JP2855388B2

JP2855388B2 - 発電・電動機を持つターボチャージャを備えた多気筒型ガスエンジン

Info

Publication number: JP2855388B2
Application number: JP4209514A
Authority: JP
Inventors: 英男河村
Original assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Current assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Priority date: 1992-07-15
Filing date: 1992-07-15
Publication date: 1999-02-10
Anticipated expiration: 2014-02-10
Also published as: JPH0633780A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ナチュラルガスを燃
料とする発電・電動機を持つターボチャージャを備えた
多気筒型ガスエンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ナチュラルガスを主燃料とするエ
ンジンは、コジェネレーション型エンジンとして、政
府、官公庁研究機関或いは民間会社で開発が進められて
いる。このコジェネレーション型エンジンは、動力を発
電機で電気エネルギーとして取り出し、排気ガスエネル
ギーが有する熱を熱交換器で水を加熱して温水にして給
湯用として利用している。そして、このコジェネレーシ
ョン型エンジンは、都市内電気供給システムとして利用
されることが期待されている。

【０００３】ナチュラルガスを燃料とするエンジンとし
て、例えば、特開昭５４−１５６９１１号公報、特開昭
６３−６３５８号公報、特開平１−２３２１１９号公
報、実公平３−４１０６８号公報に開示されたものがあ
る。

【０００４】特開昭５４−１５６９１１号公報に開示さ
れた内燃機関は、吸入空気を圧縮して主燃焼室に供給
し、吸入空気の一部をジェットセル点火室中に供給し、
パラフィン系の炭化水素燃料を上記ジェットセル点火室
中に噴射して濃厚な混合物を生成し、吸入空気と混合物
を更に圧縮し、パラフィン系の炭化水素燃料を主燃焼室
中に噴射し、一方で吸入空気と混合物を更に圧縮して希
薄な混合物を主燃焼室内に生成させ、ジェットセル点火
室中の混合物を両混合物の完全圧縮が達成される前に点
火して熱いガスの流れを生成し、該熱いガスの流れを主
燃焼室内の上記混合物中に投入してこの主燃焼室内の混
合物を点火し、ＮＯ_Xの生成を低減するものである。

【０００５】また、特開昭６３−６３５８号公報に開示
されたガスエンジン駆動型ヒートポンプシステムは、可
燃ガスをバッファタンクに貯留し、このバッファタンク
より可燃ガスを複数台のヒートポンプに蓄えられた駆動
用ガスエンジンに分配供給し、ヒートポンプで気液分離
後の温泉水を所要温度に加熱し、加熱後の温泉水を熱負
荷に供給するように構成してあるものであり、バッファ
タンクに圧力センサーを設けると共に、圧力センサーに
よるバッファタンクの検出圧が高圧設定圧から低圧設定
圧に低下する毎に、ガス供給対象ヒートポンプの数順次
減少させる制御手段を有しているものである。

【０００６】また、特開平１−２３２１１９号公報に開
示された水素・液化天然ガス用エンジンは、エンジンの
低負荷運転状態においては燃料たる水素と液化天然ガス
との何れか一方を供給すると共に、エンジンの高負荷運
転状態においては燃料たる液化天然ガスを供給すべき制
御手段を設けたものである。

【０００７】更に、実公平３−４１０６８号公報に開示
されたガス焚きディーゼルエンジンは、液体燃料を噴射
する液体燃料噴射弁とガス燃料を噴射するガス燃料噴射
弁をシリンダカバーに設けた二元燃料噴射式であり、ガ
ス燃料噴射弁とガス燃料が貯蔵された液化燃料ガスタン
クとの間を高圧ガス路及び低圧ガス路の２系統のガス路
にて接続し、上記各ガス路中にはガス燃料を異なる圧力
に加圧してガス燃料噴射弁に送給する高圧圧縮機及び低
圧圧縮機がそれぞれ設けられると共に、ガス燃料噴射弁
は高圧ガス路から高圧ガスを噴射する高圧ガス噴口と低
圧ガス路からの低圧ガスを噴射する低圧ガス噴口とを有
するものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ナチュ
ラルガスを燃料とするガスエンジンは、燃料がガス体で
あるので、ガソリンと同じように燃料ガスを吸気バルブ
から吸入され、圧縮、着火されるので、圧縮比を大きく
することができず、理論熱効率（η＝仕事の熱換算／燃
料の熱量）は必ずしも高くない。通常使用されているガ
スエンジンは、圧縮比が１２〜１３程度であり、理論熱
効率は４８％に過ぎないものであり、ガスエンジンの動
力を電気エネルギーにした場合には、総合熱効率は３４
〜３５％で、場合によっては３０％を割るような効率で
ある。従って、冷却水損失及び排気ガスエネルギーとし
ては、燃料の６５〜７０％のものが放出されることにな
り、この熱エネルギーを熱交換器によって温水を作り、
給湯用にしても一般の発電装置では該温水が余り多量で
一般給湯設備では十分に利用できないという現状であ
る。従って、ガスエンジンから得られる電気エネルギー
としては、コストの高いものになる。しかも、このよう
なガスエンジンは、圧縮比が１８以上であるディーゼル
エンジンの理論熱効率５７％とは、大幅に異なるもので
ある。

