JPH04259651A - 火花点火ガス内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、天然ガス等のガス燃料
を用いた副室燃焼方式の火花点火ガス内燃機関に関し、
特に機関の始動性を改善したものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、燃料としてガソリン等を主体とす
る火花点火内燃機関よりも、熱効率や排気公害等の点で
有利な液化天然ガス等のガス燃料を用いた火花点火ガス
内燃機関が見直されつつある。この火花点火ガス内燃機
関の基本的な構造は、ガソリン機関とほぼ同じであるが
、ガス漏れや空気の混入による爆発防止のため、ガス遮
断弁等の安全装置を組み込む必要がある等の点で、ガソ
リン機関における燃料供給方式等とは相違する。

【０００３】このような従来の火花点火ガス内燃機関と
して知られているものに、図２に示す如き副室燃焼方式
のものがある。

【０００４】即ち、この副室燃焼方式の火花点火ガス内
燃機関の概念を表す図２に示すように、コンロッド１０
１を介して機関１０２のクランク軸１０３に連結された
ピストン１０４を摺動自在に収納するシリンダブロック
１０５には、吸気弁１０６及び図示しない排気弁を摺動
自在に保持するシリンダヘッド１０７が取り付けられて
いる。このシリンダヘッド１０７とシリンダブロック１
０５とピストン１０４とで囲まれた主燃焼室１０８には
、この主燃焼室１０８にそれぞれ臨む前記吸気弁１０６
及び排気弁を介して吸気管１０９及び図示しない排気管
がそれぞれ連通しており、前記吸気管１０９の途中には
運転者のアクセル操作に連動するスロットル弁１１０を
組付けたガスミキサー１１１が設けられている。

【０００５】このガスミキサー１１１には、図示しない
燃料貯蔵ボンベからのガス燃料の通路となる燃料供給管
１１２が連通しており、ガスミキサー１１１に臨むこの
燃料供給管１１２の下流端には、ガス燃料の流量を調整
する流量調整弁１１３が介装されている。又、この燃料
供給管１１２の途中には、当該燃料供給管１１２内を流
れるガス燃料の圧力を例えば一平方センチメートル当た
り数キログラムまで上げる昇圧器１１４と、機関１０２
に対するガス燃料の供給を停止するための安全装置とし
て機能する開閉可能な手動遮断弁１１５と、燃料供給管
１１２内のガス燃料の流量を検出するための燃料流量計
１１６と、燃料供給管１１２内のガス燃料の圧力を調整
可能な燃料調圧器１１７とがその上流側から順に介装さ
れている。

【０００６】一方、シリンダヘッド１０７の中央部には
主燃焼室１０８に臨む副室１１８が形成されている。点
火プラグ１１９の先端部が臨むこの副室１１８には、前
記手動遮断弁１１５と燃料流量計１１６との間の燃料供
給管１１２から分岐する副室用燃料供給管１２０が連通
しており、この副室用燃料供給管１２０の途中には、副
室１１８に対するガス燃料の供給を停止するための安全
装置として機能する開閉可能な手動遮断弁１２１と、副
室用燃料供給管１２０内のガス燃料の圧力を調整可能な
燃料調圧器１２２と、図２中、ピストン１０４が上昇す
る圧縮行程の際のガス燃料の逆流を防止するための逆止
め弁１２３とがその上流側から順に介装されている。

【０００７】前記流量調整弁１１３には、クランク軸１
０３の回転数（以下、これを機関回転数と呼称する）と
スロットル弁１１０の開度とに基づく燃料供給量を設定
し、これに対応する開放期間を当該流量調整弁１１３に
与えるコントローラ１２４が接続しており、このコント
ローラ１２４は燃料供給管１１２側の燃料調圧器１１７
と副室用燃料供給管１２０側の燃料調圧器１２２にも接
続し、スロットル弁１１０の開度等に基づいてこれら燃
料調圧器１１３，１２２によるガス燃料の圧力をそれぞ
れ最適に制御している。

【０００８】従って、燃料供給管１１２内を流れるガス
燃料は、コントローラ１２４によって制御された燃料調
圧器１１７により適切な圧力に調整され、理論空燃比と
すべく機関回転数とスロットル弁１１０の開度とに基づ
く燃料供給量がコントローラ１２０にて設定され、これ
に対応する開放期間が流量調整弁１１３に与えられる。 これにより、ガスミキサー１１１内にて空気とガス燃料
とが均一に混合され、吸気管１０９を通って主燃焼室１
０８内に送り込まれる。

