(57)【要約】【課題】  ガスエンジン１を安定に稼動させつつ、排気ガス中のＮＯｘの低減及びガスエンジン１の燃費の向上をそれぞれ図る。【解決手段】  シリンダにデトネーション誘導管３３が設けられ、デトネーション誘導管３３は、先端部が塞いであってかつ細長くなるように構成され、デトネーション誘導管３３の基端部が燃焼室１５に連通され、デトネーション誘導管３３の先端部に、デトネーション誘導管３３内に充填した高温高圧の稀薄混合気に点火する点火手段３５が配設され、ガスエンジン１は、点火手段３５によってデトネーション誘導管３３内に充填した高温高圧の稀薄混合気に点火すると、火炎Ｆがデトネーション誘導管３３の先端側から燃焼室１５側へ向かって伝播しつつ、デトネーション波Ｄｗに遷移するように構成されたこと。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと空気を混合した稀薄混合気を燃焼することによって動力を発生させるガスエンジンにおいて、
シリンダと；
前記シリンダ内に設けられ、上死点と下死点の間を昇降可能なピストンと；
前記シリンダの天井部と前記ピストンの上部とによって区画される燃焼室内へ稀薄混合気を吸気する吸気手段と；
前記燃焼室から排気ガスを排気する排気手段と；
前記シリンダに設けられ、先端部が塞いであってかつ細長くなるように構成され、基端部が前記燃焼室に連通されたデトネーション誘導管と；
前記デトネーション誘導管の先端部に配設され、前記デトネーション誘導管内に充填した高温高圧の稀薄混合気に点火する点火手段と；
を具備してあって、
前記点火手段によって前記デトネーション誘導管内に充填した高温高圧の稀薄混合気に点火すると、火炎が前記デトネーション誘導管の先端側から前記燃焼室側へ向かって伝播しつつ、デトネーション波に遷移するように構成されたことを特徴とするガスエンジン。
【請求項２】
前記吸気手段は、
前記シリンダに設けられ、前記燃焼室に連通可能な吸気ポートと、
前記吸気ポートを開閉する吸気バルブとを備え、
前記排気手段は、
前記シリンダに設けられ、前記燃焼室に連通可能な排気ポートと、
前記排気ポートを開閉する排気バルブとを備えたことを特徴とする請求項１に記載のガスエンジン。
【請求項３】
請求項１に記載のガスエンジンを使用するためのガスエンジンの使用方法において、
前記ピストンを上死点から下死点まで下降させることにより、前記吸気手段によって前記燃焼室内に稀薄混合気を吸気する第１工程と；
前記第１工程の後に、前記ピストンを下死点から上昇させることにより、前記燃焼室内の稀薄混合気を圧縮すると共に、前記デトネーション誘導管内に高温高圧の稀薄混合気を充填する第２工程と；
前記第２工程の後であって、前記ピストンを上死点の手前まで上昇させたときに、前記点火手段によって前記デトネーション誘導管内に充填した高温高圧の稀薄混合気に点火することにより、火炎を前記デトネーション誘導管の先端側から前記燃焼室側へ向かって伝播させつつ、デトネーション波に遷移させる第３工程と；
前記第３工程の後であって、前記ピストンを上死点まで上昇させたときに、デトネーション波を前記デトネーション誘導管から前記燃焼室へ噴出させることにより、前記燃焼室内で爆発を引き起こして、爆発圧によって前記ピストンを下死点まで下降させる第４工程と；
前記第４工程の後に、前記爆発圧の反動によって前記ピストンを下死点から上死点まで上昇させることにより、前記排気手段によって排気ガスを前記燃焼室から排気する第５工程と；
前記第５工程の後に、前記第１工程から前記第５工程までを連続して繰り返す第６工程と；
を具備したことを特徴とするガスエンジンの使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、都市ガス等の燃料ガスと空気を混合した稀薄混合気を燃焼することによって動力を発生させるガスエンジン、及び該ガスエンジンを使用するためのガスエンジンの使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のガスエンジンの一例として、特許文献１に示すものがあり、この先行技術に係わるガスエンジンについて簡単に説明すると、次のようになる。
