JP3235302B2 - Subchamber gas engine - Google Patents
Subchamber gas engineInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、天然ガスを副室のガ
ス室に供給して圧縮比を大きくした副室式ガスエンジン
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a subchamber gas engine in which natural gas is supplied to a subchamber gas chamber to increase the compression ratio.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、天然ガスを主燃料とするエンジン
は、コジェネレーション型エンジンとして、政府、官公
庁研究機関或いは民間会社で開発が進められている。こ
のコジェネレーション型エンジンは、動力を発電機で電
気エネルギーとして取り出し、排気ガスエネルギーが有
する熱を熱交換器で水を加熱して温水にして給湯用とし
て利用している。そして、このコジェネレーション型エ
ンジンは、ホテル、病院、事務所等での電気供給システ
ムとして利用されることが期待されている。天然ガスを
燃料とするガスエンジンとして、例えば、特開昭５４−
１５６９１１号公報、特開昭６３−６３５８号公報、特
開平１−２３２１１９号公報、実公平３−４１０６８号
公報に開示されたものがある。2. Description of the Related Art Conventionally, an engine using natural gas as a main fuel has been developed as a cogeneration type engine by a government, a government research institute, or a private company. In this cogeneration type engine, power is extracted as electric energy by a generator, and heat of exhaust gas energy is heated by a heat exchanger to make hot water and used for hot water supply. The cogeneration type engine is expected to be used as an electric supply system in hotels, hospitals, offices, and the like. As a gas engine using natural gas as a fuel, for example,
156911, JP-A-63-6358, JP-A-1-232119, and JP-B-3-41068.
【０００３】また、実開平４−１０００２９号公報に開
示されたトーチ点火式ガスエンジンのトーチ点火装置
は、プレチャンバ内でスワールを伴ったリッチ混合気が
形成され、リッチ混合気に点火されると、噴口より強力
な燃焼火炎が噴出され、主燃焼室で良好な燃焼が行わ
れ、ＣＯ，ＮＯX 等の有害燃焼ガスを低減して、熱効率
を高くせんとするものである。該トーチ点火式ガスエン
ジンのトーチ点火装置は、点火用プレチャンバと主燃焼
室とを連通する通路部の中心をプレチャンバの中心より
偏心させ、主燃焼室への火炎を噴出する噴口と通路部と
を非対称に形成したものである。In the torch igniter of the torch ignitable gas engine disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open Publication No. 4-100029, when a rich air-fuel mixture with swirl is formed in a pre-chamber, the rich air-fuel mixture is ignited. powerful combustion flame than the jetting nozzle is ejected, to ensure favorable combustion with the main combustion chamber is performed, CO, to reduce the harmful combustion gases such as NO X, it is to St. high thermal efficiency. The torch igniting device of the torch igniting type gas engine has an orifice and a passage for ejecting a flame to the main combustion chamber by decentering a center of a passage communicating the ignition pre-chamber and the main combustion chamber from a center of the pre-chamber. Are formed asymmetrically.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ナチュ
ラルガスを燃料とするガスエンジンは、燃料がガス体で
あるので、ガソリンと同じように燃料ガスを吸気バルブ
から吸入され、圧縮、着火されるので、圧縮比を大きく
することができず、理論熱効率は必ずしも高くない。通
常使用されているガスエンジンは、圧縮比が１２〜１３
程度であり、理論熱効率は４８％に過ぎないものであ
り、ガスエンジンの動力を電気エネルギーにした場合に
は、熱効率は３４〜３５％で、場合によっては３０％を
割るような効率である。そこで、ガスエンジンから電気
エネルギーとして取り出す場合に、熱効率を向上させる
ことが望まれているのが現状である。ガスエンジンは、
ナチュラルガス即ち天然ガスを燃料とするものであり、
燃料が気体である。そこで、吸入行程でガスを吸入し、
次いで圧縮すると、高圧縮となり温度が高くなり、自己
着火の現象即ちノッキングが発生する。しかるに、天然
ガスのガス燃料は圧縮比が１２以下でないと、自己着火
するものである。また、エンジンの熱効率については、
圧縮比が小さいと熱効率が小さくなるという現象があ
る。従って、ガスエンジンでは、ガス燃料の自己着火を
避けて、圧縮比を如何に高くするかの課題があると共
に、ＮＯX の発生を抑制するという課題がある。However, in a gas engine using natural gas as a fuel, since the fuel is a gaseous substance, the fuel gas is sucked from the intake valve, compressed and ignited in the same manner as gasoline. The compression ratio cannot be increased, and the theoretical thermal efficiency is not always high. Generally used gas engines have a compression ratio of 12-13.
