(57)【要約】【課題】ＮＯｘを十分に低減し得るガスエンジンを提供する。【解決手段】外部より供給された希薄ガスを燃焼して駆動出力を得るようシリンダ１３内に形成された主燃焼室１６と、主燃焼室１６に連通してパイロット燃料Ｐの噴射により圧力で着火を起こす副燃焼室１８と、主燃焼室１６の燃焼温度を下げるよう水を噴霧し得る水噴射手段２４とを備える。これにより、主燃焼室１６の燃料ガスを燃焼する際には、水噴射手段２４より水を噴霧して主燃焼室１６の燃焼温度を下げ、燃焼温度の上昇で発生するＮＯｘを十分に低減することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部より供給された希薄ガスを燃焼して駆動出力を得るようシリンダ内に形成された主燃焼室と、該主燃焼室に連通してパイロット燃料の噴射により圧力で着火を起こす副燃焼室と、前記主燃焼室の燃焼温度を下げるよう水を噴霧し得る水噴射手段とを備えたことを特徴とするガスエンジン。
【請求項２】
吸気ポートより供給された希薄ガスを燃焼して駆動出力を得るようシリンダ内に形成された主燃焼室と、該主燃焼室に連通してパイロット燃料の噴射により圧力で着火を起こす副燃焼室と、前記主燃焼室の燃焼温度を下げるよう前記吸気ポートに水を噴霧し得る水噴射手段とを備えたことを特徴とするガスエンジン。
【請求項３】
水噴射手段を水噴射弁にした請求項１又は２記載のガスエンジン。
【請求項４】
水噴射手段をキャブレタにした請求項１又は２記載のガスエンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、副燃焼室内にパイロット燃料を噴射して圧力により着火する方式を採用したガスエンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンには、シリンダとシリンダヘッドを組み合わせてピストンを駆動可能にする主燃焼室を形成すると共に、主燃焼室に連通孔を介して連通するようシリンダヘッドに小容積の副燃焼室を設け、更に副燃焼室に、パイロット燃料を噴射するパイロット油弁を配置したものがある。このようなエンジンより駆動出力を得る際には、副燃焼室にパイロット油弁からパイロット燃料を供給して圧縮・自着火させ、副燃室の燃焼ガスを主燃焼室に広げることにより、主燃焼室内の燃料ガスを燃焼してピストン等を介し駆動出力を得ている。
【０００３】
しかしながら、このようなエンジンは、希薄混合気の燃焼であるがゆえに、強力な点火を付与させないと、燃焼変動を起して燃料の高濃度の部分が形成され、ＮＯｘが発生するという問題がある。又、エネルギー熱効率が低いという問題があった。
【０００４】
このため、近年のエンジンには、低ＮＯｘを維持しながら高いエンジン熱効率を得るよう、図３に示す如く、主燃焼室４に連通孔５を介して連通するようシリンダヘッド２に小容積の副燃焼室６を設けたものがある。ここで、図中、１はシリンダ、３はピストン、７は副燃焼室６に配置されたパイロット油弁、８は燃料の希薄ガスを供給する吸気ポート、９は主燃焼室４内の排ガスを排気する排気ポート、１０は吸気弁、１１は排気弁を、夫々示している。ここで、副燃焼室６を備えたガスエンジンに関しては、例えば、次の特許文献１等において開示がなされている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−３２４８０５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、環境汚染への対策として排ガス規制が厳しくなっており、上記の如く副燃焼室６においてパイロット燃料Ｐの噴射により圧力で着火させるように構成しても、ＮＯｘは燃焼温度の上昇で増加するため、ＮＯｘの低減が十分でないという問題があった。
