JP5069196B2 - ガスエンジン用燃料供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、液化燃料供給源から導き出された液化燃料を気化させて、レギュレータにより所定の圧力に調圧した上で、ガスエンジンの燃焼室に供給するガスエンジン用燃料供給装置に関する。

ガスエンジン用燃料供給装置においては、液化燃料供給源から導き出された液化燃料をベーパライザによって気化させている。ベーパライザにおける液化燃料の気化を促進するには、ガスエンジンの排気マフラが発する放熱を利用することが考えられる。また、空冷方式を採用したガスエンジンにおいては、シリンダ本体を冷却した後の暖まった冷却風によって、ベーパライザを加熱することが考えられる。

しかし、ガスエンジンが始動してから暖まるまでは、ベーパライザによる液化燃料の気化効率が低い。つまり、ガスエンジンが冷えている状態で始動する場合には、ベーパライザが暖まっていない。このため、液化燃料はベーパライザの中で気化せずに、一次レギュレータ（調圧手段）内で減圧されることによって気化する。このときの気化潜熱（蒸発潜熱）により、一次レギュレータのケースの温度は低下していく。

一次レギュレータにおける調圧室の中の温度が、液化燃料が気化することが可能な温度よりも低下すると、液化燃料は減圧されても気化しなくなる。液体の燃料をそのままガスエンジンに供給したのでは、ガスエンジンに供給される空気と燃料の比率、つまり空燃比を適切に設定することが困難であり、ガスエンジンの運転を継続するには課題が残る。

これに対して近年、ガスエンジンが始動してから暖まるまでにおいても、ベーパライザによる液化燃料の気化を促進することができる技術の開発が進められている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００６−３４８９１６公報

この特許文献１で知られているエンジン用燃料供給装置は、ベーパライザに電気ヒータを備えたというものである。この結果、ガスエンジンの低温始動時及び運転時に、ベーパライザによる液化燃料の気化を促進することができる。

しかし、ベーパライザに電気ヒータを備えるので、エンジン用燃料供給装置の構成が複雑になるとともに、電気ヒータに電力を供給するための電力源（バッテリ、発電装置など）が必要となる。バッテリを用いるのでは、電気ヒータに供給するための余分な電力が必要であり、省エネルギー化を進める上で不利である。また、小型の汎用ガスエンジンには、発電装置を備えていないものがある。発電装置を備えないガスエンジンにおいては、電気ヒータなどの電気的装置を用いた加熱方法を採用できない場合がある。

本発明は、ガスエンジンを始動させるときの低温時であっても、電気的な加熱手段を用いることなく、液化燃料の気化を促進することができる技術を、提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、液化燃料供給源から導き出された液化燃料を気化させて、レギュレータにより所定の圧力に調圧した上で、ガスエンジンの燃焼室に供給するガスエンジン用燃料供給装置において、前記レギュレータは、前記ガスエンジンにおけるシリンダ部の側部から側方へ向かって一体的に膨出した膨出部の内部に調圧室が形成されることにより、前記シリンダ部に対して、互いに熱伝達が可能に一体的に組込まれ、前記ガスエンジンは、空冷ファンを有した空冷エンジンから成り、前記空冷ファンによって発生して前記シリンダ部を冷却した後の暖まった冷却風により、前記レギュレータを加熱する構成であり、前記空冷ファンは、前記ガスエンジンのクランク軸に取り付けられていることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、前記レギュレータは、前記シリンダ部において、排気ガスを排出するための排気口が配置されている方の側部に配置されており、前記シリンダ部は、前記レギュレータにおけるケースを兼ねた構成であることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、ガスエンジンのシリンダ部に対して、レギュレータを、互いに熱伝達が可能に一体的に組込んだものである。
ガスエンジンが始動してから暖まるまで、つまり、ガスエンジンが冷えている状態で始動する場合において、液化燃料はレギュレータで減圧されることによって気化する。このときに液化燃料が気化するには、気化潜熱（蒸発潜熱）を必要とする。このときの気化潜熱により、レギュレータの温度は低下していく。しかし、レギュレータとシリンダ部との間で、十分に熱伝達が可能である。しかも、シリンダ部の熱容量は、レギュレータの熱容量に比べて、十分に大きい。このため、シリンダ部からレギュレータに熱移動があるので、レギュレータにおける調圧室の中の温度が、液化燃料が気化することが可能な温度よりも低下しない。従って、ガスエンジンを始動させるときの低温時であっても、レギュレータにおいて液化燃料の気化を促進することができる。この結果、ガスエンジンに供給される空気と燃料の比率、つまり空燃比を適切に設定することができるので、ガスエンジンの始動及び運転を継続することができる。
しかも、ベーパライザを廃止する又は小型にすることができる。また、電気的な加熱手段を用いる必要がない。このため、ガスエンジン用燃料供給装置の構成が簡単になる。
加えて、請求項１に係る発明では、空冷エンジンから成るガスエンジンを駆動したときに、空冷ファンが回転して冷却風を発生する。この冷却風はシリンダ部を冷却することによって暖められる。このようにシリンダ部を冷却した後の暖まった冷却風により、レギュレータが加熱される。このため、レギュレータは、シリンダ部からの熱移動よって加熱される他に、冷却風によっても加熱される。従って、レギュレータにおける液化燃料の気化を、より一層十分に促進することができる。

