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JP5698292B2 - Internal combustion engine operating method equipped with large reciprocating piston with crosshead and appropriate engine accordingly - Google Patents
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Internal combustion engine operating method equipped with large reciprocating piston with crosshead and appropriate engine accordingly Download PDF

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Description

本発明は、クロスヘッド付き大型往復運動ピストンを装備した内燃機関の運転方法に関するものである。   The present invention relates to a method of operating an internal combustion engine equipped with a large reciprocating piston with a crosshead.

技術背景Technical background

このエンジン(以下、機関をエンジンと称する)は、燃焼室を囲み各ピストンにより区分される少なくとも1個のシリンダを備え、クロスヘッド機能を有する手段を介して回転可能な出力クランクシャフトに連結する前記ピストンを備えている。エンジンの動作周期中に、この燃焼室内では、特に前記燃焼室に直接供給される燃料により燃焼が行われる。前記シリンダの第2の端部から第1の端部に向って、加圧された掃気ガスの導入によって、この燃焼後の掃気が行われる。そして、前記燃焼室において燃焼作用により発生した燃焼生成物は、少なくともその1部が、その後に前記エンジンから大気へ放出される排気ガス中のNOx含有物を減少させるために、再循環に利用される。そして、前記シリンダの第1の端部において、排気口の開口により排気ガスが、再循環ガス排出口の開口により再循環ガスが、前記燃焼室から排出される。   The engine (hereinafter referred to as an engine) includes at least one cylinder that surrounds a combustion chamber and is divided by each piston, and is coupled to a rotatable output crankshaft through means having a crosshead function. It has a piston. During the operating period of the engine, combustion takes place in this combustion chamber, in particular with fuel supplied directly to the combustion chamber. This combustion scavenging is performed by introducing pressurized scavenging gas from the second end of the cylinder toward the first end. And at least a part of the combustion products generated by the combustion action in the combustion chamber is used for recirculation in order to reduce NOx-containing substances in the exhaust gas that is subsequently released from the engine to the atmosphere. The At the first end of the cylinder, exhaust gas is discharged from the combustion chamber through the opening of the exhaust port, and recirculated gas is discharged from the opening of the recirculation gas discharge port.

上記のごとき種類のエンジンは、DE 10 2005 057 207 A1特許公報(特許文献1)に記載されており、この公報には、排気口の開口段階の開始前に、再循環ガス排出口の開口段階が開始されることが記述されている。この理由は、希薄化されていない燃焼ガスを、再循環のために確保する必要があるためである。しかし、この燃焼ガスは非常な高温であり加圧されているので、この高温・加圧された燃焼ガスが通過する再循環ガス排出口制御用バルブは、厳しい熱応力を受けることになる。この問題を解消するため、DE 10 2005 057 207 A1特許公報では、燃焼ガスが通過する排気バルブとして、また、 再循環ガスが通過する吸気バルブとして、交互に動作する2個の再循環ガス用バルブを提案している。しかし、このような2個のバルブを配置することは、非常に複雑となり、コスト高になる。   An engine of the kind described above is described in DE 10 2005 057 207 A1 (Patent Document 1), which describes the opening stage of the recirculation gas outlet before the start of the outlet opening stage. Is described as starting. This is because undiluted combustion gas needs to be secured for recirculation. However, since this combustion gas is very hot and pressurized, the recirculation gas outlet control valve through which this high-temperature and pressurized combustion gas passes is subjected to severe thermal stress. In order to solve this problem, DE 10 2005 057 207 A1 patent publication discloses two recirculation gas valves that operate alternately as exhaust valves through which combustion gas passes and as intake valves through which recirculation gas passes. Has proposed. However, the arrangement of two such valves is very complicated and expensive.

また、米国特許US 2004/0103863 A1(特許文献2)には、エンジンの各動作周期中に、再循環ガス排出口が、数回の開口動作を行う、上記と同種の別のエンジンが記述されている。このエンジンでは、再循環ガス排出口の最初の開口動作は、排気口の開口動作と同時に開始され、その最後の開口動作は、この排気口が閉鎖する前に、既に完了する構成となっている。従って、高温の排気ガスを排出するために保持される動作周期の段階で、再循環ガス排出口を制御するバルブが動作する。このため、再循環ガス排出口を制御するバルブが、バルブの各開口段階中に、高温の排気ガスと接触し、2回以上の開口動作のため、バルブの熱応力は適切に減少されないことが懸念される。   Also, US 2004/0103863 A1 describes another engine of the same type as described above, in which the recirculation gas outlet performs several opening operations during each operating cycle of the engine. ing. In this engine, the first opening operation of the recirculation gas outlet is started simultaneously with the opening operation of the exhaust port, and the last opening operation is already completed before the exhaust port is closed. . Accordingly, the valve for controlling the recirculation gas discharge port operates at the stage of the operation cycle held for discharging the high-temperature exhaust gas. For this reason, the valve controlling the recirculation gas outlet is in contact with the hot exhaust gas during each opening stage of the valve, and the thermal stress of the valve may not be reduced properly due to the opening operation more than once. Concerned.

日本特許JP 3213616A(特許文献3)により、上記と同種のもう1個エンジンが、知られている。この特許では、排気口の開口段階に引き続いて、僅かな重複期間を以て、再循環ガス排出口が開口される。従って、再循環ガスは、少量の燃焼成生物しか含んでいないので、NOxの減少効果は非常に小さい。   Another engine of the same kind as described above is known from Japanese Patent JP 3213616A (Patent Document 3). In this patent, the recirculation gas outlet is opened with a slight overlap period following the opening stage of the outlet. Therefore, since the recycle gas contains only a small amount of combustion products, the NOx reduction effect is very small.

