JP3404886B2 - ガスエンジン - Google Patents
ガスエンジンInfo
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、主室と副室との連絡
が遮断された状態でガス燃料を副室に供給し、該副室と
の連絡が遮断された主室内で吸入空気を高圧縮するガス
エンジンに関する。
が遮断された状態でガス燃料を副室に供給し、該副室と
の連絡が遮断された主室内で吸入空気を高圧縮するガス
エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ガスエンジンとして、ＮＯX を低
減し、高効率を実現するため、希薄燃焼方式のエンジン
が開発されている。このようなエンジンとしては、ガス
ミキサーを吸気管に設置してオットサイクルで燃焼させ
る方式、或いは副室を設けて副室内にガス燃料を供給し
て燃焼させる方式がある。ガスミキサーを吸気管に設置
する方式は、エンジン本体をほとんど設計変更すること
なく作製できるので、輸送機械等に使用されている。
減し、高効率を実現するため、希薄燃焼方式のエンジン
が開発されている。このようなエンジンとしては、ガス
ミキサーを吸気管に設置してオットサイクルで燃焼させ
る方式、或いは副室を設けて副室内にガス燃料を供給し
て燃焼させる方式がある。ガスミキサーを吸気管に設置
する方式は、エンジン本体をほとんど設計変更すること
なく作製できるので、輸送機械等に使用されている。
【０００３】ガスエンジンとして、例えば、特開昭６４
−２４１５５号公報、特開平４−８６３６２号公報に開
示されたものがある。
−２４１５５号公報、特開平４−８６３６２号公報に開
示されたものがある。
【０００４】特開昭６４−２４１５５号公報に開示され
たガス機関の副室ガス圧制御方法は、副室式ガス機関の
副室に供給するガスあるいは混合気の供給圧を制御する
に際して、供給圧をＰｇ、吸気負圧をＰａ、ブースト圧
をＰｃとし、Ａ，Ｂ，Ｃを正の定数としたときに、Ｐｇ
＝ＡＰａ＋ＢＰｃ＋Ｃなる関係式が成立するように供給
圧をＰｇを制御するものである。負荷の変化は吸気負圧
Ｐａの変化に対応し、回転数の変化はブースト圧Ｐｃの
変化に対応するので、供給圧Ｐｇをガス機関の負荷や回
転数に応じた上記式により制御するものである。
たガス機関の副室ガス圧制御方法は、副室式ガス機関の
副室に供給するガスあるいは混合気の供給圧を制御する
に際して、供給圧をＰｇ、吸気負圧をＰａ、ブースト圧
をＰｃとし、Ａ，Ｂ，Ｃを正の定数としたときに、Ｐｇ
＝ＡＰａ＋ＢＰｃ＋Ｃなる関係式が成立するように供給
圧をＰｇを制御するものである。負荷の変化は吸気負圧
Ｐａの変化に対応し、回転数の変化はブースト圧Ｐｃの
変化に対応するので、供給圧Ｐｇをガス機関の負荷や回
転数に応じた上記式により制御するものである。
【０００５】また、特開平４−８６３６２号公報に開示
された気体燃料の圧力調整装置は、正圧の気体燃料を送
入する導入路と、一定圧力の気体燃料を目的機器へ供給
する送出路とが接続された調圧室と、導入路を開閉する
計量弁とを有するものであり、計量弁を開閉動作させる
ための電磁気力で作動するアクチュエータと、調圧室の
圧力を検出する圧力センサーと、圧力センサーの圧力信
号に基づいてアクチュエータに駆動信号を送る電子式制
御器とを備えたものである。該気体燃料の圧力調整装置
は、調圧室の圧力が変動すると圧力センサーの圧力信号
に基づいて電子式制御器がアクチュエータに駆動信号を
送って計量弁を開閉動作させ、調圧室へ送入される正圧
の気体燃料を制御することによって調圧室を一定圧力に
維持するものである。
された気体燃料の圧力調整装置は、正圧の気体燃料を送
入する導入路と、一定圧力の気体燃料を目的機器へ供給
する送出路とが接続された調圧室と、導入路を開閉する
計量弁とを有するものであり、計量弁を開閉動作させる
ための電磁気力で作動するアクチュエータと、調圧室の
圧力を検出する圧力センサーと、圧力センサーの圧力信
号に基づいてアクチュエータに駆動信号を送る電子式制
御器とを備えたものである。該気体燃料の圧力調整装置
は、調圧室の圧力が変動すると圧力センサーの圧力信号
に基づいて電子式制御器がアクチュエータに駆動信号を
送って計量弁を開閉動作させ、調圧室へ送入される正圧
の気体燃料を制御することによって調圧室を一定圧力に
維持するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ガスミ
キサーを吸気管に設置する予混合タイプのガスエンジン
では、天然ガスの吸入量分だけ空気量が減少するため、
空気利用率が減少し、ガソリンエンジンに比較して出力
が低下する。このような欠点を克服するには、筒内にガ
ス燃料を直接噴射して混合気を形成させることが燃費等
を考慮した場合に有利であると考えられる。更に、エン
ジンに関してＮＯX の発生を抑制する点から考慮する
と、希薄燃焼が好ましいものであり、ガス燃料を用いて
希薄燃焼させるためには、確実な着火と希薄混合気の急
速な燃焼が不可欠である。
キサーを吸気管に設置する予混合タイプのガスエンジン
では、天然ガスの吸入量分だけ空気量が減少するため、
空気利用率が減少し、ガソリンエンジンに比較して出力
が低下する。このような欠点を克服するには、筒内にガ
ス燃料を直接噴射して混合気を形成させることが燃費等
を考慮した場合に有利であると考えられる。更に、エン
ジンに関してＮＯX の発生を抑制する点から考慮する
と、希薄燃焼が好ましいものであり、ガス燃料を用いて
希薄燃焼させるためには、確実な着火と希薄混合気の急
速な燃焼が不可欠である。
【０００７】上記のことを実現するため、シリンダヘッ
