JPH11280500A - Gas engine having turbocharger provided with motor generator - Google Patents

Gas engine having turbocharger provided with motor generator

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JPH11280500A
JPH11280500A JP10098193A JP9819398A JPH11280500A JP H11280500 A JPH11280500 A JP H11280500A JP 10098193 A JP10098193 A JP 10098193A JP 9819398 A JP9819398 A JP 9819398A JP H11280500 A JPH11280500 A JP H11280500A
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JP
Japan
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intake
port
chamber
turbocharger
generator
Prior art date
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Pending
Application number
JP10098193A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideo Kawamura
英男 河村
Akira Tono
晃 東野
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Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
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Publication date
Application filed by Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd filed Critical Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
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Priority to EP99302332A priority patent/EP0945606A3/en
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B43/00Engines characterised by operating on gaseous fuels; Plants including such engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F02B43/10Engines or plants characterised by use of other specific gases, e.g. acetylene, oxyhydrogen
    • F02B2043/103Natural gas, e.g. methane or LNG used as a fuel
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a gas engine having a turbocharger provided with a motor generator which adopts natural gas as fuel, properly controls an actual compression ratio while controlling opening/closing timings of an intake valve. SOLUTION: This type of gas engine has an intake valve lift control device 30 which varies an opening/closing timing of an intake valve 11 which opens and closes an intake port 9. An actual compression ratio is varied by varying an opening period of the intake port 9 of the intake valve 11 by the intake valve lift control device 30. The intake valve lift control device 30 is so operated that the closing timing of the intake port 9 of the intake valve 11 is advanced to close the port 9 near a bottom dead center in a compression process, when an intake temperature and/or combustion chamber wall temperature is lower than a specified value, and the closing timing of the port 9 is retarded to counter-flow a part of intake to the intake port 9 when the combustion chamber wall temperature is the specified value or higher.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は,副室に供給され
る天然ガスを燃料とする電動・発電機付きターボチャー
ジャを備えたガスエンジンに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas engine having a turbocharger with an electric / generator using natural gas supplied to a sub-chamber as a fuel.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来,天然ガスを主燃料とするガスエン
ジンは,コージェネレーションシステムとして開発が進
められている。コージェネレーションシステムは,動力
を発電機で電気エネルギとして取り出し,排気ガスエネ
ルギが有する熱を熱交換器で水を加熱して温水にし,該
温水を給湯用として利用している。従来,天然ガスを燃
料とするエンジンとして,例えば,特開平6−1088
65号公報,特開平6−101495号公報に開示され
たものがある。
2. Description of the Related Art Conventionally, a gas engine using natural gas as a main fuel has been developed as a cogeneration system. In a cogeneration system, power is extracted as electric energy by a generator, and heat of exhaust gas energy is heated by a heat exchanger to heat water to make hot water, and the hot water is used for hot water supply. Conventionally, as an engine using natural gas as a fuel, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No.
No. 65, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-101495.

【0003】特開平6−108865号公報に開示され
たコージェネレーション型ガスエンジンは,排気ガスを
ターボチャージャ,エネルギ回収装置及び蒸気発生装置
を通して排気ガス温度を低下させ,低温の排気ガスをE
GRに使用してNOX を低減するものであり,遮熱型ガ
スエンジンからの排気ガスによってターボチャージャを
駆動し,該ターボチャージャからの排気ガスで発電機を
備えたエネルギ回収装置を駆動する。該コージェネレー
ション型ガスエンジンは,エネルギ回収装置からの排気
ガスを熱交換器の蒸気発生装置に送り込み,蒸気発生装
置で水を蒸気に変換し,該蒸気で蒸気タービンを駆動し
て電気エネルギとして回収する。
A cogeneration type gas engine disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-108865 reduces the temperature of exhaust gas through a turbocharger, an energy recovery device and a steam generator, and reduces the temperature of low-temperature exhaust gas to E.
It is used for GR to reduce NO x , and a turbocharger is driven by exhaust gas from a heat shielding gas engine, and an exhaust gas from the turbocharger drives an energy recovery device including a generator. The cogeneration type gas engine sends exhaust gas from an energy recovery device to a steam generator of a heat exchanger, converts water into steam by the steam generator, and drives a steam turbine with the steam to recover electric energy. I do.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで,天然ガスを
燃料とし,該ガス燃料を副室に供給し,エンジンの圧縮
行程で制御弁を開放して燃焼室から副室に圧縮空気を流
入させてガス燃料と空気とを混合させて燃焼させる方式
では,天然ガスが副室内に存在する間に,天然ガスは副
室壁面から受熱し,活性化が進んでいるので,制御弁の
開放によって副室へ侵入する空気の条件次第で,圧縮天
然ガス(CNG)は容易に着火し,空気が副室へ十分に
侵入する前に着火する。即ち,圧縮天然ガスは,軽油の
ように液体燃料でなく,気体燃料であるので,液体が気
化して分解するという変化が不要であり,必要な着火遅
れ時間がなく,高温圧縮空気と接触した途端に着火し,
天然ガスと空気とが十分に混合する時間が短過ぎ,その
ため,連絡口近傍で直ちに着火燃焼が発生し,ノッキン
グが起こって圧力波が発生し,燃焼室に熱が伝わって燃
焼室の破壊に至るという問題がある。
By the way, natural gas is used as fuel, the gaseous fuel is supplied to the sub-chamber, the control valve is opened in the compression stroke of the engine, and compressed air flows from the combustion chamber into the sub-chamber. In the system in which gas fuel and air are mixed and burned, while natural gas is present in the sub-chamber, natural gas receives heat from the sub-chamber wall surface and activation is progressing. Depending on the conditions of the air entering the chamber, the compressed natural gas (CNG) ignites easily and ignites before the air has fully penetrated the subchamber. That is, since compressed natural gas is a gaseous fuel, not a liquid fuel like light oil, there is no need for a change in which the liquid is vaporized and decomposed, there is no required ignition delay time, and the compressed natural gas comes into contact with high-temperature compressed air. I ignite immediately,
The time for natural gas and air to mix sufficiently is too short, so ignition and combustion occur immediately near the communication port, knocking occurs, generating a pressure wave, transferring heat to the combustion chamber and destroying the combustion chamber. There is a problem of reaching.

【0005】しかしながら,天然ガスの着火燃焼は,燃
焼室や燃焼室と副室とを連通する連絡口に設けた制御弁
の温度が低いと,なかなか発生しないので,ガスエンジ
ンは,通常,圧縮比が高めに設定されている。ガスエン
ジンは,圧縮比が高いと,熱効率がアップされるので,
圧縮比を高くしたいが,圧縮比が高くなると,異常燃焼
即ちノッキングが発生し易くなるので,熱効率をアップ
させると共に異常燃焼の発生を防止するため圧縮比をど
のような値に設定するかが問題である。
However, ignition combustion of natural gas does not readily occur when the temperature of a control valve provided in a combustion chamber or a communication port connecting a combustion chamber and a sub-chamber is low, so that a gas engine is usually used in a compression ratio. Is set higher. Gas engines have higher compression ratios, which increase thermal efficiency.
We want to increase the compression ratio, but if the compression ratio is high, abnormal combustion, that is, knocking, is likely to occur. Therefore, it is important to set the compression ratio to improve the thermal efficiency and prevent abnormal combustion. It is.

