JP7325878B1

JP7325878B1 - gas engine

Info

Publication number: JP7325878B1
Application number: JP2023029708A
Authority: JP
Inventors: 貴弘山崎
Original assignee: Rise Pit Co Co Ltd
Current assignee: Rise Pit Co Co Ltd
Priority date: 2023-02-28
Filing date: 2023-02-28
Publication date: 2023-08-15
Anticipated expiration: 2043-02-28
Also published as: JP2024122831A; JP2024122262A; JP7465422B1

Abstract

【目的】食物残滓，動物の糞尿などの無酸素状態で加熱された有機物から生成される燃料によって稼働し、且つ燃料の可燃性物質を有効に燃焼させて稼働させさせることができる作動効率の極めて高いガスエンジンを提供すること。【構成】吸気バルブシート１４を有する吸気ポート１３と排気バルブシート１６を有する排気ポート１５が設けられた燃焼室壁面１２ａを有するシリンダーヘッド１２と、吸気バルブ３１と排気バルブ３２と、２個の点火プラグ２１，２２と備えること。シリンダヘッド１２に第１の点火プラグ２１，吸気バルブ３１，第２の点火プラグ２２及び排気バルブ３２が周回りに配置されると共に吸気ポート１３から吸気したガス燃料の噴射の中心線上に第１の点火プラグ２１の点火ギャップ２１ａが配置され、食物残滓，動物の糞尿等の水分を含む有機物による気体を燃料とするガスエンジンとすること。【選択図】図１[Purpose] It operates with fuel generated from organic matter heated in anoxic conditions, such as food residue and animal excrement, and can operate by effectively burning combustible substances of the fuel to achieve extremely high operating efficiency. To provide an expensive gas engine. [Composition] A cylinder head 12 having a combustion chamber wall surface 12a provided with an intake port 13 having an intake valve seat 14 and an exhaust port 15 having an exhaust valve seat 16, an intake valve 31 and an exhaust valve 32, and two ignitions. Provided with plugs 21,22. A first spark plug 21, an intake valve 31, a second spark plug 22, and an exhaust valve 32 are arranged around the cylinder head 12, and the first spark plug is positioned on the injection centerline of gas fuel taken in from the intake port 13. The ignition gap 21a of the ignition plug 21 is arranged, and the gas engine uses the gas of organic matter containing moisture such as food residue, animal feces and urine as fuel. [Selection diagram] Fig. 1

Description

本発明は、食物残滓，動物の糞尿などの無酸素状態で加熱された有機物から生成される燃料によって稼働し、且つ燃料の可燃性物質を有効に燃焼させて稼働させることができる作動効率の極めて高いガスエンジンに関する。 The present invention operates with fuel generated from organic matter heated in anoxic conditions such as food residue, animal manure, etc., and can operate by effectively burning combustible substances of the fuel. Concerning high gas engines.

近年、食物の生ゴミ，残滓或いは家畜等の動物の糞尿による有機物から生成されるガスを燃料(バイオ系ガス燃料とも呼ばれる)として稼働するエンジンが発電用或いは通常の動力用として使用されるようになってきた。生ゴミ，残滓，家畜動物の糞尿は、無酸素状態で蒸し焼きにして固化して埋め立てるというゴミ処理が一般的に行われており、その過程で発生するガスが大気に放出されると環境汚染になる。そこで、この燃え難いガスを燃焼させて発電のエネルギとして使えれば再生資源の有効活用となり、環境保全に大いに寄与することになる。 In recent years, engines that operate using gas (also called bio-based gas fuel) generated from organic matter such as food waste, residue, or excrement of animals such as livestock are used for power generation or general power. It's becoming Garbage, residue, and manure of livestock animals are generally disposed of by steaming, solidifying, and landfilling in an oxygen-free environment. If the gas generated in the process is released into the atmosphere, it will pollute the environment. Become. Therefore, if this incombustible gas can be burned and used as energy for power generation, it will be an effective use of recycled resources and will greatly contribute to environmental conservation.

特開２００９－１７４３９２号公報JP 2009-174392 A

このような再生資源を活用したガスエンジンについては、多く存在するものであり、その一例として特許文献１を上げてみる。これらの従来技術は、より一層、発電効率を向上させるものであり、優れた効果を生み出している。しかし、ガスエンジンの燃料の再生資源として、生ゴミ，残滓，家畜動物の糞尿から生成したガスつまりバイオ系ガス燃料を使用する場合には、以下の問題点が存在する。 There are many gas engines that utilize such recycled resources, and Patent Document 1 is cited as an example. These conventional techniques further improve power generation efficiency and produce excellent effects. However, there are the following problems when using bio-based gas fuel, that is, gas generated from garbage, residue, and manure of livestock animals, as a recycled fuel for gas engines.

生ゴミ，残滓，家畜動物の糞尿から生成したガスの燃料には、種々の物質が含まれており、粗悪な燃料となり、したがって、これをそのまま、ガスエンジンの燃料として使用した場合には、ガスエンジンは、その動作を十分に発揮することができないものである。そのために、再生資源を利用したガスエンジンの燃料は、有効に使用可能にするための精製装置等の種々の装置が必要となり、これらを使用すると、極めて大掛かりな装置及び設備となり、その結果、このような装置及び設備は高価且つ大型の施設となってしまう。 Gas fuel produced from food waste, residue, and manure of livestock animals contains various substances, making it an inferior fuel. The engine is one that cannot fully demonstrate its operation. For this reason, fuel for gas engines using recycled resources requires various devices such as refining devices in order to be able to be used effectively. Such devices and equipment result in expensive and large facilities.

そのため、中小の発電所等で使用するガスエンジンにおいて、再生資源を燃料とすることは、不可能又は極めて困難であった。そこで、本発明が解決しようとする課題(技術的課題又は目的等)は、上記のように大掛かりな精製装置等の種々の装置を使用することなく、バイオ系ガス燃料を略そのままガスエンジンの燃料として使用することができるガスエンジンを極めて簡単な構成で且つ低価格に提供することにある。 Therefore, it has been impossible or extremely difficult to use recycled resources as fuel in gas engines used in small- and medium-sized power plants. Therefore, the problem (technical problem, object, etc.) to be solved by the present invention is to use bio-based gas fuel as fuel for a gas engine without using various devices such as large-scale refining devices as described above. To provide a gas engine which can be used as a gas engine with an extremely simple structure and at a low cost.

そこで、発明者は上記課題を解決すべく鋭意，研究を重ねた結果、請求項１の発明を、吸気バルブシートを有する吸気ポートと排気バルブシートを有する排気ポートが設けられた球殻状の燃焼室壁面を有するシリンダーヘッドと、吸気バルブと排気バルブと、２個の点火プラグと備え、前記シリンダヘッドを平面的に見て、該シリンダヘッドに第１の前記点火プラグ，前記吸気バルブ，第２の前記点火プラグ及び前記排気バルブが周回りに配置されると共に前記吸気ポートから吸気したガス燃料による混合気の噴射の中心線上に第１の前記点火プラグの点火ギャップが配置され、第１の前記点火プラグの前記点火ギャップには、前記吸気ポートから噴射されるガス燃料を直接受けるようにされ、前記吸気バルブシートの内周の一部で且つ第１の前記点火プラグ側の周壁面の断面はバルブ当たり面側に向かうに従い内径が拡がる傾斜直線状とし、食物残滓，動物の糞尿等の水分を含む有機物が無酸素状態で加熱されて熱分解されることによって発生する気体を燃料とすることを特徴としたガスエンジンとしたことにより、上記課題を解決した。 Therefore, as a result of earnest research to solve the above-mentioned problems, the inventors have developed the invention of claim 1. A cylinder head having a chamber wall surface, an intake valve, an exhaust valve, and two spark plugs. The ignition plug and the exhaust valve are arranged around the periphery, and the ignition gap of the first ignition plug is arranged on the center line of the injection of the air-fuel mixture by the gas fuel taken in from the intake port, The ignition gap of the spark plug is adapted to directly receive the gaseous fuel injected from the intake port. It has an inclined straight line shape with an inner diameter that expands toward the valve contact surface side , and uses the gas generated by thermal decomposition by heating organic matter containing moisture such as food residue, animal excrement, etc. in an oxygen-free state as fuel. The above problem was solved by making it a gas engine with a special feature.

請求項２の発明を、請求項１に記載のガスエンジンにおいて、前記吸気バルブシートの内周の一部で且つ第１の前記点火プラグ側と反対側の周壁面の断面は弧状としてなることを特徴とするガスエンジンとしたことにより、上記課題を解決した。 In the gas engine according to claim 2, the cross section of the peripheral wall surface on the side opposite to the first spark plug side, which is part of the inner circumference of the intake valve seat, is arcuate. The above problem was solved by making it a characteristic gas engine.

請求項３の発明を、請求項１又は２に記載のガスエンジンにおいて、ガス発生炉から直接燃料ガスを導き、該燃料ガスの圧力が２.８kPa～４kPaの場合は、そのまま燃料圧力２．８ｋPa付近の圧力に調整する燃料圧力調整器に導きそこからエンジンのミキサに供給し、前記ガス発生炉出口のガス圧力が前記圧力の最低値より低い場合は、圧縮機で２.８kPa～４kPaになるようにして加圧して燃料圧力調整器に供給してなることを特徴とするガスエンジンとしたことにより、上記課題を解決した。 In the gas engine according to claim 1 or 2, when the fuel gas is directly introduced from the gas generation furnace and the pressure of the fuel gas is 2.8 kPa to 4 kPa, the fuel pressure is 2.8 kPa. It is led to a fuel pressure regulator that adjusts to a pressure in the vicinity and from there to the engine mixer, and if the gas pressure at the gas generator outlet is lower than the minimum value of the pressure, it will be 2.8 kPa to 4 kPa at the compressor. The above problem has been solved by providing a gas engine characterized in that the fuel is pressurized in this way and supplied to the fuel pressure regulator.

