JPH04318265A - 多気筒副室希薄燃焼式ガスエンジン - 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、燃料濃度の希薄な給気
が主燃焼室に供給され、燃料ガスが副燃焼室に供給され
ることで作動する多気筒副室希薄燃焼式ガスエンジンに
関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスエンジンから排出される排気ガスに
含まれる窒素酸化物の濃度は、給気の燃料濃度が希薄で
あるほど、すなわち給気中に含まれる酸素量が多いほど
低減される。しかし、給気中の燃料濃度が希薄であると
燃焼させることができないため、主燃焼室に通じる副燃
焼室に燃料ガスをガス管から供給することで、主燃焼室
において給気を希薄燃焼させている。

【０００３】このような副室希薄燃焼式ガスエンジンに
おいては、エンジン負荷に応じて主燃焼室に供給する給
気量を調節するため、給気管の途中にエンジン負荷に応
じて作動するスロットルバルブが設けられる。また、主
燃焼室に供給される給気量に応じて副燃焼室に供給され
る燃料ガスの量を調節する必要があることから、副燃焼
室に燃料ガスを供給するガス管の途中に燃料ガスの流量
調節用レギュレータが設けられる。このレギュレータは
、前記スロットルバルブよりも下流側の給気圧力に応じ
て作動するものとされる。これにより、エンジン負荷が
大きくなってスロットルバルブによる給気管の開度が大
きくなると、スロットルバルブの下流側の給気圧力が増
大することから、レギュレータを介しガス管から副燃焼
室に供給される燃料ガス流量が増大する。また、エンジ
ン負荷が減少してスロットルバルブによる給気管の開度
が小さくなると、スロットルバルブの下流側の給気圧力
が低下することから、レギュレータを介しガス管から副
燃焼室に供給される燃料ガス流量が減少する。また、エ
ンジン負荷が遮断された場合は、スロットルバルブによ
る給気管の開度が最小となり、レギュレータを介しガス
管から副燃焼室に供給される燃料ガス流量も最小となる
。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】エンジン負荷が遮断さ
れてスロットルバルブによる給気管の開度が最小となる
と、主燃焼室に供給される給気量は急激に減少する。こ
の場合、レギュレータを通過する燃料ガス量も減少する
が、負荷遮断の直前にレギュレータを通過した燃料ガス
は、レギュレータよりも下流の燃料ガス通路に残存する
。この残存する燃料ガスの量は、エンジンの気筒数が多
くなると燃料ガス通路も長くなるために多くなる。この
ガス通路に残存した多量の燃料ガスが副燃焼室に供給さ
れると、主燃焼室に供給される給気量が急激に減少して
いるため、副燃焼室の燃料ガスを燃焼させる酸素が不足
する。そのため失火を生じ、燃焼室の燃料ガスが排気マ
ニホールドに流入し、排気マニホールドにおいて爆発す
るという問題があった。

【０００５】本発明は上記従来技術の問題を解決するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴とするとこ
ろは、主燃焼室に給気管から希薄燃料濃度の給気が供給
され、副燃焼室にガス管から燃料ガスが供給され、前記
給気管の途中にエンジン負荷に応じて作動するスロット
ルバルブが設けられ、前記ガス管の途中に燃料ガスの流
量調節用レギュレータが設けられ、このレギュレータは
前記スロットルバルブよりも下流側の給気圧力に応じて
作動する多気筒副室希薄燃焼式ガスエンジンにおいて、
給気通路と前記レギュレータよりも下流側の燃料ガス通
路とを連通する連通路が設けられ、この連通路を開閉す
る電磁開閉弁が設けられ、この電磁開閉弁はエンジン負
荷の遮断信号により連通路を一定時間開く点にある。

【０００７】

【作用】本発明の構成によれば、エンジン負荷が遮断さ
れると、給気通路とレギュレータよりも下流側の燃料ガ
ス通路とが電磁開閉弁により一定時間開かれるため、エ
ンジン負荷の遮断直前にレギュレータを通過した燃料ガ
スは給気通路に供給される。これにより、エンジン負荷
を遮断した場合に副燃焼室に多量の燃料ガスが供給され
ることはない。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を発明
する。