【0006】[0006]

【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,燃焼室でのノッキングの
発生が圧縮比が高いことに起因していることに着目し,
圧縮行程前半で吸入空気を吸気ポートに逆流させて圧縮
端での最高圧力を下げ,制御弁の開放と同時に連絡口入
口近傍での着火が起き難い状態にし,副室内に十分な吸
入空気を供給することを可能にしてノッキングの発生を
防止すると共に,ブースト圧力を上げて吸入空気量の不
足を解消するものであり,吸気温度が低い状態や燃焼室
壁温が低い状態では吸気弁の閉鎖期間を早くし,燃焼室
壁温が高い状態では吸気弁の閉弁時期を遅らせて,圧縮
天然ガスの着火を圧縮上死点の手前5°(クランク角)
程度で常に着火燃焼させることができ,吸気弁の閉弁時
期を遅らせた時にも燃焼室へ供給する空気量を低減させ
ないため,ターボチャージャのコンプレッサを作動した
り,燃焼が不安定ば部分負荷時には電動・発電機の電動
機運転によりターボチャージャのコンプレッサを作動し
て吸入空気圧を上げることから成る電動・発電機付きタ
ーボチャージャを備えたガスエンジンを提供することで
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and pays attention to the fact that knocking in a combustion chamber is caused by a high compression ratio.
In the first half of the compression stroke, the intake air flows back to the intake port to reduce the maximum pressure at the compression end, so that ignition near the entrance of the communication port is unlikely to occur at the same time that the control valve is opened, and sufficient intake air is supplied to the sub-chamber. In addition to preventing knocking from occurring, the boost pressure is increased to eliminate the shortage of intake air volume. When the intake air temperature is low or the combustion chamber wall temperature is low, the intake valve is closed. When the temperature of the combustion chamber wall is high, the closing timing of the intake valve is delayed to ignite the compressed natural gas 5 ° before compression top dead center (crank angle).
Ignited combustion at all times, and does not reduce the amount of air supplied to the combustion chamber even when the intake valve closing timing is delayed. An object of the present invention is to provide a gas engine provided with a turbocharger with an electric / generator, which is configured to operate a compressor of a turbocharger by operating a motor of the electric / generator to increase intake air pressure.

【0007】この発明は,主室と該主室に連絡口を通じ
て連通する副室とが形成され且つシリンダヘッドに配置
された燃焼室部材,前記主室に連通し且つ前記シリンダ
ヘッドと前記燃焼室部材に形成された吸気ポートと排気
ポート,前記吸気ポートを開閉するため前記吸気ポート
に配置された吸気弁,前記排気ポートを開閉するため前
記排気ポートに配置された排気弁,前記連絡口を開閉す
るため前記連絡口に配置された制御弁,前記副室に圧縮
天然ガスを供給するための燃料供給手段,前記排気ポー
トに連通する排気管に設けられた電動・発電機を備えた
ターボチャージャ,及び前記吸気弁の前記吸気ポートの
開閉タイミングを変更する吸気弁リフト制御装置を具備
し,前記吸気弁リフト制御装置によって前記吸気弁の前
記吸気ポートの閉弁タイミングを変更して実圧縮比を変
更することから成る電動・発電機付きターボチャージャ
を備えたガスエンジンに関する。
According to the present invention, there is provided a combustion chamber member formed with a main chamber and a sub-chamber communicating with the main chamber through a communication port and arranged in a cylinder head, a combustion chamber member communicating with the main chamber, and the cylinder head and the combustion chamber. An intake port and an exhaust port formed in the member, an intake valve arranged at the intake port to open and close the intake port, an exhaust valve arranged at the exhaust port to open and close the exhaust port, and opening and closing the communication port A turbocharger provided with a control valve disposed at the communication port, fuel supply means for supplying compressed natural gas to the sub-chamber, and a motor / generator provided in an exhaust pipe communicating with the exhaust port. And an intake valve lift control device for changing the opening / closing timing of the intake port of the intake valve, wherein the intake valve lift control device closes the intake port of the intake valve. A gas engine with electric generating turbocharger consisting of changing the actual compression ratio by changing the timing.

【0008】前記吸気弁リフト制御装置は,吸気温度及
び/又は燃焼室壁温が予め決められた所定の温度より低
い時には前記吸気弁の前記吸気ポートの閉弁期間を早く
して圧縮行程下死点近傍で閉鎖するように制御し,前記
燃焼室壁温が予め決められた所定の温度より高い時には
前記吸気弁の前記吸気ポートの閉弁期間を遅らせて吸気
の一部を前記吸気ポートへ逆流させるように制御するも
のである。
When the intake air temperature and / or the combustion chamber wall temperature is lower than a predetermined temperature, the intake valve lift control device sets the intake port of the intake valve to a closed period so as to shorten the compression stroke. Control is performed so as to close near the point, and when the temperature of the combustion chamber wall is higher than a predetermined temperature, the closing period of the intake port of the intake valve is delayed so that a part of intake air flows back to the intake port. It is controlled so as to make it.

【0009】前記吸気弁リフト制御装置が前記吸気弁の
前記吸気ポートの閉弁期間を遅らせた時には,前記ター
ボチャージャによって吸入空気の圧力を増大させるよう
に制御するものである。
When the intake valve lift control device delays the closing period of the intake port of the intake valve, the turbocharger controls the pressure of the intake air to increase.

【0010】この電動・発電機付きターボチャージャを
備えたガスエンジンは,燃焼の不安定な部分負荷の時に
は,前記ターボチャージャに設けた前記電動・発電機を
電動機運転して吸入空気の圧力を増大させるように制御
するものである。
In the gas engine provided with the turbocharger with a motor / generator, when the partial load of the combustion is unstable, the motor / generator provided in the turbocharger is operated by the motor to increase the pressure of the intake air. It is controlled so as to make it.

【0011】前記電動・発電機は前記ターボチャージャ
のシャフトに固定した永久磁石製回転子と前記回転子に
対して配置した固定子から構成されている電動・発電機
である。
The motor / generator is a motor / generator comprising a permanent magnet rotor fixed to a shaft of the turbocharger and a stator arranged with respect to the rotor.

【0012】この電動・発電機付きターボチャージャを
備えたガスエンジンは,前記電動・発電機を電動機運転
する場合には,バッテリ又はエンジン出力軸に取り付け
た発電機によって駆動するものである。
A gas engine provided with a turbocharger with a motor / generator is driven by a battery or a generator attached to an engine output shaft when the motor / generator is operated by a motor.

【0013】前記燃焼室部材には,前記主室,前記副
室,前記主室と前記副室とを連通する前記連絡口,前記
吸気弁が着座する弁シートを備えた前記吸気ポート,前
記排気弁が着座する弁シートを備えた前記排気ポート,
及び前記燃料供給手段からの圧縮天然ガスを前記副室に
供給するため前記副室に開口した燃料供給口が形成され
ている。
The combustion chamber member includes the main chamber, the sub-chamber, the communication port for communicating the main chamber with the sub-chamber, the intake port having a valve seat on which the intake valve is seated, and the exhaust port. Said exhaust port with a valve seat on which the valve sits,
And a fuel supply port opened to the sub-chamber for supplying the compressed natural gas from the fuel supply means to the sub-chamber.