【０００９】一方、副室用燃料供給管１２０内を流れる
ガス燃料は、コントローラ１２４によって制御された燃
料調圧器１２２により適切な圧力に調整され、ピストン
１０４が上昇する圧縮行程の途中で逆止め弁１２３を介
し、このガス燃料が副室１１８内に圧送される。又、こ
の圧縮行程の途中にて、主燃焼室１０８内の理論空燃比
に設定された混合気の一部が副室１１８側へ流れ込み、
副室用燃料供給管１２０側からこの副室１１８内に供給
されたガス燃料と混ざり合う。そして、圧縮行程の終了
前に起こる点火プラグ１１９の火花放電により、副室１
１８内のガス燃料が着火し、その火炎が主燃焼室１０８
側へと伝搬して行く。

【００１０】ところで、図２に示す如き副室燃焼方式の
火花点火ガス内燃機関を始動させる場合、従来ではスロ
ットル弁１１０や流量調整弁１１３の開度並びに燃料調
圧器１２２による副室１１８側へのガス燃料の供給圧力
を、予めコントローラ１２４内に始動用として経験的に
設定された値に調整している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】図２に示した副室燃焼
方式における火花点火ガス内燃機関では、副室１１８内
に主燃焼室１０８側の混合気の一部が流入するものの、
副室側燃料供給管１２０からガス燃料のみが圧送されて
来るため、この副室１１８内の空燃比が主燃焼室１０８
内の空燃比よりも高い、いわゆるリッチな状態となって
燃焼排ガス中に占める窒素酸化物の濃度を低下させるこ
とができる利点を有する。

【００１２】しかし、この副室燃焼方式の火花点火ガス
内燃機関においては、主要なガス燃料としてメタンを主
成分とする安価な液化天然ガス（以下、ＬＮＧと記述す
る）を専ら使用しており、メタンはその可燃範囲が対空
気比で５％〜１５％程度しかなく、着火性が余り良くな
い性質を有することは周知の通りである。

【００１３】このため、ＬＮＧを使用した副室燃焼方式
の火花点火ガス内燃機関を冷間始動させる場合、副室１
１８内の空燃比も理論空燃比か、或いはそれに近い値に
設定することが望ましい。そこで、従来ではスロットル
弁１１０や流量調整弁１１３の開度並びに燃料調圧器１
２２による副室１１８側へのガス燃料の供給圧力を、予
めコントローラ１２４内に始動用として経験的に設定さ
れた値に調整しているが、冬季等のように吸入空気温度
が低下したり、ガス燃料の性状が変化するような場合、
或いは副室１１８内の形状の仕様変更等があった場合に
は、副室１１８内のガス燃料の濃度分布にばらつきが発
生し、ガス燃料の着火性が不安定になる虞がある。特に
、点火プラグ１１９の状態が悪いことに起因して火花放
電のエネルギが弱くなると、副室１１８内の点火プラグ
１１９回りの温度が低い上に機関回転数も極低速となり
、圧縮ガス温度も低いという悪条件が重なってしまうこ
とと相俟って、上述した傾向が一層顕著になって機関の
始動が困難となる場合もある。

【００１４】

【発明の目的】本発明は、機関の冷間始動時等に副室内
を理論空燃比に設定することにより、ＬＮＧ等のガス燃
料の着火性を従来のものよりも改善し、これによって始
動性の良好な副室燃焼方式の火花点火ガス内燃機関を提
供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明による火花点火ガ
ス内燃機関は、主燃焼室に連通し且つこの主燃焼室に対
する吸入空気量を調整するスロットル弁が設けられた吸
気管と、この吸気管を介して前記主燃焼室内にガス燃料
を供給するための燃料供給管と、この燃料供給管の途中
に設けられて前記主燃焼室に対するガス燃料の供給量を
変更可能な燃料流量調整弁とを有する火花点火ガス内燃
機関において、前記主燃焼室に連通する副室と、先端部
がこの副室内に臨み且つ前記ガス燃料を点火させる点火
プラグと、前記燃料流量調整弁よりも上流側で前記燃料
供給管から分岐し且つ前記副室内に前記ガス燃料を供給
するための副室用燃料供給管と、この副室用燃料供給管
の途中に設けられて前記副室に対する前記ガス燃料の供
給を停止し得る開閉可能な遮断弁と、この遮断弁の開閉
を制御する制御手段とを具えたものである。

