JPH09503274A - 圧縮天然ガスフローゼネレーティング装置 - Google Patents
圧縮天然ガスフローゼネレーティング装置Info
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Abstract
(57)【要約】
一つ以上のガス供給器(62)と、前記ガス供給器(62)から流入された圧縮天然ガスを減圧させる圧力調節器(65)と、前記圧力調節器(65)からガスをエンジンに連続的に供給するとともに、圧縮天然ガスを噴射する複数のガスインジェクタ(I1,I2,I3,I4)と前記ガスインジェクタ(I1,I2,I3,I4)に連通され前記エンジン(20)の燃焼室(22)に至る吸気口(24)の内壁(24a)の一側に突出されて締結手段(40)により設置されたガス噴射チューブ(23)とを含むヒュエルレール(68)と、前記ガス供給器、圧力調節器及びヒュエルレールを互いに連通させる燃料供給ライン(80)と、前記ガスインジェクタ(I1,I2,I3,I4)に電気的に連結され、エンジンに適正量の天然ガスを注入するように制御信号を出力する電子制御装置(60)とから構成され、燃焼室(22)内の噴射ガスの早い燃焼がなされる圧縮天然ガスフローゼネレーティング装置。
Description
【発明の詳細な説明】
圧縮天然ガスフローゼネレーティング装置
技術分野
本発明は圧縮天然ガスフローゼネレーティング装置に関するもので、より詳し
くはガスインジェクタに連結されたガス噴射チューブを介して燃焼室内に注入さ
れた圧縮天然ガスを噴射させて渦巻またはタンブル運動を引き起こすことにより
、エンジンの体積効率を増大させ、迅速な燃焼を得るようになった圧縮天然ガス
フローゼネレーティング装置に関するものである。
背景技術
高圧のガス貯蔵タンクに貯蔵されている圧縮天然ガスを燃料とする圧縮天然ガ
スエンジンの燃料注入システムにおいては、燃料の圧力を適正に維持し得るよう
にするため構造上多くの配慮が必要であり、ガス燃料を噴射する関係で液状の微
粒子形態に燃焼室内に飛散されるガソリンエンジンに比べて体積効率が低下し、
また、天然ガスの特性のため緩慢な燃焼が発生する。一般的に知られたことによ
ると、圧縮天然ガスエンジンがガソリンエンジンのそれと対比して約10〜20
%程度遅く燃焼される。
図1は従来の圧縮天然ガスエンジンによる吸気口の構造を概略的に示す縦断面
図であり、図2は図1の横断面図である。同図に示すように、圧縮天然ガスエン
ジン10はシリンダーヘッド2と、前記シリンダーヘッド2の下面に位置するシ
リンダーブロック4とを含んでいる。前記シリンダーヘッド2の吸気口14は屈
曲されており、スパイラル溝13が吸気口14の内壁14aに形成されている。
前記シリンダーブロック4は鋳鉄またはアルミニウム合金で作られたものである
。
前記シリンダーヘッド2は点火プラグ18、吸気バルブ15、排気バルブ17
を含んでいる。
前記シリンダーブロック4は前記シリンダー2の下面に結合され、これにより
燃焼室12が形成される。
前記従来の圧縮天然ガスエンジン10において、燃焼室12に流れるガス(G
)の流入過程は次のようである。
図1に示すように、吸気バルブ15は開放されており、排気バルブ17は閉鎖
されており、圧縮天然ガスは吸気マニホルド6の内壁に設置されたガスインジェ
クタ19により屈曲状態の吸気口14を通って燃焼室12に噴射される。以後、
前記吸気口14を通過した天然ガスは燃焼室12の内壁12aにぶつかって渦巻
を起こすかまたはタンブル運動しながら燃焼室12に満たされ、遅い燃焼特性を
有する天然ガスが速い燃焼可能になり、これによりピストン11を介して動力が
伝達されてエンジン10が作動される。
しかしながら、前記のような従来の圧縮天然ガスエンジンでは、天然ガスが渦
巻及びタンブル運動を起こして速い燃焼を得るため、吸気口の形状を変形しなけ
ればならなく、これにより金型を新たに製作すべきであるので、エンジンの製作
