特開 2023-77405 内燃エンジン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023077405

(43)【公開日】2023-06-05

(54)【発明の名称】内燃エンジン

(51)【国際特許分類】

   F02M 61/14 20060101AFI20230529BHJP

   F02M 21/02 20060101ALI20230529BHJP

   F02B 25/04 20060101ALI20230529BHJP

【ＦＩ】

F02M61/14 310Z

F02M21/02 S

F02B25/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022183079

(22)【出願日】2022-11-16

(31)【優先権主張番号】21210085

(32)【優先日】2021-11-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(71)【出願人】

【識別番号】515191442

【氏名又は名称】ヴィンタートゥール ガス アンド ディーゼル リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000855

【氏名又は名称】弁理士法人浅村特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】フリドリン ウンフーク

【テーマコード（参考）】

3G066

【Ｆターム（参考）】

3G066AA08

3G066AB02

3G066AB05

3G066AB06

3G066AD08

3G066AD10

3G066BA16

3G066BA17

3G066CC31

(57)【要約】

【課題】少なくとも２００ｍｍの内径を有する少なくとも１つのシリンダ１を有する内燃エンジン１００であって、燃料流体を提供するための少なくとも１つの流体進入弁２９を有する低圧燃料流体エンジン又は二元燃料エンジン１である内燃エンジンおいて、エンジン効率を向上させること。
【解決手段】シリンダが、シリンダの第１の端部側６ａを取り囲む掃気チャンバ４に流体連通する複数の掃気ポート１０を有する。内燃エンジンが、掃気チャンバ内に配置される、混合容積部分１２を提供する少なくとも１つの混合チャンバ１１を有する。混合チャンバが、少なくとも１つの入口ポート１３と、各入口ポート１３内に配置された、混合チャンバ内に燃料流体を導入するための少なくとも１つの供給ノズル１４と、少なくとも１つの出口１５とを有し、各出口１５が少なくとも１つの掃気ポート１０に、好適には最大４つの隣接する掃気ポート１０に面する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

好適には少なくとも２００ｍｍの内径を有する少なくとも１つのシリンダ（１）を有する内燃エンジン（１００）、好適には大型２ストローク内燃エンジン、すなわち、燃料流体を提供するための少なくとも１つの流体進入弁（２９）を有する低圧燃料流体エンジン又は二元燃料エンジン（１）であって、前記シリンダ（１）が、掃気チャンバ（４）に流体連通する複数の掃気ポート（１０）を有し、前記掃気チャンバ（４）が、前記シリンダ（１）の第１の端部側（６ａ）を取り囲んでいる、内燃エンジン（１００）において、
前記内燃エンジン（１００）が、前記掃気チャンバ（４）内に配置される、混合容積部分（１２）を提供する少なくとも１つの混合チャンバ（１１）を有すること、及び
前記混合チャンバ（１１）が、
掃気を導入するための少なくとも１つの入口ポート（１３）と、
前記混合チャンバ内に燃料流体を導入するための少なくとも１つの供給ノズル（１４）であって、好適には各入口ポート（１３）内に配置される少なくとも１つの供給ノズル（１４）と、
少なくとも１つの出口（１５）であって、各出口（１５）が少なくとも１つの掃気ポート（１０）に面し、好適には最大４つの隣接する掃気ポート（１０）に面する、少なくとも１つの出口（１５）と
を有することを特徴とする、内燃エンジン（１００）。

【請求項2】

前記混合チャンバ（１１）が、前記シリンダ（１）の少なくとも一部分の周りに同軸に配置される、請求項１に記載の内燃エンジン（１００）。

【請求項3】

１つの混合チャンバ（１１）が前記シリンダ（１）の周りで環状に延在し、環状の混合容積部分（１２）を提供する、請求項２に記載の内燃エンジン（１００）。

【請求項4】

複数の混合チャンバ（１１）が前記シリンダ（１）の周りに環状に配置される、請求項２に記載の内燃エンジン（１００）。

【請求項5】

前記混合チャンバ（１１）が、前記出口（１５）に隣接するネック部（１６）を有し、前記ネック部（１６）が好適には前記シリンダ（１）の前記外壁（８）に接触する、請求項１から４までのいずれか一項に記載の内燃エンジン（１００）。

【請求項6】

各入口ポート（１３）が、前記シリンダ（１）の軸（９）に対して特に平行又は垂直である軸（１８）を有する入口管（１７）を有する、請求項１から５までのいずれか一項に記載の内燃エンジン（１００）。

【請求項7】

前記入口管（１７）が、前記入口管（１７）の中間部分（２１）の壁（２０）内に同軸に配置された複数の供給ノズル（１４）を備えるベンチュリ・ミキサ（１９）として形成され、前記中間部分（２１）が、前記入口管（１７）の上流部分（２２）及び下流部分（２３）より小さい直径（２４）を有する、請求項６に記載の内燃エンジン（１００）。

