JP5659131B2 - ガスエンジン - Google Patents
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Description
セルモータを備えたガスエンジンのなかには、セルモータの電源用に備えたバッテリで電磁弁を作動させてガス燃料の供給を迅速におこなうことによりエンジンの始動性を高めるようにしたものがある。
ガス燃料の供給を電磁弁で迅速におこなうことにより、ガス燃料で好適にエンジンを始動、駆動させることが可能である(例えば、特許文献1参照。)。
このため、ガスエンジンの構成が複雑になり、コストを抑えることや、重量の増加を抑えることが難しい。
このため、特許文献1のように電磁弁を用いてガス燃料の供給を迅速におこなう構成を適用することはできない。
ところで、特に、天然ガス仕様のガスエンジンは、エンジン始動時の天然ガスの可燃範囲が、LPガスやガソリンと比べて狭い。
よって、天然ガスの可燃範囲を確保するために、燃料遮断弁部を精度よく制御する必要がある。このため、チョーク弁の操作に手間がかかることが考えられる。
具体的には、燃料混合器は、吸気流路を流れるガス燃料の流速によって負圧が発生する。このため、エンジン回転数が低いとガス燃料の流速が低いため燃料混合器の負圧は小さい。
すなわち、燃料混合器に発生する負圧は、通常、クランク室に発生する負圧より小さい。
クランク室に発生する負圧は比較的大きいので、ガスエンジンの始動時にクランク室に発生した負圧を利用して燃料遮断弁部を開状態に瞬時に切り替えることができる。
これにより、電磁弁を作動させるための電源(バッテリ)や、電磁弁を制御するためのコントロールユニットを不要にできるので、構成の簡素化が図れ、コストや重量の増加を抑えることができる。
これにより、特に、可燃範囲の狭い天然ガス仕様のガスエンジンの場合でも、天然ガスの可燃範囲に対応させるためにチョーク弁の操作に手間をかける必要がない。
このように、チョーク弁の操作を不要にできるので操作の容易化を図ることができる
そして、燃料混合器で発生する負圧が規定負圧に達するまで開閉切替弁を開状態に保持可能とした。
よって、ガスエンジンの始動時に、クランク室に発生した負圧を利用して燃料遮断弁部を開状態に瞬時に切り替えて、ガスエンジンにガス燃料を迅速に供給できる。
これにより、特に、可燃範囲の狭い天然ガス仕様のガスエンジンの場合でも、天然ガスの可燃範囲に対応させるためにチョーク弁の操作に手間をかける必要がない。
このように、チョーク弁の操作を不要にできるので操作の容易化を図ることができる
この規定負圧は、クランク室に発生した負圧値より大きい。よって、燃料混合器で発生する負圧を利用して開閉切替弁を閉状態に切り替えることができる。
これにより、燃料混合器をサブ負圧流路および負圧流路を経て燃料遮断弁部に連通させることができる。
したがって、ガスエンジンの駆動中には、燃料混合器で発生する負圧を利用して燃料遮断弁部を開状態に保持できる。
この状態で、燃料遮断弁部の負圧作動部を燃料混合器を介して大気中に連通させることができる。
よって、燃料遮断弁部の負圧作動部を大気圧に保つことにより燃料遮断弁部を閉塞することができる。
よって、スロットル弁から吸気弁間の容積を瞬時に大気圧に戻すことができる。
これにより、ガスエンジンの停止時に、燃料遮断弁部の負圧作動部を瞬時に大気圧に戻して燃料遮断弁部を迅速に閉塞することができる。
これにより、開閉切替弁(すなわち、燃料遮断弁部開閉手段)の構成を簡素化してコストや重量の増加を抑えることができる。
なお、実施例では、ガスエンジン11を発電機に適用した例について説明したが、これに限らないで、耕耘機、除雪機や芝刈機などの他の装置にガスエンジン11を適用することも可能である。