【0014】この電動・発電機付きターボチャージャを
備えたガスエンジンは,上記のように,吸気弁の開閉タ
イミングを吸気温度や燃焼室壁温の温度条件に応じて制
御するように構成したので,前記温度条件にかかわら
ず,副室に十分な吸入空気を供給でき,常に圧縮上死点
の手前5°位の時にガス燃料を着火燃焼させることがで
きる。制御弁は,圧縮端での差圧を小さくするため,圧
縮行程後半において,前記制御弁を僅かに開放して副室
へ吸入空気を入れ始めておいて吸入空気と燃料との混合
を開始させておき,上死点近傍で制御弁を大きく開放し
て副室で着火燃焼させる。このガスエンジンでは,例え
ば,燃焼室壁が高くなって副室内のガス燃料が活性化し
ていたとしても,圧縮端の最高圧力が低減して圧縮比が
低減されるので,圧縮吸入空気が副室に流入したとして
も,所定の空気量が供給されるまで着火燃焼は起こすこ
とがなく,ノッキングの発生を防止でき,副室へ適正な
空気流量を流入させてHC,スートの発生を抑制でき,
圧縮比が適正に制御されているので,所定の熱効率を得
ることができる。
As described above, the gas engine provided with the turbocharger with a motor / generator is configured to control the opening / closing timing of the intake valve in accordance with the intake air temperature and the combustion chamber wall temperature. Regardless of the temperature conditions, sufficient intake air can be supplied to the sub-chamber, and gas fuel can be ignited and burned at about 5 ° before compression top dead center. In order to reduce the differential pressure at the compression end, in the latter half of the compression stroke, the control valve opens the control valve slightly to start the intake air into the sub-chamber to start mixing the intake air and fuel. The control valve is greatly opened near the top dead center to ignite and burn in the sub chamber. In this gas engine, for example, even if the combustion chamber wall is raised and the gas fuel in the sub-chamber is activated, the maximum pressure at the compression end is reduced and the compression ratio is reduced. Even if it flows into the chamber, ignition combustion does not occur until a predetermined amount of air is supplied, knocking can be prevented, and an appropriate amount of air flows into the sub-chamber to suppress the generation of HC and soot.
Since the compression ratio is appropriately controlled, a predetermined thermal efficiency can be obtained.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下,図面を参照して,この発明
によるた電動・発電機付きターボチャージャを備えたガ
スエンジンの実施例を説明する。図1はこの発明による
電動・発電機付きターボチャージャを備えたガスエンジ
ンの一実施例を示す断面図,図2は図1のガスエンジン
の排気管に設けた電動・発電機を持つターボチャージャ
を示す説明図,図3は図1のガスエンジンにおける吸気
弁,排気弁,制御弁及び燃料弁のバルブタイミングを示
す線図,及び図4は図1のガスエンジンのミラーサイク
ルの一例を示すPV線の概略説明図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a gas engine having a turbocharger with a motor / generator according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a gas engine provided with a turbocharger with a motor / generator according to the present invention, and FIG. 2 shows a turbocharger having a motor / generator provided in an exhaust pipe of the gas engine of FIG. FIG. 3 is a diagram showing valve timings of an intake valve, an exhaust valve, a control valve, and a fuel valve in the gas engine of FIG. 1, and FIG. 4 is a PV line showing an example of a Miller cycle of the gas engine of FIG. FIG.

【0016】この発明による電動・発電機付きターボチ
ャージャを備えたガスエンジンは,CH4 を主成分とす
る天然ガスを燃料とし,例えば,コージェネレーション
システムや車両に適用できる単気筒タイプ又は多気筒タ
イプの副室式ガスエンジンに構成されている。このガス
エンジンは,エンジンのクランク軸即ちエンジン出力軸
47にエンジン回転力を電力に変換する発電機46が設
けられている。このガスエンジンは,例えば,シリンダ
ブロック24に形成された孔部39に配置されたシリン
ダ27を形成するシリンダライナ26,シリンダブロッ
ク24にガスケット32を介在して取り付けられたシリ
ンダヘッド4,シリンダヘッド4に形成されたキャビテ
ィ14にガスケット29を介在して配置された燃焼室部
材3,燃焼室部材3に形成された燃焼室の主室1と副室
2及びシリンダ27内を往復動するピストン6から構成
されている。ピストン6は,主室1の一部を構成する凹
部45が形成されたピストンヘッド22と,ピストンヘ
ッド22に遮熱空気層37を形成するようにガスケット
48を介在して結合リング38によって取り付けられた
ピストンスカート23から構成されている。
A gas engine provided with a turbocharger with a motor / generator according to the present invention uses natural gas mainly composed of CH 4 as fuel, and is, for example, a single cylinder type or a multi cylinder type applicable to a cogeneration system or a vehicle. Sub-chamber type gas engine. In this gas engine, a generator 46 for converting engine rotational force into electric power is provided on an engine crankshaft, that is, an engine output shaft 47. This gas engine includes, for example, a cylinder liner 26 forming a cylinder 27 disposed in a hole 39 formed in a cylinder block 24, a cylinder head 4 attached to the cylinder block 24 via a gasket 32, and a cylinder head 4. The combustion chamber member 3 is disposed in the cavity 14 formed with the gasket 29 therebetween. The main chamber 1 and the sub-chamber 2 of the combustion chamber formed in the combustion chamber member 3 and the piston 6 reciprocating in the cylinder 27 are provided. It is configured. The piston 6 is attached by a coupling ring 38 via a gasket 48 so as to form a heat shielding air layer 37 on the piston head 22 in which a concave portion 45 forming a part of the main chamber 1 is formed. The piston skirt 23 is formed.

【0017】このガスエンジンは,主として,燃焼室部
材3に形成された主室1と主室1に連絡口25を通じて
連通する副室2,主室1に連通する燃焼室部材3に形成
された吸気ポート9と吸気ポート9に連通するシリンダ
ヘッド4に形成された吸気ポート7,主室1に連通する
燃焼室部材3に形成された排気ポート10と排気ポート
10に連通するシリンダヘッド4に形成された排気ポー
ト8,吸気ポート9を開閉するため吸気ポート9に配置
された吸気弁11,排気ポート10を開閉するため排気
ポート10に配置された排気弁12,連絡口25を開閉
するため連絡口25の弁シート36に配置された制御弁
5,副室2に圧縮天然ガスを供給するための燃料供給手
段,排気ポート8に連通する排気管31に設けられた電
動・発電機18を備えたターボチャージャ15,及び吸
気弁11の吸気ポート9の開閉タイミングを変更する吸
気弁リフト制御装置30から構成されている。
This gas engine is mainly formed in a main chamber 1 formed in a combustion chamber member 3, a sub chamber 2 communicating with the main chamber 1 through a communication port 25, and a combustion chamber member 3 communicating with the main chamber 1. An intake port 7 formed in a cylinder head 4 communicating with the intake port 9, an exhaust port 10 formed in a combustion chamber member 3 communicating with the main chamber 1, and a cylinder head 4 communicating with the exhaust port 10. In order to open and close the exhaust port 8 and the intake port 9, an intake valve 11 arranged in the intake port 9, to open and close the exhaust port 10, an exhaust valve 12 arranged in the exhaust port 10, and to open and close the communication port 25. The control valve 5 disposed on the valve seat 36 of the port 25, fuel supply means for supplying compressed natural gas to the sub-chamber 2, and the motor / generator 18 provided on the exhaust pipe 31 communicating with the exhaust port 8. Turbocharger 15 was example, and is composed of the intake valve lift control device 30 for changing the opening and closing timing of the intake ports 9 of the intake valve 11.

