JP2016033334A - レーザ点火プラグを備えたエンジン - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ピストンとシリンダヘッドとの間に画定される主室と、該主室と噴孔を介して連通する副室とを備える副室式ガスエンジンであって、レーザを透過するレーザ透過窓を前記副室に面する位置に備え、前記副室に供給された着火用燃料ガスに前記レーザ透過窓を介してレーザを照射するよう構成されたレーザ点火プラグと、前記レーザ点火プラグの前記レーザ透過窓に向けて第1ガスを噴射するよう構成された第1ガス供給路と、を更に備えるエンジン。
【選択図】 図1
Description
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」「一致」等の相対的な配置関係を表す表現は、厳密にそのような相対的配置関係を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
副室式ガスエンジン100は、シリンダ2と、シリンダ2内に収納され往復運動するピストン11と、シリンダ2のシリンダヘッド2aの周囲に接続された吸気ポート5及び排気ポート6と、吸気ポート5を開閉する吸気弁8と、排気ポート6を開閉する排気弁10とを備えている。副室式ガスエンジン100には、シリンダヘッド2aとピストン11との間に画定される主室12(主燃焼室)が設けられている。
副室内で発生した燃焼ガスは、図1の噴孔9近傍に破線で示すように、副室14の噴孔9から火種(トーチ)として噴出し、主室12内の混合ガスを燃焼させる。これにより、主室12内の混合ガスが希薄混合ガスであっても燃焼可能とし、低燃費を実現している。また、主室12での希薄混合ガスの燃焼は、比較的低温の燃焼であるため、NOX等の発生量を低減し、低公害を実現できる。
図3に示した実施形態では、第1ガス供給路22(着火用燃料ガス供給路16)は、後述する副室口金24の大径筒部28の上面24bから大径筒部28の内部へ延びる第1直線部16cと、第1直線部16cに接続し副室へ連通する湾曲部16aとを有する。図4に示した実施形態では、第1ガス供給路22(着火用燃料ガス供給路16)は、後述する副室口金24の大径筒部28の上面24bから大径筒部28の内部へ延びる第1直線部16cと、第1直線部16cに接続し副室へ連通する第2直線部16dとを有する。第2直線部16dの延長線上にレーザ透過窓20が設けられている。
図7に示した実施形態では、第1ガス供給路22(洗浄ガス供給路28)と第2ガス供給路30(着火用燃料ガス供給路16)とは、互いに周方向に対向する位置に設けられている。図示した実施形態では、第1ガス供給路22(洗浄ガス供給路28)および第2ガス供給路30(着火用燃料ガス供給路16)は、ともに副室口金24の側周面24aから副室14へ直線状に貫通して設けられているが、図3および図4に示したように、湾曲部16a又は屈曲部16bを有するように構成することも出来る。
図11及び図13に示す実施形態では、第1ガス供給路22は、着火用燃料ガスを第1ガスとして噴射するよう構成された着火用燃料ガス供給路16として構成してもよい。
また、図13に示すようにレーザ透過窓20が大径筒部28の内周面28aに設けられる場合には、第1ガス供給路22は、大径筒部27の軸方向に第1ガスを噴射するよう構成してもよい。この場合、第1ガス供給路22の開口部が大径筒部27の軸と平行に取り付けられ、第1ガス供給路22の開口部のガス流れ方向に対してほぼ平行にレーザ点火プラグ18のレーザ透過窓20が設けてもよい。
2a シリンダヘッド
5 吸気ポート
6 排気ポート
8 吸気弁
9 噴孔
10 排気弁
11 ピストン
12 主室
14 副室
14a 副室の上面
16 着火用燃料ガス供給路
16a 屈曲部
16b 湾曲部
16c 第1直線部
16d 第2直線部
18 レーザ点火プラグ
20 レーザ透過窓
20a レーザ透過窓の表面
22 第1ガス供給路
22a 第1ガス供給路の開口部
24 副室口金
24a 副室口金の側周面
24b 副室口金の上面
26 小径筒部
27 大径筒部
28 洗浄ガス供給路
29 バルブ
30 第2ガス供給路
31 バルブ
32 ガス供給制御部
33 バルブ制御部
34 筒内圧センサ
35 モード決定部
36 失火サイクル判定部
38 変動係数算出部
50 ホルダ
51 集合配管
100 副室式ガスエンジン
Claims (19)
- ピストンとシリンダヘッドとの間に画定される主室と、該主室と噴孔を介して連通する副室とを備えるエンジンであって、
レーザを透過するレーザ透過窓を前記副室に面する位置に備え、前記副室に供給された着火用燃料ガスに前記レーザ透過窓を介してレーザを照射するよう構成されたレーザ点火プラグと、
前記レーザ点火プラグの前記レーザ透過窓に向けて第1ガスを噴射するよう構成された第1ガス供給路と、