発電機12は、ガスエンジン11のクランク軸25(図2参照)にロータが連結されている。
始動/停止スイッチは、通常のガスエンジンに用いられる既存のスイッチである。
この始動/停止スイッチを操作することで、ガスエンジン11の電気回路を、エンジン始動時にオン(接続)、エンジン停止時にオフ(切断)に切り替えることができる。
ピストン23が昇降することにより、クランク軸25がコンロッド26を介して回転する。クランク軸25が回転することにより、発電機12(図1参照)のロータが回転して発電機12が発電する。
ここで、燃料混合器33は、吸気流路32を流れるガス燃料の流速によって負圧が発生する。このため、エンジン回転数が低いとガス燃料の流速が低いため燃料混合器33の負圧は小さい。
すなわち、燃料混合器33に発生する負圧は、通常、クランク室28に発生する負圧より小さい。
さらに、燃料供給装置30は、燃料遮断弁部35をクランクケース15のクランク室28に連通する負圧流路36と、負圧流路36の途中に設けられた燃料遮断弁部開閉手段37とを備えている。
吸気流路32の途中に燃料混合器33のボディ41が設けられている。
ベンチュリ部42に負圧が発生することで、発生した負圧でガス燃料がノズル43からベンチュリ部42に導かれる。ガス燃料がベンチュリ部42に導かれることで、導かれたガス燃料がエアクリーナから導かれた空気に混合され、混合されたガス燃料が吸気口18に導かれる。
燃料供給流路34は、燃料混合器33にガス燃料を蓄える燃料タンク46を連通する流路である。
燃料供給流路34の途中に燃料遮断弁部35のボディ51が設けられている。
この燃料遮断弁部35は、ボディ51内に設けられたダイヤフラム52と、ダイヤフラム52に設けられた弁体53と、弁体53に対峙する位置に設けられた弁シート54と、ダイヤフラム52を押圧する圧縮ばね55とを備えている。
負圧作動部56は、燃料遮断弁部35の開閉状態を切替可能な部位である。
よって、弁体53が弁シート54から離れ、燃料遮断弁部35が開状態に切り替わることにより、燃料供給流路34を連通状態とすることができる。
これにより、燃料タンク46のガス燃料を燃料供給流路34および燃料遮断弁部35を経て燃料混合器33に導くことができる。
よって、弁体53が弁シート54に当接され、燃料遮断弁部35が閉状態に切り替わることにより、燃料供給流路34を遮断状態とすることができる。
これにより、燃料タンク46のガス燃料が燃料混合器33に導かれることを燃料遮断弁部35で阻止することができる。
負圧流路36は、燃料遮断弁部35の負圧作動部56にクランク室28を連通する流路である。
この負圧流路36は、負圧作動部56に連通された第1負圧流路47と、クランク室28に連通された第2負圧流路48と、第1負圧流路47および第2負圧流路48を連通する連結継手49とを備えている。
負圧流路36の途中、すなわち連結継手49に燃料遮断弁部開閉手段37が設けられている。
連結継手49は、3方向に流体の出入口を有する継手であり、通常用いられている継手である。
よって、ガスエンジン11の始動時にクランク室28に発生した負圧を利用して燃料遮断弁部35を開状態に切り替えることができる。
詳しくは、サブ負圧流路61の一端は、ボディ41内においてスロットル弁44近傍で、かつ、燃焼室19側の連通部位41aに連通されている。
すなわち、サブ負圧流路61は、スロットル弁44および吸気弁22間の吸気空間62に連通されている。
連結継手49に開閉切替弁63を設けることにより、連結継手49および開閉切替弁63で、いわゆる三方弁73が形成されている。
よって、弁体67が圧縮ばね68のばね力で弁シート66から離れた状態に保持されることで、クランク室28(図2参照)が導入孔65および導入通路71を経て燃料遮断弁部35の負圧作動部56(図2参照)に連通されている。