請求項４の発明を、請求項１又は２に記載のガスエンジンにおいて、ガス発生炉からのガスを圧力容器などに加圧して充填した場合は減圧弁で５０kPa以下になるように減圧して燃料圧力調整器に供給してなることを特徴とするガスエンジンとしたことにより、上記課題を解決した。請求項５の発明を、請求項１又は２に記載のガスエンジンにおいて、前記点火ギャップにおける水素の体積割合が混合ガスである燃料と空気の混合気の体積に対して５％にしてなることを特徴とするガスエンジンとしたことにより、上記課題を解決した。 In the gas engine according to claim 1 or 2, when the gas from the gas generation furnace is pressurized and filled in a pressure vessel or the like, the invention of claim 4 is decompressed to 50 kPa or less with a pressure reducing valve. The above problems have been solved by providing a gas engine characterized in that the gas is supplied to the pressure regulator. According to the invention of claim 5, in the gas engine of claim 1 or 2, the volume ratio of hydrogen in the ignition gap is 5% with respect to the volume of the mixture of fuel and air, which is a mixed gas. The above problem was solved by making it a characteristic gas engine.

請求項１の発明では、食物残滓，動物の糞尿等の水分を含む有機物が無酸素状態で加熱されて熱分解されることによって発生する気体を燃料とするエンジンにおいて、燃料効率に優れたものにできる。また、このような、効果を有するものでありながら、極めて簡易な構成で且つ低価格に提供することができる。つまり、生ゴミ，残滓，家畜動物の糞尿から生成したガスの燃料は、一般的に粗悪なものである。したがって、これをそのまま、ガスエンジンの燃料として使用した場合には、ガスエンジンは、その動作を十分に発揮することができないものであった。 According to the first aspect of the invention, an engine that uses as fuel a gas generated by thermal decomposition of organic matter containing water such as food residue, animal excrement, etc. by heating in anoxic conditions has excellent fuel efficiency. can. Moreover, while having such effects, it can be provided with a very simple configuration and at a low cost. In other words, gas fuels generated from food scraps, residues and manure of livestock animals are generally of poor quality. Therefore, when this is used as fuel for a gas engine as it is, the gas engine cannot fully exhibit its operation.

本発明におけるガスエンジンでは吸気バルブシートを有する吸気ポートと排気バルブシートを有する排気ポートが設けられた球殻状の燃焼室壁面を有するシリンダーヘッドと、吸気バルブと排気バルブと、２個の点火プラグと備え、前記シリンダヘッドを平面的に見て、該シリンダヘッドに第１の前記点火プラグ，吸気バルブ，第２の前記点火プラグ及び排気バルブが周回りに配置されると共に前記吸気ポートから吸気したガス燃料の噴射の中心線上に第１の前記点火プラグの点火ギャップが配置される構成としたものである。 In the gas engine of the present invention, a cylinder head having a spherical shell-shaped combustion chamber wall surface provided with an intake port having an intake valve seat and an exhaust port having an exhaust valve seat, an intake valve and an exhaust valve, and two spark plugs. In a plan view of the cylinder head, the first spark plug, the intake valve, the second spark plug and the exhaust valve are arranged around the cylinder head, and the intake port takes in air. The ignition gap of the first spark plug is arranged on the injection center line of the gas fuel.

これによって、吸入行程時に吸気ポートから吸気バルブシートを介してシリンダヘッド内に流入するガス燃料と吸入空気との混合気は速度が付勢されて強いスワールを発生し、且つスワールが圧縮行程から膨脹行程初期まで持続することができ、前述したように燃料効率に優れたガスエンジンにすることができる。そして、上記のように大掛かりな精製装置等の種々の装置を使用することなく、バイオ系ガス燃料を略そのままガスエンジンの燃料として使用することができる。 As a result, the mixture of gaseous fuel and intake air flowing into the cylinder head from the intake port through the intake valve seat during the intake stroke is accelerated to generate a strong swirl, and the swirl expands from the compression stroke. It can be maintained until the beginning of the stroke, and as described above, the gas engine can have excellent fuel efficiency. As described above, the bio-based gas fuel can be used almost as it is as the fuel for the gas engine without using various devices such as a large-scale refining device.

請求項２の発明では、前記吸気バルブシートの内周の一部で且つ第１の前記点火プラグ側の周壁面の断面は直線状とすると共に前記吸気バルブシートの内周の一部で且つ第１の前記点火プラグ側と反対側の周壁面の断面は弧状としたことにより、吸入行程時に吸気バルブの傘形状部と吸気バルブシートとのバルブの当たり面の間隙を通過するガス燃料と吸入空気により構成される混合気は、第１の点火プラグと反対側への流れを少なくし、第１の点火プラグ側への流れを多くして、しかもその流れを付勢して強いスワールを発生させることができる。 In the invention according to claim 2, the section of the peripheral wall surface on the side of the first spark plug, which is part of the inner circumference of the intake valve seat, is linear, and is part of the inner circumference of the intake valve seat and is the first one. The cross section of the peripheral wall on the side opposite to the spark plug side of 1 is arcuate, so that gas fuel and intake air pass through the gap between the valve contact surface between the umbrella-shaped portion of the intake valve and the intake valve seat during the intake stroke. The air-fuel mixture formed by reduces the flow to the side opposite to the first spark plug, increases the flow to the first spark plug side, and energizes the flow to generate a strong swirl. be able to.

つまり、吸気バルブシートの内周の一部で且つ第１の前記点火プラグ側の周壁面の断面は直線状とすることにより、シリンダヘッド内に流入する混合気は、第１の点火プラグ側に円滑に流れ易くし、第１の点火プラグの反対側では混合気はその流れに抵抗を受けることによって、流れ難い状態となり、したがって、シリンダヘッド内に流入しようとする混合気はほとんどが第１の点火プラグ側に向かって竜にして噴射することとなり、強力なスワールを発生することができるものである。 That is, by making the cross section of the peripheral wall surface on the side of the first spark plug, which is part of the inner periphery of the intake valve seat, linear, the air-fuel mixture flowing into the cylinder head is directed to the side of the first spark plug. The air-fuel mixture on the opposite side of the first spark plug receives resistance to its flow, making it difficult to flow. A powerful swirl can be generated by injecting the jet toward the ignition plug side in a dragon shape.

これによって、吸入行程の初期では、吸気ポートから流入する混合気は、該混合気を構成する成分が均一となるように混ぜられた状態となり、吸入行程の中期ではシリンダヘッド及びシリンダ部内への流入時における強力なスワールにより混合気は各成分に分離され、シリンダヘッド及びシリンダ部内で中央部分に軽い分子が集まり、外周には重い分子が集まり、燃焼し易い分子と、燃焼し難い分子が分離される。そして、中央部分に集中した成分は燃焼し易い分子のみとなり燃焼効率が向上させることができる。請求項３乃至請求項５の発明では、より一層効率の良いガスエンジンを提供することができる。 As a result, at the beginning of the intake stroke, the air-fuel mixture flowing in from the intake port is mixed so that the components constituting the air-fuel mixture are uniform, and in the middle of the intake stroke, the air-fuel mixture flows into the cylinder head and the cylinder portion. The air-fuel mixture is separated into each component by a strong swirl at the time, light molecules gather in the center part in the cylinder head and cylinder part, heavy molecules gather in the outer periphery, and easily combustible molecules and difficult-to-combust molecules are separated. be. Then, the components concentrated in the central portion are only easily combustible molecules, and the combustion efficiency can be improved. According to the inventions of claims 3 to 5, it is possible to provide a more efficient gas engine.

本発明のガスエンジンで発電システム全体を構成した全体図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the general view which comprised the whole electric power generation system with the gas engine of this invention. （Ａ）は吸気バルブと排気バルブを含む部分のシリンダーヘッドの断面図、（Ｂ）は点火プラグを含むシリンダヘッドの要部断面図、（Ｃ）はスワールの状態を模式的に示す図である。(A) is a cross-sectional view of a portion of the cylinder head including intake valves and exhaust valves, (B) is a cross-sectional view of the essential parts of the cylinder head including spark plugs, and (C) is a diagram schematically showing a swirl state. . （Ａ）は吸気ポートから点火プラグに燃料噴射している状態を示す平面略示図、（Ｂ）は吸気ポートから吸気バルブシートを介して第１の点火プラグに燃料噴射している状態を示す要部縦断面図、（Ｃ）は（Ｂ）の（β）部拡大図である。(A) is a schematic plan view showing a state in which fuel is injected from the intake port to the spark plug, and (B) shows a state in which fuel is injected from the intake port to the first spark plug via the intake valve seat. FIG. 2C is a vertical cross-sectional view of a main part, and FIG. (Ａ)は吸気バルブシートのスロート側から見た平面図、（Ｂ）は吸気バルブシートのバルブ当たり面側から見た平面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＸ1－Ｘ1矢視断面図、（Ｄ）は（Ｂ）のＸ2－Ｘ2矢視断面図、（Ｅ）の（Ｂ）のＸ3－Ｘ3矢視断面図。(A) is a plan view of the intake valve seat viewed from the throat side, (B) is a plan view of the intake valve seat viewed from the valve contact surface side, (C) is a cross-sectional view of (B) taken along the line X1-X1, (D) is a cross-sectional view taken along line X2-X2 in (B), and a cross-sectional view taken along line X3-X3 in (E). （Ａ）は第１の点火プラグに対応する吸気バルブシートの斜視図、（Ｂ）は図４（Ｂ）のＸ1－Ｘ1矢視部分で断面とした斜視図、（Ｃ）はは図４（Ｂ）のＸ3－Ｘ3矢視部分で断面とした斜視図である。(A) is a perspective view of the intake valve seat corresponding to the first spark plug, (B) is a cross-sectional perspective view taken along the line X1-X1 in FIG. 4 (B), (C) is FIG. B) is a perspective view taken along the line X3-X3. 点火にける燃料ガスの分布状態を模式的に示すグラフである。4 is a graph schematically showing the distribution state of fuel gas in ignition. （Ａ）乃至（Ｅ）は点火にける燃料ガスの分布状態を模式的に示す図。(A) to (E) are diagrams schematically showing the distribution state of fuel gas in ignition. ガス燃料の分子量と不燃ガス／可燃ガスの割合の算出を示す表である。It is a table|surface which shows calculation of the molecular weight of gas fuel, and the ratio of nonflammable gas / combustible gas.

