JPH08151924A - ピストン外周に燃焼室を持つガスエンジン - Google Patents
ピストン外周に燃焼室を持つガスエンジンInfo
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- JPH08151924A JPH08151924A JP6316030A JP31603094A JPH08151924A JP H08151924 A JPH08151924 A JP H08151924A JP 6316030 A JP6316030 A JP 6316030A JP 31603094 A JP31603094 A JP 31603094A JP H08151924 A JPH08151924 A JP H08151924A
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- piston
- gas
- fuel supply
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels
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- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、主燃焼室をシリンダライナ上部に
且つ燃焼室をピストン外周面に形成し、圧縮比を高めて
ノッキングの発生を防止し、ＨＣ、ＮＯx の発生を抑制
して熱効率を向上させる。 【構成】 このピストン外周に燃焼室を持つガスエンジ
ンは、吸入空気を供給する主燃焼室１をシリンダライナ
上部に形成し、ガス燃料を供給する燃焼室２をピストン
３に形成する。燃焼室２の上下に近接したピストン３の
外周面に形成したピストンリング溝にピストンリング
８，９を装着して燃焼室２をシールする。シリンダライ
ナ下部に設けたガス燃料供給弁１１の開放でシリンダラ
イナ下部に形成した燃料供給口１２から燃焼室２に天然
ガスを供給する。
且つ燃焼室をピストン外周面に形成し、圧縮比を高めて
ノッキングの発生を防止し、ＨＣ、ＮＯx の発生を抑制
して熱効率を向上させる。 【構成】 このピストン外周に燃焼室を持つガスエンジ
ンは、吸入空気を供給する主燃焼室１をシリンダライナ
上部に形成し、ガス燃料を供給する燃焼室２をピストン
３に形成する。燃焼室２の上下に近接したピストン３の
外周面に形成したピストンリング溝にピストンリング
８，９を装着して燃焼室２をシールする。シリンダライ
ナ下部に設けたガス燃料供給弁１１の開放でシリンダラ
イナ下部に形成した燃料供給口１２から燃焼室２に天然
ガスを供給する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、天然ガス等のガス体
を燃料とするピストン外周に燃焼室を持つガスエンジン
に関する。
を燃料とするピストン外周に燃焼室を持つガスエンジン
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ナチュラルガスを主燃料とするエ
ンジンは、コジェネレーション型エンジンとして開発が
進められている。コジェネレーション型エンジンは、動
力を発電機で電気エネルギーとして取り出し、排気ガス
エネルギーが有する熱を熱交換器で水を加熱して温水に
して給湯用として利用している。そして、このエンジン
は、都市内電気供給システムとして利用されることが期
待されている。ガスエンジンについては、ガス体である
天然ガス等のガス燃料を利用する時、ガス燃料を予混合
燃焼させれば、窒素酸化物が少なく、排気煙の少ないエ
ンジンを作ることができる。ナチュラルガスを燃料とす
るエンジンとして、例えば、特開昭５４−１５６９１１
号公報等に開示されたものがある。
ンジンは、コジェネレーション型エンジンとして開発が
進められている。コジェネレーション型エンジンは、動
力を発電機で電気エネルギーとして取り出し、排気ガス
エネルギーが有する熱を熱交換器で水を加熱して温水に
して給湯用として利用している。そして、このエンジン
は、都市内電気供給システムとして利用されることが期
待されている。ガスエンジンについては、ガス体である
天然ガス等のガス燃料を利用する時、ガス燃料を予混合
燃焼させれば、窒素酸化物が少なく、排気煙の少ないエ
ンジンを作ることができる。ナチュラルガスを燃料とす
るエンジンとして、例えば、特開昭５４−１５６９１１
号公報等に開示されたものがある。
【０００３】また、特開平６−１５９０５８号公報に
は、副燃焼室を持つガスエンジンが開示されている。該
副燃焼室を持つガスエンジンは、ナチュラルガス等のガ
ス燃料を連絡孔を閉鎖した状態で副燃焼室に供給し、連
絡孔に配置した制御弁及び副燃焼室の燃料入口に配置し
