(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと連通し点火プラグを備える副室を有し、同副室に燃料ガスを副室ガスとして送入する副室ガス供給系と、吸入空気管からの空気と燃料ガスをガスミキサで混合し過給機を介して前記シリンダヘ送入する混合気供給系とを有するガスエンジンのガス供給装置において、前記副室ガス供給系には前記過給機の出口圧に対し前記副室ガスの供給圧を一定差圧とする副室ガスレギュレータを設けるとともに、前記副室の副室ガス入口部に熱膨張性材料のオリフィス板を介装してなることを特徴とするガスエンジンのガス供給装置。
【請求項２】
シリンダと連通し点火プラグを備える副室を有し、同副室に燃料ガスを副室ガスとして送入する副室ガス供給系と、吸入空気管からの空気と燃料ガスをガスミキサで混合し過給機を介して前記シリンダヘ送入する混合気供給系とを有するガスエンジンのガス供給装置において、前記副室ガス供給系には前記過給機の出口圧に対し前記副室ガスの供給圧を一定差圧とする副室ガスレギュレータを設けるとともに、前記過給機の出口圧が導入されて作動し同出口圧の大小に対応して前記副室ガスの流路の開度を大小に調整する調整弁装置を前記副室ガスレギュレータと前記副室の間に介装してなることを特徴とするガスエンジンのガス供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスエンジンに関し、特にそのガス供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７に従来の希薄燃焼ガスエンジンのガス供給装置における空気、燃料ガス供給系統の概要を示し説明する。ここに示す従来例は過給機付き希薄燃焼ガスエンジンであり、点火用副室を有するものである。
【０００３】
この従来例において、ガスエンジン１の燃焼用の空気は吸入空気管１１よりガスミキサ１０に導入され、燃料ガスは燃料ガス管１５より分岐された主燃料ガス供給入口管１４を通り、主燃料ガスレギュレータ１２で調圧された後、主燃料ガス管１３を通りガスミキサ１０に導入され、前述の燃焼用の空気と混合され希薄混合ガスとなる。混合ガスは過給機のコンプレッサ９で圧縮され、混合気供給管８ｂから吸気弁４が開く吸気行程中にシリンダ２ａ内に導入される。
【０００４】
一方、副室ガスとしては、燃料ガス管１５から副室ガス入口管１８に分岐した純ガスが副室ガスレギュレータ２３で調圧された後、副室ガス供給管１６を通りチェック弁７を介してシリンダヘッド３に設けられた副室５内に導入されるが、副室５への副室ガスの供給は副室５内圧より副室ガス供給管１６内圧が高い吸気行程中に主に行われる。
【０００５】
副室ガスレギュレータ２３の出口ガス圧、すなわち副室ガス供給圧の設定は、混合気供給管８ｂの内圧（過給機出口圧）を導入管２４を介して副室ガスレギュレータ２３の背面にかけ、副室ガスレギュレータ出口ガス圧（副室ガス供給圧）と混合気供給管８ｂ内圧（過給機出口圧）との差圧を設定できる差圧型レギュレータを用いておこなわれる。
【０００６】
以上のような希薄燃焼ガスエンジン１において、圧縮行程に入るとピストン２が上昇しシリンダ２ａ内の希薄混合ガスが副室５の先端に形成されている副室噴孔５ａより副室５内に流入し、先に導入された副室ガスの純ガスと混合し理論混合比に近い混合ガス濃度となり、圧縮上死点近くになると副室５の上部に付設された点火プラグ６のスパークにより副室５内の混合ガスが点火される。点火した火炎は副室噴孔５ａからシリンダ２ａ内へ噴出しシリンダ２ａ内の希薄混合ガスが点火され全体に火炎伝播しやがて燃焼は終了する。
【０００７】
このような副室付き希薄燃焼ガスエンジンにおいては、点火を安定させる条件として副室５内の混合ガス濃度を着火し易い混合比（理論混合比）に保つことが重要であるが、従来においてはこの副室５内ガス濃度がエンジン負荷により変化し、高負荷では混合濃度が薄く、低負荷では混合濃度が濃くなり全負荷域で適正混合比に保つ事が困難であった。
【０００８】
すなわち、高負荷時副室ガス供給量Ｑｈ、低負荷時副室ガス供給量Ｑｌは次式のように表わされる。
【０００９】
Ｑｈ＝Ａ×ΔＰ／Ｐｓ  ｈ
Ｑｌ＝Ａ×ΔＰ／Ｐｓ  ｌ
（ただし、Ａ：副室ガス管供給管の流路断面積
ΔＰ：副室ガス差圧、すなわち副室ガス供給圧と混合気供給管内
圧（過給機出口圧）との差圧
Ｐｓ  ｈ：高負荷時副室内圧
Ｐｓ  ｌ：低負荷時副室内圧）