And the theoretical thermal efficiency is only 48%, and when the power of the gas engine is electric energy, the thermal efficiency is 34 to 35%, and in some cases, the efficiency is less than 30%. Therefore, it is presently desired to improve the thermal efficiency when extracting electric energy from a gas engine. Gas engines are
Natural gas or natural gas as fuel,
The fuel is a gas. So, inhale the gas in the intake stroke,
Then, when compression is performed, the compression becomes high and the temperature rises, and the phenomenon of self-ignition, that is, knocking occurs. However, if the compression ratio of the natural gas gas fuel is not less than 12, self-ignition occurs. Also, regarding the thermal efficiency of the engine,
When the compression ratio is small, there is a phenomenon that the thermal efficiency is reduced. Thus, the gas engine, avoiding self-ignition of the gaseous fuel, the compression ratio with is one of the challenges to how high, there is a problem of suppressing occurrence of NO X.
【０００５】そこで、この発明の目的は、上記の課題を
解決することであり、副室のガス燃料室に天然ガスを導
入し、主室で吸入空気のみを圧縮して圧縮比を高め、し
かもガス燃料の自己着火を防止してノッキングの発生を
防止し、主室内の空気を高温に上昇させた状態で副室ピ
ストンの上昇に伴ってガス燃料室を主室に連通させ、主
室の高圧縮空気をガス室に流入させ、ガス燃料室内の天
然ガスと高圧縮空気とを混合させると共に、混合気をス
パークプラグの助けで着火燃焼させ、火炎、未燃混合気
等のガスをガス燃料室から主室へ噴出させ、主室での燃
焼スピードを短縮して燃焼を短期に完結させ、ＮＯX 、
ＨＣ等の発生を低減し、高圧縮比化すると共にリーン燃
焼を可能にして熱効率を高める副室式ガスエンジンを提
供することである。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems. Natural gas is introduced into the gas fuel chamber of the sub chamber, and only the intake air is compressed in the main chamber to increase the compression ratio. The self-ignition of gas fuel is prevented to prevent knocking, and the gas fuel chamber communicates with the main chamber with the rise of the sub chamber piston while the air in the main chamber is raised to a high temperature. The compressed air flows into the gas chamber, and the natural gas in the gas fuel chamber is mixed with the highly compressed air, and the air-fuel mixture is ignited and burned with the help of a spark plug. It is ejected into the main chamber from to complete the short combustion by shortening the combustion speed in the main chamber, NO X,
An object of the present invention is to provide a sub-chamber gas engine that reduces the generation of HC and the like, increases the compression ratio, enables lean combustion, and enhances thermal efficiency.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するため、次のように構成されている。即ち、こ
の発明は、シリンダ側に形成した主室、シリンダ内を往
復動するピストン、吸排気ポートに配置した吸排気弁、
シリンダヘッドに形成した上部に大径部を備えた副室、
前記副室内をガス燃料室と空気室に２分して往復運動す
る副室ピストン、前記副室の前記大径部に配置したスパ
ークプラグ、前記副室の前記大径部によって形成される
前記ガス燃料室にガス燃料を供給するガス燃料供給手
段、及び前記副室ピストンが前記大径部に位置する期間
において前記ガス燃料室を前記主室に連通させることが
できる前記副室の下部に形成された連絡孔、から構成し
たことを特徴とする副室式ガスエンジンに関する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is configured as follows in order to achieve the above object. That is, the present invention provides a main chamber formed on the cylinder side, a piston reciprocating in the cylinder, an intake / exhaust valve arranged in an intake / exhaust port,
A subchamber with a large-diameter section at the top formed on the cylinder head,
A sub-chamber piston which reciprocates by dividing the sub-chamber into a gas fuel chamber and an air chamber, a spark plug arranged at the large-diameter portion of the sub-chamber, and the gas formed by the large-diameter portion of the sub-chamber Gas fuel supply means for supplying gaseous fuel to a fuel chamber; and a gas fuel supply means formed at a lower portion of the sub-chamber, which allows the gas fuel chamber to communicate with the main chamber during a period in which the sub-chamber piston is located at the large-diameter portion. A sub-chamber gas engine comprising a communication hole.
【０００７】また、この副室式ガスエンジンにおいて、
前記副室ピストンが前記大径部に位置して前記ガス燃料
室と前記主室とを前記連絡孔を通じて連通させる期間
は、圧縮行程後半から膨張行程前半までと排気行程後半
から吸気行程前半までとの期間である。In this sub-chamber gas engine,
The sub-chamber piston is located in the large-diameter portion and connects the gas fuel chamber and the main chamber through the communication hole, from the latter half of the compression stroke to the first half of the expansion stroke, and from the latter half of the exhaust stroke to the first half of the intake stroke. Period.
【０００８】また、この副室式ガスエンジンにおいて、
前記ガス燃料供給手段は前記副室にガス燃料供給口を開
口するガス燃料供給路、及び該ガス燃料供給口に配置さ
れたガス燃料弁から構成されている。In this sub-chamber gas engine,
The gas fuel supply means includes a gas fuel supply passage that opens a gas fuel supply port in the sub-chamber, and a gas fuel valve disposed in the gas fuel supply port.