ドイツ特許出願公開第10 2005 057 207号 明細書German Patent Application Publication No. 10 2005 057 207 Specification 米国特許出願公開第2004/0103863号明細書US Patent Application Publication No. 2004/0103863 特開平3−213616号公報JP-A-3-213616

上記の従来技術に端を発した本発明の目的は、適切な量の燃焼生成物が再循環可能であるばかりでなく、燃焼ガス・バルブの適切なる冷却が確保され、それにもかかわらず、製造費用を比較的安くできるように、エンジンと、燃焼ガス再循環機能を備えた2行程往復運動のピストンを有するエンジンの運転方法とを、向上させることである。   The object of the present invention, starting from the prior art described above, is not only that a suitable amount of combustion products can be recirculated, but also that proper cooling of the combustion gas valve is ensured and nevertheless manufactured. It is to improve the engine and the operating method of the engine having a two-stroke reciprocating piston with combustion gas recirculation function so that the costs can be made relatively low.

本発明の目的は、請求項1の特徴を組み合わせた方法と、請求項10の特徴組み合わせによるエンジンと、により実現される。   The object of the invention is achieved by a method combining the features of claim 1 and an engine by the feature combination of claim 10.

本発明の主旨は、エンジンの動作周期中に、排気口を開放し、指定されたバルブを数回動作させ、その動作毎にガスを通過させることである。1回の動作周期における指定されたバルブの動作毎に行われる排気口の第1回目の開口段階が、燃焼室の掃気動作開始の少なくとも前に開始され、指定されたバルブの動作毎に行われる排気口の最終回の開口段階が、燃焼室の基本的掃気完了後に実行される。   The gist of the present invention is to open the exhaust port and operate the designated valve several times during the engine operation cycle, and allow the gas to pass for each operation. The first opening stage of the exhaust port, which is performed every operation of the specified valve in one operation cycle, is started at least before the start of the scavenging operation of the combustion chamber, and is performed every operation of the specified valve. The final opening stage of the exhaust is performed after the basic scavenging of the combustion chamber is complete.

再循環ガス・バルブの第1回目の開口段階が、動作行程の早期に実行されるので、その後大気中に放出される排気ガスのNOx成分を適切に減少するために、非常に有益な再循環を行う目的に対して、この第1回目の開口段階中に希薄化していない燃焼ガスを獲得することは、有益である。しかし、再循環ガス・バルブの本来の機能実行期間における高温ガスによる弊害があるが、この再循環ガス・バルブの開口段階をさらに導入する事により、この弊害は有利に改善される。何故ならば、このさらに導入した開口段階は、比較的低い掃気ガス温度が燃焼室に存在する間に発生し、この再循環ガス・バルブから流入する中程度に加圧されたガス流により、熱応力を受けた再循環バルブが良好に冷却される結果をもたらすからであり、さらに、次の動作サイクル期間で次の熱影響が次に発生する前の時点で発生するので、熱応力がかなり小さくなって安全に機能することになり、従って前記バルブの長寿命化をもたらすことになるからである。さらに、本発明の利点は、1個の再循環ガス・バルブで十分であり、シリンダ毎にこのような複数のバルブは全く不必要であり、簡易で低コストの製作が可能となることである。   The first opening phase of the recirculation gas valve is carried out early in the operation process, so that a very beneficial recirculation is used to properly reduce the NOx content of the exhaust gas that is subsequently released into the atmosphere. For this purpose, it is beneficial to obtain undiluted combustion gas during this first opening phase. However, there is an adverse effect due to the high-temperature gas during the original function execution period of the recirculation gas valve, but this adverse effect is advantageously improved by further introducing the opening stage of the recirculation gas valve. This is because the further introduced opening stage occurs while a relatively low scavenging gas temperature is present in the combustion chamber and is heated by the moderately pressurized gas stream entering the recirculation gas valve. This is because the stressed recirculation valve will result in better cooling, and the thermal stress will be much smaller since the next thermal effect will occur in the next cycle of operation before the next occurrence. This is because the valve functions safely, and therefore the life of the valve is extended. Furthermore, an advantage of the present invention is that a single recirculation gas valve is sufficient, and such a plurality of valves per cylinder is completely unnecessary, allowing for simple and low cost production. .

本発明によるクロスヘッド付き大型往復運動ピストンを備えた内燃機関の概略図である。1 is a schematic view of an internal combustion engine having a large reciprocating piston with a crosshead according to the present invention. 上部死点後のクランク角度に対する、ガス通過時の開口面積とシリンダ圧力の関係を示す線図である。It is a diagram which shows the relationship between the opening area at the time of gas passage, and cylinder pressure with respect to the crank angle after an upper dead center.

以下に、本発明の動作例を、添付の図面を参考にして、詳細に説明する。   Hereinafter, exemplary operations of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

有益な発展性と、上位の発想を有するさらに有用な実施例を、下位の請求項に詳述する。   Further useful examples with beneficial development and higher ideas are detailed in the subclaims.

そこで、ピストンの圧縮上昇行程中の時間帯は、再循環ガス・バルブが最終回の開口段階に関して有益な可能性があることが、従来から確認されてきた。この時間帯は、排気バルブの閉塞後に、可能な限り早く発生し、これが有益なのである。この結果、このピストンの上昇行程中にピストンによる圧縮加熱により多くの動作が行われる前の時点で、最低温度・最低圧力の状態にあり故に最も希薄な状態にある掃気ガスが、燃焼室を去ることが可能であり、この掃気ガスが再循環ガス・バルブの周囲を冷却する。このような最終回の開口段階は、上部死点後の250〜280度のクランク角度付近で、発生することが好ましい。   Thus, it has been confirmed in the past that the recirculation gas valve may be beneficial with respect to the final opening phase during the time period during which the piston is going up. This time period occurs as soon as possible after the exhaust valve is closed, which is beneficial. As a result, the scavenging gas that is at its lowest temperature and lowest pressure and therefore in its leanest state leaves the combustion chamber at the time before many operations are performed by compression heating by the piston during the upward stroke of the piston. This scavenging gas cools around the recirculation gas valve. Such a final opening stage preferably occurs in the vicinity of a crank angle of 250 to 280 degrees after the top dead center.

