JP7667064B2 - Engine System - Google Patents
Engine System Download PDFInfo
- Publication number
- JP7667064B2 JP7667064B2 JP2021182441A JP2021182441A JP7667064B2 JP 7667064 B2 JP7667064 B2 JP 7667064B2 JP 2021182441 A JP2021182441 A JP 2021182441A JP 2021182441 A JP2021182441 A JP 2021182441A JP 7667064 B2 JP7667064 B2 JP 7667064B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- cylinder
- crank chamber
- ventilation
- engine system
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 claims description 156
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 68
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 27
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 23
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 21
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 230
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 203
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 100
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 100
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 97
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 90
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 75
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 28
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 28
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 description 22
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 15
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 15
- 230000006870 function Effects 0.000 description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- 238000009841 combustion method Methods 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 6
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 6
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 6
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 5
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 230000001141 propulsive effect Effects 0.000 description 5
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- 239000006200 vaporizer Substances 0.000 description 4
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 3
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 3
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000013558 reference substance Substances 0.000 description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 3
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000000112 cooling gas Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Lubrication Details And Ventilation Of Internal Combustion Engines (AREA)
Description
本開示は、空気を基準とする比重が1より小さいブローバイガスが生じ得るエンジンシステムに関する。 This disclosure relates to an engine system in which blow-by gas having a specific gravity of less than 1 relative to air may be generated.
関連技術として、燃焼室からクランク室(クランクケース)に漏れ出したブローバイガスへの対策を講じたエンジンシステム(内燃機関)が知られている(例えば、特許文献1参照)。関連技術に係るエンジンシステムでは、クランク室の内面部には、クランク室からブローバイガスを取り入れる取入口が設けられる。取入口は、取入通路によってブローバイガス通路につながっており、エンジンシステムは、ブローバイガス通路にて、吸気系を介してブローバイガスを燃焼室に還流させるように構成されている。ここで、取入口(ブローバイガス取入部)は、クランクジャーナルよりも下側の位置に配置されることで、ブローバイガス取入部とクランクシャフトのクランクジャーナルとの干渉が回避される。 As a related art, an engine system (internal combustion engine) that takes measures against blow-by gas leaking from the combustion chamber into the crank chamber (crankcase) is known (see, for example, Patent Document 1). In the engine system according to the related art, an intake port is provided on the inner surface of the crank chamber to take in blow-by gas from the crank chamber. The intake port is connected to a blow-by gas passage by an intake passage, and the engine system is configured to return the blow-by gas to the combustion chamber through the intake system in the blow-by gas passage. Here, the intake port (blow-by gas intake portion) is positioned below the crank journal, thereby avoiding interference between the blow-by gas intake portion and the crank journal of the crankshaft.
ところで、例えば、水素等の比重が1より小さい気体燃料を用いるエンジンシステムにおいては、クランク室に漏れ出したブローバイガスがクランク室の上方に滞留しやすい。そのため、上記関連技術のように、取入口がクランクジャーナルよりも下側の位置に配置されていると、クランク室からブローバイガスを効率的に排出できない可能性がある。 However, in engine systems that use gaseous fuels with a specific gravity of less than 1, such as hydrogen, blow-by gas that leaks into the crank chamber tends to accumulate above the crank chamber. Therefore, if the intake port is located below the crank journal, as in the related art described above, there is a possibility that the blow-by gas cannot be efficiently discharged from the crank chamber.
本開示の目的は、クランク室からブローバイガスを効率的に排出しやすいエンジンシステムを提供することにある。 The objective of this disclosure is to provide an engine system that can easily and efficiently exhaust blow-by gas from the crankcase.
本開示の一態様に係るエンジンシステムは、空気を基準とする比重が1より小さいブローバイガスが生じ得るエンジンシステムであって、シリンダブロックを備える。前記シリンダブロックは、上下方向に並ぶ気筒とクランク室とを含み、前記気筒の下方に前記クランク室が位置する。前記シリンダブロックの内周面には、前記クランク室の内部空間と前記シリンダブロックの外部空間とをつなぐ換気通路につながる換気口が開口する。前記換気口は、前記クランク室における前記上下方向の中心よりも上方側に配置されている。 An engine system according to one aspect of the present disclosure is an engine system in which blow-by gas having a specific gravity of less than 1 based on air may be generated, and includes a cylinder block. The cylinder block includes cylinders and a crank chamber aligned in the vertical direction, with the crank chamber located below the cylinders. A ventilation port connected to a ventilation passage connecting the internal space of the crank chamber and the external space of the cylinder block is opened in the inner peripheral surface of the cylinder block. The ventilation port is located above the vertical center of the crank chamber.
本開示によれば、クランク室からブローバイガスを効率的に排出しやすいエンジンシステムを提供することができる。 This disclosure makes it possible to provide an engine system that can easily and efficiently exhaust blow-by gas from the crankcase.
以下、添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について説明する。以下の実施形態は、本開示を具体化した一例であって、本開示の技術的範囲を限定する趣旨ではない。本開示で参照する図面は、いずれも模式的な図であり、図中の各構成要素の大きさ及び厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。 Embodiments of the present disclosure will be described below with reference to the attached drawings. The following embodiments are examples of the present disclosure and are not intended to limit the technical scope of the present disclosure. All drawings referred to in this disclosure are schematic drawings, and the ratios of sizes and thicknesses of each component in the drawings do not necessarily reflect the actual dimensional ratios.
(実施形態1)
[1]全体構成
まず、本実施形態に係るエンジンシステム1の全体構成について、図1~図6を参照して説明する。図1においては、エンジンシステム1の各部の構成を模式的に示し、かつ電気的な接続関係については(電気信号の流れる方向に向けた)一点鎖線の矢印にて示している。
(Embodiment 1)
[1] Overall Configuration First, the overall configuration of the engine system 1 according to this embodiment will be described with reference to Figures 1 to 6. In Figure 1, the configuration of each part of the engine system 1 is shown in schematic form, and the electrical connection relationships are indicated by dashed arrows (pointing in the direction of electrical signal flow).
本実施形態に係るエンジンシステム1は、図1に示すように、エンジンシステム1の主構成となるエンジン本体2を備える。ここでいう「エンジン」は、燃料を燃焼させて機械的エネルギー(動力)を生じさせる熱機関であって、燃料の燃焼が機関の内部で行われ、燃焼ガスを動作ガスとして熱エネルギーを機械的エネルギーに変える原動機である内燃機関を含む。つまり、エンジン本体2は、供給される燃料を用いて動力(機械的エネルギー)を発生させる。 As shown in FIG. 1, the engine system 1 according to this embodiment includes an engine body 2, which is the main component of the engine system 1. The term "engine" as used here refers to a thermal engine that burns fuel to generate mechanical energy (power), and includes an internal combustion engine, which is a prime mover that burns fuel inside the engine and converts thermal energy into mechanical energy using combustion gas as the working gas. In other words, the engine body 2 generates power (mechanical energy) using the fuel supplied to it.
本実施形態に係るエンジン本体2は、ピストン21(図1参照)の往復運動を回転運動に変換し動力として回転力を出力するレシプロエンジン(reciprocating engine)である。特に本実施形態では、少なくとも水素を燃料として用いる水素燃料エンジン(Hydrogen fueled internal combustion engine)、つまり水素燃料レシプロエンジンを、エンジン本体2の例として説明する。 The engine body 2 according to this embodiment is a reciprocating engine that converts the reciprocating motion of a piston 21 (see FIG. 1) into rotational motion and outputs rotational force as motive power. In particular, in this embodiment, a hydrogen fueled internal combustion engine that uses at least hydrogen as fuel, that is, a hydrogen fueled reciprocating engine, will be described as an example of the engine body 2.
本実施形態では一例として、図1に示すように、船舶10に用いられるエンジンシステム1について説明する。このエンジンシステム1は、船舶10の船体100に搭載される。つまり、本実施形態に係る船舶10は、エンジンシステム1と、船体100と、を備えている。エンジンシステム1は、船体100を推進させる推進力を発生させるための駆動源として用いられる。本実施形態ではさらに、エンジンシステム1は、船体100で使用される電気エネルギー(電力)を生成する発電機101(図1参照)を駆動させるための駆動源としても利用可能である。つまり、エンジンシステム1は、船体100の推進力発生用、又は発電機101駆動用の駆動源として用いられる。発電機101で生成される電気エネルギーは、蓄電装置に蓄えられてもよい。 In this embodiment, as an example, an engine system 1 used in a ship 10 will be described as shown in FIG. 1. The engine system 1 is mounted on the hull 100 of the ship 10. That is, the ship 10 according to this embodiment includes the engine system 1 and the hull 100. The engine system 1 is used as a driving source for generating a propulsive force for propelling the hull 100. In this embodiment, the engine system 1 can also be used as a driving source for driving a generator 101 (see FIG. 1) that generates electrical energy (electric power) used in the hull 100. That is, the engine system 1 is used as a driving source for generating a propulsive force for the hull 100 or for driving the generator 101. The electrical energy generated by the generator 101 may be stored in a power storage device.
船舶10は、海、湖又は河川等の水上を航行(航走)する移動体である。本実施形態では一例として、船舶10は、主として海においてスポーツ又はレクリエーション等に用いられる小型船舶である「プレジャーボート」である。船舶10の船体100は、図2に示すように、プロペラ103及びプロペラシャフト104を有している。プロペラ103は、プロペラシャフト104によってエンジンシステム1のエンジン本体2と連結されている。船舶10は、エンジン本体2で発生する動力を受けてプロペラシャフト104を中心にプロペラ103を回転させることにより、船体100を前進又は後進させるための推進力を生じさせる。 The ship 10 is a mobile body that navigates (sails) on water such as the sea, a lake, or a river. In this embodiment, as an example, the ship 10 is a "pleasure boat", a small vessel used primarily for sports or recreation on the sea. As shown in FIG. 2, the hull 100 of the ship 10 has a propeller 103 and a propeller shaft 104. The propeller 103 is connected to the engine body 2 of the engine system 1 by the propeller shaft 104. The ship 10 receives power generated by the engine body 2 and rotates the propeller 103 around the propeller shaft 104, thereby generating a propulsive force for moving the hull 100 forward or backward.
エンジン本体2は、例えば、船体100の機関室の内底板上にベース台を介して据え付けられる。ここで、エンジン本体2は、図2に示すように、船体100が水上に停泊している状態において、水平面に対して船体100の進行方向の一方に、傾斜角度θ1だけ傾斜した姿勢で配置される。具体的には、エンジン本体2は、クランクシャフト22(図1参照)の回転軸Ax1(図3参照)を船体100の進行方向に沿わせつつ、船体100の進行方向の前進側(前進時に進む側)ほど高くなるように傾斜した「前上がり」の姿勢で配置されている。 The engine body 2 is mounted, for example, via a base on the inner bottom plate of the engine room of the hull 100. Here, as shown in FIG. 2, the engine body 2 is arranged in a posture inclined by an inclination angle θ1 to one side of the traveling direction of the hull 100 with respect to the horizontal plane when the hull 100 is anchored on the water. Specifically, the engine body 2 is arranged in a "front-up" posture in which the rotation axis Ax1 (see FIG. 3) of the crankshaft 22 (see FIG. 1) is aligned with the traveling direction of the hull 100, and is inclined so that it is higher toward the forward traveling side of the traveling direction of the hull 100 (the side moving forward when moving forward).
また、本実施形態では、船舶10は、人(操縦者)の操作(遠隔操作を含む)に応じて動作する構成であって、特に、操縦者である人が搭乗可能な有人タイプであることとする。そのため、船舶10は、操縦者の操作を受け付ける操作盤102(図1参照)を船体100に有しており、操作盤102に対する操作に応じて、エンジンシステム1のエンジン制御部20がエンジン本体2を駆動させる。これにより、船舶10は、操縦者の操作に応じてエンジン本体2を駆動し、プロペラ103を回転させることによって船体100を前進又は後進させることが可能となる。また、船体100は、舵機構、表示装置、通信装置、及び照明設備等を含む種々の船内設備を更に備えている。また、エンジンシステム1が発電機101の駆動に用いられる場合には、発電機101の制御状態(発電機負荷)又は人(操縦者)の操作(遠隔操作を含む)等に応じて、エンジン制御部20がエンジン本体2を駆動させる。 In this embodiment, the vessel 10 is configured to operate in response to the operation (including remote operation) of a person (pilot), and is particularly a manned type that can be boarded by a person who is a pilot. Therefore, the vessel 10 has an operation panel 102 (see FIG. 1) on the hull 100 that accepts the operation of the pilot, and the engine control unit 20 of the engine system 1 drives the engine body 2 in response to the operation of the operation panel 102. As a result, the vessel 10 can drive the engine body 2 in response to the operation of the pilot and rotate the propeller 103 to move the hull 100 forward or backward. The hull 100 also includes various onboard equipment including a steering mechanism, a display device, a communication device, and lighting equipment. In addition, when the engine system 1 is used to drive the generator 101, the engine control unit 20 drives the engine body 2 in response to the control state (generator load) of the generator 101 or the operation (including remote operation) of the person (pilot).
本実施形態に係るエンジンシステム1は、気体燃料を空気と混合させてから燃焼室50に流入させる予混合燃焼方式と、液体燃料を燃焼室50内に噴射して燃焼する拡散燃焼方式と、のいずれにも対応可能な、いわゆるデュアルフューエルエンジン(DFエンジン)である。ここで、気体燃料は一例として水素であって、液体燃料は一例として化石燃料(軽油又はガソリン等)であることとする。より詳細には、液体燃料として軽油を用いることで、エンジンシステム1は、燃料に水素を用いるガスモードと、燃料に軽油を用いるディーゼルモードと、のいずれにも対応可能である。ここで、ガスモードにおいては着火用燃料として少量の液体燃料(軽油等)が更に用いられてもよい。 The engine system 1 according to this embodiment is a so-called dual fuel engine (DF engine) that can handle both a premixed combustion method in which gaseous fuel is mixed with air and then introduced into the combustion chamber 50, and a diffusion combustion method in which liquid fuel is injected into the combustion chamber 50 and burned. Here, the gaseous fuel is, for example, hydrogen, and the liquid fuel is, for example, a fossil fuel (diesel or gasoline, etc.). More specifically, by using diesel as the liquid fuel, the engine system 1 can handle both a gas mode in which hydrogen is used as fuel, and a diesel mode in which diesel is used as fuel. Here, in the gas mode, a small amount of liquid fuel (diesel, etc.) may also be used as ignition fuel.
また、本実施形態では、説明の便宜上、図3に示すように、クランクシャフト22の回転軸Ax1に沿う方向を出力軸方向D1と定義する。さらに、図3に示すように、出力軸方向D1と直交しかつエンジン本体2が使用可能な状態での鉛直方向に沿った方向を上下方向D2と定義し、出力軸方向D1と上下方向D2との両方に直交する方向を幅方向D3と定義する。ここで、出力軸方向D1の一方を「前方」、他方を「後方」と定義し、クランクシャフト22においてプロペラシャフト104と連結される側(フライホイールが配置される側)を後方とする。同様に、幅方向D3の一方を「左方」、他方を「右方」と定義する。さらに、上下方向D2のうち、後述するクランク室52(図1参照)から見て気筒51(図1参照)が位置する側を「上方」、反対側を「下方」と定義する。 In this embodiment, for convenience of explanation, as shown in FIG. 3, the direction along the rotation axis Ax1 of the crankshaft 22 is defined as the output axis direction D1. Furthermore, as shown in FIG. 3, the direction perpendicular to the output axis direction D1 and along the vertical direction when the engine body 2 is in a usable state is defined as the up-down direction D2, and the direction perpendicular to both the output axis direction D1 and the up-down direction D2 is defined as the width direction D3. Here, one side of the output axis direction D1 is defined as the "front" and the other as the "rear", and the side of the crankshaft 22 that is connected to the propeller shaft 104 (the side where the flywheel is arranged) is defined as the rear. Similarly, one side of the width direction D3 is defined as the "left" and the other as the "right". Furthermore, in the up-down direction D2, the side where the cylinder 51 (see FIG. 1) is located as viewed from the crank chamber 52 (see FIG. 1) described later is defined as the "upper" and the opposite side as the "lower".
言い換えれば、本実施形態で用いられる各方向は、いずれもクランクシャフト22の回転軸Ax1を基準として規定される方向である。ここで、エンジン本体2は、上述したように、クランクシャフト22の回転軸Ax1を船体100の進行方向に沿わせつつ、傾斜角度θ1だけ水平面に対して傾斜する「前上がり」の姿勢で配置される。そのため、上下方向D2に延びる仮想直線は、船体100にエンジン本体2が搭載された状態での鉛直方向に対して、傾斜角度θ1だけ(後進側に)傾斜することになる。ただし、これらの方向は、いずれもエンジン本体2の使用方向(使用時の方向)を限定する趣旨ではない。 In other words, all directions used in this embodiment are directions defined based on the rotation axis Ax1 of the crankshaft 22. Here, as described above, the engine body 2 is arranged in a "front-up" position in which the rotation axis Ax1 of the crankshaft 22 is aligned with the traveling direction of the hull 100 and inclined by the inclination angle θ1 with respect to the horizontal plane. Therefore, the imaginary line extending in the up-down direction D2 is inclined by the inclination angle θ1 (towards the rearward direction) with respect to the vertical direction when the engine body 2 is mounted on the hull 100. However, none of these directions are intended to limit the direction of use of the engine body 2 (direction during use).
エンジン本体2の後端部からは、エンジン出力軸としてのクランクシャフト22が後方に向かって突出する。クランクシャフト22には、減速機を介してプロペラシャフト104が連結される。エンジン本体2が駆動され、クランクシャフト22が回転軸Ax1を中心に回転すると、プロペラシャフト104につながるプロペラ103が回転して船体100の推進力が発生する。エンジンシステム1が、発電機101の駆動に用いられる場合には、クランクシャフト22には、発電機101が連結される。この場合、エンジン本体2が駆動され、クランクシャフト22が回転軸Ax1を中心に回転すると、発電機101が駆動されて電気エネルギーが生成される。 The crankshaft 22 protrudes rearward from the rear end of the engine body 2 as an engine output shaft. The crankshaft 22 is connected to the propeller shaft 104 via a reduction gear. When the engine body 2 is driven and the crankshaft 22 rotates about the rotation axis Ax1, the propeller 103 connected to the propeller shaft 104 rotates, generating thrust for the hull 100. When the engine system 1 is used to drive the generator 101, the generator 101 is connected to the crankshaft 22. In this case, when the engine body 2 is driven and the crankshaft 22 rotates about the rotation axis Ax1, the generator 101 is driven to generate electrical energy.
本実施形態に係るエンジンシステム1は、上述したようにデュアルフューエルエンジンである。そのため、エンジンシステム1は、気体燃料(水素)を空気に混合させて燃焼させる予混合燃焼方式(ガスモード)と、液体燃料(軽油)を拡散させて燃焼させる拡散燃焼方式(ディーゼルモード)と、のいずれかを選択して、エンジン本体2を駆動させることができる。そのため、エンジン本体2には、気体燃料(ここでは水素)と液体燃料(ここでは軽油)との2種類の燃料を、エンジン本体2の外部から供給可能に構成されている。 The engine system 1 according to this embodiment is a dual fuel engine as described above. Therefore, the engine system 1 can drive the engine body 2 by selecting either a premixed combustion method (gas mode) in which gaseous fuel (hydrogen) is mixed with air and burned, or a diffusion combustion method (diesel mode) in which liquid fuel (diesel) is diffused and burned. Therefore, the engine body 2 is configured to be able to be supplied with two types of fuel, gaseous fuel (hydrogen in this case) and liquid fuel (diesel in this case), from outside the engine body 2.
すなわち、エンジンシステム1は、図1に示すように、気体燃料を供給するための燃料供給装置3と、液体燃料を供給するための液体燃料供給装置4と、を備えている。 That is, as shown in FIG. 1, the engine system 1 includes a fuel supply device 3 for supplying gas fuel and a liquid fuel supply device 4 for supplying liquid fuel.
燃料供給装置3は、噴射部31と、液化水素タンク32と、燃料供給路33と、気化器34と、調圧バルブ35と、ガスアドミッションバルブ36と、を有している。液化水素タンク32は、液化された気体燃料(ここでは水素)を貯留する燃料タンクであって、燃料供給路33を通してガスアドミッションバルブ36に接続されている。気化器34及び調圧バルブ35は、燃料供給路33に、上流側から気化器34、調圧バルブ35の順で挿入されている。気化器34は、液化水素を気化する。調圧バルブ35は、エンジン本体2への気体燃料の供給量を調整するガスバルブユニットである。ガスアドミッションバルブ36は、燃料供給路33を通して供給される気体燃料を、ノズル状(筒状)の噴射部31から、エンジン本体2内に噴射する。 The fuel supply device 3 has an injection unit 31, a liquefied hydrogen tank 32, a fuel supply line 33, a vaporizer 34, a pressure regulating valve 35, and a gas admission valve 36. The liquefied hydrogen tank 32 is a fuel tank that stores liquefied gaseous fuel (here, hydrogen) and is connected to the gas admission valve 36 through the fuel supply line 33. The vaporizer 34 and the pressure regulating valve 35 are inserted into the fuel supply line 33 in the order of the vaporizer 34 and the pressure regulating valve 35 from the upstream side. The vaporizer 34 vaporizes the liquefied hydrogen. The pressure regulating valve 35 is a gas valve unit that adjusts the amount of gaseous fuel supplied to the engine body 2. The gas admission valve 36 injects the gaseous fuel supplied through the fuel supply line 33 from the nozzle-shaped (cylindrical) injection unit 31 into the engine body 2.
液体燃料供給装置4は、液体燃料噴射部41を有している。液体燃料供給装置4は、液体燃料供給路を介して、液体燃料タンクに接続されている。液体燃料供給装置4は、液体燃料供給路を通して供給される液体燃料を、ノズル状(筒状)の液体燃料噴射部41から、エンジン本体2内に噴射する。 The liquid fuel supply device 4 has a liquid fuel injection unit 41. The liquid fuel supply device 4 is connected to a liquid fuel tank via a liquid fuel supply passage. The liquid fuel supply device 4 injects liquid fuel supplied through the liquid fuel supply passage from the nozzle-shaped (cylindrical) liquid fuel injection unit 41 into the engine body 2.
ここで、気体燃料を噴射する噴射部31は、燃焼室50につながる給気ポート61の内部に臨む位置に配置され、液体燃料を噴射する液体燃料噴射部41は、燃焼室50に臨む位置に配置されている。これにより、噴射部31は、気体燃料を給気ポート61内に噴射し、気体燃料を空気と混合させてから燃焼室50に流入させる。一方、液体燃料噴射部41は、液体燃料を燃焼室50内に直接的に噴射する。つまり、燃料供給方式として、気体燃料についてはポート噴射方式が採用され、液体燃料については直噴方式が採用される。 Here, the injection unit 31 that injects gaseous fuel is positioned facing the inside of the air supply port 61 that connects to the combustion chamber 50, and the liquid fuel injection unit 41 that injects liquid fuel is positioned facing the combustion chamber 50. As a result, the injection unit 31 injects gaseous fuel into the air supply port 61 and mixes the gaseous fuel with air before allowing it to flow into the combustion chamber 50. On the other hand, the liquid fuel injection unit 41 injects liquid fuel directly into the combustion chamber 50. In other words, as a fuel supply method, a port injection method is adopted for gaseous fuel, and a direct injection method is adopted for liquid fuel.
エンジン本体2は、図3及び図4に示すように、シリンダブロック5の上にシリンダヘッド6を組み付けて構成される。シリンダブロック5は、気筒51(シリンダ)及びクランク室52を有している。シリンダヘッド6は、給気ポート61及び排気ポート62を有している。図3に示すように、シリンダブロック5の下部には、クランクシャフト22が、回転軸Ax1を出力軸方向D1に向けた状態で回転可能に支持されている。 As shown in Figures 3 and 4, the engine body 2 is constructed by assembling a cylinder head 6 onto a cylinder block 5. The cylinder block 5 has a cylinder 51 and a crank chamber 52. The cylinder head 6 has an intake port 61 and an exhaust port 62. As shown in Figure 3, the crankshaft 22 is rotatably supported at the bottom of the cylinder block 5 with its rotation axis Ax1 facing the output shaft direction D1.
シリンダブロック5には、図5に示すように、複数(本実施形態では6つ)の気筒51がクランクシャフト22の回転軸Ax1に沿うように一列(直列)に並べて形成される。つまり、本実施形態では、エンジン本体2は、気筒51が複数直列に並べて配置された直列多気筒エンジン(直列6気筒エンジン)である。クランクシャフト22の回転軸Ax1に沿った出力軸方向D1と、複数の気筒51の並び方向とは一致している。各気筒51には、図1に示すように、ピストン21が上下方向D2にスライド可能、つまり往復移動可能に収容されている。ピストン21は、コネクティングロッド24を介してクランクシャフト22に連結される。 As shown in FIG. 5, the cylinder block 5 has a plurality of cylinders 51 (six in this embodiment) arranged in a row (in series) along the rotation axis Ax1 of the crankshaft 22. In other words, in this embodiment, the engine body 2 is an in-line multi-cylinder engine (in-line six-cylinder engine) in which the cylinders 51 are arranged in series. The output axis direction D1 along the rotation axis Ax1 of the crankshaft 22 coincides with the arrangement direction of the plurality of cylinders 51. As shown in FIG. 1, each cylinder 51 accommodates a piston 21 that can slide in the vertical direction D2, i.e., can move back and forth. The piston 21 is connected to the crankshaft 22 via a connecting rod 24.
