JP3930639B2 - Pre-combustion chamber type gas engine - Google Patents

Pre-combustion chamber type gas engine Download PDF

Info

Publication number
JP3930639B2
JP3930639B2 JP13237198A JP13237198A JP3930639B2 JP 3930639 B2 JP3930639 B2 JP 3930639B2 JP 13237198 A JP13237198 A JP 13237198A JP 13237198 A JP13237198 A JP 13237198A JP 3930639 B2 JP3930639 B2 JP 3930639B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
combustion chamber
ignition
fuel injection
pilot
fuel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP13237198A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH11324805A (en
Inventor
悟 後藤
栄文 西
貞夫 中山
健幸 坂上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Niigata Power Systems Co Ltd
Original Assignee
Niigata Power Systems Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Niigata Power Systems Co Ltd filed Critical Niigata Power Systems Co Ltd
Priority to JP13237198A priority Critical patent/JP3930639B2/en
Priority to US09/307,899 priority patent/US6209511B1/en
Priority to ES99401167T priority patent/ES2268834T3/en
Priority to NO19992306A priority patent/NO327837B1/en
Priority to AT99401167T priority patent/ATE333039T1/en
Priority to DE69932282T priority patent/DE69932282T2/en
Priority to DK99401167T priority patent/DK0957246T3/en
Priority to EP99401167A priority patent/EP0957246B1/en
Publication of JPH11324805A publication Critical patent/JPH11324805A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3930639B2 publication Critical patent/JP3930639B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として定置型発電設備の駆動源として有用な予燃焼室方式ガスエンジンに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、低公害の要請から希薄燃焼ガスエンジンが注目されている。従来の希薄燃焼ガスエンジンは、点火プラグを着火源とする予燃焼室方式が主流であった。また、これとは別に、パイロット噴射ガスエンジン(デュアルフュエルエンジン)というエンジンも知られている。このエンジンは、全熱量比の5〜15%程度のパイロツト油(液体)を直接主燃焼室に噴射させ、これを着火源としてガス燃料を燃焼させる構造のエンジンである。これは一般的なディーゼルエンジンの主燃料噴射弁から少量のパイロット燃料を噴射させることで実現している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の点火プラグ付予燃焼室方式ガスエンジンは、希薄混合気の燃焼であるが故に、強力な点火エネルギを付与させないと、失火を伴う燃焼変動を生ずることがある。また、同一シリンダ径のディーゼルエンジンに比較すると、NOxは約1/10と低く、環境に対して有利であるが、エンジン熱効率が低い欠点がある。
【0004】
燃焼変動の改善に関しては、予燃焼室内の燃焼を確実にするために予燃焼室内での点火プラグ位置の最適化や予燃焼室内の混含気の均一化についての研究が種々行われている。しかし、点火エネルギの増大に寄与するものではないため、エンジン熱効率や燃焼変動の改善を図るにも限界があった。
【0005】
また、従来のパイロット噴射ガスエンジンは、NOxと煤塵を低減することには限界があり、ガスエンジンの利点である排ガス低公害性を生かしきれていない欠点があった。
【0006】
本発明は、上記事情を考慮し、低NOxを維持しながら、より高いエンジン熱効率を得ることができ、それによりガスエンジンの低公害性(低CO2)を生かすことのできる予燃焼室方式ガスエンジンを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、ピストンとシリンダとシリンダヘッドにより画定される主燃焼室に気体燃料を供給して燃焼させることにより駆動出力を得るガスエンジンであって、シリンダヘッドに、主燃焼室内の混合気の着火源となる点火プラグ付予燃焼室と、全熱量比0.2〜5%のパイロット油量を噴射するパイロット燃料噴射弁を備え前記主燃焼室内の混合気の着火源となるパイロット燃料噴射弁付予燃焼室とを設けたことを特徴とする。
【0008】
請求項2の発明は、請求項1において、同一燃焼サイクルにおいて前記点火プラグ付予燃焼室とパイロット燃料噴射弁付予燃焼室とをほぼ同時に、または若干ずらして機能させて、これらを着火源として主燃焼室の混合気を燃焼させることを特徴とする。
【0009】
請求項3の発明は、請求項1または2において、前記パイロット燃料噴射弁につながる燃料噴射ポンプを、クランクケースのカム室のドアに取り付けたことを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は実施形態のガスエンジンのシリンダヘッド部分の側断面図である。図において、2はシリンダ、2aはシリンダライナ、3はピストン、4はシリンダヘッドで、主燃焼室1は、ピストン3、シリンダライナ2a、シリンダヘッド4で囲まれている。この例では、シリンダヘッド4の中央に点火プラグ付予燃焼室ユニット10が配設され、両サイドにパイロット燃料噴射弁付予燃焼室ユニット30が配設されている。
【0011】
点火プラグ付予燃焼室ユニット(以下、単に「点火プラグ付予燃焼室」と言う場合もある)10は、シリンダヘッド4に、予燃焼室噴口14と予燃焼室本体13を組み込むことにより形成されている。15は、予燃焼室噴口14内に確保された予燃焼室12内へ直接燃料ガス(パイロットガス)を供給するための燃料噴射孔である。主燃焼室1と予燃焼室12は、予燃焼室12の下端部に設けられた複数の連絡孔17により連通されている。予燃焼室本体13には点火プラグ11が装着されており、これが予燃焼室12内の混合気の点火源となる。点火プラグ付予燃焼室ユニット10の予燃焼室12の容積比(圧縮上死点時の総燃焼室容積に対する比)を数%と小さくして、超低NOx化を実現している。
【0012】
また、パイロット燃料噴射弁付予燃焼室ユニット(以下、単に「パイロット燃料噴射弁付予燃焼室」と言う場合もある)30は、予燃焼室31内に臨ませてパイロット燃料噴射弁32を備えており、パイロット燃料の噴射により予燃焼室31内の混合気を点火させる。主燃焼室1と予燃焼室31は、予燃焼室下端部に設けられた単数または複数の連絡孔33により連通されている。
【0013】
このエンジンの場合、点火プラグ付予燃焼室10を主着火源として使用してエンジンを起動させる。つまり、ディーゼル起動はしないので、パイロット燃料噴射弁付予燃焼室ユニット30を小さくできる。パイロット油量を全熱量比の0.2〜5%程度とすると、予燃焼室31の容積比は全体の1〜3%程度に小さくすることができる。従って、シリンダヘッド4の両サイドに配置することが可能となる。これは、従来の予燃焼型ディーゼルエンジンの予燃焼室の容積比が20〜30%と設計されているのと大きく異なる点である。
【0014】
また、パイロット燃料噴射弁32につながる燃料噴射ポンプは、図2、図3に示すように、クランクケースのカム室のドアに取り付けられている。図2、図3において、50はクランクケース、51はカム軸、52はクランクケース上面、53はカム室のドア、54はカム面点検窓であり、カム室のドア53の座に燃料噴射ポンプ60が設けられている。この場合、パイロット油量がディーゼル運転を仮定した場合の定格噴射量に対して0.2〜5%程度と非常に少ないので、一般のディーゼルエンジン用のものと比べて非常に小型の燃料噴射ポンプ60が取り付けられている。
【0015】
次に運転モードについて説明する。
運転モードとしては、
(1)火花点火による予燃焼室方式ガスエンジン
(2)パイロット着火ガスエンジン
(3)2種着火源(火花点火、パイロット着火)ガスエンジン
のいずれかを任意に選択できる。点火源の数と方法が複数ある上、それらが並列系となっているので、点火源の信頼性が高まっている。
【0016】
実際には、起動時は点火プラグ着火、負荷時はパイロット噴射着火を併用するのが望ましく、そうすることで積極的に燃焼効率を改善することができるが、負荷時に火花着火を停止させても運転上は差し支えない。
