JP2023097540A - ガスエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で漏洩した燃料ガスへの引火を防止することができるガスエンジンを提供する。【解決手段】ガスエンジン１は、クランクシャフト２２を収容するクランク室２１を含む架構２と、架構２から突出するシリンダ３と、シリンダ３に取り付けられた、給気路４１および排気路４２を含むシリンダヘッド４を含む。また、ガスエンジン１は、シリンダヘッド４に接続される給気管１３またはシリンダヘッド４に設けられた、給気中への燃料ガスの噴射を制御する燃料ガス弁５１と、架構２との間に、シリンダ３、シリンダヘッド４および燃料ガス弁５１を収容する隔離室８０を形成する隔離カバー８と、隔離室８０内の空気を吸引する換気ファンを含む。【選択図】図１

Description

本開示は、燃料ガスを燃料とするガスエンジンに関する。

従来から、４サイクルのレシプロエンジンであるガスエンジンが知られている。このようなガスエンジンは、クランクシャフトを収容するクランク室を含む架構と、架構から突出する複数のシリンダと、それらのシリンダにそれぞれ取り付けられた複数のシリンダヘッドを含む。各シリンダヘッドには、給気路および排気路が形成される。

例えば、特許文献１の図３には、シリンダヘッドに燃料ガス弁が設けられたガスエンジンが記載されている。燃料ガス弁は、給気中への燃料ガスの噴射を制御する。

特開２０１８－６２８９９号公報

ところで、燃料ガス弁が露出している場合には、燃料ガス弁から燃料ガスが漏洩したときの対策として漏洩した燃料ガスへの引火を防止する対策が必要である。例えば、ガスエンジンが配置されるエンジンルーム内を通常の建屋よりも多く換気することが考えられる。これに対し、さらに簡易な構成で漏洩した燃料ガスへの引火を防止することが望まれる。

そこで、本開示は、簡易な構成で漏洩した燃料ガスへの引火を防止することができるガスエンジンを提供することを目的とする。

本開示は、クランクシャフトを収容するクランク室を含む架構と、前記架構から突出するシリンダと、前記シリンダに取り付けられた、給気路および排気路を含むシリンダヘッドと、前記シリンダヘッドに接続される給気管または前記シリンダヘッドに設けられた、給気中への燃料ガスの噴射を制御する燃料ガス弁と、前記架構との間に、前記シリンダ、前記シリンダヘッドおよび前記燃料ガス弁を収容する隔離室を形成する隔離カバーと、前記隔離室内の空気を吸引する換気ファンと、を備える、ガスエンジンを提供する。

本開示によれば、簡易な構成で漏洩した燃料ガスへの引火を防止することができるガスエンジンが提供される。

一実施形態に係るガスエンジンの側面断面図である。 図１のII－II線に沿った位置でのガスエンジンの平面断面図である。

図１および図２に、一実施形態に係るガスエンジン１を示す。このガスエンジン１は、例えば都市ガス、天然ガス、バイオガス、水素ガスなどの燃料ガスを燃料とする。

具体的に、ガスエンジン１は、クランクシャフト２２を収容するクランク室２１を含む架構２と、架構２から突出する複数のシリンダ３を含む。本実施形態では、シリンダ３がクランクシャフト２２の軸方向に一列で並んでいるが、シリンダ３は、クランクシャフト２２の軸方向から見たときにＶ字状に二列に配置されてもよい。

複数のシリンダ３には、複数のシリンダヘッド４がそれぞれ取り付けられている。各シリンダ３内には、ピストン２４が配置されている。ピストン２４は、ロッド２３によりクランクシャフト２２と連結されている。ピストン２４とシリンダヘッド４との間には燃焼室１０が形成される。

各シリンダヘッド４には、給気路４１および排気路４２が形成されている。図１では、ガスエンジン１の構造を模式的に表すために給気路４１および排気路４２が燃焼室１０から互いに逆向きに延びるように描いているが、実際は、図２に示すように、給気路４１および排気路４２が燃焼室１０から同方向に延びている。

