JP5167238B2 - ボアクール冷却孔を備えた点火プラグ付きガスエンジン - Google Patents

ボアクール冷却孔を備えた点火プラグ付きガスエンジン Download PDF

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Description

本発明は、点火プラグを備えたガスエンジンに適用され、複数のボアクール冷却孔にて点火プラグの周辺を冷却するようにした、ボアクール冷却孔を備えた点火プラグ付きガスエンジンに関する。
図３は、従来の点火プラグを備えたガスエンジンの副室周りの副室中心線に沿う断面図である。
図３において、シリンダヘッド１の上部に水室１ａに囲まれて副室口金２が固定され、該副室口金２の内部に副室４が形成されている。
該副室口金２は、その上部の副室上面４ｂを点火プラグ取付け金物１３により押圧されて、該シリンダヘッド１に固定されている。
点火プラグ１０（点火プラグ中心を１０ａで示す）は、前記点火プラグ取付け金物１３内に取付けシート面５０及びガスケット１０ｆを介して固定されている。
燃料ガスは、ガス流量を制御する電磁弁（図示省略しているが燃料入口通路１４の上流側に設けてある）及び燃料入口通路１４を通って、燃料の流量移動方向側にのみ燃料ガスの流れを可能にした逆止弁５１を通って導入される。該逆止弁５１が開かれると、燃料ガスは燃料噴出孔５から副室４（副室中心を４ａで示す）内に噴出され、前記点火プラグ１０により該副室４内の燃料ガスに火花放電して該燃料ガスを着火燃焼させる。
そして、この着火火炎を副室４の下部に複数個設けられた副室噴口３から燃焼室６０内に噴出し、該燃焼室６０内に給気通路（図示省略）を通して供給された希薄混合気を燃焼させる。
前記点火プラグ１０の周辺は、点火プラグ取付け金物１３の外周に形成された冷却室５５に、冷却水を循環させることにより冷却し、点火プラグ１０による温度上昇を抑えている。
かかる構成からなる点火プラグを備えたガスエンジンは、エンジンの高出力化、高効率化に伴い、点火プラグ１０及び該点火プラグ１０の取付けシート部近傍及び逆止弁５１が高温化し、かかる点火プラグ１０及びその周辺機器の高温化対策が迫られている。
特許文献１（実開平７−２５２２４号公報）には、燃料入口通路７を通して、燃料ガスを副室１に導き、点火プラグ９により該副室４内に火花放電して着火燃焼させ、この着火火炎により燃焼室内に供給された希薄混合気を燃焼させるように構成され、また、該点火プラグ９の取付け部の周囲にボアクーリング孔を設けて該ボアクーリング孔内に冷却水を通すことにより、点火プラグ９周辺を冷却している。
また、特許文献２（特開２００７−１００６１２号公報）には、副室４の壁内に、空洞状の容積部を形成し、該容積部内に伝熱媒体を設置し、該伝熱媒体を燃料ガスとの熱交換により電熱部の温度制御をしたものが示されている。
実開平７−２５２２４号公報 特開２００７−１００６１２号公報
前記点火プラグを備えたガスエンジンは、前記のように、点火プラグ及び該点火プラグの取付けシート面近傍及び逆止弁が高温化し、かかる点火プラグ及びその周辺機器の高温化対策が迫られている
図３に示されるような点火プラグ１０を備えたガスエンジンにおいては、エンジンの高出力化、高効率化に伴い、点火プラグの周辺の部材が高温化すると、該点火プラグ１０の電極部(中芯電極及び接地電極)が高温化して、該電極部の磨耗の進行が早く点火プラグ１０の寿命が短くなる。また、電極部の温度レベルが許容最大値を超えるようになると、電極部の磨耗のみならず、電極部周りのガスが予期せぬタイミングで自己着火して異常燃焼を発生する。
