JPH08260970A

JPH08260970A - 副室式ガス機関の副室形状

Info

Publication number: JPH08260970A
Application number: JP7060470A
Authority: JP
Inventors: Teruhiro Sakurai; 輝浩桜井
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 1995-03-20
Filing date: 1995-03-20
Publication date: 1996-10-08

Abstract

(57)【要約】【目的】副室における混合を良好にせしめ、副室容積
を減少して、ＮＯｘの低減を図ると共に、副室製造コス
トを減少する。【構成】副室の接合部（１４）と副室側壁部（１６）
とを結ぶ傾斜部分（１８）が、側壁部（１６）の仮想延
長部分（１６ｓ）と為す傾斜角度（β）が３０度以上で
９０度未満、好ましくは４５度以上で６０度以下となる
様に構成すると共に、副室の接合部（１４）と副室頂部
（１６ｔ）との距離（Ｌ）が副室（１０）の横断面の最
大直径（Ｄ）の１．２５倍以上で３倍以下、好ましくは
１．４倍以上で１．６倍以下となる様に構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、副室式ガス機関の副室
形状に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４において、全体を符号１で示す副室
式ガス機関（例えば希薄燃焼型ガスエンジン）は副室１
Ａを備えており、該副室１Ａは連絡部（或いは連通路）
２Ａにより複数の噴口３Ａ（図５、図６参照）を介して
主燃焼室４に連通している。この主燃焼室４には吸入管
５を通って混合気Ｉが供給され、排気管６を通って排気
ガスＯが排出される。そして、副室１Ａにはチェック弁
７を介して燃料ガスＩＳが供給され、点火プラグ８によ
り燃焼する。

【０００３】図５は、副室１Ａの断面図であり、図６は
そのＢ−Ｂ矢視断面図である。図４に関連して述べた通
り、副室１Ａは連絡部２Ａにより、複数の噴口３Ａを介
して主燃焼室４に連通されている。ここで、連絡部２Ａ
は小径の円筒形状に構成され、先端には噴口３Ａが設け
られている。そして、噴口３Ａの径方向は、主燃焼室４
での燃焼を配慮して決められている。

【０００４】副室１Ａは横断面直径が連絡部２Ａよりも
拡大された円筒形で、その上下面の各隅部は、発生する
縦渦に対応した曲面（アール）形状にされている。図５
で示す様に、圧縮行程において、図示しないピストンが
上昇することにより、混合気は図５内の矢印で示す様
に、先端の噴口３Ａ（図６も参照）から小径の連絡部２
Ａに副室１Ａに向かって侵入し、該連絡部２Ａにより方
向付けられ、副室１Ａの天井部或いは頂部に当たって反
転し、副室１Ａの内壁面形状に倣つて流れる。その結
果、図５において複数の小さな矢印で示す様な縦渦が発
生し、この縦渦により、混合気の形成が促進されるので
ある。

【０００５】副室１Ａ内で着火されると、ガスは強力な
火炎ジェットとなって噴口３Ａから主燃焼室４に噴出さ
れ、主燃焼室４内を燃焼状態にするのである。こうして
希薄燃焼が達成され、ＮＯｘ等の有害排気を低減するこ
とができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ここで主燃焼室に供給
される混合気を充分に希薄していくと、排気ガス中のＮ
Ｏｘ等は、その半分近くが副室で発生するようになる。
そのため、希薄化を進めて排気ガス中のＮＯｘを低減さ
せるためには、副室の容積を抑える（副室の容積を小さ
くする）ことが好適である。副室の容積が小さければ副
室で発生するＮＯｘの量も少なくなるからである。しか
し、副室を小さくすると、副室内の縦渦が弱まり、空気
とガスとがよく混合されず、火炎ジェットの生成が不良
となり、主燃焼室内の火炎伝播が不充分で不燃や失火が
起きる恐れがある。さらに、物理的な条件として、副室
１Ａの上部には、点火プラグやその他の部材を設置する
ためには、直径の下限値を直径２８ｍｍ程度に抑えなけ
ればならない、という制約が存在する。

