JP4436309B2 - 吸気装置及びこれをそなえたガスエンジン - Google Patents
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Description
かかるガスエンジンにおいて、EGRガス(排気再循環ガス)の供給によってNOxの発生を抑制するとともに、ノッキングの発生を抑制するようにした技術の一つとして、特許文献1(特開平10−141144号公報)の技術が提供されている。
また、前記のようにノッキング限界が上昇するので、エンジンの圧縮比や着火時期を適正条件に設定しての運転時に、気温の変化等のノッキングを生じ易くする外乱が加わる事態となっても、適正運転状態を保持しつつノッキングの発生を回避できる。
これにより、混合気の着火性が向上して燃焼速度が上昇し燃焼時間が短縮され、ガスエンジンの熱効率のさらなる上昇を実現できる。
前記第1の吸気ポートの前記第1の吸気弁上流部位に開口されて燃料ガスを前記第1の吸気ポート内に噴出する燃料ガス噴出ノズルと、前記第2の吸気ポートに接続されるEGRガス通路と、該EGRガス通路を開閉するEGR弁と、エンジン負荷によって前記EGR弁の開度を制御するEGR弁コントローラとをそなえたことを特徴とする。
かかる発明において好ましくは、前記EGR弁コントローラは、前記エンジン負荷が一定負荷以下の低負荷運転時には前記EGR弁を閉じ、前記一定負荷を超える中、高負荷運転時には前記EGR弁を解放するように構成する。
然るにかかる発明によれば、EGRの不要な低負荷運転時には、燃焼室の中央側の着火装置近傍に空気及び前記燃料ガス噴出ノズルからの燃料ガスを供給して、該着火装置近傍を起点とする着火、燃焼を促進するとともに、燃焼室の外周近傍には燃焼用の空気のみを供給してEGRガスの混入による燃焼効率の低下を防止できる。
一方、EGRの必要な中、高負荷運転時には、前記のように、燃焼室の中央側の着火装置近傍に空気及び前記燃料ガス噴出ノズルからの燃料ガスを供給して、該着火装置近傍を起点とする着火、燃焼を促進するとともに、前記EGR弁を開いてEGRガスを空気に混入し、燃焼室の外周近傍に燃焼用の空気及びEGRガスを供給することにより、NOx発生量を抑制することができる。
従って、かかるノッキング限界の上昇によって、該ノッキング限界までエンジンの圧縮比を高くし、あるいは点火プラグの点火時期等の着火時期を早めることが可能となって、エンジンの熱効率を向上できる。さらには、かかるノッキング限界の上昇によって、エンジンの圧縮比や着火時期を適正条件に設定しての運転時に、気温の変化等のノッキングを生じ易くする外乱が加わる事態となっても、適正運転状態を保持しつつノッキングの発生を回避できる。
図5において、100はエンジン(ガスエンジン)、4はシリンダライナ、2はピストン、3はクランク軸、1は前記ピストン2の上面が臨んで形成された燃焼室である。6は吸気ポート、5は該吸気ポート6を開閉する吸気弁、8は排気ポート、7は該排気ポート8を開閉する排気弁、9は前記燃焼室1の中央部に配置された点火プラグである。
10は前記吸気ポート6への吸気通路に設置されたガスミキサーで、燃料ガス管11から導入された燃料ガスと吸気通路から導入された空気とを混合して混合気を形成するものである。12は前記ガスミキサー10への燃料ガスの流量を制御する燃料ガス弁である。
前記燃焼室1内の混合気は、点火プラグ9の火花放電によって着火、燃焼せしめられて、ピストン2に膨張仕事をなす。燃焼ガスは排気弁7の開弁により排気ポート8に入り、排気通路を通って図示しない過給機のタービンに送り込まれて該タービンを駆動する。
本発明は、以上のように構成された吸気装置に係るものである。
この実施例に係るガスエンジンは、吸気弁及び排気弁を各2個備えたいわゆる4弁式の4サイクルガスエンジンであり、1は燃焼室、9は該燃焼室1の中央部に配置された点火プラグ、7,7は2個の排気弁である。6aは第1吸気ポート、5aは該第1吸気ポート6aを開閉する第1の吸気弁、6bは第2吸気ポート、5bは該第2吸気ポート6bを開閉する第2の吸気弁である。