【００１６】

【作用】副室用燃料供給管から副室内へのガス燃料の供
給を遮断した場合、副室内の空燃比は吸気管側から主燃
焼室に吸入される混合気の空燃比と一対一に対応する。 そこで、機関の始動時においては、制御手段が遮断弁を
操作して副室用燃料供給管から副室側へのガス燃料の供
給を停止させ、吸気管を介して主燃焼室内へ供給される
理論空燃比に設定された混合気の一部を副室内へ送り込
む。これにより、副室内の混合気は着火性の最も良好な
理論空燃比となり、この混合気を点火プラグによる火花
放電にて着火させ、その火炎を主燃焼室側の混合気に伝
搬させることによって機関の始動を行う。

【００１７】機関回転数がある程度上昇し、機関が停止
する虞がなくなった時点で制御手段は遮断弁を再び操作
し、副室用燃料供給管から副室側へのガス燃料の供給を
開始させ、通常の副室燃焼方式を行う。

【００１８】

【実施例】本発明による副室燃焼形式の火花点火ガス内
燃機関の一実施例の概念を表す図１に示すように、コン
ロッド１１を介して機関１２のクランク軸１３に連結さ
れたピストン１４を摺動自在に収納するシリンダブロッ
ク１５には、吸気弁１６及び図示しない排気弁を摺動自
在に保持するシリンダヘッド１７が取り付けられている
。このシリンダヘッド１７とシリンダブロック１５とピ
ストン１４とで囲まれた主燃焼室１８には、この主燃焼
室１８にそれぞれ臨む前記吸気弁１６及び排気弁を介し
て吸気管１９及び図示しない排気管がそれぞれ連通して
おり、前記吸気管１９の途中には運転者のアクセル操作
に連動するスロットル弁２０を組付けたガスミキサー２
１が設けられている。

【００１９】このガスミキサー２１には、図示しない燃
料貯蔵ボンベからのガス燃料の通路となる燃料供給管２
２が連通しており、ガスミキサー２１に臨むこの燃料供
給管２２の下流端には、ガス燃料の流量を調整する流量
調整弁２３が介装されている。又、この燃料供給管２２
の途中には、当該燃料供給管２２内を流れるガス燃料の
圧力を例えば一平方センチメートル当たり数キログラム
まで上げる昇圧器２４と、機関１２に対するガス燃料の
供給を停止するための安全装置として機能する開閉可能
な手動遮断弁２５と、燃料供給管２２内のガス燃料の流
量を検出するための燃料流量計２６と、燃料供給管２２
内のガス燃料の圧力を調整可能な燃料調圧器２７とがそ
の上流側から順に介装されている。

【００２０】一方、シリンダヘッド１７の中央部には主
燃焼室１８に臨む副室２８が形成されている。点火プラ
グ２９の先端部が臨むこの副室２８には、前記手動遮断
弁２５と燃料流量計２６との間の燃料供給管２２から分
岐する副室用燃料供給管３０が連通しており、この副室
用燃料供給管３０の途中には、副室２８に対するガス燃
料の供給を停止するための安全装置として機能する開閉
可能な手動遮断弁３１と、副室用燃料供給管３０内のガ
ス燃料の圧力を調整可能な燃料調圧器３２と、本発明の
遮断弁として機能する電磁遮断弁３５と、図２中、ピス
トン１４が上昇する圧縮行程の際のガス燃料の逆流を防
止するための逆止め弁３３とがその上流側から順に介装
されている。

【００２１】前記流量調整弁２３には、クランク軸１３
の回転数（以下、これを機関回転数と呼称する）とスロ
ットル弁２０の開度とに基づく燃料供給量を設定し、こ
れに対応する開放期間を当該流量調整弁２３に与えるコ
ントローラ３４が接続しており、本発明の制御手段を構
成するこのコントローラ３４は、燃料供給管２２側の燃
料調圧器２７及び副室用燃料供給管３０側の燃料調圧器
３２並びに電磁遮断弁３５にも接続し、スロットル弁２
０の開度等に基づいてこれら燃料調圧器２３，３２によ
るガス燃料の圧力をそれぞれ最適に制御する他、機関１
２の始動時等に副室用燃料供給管３０から副室１８内へ
のガス燃料の供給を停止すべく、電磁遮断弁３５の開閉
を制御するようにしている。

【００２２】従って、燃料供給管２２内を流れるガス燃
料は、コントローラ１２４によって制御された燃料調圧
器２７により適切な圧力に調整され、機関回転数とスロ
ットル弁２０の開度とに基づく燃料供給量がコントロー
ラ３０にて設定され、これに対応する開放期間が流量調
整弁２３に与えられる。これにより、ガスミキサー１１
内にて空気とガス燃料とが均一に混合され、吸気管１９
を通って主燃焼室１８内に送り込まれる。

