JP2006057550A - ガスエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】従来のガスレギュレータには、ガス調節弁２１０が１つであるか、若しくは並列に複数個ある配設されており、エンジン最大出力時の最大ガス流量に合わせてガス調節弁の径が決められてしまい、低速低負荷時の低流量域での流量精度が悪くなり、空燃比のバラツキが大きくなってしまっていた。
【解決手段】前記ガスレギュレータ１００のダイヤフラム１０１に連動して燃料ガスの流入を制御する弁機構１５・１６を設け、該弁機構１５・１６を複数設けた。また、前記複数の弁機構１５・１６を異なる大きさのものとした。そして、前記ダイヤフラム１０１に連動するレバー１１３を設け、該レバー１１３に前記複数の弁機構１５・１６の弁体１１５・１１６を連結した。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンのレギュレータの技術に関し、特に燃料ガスをガスレギュレータを介してミキサに供給するガスエンジンの技術に関する。

従来のガスレギュレータ２００は、図５及び図６に示すように、レギュレータケース内が上下にダイヤフラム２０１によって分割されており、該ダイヤフラム２０１はバランススプリング２０４及びスプリング２０９により上下から付勢されている。そして、上部ケース内は大気開放孔２０５を介して大気と連通され、下部ケースには燃料ガス出口１０６から配管を介してベンチュリと連通され、一方、燃料ガスパイプ７から燃料が供給されるようにし、該燃料ガスパイプ７の下部ケース内側の端部にはガス調節弁２１０を設けて、該ガス調節弁２１０はレバー２１３の一端と連結して、該レバー２１３の他端を前記スプリング２０９に係止する構成としていた。
そして、ガスエンジンを運転している時のガスレギュレータ２００内において、ダイヤフラム２０１がエンジンの始動操作によりベンチュリからの負圧を受けて大気圧とバランスしながら下降して、ダイヤフラム２０１に連動したレバー２１３によりガス調節弁２１０が開くことによってエンジン側にガスを供給していた。

より詳しくは、流量調整ネジ２０３、バランススプリング２０４、スプリング２０９によって、ベンチュリからの負圧が一定値より小さい場合は、ダイヤフラム２０１が大気圧やバランススプリング２０４とバランスして下降しないためレバー２１３が回転せずに、ガス調節弁２１０が開かず、逆にベンチュリからの負圧が流量調整ネジ２０３等の調整によって定まる一定値より大きい場合は、ダイヤフラム２０１がエンジンからの負圧を受けて大気圧とバランスして下降しレバー２１３が回転して、ガス調節弁２１０が開放されるものである。
そして、このような構成であって、吸気ガス脈動圧が大きいガスエンジンにおいては、ダイヤフラム２０１やスプリング２０９が脈動してしまうことがあり、エンジンの耐久性が問われていたが、ガスエンジン吸気マニホールドと、ガスレギュレータ機構とを連結するバキュームロックホースの中間部分に、フィルター付絞り機構を介装することにより、ガス調節弁２１０のチャタリングを防止する等していた（例えば、特許文献１参照。）。
実開平６−３０４６３号公報

しかし、従来のガスレギュレータ２００には、ガス調節弁２１０が１つであるか、若しくは、並列に複数個配設されており、エンジン最大出力時の最大ガス流量に合わせてガス調節弁の径が決められていたので、低速低負荷時の低流量域での流量精度が悪くなり、空燃比のバラツキが大きくなってしまっていた。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、燃料ガスをガスレギュレータを介してミキサに供給するガスエンジンにおいて、
前記ガスレギュレータのダイヤフラムに連動して燃料ガスの流入を制御する弁機構を設け、
該弁機構を複数設けたものである。

請求項２においては、前記複数の弁機構を異なる大きさのものとしたものである。

請求項３においては、前記ダイヤフラムに連動するレバーを設け、該レバーに前記複数の弁機構の弁体を連結したものである。

請求項４においては、前記弁機構を２組設けてレバーに取り付け、
第一の弁機構の弁体は直接レバーに固定し、
第二の弁機構は弁体にストッパーを設けバネにて閉じ方向に付勢して所定リフト量まで弁体が開かない構成としたものである。