【請求項8】

前記入口管（１７）が、前記入口管（１７）の上流部分（２２’）及び下流部分（２３’）と比較して拡大された直径（２５）を有する中間部分（２１’）を有し、少なくとも１つの供給ノズル（１４）が前記中間部分（２１’）内に配置される、請求項６に記載の内燃エンジン（１００）。

【請求項9】

絞り弁（２６）が、供給ノズル（１４）の下流で前記入口管（１７）内に配置される、請求項６から８までのいずれか一項に記載の内燃エンジン（１００）。

【請求項10】

静的ミキサ（２７）が、供給ノズル（１４）の下流で前記入口管（１７）内に配置される、請求項６から８までのいずれか一項に記載の内燃エンジン（１００）。

【請求項11】

前記内燃エンジン（１００）は、前記掃気ポート（１０）が開き始めた後で前記混合チャンバ（１１）内に燃料を噴射するように前記供給ノズル（１４）を開くのを可能にするため、及び前記掃気ポート（１０）が閉じられる前に噴射を停止するための制御デバイスを有する、請求項１から１０までのいずれか一項に記載の内燃エンジン（１００）。

【請求項12】

好適には少なくとも２００ｍｍの内径を有する少なくとも１つのシリンダ（１）を有する、特に請求項１から１１までのいずれか一項に記載の内燃エンジン（１００）、好適には大型の長手方向掃気式２ストローク内燃エンジン、すなわち、燃料流体を提供するための少なくとも１つの流体進入弁（２９）を有する低圧燃料流体エンジン又は二元燃料エンジン（１）であって、
前記内燃エンジン（１００）が、前記少なくとも１つの流体進入弁（２９）の下流であって、シリンダ容積部分（３１）の上流に配置された少なくとも１つの燃料供給チャンバ（２８）、好適には複数の供給ノズル（１４；１４’）の上流に配置され且つ前記複数の供給ノズル（１４；１４’）に流体的に接続された少なくとも１つの燃料供給チャンバ（２８）を有することを特徴とする、内燃エンジン（１００）。

【請求項13】

前記燃料供給チャンバ（２８）が前記シリンダ（１）の少なくとも一部分の周りに同軸に配置され、好適には、１つの供給チャンバ（２８）が前記シリンダ（１）の周りで環状に延在し且つすべての供給ノズル（１４；１４’）に流体的に接続される、請求項１２に記載の内燃エンジン（１００）。

【請求項14】

好適には少なくとも２００ｍｍの内径を有する少なくとも１つのシリンダ（１）を有する、特に請求項１から１３までのいずれか一項に記載の内燃エンジン（１００）、好適には大型の長手方向掃気式２ストローク内燃エンジン、すなわち、燃料流体を提供するための少なくとも１つの流体進入弁（２９）を有する低圧燃料流体エンジン又は二元燃料エンジン（１）であって、
逆止弁（３０）が、前記少なくとも１つの流体進入弁（２９）とシリンダ容積部分（３１）との間の流路内に配置され、好適には供給ノズル（１４’）内に配置されることを特徴とする、内燃エンジン（１００）。

【請求項15】

請求項１から１１までのいずれか一項に記載の内燃エンジンを動作させる方法であって、
前記掃気ポートが開けられた後で前記混合チャンバ内に燃料を噴射するように前記供給ノズルを開くステップと、
前記掃気ポートが閉じられる前に噴射を停止するステップと
を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、独立請求項の前提部分による内燃エンジン、及び内燃エンジンを動作させるための方法に関する。

【0002】

本発明は、好適には、そのシリンダが少なくとも２００ｍｍの内径を有するような、大型マリーン・エンジン又は船舶用エンジン或いは定置エンジンのような内燃エンジンに関する。エンジンは、好適には、２ストローク・エンジン又は２ストローク・クロスヘッド・エンジンである。エンジンは、ガス・エンジン、二元燃料エンジン又は多元燃料（マルチ・フューエル）エンジンであってよい。このようなエンジン内で液体燃料又は気体燃料を燃焼させることが可能であり、さらには、自己点火又は強制点火も可能である。

【0003】

内燃エンジンは、長手方向掃気式２ストローク・エンジンであってもよい。

【背景技術】

【0004】

内燃エンジンという用語は、燃料の自己点火を特徴とするディーゼル・モードのみではなく、燃料又は２つの燃料の混合物の火花点火を特徴とするオットー・モードでも動作させられ得る大型エンジンも意味する。さらに、内燃エンジンという用語は、特に、別の燃料の火花点火のために燃料の自己点火が使用されるような、二元燃料エンジン及び大型エンジンも含む。

【0005】

エンジン回転数は、特に４ストローク・エンジンでは、好適には８００ＲＰＭ未満であり、より好適には、特には２ストローク・エンジンでは、２００ＲＰＭ未満であり、これは、低速エンジンの指定を示している。

【0006】

燃料は、ディーゼル・オイル又は船舶用ディーゼル・オイル、重油、エマルジョン、スラリ、メタノール、或いはエタノール、さらには、液化天然ガス（ＬＮＧ：ｌｉｑｕｉｄ ｎａｔｕｒａｌ ｇａｓ）及び液化石油ガス（ＬＰＧ：ｌｉｑｕｉｄ ｐｅｔｒｏｌ ｇａｓ）などのようなガスであってよい。