【００２３】一方、副室用燃料供給管３０内を流れるガ
ス燃料は、コントローラ３４によって制御された燃料調
圧器３２により適切な圧力に調整され、ピストン１４が
上昇する圧縮行程の途中で逆止め弁３３を介し、このガ
ス燃料が副室２８内に圧送される。又、この圧縮行程の
途中にて、主燃焼室１８内の混合気の一部が副室２８側
へ流れ込み、副室用燃料供給管３０側からこの副室２８
内に供給されたガス燃料と混ざり合う。そして、圧縮行
程の終了前に起こる点火プラグ２９の火花放電により、
副室２８内のガス燃料が着火し、その火炎が主燃焼室１
８側へと伝搬して行く。

【００２４】通常の機関１２の運転時には、コントロー
ラ３４が電磁遮断弁３５を開放状態に保持し、副室用燃
料供給管３０を介してガス燃料を副室２８内に圧送する
。これにより、副室２８内は主燃焼室１８内の理論空燃
比に設定された混合気の一部と副室用燃料供給管３０か
らのガス燃料とが混ざり合ってリッチな状態となり、燃
焼排ガス中の窒素酸化物濃度を低減させることが可能と
なる。

【００２５】一方、機関１２が始動時であることをコン
トローラ３４が判断すると、このコントローラ３４は電
磁遮断弁３５を遮断状態に保持し、副室用燃料供給管３
０側から副室２８内へのガス燃料の供給を停止させる。 そして、図示しない始動用モータを駆動して機関１２の
クランク軸１３を駆動回転させることにより、副室２８
内には主燃焼室１８内の理論空燃比に設定された混合気
の一部のみが供給されることとなり、圧縮行程の終了前
に起こる点火プラグ２９の火花放電により、副室２８内
の理論空燃比に設定された着火性の良い混合気に着火さ
せ、その火炎を主燃焼室１８側の混合気に伝搬させるこ
とによって、機関１２の始動を行う。

【００２６】このようにして機関回転数がある程度上昇
し、機関１２が停止する虞がなくなった時点で、コント
ローラ３４は電磁遮断弁３５を再び開放状態に操作し、
副室用燃料供給管３０から副室２８側へのガス燃料の供
給を開始させ、通常の副室燃焼方式を行う。

【００２７】

【発明の効果】本発明の火花点火ガス内燃機関によると
、主燃焼室に連通する副室内にガス燃料を供給するため
の副室用燃料供給管を燃料流量調整弁よりも上流側で燃
料供給管から分岐させ、この副室用燃料供給管の途中に
副室に対するガス燃料の供給を停止し得る開閉可能な遮
断弁を設け、機関の始動時にこの遮断弁の開閉を制御す
る制御手段を設けたことにより、副室内の空燃比を必要
に応じて着火性の良い理論空燃比に設定することができ
る結果、機関の冷間始動時であっても良好な始動性を常
に確保することができる。

【００２８】又、吸入空気の温度やガス燃料の性状が変
化したり、或いは副室の形状等の仕様の変更等があった
りしても、制御装置による遮断弁の開閉を適宜制御する
ことにより、常に機関の始動性を良好に保つことが可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による副室燃焼方式の火花点火ガス内燃
機関の一実施例を表す概念図である。

【図２】従来の副室燃焼方式の火花点火ガス内燃機関の
一例を表す概念図である。

【符号の説明】

１２は機関、１８は主燃焼室、１９は吸気管、２０はス
ロットル弁、２２は燃料供給管、２３は燃料流量調整弁
、２７，３２は燃料調圧器、２８は副室、２９は点火プ
ラグ、３０は副室用燃料供給管、３３は逆止め弁、３４
はコントローラ、３５は電磁遮断弁である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　主燃焼室に連通し且つこの主燃焼室に
   対する吸入空気量を調整するスロットル弁が設けられた
   吸気管と、この吸気管を介して前記主燃焼室内にガス燃
   料を供給するための燃料供給管と、この燃料供給管の途
   中に設けられて前記主燃焼室に対するガス燃料の供給量
   を変更可能な燃料流量調整弁とを有する火花点火ガス内
   燃機関において、前記主燃焼室に連通する副室と、先端
   部がこの副室内に臨み且つ前記ガス燃料を点火させる点
   火プラグと、前記燃料流量調整弁よりも上流側で前記燃
   料供給管から分岐し且つ前記副室内に前記ガス燃料を供
   給するための副室用燃料供給管と、この副室用燃料供給
   管の途中に設けられて前記副室に対する前記ガス燃料の
   供給を停止し得る開閉可能な遮断弁と、この遮断弁の開
   閉を制御する制御手段とを具えた火花点火ガス内燃機関
   。