【0017】
(1)火花点火による運転モードのとき:
この運転モードでは、燃料としては気体燃料(ガス)のみを用い、点火プラグ付予燃焼室を、主燃焼室1の気体燃料と空気との混合気の点火源とする。
具体的には、排気行程後半から吸気行程前半において、点火プラグ付予燃焼室ユニット10(以降の各符号は図1による)の燃料噴射孔15から、予燃焼室12内にパイロットガスを供給する。パイロットガスは、パイロツトガスヘッダ(図示略)内の圧力と主燃焼室1内の圧力との差圧により供給され、その量は前記差圧を変えることにより調整される。また、主燃焼室には、燃料ガスと空気の混合気を吸気行程において供給する。圧縮行程では、ピストン3により主燃焼室1内の希薄混含気が圧縮されることで、同混合気の一部が点火プラグ付予燃焼室ユニット10の連絡孔17を介して予燃焼室12に流入する。流入の際に、予燃焼室12内の燃料ガスと希薄混合気が混ざり、平均空気過剰率1.0程度の濃度となる。この状態になったところで、点火プラグ11のギャップ間において火花放電を生じさせて、予燃焼室内の混合気を着火燃焼させる。予燃焼室12において燃焼した火炎は、主燃焼室1へ伝播し、主燃焼室1の混合気の着火源となり、主燃焼室1内の混合気全体を燃焼させる。
【0018】
(2)パイロット燃料噴射による着火の運転モードのとき:
この運転モードでは、主燃料として気体燃料を用いるものの、副燃料として液体燃料をパイロット油として使用する。そして、パイロット燃料噴射弁付予燃焼室ユニット30の予燃焼室31内に、パイロット燃料噴射弁32よりパイロット油を噴射する。即ち、吸気行程において主燃焼室1に燃料と空気の混合気を供給すると、圧縮行程では、ピストン3により主燃焼室1内の希薄混合気が圧縮されて、予燃焼室連絡孔33を介して予燃焼室31に流入する。そこで、上死点直前の10〜30°(クランク角度)あたりで、パイロット燃料噴射弁32から少量の燃料油を噴射する。そうすると、噴射した燃料が着火燃焼し、これが点火源となって混合気が着火燃焼する。そして、予燃焼室31にて燃焼した火炎が、主燃焼室1へ伝播し、主燃焼室1の混合気の着火源となって、主燃焼室1の混合気全体が燃焼する。
【0019】
図4はパイロット燃料油量を変化させながら性能試験を実施した結果(正味熱効率とNOx・スモーク度の関係)を、各種燃焼方式(デュアルフュエルエンジン、ディーゼルエンジン、予燃焼室方式火花点火ガスエンジン)と比較して示している。本図から、パイロット燃料噴射でのエンジン性能は、予燃焼室方式火花点火ガスエンジンと同レベルの排気ガス性状(NOxと煤塵)を達成しながら、熱効率は火花点火よりも高く、ディーゼルエンジンと同レベルであることが分かる。
【0020】
なお、パイロット燃料噴射の場合、点火プラグ付予燃焼室10のパイロットガスは不要となる。また、パイロット油量は全熱量比0.2〜5%程度にできるので、常時噴射させてもガバニングに影響を与えない。従って、燃料噴射ポンプのラックは固定しても差し支えなく、複雑なリンク機構が不要である。また、エンジン運転時の調速は、エンジンガバナによって燃料ガス量を調整することにより実施することができる。
【0021】
(3)ハイブリッドイグニッションガスエンジン運転モード:
この運転モードでは、同一燃焼サイクルにおいて、中央の点火プラグ付予燃焼室10と、両サイドのパイロット燃料噴射弁付予燃焼室30をほぼ同時に、または若干ずらして作用させ、これらを着火源として主燃焼室1の混合気を燃焼させる。従って、多点点火による混合気の燃焼促進を実現できる。さらに、これら着火源の火花点火時期及びパイロット燃料噴射時期と噴射量を最適調整することにより、混合気の燃焼性が改善され、短期燃焼化による熱効率改善の効果が得られる。
【0022】
このように、ハイブリッドイグニッションガスエンジンモードで運転した場合の多点点火による急速燃焼化の作用効果について補足する。
図5(a)は単一燃焼室方式(予燃焼室を持たない主燃焼室だけの方式)と予燃焼室方式(本実施形態と類似の場合)の熱発生率の比較実験をした結果を示している。図5(a)において、PCCは予燃焼室方式を示し、OCは単一燃焼室方式を示す。但し、OCの場合、点火プラグ1個の場合=OC(1 Spark Plug)と、点火プラグ2個の場合=OC(2 Spark Plugs)についても比較した。実験に際しては、図5(b)に示すように、中央とサイドに第1、第2の点火プラグ(Spark Plug)A、Bを配置し、点火プラグ1個の場合は中央の点火プラグAのみ使用し、点火プラグ2個の場合は両方の点火プラグA、Bを使用した。
【0023】
図5(a)に示される熱発生率パターンは、多点点火(点火プラグ2個の場合)や、強力な点火エネルギの発生(予燃焼室を着火源とするPCCの場合)が、急速燃焼を実現するためにきわめて有効な技術であることを証明している。すなわち、点火プラグの本数を2本(図中一点鎖線)にすると、上死点後40度近辺までに熱発生が完了しており、点火プラグ1本(図中破線)に比較すると、短期燃焼していることが分かる。また、更に強力な点火エネルギを有する予燃焼室方式(図中実線)によれば、上死点後30度近辺までに熱発生が完了しており、より短期燃焼が実現できることが分かる。短期燃焼は熱効率の向上に寄与するので、本実施形態のように、強力な点火エネルギを有する点火源を多数配置する(予燃焼室を3つ配置する)ことにより、燃焼改善に寄与することができ、高熱効率を実現することができるようになる。
【0024】
ちなみに、点火エネルギについて比較してみると、点火プラグのみの場合は約0.1Jであるが、点火プラグ付予燃焼室(予燃焼室容積比2%)の場合は、供給燃料ガスの熱量を点火エネルギとすることができることから、3000Jにもなる。また、パイロット噴射の場合は、パイロット燃料の油量を全熱量比の1%とすると、約600Jになる。従って、点火プラグ付予燃焼室10及びパイロット燃料噴射弁付予燃焼室30による多点点火が燃焼改善に寄与するところは非常に大きいことが分かる。
【0025】
なお、上記実施形態では、中央に点火プラグ付予燃焼室10を配置し、両サイドにパイロット燃料噴射弁付予燃焼室30を配置した場合を示したが、中央にパイロット燃料噴射弁付予燃焼室30を配置し、両サイドに点火プラグ付予燃焼室10を配置してもよい。
【0026】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1及び2の発明によれば、シリンダヘッドに、主燃焼室内の混合気の着火源となる点火プラグ付予燃焼室と全熱量比0.2〜5%のパイロット油量を噴射するパイロット燃料噴射弁を備え前記主燃焼室内の混合気の着火源となるパイロット燃料噴射弁付予燃焼室とを設けたので、火花点火による着火、パイロット燃料噴射による着火、2種同時着火のいずれかの運転モードを任意に選択することができる。従って、起動時は点火プラグ着火、負荷時はさらにパイロット噴射着火を併用することにより、低NOxを維持しながら、高いエンジン熱効率を得ることができ、これによりガスエンジンの低公害性(低CO2)を生かすことができる。また、請求項3の発明によれば、小さな燃料噴射ポンプでもクランクケースを特別に改造せずに設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態のガスエンジンの要部側断面図である。
【図2】 本発明の実施形態のガスエンジンにおける燃料噴射ポンプの取付状態を示す平面図である。
【図3】 図2のIII−III矢視図である。
【図4】 実施形態のエンジンの性能の説明に用いる特性図である。
【図5】 同エンジンの性能の説明に用いる特性図で、(a)は単一燃焼室方式と予燃焼室方式の熱発生率の比較図、(b)は点火プラグの配置箇所を示す平面図である。
【符号の説明】
1 主燃焼室
2 シリンダ
3 ピストン
4 シリンダヘッド
10 点火プラグ付予燃焼室ユニット(点火プラグ付予燃焼室)
11 点火プラグ
12 予燃焼室
30 パイロット燃料噴射弁予燃焼室ユニット(パイロット燃料噴射弁予燃焼室)
31 予燃焼室
32 パイロット燃料噴射弁
53 カム室のドア
60 燃料噴射ポンプ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pre-combustion chamber type gas engine that is mainly useful as a drive source for stationary power generation equipment.
[0002]
[Prior art]
