JP2009236017A - 副室式ガスエンジン - Google Patents
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Abstract
【課題】都市ガス等を燃料として運転される副室式ガスエンジンを対象とし、冷却不足による点火プラグの過熱に起因して、該冷却プラグの寿命が低下することを抑制し得る、副室式ガスエンジンを提供する。
【解決手段】内部に点火プラグ7の装着された筒状のプラグホルダ10を、シリンダヘッド3に形成した取付穴3Hに嵌挿して成る副室式ガスエンジン1において、プラグホルダとシリンダヘッドとの間に、冷却用リング12を、プラグホルダとシリンダヘッドとに接触する態様で介装している。
【選択図】図2
【解決手段】内部に点火プラグ7の装着された筒状のプラグホルダ10を、シリンダヘッド3に形成した取付穴3Hに嵌挿して成る副室式ガスエンジン1において、プラグホルダとシリンダヘッドとの間に、冷却用リング12を、プラグホルダとシリンダヘッドとに接触する態様で介装している。
【選択図】図2
Description
本発明は、都市ガス等を燃料として運転される副室式ガスエンジンを対象とし、詳しくは副室式ガスエンジンにおける点火プラグの過熱対策に関する。
昨今、ディーゼルエンジンよりも熱効率や排気公害等に有利な内燃機関として、天然ガスや都市ガス等を燃料とした副室付きガスエンジンが提供されている(例えば、特許文献1参照)。
図7は、従来の副室付きガスエンジンの一例を示しており、この副室式ガスエンジンEは、シリンダブロックBの上部にシリンダヘッドHが締結され、シリンダブロックBのシリンダCにはピストンDが挿入されており、該ピストンDとシリンダヘッドHおよびシリンダブロックBとに囲まれて主燃焼室Fが形成されている。
一方、シリンダヘッドHには、上記主燃焼室Fに臨む吸気ポートPiおよび排気ポートPoが形成されており、上記吸気ポートPiには吸気弁Viが設けられているとともに、排気ポートPoには排気弁Voが設けられている。
上記吸気ポートPiは、吸気管Iを介して吸気マニホルドMに接続され、この吸気マニホルドMはスロットルMsを介して過給器(図示せず)に連通している一方、上記吸気管Iには燃料ガス供給用のインジェクタ(図示せず)が設けられており、過給器により加圧された空気にインジェクタから燃料ガスを供給して生成された超希薄混合気は、吸気管Iから吸気ポートPiを介して燃焼室Fに供給される。
シリンダヘッドHの中央部には、点火プラグSの装着されたプラグホルダGが、上下に延びる取付穴Hhに嵌入して設置されており、このプラグホルダGには、主燃焼室Dに臨む副室Gcが形成されているとともに、上記副室Gcに燃料ガスを供給するための自動チェック弁Jが設置されている。
上記自動チェック弁Jは、吸気マニホルドMに連通したダイヤフラム式レギュレータRに接続されているとともに、プラグホルダGに形成した燃料供給路Giを介して副室Gcと連通しており、機関のポンピング損失を駆動力として自動チェック弁Jが開放されるタイミングにおいてのみ、100%濃度の燃料ガスが自動チェック弁Jから燃料供給路Giを介して副室Gcに供給される。
上記副室式ガスエンジンAの運転時、吸気行程において、吸気ポートPiから超希薄混合気が燃焼室Fに供給され、かつ副室Gcに自動チェック弁Jおよび燃料供給路Giを介して燃料ガスが導入され、圧縮行程において、上昇するピストンDにより燃焼室F内の超希薄混合気の一部が副室Gcに流入して燃料ガスと混合される。
次いで、ピストンDが上死点近傍に達した際に点火プラグSがスパークし、副室Gc内の混合ガスが点火されて火炎となり、その火炎は副室Gc内を伝搬して燃焼室Fに噴出され、該燃焼室Fの超希薄混合気に点火して、火炎が燃焼室Fの全体に伝搬して燃焼することで爆発行程が進行する。
国際公開番号 WO2004/099584
ところで、上述した副室式ガスエンジンEに限らず、通常の内燃機関においては、特に温度の上昇するシリンダヘッドや点火プラグを冷却するべく、上記シリンダヘッドに放熱フィンを形成した空冷式や、シリンダヘッドに冷却水を流通させるウォータジャケット形成した水冷式等、様々な冷却手段を用いて積極的な冷却が実施されている。