【０００７】
本発明は上述の実情に鑑み、ＮＯｘを十分に低減し得るガスエンジンを提供することを目的としたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１は、外部より供給された希薄ガスを燃焼して駆動出力を得るようシリンダ内に形成された主燃焼室と、該主燃焼室に連通してパイロット燃料の噴射により圧力で着火を起こす副燃焼室と、前記主燃焼室の燃焼温度を下げるよう水を噴霧し得る水噴射手段とを備えたことを特徴とするガスエンジン、に係るものである。
【０００９】
本発明の請求項２は、吸気ポートより供給された希薄ガスを燃焼して駆動出力を得るようシリンダ内に形成された主燃焼室と、該主燃焼室に連通してパイロット燃料の噴射により圧力で着火を起こす副燃焼室と、前記主燃焼室の燃焼温度を下げるよう前記吸気ポートに水を噴霧し得る水噴射手段とを備えたことを特徴とするガスエンジン、に係るものである。
【００１０】
本発明の請求項３は、水噴射手段を水噴射弁にした請求項１又は２記載のガスエンジン、に係るものである。
【００１１】
本発明の請求項４は、水噴射手段をキャブレタにした請求項１又は２記載のガスエンジン、に係るものである。
【００１２】
請求項１〜４によれば、水噴射手段を備えるので、副燃焼室の着火によって主燃焼室の燃料ガスを燃焼する際には、水噴射手段より水を噴霧して主燃焼室の燃焼温度を下げ、結果的に、燃焼温度の上昇で発生するＮＯｘを十分に低減することができる。
【００１３】
又、請求項２によれば、吸気ポートに水噴射手段を備えるので、主燃焼室に燃料を供給した際には、水噴射手段より噴射された水が吸気ポートの風速により均等に分散し、主燃焼室の燃焼温度を一層均等に下げ、結果的に、燃焼温度の上昇で発生するＮＯｘを更に低減することができる。
【００１４】
請求項３に示す如く、水噴射手段を水噴射弁にすると、正確な量の水を噴霧すると共に噴霧のタイミングを調整し得るので、主燃焼室の燃焼温度を好適に下げ、ＮＯｘを更に低減することができる。
【００１５】
請求項４に示す如く、水噴射手段をキャブレタにすると、簡易な構成で水を噴霧し得るので、ＮＯｘを低減する構成を安価に製造することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は、本発明のガスエンジンを実施する形態の第一例である。
【００１８】
第一例のガスエンジンは、シリンダ１３とシリンダヘッド１４を組み合わせてピストン１５を駆動可能にする主燃焼室１６を形成すると共に、主燃焼室１６に連通孔１７を介して連通するようシリンダヘッド１４に小容積の副燃焼室１８を設けており、主燃焼室１６には、燃料の希薄ガスを吸気弁１９を介して供給する吸気ポート２０と、排ガスを排気弁２１を介して排気する排気ポート２２とを接続し、副燃焼室１８にはパイロット油弁２３のみを配置している。又、シリンダヘッド１４には、エンジンが冷えている状態で主燃焼室１６の燃料に着火するための始動用点火プラグ（図示せず）を備えている。
【００１９】
吸気ポート２０の吸気弁１９より上流位置には、水噴射手段の水噴射弁２４を備えており、水噴射弁２４は、吸気弁１９の動きと連動するように適当なタイミングで少量の水を噴霧するように構成されている。ここで、水噴射弁２４のノズルは、水を少量で噴射するスロットル行程を備えたスロットル型、ニードルバルブの押し上げ等により水を噴射するホース型でもよいし、他の形状でもよい。又、水の噴霧量は、主燃焼室１６及び副燃焼室１８の容積や、燃料の希薄ガスの濃度等に対して、適切な割合になるように調整されており、更に既存の電子制御式の噴射弁を使用可能にしている。
