(57)【要約】  吸気弁棒に設けた突出部を摺動可能に嵌合するスリーブの内周面に前記吸気弁棒の前記突出部の移動範囲内に位置させて、該吸気弁棒の移動に伴って開閉される燃料ガス噴射孔を長円に形成することにより、吸気通路に噴射される燃料ガスの噴射期間を長くして、吸気通路の給気との混合を促進させ、燃焼室内での燃焼効率向上と、燃料消費率の改善を図ることを目的とする。  吸気弁棒（４）の外周側を軸方向に沿って流れて、シリンダヘッド（１）内の吸気通路（２）に燃料ガスが供給されるガスエンジンの燃料ガス供給装置にであって、吸気弁棒（４）に該吸気弁棒（４）の外径より大きく、該吸気弁棒（４）と同芯で平行な部分を有する突出部（５）を摺動可能に嵌合するスリーブ（６）の内周面に突出部（５）の移動に伴って開閉される燃料ガス噴射孔（６ａ）を備え、燃料ガス噴射孔（６ａ）は長円に形成すると共に長円の開口上下端範囲部を突出部（５）の移動範囲内に位置させたことを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁の開閉による吸気弁棒の上下動により、吸気通路に燃料ガスを供給するガスエンジンの燃料ガス供給装置において、
前記吸気弁棒の軸方向の一部に形成され、辺りに比べ外径が大きい突出部と、
該突出部が摺動可能に嵌合されるスリーブと、
該スリーブに該スリーブの軸方向に長い長円に形成され、前記吸気弁棒の前記突出部の下方向への移動に伴って前記スリーブの内と前記吸気通路とを連通する燃料ガス噴射孔とを備えることを特徴とする燃料ガス供給装置。
【請求項２】
前記燃料ガス噴射孔の長円上端縁を燃料ガス噴射タイミング進角方向に移動させたことを特徴とする請求項１記載のガスエンジンの燃料ガス供給装置。
【請求項３】
前記燃料ガス噴射孔の長円は端部の半径Ｒと、両端部の前記半径Ｒの中心間長さＨ（長円軸間）とが半径Ｒ＜中心間長さＨとなるようにしたことを特徴とする請求項１記載のガスエンジンの燃料ガス供給装置。
【請求項４】
前記燃料ガス噴射孔の長円は端部の半径Ｒと、両端部の前記半径Ｒの中心間長さＨ（長円軸間）との比Ｒ／Ｈが、０．２≦Ｒ／Ｈ≦１．３の範囲になるようにしたことを特徴とする請求項１記載のガスエンジンの燃料ガス供給装置。
【請求項５】
前記燃料ガス噴射孔の長円軸線Ｌ２は前記スリーブの軸線Ｌ１に対し傾斜していることを特徴とする請求項１記載のガスエンジンの燃料ガス供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスエンジンの燃料ガスを吸気通路内に供給する燃料ガスの供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスエンジンにおいては、吸気通路を流れ空気と、燃料ガスを混合させる一例として、ガス供給管に噴射ノズルが連結され、燃料ガスがノズルから給気マニホールド内に噴射するように構成されているものがある。
その場合、吸気マニホールド内に燃料ガスの噴射ノズルが突出しているため、吸気マニホールド内の空気流が乱され、吸気の流通抵抗が大きくなる傾向がある。【０００３】
燃料ガスを吸気通路に供給する従来のガスエンジンでは、例えば特開平９−２６８９２３号（特許文献１）に開示されているように、ガス噴射ノズルが吸気管を横切って設けられているので、該ガス噴射ノズルが吸気の流れに対して抵抗となり、シリンダ内への新気あるいは燃料を含む新気の吸入に要するポンピング仕事量が増大し、燃料消費率の増大がもたらされる。【０００４】