しかし、上述した従来の副室式ガスエンジンEにおいては、点火プラグSの装着されたプラグホルダGを、シリンダヘッドHに形成した取付穴Hhに嵌入して設置する構造のため、上記点火プラグSの冷却不足を招く不都合があった。
すなわち、上記プラグホルダGをシリンダヘッドHの取付穴Hhに嵌入する構造では、取付孔Hhの内周面とプラグホルダGの外周面との間に設定された組付け公差によって微少な間隙が生じ、この間隙による空気層が介在することでプラグホルダGおよびシリンダヘッドH間の熱伝達効率が著しく低下する。
このため、上記点火プラグSは機能上かなりの高温となるが、上述のようにプラグホルダGとシリンダヘッドHとの間の熱伝達効率が低いことで、点火プラグSの熱がプラグホルダGからシリンダヘッドHへ有効に放熱されず、特に過熱によって電極が著しく摩耗し易いものとなるために、点火プラグSの寿命を大幅に低下させてしまう不都合があった。
本発明は上記実状に鑑み、冷却不足による冷却プラグの過熱に起因して、該冷却プラグの寿命が低下することを抑制し得る、副室式ガスエンジンの提供を目的とするものである。
請求項1に関わる副室式ガスエンジンは、内部に点火プラグの装着された筒状のプラグホルダを、シリンダヘッドに形成した取付穴に嵌挿して成る副室式ガスエンジンであって、前記プラグホルダと前記シリンダヘッドとの間に、冷却用リングを、前記プラグホルダと前記シリンダヘッドとに接触する態様で介装したことを特徴としている。
請求項2の発明に関わる副室式ガスエンジンは、請求項1の発明に関わる副室式ガスエンジンにおいて、前記冷却用リングを、前記プラグホルダの上部外周に装着されたOリングより下方の領域に配置したことを特徴としている。
請求項3の発明に関わる副室式ガスエンジンは、請求項1の発明に関わる副室式ガスエンジンにおいて、前記冷却用リングを、前記プラグホルダに装着された点火プラグのガスケットと電極との間の領域に配置したことを特徴としている。
請求項4の発明に関わる副室式ガスエンジンは、請求項3の発明に関わる副室式ガスエンジンにおいて、前記冷却用リングの配置される領域の外周に、前記シリンダヘッドの肉部を介してウォータジャケットが形成されていることを特徴としている。
請求項5の発明に関わる副室式ガスエンジンは、請求項1〜請求項4の何れか1項の発明に関わる副室式ガスエンジンにおいて、前記プラグホルダが、該プラグホルダに装着された前記点火プラグの電極に臨む副室を有することを特徴としている。
請求項1の発明に関わる副室式ガスエンジンによれば、プラグホルダとシリンダヘッドとの間に冷却用リングを介装したことで、この冷却用リングを介してプラグホルダおよびシリンダヘッド間の熱伝達性が向上し、燃焼によって加熱されたプラグホルダの放熱が促進され、もって冷却不足に基づいた過熱による冷却プラグの寿命低下を未然に防止することができる。
請求項2の発明に関わる副室式ガスエンジンによれば、プラグホルダの上部外周に装着されたOリングより下方の領域に冷却用リングを配置したことで、燃焼によって加熱されたプラグホルダの放熱が促進され、過熱による冷却プラグの寿命低下を未然に防止できることと併せ、プラグホルダの外周とシリンダヘッドとの隙間から燃焼ガスが漏洩することを、Oリングとの協働によって有効に阻止することが可能となる。
請求項3の発明に関わる副室式ガスエンジンによれば、プラグホルダに装着された点火プラグのガスケットと電極との間の領域に冷却用リングを配置したことで、燃焼により最も加熱されるプラグホルダの特定部位の放熱が促進され、過熱による冷却プラグの寿命低下を未然に防止できることと併せ、プラグホルダの外周とシリンダヘッドとの隙間から燃焼ガスが漏洩することを阻止できる。
請求項4の発明に関わる副室式ガスエンジンによれば、冷却用リングの配置される領域の外周にシリンダヘッドの肉部を介してウォータジャケットが形成されていることで、燃焼により最も加熱されるプラグホルダの特定部位が、冷却リングおよびシリンダヘッドの肉部を介してウォータジャケットに放熱され、過熱による冷却プラグの寿命低下を未然に防止することが可能となる。
