JP2000204988A - Divided gas engine having intake fuel nozzle - Google Patents

Divided gas engine having intake fuel nozzle

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JP2000204988A
JP2000204988A JP11003658A JP365899A JP2000204988A JP 2000204988 A JP2000204988 A JP 2000204988A JP 11003658 A JP11003658 A JP 11003658A JP 365899 A JP365899 A JP 365899A JP 2000204988 A JP2000204988 A JP 2000204988A
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JP
Japan
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chamber
fuel
sub
gas
gas fuel
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Application number
JP11003658A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideo Kawamura
英男 河村
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Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a divided gas engine to inject gas fuel boosted by a fuel injection device to a subsidiary chamber and feed gas fuel to intake air through an intake fuel nozzle during high load operation and form a fuel injection device in a compact manner. SOLUTION: This divided gas engine is formed that a subsidiary chamber 2 is formed in a piston 15 reciprocated through a cylinder 14 and a fuel injection device 5 provided with a nozzle 16 and a needle valve 9 through which gas fuel is injected in the subsidiary chamber 2 is arranged in a head liner 10. An intake air fuel nozzle 33 is arranged in an intake port 65. A controller 70 controls such that gas fuel is injected from the fuel injection device 5 in the subsidiary chamber 2 during a partial load and gas fuel is injected in the subsidiary chamber 2 from the fuel injection device 5 during a high load and gas fuel is injected in intake air through the intake air fuel nozzle 33.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は,天然ガス,H2
等のガス燃料をピストンに設けた副室に供給し,ガス燃
料を着火燃焼させると共に,高負荷時にガス燃料の一部
を吸気に供給する吸気燃料ノズルを備えた副室式ガスエ
ンジンに関する。
The present invention relates to natural gas, H 2
The present invention relates to a sub-chamber type gas engine provided with an intake fuel nozzle for supplying gas fuel such as to a sub-chamber provided in a piston, igniting and burning the gas fuel, and supplying a part of the gas fuel to intake air at a high load.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来,天然ガス等を燃料として用いるガ
スエンジンでは,天然ガスをディーゼル燃焼させて高効
率を確保するために,天然ガスを高圧力に圧縮して燃焼
室内に噴射させて燃焼させる方法が一般的である。しか
しながら,このようなガスエンジンでは,天然ガスを高
圧力に圧縮させるため,大きな動力を要し,ディーゼル
サイクルでの高効率で得られた仕事量を天然ガスを高圧
力に圧縮するのに消費され,必ずしも満足できるシステ
ムとはならない。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a gas engine using natural gas or the like as fuel, natural gas is compressed to a high pressure and injected into a combustion chamber to burn natural gas in order to ensure high efficiency by diesel combustion. The method is general. However, such a gas engine requires a large amount of power to compress natural gas to a high pressure, and is consumed to compress the natural gas to a high pressure using the work obtained with high efficiency in a diesel cycle. , Not always a satisfactory system.

【0003】そこで,本発明者は,シリンダヘッドに副
室を設け,副室を連絡孔を通じて主室に連通すると共
に,連絡孔に制御弁を設けた副室式ガスエンジンを開発
した(特開平6−33784号公報参照)。該副室式ガ
スエンジンは,ピストンが吸気弁を通じて空気を主室に
吸入している間は制御弁が連絡孔を閉鎖し,副室にガス
燃料供給弁を開放して副室にガス燃料を供給し,圧縮行
程の後半になって制御弁が連絡孔を開放し,主室内の圧
縮空気を連絡孔を通じて副室に侵入させ,副室内で空気
とガス燃料とを混合して着火燃焼させ,次いで,副室内
の火炎,未燃混合気等のガスを主室に噴出させ,主室で
二次燃焼を行なわせている。
Accordingly, the present inventor has developed a sub-chamber gas engine in which a sub-chamber is provided in a cylinder head, the sub-chamber is communicated with the main chamber through a communication hole, and a control valve is provided in the communication hole (Japanese Patent Laid-Open Publication No. HEI 9-163568). 6-33784). In the sub-chamber gas engine, the control valve closes the communication hole while the piston sucks air into the main chamber through the intake valve, opens the gas fuel supply valve to the sub chamber, and supplies gas fuel to the sub chamber. In the latter half of the compression stroke, the control valve opens the communication hole, allows the compressed air in the main chamber to enter the sub-chamber through the communication hole, mixes air and gaseous fuel in the sub-chamber and ignites, Next, gases such as flames and unburned air-fuel mixture in the sub-chamber are injected into the main chamber, and secondary combustion is performed in the main chamber.

【0004】また,従来の副室式ガスエンジンとして,
天然ガス等のガス燃料を副室に導入し,主室で吸入空気
のみを圧縮して圧縮比を高めると共に,副室内の筒内圧
を圧電素子等のセンサで検出し,その情報を基にして燃
料供給弁を作動させて負荷と回転数とに見合った適正な
燃料供給量を制御し,主室内の空気を高温に上昇させた
状態で連絡孔の連絡孔弁を開放して主室の高圧縮空気を
副室に流入させ,副室内のガス燃料と高圧縮空気とを一
気に混合させることで短期間に着火燃焼させるものが知
られている(特開平7−310550号公報参照)。
Further, as a conventional sub-chamber gas engine,
Gas fuel such as natural gas is introduced into the sub-chamber, and only the intake air is compressed in the main chamber to increase the compression ratio. In addition, the in-cylinder pressure in the sub-chamber is detected by a sensor such as a piezoelectric element. Operate the fuel supply valve to control the appropriate amount of fuel supply according to the load and the number of revolutions, and open the communication hole valve of the communication hole while the air in the main room is raised to a high temperature to open the main room. It is known that compressed air is caused to flow into a sub-chamber and the gas fuel in the sub-chamber and the high-compressed air are mixed at once to ignite and burn in a short period of time (see JP-A-7-310550).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら,副室式
ガスエンジンは,副室に低圧力の天然ガスが燃料として
供給され,制御弁が連絡孔を開放することによって高圧
で分子量が大きい空気を主室から副室に供給するので,
天然ガスと空気とは比重が異なり混合し難く,副室内の
上端部壁に未燃ガス燃料を押し付けて残存させる原因に
なり,そのため燃焼状態が悪化し,良好な燃焼を行わせ
ることができず,熱効率の低下と,HCの発生を増加さ
せる原因となる。また,天然ガスが燃焼するには,天然
ガス量が1に対して9〜9.5倍の空気量が必要となる
ので,天然ガスの外側に多量の空気が存在する状態で燃
焼させることが望ましいが,従来の副室式ガスエンジン
では,空気中へのガス燃料を分散させ過ぎ,燃焼が連続
的に起こらないという問題があった。
However, in the sub-chamber gas engine, low-pressure natural gas is supplied as fuel to the sub-chamber, and the control valve opens the communication hole to supply high-pressure, high-molecular-weight air. Because it supplies from the room to the sub-room,
Natural gas and air have different specific gravities and are difficult to mix, causing unburned gas fuel to be pressed against the upper end wall of the sub-chamber and to remain, thereby deteriorating the combustion state and preventing good combustion. This causes a reduction in thermal efficiency and an increase in the generation of HC. In addition, since natural gas requires 9 to 9.5 times the amount of air for natural gas to be burned, it is necessary to burn in a state where a large amount of air exists outside natural gas. Although desirable, the conventional sub-chamber gas engine has a problem in that the gas fuel in the air is excessively dispersed and combustion does not occur continuously.

【0006】そこで,本発明者は,圧縮された多量の空
気中に,ガス燃料を噴射して着火燃焼させることによっ
て圧縮空気とガス燃料とを副室内で均一に混合させ,副
室内のガス燃料を副室内に残存させることなく,主室へ
と噴き出させ,副室での着火燃焼による火炎,未燃混合
気等のガスを燃焼初期において短期に主室へ噴き出し,
熱効率を向上させると共に,HC等の発生を低減するこ
とができる副室式ガスエンジンを開発した(特願平10
−193376号)。
Accordingly, the present inventor has proposed that the compressed air and the gas fuel are uniformly mixed in the sub-chamber by injecting the gas fuel into a large amount of compressed air and igniting and burning the gas fuel. Without leaving the sub-chamber in the sub-chamber, the gas from the sub-chamber ignited and combusted, such as flame and unburned mixture, is spouted into the main chamber in a short period of time at the beginning of combustion.
We have developed a sub-chamber gas engine that can improve thermal efficiency and reduce the generation of HC etc.
193376).

