(57)【要約】【課題】  着火性能、熱効率が向上し、ノッキングの起きにくく、かつ小型化を可能とするガスエンジン装置を提供することを目的とする。【解決手段】  シリンダ２へガス燃料と酸化剤を供給し、上記シリンダで圧縮された混合気を着火装置により着火するガスエンジン装置において、着火装置は燃料を点火する点火室３Ｂと、点火による爆轟で超高温プラズマを生成して該プラズマを噴射する噴射孔４とを有し、上記点火室３Ｂと上記噴射孔４との間に爆轟路５を形成し、該爆轟路５は噴射孔４に向け分枝されてシリンダ２の周方向複数位置で噴射孔として該シリンダ２へ開孔されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダへガス燃料と酸化剤を供給し、上記シリンダで圧縮された混合気を着火装置により着火するガスエンジン装置において、着火装置は燃料を点火する点火室と、点火による爆轟で超高温プラズマを生成して該プラズマを噴射する噴射孔とを有し、上記点火室と上記噴射孔との間に爆轟路を形成し、該爆轟路は噴射孔に向け分枝されてシリンダの周方向複数位置で噴射孔として該シリンダへ開孔されていることを特徴とするガスエンジン装置。
【請求項２】
爆轟路は複数回段階的に分枝して各段階で分枝路数を倍増し、最終段階の分枝路がシリンダに噴射孔として開孔していることとする請求項１に記載のガスエンジン装置。
【請求項３】
爆轟路は、点火室を発してシリンダのまわりをほぼ一周して囲むように延びる中間路を有し、該中間路から周方向の複数位置で分枝して噴射孔としてシリンダへ開孔されていることとする請求項１に記載のガスエンジン装置。
【請求項４】
噴射孔はシリンダに対して周方向成分をもつ方向に指向していることとする請求項１ないし請求項３に記載のガスエンジン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスエンジン、特に、パイロット着火式ガスエンジン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のガスエンジンとしては特許文献１に開示されているものが知られている。
【０００３】
この特許文献１のエンジンは、シリンダ内へガス燃料と空気との混合気を充填し、圧縮行程時に着火性のよいディーゼル燃料をノズルから噴射して上記混合気を着火するようになっている。
【０００４】
上記の特許文献１のエンジンでは、着火用のディーゼル燃料のパイロット噴射ノズルをシリンダヘッドの中央位置で吸入バルブに向くように設け、ガス燃料噴射ノズルはシリンダ壁に設けられている。かかる特許文献１のエンジンは、シリンダ内に吸入された空気中に吸入行程後期から圧縮行程後期の間の適正な時期にガス燃料を噴射させるガス燃料噴射ノズルがシリンダ壁から上記シリンダ内に臨ませて設けられているので、特許文献１によると、吸気行程時には空気のみをシリンダ内に吸入するためにシリンダ内に吸入する空気量を増大させることができ、したがって、エンジンの出力を向上させることができるとされている。
【特許文献１】特開平６−１３７１５０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、着火源として液体燃料を噴射する上記特許文献１のガスエンジンでは、次のような点で、改善が求められている。
【０００６】
先ず、ガスエンジンのみならず、他の形式のエンジンの場合にも共通しているが、液体燃料を着火源として噴射するエンジンにあっては、燃焼用のガスの温度が低い場合、上記着火源として噴射される液体燃料がその気化熱により温度が下がってしまい、特に始動時に着火しにくいという点がある。さりとて、吸気温度を高めると体積効率が低下してしまう。
【０００７】
また、着火用として燃料を要することから不経済であり、さらには、燃料が液体燃料なので、燃焼時間が比較的長く、煤等の未反応物質が多く排出される傾向にある。
【０００８】
これに加えて、着火源としての液体燃料の噴射は、火炎がシリンダの中央位置から周囲に向けて大きく拡がってシリンダ内壁付近の未燃ガスを圧縮するために、ノッキングが起きやすい。また、パイロット火炎の温度が過度に高くなりやすく、パイロット噴射ノズルやエンジンの燃焼室の内壁が焼損しやすい。
【０００９】
本発明は、このような点に鑑み、着火性が良く、高熱効率を可能とし、さらには、上記のノッキングが起きにくい着火式のガスエンジン装置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】
【００１０】
本発明のガスエンジン装置は、シリンダへガス燃料と酸化剤とを供給し、上記シリンダで圧縮された混合気を着火装置により着火する。
【００１１】
かかるガスエンジン装置において、本発明では、着火装置は燃料を点火する点火室と、
燃料の燃焼による爆轟で超高温プラズマを生成して該プラズマを噴射する噴射孔とを有し、上記点火室と上記噴射孔との間に爆轟路を形成し、該爆轟路は噴射孔に向け分枝されてシリンダの周方向複数位置で噴射孔として該シリンダへ開孔されていることを特徴としている。
【００１２】
本発明では、着火が超高温のプラズマにより行われるが、その場合、プラズマはビーム状に噴射されることに加え、このプラズマは爆轟路で分枝された後に、シリンダ周囲の複数の噴射孔から噴出されるため、混合気に対して広範囲で多点着火する結果、燃焼が均一に行われて有害物の排出が抑制されて低公害となり、ノッキングが抑制されて高圧縮比運転のもとで高熱効率を得られる。また、シリンダ内の燃焼が均一化されるので、燃焼制御が容易となり、エンジンの構造を単純にすることができ、耐久性が向上すると共に、設備費を低減することができる。
【００１３】
さらに、本発明では、上記爆轟路が平面的な通路としてシリンダやシリンダヘッドに形成できるので、その形成のために要する壁厚も小さく、エンジン自体をコンパクト化でき、低コストとする。また、上記爆轟路を有する部分を平板状の増設壁体に形成して、これを既設設備に追加することもでき、設備改善が低コストで容易に行える。
【００１４】
本発明において、爆轟路は複数回段階的に分枝して各段階で分枝路数を倍増し、最終段階の分枝路がシリンダに噴射孔として開孔しているようにして形成することができる。この分枝形態は、ちょうどゲームのトーナメント形式組合せのように行われるので、トーナメント形とも呼ばれる。
【００１５】
このトーナメント形で分枝せる爆轟路によると、爆轟路の始点たる一つの点火室から終点たる複数の噴射孔のそれぞれまでの距離が等しいので、各噴射孔でのプラズマ噴射の時期にずれが生じない結果、同時に多点着火するため局部高温高圧が回避されてノッキングを防止する。また、トーナメント形では、その形成に要する壁体が小型化でき、装置のコンパクト化、ひいては低コスト化につながる。さらにトーナメント形によると、残留ガスが滞留しにくく、失火防止がなされ、エンジンの高信頼度を保証する。
【００１６】
爆轟路は、上記のトーナメント形に代えて、点火室を発してシリンダのまわりをほぼ一周して囲むように延びる中間路を有し、該中間路から周方向の複数位置で分枝して噴射孔としてシリンダへ開孔されているようにすることもできる。この形式では、爆轟路は単純化され、吸排気が確実となって失火防止につながると共に、加工費ひいては設備費が安価となる。
【００１７】
本発明において、噴射孔はシリンダに対して周方向成分をもつ方向に指向していることが好ましい。こうすることにより、シリンダ内での混合気の旋回流を強化して、燃焼促進が図れると共に、ノッキングを防止して高圧縮比運転を可能とし熱効率を向上させかつ設備の長寿命化を図れる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、以上のごとく、着火源として超高温のプラズマを用い、該プラズマを分枝せる爆轟路で誘導してシリンダの周囲の複数位置に形成された噴射孔から噴射することとしたので、プラズマが上記複数の開孔からビーム状にシリンダ内部へ向かうために、混合気に対して広範囲で多点着火する結果、燃焼が均一に行われて有害物の排出が抑制されて低公害となり、ノッキングが抑制されて高圧縮比運転のもとで高熱効率を得られる。また、シリンダ内の燃焼が均一化されるので、燃焼制御が容易となり、エンジンの構造を単純にすることができ、耐久性が向上すると共に、設備費を低減することができる。
【００１９】
さらに、本発明では、上記爆轟路が平面的な通路としてシリンダやシリンダヘッドに形成できるので、その形成のために要する壁厚も小さく、エンジン自体をコンパクト化でき、低コストとする。また、上記爆轟路を有する部分を平板状の増設壁体に形成して、これを既設設備に追加することもでき、設備改善が低コストで容易に行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面にもとづき、本発明の実施形態を説明する。