が難しく、エンジン製作費用が高くかかる問題点がある。
また、従来の圧縮天然ガスエンジンにおいて、全負荷状態では屈曲された吸気
口の形状により吸気口が燃料の流れに抵抗を与えて燃焼室への燃料流入を妨害し
、これによりエンジンの体積効率が低下し、さらにエンジンの最大出力が低下す
る問題点があった。
発明の開示
本発明は前述したような従来の圧縮天然ガスエンジンにおける問題点を改善し
解決し得る圧縮天然ガスフローゼネレーティング装置を提供することにその目的
がある。
本発明の他の目的は圧縮天然ガスの速い燃焼が可能で、エンジンの出力増大が
可能である圧縮天然ガスフローゼネレーティング装置を提供することにある。
前記目的を達成するため、本発明は、吸気口、排気口、点火プラグ及びガスイ
ンジェクタを含むシリンダーヘッドと、前記シリンダーヘッドとともに完全な燃
焼室を形成するシリンダーブロックと、ガス供給器を有し、前記燃焼室での点火
プラグの点火により動力を得るようになった圧縮天然ガスエンジンにおいて、一
つ以上のガス供給器と、前記ガス供給器により噴射されたガスの圧力を調節する
圧力調節器と、前記圧力調節器により調節されたガスをエンジンに連続的に供給
するとともに、ガスを噴射する少なくとも一つのガスインジェクタと前記ガスイ
ンジェクタに連通され前記エンジンの燃焼室に至る吸気口の内壁の一側に突出さ
れて締結手段により設置されたガス噴射チューブとを含むヒュエルレールと、前
記ガス供給器、圧力調節器及びヒュエルレールを互いに連通させる燃料供給ライ
ンと、前記ガスインジェクタに電気的に連結され、エンジンに適正量の天然ガス
を注入するように制御信号を出力する電子制御装置とから構成されたことを特徴
とする圧縮天然ガスフローゼネレーティング装置を提供する。
図面の簡単な説明
図1は、従来の圧縮天然ガスエンジンによる吸気口の構造を概略的に示す縦断
面図である。
図2は、図1の概略横断面図である。
図3は、本発明による圧縮天然ガスエンジンの吸気口に設置されるガス噴射チ
ューブの第1実施例の構造及び設置位置を概略的に示す縦断面図である。
図4は、図3の概略横断面図である。
図5は、本発明による圧縮天然ガスエンジンの吸気口に設置されるガス噴射チ
ューブの第2実施例の構造及び設置位置を概略的に示す縦断面図である。
図6は、図5の概略横断面図である。
図7は、本発明による圧縮天然ガスエンジンにおいて、ガス噴射チューブが設
置された状態のシリンダーヘッドとシリンダーブロックを示す斜視図である。
図8は、本発明によるガス噴射チューブをシリンダーヘッドの吸気口に設置さ
せる締結手段の一実施例を示す部分側断面図である。
図9は、本発明によるガス噴射チューブをシリンダーヘッドの吸気口に設置さ
せる締結手段の他の実施例を示す図7に類似する図面である。
図10は、本発明によるガス噴射チューブの一例を示す横断面図である。
図11は、本発明によるガス噴射チューブの他の例を示す図10に類似する図
面である。
図12は、本発明によるガス噴射チューブのさらに他の例を示す図10に類似
する図面である。
図13は、本発明によるガス噴射チューブのさらに他の例を示す図10に類似
する図面である。
図14は、本発明による圧縮天然ガスエンジンの燃料供給システムの概略図で
ある。
図15は、図14のヒュエルレールを示す詳細図である。
発明を実施するための最良形態
図3及び図4に示すように、圧縮天然ガスエンジン20はシリンダーヘッド3
0と前記シリンダーヘッド30の下面に結合されたシリンダーブロック32とを
含む。また、エンジン20の燃焼室12ではピストン21が上下往復運動する。
前記シリンダーヘッド30の所定位置には吸気口24及び排気口26が形成さ
れており、前記吸気口及び排気口24、26の付近には電極28aを有する点火
プラグ28が設置されている。前記吸気口24及び排気口26はそれぞれ吸気バ
ルブ25と排気バルブ27により開閉される構造である。
