(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアクリーナから供給された空気に燃料ガスを空気供給方向と交差する方向から混合してエンジンに供給するガス混合装置において、燃料ガス吸入口の後流側に位置する前記空気と前記燃料ガスの境界層に、流路断面方向に延在する環状部材を設け、該環状部材は、外径寸法が異なる複数のリングを同一の流路断面上でかつ同心に配置することによって構成されていることを特徴とするガス混合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばガスエンジン用のガス混合装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガスエンジンでは、ガスミキサにより空気１２１と燃料ガス１２２が混合され、エンジンのシリンダに混合気１２３が供給される。従来のガスミキサの構造は、例えば図６に示すようになっている。エンジン（図示せず）が運転されると吸気作用によって生じる負圧により、エアクリーナ（図示せず）側からミキサ１０１に空気１２１が吸入される。燃料ガス１２２は、レギュレータ１０２及びガス通路１０３を通り、ベンチュリ１０４ののど部のまわりに設けられたガス吸入口１０５より流入し、空気１２１と混合される。レギュレータ１０２は、ミキサ１０１へ供給する燃料ガス１２２の圧力を制御し、メインアジャストスクリュ１０６は、燃料ガス１２２の流量をコントロールして空気１２１と燃料ガス１２２の混合比（以下、空燃比という）を制御する。また、スロットル弁１０７は、エンジンの負荷に応じてその開度を調節し、混合気１２３の流量を制御する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ガス吸入口１０５は、空気１２１と燃料ガス１２２の混合促進のために、ベンチュリ１０４ののど部に設けられているが、燃料ガス１２２は、ミキサ１０１のボディ内壁に沿って流され、空気１２１と燃料ガス１２２は均一に混合しないままエンジンのシリンダに供給される。その結果、エンジンの燃焼室内の空燃比分布に偏りが生じ、均質な混合気に比べてＮＯxやＨＣなどの排気ガスが悪くなる。また、多気筒エンジンでは、気筒間の空燃比にばらつきが生じて、回転変動が大きくなるなどの問題がある。
【０００４】
その他の構造としては、図７に示すように、混合促進のためにガスの吸入口をノズル形状にしてノズル１１１の先端を空気流速の速いベンチュリ１０４の中心部にもってきたものや、図８に示すように、空気通路内に突出したノズル１１２にガス噴出口１１３を設けたもの等が提案されているが、いずれも積極的に乱れを発生させるものではなく、混合促進効果はさほど大きくない。
【０００５】
また、実用新案登録第２５３７３７３号、実公平５−９４８１号のように、混合気通路に羽根形状の混合装置を設け、旋回流にて混合促進をはかるものも提案されているが、通路抵抗が大きくなり、空気量の低下により出力の低下が考えられる。
【０００６】
本発明は、かかる状況に鑑みてなされたものであり、流路内で空気と燃料ガスとの混合が効率的になされるガス混合装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るガス混合装置は、かかる課題を解決するためになされたものであり、エアクリーナから供給された空気に燃料ガスを空気供給方向と交差する方向から混合してエンジンに供給するガス混合装置において、燃料ガス吸入口の後流側に位置する前記空気と前記燃料ガスの境界層に、流路断面方向に延在する環状部材を設け、該環状部材は、外径寸法が異なる複数のリングを同一の流路断面上でかつ同心に配置することによって構成されていることを特徴とする。すなわち、エアクリーナから供給される空気と燃料ガスを混合するエンジンのミキサにおいて、ミキサの燃料ガス吸入口の後流側に位置する前記空気と前記燃料ガスの境界層に、通路と概垂直面に、外径寸法が異なる複数のリングからなるリング状の乱れ促進機構を設けている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るガス混合装置の実施の形態について図面に基づいて説明する。本発明の第１の実施形態に係るガス混合装置を図１乃至図３に、第２の実施形態に係るガス混合装置を図４及び図５にそれぞれ示す。
【００１０】
まず、第１の実施形態に係るガス混合装置について図１乃至図３を用いて説明する。本実施形態に係るガス混合装置の要部構造図を図１に、図１の線II−IIによる断面図を図２に、混合促進効果の原理図を図３にそれぞれ示す。本発明では、従来と同様のミキサ本体１、レギュレータ２、ガス通路３、ベンチュリ４、ガス吸入口５、メインアジャストスクリュ６及びスロットル弁７を用いることができ、本実施形態では従来（図６参照）と同じものを用いているので、これらの説明を省略する。
【００１１】
本実施形態では、混合促進リング８（環状部材）を備えている。この混合促進リング８は、ベンチュリ４の後流部分に、ミキサ本体１のベンチュリ後部通路の垂直断面（流路断面）上に設置されていて、リング９と該リング９を支えるステイ１０とからなる。
【００１２】