すなわち、本実施形態では、後述する給気マニホールド１５と排気マニホールドとがシリンダ列に対して同じ側に配置されている。ただし、給気マニホールド１５と排気マニホールドとがシリンダ列に対して互いに反対側に配置され、給気路４１および排気路４２が燃焼室１０から互いに逆向きに延びてもよい。

各シリンダヘッド４には、給気弁１１および排気弁１２が設けられている。給気弁１１は燃焼室１０に対する給気路４１の開口を開閉し、排気弁１２は燃焼室１０に対する排気路４２の開口を開閉する。

また、各シリンダヘッド４には、給気管１３および排気管１４が接続されている。ガスエンジン１は、シリンダ３の並び方向に延びる給気マニホールド１５を含み、各給気管１３は、給気マニホールド１５と、対応する給気路４１とを連通する。同様に、各排気管１４は、シリンダ３の並び方向に延びる排気マニホールドと、対応する排気路４２とを連通する。

各シリンダヘッド４には、シリンダヘッドカバー４５が取り付けられている。シリンダヘッド４を挟んでシリンダ３と反対側には、給気弁１１および排気弁１２を駆動する駆動機構などの機器が配置されており、シリンダヘッドカバー４５はその機器を覆う。

さらに、ガスエンジン１は、シリンダ３ごとに、主燃料ガス弁５１、点火装置７および副燃料ガス弁６１を含む。また、ガスエンジン１は、シリンダ３の並び方向に延びる第１燃料ガス供給管５３および第２燃料ガス供給管６３を含む。各主燃料ガス弁５１は第１分岐管５２によって第１燃料ガス供給管５３と接続され、各副燃料ガス弁６１は第２分岐管６２によって第２燃料ガス供給管６３と接続されている。

本実施形態では、主燃料ガス弁５１が給気管１３に設けられている。また、本実施形態では、主燃料ガス弁５１の燃料噴射ノズルがシリンダヘッド４の給気路４１内まで延びており、主燃料ガス弁５１が給気路４１内の給気中へ燃料ガスを噴射する。主燃料ガス弁５１は、電気的に制御されることで、給気中への燃料ガスの噴射を制御する。

ただし、主燃料ガス弁５１の燃料噴射ノズルの先端が給気管１３内に位置し、主燃料ガス弁５１が給気管１３内の給気中へ燃料ガスを噴射してもよい。また、主燃料ガス弁５１はシリンダヘッド４に設けられてもよい。この場合、主燃料ガス弁５１が燃焼室１０内の給気中へ燃料ガスを直接噴射してもよい。

点火装置７は、主燃料ガス弁５１から噴射された燃料ガスと給気の混合気に、燃焼室１０内で点火する。本実施形態では、点火装置７が副室７０および点火プラグ７３を含む。副室７０は、噴孔を介して燃焼室１０と連通する。

本実施形態では、燃焼室１０内での混合気の燃焼がリーンバーンである。点火装置７は、点火プラグ７３が副室７０内で燃料ガス（副燃料ガス弁６１を経由して副室７０内に噴射される）と空気の混合気に点火することで、噴孔からの火炎によって燃焼室１０内のリーンな混合気に点火する。

点火装置７は、シリンダヘッド４からシリンダヘッドカバー４５および後述する隔離カバー８を貫通して延びている。具体的に、点火装置７は、シリンダ３の中心線の延長線に沿ってシリンダヘッド４の内部から隔離カバー８の外部まで延びる棒状の副室ホルダ７２と、副室ホルダ７２の先端面と共に副室７０を取り囲む囲繞部７１を含む。囲繞部７１の一部は燃焼室１０内に張り出しており、この張り出し部に上述した噴孔が形成されている。