【０００７】これに加えて、副室を加工するに際して
は、副室全体の形状を回転体形状にせしめ、加工を容易
にして且つコスト削減を図りたい、という要請も存在す
る。

【０００８】すなわち、副室の容積を小さくしてＮＯｘ
量を減少して、副室内の縦渦を弱らせる事なく、上述し
た寸法的な制約をクリヤすることが出来て、しかも副室
の加工に費やされる労力を低減することが出来る技術が
従来から望まれていたが、その様な要請に応えることが
出来るような技術は未だに提案されていない。

【０００９】本発明はその様な要請に鑑みて提案された
ものて、副室の加工コストを低減しつつ、その内部の縦
渦の形成を妨げずに副室の容積を低減して、低ＮＯｘ化
を図ったガス機関の副室形状の提供を目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】発明者は種々研究の結
果、副室内の混合促進には、副室の接合部と副室側壁部
とを結ぶ傾斜部分が該側壁部の仮想延長部分との為す傾
斜角度が、非常に大きな影響を及ぼすことを見出だし
た。同様に、副室の接合部と副室頂部との距離は副室横
断面の最大直径の比率如何により、副室内の混合が大き
く変動することを見出だした。

【００１１】本発明の副室式ガス機関の副室形状は、主
燃焼領域と、副室と、両者を連通する連絡部とを有する
副室式ガス機関の副室形状において、副室全体の形状は
回転体形状であり、副室の接合部と副室側壁部とを結ぶ
傾斜部分が該側壁部の仮想延長部分と為す傾斜角度が３
０度以上で９０度未満であり、副室の接合部と副室頂部
との距離は副室横断面の最大直径の１．２５倍以上で３
倍以下であることを特徴としている。ここで、「主燃焼
領域」なる文言は、例えばガスエンジンのシリンダ内部
の燃焼領域等を意味している。

【００１２】本発明の実施に際して、前記傾斜角度は４
５度以上で６０度以下であるのが好ましい。また、副室
の接合部と副室頂部との距離は、副室横断面の最大直径
の１．４倍以上で１．６倍以下であるのが好ましい。

【００１３】本発明の実施に際して、副室の頂部と副室
側壁部とを結ぶ傾斜部分が該側壁部の仮想延長部分との
為す傾斜角度は４５度前後であることが好ましい。

【００１４】

【作用】上記した様な構成を具備する本発明の副室式ガ
ス機関の副室形状によれば、副室全体の形状は回転体形
状となっているため、旋盤、ボール盤、その他の回転加
工機械により、容易に副室を形成することが出来る。そ
のため、副室形成の労力が極めて減少する。

【００１５】また、副室内の混合に大きな影響を与える
２つの要素、すなわち、副室の接合部と副室側壁部とを
結ぶ傾斜部分が該側壁部の仮想延長部分との為す傾斜角
度と、副室の接合部と副室頂部との距離は副室横断面の
最大直径の比率とが、所定の数値範囲となる様に設計し
たので、副室内の高濃度燃料ガスと主燃焼室からの混合
気との混合が極めて良好に行われる。ここで、副室の接
合部と副室側壁部とを結ぶ傾斜部分が該側壁部の仮想延
長部分との為す傾斜角度が３０度以上で９０度未満（よ
り好ましくは４５度以上で６０度以下）であり、副室の
接合部と副室頂部との距離は副室横断面の最大直径の
１．２５倍以上で３倍以下（より好ましくは１．４倍以
上で１．６倍以下）とすることにより、良好な混合を行
うと共に、副室の体積（或いは容積）を可能な限り小さ
くすることが出来る。換言すれば、前記傾斜角度が３０
度未満では混合が良好に行われないことが種々研究の結
果として確認されており、前記角度が９０度であると副
室の形状は従来の円筒形のものと同一となり、前記角度
が９０度以上であると副室の体積が増加してしまうので
ある。一方、副室の接合部と副室頂部との距離は副室横
断面の最大直径の１．２５倍以下であると、副室の長手
方向寸法が短くなり過ぎるので混合が不調となる。そし
て、副室の接合部と副室頂部との距離が副室横断面の最
大直径の３倍よりもあると、副室の長手方向寸法が長く
なり過ぎるので、やはり混合がうまく行かなくなる。本
発明によれば、副室内部において平面的（２次元的）な
縦渦の形成が極めて良好に行われるため、高濃度燃料ガ
スと主燃焼室からの混合気との混合が極めて良好に行わ
れる。