次に、本実施形態の作用について図３を用いて説明する。同図に示すように、ガス吸入口５から流入した燃料ガス２２は、従来と同様、空気２１と簡単には混合せず、空気層３１とガス層３２との間に境界層３３ができる。混合促進リング８は、その境界層３３近傍に設置されている。流れの中に置かれたリング後流側にはカルマン渦３４が生じ、大きな乱れが発生する。その結果境界層３３が大きく攪乱され、両サイドの空気２１と燃料ガス２２の混合が促進される。また、この機構では空気量の低下は少ない。
【００１３】
すなわち、図６に示す従来のシステムでは、ガス吸入口５からベンチュリ４部に流入した燃料ガス２２はミキサ本体１に沿って流れ、空気２１は通路の中心部を流れる。空気２１と燃料ガス２２の間には境界層２３ができ、単純な拡散では空気２１と燃料ガス２２との混合は良くなかったが、本実施形態に係るガス混合装置は、上述したように、非常に簡易な機構にて、大きな混合促進効果が得られ、混合気２３の均質化がはかれることにより、排ガス成分の低減、回転変動の低減等が可能となる。
【００１４】
次に、本発明の第２の実施形態に係るガス混合装置について図４及び図５を用いて説明する。本実施形態に係るガス混合装置の概略的な要部構成図を図４に、図４の線V−Vによる断面図を図５にそれぞれ示す。本実施形態でも、ミキサ本体１、レギュレータ２、ガス通路３、ベンチュリ４、ガス吸入口５、メインアジャストスクリュ６、スロットル弁７は、従来（第１の実施形態）と同じものを用いている。
【００１５】
本実施形態では、混合促進リング１１を備えている。この混合促進リング１１は、第１の実施形態の場合と同様に、ベンチュリ４の後流部分にミキサ本体１のベンチュリ後部通路の流路断面上に設置されていて、リング１２、１３と該リング１２、１３を支えるステイ１４とからなる。このリング１２、１３は、互いに異なる径であり、それらを略同心にした二重構造に構成されている。すなわち、リングが複数なものも本発明に含まれる。
【００１６】
エンジンはいろいろな回転数や負荷にて運転され、それに合わせてミキサにて混合気２３の量が調整される。自ずとミキサ１内を流れる空気２１の流量や燃料ガス２２の流量が変わり、流速が変化するため、前述の境界層３３の厚さが変わってくる。本実施形態の混合促進リング１１のように二重構造のものを採用すると、幅広い運転域で混合気２３の均質化を図ることができる。なお、本実施形態では、二重構造であるが、空気２１の流量の低下等がなければそれ以上の複数リングの組合せも可能であり、そのように構成することにより、一層幅広い運転域に対応することができるようになる。
【００１７】
なお、第１の実施形態におけるリング９及び第２の実施形態におけるリング１２、１３は、いずれも横断面形状は四角となっているが、三角、その他の多角形状、円、楕円形状状などを採用することもできる。また、図１乃至図３に示すリング９及び図４乃至図５に示すリング１１の保持方法はそれぞれ一例を示しているため、本発明はこれに限定されない。
【００１８】
【発明の効果】
本発明に係るガス混合装置は、エアクリーナから供給された空気に燃料ガスを空気供給方向と交差する方向から混合してエンジンに供給するガス混合装置において、燃料ガス吸入口の後流側に位置する前記空気と前記燃料ガスの境界層に、流路断面方向に延在する環状部材を設け、該環状部材は、外径寸法が異なる複数のリングを同一の流路断面上でかつ同心に配置することによって構成されていることを特徴とするので、環状部材の後流側に乱流が生じることで、空気と燃料ガスとの混合が促進され、空気量を低下させることなく効率的な混合を実現することができる。しかも、環状部材の後流側により大きな乱流を生じさせることが可能となるので、一層効率的な混合を実現することができるとともに、いろいろな回転数や負荷にて運転されるエンジンの幅広い運転域で混合気の均質化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るガス混合装置を概略的に示す断面図である。
【図２】図１の線II−IIによる断面図である。
【図３】本発明の原理を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るガス混合装置を概略的に示す断面図である。
【図５】図４の線V−Vによる断面図である。
【図６】従来のガス混合装置を概略的に示す断面図である。
【図７】従来のガス混合装置を概略的に示す断面図である。
【図８】従来のガス混合装置を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
１  ミキサ本体
２  レギュレータ
３  ガス通路
４  ベンチュリ
５  ガス吸入口
６  メインアジャストスクリュ
７  スロットル弁
８、１１  混合促進リング
９、１２、１３  リング
１０、１４  ステイ
２１  空気
２２  燃料ガス
２３  混合気
３１  空気層
３２  ガス層
３３  境界層
３４  カルマン渦
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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