た燃料供給弁の開閉タイミングを制御し、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し、高効率の
スムースな作動を可能にし、連絡孔と該連絡孔を開閉す
る制御弁の形状に特徴を持たせて二段開放式に構成し、
制御弁の最初の微小開度の時は燃焼火炎をシリンダ周辺
側即ちピストンの外周領域に到達する方向に噴射させ、
次の中開度以上ではピストンの頂面に衝突するように噴
射させ、中央に残存する新気を巻き込んで、その衝突部
から周辺方向に噴霧を拡散させて空気との混合を図って
均一な混合気を生成させ、副燃焼室では濃混合気燃焼と
し且つ主燃焼室では希薄燃焼として窒素酸化物ＮＯX の
排出を抑えることができるものである。
は、副燃焼室を持つガスエンジンが開示されている。該
副燃焼室を持つガスエンジンは、ナチュラルガス等のガ
ス燃料を連絡孔を閉鎖した状態で副燃焼室に供給し、連
絡孔に配置した制御弁及び副燃焼室の燃料入口に配置し
た燃料供給弁の開閉タイミングを制御し、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し、高効率の
スムースな作動を可能にし、連絡孔と該連絡孔を開閉す
る制御弁の形状に特徴を持たせて二段開放式に構成し、
制御弁の最初の微小開度の時は燃焼火炎をシリンダ周辺
側即ちピストンの外周領域に到達する方向に噴射させ、
次の中開度以上ではピストンの頂面に衝突するように噴
射させ、中央に残存する新気を巻き込んで、その衝突部
から周辺方向に噴霧を拡散させて空気との混合を図って
均一な混合気を生成させ、副燃焼室では濃混合気燃焼と
し且つ主燃焼室では希薄燃焼として窒素酸化物ＮＯX の
排出を抑えることができるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、エンジ
ンにおいて、予混合燃料では、その圧縮比を大きくする
ことが困難であり、ガソリンエンジンでは、圧縮比ε＝
８〜９が限界であり、それ以上の圧縮比にした場合に
は、ノッキングが発生する。ナチュラルガスを燃料とす
るガスエンジンは、燃料がガス体であるので、ガソリン
と同じようにガス燃料が吸気ポートを通じて吸入され、
圧縮、着火されるので、圧縮比を大きくすることができ
ない。通常使用されているガスエンジンは、圧縮比が１
１〜１３程度と低い圧縮比にしか設定できず、天然ガス
自体は燃焼速度が遅く、燃焼が不安定であるので、熱効
率が低くなるという問題を有している。
ンにおいて、予混合燃料では、その圧縮比を大きくする
ことが困難であり、ガソリンエンジンでは、圧縮比ε＝
８〜９が限界であり、それ以上の圧縮比にした場合に
は、ノッキングが発生する。ナチュラルガスを燃料とす
るガスエンジンは、燃料がガス体であるので、ガソリン
と同じようにガス燃料が吸気ポートを通じて吸入され、
圧縮、着火されるので、圧縮比を大きくすることができ
ない。通常使用されているガスエンジンは、圧縮比が１
１〜１３程度と低い圧縮比にしか設定できず、天然ガス
自体は燃焼速度が遅く、燃焼が不安定であるので、熱効
率が低くなるという問題を有している。
【０００５】ところで、天然ガスを燃料とするガスエン
ジンの場合には、燃料の供給方法、燃料と空気の混合方
法がその性能向上の重要な要件になる。そして、ガスエ
ンジンでは、燃料を希薄として予混合燃焼させれば、窒
素酸化物が少なく、排気煙の少ないエンジンを作ること
ができる。ところが、予混合燃焼では、その圧縮比を大
きくすることが困難であり、圧縮比を大きくすると、ノ
ッキングが発生する。また、副燃焼室を設けたガスエン
ジンでは、燃料の供給に関しては、簡単な加圧装置によ
ってガス燃料を２〜３ｋｇ／ｃｍ2 に加圧して副燃焼室
に供給すれば良いが、副燃焼室から主燃焼室へ燃焼噴流
を吹き出す場合に、その燃焼噴流を主燃焼室に存在する
空気と如何に均一に混合させるかが、窒素酸化物を少な
く且つ排気煙を少なくするために重要である。
ジンの場合には、燃料の供給方法、燃料と空気の混合方
法がその性能向上の重要な要件になる。そして、ガスエ
ンジンでは、燃料を希薄として予混合燃焼させれば、窒
素酸化物が少なく、排気煙の少ないエンジンを作ること
ができる。ところが、予混合燃焼では、その圧縮比を大
きくすることが困難であり、圧縮比を大きくすると、ノ
ッキングが発生する。また、副燃焼室を設けたガスエン
ジンでは、燃料の供給に関しては、簡単な加圧装置によ
ってガス燃料を２〜３ｋｇ／ｃｍ2 に加圧して副燃焼室
に供給すれば良いが、副燃焼室から主燃焼室へ燃焼噴流
を吹き出す場合に、その燃焼噴流を主燃焼室に存在する
空気と如何に均一に混合させるかが、窒素酸化物を少な
く且つ排気煙を少なくするために重要である。
【０００６】また、遮熱型エンジンでは、燃焼室の壁面
温度が上昇するので、該燃焼室に供給された燃料は着火
