(57)【要約】【目的】燃料の供給の精密な制御ができると共に、燃料と空気を均質になるように混合することができる発電用ガスエンジンのミキサ構造を提供すること。【構成】  外部空気が導入する円筒部の下側にベンチュリＶの縮流部１２を形成したアッパボディ１と、前記縮流部１２に連続するベンチュリＶの拡散部２２との内周側に円環状空間Ｎが形成され、該円環状空間Ｎには外周側からガスの燃料入口及び燃料ジェットを備えたメインボディ２と、該メインボディ２に連続してスロットル３２を設けたスロットルボディ３を備えること。前記縮流部１２及び前記拡散部２２の端部周縁との間であって、前記ベンチュリＶの最狭部箇所に隙間としての円環状スリットＳが形成されること。【選択図】      図１
2020143602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部空気が導入する円筒部の下側にベンチュリの縮流部を形成したアッパボディと、前記縮流部に連続するベンチュリの拡散部との内周側に円環状空間が形成され、該円環状空間には外周側からガスの燃料入口及び燃料ジェットを備えたメインボディと、該メインボディに連続してスロットルを設けたスロットルボディを備え、前記縮流部及び前記拡散部の端部周縁との間であって、前記ベンチュリの最狭部箇所に隙間としての円環状スリットが形成されてなることを特徴とする発電用ガスエンジンのミキサ構造。
【請求項２】
請求項１における発電用ガスエンジンのミキサ構造において、前記隙間としての円環状スリットの隙間が一定間隔としてなることを特徴とする発電用ガスエンジンのミキサ構造。
【請求項３】
請求項１における発電用ガスエンジンのミキサ構造において、前記隙間としての円環状スリットの隙間が可変間隔としてなることを特徴とする発電用ガスエンジンのミキサ構造。
【請求項４】
請求項１又は３における発電用ガスエンジンのミキサ構造において、前記隙間としての円環状スリットの隙間に対して、厚みが適宜異なるスペーサが介在されてなり、該スペーサには前記円環状空間の外形と少なくとも同等なるように形成されてなることを特徴とする発電用ガスエンジンのミキサ構造。
【請求項５】
請求項１又は３における発電用ガスエンジンのミキサ構造において、前記アッパボディの下部本体部を前記円環状空間箇所で分割するように、前記アッパボディの軸方向線を中心にして外周側と内周側とにして、この分割箇所をネジによる螺旋結合されてなることを特徴とする発電用ガスエンジンのミキサ構造。
【請求項６】
請求項１，２，３，４又は５に記載の発電用ガスエンジンのミキサ構造において、前記ベンチュリの最狭部径の二乗と前記燃料ジェットのオリフィス径の二乗の比を一定に保つようにしてなることを特徴とする発電用ガスエンジンのミキサ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料の供給の精密な制御ができると共に、燃料と空気を均質になるように混合することができる発電用ガスエンジンのミキサ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気量5000cc以下のガスエンジンによる発電機は災害時の非常用や離島での電力供給や、電力の需要が電力会社の供給能力の限界に近くなったときの電力のピークカットに威力を発揮する。ガスエンジンの燃料としてＬＰＧ(液化天然ガス)はボンベに充填すれば輸送が簡便で安全性が高い。また、ガソリンや軽油のように時間の経過とともに変質(サワー化)することもない。
【０００３】
だが、非常用・常用発電機専用の本格的なＬＰＧ用のガスエンジンは存在しない。ＬＰＧ用エンジンは自動車用としては発展し続け完成の域に達しているが、定常回転数で稼働する発電用エンジンとしては未だ未熟な段階である。
【０００４】
ＬＰＧエンジンのようなガスエンジン特有の機能部品でもっとも重要なのはミキサである。ミキサはエンジンに供給する燃料の流量の精密な制御と燃料を空気に均質に混合させる機能をもつ。
【０００５】
特許文献１（特開昭52-113408号）のＬＰＧエンジンでは混合器(ミキサ)3が用いられている。このミキサではベンチュリ部のノズル27から燃料を噴出させるようになっている。ここヘガス燃料を導く通路にガスアジャストスクリュウ26を設けて、先端のテーパした弁体の位置で通路面積を決めるようになっている。この位置のバラツキが直接空燃比の制御特性に影響する。
【０００６】
特に、三元触媒で排気の清浄化を行う場合は理論空燃比(燃料がシリンダ内で燃焼後、理論的には酸素も燃料の分子も余らない空燃比)になるように燃料流量を制御しなくてはならない。前記の混合器の構造(図3)では弁体の位置で燃料通路面積を決めているので、常時この要求性能を実現することはできない。
【０００７】
