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JP2009002331A - Sub-chamber gas engine - Google Patents

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JP2009002331A
JP2009002331A JP2008130491A JP2008130491A JP2009002331A JP 2009002331 A JP2009002331 A JP 2009002331A JP 2008130491 A JP2008130491 A JP 2008130491A JP 2008130491 A JP2008130491 A JP 2008130491A JP 2009002331 A JP2009002331 A JP 2009002331A
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永 隆 一 冨
Shunsaku Nakai
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Moriyoshi Tamura
村 守 淑 田
Kuniaki Murakami
上 晋 亮 村
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本 高 之 山
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  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

【課題】点火時期を進角させて効率を向上させることが出来ると共に、ノッキングの発生を防止することが出来る様な副室式ガスエンジンの提供。
【解決手段】主燃焼室(10)に突出した副室先端(61)から火炎(F2)を噴射して主燃焼室(10)内の燃料ガスと空気との混合気を燃焼させる副室式ガスエンジン(100)において、吸気ポート(4A、4B)に燃料ガス噴射機構(8)が配置されており、吸気行程で主燃焼室(10)で燃料ガスと空気との混合気がスワールを生じ、以って、主燃焼室(10)における副室先端(61)の近傍領域(中央領域)における燃料ガス濃度が薄くなる(中央リーン)様に構成されている。
【選択図】図1
A sub-chamber gas engine is provided that can improve efficiency by advancing the ignition timing and prevent occurrence of knocking.
A sub-chamber type in which a flame (F2) is injected from a sub-chamber tip (61) protruding into a main combustion chamber (10) to burn a mixture of fuel gas and air in the main combustion chamber (10). In the gas engine (100), the fuel gas injection mechanism (8) is disposed in the intake ports (4A, 4B), and the mixture of fuel gas and air produces a swirl in the main combustion chamber (10) during the intake stroke. Therefore, the fuel gas concentration in the region (center region) near the tip (61) of the sub chamber in the main combustion chamber (10) is reduced (center lean).
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、主燃焼室と、副燃焼室(副室)とを有する副室式内燃機関に関し、特に、主燃焼室に対して気体燃料(例えば都市ガスの様な燃料ガス)が供給される副室式ガスエンジンに関する。   The present invention relates to a sub-chamber internal combustion engine having a main combustion chamber and a sub-combustion chamber (sub-chamber), and in particular, gaseous fuel (for example, fuel gas such as city gas) is supplied to the main combustion chamber. It relates to a sub-chamber gas engine.

係る副室式ガスエンジンは、例えば、発電用のコージェネレーションシステムにおいて用いられる。
係る副室式ガスエンジンについては大型化する傾向にあり、その大型ガスエンジンについては、高効率化の要請が存在する。そして効率を向上させるために、点火時期を進角して効率の高い領域で運転する必要がある。
Such a sub-chamber gas engine is used, for example, in a cogeneration system for power generation.
Such a sub-chamber type gas engine tends to increase in size, and there is a demand for higher efficiency for the large gas engine. In order to improve the efficiency, it is necessary to advance the ignition timing and operate in a high efficiency region.

しかし、点火時期を進角させれば、ノッキング(異常燃焼)を生じる可能性が高くなる。ノッキングが生じると、ガスエンジンの効率を向上することは困難である。
そのため、点火時期を進角しても、ノッキングを回避する技術が望まれる。
However, if the ignition timing is advanced, the possibility of causing knocking (abnormal combustion) increases. When knocking occurs, it is difficult to improve the efficiency of the gas engine.
Therefore, a technique for avoiding knocking even when the ignition timing is advanced is desired.

