(57)【要約】【課題】ガスエンジンにおいて、燃焼室から排気路に排出された排ガスの一部を燃焼室に吸気される新気に還流させるＥＧＲ手段を設け、そのＥＧＲ手段による排ガスの供給量を変更する場合でも、簡単な構成で燃焼室に吸気される混合気の当量比を安定させ、ノッキングや失火などの問題を回避することができる技術を提供する。【解決手段】ＥＧＲ手段Ｘが、排気路３から取り出した排ガスＥを吸気路２と燃料ガス路２１との両方に供給するように構成されている。【選択図】図１
2008223683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室から排出された排ガスの一部を当該燃焼室に吸気される新気に還流させるＥＧＲ手段と、
吸気路を流通する新気に燃料ガス路から供給された燃料ガスを混合する燃料ガス混合手段とを備えたエンジンであって、
前記ＥＧＲ手段が、排気路から取り出した排ガスを前記吸気路と前記燃料ガス路との両方に供給するように構成されているエンジン。
【請求項２】
前記燃料ガス混合手段が、前記吸気路を縮径してなるベンチュリ部を有すると共に、前記燃料ガス路の先端部に接続されたノズル部を当該ベンチュリ部に開口させてなるベンチュリミキサで構成されている請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記ＥＧＲ手段が、燃焼室に吸気される新気へのＥＧＲ量を調整可能に構成されている請求項１又は２に記載のエンジン。
【請求項４】
前記ＥＧＲ手段が、一端側が前記排気路に接続された主ＥＧＲ路と、前記主ＥＧＲ路の他端側と前記吸気路とを接続する吸気側ＥＧＲ路と、前記主ＥＧＲ路の他端側と前記燃料ガス路とを接続する燃料ガス側ＥＧＲ路と、前記主ＥＧＲ路に設けられたＥＧＲ弁とで構成されている請求項１〜３の何れか一項に記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室から排出された排ガスの一部を当該燃焼室に吸気される新気に還流させるＥＧＲ手段と、
吸気路を流通する新気に燃料ガス路から供給された燃料ガスを混合する燃料ガス混合手段とを備えたエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記のように天然ガスなどの気体の燃料ガスが吸気路に供給されるエンジン（以下、「ガスエンジン」と呼ぶ場合がある。）において、燃焼室から排気路に排出された排ガスの一部を、一端側が排気路に接続されたＥＧＲ路を通じて当該燃焼室に吸気される新気に還流させるＥＧＲ手段が備えられる場合がある。
かかるＥＧＲ手段を備えたガスエンジンとしては、上記ＥＧＲ路の他端側を吸気路に接続し、排気路から当該ＥＧＲ路を通じて吸気路を流通する新気に排ガスを供給するもの（例えば、特許文献１を参照。）や、上記ＥＧＲ路の他端側を燃料ガス路に接続して、当該ＥＧＲ路を通じて排気路から燃料ガス路を流通する燃料ガスに排ガスを供給して、この排ガスを含む燃料ガスを吸気路に供給するもの（例えば、特許文献２を参照。）が知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１０７７９６号公報
【特許文献２】特開２００５−２８２５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような特許文献１及び２に記載のガスエンジンでは、吸気路を流通する新気に燃料ガス路から供給された燃料ガスを混合する燃料ガス混合手段は、ベンチュリミキサのように、当該吸気路を流通する新気に対して所定の割合の燃料ガスを燃料ガス路から供給するように構成されている。よって、上述したようなＥＧＲ手段により吸気路を流通する新気又は燃料ガス路を流通する燃料ガスに排ガスを供給する場合において、例えば低負荷運転時や冷間運転時などにおいて積極的に排ガスの還流量（以下、ＥＧＲ量と呼ぶ。）を減少させる場合や、排気路の圧力変動などの原因で不意にＥＧＲ量が変動する場合などは、当該燃料ガス供給手段により形成され燃焼室に吸気される燃料ガスと空気との混合気の当量比が変動してしまい、ノッキングや失火などの問題が発生する虞がある。