【０００９】また、この副室式ガスエンジンにおいて、
前記連絡孔は前記副室からシリンダ周辺方向に傾斜して
複数形成されているものである。In this sub-chamber gas engine,
A plurality of the communication holes are formed so as to be inclined from the sub-chamber toward the cylinder peripheral direction.
【００１０】[0010]
【作用】この発明による副室式ガスエンジンは、上記の
ように構成されており、次のように作用する。即ち、こ
の副室式ガスエンジンは、大径部を備えた副室をシリン
ダヘッドに形成し、前記副室内をガス燃料室と空気室に
２分して往復運動する副室ピストンを配置し、前記副室
の前記大径部にスパークプラグを配置すると共に、前記
副室の上部に形成されるガス燃料室にガス燃料を供給す
るガス燃料供給手段を設け、前記副室ピストンが前記大
径部に位置する期間で前記副室の下部に形成された連絡
孔を通じて前記ガス燃料室を前記主室に連通させたの
で、前記副室には所定量のガス燃料を供給でき、また、
前記主室の空気を高圧縮することができ、理論熱効率を
向上させることができる。更に、前記副室にはスパーク
プラグを設けているので、混合気の着火ミスは発生する
ことがなく、また、火炎、未燃混合気等のガスは前記ガ
ス燃料室から前記空気室に噴出され、前記空気室の空気
を巻き込みながら、前記連絡孔を通じて前記主室へ噴出
され、リーン燃焼が可能になり、理論熱効率を向上させ
ることができる。The sub-chamber gas engine according to the present invention is constructed as described above, and operates as follows. That is, in this sub-chamber gas engine, a sub-chamber having a large diameter portion is formed in a cylinder head, and a sub-chamber piston which reciprocates by dividing the sub-chamber into a gas fuel chamber and an air chamber is disposed. A spark plug is disposed in the large diameter portion of the sub chamber, and gas fuel supply means for supplying gas fuel to a gas fuel chamber formed above the sub chamber is provided. Since the gas fuel chamber is communicated with the main chamber through a communication hole formed in a lower portion of the sub chamber in a period of being located in the sub chamber, a predetermined amount of gas fuel can be supplied to the sub chamber,
The air in the main chamber can be highly compressed, and the theoretical thermal efficiency can be improved. Further, since the sub-chamber is provided with a spark plug, no misfire of the air-fuel mixture occurs, and gases such as flame, unburned air-fuel mixture are ejected from the gas fuel chamber to the air chamber. The air in the air chamber is squirted into the main chamber through the communication hole while entraining the air in the air chamber, thereby enabling lean combustion and improving the theoretical thermal efficiency.
【００１１】また、この副室式ガスエンジンは、吸入空
気が主室内で高圧縮比になっても、前記主室内にはガス
燃料が存在しておらず、また前記ガス室のガス燃料には
圧縮行程上死点近傍まで空気が導入されないので、ガス
燃料が自己着火することなく、ノッキングが発生するこ
とがない。Further, in this sub-chamber type gas engine, even if the intake air has a high compression ratio in the main chamber, no gas fuel exists in the main chamber, and the gas fuel in the gas chamber does not exist. Since air is not introduced to the vicinity of the top dead center of the compression stroke, the gas fuel does not self-ignite and no knocking occurs.
【００１２】[0012]
【実施例】以下、図面を参照して、この発明による副室
式ガスエンジンの実施例を説明する。図１はこの発明に
よる副室式ガスエンジンの一実施例を示す断面図、及び
図２は図１の副室式ガスエンジンにおけるピストン変位
に対する吸排気弁、副室ピストン、スパークプラグ及び
ガス燃料の供給の各タイミングを示す説明図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a sub-chamber gas engine according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a sub-chamber gas engine according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing an intake / exhaust valve, a sub-chamber piston, a spark plug and gas fuel with respect to a piston displacement in the sub-chamber gas engine of FIG. It is explanatory drawing which shows each timing of supply.
【００１３】この副室式ガスエンジンは、シリンダブロ
ック１４、シリンダブロック１４にガスケット２１を介
在させて固定されたシリンダヘッド７、シリンダヘッド
７に形成された吸気ポート１５、吸気ポート１５に配置
された吸気弁８、シリンダヘッド７に形成された排気ポ
ート１６、排気ポート１６に配置された排気弁９、シリ
ンダヘッド７に形成されたキャビティ１８に設けられた
副室２、シリンダブロック１４に形成した孔部１９に嵌
合したシリンダライナ１３、該シリンダライナ１３に形
成したシリンダ２０内を往復運動するピストン４、シリ
ンダ２０側に形成された主室１、及び主室１と副室２と
を連通するシリンダヘッド７の副室２の下部に形成され
た複数の連絡孔１２を有している。連絡孔１２は副室２
からシリンダ２０周辺方向に傾斜して複数形成されてお
り、副室２から主室１への火炎、未燃混合気等のガスを
シリンダ周辺側へ噴出するように形成されている。This sub-chamber type gas engine is arranged in a cylinder block 14, a cylinder head 7 fixed to the cylinder block 14 with a gasket 21 interposed therebetween, an intake port 15 formed in the cylinder head 7, and an intake port 15. An intake valve 8, an exhaust port 16 formed in the cylinder head 7, an exhaust valve 9 arranged in the exhaust port 16, a sub-chamber 2 provided in a cavity 18 formed in the cylinder head 7, and a hole formed in the cylinder block 14. A cylinder liner 13 fitted to the portion 19, a piston 4 reciprocating in a cylinder 20 formed in the cylinder liner 13, a main chamber 1 formed on the cylinder 20 side, and communication between the main chamber 1 and the sub chamber 2. The cylinder head 7 has a plurality of communication holes 12 formed below the sub-chamber 2. The communication hole 12 is in the sub-chamber 2
Are formed in such a manner as to incline in the direction of the periphery of the cylinder 20 from the sub-chamber 2 and to inject gas such as flame, unburned mixture from the sub-chamber 2 to the main chamber 1 toward the cylinder periphery.
【００１４】この副室式ガスエンジンは、特に、シリン
ダヘッド７に形成した副室２及び副室２内を往復運動す
る副室ピストン６を有することを特徴としている。副室
２には、上部に大径部１１を備え、該大径部１１によっ
てガス燃料室１７が形成されている。副室ピストン６は
カム２４及びロッカアーム２７を通じてリターンスプリ
ング２６に抗して副室２内を２分して往復運動するもの
であり、副室ピストン６の上方側の室がガス燃料室１７
に構成され、また、副室ピストン６の下方側の室が空気
室３に構成される。更に、ガス燃料室１７には、ガス燃
料室１７にガス燃料を供給するためガス燃料供給路１０
に通じるガス燃料供給口２２が開口しており、該ガス燃
料供給口２２にはガス燃料供給手段としてガス燃料弁２
３が配置されている。また、ガス燃料室１７を構成する
大径部１１には、ガス燃料と空気との混合気の着火を補
助するため、スパークプラグ２５が配置されている。The sub-chamber gas engine is characterized in that it has a sub-chamber 2 formed in a cylinder head 7 and a sub-chamber piston 6 which reciprocates in the sub-chamber 2. The sub-chamber 2 has a large-diameter portion 11 at an upper portion, and the large-diameter portion 11 forms a gas fuel chamber 17. The sub-chamber piston 6 reciprocates in the sub-chamber 2 through the cam 24 and the rocker arm 27 against the return spring 26 and reciprocates in the sub-chamber 2.
The lower chamber of the sub chamber piston 6 is formed as the air chamber 3. Further, the gas fuel chamber 17 is provided with a gas fuel supply passage 10 for supplying gas fuel to the gas fuel chamber 17.
A gas fuel supply port 22 communicating with the gas fuel supply port 22 is opened.
3 are arranged. In addition, a spark plug 25 is disposed in the large-diameter portion 11 constituting the gas fuel chamber 17 to assist ignition of a mixture of gas fuel and air.
【００１５】この副室式ガスエンジンは、吸入行程、圧
縮行程、膨張行程及び排気行程の４つの行程を順次繰り
返すことによって４ストロークで作動され、図２でピス
トン変位として示すように、ピストン４はシリンダ２０
内を２往復して４ストロークを行うものである。また、
副室ピストン６はピストン４に対応して副室２内を往復
運動し、カム２４は対向する側に突出した形状に形成さ
れている。更に、通常どおりに吸気行程で吸気弁８が開
放し、排気行程で排気弁９が開放するものである。この
副室式ガスエンジンは、上記行程において、副室ピスト
ン６が大径部１１に位置する期間、即ち、副室ピストン
６が図２の符号Ａの位置より上方へリフトした期間にお
いて、副室ピストン６の外周と大径部１１の壁面との間
に隙間５が形成され、その隙間５を通じてガス燃料室１
７を空気室３と連絡孔１２とを通じて主室１に連通させ
ることができる。副室ピストン６が大径部１１に位置し
てガス燃料室１７と主室１とを空気室３と連絡孔１２を
通じて連通させる期間は、図２に示すように、圧縮行程
後半から膨張行程前半までと排気行程後半から吸気行程
前半までとの期間である。This sub-chamber gas engine is operated in four strokes by sequentially repeating four strokes of an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke and an exhaust stroke. As shown in FIG. Cylinder 20
It performs four strokes by reciprocating two times inside. Also,
The sub-chamber piston 6 reciprocates in the sub-chamber 2 corresponding to the piston 4, and the cam 24 is formed in a shape protruding to the opposite side. Further, the intake valve 8 is opened in the intake stroke as usual, and the exhaust valve 9 is opened in the exhaust stroke. In the sub-chamber gas engine, the sub-chamber piston 6 is located in the large diameter portion 11 during the above-described stroke, that is, the sub-chamber piston 6 is lifted upward from the position indicated by the symbol A in FIG. A gap 5 is formed between the outer periphery of the piston 6 and the wall surface of the large diameter portion 11, and the gas fuel chamber 1 is formed through the gap 5.