【００２０】
以下、本発明のガスエンジンを実施する形態の第一例の作用を説明する。
【００２１】
エンジンより駆動出力を得る際には、吸気ポート２０の吸気弁１９の駆動に伴って主燃焼室１６に燃料の希薄ガスを供給して副燃焼室１８に希薄ガスを流入させ、続いて、副燃焼室１８にパイロット油弁２３から低濃度のパイロット燃料Ｐを噴射することにより圧力で強力な着火を起し、副燃焼室１８の着火を主燃焼室１６に広げることにより、主燃焼室１６内の希薄ガスを燃焼してピストン１５等を介し駆動出力を得る。
【００２２】
ここで、吸気ポート２０の吸気弁１９の駆動に伴って主燃焼室１６に燃料の希薄ガスを供給する際には、同時若しくは適切なタイミングで水噴射手段の水噴射弁２４より少量の水を噴霧しており、噴霧された水は吸気ポート２０の風速に伴われて分散しつつ主燃焼室１６に流れ込み、希薄ガスによる主燃焼室１６内の燃焼温度を低下させる。ここで、主燃焼室１６への水の噴霧は、副燃焼室１８内での強力な着火により、主燃焼室１６内での希薄ガスの燃焼の障害となることがない。
【００２３】
このように、第一例によれば、水噴射手段の水噴射弁２４を備えるので、副燃焼室１８の着火によって主燃焼室１６の希薄ガスを燃焼する際には、水噴射手段の水噴射弁２４より水を噴霧して主燃焼室１６の燃焼温度を下げ、結果的に、燃焼温度の上昇で発生するＮＯｘを十分に低減することができる。なお、副燃焼室１８に従来例の如くパイロット油弁と点火プラグとを備えて着火した場合には、ＮＯｘの濃度が高くなると共に、パイロット燃料Ｐの噴射による圧力での着火に比べて着火力が弱くなり、水の噴霧に対応することができない。
【００２４】
又、吸気ポート２０に水噴射手段の水噴射弁２４を備えるので、主燃焼室１６に燃料を供給した際には、水噴射手段の水噴射弁２４より噴射された水が吸気ポート２０の風速により均等に分散し、主燃焼室１６の燃焼温度を一層均等に下げるので、燃焼温度の上昇で発生するＮＯｘを更に低減することができる。
【００２５】
更に、水噴射手段を水噴射弁２４にすると、正確な量の水を噴霧すると共に噴霧のタイミングを調整し得るので、主燃焼室１６の燃焼温度を好適に下げ、燃焼温度の上昇で発生するＮＯｘを更に低減することができる。
【００２６】
図２は、本発明のガスエンジンを実施する形態の第二例である。
【００２７】
第二例のガスエンジンは、シリンダ２５とシリンダヘッド２６を組み合わせてピストン２７を駆動可能にする主燃焼室２８を形成すると共に、主燃焼室２８に連通孔２９を介して連通するようシリンダヘッド２６に小容積の副燃焼室３０を設けており、主燃焼室２８には、燃料の希薄ガスを吸気弁３１を介して供給する吸気ポート３２と、排ガスを排気弁３３を介して排気する排気ポート３４とを接続し、副燃焼室３０にはパイロット油弁３５のみを配置している。又、シリンダヘッド２６には、エンジンが冷えている状態で主燃焼室２８の燃料に着火するための始動用点火プラグ（図示せず）を備えている。
【００２８】
吸気ポート３２の吸気弁３１より上流位置には、水噴射手段のキャブレタ３６を備えており、キャブレタ３６は、吸気ポート３２の流路が急激に狭くなるようなベンチュリ部３７を形成すると共に、ベンチュリ部３７で生じる流速の負圧により水を噴霧させるノズル３８を備えている。ここで、キャブレタ３６は、ベンチュリ部３７の径を固定した固定ベンチュリや、ベンチュリピストン等によりベンチュリ部３７の径を可変する可変ベンチュリでもよいし、ベンチュリ部３７と吸気弁３１の間に流速を変化させるスロットバルブを配してもよいし、他の構成でもよい。又、水の噴霧量は、主燃焼室２８及び副燃焼室３０の容積や、燃料の希薄ガスの濃度等に対して、適切な割合になるように調整されている。