【０００９】そこで、ガスエンジンから電気エネルギー
として取り出す場合に、熱効率を向上させることが望ま
れているのが現状である。ガスエンジンは、ナチュラル
ガスを燃料とするものであり、燃料が気体である。そこ
で、吸入行程でガスを吸入し、次いで圧縮すると、高圧
縮となり温度が高くなり、自己着火の現象即ちノッキン
グが発生する。しかるに、ナチュラルガスのガス燃料は
圧縮比が１２以下でないと、自己着火するものである。
また、エンジンの熱効率については、圧縮比が小さいと
熱効率が小さくなることは理論計算により明らかであ
る。従って、ガスエンジンでは、ガス燃料の自己着火を
避けて、圧縮比を如何に高くするかの課題がある。

【００１０】また、コジェネレーション型エンジンで
は、ブレーキを掛けたり或いは坂道を走行したりする自
動車のエンジンの負荷変動のようには、回転速度と負荷
変動は大きくない。そこで、同一回転で負荷が変化して
も効率の良いエンジンとして電気エネルギーとしての熱
効率（η＝仕事の熱換算／燃料の熱量）を向上させるこ
とが重要である。また、オットサイクルのエンジンで
は、全負荷の時には３５％以上の熱効率を持つエンジン
では、負荷の小さい時には２５％まで熱効率が低下す
る。

【００１１】そこで、この発明の目的は、上記の課題を
解決することであり、気筒からの排気ガスエネルギーで
駆動される複数のターボチャージャを有し、高負荷では
両ターボチャージャのコンプレッサを利用して二段過給
を行ってブーストを上げ、部分負荷では一方のターボチ
ャージャ側に排気する気筒を休筒し、残りの気筒のエン
ジンでは全負荷とし、エンジンの負荷変動に対して高効
率を維持できる発電・電動機を持つターボチャージャを
備えた多気筒型ガスエンジンを提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、複数の気筒内を往復運動する各ピストンの
往復運動を回転運動に変換して回転する回転軸を有する
ナチュラルガスを燃料とする多気筒型ガスエンジンにお
いて、複数の気筒の排気管を集合する排気マニホルドに
取り付けた発電・電動機を持つ第１ターボチャージャ、
他の複数の気筒の排気管を集合する排気マニホルドに取
り付けた発電・電動機を持つ第２ターボチャージャ、前
記各発電・電動機で発生した電力が供給される前記回転
軸に取り付けた誘導電動機、エンジン負荷を検出するセ
ンサー、及び該センサーの部分負荷信号に応答して前記
第１ターボチャージャ側の前記各気筒を休筒させる制御
を行うコントローラ、を有することを特徴とする発電・
電動機を持つターボチャージャを備えた多気筒型ガスエ
ンジンに関する。

【００１３】また、この発電・電動機を持つターボチャ
ージャを備えた多気筒型ガスエンジンにおいて、前記各
気筒の各吸排気弁を電磁力で駆動する電磁弁駆動装置を
有し、前記各気筒の休筒は前記各吸排気弁をピストンの
上死点で閉鎖して行うものである。

【００１４】また、この発電・電動機を持つターボチャ
ージャを備えた多気筒型ガスエンジンにおいて、例え
ば、４気筒エンジンでは、休筒する前記各気筒を第１気
筒と第４気筒としたものである。