7 can communicate with the main chamber 1 through the air chamber 3 and the communication hole 12. As shown in FIG. 2, during the period in which the sub-chamber piston 6 is located in the large diameter portion 11 and the gas fuel chamber 17 and the main chamber 1 communicate with each other through the air chamber 3 and the communication hole 12, as shown in FIG. And the period from the latter half of the exhaust stroke to the first half of the intake stroke.
【００１６】また、ガス燃料供給手段は、副室２にガス
燃料供給口２２を開口するガス燃料供給路１０、及び該
ガス燃料供給口２２に配置されたガス燃料弁２３から構
成されている。ガス燃料供給手段は、例えば、燃料タン
クからの天然ガスが蓄圧室で蓄圧され、該蓄圧室の天然
ガスをガス燃料供給路１０を通じてガス燃料供給口２２
から副室２に供給することができるものである。ガス燃
料弁２３は、副室ピストン６がガス燃料室１７と空気室
３とを遮断している時、例えば、吸気行程の中頃に開放
し、副室ピストン６の下降と共にガス燃料供給路１０か
らガス燃料室１７へ供給し、吸気行程下死点近傍までの
間のガス燃料室１７の体積が最も大きくなる時までのガ
ス燃料の供給を完了し、吸気行程下死点で閉鎖するよう
に設定されている。The gas fuel supply means comprises a gas fuel supply passage 10 opening a gas fuel supply port 22 in the sub-chamber 2, and a gas fuel valve 23 disposed in the gas fuel supply port 22. The gas fuel supply means, for example, stores natural gas from a fuel tank in a pressure accumulator and supplies the natural gas in the pressure accumulator through a gas fuel supply passage 10 to a gas fuel supply port 22.
Can be supplied to the sub-chamber 2. The gas fuel valve 23 opens when the sub-chamber piston 6 blocks the gas fuel chamber 17 and the air chamber 3, for example, in the middle of the intake stroke. The supply to the gas fuel chamber 17 is completed so that the supply of the gas fuel until the volume of the gas fuel chamber 17 becomes the largest in the vicinity of the bottom dead center in the intake stroke is completed, and the gas fuel is closed at the bottom dead center in the intake stroke. Have been.
【００１７】この副室式ガスエンジンは、吸気行程下死
点でガス燃料室１７へのガス燃料の供給が完了し、次い
で圧縮行程でピストン４の上昇に伴って主室１内の吸入
空気が圧縮され、ガス燃料室１７にはガス燃料が導入さ
れているが、主室１にはガス燃料が存在しないので、吸
入空気を高圧縮してもガス燃料が自己着火することがな
く、ノッキングが発生することがない。そして、ピスト
ン４の上昇に連れて副室ピストン６も上昇してガス燃料
室１７内のガス燃料を圧縮するが、ガス燃料室１７には
空気は存在しないので着火することはない。副室ピスト
ン６の下面が図１又は図２の符号Ａ点より上方にリフト
すると、ガス燃料室１７と空気室３とが副室ピストン６
の外周と大径部１１の壁面との間に隙間５を通じて連通
され、従って、ガス燃料室１７が空気室３と連絡孔１２
を通じて主室１に連通する。In the sub-chamber type gas engine, the supply of the gas fuel to the gas fuel chamber 17 is completed at the bottom dead center of the intake stroke, and then the intake air in the main chamber 1 is reduced with the rise of the piston 4 in the compression stroke. Although compressed, the gas fuel is introduced into the gas fuel chamber 17, the gas fuel does not exist in the main chamber 1, so even if the intake air is highly compressed, the gas fuel does not self-ignite and knocking does not occur. Does not occur. Then, as the piston 4 rises, the sub-chamber piston 6 also rises to compress the gas fuel in the gas fuel chamber 17, but there is no air in the gas fuel chamber 17, so there is no ignition. When the lower surface of the sub-chamber piston 6 is lifted above the point A in FIG. 1 or 2, the gas fuel chamber 17 and the air chamber 3 are connected to the sub-chamber piston 6.
And the gas fuel chamber 17 is connected to the air chamber 3 and the communication hole
Through the main room 1.
