーゼルエンジン及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、天然ガス等のガス燃料を主燃料とし、圧縮着火性の良い油燃料をパイロット燃料とし、高温下の燃焼室内で油燃料を自己着火させることで、主燃料であるガス燃料を燃焼させる二元燃料ディーゼルエンジンが公知である。二元燃料ディーゼルエンジンは、燃焼空気と混合しやすいガス燃料を用いることで、不完全燃焼をなくし、排ガスの低公害化を図ると共に、燃料コストの削減を図ることを目的としている。
【０００３】
特許文献１及び特許文献２には、二元燃料ディーゼルエンジンが開示されている。特許文献１の二元燃料ディーゼルエンジンは、パイロット燃料噴射弁をガス燃料噴射弁のスワール流方向上流側に位置させ、かつパイロット燃料及びガス燃料をスワールの流れ方向に噴射させることで、ガス燃料を確実に着火させるようにしている。特許文献２は、既存のディーゼルエンジンを低コストで二元燃料ディーゼルエンジンに改造可能な二元燃料ディーゼルエンジンの構成を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６２−４５３３９号の明細書及び図面
【特許文献２】特開２００３−１９３８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
二元燃料ディーゼルエンジンでは、油燃料とガス燃料とを同時に噴射する二元燃焼モードと、油燃料のみを単独で噴射する単独燃焼モードとがある。単独燃焼モードは、例えば、運転開始直後の極低負荷運転領域で行われる。ところが、単独燃焼モード中に、ガス燃料噴射装置の噴射口に燃焼残渣が付着し、噴射口を閉塞するおそれがある。これによって、二元燃焼モードへの円滑な移行が妨げられる問題がある。
【０００６】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、二元燃料ディーゼルエンジンにおいて、単独燃焼モードで運転中に、ガス燃料噴射装置の噴射口の閉塞をなくし、単独燃焼モードから二元燃焼モードへの移行を円滑に行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明の二元燃料ディーゼルエンジンの運転方法は、燃焼室に油燃料のみを噴射する単独噴射モードで二元燃料ディーゼルエンジンを運転する第１工程と、単独燃焼モードで運転中に、置換ガスの供給圧より燃焼室の圧力が下回った時、ガス燃料噴射装置から置換ガスを噴射し、該ガス燃料噴射装置の噴射口に付着した燃焼残渣を除去する第２工程とからなる。
【０００８】
これによって、油燃料のみを噴射する単独噴射モードで運転中に、ガス燃料噴射装置の噴射口に付着した燃焼残渣を吹き飛ばし、該噴射口の閉塞を防止できる。そのため、単独燃焼モードから二元燃焼モードへの移行を円滑に行うことができる。置換ガスの供給圧より燃焼室の圧力が下回った時とは、例えば、ピストンが下死点領域にあり、燃焼室の圧力が低下した時である。かかる時、ガス燃料噴射装置から置換ガスを噴射するのが容易になる。置換ガスは、例えば、窒素ガスなどの不活性ガスや、空気などを用いる。
【０００９】
置換ガスの供給装置が、燃焼室の圧力がガス燃料噴射装置に置換ガス供給路を介して接続された置換ガス貯留タンクで構成されているとき、前記第２工程は、燃焼室の圧力が置換ガス貯留タンクの圧力より低下した時、該置換ガス貯留タンクから置換ガスを燃焼室に噴射するものであるとよい。これによって、該置換ガス供給路に設けられた開閉弁を開放するだけで、置換ガス貯留タンクの圧力で置換ガスを燃焼室に供給できる。そのため、置換ガスの供給に何らの駆動装置を必要としない。
【００１０】
前記本発明方法の実施に直接使用可能な本発明の二元燃料ディーゼルエンジンは、前記目的を達成するため、パイロット燃料噴射装置に油燃料を供給する油燃料供給装置と、ガス燃料噴射装置にガス燃料を供給するガス燃料供給装置と、ガス燃料噴射装置に置換ガスを供給する置換ガス供給装置と、ピストンの位置を検出するピストン位置検出装置と、燃焼室に油燃料のみを噴射する単独噴射モードで運転中であって、置換ガスの供給圧より燃焼室の圧力が下回った時、ガス燃料噴射装置から置換ガスを噴射させる制御装置とを備えている。
【００１１】
前記構成によって、油燃料のみを噴射する単独噴射モードで運転中に、ガス燃料噴射装置から置換ガスを噴射することで、ガス燃料噴射装置の噴射口に付着した燃焼残渣を吹き飛ばし、ガス燃料噴射装置の噴射口の閉塞を防止できる。そのため、単独燃焼モードから二元燃焼モードへの移行を円滑に行うことができる。また、置換ガスの供給圧より燃焼室の圧力が下回った時、ガス燃料噴射装置から置換ガスを噴射することで、置換ガスの噴射が容易になる。