シリンダヘッド6は、複数(本実施形態では6つ)の気筒51に一対一で対応するように複数設けられている。複数(本実施形態では6つ)のシリンダヘッド6は、それぞれ気筒51を上方から覆うように、1つのシリンダブロック5の上方に固定されている。つまり、複数のシリンダヘッド6は、出力軸方向D1に一列に並べて配置されている。図1に示すように、各気筒51の内部空間のうち、ピストン21の上面とシリンダヘッド6の下面とで囲まれた空間が、燃焼室50として機能する。つまり、ピストン21が上下方向D2に往復移動することで、燃焼室50は膨張と収縮とを交互に繰り返すことになる。 The cylinder heads 6 are provided in a one-to-one correspondence with the multiple (six in this embodiment) cylinders 51. The multiple (six in this embodiment) cylinder heads 6 are fixed above one cylinder block 5 so as to cover the cylinders 51 from above. In other words, the multiple cylinder heads 6 are arranged in a line in the output shaft direction D1. As shown in FIG. 1, the space within the internal space of each cylinder 51 that is surrounded by the upper surface of the piston 21 and the lower surface of the cylinder head 6 functions as a combustion chamber 50. In other words, as the piston 21 reciprocates in the vertical direction D2, the combustion chamber 50 alternately expands and contracts.
複数のヘッドカバー71は、複数(本実施形態では6つ)の気筒51に一対一で対応するように、出力軸方向D1に一列に並べて、シリンダヘッド6上に配置されている。各ヘッドカバー71の内部には、給気弁72及び排気弁73を動作させるためのプッシュロッド及びロッカーアーム等を含む動弁機構が収容されている。給気弁72は、シリンダヘッド6に形成された給気ポート61のうち、燃焼室50につながる開口を開閉する。排気弁73は、シリンダヘッド6に形成された排気ポート62のうち、燃焼室50につながる開口を開閉する。これにより、給気弁72が開いた状態では、燃焼室50に給気ポート61からの空気(吸入空気)を取り込むことができる。排気弁73が開いた状態では、燃焼室50からの排気を排気ポート62に排出することができる。 The head covers 71 are arranged on the cylinder head 6 in a line in the output axial direction D1 so as to correspond one-to-one to the multiple (six in this embodiment) cylinders 51. A valve mechanism including a push rod and a rocker arm for operating the intake valve 72 and the exhaust valve 73 is housed inside each head cover 71. The intake valve 72 opens and closes an opening of the intake port 61 formed in the cylinder head 6 that leads to the combustion chamber 50. The exhaust valve 73 opens and closes an opening of the exhaust port 62 formed in the cylinder head 6 that leads to the combustion chamber 50. As a result, when the intake valve 72 is open, air (intake air) can be taken in from the intake port 61 to the combustion chamber 50. When the exhaust valve 73 is open, exhaust from the combustion chamber 50 can be discharged to the exhaust port 62.
給気弁72及び排気弁73の開閉駆動は、カムシャフト23(図1参照)にて行われる。カムシャフト23は、図1及び図6に示すように、シリンダブロック5における気筒51の左方に配置されたカム室53に収容されている。カム室53は、気筒51及びクランク室52等と一体に、シリンダブロック5に形成されている。カム室53は、出力軸方向D1に延びており、同じく出力軸方向D1に延びたカムシャフト23を回転可能に収容する。カムシャフト23は、クランクシャフト22の回転に連動して出力軸方向D1に沿った回転軸を中心に回転し、給気弁72及び排気弁73の各々を開閉駆動する。 The intake valve 72 and the exhaust valve 73 are driven to open and close by the camshaft 23 (see FIG. 1). As shown in FIG. 1 and FIG. 6, the camshaft 23 is housed in a cam chamber 53 arranged to the left of the cylinder 51 in the cylinder block 5. The cam chamber 53 is formed in the cylinder block 5 integrally with the cylinder 51 and the crank chamber 52. The cam chamber 53 extends in the output shaft direction D1 and rotatably houses the camshaft 23, which also extends in the output shaft direction D1. The camshaft 23 rotates about a rotation axis along the output shaft direction D1 in conjunction with the rotation of the crankshaft 22, and drives the intake valve 72 and the exhaust valve 73 to open and close.
また、シリンダブロック5の上方であって、かつシリンダヘッド6の左方に当たる部位には、サイドカバー74が取り付けられている。つまり、エンジン本体2の左側面の上部には段差が形成されており、この段差部分を覆うように、サイドカバー74が取り付けられる。サイドカバー74で覆われた空間には、液体燃料供給用レール配管、メイン燃料噴射ポンプ及びパイロット燃料供給用レール配管等が配置されている。液体燃料供給用レール配管は、出力軸方向D1に延びるように配置され、拡散燃焼方式での燃焼時に各気筒51の燃焼室50に液体燃料を分配して供給する。液体燃料供給用レール配管に供給された液体燃料は、各気筒51に対応して設けられたメイン燃料噴射ポンプに分配され、メイン燃料噴射ポンプから供給された液体燃料は液体燃料噴射部41から燃焼室50内に噴射される。パイロット燃料供給用レール配管は、予混合燃焼方式での燃焼時に気体燃料着火を目的として、各気筒51の燃焼室50にパイロット燃料を分配して供給する。 A side cover 74 is attached to the upper part of the cylinder block 5 and to the left of the cylinder head 6. That is, a step is formed at the upper part of the left side of the engine body 2, and the side cover 74 is attached to cover this step. In the space covered by the side cover 74, a liquid fuel supply rail pipe, a main fuel injection pump, a pilot fuel supply rail pipe, and the like are arranged. The liquid fuel supply rail pipe is arranged to extend in the output axial direction D1, and distributes and supplies liquid fuel to the combustion chamber 50 of each cylinder 51 during combustion in the diffusion combustion method. The liquid fuel supplied to the liquid fuel supply rail pipe is distributed to the main fuel injection pump provided corresponding to each cylinder 51, and the liquid fuel supplied from the main fuel injection pump is injected into the combustion chamber 50 from the liquid fuel injection unit 41. The pilot fuel supply rail pipe distributes and supplies pilot fuel to the combustion chamber 50 of each cylinder 51 for the purpose of igniting gaseous fuel during combustion in the premixed combustion method.
また、図1及び図6に示すように、シリンダブロック5における気筒51の右方には、エンジン本体2の外部からの空気(給気)を各気筒51の燃焼室50に分配して供給するための給気マニホールド54が配置されている。給気マニホールド54は、気筒51及びクランク室52等と一体に、シリンダブロック5に形成されている。給気マニホールド54は、出力軸方向D1に延びており、複数のシリンダヘッド6に形成された複数の給気ポート61につながっている。これにより、複数の給気ポート61には給気マニホールド54から空気が分配される。つまり、給気マニホールド54は、給気ポート61を通して、各気筒51の燃焼室50に通じることになる。 As shown in Figures 1 and 6, an intake manifold 54 is disposed to the right of the cylinders 51 in the cylinder block 5 to distribute and supply air (intake air) from outside the engine body 2 to the combustion chambers 50 of each cylinder 51. The intake manifold 54 is formed in the cylinder block 5 integrally with the cylinders 51 and the crank chamber 52. The intake manifold 54 extends in the output axial direction D1 and is connected to a plurality of intake ports 61 formed in the plurality of cylinder heads 6. As a result, air is distributed from the intake manifold 54 to the plurality of intake ports 61. In other words, the intake manifold 54 is connected to the combustion chambers 50 of each cylinder 51 through the intake ports 61.
図6に示すように、シリンダヘッド6の右上方には、各気筒51の燃焼室50での燃焼により発生した排気を集めてエンジン本体2の外部に排出するための排気マニホールド75が配置されている。排気マニホールド75は、出力軸方向D1に延びており、複数のシリンダヘッド6に形成された複数の排気ポート62につながっている。これにより、複数の排気ポート62からの排気は排気マニホールド75に集約される。つまり、排気マニホールド75は、排気ポート62を通して、各気筒51の燃焼室50に通じることになる。 As shown in FIG. 6, an exhaust manifold 75 is disposed in the upper right of the cylinder head 6 to collect exhaust gas generated by combustion in the combustion chamber 50 of each cylinder 51 and discharge it to the outside of the engine body 2. The exhaust manifold 75 extends in the output axial direction D1 and is connected to a plurality of exhaust ports 62 formed in the plurality of cylinder heads 6. As a result, exhaust gas from the plurality of exhaust ports 62 is collected in the exhaust manifold 75. In other words, the exhaust manifold 75 is connected to the combustion chamber 50 of each cylinder 51 through the exhaust port 62.
ここで、シリンダブロック5、シリンダヘッド6及びピストン21等の、エンジン本体2を構成する主要部品は、例えば、アルミ合金及び鋳鉄等の金属材料にて構成されている。これらの主要部品は、所望の耐久性(剛性及び耐摩耗性等を含む)を有し、かつ比較的優れた熱伝導性を有している。 Here, the main components constituting the engine body 2, such as the cylinder block 5, cylinder head 6, and piston 21, are made of metal materials, such as aluminum alloys and cast iron. These main components have the desired durability (including rigidity and wear resistance, etc.) and relatively good thermal conductivity.
上記構成によれば、拡散燃焼方式でのエンジン本体2の駆動時には、給気マニホールド54から各気筒51に供給された空気がピストン21のスライドにより圧縮された適宜のタイミングで、液体燃料噴射部41から燃焼室50内に液体燃料が噴射される。液体燃料が燃焼室50内に噴射されることにより、ピストン21は、燃焼室50で生じる爆発から得られる推進力によって気筒51内を往復運動し、ピストン21の往復運動がコネクティングロッド24を介してクランクシャフト22の回転運動に変換される。これにより、エンジン本体2は、クランクシャフト22の回転力を動力(機械的エネルギー)として出力する。 According to the above configuration, when the engine body 2 is driven in the diffusion combustion system, liquid fuel is injected from the liquid fuel injection section 41 into the combustion chamber 50 at the appropriate timing when the air supplied to each cylinder 51 from the intake manifold 54 is compressed by the sliding of the piston 21. When the liquid fuel is injected into the combustion chamber 50, the piston 21 reciprocates within the cylinder 51 due to the propulsive force obtained from the explosion generated in the combustion chamber 50, and the reciprocating motion of the piston 21 is converted into the rotational motion of the crankshaft 22 via the connecting rod 24. As a result, the engine body 2 outputs the rotational force of the crankshaft 22 as power (mechanical energy).
一方、予混合燃焼方式でのエンジン本体2の駆動時には、液化水素タンク32から燃料供給路33を通して供給された気体燃料が、噴射部31から給気ポート61内に噴射される。これにより、給気マニホールド54から給気ポート61に供給される空気と、気体燃料とが給気ポート61内で混合される。そのため、各気筒51には、給気ポート61から空気と気体燃料との混合気が導入され、当該混合気がピストン21のスライドにより圧縮された適宜のタイミングで、燃焼室50内に少量のパイロット燃料が噴射されることにより、気体燃料に着火される。ピストン21は、燃焼室50で生じる爆発から得られる推進力によって気筒51内を往復運動し、ピストン21の往復運動がコネクティングロッド24を介してクランクシャフト22の回転運動に変換される。これにより、エンジン本体2は、クランクシャフト22の回転力を動力(機械的エネルギー)として出力する。 On the other hand, when the engine body 2 is driven in the premixed combustion system, the gaseous fuel supplied from the liquefied hydrogen tank 32 through the fuel supply passage 33 is injected from the injection unit 31 into the intake port 61. As a result, the air supplied from the intake manifold 54 to the intake port 61 and the gaseous fuel are mixed in the intake port 61. Therefore, a mixture of air and gaseous fuel is introduced from the intake port 61 to each cylinder 51, and at an appropriate timing when the mixture is compressed by the sliding of the piston 21, a small amount of pilot fuel is injected into the combustion chamber 50, thereby igniting the gaseous fuel. The piston 21 reciprocates in the cylinder 51 by the propulsive force obtained from the explosion generated in the combustion chamber 50, and the reciprocating motion of the piston 21 is converted into the rotational motion of the crankshaft 22 via the connecting rod 24. As a result, the engine body 2 outputs the rotational force of the crankshaft 22 as power (mechanical energy).
拡散燃焼方式及び予混合燃焼方式のいずれであっても、燃焼室50での燃焼(爆発)により生じる排気は、ピストン21の運動により気筒51から押し出され、排気ポート62を通して排気マニホールド75に集められた後、エンジン本体2の外部に排出される。 Whether it is the diffusion combustion method or the premixed combustion method, the exhaust gas generated by the combustion (explosion) in the combustion chamber 50 is pushed out of the cylinder 51 by the movement of the piston 21, and is collected in the exhaust manifold 75 through the exhaust port 62, and then discharged outside the engine body 2.
また、本実施形態に係るエンジンシステム1は、エンジン本体2に加えて、過給機8(図1参照)を備える過給機付きエンジンである。過給機8は、図3及び図4に示すように、エンジン本体2の前部の上方に配置されている。 The engine system 1 according to this embodiment is a supercharged engine that includes a supercharger 8 (see FIG. 1) in addition to the engine body 2. The supercharger 8 is disposed above the front part of the engine body 2, as shown in FIGS. 3 and 4.
過給機8は、図1に示すように、給気側タービン81と、排気側タービン82と、を有している。給気側タービン81は、空気を給気マニホールド54に取り込むための給気通路83上に配置されている。排気側タービン82は、排気マニホールド75につながる排気通路84上に配置されている。排気側タービン82は給気側タービン81に連結されており、排気通路84を通して排出される空気(排気)の流れによって排気側タービン82が回転すると、給気側タービン81が回転する。給気側タービン81が回転することで、給気通路83から取り込まれる空気(吸入空気)は、圧縮され、インタークーラ85を通して給気マニホールド54に送られる。インタークーラ85は、図6に示すように、エンジン本体2の前端面に沿って配置されており、過給機8で圧縮された空気(吸入空気)を冷却する。図1における太線矢印は、空気(吸入空気及び排気を含む)の流れ(気流)を表している。 1, the turbocharger 8 has an intake side turbine 81 and an exhaust side turbine 82. The intake side turbine 81 is arranged on an intake passage 83 for taking in air into the intake manifold 54. The exhaust side turbine 82 is arranged on an exhaust passage 84 connected to the exhaust manifold 75. The exhaust side turbine 82 is connected to the intake side turbine 81, and when the exhaust side turbine 82 rotates due to the flow of air (exhaust) discharged through the exhaust passage 84, the intake side turbine 81 rotates. When the intake side turbine 81 rotates, the air (intake air) taken in from the intake passage 83 is compressed and sent to the intake manifold 54 through the intercooler 85. The intercooler 85 is arranged along the front end surface of the engine body 2 as shown in FIG. 6, and cools the air (intake air) compressed by the turbocharger 8. The thick arrows in FIG. 1 represent the flow (airflow) of air (including intake air and exhaust air).
ところで、本実施形態に係るエンジンシステム1は、上述した構成のエンジン本体2(及び過給機8)に加えて、図1に示すように、エンジン制御部20、筒内圧センサ76及び回転数センサ77等を更に備えている。 Incidentally, the engine system 1 according to this embodiment further includes an engine control unit 20, an in-cylinder pressure sensor 76, and an engine speed sensor 77, in addition to the engine body 2 (and turbocharger 8) configured as described above, as shown in FIG. 1.
エンジン制御部20は、CPU(Central Processing Unit)等の1以上のプロセッサと、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)等の1以上のメモリとを有するコンピュータシステムを主構成とし、種々の処理(情報処理)を実行する。エンジン制御部20における1以上のメモリには、1以上のプロセッサにエンジン制御方法を実行させるためのプログラム(エンジン制御プログラム)が記録されている。エンジン制御部20は、調圧バルブ35、ガスアドミッションバルブ36及び液体燃料噴射部41等に制御信号(電気信号)を出力し、調圧バルブ35、ガスアドミッションバルブ36及び液体燃料噴射部41等を制御する。これにより、エンジン制御部20では、エンジン本体2の出力(主として回転数)を、任意の値に調節するようにエンジン本体2を制御することが可能である。 The engine control unit 20 mainly comprises a computer system having one or more processors such as a CPU (Central Processing Unit) and one or more memories such as a ROM (Read Only Memory) and a RAM (Random Access Memory), and executes various processes (information processing). A program (engine control program) for causing the one or more processors to execute an engine control method is recorded in one or more memories in the engine control unit 20. The engine control unit 20 outputs control signals (electrical signals) to the pressure regulating valve 35, the gas admission valve 36, the liquid fuel injection unit 41, etc., and controls the pressure regulating valve 35, the gas admission valve 36, the liquid fuel injection unit 41, etc. As a result, the engine control unit 20 can control the engine body 2 to adjust the output (mainly the rotation speed) of the engine body 2 to an arbitrary value.
筒内圧センサ76は、各気筒51の燃焼室50に臨む位置に配置され、燃焼室50内の圧力を計測し、計測値(圧力)に応じた電気信号をエンジン制御部20に出力する。回転数センサ77は、クランクシャフト22の回転数(及び回転角)を計測し、計測値(回転数)に応じた電気信号をエンジン制御部20に出力する。 The cylinder pressure sensor 76 is disposed at a position facing the combustion chamber 50 of each cylinder 51, measures the pressure in the combustion chamber 50, and outputs an electrical signal corresponding to the measured value (pressure) to the engine control unit 20. The rotation speed sensor 77 measures the rotation speed (and rotation angle) of the crankshaft 22, and outputs an electrical signal corresponding to the measured value (rotation speed) to the engine control unit 20.
[2]定義
本開示でいう「ブローバイガス」は、エンジン本体2の圧縮工程又は燃焼行程で高圧となった燃焼ガス(排気)及び未燃焼ガス等のうち、気筒51の内周面とピストン21の外周面との隙間を通して気筒51(燃焼室50)からクランク室52に漏れ出したガスを意味する。言い換えれば、「ブローバイガス」は、圧縮行程で高圧となった燃焼室50内の混合気がクランク室52に漏れ出してなる「圧縮漏れガス」を含む。つまり、燃焼室50内の未燃焼ガス等が、気筒51とピストン21との間の気密を確保するためのピストンリング(コンプレッションリング)のシール能力を超えると、燃焼室50内の未燃焼ガス等が、ブローバイガスとしてクランク室52に漏れ出すことがある。
[2] Definition In this disclosure, the term "blow-by gas" refers to the gas leaked from the cylinder 51 (combustion chamber 50) to the crank chamber 52 through a gap between the inner peripheral surface of the cylinder 51 and the outer peripheral surface of the piston 21, among the combustion gas (exhaust gas) and unburned gas that have become high pressure during the compression stroke or combustion stroke of the engine body 2. In other words, the term "blow-by gas" includes "compression leakage gas" that is formed when the mixture in the combustion chamber 50 that has become high pressure during the compression stroke leaks into the crank chamber 52. In other words, when the unburned gas in the combustion chamber 50 exceeds the sealing capacity of the piston ring (compression ring) that ensures airtightness between the cylinder 51 and the piston 21, the unburned gas in the combustion chamber 50 may leak into the crank chamber 52 as blow-by gas.
本開示でいう「比重」は、ある物質の密度と、基準物質の密度との比を意味し、気体に関する比重は、当該気体と同温度かつ同圧力における基準物質としての空気との密度の比で表される。そのため、気体であるブローバイガスの比重が「1」より小さければ、ブローバイガスと同温度かつ同圧力における(ブローバイガスと)同体積の空気に比べて、ブローバイガスの質量は小さく(つまり軽く)なる。反対に、気体であるブローバイガスの比重が「1」より大きければ、ブローバイガスと同温度かつ同圧力における(ブローバイガスと)同体積の空気に比べて、ブローバイガスの質量は大きく(つまり重く)なる。一例として、水素の比重は「0.06952」であって「1」よりも十分に小さいため、ブローバイガスの主成分が水素である場合には、ブローバイガスの比重は「1」よりも小さくなり、ブローバイガスは同温度かつ同圧力で同体積の空気よりも軽くなる。あるいは、気体の比重は、標準状態(0℃、1気圧)の基準物質としての空気との密度の比で表されてもよい。 In this disclosure, "specific gravity" means the ratio of the density of a substance to the density of a reference substance, and the specific gravity of a gas is expressed as the ratio of the density of the gas to that of air as a reference substance at the same temperature and pressure. Therefore, if the specific gravity of the gas blow-by gas is smaller than "1", the mass of the blow-by gas will be smaller (i.e. lighter) than the same volume of air (as the blow-by gas) at the same temperature and pressure as the blow-by gas. Conversely, if the specific gravity of the gas blow-by gas is greater than "1", the mass of the blow-by gas will be greater (i.e. heavier) than the same volume of air (as the blow-by gas) at the same temperature and pressure as the blow-by gas. As an example, the specific gravity of hydrogen is "0.06952", which is sufficiently smaller than "1", so when the main component of the blow-by gas is hydrogen, the specific gravity of the blow-by gas will be smaller than "1", and the blow-by gas will be lighter than the same volume of air at the same temperature and pressure. Alternatively, the specific gravity of a gas may be expressed as the ratio of its density to that of air as a reference substance at standard conditions (0°C, 1 atm).
本開示でいう「バックファイア」は、例えば給気行程において、燃焼室50又は給気ポート61等において、意図せず着火し、その火炎が燃焼室50又は給気ポート61等の内部に存在することを意味する。したがって、(給気弁72が開いている)給気行程において、バックファイアが発生すると、給気ポート61が火炎に晒される可能性がある。 In this disclosure, "backfire" means that, for example, during the intake stroke, ignition occurs unintentionally in the combustion chamber 50 or the intake port 61, and the flame is present inside the combustion chamber 50 or the intake port 61. Therefore, if a backfire occurs during the intake stroke (when the intake valve 72 is open), the intake port 61 may be exposed to the flame.
本開示でいう「平行」とは、一平面上の二直線であればどこまで延長しても交わらない場合、つまり二者間の角度が厳密に0度(又は180度)である場合に加えて、二者間の角度が0度に対して数度(例えば10度未満)程度の誤差範囲に収まる関係にあることをいう。同様に、本開示でいう「直交」とは、二者間の角度が厳密に90度で交わる場合に加えて、二者間の角度が90度に対して数度(例えば10度未満)程度の誤差範囲に収まる関係にあることをいう。 In this disclosure, "parallel" refers to two straight lines on a plane that do not intersect no matter how far they are extended, in other words, the angle between them is exactly 0 degrees (or 180 degrees), and also refers to a relationship in which the angle between the two is within an error range of a few degrees (e.g., less than 10 degrees) from 0 degrees. Similarly, in this disclosure, "orthogonal" refers to a relationship in which the angle between the two is exactly 90 degrees, and also refers to a relationship in which the angle between the two is within an error range of a few degrees (e.g., less than 10 degrees) from 90 degrees.
[3]シリンダブロックの構成
次に、エンジン本体2のうちのシリンダブロック5(及びその周辺構造)の構成について、図7~図16を参照してより詳細に説明する。図7は、出力軸方向D1の一方側である後側(クランクシャフト22が突出する側)からエンジン本体2を見た、シリンダブロック5の一部を破断しつつ主要な断面部分に斜線(ハッチング)を付した概略図である。図7では、サイドカバー74等の図示を適宜省略している。
[3] Configuration of Cylinder Block Next, the configuration of the cylinder block 5 (and its surrounding structure) of the engine body 2 will be described in more detail with reference to Figures 7 to 16. Figure 7 is a schematic diagram of the engine body 2 viewed from the rear side (the side from which the crankshaft 22 protrudes), which is one side in the output shaft direction D1, with part of the cylinder block 5 cut away and the main cross-sectional parts shaded (hatched). In Figure 7, the side cover 74 and the like are omitted as appropriate.
本実施形態では、シリンダブロック5には、上述したように、気筒51及びクランク室52に加えて、カム室53及び給気マニホールド54が形成されている。気筒51、クランク室52、カム室53及び給気マニホールド54は、いずれもシリンダブロック5の内部において互いに区切られた区画(室)からなり、それぞれ内部空間を有している。そのため、これら気筒51、クランク室52、カム室53及び給気マニホールド54の内周面は、いずれもシリンダブロック5の内周面501に含まれる。具体的に、クランク室52がシリンダブロック5の下部に配置され、クランク室52の上方に、気筒51、カム室53及び給気マニホールド54が配置されている。気筒51、カム室53及び給気マニホールド54のうち、気筒51が幅方向D3の中央に配置され、気筒51の左方にカム室53が配置され、気筒51の右方に給気マニホールド54が配置されている。このように、シリンダブロック5は、上下方向D2に並ぶ気筒51とクランク室52とを含み、気筒51の下方にクランク室52が位置する。 In this embodiment, as described above, in addition to the cylinder 51 and the crank chamber 52, the cam chamber 53 and the intake manifold 54 are formed in the cylinder block 5. The cylinder 51, the crank chamber 52, the cam chamber 53 and the intake manifold 54 are each formed of a partition (chamber) separated from each other inside the cylinder block 5, and each has an internal space. Therefore, the inner circumferential surfaces of the cylinder 51, the crank chamber 52, the cam chamber 53 and the intake manifold 54 are all included in the inner circumferential surface 501 of the cylinder block 5. Specifically, the crank chamber 52 is disposed at the bottom of the cylinder block 5, and the cylinder 51, the cam chamber 53 and the intake manifold 54 are disposed above the crank chamber 52. Of the cylinder 51, the cam chamber 53 and the intake manifold 54, the cylinder 51 is disposed in the center of the width direction D3, the cam chamber 53 is disposed to the left of the cylinder 51, and the intake manifold 54 is disposed to the right of the cylinder 51. Thus, the cylinder block 5 includes cylinders 51 and crank chambers 52 aligned in the vertical direction D2, with the crank chambers 52 located below the cylinders 51.