請求項２に係る発明では、シリンダ部において、排気ガスを排出するための排気口が配置されている方の側部にレギュレータを配置している。排気口が配置されている方の側部は、他の側部に比べて比較的高温になる。このような高温側にレギュレータを配置したので、レギュレータにおける液化燃料の気化を、より促進することができる。
さらに、請求項２に係る発明では、シリンダ部がレギュレータにおけるケースを兼ねている。このため、レギュレータとシリンダ部との間での熱伝達を、より一層促進することができる。レギュレータにおける液化燃料の気化を、より一層促進することができる。しかも、シリンダ部がレギュレータにおけるケースを兼ねるので、別部材から成るケースを設ける必要がない。このため、レギュレータの構成部品数を削減することができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。図１は本発明に係るガスエンジン及びガスエンジン用燃料供給装置の系統図であり、ガスエンジン１０及びガスエンジン用燃料供給装置３０を模式的に示している。

ガスエンジン１０は、クランクケース１１とシリンダ部１２と燃焼室１３とクランク軸１４とピストン１５とを、主要な構成要素としたものである。シリンダ部１２（シリンダブロック１２）は、クランクケース１１の上部に設けられており、燃焼室１３と吸気口１６と排気口１７とを有している。このシリンダ部１２は、アルミニウム合金のダイカスト品等の、金属材料から成る。

吸気口１６は、燃焼室１３へ混合気を供給するための開口である。排気口１７は、燃焼室１３の排気ガスを外部に排出するための開口である。排気口１７には、排気管２１を介して排気マフラ２２が接続されている。クランク軸１４は、クランクケース１１に設けられている。ピストン１５は、クランク軸１４にコネクティングロッド１８を介して連結されるとともに、シリンダ部１２内で往復動するものである。

ガスエンジン用燃料供給装置３０（以下、単に「燃料供給装置３０」と言う）は、液化燃料供給源３１から導き出された液化燃料を気化させて、レギュレータ３５，３７により所定の圧力に調圧した上で、ガスエンジン１０の燃焼室１３に供給するものである。液化燃料供給源３１は、例えば携帯可能な小型のガスボンベから成る。このガスボンベ３１に充填されている液化燃料は、例えばブタンを主成分とした液化ブタンである。

この燃料供給装置３０は、ボンベケース３２と開閉弁３３と第１燃料配管３４と一次レギュレータ３５と第２燃料配管３６と二次レギュレータ３７とミキサー３８と吸気管３９とから成る。

ボンベケース３２は、ガスボンベ３１（液化燃料供給源３１）をワンタッチによって装着することが可能なものである。開閉弁３３は、ボンベケース３２に一体的に設けられた手動式コックから成り、ガスボンベ３１からの液化燃料の供給・遮断を切り換えることができる。第１燃料配管３４は、開閉弁３３と一次レギュレータ３５の入口との間を接続している。一次レギュレータ３５は、ガスボンベ３１から導き出された液化燃料を気化させるとともに、気化された燃料（ガス化燃料）を所定の圧力まで減圧（調圧）する調圧手段である。

第２燃料配管３６は、一次レギュレータ３５の出口と二次レギュレータ３７の入口との間を接続している。二次レギュレータ３７は、一次レギュレータ３５によって減圧されたガス化燃料を大気圧に近い圧力まで更に減圧（調圧）する調圧手段である。ミキサー３８は、二次レギュレータ３７によって減圧されたガス化燃料を燃焼用空気と混合することによって混合気を生成し、吸気管３９を介してガスエンジン１０の吸気口１６へ供給するものである。

図２は図１に示すガスエンジンの側面図であり、シリンダ部１２において、排気口１７が配置されている方の側部１２ａ（図２において、紙面手前側の側部１２ａ）に一次レギュレータ３５が配置されていることを示している。図３は図２の３−３線断面図であり、一次レギュレータ３５の断面構造を示している。

