(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスエンジンのシリンダヘッドに装着される吸気弁棒に外径が弁棒外径よりも大きく弁棒と同芯で弁棒と平行な部分を有する突出部を設けるとともに、前記シリンダヘッドには該突出部が摺動可能に嵌合されるスリーブを前記シリンダヘッド内の吸気通路に突出するように設け、前記スリーブの前記吸気通路と反対側は前記シリンダヘッド内に設けられた燃料ガス供給路に連通し、前記スリーブにはスリーブ円筒壁を貫通してスリーブ内側空間と前記シリンダヘッド内の吸気通路を連通する燃料ガス噴射孔が設けられ、前記吸気弁の前記シリンダヘッドの吸気口を開閉するための弁棒方向の往復動により前記スリーブの燃料噴射孔が前記吸気弁の突出部によって開閉されて前記燃料ガス供給路と前記吸気通路が連通、遮断され、連通時に前記燃料ガス噴射孔から前記吸気通路に噴出された燃料ガスが前記吸気口を通ってシリンダに供給されることを特徴とするガスエンジンのガス燃料供給方法。
【請求項２】
前記吸気弁の突出部と前記スリーブの燃料ガス噴射孔の位置について、前記スリーブの燃料ガス噴射孔から前記吸気通路を介してシリンダ内に供給された燃料ガスが排気弁と吸気弁が共に開いているバルブオーバラップ期間に排気口を通って排気通路に吹き抜けることがないように前記燃料ガス噴射孔の開閉タイミングと吸排気タイミングとが関連づけられ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ガス燃料供給方法。
【請求項３】
前記スリーブの燃料ガス噴射孔が開口している期間が吸気弁のみが開いている期間内であることを特徴とする請求項１記載のガスエンジンのガス燃料供給方法。
【請求項４】
ガスエンジンのシリンダヘッドに装着される吸気弁棒に外径が弁棒外径よりも大きく弁棒と同芯で弁棒と平行な部分を有する突出部を設けるとともに、前記シリンダヘッドには該突出部が摺動可能に嵌合されるスリーブを前記シリンダヘッド内の吸気通路に突出するように設け、前記スリーブの前記吸気通路と反対側は前記シリンダヘッド内に設けられた燃料ガス供給路に連通し、前記スリーブにはスリーブ円筒壁を貫通してスリーブ内側空間と前記シリンダヘッド内の吸気通路を連通する燃料ガス噴射孔が設けられ、前記燃料ガス噴射孔が前記吸気弁の突起部によって開閉される時期が、前記吸気弁の開口期間内であって前記噴射孔から噴出してシリンダに流入する燃料ガスがシリンダを素通りして排気通路側へ吹き抜けることがないような時期となるように前記吸気弁の突起部及び前記スリーブの燃料ガス噴射孔の位置が設定されていることを特徴とするガスエンジンのガス燃料供給装置。
【請求項５】
前記スリーブのシリンダ内吸気通路に連通するガス燃料噴射孔が複数個設けられていることを特徴とする請求項４記載のガスエンジンのガス燃料供給装置。
【請求項６】
前記ガス燃料噴射孔がシリンダヘッドの吸気口に向う方向に傾斜して設けられていることを特徴とする請求項５記載のガスエンジンのガス燃料供給装置。
【請求項７】
前記シリンダヘッドの燃料ガス供給路にガス流量を調整するガス流量調整弁を設けるとともに燃焼室に面して燃焼室圧力センサーを設け、該圧力センサーの信号によりノッキングや失火を検知して燃料ガス供給コントローラを介して前記ガス流量調整弁を作動させることにより前記燃焼ガス供給路への燃料ガス供給量を調節してノッキングや失火の発生を回避することを特徴とする請求項４記載のガスエンジンのガス燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスエンジンの燃料ガス供給方法および装置に関し、特にシリンダ内に供給される燃料ガスがバルブオーバラップ時にシリンダ内を素通りする燃料ガス吹き抜けを防止する燃料ガス供給方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリンダヘッドに吸気弁と排気弁を備えた４サイクル内燃機関では、吸気弁、排気弁の開閉は吸気の充填効率を向上するために両弁が同時に開いている期間、即ちバルブオーバラップ期間を有するようにタイミングされる。シリンダ内に吸入される新気あるいは燃料を含む新気は慣性を有するので、シリンダ内にトラップされる量を最大にするためには、前記オ−バラップ期間を設け、該オーバラップ期間中に若干の新気あるいは燃料を含む新気がシリンダを素通りして排気管側に吹き抜けることは許容せざるを得ないのが通常である。
【０００３】
吸排気弁が閉じた状態でシリンダ内に燃料が噴射されるでディーゼル機関や直噴ガソリン機関ではシリンダを素通りするのは空気のみであるが、吸気管に燃料ガスが噴射されるガスエンジンでは燃料ガスが空気とともに吹き抜け、燃料消費率がその分増大する。