本発明が使用される主な分野は、船舶推進用、そして/または、発電所の運転用などに使用される一方向流掃気式2行程ディーゼル・エンジン、そして/または、同ガス・エンジンとして利用されるクロスヘッド付き大型往復運動ピストンを備えた内燃機関の分野である。   The main field in which the present invention is used is as a one-way scavenging two-stroke diesel engine and / or gas engine used for ship propulsion and / or power plant operation. In the field of internal combustion engines with large reciprocating pistons with crossheads.

図1に示すエンジンは、通常は数列のシリンダ2が配置されるが、少なくとも1個のシリンダ2が配置されるクランクケース1を備えている。各シリンダ2は、燃焼室4の移動区画として動作する往復運動ピストン3を備えている。ピストン3は、ピストン・ロッド6、クロスヘッド7と連接棒8により、クランクケース1に配置されたクランクシャフト5と連動している。シリンダ2の下部(第2の端部に位置する)には、掃気ポート9が、細長い間隙として配置されている。この掃気ポート9は、ピストン3が通過可能であり、ピストン3により制御される。掃気ポート9の領域において、各シリンダ2が掃気ガス通路10に囲まれており、この掃気ガス通路10は、掃気ガス・ライン12により、共通の掃気ガス受容器11に接続されている。シリンダの前記第2の端部から対向する上端部(第1の端部)へ向って、加圧された掃気ガスを導入による、ピストン3の動作過程中に、燃焼室4の一方向掃気が行われ、その後、燃焼が起こり、燃焼ガスを生成される。この燃焼は、通常は燃焼室に噴射する燃料噴射手段により(図示なし)供給される燃料によって発生する。通常は噴射の形式で行われるこの燃料供給は、一連の動作として実行される。しかしまた、着火用のパイロット噴射として、燃料の1部を早期に導入し、その後、主噴射を行うことも可能である。エンジン動作用に可燃性ガスを使用する場合、この可燃性ガスの着火用のパイロット噴射によっても、主噴射は可能である。通常、燃料は、燃焼室4へ直接導入される。しかしまた、予燃焼室を有する燃焼室が配置されている場合には、その予燃焼室へのパイロット噴射として、早期に1部の燃料を導入することも可能である。   The engine shown in FIG. 1 is usually provided with a crankcase 1 in which several rows of cylinders 2 are arranged, but at least one cylinder 2 is arranged. Each cylinder 2 includes a reciprocating piston 3 that operates as a moving section of the combustion chamber 4. The piston 3 is linked to a crankshaft 5 disposed in the crankcase 1 by a piston rod 6, a crosshead 7 and a connecting rod 8. A scavenging port 9 is arranged as an elongated gap below the cylinder 2 (located at the second end). The scavenging port 9 is controlled by the piston 3 through which the piston 3 can pass. In the region of the scavenging port 9, each cylinder 2 is surrounded by a scavenging gas passage 10, which is connected to a common scavenging gas receiver 11 by a scavenging gas line 12. One-way scavenging of the combustion chamber 4 occurs during the operation of the piston 3 by introducing pressurized scavenging gas from the second end of the cylinder toward the opposite upper end (first end). Followed by combustion, producing combustion gases. This combustion is usually generated by fuel supplied by a fuel injection means (not shown) for injection into the combustion chamber. This fuel supply, usually performed in the form of injection, is performed as a series of operations. However, as a pilot injection for ignition, it is also possible to introduce a part of the fuel at an early stage and then perform the main injection. When combustible gas is used for engine operation, main injection is possible even by pilot injection for ignition of this combustible gas. Usually, the fuel is introduced directly into the combustion chamber 4. However, when a combustion chamber having a pre-combustion chamber is arranged, it is possible to introduce a part of fuel at an early stage as pilot injection into the pre-combustion chamber.

シリンダ2の上部には、割り当てられた再循環ガス・バルブ16により制御される再循環ガス排出口15とともに、割り当てられた排気バルブ14により制御される排気口が設けられている。排気バルブ14と再循環ガス・バルブ16は、エンジンの走行パラメータに従って制御される割り当てられた独立のアクチュエータにより動作する。各シリンダ2の排気口13は、屈曲管17により、1個以上の総てのエンジン・シリンダに共通の排気受容器18に接続されている。排気受容器18に集められた排気は、ターボ過給器19へ導かれ、ターボ過給器19は、排気ガスにより駆動されるタービンと、空気冷却器21を含む空気導管20を経由した空気を、掃気ガス受容器11に供給する圧縮機と、で構成されている。図示しないが、ガス処理用、そして/または、エネルギー利用などの装置が、図1に示す流路の様々な場所に挿入され、設置されてもよい。   In the upper part of the cylinder 2, an exhaust port controlled by an assigned exhaust valve 14 is provided together with a recirculation gas outlet 15 controlled by an assigned recirculation gas valve 16. Exhaust valve 14 and recirculation gas valve 16 are operated by assigned independent actuators that are controlled according to engine running parameters. The exhaust port 13 of each cylinder 2 is connected by a bent tube 17 to an exhaust receiver 18 common to one or more all engine cylinders. Exhaust gas collected in the exhaust receiver 18 is guided to a turbocharger 19, and the turbocharger 19 receives air via an air conduit 20 including a turbine driven by exhaust gas and an air cooler 21. And a compressor that supplies the scavenging gas receiver 11. Although not shown, devices for gas processing and / or energy utilization may be inserted and installed at various locations in the flow path shown in FIG.