副室ホルダ７２には、当該副室ホルダ７２の軸方向に延びる貫通穴が形成されている。この貫通穴内には、点火プラグ７３が部分的に副室７０内に突出するように配置されている。

副燃料ガス弁６１は、シリンダヘッド４に設けられている。副燃料ガス弁６１は、図１に示すようにシリンダヘッド４の上面に取り付けられてもよいし、図２に示すようにシリンダヘッド４の側面に取り付けられてもよい。

副燃料ガス弁６１は、シリンダヘッド４および副室ホルダ７２に形成された燃料供給路６０を介して副室７０と接続されている。副燃料ガス弁６１は、電気的に制御されることで、副室７０への燃料ガスの噴射を制御する。なお、副燃料ガス弁６１は、副室７０内へ燃料ガスを直接噴射してもよい。

さらに、本実施形態では、架構２との間に隔離室８０を形成する隔離カバー８が採用されている。隔離室８０は、全てのシリンダ３、全てのシリンダヘッドカバー４５、全ての主燃料ガス弁５１および全ての副燃料ガス弁６１を収容する。

隔離室８０は、主燃料ガス弁５１または副燃料ガス弁６１から燃料ガスが漏洩したときに、その漏洩した燃料ガスを保つための部屋である。このため、主燃料ガス弁５１および副燃料ガス弁６１は、防爆品である。

隔離室８０は、シリンダ３の並び方向と直交する方向でシリンダ３を挟んで互いに対向する第１側壁８１および第２側壁８２と、シリンダ３の並び方向でシリンダ３を挟んで互いに対向する第３側壁８３および第４側壁８４と、第１～第４側壁８１～８４で囲まれる空間を上側から覆う天井壁８５を含む。

第１～第４側壁８１～８４は、架構２からシリンダ３に沿って立ち上がっている。上述した給気管１３および排気管１４は、給気マニホールド１５の近くに位置する第２側壁８２を貫通している。

本実施形態では、各シリンダヘッド４に、燃焼室１０内の圧力を検出する圧力センサ３１が設けられている。図例では、圧力センサ３１が燃焼室１０からシリンダ３の径方向外向きに延びており、シリンダヘッド４の側面から突出している。ただし、圧力センサ３１の延在方向は適宜変更可能である。また、圧力センサ３１は、必ずしも各シリンダヘッド４に設けられる必要はなく、各シリンダ３に当該シリンダ３から突出するように設けられてもよい。

第１側壁８１には、内部に圧力センサ３１が挿入される管状部８６が設けられている。管状部８６は、第１側壁８１からシリンダヘッド４の近傍まで延びている。管状部８６は、第１側壁８１に、圧力センサ３１を露出させる穴を形成する。このため、圧力センサ３１として非防爆品を用いることができる。なお、管状部８６の長さは特に限定されるものではなく、当該管状部８６の内径よりも短くても長くてもよい。また、圧力センサ３１の向きによっては、管状部８６が天井壁８５に設けられて天井壁８５に圧力センサ３１を露出させる穴を形成してもよい。

隔離室８０の外部には、点火コイル７５が配置されている。点火装置７の点火プラグ７３は、ケーブル７４によって点火コイル７５と接続されている。このため、点火コイル７５に非防爆品を用いることができる。

隔離室８０には、第１換気管９０および第２換気管９１が接続されている。本実施形態では、第１換気管９０および第２換気管９１が、シリンダ３の並び方向においてシリンダ３の両側に配置されている。つまり、第１換気管９０が第３側壁８３と接続され、第２換気管９１が第４側壁８４と接続されている。第１換気管９０を通じて隔離室８０へ空気が取り込まれ、隔離室８０内の空気は第２換気管９１を通じて所定場所（例えば、ガスエンジン１が配置されるエンジンルームの外部）へ排出される。