さらに空気と燃料を均質に混合するのに、ノズル27(図では２本)から燃料を噴出させるのでは不十分であり、燃料の偏りを避けることはできない。また、混合器３の上流にあるベ一パライザ7(構造は図２)は液体で流入した燃料をここで気化させることが主目的である。エンジンが吸入する空気量と燃料の量を制御する混合器３の入り口の燃料の圧力を該混合器３の直前(エアクリーナの後流)の圧力と同じ圧力に調圧する機能を有していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭52-113408号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特に、排気の清浄化を三元触媒で行うことができるように、簡易な構成にしつつ、理論空燃比の混合気を定常回転数で運転する発電用のガスエンジンに常時供給する。そのためミキサの必要条件は、第１に、燃料の供給の精密な制御と、第２に、燃料と空気を均質になるように混合、を安価で簡単な構造としてのミキサ提供を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そこで、発明者は上記課題を解決すべく鋭意，研究を重ねた結果、請求項１の発明を、外部空気が導入する円筒部の下側にベンチュリの縮流部を形成したアッパボディと、前記縮流部に連続するベンチュリの拡散部との内周側に円環状空間が形成され、該円環状空間には外周側からガスの燃料入口及び燃料ジェットを備えたメインボディと、該メインボディに連続してスロットルを設けたスロットルボディを備え、前記縮流部及び前記拡散部の端部周縁との間であって、前記ベンチュリの最狭部箇所に隙間としての円環状スリットが形成されてなることを特徴とする発電用ガスエンジンのミキサ構造としたことにより、前記課題を解決した。
【００１１】
請求項２の発明を、請求項１における発電用ガスエンジンのミキサ構造において、前記隙間としての円環状スリットの隙間が一定間隔としてなることを特徴とする発電用ガスエンジンのミキサ構造としたことにより、前記課題を解決した。請求項３の発明を、請求項１における発電用ガスエンジンのミキサ構造において、前記隙間としての円環状スリットの隙間が可変間隔としてなることを特徴とする発電用ガスエンジンのミキサ構造としたことにより、前記課題を解決した。
【００１２】
請求項４の発明を、請求項１又は３における発電用ガスエンジンのミキサ構造において、前記隙間としての円環状スリットの隙間に対して、厚みが適宜異なるスペーサが介在されてなり、該スペーサには前記円環状空間の外形と少なくとも同等なるように形成されてなることを特徴とする発電用ガスエンジンのミキサ構造としたことにより、前記課題を解決した。
【００１３】
請求項５の発明を、請求項１又は３における発電用ガスエンジンのミキサ構造において、前記アッパボディの下部本体部を前記円環状空間箇所で分割するように、前記アッパボディの軸方向線を中心にして外周側と内周側とにして、この分割箇所をネジによる螺旋結合されてなることを特徴とする発電用ガスエンジンのミキサ構造としたことにより、前記課題を解決した。請求項６の発明を、請求項１，２，３，４又は５に記載の発電用ガスエンジンのミキサ構造において、前記ベンチュリの最狭部径の二乗と前記燃料ジェットのオリフィス径の二乗の比を一定に保つようにしてなることを特徴とする発電用ガスエンジンのミキサ構造としたことにより、前記課題を解決したものである。
【００１４】
特に、本発明では、ＬＰＧ（液化石油ガス）用或いはＣＮＧ（圧縮天然ガス）用又はＬＮＧ（液化天然ガス）用のガスエンジンである。いわゆる、家庭用のプロパンガス（ブタンも含む）や、都市ガスでも可能なガスエンジンである。さらに、該ガスエンジンは、排気量約５０ｃｃ乃至約５０００ｃｃの小型乃至中型である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明においては、簡易な構成にしつつ、理論空燃比の混合気を定常回転数で運転する発電用のガスエンジンを提供できるとともに、極めて簡易な構成にて、燃料ガスと空気とを均質になるように混合することができ、高効率な燃費を実現できるという最大の利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（Ａ）は本発明のガスエンジン用の第１実施形態のミキサの縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）の平面図である。
【図２】（Ａ）は本発明の燃料流量調節用の燃料ジェットの拡大断面図、（Ｂ）はスロットル箇所の状態図である。
【図３】本発明を装着したガスエンジンシステムの概要図である。
【図４】本発明の第２実施形態のミキサの分離した縦断面図である。
【図５】（Ａ）は第２実施形態のミキサ用のスペーサの平面図、（Ｂ）は（Ａ）の断面図、（Ｃ）は種々の厚みのスペーサの断面図の一部である。
【図６】（Ａ）は本発明の第３実施形態のミキサの縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）の拡大断面図、（Ｃ）は（Ａ）の平面図である。
【図７】（Ａ）は低圧調整弁の拡大断面図、（Ｂ）は遮断弁の拡大断面図である。
【図８】ミキサによる空燃比制御特性を示すデータ表である。
【図９】（Ａ）は高地などで空燃比が濃くなるのを補正するために、燃料オリフィスの実質的な径を調節する構造、（Ｂ）は（Ａ）の調節機購を取り付けるためのブラインドプラグの改良例である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の３つの実施形態について図面に基づいて説明すると、図１はミキサの第１実施形態であるが、基本構造としてのアッパボディ１，メインボディ２，スロットルボディ３にて構成されている点は、第１、第２及び第３の実施形態ともに共通であり、この３つの部材が２本の通しボルト１６にて固着されている。この各ボディを３分割するのは製作を容易にするためである。
【００１８】
以下は第１実施形態のミキサについて説明すると、前記アッパボディ１は、導入管部１１の下端の内方にはベンチュリＶの縮流部１２が形成されている。該縮流部１２の最下端周縁がベンチュリＶの最狭部径Ｄとして構成されている。前記縮流部１２の外側には、逆Ｕ字状の円還状の上部空間１４が設けられている。