そこで、特許第３６５３０３１号公報（特許文献２）において、添付の図１（Ａ）吸気弁閉時及び、吸気弁開時を示すように、１はシリンダヘッド、２はシリンダヘッド１内の吸気通路、３は吸気弁、４は吸気弁３の吸気弁棒である。該吸気弁棒４には吸気弁棒４の直径よりも大きく、吸気弁棒４と同芯の吸気弁棒４に平行な円筒面５ａを有する突起部５が設けられている。突起部５の円筒面５ａはシリンダヘッド１内の吸気通路２に突出するようにシリンダヘッド１に固着されたスリーブ６に摺動自在に嵌合されている。
また、図２（Ｂ）に示すように、前記スリーブ６には複数の燃料ガス噴射孔６ａが設けられている。【０００５】
そして、吸気弁棒４の閉時は、突起部５の円筒面５ａが燃料ガス噴射孔６ａの燃料ガス通路７側にあるため、燃料ガスは燃料ガス噴射孔６ａから吸気通路２に噴射されない。
一方、吸気弁棒４の開時は、突起部５の円筒面５ａが燃料ガス噴射孔６ａより吸気通路２側に移動するため、燃料ガス通路７からの燃料ガスは燃料ガス噴射孔６ａから吸気通路２に噴射されるようになっている技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２６８９２３号公報
【特許文献２】特許第３６５３０３１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、特許文献２の構造によると、吸気通路２に噴射された燃料ガスは短時間のうちに噴射される場合、吸気通路２内における燃料ガスと、吸気との攪拌が十分に成されない場合がある。【０００８】
本発明はこのような不具合を解決するためになされたもので、該吸気弁棒に設けた突出部を摺動可能に嵌合するスリーブの内周面に前記吸気弁棒の前記突出部の移動範囲内に位置させて、該吸気弁棒の移動に伴って開閉される燃料ガス噴射孔を長円形に形成することにより、吸気通路に噴射される燃料ガスの噴射時間を長くして、吸気通路を流れてくる給気との混合が促進され、燃焼室内での燃焼効率が向上し、燃料消費率の改善を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明はかかる課題を解決するため、吸気弁の開閉による吸気弁棒の上下動により、吸気通路に燃料ガスを供給するガスエンジンの燃料ガス供給装置において、
前記吸気弁棒の軸方向の一部に形成され、辺りに比べ外径が大きい突出部と、
該突出部が摺動可能に嵌合されるスリーブと、
該スリーブに該スリーブの軸方向に長い長円に形成され、前記吸気弁棒の前記突出部の下方向への移動に伴って前記スリーブの内と前記吸気通路とを連通する燃料ガス噴射孔とを備えることを特徴とする。【００１０】
このような構成により、燃料ガス噴射孔を長円にすることにより、吸気通路に噴射される燃料ガスの噴射時間を長くして、吸気通路を流れてくる給気との混合が促進され、燃焼室内での燃焼効率が向上し、燃料消費率が改善される。【００１１】
また、本発明において好ましくは、前記燃料ガス噴射孔の長円上端縁を燃料ガス噴射タイミング進角方向に移動させるとよい。【００１２】
このような構成により、燃料ガス噴射孔が長円になり、燃料ガス噴射開始初期の燃料ガス噴射量が少なくなるので、燃料ガス噴射タイミング進角方向に移動させることにより、燃料ガス噴射工程全域において、燃料ガス噴射量を確保すると共に、空気と燃料ガスの攪拌を促進させる効果を有する。【００１３】
また、本発明において好ましくは、前記燃料ガス噴射孔の長円は端部の半径Ｒと、両端部の前記半径Ｒの中心間長さＨ（長円軸間）とが半径Ｒ＜中心間長さＨとなるようにするとよい。【００１４】