請求項５においては、前記２組の弁機構をレバーの長手方向に並設し、
レバーの回動支点側に第一の弁機構を設け、
回動支点から離れた側に第二の弁機構を設けたものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、回転数や負荷に合わせて所望の弁体を開閉させることで、低回転域から高回転域で効率良く燃料を供給することができ、運転も効率良く行える。

請求項２においては、回転数や負荷に合わせて弁機構を選択して開閉させることができて、低回転域から高回転域で効率良く燃料を供給して運転することができる。

請求項３においては、簡単な構成で弁体を開閉させることができる。また、レバーに弁体を容易に取り付けることができる。

請求項４においては、低負荷時等の低流量で燃料を供給するときには、一つの弁体を開き、高負荷時等の高流量で供給するときには、二つの弁体を開いて、空燃比のバラツキを悪化させることなく、最適出力を得ることができる。

請求項５においては、弁機構をコンパクトに並設して配置できる。また、ストロークが大きく回動支点より離れた側に大流量の弁機構を配置でき、流量制御を容易にできる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明のガスエンジン１の一実施例を示す正面断面図、図２はガスが流れていない状態のガスレギュレータ１００を示す正面断面図、図３は同じく低流量状態のガスレギュレータ１００を示す正面断面図、図４は同じく高流量状態のガスレギュレータ１００を示す正面断面図、図５は従来のガスレギュレータ２００のガスが流れていない状態を示す正面断面図、図６は同じくガスレギュレータ２００のガスが流れている状態を示す正面断面図である。

まず、図１を用いて、本発明のガスエンジン１の全体構成について説明する。
ガスエンジン１のシリンダ３上部に配設されるシリンダヘッド４に、吸気マニホールド２や排気マニホールド２１や吸気弁２２、排気弁２３、点火プラグ２４等が設けられている。該吸気マニホールド２の他端にはガスミキサ５が接続されており、該ガスミキサ５はベンチュリ９とスロットル弁１０を備え、ベンチュリ９には吸気口５ａと燃料吸入口５ｂが設けられ、該吸気口５ａにエアクリーナ８が接続される。該燃料吸入口５ｂには燃料ガスホース６が連結されており、該燃料ガスホース６の他端はガスレギュレータ１００の燃料ガス出口１０６に連結されている。
ガスミキサ５内では、燃料ガスホース６からガスミキサ５内に吸入されてくる燃料ガスと、エアクリーナ８を通過してガスミキサ５内に吸入されてくる空気とが混合されて、該混合気体が吸気マニホールド２へ送られる。

ガスミキサ５内に設けるベンチュリ９は、吸気の通路を狭くすることで吸気の流速を速め、燃料吸入口５ｂ側を負圧とすることで、燃料を供給できるようにしている。
また、ガスミキサ５内のベンチュリ９と吸気マニホールド２の間には、スロットル弁１０を備え、該スロットル弁１０を回動操作して流路面積を変更することにより、吸気マニホールド２へ流入する燃料ガスの流量を調節している。
ガスレギュレータ１００は燃料ガス入口１１０・１１１（図２乃至図４参照）に連結された燃料ガスパイプ７・７から燃料ガスを吸入する。より詳しくは、後述する二つの燃料ガス調節弁１１５・１１６は、エンジンの作動により前記ベンチュリ９で発生する負圧によりダイヤフラム１０１が上下動することによって開閉し、燃料ガスパイプ７から燃料ガスホース６へ、燃料ガスを供給するのである。