図２及び図３に示すように、一次レギュレータ３５は、シリンダ部１２に対して、互いに熱伝達が可能に一体的に組込まれている。シリンダ部１２は、一次レギュレータ３５におけるケースを兼ねた構成である。より具体的には、シリンダ部１２には、排気口１７が配置されている方の側部１２ａから側方へ膨出した、膨出部１２ｂが一体に形成されている。この膨出部１２ｂは、一次レギュレータ３５におけるケースの役割を果たす。

一次レギュレータ３５は、図３に示すように、調圧室４１とリッド４２と燃料入口４３と燃料出口４４とダイヤフラム４５と押圧プレート４６とレギュレータロッド４７とスプリング４８とオリフィス部材５１とレギュレータレバー５２と支軸５３と調圧用弁体５４とから成る。
なお、一次レギュレータ３５の構成部材については、調圧室４１と燃料入口４３と燃料出口４４とだけを、実線によって表し、他の部材を想像線によって表してある。

調圧室４１は、シリンダ部１２の側部において膨出部１２ｂに形成された空間であり、側方に開放されている。つまり、シリンダ部１２は、調圧室４１を構成するためのケースを兼ねている。リッド４２は、調圧室４１の開放端４１ａを塞ぐ部材であって、膨出部１２ｂの側部に取り外し可能に取り付けられており、内外貫通した通気孔４２ａを有している。

燃料入口４３は、調圧室４１に連通しており、図１に示すガスボンベ３１内の液化燃料を開閉弁３３から第１燃料配管３４を介して、調圧室４１に導入する開口である。燃料出口４４は、調圧室４１に連通しており、調圧室４１内のガス化燃料を図１に示す第２燃料配管３６を介して、二次レギュレータ３７に導出する開口である。

ダイヤフラム４５は、調圧室４１の開放端４１ａとリッド４２との間に挟まれて取り付けられている。調圧室４１は、ダイヤフラム４５によって密封される。押圧プレート４６は、ダイヤフラム４５におけるリッド４２側の面に取り付けられており、中央部には調圧室４１へ突出したレギュレータロッド４７を有している。スプリング４８は、押圧プレート４６を介してダイヤフラム４５を調圧室４１側へ付勢する圧縮コイルばねである。

オリフィス部材５１は、調圧室４１において、燃料入口４３の先端に取り付けられている。レギュレータレバー５２は、調圧室４１内において、長手中央部分が支軸５３を介して膨出部１２ｂにスイング可能に取り付けられている。このレギュレータレバー５２は、一端部に調圧用弁体５４を有し、他端部にレギュレータロッド４７が連結している。調圧用弁体５４は、オリフィス部材５１の開口を開閉する部材である。

このような構成の一次レギュレータ３５によれば、調圧室４１内の圧力に応じてダイヤフラム４５及び押圧プレート４６が変位することにより、レギュレータロッド４７を介してレギュレータレバー５２が支軸５３を中心にしてスイングする。この結果、調圧用弁体５４によってオリフィス部材５１の開度を調整することにより、ガス化燃料を所定の圧力まで減圧（調圧）する。

以上の説明をまとめると、次の通りである。
本発明では、図２及び図３に示すように、ガスエンジン１０のシリンダ部１２に対して、一次レギュレータ３５を、互いに熱伝達が可能に一体的に組込んだものである。
ガスエンジン１０が始動してから暖まるまで、つまり、ガスエンジン１０が冷えている状態で始動する場合において、液化燃料は一次レギュレータ３５で減圧されることによって気化する。このときに液化燃料が気化するには、気化潜熱（蒸発潜熱）を必要とする。このときの気化潜熱により、一次レギュレータ３５の温度は低下していく。

しかし、一次レギュレータ３５とシリンダ部１２との間で、十分に熱伝達が可能である。しかも、シリンダ部１２の熱容量は、一次レギュレータ３５の熱容量に比べて、十分に大きい。このため、シリンダ部１２から一次レギュレータ３５に熱移動があるので、一次レギュレータ３５における調圧室４１の中の温度が、液化燃料が気化することが可能な温度よりも低下しない。従って、ガスエンジン１０を始動させるときの低温時であっても、一次レギュレータ３５において液化燃料の気化を促進することができる。この結果、ガスエンジン１０に供給される空気と燃料の比率、つまり空燃比を適切に設定することができるので、ガスエンジン１０の始動及び運転を継続することができる。