このような構成により、燃料ガス噴射孔の長円の長さを長くすることにより、燃料ガスの噴射時間を長くして、吸気通路を流れてくる給気との攪拌が促進させることができる。【００１５】
また、本発明において好ましくは、前記燃料ガス噴射孔の長円は端部の半径Ｒと、両端部の前記半径Ｒの中心間長さＬ（長円軸間）との比Ｒ／Ｈが、０．２≦Ｒ／Ｈ≦１．３の範囲になるようにするとよい。【００１６】
このような構成により、比が０．２より小さくなると燃料ガスの流通抵抗が大きくなり、燃料ガスの供給量の不足が生じ、１．３より小さくなると燃料ガスの流通抵抗が小さくなり、燃料ガスが短期間に吸気管内に導入され、空気との攪拌が十分に行われない不具合が発生するのを防止することができる。【００１７】
また、本発明において好ましくは、前記燃料ガス噴射孔の長円軸線Ｌ２は前記スリーブの軸線Ｌ１に対し傾斜させるとよい。【００１８】
このような構成により、吸入弁の上下方向への作動中に、吸入弁棒の突出部の外周面と、燃料ガス噴射孔の周縁との摺接位置が吸入弁作動中に、周方向に変化するので、当該外周面への損傷、部分的な摩耗増大が抑制できる。
【発明の効果】
【００１９】
該吸気弁棒に設けた突出部を摺動可能に嵌合するスリーブの内周面に前記吸気弁棒の前記突出部の移動範囲内に位置させて、該吸気弁棒の移動に伴って開閉される燃料ガス噴射孔を長円に形成することにより、吸気通路に噴射される燃料ガスの噴射時間を長くして、吸気通路を流れてくる給気との混合が促進され、燃焼室内での燃焼効率が向上し、燃料消費率の改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係るガスエンジンの燃料ガス供給装置の要部構成で、（Ａ）は吸気弁閉時の概略断面図を示し、（Ｂ）は吸気弁開時の概略断面図を示す。
【図２】（Ａ）は時間（或はクランク角）に対する吸排気弁の開口面積と燃料ガス噴射孔の開口面積の関係図を示し、（Ｂ）は吸気弁の突出部とスリーブの燃料ガス噴射孔の相対位置関係図を示す。
【図３】（Ａ）は本発明に係るスリーブの燃料ガス噴射孔の形状図を示し、（Ｂ）は従来技術の燃料ガス噴射孔の形状図を示し、（Ｃ）は（Ａ）のＹ矢視図を示し、（Ｄ）は（Ｂ）のＺ矢視図を示す。
【図４】本発明の燃料ガス噴射孔の形状による試験結果の比較図を示す。
【図５】図３（Ａ）のＦ矢視図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。
但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２２】
図1において、１はシリンダヘッド、２はシリンダヘッド１内の吸気通路、３は吸気弁、４は吸気弁３の吸気弁棒である。該吸気弁棒４には吸気弁棒４の直径よりも大きく、吸気弁棒４と同芯の吸気弁棒４に平行な円筒面５ａを有する突起部５が設けられている。突起部５の円筒面５ａはシリンダヘッド１内の吸気通路２に突出するようにシリンダヘッド１に固着されたスリーブ６（通称；ガス弁座）に摺動自在に嵌合されている。
【００２３】
図1における実施例では、シリンダヘッド１に吸気弁３が設けられており、図１（Ａ）には吸気弁３が閉じている場合が示され、図１（Ｂ）には吸気弁３が全開の場合が示されている。吸気弁３の吸気弁棒４は途中でカットして示されているが、シリンダヘッド1を突き抜けて図示しない弁駆動装置によって上下方向に往復駆動され、吸気ポート９を開閉する。
尚、シリンダヘッド1には、図示しない排気弁が配設されている。吸気弁３及び排気弁は図示しないクランク軸にタイミングギア等により機械的に連結された図示しない弁駆動装置によって、所定のタイミングで給排気ポートを開閉するように往復駆動される。