従来のノッキングの回避技術としては、例えば、水噴射ノズルを有し、ノズルからの水噴射によって燃焼温度を低下させることにより、ノッキングを回避する副室式ガスエンジンに係る技術が提案されている(特許文献1参照)。
しかし、係る従来技術(特許文献1)では、水噴射ノズルで燃焼温度を低下させることにより、ガスエンジンの効率まで低下してしまう恐れがある。そのため、高効率化を達成するという上述した要請に応えることが出来ない。
特開平7−127454号公報
As a conventional knocking avoidance technique, for example, a technique related to a sub-chamber gas engine that has a water injection nozzle and avoids knocking by reducing the combustion temperature by water injection from the nozzle has been proposed ( Patent Document 1).
However, in the related art (Patent Document 1), there is a risk that the efficiency of the gas engine may be reduced by lowering the combustion temperature with the water injection nozzle. Therefore, it cannot meet the above-mentioned request for achieving high efficiency.
JP-A-7-127454

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、点火時期を進角させて効率を向上させることが出来ると共に、ノッキングの発生を防止することが出来る様な副室式ガスエンジンの提供を目的としている。   The present invention has been proposed in view of the above-described problems of the prior art, and can improve the efficiency by advancing the ignition timing and can prevent the occurrence of knocking. The purpose is to provide a gas engine.

本発明の副室式ガスエンジンは、主燃焼室(10)と、副室(副燃焼室20)と、主燃焼室(10)に連通して燃料ガス及び空気を供給する吸気ポート(4A、4B)とを有し、副室(20)内で二次燃料(燃料ガス或いは各種油の様な液体燃料)を燃焼し、主燃焼室(10)に突出した副室先端(61)からトーチ状の火炎(F2)を噴射して主燃焼室(10)内の燃料ガスと空気との混合気を燃焼させる副室式ガスエンジン(100)において、吸気ポート(4A、4B)に燃料ガス噴射機構(8)が配置されており、吸気行程で主燃焼室(10)で燃料ガスと空気との混合気がスワールを生じ、以って、主燃焼室(10)における副室先端(61)の近傍領域(中央領域)における燃料ガス濃度が薄くなる(中央リーンになる)様に構成されていることを特徴としている(請求項1)。   The sub-chamber type gas engine of the present invention includes a main combustion chamber (10), a sub-chamber (sub-combustion chamber 20), and an intake port (4A, 4A, which supplies fuel gas and air in communication with the main combustion chamber (10). 4B), and burns secondary fuel (liquid fuel such as fuel gas or various oils) in the sub chamber (20), and the torch from the sub chamber tip (61) protruding into the main combustion chamber (10) Gas injection into the intake ports (4A, 4B) in a sub-chamber gas engine (100) that injects a gas-like flame (F2) to burn a mixture of fuel gas and air in the main combustion chamber (10) The mechanism (8) is arranged, and the mixture of the fuel gas and the air is swirled in the main combustion chamber (10) in the intake stroke, so that the tip of the sub chamber (61) in the main combustion chamber (10). The fuel gas concentration in the area near the center (center area) becomes thinner (becomes center lean). It is characterized by being (claim 1).

本発明において、スワール比が1.0以上(より好適には2.0以上)となる様に構成されているのが好ましい(請求項2)   In the present invention, the swirl ratio is preferably 1.0 or more (more preferably 2.0 or more) (Claim 2).

そして本発明において、主燃焼室(10)に生じるスワール(Fs)はシリンダヘッド(2)側から見て時計方向に回転し、吸気弁(4A、4B)のシート位置(4Ao、4Bo)のシリンダヘッド(2)側から見て6時〜9時の領域(α:図5において、左下がりのハッチングで示す領域)に燃料ガスが流れる様に構成されているのが好ましい(請求項3)。   In the present invention, the swirl (Fs) generated in the main combustion chamber (10) rotates clockwise as viewed from the cylinder head (2) side, and the cylinder at the seat position (4Ao, 4Bo) of the intake valve (4A, 4B). It is preferable that the fuel gas is configured to flow in a region from 6 o'clock to 9 o'clock as viewed from the head (2) side (α: a region indicated by hatching that is lower left in FIG. 5).