また、点火プラグを備えたガスエンジンでは、逆止弁５１が副室４の直上部に設けられているため、逆止弁５１には高温状態で副室４の圧力が作用し、燃料ガスが燃え切れないこと等により煤が発生し易く、またこの煤の堆積等により、該逆止弁５１の固着や弁のシート不良等の問題を引き起こす事が多いため、該逆止弁５１及びその周囲のより一層の温度降下が必要となる。
一方、点火プラグ１０の取付け部の周囲にボアクーリング孔を設けて該ボアクーリング孔内に冷却水を通すことにより、点火プラグ１０周辺の機器を冷却する構造が、特許文献１（実開平７−２５２２４号公報）で提供されている。
だが、前記特許文献１では、単に点火プラグ１０の取付け部の周囲にボアクーリング孔を設けて、点火プラグ１０の取付け部周辺を冷却しているに止まっており、ボアクーリング孔により点火プラグ１０及び逆止弁５１全体を冷却する手段、および燃料ガスを供給する燃料ガス入口通路を内部に備えた前記燃料ガス入口コネクタの改良手段については、言及していない。
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、点火プラグを備えたガスエンジンにおいて、点火プラグの取付けシート面近傍と燃料ガス入口通路を冷却し、また副室の直上部に設けられた燃料入口通路の逆止弁について燃料ガスの不完全燃焼による煤の発生を防止し該煤等による前記逆止弁６の作動不良の発生を防止できる逆止弁構造を、ボアクール冷却孔を用いて実現したボアクール冷却孔を備えた点火プラグ付きガスエンジンを提供することを目的とする。
本発明はかかる目的を達成するもので、燃料ガス入口コネクタ始端側に設けた電磁弁から送出されて、燃料ガス入口コネクタ内に形成された燃料ガス入口通路を通った燃料ガスを、副室の上部に配設され該燃料ガス入口コネクタが接合される点火プラグ取付け金物を通して副室内に供給し、点火プラグ取付け金物の取付けシート面に接して装着された点火プラグにより該副室内に火花放電して該燃料ガスを着火燃焼させる点火プラグ付きガスエンジンにおいて、
前記点火プラグ取付け金物内に、点火プラグ軸線（以下軸線方向という）と平行に、ボアクール冷却孔を前記点火プラグ取り付け位置周囲に複数本穿孔し、該ボアクール冷却孔の冷却水入口孔と出口孔とを前記取付けシート面を挿んで、前記軸線方向上下両側に形成し、
前記燃料ガス入口コネクタの前記点火プラグ取付け金物への接合部の位置を前記ボアクール冷却孔の入口孔と出口孔との間の軸方向部位に位置するとともに、該接合部に連なり副室内への燃料ガスの流れのみを許容する第２逆止弁を前記ボアクール冷却孔の入口孔と出口孔との間の軸方向部位に配置し、
さらに、前記ボアクール冷却孔の同一直交断面内で、複数の前記ボアクール冷却孔が前記点火プラグを径方向で挟むように、且つ前記第２逆止弁を周方向で挟むように前記点火プラグの周囲に円周方向に複数配置されて、前記入口孔から縦方向のボアクール冷却孔を経て前記出口孔へ向かって流れる冷却水により、前記点火プラグの取付けシート面及び前記第２逆止弁を冷却するように構成する。
また、かかる発明において、好ましくは、前記電磁弁の下流側で且つ燃料ガス入口コネクタ先端より上流側の燃料ガス入口通路上に前記第１の逆止弁が設けられている。