しかも、ベーパライザを廃止する又は小型にすることができる。また、電気的な加熱手段を用いる必要がない。このため、燃料供給装置３０の構成が簡単になる。

さらには、シリンダ部１２において、排気ガスを排出するための排気口１７が配置されている方の側部１２ａに一次レギュレータ３５を配置している。排気口１７が配置されている方の側部１２ａは、他の側部に比べて比較的高温になる。このような高温側に一次レギュレータ３５を配置したので、一次レギュレータ３５における液化燃料の気化を、より促進することができる。

さらには、シリンダ部１２が一次レギュレータ３５におけるケースを兼ねている。このため、一次レギュレータ３５とシリンダ部１２との間での熱伝達を、より一層促進することができる。一次レギュレータ３５における液化燃料の気化を、より一層促進することができる。しかも、シリンダ部１２が、一次レギュレータ３５におけるケースを兼ねるので、別部材から成るケースを設ける必要がない。このため、一次レギュレータ３５の構成部品数を削減することができる。

ところで、図２に示すように、ガスエンジン１０は、空冷ファン６１を有した空冷エンジンから成る。空冷ファン６１は、クランク軸１４に取り付けられており、ファンカバー６２によって覆われている。ファンカバー６２は、クランクケース１１及びシリンダ部１２に取り付けられている。クランクケース１１、シリンダ部１２及び排気マフラ２２はシュラウド６３によって囲まれている。

ガスエンジン１０を駆動したときに、空冷ファン６１が回転して冷却風Ｗｉを発生する。この冷却風Ｗｉは、ファンカバー６２及びシュラウド６３によって案内されて、クランクケース１１、シリンダ部１２及び排気マフラ２２の各外面を冷却した上で、大気へ放出される。

上述のように、冷却風Ｗｉは、シリンダ部１２を冷却することによって暖められる。このようにシリンダ部１２を冷却した後の暖まった冷却風Ｗｉにより、一次レギュレータ３５が加熱される。このため、一次レギュレータ３５は、シリンダ部１２からの熱移動よって加熱される他に、冷却風Ｗｉによっても加熱される。従って、一次レギュレータ３５における液化燃料の気化を、より一層十分に促進することができる。

なお、本発明では、一次レギュレータ３５は、シリンダ部１２に対して互いに熱伝達が可能に一体的に組込んだ構成であればよい。つまり、シリンダ部１２が一次レギュレータ３５のケースを兼ねた構成の他に、シリンダ部１２に対して一次レギュレータ３５のケースを直接に取付けることによって、一次レギュレータ３５とシリンダ部１２との間で互いに熱伝達が可能としてもよい。
また、液化燃料供給源３１から一次レギュレータ３５へ燃料を供給する燃料供給系統に、ベーパライザを設けることは任意である。

本発明のガスエンジン用燃料供給装置３０は、小型の汎用ガスエンジンに用いるのに好適である。

本発明に係るガスエンジン及びガスエンジン用燃料供給装置の系統図である。 図１に示すガスエンジンの側面図である。 図２の３−３線断面図である。

符号の説明

１０…ガスエンジン（空冷エンジン）、１２…シリンダ部、１２ａ…排気口が配置されている方の側部、１２ｂ…膨出部、１３…燃焼室、１７…排気口、３０…ガスエンジン用燃料供給装置、３１…液化燃料供給源（ガスボンベ）、３５…レギュレータ（一次レギュレータ）、４１…調圧室、６１…空冷ファン、Ｗｉ…冷却風。

Claims (2)

1. 液化燃料供給源から導き出された液化燃料を気化させて、レギュレータにより所定の圧力に調圧した上で、ガスエンジンの燃焼室に供給するガスエンジン用燃料供給装置において、
   前記レギュレータは、前記ガスエンジンにおけるシリンダ部の側部から側方へ向かって一体的に膨出した膨出部の内部に調圧室が形成されることにより、前記シリンダ部に対して、互いに熱伝達が可能に一体的に組込まれ、
   前記ガスエンジンは、空冷ファンを有した空冷エンジンから成り、前記空冷ファンによって発生して前記シリンダ部を冷却した後の暖まった冷却風により、前記レギュレータを加熱する構成であり、
   前記空冷ファンは、前記ガスエンジンのクランク軸に取り付けられていることを特徴としたガスエンジン用燃料供給装置。
2. 前記レギュレータは、前記シリンダ部において、排気ガスを排出するための排気口が配置されている方の側部に配置されており、
   前記シリンダ部は、前記レギュレータにおけるケースを兼ねた構成であることを特徴とした請求項１記載のガスエンジン用燃料供給装置。

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