In recent years, lean combustion gas engines have attracted attention due to demand for low pollution. A conventional lean combustion gas engine has mainly used a pre-combustion chamber system using an ignition plug as an ignition source. Apart from this, an engine called a pilot injection gas engine (dual fuel engine) is also known. This engine is an engine having a structure in which a pilot oil (liquid) of about 5 to 15% of the total heat ratio is directly injected into a main combustion chamber, and gas fuel is combusted using this as an ignition source. This is realized by injecting a small amount of pilot fuel from a main fuel injection valve of a general diesel engine.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, since the conventional pre-combustion chamber type gas engine with a spark plug is combustion of a lean air-fuel mixture, if a strong ignition energy is not applied, a combustion fluctuation accompanied by misfire may occur. Further, compared with a diesel engine having the same cylinder diameter, NOx is as low as about 1/10, which is advantageous to the environment, but has a drawback of low engine thermal efficiency.
[0004]
With regard to improvement in combustion fluctuation, various studies have been conducted on optimization of the spark plug position in the pre-combustion chamber and uniformization of the mixed air in the pre-combustion chamber in order to ensure combustion in the pre-combustion chamber. However, since it does not contribute to an increase in ignition energy, there is a limit to improving engine thermal efficiency and combustion fluctuation.
[0005]
Further, the conventional pilot injection gas engine has a limitation in reducing NOx and dust, and has a drawback that it cannot take full advantage of the low emission pollution that is an advantage of the gas engine.
[0006]
In consideration of the above circumstances, the present invention can obtain a higher engine thermal efficiency while maintaining a low NOx, thereby making it possible to take advantage of the low pollution (low CO2) of the gas engine. The purpose is to provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A first aspect of the present invention is a gas engine that obtains a driving output by supplying gaseous fuel to a main combustion chamber defined by a piston, a cylinder, and a cylinder head and burning the gas fuel, and the cylinder head is mixed with the main combustion chamber. A pre-combustion chamber with a spark plug that serves as an ignition source for the gas and a pilot fuel injection valve that injects a pilot oil amount with a total heat ratio of 0.2 to 5% and serves as an ignition source for the air-fuel mixture in the main combustion chamber A pre-combustion chamber with a pilot fuel injection valve is provided.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the pre-combustion chamber with the spark plug and the pre-combustion chamber with the pilot fuel injection valve function in the same combustion cycle at substantially the same time or slightly shifted from each other, so that As described above, the air-fuel mixture in the main combustion chamber is burned.
[0009]
The invention of claim 3 is characterized in that, in claim 1 or 2, a fuel injection pump connected to the pilot fuel injection valve is attached to a door of a cam chamber of a crankcase.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a side sectional view of a cylinder head portion of a gas engine according to an embodiment. In the figure, 2 is a cylinder, 2a is a cylinder liner, 3 is a piston, 4 is a cylinder head, and the main combustion chamber 1 is surrounded by a piston 3, a cylinder liner 2a, and a cylinder head 4. In this example, a pre-combustion chamber unit 10 with a spark plug is disposed in the center of the cylinder head 4, and a pre-combustion chamber unit 30 with a pilot fuel injection valve is disposed on both sides.
[0011]
A pre-combustion chamber unit with spark plug (hereinafter sometimes simply referred to as “pre-combustion chamber with spark plug”) 10 is formed by incorporating a pre-combustion chamber nozzle 14 and a pre-combustion chamber main body 13 into the cylinder head 4. ing. Reference numeral 15 denotes a fuel injection hole for directly supplying fuel gas (pilot gas) into the precombustion chamber 12 secured in the precombustion chamber nozzle 14. The main combustion chamber 1 and the precombustion chamber 12 are communicated with each other through a plurality of communication holes 17 provided at the lower end of the precombustion chamber 12. A spark plug 11 is attached to the pre-combustion chamber body 13, and this serves as an ignition source for the air-fuel mixture in the pre-combustion chamber 12. The volume ratio of the pre-combustion chamber 12 of the pre-combustion chamber unit with spark plug 10 (ratio to the total combustion chamber volume at the time of compression top dead center) is reduced to a few percent to achieve ultra-low NOx.