【０００９】まず、図１に基づいて本発明の実施例に係
る多気筒副室希薄燃焼式のＶ形エンジン１の燃料系統を
説明する。

【００１０】このＶ形エンジン１は１２気筒であって、
正面視Ｖ字形に配置されるシリンダを形成するシリンダ
ブロック２と、このシリンダブロック２内で往復動する
ピストン３と、このピストン３に連結されるクランク軸
４と、シリンダブロック２の上方を覆うシリンダヘッド
５とを備えている。そのシリンダブロック２内のピスト
ン３の上方が主燃焼室６とされる。この主燃焼室６に通
じる副燃焼室７がシリンダヘッド５の内部に形成されて
いる。

【００１１】その主燃焼室６に、燃料濃度の希薄な給気
が供給される。まず、燃料供給主管１０から供給される
燃料ガスが、レギュレータ１１により略大気圧にまで減
圧され、しかる後に一対の流量調節装置１２ａ、１２ｂ
に供給される。各流量調節装置１２ａ、１２ｂは流量制
御弁１３ａ、１３ｂと開閉弁１４ａ、１４ｂとを備える
。各弁１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂは制御装置１１
５に接続され、この制御装置１１５はエンジン１の速度
センサ１１６に接続されている。これにより、各弁１３
ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂの開度はエンジン１の速度
に応じて制御装置１１５により調節され、エンジン１の
回転速度に応じた流量の燃料ガスが流量調節装置１２ａ
、１２ｂから送り出される。

【００１２】各流量調節装置１２ａ、１２ｂから送り出
された燃料ガスは一対のミキサー１５ａ、１５ｂに供給
される。各ミキサー１５ａ、１５ｂは、燃料ガスとエア
フィルター１６ａ、１６ｂを介して供給される空気とを
ベンチュリー管を用いて混合し、燃料濃度の希薄な給気
を送り出す。

【００１３】一方のミキサー１５ａから送り出される給
気は一対の排気ターボ過給機１７ａ、１７ｂの一方１７
ａのコンプレッサーに供給され、また、他方のミキサー
１５ｂから送り出される給気は他方の排気ターボ過給機
１７ｂのコンプレッサーに供給される。

【００１４】一方の排気ターボ過給機１７ａのコンプレ
ッサーから送り出される給気の送り出し管１８ａと、他
方の排気ターボ過給機１７ｂのコンプレッサーから送り
出される給気の送り出し管１８ｂとが連結されて単一の
第１給気管１９とされる。

【００１５】この第１給気管１９が分岐されて一対の給
気冷却用の水冷式インタークーラー２０ａ、２０ｂに連
結されている。

【００１６】一方のインタークーラー２０ａから送り出
される給気の送り出し管２１ａと、他方のインタークー
ラー２０ｂから送り出される給気の送り出し管２１ｂと
が連結されて単一の第２給気管２２とされている。

【００１７】第２給気管２２が分岐されて一対の給気マ
ニホールド２３ａ、２３ｂに連結されている。一方の給
気マニホールド２３ａから、Ｖ形エンジン１の図２にお
いて左方側の列に沿うシリンダの各主燃焼室６に、分岐
管２４ａを介して給気が供給される。また、他方の給気
マニホールド２３ｂから、Ｖ形エンジンの他方の列に沿
うシリンダの各主燃焼室６に、分岐管２４ｂを介して給
気が供給される。