ここで、図7では、気筒51、クランク室52、カム室53及び給気マニホールド54は、1つずつ示しているが、実際には、気筒51は、出力軸方向D1(図7の紙面に直交する方向)に複数(本実施形態では6つ)並べて配置されている。一方、クランク室52については、隣接する気筒51間に位置する仕切壁521によって、出力軸方向D1において一応仕切られているものの、仕切壁521の下部に形成された連通孔522によって一体に連続する。つまり、クランク室52は、出力軸方向D1につながる一つの区画(室)からなる。また、カム室53の下面には開口部531が形成されており、カム室53の内部空間は開口部531を通してクランク室52の内部空間Sp1と連続する。給気マニホールド54は、出力軸方向D1に延びる一つの区画(室)からなる。 Here, in FIG. 7, the cylinder 51, the crank chamber 52, the cam chamber 53, and the intake manifold 54 are shown one by one, but in reality, the cylinders 51 are arranged in a row in the output shaft direction D1 (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 7) in multiple cylinders (six in this embodiment). On the other hand, the crank chamber 52 is partitioned in the output shaft direction D1 by a partition wall 521 located between adjacent cylinders 51, but is connected to the output shaft direction D1 by a communication hole 522 formed in the lower part of the partition wall 521. In other words, the crank chamber 52 consists of one section (chamber) that is connected to the output shaft direction D1. In addition, an opening 531 is formed on the lower surface of the cam chamber 53, and the internal space of the cam chamber 53 is connected to the internal space Sp1 of the crank chamber 52 through the opening 531. The intake manifold 54 consists of one section (chamber) that extends in the output shaft direction D1.
気筒51は、上下方向D2に延びる円筒状に形成されており、内部にピストン21を上下方向D2に沿って往復移動可能に収容する。気筒51の上下方向D2の両端面は開放されている。ピストン21は、気筒51の内径に対応する外径を有する円柱状の部材であって、ピストン21によって気筒51の内部空間は上下方向D2に二分される。そして、気筒51の内部空間のうち、ピストン21の上方の空間、つまりピストン21の上面とシリンダヘッド6の下面とで囲まれた空間が、燃焼室50となる。一方、気筒51の内部空間のうち、ピストン21の下方の空間は、クランク室52の内部空間Sp1に連続する。 The cylinder 51 is formed in a cylindrical shape extending in the vertical direction D2, and houses the piston 21 inside so that it can reciprocate along the vertical direction D2. Both end faces of the cylinder 51 in the vertical direction D2 are open. The piston 21 is a cylindrical member with an outer diameter corresponding to the inner diameter of the cylinder 51, and the internal space of the cylinder 51 is divided into two in the vertical direction D2 by the piston 21. Of the internal space of the cylinder 51, the space above the piston 21, that is, the space surrounded by the upper surface of the piston 21 and the lower surface of the cylinder head 6, becomes the combustion chamber 50. On the other hand, of the internal space of the cylinder 51, the space below the piston 21 is continuous with the internal space Sp1 of the crank chamber 52.
本実施形態では、ピストン21は、下面(クランク室52に臨む面)が開放された中空部材からなる。つまり、ピストン21は、円筒部211と、隔離壁212と、を有している。円筒部211は、上下方向D2の両端面が開放された円筒状の部位であって、隔離壁212は、円筒部211の上面を覆う部位である。ここでは、円筒部211と隔離壁212とは一体に形成されており、ピストン21は、全体として有底筒状に形成されている。そのため、厳密には、気筒51の内部空間のうち、燃焼室50と、クランク室52の内部空間Sp1に連続する空間とは、隔離壁212にて分離されている。言い換えれば、隔離壁212の上方の空間が燃焼室50となり、隔離壁212の下方の空間は、円筒部211の内部空間も含めて、クランク室52の内部空間Sp1に連続する。コネクティングロッド24は、その上端部がピストン21内に挿入された状態でピストン21に支持されている。 In this embodiment, the piston 21 is made of a hollow member with an open lower surface (surface facing the crank chamber 52). That is, the piston 21 has a cylindrical portion 211 and a partition wall 212. The cylindrical portion 211 is a cylindrical portion with both end surfaces in the vertical direction D2 open, and the partition wall 212 is a portion that covers the upper surface of the cylindrical portion 211. Here, the cylindrical portion 211 and the partition wall 212 are formed integrally, and the piston 21 is formed as a bottomed cylinder as a whole. Therefore, strictly speaking, the combustion chamber 50 and the space that is continuous with the internal space Sp1 of the crank chamber 52 in the internal space of the cylinder 51 are separated by the partition wall 212. In other words, the space above the partition wall 212 becomes the combustion chamber 50, and the space below the partition wall 212, including the internal space of the cylindrical portion 211, is continuous with the internal space Sp1 of the crank chamber 52. The connecting rod 24 is supported by the piston 21 with its upper end inserted into the piston 21.
また、本実施形態では、気筒51は、ピストン21を案内するシリンダライナ511にて構成されている。シリンダライナ511は、円筒状の部品であって、その内周面に対してピストン21を摺動することにより、ピストン21の移動方向(上下方向D2)を規制する。シリンダライナ511は、シリンダブロック5のライナ支持壁55にて支持されている。ライナ支持壁55は、シリンダライナ511よりも一回り大きな内径を有する円筒状の部位であって、シリンダライナ511は、ライナ支持壁55に嵌め込まれることによりシリンダブロック5に固定される。ここで、シリンダライナ511の上下方向D2の寸法は、ライナ支持壁55の上下方向D2の寸法よりも大きく、シリンダライナ511の下端部はライナ支持壁55の下面から下方(クランクシャフト22側)に突出する。要するに、本実施形態では、シリンダブロック5は、気筒51を構成するシリンダライナ511を支持するライナ支持壁55を有する。シリンダライナ511の下端は、ライナ支持壁55の下端から下方に突出する。 In this embodiment, the cylinder 51 is composed of a cylinder liner 511 that guides the piston 21. The cylinder liner 511 is a cylindrical part, and the piston 21 slides against its inner circumferential surface to regulate the movement direction (vertical direction D2) of the piston 21. The cylinder liner 511 is supported by a liner support wall 55 of the cylinder block 5. The liner support wall 55 is a cylindrical part having an inner diameter one size larger than the cylinder liner 511, and the cylinder liner 511 is fixed to the cylinder block 5 by being fitted into the liner support wall 55. Here, the dimension of the cylinder liner 511 in the vertical direction D2 is larger than the dimension of the liner support wall 55 in the vertical direction D2, and the lower end of the cylinder liner 511 protrudes downward (toward the crankshaft 22) from the lower surface of the liner support wall 55. In short, in this embodiment, the cylinder block 5 has a liner support wall 55 that supports the cylinder liner 511 that constitutes the cylinder 51. The lower end of the cylinder liner 511 protrudes downward from the lower end of the liner support wall 55.
クランク室52は、上述したように気筒51の下方に位置する。クランク室52の内部空間Sp1には、クランクシャフト22が回転軸Ax1を中心に回転可能に収容されている。クランクシャフト22は、仕切壁521にて回転可能に支持されており、コネクティングロッド24を介して連結されたピストン21の往復運動に連動して回転する。ここで、クランク室52は、気筒51の内部空間のうちのピストン21の上方の燃焼室50とは、ピストン21により隔離されている。ただし、例えば、燃焼室50内が高圧となる圧縮行程等においては、上述したように気筒51とピストン21との隙間を通して、未燃焼ガス等のブローバイガスが、燃焼室50からクランク室52に漏れ出すことがある。 The crank chamber 52 is located below the cylinder 51 as described above. The crankshaft 22 is housed in the internal space Sp1 of the crank chamber 52 so as to be rotatable around the rotation axis Ax1. The crankshaft 22 is rotatably supported by a partition wall 521 and rotates in conjunction with the reciprocating motion of the piston 21 connected via a connecting rod 24. Here, the crank chamber 52 is isolated from the combustion chamber 50 above the piston 21 in the internal space of the cylinder 51 by the piston 21. However, for example, during a compression stroke or the like in which the pressure inside the combustion chamber 50 becomes high, blow-by gas such as unburned gas may leak from the combustion chamber 50 to the crank chamber 52 through the gap between the cylinder 51 and the piston 21 as described above.
ところで、関連技術として、燃焼室50からクランク室52に漏れ出したブローバイガスへの対策を講じたエンジンシステムが知られている。関連技術に係るエンジンシステムでは、クランク室52の内面部には、クランク室52からブローバイガスを取り入れる取入口が設けられる。取入口は、取入通路によってブローバイガス通路につながっており、エンジンシステムは、ブローバイガス通路にて、給気系を介してブローバイガスを燃焼室50に還流させるように構成されている。ここで、取入口(ブローバイガス取入部)は、クランクジャーナルよりも下側の位置に配置されることで、ブローバイガス取入部とクランクシャフト22のクランクジャーナルとの干渉が回避される。 Meanwhile, as a related art, an engine system is known that takes measures against blow-by gas leaking from the combustion chamber 50 into the crank chamber 52. In the engine system according to the related art, an intake port is provided on the inner surface of the crank chamber 52 to take in blow-by gas from the crank chamber 52. The intake port is connected to a blow-by gas passage by an intake passage, and the engine system is configured to return the blow-by gas to the combustion chamber 50 through the air supply system in the blow-by gas passage. Here, the intake port (blow-by gas intake portion) is positioned below the crank journal, thereby avoiding interference between the blow-by gas intake portion and the crank journal of the crankshaft 22.
しかしながら、例えば、水素等の比重が1より小さい気体燃料を用いるエンジンシステム1においては、クランク室52に漏れ出したブローバイガスがクランク室52の上方に滞留しやすい。そのため、上記関連技術のように、取入口がクランクジャーナルよりも下側の位置に配置されていると、クランク室52からブローバイガスを効率的に排出できない可能性がある。 However, for example, in an engine system 1 that uses a gaseous fuel such as hydrogen whose specific gravity is less than 1, the blow-by gas that leaks into the crank chamber 52 tends to accumulate above the crank chamber 52. Therefore, if the intake port is located below the crank journal, as in the related art described above, the blow-by gas may not be efficiently discharged from the crank chamber 52.
そこで、本実施形態では、以下に説明する構成を採用することにより、クランク室52からブローバイガスを効率的に排出しやすいエンジンシステム1を提供可能とする。 Therefore, in this embodiment, by adopting the configuration described below, it is possible to provide an engine system 1 that can easily and efficiently discharge blow-by gas from the crank chamber 52.
すなわち、本実施形態に係るエンジンシステム1は、空気を基準とする比重が1より小さいブローバイガスが生じ得るエンジンシステム1である。このようなエンジンシステム1において、シリンダブロック5の内周面501には、換気口502が開口している。換気口502は、クランク室52の内部空間Sp1とシリンダブロック5の外部空間とをつなぐ換気通路503につながる口(孔)である。換気口502は、クランク室52における上下方向D2の中心C1よりも上方側に配置されている。 That is, the engine system 1 according to this embodiment is an engine system 1 in which blow-by gas with a specific gravity of less than 1 based on air may be generated. In such an engine system 1, a ventilation port 502 is opened in the inner peripheral surface 501 of the cylinder block 5. The ventilation port 502 is an opening (hole) that connects to a ventilation passage 503 that connects the internal space Sp1 of the crank chamber 52 and the external space of the cylinder block 5. The ventilation port 502 is located above the center C1 of the crank chamber 52 in the vertical direction D2.
要するに、例えば、水素等の比重が1より小さい気体燃料を用いることで、(空気を基準とする)比重が1より小さいブローバイガスが生じ得るエンジンシステム1において、上記構成を採用することで、ブローバイガスを効率的に排出しやすくなる。この種のエンジンシステム1においては、クランク室52に漏れ出したブローバイガスは、クランク室52の上方に滞留しやすい。本実施形態に係るエンジンシステム1では、換気口502は、クランク室52のうち中心C1よりも上方側に配置されているため、クランク室52の上方に滞留するブローバイガスを、換気口502から効率的に排出することが可能である。つまり、ブローバイガスが滞留するクランク室52の上方部位に、ブローバイガスの出口となる換気口502が形成されているので、クランク室52の内部空間Sp1からブローバイガスが換気口502(及び換気通路503)経由で効率的に排出される。よって、クランク室52からブローバイガスを効率的に排出しやすいエンジンシステム1を提供できる。 In short, for example, by using a gaseous fuel such as hydrogen whose specific gravity is less than 1, blow-by gas whose specific gravity is less than 1 (based on air) may be generated in the engine system 1, the above configuration makes it easier to efficiently discharge the blow-by gas. In this type of engine system 1, the blow-by gas leaking into the crank chamber 52 tends to accumulate above the crank chamber 52. In the engine system 1 according to the present embodiment, the ventilation port 502 is disposed above the center C1 of the crank chamber 52, so that the blow-by gas that accumulates above the crank chamber 52 can be efficiently discharged from the ventilation port 502. In other words, the ventilation port 502 that serves as the outlet for the blow-by gas is formed in the upper part of the crank chamber 52 where the blow-by gas accumulates, so that the blow-by gas is efficiently discharged from the internal space Sp1 of the crank chamber 52 via the ventilation port 502 (and the ventilation passage 503). Therefore, it is possible to provide an engine system 1 that makes it easier to efficiently discharge the blow-by gas from the crank chamber 52.
具体的には、図7に示すように、クランク室52における上下方向D2の中心C1は、クランク室52の上下方向D2の寸法(高さ寸法)L1を二等分する位置に設定される。つまり、クランク室52の上端と下端との両方から等距離となる位置に中心C1が設定される。この中心C1から見て、上下方向D2における上方側、つまり気筒51側に位置するように、換気口502が配置される。換気口502は、平面視において、例えば、ブローバイガスを通過させるのに十分な大きさの円形状(真円)に開口している。ただし、換気口502は、円形状に限らず、例えば、楕円形状、四角形状又は多角形状に開口していてもよい。 7, the center C1 of the crank chamber 52 in the vertical direction D2 is set at a position that bisects the dimension (height dimension) L1 of the crank chamber 52 in the vertical direction D2. In other words, the center C1 is set at a position that is equidistant from both the upper and lower ends of the crank chamber 52. The ventilation opening 502 is arranged so that it is located on the upper side in the vertical direction D2, that is, on the cylinder 51 side, as viewed from the center C1. The ventilation opening 502 opens in a circular shape (a perfect circle) in a plan view that is large enough to allow blow-by gas to pass through. However, the ventilation opening 502 is not limited to a circular shape, and may open in an elliptical, rectangular, or polygonal shape, for example.
より詳細には、換気口502は、気筒51の下端よりも上方側に配置されている。つまり、換気口502は、上下方向D2において、クランク室52の中心C1よりも上方側であって、かつ気筒51の下端よりも上方側に配置されている。ここでいう気筒51の下端は、気筒51のうち、最も下方に位置する部位であって、クランク室52に臨む部位である。本実施形態では、上述したように気筒51を構成するシリンダライナ511が、ライナ支持壁55の下端から下方に突出するので、シリンダライナ511の下端(下面)が気筒51の下端となる。気筒51の下端(シリンダライナ511の下端)は、図7に示すように、クランク室52における上下方向D2の中心C1よりも上方側に位置し、当該気筒51の下端よりも更に上方側に、換気口502が配置される。 More specifically, the ventilation port 502 is disposed above the lower end of the cylinder 51. That is, the ventilation port 502 is disposed above the center C1 of the crank chamber 52 in the vertical direction D2 and above the lower end of the cylinder 51. The lower end of the cylinder 51 here is the part of the cylinder 51 located at the lowest position and facing the crank chamber 52. In this embodiment, as described above, the cylinder liner 511 constituting the cylinder 51 protrudes downward from the lower end of the liner support wall 55, so the lower end (lower surface) of the cylinder liner 511 becomes the lower end of the cylinder 51. The lower end of the cylinder 51 (the lower end of the cylinder liner 511) is located above the center C1 of the vertical direction D2 in the crank chamber 52 as shown in FIG. 7, and the ventilation port 502 is disposed further above the lower end of the cylinder 51.
これにより、比重が1より小さいブローバイガスは、気筒51の下端からクランク室52に漏れ出した後、気筒51の下端よりも上方側に位置する換気口502側に誘導されやすくなる。結果的に、クランク室52からブローバイガスをより効率的に排出しやすくなり、ブローバイガスの排出性能の向上を図ることができる。 As a result, blow-by gas with a specific gravity less than 1 is more likely to be guided toward the ventilation port 502, which is located above the bottom end of the cylinder 51, after leaking from the bottom end of the cylinder 51 into the crank chamber 52. As a result, blow-by gas can be more efficiently discharged from the crank chamber 52, improving the discharge performance of the blow-by gas.
また、換気口502は、下方に向けて開口する。ここで、上下方向D2において、気筒51から見てクランク室52側が「下方」であるところ、換気口502は、気筒51から見てクランク室52側に向かって開口することになる。換気口502は、シリンダブロック5の内周面501に開口しているので、内周面501のうち下方を向いた部位、つまり天面となる部位に換気口502が形成されることにより、下方に向けて開口する換気口502が実現される。換気口502は、下方に向けて開口していればよく、厳密に真下に向けて開口する構成だけでなく、斜め下方に向けて開口する構成も含む。つまり、換気口502の開口面の法線は、上下方向D2に平行であってもよいし、上下方向D2に対して傾斜していてもよい。 Also, the ventilation opening 502 opens downward. Here, in the vertical direction D2, the crank chamber 52 side as viewed from the cylinder 51 is "downward," and the ventilation opening 502 opens toward the crank chamber 52 side as viewed from the cylinder 51. Since the ventilation opening 502 opens on the inner circumferential surface 501 of the cylinder block 5, the ventilation opening 502 is formed on the part of the inner circumferential surface 501 facing downward, that is, the part that becomes the top surface, thereby realizing the ventilation opening 502 that opens downward. The ventilation opening 502 only needs to open downward, and includes not only a configuration that opens strictly straight down, but also a configuration that opens diagonally downward. In other words, the normal line of the opening surface of the ventilation opening 502 may be parallel to the vertical direction D2, or may be inclined with respect to the vertical direction D2.
これにより、比重が1より小さいブローバイガスは、気筒51の下端からクランク室52に漏れ出した後、上方に向かって流れる際に換気口502から排出されやすくなる。結果的に、クランク室52からブローバイガスをより効率的に排出しやすくなり、ブローバイガスの排出性能の向上を図ることができる。 As a result, blow-by gas with a specific gravity less than 1 is more likely to be discharged from the ventilation port 502 as it flows upward after leaking from the lower end of the cylinder 51 into the crank chamber 52. As a result, blow-by gas can be more efficiently discharged from the crank chamber 52, improving the discharge performance of the blow-by gas.
また、本実施形態では、上述したようにシリンダブロック5は、クランク室52とつながっており、カムシャフト23を収容するカム室53を更に含んでいる。ここで、換気口502は、カム室53に形成されている。要するに、換気口502は、図7に示すように、気筒51、クランク室52及びカム室53等を含むシリンダブロック5のうち、カム室53に配置されている。ここでは一例として、カム室53におけるカムシャフト23の上方となる位置、つまりカム室53の上壁部532に、換気口502が形成されている。ここで、換気口502は、上壁部532を上下方向D2に貫通する。カム室53の内部空間は開口部531を通してクランク室52の内部空間Sp1と連続するので、クランク室52に漏れ出したブローバイガスは、開口部531を通してカム室53内に導入されることになる。 In addition, in this embodiment, as described above, the cylinder block 5 is connected to the crank chamber 52 and further includes the cam chamber 53 that houses the camshaft 23. Here, the ventilation port 502 is formed in the cam chamber 53. In short, the ventilation port 502 is arranged in the cam chamber 53 of the cylinder block 5 including the cylinder 51, the crank chamber 52, the cam chamber 53, etc., as shown in FIG. 7. Here, as an example, the ventilation port 502 is formed at a position above the camshaft 23 in the cam chamber 53, that is, in the upper wall portion 532 of the cam chamber 53. Here, the ventilation port 502 penetrates the upper wall portion 532 in the vertical direction D2. Since the internal space of the cam chamber 53 is connected to the internal space Sp1 of the crank chamber 52 through the opening 531, the blow-by gas leaking into the crank chamber 52 is introduced into the cam chamber 53 through the opening 531.
これにより、カムシャフト23を収容するための空間を利用することで、換気口502を形成するための空間を新設することなく、クランク室52からブローバイガスを効率的に排出することができる。しかも、カム室53は、クランク室52の上方に位置するので、比重が1より小さいブローバイガスは、クランク室52に漏れ出した後、換気口502が形成されたカム室53に集まりやすくなり、ブローバイガスの排出性能の向上を図ることができる。 By using the space for housing the camshaft 23, blow-by gas can be efficiently discharged from the crank chamber 52 without creating a new space for forming the ventilation port 502. Furthermore, because the cam chamber 53 is located above the crank chamber 52, blow-by gas with a specific gravity of less than 1 tends to collect in the cam chamber 53 in which the ventilation port 502 is formed after leaking into the crank chamber 52, improving the discharge performance of the blow-by gas.
また、本実施形態では一例として、換気通路503は、図7に示すように、換気口502から上下方向D2に沿って真っすぐ延びる円筒状のパイプ(管)である。換気通路503は、換気口502に結合されており、換気口502から排出されるブローバイガスの通路として機能する。換気通路503の先端(換気口502とは反対側の端部)は、シリンダブロック5の外部空間の適宜の位置に配置される。一例として、換気通路503の先端は、サイドカバー74の内側に位置してもよいし、サイドカバー74の外側に位置してもよい。さらに、換気通路503の先端は、エンジン本体2が搭載されている船体100の外部に位置してもよいし、船体100の機関室に設けられた換気装置に接続されてもよい。 In the present embodiment, as an example, the ventilation passage 503 is a cylindrical pipe (tube) extending straight from the ventilation port 502 along the vertical direction D2, as shown in FIG. 7. The ventilation passage 503 is connected to the ventilation port 502 and functions as a passage for blow-by gas discharged from the ventilation port 502. The end of the ventilation passage 503 (the end opposite the ventilation port 502) is disposed at an appropriate position in the external space of the cylinder block 5. As an example, the end of the ventilation passage 503 may be located inside the side cover 74 or outside the side cover 74. Furthermore, the end of the ventilation passage 503 may be located outside the hull 100 on which the engine body 2 is mounted, or may be connected to a ventilation device provided in the engine room of the hull 100.
ただし、換気通路503は、この構成に限らず、例えば、角筒状等、円筒状以外の形状であってもよいし、チューブ又はホース等であってもよい。さらに、換気通路503は、クランク室52の内部空間Sp1とシリンダブロック5の外部空間との間におけるブローバイガスの通路となり得る構成であればよく、筒状の部材であることすら必須ではない。つまり、換気口502が、換気通路503を通して最終的にシリンダブロック5の外部空間に通じていればよく、例えば、サイドカバー74の内部空間が換気通路503として機能してもよい。 However, the ventilation passage 503 is not limited to this configuration, and may be a shape other than cylindrical, such as a square tube, or may be a tube or hose. Furthermore, the ventilation passage 503 need only be configured to function as a passage for blow-by gas between the internal space Sp1 of the crank chamber 52 and the external space of the cylinder block 5, and does not necessarily have to be a cylindrical member. In other words, it is sufficient that the ventilation port 502 ultimately communicates with the external space of the cylinder block 5 through the ventilation passage 503, and for example, the internal space of the side cover 74 may function as the ventilation passage 503.
以上説明した構成によれば、図8に示すように、ブローバイガスは、クランク室52の内部空間Sp1から換気口502(及び換気通路503)経由で効率的に排出されることになる。図8では、ブローバイガスの流れを太線矢印で示している。すなわち、気筒51とピストン21との隙間を通して、未燃焼ガス等が、燃焼室50からクランク室52に漏れ出すことでブローバイガスが発生する。本実施形態では、比重が1より小さい気体燃料(水素)を用いることで、ブローバイガスについても比重が1より小さくなるため、クランク室52に漏れ出したブローバイガスはクランク室52の上方へと移動する。クランク室52の上方には、クランク室52の内部空間Sp1と開口部531にてつながるカム室53が設けられているため、上方に移動するブローバイガスは、開口部531を通してカム室53へと流入する。その結果、ブローバイガスは、カム室53の換気口502から排出され、換気通路503を通してシリンダブロック5の外部空間へと排出される。 According to the above-described configuration, as shown in FIG. 8, the blow-by gas is efficiently discharged from the internal space Sp1 of the crank chamber 52 via the ventilation port 502 (and the ventilation passage 503). In FIG. 8, the flow of the blow-by gas is indicated by a thick arrow. That is, the blow-by gas is generated by the unburned gas leaking from the combustion chamber 50 to the crank chamber 52 through the gap between the cylinder 51 and the piston 21. In this embodiment, by using a gaseous fuel (hydrogen) with a specific gravity of less than 1, the specific gravity of the blow-by gas is also less than 1, so that the blow-by gas leaking into the crank chamber 52 moves upward in the crank chamber 52. Since the cam chamber 53 connected to the internal space Sp1 of the crank chamber 52 through the opening 531 is provided above the crank chamber 52, the blow-by gas moving upward flows into the cam chamber 53 through the opening 531. As a result, the blow-by gas is discharged from the ventilation port 502 of the cam chamber 53 and discharged to the external space of the cylinder block 5 through the ventilation passage 503.