[0012]
The pre-combustion chamber unit with pilot fuel injection valve (hereinafter also referred to simply as “pre-combustion chamber with pilot fuel injection valve”) 30 includes a pilot fuel injection valve 32 facing the pre-combustion chamber 31. The air-fuel mixture in the precombustion chamber 31 is ignited by injection of pilot fuel. The main combustion chamber 1 and the precombustion chamber 31 are communicated with each other by one or a plurality of communication holes 33 provided at the lower end of the precombustion chamber.
[0013]
In the case of this engine, the engine is started using the pre-combustion chamber 10 with a spark plug as a main ignition source. That is, since the diesel start is not performed, the pre-combustion chamber unit 30 with the pilot fuel injection valve can be made small. When the pilot oil amount is about 0.2 to 5% of the total heat amount ratio, the volume ratio of the precombustion chamber 31 can be reduced to about 1 to 3% of the whole. Therefore, it can be arranged on both sides of the cylinder head 4. This is a significant difference from the conventional pre-combustion type diesel engine in which the volume ratio of the pre-combustion chamber is designed to be 20 to 30%.
[0014]
The fuel injection pump connected to the pilot fuel injection valve 32 is attached to the door of the crankcase cam chamber as shown in FIGS. 2 and 3, 50 is a crankcase, 51 is a camshaft, 52 is a crankcase top surface, 53 is a cam chamber door, and 54 is a cam surface inspection window. A fuel injection pump is attached to the seat of the cam chamber door 53. 60 is provided. In this case, since the pilot oil amount is very small, about 0.2 to 5% with respect to the rated injection amount when diesel operation is assumed, the fuel injection pump is much smaller than that for a general diesel engine. 60 is attached.
[0015]
Next, the operation mode will be described.
As operation mode,
(1) Pre-combustion chamber type gas engine by spark ignition (2) Pilot ignition gas engine (3) Two types of ignition sources (spark ignition, pilot ignition) gas engine can be arbitrarily selected. There are a plurality of ignition sources and methods, and since these are parallel systems, the reliability of the ignition sources is increased.
[0016]
Actually, it is desirable to use spark plug ignition at start-up and pilot injection ignition at load, so that the combustion efficiency can be improved positively, but even if spark ignition is stopped at load There is no problem in driving.
[0017]
(1) In operation mode with spark ignition:
In this operation mode, only gaseous fuel (gas) is used as the fuel, and the pre-combustion chamber with spark plug is used as an ignition source for the mixture of gaseous fuel and air in the main combustion chamber 1.
Specifically, from the second half of the exhaust stroke to the first half of the intake stroke, the pilot gas is supplied into the precombustion chamber 12 from the fuel injection hole 15 of the precombustion chamber unit 10 with spark plug (the following symbols are shown in FIG. 1). . The pilot gas is supplied by a differential pressure between a pressure in a pilot gas header (not shown) and a pressure in the main combustion chamber 1, and the amount thereof is adjusted by changing the differential pressure. The main combustion chamber is supplied with a mixture of fuel gas and air during the intake stroke. In the compression stroke, the lean mixed gas in the main combustion chamber 1 is compressed by the piston 3, so that a part of the mixed gas passes through the communication hole 17 of the pre-combustion chamber unit 10 with the spark plug. Flow into. During the inflow, the fuel gas in the precombustion chamber 12 and the lean air-fuel mixture are mixed, and the concentration becomes an average excess air ratio of about 1.0. When this state is reached, spark discharge is generated between the gaps of the spark plug 11, and the air-fuel mixture in the pre-combustion chamber is ignited and burned. The flame burned in the pre-combustion chamber 12 propagates to the main combustion chamber 1 and becomes an ignition source of the air-fuel mixture in the main combustion chamber 1, and burns the entire air-fuel mixture in the main combustion chamber 1.