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この発明の目的は,上記
の問題を解決することであり,ピストンに副室を設け,
ガス燃料圧縮手段で圧縮されたガス燃料を燃料噴射装置
によって副室内に噴射して前記副室内で着火燃焼させる
と共に,高負荷時にはガス燃料流量を増加させるため,
吸気燃料ノズルから吸気通路にガス燃料を供給して所定
のガス燃料流量を確保し,吸気にガス燃料を供給した流
量分だけ副室へ供給するガス燃料流量を少なくし,燃料
噴射装置の圧縮室の容積を小さく構成し,ガス燃料の圧
縮に必要なストロークを確保し,圧縮仕事量を少なく
し,且つ燃焼温度を上昇させると同時に均一混合気化を
図り,HC,NOX ,スート等の発生を防止して熱効率
を向上させる副室式ガスエンジンを提供することであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to provide a sub chamber in a piston,
The gas fuel compressed by the gas fuel compression means is injected into the sub-chamber by the fuel injection device to ignite and burn in the sub-chamber, and to increase the gas fuel flow rate under high load.
Gas fuel is supplied from the intake fuel nozzle to the intake passage to secure a predetermined gas fuel flow rate, and the gas fuel flow rate supplied to the sub-chamber is reduced by the flow rate of the gas fuel supplied to the intake. The volume required for compression of gaseous fuel is secured, the stroke required for gas fuel compression is secured, the amount of compression work is reduced, and the combustion temperature is increased, and at the same time, the mixture is uniformly vaporized to generate HC, NO X , soot, etc. An object of the present invention is to provide a sub-chamber type gas engine which prevents heat and improves thermal efficiency.

【0008】この発明は,シリンダヘッドに配置され且
つ吸気弁が配置された吸気ポートが形成された主室を構
成する燃焼室部材,前記主室に連通する副室及び該副室
と前記主室とを連通する連絡孔が形成されたシリンダ内
を往復移動するピストン,前記副室内にガス燃料を噴射
するため噴孔と該噴孔を開閉する針弁とを備えた燃料噴
射装置,前記主室へ導入される吸気中に前記ガス燃料を
噴射する吸気燃料ノズル,前記燃料噴射装置に前記ガス
燃料を供給するガス燃料供給装置,及び部分負荷時には
前記燃料噴射装置から前記副室内に前記ガス燃料を噴射
し,高負荷時には前記燃料噴射装置から前記副室内に前
記ガス燃料を噴射すると共に前記吸気燃料ノズルから前
記吸気中に前記ガス燃料を噴射する制御を行うコントロ
ーラ,から成る副室式ガスエンジンに関する。
According to the present invention, there is provided a combustion chamber member constituting a main chamber having an intake port in which an intake valve is disposed and which is disposed in a cylinder head, a sub-chamber communicating with the main chamber, and the sub-chamber and the main chamber. A piston that reciprocates in a cylinder having a communication hole communicating therewith, a fuel injection device including an injection hole for injecting gas fuel into the sub-chamber and a needle valve that opens and closes the injection hole, the main chamber An intake fuel nozzle for injecting the gas fuel during intake air introduced to the fuel cell, a gas fuel supply device for supplying the gas fuel to the fuel injection device, and the gas fuel from the fuel injection device into the sub-chamber at a partial load. A controller for injecting the gas fuel from the fuel injection device into the sub-chamber at the time of high load and injecting the gas fuel into the intake air from the intake fuel nozzle. For Formula gas engine.

【0009】前記燃料噴射装置は,前記噴孔を形成する
と共に前記ガス燃料を収容する圧縮室を中空部内に形成
するノズル本体,前記圧縮室内の前記ガス燃料を圧縮す
るため駆動装置によって作動される圧縮ピストン,及び
前記圧縮室に前記ガス燃料を供給するため前記圧縮ピス
トンを復帰させるリターンスプリングを有し,前記針弁
が前記ノズル本体内で往復移動して前記噴孔を開閉する
ものである。
The fuel injection device is operated by a nozzle body forming the injection hole and forming a compression chamber for accommodating the gas fuel in a hollow portion, and a driving device for compressing the gas fuel in the compression chamber. A compression spring; and a return spring for returning the compression piston to supply the gaseous fuel to the compression chamber. The needle valve reciprocates in the nozzle body to open and close the injection hole.

【0010】前記ノズル本体の先端部は,前記燃焼室部
材から前記主室へ突出しており,ピストン上死点近傍で
前記ピストンに形成された挿入孔を通って前記副室内に
侵入し,前記先端部に形成された前記噴孔を前記副室に
開口させる。
The tip end of the nozzle body projects from the combustion chamber member to the main chamber, enters the sub-chamber through an insertion hole formed in the piston near the top dead center of the piston, and enters the sub-chamber. The injection hole formed in the portion is opened to the sub chamber.

【0011】前記圧縮ピストンには,前記ガス燃料供給
装置から供給される前記ガス燃料を前記圧縮室へ導入す
るため逆止弁が配置されたガス燃料供給通孔と,前記噴
孔を開閉する前記針弁が摺動移動する中空穴とが形成さ
れている。
The compression piston has a gas fuel supply through hole in which a check valve is disposed for introducing the gas fuel supplied from the gas fuel supply device into the compression chamber, and the gas hole for opening and closing the injection hole. A hollow hole in which the needle valve slides is formed.

【0012】前記ノズル本体は,前記圧縮ピストンが摺
動移動する前記圧縮室を形成する大径筒部と前記針弁が
摺動移動する小径筒部から形成されている。
The nozzle body is formed of a large-diameter cylindrical portion forming the compression chamber in which the compression piston slides and a small-diameter cylindrical portion in which the needle valve slides.

【0013】前記針弁は,前記圧縮ピストンの中空穴内
を摺動移動する摺動用端部,前記ノズル本体に形成され
た弁シートに着座して前記圧縮室と前記噴孔とを遮断す
る弁フェース,前記圧縮室内のガス燃料圧を受ける受圧
面,及び前記ノズル本体の前記小径筒部に形成された中
空孔を摺動移動して前記噴孔を開閉させる遮断用端部を
備えている。
The needle valve has a sliding end slidably moving within a hollow hole of the compression piston, and a valve face seated on a valve seat formed in the nozzle body to shut off the compression chamber and the injection hole. A pressure receiving surface for receiving gaseous fuel pressure in the compression chamber; and a shut-off end for slidingly moving a hollow hole formed in the small-diameter cylindrical portion of the nozzle body to open and close the injection hole.

【0014】前記針弁は,前記圧縮室内の所定以上のガ
ス燃料圧を前記針弁の前記受圧面で受けて,前記圧縮ピ
ストンの前記中空穴に配置されたスプリングのばね力に
抗してリフトされ,前記圧縮室と前記噴孔とを連通させ
る。また,前記針弁の前記遮断用端部の端面は前記副室
に露出して前記副室内のガス圧を受ける受圧面を構成し
ており,前記副室内の所定以上のガス圧に応じて前記針
弁はリフトして前記遮断用端部が前記噴孔を閉鎖する。
The needle valve receives a gas fuel pressure higher than a predetermined value in the compression chamber on the pressure receiving surface of the needle valve and lifts the gas fuel against a spring force of a spring disposed in the hollow hole of the compression piston. Then, the compression chamber and the injection hole are communicated with each other. Further, an end face of the shutoff end of the needle valve constitutes a pressure receiving surface which is exposed to the sub-chamber and receives gas pressure in the sub-chamber. The needle valve lifts and the blocking end closes the orifice.

【0015】前記圧縮ピストンを駆動する前記駆動装置
は,動弁機構のカム軸に設けたカム,前記カムによって
作動される前記圧縮ピストンに設けられたピストンロッ
ド,及び前記ピストンロッドを復帰させるリターンスプ
リングから構成されている。
[0015] The driving device for driving the compression piston includes a cam provided on a cam shaft of a valve mechanism, a piston rod provided on the compression piston operated by the cam, and a return spring for returning the piston rod. It is composed of

【0016】前記ガス燃料供給装置は,ガス燃料供給源
からのガス燃料を圧縮する燃料ポンプ,及び前記燃料ポ
ンプからのガス燃料を前記圧縮室へ供給するためガス燃
料通路を開閉するガス燃料弁から構成されている。
The gas fuel supply device includes a fuel pump for compressing gas fuel from a gas fuel supply source, and a gas fuel valve for opening and closing a gas fuel passage for supplying gas fuel from the fuel pump to the compression chamber. It is configured.

