JP2000503745A - 液体ガスエンジン - Google Patents

液体ガスエンジン

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、液体ガス/空気混合気が導入され点火される少なくとも1の燃焼室を備えた液体ガスエンジンに関する。液体ガスエンジンは、噴射ノズルを介して液体ガスを噴射する噴射装置を有している。本発明においては、この噴射ノズルは、燃焼室内へ開口しており、液体ガスが直接燃焼室内へ噴射されるようになっている。この液体ガスの直接噴射は、燃焼室内での液体ガスの気化が冷却効果を増大するため、理想的な燃焼状態を達成する。この冷却効果は、特に高負荷時に有用である。本発明に係る液体ガスエンジンは、好ましくは、エネルギー蓄積原理に基づいて作動する往復ピストンポンプとして構成された噴射装置を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 液体ガスエンジン 技術分野 本発明は、液体ガスエンジンに関する。 背景技術 液体ガスエンジンとは、液体ガスが供給されるスパークイグニッションタイプ のオットーエンジンをいう。 この液体ガスは、LPG(液化石油ガス)とも呼ばれている混合ガスであり、 その主成分は、プロパンとブタンである。これは、精製工程での原油の抽出中に 得られるものであり、圧力下で液化することができるものである。この液体ガス は、高オクタン価(RON>100)により区別されている。 液体ガスエンジンは、混合気の調合が相違する点で、ガソリンエンジンと異な る。この相違点は、著しく気化しやすい液体ガスの性質に伴うものである。圧力 下で液体となっている液体ガスは、送出管と連通しているエンジンへ供給される 。気化器において加熱することにより、液体ガスは、気化状態に気化される。こ の気化器は、熱交換器で あり、液体ガスを加熱し気化するために、加熱された冷却水が供給される。この 気化器は、圧力調整装置と連結されており、その時点では気化している液体ガス を特定の圧力範囲内に維持する。そして、液体ガスは、ガス/空気混合器へ供給 され、液体ガスが空気と混合する。このようなガス/空気混合器は、公知であり 、例えば、ドイツ国特許公報第3332923号(DE3332923C2)に 開示されている。この混合器は、環状部材から成り、環状部材を通過する中央気 流へ外側から液体ガスを供給し、それらが一緒に渦巻く(swirls)ようになってい る。 DAF社は、LT160LPGを指定燃料とするバス用の液体ガスエンジンを 提示している。この液体ガスエンジンは、液体ガスエンジンとされたディーゼル エンジンに相当する。公知の液体ガスエンジンと比べ、DAF社の提示するこの エンジンは、液体ガスを吸気管内へ噴射する液体ガス噴射システムを備えている 。この噴射システムは、現在のオットーエンジン(乗用車)に用いられている噴 射システムそのものである。液体ガスが吸気管に噴射されると、液体ガスが気化 するため、混合気の温度が低下して高効率が達成される。この気化冷却は、始動 時や多湿時に吸気バルブの凍結を招くことがあるため、外気温が低温である場 合、エンジンを確実に動作させることができなくなる。これは、既存の通常の液 体ガスエンジンで公知になっている同時加熱を伴う混合気の調合により解決され ている。しかし、可燃性混合気の加熱は、少なからぬリスクを伴う。 本発明の目的は、簡易な構造と、高出力時の動作の信頼性とを有する液体ガス エンジンを提供することである。 発明の開示 本発明の目的は、請求の範囲第1項に記載された特徴を有する液体ガスエンジ ンの手段により達成される。好適な実施例は、従属クレームに明記されている。 本発明に係る液体ガスエンジンは、燃焼室内に液体ガスを直接噴射する高圧噴 射装置を備えたオットー(Otto)エンジンである。液体ガスは、液体の集合状態で エンジンの燃焼室まで運ばれるため、完全かつ安全に取り扱うことができる。 この噴射装置の方法により、液体ガスは、燃焼室に直接噴射され、霧状にされ 気化される。従って、液体集合状態からガス集合状態への変化は、燃焼室内での み生じる。このことは、相当の利点をもたらす。噴射動作に必要な量だけが噴射 されると共に、燃焼室内での液体ガス/空気混合気の 同時圧縮が、液体ガスの気化による冷却を相殺するからである。従って、冷間始 動時さえも、噴射装置の凍結が防止され、動作の信頼性が確保される。 さらに、本発明に係る液体ガスエンジンにおいて、高圧で噴射された液体ガス の極めて微細な霧状体は、燃焼室内での優れた拡散を達成し、また、液体ガスの 急激な気化は、燃焼室内の空気と燃料の完全な混合を達成する。従って、点火後 、燃焼混合気は、理想的な状態で燃焼する。高いカロリー正味値(46.1MJ /KG)や高い耐ノッキング性能等の液体ガスの有利な特性が、全て利用される ため、公知の液体ガスエンジンと対比した場合、そのパワーロスは、共通点のあ るガソリンエンジンと比べ、考慮するに足らない程度になる。 下記の各図面を参照しつつ、本発明を、実施例によって、より詳細に説明する 。 図面の簡単な説明 第1図は、噴射装置を備えた単気筒液体ガスエンジンの説明図である。 第2図は、第1図に示す噴射装置の縦断面図である。 第3図は、第2図に示す噴射装置のアーマチュアの断面図である。 第4図は、第2図に示す噴射装置のバルブ本体の断面図である。 第5図は、スライダークランクエンジンの部分断面図である。 発明を実施するための最良の形態 本発明に係る液体ガスエンジンは、噴射ノズル2を介して液体ガスエンジンの 燃焼室4内へ液体ガスを直接噴射する噴射装置1を備えている。この燃焼室は、 公知のように、シリンダー5、シリンダーヘッド11及びピストン12によって 区画されている。噴射ノズル2と点火プラグ10は、シリンダーヘッド11に配 設されている。噴射ノズル2は、管72を介して噴射装置1に接続されている。 この噴射装置は、液体ガス供給ライン113と液体ガス戻りライン管92を介し て圧力タンク111(第1図に簡略化した線図により示されている)に接続され ている。 