JP2001082255A - 多気筒ガス機関の給気管構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多気筒ガス機関において、各気筒間の燃料供
給の均一性を確保すると共に、各気筒に均一なスワール
流を供給できるようにすることを目的としている。 【解決手段】 各気筒の給気ポート１５の入口端を、そ
れぞれ給気枝管１２を介して給気集合管１に接続し、各
給気枝管１２にそれぞれガス燃料供給用のインジェクタ
ー１３を設けている多気筒ガス機関の給気管構造に適用
される。各気筒毎の給気枝管１２と給気ポート１５との
合計容積に対し、インジェクター１３から噴射される１
回分のガス燃料の容積が概ね１／２以下となるように、
給気枝管１２の長さを長くする。また、給気集合管１か
ら給気枝管１２内に一回で吹き出される給気の容積領域
より、給気下流側にインジェクター１３を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、各気筒の給気ポ
ートの入口端を、それぞれ給気枝管を介して給気集合管
に接続し、各給気枝管にそれぞれガス燃料供給用のイン
ジェクターを設けている多気筒ガス機関の給気管構造に
関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】多気筒
ガス機関には、上記のように各給気枝管にそれぞれガス
燃料供給用のインジェクターを備えたいわゆるマルチポ
イントインジェクション方式と、給気集合管の入口に単
一のインジェクターを備え、給気とガス燃料を混合した
後、混合気を給気集合管から各給気枝管に分配する方式
がある。

【０００３】マルチポイント方式の多気筒ガス機関で
は、各気筒毎にガス燃料を噴出するため、理論上は各気
筒毎に均一な混合気を供給することが可能になる。とこ
ろが、給気枝管の容積、長さあるいは形状又はインジェ
クターの取付位置あるいは燃料噴出方向等、各種条件の
変化によって、１つの気筒の給気枝管内に噴出されたガ
ス燃料の一部が、給気集合管を通って他の気筒の給気枝
管内へと流れ出すことがある。

【０００４】たとえば、図６に示すように給気集合管１
０１と各気筒の給気ポート１１５の入口端を、短い給気
枝管１１２を介して接続し、かつ、インジェクター１１
３を給気枝管１１２に配置している給気管構造では、給
気集合管１０１と給気枝管１１２との境目Ｐ1から給気
弁１２０に至るまでの容積が狭いことと、インジェクタ
ー１１３の位置が給気集合管１に接近していることか
ら、インジェクター１１３から給気枝管１１２内へ噴出
されたガス燃料の一部が、直接給気集合管１０１内へと
流れ込んだり、あるいは給気集合管１０１から給気枝管
１１２内へと一旦供給された給気の一部が給気集合管１
０１へと押し戻されことに伴ってガス燃料の一部も給気
集合管１０１へと流れ込んだりすることがある。

【０００５】このように、ある気筒の給気枝管１１２に
噴出されたガス燃料の一部が、給気集合管１０１内へと
流れ出すと、流れ出したガス燃料は他の気筒用の給気枝
管１１２に流入し、それにより気筒間でガス燃料供給量
にばらつきが生じ、燃料過多となった気筒では、異常燃
焼が生じ、ノッキング現象が起こることがある。

【０００６】特に、特開平９−１５８７８５号公報に記
載されたガス機関のように、ガス燃料と給気との混合を
均一混合するために、給気動圧の影響を受ける噴出方向
に多くのガス燃料を噴出し、ガス燃料の多くを給気に対
向して衝突させる構造を採用していると、上記のように
給気枝管から給気集合管へとガス燃料の一部が流れ出す
可能性が大きくなり、気筒間でのガス燃料供給量のばら
つきが大きくなることがある。

【０００７】

【発明の目的】本願発明の目的は、給気枝管の構造を工
夫することにより、気筒間でのガス燃料の交錯を無く
し、各気筒に燃料を均一に供給できるようにすることで
ある。また、各気筒のスワール流を、均一なものにする
ことも目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願請求項１記載の発明
は、各気筒の給気ポートの入口端を、それぞれ給気枝管
を介して給気集合管に接続し、各給気枝管にそれぞれガ
ス燃料供給用のインジェクターを設けている多気筒ガス
機関の給気管構造において、各気筒における給気枝管と
給気ポートとの合計容積に対し、インジェクターから噴
出される１回分のガス燃料の容積が概ね１／２以下とな
るように、給気枝管の長さを長くしていることを特徴と
している。