【００１５】また、この発電・電動機を持つターボチャ
ージャを備えた多気筒型ガスエンジンにおいて、前記第
１ターボチャージャのタービン上流側排気通路に連通し
た前記第２ターボチャージャのタービン下流側排気通路
に設けた第１制御弁、前記第２ターボチャージャの前記
タービン下流側排気通路を大気開放する排気通路に設け
た第２制御弁、前記第１ターボチャージャのコンプレッ
サの吸気ポートへの吸気通路に設けた第３制御弁、該第
３制御弁の上流側の前記吸気通路と前記第２ターボチャ
ージャのコンプレッサの吸い込み側の通路とを連通する
二段吸気通路に設けた第４制御弁、及び前記第２ターボ
チャージャの前記コンプレッサの吸い込み側の前記通路
に設けた第５制御弁を有することを特徴とする請求項１
に記載の発電・電動機を持つターボチャージャを備えた
多気筒型ガスエンジン。前記主室及び前記副室を形成す
る前記壁体、シリンダライナ及びピストンヘッドを耐熱
性に優れたセラミックスで作製したものである。

【００１６】

【作用】この発明による発電・電動機を持つターボチャ
ージャを備えた多気筒型ガスエンジンは、上記のように
構成されており、次のように作用する。即ち、この多気
筒型ガスエンジンは、複数の気筒の排気管を集合する排
気マニホルドに取り付けた発電・電動機を持つ第１ター
ボチャージャと他の複数の気筒の排気管を集合する排気
マニホルドに取り付けた発電・電動機を持つ第２ターボ
チャージャとを有し、エンジン負荷を検出するセンサー
の部分負荷信号に応答してコントローラの指令で前記第
１ターボチャージャ側の前記各気筒を休筒させる制御を
行うので、エンジンに負荷変動が生じても高効率を維持
することができる。

【００１７】また、この発電・電動機を持つターボチャ
ージャを備えた多気筒型ガスエンジンは、前記第１ター
ボチャージャと前記第２ターボチャージャの上下流側に
上記５つの制御弁を設けているので、エンジン負荷に応
じて前記各制御弁の開閉を制御することによって、熱効
率の最大領域を選定してエンジンを運転することができ
る。

【００１８】即ち、エンジン負荷が１／４負荷の時に
は、気筒を休筒させ、一部の気筒を作動することで、そ
の気筒の負担する負荷を高めて熱効率を高くすることに
よってエンジンの熱効率を効果的に向上させることがで
きる。また、エンジンが部分負荷の時には、一部の気筒
を休筒させることで、他の気筒が負担する負荷が大きく
なり、その気筒に連結した一方のターボチャージャがフ
ル回転することになり、熱効率は大きくなり、ターボチ
ャージャで発生する電気エネルギーが最大限に取り出さ
れることになる。負荷が定格以上のオーバロードした場
合には、２つのターボチャージャをフル回転させてブー
ストを上げてエネルギーを吸収して効率良く作動する。
また、エンジンでは、燃焼の順序が、クランクシャフト
のねじりが発生しないように、第１気筒−第３気筒−第
４気筒−第２気筒であるから、組にするのは第１気筒と
第４気筒の組と、第２気筒と第３気筒の組とが好ましい
ことになる。

【００１９】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明による発電
・電動機を持つターボチャージャを備えた多気筒型ガス
エンジンの実施例を説明する。図１はこの発明による多
気筒型ガスエンジンの一実施例を示す説明図、図４は図
１の多気筒型ガスエンジンに組み込んだターボチャージ
ャを示す説明図、及び図５はこの多気筒型ガスエンジン
の作動の一実施例を示す説明図である。

【００２０】図示のように、ナチュラルガスを燃料とす
る多気筒型ガスエンジンは、四気筒型ガスエンジンの一
例が示されており、複数の気筒、即ち、第１気筒４１、
第２気筒４２、第３気筒４３及び第４気筒４４を有して
いる。この多気筒型ガスエンジンは、各気筒内を往復運
動する各ピストン１５の往復運動をコンロッド及びクラ
ンクシャフトを介して回転運動に変換して回転する回転
軸６６、及び回転軸６６に取り付けた誘導電動機７２を
有している。更に、この多気筒型ガスエンジンは、第１
気筒４１と第４気筒４４の排気通路５９を集合する排気
マニホルド５３に取り付けた発電・電動機４９を持つ第
１ターボチャージャ４５、及び第２気筒４２と第３気筒
４３の排気通路５７を集合する排気マニホルド５８に取
り付けた発電・電動機５０を持つ第２ターボチャージャ
４６を備えている。また、各発電・電動機４９，５０で
発生した電力は、発電機或いは誘導電動機７２の磁界を
作るため、誘導電動機７２のステータ７３に供給されて
消費されるように構成されている。