【００１２】
前記構成において、ガス燃料供給装置は、ガス燃料噴射装置にガス燃料供給路を介して接続されたガス燃料貯留タンクと、該ガス燃料供給路に設けられた第１の開閉弁とを備え、置換ガス供給装置は、第１の開閉弁の下流側でガス燃料供給路から分岐した置換ガス供給路を介して接続された置換ガス貯留タンクと、該置換ガス供給路に設けられた第２の開閉弁とを備え、さらに、置換ガス供給路の分岐点より下流側でガス燃料供給路から分岐した大気導入路と、該大気導入路に設けられた第３の開閉弁とを備え、制御装置により前記各開閉弁の開閉動作を制御可能に構成するとよい。
【００１３】
前記構成によって、制御装置で第１〜第３開閉弁を制御するだけの簡単な機構で、単独燃焼モードにおける置換ガスの噴射を自動化できる。また、二元燃焼モードと単独燃焼モード間の切替え時に、ガス燃料供給路に残留したガス燃料又は置換ガスを大気導入路から大気中へ放出できる。そのため、切換え直後に、前の残留ガスがガス燃料噴射装置から噴射されず、次のガスの切替え供給をスムーズに行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、油燃料のみを噴射する単独噴射モードで運転中に、ガス燃料噴射装置から置換ガスを噴射することで、ガス燃料噴射装置の噴射口に付着した燃焼残渣を吹き飛ばすことができる。これによって、ガス燃料噴射装置の噴射口の閉塞を防止し、単独燃焼モードから二元燃焼モードへの移行を円滑に行うことができる。また、ピストンが下死点領域にあり燃焼室が低圧の時、ガス燃料噴射装置から置換ガスを噴射することで、置換ガスの噴射が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明方法及び装置の一実施形態に係る二元燃料ディーゼルエンジンの正面視断面図である。
【図２】前記実施形態に係る二元燃料ディーゼルエンジンの横断面図である。
【図３】前記実施形態における燃焼室内圧力と置換ガス噴射時期との関係を示す線図である。
【図４】前記実施形態において、置換ガス噴射を行う操作手順を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００１７】
本発明を適用した二元燃料ディーゼルエンジンの一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。本実施形態は、２サイクルの二元燃料ディーゼルエンジンに本発明を適用した例である。
【００１８】
図１において、本実施形態の二元燃料ディーゼルエンジン１０は、円筒状のシリンダ１２と、シリンダ１２の上端に結合されたシリンダヘッド１４と、シリンダ１２の内部に往復動自在に収容されたピストン１６とを備えている。シリンダ１２の周壁１２ａと、シリンダヘッド１４とピストン１６の頂面１６ａとで、燃焼室ｃを形成している。ピストン１６の外周面にピストンリング１８が設けられ、ピストン外周面とシリンダ周壁１２ａ間をシールしている。
【００１９】
シリンダ下部領域の周壁１２ａには、周方向に等間隔に複数の掃気ポート２０が開口している。掃気ポート２０は、下死点領域にあるピストン１６の頂面１６ａ(図１中に二点鎖線で表示)より上方位置に形成されており、ピストン１６が下死点領域に位置した時、掃気ポート２０から燃焼室ｃに空気が供給されるようになっている。
【００２０】
また、シリンダヘッド１４の中央に排気ポートが開口すると共に、該排気ポートに、該排気ポートを開閉する排気バルブ２２が設けられている。この排気バルブ２２は、ピストン１６が上昇工程にある掃気行程時に、ピストン１６が上死点の手前約１００°の位置に到達するまで開放される。そして、掃気ポート２０から燃焼室ｃに供給された空気によって、燃焼室ｃに残留する前行程の排ガスが掃気されるようになっている。
【００２１】
シリンダヘッド１４には、排気バルブ２２の周囲に、２組の二元燃料噴射装置２４ａ及び２４ｂが設けられている。二元燃料噴射装置２４ａ、２４ｂは、シリンダ１２の中心軸線に対して対称となる位置に、互いに１８０°間隔で配置されている。二元燃料噴射装置２４ａ、２４ｂは、燃焼室ｃに天然ガス等のガス燃料ｇを噴射するガス燃料インジェクタ２６と、同じく燃焼室ｃに圧縮着火性の良い油燃料ｏを噴射するパイロット燃料インジェクタ２８とで構成されている。
【００２２】
ガス燃料インジェクタ２６及びパイロット燃料インジェクタ２８は、エンジン・コントロール・ユニット（ＥＣＵ）３０とケーブル３２で接続され、燃料噴射動作がＥＣＵ１２によって制御される。ＥＣＵ３０は、クランク軸３４の回転角を検出するクランク角センサー３６とケーブル３８を介して接続されている。ＥＣＵ３０は、クランク角センサー３６からケーブル３８を介してクランク軸３４の回転角の検出信号を受信することで、ピストン１６の位相を検出する。