液体ガス供給ライン113内では、液体ガスが供給ライン113内で気化する ことができないように、例えば、8乃至12バールの気化圧力以上の圧力が維持 されている。液体ガス戻りライン92を介して、噴射装置1により発射されなか った液体ガスは、圧力タンク111に戻される。噴射装置1は、40バール(好 ましくは60バール) の短周期圧力パルスで液体ガスを噴射ノズル2へ送出し、断続的に噴射された液 体ガスは、極めて微細な小滴からなる霧状に変化し、燃焼室4の全域に拡散され る。この小滴は、吸気ポート8から燃焼室4内へ導入された空気中で急激に気化 する。この結果、点火プラグ10により着火可能である理想的に混合された燃料 /空気混合気が形成される。この点火タイミングは、複数のパラメータ、例えば 、外気温、クランクシャフト位置及び噴射される液体ガスの量等に従って作動す る電子制御装置6により制御されている。液体ガスは高いカロリー値を有するた め、共通点を有するガソリンエンジンと比べ、その点火タイミングを遅らせた方 が好ましい。燃焼された排気ガスは、排気ガスポート3を経由して燃焼室4から 排出される。 本発明の液体ガスの直接噴射により、液体ガスの気化によって生じる冷却効果 が、燃焼室4内にもたらされる。比較的低負荷時には、噴射される液体ガス量は 少なく、冷却効果がそれに対応して小さくなり、また、その冷却効果は、ピスト ン12の圧縮行程のストロークにより生じる圧力により相殺される。高負荷時に は、実質的により多量の液体量が燃焼室4内に噴射される。冷却効果は、相対的 に増大し、従って、高負荷時の著しい効率の増大が、内部冷却により達成される 。 噴射装置1は、好ましくは、電磁的に動作される往復動ピストンポンプ1とし て構成され、このピストンポンプ1は、エネルギー蓄積原理に基づき動作する。 従って、液体ガスは、短周期の圧力パルスで燃焼室4内に噴射される。往復動ピ ストンポンプ1は、公知であり、例えば、ドイツ国公開公報DE−410604 15A号やDE4206817A号に開示されている。 往復ピストンポンプ1の典型的な実施例を第2図乃至第4図に示す。 この往復プランジャポンプ1は、本質的に細長い形状の円筒状のポンプケーシ ング5を有している。このポンプケーシングは、アーマチュア用の開孔(内孔) 16、バルブ用開孔(内孔)17及び圧力室用開孔(内孔)18を備えており、 これらの孔は、ポンプケーシング15の中でそれぞれの後方に設けられており、 ポンプケーシング全体を通って伸びる通路を形成している。すなわち、アーマチ ュア用内孔16は、バルブ用開孔17の噴射方向下流側に設けられており、圧力 室用開孔18はバルブ用開孔17の噴射方向上流側に設けられている。これらの 開孔16、17、18は、ポンプケーシング15の長手軸19に対して同軸上に 設けられている。アーマチュア用内孔16及び圧力室用開孔18は、それぞれバ ルブ用開孔1 7よりも大きな内径を有している。そのため、アーマチュア用開孔16とバルブ 用開孔17とは、第1のリング状段部21を介して相互に分離されている。また 、バルブ用開孔17と圧力室用開孔18とは、第2のリング状段部22によって 相互に分離されている。 アーマチュア用開孔16は、径方向においてアーマチュア用空間23を区画し ている。このアーマチュア用空間23には、ほぼ円筒状のアーマチュア24が配 設されており、長手軸方向において前後に移動可能となっている。このアーマチ ュア空間は、第1のリング状段部21によって軸方向前方側が区画されており、 また円筒状の閉止プラグ26の前方端面25によって後方側が区画されている。 この閉止プラグ26は、噴射方向後方において開口しているアーマチュア用開孔 16の端部にねじ込まれている。 アーマチュア24は、実質的に円筒状の部材から形成されており、噴射方向の 前方と後方に位置する端面29、28と外周面30を有している。このアーマチ ュア24の後方端面28からほぼアーマチュア24の長手方向の中心部にかけて 、アーマチュア24の外側が後方から前方に向かって円錐状面31を有するよう に、外周面30の構成材料が除去されている。アーマチュア24は、そ の外周面30とアーマチュア用開孔16の内周面との間に遊びを介して挿入され ており、アーマチュア24がアーマチュア用開孔16内で前後に移動したときに 、アーマチュア24が傾いて動く間だけアーマチュア用開孔16の内周面に接触 し、その結果、アーマチュア24とアーマチュア用開孔16の間の摩擦は低く維 持される。アーマチュア24に円錐面31を形成したことから、接触面とそれに よる摩擦領域はさらに減少し、その結果、アーマチュア24とアーマチュア用開 孔16の内面との間の摩擦とそれによる発熱はさらに減少する。アーマチュア2 4には、その外周面30の領域に、少なくとも1つの、好ましくは2以上の長手 軸方向に伸びる溝32が形成されている。このアーマチュア24は、図3に示す ような断面形状を有しており、横方向に配設された2つの半円状部材24aと、 これらの半円状部材24aの間の領域における2つの幅広の平坦な溝32とを有 している。連続した開孔33がアーマチュア24の長手軸方向に同心状に設けら れている。 中央流路空間36をなす供給ピストン管35がアーマチュア24の開孔33に 挿入されている。供給ピストン管35が貫通し係合するプラスチックリング37 がアーマチュア24の前方端面29に接触している。このプラスチックリング3 7に は、対応するベアリングリング39まで伸びるアーマチュアスプリング38が前 方に向けて支持されている。このベアリングリング39は、アーマチュア用開孔 16の第1のリング状段部21に支持されている。 供給ピストン管35は、摩擦力によりロックされる方法でアーマチュア24に 連結されている。供給ピストン管35とアーマチュア24を含むこのユニットは 、以下「供給ピストン部材44」として説明される。この供給ピストン部材44 は、単一の部品から形成してもよく、また単一部材に設計してもよい。 バルブ用開孔17には、ガイド管40が確実に固定されている。このガイド管 40は、螺旋スプリング38の内側領域においてアーマチュア用空間23の中に 後方に向かって伸びている。