【００１９】
また、前記メインボディ２は、前記アッパボディ１と対を成す構成であり、下端には前記スロットルボディ３の管体３１に接続する下部管１２の上側に、上方に向かって次第に拡大する拡散部２２が形成されている。該拡散部２２の最上端周縁が前記ベンチュリＶの最狭部径Ｄとして構成されている。つまり、前記ベンチュリＶは、前記アッパボディ１の縮流部１２と前記記メインボディ２の拡散部２２にて形成されている。
【００２０】
また、前記メインボディ２の拡散部２２の外側には、Ｕ字状の円還状の下部空間２４が設けられている。つまり、アッパボディ１の上部空間１４とメインボディ２の下部空間２４とで断面Ｏ型状の円環状空間Ｎが形成されている。さらに、前記メインボディ２には、燃料の流用制御の燃料ジェット４が取り付けられている。
【００２１】
該燃料ジェット４は、図２（Ａ）に示すように、前記メインボディ２の下端側に平行に突出したボス部２５の貫通された内径部２６の最奥側の内径ネジ部２６ａに、前記燃料ジェット４の外形ネジ部４１ａが螺合されている。前記燃料ジェット４は入り口側から大径部４２が、続いて小孔径ｄのオリフィス４３が長さｗとして出口側に通じて形成されている。該オリフィス４３の出口側は前記メインボディ２の下部空間２４に連通している。
【００２２】
また、前記ボス部２５の内径部２６の先端側の内径ネジ部２６ｂにブラインドプラグ２７にて閉塞されている。前記ボス部２５における前記ブラインドプラグ２７と前記記燃料ジェット５との間の前記内径部２６には、図示しない箇所からガスが流入する燃料入りロ２８が開口されている。前記小孔径ｄとベンチュリＶの最小径Ｄとの関係も後述する。前記燃料ジェット５の外部端面に溝４４が形成され、マイナスドライバ挿入用で回転調整可能に構成されている。
【００２３】
前記スロットルボディ３の管体３１内には、スロットル３２が軸支されたスロットルシャフト３３に固着されて開閉自在に取り付けられている。アイドリングをごく低い回転数に設定する場合はベンチュリ部の負圧が小さいので、スロットル３２の後流の負圧が大きいところに開口したアイドルホール３４から燃料は主に供給される〔図１（Ａ）参照〕。
【００２４】
その通路面積はアイドル燃料流量調整用のニードル３５で調整可能に構成されている。エンジン運転中に該ニードル３５が回らないように抵抗となる回り止めは固定スプリング３６にて行う。或いは、ロックナットを使ってもよい。
【００２５】
特にアイドリング回転数を低く設定する場合はスロットル３２の開度が小さいので、該スロットル３２を開く過程でまだ十分にベンチュリ負圧が発生していないときにも燃料を供給できるように、該スロットル３２が少し開いたときに、この後流になる位置の前記管体３１にステップホール３７が開ロされている。
【００２６】
該ステップホール３７及び前記アイドルホール３４は、前記メインボディ２の下部空間２４に連通している縦貫孔３８を介して燃料が供給可能に構成されている。該縦貫孔３８は前記メインボディ２及び前記スロットルボディ３にも連続している部位であり、さらに前記縦貫孔３８の下端は塞がれ、前記ステップホール３７の外端も塞がれている。
【００２７】
その燃料の制御は該ステップホール３７の孔の径で行うこともある。発電用のエンジンではアイドル回転数iを常用回転数かそれより若干低い回転数にすることが多い。この場合は前記ステップホール３７、ニードル３５、固定スプリング３６、アイドルホール３４は不要になる。
【００２８】
図３において、本発明のミキサＭがエンジンシステムの一部として機能するための構成を説明する。エンジン８１が吸入する空気はエアクリーナ７１のフィルタ７２で濾過されてミキサＭに吸入される。だが、フィルタ７２の通気抵抗を避けられないため、大気圧より若干だが低くなる。そこで感圧ダイオードなどで出来た絶対圧センサ９３で圧力を検出して信号をエンジンコントロールユニット(ＥＣＵ)７４（（以下「ＥＣＵ」という。）に送る。
【００２９】
ミキサＭにはエアクリーナ７１からの空気と低圧調整弁５からの燃料が流入し、ここで、混合されて吸気マニホールド８２を通ってエンジン８１に吸入される。排気は排気マニホールド８３から三元触媒８４を通ってマフラ(図示せず)に入り消音して大気に放出される。
【００３０】
ボンベ７６で気化している燃料(LPG)がミキサＭに流入するまでの過程を説明する。ボンベ７６の交換時に閉じる手動バルブ７７が開けられると、前記ボンベ７６内の燃料は一次減圧弁７８で減圧されて電磁式の遮断弁６を通って電磁式の低圧調整弁５に流入する。ここでLPGの場合、常温でボンベ７６内では大部分が液状で内圧は１０気圧程度である。これを一次減圧弁７８で数気圧(３．５気圧以下)に減圧する。この圧力の燃料(LPG)を電磁式の低圧調整弁５でフィルタ７２の下流を同じ圧力に調圧してミキサＭに供給する。
【００３１】
エンジン８１は発電用なので負荷の大小にかかわらず定常回転数(例えば、2400rpm)に維持される。その回転数を一定に保つための制御は図１（Ａ）及び図２（Ｂ）のスロットルバルブ３２の開度を制御することにより行う。電磁式のピックアップのクランク角センサ９１の信号により、ＥＣＵ７４からの電気出力でスロットルシャフト３３に取り付けられたステップモータ式のアクチュエータ９４でスロットルバルブ３２の開度を調整する。
【００３２】
