(57)【要約】【課題】  ＮＯｘを減少させつつ、排気ガスの温度上昇や燃焼室内の温度上昇を防止する。【解決手段】  複数の気筒２の燃焼室５の吸気弁１０と排気弁１２を電子制御システム２６で制御する。他の気筒が排気行程にあるときで、吸気行程でピストンが降下しているとき、気筒２の排気弁１２を電子制御システム２６が開くように制御し、排気マニホルド４２から排気ガスを燃焼室５内に導入する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に吸気弁と排気弁とを設けた気筒を備え、前記吸気弁と前記排気弁を駆動する駆動手段の制御を電子制御システムで行う舶用４ストロークディーゼル機関において、
前記電子制御システムが、前記吸気弁が開いている吸気行程中における前記燃焼室の圧力が低下している期間に、前記排気弁を開くように前記駆動手段を制御して、前記燃焼室内に排気ガスを導入する舶用４ストロークディーゼル機関。
【請求項２】
請求項１記載の舶用４ストロークディーゼル機関において、前記気筒が複数設けられ、前記各気筒の吸気弁は吸気マニホルドを介して接続され、前記各気筒の排気弁は排気マニホルドを介して接続され、前記各気筒が前記吸気行程にあるとき、他の前記気筒のいずれかが排気行程にあるように、前記各気筒の４行程の位相が互いに異なっている舶用４ストロークディーゼル機関。
【請求項３】
請求項１記載の舶用４ストロークディーゼル機関において、前記電子制御システムが、前記吸気行程中に、前記ディーゼル機関の運転状況に応じて前記排気弁の駆動手段を制御する舶用４ストロークディーゼル機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、舶用４ストロークディーゼル機関に関し、主に窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を低減するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
地球環境保護の観点から、船舶のディーゼル機関から排出されるＮＯｘによる大気汚染を防止するために、ＮＯｘ排出量に対する規制が実施されている。ディーゼル機関から排出されるＮＯｘを低減するための手法としてＥＧＲがある。ＥＧＲは、ディーゼル機関の燃焼室から排出された排気ガスの一部を排気管から分岐して、冷却器によって温度を下げた後に、吸気管に導き、燃焼室内に取り入れるものである。このＥＧＲを応用した技術として特許文献１に開示されているものがある。
【０００３】
特許文献１の技術では、舶用の３気筒の４ストロークディーゼル機関において、第１気筒の排気弁が開いて、第１気筒から排気マニホルドへの排気が行われている状態で、既に開いている第３気筒の排気弁が閉じ終わらないようにして排気マニホルドから排気ガスを第３気筒の燃焼室に逆流させ、その後に第３気筒の吸気弁を開くものである。これら吸気弁及び排気弁は、カムによって開閉されている。
【０００４】
一般に、吸気弁を開いたときの吸気圧力は、既に開いている排気弁側の排気圧力よりも高い。第３気筒の吸気弁を開いたときに排気弁が開かれていると、吸気圧力が排気圧力よりも高いために、燃焼室内に排気弁を介して排気ガスが逆流しない。そこで、特許文献１の技術では、第３気筒の吸気弁を開くタイミングを遅らせて、排気ガスを燃焼室内に逆流させている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−８３３２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の技術では、吸気弁の開時期を遅らせているので、排気ガスが供給される期間と新しい空気が供給される期間とのオーバーラップ期間が短く、吹き抜け空気量が少なくなり、排気温度の上昇や燃焼室内部材の温度上昇が懸念される。従って、排気ガスによって駆動されて吸気マニホルドへ新しい空気を送る過給機の寿命が短くなったり、燃焼室の寿命が短くなったりする怖れがある。また、カムによって吸気弁及び排気弁を開閉しているので、吸気弁及び排気弁の開閉タイミングは、常に一定であり、低負荷から高負荷までの広い範囲で、開閉タイミングを最適化することができない。
【０００７】
本発明は、ＮＯｘを減少させることができる上に、排気ガスの温度上昇や燃焼室内の温度上昇を防止することができ、また最適なタイミングで排気弁を開くことによって低負荷から高負荷の広い範囲で最適化が可能な舶用４ストロークディーゼル機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様による舶用４ストロークディーゼル機関は、燃焼室に吸気弁と排気弁とを設けた気筒を有し、前記吸気弁と前記排気弁を駆動する駆動手段の制御を電子制御システムで行うものである。気筒内にはピストンが設けられている。また、燃料噴射手段も設けられている。前記電子制御システムが、前記吸気弁を開いている吸気行程中において燃焼室内の圧力が低下しているとき、例えば前記ピストンが降下している最中に、前記排気弁を開くように前記駆動手段を制御して、前記燃焼室内に排気ガスを導入する。