また、所定直径のガス噴射チューブ23が後述する締結手段40によりシリン
ダーヘッド30に設置されており、前記ガス噴射チューブ23の一端は、少し屈
曲され前記燃焼室22に至る吸気口24の内壁24aの一側に突出されており、
他端は後述するヒュエルレール68に連通されている。
前記噴射チューブ23は所定曲率半径(Ra)を有するように設置されており
、チューブ23により噴出された噴出ガス(G)は前記ピストン21の加圧面2
1aに対して鋭角をなしながらぶつかり、再び円を描きながら上方に反発される
。即ち、前記燃焼室22内で噴出ガス(G)はタンブル運動することになる。前
記のようなガス噴射チューブ23の構造及び設置位置は4バルブエンジンに適す
る。
図5及び図6に示すように、圧縮天然ガスエンジン20はシリンダーヘッド3
0と前記シリンダーヘッド30の下面に結合されたシリンダーブロック32とを
含んでいる。
エンジン20の燃焼室22にはピストン21が上下往復運動する。
前記シリンダーヘッド30の所定位置には吸気口24及び排気口26が形成さ
れており、前記吸気口及び排気口24、26の付近には電極28aを有する点火
プラグ28が設置されている。前記吸気口24及び排気口26はそれぞれ吸気バ
ルブ25と排気バルブ27により開閉される構造である。
また、所定直径のガス噴射チューブ23が後述する締結手段40によりシリン
ダーヘッド30に設置されており、前記ガス噴射チューブ23の一端は、少し屈
曲され前記燃焼室22に至る吸気口24の内壁24aの一側に突出されており、
他端は後述するヒュエルレール68に連通され、所定曲率半径(Rb)を有する
。
前記燃焼室22の上部に位置するシリンダーヘッド30の内側壁22aの一側
には凹溝50を有するフローゼネレーティングヘッドマスク51が突出形成され
ている。前記ガス噴射チューブ23から噴射されたガスはフローゼネレーティン
グヘッドマスク51の凹溝50にぶつかりながら前記点火プラグ28の電極28
aに案内され、燃焼室22内で渦巻運動をする。
前記フローゼネレーティングヘッドマスク51の凹溝50はその断面が円弧形
である。
前記のようなガス噴射チューブ23の構造及び設置位置は2バルブエンジンに
適する。
図7に示すように、エンジン20には燃焼室22を含んでいるシリンダーブロ
ック32と、吸気、排気口24、26、点火プラグ28、ガス噴射チューブ23
を含んでいるシリンダーヘッド30が位置している。
前記ガス噴射チューブ23はボルト47の孔に押し込まれて固定され、前記ボ
ルト47はシリンダーヘッド30のチューブ挿入用管46に結合されている。
図8に示すように、ガス噴射チューブの締結手段は次のようである。締結手段
(40)において、エンジン20のシリンダーヘッド30の外壁30aから冷却
水通路36を通って吸気口24の内壁24aを貫通する貫通孔41が形成されて
いる。前記孔41は、一端にフランジ42aが形成され中央に孔42bが形成さ
れたブッシュ42により閉鎖され、前記ブッシュ42の底面は前記シリンダーヘ
ッド30の外壁30aの上面に溶接されており、前記ブッシュ42の孔42bに
はガス噴射チューブ23が押し込まれたボルト43が螺合されており、前記孔4
2bの下方開口部はリング形態のスペーサ44が設置されることにより密閉され
ており、このようになったブッシュ42の上下側面はシーラ45により密封され
て天然ガスの漏洩を防止するようになっている。
ここで、ボルト43の頭部43aの外周にはスパナ等の工具を差し込んで回す
ことができるように、二つの挟持面43cが形成されている。
図9に示すように、本発明によるガス噴射チューブを吸気口に設置するための
締結手段の他の実施例は次のようである。締結手段40において、シリンダーヘ
ッド30は孔46aを有するチューブ挿入用管46を含んでいる。前記孔46a
は冷却水通路36を通って前記シリンダーヘッド30の外壁30aから吸気目2
