JPH09158727A - 副室式ガスエンジン - Google Patents
副室式ガスエンジンInfo
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- JPH09158727A JPH09158727A JP7345093A JP34509395A JPH09158727A JP H09158727 A JPH09158727 A JP H09158727A JP 7345093 A JP7345093 A JP 7345093A JP 34509395 A JP34509395 A JP 34509395A JP H09158727 A JPH09158727 A JP H09158727A
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- Japan
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- chamber
- sub
- gas
- fuel
- gas engine
- Prior art date
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
- F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
- F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
- F02B23/0696—W-piston bowl, i.e. the combustion space having a central projection pointing towards the cylinder head and the surrounding wall being inclined towards the cylinder wall
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- 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】
【課題】 副室式ガスエンジンにおいて、拡散燃焼を向
上させ、燃焼期間を短縮する。 【解決手段】 この副室式ガスエンジンは、シリンダヘ
ッド１３に副室２を構成する副室構造体３と主室１を構
成するヘッドライナ１０を配置し、副室２と主室１とを
連絡口７と連絡孔６を通じて連通する。連絡口７には制
御弁４を配置し、副室２にガス燃料を供給する燃料供給
ノズル５を副室構造体３に配置する。ピストン１５には
キャビティ２７が形成され、連絡孔６に対向した位置の
キャビティ壁面に副室２からの噴出ガスが衝突する衝突
棚２１が形成されている。衝突棚２１はキャビティ壁面
から突出する凸部２１から形成され、衝突棚２１に衝突
した副室２からの噴流は衝突棚２１の周囲から空気を導
入する。
上させ、燃焼期間を短縮する。 【解決手段】 この副室式ガスエンジンは、シリンダヘ
ッド１３に副室２を構成する副室構造体３と主室１を構
成するヘッドライナ１０を配置し、副室２と主室１とを
連絡口７と連絡孔６を通じて連通する。連絡口７には制
御弁４を配置し、副室２にガス燃料を供給する燃料供給
ノズル５を副室構造体３に配置する。ピストン１５には
キャビティ２７が形成され、連絡孔６に対向した位置の
キャビティ壁面に副室２からの噴出ガスが衝突する衝突
棚２１が形成されている。衝突棚２１はキャビティ壁面
から突出する凸部２１から形成され、衝突棚２１に衝突
した副室２からの噴流は衝突棚２１の周囲から空気を導
入する。
Description
【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すると共に吸
入空気を主室内に導入する副室式ガスエンジンに関す
る。
が遮断された状態でガス燃料を副室に供給すると共に吸
入空気を主室内に導入する副室式ガスエンジンに関す
る。
【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。
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。
【０００３】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ＮＯ
X 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。
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ＮＯ
X 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。
【０００４】従来、ガスエンジンとして、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、燃焼を安定させ
る方法が考えられる。ところが、ガスエンジンは、ナチ
ュラルガス即ち天然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、混合気は高圧縮されて温度が高くなり、
自己着火の現象即ちノッキングが発生する。しかるに、