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。本発明におけるガスエンジンＡは、直列４シリンダの構成としたエンジンとして説明する。基本的な構造としては、シリンダ部１１とシリンダヘッド１２とから構成されるシリンダブロック１とを備えている〔図２(Ａ)参照〕。シリンダブロック１は、複数のシリンダ部１１，１１，…が直列に配置された構造を有するものである。本発明では、発電機用ガスエンジンを４気筒として説明する。つまり、シリンダ部１１の数を４として説明する(図１参照)。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The gas engine A in the present invention will be described as an engine having an in-line four-cylinder configuration. The basic structure is provided with a cylinder block 1 composed of a cylinder portion 11 and a cylinder head 12 (see FIG. 2(A)). The cylinder block 1 has a structure in which a plurality of cylinder portions 11, 11, . . . are arranged in series. In the present invention, the generator gas engine is described as having four cylinders. That is, the number of cylinder portions 11 is assumed to be 4 (see FIG. 1).

ピストンが上下運動可能に収納されたシリンダ部１１の上部にはシリンダヘッド１２が設けられ、該シリンダヘッド１２の下面が燃焼室壁面１２ａとして形成されている〔図３(Ｂ)，（Ｃ）参照〕。該燃焼室壁面１２ａは、略球面形状さらに具体的には扁平球面状凹面をなしている。前記シリンダヘッド１２（又は前記シリンダ部１１）の上面側から平面的に見て、２個の点火プラグ２１，２２〔図２(Ｂ)参照〕と、吸気バルブ３１及び排気バルブ３２〔図２(Ａ)参照〕が設けられている。 A cylinder head 12 is provided in the upper part of a cylinder part 11 in which a piston is vertically movable, and a lower surface of the cylinder head 12 is formed as a combustion chamber wall surface 12a (see FIGS. 3B and 3C). ]. The combustion chamber wall surface 12a has a substantially spherical shape, more specifically, a flattened spherical concave surface. Two spark plugs 21 and 22 [see FIG. 2(B)], an intake valve 31 and an exhaust valve 32 [see FIG. A)] is provided.

具体的には、前記吸気バルブ３１，点火プラグ２１，前記排気バルブ３２及び点火プラグ２２が４等分で周回りに配されている〔図３(Ａ)参照〕。２個の点火プラグ２１，２２は、同一物であるが、燃焼室壁面１２ａに設置される位置が異なり、点火プラグ２１は、吸気ポート１３からシリンダヘッド１２内に流入するガス燃料による混合気(混合気体又は混合ガスと称することもある)の噴射を最初に受けるものである。したがって、点火プラグ２１は、混合気を最初に受けるので、第１の点火プラグ２１と称する。また、点火プラグ２２は、ガス燃料による混合気を第１の点火プラグ２１の次(つまり２番目)に受けるので、第２の点火プラグ２２と称する。 Specifically, the intake valves 31, the ignition plugs 21, the exhaust valves 32 and the ignition plugs 22 are equally divided into four and arranged around the circumference (see FIG. 3(A)). The two spark plugs 21 and 22 are the same, but their positions on the combustion chamber wall surface 12a are different. (sometimes referred to as a gas mixture or mixture of gases). Therefore, the spark plug 21 is called the first spark plug 21 because it receives the air-fuel mixture first. Also, the spark plug 22 is called the second spark plug 22 because it receives the gas-fuel mixture after the first spark plug 21 (that is, second).

第１の点火プラグ２１は、吸気ポート１３からの燃料吸気による混合気を吸気バルブシート１４からの噴射方向の線上に位置している。換言すると、吸気ポート１３の燃焼室壁面１２ａの開口箇所から該開口箇所に装着された吸気バルブシート１４を介してシリンダヘッド１２内に噴射されるガス燃料の噴射方向の中心線の延長上に第１の点火プラグ２１の点火ギャップ２１ａが配置されるように第１の点火プラグ２１が配置されている。 The first spark plug 21 is positioned on a line in the injection direction from the intake valve seat 14 of the air-fuel mixture produced by the fuel intake from the intake port 13 . In other words, the gaseous fuel injected into the cylinder head 12 from the opening of the combustion chamber wall surface 12a of the intake port 13 via the intake valve seat 14 attached to the opening of the cylinder head 12 extends along the centerline of the injection direction. The first spark plugs 21 are arranged such that the ignition gap 21a of one spark plug 21 is arranged.

このような構成としているので、第１の点火プラグ２１の点火ギャップ２１ａには、吸気ポート１３から噴射されるガス燃料を直接受けることになる。そして、ガス燃料による吸気の速度を付勢して強いスワール（渦流とも言う）Ｓを発生させ、且つ該スワール（渦流）Ｓが圧縮行程から膨脹行程初期まで持続するようにしている。 With such a configuration, the ignition gap 21 a of the first spark plug 21 directly receives gas fuel injected from the intake port 13 . A strong swirl (also referred to as a vortex) S is generated by urging the velocity of the intake air by gaseous fuel, and the swirl (vortex) S is maintained from the compression stroke to the beginning of the expansion stroke.

強いスワール（渦流）Ｓを発生させることにより、シリンダヘッド１２内に流入した混合気に大きな遠心力を与え、混合気内の質量の小さい成分と、質量の大きい成分とを分離することができる。強いスワールＳを発生させるために、燃焼室壁面１２ａにおける吸気ポート１３の開口に装着された吸気バルブシート１４は、シリンダヘッド１２内に流入する混合気のほとんどが点火プラグ２１の点火ギャップ２１ａに集中して向うかうようにするための形状構造を有している。この構造については、後述する。 By generating a strong swirl (eddy current) S, a large centrifugal force can be applied to the air-fuel mixture flowing into the cylinder head 12, and components with a small mass in the air-fuel mixture can be separated from components with a large mass. In order to generate a strong swirl S, the intake valve seat 14 attached to the opening of the intake port 13 on the combustion chamber wall surface 12a concentrates most of the air-fuel mixture flowing into the cylinder head 12 into the ignition gap 21a of the spark plug 21. It has a shape structure that allows it to face This structure will be described later.

前記燃焼室壁面１２ａの曲率半径Ｒは、前記シリンダ部１１の中心軸ｎ上の任意の点Ｐに位置している。さらに、２個の前記点火プラグ２１及び点火プラグ２２のそれぞれの中心軸ｍ，ｍ及び、前記吸気バルブ３１及び排気バルブ３２のそれぞれの中心軸ｎ，ｎは、前記点Ｐ上を通過するように構成されている。つまり、中心軸ｍ，ｍ及び中心軸ｎ，ｎは、前記点Ｐで交わる構成となっている。前述したように、シリンダヘッド１２には、吸気ポート１３及び排気ポート１５が設けられており、燃焼室壁面１２ａには吸気ポート１３の開口及び排気ポート１５の開口が形成されている。 The curvature radius R of the combustion chamber wall surface 12a is positioned at an arbitrary point P on the central axis n of the cylinder portion 11. As shown in FIG. Furthermore, the central axes m, m of the two spark plugs 21 and 22 and the central axes n, n of the intake valves 31 and the exhaust valves 32 are arranged so as to pass through the point P. It is configured. That is, the center axes m, m and the center axes n, n are configured to intersect at the point P described above. As described above, the cylinder head 12 is provided with the intake port 13 and the exhaust port 15, and the opening of the intake port 13 and the opening of the exhaust port 15 are formed in the combustion chamber wall surface 12a.

そして、シリンダヘッド１２の燃焼室壁面１２ａにおいて、吸気ポート１３の開口に吸気バルブシート１４が設けられ、排気ポート１５の開口には排気バルブシート１６が設けられている〔図２(Ａ)，図３（Ａ）参照〕。吸気バルブシート１４及び排気バルブシート１６は、リング状の肩部が一致するように、また点火プラグ２１の先端の縁も一致するように取り付けられている。これらの中心線は、燃焼室壁面１２ａの半径Ｒの中心点Ｐを通る放射状の線分である。排気バルブシート１６は、吸気バルブシート１４とは異なり、通常のバルブシートが使用されても構わない。 On the combustion chamber wall surface 12a of the cylinder head 12, an intake valve seat 14 is provided at the opening of the intake port 13, and an exhaust valve seat 16 is provided at the opening of the exhaust port 15 (Fig. 2A, Fig. 2A). 3(A)]. The intake valve seat 14 and the exhaust valve seat 16 are attached so that the ring-shaped shoulder portions and the edge of the tip of the spark plug 21 are also aligned. These centerlines are radial line segments passing through the center point P of the radius R of the combustion chamber wall surface 12a. Unlike the intake valve seat 14, the exhaust valve seat 16 may be a normal valve seat.

第１の点火プラグ２１と第２の２２との間隔ｄは、シリンダ部１１の内径Ｄの略(１／２)以下であり、数式で示すとｄ≦(１／２)Ｄとなる。このような構成は、点火と着火、火炎伝播に影響を与えるものである。第１，第２の両点火プラグ２１，２２の点火ギャップ２１ａ，２２ａは，燃焼室壁面１２ａより僅かに(具体的には、６mm以下)突き出た方がスワールＳに厚みがあることにより、点火時のスワールＳの厚さ方向の中央にした方が着火性に有利である。 The distance d between the first spark plug 21 and the second spark plug 22 is approximately (1/2) or less of the inner diameter D of the cylinder portion 11, and is expressed as d≦(1/2)D by a mathematical expression. Such a configuration affects ignition, ignition and flame propagation. The ignition gaps 21a and 22a of both the first and second spark plugs 21 and 22 protrude slightly (specifically, 6 mm or less) from the combustion chamber wall surface 12a. It is advantageous for ignitability to place the swirl S at the center in the thickness direction.