上記のように、副室ガス供給圧の設定がエンジン負荷に関わらず混合気供給管８ｂの内圧（過給機出口圧）との差圧ΔＰで設定されているため、副室５内に供給される副室ガスである純ガス量は、副室内圧ベースに換算すると、副室内圧が高負荷時程高いため、高負荷時は少なくなるためである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来装置の問題点を解消するためになされたものであって、エンジン負荷の変化があった時も負荷に応じた副室ガスを供給でき、副室内の混合ガス濃度を着火しやすい最適な混合比に保つことができるガスエンジンのガス供給装置を提供することを課題とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであって、以下の（１）、（２）のとおりである。
【００１３】
（１）請求項１の発明は、シリンダと連通し点火プラグを備える副室を有し、同副室に燃料ガスを副室ガスとして送入する副室ガス供給系と、吸入空気管からの空気と燃料ガスをガスミキサで混合し過給機を介して前記シリンダヘ送入する混合気供給系とを有するガスエンジンのガス供給装置において、前記副室ガス供給系には前記過給機の出口圧に対し前記副室ガスの供給圧を一定差圧とする副室ガスレギュレータを設けるとともに、前記副室の副室ガス入口部に熱膨張性材料のオリフィス板を介装してなることを特徴とするガスエンジンのガス供給装置を提供するものである。
【００１４】
すなわち請求項１の発明によれば、エンジン負荷により副室の周辺温度は変化し、高負荷時にはオリフィス板の温度が高くオリフィス孔径が大きくなり副室ガスの供給量は増大し、低負荷時にはオリフィス板の温度が低くオリフィス孔径が小さくなり副室ガスの供給量は減少するので、エンジン負荷に応じた副室ガスの供給が可能なので、副室内混合比を最適値に設定できエンジン負荷に関係なく安定した点火条件が得られる。
【００１５】
（２）また、請求項２の発明は、シリンダと連通し点火プラグを備える副室を有し、同副室に燃料ガスを副室ガスとして送入する副室ガス供給系と、吸入空気管からの空気と燃料ガスをガスミキサで混合し過給機を介して前記シリンダヘ送入する混合気供給系とを有するガスエンジンのガス供給装置において、前記副室ガス供給系には前記過給機の出口圧に対し前記副室ガスの供給圧を一定差圧とする副室ガスレギュレータを設けるとともに、前記過給機の出口圧が導入されて作動し同出口圧の大小に対応して前記副室ガスの流路の開度を大小に調整する調整弁装置を前記副室ガスレギュレータと前記副室の間に介装してなることを特徴とするガスエンジンのガス供給装置を提供するものである。
【００１６】
すなわち請求項２の発明によれば、過給機出口圧はエンジン負荷に応じて変化するので前記弁装置の副室ガス流路の開度は、エンジン負荷の大小に対応して大小に調整され、エンジン負荷に応じた副室ガスの供給が可能となり、副室内混合比を最適値に設定でき、エンジン負荷に関係なく安定した点火条件が得られる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１に本発明に関連し本発明者が検討した一検討例に係るガスエンジンのガス供給装置の空気、燃料ガス供給系統の概要を示し、説明する。なお、前記した従来のものと同一部分については、図１においても同一の符号を付して示し、相互の関連を明確にして本検討例の理解を容易にするとともに、説明を省略することとし、この点については、以下、本発明の実施の形態に関しても同様とする。
【００１８】
本検討例に係るガスエンジン１は副室５を持ち副室５内で点火する希薄燃焼ガスエンジンで、副室５に供給する燃料ガス（副室ガス）をエンジン負荷に応じて設定できるように副室ガス圧設定弁１７、副室ガスコントローラ２１等を設けたものである。
【００１９】
本検討例においては、吸入空気管１１にはガスミキサ１０が接続し、また燃料ガス管１５より分岐した主燃料ガス供給入口管１４には主燃料ガスレギュレータ１２が接続し、主燃料ガスレギュレータ１２は主燃料ガス管１３を介しガスミキサ１０に接続している。ガスミキサ１０の後流側には過給機吸入管８ａを介し過給機のコンプレッサ９が接続しており、その下流にコンプレッサ９で圧縮された混合ガスをシリンダヘッド３の吸気ポートへ供給する混合気供給管８ｂが接続している。
【００２０】