請求項5の発明に関わる副室式ガスエンジンによれば、プラグホルダに点火プラグの電極に臨む副室を設け、プラグホルダと副室とを一体に形成したことで、副室を構成するための構造が簡易なものとなり、部品点数の削減、および製造工程の容易化等を達成することが可能となる。
以下、本発明の構成を幾つかの実施例に基づいて詳細に説明する。
図1〜図6は、本発明に関わる副室式ガスエンジンの一実施例を示しており、上記副室式ガスエンジン1において、シリンダブロック2の上部には、鋳鉄製のシリンダヘッド3が締結され、該シリンダヘッド3の上部には、シリンダヘッドカバー4が取付けられている。
図1〜図6は、本発明に関わる副室式ガスエンジンの一実施例を示しており、上記副室式ガスエンジン1において、シリンダブロック2の上部には、鋳鉄製のシリンダヘッド3が締結され、該シリンダヘッド3の上部には、シリンダヘッドカバー4が取付けられている。
上記シリンダブロック2のシリンダ2Cには、ピストン5が上下動自在に挿入されており、該ピストン5の上方にはシリンダブロック2(シリンダ2C)とシリンダヘッド3とに囲まれて主燃焼室6が形成されている。
一方、上記シリンダヘッド3には、上記主燃焼室6に臨む態様で、図示していない吸気ポートおよび排気ポートが形成され、これら吸気ポートおよび排気ポートには、図示していない吸気弁および排気弁が各々設けられている。
また、上記シリンダヘッド3には、点火プラグ7(図2参照)の装着されたプラグホルダ10が設置されており、このプラグホルダ10は、シリンダヘッド3の略中央部に貫通形成された取付穴3Hに嵌入され、上記シリンダヘッド3にボルト締めされたリテーナ13により所期の設置位置に固定されている。
なお、プラグホルダ10の上部には、プラグコード(図示せず)の導入されるスリーブ14が装着されており、該スリーブ14の上部はシリンダヘッドカバー4に固定されている。
図3(a)、(b)に示す如く、上記プラグホルダ10は、外径の異なる複数の円筒と下細りのテーパとを多段に組合わせた外観形状を呈し、上方筒部10U、中央筒部10M、下方筒部10L、およびノズル部10Nを有している。
また、上方筒部10Uの外周には、Oリング11(図1、2参照)を装着するための装着溝10uが形成されている一方、中央筒部10Mの外周には、後述する冷却用リング12(図1、2参照)を装着するための装着溝10mが形成されている。
上記プラグホルダ10の内部には、中央に雌ネジ部10sが形成されており、該雌ネジ部10sに図2の如く点火プラグ7の雄ネジ部7sを螺合させることで、上記プラグホルダ10の内部に点火プラグ7が装着されており、この装着状態において、上記プラグホルダ10の取付座10aと、点火プラグ7のハウジング7hとの間には、金属製のガスケット8が介装されている。
また、上記プラグホルダ10の内部には、該プラグホルダ10に装着された点火プラグ7の下方域に、上記点火プラグ7の電極7pに臨む副室10cが形成されており、この副室10cにはプラグホルダ10の周壁に形成された燃料ガス導入口10iが連通している。
さらに、上記プラグホルダ10の内部には、副室10cと連通して下方に延びる火炎通路10fが形成されているとともに、該火炎通路10fの下端と連通してノズル部10Nの外面に臨む複数の噴口10o、10o…が形成されている。
なお、上記プラグホルダ10は、上方筒部10Uからノズル部10Nに亘る全体が、例えばステンレス系あるいはニッケル系等の耐熱合金によって一体に形成されている。
一方、図1、図2および図4に示す如く、上記プラグホルダ10の設置されるシリンダヘッド3の取付穴3Hは、上記プラグホルダ10の外観形状に倣って、複数の直穴とテーパ穴とを多段に組合わせた形状を呈している。
また、上記取付穴3Hは、シリンダヘッド3の天壁3Tと底壁3Bとを連結する、上下に延設されたコラム3Cを貫通して形成されており、上記コラム3Cの外周は、シリンダヘッド3の内部に形成されたウォータジャケット3Jに取り囲まれている。