【0018】燃料供給手段は,燃料供給源に接続される
シリンダヘッド4に形成された燃料供給路33,燃料供
給路33が副室2に開口する燃料供給口43及び燃料供
給口43を開閉する燃料弁13から構成されている。燃
料弁13が燃料供給口43を開放することによって,燃
料供給源から燃料供給路33を通じて圧縮天然ガスが副
室2に供給される。燃焼室部材3には,主室1,副室
2,主室1と副室2とを連通する連絡口25,吸気弁1
1が着座する弁シート34を備えた吸気ポート9,排気
弁12が着座する弁シート35を備えた排気ポート1
0,及び副室2に開口した燃料供給口43が形成されて
いる。
The fuel supply means includes a fuel supply passage 33 formed in the cylinder head 4 connected to the fuel supply source, a fuel supply opening 43 in which the fuel supply passage 33 opens to the sub chamber 2, and a fuel supply opening 43. It comprises a fuel valve 13. When the fuel valve 13 opens the fuel supply port 43, compressed natural gas is supplied from the fuel supply source to the sub-chamber 2 through the fuel supply path 33. The combustion chamber member 3 includes a main chamber 1, a sub chamber 2, a communication port 25 for communicating the main chamber 1 and the sub chamber 2, an intake valve 1
The intake port 9 having a valve seat 34 on which the exhaust valve 1 is seated, and the exhaust port 1 having a valve seat 35 on which the exhaust valve 12 is seated.
0 and a fuel supply port 43 opened to the sub-chamber 2.

【0019】このガスエンジンは,単気筒タイプに形成
された場合には,図1に示すように,シリンダヘッド4
に排気管31と吸気管40がそれぞれ直接取り付けら
れ,また,多気筒タイプに形成された場合には,図示し
ていないが,シリンダヘッド4にマニホルドを介して排
気管31と吸気管40とがそれぞれ取り付けられてい
る。排気管31には,ターボチャージャ15のタービン
16が配置されている。吸気管40には,ターボチャー
ジャ15のコンプレッサ17に接続され,コンプレッサ
17からの吸入空気が送り込まれる。
When this gas engine is formed as a single cylinder type, as shown in FIG.
In the case where the exhaust pipe 31 and the intake pipe 40 are directly attached to each other and are formed in a multi-cylinder type, though not shown, the exhaust pipe 31 and the intake pipe 40 are connected to the cylinder head 4 via a manifold. Each is attached. The turbine 16 of the turbocharger 15 is arranged in the exhaust pipe 31. The intake pipe 40 is connected to the compressor 17 of the turbocharger 15, and the intake air from the compressor 17 is sent into the intake pipe 40.

【0020】ターボチャージャ15は,図2に示すよう
に,排気ガスによって駆動されるタービン16,タービ
ン16にシャフト21によって連結され且つタービン1
6によって駆動されるコンプレッサ17,及びシャフト
21に対して設けた電動・発電機18から構成されてい
る。コンプレッサ17は,タービン16によって駆動さ
れ,空気を加圧して圧縮空気とし,該圧縮空気を吸気管
40を通って吸気ポート7,9から気筒の主室1へ供給
する。発電機18は,タービン16の回転力を電力とし
て取り出してバッテリ等の電源装置に蓄電して回収する
ことができる。電動・発電機18は,シャフト21に固
定した永久磁石製回転子19と回転子19に対して配置
したコイルから成る固定子20から構成されている電動
・発電機である。
As shown in FIG. 2, the turbocharger 15 is a turbine 16 driven by exhaust gas, connected to the turbine 16 by a shaft 21 and provided with a turbine 1.
6 comprises a compressor 17 driven by the motor 6 and an electric / generator 18 provided for the shaft 21. The compressor 17 is driven by the turbine 16 to pressurize air into compressed air, and supply the compressed air from the intake ports 7 and 9 to the main chamber 1 of the cylinder through the intake pipe 40. The generator 18 can take out the rotational force of the turbine 16 as electric power, store it in a power supply device such as a battery, and recover it. The motor / generator 18 is a motor / generator including a permanent magnet rotor 19 fixed to a shaft 21 and a stator 20 composed of a coil arranged with respect to the rotor 19.

【0021】このガスエンジンは,特に,温度センサ5
1による吸気温度や燃焼室壁温の温度検出値に応じてコ
ントローラ50の指令によって吸気弁リフト制御装置3
0を作動し,吸気弁リフト制御装置30によって吸気弁
11の吸気ポート9の閉弁タイミングを変更して実圧縮
比を変更することを特徴としている。吸気弁リフト制御
装置30は,吸気弁11の弁ステム49に設けられ,弁
ステム49に電磁力が作用して駆動される電磁駆動装
置,或いは弁ステム49に電磁弁で制御される油圧が作
用して駆動される油圧駆動装置等で構成することができ
る。吸気弁11の開閉タイミングの調整は,主室1への
吸入空気量を制御することになり,主室1に供給された
吸入空気量に応じて圧縮比が決定される。従って,この
ガスエンジンは,コントローラ50によって,圧縮比が
高くなり過ぎず,また圧縮比が低く成り過ぎないように
制御するものである。
The gas engine has a temperature sensor 5
1 according to a command from the controller 50 in accordance with the detected value of the intake air temperature or the combustion chamber wall temperature.
0, and the actual compression ratio is changed by changing the valve closing timing of the intake port 9 of the intake valve 11 by the intake valve lift control device 30. The intake valve lift control device 30 is provided on the valve stem 49 of the intake valve 11 and is driven by an electromagnetic force acting on the valve stem 49 or a hydraulic pressure controlled by the electromagnetic valve acts on the valve stem 49. It can be constituted by a hydraulic drive device or the like that is driven in a driven manner. The adjustment of the opening / closing timing of the intake valve 11 controls the amount of intake air to the main chamber 1, and the compression ratio is determined according to the amount of intake air supplied to the main chamber 1. Therefore, this gas engine is controlled by the controller 50 so that the compression ratio does not become too high and the compression ratio does not become too low.