ターボ過給器のタービンを通過して行く排気ガスは、ここでは、直接に周囲領域に放出される。この放出される排気ガスは、NOxの含有量が低い事が望ましい。この目的を達成するために、燃焼室4内の燃焼により発生する燃焼ガスが、一部再循環される。この目的のために、再循環ガス排出口15は、再循環導管22に接続される。掃気導管20などにおいて、この再循環導管22は、図1に示す動作例における掃気ガス受容器11などの掃気ガスシステムの任意の機能内へ、入り込むことが出来る。再循環導管22は、再循環ガス受容器23に接続され、再循環ガス受容器23は、シリンダ2の再循環ガス排出口15に接続するライン24により再循環ガスの供給を受ける。本例では、再循環ガス受容器23の下流には、流量制御用の制御バルブ26が配置されている。ここでは、この制御バルブ26の下流には、再循環ガス処理装置25が設けられ、この装置は、例えば、気体洗浄装置 、冷却器、水霧捕集器が含まれる。   The exhaust gas passing through the turbocharger turbine is here released directly into the surrounding area. It is desirable that the exhaust gas to be released has a low NOx content. In order to achieve this object, the combustion gas generated by the combustion in the combustion chamber 4 is partially recirculated. For this purpose, the recirculation gas outlet 15 is connected to a recirculation conduit 22. In the scavenging conduit 20, etc., this recirculation conduit 22 can enter any function of the scavenging gas system, such as the scavenging gas receiver 11 in the example of operation shown in FIG. The recirculation conduit 22 is connected to a recirculation gas receiver 23, which is supplied with recirculation gas by a line 24 connected to the recirculation gas outlet 15 of the cylinder 2. In this example, a control valve 26 for controlling the flow rate is disposed downstream of the recirculation gas receiver 23. Here, a recirculation gas processing device 25 is provided downstream of the control valve 26, and this device includes, for example, a gas cleaning device, a cooler, and a water fog collector.

図1で説明する流路は、純粋に説明用のシステム例であって、いくつかの典型的な構成要素と排気と掃気ガス用に必要な一般的流路から成っている。勿論、いくつかの処理装置は省略されてもよく、圧縮機の下流とタービンの上流における内部流路には、その他の適切な処理装置を含むことが可能である。特許請求の範囲内で、このシステム以外の処理装置もまた、圧縮機の上流、そして/または、タービンの下流に、備えていてもよい。さらに、再循環導管22は、掃気ポートと圧縮機の間の任意の個所で、掃気流路に接続されてもよい。勿論、上述以外の機能装置を、備えていてもよい。   The flow path described in FIG. 1 is a purely illustrative system, consisting of several typical components and the general flow paths required for exhaust and scavenging gas. Of course, some processing equipment may be omitted, and the internal flow path downstream of the compressor and upstream of the turbine may include other suitable processing equipment. Within the scope of the claims, processing devices other than this system may also be provided upstream of the compressor and / or downstream of the turbine. Further, the recirculation conduit 22 may be connected to the scavenging flow path at any point between the scavenging port and the compressor. Of course, you may provide the functional apparatus other than the above-mentioned.

図2の線図において、グラフ30は燃焼室4に向う掃気ポート9の開口面積を示し、グラフ31は排気口13の開口面積を示し、グラフ32a, 32bは再循環ガス排出口15の開口面積を示している。グラフ33は、シリンダ圧力、すなわち、燃焼室4内の圧力を表している。横軸は、クランクシャフト5の回転位置を、1回の動作周期における、クランク角度100度から300度の範囲のクランクシャフト5の回転位置、下死点(BDC)に対応する180度の位置、上死点(TDC)に対応する0度と360度(横軸の範囲外となっている)の位置、として示している。   2, the graph 30 shows the opening area of the scavenging port 9 toward the combustion chamber 4, the graph 31 shows the opening area of the exhaust port 13, and the graphs 32a and 32b show the opening area of the recirculation gas discharge port 15. Is shown. The graph 33 represents the cylinder pressure, that is, the pressure in the combustion chamber 4. The horizontal axis shows the rotational position of the crankshaft 5 at a single operating cycle, the rotational position of the crankshaft 5 in the range of the crank angle from 100 degrees to 300 degrees, the position of 180 degrees corresponding to the bottom dead center (BDC), The positions of 0 degrees and 360 degrees (outside the horizontal axis) corresponding to the top dead center (TDC) are shown.

図2から解かるように、グラフ30で示される掃気ポート9と、グラフ31で示される排気口13とは、1回の動作周期の期間中に、1回だけ、開口される。これとは対照的に、再循環ガス排出口15は、二つのグラフ32a, 32bが示すように、1回の動作周期中に、数回開口される。従って、再循環ガス・バルブ16用のアクチュエータは、グラフ32a, 32bに対応してバルブ16が開口するように制御される。通常、二回の開口段階32a, 32bが設けられる。第1回目の開口段階は、再循環用の希薄化されていない燃焼成生物の収集を目的とする。最後回(第2回目)の開口段階は、再循環ガス・バルブ16とその周囲環境の冷却を目的とする。   As can be seen from FIG. 2, the scavenging port 9 shown by the graph 30 and the exhaust port 13 shown by the graph 31 are opened only once during the period of one operation cycle. In contrast, the recirculation gas outlet 15 is opened several times during a single operation cycle, as shown by the two graphs 32a, 32b. Therefore, the actuator for the recirculation gas valve 16 is controlled so that the valve 16 opens corresponding to the graphs 32a and 32b. Usually, two opening stages 32a, 32b are provided. The first opening stage is aimed at collecting undiluted combustion products for recirculation. The last (second) opening stage is aimed at cooling the recirculation gas valve 16 and the surrounding environment.

