JP2024039140A - ガスエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】吸気系に生ずる圧力損失を抑えつつ、バックファイヤが発生した場合に火炎が吸気系に逆流することを抑えることができるガスエンジンを提供すること。【解決手段】ガスエンジンは、吸気系に設けられ開閉することにより吸気量を制御するスロットルバルブ９１と、吸気系におけるスロットルバルブ９１の下流に設けられ気体燃料と吸気とを含む混合気をシリンダブロックの気筒に向かって導く吸気マニホルド８と、吸気マニホルド８に組み付けられるとともに吸気ポートを有し吸気マニホルド８から供給された混合気を吸気ポートを通して気筒に導くシリンダヘッドと、吸気系におけるスロットルバルブ９１の下流に設けられ吸気ポートに残留する気体燃料に引火して発生した火炎が吸気系の上流に向かって逆流することを抑える逆火防止装置８３と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、気体燃料で作動するガスエンジンに関する。

特許文献１には、水素ガスを燃料とするエンジンが開示されている。水素ガスを燃料とするエンジンでは、水素ガスと空気の混合気体がエンジンの始動時や稼働中にエンジンの燃焼室の付近で異常な燃焼（バックファイヤ）を起こすことがある。バックファイヤが発生した場合、火炎が吸気系に逆流するおそれがある。そこで、特許文献１に記載されたエンジンは、逆火防止装置を備えている。特許文献１に記載された逆火防止装置は、キャブレタの空気取り込み口に接続され、キャブレタの本体に密着している。

しかし、逆火防止装置がキャブレタの空気取り込み口に接続されていると、吸気系において圧力損失が生ずるおそれがある。そのため、吸気系に生ずる圧力損失を抑えつつ、バックファイヤが発生した場合に火炎が吸気系に逆流することを抑える点について、特許文献１に記載されたエンジンには改善の余地がある。

特開２０１２－１４９５５９号公報

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、吸気系に生ずる圧力損失を抑えつつ、バックファイヤが発生した場合に火炎が吸気系に逆流することを抑え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。

本発明の第１態様は、気体燃料で作動するガスエンジンであって、吸気系に設けられ開閉することにより吸気量を制御するスロットルバルブと、前記吸気系における前記スロットルバルブの下流に設けられ前記気体燃料と吸気とを含む混合気をシリンダブロックの気筒に向かって導く吸気マニホルドと、前記吸気マニホルドに組み付けられるとともに吸気ポートを有し前記吸気マニホルドから供給された前記混合気を前記吸気ポートを通して前記気筒に導くシリンダヘッドと、前記吸気系における前記スロットルバルブの下流に設けられ前記吸気ポートに残留する前記気体燃料に引火して発生した火炎が前記吸気系の上流に向かって逆流することを抑える逆火防止装置と、を備えたことを特徴とするガスエンジンである。

本発明の第１態様によれば、逆火防止装置が、吸気系におけるスロットルバルブの下流に設けられ、シリンダヘッドの吸気ポートに残留する気体燃料に引火して発生した火炎が吸気系の上流に向かって逆流することを抑える。本発明の第１態様では、吸気系のうちで流路面積が比較的広い箇所に逆火防止装置を設置することが可能であるため、吸気系に生ずる圧力損失を抑えつつ、バックファイヤが発生した場合に火炎が吸気系に逆流することを抑えることができる。

本発明の第２態様は、本発明の第１態様において、前記吸気マニホルドは、前記スロットルバルブを通過した前記吸気を一時的に貯留する吸気本体と、前記吸気本体に接続され前記吸気本体から導かれた前記吸気を複数の前記気筒に分配する複数の吸気管と、を有し、前記逆火防止装置は、前記スロットルバルブと前記吸気本体との間に設けられたことを特徴とするガスエンジンである。

本発明の第２態様によれば、逆火防止装置がスロットルバルブと吸気マニホルドの吸気本体との間に設けられるため、吸気系のうちで流路面積が比較的広い箇所に逆火防止装置を設置することが十分に可能である。そのため、吸気系に生ずる圧力損失を十分に抑えつつ、バックファイヤが発生した場合に火炎が吸気系に逆流することを抑えることができる。