尚、当量比とは、混合気の燃空比を理論燃空比で割ったものを言う。即ち、混合気において、燃料成分が少ないほどその混合気の当量比は低いと言え、空気が少ないほどその混合気の当量比は高いと言える。
【０００５】
特に、特許文献１に記載のエンジンのように、吸気路を流通する新気に排ガスを供給する場合には、ＥＧＲ量を減少させるほど、新気に含まれる空気の量が増加するのにも拘わらず、燃料ガス混合手段により所定の量の燃料ガスがその新気に混合されるので、燃焼室に吸気される混合気の当量比が過剰に低くなって、失火や運転停止等が発生する場合がある。
一方、特許文献２に記載のエンジンのように、燃料ガス路を流通する燃料ガスに排ガスを供給する場合には、ＥＧＲ量を減少させるほど、燃料ガス路を流通する燃料ガスに含まれる燃料成分の量が増加するのにも拘わらず、燃料ガス混合手段により所定の量の燃料ガスが新気に混合されるので、燃焼室に吸気される混合気の当量比が過剰に高くなって、ノッキングの発生や燃費の悪化等が発生する場合がある。
【０００６】
そこで、上記特許文献１に記載のガスエンジンでは、吸気路を流通する新気に対するＥＧＲ量の割合であるＥＧＲ率を検知し、その検知結果に基づいて吸気路に形成される混合気の当量比が所定値になるように燃料ガスの供給量を制御するように構成されているが、当該制御のための装置構成が煩雑且つ高コストの原因となり実用的ではない。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガスエンジンにおいて、燃焼室から排気路に排出された排ガスの一部を燃焼室に吸気される新気に還流させるＥＧＲ手段を設け、そのＥＧＲ手段による排ガスの供給量を変更する場合でも、簡単な構成で燃焼室に吸気される混合気の当量比を安定させ、ノッキングや失火などの問題を回避することができる技術を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係るガスエンジンは、燃焼室から排出された排ガスの一部を当該燃焼室に吸気される新気に還流させるＥＧＲ手段と、
吸気路を流通する新気に燃料ガス路から供給された燃料ガスを混合する燃料ガス混合手段とを備えたエンジンであって、その第１特徴構成は、前記ＥＧＲ手段が、排気路から取り出した排ガスを前記吸気路と前記燃料ガス路との両方に供給するように構成されている点にある。
【０００９】
上記第１特徴構成によれば、ＥＧＲ手段により、排気路から取り出した排ガスを吸気路と燃料ガス路との両方に供給するので、例えば運転状態に応じてＥＧＲ量が変動した場合でも、燃料ガス供給手段により形成され燃焼室に吸気される燃料ガスと空気との混合気の当量比の変動を抑制して、ノッキングや失火などの問題を回避することができる。
即ち、吸気路と燃料ガス路との両方へのＥＧＲ量が減少するほど、吸気路においてはＥＧＲ量の減少により新気に含まれる空気の量が増加するのに対して、燃料ガス路においてはＥＧＲ量の減少により燃料ガスに含まれる燃料成分の量が増加する。よって、燃料ガス混合手段により、その空気の量が増加した新気に対して燃料成分の量が増加した燃料ガスが混合され混合気が形成されるので、その混合気の当量比は殆ど変動することなく、安定したものとなる。
【００１０】
本発明に係るガスエンジンの第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、前記燃料ガス混合手段が、前記吸気路を縮径してなるベンチュリ部を有すると共に、前記燃料ガス路の先端部に接続されたノズル部を当該ベンチュリ部に開口させてなるベンチュリミキサで構成されている点にある。