【００２１】この多気筒型ガスエンジンは、各気筒４
１，４２，４３，４４の各吸排気弁２０，３２を電磁力
で駆動する電磁弁駆動装置を有している。この多気筒型
ガスエンジンでは、エンジン負荷を検出するセンサー７
４、及び該センサー７４の部分負荷信号に応答して第１
ターボチャージャ４５側の第１気筒４１と第４気筒４４
を休筒させる制御を行うコントローラ７５を有してい
る。そして、第１気筒４１と第４気筒４４の休筒は、各
吸排気弁２０，３２をピストンの上死点で閉鎖するよう
に設定されている。

【００２２】この多気筒型ガスエンジンは、第１ターボ
チャージャ４５のタービン４７の上流側の排気通路５９
に連通した第２ターボチャージャ４６のタービン５２の
下流側の排気通路７０に設けた第１制御弁６１、第２タ
ーボチャージャ４６のタービン４２の下流側の排気通路
７０を大気開放する排気通路７１に設けた第２制御弁６
２、第１ターボチャージャ４５のコンプレッサ４８の吸
気ポート２５への吸気通路５４に設けた第３制御弁６
３、該第３制御弁６３の上流側の吸気通路５４と第２タ
ーボチャージャ４６のコンプレッサ５１の吸い込み側の
吸気通路５６とを連通する二段吸気通路５５に設けた第
４制御弁６４、及び第２ターボチャージャ４６のコンプ
レッサ５１の吸い込み側の吸気通路５６に設けた第５制
御弁６５を有している。

【００２３】この多気筒型ガスエンジンは、次のように
作動させることができる。図５に示すように、定格１と
しては、１／４負荷以下の場合には、第２気筒４２と第
３気筒４３を作動し、第１気筒４１と第４気筒４４を休
筒する。そして、第１制御弁６１、第３制御弁６３及び
第４制御弁６４を閉鎖し、また、第２制御弁６２及び第
５制御弁６５を開放する。それによって、第２ターボチ
ャージャ４６のみが作動し、第１ターボチャージャ４５
は非作動状態になる。そして、排気ガスは排気通路５７
及び排気マニホルド５８を通って第２ターボチャージャ
４６のタービン５２へ送り込まれ、タービン５２を駆動
して第２制御弁６２を通って排気通路７１から排気され
る。タービン５２の駆動によって排気ガスが有するエネ
ルギーは発電・電動機５０で電気エネルギーとして回収
され、その電力は誘導電動機７２の磁界を作るための電
力として消費される。また、タービン５２の駆動によっ
て吸入空気は、吸気通路５６及び第５制御弁６５を通っ
て第２ターボチャージャ４６のコンプレッサ５１で過給
され、該過給気は吸気通路５４から吸気マニホルド６７
及び吸気ポート２５を通って第２気筒４２と第３気筒４
３に供給される。従って、第２気筒４２と第３気筒４３
の負荷の分担分が大きくなり、熱効率は有効に向上させ
ることができると共に、排気ガスエネルギーは有効に回
収される。

【００２４】次に、定格２としては、１／４〜３／４負
荷の場合には、第２気筒４２と第３気筒４３を作動し、
第１気筒４１と第４気筒４４を休筒する。そして、１／
４〜２／４負荷の時、第１制御弁６１、第３制御弁６３
及び第４制御弁６４を閉鎖し、また、第２制御弁６２及
び第５制御弁６５を開放する。それによって、第２ター
ボチャージャ４６のみが作動し、第１ターボチャージャ
４５は非作動状態になる。そして、排気ガスは排気通路
５７及び排気マニホルド５８を通って第２ターボチャー
ジャ４６のタービン５２へ送り込まれ、タービン５２を
駆動して第２制御弁６２を通って排気通路７１から排気
される。タービン５２の駆動によって排気ガスが有する
エネルギーは発電・電動機５０で電気エネルギーとして
回収され、その電力は誘導電動機７２の磁界を作るため
の電力として消費される。また、タービン５２の駆動に
よって吸入空気は、吸気通路５６及び第５制御弁６５を
通って第２ターボチャージャ４６のコンプレッサ５１で
過給され、該過給気は吸気通路５４から吸気マニホルド
６７及び吸気ポート２５を通って第２気筒４２と第３気
筒４３に供給されると共に、排気ガスエネルギーは有効
に回収される。