また本発明において、主燃焼室(10)に生じる前記スワール(Fs)はシリンダヘッド(2)側から見て反時計方向に回転し、吸気弁(4A、4B)のシート位置(4Ao、4Bo)のシリンダヘッド(2)側から見て3時〜6時の領域(β:図5において、横方向のハッチングで示す領域)に燃料ガスが流れる様に構成されているのが好ましい(請求項4)。   In the present invention, the swirl (Fs) generated in the main combustion chamber (10) rotates counterclockwise as viewed from the cylinder head (2) side, and the seat position (4Ao, 4Bo) of the intake valve (4A, 4B). It is preferable that the fuel gas flows in a region from 3 o'clock to 6 o'clock as viewed from the cylinder head (2) side (β: a region indicated by hatching in the lateral direction in FIG. 5). ).

上述する構成を具備する本発明によれば、主燃焼室(10)における副室先端(61)の近傍領域(中央領域)における燃料ガス濃度が薄くなる(中央リーンになる)様に構成されているので、吸気行程中に、主燃焼室(10)の混合気が副室(20)に押し込まれた際に、副室先端近傍(61)における燃料ガス濃度が薄いので、副室(20)内における燃料濃度も薄くなる。
そして、副室(20)内における燃料濃度が薄いため、副室先端(61)から主燃焼室(10)内に噴射される火炎が弱くなり、主燃焼室(10)内に噴射される火炎の燃焼が抑制される。そのため、主燃焼室(10)における燃焼速度が緩やかになり、点火時期を進角しても、ノッキングが発生し難くなるのである。
According to the present invention having the above-described configuration, the fuel gas concentration in the vicinity region (center region) of the sub-chamber tip (61) in the main combustion chamber (10) is reduced (becomes center lean). Therefore, when the air-fuel mixture in the main combustion chamber (10) is pushed into the sub chamber (20) during the intake stroke, the fuel gas concentration in the vicinity of the tip of the sub chamber (61) is low, so the sub chamber (20) The fuel concentration inside is also reduced.
And since the fuel density | concentration in a subchamber (20) is thin, the flame injected into a main combustion chamber (10) from a subchamber tip (61) becomes weak, and the flame injected into a main combustion chamber (10) Combustion is suppressed. Therefore, the combustion speed in the main combustion chamber (10) becomes gentle, and knocking is difficult to occur even if the ignition timing is advanced.

この様に、点火時期を進角してもノッキングが抑制される本発明によれば、点火時期を進角して副室式ガスエンジン(100)の高効率化が図れると共に、ノッキングにより効率向上が阻害されてしまう事態を、確実に防止することが出来る。   Thus, according to the present invention in which knocking is suppressed even when the ignition timing is advanced, the efficiency of the sub-chamber gas engine (100) can be improved by advancing the ignition timing, and the efficiency is improved by knocking. Can be reliably prevented.

本発明において、スワール比が1.0以上となる様に構成すれば(請求項2)、主燃焼室(10)内における燃料ガス濃度分布が、副室先端(61)の近傍領域(中央領域)における燃料ガス濃度が薄くする(中央リーンにする)ことができる。
そして、スワール比が大きくなるほど(好ましくは2.0以上となれば)、副室先端(61)の近傍領域(中央領域)における燃料ガス濃度が薄くなる(中央リーンとなる)傾向が顕著となる。
In the present invention, if the swirl ratio is configured to be 1.0 or more (Claim 2), the fuel gas concentration distribution in the main combustion chamber (10) is a region near the tip of the sub chamber (61) (central region). ) In the fuel gas concentration can be reduced (center lean).
As the swirl ratio increases (preferably 2.0 or more), the tendency for the fuel gas concentration in the region (central region) near the subchamber tip (61) to become thinner (become central lean) becomes more prominent. .