本発明の第３態様は、本発明の第１態様において、前記吸気マニホルドに装着され前記気体燃料を前記吸気系に噴射するインジェクタをさらに備え、前記吸気マニホルドは、前記スロットルバルブを通過した前記吸気を一時的に貯留する吸気本体と、前記吸気本体に接続され前記吸気本体から導かれた前記吸気を複数の前記気筒に分配する複数の吸気管と、を有し、前記逆火防止装置は、前記吸気本体と前記インジェクタとの間に設けられたことを特徴とするガスエンジンである。

本発明の第３態様によれば、逆火防止装置が吸気マニホルドの吸気本体とインジェクタとの間に設けられるため、吸気系に生ずる圧力損失を抑えつつ、シリンダヘッドの吸気ポートに残留する気体燃料に引火して発生した火炎が吸気系の上流に向かって逆流することをより確実に抑えることができる。

本発明の第４態様は、本発明の第３態様において、前記吸気本体は、前記吸気管とは別体として設けられ前記吸気管から取り外し可能とされてなることを特徴とするガスエンジンである。

本発明の第４態様によれば、吸気本体が吸気管とは別体として設けられ吸気管から取り外し可能とされているため、作業者等は、吸気本体を吸気管から取り外すことで、吸気マニホルドの吸気本体とインジェクタとの間に逆火防止装置を取り付ける作業、および吸気マニホルドの吸気本体とインジェクタとの間から逆火防止装置を取り外す作業を容易に行うことができる。

本発明の第５態様は、本発明の第１態様において、前記吸気マニホルドに装着され前記気体燃料を前記吸気系に噴射するインジェクタをさらに備え、前記逆火防止装置は、前記インジェクタと前記シリンダヘッドとの間に設けられたことを特徴とするガスエンジンである。

本発明の第５態様によれば、逆火防止装置がインジェクタとシリンダヘッドとの間に設けられるため、吸気系に生ずる圧力損失を抑えつつ、燃焼室の火炎がシリンダヘッドの吸気ポートに残留する気体燃料に引火することをより確実に抑え、火炎が吸気系の上流に向かって逆流することをより一層確実に抑えることができる。

本発明によれば、吸気系に生ずる圧力損失を抑えつつ、バックファイヤが発生した場合に火炎が吸気系に逆流することを抑えることができるガスエンジンを提供することができる。

本発明の実施形態に係るガスエンジンを表す斜視図である。 本実施形態の吸気マニホルドを吸気本体の側から眺めた斜視図である。 本実施形態の吸気マニホルドを吸気管の側から眺めた斜視図である。 本実施形態の逆火防止装置の第１具体例を表す分解斜視図である。 本実施形態の逆火防止装置の第２具体例を表す分解斜視図である。 本実施形態の逆火防止装置の第３具体例を表す斜視図である。

以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
なお、以下に説明する実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。

図１は、本発明の実施形態に係るガスエンジンを表す斜視図である。
図２は、本実施形態の吸気マニホルドを吸気本体の側から眺めた斜視図である。
図３は、本実施形態の吸気マニホルドを吸気管の側から眺めた斜視図である。

本実施形態に係るガスエンジン２は、例えば、水素ガス、天然ガス、ＬＰＧ、バイオガスなどの気体燃料で作動する内燃機関すなわちガスエンジンである。図１に表したガスエンジン２は、４気筒エンジンであり、例えば建設機械や農業機械のような産業機械に搭載される。なお、以下の説明では、説明の便宜上、水素ガスで作動するガスエンジンを例に挙げる。但し、本実施形態に係るガスエンジンは、水素ガスで作動するガスエンジンに限定されるわけではない。

図１に表したように、ガスエンジン２は、シリンダブロック３と、シリンダヘッド４と、ヘッドカバー５と、オイルパン６と、吸気マニホルド８と、を備える。シリンダブロック３は、下部に形成されたクランクケース３１と、上部に形成されたシリンダ（すなわち気筒：図示せず）と、を有する。前述したように、図１に表したガスエンジン２は、４つの気筒を有する。シリンダヘッド４は、シリンダブロック３の上部に組み付けられている。ヘッドカバー５は、シリンダヘッド４の上部に組み付けられている。オイルパン６は、シリンダブロック３の下部（具体的にはクランクケース３１の下部）に組み付けられている。

