JP5726289B2 - ガスエンジンの燃料ガス供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガスエンジンの燃料ガスを吸気通路内に供給する燃料ガスの供給装置に関する。

ガスエンジンにおいては、吸気通路を流れ空気と、燃料ガスを混合させる一例として、ガス供給管に噴射ノズルが連結され、燃料ガスがノズルから給気マニホールド内に噴出するように構成されているものがある。
その場合、吸気マニホールド内に燃料ガスの噴射ノズルが突出しているため、吸気マニホールド内の空気流が乱され、吸気の流通抵抗が大きくなる傾向がある。

燃料ガスを吸気通路に供給する従来のガスエンジンでは、例えば特開平９−２６８９２３号（特許文献１）に開示されているように、ガス噴射ノズルが吸気管を横切って設けられているので、該ガス噴射ノズルが吸気の流れに対して抵抗となり、シリンダ内への給気あるいは燃料を含む給気の吸入に要するポンピング仕事量が増大し、燃料消費率の増大がもたらされる。

そこで、特許第３６５３０３１号公報（特許文献２）の図５（Ａ）に示すように、０１はシリンダヘッド、０２はシリンダヘッド０１内の吸気通路、０３は吸気弁、０４は吸気弁０３の吸気弁棒である。該吸気弁棒０４には吸気弁棒０４の直径よりも大きく、吸気弁棒０４と同芯の吸気弁棒０４に平行な円筒面０５ａを有する突起部０５が設けられている。突起部０５の円筒面０５ａはシリンダヘッド０１内の吸気通路０２に突出するようにシリンダヘッド０１に固着されたスリーブ０６に摺動自在に嵌合されている。

図５（Ｂ）に示すように、前記スリーブ０６には複数の燃料ガス噴射孔０６ａが設けられている。
そして、吸気弁０３の閉時は、突起部０５の円筒面０５ａが燃料ガス噴射孔０６ａの燃料ガス通路０７側にあるため、燃料ガスは燃料ガス噴射０６ａから吸気通路０２に噴射されない。
一方、吸気弁０３の開時は、突起部０５の円筒面０５ａが燃料ガス噴射孔０６ａより吸気通路０２側に移動するため、燃料ガス通路０７からの燃料ガスは燃料ガス噴射孔０６ａから吸気通路０２に噴射されるようになっている技術が開示されている。

特開平９−２６８９２３号公報 特許第３６５３０３１号

ところが、特許文献２の構造によると、燃料ガスを吸気通路０２に噴出させるためには、燃料ガス噴射孔０６ａが吸気通路０２の壁面から吸気通路０２側へ突出させる必要がある。
従って、スリーブ０６が吸気通路０２内に突出した形状となっており、該スリーブ０６が吸気の流れに対して抵抗となり、シリンダ内への給気あるいは燃料を含む給気を吸入するポンピング仕事量が増大し、燃料消費率の増大がもたらされる不具合を有している。

本発明はこのような不具合を解決するためになされたもので、吸気弁棒に該吸気弁棒の外径より大きく、該吸気弁棒と同芯で平行な部分を有する突出部を摺動可能に嵌合するスリーブの内周面に突出部の移動範囲内に位置させて、該吸気弁棒の移動に伴って開閉される吸入口と、該吸入口と連通したスリーブの底端面に形成された燃料ガス噴射孔とを備え、吸気弁が開位置になった時に、燃料ガス通路の燃料ガスは吸入口から噴射通路を介してスリーブの底端面から吸気通路に噴射されるようにすることで、燃料ガス供給装置の噴出通路部を吸気通路の壁面から突出しないようにして、吸気の流通抵抗を軽減することにより、ポンピング仕事を軽減させて燃料消費率の改善を図ることを目的とする。

本発明はかかる課題を解決するため、吸気弁の開閉による吸気弁棒の上下動により、吸気通路に燃料ガスを供給するガスエンジンの燃料ガス供給装置において、
前記吸気弁棒の軸方向の一部に形成され、辺りに比べ外径が大きい突出部と、
該突出部が摺動可能に嵌合されるスリーブと、
該スリーブに形成され、前記スリーブの内周面に開口する吸入口と、前記スリーブの底端面に開口する燃料ガス噴射孔とを有し、前記吸気弁棒の前記突出部の下方向への移動に伴って前記吸入口と前記燃料ガス噴射孔とにより、前記スリーブの内と前記吸気通路とを連通し、
前記スリーブの底端面は、吸気通路を形成する壁面と略同一面上に位置するように配設されることを特徴とするガスエンジンの燃料ガス供給装置。