また本発明において、主燃焼室(10)に生じるスワール(Fs)がシリンダヘッド(2)側から見て時計方向に回転する場合には、吸気弁(4A、4B)のシート位置(4Ao、4Bo)のシリンダヘッド(2)側から見て6時〜9時の領域(α:図5において、左下がりのハッチングで示す領域)に燃料ガスが流れる様に構成し(請求項3)、或いは、前記スワール(Fs)が反時計方向に回転する場合には、吸気弁(4A、4B)のシート位置(4Ao、4Bo)のシリンダヘッド(2)側から見て3時〜6時の領域(β:図5において、横方向のハッチングで示す領域)に燃料ガスが流れる様に構成すれば(請求項4)、主燃焼室(10)内における燃料ガス濃度分布が、副室先端(61)の近傍領域(中央領域)における燃料ガス濃度が薄くする(中央リーンにする)ことができる。   In the present invention, when the swirl (Fs) generated in the main combustion chamber (10) rotates in the clockwise direction when viewed from the cylinder head (2) side, the seat position (4Ao, 4Bo) of the intake valve (4A, 4B). ) When viewed from the cylinder head (2) side, the fuel gas flows in the region from 6 o'clock to 9 o'clock (α: the region indicated by the left-downward hatching in FIG. 5) (Claim 3), or When the swirl (Fs) rotates in the counterclockwise direction, a region from 3 o'clock to 6 o'clock as viewed from the cylinder head (2) side of the seat position (4Ao, 4Bo) of the intake valve (4A, 4B) (β : In FIG. 5, if the fuel gas is configured to flow in the hatched region in the horizontal direction (Claim 4), the fuel gas concentration distribution in the main combustion chamber (10) is Fuel gas concentration in the vicinity area (central area) The degree can be made thin (center lean).

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図1、図2は、本発明の実施形態に係る副室式ガスエンジン100を示している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
1 and 2 show a sub-chamber gas engine 100 according to an embodiment of the present invention.

図1、図2において、副室式ガスエンジン100は、シリンダ1とシリンダヘッド2とピストン3とを有している。図1は、ピストン3が上死点に達した状態を示している。   1 and 2, the sub-chamber gas engine 100 includes a cylinder 1, a cylinder head 2, and a piston 3. FIG. 1 shows a state where the piston 3 has reached top dead center.

ピストン3の頂部31の中央には、図示では円形の皿状窪み部32が形成されている。
そして、円形の皿状窪み部32は、シリンダ壁11とシリンダヘッドの下端面21とピストン頂部31とで形成される空間(隙間)Sと共に、主燃焼室10を構成している。
In the center of the top portion 31 of the piston 3, a circular dish-shaped recess portion 32 is formed in the drawing.
The circular dish-like depression 32 constitutes the main combustion chamber 10 together with a space (gap) S formed by the cylinder wall 11, the lower end surface 21 of the cylinder head, and the piston top 31.

シリンダヘッド2の下端面21は円形(図2において、符号22で示す)をしており、その中央には、副室20を有する副室ハウジング6(図1参照)が設けられている。
副室ハウジング6の副室先端61は、シリンダヘッド2の下端面21よりも、主燃焼室10側に突出している。
A lower end surface 21 of the cylinder head 2 has a circular shape (indicated by reference numeral 22 in FIG. 2), and a sub chamber housing 6 (see FIG. 1) having a sub chamber 20 is provided at the center thereof.
The sub chamber front end 61 of the sub chamber housing 6 protrudes toward the main combustion chamber 10 from the lower end surface 21 of the cylinder head 2.

副室ハウジング6の内部には、副燃焼室(副室)20が形成されている。
副室ハウジング6における副室20の上方の領域には、軽油を噴射するための軽油噴射機構7が設けられている。
図1において、符号F1は、軽油噴射機構7から副室20内に噴射された軽油の噴霧(ジェット)を示している。
軽油噴射機構7から噴射された軽油の噴霧(ジェット)F1は、公知の態様により、副室ハウジング6内で着火して、燃焼する。
A sub-combustion chamber (sub-chamber) 20 is formed in the sub-chamber housing 6.
A light oil injection mechanism 7 for injecting light oil is provided in a region above the sub chamber 20 in the sub chamber housing 6.
In FIG. 1, reference numeral F <b> 1 indicates a spray (jet) of light oil injected from the light oil injection mechanism 7 into the sub chamber 20.
The spray (jet) F1 of light oil injected from the light oil injection mechanism 7 is ignited and combusted in the sub chamber housing 6 in a known manner.