【０００３】
即ち、前記ガスエンジンは、シリンダを具備しており、このシリンダは、筒状のシリンダ本体と、このシリンダ本体の上部に固定されたシリンダヘッドとからなる。また、前記シリンダ内には、ピストンが設けられており、このピストンは、上死点と下死点との間で昇降可能である。ここで、シリンダヘッドの天井部と前記ピストンの上部との間には、燃焼室が区画されるようになっている。
【０００４】
そして、前記シリンダヘッドには、燃料ガスと空気を混合した稀薄混合気を前記燃焼室内に吸気する吸気手段として、前記燃焼室に連通可能な吸気ポートと、この吸気ポートを開閉する吸気バルブがそれぞれ設けられている。また、前記シリンダヘッドには、排気ガスを前記燃焼室から排気する排気手段として、前記燃焼室に連通可能な排気ポートと、この排気ポートを開閉する排気バルブがそれぞれ設けられている。
【０００５】
更に、前記シリンダヘッド（或いは前記ピストン）には、副室が設けられており、この副室は、複数の噴口を介して前記燃焼室に連通されている。また、前記シリンダヘッド（或いは前記シリンダ本体）には、前記副室内に充填された高温高圧の稀薄混合気に点火する点火プラグが設けられている。
【０００６】
従って、前記吸気バルブを開きかつ前記排気バルブを閉じた状態の下で、前記ピストンを上死点から下死点まで下降させることにより、前記吸気ポートによって前記燃焼室に稀薄混合気を吸気する。次に、前記吸気バルブ及び前記排気バルブを閉じた状態の下で、前記ピストンを下死点から上昇させることにより、前記燃焼室内の稀薄混合気を圧縮すると共に、前記副室内に高温高圧の稀薄混合気を充填する。
【０００７】
そして、前記ピストンを上死点の手前まで上昇させたときに、前記副室内に充填された高温高圧の稀薄混合気に前記点火プラグによって点火する。続いて、前記ピストンを上死点まで上昇させたときに、火炎流（火炎）を前記副室から複数の前記噴口を介して前記燃焼室へ噴出させることにより、前記燃焼室内で爆発を引き起こして、前記吸気バルブ及び前記排気バルブを閉じた状態の下で、爆発圧によって前記ピストンを下死点まで下降させる。更に、前記吸気バルブを閉じかつ前記排気バルブを開いた状態の下で、前記爆発圧の反動によって前記ピストンを下死点から上死点まで上昇させることにより、前記排気ポートによって排気ガスを前記燃焼室から排気する。
【０００８】
なお、前記ガスエンジンの稼動中にあっては、前述の一連の工程（動作）を繰り返すことにより、前記ピストンを連続して昇降させて、動力を発生させることができる。
【特許文献１】特開平５−７９３３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、稀薄混合気中に含まれる燃料ガスの割合（以下、稀薄混合気の燃料率という）が低いと、火炎流を前記燃焼室へ噴出させても、前記燃焼室内の稀薄混合気が着火せず、前記ガスエンジンの稼動が不安定になることがある。
【００１０】
一方、前記燃焼室内の稀薄混合気が確実に着火できるように、稀薄混合気の燃料率を高くすると、大気汚染の原因となるＮＯｘが排気ガス中に多く含まれることになると共に、前記ガスエンジンの燃費が低下する。
【００１１】
そこで、本発明は、前記燃焼室内の稀薄混合気を確実に着火するのに必要な稀薄混合気の燃料率を極力低くすることができる、新規な構成のガスエンジン、及び新規な構成のガスエンジンの使用用法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に記載の発明にあっては、燃料ガスと空気を混合した稀薄混合気を燃焼することによって動力を発生させるガスエンジンにおいて、
シリンダと；
前記シリンダ内に設けられ、上死点と下死点の間を昇降可能なピストンと；
前記シリンダの天井部と前記ピストンの上部とによって区画される燃焼室内へ稀薄混合気を吸気する吸気手段と；