【００２３】
ガス燃料インジェクタ２６及びパイロット燃料インジェクタ２８は、ＥＣＵ３０から送信される信号によって、所定のタイミングで燃焼室ｃにガス燃料ｇ及び油燃料ｏを噴射する。ピストン１６が上死点近傍（例えば、上死点の０°〜１０°手前）にあるとき、ガス燃料インジェクタ２６及びパイロット燃料インジェクタ２８がほぼ同時に夫々の燃料を噴射する。高温雰囲気下にある燃焼室ｃにおいて、圧縮着火性の良い油燃料ｏが自己着火し、これにより、ほぼ同時に噴射されたガス燃料ｇが燃焼し、燃焼室ｃに火炎が生成される。
【００２４】
二元燃料ディーゼルエンジン１０の近傍に、油燃料貯留タンク４０、ガス燃料貯留タンク４２及び置換ガス貯留タンク４４が設けられている。油燃料貯留タンク４０と二元燃料噴射装置２４ａ、２４ｂの油燃料インジェクタ２８とは、油燃料供給路４６で接続されている。油燃料供給路４６には、液ポンプ４８が設けられている。ガス燃料貯留タンク４２と二元燃料噴射装置２４ａ、２４ｂのガス燃料インジェクタ２６とは、ガス燃料供給路５０で接続されている。油燃料貯留タンク４０には油燃料が貯留され、ガス燃料貯留タンク４２には、天然ガス等のガス燃料が加圧状態で貯留されている。
【００２５】
ガス燃料供給路５０には電磁開閉弁Ｖ１が設けられている。ガス燃料供給路５０と置換ガス貯留タンク４４とは、置換ガス供給路５２で接続されている。置換ガス供給路５２は、電磁開閉弁Ｖ１の下流側でガス燃料供給路５０に接続されている。置換ガス貯留タンク４４には、置換ガスとして、窒素ガス等の不活性ガス又は空気が加圧状態で貯留されている。また、ガス燃料供給路５０には、置換ガス供給路５２の接続点より下流側で大気導入路５４が接続されている。大気導入路５４には電磁開閉弁Ｖ３が設けられている。液ポンプ４８及び電磁開閉弁Ｖ１〜Ｖ３とＥＣＵ３０とは、ケーブル５６で接続され、ＥＣＵ３０によってこれらの作動が制御される。
【００２６】
かかる構成において、極低負荷運転領域を除いて、通常、二元燃料噴射装置２４ａ、２４ｂからガス燃料ｇ及び油燃料ｏの両方が噴射される（二元燃焼モード）。通常負荷運転から極低負荷運転領域に移行する場合、あるいはその他の状況において、ガス燃料インジェクタ２６からガス燃料の噴射を停止し、油燃料インジェクタ２８から油燃料ｏのみを噴射する（単独燃焼モード）。
【００２７】
図３において、ラインＡは燃焼室ｃの圧力を示し、ラインＢは置換ガス貯留タンク４４内の置換ガスの圧力を示し、ラインＣはガス燃料インジェクタ２６から置換ガスを噴射する時期を示す。置換ガス貯留タンク４４内の置換ガス圧は一定に保持されている。ガス燃料インジェクタ２６から置換ガスを噴射する時期ｄは、ピストン１６が下死点領域に位置し、燃焼室ｃの圧力が置換ガス貯留タンク４４内圧力より低い時間帯Ｒとなるように選択されている。
【００２８】
二元燃焼モードから単独燃焼モードへ移行する時、本実施形態では、ＥＣＵ３０により、図４に示す手順で、電磁開閉弁Ｖ１、Ｖ２及びＶ３の開閉動作を行う。図４において、二元燃焼モードの時、ＥＣＵ３０の制御によって、電磁開閉弁Ｖ１は開いており、電磁開閉弁Ｖ２及びＶ３は閉じている。単独燃焼モードに移行するとき、電磁開閉弁Ｖ１を閉じ、ガス燃料を遮断する。次に、電磁開閉弁Ｖ３を開き、ガス燃料供給路５０に残留したガス燃料を系外へ放出する。
【００２９】
次に、電磁開閉弁Ｖ２を開き、ガス燃料供給路５０に置換ガス貯留タンク４４から置換ガスを導入し、ガス燃料供給路５０を置換ガスで置換する。この置換が完了したら、電磁開閉弁Ｖ２及びＶ３を閉じる。次に、電磁開閉弁Ｖ２を開き、置換ガスをガス燃料インジェクタ２６から噴射する。これによって、単独燃焼モード時に、ガス燃料インジェクタ２６の噴射口に付着した燃焼残渣を吹き飛ばし、該噴射口の閉塞を防止できる。
【００３０】
次に、この状態から二元燃焼モードに戻すには、まず電磁開閉弁Ｖ２を閉じ、その後、電磁開閉弁Ｖ３を開いて、ガス燃料供給路５０の置換ガスを系外へ放出する。次に、電磁開閉弁Ｖ１を開き、ガス燃料供給路５０をガス燃料で置換する。次に電磁開閉弁Ｖ３を閉じ、ガス燃料ｇをガス燃料インジェクタ２６に供給する。
【００３１】
本実施形態によれば、油燃料ｏのみを噴射する単独噴射モードで運転中に、ガス燃料インジェクタ２６から置換ガスを噴射することで、ガス燃料インジェクタ２６の噴射口に付着した燃焼残渣を吹き飛ばすことができる。これによって、ガス燃料インジェクタ２６の噴射口の閉塞をなくし、単独燃焼モードから二元燃焼モードへの移行を円滑に行うことができる。また、ピストン１６が下死点領域にあり、燃焼室ｃの圧力が置換ガス貯留タンク４４の内部圧力より低圧の時間帯Ｒに、置換ガスを噴射することで、置換ガスの噴射が容易になる。