副室ガスの供給系統としては燃料ガス管１５より副室ガス入口管１８が分岐し、副室ガス入口管１８には外部より電気的に設定できる副室ガス圧設定弁１７が接続し、その出口には副室ガス供給管１６が接続し、チェック弁７を介して副室５に接続される構成となっている。
【００２１】
副室ガス圧設定弁１７は副室ガスコントローラ２１により制御されるが、吸入空気管１１に付設した吸入空気圧センサ１９により空気圧を検知すると共に、副室ガス供給管１６に付設した副室ガス供給圧センサ２０により副室ガス供給圧を、混合気供給管８ｂに付設した過給機出口圧センサ２５により過給機出口圧を検知し副室ガスコントローラ２１により負荷に対応した最適な副室ガス供給圧を設定できるような制御機構を備えた構成としている。
【００２２】
すなわち、上記の構成により、吸入空気管１１より吸入された燃焼用の空気はガスミキサ１０に導入され、燃料ガスは主燃料ガス供給入口管１４より主燃料ガスレギュレータ１２に導入されて調圧された後、主燃料ガス管１３を通りガスミキサ１０へ導入される。空気と燃料ガスはガスミキサ１０で混合され、希薄混合ガスとなり過給機吸入管８ａを経て過給機のコンプレッサ９で圧縮され混合気供給管８ｂを通りシリンダヘッド３に設けられた吸気弁４から、吸気弁４が開く吸気行程にシリンダ２ａ内に吸入される。
【００２３】
副室ガスは副室ガス入口管１８を通り、副室ガスコントローラ２１によって制御される副室ガス圧設定弁１７により圧力設定され、副室ガス供給管１６を経てチェック弁７を介して副室５内に供給されるが、副室５内圧より副室ガス供給管１６の内圧が高い期間に副室ガスとして純ガスが供給されることになる。
【００２４】
副室ガスコントローラ２１には吸入空気管１１に付設した吸入空気圧センサ１９によって、エンジン負荷に比例して変化する吸入空気圧が電気信号１９ａとして接続されている。更に副室ガスコントローラ２１には混合気供給管８ｂに付設した過給機出口圧センサ２５の信号２５ａ、副室ガス供給管１６に付設した副室ガス供給圧センサ２０の信号２０ａが接続され、負荷に応じ適正な副室ガス供給圧が設定できる。
【００２５】
すなわち、吸入空気圧は一般に負圧であり高負荷であるほど負圧は大きくなり吸入空気圧センサ１９の検知した負圧値はエンジン負荷と比例関係にある。また、過給機出口圧は、副室ガスを供給する行程における副室５内圧にほぼ等しい。したがって、エンジン負荷に比例した吸入空気圧と、副室５内圧に対応した過給機出口圧とを検知するとともに、現状の副室ガス供給圧を検知し、予め得ておいたこれらの関係のデータを副室ガスコントローラ２１にインプットしておくことにより、副室ガスコントローラ２１は副室ガス圧設定弁１７を制御して負荷に応じ適正な副室ガス供給圧が設定でき、その結果、副室ガスの流量が適切に制御できるのである。
【００２６】
ガスエンジン１が圧縮行程に入ると、ピストン２が上昇しシリンダ２ａ内の希薄混合ガスが圧縮され、副室５の先端に設けられている副室噴孔５ａより希薄混合ガスが副室５内に送入され先に吸入された副室ガスの純ガスと混合され点火に適正な混合比の混合ガスとなり、上死点近傍になると副室５内に設けられた点火プラグ６がスパークし副室５内の混合ガスに点火し、副室５の先端の副室噴孔５ａよりシリンダ２ａ内に火炎が噴出する。そしてシリンダ２ａ内の希薄混合ガスに点火して、全体に火炎伝播しやがて燃焼が終了する。
【００２７】
吸入空気圧はエンジン負荷と比例した圧力であるため、吸入空気圧を検知すると共に副室５内圧に比例した過給機出口圧、副室ガス供給圧（設定圧）を合わせて検知し、負荷に応じた副室５内圧条件に換算した副室ガス供給量を供給することが可能となることから、副室内混合比を最適値に設定できエンジン負荷に関係なく安定した点火条件が得られる。
【００２８】
図２，図３にもとづき、本発明の実施の第１形態を説明する。図２は実施の第１形態に係るガスエンジンのガス供給装置の空気・燃料供給系統の概要を示し、図３はガスエンジン１のシリンダヘッド３の断面とその周辺の詳細説明図である。
【００２９】
本実施の形態においては、副室ガスの供給は副室ガスレギュレータ２３に過給機出口圧を背圧としてかけるようにした導入管２４を設けて接続し過給機出口圧より高い一定差圧で副室ガスを副室５へチェック弁７を介して供給するようにすると共に、シリンダヘッド３の副室５の副室ガス入口部に副室ガス供給口金２２を設けた構成とし、他は図７の従来例と同様である。
【００３０】