【００２５】定格２における２／４〜３／４負荷の時、
排気ガスエネルギーはある程度大きいので、排気ガスエ
ネルギーからエネルギーを回収するため、第１ターボチ
ャージャ４５及び第２ターボチャージャ４６は作動状態
にする。この時、第２制御弁６２、第３制御弁６３及び
第４制御弁６４を閉鎖し、また、第１制御弁６１及び第
５制御弁６５を開放する。それによって、第２ターボチ
ャージャ４６はコンプレッサ５１を駆動するが、第１タ
ーボチャージャ４５はコンプレッサ４８を駆動せず、発
電・電動機４９で電気エネルギーを回収するエネルギー
回収装置として機能する。そして、排気ガスは、排気通
路５７及び排気マニホルド５８を通って第２ターボチャ
ージャ４６のタービン５２へ送り込まれ、タービン５２
を駆動する。タービン５２の駆動によって排気ガスが有
するエネルギーは発電・電動機５０で電気エネルギーと
して回収され、その電力は誘導電動機７２の磁界を作る
ための電力として消費される。また、タービン５２から
排気された排気ガスは、排気通路７０、第１制御弁６
１、排気通路５９及び排気マニホルド５３を通って第１
ターボチャージャ４５のタービン４７に送り込まれて排
気される。タービン４７の駆動によって排気ガスが有す
るエネルギーは発電・電動機４９で電気エネルギーとし
て回収され、その電力は誘導電動機７２の磁界を作るた
めの電力として消費される。また、タービン５２の駆動
によって吸入空気は第２ターボチャージャ４６のコンプ
レッサ５１で過給され、該過給気は吸気通路５４を通っ
て吸気マニホルド６７から吸気ポート２５を通って第２
気筒４２と第３気筒４３に供給される。従って、第２気
筒４２と第３気筒４３の負荷の分担分が大きくなり、熱
効率は有効に向上させられると共に、排気ガスエネルギ
ーは有効に回収される。

【００２６】また、定格３としては、３／４〜５／４負
荷の場合には、第１気筒４１、第２気筒４２、第３気筒
４３及び第４気筒４４を作動する。そして、第１制御弁
６１及び第４制御弁６４を閉鎖し、また、第２制御弁６
２、第３制御弁６３及び第５制御弁６５を開放する。そ
れによって、第１ターボチャージャ４５と第２ターボチ
ャージャ４６とはそれぞれ独立して作動状態になる。そ
して、第１気筒４１及び第４気筒４４からの排気ガス
は、排気通路５９及び排気マニホルド５３を通って第１
ターボチャージャ４５のタービン４７へ送り込まれ、タ
ービン４７を駆動して排気される。タービン４７の駆動
によって排気ガスが有するエネルギーは発電・電動機４
９で電気エネルギーとして回収され、その電力は誘導電
動機７２の磁界を作るための電力として消費される。ま
た、タービン４７の駆動によって吸入空気は第１ターボ
チャージャ４５のコンプレッサ４８で過給され、該過給
気は吸気通路５４を通って吸気マニホルド６７から吸気
ポート２５を通って各気筒に供給される。また、第２気
筒４２及び第３気筒４３からの排気ガスは、排気通路５
７及び排気マニホルド５８を通って第２ターボチャージ
ャ４６のタービン５２へ送り込まれ、タービン５２を駆
動して第２制御弁６２及び排気通路７１を通って排気さ
れる。タービン５２の駆動によって排気ガスが有するエ
ネルギーは発電・電動機５０で電気エネルギーとして回
収され、その電力は誘導電動機７２の磁界を作るための
電力として消費される。また、タービン５２の駆動によ
って吸入空気は吸気通路５６及び第５制御弁６５を通っ
て第２ターボチャージャ４６のコンプレッサ５１で過給
され、該過給気は吸気通路５４を通って吸気マニホルド
６７から吸気ポート２５を通って各気筒に供給される。
従って、この多気筒型ガスエンジンの熱効率は有効に向
上させることができると共に、排気ガスエネルギーは有
効に回収される。