また、本実施形態では、図9に示すように、換気通路503は、気体と液体とを分離する気液分離部504を有する。気液分離部504は、一例として、換気通路503の内側に設けられた突出壁からなる。気液分離部504としての突出壁は、換気通路503の内周面から、換気通路503の中心軸に向けて突出する。本実施形態では、換気通路503の内周面のうち幅方向D3の一方(左方)側から突出する突出壁と、幅方向D3の他方(右方)側から突出する突出壁とが、上下方向D2において交互に並ぶにように、気液分離部504としての突出壁が複数設けられている。幅方向D3の一方(左方)側から突出する突出壁と、幅方向D3の他方(右方)側から突出する突出壁とは、その先端部同士が上下方向D2において重複する。 In this embodiment, as shown in FIG. 9, the ventilation passage 503 has a gas-liquid separation section 504 that separates gas and liquid. As an example, the gas-liquid separation section 504 is composed of a protruding wall provided inside the ventilation passage 503. The protruding wall as the gas-liquid separation section 504 protrudes from the inner peripheral surface of the ventilation passage 503 toward the central axis of the ventilation passage 503. In this embodiment, a plurality of protruding walls as the gas-liquid separation section 504 are provided so that the protruding wall protruding from one side (left) of the width direction D3 of the inner peripheral surface of the ventilation passage 503 and the protruding wall protruding from the other side (right) of the width direction D3 are arranged alternately in the vertical direction D2. The protruding wall protruding from one side (left) of the width direction D3 and the protruding wall protruding from the other side (right) of the width direction D3 overlap each other at their tips in the vertical direction D2.
このような気液分離部504が設けられることにより、換気通路503内部はラビリンス構造となり、換気口502から換気通路503に導入されたブローバイガスは、気液分離部504としての突出壁の間を縫うように蛇行しながら換気通路503内を流れる。そして、ブローバイガスが気液分離部504としての突出壁に接触した際、ブローバイガスと共に排出されたオイル又は水分等の液体が気液分離部504としての突出壁に付着する。これにより、ブローバイガスと共に排出された液体(オイル又は水分等)が、気液分離部504にて捕獲され、ブローバイガスに含まれている気体と分離される。結果的に、ブローバイガスは、オイル等の液体成分が少なくとも一部除去された状態で、換気通路503から排気されることになり、ブローバイガスの排気に伴うオイル消費等の抑制につながる。 By providing such a gas-liquid separation section 504, the inside of the ventilation passage 503 has a labyrinth structure, and the blow-by gas introduced into the ventilation passage 503 from the ventilation port 502 flows through the ventilation passage 503 while meandering between the protruding walls of the gas-liquid separation section 504. When the blow-by gas contacts the protruding wall of the gas-liquid separation section 504, the liquid such as oil or moisture discharged together with the blow-by gas adheres to the protruding wall of the gas-liquid separation section 504. As a result, the liquid (oil or moisture, etc.) discharged together with the blow-by gas is captured by the gas-liquid separation section 504 and separated from the gas contained in the blow-by gas. As a result, the blow-by gas is exhausted from the ventilation passage 503 with at least a portion of the liquid components such as oil removed, which leads to suppression of oil consumption and the like associated with the exhaust of the blow-by gas.
気液分離部504は、上述したような突出壁に限らず、換気口502より排出されるブローバイガスから液体を分離する機能があればよい。気液分離部504は、例えば、換気通路503内に配置されるフィルタ等であってもよいし、突出壁とフィルタとの組み合わせであってもよい。 The gas-liquid separation section 504 is not limited to the protruding wall as described above, but may have the function of separating liquid from the blow-by gas discharged from the ventilation port 502. The gas-liquid separation section 504 may be, for example, a filter disposed in the ventilation passage 503, or may be a combination of a protruding wall and a filter.
ところで、本実施形態に係るエンジン本体2は、上述したように、気筒51が複数(本実施形態では6つ)直列に並べて配置された直列多気筒エンジン(直列6気筒エンジン)である。この種のエンジンでは、複数の気筒51の各々についてブローバイガスが生じ得るところ、本実施形態では、ブローバイガス排出用の換気口502は、複数の気筒51に対して1つのみ設けられている。言い換えれば、換気口502は、複数の気筒51において共用されている。すなわち、本実施形態では、上述したように、クランク室52は、出力軸方向D1につながる一つの区画(室)からなる。そのため、複数の気筒51のいずれでブローバイガスが生じたとしても、結局は、同一のクランク室52にブローバイガスが漏れ出すことになる。してみれば、ブローバイガス排出用の換気口502においても、複数の気筒51に対して1箇所にあれば足りることになる。 As described above, the engine body 2 according to this embodiment is an in-line multi-cylinder engine (in-line six-cylinder engine) in which multiple cylinders 51 (six in this embodiment) are arranged in series. In this type of engine, blow-by gas can be generated for each of the multiple cylinders 51, but in this embodiment, only one ventilation port 502 for exhausting blow-by gas is provided for the multiple cylinders 51. In other words, the ventilation port 502 is shared by the multiple cylinders 51. That is, in this embodiment, as described above, the crank chamber 52 consists of one section (chamber) connected to the output shaft direction D1. Therefore, no matter which of the multiple cylinders 51 generates blow-by gas, the blow-by gas will eventually leak into the same crank chamber 52. In this sense, it is sufficient to have one ventilation port 502 for exhausting blow-by gas for the multiple cylinders 51.
具体的には、図10に示すように、気筒51は、出力軸方向D1に並ぶように複数設けられており、複数の気筒51は、出力軸方向D1の両側に位置する一端側気筒51A及び他端側気筒51Bを含む。ここで、換気口502は、一端側気筒51Aに対応する位置に配置される。要するに、出力軸方向D1に並ぶ6つの気筒51のうち、出力軸方向D1の一端(本実施形態では前端)側にある気筒51を「一端側気筒51A」、出力軸方向D1の他端(本実施形態では後端)側にある気筒51を「他端側気筒51B」と定義する。この場合に、換気口502は、カム室53のうち、一端側気筒51Aに対応する位置、つまり前端部に形成される。換気通路503は、この換気口502から上方に延びるように設けられる。 Specifically, as shown in FIG. 10, a plurality of cylinders 51 are provided so as to be aligned in the output shaft direction D1, and the plurality of cylinders 51 include a one-end side cylinder 51A and an other-end side cylinder 51B located on both sides of the output shaft direction D1. Here, the ventilation port 502 is arranged at a position corresponding to the one-end side cylinder 51A. In short, among the six cylinders 51 aligned in the output shaft direction D1, the cylinder 51 at one end (front end in this embodiment) of the output shaft direction D1 is defined as the "one-end side cylinder 51A", and the cylinder 51 at the other end (rear end in this embodiment) of the output shaft direction D1 is defined as the "other-end side cylinder 51B". In this case, the ventilation port 502 is formed in the cam chamber 53 at a position corresponding to the one-end side cylinder 51A, that is, at the front end. The ventilation passage 503 is provided so as to extend upward from this ventilation port 502.
このように、換気口502は、複数の気筒51に対して1箇所にあればよく、結果的に、ブローバイガスの排出のための構造を簡略化することができる。特に、本実施形態では、エンジン本体2は「前上がり」の姿勢で配置されている(図2参照)ので、クランク室52に漏れ出したブローバイガスは、相対的に上方に位置する前端部側に集約されやすくなる。そのため、シリンダブロック5(におけるカム室53)の前端部に換気口502が配置された構成では、船体100に設けた排気管105(図2参照)から、より効率的にブローバイガスを排出することが可能となる。 In this way, it is sufficient to have one ventilation port 502 for each of the cylinders 51, which results in a simplified structure for discharging blow-by gas. In particular, in this embodiment, the engine body 2 is arranged in a "front-up" position (see FIG. 2), so that blow-by gas leaking into the crank chamber 52 tends to be concentrated at the front end, which is relatively higher. Therefore, in a configuration in which the ventilation port 502 is arranged at the front end of the cylinder block 5 (the cam chamber 53 therein), it becomes possible to more efficiently discharge blow-by gas from the exhaust pipe 105 (see FIG. 2) provided in the hull 100.
また、本実施形態では、換気口502からのブローバイガスの排気をよりスムーズに行うために、図11に示すように、シリンダブロック5の内周面501には、クランク室52の内部空間Sp1とシリンダブロック5の外部空間とをつなぐ気体導入口505が開口している。図11は、気筒51、クランク室52及びカム室53の位置関係を模式的に表すシリンダブロック5の概略図である。 In addition, in this embodiment, in order to more smoothly exhaust the blow-by gas from the ventilation port 502, as shown in FIG. 11, a gas inlet port 505 that connects the internal space Sp1 of the crank chamber 52 to the external space of the cylinder block 5 is opened on the inner peripheral surface 501 of the cylinder block 5. FIG. 11 is a schematic diagram of the cylinder block 5 that shows the positional relationship between the cylinder 51, the crank chamber 52, and the cam chamber 53.
このような気体導入口505が、換気口502とは別に設けられることによって、換気口502からのブローバイガスの排気時に、クランク室52の内部空間Sp1に新鮮な空気を取り込むことが可能である。その結果、クランク室52の内部空間Sp1の換気(ブローバイガスの排気)をよりスムーズに行うことが可能である。気体導入口505は、平面視において、例えば、空気を通過させるのに十分な大きさの円形状(真円)に開口している。ただし、気体導入口505は、円形状に限らず、例えば、楕円形状、四角形状又は多角形状に開口していてもよい。 By providing such a gas inlet 505 separately from the ventilation port 502, it is possible to take in fresh air into the internal space Sp1 of the crank chamber 52 when the blow-by gas is exhausted from the ventilation port 502. As a result, it is possible to ventilate the internal space Sp1 of the crank chamber 52 (exhaust the blow-by gas) more smoothly. In a plan view, the gas inlet 505 opens, for example, in a circular shape (perfect circle) large enough to allow air to pass through. However, the gas inlet 505 is not limited to a circular shape, and may open, for example, in an elliptical, rectangular or polygonal shape.
気体導入口505は、図11に示すように、クランク室52に配置されるクランクシャフト22の回転軸Ax1に沿う出力軸方向D1において、換気口502と気体導入口505とは互いに異なる位置に配置されている。つまり、換気口502と気体導入口505とは、出力軸方向D1において互いにオフセットしている。図11の例では、気体導入口505は、出力軸方向D1の他端側にある他端側気筒51Bに対応する位置、つまりシリンダブロック5の後端部に配置されている。要するに、換気口502は、出力軸方向D1の一端(本実施形態では前端)側に配置されているのに対し、気体導入口505は、出力軸方向D1の他端(本実施形態では後端)側に配置されている。 11, the ventilation port 502 and the gas inlet 505 are arranged at different positions in the output shaft direction D1 along the rotation axis Ax1 of the crankshaft 22 arranged in the crank chamber 52. In other words, the ventilation port 502 and the gas inlet 505 are offset from each other in the output shaft direction D1. In the example of FIG. 11, the gas inlet 505 is arranged at a position corresponding to the other end side cylinder 51B at the other end side of the output shaft direction D1, that is, at the rear end of the cylinder block 5. In other words, the ventilation port 502 is arranged at one end (the front end in this embodiment) of the output shaft direction D1, while the gas inlet 505 is arranged at the other end (the rear end in this embodiment) of the output shaft direction D1.
この構成によれば、気体導入口505から導入される気体(空気)は、換気口502に向けて流れることで、出力軸方向D1に沿った気流を形成するので、気流を出力軸方向D1の広範囲にわたって作用させることができる。したがって、気流によるブローバイガスの排出性能の更なる向上を図ることができる。 With this configuration, the gas (air) introduced from the gas inlet 505 flows toward the ventilation port 502, forming an airflow along the output shaft direction D1, so that the airflow can act over a wide range in the output shaft direction D1. This can further improve the exhaust performance of blow-by gas by the airflow.
特に、本実施形態では、換気口502は、一端側気筒51Aに対応する位置(前端部)に配置されているのに対し、気体導入口505は、他端側気筒51Bに対応する位置(後端部部)に配置されている。このように、換気口502と気体導入口505とが、出力軸方向D1におけるシリンダブロック5の両端部に配置されることで、気流をクランク室52における出力軸方向D1の略全域にわたって作用させることができる。したがって、気流によるブローバイガスの排出性能の更なる向上を図ることができる。 In particular, in this embodiment, the ventilation port 502 is disposed at a position (front end) corresponding to the one end cylinder 51A, while the gas inlet port 505 is disposed at a position (rear end) corresponding to the other end cylinder 51B. In this way, the ventilation port 502 and the gas inlet port 505 are disposed at both ends of the cylinder block 5 in the output axial direction D1, so that the airflow can act over almost the entire area of the crank chamber 52 in the output axial direction D1. Therefore, the blow-by gas discharge performance by the airflow can be further improved.
また、本実施形態では、換気口502と気体導入口505とは、平面視において、クランク室52に配置されるクランクシャフト22の回転軸Ax1を挟んで反対側に配置されている。つまり、平面視において、換気口502は回転軸Ax1から見て幅方向D3の一方側(本実施形態では左方側)に位置するのに対し、気体導入口505は回転軸Ax1から見て幅方向D3の他方側(本実施形態では右方側)に位置する。気体導入口505は、一例として、クランク室52の右側壁を貫通するように、クランク室52の右側壁に形成されている。このように、換気口502と気体導入口505とが回転軸Ax1を挟んで反対側に配置されることで、気流をクランク室52における幅方向D3の広範囲にわたって作用させることができる。したがって、気流によるブローバイガスの排出性能の更なる向上を図ることができる。 In addition, in this embodiment, the ventilation port 502 and the gas inlet port 505 are arranged on opposite sides of the rotation axis Ax1 of the crankshaft 22 arranged in the crank chamber 52 in a plan view. That is, in a plan view, the ventilation port 502 is located on one side (the left side in this embodiment) of the width direction D3 as viewed from the rotation axis Ax1, while the gas inlet port 505 is located on the other side (the right side in this embodiment) of the width direction D3 as viewed from the rotation axis Ax1. As an example, the gas inlet port 505 is formed on the right side wall of the crank chamber 52 so as to penetrate the right side wall of the crank chamber 52. In this way, the ventilation port 502 and the gas inlet port 505 are arranged on opposite sides of the rotation axis Ax1, so that the airflow can act over a wide range of the width direction D3 in the crank chamber 52. Therefore, the exhaust performance of the blow-by gas by the airflow can be further improved.
さらに、本実施形態では、気体導入口505は、クランク室52における上下方向D2の中心C1(図7参照)よりも下方側に配置されている。これにより、気体導入口505から導入される気体(空気)による気流は、斜め上方の換気口502に向けて流れることで、上下方向D2に沿った気流を形成するので、クランク室52の全体にわたって気流を作用させることができる。したがって、気流によるブローバイガスの排出性能の更なる向上を図ることができる。 Furthermore, in this embodiment, the gas inlet 505 is disposed below the center C1 (see FIG. 7) of the crank chamber 52 in the vertical direction D2. As a result, the airflow of the gas (air) introduced from the gas inlet 505 flows diagonally upward toward the ventilation port 502, forming an airflow along the vertical direction D2, so that the airflow can act throughout the entire crank chamber 52. This can further improve the performance of exhausting blow-by gas by the airflow.
ここで、本実施形態に係るエンジンシステム1は、図12に示すように、気流形成部506を更に備える。気流形成部506は、気体導入口505から換気口502に向かう気流を形成する。図12は、気筒51、クランク室52、カム室53及び給気マニホールド54の位置関係を模式的に表すシリンダブロック5の概略図である。本実施形態では一例として、過給機8を気流形成部506に利用する。具体的には、気流形成部506は、給気マニホールド54と気体導入口505との間をつなぐバイパス管を含む。気流形成部506としてのバイパス管は、例えば、給気マニホールド54における気流の下流側の端部(本実施形態では後端部)から気体導入口505への空気の通り道を形成する。これにより、過給機8で圧縮された空気(吸入空気)は、インタークーラ85を通して給気マニホールド54に送られ、さらに気流形成部506としてのバイパス管を通して気体導入口505に送られる。その結果、気体導入口505は、圧縮空気によってクランク室52の内部空間Sp1に対して正圧の状態となり、クランク室52内においては換気口502から気体(ブローバイガス)を押し出す向きの気流が発生する。 Here, the engine system 1 according to this embodiment further includes an airflow forming unit 506, as shown in FIG. 12. The airflow forming unit 506 forms an airflow from the gas inlet 505 toward the ventilation port 502. FIG. 12 is a schematic diagram of the cylinder block 5, which shows the positional relationship between the cylinder 51, the crank chamber 52, the cam chamber 53, and the intake manifold 54. In this embodiment, as an example, the turbocharger 8 is used for the airflow forming unit 506. Specifically, the airflow forming unit 506 includes a bypass pipe that connects the intake manifold 54 and the gas inlet 505. The bypass pipe as the airflow forming unit 506 forms a passage for air from the downstream end (the rear end in this embodiment) of the airflow in the intake manifold 54 to the gas inlet 505, for example. As a result, the air (intake air) compressed by the turbocharger 8 is sent to the intake manifold 54 through the intercooler 85, and is then sent to the gas inlet 505 through a bypass pipe that serves as the airflow forming section 506. As a result, the gas inlet 505 is placed under positive pressure relative to the internal space Sp1 of the crank chamber 52 by the compressed air, and an airflow is generated in the crank chamber 52 in a direction that pushes out the gas (blow-by gas) from the ventilation port 502.
このように、気流形成部506が設けられることにより、クランク室52の内部空間Sp1に強制的に気流を形成することができ、クランク室52内にブローバイガスが停滞しにくくなる。つまり、気流形成部506によって、換気口502からのブローバイガスの排出が促進され、ブローバイガスの排出性能の更なる向上を図ることができる。しかも、本実施形態では、過給機8を気流形成部506に利用するので、気流を形成するための装置を新設する必要がない。 In this way, by providing the airflow forming section 506, an airflow can be forcibly formed in the internal space Sp1 of the crank chamber 52, making it difficult for blow-by gas to stagnate within the crank chamber 52. In other words, the airflow forming section 506 promotes the discharge of blow-by gas from the ventilation port 502, thereby further improving the discharge performance of the blow-by gas. Moreover, in this embodiment, since the turbocharger 8 is used as the airflow forming section 506, there is no need to install a new device for forming an airflow.
図13は、換気口502と気体導入口505との位置関係、及び気流形成部506に関する変形例を示す。図13の「A」に示す変形例では、換気口502は、シリンダブロック5の出力軸方向D1の中央部に配置され、気体導入口505は、シリンダブロック5の出力軸方向D1の両端部にそれぞれ配置されている。この例では、2箇所に形成された気体導入口505から導入される気体(空気)が、1箇所の換気口502に向けて流れることで、出力軸方向D1に沿った気流を形成する。 Figure 13 shows a modified example of the positional relationship between the ventilation port 502 and the gas inlet port 505, and the airflow forming section 506. In the modified example shown in "A" of Figure 13, the ventilation port 502 is arranged in the center of the cylinder block 5 in the output axial direction D1, and the gas inlet ports 505 are arranged at both ends of the cylinder block 5 in the output axial direction D1. In this example, gas (air) introduced from the gas inlet ports 505 formed in two locations flows toward the single ventilation port 502, forming an airflow along the output axial direction D1.
図13の「B」に示す変形例では、気流形成部506は、船体100に搭載されているエアタンクを含み、エアタンクから気体導入口505に空気を送り込む。図13の「C」に示す変形例では、気流形成部506は、電動ファンを含み、電動ファンから気体導入口505に空気を送り込む。図13の「B」及び「C」のいずれの例であっても、気体導入口505は、クランク室52の内部空間Sp1に対して正圧の状態となり、クランク室52内においては換気口502から気体(ブローバイガス)を押し出す向きの気流が発生する。 In the modified example shown in "B" of FIG. 13, the airflow forming unit 506 includes an air tank mounted on the hull 100, and sends air from the air tank to the gas inlet 505. In the modified example shown in "C" of FIG. 13, the airflow forming unit 506 includes an electric fan, and sends air from the electric fan to the gas inlet 505. In both examples of "B" and "C" of FIG. 13, the gas inlet 505 is in a state of positive pressure relative to the internal space Sp1 of the crank chamber 52, and an airflow is generated in the crank chamber 52 in a direction that pushes out gas (blow-by gas) from the ventilation port 502.
一方、図13の「D」に示す変形例では、気流形成部506は、電動ファンを含み、電動ファンにて換気口502からブローバイガスを引き込む。この例では、換気口502の下流側(換気通路503側)がクランク室52の内部空間Sp1に対して負圧の状態となり、クランク室52内においては気体導入口505から換気口502に気体(ブローバイガス)が引き込まれる向きの気流が発生する。このように、気流形成部506は、正圧及び負圧のいずれを発生することにより気流を形成してもよく、又は、正圧と負圧との両方を発生する構成であってもよい。図13の「C」又は「D」の変形例において、電動ファンに代えて、例えば、ポンプが用いられてもよい。 On the other hand, in the modified example shown in "D" of FIG. 13, the airflow forming unit 506 includes an electric fan, which draws in the blow-by gas from the ventilation port 502. In this example, the downstream side of the ventilation port 502 (the ventilation passage 503 side) is in a state of negative pressure relative to the internal space Sp1 of the crank chamber 52, and an airflow is generated in the crank chamber 52 in a direction in which gas (blow-by gas) is drawn from the gas inlet port 505 to the ventilation port 502. In this way, the airflow forming unit 506 may form an airflow by generating either positive pressure or negative pressure, or may be configured to generate both positive pressure and negative pressure. In the modified examples shown in "C" or "D" of FIG. 13, for example, a pump may be used instead of the electric fan.
以下、本実施形態に係るエンジンシステム1のピストン21の構成について、図14及び図15を参照して、より詳細に説明する。図14及び図15は、ピストン21周辺を拡大した概略断面図である。 The configuration of the piston 21 of the engine system 1 according to this embodiment will be described in more detail below with reference to Figures 14 and 15. Figures 14 and 15 are schematic cross-sectional views showing an enlarged view of the piston 21 and its surroundings.
気筒51内を上下方向D2に沿って往復移動するピストン21の内側に形成されるピストン内空間210には、図14に示すように、ピストン21の移動に伴って上下方向D2に沿って往復移動する撹拌部213が配置されている。本実施形態では、ピストン21の円筒部211の内周面から、ピストン21の中心軸に向けて突出する羽根状の突起が撹拌部213を構成する。ピストン内空間210は、ピストン21の円筒部211で囲まれた円柱状の空間であって、ピストン21の隔離壁212にて燃焼室50と分離された空間である。コネクティングロッド24は、その上端部がピストン内空間210に挿入された状態でピストン21に支持されている。撹拌部213は、円筒部211の周方向の全周に形成されており、かつ上下方向D2において離間して複数(ここでは2つ)設けられている。 As shown in FIG. 14, a stirring portion 213 that reciprocates along the vertical direction D2 with the movement of the piston 21 is arranged in the piston inner space 210 formed inside the piston 21 that reciprocates along the vertical direction D2 in the cylinder 51. In this embodiment, a wing-shaped protrusion that protrudes from the inner circumferential surface of the cylindrical portion 211 of the piston 21 toward the central axis of the piston 21 constitutes the stirring portion 213. The piston inner space 210 is a cylindrical space surrounded by the cylindrical portion 211 of the piston 21, and is a space separated from the combustion chamber 50 by the isolation wall 212 of the piston 21. The connecting rod 24 is supported by the piston 21 with its upper end inserted into the piston inner space 210. The stirring portion 213 is formed around the entire circumference of the cylindrical portion 211, and a plurality of stirring portions (two in this case) are provided at intervals in the vertical direction D2.
要するに、クランク室52の内部空間Sp1に連続するピストン内空間210には、ピストン21の移動に伴って往復移動する撹拌部213が設けられている。このような撹拌部213が設けられることにより、ピストン21が往復運動するとピストン内空間210で撹拌部213が往復移動し、ピストン内空間210の気体が撹拌される。そのため、気筒51とピストン21との隙間を通して、未燃焼ガス等のブローバイガスが、燃焼室50からピストン内空間210に漏れ出したとしても、ピストン内空間210のブローバイガスを積極的に流動させ、クランク室52に移動させやすくなる。よって、ピストン内空間210にブローバイガスが滞留することを抑制しやすくなり、ブローバイバスの排出性能の更なる向上が期待できる。 In short, the piston internal space 210, which is connected to the internal space Sp1 of the crank chamber 52, is provided with an agitation section 213 that reciprocates with the movement of the piston 21. By providing such an agitation section 213, when the piston 21 reciprocates, the agitation section 213 reciprocates in the piston internal space 210, and the gas in the piston internal space 210 is agitated. Therefore, even if blow-by gas such as unburned gas leaks from the combustion chamber 50 to the piston internal space 210 through the gap between the cylinder 51 and the piston 21, the blow-by gas in the piston internal space 210 is actively caused to flow and is easily moved to the crank chamber 52. Therefore, it becomes easier to suppress the retention of blow-by gas in the piston internal space 210, and further improvement in the exhaust performance of the blow-by bus can be expected.