電気負荷が増大するとエンジンへの要求トルクが増大するので、その抵抗によってエンジン回転数が低下する。常時クランク角センサ９１で回転数の電気信号を検知してＥＣＵ７４に送っている。該ＥＣＵ７４で回転数が所定の回転数より低下したと判断すると、アクチュエータ９４にスロットル３２を開けるようにと信号を出す。この前記ＥＣＵ７４の信号と該ＥＣＵ７４にてエンジン回転数も常時検出している。
【００３３】
エンジン回転数を一定に維持するのに必要な混合気は本発明のミキサＭから吸気マニホールド８２を介してエンジン８１のシリンダに吸入される。ここで前記ＥＣＵ７４に繋がる破線は各センサからの信号で該ＥＣＵ７４から出る実線の信号はアクチュエータを作動させる出力信号である。
【００３４】
次に電磁式の遮断弁６と低圧調整弁５について図７で説明する。エンジン始動に際し、前記ＥＣＵ７４からの出力で双方の電磁弁のコイル５２および６２が通電する。磁力線は磁性体のコア５１および６１の磁極から磁性体の可動鉄心(アーマチュア)５３および６３をまわる磁場を形成する。
【００３５】
これにより結果的に磁極５１，６１が可動鉄心５３及び６３を引きつける。これによって可動鉄心５３及び６３はスプリング５４および６４の力に打ち勝って、それまでゴムのような弾性体のシール部材５５および６５で塞いでいた燃料通路を開く。安全のために設けけられている遮断弁６は燃料通路の単純なオンオフ弁であり、エンジン８１が稼働している間は常時コイル５２および６２には通電されたままである。
【００３６】
また、前記低圧調整弁５内に設けられた燃料室５６の中には前記エアクリーナ７１内に取り付けられていた絶対圧センサ９３と同じ特性の絶対圧センサ９４が取り付けられている。前記ＥＣＵ７４でこの２つのセンサからの信号を比較して、もしも前記絶対圧センサ９４の中の圧力が高ければコイル５２への通電をオフにする。
【００３７】
前記燃料室５６内の燃料がミキサで消費されると、該燃料室５６の内圧が低下するので前記コイル５２に通電してシール部材５５を開いて燃料を前記燃料室５６内に流入させる。このようにしてミキサに供給する燃料の圧力をエアクリーナ７１のエアフィルタ７２の下流の圧力と同じに保っことができる。
【００３８】
ここで燃料通路が遮断される時間は燃料室５６の容積が大きくなると長くなり、燃料絞り５７の内径が大きくなると開いている時間が短くなる。すなわち燃料室５６の容積と燃料絞り５７の内径でオンオフする時間を調整することができる。図中４５、４６、４７は燃料配管である。
【００３９】
図１の構造のミキサで目標の空燃比（吸入した空気の質量／供給した燃料の質量）を得ることができる原理を説明する。
空気の密度    ρＡ（ｋｇ／ｍ３）
燃料の密度    ρＦ（ｋｇ／ｍ３）
ベンチュリ部の空気速度    ＶＡ（ｍ／ｓ）
オリフィス部の燃料速度    ｖＦ（ｍ／ｓ）
ベンチュリ径    Ｄ（ｍ）
オリフィス径    ｄ（ｍ）
単位時間あたりに流れる空気の質量    ｍＡ（ｋｇ／ｓ）
単位時間あたりに流れる燃料の質量    ｍＦ（ｋｇ／ｓ）
空燃比    Ａ／Ｆ＝ｍＡ／ｍＦ
とするとベンチュリ部を流れる空気の単位時間あたりの質量は、
【００４０】
ｍＡ＝（ベンチュリ部の面積）×（ベンチュリ部の空気速度）×（空気の密度）
＝π／４・Ｄ２  ・ＶＡ  ・ρＡ  （ｋｇ／ｓ）
同様にオリフィスを流れる燃料の単位時間あたりの質量は、
ｍＦ＝π／４・ｄ２・ＶＦ・ρＦ  （ｋｇ／ｓ）
従って、空燃比は
Ａ／Ｆ＝（π／４・Ｄ２・ＶＡ  ・ρＡ）／（π／４・ｄ２・ＶＦ・ρＦ）
＝（Ｄ２  ・ＶＡ  ・ρＡ）／（ｄ２  ・ＶＦ  ・ρＦ）  ・・・・（１）
【００４１】
一方、ベンチュリ部で発生する負圧Ｐ（Ｐａ）はベルヌーイの定理により、
Ｐ＝１／２・ρＡ  ・ＶＡ２（Ｐａ）
となる。この負圧がベンチュリ周りの空間８を満たし、オリフィス４の出口負圧となる。すなわち、先にも述べたように４の入口の圧力はエアクリーナ７１のエアフィルタ７２の後流のミキサに流入する空気の圧力と同じになるように調節されているので、オリフィスの前後差圧はベンチュリ負圧と同じ
Ｐ（＝１／２・ρＡ・ＶＡ２）（Ｐａ）である。
（Ｐ＝）１／２・ρＡ  ・ｖＡ２＝１／２・ｐＦ・ｖＦ２
【００４２】
これより、
2020143602.tif 000003
（２）を（１）のＶＦに代入して整理すると、
2020143602.tif 000004
となる。
【００４３】
このように空燃比は空気と気体燃料の密度が決まれば、ベンチュリ径とオリフィス径の選択組み合わせで任意の空燃比を得ることができる。
すなわち、圧力が一定ならρＡとρＦは物性値なので一定、即ち、定数となる。従って
2020143602.tif 000005
は一定となり、空然比は一義的にベンチュリ最狭部の径の二乗とオリフィス径の二乗の比で決まる。
【００４４】
ちなみに、この空燃比をＬＰＧの理論空燃比である１５．６に保つミキサを設計するときのオリフィス径を求める。
ベンチュリ径Ｄ＝３０mmとした場合、  ＬＰＧの密度はρ。＝１．９６（ｋｇ／ｍ３）、空気の密度をρＡ＝１．２５ｋｇ／ｍ３とすると、
2020143602.tif 000006
これよりオリフィス径ｄは６．７９mmとなる。
【００４５】
本発明のミキサＭを８６０ｃｃの２気筒のＬＰＧエンジンに装着したときの空燃比の制御特性を図８に示す。回転数は２４００ｒｐｍ、実験時におけるアイドリング回転数は９００ｒｐｍである。
【００４６】
前記円環状スリットＳの間隔Ｈは、前記アッパーボティ１の端部を少し短く形成して形成する〔図１(Ａ)参照〕。また、該アッパーボティ１の端部は切除せずに、前記メインボディ２の端部を切断して前記間隔Ｈを形成することもある。さらには、両方を少しづつ切除して形成することもある。