天然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。
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、燃焼を安定させ
る方法が考えられる。ところが、ガスエンジンは、ナチ
ュラルガス即ち天然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、混合気は高圧縮されて温度が高くなり、
自己着火の現象即ちノッキングが発生する。しかるに、
天然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。
【０００５】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
る連絡孔に副室開閉弁を設置し、吸入行程時には該副室
開閉弁を閉じておき、主室に空気のみを吸入し、副室に
天然ガスを導入する。そして、副室開閉弁を圧縮行程上
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、天然ガスと空気とは急速に混
合して着火燃焼し、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。
薄燃焼を更に安定させるために、副室と主室とを連通す
る連絡孔に副室開閉弁を設置し、吸入行程時には該副室
開閉弁を閉じておき、主室に空気のみを吸入し、副室に
天然ガスを導入する。そして、副室開閉弁を圧縮行程上
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、天然ガスと空気とは急速に混
合して着火燃焼し、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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、本出願人
は、上記の問題を解決したガスエンジンを開発し、特願
平６−１２４６７８号として先に出願した。該ガスエン
ジンは、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が過濃状態であるのでＮＯ
X 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ものである。
は、上記の問題を解決したガスエンジンを開発し、特願
平６−１２４６７８号として先に出願した。該ガスエン
ジンは、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が過濃状態であるのでＮＯ
X 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ものである。
【０００７】しかしながら、副室式ガスエンジンにおい
て、連絡孔に設けた制御弁が連絡孔を閉鎖し、副室内圧
力が低圧時に副室にガス燃料を供給し、圧縮行程後半に
制御弁を開放し、主室の高温圧縮空気を副室内に供給し
て急速に均一混合と一次燃焼室を実現させ、副室内燃焼
による圧力上昇にて混合気、火炎を主室に噴出し、短時
間に希薄燃焼を完了させる必要があるが、天然ガスは自
発火温度が高く、難燃性燃料であるので、主室での拡散
燃焼が緩慢になってＨＣやスモークの発生が懸念され
る。
て、連絡孔に設けた制御弁が連絡孔を閉鎖し、副室内圧
力が低圧時に副室にガス燃料を供給し、圧縮行程後半に
制御弁を開放し、主室の高温圧縮空気を副室内に供給し
て急速に均一混合と一次燃焼室を実現させ、副室内燃焼
による圧力上昇にて混合気、火炎を主室に噴出し、短時
間に希薄燃焼を完了させる必要があるが、天然ガスは自
発火温度が高く、難燃性燃料であるので、主室での拡散
燃焼が緩慢になってＨＣやスモークの発生が懸念され
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】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
縮比を高めた状態で連絡孔の制御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、混合気、火炎等のガスを副室から主室に一気に噴き
出させ、その噴流をピストンのキャビティに形成した衝
突棚に衝突拡散させ、主室内の空気を巻き込んで空気利
用率を向上させ、均一な混合気を生成させて主室での燃
焼期間を短縮させて二次燃焼を完了させて拡散燃焼を改
善し、ＮＯX 、ＨＣ等の発生を低減して熱効率を高める
ことができる副室式ガスエンジンを提供することであ
る。
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
縮比を高めた状態で連絡孔の制御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、混合気、火炎等のガスを副室から主室に一気に噴き
出させ、その噴流をピストンのキャビティに形成した衝
突棚に衝突拡散させ、主室内の空気を巻き込んで空気利
用率を向上させ、均一な混合気を生成させて主室での燃
焼期間を短縮させて二次燃焼を完了させて拡散燃焼を改
善し、ＮＯX 、ＨＣ等の発生を低減して熱効率を高める