さらに、図1および図2に示す如く、上記シリンダヘッド3には、プラグホルダ10の燃料ガス導入口10iに接続する態様で、燃料ガス供給用チェック弁9が取り付けられており、該燃料ガス供給用チェック弁9の燃料ガス供給路9iは、プラグホルダ10の燃料ガス導入口10iを介して副室10cと連通している。
上記シリンダヘッド3にプラグホルダ10が設置された状態において、上記プラグホルダ10におけるノズル部10Nの先端が、シリンダヘッド3の下面から突出することで、ノズル部10Nに形成された複数の噴口10o、10o…が主燃焼室6に露呈している。
また、シリンダヘッド3にプラグホルダ10が設置された状態において、プラグホルダ10における上方筒部10Uの装着溝10uには、シリンダヘッド3の上部からの潤滑油が、プラグホルダ10の周りに落ちてくるのを防ぐOリング11が装着されており、該Oリング11は取付孔3Hの内周面3Hf(図4参照)と圧接している。
さらに、シリンダヘッド3にプラグホルダ10が設置された状態において、プラグホルダ10における中央筒部10Mの装着溝10mには、後述する如く熱伝達の向上を目的とした冷却用リング12が装着されており、該冷却用リング12は、上記プラグホルダ10と取付孔3Hの内周面3Hf(図4参照)との両者に接触している。
上述した如き副室式ガスエンジン1の構成は、プラグホルダ10の形態に関わる構成、および冷却用リング12を採用している構成等の他は、先に説明した従来の副室式ガスエンジンと基本的に同一であり、また副室式ガスエンジン1の運転態様についても、従来の副室式ガスエンジンと基本的に変わるところはない。 因みに、希薄混合気の生成方法としては、先に説明した従来の方法以外にも、図示しない過給器の前でベンチュリーミキサ等を用いて生成する方法もあり、本実施例の副室式ガスエンジン1においては上記方法が採用されている。
ところで、シリンダヘッド3にプラグホルダ10を設置した状態において、プラグホルダ10の外周面と、取付孔3Hの内周面との間には、組付け公差によって微少な間隙が生じることとなる。
そこで、プラグホルダ10における下方筒部10Lとノズル部10Nとの間のテーパ部に、真鍮を主成分とする図示しない円錐形のガスケットを装着して、プラグホルダ10と取付孔3Hとの隙間を封止することにより、上述した副室式ガスエンジン1の運転時において主燃焼室6に充満した燃焼ガスが、プラグホルダ10と取付孔3Hとの隙間を介してシリンダヘッド3の上方へ漏洩することを未然に防止している。
また、上述の如くプラグホルダ10の外周面と、取付孔3Hの内周面との間に隙間が生じ、この隙間による空気層が介在することによって、プラグホルダ10とシリンダヘッド3との間の熱伝達効率が著しく低下することとなる。
そこで、プラグホルダ10の中央筒部10Mに、上記プラグホルダ10とシリンダヘッド3との両者に接触する冷却用リング12を装着することで、プラグホルダ10とシリンダヘッド3との間の熱伝達効率の向上を図っている。
上記冷却用リング12は、図5に示す如く、一部が分断された環形状を呈する断面矩形状のリングであって、例えばピストンリング等と同様、鋳鉄等の金属材料を用いて形成され、装着前の単品の状態においては、図5の(a)に鎖線で示す如く、合口部12a同士が離隔して拡径した形状を呈している。
図4に示す如く、プラグホルダ10の装着溝10u、10mに、各々Oリング11、冷却用リング12を嵌合し、該冷却用リング12を縮径させて取付穴3Hに嵌め入れ、次いでプラグホルダ10を所定位置にまで押し入れると、図6に示す如く、冷却用リング12がプラグホルダ10(装着溝10m)と圧接するとともに、弾性復帰力により拡径した冷却用リング12の外周面12fが、取付穴3Hの内周面3Hfと圧接することとなる。
上述した如く、本実施例の副室式ガスエンジン1では、シリンダヘッド3(取付穴3H)とプラグホルダ10との間に、これらシリンダヘッド3とプラグホルダ10とに接触する態様で冷却用リング12を介装したことにより、この冷却用リング12を介して、プラグホルダ10とシリンダヘッド3との間の熱伝達性が格段に向上することとなる。