[0018]
(2) In the operation mode of ignition by pilot fuel injection:
In this operation mode, although gaseous fuel is used as the main fuel, liquid fuel is used as the pilot fuel as the auxiliary fuel. Then, pilot oil is injected from the pilot fuel injection valve 32 into the precombustion chamber 31 of the precombustion chamber unit 30 with pilot fuel injection valve. That is, when a mixture of fuel and air is supplied to the main combustion chamber 1 in the intake stroke, the lean mixture in the main combustion chamber 1 is compressed by the piston 3 through the precombustion chamber communication hole 33 in the compression stroke. It flows into the precombustion chamber 31. Therefore, a small amount of fuel oil is injected from the pilot fuel injection valve 32 around 10 to 30 ° (crank angle) immediately before the top dead center. Then, the injected fuel is ignited and burned, and this serves as an ignition source to ignite and burn the air-fuel mixture. Then, the flame burned in the pre-combustion chamber 31 propagates to the main combustion chamber 1 and becomes an ignition source of the air-fuel mixture in the main combustion chamber 1, and the entire air-fuel mixture in the main combustion chamber 1 is combusted.
[0019]
Fig. 4 shows the results of performance tests (changes in net thermal efficiency and NOx / smoke degree) while changing the amount of pilot fuel oil. Various combustion systems (dual fuel engine, diesel engine, pre-combustion chamber system spark ignition gas engine) It shows in comparison with. From this figure, the engine performance with pilot fuel injection achieves the same level of exhaust gas properties (NOx and dust) as the pre-combustion chamber type spark ignition gas engine, but the thermal efficiency is higher than that of spark ignition, which is the same as that of a diesel engine. It turns out that it is a level.
[0020]
In the case of pilot fuel injection, pilot gas in the pre-combustion chamber 10 with the spark plug is not necessary. Further, since the pilot oil amount can be about 0.2 to 5% of the total heat amount ratio, even if it is always injected, it does not affect the governing. Therefore, the rack of the fuel injection pump can be fixed, and a complicated link mechanism is unnecessary. Further, the speed control during engine operation can be performed by adjusting the amount of fuel gas with an engine governor.
[0021]
(3) Hybrid ignition gas engine operation mode:
In this operation mode, in the same combustion cycle, the central pre-combustion chamber 10 with spark plug and the pre-combustion chambers 30 with pilot fuel injection valves on both sides are operated almost simultaneously or slightly shifted, and these are used as ignition sources. The air-fuel mixture in the main combustion chamber 1 is combusted. Therefore, combustion promotion of the air-fuel mixture by multipoint ignition can be realized. Furthermore, by optimally adjusting the spark ignition timing and pilot fuel injection timing and the injection amount of these ignition sources, the combustibility of the air-fuel mixture is improved, and the effect of improving the thermal efficiency by short-term combustion can be obtained.
[0022]
Thus, the effect of rapid combustion by multi-point ignition when operating in the hybrid ignition gas engine mode will be supplemented.
FIG. 5 (a) shows the results of a comparative experiment of the heat generation rate of the single combustion chamber method (method of only the main combustion chamber having no precombustion chamber) and the precombustion chamber method (in the case similar to this embodiment). Show. In FIG. 5A, PCC indicates a pre-combustion chamber system, and OC indicates a single combustion chamber system. However, in the case of OC, the case of one spark plug = OC (1 Spark Plug) and the case of two spark plugs = OC (2 Spark Plugs) were also compared. In the experiment, as shown in FIG. 5B, first and second spark plugs (Spark Plugs) A and B are arranged at the center and side, and in the case of one spark plug, only the center spark plug A is provided. In the case of two spark plugs, both spark plugs A and B were used.
[0023]