このガイド管40の噴出方向前方端部には、外側に 突出したリング状ウェブ41が設けられている。このウェブ41は、第2のリン グ状段部22に後方に向かって支持されている。このリング状ウェブ41は、完 全ではないが圧力室用開孔18の内面まで径方向に延出しており、それにより狭 い円筒状のギャップ42がリング状ウェブ41と圧力室用開孔18との間に形成 されている。ガイド管40は、このリング状ウェブ41によって後方へ向か って軸方向に移動しないように固定されている。 アーマチュア24に摩擦力によりロックする方法で連結されている供給ピスト ン管35の前方は、ガイド管40の中に向かって伸びており、またその後方は閉 止プラグ26の軸方向めくら孔43の中に伸びている。そのため、この供給ピス トン管35は、その前方端部45及び後方端部46の両方の位置で、噴出方向に 案内されている。この細長い供給ピストン管35がその端部45及び46の両端 部において案内される構成は、供給ピストン44を傾くことなく案内することが でき、その結果、アーマチュア24とアーマチュア用開孔16の内面との間の好 ましくない摩擦を確実に回避できる。 弁体50は、本質的に円筒状でかつ細長いピン形状の剛体から成り、前方端面 51及び後方端面52と外周面53とを有している。この弁体50は、ガイド管 40の前方領域内において軸方向に変位可能に取り付けられている。弁体50の 外径は、ガイド管40の通路のクリアランス幅に対応している。この弁体50の 前方側のほぼ端部付近において、リング状ウェブ54が該弁体50の外面53に 設けられている。ガイド管40のリング状ウェブ41は、弁体50の休止位置に おいて弁体50のリング状ウェブ54に対して当接してお り、後者がそれ以上後方に移動できないようになっている。図4に示すように、 この弁体50の外周面には、長手軸方向に伸びる3本の溝55が設けられている 。そして、リング状ウェブ54はこれらの溝55の領域を遮断している。 この弁体50の後方端面52の縁部領域は円錐形状に形成されており、供給ピ ストン管35の前方端部45の端面と協働するようになっている。この供給ピス トン管35の前方端部45の空間的な形状は、弁体50の後方端面52と対応す るように供給ピストン管35の内縁が面取りされたものであり、また、供給ピス トン管35の内壁部は、内側方向に幾分切り欠かれている。この供給ピストン管 35は、それ故、その前方端部45によって弁体50に対する弁座57を形成す ることになる。この弁体50の後方端面52が弁座57に着座すると、弁体50 の外周領域に設けられた溝55を通る経路が遮断される。 この弁体50のガイド管40の外へ向かって圧力室用開孔18に突出した領域 は、圧力室部材60によって取り囲まれている。この圧力室部材60は、円筒状 壁部61と前方端壁部62とを備えており、穴又は開孔63が前記前方端壁部6 2の中央に形成されている。この圧力室部材60の円筒状壁部61は、確実にロ ックする態様で圧力室 用開孔18に圧入されている。この場合、この圧力室部材60は、その円筒状壁 部61の自由端にある端面64がガイド管40の外側に突出するリング状ウェブ 41に対して当接するように配設されている。また、前記圧力室部材60には、 圧力室66と燃料供給開口76との間の連通を提供する複数の径方向の開口65 が形成されている。 この圧力室部材60は、その内部に圧力室66を区画形成している。この圧力 室66に弁体50が入り込み、圧力室66内の燃料を圧縮する。この圧力室66 は、その噴出方向後方領域を有しており、この領域は圧力室部材60の長さの約 半分以上にわたって伸びており、前方領域より大きなクリアランス幅が形成され ている。この後方領域における大きなクリアランス幅は、弁体50のリング状ウ ェブ54が小さな遊びを介して圧力室66に入り込むことができる程度の寸法と なっている。ここで、前方領域のクリアランス幅は、リング状ウェブ54から前 方に向かって伸びる弁体50の領域と該領域を取り囲む螺旋スプリング67に対 してだけ十分なスペースがある程度の寸法となっている。その結果、圧力室66 は、噴射過程の間に行われる弁体50の急激な運動の間に要求される空間よりも ほんの僅かだけ大きくなるように設計されている。 前記螺旋スプリング67の一端は、圧力室部材60の前方端壁部62の内側に 着座しており、また該スプリングの他端は、弁体50に、特にそのリング状ウェ ブ54に対して押し付けられており、その結果、このスプリングは弁体50及び 圧力室部材60を別々に押圧している。 圧力室部材60は、連結部材70によって、噴射方向前方に向かって軸方向に 固定されている。この連結部材70は、前方側が開放した圧力室用開孔18の端 部にねじ込まれている。連結部材70は、弁体50が螺旋スプリング67によっ て後方に向かって常時付勢されるように、軸方向前方においての圧力室部材60 の位置を規定している。この連結部材70の外側は、燃料送出ライン72を接続 するための開口71を有するように構成されている(図1参照)。この連結部材 70は、長手軸方向に連続した開孔73を有しており、該開孔73内には静圧バ ルブ74が収容されている。この静圧バルブ74は、好ましくは、前記圧力室部 材60と隣接して設けられる。 この圧力室部材60は、その外周にリング状溝68を備えており、該溝68に はプラスチック製のシールリング69が取り付けられている。このシールリング 69は、圧力室部材60を圧力室用開孔18の内面に対してシールするものであ る。 液体ガスの供給のために、圧力室用開孔18の領域においてポンプケーシング 15に液体ガス供給開口76が設けられている。この液体ガス供給開口76は、 圧力室部材60における開口65に連通することができるようになっている。ポ ンプケーシング15の外側において、前記液体ガス供給開口76は、液体ガス供 給バルブ78用のソケット77によって取り囲まれている。この液体ガス供給バ ルブ78は、ソケット77の中にねじ込まれている。この燃料供給バルブ78は 、バルブケーシング79を備えた逆止弁として設計されている。このバルブケー シング79は、2個の軸方向に並んだ開孔80、81を有している。