図示の例では、副室先端61には8箇所の噴孔62が形成されている。
8箇所の噴孔62から噴射されるトーチ状の火炎の向きは、斜め下方を向いている。8箇所の噴孔62は、円周方向に等ピッチで配置されている。そして、噴孔62から噴射されるトーチ状の火炎が、シリンダ中心からシリンダ壁11に向かって(或いは、半径方向外方へ向って)、放射状に噴射されるように構成されている。
より詳細には、図1において、トーチ状の火炎の噴射F2が、円形の皿状窪み部32における円形のコーナー部33近傍に衝突するように、副室先端61及び8箇所の噴孔62が構成されている。
In the illustrated example, eight nozzle holes 62 are formed in the sub chamber tip 61.
The direction of the torch-like flame injected from the eight nozzle holes 62 is directed obliquely downward. The eight nozzle holes 62 are arranged at an equal pitch in the circumferential direction. And the torch-like flame injected from the nozzle hole 62 is configured to be injected radially from the center of the cylinder toward the cylinder wall 11 (or outward in the radial direction).
More specifically, in FIG. 1, the sub chamber front end 61 and the eight injection holes 62 are arranged so that the torch-like flame injection F <b> 2 collides with the vicinity of the circular corner portion 33 in the circular dish-shaped depression 32. It is configured.

図示の実施形態に係る副室式ガスエンジン100は、第1の吸気ポート4Aと第2の吸気ポート4Bとを備えている。
シリンダヘッド2の下端面21において、主燃焼室10に対向する部分には、2つの吸気ポート4A、4Bの開口部(バルブシート部)4Ao、4Boが形成されている。吸気ポートの開口部4Ao、4Boは、シリンダ中心点Oに対して、図示の例では凡そ90°となる様に配置されており、間隔を隔てて配置されている。
なお、図1、図2では、排気ポート及び排気ポート開口部は、図示を省略している。
図2における符号4A1、4B1(吸気ポート4A、4Bの左側壁)については、燃料ガスの流れに関連して、後述する。
The sub-chamber gas engine 100 according to the illustrated embodiment includes a first intake port 4A and a second intake port 4B.
On the lower end surface 21 of the cylinder head 2, openings (valve seat portions) 4 </ b> Ao and 4 </ b> Bo of two intake ports 4 </ b> A and 4 </ b> B are formed at a portion facing the main combustion chamber 10. The opening portions 4Ao and 4Bo of the intake port are arranged so as to be approximately 90 ° with respect to the cylinder center point O in the illustrated example, and are arranged at intervals.
1 and 2, the exhaust port and the exhaust port opening are not shown.
Reference numerals 4A1 and 4B1 (left side walls of the intake ports 4A and 4B) in FIG. 2 will be described later in relation to the flow of the fuel gas.

吸気ポート4A、4Bの開口部(バルブシート部)4Ao、4Boは、吸気バルブ5A、5B(図1)によって開閉される。
図2において、吸気ポート4A、4Bの上流側における分岐部4Yで、1本の吸気ポートが2本の吸気ポート4A、4Bに分岐している。
分岐部4Yの近傍には、燃料ガス噴射機構8が設けられている。燃料ガス噴射機構8には、複数の燃料ガス噴射孔81が形成されている。
この燃料ガス噴射孔81から、吸気ポート4A、4Bの下流側(主燃焼室10側)に向かって、燃料ガスが噴射される。そして燃料ガス噴射孔81から噴射された燃料ガスが、2つの吸気ポート4A、4Bを流れる新気(エア)に混合されるように、構成されている。
ここで、吸気ポート4A、4B(図7では断面で示す)とその分岐部に設けられた燃料ガス噴射機構8の形状は、図7で詳細に表示されている。
なお、図2における符号Ffは、燃料ガスの噴射ジェットを示している。
Openings (valve seat portions) 4Ao and 4Bo of the intake ports 4A and 4B are opened and closed by intake valves 5A and 5B (FIG. 1).
In FIG. 2, one intake port is branched into two intake ports 4A and 4B at a branch portion 4Y on the upstream side of the intake ports 4A and 4B.
A fuel gas injection mechanism 8 is provided in the vicinity of the branch portion 4Y. A plurality of fuel gas injection holes 81 are formed in the fuel gas injection mechanism 8.
From this fuel gas injection hole 81, fuel gas is injected toward the downstream side of the intake ports 4A, 4B (the main combustion chamber 10 side). And it is comprised so that the fuel gas injected from the fuel gas injection hole 81 may be mixed with the fresh air (air) which flows through two intake port 4A, 4B.
Here, the intake ports 4A and 4B (shown in cross section in FIG. 7) and the shape of the fuel gas injection mechanism 8 provided at the branch portion are shown in detail in FIG.
In addition, the code | symbol Ff in FIG. 2 has shown the injection jet of fuel gas.

