JP2007046600A - ガス燃料の燃焼が可能なディーゼルエンジンの点火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ディーゼルエンジンを搭載した車両においてガス燃料を使用することができるガス燃料の燃焼が可能なディーゼルエンジンの点火装置を提供する。
【解決手段】メイン燃焼室１１１が設けられるシリンダーブロック１１０と、前記シリンダーブロックの上部と結合されるシリンダーヘッド１２０と、前記シリンダーヘッドの一側に、メイン燃焼室と連通するサブ燃焼室１２３を有するディーゼルエンジン車両において、前記ディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルの位置に、サブ燃焼室と連通する第１設置孔１２１が加工され、前記第１設置孔に、ガス燃料着火のために配電器に連結される点火プラグ１３０が設置され、前記ディーゼルエンジンの予熱プラグ位置に、サブ燃焼室と連通する第２設置孔１２５が加工され、前記第２設置孔と結合され、サブ燃焼室をシールする燃焼ガス漏洩防止部材１４０が設置されることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガス燃料の燃焼が可能なディーゼルエンジンの点火装置に関し、より詳細には、ディーゼルエンジンを搭載した車両において燃料供給のための燃料噴射ノズルを除去し、その位置にガス燃料の着火源となる点火プラグを設置することによって、ディーゼルエンジンを搭載した車両においてガス燃料を使用することができるようにしたガス燃料の燃焼が可能なディーゼルエンジンの点火装置に関する。

一般的に、ガソリンエンジンは、空気と燃料が十分に混合された混合ガスをシリンダーに供給して燃焼されるようになされているが、ディーゼルエンジンは、噴射ノズルから噴射された燃料が空気と混合し、着火温度に到達した後、燃焼が始まるので、ディーゼルエンジンの燃焼室は、噴射された燃料と空気をよく混合させることができる構造を必要とする。

このようなディーゼルエンジンは、シリンダー内に空気だけを吸入して圧縮する場合、高圧の圧縮熱が発生し、この際、噴射ノズルを介して燃料を噴射して圧縮熱によって自己着火、すなわち自然点火燃焼するエンジンである。

前記ディーゼルエンジンの着火遅延期間は、燃焼室に燃料が噴射され、燃焼を起こすまでの期間、すなわち燃料の粒子が圧縮熱を受けて軽油が蒸気に変化し、自己着火を起こすまでの期間を言い、時間的には、１／１０００〜４／１０００秒程度の短い期間である。

前記着火遅延の原因には、燃料の着火性、シリンダー内の圧力及び温度、燃料の微粒度、噴射状態、空気の渦流などにより左右される。この際、火炎伝搬期間は、噴射された燃料全てが同時に着火し、爆発的に燃焼する期間であって、シリンダー内の温度と圧力が上昇する期間を言う。火炎伝搬は、シリンダー内において燃料の性質、混合状態、空気の渦流により速度が変化し、また、圧力上昇によって影響を受ける。前記火炎伝搬期間に生じた火炎に起因して、噴射された燃料が噴射とほぼ同時に燃焼する期間で、燃料噴射が続いても、シリンダー内の温度が高くて、ほぼ定圧状態に燃焼が継続し、最上点で燃料噴射が完了する。

世界的に産業各分野において石油消費が増加しつつ、石油依存度が日々に深化されている。特に、韓国は、原油全量を輸入に依存している実情であるから、輸送分野の場合、石油依存度が絶対的に高い。このような石油依存度を低くするためには、代替燃料を使用することができる車両開発が絶対的に必要である。また、車両排出ガスによる大気汚染が深化されつつ、清浄燃料を使用することができる車両に対する開発が至急に解決すべき課題として登場している。

このような必要性に応じて、清潔な代替燃料車両を普及するための代案として、ガス車両、ハイブリッド（hybrid）車両、アルコール車両、電気車両などが開発されている。

特に、低公害性と経済性に優れた特性を有していて、基盤施設（infra-structure）が既に充分に確保されているガス燃料は、車両用代替エネルギーの有力な代案として認識されている。