4まで形成されており、前記ガス噴射チューブ30が押し込まれたボルト47が
前記孔46aと結合されている。前記ボルト47の下方開目部はリング形態のス
ペーサ48により密閉され、このように構成された締結手段40の上下及び側面
はシーラ49により密封されて天然ガスの漏洩を防止するようになっている。
ここで、ボルト47の頭部47aの外周にはスパナ等の工具を差し込んで回す
ことができるように、二つの挟持面47bが形成されている。
また、前記締結手段40の二通りの実施例に適用されたシーラ45、49は一
般用途に広く使用される接着剤等を使用し、接着力が強い接着剤であればどのも
のでも前記シーラ45、49として使用できる。
また、前記ボルト47を前記孔46aに螺合しなく、他の固定方式(例えば、
溶接、接着材による結合、押込)を用いて固定することもできる。
図10乃至図13に示すように、図10ではガス噴射チューブ23の横断面が
円形であり、図11では楕円形であり、図12では長楕円形であり、図13では
ガス噴射チューブ23の横断面が相互隔離された孔23a、23bが二つ形成さ
れた形態のものに構成することにより、噴出ガス(G)の流れが2分岐されるよ
うに構成されたものである。
図14に示すように、本発明による圧縮天然ガスエンジンのフローゼネレーテ
ィング装置は通常約200kg/cm2の圧縮天然ガスを保管する複数(図示例
では二つ)のガス供給器62が相互連通されており、前記ガス供給器62には燃
料分配器63が連結されており、一種の安全装置としての高圧燃料遮断バルブ6
1が前記燃料分配器63に連結され、前記高圧燃料遮断バルブ61には低圧燃料
遮断バルブ67が連結され、前記高、低圧燃料遮断バルブ61、67の間には燃
料内に残留する不純物を濾過するガスフィルター64と、前記容器62から流入
された高圧のガスを圧力調節する圧力調節器65とが設置されており、前記低圧
燃料遮断バルブ67の出力ポートには一種のサージタンクの役割をするヒュエル
レール68が連結されており、前記ヒュエルレール68にはガスインジェクタI
1、I2、I3、I4が設置されており、これら各々のガスガスインジェクタI
1、I2、I3、I4は所定直径を有するガス噴射チューブ23に連通されてい
る。
前記高圧及び低圧燃料遮断バルブ61、67と各々のガスインジェクタI1、
I2、I3、I4は電子制御装置60に電気的に連結されている。
前記高圧燃料遮断バルブ61は約200kg/cm2の圧力下でも作動され、
制御が容易であり、応答速度が他のバルブより速いソレノイドバルブを使用して
構成し、作動電圧は12Vである。
前記低圧燃料遮断バルブ67は作動圧力が約10kg/cm2以下であるソレ
ノイドバルブであり、前記高圧燃料遮断バルブ61とともに一種の安全装置とし
ての役割をする。
前記インジェクタI1、I2、I3、I4はエンジン20に適正量のガスを噴
射する装置である。
前記電子制御装置60はエンジン20が作動し得るように制御信号を出力する
装置である。
また、前記ガス供給器62、燃料分配器63、ガスフィルター64、圧力調節
器65、ヒュエルレール68、高、低圧燃料遮断バルブ61、67は燃料供給ラ
イン80により互いに連通されている。
前記圧力調節器65はガスの圧力を2段階に調節する(例えば、200kg/
cm2→20kg/cm2→6kg/cm2)。
前記エンジン20は高圧縮比に改造したエンジンである。
図面符号70はコンプレッサー70(図示せず)から車両に装着された前記高
圧容器62に天然ガスを充填するための装置である燃料充填具で、ガスの逆流を
防止するためのレリーフバルブ(図示せず)を含んでいる。
また、図面符号71は車両内側に設置され、運転者の手動で作動されるボール
タイプの燃料遮断バルブであり、72は前記圧力調節器65の入力ポートと減圧
チャンバー及び出力ポートにそれぞれ連結され、高圧、中圧、低圧の3種の圧力
を測定して各々を表示するようになった圧力ゲージを示す。