前記燃焼室から排気ガスを排気する排気手段と；
前記シリンダに設けられ、先端部が塞いであってかつ細長くなるように構成され、基端部が前記燃焼室に連通されたデトネーション誘導管と；
前記デトネーション誘導管の先端部に配設され、前記デトネーション誘導管内に充填した高温高圧の稀薄混合気に点火する点火手段と；
を具備してあって、
前記点火手段によって前記デトネーション誘導管内に充填した高温高圧の稀薄混合気に点火すると、火炎が前記デトネーション誘導管の先端側から前記燃焼室側へ向かって伝播しつつ、デトネーション波に遷移するように構成されたこと（主要部の構成）を特徴とする。
【００１３】
ここで、「稀薄混合気に点火する」とは、火花を飛ばして稀薄混合気に点火することの他に、着火性の高い軽油等を噴射して稀薄混合気を着火することを含む意である。
【００１４】
請求項１に記載の発明特手事項によると、前記ガスエンジンは前記主要部の構成を有しているため、前記ピストンを上死点の手前まで上昇させたときに、前記点火手段によって前記デトネーション誘導管内に充填した高温高圧の稀薄混合気に点火することにより、前記ピストンを上死点まで上昇させたときに、デトネーション波を前記デトネーション誘導管から前記燃焼室へ噴出させることができる。これによって、前記ピストンを上死点まで上昇させたときに、前記燃焼室内の稀薄混合気に強力な着火力を与えることができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明特定事項にあっては、請求項１に記載の発明特定事項の他に、前記吸気手段は、
前記シリンダに設けられ、前記燃焼室に連通可能な吸気ポートと、
前記吸気ポートを開閉する吸気バルブとを備え、
前記排気手段は、
前記シリンダに設けられ、前記燃焼室に連通可能な排気ポートと、
前記排気ポートを開閉する排気バルブとを備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項２に記載の発明特定事項によると、請求項１に記載の発明特定事項による作用と同様の作用を奏する。
【００１７】
請求項３に記載の発明にあっては、請求項１に記載のガスエンジンを使用するためのガスエンジンの使用方法において、
前記ピストンを上死点から下死点まで下降させることにより、前記吸気手段によって前記燃焼室に稀薄混合気を吸気する第１工程と；
前記第１工程の後に、前記ピストンを下死点から上昇させることにより、前記燃焼室内の稀薄混合気を圧縮すると共に、前記デトネーション誘導管内に高温高圧の稀薄混合気を充填する第２工程と；
前記第２工程の後であって、前記ピストンを上死点の手前まで上昇させたときに、前記点火手段によって前記デトネーション誘導管内に充填した高温高圧の稀薄混合気に点火すると、火炎を前記デトネーション誘導管の先端側から前記燃焼室側へ向かって伝播させつつ、デトネーション波に遷移させる第３工程と；
前記第３工程の後であって、前記ピストンを上死点まで上昇させたときに、デトネーション波を前記デトネーション誘導管から前記燃焼室へ噴出させることにより、前記燃焼室内で爆発を引き起こして、爆発圧によって前記ピストンを下死点まで下降させる第４工程と；
前記第４工程の後に、前記爆発圧の反動によって前記ピストンを下死点から上死点まで上昇させることにより、前記排気手段によって排気ガスを前記燃焼室から排気する第５工程と；
前記第５工程の後に、前記第１工程から前記第５工程までを連続して繰り返す第６工程と；
を具備したことを特徴とする。
【００１８】
ここで、「稀薄混合気に点火する」とは、火花を飛ばして稀薄混合気に点火することの他に、着火性の高い軽油等を噴射して稀薄混合気を着火することを含む意である。
【００１９】