【0007】

要求に応じて追加され得るような別の可能性のある燃料は：液化バイオガス（ＬＢＧ：Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｂｉｏｇａｓ）、生物燃料（例えば、原藻又は海草から作られるオイル）、アンモニア、水素、ＣＯ２からの合成燃料（例えば、パワートゥガス又はパワートゥリキッドによって作られる）である。

【0008】

特に貨物を運搬するための船舶である大型船は、通常、特に、多くは２ストローク・クロス・ヘッド・エンジンである、ディーゼル・エンジン及び／又はガス・エンジンである、内燃エンジンによって動力供給される。

【0009】

高加圧燃料又は低加圧燃料を圧力シリンダの中に直接に噴射することが知られている。そのタイミングは、空気と燃料との混合物が通過して噴出するのを低減するか又は回避するのを可能にするように選択され得る。燃料流体とアクティブ流体との混合が不十分となる可能性があり、燃料流体の濃度が局部的に高くなる可能性があり、それにより早期点火又は未燃焼流体の放出などの問題を引き起こす可能性がある。

【0010】

シリンダ・ライナ内に配置された進入穴（ａｄｍｉｓｓｉｏｎ ｈｏｌｅ）が、ピストンのリング・パッケージ内の圧力を乱す可能性がある。

【0011】

ＷＯ２０１８１３５１９１Ａ１が２ストローク・エンジンを開示しており、ここでは、燃料がノズルを介して掃気ポートの前方の空間の中へ運ばれる。燃料噴射が、掃気ポートがピストンから解放された後で開始され、掃気ポートが再び閉じられる前に終了する。

【0012】

ＥＰ３２９６５５７Ｂ１が２ストローク・エンジンを示しており、ここでは、燃料が、シリンダを囲む掃気チャンバ（ｓｃａｖｅｎｇｉｎｇ ａｉｒ ｃｈａｍｂｅｒ）の中まで送られる。燃料が、主供給源から弁を通してリング・ラインの中まで送られる。リング・ラインから燃料ラインが分岐しており、燃料ラインが穴を有し、燃料がこれらの穴を通って掃気チャンバに入ることができ、掃気チャンバで燃料が掃気と混合される。シリンダ内での混合と同様に、混合が不十分となる可能性があり、燃料ガスの濃度が一様に分布しない可能性があり、それによりさらに、過早点火又はノッキングなどのミスファイヤリング事象が発生し得る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【特許文献1】国際公開第２０１８／１３５１９１（Ａ１）号パンフレット

【特許文献2】欧州特許大３２９６５５７（Ｂ１）号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

本発明の目的は、従来技術の欠点を回避すること、また特に、エンジン効率を向上させることを可能にする内燃エンジン及び内燃エンジンを動作させる方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0015】

この目的は、独立請求項による内燃エンジン、及び内燃エンジンを稼働するための方法によって達成される。

【0016】

内燃エンジンが、少なくとも２００ｍｍの内径を好適には有する、少なくとも１つのシリンダを有する。

【0017】

内燃エンジンが低圧燃料ガス・エンジン（ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｆｕｅｌ ｇａｓ ｅｎｇｉｎｅ）又は二元燃料エンジンであり、好適には、大型２ストローク内燃エンジンである。

【0018】

内燃エンジンが、燃料流体を提供するための少なくとも１つの流体進入弁を有する。本出願では、燃料流体が燃料ガス又は燃料液であってよい。

【0019】

シリンダが、掃気チャンバに流体連通された複数の掃気ポートを有する。掃気チャンバがピストンのストローク方向におけるシリンダの第１の端部側の少なくとも一部分を囲み、掃気が掃気チャンバの中に導入され得る。

【0020】

掃気が、酸素又はオゾンなど或いはその混合物（例えば、空気）などの酸化剤を含む、圧縮され、冷却され、脱水された、活性ガスの例であってよい。掃気が、さらに、再循環する排気ガス又は異なる種類の不活性ガスを含む可能性がある。

【0021】

掃気ポートが、シリンダの第１の端部側上のシリンダ・ライナの内側円周面である内側円周面からその外側円周面まで通過する穴であってよく、複数の掃気ポートがシリンダの全体の周りに設けられ得る。

【0022】

掃気ポートが、シリンダ内でのピストン移動によって開閉され得る。

【0023】

内燃エンジンが、掃気チャンバ内に配置される、混合容積部分（ｍｉｘｉｎｇ ｖｏｌｕｍｅ）を提供する少なくとも１つの混合チャンバを有する。

【0024】

混合チャンバが、掃気を導入するための少なくとも１つの入口ポートと、燃料流体を混合チャンバの中に導入するための少なくとも１つの供給ノズルと、少なくとも１つの出口と、を有する。