【００２９】
以下、本発明のガスエンジンを実施する形態の第二例の作用を説明する。
【００３０】
エンジンより駆動出力を得る際には、第一例と略同様に、吸気ポート３２の吸気弁３１の駆動に伴って主燃焼室２８に燃料の希薄ガスを供給して副燃焼室３０に希薄ガスを流入させ、続いて、副燃焼室３０にパイロット油弁３５から低濃度のパイロット燃料Ｐを噴射することにより圧力で強力な着火を起し、副燃焼室３０の着火を主燃焼室２８に広げることにより、主燃焼室２８内の希薄ガスを燃焼してピストン２７等を介し駆動出力を得る。
【００３１】
ここで、吸気ポート３２の吸気弁の駆動に伴って主燃焼室２８に燃料の希薄ガスを供給する際には、同時若しくは適切なタイミングで水噴射手段のキャブレタ３６のノズル３８より少量の水を噴霧しており、噴霧された水は吸気ポート３２の風速に伴われて分散しつつ主燃焼室２８に流れ込み、希薄ガスによる主燃焼室２８内の燃焼温度を低下させる。ここで、主燃焼室２８への水の噴霧は、副燃焼室３０内での強力な着火により、主燃焼室２８内での希薄ガスの燃焼の障害となることがない。
【００３２】
このように、第二例によれば、水噴射手段のキャブレタ３６を備えるので、副燃焼室３０の着火によって主燃焼室２８の希薄ガスを燃焼する際には、水噴射手段の水噴射弁２４より水を噴霧して主燃焼室２８の燃焼温度を下げ、結果的に、燃焼温度の上昇で発生するＮＯｘを十分に低減することができる。なお、副燃焼室３０に従来例の如くパイロット油弁と点火プラグとを備えて着火した場合には、ＮＯｘの濃度が高くなると共に、パイロット燃料Ｐの噴射による圧力での着火に比べて着火力が弱くなり、水の噴霧に対応することができない。
【００３３】
又、吸気ポート３２に水噴射手段のキャブレタ３６を備えるので、主燃焼室２８に燃料を供給した際には、水噴射手段の水噴射弁２４より噴射された水が吸気ポート３２の風速により均等に分散し、主燃焼室２８の燃焼温度を一層均等に下げるので、燃焼温度の上昇で発生するＮＯｘを更に低減することができる。
【００３４】
更に、水噴射手段をキャブレタ３６にすると、簡易な構成で水を噴霧し得るので、ＮＯｘを低減する構成を安価に製造することができる。
【００３５】
なお、本発明のガスエンジンは上述の形態例のみに限定されるものではなく、水噴射手段をシリンダ内に設けて主燃焼室に水を直接噴霧してもよいこと、水噴射手段は上記の例に限定されるものではないこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３６】
【発明の効果】
本発明のガスエンジンによれば、水噴射手段を備えるので、副燃焼室の着火によって主燃焼室の燃料ガスを燃焼する際には、水噴射手段より水を噴霧して主燃焼室の燃焼温度を下げ、結果的に、燃焼温度の上昇で発生するＮＯｘを十分に低減することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガスエンジンを実施する形態の第一例を示す概略図である。
【図２】本発明のガスエンジンを実施する形態の第二例を示す概略図である。
【図３】従来のガスエンジンを示す概略図である。
【符号の説明】
１３    シリンダ
１６    主燃焼室
１８    副燃焼室
２０    吸気ポート（外部）
２４    水噴射弁（水噴射手段）
２５    シリンダ
２８    主燃焼室
３０    副燃焼室
３２    吸気ポート（外部）
３６    キャブレタ（水噴射手段）
Ｐ  パイロット燃料
【図１】
2004251195.tif 000003
【図２】
2004251195.tif 000004
【図３】
2004251195.tif 000005