請求項３に記載の発明特手事項によると、前記ピストンを上死点まで上昇させたときに、デトネーション波を前記デトネーション誘導管から前記燃焼室へ噴出させるため、前記燃焼室内の稀薄混合気に強力な着火力を与えることができる。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１から請求項３の内のいずれかの請求項に記載の発明によれば、前記ピストンを上死点まで上昇させたときに、前記燃焼室内の稀薄混合気に強力な着火力を与えることができるため、前記燃焼室内の稀薄混合気を確実に着火するのに必要な稀薄混合気の燃料率を極力低くすることができる。そのため、前記ガスエンジンを安定に稼動させつつ、排気ガス中のＮＯｘの低減及び前記ガスエンジンの燃費の向上をそれぞれ図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の実施形態について図１から図３を参照して説明する。
【００２２】
ここで、図１は、本発明の実施形態に係わるガスエンジンの模式図であって、図２（ａ）（ｂ）及び図３（ａ）（ｂ）は、本発明の実施形態に係わるガスエンジンの動作を示す模式図である。なお、図面中、「Ｕ」は、上方向を指し、「Ｄ」は、下方向を指す。
【００２３】
図１に示すように、本発明の実施形態に係わるガスエンジン１は、都市ガス等の燃料ガスと空気を混合した希薄混合気を燃焼することによって動力を発生させて、クランクシャフト３を回転させるものである。以下、ガスエンジン１の構成、及びガスエンジン１を使用するためのガスエンジンの使用方法について説明する。
【００２４】
本発明の実施形態に係わるガスエンジン１は、シリンダ５を具備しており、このシリンダ５は、筒状のシリンダ本体７と、このシリンダ本体７の上部に固定されたシリンダヘッド９とからなる。また、シリンダ５内には、ピストン１１が設けられており、このピストン１１は、上死点と下死点との間で昇降可能であって、上下方向へ延びたコネクティングロッド１３を介してクランクシャフト３の偏心部３ｅに連結されている。ここで、シリンダヘッド９の天井部とピストン１１の上部との間には、燃焼室１５が区画されるようになっている。
【００２５】
シリンダヘッド９には、燃料ガスと空気を混合した稀薄混合気を燃焼室１５内に吸気する吸気手段として、燃焼室１５に連通可能な吸気ポート１７と、この吸気ポート１７を開閉する吸気バルブ１９がそれぞれ設けられている。また、吸気ポート１７には、ガス燃料の圧力を調節するレギュレータ２１、及びガス燃料と空気を混合するミキサ２３がそれぞれ接続されている。更に、吸気ポート１７におけるミキサ２３よりも燃焼室１５側には、希薄混合気の流量を調節するスロットルバルブ２５が配設されている。
【００２６】
また、シリンダヘッド９には、排気ガスを燃焼室１５から排気する排気手段として、燃焼室１５に連通可能な排気ポート２７と、この排気ポート２７を開閉する排気バルブ２９がそれぞれ設けられている。
【００２７】
そして、シリンダヘッド９の中央部には、支持穴３１が形成されており、この支持穴３１には、デトネーション誘導管３３が設けられている。また、デトネーション誘導管３３は、先端部が塞いであってかつ細長くなるように構成されており、デトネーション誘導管３３の基端部は、燃焼室１５に連通されている。
【００２８】
なお、デトネーション誘導管３３は、上下方向（垂直方向）に細長くなるように構成される代わりに、水平方向等、適宜方向へ細長くなるようにしても差し支えない。また、デトネーション誘導管３３は、直線状に構成される他に、例えば螺旋状に構成されるようにしても差し支えない。
【００２９】
また、デトネーション誘導管３３の先端部には、デトネーション誘導管３３内に充填した高温高圧の希薄混合気に火花を飛ばして点火する点火プラグ３５が配設されている。なお、点火プラグ３５の代わりに、着火性の高い軽油等を噴射して稀薄混合気を着火する燃料噴射ノズルを用いても差し支えない。
【００３０】
ここで、ガスエンジン１は、図２（ｂ）に示すように、点火プラグ３５によってデトネーション誘導管３３内に充填した高温高圧の稀薄混合気に火花を飛ばして点火すると、火炎Ｆがデトネーション誘導管３３の先端側から燃焼室１５側へ向かって伝播しつつ、デトネーション波Ｄｗに遷移するように構成されている（実施形態の主要部の構成）。
【００３１】