【０００９】
このように構成された舶用４ストロークディーゼル機関では、吸気弁が開かれて、新しい空気が燃焼室に導入されている状態において、例えばピストンが降下している最中で、燃焼室内の圧力が低下している際に、排気弁を開くことによって、排気ガスを燃焼室内に導入している。これによって窒素酸化物を減少させることができる。このように吸気行程中の圧力低下時に排気弁を開く構成であるので、排気行程中の排気弁が開いている状態において、吸気弁を開くことができる。即ち、上述した特許文献１のように吸気弁を開くタイミングを遅くする必要が無く、排気弁と吸気弁とが共に開いているオーバーラップ時間を長くとることができ、吹き抜け空気量を多くすることができ、排気ガスの温度や燃焼室内部材の温度の上昇を防止でき、燃焼室の長寿命化を図ることができる上に、過給機を設けていても、その長寿命化を図ることができる。
【００１０】
上述した気筒を複数設けることができる。この場合、各気筒の排気弁は排気マニホルドを介して接続され、各吸気弁も吸気マニホルドを介して接続されている。各気筒における４行程は、互いに異なる位相に設定され、各気筒が吸気行程にあるとき、他のいずれかの気筒は排気行程にある。
【００１１】
このように構成すると、或る気筒が吸気行程にあるとき、当該気筒の排気弁を開くことによって、排気行程にある他の気筒から排気ガスを排気マニホルドを介して当該気筒の燃焼室に供給することができる。
【００１２】
前記電子制御システムが、吸気行程中に、ディーゼル機関の運転状況に応じて前記排気弁の駆動手段を制御することもできる。運転状況としては、例えばディーゼル機関の回転数や出力がある。
【００１３】
このように構成すると、負荷の状況に応じて最適なタイミング及び期間に排気ガスを、吸気行程中の気筒に供給することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明によれば、窒素酸化物を減少させることができる上に、排気ガスの温度上昇や燃焼室内の温度上昇を防止することができる。また低負荷から高負荷の広い範囲で最適化が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の一実施形態の舶用４ストロークディーゼル機関は、図１に示すように、気筒２を有している。この気筒２内に、ピストン４が配置され、気筒２内をその長さ方向に沿って摺動可能である。ピストン４の上部側の気筒２内が燃焼室５となる。このピストン４にはコネクティングロッドを介してクランクに接続されているが、図示は省略してある。燃焼室５には、吸気弁座６と排気弁座８とが形成されている。吸気弁座６を開閉する吸気弁１０が設けられ、排気弁座８を開閉する排気弁１２が設けられている。
【００１６】
吸気弁座６は吸気管１４、空気冷却器１６を介して過給機１８のコンプレッサ２０に接続されている。排気弁座８は排気管２２を介して過給機１８のタービン２４に接続されている。タービン２４がコンプレッサ２０を駆動している。
【００１７】
吸気弁１０、排気弁１２は、電子制御システム２６によって制御される。電子制御システム２６は、図２に示すように、ＣＰＵのような制御手段及びメモリのような記憶手段からなるコントローラ２８を有し、このコントローラ２８が吸気弁駆動装置３０及び排気弁駆動装置３２を制御することによって吸気弁１０、排気弁１２が弁座６、８から離れて開いたり、弁座６、８に着座して閉じたりする。また、図１には示していないが、燃焼室５内に燃料を噴射する燃料噴射装置３４も設けられており、コントローラ２８が制御する。燃料噴射装置３４には、燃料噴射ポンプから燃料が供給される。
【００１８】
コントローラ２８が、制御を行うために、クランクの角度を検出し、そのクランク角度をコントローラ２８に出力するクランク角度検出部３６と、このディーゼル機関の回転数を検出し、その回転数をコントローラ２８に出力する回転数検出部３８とが、設けられている。また、コントローラ２８は、クランク角度からピストン４の位置を判別する。また、燃料噴射ポンプのラックの目盛りを検出する目盛りセンサが設けられ、コントローラ２８は、この目盛りセンサの出力と、回数検出部３８の出力とから、ディーゼル機関の出力を算出している。
【００１９】
図１に示す気筒２、ピストン４、吸気弁１０、排気弁１２等からなるセットは、複数、例えば３つ設けられており、吸気弁座６は吸気マニホルド４０によって互いに接続され、排気弁座８は、排気マニホルド４２によって互いに接続されている。なお、電子制御システム２６は、気筒２ごとに設けることもできるし、各気筒２に共通に１台だけ設けることもできる。
【００２０】
この舶用４ストロークディーゼル機関は、例えば図３に示すように動作する。なお、以下の説明では、このディーゼル機関が備える３つの気筒２を、気筒２ａ、２ｂ、２ｃと称する。