燃料噴射機構8から噴射された燃料ガスと、新規(エア)とは、吸気ポート4A、4Bを流れる際に混合される。そして、燃料ガスと新規(エア)との混合気は、開口部(バルブシート部)4Ao、4Boを介して、主燃焼室10内に供給される。
特に図2における矢印Fsで明示されているように、図示の実施形態では、主燃焼室10内における燃料ガスと新規(エア)との混合気は、渦上に流れ、いわゆる「スワール」を形成している。
The fuel gas injected from the fuel injection mechanism 8 and the new (air) are mixed when flowing through the intake ports 4A and 4B. The mixture of the fuel gas and the new (air) is supplied into the main combustion chamber 10 through the openings (valve seat portions) 4Ao and 4Bo.
In particular, as clearly indicated by the arrow Fs in FIG. 2, in the illustrated embodiment, the mixture of fuel gas and new (air) in the main combustion chamber 10 flows over the vortex, forming a so-called “swirl”. is doing.

図1は、軽油噴射機構7から、副室20内に軽油が噴射(F1)される構成が示されている。但し、軽油以外の2次燃料、例えば、濃度が高い燃料ガスや、各種燃料油を、副室20に供給するように構成しても良い。   FIG. 1 shows a configuration in which light oil is injected (F1) into the sub chamber 20 from the light oil injection mechanism 7. However, secondary fuel other than light oil, for example, high concentration fuel gas or various types of fuel oil may be supplied to the sub chamber 20.

図示の実施形態では、主燃焼室10は、吸気行程において、副室先端61の近傍領域(主燃焼室の中央領域)で燃料ガス濃度が薄くなる(「中央リーン」となる)様に、構成されている。上述した様に、副室先端61は、副室20で発生した火炎(トーチ)を主燃焼室20内に噴射(F2)する部材である。
係る「中央リーン」となった場合における燃料ガス濃度分布のシミュレーション結果の一例が、図3で示されている。
In the illustrated embodiment, the main combustion chamber 10 is configured so that the fuel gas concentration is reduced (becomes “central lean”) in the vicinity of the sub chamber tip 61 (the central region of the main combustion chamber) during the intake stroke. Has been. As described above, the sub chamber tip 61 is a member that injects (F2) the flame (torch) generated in the sub chamber 20 into the main combustion chamber 20.
An example of the simulation result of the fuel gas concentration distribution in the case of such “central lean” is shown in FIG.

図3の上方で示す識別バンドBは、図3の下方に示す主燃焼室10及び副室20における混合気中の燃焼ガスの濃度を、濃度順に10段階に分けて識別して、表示している。
識別バンドBは、その右端d1における燃料ガスの濃度が最も薄く、左端d10における燃料ガス濃度が最も濃い。
なお、図3では便宜上10段階に分けて表示しているが、実際には、無段階に濃淡が変化している。
The identification band B shown in the upper part of FIG. 3 identifies and displays the concentration of the combustion gas in the mixture in the main combustion chamber 10 and the sub chamber 20 shown in the lower part of FIG. Yes.
The identification band B has the lowest concentration of fuel gas at the right end d1 and the highest concentration of fuel gas at the left end d10.
In FIG. 3, for convenience, the display is divided into 10 levels, but in actuality, the shading changes steplessly.

図3において、副室20の内部と、主燃焼室10における副室先端61の近傍領域(主燃焼室の中央領域)とにおいて、燃料ガス濃度が低く(薄く:符号d1)、主燃焼室10の周縁部では燃料ガス濃度が高く(濃く:符号d7〜d10)なっている。   In FIG. 3, the fuel gas concentration is low (thin: symbol d <b> 1) in the inside of the sub chamber 20 and in the region near the sub chamber tip 61 in the main combustion chamber 10 (the central region of the main combustion chamber), and the main combustion chamber 10. The fuel gas concentration is high (intensified: reference signs d7 to d10) at the peripheral edge of.