ことができる副室式ガスエンジンを提供することであ
る。
【０００９】この発明は、シリンダ側に形成された主室
と前記シリンダのほぼ中央に形成された副室を構成する
シリンダヘッドに配置した燃焼室構造体、前記主室と前
記副室とを連通する前記燃焼室構造体に形成した周方向
に隔置して放射方向に延びる連絡孔、前記副室を前記主
室に対して開閉する制御弁、ガス燃料供給源からのガス
燃料を前記副室へ供給する燃料供給ノズル、及び前記シ
リンダ内を往復動するピストンから成る副室式ガスエン
ジンにおいて、前記ピストンのピストンヘッドのほぼ中
央にキャビティが形成され、前記連絡孔に対向した位置
のキャビティ壁面に前記副室からの噴流が衝突する衝突
棚が形成されていることを特徴とする副室式ガスエンジ
ンに関する。
と前記シリンダのほぼ中央に形成された副室を構成する
シリンダヘッドに配置した燃焼室構造体、前記主室と前
記副室とを連通する前記燃焼室構造体に形成した周方向
に隔置して放射方向に延びる連絡孔、前記副室を前記主
室に対して開閉する制御弁、ガス燃料供給源からのガス
燃料を前記副室へ供給する燃料供給ノズル、及び前記シ
リンダ内を往復動するピストンから成る副室式ガスエン
ジンにおいて、前記ピストンのピストンヘッドのほぼ中
央にキャビティが形成され、前記連絡孔に対向した位置
のキャビティ壁面に前記副室からの噴流が衝突する衝突
棚が形成されていることを特徴とする副室式ガスエンジ
ンに関する。
【００１０】また、この副室式ガスエンジンにおいて、
前記衝突棚は前記キャビティ壁面から突出する凸部から
形成され、前記衝突棚に衝突した前記副室からの噴流は
前記衝突棚の周囲から空気を導入するものである。
前記衝突棚は前記キャビティ壁面から突出する凸部から
形成され、前記衝突棚に衝突した前記副室からの噴流は
前記衝突棚の周囲から空気を導入するものである。
【００１１】また、この副室式ガスエンジンにおいて、
前記衝突棚は前記副室からの噴流が膨張行程における上
死点後の１０°〜３０°で衝突するように前記連絡孔に
対して位置設定されているものである。従って、前記副
室から前記連絡孔を通じて前記主室へ噴出する噴流エネ
ルギーが最も大きい時に、噴流を前記衝突棚に衝突させ
ることになり、噴流の衝突拡散を良好にし、前記主室の
衝突棚周辺の新気を良好に巻き込んで空気利用率を向上
させることができる。
前記衝突棚は前記副室からの噴流が膨張行程における上
死点後の１０°〜３０°で衝突するように前記連絡孔に
対して位置設定されているものである。従って、前記副
室から前記連絡孔を通じて前記主室へ噴出する噴流エネ
ルギーが最も大きい時に、噴流を前記衝突棚に衝突させ
ることになり、噴流の衝突拡散を良好にし、前記主室の
衝突棚周辺の新気を良好に巻き込んで空気利用率を向上
させることができる。
【００１２】この副室式ガスエンジンは、上記のように
構成されているので、制御弁が連絡孔を閉鎖した状態の
副室に適正な流量のガス燃料を供給でき、主室に吸入空
気が導入されて主室内で吸入空気が高圧縮になってもガ
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、制御弁が連絡
孔を開放することによって、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、次いで、前記副室から
前記連絡孔を通じて前記主室へ火炎、未燃混合気等のガ
スが噴き出し、前記主室へ噴出した噴流がピストンのキ
ャビティ壁面に衝突して拡散され、ガスは周囲の空気を
巻き込んで、拡散燃焼が緩慢になることなく、前記主室
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
行程で最適の拡散燃焼を行なわせ、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。
構成されているので、制御弁が連絡孔を閉鎖した状態の
副室に適正な流量のガス燃料を供給でき、主室に吸入空
気が導入されて主室内で吸入空気が高圧縮になってもガ
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、制御弁が連絡
孔を開放することによって、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、次いで、前記副室から
前記連絡孔を通じて前記主室へ火炎、未燃混合気等のガ
スが噴き出し、前記主室へ噴出した噴流がピストンのキ
ャビティ壁面に衝突して拡散され、ガスは周囲の空気を
巻き込んで、拡散燃焼が緩慢になることなく、前記主室
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
行程で最適の拡散燃焼を行なわせ、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。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
による副室式ガスエンジンの実施例を説明する。図１は
この発明による副室式ガスエンジンの一実施例を示す概
略説明図、図２は図１の副室式ガスエンジンにおけるヘ
ッドライナの下面の半分を示す下面図、図３は図１の副
室式ガスエンジンにおけるピストンの上面の半分を示す