ポンプケー シング側の開孔80は、開孔81より大きな内径を有しており、そのためこれら の2個の開孔の間には、球体83用の弁座82をなすリング状の段部が形成され ている。この球体83は、スプリング84によって弁座82に付勢されている。 このスプリング84は、開孔80内で液体ガス供給開口76の周囲の領域におい てポンプケーシング15に支持されている。そのため、外部から加圧状態で送ら れてきた液体ガスが弁座82から球体83を引き離し、液体ガスが開孔80及び 液体ガス供給開口76を介して圧力室用開孔18に送り込まれる。 圧力室66から、弁体50の溝55と、供給ピストン管35と弁体50の後方 端面52との間の距離と、供給ピストン管35の流路空間36とを介して、閉止 プラグ26のめくら穴43まで通路が伸びている。このめくら穴(めくら開口) 43は、長手軸方向に設けられており、アーマチュア用空間23の中に開口して いる。このめくら穴43は、閉止プラグ26の全長の約2/3から3/4にわた って伸びている。このめくら穴43の後方領域からは、1又は好ましくは2以上 の長い開孔が閉止プラグ26の前方端面25の外周領域89まで伸びており、ア ーマチュア用空間23とめくら穴43との間で連通がなされている。 前記第1のリング状段部21の外周領域には、液体ガス排出用開口として外側 に伸びる開孔90が設けられている。この開孔90は、液体ガス戻りライン92 への接続のための連結部材91を介して外部に伸びている(図1参照)。 この円筒状の閉止プラグ26は、その外面に、円周方向外側に突出するリング 状ウェブ93を有している。このリング状ウェブ93は、ロックリング94を軸 方向に固定するための機能をも有している。このロックリング94は、ポンプケ ーシング15あるいはロックリング94に直接隣接して設けられているコイルケ ース用円筒状部材95 の外側の周りに係合している。このロックリング94は、その断面において2個 のリブ96、97を有しており、これらのリブはお互いに直角をなすように配置 されている。一方のリブ96は、ポンプケーシング15の外側に対して押し付け られ、他方のリブ97は、外側に突出しコイルケース用円筒状部材95に対して 押し付けられている。コイルケース用円筒状部材95は、円筒状壁部98と、該 円筒状壁部98に対して横方向に連結され内向きに突出した円筒状ベース99と から構成され、開口を有している。それにより、このコイルケーシング用円筒状 部材95は、円筒状ベース99が後方に向けられた状態で、円筒状壁部98がケ ーシング壁100に当たるまで、後方からポンプケーシング15の周囲に嵌合さ せられる。このケーシング壁100は、ポンプケーシング15から直角方向外側 に突出しており、コイル102を保持するためのほぼ長方形の断面を有するリン グ状室101を規定している。 このコイルケース用円筒状部材95及びロックリング94は、そのようにして ケーシング壁100と閉止プラグ26のリング状ウェブ93との間にクランプさ れており、それらの軸方向位置が固定されている。このロックリング94のリブ 96は、その端面の内縁が面取りされており、例えば O−リングのようなシールリング103が前記端面に形成された面取り部とリン グ状ウェブ93との間でクランプされている。 コイル102は、断面がほぼ長方形をなしており、エポキシ樹脂によって形成 されほぼ断面がU字状を有する支持部材シリンダ104内に設けられている。そ のため、コイル102及び支持部材シリンダ104は、単一部品のコイルモジュ ールをなしている。この支持部材シリンダ104は、シリンダ壁105と2個の 側壁106、107を有しており、それらはシリンダ壁105から半径方向に突 出し、コイル102用の空間を規定している。このシリンダ壁105は、後部側 壁106を越えて軸方向に突出しており、その結果、該突出部の端面108と、 側壁106及び107の端面109と、円筒状の側壁106及び側壁107の内 面は、確実にロックした態様でリング状室101内に押し付けられている。 コイル102とアーマチュア用空間23の間に設けられたポンプケーシング1 5の領域では、コイル102とアーマチュア24との間の磁気的な短絡を避ける ために、例えば銅、アルミニウム、ステンレススチールのような低い磁気透過性 材料110が設けられている。 この初期位置では、流入圧力下にある液体ガス は、液体ガスタンク111から液体ガスポンプ112及び液体ガス供給ライン1 13を通って液体ガス供給バルブ78により圧力室66に送られる。液体ガスは 、この圧力室66から弁体50の外周に形成された溝55を通り、ガイド管40 を介して、供給ピストン管35の弁座57と弁体50の後方端面52との間の間 隙に流入し、そして供給ピストン管35の流路空間36を通ってプラグ26のめ くら穴43に流入する。この加圧された液体ガスは、プラグ26の開孔88を通 ってめくら穴43の後方端部領域からアーマチュア空間を満たす。アーマチュア 24の上流及び下流のアーマチュア用空間23は、アーマチュア24に形成され た溝32を介してお互いに連通するように接続されている。その結果、アーマチ ュア用空間23全体が液体ガスで満たされることになる。この液体ガスは、開孔 90と連結部材91を介して、さらに液体ガス戻りライン92を介して、液体ガ スタンク111に戻される。 従って、送出プランジャ部材44の初期位置では、液体ガス供給バルブ78か ら、圧力室66、供給ピストン管35の流路空間36、プラグ26のめくら穴4 3及び開孔88、アーマチュア用空間23及び開孔90を通って連結部材91ま で伸びる液体ガスが流れる経路が形成される。その結 果、液体ガスは連続的に供給され、前記経路を介して掃気され、また圧力室は、 液体ガスタンク11から直接供給されかつ満たされている。 流入圧力は、流入経路において生じる圧力低下よりも大きいので、往復ピスト ンポンプ1の連続的な掃気が確保される。また、この流入圧力は、静圧バルブ7 4のゲート圧力より低く、そのため供給ピストン部材44の初期位置では燃焼室 4に液体ガスが送り込まれない。 