【００１１】
上記第２特徴構成によれば、上記燃料ガス混合手段は、上記ベンチュリミキサで構成することができる。即ち、上記ベンチュリミキサは、吸気路を流通する新気が上記ベンチュリ部を高速で通過することで、その新気の流速に応じた圧力低下を発生させ、その圧力低下を利用して、燃料ガス路の燃料ガスを、ノズル部を通じて吸気路に吸い出す形態で、新気に対して所定の割合の燃料ガスを混合して混合気を形成することができるが、この場合でも上述したように当該混合気の当量比を安定したものとすることができる。
【００１２】
本発明に係るガスエンジンの第３特徴構成は、上記第１乃至上記第２の何れかの特徴構成に加えて、前記ＥＧＲ手段が、燃焼室に吸気される新気へのＥＧＲ量を調整可能に構成されている点にある。
【００１３】
上記第３特徴構成によれば、例えば、低負荷運転時や冷間運転時において、燃焼室で混合気を安定して燃焼させるために、上記ＥＧＲ量を減少側へ調整したり、逆に、高負荷運転時や温間運転時において、燃焼室でＮＯｘの生成を抑制するために、上記ＥＧＲ量を増加側へ調整することができ、更に、このようにＥＧＲ量を積極的に調整する場合でも、燃焼室に吸気される混合気の当量比を適切なものに維持して、ノッキングや失火などの問題を回避することができる。
【００１４】
本発明に係るガスエンジンの第４特徴構成は、上記第１乃至上記第３の何れかの特徴構成に加えて、前記ＥＧＲ手段が、一端側が前記排気路に接続された主ＥＧＲ路と、前記主ＥＧＲ路の他端側と前記吸気路とを接続する吸気側ＥＧＲ路と、前記主ＥＧＲ路の他端側と前記燃料ガス路とを接続する燃料ガス側ＥＧＲ路と、前記主ＥＧＲ路に設けられたＥＧＲ弁とで構成されている点にある。
【００１５】
上記第４特徴構成によれば、上記主ＥＧＲ路から上記吸気側ＥＧＲ路を通じて排ガスを吸気路側に還流させると共に、上記主ＥＧＲ路から上記燃料ガス側ＥＧＲ路を通じて排ガスを燃料ガス路側に還流させるように構成する場合において、単一のＥＧＲ弁を上記主ＥＧＲ路に設けるだけで、吸気路と燃料ガス路との両方へのＥＧＲ量を調整することができる。そして、このＥＧＲ弁の開度を調整して吸気路と燃料ガス路との両方へのＥＧＲ量を変更した場合でも、燃焼室に吸気される混合気の当量比を適切なものに維持して、ノッキングや失火などの問題を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明に係るエンジンの実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図１に示すエンジン１００は、燃焼室１から排出された排ガスＥの一部を当該燃焼室１に吸気される新気Ｉに還流させるＥＧＲ手段Ｘと、吸気路２を流通する新気Ｉに燃料ガス路２１から供給された燃料ガスＧを混合する燃料ガス混合手段Ｙとを備えた所謂ガスエンジンとして構成されており、その基本構成について以下に説明する。
【００１７】
かかるエンジン１００は、図示は省略するが、シリンダの内面とピストンの頂面とで規定される燃焼室１に対して、吸気弁４を介して接続された吸気路２と、排気弁５を介して接続された排気路３とが設けられている。
【００１８】
吸気路２を流通する新気Ｉは、適宜過給機等により過給された後に、燃料ガス混合手段Ｙにより天然ガス系都市ガスの燃料ガスＧが混合されることで混合気となって、燃焼室１に吸気される。
そして、燃焼室１に新気Ｉとして吸気された混合気は、ピストンの上昇により圧縮された後に、火花点火や圧縮着火などにより点火・着火されて燃焼・膨張してピストンを押し下げ軸動力を出力する。
また、燃焼室１で生成された排ガスＥは、ピストンの上昇に伴って、排気路３に排出される。
【００１９】
上記燃料ガス混合手段Ｙは、ガバナ２２により一定圧力に調整された燃料ガスＧが燃料ガス路２１に供給され、その燃料ガス路２１の燃料ガスＧを吸気路２に供給する。
