JP6600111B1 - Mixer structure of gas engine for power generation - Google Patents
Mixer structure of gas engine for power generation Download PDFInfo
- Publication number
- JP6600111B1 JP6600111B1 JP2019039578A JP2019039578A JP6600111B1 JP 6600111 B1 JP6600111 B1 JP 6600111B1 JP 2019039578 A JP2019039578 A JP 2019039578A JP 2019039578 A JP2019039578 A JP 2019039578A JP 6600111 B1 JP6600111 B1 JP 6600111B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- power generation
- venturi
- air
- gas engine
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000010248 power generation Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 123
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 8
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 11
- 230000008602 contraction Effects 0.000 claims description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 36
- 239000003915 liquefied petroleum gas Substances 0.000 description 14
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 239000003949 liquefied natural gas Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000755266 Kathetostoma giganteum Species 0.000 description 1
- 102100026827 Protein associated with UVRAG as autophagy enhancer Human genes 0.000 description 1
- 101710102978 Protein associated with UVRAG as autophagy enhancer Proteins 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001273 butane Substances 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 1
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 239000006200 vaporizer Substances 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels
Landscapes
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
【目的】燃料の供給の精密な制御ができると共に、燃料と空気を均質になるように混合することができる発電用ガスエンジンのミキサ構造を提供すること。【構成】外部空気が導入する円筒部の下側にベンチュリVの縮流部12を形成したアッパボディ1と、前記縮流部12に連続するベンチュリVの拡散部22との内周側に円環状空間Nが形成され、該円環状空間Nには外周側からガスの燃料入口及び燃料ジェットを備えたメインボディ2と、該メインボディ2に連続してスロットル32を設けたスロットルボディ3を備えること。前記縮流部12及び前記拡散部22の端部周縁との間であって、前記ベンチュリVの最狭部箇所に隙間としての円環状スリットSが形成されること。【選択図】 図1[Object] To provide a mixer structure for a power generation gas engine capable of precise control of fuel supply and capable of mixing fuel and air in a homogeneous manner. [Structure] An upper body 1 in which a venturi V contracted portion 12 is formed below a cylindrical portion into which external air is introduced, and a venturi V diffusing portion 22 continuous with the contracted portion 12 is circular on the inner peripheral side. An annular space N is formed, and the annular space N includes a main body 2 provided with a gas fuel inlet and a fuel jet from the outer peripheral side, and a throttle body 3 provided with a throttle 32 continuously to the main body 2. thing. An annular slit S as a gap is formed at the narrowest portion of the venturi V between the contracted flow portion 12 and the peripheral edge of the diffusion portion 22. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、燃料の供給の精密な制御ができると共に、燃料と空気を均質になるように混合することができる発電用ガスエンジンのミキサ構造に関する。 The present invention relates to a mixer structure for a power generation gas engine capable of precisely controlling the supply of fuel and mixing fuel and air in a homogeneous manner.
排気量5000cc以下のガスエンジンによる発電機は災害時の非常用や離島での電力供給や、電力の需要が電力会社の供給能力の限界に近くなったときの電力のピークカットに威力を発揮する。ガスエンジンの燃料としてLPG(液化天然ガス)はボンベに充填すれば輸送が簡便で安全性が高い。また、ガソリンや軽油のように時間の経過とともに変質(サワー化)することもない。 A generator with a gas engine with a displacement of 5000cc or less demonstrates its power for emergency use during disasters, power supply on remote islands, and peak cuts when power demand approaches the limit of the power company's supply capacity. . LPG (liquefied natural gas) as a fuel for a gas engine is easy to transport and highly safe if filled in a cylinder. Moreover, it does not deteriorate (sour) as time passes like gasoline and light oil.
だが、非常用・常用発電機専用の本格的なLPG用のガスエンジンは存在しない。LPG用エンジンは自動車用としては発展し続け完成の域に達しているが、定常回転数で稼働する発電用エンジンとしては未だ未熟な段階である。 However, there is no full-scale LPG gas engine dedicated to emergency and utility generators. Although the engine for LPG continues to develop for automobiles and has reached the point of completion, it is still immature for a power generation engine that operates at a steady rotational speed.
LPGエンジンのようなガスエンジン特有の機能部品でもっとも重要なのはミキサである。ミキサはエンジンに供給する燃料の流量の精密な制御と燃料を空気に均質に混合させる機能をもつ。 The most important functional component unique to a gas engine such as an LPG engine is a mixer. The mixer has a precise control of the flow rate of the fuel supplied to the engine and a function of uniformly mixing the fuel with the air.
特許文献1(特開昭52-113408号)のLPGエンジンでは混合器(ミキサ)3が用いられている。このミキサではベンチュリ部のノズル27から燃料を噴出させるようになっている。ここヘガス燃料を導く通路にガスアジャストスクリュウ26を設けて、先端のテーパした弁体の位置で通路面積を決めるようになっている。この位置のバラツキが直接空燃比の制御特性に影響する。
A mixer (mixer) 3 is used in the LPG engine of Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 52-113408). In this mixer, fuel is ejected from the
特に、三元触媒で排気の清浄化を行う場合は理論空燃比(燃料がシリンダ内で燃焼後、理論的には酸素も燃料の分子も余らない空燃比)になるように燃料流量を制御しなくてはならない。前記の混合器の構造(図3)では弁体の位置で燃料通路面積を決めているので、常時この要求性能を実現することはできない。 In particular, when purifying exhaust gas with a three-way catalyst, the fuel flow rate is controlled so that the stoichiometric air-fuel ratio (the air-fuel ratio where the oxygen and the fuel molecules are theoretically left after the fuel burns in the cylinder) is reached. Must-have. In the structure of the mixer (FIG. 3), since the fuel passage area is determined by the position of the valve body, this required performance cannot always be realized.