上面図、及び図４はピストンのキャビティに形成した衝
突棚を示す斜視図である。
による副室式ガスエンジンの実施例を説明する。図１は
この発明による副室式ガスエンジンの一実施例を示す概
略説明図、図２は図１の副室式ガスエンジンにおけるヘ
ッドライナの下面の半分を示す下面図、図３は図１の副
室式ガスエンジンにおけるピストンの上面の半分を示す
上面図、及び図４はピストンのキャビティに形成した衝
突棚を示す斜視図である。
【００１４】この副室式ガスエンジンは、天然ガス等の
のガス燃料を燃料とするディーゼルサイクルで駆動され
るものであり、例えば、シリンダブロック１４に固定さ
れたシリンダヘッド１３に２個の吸気ポートと２個の排
気ポートが形成されている４弁方式に構成されている。
この副室式ガスエンジンは、シリンダヘッド１３に形成
した小径のキャビティ８に配置した遮熱構造の副室２を
構成する燃焼室構造体、シリンダブロック１４に形成し
た孔部３６に嵌合したシリンダライナ３０、該シリンダ
ライナ３０に形成したシリンダ３５内を往復動するピス
トン１５、シリンダ３５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
成した連絡口７を有している。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に遮熱空気層
３３を形成するように結合リング３２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。
のガス燃料を燃料とするディーゼルサイクルで駆動され
るものであり、例えば、シリンダブロック１４に固定さ
れたシリンダヘッド１３に２個の吸気ポートと２個の排
気ポートが形成されている４弁方式に構成されている。
この副室式ガスエンジンは、シリンダヘッド１３に形成
した小径のキャビティ８に配置した遮熱構造の副室２を
構成する燃焼室構造体、シリンダブロック１４に形成し
た孔部３６に嵌合したシリンダライナ３０、該シリンダ
ライナ３０に形成したシリンダ３５内を往復動するピス
トン１５、シリンダ３５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
成した連絡口７を有している。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に遮熱空気層
３３を形成するように結合リング３２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。
【００１５】この副室式ガスエンジンにおいて、燃焼室
構造体は、主室１を構成するヘッドライナ１０と副室２
を構成する副室構造体３とから成る。シリンダヘッド１
３に形成された大形のキャビティ９には、ガスケット２
９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３５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。シリンダヘッド１３のキャビティ９の壁面とヘッド
ライナ１０との間には遮熱空気層２８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には、副室２を形成する副室構造体
３が嵌入されている。副室構造体３に形成される副室２
は、シリンダ３５のほぼ中央に配置されている。シリン
ダヘッド７には、例えば、２個の吸気ポートと２個の排
気ポートが形成されている。
構造体は、主室１を構成するヘッドライナ１０と副室２
を構成する副室構造体３とから成る。シリンダヘッド１
３に形成された大形のキャビティ９には、ガスケット２
９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３５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。シリンダヘッド１３のキャビティ９の壁面とヘッド
ライナ１０との間には遮熱空気層２８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には、副室２を形成する副室構造体
３が嵌入されている。副室構造体３に形成される副室２
は、シリンダ３５のほぼ中央に配置されている。シリン
ダヘッド７には、例えば、２個の吸気ポートと２個の排
気ポートが形成されている。
【００１６】また、ヘッドライナ１０のほぼ中央には、
下方へ突出する突出部１８が形成されると共に、ヘッド
下面部１１から突出部１８にかけて嵌合穴３７が形成さ
れている。ヘッドライナ１０の突出部１８において、嵌
合穴３７の下面が閉鎖した底壁部２２と周壁部に周方向
に隔置して放射状に延びる複数個の連絡孔６が形成され
ている。また、ピストンヘッド１６には、ヘッドライナ
１０の突出部１８に対応して突出部１８より大径のキャ
ビティ２７が形成されている。ヘッドライナ１０の嵌合
穴３７には、副室２と主室１とを連通する連絡口７を備
えた副室構造体３が嵌入され、段部１９で一体に固定さ
れている。ヘッドライナ１０には、シリンダヘッド１３
に形成された２個の吸気ポートと２個の排気ポートとに
それぞれ対応する吸気ポート２５と排気ポート２６が形
成され（図２では１個ずつ示す）、吸気ポート２５には