【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の多
気筒ガス機関における給気管構造において、給気集合管
から給気枝管内に一回で吹き出される給気の容積領域よ
り、給気下流側の給気枝管部分にインジェクターを配置
していることを特徴としている。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本願発明を適用した６気筒
ガス機関の正面部分図であり、給気集合管１は、シリン
ダヘッド２の正面上側にクランク軸と平行に取り付けら
れており、給気集合管１の長さ方向の一端部はスロット
ル弁３介してインタークーラ５に接続し、インタークー
ラ５は図示しない過給機を介してエアクリーナ等の空気
取入装置に接続し、給気集合管１の他端部は蓋６により
閉じられている。スロットル弁３はモータ等の回転アク
チュエータ８に連結し、アクチュエータ８は制御装置に
接続して、スロットル開度を調節できるようになってい
る。

【００１１】給気集合管１には、長さ方向に等間隔をお
いた位置に、それぞれ下向きに突出する分岐管１０が一
体に形成されており、各分岐管１０の下端には、シリン
ダヘッド２側へと湾曲する延長管１１がそれぞれ接続さ
れ、上記分岐管１０と延長管１１により給気枝管１２を
構成している。上記延長管１１にはそれぞれガス燃料を
噴出するためのインジェクター１３が取り付けられてい
る。

【００１２】図２は給気集合管１の平面図であり、各延
長管１１は各気筒（１つのみ図示）Ｃの給気ポート１５
の入口端に接続している。また、各気筒Ｃの排気口１７
にはそれぞれ排気温度センサー１８が配置されている。

【００１３】図３は図１のIII-III断面拡大図であり、
インジェクター１３は、その軸芯線Ｏ1が、延長管１１
の湾曲部の二等分線状にくるように配置されている。具
体的には分岐管中心線Ｏ2に対し４５°の角度をもっ
て、斜め下方から延長管１１に取り付けられており、延
長管１１内にはインジェクター１３のノズル管２０が斜
め上方に向いて突入している。

【００１４】延長管１１は、給気枝管１２全体の容積を
増加し、かつ、給気枝管１２全体の長さを長くするため
に、分岐管１１と給気ポート１５との間に介在させたも
のであり、延長管１１を介在させることによって、給気
枝管１２の容積については、給気枝管１２の容積（分岐
管１０と延長管１１の合計容積）Ｖ１と給気ポート１５
の容積Ｖ２との合計容積Ｖ３に対し、インジェクター１
３から一回の作動で噴出されるガス燃料容積Ｖ４が略１
／２以下の容積率となるように構成されている。好まし
くは、上記給気枝管１２の合計容積Ｖ３に対してガス燃
料容積Ｖ４が３５％以下となるように、延長管１１の長
さ（容積）を設定している。このように設定される容積
率は、出力の増減にかかわらず常に略一定となる。すな
わち、ガス燃料供給量は出力に比例して増大するが、給
気枝管１２内の圧力も出力に比例して増大するものであ
るから、給気枝管１２内に占めるガス燃料の容積は、出
力の増減にかかわらず略一定に保たれる。

【００１５】上記インジェクター１３の取付位置は、１
回の給気行程で給気集合管１から給気枝管１２内へと吹
き込まれる給気量の容積、すなわち図３で２点鎖線の斜
線で示す領域よりも、給気下流側（給気ポート側）にノ
ズル管２０が位置するように設定されている。いいかえ
れば、給気集合管１と分岐管１０との接続部Ｐ１からノ
ズル管２０までの距離Ｄ２が、上記２点鎖線領域の長さ
Ｄ１よりも長くなるように設定されている。

【００１６】また、インジェクター１３の取付位置は、
上記接続部Ｐ1からノズル管２０に至るまでの給気枝管
１２内の容積(距離Ｄ2に対応する容積）が、１回の作動
で噴出されるガス燃料容積Ｖ４よりも大きくなるように
も設定されている。

【００１７】図４は図３のIV-IV断面図であり、ノズル
管２０には、ノズル軸芯Ｏ1から全包囲に向けて放射状
にガス燃料を噴出するように複数の噴口３０が形成され
ており、噴口３０の分布は、給気上流側（給気集合管
側）に多く配置されており、これにより給気流に対向し
て多くのガス燃料が噴出され、ガス燃料と給気との均一
な混合が行なえるようにしてある。

【００１８】図５は、各気筒間の排気温度偏温（°Ｃ）
と、前記容積率（ガス燃料噴射容積Ｖ４／給気枝管と給
気ポートの合計容積Ｖ３）との関係を示す図である。こ
こで、排気温度偏温とは、前記図２で示す各気筒の排気
温度センサー１８により検出した各気筒の排気温度Ｔを
比較し、排気温度が最も高くなった気筒の排気温度Ｔma
xと、排気温度が最も低い気筒の排気温度Ｔminとの差を
算出したものであり、排気温度偏温（Ｔmax−Ｔmin）が
小さければ小さい程、各気筒間の燃焼格差が少なく、各
気筒に均一な燃料供給が行なわれていることを示してい
ることになる。

