JP2987260B2 - Heat shield type gas engine - Google Patents
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Classifications
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-
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、蓄圧室で溜められた
ナチュラルガスの燃料を副室に供給し、該副室との連絡
が閉鎖された主室で吸入空気を高圧縮するナチュラルガ
スを燃料とする遮熱型ガスエンジンに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention supplies natural gas fuel stored in a pressure accumulator to a sub-chamber, and natural gas for highly compressing intake air in a main chamber in which communication with the sub-chamber is closed. The present invention relates to a heat shield type gas engine using fuel.
【０００２】[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。2. Description of the Related Art Conventionally, an engine using natural gas as a main fuel has been developed as a cogeneration engine by a government, a government research institute, or a private company. In this cogeneration type engine, power is extracted as electric energy by a generator, and heat of exhaust gas energy is heated by a heat exchanger to make hot water and used for hot water supply. This cogeneration type engine is expected to be used as an electricity supply system in a city.
【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。[0003] As engines using natural gas as fuel, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 54-156911, 63-6358, 1-2232119, and 3-41068 have disclosed such engines. There are things.
【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、ＮＯX の生成を低減するものである。The internal combustion engine disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-156911 compresses intake air and supplies it to a main combustion chamber, and supplies a part of the intake air to a jet cell ignition chamber.
The paraffinic hydrocarbon fuel is injected into the jet cell ignition chamber to form a rich mixture, the intake air and the mixture are further compressed, and the paraffinic hydrocarbon fuel is injected into the main combustion chamber, while Further compressing the intake air and the mixture to produce a lean mixture in the main combustion chamber and igniting the mixture in the jet cell ignition chamber before full compression of both mixtures is achieved to produce a hot gas stream; the flow of the heat had gas was charged to the mixture in the main combustion chamber to ignite the mixture of the main combustion chamber, thereby reducing the production of NO X.
【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。A gas engine driven heat pump system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-6358 stores a flammable gas in a buffer tank, and the flammable gas is stored in a plurality of heat pumps from the buffer tank. The hot spring water after gas-liquid separation is heated to the required temperature by a heat pump, and the heated hot spring water is supplied to the heat load. And a control means for sequentially decreasing the number of heat pumps to be supplied with gas each time the detection pressure of the buffer tank by the pressure sensor decreases from the high pressure set pressure to the low pressure set pressure.
【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。The engine for hydrogen and liquefied natural gas disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-223219 supplies either hydrogen as fuel or liquefied natural gas when the engine is in a low-load operation state. A control means for supplying liquefied natural gas as a fuel when the engine is in a high load operation state is provided.
【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。Further, the gas-fired diesel engine disclosed in Japanese Utility Model Publication No. 3-41068 discloses a dual fuel system in which a liquid fuel injection valve for injecting liquid fuel and a gas fuel injection valve for injecting gas fuel are provided on a cylinder cover. It is an injection type, in which a gas fuel injection valve and a liquefied fuel gas tank storing gas fuel are connected by two gas paths, a high-pressure gas path and a low-pressure gas path. A high-pressure compressor and a low-pressure compressor are provided, each of which is pressurized to a different pressure and supplied to the gas fuel injection valve, and the gas fuel injection valve is provided with a high-pressure gas injection port for injecting high-pressure gas from a high-pressure gas passage and a low-pressure gas passage. And a low-pressure gas injection port for injecting the low-pressure gas.
【０００８】[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、熱効率は３４〜３
５％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、
給湯用にしても該温水が余りに多量となり、一般の利用
設備ではを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。However, in a gas engine using natural gas as a fuel, since the fuel is a gaseous substance, the fuel gas is sucked from the intake valve, compressed and ignited in the same manner as gasoline. The compression ratio cannot be increased, and the theoretical thermal efficiency (η = heat conversion of work / calorific value of fuel) is not always high. Generally used gas engines have a compression ratio of about 12 to 13 and a theoretical thermal efficiency of only 48%. When the power of the gas engine is electric energy, the thermal efficiency is 34 to 3
Efficiency is 5%, possibly less than 30%. Therefore, as the cooling water loss and the exhaust gas energy, 65 to 70% of the fuel is released, and this heat energy is used to produce hot water by a heat exchanger.