また、撹拌部213は、ピストン内空間210に設けられ、ピストン21の移動に伴って往復移動する構成であればよく、ピストン21の円筒部211から突出する突起に限らず、例えば、コネクティングロッド24の上端部から突出する突起であってもよい。つまり、コネクティングロッド24のうち、ピストン21の下端よりも上方側に設けられた突起であれば、上述した撹拌部213と同様に、ピストン21の往復移動に伴ってピストン内空間210の気体を撹拌できる。撹拌部213は、ピストン21とコネクティングロッド24との両方に設けられていてもよい。 The stirring portion 213 may be provided in the piston inner space 210 and may be configured to reciprocate with the movement of the piston 21, and is not limited to a protrusion protruding from the cylindrical portion 211 of the piston 21. For example, the stirring portion 213 may be a protrusion protruding from the upper end of the connecting rod 24. In other words, as long as the protrusion is provided on the connecting rod 24 above the lower end of the piston 21, it can stir the gas in the piston inner space 210 with the reciprocating movement of the piston 21, similar to the stirring portion 213 described above. The stirring portion 213 may be provided on both the piston 21 and the connecting rod 24.
また、図15に示すように、気筒51内を上下方向D2に沿って往復移動するピストン21のうち気筒51の内部空間を上下方向D2に隔てる隔離壁212は、内部に空洞部214を有することが好ましい。具体的には、隔離壁212の下面(燃焼室50とは反対側の面)にプレート215が溶着等の適宜の方法で固定されることにより、隔離壁212を二重構造とする。これにより、プレート215の上方側(燃焼室50側)には、断熱層としての空洞部214が形成される。 As shown in FIG. 15, the isolation wall 212 that separates the internal space of the cylinder 51 in the vertical direction D2 of the piston 21 that reciprocates in the vertical direction D2 within the cylinder 51 preferably has a cavity 214 therein. Specifically, a plate 215 is fixed to the lower surface of the isolation wall 212 (the surface opposite the combustion chamber 50) by an appropriate method such as welding, thereby giving the isolation wall 212 a double structure. As a result, a cavity 214 is formed as an insulating layer on the upper side (combustion chamber 50 side) of the plate 215.
要するに、気筒51の内部空間のうち、燃焼室50と、クランク室52の内部空間Sp1に連続する空間とは、隔離壁212にて分離されるので、隔離壁212の上面は燃焼室50に晒されることになる。そのため、図14のように、空洞部214が設けられていない構成では、隔離壁212の上面の熱が隔離壁212の裏面(下面)側に伝わりやすく、例えば、水素等を主成分とするブローバイガスが加熱される可能性がある。これに対して、断熱層としての空洞部214が形成された図15の構成によれば、空洞部214にてプレート215の下面側には熱が伝わりにくくなる。したがって、燃焼室50の熱によって、例えば、水素等を主成分とするブローバイガスが加熱されることを抑制できる。 In short, the combustion chamber 50 and the space connected to the internal space Sp1 of the crank chamber 52 are separated by the partition wall 212, and the upper surface of the partition wall 212 is exposed to the combustion chamber 50. Therefore, in a configuration in which the cavity 214 is not provided as in FIG. 14, the heat of the upper surface of the partition wall 212 is easily transferred to the back surface (lower surface) of the partition wall 212, and there is a possibility that, for example, the blow-by gas mainly composed of hydrogen, etc. is heated. In contrast, according to the configuration in FIG. 15 in which the cavity 214 is formed as a heat insulating layer, the heat is not easily transferred to the lower surface side of the plate 215 in the cavity 214. Therefore, it is possible to suppress the heating of the blow-by gas mainly composed of, for example, hydrogen, etc. by the heat of the combustion chamber 50.
また、ピストン内空間210のブローバイガスを積極的に流動させるための構成として、撹拌部213に加えて又は代えて、図16に示すように、撹拌ノズル216が設けられていてもよい。撹拌ノズル216は、その先端部を気筒51の下面から気筒51の内部空間に臨ませる位置に、各気筒51に設けられている。撹拌ノズル216は、気筒51の内部に向けて、気体(例えば空気)又は液体(例えばオイル)を、間欠的又は連続的に噴射する。これにより、気筒51の内部に噴射された気体又は液体によって、ピストン内空間210の気体が撹拌される。そのため、気筒51とピストン21との隙間を通して、未燃焼ガス等のブローバイガスが、燃焼室50からピストン内空間210に漏れ出したとしても、ピストン内空間210のブローバイガスを積極的に流動させ、クランク室52に移動させやすくなる。よって、ピストン内空間210にブローバイガスが滞留することを抑制しやすくなり、ブローバイバスの排出性能の更なる向上が期待できる。 In addition, as a configuration for actively moving the blow-by gas in the piston space 210, a stirring nozzle 216 may be provided in addition to or instead of the stirring portion 213, as shown in FIG. 16. The stirring nozzle 216 is provided in each cylinder 51 at a position where its tip faces the internal space of the cylinder 51 from the underside of the cylinder 51. The stirring nozzle 216 intermittently or continuously injects gas (e.g., air) or liquid (e.g., oil) toward the inside of the cylinder 51. As a result, the gas in the piston space 210 is stirred by the gas or liquid injected into the inside of the cylinder 51. Therefore, even if blow-by gas such as unburned gas leaks from the combustion chamber 50 to the piston space 210 through the gap between the cylinder 51 and the piston 21, the blow-by gas in the piston space 210 is actively moved and easily moved to the crank chamber 52. This makes it easier to prevent blow-by gas from accumulating in the piston space 210, and is expected to further improve the exhaust performance of the blow-by gas.
ところで、上述したピストン21に関する構成については、ブローバイガスの排気対策の構成(換気口502)等とは切り離して、それ単独で採用し得る。すなわち、一態様に係るエンジンシステム1は、気筒51とクランク室52とを含むシリンダブロック5を備え、気筒51内を往復移動するピストン21の内側に形成されるピストン内空間210には、ピストン21の移動に伴って往復移動する撹拌部213が配置されている。また、別の一態様に係るエンジンシステム1は、気筒51とクランク室52とを含むシリンダブロック5を備え、気筒51内を往復移動するピストン21のうち気筒51の内部空間を(ピストン21が往復移動する方向に)隔てる隔離壁212は、内部に空洞部214を有する。 The above-mentioned configuration of the piston 21 can be used separately from the configuration for exhausting blow-by gas (ventilation port 502) and the like. That is, the engine system 1 according to one embodiment has a cylinder block 5 including a cylinder 51 and a crank chamber 52, and a stirring part 213 that reciprocates with the movement of the piston 21 is arranged in the piston inner space 210 formed inside the piston 21 that reciprocates in the cylinder 51. Also, the engine system 1 according to another embodiment has a cylinder block 5 including a cylinder 51 and a crank chamber 52, and the isolation wall 212 that separates the internal space of the cylinder 51 (in the direction in which the piston 21 reciprocates) of the piston 21 that reciprocates in the cylinder 51 has a hollow part 214 inside.
[4]シリンダヘッドの構成
次に、エンジン本体2のうちのシリンダヘッド6(及びその周辺構造)の構成について、図17~図21を参照してより詳細に説明する。図17は、出力軸方向D1の一方側である後側(クランクシャフト22が突出する側)からエンジン本体2を見た、シリンダブロック5及びシリンダヘッド6一部を破断しつつ主要な断面部分に斜線(ハッチング)を付した概略図である。図17では、サイドカバー74等の図示を適宜省略している。
[4] Configuration of Cylinder Head Next, the configuration of the cylinder head 6 (and its surrounding structure) of the engine body 2 will be described in more detail with reference to Figures 17 to 21. Figure 17 is a schematic diagram of the engine body 2 viewed from the rear side (the side from which the crankshaft 22 protrudes), which is one side in the output shaft direction D1, with the cylinder block 5 and cylinder head 6 partially cut away and the main cross-sectional parts shaded (hatched). In Figure 17, the side cover 74 and the like are omitted as appropriate.
本実施形態では、シリンダヘッド6には、上述したように、給気ポート61及び排気ポート62が形成されている。給気ポート61及び排気ポート62は、いずれもシリンダヘッド6の内部において互いに区切られた区画(室)からなり、それぞれ内部空間を有している。シリンダヘッド6は複数(本実施形態では6つ)設けられているが、複数のシリンダヘッド6は共通の構成を採用している。そこで、以下では、特に断りがない限り、1つのシリンダヘッド6に着目して説明する。 In this embodiment, as described above, the cylinder head 6 is formed with the intake port 61 and the exhaust port 62. The intake port 61 and the exhaust port 62 are each formed of compartments (chambers) separated from each other inside the cylinder head 6, and each has an internal space. Although multiple cylinder heads 6 (six in this embodiment) are provided, the multiple cylinder heads 6 adopt a common configuration. Therefore, the following description will focus on one cylinder head 6 unless otherwise specified.
本実施形態では一例として、図18及び図19に示すように、給気ポート61及び排気ポート62は、シリンダヘッド6に2つずつ設けられている。つまり、1つのシリンダヘッド6に対して、2つの給気ポート61、及び2つの排気ポート62が形成されている。ただし、2つの給気ポート61は基本的には共通の構成を採用し、2つの排気ポート62は基本的には共通の構成を採用している。そこで、以下では、特に断りがない限り、1つの給気ポート61又は1つの排気ポート62に着目して説明する。図18は、シリンダヘッド6及び気筒51の概略外形を想像線(二点鎖線)で示し、給気ポート61及び排気ポート62を強調表示した概略斜視図である。また、図19は、後述する冷媒通路63を想像線(二点鎖線)で示し、給気ポート61及び排気ポート62を強調表示した概略平面図である。 In this embodiment, as an example, as shown in Figures 18 and 19, two intake ports 61 and two exhaust ports 62 are provided in the cylinder head 6. That is, two intake ports 61 and two exhaust ports 62 are formed for one cylinder head 6. However, the two intake ports 61 basically adopt a common configuration, and the two exhaust ports 62 basically adopt a common configuration. Therefore, unless otherwise specified, the following description focuses on one intake port 61 or one exhaust port 62. Figure 18 is a schematic perspective view showing the outline of the cylinder head 6 and the cylinder 51 with imaginary lines (two-dot chain lines) and highlighting the intake port 61 and the exhaust port 62. Also, Figure 19 is a schematic plan view showing the refrigerant passage 63 described later with imaginary lines (two-dot chain lines) and highlighting the intake port 61 and the exhaust port 62.
シリンダヘッド6は、図17及び図18に示すように、気筒51の上方に配置されている。これにより、気筒51の内部空間のうち、ピストン21の上面とシリンダヘッド6の下面とで囲まれた空間が、燃焼室50として機能する。シリンダヘッド6に形成された給気ポート61及び排気ポート62のいずれも、燃焼室50につながる開口を有している。 As shown in Figures 17 and 18, the cylinder head 6 is disposed above the cylinder 51. As a result, the space within the internal space of the cylinder 51 that is surrounded by the upper surface of the piston 21 and the lower surface of the cylinder head 6 functions as the combustion chamber 50. Both the intake port 61 and the exhaust port 62 formed in the cylinder head 6 have openings that connect to the combustion chamber 50.
給気ポート61は、シリンダブロック5に形成された給気マニホールド54と、燃焼室50と、の間をつなぐ気体(吸入空気)の通り道である。そして、給気ポート61のうち、燃焼室50側の開口、つまり気流の下流側となる開口には、給気弁72が設けられている。そのため、給気マニホールド54から分配される空気は、給気弁72が開いた状態で、給気ポート61を介して燃焼室50に供給される。 The intake port 61 is a passage for gas (intake air) that connects the intake manifold 54 formed in the cylinder block 5 and the combustion chamber 50. An intake valve 72 is provided at the opening of the intake port 61 on the combustion chamber 50 side, i.e., the opening downstream of the airflow. Therefore, the air distributed from the intake manifold 54 is supplied to the combustion chamber 50 through the intake port 61 with the intake valve 72 open.
さらに、本実施形態では、気体燃料については燃料供給方式としてポート噴射方式が採用されているので、燃料供給装置3は、給気ポート61の内部空間に気体燃料(本実施形態では水素)を供給する。つまり、気体燃料を噴射する燃料供給装置3の噴射部31は、給気ポート61の内部に臨む位置に配置されており、給気ポート61内に気体燃料を噴射する。燃料供給装置3が気体燃料を噴射するタイミングについて詳しくは「[5]エンジンシステムの制御動作」の欄で説明する。 Furthermore, in this embodiment, a port injection method is adopted as the fuel supply method for gaseous fuel, so the fuel supply device 3 supplies gaseous fuel (hydrogen in this embodiment) to the internal space of the intake port 61. In other words, the injection unit 31 of the fuel supply device 3 that injects the gaseous fuel is disposed at a position facing the inside of the intake port 61, and injects the gaseous fuel into the intake port 61. The timing at which the fuel supply device 3 injects the gaseous fuel is explained in detail in the section "[5] Control operation of the engine system".
一方、排気ポート62は、排気マニホールド75と、燃焼室50と、の間をつなぐ気体(排気)の通り道である。そして、排気ポート62のうち、燃焼室50側の開口、つまり気流の上流側となる開口には、排気弁73が設けられている。そのため、燃焼室50から排出される気体は、排気弁73が開いた状態で、排気ポート62を介して排気マニホールド75に排出(集約)される。 On the other hand, the exhaust port 62 is a passageway for gas (exhaust) that connects the exhaust manifold 75 and the combustion chamber 50. An exhaust valve 73 is provided at the opening of the exhaust port 62 on the combustion chamber 50 side, i.e., the opening on the upstream side of the airflow. Therefore, gas discharged from the combustion chamber 50 is discharged (collected) into the exhaust manifold 75 via the exhaust port 62 with the exhaust valve 73 open.
また、図17及び図19に示すように、シリンダヘッド6には、給気ポート61及び排気ポート62に加えて、冷媒通路63が形成されている。冷媒通路63は、冷媒が通るための通路である。ここでいう「冷媒」は、冷却サイクルにおいて熱を移動させるために用いられる熱媒体を意味し、例えば、水(冷却水)若しくはオイル等の液体、又は冷却ガスのような気体等の流体である。つまり、冷媒通路63を流体である冷媒が流れることによって、冷媒通路63の周囲から熱を奪うことができ、冷媒通路63の周囲を冷却することが可能である。本実施形態では一例として、冷媒通路63は冷媒としての冷却水を通すためのウォータジャケットである。 As shown in Figs. 17 and 19, the cylinder head 6 is formed with a refrigerant passage 63 in addition to the intake port 61 and the exhaust port 62. The refrigerant passage 63 is a passage through which the refrigerant passes. The "refrigerant" here means a heat medium used to transfer heat in a cooling cycle, and is, for example, a liquid such as water (cooling water) or oil, or a gas such as a cooling gas. In other words, by the refrigerant, which is a fluid, flowing through the refrigerant passage 63, heat can be taken from the surroundings of the refrigerant passage 63, and the surroundings of the refrigerant passage 63 can be cooled. In this embodiment, as an example, the refrigerant passage 63 is a water jacket for passing cooling water as a refrigerant.
冷媒通路63は、図19に示すように、平面視において、給気ポート61及び排気ポート62のうちの燃焼室50側の開口を囲む環状に形成されている。具体的に、図17に示すように、冷媒通路63は、給気ポート61における燃焼室50側の開口に隣接する位置に配置されている。そして、冷媒通路63には、シリンダヘッド6の外部で冷却された冷媒(冷却水)が循環するように供給される。これにより、冷媒通路63を流れる冷媒によって、給気ポート61及び排気ポート62のうち、主として燃焼室50側の開口周辺が冷却されることになる。 As shown in FIG. 19, the refrigerant passage 63 is formed in a ring shape surrounding the openings of the intake port 61 and the exhaust port 62 on the combustion chamber 50 side in a plan view. Specifically, as shown in FIG. 17, the refrigerant passage 63 is disposed at a position adjacent to the opening of the intake port 61 on the combustion chamber 50 side. The refrigerant passage 63 is supplied with circulating refrigerant (cooling water) cooled outside the cylinder head 6. As a result, the refrigerant flowing through the refrigerant passage 63 mainly cools the periphery of the openings of the intake port 61 and the exhaust port 62 on the combustion chamber 50 side.
ところで、関連技術として、筒内噴射用インジェクタと給気通路噴射用インジェクタとを備えるデュアル噴射型のエンジンシステムが知られている。関連技術に係るエンジンシステムでは、燃料噴射量の調整(補正)により、燃料蒸発ガスのパージ処理実行の際におけるバックファイアの発生を抑制する。具体的に、筒内噴射用インジェクタ及び給気通路噴射用インジェクタの分担率が所定の範囲内にあるときの燃料蒸発ガスのパージ処理実行の際、導入されるパージ燃料量に対応する燃料噴射量補正を、給気通路噴射用インジェクタからの燃料噴射量のみを変えて行なう。 Meanwhile, as a related technology, a dual injection type engine system equipped with an in-cylinder injector and an intake passage injector is known. In the engine system according to the related technology, the occurrence of backfire during the fuel evaporative gas purge process is suppressed by adjusting (correcting) the fuel injection amount. Specifically, when the fuel evaporative gas purge process is performed when the contribution ratio of the in-cylinder injector and the intake passage injector is within a predetermined range, the fuel injection amount correction corresponding to the amount of purged fuel introduced is performed by changing only the fuel injection amount from the intake passage injector.
ただし、例えば、水素等の気体燃料を用いるエンジンシステム1においては、より燃料(気体燃料)に着火しやすくなる場合がある。そのため、万一バックファイアが発生した場合に、給気ポート61内に供給される燃料(気体燃料)に着火し、バックファイアが連鎖することまで見越して、より一層のバックファイア対策を施すことが望まれる。 However, for example, in an engine system 1 that uses gaseous fuel such as hydrogen, the fuel (gaseous fuel) may be more likely to ignite. Therefore, in the unlikely event that a backfire occurs, it is desirable to take further measures against backfire in anticipation of the fuel (gaseous fuel) supplied into the intake port 61 igniting, leading to a chain reaction of backfires.
そこで、本実施形態では、以下に説明する構成を採用することにより、より一層のバックファイア対策を可能とするエンジンシステム1を提供可能とする。 Therefore, in this embodiment, by adopting the configuration described below, it is possible to provide an engine system 1 that provides further countermeasures against backfire.
すなわち、本実施形態に係るエンジンシステム1は、燃焼室50に空気を供給する給気ポート61と、給気ポート61の内部空間Sp2(図20参照)に気体燃料を供給する燃料供給装置3と、を備えている。燃料供給装置3は、気体燃料を噴射する噴射部31を有する。ここで、図20に示すように、少なくとも給気ポート61の内周面611のうち噴射部31からの気体燃料の噴射領域R1の中心軸Ax2との交点には、冷却部612が配置されている。言い換えれば、給気ポート61の内周面611と噴射部31からの気体燃料の噴射領域R1の中心軸Ax2との交点は、冷却部612に含まれる。 That is, the engine system 1 according to this embodiment includes an intake port 61 that supplies air to the combustion chamber 50, and a fuel supply device 3 that supplies gaseous fuel to the internal space Sp2 (see FIG. 20) of the intake port 61. The fuel supply device 3 has an injection unit 31 that injects gaseous fuel. As shown in FIG. 20, a cooling unit 612 is disposed at least at the intersection of the inner circumferential surface 611 of the intake port 61 with the central axis Ax2 of the injection region R1 of the gaseous fuel from the injection unit 31. In other words, the intersection of the inner circumferential surface 611 of the intake port 61 with the central axis Ax2 of the injection region R1 of the gaseous fuel from the injection unit 31 is included in the cooling unit 612.
本開示でいう「冷却部」は、給気ポート61の内周面611のうち冷却されることによって相対的に低温となる部位を意味する。つまり、給気ポート61の内部空間Sp2に臨む内周面611の温度は均一ではなく、部位によって温度差が生じ得るところ、他の部位に比べて相対的に低温となる部位が冷却部612を構成する。一例として、給気ポート61の内周面611のうち、基準温度(例えば、内周面611の温度の平均値又は中央値等)未満の部位が冷却部612となる。 In this disclosure, the "cooling section" refers to a portion of the inner surface 611 of the intake port 61 that becomes relatively cold as a result of being cooled. In other words, the temperature of the inner surface 611 facing the internal space Sp2 of the intake port 61 is not uniform, and temperature differences may occur depending on the portion, and the portion that becomes relatively colder than other portions constitutes the cooling section 612. As an example, the portion of the inner surface 611 of the intake port 61 that is below a reference temperature (for example, the average or median temperature of the inner surface 611) becomes the cooling section 612.
要するに、例えば、水素等の気体燃料が給気ポート61の内部空間Sp2に噴射されるポート噴射方式を採用したエンジンシステム1において、上記構成を採用することで、より一層のバックファイア対策が可能となる。この種のエンジンシステム1においては、例えば、バックファイアにより給気ポート61が火炎に晒されるような状況で、給気ポート61内に噴射される気体燃料(水素等)に着火すると、バックファイアが連鎖する可能性がある。本実施形態に係るエンジンシステム1では、気体燃料の噴射領域R1の中心軸Ax2を冷却部612に向けることで、気体燃料の熱引けが良好となり、バックファイアの発生直後であっても、気体燃料が加熱されることによる気体燃料の着火を抑制できる。このように、給気ポート61内での気体燃料の冷却性能を向上させたことで、バックファイアの連鎖を抑制でき、より一層のバックファイア対策が可能なエンジンシステム1を提供できる。 In short, for example, in an engine system 1 employing a port injection method in which gaseous fuel such as hydrogen is injected into the internal space Sp2 of the intake port 61, the above configuration can provide further backfire countermeasures. In this type of engine system 1, for example, in a situation in which the intake port 61 is exposed to flames due to backfire, if the gaseous fuel (hydrogen, etc.) injected into the intake port 61 is ignited, there is a possibility of a chain reaction of backfires. In the engine system 1 according to this embodiment, by directing the central axis Ax2 of the gaseous fuel injection region R1 toward the cooling section 612, the heat dissipation of the gaseous fuel is improved, and even immediately after the occurrence of a backfire, the ignition of the gaseous fuel due to the heating of the gaseous fuel can be suppressed. In this way, by improving the cooling performance of the gaseous fuel in the intake port 61, it is possible to provide an engine system 1 that can suppress the chain reaction of backfires and provide further backfire countermeasures.
より詳細には、図20に示すように、給気ポート61は、断面形状が一方向に向けて凸となる湾曲部600を有している。本実施形態では一例として、湾曲部600は、給気ポート61の中間部分に設けられており、断面形状が上方に向けて凸となるように湾曲することで、給気ポート61は全体として逆U字状の断面形状を有する。そのため、給気ポート61の内部空間Sp2における空気(吸入空気)の流れ(気流)は、湾曲部600に沿って一方向(ここでは上方)に向けて凸となる弧を描く経路をとる。図20では、吸入空気の流れを太線矢印で示している。 More specifically, as shown in FIG. 20, the intake port 61 has a curved portion 600 whose cross-sectional shape is convex in one direction. In this embodiment, as an example, the curved portion 600 is provided in the middle of the intake port 61, and by curving the cross-sectional shape so that it is convex upward, the intake port 61 has an inverted U-shaped cross-sectional shape as a whole. Therefore, the flow (air current) of air (intake air) in the internal space Sp2 of the intake port 61 follows a path that describes an arc that is convex in one direction (here, upward) along the curved portion 600. In FIG. 20, the flow of intake air is indicated by a thick arrow.
本実施形態では、冷却部612は、このような給気ポート61において、その内周面611のうちの湾曲部600の他方向(ここでは下方)側の面、つまり湾曲部600の内周側面602に配置されている。つまり、内周面611は、湾曲部600の一方向(ここでは上方)側の面となる外周側面601と、湾曲部600の他方向(ここでは下方)側の面となる内周側面602と、を含むところ、内周側面602に冷却部612が配置される。 In this embodiment, the cooling section 612 is disposed on the inner circumferential surface 611 of the air supply port 61 on the other side (here, downward) of the curved section 600, i.e., on the inner circumferential side surface 602 of the curved section 600. In other words, the inner circumferential surface 611 includes the outer circumferential side surface 601, which is the surface on one side (here, upward) of the curved section 600, and the inner circumferential side surface 602, which is the surface on the other side (here, downward) of the curved section 600, and the cooling section 612 is disposed on the inner circumferential side surface 602.
そして、ノズル状(筒状)の噴射部31は、その先端部が外周側面601から給気ポート61内に突出する形で配置されており、噴射部31から冷却部612に向けて気体燃料が噴射される。つまり、噴射部31の先端部は、少なくとも内周側面602に設けられた冷却部612に向けられている。ここで、噴射領域R1の中心軸Ax2は、噴射部31の先端を頂点として略円錐状に広がる噴射領域R1の中心軸であって、ノズル状(筒状)の噴射部31の中心軸と略一致する。 The nozzle-shaped (cylindrical) injection part 31 is arranged with its tip protruding from the outer peripheral side surface 601 into the air supply port 61, and gas fuel is injected from the injection part 31 toward the cooling part 612. In other words, the tip of the injection part 31 is directed toward at least the cooling part 612 provided on the inner peripheral side surface 602. Here, the central axis Ax2 of the injection region R1 is the central axis of the injection region R1 that spreads out in an approximately conical shape with the tip of the injection part 31 as its apex, and approximately coincides with the central axis of the nozzle-shaped (cylindrical) injection part 31.
また、冷却部612は、給気ポート61において噴射部31よりも空気の気流の下流側に配置されている。図20の例では、給気ポート61において、右方から左方に向かう空気の気流が生じるため、燃料供給装置3の噴射部31の先端に対して、下流側となる左方に冷却部612が配置されている。 The cooling section 612 is also arranged downstream of the airflow in the air intake port 61 relative to the injection section 31. In the example of FIG. 20, an airflow from right to left occurs in the air intake port 61, so the cooling section 612 is arranged downstream to the left of the tip of the injection section 31 of the fuel supply device 3.