しかし、既存のディーゼル車両をガス燃料専用車両に改造する方法は、ガソリンエンジンの改造方法とは異なって、技術的に複雑である。すなわちガス燃料は、自己着火温度が約４５０℃程度であって、軽油燃料より約２００℃以上高い。したがって、ガス燃料は、ディーゼルエンジンにそのまま使用することができないので、前記ガス燃料に着火源を提供できる技術的な改造が要求される。

これより、本発明は、前述したような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、ディーゼル車両のディーゼルエンジンにおいて燃料噴射装置と予熱プラグを除去すると共に、各々ガス燃料の着火源となる点火プラグと燃焼ガス漏洩防止部材を設置することによって、ディーゼルエンジンを搭載した車両においてガス燃料を使用することができるガス燃料の燃焼が可能なディーゼルエンジンの点火装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明に係るガス燃料の燃焼が可能なディーゼルエンジンの点火装置は、メイン燃焼室が設けられるシリンダーブロックと、前記シリンダーブロックの上部と結合されるシリンダーヘッドと、前記シリンダーヘッドの一側に、 メイン燃焼室と連通するサブ燃焼室と、を備えるディーゼルエンジン車両において、前記ディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルの位置に、サブ燃焼室と連通する第１設置孔が加工され、前記第１設置孔に、ガス燃料着火のために配電器に連結される点火プラグが設置され、前記ディーゼルエンジンの予熱プラグ位置に、サブ燃焼室と連通する第２設置孔が加工され、前記第２設置孔と結合され、サブ燃焼室をシールする燃焼ガス漏洩防止部材が設置されることを特徴とする 。

好ましくは、前記漏洩防止部材は、ボルトまたはピンからなる。

また、前記点火プラグは、第１設置孔に点火プラグリングを介在した状態で設置され、前記点火プラグは、第１設置孔に螺着されるように設置される。

さらに、前記第１設置孔には、点火プラグが結合されたブッシングが設置され、 前記ブッシングは、第１設置孔にブッシングリングを介在した状態で螺着されるように設置される。

また、前記第１設置孔またはブッシングに設置される点火プラグと結合され、点火プラグの設置を容易にするソケットが構成される。

本発明に係るガス燃料の燃焼が可能なディーゼルエンジンの点火装置によれば、ディーゼル車両のディーゼルエンジンにおいて燃料噴射装置と予熱プラグを各々除去すると共に、ガス燃料の着火源となる点火プラグと燃焼ガス漏洩防止部材を各々設置することによって、ディーゼルエンジンを搭載した車両においてガス燃料を使用することができるという効果がある。

また、シリンダーヘッドに点火プラグと漏洩防止部材を簡便に設置することができ、設置された点火プラグと漏洩防止部材の設置位置を簡便に調節することができるという効果がある。

以下、本発明に係るガス燃料の燃焼が可能なディーゼルエンジンの点火装置を説明する。

まず、一般的なディーゼルエンジンでは、着火温度が２２０℃〜２５０℃と低い軽油を燃料として使用するので、燃焼室に空気だけを吸入して圧縮した時、発生した熱により燃料噴射ポンプから各シリンダーに分配された高圧の軽油燃料が噴射ノズルを介して噴射されながら、着火し燃焼する。このようなディーゼルエンジンをガスエンジンに改造する場合、ガス燃料の着火温度が約４５０℃と高くて、別途の着火源である点火プラグが必要である。ガスエンジンにおいて、燃料は、空気と一緒に混合され、燃焼室に吸入され圧縮され、これに配電器から供給される電気エネルギーによりスパークを起こす。

したがって、ガスエンジンに改造する際、軽油燃料を供給する必要がないので、燃料噴射ポンプ及び噴射ノズルを除去し、且つその除去された箇所に点火プラグを装着させることを必要とする。