このように構成された本発明による圧縮天然ガスエンジンのフローゼネレーテ
ィング装置の作用及び効果を説明すると次のようである。
始動スイッチ(Ignition Switch:図示せず)がオンとなると、電子制御装置
60から所定の制御信号が出力され、これにより高、低圧燃料遮断バルブ61、
67には所定の制御信号が印加されて開放され、一つ以上のガス供給器62に貯
蔵されている約200kg/cm2の圧縮天然ガスが燃料自体の圧力で噴出され
、噴出されたガスは燃料分配管63と高圧燃料遮断バルブ61を経てからガスフ
ィルター64により不純物が濾過され、圧力調節器65により約5〜6kg/c
m2に減圧される。以後、ガスは低圧燃料遮断バルブ67を介してヒュエルレー
ル68に流入される。一方、電子制御装置60は制御信号を出力して、ヒュエル
レール68に設置されている複数のガスインジェクタI1、I2、I3、I4を
制御し、前記ガスインジェクタI1、I2、I3、I4は前記ヒュエルレール6
8内でガス噴射チューブ23に連結されているため、ガスはガス噴射チューブ2
3によりエンジン20内に噴射される。前記ガス噴射チューブ23によりエンジ
ン20の燃焼室22にガスが注入される時、注入されるガスの圧力が大気圧より
は高いため、ガス注入速度が非常に速くなりガスは燃焼室22内で燃焼されるこ
とにより、エンジン20が動力を得ることになる。
前記圧縮天然ガスエンジン20は4バルブタイプであり、前記ガス噴射チュー
ブ23の設置位置が図3及び図4に示すような場合には、ガス噴射チューブ23
から噴出される噴出ガス(G)が燃焼室22内で上下運動するピストン21の加
圧面21aに鋭角にぶつかり、非常に速い速度で燃焼室22内にいっぱい満たさ
れる。また、ガス噴射チューブ23の横断面形状が一定大きさの細管であるので
、噴出される噴出ガス(G)は多少一定太さの幹状をなし、タンブルモーション
を起こすことになる。
そして、前記噴出ガス(G)は燃焼室22内で点火プラグ28の点火により速
い燃焼が行われる。
一方、前記圧縮天然ガスエンジン20が2バルブエンジンであり、前記ガス噴
射チューブ23の設置位置が図5及び図6に示すような場合は、ガス噴射チュー
ブ23から噴出される噴出ガス(G)はフローゼネレーティングヘッドマスク5
1の凹溝50にぶつかり、この凹溝50により点火プラグ28の電極に案内され
、ガス噴射チューブ23の横断面が一定大きさの細管であるため、その噴出され
る噴出ガス(G)は一定太さの幹状をなし、渦巻モーションを起こすことになる
。
そして、前記噴出ガス(G)は燃焼室22内で点火プラグ28の点火により速
い燃焼が行われる。
図15に示すように、ヒュエルレール68は複数のガスインジェクタI1、I
2、I3、I4と前記ガスインジェクタに連通されているガス噴射チューブ23
とを含んでいる。前記ヒュエルレール68の一側は低圧燃料遮断バルブ67に連
結されている。
前記本発明による圧縮天然ガスエンジンのフローゼネレーティング装置におい
て、ガス噴射チューブ23は吸気口24の末端部付近に設置されることが好まし
い。
上述したように、本発明は従来圧縮天然ガスエンジンが速い燃焼をなすため屈
曲された吸気口を有するシリンダーヘッドを別に成形する必要がないので、製作
費用が節減され、エンジン製作が容易になる効果があり、ガス噴射チューブを介
して燃焼室内に速く流入されて満たされるだけでなく、点火プラグを直接通る構
造であるので、天然ガスの速い燃焼が可能になりエンジンの体積効率が極大化さ