本発明のガスエンジンＡにおいて、後述するバイオマス系のガス燃料を有効に活用し、スワールＳを強めるための構成を有するものである。つまり、吸気ポート１３からシリンダヘッド１２及びシリンダ部１１内に流入するガス燃料の混合気の噴射によって、最初にスワールＳが高速で第１の点火プラグ２１の点火ギャップ２１ａに向かいつつ、スワールＳに強い遠心力が発生するようにしたものである。そのために、吸気バルブシート１４を以下のような構成としている。その構成としては、吸気バルブシート１４を非対称の形状としている(図４，図５参照)。 The gas engine A of the present invention has a configuration for effectively utilizing a biomass-based gas fuel, which will be described later, to strengthen the swirl S. That is, due to the injection of the gas-fuel mixture flowing into the cylinder head 12 and the cylinder portion 11 from the intake port 13, the swirl S first moves toward the ignition gap 21a of the first spark plug 21 at high speed, and then the swirl S It is designed to generate a strong centrifugal force. Therefore, the intake valve seat 14 is configured as follows. As for its configuration, the intake valve seat 14 has an asymmetrical shape (see FIGS. 4 and 5).

シリンダヘッド１２の燃焼室壁面１２ａにおける吸気ポート１３のガス燃料の流入開口に吸気バルブシート１４が設けられている。該吸気バルブシート１４は、バルブ当たり面１４１，スロート部１４２及び内周側面部１４３を有している。バルブ当たり面１４１には、吸気バルブ３１の円錐状側面を有する傘形状部３１ａが密着状に当接する部位である。したがって、バルブ当たり面１４１は、吸気バルブ３１の樹傘形状部３１ａの円錐側面に対応する円錐状凹み面をなしている。 An intake valve seat 14 is provided at a gaseous fuel inflow opening of an intake port 13 in a combustion chamber wall surface 12 a of the cylinder head 12 . The intake valve seat 14 has a valve contact surface 141 , a throat portion 142 and an inner peripheral side surface portion 143 . The valve abutment surface 141 is a portion with which the umbrella-shaped portion 31a having the conical side surface of the intake valve 31 contacts closely. Therefore, the valve contact surface 141 forms a conical concave surface corresponding to the conical side surface of the canopy-shaped portion 31 a of the intake valve 31 .

バルブ当たり面１４１の円錐状凹み面を構成する開口部分は吸気バルブシート１４の外周側面１４４と同心円である。また、吸気バルブシート１４の裏側、つまり吸気ポート１３につながる部分の開口部分断面積は最も小さく、この箇所がスロート部１４２である。吸気バルブシート１４のスロート部１４２は、外周側面１４４と同心円ではなく、また真円又は略真円でもない〔図４(Ａ)参照〕。そして、吸気バルブシート１４における吸気バルブ３１とのバルブ当たり面１４１は円形である。シリンダヘッド１２の母材はアルミ合金の鋳物であるが、吸気バルブシート１４，排気バルブシート，バルブガイドは、熱伝導のよい耐磨耗性の合金や金属である。 The opening forming the conical concave surface of the valve contact surface 141 is concentric with the outer peripheral side surface 144 of the intake valve seat 14 . The back side of the intake valve seat 14 , that is, the portion connected to the intake port 13 has the smallest opening cross-sectional area, and this portion is the throat portion 142 . The throat portion 142 of the intake valve seat 14 is not concentric with the outer peripheral side surface 144, nor is it a perfect circle or a substantially perfect circle (see FIG. 4A). A valve contact surface 141 of the intake valve seat 14 with the intake valve 31 is circular. The base material of the cylinder head 12 is cast aluminum alloy, while the intake valve seat 14, the exhaust valve seat, and the valve guide are made of an alloy or metal with good thermal conductivity and wear resistance.

一般の吸気バルブシートでは、吸気バルブシートの外周、スロート部、吸気バルブの当たり面は全て同心円となるように構成されている。これに対し本発明では、シリンダヘッド１２の上方から見て〔図３(Ａ)参照〕、吸気ポート１３の中心線ｇ上に第１の点火プラグ２１の点火ギャップ２１ａが配置された構成としている。換言すると、吸気ポート１３に設けられた吸気バルブシート１４を介してシリンダヘッド１２内に中心線ｇに沿って噴射される混合気の流れの先に点火プラグ２１の点火ギャップ２１ａが配置された構成としている(図３参照)。 In a general intake valve seat, the outer periphery of the intake valve seat, the throat portion, and the contact surface of the intake valve are all concentric. On the other hand, in the present invention, when viewed from above the cylinder head 12 (see FIG. 3A), the ignition gap 21a of the first spark plug 21 is arranged on the center line g of the intake port 13. . In other words, the ignition gap 21a of the spark plug 21 is arranged ahead of the air-fuel mixture injected into the cylinder head 12 along the center line g through the intake valve seat 14 provided in the intake port 13. (See Figure 3).

吸気ポート１３の前記中心線ｇとは、吸気ポート１３の長手方向に直交する断面における径方向の中心が集合して構成されてなる、混合気の流れを代表する仮想線である〔図３(Ａ)参照〕。つまり、吸気ポート１３を流れる混合気の流線を一本にまとめた代表の線である。中心線ｇは、吸気ポート１３からシリンダヘッド１２内に飛び出した部分は、平面(上面)より見て、第１の点火プラグ２１の点火ギャップ２１ａに位置まで直線に延びている〔図３(Ａ)参照〕。 The center line g of the intake port 13 is an imaginary line representing the flow of air-fuel mixture formed by gathering the centers of the radial directions in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the intake port 13 [Fig. A)]. In other words, it is a representative line in which the streamlines of the air-fuel mixture flowing through the intake port 13 are combined into one line. A portion of the center line g protruding from the intake port 13 into the cylinder head 12 extends linearly to the ignition gap 21a of the first spark plug 21 when viewed from the plane (upper surface) [Fig. )reference〕.

また、吸気バルブシート１４の外周側面１４４及びバルブ当たり面１４１の直径中心は、平面(上面)より見て、吸気ポート１３の中心線ｇ上に位置している〔図３(Ａ)参照〕。そして、シリンダヘッド１２及びシリンダ部１１に流入する混合気の主流が点火ギャップ２１ａの位置に向いてスワールＳを発生させるようになっている〔図２(Ｃ)参照〕。また、前述の結果、吸気バルブシート１４のスロート部１４２の中心は吸気バルブシート１４の外周側面１４４の中心から偏心している。 Further, the center of the diameter of the outer peripheral side surface 144 of the intake valve seat 14 and the valve contact surface 141 is positioned on the center line g of the intake port 13 when viewed from the plane (top surface) (see FIG. 3(A)). The main flow of the air-fuel mixture flowing into the cylinder head 12 and the cylinder portion 11 is directed toward the ignition gap 21a to generate a swirl S (see FIG. 2(C)). Further, as a result of the above, the center of the throat portion 142 of the intake valve seat 14 is eccentric from the center of the outer peripheral side surface 144 of the intake valve seat 14 .

ここで、吸気バルブシート１４は、平面より見て環状であり、シリンダヘッド１２の吸気ポート１３に適正に装着された状態で、吸気バルブシート１４の外周側面１４４の直径中心と、第１の点火プラグ２１とを結ぶ方向に対して直交する径方向線で二つに分けた領域を設定する。円周方向において、二つに分けた領域は、第１の点火プラグ２１に近い半周部分を前方側半周領域１４ｆとし、該前方側半周領域１４ｆとは反対側で、第１の点火プラグ２１から遠い半周部分を後方側半周領域１４ｒとする。 Here, the intake valve seat 14 has an annular shape when viewed from above. Two regions are set by a radial line orthogonal to the direction connecting the plug 21 . Circumferentially divided into two regions, the half circumference near the first spark plug 21 is defined as a front half circumference region 14f, and the front half circumference region 14f is opposite to the front half circumference region 14f and extends from the first spark plug 21. The far half-circumferential portion is defined as a rear half-circumferential region 14r.

吸気バルブシート１４の内周の一部で且つ第１の点火プラグ２１側の周壁面の断面は直線状とすると共に吸気バルブシート１４の内周の一部で且つ第１の点火プラグ２１側と反対側の周壁面の断面は弧状として構成されている。具体的には、内周側面部１４３の前方側半周領域１４ｆには、直線状内周面１４３ａが形成され、後方側半周領域１４ｒには後述する凸円弧状内周面１４３ｂが形成されている。図４（Ａ），（Ｂ）は、吸気バルブシート１４のバルブ当たり面１４１とスロート部１４２とから見た形状を示すものであり、図４（Ｃ），（Ｄ），（Ｅ）において、各部分の断面形状を示している。 The cross section of the peripheral wall surface of the intake valve seat 14 on the side of the first spark plug 21, which is part of the inner periphery of the intake valve seat 14, is linear, and is part of the inner periphery of the intake valve seat 14, on the side of the first spark plug 21. The cross section of the peripheral wall on the opposite side is configured as an arc. Specifically, a straight inner peripheral surface 143a is formed in the front half peripheral region 14f of the inner peripheral side surface portion 143, and a convex arcuate inner peripheral surface 143b, which will be described later, is formed in the rear half peripheral region 14r. . 4A and 4B show the shape of the intake valve seat 14 as seen from the valve contact surface 141 and the throat portion 142. In FIGS. 4C, 4D and 4E, The cross-sectional shape of each part is shown.

内周側面部１４３における第１の点火プラグ２１側寄りの部分、つまり前方側半周領域１４ｆにおける周方向に直交する断面形状は傾斜直線状であり、直線状内周面１４３ａが形成されている。また前方側半周領域１４ｆと反対側の後方側半周領域１４ｒ部分は略円弧状ｒからなる断面凸円弧状に膨出する凸円弧状内周面１４３ｂが形成されている。 A portion of the inner peripheral side surface portion 143 near the first spark plug 21 side, that is, the front half peripheral region 14f has a cross-sectional shape orthogonal to the circumferential direction that is inclined linearly, and a linear inner peripheral surface 143a is formed. A convex arcuate inner peripheral surface 143b that bulges out in a convex arcuate cross section is formed in the rear semicircumferential area 14r on the opposite side of the front semicircumferential area 14f.