The heat release rate pattern shown in FIG. 5 (a) shows that multi-point ignition (in the case of two spark plugs) and generation of strong ignition energy (in the case of PCC having a precombustion chamber as an ignition source) are rapid. It proves to be a very effective technique for realizing combustion. In other words, if the number of spark plugs is 2 (dashed line in the figure), heat generation is completed by around 40 degrees after top dead center, and compared with one spark plug (dashed line in the figure), short-term combustion is achieved. You can see that In addition, according to the pre-combustion chamber method (solid line in the figure) having stronger ignition energy, heat generation is completed by around 30 degrees after top dead center, and it can be seen that short-term combustion can be realized. Since short-term combustion contributes to improvement of thermal efficiency, it is possible to contribute to improvement of combustion by arranging a large number of ignition sources (three pre-combustion chambers) having strong ignition energy as in this embodiment. And high thermal efficiency can be realized.
[0024]
By the way, when comparing the ignition energy, it is about 0.1 J when only the spark plug is used, but in the case of a pre-combustion chamber with a spark plug (pre-combustion chamber volume ratio 2%), the amount of heat of the supplied fuel gas is Since it can be set as ignition energy, it becomes 3000J. In the case of pilot injection, if the amount of oil in the pilot fuel is 1% of the total heat quantity ratio, it will be about 600 J. Therefore, it can be seen that the multipoint ignition by the pre-combustion chamber 10 with the spark plug and the pre-combustion chamber 30 with the pilot fuel injection valve contributes to the improvement of combustion.
[0025]
In the above-described embodiment, the case where the pre-combustion chamber 10 with the spark plug is disposed in the center and the pre-combustion chamber 30 with the pilot fuel injection valve is disposed on both sides is shown. The chamber 30 may be disposed, and the pre-combustion chamber 10 with a spark plug may be disposed on both sides.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, according to the first and second aspects of the present invention, the cylinder head has a spark plug-equipped precombustion chamber that serves as an ignition source of the air-fuel mixture in the main combustion chamber and a total heat amount ratio of 0.2 to 5%. Since a pilot fuel injection valve for injecting a pilot oil amount is provided and a pre- combustion chamber with a pilot fuel injection valve serving as an ignition source of the air- fuel mixture in the main combustion chamber , ignition by spark ignition, ignition by pilot fuel injection, Any one of the two simultaneous ignition modes can be arbitrarily selected. Therefore, by using ignition plug ignition at the time of start-up and further pilot injection ignition at the time of load, high engine thermal efficiency can be obtained while maintaining low NOx, thereby reducing the low pollution (low CO2) of the gas engine. Can be used. According to the invention of claim 3, even a small fuel injection pump can be installed without any special modification of the crankcase.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view of a main part of a gas engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing an attached state of the fuel injection pump in the gas engine according to the embodiment of the present invention.
3 is a view taken in the direction of arrows III-III in FIG. 2;
FIG. 4 is a characteristic diagram used for explaining the performance of the engine of the embodiment.
FIG. 5 is a characteristic diagram used for explaining the performance of the engine, in which (a) is a comparison diagram of heat generation rates of the single combustion chamber method and the precombustion chamber method, and (b) is a plane showing the location of the ignition plug. FIG.
[Explanation of symbols]
1 Main Combustion Chamber 2 Cylinder 3 Piston 4 Cylinder Head 10 Precombustion Chamber Unit with Spark Plug (Precombustion Chamber with Spark Plug)
11 Spark plug 12 Precombustion chamber 30 Pilot fuel injection valve precombustion chamber unit (Pilot fuel injection valve precombustion chamber)
31 Pre-combustion chamber 32 Pilot fuel injection valve 53 Cam chamber door 60 Fuel injection pump