れるとともに最大出力を増大させ得る効果があるものである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1. 所定位置に形成された吸気口及び排気口と点火プラグ有するシリンダーヘ ッドがあり、前記シリンダーヘッドとともに完全な燃焼室を形成するシリンダー ブロックを含み、ガス供給器からガスインジェクタ及び前記吸気口を介して燃焼 室に圧縮天然ガスを噴射させ点火プラグにより発火されるようになった圧縮天然 ガスエンジンにおいて、 一つ以上のガス供給器と、 前記ガス供給器から流入された圧縮天然ガスを減圧させる圧力調節器と、 前記圧力調節器からガスをエンジンに連続的に供給するとともに、圧縮天然ガ スを噴射する複数のガスインジェクタと前記ガスインジェクタに連通され前記エ ンジンの燃焼室に至る吸気口の内壁の一側に突出されて締結手段により設置され たガス噴射チューブとを含むヒュエルレールと、 前記ガス供給器、圧力調節器及びヒュエルレールを互いに連通させる燃料供給 ラインと、 前記ガスインジェクタに電気的に連結され、エンジンに適正量の天然ガスを注 入するように制御信号を出力する電子制御装置とから構成されたことを特徴とす る圧縮天然ガスフローゼネレーティング装置。 2. 前記ガス噴射チューブは全体的な形状が所定の曲率(Ra)を有し、前記 チューブから噴出されるガスは前記燃焼室で往復運動するピストンの加圧面に対 して鋭角をなしながらぶつかり、タンブル運動を起こすようになったことを特徴 とする請求項1記載の圧縮天然ガスフローゼネレーティング装置。 3. 前記燃焼室の上部に位置するシリンダーヘッドの内側面の一側には、前記 ガス噴射チューブから噴射される噴出ガスを前記点火プラグの電極に案内するよ うになった曲面状の凹溝を有するフローゼネレーティングヘッドマスクがさらに 形成されて構成されたことを特徴とする請求項1記載の圧縮天然ガスフローゼネ レーティング装置。 4. 前記フローゼネレーティングヘッドマスクの凹溝はその断面が円弧形であ り、前記凹溝に沿って案内される噴出ガスが旋回して点火プラグの電極を通りな がら前記燃焼室の内部で渦巻を起こすようになったことを特徴とする請求項3記 載の圧縮天然ガスフローゼネレーティング装置。 5. 前記ガス噴射チューブの横断面が円形であることを特徴とする請求項1記 載の圧縮天然ガスフローゼネレーティング装置。 6. 前記ガス噴射チューブの横断面が楕円形であることを特徴とする請求項1 記載の圧縮天然ガスフローゼネレーティング装置。 7. 前記ガス噴射チューブの横断面が長円形であることを特徴とする請求項1 記載の圧縮天然ガスフローゼネレーティング装置。 8. 前記ガス噴射チューブは二つの噴出口を有することを特徴とする請求項1 記載の圧縮天然ガスフローゼネレーティング装置。 9. 前記締結手段は、前記圧縮天然ガスエンジンのシリンダーヘッドにこのシ リンダーヘッドの外壁から冷却水通路を通り前記吸気口の内壁を貫通する貫通孔 を形成し、一側端にフランジが形成され中央に孔が形成されたブッシュを、この 貫通孔を閉鎖し、前記ブッシュの孔を通じてガス噴射チューブが押込まれたボル トを結合するとともに、前記ブッシュの下方開口部をリング形態のスペーサで閉 鎖し、前記ブッシュの上下及び側面は天然ガスの漏洩を防止するためのシーラで シーリングして構成したことを特徴とする請求項1記載の圧縮天然ガスフローゼ ネレーティング装置。 10. 前記締結手段は、前記圧縮天然ガスエンジンのシリンダーヘッドに形成 された冷却水通路を横切るチューブ挿入用管をシリンダーヘッドと一体に形成し 、このチューブ挿入管用管の中央に形成された孔に前記ガス噴射チューブが押込 まれたボルトを結合し、前記孔はリング形態のスペーサにより閉鎖し、前記ボル トの上下及び側面は天然ガスの漏洩を防止するためのシーラでシーリングして構 成したことを特徴とする請求項1記載の圧縮天然ガスフローゼネレーティング装 置。 11. 前記ガス噴射チューブから噴出される噴出ガスの噴出圧力が大気圧より 高いことを特徴とする請求項1記載の圧縮天然ガスフローゼネレーティング装置 。 12. 前記大気圧より高い噴出ガスの噴出圧力が5〜6kg/cm2であるこ とを特徴とする請求項11記載の圧縮天然ガスフローゼネレーティング装置。
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