【００２１】
例えば気筒２ａにおいてピストン４が下死点にあり、燃焼室５内に新しい空気が供給されているとする。この状態からピストンが上死点に向かって上昇し、燃焼室５内の空気を圧縮する（圧縮行程）。
【００２２】
上死点に到達する直前から上死点に到達した後まで、コントローラ２８が燃料噴射装置３４に燃焼室５内に燃料を噴射させ、燃料の爆発を生じさせる（爆発行程）。これによってピストン４が下死点に向かって降下する。
【００２３】
下死点に到達する前で下死点に対するクランクの角度が６０度のタイミングで排気弁１２を開くように、排気弁駆動装置３２をコントローラ２８が制御する。ピストン４が下死点から上死点に向かって移動する間、燃焼室から排気が行われる（排気行程）。排気弁１２は、ピストン４が上死点に到達し、クランクが上死点に対して３０度の角度をなすまで開かれており、この３０度の角度をなしたタイミングで、コントローラ２８が排気弁駆動装置３２に排気弁１２を閉じさせる。
【００２４】
一方、上死点にピストン４が到達する前で、クランクが上死点に対して５５度の角度をなすタイミングで、コントローラ２８は吸気弁駆動装置３０に吸気弁１０を開かせる。この吸気弁１０が開いた状態は、ピストン４が上死点に到達し、下死点に向かって降下している間も継続し、さらに下死点に到達した後、上死点に向かって移動してクランクが下死点に対して４０度の角度をなすタイミングまで、吸気弁１０は開かれる。この間に燃焼室５内に新しい空気が供給される（吸気行程）。４０度の角度をなすタイミングで吸気弁１０が閉じられる。以下、同様に気筒２ａは動作を繰り返す。
【００２５】
気筒２ｂ、２ｃも同様に動作するが、気筒２ｂは、気筒２ａに対してクランクの角度で２４０度遅れて動作し、気筒２ｃは、気筒２ａに対してクランクの角度で２４０度進んで動作している。
【００２６】
いずれの気筒２ａ、２ｂ、２ｃにおいても、吸気行程において、ピストン４が降下中に、コントローラ２８が排気弁１２を所定期間、例えばクランク角度で３０度の間、開く。いずれかの気筒が吸気行程にあるとき、他の気筒は排気行程にある。例えば気筒２ａが吸気工程にあるとき、気筒２ｂが排気行程にあり、気筒２ｂが吸気工程にあるとき、気筒２ｃが排気行程にあり、気筒２ｃが吸気行程にあるとき、気筒２ａが排気行程にある。従って、気筒２ａ、２ｂ、２ｃのいずれであっても、吸気行程の途中で排気弁を開くと、排気マニホルド４２を介して排気ガスが供給される。この排気弁１２が開かれたとき、ピストン４が降下しているので、燃焼室５内の圧力は排気ガスの圧力よりも低く、燃焼室５内に流入する。従って、吸気行程中に排気ガスを燃焼室５内に取り入れることができ、窒素酸化物の排出量を低減することができる。
【００２７】
しかも、吸気行程においてピストン４が降下中であるタイミングで、排気弁１２を開いて排気ガスを燃焼室５内に導入しているので、上死点にピストン４が到達する前で、クランクが上死点に対して５５度の角度をなす、既に排気弁１２が開かれているタイミングから吸気弁１０を開くことができる。排気弁１２と吸気弁１０とが開いているオーバーラップの状態は、クランクが上死点に対して３０度の角度をなして排気弁１２が閉じられるまで継続する。その結果、オーバーラップ時間が長くなり、吹き抜け空気量が多くなり、排気ガスの温度を低下させたり、燃焼室５の部材の温度上昇が防止したりすることができる。従って、過給機１８や燃焼室５の長寿命化を図ることができる。
【００２８】
上記の実施形態における吸気弁１０及び排気弁１２が開閉する角度は、それぞれ一例にすぎず、機関形式によっては、これら角度は変更されることがある。
【００２９】
上記の例では、吸気弁１０及び排気弁１２の開閉角度は、ディーゼル機関の運転中は変更されずに、一定として説明したが、これら角度は、ディーゼル機関の回転数や出力の変化に応じて最適なものに変更することができる。そのため、コントローラ２８には、上述したクランク角度検出部３６と、回転数検出部３８と、燃料ポンプラック目盛りセンサが、接続され、コントローラ２８は、ディーゼル機関の出力も判別している。
【００３０】
上記の実施形態では、ディーゼル機関は３気筒のものを示したが、これに限ったものではなく、複数気筒を備えたものであれば種々のものを使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の１実施形態のディーゼル機関の構成図である。
【図２】図１のディーゼル機関の電子制御システムのブロック図である。
【図３】図１のディーゼル機関の吸排気行程図である。
【符号の説明】
【００３２】
２  気筒
４  ピストン
５  燃焼室
１０  吸気弁
１２  排気弁
２６  電子制御システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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