【0025】

少なくとも１つの混合チャンバが掃気チャンバ内に配置され得、その結果、掃気が混合チャンバのみを介してシリンダの中に入ることができる。したがって、掃気が入口ポートを介して混合チャンバに入る必要があり、混合容積部分を通過する必要があり、出口を介して混合チャンバから離れて掃気ポートに到達する必要がある。混合チャンバに加えて、掃気チャンバと掃気ポートとの間に直接の流体接続部が存在しなくてよい。掃気が、シリンダの中に吸引されるのに混合チャンバを迂回しなくてよい。こうすることで、燃料流体が供給される量に関係なく、燃料流体が掃気と最適に混合され得る。

【0026】

混合容積部分内で少なくとも１つのラムダ値（空気燃料比）に到達し得る。排気ガス再循環を用いないエンジンの場合、少なくとも２つのラムダ値が達成され得る。

【0027】

好適には、少なくとも１つの供給ノズルが入口ポート内に配置され、より好適には各入口ポート内に配置される。燃料流体が掃気と共に混合容積部分に入ることができる。燃料流体が、一様に分布する混合物が形成されるように、掃気に供給され得る。

【0028】

各出口が少なくとも１つの掃気ポートの方を向く（すなわち面している）。

【0029】

混合チャンバが、１つの掃気ポートごとに１つの出口を有することができるか、又は、最大８つの隣接する掃気ポートに対して、好適には最大４つの隣接する掃気ポートに対して、１つの出口を有することができる。

【0030】

流体進入弁が、加圧燃料ガス又は加圧燃料液を供給することができる。混合チャンバ内で、燃料ガス又は燃料液が膨張し、掃気とよく混ぜ合わされ、その結果、燃料／空気の混合物が提供される。

【0031】

燃料及び空気を予混合することにより、燃料がシリンダに入って掃気とよく混ぜ合わされ、したがって、シリンダ内で一様に分布することができる。燃焼チャンバ内での非常に燃料比率の低い混合物領域及び非常に燃料比率の高い混合物領域が低減される。加えて、ガス進入の開始及びガス進入の終了を最適化して天然ガスが混合チャンバに入るのを許容することにより、燃料が例えばピストンとライナとの間の燃焼チャンバの隙間に入ることが防止され、掃気プロセス中にシリンダから出る直接の燃料損失が低減される。

【0032】

具体的にはメタンなどの未燃焼燃料のパーセンテージが低減され、所望の点火タイミングの前に点火が起こる傾向及びノッキング燃焼が起こる傾向が低減され、したがって、エンジン効率が向上し、二元燃料ガス・モードにおけるエンジン動作サイクルが改善される。

【0033】

燃料流体がシリンダの外側で掃気と予混合されて、十分に調製された（ｗｅｌｌ ｐｒｅｐａｒｅｄ）燃料／空気の混合物がシリンダに入ることを理由として、必要となる燃料圧が低減され得る。

【0034】

さらに、混合チャンバが、燃料ガスに対して、さらには燃料液に対して、適切なものとなる。

【0035】

内燃エンジンが、船のエンジンとして使用され得る単流掃気式２ストローク・エンジンであってよい。掃気チャンバがシリンダの第１の端部側に配置されるのに対して、排気ポートが、シリンダ内のピストンのストローク方向における第２の端部側に設けられ得る。

【0036】

排気ポートが、第２の端部側において、例えばシリンダ・ヘッド内に、設けられ、ピストンの上死点の上方に位置する、開口部であってよく、燃焼後にシリンダ内に発生する排気ガスを排出するために開けられて閉じられる。排気ポートが開けられると、排気ガスがシリンダから排気ポートを通して排出される。

【0037】

少なくとも１つの混合チャンバが、具体的には、シリンダ壁内に同軸に配置された掃気ポートに対応する、シリンダの少なくとも一部分の周りに同軸に配置され得る。混合チャンバが掃気ポートと同じ軸レベルに配置され得、つまり、上死点と下死点との間において掃気ポートと同じレベルに配置され得る。したがって、燃料／空気の混合物のシリンダ容積部分までの経路が短くなる。

【0038】

少なくとも１つの混合チャンバのうちの１つの混合チャンバが、燃料と掃気との混合物を１つの掃気ポートに供給することができ、さらには複数の隣接する掃気ポートに対して又はさらにはすべての掃気ポートに対して供給することができる。

【0039】

内燃エンジンが正確に１つの混合チャンバを有することができ、混合チャンバがシリンダ全体の周りを環状に延在していてよく、環状の混合容積部分を提供することができる。

【0040】

環状混合チャンバが、環状入口ポート及び／又は環状出口を有することができる。環状出口がすべての掃気ポートのために機能することができる。別法として、環状混合チャンバが、複数の入口ポート及び／又は複数の出口を有することができる。

【0041】

１つの環状混合チャンバの代わりに、少なくとも２つの混合チャンバが、シリンダの周りの同軸リング上に配置されてもよい。複数の混合チャンバがシリンダの周りに環状に配置され得る。各混合チャンバが、最大８個の、好適には４個の、隣接する掃気ポートのために機能することができる。

【0042】

複数の混合チャンバの各々が、１つの入口ポート及び１つの供給ノズルを有することができる。別法として、複数の混合チャンバの各々が、複数の入口ポート及び／又は複数の出口を有することができる。