【0022】このガスエンジンは,吸気弁リフト制御装
置30が吸気弁11の吸気ポート9の閉弁期間を遅らせ
た時には,ターボチャージャ15によって吸入空気の圧
力を増大させるように制御するものである。このガスエ
ンジンは,燃焼の不安定な部分負荷の時には,ターボチ
ャージャ15に設けた電動・発電機18を電動機運転し
て吸入空気の圧力を増大させるように制御することがで
きる。また,電動・発電機18を電動機運転する場合に
は,バッテリ又はエンジン出力軸47に取り付けた発電
機46によって駆動することができる。
In the gas engine, when the intake valve lift control device 30 delays the closing period of the intake port 9 of the intake valve 11, the turbocharger 15 controls the pressure of the intake air to increase. In this gas engine, when the partial load of the combustion is unstable, the motor / generator 18 provided in the turbocharger 15 can be controlled so as to operate the electric motor to increase the pressure of the intake air. When the motor / generator 18 is driven by a motor, it can be driven by a battery or a generator 46 attached to an engine output shaft 47.

【0023】このガスエンジンは,制御弁5が閉鎖した
状態で,吸気弁11の開放によってターボチャージャ1
5のコンプレッサ17からの空気が吸気管40を通じて
吸気ポート7,9から主室1に供給される。主室1の空
気は制御弁5の閉鎖状態で圧縮行程において圧縮され
る。一方,天然ガス燃料がガス燃料供給源から天然ガス
供給通路33を通じて燃料供給口43から副室2に供給
される。主室1と副室2を構成する燃焼室部材3は,S
3 4 等のセラミックスから作製され,シリンダヘッ
ド4のキャビティ14に遮熱空気層28を形成するよう
にガスケット29を介在して配置され,主室1と副室2
が遮熱構造に構成されている。
In this gas engine, the turbocharger 1 is opened by opening the intake valve 11 with the control valve 5 closed.
The air from the compressor 17 is supplied to the main chamber 1 from the intake ports 7 and 9 through the intake pipe 40. The air in the main chamber 1 is compressed in the compression stroke with the control valve 5 closed. On the other hand, the natural gas fuel is supplied from the gas fuel supply source to the sub-chamber 2 from the fuel supply port 43 through the natural gas supply passage 33. The combustion chamber member 3 that forms the main chamber 1 and the sub chamber 2 is S
The main chamber 1 and the sub-chamber 2 are made of ceramics such as i 3 N 4 and are disposed in the cavity 14 of the cylinder head 4 with a gasket 29 interposed therebetween so as to form a heat-insulating air layer 28.
Is configured as a heat shield structure.

【0024】次に,図3及び図4を参照して,この電動
・発電機付きターボチャージャを備えたガスエンジンの
作動について説明する。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から成る図4に示
すようなミラーサイクルによって作動される。また,図
4に示すミラーサイクルでは,エンジンの全負荷と部分
負荷では筒内圧力が異なり,全負荷では高く,また部分
負荷では低くなるが,線図ではほぼ同様な軌跡となるの
で,全負荷と部分負荷との運転状態では特に別けて記載
していない。
Next, referring to FIGS. 3 and 4, the operation of the gas engine provided with the turbocharger with the electric motor / generator will be described. This gas engine is operated by a Miller cycle as shown in FIG. 4, which includes an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke. Further, in the Miller cycle shown in FIG. 4, the cylinder pressure differs between the full load and the partial load of the engine, and the pressure is high at the full load and low at the partial load. And operating conditions of partial load are not separately described.

【0025】このガスエンジンは,図3の線図に示すよ
うに,膨張行程下死点近傍で排気弁12が排気ポート1
0を開放し,制御弁5が連絡口25を開放するので,排
気行程において主室1と副室2に存在する排気ガスが排
気ポート10,8及び排気管31を通じて排出され,そ
の排気ガスは排気管31に設けたターボチャージャ15
のタービン16へ送り込まれ,排気ガス排出口42から
排出される。この時,燃料弁13が燃料供給口43を閉
鎖しており,副室2へガス燃料は供給されない状態であ
る。ターボチャージャ15のタービン16が排気ガスに
よって駆動されると,シャフト21を通じてコンプレッ
サ17が駆動され,コンプレッサ17の駆動で空気取入
口41から取り入れられた空気は,コンプレッサ17で
加圧されて吸気管40を通じて吸気ポート7,9から主
室1に供給される。また,シャフト21の回転によっ
て,シャフト21に固定された永久磁石の回転子19が
回転し,電動・発電機18が発電機運転され,電動・発
電機18で発電された電力は,バッテリに蓄電された
り,或いは補機で消費される。
In this gas engine, as shown in the diagram of FIG. 3, the exhaust valve 12 is connected to the exhaust port 1 near the bottom dead center of the expansion stroke.
0 is opened and the control valve 5 opens the communication port 25, so that the exhaust gas existing in the main chamber 1 and the sub-chamber 2 is exhausted through the exhaust ports 10, 8 and the exhaust pipe 31 in the exhaust stroke, and the exhaust gas is discharged. Turbocharger 15 provided in exhaust pipe 31
And discharged from the exhaust gas outlet 42. At this time, the fuel valve 13 closes the fuel supply port 43 and the gas fuel is not supplied to the sub chamber 2. When the turbine 16 of the turbocharger 15 is driven by the exhaust gas, the compressor 17 is driven through the shaft 21, and the air taken in from the air inlet 41 by the drive of the compressor 17 is pressurized by the compressor 17 and is then compressed by the intake pipe 40. The air is supplied from the intake ports 7 and 9 to the main chamber 1 through the intake port. In addition, the rotation of the shaft 21 rotates the rotor 19 of the permanent magnet fixed to the shaft 21, and the motor / generator 18 operates as a generator. The electric power generated by the motor / generator 18 is stored in the battery. Or consumed by auxiliary equipment.

【0026】このガスエンジンでは,特に,吸気弁11
の開閉タイミングが吸気弁リフト制御装置30で制御さ
れることであり,吸気温度及び/又は燃焼室壁温が予め
決められた所定の温度より低い時には,図3で実線で示
すように,吸気弁11の吸気ポート9の閉弁期間を通常
リフトで圧縮行程下死点近傍で閉鎖するように制御す
る。また,燃焼室壁温が予め決められた所定の温度より
高い時には,図3で点線で示すように,吸気弁11の吸
気ポート9の閉弁期間を遅延リフトで(遅らせて)圧縮
行程前半で閉鎖し,主室1の吸気の一部を吸気ポート
9,7へ逆流させるように制御するものである。このガ
スエンジンでは,吸気温度及び燃焼室壁温は,温度セン
サ51で検出される。温度センサ51で検出した吸気温
度及び燃焼室壁温の検出信号は,コントローラ50によ
って判断され,吸気弁リフト制御装置30による吸気弁
11の開閉タイミングが制御される。
In this gas engine, in particular, the intake valve 11
Is controlled by the intake valve lift control device 30, and when the intake air temperature and / or the combustion chamber wall temperature is lower than a predetermined temperature, as shown by a solid line in FIG. Control is performed so that the valve closing period of the intake port 9 is closed near the bottom dead center of the compression stroke by a normal lift. When the combustion chamber wall temperature is higher than a predetermined temperature, the closing period of the intake port 9 of the intake valve 11 is delayed (delayed) in the first half of the compression stroke as shown by the dotted line in FIG. It is controlled so that it is closed and a part of the intake air of the main chamber 1 flows back to the intake ports 9 and 7. In this gas engine, the intake air temperature and the combustion chamber wall temperature are detected by a temperature sensor 51. The detection signals of the intake air temperature and the combustion chamber wall temperature detected by the temperature sensor 51 are determined by the controller 50, and the opening / closing timing of the intake valve 11 by the intake valve lift control device 30 is controlled.

