JP2011117457A - ガスエンジンのための点火装置及びガスエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】ガスエンジンのための新規の点火装置及び新規のガスエンジンを提供する。
【解決手段】本発明は、ガスエンジン、特にオットー・ガスエンジン用の、燃料空気混合気を点火するための点火装置に関するものであり、該点火装置（１１）には点火源として機能する加熱装置（１２）が備わっており、また、スリーブ状収容装置（１３）によりそれぞれの加熱装置（１２）が点火対象の燃料空気混合物から分離されており、また、加熱装置（１２）により、点火対象の燃料空気混合物に接するそれぞれの収容装置（１３）の部分（１４）が、収容装置の該部分が、燃料空気混合物の点火に必要な温度を呈するように加熱される。本発明による加熱装置（１２）には、点火対象の燃料空気混合気を沈静させるための少なくとも一つの手段（１７）が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１または請求項８または請求項１１または請求項１５のおいて書きに記載された、ガスエンジンのための点火装置に関する。本発明はさらにガスエンジンに関する。

ガスエンジン内では、燃料空気混合気が燃焼され、その際、燃料空気混合気は、ガスエンジンの少なくとも一つの点火装置の助けを借りて点火される。従来の技術より知られているガスエンジンにおいては、該点火装置または各点火装置はスパークプラグとして形成されており、該スパークプラグは、非分割式の燃焼室、または、主燃焼室から分離された予燃焼室の中に突き出しており、燃焼室または予燃焼室内において燃料空気混合気に引火させる。点火には、高い点火エネルギー及び点火温度が必要である。

特許文献１より、燃料空気混合気を点火するために高い点火エネルギーに到達できるガスエンジンが知られている。特許文献１によると、燃料空気混合気の点火は、点火装置の助けを借りて行われ、その際該点火エネルギーを供給する点火装置の点火源は、点火対象の燃料空気混合物または点火対象の燃料空気混合物のガス状雰囲気に、間接的ではなく直接的に接する。この従来の技術によると、点火装置の点火源は、腐食性の条件に暴露され、それにより点火源の早期磨耗につながる可能性がある。そのことは最終的には、耐用期間の短縮または保守間隔の短縮につながり、さらにはガスエンジンにとってコスト高になる。

現時点で未公開の特許文献２より、燃焼室または予燃焼室の中に突き出している少なくとも一つの点火装置を備えるガスエンジンが知られており、該点火装置または各点火装置には、点火源として機能する加熱装置が備わっており、また、それぞれの加熱装置は、スリーブ状収容装置により点火対象の燃料空気混合物から分離されており、また、該加熱装置は、それぞれの収容装置において点火対象の燃料空気混合物が接している部分を、収容装置のその部分が燃料空気混合物の点火に必要な温度になるように加熱する。

独国特許発明第１０２１７９９６号明細書 独国未公開特許第１０２００５０５０ ４３５．３号明細書

本発明の課題はしたがって、ガスエンジンのための新規の点火装置及び新規のガスエンジンを提供することである。

この課題は、本発明の第１の態様に基づいて、請求項１に記載の点火装置により解決される。それによると、該点火装置には、点火対象の燃料空気混合気の沈静手段が少なくとも一つ備わっている。

本発明の第１の態様においては、点火装置の少なくとも一つの手段を用いて、点火対象の燃料空気混合気を沈静させることができる。それにより、点火対象の燃料空気混合物の点火装置における滞留時間が高まり、引火させる燃料空気混合物の引火を支援する。

本発明の第２の態様においては、前記課題は、請求項８に記載の点火装置により解決される。それによると収容装置の外壁には、燃料空気混合物の点火に必要な温度を持つ部分からの放熱を最小に抑える、少なくとも一つの溝が設けられている。

本発明の第２の態様により、燃料空気混合物の点火に必要な温度を持つ部分からの放熱が最小に抑えられるため、燃料空気混合物の点火に必要な温度を持つ部分の加熱に必要な、加熱装置から提供される加熱能力をこの部分の領域に集中させることができる。点火対象の燃料空気混合物の引火はこれによっても支援される。

本発明の第３の態様においては、前記課題は、請求項１１に記載の点火装置により解決される。それによると、加熱装置及び収容装置の寸法及び熱膨張係数は、燃料空気混合物に点火するために加熱装置がオンの状態において加熱装置と収容装置との間にプレスばめまたは中間ばめが形成されるように、また、燃料空気混合物が点火され加熱装置がオフになった状態においては加熱装置と収容装置との間に隙間ばめが形成されるように、構成される。

本発明の第３の態様により、燃料空気混合物がすでに点火されている状態でのガスエンジンの運転中は、加熱装置と収容装置との間のプレスばめまたは中間ばめがゆるんで、加熱装置と収容装置との間に隙間ばめが形成されることが保証されるため、燃料空気混合物が引火されて加熱装置がオフの状態の場合に、加熱装置が収容装置から解離する。それにより、ガスエンジンの運転中に、加熱されていない加熱装置の負担が熱的にも機械的にも軽減されるため、該加熱装置にはわずかな磨耗しか生じず、そのために耐用期間が長くなる。

ガスエンジンのための点火装置に関する上記３つのコンセプトは、それぞれ１つが独立して、または本発明の少なくとも他の一つのコンセプトと組み合わせて、点火装置に適用することができる。

第３の態様を代替するものとして、本発明の請求項１５による第４の態様においては、加熱装置及び収容装置の寸法及び熱膨張係数は、燃料空気混合物を点火するために加熱装置がオンの状態においても、燃料空気混合物が点火されて加熱装置がオフの状態においても、加熱装置と収容装置との間に隙間ばめが形成されるように構成される。

本発明の第１の実施例による、本発明のガスエンジンを大幅に図式化した図である。 本発明の第２の実施例による、本発明のガスエンジンを大幅に図式化した図である。 本発明の第３の実施例による、本発明のガスエンジンを大幅に図式化した図である。 本発明の第４の実施例による、本発明のガスエンジンを大幅に図式化した図である。 本発明の第５の実施例による、本発明のガスエンジンを大幅に図式化した図である。

本発明の望ましい発展形は、従属請求項及び以下の説明から理解できる。以下に、図を用いて本発明の実施例を詳しく説明するが、これに限定されるわけではない。

図１は、ガスエンジン、特にオットー・ガスエンジンを大幅に図式化した図であり、燃焼室１０内に存在する燃料空気混合気に点火するために、ガスエンジンの燃焼室１０内には点火装置１１が突き出している。図示された実施例においては、燃焼室１０は非分割式の燃焼室として実施されている。しかし本発明は、非分割式の燃焼室を備えるガスエンジンに限定されるわけではない。本発明は、主燃焼室及び予燃焼室から構成される、分割式の燃焼室を備えるガスエンジンにも導入できる。この場合、点火装置はガスエンジンの予燃焼室内に突き出している。

図１に図示された点火装置１１には、スリーブ状収容装置１３内に位置づけられたまたは配置された加熱装置１２が備わっている。加熱装置１２及びそれとともに点火源は、収容装置１３によりガスエンジンの燃焼室１０内の腐食性雰囲気から分離されるまたは隔てられる。加熱装置１２は、燃料空気混合気の点火に必要なエネルギーを加熱能力という形で提供し、その際加熱装置１２により、収容装置１３の一部分が、燃料空気混合物の点火に必要な温度まで加熱される。本図の実施例においては、点火装置１１の加熱装置１２により加熱される該部分は、スリーブ状収容装置１３の円盤状部分１４、及び、スリーブ状収容装置１３の円筒状の下部部分となる。

スリーブ状収容装置１３の加熱対象の部分１４の幾何学的形状及び／または材料は、加熱装置１２から供給される加熱能力が、燃料空気混合物の点火に必要な温度まで部分１４を加熱するために十分であるか、または十分となるように適応させる。このとき部分１４は、点火対象の燃料空気混合物に面した表面１５の温度が、燃料空気混合物の点火に必要な温度になるように加熱される。

図１の実施例においては、点火源として機能する加熱装置１２は、電気抵抗加熱器として実施されており、このとき、加熱装置１２の加熱能力は、電圧源１６により加熱装置１２に印加された電圧に依存する。代替的に、加熱装置は、レーザー加熱装置または電磁誘導加熱装置として実施することもできる。

該実施例においては、加熱装置１２から供給される加熱能力が、熱伝導により、収容装置１３によって点火対象の燃料空気混合物から隔てられている加熱装置１２から収容装置１３に伝達され、それにより、少なくとも部分１４、特に収容装置１３全体が、燃料空気混合物に面した表面１５において、点火に必要な温度になることにより、燃焼室または予燃焼室内における燃料空気混合気の点火が行われる。

加熱装置１２を、燃料空気混合物の腐食性雰囲気から分離することにより、加熱装置１２の磨耗が最小限に抑えられ、それにより点火装置１１の耐用期間も長くなる。それにより、ガスエンジン、または該点火装置１１または各点火装置１１における保守作業を減少させることができる。

点火装置１１をガスエンジンに簡単に組み込むために、加熱装置１２として構成された点火源を少なくとも部分的に収容している収容装置１３は、ガスエンジンの燃焼室の境界をなす壁にネジで取り付けられており、そのために、スリーブ状の該収容装置１３の雄ネジは、燃焼室１０の境界をなすガスエンジンの壁の一つの穴に割り当てられた雌ネジにねじ込まれる。このようにして、点火装置１１を簡単な方法でガスエンジン内に組み込むこと、またはガスエンジンに取り付けることができる。

点火対象の燃料空気混合物の点火を容易にするために、点火に必要な温度を呈する部分の領域内にある、点火対象の燃料空気混合気を沈静させる。それにより、点火対象の燃料空気混合物が点火装置に滞留する時間が長くなり、点火対象の燃料空気混合物の点火が容易になる。

図１の実施例においては、収容装置１３の部分１４を収容装置１３の下端１８に対して引っ込めることにより、沈静ゾーンとして機能する凹部１７が形成されている。

凹部１７はこれにより、点火対象の燃料空気混合気の沈静手段を提供するため、点火に必要な温度を示す部分の領域内において、点火対象の燃料空気混合物が点火装置に滞留する時間が長くなる。

本発明のさらなる態様によると、加熱装置１２及び収容装置１３の寸法及び熱膨張係数は、燃料空気混合物を点火するために加熱装置１２がオンの状態において、加熱装置１２と収容装置１３との間にプレスばめまたは中間ばめが形成されるように構成される。このことにより、燃料空気混合物の点火のために、加熱装置１２から収容装置１３の部分１４へ効果的な熱伝導が行われることが保証される。これに対して、燃料空気混合物が点火されて加熱装置１２がオフの状態においては、加熱装置１２と収容装置１３との間のプレスばめまたは中間ばめは、収容装置１３及び加熱装置１２の熱膨張係数が異なることにより解消するため、燃料空気混合物が点火されて加熱装置１２がオフの場合は、加熱装置１２と収容装置１３との間に少なくとも一つの隙間ばめが存在する。

燃料空気混合物が点火されていない場合、加熱装置１２の外径は、収容装置１３の内径よりわずかに大きい。これに対して収容装置１３の熱膨張係数は、加熱装置１２の熱膨張係数より大きい。

燃料空気混合物が点火された状態及び加熱装置１２がオフの状態におけるエンジン運転中に、加熱装置１２と収容装置１３との間のプレスばめまたは中間ばめが解消されるために、加熱装置１２が収容装置１３から解離されることにより、一種の熱流束スイッチが提供され、この熱流束スイッチにより、運転中の加熱装置１２の熱的及び機械的負荷が低下する。それにより、点火装置の耐用期間を延ばすことができる。

代替的に、燃料空気混合物を点火するために加熱装置１２がオンの場合において、及び、燃料空気混合物が点火された状態及び加熱装置１２がオフの状態において、加熱装置１２と収容装置１３との間に隙間ばめが形成されるように、加熱装置１２及び収容装置１３の寸法及び熱膨張係数を構成することが可能である。

図２は、図１の実施例の好適な発展形であり、図２の実施例においては、収容装置１３の外壁１９に複数の溝２０が設けられている。これらの溝２０は、加熱装置１２から部分１４に伝達された熱が部分１４から放熱されるのを最小限に抑える。それにより、加熱装置１２により供給された加熱能力が、加熱対象である収容装置１３の部分１４から放出されないようにすることを保証できる。それにより、点火対象の燃料空気混合物を引火させることが容易になる。

収容装置１３の外壁１９の領域の溝２０により、収容装置１３に沿って温度プロフィールを定義して設定できる。さらに、溝２０により、収容装置１３の熱容量を決定できる。溝２０は、燃料空気混合物の点火に必要な温度を呈する収容装置１３の部分１４に隣接して、収容装置１３の外壁１９に設けられている。

図３は本発明のさらなる実施例を示しており、図３の実施例が図１の実施例と異なる点は、図３の実施例においては、点火対象の燃料空気混合気を沈静させる手段が、保護スリーブ２１から提供されるという点であり、該保護スリーブ２１は、一方では、点火対象の燃料空気混合物のための沈静ゾーン２３を形成するために、加熱装置１２により加熱される収容装置１３の部分１４が保護スリーブ２１の一端２２から引っ込んでいるように、また、もう一方では、保護スリーブ２１の内壁２４が収容装置１３の外壁１９から隔てられるように、加熱装置１２のためのスリーブ状収容装置１３を包み込んでいる。図３の実施例においても、図２の実施例と同様に、加熱対象の収容装置１３の部分１４からの放熱を最小限に抑えるために、収容装置１３の外壁１９内に少なくとも一つの溝２０が設けられている。

図４及び図５は、本発明のさらなる実施例の図であり、図４の実施例においては、図２及び図３の実施例が互いに組み合わされている。図４では、図２の点火装置１１が図３の保護スリーブ２１内に配置されている。図５の実施例においては、保護スリーブ２１は、図１の点火装置１１の収容装置１３に組み込まれた構成部分となっている。

１０ 燃焼室
１１ 点火装置
１２ 加熱装置
１３ 収容装置
１４ 部分
１５ 表面
１６ 電圧源
１７ 凹部
１８ 端部
１９ 外壁
２０ 溝
２１ 保護スリーブ
２２ 端部
２３ 沈静ゾーン
２４ 内壁

Claims (1)

1. ガスエンジン、特にオットー・ガスエンジン用の、燃料空気混合気を点火するための点火装置であって、該点火装置には点火源として機能する加熱装置が備わっており、また、それぞれの加熱装置はスリーブ状収容装置により点火対象の燃料空気混合物から分離されており、また、該加熱装置により、点火対象の燃料空気混合物に接するそれぞれの収容装置の部分が、収容装置の該部分が、燃料空気混合物の点火に必要な温度を呈するように加熱される、前記点火装置において、
   加熱装置（１２）及び収容装置（１３）の寸法及び熱膨張係数が、燃料空気混合物を点火するために加熱装置（１２）がオンの状態において、及び、燃料空気混合物が点火されて加熱装置（１２）がオフの状態においても、加熱装置（１２）と収容装置（１３）との間に一つの隙間ばめが形成されるように構成されていることを特徴とする点火装置。

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