【0043】

混合チャンバが、出口に隣接する及び／又は出口を囲むネック部を有することができ、ネック部が好適にはシリンダの外壁に接触する。ネック部が、出口により１つ又は複数の隣接する掃気ポートをカバーすることになるように及び出口により燃料／空気の混合物の流れを誘導することになるように、配置され得、その結果、燃料／空気の混合物がシリンダに単に入るだけになり、掃気チャンバに戻らないようになる。

【0044】

ネック部が、掃気の形態（ｓｃａｖｅｎｇｉｎｇ ａｉｒ ｆｏｒｍ）が混合チャンバを通過することなく掃気ポートに入るのを防止することができる。

【0045】

各入口ポートが入口管を有することができる。入口管の少なくとも一部分が、好適にはシリンダの軸に対して平行又は垂直である、軸を有することができる。したがって、掃気が、軸方向又は径方向において混合チャンバに供給され得る。

【0046】

少なくとも１つの供給ノズルが入口管内に配置され得、好適には、主として管軸の方向において燃料液を供給することになるように、配置され得る。燃料流体と掃気とを混合することが入口管で開始され得る。

【0047】

入口管が、管の中間部分の壁内に、管の軸に対して同軸に配置された供給ノズルを備えるベンチュリ・ミキサとして形成され得る。管の中間部分が、管の上流部分及び下流部分より小さい直径を有する。

【0048】

中間部分では、燃料流体がその速度を増大させなければならず、対して、その圧力が低減される。流体が中間部分から離れるとき、その圧力が増大して管レベルに戻る。さらに、中間部分における圧力変化が、所要の割合で主空気流に合流して混合されるように、供給される燃料の流れに変化をもたらす。燃料流体が、ポンプを用いずに、又は、少なくともポンプ動力を低減して、供給され得る。

【0049】

入口管が、別法として、入口管の上流部分及び下流部分と比較して拡大した直径を有する中間部分を有することができる。少なくとも１つの供給ノズルが中間部分内に配置され得る。燃料流体及び掃気が、乱流条件下で、混ぜ合わされる。

【0050】

静的ミキサが、供給ノズルの下流で入口管内に配置され得る。静的ミキサが、混ぜ合わされた燃料流体及び掃気の混合を改善することができる。したがって、混合のための混合チャンバ内の流路が低減され得る。

【0051】

絞り弁が、供給ノズルの下流で入口管内に配置され得る。

【0052】

絞り弁を設定することにより、混合チャンバへの掃気の進入が制御され得る。したがって、特には複数のシリンダを備える燃焼エンジンの場合、掃気の進入が他の混合チャンバと均等化され得る。さらに、負荷が小さい場合、掃気の供給が低減され得る。絞りが、さらに、燃料ガス及び掃気の混合を改善するのに使用され得る。

【0053】

内燃エンジンが、絞り弁を設定するための制御デバイスを有することができる。

【0054】

内燃エンジンが、掃気ポートが開き始めた後で燃料を混合チャンバの中に噴射するために供給ノズルを開けるのを可能にするための、及び、掃気ポートが閉じられる前に噴射を停止するための、制御デバイスを有することができる。

【0055】

したがって、排気出口を通る未燃焼燃料を噴出させるリスクが低減される。

【0056】

別の態様によると、内燃エンジンが、燃料流体を提供するための少なくとも１つのガス進入弁を有し、さらに、少なくとも１つのガス進入弁の下流に及びシリンダの容積の上流に配置された少なくとも１つの燃料供給チャンバを有する。好適には、燃料供給チャンバが、複数の供給ノズルの上流に配置され、複数の供給ノズルに流体的に接続される。好適には、内燃エンジンが、多様な軸レベルに配置され得る１個から３個の燃料供給チャンバを有する。各燃料供給チャンバが、１個から５個の流体進入弁の下流に配置され得る。

【0057】

好適には、燃料供給チャンバが掃気を導入するための入口ポートを有さず、掃気が燃料供給チャンバに入ることが許されない。燃料供給チャンバが、燃料流体をシリンダの周りに分配するのを実現することができる。

【0058】

燃焼エンジンが、少なくとも１つのシリンダを有し、好適には少なくとも２００ｍｍの内径を有する、低圧燃料ガス・エンジン又は二元燃料エンジンであり、好適には、大型の長手方向掃気式２ストローク内燃エンジンである。燃焼エンジンが、具体的には、上述した燃焼エンジンである。

【0059】

１つ又は複数の流体進入弁が燃料供給チャンバ上に設置され得る。流体進入弁が、加圧流体が燃料供給チャンバに入るのを可能にするために作動され得る。好適には、４個から１６個の流体進入弁がシリンダの周りに設置される。

【0060】

供給ノズルが、燃料流体を混合チャンバに供給するか又はシリンダに直接に供給するように配置され得る。シリンダが供給ノズルを画定するシリンダ壁内にノズル開口部を有することができ、例えば４０個～５０個のノズル開口部を有することができる。ノズル開口部が、径方向に方向付けられ得るか又は径方向に対して一定の角度を有することができる軸を有することができる。ノズル開口部の軸がシリンダ軸に対して垂直であってよいか、又は、シリンダ軸に対して垂直である水平面に対して一定の角度を有することができる。