【００３２】
さらに、ＥＣＵ３０によって電磁開閉弁Ｖ２を開けるだけで、不活性ガス貯留タンク４４内の置換ガスは、自らの圧力でガス燃料インジェクタ２６から噴射する。そのため、置換ガスの噴射に何らの駆動装置を必要とせず、低コストとなる。また、ＥＣＵ３０で電磁開閉弁Ｖ１、Ｖ２及びＶ３を制御するだけの簡単な制御機構で自動化が可能になる。さらに、二元燃焼モードと単独燃焼モード間の切替え時に、ガス燃料供給路５０に残留したガス燃料又は置換ガスを大気導入路５４から大気中へ放出できる。そのため、切換え直後に、前の残留ガスがガス燃料インジェクタ２６から噴射されず、次のガスへの切替え供給をスムーズに行うことができる。
【００３３】
なお、本実施形態は、シリンダヘッド１４に２組の二元燃料噴射装置２４ａ、２４ｂを設けた例であるが、二元燃料噴射装置が１組又は３組以上でも本発明を適用できる。また、本実施形態は、２サイクルの二元燃料ディーゼルエンジンに本発明を適用した例であるが、本発明は、４サイクルの二元燃料ディーゼルエンジンにも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明によれば、油燃料のみ噴射する単独燃焼モードで運転中に、ガス燃料噴射装置の噴射口の閉塞をなくし、単独燃焼モードから二元燃焼モードへの移行を円滑に行うことができる。
【符号の説明】
【００３５】
１０                          二元燃料ディーゼルエンジン
１２                          シリンダ
１２ａ                      周壁
１４                          シリンダヘッド
１６、４２                    ピストン
１６ａ                      頂面
１８                          ピストンリング
２０                          掃気ポート
２２                          排気バルブ
２４ａ、２４ｂ                二元燃料噴射装置
２６                        ガス燃料インジェクタ
２８                        パイロット燃料インジェクタ
３０                          エンジン・コントロール・ユニット（ＥＣＵ）
３２、３８、５６              ケーブル
３４                          クランク軸
３６                          クランク角センサー
４０                          油燃料貯留タンク
４２                          ガス燃料貯留タンク
４４                          置換ガス貯留タンク
４６                          油燃料供給路
４８                          液ポンプ
５０                          ガス燃料供給路
５２                          置換ガス供給路
５４                          大気導入路
Ａ                            燃焼室圧力ライン
Ｂ                            置換ガス圧力ライン
Ｃ                            置換ガス噴射時期ライン
Ｖ１                          電磁開閉弁（第１の開閉弁）
Ｖ２                          電磁開閉弁（第２の開閉弁）
Ｖ３                          電磁開閉弁（第３の開閉弁）
ｃ                            燃焼室
ｄ                            置換ガス噴射時期
ｇ                            ガス燃料
ｏ                            油燃料
【図１】
0005851918.tif 000002
【図２】
0005851918.tif 000003
【図３】
0005851918.tif 000004
【図４】
0005851918.tif 000005