そして、第１の点火プラグ２１に近い側となる一方の内周側面部１４３の前方側半周領域１４ｆの周方向に直交する断面形状は傾斜直線状に形成され、バルブ当たり面１４１側に向かうに従い内径が拡がるように形成されている〔図４(Ｃ),（Ｄ）,（Ｅ），図５参照〕。この直線状断面部分が傾斜直線状内周面１４３ａである。該傾斜直線状内周面１４３ａは前方側半周領域１４ｆ全体に亘って形成されており、周方向に直交する断面形状は同一又は略同一である。 A cross-sectional shape perpendicular to the circumferential direction of the front half-circumferential region 14f of one of the inner circumferential side portions 143, which is the side closer to the first spark plug 21, is formed in a slanted straight line shape, and gradually increases toward the valve contact surface 141 side. It is formed so that the inner diameter expands (see FIGS. 4(C), (D), (E) and FIG. 5). This linear cross-sectional portion is the inclined linear inner circumferential surface 143a. The inclined linear inner peripheral surface 143a is formed over the entire front half peripheral region 14f, and has the same or substantially the same cross-sectional shape perpendicular to the circumferential direction.

また、吸気バルブシート１４の内周側面部１４３において、第１の点火プラグ２１に近い側とは反対側となる後方側半周領域１４ｒでは、周方向に直交する断面形状は、内周側面部１４３の内方側に向かって凸形弧状に膨出する形状となっている〔図４(Ｃ),（Ｄ）,（Ｅ）参照〕。具体的には、吸気バルブシート１４のスロート部１４２の開口周縁から内周側面部１４３に向かって一旦内方に食い込むように膨出しつつ、そのままバルブ当たり面１４１側に向かうに従い膨出量が少なくなり凹むように形成されている。 In addition, in the inner peripheral side surface portion 143 of the intake valve seat 14, in the rear half peripheral region 14r, which is the side opposite to the side close to the first spark plug 21, the cross-sectional shape perpendicular to the circumferential direction is the inner peripheral side surface portion 143 4(C), (D) and (E)]. Specifically, the intake valve seat 14 bulges from the opening peripheral edge of the throat portion 142 toward the inner peripheral side surface portion 143 so as to once bite inward, and the bulging amount decreases toward the valve contact surface 141 side. It is formed so that it becomes concave.

凸円弧状内周面１４３ｂは、周方向に直交する径上は小さい円弧ｒで滑らかに連続する弧状面としている。凸円弧状内周面１４３ｂの断面は、略円弧状であるが、必ずしも真円ではなく、略円弧状であるということである。後方側半周領域１４ｒにおいて、周方向における第１の点火プラグ２１から最も離れた位置で凸円弧状内周面１４３ｂの膨出量は最大となり、前方側半周領域１４ｆに近づくに従い、凸円弧状内周面１４３ｂの膨出量は小さくなる。 The convex arc-shaped inner peripheral surface 143b is an arc-shaped surface that is smoothly continuous with an arc r that is small in diameter perpendicular to the circumferential direction. The cross section of the convex arc-shaped inner peripheral surface 143b is substantially arc-shaped, but it is not necessarily a perfect circle and is substantially arc-shaped. In the rear semi-circumferential region 14r, the convex arc-shaped inner peripheral surface 143b bulges to a maximum at the position furthest away from the first spark plug 21 in the circumferential direction, and as it approaches the front half-circumferential region 14f, The swelling amount of the peripheral surface 143b is reduced.

そして、前方側半周領域１４ｆと後方側半周領域１４ｒとの境界では、凸円弧状内周面１４３ｂは、円弧状の膨出部分が消滅し、略傾斜直線状内周面１４３ａの断面形状と等しく又は略等しい形状となる。また、弧状内周面１４３ｂにおいて、凸円弧状内周面１４３ｂは、周方向において、前方側半周領域１４ｆに近づくにつれて、緩やかに膨出量が減少するように形成されており、凸円弧状内周面１４３ｂから直線状内周面１４３ａへの形状の変形は極めて緩やかに行われる。 At the boundary between the front semi-circumferential region 14f and the rear semi-circumferential region 14r, the convex arcuate inner circumferential surface 143b disappears from the arcuate bulging portion and has the same cross-sectional shape as the substantially inclined straight inner circumferential surface 143a. Or it becomes a substantially equal shape. In addition, in the arcuate inner peripheral surface 143b, the convex arcuate inner peripheral surface 143b is formed so that the bulging amount gradually decreases as it approaches the front half peripheral region 14f in the circumferential direction. The shape deformation from the peripheral surface 143b to the linear inner peripheral surface 143a is performed very gently.

このような形状とすることにより、吸気ポート１３から流入するガス燃料の流れにおいて、吸気バルブシート１４における前方側半周領域１４ｆでは、内周側面部１４３は直線状内周面１４３ａとして形成されているので、混合気が流れる流路は直線状であり、抵抗が小さく噴射(流入)速度を速くすることができる。また、後方側半周領域１４ｒにおいて、第１の点火プラグ２１から離れた位置にある凸円弧状内周面１４３ｂ側では、凸円弧状内周面１４３ｂの膨出により、混合気の流れに対して抵抗となり、後方側半周領域１４ｒからシリンダヘッド１２内に流入する混合気の量は少なくなる。 With such a shape, in the flow of gas fuel flowing from the intake port 13, the inner peripheral side surface portion 143 is formed as a linear inner peripheral surface 143a in the front half peripheral region 14f of the intake valve seat 14. Therefore, the air-fuel mixture flows in a linear flow path, and the resistance is small, and the injection (inflow) speed can be increased. In addition, in the rear half-circumferential region 14r, on the side of the arcuate inner circumferential surface 143b located away from the first spark plug 21, the protrusion of the arcuate inner circumferential surface 143b prevents the air-fuel mixture from flowing. As a result, the amount of air-fuel mixture flowing into the cylinder head 12 from the rear half-circumferential region 14r is reduced.

これによって、吸気バルブシート１４の前方側半周領域１４ｆ側、つまり、第１の点火プラグ２１に近い側からの混合気のシリンダヘッド１２内への噴射流入量が後方側半周領域１４ｒよりも多く、また混合気の噴射の勢いも前方側半周領域１４ｆが後方側半周領域１４ｒよりも強いものである。これよって、吸気バルブシート１４の前方側半周領域１４ｆからの混合気の噴射によってスワールＳの勢いを増し、該スワールＳの速度を速くすると共に遠心力を大きくし、ガス燃料の可燃性成分と、不燃性成分を分離し、可燃性成分を中央に集中させ、不燃性成分を外周に集中させ、燃焼効率を向上させることができる(図７参照)。 As a result, the amount of air-fuel mixture injected into the cylinder head 12 from the front half-circumferential region 14f side of the intake valve seat 14, that is, from the side closer to the first spark plug 21, is larger than that from the rear half-circumferential region 14r. In addition, the force of injection of the air-fuel mixture is stronger in the front half-circumferential region 14f than in the rear half-circumferential region 14r. As a result, the force of the swirl S is increased by the injection of the air-fuel mixture from the front half-circumferential region 14f of the intake valve seat 14, the speed of the swirl S is increased, the centrifugal force is increased, and the combustible components of the gas fuel and Combustion efficiency can be improved by separating nonflammable components, concentrating combustible components in the center, and concentrating noncombustible components on the outer periphery (see FIG. 7).

前述したように、吸気バルブシート１４における吸気バルブ３１の傘形状部３１ａが当接，離間するバルブ当たり面１４１と外周側面１４４とは同心円になるが、吸気バルブシート１４のスロート部１４２は同心とはならず、また円形でもない。吸気バルブシート１４の内周１４ｃ，吸気バルブ３１とのバルブ当たり面１４１はすべて円形である。シリンダヘッド１２の母材はアルミ合金の鋳物であるが、吸気バルブシート１４，排気バルブシート１５，バルブガイドは、熱伝導のよい耐磨耗性の合金や金属である。 As described above, the valve contact surface 141 of the intake valve seat 14 with which the umbrella-shaped portion 31a of the intake valve 31 abuts and separates and the outer peripheral side surface 144 form concentric circles, but the throat portion 142 of the intake valve seat 14 is concentric. It is neither flat nor circular. The inner periphery 14c of the intake valve seat 14 and the valve contact surface 141 with the intake valve 31 are all circular. The base material of the cylinder head 12 is cast aluminum alloy, while the intake valve seat 14, the exhaust valve seat 15, and the valve guide are made of an alloy or metal with good thermal conductivity and wear resistance.

吸気バルブ３１が開きピストン時では、上死点が下方向に動くと吸気ポート１３内よりシリンダ内の圧力が低くなるので吸気ポート１３から混合気がシリンダに流入しはじめる。ピストンの下降する速さは一様ではなく、上死点付近では遅く、クランク角が８０度位でもっとも速くなり、それから減速し、下死点でゼロになるが、それでも吸気ポート１３はまだ開いている。これは混合気には慣性があるのでその勢いでピストンが下死点を過ぎて、再び上昇しだしてもまだ混合気のシリンダへの流入が続くからである。 When the intake valve 31 is open and the piston is in motion, when the top dead center moves downward, the pressure in the cylinder becomes lower than that in the intake port 13, so the air-fuel mixture begins to flow into the cylinder from the intake port 13. The descending speed of the piston is not uniform, it is slow near the top dead center, it reaches the fastest when the crank angle is about 80 degrees, then decelerates and becomes zero at the bottom dead center, but the intake port 13 is still open. ing. This is because the air-fuel mixture has inertia, and the force of the inertia causes the piston to pass the bottom dead center.

