JPH07310550A - Gas engine - Google Patents
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- JPH07310550A JPH07310550A JP6124678A JP12467894A JPH07310550A JP H07310550 A JPH07310550 A JP H07310550A JP 6124678 A JP6124678 A JP 6124678A JP 12467894 A JP12467894 A JP 12467894A JP H07310550 A JPH07310550 A JP H07310550A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、主室と副室との連絡
が遮断された状態でガス燃料を副室に供給し、該副室と
の連絡が遮断された主室内で吸入空気を高圧縮するガス
エンジンに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention supplies gas fuel to a sub chamber in a state where the communication between the main chamber and the sub chamber is cut off, and sucks intake air in the main chamber where the communication with the sub chamber is cut off. High compression gas engine.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、ガスエンジンとして、ＮＯX を低
減し、高効率を実現するため、希薄燃焼方式のエンジン
が開発されている。このようなエンジンとしては、ガス
ミキサーを吸気管に設置してオットサイクルで燃焼させ
る方式、或いは副室を設けて副室内にガス燃料を供給し
て燃焼させる方式がある。ガスミキサーを吸気管に設置
する方式は、エンジン本体をほとんど設計変更すること
なく作製できるので、輸送機械等に使用されている。2. Description of the Related Art Conventionally, lean-burn engines have been developed as gas engines in order to reduce NO X and achieve high efficiency. As such an engine, there is a system in which a gas mixer is installed in an intake pipe and burns in an otto cycle, or a system in which a sub-chamber is provided and gas fuel is supplied into the sub-chamber and burned. The method of installing the gas mixer in the intake pipe can be manufactured without changing the design of the engine body, and is therefore used in transportation machines and the like.
【０００３】ガスエンジンとして、例えば、特開昭６４
−２４１５５号公報、特開平４−８６３６２号公報に開
示されたものがある。As a gas engine, for example, Japanese Patent Laid-Open No. Sho 64-64
No. 24155 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-86362.
【０００４】特開昭６４−２４１５５号公報に開示され
たガス機関の副室ガス圧制御方法は、副室式ガス機関の
副室に供給するガスあるいは混合気の供給圧を制御する
に際して、供給圧をＰｇ、吸気負圧をＰａ、ブースト圧
をＰｃとし、Ａ，Ｂ，Ｃを正の定数としたときに、Ｐｇ
＝ＡＰａ＋ＢＰｃ＋Ｃなる関係式が成立するように供給
圧をＰｇを制御するものである。負荷の変化は吸気負圧
Ｐａの変化に対応し、回転数の変化はブースト圧Ｐｃの
変化に対応するので、供給圧Ｐｇをガス機関の負荷や回
転数に応じた上記式により制御するものである。The gas pressure control method for a sub chamber of a gas engine disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 64-24155 discloses a method for controlling the supply pressure of a gas or a mixture gas supplied to a sub chamber of a sub chamber type gas engine. When Pg is the pressure, Pa is the intake negative pressure, Pc is the boost pressure, and A, B, and C are positive constants, Pg
= APa + BPc + C The supply pressure Pg is controlled so that the relational expression is satisfied. A change in load corresponds to a change in intake negative pressure Pa, and a change in rotation speed corresponds to a change in boost pressure Pc. Therefore, the supply pressure Pg is controlled by the above formula according to the load and rotation speed of the gas engine. is there.
【０００５】また、特開平４−８６３６２号公報に開示
された気体燃料の圧力調整装置は、正圧の気体燃料を送
入する導入路と、一定圧力の気体燃料を目的機器へ供給
する送出路とが接続された調圧室と、導入路を開閉する
計量弁とを有するものであり、計量弁を開閉動作させる
ための電磁気力で作動するアクチュエータと、調圧室の
圧力を検出する圧力センサーと、圧力センサーの圧力信
号に基づいてアクチュエータに駆動信号を送る電子式制
御器とを備えたものである。該気体燃料の圧力調整装置
は、調圧室の圧力が変動すると圧力センサーの圧力信号
に基づいて電子式制御器がアクチュエータに駆動信号を
送って計量弁を開閉動作させ、調圧室へ送入される正圧
の気体燃料を制御することによって調圧室を一定圧力に
維持するものである。Further, the gas fuel pressure adjusting device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-86362 discloses an introduction passage for feeding a positive pressure gaseous fuel and a delivery passage for supplying a constant pressure gaseous fuel to a target device. Having a pressure regulating chamber connected to and a metering valve for opening and closing the introduction path, an actuator operated by electromagnetic force for opening and closing the metering valve, and a pressure sensor for detecting the pressure in the pressure regulating chamber. And an electronic controller that sends a drive signal to the actuator based on the pressure signal of the pressure sensor. In the gas fuel pressure adjusting device, when the pressure in the pressure regulating chamber fluctuates, the electronic controller sends a drive signal to the actuator based on the pressure signal of the pressure sensor to open / close the metering valve, and then to feed into the pressure regulating chamber. The pressure regulating chamber is maintained at a constant pressure by controlling the positive pressure gaseous fuel.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ガスミ
キサーを吸気管に設置する予混合タイプのガスエンジン
では、天然ガスの吸入量分だけ空気量が減少するため、
空気利用率が減少し、ガソリンエンジンに比較して出力
が低下する。このような欠点を克服するには、筒内にガ
ス燃料を直接噴射して混合気を形成させることが燃費等
を考慮した場合に有利であると考えられる。更に、エン
ジンに関してＮＯX の発生を抑制する点から考慮する
と、希薄燃焼が好ましいものであり、ガス燃料を用いて
希薄燃焼させるためには、確実な着火と希薄混合気の急
速な燃焼が不可欠である。However, in the premix type gas engine in which the gas mixer is installed in the intake pipe, the air amount is reduced by the intake amount of natural gas.
Air utilization is reduced and output is reduced compared to gasoline engines. In order to overcome such drawbacks, it is considered to be advantageous to directly inject the gas fuel into the cylinder to form the air-fuel mixture in consideration of fuel consumption and the like. Furthermore, considering the occurrence of the NO X from the viewpoint of inhibiting respect engine is intended lean burn is preferred, in order to lean combustion using a gas fuel, essential rapid combustion of the reliable ignition and lean is there.