【００２７】定格４としては、５／４〜６／４負荷のオ
ーバドライブの場合には、第１気筒４１、第２気筒４
２、第３気筒４３及び第４気筒４４を作動する。そし
て、第１制御弁６１、第３制御弁６３及び第５制御弁６
５を閉鎖し、また、第２制御弁６２及び第４制御弁６４
を開放する。それによって、第１ターボチャージャ４５
と第２ターボチャージャ４６とは作動状態になる。そし
て、第１気筒４１及び第４気筒４４からの排気ガスは、
排気通路５９及び排気マニホルド５３を通って第１ター
ボチャージャ４５のタービン４７へ送り込まれ、タービ
ン４７を駆動して排気される。タービン４７の駆動によ
って排気ガスが有するエネルギーは発電・電動機４９で
電気エネルギーとして回収され、その電力は誘導電動機
７２の磁界を作るための電力として消費される。また、
第２気筒４２及び第３気筒４３からの排気ガスは、排気
通路５７及び排気マニホルド５８を通って第２ターボチ
ャージャ４６のタービン５２へ送り込まれ、タービン５
２を駆動して第２制御弁６２及び排気通路７１を通って
排気される。タービン５２の駆動によって排気ガスが有
するエネルギーは発電・電動機５０で電気エネルギーと
して回収され、その電力は誘導電動機７２の磁界を作る
ための電力として消費される。更に、タービン４７の駆
動によって吸入空気は第１ターボチャージャ４５のコン
プレッサ４８で過給され、該過給気は吸気通路５４、第
４制御弁６４、二段吸気通路５５及び吸気通路５６から
第２ターボチャージャ４６のコンプレッサ５１で二段過
給され、ブーストを上昇させて過給気は吸気通路５４を
通って吸気マニホルド６７から吸気ポート２５を通って
各気筒に供給される。従って、この多気筒型ガスエンジ
ンは、オーバロードの負荷に見合ってブーストが上げら
れ、その熱効率は、有効に向上させることができると共
に、排気ガスエネルギーは有効に回収される。

【００２８】この多気筒型ガスエンジンは、必ずしも遮
熱型ガスエンジンを組み込む必要はないが、この実施例
では、図２及び図３に示すように、副室２を備えたナチ
ュラルガスを燃料とする遮熱型ガスエンジンを用いた例
について説明する。図２はこの多気筒型ガスエンジンに
組み込んだ遮熱型ガスエンジンの一実施例を示す断面図
である。図３は図２の線Ａ−Ａにおける断面図である。
この遮熱型ガスエンジンは、シリンダブロック１４、シ
リンダブロック１４に固定されたシリンダヘッド７、シ
リンダヘッド７に形成された吸気ポート２５、吸気ポー
ト２５に配置された吸気弁２０、シリンダヘッド７に形
成された排気ポート３１、排気ポート３１に配置された
排気弁３２、シリンダヘッド７に形成した穴部１９に配
置した遮熱構造の壁体３で形成した副室２、シリンダブ
ロック１４に形成した孔部２１に嵌合したシリンダライ
ナ２２、該シリンダライナ２２に形成したシリンダ１８
内を往復運動するピストン１５、シリンダ１８側に形成
される遮熱構造の主室１、及び主室１と副室２とを連通
する壁体３に形成した連絡孔３０を有している。

【００２９】この遮熱型ガスエンジンにおいて、主室１
はシリンダヘッド７に形成した穴部９に嵌合した壁体で
あるヘッドライナ１０で形成されている。ヘッドライナ
１０は、シリンダ１８の一部を構成するライナ上部２８
とヘッド下面部１１から構成されている。ヘッド下面部
１１の上面には、副室２を構成する壁体３が一体的に形
成されている。壁体３は、シリンダヘッド７の穴部１９
に嵌合した上部壁体１２と下部壁体１３から構成されて
いる。ヘッド下面部１１には、吸排気弁２０，３２のバ
ルブシート２６と連絡孔弁４のバルブシート２４が形成
されている。

【００３０】この遮熱型ガスエンジンにおいて、燃料と
してのナチュラルガスを収容した燃料タンク２７、燃料
タンク２７からのナチュラルガスを蓄圧する蓄圧室６、
蓄圧室６のナチュラルガスを燃料入口２３から副室２に
供給するため、副室２と蓄圧室６を連通する燃料通路
８、主室１と副室２とを連通する連絡孔３０に配置した
連絡孔弁４、燃料入口２３に配置して吸入行程に開放し
て副室２にナチュラルガスを供給する燃料弁５を有して
いる。

【００３１】また、連絡孔３０の領域では、燃焼ガスで
高温になるため、連絡孔３０に配置した連絡孔弁４は高
温強度を有する耐熱性に優れた窒化ケイ素、炭化ケイ素
等のセラミックスから製作されている。燃料弁５は、電
磁力で開閉される電磁駆動バルブであり、エンジン負荷
に応じて開弁期間が決定されている。燃料弁５が燃料入
口２３を開放することによって、ナチュラルガスである
ガス燃料が蓄圧室６から必要量だけ副室２に供給され
る。ピストン１５は、耐熱性に優れた窒化ケイ素等のセ
ラミックスから成るピストンヘッド１６と、ピストンヘ
ッド１６に結合リング２９でメタルフローによって固定
したピストンスカート１７から構成されている。