図３では、吸気バルブシート１４の吸気バルブ３１とのバルブ当たり面１４１と吸気バルブ３１の傘形状部３１ａの隙間を通ってシリンダ部１１に流入する混合気の運動量(ガスの分子の質量×流速)がスワールＳの元となる。前記吸気バルブ３１によって吸気させる吸気ポート１３は、前記吸気バルブ３１からの吸気が前記シリンダ部１１を平面的に見て、接線方向乃至接線に近似する方向から該シリンダ部１１内に流入して渦流になるように構成されている。該シリンダ部１１内のピストンが下降時において、このスワールＳが発生する。 In FIG. 3, the momentum of the air-fuel mixture flowing into the cylinder portion 11 through the gap between the valve contact surface 141 of the intake valve seat 14 and the intake valve 31 and the umbrella-shaped portion 31a of the intake valve 31 (mass of gas molecules x flow velocity ) is the origin of the swirl S. In the intake port 13 through which the intake valve 31 takes in air, the intake air from the intake valve 31 flows into the cylinder portion 11 from a tangential direction or a direction approximating the tangential line when the cylinder portion 11 is viewed two-dimensionally. is configured to be This swirl S is generated when the piston in the cylinder portion 11 descends.

エンジンの中心線を挟んで吸気側／排気側に分かれる。それぞれに吸気マニホールド５１、ブランチ５１ａ、吸気バルブシート１４のスロート部１４２，排気マニホールド５２、排気バルブシートのスロート部があり、吸気系／排気系を形成する。シリンダヘッド１２のクランク軸後端に取り付けられたカップリング５３から該カップリング５３を介して発電機５４が駆動される。 It is divided into the intake side and the exhaust side across the center line of the engine. They each have an intake manifold 51, a branch 51a, a throat portion 142 of the intake valve seat 14, an exhaust manifold 52, and a throat portion of the exhaust valve seat, forming an intake system/exhaust system. A generator 54 is driven via a coupling 53 attached to the rear end of the crankshaft of the cylinder head 12 .

排気マニホールド５２の後流に装着された三元触媒５５で排気中のＨＣ／ＣＯ／ＮＯｘを無害化するが、そのためにはシリンダ部１１内で燃焼後には、酸素も可燃性の物質(燃料)も余らないように、エンジンを理論空燃比で作動させなければならない。そのために空燃比センサ又はＯ２センサ５６で排気中のＯ_２濃度を検出して空燃比を理論空燃比になるようにＥＣＵ(エンジンコントロールユニット)５７でフィードバック制御を行う。即ち、燃料圧力調整器５８でミキサ５９に供給する燃料の圧力を制御する。Ｏ_２があれば理論空燃比より薄いので燃料圧力調整器５８の出口の燃料の圧力を基準値(例えば、２.８kPa)より高く、Ｏ_２が無ければ基準値より低くなるようにフィードバック制御する。 The HC/CO/NOx in the exhaust is rendered harmless by the three-way catalyst 55 attached downstream of the exhaust manifold 52. For this purpose, after combustion in the cylinder portion 11, oxygen is also a combustible substance (fuel). The engine must be run at stoichiometric air-fuel ratio to avoid excess fuel. For this purpose, an air-fuel ratio sensor or an O2 sensor 56 detects the _O2 concentration in the exhaust gas, and an ECU (engine control unit) 57 performs feedback control so that the air-fuel ratio becomes the stoichiometric air-fuel ratio. That is, the fuel pressure regulator 58 controls the pressure of the fuel supplied to the mixer 59 . If _O2 is present, the air-fuel ratio is lower than the theoretical air-fuel ratio, so the fuel pressure at the outlet of the fuel pressure regulator 58 is feedback-controlled to be higher than the reference value (for example, 2.8 kPa), and if there is no _O2 , it is lower than the reference value. .

燃料圧力調整器５８でミキサ５９に供給する燃料の圧力を±２kPaの範囲程度で制御する。ここでＳガスを圧力容器に充填する場合は１０MPa(１００気圧)以上と高いため、そのまま燃料圧力調整器５８に導くと該燃料圧力調整器５８が破損するのでボンベと燃料圧力調整器５８との間に減圧弁（減圧バルブ）６６を介在させて５０kPa程度に減圧することもある(図１参照)。 A fuel pressure regulator 58 controls the pressure of the fuel supplied to the mixer 59 within a range of about ±2 kPa. Here, when the pressure vessel is filled with S gas, the pressure is as high as 10 MPa (100 atmospheres) or more. A decompression valve (decompression valve) 66 may be interposed between them to reduce the pressure to about 50 kPa (see FIG. 1).

発生するガスには水分(水蒸気)や固形物などを除去する。また、エアクリーナ６１で吸入空気を濾過して、ミキサ５９で流量を制御しながらシリンダヘッド１２に供給する。図１において、符号６７はモータ付きのタービンであり、符号６８はバッテリであり、符号６９はフライホイールである。タービン６７のモータはＥＣＵ５７によって制御される。 Moisture (water vapor) and solid matter are removed from the generated gas. Intake air is filtered by the air cleaner 61 and supplied to the cylinder head 12 while the flow rate is controlled by the mixer 59 . In FIG. 1, reference numeral 67 is a turbine with a motor, reference numeral 68 is a battery, and reference numeral 69 is a flywheel. The motor of turbine 67 is controlled by ECU 57 .

エンジン回転数とクランク角度をクランクセンサ６２で検出して、点火時期をＥＣＵ５７で調整したり、エンジン回転数を調整する。所定の回転数(例えば、２０００rpm)より高ければスロットルモータ６３でミキサ５９のスロットル開度を小さくなるように、また低くければ大きくなるようにスロットル開度を大きくなるようにフィードバック制御を行う。 The engine speed and crank angle are detected by the crank sensor 62, and the ignition timing is adjusted by the ECU 57 and the engine speed is adjusted. Feedback control is performed so that the throttle opening of the mixer 59 is decreased by the throttle motor 63 if the rotation speed is higher than a predetermined rotation speed (for example, 2000 rpm), and is increased if the rotation speed is lower.

ガス発生炉６４で発生する燃え難い分子や燃えない二酸化炭素ＣＯ_２などを含んでいるためにシリンダ部１１内で間欠燃焼させるのは困難である。そして、燃えにくい分子、重質の炭化水素などを十分に燃焼させるためには、各シリンダ部１１に最低でも二つの点火プラグ２１を最適な位置に配設し、その点火ギャップ２１ａの間に水素Ｈ_２が後述する濃度以上になるように集める構成とする。ガス発生炉６４には燃料フィルタ兼水分除去器６５が繋がっている。 Intermittent combustion within the cylinder portion 11 is difficult because it contains non-combustible molecules and non-combustible carbon dioxide CO ₂ generated in the gas generating furnace 64 . In order to sufficiently burn incombustible molecules, heavy hydrocarbons, etc., at least two spark plugs 21 are arranged at optimal positions in each cylinder portion 11, and hydrogen is injected between the spark gaps 21a. The structure is such that _H2 is collected so as to have a concentration equal to or higher than that described later. A fuel filter/moisture remover 65 is connected to the gas generator 64 .

その水素(分子量は２)と分子量の大きな二酸化炭素(分子量４４)や重質の炭化水素を、遠心力を使って分離するのにシリンダ内のスワールＳを利用するものである。そのために、シリンダヘッド１２内の吸気ポート１３を滑らかに歪曲させて該吸気ポート１３の中心線ｇの延長が点火プラグ２１の先端の方向に向くように設定する。また、第１の点火プラグ２１と第２の点火プラグ２２の位置は吸気バルブ３１と排気バルブ３２とを結ぶ線と直交する線上で且つ、シリンダ径Ｄの１／２かそれより若干小さい直径ｄのシリンダ１１と同芯円となる円周上に配置される〔図３(Ａ)参照〕。 The swirl S in the cylinder is used to separate the hydrogen (molecular weight is 2) from carbon dioxide with a large molecular weight (molecular weight 44) and heavy hydrocarbons using centrifugal force. For this purpose, the intake port 13 in the cylinder head 12 is smoothly distorted so that the center line g of the intake port 13 extends toward the tip of the spark plug 21 . Also, the positions of the first spark plug 21 and the second spark plug 22 are on a line perpendicular to the line connecting the intake valve 31 and the exhaust valve 32 and have a diameter d which is 1/2 of the cylinder diameter D or slightly smaller than that. are arranged on a circumference that is concentric with the cylinder 11 (see FIG. 3(A)).

以上の構成を述べると、シリンダ列あるいは単シリンダエンジンにおいてはクランク軸中心線上に、シリンダ毎に２個の点火プラグ、つまり第１の点火プラグ２１及び第２の点火プラグ２２をシリンダ１１の直径の１／２或いはこれより若干狭い間隔をあけて配設し、シリンダ１１の直径中心で前記クランク軸中心線上と直交する線分上に対称に吸気バルブ３１と排気バルブ３２とを１個ずつ配設すると共に、上(又は平面)から見て吸気ポート１３の中心線ｇ、つまり該吸気ポート１３からシリンダヘッド１２内に流入する混合気の噴射方向を示す中心線ｇの直線部分の延長が第１の点火プラグ２１の点火ギャップ２１ａに向かうようにしたものである。 In the above configuration, in a cylinder train or single cylinder engine, two spark plugs, namely a first spark plug 21 and a second spark plug 22, are arranged on the centerline of the crankshaft for each cylinder. One intake valve 31 and one exhaust valve 32 are arranged symmetrically on a line segment perpendicular to the center line of the crankshaft at the center of the diameter of the cylinder 11, with an interval of 1/2 or slightly narrower than this. In addition, when viewed from above (or a plane), the center line g of the intake port 13, that is, the extension of the linear portion of the center line g indicating the injection direction of the air-fuel mixture flowing into the cylinder head 12 from the intake port 13 is the first 21a of the ignition plug 21.

強いスワールにより空気と混合された複数の成分で構成される気体燃料を大まかに分離する原理を次の手順で算出し説明する。
(1)燃料の成分を仮定し理論空燃比を求める
(2)理論空燃比における燃料と空気の密度を求める
(3)吸入負圧によるスワールの速度を求める
(4)スワールによる各分子に働く遠心力を求める。 The principle of roughly separating a gaseous fuel composed of multiple components mixed with air by a strong swirl is calculated and explained in the following procedure.
(1) Calculate the theoretical air-fuel ratio by assuming fuel components
(2) Calculate the density of fuel and air at the theoretical air-fuel ratio
(3) Find the swirl speed due to the intake negative pressure
(4) Find the centrifugal force acting on each molecule due to the swirl.

〔仮定した組成の燃料の理論空燃比〕
ガス発生炉６４で蒸し焼きにされて発生する燃料の組成を体積割合でＣＯ_２を３０％、ＣＯを２１％、Ｈ_２を２０％、ＣＨ_４を１０％、Ｃ_２Ｈ_６を８％、Ｃ_３Ｈ_８を６％、
Ｃ_４Ｈ_１０を５％として計算する。質量割合で可燃性ガスの質量５４.５％、不燃性ガスの質量４５．５％となる。これらのことは、図８に体積割合及び質量割合等をまとめた表に開示されている。 [Theoretical air-fuel ratio of fuel with assumed composition]
The composition of the fuel generated by steaming in the gas generating furnace 64 is 30% CO ₂ , 21% CO, 20% H ₂ , 10% CH ₄ , 8% C ₂ H ₆ , and C 6% _of _3H8 ;
Calculated as 5% _C4H10 _. The mass ratio is 54.5% by mass for combustible gas and 45.5% by mass for non-combustible gas. These are disclosed in a table summarizing volume percentages, mass percentages, etc. in FIG.

炉で発生する燃料ガスの１モル(２２.４、分子数で約６×１０^２３個)の質量は２９．０２ｇであり、これを燃焼させるのに必要な空気(Ｏ_２は空気の体積の２１％、空気１モル中のＯ_２の質量は６.７ｇ)の質量は１８０.９(６.２３モル)、従って理論空気燃比＝１８０.９ｇ／２９.０２ｇ＝６.２３となる。ちなみにＣ_３Ｈ_８は１５.６である。 The mass of 1 mol (22.4, about 6×10 ²³ molecules) of the fuel gas generated in the furnace is 29.02 g, and the air required to burn it (O ₂ is the volume of the air). 21%, the mass of _O2 in 1 mol of air is 6.7 g) is 180.9 (6.23 mol), so the theoretical air-fuel ratio = 180.9 g/29.02 g = 6.23. By the way, C ₃ H ₈ is 15.6.

〔理論空気燃比における燃料と空気の混合ガス(１気圧，０℃)の密度〕
燃料１モルと空気６.２３モルの混合気の体積は
Ｖ＝(１＋６.２３)×２２.４リットル＝１６２リットルである。
一方その質量はＭ＝２９.０２ｇ＋２９×６.２３ｇ＝２０９.７ｇ
従って、混合気の密度は
ρ＝２０９.７ｇ／１６２.８リットル＝１.２９４kg/ｍ^２となる。 [Density of mixed gas of fuel and air (1 atm, 0°C) at theoretical air-fuel ratio]
The volume of a mixture of 1 mol of fuel and 6.23 mol of air is V=(1+6.23)×22.4 liters=162 liters.
On the other hand, its mass is M = 29.02g + 29 x 6.23g = 209.7g
Therefore, the density of the air-fuel mixture is .rho.=209.7 g/162.8 liters=1.294 kg/ ^m.sup.2 .

〔吸入負圧によるスワール速度と遠心方向の加速度〕
吸気ポート１３とシリンダ部１１内との圧力差を４kPa、流速をｖm/sとすると、
４×１０^３Pa＝(１／２)×１.２９４kg／ｍ^３×ｖ^２、
ｖ＝７８.６ｍ／ｓとなる。
もし、この速度でシリンダ部１１の内周部(１００mm＝０.１m)を回るとすれば、旋回数はＮ＝７８.６(m/s)／０.１π＝２５０回／ｓ
角速度はω＝２π×２５＝１５７rad／sとなる。
シリンダ部１１中心から０.０２ｍ離れた点火プラグ付近での(遠心力の元となる遠心方向(半径方向の)の加速度は
α＝０.０２×ω^２＝４９２ｍ／ｓ^２＝５０Ｇ
これに質量を掛けたら遠心力になる。 [Swirl velocity and centrifugal acceleration due to intake negative pressure]
Assuming that the pressure difference between the intake port 13 and the inside of the cylinder part 11 is 4 kPa and the flow velocity is vm/s,
4×10 ³ Pa=(1/2)×1.294 kg/m ³ ×v ² ,
v=78.6 m/s.
If the inner circumference of the cylinder part 11 (100 mm = 0.1 m) is rotated at this speed, the number of revolutions is N = 78.6 (m/s) / 0.1 π = 250 times/s.
The angular velocity is ω=2π×25=157 rad/s.
Acceleration in the centrifugal direction (radial direction) near the spark plug 0.02 m away from the center of the cylinder part 11 (which is the source of the centrifugal force) is α = 0.02 x ω ² = 492 m/s ² = 50 G
Multiplying this by mass gives centrifugal force.

５０Ｇとは、地上で１kgのものが５０kgの力を発生させることになる。１Ｇでも地表から深い穴や古井戸の底に分子量の大きい、すなわち重いガスＣＯ_２が溜まるように、スワールにより重いＣＯ_２や重質の炭化水素がシリンダの周辺部に集まり、軽いＨ_２がシリンダの中央部分に集まり易くなる。 50G means that a 1kg object on the ground will generate a force of 50kg. Even at 1 G, heavy CO _{2 and heavy hydrocarbons gather around the cylinder due to the swirl, just as gas CO 2} _with a large molecular weight accumulates at the bottom of a deep hole or old well from the surface of the earth, and light H ₂ accumulates in the cylinder. It becomes easy to gather in the central part of

吸気バルブ３１と排気バルブ３２はシリンダ部１１の中心線に対して対称である。ただし、吸気バルブ３１につながる吸気ポート１３は滑らかに歪曲してその中心線の延長は点火プラグ２１，２２の中心の方向に向いている。半径Ｒの球殻状の燃焼室壁面１２ａに、吸気バルブシート１４や排気バルブシート１６におけるリング状の肩部が一致するように設けられ、また第１及び第２の点火プラグ２１，２２の先端の縁も一致するように取り付けられている。 The intake valve 31 and the exhaust valve 32 are symmetrical with respect to the centerline of the cylinder portion 11 . However, the intake port 13 connected to the intake valve 31 is smoothly distorted and the extension of the center line is directed toward the center of the spark plugs 21 and 22 . Ring-shaped shoulder portions of the intake valve seat 14 and the exhaust valve seat 16 are provided so as to match the spherical shell-shaped combustion chamber wall surface 12a having a radius R, and the tips of the first and second spark plugs 21 and 22 are provided. are also attached so that the edges of the

しかも、これらの中心線は前記の半径Ｒの中心点Ｐを通る放射状の線分である。こうすることにより、燃焼室壁面内に吸気バルブ３１、排気バルブ３２や点火プラグ２１，２２の先端部が燃焼室壁面１２ａの表面となだらかにつながり、該燃焼室壁面１２ａに凹凸ができるのを最小限にしている。 Moreover, these center lines are radial line segments passing through the center point P of the radius R described above. By doing so, the tip portions of the intake valve 31, the exhaust valve 32, and the spark plugs 21, 22 are smoothly connected to the surface of the combustion chamber wall surface 12a within the combustion chamber wall surface, thereby minimizing unevenness on the combustion chamber wall surface 12a. limit.

これにより後述のスワールを発生させ易くすと同時に、該スワールが減衰するのを防ぐことができる。さらに燃焼室壁面の対称性を得るため、4本の放射状の線分とシリンダ部１１の中心線となす角はすべてθである。このθは、約２０度程度以下が望ましい。吸気バルブ３１は、吸気カムシャフト３３がバルブリフタ３１ａを押し下げることによりリフト動作を行い、バルブスプリング３５により戻されて着座する。排気バルブ３２についても、吸気バルブ３１と同様に、排気カムシャフト３４がバルブリフタ３２ａを押し下げることによりリフト動作を行い、バルブスプリング３５により戻されて着座する。排気カムシャフト３４により開閉される〔図２(Ａ)参照〕。 This makes it easier to generate a swirl, which will be described later, and at the same time prevents the swirl from attenuating. Furthermore, in order to obtain symmetry of the wall surface of the combustion chamber, the angles formed between the four radial line segments and the center line of the cylinder portion 11 are all θ. This θ is desirably about 20 degrees or less. The intake valve 31 is lifted by the intake camshaft 33 pushing down the valve lifter 31a, and is returned by the valve spring 35 to be seated. Similarly to the intake valve 31, the exhaust camshaft 34 pushes down the valve lifter 32a for the exhaust valve 32 to perform a lift operation, and is returned by the valve spring 35 to be seated. It is opened and closed by the exhaust camshaft 34 [see FIG. 2(A)].

吸気バルブシート１４の吸気バルブのバルブ当たり面１４１と吸気バルブ３１の傘形状部３１ａの隙間を通ってシリンダヘッド１２内に流入する混合気の運動量(ガスの分子の質量×流速)がスワールＳの元となる。そこでピストンの位置に対するスワールＳの接線方向の速さをスワールＳの強さとして模式的に図６に示す。横軸は各行程でありのＴＤＣ(Top Dead Center)はピストンの上死点、ＢＤＣ(Bottom Dead Center)は下死点を示す。 The momentum of the air-fuel mixture flowing into the cylinder head 12 through the gap between the valve contact surface 141 of the intake valve of the intake valve seat 14 and the umbrella-shaped portion 31a of the intake valve 31 (mass of gas molecules x flow velocity) is the swirl S. become the origin. Therefore, the speed of the swirl S in the tangential direction with respect to the position of the piston is schematically shown in FIG. 6 as the strength of the swirl S. The horizontal axis represents each stroke, TDC (Top Dead Center) indicates the top dead center of the piston, and BDC (Bottom Dead Center) indicates the bottom dead center.

吸入行程でスワールＳは発生し、吸気バルブ３１が閉じた後の圧縮行程で押しつぶされながら減衰しながらも、まだ持続している。圧縮行程が終了する一瞬手前で２箇所の点火ギャップ２１ａ，２２ａから火花が飛ぶ。ところがこのときにも、まだスワールＳが持続していて、Ｈ_２などの燃え易い分子が点火ギャップ２１ａ，２２ａのギャップ間に多く存在するようにする。ここで燃えやすいＨ_２などの燃え易い分子が先ず着火し、周囲のガスの燃焼の起爆剤のような役目を果たす。 The swirl S is generated in the intake stroke, and continues even though it is crushed and attenuated in the compression stroke after the intake valve 31 is closed. Sparks fly from the two ignition gaps 21a and 22a just before the end of the compression stroke. However, even at this time, the swirl S still continues, so that many combustible molecules such as H ₂ are present between the ignition gaps 21a and 22a. Here, combustible molecules, such as combustible _H2 , ignite first and act like detonators for the combustion of the surrounding gas.

スワールＳによりＨ2などの燃え易い分子が中央付近に、絶対に燃えない二酸化炭素ＣＯ_２や燃えにくい重質の炭化水素が外側の外周ゾーン１２ｄに集まる。その中間ゾーン部１２ｂが高い温度になると何とか燃えだすガスの部分である。この中間ゾーン１２ｂが燃焼すると二酸化炭素や重質の炭化水素などの可燃性ガスの分子が集まる中心ゾーン１２ｃにある重質の炭化水素の大部分も燃やすことができる(図７参照)。 Due to the swirl S, combustible molecules such as H2 gather in the vicinity of the center, and carbon dioxide _CO2 that is absolutely incombustible and heavy hydrocarbons that are difficult to combust gather in the outer peripheral zone 12d. This is the portion of the gas that somehow starts burning when the intermediate zone portion 12b reaches a high temperature. Combustion of this intermediate zone 12b can also burn most of the heavy hydrocarbons in the central zone 12c where molecules of combustible gases such as carbon dioxide and heavy hydrocarbons gather (see FIG. 7).

ここで、初期の火炎が伝播しながら広がってゆくようにするため、初期における既燃領域の拡大が必須である。そのために点火プラグ２１を適度に離す方が、二箇所からの既燃領域が重なるまでは、既燃領域が２倍となる。そこで既述のように二つの第１の点火プラグ２１と第２の点火プラグ２２との間隔は図３（Ａ）に示すようにシリンダ１１の直径の１／２かこれよりより若干狭くすることが好適である。 Here, in order to allow the initial flame to spread while propagating, it is essential to expand the burnt area at the initial stage. Therefore, by separating the spark plug 21 appropriately, the burned area is doubled until the burned areas from the two locations overlap. Therefore, as described above, the distance between the two first spark plugs 21 and the second spark plugs 22 should be set to 1/2 or slightly smaller than the diameter of the cylinder 11 as shown in FIG. 3(A). is preferred.

次に、本発明におけるガスエンジンのガス燃料による混合気の吸入行程から膨張行程に亘る状態を図６に基づいて説明する。エンジンのシリンダーヘッド１２で、吸気ポート１３からガス燃料による混合気が入り込む。このガス燃料は、食物残滓，動物の糞尿等の水分を含む有機物が無酸素状態で加熱されて熱分解されることによって発生するガス(気体)燃料を元にしたものである。このガス燃料はバイオ系ガス燃料とも称される。 Next, the state of the air-fuel mixture of the gas engine of the present invention from the intake stroke to the expansion stroke will be described with reference to FIG. At the cylinder head 12 of the engine, a gas-fuel mixture enters through an intake port 13 . This gas fuel is based on gas (gas) fuel generated by thermal decomposition of organic matter containing moisture such as food residue, animal excrement, etc., by heating in anoxic conditions. This gas fuel is also called bio-based gas fuel.

このガス燃料は、残滓等を無酸素状態で蒸し焼き酸にして製造するものであっても、加熱による熱で有機物中の炭素原子Ｃと、酸素Ｏが反応して、二酸化炭素ＣＯ２が生成され、二酸化炭素ＣＯ２がガス全体において体積割合で約３０％含まれることになる。ガス燃料としては粗悪なものである。また、ガス燃料に二酸化炭素ＣＯ２が多く含まれることで、燃焼し難くなるという特性を有することになる。本発明のガスエンジンは、上記の粗悪なガス燃料を有効に活用することができるものである。吸入行程の初期では、吸気ポート１３からガス燃料が流入する。ガス燃料は、吸気ポート１３からシリンダヘッド１２及びシリンダ部１１に流入する前行程でミキサ５９により成分が均一となるように混ぜられた状態である〔図７(Ａ)参照〕。 Even if this gas fuel is produced by steaming and baking residues etc. in an oxygen-free state, carbon atoms C and oxygen O in the organic matter react with heat due to heating, and carbon dioxide CO2 is generated. About 30% by volume of carbon dioxide CO2 is contained in the entire gas. As a gas fuel, it is inferior. In addition, since the gas fuel contains a large amount of carbon dioxide CO2, it has the characteristic of being difficult to burn. The gas engine of the present invention can effectively utilize the above-described inferior gas fuel. Gas fuel flows in from the intake port 13 at the beginning of the intake stroke. The gas fuel is in a state where it has been mixed by the mixer 59 so that its components are uniform in the previous process of flowing into the cylinder head 12 and the cylinder portion 11 from the intake port 13 (see FIG. 7(A)).

次に、吸入行程の中期ではシリンダヘッド１２及びシリンダ部１１内への流入時におけるスワールＳによりガス燃料は各成分に分離され、シリンダヘッド１２及びシリンダ部１１内で中央部分にＨ２をはじめ、ＣＨ４のように軽い分子が集まり、外周にはＣ４Ｈ１０やＣＯ２のように重い分子が集まる〔図７(Ｂ)参照〕。つまり、スワールＳによって燃焼し易い分子と、燃焼し難い分子が分離される〔図７(Ｃ)参照〕。 Next, in the middle of the intake stroke, the gas fuel is separated into each component by the swirl S at the time of flowing into the cylinder head 12 and the cylinder portion 11, H2 in the central portion in the cylinder head 12 and the cylinder portion 11, CH4 Light molecules such as , and heavy molecules such as C4H10 and CO2 gather around the perimeter [see FIG. 7(B)]. In other words, the swirl S separates easily combustible molecules from difficult-to-combustible molecules [see FIG. 7(C)].

そして、中央部分に集中した成分は燃焼し易いＨ２，ＣＨ４のみとなり燃焼効率が向上し、点火プラグ２１により点火されることによって、良好な燃焼が行われる〔図７(Ｄ)参照〕。そして、水素は燃焼して水蒸気となり、その熱で一酸化炭素は二酸化炭素となり、同様に炭化水素は水蒸気と二酸化炭素となる。したがって、燃焼後は全て二酸化炭素と水蒸気だけになる〔図７(Ｅ)参照〕。 The components concentrated in the central portion are only H2 and CH4, which are easily combustible, and the combustion efficiency is improved, and good combustion is achieved by being ignited by the spark plug 21 (see FIG. 7(D)). Hydrogen then burns to steam, the heat of which converts carbon monoxide to carbon dioxide, and similarly hydrocarbons to steam and carbon dioxide. Therefore, after combustion, only carbon dioxide and water vapor are formed (see FIG. 7(E)).

１…シリンダブロック、１２…シリンダーヘッド、１２ａ…燃焼室壁面、
１３…吸気ポート、１４…吸気バルブシート、１５…排気ポート、
１６…排気バルブシート、２１…(第１の)点火プラグ、２１ａ…点火ギャップ、
２２…(第２の)点火プラグ、３１…吸気バルブ、３２…排気バルブ、５９…ミキサ、
５８…燃料圧力調整器、６４…ガス発生炉。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Cylinder block, 12... Cylinder head, 12a... Combustion chamber wall surface,
13... intake port, 14... intake valve seat, 15... exhaust port,
16... exhaust valve seat, 21... (first) spark plug, 21a... ignition gap,
22... (second) spark plug, 31... intake valve, 32... exhaust valve, 59... mixer,
58... Fuel pressure regulator, 64... Gas generator.

Claims

A cylinder head having a spherical shell-shaped combustion chamber wall surface provided with an intake port having an intake valve seat and an exhaust port having an exhaust valve seat; an intake valve, an exhaust valve, and two spark plugs; When viewed in plan, the first spark plug, the intake valve, the second spark plug and the exhaust valve are arranged around the cylinder head, and the mixture of gas fuel taken in from the intake port the ignition gap of the first spark plug is arranged on the centerline of the air injection;
The ignition gap of the first spark plug is adapted to directly receive the gaseous fuel injected from the intake port, and is part of the inner periphery of the intake valve seat and the periphery of the first spark plug side. The cross-section of the wall surface is a slanted straight line with an inner diameter that widens toward the valve contact surface .
A gas engine characterized by using, as fuel, a gas generated by thermally decomposing organic matter containing water, such as food residue and animal manure, by heating it in an oxygen-free state.

2. The gas engine according to claim 1, wherein a section of a peripheral wall surface on the side opposite to the first ignition plug side, which is part of the inner periphery of the intake valve seat, is arcuate.

In the gas engine according to claim 1 or 2, the fuel gas is directly introduced from the gas generation furnace, and when the pressure of the fuel gas is 2.8 kPa to 4 kPa, the fuel pressure is adjusted to around 2.8 kPa. It is led to a pressure regulator and supplied to the engine mixer from there, and when the gas pressure at the outlet of the gas generator is lower than the minimum value of the pressure, pressurize it to 2.8 kPa to 4 kPa with a compressor to fuel. A gas engine, characterized in that it feeds a pressure regulator.

In the gas engine according to claim 1 or 2, when the gas from the gas generation furnace is pressurized and filled in a pressure vessel or the like, the gas is decompressed to 50 kPa or less by a pressure reducing valve and supplied to the fuel pressure regulator. A gas engine characterized by:

3. A gas engine according to claim 1, wherein the volume ratio of hydrogen in said ignition gap is 5% with respect to the volume of the mixture of fuel and air.