【００１９】実験によると、排気温度偏温（Ｔmax−Ｔm
in）が２０°Ｃ以下の場合に、各気筒間の燃料供給の均
一性が最も良好に保たれ、排気温度偏温が３５°Ｃ〜４
０°Ｃ付近は、ノッキングが発生しない程度に運転でき
る状態である。図５のグラフからすると、上記２０°以
下の排気温度偏温を確保するためには、前記容積率Ｖ４
／Ｖ３が概ね３５％以下であることが必要であり、ま
た、上記３５°Ｃ〜４０°程度以下の排気温度偏温を確
保するためには、容積率が概ね５０％以下であることが
必要であることが分かる。

【００２０】

【作用】給気枝管１２内には、インジェクター１３から
所定量のガス燃料が噴出され、また、給気集合管１から
は、図３に示すように各給気枝管１２内に所定量の給気
が吹き込まれる。

【００２１】給気枝管１２内において、ガス燃料と給気
が混合して混合気となり、給気ポート１５を介して燃焼
室２１内へと供給される。

【００２２】インジェクター１３から一回の噴出動作で
給気枝管１２内に噴出されるガス燃料の容積Ｖ４は、本
実施の形態では前記給気枝管１２と給気ポート１５の合
計容積Ｖ３の３５％以下であり、したがって給気枝管１
２の容積不足による給気集合管１へのガス燃料の流出は
略完全に防止され、総ての気筒において、噴出された所
定のガス燃料供給量を対応する気筒へと供給することが
できる。

【００２３】また、混合気は、湾曲状の延長管１１を通
る過程において整流作用を受け、燃焼室には均一性のあ
るスワール流を発生させることができる。

【００２４】

【その他の実施の形態】（１）図示の実施の形態は、過
給機を備えた多気筒ガス機関に適用した例であうるが、
過給機を備えていない多気筒ガス機関にも適用すること
はできる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本願発明によると、 （１）各気筒用の給気枝管１２毎にインジェクターを備
えた多気筒ガス機関において、給気枝管１２を長くして
その容積を増大させることにより、インジェクター１３
から噴出されるガス燃料が給気集合管１を通って他の気
筒へ流出するのを防いでいるので、各気筒のガス燃料供
給量の均一化及びそれによる混合気の均一化を達成で
き、気筒間の燃焼格差によるノッキング等を防ぐことが
できる。

【００２６】（２）給気枝管１２の長さを長くすること
により、給気の助走区間を長くすることができ、それに
より、各気筒に流入する混合気の整流効果が向上し、各
気筒に均一なスワール流を発生させることができる。

【００２７】（３）給気集合管１から給気枝管１２内に
一回で吹き出される給気の容積領域より、給気下流側に
インジェクター１３を配置していると、上記給気枝管１
２の長さを長くすることと相俟って、ガス燃料が給気集
合管１に流出するのを一層確実に防ぐことができると共
に、給気枝管１２内におけるガス燃料と給気との混合の
均一性も向上し、これによっても機関性能が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本願発明を適用した多気筒ガス機関の正面図
である。

【図２】 図１の平面図である。

【図３】 図１のIII-III断面拡大図である。

【図４】 図３のIV-IV断面図である。

【図５】 ガス燃料の容積と、給気ポート及び給気枝管
の合計容積との容積率と、排気温度偏温との関係を示す
図である。

【図６】 従来の給気枝管の１例を示す縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 給気集合管 ２ シリンダヘッド １０ 分岐管 １１ 延長管 １２ 給気枝管 １３ インジェクター １５ 給気ポート ２０ ノズル管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各気筒の給気ポートの入口端を、それぞ
   れ給気枝管を介して給気集合管に接続し、各給気枝管に
   それぞれガス燃料供給用のインジェクターを設けている
   多気筒ガス機関の給気管構造において、 各気筒における給気枝管と給気ポートとの合計容積に対
   し、インジェクターから噴出される１回分のガス燃料の
   容積が概ね１／２以下となるように、給気枝管の長さを
   長くしていることを特徴とする多気筒ガス機関の給気管
   構造。
2. 【請求項２】 給気集合管から給気枝管内に一回で吹き
   出される給気の容積領域より、給気下流側の給気枝管部
   分にインジェクターを配置していることを特徴とする請
   求項１記載の多気筒ガス機関の給気管構造。