かくして、エンジンの運転時における副室内の燃焼で加熱されるプラグホルダ10の放熱が大幅に促進され、もって冷却不足を起因とする過熱による冷却プラグ7の寿命低下を未然に防止することが可能となる。
また、本実施例の副室式ガスエンジン1によれば、プラグホルダ10の上方筒部10Uに装着されたOリング11より、冷却用リング12を下方領域の中央筒部10Mに装着したことで、運転時において主燃焼室6に充満した燃焼ガスが、プラグホルダ10と取付孔3Hとの隙間を介してシリンダヘッド3の上方へ漏洩することを、Oリング11との協働によって有効に阻止することが可能となる。
また、本実施例の副室式ガスエンジン1において、上記冷却用リング12は、図2および図6に示す如く、プラグホルダ10における中央筒部10Mの外周であって、上記プラグホルダ10に装着された点火プラグ7のガスケット8と、該点火プラグ7における電極7pとの間の領域に配設されている。
ここで、点火プラグ7はスパークを発生する電極7pの近傍が最も高温となるが、電極7pに近接した雄ネジ部7sと、プラグホルダ10の雌ネジ部10sとは、ネジの構造から生じる空間により相互の密着度が低く、効率の良い熱伝達を期待することが難しい。
そこで、上記ガスケット8が点火プラグ7のハウジング7hとプラグホルダ10の取付座10aとに確実に接触(密着)していることに着目し、該ガスケット8の近傍に上記冷却用リング12を配置することにより、点火プラグ7の熱をガスケット8、プラグホルダ10、および冷却用リング12を介してシリンダヘッド3に伝達させ、点火プラグ7により最も加熱されるプラグホルダ10の特定部位の放熱を促進させることで、過熱による冷却プラグ7の寿命低下を未然に防止することが可能となる。
また、本実施例の副室式ガスエンジン1によれば、冷却用リング12の配置される領域の外周に、シリンダヘッド3におけるコラム3Cの肉部を介して、ウォータジャケット3Jが形成されているために、上述した如く点火プラグ7からガスケット8、プラグホルダ10、および冷却用リング12を介してシリンダヘッド3に伝達した熱が、上記シリンダヘッド3におけるコラム(肉部)3Cを介して、ウォータジャケット3J内の冷却水へ放熱されることで、過熱による冷却プラグ7の寿命低下を未然に防止することが可能となる。
ところで、上記冷却用リング12は、その外周面12fを取付孔3Hの内周面3Hfと接触させることで、点火プラグ7の放熱を促進するものであることから、上記冷却用リング12の外周面12f、および取付孔3Hの内周面3Hfの仕上げ精度を高めておくことが、冷却用リング12とシリンダヘッド3との熱伝達効率を向上させる上において効果的である。
さらに、上記冷却用リング12は、プラグホルダ10における装着溝10mと接触していることで、点火プラグ7の放熱を促進するものであることから、エンジンの運転時における振動によって、装着溝10mと接触が絶たれることのないよう、例えば、プラグホルダ10の装着溝10mに、図6中に鎖線で示すバックアップリング12′(例えば、スプリングワッシャ等)を装着して、冷却用リング12が上下方向へズレ動くを防止し、上記冷却用リング12とプラグホルダ10との接触状態を維持することが、点火プラグ7の放熱を促進する上において極めて効果的である。
また、本実施例の副室式ガスエンジン1においては、プラグホルダ10に、点火プラグ7の電極7pに臨む副室10cを一体形成したことで、副室を別部材から構成している従来構造に比べ、上記副室10cを構成するための構造が極めて簡易なものとなり、さらに、上記プラグホルダ10に副室10cと併せてノズル部10Nをも一体形成したことで、部品点数の大幅な削減が為されるとともに、シリンダヘッド3に対するプラグホルダ10の装着作業、すなわちシリンダヘッド3に対する副室の形成およびノズルの取付けも簡易となり、もって製造工程の容易化を達成することができる。