ガスエンジン２は、スロットルバルブ９１（例えば電子制御スロットルバルブ）と、燃料レール９２と、を備える。また、図３に表したように、ガスエンジン２は、インジェクタ７をさらに備える。図１～図３に表した矢印Ａ１のように、吸気系に設けられたエアクリーナ（図示せず）を通して吸入された空気（すなわち吸気）がスロットルバルブ９１に供給される。スロットルバルブ９１は、吸気系に設けられ開閉することにより、吸気マニホルド８に供給する吸気量を制御する。また、図１～図３に表した矢印Ａ２のように、気体燃料としての水素ガスがレギュレータから燃料レール９２に供給される。燃料レール９２に供給された水素ガスは、インジェクタ７に供給される。インジェクタ７は、吸気管８２に装着され気体燃料としての水素ガスを吸気系すなわち吸気管８２に噴射する。

吸気マニホルド８は、吸気系におけるスロットルバルブ９１の下流に設けられ、シリンダヘッド４の側方部に組み付けられている。図２および図３に表したように、吸気マニホルド８は、吸気本体８１と、複数の吸気管８２と、を有する。吸気本体８１は、接続部材９３を介してスロットルバルブ９１に接続されており、スロットルバルブ９１を通過した吸気を一時的に貯留した後、複数の吸気管８２に吸気を導く。図３に表したように、複数の吸気管８２は、第１吸気管８２１と、第２吸気管８２２と、第３吸気管８２３と、第４吸気管８２４と、を含む。すなわち、本実施形態に係る吸気マニホルド８は、複数の吸気管８２として、第１吸気管８２１と、第２吸気管８２２と、第３吸気管８２３と、第４吸気管８２４と、を有する。

第１吸気管８２１は、シリンダヘッド４に形成された吸気ポート（図示せず）を介して、シリンダブロック３に形成された第１気筒（図示せず）に接続されている。図３に表したように、本実施形態の第１吸気管８２１は、吸気マニホルド８とシリンダヘッド４との接続部の近傍において分岐している。そのため、図３に表した矢印Ａ１１および矢印Ａ１２のように、吸気本体８１から第１吸気管８２１に供給された吸気と、インジェクタ７により噴射された水素ガスと、が互いに混合した混合気は、２つの吸気ポートに導かれて第１気筒に供給される。つまり、図１～図３に表したガスエンジン２では、１つの気筒あたり２つの吸気バルブが設けられている。但し、本実施形態に係るガスエンジン２において、１つの気筒あたりの吸気バルブの設置数は、２つに限定されるわけではない。

第２吸気管８２２は、シリンダヘッド４に形成された吸気ポート（図示せず）を介して、シリンダブロック３に形成された第２気筒（図示せず）に接続されている。図３に表したように、本実施形態の第２吸気管８２２は、吸気マニホルド８とシリンダヘッド４との接続部の近傍において分岐している。そのため、図３に表した矢印Ａ１３および矢印Ａ１４のように、吸気本体８１から第２吸気管８２２に供給された吸気と、インジェクタ７により噴射された水素ガスと、が互いに混合した混合気は、２つの吸気ポートに導かれて第２気筒に供給される。

第３吸気管８２３は、シリンダヘッド４に形成された吸気ポート（図示せず）を介して、シリンダブロック３に形成された第３気筒（図示せず）に接続されている。図３に表したように、本実施形態の第３吸気管８２３は、吸気マニホルド８とシリンダヘッド４との接続部の近傍において分岐している。そのため、図３に表した矢印Ａ１５および矢印Ａ１６のように、吸気本体８１から第３吸気管８２３に供給された吸気と、インジェクタ７により噴射された水素ガスと、が互いに混合した混合気は、２つの吸気ポートに導かれて第３気筒に供給される。

第４吸気管８２４は、シリンダヘッド４に形成された吸気ポート（図示せず）を介して、シリンダブロック３に形成された第４気筒（図示せず）に接続されている。図３に表したように、本実施形態の第４吸気管８２４は、吸気マニホルド８とシリンダヘッド４との接続部の近傍において分岐している。そのため、図３に表した矢印Ａ１７および矢印Ａ１８のように、吸気本体８１から第４吸気管８２４に供給された吸気と、インジェクタ７により噴射された水素ガスと、が互いに混合した混合気は、２つの吸気ポートに導かれて第４気筒に供給される。