これについて添付の図面を参照して具体的に説明する。

図１乃至図５は、本発明に係るガス燃料の燃焼が可能なディーゼルエンジンの点火装置を示す図である。

本発明に係るガス燃料の燃焼が可能なディーゼルエンジン１００は、図１に示されたように、メイン燃焼室１１１が設けられるシリンダーブロック１１０と、前記シリンダーブロック１１０の上部と結合されるシリンダーヘッド１２０と、前記シリンダーヘッド１２０の一側に、メイン燃焼室１１１と連通するサブ燃焼室１２３とから構成される。

図２は、上記のように構成されたディーゼルエンジンにおいてガス燃料の燃焼が可能な点火装置を示す図である。

同図に示されたように、前記ディーゼルエンジン１００の燃料噴射ノズルが設置される位置のシリンダーヘッド１２０に、サブ燃焼室１２３と連通する第１設置孔１２１を加工し、前記第１設置孔１２１の内周面の下端部には、タブ加工によるねじ部１２２を形成する。

一方、上記のように加工される第１設置孔１２１は、シリンダーヘッド１２０の外側に隣接する部位が、サブ燃焼室１２３側に隣接する部位より広く拡張されるように形成される。

この際、前記第１設置孔１２１は、シリンダーヘッド１２０のサブ燃焼室１２３の周辺に形成された冷却水通路との厚や点火プラグ１３０の設置高さなど最適の燃焼条件を考慮して加工される。

さらに、前記第１設置孔１２１には、ガス燃料着火のために配電器に連結される点火プラグ１３０がその外周面のねじ山１３３を介して第１設置孔１２１のねじ部１２２に螺着され、前記第１設置孔１２１で点火プラグ１３０の設置高さを調節できるように設置される。

一方、前記点火プラグ１３０は、第１設置孔１２１に点火プラグリング１３２を介在１状態で設置され、気密維持はもちろん、点火プラグ１３０の設置高さを制限するようになる。

すなわち、前記点火プラグリング１３２の厚さに対応した高さ分、点火プラグ１３０が第１設置孔１２１内にさらに進入しないように制限することによって、点火プラグ１３０の端部がサブ燃焼室１２３に突出しないように設置される。

さらに、前記サブ燃焼室１２３の下部には、メイン燃焼室１１１と連通する通路１２４が加工され穿孔される。

また、図２の拡大図は、漏洩防止部材１４０を示す図で、この漏洩防止部材１４０は、ディーゼルエンジンの予熱プラグ位置でサブ燃焼室をシールし、燃焼ガスの漏洩を防止する機能を行う。

一方、前記漏洩防止部材１４０は、ボルトまたはピンタイプで構成されることができ、本実施例では、ボルトタイプの漏洩防止部材１４０を図示し、ピンタイプで構成する場合には、別途の固定手段を用いて第２設置孔１２５に挿入固定する。

具体的に、ディーゼルエンジン１００の予熱プラグが設置される位置のシリンダーヘッド１２０に、サブ燃焼室１２３と連通する第２設置孔１２５が加工され、前記第２設置孔１２５の内周面の一側には、ねじ部１２６が形成される。

一方、上記のように加工される第２設置孔１２５は、シリンダーヘッド１２０の外側に隣接する部位が、サブ燃焼室１２３側に隣接する部位より広く拡張されるように形成され、この拡張された部位にねじ部１２６が形成される。

さらに、前記第２設置孔１２５には、この第２設置孔１２５を介した燃焼ガスの漏洩を防止するための漏洩防止部材１４０が第２設置孔１２５のねじ部１２６に螺着され設置される。

前記漏洩防止部材１４０は、第２設置孔１２５に対応する形状で形成されるものの、前記第２設置孔１２５のねじ部１２６と結合されるねじ山が形成された大径部１４１と、この大径部１４１より小さい直径を有するように形成され、第２設置孔１２５の内側端部に挿入され、サブ燃焼室１２３との流路をシールするテーパ付きテーパ部を含む小径部１４２とから構成される。

図３及び図４は、本発明に係る点火装置に構成されるブッシングを示す図である。

図示のように、前記シリンダーヘッド１２０のサブ燃焼室１２３と連通する第１設置孔１２１には、ブッシング１５０がブッシングリング１５３を介在した状態で螺着され、前記第１設置孔１２１でブッシング１５０の設置高さを調節できるように設置される。

すなわち、前記ブッシング１５０は、図４に示されたように、その直径が異に形成されるように、段差を有する中空の円筒で形成され、直径が最も小さい下端部には、第１設置孔１２１にブッシングリング１５３を介在した状態で螺着されるねじ突部１５２が形成され、直径が最も大きい上端部には、ブッシング１５０の設置を容易する六角レンチ部１５１が形成される。

ここで、前記ブッシング１５０のねじ突部１５２は、その内・外周面の両方にわたってねじ山が形成され、前記六角レンチ部１５１は、その形状が六角形状で形成され、所定の工具を用いて設置される。

さらに、前記ブッシング１５０のねじ突部１５２内には、前述した点火プラグ１３０のねじ山１３３が螺着されるように設置され、このように結合される点火プラグ１３０は、ブッシング１５０との間に前述した点火プラグリング１３２を介在して設置されることもできる。

上記のように構成されたブッシング１５０は、多様な目的により設置されるものであるが、最も大きい目的は、点火プラグ１３０を第１設置孔１２１に設置するにあたって、前記点火プラグ１３０と第１設置孔１２１との間に遊隙が存在する時、この遊隙を解消するために設置される。

図５は、本発明に係る点火プラグまたはブッシングの設置を容易するソケットを示す図であって、円内部に示す拡大図は、ソケットの底面斜視図である。

同図に示されたように、ソケット１６０は、その端部が開口され、その内周面は、六角断面の形状で形成され、外周面は、円形断面の形状で形成される。

したがって、前記ソケット１６０の内周面には、点火プラグ１３０のナット部１３１が挿着され、点火プラグ１３０の設置が容易となり、前記点火プラグ１３０をブッシング１５０と結合する時、ブッシング１５０に挿入されるソケット１６０の外周面が円形からなるので、ブッシング１５０内でソケット１６０の回転が容易となり、これにより、点火プラグ１３０の設置作業が容易になされる。

以下、上記のように構成された本発明に係るガス燃料の燃焼が可能なディーゼルエンジンの点火装置の作用及び効果を説明する。

まず、ガス車両において燃料の流入から排気パイプを介して排出されるまでの手順を考察すれば、燃料タンクからソレノイド弁を経て供給されたガス燃料は、燃料ライン、ベポライザー（vaporizer）を経て燃料ラインに流入され混合され、混合された燃料は、スロットルボディーを通じて吸気マニホールドに移送され、吸気マニホールドに移送された混合燃料は、吸気弁を通じてメイン燃焼室に流入される。メイン燃焼室に流入された燃料は、燃焼室内で燃焼するようになり、その後、排気弁及び排気マニホールドを通じて排気ガスとなり、大気中に放出される。

シリンダーヘッドに形成されたサブ燃焼室１２３は、拡張加工された通路１２４を介してイン燃焼室１１１と連通する。メイン燃焼室１１１からサブ燃焼室１２３に流入する強力な空気流動がサブ燃焼室１２３で混合ガスの形成を促進させて、供給される燃料を１次燃焼後、サブ燃焼室１２３の燃焼圧力によりメイン燃焼室１１１に燃焼混合ガスが流入し、２次燃焼がなされる。したがって、サブ燃焼室１２３は、着火遅延が短く、メイン燃焼室１１１の圧力水準は、全般的に低く維持されながら、燃焼が進行されるので、燃焼過程は、比較的スムースである。

したがって、騷音水準が低く、クランク機構に作用する負荷も少なく、排気ガス中の有害物質の含量が低いだけでなく、粒子状排出物が低減されるという効果がある。

一方、ディーゼル車両をガス車両に改造する場合、サブ燃焼室１２３の通路１２４を拡張加工し、残りは、大部分そのまま使用するので、設計及び製作の便宜性があり、サブ燃焼室１２３で１次燃焼が発生した後、メイン燃焼室１１１で２次燃焼が発生するようになるので、燃焼が徐々に発生し、燃焼騷音が低減される。

また、第２設置孔１２５に、予熱プラグの代わりに燃焼ガス漏洩防止部材１４０を螺着して設置し、第１設置孔１２１には、点火プラグ１３０を螺着して設置するものの、この際、点火プラグ１３０に点火プラグリング１３２を介在した状態で設置することによって、点火プラグ１３０の設置高さを調節することができる。

また、点火プラグ１３０と第１設置孔１２１との間に遊隙が存在する場合には、第１設置孔１２１にブッシングリング１５３を介在した状態でブッシング１５０を挿着し、このブッシング１５０に点火プラグリング１３２を介在した状態で点火プラグ１３０を挿着して設置することによって、点火プラグ１３０を容易に設置することができると共に、点火プラグ１３０の設置高さを簡便に調節することができる。

本発明によりガス燃料燃焼が可能なディーゼルエンジンの点火装置を示す構成図であって、（ａ）は、正断面図であり、（ｂ）は、側断面図である。 図１のＡ部の拡大図である。 本発明に係るブッシングが適用された点火装置を示す拡大図である。 本発明に係るブッシングの半断面斜視図である。 本発明に係るソケットを示す図である。

符号の説明

１００ ディーゼルエンジン
１１０ シリンダーブロック
１１１ メイン燃焼室
１２０ シリンダーヘッド
１２１ 第１設置孔
１２２ ねじ部
１２３ サブ燃焼室
１２４ 通路
１２５ 第２設置孔
１２６ ねじ部
１３０ 点火プラグ
１３１ ナット部
１３２ 点火プラグリング
１３３ ねじ山
１４０ 漏洩防止部材
１４１ 大径部
１４２ 小径部
１５０ ブッシング
１５１ レンチ部
１５２ ねじ突部
１５３ ブッシングリング
１６０ ソケット

Claims (7)

1. メイン燃焼室が設けられるシリンダーブロックと、前記シリンダーブロックの上部と結合されるシリンダーヘッドと、前記シリンダーヘッドの一側に、前記メイン燃焼室と連通するサブ燃焼室と、を備えるディーゼルエンジン車両において、
   前記ディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルの位置に、前記サブ燃焼室と連通する第１設置孔が加工され、
   前記第１設置孔に、ガス燃料着火のために配電器に連結される点火プラグが設置され、
   前記ディーゼルエンジンの予熱プラグ位置に、前記サブ燃焼室と連通する第２設置孔が加工され、
   前記第２設置孔と結合され、前記サブ燃焼室をシールする燃焼ガス漏洩防止部材が設置されることを特徴とするガス燃料の燃焼が可能なディーゼルエンジンの点火装置。
2. 前記漏洩防止部材は、ボルトまたはピンからなることを特徴とする請求項１に記載のガス燃料の燃焼が可能なディーゼルエンジンの点火装置。
3. 前記点火プラグは、前記第１設置孔に点火プラグリングを介在した状態で設置されることを特徴とする請求項１に記載のガス燃料の燃焼が可能なディーゼルエンジンの点火装置。
4. 前記点火プラグは、前記第１設置孔に螺着されるように設置されることを特徴とする請求項３に記載のガス燃料の燃焼が可能なディーゼルエンジンの点火装置。
5. 前記第１設置孔には、前記点火プラグが結合されたブッシングが設置されることを特徴とする請求項１に記載のガス燃料の燃焼が可能なディーゼルエンジンの点火装置。
6. 前記ブッシングは、前記第１設置孔にブッシングリングを介在した状態で螺着されるように設置されることを特徴とする請求項５に記載のガス燃料の燃焼が可能なディーゼルエンジンの点火装置。
7. 前記第１設置孔または前記ブッシングに設置される前記点火プラグと結合され、前記点火プラグの設置を容易にするソケットが構成されることを特徴とする請求項６に記載のガス燃料の燃焼が可能なディーゼルエンジンの点火装置。