さらに空気と燃料を均質に混合するのに、ノズル27(図では2本)から燃料を噴出させるのでは不十分であり、燃料の偏りを避けることはできない。また、混合器3の上流にあるベ一パライザ7(構造は図2)は液体で流入した燃料をここで気化させることが主目的である。エンジンが吸入する空気量と燃料の量を制御する混合器3の入り口の燃料の圧力を該混合器3の直前(エアクリーナの後流)の圧力と同じ圧力に調圧する機能を有していない。
Furthermore, in order to mix air and fuel homogeneously, it is not sufficient to eject the fuel from the nozzle 27 (two in the figure), and it is not possible to avoid uneven fuel. Further, the main purpose of the vaporizer 7 (structure shown in FIG. 2) upstream of the
特に、排気の清浄化を三元触媒で行うことができるように、簡易な構成にしつつ、理論空燃比の混合気を定常回転数で運転する発電用のガスエンジンに常時供給する。そのためミキサの必要条件は、第1に、燃料の供給の精密な制御と、第2に、燃料と空気を均質になるように混合、を安価で簡単な構造としてのミキサ提供を実現することにある。 In particular, an air-fuel mixture having a stoichiometric air-fuel ratio is constantly supplied to a power generation gas engine that operates at a steady rotational speed, while having a simple configuration so that exhaust gas can be cleaned with a three-way catalyst. Therefore, the necessary conditions for the mixer are to firstly provide a precise mixer for fuel supply and secondly, to provide a mixer as an inexpensive and simple structure that mixes fuel and air in a homogeneous manner. is there.
そこで、発明者は上記課題を解決すべく鋭意,研究を重ねた結果、請求項1の発明を、外部空気が導入する円筒部の下側にベンチュリの縮流部を形成し該縮流部の外側には、逆U字状の円環状の上部空間が設けられたアッパボディと、前記縮流部に連続するベンチュリの拡散部の外側にはU字状の円環状の下部空間が設けられ該下部空間と前記上部空間とからなる断面O型状の円環状空間が形成され、該円環状空間には外周側からガスの燃料入口及び燃料ジェットを備えたメインボディと、該メインボディに連続してスロットルを設けたスロットルボディを備え、前記縮流部及び前記拡散部の端部周縁との間であって、前記ベンチュリの最狭部箇所に隙間としての円環状スリットが形成されると共に、前記燃料ジェットの出口側は前記メインボディの前記下部空間下側に連通して構成されてなることを特徴とする発電用ガスエンジンのミキサ構造としたことにより、前記課題を解決した。
Therefore, as a result of intensive researches to solve the above problems, the inventor has found that the invention according to
請求項2の発明を、請求項1における発電用ガスエンジンのミキサ構造において、前記隙間としての円環状スリットの隙間が一定間隔としてなることを特徴とする発電用ガスエンジンのミキサ構造としたことにより、前記課題を解決した。請求項3の発明を、請求項1における発電用ガスエンジンのミキサ構造において、前記隙間としての円環状スリットの隙間が可変間隔としてなることを特徴とする発電用ガスエンジンのミキサ構造としたことにより、前記課題を解決した。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a mixer structure for a power generation gas engine according to the first aspect, wherein the gap between the annular slits as the gap is a constant interval. The problem has been solved. According to a third aspect of the present invention, there is provided a mixer structure for a power generation gas engine according to the first aspect, wherein the gap between the annular slits as the gap is a variable interval. The problem has been solved.
請求項4の発明を、請求項1又は3における発電用ガスエンジンのミキサ構造において、前記隙間としての円環状スリットの隙間に対して、厚みが適宜異なるスペーサが介在されてなり、該スペーサの内径部は前記円環状空間の外形と同一径に形成され且つその外形部は前記アッパボディの平面的に見た外周部形状と同等に形成されてなることを特徴とする発電用ガスエンジンのミキサ構造としたことにより、前記課題を解決した。 According to a fourth aspect of the present invention, in the mixer structure of the power generation gas engine according to the first or third aspect, a spacer having a different thickness is interposed in the gap of the annular slit as the gap, and the inner diameter of the spacer A mixer structure for a gas engine for power generation, characterized in that the portion is formed to have the same diameter as the outer shape of the annular space, and the outer shape portion is formed to be equivalent to the outer peripheral shape of the upper body as viewed in plan As a result, the above problems have been solved.
請求項5の発明を、請求項1,2,3又は4に記載の発電用ガスエンジンのミキサ構造において、前記ベンチュリの最狭部径の二乗と前記燃料ジェットのオリフィス径の二乗の比を一定に保つようにしてなることを特徴とする発電用ガスエンジンのミキサ構造としたことにより、前記課題を解決したものである。 According to a fifth aspect of the present invention, in the mixer structure of the power generation gas engine according to the first, second, third, or fourth aspect, a ratio of a square of the narrowest diameter of the venturi to a square of the orifice diameter of the fuel jet is constant. This problem is solved by using a mixer structure for a power generation gas engine characterized in that the above structure is maintained.