このように、吸気マニホルド８は、気体燃料としての水素ガスと吸気とを含む混合気をシリンダブロック３の気筒に向かって導く。具体的には、吸気マニホルド８は、水素ガスと吸気とを含む混合気をシリンダヘッド４の吸気ポートに導く。そして、シリンダヘッド４は、吸気マニホルド８から供給された混合気を吸気ポートを通してシリンダブロック３の気筒に導く。

ここで、気体燃料（特に水素ガス）で作動するエンジンでは、気体燃料と吸気との混合気がガスエンジンの始動時や稼働中にガスエンジンの燃焼室の付近で異常な燃焼（バックファイヤ）を起こすことがある。バックファイヤが発生した場合、火炎が吸気系に逆流するおそれがある。例えば、シリンダヘッドの吸気ポートに残留する気体燃料に引火して発生した火炎が、吸気系の上流に向かって逆流するおそれがある。そこで、火炎の逆流を抑える逆火防止装置を設置することが一策として挙げられる。しかし、逆火防止装置の設置位置によっては、ガスエンジンの吸気系において圧力損失が生ずるおそれがある。

これに対して、本実施形態の逆火防止装置は、吸気系におけるスロットルバルブ９１の下流に設けられ、シリンダヘッド４の吸気ポートに残留する水素ガスに引火して発生した火炎が吸気系の上流に向かって逆流することを抑える。以下、本実施形態の逆火防止装置の詳細を、図面を参照して説明する。

図４は、本実施形態の逆火防止装置の第１具体例を表す分解斜視図である。
なお、説明の便宜上、図４では、接続部材９３を吸気マニホルド８から分解して表している。

図４に表したように、本具体例において、ガスエンジン２は、逆火防止装置８３を備える。本具体例の逆火防止装置８３は、例えば波板型（クリンプリボン式）のフレームアレスタであり、スロットルバルブ９１と吸気本体８１との間に設けられている。具体的には、図４に表したように、１つの逆火防止装置８３が、吸気本体８１の上流部（すなわち入口部）に設置され、吸気本体８１の上流部と接続部材９３とに挟まれた状態で固定されている。

本具体例の場合には、吸気系のうちで流路面積が比較的広い箇所に、比較的大きいサイズの１つの逆火防止装置８３を設置することが可能である。そのため、吸気系に生ずる圧力損失を十分に抑えつつ、バックファイヤが発生した場合に火炎が吸気系に逆流することを抑えることができる。また、後述する第２具体例および第３具体例の場合と比較して、逆火防止装置８３による圧力損失が小さい。さらに、逆火防止装置８３の設置数は１つで済むため、後述する第２具体例および第３具体例の場合と比較して、逆火防止装置８３の近傍の構造を簡易化することができる。

図５は、本実施形態の逆火防止装置の第２具体例を表す分解斜視図である。
なお、説明の便宜上、図５では、吸気本体８１を複数の吸気管８２から分解して表している。

図５に表したように、本具体例において、ガスエンジン２は、逆火防止装置８３Ａを備える。本具体例の逆火防止装置８３Ａは、例えば波板型（クリンプリボン式）のフレームアレスタであり、吸気本体８１とインジェクタ７（図３参照）との間に設けられている。具体的には、図５に表したように、４つの逆火防止装置８３Ａが、複数の吸気管８２の上流部（すなわち入口部）に設置され、吸気本体８１の下流部と複数の吸気管８２の上流部とに挟まれた状態で固定されている。

本具体例の場合には、逆火防止装置８３Ａが吸気本体８１とインジェクタ７との間（具体的には複数の吸気管８２の上流部）に設けられるため、吸気系に生ずる圧力損失を抑えつつ、シリンダヘッド４の吸気ポートに残留する水素ガスに引火して発生した火炎が吸気系の上流に向かって逆流することをより確実に抑えることができる。また、前述した第１具体例の場合と比較して、火炎の逆流範囲を狭めることができ、より高い安全性を確保することができる。

また、図５に表したように、吸気本体８１は、複数の吸気管８２とは別体として設けられ、ボルトなどの締結部材８５により複数の吸気管８２と締結されている。吸気本体８１は、締結部材８５を外すことにより、複数の吸気管８２から取り外し可能とされている。そのため、作業者等は、吸気本体８１を複数の吸気管８２から取り外すことで、吸気本体８１とインジェクタ７との間に逆火防止装置８３Ａを取り付ける作業、および吸気本体８１とインジェクタ７との間から逆火防止装置８３Ａを取り外す作業を容易に行うことができる。