次に、本発明の実施形態に係わるエンジンの使用方法について説明する。
【００３２】
図１に示すように、吸気バルブ１９を開きかつ排気バルブ２９を閉じた状態の下で、ピストン１１を上死点から下死点まで下降させることにより、吸気ポート１７によって燃焼室１５内に稀薄混合気を吸気することができる（第１工程）。次に、図２（ａ）に示すように、吸気バルブ１９及び排気バルブ２９を閉じた状態の下で、ピストン１１を下死点から上昇させることにより、燃焼室１５内の稀薄混合気を圧縮すると共に、デトネーション誘導管３３内に高温高圧の稀薄混合気を充填する（第２工程）。
【００３３】
そして、図２（ｂ）に示すように、ピストン１１を上死点の手前まで上昇させたときに、点火プラグ３５によってデトネーション誘導管３３内に充填した高温高圧の稀薄混合気に点火することにより、火炎Ｆをデトネーション誘導管３３の先端側から燃焼室１５側へ向かって伝播させつつ、デトネーション波Ｄｗに遷移させる（第３工程）。続いて、ピストン１１を上死点まで上昇させたときに、デトネーション波Ｄｗをデトネーション誘導管３３から燃焼室１５へ噴出させることにより、燃焼室１５内で爆発を引き起こして、図３（ａ）に示すように、吸気バルブ１９及び排気バルブ２９を閉じた状態の下で、爆発圧によってピストン１１を下死点まで下降させる（第４工程）。更に、図３（ｂ）に示すように、吸気バルブ１９を閉じかつ排気バルブ２９を開いた状態の下で、爆発圧の反動によってピストン１１を下死点から上死点まで上昇させることにより、排気ポート２７によって排気ガスを燃焼室１５から排気する（第５工程）。
【００３４】
前記第５工程の後に、前記第１工程から前記第５工程までを連続して繰り返すことにより、ピストン１１を連続して昇降させて、動力を発生させることができる（第６工程）。
【００３５】
次に、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。
【００３６】
ガスエンジン１は前記実施形態の主要部の構成を有しているため、ピストン１１を上死点の手前まで上昇させたときに、点火プラグ３５によってデトネーション誘導管３３内に充填した高温高圧の稀薄混合気に火花を飛ばして点火することにより、ピストン１１を上死点まで上昇させたときに、デトネーション波Ｄｗをデトネーション誘導管３３から燃焼室１５へ噴出させることができる。これによって、ピストン１１を上死点まで上昇させたときに、燃焼室１５内の稀薄混合気に強力な着火力を与えることができる。
【００３７】
従って、燃焼室１５内の稀薄混合気を確実に着火するのに必要な稀薄混合気の燃料率を極力低くすることができる。そのため、ガスエンジン１を安定に稼動させつつ、排気ガス中のＮＯｘの低減及びガスエンジン１の燃費の向上をそれぞれ図ることができる。
【００３８】
なお、本発明は、前述の発明の実施形態の説明に限るものではなく、適宜の変更を行うことにより、その他種々の態様で実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態に係わるガスエンジンの模式図である。
【図２】図２（ａ）（ｂ）は、本発明の実施形態に係わるガスエンジンの動作を示す模式図である。
【図３】図３（ａ）（ｂ）は、本発明の実施形態に係わるガスエンジンの動作を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４０】
１        ガスエンジン
５        シリンダ
１１        ピストン
１５        燃焼室
１７        吸気ポート
１９        吸気バルブ
２７        排気ポート
２９        排気バルブ
３３        デトネーション誘導管
３５        点火プラグ
Ｆ        火炎
Ｄｗ      デトネーション波
【図１】
2006022743.tif 000003
【図２】
2006022743.tif 000004
【図３】
2006022743.tif 000005