本発明によれば、点火プラグ付きガスエンジンにおいて、前記点火プラグ取付け金物に、前記取付けシート面を挿んで形成された入口孔と出口孔との間を連結し、周方向に複数配置された縦方向のボアクール冷却孔を形成し、前記燃料ガス入口コネクタの前記点火プラグ取付け金物への接合部の位置を前記ボアクール冷却孔の入口孔と出口孔との間の軸方向部位に位置するとともに、該接合部に連なり副室内への燃料ガスの流れのみを許容する第２逆止弁を前記ボアクール冷却孔の入口孔と出口孔との間の軸方向部位に配置し、さらに、前記ボアクール冷却孔の同一直交断面内で、複数の前記ボアクール冷却孔が前記点火プラグを径方向で挟むように、且つ前記第２逆止弁を周方向で挟むように前記点火プラグの周囲に円周方向に複数配置したことによって、点火プラグの側部の外周と点火プラグ取付け金物の内周との接触部近傍の過熱部つまり前記取付けシート部近傍の過熱部の熱を、ボアクール冷却孔によって吸収でき、さらに縦方向のボアクール冷却孔と同一直交断面上に配置された燃料ガス入口通路をも冷却でき、前記取付けシート部近傍及び燃料ガス入口通路の温度を、所要の温度まで確実に低下させることができる。
また、前記ボアクール冷却孔の前記複数の入口孔と出口孔の間に、前記燃料ガス入口通路の点火プラグ取付け金物への接合部に連なる第２の逆止弁を配置することによって、ボアクール冷却孔を前記逆止弁に近接して配置することで高温になる副室の上部に近接して設けた前記第２の逆止弁を確実に冷却することができ、
前記逆止弁を副室の上部に近接して設けても、該逆止弁の温度の上昇を抑制することができ、副室の上部に近接して設けられて高温になる前記逆止弁の温度降下が可能となるので、燃料ガスの不完全燃焼による煤の発生を防止でき、該煤等による前記逆止弁の作動不良の発生も防止できる。
従って、前記第２の逆止弁を副室の上部に近接して設けるとともに、これに加えて、点火プラグ取付け金物の接合部よりも上流側にあって電磁弁下流側の燃料ガス入口コネクタ内の低温の燃料ガス入口通路に、燃料ガスの流量移動方向側にのみ燃料の流れを可能にした第１の逆止弁を設ければ、該第１の逆止弁をボアクール冷却された逆止弁側に寄せることができ、該第１の逆止弁と第２の逆止弁との間の容積を小さくすることが可能となる。
これにより、点火プラグの高温部である点火プラグの側部の外周と点火プラグ取付け金物の内周との接触部近傍の過熱部、及び燃料ガス入口通路の点火プラグ取付け金物への接合部に連なる副室の上部に近接して設けた高温になる逆止弁の、２箇所の完全な冷却を、複数のボアクール冷却孔によって、効果的に冷却できる。
また、記点火プラグ押えの接合部よりも上流側にある前記燃料ガス入口コネクタ内の燃料ガス入口通路に、燃料ガスの流量移動方向側にのみ燃料の流れを可能にした第１の逆止弁を設ければ、点火プラグの燃料ガス入口コネクタ内の燃料ガス入口通路は低温となっており、この低温部に燃料ガスの流量移動方向側にのみ燃料の流れを可能にした第１の逆止弁を設けることにより、低温の第１の逆止弁で高温の前記逆止弁の作動不良の発生をフェールセーフして、該第１の逆止弁により前記第２の逆止弁を同様の作動を行うことができる。
また、前記電磁弁の下流側に前記第１の逆止弁を設ければ、前記逆止弁の作動不良のとき、低温の第１の逆止弁により燃焼ガスを遮断して、ガスが電磁弁に侵入するのを防止し、該電磁弁を保護することができる。
本発明の実施例に係る点火プラグを備えたガスエンジンの副室周りの副室中心線に沿う断面図である。 前記実施例における図１のＡ−Ａ断面図である。 従来技術を示す図１対応図である。
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図１は、本発明の実施例に係る点火プラグを備えたガスエンジンの副室周りの副室中心線に沿う断面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。
図１において、シリンダヘッド１の上部に水室１ａに囲まれて副室口金２が固定され、該副室口金２の内部に副室４（副室４中心を４ａで示す）が形成されている。該副室口金２は、その上部の副室上面４ｂを点火プラグ取付け金物１３及び押え金具１２により押圧されて、該シリンダヘッド１に固定されている。