【0017】この副室式ガスエンジンは,上記のよう
に,部分負荷時には全てのガス燃料流量をピストンに設
けた副室に噴射させ,全負荷時等の高負荷時には自己着
火しない程度の希薄混合気とするため,ガス燃料の一部
を吸気に混合させ,適正な流量を確保し,良好な燃費効
率を確保する。ガス燃料の一部を吸気に混合させること
によって,高負荷時に適正な全量のガス燃料流量を副室
内へ噴射する必要がないので,副室は勿論のことガス燃
料を圧縮する圧縮室の容積を小さく構成でき,燃料噴射
装置のノズル本体内に設けた圧縮ピストンの圧縮に必要
なストロークを確保することができ,全負荷時にも吸気
にガス燃料を供給した予混合燃料と副室への噴射燃料が
半々に設定されているので,ガス燃料の着火後に速やか
に燃焼を進展させることができる。
As described above, this sub-chamber type gas engine injects all the gas fuel flow rate into the sub-chamber provided in the piston at the time of partial load, and at the time of high load such as full load or the like, the lean mixture which does not self-ignite. Part of the gaseous fuel is mixed with the intake air to ensure proper flow and good fuel efficiency. By mixing a part of the gas fuel with the intake air, it is not necessary to inject a proper amount of the gas fuel flow into the sub-chamber at a high load, so that the volume of the compression chamber for compressing the gas fuel as well as the sub-chamber is reduced. It can be made small and can secure the stroke necessary for compression of the compression piston provided in the nozzle body of the fuel injection device. Even at full load, premixed fuel that supplies gas fuel to the intake air and fuel injected to the sub chamber Is set in half, so that combustion can proceed promptly after ignition of the gaseous fuel.

【0018】通常,天然ガスは,燃焼始めの着火温度が
極めて高く,例えば,800℃で着火燃焼が起こるが,
一旦燃焼すると,燃焼速度が速い特性を有しているた
め,部分負荷時に,燃料を予め吸入空気中に混合して燃
焼させた場合に,混合気が余り希薄になり,ピストンと
シリンダとの隙間に入り込む等により良好な燃焼を確保
できない現象が発生する。しかしながら,この副室式ガ
スエンジンは,上記のように構成したので,上記のよう
な好ましくない現象は発生しない。
Normally, natural gas has an extremely high ignition temperature at the start of combustion, for example, ignition combustion occurs at 800 ° C.
Once the fuel is burned, the combustion speed is high, so if the fuel is mixed with the intake air in advance and burned at partial load, the mixture becomes too lean and the gap between the piston and the cylinder A phenomenon occurs in which good combustion cannot be ensured due to intrusion. However, since the sub-chamber gas engine is configured as described above, the above-described undesired phenomenon does not occur.

【0019】この副室式ガスエンジンは,部分負荷時に
は副室へのガス燃料の噴射のみであるので,副室から噴
出した火炎,未燃混合気等のガス燃料が主室内の空気と
混合し,燃焼するが,ピストンに設けられた副室内は閉
鎖空間的であるので,燃料は均一に混合されて良好な混
合状態になる。例えば,ガス燃料は,約1/2負荷まで
は負荷に応じたガス燃料流量が副室に噴射され,約1/
2負荷より大きい高負荷になると,残りのガス燃料流量
が吸気に混合されて主室で希薄な予混合気となり,ま
た,全負荷時には,ガス燃料流量の1/2が副室内へ噴
射され,残りのガス燃料流量の1/2が吸気に噴射され
る。
This sub-chamber gas engine only injects gas fuel into the sub-chamber at the time of partial load, so that gas fuel, such as a flame or an unburned mixture, injected from the sub-chamber mixes with air in the main chamber. Although the fuel burns, the sub-chamber provided in the piston is a closed space, so that the fuel is uniformly mixed and is in a good mixing state. For example, for gas fuel, a gas fuel flow rate corresponding to the load is injected into the sub-chamber up to about 1/2 load,
When the load becomes higher than two loads, the remaining gas fuel flow is mixed with the intake air to become a lean premixed gas in the main chamber, and at full load, half of the gas fuel flow is injected into the sub-chamber, One half of the remaining gas fuel flow is injected into the intake.

【0020】通常のディーゼルタイプのガスエンジン
は,燃料噴射ノズルから所定量のガス燃料を燃焼室に供
給するため,燃焼室内の圧縮空気圧が40〜50bar
程度であるので,それよりも高い圧力のガス燃料に昇
圧,例えば,少なくとも50〜70barにまで圧縮す
る必要がある。しかしながら,通常,ガス燃料供給源か
ら送られてくる天然ガスのガス燃料は5bar程である
ので,このような圧力のガス燃料を高圧にするには大き
な動力が必要となる。この副室式ガスエンジンは,余り
高い圧力でなく,20〜30bar程度に圧縮したガス
燃料を使用し,その圧縮されたガス燃料をエンジンに設
けた貯蔵室となる圧縮室に封入し,カムによって作動さ
れる圧縮ピストンの押圧力によってガス燃料を加圧し,
ガス燃料の圧力を100〜150barまで高くするも
のであり,ガス燃料を副室に良好に供給できる。
In a normal diesel type gas engine, a predetermined amount of gas fuel is supplied from a fuel injection nozzle to a combustion chamber, so that the compressed air pressure in the combustion chamber is 40 to 50 bar.
Therefore, it is necessary to increase the pressure to a gas fuel having a higher pressure, for example, to compress the gas fuel to at least 50 to 70 bar. However, since the gas fuel of natural gas sent from the gas fuel supply source is usually about 5 bar, a large power is required to increase the gas fuel at such a pressure to a high pressure. This sub-chamber gas engine uses gas fuel compressed to about 20 to 30 bar instead of a very high pressure, and the compressed gas fuel is sealed in a compression chamber serving as a storage chamber provided in the engine, and is cammed. The gas fuel is pressurized by the pressing force of the activated compression piston,
The pressure of the gas fuel is increased to 100 to 150 bar, so that the gas fuel can be satisfactorily supplied to the sub chamber.

【0021】この副室式ガスエンジンは,高圧縮された
ガス燃料を燃料噴射装置を用いて副室内の圧縮空気中に
噴射させると,多量な空気中でガス燃料が均一に分散す
ることができ,混合気が着火燃焼し,副室の燃焼によっ
てNOX の発生を抑制でき,次いで,火炎,未燃混合気
等のガスが連絡孔を通じて前記副室から前記主室へ噴き
出され,副室にガス燃料が滞留することが防止され,噴
き出された火炎と未燃ガス燃料とが主室に存在する新気
と混合を促進し,主室での二次燃焼スピードをアップ
し,短期に燃焼を完結し,HC,NOX 等の発生を抑制
し,熱効率を向上させることができる。
In the sub-chamber gas engine, when the highly compressed gas fuel is injected into the compressed air in the sub-chamber using the fuel injection device, the gas fuel can be uniformly dispersed in a large amount of air. air mixture is ignited and burned by the combustion of the auxiliary chamber can suppress the generation of NO X, then the flame, is blown from the secondary chamber gas such as unburnt fuel-air mixture through the communication hole into the main chamber, the auxiliary chamber Gas fuel is prevented from accumulating in the main chamber, and the ejected flame and unburned gas fuel are promoted to mix with fresh air existing in the main chamber. the combustion completion, HC, to suppress the generation of NO X, thereby improving the thermal efficiency.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下,図面を参照して,この発明
による副室式ガスエンジンの実施例を説明する。この副
室式ガスエンジンは,コージェネレーションシステム或
いは自動車用エンジン等のエンジンに適用できる。図1
はこの発明による副室式ガスエンジンの一実施例を示す
断面図,図2は図1の燃料噴射装置を示す拡大断面図,
図3は図2の燃料噴射装置の開放時の作動状態を示す拡
大断面図,図4は図2の燃料噴射装置の閉鎖時の作動状
態を示す拡大断面図,及び図5は負荷に対応する燃料噴
射装置と吸気燃料ノズルとの供給流量の関係を示すグラ
フである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a sub-chamber gas engine according to the present invention will be described below with reference to the drawings. This sub-chamber gas engine can be applied to an engine such as a cogeneration system or an automobile engine. FIG.
1 is a sectional view showing an embodiment of the sub-chamber gas engine according to the present invention, FIG. 2 is an enlarged sectional view showing the fuel injection device of FIG.
3 is an enlarged sectional view showing the operating state of the fuel injector of FIG. 2 when it is opened, FIG. 4 is an enlarged sectional view showing the operating state of the fuel injector of FIG. 2 when it is closed, and FIG. 5 corresponds to the load. 4 is a graph showing a relationship between supply flow rates of a fuel injection device and an intake fuel nozzle.