このような構成により、吸気通路にスリーブの一部が突出しないので、吸気の流通抵抗が軽減され、ポンピング仕事が軽減され燃料消費率が改善することができる。

また、本発明において好ましくは、前記吸入口と前記燃料ガス噴射孔とを連通する噴射通路は前記内周面を形成する板厚部に前記スリーブの軸線に沿った貫通孔に形成するとよい。

このような構成により、弁棒の外周面がスリーブの軸線に沿って摺動する際に、吸入口周縁の角部分との摺接部分が吸入口周縁だけなので、突出部外周面の損傷、摩耗が抑制できる。

また、本発明において好ましくは、前記噴射通路の前記貫通孔は円形に形成するとよい。

このような構成により、ドリル加工で容易にできるので、製造コストの抑制ができる。

また、本発明において好ましくは、前記吸入口と前記燃料ガス噴射孔とを連通する噴射通路は前記内周面を形成する板厚部に凹溝状に形成するとよい。

このような構成により、吸入弁作動中における噴射通路と突出部外周面との周接部（突出部に弁棒軸線方向長さ）以外は凹溝状部分の吸気弁棒の内周面側が開放状態になるので、燃料ガスの流通抵抗が小さくなり、燃料供給量を増加させることができる効果を有している。

また、本発明において好ましくは、前記吸入口の開口形状は、前記スリーブの軸線方向に直角方向視において長円形状で、且つ該長円の長径がスリーブの軸線に対して傾斜させるとよい。

このような構成により、吸気弁作動中に、吸気弁棒の突出部の外周面と吸入口の周縁との摺接位置が吸気弁作動中に、周方向に変化するので、外周面への損傷、摩耗が抑制できる。

このような構成により、吸気通路にスリーブの一部が突出しないので、吸気の流通抵抗が軽減され、ポンピング仕事が軽減され燃料消費率が改善される。
さらに、吸気弁棒の突出部外周面が吸入弁棒の軸線に沿って摺動する際に、吸入口周縁の角部分との摺接が、吸入口だけなので、突出部外周面の損傷、摩耗が抑制することができる。

本発明の実施形態に係るガスエンジンの燃料ガス供給装置の要部構成で、（Ａ）は吸気弁閉時の概略断面図を示し、（Ｂ）は吸気弁開時の概略断面図を示す。 （Ａ）は本発明の第１実施形態に係る吸気弁の突出部と、スリーブの燃料ガス噴射孔の相対位置関係図、（Ｂ）は図２（Ａ）のＤ−Ｄ断面矢視図を示す。 図２（Ａ）のＦ矢視図を示す。 本発明の第２実施形態に係る吸気弁の突出部と、スリーブの燃料ガス噴射孔の相対位置関係図、（Ｂ）は図４（Ａ）のＥ−Ｅ断面矢視図を示す。 従来技術に係る（Ａ）はガスエンジンの燃料ガス供給装置要部構成の概略断面図、（Ｂ）は吸気弁の突起部と、スリーブの燃料ガス噴射孔の相対位置関係図を示す。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。
但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

（第１実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係るガスエンジンの燃料ガス供給装置要部構成の概略断面図を示す。
図１において、１はシリンダヘッド、２はシリンダヘッド１内の吸気通路、３は吸気弁、４は吸気弁３の吸気弁棒である。該吸気弁棒４には吸気弁棒４の外径よりも大きく、吸気弁棒４と同芯で吸気弁棒４に平行な円筒面５ａを有する円柱状の突出部５が設けられている。円柱状の突出部５の外周面５ａはシリンダヘッド１に嵌着されたスリーブ６内に、スリーブ６の軸線方向に摺動自在に内嵌している。
９は吸気通路２の吸気を燃焼室１０に吸入するための吸気ポートである。
吸気ポート９の開口中心はスリーブ６及び、吸気弁棒４の軸線と一致している。
燃焼室１０はシリンダ１１と、シリンダ１１内を上下方向に摺動するピストン（図示省略）と、シリンダ１１を閉塞するシリンダヘッド１とで囲まれて形成されている。
スリーブ６は吸気通路２の吸気ポート９上流側位置において、燃料ガスを吸気通路２に噴射するようになっている。