特に、本発明では、LPG(液化石油ガス)用或いはCNG(圧縮天然ガス)用又はLNG(液化天然ガス)用のガスエンジンである。いわゆる、家庭用のプロパンガス(ブタンも含む)や、都市ガスでも可能なガスエンジンである。さらに、該ガスエンジンは、排気量約50cc乃至約5000ccの小型乃至中型である。 In particular, the present invention is a gas engine for LPG (liquefied petroleum gas), CNG (compressed natural gas) or LNG (liquefied natural gas). It is a so-called gas engine that can be used for domestic propane gas (including butane) and city gas. Further, the gas engine is a small to medium size engine with a displacement of about 50 cc to about 5000 cc.
本発明においては、簡易な構成にしつつ、理論空燃比の混合気を定常回転数で運転する発電用のガスエンジンを提供できるとともに、極めて簡易な構成にて、燃料ガスと空気とを均質になるように混合することができ、高効率な燃費を実現できるという最大の利点がある。 The present invention can provide a gas engine for power generation that operates a mixture of stoichiometric air-fuel ratios at a steady rotational speed with a simple configuration, and makes the fuel gas and air homogeneous with an extremely simple configuration. The maximum advantage is that high efficiency fuel consumption can be realized.
以下、本発明の3つの実施形態について図面に基づいて説明すると、図1はミキサの第1実施形態であるが、基本構造としてのアッパボディ1,メインボディ2,スロットルボディ3にて構成されている点は、第1、第2及び第3の実施形態ともに共通であり、この3つの部材が2本の通しボルト16にて固着されている。この各ボディを3分割するのは製作を容易にするためである。
Hereinafter, three embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a first embodiment of a mixer, which is composed of an
以下は第1実施形態のミキサについて説明すると、前記アッパボディ1は、導入管部11の下端の内方にはベンチュリVの縮流部12が形成されている。該縮流部12の最下端周縁がベンチュリVの最狭部径Dとして構成されている。前記縮流部12の外側には、逆U字状の円環状の上部空間14が設けられている。
In the following, the mixer according to the first embodiment will be described. In the
また、前記メインボディ2は、前記アッパボディ1と対を成す構成であり、下端には前記スロットルボディ3の管体31に接続する下部管12の上側に、上方に向かって次第に拡大する拡散部22が形成されている。該拡散部22の最上端周縁が前記ベンチュリVの最狭部径Dとして構成されている。つまり、前記ベンチュリVは、前記アッパボディ1の縮流部12と前記記メインボディ2の拡散部22にて形成されている。
The
また、前記メインボディ2の拡散部22の外側には、U字状の円環状の下部空間24が設けられている。つまり、アッパボディ1の上部空間14とメインボディ2の下部空間24とで断面O型状の円環状空間Nが形成されている。さらに、前記メインボディ2には、燃料の流量制御の燃料ジェット4が取り付けられている。
Further, on the outside of the
該燃料ジェット4は、図2(A)に示すように、前記メインボディ2の下端側に平行に突出したボス部25の貫通された内径部26の最奥側の内径ネジ部26aに、前記燃料ジェット4の外形ネジ部41aが螺合されている。前記燃料ジェット4は入り口側から大径部42が、続いて小孔径dのオリフィス43が長さwとして出口側に通じて形成されている。該オリフィス43の出口側は前記メインボディ2の下部空間24に連通している。
As shown in FIG. 2 (A), the fuel jet 4 is formed on the inner
また、前記ボス部25の内径部26の先端側の内径ネジ部26bにブラインドプラグ27にて閉塞されている。前記ボス部25における前記ブラインドプラグ27と前記燃料ジェット4との間の前記内径部26には、図示しない箇所からガスが流入する燃料入りロ28が開口されている。前記小孔径dとベンチュリVの最小径Dとの関係も後述する。前記燃料ジェット4の外部端面に溝44が形成され、マイナスドライバ挿入用で回転調整可能に構成されている。
Further, a
前記スロットルボディ3の管体31内には、スロットル32が軸支されたスロットルシャフト33に固着されて開閉自在に取り付けられている。アイドリングをごく低い回転数に設定する場合はベンチュリ部の負圧が小さいので、スロットル32の後流の負圧が大きいところに開口したアイドルホール34から燃料は主に供給される〔図1(A)参照〕。
Inside the
その通路面積はアイドル燃料流量調整用のニードル35で調整可能に構成されている。エンジン運転中に該ニードル35が回らないように抵抗となる回り止めは固定スプリング36にて行う。或いは、ロックナットを使ってもよい。
The passage area is configured to be adjustable with a
特にアイドリング回転数を低く設定する場合はスロットル32の開度が小さいので、該スロットル32を開く過程でまだ十分にベンチュリ負圧が発生していないときにも燃料を供給できるように、該スロットル32が少し開いたときに、この後流になる位置の前記管体31にステップホール37が開ロされている。
In particular, when the idling speed is set low, the opening of the
該ステップホール37及び前記アイドルホール34は、前記メインボディ2の下部空間24に連通している縦貫孔38を介して燃料が供給可能に構成されている。該縦貫孔38は前記メインボディ2及び前記スロットルボディ3にも連続している部位であり、さらに前記縦貫孔38の下端は塞がれ、前記ステップホール37の外端も塞がれている。
