JP6319125B2 - 副室式ガスエンジン - Google Patents

Description

本発明は、主燃焼室と副燃焼室とを有する副室式ガスエンジンに関する。

例えば特許文献１に開示されているように、主燃焼室と副燃焼室とを有する副室式ガスエンジンが従来より知られている。この副室式ガスエンジンは、主燃焼室の上方に設けられた副燃焼室にて、燃料ガスの濃度が比較的高い濃混合ガスを燃焼させて火炎ジェットを生成することで、これを着火源として主燃焼室内の希薄混合ガスを燃焼させるものである。この副室式ガスエンジンにおいては、燃焼行程で発生した燃焼ガスの逆流を防止するため、燃料ガス供給路に逆止弁が設けられている。

特開２０１２−１１２２８９号公報

ここで、逆止弁の挙動が不安定であると、燃焼ガスが燃料ガス供給路に逆流し、次のサイクルにおいて混合ガスが適切に供給されず、失火するおそれがある。特に、混合ガスの供給量が少ない場合には、この不具合が顕著に発生すると考えられる。しかしながら、特許文献１のように、弁体をばねで付勢させるような逆止弁は、逆止弁の挙動が不安定になるのを避けるため、複数の部品から構成されており、構造が複雑となる傾向にあった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、簡単な構造にて副室式ガスエンジンに用いられる逆止弁の挙動を安定化させることを目的とするものである。

本発明は、主燃焼室と、前記主燃焼室に連通する副燃焼室とを有する副室式ガスエンジンであって、前記副燃焼室に連通する筒状の収容空間が形成されたハウジングと、前記収容空間に収容され、前記収容空間の軸方向に沿って移動可能な柱状の逆止弁と、前記収容空間のうち前記逆止弁を挟んで前記副燃焼室側と反対側の部分に接続されるガス供給路と、を備え、前記逆止弁は、前記副燃焼室から前記収容空間へガスが流入することで、前記ガス供給路側へ移動して前記ガス供給路を閉塞し、前記ガス供給路から前記収容空間へガスが流入することで、前記副燃焼室側へ移動して前記ガス供給路を開放し、前記逆止弁の外周面には、前記逆止弁の軸方向に対して傾斜し、ガスが流通可能な溝が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、逆止弁の外周面に形成された溝に沿ってガスが流れる際に、柱状の逆止弁が軸周りに回転しながら移動することになる。このように逆止弁が自転運動することで、ジャイロ効果が生じ、逆止弁の姿勢が安定する。その結果、逆止弁が収容空間の内壁に衝突等することが緩和され、簡単な構造にて逆止弁の挙動を安定化させることができる。

本実施形態にかかる副室式ガスエンジンの一部を示す断面図である。 ガス供給管が閉塞された状態を示す断面図である。 螺旋溝に沿った断面における断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明にかかる副室式ガスエンジンの実施形態について説明する。なお、本実施形態の副室式ガスエンジンの構成は、基本的に特許文献１に記載のものと同様であるので、基本構成の説明は省略し、逆止弁付近の構成を中心に説明を行う。

図１は、本実施形態にかかる副室式ガスエンジンの一部を示す断面図である。副室式ガスエンジン１は、不図示のシリンダブロックに形成された主燃焼室１１と、シリンダヘッド１２に形成された副燃焼室１３とを有する。副燃焼室１３は、主燃焼室１１の上方に位置しており、連通路１４を介して主燃焼室１１と連通している。副燃焼室１３にて、燃料ガスの濃度が比較的高い濃混合ガスを燃焼させると、副燃焼室１３から連通路１４を経て火炎ジェットが主燃焼室１１に噴出し、これを着火源として主燃焼室１１内の希薄混合ガスを燃焼させる。

シリンダヘッド１２の上部には、凹状の取付部１５が形成されており、この取付部１５にハウジング１６が嵌め込まれている。ハウジング１６は、取付部１５の底面から離間した状態で取り付けられており、ハウジング１６の下方に形成される空間が副燃焼室１３となっている。

ハウジング１６には、円筒状の収容空間１７が形成されており、この収容空間１７に円柱状の逆止弁１８が収容される。収容空間１７の下部には、台座１９が設けられている。逆止弁１８の底面が台座１９に当接することで、逆止弁１８が台座１９よりも下方に移動できないようになっている。収容空間１７は、その下方に形成された連通孔２０を介して、副燃焼室１３と連通している。この連通孔２０は、台座１９により逆止弁１８の下方への移動が規制されることで、逆止弁１８により閉塞されることはない。

収容空間１７の上側の開口部分、換言すると、収容空間１７のうち逆止弁１８を挟んで副燃焼室１３側と反対側の部分には、ガス供給管２１が接続される。ガス供給管２１は、不図示の燃料噴射装置と接続される。燃料噴射装置から噴射された燃料ガスと空気とからなる混合ガスは、ガス供給管２１、収容空間１７および連通孔２０を介して、副燃焼室１３に供給される。副燃焼室１３に供給される混合ガスは、主燃焼室１１に供給される希薄混合ガスと比較して、空気に対する燃料ガスの比率が高い濃混合ガスである。