【００２１】
＜第一実施形態＞
図１は、第一実施形態のガスエンジンについて、シリンダの軸線に直角な面にて、シリンダヘッドを断面した図である。
【００２２】
図１にて、符号１は、シリンダヘッドであり、中央にシリンダ２を形成する。
【００２３】
シリンダヘッド１の外面には、点火装置３が設けられていて、該点火装置３は、図示しない管路によって燃料及び酸化剤を受け、点火栓３Ａにより内部の点火室３Ｂにて燃料と酸化剤とから成る混合気に点火を行う。
【００２４】
上記シリンダヘッド１には、上記点火室３Ｂから発し上記シリンダ２に開孔する噴射孔４へ達する爆轟路５が形成されている。該爆轟路５は、図１に点火室３Ｂの位置で第一段階として分枝してここからシリンダ２の周方向で両側に延びて半円を描き、次に第二段階として、その端部で再び両側へ分枝して四分円を描いて延びそれらの端部で噴射孔４としてシリンダ２へ開孔している。したがって、本実施形態では周を四等分した位置に噴射孔４を有している。これらの噴射孔４はシリンダ２に対してシリンダ内の混合気の旋回流を加速させるような接線方向成分をもつ方向に向いている。
【００２５】
上記のような爆轟路５は、段階的に分枝を行ってその数を倍増しており、これは、通称トーナメント形と呼ばれる。このトーナメント形の爆轟路によると、点火室３Ｂから各噴射孔４までのそれぞれの距離は等しい。
【００２６】
このような本実施形態装置では、点火室３Ｂで混合気が点火されると、爆轟が生じて爆轟路５を通して伝播され、その間にプラズマを生じ、各噴射孔からは超高温プラズマがシリンダ２内へ噴射される。勿論、上記点火時期、したがってプラズマの噴射時期は、ガスエンジンのシリンダ２内の混合気が圧縮されて着火されるべき瞬間と同期して行われる。かくして、シリンダ２内の混合気は、噴射された超高温プラズマにより多点着火され燃焼する。
【００２７】
上述のごとく、各噴射孔までの距離、すなわち路程は等しいため、プラズマは同時に噴射され、かつプラズマは各噴射孔からビーム状となって前進し、さらには、混合気の旋回流を加速するので、混合気はきわめて短い瞬時に一度に燃焼し、低公害で、ノッキングが抑制されて、高圧縮比運転を可能とし高熱効率をもたらす。
【００２８】
＜第二実施形態＞
図２は第二実施形態を示し、図１の場合と同様にシリンダの軸線に直角な面でのシリンダヘッドの断面図である。
【００２９】
図２においては、爆轟路５はシリンダ２をほぼ一周する一つの円弧を描いており、ここから周方向の等間隔な複数位置で噴射孔５が設けられている。これらの噴射孔４はシリンダ２に対してシリンダ内の混合気の旋回流を加速させるような接線方向成分をもつ方向に向いている。また噴射孔４の方向は爆轟路５内をプラズマが進行する方向に対して逆方向
成分をもつ方向に向いていることが好ましい。これにより、爆轟路内の混合気が、爆轟波が伝播して燃焼する前に噴射孔４からシリンダへもれることを防ぐことができる。
【００３０】
本実施形態では、各噴射孔までの路程に差はあるが、爆轟路の形態が簡単で半径方向寸法も小さい。したがって、製作が容易なことに加え、装置の小型化が可能となる。
【００３１】
本発明は、第一及び第二実施形態でも判るように、爆轟路は平面的に形成できる。したがって、シリンダの高さ方向にはきわめて小さい寸法に収まり、装置の小型化が可能となる。さらには、例えば、シリンダとシリンダヘッドとの間に板状の壁部材を追加し、この壁部材に上記爆轟路が形成できるので、寸法を殆ど変更することなく、既存のガスエンジンにも増設することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第一実施形態を示すシリンダヘッドの横断面図である。
【図２】本発明の第二実施形態を示すシリンダヘッドの横断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
２  シリンダ
３Ｂ  点火室
４  噴射孔
５  爆轟路
【図１】
2006009689.tif 000003
【図２】
2006009689.tif 000004