電流が印加されてコイル102が励磁されると、それにより形成された磁場に より、アーマチュア24が圧力上昇あるいは噴射方向に向かって前方に移動する 。供給ピストン管35の弁座57と初期位置における弁体50の後方端面57と の間の距離に相当する長さSにわたる初期移動の間、スプリング38のバネ力だ けがアーマチュア24及びそれに摩擦力によるロック方法で連結された供給ピス トン管35に逆向きに作用する。このスプリング38のスプリング力は、アーマ チュア24がほとんど抵抗なく動くことができるとともに、アーマチュア24を その初期位置に復帰させることができる程度の弱さに設定されている。アーマチ ュア24は、液体ガスで満たされた圧力空間23の中で浮かんだ状態にあるので 、液体ガスは、該アーマチュア空間23内においてアーマチュア 24の前方及び後方の任意の方向に前後に流れることができる。その結果、アー マチュア24に逆向きに作用する圧力は生成されない。この供給ピストン部材4 4は、アーマチュア24と供給ピストン管35を有しており、故に、連続的に加 速され、運動エネルギーを蓄積する。 エネルギー蓄積原理により動作する噴射装置を用いることで、高圧下の液体ガ スを極めて短周期の噴射パルスで噴射することが可能になる。このような噴射装 置により、1サイクル動作中に複数の噴射パルスで液体ガスを噴射することが可 能になる。即ち、例えば、高負荷時に多量の液体ガスを燃焼室内へ送り込むこと や、着火タイミング時に点火プラグ周囲の領域で液体ガス濃度を濃くする成層充 填を行うことが可能になる。 上記実施例の戻りライン92を備えた往復ピストンポンプ1の代わりに、通常 の液体ガスタンクに接続することができるそのようなポンプを、戻りラインを設 けずに用いることもできる。 本発明に係る液体ガスエンジンは、好ましくは、対向シリンダーエンジン方式 のスライダークランクエンジンとして構成される。このエンジンは、主に、同軸 上に配設され互いに対向するシリンダー5、5’から構成され、その内部をピス トン12が前後に直線的に移動する。2このピストンは、 それぞれ、ピストンロッド153に連結されており、このピストンロッド153 も同様に前後に直線的移動を行う。2本のピストンロッド153の内側端部は、 エンジンの中央に位置するクランクドライブ154の周囲部分と連結されている 。このクランクドライブ154は、ピストンロッドの直線運動を回転運動に変換 している。スライダークランクドライブは、スライダークランクケース155内 に配設され、シリンダー5、5’は、隔壁156に固定されている。スライダー クランクドライブは、ピストンロッド153と交軸に配設された直線状溝型リン ク158を含むスライダークランク枠152を有している。スライディングブロ ック159は、この溝型リンク158内を移動し、クランクシャフトのクランク ピン160は、前記フライディングブロックに回転可能に支持されている。この ような形式のスライダークランクエンジンは、例えば、ドイツ国公開公報DE2 962391A1号、同DE3218320号、及び、ヨーロッパ特許公報EP 187930B1号等により公知である。 これらのエンジンは、2ストロークエンジンのように、燃焼室内に潤滑油が進 入しない簡易な分離給油方式を採用することができる。2ストロークエンジンと して動作されるシリンダークランク エンジンと液体ガス直接噴射装置との組み合わせは、パワーウエイトレシオが小 さく、かつ公害排気物質量が少ないエンジンを提供することができる。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】1998年9月30日(1998.9.30) 【補正内容】 明細書の差し替え頁第2頁及び2a頁の翻訳 (アンダーラインの個所が補正個所) DAF社は、LT160LPGを指定燃料とするバス用の液体ガスエンジンを 提示している。この液体ガスエンジンは、液体ガスエンジンとされたディーゼル エンジンに相当する。公知の液体ガスエンジンと比べ、DAF社の提示するこの エンジンは、液体ガスを吸気管内へ噴射する液体ガス噴射システムを備えている 。この噴射システムは、現在のオットー(Otto)エンジン(乗用車)に用いられて いる噴射システムそのものである。液体ガスが吸気管に噴射されると、液体ガス が気化するため、混合気の温度が低下して高効率が達成される。この気化冷却は 、始動時や多湿時に吸気バルブの凍結を招くことがあるため、外気温が低温であ る場合、エンジンを確実に動作させることができなくなる。これは、既存の通常 の液体ガスエンジンで公知になっている同時加熱を伴う混合気の調合により解決 されている。しかし、可燃性混合気の加熱は、少なからぬリスクを伴う。 フランス国公開公報FR−A2−629516号は、その気化圧力よりも高圧 の圧力を加え、かつ、ガスオイルよりも極めて低粘性率の燃料を使 用する内燃エンジンを開示している。このエンジンは、ディーゼルのプロセスで 動作するものであり、受動型機械ノズルを介して燃焼室内へ高圧下の燃料を直接 噴射する装置を備えている。この装置は、燃料が80℃の沸点に達しないような 圧力値に燃料圧力を調整することができる低圧送出ポンプと、噴射ノズルの周辺 に配設された高圧ポンプとを有している。この高圧ポンプは、ピストンの移動と 気密性を高めるための滑らかな表面を備えたシリンダー及びピストンとを有する 。これらの表面は、1μm程度の放射方向の遊びで他の表面から隔てられている 。このピストンは、摩擦を減少し燃料の効果がある潤滑油を滲み出させるために 、表面に開口した複数の小穴を有している。 この公知の噴射装置は、複雑な構成であると共に、低圧送出ポンプを必要とす る。さらに、この噴射装置は、十分効果的な働きをするものではない。 本発明の目的は、簡易な構造と、高出力時の動作の信頼性とを有する液体ガス エンジンを提供することである。 この本発明の目的は、請求の範囲第1項に記載された特徴を有する液体ガスエ ンジンの手段により達成される。好適な実施例は、従属クレームに明記されてい る。 請求の範囲 1.