従って、再循環ガス排出口15の第1回目の開口段階(グラフ32a)は、遅くとも、排気口13の開口動作と同時に開始され、燃焼室の掃気の開始時には、実質的に完了していることが好ましい。図2の例では、掃気ポート9の開口段階は、上死点通過後のクランク角度が140度〜220度の間であり、この角度は下死点前後の左右対称的な40度の範囲である。また、排気口13の開口段階は、上死点通過後のクランク角度が120度〜240度の範囲であり、この角度は下死点前後の左右対称的な60度の範囲である。上記の二つの角度間隔は、下死点に対して対称である場合を説明したが、本特許請求の範囲のエンジンにおいては、この中間値(下死点)が含まれていればよく、その結果、これらの角度間隔は、下死点の周囲に非対称に位置されてもよい。再循環ガス・バルブ16の第1回目の開口段階(グラフ32a)は、排気口13の開口段階開始より前のクランク角度5度付近 で開始され、この第1の開口終了段階は、掃気ポート9の開口開始と約10度 のクランク角度だけ重なるのみであり、その結果、この干渉領域において、掃気ポート9が僅かに開きながら、再循環ガス・バルブ16の方は、ほとんど完全に閉鎖し、従って、低圧・低温の掃気ガスにより、収集された再循環ガスが希薄化される重大な危険は生じない。   Accordingly, the first opening stage (graph 32a) of the recirculation gas discharge port 15 is started at the same time as the opening operation of the exhaust port 13 at the latest, and is substantially completed at the start of the scavenging of the combustion chamber. Is preferred. In the example of FIG. 2, the opening stage of the scavenging port 9 has a crank angle between 140 ° and 220 ° after passing through the top dead center, and this angle is in the range of 40 ° symmetrically around the bottom dead center. is there. Further, in the opening stage of the exhaust port 13, the crank angle after passing through the top dead center is in a range of 120 degrees to 240 degrees, and this angle is in a symmetrical 60 degrees range before and after the bottom dead center. The case where the above two angular intervals are symmetrical with respect to the bottom dead center has been described. However, in the engine of the present invention, the intermediate value (bottom dead center) only needs to be included. As a result, these angular intervals may be located asymmetrically around bottom dead center. The first opening stage (graph 32a) of the recirculation gas valve 16 is started around the crank angle of 5 degrees before the opening stage of the exhaust port 13 starts. The recirculation gas valve 16 is almost completely closed while the scavenging port 9 is slightly opened in this interference region, so that it overlaps with the start of the opening of the valve by a crank angle of about 10 degrees. The low pressure, low temperature scavenging gas does not pose a significant risk of diluting the collected recycle gas.

上述のごとく、グラフ33は、燃焼室4内の圧力に対応している。この圧力は、排気口13の開口と共に減少し、掃気ポート9の開口期間中に、燃焼室4内は、掃気システムの圧力と同じ圧力になっている。上死点通過後のクランク角度220度と240度の各角度付近で、図2に示す例において発生する掃気ポート9と排気口13の閉鎖後、燃焼室4内の圧力は、ピストン3の上昇行程によって上昇する。その結果、33aに示すように、燃焼室4の圧力は、ゆっくりと上昇するが、しかし、グラフ33の右端における33bに示すように、漸次増加して行く。   As described above, the graph 33 corresponds to the pressure in the combustion chamber 4. This pressure decreases with the opening of the exhaust port 13, and during the opening period of the scavenging port 9, the pressure in the combustion chamber 4 is the same as the pressure of the scavenging system. After closing the scavenging port 9 and the exhaust port 13 generated in the example shown in FIG. 2 near the crank angles of 220 degrees and 240 degrees after passing through the top dead center, the pressure in the combustion chamber 4 increases as the piston 3 rises. It rises according to the process. As a result, as indicated by 33a, the pressure in the combustion chamber 4 increases slowly, but gradually increases as indicated by 33b at the right end of the graph 33.

再循環ガス排出口15の第2の開口段階(グラフ32b)は、燃焼室4内における圧力が、上記した漸次増加を開始する前に、完了しなければならない。一方、第2回目の開口段階は、掃気ポート9と排気口13の閉鎖後に、開始されなければならない。図2に示す例において、再循環ガス排出口15の第2回目の開口段階は、グラフ32bに示すように、上死点通過後のクランク角度250度から280度付近で発生し、これにより、上記の条件が達成される。上記角度の値は、±10度のクランク角度に近似する。第2回目の開口段階は、ここでは、第1回目の開口段階よりも若干短くなっている。   The second opening stage of the recirculation gas outlet 15 (graph 32b) must be completed before the pressure in the combustion chamber 4 begins to gradually increase as described above. On the other hand, the second opening stage must be started after the scavenging port 9 and the exhaust port 13 are closed. In the example shown in FIG. 2, the second opening stage of the recirculation gas outlet 15 occurs at a crank angle of 250 degrees to 280 degrees after passing through the top dead center, as shown in the graph 32b. The above conditions are achieved. The value of the angle approximates a crank angle of ± 10 degrees. Here, the second opening stage is slightly shorter than the first opening stage.

再循環ガス排出口15の第2回目の開口段階が無い場合には、この燃焼室の圧力は、図2の破線に従って増加する。33cで図示されるように、この第2回目の開口動作により、この圧力増加は多少遅延することになる。33bの曲線から解るように、グラフ32bの第2回目の開口動作は、第2回目の開口段階(33b、33cの上の破線)が無い場合に比較して、燃焼室の圧力が僅かに減少する結果となる。このような圧力減少は、しかし、例えば、掃気システム圧力を若干増加させること、早期に排気バルブを閉鎖させること等により、容易に補償することが可能である。しかし、再循環ガス・バルブ16の第2回目の開口動作はまた、燃焼室4内の圧縮圧力の制御に使用する事ができる。   If there is no second opening stage of the recirculation gas outlet 15, the pressure in the combustion chamber increases according to the broken line in FIG. As shown at 33c, this second opening action delays this pressure increase somewhat. As can be seen from the curve of 33b, the second opening operation of the graph 32b is a slight decrease in the pressure in the combustion chamber compared to the case where there is no second opening stage (broken line above 33b and 33c). Result. Such a pressure decrease, however, can be easily compensated, for example, by slightly increasing the scavenging system pressure, closing the exhaust valve early, etc. However, the second opening operation of the recirculation gas valve 16 can also be used to control the compression pressure in the combustion chamber 4.