そのため、エンジン停止時は吸気マニホールド２には負圧が発生せず、ダイヤフラム１０１は燃料ガス調節弁１１５・１１６をロックした状態となり、燃料ガスパイプ７から燃料ガスは流れないが、エンジンが作動すると、ピストンが下降して吸気弁２２が開くことによりエアクリーナ８から吸気マニホールド２へ空気が流れ、ベンチュリ９で主通路の流速が早くなることで燃料吸入口５ｂに負圧が発生し、燃料ガスホース６を介してガスレギュレータ１００のダイヤフラム１０１下部の部屋内の圧力を低下させ、負圧とつり合うべくダイヤフラム１０１が下降して、ダイヤフラム１０１に連動してレバー１１３（図２乃至図４参照）が回動し燃料ガス調節弁１１５・１１６が燃料ガス入口１１０・１１１より離れて、燃料ガスパイプ７からガスレギュレータ１００の下部に燃料ガスが流れ込んでくるのである。

次に本発明のガスエンジン１のガスレギュレータ１００の構成について、図２乃至図４を参照しながら説明する。
ガスレギュレータ１００は、図２に示すように、皿状の上部のレギュレータカバー１０２と下部のレギュレータケース１０７をダイヤフラム１０１を介して互いに凹部側を対峙させて合わせることによって、内部に上下の空間を設けた形状に構成されている。上部のレギュレータカバー１０２は、下部の周囲にフランジ部１０２ｂが形成されており、下部のレギュレータケース１０７にも、上部の周囲にフランジ部１０７ｂが形成されている。そして、該フランジ部１０２ｂ・１０７ｂ同士を図示しないボルト等によって（溶接やカシメ等も可能）固設して、レギュレータカバー１０２とレギュレータケース１０７によって覆われる中空のガスレギュレータ１００を形成している。

ガスレギュレータ１００は、内部に上下方向略中央に水平に張設されたダイヤフラム１０１を具備し、ダイヤフラム１０１の上方と下方の空気が行き来出来ないように構成されている。ダイヤフラム１０１は、金属または合成樹脂等の弾性膜によって構成されて伸縮可能としており、レギュレータカバー１０２とレギュレータケース１０７に挟まれて固設されている。
そして、前記レギュレータカバー１０２には、側部の斜面に大気開放孔１０５が形成され、該大気開放孔１０５に連結された図示しないパイプ等を介して大気がガスレギュレータ１００上部の空間に入ったり、ガスレギュレータ１００上部の空間から大気が出たりできるようにしている。
このようにして、ダイヤフラム１０１の上部にあってガスレギュレータ１００内上部の空気はガスエンジン１の外部の大気と同じ圧力に保たれている。

一方、前記レギュレータケース１０７には、側部の斜面に燃料ガス出口１０６が形成されており、該燃料ガス出口１０６には連結された前記燃料ガスホース６が連結されている。
そして、レギュレータケース１０７には、燃料ガス出口１０６の反対側の側部若しくは下部に、２つの燃料ガス入口１１０・１１１が形成されている。該燃料ガス入口１１０・１１１には、前記燃料ガスパイプ７・７が連結されており、燃料タンク等から該燃料ガスパイプ７・７及び燃料ガス入口１１０・１１１を通って、燃料ガスがガスレギュレータ１００の下部の空間に流入してくるように構成されている。そして、流入した燃料ガスはベンチュリ９で生じる負圧によって、前記燃料ガス出口１０６から燃料ガスホース６を通して、ガスミキサ５に流れる。