【0023】この副室式ガスエンジンは,シリンダブロ
ック54,シリンダブロック54にガスケット63を介
在して固定されたシリンダヘッド3,シリンダブロック
54に形成した孔部23に嵌合したシリンダ14を構成
するシリンダライナ22,シリンダヘッド3に形成され
たキャビティ12に配置された燃焼室部材を構成するヘ
ッドライナ10,及びシリンダライナ22に形成したシ
リンダ14内を往復運動するピストン15を有してい
る。ヘッドライナ10は,ヘッド下部26とそれと一体
構造のライナ上部27から構成されている。ヘッドライ
ナ10とピストン15とで囲まれる領域には,主室1が
形成されている。
This sub-chamber gas engine comprises a cylinder block 54, a cylinder head 3 fixed to the cylinder block 54 with a gasket 63 interposed therebetween, and a cylinder 14 fitted in a hole 23 formed in the cylinder block 54. It has a cylinder liner 22, a head liner 10 constituting a combustion chamber member arranged in a cavity 12 formed in the cylinder head 3, and a piston 15 reciprocating in a cylinder 14 formed in the cylinder liner 22. The head liner 10 includes a head lower portion 26 and a liner upper portion 27 integrally formed therewith. The main chamber 1 is formed in a region surrounded by the headliner 10 and the piston 15.

【0024】ヘッドライナ10は,Si3 4 等のセラ
ミックスや耐熱合金の耐熱材から形成され,シリンダヘ
ッド3のキャビティ12にガスケット13を介して遮熱
空気層31が形成される状態で配置され,主室1が遮熱
構造に構成されている。ヘッドライナ10のヘッド下部
26には,吸気弁56が配置された弁シートを備えた吸
気ポート18と,図示していないが,排気弁が配置され
た弁シートを備えた排気ポートとが形成されている。シ
リンダヘッド3には,ヘッドライナ10に形成された吸
気ポート18と排気ポートがそれぞれ互いに連通する吸
気ポート65と排気ポートが形成されている。
The head liner 10 is formed of a heat-resistant material such as ceramics such as Si 3 N 4 or a heat-resistant alloy, and is disposed in the cavity 12 of the cylinder head 3 with a heat shielding air layer 31 formed through a gasket 13. , The main chamber 1 has a heat shielding structure. In the lower part 26 of the head liner 10, an intake port 18 having a valve seat in which an intake valve 56 is arranged and an exhaust port (not shown) having a valve seat in which an exhaust valve is arranged are formed. ing. An intake port 65 and an exhaust port are formed in the cylinder head 3 so that the intake port 18 and the exhaust port formed in the headliner 10 communicate with each other.

【0025】ピストン15は,Si3 4 等のセラミッ
クスや耐熱合金の耐熱材から形成されたピストンヘッド
20と,ピストンヘッド20にガスケット53を介して
結合リング46で固定されたAl合金等の金属材から形
成されたピストンスカート36から構成されている。ピ
ストンヘッド20とピストンスカート36との間には,
遮熱空気層55が形成されている。ピストンヘッド20
の中央には,副室2が形成されている。ピストンヘッド
20には,その中央頂部に位置する挿入孔7と挿入孔7
の周囲に位置する連絡孔6が形成されている。燃料噴射
装置5の先端部42は,ピストン上死点付近で挿入孔7
を通って副室2内に侵入できるように,ヘッドライナ1
0のヘッド下部26から主室1へ突出した状態でヘッド
ライナ10に形成された中央貫通孔37に設定されてい
る。また,ピストンヘッド20に形成された連絡孔6
は,挿入孔7を中心に周方向に隔置して複数個形成さ
れ,ピストンヘッド20の中央側からシリンダ周辺へと
延びている。従って,燃料噴射装置5は,ヘッドライナ
10から主室1へ突出した先端部42がピストン上死点
近傍でピストン15に形成された挿入孔7に突入し,先
端部42に形成された噴孔16が副室2内に開口するよ
うになる。
The piston 15 includes a piston head 20 formed of a heat-resistant material such as a ceramic such as Si 3 N 4 or a heat-resistant alloy, and a metal such as an Al alloy fixed to the piston head 20 via a gasket 53 with a coupling ring 46. The piston skirt 36 is formed from a material. Between the piston head 20 and the piston skirt 36,
A heat shield air layer 55 is formed. Piston head 20
A sub-chamber 2 is formed in the center of. The piston head 20 has an insertion hole 7 located at the top of the center and an insertion hole 7.
A communication hole 6 is formed at the periphery of the communication hole 6. The tip 42 of the fuel injection device 5 has an insertion hole 7 near the piston top dead center.
Headliner 1 so that it can penetrate into sub-chamber 2
0 is set in a central through hole 37 formed in the head liner 10 so as to protrude from the lower portion 26 of the head to the main chamber 1. In addition, a communication hole 6 formed in the piston head 20 is formed.
Are formed at intervals around the insertion hole 7 in the circumferential direction, and extend from the center of the piston head 20 to the periphery of the cylinder. Therefore, in the fuel injection device 5, the tip end 42 projecting from the head liner 10 into the main chamber 1 enters the insertion hole 7 formed in the piston 15 near the piston top dead center, and the injection hole formed in the tip end portion 42. 16 opens into the sub-chamber 2.

【0026】シリンダヘッド3には,燃料噴射装置5の
圧縮室8にガス燃料を供給するため,ガス燃料弁11か
ら成る燃料供給手段が設けられている。ガス燃料供給装
置は,ガス燃料供給源39からのガス燃料を圧縮する燃
料ポンプ28,及び燃料ポンプ28からのガス燃料をガ
ス燃料通路43,52を通じてガス燃料供給口17から
ノズル本体19内の中空部35及び圧縮室8へ供給する
ガス燃料弁11から構成されている。ガス燃料弁11
は,動弁機構のカム軸68に設けたカム32で作動され
て弁本体30に形成されたガス燃料通路52のガス燃料
供給口17を開放する弁体64,及び弁体64をガス燃
料供給口17を閉鎖する方向に復帰させるバルブスプリ
ング48から構成されている。バルブスプリング48
は,弁本体30と弁体64の端部に固定されたバルブス
プリングリテーナ59との間に配置されている。従っ
て,ガス燃料弁11は,カム32によってガス燃料供給
口17の開口時間が調整される。
The cylinder head 3 is provided with a fuel supply means comprising a gas fuel valve 11 for supplying gas fuel to the compression chamber 8 of the fuel injection device 5. The gas fuel supply device includes a fuel pump 28 for compressing gas fuel from a gas fuel supply source 39, and a gas fuel from the fuel pump 28 through a gas fuel passage 43, 52 from a gas fuel supply port 17 to a hollow space inside the nozzle body 19. It comprises a gas fuel valve 11 to be supplied to the section 35 and the compression chamber 8. Gas fuel valve 11
Are operated by the cam 32 provided on the cam shaft 68 of the valve operating mechanism to open the gas fuel supply port 17 of the gas fuel passage 52 formed in the valve main body 30, and to supply the gas fuel to the valve body 64. It comprises a valve spring 48 for returning the port 17 to the closing direction. Valve spring 48
Is disposed between the valve body 30 and the valve spring retainer 59 fixed to the end of the valve body 64. Therefore, the opening time of the gas fuel supply port 17 of the gas fuel valve 11 is adjusted by the cam 32.

【0027】ガス燃料弁11は,弁本体30をシリンダ
ヘッド3に形成された取付穴に配置することによって取
り付けられている。ガス燃料弁11は,弁本体30に形
成されたガス燃料通路52のガス燃料供給口17を開放
することによって,燃料噴射装置5のノズル本体19に
形成された中空部35と圧縮室8へガス燃料が供給され
る。弁本体30に形成されたガス燃料通路52は,ガス
燃料通路43を通じてガス燃料供給源39からのガス燃
料を圧縮する燃料ポンプ28に連通している。燃料ポン
プ28は,例えば,ガス燃料供給源39からの5bar
程度のガス燃料を20〜30bar程度にまで圧縮する
ことができる回転ベーン式圧縮機を使用でき,ガス燃料
通路43に配置されている。
The gas fuel valve 11 is mounted by arranging the valve body 30 in a mounting hole formed in the cylinder head 3. By opening the gas fuel supply port 17 of the gas fuel passage 52 formed in the valve body 30, the gas fuel valve 11 supplies gas to the hollow portion 35 formed in the nozzle body 19 of the fuel injection device 5 and the compression chamber 8. Fuel is supplied. The gas fuel passage 52 formed in the valve main body 30 communicates with the fuel pump 28 that compresses gas fuel from the gas fuel supply source 39 through the gas fuel passage 43. The fuel pump 28 is, for example, 5 bar from a gas fuel supply 39.
A rotary vane-type compressor capable of compressing about 20 to 30 bar of gas fuel can be used, and is disposed in the gas fuel passage 43.