図2に示す曲線は、明快な説明を行うための、典型的例である。本発明の任意の特定実施例に関して、関連するエンジンの曲線は、最大値、曲線の形状、またクランク角度に関する若干の相互位置などは、異なっていてもよい。さらに、特に曲線30と31が180度(すなわち、下死点)付近で、概略対称である場合を説明したが、本発明には関係がないが、これは他の方法によって実行してもよい。ここでの本発明の創意は、第2回目の開口動作中に(グラフ32b)、再循環ガス・バルブ16を経由し再循環ガス排出口15を通して、燃焼室4から、冷却ガスを排出するための圧力は、燃焼室が、上昇行程するピストンにより閉鎖されることで、実現されることにある。   The curve shown in FIG. 2 is a typical example for a clear explanation. For any particular embodiment of the present invention, the associated engine curves may differ, such as maximum values, curve shapes, and some relative positions with respect to crank angle. Furthermore, the case where the curves 30 and 31 are substantially symmetrical around 180 degrees (ie, bottom dead center) has been described, but this is not relevant to the present invention, but this may be performed by other methods. . The inventive idea here is to exhaust the cooling gas from the combustion chamber 4 through the recirculation gas outlet 15 via the recirculation gas valve 16 during the second opening operation (graph 32b). This pressure is realized by the combustion chamber being closed by the ascending piston.

図1の動作例において、2回実行される再循環ガス排出口15の開口段階中に、再循環ガス受容器23は、燃焼室4から排出されたガスで充填される。受容器23においては、受容ガスの混合が起こり、全ての混合ガスが、再循環導管22を経由して再循環され、処理装置25全体に導入される。しかし、適切な手段により、第1回目の開口段階のガスと第2回目の開口段階のガスが、異なる下流流路へ分流することも可能であり、特別な例として問題にされる可能性もある。従って、第1回目の開口段階のガスが、処理装置25全体に導入することも可能あり、その一方、第2回目の開口段階のガスが、受容器23と処理装置25を迂回して別の循環路に導かれて、処理装置25の下流で、または、この装置の気体洗浄器の少なくとも下流で、第1回目の開口段階のガスと合流させることが可能である。その他の実施例においては、第2回目の開口段階のガスが開放されるか、または、他の場所で何かに使用するという可能性も、また存在する。   In the operation example of FIG. 1, the recirculation gas receiver 23 is filled with the gas discharged from the combustion chamber 4 during the opening stage of the recirculation gas discharge port 15 which is executed twice. In the receiver 23, the receiving gas is mixed, and all the mixed gas is recirculated via the recirculation conduit 22 and introduced into the entire processing apparatus 25. However, by appropriate means, the gas at the first opening stage and the gas at the second opening stage can be diverted to different downstream flow paths, which may be a problem as a special example. is there. Accordingly, the gas at the first opening stage can be introduced into the entire processing apparatus 25, while the gas at the second opening stage bypasses the receiver 23 and the processing apparatus 25 and is separated. It is possible to be led to the circulation path and merge with the gas of the first opening stage downstream of the processing device 25 or at least downstream of the gas scrubber of this device. In other embodiments, there is also the possibility that the gas at the second opening stage is released or used for something else.

本発明を有益に実現する手段として、新しく生産されるエンジンに配置することが可能である。また一方、発明したエンジンの提供方法として、必要な新型手段を、以下に述べる特許請求範囲のいずれにも含まれてない従来型の既存エンジンに組み込むことである。従来のCGRやEGRのシステムを備えていないエンジンに対して新しい手段を組込む場合、必要な理論的、物理的制御要素に排気再循環導管を追加して、少なくとも1個の再循環ガス排出バルブ16を、現存するシリンダヘッドに、または、採用された代替シリンダヘッドに、取り付けることが実質的に必要である。既に従来のCGRバルブ、CGR流路を備えたエンジンを本発明のエンジンに改造する新しい手段は、必要な理論的、物理的制御要素の追加・改造を行い、少なくとも1個の再循環ガス排出バルブ16に対して、新型の遅延開口段階(グラフ32b)を設けることである。   As a means of beneficially realizing the present invention, it can be arranged in a newly produced engine. On the other hand, as a method of providing the invented engine, necessary new means are incorporated into a conventional existing engine not included in any of the claims described below. When incorporating new means into engines that do not have a conventional CGR or EGR system, at least one recirculation gas discharge valve 16 is added by adding an exhaust recirculation conduit to the required theoretical and physical control elements. To the existing cylinder head or to the alternative cylinder head employed is substantially necessary. A new means of retrofitting an engine with an existing CGR valve and CGR flow path to the engine of the present invention is the addition of the necessary theoretical and physical control elements, and at least one recirculation gas discharge valve. 16 is to provide a new delay opening stage (graph 32b).

説明を明確にするため、特許請求範囲におけるシリンダの動作周期と順序は、排気バルブ14を有するシリンダの、上死点における第1の端部から始まる二つの連続するピストンの全行程(下降行程と上昇行程)として、説明を特定した。勿論、再循環ガス排出口手段15の第1回目の開口時期(グラフ32a)と、その最終開口時期(グラフ32b)との特徴的位置が、掃気ポート9の開口動作と、ピストンの行程が第1のシリンダ端部へ向う間のシリンダの第1の端部へ向う掃気ガス入気終了時期との、各々に、本発明と同様に関連している限りにおいては、勿論、このエンジンの動作原理の周期的性質に起因する、方法とエンジン双方に関する冒頭の請求範囲は拡張されて、シリンダの動作周期に関して、その他の定義を含むものである。   For the sake of clarity, the operating cycle and sequence of the cylinders in the claims is the total stroke of two consecutive pistons (down stroke and start) of the cylinder with the exhaust valve 14 starting from the first end at top dead center. The explanation was specified as the ascending process). Of course, the characteristic positions of the first opening timing (graph 32a) and the final opening timing (graph 32b) of the recirculation gas discharge means 15 are the opening operation of the scavenging port 9 and the stroke of the piston. Of course, the operating principle of this engine is as long as it relates to the end of scavenging gas inlet to the first end of the cylinder while going to the first cylinder end as well as to the present invention. The initial claims for both the method and the engine due to the periodic nature of the are extended to include other definitions for the operating cycle of the cylinder.