【0061】

１つ又は複数のこのような燃料供給チャンバが、燃料と新しい投入分との混合（ｆｕｅｌ ｆｒｅｓｈ ｃｈａｒｇｅ ｍｉｘｉｎｇ）を最適化するような軸方向距離を有するように１つのシリンダ上に装着され得る。

【0062】

燃料供給チャンバが、シリンダの少なくとも一部分の周りに同軸に配置され得る。好適には１つの供給チャンバがシリンダの周りを環状に延在していてよく、すべての供給ノズルに流体的に接続され得る。

【0063】

このような燃料供給チャンバのロケーションはピストン・ストロークの下半分の中にあることが好適である。掃気ポートを通ってシリンダの中へ流れる新しい投入分により、高い乱流レベルの領域の中に燃料を入れるのを可能にするようなロケーションが有利である。

【0064】

燃料供給チャンバが混合チャンバと同じ軸レベルに配置され得るか、混合チャンバの軸レベルの上方に配置され得るか、又は混合チャンバの軸レベルの下方に配置され得る。

【0065】

別の態様によると、内燃エンジンが、燃料流体を提供するための少なくとも１つの流体進入弁を有する。逆止弁が、少なくとも１つの流体進入弁とシリンダ容積部分との間の流路内に配置され、好適には供給ノズル内に配置される。

【0066】

燃焼エンジンが、少なくとも１つのシリンダを有し、好適には少なくとも２００ｍｍの内径を有する、低圧燃料ガス・エンジン又は二元燃料エンジンであり、好適には、大型の長手方向掃気式２ストローク内燃エンジンである。燃焼エンジンが、具体的には、上述した燃焼エンジンである。

【0067】

逆止弁が死容積を低減するのを実現する。死容積は、流体進入弁が閉じられた後でそこから燃料がシリンダに入ることができるところである容積である。逆止弁がさらに、システム内の燃料の力学（ｆｕｅｌ ｄｙｎａｍｉｃｓ）を改善することができる。逆止弁が死容積を小さくするのを実現することを理由として、変更要求に対しての反応がより迅速に行われ得るようになる。容積が小さいことでシステムの慣性も小さくなる。

【0068】

好適には、逆止弁が、逆止弁を有さない構成と比較して死容積を少なくとも７０％から８０％低減するように、配置される。

【0069】

別の態様によると、掃気ポートを備えるシリンダと、混合チャンバと、供給ノズルと、を有する上述した内燃エンジンを動作させるための方法が提供される。本方法が、掃気ポートが開けられた後で燃料を混合チャンバの中に噴射するために供給ノズルを開けるステップと、掃気ポートが閉じられる前に噴射を停止するステップと、を含む。

【0070】

本文脈では、掃気ポートが開けられるとすぐに、掃気ガスと燃料流体との混合物がシリンダに入ることができる。同様に、ガスがシリンダに入ることができない場合につまりピストンが掃気ポートの上方にある場合に、掃気ポートが閉じられる。

【0071】

シリンダに掃気を施すために、第１の純粋な掃気がシリンダの中へ誘導され得る。その後、供給ノズルが、掃気ガスと燃料流体との混合の混合物がシリンダに入るのを可能にするために、開けられる。

【0072】

好適には、内燃エンジンが、弁を設定するための、また具体的には、供給ノズルを開けるのを可能にするための及び噴射を停止するための、制御デバイスを有する。

【0073】

以下で、図を用いて本発明を実施例でさらに説明する。同じ参照符号は、機能的に一致する構造部を示す。

【図面の簡単な説明】

【0074】

【図1】内燃エンジンを示す概略図である。

【図2】シリンダの第１の端部側の第１の実例を示す概略側面図である。

【図3】第１の実例を示す概略の上面断面図である。

【図4】シリンダの第１の端部側の第２の実例を示す概略側面図である。

【図5】シリンダの第１の端部側の第２の実例を用いてシリンダを示す概略側面図である。

【図6】入口管の第１の実例を示す概略図である。

【図7】入口管の第２の実例を示す概略図である。

【図8】入口管の第３の実例を示す概略図である。

【図9】入口管の第４の実例を示す概略図である。

【図10】クランク位置／時間に応じた弁設定を示す概略のグラフである。

【図11a】内燃エンジンの別の実例を示す概略の側面断面図である。

【図11b】内燃エンジンの別の実例を示す概略の上面断面図である。

【図12】内燃エンジンの別の実例のシリンダ・ライナを示す概略の側面断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0075】

図１が、内燃エンジン１００の概略図を示す。内燃エンジンが、少なくとも２００ｍｍの内径７を有する、少なくともシリンダ１を有する大型２ストローク内燃エンジンである。往復ピストン２が図に示されないクロスヘッドに接続される。