【0028】この副室式ガスエンジンは,特に,吸気ポ
ート65,18を通じて主室1へ導入される吸気に高負
荷時にガス燃料通路61を通じてガス燃料の一部を噴射
する吸気燃料ノズル33,圧縮室8内のガス燃料を圧縮
するため作動される燃料噴射装置5の圧縮ピストン2
1,圧縮ピストン21を押圧駆動する駆動装置,及び部
分負荷時に燃料噴射装置5から副室2にガス燃料を噴射
し,高負荷時に燃料噴射装置5から副室2に前記ガス燃
料を噴射すると共に吸気燃料ノズル33から吸気にガス
燃料を噴射する制御を行うコントローラ70を有してい
ることに特徴を有している。エンジン負荷は,燃料ポン
プ28の作動に伴うガス燃料供給量等を検出する負荷セ
ンサ71によって検出される。圧縮ピストン21を押圧
駆動する駆動装置は,動弁機構のカム軸68に設けたカ
ム29,カム29によって作動されるピストンロッド2
5,及びピストンロッド25を復帰させるリターンスプ
リング38から構成されている。
This sub-chamber type gas engine has an intake fuel nozzle 33 for injecting a part of gas fuel through a gas fuel passage 61 at a high load on intake air introduced into the main chamber 1 through the intake ports 65 and 18, The compression piston 2 of the fuel injection device 5 which is operated to compress the gas fuel in the chamber 8
1, a driving device that presses and drives the compression piston 21, and injects gas fuel from the fuel injection device 5 to the sub-chamber 2 at a partial load, and injects the gas fuel from the fuel injection device 5 to the sub-chamber 2 at a high load. It is characterized in that it has a controller 70 for controlling the injection of gaseous fuel from the intake fuel nozzle 33 to the intake air. The engine load is detected by a load sensor 71 that detects a gas fuel supply amount and the like accompanying the operation of the fuel pump 28. A driving device for pressing and driving the compression piston 21 includes a cam 29 provided on a cam shaft 68 of a valve mechanism, and a piston rod 2 operated by the cam 29.
5, and a return spring 38 for returning the piston rod 25.

【0029】燃料噴射装置5は,ヘッドライナ10の中
央貫通孔37に設定されたノズル本体19,ノズル本体
19内に形成されたシリンダ4内で往復移動して作動さ
れる圧縮ピストン21,ノズル本体19内の圧縮ピスト
ン21の一方の側に形成されたガス燃料を収容して圧縮
する圧縮室8,及びノズル本体19内の圧縮ピストン2
1の背面側に形成された中空部35を備えている。圧縮
ピストン21には,ガス燃料供給装置から供給されるガ
ス燃料を圧縮室8へ導入するため逆止弁41を備えたガ
ス燃料供給通孔45と噴孔16を開閉する針弁9が摺動
移動する中空穴57とが形成されている。また,燃料噴
射装置5を構成するノズル本体19には,圧縮ピストン
21が摺動移動する圧縮室8を形成する大径筒部と主室
1に突出した先端部42の小径筒部から形成されてい
る。
The fuel injection device 5 includes a nozzle body 19 set in the central through hole 37 of the head liner 10, a compression piston 21 reciprocally operated in a cylinder 4 formed in the nozzle body 19, a nozzle body. A compression chamber 8 formed on one side of a compression piston 21 in a compression chamber 8 for containing and compressing gas fuel, and a compression piston 2 in a nozzle body 19.
1 is provided with a hollow portion 35 formed on the back side. A needle valve 9 for opening and closing a gas fuel supply through hole 45 having a check valve 41 and a nozzle hole 16 for introducing gas fuel supplied from a gas fuel supply device into the compression chamber 8 slides on the compression piston 21. A moving hollow hole 57 is formed. The nozzle body 19 of the fuel injection device 5 is formed of a large-diameter cylindrical portion forming the compression chamber 8 in which the compression piston 21 slides and a small-diameter cylindrical portion of the distal end portion 42 protruding into the main chamber 1. ing.

【0030】針弁9は,圧縮ピストン21の中空部35
内を摺動移動する摺動用端部60,ノズル本体19に形
成された弁シート24に着座して圧縮室8と噴孔16と
を遮断する弁フェース50,圧縮室8内のガス燃料圧を
受けて針弁9をリフトさせる受圧面51,及びノズル本
体19の小径筒部に形成された中空孔62を摺動移動し
て噴孔16を開閉させる遮断用端部34を備えている。
針弁9は,先端部側が縮径部67に形成され,先端部に
大径の遮断用端部34が形成されている。ノズル本体の
先端部42との間に燃料溜まり部49が形成されてい
る。燃料噴射装置5は,針弁9の弁フェース50がノズ
ル本体19の弁シート24に着座した時,副室2と圧縮
室8との連絡が遮断される(図2参照)。圧縮ピストン
21の中空穴57内には,針弁9の上端面を針弁9の閉
鎖方向に押圧するスプリング40が配置されている。燃
料噴射装置5における針弁9は,圧縮室8内のガス燃料
圧が所定以上の値に応答し,ガス燃料圧を針弁9の受圧
面51で受けてスプリング40のばね力に抗してリフト
され,圧縮室8と噴孔16とを連通させる(図3参
照)。また,針弁9の遮断用端部34の端面69は,副
室2内に露出しており,副室2内のガス圧を受ける受圧
面が構成されている。従って,燃料噴射装置5は,副室
2内でガス燃料が着火燃焼して副室2内のガス圧が上昇
した時には,針弁9を最大量にリフトさせ,針弁9の遮
断用端部34が噴孔16を閉鎖して副室2と圧縮室8と
の連絡を遮断するように構成されている(図4参照)。
The needle valve 9 has a hollow portion 35 of the compression piston 21.
The sliding end portion 60 that slides in the inside, the valve face 50 that sits on the valve seat 24 formed in the nozzle body 19 and shuts off the compression chamber 8 and the injection hole 16, and the gas fuel pressure in the compression chamber 8 is reduced. A pressure receiving surface 51 for receiving and lifting the needle valve 9, and a blocking end 34 for slidingly moving a hollow hole 62 formed in a small-diameter cylindrical portion of the nozzle body 19 to open and close the injection hole 16 are provided.
The distal end of the needle valve 9 is formed in a reduced diameter portion 67, and a large-diameter shutoff end 34 is formed at the distal end. A fuel reservoir 49 is formed between the nozzle body and the tip end portion 42. In the fuel injection device 5, when the valve face 50 of the needle valve 9 is seated on the valve seat 24 of the nozzle body 19, the communication between the sub chamber 2 and the compression chamber 8 is cut off (see FIG. 2). A spring 40 that presses the upper end surface of the needle valve 9 in the closing direction of the needle valve 9 is disposed in the hollow hole 57 of the compression piston 21. The needle valve 9 in the fuel injection device 5 responds to the gas fuel pressure in the compression chamber 8 exceeding a predetermined value, receives the gas fuel pressure on the pressure receiving surface 51 of the needle valve 9 and opposes the spring force of the spring 40. It is lifted, and the compression chamber 8 communicates with the injection hole 16 (see FIG. 3). The end surface 69 of the shutoff end 34 of the needle valve 9 is exposed in the sub-chamber 2, and forms a pressure receiving surface that receives gas pressure in the sub-chamber 2. Therefore, the fuel injector 5 lifts the needle valve 9 to the maximum amount when the gas fuel in the sub-chamber 2 rises due to the ignition of the gas fuel in the sub-chamber 2 and the shut-off end of the needle valve 9. 34 is configured to close the injection hole 16 to cut off the communication between the sub chamber 2 and the compression chamber 8 (see FIG. 4).