この副室ガス供給口金２２には、その中間部に中央にオリフィス２２ｂとなる穴の空いたオリフィス板２２ａを装着し、そのオリフィス２２ｂを介してガス供給を行う構造であり、オリフィス板２２ａは温度による膨張係数が大きい熱膨張性の材料を用い、高温になるとオリフィス２２ｂの孔径が大きくなり、低温では小さくなるようにしている。
【００３１】
かかる構成により、燃料ガス管１５から副室ガス入口管１８へ分岐した副室ガスは、混合気供給管８ｂの内圧（過給機出口圧）を背圧とする差圧設定型の副室ガスレギュレータ２３により圧力設定され、過給機出口圧より常に高い一定差圧で副室ガス供給管１６を経てチェック弁７を介して、副室ガス供給口金２２のオリフィス板２２ａのオリフィス２２ｂを通り副室５内に供給される。
【００３２】
エンジン負荷により副室５の周辺温度は変化し、それに応じて副室ガス供給口金２２内のオリフィス板２２ａのオリフィス２２ｂの孔径も変わる。このため高負荷時においては副室ガス供給口金２２が高温となりオリフィス板２２ａのオリフィス２２ｂの孔径は大きくなり、副室ガスの供給量が増大し、低負荷時では温度が低くオリフィス２２ｂの孔径は小さくなり副室ガスの供給量が減少するため、副室ガス供給圧の過給機出口圧との差圧が一定でも負荷に応じた副室ガス供給量の制御が可能となる。
【００３３】
図４，図５および図６にもとづき、本発明の実施の第２形態を説明する。図４は実施の第２形態に係るガスエンジンのガス供給装置の空気・燃料供給系統の概要を示し、図５は副室ガス量調整ポット２６の詳細断面説明図であり、図６は図５中Ａ−Ａ矢視図である。
【００３４】
本実施の形態においては、副室ガスの供給は、副室ガスレギュレータ２３に混合気供給管８ｂの内圧（過給機出口圧）を背圧としてかけるようにした導入管２４を接続し、過給機出口圧より高い一定差圧で副室ガスを副室５へ供給するようにすると共に、副室ガスレギュレータ２３の出口に接続する副室ガス供給管１６に副室ガス量調整ポット２６を接続して設け、そこからガス調整出口管２７、チェック弁７を介して副室に接続する構成としたものであり、他は図７の従来例と同様である。
【００３５】
図５，図６に詳細に示すように、副室ガス量調整ポット２６は、ポット本体２６ａ中に設けた空気ピストン２６ｂとその下部に連結棒２６ｄにより連結し連動するガス調整ピストン２６ｃ、調整ばね２６ｅを有すると共に、ポット本体２６ａのガス調整ピストン２６ｃが摺動する側面にはガス量調整ポート２６ｆが設けられている。
【００３６】
一方、空気ピストン２６ｂの上方のポット本体２６ａには過給機出口圧の導入管２８を配設し、連通すると共に、ガス調整ピストン２６ｃの摺動するポット本体２６ａの側面上端には副室ガス供給管１６が接続し連通し、ガス量調整ポート２６ｆにはガス調整出口管２７が接続連通する構造となっている。
【００３７】
かかる構成により、副室ガスは、副室ガス入口管１８より混合気供給管８ｂの内圧（過給機出口圧）を背圧とする差圧設定型の副室ガスレギュレータ２３により圧力設定され、過給機出口圧より常に高い一定差圧で副室ガス供給管１６に供給され、副室ガス量調整ポット２６の入口より副室ガス量調整ポット２６内のガス調整ピストン２６ｃの上部へ供給される。
【００３８】
一方、過給機出口圧の導入管２８によりポット本体２６ａ内の空気ピストン２６ｂの上部に過給機出口圧をかけ、その圧力により図５，図６に２点鎖線で示すように空気ピストン２６ｂ、およびガス量調整ピストン２６ｃを押し下げる。なお、２６ｇは通気孔である。
【００３９】
この結果、過給機出口圧が大きくなると、ガス量調整ピストン２６ｃの押し下げ量が増し、ガス量調整ポート２６ｆがガス量調整ピストン２６ｃの肩部より覗く開口面積が大きくなって副室ガス供給量が増大する。
【００４０】
すなわち、ガス量調整ポート２６ｆはガス量調整ピストン２６ｃとともに、副室ガスの流路の開度を調整する調整弁装置とし機能する。過給機出口圧力はエンジン負荷の大小に応じて増減変化するので、その結果、ガス量調整ポート面積はエンジン負荷の大小に応じた開口面積となり副室ガスの流路の開度が大小調節されることなり、副室ガス供給量もエンジン負荷増減に応じて増減制御することが可能となる。
【００４１】
以上本発明の実施の形態を説明したが、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えてもよいことは言うまでもない。
【００４２】
【発明の効果】
以下、本発明の効果につき説明する。
【００４３】
（１）請求項１の発明によれば、ガスエンジンのガス供給装置を、シリンダと連通し点火プラグを備える副室を有し、同副室に燃料ガスを副室ガスとして送入する副室ガス供給系と、吸入空気管からの空気と燃料ガスをガスミキサで混合し過給機を介して前記シリンダヘ送入する混合気供給系とを有するガスエンジンのガス供給装置において、前記副室ガス供給系には前記過給機の出口圧に対し前記副室ガスの供給圧を一定差圧とする副室ガスレギュレータを設けるとともに、前記副室の副室ガス入口部に熱膨張性材料のオリフィス板を介装してなるように構成したので、エンジン負荷により副室の周辺温度は変化し、高負荷時にはオリフィス板の温度が高くオリフィス孔径が大きくなり副室ガスの供給量は増大し、低負荷時にはオリフィス板の温度が低くオリフィス孔径が小さくなり副室ガスの供給量は減少することにより、エンジン負荷に応じた副室ガスの供給が可能となり、副室内混合比を最適値に設定できエンジン負荷に関係なく安定した点火条件が得られる。
【００４４】
（２）また、請求項２の発明によれば、ガスエンジンのガス供給装置を、シリンダと連通し点火プラグを備える副室を有し、同副室に燃料ガスを副室ガスとして送入する副室ガス供給系と、吸入空気管からの空気と燃料ガスをガスミキサで混合し過給機を介して前記シリンダヘ送入する混合気供給系とを有するガスエンジンのガス供給装置において、前記副室ガス供給系には前記過給機の出口圧に対し前記副室ガスの供給圧を一定差圧とする副室ガスレギュレータを設けるとともに、前記過給機の出口圧が導入されて作動し同出口圧が大小に対応して前記副室ガスの流路の開度を大小に調整する調整弁装置を前記副室ガスレギュレータと前記副室の間に介装してなるように構成したので、過給機出口圧はエンジン負荷に応じて変化するため前記弁装置の副室ガス流路の開度は、エンジン負荷の大小に対応して大小に調整され、エンジン負荷に応じた副室ガスの供給が可能となり、副室内混合比を最適値に設定でき、エンジン負荷に関係なく安定した点火条件が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に関連して本発明者が検討した一検討例に係るガスエンジンのガス供給装置における空気・燃料供給系統の概要説明図である。
【図２】  本発明の実施の第１形態に係るガスエンジンのガス供給装置における空気・燃料供給系統の概要説明図である。
【図３】図２におけるガスエンジンのシリンダヘッド断面とその周辺の詳細説明図である。
【図４】  本発明の実施の第２形態に係るガスエンジンのガス供給装置における空気・燃料供給系統の概要説明図である。
【図５】図４における副室ガス量調整ポット２６の詳細断面説明図である。
【図６】図５中、Ａ−Ａ矢視図である。
【図７】本発明に係るガスエンジンのガス供給装置の従来例における空気・燃料供給系統の概要説明図である。
【符号の説明】
１        ガスエンジン
２        ピストン
２ａ      シリンダ
３        シリンダヘッド
４        吸気弁
５        副室
６        点火プラグ
７        チェック弁
８ｂ      混合気供給管
９        コンプレッサ
１０      ガスミキサ
１１      吸入空気管
１２      主燃料ガスレギュレータ
１５      燃料ガス管
１６      副室ガス供給管
１７      副室ガス圧設定弁
１８      副室ガス入口管
１９      吸入空気圧センサ
２０      副室ガス供給圧センサ
２１      副室ガスコントローラ
２２      副室ガス供給口金
２３      副室ガスレギュレータ
２４      導入管
２５      過給機出口圧センサ
２６      副室ガス量調整ポット
２６ａ    ポット本体
２６ｂ    空気ピストン
２６ｃ    ガス調整ピストン
２６ｄ    連結棒
２６ｅ    調整ばね
２６ｆ    ガス量調整ポート
２７      ガス調整出口管
２８      導入管
【図１】
0003835943.tif 000002
【図２】
0003835943.tif 000003
【図３】
0003835943.tif 000004
【図４】
0003835943.tif 000005
【図５】
0003835943.tif 000006
【図６】
0003835943.tif 000007
【図７】
0003835943.tif 000008