【0076】

シリンダ１が、例えば３２個の掃気ポートである、複数の掃気ポート１０を有し、複数の掃気ポート１０が掃気チャンバ４に流体連通される。掃気チャンバ４がシリンダ１の第１の端部側６ａを囲む。排気ポート３がシリンダ２の第２の端部側６ｂ上に配置される。

【0077】

内燃エンジン１００が、掃気チャンバ４内に配置された少なくとも１つの混合チャンバ１１を有する。混合チャンバ１１内で、燃料流体及び掃気が、掃気ポート１０を通ってシリンダに入る前に、混合される。

【0078】

図２が、シリンダ１の第１の端部側６ａの第１の実例の概略図を側面図で示す。第１の端部側６ａにおいて、複数の混合チャンバ１１がシリンダ１の周りに配置される。

【0079】

各混合チャンバ１１が、掃気を混合チャンバ１１の中に導入するための入口ポート１３を有する。燃料流体を混合チャンバの中に導入するための供給ノズル１４が各々の入口ポート１３内に配置される。

【0080】

各混合チャンバ１１が、少なくとも１つの掃気ポート１０の方を向く出口１５を有する。

【0081】

各混合チャンバ１１が混合容積部分１２を提供し、混合容積部分１２で、掃気及び燃料流体が、シリンダ１に入る前に可能な限り一様に混合物を形成する。

【0082】

図３が、第１の実例の概略図を上方からの断面図で示す。混合チャンバ１１がシリンダ１の周りにある円として配置される。燃料流体が燃料供給チャンバ２８を介して供給ノズル１４に供給される。各燃料供給チャンバが流体進入弁２９に流体的に接続される。したがって、各流体進入弁２９が、それぞれの燃料供給チャンバ２８に接続されたすべての供給ノズル１４に燃料流体を供給することができる。

【0083】

供給ノズル１４より少ない燃料進入弁２９と共に燃料供給チャンバ２８を使用することの代わりに、燃料進入弁２９が供給ノズル１４に一体化され得、それにより、燃料進入弁２９及び供給ノズル１４が同数となる。

【0084】

図４が、シリンダの第１の端部側６ａの第２の実例の概略図を側面図で示し、図５が、第２の実例の概略図を側面図で示す。

【0085】

この実例では、１つの混合チャンバ１１がシリンダ１の周りに環状に配置される。混合チャンバ１１が複数の入口ポート３（図５を参照）を有することができるか、又は環状入口ポートを有することができる。混合チャンバ１１が複数の供給ノズル１４を有する。供給ノズル１４が単一の共通の燃料供給チャンバ２８を介して供給を受け、燃料供給チャンバ２８への供給が４つの流体進入弁２９によって行われる。

【0086】

さらに、１つの環状混合チャンバ１１の事例では、流体進入弁２９が供給ノズル１４に一体化され得、その結果、同数の燃料進入弁２９及び供給ノズル１４が装着されることになる。

【0087】

図５で見ることができるように、入口ポート１３が、シリンダ１の軸９と平行である軸１８を有する個別の入口管１７として形成され得るか、又は、入口ポート１３が、単一の環状開口部を有する環状カラーとして形成され得る。

【0088】

混合チャンバ１１が出口１５に隣接するネック部１６を有し、ネック部１６がシリンダ１の外壁８に接触する。したがって、燃料流体と掃気との混合物が高い信頼性でシリンダの中に誘導される。

【0089】

図６が、入口管１７の第１の実例の概略図を示す。入口管１７が、入口管１７の上流部分２２’及び下流部分２３’と比較して拡大した直径２５を有する中間部分２１’を有する。供給ノズル１４が中間部分２１’内に配置される。

【0090】

上流部分２２’のところで入口管１７に入る掃気が中間部分２１’内に乱流を形成し、それにより、入ってくる燃料流体との一様な混合を促進する。

【0091】

図７が、軸１８に沿って（上側）、及び、軸１８に対して垂直に（下側）、入口管１７の第２の実例の概略図を示す。

【0092】

この実例では、入口管１７が、入口管１７の中間部分２１の壁２０内に同軸に配置された供給ノズル１４を備えるベンチュリ・ミキサ１９として形成される。この事例では、中間部分２１が、入口管１７の上流部分２２及び下流部分２３より小さい直径２４を有する。

【0093】

中間部分２１内の掃気の流れが加速されることにより、燃料流体が入口管１７の中に吸引される。

【0094】

図８が、入口管１７の第３の実例の概略図を示す。供給ノズル１４が入口管１７内に配置され、供給ノズル１４の下流に静的ミキサ２７が存在する。流路が静的ミキサ２７によって決定されることにより、乱流が発生し、それにより掃気と燃料流体との混合を実現する。

【0095】

図９が入口管１７の第４の実例の概略図を示す。絞り弁２６が、供給ノズル１４の下流で入口管１７内に配置される。

【0096】

絞り弁を設定することにより、燃料流体とよく混ぜ合わされた掃気の流入が均等化され得、これが、例えば掃気リザーバ５（図１を参照）と入口管１７との間の距離及び／又は流体進入弁２９（図３及び４を参照）と供給ノズル１４との間の距離が各々の入口管１７において異なる場合などで、すべての入口管１７が同じ圧力の掃気及び／又は燃料流体を供給されるわけではない場合に、必要となる可能性がある。