【0031】この副室式ガスエンジンは,上記のように
構成されているので,次のようにして作動される。この
副室式ガスエンジンは,例えば,吸入行程,圧縮行程,
膨張行程及び排気行程の4サイクルを繰り返すことによ
って駆動される。この副室式ガスエンジンは,コントロ
ーラ70によってエンジン負荷に応じて燃料噴射装置5
及び吸気燃料ノズル33から供給されるガス燃料流量が
制御されることに特徴を有する。この副室式ガスエンジ
ンは,負荷センサ71からのエンジン負荷の検出信号を
受けてコントローラ70が副室2及び吸気に供給するガ
ス燃料流量を,例えば,図5のグラフに示すように,燃
料噴射装置5と吸気燃料ノズル33の作動を制御する。
コントローラ70は,約1/2負荷までの部分負荷に応
じて燃料噴射装置5から副室2内に漸次増加する状態で
ガス燃料を噴射し,また,約1/2負荷以上の高負荷に
応じて燃料噴射装置5から副室2内にガス燃料を噴射す
ると共に吸気燃料ノズル33から吸気中にガス燃料を噴
射する制御を行う。コントローラ70は,高負荷時に
は,全負荷時の全ガス燃料流量の1/2流量を,燃料噴
射装置5から副室2内へ噴射する制御を行うように設定
されている。
Since the sub-chamber gas engine is constructed as described above, it is operated as follows. This sub-chamber gas engine has, for example, a suction stroke, a compression stroke,
It is driven by repeating four cycles of an expansion stroke and an exhaust stroke. This sub-chamber type gas engine is controlled by the controller 70 in accordance with the engine load.
And the flow rate of gas fuel supplied from the intake fuel nozzle 33 is controlled. In the sub-chamber gas engine, the controller 70 receives the detection signal of the engine load from the load sensor 71, and the controller 70 changes the gas fuel flow supplied to the sub-chamber 2 and the intake air, for example, as shown in the graph of FIG. The operation of the device 5 and the intake fuel nozzle 33 is controlled.
The controller 70 injects gaseous fuel from the fuel injection device 5 into the sub-chamber 2 according to the partial load up to about 1/2 load, and in response to a high load of about 1/2 load or more. In addition, control is performed to inject gas fuel from the fuel injection device 5 into the sub-chamber 2 and to inject gas fuel from the intake fuel nozzle 33 during intake. The controller 70 is set so as to perform control of injecting a half flow rate of the total gas fuel flow rate at full load from the fuel injection device 5 into the sub-chamber 2 at high load.

【0032】この副室式ガスエンジンは,ピストン15
がシリンダ14内を下降する吸入行程において,吸気弁
56が開放し,排気弁が排気ポートを閉鎖しているの
で,吸入空気がターボチャージャのコンプレッサ等から
吸気ポート65,18を通じて主室1に供給される。こ
の時,1/2負荷までの部分負荷では,吸気燃料ノズル
33からガス燃料が吸気には供給されず,1/2負荷以
上の高負荷では,吸気燃料ノズル33からガス燃料が吸
気に供給される。また,排気行程が終了した時には,カ
ム29によってスプリング38のばね力に抗してピスト
ンロッド25が押し下げられ,圧縮室8内のガス燃料が
噴孔16を通じて副室2に噴射し終わり,図4に示すよ
うに,針弁9の遮断用端部34が噴孔16を閉鎖してガ
ス燃料通路66と噴孔16とは遮断しているが,圧縮ピ
ストン21がノズル本体19のシリンダ4を下降して中
空部35の体積が拡大している状態である。吸入行程で
は,ガス燃料弁11がカム32によって作動されてガス
燃料弁11の弁体64がリフトしてガス燃料供給口17
を開放すると共に,燃料ポンプ28の作動によってガス
燃料供給源39からガス燃料(天然ガスの5bar)が
圧縮される。燃料ポンプ28で圧縮されたガス燃料(2
0〜30bar)は,ガス燃料通路43を通じてガス燃
料弁11のガス燃料通路52に供給され,開放されたガ
ス燃料供給口17から中空部35に供給される。
This sub-chamber gas engine has a piston 15
In the intake stroke in which the air flows down in the cylinder 14, the intake valve 56 is opened and the exhaust valve closes the exhaust port, so that the intake air is supplied from the compressor of the turbocharger or the like to the main chamber 1 through the intake ports 65 and 18. Is done. At this time, the gas fuel is not supplied to the intake from the intake fuel nozzle 33 at a partial load up to the 負荷 load, and the gas fuel is supplied to the intake from the intake fuel nozzle 33 at a high load of 1 / load or more. You. When the exhaust stroke is completed, the cam 29 pushes down the piston rod 25 against the spring force of the spring 38, and the gas fuel in the compression chamber 8 is completely injected into the sub-chamber 2 through the injection hole 16; As shown in the figure, the shut-off end 34 of the needle valve 9 closes the injection hole 16 to shut off the gas fuel passage 66 from the injection hole 16, but the compression piston 21 moves down the cylinder 4 of the nozzle body 19. Thus, the volume of the hollow portion 35 is expanding. In the suction stroke, the gas fuel valve 11 is operated by the cam 32 and the valve body 64 of the gas fuel valve 11 is lifted to lift the gas fuel supply port 17.
And the fuel pump 28 operates to compress the gas fuel (5 bar of natural gas) from the gas fuel supply source 39. Gas fuel (2) compressed by the fuel pump 28
0 to 30 bar) is supplied to the gas fuel passage 52 of the gas fuel valve 11 through the gas fuel passage 43, and is supplied to the hollow portion 35 from the opened gas fuel supply port 17.

【0033】次いで,カム29が回転してピストンロッ
ド25の押圧を解放すると,リターンスプリング38の
作用によってピストンロッド25と圧縮ピストン21と
が上昇する。この時,中空部35に収容されているガス
燃料は,圧縮ピストン21のガス燃料通孔45を通って
スプリング44のばね力に抗して逆止弁41を押し下
げ,中空部35内のガス燃料が圧縮室8に導入される。
この状態では,図2に示すように,針弁9はスプリング
40によって押し下げられており,針弁9の弁フェース
50はノズル本体19の弁シート24に着座した状態に
なっており,ノズル本体19のガス燃料通路66と噴孔
16とは遮断された状態である。
Next, when the cam 29 rotates to release the pressing of the piston rod 25, the piston rod 25 and the compression piston 21 are raised by the action of the return spring 38. At this time, the gas fuel contained in the hollow portion 35 passes through the gas fuel through hole 45 of the compression piston 21 and pushes down the check valve 41 against the spring force of the spring 44, and the gas fuel in the hollow portion 35 Is introduced into the compression chamber 8.
In this state, as shown in FIG. 2, the needle valve 9 is pushed down by the spring 40, the valve face 50 of the needle valve 9 is seated on the valve seat 24 of the nozzle body 19, and the nozzle body 19 Is in a state where the gas fuel passage 66 and the injection hole 16 are shut off.

【0034】圧縮行程に移行すると,ピストン15がシ
リンダ14内を上昇し,主室1に供給された吸入空気は
圧縮される。ピストン15がシリンダ14を上昇した圧
縮行程上死点近傍で,燃料噴射装置5の先端部42はピ
ストン15の挿入孔7に突入し,燃料噴射装置5の噴孔
16は,副室2内に位置する状態になる。また,圧縮行
程後半において,カム29がピストンロッド25を押し
下げることによって圧縮ピストン21がシリンダ4を下
降する。この時,圧縮室8に供給されているガス燃料
は,逆止弁41によってガス燃料通孔45が閉鎖される
ので,圧縮ピストン21の下降によって圧縮室8の容積
が低減するのに従って圧力が増大し,例えば,20〜3
0barから50〜70barまで圧縮される。
In the compression stroke, the piston 15 moves up in the cylinder 14, and the intake air supplied to the main chamber 1 is compressed. Near the top dead center of the compression stroke in which the piston 15 moves up the cylinder 14, the tip 42 of the fuel injection device 5 enters the insertion hole 7 of the piston 15, and the injection hole 16 of the fuel injection device 5 is inserted into the sub chamber 2. It will be located. In the latter half of the compression stroke, the cam 29 pushes down the piston rod 25, so that the compression piston 21 moves down the cylinder 4. At this time, the pressure of the gas fuel supplied to the compression chamber 8 increases as the volume of the compression chamber 8 decreases due to the lowering of the compression piston 21 because the gas fuel passage 45 is closed by the check valve 41. And, for example, 20-3
It is compressed from 0 bar to 50-70 bar.