図１（Ａ）に示される吸気弁３の位置では、燃料ガス噴射孔６ａが閉じられた状態であり、燃料ガス供給路７と吸気通路２は吸気弁棒４の突起部５によって隔離されている。
同図１（Ｂ）は吸気弁３が全開状態であり、燃料ガス供給路7と吸気通路2とは吸気弁棒４の外周とスリーブ６の内周との隙間8及び、スリーブ６の燃料ガス噴射孔６ａを介して連通され燃料ガスが燃料ガス噴射孔６ａから吸気通路２に噴出される。
尚、シリンダヘッド１には図示しない排気弁が配設されている。吸気弁３及び排気弁は図示しないクランク軸にタイミングギア等により機械的に連結された図示しないロッカアーム機構によって、所定のタイミングで給気ポート及び、排気ポートを開閉するように往復駆動される。

スリーブ６は吸気通路２側の底端面６ｆが、吸気通路２を形成する壁面２ａから突出することなく略同一面上に位置するように配置されている。
そして、スリーブ６の底端面６ｆは、シリンダヘッド１の吸気通路２に開口し、他端は、吸気通路２の反対側の燃料ガス通路７に連通している。
図２（Ａ）及び，（Ｂ）に示すように、スリーブ６の中空円筒部を形成する内周面である周壁部６ｃには、スリーブ６の軸線と直角方向に形成された複数の吸入口６ｂが形成されている。
周壁部６ｃの厚み（板厚）部には、吸入口６ｂとスリーブ６の底端面６ｆに開口した燃料ガス噴射孔６ａとを連通する噴射通路６ｅが形成されている。噴射通路６ｅは噴射通路６ｅの軸線方向に対し直角方向断面が円形形状を成している。
本実施形態では、図２（Ｂ）に図２（Ａ）のＤ−Ｄ断面を示すように、噴射通路６ｅを周壁部６ｃに８ヶ所配設したが、使用目的に応じて増減させるとよい。
尚、本実施形態においては、吸入口６ｂは周壁部６ｃを貫通しているが、周壁部６ｃの外周側が閉塞された凹部形状でもよい。該凹部とスリーブ６の一端とを連通する噴射通路６ｅとが連通しており、燃料ガスが通過するようになっていればよい。

また、従来は吸入口６ｂの形状は図３に示すように、６ａの長径軸線Ｌ３がスリーブ６の軸線Ｌ１と平行になっている。
これは、吸入口６ｂの周縁の角部と吸気弁４の突出部５の外周面との摺接が常に同じ部分となり、当該部分の摩耗傷が発生し易くなる。
本実施例においては、図２（Ａ）のＦ矢視図を図３（A）に示すように、６ａの長径軸線Ｌ２はスリーブ６の軸線Ｌ１に対し傾斜角θを有して形成されている。
吸入口６ｂの周縁の角部と吸気弁棒４の突出部５の外周面５ａとの摺接面は、長径の吸入口６ｂが傾斜角θを有しているので、吸気弁棒４がスリーブ６の軸線Ｌ１方向に動くのに伴い、周方向（θ方向に沿って）に摺接移動するため、突出部５の外周面５ａに摩耗傷が発生しないようにすることができる。

吸気弁閉時、図１に作動を示すように、吸気ポート９は吸気弁３によって閉塞され、燃焼室１０への吸気導入が遮断されている。
この場合、吸気弁棒４の突出部５は吸入口６ｂの上側（燃料ガス通路７側）に位置しているので、燃料ガスは吸気通路２に噴射されない。
ピストンが吸気行程になると、図示されないロッカアーム機構により吸気弁３は底端縁６ｆ方向（燃焼室側）へ移動させられ、吸気弁３は吸気ポート９を開放すると共に、吸気弁棒４の突出部５の燃料通路側端縁５ｂが吸入口６ｂの上端縁６ｄを越えて下方（スリーブ６の底端面６ｆ側）へ移動すると、燃料ガス通路７の燃料ガスは、スリーブ６の周壁部６ｃと吸気弁棒４の外径φとの隙間８を通過し、吸入口６ｂから噴射通路６ｅを介して、燃料ガス噴射孔６ａから吸気通路２に噴射を開始し、燃料ガスと吸気との混合ガスは燃焼室１０に導入される。

このような構造とすることで、シリンダヘッド１の吸気通路２にスリーブ６の底端部が突出しないようにできるので、吸気の流通抵抗が軽減され、ポンピング仕事が軽減され燃料消費率が改善される。
また、吸気弁棒４の円柱状突出部５の外周面５ａと、吸気弁棒４がスリーブ６の軸線Ｌ１に沿って摺動するに伴い、吸入口６ｂの周縁の角部分との摺接が、周方向に移動するので、突出部外周面に摩耗傷の発生が抑制できる。
また、噴射通路６ｅの断面は円形状としたので、ドリル加工が容易となり、製造コストの抑制ができる。