更に、燃料ガス混合手段Ｙは、吸気路２を縮径してなるベンチュリ部２４を有すると共に、燃料ガス路２１の先端部に接続されたノズル部２３を当該ベンチュリ部２４に開口させてなるベンチュリミキサで構成されている。
即ち、燃料ガス混合手段Ｙは、吸気路２を流通する新気Ｉが上記ベンチュリ部２４を高速で通過することで圧力低下を発生させ、この圧力低下を利用して、燃料ガス路２１から供給された燃料ガスＧを、ノズル部２３を通じて吸気路２を流通する新気Ｉに供給して、吸気路２に混合気を形成するように構成されている。
また、このようにベンチュリミキサとして構成された燃料ガス混合手段Ｙは、ベンチュリ部２４において上記新気Ｉの流速に応じた圧力低下が発生することから、新気Ｉに対して一定の割合の燃料ガスＧが混合されることになる。
尚、燃料ガス混合手段Ｙにより吸気路２に供給される燃料ガスＧに、燃料ガス路２１の上流側から供給される燃料成分の他、後述する燃料ガス側ＥＧＲ路１３から燃料ガス路２１に供給された排ガスＥが含まれる場合があり、更に、吸気路２を流通する新気Ｉに、吸気路２の上流側から供給される空気の他、後述する吸気側ＥＧＲ路１２から吸気路２に供給された排ガスＥが含まれる場合がある。
そして、このような場合でも、燃料ガス混合手段Ｙは、空気と排ガスＥとを含む新気Ｉ全体の量に対して、燃料成分と排ガスＥとを含む燃料ガスＧ全体の量を、一定割合に維持することになる。
【００２０】
上記ＥＧＲ手段Ｘは、燃焼室１から排出された排ガスＥの一部を当該燃焼室１に吸気される新気Ｉに還流させるにあたり、燃焼室に新気Ｉとして吸気される混合気の当量比の変動を抑制するために、排気路３から取り出した排ガスＥを吸気路２と燃料ガス路２１との両方に供給するように構成されている。
【００２１】
即ち、かかるＥＧＲ手段Ｘは、一端側が排気路３に接続された主ＥＧＲ路１１と、主ＥＧＲ路１１の他端側と吸気路２とを接続する吸気側ＥＧＲ路１２と、主ＥＧＲ路１１の他端側と燃料ガス路２１とを接続する燃料ガス側ＥＧＲ路１３とを有し、排気路３から上記主ＥＧＲ路１１に流入した排ガスＥを上記吸気側ＥＧＲ路１２と上記燃料ガス側ＥＧＲ路１３とに分流させて、夫々ＥＧＲ路１２、１３を通じて吸気路２と燃料ガス路２１との夫々へ排ガスＥを供給する。
【００２２】
更に、上記主ＥＧＲ路１１には、主ＥＧＲ路１１を流通する排ガスの量を調整可能なＥＧＲ弁１５が設けられており、このＥＧＲ弁１５の開度を調整することで、主ＥＧＲ路１１から上記吸気側ＥＧＲ路１２及び上記燃料ガス側ＥＧＲ路１３を通じて吸気路２及び燃料ガス路２１へ供給される排ガス量Ｅを総ＥＧＲ量として調整可能となる。
【００２３】
そして、上記吸気路２においては、上記ＥＧＲ手段Ｘにおける上記総ＥＧＲ量が減少するほど、吸気路２に対するＥＧＲ量が減少し、燃焼室１に吸気される新気Ｉに含まれる空気の割合が増加することになる。
一方、燃料ガス路２１においては、上記ＥＧＲ手段Ｘにおける上記総ＥＧＲ量が減少するほど、燃料ガス路２１に対するＥＧＲ量が減少し、燃焼室１に吸気される新気Ｉに対して供給される燃料ガスＧに含まれる燃料成分の割合が増加することになる。
従って、上記燃料ガス混合手段Ｙでは、空気と排ガスＥとを含む新気Ｉ全体の量に対して燃料成分と排ガスＥとを含む燃料ガスＧ全体の量を一定割合に維持するので、上記ＥＧＲ手段Ｘにおける上記総ＥＧＲ量が減少した場合でも、空気の割合が増加した新気Ｉに燃料成分の割合が増加した燃料ガスＧが一定割合で混合されることになるので、結果、生成される混合気の当量比は変動することなく略安定した値（例えば当量比φ＝０．６６程度）に維持されることになる。
よって、燃焼室１に吸気される混合気の当量比は、上記総ＥＧＲ量の変動に拘わらず略安定したものとなるので、当量比の過剰上昇によるノッキングや過剰低下による失火等の問題が回避されている。