内部に液体ガス/空気の混合気が導入され点火される少なくとも1の燃焼室 (4)を備えた液体ガスエンジンであって、前記液体ガスエンジンは、直接噴射 の形式で液体ガスを噴射ノズル(2)を介して噴射する噴射装置(1)を有して おり、前記噴射装置(1)は、エネルギー蓄積原理、特に固体にエネルギーを蓄 積する原理で作動する往復ピストンポンプとして構成され、噴射ノズル(2)は 燃焼室(4)内へ開口していることを特徴とする液体ガスエンジン。 2.前記噴射装置(1)は、高圧噴射装置として構成され、例えば、少なくとも 40バール、好ましくは約60バールの噴射圧力で液体ガスを噴射することがで きる請求の範囲第1項記載の液体ガスエンジン。 3.前記燃焼室(4)は、シリンダー(5)、シリンダーヘッド(11)及びピ ストン(12)により区画されている請求の範囲第1項または第2項に記載の液 体ガスエンジン。 4.前記噴射ノズル(2)と点火プラグ(10)は、前記シリンダーヘッド(1 1)に配設されている請求の範囲第3項記載の液体ガスエンジン。 5.点火プラグ(10)に接続されている制御装置(6)が設けられ、該制御装 置(6)は、例えば、外気温やクランクシャフト位置等の複数のパラメータに従 い点火タイミングを制御する請求の範囲第1項乃至第4項の何れかに記載の液体 ガスエンジン。 6.前記往復ピストンポンプは、供給ピストン部材(44)で構成され、実質的 に無抵抗の加速段階中、圧力室(66)内に位置する液体ガスに急激に伝達され る運動エネルギーを蓄積し、噴射ノズル(2)を通じて液体ガスを噴射するため の圧力パルスを発生させるようになっており、前記無抵抗の加速段階を遮断する 手段はバルブであり、該バルブは、供給ピストン部材(44)に設けられた弁体 (50)と弁座(57)とから成り、圧力パルスを発生するために圧力室(66 )を閉鎖し、その結果、供給ピストン部材(44)の運動エネルギーは、圧力室 内の燃料に伝達され、弁座(57)と弁体(50)は、供給ピストン部材(44 )の噴射方向の前方に位置する端部(45)に 配設され、圧力室(66)は、供給ピストン部材(44)から空間的に分離する ように構成されている請求の範囲第1項乃至第5項の何れかに記載の液体ガスエ ンジン。 7.前記圧力室(66)には液体ガスを供給するための液体ガス供給開口(76 )が設けられており、該液体ガス供給口(76)は前記圧力室(66)を取り囲 むポンプケーシング(15)に設けられると共に、液体ガス供給ライン(113 )に接続され、加圧された新しい液体ガスが前記圧力室(66)へ供給されるよ うになっている請求の範囲第6項記載の液体ガスエンジン。 8.前記噴射装置は、電磁コイル(102)を備えた電磁的に作動する往復ピス トンポンプ(1)として構成されており、供給ピストン部材(44)はコイル( 102)により駆動され、該供給ピストン部材(44)は略円筒状のアーマチュ ア(24)と細長い送出ピストン管(35)とを有しており、該送出ピストン管 (35)の端部(45、46)は長手軸方向においてアーマチュア(24)を越 えて伸びており、各端部はそれぞれ孔の中に長手軸方向に移動可能に取り付けら れている請求の範囲第6項または第7項に記載の液体ガスエン ジン。 9.前記送出ピストン管(35)は、摩擦力によりロックする方法によってアー マチュア(24)に連結されており、前記弁座(57)は前記送出ピストン管( 35)の前方端部(45)に設けられている請求の範囲第8項に記載の液体ガス エンジン。 10.前記弁体(50)は、細長い実質的な円筒状の剛体に形成されており、ガ イドパイプ(40)内で軸方向に移動可能となっており、該弁体(50)はその 外周に溝(55)を備えており、それらの溝(55)は長手方向に形成され、前 記圧力室から前記送出ピストン管(35)内の流路空間(36)への通路をなし ており、該通路は、前記送出ピストン管(35)の弁座(57)が前記弁体(5 0)に対して押し付けられた際に閉鎖されるようになっており、その結果、前記 圧力室(66)が閉鎖される請求の範囲第9項に記載の液体ガスエンジン。 11.前記弁体(50)は球体(50a)であり、球体(50a)と当接し該球 体がそれ以上後方へ移動できないようにすることができる球状シート (41a)が設けられ、この球状シート(41a)は前記圧力室(66)の1つ から前記送出ピストン管(35)内の流路空間への通路をなす少なくとも1つの 溝(41b)を有しており、この通路は、前記弁座(57)が前記弁体(50) に対して押し付けられた際に閉鎖されるようになっており、それにより前記圧力 室(66)が閉鎖されるようになっている請求の範囲第9項に記載の液体ガスエ ンジン。 12.前記略円筒状のアーマチュア(24)は、その噴射方向における前方と後 方に位置する端面(28、29)と、外周面(30)と、円錐状面(31)とを 有しており、該円錐状面(31)は、アーマチュア(24)の後方から前方に向 かって長手方向の略中央まで形成されている請求の範囲第8項乃至第11項のい ずれかに記載の液体ガスエンジン。 13.前記往復ピストンポンプ(1)は、アーマチュア用開孔(16)を備えた ポンプケーシング(15)を有しており、前記アーマチュア用開孔(16)内に は、噴射方向後方における閉止プラグ(26,26a)と噴射方向前方によける 第1のリング状段部(21)とにより、アーマチュア 空間(23)が区画形成されており、該アーマチュア空間内において前記アーマ チュア(24)が前記電磁コイル(102)と該アーマチュア(24)をその長 手方向に付勢するスプリング(38)とによって前後に移動するようになってお り、さらに前記アーマチュア(24)の外周領域には少なくとも2つの溝(32 )が形成されており、これらの溝(32)は、長手軸方向に沿つて外周上を伸び ており、かつできるだけ対称となるように設けられている請求の範囲第8項乃至 第12項のいずれかに記載の液体ガスエンジン。 14.前記アーマチュア(24)は、前記コイル102が非励磁状態になったと きに、スプリング(38)のバネ力によって初期状態となり、そしてこの初期状 態では、前記圧力室(66)から、前記弁体(50)の溝(55)及び前記送出 ピストン管(35)の流路空間(36)を通りさらに前記プラグ(26)のめく ら孔(43)あるいは1または複数の開孔(88)を通る加圧された液体ガスを 供給するための連続した流路が形成される請求の範囲第13項に記載の液体ガス エンジン。 