燃料ガス入口１１０・１１１のガスレギュレータ１００内側の端部には、それぞれ燃料ガス調節弁１１５・１１６を具備した弁機構１５・１６が配設される。
以下、図２を参照しながら、燃料ガス調節弁１１５・１１６を具備した弁機構１５・１６の配設方法について説明する。
レギュレータケース１０７の中央部の上面（レギュレータケース１０７底面のガスレギュレータ１００内部側）には、スプリング１０９の下部が固定されており、スプリング１０９の上端には、レバー１１３の一端部１１３ｂが当接されている。
ここで、弁機構１５・１６について説明する。該レバー１１３は、プレートを正面視略「へ」字状に折り曲げて構成して、中央部が回動支点１１４に固定され、レバー１１３の一端部１１３ｂは凹状に湾曲させて前述のようにスプリング１０９の上端に嵌合させ、反対の他端部１１３ｃ・１１３ｄには長手方向に沿って前記燃料ガス調節弁１１５・１１６の上面に連結されている。該レバー１１３は、前後方向（図２の紙面に垂直な方向）に幅広の板状部材等で構成し、該他端部１１３ｄの回動支点１１４に近い側の下面と該燃料ガス調節弁１１６の上面は固設し、回動支点１１４に遠い側の他端部１１３ｂと該燃料ガス調節弁１１５は固設するのではなく、若干の「遊び」を設けて連結するものとする。詳しくは、燃料ガス調節弁１１５の上面に棒状部材１１９を立設し、該棒状部材１１９の上端に円盤等の板状部材若しくは棒状部材のストッパー１１８を水平に固設しておき、レバー１１３の端部１１３ｃには孔若しくは切りかき１１３ｅを設け、該棒状部材１１９を該孔若しくは切りかき１１３ｅに通す（挟む）構成とするものである。
そして、燃料ガス調節弁１１５の棒状部材１１９には上下方向にバネ１１７を外嵌し、該バネ１１７の上端を前記レバー１１３の他端部１１３ｃの下端に当接させておく。該バネ１１７は燃料ガス調節弁１１５を閉じる方向に付勢するものとする。

該レバー１１３の正面視略中央部には、回動支点１１４が固設されており、該回動支点１１４はレギュレータケース１０７に回動自在に支持されている。但し、レバー１１３は回動支点１１４に枢支する構成とすることも可能である。このように、レバー１１３を配設することにより、レバー１１３は回動支点１１４を支点にして燃料ガス調節弁１１６と一緒に、正面視において時計方向もしくは反時計方向に回動する。燃料ガス調節弁１１５はレバー１１３に固設されていないため、回動角が小さい場合にはレバー１１３が回動支点１１４を支点として時計方向に回転しても、レバー１１３と同じように動かずに（レバー１１３に従って、燃料ガス入口１１０を開放せずに）、レバー１１３の端部１１３ｃがストッパー１１８の下部に当接して燃料ガス調節弁１１５ごと持ち上げるまで、バネ１１７の付勢力によって燃料ガス入口１１０を開放しない構成となっている。
つまり、レバー１１３が少しでも、時計方向に回動すれば、燃料ガス調節弁１１６は持ち上がり燃料ガス入口１１１は開放されて燃料ガスはその開放量に応じた量が供給されるが、燃料ガス調節弁１１５はレバー１１３がある程度回動しなければ持ち上がらない構成となっている。図２は、ガスエンジン１のシリンダ３からの負圧がかかっていない状態の図であり、燃料ガス調節弁１１５・１１６が共に閉じられている。

そして、前記スプリング１０９上方にはレバー１１３の端部１１３ｂ上面にピン１０８の下端が当接され（または固設され）ており、該ピン１０８の上端が前記ダイヤフラム１０１の下面に当接（または固設）しているものとする。そして、ダイヤフラム１０１の上側で、該ピン１０８の上方にあたる（軸心が略同一）場所には、バランススプリング１０４が配設され、該バランススプリング１０４とダイヤフラム１０１との間には座金１２０を介装している。該バランススプリング１０４の上面には座金を介して流量調節ネジ１０３の下端が当接しており、該流量調節ネジ１０３は、レギュレータカバー１０２の中央上面に形成されたネジ孔１０２ｃを貫通して、ナット１２１によって垂直に保持されている。
このように、構成することによって、流量調節ネジ１０３を回動して進退させることによりダイヤフラム１０１の上下方向の釣り合い位置、つまり、燃料ガス調節弁１１５・１１６を開ける圧力を調節することが可能となる。