第２換気管９１には、隔離室８０内の空気を吸引する換気ファン９２が設けられている。また、第２換気管９１には、第２換気管９１内の燃料ガスの濃度が閾値を超えるか否かを検知する検知器９３が設けられている。図例では、検知器９３が換気ファン９２の上流側に位置するが、換気ファン９２の下流側に位置してもよい。また、検知器９３は、例えば隔離カバー８に設けられ、隔離室８０内の燃料ガスの濃度が閾値を超えるか否かを検知してもよい。

検知器９３は、燃料ガスの濃度が閾値を超えたときに信号を発信する単独のセンサであってもよいが、燃料ガスの濃度を検出する濃度センサと、濃度センサで検出される濃度が閾値を超えるか否かを判定する判定装置とで構成されてもよい。

以上説明した構成のガスエンジン１では、主燃料ガス弁５１または副燃料ガス弁６１から燃料ガスが漏洩したとしても、その燃料ガスは隔離室８０内に保たれつつ、換気ファン９２によって隔離室８０から排出される。従って、簡易な構成で漏洩した燃料ガスへの引火を防止することができる。しかも、隔離室８０の外部に配置される電気機器には非防爆品を用いることができる。

また、本実施形態では検知器９３が採用されているので、燃料ガスが漏洩したか否かを監視することができる。

（変形例）
本開示は上述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、点火装置７は、必ずしも副室７０および点火プラグ７３を含む必要はなく、燃焼室１０内にパイロット油を噴射してパイロット油を自着火させるものであってもよい。この場合、副燃料ガス弁６１は不要である。

ただし、前記実施形態のように、ガスエンジン１が副室式の点火装置７を含む場合に、副燃料ガス弁６１が主燃料ガス弁５１と共に隔離室８０に収容されれば、主燃料ガス弁５１からの燃料ガスの漏洩だけでなく副燃料ガス弁６１からの燃料ガスの漏洩にも対応可能である。

（まとめ）
本開示は、クランクシャフトを収容するクランク室を含む架構と、前記架構から突出するシリンダと、前記シリンダに取り付けられた、給気路および排気路を含むシリンダヘッドと、前記シリンダヘッドに接続される給気管または前記シリンダヘッドに設けられた、給気中への燃料ガスの噴射を制御する燃料ガス弁と、前記架構との間に、前記シリンダ、前記シリンダヘッドおよび前記燃料ガス弁を収容する隔離室を形成する隔離カバーと、前記隔離室内の空気を吸引する換気ファンと、を備える、ガスエンジンを提供する。

上記の構成によれば、燃料ガス弁から燃料ガスが漏洩したとしても、その燃料ガスは隔離室内に保たれつつ、換気ファンによって隔離室から排出される。従って、簡易な構成で漏洩した燃料ガスへの引火を防止することができる。しかも、隔離室の外部に配置される電気機器には非防爆品を用いることができる。

上記のガスエンジンは、前記隔離室と接続され、前記換気ファンが設けられた換気管と、前記隔離室内または前記換気管内の前記燃料ガスの濃度が閾値を超えるか否かを検知する検知器と、をさらに備えてもよい。この構成によれば、燃料ガスが漏洩したか否かを監視することができる。

上記のガスエンジンは、前記シリンダ内に配置されるピストンと前記シリンダヘッドとの間に形成される燃焼室内の圧力を検出する、前記シリンダヘッドまたは前記シリンダから突出する圧力センサをさらに備え、前記隔離カバーは、前記圧力センサを露出させる穴を形成する管状部を含んでもよい。この構成によれば、圧力センサとして非防爆品を用いることができる。

上記のガスエンジンは、前記隔離室に収容されるシリンダヘッドカバーであって、前記シリンダヘッドを挟んで前記シリンダと反対側に配置された機器を覆うシリンダヘッドカバーと、前記シリンダ内に配置されるピストンと前記シリンダヘッドとの間に形成される燃焼室内で燃料ガスと給気の混合気に点火する、点火プラグを含む点火装置であって、前記シリンダヘッドから前記シリンダヘッドカバーおよび前記隔離カバーを貫通して延びる点火装置と、をさらに備えてもよい。この構成によれば、点火装置に接続される点火コイルが隔離室外に配置されるので、点火コイルに非防爆品を用いることができる。