ドに副室を設け、副室内を燃料リッチな状態にし、希薄
領域における着火性を確実なものにし、燃焼を安定方法
が考えられる。ところが、ガスエンジンは、ナチュラル
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、ナチュラルガスのガス燃料は
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。
ドに副室を設け、副室内を燃料リッチな状態にし、希薄
領域における着火性を確実なものにし、燃焼を安定方法
が考えられる。ところが、ガスエンジンは、ナチュラル
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、ナチュラルガスのガス燃料は
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。
【０００８】そこで、副室式ガスエンジンにおいて、希
薄燃焼を更に安定させるために、副室と主室とを連通す
る連絡孔にバルブを設置し、エンジン吸入行程時には該
バルブを閉じておき、主室に空気のみを吸入し、副室に
は数ｋｇ／ｃｍ2 に加圧された天然ガスを導入する。そ
して、上記バルブを上死点手前で開き、主室と副室との
圧力差により瞬間的に副室内に空気を流入させ、天然ガ
スと空気は極めて短時間に均一混合気を作り、同時に燃
焼を始め、副室から連絡孔を通じて主室に流出しながら
短時間に希薄燃焼を完了させることができる。しかしな
がら、ディーゼルエンジンを考慮した場合には、燃料ガ
スの燃焼室への供給は、インジェクションポンプ等を用
いる必要があるが、ガスエンジンでは通常のディーゼル
エンジンのようにインジェクションポンプを備えていな
いため、タイミング制御等の最適化が重要になる。
薄燃焼を更に安定させるために、副室と主室とを連通す
る連絡孔にバルブを設置し、エンジン吸入行程時には該
バルブを閉じておき、主室に空気のみを吸入し、副室に
は数ｋｇ／ｃｍ2 に加圧された天然ガスを導入する。そ
して、上記バルブを上死点手前で開き、主室と副室との
圧力差により瞬間的に副室内に空気を流入させ、天然ガ
スと空気は極めて短時間に均一混合気を作り、同時に燃
焼を始め、副室から連絡孔を通じて主室に流出しながら
短時間に希薄燃焼を完了させることができる。しかしな
がら、ディーゼルエンジンを考慮した場合には、燃料ガ
スの燃焼室への供給は、インジェクションポンプ等を用
いる必要があるが、ガスエンジンでは通常のディーゼル
エンジンのようにインジェクションポンプを備えていな
いため、タイミング制御等の最適化が重要になる。
【０００９】この発明の目的は、上記の課題を解決する
ことであり、副室にナチュラルガス等のガス燃料を導入
し、主室で吸入空気のみを圧縮して圧縮比を高めると共
に、副室内の筒内圧を圧電素子等のセンサーで検出し、
その情報を基にして燃料供給弁を作動させて負荷と回転
数とに見合った適正な燃料供給量を制御し、主室内の空
気を高温に上昇させた状態で連絡孔の連絡孔弁を開放し
て主室の高圧縮空気を副室に流入させ、副室内のガス燃
料と高圧縮空気とを一気に混合させることで短期間に着
火燃焼させ、しかも副室内では燃料は過濃状態なのでＮ
ＯX の発生を抑制する状態で燃焼させ、火炎を副室から
主室に一気に吹き出させることで二次燃焼を出来るだけ
均一な混合気で短時間で完結させ、ＮＯX 、ＨＣ等の発
生を低減し、特に熱効率を高め、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することができるガス
エンジンを提供することである。
ことであり、副室にナチュラルガス等のガス燃料を導入
し、主室で吸入空気のみを圧縮して圧縮比を高めると共
に、副室内の筒内圧を圧電素子等のセンサーで検出し、
その情報を基にして燃料供給弁を作動させて負荷と回転
数とに見合った適正な燃料供給量を制御し、主室内の空
気を高温に上昇させた状態で連絡孔の連絡孔弁を開放し
て主室の高圧縮空気を副室に流入させ、副室内のガス燃
料と高圧縮空気とを一気に混合させることで短期間に着
火燃焼させ、しかも副室内では燃料は過濃状態なのでＮ
ＯX の発生を抑制する状態で燃焼させ、火炎を副室から
主室に一気に吹き出させることで二次燃焼を出来るだけ
均一な混合気で短時間で完結させ、ＮＯX 、ＨＣ等の発
生を低減し、特に熱効率を高め、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することができるガス
エンジンを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、シリンダヘッドに配置した副室を構成する
副室構造体、前記副室とシリンダ側に形成した主室とを
連通する前記副室構造体に形成した連絡孔、前記連絡孔
を開閉する連絡孔弁、ガス燃料供給源からのガス燃料を
前記副室へ供給するため前記副室に開口する燃料供給
口、前記燃料供給口を開閉するため電磁力によって作動
される燃料供給弁、前記副室内のガス燃料圧を検出する
圧力センサー、及び前記圧力センサーの検出信号に応答
して前記燃料供給弁の開閉を制御するコントローラから
構成したことを特徴とするガスエンジンに関する。
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、シリンダヘッドに配置した副室を構成する
副室構造体、前記副室とシリンダ側に形成した主室とを
連通する前記副室構造体に形成した連絡孔、前記連絡孔
を開閉する連絡孔弁、ガス燃料供給源からのガス燃料を
前記副室へ供給するため前記副室に開口する燃料供給
口、前記燃料供給口を開閉するため電磁力によって作動