図5はガスエンジン11のエンジン回転数と負圧の関係を示すグラフであり、縦軸に圧力(負圧)、横軸にガスエンジン11のエンジン回転数を示す。
グラフG1はクランク室28の圧力を示すグラフで、グラフG2は燃焼室19(すなわち、燃料混合器33)の圧力を示すグラフである。また、グラフG3は燃料遮断弁部35(具体的には、負圧作動部56)の圧力を示すグラフである。
以下、クランク室28の圧力G1を「クランク室内圧」、および燃料混合器33の圧力G2を「燃料混合器内圧」と称す。
また、燃料遮断弁部35(すなわち、負圧作動部56)の圧力G3を「負圧作動部内圧」と称す。
これにより、クランク室28および燃料混合器33が燃料遮断弁部35の負圧作動部56に連通され、負圧作動部内圧G3が大気圧に保たれる。
ここで、ピストン23が昇降する際に、燃料混合器33に発生する負圧は、通常、クランク室28に発生する負圧より小さい。
すなわち、燃料混合器内圧G2<クランク室内圧G1の関係が成立する。
よって、開閉切替弁63の弁体67が圧縮ばね68のばね力で弁シート66から離れた状態に保持され、クランク室28および負圧作動部56が連通状態に保たれる。
このように、燃料遮断弁部35を開状態に瞬時に切り替えることで、燃焼室19にガス燃料を迅速に供給できる。
よって、開閉切替弁63に備えた圧縮ばね68のばね力に抗して弁体67が矢印C方向に移動する。
この状態で、燃料混合器33および負圧作動部56が連通状態に保たれている。よって、負圧作動部内圧G3が燃料混合器内圧G2と同じ負圧になる。
ここで、負圧作動部内圧G3の規定負圧P1は大きな負圧なので、燃料混合器内圧G2を利用して燃料遮断弁部35が開状態に保持される。
まず、ガスエンジン11を始動したときの開閉切替弁63および燃料遮断弁部35の動作を図5および図6に基づいて説明する。
図5および図6(a)に示すように、始動/停止スイッチを始動位置に配置した後、リコイルスタータ21を手動で引張ることによりガスエンジン11が始動する。
ガスエンジン11の始動時は、燃料混合器33の燃料混合器内圧G2とクランク室28のクランク室内圧G1との差が小さい。
開閉切替弁63が開状態に保持されることにより、クランク室28(図6(a)参照)が負圧流路36を経て燃料遮断弁部35の負圧作動部56に連通されている。
よって、燃料遮断弁部35の弁体53が圧縮ばね55のばね力に抗して矢印A方向に移動する。
このように、クランク室28に発生した大きな負圧(クランク室内圧G1)を利用して燃料遮断弁部35を開状態に瞬時に切り替えることができる。
燃焼室19に迅速に供給することで、燃焼室19内の点火に必要なガス燃料が好適に供給され、ガスエンジン11を円滑に始動させることができる。
これにより、特に、可燃範囲の狭い天然ガス仕様のガスエンジン11の場合でも、天然ガスの可燃範囲に対応させるためにチョーク弁の操作に手間をかける必要がない。
このように、チョーク弁の操作を不要にできるので操作の容易化を図ることができる。
図5、図7(a)に示すように、ガスエンジン11が始動後に安定した駆動状態になることで、燃料混合器33の燃料混合器内圧G2が規定負圧P1に到達する。
この状態で、燃料混合器内圧G2の規定負圧P1と、クランク室内圧G1の負圧P2との差が大きくなる。
弁体67を矢印C方向に移動することで、弁体67が弁シート66に当接して開閉切替弁63が閉状態に切り替えられる。
これにより、ガスエンジン11の駆動中には、燃料混合器33で発生する負圧(すなわち、燃料混合器内圧G2)が燃料遮断弁部35の負圧作動部56に作用する。
したがって、燃焼室19にガス燃料が継続して供給され、ガスエンジン11を円滑に駆動することができる。