【0035】この時,圧縮室8内のガス燃料圧が上昇す
ると,ガス燃料圧が針弁9の受圧面51に作用し,図3
に示すように,針弁9がスプリング40のばね力に抗し
てリフトし,弁フェース50が弁シート24から離れて
ガス燃料通路66が噴孔16と連通して噴孔16が開放
する。噴孔16の開放によって圧縮室8内のガス燃料が
噴孔16から副室2内の圧縮空気中へ噴出され,圧縮室
8のガス燃料は副室2へ噴き出されて殆ど残存しない状
態になると共に,副室2内の圧縮空気中に噴出されたガ
ス燃料が空気と混合を促進して副室2で着火燃焼する。
この時,副室2内の圧力が上昇し,副室2内のガス圧が
針弁9の先端部34の端面69に作用し,図4に示すよ
うに,針弁9の先端部34が噴孔16を閉鎖するので,
副室2内の火炎,未燃混合気等のガスが副室2から噴孔
16,燃料溜まり部49,ガス燃料通路66を通って圧
縮室8へ逆流することが防止され,副室2内の火炎,未
燃混合気等のガスは連絡孔6を通って主室1に噴き出さ
れ,主室1に存在する新気と混合を促進して拡散燃焼し
燃焼速度を促進し,NOX ,HCの発生を抑制した状態
で燃焼が完結し,ピストン15に仕事をする。
At this time, when the gas fuel pressure in the compression chamber 8 rises, the gas fuel pressure acts on the pressure receiving surface 51 of the needle valve 9, and FIG.
As shown in FIG. 7, the needle valve 9 is lifted against the spring force of the spring 40, the valve face 50 is separated from the valve seat 24, the gas fuel passage 66 communicates with the injection hole 16, and the injection hole 16 is opened. When the injection hole 16 is opened, the gas fuel in the compression chamber 8 is jetted from the injection hole 16 into the compressed air in the sub-chamber 2, and the gas fuel in the compression chamber 8 is jetted into the sub-chamber 2 and hardly remains. At the same time, the gas fuel injected into the compressed air in the sub-chamber 2 promotes mixing with the air and ignites and burns in the sub-chamber 2.
At this time, the pressure in the sub-chamber 2 rises, and the gas pressure in the sub-chamber 2 acts on the end face 69 of the distal end portion 34 of the needle valve 9, and as shown in FIG. Since the injection hole 16 is closed,
Gases such as flames and unburned mixture in the sub-chamber 2 are prevented from flowing back from the sub-chamber 2 to the compression chamber 8 through the injection hole 16, the fuel reservoir 49, and the gas fuel passage 66. flame, gas such as unburned mixture gas is blown into the main chamber 1 through the communication hole 6, the diffusion combustion and to promote combustion rate and promote mixing with the fresh air existing in the main combustion chamber 1, NO X The combustion is completed in a state in which the generation of HC is suppressed, and the piston 15 works.

【0036】膨張行程に移行すると,ピストン15が下
降し,ピストン15が下降すると共に副室2内のガスが
主室1に噴出すると,副室2内のガス圧が低下し,針弁
9はスプリング40によって下降し,針弁9の弁フェー
ス50が弁シート24に着座し,圧縮室8と噴孔16と
の連通状態が遮断され,噴孔16が閉鎖される。次い
で,ピストン15が下死点に到達し,排気行程に移行す
る。排気弁が排気ポートを開放し,排気ガスが排気ポー
トを通じて排気管から排気され,排気ガスが有する排気
熱エネルギは,例えば,排気管に組み込まれたターボチ
ャージャやエネルギ回収タービン,熱交換器等で回収さ
れる。
In the expansion stroke, the piston 15 descends, and when the piston 15 descends and the gas in the sub-chamber 2 blows out to the main chamber 1, the gas pressure in the sub-chamber 2 decreases and the needle valve 9 The valve face 50 of the needle valve 9 is seated on the valve seat 24 by the spring 40, the communication between the compression chamber 8 and the injection hole 16 is cut off, and the injection hole 16 is closed. Next, the piston 15 reaches the bottom dead center and shifts to the exhaust stroke. An exhaust valve opens an exhaust port, exhaust gas is exhausted from an exhaust pipe through the exhaust port, and exhaust heat energy of the exhaust gas is, for example, a turbocharger, an energy recovery turbine, a heat exchanger, or the like incorporated in the exhaust pipe. Collected.

【0037】[0037]

【発明の効果】この発明による副室式ガスエンジンは,
上記のように構成されているので,燃料ポンプによって
ある程度昇圧されたガス燃料を燃料噴射装置の圧縮室に
導入し,ガス燃料をカム機構で作動する圧縮ピストンに
よって所望の高圧,例えば,50〜70bar,場合に
よっては,100bar〜150barまでにも容易に
昇圧でき,その高圧のガス燃料を燃料噴射装置の噴孔か
ら副室内の圧縮空気中に噴射することができる。また,
高負荷時には,吸気にガス燃料の一部を供給するので,
燃料噴射装置に設けた圧縮室の体積を余り大きく設計す
る必要がなく,燃料噴射装置をコンパクトに構成できる
と共に,常に負荷に応じた適正なガス燃料流量を供給で
き,副室での一次燃焼は勿論のこと,二次燃焼を促進し
て燃焼期間を短縮し,燃焼を完結でき,NOX ,HC等
の発生を低減し,熱効率を向上させることができる。
The sub-chamber gas engine according to the present invention has the following features.
With the above configuration, the gas fuel, which has been pressurized to some extent by the fuel pump, is introduced into the compression chamber of the fuel injection device, and the gas fuel is compressed to a desired high pressure, for example, 50 to 70 bar, by the compression piston operated by the cam mechanism. In some cases, the pressure can be easily increased to 100 bar to 150 bar, and the high-pressure gas fuel can be injected into the compressed air in the sub chamber from the injection hole of the fuel injection device. Also,
At high load, a part of gas fuel is supplied to the intake,
There is no need to design the volume of the compression chamber provided in the fuel injection device so large, the fuel injection device can be made compact, the appropriate gas fuel flow rate can always be supplied according to the load, and the primary combustion in the sub-chamber of course, to promote secondary combustion and reduce the combustion period, can complete the combustion, NO X, and reduce the occurrence of HC and the like, thereby improving the thermal efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明による副室式ガスエンジンの一実施例
を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a sub-chamber gas engine according to the present invention.

【図2】図1の副室式ガスエンジンにおける燃料噴射装
置を示す拡大断面図である。
FIG. 2 is an enlarged sectional view showing a fuel injection device in the sub-chamber gas engine of FIG.

【図3】図2の燃料噴射装置の開放時の作動状態を示す
拡大断面図である。
FIG. 3 is an enlarged sectional view showing an operating state of the fuel injection device of FIG. 2 when it is opened.

【図4】図2の燃料噴射装置の閉鎖時の作動状態を示す
拡大断面図である。
FIG. 4 is an enlarged sectional view showing an operation state of the fuel injection device of FIG. 2 when the fuel injection device is closed.

【図5】燃料噴射装置と吸気燃料ノズルとの負荷に対応
する供給流量の関係を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a relationship between supply flow rates corresponding to loads on a fuel injection device and an intake fuel nozzle.

【符号の説明】 1 主室 2 副室 3 シリンダヘッド 5 燃料噴射装置 6 連絡孔 7 挿入孔 8 圧縮室 9 針弁 10 ヘッドライナ(燃焼室部材) 11 燃料弁 14 シリンダ 15 ピストン 16 噴孔 17 ガス燃料供給口 18 吸気ポート 19 ノズル本体 21 圧縮ピストン 24 弁シート 25 ピストンロッド 28 燃料ポンプ 29 カム 33 吸気燃料ノズル 34 遮断用端部 35 中空部 38 リターンスプリング 39 ガス燃料供給源 40,44 スプリング 41 逆止弁 42 先端部 43,52 ガス燃料通路 45 ガス燃料通孔 48 バルブスプリング 50 弁フェース 51 受圧面 56 吸気弁 57 中空穴 60 摺動用端部 62 中空孔 65 吸気ポート 68 カム軸 70 コントローラ 71 負荷センサ[Description of Signs] 1 Main chamber 2 Sub chamber 3 Cylinder head 5 Fuel injection device 6 Communication hole 7 Insertion hole 8 Compression chamber 9 Needle valve 10 Head liner (combustion chamber member) 11 Fuel valve 14 Cylinder 15 Piston 16 Injection hole 17 Gas Fuel supply port 18 Intake port 19 Nozzle body 21 Compression piston 24 Valve seat 25 Piston rod 28 Fuel pump 29 Cam 33 Intake fuel nozzle 34 Blocking end 35 Hollow part 38 Return spring 39 Gas fuel supply source 40, 44 Spring 41 Non-return Valve 42 Tip 43,52 Gas fuel passage 45 Gas fuel passage 48 Valve spring 50 Valve face 51 Pressure receiving surface 56 Intake valve 57 Hollow hole 60 Sliding end 62 Hollow hole 65 Intake port 68 Camshaft 70 Controller 71 Load sensor