このように、冷却部612が噴射部31よりも下流側に配置されていることで、噴射部31から噴射された気体燃料が、空気の気流によって下流側に流された場合でも、冷却部612に到達しやすくなる。そのため、冷却部612による気体燃料の冷却効果を十分に発揮することが可能である。 In this way, by arranging the cooling section 612 downstream of the injection section 31, the gaseous fuel injected from the injection section 31 is more likely to reach the cooling section 612 even if it is carried downstream by the air current. Therefore, it is possible for the cooling section 612 to fully exert its cooling effect on the gaseous fuel.
ところで、冷却部612の具体的態様としては、例えば、以下に説明する第1態様、第2態様及び第3態様がある。第1態様は、冷媒通路63を用いた冷媒冷却方式、第2態様は、付着冷媒を用いた気化潜熱方式、第3態様は、空冷方式である。すなわち、第1態様、第2態様若しくは第3態様、又はこれらの組み合わせによって、給気ポート61の内周面611の冷却部612が実現可能である。 Specific examples of the cooling section 612 include the first, second, and third modes described below. The first mode is a refrigerant cooling method using a refrigerant passage 63, the second mode is a latent heat of vaporization method using an attached refrigerant, and the third mode is an air-cooling method. In other words, the cooling section 612 of the inner surface 611 of the air supply port 61 can be realized by the first, second, or third mode, or a combination of these.
まず、第1態様(冷媒冷却方式)では、図20に示すように、冷媒通路63の近傍部位が冷却部612となる。具体的には、冷媒通路63と給気ポート61の内部空間Sp2とは、隔壁部64によって物理的に隔離されており、当該隔壁部64における冷媒通路63とは反対側の面(給気ポート61の内周面611)が、冷却部612を構成する。すなわち、エンジンシステム1は、給気ポート61が形成されたシリンダヘッド6を備え、シリンダヘッド6は、冷媒が通る冷媒通路63を有している。ここで、冷却部612は、少なくとも冷媒通路63と給気ポート61とを物理的に隔てる隔壁部64に配置されている。 First, in the first embodiment (refrigerant cooling method), as shown in FIG. 20, the area near the refrigerant passage 63 becomes the cooling section 612. Specifically, the refrigerant passage 63 and the internal space Sp2 of the intake port 61 are physically separated by a partition 64, and the surface of the partition 64 opposite the refrigerant passage 63 (the inner peripheral surface 611 of the intake port 61) forms the cooling section 612. That is, the engine system 1 includes a cylinder head 6 in which the intake port 61 is formed, and the cylinder head 6 has a refrigerant passage 63 through which the refrigerant passes. Here, the cooling section 612 is disposed in the partition 64 that physically separates at least the refrigerant passage 63 and the intake port 61.
この構成によれば、シリンダヘッド6に設けられた冷媒通路63を流れる冷媒により、冷却部612を効率的に冷却することが可能である。さらに、冷媒の流量等によって、冷却部612の温度を調整することも可能であるため、より確実に気体燃料を冷却することが可能である。よって、気体燃料が加熱されることによる気体燃料の着火をより一層抑制できる。 With this configuration, the cooling section 612 can be efficiently cooled by the refrigerant flowing through the refrigerant passage 63 provided in the cylinder head 6. Furthermore, since the temperature of the cooling section 612 can be adjusted by the flow rate of the refrigerant, etc., it is possible to more reliably cool the gaseous fuel. Therefore, ignition of the gaseous fuel due to heating of the gaseous fuel can be further suppressed.
さらに、図20に示すように、隔壁部64は、薄肉部641と、厚肉部642と、を含んでいる。薄肉部641は、冷媒通路63と給気ポート61との間の厚みTh1が基準厚みよりも小さい。厚肉部642は、冷媒通路63と給気ポート61との間の厚みTh2が基準厚みよりも大きい。薄肉部641と厚肉部642とのうちの薄肉部641のみに冷却部612が設けられている。ここでいう「基準厚み」は、隔壁部64の基準となる厚みであって、一例として、隔壁部64の厚みの平均値又は中央値等である。つまり、隔壁部64の厚みは均一ではなく、部位によって異なる。そして、冷却部612は、隔壁部64のうち相対的に薄肉である薄肉部641に設けられ、厚肉部642には設けられていない。 20, the partition wall 64 includes a thin wall portion 641 and a thick wall portion 642. The thin wall portion 641 has a thickness Th1 between the refrigerant passage 63 and the air supply port 61 that is smaller than the reference thickness. The thick wall portion 642 has a thickness Th2 between the refrigerant passage 63 and the air supply port 61 that is larger than the reference thickness. The cooling portion 612 is provided only in the thin wall portion 641 out of the thin wall portion 641 and the thick wall portion 642. The "reference thickness" here is a reference thickness of the partition wall portion 64, and is, for example, an average value or a median value of the thickness of the partition wall portion 64. In other words, the thickness of the partition wall portion 64 is not uniform, but varies depending on the portion. The cooling portion 612 is provided in the relatively thin thin wall portion 641 of the partition wall portion 64, and is not provided in the thick wall portion 642.
この構成によれば、冷媒通路63を流れる冷媒にて、冷却部612をより効率的に冷却することが可能である。すなわち、隔壁部64の内周面611のうち、相対的に冷媒通路63までの距離が近く、冷媒通路63を流れる冷媒に熱が伝わりやすい薄肉部641に冷却部612が配置されるので、より確実に気体燃料を冷却することが可能である。よって、気体燃料が加熱されることによる気体燃料の着火をより一層抑制できる。 With this configuration, the cooling section 612 can be cooled more efficiently by the refrigerant flowing through the refrigerant passage 63. That is, the cooling section 612 is disposed on the thin-walled section 641 of the inner circumferential surface 611 of the partition section 64, which is relatively close to the refrigerant passage 63 and where heat is easily transferred to the refrigerant flowing through the refrigerant passage 63, so that the gaseous fuel can be cooled more reliably. This further suppresses ignition of the gaseous fuel due to heating of the gaseous fuel.
第2態様(気化潜熱方式)では、図21に示すように、エンジンシステム1は、給気ポート61の内周面611の一部に付着冷媒651を付着させる冷媒供給部65を更に備える。冷却部612は、少なくとも付着冷媒651が付着する部位に配置されている。ここでいう「付着冷媒」は、主として気化潜熱に用いられる熱媒体を意味し、例えば、水(冷却水)若しくはオイル等の液体である。すなわち、給気ポート61の内周面611の一部に付着冷媒651が付着することで、付着冷媒651が気化する際に内周面611の熱を奪うことによって、内周面611の冷却が行われる。そこで、給気ポート61の内周面611のうち付着冷媒651が付着する部位を冷却部612とすることで、冷却部612の冷却が実現される。付着冷媒651を「付着」させる態様としては、例えば、付着冷媒651の噴霧、吐出、結露又は塗布等がある。 In the second mode (latent heat of vaporization method), as shown in FIG. 21, the engine system 1 further includes a refrigerant supply unit 65 that causes an adhering refrigerant 651 to adhere to a portion of the inner circumferential surface 611 of the intake port 61. The cooling unit 612 is disposed at least in the portion where the adhering refrigerant 651 adheres. The "adhering refrigerant" here means a heat medium that is mainly used for latent heat of vaporization, and is, for example, a liquid such as water (cooling water) or oil. That is, when the adhering refrigerant 651 adheres to a portion of the inner circumferential surface 611 of the intake port 61, the adhering refrigerant 651 removes heat from the inner circumferential surface 611 when it evaporates, thereby cooling the inner circumferential surface 611. Therefore, the cooling unit 612 is cooled by making the portion of the inner circumferential surface 611 of the intake port 61 where the adhering refrigerant 651 adheres to the cooling unit 612. Examples of the manner in which the adhering refrigerant 651 is "adhered" include spraying, discharging, condensing, or applying the adhering refrigerant 651.
具体的に、図21の「A」に示す例では、付着冷媒651を噴射するノズル状(筒状)の冷媒供給部65が用いられている。この冷媒供給部65は、その先端部が外周側面601から給気ポート61内に突出する形で配置されており、噴射部31から冷却部612に向けて気体燃料が噴射される。つまり、冷媒供給部65の先端部は、少なくとも内周側面602に設けられた冷却部612に向けられている。これにより、冷媒供給部65から噴射される付着冷媒651は、給気ポート61の内周面611(内周側面602)の冷却部612に付着し、冷却部612を冷却する。 Specifically, in the example shown in "A" of FIG. 21, a nozzle-shaped (cylindrical) refrigerant supply part 65 is used to spray the adhering refrigerant 651. The refrigerant supply part 65 is arranged so that its tip protrudes from the outer peripheral side surface 601 into the air supply port 61, and gas fuel is sprayed from the spray part 31 toward the cooling part 612. In other words, the tip of the refrigerant supply part 65 is directed toward at least the cooling part 612 provided on the inner peripheral side surface 602. As a result, the adhering refrigerant 651 sprayed from the refrigerant supply part 65 adheres to the cooling part 612 on the inner peripheral surface 611 (inner peripheral side surface 602) of the air supply port 61, and cools the cooling part 612.
また、図21の「B」に示す例では、給気ポート61に導入される空気を冷却する冷媒供給部65が用いられている。この冷媒供給部65は、コイル状の冷却器からなり、給気ポート61における給気マニホールド54側の開口付近に配置されている。冷媒供給部65に冷媒が供給されることで、冷媒供給部65を通過する空気が冷却され、空気中の水蒸気量が飽和水蒸気量を超えると、結露により付着冷媒651としての水が発生する。付着冷媒651は、空気の気流によって運ばれ、少なくとも内周側面602に設けられた冷却部612に付着する。これにより、付着冷媒651は、給気ポート61の内周面611(内周側面602)の冷却部612に付着し、冷却部612を冷却する。冷媒供給部65に供給される冷媒は、例えば、液化水素タンク32との熱交換により低温に維持されることが好ましい。 In the example shown in "B" of FIG. 21, a refrigerant supply unit 65 is used to cool the air introduced into the air intake port 61. The refrigerant supply unit 65 is made of a coil-shaped cooler and is arranged near the opening of the air intake port 61 on the air intake manifold 54 side. When the refrigerant is supplied to the refrigerant supply unit 65, the air passing through the refrigerant supply unit 65 is cooled, and when the amount of water vapor in the air exceeds the amount of saturated water vapor, water is generated as the adhering refrigerant 651 due to condensation. The adhering refrigerant 651 is carried by the air flow and adheres to at least the cooling unit 612 provided on the inner circumferential side surface 602. As a result, the adhering refrigerant 651 adheres to the cooling unit 612 on the inner circumferential surface 611 (inner circumferential side surface 602) of the air intake port 61 and cools the cooling unit 612. It is preferable that the refrigerant supplied to the refrigerant supply unit 65 is maintained at a low temperature by, for example, heat exchange with the liquefied hydrogen tank 32.
図21の例では、冷媒供給部65に加えて、冷媒通路63により第1態様の冷媒冷却方式も併用されているが、第2態様(気化潜熱方式)と第1態様とを組み合わせることは必須ではない。つまり、第2態様(気化潜熱方式)を採用する場合には、冷媒通路63が省略されてもよく、この場合でも付着冷媒651によって冷却部612は実現可能である。 In the example of FIG. 21, in addition to the refrigerant supply unit 65, the refrigerant passage 63 also uses the refrigerant cooling method of the first embodiment, but it is not necessary to combine the second embodiment (latent heat of vaporization method) with the first embodiment. In other words, when the second embodiment (latent heat of vaporization method) is adopted, the refrigerant passage 63 may be omitted, and even in this case, the cooling unit 612 can be realized by the adhering refrigerant 651.
第3態様(空冷方式)では、給気ポート61の内部空間Sp2における空気の流れ(気流)を利用して、給気ポート61の内周面611の一部に冷却部612を形成する。すなわち、例えば、ファン等を用いて空気の流速を高め、給気ポート61の内周面611の一部に空気を当てることにより、給気ポート61の内周面611のうち空気が当たる部位を、気流にて冷却して冷却部612とする。この構成によれば、別途、冷媒を用いることなく、給気ポート61の内周面611の一部を冷却して冷却部612を構成することが可能である。 In the third aspect (air-cooling method), the air flow (air current) in the internal space Sp2 of the intake port 61 is used to form a cooling section 612 on a part of the inner circumferential surface 611 of the intake port 61. That is, for example, by increasing the air flow speed using a fan or the like and blowing the air against a part of the inner circumferential surface 611 of the intake port 61, the part of the inner circumferential surface 611 of the intake port 61 that the air hits is cooled by the air current to form the cooling section 612. With this configuration, it is possible to form the cooling section 612 by cooling a part of the inner circumferential surface 611 of the intake port 61 without using a separate refrigerant.
その他、本実施形態に係るエンジンシステム1においては、バックファイア対策として、下記の構成を採用することが更に有用である。 In addition, in the engine system 1 according to this embodiment, it is even more useful to adopt the following configuration as a backfire prevention measure.
一つ目の構成として、燃料供給装置3の噴射部31を冷却するノズル冷却構造を設け、噴射部31から噴射される気体燃料自体を冷却する。ノズル冷却構造は、一例として、噴射部31の周囲に配置される冷媒の通路によって実現可能である。これにより、噴射部31が冷媒にて冷却され、シリンダヘッド6から噴射部31への入熱が抑制されるため、気体燃料の温度上昇を抑制することが可能である。冷媒の通路は、例えば、シリンダヘッド6から幅方向D3に延びてもよいし、あるいはシリンダヘッド6から上方に延びてもよい。 In the first configuration, a nozzle cooling structure is provided that cools the injection part 31 of the fuel supply device 3, and the gaseous fuel itself injected from the injection part 31 is cooled. As an example, the nozzle cooling structure can be realized by a coolant passage arranged around the injection part 31. This allows the injection part 31 to be cooled by the coolant, and the heat input from the cylinder head 6 to the injection part 31 is suppressed, so that the temperature rise of the gaseous fuel can be suppressed. The coolant passage may extend, for example, from the cylinder head 6 in the width direction D3, or may extend upward from the cylinder head 6.
二つ目の構成として、燃料供給装置3の噴射部31を覆う断熱材を設け、噴射部31から噴射される気体燃料への入熱を抑制する。これにより、シリンダヘッド6から噴射部31への入熱が抑制されるため、気体燃料の温度上昇を抑制することが可能である。 The second configuration is to provide a heat insulating material that covers the injection part 31 of the fuel supply device 3, suppressing heat input to the gas fuel injected from the injection part 31. This suppresses heat input from the cylinder head 6 to the injection part 31, making it possible to suppress the temperature rise of the gas fuel.
[5]エンジンシステムの制御動作
次に、本実施形態に係るエンジンシステム1の制御動作について、図22、図23及び図24を参照して説明する。本実施形態では、上述したようにエンジンシステム1の制御はエンジン制御部20が行うので、以下に説明するエンジンシステム1の制御動作は、エンジン制御部20によって実行される処理を含む。
[5] Control Operation of Engine System Next, the control operation of the engine system 1 according to this embodiment will be described with reference to Figures 22, 23 and 24. In this embodiment, as described above, the engine system 1 is controlled by the engine control unit 20, and therefore the control operation of the engine system 1 described below includes processing executed by the engine control unit 20.
本実施形態では、エンジン制御部20は、図22に示すようなタイミングで、燃料供給装置3を制御し給気ポート61への気体燃料の噴射を実行する。図22では、横軸をクランク角とし、排気弁73の開度G1及び給気弁72の開度G2(「弁開度」と表記)、給気ポート61内の給気空気の流速(「流速」と表記)、及び給気ポート61内における燃焼室50付近の内周面611(壁面)の温度(「温度」と表記)を示す。ここで、クランク角は、時間経過に応じて、ピストン21が下死点(BDC:Bottom Dead Center)と上死点(TDC:Top Dead Center)との間を往復移動するのに伴って連続的に変化する。そのため、クランク角を示す横軸は、時間軸に相当する。 In this embodiment, the engine control unit 20 controls the fuel supply device 3 at the timing shown in FIG. 22 to inject gaseous fuel into the intake port 61. In FIG. 22, the horizontal axis represents the crank angle, and indicates the opening degree G1 of the exhaust valve 73 and the opening degree G2 of the intake valve 72 (denoted as "valve opening degree"), the flow velocity of the intake air in the intake port 61 (denoted as "flow velocity"), and the temperature (denoted as "temperature") of the inner circumferential surface 611 (wall surface) near the combustion chamber 50 in the intake port 61. Here, the crank angle changes continuously over time as the piston 21 moves back and forth between the bottom dead center (BDC) and the top dead center (TDC). Therefore, the horizontal axis representing the crank angle corresponds to the time axis.
図22において、時点t0でピストン21が下死点にあり、時点t2でピストン21が上死点にあり、時点t7でピストン21が下死点にあって、時点t1にてバックファイアが発生したことと仮定する。ここで、時点t1は、時点t0と時点t2との間にあって、給気弁72が開弁を開始した直後のタイミングである。この場合において、時点t2後の時点t3において、排気弁73が閉弁(開度G1が0)すると、その後、冷却期間T1が経過して初めて、気体燃料の噴射が可能な噴射許可期間T2が開始する。ここで、気体燃料の噴射が分割噴射(間欠噴射)である場合、最初の噴射開始から最後の噴射終了までが噴射許可期間T2内に実行される。 In FIG. 22, assume that the piston 21 is at bottom dead center at time t0, at top dead center at time t2, at bottom dead center at time t7, and that a backfire occurs at time t1. Here, time t1 is between time t0 and time t2, and is the timing immediately after the intake valve 72 starts to open. In this case, when the exhaust valve 73 closes (opening degree G1 is 0) at time t3 after time t2, the injection permission period T2 during which gaseous fuel can be injected starts only after the cooling period T1 has elapsed. Here, if the injection of gaseous fuel is a divided injection (intermittent injection), the period from the start of the first injection to the end of the last injection is performed within the injection permission period T2.
すなわち、本実施形態では、燃料供給装置3は、排気弁73が閉じることを含む供給開始条件を満足した後、冷却期間T1が経過すると、給気ポート61の内部空間Sp2への気体燃料の供給を開始する。ここで、冷却期間T1は、冷却部612を冷却するための期間であって、気体燃料の噴射が禁止される期間である。具体的には、供給開始条件は、排気弁73が閉じる(開度G1が0)ことに加え、給気弁72が開く(開度G2が0より大きい)ことを含む。図22の例において、時点t3では、排気弁73が閉弁し、かつ(その前の時点t1で)給気弁72が開弁しているため、供給開始条件を満たすことになる。そのため、時点t3から時点t5までの冷却期間T1が経過し、噴射許可期間T2に入ると、燃料供給装置3は、気体燃料の噴射(供給)を開始することが可能となる。 That is, in this embodiment, the fuel supply device 3 starts supplying gas fuel to the internal space Sp2 of the intake port 61 after the cooling period T1 has elapsed after satisfying the supply start condition including the exhaust valve 73 being closed. Here, the cooling period T1 is a period for cooling the cooling portion 612, and is a period during which the injection of gas fuel is prohibited. Specifically, the supply start condition includes the exhaust valve 73 being closed (opening degree G1 is 0) and the intake valve 72 being open (opening degree G2 is greater than 0). In the example of FIG. 22, at time t3, the exhaust valve 73 is closed and the intake valve 72 is open (at the previous time t1), so that the supply start condition is satisfied. Therefore, when the cooling period T1 from time t3 to time t5 has elapsed and the injection permission period T2 has begun, the fuel supply device 3 is able to start injecting (supplying) gas fuel.
この構成によれば、気体燃料の供給(噴射)が開始される前に、冷却期間T1が設定されるので、冷却部612を確実に冷却した後に、給気ポート61の内部空間Sp2への気体燃料の供給を開始することができる。したがって、バックファイアが発生した場合であっても、冷却部612による気体燃料の冷却が行われ、バックファイアの連鎖を抑制しやすくなる。 With this configuration, the cooling period T1 is set before the supply (injection) of gaseous fuel is started, so that the supply of gaseous fuel to the internal space Sp2 of the intake port 61 can be started after the cooling section 612 has been completely cooled. Therefore, even if a backfire occurs, the cooling section 612 cools the gaseous fuel, making it easier to prevent a chain reaction of backfires.
また、冷却期間T1の終了時点は、給気弁72の開度G2が最大となる時点以降に設定される。つまり、冷却期間T1の終了時点である時点t5は、給気弁72の開度G2が最大(開度G2のピーク)となる時点t4から見て、クランク角の遅角側に設定される。 The end point of the cooling period T1 is set to a point after the opening degree G2 of the intake valve 72 is at its maximum. In other words, the end point of the cooling period T1, that is, time t5, is set to the retarded side of the crank angle from time t4, when the opening degree G2 of the intake valve 72 is at its maximum (peak of the opening degree G2).
この構成によれば、給気ポート61内の給気空気の流速が最大となるタイミング以降で気体燃料の供給が開始されることになり、気体燃料をより効率的に冷却可能となる。すなわち、給気弁72の開度G2が最大となるときに給気ポート61内の給気空気の流速が最大となるところ、このタイミング(図22では時点t4)以降に、気体燃料の供給を開始することで、気体燃料の冷却性能が向上する。したがって、バックファイアの連鎖をより一層抑制しやすくなる。 With this configuration, the supply of gaseous fuel begins after the timing when the flow rate of the intake air in the intake port 61 is at its maximum, making it possible to cool the gaseous fuel more efficiently. In other words, the flow rate of the intake air in the intake port 61 is at its maximum when the opening degree G2 of the intake valve 72 is at its maximum. By starting the supply of gaseous fuel after this timing (time t4 in FIG. 22), the cooling performance of the gaseous fuel is improved. This makes it even easier to suppress the chain reaction of backfires.
また、本実施形態に係るエンジンシステム1は、給気ポート61に空気を送り込む過給機8を備えている。これにより、冷却期間T1を設けることによって気体燃料の供給開始のタイミングが遅れても、気体燃料を燃焼室50に送り込みやすくなる。つまり、過給機8によって空気の流速が加速されることで、給気ポート61内に噴射された気体燃料が燃焼室50に流入しやすくなる。 The engine system 1 according to this embodiment also includes a turbocharger 8 that feeds air into the intake port 61. This makes it easier to feed the gaseous fuel into the combustion chamber 50 even if the timing of starting the supply of the gaseous fuel is delayed by providing a cooling period T1. In other words, the turbocharger 8 accelerates the air flow rate, making it easier for the gaseous fuel injected into the intake port 61 to flow into the combustion chamber 50.
ここで、図22に示すように、噴射許可期間T2は、給気弁72の閉弁直前に挿入される猶予期間T3を考慮して設定されている。猶予期間T3は、冷却期間T1と同様に、気体燃料の噴射が禁止される期間である。すなわち、噴射許可期間T2が終了する時点t6から、給気弁72が閉弁(開度G2が0)する時点t7までの間は、猶予期間T3として、気体燃料の噴射は禁止される。言い換えれば、冷却期間T1の終了時点は、給気弁72が閉弁する時点t7から、猶予期間T3と噴射許可期間T2との合計時間だけ遡った時点(図22では時点t5)に設定される。 As shown in FIG. 22, the injection permission period T2 is set in consideration of the grace period T3 inserted immediately before the intake valve 72 closes. The grace period T3 is a period during which injection of gaseous fuel is prohibited, similar to the cooling period T1. That is, during the grace period T3, injection of gaseous fuel is prohibited from time t6, when the injection permission period T2 ends, to time t7, when the intake valve 72 closes (opening degree G2 is 0). In other words, the end of the cooling period T1 is set to a time (time t5 in FIG. 22) that is the sum of the grace period T3 and the injection permission period T2, prior to time t7, when the intake valve 72 closes.
この構成によれば、噴射許可期間T2が終了する時点t6で給気弁72が閉弁されることによる給気ポート61への気体燃料の残留が抑制される。つまり、噴射許可期間T2が終了する時点t6で給気ポート61内に気体燃料が残留していても、当該残留分の気体燃料は猶予期間T3中に燃焼室50へと排出可能である。 This configuration prevents gaseous fuel from remaining in the intake port 61 when the intake valve 72 is closed at time t6 when the injection permission period T2 ends. In other words, even if gaseous fuel remains in the intake port 61 at time t6 when the injection permission period T2 ends, the remaining gaseous fuel can be discharged into the combustion chamber 50 during the grace period T3.
さらに、猶予期間T3の長さは、噴射部31(の先端)と給気ポート61における燃焼室50側の開口との間の距離に基づいて設定されることが好ましい。ここでいう距離は、給気ポート61内における空気の流路上の距離である。具体的には、噴射部31(の先端)と給気ポート61における燃焼室50側の開口との間の距離が長いほど、猶予期間T3は長く設定される。これにより、噴射部31から噴射される気体燃料が燃焼室50に排出されるのに要する時間を考慮して、猶予期間T3が設定されるため、給気ポート61内に気体燃料が残留しにくくなる。 Furthermore, it is preferable that the length of the grace period T3 is set based on the distance between (the tip of) the injection section 31 and the opening of the intake port 61 on the combustion chamber 50 side. The distance here refers to the distance along the air flow path within the intake port 61. Specifically, the longer the distance between (the tip of) the injection section 31 and the opening of the intake port 61 on the combustion chamber 50 side, the longer the grace period T3 is set. As a result, the grace period T3 is set taking into account the time required for the gaseous fuel injected from the injection section 31 to be discharged into the combustion chamber 50, so that gaseous fuel is less likely to remain in the intake port 61.