図5、図8(a)に示すように、始動/停止スイッチを手動で停止位置に操作してガスエンジン11を停止する。
よって、始動/停止スイッチを手動で停止位置に操作することで、ガスエンジン11の電気回路がオフ(切断)に切り替えてガスエンジン11が停止する。
燃料混合器内圧G2が規定負圧P1に保たれることで、図5、図8(b)に示すように、燃料混合器内圧G2の規定負圧P1で開閉切替弁63がまだ閉状態に保たれている。
負圧作動部56が大気中に開放されることで、燃料遮断弁部35の負圧作動部56が大気圧に保たれ、圧縮ばね55のばね力に抗してダイヤフラム52が矢印B方向に変形する。
これにより、弁体53が弁シート54に当接されて燃料遮断弁部35が閉塞される。
このように、吸気空間62の容積S1が小さいので、容積S1を瞬時に大気圧に戻すことができる。
よって、ガスエンジン11の停止時に、燃料遮断弁部35の負圧作動部56を瞬時に大気圧に戻して燃料遮断弁部35を迅速に閉塞することができる。
これにより、ガスエンジン11を停止した直後に、燃料遮断弁部35を経て燃料混合器33にガス燃料が導かれることを確実に阻止することができる。
よって、開閉切替弁63の作動用電源(バッテリ)や、開閉切替弁63の制御用コントロールユニットを不要にできる。
これにより、開閉切替弁63(すなわち、燃料遮断弁部開閉手段37)の構成を簡素化してコストや重量の増加を抑えることができる。
なお、実施例2の燃料供給装置80において実施例1の燃料供給装置30と同一・類似部材については同じ符号を付して説明を省略する。
図9に示すように、燃料供給装置80は、実施例1の燃料遮断弁部開閉手段37に代えて燃料遮断弁部開閉手段82を備えたもので、その他の構成は実施例1の燃料供給装置30と同じである。
大気開放部83を負圧流路36の途中に設けることで、負圧流路36を大気に開放することができる。
なお、フィルタ84は、外気(空気)を浄化するために開放路49aに設けられている。
図10に示すように、開閉切替弁87は、負圧流路36(連結継手49)に支持軸89を介して揺動自在に支持された弁板88と、支持軸89に設けられた操作レバー91とを備えている。
一方、弁板88が大気開放位置Po2に配置されることで、負圧流路36が閉塞され、かつ、開放路49aが開放される。
このように、連結継手49に開閉切替弁87を設けることにより、連結継手49および開閉切替弁87で、いわゆる三方弁92が形成されている。
始動/停止スイッチ94を停止位置Po4に配置した状態で弁板88が大気開放位置Po2(図10参照)に配置される。
よって、負圧流路36が閉塞され、かつ、開放路49aが開放される。
一方、始動/停止スイッチ94を始動位置Po3に操作して操作ケーブル96を押し出すことにより、操作レバー91が操作されて弁板88が負圧開放位置Po1(図10参照)に配置される。
よって、負圧流路36が開放され、かつ、開放路49aが閉塞される。
始動/停止スイッチ94は、ガスエンジン11の電気回路をオン(接続)状態、オフ(切断)状態に切り替えるように構成されている。
一方、ガスエンジン11のエンジン停止時には、始動/停止スイッチ94を操作して電気回路をオフ状態に切り替えることにより、負圧流路36が閉塞され、かつ、開放路49aが開放される。
まず、ガスエンジン11のエンジン停止中における開閉切替弁87および燃料遮断弁部35の状態を図12(a),(b)に基づいて説明する。
図12(a),(b)に示すように、ガスエンジン11のエンジン停止中には、始動/停止スイッチ94が停止位置に保持されている。
よって、電気回路がオフ状態に保たれるとともに、負圧流路36が閉塞状態、かつ、開放路49aが開放状態に保たれている。