次に、シリンダ３からの負圧により低流量の燃料ガスが流れる場合について、図３を参照しながら、説明する。
ガスエンジン１が低回転で作動しているときや、負荷がかかって回転数が低下してくると、ベンチュリ９の吸気口５ａを流れる空気の流量も少なく、燃料吸入口５ｂの負圧も小さいために、ガスレギュレータ１００のダイヤフラム１０１のスプリング１０９に抗して下降する量も小さいため、レバー１１３は回動支点１１４を支点にして時計方向に少しだけ回動する。この時のダイヤフラム１０１は、ガスレギュレータ１００上部の空間の圧力とバランススプリング１０４との圧力が、ガスレギュレータ１００下部の空間の圧力と、スプリング１０９の付勢力等の力が釣り合った位置で止まる。

図３に示すように、この低負圧によりレバー１１３が少しだけ回動すると、端部１１３ｄに固設されている燃料ガス調節弁１１６が持ち上がり、燃料ガスが燃料ガス入口１１１からガスレギュレータ１００内に吸引される。このとき（レバー１１３が時計回りに少しだけ回動したとき）、燃料ガス調節弁１１６は持ち上がるが、端部１１３ｃに固設されていない燃料ガス調節弁１１５は持ち上がらない。つまり、バネ１１７が伸びるだけで、端部１１３ｃの上面がストッパー１１８に当接していないため、燃料ガス調節弁１１５は持ち上がらないのである。
ガスレギュレータ１００下部の空間に流れ込んだ燃料ガスは、燃料ガス出口１０６及び燃料ガスホース６を通って、ガスミキサ５から吸気マニホールド２方向に吸入される。

次に、シリンダ３からの負圧により高流量の燃料ガスが流れる場合について、図４を参照しながら、説明する。
ガスエンジン１の回転数が増加してくると、ベンチュリ９の吸気口５ａを流れる空気の流量も多くなり、燃料吸入口５ｂの負圧も大きくなるために、ガスレギュレータ１００のダイヤフラム１０１のスプリング１０９に抗して下降する量も大きくなり、レバー１１３は回動支点１１４を支点にして時計方向に大きく回動する。

図４に示すように、レバー１１３が大きく回動すると、端部１１３ｄに固設されている燃料ガス調節弁１１６が持ち上がり、ガスレギュレータ１００下部の負圧によって、燃料ガスが燃料ガス入口１１１からガスレギュレータ１００内に吸引される。このとき（レバー１１３が時計回りに大幅に回動したとき）、燃料ガス調節弁１１６だけでなく、端部１１３ｃに固設されていない燃料ガス調節弁１１５も持ち上げられる。つまり、端部１１３ｃが持ち上がりバネ１１７が伸びて、端部１１３ｃの上面がストッパー１１８に当接する位置より持ち上がり、燃料ガス調節弁１１５を持ち上げて、燃料ガス入口１１０からも燃料ガスがガスレギュレータ１００下部の空間に流れ込み、燃料ガス入口１１０・１１１の両方から入り、燃料ガス出口１０６及び燃料ガスホース６を通って、ガスミキサ５や吸気マニホールド２方向に多量の燃料ガスが供給される。

また、図２に示すように、燃料ガス入口１１０・１１１の径が略同じに形成されているが、同じ径に限定するものでない。
つまり、ガスエンジン１を搭載する車両等の用途に応じて、燃料ガス調節弁１１５（燃料ガス入口１１０）の径Ｄ１が燃料ガス調節弁１１６（燃料ガス入口１１１）の径Ｄ２より大きくなる（Ｄ１＞Ｄ２）ように形成することも可能である。この場合高回転側で高トルクを必要な場合等に有効である。また逆に燃料ガス調節弁１１６（燃料ガス入口１１１）の径Ｄ２の径が燃料ガス調節弁１１５（燃料ガス入口１１０）の径Ｄ１よりも大きくなる（Ｄ１＜Ｄ２）ように形成することも可能である。この場合、低回転側で高トルクが必要な場合等で有効であり、それぞれの場合で燃料効率を向上させることが可能である。また、本実施例ではレバー１１３の長手方向に二つの燃料ガス調節弁を設けているが、３つ以上長手方向に並設する構成とすることも可能である。