【００１８】前記副燃焼室７に燃料ガスが供給される。 すなわち、前記燃料供給主管１０から分岐するバイパス
管３０が形成され、このバイパス管３０を流れる燃料ガ
スの圧力を上昇させるコンプレッサー３１が設けられて
いる。このコンプレッサー３１から送り出される燃料ガ
スの送り出し管は、第１ガス主管３２ａと第２ガス主管
３２ｂとに分岐される。その第１ガス主管３２ａから分
岐管３３ａを介し、図２において左方側の列に沿う副燃
焼室７に燃料ガスが供給される。また、その第２ガス主
管３２ｂから分岐管３３ｂを介して他方の列に沿う副燃
焼室７に燃料ガスが供給される。なお、副燃焼室７から
ガス主管３２ａ、３２ｂに燃料ガスが逆流しないように
、各分岐間３３ａ、３３ｂと副燃焼室７との間に、図８
に示すチェック弁７０が介在されている。このチェック
弁７０は、ハウジング７１と、このハウジング７１に形
成された燃料ガスの入口７５と、燃料ガスの出口７２と
、その燃料ガスの出口７２を開閉する弁７３を備えてい
る。その弁７３は、バネ７４により出口７２を閉じる方
向に付勢されている。これにより、吸気工程において出
口７２側に通じる副燃焼室７の圧力が小さくなると、バ
ネ７４と入口７５から流入する燃料ガスの圧力とにより
弁７３が下方移動し、出口７２が開いて副燃焼室７に燃
料ガスが供給される。また、排気工程や圧縮工程におい
て副燃焼室７の圧力が高くなると、弁７３が上方移動し
て出口７２を閉じるので副燃焼室７からの燃料の逆流が
防止される。

【００１９】そして、排気ガスは一対の排気マニホール
ド９０ａ、９０ｂから排気管９１ａ、９１ｂを介して排
気ターボ過給機１７ａ、１７ｂのタービンに供給され、
しかる後にＶ形エンジン１から排出される。

【００２０】前記第２給気管２２の内部に、スロットル
バルブ４０が配置されている。このスロットルバルブ４
０はエンジン負荷に応じて作動し、エンジン負荷が大き
くなると第２給気管の開度を大きくして主燃焼室６に多
量の給気を供給し、エンジン負荷が小さくなると主燃焼
室６に供給する給気を少なくする。このスロットルバル
ブ４０は、電子ガバナー装置１００により作動制御され
る。また、エンジン負荷の遮断により第２給気管２２の
開度を最小とし、主燃焼室６への給気の供給を最小にす
る。そのエンジン負荷の遮断信号は、エンジン負荷の制
御装置１０５から電子ガバナー装置１００に送られ、電
子ガバナー装置１００がスロットルバルブ４０を直ちに
最小開度位置に作動させる。

【００２１】また、エンジン負荷に応じて主燃焼室６へ
送られる給気量が変化するのに対応して、副燃焼室７に
送られる燃料ガス量が調節される。すなわち、第１ガス
主管３２ａと第２ガス主管３２ｂの途中にそれぞれレギ
ュレータ４１ａ、４１ｂが設けられている。このレギュ
レータ４１ａ、４１ｂは、図７に示すように本体ブロッ
ク４４を備え、この本体ブロック４４に、ガス主管３２
ａ、３２ｂの上流側に通じる入口４２と、ガス主管３２
ａ、３２ｂの下流側に通じる出口４３とが形成されてい
る。その入口４２と出口４３との間の通路４７の開度を
調節する開閉弁４５が設けられている。この開閉弁４５
は、バネ４６により図７において下向きに押されること
で通路４７を閉じる方向に付勢されている。また、その
開閉弁４５はダイヤフラム４８に連結され、このダイヤ
フラム４８の下方に圧力室４９が形成されている。この
圧力室４９の内部に、ダイヤフラム４８を図７において
上向きに押すバネ１５０が配置されている。また、圧力
室４９には接続口５１が形成され、この接続口５１に接
続される連結管５０により、圧力室４９の内部と、前記
スロットルバルブ４０の下流の給気通路とが連通される
。

【００２２】これにより、エンジン負荷が大きくなって
前記スロットルバルブ４０による第２給気管２２の開度
が大きくなると、スロットルバルブ４０の下流側の給気
圧力が大きくなるので圧力室４９の圧力が大きくなる。 すると、ダイヤフラム４８が図７において上方移動する
ことで開閉弁４５が上方移動し、通路４７の開度が大き
くなる。これにより、主燃焼室６に供給される給気量の
増大に対応し、ガス主管３２ａ、３２ｂから副燃焼室７
に供給される燃料ガス量が増大する。

【００２３】また、エンジン負荷が小さくなってスロッ
トルバルブ４０による第２給気管２２の開度が小さくな
ると、スロットルバルブ４０の下流側の給気圧力が小さ
くなるので、圧力室４９の圧力が小さくなる。すると、
ダイヤフラム４８が図７において下方移動することで開
閉弁４５が下方移動し、通路４７の開度が小さくなる。 これにより、主燃焼室６に供給される給気量の減少に対
応し、ガス主管３２ａ、３２ｂから副燃焼室７に供給さ
れる燃料ガス量が減少する。

【００２４】また、スロットルバルブ４０が負荷の遮断
信号により作動し、第２供給路２２の開度を最小とした
場合は、主燃焼室６に供給される給気量は急激に減少す
る。この場合、レギュレータ４１ａ、４１ｂを通過する
燃料ガス量も減少する。しかし、負荷の遮断信号の直前
にレギュレータ４１ａ、４１ｂを通過した燃料ガスは、
レギュレータ４１ａ、４１ｂよりも下流の燃料ガス通路
内に残存している。このレギュレータ４１ａ、４１ｂよ
りも下流の燃料ガス通路に残存する燃料ガスの量は、Ｖ
形エンジン１の気筒数が多い程に燃料ガス通路が長くな
るため多くなる。もし、その燃料ガス通路に残存した多
量の燃料ガスが副燃焼室７に供給されると、主燃焼室６
に供給される給気量は急激に減少しているため、副燃焼
室７における燃料ガスを燃焼させるのに充分な酸素が不
足し、失火してしまう。そうすると、未燃焼の燃料ガス
が排気マニホールド９０ａ、９０ｂにおいて爆発してし
まう。

【００２５】このような事態が生じないように、レギュ
レータ４１ａ、４２ｂよりも下流の第１ガス主管３２ａ
、３２ｂの内部の燃料ガス通路と、エアフィルター１６
ａ、１６ｂとミキサー１５ａ、１５ｂとの間の給気通路
とを連通する連通路６０ａ、６０ｂが設けられている。 また、この連通路６０ａ、６０ｂを開閉する電磁開閉弁
６１ａ、６１ｂが設けられている。この電磁開閉弁６１
ａ、６１ｂは常閉型で、前記制御装置１０５からのエン
ジン負荷の遮断信号により連通路６０ａ、６０ｂを一定
時間開く。これにより、エンジン負荷が遮断された場合
、レギュレータ４１ａ、４１ｂより下流の燃料ガス通路
に残存した燃料ガスは、連通路６０ａ、６０ｂを通って
給気通路に至るので、副燃焼室７に多量の燃料ガスが供
給されることはなく、失火や排気マニホールド９０ａ、
９０ｂにおける爆発事故を防止することができる。 なお、電磁開閉弁６１ａ、６１ｂを開く時間は、Ｖ形エ
ンジン１の気筒数や排気量等に応じて適宜設定する。

【００２６】なお、第１ガス主管３２ａと第２ガス主管
３２ｂとはレギュレータ４１ａ、４１ｂの下流において
連通管６５により連通され、両ガス主管３２ａ、３２ｂ
内における燃料ガス圧力の均一化が図られている。

【００２７】次に、図２〜図６を参照してＶ形エンジン
１の構造を説明する。

【００２８】Ｖ形エンジン１は、エンジン補機として発
電機８０を駆動するものであって、Ｖ形エンジン１と発
電機８０とは共通の台床８１の上に設置される。

【００２９】図５に示すように、正面視Ｖ形に形成され
たシリンダのＶバンクの内側に、一対の排気マニホール
ド９０ａ、９０ｂが配置される。このようにＶバンクの
内側に排気マニホールド９０ａ、９０ｂが配置されるこ
とにより、排気マニホールド９０ａ、９０ｂが爆発した
場合の安全が図られている。排気マニホールド９０ａ、
９０ｂがＶバンクの内側に配置されることから、一対の
給気マニホールド２３ａ、２３ｂはＶバンクの外側に配
置される。

【００３０】エンジン本体の一端（図２において左端）
の上部に一対の排気ターボ過給機１７ａ、１７ｂが配置
される。排気ターボ過給機１７ａ、１７ｂを一対とする
のは、Ｖ形エンジン１においては排気ターボ過給機を単
一のものとするのが困難であり、また、排気ターボ過給
機の効率を向上して小型化するためである。図３に示す
ように、この排気ターボ過給機１７ａ、１７ｂの外側に
、燃料供給主管１０から供給される燃料ガスとエアフィ
ルター１６ａ、１６ｂを介して供給される空気とを混合
するミキサー１５ａ、１５ｂが配置される。

【００３１】エンジン本体の他端（図２において右端側
）の上部に一対の給気冷却用のインタークーラー２０ａ
、２０ｂが配置される。インタークーラー２０ａ、２０
ｂを一対とするのは、単一にすると大型化するので、Ｖ
形エンジン１のコンパクト化のために一対としている。

【００３２】各排気ターボ過給機１７ａ、１７ｂのコン
プレッサーから送り出される給気の送り出し管１８ａ、
１８ｂが連結されて単一の第１給気管１９とされている
。この第１給気管９は、図３〜図５に示すようにＶバン
クの内側であって排気マニホールド９０ａ、９０ｂの下
方に配置されている。これにより、各排気ターボ過給機
１７ａ、１７ｂから送り出される給気が第１給気管１９
において混合され、給気の量や燃料と空気との混合比が
均一化される。そして、第１給気管１９は分岐されて各
インタークーラー２０ａ、２０ｂに接続される。

【００３３】各インタークーラー２０ａ、２０ｂから送
り出される給気の送り出し管２１ａ、２１ｂは連結され
て単一の第２給気管２２とされる。この第２給気管２２
はＶバンクの内側であって、前記第１給気管１９および
排気マニホールド９０ａ、９０ｂの上方に配置される。 これにより、各インタークーラー２０ａ、２０ｂから送
り出される給気は単一の第２給気管２２ｂの内部で混合
されることにより、給気の量や空気と燃料との混合比が
均一化される。また、第２給気管がＶバンクの内側にあ
って且つ第１給気管１９の上方に配置されることにより
、Ｖ形エンジン１の幅を小さくしてコンパクトなものと
できる。

【００３４】そして、第２給気管２２は分岐されて各給
気マニホールド２３ａ、２３ｂに連結される。各給気マ
ニホールド２３ａ、２３ｂから分岐管２４ａ、２４ｂを
介してＶ形エンジン１の主燃焼室６に給気が供給される
。各分岐管２４ａ、２４ｂは、図５に示すようにＬ字形
状とされ、給気を絞るために主燃焼室６に向かうに従い
流路断面積が小さくされている。これにより、給気マニ
ホールド２３ａ、２３ｂの入口から各主燃焼室６までの
距離の相違により流路抵抗が不均一であっても、分岐管
２４ａ、２４ｂにおける絞り部により給気流量が均一化
され、各主燃焼室６に供給される給気量が均一化される
。

【００３５】図２、図６に示すように、第２給気管２２
の内部に設けられたスロットルバルブ４０は、電子ガバ
ナー装置１００とリンク１０１を介して連結されている
。なお、電子ガバナー装置１００はインタークーラー２
０ａの近傍に配置されることにより冷却されている。

【００３６】図３に示すように、Ｖ形エンジン１の副燃
焼室７に燃料を供給するためのバイパス管３０は、Ｖ形
エンジン１の一端において分岐する。図１に示すように
、このバイパス管３０から分岐する第１ガス主管３２ａ
と第２ガス主管３２ｂは、Ｖバンクの外側に配置される
。各ガス主管３２ａ、３２ｂの途中に設けられるレギュ
レータ４１ａ、４１ｂは、Ｖ形エンジン１の一端に配置
される。このレギュレータ４１ａ、４１ｂの下流側の燃
料ガス通路と、エアフィルター１６ａ、１６ｂとミキサ
ー１５ａ、１５ｂとの間の通路を連通する連通路６０ａ
、６０ｂは、Ｖ形エンジン１の一端の配管により構成さ
れる。その連通路６０ａ、６０ｂを開閉する電磁開閉バ
ルブ６１ａ、６１ｂはＶ形エンジン１の一端に配置され
る。第１ガス主管３２ａと第２ガス主管３２ｂとをレギ
ュレータ４１ａ、４１ｂの下流側で連通する連通管６５
は、図２、図４に示すようにＶ形エンジン１の他端側に
配置される。

【００３７】図５、図６に示すように、第１給気管１９
は二重管とされ、内管１９ａの内部を給気が流れ、外管
１９ｂと内管１９ａとの間を冷却水が流れる。その冷却
水は、Ｖ形エンジン１のシリンダブロック２の内部の冷
却水ジャケットを流れる冷却水の一部が利用される。そ
のため、第１給気管１９とシリンダブロック２は冷却水
配管１１０を介して接続される。また、この内管１９ａ
と外管１９ｂとの間を流れた冷却水は、冷却水の集合管
１１１を介して排出される。

【００３８】Ｖ形エンジン１により駆動される発電機８
０は、インタークーラー２０ａ、２０ｂの下方に配置さ
れている。そのインタークーラーに冷却水を供給する冷
却水パイプ１２０ａ、１２０ｂとインタークーラー２０
ａ、２０ｂから冷却水を排出するための冷却水パイプ１
２１ｂ、１２１ａは、発電機８０の外側方を通って配管
されている。これにより、配管１２０ａ、１２０ｂ、１
２１ａ、１２１ｂからの漏水が発電機８０に降りかかる
のを防止している。

【００３９】また、Ｖ形エンジン１と発電機８０を設置
する台床８１の内部は、Ｖ形エンジン１のオイルパン８
３の内部と配管８４を介して連通されている。これによ
り台床８１の内部は潤滑油オイルのタンクとされている
。そして、一方のインタークーラー２０ｂの冷却水パイ
プ１２０ｂ、１２１ｂは、台床８１の内部を貫通する。 これにより、Ｖ形エンジン１の潤滑オイルはインターク
ーラー用冷却水により冷却され、潤滑オイルのオイルク
ーラー（図示省略）の容量を小さくすることができる。 なお、エンジン補機としては発電機に限定されず例えば
コンプレッサーでもよい。

【００４０】

【発明の効果】本発明による多気筒副室希薄燃焼式ガス
エンジンによれば、エンジン負荷を遮断した場合に副燃
焼室に多量の燃料ガスが供給されてしまうのを防止でき
、失火や排気マニホールドにおける燃料ガスの爆発を防
止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るＶ形エンジンの燃料系統
を示す図

【図２】本発明の実施例に係るＶ形エンジンの側面図

【
図３】本発明の実施例に係るＶ形エンジンの正面図

【図
４】本発明の実施例に係るＶ形エンジンの背面図

【図５
】本発明の実施例に係るＶ形エンジンの横断面図

【図６
】本発明の実施例に係るＶ形エンジンの要部の縦断面図

【図７】本発明の実施例に係るレギュレータの断面図

【
図８】本発明の実施例に係るチェック弁の断面図

【符号の説明】

１　　Ｖ形エンジン ６　　主燃焼室 ７　　副燃焼室 ２２　　第２給気管 ３２ａ、３２ｂ　　ガス主管 ４０　　スロットルバルブ ４１ａ、４１ｂ　　レギュレータ ６０ａ、６０ｂ　　連通路 ６１ａ、６１ｂ　　電磁開閉弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　主燃焼室に給気管から希薄燃料濃度の
   給気が供給され、副燃焼室にガス管から燃料ガスが供給
   され、前記給気管の途中にエンジン負荷に応じて作動す
   るスロットルバルブが設けられ、前記ガス管の途中に燃
   料ガスの流量調節用レギュレータが設けられ、このレギ
   ュレータは前記スロットルバルブよりも下流側の給気圧
   力に応じて作動する多気筒副室希薄燃焼式ガスエンジン
   において、給気通路と前記レギュレータよりも下流側の
   燃料ガス通路とを連通する連通路が設けられ、この連通
   路を開閉する電磁開閉弁が設けられ、この電磁開閉弁は
   エンジン負荷の遮断信号により連通路を一定時間開くこ
   とを特徴とする多気筒副室希薄燃焼式ガスエンジン。