また、スリーブ６に配設される燃料ガス噴射孔６ａは、吸気弁３の突出部５の摺動範囲内に配置されている。
【００２４】
図１（Ａ）に示される吸気弁３の位置では、燃料ガス噴射孔６ａが閉じられた状態であり、燃料ガス供給路７と吸気通路２は吸気弁３の突起によって隔離されている。
同図１（Ｂ）には吸気弁３が全開状態であり、燃料ガス供給路7と吸気通路2とは吸気弁棒４の外周とスリーブ６の内周との隙間8及び、スリーブ６の燃料ガス噴射孔６ａを介して連通され燃料ガスが燃料ガス噴射孔６ａから吸気通路２に向かう方向に放射状に噴射される。
【００２５】
図２（Ａ）は時間（或はクランク角）に対する吸排気弁の開口面積と燃料ガス噴射孔６ａの開口面積の関係を示し、図２（Ｂ）は吸気弁３の突起部５とスリーブ６の燃料ガス噴射孔６ａの相対位置関係を示す。
図２（Ａ）において、排気弁開口面積Ｅと吸気弁開口面積Ｓが重なっている部分は吸排気弁が共に開いているオーバラップ期間である。
Ｂは長円燃料ガス噴射孔６ａの場合を、Ｃが円形燃料ガス噴射孔６ｂの燃料ガス噴射開始時期を示し、Ｂ′、Ｃ′は夫々燃料ガス噴射閉止時期を示している。
そして、Ｇ（実線）は長円燃料ガス噴射孔６ａの開口面積を、Ｊ（破線）は円形燃料ガス噴射孔６ｂの開口面積を示している。Ｇ（実線）の開口面積とＪ（破線）の開口面積とは略同じになっている。
吸気弁開時期Ａは、図２（Ｂ）において、吸気弁棒４の突起部５の始端ＸがＡ位置にあり、図１における燃料ガス供給路７と吸気通路２とは連通されていない。
即ち、燃料ガス噴射孔６ａは閉塞されている。
吸気弁３が下降して始端Ｘが噴射孔６ａの始端Ｂに達すると、図２（Ａ）のＢにおいて燃料ガス噴射孔６ａが開き始める。吸気弁３がさらに下降するにしたがって燃料ガス噴射孔開口面積は増大し、吸気弁３が上昇に転じると開口面積は減少に転じ、始端Ｘが再び燃料ガス噴射孔６ａの始端Ｂに達すると、図２（Ａ）におけるＢ′で燃料ガス噴射孔６ａは閉じられる。
【００２６】
そして、図３（Ａ）に本願の一実施例として燃料ガス噴射孔６ａの形状を示し、図３（Ｂ）に従来形状を示す。
図３（Ａ）に示すように、燃料ガス噴射孔６ａはスリーブ６の軸線に平行な長円形状に形成されている。長円形状はスリーブ６の内側面から外周面にしたがって斜め下方に向けて傾斜した燃料ガス噴射孔６ａが８個形成されている。燃料ガス噴射孔６ａの８個はスリーブ６の外周に沿って略均等間隔に配設されている。
図３（Ｂ）に従来の燃料ガス噴射孔形状６ｂを示すとおり、円形状の燃料ガス噴射孔６ｂとなっており、燃料ガスの流通抵抗が少ないので、燃料ガスが短い時間に多く噴射される傾向にある。図２（Ａ）に示すように、円形燃料ガス噴射孔６ｂの開口面積Ｊ（破線）は長円燃料ガス噴射孔６ａの開口面積Ｇ（実線）より短い期間（クランク角度）に開閉操作が行われている。
従って、長円形状の燃料ガス噴射孔６ａの場合、始端Ｘが噴射孔６ａの始端Ｂに達する位置は、円形状の燃料ガス噴射孔６ｂの開口位置に対しｎだけ早くなる位置（燃料ガス噴射タイミング進角方向）に形成されている。ｎの量はエンジンの仕様によって適宜決定すればよい。
また、図５（Ａ）に図３（Ａ）のＦ矢視を示すように、長円形状は、両端の半径Ｒに対し、両端の半径Ｒ中心間距離（長円軸間）Ｈが十分に大きくなっている。
但し、スリーブ６に配設される燃料ガス噴射孔６ａは、長円の開口上下端範囲が吸気弁３の突出部５の摺動範囲内に配置されて開閉される構造となっている。
尚、本実施形態では図３（Ａ）のＦ矢視を図５（Ｂ）に示すように、長円形状の燃料ガス噴射孔６ａの長円軸線Ｌ２をスリーブ６の軸線Ｌ１に対し、傾斜角度θを有して形成してもよい。