【０００４】
また、ガス燃料を吸気通路に供給する従来のガス機関では、例えば特開平９−２６８９２３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るので、該噴射ノズルが給気の流れに対して抵抗となり吸入に要するポンピング仕事が増大し（過給機関の場合は加圧された給気が吸入行程で行う仕事が減少する）、燃料消費率の増大がもたらされる。さらに、前記噴射ノズルが吸気孔に比較的近い位置に設けられる場合は、シリンダに流入する前の空気流が乱され、充填効率の低下がもたらされることがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記燃料ガスがシリンダを素通りして排気側に吹き抜けるのを防止し、さらには吸気抵抗を減らして、燃料消費率の向上を図ることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のガス燃料供給方法は、ガスエンジンのシリンダヘッドに装着される吸気弁棒に外径が弁棒外径よりも大きく弁棒と同芯で弁棒と平行な部分を有する突出部を設けるとともに、前記シリンダヘッドには該突出部が摺動可能に嵌合されるスリーブを前記シリンダヘッド内の吸気通路に突出するように設け、前記スリーブの前記吸気通路と反対側は前記シリンダヘッド内に設けられた燃料ガス供給路に連通し、前記スリーブにはスリーブ円筒壁を貫通してスリーブ内側空間と前記シリンダヘッド内の吸気通路を連通する燃料ガス噴射孔が設けられ、前記吸気弁の前記シリンダヘッドの吸気口を開閉するための弁棒方向の往復動により前記スリーブの燃料噴射孔が前記吸気弁の突出部によって開、閉されて前記燃料供給路と前記吸気通路が連通、遮断され、連通時に前記燃料ガス噴射孔から前記吸気通路に噴出された燃料ガスが前記吸気口を通ってシリンダに供給されることを特徴とする。
【０００７】
かかる発明によれば、燃料ガスはシリンダヘッドの吸気通路に突出するように設けられたスリーブの燃料ガス噴射孔からシリンダに流入する直前の空気中に噴出され、前記スリーブは従来の機関におけるバルブガイドの下端部に相当するものであるから、この突出部の空気流に対する抵抗は従来の機関と同等であり、吸気管に噴射ノズルを設ける場合のような新たな抵抗要因となるものではない。
【０００８】
そして、前記吸気弁の突出部と前記スリーブの燃料ガス噴射孔の位置については、前記スリーブの燃料ガス噴射孔から前記吸気通路を介してシリンダ内に供給された燃料ガスが排気弁と吸気弁が共に開いているバルブオーバラップ期間に排気口を通って排気通路に吹き抜けることがないように前記燃料ガス噴射孔の開閉タイミングと吸排気タイミングとを関連づける。
【０００９】
前記スリーブの燃料ガス噴射孔の開閉は、前記吸気弁に設けられた、弁棒よりも大きく弁棒に平行な外径を有する突起部の外径始端部と前記スリーブの燃料ガス噴射孔の開口始端部により規制される。吸排気弁は機関のクランク軸からタイミングギア等で機械的に連結された駆動機構によって決められたタイミングでリフトされる。したがって、前記吸気弁突起部の外径始端部の位置と前記スリーブの燃料ガス噴射孔開口始端部の位置を適宜に設定することにより、前記燃料ガス噴射孔から噴出された燃料ガスが排気通路側に吹き抜けないようにすることができる。
【００１０】
前記燃料ガス噴射孔から噴出された燃料ガスがシリンダ内に流入してから排気通路側に吹き抜けるまでには若干の時間を要するので、排気弁が完全に閉じる以前に前記燃料ガス噴射孔が開かれるようにしても、吹き抜けが起らないようにすることができる。吸排気弁の開閉時期と吹き抜けの関係は機関回転数や負荷によって異なるので、ある回転数範囲や負荷範囲では吹き抜けが若干発生するとしても、その量が極少量にとどまるように前記燃料ガス噴射孔の開閉タイミングと吸排気タイミングを関連づけておくようにする。
【００１１】
前記燃料ガス噴射孔の開口期間が、排気弁閉止後の吸気弁のみが開いている期間内にあるようにしてもよい。そのようにすると、前記燃料ガス噴射孔から噴出されたガス燃料が排気通路側に吹き抜けることは一切なくなる。前記燃料ガス噴射孔の開口期間を吸気弁が開いている期間に完全に収めるか、あるいは前記噴射孔の開口時期を排気弁の開口期間と若干オーバラップさせるかは、前記噴出口から噴出されたガス燃料がシリンダを通って排気通路側へ吹き抜けるまでの期間や所要のガス燃料を供給するのに必要な前記噴射孔の開口時間面積等により決定される。
【００１２】