【００４７】
また、図８の横軸はスロットル開度、縦軸は空気過剰率である。該空気過剰率とはその時の空燃比を理論空燃比で除した値で、１が理論空燃比、１より大きいと空気が多く混合気が薄いことを意味する。逆に１より小さければ空気が不足している状態、すなわち濃いことを意味する。
【００４８】
前述のようにして理論空燃比になるように計算したオリフィスを装着したミキサは、ベッチュリ負圧が十分に発生するスロットル開度が３０°以上の中負荷から全負荷まで、目標の理論空燃比を維持しているのが分かる。
【００４９】
だが、一方アイドルアジャストとステップホール３７がないと、ベンチュリ負圧が小さく燃料を吸い出せない領域で空気過剰率は大きくなる。すなわち理論空燃比より薄くなってしまう。該アイドルアジャストとステップホールがあると破線のようにスロットル開度が小さいところでも目標の空燃比近くを維持している。
【００５０】
ここで、図１のベンチュリの内径Ｄと円環状スリットＳと図２（Ａ）のオリフィス４３の関係について説明する。円環状スリットＳのガス燃料が通過する面積はπＤ×Ｈ（m2）である。この公式上のＨは、前記円環状スリットＳの間隔である。これがオリフィス４３の通路面積以上でないと、円環状スリットＳの面積が律則となってオリフィス４３が絞り効果を発揮できない。
【００５１】
これを式にすると、
π×Ｄ×Ｈ≧π／４・ｄ２
すなわち  Ｈ≧ｄ２／４Ｄ    となる。
また逆に大き過ぎると燃料が円環状スリットＳの全周からではなく一部から流れ出るようになり、空気との混合が悪くなる。そこで前記円環状スリットＳの範囲（間隔Ｈ）としては、
１．５ｘｄ２／４・Ｄ≧Ｈ≧ｄ２／４・Ｄ
とするのがよい。
【００５２】
エンジンの排気量が小さいエンジン（３００ｃｃ以下）の場合は、アイドリング回転数を若干高くすると、アイドルアジャストとステップホールがなくても低負荷でも空気過剰率１近くを維持することができる。
【００５３】
高地や気温の変化、エアフィルタの目詰まりや部品の精度の影響などで空然比が微妙に変化するのを吸収して、常に精度高く理論空然比に維持するためには、排気マニホールドに装着したＯ２センサ９２で空然比を検出して、フィードバック制御を行う。
【００５４】
薄ければ絶対圧センサ９３で検出したミキサ入り口の空気の絶対圧より、アクチュエータ９４で検出した燃料室５６内の絶対圧が高くなるようにコイル５２への通電時間を長くする。また、逆にこければ燃料室５６内の絶対圧が低くなるようにコイル５２への通電時間を減らす。これによってさらに理論空然比の維持精度が向上する。
【００５５】
燃料のＬＰＧを空気と均質に混合するために、ベンチュリＶの最狭部径Ｄの全周に円環状スリットＳを創成する簡便な構造について説明する。図１では、アッパボディ１の縮流部１２の周縁を僅かな量凹ませて円環状スリットＳを形成する構造を説明した。該円環状スリットＳはベンチュリＶの最狭部径Ｄ、オリフィス４３の燃料オリフィス径ｄとが関数関係にある。
【００５６】
燃料を濃くするために燃料オリフィス径ｄを大きくしたら、前記円環状スリットＳも広げる必要がある。つまり、この隙間Ｈを広げることである。また、出力を上げるために前記ベンチュリＶを大きくする場合も同様である。さらに、前記アッパボディ１の中心部を周囲より精度よくへこませるのには加工コストがかかる。また、深く削り過ぎた場合は周囲を削ることで、つじつまを合わせることになると加工に時間を要することになる。
【００５７】
本発明の第２実施形態について、図４及び図５に基づいて説明する。ます、アッパボディ１とメインボディ２ともベンチュリＶ箇所の周囲と同じ高さに一気に平面加工をして、図４及び図５に示すようなガスケット状で厚さｔのスペーサ１９をこの間に鋏み込んで、前記円環状スリットＳの間隔Ｈを創成する。
このとき、間隔Ｈ＝厚さｔ  とする。
【００５８】
さらに、前記スペーサ１９の厚みｔにおいて、該厚みｔの異なる適宜の厚さｔ１、ｔ２、ｔ３等を揃えておき、細かな調整に対応可能にすることも多い〔図５（Ｃ）参照〕。また、前記スペーサ１９はステンレスやアルミの薄板などで作ることもある。前記ペーサ１９において、内径部１９ａは前記円環状空間Ｎの外形と同一径に形成されている。
【００５９】
もしも、ガスの漏れが心配ならば、前記スペーサ１９と前記アッパボディ１及びメインボディ２との間に液体パッキングを薄く塗布してもよい。また、前記アッパボディ１の下面と前記メインボディ２の上面にグランド溝を掘ってＯリングを入れてもよい。
【００６０】
本発明の第３実施形態について、図６に基づいて説明する。特に、前記円環状スリットＳの間隔Ｈを連続的に調整する方法である。図６において、前記アッパボディ１が１Ａと１Ｂとの２部品で構成されている。具体的には、アッパボディ１の下部本体部１３で、前記導入管部１１及び縮流部１２を含む内周側アッパ部１Ａと外周側アッパ部１Ｂとがネジ１７よる螺旋結合されている。
【００６１】
該ネジ１７は、前記内周側アッパ部１Ａには雄ネジ１７ａが、前記外周側アッパ部１Ｂには雌ネジ１７ｂがそれぞれ螺設されている。それぞれの雄ネジ１７ａ及び雌ネジ１７ｂは、ピッチは小さく、1回転で1mmが望ましい。１回転で１mmとすると、前記記内周側アッパ部１Ａを10。回すごとに0.028mmずつ変化する。勿論この中間の値にもすることができる。
【００６２】
前記雄ネジ１７ａを備えた前記内周側アッパ部１Ａを回して、前記円環状スリットＳが所定の間隔Ｈの寸法になったところで、止めネジ１８を締め込んで周り止めをする。該止めネジ１８は先端が尖っており、より固い材質、例えば鉄として先端を焼き入れする。このとき、前記内周側アッパ部１Ａをアルミとすることが好ましい。