Claims (3)

ピストンとシリンダとシリンダヘッドにより画定される主燃焼室に気体燃料を供給して燃焼させることにより駆動出力を得るガスエンジンであって、前記シリンダヘッドに、前記主燃焼室内の混合気の着火源となる点火プラグ付予燃焼室と、全熱量比0.2〜5%のパイロット油量を噴射するパイロット燃料噴射弁を備え前記主燃焼室内の混合気の着火源となるパイロット燃料噴射弁付予燃焼室とを設けたことを特徴とする予燃焼室方式ガスエンジン。A gas engine for obtaining a driving output by supplying gaseous fuel to a main combustion chamber defined by a piston, a cylinder, and a cylinder head and burning the gas fuel, wherein an ignition source of an air-fuel mixture in the main combustion chamber is supplied to the cylinder head A pre-combustion chamber with an ignition plug, and a pilot fuel injection valve that is a pilot fuel injection valve that injects a pilot oil amount of 0.2 to 5% of the total heat ratio, and serves as an ignition source of the air- fuel mixture in the main combustion chamber A pre-combustion chamber type gas engine characterized by comprising a pre-combustion chamber. 同一燃焼サイクルにおいて前記点火プラグ付予燃焼室とパイロット燃料噴射弁付予燃焼室とをほぼ同時に、または若干ずらして機能させて、これらを着火源として主燃焼室の混合気を燃焼させることを特徴とする請求項1記載の予燃焼室方式ガスエンジン。  In the same combustion cycle, the pre-combustion chamber with a spark plug and the pre-combustion chamber with a pilot fuel injection valve are operated almost simultaneously or slightly shifted, and the air-fuel mixture in the main combustion chamber is combusted using these as ignition sources. The pre-combustion chamber type gas engine according to claim 1, wherein 前記パイロット燃料噴射弁につながる燃料噴射ポンプを、クランクケースのカム室のドアに取り付けたことを特徴とする請求項1または2記載の予燃焼室方式ガスエンジン。  The pre-combustion chamber type gas engine according to claim 1 or 2, wherein a fuel injection pump connected to the pilot fuel injection valve is attached to a door of a cam chamber of a crankcase.
JP13237198A 1998-05-14 1998-05-14 Pre-combustion chamber type gas engine Expired - Lifetime JP3930639B2 (en)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP13237198A JP3930639B2 (en) 1998-05-14 1998-05-14 Pre-combustion chamber type gas engine
US09/307,899 US6209511B1 (en) 1998-05-14 1999-05-10 Lean combustion gas engine
NO19992306A NO327837B1 (en) 1998-05-14 1999-05-12 Lean-burning gas engine
AT99401167T ATE333039T1 (en) 1998-05-14 1999-05-12 LEAN ENGINE
ES99401167T ES2268834T3 (en) 1998-05-14 1999-05-12 POOR COMBUSTION GAS ENGINE.
DE69932282T DE69932282T2 (en) 1998-05-14 1999-05-12 Magermotor
DK99401167T DK0957246T3 (en) 1998-05-14 1999-05-12 Gas engine with lean combustion
EP99401167A EP0957246B1 (en) 1998-05-14 1999-05-12 Lean combustion gas engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP13237198A JP3930639B2 (en) 1998-05-14 1998-05-14 Pre-combustion chamber type gas engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH11324805A JPH11324805A (en) 1999-11-26
JP3930639B2 true JP3930639B2 (en) 2007-06-13

Family

ID=15079817

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP13237198A Expired - Lifetime JP3930639B2 (en) 1998-05-14 1998-05-14 Pre-combustion chamber type gas engine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3930639B2 (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3672805B2 (en) * 2000-08-17 2005-07-20 新潟原動機株式会社 Pilot ignition gas engine starter
WO2003018982A1 (en) 2001-08-29 2003-03-06 NIIGATA POWER SYSTEMS Co.,Ltd. Pilot oil ignition gas engine and method of operating pilot oil ignition gas engine
JP3861049B2 (en) * 2002-12-17 2006-12-20 三菱重工業株式会社 Gas engine combustion control device
JP2005090381A (en) * 2003-09-18 2005-04-07 Niigata Power Systems Co Ltd Pilot oil ignition gas engine
FI118054B (en) 2004-04-16 2007-06-15 Waertsilae Finland Oy A method of operating a gas engine
RU2014104497A (en) * 2011-07-08 2015-08-20 Вертзиле Свитзерленд Лтд. TWO-STROKE INTERNAL COMBUSTION ENGINE, METHOD FOR OPERATION OF A TWO-STROKE INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND METHOD FOR CONVERTING A TWO-STROKE ENGINE
CN114790934B (en) * 2022-03-09 2023-11-17 吉林大学 Ignition device for precombustion chamber of natural gas engine

Also Published As

Publication number Publication date
JPH11324805A (en) 1999-11-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6325039B1 (en) Combined engine and method for operating the same
US6550430B2 (en) Method of operating a dual fuel internal
JP4715753B2 (en) Internal combustion engine
US6209511B1 (en) Lean combustion gas engine
KR20130069081A (en) Exhaust gas regeneration system of combined fuel homogeneous charge compression ignition engine and method thereof
CN113006928A (en) Engine with precombustion chamber and working mode thereof
JP4934106B2 (en) engine
JPH0768904B2 (en) High compression ratio spark ignition type lean internal combustion engine
JP5325019B2 (en) Sub-chamber engine
JP2014109198A (en) Natural gas engine and operation method for the same
JP3930639B2 (en) Pre-combustion chamber type gas engine
JP2002266645A (en) Engine, its operating method and auxiliary combustion chamber mechanism
JP2010265836A (en) Sub-chamber type engine
JP5065168B2 (en) engine
JP2005232988A (en) Subsidiary chamber type engine
JP2003049650A (en) Compressed self-ignition internal combustion engine
JP4073315B2 (en) Sub-chamber engine
JP2002266644A (en) Engine and auxiliary combustion chamber mechanism
JP2002266643A (en) Engine, its operating method and auxiliary combustion chamber mechanism
JP2007315357A (en) Multiple-fuel internal combustion engine
JP4386781B2 (en) engine
JP6398543B2 (en) Natural gas engine and method of operating natural gas engine
JP4145177B2 (en) Engine and operation method thereof
JP4007729B2 (en) Engine and operation method thereof
JPH06193447A (en) Air-fuel mixture combustion method for internal combustion engine and perfect premix combustion compression ignition engine

Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20040928

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20041126

A911 Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20041203

A912 Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20050114

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070309

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110316

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110316

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120316

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120316

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130316

Year of fee payment: 6

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130316

Year of fee payment: 6

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130316

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140316

Year of fee payment: 7

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term