【０００７】上記のことを実現するため、シリンダヘッ
ドに副室を設け、副室内を燃料リッチな状態にし、希薄
領域における着火性を確実なものにし、燃焼を安定方法
が考えられる。ところが、ガスエンジンは、ナチュラル
ガスを燃料とするものであり、燃料が気体である。そこ
で、吸入行程でガスを吸入し、次いで圧縮すると、高圧
縮となり温度が高くなり、自己着火の現象即ちノッキン
グが発生する。しかるに、ナチュラルガスのガス燃料は
圧縮比が１２以下でないと、自己着火するものである。
また、エンジンの熱効率については、圧縮比が小さいと
熱効率が小さくなるという現象がある。In order to achieve the above, a method of stabilizing combustion is possible by providing a sub-chamber in the cylinder head, making the sub-chamber a fuel-rich state, and ensuring ignitability in a lean region. However, the gas engine uses natural gas as fuel, and the fuel is gas. Therefore, when the gas is sucked in the suction stroke and then compressed, the compression becomes high and the temperature rises, and the phenomenon of self-ignition, that is, knocking occurs. However, the gas fuel of natural gas will self-ignite unless the compression ratio is 12 or less.
Regarding the thermal efficiency of the engine, there is a phenomenon that the thermal efficiency decreases when the compression ratio is small.
【０００８】そこで、副室式ガスエンジンにおいて、希
薄燃焼を更に安定させるために、副室と主室とを連通す
る連絡孔にバルブを設置し、エンジン吸入行程時には該
バルブを閉じておき、主室に空気のみを吸入し、副室に
は数ｋｇ／ｃｍ2 に加圧された天然ガスを導入する。そ
して、上記バルブを上死点手前で開き、主室と副室との
圧力差により瞬間的に副室内に空気を流入させ、天然ガ
スと空気は極めて短時間に均一混合気を作り、同時に燃
焼を始め、副室から連絡孔を通じて主室に流出しながら
短時間に希薄燃焼を完了させることができる。しかしな
がら、ディーゼルエンジンを考慮した場合には、燃料ガ
スの燃焼室への供給は、インジェクションポンプ等を用
いる必要があるが、ガスエンジンでは通常のディーゼル
エンジンのようにインジェクションポンプを備えていな
いため、タイミング制御等の最適化が重要になる。Therefore, in the sub-chamber type gas engine, in order to further stabilize the lean combustion, a valve is installed in the communication hole that communicates the sub-chamber with the main chamber, and the valve is closed during the engine intake stroke. Only air is sucked into the chamber, and natural gas pressurized to several kg / cm 2 is introduced into the sub chamber. Then, the valve is opened before the top dead center, and the pressure difference between the main chamber and the sub chamber causes air to instantaneously flow into the sub chamber, and the natural gas and air form a homogeneous mixture in an extremely short time and simultaneously burn. In addition, the lean combustion can be completed in a short time while flowing from the sub chamber to the main chamber through the communication hole. However, when considering the diesel engine, it is necessary to use an injection pump or the like to supply the fuel gas to the combustion chamber, but since the gas engine does not have an injection pump like a normal diesel engine, the timing is Optimization of control is important.
【０００９】この発明の目的は、上記の課題を解決する
ことであり、副室にナチュラルガス等のガス燃料を導入
し、主室で吸入空気のみを圧縮して圧縮比を高めると共
に、副室内の筒内圧を圧電素子等のセンサーで検出し、
その情報を基にして燃料供給弁を作動させて負荷と回転
数とに見合った適正な燃料供給量を制御し、主室内の空
気を高温に上昇させた状態で連絡孔の連絡孔弁を開放し
て主室の高圧縮空気を副室に流入させ、副室内のガス燃
料と高圧縮空気とを一気に混合させることで短期間に着
火燃焼させ、しかも副室内では燃料は過濃状態なのでＮ
ＯX の発生を抑制する状態で燃焼させ、火炎を副室から
主室に一気に吹き出させることで二次燃焼を出来るだけ
均一な混合気で短時間で完結させ、ＮＯX 、ＨＣ等の発
生を低減し、特に熱効率を高め、ガス燃料の自己着火を
防止してノッキングの発生を防止することができるガス
エンジンを提供することである。An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems. A gas fuel such as natural gas is introduced into the sub-chamber, only intake air is compressed in the main chamber to increase the compression ratio, and the sub-chamber is also provided. The cylinder pressure of is detected by a sensor such as a piezoelectric element,
Based on this information, the fuel supply valve is operated to control the proper fuel supply amount corresponding to the load and rotation speed, and the communication hole valve of the communication hole is opened while the air in the main chamber is raised to a high temperature. Then, the highly compressed air in the main chamber is caused to flow into the sub chamber, and the gas fuel in the sub chamber and the highly compressed air are mixed at once to ignite and burn in a short period of time.
Combustion is carried out in a state in which the generation of O X is suppressed, and the flame is blown from the sub chamber to the main chamber at a stroke, so that secondary combustion is completed in a short time with a mixture that is as uniform as possible, and NO X , HC, etc. are generated. It is an object of the present invention to provide a gas engine which can reduce the heat efficiency, particularly improve the thermal efficiency, prevent self-ignition of gas fuel, and prevent knocking.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、シリンダヘッドに配置した副室を構成する
副室構造体、前記副室とシリンダ側に形成した主室とを
連通する前記副室構造体に形成した連絡孔、前記連絡孔
を開閉する連絡孔弁、ガス燃料供給源からのガス燃料を
前記副室へ供給するため前記副室に開口する燃料供給
口、前記燃料供給口を開閉するため電磁力によって作動
される燃料供給弁、前記副室内のガス燃料圧を検出する
圧力センサー、及び前記圧力センサーの検出信号に応答
して前記燃料供給弁の開閉を制御するコントローラから
構成したことを特徴とするガスエンジンに関する。In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows. That is,
According to the present invention, a sub-chamber structure that constitutes a sub-chamber arranged in a cylinder head, a communication hole formed in the sub-chamber structure that communicates the sub-chamber with a main chamber formed on the cylinder side, and the communication hole is opened and closed. Connecting hole valve, a fuel supply port opening to the sub chamber for supplying gas fuel from a gas fuel supply source to the sub chamber, a fuel supply valve operated by electromagnetic force to open and close the fuel supply port, The present invention relates to a gas engine comprising a pressure sensor for detecting gas fuel pressure in a sub chamber and a controller for controlling opening / closing of the fuel supply valve in response to a detection signal from the pressure sensor.
【００１１】また、このガスエンジンにおいて、前記副
室はシリンダ中央部に配置されており、前記連絡孔弁は
カムによって作動され、前記連絡孔弁を作動する前記カ
ムのカム位置を検出する位置センサーが設けられてい
る。Further, in this gas engine, the sub chamber is arranged in the central portion of the cylinder, the communication hole valve is operated by a cam, and a position sensor for detecting the cam position of the cam for operating the communication hole valve. Is provided.
【００１２】また、このガスエンジンにおいて、前記位
置センサーにより前記連絡孔弁が閉鎖している状態を検
出して前記燃料供給弁が作動して前記燃料供給口が開放
し、前記ガス燃料供給路を通じて前記副室内へガス燃料
が供給されるものである。Further, in this gas engine, the position sensor detects that the communication hole valve is closed, the fuel supply valve is actuated, the fuel supply port is opened, and the gas fuel supply passage is opened. Gas fuel is supplied to the sub chamber.
【００１３】また、このガスエンジンにおいて、前記コ
ントローラはエンジン負荷又はエンジン回転数に対応す
る予め設定した前記副室内の燃料ガス圧に応答して前記
燃料供給弁を作動して前記燃料供給口を閉鎖制御するも
のである。Further, in this gas engine, the controller operates the fuel supply valve to close the fuel supply port in response to a preset fuel gas pressure in the sub chamber corresponding to an engine load or an engine speed. To control.
【００１４】[0014]
【作用】この発明によるガスエンジンは、上記のように
構成されており、次のように作用する。即ち、このガス
エンジンは、シリンダヘッドに配置した副室とシリンダ
側の主室とを連絡孔で連通し、前記連絡孔にカムの駆動
によって作動する制御弁を配置し、ガス燃料を前記副室
へ供給する燃料供給口に電磁駆動による燃料供給弁を配
置し、前記制御弁の開閉用の前記カムの位置を検出する
位置センサー、前記副室内の圧力を検出する圧力センサ
ーを設け、コントローラによって前記各センサーの検出
信号に応答して前記燃料供給弁の開閉を制御したので、
吸入空気が主室内で高圧縮比になっても、ガス燃料を含
んでいないのでガス燃料が自己着火することなく、ノッ
キングが発生することがなく、特に、前記圧力センサー
の情報に基づいて予め設定した負荷と回転数とに応じた
適正なガス燃料を前記副室に供給でき、前記連絡孔が開
放することで、前記主室から高圧縮の吸入空気が前記副
室に流入してガス燃料と吸入空気とが混合して着火し、
当量比の大きい燃料リッチな状態で高速燃焼してＮＯX
の発生が抑制される。更に、前記副室から連絡孔を通じ
て主室へ火炎、未燃混合気等のガスが噴き出し、主室で
空気利用率を向上させて燃焼速度をアップし、燃焼期間
を短縮してＨＣ、カーボン等の発生を抑制でき、燃焼行
程で最適の燃焼状態を確保して燃費を向上させると共
に、熱効率を向上させることができる。The gas engine according to the present invention is constructed as described above and operates as follows. That is, in this gas engine, a sub-chamber arranged in the cylinder head and a main chamber on the cylinder side are communicated with each other by a communication hole, and a control valve operated by driving a cam is arranged in the communication hole, and gas fuel is supplied to the sub-chamber. An electromagnetically driven fuel supply valve is arranged at a fuel supply port for supplying to the fuel cell, a position sensor for detecting the position of the cam for opening and closing the control valve, a pressure sensor for detecting the pressure in the sub chamber are provided, and Since the opening and closing of the fuel supply valve was controlled in response to the detection signal of each sensor,
Even if the intake air has a high compression ratio in the main chamber, it does not contain the gas fuel, so the gas fuel does not self-ignite and knocking does not occur.In particular, it is preset based on the information from the pressure sensor. The appropriate gas fuel corresponding to the load and the rotational speed can be supplied to the sub-chamber, and the communication hole is opened, whereby highly compressed intake air flows into the sub-chamber from the main chamber to generate the gas fuel. The intake air mixes and ignites,
High-speed combustion in a fuel-rich state with a large equivalence ratio for NO x
Is suppressed. Further, gas such as flame and unburned air-fuel mixture is ejected from the sub chamber to the main chamber through the communication hole to improve the air utilization rate in the main chamber to increase the combustion speed and shorten the combustion period to reduce HC, carbon, etc. It is possible to suppress the occurrence of heat generation, to secure an optimum combustion state in the combustion stroke, improve fuel efficiency, and improve thermal efficiency.
【００１５】[0015]
【実施例】以下、図面を参照して、この発明によるガス
エンジンの実施例を説明する。図１はこの発明によるガ
スエンジンの一実施例を示す説明図、及び図２は図１の
ガスエンジンにおけるヘッドライナの下面図である。図
示のように、このガスエンジンは、シリンダブロック１
４に固定されたシリンダヘッド７に２個の吸気ポートと
２個の排気ポート（図示せず）が形成され、該吸気ポー
トと該排気ポートとをそれぞれ開閉する吸気２弁と排気
２弁とを有している４弁方式の実施例である。このガス
エンジンは、シリンダヘッド７に形成したキャビティ１
９に配置した遮熱構造の副室構造体３で形成した副室
２、シリンダブロック１４に形成した孔部４１に嵌合し
たシリンダライナ２２、該シリンダライナ２２に形成し
たシリンダ１８内を往復運動するピストン１５、シリン
ダ１８側に形成される遮熱構造の主室１、及び主室１と
副室２とを連通する副室構造体３に形成した連絡孔３０
を有している。また、シリンダヘッド７とシリンダブロ
ック１４との間には孔部９を備えた中間構造体２７が介
在している。シリンダヘッド７は中間構造体１３を介在
してシリンダブロック１４にボルト２３で固定されてい
る。また、ピストン１５は、耐熱性に優れた窒化ケイ素
等のセラミックスから成るピストンヘッド１６と、ピス
トンヘッド１６に結合リング２４でメタルフローによっ
て固定したピストンスカート１７から構成されている。Embodiments of the gas engine according to the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is an explanatory view showing an embodiment of a gas engine according to the present invention, and FIG. 2 is a bottom view of a headliner in the gas engine of FIG. As shown, this gas engine has a cylinder block 1
Two intake ports and two exhaust ports (not shown) are formed in the cylinder head 7 fixed to No. 4, and two intake valves and two exhaust valves for opening and closing the intake port and the exhaust port are provided. It is an example of the four-valve system that it has. This gas engine has a cavity 1 formed in a cylinder head 7.
The sub-chamber 2 formed by the sub-chamber structure 3 having the heat shield structure arranged in FIG. 9, the cylinder liner 22 fitted in the hole 41 formed in the cylinder block 14, and the cylinder 18 formed in the cylinder liner 22 are reciprocated. Connecting hole 30 formed in the piston 15, the main chamber 1 of the heat shield structure formed on the cylinder 18 side, and the sub chamber structure 3 that connects the main chamber 1 and the sub chamber 2
have. An intermediate structure 27 having a hole 9 is interposed between the cylinder head 7 and the cylinder block 14. The cylinder head 7 is fixed to the cylinder block 14 with bolts 23 with the intermediate structure 13 interposed therebetween. The piston 15 is composed of a piston head 16 made of ceramics such as silicon nitride having excellent heat resistance, and a piston skirt 17 fixed to the piston head 16 by a metal flow with a coupling ring 24.
【００１６】このガスエンジンにおいて、主室１はシリ
ンダヘッド７に取り付けた中間構造体１３の孔部９にガ
スケット２７を介在して嵌合したヘッドライナ１０で形
成されている。ヘッドライナ１０は、シリンダ１８の一
部を構成するライナ上部１２とヘッド下面部１１から構
成されている。中間構造体１３の孔部９の壁面とヘッド
ライナ１０の外面との間には遮熱空気層２６が形成さ
れ、主室１が遮熱構造に構成されている。また、シリン
ダヘッド７のキャビティ１９の壁面と副室構造体３の外
面との間には遮熱空気層４０が形成され、副室２が遮熱
構造に構成されている。ヘッド下面部１１には、副室２
を構成する副室構造体３が嵌合する孔部２０が形成され
ている。副室構造体３は、シリンダヘッド７のキャビテ
ィ１９にガスケット２８を介在して嵌合され、ヘッドラ
イナ１０の孔部２０を貫通し、副室構造体３に形成した
連絡孔３０が主室１に開口している。そして、副室構造
体３に形成される副室２は、シリンダ１８の中央部に配
置されている。ヘッド下面部１１には、シリンダヘッド
７に形成した吸排気ポートに連通する吸排気ポート３
１，３２がそれぞれ形成され、該吸気ポート３１に吸気
弁３３が配置され、排気ポート３２に排気弁３４が配置
されている。In this gas engine, the main chamber 1 is formed by a headliner 10 fitted in a hole 9 of an intermediate structure 13 attached to a cylinder head 7 with a gasket 27 interposed. The head liner 10 includes a liner upper portion 12 and a head lower surface portion 11 that form a part of a cylinder 18. A heat-shielding air layer 26 is formed between the wall surface of the hole 9 of the intermediate structure 13 and the outer surface of the headliner 10, and the main chamber 1 has a heat-shielding structure. Further, a heat shield air layer 40 is formed between the wall surface of the cavity 19 of the cylinder head 7 and the outer surface of the sub chamber structure 3, and the sub chamber 2 has a heat shield structure. The sub chamber 2 is provided in the head lower surface portion 11.
The hole portion 20 into which the sub-chamber structure 3 configuring the above is fitted is formed. The sub-chamber structure 3 is fitted into the cavity 19 of the cylinder head 7 with a gasket 28 interposed, penetrates the hole 20 of the headliner 10, and the communication hole 30 formed in the sub-chamber structure 3 has a main chamber 1 formed therein. It is open to. The sub chamber 2 formed in the sub chamber structure 3 is arranged at the center of the cylinder 18. The head lower surface portion 11 has an intake / exhaust port 3 communicating with an intake / exhaust port formed in the cylinder head 7.
1, 32 are respectively formed, an intake valve 33 is arranged in the intake port 31, and an exhaust valve 34 is arranged in the exhaust port 32.
【００１７】このガスエンジンにおいて、図示していな
いが、燃料としてのナチュラルガス即ちガス燃料を収容
した燃料供給源が設けられており、該燃料供給源から天
然ガスが供給する燃料供給管に連通する燃料供給通路８
がシリンダヘッド７に形成されている。燃料供給源から
の天然ガス即ちガス燃料は、ガス燃料供給通路８を通じ
て副室構造体３に形成された燃料供給口２１から副室２
に供給される。また、燃料供給口２１には、燃料供給口
２１を開閉するためガスノズル即ち燃料供給弁５が配置
されている。Although not shown, this gas engine is provided with a fuel supply source containing a natural gas as a fuel, that is, a gas fuel, and communicates with the fuel supply pipe supplied with the natural gas from the fuel supply source. Fuel supply passage 8
Are formed on the cylinder head 7. Natural gas from the fuel supply source, that is, gas fuel, passes from the fuel supply port 21 formed in the sub chamber structure 3 through the gas fuel supply passage 8 to the sub chamber 2
Is supplied to. Further, a gas nozzle, that is, a fuel supply valve 5 is arranged at the fuel supply port 21 to open and close the fuel supply port 21.
【００１８】このガスエンジンは、主室１と副室２とを
連通する連絡孔３０を開閉するため連絡孔３０に連絡孔
弁４が配置されている。連絡孔弁４は、エンジンの回転
に同期した回転するカム２９及びカム２９の回転を上下
運動に変換するロッカアーム３５を通じて作動され、カ
ム２９の位置は位置センサー３６で検出されるように構
成されている。カム２９は、吸排気弁３３，３４を駆動
するカムシャフトと同一のカムシャフト３９で駆動され
る。エンジンのカム駆動方式はオーバヘッドカム（ＯＨ
Ｃ）に構成されている。また、このガスエンジンでは、
副室２内のガス燃料圧の圧力を検出するため、圧電型ピ
ップアップ即ち圧力センサー６が設けられ、圧力センサ
ー６の検出信号に応答して燃料供給弁５の開閉を制御す
るコントローラ２５が設けられている。In this gas engine, a communication hole valve 4 is arranged in the communication hole 30 for opening and closing the communication hole 30 which connects the main chamber 1 and the sub chamber 2 with each other. The communication hole valve 4 is operated through a cam 29 that rotates in synchronism with the rotation of the engine and a rocker arm 35 that converts the rotation of the cam 29 into vertical movement, and the position of the cam 29 is detected by a position sensor 36. There is. The cam 29 is driven by the same camshaft 39 as the camshaft which drives the intake and exhaust valves 33, 34. The engine cam drive system is an overhead cam (OH
C). Also, with this gas engine,
A piezoelectric pip-up, that is, a pressure sensor 6 is provided to detect the pressure of the gas fuel pressure in the sub chamber 2, and a controller 25 that controls opening and closing of the fuel supply valve 5 in response to a detection signal of the pressure sensor 6 is provided. Has been.
【００１９】このガスエンジンでは、ガス燃料供給源の
ガス燃料は、図示していないが、増圧室等において５〜
７ｋｇ／ｃｍ2 に加圧され、その加圧されたガス燃料が
燃料供給管を通じて燃料供給通路８へと供給されてい
る。燃料供給弁５は、燃料供給口２１を開閉するため、
図示していないが、コントローラ２５の指令で電磁駆動
装置による電磁力によって作動される。従って、燃料供
給弁５が作動して燃料供給口２１を開放すると、ガス燃
料は燃料供給通路８から燃料供給口２１を通じて副室２
に速やかに供給される。更に、副室２内に設置された圧
力センサー６によって、副室２内のガス燃料圧が駆動さ
れているエンジンの負荷及び回転数に必要なガス燃料圧
になったことを検出し、その検出信号をコントローラ２
５に入力し、コントローラ２５は指令を出して燃料供給
弁５を作動し、燃料供給口２１を閉鎖させ、副室２への
ガス燃料の供給を終了する。In this gas engine, although the gas fuel of the gas fuel supply source is not shown in the drawing, the gas fuel in the pressure boosting chamber or the like is 5 to 5.
The fuel gas is pressurized to 7 kg / cm 2 , and the pressurized gas fuel is supplied to the fuel supply passage 8 through the fuel supply pipe. Since the fuel supply valve 5 opens and closes the fuel supply port 21,
Although not shown, it is operated by an electromagnetic force from an electromagnetic drive device according to a command from the controller 25. Therefore, when the fuel supply valve 5 is activated and the fuel supply port 21 is opened, the gas fuel is supplied from the fuel supply passage 8 through the fuel supply port 21 to the sub chamber 2.
Will be promptly supplied to. Further, the pressure sensor 6 installed in the sub-chamber 2 detects that the gas fuel pressure in the sub-chamber 2 has reached the gas fuel pressure necessary for the load and the rotational speed of the driven engine, and detects the detection. Signal to controller 2
5, the controller 25 issues a command to operate the fuel supply valve 5, close the fuel supply port 21, and complete the supply of the gas fuel to the sub chamber 2.
【００２０】また、連絡孔３０の領域では、燃焼ガスで
高温になるため、連絡孔３０に配置した連絡孔弁４は高
温強度を有する耐熱性に優れた耐熱金属、窒化ケイ素、
炭化ケイ素等のセラミックスから製作されている。燃料
供給弁５は、電磁力で開閉される電磁弁駆動装置を有し
ており、エンジン負荷及びエンジン回転数に応じて開弁
期間が決定されている。このガスエンジンでは、主室１
を形成する壁体であるヘッドライナ１０、副室２を形成
する副室構造体３、シリンダライナ２２及びピストンヘ
ッド１６は、耐熱性に優れた窒化ケイ素、炭化ケイ素等
のセラミックスで作製されている。従って、燃焼後期の
ガス温度が高くなっても十分な耐熱性、高温強度を有
し、未燃炭化水素ＨＣ等の排出が少なくなり、高効率の
エンジンを構成できる。Further, in the area of the communication hole 30, the temperature of the combustion gas becomes high due to the combustion gas, so that the communication hole valve 4 arranged in the communication hole 30 has a high temperature strength and is made of a heat resistant metal such as silicon nitride,
It is made of ceramics such as silicon carbide. The fuel supply valve 5 has an electromagnetic valve drive device that is opened and closed by an electromagnetic force, and the valve opening period is determined according to the engine load and the engine speed. In this gas engine, the main chamber 1
The headliner 10, which is the wall forming the subchamber, the subchamber structure 3 that forms the subchamber 2, the cylinder liner 22, and the piston head 16 are made of ceramics such as silicon nitride and silicon carbide having excellent heat resistance. . Therefore, even if the gas temperature in the latter stage of combustion becomes high, it has sufficient heat resistance and high temperature strength, and the emission of unburned hydrocarbons, etc. is reduced, and a highly efficient engine can be constructed.
【００２１】このガスエンジンは、上記の構成を有して
おり、特に、燃料供給弁５を電磁力で開閉制御し、エン
ジン負荷及びエンジン回転数に対応した適正なガス燃料
を副室２へ供給し、燃費を向上させると共に、熱効率を
向上させることである。このガスエンジンでは、位置セ
ンサー３６により連絡孔弁４が連絡孔３０を閉鎖してい
る状態を検出して、燃料供給弁５が作動して燃料供給口
２１が開放し、ガス燃料供給路８を通じて副室２内へガ
ス燃料が供給されるように構成されている。コントロー
ラ２５は、エンジン負荷を検出する負荷センサー３７、
エンジン回転数を検出する回転センサー３８、連絡孔弁
４の開閉状態を検出する位置センサー３６及び副室２の
筒内圧を検出する圧力センサー６からの検出信号を受
け、それらの検出信号を基にして、副室２内に供給され
るガス燃料がエンジン負荷及びエンジン回転数に最適の
予め設定した燃料ガス圧になるように燃料供給弁５を作
動して燃料供給口２１を開閉制御するように構成されて
いる。This gas engine has the above-mentioned structure. In particular, the fuel supply valve 5 is controlled to be opened and closed by an electromagnetic force to supply an appropriate gas fuel corresponding to the engine load and the engine speed to the sub chamber 2. However, it is to improve fuel efficiency and thermal efficiency. In this gas engine, the position sensor 36 detects the state in which the communication hole valve 4 closes the communication hole 30, and the fuel supply valve 5 is actuated to open the fuel supply port 21 and through the gas fuel supply passage 8. The gas fuel is supplied into the sub chamber 2. The controller 25 includes a load sensor 37 that detects an engine load,
The detection signals from the rotation sensor 38 for detecting the engine speed, the position sensor 36 for detecting the open / closed state of the communication hole valve 4, and the pressure sensor 6 for detecting the in-cylinder pressure of the sub chamber 2 are received, and based on these detection signals. The fuel supply valve 5 is operated to control the opening and closing of the fuel supply port 21 so that the gas fuel supplied into the sub chamber 2 has a preset fuel gas pressure that is optimum for the engine load and the engine speed. It is configured.
【００２２】このガスエンジンは、上記のように構成さ
れており、次のように作動される。このガスエンジン
は、吸入行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程の４つ
の行程を順次繰り返すことによって作動されるものであ
り、まず、吸入行程では、吸気弁３３が吸気ポート３１
を開放して主室１に吸入空気が供給され、連絡孔弁４に
よって連絡孔３０を閉鎖した状態で燃料供給弁５が作動
して燃料供給口２１を開放して燃料供給路８を通じてガ
ス供給源から副室２に天然ガスのガス燃料が供給され
る。This gas engine is constructed as described above and is operated as follows. This gas engine is operated by sequentially repeating four strokes of an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke and an exhaust stroke. First, in the intake stroke, the intake valve 33 is operated by the intake port 31.
Is opened to supply intake air to the main chamber 1, and the communication hole valve 4 closes the communication hole 30 to operate the fuel supply valve 5 to open the fuel supply port 21 and supply gas through the fuel supply passage 8. Gas fuel of natural gas is supplied from the source to the sub-chamber 2.
【００２３】次に、このガスエンジンにおいて、圧縮行
程では、連絡孔弁４によって連絡孔３０を閉鎖してお
き、主室１で吸入空気を高圧縮して圧縮比を大きくす
る。次いで、圧縮行程終盤で連絡孔弁４が連絡孔３０を
開放し、連絡孔３０を通じて高圧縮で高温（例えば、６
５０℃）化した圧縮空気を主室１から副室２へ流入さ
せ、該吸入空気は副室２内のガス燃料と混合を促進して
着火燃焼し、燃焼が急速に進展して燃料リッチでＮＯX
を低減した状態で燃焼し、次いで、副室２の火炎が主室
１へ噴出し、膨張行程へ移行し、主室１に存在する新気
と混合を促進して短期間に二次燃焼を完結する。膨張行
程では、連絡孔３０の開放状態を維持して副室２から主
室１へ火炎を噴出させて仕事をさせ、排気行程終了付近
で連絡孔３０を連絡孔弁４を作動して閉鎖する。Next, in this gas engine, in the compression stroke, the communication hole 30 is closed by the communication hole valve 4, and the intake air is highly compressed in the main chamber 1 to increase the compression ratio. Next, at the end of the compression stroke, the communication hole valve 4 opens the communication hole 30, and through the communication hole 30, high compression and high temperature (for example, 6
(50 ° C.) compressed air is made to flow from the main chamber 1 into the sub chamber 2, and the intake air promotes mixing with the gas fuel in the sub chamber 2 and is ignited and burned. NO X
, The flame of the sub-chamber 2 is ejected to the main chamber 1 and moves to the expansion stroke, promoting the mixing with the fresh air existing in the main chamber 1 to promote the secondary combustion in a short time. Complete. In the expansion stroke, the open state of the communication hole 30 is maintained, a flame is ejected from the sub chamber 2 to the main chamber 1 to perform work, and the communication hole 30 is closed near the end of the exhaust stroke by operating the communication hole valve 4. .
【００２４】このガスエンジンは、上記のように、副室
２に連絡孔３０と燃料供給口２１を設け、天然ガスを連
絡孔弁４で連絡孔３０を閉鎖した状態で燃料供給口２１
から副室２内に供給し、また吸気ポート３１から主室１
へ吸入した吸入空気を連絡孔弁４で連絡孔３０を閉鎖し
て副室２に吸入空気が供給されない状態で、ピストン１
５の上昇の圧縮行程で圧縮されるので、吸入空気が主室
１内で高圧縮されても、副室２内に供給されたガス燃料
は主室１とは連絡孔弁４で遮断されているので自己着火
することがなく、ノッキングが発生することがない。ま
た、連絡孔弁４が連絡孔３０を開放することで、主室１
から高圧縮比の吸入空気が副室２に流入して燃料ガスと
吸入空気とが混合して着火し、当量比の大きい燃料リッ
チな状態で高速燃焼してＮＯX の発生が抑制される。As described above, this gas engine is provided with the communication hole 30 and the fuel supply port 21 in the sub-chamber 2, and the fuel supply port 21 with the communication hole valve 4 for natural gas closed.
From the intake port 31 to the main chamber 1
When the intake air sucked into the piston 1 is closed while the communication hole 30 is closed by the communication hole valve 4, the intake air is not supplied to the sub chamber 2.
Since the compressed air is compressed in the upward compression stroke of 5, even if the intake air is highly compressed in the main chamber 1, the gas fuel supplied into the sub chamber 2 is shut off from the main chamber 1 by the communication hole valve 4. Since it does not self-ignite, knocking does not occur. Further, the communication hole valve 4 opens the communication hole 30 so that the main chamber 1
From this, the intake air having a high compression ratio flows into the sub chamber 2, the fuel gas and the intake air are mixed and ignited, and high-speed combustion is performed in a fuel-rich state where the equivalence ratio is large, and the generation of NO X is suppressed.
【００２５】[0025]
【発明の効果】この発明によるガスエンジンは、上記の
ように構成されており、次のような効果を有する。即
ち、このガスエンジンは、シリンダヘッドに配置した構
成する副室構造体に形成した連絡孔を連絡孔弁で開閉
し、ガス燃料供給源からのガス燃料を燃料供給口を通じ
て副室へ供給し、前記燃料供給口を開閉するため電磁力
によって作動される燃料供給弁を設け、前記副室内のガ
ス燃料圧を圧力センサーで検出し、コントローラが前記
圧力センサーの検出信号に応答して前記燃料供給弁の開
閉を制御するように構成したので、前記副室へエンジン
負荷及びエンジン回転数に対応した最適量のガス燃料を
供給でき、燃費を向上できると共に、熱効率を向上でき
る。また、連絡孔弁が連絡孔を閉鎖して主室にガス燃料
が存在しない状態で、吸入空気が主室へ供給されるの
で、吸入空気を主室内で高圧縮することができる。そし
て、前記副室内には空気が存在しない状態で圧縮封入さ
れ、その質量を大きくされたガス燃料が供給されるの
で、ガス燃料が自己着火することがない。The gas engine according to the present invention is constructed as described above and has the following effects. That is, in this gas engine, the communication hole formed in the sub-chamber structure that is arranged in the cylinder head is opened and closed by the communication hole valve, and the gas fuel from the gas fuel supply source is supplied to the sub-chamber through the fuel supply port. A fuel supply valve that is operated by an electromagnetic force to open and close the fuel supply port is provided, the gas fuel pressure in the sub chamber is detected by a pressure sensor, and the controller responds to a detection signal of the pressure sensor. Since it is configured to control the opening and closing of the sub-chamber, it is possible to supply an optimal amount of gas fuel corresponding to the engine load and the engine speed to the sub chamber, thereby improving fuel efficiency and thermal efficiency. Further, since the intake air is supplied to the main chamber when the communication hole valve closes the communication hole and no gas fuel exists in the main chamber, the intake air can be highly compressed in the main chamber. The gas fuel is compressed and sealed in the sub chamber in the absence of air and the mass of the gas fuel is increased, so that the gas fuel does not self-ignite.
【００２６】また、このガスエンジンは、連絡孔弁の開
閉作動はカム方式であり、エンジン駆動の動弁系を変更
することなく、連絡孔弁を作動するカム気孔を組み込む
ことができ、機構上の大幅な設計変更を必要とせず、広
範囲に適用させることができる。また、エンジン負荷及
びエンジン回転数を検出するセンサーも従来のセンサー
を適用できる。しかも、駆動されているエンジンの負荷
及び回転数に最適のガス燃料量は副室内のガス燃料圧と
して予め設定しておき、コントローラにマップとして入
力しておけば、その設定値に応じてガス燃料量を制御す
ることができる。Further, in this gas engine, the opening / closing operation of the communication hole valve is a cam system, and the cam pores for operating the communication hole valve can be incorporated without changing the engine-operated valve operating system. It can be applied to a wide range without requiring major design changes. A conventional sensor can also be applied to the sensor for detecting the engine load and the engine speed. Moreover, the optimum gas fuel amount for the load and the engine speed of the engine being driven is preset as the gas fuel pressure in the sub-chamber and entered in the controller as a map. The amount can be controlled.
【００２７】また、前記連絡孔弁が作動して前記連絡孔
が開放することで、前記主室から高圧縮されて高温化し
た空気が前記副室に一気に流入し、負荷及び回転数に適
正なガス燃料が副室に供給されているので、ガス燃料と
吸入空気との混合が一気に促進して着火し、前記副室で
は当量比の大きい燃料リッチな状態で高速燃焼するので
ＮＯX の発生が抑制される。そして、前記副室内は燃焼
により一気に圧力が上昇し、燃焼が促進され、それと同
時に、前記連絡孔を通じて前記副室から前記主室へその
火炎が一気に噴出し、該火炎は前記主室で新気と混合
し、予混合燃焼を促進して燃焼スピードを上昇して理想
的な二次燃焼を完結する。従って、このガスエンジン
は、ＮＯX 、ＨＣ等の発生を大幅に低減でき、高効率の
エンジンを提供できる。Further, when the communication hole valve is actuated to open the communication hole, the air highly compressed and heated to a high temperature from the main chamber flows into the sub chamber all at once, so that the load and the rotation speed are appropriate. the gas fuel is supplied to the subchamber, and ignited to facilitate mixing of the intake air and the gas fuel is once, the generation of the NO X because the auxiliary chamber to speed the combustion in a large fuel-rich equivalence ratio is Suppressed. Then, the pressure in the sub chamber rapidly rises due to the combustion, and the combustion is promoted, and at the same time, the flame blows from the sub chamber to the main chamber all at once through the communication hole, and the flame is fresh in the main chamber. And premixed combustion are promoted to increase the combustion speed and complete the ideal secondary combustion. Therefore, the gas engine, NO X, can significantly reduce the generation of HC and the like, can provide a high efficiency of the engine.
【図１】この発明によるガスエンジンの一実施例を示す
説明図である。FIG. 1 is an explanatory view showing an embodiment of a gas engine according to the present invention.
【図２】図１のガスエンジンにおけるヘッドライナの下
面図である。FIG. 2 is a bottom view of a headliner in the gas engine of FIG.
１ 主室 ２ 副室 ３ 副室構造体 ４ 連絡孔弁 ５ 燃料供給弁 ６ 圧力センサー ７ シリンダヘッド ８ 燃料供給路 ９ 孔部 １０ ヘッドライナ １１ ヘッド下面部 １２ ライナ上部 １３ 中間構造体 １４ シリンダブロック １５ ピストン １６ ピストンヘッド １８ シリンダ １９ キャビティ ２０ 孔部 ２１ 燃料供給口 ２２ シリンダライナ ２５ コントローラ ２６，４０ 遮熱空気層 ２９ カム ３０ 連絡孔 ３６ 位置センサー ３７ 負荷センサー ３８ 回転センサー 1 Main Chamber 2 Sub Chamber 3 Sub Chamber Structure 4 Communication Hole Valve 5 Fuel Supply Valve 6 Pressure Sensor 7 Cylinder Head 8 Fuel Supply Channel 9 Hole 10 Headliner 11 Head Lower Surface 12 Liner Upper 13 Intermediate Structure 14 Cylinder Block 15 Piston 16 Piston head 18 Cylinder 19 Cavity 20 Hole 21 Fuel supply port 22 Cylinder liner 25 Controller 26,40 Heat shield air layer 29 Cam 30 Communication hole 36 Position sensor 37 Load sensor 38 Rotation sensor
Claims (4)
る副室構造体、前記副室とシリンダ側に形成した主室と
を連通する前記副室構造体に形成した連絡孔、前記連絡
孔を開閉する連絡孔弁、ガス燃料供給源からのガス燃料
を前記副室へ供給するため前記副室に開口する燃料供給
口、前記燃料供給口を開閉するため電磁力によって作動
される燃料供給弁、前記副室内のガス燃料圧を検出する
圧力センサー、及び前記圧力センサーの検出信号に応答
して前記燃料供給弁の開閉を制御するコントローラから
構成したことを特徴とするガスエンジン。1. A sub-chamber structure that forms a sub-chamber arranged in a cylinder head, a communication hole formed in the sub-chamber structure that communicates the sub-chamber with a main chamber formed on the cylinder side, and the communication hole. A communication hole valve that opens and closes, a fuel supply port that opens to the sub chamber for supplying gas fuel from a gas fuel supply source to the sub chamber, a fuel supply valve that is operated by electromagnetic force to open and close the fuel supply port, A gas engine comprising a pressure sensor for detecting a gas fuel pressure in the sub chamber, and a controller for controlling opening / closing of the fuel supply valve in response to a detection signal of the pressure sensor.
おり、前記連絡孔弁はカムによって作動され、前記連絡
孔弁を作動する前記カムのカム位置を検出する位置セン
サーが設けられていることを特徴とする請求項１に記載
のガスエンジン。2. The sub chamber is arranged in the center of the cylinder, the communication hole valve is operated by a cam, and a position sensor for detecting the cam position of the cam for operating the communication hole valve is provided. The gas engine according to claim 1, wherein:
閉鎖している状態を検出して前記燃料供給弁が作動して
前記燃料供給口が開放し、前記ガス燃料供給路を通じて
前記副室内へガス燃料が供給されることを特徴とする請
求項２に記載のガスエンジン。3. The position sensor detects a closed state of the communication hole valve, the fuel supply valve is actuated to open the fuel supply port, and the gas is supplied into the sub chamber through the gas fuel supply passage. Gas engine according to claim 2, characterized in that fuel is supplied.
ンジン回転数に対応する予め設定した前記副室内の燃料
ガス圧に応答して前記燃料供給弁を作動して前記燃料供
給口を閉鎖制御することを特徴とする請求項１に記載の
ガスエンジン。4. The controller operates the fuel supply valve in response to a preset fuel gas pressure in the sub-chamber corresponding to an engine load or an engine speed to control the fuel supply port to be closed. The gas engine according to claim 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12467894A JP3404886B2 (en) | 1994-05-16 | 1994-05-16 | Gas engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12467894A JP3404886B2 (en) | 1994-05-16 | 1994-05-16 | Gas engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07310550A true JPH07310550A (en) | 1995-11-28 |
| JP3404886B2 JP3404886B2 (en) | 2003-05-12 |
Family
ID=14891367
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12467894A Expired - Fee Related JP3404886B2 (en) | 1994-05-16 | 1994-05-16 | Gas engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3404886B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003526043A (en) * | 2000-03-09 | 2003-09-02 | マイケル、 パトリック ディクソン、 | Uniform or premixed auto-ignition engine |
| JP2009203952A (en) * | 2008-02-29 | 2009-09-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Sub-chamber type gas engine and power generating facility |
| DE102013210965B3 (en) * | 2013-06-12 | 2014-09-04 | Ford Global Technologies, Llc | Internal combustion engine i.e. reciprocating engine, for vehicle, has prechamber designed as measuring chamber, which comprises multiple sensors for measuring different gas properties of gas in prechamber |
-
1994
- 1994-05-16 JP JP12467894A patent/JP3404886B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003526043A (en) * | 2000-03-09 | 2003-09-02 | マイケル、 パトリック ディクソン、 | Uniform or premixed auto-ignition engine |
| JP2009203952A (en) * | 2008-02-29 | 2009-09-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Sub-chamber type gas engine and power generating facility |
| DE102013210965B3 (en) * | 2013-06-12 | 2014-09-04 | Ford Global Technologies, Llc | Internal combustion engine i.e. reciprocating engine, for vehicle, has prechamber designed as measuring chamber, which comprises multiple sensors for measuring different gas properties of gas in prechamber |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3404886B2 (en) | 2003-05-12 |
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