吸気弁２３が配置され、排気ポート２６には排気弁２４
が配置されている。
下方へ突出する突出部１８が形成されると共に、ヘッド
下面部１１から突出部１８にかけて嵌合穴３７が形成さ
れている。ヘッドライナ１０の突出部１８において、嵌
合穴３７の下面が閉鎖した底壁部２２と周壁部に周方向
に隔置して放射状に延びる複数個の連絡孔６が形成され
ている。また、ピストンヘッド１６には、ヘッドライナ
１０の突出部１８に対応して突出部１８より大径のキャ
ビティ２７が形成されている。ヘッドライナ１０の嵌合
穴３７には、副室２と主室１とを連通する連絡口７を備
えた副室構造体３が嵌入され、段部１９で一体に固定さ
れている。ヘッドライナ１０には、シリンダヘッド１３
に形成された２個の吸気ポートと２個の排気ポートとに
それぞれ対応する吸気ポート２５と排気ポート２６が形
成され（図２では１個ずつ示す）、吸気ポート２５には
吸気弁２３が配置され、排気ポート２６には排気弁２４
が配置されている。
【００１７】この副室式ガスエンジンにおいて、副室構
造体３には、副室２にガス燃料を供給するため燃料供給
ノズル５が配置されている。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５０が設けられて
おり、燃料供給源５０からの天然ガス即ちガス燃料は燃
料供給管３８を通じて燃料供給ノズル５に送り込まれ、
燃料供給ノズル５を通じて副室構造体３で構成される副
室２に供給される。
造体３には、副室２にガス燃料を供給するため燃料供給
ノズル５が配置されている。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５０が設けられて
おり、燃料供給源５０からの天然ガス即ちガス燃料は燃
料供給管３８を通じて燃料供給ノズル５に送り込まれ、
燃料供給ノズル５を通じて副室構造体３で構成される副
室２に供給される。
【００１８】この副室式ガスエンジンは、主室１と副室
２とを連通する副室構造体３に形成された連絡口７及び
ヘッドライナ１０のヘッド下面部１１に形成された連絡
孔６を備えており、連絡口７と連絡孔６を開閉するため
連絡口７には制御弁４がシリンダヘッド１３に設けたバ
ルブガイド３４に摺動可能に貫通して配置されている。
制御弁４は、エンジンの回転に同期した回転する動弁機
構６０或いは電磁力で駆動される電磁駆動装置を通じて
作動される。
２とを連通する副室構造体３に形成された連絡口７及び
ヘッドライナ１０のヘッド下面部１１に形成された連絡
孔６を備えており、連絡口７と連絡孔６を開閉するため
連絡口７には制御弁４がシリンダヘッド１３に設けたバ
ルブガイド３４に摺動可能に貫通して配置されている。
制御弁４は、エンジンの回転に同期した回転する動弁機
構６０或いは電磁力で駆動される電磁駆動装置を通じて
作動される。
【００１９】この副室式ガスエンジンでは、ガス燃料供
給源５０のガス燃料は、図示していないが、増圧室等に
おいて、例えば、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３８を通じて燃料供給
ノズル５へ供給される。燃料供給ノズル５は、例えば、
コントローラ７０の指令で電磁駆動装置５１による電磁
力によって作動される。従って、コントローラ７０の指
令で燃料供給ノズル５が作動すると、低圧時の副室２内
にガス燃料は燃料供給管３８から燃料供給ノズル５を通
じて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７１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
７０に入力し、コントローラ７０は指令を出して燃料供
給ノズル５が閉鎖し、副室２へのガス燃料の供給が終了
する。
給源５０のガス燃料は、図示していないが、増圧室等に
おいて、例えば、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３８を通じて燃料供給
ノズル５へ供給される。燃料供給ノズル５は、例えば、
コントローラ７０の指令で電磁駆動装置５１による電磁
力によって作動される。従って、コントローラ７０の指
令で燃料供給ノズル５が作動すると、低圧時の副室２内
にガス燃料は燃料供給管３８から燃料供給ノズル５を通
じて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７１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
７０に入力し、コントローラ７０は指令を出して燃料供
給ノズル５が閉鎖し、副室２へのガス燃料の供給が終了
する。
【００２０】また、連絡孔６や連絡口７の領域では、燃
焼ガスで高温になるため、連絡口７に配置した制御弁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。
燃料供給ノズル５は、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。この副室式ガスエ
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
３０及びピストンヘッド１６は、例えば、耐熱性に優れ
た窒化ケイ素、炭化ケイ素、サイアロン等のセラミック