【００６３】
また、高地に設置した場合や極端な低気圧時にはオリフィス径ｄが一定のままだと、空燃比が濃くなってしまう。ガス燃料の元圧は一定に制御されているので、ガス燃料の密度は一定である。一方、吸入する空気の密度は絶対圧に比例するので、気圧が下がると大気の絶対圧は低くなり、空気密度は小さくなる。
【００６４】
そのために同じ体積の空気を吸入しても、空気の質量は小さくなっている。そのために吸入した空気の質量と燃料の質量の比は小さくなる。すなわち、空燃比は濃くなる。この点を改良した構成を図９に示した。
【００６５】
同図９(Ａ)において、燃料ジェット４のオリフィス部４３の中にニードル３５の先端が入っていて、前記燃料ジェット４の有効通路面積をその出し入れで調節できるようになっている。図９(Ｂ)に示すように、前記ブラインドプラグ２７（図１参照）に対して、中心にネジ２７ａを切って前記ニードル３５を挿入する構成するのが好適である。
【００６６】
適正な位置になったときにロックナット２９で固定する。例えば、高度200mごとに1回転ねじこむように、ネジのピッチと前記ニードル３５のテーパを選定する。或いは手動で該ニードル３５を回す代わりに、ステップモータを用いることもある。さらに排気系に装着したＯ２センサ９２の信号で理論空燃比になるように、該ステッモータを作動させてもよい。
【００６７】
ベンチュリの最狭部径の二乗とオリフィス径の二乗の比を一定に保ち、目標の空然比になるように燃料を供給するとともに、空気と燃料が均質に混合するように前記円環状スリットの面積をオリフィス径の面積と同じか、この１．５倍以内とすることもある。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、発電用ガスエンジンに利用について説明したが、本ミキサは柵造が簡単で、ガスヱンジンが吸入する混合気の空燃比を理論空燃比（プロパンの場合は１５．６）に制御することができる。複雑な制御を行なわなくても、該ミキサと排気系に配設した三元触媒により、排気中の有害成分ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）を同時に大幅に低減することが可能になるので、自動車用のガスエンジンにも利用することができるものである。
【符号の説明】
【００６９】
Ｖ…ベンチュリ、Ｎ…円環状空間、Ｓ…円環状スリット、１…アッパボディ、
１２…縮流部、１３…下部本体部、１７…ネジ、１９…スペーサ、２…メインボディ、
２２…拡散部、２８…燃料入口、３２…スロットル、３…スロットルボディ、
４…燃料ジェット。
【図１】
2020143602.tif 000007
【図２】
2020143602.tif 000008
【図３】
2020143602.tif 000009
【図４】
2020143602.tif 000010
【図５】
2020143602.tif 000011
【図６】
2020143602.tif 000012
【図７】
2020143602.tif 000013
【図８】
2020143602.tif 000014
【図９】
2020143602.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】令和1年5月28日(2019.5.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部空気が導入する円筒部の下側にベンチュリの縮流部を形成し該縮流部の外側には、逆Ｕ字状の円還状の上部空間が設けられたアッパボディと、前記縮流部に連続するベンチュリの拡散部の外側にはＵ字状の円還状の下部空間が設けられ該下部空間と前記上部空間とからなる断面Ｏ型状の円環状空間が形成され、該円環状空間には外周側からガスの燃料入口及び燃料ジェットを備えたメインボディと、該メインボディに連続してスロットルを設けたスロットルボディを備え、前記縮流部及び前記拡散部の端部周縁との間であって、前記ベンチュリの最狭部箇所に隙間としての円環状スリットが形成されると共に、前記燃料ジェットの出口側は前記メインボディの前記下部空間下側に連通して構成されてなることを特徴とする発電用ガスエンジンのミキサ構造。
【請求項２】
請求項１における発電用ガスエンジンのミキサ構造において、前記隙間としての円環状スリットの隙間が一定間隔としてなることを特徴とする発電用ガスエンジンのミキサ構造。
【請求項３】
請求項１における発電用ガスエンジンのミキサ構造において、前記隙間としての円環状スリットの隙間が可変間隔としてなることを特徴とする発電用ガスエンジンのミキサ構造。
【請求項４】
請求項１又は３における発電用ガスエンジンのミキサ構造において、前記隙間としての円環状スリットの隙間に対して、厚みが適宜異なるスペーサが介在されてなり、該スペーサの内径部は前記円環状空間の外形と同一径に形成され且つその外形部は前記アッパーボディの下端部の外形断面形状と同等に形成されてなることを特徴とする発電用ガスエンジンのミキサ構造。
【請求項５】
請求項１，２，３又は４に記載の発電用ガスエンジンのミキサ構造において、前記ベンチュリの最狭部径の二乗と前記燃料ジェットのオリフィス径の二乗の比を一定に保つようにしてなることを特徴とする発電用ガスエンジンのミキサ構造。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