点火プラグ１０（点火プラグ中心を１０ａで示す）は、該点火プラグ取付け金物１３内に取付けシート面５０及びガスケット１０ｆを介して固定されている。該点火プラグ押え１３の外周には、Ｏリング７，８が嵌挿されている。
前記点火プラグ１０は、通常の中心電極と接地電極とを有するフラット型点火プラグが好適であるが、いわゆるＪ型点火プラグを用いてもよい。
以上の構成は、図３に示すような従来技術と同様である。本発明はかかるガスエンジンにおけるボアクール冷却孔に関する改良にかかるものである。
前記点火プラグ１０の取付けシート部の周囲には、複数のボアクール冷却孔１１ｓが形成され、該複数のボアクール冷却孔１１ｓは、下側のボアクール横孔１１ａ（入口孔）から、点火プラグ１０の軸心線１０ａの方向に複数のボアクール縦孔（縦方向冷却孔）１１を通して、上側のボアクール横孔１１ｂ（出口孔）に通ずるように構成されている。
ここで、前記ボアクール縦孔（縦方向冷却孔）１１は、中心が軸心線１０ａの方向に向いておれば良く、各孔１１が前記副室４の中心４ａに対して一定の角度でもって傾斜しても良い。
また、前記点火プラグ取付け金物１３に、前記点火プラグ１０の軸心と前記第２の逆止弁６が挿入される逆止弁挿入孔６ｓ中心とを平行に配置して、燃料入口通路１４が内設され前記第１の逆止弁２２ｓが設けられた燃料入口コネクタ１４ａを、前記点火プラグ取付け金物１３に直交して固定している。
前記第１の逆止弁２２の上流にはガス流量を制御する電磁弁２３が設けられ、該電磁弁２３からは燃料入口コネクタ１４ａ内に穿孔された燃料入口通路１４を通って燃料ガスが供給される。
該燃料入口コネクタ１４ａは、前記点火プラグ取付け金物１３とは別個に形成され、該燃料入口コネクタ１４ａは、前記点火プラグ取付け金物１３にねじ込み等によって、燃料ガス入口１４ｓ部において、前記接合部１４ｓにて固定されている。
また、逆止弁挿入孔６ｓは、その中心６ａが、前記点火プラグ１０の中心１０ａと平行に設けられており、該逆止弁挿入孔６ｓの下部には、逆止弁ホルダ９に支持された燃料ガスの流量移動方向側にのみ燃料ガスの流れを可能にした第２の逆止弁６が、前記副室４の上面４ｂに接近して設けられている。
また、前記燃料入口コネクタ１４ａ内に形成された燃料入口通路１４においては、前記ガス流量を制御する電磁弁２３と前記燃料ガス入口１４ｓとの間に、ガスの流量移動方向側にのみ燃料ガスの流れを可能にした第１の逆止弁２２が設けられている。
詳細には、前記点火プラグ取付け金物１３に、点火プラグ１０の軸心１０ａと逆止弁６が副室４の直上部に挿入される逆止弁挿入孔６ｓの中心６ａとを平行に配置して、燃料入口通路１４が形成される燃料入口コネクタ１４ａを逆止弁挿入孔６ｓに直交して設け、かかる燃料入口コネクタ１４ａ内に前記第１の逆止弁２２が挿入されることとなる。
次いで、図２のように、前記複数のボアクール冷却孔１１ｓは、前記ボアクール冷却孔１１ｓの前記複数の下側のボアクール横孔１１ａ（入口孔）と上側のボアクール横孔１１ｂ（出口孔）の間の点火プラグ１０の軸方向部位に、前記燃料ガス入口通路１４を内部に備えた前記燃料ガス入口コネクタ１４ａの、前記点火プラグ取付け金物１３への接合部１４ｓ及び該接合部１４ｓに連なって前記第２の逆止弁６を配置している。
これにより、複数のボアクール横孔１１ａ（入口孔）から前記点火プラグ１０の軸心線１０ａに平行に且つ円周方向に複数のボアクール縦孔（縦方向冷却孔）１１を通して、複数のボアクール横孔１１ｂ（出口孔）に通ずるように構成された複数のボアクール冷却孔１１ｓを設けて、該複数のボアクール冷却孔１１ｓを、点火プラグ１０の取付けシート面５０を挟んで設けることによって設けている。