請求項４記載の発明は、上記した発明方法を実現するためのガスエンジンのガス燃料供給装置であり、ガスエンジンのシリンダヘッドに装着される吸気弁棒に外径が弁棒外径よりも大きく弁棒と同芯で弁棒と平行な部分を有する突出部を設けるとともに、前記シリンダヘッドには該突出部が摺動可能に嵌合されるスリーブを前記シリンダヘッド内の吸気通路に突出するように設け、前記スリーブの前記吸気通路と反対側は前記シリンダヘッド内に設けられた燃料ガス供給路に連通し、前記スリーブにはスリーブ円筒壁を貫通してスリーブ内側空間と前記シリンダヘッド内の吸気通路を連通する燃料ガス噴射孔が設けられ、前記燃料ガス噴射孔が前記吸気弁の突起部によって開閉される時期が、前記吸気弁の開口期間内であって前記噴射孔から噴出してシリンダに流入する燃料ガスがシリンダを素通りして排気通路側へ吹き抜けることがないような時期となるように前記吸気弁の突起部及び前記スリーブの燃料ガス噴射孔の位置が設定されていることを特徴とする。
【００１３】
かかる発明によれば、ガスエンジンに供給されるガス燃料が吸排気弁のオーバラップ期間に排気通路側に吹き抜けることがなく、また、吸気流を横切るような燃料ガス噴射ノズルがないので吸入抵抗が増大することもない。さらに、前記スリーブの燃料ガス噴射孔をシリンダの吸気口に向う方向に傾斜させることにより、噴出されるガス燃料が空気流に逆らうことなくスムースに合流してシリンダ内に流入する。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、前記シリンダヘッドの燃料ガス供給路入口にガス流量を調整するガス流量調整弁を設けるとともに燃焼室圧力センサーを設け、該圧力センサーにより検知された燃焼圧変化状況によってノッキングや失火の発生状況を把握し、燃料ガスコントローラを介して前記ガス流量調整弁を作動させるもので、ノッキングが検知された場合は燃料ガスの供給量を減じてノッキングを回避し、また失火が検知された場合は弁を閉鎖して燃料ガスの供給を遮断し、未燃ガスが排気管内で爆発するのを防ぐものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される寸法、材質、形状、その相対位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過ぎない。
図１は、本発明の実施例に係わるガスエンジンのガス燃料供給装置の要部構成の概略を示す断面図である。
【００１６】
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は吸気弁棒である。該吸気弁棒４には弁棒直径よりも大きく弁棒と同芯の弁棒に平行な円筒面５ａ有する突起部５が設けられ、該突起部５の円筒面５ａはシリンダ内の吸気通路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。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。噴射孔６ａは吸気口９に向う方向に傾斜して設けられている。７はシリンダヘッドに設けられた燃料ガス供給路であり、１０はシリンダである。
【００１７】
図１に示す実施例ではシリンダヘッド１に吸気弁が２個設けられており、図の左半分には吸気弁が閉じている場合が、右半分には吸気弁が全開の場合が示されている。吸気弁３の弁棒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、吸気口９を開閉する。なお、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た図示しないバルブメカニズムによって、所定のタイミングで吸排気口を開閉するように往復駆動される。
【００１８】
図１の左半分に示される吸気弁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は吸気弁の突起部５によって隔離されている。同図の右半分では吸気弁が全開の状態であり、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の内周との間隙８およびスリーブ６の燃料ガス噴射孔６ａを介して連通され、燃料ガスが噴射孔６ａから吸気通路２に吸気口９に向う方向に放射状に噴出される。
【００１９】