ハウジング１６には、点火プラグ２２が装着されている。点火プラグ２２の上端部は、ハウジング１６よりも上方に突出し、不図示のプラグコードと接続される。一方、点火プラグ２２の下端部は、副燃焼室１３に突出し、副燃焼室１３内で火花を発生させる。

逆止弁１８の詳細について説明する。本実施形態の逆止弁１８は、円柱状の本体部１８ａと、本体部１８ａの上方に形成され、本体部１８ａよりも外径が小さい閉塞部１８ｂとからなる。本体部１８ａの外周面には、上下全域にわたって本体部１８ａの軸方向に対して傾斜した螺旋溝２３が形成されている。閉塞部１８ｂは、その上端部が円錐台状となっており、この部分がガス供給管２１の下端部と当接可能となっている。

逆止弁１８（本体部１８ａ）の外径は、逆止弁１８が収容空間１７内を軸方向（上下方向）に沿って移動できるように、収容空間１７の内径よりも若干小さくされている。ただし、逆止弁１８の外周面と収容空間１７の内壁との間の隙間は、微量のガスが流れ得ると考えられるものの、ガスの流路としては想定されておらず、基本的にガスは螺旋溝２３を流れるものとする。

図２に示すように、副室式ガスエンジン１の膨張行程では、ガスの燃焼で発生した燃焼ガスが副燃焼室１３から収容空間１７に流入する。このとき、燃焼ガスは螺旋溝２３を上方に向かって流れ、逆止弁１８を上方に移動させる。逆止弁１８（閉塞部１８ｂ）がガス供給管２１の下端部に当接するまで上昇すると、ガス供給管２１が閉塞された状態となる。その結果、燃焼ガスがガス供給管２１へと逆流することを防止することができる。

一方、副室式ガスエンジン１の吸気行程では、混合ガスがガス供給管２１から供給される。このとき、供給される混合ガスの圧力により逆止弁１８が下方に移動することで、ガス供給管２１が開放される。ガス供給管２１が開放されると、収容空間１７に混合ガスが流入し、流入した混合ガスは螺旋溝２３を下方に向かって流れ、さらに逆止弁１８を下方に移動させる。最終的に逆止弁１８は、台座１９に当接した状態で静止する（図１参照）。

上述のように、燃焼ガスまたは混合ガスが逆止弁１８の軸方向に対して傾斜した溝２３に沿って流れることによって、円柱状の逆止弁１８が軸周りに回転しながら昇降することになる。このように逆止弁１８が自転運動することで、ジャイロ効果が生じ、逆止弁１８の姿勢が安定する。その結果、逆止弁１８が収容空間１７の内壁に衝突等することが緩和され、逆止弁１８の挙動を安定化させることができる。したがって、副燃焼室１３への混合ガスの供給が適切に行われ、副室式ガスエンジン１の失火を防止できる。特に、逆止弁１８の軸方向に対して傾斜した溝２３を、本実施形態のように螺旋溝２３とすることで、逆止弁１８が軸周りにより回転しやすくなり、逆止弁１８の挙動安定性を向上させることができる。また、逆止弁１８を付勢するばね等の別部品が不要で、逆止弁１８を安価に製造することができ、挙動の信頼性も向上する。

ここで、ジャイロ効果を利用して逆止弁１８の姿勢を安定させる場合、逆止弁１８の自転速度が速いほど、その効果が顕著となる。そこで、本実施形態では、図３に示すように、逆止弁１８に突出部２４を設けてある。図３は、螺旋溝２３に沿った断面における断面図であり、詳細には、螺旋溝２３に沿って一周したときの逆止弁１８の断面を便宜的に１つの断面図として示したものである。なお、図１、２においては、突出部２４の図示は省略している。

突出部２４は、螺旋溝２３の内壁から螺旋溝２３の内部に突出している。本実施形態では、周方向において約９０度ごとに等間隔で突出部２４を配設しているが、突出部２４の個数、配設位置、配設間隔等は適宜変更が可能である。ここで、螺旋溝２３の内壁とは、図２に示すように、螺旋溝２３の径方向内側を画定する周面２３ａ、螺旋溝２３の上側を画定する天井面２３ｂ、および螺旋溝２３の下側を画定する底面２３ｃを包括するものと定義する。本実施形態の突出部２４は、周面２３ａから径方向外側に突出するものであるが、天井面２３ｂから下方に突出するものや底面２３ｃから上方に突出するものでもよい。

突出部２４を設けることで、燃焼ガスまたは混合ガスが螺旋溝２３に沿って流れる際に、ガスが突出部２４に衝突し、逆止弁１８の軸周りの回転が促進される。その結果、逆止弁１８の自転速度が速くなり、ジャイロ効果が大きくなるので、逆止弁１８の挙動がより安定する。