スで作製されている。
焼ガスで高温になるため、連絡口７に配置した制御弁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。
燃料供給ノズル５は、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。この副室式ガスエ
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
３０及びピストンヘッド１６は、例えば、耐熱性に優れ
た窒化ケイ素、炭化ケイ素、サイアロン等のセラミック
スで作製されている。
【００２１】この副室式ガスエンジンは、上記の構成を
有しており、特に、ピストン１５のピストンヘッド１６
のほぼ中央にピストン頂面３１から凹んだキャビティ２
７が形成され、複数の連絡孔６に対向した位置のキャビ
ティ壁面に副室２からの噴出ガスが衝突する衝突棚２１
が形成されていることを特徴とするものである。衝突棚
２１は、キャビティ壁面から突出する凸部から形成さ
れ、該凸部先端に衝突面２０を有している。衝突面２０
に衝突した副室２からの噴流は衝突棚２１の周囲から空
気を巻き込んで導入するように主室１内に拡散される。
更に、衝突棚２１は、副室２からの噴流が図１の符号Ｓ
で示すように、膨張行程における上死点後の１０°〜３
０°で衝突するように、連絡孔６に対して位置設定され
ている。
有しており、特に、ピストン１５のピストンヘッド１６
のほぼ中央にピストン頂面３１から凹んだキャビティ２
７が形成され、複数の連絡孔６に対向した位置のキャビ
ティ壁面に副室２からの噴出ガスが衝突する衝突棚２１
が形成されていることを特徴とするものである。衝突棚
２１は、キャビティ壁面から突出する凸部から形成さ
れ、該凸部先端に衝突面２０を有している。衝突面２０
に衝突した副室２からの噴流は衝突棚２１の周囲から空
気を巻き込んで導入するように主室１内に拡散される。
更に、衝突棚２１は、副室２からの噴流が図１の符号Ｓ
で示すように、膨張行程における上死点後の１０°〜３
０°で衝突するように、連絡孔６に対して位置設定され
ている。
【００２２】また、この副室式ガスエンジンでは、コン
トローラ７０は、燃料供給ノズル５がエンジン負荷及び
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制御
を行なうことができる。コントローラ７０は、エンジン
負荷を検出する負荷センサ７２、エンジン回転数を検出
する回転センサ７３、制御弁４の開閉状態を検出する位
置センサ７４及び副室２の筒内圧を検出する圧力センサ
７１等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
るように燃料供給ノズル５を作動して副室２にガス燃料
を供給するように構成できる。
トローラ７０は、燃料供給ノズル５がエンジン負荷及び
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制御
を行なうことができる。コントローラ７０は、エンジン
負荷を検出する負荷センサ７２、エンジン回転数を検出
する回転センサ７３、制御弁４の開閉状態を検出する位
置センサ７４及び副室２の筒内圧を検出する圧力センサ
７１等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
るように燃料供給ノズル５を作動して副室２にガス燃料
を供給するように構成できる。
【００２３】この副室式ガスエンジンは、上記のように
構成されており、次のように作動される。この副室式ガ
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２３が吸気
ポート２５を開放して主室１に吸入空気が供給され、制
御弁４によって連絡口７を閉鎖した状態で燃料供給ノズ
ル５が作動してガス供給源５０から副室２に天然ガスの
ガス燃料が供給される。
構成されており、次のように作動される。この副室式ガ
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２３が吸気
ポート２５を開放して主室１に吸入空気が供給され、制
御弁４によって連絡口７を閉鎖した状態で燃料供給ノズ
ル５が作動してガス供給源５０から副室２に天然ガスの
ガス燃料が供給される。
【００２４】この副室式ガスエンジンにおいて、圧縮行
程では、制御弁４によって連絡口７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、圧縮行程終盤で制御弁４が連絡口７を開放し、連絡
孔６及び連絡口７を通じて高圧縮で高温（例えば、６５
０℃）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
減した状態で燃焼する。次いで、膨張行程へ移行し、副
室２の可燃性混合気、火炎が膨張行程の上死点後のクラ
ンク角１０°〜３０°（図１の符号Ｓ）において連絡口
７及び連絡孔６を通じて主室１へ噴出し、その噴流はピ
ストンヘッド１６に形成したキャビティ２７の衝突棚２
１に衝突して主室１に拡散する。衝突棚２１に衝突した
噴流は、主室１に存在する新気、特に、凸状の衝突棚２
１の周囲の空気を巻き込んで、混合を促進して拡散燃焼