【００２４】
更に、ＥＣＵ３０は、負荷状態や暖機状態の変化に応じて上記総ＥＧＲ量を制御するように構成されている。
即ち、ＥＣＵ３０は、低負荷運転時や起動直後の冷間運転時において、燃焼室１における混合気の安定燃焼を維持するために、上記ＥＧＲ弁１５の開度を縮小して上記総ＥＧＲ量を比較的少ない量に調整する。
一方、ＥＣＵ３０は、高負荷運転時や暖機が充分に進んだ温間運転時において、ＮＯｘの生成を抑制するために、上記ＥＧＲ弁１５の開度を拡大して上記総ＥＧＲ量を比較的多い量に調整する。
そして、このように総ＥＧＲ量を積極的に変更した場合でも、燃料ガス混合手段Ｙで生成され燃焼室１に吸気される混合気の当量比は安定したものとなる。
【００２５】
更に、吸気路２には、スロットルバルブ２６が設けられおり、当該スロットルバルブ２６の開度を調整して燃焼室１へ吸気される新気Ｉの量である吸気量を調整することで、エンジンの出力を変更することができる。
【００２６】
また、吸気路２において、スロットルバルブ２６よりも下流側は、吸気行程におけるピストンによる吸引力により負圧になる。
よって、そのスロットルバルブ２６よりも下流側に吸気側ＥＧＲ路１２を接続することで、吸気側ＥＧＲ路１２を通じて吸気路２に排ガスＥを良好に供給することができる。
尚、排気行程において排気路３に発生する背圧が吸気路２の圧力よりも充分に大きい場合等において、排気路３から容易に吸気路２に排ガスＥを還流させることができるのであれば、上記吸気側ＥＧＲ路１２を吸気路２におけるスロットルバルブ２６の上流側に接続しても構わない。
【００２７】
また、吸気路２において、燃料ガス混合手段Ｙはスロットルバルブ２６の上流側に配置されている。即ち、燃料ガス混合手段Ｙで生成された混合気は、スロットルバルブ２６を通過することでその混合が促進される。
尚、燃料ガス混合手段Ｙを、ベンチュリミキサではなく、吸気路２への燃料ガスの供給量を調整可能なガス制御弁を制御して、新気Ｉに対する燃料ガスＧの空燃比をマップ制御するように構成し、更に、その燃料ガス混合手段Ｙをスロットルバルブ２６の下流側に配置しても構わない。また、このように構成することで、排気路３の圧力変動などの原因で不意にＥＧＲ量が変動した場合でも、ＥＧＲ手段Ｘが、排気路３から取り出した排ガスＥを吸気路２と燃料ガス路２１との両方に供給するという構成により、燃焼室１に新気Ｉとして吸気される混合気の当量比の変動を良好に抑制できる。また、燃料ガス混合手段Ｙを、スロットルバルブ２６の下流側の吸気路２における燃焼室１にできるだけ近い箇所に配置すれば、吸気路２の残留燃料が次のサイクルのバルブオーバーラップ中に排気路３へ吹き抜けることを抑制することもできる。
【００２８】
尚、上記の実施の形態では、燃料ガスＧとして天然ガス系都市ガスを用いたが、燃料ガスＧとしては、天然ガス系都市ガス以外の気体燃料等を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、燃焼室から排気路に排出された排ガスの一部を燃焼室に吸気される新気に還流させるＥＧＲ手段を設け、そのＥＧＲ手段による排ガスの供給量を変更する場合でも、簡単な構成で燃焼室に吸気される混合気の当量比を安定させ、ノッキングや失火などの問題を回避することができるガスエンジンとして有効に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係るエンジンの実施の形態を示す概略図
【符号の説明】
【００３１】
１：燃焼室
２：吸気路
３：排気路
１１：主ＥＧＲ路
１２：吸気側ＥＧＲ路
１３：燃料ガス側ＥＧＲ路
１５：ＥＧＲ弁
２１：燃料ガス路
２２：ガバナ
２３：ノズル部
２４：ベンチュリ部
２６：スロットルバルブ
Ｘ：ＥＧＲ手段
Ｙ：燃料ガス混合手段
Ｉ：新気
Ｇ：燃料ガス
Ｅ：排ガス
【図１】
2008223683.tif 000003