ところで、上述した燃料供給装置3の制御に関する構成については、ブローバイガスの排気対策の構成(換気口502)、及び冷却部612等とは切り離して、それ単独で採用し得る。すなわち、一態様に係るエンジンシステム1は、燃焼室50に空気を供給する給気ポート61と、給気ポート61の内部空間Sp2に気体燃料を供給する燃料供給装置3と、を備えている。燃料供給装置3は、排気弁73が閉じることを含む供給開始条件を満足した後、冷却期間T1が経過すると、給気ポート61の内部空間Sp2への気体燃料の供給を開始する。 The configuration related to the control of the fuel supply device 3 described above can be adopted separately from the configuration for exhausting blow-by gas (ventilation port 502) and the cooling section 612, etc. That is, the engine system 1 according to one embodiment includes an intake port 61 that supplies air to the combustion chamber 50, and a fuel supply device 3 that supplies gaseous fuel to the internal space Sp2 of the intake port 61. After the supply start condition, which includes the exhaust valve 73 being closed, is satisfied, and the cooling period T1 has elapsed, the fuel supply device 3 starts supplying gaseous fuel to the internal space Sp2 of the intake port 61.
図23は、エンジンシステム1を発電機101の駆動、又は船体100の推進に使用する場合における、気体燃料の噴射に係るエンジン制御部20の動作(処理)の一例を示すフローチャートである。 Figure 23 is a flowchart showing an example of the operation (processing) of the engine control unit 20 related to the injection of gas fuel when the engine system 1 is used to drive the generator 101 or propel the hull 100.
すなわち、エンジン制御部20は、まずはエンジンシステム1を発電機101の駆動に使用するか否かを判断する(S1)。エンジンシステム1を発電機101の駆動に用いる場合(S1:Yes)、エンジン制御部20は、発電モードにあると判断し、処理をステップS2に移行させる。一方、エンジンシステム1を船体100の推進に用いる場合(S1:No)、エンジン制御部20は、発電モードにないと判断し、処理をステップS6に移行させる。 That is, the engine control unit 20 first determines whether or not the engine system 1 is to be used to drive the generator 101 (S1). If the engine system 1 is to be used to drive the generator 101 (S1: Yes), the engine control unit 20 determines that it is in the power generation mode and transitions to step S2. On the other hand, if the engine system 1 is to be used to propel the hull 100 (S1: No), the engine control unit 20 determines that it is not in the power generation mode and transitions to step S6.
ステップS2では、エンジン制御部20は、発電機101の負荷、及びエンジン本体2の回転数(実回転数)を取得する。そして、エンジン制御部20は、発電機101の負荷とエンジン回転数との相関関係を示す「負荷-回転数マップ」に照らして、気体燃料の噴射時期、つまり気体燃料の噴射を開始するタイミングを決定する(S3)。そして、エンジン制御部20は、気体燃料の噴射量を演算し(S4)、気体燃料の噴射時期が到来すると気体燃料を噴射させるように燃料供給装置3を制御する(S5)。 In step S2, the engine control unit 20 acquires the load of the generator 101 and the rotation speed (actual rotation speed) of the engine body 2. The engine control unit 20 then determines the injection timing of the gaseous fuel, i.e., the timing to start injecting the gaseous fuel, in reference to a "load-rotation speed map" that shows the correlation between the load of the generator 101 and the engine rotation speed (S3). The engine control unit 20 then calculates the injection amount of the gaseous fuel (S4), and controls the fuel supply device 3 to inject the gaseous fuel when the injection timing of the gaseous fuel arrives (S5).
ステップS6では、エンジン制御部20は、操作盤102(のスロットルレバー)の操作量、及びエンジン本体2の回転数(実回転数)を取得する。ここで、エンジン制御部20は、エンジン本体2の目標回転数を設定し(S7)、目標回転数と実回転数との差分を演算する(S8)。さらに、エンジン制御部20は、直前サイクルの気体燃料の噴射量に対して不足する気体燃料の噴射量(不足噴射量)を演算する。そして、エンジン制御部20は、気体燃料の噴射量と気体燃料の噴射時間との相関関係を示す「噴射量-噴射時間マップ」に照らして、気体燃料の噴射時間を決定する(S10)。また、エンジン制御部20は、気体燃料の噴射量と冷却期間T1との相関関係を示す「噴射量-冷却期間マップ」に照らして、気体燃料の噴射時期、つまり気体燃料の噴射を開始するタイミングを決定する(S11)。そして、エンジン制御部20は、気体燃料の噴射時期が到来すると気体燃料を噴射させるように燃料供給装置3を制御する(S12)。 In step S6, the engine control unit 20 acquires the amount of operation of the operation panel 102 (throttle lever) and the rotation speed (actual rotation speed) of the engine body 2. Here, the engine control unit 20 sets the target rotation speed of the engine body 2 (S7) and calculates the difference between the target rotation speed and the actual rotation speed (S8). Furthermore, the engine control unit 20 calculates the injection amount of gaseous fuel that is insufficient with respect to the injection amount of gaseous fuel in the previous cycle (deficient injection amount). Then, the engine control unit 20 determines the injection time of the gaseous fuel in light of the "injection amount-injection time map" showing the correlation between the injection amount of the gaseous fuel and the injection time of the gaseous fuel (S10). Furthermore, the engine control unit 20 determines the injection timing of the gaseous fuel, that is, the timing to start injection of the gaseous fuel in light of the "injection amount-cooling period map" showing the correlation between the injection amount of the gaseous fuel and the cooling period T1 (S11). Then, the engine control unit 20 controls the fuel supply device 3 to inject gaseous fuel when the injection timing for gaseous fuel arrives (S12).
エンジン制御部20は、上記ステップS1~S12の処理を繰り返し実行する。ただし、図23に示すフローチャートは一例に過ぎず、処理が適宜追加又は省略されてもよいし、処理の順番が適宜入れ替わってもよい。 The engine control unit 20 repeatedly executes the processes in steps S1 to S12. However, the flowchart shown in FIG. 23 is merely an example, and processes may be added or omitted as appropriate, and the order of the processes may be changed as appropriate.
図24は、エンジンシステム1を発電機101の駆動に使用する場合において、バックファイアが発生した際にのみ冷却期間T1を設けるようにした、エンジン制御部20の動作(処理)の一例を示すフローチャートである。 Figure 24 is a flowchart showing an example of the operation (processing) of the engine control unit 20 in which a cooling period T1 is set only when a backfire occurs when the engine system 1 is used to drive the generator 101.
すなわち、エンジン制御部20は、まずは発電機101の負荷、エンジン本体2の回転数(実回転数)、及び燃焼室50内の圧力(筒内圧)を取得する(S21)。ここで、筒内圧は筒内圧センサ76から取得され、バックファイアの発生の有無に関する情報である。それから、エンジン制御部20は、例えば筒内圧に基づいて、バックファイアが発生しているか否かを判断する(S22)。筒内圧の波形等からバックファイアの発生が検知された場合(S22:Yes)、エンジン制御部20は、処理をステップS23に移行させる。一方、筒内圧の波形等からバックファイアの発生が検知されなかった場合(S22:No)、エンジン制御部20は、処理をステップS24に移行させる。 That is, the engine control unit 20 first acquires the load of the generator 101, the rotation speed (actual rotation speed) of the engine body 2, and the pressure in the combustion chamber 50 (in-cylinder pressure) (S21). Here, the in-cylinder pressure is acquired from the in-cylinder pressure sensor 76, and is information on the occurrence or non-occurrence of a backfire. The engine control unit 20 then determines whether or not a backfire has occurred based on, for example, the in-cylinder pressure (S22). If the occurrence of a backfire is detected from the waveform of the in-cylinder pressure, etc. (S22: Yes), the engine control unit 20 shifts the process to step S23. On the other hand, if the occurrence of a backfire is not detected from the waveform of the in-cylinder pressure, etc. (S22: No), the engine control unit 20 shifts the process to step S24.
ステップS23では、エンジン制御部20は、発電機101の負荷とエンジン回転数との相関関係を示す「負荷-回転数第1マップ」に照らして、気体燃料の噴射時期、つまり気体燃料の噴射を開始するタイミングを決定する。「負荷-回転数第1マップ」は、バックファイア発生時用に用意されているマップであって、冷却期間T1を考慮して気体燃料の噴射時期を設定するためのマップである。 In step S23, the engine control unit 20 determines the injection timing of the gas fuel, i.e., the timing to start injecting the gas fuel, in reference to the "first load-rotation speed map" which shows the correlation between the load on the generator 101 and the engine speed. The "first load-rotation speed map" is a map prepared for when a backfire occurs, and is a map for setting the injection timing of the gas fuel taking into account the cooling period T1.
ステップS24では、エンジン制御部20は、発電機101の負荷とエンジン回転数との相関関係を示す「負荷-回転数第2マップ」に照らして、気体燃料の噴射時期、つまり気体燃料の噴射を開始するタイミングを決定する。「負荷-回転数第2マップ」は、バックファイアが発生していない定常時用に用意されているマップであって、冷却期間T1を考慮せずに気体燃料の噴射時期を設定するためのマップである。 In step S24, the engine control unit 20 determines the injection timing of the gas fuel, i.e., the timing to start injecting the gas fuel, in reference to the "second load-rotation speed map" which shows the correlation between the load on the generator 101 and the engine speed. The "second load-rotation speed map" is a map prepared for steady-state operation when no backfire is occurring, and is a map for setting the injection timing of the gas fuel without taking into account the cooling period T1.
そして、エンジン制御部20は、気体燃料の噴射量を演算し(S25)、気体燃料の噴射時期が到来すると気体燃料を噴射させるように燃料供給装置3を制御する(S26)。 Then, the engine control unit 20 calculates the amount of gaseous fuel to be injected (S25) and controls the fuel supply device 3 to inject the gaseous fuel when the injection timing for the gaseous fuel arrives (S26).
エンジン制御部20は、上記ステップS21~S26の処理を繰り返し実行する。ただし、図24に示すフローチャートは一例に過ぎず、処理が適宜追加又は省略されてもよいし、処理の順番が適宜入れ替わってもよい。 The engine control unit 20 repeatedly executes the processes of steps S21 to S26. However, the flowchart shown in FIG. 24 is merely an example, and processes may be added or omitted as appropriate, and the order of the processes may be changed as appropriate.
[6]変形例
以下、実施形態1の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。
[6] Modifications Below, we will list modifications of the first embodiment. The modifications described below can be applied in appropriate combinations.
本開示におけるエンジンシステム1は、エンジン制御部20としてのコンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムは、ハードウェアとしての1以上のプロセッサ及び1以上のメモリを主構成とする。コンピュータシステムのメモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、本開示におけるエンジン制御部20としての機能が実現される。プログラムは、コンピュータシステムのメモリに予め記録されてもよく、電気通信回線を通じて提供されてもよく、コンピュータシステムで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク、ハードディスクドライブ等の非一時的記録媒体に記録されて提供されてもよい。また、エンジン制御部20に含まれる一部又は全部の機能部は電子回路で構成されていてもよい。 The engine system 1 in the present disclosure includes a computer system as the engine control unit 20. The computer system is mainly composed of one or more processors and one or more memories as hardware. The functions of the engine control unit 20 in the present disclosure are realized by the processor executing a program recorded in the memory of the computer system. The program may be pre-recorded in the memory of the computer system, may be provided via a telecommunication line, or may be provided by recording it on a non-transitory recording medium such as a memory card, optical disk, or hard disk drive that can be read by the computer system. In addition, some or all of the functional units included in the engine control unit 20 may be configured with electronic circuits.
また、エンジンシステム1の少なくとも一部の機能が、1つの筐体内に集約されていることはエンジンシステム1に必須の構成ではなく、エンジンシステム1の構成要素は、複数の筐体に分散して設けられていてもよい。反対に、実施形態1において、複数の装置(例えば、エンジン本体2及び発電機101)に分散されている機能が、1つの筐体内に集約されていてもよい。 In addition, it is not essential for engine system 1 that at least some of the functions of engine system 1 are concentrated in one housing, and the components of engine system 1 may be distributed across multiple housings. Conversely, in embodiment 1, functions that are distributed across multiple devices (e.g., engine body 2 and generator 101) may be concentrated in one housing.
さらに、エンジンシステム1の少なくとも一部は、船体100に搭載されることに限らず、船体100とは別に設けられてもよい。一例として、エンジン制御部20が、船体100とは別に設けられたサーバ装置によって具現化される場合、サーバ装置と船体100(の通信装置)との間の通信により、エンジン制御部20によるエンジンシステム1の制御が可能となる。エンジン制御部20の少なくとも一部の機能がクラウド(クラウドコンピューティング)等によって実現されてもよい。 Furthermore, at least a part of the engine system 1 is not limited to being mounted on the hull 100, but may be provided separately from the hull 100. As an example, if the engine control unit 20 is embodied by a server device provided separately from the hull 100, the engine system 1 can be controlled by the engine control unit 20 through communication between the server device and the hull 100 (its communication device). At least a part of the functions of the engine control unit 20 may be realized by the cloud (cloud computing) or the like.
また、船舶10は、プレジャーボートに限らず、貨物船及び貨客船等を含む商船、タグボート及びサルベージ船等を含む作業船、気象観測船及び練習船等を含む特殊船、漁船、並びに艦艇等であってもよい。さらに、船舶10は、操縦者が搭乗する有人タイプに限らず、人(操縦者)が遠隔操作可能であるか、又は自律運航可能な無人タイプの船舶であってもよい。また、船舶10は、船体100にエンジン本体2に加えて、モータ(電動機)等の1以上の動力源を備えていてもよい。エンジンシステム1は、船舶10以外に用いられてもよい。 The vessel 10 is not limited to a pleasure boat, but may be a merchant vessel including a cargo ship and a cargo-passenger ship, a work vessel including a tugboat and a salvage ship, a special vessel including a weather observation vessel and a training vessel, a fishing vessel, or a naval vessel. The vessel 10 is not limited to a manned type with a pilot on board, but may be an unmanned vessel that can be remotely operated by a person (pilot) or can be operated autonomously. The vessel 10 may be equipped with one or more power sources such as a motor (electric motor) in addition to the engine body 2 in the hull 100. The engine system 1 may be used for vessels other than the vessel 10.
また、エンジンシステム1は、複数の気筒51が直列に並べて配置された直列多気筒エンジンに限らず、例えば、複数の気筒51がクランクシャフト22の回転軸Ax1を頂点とするV字状に配置されたV型エンジン又は水平対向エンジン等であってもよい。V型エンジンの場合には、例えば、図25に示すように、両側の気筒51間のバンク角内に、クランク室52の内部空間Sp1とつながるカム室53が配置される。この構成であっても、例えば、カム室53に換気口502が形成されることにより、クランク室52からのブローバイガスの排出を効率的に行うことが可能である。 The engine system 1 is not limited to an in-line multi-cylinder engine in which multiple cylinders 51 are arranged in series, but may be, for example, a V-type engine or a horizontally opposed engine in which multiple cylinders 51 are arranged in a V shape with the rotation axis Ax1 of the crankshaft 22 as the apex. In the case of a V-type engine, for example, as shown in FIG. 25, a cam chamber 53 connected to the internal space Sp1 of the crank chamber 52 is arranged within the bank angle between the cylinders 51 on both sides. Even with this configuration, for example, by forming a ventilation hole 502 in the cam chamber 53, it is possible to efficiently exhaust blow-by gas from the crank chamber 52.
また、エンジンシステム1は、気筒51を1つのみ備える単気筒エンジンであってもよい。エンジンシステム1は、デュアルフューエルエンジンに限らず、例えば、燃料として気体燃料(例えば水素)のみを用いるエンジン(例えば水素専焼エンジン)であってもよい。また、エンジンシステム1は、過給機付きエンジンに限らず、過給機8を備えない自然給気エンジンであってもよい。 The engine system 1 may be a single-cylinder engine having only one cylinder 51. The engine system 1 is not limited to a dual-fuel engine, and may be, for example, an engine that uses only gaseous fuel (e.g., hydrogen) as fuel (e.g., a hydrogen-only combustion engine). The engine system 1 is not limited to a turbocharged engine, and may be a naturally aspirated engine that does not have a turbocharger 8.
また、気体燃料の燃料供給方式は、燃料を給気ポート61内に噴射するポート噴射方式に限らず、燃料を燃焼室50内に直接的に噴射する直噴方式であってもよい。この場合、気体燃料を噴射する噴射部31は、燃焼室50に臨む位置に配置される。 The method of supplying gaseous fuel is not limited to the port injection method in which fuel is injected into the intake port 61, but may be a direct injection method in which fuel is directly injected into the combustion chamber 50. In this case, the injection unit 31 that injects the gaseous fuel is disposed in a position facing the combustion chamber 50.
また、換気口502は、常時開いていることは必須ではなく、例えば、弁装置等により開閉可能に構成されていてもよい。この場合、換気口502が開いている期間に、換気口502からのブローバイガスの排出が行われ、換気口502が閉じている期間には、換気口502からのブローバイガスの排出が行われない。 Furthermore, the ventilation port 502 does not necessarily have to be open all the time, and may be configured to be openable and closable, for example, by a valve device or the like. In this case, blow-by gas is discharged from the ventilation port 502 while the ventilation port 502 is open, and blow-by gas is not discharged from the ventilation port 502 while the ventilation port 502 is closed.
(実施形態2)
本実施形態に係るエンジンシステム1Aは、図26及び図27に示すように、換気口502の位置が、実施形態1に係るエンジンシステム1と相違する。以下、実施形態1と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。図27では、ブローバイガスの流れを太線矢印で示している。
(Embodiment 2)
As shown in Figures 26 and 27, the engine system 1A according to this embodiment differs from the engine system 1 according to the first embodiment in the position of the ventilation port 502. Hereinafter, the same components as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals and will not be described as appropriate. In Figure 27, the flow of blow-by gas is indicated by thick arrows.
すなわち、本実施形態では、図26に示すように、シリンダブロック5は、気筒51を構成するシリンダライナ511を支持するライナ支持壁55を有する。シリンダライナ511の下端は、ライナ支持壁55の下端から下方に突出する。ここで、換気口502は、ライナ支持壁55の下端に配置されている。具体的には、シリンダライナ511を囲む円筒状のライナ支持壁55の下面における周方向の一部に、換気口502が形成されている。図26の例では、ライナ支持壁55の下面のうち、シリンダライナ511の左方となる位置に換気口502が形成されている。ここで、本実施形態では、図26に想像線(二点鎖線)で示すように、カム室53の開口部531には、カム室53の内部空間とクランク室52の内部空間Sp1とを区切るカム室壁533が設けられていることとする。カム室壁533は、カム室53の内部空間とクランク室52の内部空間Sp1とを完全に分離してもよいし、カム室53の内部空間とクランク室52の内部空間Sp1とを一部隔ててもよい。 That is, in this embodiment, as shown in FIG. 26, the cylinder block 5 has a liner support wall 55 that supports a cylinder liner 511 that constitutes a cylinder 51. The lower end of the cylinder liner 511 protrudes downward from the lower end of the liner support wall 55. Here, the ventilation hole 502 is arranged at the lower end of the liner support wall 55. Specifically, the ventilation hole 502 is formed in a part of the circumferential direction of the lower surface of the cylindrical liner support wall 55 that surrounds the cylinder liner 511. In the example of FIG. 26, the ventilation hole 502 is formed at a position on the lower surface of the liner support wall 55 that is to the left of the cylinder liner 511. Here, in this embodiment, as shown by an imaginary line (two-dot chain line) in FIG. 26, the opening 531 of the cam chamber 53 is provided with a cam chamber wall 533 that separates the internal space of the cam chamber 53 from the internal space Sp1 of the crank chamber 52. The cam chamber wall 533 may completely separate the internal space of the cam chamber 53 from the internal space Sp1 of the crank chamber 52, or may partially separate the internal space of the cam chamber 53 from the internal space Sp1 of the crank chamber 52.
換気口502につながる換気通路503は、換気口502から上下方向D2に沿って真っすぐ上方に延びる縦通路503Aと、縦通路503Aの上端部から幅方向D3に沿って左方に延びる横通路503Bと、を有している。縦通路503Aは、換気口502から上下方向D2に沿って上方に延びていればよく、例えば、換気口502から斜め上方に延びていてもよいし、換気口502から蛇行しながら上方に延びていてもよい。この換気通路503は、ライナ支持壁55の内部に形成された壁内通路である。このように、換気通路503は、延長方向が異なる縦通路503A及び横通路503Bを含むことで、縦通路503Aと横通路503Bとの接続部位に、変曲部503C(図27参照)を有している。つまり、縦通路503Aと横通路503Bとの接続部位が変曲部503Cを構成する。 The ventilation passage 503 connected to the ventilation opening 502 has a vertical passage 503A extending straight upward from the ventilation opening 502 along the vertical direction D2, and a horizontal passage 503B extending leftward from the upper end of the vertical passage 503A along the width direction D3. The vertical passage 503A may extend upward from the ventilation opening 502 along the vertical direction D2, for example, may extend diagonally upward from the ventilation opening 502, or may extend upward from the ventilation opening 502 while meandering. This ventilation passage 503 is an intra-wall passage formed inside the liner support wall 55. In this way, the ventilation passage 503 includes the vertical passage 503A and the horizontal passage 503B with different extension directions, and has an inflection portion 503C (see FIG. 27) at the connection portion between the vertical passage 503A and the horizontal passage 503B. In other words, the connection portion between the vertical passage 503A and the horizontal passage 503B constitutes the inflection portion 503C.
以上説明した構成によれば、図27に示すように、ブローバイガスは、クランク室52の内部空間Sp1から換気口502(及び換気通路503)経由で効率的に排出されることになる。すなわち、気筒51とピストン21との隙間を通して、未燃焼ガス等が、燃焼室50からクランク室52に漏れ出すことでブローバイガスが発生する。本実施形態では、比重が1より小さい気体燃料(水素)を用いることで、ブローバイガスについても比重が1より小さくなるため、クランク室52に漏れ出したブローバイガスはクランク室52の上方へと移動する。シリンダライナ511の下端は、ライナ支持壁55の下端から下方に突出しているので、シリンダライナ511の下端からクランク室52に漏れ出たブローバイガスは、シリンダライナ511の下端で折り返すようにして、上方に窪んだライナ支持壁55の下面に向かって移動する。その結果、ブローバイガスは、ライナ支持壁55の下端(下面)の換気口502から排出され、換気通路503を通してシリンダブロック5の外部空間へと排出される。 According to the above-described configuration, as shown in FIG. 27, the blow-by gas is efficiently discharged from the internal space Sp1 of the crank chamber 52 via the ventilation port 502 (and the ventilation passage 503). That is, the blow-by gas is generated when unburned gas leaks from the combustion chamber 50 to the crank chamber 52 through the gap between the cylinder 51 and the piston 21. In this embodiment, by using a gaseous fuel (hydrogen) with a specific gravity of less than 1, the specific gravity of the blow-by gas is also less than 1, so that the blow-by gas leaking into the crank chamber 52 moves upward in the crank chamber 52. Since the lower end of the cylinder liner 511 protrudes downward from the lower end of the liner support wall 55, the blow-by gas leaking from the lower end of the cylinder liner 511 to the crank chamber 52 moves toward the lower surface of the liner support wall 55, which is recessed upward, as if turning back at the lower end of the cylinder liner 511. As a result, the blow-by gas is discharged from the ventilation opening 502 at the lower end (lower surface) of the liner support wall 55 and is discharged to the external space of the cylinder block 5 through the ventilation passage 503.
ここで、ライナ支持壁55の下端(下面)は、気筒51の中心軸に対して垂直ではなく傾斜している。つまり、図27に示すように、ライナ支持壁55の下面には、換気口502が設けられた端部(左端部)側ほど上方に位置するように、「左上がり」の勾配が付されている。そのため、ライナ支持壁55の下端に滞留するブローバイガスは、ライナ支持壁55の下面の勾配によってシリンダライナ511の周囲を迂回するようにして左端側に集められる。よって、ブローバイガスは、ライナ支持壁55の下端の左端部に設けられた換気口502から効率的に排出されることになる。 Here, the lower end (lower surface) of the liner support wall 55 is inclined, not perpendicular, to the central axis of the cylinder 51. In other words, as shown in FIG. 27, the lower surface of the liner support wall 55 has a "leftward upward" slope so that the end (left end) where the ventilation port 502 is provided is located higher. Therefore, the blow-by gas that remains at the lower end of the liner support wall 55 is collected at the left end side, bypassing the cylinder liner 511 due to the slope of the lower surface of the liner support wall 55. Therefore, the blow-by gas is efficiently discharged from the ventilation port 502 provided at the left end of the lower end of the liner support wall 55.
また、本実施形態では、換気通路503のうちの変曲部503Cが、気液分離部504として機能する。要するに、このような変曲部503C(気液分離部504)が設けられることにより、換気口502から換気通路503に導入されたブローバイガスは、気液分離部504としての変曲部503Cを通過する際に縦通路503Aの突き当り面に衝突するように換気通路503内を流れる。そして、ブローバイガスが気液分離部504としての変曲部503Cの内周面に接触した際、ブローバイガスと共に排出されたオイル又は水分等の液体が気液分離部504としての変曲部503Cの内周面に付着する。これにより、ブローバイガスと共に排出された液体(オイル又は水分等)が、気液分離部504にて捕獲され、ブローバイガスに含まれている気体と分離される。 In addition, in this embodiment, the inflection portion 503C of the ventilation passage 503 functions as the gas-liquid separation portion 504. In short, by providing such an inflection portion 503C (gas-liquid separation portion 504), the blow-by gas introduced into the ventilation passage 503 from the ventilation port 502 flows through the ventilation passage 503 so as to collide with the end surface of the vertical passage 503A when passing through the inflection portion 503C as the gas-liquid separation portion 504. Then, when the blow-by gas contacts the inner peripheral surface of the inflection portion 503C as the gas-liquid separation portion 504, the liquid such as oil or moisture discharged together with the blow-by gas adheres to the inner peripheral surface of the inflection portion 503C as the gas-liquid separation portion 504. As a result, the liquid (oil or moisture, etc.) discharged together with the blow-by gas is captured by the gas-liquid separation portion 504 and separated from the gas contained in the blow-by gas.