このように、燃料ガスをガスレギュレータ１００を介してミキサ５に供給するガスエンジン１において、
前記ガスレギュレータ１００のダイヤフラム１０１に連動して燃料ガスの流入を制御する弁機構１５・１６を設け、
該弁機構１５・１６を複数設けたので、
回転数や負荷に合わせて所望の弁体１１５・１１６を開閉させることで、低回転域から高回転域で効率良く燃料を供給することができ、運転も効率良く行える。

また、前記複数の弁機構１５・１６を異なる大きさのものとしたので、
回転数や負荷に合わせて弁機構１５・１６を選択して開閉させることができて、低回転域から高回転域で効率良く燃料を供給して運転することができる。

また、前記ダイヤフラム１０１に連動するレバー１１３を設け、該レバー１１３に前記複数の弁機構１５・１６の弁体１１５・１１６を連結したので、
簡単な構成で弁体１１５・１１６を開閉させることができる。また、レバー１１３に弁体を容易に取り付けることができる。

また、前記弁機構１５・１６を２組設けてレバー１１３に取り付け、
第一の弁機構１６の弁体１１６は直接レバー１１３に固定し、
第二の弁機構１５は弁体１１５にストッパー１１８を設けバネ１１７にて閉じ方向に付勢して所定リフト量まで弁体１１５が開かない構成としたので、
低負荷時等の低流量で燃料を供給するときには、一つの弁体１１６を開き、高負荷時等の高流量で供給するときには、二つの弁体１１５・１１６を開いて、空燃比のバラツキを悪化させることなく、最適出力を得ることができる。

また、前記２組の弁機構１５・１６をレバー１１３の長手方向に並設し、
レバー１１３の回動支点１１４側に第一の弁機構１６を設け、
回動支点１１４から離れた側に第二の弁機構１５を設けたので、
請求項５においては、弁機構１５・１６をコンパクトに並設して配置できる。また、ストロークが大きく回動支点１１４より離れた側に大流量の弁機構１５を配置でき、流量制御を容易にできる。

本発明のガスエンジン１の一実施例を示す正面断面図。 ガスが流れていない状態のガスレギュレータ１００を示す正面断面図。 同じく低流量状態のガスレギュレータ１００を示す正面断面図。 同じく高流量状態のガスレギュレータ１００を示す正面断面図。 従来のガスレギュレータ２００のガスが流れていない状態を示す正面断面図。 同じくガスレギュレータ２００のガスが流れている状態を示す正面断面図。

符号の説明

１ ガスエンジン
３ シリンダ
５ ガスミキサ
１５ 第二の弁機構
１６ 第一の弁機構
１００ ガスレギュレータ
１０１ ダイヤフラム
１０６ 燃料ガス出口
１１０・１１１ 燃料ガス入口
１１３ レバー
１１５ 第二の弁体（燃料ガス調節弁）
１１６ 第一の弁体（燃料ガス調節弁）
１１７ バネ

Claims (5)

1. 燃料ガスをガスレギュレータを介してミキサに供給するガスエンジンにおいて、
   前記ガスレギュレータのダイヤフラムに連動して燃料ガスの流入を制御する弁機構を設け、
   該弁機構を複数設けた、
   ことを特徴とするガスエンジン。
2. 前記複数の弁機構を異なる大きさのものとした、
   ことを特徴とする請求項１に記載のガスエンジン。
3. 前記ダイヤフラムに連動するレバーを設け、該レバーに前記複数の弁機構の弁体を連結した、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガスエンジン。
4. 前記弁機構を２組設けてレバーに取り付け、
   第一の弁機構の弁体は直接レバーに固定し、
   第二の弁機構は弁体にストッパーを設けバネにて閉じ方向に付勢して所定リフト量まで弁体が開かない構成とした、
   ことを特徴とする請求項３に記載のガスエンジン。
5. 前記２組の弁機構をレバーの長手方向に並設し、
   レバーの回動支点側に第一の弁機構を設け、
   回動支点から離れた側に第二の弁機構を設けた、
   ことを特徴とする請求項４に記載のガスエンジン。

Images