前記第2吸気ポート6bは、前記燃焼室1の外周の前記シリンダライナ4(図5参照)
に向けて該燃焼室1内の外周部に沿ってスワールを形成するように、図示しない過給機のコンプレッサからの圧縮空気と前記排気ポート8(図5参照)から抽出されたEGRガスとの混合体を供給するようになっている。
一方、燃焼室1の外周側に向けて開口し、スワール成分の強い第2吸気ポート6bからは、空気とEGRガスとの混合体を燃焼室1の外周のシリンダライナ4内面近傍に供給することにより、該燃焼室1の外周側は空気とEGRガスによって酸素濃度が低くノッキングが生じ難い状態、つまりノッキング限界が上昇した状態とすることが可能となる。
このように、本発明においては、前記特許文献1(特開平10−141144号公報)の技術のように燃焼室1の外周側に燃料ガスを供給しないので、燃焼室1の外周側ではEGRガスと空気の割合が大きくなって酸素濃度が低くなり、ノッキングが生じ難く且つNOx発生量の低減効果も大きくなる。
また、前記のようにノッキング限界が上昇するので、エンジン100の圧縮比や点火時期を適正条件に設定しての運転時に、気温の変化等のノッキングを生じ易くする外乱が加わるような事態となっても、適正運転状態を保持しつつノッキングの発生を回避できる。
かかる第2実施例においては、前記第1実施例と同様に、前記第2吸気ポート6bは前記燃焼室1の外周の前記シリンダライナ4(図5参照)に向けて該燃焼室1内の外周部に沿ってスワールを形成するように、図示しない過給機のコンプレッサからの圧縮空気と前記排気ポート8(図5参照)から抽出されたEGRガスとの混合体を供給するように構成されている。
これにより、混合気の着火性が向上して燃焼速度が上昇し燃焼時間が短縮され、エンジン100の熱効率のさらなる上昇を実現できる。
その他の構成は前記第1実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
かかる第3実施例においては、前記第2実施例(図2)において、前記燃料ガス噴出ノズル15aを、前記点火プラグ9の中心9aと前記第1の吸気弁5aの中心5a1とを結ぶ直線に直角な方向で前記第1の吸気弁の中心5a1を通る直線S−Sよりも前記点火プラグ9寄りに開口している。
その他の構成は前記第2実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
かかる第3実施例によれば、燃焼室1中央側の点火プラグ9等の近傍に、燃料ガス噴出ノズル15aからの燃料ガスが集中して濃混合比の混合気を形成させることができ、これにより、さらなる混合気の着火性の向上効果及び燃焼速度の上昇に伴う燃焼時間の短縮効果が得られるとともに、燃焼室1の外周側に流れる燃料ガスを抑制できて該外周側の酸素濃度の低下及びこれに伴うノッキングの抑制効果をさらに向上できる。
かかる第4実施例においては、前記第3実施例に対して、第2吸気ポート6bは前記燃焼室1の外周のシリンダライナ4(図5参照)に向けて該燃焼室1内の外周部に沿ってスワールを形成するように、図示しない過給機のコンプレッサからの圧縮空気を供給するように構成されるとともに、該第2吸気ポート6bの途中にEGRガス供給管21を開口している。
20はEGRガス供給管21の管路を開閉するEGR弁、23はエンジン100の負荷(エンジン出力)を検出する負荷検出器、22は該負荷検出器23からのエンジン負荷の検出値に基づき前記EGR弁20を開閉するEGR弁コントローラである。
また、前記エンジン負荷の検出値が、前記一定負荷を超える中、高負荷運転時には、前記EGR弁20を解放して、EGRガスを第2吸気ポート6bに供給し、燃焼室1の外周部に空気とEGRガスとの混合ガスを供給する。