The
その燃料の制御は該ステップホール37の孔の径で行うこともある。発電用のエンジンではアイドル回転数iを常用回転数かそれより若干低い回転数にすることが多い。この場合は前記ステップホール37、ニードル35、固定スプリング36、アイドルホール34は不要になる。
The fuel may be controlled by the diameter of the
図3において、本発明のミキサMがエンジンシステムの一部として機能するための構成を説明する。エンジン81が吸入する空気はエアクリーナ71のフィルタ72で濾過されてミキサMに吸入される。だが、フィルタ72の通気抵抗を避けられないため、大気圧より若干だが低くなる。そこで感圧ダイオードなどで出来た絶対圧センサ93で圧力を検出して信号をエンジンコントロールユニット(ECU)74((以下「ECU」という。)に送る。
In FIG. 3, the structure for the mixer M of this invention to function as a part of engine system is demonstrated. Air sucked by the
ミキサMにはエアクリーナ71からの空気と低圧調整弁5からの燃料が流入し、ここで、混合されて吸気マニホールド82を通ってエンジン81に吸入される。排気は排気マニホールド83から三元触媒84を通ってマフラ(図示せず)に入り消音して大気に放出される。
Air from the
ボンベ76で気化している燃料(LPG)がミキサMに流入するまでの過程を説明する。ボンベ76の交換時に閉じる手動バルブ77が開けられると、前記ボンベ76内の燃料は一次減圧弁78で減圧されて電磁式の遮断弁6を通って電磁式の低圧調整弁5に流入する。ここでLPGの場合、常温でボンベ76内では大部分が液状で内圧は10気圧程度である。これを一次減圧弁78で数気圧(3.5気圧以下)に減圧する。この圧力の燃料(LPG)を電磁式の低圧調整弁5でフィルタ72の下流を同じ圧力に調圧してミキサMに供給する。
A process until the fuel (LPG) vaporized in the
エンジン81は発電用なので負荷の大小にかかわらず定常回転数(例えば、2400rpm)に維持される。その回転数を一定に保つための制御は図1(A)及び図2(B)のスロットルバルブ32の開度を制御することにより行う。電磁式のピックアップのクランク角センサ91の信号により、ECU74からの電気出力でスロットルシャフト33に取り付けられたステップモータ式のアクチュエータ94でスロットルバルブ32の開度を調整する。
Since the
電気負荷が増大するとエンジンへの要求トルクが増大するので、その抵抗によってエンジン回転数が低下する。常時クランク角センサ91で回転数の電気信号を検知してECU74に送っている。該ECU74で回転数が所定の回転数より低下したと判断すると、アクチュエータ94にスロットル32を開けるようにと信号を出す。この前記ECU74の信号と該ECU74にてエンジン回転数も常時検出している。
When the electrical load increases, the required torque for the engine increases, and the engine speed decreases due to the resistance. The
エンジン回転数を一定に維持するのに必要な混合気は本発明のミキサMから吸気マニホールド82を介してエンジン81のシリンダに吸入される。ここで前記ECU74に繋がる破線は各センサからの信号で該ECU74から出る実線の信号はアクチュエータを作動させる出力信号である。
The air-fuel mixture necessary for maintaining the engine speed constant is sucked into the cylinder of the
次に電磁式の遮断弁6と低圧調整弁5について図7で説明する。エンジン始動に際し、前記ECU74からの出力で双方の電磁弁のコイル52および62が通電する。磁力線は磁性体のコア51および61の磁極から磁性体の可動鉄心(アーマチュア)53および63をまわる磁場を形成する。
Next, the electromagnetic shut-off
これにより結果的に磁極51,61が可動鉄心53及び63を引きつける。これによって可動鉄心53及び63はスプリング54および64の力に打ち勝って、それまでゴムのような弾性体のシール部材55および65で塞いでいた燃料通路を開く。安全のために設けけられている遮断弁6は燃料通路の単純なオンオフ弁であり、エンジン81が稼働している間は常時コイル52および62には通電されたままである。
As a result, the
また、前記低圧調整弁5内に設けられた燃料室56の中には前記エアクリーナ71内に取り付けられていた絶対圧センサ93と同じ特性の絶対圧センサ94が取り付けられている。前記ECU74でこの2つのセンサからの信号を比較して、もしも前記絶対圧センサ94の中の圧力が高ければコイル52への通電をオフにする。
An
前記燃料室56内の燃料がミキサで消費されると、該燃料室56の内圧が低下するので前記コイル52に通電してシール部材55を開いて燃料を前記燃料室56内に流入させる。このようにしてミキサに供給する燃料の圧力をエアクリーナ71のエアフィルタ72の下流の圧力と同じに保っことができる。
When the fuel in the
ここで燃料通路が遮断される時間は燃料室56の容積が大きくなると長くなり、燃料絞り57の内径が大きくなると開いている時間が短くなる。すなわち燃料室56の容積と燃料絞り57の内径でオンオフする時間を調整することができる。図中45、46、47は燃料配管である。
Here, the time during which the fuel passage is cut off increases as the volume of the
図1の構造のミキサで目標の空燃比(吸入した空気の質量/供給した燃料の質量)を得ることができる原理を説明する。
空気の密度 ρA(kg/m3)
燃料の密度 ρF(kg/m3)
ベンチュリ部の空気速度 VA(m/s)
オリフィス部の燃料速度 vF(m/s)
ベンチュリ径 D(m)
オリフィス径 d(m)
単位時間あたりに流れる空気の質量 mA(kg/s)
単位時間あたりに流れる燃料の質量 mF(kg/s)
空燃比 A/F=mA/mF
とするとベンチュリ部を流れる空気の単位時間あたりの質量は、
The principle by which a target air-fuel ratio (mass of sucked air / mass of supplied fuel) can be obtained with the mixer having the structure of FIG. 1 will be described.
Air density ρ A (kg / m 3 )
Fuel density ρ F (kg / m 3 )
Venturi air velocity V A (m / s)
Orifice fuel velocity v F (m / s)
Venturi diameter D (m)
Orifice diameter d (m)
Mass m A of air flowing per unit time (kg / s)
Mass of fuel flowing per unit time m F (kg / s)
Air-fuel ratio A / F = m A / m F
Then, the mass per unit time of the air flowing through the venturi is
mA=(ベンチュリ部の面積)×(ベンチュリ部の空気速度)×(空気の密度)
=π/4・D2 ・VA ・ρA (kg/s)
同様にオリフィスを流れる燃料の単位時間あたりの質量は、
mF=π/4・d2・VF・ρF (kg/s)
従って、空燃比は
A/F=(π/4・D2・VA ・ρA)/(π/4・d2・VF・ρF)
=(D2 ・VA ・ρA)/(d2 ・VF ・ρF) ・・・・(1)
m A = (area of venturi section) × (air velocity of venturi section) × (air density)
= Π / 4 · D 2 · V A · ρ A (kg / s)
Similarly, the mass per unit time of fuel flowing through the orifice is
m F = π / 4 · d 2 · V F · ρ F (kg / s)
Therefore, the air-fuel ratio is A / F = (π / 4 · D 2 · V A · ρ A ) / (π / 4 · d 2 · V F · ρ F )
= (D 2 · V A · ρ A ) / (d 2 · V F · ρ F ) (1)
一方、ベンチュリ部で発生する負圧P(Pa)はベルヌーイの定理により、
P=1/2・ρA ・VA 2(Pa)
となる。この負圧がベンチュリ周りの空間8を満たし、オリフィス4の出口負圧となる。すなわち、先にも述べたように4の入口の圧力はエアクリーナ71のエアフィルタ72の後流のミキサに流入する空気の圧力と同じになるように調節されているので、オリフィスの前後差圧はベンチュリ負圧と同じ
P(=1/2・ρA・VA 2)(Pa)である。
(P=)1/2・ρA ・vA 2=1/2・pF・vF 2
On the other hand, the negative pressure P (Pa) generated in the venturi part is determined by Bernoulli's theorem.
P = 1/2 · ρ A · V A 2 (Pa)
It becomes. This negative pressure fills the space 8 around the venturi and becomes the outlet negative pressure of the orifice 4. That is, as described above, since the pressure at the inlet of 4 is adjusted to be the same as the pressure of the air flowing into the mixer downstream of the
(P =) 1/2 · ρ A ·
これより、
(2)を(1)のVFに代入して整理すると、
となる。
Than this,
(2) a and rearranging are substituted into V F (1),
It becomes.
このように空燃比は空気と気体燃料の密度が決まれば、ベンチュリ径とオリフィス径の選択組み合わせで任意の空燃比を得ることができる。
すなわち、圧力が一定ならρAとρFは物性値なので一定、即ち、定数となる。従って
は一定となり、空然比は一義的にベンチュリ最狭部の径の二乗とオリフィス径の二乗の比で決まる。
Thus, if the density of air and gaseous fuel is determined, an arbitrary air / fuel ratio can be obtained by a selective combination of the venturi diameter and the orifice diameter.
That is, if the pressure is constant, ρ A and ρ F are physical values, and are constant, that is, constant. Therefore
The air-fuel ratio is uniquely determined by the ratio of the square of the diameter of the narrowest part of the venturi to the square of the orifice diameter.
ちなみに、この空燃比をLPGの理論空燃比である15.6に保つミキサを設計するときのオリフィス径を求める。
ベンチュリ径D=30mmとした場合、 LPGの密度はρ。=1.96(kg/m3)、空気の密度をρA=1.25kg/m3とすると、
これよりオリフィス径dは6.79mmとなる。
Incidentally, the orifice diameter when designing a mixer that maintains this air-fuel ratio at 15.6, which is the theoretical air-fuel ratio of LPG, is obtained.
When the venturi diameter D = 30 mm, the density of LPG is ρ. = 1.96 (kg / m3), and the density of air is ρ A = 1.25 kg / m 3 ,
Accordingly, the orifice diameter d is 6.79 mm.
本発明のミキサMを860ccの2気筒のLPGエンジンに装着したときの空燃比の制御特性を図8に示す。回転数は2400rpm、実験時におけるアイドリング回転数は900rpmである。 FIG. 8 shows air-fuel ratio control characteristics when the mixer M of the present invention is mounted on an 860 cc two-cylinder LPG engine. The rotational speed is 2400 rpm, and the idling rotational speed during the experiment is 900 rpm.
前記円環状スリットSの間隔Hは、前記アッパボティ1の端部を少し短く形成して形成する〔図1(A)参照〕。また、該アッパボティ1の端部は切除せずに、前記メインボディ2の端部を切断して前記間隔Hを形成することもある。さらには、両方を少しづつ切除して形成することもある。
The space H between the annular slits S is formed by slightly shortening the end of the upper body 1 [see FIG. 1 (A)]. Further, the end H of the
また、図8の横軸はスロットル開度、縦軸は空気過剰率である。該空気過剰率とはその時の空燃比を理論空燃比で除した値で、1が理論空燃比、1より大きいと空気が多く混合気が薄いことを意味する。逆に1より小さければ空気が不足している状態、すなわち濃いことを意味する。 Further, the horizontal axis in FIG. 8 is the throttle opening, and the vertical axis is the excess air ratio. The excess air ratio is a value obtained by dividing the air-fuel ratio at that time by the stoichiometric air-fuel ratio. When 1 is greater than the stoichiometric air-fuel ratio, it means that there is a lot of air and the air-fuel mixture is thin. Conversely, if it is smaller than 1, it means that the air is insufficient, that is, it is dense.
前述のようにして理論空燃比になるように計算したオリフィスを装着したミキサは、ベッチュリ負圧が十分に発生するスロットル開度が30°以上の中負荷から全負荷まで、目標の理論空燃比を維持しているのが分かる。 The mixer equipped with the orifice calculated so as to obtain the stoichiometric air / fuel ratio as described above can achieve the target stoichiometric air / fuel ratio from a medium load to a full load with a throttle opening of 30 ° or more where sufficient Betchuri negative pressure is generated. You can see that it is maintained.
だが、一方アイドルアジャストとステップホール37がないと、ベンチュリ負圧が小さく燃料を吸い出せない領域で空気過剰率は大きくなる。すなわち理論空燃比より薄くなってしまう。該アイドルアジャストとステップホールがあると破線のようにスロットル開度が小さいところでも目標の空燃比近くを維持している。
On the other hand, if there is no idle adjustment and
ここで、図1のベンチュリの内径Dと円環状スリットSと図2(A)のオリフィス43の関係について説明する。円環状スリットSのガス燃料が通過する面積はπD×H(m2)である。この公式上のHは、前記円環状スリットSの間隔である。これがオリフィス43の通路面積以上でないと、円環状スリットSの面積が律則となってオリフィス43が絞り効果を発揮できない。
Here, the relationship among the inner diameter D of the venturi in FIG. 1, the annular slit S, and the
これを式にすると、
π×D×H≧π/4・d2
すなわち H≧d2/4D となる。
また逆に大き過ぎると燃料が円環状スリットSの全周からではなく一部から流れ出るようになり、空気との混合が悪くなる。そこで前記円環状スリットSの範囲(間隔H)としては、
1.5xd2/4・D≧H≧d2/4・D
とするのがよい。
If this is made into an expression,
π × D × H ≧ π / 4 · d 2
That is, H ≧ d 2 / 4D.
On the other hand, if it is too large, the fuel flows out from a part rather than the entire circumference of the annular slit S, and the mixing with the air becomes worse. Therefore, as the range (interval H) of the annular slit S,
1.5xd 2/4 · D ≧ H
It is good to do.
エンジンの排気量が小さいエンジン(300cc以下)の場合は、アイドリング回転数を若干高くすると、アイドルアジャストとステップホールがなくても低負荷でも空気過剰率1近くを維持することができる。 In the case of an engine with a small engine displacement (300 cc or less), if the idling speed is slightly increased, an excess air ratio of 1 can be maintained even at low loads even without idle adjustment and step holes.
高地や気温の変化、エアフィルタの目詰まりや部品の精度の影響などで空然比が微妙に変化するのを吸収して、常に精度高く理論空然比に維持するためには、排気マニホールドに装着したO2センサ92で空然比を検出して、フィードバック制御を行う。 In order to absorb the slight change in the air-to-air ratio due to changes in the altitude and temperature, clogging of the air filter and the accuracy of parts, etc. The air-fuel ratio is detected by the attached O 2 sensor 92 and feedback control is performed.
薄ければ絶対圧センサ93で検出したミキサ入り口の空気の絶対圧より、アクチュエータ94で検出した燃料室56内の絶対圧が高くなるようにコイル52への通電時間を長くする。また、逆にこければ燃料室56内の絶対圧が低くなるようにコイル52への通電時間を減らす。これによってさらに理論空然比の維持精度が向上する。
If it is thin, the energization time to the
燃料のLPGを空気と均質に混合するために、ベンチュリVの最狭部径Dの全周に円環状スリットSを創成する簡便な構造について説明する。図1では、アッパボディ1の縮流部12の周縁を僅かな量凹ませて円環状スリットSを形成する構造を説明した。該円環状スリットSはベンチュリVの最狭部径D、オリフィス43の燃料オリフィス径dとが関数関係にある。
A simple structure for creating an annular slit S on the entire circumference of the narrowest diameter D of the venturi V in order to uniformly mix the fuel LPG with air will be described. FIG. 1 illustrates the structure in which the annular slit S is formed by denting the peripheral edge of the contracted
燃料を濃くするために燃料オリフィス径dを大きくしたら、前記円環状スリットSも広げる必要がある。つまり、この隙間Hを広げることである。また、出力を上げるために前記ベンチュリVを大きくする場合も同様である。さらに、前記アッパボディ1の中心部を周囲より精度よくへこませるのには加工コストがかかる。また、深く削り過ぎた場合は周囲を削ることで、つじつまを合わせることになると加工に時間を要することになる。
If the fuel orifice diameter d is increased in order to thicken the fuel, the annular slit S needs to be widened. That is, the gap H is widened. The same applies when the venturi V is increased to increase the output. Further, it is expensive to process the center portion of the
本発明の第2実施形態について、図4及び図5に基づいて説明する。ます、アッパボディ1とメインボディ2ともベンチュリV箇所の周囲と同じ高さに一気に平面加工をして、図4及び図5に示すようなガスケット状で厚さtのスペーサ19をこの間に鋏み込んで、前記円環状スリットSの間隔Hを創成する。
このとき、間隔H=厚さt とする。
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, both the
At this time, the interval H = thickness t.
さらに、前記スペーサ19の厚みtにおいて、該厚みtの異なる適宜の厚さt1、t2、t3等を揃えておき、細かな調整に対応可能にすることも多い〔図5(C)参照〕。また、前記スペーサ19はステンレスやアルミの薄板などで作ることもある。前記スペーサ19において、内径部19aは前記円環状空間Nの外形と同一径に形成されている。
Further, in the thickness t of the
もしも、ガスの漏れが心配ならば、前記スペーサ19と前記アッパボディ1及びメインボディ2との間に液体パッキングを薄く塗布してもよい。また、前記アッパボディ1の下面と前記メインボディ2の上面にグランド溝を掘ってOリングを入れてもよい。
If gas leakage is a concern, a liquid packing may be thinly applied between the
別の実施形態について、図6に基づいて説明する。特に、前記円環状スリットSの間隔Hを連続的に調整する方法である。図6において、前記アッパボディ1が1Aと1Bとの2部品で構成されている。具体的には、アッパボディ1の下部本体部13で、前記導入管部11及び縮流部12を含む内周側アッパ部1Aと外周側アッパ部1Bとがネジ17よる螺旋結合されている。
Another embodiment will be described with reference to FIG. In particular, this is a method of continuously adjusting the interval H of the annular slit S. In FIG. 6, the
該ネジ17は、前記内周側アッパ部1Aには雄ネジ17aが、前記外周側アッパ部1Bには雌ネジ17bがそれぞれ螺設されている。それぞれの雄ネジ17a及び雌ネジ17bは、ピッチは小さく、1回転で1mmが望ましい。1回転で1mmとすると、前記記内周側アッパ部1Aを10。回すごとに0.028mmずつ変化する。勿論この中間の値にもすることができる。
The
前記雄ネジ17aを備えた前記内周側アッパ部1Aを回して、前記円環状スリットSが所定の間隔Hの寸法になったところで、止めネジ18を締め込んで周り止めをする。該止めネジ18は先端が尖っており、より固い材質、例えば鉄として先端を焼き入れする。このとき、前記内周側アッパ部1Aをアルミとすることが好ましい。
The inner peripheral
また、高地に設置した場合や極端な低気圧時にはオリフィス径dが一定のままだと、空燃比が濃くなってしまう。ガス燃料の元圧は一定に制御されているので、ガス燃料の密度は一定である。一方、吸入する空気の密度は絶対圧に比例するので、気圧が下がると大気の絶対圧は低くなり、空気密度は小さくなる。 In addition, if the orifice diameter d remains constant when installed at high altitudes or at extremely low atmospheric pressure, the air-fuel ratio becomes dense. Since the source pressure of the gas fuel is controlled to be constant, the density of the gas fuel is constant. On the other hand, since the density of the inhaled air is proportional to the absolute pressure, the absolute pressure of the atmosphere decreases and the air density decreases as the atmospheric pressure decreases.
そのために同じ体積の空気を吸入しても、空気の質量は小さくなっている。そのために吸入した空気の質量と燃料の質量の比は小さくなる。すなわち、空燃比は濃くなる。この点を改良した構成を図9に示した。 Therefore, even if the same volume of air is inhaled, the mass of the air is small. Therefore, the ratio of the mass of inhaled air and the mass of fuel becomes small. That is, the air-fuel ratio becomes rich. FIG. 9 shows a configuration in which this point is improved.
同図9(A)において、燃料ジェット4のオリフィス部43の中にニードル35の先端が入っていて、前記燃料ジェット4の有効通路面積をその出し入れで調節できるようになっている。図9(B)に示すように、前記ブラインドプラグ27(図1参照)に対して、中心にネジ27aを切って前記ニードル35を挿入する構成するのが好適である。
In FIG. 9A, the tip of a
適正な位置になったときにロックナット29で固定する。例えば、高度200mごとに1回転ねじこむように、ネジのピッチと前記ニードル35のテーパを選定する。或いは手動で該ニードル35を回す代わりに、ステップモータを用いることもある。さらに排気系に装着したO2センサ92の信号で理論空燃比になるように、該ステップモータを作動させてもよい。
When it is in the proper position, it is fixed with the
ベンチュリの最狭部径の二乗とオリフィス径の二乗の比を一定に保ち、目標の空然比になるように燃料を供給するとともに、空気と燃料が均質に混合するように前記円環状スリットの面積をオリフィス径の面積と同じか、この1.5倍以内とすることもある。 The ratio of the square of the narrowest diameter of the venturi to the square of the orifice diameter is kept constant, and the fuel is supplied so as to achieve the target air-fuel ratio, and the annular slit of the annular slit is mixed so that the air and the fuel are homogeneously mixed. The area may be equal to or less than 1.5 times the area of the orifice diameter.
本発明は、発電用ガスエンジンに利用について説明したが、本ミキサは柵造が簡単で、ガスエンジンが吸入する混合気の空燃比を理論空燃比(プロパンの場合は15.6)に制御することができる。複雑な制御を行なわなくても、該ミキサと排気系に配設した三元触媒により、排気中の有害成分HC(炭化水素)、CO(一酸化炭素)、NOx(窒素酸化物)を同時に大幅に低減することが可能になるので、自動車用のガスエンジンにも利用することができるものである。 The present invention has been described utilizing a power generation gas engine, the mixer Sakuzo is simple, control the air-fuel ratio of a mixture gas engine inhales the stoichiometric air-fuel ratio (15.6 in the case of propane) can do. Even without complicated control, the three-way catalyst placed in the mixer and exhaust system greatly reduces harmful components HC (hydrocarbon), CO (carbon monoxide), and NOx (nitrogen oxide) in the exhaust gas simultaneously. Therefore, it can be used for a gas engine for automobiles.
V…ベンチュリ、N…円環状空間、S…円環状スリット、1…アッパボディ、
12…縮流部、13…下部本体部、17…ネジ、19…スペーサ、2…メインボディ、
22…拡散部、28…燃料入口、32…スロットル、3…スロットルボディ、
4…燃料ジェット。
V ... Venturi, N ... annular space, S ... annular slit, 1 ... upper body,
12 ... Constriction part, 13 ... Lower body part, 17 ... Screw, 19 ... Spacer, 2 ... Main body,
22 ... diffusion part, 28 ... fuel inlet, 32 ... throttle, 3 ... throttle body,
4 ... Fuel jet.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019039578A JP6600111B1 (en) | 2019-03-05 | 2019-03-05 | Mixer structure of gas engine for power generation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019039578A JP6600111B1 (en) | 2019-03-05 | 2019-03-05 | Mixer structure of gas engine for power generation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP6600111B1 true JP6600111B1 (en) | 2019-10-30 |
JP2020143602A JP2020143602A (en) | 2020-09-10 |
Family
ID=68383288
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019039578A Active JP6600111B1 (en) | 2019-03-05 | 2019-03-05 | Mixer structure of gas engine for power generation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6600111B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113464319A (en) * | 2021-08-23 | 2021-10-01 | 浙江瑞星化油器制造有限公司 | Gas mixer structure |
-
2019
- 2019-03-05 JP JP2019039578A patent/JP6600111B1/en active Active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113464319A (en) * | 2021-08-23 | 2021-10-01 | 浙江瑞星化油器制造有限公司 | Gas mixer structure |
CN113464319B (en) * | 2021-08-23 | 2024-05-14 | 浙江瑞星机电科技有限公司 | Gas mixer structure |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2020143602A (en) | 2020-09-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5595163A (en) | Apparatus and method for controlling the fuel supply of a gas-fueled engine | |
US5377646A (en) | Liquid petroleum gas fuel delivery systems | |
US6276345B1 (en) | Dual fuel system for an internal combustion engine | |
EP2895727B1 (en) | Gas mixer for internal combustion engines | |
US20120167863A1 (en) | Engine system and method with airfoil for egr introduction | |
JP2018524509A (en) | Dual fuel system for combustion engines | |
JP6600111B1 (en) | Mixer structure of gas engine for power generation | |
US6955160B1 (en) | Gaseous fuel pressure regulator for electronically controlling an outlet pressure | |
JPH06159165A (en) | Apparatus temporarily storing volatile fuel component existing in free space of tank device and supplying intake manifold of internal combustion engine with said fuel component under state in which quantity is adjusted | |
US3948224A (en) | System to prevent pollution of atmosphere | |
EP2496818B1 (en) | Producer gas carburettor | |
JPS6160257B2 (en) | ||
US3650255A (en) | Method and system for reducing oxides of nitrogen and other pollutants from internal combustion engines | |
US7216638B1 (en) | Control of exhaust gas stoichiometry with inducted secondary air flow | |
JP6653911B1 (en) | Mixer and gas supply system for gas engine for power generation | |
US4526729A (en) | Vortex carburetor | |
US6698404B2 (en) | Air-natural gas carburetor | |
US4694811A (en) | Air-gas mixing device with dual-control fuel valve | |
EP0289093A2 (en) | Apparatus for the mixing of gas or gases with air in a controllable mixing ratio for a combustion engine | |
US10808631B2 (en) | Fuel blending system and method | |
JP3194619B2 (en) | Sub-chamber gas engine for 6B gas | |
JP2008215125A (en) | Fuel supply system for internal combustion engine | |
JP3439865B2 (en) | Gas engine fuel system | |
US9938933B2 (en) | Fuel system for a combustion engine | |
JPS6330494B2 (en) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190306 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20190306 |
|
A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20190325 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190329 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190528 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190611 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190813 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190903 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20191003 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6600111 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |