JPH05321670A

JPH05321670A - 副室式希薄燃焼ガス機関

Info

Publication number: JPH05321670A
Application number: JP15152692A
Authority: JP
Inventors: Toru Nakazono; 徹中園; Takahiro Tomomura; 卓宏友村
Original assignee: Yanmar Diesel Engine Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 1992-05-18
Filing date: 1992-05-18
Publication date: 1993-12-07

Abstract

(57)【要約】【目的】副室と主室のそれぞれの燃焼状態を良好なも
のとして機関の総合的な燃焼状態を改善する。【構成】副室３に高カロリーの燃料を供給し、主室２
に低カロリーの燃料を供給するようにした。【効果】副室内部での発熱量が大きくなり、それだけ
主室内の燃焼期間が短縮され、低い圧縮比で高い機関効
率を得ることが可能になると共に、機関の安定した運転
が容易となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、副室に供給される燃
料と主室に供給される燃料とを異ならせた副室式希薄燃
焼ガス機関に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】副室式希薄燃焼ガス機関は燃料のみある
いは濃混合気を副室に供給すると共に主室には希薄混合
気を供給し、副室の燃料に先に点火して主室内の燃料を
燃焼させるものであるが、従来は混合比が異なるのみで
燃料自体は副室用と主室用で同じものが使用されてい
る。しかし、例えば都市ガスの１３Ａを燃料としている
場合には、効率を高めようとして圧縮比を高くするとＮ
ＯｘやＨＣが増大し、また圧縮比の上昇に伴って点火栓
の要求電圧も上昇するために点火栓の耐久性が低下す
る。また、例えば汚泥処理によって発生する消化ガスを
燃料とした場合には、消化ガスの発熱量が比較的小さく
しかも成分が変動しやすいために出力が安定せず、ハン
チングや失火も起きやすくなって機関の性能を十分発揮
することができない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、上述のよ
うな問題点に着目し、副室と主室のそれぞれの燃焼状態
を良好なものとして機関の総合的な燃焼状態を改善する
ことを課題としてなされたものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を達成するた
めに、この発明では、副室に高カロリーの燃料を供給
し、主室に低カロリーの燃料を供給するようにしてい
る。上記の燃料のカロリー差は相対的なものであり、例
えば副室には液化石油ガスを、主室には都市ガスの１３
Ａをそれぞれ供給することができ、また副室に都市ガス
の１３Ａを、主室に消化ガスをそれぞれ供給し、あるい
は副室に液化石油ガスを、主室に消化ガスをそれぞれ供
給することができる。

【０００５】

【作用】副室と主室とでは燃焼のメカニズムが異なって
いるので、それに合わせて供給する燃料の質を変えるこ
とにより機関の燃焼状態が改善される。すなわち、副室
に供給される燃料の方が主室の燃料よりもカロリーが高
いため、主室と同じ燃料を副室に供給する場合と比較す
ると副室内部での発熱量が大きくなり、それだけ主室内
の燃焼期間が短縮され、低い圧縮比で高い機関効率を得
ることが可能となると共に、機関の安定した運転が容易
となる。

【０００６】

【実施例】以下、図示の各実施例について説明する。図
１は副室に液化石油ガスを供給し、主室に都市ガスの１
３Ａを供給するようにした実施例の構成を示す概略図で
ある。１は機関、２は主室、３は副室、４は点火栓、５
はチェックバルブ、６は吸気弁、７は排気弁、８は吸気
管、９はスロットル弁、１０はミキサー、１１はガスレ
ギュレータ、１２は主室用燃料配管、１５は液化石油ガ
スの貯蔵タンク、１６はベーパライザー、１７はガスレ
ギュレータ、１８は副室用燃料配管である。

【０００７】機関１は、主室用燃料配管１２から供給さ
れた１３Ａガスをレギュレータ１１で調圧し、ミキサー
１０で空気と混合して生成された希薄混合気をスロット
ル弁９、吸気弁６を介して主室２に供給する一方、貯蔵
タンク１５からベーパライザー１６で蒸発させた液化石
油ガスをガスレギュレータ１７で調圧し、チェックバル
ブ５を介して副室３に供給するように構成されており、
副室３内の燃料に点火栓４で点火することによって運転
される。

【０００８】周知のように液化石油ガスはプロパンある
いはブタンを主成分としたものであるが、１３Ａガスよ
り単位体積当たりの発熱量が大きく、副室３に１３Ａガ
スを供給した場合よりも副室３内のエネルギーは大きく
なる。このため、副室３から主室２に噴出する火炎ジェ
ットのエネルギーが大きくなって主室２内の１３Ａガス
に対する着火が早くなり、燃焼期間も短縮される。すな
わち、燃焼初期の熱発生率が高く、上死点付近での熱発
生量が大きくなって等容度が高くなり、圧縮比を大きく
しなくても主室２内の燃焼期間が短縮されるのであり、
主燃料の１３Ａガスは一般的には機関効率が低い傾向が
あるにもかかわらず、圧縮比が低くても高い機関効率を
達成できるようになる。また圧縮比が低いため、液化石
油ガスのみの場合よりもＮＯｘの発生量が低減され、更
に点火時における主室２内の圧力が低くなるので点火の
ための要求電圧が低下し、点火栓の消耗を低減すること
ができる。

【０００９】図２及び図３は燃料として液化石油ガスの
みまたは１３Ａガスのみを使用した場合とこの実施例と
を比較した図であり、ＬＰＧは液化石油ガスのみの場合
の特性、１３Ａは１３Ａガスのみの場合の特性、ＬＰＧ
＋１３Ａは実施例の特性をそれぞれ示している。図２は
クランク角に対する発熱量と主室内圧力の関係を例示し
たものである。すなわち、(a)のように、ＬＰＧでは点
火時に火炎による小さなピークの後に遅れて発熱量のピ
ークが生じており、また１３Ａではピークが全体的に小
さく遅れ気味であるのに対して、実施例のＬＰＧ＋１３
Ａでは早い時期から高い発熱量が得られている。また
(b)のように、点火時における主室内圧力は１３Ａの場
合よりも低くなっている。

【００１０】また、図３は主室２に供給される混合気の
空燃比に対するＮＯｘの発生量、機関効率及び点火のた
めの要求電圧の関係を示したものである。(a)〜(c)に示
すように、ＮＯｘはＬＰＧより低く、効率は１３Ａより
相当高く、要求電圧は１３Ａより相当低くなっている。
なお、この種のガス機関は大型で燃料消費量が大きいた
め、この実施例のように主燃料としては供給が安定して
いる１３Ａガスを使用することが普通であり、液化石油
ガスの消費量は小さいので貯蔵タンク１５は小容量のも
ので済む。

【００１１】ところで、液化石油ガスは１３Ａガスに比
べてくすぶりやすいため、上述のように液化石油ガスを
副室３に供給する方式では点火栓４のくすぶりが発生し
やすくなる。このため、図４に示すようにチェックバル
ブ５から副室３に至るガス供給口５ａを副室３の上壁面
に対して傾斜させ、更にその内径を細くすると共に、副
室３の中心から偏心した位置に副室３の側壁面に向けて
傾斜させた状態でガス供給口５ａを開口させることが望
ましい。このような構成により副室３内には適当な渦流
が生ずるようになり、噴口３ａから入る混合気中の空気
との混合が良好となって点火栓４のくすぶりが解消され
るのである。

【００１２】なお、ガス供給口５ａはカーボンにより閉
塞される可能性があるので細くすることには限度があ
り、内径ｄ₃は２．５〜４．５mm程度が適当である。ま
た上壁面に対する傾斜角度θについては、角度を大きく
するとくすぶりが減少する反面副室３内に供給された液
化石油ガスが噴口３ａから逃げやすくなって機関効率が
下がる傾向となるので、４０〜５０°程度とすることが
適当である。また側壁面に向かう傾斜角度αについては
４０°前後が適当である。

【００１３】また、１３Ａガスより液化石油ガスの方が
発熱量が大きいので、副室３に供給される液化石油ガス
の量をある程度下げることが望ましい。しかし、この目
的で副室３への供給圧力を下げることは、主室２側の圧
力との差が小さくなってチェックバルブ５のハンチング
が発生しやすくなり、また圧縮行程で主室２内の混合気
が副室３に入りやすくなって早めに燃焼可能な状態とな
るため、プレイグニッションが発生しやすくなる等の問
題が生ずるので好ましくない。このため、供給圧力自体
を下げることは避け、図５に示すように副室用燃料配管
１８とチェックバルブ５との間に絞り部１８ａを設ける
ことが望ましい。例えば１３Ａガス用の機関にこの発明
を実施する場合には、ガス通路にアジャスタを挿入して
通路面積を７０％程度に低減する等の処置を施してこの
絞り部１８ａを形成すればよく、機関の種類やチェック
バルブの構造等に応じて適宜の手段で絞り部１８ａを形
成することができる。なお、絞り部１８ａの内径ｄ₂と
副室用燃料配管１８の内径ｄ₁及びガス供給口５ａの内
径ｄ₃は、ｄ₁＞ｄ₃＞ｄ₂となるように選定される。

【００１４】このような構成とすることによって、機関
の行程に応じて主室２内の圧力は図６の(a)のように変
化し、これに対して、主室内圧力が低くなる吸気行程に
おいて(b)のようなバルブリフトでチェックバルブ５が
開き、有効開口面積は(c)のように絞り部１８ａの大き
さによって上限が制限されることになる。なお、破線は
チェックバルブ５自体の開口面積の変化を示している。
すなわち、チェックバルブ５がハンチングを生じない程
度の圧力差を保ちながら、液化石油ガスの供給量を絞り
部１８ａで抑えることができる。従って、副室３に供給
されるガス量が安定して機関の運転も安定したものとな
り、希薄側での運転にも支障がなくなって機関効率の向
上やＨＣ、ＣＯなどの低減が容易となるのである。

【００１５】図７は副室３に都市ガスの１３Ａを供給
し、主室２に消化ガスを供給するようにした実施例の構
成を示す概略図である。図において、２１はサージタン
ク、２２は汚泥処理タンク、２３はコンプレッサ、２４
はサージタンクであり、その他は図１中の対応するもの
と同一の符号でそれぞれ示してある。図のように、この
実施例では汚泥処理タンク２２で発生した消化ガスをレ
ギュレータ１１で調圧して主室２に供給しており、副室
３には１３Ａガスをコンプレッサ２３で圧縮し、サージ
タンク２４を経てレギュレータ１７で調圧した後チェッ
クバルブ５を経て供給している。

【００１６】周知のように、消化ガスはメタンを主成分
として６０％程度含んでいる。しかし、その含有率は時
間によって変化しやすく、１０％前後の変動は普通であ
るためこれに伴って理論空燃比が変動し、また発熱量も
小さいので、消化ガスのみを燃料として使用すると出力
が安定せず、またハンチングや失火を生じやすい。これ
に対して、この実施例では成分が安定している１３Ａガ
スを副室３に供給しているので副室３内の空気過剰率が
安定し、着火とそれに続く副室内での燃焼は安定したも
のとなる。また、１３Ａガスは主成分がメタンであって
圧縮比などの諸元は消化ガスとほぼ同様な値でよいため
運転が容易であり、しかも消化ガスと比較して体積当た
りの発熱量が高く、副室内部の燃焼を強化できるので、
燃焼期間の短縮と効率向上が可能になると共に出力の確
保も容易となるのである。

【００１７】図８は副室３に液化石油ガスを供給し、主
室２に消化ガスを供給するようにした実施例の構成を示
す概略図である。図中、３１はプロパンボンベであり、
その他は図１及び図７中の対応するものと同一の符号で
それぞれ示してある。図のように、この実施例では汚泥
処理タンク２２で発生した消化ガスをレギュレータ１１
で調圧して主室２に供給する一方、ボンベ３１のプロパ
ンガスをレギュレータ１７で調圧した後チェックバルブ
５を経て副室３に供給している。

【００１８】既に述べたように、消化ガスのみを燃料と
したガス機関では出力が安定せず、１３Ａガス使用の機
関と同様な性能を得ることは困難であるが、この実施例
では副室３に液化石油ガスであるプロパンガスを供給し
ており、単位体積当たりの発熱量が大きいため副室内の
エネルギーは大きくなる。このため、図１の実施例で述
べたのと同様に主室２内の混合気に対する着火が早くな
り、燃焼期間も短縮されるなど燃焼状態が大幅に改善さ
れ、消化ガスのみを燃料とした場合と比較して機関効率
が向上すると共に安定した運転が可能となり、ＨＣやＣ
Ｏの発生量も低下するのである。

【００１９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明は、副室式希薄燃焼ガス機関において副室に高カロリ
ーの燃料を供給し、主室に低カロリーの燃料を供給する
ようにしたものである。このように、燃焼のメカニズム
が異なる副室と主室に異なる燃料をそれぞれ供給するよ
うにし、副室に供給される燃料の方を主室の燃料よりも
高カロリーとしているので、副室内部での発熱量が大き
くなり、それだけ主室内の燃焼期間が短縮され、低い圧
縮比で高い機関効率を得ることが可能となると共に、機
関の安定した運転が容易となる。

【００２０】特に、副室に液化石油ガスを、主室に都市
ガスの１３Ａをそれぞれ供給するものでは、１３Ａガス
のみを燃料とする場合と比較して低い圧縮比で機関効率
を高めると共に、点火栓の耐久性を向上することができ
る。また、汚泥処理タンクで発生した消化ガスを主燃料
とする機関においては、副室に１３Ａガスや液化石油ガ
スを供給することにより燃焼状態が改善され、機関効率
が向上すると共に消化ガスの成分変動の影響が軽減さ
れ、運転を安定させることができるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例の概略構成図である。

【図２】同実施例と従来例の動作を比較したグラフであ
る。

【図３】同じく実施例と従来例の動作を比較したグラフ
である。

【図４】同実施例における改善例を示す図である。

【図５】同実施例における他の改善例を示す図である。

【図６】同改善例の動作を示すグラフである。

【図７】この発明の第２の実施例の概略構成図である。

【図８】この発明の第３の実施例の概略構成図である。

【符号の説明】

１ガス機関２主室３副室４点火栓５チェックバルブ５ａ副室へのガス供給口１２主室用燃料配管１５液化石油ガス貯蔵タンク１８副室用燃料配管１８ａ絞り部２２汚泥処理タンク３１プロパンボンベ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】副室に供給した燃料に点火した後、主室
内の希薄混合気を燃焼させるように構成された副室式希
薄燃焼ガス機関であって、副室には高カロリーの燃料を
供給し、主室には低カロリーの燃料を供給することを特
徴とする副室式希薄燃焼ガス機関。
【請求項２】副室に供給される燃料が液化石油ガスで
あり、主室に供給される燃料が都市ガスの１３Ａである
請求項１記載の副室式希薄燃焼ガス機関。
【請求項３】副室に供給される燃料が都市ガスの１３
Ａであり、主室に供給される燃料が汚泥処理によって発
生する消化ガスである請求項１記載の副室式希薄燃焼ガ
ス機関。
【請求項４】副室に供給される燃料が液化石油ガスで
あり、主室に供給される燃料が汚泥処理によって発生す
る消化ガスである請求項１記載の副室式希薄燃焼ガス機
関。