At present, even for hot water supply, the amount of the hot water becomes too large, so that general facilities cannot sufficiently use the hot water. Therefore, electric energy obtained from the gas engine is expensive. Moreover, such a gas engine is significantly different from the theoretical thermal efficiency 57% of a diesel engine having a compression ratio of 18 or more.
【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。そこで、ガスエンジンに遮熱
型ガスエンジンを取り入れ、熱効率を向上させることが
考えられるようになった。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という現象がある。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。Therefore, at the present time, it is desired to improve the thermal efficiency when extracting electric energy from a gas engine. Therefore, it has been considered to adopt a heat shield type gas engine as a gas engine to improve thermal efficiency. A gas engine uses natural gas as a fuel, and the fuel is a gas. Therefore, when the gas is sucked in the suction stroke and then compressed, the compression becomes high and the temperature becomes high, and the phenomenon of self-ignition, that is, knocking occurs. However, if the compression ratio of the natural gas is not less than 12, the natural gas will self-ignite.
Further, regarding the thermal efficiency of the engine, there is a phenomenon that the thermal efficiency is reduced when the compression ratio is small. Therefore, in the gas engine, there is a problem how to avoid the self-ignition of the gas fuel and how to increase the compression ratio.
【００１０】また、遮熱エンジンでは、燃焼室の壁面温
度が上昇するので、該燃焼室に供給された燃料は着火タ
イミング前に自己着火するという自己着火性の問題が増
加する。即ち、遮熱エンジンでは、燃焼室壁面温度が約
６００℃以上に高くなるため、ナチュラルガス、ガソリ
ン等を燃料とした場合には、圧縮比を高くなるように構
成した場合には、吸気弁から吸入空気と燃料通路からの
燃料ガスとが混合して高圧縮されると、自己着火が発生
し、上死点ＴＤＣのはるか手前で燃焼を始めることにな
り、ノッキングを起こしてエンジンとして成立しないも
のになる。[0010] Further, in the heat shield engine, since the wall surface temperature of the combustion chamber rises, the self-ignition problem that the fuel supplied to the combustion chamber self-ignites before the ignition timing increases. That is, in the heat shield engine, since the wall temperature of the combustion chamber rises to about 600 ° C. or more, when natural gas, gasoline, or the like is used as the fuel, when the compression ratio is configured to be high, the temperature increases from the intake valve. When the intake air and the fuel gas from the fuel passage are mixed and highly compressed, self-ignition occurs and combustion starts shortly before the top dead center TDC, causing knocking and failing as an engine. become.
【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、遮熱化により冷却系を除去すると
共に排気系に集まった熱エネルギーを利用することがで
き、特に、副室にナチュラルガスを導入し、主室で吸入
空気のみを圧縮して圧縮比を高くして圧縮比を２０〜２
２まで高め、主室内の空気を高温に上昇させた状態で連
絡孔の連絡孔弁を開放して主室の高圧縮空気を副室に流
入させ、副室内のナチュラルガスと高圧縮空気とを一気
に混合させることで短期間に着火燃焼させ、しかも副室
内では燃料は過濃状態なのでＮＯX の発生を抑制する状
態で燃焼させ、火炎を副室から主室に一気に吹き出させ
ることで二次燃焼を出来るだけ均一な混合気で短時間で
完結させ、ＮＯX 、ＨＣ等の発生を低減し、特に熱効率
を高め、ガス燃料の自己着火を防止してノッキングの発
生を防止し、電気エネルギーとしての熱効率を高めるこ
とができるナチュラルガスを燃料とする遮熱型ガスエン
ジンを提供することである。[0011] Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and it is possible to remove the cooling system by heat shielding and use the heat energy collected in the exhaust system. Natural gas is introduced and only the intake air is compressed in the main chamber to increase the compression ratio and increase the compression ratio to 20 to 2
2, the air in the main chamber is raised to a high temperature, and the communication hole valve of the communication hole is opened to allow the highly compressed air in the main chamber to flow into the sub-chamber. is ignited combustion in a short time by causing once mixed, yet the fuel in the sub-chamber so rich state is combusted suppressing state generation of NO X, secondary combustion by causing stretch blown into the main chamber of the flame from the auxiliary chamber to complete in a short time with only a uniform mixture as possible, NO X, and reduce the occurrence of HC and the like, in particular increasing the thermal efficiency, to prevent self-ignition of gas fuel to prevent the occurrence of knocking, as electric energy An object of the present invention is to provide a heat shield type gas engine using natural gas as a fuel, which can enhance thermal efficiency.