【００３２】主室１を形成する壁体であるヘッドライナ
１０、副室２を形成する壁体３を構成する上部壁体１２
と下部壁体１３、シリンダライナ２２及びピストンヘッ
ド１６は、耐熱性に優れた窒化ケイ素等のセラミックス
で作製されている。従って、燃焼後期のガス温度が高く
なっても十分な強度を有し、未燃炭化水素ＨＣ等の排出
が少なくなり、高効率エンジンを達成できる。

【００３３】この遮熱型ガスエンジンは、上記のように
構成されており、次のように作動される。この遮熱型ガ
スエンジンは、吸入行程、圧縮行程、膨張行程及び排気
行程の４つの行程を順次繰り返すことによって作動され
るものであり、まず、吸入行程では、吸気弁２０が吸気
ポート２５を開放して主室１に吸入空気が供給され、連
絡孔弁４によって連絡孔３０を閉鎖した状態で燃料弁５
を開放して燃料通路８を通じて蓄圧室６から副室２にナ
チュラルガスの燃料が供給される。この時、副室２に
は、燃焼後の排気ガスが残留しているので、蓄圧室６か
らのガス燃料が導入されると、ガス燃料は受熱して副室
２内で活性化する。

【００３４】次に、この遮熱型ガスエンジンにおいて、
圧縮行程では、連絡孔バルブ４によって連絡孔３０を閉
鎖しておき、主室１での吸入空気の圧縮圧力を大きくす
る。次いで、圧縮行程終盤で連絡孔弁４が連絡孔３０を
開放し、連絡孔３０を通じて高圧縮で高温化した空気を
主室１から副室２へ流入させ、該吸入空気は活性化した
ガス燃料と混合を促進して着火燃焼し、燃焼が急速に進
展して副室２の火炎が主室１へ噴出し、膨張行程へ移行
し、主室１に存在する新気と混合を促進して短期間に燃
焼を完結する。この膨張行程では、連絡孔３０の開放状
態を維持して副室２から主室１へ火炎を噴出させて仕事
をさせ、排気行程終了付近で連絡孔３０を閉鎖する。

【００３５】この遮熱型ガスエンジンは、上記のよう
に、副室２に連絡孔３０と燃料入口２３を設け、ナチュ
ラルガスを溜めた燃料タンク２７からのナチュラルガス
を蓄圧室６に蓄圧し、該蓄圧室６のナチュラルガスを連
絡孔弁４で連絡孔３０を閉鎖した状態で燃料入口２３か
ら副室２内に供給し、また吸気ポート２５から主室１へ
吸入した吸入空気を連絡孔弁４で連絡孔３０を閉鎖した
状態で副室２には吸入空気が供給されない状態でピスト
ン１５の上昇の圧縮行程で圧縮されるので、吸入空気が
主室１内で高圧縮比になっても副室２内に供給された燃
料が自己着火することなく、ノッキングが発生すること
がない。また、連絡孔弁４が連絡孔３０を開放すること
で、主室１から高圧縮比の吸入空気が副室２に流入して
燃料ガスと吸入空気とが混合して着火し、当量比の大き
い燃料リッチな状態で高速燃焼してＮＯ_Xの発生が抑制
される。更に、燃焼後の排気ガスを含んだ副室２には、
蓄圧室６からのガス燃料が導入され、該ガス燃料は受熱
して活性化する。

【００３６】

【発明の効果】この発明による発電・電動機を持つター
ボチャージャを備えた多気筒型ガスエンジンは、上記の
ように構成されており、次のような効果を有する。即
ち、この多気筒型ガスエンジンは、複数の気筒の排気管
を集合する排気マニホルドに取り付けた発電・電動機を
持つ第１ターボチャージャと他の複数の気筒の排気管を
集合する排気マニホルドに取り付けた発電・電動機を持
つ第２ターボチャージャとを有し、エンジン負荷を検出
するセンサーの部分負荷信号に応答してコントローラの
指令で前記第１ターボチャージャ側の前記各気筒を休筒
させる制御を行うので、エンジンに負荷変動が生じても
高効率を維持することができる。

【００３７】また、この発電・電動機を持つターボチャ
ージャを備えた多気筒型ガスエンジンは、前記第１ター
ボチャージャと前記第２ターボチャージャの上下流側に
上記５つの制御弁を設けているので、エンジン負荷に応
じて前記各制御弁の開閉を制御することによって、熱効
率の最大領域を選定してエンジンを運転することができ
る。