【００１６】ここで本発明において、副室の頂部と副室
側壁部とを結ぶ傾斜部分が該側壁部の仮想延長部分との
為す傾斜角度が４５度前後となる様に構成すれば、副室
の容積が小さくなり、ＮＯｘを低減することが出来るの
で、好都合である。そして、副室の容積を低減する結
果、混合気の形成が促進され、良好な火炎ジェットが得
られて希薄燃焼が達成される。

【００１７】

【実施例】以下、図１−３を参照して本発明の実施例を
説明する。

【００１８】図１において、本発明に係る副室１０は所
謂「回転体形状」であり、その横断面は全て円形となっ
ている。そして副室１０には連絡部１２が接続されてお
り、該連絡部１２は図示しない燃焼領域（ガスエンジン
のシリンダ内部の燃焼室）に連通している。

【００１９】ここで、図１の実施例において、副室の接
合部（副室１０と連絡部１２との境界部分：図１では点
線で示す）１４と副室側壁部１６とを結ぶ傾斜部分１８
が、側壁部１６の仮想延長部分１６ｓ（図１では１点鎖
線で示す）と為す傾斜角度βが３０度以上で９０度未
満、好ましくは４５度以上で６０度以下となる様に構成
されている。

【００２０】また、副室の接合部１４と副室頂部１６ｔ
との距離Ｌは、副室１０の横断面の最大直径Ｄ（図１に
おいては、副室１０において円筒形となっている箇所の
横断面の直径、或いは副室側壁部１６における横断面の
直径）の１．２５倍以上で３倍以下、好ましくは１．４
倍以上で１．６倍以下に構成されている。さらに図１に
おいて、副室頂部１６ｔと副室側壁部１６とを結ぶ傾斜
部分２０と、側壁部１６の仮想延長部分１６ｓとは、約
４５度の傾斜角度αを形成している。なお図１におい
て、符号「ｄ」は連絡部１２の横断面直径を意味してい
る。

【００２１】次に、傾斜角度βと副室１０内の混合との
関係について、主として図２を参照して説明する。図２
の特性図において、横軸は前記傾斜角度βを示す。一
方、図２の縦軸は、副室内の混合を示す指標を示してい
る。図示の実施例では、当該指標として、例えば理論混
合比が燃料ガス１ｇに対して空気１６．８ｇである場合
において、副室内において空燃比が８．４より大きく１
６．８よりも小さい混合気が占める体積の割合がある。
そして、この指標が大きければ大きい程、副室１０内の
混合が良好に行われることを意味する。

【００２２】図２から明らかな様に、傾斜角度βが３０
度よりも小さいと、混合を表す指標が急激に低下する。
従って、傾斜角度βは３０度以上である必要がある。ま
た、図２において傾斜角度βが４５度よりも大きい範囲
では、数値の激変要因は見当たらず、混合を示す指標も
さほどは変化しない。なお、傾斜角度βが９０度以上と
なると、副室１０の体積が増加するので不適当である。

【００２３】さらに、副室の接合部１４と副室頂部１６
ｔとの間の距離Ｌと、副室１０の横断面の最大直径Ｄ
（図１においては、副室１０において円筒形となってい
る箇所の横断面の直径）との比率Ｌ／Ｄと、副室１０内
の混合との関係について、図３を主として参照しつつ説
明する。図３は、副室の最大直径Ｄが２８ｍｍ、傾斜角
度βが４５度、傾斜角度αが６０度である場合におい
て、副室の接合部１４と副室頂部１６ｔとの間の距離Ｌ
と、図２で説明したのと同様な混合を示す指標との特性
を示している。ここで、副室の最大直径Ｄは一定である
ため、副室の接合部１４と副室頂部１６ｔとの間の距離
Ｌと混合を示す指標との特性は、前記比率Ｌ／Ｄと前記
指標との特性に等しいのである。

【００２４】図３を参照すれば、直径Ｄが３５ｍｍ未満
の場合（或いは比率Ｌ／Ｄが１．２５未満の場合）は、
前記指標の数値も小さい。これに対して、比率Ｌ／Ｄが
１．３５以上、より好ましくは該比率が１．５±０．１
の場合には、前記混合を示す指標の数値は大きくなる。
ここで、前記比率が３．０以上の場合、副室１０が図１
の上下方向に細長い形状であることを示している。そし
て、副室１０が細長い形状であれば、高濃度の燃料ガス
とシリンダ側からの混合気とは十分に混合されない。

【００２５】なお、図示の実施例はあくまでも例示であ
り、本発明の技術的範囲を示すものではない。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば副
室内での良好な混合が行われることを保証しつつ、副室
容積を低減することができる。その結果、副室式ガス機
関（例えば希薄燃焼タイプ）の排出ＮＯｘをより一層低
減することが出来る。また、副室内で縦渦を形成して燃
料ガスと空気とを良好に混合出来るので、ＣＯや未燃Ｈ
Ｃ等の大気汚染物質の発生がさらに抑制されると共に、
熱効率の向上も見込まれる。さらに本発明では、副室内
で良好な混合が行われる様に、副室の横断面及び縦断面
の形状が特定されていると共に、副室の加工が容易であ
る様に構成されているので、製造コストの低減に大いに
寄与するのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す縦断面図。

【図２】傾斜角度βと副室内の混合との関係を示す特性
図。

【図３】比率Ｌ／Ｄと副室内の混合との関係を示す特性
図。

【図４】副室式ガスエンジンの概要を説明するための断
面図。

【図５】従来例を示す縦断面図。

【図６】図５のＢ−Ｂ矢視断面図。

【符号の説明】

１、１０・・・副室２、２Ａ、１２・・・連絡部３、３Ａ・・・噴口４・・・主燃焼室１４・・・副室の接合部（副室と連絡部との境界部分）１６・・・副室側壁部１６ｓ・・・側壁部の仮想延長部分１６ｔ・・・副室頂部１８・・・副室の接合部と副室側壁部とを結ぶ傾斜部分２０・・・副室頂部と副室側壁部とを結ぶ傾斜部分Ｌ・・・副室の接合部と副室頂部との距離Ｄ・・・副室の横断面の最大直径（副室において円筒形
となっている箇所の横断面の直径、或いは副室側壁部に
おける横断面の直径） α・・・副室頂部と副室側壁部とを結ぶ傾斜部分が側壁
部の仮想延長部分と為す傾斜角度 β・・・副室の接合部と副室側壁部とを結ぶ傾斜部分が
側壁部の仮想延長部分と為す傾斜角度

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主燃焼領域と、副室と、両者を連通する
連絡部とを有する副室式ガス機関の副室形状において、
副室全体の形状は回転体形状であり、副室の接合部と副
室側壁部とを結ぶ傾斜部分が該側壁部の仮想延長部分と
為す傾斜角度が３０度以上で９０度未満であり、副室の
接合部と副室頂部との距離は副室横断面の最大直径の
１．２５倍以上で３倍以下であることを特徴とする副室
式ガス機関の副室形状。
【請求項２】前記傾斜角度は４５度以上で６０度以下
である請求項１の副室式ガス機関の副室形状。
【請求項３】副室の接合部と副室頂部との距離は、副
室横断面の最大直径の１．４倍以上で１．６倍以下であ
る請求項１の副室式ガス機関の副室形状。