このように、本実施形態では、換気通路503は、ガスの流通方向が変化する変曲部503Cを有している。気液分離部504は変曲部503Cを含んでいる。結果的に、ブローバイガスは、オイル等の液体成分が少なくとも一部除去された状態で、換気通路503から排気されることになり、ブローバイガスの排気に伴うオイル消費等の抑制につながる。 In this manner, in this embodiment, the ventilation passage 503 has an inflection section 503C where the flow direction of the gas changes. The gas-liquid separation section 504 includes the inflection section 503C. As a result, the blow-by gas is exhausted from the ventilation passage 503 with at least some of the liquid components such as oil removed, which leads to the suppression of oil consumption and the like associated with the exhaust of the blow-by gas.
カム室壁533は、必須の構成ではなく、適宜省略されてもよい。実施形態2に係る構成(変形例を含む)は、実施形態1で説明した種々の構成(変形例を含む)と適宜組み合わせて採用可能である。 The cam chamber wall 533 is not an essential component and may be omitted as appropriate. The configuration of embodiment 2 (including modified examples) can be adopted in appropriate combination with the various configurations (including modified examples) described in embodiment 1.
(実施形態3)
本実施形態に係るエンジンシステム1Bは、図28に示すように、複数の気筒51に一対一に対応するように複数の換気口502が設けられている点で、実施形態1に係るエンジンシステム1と相違する。以下、実施形態1と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。
(Embodiment 3)
28, the engine system 1B according to this embodiment differs from the engine system 1 according to the first embodiment in that a plurality of ventilation openings 502 are provided in one-to-one correspondence with a plurality of cylinders 51. Hereinafter, the same components as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted as appropriate.
すなわち、本実施形態では、気筒51は、出力軸方向D1に並ぶように複数(6つ)設けられている。ここで、換気口502は、カム室53のうち、複数の気筒51の全てに対応するように、出力軸方向D1における6箇所に形成されている。換気通路503は、これら複数(本実施形態では6つ)の換気口502からそれぞれ上方に延びるように、複数設けられる。 That is, in this embodiment, multiple (six) cylinders 51 are provided aligned in the output shaft direction D1. Here, the ventilation openings 502 are formed in six locations in the output shaft direction D1 in the cam chamber 53 so as to correspond to all of the multiple cylinders 51. Multiple ventilation passages 503 are provided so as to extend upward from each of the multiple (six in this embodiment) ventilation openings 502.
ここで、複数の換気通路503の先端部(上端部)は、1本の共通排気管507につながっている。共通排気管507は、出力軸方向D1に沿って延びており、その先端(本実施形態では後端)が、エンジン本体2の外部空間に位置する。これにより、複数の気筒51の各々で発生したブローバイガスは、それぞれ換気口502及び換気通路503を通して共通排気管507に集約され、共通排気管507を通してエンジン本体2の外部空間に排出される。 Here, the tips (upper ends) of the multiple ventilation passages 503 are connected to one common exhaust pipe 507. The common exhaust pipe 507 extends along the output axis direction D1, and its tip (the rear end in this embodiment) is located in the external space of the engine body 2. As a result, the blow-by gas generated in each of the multiple cylinders 51 is collected in the common exhaust pipe 507 through the ventilation ports 502 and ventilation passages 503, and is discharged into the external space of the engine body 2 through the common exhaust pipe 507.
本実施形態では、共通排気管507は、クランクシャフト22の回転軸Ax1に対して平行ではなく傾斜している。つまり、図28に示すように、共通排気管507は、出力軸方向D1の一端(本実施形態では後端)側ほど上方に位置するように、「後上がり」の勾配が付されている。そのため、共通排気管507に集約されたブローバイガスは、共通排気管507の勾配によって共通排気管507の先端側(後端側)に集められる。よって、ブローバイガスは、共通排気管507から効率的に排出されることになる。 In this embodiment, the common exhaust pipe 507 is inclined, not parallel, to the rotation axis Ax1 of the crankshaft 22. In other words, as shown in FIG. 28, the common exhaust pipe 507 is inclined upward toward one end (the rear end in this embodiment) of the output shaft direction D1. Therefore, the blow-by gas collected in the common exhaust pipe 507 is collected at the tip side (rear end side) of the common exhaust pipe 507 due to the inclination of the common exhaust pipe 507. Therefore, the blow-by gas is efficiently discharged from the common exhaust pipe 507.
実施形態3に係る構成は、実施形態1又は実施形態2で説明した種々の構成(変形例を含む)と適宜組み合わせて採用可能である。 The configuration of embodiment 3 can be adopted in appropriate combination with the various configurations (including modified examples) described in embodiment 1 or embodiment 2.
(実施形態4)
本実施形態に係るエンジンシステム1Cは、図29に示すように、冷却部612が外周側面601に配置されている点で、実施形態1に係るエンジンシステム1と相違する。以下、実施形態1と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。
(Embodiment 4)
29, the engine system 1C according to this embodiment differs from the engine system 1 according to the first embodiment in that a cooling unit 612 is disposed on an outer peripheral side surface 601. Hereinafter, the same components as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted as appropriate.
すなわち、本実施形態では、給気ポート61は、断面形状が一方向に向けて凸となる湾曲部600を有している。冷却部612は、給気ポート61の内周面611のうち湾曲部600の一方向(ここでは上方)側の面、つまり外周側面601に配置されている。つまり、内周面611は、湾曲部600の一方向(ここでは上方)側の面となる外周側面601と、湾曲部600の他方向(ここでは下方)側の面となる内周側面602と、を含むところ、外周側面601に冷却部612が配置される。 That is, in this embodiment, the air intake port 61 has a curved portion 600 whose cross-sectional shape is convex in one direction. The cooling portion 612 is disposed on the surface of the inner circumferential surface 611 of the air intake port 61 on one side (here, the upper side) of the curved portion 600, that is, the outer circumferential side surface 601. That is, the inner circumferential surface 611 includes the outer circumferential side surface 601 which is the surface on one side (here, the upper side) of the curved portion 600, and the inner circumferential side surface 602 which is the surface on the other side (here, the lower side) of the curved portion 600, and the cooling portion 612 is disposed on the outer circumferential side surface 601.
このように、冷却部612が外周側面601に配置されていることで、噴射部31から噴射された気体燃料が、空気の気流によって流された場合でも、冷却部612に到達しやすくなる。要するに、湾曲部600における空気の気流は、主として外周側面601寄りを通るため、外周側面601に冷却部612があることで、気体燃料が冷却部612にて冷却されやすくなる。そのため、冷却部612による気体燃料の冷却効果を十分に発揮することが可能である。 In this way, by arranging the cooling section 612 on the outer peripheral side surface 601, the gaseous fuel injected from the injection section 31 can easily reach the cooling section 612 even if it is carried away by the air current. In short, since the air current in the curved section 600 mainly passes close to the outer peripheral side surface 601, the presence of the cooling section 612 on the outer peripheral side surface 601 makes it easier for the gaseous fuel to be cooled by the cooling section 612. Therefore, it is possible for the cooling section 612 to fully exert its cooling effect on the gaseous fuel.
ここで、本実施形態では、噴射部31のノズル長が比較的長く設定されることで、噴射部31から噴射される気体燃料の指向性が高められている。つまり、噴射部31が長くなるほど、噴射部31から噴射される気体燃料の指向性が向上し、気体燃料が冷却部612により一層到達しやすくなる。 In this embodiment, the nozzle length of the injection section 31 is set to be relatively long, thereby improving the directionality of the gaseous fuel injected from the injection section 31. In other words, the longer the injection section 31 is, the better the directionality of the gaseous fuel injected from the injection section 31 is, and the easier it is for the gaseous fuel to reach the cooling section 612.
ところで、本実施形態では一例として、外周側面601に配置される冷却部612を実現するために、図29に示すように、バルブシート部66を利用している。すなわち、給気ポート61における燃焼室50側の端部には、給気弁72が着座するバルブシート部66が設けられている。冷却部612は、バルブシート部66に配置されている。具体的には、バルブシート部66における給気ポート61の内部空間Sp2とは反対側の面には、冷媒を通すための冷媒通路661が形成されている。この冷媒通路661に冷媒が流れることにより、バルブシート部66が冷却され、バルブシート部66に設けられた冷却部612が冷却される。つまり、冷却部612の具体的態様としては、第1態様(冷媒冷却方式)が採用されている。 In the present embodiment, as an example, in order to realize the cooling portion 612 arranged on the outer peripheral side surface 601, as shown in FIG. 29, a valve seat portion 66 is used. That is, the end of the intake port 61 on the combustion chamber 50 side is provided with a valve seat portion 66 on which the intake valve 72 is seated. The cooling portion 612 is arranged on the valve seat portion 66. Specifically, a refrigerant passage 661 for passing a refrigerant is formed on the surface of the valve seat portion 66 opposite the internal space Sp2 of the intake port 61. When the refrigerant flows through this refrigerant passage 661, the valve seat portion 66 is cooled, and the cooling portion 612 provided on the valve seat portion 66 is cooled. That is, the first embodiment (refrigerant cooling method) is adopted as a specific embodiment of the cooling portion 612.
この構成によれば、給気ポート61のうち燃焼室50に最も近いバルブシート部66にて、気体燃料を冷却することができる。そのため、バックファイアにより燃焼室50から火炎(又は熱せられた気体)が給気ポート61に流れ込んでも、給気ポート61の入口(バルブシート部66)に設けられた冷却部612にて冷却を図ることができ、バックファイアの連鎖をより一層抑制できる。 With this configuration, the gaseous fuel can be cooled at the valve seat portion 66 of the intake port 61, which is the portion closest to the combustion chamber 50. Therefore, even if a flame (or heated gas) flows from the combustion chamber 50 into the intake port 61 due to a backfire, it can be cooled by the cooling portion 612 provided at the inlet (valve seat portion 66) of the intake port 61, further suppressing the chain reaction of backfires.
また、実施形態4の変形例として、外周側面601に配置される冷却部612を実現するために、図30に示すように、絞り部67が利用されてもよい。絞り部67は、給気ポート61のうち、空気の気流に直交する断面積、つまり流路断面積が局所的に縮小された部位である。つまり、給気ポート61の流路断面積は均一ではなく、少なくとも絞り部67において、絞り部67の上流側及び下流側よりも小さく(狭く)なっている。このような絞り部67は、給気ポート61の内周面611に形成されたリブ等によって具現化される。図30の例では、給気ポート61の内周面611から後方(図30の紙面手前側)に突出するリブにて、給気ポート61の流路断面積が局所的に狭められた絞り部67が構成されている。 As a modification of the fourth embodiment, a constriction section 67 may be used as shown in FIG. 30 to realize a cooling section 612 arranged on the outer peripheral side surface 601. The constriction section 67 is a portion of the intake port 61 where the cross-sectional area perpendicular to the air flow, i.e., the flow path cross-sectional area, is locally reduced. In other words, the flow path cross-sectional area of the intake port 61 is not uniform, and at least the constriction section 67 is smaller (narrower) than the upstream and downstream sides of the constriction section 67. Such a constriction section 67 is realized by a rib or the like formed on the inner peripheral surface 611 of the intake port 61. In the example of FIG. 30, the constriction section 67 where the flow path cross-sectional area of the intake port 61 is locally narrowed is configured by a rib protruding rearward (the front side of the paper in FIG. 30) from the inner peripheral surface 611 of the intake port 61.
このような絞り部67が設けられることにより、絞り部67を通過する際に流速が高められた空気は略直進することで、給気ポート61の内周面611(ここでは外周側面601)に衝突する。これにより、給気ポート61の内周面611のうち空気が当たる部位を、気流にて冷却して冷却部612とすることができる。要するに、図30の例では、給気ポート61は、空気の気流に直交する断面積が部分的に縮小された絞り部67を有している。冷却部612は、給気ポート61の内周面611のうち、給気ポート61における絞り部67の断面から気流の下流側に向けて垂直に延びる仮想線VL1との交点を含む。このように、絞り部67を利用して実現される冷却部612は、第3態様(空冷方式)の一種である。 By providing such a constriction section 67, the air whose flow speed is increased when passing through the constriction section 67 travels in a substantially straight line and collides with the inner circumferential surface 611 (here, the outer circumferential side surface 601) of the intake port 61. As a result, the part of the inner circumferential surface 611 of the intake port 61 that the air hits can be cooled by the air flow to form the cooling section 612. In short, in the example of FIG. 30, the intake port 61 has a constriction section 67 in which the cross-sectional area perpendicular to the air flow is partially reduced. The cooling section 612 includes an intersection point of the inner circumferential surface 611 of the intake port 61 with a virtual line VL1 that extends vertically from the cross section of the constriction section 67 in the intake port 61 toward the downstream side of the air flow. In this way, the cooling section 612 realized by using the constriction section 67 is a type of the third mode (air cooling method).
この構成によれば、絞り部67を設けるだけで、空気の流速を高めるためのファン等の装置を用いることなく、空冷方式による冷却部612を実現することができる。したがって、冷却部612を実現するための構成の簡略化を図ることが可能である。図30の例では、バルブシート部66の冷媒通路661は省略可能である。 With this configuration, the cooling section 612 can be realized by simply providing the throttling section 67, without using a device such as a fan to increase the air flow rate. Therefore, it is possible to simplify the configuration for realizing the cooling section 612. In the example of Figure 30, the refrigerant passage 661 of the valve seat section 66 can be omitted.
また、本実施形態では、冷媒通路63は適宜省略可能である。実施形態4に係る構成(変形例を含む)は、実施形態1、実施形態2又は実施形態3で説明した種々の構成(変形例を含む)と適宜組み合わせて採用可能である。 In addition, in this embodiment, the refrigerant passage 63 can be omitted as appropriate. The configuration of embodiment 4 (including modified examples) can be adopted in appropriate combination with the various configurations (including modified examples) described in embodiment 1, embodiment 2, or embodiment 3.
1,1A~1C エンジンシステム
5 シリンダブロック
23 カムシャフト
51 気筒
51A 一端側気筒
51B 他端側気筒
52 クランク室
53 カム室
55 ライナ支持壁
210 ピストン内空間
212 隔離壁
213 撹拌部
214 空洞部
501 (シリンダブロックの)内周面
502 換気口
503 換気通路
503C 変曲部
504 気液分離部
511 シリンダライナ
505 気体導入口
506 気流形成部
Ax1 回転軸
C1 中心
D1 出力軸方向
D2 上下方向
Sp1 (クランク室の)内部空間
1, 1A to 1C Engine system 5 Cylinder block 23 Camshaft 51 Cylinder 51A One end side cylinder 51B Other end side cylinder 52 Crank chamber 53 Cam chamber 55 Liner support wall 210 Piston inner space 212 Isolation wall 213 Stirring portion 214 Cavity 501 Inner circumferential surface (of cylinder block) 502 Ventilation port 503 Ventilation passage 503C Inflection portion 504 Gas-liquid separation portion 511 Cylinder liner 505 Gas inlet port 506 Air flow forming portion Ax1 Rotation axis C1 Center D1 Output shaft direction D2 Up-down direction Sp1 Internal space (of crank chamber)
Claims (8)
上下方向に並ぶ気筒とクランク室とを含み、前記気筒の下方に前記クランク室が位置するシリンダブロックを備え、
前記シリンダブロックの内周面には、前記クランク室の内部空間と前記シリンダブロックの外部空間とをつなぐ換気通路につながる換気口が開口し、
前記換気口は、前記クランク室における前記上下方向の中心よりも上方側に配置されており、
前記シリンダブロックは、前記気筒を構成するシリンダライナを支持するライナ支持壁を有し、
前記シリンダライナの下端は、前記ライナ支持壁の下端から下方に突出し、
前記換気口は、前記ライナ支持壁の下端に配置されている、
エンジンシステム。 An engine system in which blow-by gas having a specific gravity of less than 1 based on air may be generated,
a cylinder block including cylinders and a crank chamber arranged in a vertical direction, the crank chamber being located below the cylinders;
a ventilation port connected to a ventilation passage connecting an internal space of the crank chamber and an external space of the cylinder block is opened on an inner peripheral surface of the cylinder block,
The ventilation opening is disposed above a center of the crank chamber in the up-down direction,
the cylinder block has a liner support wall that supports a cylinder liner that configures the cylinder,
A lower end of the cylinder liner protrudes downward from a lower end of the liner support wall,
The ventilation opening is disposed at a lower end of the liner support wall.
Engine system.
上下方向に並ぶ気筒とクランク室とを含み、前記気筒の下方に前記クランク室が位置するシリンダブロックを備え、
前記シリンダブロックの内周面には、前記クランク室の内部空間と前記シリンダブロックの外部空間とをつなぐ換気通路につながる換気口が開口し、
前記換気口は、前記クランク室における前記上下方向の中心よりも上方側に配置されており、
前記シリンダブロックの内周面には、前記クランク室の内部空間と前記シリンダブロックの外部空間とをつなぐ気体導入口が開口しており、
前記気体導入口から前記換気口に向かう気流を形成する気流形成部を更に備え、
前記クランク室に配置されるクランクシャフトの回転軸に沿う出力軸方向において、前記換気口と前記気体導入口とは互いに異なる位置に配置されており、
前記気筒は、前記出力軸方向に並ぶように複数設けられており、
前記複数の気筒は、前記出力軸方向の両側に位置する一端側気筒及び他端側気筒を含み、
前記換気口は、前記一端側気筒に対応する位置に配置され、
前記気体導入口は、前記他端側気筒に対応する位置に配置されている、
エンジンシステム。 An engine system in which blow-by gas having a specific gravity of less than 1 based on air may be generated,
a cylinder block including cylinders and a crank chamber arranged in a vertical direction, the crank chamber being located below the cylinders;
a ventilation port connected to a ventilation passage connecting an internal space of the crank chamber and an external space of the cylinder block is opened on an inner peripheral surface of the cylinder block,
The ventilation opening is disposed above a center of the crank chamber in the up-down direction,
a gas inlet port that connects an internal space of the crank chamber with an external space of the cylinder block is opened on an inner peripheral surface of the cylinder block,
An airflow forming unit that forms an airflow from the gas inlet toward the ventilation port,
the ventilation port and the gas inlet port are disposed at different positions from each other in an output axial direction along a rotation axis of a crankshaft disposed in the crank chamber,
The cylinders are provided in a plurality of rows in the output shaft direction,
the plurality of cylinders includes a first end cylinder and an second end cylinder located on opposite sides in the output shaft direction,
The ventilation port is disposed at a position corresponding to the one end side cylinder,
The gas inlet is disposed at a position corresponding to the other end side cylinder.
Engine system.
前記換気口は、前記カム室に形成されている、
請求項2に記載のエンジンシステム。 The cylinder block further includes a cam chamber that is connected to the crank chamber and that accommodates a camshaft,
The ventilation hole is formed in the cam chamber.
The engine system of claim 2 .
請求項2に記載のエンジンシステム。 The ventilation port and the gas inlet port are disposed on opposite sides across a rotation axis of a crankshaft disposed in the crank chamber in a plan view.
The engine system of claim 2 .
請求項1~4のいずれか1項に記載のエンジンシステム。 The ventilation opening is disposed above the lower end of the cylinder.
The engine system according to any one of claims 1 to 4 .
請求項1~5のいずれか1項に記載のエンジンシステム。 The ventilation opening opens downward.
The engine system according to any one of claims 1 to 5 .
請求項1~6のいずれか1項に記載のエンジンシステム。 The ventilation passage has a gas-liquid separation section that separates gas and liquid.
The engine system according to any one of claims 1 to 6 .
前記気液分離部は前記変曲部を含む、
請求項7に記載のエンジンシステム。 The ventilation passage has an inflection portion where the flow direction of the gas changes,
The gas-liquid separation section includes the inflection section,
The engine system of claim 7 .
Priority Applications (10)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021182441A JP7667064B2 (en) | 2021-11-09 | 2021-11-09 | Engine System |
| KR1020220144726A KR20230067525A (en) | 2021-11-09 | 2022-11-02 | Engine system |
| CN202211375335.2A CN116104609A (en) | 2021-11-09 | 2022-11-04 | Engine system |
| US17/983,387 US12006853B2 (en) | 2021-11-09 | 2022-11-08 | Engine system |
| EP24212928.6A EP4484741A3 (en) | 2021-11-09 | 2022-11-09 | Engine system |
| FIEP22206272.1T FI4177458T3 (en) | 2021-11-09 | 2022-11-09 | Engine system |
| EP22206272.1A EP4177458B1 (en) | 2021-11-09 | 2022-11-09 | Engine system |
| US18/535,179 US12180867B2 (en) | 2021-11-09 | 2023-12-11 | Engine system |
| US18/950,693 US20250075647A1 (en) | 2021-11-09 | 2024-11-18 | Engine system |
| JP2025064794A JP2025100679A (en) | 2021-11-09 | 2025-04-10 | Engine System |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021182441A JP7667064B2 (en) | 2021-11-09 | 2021-11-09 | Engine System |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2025064794A Division JP2025100679A (en) | 2021-11-09 | 2025-04-10 | Engine System |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023070339A JP2023070339A (en) | 2023-05-19 |
| JP7667064B2 true JP7667064B2 (en) | 2025-04-22 |
Family
ID=86331463
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021182441A Active JP7667064B2 (en) | 2021-11-09 | 2021-11-09 | Engine System |
| JP2025064794A Pending JP2025100679A (en) | 2021-11-09 | 2025-04-10 | Engine System |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2025064794A Pending JP2025100679A (en) | 2021-11-09 | 2025-04-10 | Engine System |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (2) | JP7667064B2 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010096150A (en) | 2008-10-20 | 2010-04-30 | Toyota Motor Corp | Control device for multi-cylinder internal combustion engine |
| JP2011196319A (en) | 2010-03-23 | 2011-10-06 | Honda Motor Co Ltd | Engine breather device |
| JP2013189885A (en) | 2012-03-13 | 2013-09-26 | Suzuki Motor Corp | Piston |
| JP2015206340A (en) | 2014-04-23 | 2015-11-19 | 本田技研工業株式会社 | bi-fuel engine |
| JP2019135381A (en) | 2018-02-05 | 2019-08-15 | 株式会社Soken | Oil separator |
| JP2019167892A (en) | 2018-03-23 | 2019-10-03 | トヨタ自動車株式会社 | Internal combustion engine |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH066177Y2 (en) * | 1987-12-21 | 1994-02-16 | 富士重工業株式会社 | Gas-liquid separation device for overhead valve engine |
-
2021
- 2021-11-09 JP JP2021182441A patent/JP7667064B2/en active Active
-
2025
- 2025-04-10 JP JP2025064794A patent/JP2025100679A/en active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010096150A (en) | 2008-10-20 | 2010-04-30 | Toyota Motor Corp | Control device for multi-cylinder internal combustion engine |
| JP2011196319A (en) | 2010-03-23 | 2011-10-06 | Honda Motor Co Ltd | Engine breather device |
| JP2013189885A (en) | 2012-03-13 | 2013-09-26 | Suzuki Motor Corp | Piston |
| JP2015206340A (en) | 2014-04-23 | 2015-11-19 | 本田技研工業株式会社 | bi-fuel engine |
| JP2019135381A (en) | 2018-02-05 | 2019-08-15 | 株式会社Soken | Oil separator |
| JP2019167892A (en) | 2018-03-23 | 2019-10-03 | トヨタ自動車株式会社 | Internal combustion engine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2023070339A (en) | 2023-05-19 |
| JP2025100679A (en) | 2025-07-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US12180867B2 (en) | Engine system | |
| US6408835B1 (en) | Fuel vapor emission system | |
| JP3383825B2 (en) | 4 cycle engine for outboard motor | |
| US6921307B2 (en) | Exhaust system for outboard motor | |
| US6736100B2 (en) | Compact tuned air induction system for engine | |
| US6109231A (en) | Intake manifold for outboard motor | |
| US6439938B1 (en) | Cowling arrangement for outboard motor | |
| US6443117B2 (en) | Four stroke engine | |
| US6752114B2 (en) | Four-cycle engine for outboard motor | |
| JP7667064B2 (en) | Engine System | |
| JP7550741B2 (en) | Engine System | |
| US6059619A (en) | Cooling arrangement for outboard motor | |
| JP3422811B2 (en) | Fuel injection engine | |
| US20030019450A1 (en) | Valve timing control for marine engine | |
| US20040231648A1 (en) | Fuel cooling system for fuel system | |
| JP4447228B2 (en) | Engine and small planing boat | |
| US6338660B1 (en) | Exhaust system for an outboard motor | |
| US6729921B1 (en) | Catalyzer arrangement in outboard motor | |
| US6691673B2 (en) | Fuel supply device for outboard motor | |
| US20040134451A1 (en) | Engine and personal watercraft | |
| EP2527638B1 (en) | Four-stroke engine and outboard motor | |
| JP2019210822A (en) | Internal combustion engine | |
| JP4334720B2 (en) | In-cylinder injection type 2-cycle engine | |
| JP2023131944A (en) | engine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240220 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20241022 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20241119 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20250120 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20250311 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20250410 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7667064 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |