JP2000291495A - Ｅｇｒ装置を備えたガスエンジン - Google Patents
Ｅｇｒ装置を備えたガスエンジンInfo
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- F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
- F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
- F02B23/0636—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston the combustion space having a substantially flat and horizontal bottom
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
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- F02F7/0085—Materials for constructing engines or their parts
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- Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 このガスエンジンは，ＥＧＲ用冷却排気ガス
を主室に供給してノッキングの発生を防止し，吸入行程
でガス燃料の一部と冷却排気ガスを先ず混合し，次いで
圧縮空気を送り込んで混合を促進し，冷却排気ガスを主
室へ供給する供給系を圧縮空気の主室への供給系と別に
設けてコンプレッサ仕事を低減する。 【解決手段】 このガスエンジンは，主室１から排出さ
れる排気ガスを流す排気管２８にターボチャージャ１８
を設け，ターボチャージャ１８を通った排気ガスを冷却
装置７で冷却し，吸入行程の初期でＥＧＲ弁９をリフト
して冷却排気ガスを主室１へ供給すると共に制御弁５を
リフトしてガス燃料の一部を主室１へ供給し，次いで，
吸気弁８がリフトしてターボチャージャ１８で圧縮され
た圧縮空気が主室１に供給される。
を主室に供給してノッキングの発生を防止し，吸入行程
でガス燃料の一部と冷却排気ガスを先ず混合し，次いで
圧縮空気を送り込んで混合を促進し，冷却排気ガスを主
室へ供給する供給系を圧縮空気の主室への供給系と別に
設けてコンプレッサ仕事を低減する。 【解決手段】 このガスエンジンは，主室１から排出さ
れる排気ガスを流す排気管２８にターボチャージャ１８
を設け，ターボチャージャ１８を通った排気ガスを冷却
装置７で冷却し，吸入行程の初期でＥＧＲ弁９をリフト
して冷却排気ガスを主室１へ供給すると共に制御弁５を
リフトしてガス燃料の一部を主室１へ供給し，次いで，
吸気弁８がリフトしてターボチャージャ１８で圧縮され
た圧縮空気が主室１に供給される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は，排気ガスの一部
を燃焼室に供給するＥＧＲ装置を備えたガスエンジンに
関する。
を燃焼室に供給するＥＧＲ装置を備えたガスエンジンに
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のガスエンジンは，副室と主室とを
連通する連絡口に制御弁を設け，吸気通路を通じて空気
を主室に吸入している間は制御弁で連絡口を閉鎖し，ガ
ス燃料弁を開放して副室にガス燃料を供給し，圧縮行程
上死点付近で制御弁を作動して連絡口を開放し，主室内
の圧縮空気を副室に侵入させ，副室内で空気とガス燃料
とを混合して着火燃焼させ，次いで，副室内の火炎，未
燃混合気等のガスを主室に噴出させて燃焼を行なわせて
いる。また，ガスエンジンは，天然ガス等のガス燃料を
副室に導入し，主室で吸入空気のみを圧縮して圧縮比を
高めると共に，副室内の筒内圧を圧電素子等のセンサで
検出し，その情報を基にして燃料供給弁を作動させて負
荷と回転数とに見合った適正な燃料供給量を制御し，主
室内の空気を高温に上昇させた状態で連絡口の制御弁を
開放して主室の高圧縮空気を副室に流入させて着火燃焼
させ，副室内では過濃状態の混合気を燃焼させてＮＯX
の発生を抑制し，火炎を副室から主室に噴き出させて混
合気を燃焼させる（例えば，特開平７−３１０５５０号
公報参照）。
連通する連絡口に制御弁を設け，吸気通路を通じて空気
を主室に吸入している間は制御弁で連絡口を閉鎖し，ガ
ス燃料弁を開放して副室にガス燃料を供給し，圧縮行程
上死点付近で制御弁を作動して連絡口を開放し，主室内
の圧縮空気を副室に侵入させ，副室内で空気とガス燃料
とを混合して着火燃焼させ，次いで，副室内の火炎，未
燃混合気等のガスを主室に噴出させて燃焼を行なわせて
いる。また，ガスエンジンは，天然ガス等のガス燃料を
副室に導入し，主室で吸入空気のみを圧縮して圧縮比を
高めると共に，副室内の筒内圧を圧電素子等のセンサで
検出し，その情報を基にして燃料供給弁を作動させて負
荷と回転数とに見合った適正な燃料供給量を制御し，主
室内の空気を高温に上昇させた状態で連絡口の制御弁を
開放して主室の高圧縮空気を副室に流入させて着火燃焼
させ，副室内では過濃状態の混合気を燃焼させてＮＯX
の発生を抑制し，火炎を副室から主室に噴き出させて混
合気を燃焼させる（例えば，特開平７−３１０５５０号
公報参照）。
【０００３】ところで，メタンを主成分とする天然ガス
は，着火温度が高く，一旦着火燃焼が起こると，一気に
燃焼が進展する特性がある。上記のようなガスエンジン
は，主室から副室へ圧縮空気が流入して着火燃焼する時
に，副室内の燃焼が激しくなってノッキングが発生する
ことが多い。即ち，天然ガス，ＣＯ，Ｈ2 のガス燃料は
空気と混合し難く，着火燃焼し難く，８００℃以上でな
いと着火燃焼が発生しないが，一旦，ガス燃料と空気と
が混合すると，瞬間的に燃焼し，ノッキングを起こす。
は，着火温度が高く，一旦着火燃焼が起こると，一気に
燃焼が進展する特性がある。上記のようなガスエンジン
は，主室から副室へ圧縮空気が流入して着火燃焼する時
に，副室内の燃焼が激しくなってノッキングが発生する
ことが多い。即ち，天然ガス，ＣＯ，Ｈ2 のガス燃料は
空気と混合し難く，着火燃焼し難く，８００℃以上でな
いと着火燃焼が発生しないが，一旦，ガス燃料と空気と
が混合すると，瞬間的に燃焼し，ノッキングを起こす。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで，副室に供給さ
れているガス燃料と主室から連絡口を通じて供給される
圧縮空気とを副室内で適正に混合させ，副室内のガス燃
料を副室内に残存させることなく，主室へと噴き出し，
副室での着火燃焼による火炎，未燃混合気等の燃焼火炎
を燃焼初期に短期間で主室へ噴き出し，熱効率を向上さ
せると共に，ＨＣ等の発生を低減することが考えられ
る。
れているガス燃料と主室から連絡口を通じて供給される
圧縮空気とを副室内で適正に混合させ，副室内のガス燃
料を副室内に残存させることなく，主室へと噴き出し，
副室での着火燃焼による火炎，未燃混合気等の燃焼火炎
を燃焼初期に短期間で主室へ噴き出し，熱効率を向上さ
せると共に，ＨＣ等の発生を低減することが考えられ
る。
【０００５】本発明者は，上記の問題を解決するため，
副室式ガスエンジンを開発して先に出願した（例えば，
特願平１１−３６７１号）。該副室式ガスエンジンは，
空気と天然ガス，ＣＯ，Ｈ2 等のガス燃料とが混合し難
く，該混合気の着火温度が高く，一旦燃焼すると一気に
燃焼が激しく進展してノッキングが発生するので，ガス
燃料が瞬間的に燃えないようにＯ2 量を低減させるた
め，吸気にＥＧＲを行ってＯ2 濃度を薄く調整すると共
に，副室内のガス燃料を冷却してガス燃料流量を増大さ
せ，副室でのガス燃料の活性化を遅らせてノッキングの
発生を防止したものである。即ち，通常，空気における
Ｏ2 濃度は２１％であるが，空気過剰率が１．２程にセ
ットされたエンジンでは，例えば，５０％のＥＧＲを行
うと，Ｏ2の濃度を１７％に低減させることができる。
また，通常のＯ2 濃度２１％の吸気へのガス燃料の含有
率が余り多いと，自発火してノッキングをおこすので，
全負荷でも，吸気に混合させるガス燃料の流量を５０％
以下，即ち，当量比を０．５以下にする必要がある。し
かし，Ｏ2 濃度が１７％〜１５％程の吸気では，予混合
率が８０％位まで上げることができる。また，上記副室
式ガスエンジンでは，ＥＧＲに利用する排気ガスの温度
が高過ぎると，圧縮端圧力が上昇し，ＮＯX 等の発生の
原因となり，燃焼に悪い影響を与えるので，ＥＧＲに利
用する排気ガスを冷却してＮＯX の発生を抑制する必要
があるので，ＥＧＲ管に冷却装置を備えているものであ
る。
副室式ガスエンジンを開発して先に出願した（例えば，
特願平１１−３６７１号）。該副室式ガスエンジンは，
空気と天然ガス，ＣＯ，Ｈ2 等のガス燃料とが混合し難
く，該混合気の着火温度が高く，一旦燃焼すると一気に
燃焼が激しく進展してノッキングが発生するので，ガス
燃料が瞬間的に燃えないようにＯ2 量を低減させるた
め，吸気にＥＧＲを行ってＯ2 濃度を薄く調整すると共
に，副室内のガス燃料を冷却してガス燃料流量を増大さ
せ，副室でのガス燃料の活性化を遅らせてノッキングの
発生を防止したものである。即ち，通常，空気における
Ｏ2 濃度は２１％であるが，空気過剰率が１．２程にセ
ットされたエンジンでは，例えば，５０％のＥＧＲを行
うと，Ｏ2の濃度を１７％に低減させることができる。
また，通常のＯ2 濃度２１％の吸気へのガス燃料の含有
率が余り多いと，自発火してノッキングをおこすので，
全負荷でも，吸気に混合させるガス燃料の流量を５０％
以下，即ち，当量比を０．５以下にする必要がある。し
かし，Ｏ2 濃度が１７％〜１５％程の吸気では，予混合
率が８０％位まで上げることができる。また，上記副室
式ガスエンジンでは，ＥＧＲに利用する排気ガスの温度
が高過ぎると，圧縮端圧力が上昇し，ＮＯX 等の発生の
原因となり，燃焼に悪い影響を与えるので，ＥＧＲに利
用する排気ガスを冷却してＮＯX の発生を抑制する必要
があるので，ＥＧＲ管に冷却装置を備えているものであ
る。
【０００６】しかしながら，副室式ガスエンジンにおい
て，ＥＧＲに利用する排気ガスを圧縮空気を送り込む吸
気管に供給するように構成した場合には，ＥＧＲ用の排
気ガスと空気とを一緒にターボチャージャのコンプレッ
サで圧縮すると，ターボチャージャの仕事量が増大した
り，或いは，ターボチャージャのコンプレッサによって
圧縮空気が供給されている吸気管にＥＧＲ用の排気ガス
を供給するには，強力なポンプを必要とするという問題
が発生する。
て，ＥＧＲに利用する排気ガスを圧縮空気を送り込む吸
気管に供給するように構成した場合には，ＥＧＲ用の排
気ガスと空気とを一緒にターボチャージャのコンプレッ
サで圧縮すると，ターボチャージャの仕事量が増大した
り，或いは，ターボチャージャのコンプレッサによって
圧縮空気が供給されている吸気管にＥＧＲ用の排気ガス
を供給するには，強力なポンプを必要とするという問題
が発生する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明の目的は，上記
の問題を解決するため，ノッキングを発生させる現象を
防止するため主室にＥＧＲ用の排気ガスを供給し，Ｏ2
濃度を薄く調整すると共にＮＯX の発生を抑制するため
予混合量を増加させ，排気ガスを冷却して最高圧縮圧を
低下させ，更に，ガス燃料，圧縮空気及び冷却排気ガス
の混合を良好するため吸入行程でガス燃料の一部を主室
に供給し，そのため，連絡口に制御弁を設けると共に，
ターボチャージャのコンプレッサによって圧縮空気を主
室へ供給する吸気弁と，ＥＧＲ用の排気ガスを主室へ供
給するＥＧＲ弁とから成る二系統の供給通路にそれぞれ
弁を設け，吸入行程においてまずＥＧＲポートから燃焼
室へＥＧＲ用の排気ガスを供給すると共にガス燃料の一
部を副室から主室へ供給し，次いで，吸気ポートから主
室へ圧縮空気を供給し，多量のＥＧＲを実施することが
できるようにし，主室内で冷却排気ガス，ガス燃料及び
圧縮空気の混合を促進し，ＨＣ，ＮＯX 等の発生を防止
して熱効率を向上させるＥＧＲ装置を備えたガスエンジ
ンを提供することである。
の問題を解決するため，ノッキングを発生させる現象を
防止するため主室にＥＧＲ用の排気ガスを供給し，Ｏ2
濃度を薄く調整すると共にＮＯX の発生を抑制するため
予混合量を増加させ，排気ガスを冷却して最高圧縮圧を
低下させ，更に，ガス燃料，圧縮空気及び冷却排気ガス
の混合を良好するため吸入行程でガス燃料の一部を主室
に供給し，そのため，連絡口に制御弁を設けると共に，
ターボチャージャのコンプレッサによって圧縮空気を主
室へ供給する吸気弁と，ＥＧＲ用の排気ガスを主室へ供
給するＥＧＲ弁とから成る二系統の供給通路にそれぞれ
弁を設け，吸入行程においてまずＥＧＲポートから燃焼
室へＥＧＲ用の排気ガスを供給すると共にガス燃料の一
部を副室から主室へ供給し，次いで，吸気ポートから主
室へ圧縮空気を供給し，多量のＥＧＲを実施することが
できるようにし，主室内で冷却排気ガス，ガス燃料及び
圧縮空気の混合を促進し，ＨＣ，ＮＯX 等の発生を防止
して熱効率を向上させるＥＧＲ装置を備えたガスエンジ
ンを提供することである。
【０００８】この発明は，ピストンが往復動するシリン
ダを構成するシリンダブロック，前記シリンダブロック
に固定されたシリンダヘッドに配置されたヘッドライ
ナ，前記ヘッドライナと前記ピストンとで共働して形成
される主室，前記ヘッドライナの中央に形成された副
室，前記主室からの排気ガスを排出する排気管に設けら
れたターボチャージャ，前記ターボチャージャから排出
された排気ガスが流れる前記排気管から分岐したＥＧＲ
管を流れる排気ガスを冷却する冷却装置，前記冷却装置
で冷却された冷却排気ガスを前記ＥＧＲ管を通じて前記
主室へ供給するＥＧＲポートに配置された吸入行程の初
期で開放するＥＧＲ弁，前記副室へガス燃料を供給する
ため作動するガス燃料弁，前記主室と前記副室とを連通
する前記ヘッドライナに形成された連絡口を吸入行程の
初期から中間期まで開放して前記副室のガス燃料の一部
を前記主室へ供給すると共に圧縮行程上死点近傍で再度
開放する制御弁，及び前記冷却排気ガスと前記ガス燃料
の前記主室への供給に次いで前記ターボチャージャのコ
ンプレッサで圧縮された圧縮空気を前記主室に供給する
吸気ポートに配置された吸気弁，から成るＥＧＲ装置を
備えたガスエンジンに関する。
ダを構成するシリンダブロック，前記シリンダブロック
に固定されたシリンダヘッドに配置されたヘッドライ
ナ，前記ヘッドライナと前記ピストンとで共働して形成
される主室，前記ヘッドライナの中央に形成された副
室，前記主室からの排気ガスを排出する排気管に設けら
れたターボチャージャ，前記ターボチャージャから排出
された排気ガスが流れる前記排気管から分岐したＥＧＲ
管を流れる排気ガスを冷却する冷却装置，前記冷却装置
で冷却された冷却排気ガスを前記ＥＧＲ管を通じて前記
主室へ供給するＥＧＲポートに配置された吸入行程の初
期で開放するＥＧＲ弁，前記副室へガス燃料を供給する
ため作動するガス燃料弁，前記主室と前記副室とを連通
する前記ヘッドライナに形成された連絡口を吸入行程の
初期から中間期まで開放して前記副室のガス燃料の一部
を前記主室へ供給すると共に圧縮行程上死点近傍で再度
開放する制御弁，及び前記冷却排気ガスと前記ガス燃料
の前記主室への供給に次いで前記ターボチャージャのコ
ンプレッサで圧縮された圧縮空気を前記主室に供給する
吸気ポートに配置された吸気弁，から成るＥＧＲ装置を
備えたガスエンジンに関する。
【０００９】前記制御弁は，前記連絡口を吸入行程の初
期で前記副室のガス燃料の一部を前記主室へ噴出し，次
いで圧縮行程上死点近傍で全開して前記主室の圧縮され
た前記冷却排気ガスと空気を前記副室に導入して前記副
室内で着火燃焼する。
期で前記副室のガス燃料の一部を前記主室へ噴出し，次
いで圧縮行程上死点近傍で全開して前記主室の圧縮され
た前記冷却排気ガスと空気を前記副室に導入して前記副
室内で着火燃焼する。
【００１０】また，このガスエンジンは，前記副室から
前記主室へ噴出するガス燃料量が７０％〜８５％であ
り，前記副室に残留するガス燃料量が３０％〜１５％で
あり，ピストン上死点で前記副室の前記主室に対する容
積比が１５％〜２５％に成るように設定されている。
前記主室へ噴出するガス燃料量が７０％〜８５％であ
り，前記副室に残留するガス燃料量が３０％〜１５％で
あり，ピストン上死点で前記副室の前記主室に対する容
積比が１５％〜２５％に成るように設定されている。
【００１１】前記制御弁が着座する前記連絡口に形成さ
れたバルブシートは，周方向の一部の領域が他の領域よ
り先に開放するように切欠き部が形成されている。ま
た，前記制御弁は，吸入行程の下死点前７５°程の時期
の前記主室のガス圧が高くなる前に前記連絡口を閉鎖
し，前記副室への前記主室の前記圧縮空気の侵入を防止
している。
れたバルブシートは，周方向の一部の領域が他の領域よ
り先に開放するように切欠き部が形成されている。ま
た，前記制御弁は，吸入行程の下死点前７５°程の時期
の前記主室のガス圧が高くなる前に前記連絡口を閉鎖
し，前記副室への前記主室の前記圧縮空気の侵入を防止
している。
【００１２】前記ＥＧＲポートはタンジェンシャルポー
トに形成され，また，前記吸気ポートはヘリカルポート
に形成されている。
トに形成され，また，前記吸気ポートはヘリカルポート
に形成されている。
【００１３】このガスエンジンは，前記主室に供給され
た一部の前記ガス燃料を包み込んだ状態の前記ＥＧＲポ
ートの前記タンジェンシャルポートから供給された前記
冷却排気ガスの外周に前記吸気ポートの前記ヘリカルポ
ートから供給された前記圧縮空気が供給されて混合気生
成が促進する。
た一部の前記ガス燃料を包み込んだ状態の前記ＥＧＲポ
ートの前記タンジェンシャルポートから供給された前記
冷却排気ガスの外周に前記吸気ポートの前記ヘリカルポ
ートから供給された前記圧縮空気が供給されて混合気生
成が促進する。
【００１４】このガスエンジンにおいて，前記ＥＧＲ管
が前記排気管に接続された分岐部より後流の前記排気管
には，前記ＥＧＲ管へ送り込むＥＧＲ量を調節するため
排圧制御弁が設けられている。
が前記排気管に接続された分岐部より後流の前記排気管
には，前記ＥＧＲ管へ送り込むＥＧＲ量を調節するため
排圧制御弁が設けられている。
【００１５】前記吸気弁は吸入行程上死点後７０°位か
ら圧縮行程下死点後５０°位までリフトし，また，前記
ＥＧＲ弁は吸入行程の初期から吸入行程上死点後９０°
位までリフトする。また，前記副室に存在するガス燃料
が前記制御弁の開放することによって前記主室に侵入
し，ここでガス燃料の一部がＥＧＲガスと圧縮空気に混
合し，予混合気を生成し，圧縮行程後半で前記制御弁が
再度開放することによって侵入した混合気が前記副室の
ガス燃料の着火源になって前記副室で着火燃焼する。こ
こで，通常の空気ではＯ2 が２１％存在するので，予混
合量が７０％〜８５％と多量になると，圧縮行程で自発
火が起こり，ノッキングが発生する。しかしながら，本
発明では，多量のＥＧＲを行ってＯ2 濃度を小さくして
いるので，ノッキングが発生しない。
ら圧縮行程下死点後５０°位までリフトし，また，前記
ＥＧＲ弁は吸入行程の初期から吸入行程上死点後９０°
位までリフトする。また，前記副室に存在するガス燃料
が前記制御弁の開放することによって前記主室に侵入
し，ここでガス燃料の一部がＥＧＲガスと圧縮空気に混
合し，予混合気を生成し，圧縮行程後半で前記制御弁が
再度開放することによって侵入した混合気が前記副室の
ガス燃料の着火源になって前記副室で着火燃焼する。こ
こで，通常の空気ではＯ2 が２１％存在するので，予混
合量が７０％〜８５％と多量になると，圧縮行程で自発
火が起こり，ノッキングが発生する。しかしながら，本
発明では，多量のＥＧＲを行ってＯ2 濃度を小さくして
いるので，ノッキングが発生しない。
【００１６】このガスエンジンは，上記のように構成さ
れているので，多量のＥＧＲを実施することができ，ノ
ッキングが発生する恐れが無く，ＥＧＲに利用される排
気ガスが冷却装置で冷却されることによってＮＯX の発
生を抑制することができ，燃焼に悪い影響を与える恐れ
が無く，しかも吸入行程前半でガス燃料の一部が主室に
供給されることによってガス燃料と冷却排気ガスとがま
ず混合され，次いで，圧縮空気が主室へ送り込まれるこ
とによって混合に十分な混合期間を確保して冷却排気ガ
ス，ガス燃料の一部及び圧縮空気の良好な混合が促進さ
れる。
れているので，多量のＥＧＲを実施することができ，ノ
ッキングが発生する恐れが無く，ＥＧＲに利用される排
気ガスが冷却装置で冷却されることによってＮＯX の発
生を抑制することができ，燃焼に悪い影響を与える恐れ
が無く，しかも吸入行程前半でガス燃料の一部が主室に
供給されることによってガス燃料と冷却排気ガスとがま
ず混合され，次いで，圧縮空気が主室へ送り込まれるこ
とによって混合に十分な混合期間を確保して冷却排気ガ
ス，ガス燃料の一部及び圧縮空気の良好な混合が促進さ
れる。
【００１７】また，このガスエンジンは，ＥＧＲと圧縮
空気とはそれぞれ別通路によって燃焼室に供給されると
共に，両者の燃焼室への供給タイミングが冷却排気ガス
が先に供給されるので，排気ガスを吸気管へ導いて排気
ガスと空気とのトータル量に対してターボチャージャの
コンプレッサで圧縮するのに比較してターボチャージャ
の仕事量が増加することが無い。即ち，排気ガスは冷却
装置を通って低圧力で燃焼室内に吸入されるので，ＥＧ
Ｒガスを高圧力にする仕事は不要になり，次いで，高圧
力に圧縮された空気が吸入行程の中間位から吸気弁の開
放で燃焼室に供給されるので，吸入行程の後半では圧縮
空気がピストンを押し下げるような仕事をピストンに与
えるので，仕事のロスが少なくなる。また，吸気弁は，
ピストン下死点後５０度位まで開弁しておれば，燃焼室
へは十分な空気が供給される。このような燃焼を理想的
にするためには，ピストン上死点で前記副室の前記主室
に対する容積比を１５％〜２５％程度に設定することが
好ましい。
空気とはそれぞれ別通路によって燃焼室に供給されると
共に，両者の燃焼室への供給タイミングが冷却排気ガス
が先に供給されるので，排気ガスを吸気管へ導いて排気
ガスと空気とのトータル量に対してターボチャージャの
コンプレッサで圧縮するのに比較してターボチャージャ
の仕事量が増加することが無い。即ち，排気ガスは冷却
装置を通って低圧力で燃焼室内に吸入されるので，ＥＧ
Ｒガスを高圧力にする仕事は不要になり，次いで，高圧
力に圧縮された空気が吸入行程の中間位から吸気弁の開
放で燃焼室に供給されるので，吸入行程の後半では圧縮
空気がピストンを押し下げるような仕事をピストンに与
えるので，仕事のロスが少なくなる。また，吸気弁は，
ピストン下死点後５０度位まで開弁しておれば，燃焼室
へは十分な空気が供給される。このような燃焼を理想的
にするためには，ピストン上死点で前記副室の前記主室
に対する容積比を１５％〜２５％程度に設定することが
好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下，図面を参照して，この発明
によるガスエンジンの実施例を説明する。このガスエン
ジンは，コージェネレーションシステム或いは自動車用
エンジン等のエンジンに適用できるものである。図１は
この発明によるガスエンジンの一実施例を示す概略断面
図，図２は図１のガスエンジンにおけるＥＧＲポート，
吸気ポート，連絡口及び排気ポートの関係を示す平面
図，図３は図１のガスエンジンにおけるＥＧＲ弁，吸気
弁，排気弁及び制御弁のリフトタイミングを説明する線
図，及び図４は図１のガスエンジンにおける主室と副室
とを連通する連絡口に配置された制御弁及びガス燃料弁
を示す概略断面図である。
によるガスエンジンの実施例を説明する。このガスエン
ジンは，コージェネレーションシステム或いは自動車用
エンジン等のエンジンに適用できるものである。図１は
この発明によるガスエンジンの一実施例を示す概略断面
図，図２は図１のガスエンジンにおけるＥＧＲポート，
吸気ポート，連絡口及び排気ポートの関係を示す平面
図，図３は図１のガスエンジンにおけるＥＧＲ弁，吸気
弁，排気弁及び制御弁のリフトタイミングを説明する線
図，及び図４は図１のガスエンジンにおける主室と副室
とを連通する連絡口に配置された制御弁及びガス燃料弁
を示す概略断面図である。
【００１９】この副室式ガスエンジンは，シリンダブロ
ック１９に取り付けられたシリンダヘッド３，シリンダ
ブロック１９の孔部２３に嵌合したシリンダ１４を構成
するシリンダライナ２２，シリンダヘッド３に形成され
たキャビティ４７に配置されたヘッドライナ１０，及び
シリンダライナ２２に形成したシリンダ１４内を往復動
するピストン１５を有している。ヘッドライナ１０は，
ヘッド下部２６とライナ上部２７とが一体構造の燃焼室
部材から成り，シリンダ１４の中央に位置する副室２を
備えている。主室１は，ヘッドライナ１０とピストン１
５とで囲まれるシリンダ１４内に共働して形成され，ピ
ストン１５の中央に形成されたキャビティ４によって形
成されている。
ック１９に取り付けられたシリンダヘッド３，シリンダ
ブロック１９の孔部２３に嵌合したシリンダ１４を構成
するシリンダライナ２２，シリンダヘッド３に形成され
たキャビティ４７に配置されたヘッドライナ１０，及び
シリンダライナ２２に形成したシリンダ１４内を往復動
するピストン１５を有している。ヘッドライナ１０は，
ヘッド下部２６とライナ上部２７とが一体構造の燃焼室
部材から成り，シリンダ１４の中央に位置する副室２を
備えている。主室１は，ヘッドライナ１０とピストン１
５とで囲まれるシリンダ１４内に共働して形成され，ピ
ストン１５の中央に形成されたキャビティ４によって形
成されている。
【００２０】主室１と副室２とは，ヘッドライナ１０に
形成された連絡口６によって連通されている。ヘッドラ
イナ１０のヘッド下部２６には，カム式で開閉駆動され
る吸気弁８が配置されたバルブシートを備えた吸気ポー
ト１２，カム式で開閉駆動されるＥＧＲ弁９が配置され
たバルブシートを備えたＥＧＲポート１３，及びカム式
で開閉駆動される排気弁１７が配置されたバルブシート
を備えた排気ポート１６とが形成されている。シリンダ
ヘッド３には，ヘッドライナ１０に形成された吸気ポー
ト１２が連通する吸気ポート１２，ヘッドライナ１０に
形成されたＥＧＲポート１３が連通するＥＧＲポート１
３，及びヘッドライナ１０に形成された排気ポート１６
が連通する排気ポート１６が形成されている。吸気ポー
ト１２は吸気管２４に連通し，ＥＧＲポート１３はＥＧ
Ｒ管２５に連通し，また，排気ポート１６は排気管２８
に連通している。ヘッドライナ１０に形成された連絡口
６には，連絡口６を開閉するための制御弁５が着座する
バルブシート４０が形成されている。
形成された連絡口６によって連通されている。ヘッドラ
イナ１０のヘッド下部２６には，カム式で開閉駆動され
る吸気弁８が配置されたバルブシートを備えた吸気ポー
ト１２，カム式で開閉駆動されるＥＧＲ弁９が配置され
たバルブシートを備えたＥＧＲポート１３，及びカム式
で開閉駆動される排気弁１７が配置されたバルブシート
を備えた排気ポート１６とが形成されている。シリンダ
ヘッド３には，ヘッドライナ１０に形成された吸気ポー
ト１２が連通する吸気ポート１２，ヘッドライナ１０に
形成されたＥＧＲポート１３が連通するＥＧＲポート１
３，及びヘッドライナ１０に形成された排気ポート１６
が連通する排気ポート１６が形成されている。吸気ポー
ト１２は吸気管２４に連通し，ＥＧＲポート１３はＥＧ
Ｒ管２５に連通し，また，排気ポート１６は排気管２８
に連通している。ヘッドライナ１０に形成された連絡口
６には，連絡口６を開閉するための制御弁５が着座する
バルブシート４０が形成されている。
【００２１】ヘッドライナ１０は，Ｓｉ3 Ｎ4 等のセラ
ミックスや耐熱合金の耐熱材から形成されている。ヘッ
ドライナ１０は，その外周面とキャビティ４７との間に
遮熱空気層３４を形成するように，ガスケット３５が介
在してキャビティ４７に配置され，主室１と副室２が遮
熱構造に構成されている。ガス燃料弁１１が設けられて
いる弁本体３６は，シリンダヘッド３に形成された孔部
４５に取り付けられている。ガス燃料弁１１は，リフト
して副室２に形成されたガス燃料供給口４２を開放する
ことによって，ガス燃料源からのガス燃料が副室２へ供
給される。ガス燃料供給源のガス燃料は，ガス燃料ポン
プの作動によってガス燃料通路４３を通じて副室２へと
供給される。
ミックスや耐熱合金の耐熱材から形成されている。ヘッ
ドライナ１０は，その外周面とキャビティ４７との間に
遮熱空気層３４を形成するように，ガスケット３５が介
在してキャビティ４７に配置され，主室１と副室２が遮
熱構造に構成されている。ガス燃料弁１１が設けられて
いる弁本体３６は，シリンダヘッド３に形成された孔部
４５に取り付けられている。ガス燃料弁１１は，リフト
して副室２に形成されたガス燃料供給口４２を開放する
ことによって，ガス燃料源からのガス燃料が副室２へ供
給される。ガス燃料供給源のガス燃料は，ガス燃料ポン
プの作動によってガス燃料通路４３を通じて副室２へと
供給される。
【００２２】ピストン１５は，Ｓｉ3 Ｎ4 等のセラミッ
クスや耐熱合金の耐熱材から形成されたピストンヘッド
２０と，ピストンヘッド２０に固定されたＡｌ合金等の
金属材から形成されたピストンスカート２１とから構成
されている。ピストンヘッド２０とピストンスカート２
１との間には，ガスケット３７が介在して遮熱空気層３
８が形成されている。ピストンヘッド２０とピストンス
カート２１とは，例えば，結合リング４６によって固定
されている。主室１の一部は，ピストンヘッド２０の上
面に形成されたリップ部を備えたリエントラント形のキ
ャビティ４で形成されると共に，ヘッドライナ１０のヘ
ッド下部２６の下面とピストンヘッド２０の上面とで囲
まれるシリンダ１４によって形成されている。
クスや耐熱合金の耐熱材から形成されたピストンヘッド
２０と，ピストンヘッド２０に固定されたＡｌ合金等の
金属材から形成されたピストンスカート２１とから構成
されている。ピストンヘッド２０とピストンスカート２
１との間には，ガスケット３７が介在して遮熱空気層３
８が形成されている。ピストンヘッド２０とピストンス
カート２１とは，例えば，結合リング４６によって固定
されている。主室１の一部は，ピストンヘッド２０の上
面に形成されたリップ部を備えたリエントラント形のキ
ャビティ４で形成されると共に，ヘッドライナ１０のヘ
ッド下部２６の下面とピストンヘッド２０の上面とで囲
まれるシリンダ１４によって形成されている。
【００２３】この副室式ガスエンジンは，特に，燃焼室
の主室１から排出される排気ガスを流す排気通路を構成
する排気管２８に設けられたターボチャージャ１８，タ
ーボチャージャ１８のタービン（図示せず）を通った排
気ガスを冷却するためターボチャージャ１８の後流の排
気管２８の分岐部３９で分岐したＥＧＲ管２５に設けら
れた冷却装置７，冷却装置７で冷却された冷却排気ガス
を燃焼室の主室１へ供給するため開閉するＥＧＲ弁９が
配置されたＥＧＲポート１３に連通するＥＧＲ管２５，
及びターボチャージャ１８のコンプレッサ（図示せず）
で圧縮された圧縮空気を燃焼室の主室１に供給するため
開閉する吸気弁８が配置された吸気ポート１２に連通す
る吸気管２４を備えている。冷却装置７へは，ターボチ
ャージャ１８を通って排気ガスの一部が流され，その排
気ガスのみが冷却装置７によって冷却排気ガスとなる。
また，ターボチャージャ１８の後流の排気管２８には，
排気ガスの流れで発生する騒音を低減するため排気マフ
ラ４９が設けられている。冷却装置７は，詳細に図示し
ていないが，例えば，冷却ファン等によって供給される
冷却風や冷却ポンプ等によって供給される冷却水によっ
て，排気ガスから熱を奪う構造を有する一種の熱交換器
に構成されている。
の主室１から排出される排気ガスを流す排気通路を構成
する排気管２８に設けられたターボチャージャ１８，タ
ーボチャージャ１８のタービン（図示せず）を通った排
気ガスを冷却するためターボチャージャ１８の後流の排
気管２８の分岐部３９で分岐したＥＧＲ管２５に設けら
れた冷却装置７，冷却装置７で冷却された冷却排気ガス
を燃焼室の主室１へ供給するため開閉するＥＧＲ弁９が
配置されたＥＧＲポート１３に連通するＥＧＲ管２５，
及びターボチャージャ１８のコンプレッサ（図示せず）
で圧縮された圧縮空気を燃焼室の主室１に供給するため
開閉する吸気弁８が配置された吸気ポート１２に連通す
る吸気管２４を備えている。冷却装置７へは，ターボチ
ャージャ１８を通って排気ガスの一部が流され，その排
気ガスのみが冷却装置７によって冷却排気ガスとなる。
また，ターボチャージャ１８の後流の排気管２８には，
排気ガスの流れで発生する騒音を低減するため排気マフ
ラ４９が設けられている。冷却装置７は，詳細に図示し
ていないが，例えば，冷却ファン等によって供給される
冷却風や冷却ポンプ等によって供給される冷却水によっ
て，排気ガスから熱を奪う構造を有する一種の熱交換器
に構成されている。
【００２４】制御弁５は，シリンダ１４の中心に位置し
て連絡口６を開閉する弁フェースを備えた弁ヘッド３１
と弁ヘッド３１と一体構造の副室２の中央を貫通する弁
ステム３２から構成され，カム式又は電磁式の弁駆動装
置によってシリンダヘッド３に設けたバルブガイド３３
に弁ステム３２がガイドされて連絡口６を開閉作動する
ようにリフトされる。図４に示すように，制御弁５が着
座する連絡口６に形成されたバルブシート４０は，周方
向の一部の領域が他の領域より先に開放するように切欠
き部４１が形成されている。従って，このガスエンジン
は，制御弁５が連絡口６を吸入行程の初期から中間期ま
で開放し，副室２のガス燃料の一部を主室１へ噴出し，
次いで圧縮行程上死点近傍で全開して主室１の圧縮され
た冷却排気ガス，空気及びガス燃料の一部を副室２に導
入して副室２内で更なるガス燃料と混合して着火燃焼す
るように構成されている。
て連絡口６を開閉する弁フェースを備えた弁ヘッド３１
と弁ヘッド３１と一体構造の副室２の中央を貫通する弁
ステム３２から構成され，カム式又は電磁式の弁駆動装
置によってシリンダヘッド３に設けたバルブガイド３３
に弁ステム３２がガイドされて連絡口６を開閉作動する
ようにリフトされる。図４に示すように，制御弁５が着
座する連絡口６に形成されたバルブシート４０は，周方
向の一部の領域が他の領域より先に開放するように切欠
き部４１が形成されている。従って，このガスエンジン
は，制御弁５が連絡口６を吸入行程の初期から中間期ま
で開放し，副室２のガス燃料の一部を主室１へ噴出し，
次いで圧縮行程上死点近傍で全開して主室１の圧縮され
た冷却排気ガス，空気及びガス燃料の一部を副室２に導
入して副室２内で更なるガス燃料と混合して着火燃焼す
るように構成されている。
【００２５】図３に示すように，ＥＧＲ弁９は，吸入行
程の初期から吸入行程上死点後９０°位までリフトして
ＥＧＲポート１３を主室１に連通させ，ＥＧＲ用冷却排
気ガスを主室１へ供給すると共に，制御弁５が連絡口６
を僅かに開放して切欠き部４１を通じて副室２から主室
１へガス燃料の一部を噴出し，ＥＧＲ弁９と制御弁５と
の開放に次いで，吸気弁８は，吸入行程上死点後７０°
位から圧縮行程下死点後５０°位までリフトして吸気ポ
ート１２を主室１に連通させ，圧縮空気を主室１へ供給
する。また，ガス燃料弁１１は，コントローラ３０の指
令で吸入行程と圧縮行程前半まで電磁駆動装置４４によ
ってリフトされ，ガス燃料口４２を開放してガス燃料源
からガス燃料通路４３を通じて副室２ヘガス燃料を供給
する。また，排気弁１７は，排気行程でリフトして主室
１と排気ポート１６とを連通し，主室１及び副室２に存
在する排気ガスを排気管２８へと排出する。
程の初期から吸入行程上死点後９０°位までリフトして
ＥＧＲポート１３を主室１に連通させ，ＥＧＲ用冷却排
気ガスを主室１へ供給すると共に，制御弁５が連絡口６
を僅かに開放して切欠き部４１を通じて副室２から主室
１へガス燃料の一部を噴出し，ＥＧＲ弁９と制御弁５と
の開放に次いで，吸気弁８は，吸入行程上死点後７０°
位から圧縮行程下死点後５０°位までリフトして吸気ポ
ート１２を主室１に連通させ，圧縮空気を主室１へ供給
する。また，ガス燃料弁１１は，コントローラ３０の指
令で吸入行程と圧縮行程前半まで電磁駆動装置４４によ
ってリフトされ，ガス燃料口４２を開放してガス燃料源
からガス燃料通路４３を通じて副室２ヘガス燃料を供給
する。また，排気弁１７は，排気行程でリフトして主室
１と排気ポート１６とを連通し，主室１及び副室２に存
在する排気ガスを排気管２８へと排出する。
【００２６】図２に示すように，ＥＧＲ管２５における
ＥＧＲポート１３は，タンジェンシャルポートに形成さ
れ，また，吸気管２４における吸気ポート１２はヘリカ
ルポートに形成されている。従って，ＥＧＲ管２５から
ＥＧＲポート１３を通って主室１に供給された冷却排気
ガスと，吸気管２４から吸気ポート１２を通って主室１
に供給された圧縮空気とは，主室１において冷却排気ガ
スの外周に圧縮空気が存在するパターンで互いに交差し
て混合が促進されるようになる。
ＥＧＲポート１３は，タンジェンシャルポートに形成さ
れ，また，吸気管２４における吸気ポート１２はヘリカ
ルポートに形成されている。従って，ＥＧＲ管２５から
ＥＧＲポート１３を通って主室１に供給された冷却排気
ガスと，吸気管２４から吸気ポート１２を通って主室１
に供給された圧縮空気とは，主室１において冷却排気ガ
スの外周に圧縮空気が存在するパターンで互いに交差し
て混合が促進されるようになる。
【００２７】このガスエンジンは，ＥＧＲ管２５が排気
管２８に接続された分岐部３９より後流の排気管２８
に，ＥＧＲ管２５へ送り込むＥＧＲ量を調節するため排
圧制御弁２９が設けられている。排圧制御弁２９は，コ
ントローラ３０の指令でエンジン負荷等のエンジン運転
状態に応じて主室１へ供給するＥＧＲ用の冷却排気ガス
量を調整するように制御される。また，コントローラ３
０は，エンジン負荷等のエンジン運転状態に応じて副室
２へ供給するガス燃料量を調整するため，ガス燃料弁１
１を作動制御するように構成することができる。
管２８に接続された分岐部３９より後流の排気管２８
に，ＥＧＲ管２５へ送り込むＥＧＲ量を調節するため排
圧制御弁２９が設けられている。排圧制御弁２９は，コ
ントローラ３０の指令でエンジン負荷等のエンジン運転
状態に応じて主室１へ供給するＥＧＲ用の冷却排気ガス
量を調整するように制御される。また，コントローラ３
０は，エンジン負荷等のエンジン運転状態に応じて副室
２へ供給するガス燃料量を調整するため，ガス燃料弁１
１を作動制御するように構成することができる。
【００２８】コントローラ３０は，例えば，ＥＧＲ装置
によって主室１に供給される排気ガス量を吸気量の５０
％以上に制御し，低負荷時から高負荷に従って吸気に供
給される排気ガス量を低減させ，全負荷時には排気ガス
量を供給の５０％に低減させる制御を行うように設定さ
れている。従って，コントローラ３０は，エンジン負荷
が大きくなるに従って空気量を適正に増加させる制御を
行うため，ＥＧＲ量の低減に見合った量だけ吸入空気量
を増加させる制御を行う。
によって主室１に供給される排気ガス量を吸気量の５０
％以上に制御し，低負荷時から高負荷に従って吸気に供
給される排気ガス量を低減させ，全負荷時には排気ガス
量を供給の５０％に低減させる制御を行うように設定さ
れている。従って，コントローラ３０は，エンジン負荷
が大きくなるに従って空気量を適正に増加させる制御を
行うため，ＥＧＲ量の低減に見合った量だけ吸入空気量
を増加させる制御を行う。
【００２９】このガスエンジンは，上記のように構成さ
れているので，次のようにして作動される。このガスエ
ンジンは，例えば，吸入行程，圧縮行程，膨張行程及び
排気行程の４サイクルを繰り返すことによって駆動され
る。エンジン始動後の定格運転状態になると，コントロ
ーラ３０は，排圧制御弁２９の作動を制御し，排気ガス
の一部が冷却装置７を通って主室１に供給するＥＧＲ用
の冷却排気ガス量を制御し，例えば，１／４負荷までは
吸気の７５％程度の冷却排気ガスを主室１に供給する。
コントローラ３０は，エンジン負荷が１／４負荷以上に
なると，冷却排気ガス量を低減させつつ，吸入空気量を
増加させ，負荷に伴うＯ2 を供給する制御を行い，４／
４負荷の全負荷時には，冷却排気ガス量を５０％程度に
低減して吸入空気量を５０％にする制御を行う。
れているので，次のようにして作動される。このガスエ
ンジンは，例えば，吸入行程，圧縮行程，膨張行程及び
排気行程の４サイクルを繰り返すことによって駆動され
る。エンジン始動後の定格運転状態になると，コントロ
ーラ３０は，排圧制御弁２９の作動を制御し，排気ガス
の一部が冷却装置７を通って主室１に供給するＥＧＲ用
の冷却排気ガス量を制御し，例えば，１／４負荷までは
吸気の７５％程度の冷却排気ガスを主室１に供給する。
コントローラ３０は，エンジン負荷が１／４負荷以上に
なると，冷却排気ガス量を低減させつつ，吸入空気量を
増加させ，負荷に伴うＯ2 を供給する制御を行い，４／
４負荷の全負荷時には，冷却排気ガス量を５０％程度に
低減して吸入空気量を５０％にする制御を行う。
【００３０】このガスエンジンの作動は，例えば，次の
とおりである。図３に示すように，ピストン１５がシリ
ンダ１４内を下降する吸入行程において，排気弁１７が
排気ポート１６を閉鎖しているので，吸入行程の初期か
ら途中までＥＧＲ弁９がリフトし，排気管２８からＥＧ
Ｒ管２５及びＥＧＲポート１３を通じて主室１にＥＧＲ
用の冷却排気ガスを供給されると共に，制御弁５が僅か
にリフトして切欠き部４１を開放してガス燃料の一部を
副室２から主室１へ供給し，次いで，吸入行程途中から
圧縮行程初期まで吸気弁８がリフトし，圧縮空気がター
ボチャージャのコンプレッサから吸気管２４及び吸気ポ
ート１２を通じて主室１に圧縮空気が供給される。一
方，ガス燃料弁１１は，コントローラ３０の指令で電磁
駆動装置４４が付勢され，吸入行程で或いは吸入行程か
ら圧縮行程前半までリフトし，ガス燃料ポンプの作動に
よってガス燃料供給源から天然ガス，Ｈ2 等のガス燃料
がガス燃料通路４３，ガス燃料供給口４２を通じて副室
２へ供給される。次いで，副室２にガス燃料が所定量供
給されると，ガス燃料弁１１はガス燃料供給口４２を閉
鎖する。
とおりである。図３に示すように，ピストン１５がシリ
ンダ１４内を下降する吸入行程において，排気弁１７が
排気ポート１６を閉鎖しているので，吸入行程の初期か
ら途中までＥＧＲ弁９がリフトし，排気管２８からＥＧ
Ｒ管２５及びＥＧＲポート１３を通じて主室１にＥＧＲ
用の冷却排気ガスを供給されると共に，制御弁５が僅か
にリフトして切欠き部４１を開放してガス燃料の一部を
副室２から主室１へ供給し，次いで，吸入行程途中から
圧縮行程初期まで吸気弁８がリフトし，圧縮空気がター
ボチャージャのコンプレッサから吸気管２４及び吸気ポ
ート１２を通じて主室１に圧縮空気が供給される。一
方，ガス燃料弁１１は，コントローラ３０の指令で電磁
駆動装置４４が付勢され，吸入行程で或いは吸入行程か
ら圧縮行程前半までリフトし，ガス燃料ポンプの作動に
よってガス燃料供給源から天然ガス，Ｈ2 等のガス燃料
がガス燃料通路４３，ガス燃料供給口４２を通じて副室
２へ供給される。次いで，副室２にガス燃料が所定量供
給されると，ガス燃料弁１１はガス燃料供給口４２を閉
鎖する。
【００３１】圧縮行程に移行すると，ピストン１５がシ
リンダ１４内を上昇し，主室１に供給されたＥＧＲ用の
冷却排気ガス，ガス燃料の一部及び圧縮空気は混合しつ
つ圧縮される。圧縮行程上死点近傍で，制御弁５がフル
リフトして連絡口６が全開されると，主室１から圧縮さ
れた冷却排気ガス，ガス燃料の一部及び圧縮空気とから
成る混合気が副室２に供給され，副室２内でガス燃料と
混合を促進して着火燃焼し，副室２の圧力が上昇し，副
室２から連絡口６を通じて主室１へ火炎，未燃混合気等
のガスが噴き出される。そこで，副室２内の燃焼火炎
は，副室２から主室１へ確実に大半が噴き出され，燃焼
火炎が噴き出された時点で制御弁５は電磁弁駆動装置４
４によって連絡口６を閉鎖する。副室２から主室１へ火
炎，未燃ガス燃料等のガスが噴き出すと，火炎，未燃ガ
ス燃料のガスが連絡口６の出口側の噴流ガイドからピス
トン１５のキャビティ４のリエントラント壁面に沿って
主室１へ噴出し，該ガスが主室１で一旦保持されつつ混
合を促進して燃焼が盛んになって主室１の最高圧に達
し，ピストン１５は主室１の燃焼ガス圧で押し下げられ
つつ，ガス燃料の主室１内での二次燃焼が促進され，ピ
ストン１５がシリンダ１４を降下することによって主室
１の圧力は低下し，その時，電磁駆動装置４４はフリー
になっており，副室２内のガス圧が主室１のガス圧より
大きくなるので，制御弁５はリフトして副室２内から主
室１へ残留ガスが噴出し，主室１内のガス圧が若干上昇
した状態になって燃焼し，ＮＯX ，ＨＣの発生を抑制し
た状態で燃焼が完結する。
リンダ１４内を上昇し，主室１に供給されたＥＧＲ用の
冷却排気ガス，ガス燃料の一部及び圧縮空気は混合しつ
つ圧縮される。圧縮行程上死点近傍で，制御弁５がフル
リフトして連絡口６が全開されると，主室１から圧縮さ
れた冷却排気ガス，ガス燃料の一部及び圧縮空気とから
成る混合気が副室２に供給され，副室２内でガス燃料と
混合を促進して着火燃焼し，副室２の圧力が上昇し，副
室２から連絡口６を通じて主室１へ火炎，未燃混合気等
のガスが噴き出される。そこで，副室２内の燃焼火炎
は，副室２から主室１へ確実に大半が噴き出され，燃焼
火炎が噴き出された時点で制御弁５は電磁弁駆動装置４
４によって連絡口６を閉鎖する。副室２から主室１へ火
炎，未燃ガス燃料等のガスが噴き出すと，火炎，未燃ガ
ス燃料のガスが連絡口６の出口側の噴流ガイドからピス
トン１５のキャビティ４のリエントラント壁面に沿って
主室１へ噴出し，該ガスが主室１で一旦保持されつつ混
合を促進して燃焼が盛んになって主室１の最高圧に達
し，ピストン１５は主室１の燃焼ガス圧で押し下げられ
つつ，ガス燃料の主室１内での二次燃焼が促進され，ピ
ストン１５がシリンダ１４を降下することによって主室
１の圧力は低下し，その時，電磁駆動装置４４はフリー
になっており，副室２内のガス圧が主室１のガス圧より
大きくなるので，制御弁５はリフトして副室２内から主
室１へ残留ガスが噴出し，主室１内のガス圧が若干上昇
した状態になって燃焼し，ＮＯX ，ＨＣの発生を抑制し
た状態で燃焼が完結する。
【００３２】従って，副室２内のガス燃料は副室２に残
留することなく，主室１へ噴き出される。副室２から主
室１へ火炎，未燃ガス燃料等のガスが噴き出すと，火
炎，未燃ガス燃料のガスが連絡口６の出口側の噴流ガイ
ドからピストン１５のキャビティ４のリエントラント壁
面に沿って主室１へ噴出し，該ガスが主室１で一旦保持
されつつ混合を促進して燃焼が盛んになり，ピストン１
５は主室１の燃焼ガス圧で押し下げられつつ，ガス燃料
の主室１内での二次燃焼が促進され，燃焼期間を短縮し
た状態でＮＯX ，ＨＣの発生を抑制した状態で燃焼が完
結する。
留することなく，主室１へ噴き出される。副室２から主
室１へ火炎，未燃ガス燃料等のガスが噴き出すと，火
炎，未燃ガス燃料のガスが連絡口６の出口側の噴流ガイ
ドからピストン１５のキャビティ４のリエントラント壁
面に沿って主室１へ噴出し，該ガスが主室１で一旦保持
されつつ混合を促進して燃焼が盛んになり，ピストン１
５は主室１の燃焼ガス圧で押し下げられつつ，ガス燃料
の主室１内での二次燃焼が促進され，燃焼期間を短縮し
た状態でＮＯX ，ＨＣの発生を抑制した状態で燃焼が完
結する。
【００３３】次いで，ピストン１５が下死点に到達し，
排気行程に移行する。排気弁１７が排気ポート１６を開
放し，排気ガスが排気ポート１６を通じて排気管２８か
ら排気され，排気ガスが有する排気熱エネルギは，ター
ボチャージャ１８のタービンで回収される。排気行程及
び吸入行程において，再び，制御弁５が連絡口６を閉鎖
する。次いで，ガス燃料弁１１がガス燃料供給口４２を
開放し，ガス燃料がガス燃料供給源からガス燃料通路４
３を通じて副室２へ供給されることになる。
排気行程に移行する。排気弁１７が排気ポート１６を開
放し，排気ガスが排気ポート１６を通じて排気管２８か
ら排気され，排気ガスが有する排気熱エネルギは，ター
ボチャージャ１８のタービンで回収される。排気行程及
び吸入行程において，再び，制御弁５が連絡口６を閉鎖
する。次いで，ガス燃料弁１１がガス燃料供給口４２を
開放し，ガス燃料がガス燃料供給源からガス燃料通路４
３を通じて副室２へ供給されることになる。
【００３４】
【発明の効果】この発明によるガスエンジンは，上記の
ように，ＥＧＲ用の冷却排気ガスを主室に供給するＥＧ
Ｒ管と，ターボチャージャのコンプレッサからの圧縮空
気を主室へ供給する吸気管との二系統の供給系を別々に
設け，それぞれの供給系に弁を設け，最初に冷却排気ガ
スを主室に供給すると共にガス燃料の一部を副室から主
室へ供給し，次いで圧縮空気を主室に供給するので，冷
却排気ガス，ガス燃料及び圧縮空気の混合を促進して燃
焼を促進すると共に，ターボチャージャのコンプレッサ
の仕事をＥＧＲ用の冷却排気ガス分だけ低減させること
ができ，しかも，冷却排気ガスと圧縮空気との供給量を
簡単に且つ適正に制御することができると共に，ＥＧＲ
用排気ガスを冷却して主室に供給することによってＯ2
供給量を低減してノッキングの発生を防止すると共に，
圧縮端圧力を低減してＮＯX の発生を低減できる。即
ち，ＥＧＲ装置によって主室に排気ガスを供給すること
によって常に適正なＯ2 が供給され，ノッキングを発生
させることがない。
ように，ＥＧＲ用の冷却排気ガスを主室に供給するＥＧ
Ｒ管と，ターボチャージャのコンプレッサからの圧縮空
気を主室へ供給する吸気管との二系統の供給系を別々に
設け，それぞれの供給系に弁を設け，最初に冷却排気ガ
スを主室に供給すると共にガス燃料の一部を副室から主
室へ供給し，次いで圧縮空気を主室に供給するので，冷
却排気ガス，ガス燃料及び圧縮空気の混合を促進して燃
焼を促進すると共に，ターボチャージャのコンプレッサ
の仕事をＥＧＲ用の冷却排気ガス分だけ低減させること
ができ，しかも，冷却排気ガスと圧縮空気との供給量を
簡単に且つ適正に制御することができると共に，ＥＧＲ
用排気ガスを冷却して主室に供給することによってＯ2
供給量を低減してノッキングの発生を防止すると共に，
圧縮端圧力を低減してＮＯX の発生を低減できる。即
ち，ＥＧＲ装置によって主室に排気ガスを供給すること
によって常に適正なＯ2 が供給され，ノッキングを発生
させることがない。
【図１】この発明によるガスエンジンの一実施例を示す
概略断面図である。
概略断面図である。
【図２】図１のガスエンジンにおけるＥＧＲポート，吸
気ポート，連絡口及び排気ポートの関係を示す平面図で
ある。
気ポート，連絡口及び排気ポートの関係を示す平面図で
ある。
【図３】図１のガスエンジンにおけるＥＧＲ弁，吸気
弁，排気弁及び制御弁のリフトタイミングを説明する線
図である。
弁，排気弁及び制御弁のリフトタイミングを説明する線
図である。
【図４】図１のガスエンジンにおける主室と副室とを連
通する連絡口に配置された制御弁及びガス燃料弁を示す
概略断面図である。
通する連絡口に配置された制御弁及びガス燃料弁を示す
概略断面図である。
１ 主室 ２ 副室 ３ シリンダヘッド ５ 制御弁 ６ 連絡口 ７ 冷却装置 ８ 吸気弁 ９ ＥＧＲ弁 １０ ヘッドライナ １１ ガス燃料弁 １２ 吸気ポート １３ ＥＧＲポート １４ シリンダ １５ ピストン １８ ターボチャージャ １９ シリンダブロック ２４ 吸気管 ２５ ＥＧＲ管 ２８ 排気管 ２９ 排圧制御弁 ３０ コントローラ ３９ 分岐部 ４０ バルブシート ４１ 切欠き部
フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G005 DA06 EA16 FA22 FA35 GD11 HA12 JA02 JA32 JA47 JA51 JA53 3G023 AA05 AA06 AA18 AB05 AC03 AC07 AD21 AF03 AG03 3G062 AA05 BA00 BA05 EA01 ED06 ED08 GA01 GA21 3G092 AA17 AA18 AB08 BB06 DC08 DC12 DE03S DE04S DG01 FA16 FA17 GA03 HA01X HA15X HB02X HC05X HD07X HD09X HE03X HE08X
Claims (9)
- 【請求項１】 ピストンが往復動するシリンダを構成す
るシリンダブロック，前記シリンダブロックに固定され
たシリンダヘッドに配置されたヘッドライナ，前記ヘッ
ドライナと前記ピストンとで共働して形成される主室，
前記ヘッドライナの中央に形成された副室，前記主室か
らの排気ガスを排出する排気管に設けられたターボチャ
ージャ，前記ターボチャージャから排出された排気ガス
が流れる前記排気管から分岐したＥＧＲ管を流れる排気
ガスを冷却する冷却装置，前記冷却装置で冷却された冷
却排気ガスを前記ＥＧＲ管を通じて前記主室へ供給する
ＥＧＲポートに配置された吸入行程の初期で開放するＥ
ＧＲ弁，前記副室へガス燃料を供給するため作動するガ
ス燃料弁，前記主室と前記副室とを連通する前記ヘッド
ライナに形成された連絡口を吸入行程の初期から中間期
まで開放して前記副室のガス燃料の一部を前記主室へ供
給すると共に圧縮行程上死点近傍で再度開放する制御
弁，及び前記冷却排気ガスと前記ガス燃料の前記主室へ
の供給に次いで前記ターボチャージャのコンプレッサで
圧縮された圧縮空気を前記主室に供給する吸気ポートに
配置された吸気弁，から成るＥＧＲ装置を備えたガスエ
ンジン。 - 【請求項２】 前記制御弁は，前記連絡口を吸入行程の
初期で前記副室のガス燃料の一部を前記主室へ噴出し，
次いで圧縮行程上死点近傍で全開して前記主室の圧縮さ
れた前記冷却排気ガスと空気を前記副室に導入して前記
副室内で着火燃焼することから成る請求項１に記載のＥ
ＧＲ装置を備えたガスエンジン。 - 【請求項３】 前記副室から前記主室へ噴出するガス燃
料量は７０％〜８５％であり，前記副室に残留するガス
燃料量は３０％〜１５％であり，ピストン上死点で前記
副室の前記主室に対する容積比は１５％〜２５％である
ことから成る請求項１に記載のＥＧＲ装置を備えたガス
エンジン。 - 【請求項４】 前記制御弁が着座する前記連絡口に形成
されたバルブシートは，周方向の一部の領域が他の領域
より先に開放するように切欠き部が形成されていること
から成る請求項１に記載のＥＧＲ装置を備えたガスエン
ジン。 - 【請求項５】 前記制御弁は，吸入行程の下死点前７５
°程の時期の前記主室のガス圧が高くなる前に前記連絡
口を閉鎖し，前記副室への前記主室の前記圧縮空気の侵
入を防止していることから成る請求項１に記載のＥＧＲ
装置を備えたガスエンジン。 - 【請求項６】 前記ＥＧＲポートはタンジェンシャルポ
ートに形成され，また，前記吸気ポートはヘリカルポー
トに形成されることから成る請求項１に記載のＥＧＲ装
置を備えたガスエンジン。 - 【請求項７】 前記主室に供給された一部の前記ガス燃
料を包み込んだ状態の前記ＥＧＲポートの前記タンジェ
ンシャルポートから供給された前記冷却排気ガスの外周
に前記吸気ポートの前記ヘリカルポートから供給された
前記圧縮空気が供給されて混合気生成が促進することか
ら成る請求項６に記載のＥＧＲ装置を備えたガスエンジ
ン。 - 【請求項８】 前記ＥＧＲポートに接続するＥＧＲ管が
前記排気管に接続された分岐部より後流の前記排気管に
は，前記ＥＧＲポートへ送り込むＥＧＲ量を調節するた
め排圧制御弁が設けられていることから成る請求項１に
記載のＥＧＲ装置を備えたガスエンジン。 - 【請求項９】 前記吸気弁は吸入行程上死点後７０°位
から圧縮行程下死点後５０°位までリフトし，また，前
記ＥＧＲ弁は吸入行程の初期から吸入行程上死点後９０
°位までリフトすることから成る請求項１に記載のＥＧ
Ｒ装置を備えたガスエンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11098038A JP2000291495A (ja) | 1999-04-05 | 1999-04-05 | Ｅｇｒ装置を備えたガスエンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11098038A JP2000291495A (ja) | 1999-04-05 | 1999-04-05 | Ｅｇｒ装置を備えたガスエンジン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000291495A true JP2000291495A (ja) | 2000-10-17 |
Family
ID=14208908
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11098038A Pending JP2000291495A (ja) | 1999-04-05 | 1999-04-05 | Ｅｇｒ装置を備えたガスエンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000291495A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002033236A2 (de) * | 2000-10-22 | 2002-04-25 | Westport Germany Gmbh | Brennkraftmaschine mit einblasung von gasförmigem kraftstoff |
| US7040281B2 (en) | 2000-10-22 | 2006-05-09 | Westport Research Inc. | Method of injecting a gaseous fuel into an internal combustion engine |
| US7281515B2 (en) | 2000-10-22 | 2007-10-16 | Westport Power Inc. | Method of injecting a gaseous fuel into an internal combustion engine |
| JP2010038164A (ja) * | 2008-08-06 | 2010-02-18 | Waertsilae Switzerland Ltd | 部分的排気流抽出装置、及び前記装置を備えている内燃エンジン |
-
1999
- 1999-04-05 JP JP11098038A patent/JP2000291495A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002033236A2 (de) * | 2000-10-22 | 2002-04-25 | Westport Germany Gmbh | Brennkraftmaschine mit einblasung von gasförmigem kraftstoff |
| WO2002033236A3 (de) * | 2000-10-22 | 2002-09-26 | Gvh Entwicklungsgesellschaft F | Brennkraftmaschine mit einblasung von gasförmigem kraftstoff |
| US6845746B2 (en) | 2000-10-22 | 2005-01-25 | Westport Germany Gmbh | Internal combustion engine with injection of gaseous fuel |
| US6854438B2 (en) | 2000-10-22 | 2005-02-15 | Westport Germany Gmbh | Internal combustion engine with injection of gaseous fuel |
| US7040281B2 (en) | 2000-10-22 | 2006-05-09 | Westport Research Inc. | Method of injecting a gaseous fuel into an internal combustion engine |
| US7281515B2 (en) | 2000-10-22 | 2007-10-16 | Westport Power Inc. | Method of injecting a gaseous fuel into an internal combustion engine |
| JP2010038164A (ja) * | 2008-08-06 | 2010-02-18 | Waertsilae Switzerland Ltd | 部分的排気流抽出装置、及び前記装置を備えている内燃エンジン |
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