される燃料供給弁、前記副室内のガス燃料圧を検出する
圧力センサー、及び前記圧力センサーの検出信号に応答
して前記燃料供給弁の開閉を制御するコントローラから
構成したことを特徴とするガスエンジンに関する。
【００１１】また、このガスエンジンにおいて、前記副
室はシリンダ中央部に配置されており、前記連絡孔弁は
カムによって作動され、前記連絡孔弁を作動する前記カ
ムのカム位置を検出する位置センサーが設けられてい
る。
室はシリンダ中央部に配置されており、前記連絡孔弁は
カムによって作動され、前記連絡孔弁を作動する前記カ
ムのカム位置を検出する位置センサーが設けられてい
る。
【００１２】また、このガスエンジンにおいて、前記位
置センサーにより前記連絡孔弁が閉鎖している状態を検
出して前記燃料供給弁が作動して前記燃料供給口が開放
し、前記ガス燃料供給路を通じて前記副室内へガス燃料
が供給されるものである。
置センサーにより前記連絡孔弁が閉鎖している状態を検
出して前記燃料供給弁が作動して前記燃料供給口が開放
し、前記ガス燃料供給路を通じて前記副室内へガス燃料
が供給されるものである。
【００１３】また、このガスエンジンにおいて、前記コ
ントローラはエンジン負荷又はエンジン回転数に対応す
る予め設定した前記副室内の燃料ガス圧に応答して前記
燃料供給弁を作動して前記燃料供給口を閉鎖制御するも
のである。
ントローラはエンジン負荷又はエンジン回転数に対応す
る予め設定した前記副室内の燃料ガス圧に応答して前記
燃料供給弁を作動して前記燃料供給口を閉鎖制御するも
のである。
【００１４】
【作用】この発明によるガスエンジンは、上記のように
構成されており、次のように作用する。即ち、このガス
エンジンは、シリンダヘッドに配置した副室とシリンダ
側の主室とを連絡孔で連通し、前記連絡孔にカムの駆動
によって作動する制御弁を配置し、ガス燃料を前記副室
へ供給する燃料供給口に電磁駆動による燃料供給弁を配
置し、前記制御弁の開閉用の前記カムの位置を検出する
位置センサー、前記副室内の圧力を検出する圧力センサ
ーを設け、コントローラによって前記各センサーの検出
信号に応答して前記燃料供給弁の開閉を制御したので、
吸入空気が主室内で高圧縮比になっても、ガス燃料を含
んでい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く、特に、前記圧力センサー
の情報に基づいて予め設定した負荷と回転数とに応じた
適正なガス燃料を前記副室に供給でき、前記連絡孔が開
放することで、前記主室から高圧縮の吸入空気が前記副
室に流入してガス燃料と吸入空気とが混合して着火し、
当量比の大きい燃料リッチな状態で高速燃焼してＮＯX
の発生が抑制される。更に、前記副室から連絡孔を通じ
て主室へ火炎、未燃混合気等のガスが噴き出し、主室で
空気利用率を向上させて燃焼速度をアップし、燃焼期間
を短縮してＨＣ、カーボン等の発生を抑制でき、燃焼行
程で最適の燃焼状態を確保して燃費を向上させると共
に、熱効率を向上させることができる。
構成されており、次のように作用する。即ち、このガス
エンジンは、シリンダヘッドに配置した副室とシリンダ
側の主室とを連絡孔で連通し、前記連絡孔にカムの駆動
によって作動する制御弁を配置し、ガス燃料を前記副室
へ供給する燃料供給口に電磁駆動による燃料供給弁を配
置し、前記制御弁の開閉用の前記カムの位置を検出する
位置センサー、前記副室内の圧力を検出する圧力センサ
ーを設け、コントローラによって前記各センサーの検出
信号に応答して前記燃料供給弁の開閉を制御したので、
吸入空気が主室内で高圧縮比になっても、ガス燃料を含
んでい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く、特に、前記圧力センサー
の情報に基づいて予め設定した負荷と回転数とに応じた
適正なガス燃料を前記副室に供給でき、前記連絡孔が開
放することで、前記主室から高圧縮の吸入空気が前記副
室に流入してガス燃料と吸入空気とが混合して着火し、
当量比の大きい燃料リッチな状態で高速燃焼してＮＯX
の発生が抑制される。更に、前記副室から連絡孔を通じ
て主室へ火炎、未燃混合気等のガスが噴き出し、主室で
空気利用率を向上させて燃焼速度をアップし、燃焼期間
を短縮してＨＣ、カーボン等の発生を抑制でき、燃焼行
程で最適の燃焼状態を確保して燃費を向上させると共
に、熱効率を向上させることができる。
【００１５】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明によるガス
エンジンの実施例を説明する。図１はこの発明によるガ
スエンジンの一実施例を示す説明図、及び図２は図１の
ガスエンジンにおけるヘッドライナの下面図である。図
示のように、このガスエンジンは、シリンダブロック１
４に固定されたシリンダヘッド７に２個の吸気ポートと
２個の排気ポート（図示せず）が形成され、該吸気ポー
トと該排気ポートとをそれぞれ開閉する吸気２弁と排気
２弁とを有している４弁方式の実施例である。このガス
エンジンは、シリンダヘッド７に形成したキャビティ１
９に配置した遮熱構造の副室構造体３で形成した副室
２、シリンダブロック１４に形成した孔部４１に嵌合し
たシリンダライナ２２、該シリンダライナ２２に形成し
たシリンダ１８内を往復運動するピストン１５、シリン
ダ１８側に形成される遮熱構造の主室１、及び主室１と
副室２とを連通する副室構造体３に形成した連絡孔３０
を有している。また、シリンダヘッド７とシリンダブロ
ック１４との間には孔部９を備えた中間構造体２７が介
在している。シリンダヘッド７は中間構造体１３を介在
してシリンダブロック１４にボルト２３で固定されてい
る。また、ピストン１５は、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１６と、ピス
トンヘッド１６に結合リング２４でメタルフローによっ
て固定したピストンスカート１７から構成されている。
エンジンの実施例を説明する。図１はこの発明によるガ
スエンジンの一実施例を示す説明図、及び図２は図１の
ガスエンジンにおけるヘッドライナの下面図である。図
示のように、このガスエンジンは、シリンダブロック１
４に固定されたシリンダヘッド７に２個の吸気ポートと
２個の排気ポート（図示せず）が形成され、該吸気ポー
トと該排気ポートとをそれぞれ開閉する吸気２弁と排気
２弁とを有している４弁方式の実施例である。このガス
エンジンは、シリンダヘッド７に形成したキャビティ１
９に配置した遮熱構造の副室構造体３で形成した副室
２、シリンダブロック１４に形成した孔部４１に嵌合し
たシリンダライナ２２、該シリンダライナ２２に形成し
たシリンダ１８内を往復運動するピストン１５、シリン
ダ１８側に形成される遮熱構造の主室１、及び主室１と
副室２とを連通する副室構造体３に形成した連絡孔３０
を有している。また、シリンダヘッド７とシリンダブロ
ック１４との間には孔部９を備えた中間構造体２７が介
在している。シリンダヘッド７は中間構造体１３を介在
してシリンダブロック１４にボルト２３で固定されてい
る。また、ピストン１５は、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１６と、ピス
トンヘッド１６に結合リング２４でメタルフローによっ
て固定したピストンスカート１７から構成されている。
【００１６】このガスエンジンにおいて、主室１はシリ
ンダヘッド７に取り付けた中間構造体１３の孔部９にガ
スケット２７を介在して嵌合したヘッドライナ１０で形
成されている。ヘッドライナ１０は、シリンダ１８の一
部を構成するライナ上部１２とヘッド下面部１１から構
成されている。中間構造体１３の孔部９の壁面とヘッド
ライナ１０の外面との間には遮熱空気層２６が形成さ
れ、主室１が遮熱構造に構成されている。また、シリン
ダヘッド７のキャビティ１９の壁面と副室構造体３の外
面との間には遮熱空気層４０が形成され、副室２が遮熱
構造に構成されている。ヘッド下面部１１には、副室２
を構成する副室構造体３が嵌合する孔部２０が形成され
ている。副室構造体３は、シリンダヘッド７のキャビテ
ィ１９にガスケット２８を介在して嵌合され、ヘッドラ
イナ１０の孔部２０を貫通し、副室構造体３に形成した
連絡孔３０が主室１に開口している。そして、副室構造
体３に形成される副室２は、シリンダ１８の中央部に配
置されている。ヘッド下面部１１には、シリンダヘッド
７に形成した吸排気ポートに連通する吸排気ポート３
１，３２がそれぞれ形成され、該吸気ポート３１に吸気
弁３３が配置され、排気ポート３２に排気弁３４が配置
されている。
ンダヘッド７に取り付けた中間構造体１３の孔部９にガ
スケット２７を介在して嵌合したヘッドライナ１０で形
成されている。ヘッドライナ１０は、シリンダ１８の一
部を構成するライナ上部１２とヘッド下面部１１から構
成されている。中間構造体１３の孔部９の壁面とヘッド
ライナ１０の外面との間には遮熱空気層２６が形成さ
れ、主室１が遮熱構造に構成されている。また、シリン
ダヘッド７のキャビティ１９の壁面と副室構造体３の外
面との間には遮熱空気層４０が形成され、副室２が遮熱
構造に構成されている。ヘッド下面部１１には、副室２
を構成する副室構造体３が嵌合する孔部２０が形成され
ている。副室構造体３は、シリンダヘッド７のキャビテ
ィ１９にガスケット２８を介在して嵌合され、ヘッドラ
イナ１０の孔部２０を貫通し、副室構造体３に形成した
連絡孔３０が主室１に開口している。そして、副室構造
体３に形成される副室２は、シリンダ１８の中央部に配
置されている。ヘッド下面部１１には、シリンダヘッド
７に形成した吸排気ポートに連通する吸排気ポート３
１，３２がそれぞれ形成され、該吸気ポート３１に吸気
弁３３が配置され、排気ポート３２に排気弁３４が配置
されている。
【００１７】このガスエンジンにおいて、図示していな
いが、燃料としてのナチュラルガス即ちガス燃料を収容
した燃料供給源が設けられており、該燃料供給源から天
然ガスが供給する燃料供給管に連通する燃料供給通路８
がシリンダヘッド７に形成されている。燃料供給源から
の天然ガス即ちガス燃料は、ガス燃料供給通路８を通じ
て副室構造体３に形成された燃料供給口２１から副室２
に供給される。また、燃料供給口２１には、燃料供給口
２１を開閉するためガスノズル即ち燃料供給弁５が配置
されている。
いが、燃料としてのナチュラルガス即ちガス燃料を収容
した燃料供給源が設けられており、該燃料供給源から天
然ガスが供給する燃料供給管に連通する燃料供給通路８
がシリンダヘッド７に形成されている。燃料供給源から
の天然ガス即ちガス燃料は、ガス燃料供給通路８を通じ
て副室構造体３に形成された燃料供給口２１から副室２
に供給される。また、燃料供給口２１には、燃料供給口
２１を開閉するためガスノズル即ち燃料供給弁５が配置
されている。
【００１８】このガスエンジンは、主室１と副室２とを
連通する連絡孔３０を開閉するため連絡孔３０に連絡孔
弁４が配置されている。連絡孔弁４は、エンジンの回転
に同期した回転するカム２９及びカム２９の回転を上下
運動に変換するロッカアーム３５を通じて作動され、カ
ム２９の位置は位置センサー３６で検出されるように構
成されている。カム２９は、吸排気弁３３，３４を駆動
するカムシャフトと同一のカムシャフト３９で駆動され
る。エンジンのカム駆動方式はオーバヘッドカム（ＯＨ
Ｃ）に構成されている。また、このガスエンジンでは、
副室２内のガス燃料圧の圧力を検出するため、圧電型ピ
ップアップ即ち圧力センサー６が設けられ、圧力センサ
ー６の検出信号に応答して燃料供給弁５の開閉を制御す
るコントローラ２５が設けられている。
連通する連絡孔３０を開閉するため連絡孔３０に連絡孔
弁４が配置されている。連絡孔弁４は、エンジンの回転
に同期した回転するカム２９及びカム２９の回転を上下
運動に変換するロッカアーム３５を通じて作動され、カ
ム２９の位置は位置センサー３６で検出されるように構
成されている。カム２９は、吸排気弁３３，３４を駆動
するカムシャフトと同一のカムシャフト３９で駆動され
る。エンジンのカム駆動方式はオーバヘッドカム（ＯＨ
Ｃ）に構成されている。また、このガスエンジンでは、
副室２内のガス燃料圧の圧力を検出するため、圧電型ピ
ップアップ即ち圧力センサー６が設けられ、圧力センサ
ー６の検出信号に応答して燃料供給弁５の開閉を制御す
るコントローラ２５が設けられている。
【００１９】このガスエンジンでは、ガス燃料供給源の
ガス燃料は、図示していないが、増圧室等において５〜
７ｋｇ／ｃｍ2 に加圧され、その加圧されたガス燃料が
燃料供給管を通じて燃料供給通路８へと供給されてい
る。燃料供給弁５は、燃料供給口２１を開閉するため、
図示していないが、コントローラ２５の指令で電磁駆動
装置による電磁力によって作動される。従って、燃料供
給弁５が作動して燃料供給口２１を開放すると、ガス燃
料は燃料供給通路８から燃料供給口２１を通じて副室２
に速やかに供給される。更に、副室２内に設置された圧
力センサー６によって、副室２内のガス燃料圧が駆動さ
れているエンジンの負荷及び回転数に必要なガス燃料圧
になったことを検出し、その検出信号をコントローラ２
５に入力し、コントローラ２５は指令を出して燃料供給
弁５を作動し、燃料供給口２１を閉鎖させ、副室２への
ガス燃料の供給を終了する。
ガス燃料は、図示していないが、増圧室等において５〜
７ｋｇ／ｃｍ2 に加圧され、その加圧されたガス燃料が
燃料供給管を通じて燃料供給通路８へと供給されてい
る。燃料供給弁５は、燃料供給口２１を開閉するため、
図示していないが、コントローラ２５の指令で電磁駆動
装置による電磁力によって作動される。従って、燃料供
給弁５が作動して燃料供給口２１を開放すると、ガス燃
料は燃料供給通路８から燃料供給口２１を通じて副室２
に速やかに供給される。更に、副室２内に設置された圧
力センサー６によって、副室２内のガス燃料圧が駆動さ
れているエンジンの負荷及び回転数に必要なガス燃料圧
になったことを検出し、その検出信号をコントローラ２
５に入力し、コントローラ２５は指令を出して燃料供給
弁５を作動し、燃料供給口２１を閉鎖させ、副室２への
ガス燃料の供給を終了する。
【００２０】また、連絡孔３０の領域では、燃焼ガスで
高温になるため、連絡孔３０に配置した連絡孔弁４は高
温強度を有する耐熱性に優れた耐熱金属、窒化ケイ素、
炭化ケイ素等のセラミックスから製作されている。燃料
供給弁５は、電磁力で開閉される電磁弁駆動装置を有し
ており、エンジン負荷及びエンジン回転数に応じて開弁
期間が決定されている。このガスエンジンでは、主室１
を形成する壁体であるヘッドライナ１０、副室２を形成
する副室構造体３、シリンダライナ２２及びピストンヘ
ッド１６は、耐熱性に優れた窒化ケイ素、炭化ケイ素等
のセラミックスで作製されている。従って、燃焼後期の
ガス温度が高くなっても十分な耐熱性、高温強度を有
し、未燃炭化水素ＨＣ等の排出が少なくなり、高効率の
エンジンを構成できる。
高温になるため、連絡孔３０に配置した連絡孔弁４は高
温強度を有する耐熱性に優れた耐熱金属、窒化ケイ素、
炭化ケイ素等のセラミックスから製作されている。燃料
供給弁５は、電磁力で開閉される電磁弁駆動装置を有し
ており、エンジン負荷及びエンジン回転数に応じて開弁
期間が決定されている。このガスエンジンでは、主室１
を形成する壁体であるヘッドライナ１０、副室２を形成
する副室構造体３、シリンダライナ２２及びピストンヘ
ッド１６は、耐熱性に優れた窒化ケイ素、炭化ケイ素等
のセラミックスで作製されている。従って、燃焼後期の
ガス温度が高くなっても十分な耐熱性、高温強度を有
し、未燃炭化水素ＨＣ等の排出が少なくなり、高効率の
エンジンを構成できる。
【００２１】このガスエンジンは、上記の構成を有して
おり、特に、燃料供給弁５を電磁力で開閉制御し、エン
ジン負荷及びエンジン回転数に対応した適正なガス燃料
を副室２へ供給し、燃費を向上させると共に、熱効率を
向上させることである。このガスエンジンでは、位置セ
ンサー３６により連絡孔弁４が連絡孔３０を閉鎖してい
る状態を検出して、燃料供給弁５が作動して燃料供給口
２１が開放し、ガス燃料供給路８を通じて副室２内へガ
ス燃料が供給されるように構成されている。コントロー
ラ２５は、エンジン負荷を検出する負荷センサー３７、
エンジン回転数を検出する回転センサー３８、連絡孔弁
４の開閉状態を検出する位置センサー３６及び副室２の
筒内圧を検出する圧力センサー６からの検出信号を受
け、それらの検出信号を基にして、副室２内に供給され
るガス燃料がエンジン負荷及びエンジン回転数に最適の
予め設定した燃料ガス圧になるように燃料供給弁５を作
動して燃料供給口２１を開閉制御するように構成されて
いる。
おり、特に、燃料供給弁５を電磁力で開閉制御し、エン
ジン負荷及びエンジン回転数に対応した適正なガス燃料
を副室２へ供給し、燃費を向上させると共に、熱効率を
向上させることである。このガスエンジンでは、位置セ
ンサー３６により連絡孔弁４が連絡孔３０を閉鎖してい
る状態を検出して、燃料供給弁５が作動して燃料供給口
２１が開放し、ガス燃料供給路８を通じて副室２内へガ
ス燃料が供給されるように構成されている。コントロー
ラ２５は、エンジン負荷を検出する負荷センサー３７、
エンジン回転数を検出する回転センサー３８、連絡孔弁
４の開閉状態を検出する位置センサー３６及び副室２の
筒内圧を検出する圧力センサー６からの検出信号を受
け、それらの検出信号を基にして、副室２内に供給され
るガス燃料がエンジン負荷及びエンジン回転数に最適の
予め設定した燃料ガス圧になるように燃料供給弁５を作
動して燃料供給口２１を開閉制御するように構成されて
いる。
【００２２】このガスエンジンは、上記のように構成さ
れており、次のように作動される。このガスエンジン
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作動されるものであ
り、まず、吸入行程では、吸気弁３３が吸気ポート３１
を開放して主室１に吸入空気が供給され、連絡孔弁４に
よって連絡孔３０を閉鎖した状態で燃料供給弁５が作動
して燃料供給口２１を開放して燃料供給路８を通じてガ
ス供給源から副室２に天然ガスのガス燃料が供給され
る。
れており、次のように作動される。このガスエンジン
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作動されるものであ
り、まず、吸入行程では、吸気弁３３が吸気ポート３１
を開放して主室１に吸入空気が供給され、連絡孔弁４に
よって連絡孔３０を閉鎖した状態で燃料供給弁５が作動
して燃料供給口２１を開放して燃料供給路８を通じてガ
ス供給源から副室２に天然ガスのガス燃料が供給され
る。
【００２３】次に、このガスエンジンにおいて、圧縮行
程では、連絡孔弁４によって連絡孔３０を閉鎖してお
き、主室１で吸入空気を高圧縮して圧縮比を大きくす
る。次いで、圧縮行程終盤で連絡孔弁４が連絡孔３０を
開放し、連絡孔３０を通じて高圧縮で高温（例えば、６
５０℃）化した圧縮空気を主室１から副室２へ流入さ
せ、該吸入空気は副室２内のガス燃料と混合を促進して
着火燃焼し、燃焼が急速に進展して燃料リッチでＮＯX
を低減した状態で燃焼し、次いで、副室２の火炎が主室
１へ噴出し、膨張行程へ移行し、主室１に存在する新気
と混合を促進して短期間に二次燃焼を完結する。膨張行
程では、連絡孔３０の開放状態を維持して副室２から主
室１へ火炎を噴出させて仕事をさせ、排気行程終了付近
で連絡孔３０を連絡孔弁４を作動して閉鎖する。
程では、連絡孔弁４によって連絡孔３０を閉鎖してお
き、主室１で吸入空気を高圧縮して圧縮比を大きくす
る。次いで、圧縮行程終盤で連絡孔弁４が連絡孔３０を
開放し、連絡孔３０を通じて高圧縮で高温（例えば、６
５０℃）化した圧縮空気を主室１から副室２へ流入さ
せ、該吸入空気は副室２内のガス燃料と混合を促進して
着火燃焼し、燃焼が急速に進展して燃料リッチでＮＯX
を低減した状態で燃焼し、次いで、副室２の火炎が主室
１へ噴出し、膨張行程へ移行し、主室１に存在する新気
と混合を促進して短期間に二次燃焼を完結する。膨張行
程では、連絡孔３０の開放状態を維持して副室２から主
室１へ火炎を噴出させて仕事をさせ、排気行程終了付近
で連絡孔３０を連絡孔弁４を作動して閉鎖する。
【００２４】このガスエンジンは、上記のように、副室
２に連絡孔３０と燃料供給口２１を設け、天然ガスを連
絡孔弁４で連絡孔３０を閉鎖した状態で燃料供給口２１
から副室２内に供給し、また吸気ポート３１から主室１
へ吸入した吸入空気を連絡孔弁４で連絡孔３０を閉鎖し
て副室２に吸入空気が供給されない状態で、ピストン１
５の上昇の圧縮行程で圧縮されるので、吸入空気が主室
１内で高圧縮されても、副室２内に供給されたガス燃料
は主室１とは連絡孔弁４で遮断されているので自己着火
することがなく、ノッキングが発生することがない。ま
た、連絡孔弁４が連絡孔３０を開放することで、主室１
から高圧縮比の吸入空気が副室２に流入して燃料ガスと
吸入空気とが混合して着火し、当量比の大きい燃料リッ
チな状態で高速燃焼してＮＯX の発生が抑制される。
２に連絡孔３０と燃料供給口２１を設け、天然ガスを連
絡孔弁４で連絡孔３０を閉鎖した状態で燃料供給口２１
から副室２内に供給し、また吸気ポート３１から主室１
へ吸入した吸入空気を連絡孔弁４で連絡孔３０を閉鎖し
て副室２に吸入空気が供給されない状態で、ピストン１
５の上昇の圧縮行程で圧縮されるので、吸入空気が主室
１内で高圧縮されても、副室２内に供給されたガス燃料
は主室１とは連絡孔弁４で遮断されているので自己着火
することがなく、ノッキングが発生することがない。ま
た、連絡孔弁４が連絡孔３０を開放することで、主室１
から高圧縮比の吸入空気が副室２に流入して燃料ガスと
吸入空気とが混合して着火し、当量比の大きい燃料リッ
チな状態で高速燃焼してＮＯX の発生が抑制される。
【００２５】
【発明の効果】この発明によるガスエンジンは、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、このガスエンジンは、シリンダヘッドに配置した構
成する副室構造体に形成した連絡孔を連絡孔弁で開閉
し、ガス燃料供給源からのガス燃料を燃料供給口を通じ
て副室へ供給し、前記燃料供給口を開閉するため電磁力
によって作動される燃料供給弁を設け、前記副室内のガ
ス燃料圧を圧力センサーで検出し、コントローラが前記
圧力センサーの検出信号に応答して前記燃料供給弁の開
閉を制御するように構成したので、前記副室へエンジン
負荷及びエンジン回転数に対応した最適量のガス燃料を
供給でき、燃費を向上できると共に、熱効率を向上でき
る。また、連絡孔弁が連絡孔を閉鎖して主室にガス燃料
が存在しない状態で、吸入空気が主室へ供給されるの
で、吸入空気を主室内で高圧縮することができる。そし
て、前記副室内には空気が存在しない状態で圧縮封入さ
れ、その質量を大きくされたガス燃料が供給されるの
で、ガス燃料が自己着火することがない。
ように構成されており、次のような効果を有する。即
ち、このガスエンジンは、シリンダヘッドに配置した構
成する副室構造体に形成した連絡孔を連絡孔弁で開閉
し、ガス燃料供給源からのガス燃料を燃料供給口を通じ
て副室へ供給し、前記燃料供給口を開閉するため電磁力
によって作動される燃料供給弁を設け、前記副室内のガ
ス燃料圧を圧力センサーで検出し、コントローラが前記
圧力センサーの検出信号に応答して前記燃料供給弁の開
閉を制御するように構成したので、前記副室へエンジン
負荷及びエンジン回転数に対応した最適量のガス燃料を
供給でき、燃費を向上できると共に、熱効率を向上でき
る。また、連絡孔弁が連絡孔を閉鎖して主室にガス燃料
が存在しない状態で、吸入空気が主室へ供給されるの
で、吸入空気を主室内で高圧縮することができる。そし
て、前記副室内には空気が存在しない状態で圧縮封入さ
れ、その質量を大きくされたガス燃料が供給されるの
で、ガス燃料が自己着火することがない。
【００２６】また、このガスエンジンは、連絡孔弁の開
閉作動はカム方式であり、エンジン駆動の動弁系を変更
することなく、連絡孔弁を作動するカム気孔を組み込む
ことができ、機構上の大幅な設計変更を必要とせず、広
範囲に適用させることができる。また、エンジン負荷及
びエンジン回転数を検出するセンサーも従来のセンサー
を適用できる。しかも、駆動されているエンジンの負荷
及び回転数に最適のガス燃料量は副室内のガス燃料圧と
して予め設定しておき、コントローラにマップとして入
力しておけば、その設定値に応じてガス燃料量を制御す
ることができる。
閉作動はカム方式であり、エンジン駆動の動弁系を変更
することなく、連絡孔弁を作動するカム気孔を組み込む
ことができ、機構上の大幅な設計変更を必要とせず、広
範囲に適用させることができる。また、エンジン負荷及
びエンジン回転数を検出するセンサーも従来のセンサー
を適用できる。しかも、駆動されているエンジンの負荷
及び回転数に最適のガス燃料量は副室内のガス燃料圧と
して予め設定しておき、コントローラにマップとして入
力しておけば、その設定値に応じてガス燃料量を制御す
ることができる。
【００２７】また、前記連絡孔弁が作動して前記連絡孔
が開放することで、前記主室から高圧縮されて高温化し
た空気が前記副室に一気に流入し、負荷及び回転数に適
正なガス燃料が副室に供給されているので、ガス燃料と
吸入空気との混合が一気に促進して着火し、前記副室で
は当量比の大きい燃料リッチな状態で高速燃焼するので
ＮＯX の発生が抑制される。そして、前記副室内は燃焼
により一気に圧力が上昇し、燃焼が促進され、それと同
時に、前記連絡孔を通じて前記副室から前記主室へその
火炎が一気に噴出し、該火炎は前記主室で新気と混合
し、予混合燃焼を促進して燃焼スピードを上昇して理想
的な二次燃焼を完結する。従って、このガスエンジン
は、ＮＯX 、ＨＣ等の発生を大幅に低減でき、高効率の
エンジンを提供できる。
が開放することで、前記主室から高圧縮されて高温化し
た空気が前記副室に一気に流入し、負荷及び回転数に適
正なガス燃料が副室に供給されているので、ガス燃料と
吸入空気との混合が一気に促進して着火し、前記副室で
は当量比の大きい燃料リッチな状態で高速燃焼するので
ＮＯX の発生が抑制される。そして、前記副室内は燃焼
により一気に圧力が上昇し、燃焼が促進され、それと同
時に、前記連絡孔を通じて前記副室から前記主室へその
火炎が一気に噴出し、該火炎は前記主室で新気と混合
し、予混合燃焼を促進して燃焼スピードを上昇して理想
的な二次燃焼を完結する。従って、このガスエンジン
は、ＮＯX 、ＨＣ等の発生を大幅に低減でき、高効率の
エンジンを提供できる。
【図１】この発明によるガスエンジンの一実施例を示す
説明図である。
説明図である。
【図２】図１のガスエンジンにおけるヘッドライナの下
面図である。
面図である。
１ 主室
２ 副室
３ 副室構造体
４ 連絡孔弁
５ 燃料供給弁
６ 圧力センサー
７ シリンダヘッド
８ 燃料供給路
９ 孔部
１０ ヘッドライナ
１１ ヘッド下面部
１２ ライナ上部
１３ 中間構造体
１４ シリンダブロック
１５ ピストン
１６ ピストンヘッド
１８ シリンダ
１９ キャビティ
２０ 孔部
２１ 燃料供給口
２２ シリンダライナ
２５ コントローラ
２６，４０ 遮熱空気層
２９ カム
３０ 連絡孔
３６ 位置センサー
３７ 負荷センサー
３８ 回転センサー
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｆ０２Ｍ 21/02 Ｆ０２Ｍ 21/02 Ｆ