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、（B）は吸気弁４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ーラップ期間である。吸気弁開時期Aには、図２（B）において、吸気弁棒４の突起部５の円筒面５ａの始端Xは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は閉止されている。吸気弁が下降して始端Xが噴射孔６ａの始端Bに達すると、図２（A）のBにおいてガス噴射孔が開き始める。吸気弁がさらに下降するにしたがってガス噴射孔開口面積は増大し、吸気弁が上昇に転じると開口面積は減少に転じ、始端Xが再び噴射孔６ａの始端Bに来ると図２（A）におけるＢ′でガス噴射孔は閉じられる。
【００２０】
図２（Ａ）ではガス噴射孔の開口期間はオーバラップ期間と重ならず、排気弁閉止後の吸気口のみが開口している期間内にあるが、若干オーバラップ期間と重なるようにしてもよい。ガス噴射孔６ａが開口して吸気通路２に噴出した燃料ガスがシリンダ内１０を通って排気口に達するまでには若干の時間を要するので、図２（Ａ）におけるガス噴射口の開き始めＢはオーバラップ期間に若干重なっても燃料ガスの吹き抜けが起らないようにすることができる。
【００２１】
燃料ガスの噴射量は、図示しない制御弁により燃料通路７への燃料供給量を制御することにより燃料ガス供給路７の圧力を変えて行われる。したがって、燃料ガス供給量は燃料ガス供給路７と吸気通路２との圧力差およびガス噴射孔の開口面積、詳しくは図２（Ａ）におけるガス噴射孔開口面積Ｇと時間軸の間の面積である開口時間面積によって決る。同じ開口時間面積を得るのに、開口面積は小さく開口期間を大きくする方法と開口期間は短く開口面積を大きくする方法があり、燃料ガスと吸入空気との混合等を勘案して適切に選定される。
【００２２】
図３は、図１に示した実施例にノッキングや失火を防止するための装置を付設した場合の実施例を示し、図１と同じ構成については説明を省略する。図３において、１１は燃料ガス供給路７の入り口に設けられた開度調節可能な電磁弁、１２はシリンダヘッド１に装着された燃焼室圧力センサーである。該センサー１２の信号は燃焼診断装置１４に送られて燃焼状態が診断され、診断結果に基づいて燃料ガス供給コントローラ１３に信号が送られ、該信号に基づいて前記コントローラは前記電磁弁１１の開度を調節する。
【００２３】
前記燃焼診断装置１４には図示しない方法でクランク角度の信号が送られ、前記センサー１２からの圧力信号と合わせて燃焼状態が診断される。ノッキングが診断された場合は前記電磁弁１１の開度を絞って燃料ガス供給路７の圧力を下げることにより燃料ガス噴射量を減じてノッキングを回避し、失火が診断された場合は電磁弁１１を閉鎖して燃料供給を遮断し未燃ガスの排気管内における爆発を未然に防ぐ。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記述されるような効果を奏する。
【００２５】
ガスエンジンにおいて、吸気弁棒に設けられた突起部とスリーブに設けられた噴射孔により燃料ガスをシリンダ内の吸気通路に噴射するスライド式ポート弁を構成して燃料ガスがバルブオーバラップ期間に吹き抜けるのを防止することができ、燃料消費率が向上する。
【００２６】
従来のガスエンジンのように、吸気管部にガス燃料噴射ノズルが空気流を横切るように設けられることがないので、吸気抵抗が減少してポンピング損失が減少する（過給機関の場合は加圧された給気が吸入行程で行う仕事が増大する）結果燃料消費率が向上し、また充填効率が向上される結果最大出力を増大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例に係わるガスエンジンのガス燃料供給装置の要部構成の概略を示す断面図である。
【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を示すグラフであり、（B）は吸気弁の突起部とスリーブの燃料ガス噴射孔の相対位置関係を示す図である。
【図３】  図１に示した実施例にノッキングや失火を防止するための装置を付設した場合の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１      シリンダヘッド
２      吸気通路
３      吸気弁
４      吸気弁棒
５      吸気弁棒突起部
６      スリーブ
６ａ    燃料ガス噴射孔
７      燃料ガス供給路
８      間隙
９      吸気口
１０    シリンダ
１１    電磁弁
１２    圧力センサー
１３    燃料ガス供給コントローラ
１４    燃焼診断装置
【図１】
0003653031.tif 000002
【図２】
0003653031.tif 000003
【図３】
0003653031.tif 000004