図4(B)は、前記EGR弁20が閉じた場合の燃焼室1内のガス分布を示している。この場合も、燃焼室1の外周部では燃料ガスの分布が小さく、低酸素濃度状態となって、NOx発生量の抑制効果及びノッキングの抑制効果がある。
その他の構成は前記第2実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
一方、EGRの必要な中、高負荷運転時には、前記のように、燃焼室1の中央側の点火プラグ9近傍に空気及び前記燃料ガス噴出ノズル15aからの燃料ガスを供給して、該点火プラグ9近傍を起点とする着火、燃焼を促進するとともに、前記EGR弁20を開いてEGRガスを空気に混入し、燃焼室1の外周近傍に燃焼用の空気及びEGRガスを供給することにより、NOx発生量を抑制することができる。
2 ピストン
4 シリンダライナ
5a 第1の吸気弁
5b 第2の吸気弁
6a 第1吸気ポート
6b 第2吸気ポート
7 排気弁
9 点火プラグ
10 ガスミキサー
15 燃料ガス管
15a 燃料ガス噴出ノズル
20 EGR弁
21 EGR管
22 EGR弁コントローラ
23 負荷検出器
100 エンジン(ガスエンジン)
Claims (5)
- 燃焼室のほぼ中央部に点火プラグをそなえるとともに、前記燃焼室の中央側に向けて開口する第1の吸気ポート及び該第1の吸気ポートを開閉する第1の吸気弁と、前記燃焼室の外周側に向けて開口する第2の吸気ポート及び該第2の吸気ポートを開閉する第2の吸気弁とをそなえたガスエンジンにおいて、
前記第1の吸気ポートへの吸気通路に設置されたガスミキサーにより、燃料ガス管から導入された燃料ガスと吸気通路から導入された空気とを混合して混合気を形成するとともに、前記ガスミキサーからの空気と燃料ガスとの混合気を、前記第1の吸気ポート及び第1の吸気弁から、前記燃焼室の中央部に配置された点火プラグ近傍に供給し、
前記第2の吸気ポート及び第2の吸気弁から前記燃焼室の外周近傍に空気及びEGRガス(排気再循環ガス)を供給するように構成されたことを特徴とするガスエンジンの吸気装置。 - 燃焼室のほぼ中央部に点火プラグ等の着火装置をそなえるとともに、前記燃焼室の中央側に向けて開口する第1の吸気ポート及び該第1の吸気ポートを開閉する第1の吸気弁と、前記燃焼室の外周側に向けて開口する第2の吸気ポート及び該第2の吸気ポートを開閉する第2の吸気弁とをそなえたエンジンにおいて、前記第1の吸気ポート及び第1の吸気弁から前記燃焼室の中央近傍に空気を供給し、前記第2の吸気ポート及び第2の吸気弁から前記燃焼室の外周近傍に、空気のみまたは空気及びEGRガス(排気再循環ガス)のいずれかを供給するように構成するとともに、前記第1の吸気ポートの前記第1の吸気弁上流部位に開口されて燃料ガスを前記第1の吸気ポート内に噴出する燃料ガス噴出ノズルを設け、前記燃料ガス噴出ノズルを、前記着火装置の中心と前記第1の吸気弁の中心とを結ぶ直線に直角な方向で前記第1の吸気弁の中心を通る直線よりも前記着火装置寄りに開口したことを特徴とする吸気装置。
- 請求項1記載のガスエンジンにおいて、
前記第1の吸気ポートの前記第1の吸気弁上流部位に開口されて燃料ガスを前記第1の吸気ポート内に噴出する燃料ガス噴出ノズルと、前記第2の吸気ポートに接続されるEGRガス通路と、該EGRガス通路を開閉するEGR弁と、エンジン負荷によって前記EGR弁の開度を制御するEGR弁コントローラとをそなえたことを特徴とするガスエンジンの吸気装置。 - 前記EGR弁コントローラは、前記エンジン負荷が一定負荷以下の低負荷運転時には前記EGR弁を閉じ、前記一定負荷を超える中、高負荷運転時には前記EGR弁を解放するように構成されたことを特徴とする請求項3記載のガスエンジンの吸気装置。
- 請求項2記載の吸気装置をそなえたことを特徴とするガスエンジン。
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