■事業の内容
現在の舶用大型主機関は、2サイクル超ロングストローク機関が、その低燃費性と高信頼性により主流をなしている。
舶用主機関には、経済性(低燃費・高粘度油使用)・信頼性・低振動等が要求されるが、適切なストローク及び燃焼圧力の選択により、2サイクル機関を凌ぐ、低燃費・高信頼性を得、併せて小型かつ振動起振力の低減を図った、純国産舶用大型4サイクル機関を開発し、舶用機関技術の発展に寄与することを目的として、本事業は、平成2〜4年度の3ケ年の継続開発とし、重量は、2サイクル並み、長さは15%以上短縮の低燃費大型4サイクル低速機関を開発するため、平成2年度は、次の内容を実施した。
(1) 設計
大型機関に要請される経済性、信頼性、低振動等の向上及び取扱容易なシンプルな構造の採用を図るため、燃料経済性の向上を図る高燃焼圧力の採用、信頼性向上及び低振動化を図るFEM(有限要素法)解析による高剛性構造、各種シュミレーション計算による機関性能予測と最適マッチング、メンテナンスコスト低減を図る取扱容易な構造、CADによる設計技術の高度化・効率化を含めて基本設計、詳細設計、各種シミュレーションを行った。主な特徴は次の通りである。
[1] シリンダブロック
主軸受抑えを油圧ジャキ方式とした。シリンダを挾んでカム室と吸気トランクを一体鋳造して、全体の鋼性を高めた。
[2] 台板
FEM解析により、十分強固な箱型構造とし、据付巾を広くとって機関振動を小さく抑える構造とした。
[3] クランク軸
高い燃焼最高圧力に耐える十分な強度を持たせた。
[4] ピストン及び連接棒
ピストンは、ピストンクラウンとスカートの組立ピストンとした。連接棒は、3分割構造とし、FEM解析により形状を決定した。
[5] シリンダライナ
ライナ壁の適温冷却を行うため、ラジエータクーリング方式を採用した。
[6] シリンダヘッド
熱応力を低減するとともに、全体剛性を高めたバランスのとれた構造とした。
[7] 吸・排気弁
吸排気弁とも閉弁時に弁を回転させる方式のロートマットを採用した。
[8] 燃焼噴射ポンプ、燃焼噴射弁
高圧短期間噴射による噴射特性の改善を図った。プランジャーは注油を行い燃料油による膠着防止、低質重油によるダイレクト始動を可能とした。
[9] 過給機
無冷却形で応答性の良いパルス過給方式を採用した。
[10] 機関性能シミュレーション
噴射系シミュレーション、燃焼系シミュレーシヨン、サイクルシミュレーション等を行い燃料噴射圧力を約1,200Kgf/cm2燃焼最高圧力を約150Kgf/cm2に設定した。
[11] FEM解析
シリンダブロック、台板、シリンダヘッド、ピストン、連接棒等についてFEM解析を行い、最適構造、形状を決定した。
(2) 開発機関の主要目
[1] 機関の形状 立形水冷4サイクル単動トランクピストン型
[2] シリンダ数 6
[3] シリンダ内径 460mm
[4] ピストン行程 850mm
[5] 機関回転数 230rpm
[6] 連続最大出力 4,500ps
[7] 正味平均有効圧力 20.78Kgf/cm2
[8] 平均ピスロン速度 6.52m/s
[9] 燃焼最高圧力 150Kgf/cm2
[19] 出力率 135.5Kgf/cm2・m/s
[11] 燃料消費率 126g/ps/h(目標)
■事業の成果
本事業は平成2年度から3ケ年計画で開発を実施したが、平成2年度は舶用大型機関に要請される経済性・信頼性の一層の向上及び低振動化を目的として、高燃焼圧力に対するFEM(有限要素法)構造解析、機関性能に対するシミュレーション計算など、コンピュータを利用した理論的検討を十分実施した。更に基本設計・詳細設計にはコンピュータ(CAD)を活用し、設計技術の高度化・高率化を計ると共に低コストでシンプルな構造の採用を図った。このような設計を行った結果、所期の目的通りのディーゼル機関の設計ができた。次年度以降の試作、実験により目標通りの性能が得られるディーゼル機関が開発される見通しを得た。
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