Claims (14)

燃焼室(4)を囲み各ピストン(3)により区分される少なくとも1個のシリンダ(2)を有し、クロスヘッド機能を有する手段(7)を経由して、回転可能な出力クランクシャフト(5)に連結されたピストン(3)を有し、エンジンの動作周期中に前記燃焼室(4)内で燃焼が行われ、前記シリンダ(2)の第2の端部から第1の端部に向って、加圧された掃気ガスの導入により、燃焼後の掃気が実施される、クロスヘッド付き大型往復運動ピストンを備える内燃機関の運転方法において、
前記燃焼室(4)内の燃焼により発生した燃焼成生物の少なくともその1部を、その後前記エンジンから大気中に放出される排気ガスのNOx含有量を減少させるために、再循環させ、
前記シリンダ(2)の第1の端部において、排気ガスが排気口(13)の開口により、さらに、再循環ガスが再循環ガス排出口(15)の開口により、前記燃焼室(4)を通過し、エンジンの前記動作周期中に、再循環ガス排出口(15)が数回開口され、その開口の度にガスを通過させ、
少なくとも燃焼室(4)の掃気開始前に、再循環ガス排出口(15)の第1回目の開口段階が開始され、シリンダの第1の端部に向う前記ピストン行程の動作中であって、シリンダの第2の端部における掃気ガスの燃焼室(4)への導入動作が基本的に完了した後に、再循環ガス排出口(15)の最終回の開口段階が実行されることを特徴とするクロスヘッド付き大型往復運動ピストンを備える内燃機関の運転方法。
An output crankshaft (5) which has at least one cylinder (2) which surrounds the combustion chamber (4) and is divided by each piston (3) and which can be rotated via means (7) having a crosshead function. ) And a piston (3) connected to the combustion chamber (4) during the engine operation cycle, and the second end of the cylinder (2) is moved from the first end to the first end. On the other hand, in the method of operating an internal combustion engine having a large reciprocating piston with a crosshead, in which scavenging after combustion is performed by introducing pressurized scavenging gas,
Recirculating at least a portion of the combustion products generated by combustion in the combustion chamber (4) to reduce the NOx content of the exhaust gas subsequently released into the atmosphere from the engine;
At the first end of the cylinder (2), the exhaust gas passes through the opening of the exhaust port (13), and the recirculated gas passes through the opening of the recirculated gas discharge port (15), thereby opening the combustion chamber (4). And during the operating cycle of the engine, the recirculation gas outlet (15) is opened several times, allowing gas to pass through each opening,
At least before the start of scavenging of the combustion chamber (4), a first opening stage of the recirculation gas outlet (15) is started, during the operation of the piston stroke towards the first end of the cylinder, After the operation of introducing scavenging gas into the combustion chamber (4) at the second end of the cylinder is basically completed, the final opening stage of the recirculation gas outlet (15) is performed. A method for operating an internal combustion engine comprising a large reciprocating piston with a crosshead.
再循環ガス排出口(15)の第1回目の開口段階が、遅くとも排気口(13)の開口と同時に開始され、燃焼室(4)の掃気開始時には、前記第1回目の開口段階が、基本的に終了していることを特徴とする、請求項1記載の運転方法。  The first opening stage of the recirculation gas discharge port (15) is started at the same time as the opening of the exhaust port (13) at the latest, and when the scavenging of the combustion chamber (4) starts, the first opening stage is basically The operation method according to claim 1, wherein the operation is completed. 再循環ガス排出口(15)の第2回目の開口段階が、排気口(13)の閉鎖後に開始される最終回の開口段階であることを特徴とする、請求項1又は2記載の運転方法。  The operating method according to claim 1 or 2, characterized in that the second opening stage of the recirculation gas outlet (15) is the last opening stage started after the exhaust opening (13) is closed. . 再循環ガス排出口(15)の最終回の開口段階が、上死点通過後の250±10度のクランク角度の範囲で開始されることを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載の運転方法。  4. The first opening stage of the recirculation gas outlet (15) starts in a crank angle range of 250 ± 10 degrees after passing through top dead center. The driving | running method as described in a term. 再循環ガス排出口(15)の最終回の開口段階が、上死点通過後の280±10度のクランク角度の範囲で終了することを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載の運転方法。  5. The method according to claim 1, wherein the final opening stage of the recirculation gas outlet ends in a crank angle range of 280 ± 10 degrees after passing through the top dead center. Driving method described in 1. 再循環ガス排出口(15)の最終回の開口段階が、上死点通過後の240〜290度のクランク角度の範囲であることを特徴とする、請求項1〜5の何れか1項に記載の運転方法。  The last opening stage of the recirculation gas outlet (15) is in the range of a crank angle of 240 to 290 degrees after passing through the top dead center. The driving method described. 再循環ガス排出口(15)の最終回の開口段階の長さが、再循環ガス排出口(15)の第1回目の開口段階の長さよりも短いことを特徴とする、請求項1〜6の何れか1項に記載の運転方法。  7. The length of the last opening stage of the recirculation gas outlet (15) is shorter than the length of the first opening stage of the recirculation gas outlet (15). The driving | running method of any one of these. 同一周期中の総ての開口段階において、再循環ガス排出口(15)を経由して燃焼室(4)を通過する全てのガスは、通常、再循環されることを特徴とする、請求項1〜7の何れか1項に記載の運転方法。  