そこで、発明者は上記課題を解決すべく鋭意，研究を重ねた結果、請求項１の発明を、外部空気が導入する円筒部の下側にベンチュリの縮流部を形成し該縮流部の外側には、逆Ｕ字状の円還状の上部空間が設けられたアッパボディと、前記縮流部に連続するベンチュリの拡散部の外側にはＵ字状の円還状の下部空間が設けられ該下部空間と前記上部空間とからなる断面Ｏ型状の円環状空間が形成され、該円環状空間には外周側からガスの燃料入口及び燃料ジェットを備えたメインボディと、該メインボディに連続してスロットルを設けたスロットルボディを備え、前記縮流部及び前記拡散部の端部周縁との間であって、前記ベンチュリの最狭部箇所に隙間としての円環状スリットが形成されると共に、前記燃料ジェットの出口側は前記メインボディの前記下部空間下側に連通して構成されてなることを特徴とする発電用ガスエンジンのミキサ構造としたことにより、前記課題を解決した。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
請求項４の発明を、請求項１又は３における発電用ガスエンジンのミキサ構造において、前記隙間としての円環状スリットの隙間に対して、厚みが適宜異なるスペーサが介在されてなり、該スペーサの内径部は前記円環状空間の外形と同一径に形成され且つその外形部は前記アッパーボディの下端部の外形断面形状と同等に形成されてなることを特徴とする発電用ガスエンジンのミキサ構造としたことにより、前記課題を解決した。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
請求項５の発明を、請求項１，２，３又は４に記載の発電用ガスエンジンのミキサ構造において、前記ベンチュリの最狭部径の二乗と前記燃料ジェットのオリフィス径の二乗の比を一定に保つようにしてなることを特徴とする発電用ガスエンジンのミキサ構造としたことにより、前記課題を解決したものである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
【図１】（Ａ）は本発明のガスエンジン用の第１実施形態のミキサの縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）の平面図である。
【図２】（Ａ）は本発明の燃料流量調節用の燃料ジェットの拡大断面図、（Ｂ）はスロットル箇所の状態図である。
【図３】本発明を装着したガスエンジンシステムの概要図である。
【図４】本発明の第２実施形態のミキサの分離した縦断面図である。
【図５】（Ａ）は第２実施形態のミキサ用のスペーサの平面図、（Ｂ）は（Ａ）の断面図、（Ｃ）は種々の厚みのスペーサの断面図の一部である。
【図６】（Ａ）は別の実施形態のミキサの縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）の拡大断面図、（Ｃ）は（Ａ）の平面図である。
【図７】（Ａ）は低圧調整弁の拡大断面図、（Ｂ）は遮断弁の拡大断面図である。
【図８】ミキサによる空燃比制御特性を示すデータ表である。
【図９】（Ａ）は高地などで空燃比が濃くなるのを補正するために、燃料オリフィスの実質的な径を調節する構造、（Ｂ）は（Ａ）の調節機購を取り付けるためのブラインドプラグの改良例である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
さらに、前記スペーサ１９の厚みｔにおいて、該厚みｔの異なる適宜の厚さｔ１、ｔ２、ｔ３等を揃えておき、細かな調整に対応可能にすることも多い〔図５（Ｃ）参照〕。また、前記スペーサ１９はステンレスやアルミの薄板などで作ることもある。前記スペーサ１９において、内径部１９ａは前記円環状空間Ｎの外形と同一径に形成されている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
別の実施形態について、図６に基づいて説明する。特に、前記円環状スリットＳの間隔Ｈを連続的に調整する方法である。図６において、前記アッパボディ１が１Ａと１Ｂとの２部品で構成されている。具体的には、アッパボディ１の下部本体部１３で、前記導入管部１１及び縮流部１２を含む内周側アッパ部１Ａと外周側アッパ部１Ｂとがネジ１７よる螺旋結合されている。
【手続補正書】
【提出日】令和1年8月13日(2019.8.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部空気が導入する円筒部の下側にベンチュリの縮流部を形成し該縮流部の外側には、逆Ｕ字状の円環状の上部空間が設けられたアッパボディと、前記縮流部に連続するベンチュリの拡散部の外側にはＵ字状の円環状の下部空間が設けられ該下部空間と前記上部空間とからなる断面Ｏ型状の円環状空間が形成され、該円環状空間には外周側からガスの燃料入口及び燃料ジェットを備えたメインボディと、該メインボディに連続してスロットルを設けたスロットルボディを備え、前記縮流部及び前記拡散部の端部周縁との間であって、前記ベンチュリの最狭部箇所に隙間としての円環状スリットが形成されると共に、前記燃料ジェットの出口側は前記メインボディの前記下部空間下側に連通して構成されてなることを特徴とする発電用ガスエンジンのミキサ構造。
【請求項２】
請求項１における発電用ガスエンジンのミキサ構造において、前記隙間としての円環状スリットの隙間が一定間隔としてなることを特徴とする発電用ガスエンジンのミキサ構造。
【請求項３】
請求項１における発電用ガスエンジンのミキサ構造において、前記隙間としての円環状スリットの隙間が可変間隔としてなることを特徴とする発電用ガスエンジンのミキサ構造。