図３に示すように、本実施形態の突出部２４は、傾斜面２４ａおよび垂直面２４ｂを有する。傾斜面２４ａは、ガス供給管２１側から副燃焼室１３側へと混合ガスが流れる際の流れ方向の上流側に形成されており、混合ガスの流れ方向の下流側へ向かうにつれて高さが高くなっている。一方、垂直面２４ｂは、副燃焼室１３側からガス供給管２１側へと燃焼ガスが流れる際の流れ方向の上流側に形成されており、周面２３ａに対して略垂直な面となっている。

ここで、吸気行程においてガス供給管２１から混合ガスが供給される際には、混合ガスをできるだけ迅速に副燃焼室１３へ供給するため、螺旋溝２３内における流路抵抗が小さいことが望ましい。そこで、上述のように、突出部２４のうち混合ガスの流れ方向の上流側に傾斜面２４ａを設けることで、螺旋方向に沿って流れる混合ガスに対する流路抵抗を小さくすることができ、混合ガスが螺旋溝２３内を円滑に流れることができるので、混合ガスの迅速な供給が可能となる。

一方、膨張行程において副燃焼室１３から収容空間１７へ燃焼ガスが流入する際には、燃焼ガスがガス供給管２１に逆流しないように、できるだけ迅速に逆止弁１８を上方に移動させて、ガス供給管２１を閉塞する必要がある。そこで、上述のように、突出部２４のうち燃焼ガスの流れ方向の上流側に垂直面２４ｂを設けることで、螺旋方向に沿って流れる混合ガスが垂直面２４ｂに衝突しやすくなり、逆止弁１８の回転速度が速くすることができる。その結果、逆止弁１８を迅速に上方へ移動させることができ、より確実に燃焼ガスの逆流を防止することができる。

また、本実施形態では、図２に示すように、ガス供給路２１側の螺旋溝２３の断面積Ａが、副燃焼室１３側の螺旋溝２３の断面積Ｂよりも大きくなっている。換言すると、螺旋溝２３の断面積は、副燃焼室１３側よりもガス供給路２１側において大きくなっている。このため、混合ガスがガス供給路２１側から螺旋溝２３内に流入する際の抵抗を小さくすることができ、より迅速に混合ガスを供給することが可能となる。

［他の実施形態］
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上記実施形態の要素を適宜組み合わせまたは種々の変更を加えることが可能である。

上記実施形態では、突出部２４が傾斜面２４ａおよび垂直面２４ｂを有して構成されるものとした。しかしながら、傾斜面２４ａを有することは必須ではないし、垂直面２４ｂを傾斜面とすることも可能である。例えば、上記実施形態の突出部２４に代わって、単に板状のリブを突出部２４として設けてもよいし、突出部２４を省略してもよい。また、螺旋溝２３の断面積は一定であってもよい。また、螺旋溝２３のように本体部１８ａの周方向において一周以上することは必須ではなく、本体部１８ａ（逆止弁１８）の軸方向に対して傾斜した溝であって、ジャイロ効果を発揮する溝であればよい。

１：副室式ガスエンジン
１１：主燃焼室
１３：副燃焼室
１６：ハウジング
１７：収容空間
１８：逆止弁
２１：ガス供給管（ガス供給路）
２３：螺旋溝
２４：突出部
２４ａ：傾斜面

Claims (3)

1. 主燃焼室と、前記主燃焼室に連通する副燃焼室とを有する副室式ガスエンジンであって、
   前記副燃焼室に連通する筒状の収容空間が形成されたハウジングと、
   前記収容空間に収容され、前記収容空間の軸方向に沿って移動可能な柱状の逆止弁と、
   前記収容空間のうち前記逆止弁を挟んで前記副燃焼室側と反対側の部分に接続されるガス供給路と、
   を備え、
   前記逆止弁は、前記副燃焼室から前記収容空間へガスが流入することで、前記ガス供給路側へ移動して前記ガス供給路を閉塞し、前記ガス供給路から前記収容空間へガスが流入することで、前記副燃焼室側へ移動して前記ガス供給路を開放し、
   前記逆止弁の外周面には、前記逆止弁の軸方向に対して傾斜し、ガスが流通可能な溝が形成されており、
   前記溝は螺旋溝であり、
   前記螺旋溝の内壁から前記螺旋溝の内部に突出する突出部が設けられており、
   ガスが前記螺旋溝に沿って流れることによって、前記逆止弁が軸周りに回転しながら昇降することを特徴とする副室式ガスエンジン。
2. 前記突出部は、前記ガス供給路側から前記副燃焼室側へガスが流れる際の流れ方向の上流側に、前記流れ方向の下流側に向かうにつれて高さが高くなる傾斜面を有している請求項１に記載の副室式ガスエンジン。
3. 前記螺旋溝の断面積が、前記副燃焼室側よりも前記ガス供給路側において大きくなっている請求項１又は２に記載の副室式ガスエンジン。
   

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