なお、上述した実施例においては、プラグホルダ10の上部外周に装着されたOリング11の下方であって、上記プラグホルダ10に装着された点火プラグ7のガスケット8と電極7pとの間の領域に、冷却用リング12を1個のみ装着しているが、シリンダヘッド3とプラグホルダ10との間に、2個以上の冷却用リングを介装させることも可能であり、複数個の冷却用リングを介装させることで、シリンダヘッド3とプラグホルダ10との間における熱伝達効率が向上し、もって点火プラグに対する冷却性能も向上することとなる。
また、上述した実施例においては、点火プラグ7の装着されるプラグホルダ10に、上記点火プラグ7の電極7pに臨む副室10cを一体形成しているが、プラグホルダに副室およびノズル部を形成することなく、点火プラグを装着する機能のみの部材としても良く、例えば、特に高温と成る副室およびノズル部に、耐熱性が良好であるが高価な耐熱材料を用い、プラグホルダ自体には廉価な耐熱材を用いることで、製造コストの低減を達成することも可能である。
さらに、上述した実施例においては、シリンダヘッドにウォータジャケットを形成して成る水冷式の副室式ガスエンジンを例示したが、勿論、空冷式の副室式ガスエンジンにおいても本発明を有効に適用し得ることは言うまでもない。
1…副室式ガスエンジン、
2…シリンダブロック、
3…シリンダヘッド、
3H…取付穴、
3Hf…内周面、
3C…コラム、
3J…ウォータジャケット、
4…シリンダヘッドカバー、
5…ピストン、
6…主燃焼室、
7…点火プラグ、
7s…雄ネジ部、
7h…ハウジング、
7p…電極、
8…ガスケット、
9…燃料ガス供給用チェック弁、
9i…燃料ガス供給路、
10…プラグホルダ、
10U…上方筒部、
10u…装着溝、
10M…中央筒部、
10m…装着溝、
10L…下方筒部、
10N…ノズル部、
10a…取付座、
10s…雌ネジ部、
10c…副室、
10i…燃料ガス供給口、
10f…火炎通路、
10o…噴口、
11…Oリング、
12…冷却用リング、
12a…合口部、
12f…外周面。
2…シリンダブロック、
3…シリンダヘッド、
3H…取付穴、
3Hf…内周面、
3C…コラム、
3J…ウォータジャケット、
4…シリンダヘッドカバー、
5…ピストン、
6…主燃焼室、
7…点火プラグ、
7s…雄ネジ部、
7h…ハウジング、
7p…電極、
8…ガスケット、
9…燃料ガス供給用チェック弁、
9i…燃料ガス供給路、
10…プラグホルダ、
10U…上方筒部、
10u…装着溝、
10M…中央筒部、
10m…装着溝、
10L…下方筒部、
10N…ノズル部、
10a…取付座、
10s…雌ネジ部、
10c…副室、
10i…燃料ガス供給口、
10f…火炎通路、
10o…噴口、
11…Oリング、
12…冷却用リング、
12a…合口部、
12f…外周面。
Claims (5)
- 内部に点火プラグの装着された筒状のプラグホルダを、シリンダヘッドに形成した取付穴に嵌挿して成る副室式ガスエンジンであって、
前記プラグホルダと前記シリンダヘッドとの間に、冷却用リングを、前記プラグホルダと前記シリンダヘッドとに接触する態様で介装したことを特徴とする副室式ガスエンジン。 - 前記冷却用リングを、前記プラグホルダの上部外周に装着されたOリングより下方の領域に配置したことを特徴とする請求項1記載の副室式ガスエンジン。
- 前記冷却用リングを、前記プラグホルダに装着された点火プラグのガスケットと電極との間の領域に配置したことを特徴とする請求項1記載の副室式ガスエンジン。
- 前記冷却用リングの配置される領域の外周に、前記シリンダヘッドの肉部を介してウォータジャケットが形成されていることを特徴とする請求項3記載の副室式ガスエンジン。
- 前記プラグホルダが、該プラグホルダに装着された前記点火プラグの電極に臨む副室を有することを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の副室式ガスエンジン。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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