さらに、図２のように、周方向に複数配置された縦方向のボアクール縦孔１１と、燃料ガス入口コネクタ１４ａ内に形成された燃料ガス入口通路１４とを、同一直交断面上に配置したことによって、点火プラグ１０の側部の外周と点火プラグ取付け金物１３の内周との接触部近傍の過熱部つまり前記取付けシート部近傍の過熱部の熱を、ボアクール縦孔１１によって吸収でき、さらに縦方向のボアクール縦孔１１と同一直交断面上に配置された燃料ガス入口通路１４に連なる第２の逆止弁６部近傍をも冷却でき、前記取付けシート部近傍及び燃料ガス入口通路１４の温度を、所要の温度まで確実に低下させることができる。
また、前記ボアクール冷却孔１１ｓの、前記複数の入口孔１１ａと出口孔１１ｂの間に、前記燃料ガス入口通路１４の点火プラグ取付け金物１３への接合部１４ｓに連なる前記逆止弁６を配置することによって、ボアクール冷却孔１１ｓを前記逆止弁６に近接して配置することで、高温になる副室４の上部に近接して設けた前記逆止弁６を確実に冷却することができる。
従って、前記第２の逆止弁６を副室４の上部に近接して設けても、該逆止弁６の温度の上昇を抑制することができ、副室４の上部に近接して設けられて高温になる前記逆止弁６の温度降下が可能となるので、燃料ガスの不完全燃焼による煤の発生を防止でき、該煤等による前記第２の逆止弁６の作動不良の発生も防止できる。
従って、前記第２の逆止弁６を副室４の上部に近接して設けるとともに、これに加えて、点火プラグ取付け金物１３の接合部１４ｓよりも上流側にあって燃料ガス入口コネクタ１４ａ内の低温の燃料ガス入口通路１４に、燃料ガスの流量移動方向側にのみ燃料の流れを可能にした第１の逆止弁２２ｓを設ければ、該低温の第１の逆止弁２２ｓを該第２の逆止弁６側に寄せることができ、該第２の逆止弁６と第１の逆止弁２２ｓとの間の容積を小さくすることが可能となる。
これにより、点火プラグ１０の高温部である点火プラグ１０の側部の外周と点火プラグ押えの内周との接触部１０ｅ近傍の過熱部、及び燃料ガス入口通路１４の点火プラグ取付け金物１３への接合部１４に連なる副室４の上部に近接して設けた高温になる第２の逆止弁６の、２箇所の完全な冷却を、複数のボアクール冷却孔１１ｓによって、効果的に冷却できる。
図２は、前記ボアクール冷却孔１１ｓの円周方向の配置を示す。図のように、同一直交断面上に、複数のボアクール縦孔（縦方向冷却孔）１１が前記点火プラグ１０及び前記逆止弁６を挟むようにして、円周方向に複数配置されている。
前記点火プラグ１０とボアクール縦孔（縦方向冷却孔）１１との距離ｄ１、及び前記逆止弁６とボアクール縦孔（縦方向冷却孔）１１との距離ｄ２は、それぞれ最小限に小さく取って、ボアクール縦孔（縦方向冷却孔）１１による冷却効果を大きくしている。
かかる構成により、点火プラグ１０の側部の外周と点火プラグ取付け金物１３の内周つまり点火プラグ挿入孔１０ｅとの接触部近傍の過熱部の熱を、前記ボアクール冷却孔１１ｓによる冷却によって点火プラグ取付け金物１３に開放できて、該前記取付けシート部５０近傍の温度を、所要の温度まで確実に低下させることができる。
また、図２のように、同一直交断面上に前記ボアクール冷却孔１１ｓを、前記取付けシート部５０の外周に沿って円周方向に配置するとともに、前記副室４の上部に近接して設けられた前記逆止弁６を冷却するように該逆止弁６に近接して配置する（図２のｄ２寸法）ように、構成すれば、ボアクール冷却孔１１ｓを、取付けシート部５０の外周近傍から前記逆止弁６を冷却するように該逆止弁６に近接して配置する（図２のｄ２寸法）ことにより、高温になる取付けシート部５０の外周近傍、及び副室４の上部に近接して設けて高温になる前記第２の逆止弁６を、効果的に冷却することができる。
