JP2010144516A

JP2010144516A - ガスエンジンの予燃焼器

Info

Publication number: JP2010144516A
Application number: JP2008319104A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Hirose; 孝行廣瀬; Satoru Goto; 悟後藤
Original assignee: IHI Corp; Niigata Power Systems Co Ltd
Current assignee: IHI Corp; Niigata Power Systems Co Ltd
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2010-07-01

Abstract

【課題】主燃焼室から予燃焼室内に導入された加圧混合気中に液体燃料を噴射して着火燃焼させる際に、加圧混合気と液体燃料との混合を高めて予燃焼室内に均一温度の着火火炎を形成するようにする。
【解決手段】ガスエンジンの予燃焼器１１の予燃焼室１５を主燃焼室に連通する連通口が、予燃焼室１５の軸中心に対してオフセット配置Ｓしたオフセット口１９により形成され、主燃焼室内の加圧混合気がオフセット口１９により予燃焼室１５内に旋回流を形成して導入されるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、主燃焼室から予燃焼室内に導入される加圧混合気に旋回流を与えて導入することにより、予燃焼室内の加圧混合気を均一な状態に保持するようにしたガスエンジンの予燃焼器に関する。

図４はガスエンジンの構成の一例と作動を示す説明図、図５は予燃焼器の構成の一例を示す断面図であり、ガスエンジンは、図４に示すように、シリンダ１に収容されるピストン２とシリンダヘッド３との間に主燃焼室４を形成しており、前記シリンダヘッド３には、主燃焼室４に燃料ガスと空気が混合した吸気５を吸気弁６により供給する吸気ポート７と、主燃焼室４の排気ガス８を排気弁９により排出する排気ポート１０が備えられている。

更に、シリンダヘッド３には予燃焼器１１が設置されている。予燃焼器１１は、図５に示すように、ガスエンジンの圧縮行程で主燃焼室４内の希薄混合気が加圧された加圧混合気１２を口金１３に設けた連通口１４を介して導入するようにした予燃焼室１５を有している。予燃焼室１５の上部（連通口１４に対して反対側）には液体燃料噴射弁１６が設けてあり、該液体燃料噴射弁１６により予燃焼室１５内の加圧混合気１２中に軽油等の液体燃料１７を噴射することで該液体燃料１７を着火燃焼せしめ、この着火火炎１８を連通口１４から主燃焼室４内の希薄混合気中に噴出して希薄混合気を燃焼させるようにしている。前記予燃焼器１１に設けられる連通口１４は、図６に示すように、口金１３の軸中心に対して放射方向に複数個形成している。

次に、図４を参照してガスエンジンの作動を説明する。

図４（ａ）は吸気行程を示し、ピストン２の下降時に吸気ポート７の吸気弁６を開けて、燃料ガスと空気が混合された吸気５を主燃焼室４に吸入している。

図４（ｂ）は、圧縮行程を示し、ピストン２の上昇により主燃焼室４の希薄混合気を圧縮している。この時、図５に示すように主燃焼室４の加圧された加圧混合気１２が予燃焼器１１の口金に設けた連通口１４を通して予燃焼室１５に導入される。

図４（ｃ）は、液体燃料の噴射状態を示し、ピストン２の上死点の直前において、図５の液体燃料噴射弁１６から予燃焼室１５内に導入される加圧混合気１２中に軽油等の液体燃料１７を噴射し、該液体燃料１７を着火燃焼させる。

図４（ｄ）は、着火火炎の噴出状態を示し、ピストン２の上死点の直後において、図５の予燃焼室１５内で着火燃焼された着火火炎１８が連通口１４を通して主燃焼室４に噴出されることにより主燃焼室４内の希薄混合気に着火される。

図４（ｅ）は、主燃焼室４内での燃焼状態を示し、主燃焼室４の着火された希薄混合気が一気に燃焼される。上記図４（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は燃焼（爆発）行程を表わす。

図４（ｆ）は、膨張行程を示し、主燃焼室４内での燃焼によってピストン２が押し下げられて仕事が行われる。

図４（ｇ）は、排気行程を示し、ピストン２の上昇時に排気ポート１０の排気弁９を開けて、主燃焼室４内の排気ガス８を排気している。

前記したガスエンジンの予燃焼器の一般的技術水準を示すものとしては、特許文献１、特許文献２がある。
特開２００５−０９０３８１号公報特開２００６−１３２４１５号公報

しかし、前記のようなガスエンジンの予燃焼器１１においては、主燃焼室４から予燃焼室１５に導入される加圧混合気１２に、液体燃料噴射弁１６から液体燃料１７を噴射して着火燃焼させる際に、予燃焼室１５内での液体燃料１７の着火燃焼にバラツキが生じて予燃焼室１５内に均一温度の着火火炎を形成できないという問題を有していた。