All the gas passing through the combustion chamber (4) via the recirculation gas outlet (15) in all opening stages in the same cycle is normally recirculated. The operation method according to any one of 1 to 7. 第1回目の開口段階中に、再循環ガス排出口(15)を経由して燃焼室(4)を通過するガスは、排気ガス再循環に使用される一方で、同一周期中に、その後の開口期間中に通過するガスは、再循環ガス排出口(15)の下流で分流されて、他の用途に使用可能であることを特徴とする、請求項1〜7の何れか1項に記載の運転方法。  During the first opening phase, the gas passing through the combustion chamber (4) via the recirculation gas outlet (15) is used for exhaust gas recirculation while The gas passing during the opening period is diverted downstream of the recirculation gas outlet (15) and can be used for other applications. Driving method. 燃焼室(4)を囲み、各ピストン(3)により区分される少なくとも1個のシリンダ(2)を有し、
クロスヘッド機能を有する手段(7)を経由して、回転可能な出力クランクシャフト(5)に連結された前記ピストン(3)を有し、
少なくとも1個の燃焼ガスの排気口手段(13)と、少なくとも1個の再循環ガス排出口手段(15)と、を前記シリンダ(2)の第1の端部に有し、
両手段(13、15)は、各々指定されたバルブ手段(14, 16)により、独自に制御可能であり、
第1のシリンダ端部に向って掃気ガスを吸気し、前記ピストン(3)により制御される、少なくとも1個の掃気ポート(9)を前記シリンダ(2)の第2の端部に有し、ピストンの2つの連続する全行程中に、再循環ガス排出口手段(15)に指定された各再循環バルブ手段(16)が数回開口される、クロスヘッド付き大型往復運動ピストンを備える内燃機関において、
掃気ポート(9)が前記シリンダの第1の端部に向けて掃気を行うために開口される少なくとも前に、再循環ガス排出口(15)の第1回目の開口段階が開始され、前記シリンダの第1の端部に向う前記ピストン(3)行程の動作中と、前記シリンダの第1の端部に向かう掃気ガスが掃気ポート(9)を通じて吸気される動作が基本的に完了した後に、再循環ガス排出口(15)の最終回の開口段階が実行されることを特徴とするクロスヘッド付き大型往復運動ピストンを備える内燃機関。
Having at least one cylinder (2) surrounding the combustion chamber (4) and separated by each piston (3);
Having said piston (3) connected to a rotatable output crankshaft (5) via means (7) having a crosshead function;
At least one combustion gas outlet means (13) and at least one recirculation gas outlet means (15) at the first end of the cylinder (2);
Both means (13, 15) can be controlled independently by the specified valve means (14, 16),
Inhaling scavenging gas towards the first cylinder end and having at least one scavenging port (9) at the second end of the cylinder (2) controlled by the piston (3); Internal combustion engine with a large reciprocating piston with crosshead in which each recirculation valve means (16) designated as recirculation gas outlet means (15) is opened several times during two successive full strokes of the piston In
At least before the scavenging port (9) is opened for scavenging towards the first end of the cylinder, a first opening stage of the recirculation gas outlet (15) is started, the cylinder During the operation of the piston (3) stroke toward the first end of the cylinder and after the operation in which the scavenging gas toward the first end of the cylinder is sucked through the scavenging port (9) is basically completed, An internal combustion engine comprising a large reciprocating piston with a crosshead, characterized in that the final opening stage of the recirculation gas outlet (15) is performed.
再循環ガス排出口手段(15)に割り当てられた各バルブ手段(16)が、二つの連続するピストンの全行程間に2回開口され、第2回目と最終回の開口段階が、排気バルブ手段(14)の閉鎖後に実行されることを特徴とする、請求項10に記載の機関。  Each valve means (16) assigned to the recirculation gas outlet means (15) is opened twice during the whole stroke of two successive pistons, the second and final opening stages being the exhaust valve means. 11. The engine according to claim 10, wherein the engine is executed after the closing of (14). 再循環ガス・バルブ手段(16)の最終回の開口段階が、上死点通過後の250±10度と280±10度のクランク角度の範囲にあることを特徴とする、請求項10又は11記載の機関。  12. The last opening stage of the recirculation gas valve means (16) is in a range of crank angles of 250 ± 10 degrees and 280 ± 10 degrees after passing through the top dead center. Listed agencies. 指定された再循環ガス排出口(15)に接続された1個以上の排気ガス再循環導管(24, 22)をさらに備え、指定された再循環ガス排出口(15)の第1回目の開口段階において、前記排気ガス再循環導管は、燃焼室(4)を通過したガスで充填されることを特徴とする、請求項10〜12の何れか1項に記載の機関。  The first opening of the designated recirculation gas outlet (15) further comprising one or more exhaust gas recirculation conduits (24, 22) connected to the designated recirculation gas outlet (15) 13. Engine according to any one of claims 10 to 12, characterized in that, in the stage, the exhaust gas recirculation conduit is filled with gas that has passed through the combustion chamber (4). 1個以上のガス処理装置及び制御装置(25, 26)を排気ガス再循環導管(24, 22)に備え、前記排気ガス再循環導管は、掃気ポート(9)に通じる加圧された掃気ガス用導管(12, 20)に、さらに取り付けられることを特徴とする、請求項13に記載の機関。
One or more gas treatment and control devices (25, 26) are provided in the exhaust gas recirculation conduit (24, 22), the exhaust gas recirculation conduit being pressurized scavenging gas leading to the scavenging port (9) 14. Engine according to claim 13, characterized in that it is further attached to a working conduit (12, 20).
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