(56)参考文献 特開 平６−33836（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−108847（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−33785（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−33780（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−127453（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−127452（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−74047（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−33784（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−127454（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−301153（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−108848（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−93859（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−24155（ＪＰ，Ａ)
特公 昭41−10561（ＪＰ，Ｂ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F02B 19/00 - 19/18
F02B 43/00
F02D 15/04
F02D 19/00 - 19/12
F02M 21/00 - 21/02
Claims (4)
- 【請求項１】 シリンダヘッドに配置した副室を構成す
る副室構造体、前記副室とシリンダ側に形成した主室と
を連通する前記副室構造体に形成した連絡孔、前記連絡
孔を開閉する連絡孔弁、ガス燃料供給源からのガス燃料
を前記副室へ供給するため前記副室に開口する燃料供給
口、前記燃料供給口を開閉するため電磁力によって作動
される燃料供給弁、前記副室内のガス燃料圧を検出する
圧力センサー、及び前記圧力センサーの検出信号に応答
して前記燃料供給弁の開閉を制御するコントローラから
構成したことを特徴とするガスエンジン。 - 【請求項２】 前記副室はシリンダ中央部に配置されて
おり、前記連絡孔弁はカムによって作動され、前記連絡
孔弁を作動する前記カムのカム位置を検出する位置セン
サーが設けられていることを特徴とする請求項１に記載
のガスエンジン。 - 【請求項３】 前記位置センサーにより前記連絡孔弁が
閉鎖している状態を検出して前記燃料供給弁が作動して
前記燃料供給口が開放し、前記ガス燃料供給路を通じて
前記副室内へガス燃料が供給されることを特徴とする請
求項２に記載のガスエンジン。 - 【請求項４】 前記コントローラはエンジン負荷又はエ
ンジン回転数に対応する予め設定した前記副室内の燃料
ガス圧に応答して前記燃料供給弁を作動して前記燃料供
給口を閉鎖制御することを特徴とする請求項１に記載の
ガスエンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12467894A JP3404886B2 (ja) | 1994-05-16 | 1994-05-16 | ガスエンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12467894A JP3404886B2 (ja) | 1994-05-16 | 1994-05-16 | ガスエンジン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07310550A JPH07310550A (ja) | 1995-11-28 |
| JP3404886B2 true JP3404886B2 (ja) | 2003-05-12 |
Family
ID=14891367
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12467894A Expired - Fee Related JP3404886B2 (ja) | 1994-05-16 | 1994-05-16 | ガスエンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3404886B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1264088A4 (en) * | 2000-03-09 | 2008-04-16 | Michael Patrick Dixon | SELF-IGNITION MOTOR WITH HOMOGENEOUS OR PREMIX CHARGE |
| JP5055164B2 (ja) * | 2008-02-29 | 2012-10-24 | 三菱重工業株式会社 | 副室式ガスエンジン及び発電設備 |
| DE102013210965B3 (de) * | 2013-06-12 | 2014-09-04 | Ford Global Technologies, Llc | Verbrennungsmotor, sowie Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Verbrennungsmotors |
-
1994
- 1994-05-16 JP JP12467894A patent/JP3404886B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07310550A (ja) | 1995-11-28 |
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Legal Events
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