【請求項４】
請求項１又は３における発電用ガスエンジンのミキサ構造において、前記隙間としての円環状スリットの隙間に対して、厚みが適宜異なるスペーサが介在されてなり、該スペーサの内径部は前記円環状空間の外形と同一径に形成され且つその外形部は前記アッパボディの平面的に見た外周部形状と同等に形成されてなることを特徴とする発電用ガスエンジンのミキサ構造。
【請求項５】
請求項１，２，３又は４に記載の発電用ガスエンジンのミキサ構造において、前記ベンチュリの最狭部径の二乗と前記燃料ジェットのオリフィス径の二乗の比を一定に保つようにしてなることを特徴とする発電用ガスエンジンのミキサ構造。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
そこで、発明者は上記課題を解決すべく鋭意，研究を重ねた結果、請求項１の発明を、外部空気が導入する円筒部の下側にベンチュリの縮流部を形成し該縮流部の外側には、逆Ｕ字状の円環状の上部空間が設けられたアッパボディと、前記縮流部に連続するベンチュリの拡散部の外側にはＵ字状の円環状の下部空間が設けられ該下部空間と前記上部空間とからなる断面Ｏ型状の円環状空間が形成され、該円環状空間には外周側からガスの燃料入口及び燃料ジェットを備えたメインボディと、該メインボディに連続してスロットルを設けたスロットルボディを備え、前記縮流部及び前記拡散部の端部周縁との間であって、前記ベンチュリの最狭部箇所に隙間としての円環状スリットが形成されると共に、前記燃料ジェットの出口側は前記メインボディの前記下部空間下側に連通して構成されてなることを特徴とする発電用ガスエンジンのミキサ構造としたことにより、前記課題を解決した。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
請求項４の発明を、請求項１又は３における発電用ガスエンジンのミキサ構造において、前記隙間としての円環状スリットの隙間に対して、厚みが適宜異なるスペーサが介在されてなり、該スペーサの内径部は前記円環状空間の外形と同一径に形成され且つその外形部は前記アッパボディの平面的に見た外周部形状と同等に形成されてなることを特徴とする発電用ガスエンジンのミキサ構造としたことにより、前記課題を解決した。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
以下は第１実施形態のミキサについて説明すると、前記アッパボディ１は、導入管部１１の下端の内方にはベンチュリＶの縮流部１２が形成されている。該縮流部１２の最下端周縁がベンチュリＶの最狭部径Ｄとして構成されている。前記縮流部１２の外側には、逆Ｕ字状の円環状の上部空間１４が設けられている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
また、前記メインボディ２の拡散部２２の外側には、Ｕ字状の円環状の下部空間２４が設けられている。つまり、アッパボディ１の上部空間１４とメインボディ２の下部空間２４とで断面Ｏ型状の円環状空間Ｎが形成されている。さらに、前記メインボディ２には、燃料の流量制御の燃料ジェット４が取り付けられている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
また、前記ボス部２５の内径部２６の先端側の内径ネジ部２６ｂにブラインドプラグ２７にて閉塞されている。前記ボス部２５における前記ブラインドプラグ２７と前記燃料ジェット４との間の前記内径部２６には、図示しない箇所からガスが流入する燃料入りロ２８が開口されている。前記小孔径ｄとベンチュリＶの最小径Ｄとの関係も後述する。前記燃料ジェット４の外部端面に溝４４が形成され、マイナスドライバ挿入用で回転調整可能に構成されている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
前記円環状スリットＳの間隔Ｈは、前記アッパボティ１の端部を少し短く形成して形成する〔図１(Ａ)参照〕。また、該アッパボティ１の端部は切除せずに、前記メインボディ２の端部を切断して前記間隔Ｈを形成することもある。さらには、両方を少しづつ切除して形成することもある。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
適正な位置になったときにロックナット２９で固定する。例えば、高度200mごとに1回転ねじこむように、ネジのピッチと前記ニードル３５のテーパを選定する。或いは手動で該ニードル３５を回す代わりに、ステップモータを用いることもある。さらに排気系に装着したＯ２センサ９２の信号で理論空燃比になるように、該ステップモータを作動させてもよい。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
本発明は、発電用ガスエンジンに利用について説明したが、本ミキサは柵造が簡単で、ガスエンジンが吸入する混合気の空燃比を理論空燃比（プロパンの場合は１５．６）に制御することができる。複雑な制御を行なわなくても、該ミキサと排気系に配設した三元触媒により、排気中の有害成分ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）を同時に大幅に低減することが可能になるので、自動車用のガスエンジンにも利用することができるものである。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2020143602.tif 000016