タイミング前に自己着火するという自己着火性の問題が
増加する。即ち、遮熱型エンジンでは、燃焼室壁面温度
が約６００℃以上に高くなるため、天然ガスを燃料とし
た場合には、圧縮比を高くするように構成すると、吸気
弁から燃料ガスと空気とが混合して高圧縮されると、自
己着火が発生し、上死点ＴＤＣのはるか手前で燃焼を始
めることになり、ノッキングを起こしてエンジンとして
成立しないものになる。
温度が上昇するので、該燃焼室に供給された燃料は着火
タイミング前に自己着火するという自己着火性の問題が
増加する。即ち、遮熱型エンジンでは、燃焼室壁面温度
が約６００℃以上に高くなるため、天然ガスを燃料とし
た場合には、圧縮比を高くするように構成すると、吸気
弁から燃料ガスと空気とが混合して高圧縮されると、自
己着火が発生し、上死点ＴＤＣのはるか手前で燃焼を始
めることになり、ノッキングを起こしてエンジンとして
成立しないものになる。
【０００７】この発明の目的は、上記の課題を解決する
ことであり、ピストン外周に形成した燃焼室にピストン
下死点近傍で天然ガス等のガス燃料を供給してガス燃料
の自己着火を防止してノッキングの発生を防止し、吸入
空気をシリンダヘッドに設けた吸気ポートからシリンダ
ライナ上部の主燃焼室に供給して高圧縮比を達成し、ピ
ストン上死点近傍で始めて燃焼室と主燃焼室とを連通さ
せてガス燃料をスキッシュ流で空気と混合させて着火燃
焼させて熱効率を向上させると共に、燃料供給手段を温
度の低いシリンダライナ下部に開口させて燃料供給手段
の熱負荷を低減できるピストン外周に燃焼室を持つガス
エンジンを提供することである。
ことであり、ピストン外周に形成した燃焼室にピストン
下死点近傍で天然ガス等のガス燃料を供給してガス燃料
の自己着火を防止してノッキングの発生を防止し、吸入
空気をシリンダヘッドに設けた吸気ポートからシリンダ
ライナ上部の主燃焼室に供給して高圧縮比を達成し、ピ
ストン上死点近傍で始めて燃焼室と主燃焼室とを連通さ
せてガス燃料をスキッシュ流で空気と混合させて着火燃
焼させて熱効率を向上させると共に、燃料供給手段を温
度の低いシリンダライナ下部に開口させて燃料供給手段
の熱負荷を低減できるピストン外周に燃焼室を持つガス
エンジンを提供することである。
【０００８】
【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、シリンダヘッドに形成された吸排気ポート
に配置された吸排気バルブ、シリンダライナ上部に形成
される主燃焼室、ピストンの外周面に形成される燃焼
室、前記燃焼室に上下に近接した前記ピストンの外周面
に形成されたピストンリング溝に装着された前記燃焼室
をシールするピストンリング、シリンダライナ下部に形
成された燃料供給口、及び前記燃料供給口から前記燃焼
室に天然ガス燃料を供給する前記シリンダライナ下部に
設けられた燃料供給手段から成ることを特徴とするピス
トン外周に燃焼室を持つガスエンジンに関する。
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、シリンダヘッドに形成された吸排気ポート
に配置された吸排気バルブ、シリンダライナ上部に形成
される主燃焼室、ピストンの外周面に形成される燃焼
室、前記燃焼室に上下に近接した前記ピストンの外周面
に形成されたピストンリング溝に装着された前記燃焼室
をシールするピストンリング、シリンダライナ下部に形
成された燃料供給口、及び前記燃料供給口から前記燃焼
室に天然ガス燃料を供給する前記シリンダライナ下部に
設けられた燃料供給手段から成ることを特徴とするピス
トン外周に燃焼室を持つガスエンジンに関する。
【０００９】このガスエンジンにおいて、前記燃料供給
手段は前記燃焼室が前記燃料供給口に連通する吸気行程
終端から圧縮行程初期までの期間に前記燃焼室に天然ガ
ス燃料を供給するガス燃料供給弁から構成されている。
手段は前記燃焼室が前記燃料供給口に連通する吸気行程
終端から圧縮行程初期までの期間に前記燃焼室に天然ガ
ス燃料を供給するガス燃料供給弁から構成されている。
【００１０】また、前記シリンダライナ上部に形成され
た前記主燃焼室は周方向に隔置してシリンダ周方向に傾
斜して前記シリンダライナ上部に形成された突起によっ
て仕切られた溝を含んでいる。
た前記主燃焼室は周方向に隔置してシリンダ周方向に傾
斜して前記シリンダライナ上部に形成された突起によっ
て仕切られた溝を含んでいる。
【００１１】更に、このガスエンジンは、圧縮比が１７
〜１８に設定されている。更に、前記燃焼室を構成する
ピストンヘッド部と前記ピストンリングとは耐熱性のセ
ラミックスから作製されている。
〜１８に設定されている。更に、前記燃焼室を構成する
ピストンヘッド部と前記ピストンリングとは耐熱性のセ
ラミックスから作製されている。
【００１２】
【作用】この発明によるピストン外周に燃焼室を持つガ
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、シリンダライ
ナ上部に主燃焼室を形成すると共に、ピストンの外周側
面に燃焼室を形成し、前記ピストンの前記燃焼室の上下
に形成されたピストンリング溝にピストンリングを装着
して前記燃焼室の上下をシールし、燃料供給手段によっ
てシリンダライナ下部に燃料供給口から前記燃焼室に天
然ガス燃料を供給するので、ピストンが吸気行程におけ
る下死点近傍まで下降した時に、燃焼室が燃料供給口に
連通し、その時、燃料供給手段がガス燃料を燃焼室に供
給し、次いで圧縮行程に移行してピストンが上昇すると
共に、燃料供給手段からのガス燃料の供給が停止され
る。この期間は、燃焼室には空気は存在しておらず、し
かもピストン外周面は低温であるので、ガス燃料が着火
燃焼することはない。一方、主燃焼室には吸気行程で吸
入空気が供給されているので、主燃焼室内の空気は圧縮
行程で圧縮されるが、主燃焼室内にはガス燃料が存在し
ないので、吸入空気を高圧縮でき、圧縮比を１７〜１８
にまで高めることができる。
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、シリンダライ
ナ上部に主燃焼室を形成すると共に、ピストンの外周側
面に燃焼室を形成し、前記ピストンの前記燃焼室の上下
に形成されたピストンリング溝にピストンリングを装着
して前記燃焼室の上下をシールし、燃料供給手段によっ
てシリンダライナ下部に燃料供給口から前記燃焼室に天
然ガス燃料を供給するので、ピストンが吸気行程におけ
る下死点近傍まで下降した時に、燃焼室が燃料供給口に
連通し、その時、燃料供給手段がガス燃料を燃焼室に供
給し、次いで圧縮行程に移行してピストンが上昇すると
共に、燃料供給手段からのガス燃料の供給が停止され
る。この期間は、燃焼室には空気は存在しておらず、し
かもピストン外周面は低温であるので、ガス燃料が着火
燃焼することはない。一方、主燃焼室には吸気行程で吸
入空気が供給されているので、主燃焼室内の空気は圧縮
行程で圧縮されるが、主燃焼室内にはガス燃料が存在し
ないので、吸入空気を高圧縮でき、圧縮比を１７〜１８
にまで高めることができる。
【００１３】ピストンが上昇して燃焼室が主燃焼室と連
通すると、高圧縮空気が主燃焼室の溝から燃焼室にスキ
ッシュ流で供給されてガス燃料が燃焼室から溝へ押し出
されると共に着火燃焼し、空気量の多い主燃焼室の外周
領域から燃焼が開始し、中央部へと迅速に燃焼伝播して
燃焼期間を短縮して燃焼を完結し、ＮＯX 、ＨＣ等の発
生を低減できる。膨張行程でピストンは仕事をし、次い
で排気行程に移行するが、膨張行程と排気行程では燃焼
室が燃料供給口に連通しても燃料供給手段はガス燃料を
燃焼室に供給しないように遮断されている。
通すると、高圧縮空気が主燃焼室の溝から燃焼室にスキ
ッシュ流で供給されてガス燃料が燃焼室から溝へ押し出
されると共に着火燃焼し、空気量の多い主燃焼室の外周
領域から燃焼が開始し、中央部へと迅速に燃焼伝播して
燃焼期間を短縮して燃焼を完結し、ＮＯX 、ＨＣ等の発
生を低減できる。膨張行程でピストンは仕事をし、次い
で排気行程に移行するが、膨張行程と排気行程では燃焼
室が燃料供給口に連通しても燃料供給手段はガス燃料を
燃焼室に供給しないように遮断されている。
【００１４】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明によるピス
トン外周に燃焼室を持つガスエンジンの実施例を説明す
る。図１はこの発明によるピストン外周に燃焼室を持つ
ガスエンジンの一実施例を示す断面図、図２は図１のガ
スエンジンにおいてピストンが下降して燃焼室と燃料供
給口が連通し且つ燃料供給弁が開放した状態を示す断面
図、及び図３は図２の線Ａ−Ａにおける断面図である。
トン外周に燃焼室を持つガスエンジンの実施例を説明す
る。図１はこの発明によるピストン外周に燃焼室を持つ
ガスエンジンの一実施例を示す断面図、図２は図１のガ
スエンジンにおいてピストンが下降して燃焼室と燃料供
給口が連通し且つ燃料供給弁が開放した状態を示す断面
図、及び図３は図２の線Ａ−Ａにおける断面図である。
【００１５】このピストン外周に燃焼室を持つガスエン
ジンは、シリンダブロック４、シリンダブロック４にガ
スケット２４を介在して固定されたシリンダヘッド５、
シリンダブロック４に形成した孔部１８に嵌合したシリ
ンダライナ６、シリンダライナ６に形成したシリンダ７
内を往復運動するピストン３、シリンダライナ上部のシ
リンダ７側に形成される主燃焼室１、及びピストン３に
形成された燃焼室２から構成されている。シリンダヘッ
ド５には、吸気ポート１５及び排気ポート１７が形成さ
れている。吸気ポート１５には吸気バルブ１４が配置さ
れ、排気ポート１７には排気バルブ１６が配置されてい
る。
ジンは、シリンダブロック４、シリンダブロック４にガ
スケット２４を介在して固定されたシリンダヘッド５、
シリンダブロック４に形成した孔部１８に嵌合したシリ
ンダライナ６、シリンダライナ６に形成したシリンダ７
内を往復運動するピストン３、シリンダライナ上部のシ
リンダ７側に形成される主燃焼室１、及びピストン３に
形成された燃焼室２から構成されている。シリンダヘッ
ド５には、吸気ポート１５及び排気ポート１７が形成さ
れている。吸気ポート１５には吸気バルブ１４が配置さ
れ、排気ポート１７には排気バルブ１６が配置されてい
る。
【００１６】このガスエンジンにおいて、ピストン３に
形成された燃焼室２は、ピストンヘッド部の側面即ち外
周面に全周又は部分的に形成されたくびれた部分の凹部
１３によって形成されている。燃焼室２が形成されたピ
ストン３のピストンヘッド部の側面は、ピストン頂面に
比較して低温状態である。燃焼室２の上下に近接したピ
ストン３の外周面にはピストンリング溝が形成されてい
る。シリンダライナ６の壁面に対して燃焼室２をシール
するため、ピストンリング溝にピストンリング８，９が
装着されている。シリンダライナ下部には、ピストン３
の下死点近傍でピストン３に形成された燃焼室２と対向
して連通する燃料供給口１２が形成されている。
形成された燃焼室２は、ピストンヘッド部の側面即ち外
周面に全周又は部分的に形成されたくびれた部分の凹部
１３によって形成されている。燃焼室２が形成されたピ
ストン３のピストンヘッド部の側面は、ピストン頂面に
比較して低温状態である。燃焼室２の上下に近接したピ
ストン３の外周面にはピストンリング溝が形成されてい
る。シリンダライナ６の壁面に対して燃焼室２をシール
するため、ピストンリング溝にピストンリング８，９が
装着されている。シリンダライナ下部には、ピストン３
の下死点近傍でピストン３に形成された燃焼室２と対向
して連通する燃料供給口１２が形成されている。
【００１７】更に、シリンダライナ下部の燃料供給口１
２に対向して燃料供給手段が設けられている。燃料供給
手段は、シリンダライナ下部に設けられたガス燃料供給
本体２５に形成されたバルブシート２０に着座するガス
燃料供給弁１１から構成されている。燃料供給手段を設
けたシリンダライナ下部は、シリンダブロック４の低温
部の底部付近であるので、燃料供給手段に掛かる熱負荷
は小さくて済み、しかもガス燃料供給通路１０を通じて
燃焼室２へ供給されるガス燃料が悪影響を受けることが
ない。ガス燃料供給弁１１は、燃焼室２が燃料供給口１
２に連通する吸気行程終端から圧縮行程初期までの期間
に、燃焼室２にガス燃料供給通路１０を通じて天然ガス
を供給するように開放される。
２に対向して燃料供給手段が設けられている。燃料供給
手段は、シリンダライナ下部に設けられたガス燃料供給
本体２５に形成されたバルブシート２０に着座するガス
燃料供給弁１１から構成されている。燃料供給手段を設
けたシリンダライナ下部は、シリンダブロック４の低温
部の底部付近であるので、燃料供給手段に掛かる熱負荷
は小さくて済み、しかもガス燃料供給通路１０を通じて
燃焼室２へ供給されるガス燃料が悪影響を受けることが
ない。ガス燃料供給弁１１は、燃焼室２が燃料供給口１
２に連通する吸気行程終端から圧縮行程初期までの期間
に、燃焼室２にガス燃料供給通路１０を通じて天然ガス
を供給するように開放される。
【００１８】このガスエンジンでは、シリンダライナ上
部がテーパ面２１で内径が拡がった拡大部が形成されて
いる。シリンダライナ上部の拡大部には、周方向に隔置
してシリンダ周方向に傾斜した傾斜面２３でシリンダ中
心方向に突出した多数の突起１９によって仕切られた多
数の溝２２が形成され、これらの溝２２が主燃焼室１の
一部を構成している。また、燃焼室２を構成するピスト
ン３のピストンヘッド部とピストンリング８，９とは、
高温強度を有する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から製作されている。また、主燃焼
室１は、高圧縮比で熱負荷が大きくなる領域であるの
で、高温強度を有する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から製作されている。
部がテーパ面２１で内径が拡がった拡大部が形成されて
いる。シリンダライナ上部の拡大部には、周方向に隔置
してシリンダ周方向に傾斜した傾斜面２３でシリンダ中
心方向に突出した多数の突起１９によって仕切られた多
数の溝２２が形成され、これらの溝２２が主燃焼室１の
一部を構成している。また、燃焼室２を構成するピスト
ン３のピストンヘッド部とピストンリング８，９とは、
高温強度を有する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から製作されている。また、主燃焼
室１は、高圧縮比で熱負荷が大きくなる領域であるの
で、高温強度を有する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から製作されている。
【００１９】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つのサイクルを順次繰り
返すことによって作動されるものである。このガスエン
ジンは、吸排気バルブ１４，１６及びガス燃料供給弁１
１は、カム駆動による動弁機構或いは電磁力によって開
閉駆動されるように構成できる。ピストン３が吸気行程
における下死点近傍まで下降した時に、燃焼室２が燃料
供給口１２に連通し、その時、ガス燃料供給弁１１が燃
料供給通路１０を開放し、燃料供給口１２を通じて燃焼
室２にガス燃料が供給される。次いで、圧縮行程に移行
してピストン３が上昇し始めると、ガス燃料供給弁１１
が燃料供給通路１０を閉鎖し、燃焼室２へのガス燃料の
供給が停止される。ピストン３が上昇し始めると、ピス
トン頂面の温度が上昇するが、燃焼室２には空気は存在
しておらず、しかも燃焼室２が形成されているピストン
外周面は低温であり、燃焼室２内は燃料濃度が過濃であ
るので、ガス燃料が着火燃焼することはない。一方、主
燃焼室１には吸気行程で吸気バルブ１４が開放して吸入
空気が供給されているので、主燃焼室１内の空気は圧縮
行程で圧縮されるが、主燃焼室１内にはガス燃料が存在
していないので、吸入空気を高圧縮でき、圧縮比を１７
〜１８にまで高めることができる。
程、膨張行程及び排気行程の４つのサイクルを順次繰り
返すことによって作動されるものである。このガスエン
ジンは、吸排気バルブ１４，１６及びガス燃料供給弁１
１は、カム駆動による動弁機構或いは電磁力によって開
閉駆動されるように構成できる。ピストン３が吸気行程
における下死点近傍まで下降した時に、燃焼室２が燃料
供給口１２に連通し、その時、ガス燃料供給弁１１が燃
料供給通路１０を開放し、燃料供給口１２を通じて燃焼
室２にガス燃料が供給される。次いで、圧縮行程に移行
してピストン３が上昇し始めると、ガス燃料供給弁１１
が燃料供給通路１０を閉鎖し、燃焼室２へのガス燃料の
供給が停止される。ピストン３が上昇し始めると、ピス
トン頂面の温度が上昇するが、燃焼室２には空気は存在
しておらず、しかも燃焼室２が形成されているピストン
外周面は低温であり、燃焼室２内は燃料濃度が過濃であ
るので、ガス燃料が着火燃焼することはない。一方、主
燃焼室１には吸気行程で吸気バルブ１４が開放して吸入
空気が供給されているので、主燃焼室１内の空気は圧縮
行程で圧縮されるが、主燃焼室１内にはガス燃料が存在
していないので、吸入空気を高圧縮でき、圧縮比を１７
〜１８にまで高めることができる。
【００２０】次いで、圧縮行程でピストン３が上昇して
上死点近傍になって上方のピストンリング８がテーパ面
２１より上方に上昇すると、燃焼室２が主燃焼室１に開
放状態になる。この時、ピストンリング８は、シリンダ
ライナ６の内周面に形成されている多数の突起１９に摺
接しているので、ピストンリング溝から外れることがな
い。燃焼室２が主燃焼室１に開放して連通すると、主燃
焼室１の溝２２から高圧縮空気が燃焼室２にスキッシュ
流で供給され、ガス燃料が燃焼室２から溝２２へ押し出
されて着火可能な空気過剰率となって着火燃焼する。こ
の時、シリンダライナ上部に形成された突起１９は、周
方向に隔置してシリンダ周方向に傾斜して形成されてい
るので、溝２２を通過するガスはスワール流れを発生さ
せ、シリンダ中央の主燃焼室１へと噴き出されて均一な
良好な燃焼を行う。しかも、圧縮比が高く設定されるの
で、圧縮上死点近傍で確実に着火を行わせることがで
き、空気量の多い主燃焼室１の溝２２の外周領域から燃
焼が開始され、しかも均一で良好に燃焼が進行し、中央
部へと迅速に燃焼伝播して燃焼期間を短縮して燃焼を完
結し、ＮＯX 、ＨＣ等の発生を低減できる。膨張行程で
ピストン３は仕事をし、次いで排気行程に移行するが、
膨張行程と排気行程では燃焼室２が燃料供給口１２に連
通してもガス燃料供給弁１１が開放することがなく、ガ
ス燃料が燃焼室２に供給されることはない。このガスエ
ンジンでは、ガス燃料が存在しない状態で吸入空気が圧
縮されるので、高圧縮比にできると共に、ガス燃料はピ
ストン３に形成した燃焼室２に供給されているので、ガ
ス燃料が自己着火してノッキング等が発生する問題はな
い。
上死点近傍になって上方のピストンリング８がテーパ面
２１より上方に上昇すると、燃焼室２が主燃焼室１に開
放状態になる。この時、ピストンリング８は、シリンダ
ライナ６の内周面に形成されている多数の突起１９に摺
接しているので、ピストンリング溝から外れることがな
い。燃焼室２が主燃焼室１に開放して連通すると、主燃
焼室１の溝２２から高圧縮空気が燃焼室２にスキッシュ
流で供給され、ガス燃料が燃焼室２から溝２２へ押し出
されて着火可能な空気過剰率となって着火燃焼する。こ
の時、シリンダライナ上部に形成された突起１９は、周
方向に隔置してシリンダ周方向に傾斜して形成されてい
るので、溝２２を通過するガスはスワール流れを発生さ
せ、シリンダ中央の主燃焼室１へと噴き出されて均一な
良好な燃焼を行う。しかも、圧縮比が高く設定されるの
で、圧縮上死点近傍で確実に着火を行わせることがで
き、空気量の多い主燃焼室１の溝２２の外周領域から燃
焼が開始され、しかも均一で良好に燃焼が進行し、中央
部へと迅速に燃焼伝播して燃焼期間を短縮して燃焼を完
結し、ＮＯX 、ＨＣ等の発生を低減できる。膨張行程で
ピストン３は仕事をし、次いで排気行程に移行するが、
膨張行程と排気行程では燃焼室２が燃料供給口１２に連
通してもガス燃料供給弁１１が開放することがなく、ガ
ス燃料が燃焼室２に供給されることはない。このガスエ
ンジンでは、ガス燃料が存在しない状態で吸入空気が圧
縮されるので、高圧縮比にできると共に、ガス燃料はピ
ストン３に形成した燃焼室２に供給されているので、ガ
ス燃料が自己着火してノッキング等が発生する問題はな
い。
【００２１】
【発明の効果】この発明によるピストン外周に燃焼室を
持つガスエンジンは、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、このピストン外周に燃焼
室を持つガスエンジンは、シリンダライナ上部に主燃焼
室を且つピストンの外周側面に燃焼室を形成し、前記燃
焼室に燃料供給手段によってシリンダライナ下部の燃料
供給口からガス燃料を供給するので、吸気行程でガス燃
料が存在しない主燃焼室に吸入空気を供給して高圧縮で
き、ガス燃料の着火燃焼を確実に達成できる。また、ガ
ス燃料は空気が存在しないピストンに形成した燃焼室に
供給されるので、ガス燃料が自己着火することがなく、
ノッキングの発生が防止される。
持つガスエンジンは、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、このピストン外周に燃焼
室を持つガスエンジンは、シリンダライナ上部に主燃焼
室を且つピストンの外周側面に燃焼室を形成し、前記燃
焼室に燃料供給手段によってシリンダライナ下部の燃料
供給口からガス燃料を供給するので、吸気行程でガス燃
料が存在しない主燃焼室に吸入空気を供給して高圧縮で
き、ガス燃料の着火燃焼を確実に達成できる。また、ガ
ス燃料は空気が存在しないピストンに形成した燃焼室に
供給されるので、ガス燃料が自己着火することがなく、
ノッキングの発生が防止される。
【００２２】また、このガスエンジンでは、ピストンが
上昇して燃焼室が主燃焼室に連通すると、主燃焼室の各
溝からの高圧縮空気が突起によってスキッシュ流となっ
て燃焼室へ入り込んでガス燃料を各溝へ均一に押し出し
て空気と均一に且つ迅速に混合し、シリンダ外周の各溝
で着火燃焼し、各溝を形成する突起の周方向への傾斜面
に沿ってスワール流となって燃焼火炎がシリンダ外周か
ら中央へと均一な混合を促進して燃焼伝播し、ＨＣ、Ｎ
ＯX 等の発生を抑制し、熱効率を向上させることができ
る。更に、前記燃焼室を構成するピストンヘッド部、前
記ピストンリング及び主燃焼室は、高圧縮比で熱負荷が
大きくなるので、高温高強度で耐熱性に優れるセラミッ
クスから作製しておけば、耐久性を向上できる。
上昇して燃焼室が主燃焼室に連通すると、主燃焼室の各
溝からの高圧縮空気が突起によってスキッシュ流となっ
て燃焼室へ入り込んでガス燃料を各溝へ均一に押し出し
て空気と均一に且つ迅速に混合し、シリンダ外周の各溝
で着火燃焼し、各溝を形成する突起の周方向への傾斜面
に沿ってスワール流となって燃焼火炎がシリンダ外周か
ら中央へと均一な混合を促進して燃焼伝播し、ＨＣ、Ｎ
ＯX 等の発生を抑制し、熱効率を向上させることができ
る。更に、前記燃焼室を構成するピストンヘッド部、前
記ピストンリング及び主燃焼室は、高圧縮比で熱負荷が
大きくなるので、高温高強度で耐熱性に優れるセラミッ
クスから作製しておけば、耐久性を向上できる。
【図１】この発明によるピストン外周に燃焼室を持つガ
スエンジンの一実施例を示す断面図である。
スエンジンの一実施例を示す断面図である。
【図２】図１のガスエンジンにおいてピストンが下降し
て燃焼室と燃料供給口が連通し且つ燃料供給弁が開放し
た状態を示す断面図である。
て燃焼室と燃料供給口が連通し且つ燃料供給弁が開放し
た状態を示す断面図である。
【図３】図２の線Ａ−Ａにおける断面図である。
【符号の説明】 １ 主燃焼室 ２ 燃焼室 ３ ピストン ５ シリンダヘッド ６ シリンダライナ ７ シリンダ ８，９ ピストンリング １１ ガス燃料供給弁 １２ 燃料供給口 １９ 突起 ２２ 溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｆ 3/00 ３０２ Ａ 3/28 Ｚ
Claims (5)
- 【請求項１】 シリンダヘッドに形成された吸排気ポー
トに配置された吸排気バルブ、シリンダライナ上部に形
成される主燃焼室、ピストンの外周面に形成される燃焼
室、前記燃焼室に上下に近接した前記ピストンの外周面
に形成されたピストンリング溝に装着された前記燃焼室
をシールするピストンリング、シリンダライナ下部に形
成された燃料供給口、及び前記燃料供給口から前記燃焼
室に天然ガス燃料を供給する前記シリンダライナ下部に
設けられた燃料供給手段から成ることを特徴とするピス
トン外周に燃焼室を持つガスエンジン。 - 【請求項２】 前記燃料供給手段は前記燃焼室が前記燃
料供給口に連通する吸気行程終端から圧縮行程初期まで
の期間に前記燃焼室に天然ガス燃料を供給するガス燃料
供給弁から構成されていることを特徴とする請求項１に
記載のピストン外周に燃焼室を持つガスエンジン。 - 【請求項３】 前記シリンダライナ上部に形成された前
記主燃焼室は周方向に隔置してシリンダ周方向に傾斜し
て前記シリンダライナ上部に形成された突起によって仕
切られた溝を含んでいることを特徴とする請求項１に記
載のピストン外周に燃焼室を持つガスエンジン。 - 【請求項４】 圧縮比が１７〜１８に設定されているこ
とを特徴とする請求項１に記載のピストン外周に燃焼室
を持つガスエンジン。 - 【請求項５】 前記燃焼室を構成するピストンヘッド部
と前記ピストンリングとは耐熱性のセラミックスから作
製されていることを特徴とする請求項１に記載のピスト
ン外周に燃焼室を持つガスエンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6316030A JPH08151924A (ja) | 1994-11-28 | 1994-11-28 | ピストン外周に燃焼室を持つガスエンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6316030A JPH08151924A (ja) | 1994-11-28 | 1994-11-28 | ピストン外周に燃焼室を持つガスエンジン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08151924A true JPH08151924A (ja) | 1996-06-11 |
Family
ID=18072478
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6316030A Pending JPH08151924A (ja) | 1994-11-28 | 1994-11-28 | ピストン外周に燃焼室を持つガスエンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08151924A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102010036821A1 (de) * | 2010-08-03 | 2012-02-09 | Heinrich Bergmann | Verbrennungsmotor |
| JP2016535247A (ja) * | 2013-10-04 | 2016-11-10 | アー・ファウ・エル・リスト・ゲー・エム・ベー・ハーＡｖｌ Ｌｉｓｔ Ｇｍｂｈ | シリンダーピストン構造における摩擦を測定する装置 |
| JP2020143607A (ja) * | 2019-03-05 | 2020-09-10 | 株式会社Ihi | エンジン |
-
1994
- 1994-11-28 JP JP6316030A patent/JPH08151924A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102010036821A1 (de) * | 2010-08-03 | 2012-02-09 | Heinrich Bergmann | Verbrennungsmotor |
| JP2016535247A (ja) * | 2013-10-04 | 2016-11-10 | アー・ファウ・エル・リスト・ゲー・エム・ベー・ハーＡｖｌ Ｌｉｓｔ Ｇｍｂｈ | シリンダーピストン構造における摩擦を測定する装置 |
| JP2020143607A (ja) * | 2019-03-05 | 2020-09-10 | 株式会社Ihi | エンジン |
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