【００１８】主室１とガス燃料室１７とが連通すると、
主室１から空気室３に送り込まれている圧縮された高温
空気が隙間を通じてガス燃料室１７に流入し、ガス燃料
と空気とが一気に混合される。その時、スパークプラグ
２５で火花を飛ばし、混合気を着火燃焼させる。ガス燃
料室１７で混合気が着火燃焼すると、空気室３の空気を
利用しつつリーン燃焼が可能になり、引き続き燃焼が進
展して膨張行程に移行して仕事をすると共に、副室２の
空気室３に存在する火炎、未燃混合気等のガスは副室ピ
ストン６によって押し出され、噴出エネルギーを大きく
して、連絡孔１２から主室１のシリンダ周辺へと火炎、
未燃混合気等のガスが噴出する。When the main chamber 1 communicates with the gas fuel chamber 17,
The compressed high-temperature air sent from the main chamber 1 to the air chamber 3 flows into the gas fuel chamber 17 through the gap, and the gas fuel and the air are mixed at once. At this time, sparks are blown by the spark plug 25, and the air-fuel mixture is ignited and burned. When the air-fuel mixture ignites and burns in the gas fuel chamber 17, lean combustion becomes possible while utilizing the air in the air chamber 3, and the combustion continues to progress to the expansion stroke to perform work, while the air in the sub-chamber 2 is operated. Gases such as a flame and an unburned air-fuel mixture present in the chamber 3 are pushed out by the sub-chamber piston 6 to increase the ejection energy, thereby causing the flame from the communication hole 12 to around the cylinder of the main chamber 1,
Gas such as an unburned mixture is jetted.
【００１９】次いで、排気行程に移行して主室１内の燃
焼ガスが排気されるが、排気行程中頃過ぎに再び副室ピ
ストン６が符号Ａ点より上方にリフトし、ガス燃料室１
７と空気室３とが隙間５で連通するようになり、ガス燃
料室１７に残留している燃焼ガスが空気室３及び連絡孔
１２を通じて排気され、吸気行程へ移行する。吸気行程
ではピストン４の下降に従って主室１へ吸入空気が導入
されると共に、副室ピストン６も下降する。この時、ガ
ス燃料室１７へは空気は殆ど供給されることはない。吸
気行程中頃になって再び副室ピストン６は符号Ａ点より
下方に下降して隙間５は無くなり、ガス燃料室１７と空
気室３とは遮断される。ガス燃料室１７と空気室３とは
遮断されると、ガス燃料弁２３がガス燃料供給口２２を
開口してガス燃料室１７にガス燃料が供給されることに
なる。Next, the process moves to the exhaust stroke, and the combustion gas in the main chamber 1 is exhausted. However, shortly after the middle of the exhaust stroke, the sub-chamber piston 6 lifts again above the point A, and the gas fuel chamber 1
7 and the air chamber 3 communicate with each other through the gap 5, and the combustion gas remaining in the gas fuel chamber 17 is exhausted through the air chamber 3 and the communication hole 12, and the process proceeds to the intake stroke. In the intake stroke, the intake air is introduced into the main chamber 1 as the piston 4 descends, and the sub-chamber piston 6 also descends. At this time, almost no air is supplied to the gas fuel chamber 17. In the middle of the intake stroke, the sub-chamber piston 6 descends again below the point A, the gap 5 disappears, and the gas fuel chamber 17 and the air chamber 3 are shut off. When the gas fuel chamber 17 and the air chamber 3 are shut off, the gas fuel valve 23 opens the gas fuel supply port 22 to supply the gas fuel to the gas fuel chamber 17.
【００２０】この副室式ガスエンジンでは、図示してい
ないが、連絡孔１２及び副室２の領域は、燃焼ガスで高
温になるため、副室２を耐熱性に富んだ窒化ケイ素、炭
化ケイ素等のセラミックスで作製された壁体で構成し、
また、副室２内を往復運動する副室ピストン６は高温強
度を有する耐熱性に優れた窒化ケイ素、炭化ケイ素等の
セラミックスから製作することが好ましいものである。
また、ピストン４は、例えば、耐熱性に優れた窒化ケイ
素等のセラミックスから成るピストンヘッドと、ピスト
ンヘッドにメタルフローによって固定したピストンスカ
ートから構成することができるものである。In this sub-chamber type gas engine, although not shown, the area of the communication hole 12 and the sub-chamber 2 is heated by the combustion gas, so that the sub-chamber 2 is made of silicon nitride and silicon carbide having high heat resistance. It consists of a wall made of ceramics such as
The sub-chamber piston 6 reciprocating in the sub-chamber 2 is preferably made of ceramics such as silicon nitride and silicon carbide having high temperature strength and excellent heat resistance.
The piston 4 can be composed of, for example, a piston head made of ceramics such as silicon nitride having excellent heat resistance, and a piston skirt fixed to the piston head by metal flow.
【００２１】[0021]
【発明の効果】この発明による副室式ガスエンジンは、
上記のように構成されており、次のような効果を有す
る。即ち、この副室式ガスエンジンは、上部に大径部を
備えた副室をシリンダヘッドに形成し、前記副室内を２
分して往復運動する副室ピストンを設け、前記大径部に
スパークプラグを配置すると共に、前記大径部によって
形成されるガス燃料室にガス燃料を供給するガス燃料供
給手段を設け、前記副室ピストンが前記大径部に位置す
る期間において前記ガス燃料室を前記主室に連通させる
ことができる連絡孔を前記副室の下部に形成したので、
前記主室に吸入された空気はガス燃料が存在しない状態
で圧縮され、また、前記副室に形成された前記ガス燃料
室には空気がほとんど存在しない状態でガス燃料が供給
され、高圧縮比にすることができ、理論熱効率を向上さ
せることができる。また、圧縮行程上死点近傍で前記ガ
ス燃料室と前記副室の空気室とが隙間を通じて連通され
ると、高圧縮された高温空気が前記ガス燃料室に流入
し、空気とガス燃料との混合が促進されて混合気が生成
され、そこで、スパークプラグで火花を飛ばして混合気
に着火させて混合気を燃焼させる。The sub-chamber gas engine according to the present invention has the following features.
It is configured as described above and has the following effects. That is, in this sub-chamber type gas engine, a sub-chamber having a large-diameter portion in the upper portion is formed in a cylinder head, and the sub-chamber is
A sub-chamber piston which reciprocates separately is provided, a spark plug is disposed in the large-diameter portion, and gas fuel supply means for supplying gas fuel to a gas fuel chamber formed by the large-diameter portion is provided; Since a communication hole that allows the gas fuel chamber to communicate with the main chamber during a period in which the chamber piston is located at the large diameter portion is formed at a lower portion of the sub chamber,
The air sucked into the main chamber is compressed in the absence of gaseous fuel, and the gaseous fuel in the gaseous chamber formed in the sub-chamber is supplied with almost no air therethrough. And the theoretical thermal efficiency can be improved. Further, when the gas fuel chamber and the air chamber of the sub chamber communicate with each other through a gap in the vicinity of the top dead center of the compression stroke, highly compressed high-temperature air flows into the gas fuel chamber, and Mixing is promoted to produce an air-fuel mixture, where sparks are blown by a spark plug to ignite the air-fuel mixture and burn the air-fuel mixture.
【００２２】また、前記ガス燃料室で混合気が着火燃焼
すると、火炎、未燃混合気等のガスは前記空気室に噴出
して前記空気室の空気を巻き込みながらリーン燃焼が進
展し、前記空気室から前記連絡孔を通じて主室１のシリ
ンダ周辺側へ噴出される。この副室式ガスエンジンで
は、前記連絡孔が前記副室からシリンダ周辺方向に傾斜
して複数形成されているので、前記副室から前記連絡孔
を通じて前記主室へ火炎、未燃混合気等のガスが噴出す
る時、前記副室ピストンは前記副室内を下降して前記空
気室に存在する火炎、未燃混合気等のガスを前記連絡孔
から前記主室へ押し出し、噴出エネルギーを増大させ、
前記連絡孔から噴出する火炎、未燃混合気等のガスはシ
リンダ周辺へと到達し、前記主室に存在する新気との混
合を短期に行って、燃焼スピードを早め、燃焼期間を短
縮して熱効率を向上させる。When the air-fuel mixture ignites and burns in the gas fuel chamber, gases such as a flame and an unburned air-fuel mixture squirt into the air chamber, thereby entraining the air in the air chamber and causing lean combustion to progress. The fuel is ejected from the chamber through the communication hole to the periphery of the cylinder of the main chamber 1. In this sub-chamber gas engine, since the communication holes are formed in a plurality inclining from the sub-chamber in the peripheral direction of the cylinder, flames, unburned mixture, etc., from the sub-chamber to the main chamber through the communication holes are formed. When gas is ejected, the sub-chamber piston descends in the sub-chamber and pushes gas such as flame, unburned mixture present in the air chamber from the communication hole into the main chamber, thereby increasing ejection energy,
The gas such as the flame and unburned air-fuel mixture ejected from the communication hole reaches around the cylinder and mixes with the fresh air present in the main chamber in a short time to increase the combustion speed and shorten the combustion period. Improve thermal efficiency.
【００２３】また、この副室式ガスエンジンでは、前記
副室ピストンが前記大径部に位置して前記ガス燃料室と
前記主室とを前記連絡孔を通じて連通させる期間は、圧
縮行程後半から膨張行程前半までと排気行程後半から吸
気行程前半までとの期間であるように設定されている。
また、前記ガス燃料供給手段は、前記副室にガス燃料供
給口を開口するガス燃料供給路、及び該ガス燃料供給口
に配置されたガス燃料弁から構成することができるもの
である。In the sub-chamber gas engine, the period in which the sub-chamber piston is located at the large-diameter portion and allows the gas fuel chamber and the main chamber to communicate with each other through the communication hole extends from the latter half of the compression stroke. The period is set to be the first half of the stroke and the second half of the exhaust stroke to the first half of the intake stroke.
Further, the gas fuel supply means can be constituted by a gas fuel supply passage which opens a gas fuel supply port in the sub-chamber, and a gas fuel valve arranged in the gas fuel supply port.
【図１】この発明による副室式ガスエンジンの一実施例
を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a sub-chamber gas engine according to the present invention.
【図２】図１の副室式ガスエンジンにおけるピストン変
位、副室ピストン変位、吸排気弁、ガス燃料弁、スパー
クプラグの各タイミングを示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing piston displacement, sub-chamber piston displacement, intake / exhaust valves, gas fuel valves, and spark plug timings in the sub-chamber gas engine of FIG.
１ 主室 ２ 副室 ３ 空気室 ４ ピストン ５ 隙間 ６ 副室ピストン ７ シリンダヘッド ８ 吸気弁 ９ 排気弁 １０ ガス燃料供給路（ガス燃料供給手段） １１ 大径部 １２ 連絡孔 １５ 吸気ポート １６ 排気ポート １７ ガス燃料室 ２０ シリンダ ２２ ガス燃料供給口（ガス燃料供給手段） ２３ ガス燃料弁（ガス燃料供給手段） ２５ スパークプラグ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main chamber 2 Sub chamber 3 Air chamber 4 Piston 5 Clearance 6 Sub chamber piston 7 Cylinder head 8 Intake valve 9 Exhaust valve 10 Gas fuel supply path (gas fuel supply means) 11 Large diameter portion 12 Communication hole 15 Intake port 16 Exhaust port 17 gas fuel chamber 20 cylinder 22 gas fuel supply port (gas fuel supply means) 23 gas fuel valve (gas fuel supply means) 25 spark plug
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−191620（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−156911（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−189311（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−6358（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−232119（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−100029（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−95151（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02B 19/00 - 19/18 F02M 21/02 F02D 15/04 Continuation of the front page (56) References JP-A-62-191620 (JP, A) JP-A-54-156911 (JP, A) JP-A-62-189311 (JP, A) JP-A-63-6358 (JP) JP-A 1-2232119 (JP, A) JP-A 4-100029 (JP, U) JP-A 62-95151 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB Name) F02B 19/00-19/18 F02M 21/02 F02D 15/04
Claims (4)
を往復動するピストン、吸排気ポートに配置した吸排気
弁、シリンダヘッドに形成した上部に大径部を備えた副
室、前記副室内をガス燃料室と空気室に２分して往復運
動する副室ピストン、前記副室の前記大径部に配置した
スパークプラグ、前記副室の前記大径部によって形成さ
れる前記ガス燃料室にガス燃料を供給するガス燃料供給
手段、及び前記副室ピストンが前記大径部に位置する期
間において前記ガス燃料室を前記主室に連通させること
ができる前記副室の下部に形成された連絡孔、から構成
したことを特徴とする副室式ガスエンジン。1. A main chamber formed on the cylinder side, a piston reciprocating in the cylinder, an intake / exhaust valve disposed on an intake / exhaust port, a sub-chamber formed on a cylinder head and having a large-diameter portion at an upper portion, and the sub-chamber. Into a gas fuel chamber and an air chamber, and reciprocate in a sub chamber piston, a spark plug disposed in the large diameter portion of the sub chamber, and the gas fuel chamber formed by the large diameter portion of the sub chamber. Gas fuel supply means for supplying gaseous fuel, and a communication hole formed in a lower part of the sub-chamber that allows the gas fuel chamber to communicate with the main chamber during a period in which the sub-chamber piston is located in the large-diameter portion. A sub-chamber type gas engine characterized by comprising:
て前記ガス燃料室と前記主室とを前記連絡孔を通じて連
通させる期間は、圧縮行程後半から膨張行程前半までと
排気行程後半から吸気行程前半までとの期間であること
を特徴とする請求項１に記載の副室式ガスエンジン。2. A period in which the sub-chamber piston is located in the large-diameter portion and allows the gas fuel chamber and the main chamber to communicate with each other through the communication hole, from the latter half of the compression stroke to the first half of the expansion stroke and from the latter half of the exhaust stroke. The sub-chamber gas engine according to claim 1, wherein the period is up to the first half of the intake stroke.
燃料供給口を開口するガス燃料供給路、及び該ガス燃料
供給口に配置されたガス燃料弁から構成されていること
を特徴とする請求項１又は２に記載の副室式ガスエンジ
ン。3. The gas fuel supply means comprises a gas fuel supply passage opening a gas fuel supply port in the sub-chamber, and a gas fuel valve disposed in the gas fuel supply port. The sub-chamber gas engine according to claim 1.
方向に傾斜して複数形成されていることを特徴とする請
求項１に記載の副室式ガスエンジン。4. The sub-chamber gas engine according to claim 1, wherein a plurality of the communication holes are formed so as to be inclined from the sub-chamber toward the cylinder periphery.
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