【0027】このガスエンジンは,排気行程上死点H近
傍で吸気弁11が吸気ポート9を開放して吸入行程上死
点Iに移行すると共に,制御弁5は連絡口25を閉鎖し
て主室1と副室2とを遮断し,ターボチャージャ15の
コンプレッサ17から過給された吸入空気が主室1に供
給される。この時,排気行程と吸入行程との筒内圧力は
ほとんど変わらない。また,制御弁5が連絡口25を閉
鎖した後に,燃料弁13が燃料供給口43を開放し,天
然ガス燃料が燃料供給路33を通じて副室2に供給され
る。このガスエンジンは,吸気弁11の開閉タイミング
が吸気弁リフト制御装置30で制御され,吸気温度及び
/又は燃焼室壁温が予め決められた所定の値より低い時
には,図3で実線で示すように,吸気弁11の吸気ポー
ト9の閉弁期間を通常リフトで圧縮行程下死点E近傍で
閉鎖するように制御する。天然ガスの場合には断熱圧
縮,膨張だから圧縮始めは下死点Eに一致せず若干圧力
が下がった点E’となる。その時は,圧縮行程は点Cを
通るPV線に従って主室1内の圧力が上昇し,圧縮行程
上死点では圧力P3 になり,圧縮比がアップした状態と
なる。
In this gas engine, near the top dead center H of the exhaust stroke, the intake valve 11 opens the intake port 9 and shifts to the top dead center I of the intake stroke, and the control valve 5 closes the communication port 25 to close the main port. The chamber 1 and the sub chamber 2 are shut off, and the intake air supercharged from the compressor 17 of the turbocharger 15 is supplied to the main chamber 1. At this time, the in-cylinder pressure during the exhaust stroke and the intake stroke hardly changes. After the control valve 5 closes the communication port 25, the fuel valve 13 opens the fuel supply port 43, and natural gas fuel is supplied to the sub chamber 2 through the fuel supply path 33. In this gas engine, when the opening and closing timing of the intake valve 11 is controlled by the intake valve lift control device 30 and the intake air temperature and / or the combustion chamber wall temperature is lower than a predetermined value, as shown by a solid line in FIG. Next, control is performed such that the closing period of the intake port 9 of the intake valve 11 is closed by the normal lift near the bottom dead center E of the compression stroke. In the case of natural gas, since the adiabatic compression and expansion are performed, the compression starts at a point E ′ where the pressure does not coincide with the bottom dead center E and the pressure slightly decreases. At that time, the compression stroke is the pressure in the main chamber 1 is increased in accordance with PV line passing through the point C, become pressure P 3 in the compression stroke top dead center in a state where the compression ratio is up.

【0028】また,燃焼室壁温が予め決められた所定の
温度より高い時には,図3で点線で示すように,吸気弁
11の吸気ポート9の閉弁期間を遅らせて圧縮行程前半
Aで閉鎖し,主室1の吸気の一部を吸気ポート9,7へ
逆流させるように制御する。この時は,圧縮行程では吸
気弁11が吸気ポート9を閉鎖するまで筒内圧力は上昇
することなく点Aに達し,そこで点Aを通るPV線に従
って主室1内の圧力が上昇し,圧縮行程上死点では圧力
1 になり,圧力が低減した状態,従って圧縮比が低減
した状態となる。この状態では,吸入空気量が不足する
ので,ターボチャージャ15を作動してブースト圧力を
上昇させ(吸入行程上死点I→IB,圧縮下死点E→E
B),点Aから点Bへ移行させ,点線で示す点Bを通る
PV線に従って主室1内の圧力が上昇し,圧縮行程上死
点TDCでは圧力P2 になり,適正な圧縮比になって,
ノッキングが発生せず,しかも十分な吸入空気量を供給
できる状態になる。場合によっては,燃焼室壁温が予め
決められた所定の温度より高い時には,図3又は図4で
斜線で示す範囲内で,吸気弁11のリフトを小さく制御
し,吸気弁11の吸気ポート9の閉弁期間を遅らせて圧
縮行程下死点BDC〜圧縮行程前半(点Aの位置に相
当)の範囲で閉鎖し,主室1の吸気の一部を吸気ポート
9,7へ逆流させる制御を行なうことができ,この時
は,圧縮行程は点A〜点Cの範囲の点を通るPV線に従
って主室1内の圧力が上昇し,圧縮行程上死点TDCで
は圧力P1 〜P3 の範囲の圧力になり,圧縮比が低減す
る状態になる。
When the combustion chamber wall temperature is higher than a predetermined temperature, the closing period of the intake port 9 of the intake valve 11 is delayed so as to close in the first half A of the compression stroke, as shown by the dotted line in FIG. Then, control is performed so that a part of the intake air in the main chamber 1 flows back to the intake ports 9 and 7. At this time, in the compression stroke, the pressure in the cylinder reaches point A without increasing until the intake valve 11 closes the intake port 9 until the intake valve 11 closes the intake port 9. It becomes the pressure P 1 in stroke top dead center, a state condition the pressure is reduced, thus the compression ratio is reduced. In this state, since the intake air amount is insufficient, the boost pressure is increased by operating the turbocharger 15 (top dead center I → IB of the intake stroke, bottom dead center E → E of the compression stroke).
B), to shift from point A to point B, the pressure in the main chamber 1 is increased in accordance with PV line passing through the point B shown by the dotted line, it becomes on the dead point pressure P 2 in the TDC compression stroke, the proper compression ratio Become,
Knocking does not occur and a sufficient amount of intake air can be supplied. In some cases, when the temperature of the combustion chamber wall is higher than a predetermined temperature, the lift of the intake valve 11 is controlled to be small within the range shown by hatching in FIG. 3 or FIG. Is controlled in a range from the bottom dead center BDC of the compression stroke to the first half of the compression stroke (corresponding to the position of the point A) to backflow a part of the intake air of the main chamber 1 to the intake ports 9 and 7. In this case, the pressure in the main chamber 1 increases in accordance with the PV line passing through a point in the range of the points A to C in the compression stroke, and the pressures P 1 to P 3 at the top dead center TDC of the compression stroke. The pressure falls within the range, and the compression ratio is reduced.