【0097】

図１０が、クランク角に応じた弁の設定の概略のグラフを示す。破線が排気ポート３（図１を参照）の設定を概略的に示し、点線が流体進入弁２９（図３及び４を参照）の設定を示し、実線が掃気ポート１０（図１を参照）の状態を示す。

【0098】

燃料が、一方で掃気プロセス中に燃料の一部がシリンダから外に出るのを回避することを目的として他方で最良の混合結果を得ることを目的として、特定のクランク角間隔で中に入れられるのを許容される必要がある。

【0099】

ピストン２（図１を参照）が動力ストローク中に下方に移動するとき、排気ポート３（図１を参照）が開き、次いでピストンが掃気ポート１０を開ける。

【0100】

混合チャンバ１１の中への燃料進入の開始が、新しい投入分によりシリンダに掃気が施されるようするが、しかし、掃気プロセス中に排気ポート３を介してシリンダ１から外に出る燃料を可能な限り少なくするか又はなくすような、タイミングで開始されるべきである。直接のメタン・スリップが防止されることになる。燃料と新しい投入分との混合を最適化するために、進入継続時間及び新しい掃気に入る燃料流体のタイミングが最適化される必要がある。圧縮ストローク中、ピストン２が掃気ポート１０を閉じる前に燃料流体の進入が停止する必要がある。

【0101】

通常、掃気ポート１０は、ピストンが下死点に到達する前に、約４０°のＣＡ（ｃｒａｎｋ ａｎｇｌｅ（クランク角））で開くか、又は、ピストンが上死点を通過した後で、１４０°のＣＡで開く。

【0102】

通常、掃気ポート１０は、ピストンが下死点を通過した後で、約４０°のＣＡで閉じるか、又は、ピストンが上死点を通過した後で、２２０°のＣＡで閉じる。

【0103】

排気ポートが２４０°のＣＡから２８０°のＣＡで閉じ、ここでは、実際の排出弁の閉鎖がエンジン負荷によって決定される。

【0104】

ガス進入は、通常、掃気ポートが開いた後で、２０°のＣＡで開始されるか、又は、ピストンが上死点を通過した後で、１６０°のＣＡで開始される。ガス進入は、通常、掃気ポート１０が閉じられる前に、約５°のＣＡで終了するか、又は、ピストンが上死点を通過した後で、２１５°のＣＡで終了する。

【0105】

図１１ａが、内燃エンジン１００の別の実例の概略図を側方からの断面図で示し、図１１ｂが、同じ実例の概略図を上方からの断面図で示す。

【0106】

軸方向において離間された２つの燃料供給チャンバ２８がシリンダ１の周りに配置される。各燃料供給チャンバ２８が、４つの流体進入弁２９の下流及びシリンダ１の容積３１の上流に配置される。別法として、各燃料供給チャンバに対して、１個から１０個の流体進入弁２９が装着され得る。

【0107】

この事例では、燃料流体ノズル１４’がシリンダ１の壁２０内に配置され、方向付けられた流体ストリーム３２を提供し、方向付けられた流体ストリーム３２が、シリンダ軸９に対して垂直である水平面３３に対して、－４５°から４５°の間の、好適には－２５°から２５°の間の、第１の角度γと、水平面３３内の径方向３４に対して、－７０°から７０°の間の、好適には－４５°から４５°の間の、第２の角度βと、を有する。

【0108】

流体ノズル１４’が同じ軸レベルに配置され、均等に離間される。

【0109】

各燃料供給チャンバ２９上に、一般に、１つ又は複数の流体進入弁２９が設置され得る。燃料進入弁２９が、加圧燃料が燃料供給チャンバ２９に入るのを可能にするように作動され得る。一般に、１つ又は複数のこのような燃料供給チャンバ２９が、燃料と新しい投入分との混合を最適化するために１つのシリンダ上に装着され得る。

【0110】

図１２が、内燃エンジンのための別の実例のシリンダ壁２０の概略図を側方からの断面図で示す。

【0111】

この実例では、燃料進入弁２９（図には示されない）が、シリンダ１の壁２０の外側に設置される。流体進入弁２９のノズル容積３５が供給ノズル１４’に直接に接続され、それにより、流体進入弁２９とシリンダ容積部分３１との間の流路を形成する。

【0112】

逆止弁３０が各供給ノズル１４’内に配置される。流体進入弁２９からの圧力なしで、逆止弁３０が閉じた状態を維持する。流体進入弁２９を閉じた後でそこから燃料流体がシリンダ容積部分の中に入ることができるところである、流体進入弁２９の下流の死容積が、低減される。

【0113】

一般に、逆止弁３０は、ガス進入弁２９とシリンダ容積部分３１との間の流路内の任意の場所に配置され得、好適にはシリンダ容積部分３１に近接するように配置され得る。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11a】

【図11b】

【図12】

【外国語明細書】