図６は、本実施形態の逆火防止装置の第３具体例を表す斜視図である。
図６に表したように、本具体例において、ガスエンジン２は、逆火防止装置８３Ｂを備える。本具体例の逆火防止装置８３Ｂは、例えば波板型（クリンプリボン式）のフレームアレスタであり、逆火防止装置８３Ｂは、インジェクタ７とシリンダヘッド４との間に設けられている。具体的には、図６に表したように、８つの逆火防止装置８３Ｂが、複数の吸気管８２の下流部（すなわち出口部）に設置されている。逆火防止装置８３Ｂは、複数の吸気管８２の下流部とシリンダヘッド４とに挟まれた状態で固定されていてもよい。

本具体例の場合、逆火防止装置８３Ｂがインジェクタ７とシリンダヘッド４との間（具体的には複数の吸気管８２の下流部）に設けられるため、吸気系に生ずる圧力損失を抑えつつ、燃焼室の火炎がシリンダヘッド４の吸気ポートに残留する水素ガスに引火することをより確実に抑え、火炎が吸気系の上流に向かって逆流することをより一層確実に抑えることができる。また、前述した第１具体例および第２具体例の場合と比較して、より高い安全性を確保することができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。上記実施形態の構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせたりすることができる。

２：ガスエンジン、 ３：シリンダブロック、 ４：シリンダヘッド、 ５：ヘッドカバー、 ６：オイルパン、 ７：インジェクタ、 ８：吸気マニホルド、 ３１：クランクケース、 ８１：吸気本体、 ８２：吸気管、 ８３：逆火防止装置、 ８３Ａ：逆火防止装置、 ８３Ｂ：逆火防止装置、 ８５：締結部材、 ９１：スロットルバルブ、 ９２：燃料レール、 ９３：接続部材、 ８２１：第１吸気管、 ８２２：第２吸気管、 ８２３：第３吸気管、 ８２４：第４吸気管

Claims (5)

1. 気体燃料で作動するガスエンジンであって、
   吸気系に設けられ開閉することにより吸気量を制御するスロットルバルブと、
   前記吸気系における前記スロットルバルブの下流に設けられ前記気体燃料と吸気とを含む混合気をシリンダブロックの気筒に向かって導く吸気マニホルドと、
   前記吸気マニホルドに組み付けられるとともに吸気ポートを有し前記吸気マニホルドから供給された前記混合気を前記吸気ポートを通して前記気筒に導くシリンダヘッドと、
   前記吸気系における前記スロットルバルブの下流に設けられ前記吸気ポートに残留する前記気体燃料に引火して発生した火炎が前記吸気系の上流に向かって逆流することを抑える逆火防止装置と、
   を備えたことを特徴とするガスエンジン。
2. 前記吸気マニホルドは、
   前記スロットルバルブを通過した前記吸気を一時的に貯留する吸気本体と、
   前記吸気本体に接続され前記吸気本体から導かれた前記吸気を複数の前記気筒に分配する複数の吸気管と、
   を有し、
   前記逆火防止装置は、前記スロットルバルブと前記吸気本体との間に設けられたことを特徴とする請求項１に記載のガスエンジン。
3. 前記吸気マニホルドに装着され前記気体燃料を前記吸気系に噴射するインジェクタをさらに備え、
   前記吸気マニホルドは、
   前記スロットルバルブを通過した前記吸気を一時的に貯留する吸気本体と、
   前記吸気本体に接続され前記吸気本体から導かれた前記吸気を複数の前記気筒に分配する複数の吸気管と、
   を有し、
   前記逆火防止装置は、前記吸気本体と前記インジェクタとの間に設けられたことを特徴とする請求項１に記載のガスエンジン。
4. 前記吸気本体は、前記吸気管とは別体として設けられ前記吸気管から取り外し可能とされてなることを特徴とする請求項３に記載のガスエンジン。
5. 前記吸気マニホルドに装着され前記気体燃料を前記吸気系に噴射するインジェクタをさらに備え、
   前記逆火防止装置は、前記インジェクタと前記シリンダヘッドとの間に設けられたことを特徴とする請求項１に記載のガスエンジン。
   
   

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