15.前記アーマチュア空間(23)は、外部に連なる開孔(90)及び連結ニ ップル(91)を 介して、液体ガス排出ライン(92)に接続されている請求の範囲第14項に記 載の液体ガスエンジン。 16.前記プラグ(26a)は、液体ガスを前記燃料噴射装置から前記液体ガス 排出ライン(92)に導くための連続した開孔を備えている請求の範囲第13項 乃至第15項のいずれかに記載の液体ガスエンジン。 17.さらに前記アーマチュア用空間(23)に直接液体ガスを送るための横方 向開孔(125)を有しており、また前記プラグ(26a)は前記アーマチュア 用空間(23)を該プラグ(26a)の連続した開孔に連結するための開孔(8 8)を有しており、それにより前記アーマチュア用空間(23)を掃気するため に横方向流路が形成され、この横方向流路は前記供給ピストン部材(44)の流 路空間(36)とは独立している請求の範囲第16項に記載の液体ガスエンジン 。 18.前記圧力室(66)は、所定の圧力により開放し、噴射ノズル(2)まで の燃料送出ライン(72)の中の通路を自由に通れるようにする静圧バルブ(7 4)によって規定されている請求の 範囲第7項乃至第15項のいずれかに記載の液体ガスエンジン。 19.前記圧力室(66)は、噴射過程の間で行われる前記弁体(50)の急激 な移動の間に使われる空間よりも少しだけ大きくなつている請求の範囲第6項乃 至第18項のいずれかに記載の液体ガスエンジン。 20.前記液体ガスエンジンは、2ストロークエンジンとして構成されている請 求の範囲第1項乃至第19項の何れかに記載の液体ガスエンジン。 21.前記液体ガスエンジンは、スライダークランクエンジンとして構成されて いる請求の範囲第1項乃至第20項の何れかに記載の液体ガスエンジン。 22.請求の範囲第1項ないし第21項の何れかに記載の液体ガスエンジンを作 動させる方法であって、前記液体ガスエンジンは燃焼室を有しており、前記液体 ガスは、噴射ポンプ(1)として構成された噴射装置(1)により、前記燃焼室 内へ間欠的に噴射されるようになっている液体ガスエンジンを作動させる方法。 23.前記液体ガスは、少なくとも40バール、好ましくは60バールの高圧で 噴射される請求の範囲第22項記載の方法。 24.エネルギー蓄積原理、特に、固体にエネルギーを蓄積する原理により動作 する往復ピストンポンプを、噴射装置として用いる請求の範囲第22項または第 23項に記載の方法。 25.液体ガス/空気混合気は、噴射中に同時に圧縮され、液体ガスの気化によ って、冷却が相殺される請求の範囲第22項乃至第24項の何れかに記載の方法 。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02M 51/00 F02M 51/00 B 57/02 330 57/02 330A 61/14 310 61/14 310A

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.内部に液体ガス/空気の混合気が導入され点火される少なくとも1の燃焼室 (4)を備えた液体ガスエンジンであって、該液体ガスエンジンは、液体ガスを 噴射ノズル(2)を介して噴射する噴射装置(1)を有しており、前記噴射装置 (1)は、噴射ポンプ(1)として構成され、噴射ノズル(2)は燃焼室(4) 内へ開口し、液体ガスが直接燃焼室内に噴射されることを特徴とする液体ガスエ ンジン。 2.前記噴射装置(1)は、高圧噴射装置として構成され、例えば、少なくとも 40バール、好ましくは約60バールの噴射圧力で液体ガスを噴射することがで きる請求の範囲第1項記載の液体ガスエンジン。 3.前記燃焼室(4)は、シリンダー(5)、シリンダーヘッド(11)及びピ ストン(12)により区画されている請求の範囲第1項または第2項に記載の液 体ガスエンジン。 4.前記噴射ノズル(2)と点火プラグ(10)は、前記シリンダーヘッド(1 1)に配設されて いる請求の範囲第3項記載の液体ガスエンジン。 5.点火プラグ(10)に接続されている制御装置(6)が設けられ、該制御装 置(6)は、例えば、外気温やクランクシャフト位置等の複数のパラメータに従 って点火タイミングを制御する請求の範囲第1項乃至第4項の何れかに記載の液 体ガスエンジン。 6.前記噴射装置(1)は、エネルギー蓄積原理、特に、固体にエネルギーを蓄 積する原理により動作する往復ピストンポンプ(1)である請求の範囲第1項乃 至第5項の何れかに記載の液体ガスエンジン。 7.前記往復ピストンポンプは、供給ピストン部材(44)として構成され、実 質的に無抵抗の加速段階中、圧力室(66)内に位置する液体ガスに急激に伝達 される運動エネルギーを蓄積し、噴射ノズル(2)を通じて液体ガスを噴射する ための圧力パルスを発生させるようになっており、前記無抵抗の加速段階を遮断 する手段はバルブであり、該バルブは、供給ピストン部材(44)に設けられた 弁体(50)と弁座(57)とから成り、圧力パルスを発生するために圧力室( 66)を閉 鎖し、その結果、供給ピストン部材(44)の運動エネルギーは、圧力室内の燃 料に伝達され、弁座(57)と弁体(50)は、供給ピストン部材(44)の噴 射方向の前方に位置する端部(45)に配設され、圧力室(66)は、供給ピス トン部材(44)から空間的に分離するように構成されている請求の範囲第6項 記載の液体ガスエンジン。 8.前記圧力室(66)には液体ガスを供給するための液体ガス供給開口(76 )が設けられており、該液体ガス供給口(76)は前記圧力室(66)を取り囲 むポンプケーシング(15)に設けられると共に、液体ガス供給ライン(113 )に接続され、新しく加圧された液体ガスが前記圧力室(66)へ供給されるよ うになっている請求の範囲第7項記載の液体ガスエンジン。 9.前記噴射装置は、電磁コイル(102)を備えた電磁的に作動する往復ピス トンポンプ(1)として構成されており、供給ピストン部材(44)はコイル( 102)により駆動されるようになっており、該供給ピストン部材(44)は略 円筒状のアーマチュア(24)と細長い送出ピストン管(35)を有しており、 該送出ピストン管(35)の端部(45、46)は長手軸方向においてアー マチュア(24)を越えて伸びており、各端部はそれぞれ孔の中に長手軸方向に 移動可能に取り付けられている請求の範囲第7項または第8項に記載の液体ガス エンジン。 10.前記送出ピストン管(35)は、摩擦力によりロックする方法によってア ーマチュア(24)に連結されており、前記弁座(57)は前記送出ピストン管 (35)の前方端部(45)に設けられている請求の範囲第9項に記載の液体ガ スエンジン。 11.前記弁体(50)は、細長い実質的な円筒状の剛体に形成されており、ガ イドパイプ(40)内で軸方向に移動可能となっており、該弁体(50)はその 外周に溝(55)を備えており、それらの溝(55)は長手方向に形成され、前 記圧力室(66)から前記送出ピストン管(35)内の流路空間(36)への通 路をなしており、該通路は、前記送出ピストン管(35)の弁座(57)が前記 弁体(50)に対して押し付けられた際に閉鎖されるようになっており、それに より前記圧力室(66)が閉鎖される請求の範囲第10項に記載の液体ガスエン ジン。 12.前記弁体(50)は球体(50a)であり、球体(50a)と当接し該球 体がそれ以上後方へ移動できないようにすることができる球状シート(41a) が設けられ、この球状シート(41a)は前記圧力室(66)の1つから前記送 出ピストン管(35)内の流路空間への通路をなす少なくとも1つの溝(41b )を有しており、この通路は、前記弁座(57)が前記弁体(50)に対して押 し付けられた際に閉鎖されるようになっており、それにより前記圧力室(66) が閉鎖されるようになっている請求の範囲第10項に記載の液体ガスエンジン。 13.略円筒状の前記アーマチュア(24)は、その噴射方向における前方と後 方に位置する端面(28、29)と、外周面(30)と、円錐状面(31)とを 有しており、該円錐状面(31)は、アーマチュア(24)の長手方向の略中央 まで後方から前方に向かって形成されている請求の範囲第9項乃至第12項のい ずれかに記載の液体ガスエンジン。 14.前記往復ピストンポンプ(1)は、アーマチュア用開孔(16)を備えた ポンプケーシング(15)を有しており、前記アーマチュア用開孔 (16)内で、噴射方向後方を閉止プラグ(26,26a)により、また噴射方 向前方を第1のリング状段部(21)により、アーマチュア空間(23)が区画 形成されており、該アーマチュア空間内において前記アーマチュア(24)が前 記電磁コイル(102)と該アーマチュア(24)をその長手方向に付勢するス プリング(38)とによって前後に移動するようになっており、さらに前記アー マチュア(24)の外周領域には少なくとも2つの溝(32)が形成されており 、これらの溝(32)は、長手軸方向に沿って外周上を伸びており、かつ対称と なるように設けられている請求の範囲第9項乃至第13項のいずれかに記載の液 体ガスエンジン。 15.前記アーマチュア(24)は、前記コイル102が非励磁状態になったと きに、スプリング(38)のバネ力によって初期位置となり、そしてこの初期位 置では、前記圧力室(66)から、前記弁体(50)の溝(55)及び前記送出 ピストン管(35)の流路空間(36)を通りさらに前記プラグ(26)の1ま たは複数の開孔(38)を通る加圧された液体ガスを供給するための連続した流 路が形成される請求の範囲第14項に記載の液体ガスエンジン。 16.前記アーマチュア空間(23)は、外部に連なる開孔(90)及び連結部 材(91)を介して、液体ガス戻りライン(92)に接続されている請求の範囲 第15項に記載の液体ガスエンジン。 17.前記プラグ(26a)は、液体ガスを前記燃料噴射装置から前記液体ガス 戻りライン(92)に導くための連続した開孔を備えている請求の範囲第14項 ないし第16項のいずれかに記載の液体ガスエンジン。 18.さらに前記アーマチュア用空間(23)に直接液体ガスを送るための横方 向開孔(125)を有しており、また前記プラグ(26a)は前記アーマチュア 用空間(23)を該プラグ(26a)の連続した開孔に連結するための開孔(8 8)を有しており、それにより前記アーマチュア用空間(23)を掃気するため に横方向流路が形成され、この横方向流路は前記供給ピストン部材(44)の流 路空間(36)とは独立している請求の範囲第17項に記載の液体ガスエンジン 。 19.前記圧力室(66)は、所定の圧力により開放し、噴射ノズル(2)まで の燃料送出ライン (72)の中の通路をクリアにする静圧バルブ(74)によって規定されている 請求の範囲第6項ないし第9項のいずれかに記載の液体ガスエンジン。 20.前記圧力室(66)は、噴射過程で行われる前記弁体(50)の急激な移 動の間に使われる空間よりも少しだけ大きい請求の範囲第7項乃至第19項のい ずれかに記載の液体ガスエンジン。 21.液体ガスエンジンは、2ストロークエンジンとして構成されている請求の 範囲第1項乃至第20項の何れかに記載の液体ガスエンジン。 22.液体ガスエンジンは、スライダークランクエンジンとして構成されている 請求の範囲第1項乃至第21項の何れかに記載の液体ガスエンジン。 23.請求の範囲第1項ないし第22項の何れかに記載の液体ガスエンジンを作 動させる方法であって、前記液体ガスエンジンは燃焼室を有しており、前記液体 ガスは、噴射ポンプ(1)として構成された噴射装置(1)により、前記燃焼室 内へ間欠的に噴射されるようになっている液体ガスエンジンを作動させる方法。 24.前記液体ガスは、少なくとも40バール、好ましくは60バールの高圧で 噴射される請求の範囲第22項記載の方法。 25.エネルギー蓄積原理、特に、固体にエネルギーを蓄積する原理により動作 する往復ピストンポンプを、噴射装置として用いる請求の範囲第23項に記載の 方法。
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