(57)【要約】【課題】  着火性が良く、高熱効率、そして窒素酸化物の排出量を低減可能とし、さらにはノッキングの防止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】  シリンダとピストンにより形成される燃焼室へガス燃料と酸化剤とを供給し、上記燃焼室で圧縮された混合気を着火装置２により着火するガスエンジン装置において、着火装置２は、該着火装置における燃料の爆轟により超高温のプラズマを生成し、このプラズマを上記燃焼室へ噴射して上記混合気を着火せしめるようになっており、該燃焼室には上記プラズマの流れを案内する案内溝５が形成されている。【選択図】  図１
2005337047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダとピストンにより形成される燃焼室へガス燃料と酸化剤とを供給し、上記燃焼室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、該着火装置における燃料の爆轟により超高温のプラズマを生成し、このプラズマを上記燃焼室へ噴射して上記混合気を着火するようになっており、該燃焼室には上記プラズマの流れを案内する案内溝が形成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】
案内溝は略ラバールノズル形状をな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】
着火装置は噴射プラズマ流がピストンの頂部に向くように配設され、案内溝が該ピストンの頂部に形成されていることとする請求項１又は請求項２に記載のガスエンジン装置。
【請求項４】
着火装置は噴射プラズマ流がシリンダヘッドの内壁面に沿うように配設され、案内溝が該シリンダヘッドの内壁面に形成されていることとする請求項１又は請求項２に記載のガスエンジン装置。
【請求項５】
着火装置は、噴射プラズマ流が燃焼室の半径方向中央部で噴出するように配設され、案内溝は該中央部から半径外方に向けて延びていることとする請求項３又は請求項４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予混合気を充填し、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予混合気に点火させ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ノズルをシリンダヘッドの吸入バルブ近傍に設け、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、着火用の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】
さらには、空気過剰率を下げると、窒素酸化物の排出量が増大する。
【０００９】
これに加えて、着火源としての液体燃料の噴射は、火炎が前方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。仮に、噴射口を複数設けて複数の火炎を形成しても、それらの火炎がほぼ円弧状につながってしまい、解決策とならない。
【００１０】
本発明は、このような点に鑑み、着火性が良く、高熱効率、窒素酸化物の排出濃度の低減を可能とし、さらにはノッキングが起きにくいパイロット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】
【００１１】
本発明のガスエンジン装置は、シリンダとピストンにより形成される燃焼室へガス燃料と酸化剤とを供給し、上記燃焼室で圧縮された混合気を着火装置により着火するようにな
っている。
【００１２】
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、該着火装置における燃料の爆轟により超高温のプラズマを生成し、このプラズマを上記燃焼室へ噴射して上記混合気を着火するようになっており、該燃焼室には上記プラズマの流れを案内する案内溝が形成されていることを特徴としている。
【００１３】
このような構成の本発明のガスエンジン装置では、ガス燃料と酸化剤はシリンダ内で混合気として圧縮された状態で、着火装置で生成されて該シリンダ内へ噴出する超高温のプラズマにより着火され燃焼する。
【００１４】
プラズマは案内溝で案内されて拡散が抑制されつつ前進してシリンダ壁まで達してから混合気に対して広範囲で瞬時に着火する結果、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るので、エンジンの高圧縮比運転が可能となり高熱効率を得られる。また、ノッキング抑制によりエンジンの耐久性が向上する。また、案内溝を複数形成するならば、案内溝ごとに噴射プラズマ流が分散するため多点着火を促進し、この点でもノッキング防止が図られ、また、着火用燃料が節減でき、運転費の低減につながる。
【００１５】
また、本発明では、混合気の可燃範囲が拡大する結果、混合気へエンジンの排ガスの一部を混合させることを可能とし、高排ガス循環率で運転することにより、窒素酸化物の排出量の低減化そして内部熱循環により高熱効率を得ることができる。
【００１６】
さらには、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。
【００１７】
かかる本発明では、案内溝は略ラバールノズル形状をなしていることが望ましい。このラバールノズル形状により噴射プラズマ流は速度を低下することなく周囲の混合気への拡散が抑制され、この点でも、上記多点着火促進、着火用燃料の節減が図れる。
【００１８】
本発明において、着火装置は噴射プラズマ流がピストンの頂部に向くように配設され、案内溝が該ピストンの頂部に形成されているようにすることができる。ピストンに案内溝が形成されていると、ピストン単体は安価であるため、補修そして交換が容易に行なえ、運転費低減につながる。
【００１９】
また、本発明では、着火装置は噴射プラズマ流がシリンダヘッドの内壁面に沿うように配設され、案内溝が該シリンダヘッドの内壁面に形成されているようにすることもできる。シリンダヘッドは冷却が容易であり、内壁の焼損の防止が図れ、メンテナンス費用の低減につながる。
【００２０】
本発明では、さらに具体的には、着火装置は、噴射プラズマ流が燃焼室の半径方向中央部で噴出するように配設され、案内溝は該中央部から半径外方に向けて延びていることとすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、以上のごとく、シリンダ内の圧縮混合気は、着火装置から噴出される超高温のプラズマで着火されるようにしたので、この噴射プラズマ流がシリンダ内で拡がる結果、混合気に対して広範囲で着火することとなり、燃焼が均一に行われて低公害となり、また、ノッキングが抑制されてエンジンの高圧縮比運転が可能となり高熱効率を得られる。
特に、上記噴射プラズマ流は案内溝で案内されその拡散が抑制されつつ前進してシリンダ壁に達してから混合気に対して広範囲で瞬時に着火するので、その効果が大きい。したがって、ノッキング抑制によりエンジンの耐久性が向上し、高圧縮比運転により熱効率が改善される。また、案内溝を複数形成することが可能となり、その場合には、案内溝ごとに噴射プラズマ流が分散するため多点着火を促進し、この点でもノッキング防止が図られ、また、着火用燃料が節減でき、運転費の低減につながる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面にもとづき、本発明の実施の形態を説明する。
【００２３】
＜第一実施形態＞
図１は、本発明の第一実施形態としてのガスエンジン装置のピストン及びその周辺を示している。この図１は、ピストンの形態を主として図示しており、ガス燃料や酸化剤としての空気の取入れのための吸入口、燃焼後の排気の排出のための排気口は、公知の形態でよく、図示を省略している。また、二点鎖線で示されるシリンダヘッド１に設けられた着火装置２は、プラズマ流を噴射するものであり、着火装置自体は特徴を有するものでなくともよく、単にその外形のみで示されている。この着火装置２は、図示の場合、シリンダヘッド１の中央位置で下方に向けてプラズマ流を噴射するように配設されている。
【００２４】
上記着火装置２は、例えば爆轟装置を有していて、この爆轟によりプラズマを発生し、ノズルからプラズマ流として噴射する。爆轟装置は、例えば、ガス燃料源からガス燃料を受けて間欠的に燃焼して超高温のもとでプラズマを発生し、シリンダとピストンにより形成される燃焼室内の混合気の着火時にタイミングを合わせて該燃焼室内に上記プラズマを噴射する。爆轟自体の原理は公知なので、ここではその説明を省略する。この爆轟装置では、爆轟室からプラズマの噴射ノズルに向けその流れの断面積を収束するようにしておくと、さらに高温のプラズマを得る。
【００２５】
図１において、上記着火装置２からのプラズマ流は矢印Ａのごとく、ピストン３の頂部（上面）の中央部に向けて噴射される。
【００２６】
上記ピストン３の上面４は、略球面の一部をなすように凹弯曲して形成されており、この上面４には、中央部から半径外方に延びる案内溝５が周方向の四箇所で放射状に形成されている。各案内溝５は、本実施形態では、図１（Ｂ）のごとくほぼ一定した深さであるが、溝幅は、図１（Ａ）に見られるごとく、ラバールノズル形状をなしている。すなわち、各案内溝５は、中央部５Ａから半径外方に向け中間部までは幅が次第に狭くなって喉部５Ｂを形成した後、さらに半径外方に向けては外周開口５Ｃに向け幅が次第に拡がっている。
【００２７】
このような、ラバールノズル形状の案内溝５を有する本実施形態では、着火時に着火装置２からプラズマ流が噴射されると、このプラズマ流はＡ方向に向けピストン３の上面中央部に衝突した後、流れをＢ方向に変えて各案内溝５に分散しシリンダ１の内周面に到達する。その際、上記超音速のプラズマ流は、ラバールノズル形状の案内溝５によって案内されるため、その流速を低下することなく周囲の混合気の巻き込みがなく細い幅のまま上記シリンダ１の内周面まで達する。その際、圧縮された燃焼室内の混合気は、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のもとで高熱効率をもたらす。
【００２８】
＜第二実施形態＞
案内溝はピストンに限定されず、第二実施形態として図２に示すごとく、シリンダヘッドに形成することもできる。
【００２９】
図２において、着火装置２は図１の場合と同様にシリンダヘッド１の中央位置で下向きに配設されている。ただし、プラズマ流は、図１の場合と異なり、矢印Ｃで示されるように半径外方に噴射される。
【００３０】
ボルト孔１Ａでシリンダ６に取り付けられたシリンダヘッド１の天井面１Ｂには、放射状に四つの案内溝７が形成されている。上記天井面１Ｂは、中央域のみが凹弯曲していて他は平らであり、各案内溝７は半径方向外方に延びるラバールノズル形状をなしている。この案内溝７は、その溝深さは、図１の場合と同様に一定深さで、幅寸法が変化することによりラバールノズル形状をなしていて、平面形状としては、図１の案内溝５と同一である。すなわち、中央部７Ａから半径方向外方に向けて中間部まで狭く形成されて喉部７Ｂから外方で外周開口７Ｃに向け拡がっている。
【００３１】
着火装置２によって半径外方に噴射されたプラズマ流は、このようなラバールノズル形状の案内溝７によっても、図２のごとく、矢印Ｄにて示されるように案内され、拡がることなく超高速を保ったままシリンダ内周壁面まで達し、図１の場合と同じ効果をもたらす。
【００３２】
本発明は、図示の例に限定されず、案内溝はラバールノズル形状が好ましいが、プラズマ流の拡がりを防止できれば、他の形状でもよい。また、案内溝の数、そして、案内溝の起点及び終点の位置も着火装置の位置によって任意に設定可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第一実施形態のピストンを示し、（Ａ）はピストン頂部についての平面図、（Ｂ）はピストンの縦断面図である。
【図２】第二実施形態としてのシリンダヘッドを示し、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は底面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  シリンダヘッド
２  着火装置
３  ピストン
５  案内溝
７  案内溝
【図１】
2005337047.tif 000003
【図２】
2005337047.tif 000004