特許文献１及び２に示されるように、従来の予燃焼器１１に設けられている連通口１４は、図６に示すように、口金１３の軸中心に対して放射方向に形成されているため、圧縮行程において主燃焼室４で加圧された加圧混合気１２は、図７に示すように連通口１４により予燃焼室１５の軸中心に向かって導入された後、予燃焼室１５の軸中心を上昇して天井部に当たり、続いて外方に向かった後下方に向かうという上下方向の流れを形成する。しかし、このような加圧混合気１２の上下方向の流れでは液体燃料噴射弁１６から噴射される液体燃料１７と加圧混合気１２とが十分に混合されない。このため、液体燃料噴射弁１６から噴射された液体燃料１７は予燃焼室１５内の上部位置において着火され、且つ上部位置の液体燃料１７の濃度は高いために予燃焼室１５内の上部位置の温度は高く、これに対して下部位置の温度は低いという温度差が生じる。

一方、前記液体燃料噴射弁１６から予燃焼室１５内に噴射した液体燃料１７が着火燃焼し、その着火火炎１８が連通口１４を通って主燃焼室４に噴出されるまでの時間は瞬時であるため、前記したように予燃焼室１５内に温度差があると、例えば先ず温度が低い着火火炎１８が連通口１４から噴出された後、温度が高い着火火炎１８が連通口１４から噴出されるようになり、このために、主燃焼室４の希薄混合気を瞬時に均一に燃焼させることができず、良好な燃焼が達成できないという問題が生じていた。
又、前記液体燃料噴射弁１６を備えることに代えて、予燃焼室１５に火花点火器を備える場合があり、この場合には、主燃焼室４で加圧された加圧混合気１２が予燃焼室１５に導入されて予燃焼室内の残留ガス（前サイクルの既燃ガス）と混合され、その混合ガスに火花点火器によって点火するようにしているが、前記したように、予燃焼室１５に導入される加圧混合気１２の上下方向の流れでは加圧混合気１２と残留ガスとの十分な混合が行われず、予燃焼室１５内に温度の不均一及び加圧混合気１２の濃度の不均一が生じ、そのために、火花点火器による点火が不安定になるという問題がある。

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑みてなしたもので、主燃焼室から予燃焼室内に導入される加圧混合気に旋回流を与えて導入することにより、予燃焼室内の加圧混合気を均一な状態に保持するようにしたガスエンジンの予燃焼器を提供することを目的とする。

本発明は、シリンダヘッドの主燃焼室と連通口により連通した予燃焼室を有するガスエンジンの予燃焼器であって、予燃焼室と主燃焼室を連通する連通口が、予燃焼室の軸中心に対してオフセット配置したオフセット口により形成され、主燃焼室内の加圧混合気がオフセット口により予燃焼室内に旋回流を形成して導入されるようにしたことを特徴とするガスエンジンの予燃焼器、に係るものである。
上記ガスエンジンの予燃焼器において、前記オフセット口が予燃焼室の内部から外方へ向かって下り勾配に形成されていることは好ましい。

又、上記ガスエンジンの予燃焼器において、前記予燃焼室は液体燃料を噴射するための液体燃料噴射弁を有していてもよい。

又、上記ガスエンジンの予燃焼器において、前記予燃焼室は火花点火器を有していてもよい。

本発明のガスエンジンの予燃焼器によれば、ガスエンジンの圧縮行程において主燃焼室で加圧された加圧混合気が、予燃焼室の軸中心に対してオフセット配置されたオフセット口を通して予燃焼室内に導入されるため、予燃焼室内に旋回流が形成され、よって、予燃焼室内の加圧混合気の濃度が均一に保持され且つ均一な温度に保持される効果がある。

従って、前記予燃焼室に液体燃料を噴射するための液体燃料噴射弁を備えている場合には、先ず、主燃焼室で加圧された加圧混合気が予燃焼室に旋回導入されることにより、予燃焼室内の残留ガス（前サイクルの既燃ガス）との混合が促進されて均一温度に保持された状態のところへ液体燃料噴射弁から液体燃料が噴射されて旋回する加圧混合気と効果的に混合されるため、予燃焼室内での着火燃焼が瞬時に均一に行われるようになり、よって予燃焼室内の温度が均一に保持される。従って、予燃焼室内の均一温度の着火火炎がオフセット口から主燃焼室内に噴出されるようになるため、主燃焼室の希薄混合気を良好に燃焼させられるという優れた効果を奏し得る。

一方、前記予燃焼室に火花点火器を備えている場合には、主燃焼室で加圧された加圧混合気が予燃焼室に旋回導入され、予燃焼室内の残留ガス（前サイクルの既燃ガス）と効果的に混合されて予燃焼室１５内の加圧混合気１２の濃度が均一になり且つ温度が均一に保持されるため、火花点火器による確実な点火が可能になる効果がある。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１は本発明におけるガスエンジンの予燃焼器の斜視図、図２は図１の連通口部をＡ−Ａ方向から見た切断平面図、図３ａは図１の予燃焼室を透視した斜視図であり、予燃焼室１５には液体燃料１７を噴射する液体燃料噴射弁１６を備えた場合を示しており、図５の構成も参照して説明する。

本発明では、予燃焼器１１の予燃焼室１５を主燃焼室４に連通するための口金１３に設けられる連通口を、予燃焼室１５の軸中心に対してオフセット配置Ｓ（口金１３に対して接線の方向に配置）した複数のオフセット口１９により形成しており、該オフセット口１９によって主燃焼室４内の加圧混合気が、旋回流２０を形成して予燃焼室１５内に導入されるようにしている。

又、オフセット口１９は、図３に示すように、予燃焼室１５の内部から外方へ向かって所要角度αの下り勾配になるように形成している。

次に、上記図示例の作動を説明する。

ガスエンジンの圧縮行程においては主燃焼室４で加圧された加圧混合気１２は、図１〜図３に示すように口金１３に設けたオフセット口１９を通して予燃焼室１５に導入される。この時、オフセット口１９は予燃焼室１５の軸中心に対してオフセット配置Ｓ（口金１３に対して接線方向に配置）されているため、加圧混合気１２は旋回流２０を形成して予燃焼室１５内に導入されるようになる。この時、前記オフセット口１９を図３に示すように、予燃焼室１５の内部から外方へ向かって所要角度αの下り勾配になるように形成しているので、予燃焼室１５に導入される加圧混合気１２は予燃焼室１５内を上昇しながら旋回する安定した旋回流２０を形成するようになる。

従って、予燃焼室１５内における均一温度の着火火炎１８がオフセット口１９から主燃焼室４内に噴出されることになるため、主燃焼室４では希薄混合気が瞬時に均一に燃焼するようになって、良好な燃焼が達成される。

又、着火火炎１８がオフセット口１９から主燃焼室４に噴出される際にもオフセット口１９によって旋回流が形成されることになるため、主燃焼室４内の隅々まで着火火炎１８が供給されることにより主燃焼室４内の希薄混合気の燃焼が更に向上されるようになる。

図３ｂは、図３ａのように、前記予燃焼室１５に液体燃料噴射弁１６を備えた構成に代えて、前記予燃焼室１５にスパークプラグ等の火花点火器２１を備えた場合を示している。

図３ｂの形態では、主燃焼室で加圧された加圧混合気１２が予燃焼室１５に導入されて予燃焼室１５内の残留ガス（前サイクルの既燃ガス）と混合される際に、加圧混合気１２が旋回していることにより残留ガスとの混合が促進され、よって予燃焼室１５内の加圧混合気１２の濃度が均一で且つ温度が均一に保持されるため、火花点火器２１による点火が確実に行われるようになる。

なお、本発明のガスエンジンの予燃焼器は、上記形態にのみ限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明におけるガスエンジンの予燃焼器の斜視図である。図１の連通口部をＡ−Ａ方向から見た切断平面図である。図１の予燃焼室を透視して加圧混合気の流れを示した斜視図である。予燃焼室に火花点火器を備えた形態を示す斜視図である。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）はガスエンジンの構成の一例と作動を示す説明図である。従来の予燃焼器の構成の一例を示す断面図である。従来の連通口部の切断平面図である。従来の予燃焼室を透視して加圧混合気の流れを示した斜視図である。

符号の説明

３シリンダヘッド
４主燃焼室
１１予燃焼器
１２加圧混合気
１５予燃焼室
１６液体燃料噴射弁
１７液体燃料
１８着火火炎
１９オフセット口
２０旋回流
２１火花点火器
Ｓオフセット配置
α 下り勾配角度

Claims

シリンダヘッドの主燃焼室と連通口により連通した予燃焼室を有するガスエンジンの予燃焼器であって、予燃焼室と主燃焼室を連通する連通口が、予燃焼室の軸中心に対してオフセット配置したオフセット口により形成され、主燃焼室内の加圧混合気がオフセット口により予燃焼室内に旋回流を形成して導入されるようにしたことを特徴とするガスエンジンの予燃焼器。
前記オフセット口は予燃焼室の内部から外方へ向かって下り勾配に形成されている請求項１に記載のガスエンジンの予燃焼器。
前記予燃焼室に液体燃料を噴射するための液体燃料噴射弁を有する請求項１又は２に記載のガスエンジンの予燃焼器。
前記予燃焼室に火花点火器を有する請求項１又は２に記載のガスエンジンの予燃焼器。