前記点火装置は、前記燃焼室と噴孔を介して連通する副室を含み、前記点火プラグが前記副室内で燃料ガスと空気の混合気に点火することで前記噴孔からの火炎によって前記燃焼室内の混合気に点火し、前記燃料ガス弁は主燃料ガス弁であり、上記のガスエンジンは、前記シリンダヘッドに設けられた、前記副室への燃料ガスの噴射を制御する副燃料ガス弁をさらに備え、前記隔離室には、前記副燃料ガス弁が収容されてもよい。この構成によれば、ガスエンジンが副室式の点火装置を含む場合に、副燃料ガス弁からの燃料ガスの漏洩にも対応可能である。

１ ガスエンジン
１０ 燃焼室
１３ 給気管
１４ 排気管
２ 架構
２１ クランク室
２２ クランクシャフト
２４ ピストン
３ シリンダ
３１ 圧力センサ
４ シリンダヘッド
４１ 給気路
４２ 排気路
４５ シリンダヘッドカバー
５１ 主燃料ガス弁
６１ 副燃料ガス弁
７ 点火装置
７０ 副室
７２ 副室ホルダ
７３ 点火プラグ
８ 隔離カバー
８０ 隔離室
８６ 管状部
９０，９１ 換気管
９２ 換気ファン
９３ 検知器

Claims (5)

1. クランクシャフトを収容するクランク室を含む架構と、
   前記架構から突出するシリンダと、
   前記シリンダに取り付けられた、給気路および排気路を含むシリンダヘッドと、
   前記シリンダヘッドに接続される給気管または前記シリンダヘッドに設けられた、給気中への燃料ガスの噴射を制御する燃料ガス弁と、
   前記架構との間に、前記シリンダ、前記シリンダヘッドおよび前記燃料ガス弁を収容する隔離室を形成する隔離カバーと、
   前記隔離室内の空気を吸引する換気ファンと、
   を備える、ガスエンジン。
2. 前記隔離室と接続され、前記換気ファンが設けられた換気管と、
   前記隔離室内または前記換気管内の前記燃料ガスの濃度が閾値を超えるか否かを検知する検知器と、をさらに備える、請求項１に記載のガスエンジン。
3. 前記シリンダ内に配置されるピストンと前記シリンダヘッドとの間に形成される燃焼室内の圧力を検出する、前記シリンダヘッドまたは前記シリンダから突出する圧力センサをさらに備え、
   前記隔離カバーは、前記圧力センサを露出させる穴を形成する管状部を含む、請求項１または２に記載のガスエンジン。
4. 前記隔離室に収容されるシリンダヘッドカバーであって、前記シリンダヘッドを挟んで前記シリンダと反対側に配置された機器を覆うシリンダヘッドカバーと、
   前記シリンダ内に配置されるピストンと前記シリンダヘッドとの間に形成される燃焼室内で燃料ガスと給気の混合気に点火する、点火プラグを含む点火装置であって、前記シリンダヘッドから前記シリンダヘッドカバーおよび前記隔離カバーを貫通して延びる点火装置と、をさらに備える、請求項１～３の何れか一項に記載のガスエンジン。
5. 前記点火装置は、前記燃焼室と噴孔を介して連通する副室を含み、前記点火プラグが前記副室内で燃料ガスと空気の混合気に点火することで前記噴孔からの火炎によって前記燃焼室内の混合気に点火し、
   前記燃料ガス弁は主燃料ガス弁であり、
   前記シリンダヘッドに設けられた、前記副室への燃料ガスの噴射を制御する副燃料ガス弁をさらに備え、
   前記隔離室には、前記副燃料ガス弁が収容される、請求項４に記載のガスエンジン。
   

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