（第２実施形態）
本実施形態は第１実施形態に対し、スリーブ１５の形状以外は同じなので、スリーブ１５の形状のみを説明し、その他は説明を省略する。
尚、同一部品については、同一符号を使用し、説明は省略する。

スリーブ１５は吸気通路２側の底端面１５ｆ端縁が、吸気通路２を形成する壁面２ａから突出することなく略同一面上に位置するように配置されている。
そして、スリーブ１５の端縁である底端面１５ｆは、シリンダヘッド１の吸気通路２に開口し、他端は、吸気通路２の反対側の燃料ガス通路７に連通している。
図４（Ａ）及び，（Ｂ）に示すように、スリーブ１５の中空円筒部を形成する内周面である周壁部１５ｃには、スリーブ１５の軸線と直角方向に形成された複数の吸入口１５ｂが形成されている。
周壁部１５ｃには、吸入口１５ｂとスリーブ１５の底端面１５ｆとを連通する溝状の噴射通路１５ｅが形成されている。噴射通路１５ｅは周壁部１５ｃの中空円筒部側に開口した断面矩形状の溝である。
尚、溝の断面形状は矩形状に限らず、半円形、Ｖ形状にしてもよい。
本実施形態では、図２（Ｂ）に示すように、噴射通路１５ｅを周壁部１５ｃに８ヶ所配設したが、使用目的に応じて増減させるとよい。
尚、本実施形態においては、吸入口１５ｂは周壁部１５ｃを貫通しているが、周壁部１５ｃの外周側が閉塞された凹部形状でもよい。該凹部とスリーブ１５の一端とを連通する噴射通路１５ｅとが連通しており、燃料ガスが通過するようになっていればよい。

このように構成することで、吸気弁３の作動中における噴射通路１５ｅと突出部５の外周面５ａとの周接部［突出部５の吸気弁棒軸線方向長さｍ〔図４（ａ）参照〕］以外は凹溝状部分の中空円筒部側が開放状態になるので、燃料ガスの流通抵抗が小さくなり、燃料供給量を増加させることができる。

燃料ガスを吸気通路内に供給する燃料ガスの噴射部が吸気通路内に突出しないようにして、吸気通路内を流れる吸気の流通抵抗を軽減させるガスエンジンの燃料ガス供給装置に用いるとよい。

１ シリンダヘッド
２ 吸気通路
３ 吸気弁
４ 吸気弁棒
５ 突出部
６ スリーブ
７ 燃料ガス通路
８ 円筒中空部
９ 吸気ポート
１０ 燃焼室
５ａ 外周面
６ａ、１５ａ 燃料ガス噴射孔
６ｂ、１５ｂ 吸入口
６ｃ、１５ｃ 周壁部
６ｅ、１５ｅ 噴射通路

Claims (5)

1. 吸気弁の開閉による吸気弁棒の上下動により、吸気通路に燃料ガスを供給するガスエンジンの燃料ガス供給装置において、
   前記吸気弁棒の軸方向の一部に形成され、辺りに比べ外径が大きい突出部と、
   該突出部が摺動可能に嵌合されるスリーブと、
   該スリーブに形成され、前記スリーブの内周面に開口する吸入口と、前記スリーブの底端面に開口する燃料ガス噴射孔とを有し、前記吸気弁棒の前記突出部の下方向への移動に伴って前記吸入口と前記燃料ガス噴射孔とにより、前記スリーブの内と前記吸気通路とを連通し、
   前記スリーブの底端面は、吸気通路を形成する壁面と略同一面上に位置するように配設されることを特徴とするガスエンジンの燃料ガス供給装置。
2. 前記吸入口と前記燃料ガス噴射孔とを連通する噴射通路は前記内周面を形成する板厚部に前記スリーブの軸線に沿った貫通孔であることを特徴とする請求項１記載のガスエンジンの燃料ガス供給装置。
3. 前記噴射通路の前記貫通孔は円形に形成されていることを特徴とする請求項２記載のガスエンジンの燃料ガス供給装置。
4. 前記吸入口と前記燃料ガス噴射孔とを連通する噴射通路は前記内周面を形成する板厚部に凹溝状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のガスエンジンの燃料ガス供給装置。
5. 前記吸入口の開口形状は、前記スリーブの軸線方向に直角方向視において長円形状で、且つ該長円の長径がスリーブの軸線に対して傾斜させていることを特徴とする請求項１記載のガスエンジンの燃料ガス供給装置。
   

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