【0029】このガスエンジンは,圧縮行程に移行した
時,図3で実線で示す状態で吸気弁11が閉鎖した時に
は主室1内の吸入空気は吸気ポート9,7へ逆流される
ことなく,主室1内で圧縮される。また,図3で点線で
示す状態で吸気弁11が遅れて閉鎖した時には主室1内
の吸入空気の一部は吸気ポート9,7へ逆流されるの
で,主室1内での所定の空気量を確保するため,ターボ
チャージャ15のコンプレッサ17によってブースト圧
力を上げておくか,又は,燃焼が不安定な部分負荷であ
る時には,ブースト圧力を上げることができないので,
コントローラ50の指令によって電動・発電機18を電
動機運転して吸入空気圧を上昇させる制御を行なう。即
ち,圧縮行程で点A又は点Cを通るPV線に従う場合に
は,ブースト圧力を上げると,点B又は点Dを通るPV
線に従って主室1内のブースト圧力が上昇し,圧縮行程
上死点では圧力P1 →圧力P2 又は圧力P3 →圧力P4
へ上昇し,所定の吸入空気量を確保できる状態になる。
In this gas engine, the intake air in the main chamber 1 does not flow back to the intake ports 9 and 7 when the intake valve 11 is closed in the state shown by the solid line in FIG. It is compressed in the main chamber 1. When the intake valve 11 is closed with a delay in the state shown by the dotted line in FIG. 3, a part of the intake air in the main chamber 1 flows back to the intake ports 9 and 7, so that the predetermined air in the main chamber 1 In order to secure the amount, the boost pressure is increased by the compressor 17 of the turbocharger 15, or the boost pressure cannot be increased when the combustion is an unstable partial load.
In response to a command from the controller 50, the motor / generator 18 is controlled to operate as a motor to increase the intake air pressure. That is, when following the PV line passing through the point A or the point C in the compression stroke, if the boost pressure is increased, the PV passing through the point B or the point D
The boost pressure in the main chamber 1 increases according to the line, and at the top dead center of the compression stroke, the pressure P 1 → pressure P 2 or pressure P 3 → pressure P 4
To a state where a predetermined intake air amount can be secured.

【0030】吸気弁11が吸気ポート9を閉鎖した後の
圧縮行程では主室1内の吸入空気が圧縮されて高温圧縮
空気になる。そこで,圧縮行程上死点近傍で,制御弁5
が連絡口25を開放し,主室1内で高温圧縮空気が主室
1から連絡口25を通じて副室2に供給される。主室1
から高温圧縮空気が連絡口25を通じて副室2に供給さ
れると,高温圧縮空気は副室2内のガス燃料と迅速に混
合されて着火燃焼し,副室2内の圧力が最高圧Jにまで
上昇して副室2から連絡口25を通じて主室1へ火炎,
未燃混合気等のガスが噴き出され,膨張行程に移行し,
膨張行程上死点近傍Kより膨張行程下死点Gへ向かって
ピストン6を押し下げ,ピストン6に仕事をする。この
ガスエンジンは,ピストン6の下降によってエンジン出
力軸47を回転させ,エンジン出力軸47が発電機46
を駆動して発電する。膨張行程下死点G近傍で排気弁1
2が開放し,筒内圧力が若干低下して排気行程下死点F
へ移行し,排気行程が進行して排気行程上死点へと進行
する。
In the compression stroke after the intake valve 11 closes the intake port 9, the intake air in the main chamber 1 is compressed to become high-temperature compressed air. Therefore, near the top dead center of the compression stroke, the control valve 5
Opens the communication port 25, and the high-temperature compressed air is supplied from the main chamber 1 to the sub-chamber 2 through the communication port 25 in the main chamber 1. Main room 1
When the high-temperature compressed air is supplied to the sub-chamber 2 through the communication port 25, the high-temperature compressed air is quickly mixed with the gas fuel in the sub-chamber 2 to ignite and burn, and the pressure in the sub-chamber 2 reaches the maximum pressure J. Up from the sub chamber 2 to the main chamber 1 through the communication port 25,
Gas such as unburned air-fuel mixture is blown out and shifts to the expansion stroke.
The piston 6 is pushed down from the vicinity K at the top dead center of the expansion stroke toward the bottom dead center G of the expansion stroke to perform work on the piston 6. In this gas engine, the engine output shaft 47 is rotated by the lowering of the piston 6, and the engine output shaft 47 is
To generate electricity. Exhaust valve 1 near bottom dead center G in expansion stroke
2 is opened, the cylinder pressure slightly decreases, and the exhaust stroke bottom dead center F
Then, the exhaust stroke progresses and progresses to the top dead center of the exhaust stroke.

【0031】[0031]

【発明の効果】この発明による電動・発電機付きターボ
チャージャを備えたガスエンジンは,上記のように構成
され,吸気温度及び燃焼室壁温の温度条件に応じて吸気
弁の開閉タイミングを変更して実圧縮比を変更でき,し
かも,吸気弁の閉弁タイミングを遅らせた時には,ター
ボチャージャを駆動して主室に供給される吸入空気量を
確保し,更に,燃焼が不安定な部分負荷時にはターボチ
ャージャに設けた電動・発電機を電動機運転させて吸入
空気圧を上昇させるので,主室へは常に適正な吸入空気
量が供給され,実圧縮比を常に適正に設定でき, 熱効率
をアップさせることができる。しかも,吸気温度及び燃
焼室壁温の温度条件にかかわらず,実圧縮比が常に適正
に設定されるので,副室へは主室から十分な吸入空気が
供給され,圧縮比が高過ぎてノッキングを起こしたりす
ることがなく,副室で適正な着火燃焼が行なわれるの
で,HCやスートの発生を抑制することができる。
The gas engine provided with the turbocharger with a motor / generator according to the present invention is constructed as described above, and changes the opening / closing timing of the intake valve in accordance with the intake air temperature and the combustion chamber wall temperature. When the actual compression ratio can be changed, and the valve closing timing of the intake valve is delayed, the turbocharger is driven to secure the amount of intake air supplied to the main chamber. Since the intake air pressure is increased by operating the motor / generator provided in the turbocharger by the electric motor, an appropriate intake air amount is always supplied to the main chamber, the actual compression ratio can always be set appropriately, and the thermal efficiency can be improved. Can be. In addition, the actual compression ratio is always set appropriately regardless of the temperature conditions of the intake air temperature and the combustion chamber wall temperature. Therefore, sufficient intake air is supplied from the main chamber to the sub chamber, and the compression ratio is too high to knock. And the appropriate ignition and combustion is performed in the sub-chamber, so that the generation of HC and soot can be suppressed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明による電動・発電機付きターボチャー
ジャを備えたガスエンジンの一実施例を示す断面図であ
る。
FIG. 1 is a sectional view showing one embodiment of a gas engine provided with a turbocharger with an electric / generator according to the present invention.

【図2】図1のガスエンジンの排気管に設けた電動・発
電機を持つターボチャージャを示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory view showing a turbocharger having a motor / generator provided in an exhaust pipe of the gas engine of FIG.

【図3】図1のガスエンジンにおける吸気弁,排気弁,
制御弁及び燃料弁のバルブタイミングを示す線図であ
る。
FIG. 3 shows an intake valve, an exhaust valve, and the like in the gas engine of FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating valve timings of a control valve and a fuel valve.