これにより、ガスエンジン11のエンジン停止中に、燃料タンク46のガス燃料が燃料遮断弁部35を経て燃料混合器33に導かれることを確実に阻止できる。
図13(a),(b)に示すように、ガスエンジン11を始動する際には、始動/停止スイッチ94を操作して電気回路をオンに切り替える。
始動/停止スイッチ94をオンに切り替えることで、電気回路がオンに切り替わるとともに、負圧流路36が開放され、かつ、開放路49aが閉塞される。
燃料遮断弁部35が開状態に瞬時に切り替えられることで、ガスエンジン11の燃焼室19にガス燃料が迅速に供給される。
これにより、ガスエンジン11の燃焼室19にガス燃料を好適に供給することができるので、ガスエンジン11を円滑にエンジン始動させることができる。
これにより、ガスエンジン11の燃焼室19にガス燃料を好適に供給することができるので、ガスエンジン11を円滑に駆動させることができる。
これにより、特に、可燃範囲の狭い天然ガス仕様のガスエンジン11の場合でも、天然ガスの可燃範囲に対応させるためにチョーク弁の操作に手間をかける必要がない。
このように、チョーク弁の操作を不要にできるので操作の容易化を図ることができる
図12(a),(b)に示すように、ガスエンジン11の駆動中に、始動/停止スイッチ94を操作して電気回路をオフに切り替える。
始動/停止スイッチ94をオフに切り替えることで、電気回路がオフに切り替わるとともに、負圧流路36が閉塞され、かつ、開放路49aが開放される。
よって、電気回路がオフに切り替わることでガスエンジン11が停止するとともに、負圧流路36が開放路49aを経て大気に開放される。
このように、開閉切替弁87を始動/停止スイッチ94に連動させることで、ガスエンジン11の停止時に、燃料遮断弁部35の負圧作動部56を瞬時に大気圧に戻して燃料遮断弁部35を瞬時に閉塞することができる。
したがって、ガスエンジン11を停止した直後に、燃料遮断弁部35を経て燃料混合器33にガス燃料が導かれることを確実に阻止することができる。
これにより、開閉切替弁87(すなわち、燃料遮断弁部開閉手段37)の構成を簡素化してコストや重量の増加を抑えることができる。
例えば、前記実施例1および実施例2で示したガスエンジン発電機10、ガスエンジン11、クランク室28、吸気流路32、燃料混合器33、燃料供給流路34、燃料遮断弁部35、負圧流路36、燃料遮断弁部開閉手段37,82、分岐路49a、負圧作動部56、サブ負圧流路61、開閉切替弁63,87、大気開放部83および始動/停止スイッチ94などの形状や構成は例示したものに限定するものではなく適宜変更が可能である。
Claims (1)
- ガス燃料の吸気口に連通され、前記ガス燃料を空気と混合可能な燃料混合器が設けられた吸気流路と、
前記燃料混合器に前記ガス燃料を供給する燃料供給流路に設けられ、該燃料供給流路を遮断可能な燃料遮断弁部と、
該燃料遮断弁部に設けられて該燃料遮断弁部の開閉を切替可能な負圧作動部にクランク室を連通する負圧流路と、
前記負圧流路をエンジン始動時に開放状態に保つことで、前記クランク室に発生した負圧を利用して前記燃料遮断弁部を開状態に切替可能な燃料遮断弁部開閉手段と、を備え、
前記燃料遮断弁部開閉手段は、
前記燃料混合器に前記負圧流路を連通するサブ負圧流路と、
前記負圧流路のうち前記サブ負圧流路の連結部より前記クランク室側に設けられた開閉切替弁と、を備え、
前記開閉切替弁は、
前記燃料混合器で発生する負圧が規定負圧に達するまで、前記負圧流路を開放する開状態に保持可能で、
前記燃料混合器で発生する負圧が規定負圧に達したとき、前記燃料混合器で発生する負圧で前記負圧流路を閉塞する閉状態に切替可能に構成されたことを特徴とするガスエンジン。
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