を促進し、燃焼期間を短縮して二次燃焼を完結する。膨
張行程では、連絡口７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
近で連絡口７を制御弁４を作動して閉鎖する。
程では、制御弁４によって連絡口７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、圧縮行程終盤で制御弁４が連絡口７を開放し、連絡
孔６及び連絡口７を通じて高圧縮で高温（例えば、６５
０℃）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
減した状態で燃焼する。次いで、膨張行程へ移行し、副
室２の可燃性混合気、火炎が膨張行程の上死点後のクラ
ンク角１０°〜３０°（図１の符号Ｓ）において連絡口
７及び連絡孔６を通じて主室１へ噴出し、その噴流はピ
ストンヘッド１６に形成したキャビティ２７の衝突棚２
１に衝突して主室１に拡散する。衝突棚２１に衝突した
噴流は、主室１に存在する新気、特に、凸状の衝突棚２
１の周囲の空気を巻き込んで、混合を促進して拡散燃焼
を促進し、燃焼期間を短縮して二次燃焼を完結する。膨
張行程では、連絡口７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
近で連絡口７を制御弁４を作動して閉鎖する。
【００２５】
【発明の効果】この発明による副室式ガスエンジンは、
上記のように、副室に連絡口を設け、天然ガスを制御弁
で連絡口を閉鎖した状態で燃料供給ノズルから前記副室
内に供給し、また、吸気ポートから主室へ吸入した吸入
空気を前記制御弁で前記連絡口を閉鎖した状態で前記副
室に吸入空気を供給することなくピストンの上昇の圧縮
行程で圧縮するので、吸入空気が前記主室内で高圧縮さ
れても、前記副室内に供給されたガス燃料は前記主室と
は前記制御弁で遮断されており、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、前記制御
弁が前記連絡口を開放することで、前記主室から高圧縮
比の吸入空気が前記副室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。
上記のように、副室に連絡口を設け、天然ガスを制御弁
で連絡口を閉鎖した状態で燃料供給ノズルから前記副室
内に供給し、また、吸気ポートから主室へ吸入した吸入
空気を前記制御弁で前記連絡口を閉鎖した状態で前記副
室に吸入空気を供給することなくピストンの上昇の圧縮
行程で圧縮するので、吸入空気が前記主室内で高圧縮さ
れても、前記副室内に供給されたガス燃料は前記主室と
は前記制御弁で遮断されており、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、前記制御
弁が前記連絡口を開放することで、前記主室から高圧縮
比の吸入空気が前記副室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。
【００２６】この副室式ガスエンジンでは、特に、前記
副室から前記連絡口及び前記連絡孔を通じて噴出する噴
流は、その噴出エネルギーによって前記ピストンに形成
したキャビティの衝突棚で衝突して拡散するので、前記
主室内の新気を巻き込んで混合を促進でき、拡散燃焼を
短期に完結でき、スモーク、ＨＣ等の発生を抑制すると
共に、熱効率を向上させることができる。
副室から前記連絡口及び前記連絡孔を通じて噴出する噴
流は、その噴出エネルギーによって前記ピストンに形成
したキャビティの衝突棚で衝突して拡散するので、前記
主室内の新気を巻き込んで混合を促進でき、拡散燃焼を
短期に完結でき、スモーク、ＨＣ等の発生を抑制すると
共に、熱効率を向上させることができる。
【図１】この発明による副室式ガスエンジンの一実施例
を示す概略説明図である。
を示す概略説明図である。
【図２】図１の副室式ガスエンジンにおけるヘッドライ
ナ下面の半分を示す下面図である。
ナ下面の半分を示す下面図である。
【図３】図１の副室式ガスエンジンにおけるピストン上
面の半分を示す上面図である。
面の半分を示す上面図である。
【図４】図１の副室式ガスエンジンにおけるピストンの
キャビティ壁面に形成した衝突棚を示す斜視図である。
キャビティ壁面に形成した衝突棚を示す斜視図である。
１ 主室 ２ 副室 ３ 副室構造体 ４ 制御弁 ５ 燃料供給ノズル ６ 連絡孔 ７ 連絡口 ８，９，２７ キャビティ １０ ヘッドライナ １１ ヘッド下面部 １２ ライナ上部 １３ シリンダヘッド １５ ピストン １６ ピストンヘッド ２１ 衝突棚 ３５ シリンダ
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 Ｆ０２Ｂ 23/02 Ｆ０２Ｂ 23/02 Ｅ Ｕ 23/06 23/06 Ａ 43/00 43/00 Ａ 43/04 43/04 Ｆ０２Ｆ 1/24 Ｆ０２Ｆ 1/24 Ｄ Ｅ 3/28 3/28 Ｂ
Claims (3)
- 【請求項１】 シリンダ側に形成された主室と前記シリ
ンダのほぼ中央に形成された副室を構成するシリンダヘ
ッドに配置した燃焼室構造体、前記主室と前記副室とを
連通する前記燃焼室構造体に形成した周方向に隔置して
放射方向に延びる連絡孔、前記副室を前記主室に対して
開閉する制御弁、ガス燃料供給源からのガス燃料を前記
副室へ供給する燃料供給ノズル、及び前記シリンダ内を
往復動するピストンから成る副室式ガスエンジンにおい
て、前記ピストンのピストンヘッドのほぼ中央にキャビ
ティが形成され、前記連絡孔に対向した位置のキャビテ
ィ壁面に前記副室からの噴流が衝突する衝突棚が形成さ
れていることを特徴とする副室式ガスエンジン。 - 【請求項２】 前記衝突棚は前記キャビティ壁面から突
出する凸部から形成され、前記衝突棚に衝突した前記副
室からの噴流は前記衝突棚の周囲から空気を導入するこ
とを特徴とする請求項１に記載の副室式ガスエンジン。 - 【請求項３】 前記衝突棚は前記副室からの噴流が膨張
行程における上死点後の１０°〜３０°で衝突するよう
に前記連絡孔に対して位置設定されていることを特徴と
する請求項１に記載の副室式ガスエンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7345093A JPH09158727A (ja) | 1995-12-08 | 1995-12-08 | 副室式ガスエンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7345093A JPH09158727A (ja) | 1995-12-08 | 1995-12-08 | 副室式ガスエンジン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09158727A true JPH09158727A (ja) | 1997-06-17 |
Family
ID=18374244
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7345093A Pending JPH09158727A (ja) | 1995-12-08 | 1995-12-08 | 副室式ガスエンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09158727A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103696870A (zh) * | 2013-12-09 | 2014-04-02 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种柴油机气缸活塞及应用该燃烧室的柴油机 |
| WO2017011927A1 (es) * | 2015-07-17 | 2017-01-26 | Perez Gutierrez Carlos Hernan | Sistema de admisión y escape de gases al cilindro del motor de combustión interna de cuatro tiempos con una cámara de intercambio de gases que permite a las válvulas del cilindro actuar con doble función de admisión y escape; y que pueden ser accionadas electrónicamente |
| EP3495636A1 (en) * | 2017-12-05 | 2019-06-12 | Caterpillar Energy Solutions GmbH | Cylinder head for engine |
-
1995
- 1995-12-08 JP JP7345093A patent/JPH09158727A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103696870A (zh) * | 2013-12-09 | 2014-04-02 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种柴油机气缸活塞及应用该燃烧室的柴油机 |
| WO2017011927A1 (es) * | 2015-07-17 | 2017-01-26 | Perez Gutierrez Carlos Hernan | Sistema de admisión y escape de gases al cilindro del motor de combustión interna de cuatro tiempos con una cámara de intercambio de gases que permite a las válvulas del cilindro actuar con doble función de admisión y escape; y que pueden ser accionadas electrónicamente |
| EP3495636A1 (en) * | 2017-12-05 | 2019-06-12 | Caterpillar Energy Solutions GmbH | Cylinder head for engine |
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