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリンダヘッドに配置され且つ吸気弁が
配置された吸気ポートが形成された主室を構成する燃焼
室部材,前記主室に連通する副室及び該副室と前記主室
とを連通する連絡孔が形成されたシリンダ内を往復移動
するピストン,前記副室内にガス燃料を噴射するため噴
孔と該噴孔を開閉する針弁とを備えた燃料噴射装置,前
記主室へ導入される吸気中に前記ガス燃料を噴射する吸
気燃料ノズル,前記燃料噴射装置に前記ガス燃料を供給
するガス燃料供給装置,及び部分負荷時には前記燃料噴
射装置から前記副室内に前記ガス燃料を噴射し,高負荷
時には前記燃料噴射装置から前記副室内に前記ガス燃料
を噴射すると共に前記吸気燃料ノズルから前記吸気中に
前記ガス燃料を噴射する制御を行うコントローラ,から
成る副室式ガスエンジン。
A combustion chamber member that is disposed in a cylinder head and has an intake port in which an intake valve is disposed, the combustion chamber member constituting a main chamber, a sub-chamber communicating with the main chamber, and a sub-chamber and the main chamber. A fuel injection device having a piston reciprocating in a cylinder having a communicating hole formed therein, an injection hole for injecting gas fuel into the sub-chamber, and a needle valve for opening and closing the injection hole, introduced into the main chamber; An intake fuel nozzle for injecting the gas fuel during the intake air to be supplied, a gas fuel supply device for supplying the gas fuel to the fuel injection device, and injecting the gas fuel from the fuel injection device into the sub-chamber at a partial load. A controller for injecting the gas fuel from the fuel injection device into the sub-chamber at the time of a high load and controlling the injection of the gas fuel into the intake air from the intake fuel nozzle. gin.
【請求項2】 前記燃料噴射装置は,前記噴孔を形成す
ると共に前記ガス燃料を収容する圧縮室を中空部内に形
成するノズル本体,前記圧縮室内の前記ガス燃料を圧縮
するため駆動装置によって作動される圧縮ピストン,及
び前記圧縮室に前記ガス燃料を供給するため前記圧縮ピ
ストンを復帰させるリターンスプリングを有し,前記針
弁が前記ノズル本体内で往復移動して前記噴孔を開閉す
ることから成る請求項1に記載の副室式ガスエンジン。
2. The fuel injection device is operated by a nozzle body forming the injection hole and forming a compression chamber for accommodating the gas fuel in a hollow portion, and a driving device for compressing the gas fuel in the compression chamber. And a return spring for returning the compression piston to supply the gaseous fuel to the compression chamber. The needle valve reciprocates in the nozzle body to open and close the injection hole. The sub-chamber gas engine according to claim 1, wherein
【請求項3】 前記ノズル本体の先端部は,前記燃焼室
部材から前記主室へ突出しており,ピストン上死点近傍
で前記ピストンに形成された挿入孔を通って前記副室内
に侵入し,前記先端部に形成された前記噴孔を前記副室
に開口させることから成る請求項2に記載の副室式ガス
エンジン。
3. A tip end portion of the nozzle body protrudes from the combustion chamber member to the main chamber, enters the sub chamber through an insertion hole formed in the piston near a top dead center of the piston, 3. The sub-chamber gas engine according to claim 2, wherein the injection hole formed at the tip end is opened to the sub-chamber.
【請求項4】 前記圧縮ピストンには,前記ガス燃料供
給装置から供給される前記ガス燃料を前記圧縮室へ導入
するため逆止弁が配置されたガス燃料供給通孔と,前記
噴孔を開閉する前記針弁が摺動移動する中空穴とが形成
されていることから成る請求項2に記載の副室式ガスエ
ンジン。
4. A gas fuel supply through hole provided with a check valve for introducing the gas fuel supplied from the gas fuel supply device into the compression chamber, and the injection hole is opened and closed in the compression piston. 3. The sub-chamber gas engine according to claim 2, further comprising a hollow hole through which the needle valve slides.
【請求項5】 前記ノズル本体は,前記圧縮ピストンが
摺動移動する前記圧縮室を形成する大径筒部と前記針弁
が摺動移動する小径筒部から形成されていることから成
る請求項2に記載の副室式ガスエンジン。
5. The nozzle body is formed of a large-diameter cylindrical portion forming the compression chamber in which the compression piston slides and a small-diameter cylindrical portion in which the needle valve slides. 3. The sub-chamber gas engine according to 2.
【請求項6】 前記針弁は,前記圧縮ピストンの中空穴
内を摺動移動する摺動用端部,前記ノズル本体に形成さ
れた弁シートに着座して前記圧縮室と前記噴孔とを遮断
する弁フェース,前記圧縮室内のガス燃料圧を受ける受
圧面,及び前記ノズル本体の前記小径筒部に形成された
中空孔を摺動移動して前記噴孔を開閉させる遮断用端部
を備えていることから成る請求項5に記載の副室式ガス
エンジン。
6. The needle valve is seated on a sliding end slidably moving in a hollow hole of the compression piston and a valve seat formed in the nozzle body to shut off the compression chamber from the injection hole. A valve face, a pressure receiving surface for receiving gas fuel pressure in the compression chamber, and a shutoff end for slidingly moving a hollow hole formed in the small-diameter cylindrical portion of the nozzle body to open and close the injection hole. The sub-chamber gas engine according to claim 5, comprising:
【請求項7】 前記針弁は,前記圧縮室内の所定以上の
ガス燃料圧を前記針弁の前記受圧面で受けて,前記圧縮
ピストンの前記中空穴に配置されたスプリングのばね力
に抗してリフトされ,前記圧縮室と前記噴孔とを連通さ
せることから成る請求項6に記載の副室式ガスエンジ
ン。
7. The needle valve receives a gas fuel pressure greater than a predetermined value in the compression chamber on the pressure receiving surface of the needle valve, and resists a spring force of a spring disposed in the hollow hole of the compression piston. 7. The sub-chamber type gas engine according to claim 6, further comprising a lifter for communicating the compression chamber with the injection hole.
【請求項8】 前記針弁の前記遮断用端部の端面は前記
副室に露出して前記副室内のガス圧を受ける受圧面を構
成しており,前記副室内の所定以上のガス圧に応じて前
記針弁はリフトして前記遮断用端部が前記噴孔を閉鎖す
ることから成る請求項6に記載の副室式ガスエンジン。
8. An end face of the shutoff end of the needle valve constitutes a pressure receiving surface which is exposed to the sub-chamber and receives gas pressure in the sub-chamber. 7. The sub-chamber gas engine according to claim 6, wherein the needle valve is correspondingly lifted and the shutoff end closes the injection hole.
【請求項9】 前記圧縮ピストンを駆動する前記駆動装
置は,動弁機構のカム軸に設けたカム,前記カムによっ
て作動される前記圧縮ピストンに設けられたピストンロ
ッド,及び前記ピストンロッドを復帰させるリターンス
プリングから構成されていることから成る請求項2に記
載の副室式ガスエンジン。
9. The driving device for driving the compression piston returns a cam provided on a cam shaft of a valve operating mechanism, a piston rod provided on the compression piston operated by the cam, and the piston rod. 3. The sub-chamber gas engine according to claim 2, comprising a return spring.
【請求項10】 前記ガス燃料供給装置は,ガス燃料供
給源からのガス燃料を圧縮する燃料ポンプ,及び前記燃
料ポンプからのガス燃料を前記圧縮室へ供給するためガ
ス燃料通路を開閉するガス燃料弁から構成されているこ
とから成る請求項2に記載の副室式ガスエンジン。
10. A gas fuel supply device comprising: a fuel pump for compressing gas fuel from a gas fuel supply source; and a gas fuel passage for opening and closing a gas fuel passage for supplying gas fuel from the fuel pump to the compression chamber. 3. The sub-chamber gas engine according to claim 2, comprising a valve.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007113461A (en) * 2005-10-19 2007-05-10 Fuji Seratekku Kk Gas engine improving ignitability of fuel
KR20150020663A (en) * 2012-10-19 2015-02-26 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 Fuel gas injection valve, dual-fuel gas engine, and fuel gas injection method
CN107420224A (en) * 2017-06-28 2017-12-01 哈尔滨工程大学 A kind of integrated form with piezo actuator intersects annular groove gaseous fuel jet mixing device

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