JP2004092574A - 副室掃気装置を備えたガスエンジン - Google Patents
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Abstract
【課題】副室内における残留ガス量を低減することにより、副室から燃焼室内に噴出されるトーチ着火火炎の強度及び拡散性を増大するとともに火炎の安定性を大きくして、燃焼室内における希薄ガスの燃焼を迅速かつ安定的に行い、ガス圧力の変動を小さくしてノッキングの発生を防止し高い燃焼効率を得るとともにＨＣの発生量を抑制し、さらにはＮＯｘの発生量を抑制したガスエンジンを提供する。
【解決手段】パイロット着火式ガスエンジンにおいて、前記副室の周壁に設けられ掃気通路を経て供給された加圧気体を該副室内に噴出せしめて該副室内の残留ガスを前記連絡孔を介して前記燃焼室に送出せしめる掃気弁を備えた副室掃気装置を有してなることを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】パイロット着火式ガスエンジンにおいて、前記副室の周壁に設けられ掃気通路を経て供給された加圧気体を該副室内に噴出せしめて該副室内の残留ガスを前記連絡孔を介して前記燃焼室に送出せしめる掃気弁を備えた副室掃気装置を有してなることを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給気通路に設置されたガスミキサーにて排気ターボ過給機からの空気中にガス燃料を供給することにより形成された混合ガスを燃焼室に供給するとともに、該燃焼室から副室に導入された混合ガス中にパイロット燃料を噴射して着火燃焼せしめるように構成されたパイロット着火式ガスエンジンであって、副室掃気装置を備えたガスエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば特許文献１（特開平８―４５６２号）等にて提供されている液体燃料パイロット着火式ガスエンジンは、給気通路に設置されたガスミキサーにて排気ターボ過給機からの空気中にガス燃料を供給することにより形成された混合ガスを燃焼室に供給するとともに、該燃焼室から副室に導入された混合ガス中にパイロット燃料を噴射して着火燃焼せしめるように構成されており、副室内の燃料ガスに点火プラグにより着火燃焼させる電気着火式ガスエンジンに比べて同等レベルのＮＯｘの低排出量（２００ｐｐｍ以下）を維持しながら、シリンダ径×ストロークが同一レベルのディーゼルエンジンと同等の出力及び熱効率を有している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８―４５６２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記液体燃料パイロット着火式ガスエンジン及び電気着火式ガスエンジン等のガスエンジンにおいては、ガス燃料と空気とを予め混合した形態で副室内におけるトーチ着火火炎により燃焼室内に導入された希薄ガスを燃焼せしめる予混合燃焼であるため、該副室から燃焼室内に噴出されるトーチ着火火炎の状態により燃焼室内の燃焼形態が大きく左右される。
即ち、前記副室からのトーチ着火火炎の強度が大でかつ火炎の安定性が大きい場合には、燃焼室内における希薄ガスの燃焼が迅速かつ安定的に行われ、燃焼状態が安定してＨＣ（炭化水素）の発生量が少なくなるとともに燃焼室内におけるガス圧力の変動が小さくなって高い燃焼効率が得られ、さらにはＮＯｘ（窒素酸化物）の発生量が少ない良好な燃焼となる。
【０００５】
然るに、前記特許文献１にて提供されている液体燃料パイロット着火式ガスエンジンにあっては、副室内においてパイロット液体燃料を着火燃焼させてトーチ着火火炎を燃焼室内に噴出せしめた後における副室内の新規ガスとの交換が十分に行われないため、副室内にトーチ着火燃焼後の残留ガスが存在する。
【０００６】
このため、かかる従来技術にあっては、前記のような副室内における残留ガスの存在により、パイロット液体燃料によって副室から燃焼室内に噴出せしめられるトーチ着火火炎の強度及び拡散力が抑制されるとともに、トーチ着火火炎の安定性が悪くなる。
これにより、トーチ着火火炎による燃焼室内における希薄ガスの燃焼が緩慢かつ不安定となって、燃焼室内におけるガス圧力の変動が大きくなってノッキングの発生や燃焼効率の低下を招くとともにＨＣの発生量が増加し易くなり、さらには副室内および燃焼室内における部分的高温部の発生によりＮＯｘの発生量が増加し易くなる。
等の問題点を有している。
【０００７】
本発明はかかる従来技術に鑑み、副室内における残留ガス量を低減することにより、副室から燃焼室内に噴出されるトーチ着火火炎の強度及び拡散性を増大するとともに火炎の安定性を大きくして、燃焼室内における希薄ガスの燃焼を迅速かつ安定的に行い、ガス圧力の変動を小さくしてノッキングの発生を防止し高い燃焼効率を得るとともにＨＣの発生量を抑制し、さらにはＮＯｘの発生量を抑制したガスエンジンを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、請求項１記載の発明として、排気ターボ過給機で加圧された空気が通流する給気通路に設置されたガスミキサーにて前記空気中にガス燃料を供給することにより混合ガスを形成し、該混合ガスを燃焼室に供給するとともに、前記燃焼室に連絡孔を介して連通される副室に該燃焼室から導入された混合ガス中に燃料を噴射して着火燃焼せしめるように構成されたガスエンジンにおいて、前記副室の周壁に設けられ掃気通路を経て供給された加圧気体を該副室内に噴出せしめて該副室内の残留ガスを前記連絡孔を介して前記燃焼室に送出せしめる掃気弁を備えた副室掃気装置を有してなることを特徴とする副室掃気装置を備えたガスエンジンを提案する。
【０００９】
請求項１において、好ましくは請求項２、３及び４のように構成するのがよい。
即ち、請求項２においては、前記掃気通路は、前記給気通路の前記ガスミキサーよりも上流側の空気を前記掃気弁に供給する空気通路からなる。
【００１０】
請求項３においては、前記掃気通路は、前記ガスミキサー内あるいは該ガスミキサーよりも下流側の給気通路内の混合気を前記掃気弁に供給する混合気通路からなる。
【００１１】
請求項４においては、前記掃気通路は、前記ガスミキサーに接続されるガス燃料管から分岐されて前記掃気弁に接続される燃料ガス通路からなることを特徴とする
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項１において、前記副室掃気装置は、排気行程終期から給気行程初期における一定期間前記掃気弁を開弁して前記加圧気体を前記副室内に噴出せしめる弁制御装置を備えてなることを特徴とする。
【００１３】
請求項５において、好ましくは請求項６のように、エンジンのクランク角を検出するクランク角検出器を備え、前記弁制御装置は、前記クランク角検出器からのクランク角の検出値及びエンジン出力に従い前記掃気弁を開閉制御するように構成されてなるのがよい。
【００１４】
請求項１ないし６記載の発明によれば、弁制御装置によって給気弁開き始め後の一定時期に掃気弁が開弁せしめられると、請求項２のように給気通路の前記ガスミキサーよりも上流側の給気通路から抽出され該掃気弁に導かれた過給機出口側の加圧空気、あるいは請求項３のようにガスミキサー内あるいは該ガスミキサーよりも下流側の給気通路内から抽出され該掃気弁に導かれた加圧混合気、あるいは請求項４のようにガス燃料の一部が掃気弁から副室内に供給されて、排気行程終了近傍において副室内に残留している燃焼ガスあるいは未燃ガスつまり残留ガスを副室と燃焼室とを連通する連絡孔を通して該燃焼室内に押し出すことによる、該副室内の掃気作用がなされる。
【００１５】
この場合、掃気弁の開弁が給気行程初期であるので、燃焼室内の圧力は副室内から加圧空気、加圧混合気あるいは燃料ガスにより残留ガスを燃焼室内に押し出し得る圧力レベルに低下しており、副室内に滞留している残留ガスは容易に燃焼室内に押し出され、かかる掃気作用終了時には、該副室内に残留ガスの滞留がなく、掃気作用を行った空気あるいは混合気又は燃料ガスが充填されることとなる。
かかる掃気作用により副室内に充填された空気あるいは混合気または燃料ガス中にピストンの圧縮行程に連絡孔から燃焼室内の希薄ガスが導入せしめられて混合され、この混合ガス中にパイロット燃料噴射弁から軽油等の液体燃料が噴射され、該混合ガスが着火燃焼してトーチ着火火炎を形成する。
このトーチ着火火炎は連絡孔を通して燃焼室内に噴出され、該燃焼室内の希薄ガスが着火燃焼せしめられる。
【００１６】
従って、かかる発明によれば、掃気弁を通して副室内に供給された加圧空気あるいは加圧混合気又は燃料ガスによる該副室内の掃気作用によって副室内に滞留している残留ガスが燃焼室側に押し出されることにより、副室において残留ガス量の極めて少ない新規ガス中にてトーチ着火燃焼がなされるので、該副室内から燃焼室に噴出されるトーチ着火火炎の強度及び拡散性が安定的に増大される。
これにより、燃焼室内における希薄ガスの燃焼が迅速かつ安定的に行われることとなり、燃焼状態が安定しガス圧力のサイクル変動が小さくなりノッキングの発生が回避されて高い燃焼効率が得られるとともに、ＨＣの発生量が抑制され、エンジンの熱効率が向上する。
さらには前記のように燃焼状態が安定することによって副室内及び燃焼室内における部分的高温部の発生が回避され、ＮＯｘの発生量が少ない良好な燃焼となる。
【００１７】
請求項７記載の発明は、請求項５に加えて、前記弁制御装置は、排気弁閉弁後の給気行程中の一定期間において前記掃気弁を開弁して空気中にガス燃料を供給するガスミキサー内あるいは該ガスミキサーよりも下流側の給気通路内の混合気を混合気通路及び前記掃気弁を介して前記副室内に供給せしめるように前記掃気弁を開閉制御することを特徴とする。
【００１８】
請求項８記載の発明は、前記弁制御装置は、排気弁閉弁後の給気行程中の一定期間において前記掃気弁を開弁してガスミキサーに供給される燃料ガスの一部を前記掃気弁を介して前記副室内に供給せしめるように前記掃気弁を開閉制御することを特徴とする。
【００１９】
かかる発明によれば、排気弁閉弁後の給気行程初期において掃気弁を開弁しているので、掃気に用いるガスミキサー以降の混合気又は燃料ガスを排気系統に漏洩することなく、副室内の残留ガスを燃焼室側に押出すことができるとともに、ガスミキサー以降の混合気又は燃料ガスを副室内に導入して掃気作用を行うことにより該副室内に混合気又は燃料ガスを充填させることができる。
これにより、副室内の掃気効率が向上するとともにパイロット噴射によるトーチ着火時における副室内のガス濃度が上昇することとなり、更なるＮＯｘ低減のためパイロット噴射の液体燃料の噴射量を低減調節した際、該副室内から燃焼室に噴出されるトーチ着火火炎の強度及び拡散性の維持または増大効果が期待できる。
【００２０】
請求項９記載の発明は、請求項５に加えて、前記弁制御装置は、排気行程終期から給気行程初期における一定期間前記掃気弁を開弁して前記加圧気体としての加圧空気を前記副室内に噴出せしめるとともに、排気弁閉弁後の給気行程中の一定期間において切換弁を切り換えて燃料ガスを前記副室内に噴出せしめるように構成されてなることを特徴とする。
このように構成すれば、過給機出口側の高圧空気を副室内に導入して掃気作用を行うことにより高圧空気によって副室内の残留ガスを確実に燃焼室側に押出すことができるとともに、排気弁閉弁後の給気行程中の一定期間において燃料ガスを副室内に噴出せしめるようにしたので、燃料ガスを排気系統に漏洩することなく、副室内に燃料ガスを充填させることができる。また前記掃気弁の閉弁時期を制御することにより、副室内の燃料ガスの充填量を加減できる。これによりＮＯｘ低減のためパイロット噴射量を低減調節した時、副室においてトーチ着火火炎として、不足となった分燃料ガスにて過不足無く補充することができ、ＮＯｘの更なる低減を図りながらＨＣの発生量を抑制して燃焼効率を向上できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２２】
図１は本発明の実施例に係る液体燃料パイロット着火式ガスエンジンにおける副室掃気装置を示す一部断面を含む全体構成図である。図２は前記副室掃気装置を備えたガスエンジンの全体構成を示す系統図、図３は掃気弁の開閉タイミングを示す線図であり、図中ＴＤＣは排気行程と給気行程との間のＴＤＣ（上死点）を示す。
【００２３】
本発明が適用されるガスエンジンを示す図２において、１００はエンジン、２０は該エンジン１００のシリンダヘッド、２３はピストン、１は該ピストン２３の上面とシリンダヘッド２０との間に区画形成される燃焼室、２４はクランク軸、３８は連接棒である。
２６は給気通路、２５は該給気通路２６を開閉する給気弁、３５は排気通路、２７は該排気通路３５を開閉する排気弁である。
３４はタービン３４ｂ、コンプレッサ３４ａからなる過給機、３６は前記エンジン１００の排気通路３５と該過給機３４のタービン３４ｂとを接続する排気管、３３は前記エンジン１００の給気通路２６と該過給機３４のコンプレッサ３４ａとを接続する給気管である。３７は該給気管３３に設置されて前記コンプレッサ３４ａからの空気を冷却する空気冷却器である。
【００２４】
３２は前記給気管３３に設けられたガスミキサー、３０はガス燃料の供給源（図示省略）と該ガスミキサー３２とを接続するガス燃料管、３１は該ガス燃料管３０の通路面積を制御するガス燃料弁であり、前記ガスミキサー３２において給気管３３からの空気中にガス燃料管３０からのガス燃料を混合するようになっている。
２は前記シリンダヘッドに設けられた副室、２１は該副室２内に軽油等のパイロット液体燃料を噴射するパイロット燃料弁、２９は該パイロット燃料弁２１に液体燃料を供給するためのパイロット燃料管、２８はパイロット燃料管２９に設けられ前記パイロット燃料弁２１に液体燃料を圧送するパイロット燃料ポンプである。
【００２５】
１０は詳細を後述する副室掃気弁で、該副室掃気弁１０には前記給気管３３の前記空気冷却器３７の下流側（上流側でもよい）から分岐された掃気管６が接続されている。
図２において二点鎖線にて示す掃気管６ａは、前記ガスミキサー３２内と前記副室掃気弁１０とを接続して該ガスミキサー３２内の空気とガス燃料との混合ガスを副室掃気弁１０側に供給するものである。
前記掃気管６及び掃気管６ａは、何れか一方または後述する作動方法で以って双方を設ける。
また図２において二点鎖線にて示す燃料ガス掃気管６１は、前記ガス燃料管３０から分岐されて副室２内に接続されており、途中に設けられた切換弁６０により前記副室２への接続を切り換えるようになっている。
【００２６】
副室掃気装置の詳細を示す図１において、２ａは前記シリンダヘッド２０に固定された副室周壁で、該副室周壁２ａの内部に前記副室２が形成されている。２２は前記シリンダヘッド２０内に形成された冷却室で、前記副室周壁２ａは該冷却室２２内を流動する冷却水により冷却されている。３は前記副室周壁２ａに複数個穿孔された連絡孔で、前記燃焼室１と副室２とを連通している。
前記副室周壁２ａの上部には前記副室掃気弁１０及びパイロット燃料弁２１が並設されている。２９は該パイロット燃料弁２１に接続されるパイロット燃料管である（図２参照）。
【００２７】
前記副室掃気弁１０において、１１はポペット弁式の弁体で前記副室周壁２ａに形成されたシート部１４に着脱することにより、前記副室２と後述する掃気溜１２との間を開閉するようになっている。１１ｄは前記弁体１１上部に形成された弁棒で、該弁棒１１ｄの上端部には弁駆動装置１３の出力端が接続されている。
前記弁棒１１ｄの長手方向中間部にはガイド部０１１が設けられている。該ガイド部０１１の詳細を示す図１（Ｂ）において、１１ｂは前記副室周壁２ａに固着された弁ガイドである。１１ａは前記弁棒１１ｄの外周に放射状に４個（複数個であればよい）形成されたガイドリブで、外周面が前記弁ガイド１１ｂの内周に往復摺動可能に嵌合されており、各ガイドリブ１１ａの間には掃気の通路となる掃気穴１１ｃが形成されている。
１２は掃気溜で、前記副室周壁２ａの弁体１１上部部位に形成されており、入口端が副室周壁２ａ内に形成された掃気通路５を経てシリンダヘッド２０内に形成された掃気通路４に接続されている。また、該掃気通路４は前記給気管３３から分岐する掃気管６あるいは前記ガスミキサー３２からの掃気管６ａに接続されている。
【００２８】
１３は前記副室掃気弁１０を開閉駆動する弁駆動装置で、出力端が前記弁棒１１ｄに連結されている。該弁駆動装置１３は、往復動出力端を有する電動モータ、油圧シリンダ等により構成される。
７は該弁駆動装置１３を駆動操作するとともに前記切換弁６０を切り換え操作する弁制御装置である。８はエンジンのクランク角を検出するクランク角検出器、９はエンジンの出力を検出する出力検出器であり、該クランク角検出器８によるエンジンクランク角の検出信号及び出力検出器９によるエンジン出力の検出信号は前記弁制御装置７に入力される。
尚、図示を省略するが、前記副室掃気弁１０は、エンジンのクランク軸２４に連動されるカムにより、エンジンの回転に連動させて開閉駆動するように構成することもできる。
【００２９】
かかる構成からなる副室掃気装置を備えたガスエンジンの運転時において、排気ターボ過給機３４のコンプレッサ３４ａにより加圧された空気は、給気管３３を通り空気冷却器３７にて冷却、降温されてから各シリンダのガスミキサー３２に導入される。
一方、ガス燃料管３０からのガス燃料はガス燃料弁３１を通って該ガスミキサー３２に導入される。そして該該ガスミキサー３２において給気管３３からの空気と前記ガス燃料とが混合せしめられ、希薄混合気となって給気通路２６及び給気弁２５を経て各シリンダの燃焼室１に供給される。
【００３０】
ここで、本発明においては副室掃気装置を備えているため、次のような副室２内の掃気作用を行う。
即ち、図３に示す排気弁２７のリフトＡ、給気弁２５のリフトＢ及び副室掃気弁１０のリフトＣ１、Ｃ２の開閉タイミングにおいて、ｔ１１は給気弁２５開、ｔ１２は給気弁２５閉、ｔ１３は排気弁２７開、ｔ１４は排気弁２７閉を示す。
またｔ１は副室掃気弁１０の加圧空気による掃気時の開、ｔ２は副室掃気弁１０の加圧空気による掃気時の閉、ｔ３は副室掃気弁１０の混合気または燃料ガス供給時の開、ｔ４は副室掃気弁１０の混合気または燃料ガス供給時の閉を示す。
【００３１】
図３に示すように、前記副室掃気弁１０は弁制御装置７により、図のＣ１に示すように、排気行程終期のｔ１にて開弁し、給気行程における一定期間開弁して給気通路３３の加圧気体を前記副室２内に供給して該副室２内を掃気せしめ、給気行程中のｔ２にて閉じるようになっている。
また、前記副室掃気弁１０は弁制御装置７により、図のＣ２に示すように、排気弁閉弁後の給気行程中のｔ３にて開弁し、前記ガスミキサー３２内あるいは該ガスミキサー３２よりも下流側の給気管３３内の混合気を掃気管６ａ及び前記副室掃気弁１０を介して前記副室２内に供給して該副室２内を掃気せしめ、給気行程中のｔ４にて閉じるようになっている。
そして、該副室掃気弁１０の開き始め時期ｔ１、ｔ３と開弁期間（ｔ１〜ｔ２）、（ｔ３〜ｔ４）のクランク角はエンジン出力によって変化せしめられる。
【００３２】
さらに、前記弁制御装置７は、前記副室掃気弁１０をｔ１にて開弁しｔ２にて閉弁して、排気行程終期から給気行程初期における一定期間、前記加圧空気を副室２内に噴出せしめるとともに、排気弁２７閉弁（ｔ１４）後の給気行程中の一定期間において前記切換弁６０を切り換えて、ガス燃料管３０からガス燃料掃気管６１を通して燃料ガスを前記副室２内に供給して該副室２内を掃気せしめ、給気行程中のｔ４にて閉じるように構成することもできる。
そして、前記切換弁６０開き始め時期ｔ３及び開弁期間（ｔ３〜ｔ４）のクランク角はエンジン出力によって変化せしめられる。
【００３３】
しかして、弁制御装置７においては、前記出力検出器９から入力されるエンジン出力に基づき、当該エンジン出力に適応する副室掃気弁１０の開き始め時期ｔ１及び開弁期間（ｔ１〜ｔ２）を算出し、前記クランク角検出器８から入力されるエンジンクランク角の検出値に対応させ、前記弁駆動装置１３に副室掃気弁１０の作動指令つまり前記のような開き始め時期ｔ１及び開弁期間（ｔ１〜ｔ２）を出力する。
【００３４】
該弁駆動装置１３によって前記開き始め時期ｔ１に副室掃気弁１０の弁体１１が押し下げられシート部１４から離れて開弁せしめられると、給気管路３３の前記ガスミキサー３２よりも上流側部位から抽出され掃気管６及び掃気通路４、５を介して該副室掃気弁１０の掃気溜１２に導かれた過給機出口側の加圧空気（あるいは、ガスミキサー内３２から抽出された加圧混合気）つまり掃気が弁体１１の開口部を通って副室２内に供給される。
そして、該掃気は、図３に示すように、排気行程終了（排気弁２７閉ｔ１４）近傍において副室２内に残留している燃焼ガスあるいは未燃ガスつまり残留ガスを該副室２と燃焼室１とを連通する連絡孔３を通して該燃焼室１内に押し出す。
【００３５】
この場合、前記掃気弁１０の開き始めｔ１が排気行程終期及び給気行程初期であるので、燃焼室１内の圧力は副室２内から加圧空気（あるいは加圧混合気）により残留ガスを燃焼室１内に押し出し得る圧力レベルに低下しており、該副室２内に滞留している残留ガスは容易に燃焼室１内に押し出される。
そして、かかる掃気作用終了時には、該副室２内には残留ガスの滞留が殆ど無くなって、掃気作用を行った後の空気あるいは混合気又は燃料ガスが充填されることとなる。
【００３６】
そして、前記ピストン２３の圧縮行程において前記燃焼室１内の希薄混合気が連絡孔３を通って副室２内に導入されると、前記のようにして設定された噴射時期に前記パイロット燃料弁２１から該副室２内の希薄混合気及び前記掃気作用を行った後に充填された空気あるいは混合気中に液体燃料が噴射されてトーチ着火火炎を形成し、このトーチ着火火炎が連絡孔３を通して燃焼室１内に噴出され、該燃焼室１内の希薄混合気が着火燃焼せしめられる。
【００３７】
従って、かかる実施例によれば、前記副室掃気弁１０を通して副室２内に供給された加圧空気あるいは加圧混合気又は燃料ガスによる該副室２内の掃気作用によって副室２内に滞留している残留ガスが燃焼室１側に押し出されることにより、副室２において残留ガス量の極めて少ない新規ガス中にてトーチ着火燃焼がなされることとなる。
これにより、該副室２内から燃焼室１に噴出されるトーチ着火火炎の強度及び拡散性が安定的に増大され、該燃焼室１内における希薄ガスの燃焼が迅速かつ安定的に行われることとなり、燃焼状態が安定してＨＣの発生量が抑制されるとともにガス圧力のサイクル変動が小さくなって高い燃焼効率が得られ、エンジンの熱効率が向上するとともに、前記のように燃焼状態が安定することによって副室２及び燃焼室１内における部分的高温部の発生が回避され、ＮＯｘの発生量が低減される。
【００３８】
また、図３に示すように、前記副室掃気弁１０を、ｔ１からｔ２までの副室掃気弁１０の開弁期間Ｃ１に前記掃気管６から過給機３４出口側の高圧空気を副室２に供給し、ｔ３からｔ４までの副室掃気弁１０の開弁期間Ｃ２に前記掃気管６ａからガスミキサー３２内の混合気を副室２に供給することもできる。
【００３９】
このように構成すれば、給気行程初期において過給機３４出口側の高圧空気を副室２内に導入して掃気作用を行うことにより高圧空気によって副室２内の残留ガスを確実に燃焼室１側に押し出すことができるとともに、ガスミキサー３２以降の混合気を副室２内に導入して掃気作用を行うことにより該副室２内に混合気を充填させることができる。
これにより、副室内の掃気効率が向上するとともにパイロット噴射によるトーチ着火時における副室２内のガス濃度が上昇することとなり、該副室２内から燃焼室１に噴出されるトーチ着火火炎の強度及び拡散性が、加圧空気のみによる掃気の場合よりも増大する。
【００４０】
さらに、前記のように、加圧空気を副室２内に噴出せしめて該加圧空気による掃気後、切換弁６０を切り換えて、ガス燃料管３０からの燃料ガスを副室２内に供給して該副室２内を掃気することにより、副室内充填ガス量を、混合気の場合と比べて大幅に変化させることができる。このことにより更にＮＯｘ低減のため液体燃料であるパイロット噴射量を低減調節したときの場合でも、副室２においてトーチ着火火炎として不足する分燃料ガスにて過不足無く補充することができ、ＮＯｘの更なる低減を図りながら、ＨＣの発生量を抑制して燃焼効率を向上できる。
【００４１】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、掃気弁を通して副室内に供給された加圧空気、加圧混合気あるいは加圧ガス燃料による該副室内の掃気作用によって副室内に滞留している残留ガスが燃焼室側に押し出されることにより、副室において残留ガス量の極めて少ない新規ガス中にてトーチ着火燃焼がなされるので、該副室内から燃焼室に噴出されるトーチ着火火炎の強度及び拡散性が安定的に増大される。
【００４２】
これにより、燃焼室内における希薄ガスの燃焼が迅速かつ安定的に行われることとなり、燃焼状態が安定しガス圧力のサイクル変動が小さくなりノッキングの発生が回避されて高い燃焼効率が得られるとともに、ＨＣの発生量が抑制され、エンジンの熱効率が向上する。
さらには前記のように燃焼状態が安定することによって副室内及び燃焼室内における部分的高温部の発生が回避され、ＮＯｘの発生量が少ない良好な燃焼が得られる。
【００４３】
また、請求項７又は８のように構成すれば、排気弁閉弁後の給気行程初期において前記掃気弁を開弁したので、掃気に用いるガスミキサー以降の混合気又は燃料ガスを排気系統に漏洩することなく、副室内の残留ガスを燃焼室側に押し出すことができるとともに、ガスミキサー以降の混合気又は燃料ガスを副室内に導入して掃気作用を行うことにより該副室内に混合気又は燃料ガスを充填させることができる。
これにより、副室内の掃気効率が向上するとともにパイロット噴射によるトーチ着火時における副室内のガス濃度が上昇することとなり、更なるＮＯｘ低減を狙ってパイロット噴射の液体燃料の噴射量を低減調節した際、該副室内から燃焼室に噴出されるトーチ着火火炎の強度及び拡散性の維持又は増大効果が期待できる。
【００４４】
また、請求項９のように構成すれば、過給機出口側の高圧空気を副室内に導入して掃気作用を行うことにより高圧空気によって副室内の残留ガスを確実に燃焼室側に押出すことができるとともに、排気弁閉弁後の給気行程中の一定期間において燃料ガスを前記副室内に噴出せしめるようにしたので、燃料ガスを排気系統に漏洩することなく、該副室内に燃料ガスを充填させることができる。また、前記掃気弁の閉弁時期を制御することにより、副室内の燃料ガスの充填量を加減できる。これによりＮＯｘ低減のためパイロット噴射量を低減調節したとき、副室においてトーチ着火火炎として、不足となった分燃料ガスにて過不足なく補充することができ、ＮＯｘの更なる低減を図りながらＨＣの発生量を抑制して燃焼効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る液体燃料パイロット着火式ガスエンジンにおける副室掃気装置を示す一部断面を含む全体構成図である。
【図２】前記副室掃気装置を備えたガスエンジンの全体構成を示す系統図である。
【図３】掃気弁の開閉タイミングを示す線図である。
【符号の説明】
１ 燃焼室
２ 副室
２ａ 副室周壁
３ 連絡孔
４、５ 掃気通路
６、６ａ 掃気管
７ 弁制御装置
８ クランク角検出器
９ 出力検出器
１０ 副室掃気弁
１１ 弁体
０１１ ガイド部
１１ｄ 弁棒
１２ 掃気溜
１３ 弁駆動装置
２０ シリンダヘッド
２１ パイロット燃料弁
２３ ピストン
２５ 給気弁
２６ 給気通路
２７ 排気弁
２９ パイロット燃料管
３０ ガス燃料管
３２ ガスミキサー
３３ 給気管
３４ 過給機
３７ 空気冷却器
３５ 排気通路
３６ 排気管
６０ 切換弁
６１ 燃料ガス掃気管
１００ エンジン
【発明の属する技術分野】
本発明は、給気通路に設置されたガスミキサーにて排気ターボ過給機からの空気中にガス燃料を供給することにより形成された混合ガスを燃焼室に供給するとともに、該燃焼室から副室に導入された混合ガス中にパイロット燃料を噴射して着火燃焼せしめるように構成されたパイロット着火式ガスエンジンであって、副室掃気装置を備えたガスエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば特許文献１（特開平８―４５６２号）等にて提供されている液体燃料パイロット着火式ガスエンジンは、給気通路に設置されたガスミキサーにて排気ターボ過給機からの空気中にガス燃料を供給することにより形成された混合ガスを燃焼室に供給するとともに、該燃焼室から副室に導入された混合ガス中にパイロット燃料を噴射して着火燃焼せしめるように構成されており、副室内の燃料ガスに点火プラグにより着火燃焼させる電気着火式ガスエンジンに比べて同等レベルのＮＯｘの低排出量（２００ｐｐｍ以下）を維持しながら、シリンダ径×ストロークが同一レベルのディーゼルエンジンと同等の出力及び熱効率を有している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８―４５６２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記液体燃料パイロット着火式ガスエンジン及び電気着火式ガスエンジン等のガスエンジンにおいては、ガス燃料と空気とを予め混合した形態で副室内におけるトーチ着火火炎により燃焼室内に導入された希薄ガスを燃焼せしめる予混合燃焼であるため、該副室から燃焼室内に噴出されるトーチ着火火炎の状態により燃焼室内の燃焼形態が大きく左右される。
即ち、前記副室からのトーチ着火火炎の強度が大でかつ火炎の安定性が大きい場合には、燃焼室内における希薄ガスの燃焼が迅速かつ安定的に行われ、燃焼状態が安定してＨＣ（炭化水素）の発生量が少なくなるとともに燃焼室内におけるガス圧力の変動が小さくなって高い燃焼効率が得られ、さらにはＮＯｘ（窒素酸化物）の発生量が少ない良好な燃焼となる。
【０００５】
然るに、前記特許文献１にて提供されている液体燃料パイロット着火式ガスエンジンにあっては、副室内においてパイロット液体燃料を着火燃焼させてトーチ着火火炎を燃焼室内に噴出せしめた後における副室内の新規ガスとの交換が十分に行われないため、副室内にトーチ着火燃焼後の残留ガスが存在する。
【０００６】
このため、かかる従来技術にあっては、前記のような副室内における残留ガスの存在により、パイロット液体燃料によって副室から燃焼室内に噴出せしめられるトーチ着火火炎の強度及び拡散力が抑制されるとともに、トーチ着火火炎の安定性が悪くなる。
これにより、トーチ着火火炎による燃焼室内における希薄ガスの燃焼が緩慢かつ不安定となって、燃焼室内におけるガス圧力の変動が大きくなってノッキングの発生や燃焼効率の低下を招くとともにＨＣの発生量が増加し易くなり、さらには副室内および燃焼室内における部分的高温部の発生によりＮＯｘの発生量が増加し易くなる。
等の問題点を有している。
【０００７】
本発明はかかる従来技術に鑑み、副室内における残留ガス量を低減することにより、副室から燃焼室内に噴出されるトーチ着火火炎の強度及び拡散性を増大するとともに火炎の安定性を大きくして、燃焼室内における希薄ガスの燃焼を迅速かつ安定的に行い、ガス圧力の変動を小さくしてノッキングの発生を防止し高い燃焼効率を得るとともにＨＣの発生量を抑制し、さらにはＮＯｘの発生量を抑制したガスエンジンを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、請求項１記載の発明として、排気ターボ過給機で加圧された空気が通流する給気通路に設置されたガスミキサーにて前記空気中にガス燃料を供給することにより混合ガスを形成し、該混合ガスを燃焼室に供給するとともに、前記燃焼室に連絡孔を介して連通される副室に該燃焼室から導入された混合ガス中に燃料を噴射して着火燃焼せしめるように構成されたガスエンジンにおいて、前記副室の周壁に設けられ掃気通路を経て供給された加圧気体を該副室内に噴出せしめて該副室内の残留ガスを前記連絡孔を介して前記燃焼室に送出せしめる掃気弁を備えた副室掃気装置を有してなることを特徴とする副室掃気装置を備えたガスエンジンを提案する。
【０００９】
請求項１において、好ましくは請求項２、３及び４のように構成するのがよい。
即ち、請求項２においては、前記掃気通路は、前記給気通路の前記ガスミキサーよりも上流側の空気を前記掃気弁に供給する空気通路からなる。
【００１０】
請求項３においては、前記掃気通路は、前記ガスミキサー内あるいは該ガスミキサーよりも下流側の給気通路内の混合気を前記掃気弁に供給する混合気通路からなる。
【００１１】
請求項４においては、前記掃気通路は、前記ガスミキサーに接続されるガス燃料管から分岐されて前記掃気弁に接続される燃料ガス通路からなることを特徴とする
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項１において、前記副室掃気装置は、排気行程終期から給気行程初期における一定期間前記掃気弁を開弁して前記加圧気体を前記副室内に噴出せしめる弁制御装置を備えてなることを特徴とする。
【００１３】
請求項５において、好ましくは請求項６のように、エンジンのクランク角を検出するクランク角検出器を備え、前記弁制御装置は、前記クランク角検出器からのクランク角の検出値及びエンジン出力に従い前記掃気弁を開閉制御するように構成されてなるのがよい。
【００１４】
請求項１ないし６記載の発明によれば、弁制御装置によって給気弁開き始め後の一定時期に掃気弁が開弁せしめられると、請求項２のように給気通路の前記ガスミキサーよりも上流側の給気通路から抽出され該掃気弁に導かれた過給機出口側の加圧空気、あるいは請求項３のようにガスミキサー内あるいは該ガスミキサーよりも下流側の給気通路内から抽出され該掃気弁に導かれた加圧混合気、あるいは請求項４のようにガス燃料の一部が掃気弁から副室内に供給されて、排気行程終了近傍において副室内に残留している燃焼ガスあるいは未燃ガスつまり残留ガスを副室と燃焼室とを連通する連絡孔を通して該燃焼室内に押し出すことによる、該副室内の掃気作用がなされる。
【００１５】
この場合、掃気弁の開弁が給気行程初期であるので、燃焼室内の圧力は副室内から加圧空気、加圧混合気あるいは燃料ガスにより残留ガスを燃焼室内に押し出し得る圧力レベルに低下しており、副室内に滞留している残留ガスは容易に燃焼室内に押し出され、かかる掃気作用終了時には、該副室内に残留ガスの滞留がなく、掃気作用を行った空気あるいは混合気又は燃料ガスが充填されることとなる。
かかる掃気作用により副室内に充填された空気あるいは混合気または燃料ガス中にピストンの圧縮行程に連絡孔から燃焼室内の希薄ガスが導入せしめられて混合され、この混合ガス中にパイロット燃料噴射弁から軽油等の液体燃料が噴射され、該混合ガスが着火燃焼してトーチ着火火炎を形成する。
このトーチ着火火炎は連絡孔を通して燃焼室内に噴出され、該燃焼室内の希薄ガスが着火燃焼せしめられる。
【００１６】
従って、かかる発明によれば、掃気弁を通して副室内に供給された加圧空気あるいは加圧混合気又は燃料ガスによる該副室内の掃気作用によって副室内に滞留している残留ガスが燃焼室側に押し出されることにより、副室において残留ガス量の極めて少ない新規ガス中にてトーチ着火燃焼がなされるので、該副室内から燃焼室に噴出されるトーチ着火火炎の強度及び拡散性が安定的に増大される。
これにより、燃焼室内における希薄ガスの燃焼が迅速かつ安定的に行われることとなり、燃焼状態が安定しガス圧力のサイクル変動が小さくなりノッキングの発生が回避されて高い燃焼効率が得られるとともに、ＨＣの発生量が抑制され、エンジンの熱効率が向上する。
さらには前記のように燃焼状態が安定することによって副室内及び燃焼室内における部分的高温部の発生が回避され、ＮＯｘの発生量が少ない良好な燃焼となる。
【００１７】
請求項７記載の発明は、請求項５に加えて、前記弁制御装置は、排気弁閉弁後の給気行程中の一定期間において前記掃気弁を開弁して空気中にガス燃料を供給するガスミキサー内あるいは該ガスミキサーよりも下流側の給気通路内の混合気を混合気通路及び前記掃気弁を介して前記副室内に供給せしめるように前記掃気弁を開閉制御することを特徴とする。
【００１８】
請求項８記載の発明は、前記弁制御装置は、排気弁閉弁後の給気行程中の一定期間において前記掃気弁を開弁してガスミキサーに供給される燃料ガスの一部を前記掃気弁を介して前記副室内に供給せしめるように前記掃気弁を開閉制御することを特徴とする。
【００１９】
かかる発明によれば、排気弁閉弁後の給気行程初期において掃気弁を開弁しているので、掃気に用いるガスミキサー以降の混合気又は燃料ガスを排気系統に漏洩することなく、副室内の残留ガスを燃焼室側に押出すことができるとともに、ガスミキサー以降の混合気又は燃料ガスを副室内に導入して掃気作用を行うことにより該副室内に混合気又は燃料ガスを充填させることができる。
これにより、副室内の掃気効率が向上するとともにパイロット噴射によるトーチ着火時における副室内のガス濃度が上昇することとなり、更なるＮＯｘ低減のためパイロット噴射の液体燃料の噴射量を低減調節した際、該副室内から燃焼室に噴出されるトーチ着火火炎の強度及び拡散性の維持または増大効果が期待できる。
【００２０】
請求項９記載の発明は、請求項５に加えて、前記弁制御装置は、排気行程終期から給気行程初期における一定期間前記掃気弁を開弁して前記加圧気体としての加圧空気を前記副室内に噴出せしめるとともに、排気弁閉弁後の給気行程中の一定期間において切換弁を切り換えて燃料ガスを前記副室内に噴出せしめるように構成されてなることを特徴とする。
このように構成すれば、過給機出口側の高圧空気を副室内に導入して掃気作用を行うことにより高圧空気によって副室内の残留ガスを確実に燃焼室側に押出すことができるとともに、排気弁閉弁後の給気行程中の一定期間において燃料ガスを副室内に噴出せしめるようにしたので、燃料ガスを排気系統に漏洩することなく、副室内に燃料ガスを充填させることができる。また前記掃気弁の閉弁時期を制御することにより、副室内の燃料ガスの充填量を加減できる。これによりＮＯｘ低減のためパイロット噴射量を低減調節した時、副室においてトーチ着火火炎として、不足となった分燃料ガスにて過不足無く補充することができ、ＮＯｘの更なる低減を図りながらＨＣの発生量を抑制して燃焼効率を向上できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２２】
図１は本発明の実施例に係る液体燃料パイロット着火式ガスエンジンにおける副室掃気装置を示す一部断面を含む全体構成図である。図２は前記副室掃気装置を備えたガスエンジンの全体構成を示す系統図、図３は掃気弁の開閉タイミングを示す線図であり、図中ＴＤＣは排気行程と給気行程との間のＴＤＣ（上死点）を示す。
【００２３】
本発明が適用されるガスエンジンを示す図２において、１００はエンジン、２０は該エンジン１００のシリンダヘッド、２３はピストン、１は該ピストン２３の上面とシリンダヘッド２０との間に区画形成される燃焼室、２４はクランク軸、３８は連接棒である。
２６は給気通路、２５は該給気通路２６を開閉する給気弁、３５は排気通路、２７は該排気通路３５を開閉する排気弁である。
３４はタービン３４ｂ、コンプレッサ３４ａからなる過給機、３６は前記エンジン１００の排気通路３５と該過給機３４のタービン３４ｂとを接続する排気管、３３は前記エンジン１００の給気通路２６と該過給機３４のコンプレッサ３４ａとを接続する給気管である。３７は該給気管３３に設置されて前記コンプレッサ３４ａからの空気を冷却する空気冷却器である。
【００２４】
３２は前記給気管３３に設けられたガスミキサー、３０はガス燃料の供給源（図示省略）と該ガスミキサー３２とを接続するガス燃料管、３１は該ガス燃料管３０の通路面積を制御するガス燃料弁であり、前記ガスミキサー３２において給気管３３からの空気中にガス燃料管３０からのガス燃料を混合するようになっている。
２は前記シリンダヘッドに設けられた副室、２１は該副室２内に軽油等のパイロット液体燃料を噴射するパイロット燃料弁、２９は該パイロット燃料弁２１に液体燃料を供給するためのパイロット燃料管、２８はパイロット燃料管２９に設けられ前記パイロット燃料弁２１に液体燃料を圧送するパイロット燃料ポンプである。
【００２５】
１０は詳細を後述する副室掃気弁で、該副室掃気弁１０には前記給気管３３の前記空気冷却器３７の下流側（上流側でもよい）から分岐された掃気管６が接続されている。
図２において二点鎖線にて示す掃気管６ａは、前記ガスミキサー３２内と前記副室掃気弁１０とを接続して該ガスミキサー３２内の空気とガス燃料との混合ガスを副室掃気弁１０側に供給するものである。
前記掃気管６及び掃気管６ａは、何れか一方または後述する作動方法で以って双方を設ける。
また図２において二点鎖線にて示す燃料ガス掃気管６１は、前記ガス燃料管３０から分岐されて副室２内に接続されており、途中に設けられた切換弁６０により前記副室２への接続を切り換えるようになっている。
【００２６】
副室掃気装置の詳細を示す図１において、２ａは前記シリンダヘッド２０に固定された副室周壁で、該副室周壁２ａの内部に前記副室２が形成されている。２２は前記シリンダヘッド２０内に形成された冷却室で、前記副室周壁２ａは該冷却室２２内を流動する冷却水により冷却されている。３は前記副室周壁２ａに複数個穿孔された連絡孔で、前記燃焼室１と副室２とを連通している。
前記副室周壁２ａの上部には前記副室掃気弁１０及びパイロット燃料弁２１が並設されている。２９は該パイロット燃料弁２１に接続されるパイロット燃料管である（図２参照）。
【００２７】
前記副室掃気弁１０において、１１はポペット弁式の弁体で前記副室周壁２ａに形成されたシート部１４に着脱することにより、前記副室２と後述する掃気溜１２との間を開閉するようになっている。１１ｄは前記弁体１１上部に形成された弁棒で、該弁棒１１ｄの上端部には弁駆動装置１３の出力端が接続されている。
前記弁棒１１ｄの長手方向中間部にはガイド部０１１が設けられている。該ガイド部０１１の詳細を示す図１（Ｂ）において、１１ｂは前記副室周壁２ａに固着された弁ガイドである。１１ａは前記弁棒１１ｄの外周に放射状に４個（複数個であればよい）形成されたガイドリブで、外周面が前記弁ガイド１１ｂの内周に往復摺動可能に嵌合されており、各ガイドリブ１１ａの間には掃気の通路となる掃気穴１１ｃが形成されている。
１２は掃気溜で、前記副室周壁２ａの弁体１１上部部位に形成されており、入口端が副室周壁２ａ内に形成された掃気通路５を経てシリンダヘッド２０内に形成された掃気通路４に接続されている。また、該掃気通路４は前記給気管３３から分岐する掃気管６あるいは前記ガスミキサー３２からの掃気管６ａに接続されている。
【００２８】
１３は前記副室掃気弁１０を開閉駆動する弁駆動装置で、出力端が前記弁棒１１ｄに連結されている。該弁駆動装置１３は、往復動出力端を有する電動モータ、油圧シリンダ等により構成される。
７は該弁駆動装置１３を駆動操作するとともに前記切換弁６０を切り換え操作する弁制御装置である。８はエンジンのクランク角を検出するクランク角検出器、９はエンジンの出力を検出する出力検出器であり、該クランク角検出器８によるエンジンクランク角の検出信号及び出力検出器９によるエンジン出力の検出信号は前記弁制御装置７に入力される。
尚、図示を省略するが、前記副室掃気弁１０は、エンジンのクランク軸２４に連動されるカムにより、エンジンの回転に連動させて開閉駆動するように構成することもできる。
【００２９】
かかる構成からなる副室掃気装置を備えたガスエンジンの運転時において、排気ターボ過給機３４のコンプレッサ３４ａにより加圧された空気は、給気管３３を通り空気冷却器３７にて冷却、降温されてから各シリンダのガスミキサー３２に導入される。
一方、ガス燃料管３０からのガス燃料はガス燃料弁３１を通って該ガスミキサー３２に導入される。そして該該ガスミキサー３２において給気管３３からの空気と前記ガス燃料とが混合せしめられ、希薄混合気となって給気通路２６及び給気弁２５を経て各シリンダの燃焼室１に供給される。
【００３０】
ここで、本発明においては副室掃気装置を備えているため、次のような副室２内の掃気作用を行う。
即ち、図３に示す排気弁２７のリフトＡ、給気弁２５のリフトＢ及び副室掃気弁１０のリフトＣ１、Ｃ２の開閉タイミングにおいて、ｔ１１は給気弁２５開、ｔ１２は給気弁２５閉、ｔ１３は排気弁２７開、ｔ１４は排気弁２７閉を示す。
またｔ１は副室掃気弁１０の加圧空気による掃気時の開、ｔ２は副室掃気弁１０の加圧空気による掃気時の閉、ｔ３は副室掃気弁１０の混合気または燃料ガス供給時の開、ｔ４は副室掃気弁１０の混合気または燃料ガス供給時の閉を示す。
【００３１】
図３に示すように、前記副室掃気弁１０は弁制御装置７により、図のＣ１に示すように、排気行程終期のｔ１にて開弁し、給気行程における一定期間開弁して給気通路３３の加圧気体を前記副室２内に供給して該副室２内を掃気せしめ、給気行程中のｔ２にて閉じるようになっている。
また、前記副室掃気弁１０は弁制御装置７により、図のＣ２に示すように、排気弁閉弁後の給気行程中のｔ３にて開弁し、前記ガスミキサー３２内あるいは該ガスミキサー３２よりも下流側の給気管３３内の混合気を掃気管６ａ及び前記副室掃気弁１０を介して前記副室２内に供給して該副室２内を掃気せしめ、給気行程中のｔ４にて閉じるようになっている。
そして、該副室掃気弁１０の開き始め時期ｔ１、ｔ３と開弁期間（ｔ１〜ｔ２）、（ｔ３〜ｔ４）のクランク角はエンジン出力によって変化せしめられる。
【００３２】
さらに、前記弁制御装置７は、前記副室掃気弁１０をｔ１にて開弁しｔ２にて閉弁して、排気行程終期から給気行程初期における一定期間、前記加圧空気を副室２内に噴出せしめるとともに、排気弁２７閉弁（ｔ１４）後の給気行程中の一定期間において前記切換弁６０を切り換えて、ガス燃料管３０からガス燃料掃気管６１を通して燃料ガスを前記副室２内に供給して該副室２内を掃気せしめ、給気行程中のｔ４にて閉じるように構成することもできる。
そして、前記切換弁６０開き始め時期ｔ３及び開弁期間（ｔ３〜ｔ４）のクランク角はエンジン出力によって変化せしめられる。
【００３３】
しかして、弁制御装置７においては、前記出力検出器９から入力されるエンジン出力に基づき、当該エンジン出力に適応する副室掃気弁１０の開き始め時期ｔ１及び開弁期間（ｔ１〜ｔ２）を算出し、前記クランク角検出器８から入力されるエンジンクランク角の検出値に対応させ、前記弁駆動装置１３に副室掃気弁１０の作動指令つまり前記のような開き始め時期ｔ１及び開弁期間（ｔ１〜ｔ２）を出力する。
【００３４】
該弁駆動装置１３によって前記開き始め時期ｔ１に副室掃気弁１０の弁体１１が押し下げられシート部１４から離れて開弁せしめられると、給気管路３３の前記ガスミキサー３２よりも上流側部位から抽出され掃気管６及び掃気通路４、５を介して該副室掃気弁１０の掃気溜１２に導かれた過給機出口側の加圧空気（あるいは、ガスミキサー内３２から抽出された加圧混合気）つまり掃気が弁体１１の開口部を通って副室２内に供給される。
そして、該掃気は、図３に示すように、排気行程終了（排気弁２７閉ｔ１４）近傍において副室２内に残留している燃焼ガスあるいは未燃ガスつまり残留ガスを該副室２と燃焼室１とを連通する連絡孔３を通して該燃焼室１内に押し出す。
【００３５】
この場合、前記掃気弁１０の開き始めｔ１が排気行程終期及び給気行程初期であるので、燃焼室１内の圧力は副室２内から加圧空気（あるいは加圧混合気）により残留ガスを燃焼室１内に押し出し得る圧力レベルに低下しており、該副室２内に滞留している残留ガスは容易に燃焼室１内に押し出される。
そして、かかる掃気作用終了時には、該副室２内には残留ガスの滞留が殆ど無くなって、掃気作用を行った後の空気あるいは混合気又は燃料ガスが充填されることとなる。
【００３６】
そして、前記ピストン２３の圧縮行程において前記燃焼室１内の希薄混合気が連絡孔３を通って副室２内に導入されると、前記のようにして設定された噴射時期に前記パイロット燃料弁２１から該副室２内の希薄混合気及び前記掃気作用を行った後に充填された空気あるいは混合気中に液体燃料が噴射されてトーチ着火火炎を形成し、このトーチ着火火炎が連絡孔３を通して燃焼室１内に噴出され、該燃焼室１内の希薄混合気が着火燃焼せしめられる。
【００３７】
従って、かかる実施例によれば、前記副室掃気弁１０を通して副室２内に供給された加圧空気あるいは加圧混合気又は燃料ガスによる該副室２内の掃気作用によって副室２内に滞留している残留ガスが燃焼室１側に押し出されることにより、副室２において残留ガス量の極めて少ない新規ガス中にてトーチ着火燃焼がなされることとなる。
これにより、該副室２内から燃焼室１に噴出されるトーチ着火火炎の強度及び拡散性が安定的に増大され、該燃焼室１内における希薄ガスの燃焼が迅速かつ安定的に行われることとなり、燃焼状態が安定してＨＣの発生量が抑制されるとともにガス圧力のサイクル変動が小さくなって高い燃焼効率が得られ、エンジンの熱効率が向上するとともに、前記のように燃焼状態が安定することによって副室２及び燃焼室１内における部分的高温部の発生が回避され、ＮＯｘの発生量が低減される。
【００３８】
また、図３に示すように、前記副室掃気弁１０を、ｔ１からｔ２までの副室掃気弁１０の開弁期間Ｃ１に前記掃気管６から過給機３４出口側の高圧空気を副室２に供給し、ｔ３からｔ４までの副室掃気弁１０の開弁期間Ｃ２に前記掃気管６ａからガスミキサー３２内の混合気を副室２に供給することもできる。
【００３９】
このように構成すれば、給気行程初期において過給機３４出口側の高圧空気を副室２内に導入して掃気作用を行うことにより高圧空気によって副室２内の残留ガスを確実に燃焼室１側に押し出すことができるとともに、ガスミキサー３２以降の混合気を副室２内に導入して掃気作用を行うことにより該副室２内に混合気を充填させることができる。
これにより、副室内の掃気効率が向上するとともにパイロット噴射によるトーチ着火時における副室２内のガス濃度が上昇することとなり、該副室２内から燃焼室１に噴出されるトーチ着火火炎の強度及び拡散性が、加圧空気のみによる掃気の場合よりも増大する。
【００４０】
さらに、前記のように、加圧空気を副室２内に噴出せしめて該加圧空気による掃気後、切換弁６０を切り換えて、ガス燃料管３０からの燃料ガスを副室２内に供給して該副室２内を掃気することにより、副室内充填ガス量を、混合気の場合と比べて大幅に変化させることができる。このことにより更にＮＯｘ低減のため液体燃料であるパイロット噴射量を低減調節したときの場合でも、副室２においてトーチ着火火炎として不足する分燃料ガスにて過不足無く補充することができ、ＮＯｘの更なる低減を図りながら、ＨＣの発生量を抑制して燃焼効率を向上できる。
【００４１】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、掃気弁を通して副室内に供給された加圧空気、加圧混合気あるいは加圧ガス燃料による該副室内の掃気作用によって副室内に滞留している残留ガスが燃焼室側に押し出されることにより、副室において残留ガス量の極めて少ない新規ガス中にてトーチ着火燃焼がなされるので、該副室内から燃焼室に噴出されるトーチ着火火炎の強度及び拡散性が安定的に増大される。
【００４２】
これにより、燃焼室内における希薄ガスの燃焼が迅速かつ安定的に行われることとなり、燃焼状態が安定しガス圧力のサイクル変動が小さくなりノッキングの発生が回避されて高い燃焼効率が得られるとともに、ＨＣの発生量が抑制され、エンジンの熱効率が向上する。
さらには前記のように燃焼状態が安定することによって副室内及び燃焼室内における部分的高温部の発生が回避され、ＮＯｘの発生量が少ない良好な燃焼が得られる。
【００４３】
また、請求項７又は８のように構成すれば、排気弁閉弁後の給気行程初期において前記掃気弁を開弁したので、掃気に用いるガスミキサー以降の混合気又は燃料ガスを排気系統に漏洩することなく、副室内の残留ガスを燃焼室側に押し出すことができるとともに、ガスミキサー以降の混合気又は燃料ガスを副室内に導入して掃気作用を行うことにより該副室内に混合気又は燃料ガスを充填させることができる。
これにより、副室内の掃気効率が向上するとともにパイロット噴射によるトーチ着火時における副室内のガス濃度が上昇することとなり、更なるＮＯｘ低減を狙ってパイロット噴射の液体燃料の噴射量を低減調節した際、該副室内から燃焼室に噴出されるトーチ着火火炎の強度及び拡散性の維持又は増大効果が期待できる。
【００４４】
また、請求項９のように構成すれば、過給機出口側の高圧空気を副室内に導入して掃気作用を行うことにより高圧空気によって副室内の残留ガスを確実に燃焼室側に押出すことができるとともに、排気弁閉弁後の給気行程中の一定期間において燃料ガスを前記副室内に噴出せしめるようにしたので、燃料ガスを排気系統に漏洩することなく、該副室内に燃料ガスを充填させることができる。また、前記掃気弁の閉弁時期を制御することにより、副室内の燃料ガスの充填量を加減できる。これによりＮＯｘ低減のためパイロット噴射量を低減調節したとき、副室においてトーチ着火火炎として、不足となった分燃料ガスにて過不足なく補充することができ、ＮＯｘの更なる低減を図りながらＨＣの発生量を抑制して燃焼効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る液体燃料パイロット着火式ガスエンジンにおける副室掃気装置を示す一部断面を含む全体構成図である。
【図２】前記副室掃気装置を備えたガスエンジンの全体構成を示す系統図である。
【図３】掃気弁の開閉タイミングを示す線図である。
【符号の説明】
１ 燃焼室
２ 副室
２ａ 副室周壁
３ 連絡孔
４、５ 掃気通路
６、６ａ 掃気管
７ 弁制御装置
８ クランク角検出器
９ 出力検出器
１０ 副室掃気弁
１１ 弁体
０１１ ガイド部
１１ｄ 弁棒
１２ 掃気溜
１３ 弁駆動装置
２０ シリンダヘッド
２１ パイロット燃料弁
２３ ピストン
２５ 給気弁
２６ 給気通路
２７ 排気弁
２９ パイロット燃料管
３０ ガス燃料管
３２ ガスミキサー
３３ 給気管
３４ 過給機
３７ 空気冷却器
３５ 排気通路
３６ 排気管
６０ 切換弁
６１ 燃料ガス掃気管
１００ エンジン
Claims (9)
- 排気ターボ過給機で加圧された空気が通流する給気通路に設置されたガスミキサーにて前記空気中にガス燃料を供給することにより混合ガスを形成し、該混合ガスを燃焼室に供給するとともに、前記燃焼室に連絡孔を介して連通される副室に該燃焼室から導入された混合ガス中に燃料を噴射して着火燃焼せしめるように構成されたガスエンジンにおいて、前記副室の周壁に設けられ掃気通路を経て供給された加圧気体を該副室内に噴出せしめて該副室内の残留ガスを前記連絡孔を介して前記燃焼室に送出せしめる掃気弁を備えた副室掃気装置を有してなることを特徴とする副室掃気装置を備えたガスエンジン。
- 前記掃気通路は、前記給気通路の前記ガスミキサーよりも上流側の空気を前記掃気弁に供給する空気通路からなることを特徴とする請求項１記載の副室掃気装置を備えたガスエンジン。
- 前記掃気通路は、前記ガスミキサー内あるいは該ガスミキサーよりも下流側の給気通路内の混合気を前記掃気弁に供給する混合気通路からなることを特徴とする請求項１記載の副室掃気装置を備えたガスエンジン。
- 前記掃気通路は、前記ガスミキサーに接続されるガス燃料管から分岐されて前記掃気弁に接続される燃料ガス通路からなることを特徴とする請求項１記載の副室掃気装置を備えたガスエンジン。
- 前記副室掃気装置は、排気行程終期から給気行程初期における一定期間前記掃気弁を開弁して前記加圧気体を前記副室内に噴出せしめる弁制御装置を備えてなることを特徴とする請求項１記載の副室掃気装置を備えたガスエンジン。
- エンジンのクランク角を検出するクランク角検出器を備え、前記弁制御装置は、前記クランク角検出器からのクランク角の検出値及びエンジン出力に従い前記掃気弁を開閉制御するように構成されてなることを特徴とする請求項５記載の副室掃気装置を備えたガスエンジン。
- 前記弁制御装置は、排気弁閉弁後の給気行程中の一定期間において前記掃気弁を開弁して空気中にガス燃料を供給するガスミキサー内あるいは該ガスミキサーよりも下流側の給気通路内の混合気を混合気通路及び前記掃気弁を介して前記副室内に供給せしめるように前記掃気弁を開閉制御することを特徴とする請求項５記載の副室掃気装置を備えたガスエンジン。
- 前記弁制御装置は、排気弁閉弁後の給気行程中の一定期間において前記掃気弁を開弁してガスミキサーに供給される燃料ガスの一部を前記掃気弁を介して前記副室内に供給せしめるように前記掃気弁を開閉制御することを特徴とする請求項５記載の副室掃気装置を備えたガスエンジン。
- 前記弁制御装置は、排気行程終期から給気行程初期における一定期間前記掃気弁を開弁して前記加圧気体としての加圧空気を前記副室内に噴出せしめるとともに、排気弁閉弁後の給気行程中の一定期間において切換弁を切り換えて燃料ガスを前記副室内に噴出せしめるように構成されてなることを特徴とする請求項５記載の副室掃気装置を備えたガスエンジン。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9157409B2 (en) | 2012-01-20 | 2015-10-13 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd | Combustion control device and control method for internal combustion engine |
| JP2017510745A (ja) * | 2014-03-17 | 2017-04-13 | ウッドワード, インコーポレーテッドWoodward, Inc. | デュアルフューエルエンジン用プレチャンバの使用 |
| EP3853461A1 (en) * | 2018-09-20 | 2021-07-28 | Bergen Engines As | Cylinder head for a combustion engine, and a method for supply of prechamber gas in a cylinder head |
| CN113982739A (zh) * | 2021-11-18 | 2022-01-28 | 山东大学 | 大缸径气体发动机的湍流射流点火系统、供气系统及方法 |
-
2002
- 2002-09-03 JP JP2002257264A patent/JP2004092574A/ja not_active Withdrawn
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| EP3853461A4 (en) * | 2018-09-20 | 2022-05-25 | Bergen Engines As | COMBUSTION ENGINE CYLINDER HEAD AND METHOD FOR FEEDING PRE-CHAMBER GAS INTO A CYLINDER HEAD |
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