【図4】図1のガスエンジンのミラーサイクルの一例を
示すPV線の概略説明図である。
FIG. 4 is a schematic explanatory view of a PV line showing an example of a mirror cycle of the gas engine of FIG. 1;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 主室 2 副室 3 燃焼室部材 4 シリンダヘッド 5 制御弁 7,9 吸気ポート 8,10 排気ポート 11 吸気弁 12 排気弁 13 燃料弁 15 ターボチャージャ 18 電動・発電機 19 回転子 20 固定子 21 シャフト 25 連絡口 30 吸気弁リフト制御装置 31 排気管 33 燃料供給路 34,35,36 弁シート 40 吸気管 43 燃料供給口 46 発電機 47 エンジン出力軸 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main chamber 2 Sub-chamber 3 Combustion chamber member 4 Cylinder head 5 Control valve 7, 9 Intake port 8, 10 Exhaust port 11 Intake valve 12 Exhaust valve 13 Fuel valve 15 Turbocharger 18 Electric / generator 19 Rotor 20 Stator 21 Shaft 25 Connection port 30 Intake valve lift control device 31 Exhaust pipe 33 Fuel supply path 34, 35, 36 Valve seat 40 Intake pipe 43 Fuel supply port 46 Generator 47 Engine output shaft

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F02D 19/02 F02D 19/02 Z 23/00 23/00 K F02M 21/02 301 F02M 21/02 301L ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification symbol FI F02D 19/02 F02D 19/02 Z 23/00 23/00 K F02M 21/02 301 F02M 21/02 301L

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 主室と該主室に連絡口を通じて連通する
副室とが形成され且つシリンダヘッドに配置された燃焼
室部材,前記主室に連通し且つ前記シリンダヘッドと前
記燃焼室部材とに形成された吸気ポートと排気ポート,
前記吸気ポートを開閉するため前記吸気ポートに配置さ
れた吸気弁,前記排気ポートを開閉するため前記排気ポ
ートに配置された排気弁,前記連絡口を開閉するため前
記連絡口に配置された制御弁,前記副室に圧縮天然ガス
を供給するための燃料供給手段,前記排気ポートに連通
する排気管に設けられた電動・発電機を備えたターボチ
ャージャ,及び前記吸気弁の前記吸気ポートの開閉タイ
ミングを変更する吸気弁リフト制御装置を具備し,前記
吸気弁リフト制御装置によって前記吸気弁の前記吸気ポ
ートの閉弁タイミングを変更して実圧縮比を変更するこ
とから成る電動・発電機付きターボチャージャを備えた
ガスエンジン。
1. A combustion chamber member formed with a main chamber and a sub-chamber communicating with the main chamber through a communication port, and disposed in a cylinder head, communicating with the main chamber and being connected to the cylinder head and the combustion chamber member. Intake and exhaust ports formed in
An intake valve arranged at the intake port to open and close the intake port, an exhaust valve arranged at the exhaust port to open and close the exhaust port, and a control valve arranged at the communication port to open and close the communication port Fuel supply means for supplying compressed natural gas to the sub-chamber, a turbocharger having a motor / generator provided in an exhaust pipe communicating with the exhaust port, and opening / closing timing of the intake port of the intake valve A turbocharger with an electric / generator, comprising: changing an actual compression ratio by changing a closing timing of the intake port of the intake valve by the intake valve lift control device. With a gas engine.
【請求項2】 前記吸気弁リフト制御装置は,吸気温度
及び/又は燃焼室壁温が予め決められた所定の温度より
低い時には前記吸気弁の前記吸気ポートの閉弁期間を早
くして圧縮行程下死点近傍で閉鎖するように制御し,前
記燃焼室壁温が予め決められた所定の温度より高い時に
は前記吸気弁の前記吸気ポートの閉弁期間を遅らせて吸
気の一部を前記吸気ポートへ逆流させるように制御する
ことから成る請求項1に記載の電動・発電機付きターボ
チャージャを備えたガスエンジン。
2. The intake valve lift control device according to claim 1, wherein when the intake air temperature and / or the combustion chamber wall temperature is lower than a predetermined temperature, a closing period of the intake port of the intake valve is shortened to increase a compression stroke. When the wall temperature of the combustion chamber is higher than a predetermined temperature, the closing period of the intake port of the intake valve is delayed so that a part of the intake air is reduced to the intake port. The gas engine provided with the turbocharger with an electric / generator according to claim 1, wherein the gas engine is controlled to flow backward.
【請求項3】 前記吸気弁リフト制御装置が前記吸気弁
の前記吸気ポートの閉弁期間を遅らせた時には,前記タ
ーボチャージャによって吸入空気の圧力を増大させるよ
うに制御することから成る請求項2に記載の電動・発電
機付きターボチャージャを備えたガスエンジン。
3. The intake valve lift control device controls the intake air pressure to be increased by the turbocharger when the closing period of the intake port of the intake valve is delayed. A gas engine equipped with the turbocharger with an electric / generator according to the above.
【請求項4】 燃焼の不安定な部分負荷の時には,前記
ターボチャージャに設けた前記電動・発電機を電動機運
転して吸入空気の圧力を増大させるように制御すること
から成る請求項3に記載の電動・発電機付きターボチャ
ージャを備えたガスエンジン。
4. The system according to claim 3, wherein when the partial load of the combustion is unstable, the motor / generator provided in the turbocharger is operated by an electric motor so as to increase the pressure of the intake air. Gas engine equipped with a turbocharger with an electric / generator.
【請求項5】 前記電動・発電機は前記ターボチャージ
ャのシャフトに固定した永久磁石製回転子と前記回転子
に対して配置した固定子から構成されている電動・発電
機であることから成る請求項1〜4のいずれか1項に記
載の電動・発電機付きターボチャージャを備えたガスエ
ンジン。
5. A motor / generator comprising a permanent magnet rotor fixed to a shaft of the turbocharger and a stator arranged with respect to the rotor. Item 5. A gas engine comprising the turbocharger with an electric / generator according to any one of Items 1 to 4.
【請求項6】 前記電動・発電機を電動機運転する場合
にはバッテリ又はエンジン出力軸に取り付けた発電機に
よって駆動することから成る請求項1〜5のいずれか1
項に記載の電動・発電機付きターボチャージャを備えた
ガスエンジン。
6. The motor / generator according to claim 1, wherein the motor / generator is driven by a battery or a generator attached to an engine output shaft.
A gas engine provided with the turbocharger with an electric / generator according to item 9.
【請求項7】 前記燃焼室部材には,前記主室,前記副
室,前記主室と前記副室とを連通する前記連絡口,前記
吸気弁が着座する弁シートを備えた前記吸気ポート,前
記排気弁が着座する弁シートを備えた前記排気ポート,
及び前記燃料供給手段からの圧縮天然ガスを前記副室に
供給するため前記副室に開口した燃料供給口が形成され
ていることから成る請求項1〜6のいずれか1項に記載
の電動・発電機付きターボチャージャを備えたガスエン
ジン。
7. The combustion chamber member, wherein the main chamber, the sub-chamber, the communication port for communicating the main chamber with the sub-chamber, the intake port including a valve seat on which the intake valve is seated, The exhaust port including a valve seat on which the exhaust valve is seated,
7. An electric motor according to claim 1, further comprising a fuel supply port opened to said sub-chamber for supplying compressed natural gas from said fuel supply means to said sub-chamber. Gas engine with turbocharger with generator.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008002328A (en) * 2006-06-21 2008-01-10 Toyota Motor Corp Multiple-fuel internal combustion engine

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JP2008002328A (en) * 2006-06-21 2008-01-10 Toyota Motor Corp Multiple-fuel internal combustion engine

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