この場合、吸入弁３の作動中に、吸入弁棒４の突出部５の外周面５ａと燃料ガス噴射孔６ａの周縁との摺接位置が吸入弁作動中に、周方向に変化するので、該外周面への損傷、摩耗が抑制できる。
【００２７】
図４に燃料ガス噴射孔６ａの形状による燃焼試験結果の比較図を示す。
尚、一覧表の数値は、実験による一例を示したものである。
図４において、ＮＯ．１は従来の円形状、ＮＯ．２は本発明の第１例、ＮＯ．３は本発明の第２例、ＮＯ．４はＮＯ．２をミラーエンジンに対応させた場合である。
ＮＯ．１の従来の円形状の場合は、燃料ガス噴射孔総面積が１０１７ｍｍ２となっており、円形状のため燃料ガスの流量抵抗が小さく、短期間に燃料ガスが吸気通路に導入され、燃焼室１０内での燃料ガスの攪拌が十分にできなかったと推定され、実用上問題はないが、改善の余地を残した燃焼評価となっている。
ＮＯ．２は長円形状になっているが両端の半径Ｒに対し、両端の半径の中心間距離がＲより小さくＲ／Ｈ＝１．３で、燃料ガス噴射孔総面積が１１８８ｍｍ２となっており、燃料ガス噴射孔総面積はＮＯ．１より大きい。
しかし、長円にして、半径Ｒを小さくしたので、燃料ガスの流量抵抗が上昇した分、噴射時間が長くなり、吸気との攪拌が進み、略満足した燃焼になった。
【００２８】
ＮＯ．３は長円形状になっているが両端の半径Ｒに対し、両端の半径の中心間距離がＲより大きくＲ／Ｈ＝０．２で、燃料ガス噴射孔総面積が９８２ｍｍ２となっており、燃料ガス噴射孔総面積はＮＯ．１より小さい。
しかし、長円にして、半径Ｒを小さくしたので、燃料ガスの流量抵抗がＮＯ．２に対しさらに上昇した分、噴射時間をさらに長くしたことにより、吸気との攪拌が十分に進み、満足した燃焼になった。
ＮＯ．４はＮＯ．２と同じ形状にして、ミラーサイクルエンジンに適用した内容とした場合を試験したもので、吸気弁３の開時期をｍだけ遅くした場合を示したもので、吸気弁開期間が短くなり、燃料ガス噴射孔の開口面積が９７３ｍｍ２（図４の網掛け部分が閉塞）となり必要量の燃料ガスの供給ができなかった。
従って、スリーブ６に配設される燃料ガス噴射孔６ａは、吸気弁３の突出部５の摺動範囲内に配置されて開閉される構造なので、長円のＲと中心間長さＨ（長円軸間）は吸気弁３の突出部５の摺動範囲に基づいてＲ／Ｈの比率を決めればよい。
【００２９】
以上の結果から、燃料ガス噴射孔６ａの形状を長円形にして、吸気管２内への燃料ガスの導入時間を確保することにより、空気と燃料ガスとの攪拌を促進させることにより、最良の燃焼を得ることができ、燃焼室内での燃焼効率が向上し、燃料消費率が改善される。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
燃料ガスを吸気通路内に供給する燃料ガスの噴射部が吸気通路内に突出しないようにして、吸気通路内を流れる吸気の流通抵抗を軽減させるガスエンジンの燃料ガス供給装置に用いるとよい。
【符号の説明】
【００３１】
１      シリンダヘッド
２      吸気通路
３      吸気弁
４      吸気弁棒
５      突出部
６      スリーブ
７      燃料ガス通路
８      円筒中空部
９      吸気ポート
１０    燃焼室
５ａ    外周面
６ａ    燃料ガス噴射孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2012131957.tif 000009
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