【００３８】また、この多気筒型ガスエンジンは、前記
各気筒の各吸排気弁を電磁力で駆動する電磁弁駆動装置
を有し、前記各気筒の休筒は前記各吸排気弁をピストン
の上死点で閉鎖して行うので、休筒する気筒に対して無
駄仕事をさせることがなく、熱効率を向上させることが
できる。また、休筒する前記各気筒は第１気筒と第４気
筒に設定することによって、エンジンの駆動バランスを
最適状態にでき、クランクシャフトに捩じり等を発生さ
せることがなく、エンジンをスムースに運転することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による発電・電動機を持つターボチャ
ージャを備えた多気筒型ガスエンジンの一実施例を示す
説明図である。

【図２】この多気筒型ガスエンジンに組み込んだ遮熱型
ガスエンジンの一実施例を示す断面図である。

【図３】図２の線Ａ−Ａにおける断面図である。

【図４】図１の多気筒型ガスエンジンに組み込んだター
ボチャージャを示す説明図である。

【図５】この多気筒型ガスエンジンの作動の一実施例を
示す説明図である。

【符号の説明】

２０吸気弁２５吸気ポート３１排気ポート３２排気弁４１第１気筒４２第２気筒４３第３気筒４４第４気筒４５第１ターボチャージャ４６第２ターボチャージャ４７，５２タービン４８，５１コンプレッサ４９，５０発電・電動機５３，５８排気マニホルド５４，５６吸気通路５５二段吸気通路５７，５９，７０，７１排気通路６１第１制御弁６２第２制御弁６３第３制御弁６４第４制御弁６５第５制御弁６６回転軸７２誘導電動機７４センサー７５コントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０２Ｄ 23/00 Ｆ０２Ｄ 23/00 ＤＦ０２Ｂ 37/00 ３０１Ｄ３０１Ｅ (56)参考文献特開平２−112619（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−62625（ＪＰ，Ａ) 特開平４−140424（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−160027（ＪＰ，Ａ) 特開平１−232119（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−6358（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−156911（ＪＰ，Ａ) 実開平１−149534（ＪＰ，Ｕ) 実開平３−41068（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02B 37/10 F02B 37/007

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の気筒内を往復運動する各ピストン
の往復運動を回転運動に変換して回転する回転軸を有す
るナチュラルガスを燃料とする多気筒型ガスエンジンに
おいて、複数の気筒の排気管を集合する排気マニホルド
に取り付けた発電・電動機を持つ第１ターボチャージ
ャ、他の複数の気筒の排気管を集合する排気マニホルド
に取り付けた発電・電動機を持つ第２ターボチャージ
ャ、前記各発電・電動機で発生した電力を消費できる前
記回転軸に取り付けた誘導電動機、エンジン負荷を検出
するセンサー、及び該センサーの部分負荷信号に応答し
て前記第１ターボチャージャ側の前記各気筒を休筒させ
る制御を行うコントローラ、を有することを特徴とする
発電・電動機を持つターボチャージャを備えた多気筒型
ガスエンジン。
【請求項２】前記各気筒の各吸排気弁を電磁力で駆動
する電磁弁駆動装置を有し、前記各気筒の休筒は前記各
吸排気弁をピストンの上死点で閉鎖して行うことを特徴
とする請求項１に記載の発電・電動機を持つターボチャ
ージャを備えた多気筒型ガスエンジン。
【請求項３】休筒する前記各気筒は第１気筒と第４気
筒であることを特徴とする請求項１に記載の発電・電動
機を持つターボチャージャを備えた多気筒型ガスエンジ
ン。
【請求項４】前記第１ターボチャージャのタービン上
流側排気通路に連通した前記第２ターボチャージャのタ
ービン下流側排気通路に設けた第１制御弁、前記第２タ
ーボチャージャの前記タービン下流側排気通路を大気開
放する排気通路に設けた第２制御弁、前記第１ターボチ
ャージャのコンプレッサの吸気ポートへの吸気通路に設
けた第３制御弁、該第３制御弁の上流側の前記吸気通路
と前記第２ターボチャージャのコンプレッサの吸い込み
側の通路とを連通する二段吸気通路に設けた第４制御
弁、及び前記第２ターボチャージャの前記コンプレッサ
の吸い込み側の前記通路に設けた第５制御弁を有するこ
とを特徴とする請求項１に記載の発電・電動機を持つタ
ーボチャージャを備えた多気筒型ガスエンジン。