を更に備えるエンジン。 - 前記第1ガスは前記着火用燃料ガスである請求項1に記載のエンジン。
- 前記副室を形成する副室口金は、内径r1を有する小径筒部と、前記内径r1よりも大きな内径r2を有し前記小径筒部に対して前記噴孔と反対側に設けられた大径筒部とを含み、
前記レーザ点火プラグの前記レーザ透過窓は、前記大径筒部に設けられている請求項1又は2に記載のエンジン。 - 前記第1ガス供給路は、前記副室を形成する副室口金の側周面から前記副室へ貫通して設けられている請求項1乃至3のいずれか1項に記載のエンジン。
- 前記第1ガス供給路は、屈曲部又は湾曲部を有する請求項1乃至4のいずれか1項に記載のエンジン。
- 前記第1ガスは、前記着火用燃料ガスとは異なるガスであり、
第2ガスとしての前記着火用燃料ガスを前記副室に供給するための第2ガス供給路を更に備える請求項1に記載のエンジン。 - 前記第2ガス供給路は、前記レーザ点火プラグの前記レーザ透過窓に向けて前記着火用燃料ガスを噴射するよう構成される請求項6に記載のエンジン。
- 前記第1ガスは空気または窒素である請求項6又は7に記載のエンジン。
- 前記第1ガス供給路による前記第1ガスの噴射を制御するよう構成されたガス供給制御部を備え、
前記ガス供給制御部は、燃焼サイクル内における少なくとも圧縮行程の一部を含む期間において前記第1ガス供給路が前記第1ガスを噴射する通常モードを実行可能に構成される請求項6又は7に記載のエンジン。 - 前記ガス供給制御部は、燃焼サイクル内において前記通常モードの実行期間よりも長い期間にわたって前記第1ガス供給路が前記第1ガスを噴射する洗浄モードを実行可能に構成される請求項9に記載のエンジン。
- 前記ガス供給制御部は、前記レーザ点火プラグのレーザの出力状態に関する出力状態情報に基づいて、前記通常モードを実行するか前記洗浄モードを実行するかを決定するよう構成される請求項10に記載のエンジン。
- 失火サイクルの発生の有無を判定する失火サイクル判定部を更に備え、
前記出力状態情報は、前記失火サイクル判定部の判定結果を含み、
前記ガス供給制御部は、失火サイクルが発生していると前記失火サイクル判定部によって判定された場合に、前記洗浄モードを実行するよう構成される請求項11に記載のエンジン。 - 所定サイクル数における前記主室の圧力の変動係数を算出する変動係数算出部を更に備え、
前記出力状態情報は、前記変動係数算出部の算出結果を含み、
前記ガス供給制御部は、前記変動係数算出部によって算出された前記主室の圧力の変動係数が閾値を超えた場合に、前記洗浄モードを実行するよう構成される請求項11又は12に記載のエンジン。 - 前記ガス供給制御部は、前記出力状態情報に関わらず、前記洗浄モードを複数サイクル連続して行わないよう構成される請求項11乃至13のいずれか1項に記載のエンジン。
- 当該エンジンは複数のシリンダを備え、
前記ガス供給制御部は、前記複数のシリンダのうち二つ以上のシリンダについて前記失火サイクルが発生していると前記失火サイクル判定部によって判定された場合に、前記失火サイクルが発生していると判定された前記二つ以上のシリンダに対する前記洗浄モードの実行期間が重複しないように前記洗浄モードを実行するよう構成される請求項12に記載のエンジン。 - 当該エンジンは複数のシリンダを備え、
前記ガス供給制御部は、前記複数のシリンダのうち二つ以上のシリンダについて前記変動係数算出部によって算出した前記変動係数が閾値を超えた場合に、前記筒内圧の変動係数が閾値を超えた前記二つ以上のシリンダの前記洗浄モードの実行期間が重複しないように前記洗浄モードを実行するよう構成される請求項13に記載のエンジン。 - 前記第1ガス供給路は、前記レーザ点火プラグを取り付けた筐体の側面から、前記レーザ透過窓の表面に沿って第1ガスを噴射するよう構成される請求項1又は2に記載のエンジン。
- 更に、着火用燃料ガスを供給するための着火用燃料ガス供給路と、着火用燃料ガスとは異なる第2ガスを供給するための第2ガス供給路と、を備え、
前記第1ガス供給路は、前記着火用燃料ガス供給路及び前記第2ガス供給路に接続され、前記着火用燃料ガスと前記第2ガスの少なくとも一方を前記第1ガスとして噴射するよう構成される請求項17に記載のエンジン。 - 前記副室を形成する副室口金は、内径r1を有する小径筒部と、前記内径r1よりも大きな内径r2を有し前記小径筒部に対して前記噴孔と反対側に設けられた大径筒部とを含み、
前記レーザ点火プラグの前記レーザ透過窓は、前記大径筒部に設けられ、
前記第1ガス供給路は、前記レーザ透過窓の表面に沿って前記大径筒部の軸方向に前記第1ガスを噴射するよう構成される請求項1、2又は17のいずれか一項に記載のエンジン。
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