【００１２】[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、シリンダヘッド側の遮熱構造の壁体に形成
した副室、該副室とシリンダ側の遮熱構造の壁体に形成
した主室とを連通する連絡孔、燃料タンクからのナチュ
ラルガスを蓄圧する蓄圧室、該蓄圧室のナチュラルガス
を燃料通路を通じて前記副室に供給するため前記副室に
形成した燃料入口、吸入行程から圧縮行程終盤まで前記
連絡孔を閉鎖する連絡孔弁及び前記副室に前記燃料入口
を通じてナチュラルガスを供給するため前記連絡孔の閉
鎖状態で開放する燃料弁を有することを特徴とするナチ
ュラルガスを燃料とする遮熱型ガスエンジンに関する。The present invention is configured as follows to achieve the above object. That is,
The present invention provides a sub-chamber formed in a wall of a heat shield structure on the cylinder head side, a communication hole communicating the sub-chamber with a main chamber formed in a wall of the heat shield structure on the cylinder side, and a natural chamber from a fuel tank. A pressure accumulator for accumulating gas, a fuel inlet formed in the sub-chamber for supplying natural gas in the accumulator to the sub-chamber through a fuel passage, a communication hole valve for closing the communication hole from a suction stroke to an end of a compression stroke, and The present invention relates to a heat shield type gas engine using natural gas as fuel, comprising a fuel valve which is opened when the communication hole is closed to supply natural gas to the sub chamber through the fuel inlet.
【００１３】また、このナチュラルガスを燃料とする遮
熱型ガスエンジンにおいて、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。In the heat shield type gas engine using natural gas as a fuel, the wall, cylinder liner and piston head forming the main chamber and the sub chamber are made of ceramics having excellent heat resistance. is there.
【００１４】[0014]
【作用】この発明によるナチュラルガスを燃料とする遮
熱型ガスエンジンは、上記のように構成されており、次
のように作用する。即ち、このナチュラルガスを燃料と
する遮熱型ガスエンジンは、シリンダヘッドに設けた断
熱構造の壁体で形成した副室に連絡孔と燃料入口を設
け、ナチュラルガスを溜めた燃料タンク又は都市ガス等
の燃料供給装置からのナチュラルガスを蓄圧室に蓄圧
し、該蓄圧室のナチュラルガスを連絡孔弁で前記連絡孔
を閉鎖した状態で前記燃料入口から前記副室に供給し、
また吸気ポートから主室へ吸入した吸入空気を前記連絡
孔弁で前記連絡孔を閉鎖した状態で圧縮するので、吸入
空気が主室内で高圧縮比になっても、ガス燃料を含んで
いないのでガス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。The heat shield type gas engine using natural gas as fuel according to the present invention is constructed as described above, and operates as follows. That is, the heat shield type gas engine using natural gas as a fuel is provided with a communication hole and a fuel inlet in a sub-chamber formed of a wall of a heat insulating structure provided in a cylinder head, and a fuel tank or city gas storing natural gas. Natural gas from a fuel supply device such as accumulates in the accumulator, supplies the natural gas in the accumulator to the sub chamber from the fuel inlet with the communication hole closed by the communication hole valve,
Further, since the intake air sucked into the main chamber from the intake port is compressed in a state where the communication hole is closed by the communication hole valve, even if the intake air has a high compression ratio in the main chamber, it does not contain gaseous fuel. The gas fuel does not self-ignite and knocking does not occur.
【００１５】また、前記連絡孔が開放することで、前記
主室から高圧縮の吸入空気が前記副室に流入してガス燃
料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ＮＯX の発生が抑制され
る。更に、燃焼後の排気ガスを含んだ前記副室には、蓄
圧室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。When the communication hole is opened, high-compression intake air flows from the main chamber into the sub-chamber, where gas fuel and intake air are mixed and ignited. generation of the NO X at high speed combustion is suppressed in a state. Further, gas fuel from the accumulator is introduced into the sub-chamber containing the exhaust gas after combustion, and the gas fuel receives heat and is activated.
【００１６】[0016]
【実施例】以下、図面を参照して、この発明によるナチ
ュラルガスを燃料とする遮熱型ガスエンジンの実施例を
説明する。図１はこの発明によるナチュラルガスを燃料
とする遮熱型ガスエンジンの一実施例を示す断面図、及
び図２は図１の線Ａ−Ａにおける断面図である。図示の
ように、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。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view of a heat shield type gas engine using natural gas as fuel according to the present invention. FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a heat shielding type gas engine using natural gas as a fuel according to the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG. As shown in the figure, the heat shield type gas engine includes a cylinder block 14, a cylinder head 7 fixed to the cylinder block 14, an intake port 25 formed in the cylinder head 7,
Intake valve 20 arranged in intake port 25, exhaust port 31 formed in cylinder head 7, exhaust valve 32 arranged in exhaust port 31, wall of heat shield structure arranged in hole 19 formed in cylinder head 7 A sub-chamber 2 formed by the body 3, a cylinder liner 22 fitted in a hole 21 formed in the cylinder block 14, a piston 15 reciprocating in a cylinder 18 formed in the cylinder liner 22, a cylinder 18
The main room 1 of the heat shielding structure formed on the side, and the main room 1 and the sub room 2
And a communication hole 30 formed in the wall body 3 communicating with.
【００１７】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。In the heat shield type gas engine, the main chamber 1
Is formed by a head liner 10 which is a wall fitted into a hole 9 formed in the cylinder head 7. The headliner 10 has a liner upper part 28 which forms a part of the cylinder 18.
And a head lower surface 11. On the upper surface of the head lower surface 11, a wall 3 constituting the sub chamber 2 is integrally formed. The wall 3 has a hole 19 in the cylinder head 7.
An upper wall body 12 and a lower wall body 13 fitted to each other. A valve seat 26 for the intake / exhaust valves 20 and 32 and a valve seat 24 for the communication hole valve 4 are formed on the lower surface 11 of the head.
【００１８】この遮熱型ガスエンジンにおいて、特に、
燃料としてのナチュラルガスを収容した燃料タンク２
７、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、及び燃料入口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。In this heat shield type gas engine,
Fuel tank 2 containing natural gas as fuel
7, a pressure accumulating chamber 6 for accumulating natural gas from a fuel tank 27, a fuel passage 8 communicating the sub chamber 2 with the accumulating chamber 6 for supplying the natural gas in the accumulating chamber 6 from the fuel inlet 23 to the sub chamber 2, a main chamber. A communication hole valve 4 disposed in a communication hole 30 communicating the first chamber 1 and the sub-chamber 2, and a fuel valve 5 disposed in the fuel inlet 23 and opened in the suction stroke to supply natural gas to the sub-chamber 2.
have.
【００１９】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弁駆動装置を有しており、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。In the area of the communication hole 30, since the temperature becomes high due to the combustion gas, the communication hole valve 4 disposed in the communication hole 30 is made of ceramics such as silicon nitride and silicon carbide having high temperature strength and excellent heat resistance. Have been. The fuel valve 5 has an electromagnetic valve driving device that is opened and closed by an electromagnetic force, and the valve opening period is determined according to the engine load. When the fuel valve 5 opens the fuel inlet 23, a necessary amount of natural gas, ie, gas fuel, is supplied from the accumulator 6 to the sub-chamber 2.
【００２０】また、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。The piston 15 has a piston head 16 made of ceramics such as silicon nitride having excellent heat resistance.
And a piston skirt 17 fixed to the piston head 16 by a metal ring with a coupling ring 29.
【００２１】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、炭化ケイ素等の
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耐熱性、高温強度を有し、
未燃炭化水素ＨＣ等の排出が少なくなり、高効率のエン
ジンを構成できる。The headliner 10 is a wall forming the main chamber 1, and the upper wall 12 is a wall 3 forming the subchamber 2.
The lower wall 13, the cylinder liner 22, and the piston head 16 are made of ceramics such as silicon nitride and silicon carbide having excellent heat resistance. Therefore, even if the gas temperature in the later stage of combustion increases, it has sufficient heat resistance and high-temperature strength,
Emission of unburned hydrocarbon HC and the like is reduced, and a highly efficient engine can be configured.
【００２２】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
チュラルガスのガス燃料が供給される。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。This heat shield type gas engine is configured as described above, and operates as follows. The heat shield type gas engine is operated by sequentially repeating four strokes of an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke. First, in the intake stroke, the intake valve 20 opens the intake port 25. Then, the intake air is supplied to the main chamber 1 and the fuel valve 5 is closed with the communication hole 30 closed by the communication hole valve 4.
And natural gas gas fuel is supplied from the accumulator 6 to the sub-chamber 2 through the fuel passage 8. At this time, sub room 2
The exhaust gas after combustion remains in the pressure accumulating chamber 6
When the gas fuel from is introduced, the gas fuel receives heat and is activated in the sub-chamber 2.
【００２３】次に、この遮熱型ガスエンジンにおいて、
圧縮行程では、連絡孔弁４によって連絡孔３０を閉鎖し
ておき、主室１で吸入空気を高圧縮して圧縮比を大きく
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（例えば、
６５０℃）化した圧縮空気を主室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燃料リッチでＮＯX
を低減した状態で燃焼し、次いで、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二次燃焼を完結する。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を連絡孔弁４を作動して閉鎖する。Next, in this heat shield type gas engine,
In the compression stroke, the communication hole 30 is closed by the communication hole valve 4, and the intake air is highly compressed in the main chamber 1 to increase the compression ratio. Next, at the end of the compression stroke, the communication hole valve 4 is connected to the communication hole 30.
Through the communication hole 30 at high compression and high temperature (for example,
650 ° C.) is supplied from the main chamber 1 to the sub-chamber 2, and the intake air promotes mixing with the activated gaseous fuel to ignite and burn, the combustion progresses rapidly, and the fuel is rich and NO X
Then, the flame of the sub-chamber 2 blows out to the main chamber 1 and shifts to the expansion stroke, promoting the mixing with the fresh air existing in the main chamber 1 and performing the secondary combustion in a short time. Complete. In this expansion stroke, the communication hole 30 is maintained open and a flame is blown from the sub chamber 2 to the main chamber 1 to perform work, and the communication hole 30 is closed by operating the communication hole valve 4 near the end of the exhaust stroke. I do.
【００２４】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を閉鎖して
副室２に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
内で高圧縮されても、副室２内に供給されたガス燃料は
主室１とは連絡孔弁４で遮断されているので自己着火す
ることがなく、ノッキングが発生することがない。As described above, this heat shield type gas engine is provided with the communication hole 30 and the fuel inlet 23 in the sub-chamber 2 and accumulates the natural gas from the fuel tank 27 storing the natural gas in the accumulator 6. The natural gas in the pressure accumulating chamber 6 is supplied from the fuel inlet 23 into the sub-chamber 2 with the communication hole 30 closed by the communication hole valve 4, and the intake air sucked into the main chamber 1 from the intake port 25 is connected to the communication hole valve. 4, the communication hole 30 is closed and the intake air is not supplied to the sub-chamber 2.
Is compressed in the upward compression stroke, so that the intake air
Even if it is highly compressed inside, the gas fuel supplied into the sub-chamber 2 is shut off from the main chamber 1 by the communication hole valve 4, so that it does not self-ignite and no knocking occurs.
【００２５】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ＮＯX の発生が
抑制される。更に、燃焼後に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
副室２内で受熱して活性化する。When the communication hole valve 4 opens the communication hole 30, the intake air with a high compression ratio flows from the main chamber 1 into the sub-chamber 2, where the fuel gas and the intake air are mixed and ignited. generation of the NO X is suppressed at high burn in large fuel-rich equivalence ratio. Further, gas fuel from the accumulator 6 is introduced into the sub-chamber 2 containing the exhaust gas after combustion, and the gas fuel receives heat in the sub-chamber 2 and is activated.
【００２６】[0026]
【発明の効果】この発明によるナチュラルガスを燃料と
する遮熱型ガスエンジンは、上記のように構成されてお
り、次のような効果を有する。即ち、このナチュラルガ
スを燃料とする遮熱型ガスエンジンは、シリンダヘッド
に設けた断熱構造の壁体で形成した副室に連絡孔と燃料
入口を設け、ナチュラルガスを溜めた燃料タンクからの
ナチュラルガスを蓄圧室に蓄圧し、該蓄圧室のナチュラ
ルガスを連絡孔弁で前記連絡孔を閉鎖した状態で前記燃
料入口から前記副室に供給し、また吸気ポートから主室
へ吸入した吸入空気を前記連絡孔弁で前記連絡孔を閉鎖
した状態で主室内で圧縮するので、吸入空気を主室内で
高圧縮することができる。そして、前記副室内には空気
が存在しない状態で圧縮封入され、その質量を大きくさ
れたガス燃料が供給されるので、ガス燃料が自己着火す
ることがない。また、前記副室には燃焼後の排気ガスが
残留しており、前記蓄圧室からのガス燃料が導入される
と、ガス燃料は受熱して前記副室内で活性化する。更
に、吸入空気が前記主室内で高圧縮圧力になっても前記
副室は前記連絡孔弁で閉鎖して前記主室とは遮断されて
おり、前記副室内の活性化したガス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。The heat shield type gas engine using natural gas as fuel according to the present invention is configured as described above and has the following effects. That is, this heat-shielded gas engine using natural gas as a fuel is provided with a communication hole and a fuel inlet in a sub-chamber formed by a wall of a heat insulating structure provided in a cylinder head, and a natural gas from a fuel tank storing natural gas. Gas is accumulated in the accumulator, natural gas in the accumulator is supplied from the fuel inlet to the sub-chamber in a state where the communication hole is closed by the communication hole valve, and the intake air sucked into the main chamber from the intake port. Since the communication hole is compressed in the main chamber with the communication hole closed, the intake air can be highly compressed in the main chamber. Then, the sub-chamber is compressed and sealed in the absence of air, and the gas fuel whose mass is increased is supplied, so that the gas fuel does not self-ignite. Exhaust gas after combustion remains in the sub-chamber, and when gas fuel is introduced from the accumulator, the gas fuel receives heat and is activated in the sub-chamber. Further, even if the intake air has a high compression pressure in the main chamber, the sub-chamber is closed by the communication hole valve and is isolated from the main chamber, and the activated gas fuel in the sub-chamber is self-ignited. Without knocking.
【００２７】また、前記連絡孔弁が作動して前記連絡孔
が開放することで、前記主室から高圧縮されて高温化し
た空気が前記副室に一気に流入し、ガス燃料と吸入空気
との混合が一気に促進して着火し、前記副室では当量比
の大きい燃料リッチな状態で高速燃焼するのでＮＯX の
発生が抑制される。そして、前記副室内は燃焼により一
気に圧力が上昇し、燃焼が促進され、それと同時に、前
記連絡孔を通じて前記副室から前記主室へその火炎が一
気に噴出し、該火炎は前記主室で新気と混合し、予混合
燃焼を促進して燃焼スピードを上昇して理想的な二次燃
焼を完結する。従って、この遮熱型ガスエンジンは、Ｎ
ＯX 、ＨＣ等の発生を大幅に低減でき、高効率のエンジ
ンを提供できる。When the communication hole valve is operated and the communication hole is opened, the air which is highly compressed and heated from the main chamber flows into the sub-chamber at a stretch, and the gaseous fuel and the intake air are separated. mixture is ignited at once promoted, the occurrence of the NO X because the auxiliary chamber to speed the combustion in a large fuel-rich equivalence ratio is suppressed. Then, the pressure in the sub-chamber rises at once by combustion, and the combustion is promoted. At the same time, the flame gushes from the sub-chamber to the main chamber through the communication hole at a stretch, and the flame is renewed in the main chamber. And promotes premixed combustion to increase the combustion speed to complete ideal secondary combustion. Therefore, this heat shield type gas engine has N
O X, it can significantly reduce the generation of HC and the like, can provide a high efficiency of the engine.
【００２８】また、この遮熱型ガスエンジンにおいて、
前記燃料弁は電磁力で駆動され、前記燃料弁はエンジン
負荷の作動状態に応答して開弁期間を決めるように設定
でき、エンジン負荷に対して適正なガス燃料量が供給さ
れる。In this heat shield type gas engine,
The fuel valve is driven by electromagnetic force, and the fuel valve can be set so as to determine a valve opening period in response to an operation state of an engine load, so that an appropriate amount of gas fuel is supplied to the engine load.
【図１】この発明によるナチュラルガスを燃料とする遮
熱型ガスエンジンの一実施例を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a heat shield type gas engine using natural gas as fuel according to the present invention.
【図２】図１の遮熱型ガスエンジンの線Ａ−Ａにおける
断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the heat shield type gas engine of FIG. 1 taken along line AA.
１ 主室 ２ 副室 ３ 壁体 ４ 連絡孔弁 ５ 燃料弁 ６ 蓄圧室 ７ シリンダヘッド ８ 燃料通路 １５ ピストン １６ ピストンヘッド １８ シリンダ ２０ 吸気弁 ２３ 燃料入口 ２５ 吸気ポート ２７ 燃料タンク ３０ 連絡孔 ３１ 排気ポート ３２ 排気弁 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main chamber 2 Sub chamber 3 Wall 4 Communication hole valve 5 Fuel valve 6 Accumulation chamber 7 Cylinder head 8 Fuel passage 15 Piston 16 Piston head 18 Cylinder 20 Intake valve 23 Fuel inlet 25 Intake port 27 Fuel tank 30 Communication hole 31 Exhaust port 32 exhaust valve
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｆ 1/00 Ｆ０２Ｆ 1/00 Ｅ 1/24 1/24 Ｃ 3/00 ３０２ 3/00 ３０２Ａ Ｆ０２Ｍ 21/02 Ｆ０２Ｍ 21/02 Ｌ (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F02B 43/00 F02B 19/02 F02B 19/14 F02B 77/11 F02D 13/02 F02M 21/02 F02F 1/00 F02F 1/24 F02F 3/00 302 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI F02F 1/00 F02F 1/00 E 1/24 1/24 C 3/00 302 3/00 302A F02M 21/02 F02M 21/02 L (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) F02B 43/00 F02B 19/02 F02B 19/14 F02B 77/11 F02D 13/02 F02M 21/02 F02F 1/00 F02F 1/24 F02F 3/00 302
Claims (2)
成した副室、該副室とシリンダ側の遮熱構造の壁体に形
成した主室とを連通する連絡孔、燃料タンクからのナチ
ュラルガスを蓄圧する蓄圧室、該蓄圧室のナチュラルガ
スを燃料通路を通じて前記副室に供給するため前記副室
に形成した燃料入口、吸入行程から圧縮行程終盤まで前
記連絡孔を閉鎖する連絡孔弁、及び前記副室に前記燃料
入口を通じてナチュラルガスを供給するため前記連絡孔
の閉鎖状態で開放する燃料弁を有することを特徴とする
ナチュラルガスを燃料とする遮熱型ガスエンジン。1. A sub-chamber formed in a wall of a heat shield structure on a cylinder head side, a communication hole communicating the sub-chamber with a main chamber formed in a wall of a heat shield structure on a cylinder side, and a fuel tank. An accumulator for accumulating natural gas, a fuel inlet formed in the sub-chamber to supply the natural gas in the accumulator to the sub-chamber through a fuel passage, and a communication hole valve for closing the communication hole from a suction stroke to an end of a compression stroke. A heat shield type gas engine using natural gas as fuel, characterized by having a fuel valve which is opened when the communication hole is closed to supply natural gas to the sub-chamber through the fuel inlet.
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ことを特徴とする請求項１に
記載のナチュラルガスを燃料とする遮熱型ガスエンジ
ン。2. The natural gas according to claim 1, wherein the wall body, the cylinder liner, and the piston head forming the main chamber and the sub chamber are made of ceramics having excellent heat resistance. Heat shield type gas engine.
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