これにより、点火プラグ１０の高温部である副室４の上部に近接して設けた前記第２の逆止弁６の温度を、設定された所定温度まで温度降下させることができるとともに、特に、副室６の上部に近接して設けられて高温になる前記第２の逆止弁６の温度降下が可能となるので、燃料ガスの不完全燃焼による煤の発生を防止でき、該煤等による前記逆止弁６の作動不良の発生も防止できる。
また、かかる実施例によれば、点火プラグ１０の高温部に配置された第２の逆止弁６を設定された所定温度まで温度降下させることが可能となるとともに、低温の第１の逆止弁２２で逆止弁６の作動不良の発生をフェールセーフして、漏洩ガスを遮断してガスが電磁弁２３に侵入するのを防止し、該電磁弁２３を保護することができる。
本発明によれば、点火プラグを備えたガスエンジンにおいて、点火プラグの取付けシート面近傍と燃料ガス入口通路を冷却し、また副室の直上部に設けられた燃料入口通路の逆止弁について燃料ガスの不完全燃焼による煤の発生を防止し該煤等による前記逆止弁６の作動不良の発生を防止できる逆止弁構造を、ボアクール冷却孔を用いて実現したボアクール冷却孔を備えた点火プラグ付きガスエンジンを提供できる。
１ シリンダヘッド
１ａ 水室
２ 副室口金
３ 副室噴口
４ 副室
４ｂ 副室上面
５ 燃料噴出孔
６ 逆止弁
６ｓ 逆止弁挿入孔
１０ 点火プラグ
１０ａ 点火プラグ中心
１１ａ ボアクール横孔（入口孔）
１１ ボアクール縦孔（縦方向冷却孔）
１１ｂ ボアクール横孔（出口孔）
１１ｓ ボアクール冷却孔
１３ 点火プラグ取付け金物
１４ 燃料入口通路
１４ａ 燃料入口コネクタ
１４ｓ 接合部
２２ｓ 第２の逆止弁
５０ 取付けシート面
２３ 電磁弁
６０ 燃焼室

Claims (2)

  1. 燃料ガス入口コネクタ始端側に設けた電磁弁から送出されて、燃料ガス入口コネクタ内に形成された燃料ガス入口通路を通った燃料ガスを、副室の上部に配設され該燃料ガス入口コネクタが接合される点火プラグ取付け金物を通して副室内に供給し、点火プラグ取付け金物の取付けシート面に接して装着された点火プラグにより該副室内に火花放電して該燃料ガスを着火燃焼させる点火プラグ付きガスエンジンにおいて、
    前記点火プラグ取付け金物内に、点火プラグ軸線（以下軸線方向という）と平行に、ボアクール冷却孔を前記点火プラグ取り付け位置周囲に複数本穿孔し、該ボアクール冷却孔の冷却水入口孔と出口孔とを前記取付けシート面を挿んで、前記軸線方向上下両側に形成し、
    前記燃料ガス入口コネクタの前記点火プラグ取付け金物への接合部の位置を前記ボアクール冷却孔の入口孔と出口孔との間の軸方向部位に位置するとともに、該接合部に連なり副室内への燃料ガスの流れのみを許容する第２逆止弁を前記ボアクール冷却孔の入口孔と出口孔との間の軸方向部位に配置し、
    さらに、前記ボアクール冷却孔の同一直交断面内で、複数の前記ボアクール冷却孔が前記点火プラグを径方向で挟むように、且つ前記第２逆止弁を周方向で挟むように前記点火プラグの周囲に円周方向に複数配置されて、
    前記入口孔から縦方向のボアクール冷却孔を経て前記出口孔へ向かって流れる冷却水により、前記点火プラグの取付けシート面及び前記第２逆止弁を冷却するように構成したことを特徴とするボアクール冷却孔を備えた点火プラグ付きガスエンジン。
  2. 前記電磁弁の下流側で且つ前記燃料ガス入口コネクタ先端より上流側の燃料ガス入口通路上に第１の逆止弁を設けたことを特徴とする請求項１記載のボアクール冷却孔を備えた点火プラグ付きガスエンジン。
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