発明者は、図示の実施形態に係るガスエンジン(中央リーンのガスエンジン)と、主燃焼室内で燃料ガス濃度が均一となる様に構成されたガスエンジン(均一濃度のガスエンジン)と、図示の実施形態とは逆の燃料ガス濃度分布を示すガスエンジン(中央リッチのガスエンジン)とを用いて、燃焼実験を行った。
ここで、「図示の実施形態とは逆の燃料ガス濃度分布を示すガスエンジン(中央リッチのガスエンジン)」は、図示の構成のガスエンジンで説明すれば、副室先端61の近傍領域(主燃焼室の中央領域)で燃料ガス濃度が濃くなり、主燃焼室10の周縁部では燃料ガス濃度が低くなる様に構成されている。
The inventor includes a gas engine (central lean gas engine) according to the illustrated embodiment, a gas engine configured to have a uniform fuel gas concentration in the main combustion chamber (a gas engine having a uniform concentration), Combustion experiments were performed using a gas engine (central rich gas engine) showing a fuel gas concentration distribution opposite to that of the embodiment.
Here, “a gas engine showing a fuel gas concentration distribution opposite to that of the illustrated embodiment (central rich gas engine)” is described in the vicinity of the sub-chamber tip 61 in the case of the gas engine having the illustrated configuration (main engine). The fuel gas concentration is high in the central region of the combustion chamber, and the fuel gas concentration is low in the peripheral portion of the main combustion chamber 10.

発明者による燃焼実験の結果、上述した3種類のガスエンジン(中央リーンのガスエンジン、均一濃度のガスエンジン、中央リッチのガスエンジン)の内、中央リーンのガスエンジンが、ノッキングを生じることなく、最も点火時期を早くする(進角する)ことが出来ることが確認された。
すなわち、図示の実施形態に係るガスエンジンの様に、中央リーンとなる様に構成すれば、点火時期を進角しても、ノッキングが最も抑制出来ることが分かった。
As a result of the inventor's combustion experiment, among the above-described three types of gas engines (central lean gas engine, uniform concentration gas engine, central rich gas engine), the central lean gas engine does not cause knocking. It was confirmed that the ignition timing can be advanced (advanced) the fastest.
That is, it has been found that knocking can be most suppressed even if the ignition timing is advanced if it is configured so as to have a central lean as in the gas engine according to the illustrated embodiment.

また、発明者による燃焼実験において、副室20から火炎(トーチ)が主燃焼室10内に噴射(F2)された際の単位時間当たりの発熱量(rate of heat release)が計測された。
その結果、副室20から火炎が主燃焼室10内に噴射(F2)された際の単位時間当たりの発熱量は、中央リーンのガスエンジンが最も低く、均一濃度のガスエンジン、中央リッチのガスエンジンの順に高かった。
周知の様に、副室20から火炎が主燃焼室10内に噴射された際の単位時間当たりの発熱量が低いほど、ノッキングが抑制される。したがって、係る燃焼実験の結果からも、前記発熱量(副室20から火炎が主燃焼室10内に噴射された際の単位時間当たりの発熱量)が最も低い中央リーンのガスエンジンが、ノッキングが最も抑制出来ることが明らかになった。
Further, in the combustion experiment by the inventor, the amount of heat release per unit time when a flame (torch) was injected into the main combustion chamber 10 from the sub chamber 20 (rate of heat release) was measured.
As a result, when the flame is injected from the sub chamber 20 into the main combustion chamber 10 (F2), the calorific value per unit time is the lowest in the central lean gas engine, the uniform concentration gas engine, and the central rich gas. It was higher in order of engine.
As is well known, knocking is suppressed as the amount of heat generated per unit time when a flame is injected from the sub chamber 20 into the main combustion chamber 10 is lower. Therefore, also from the result of the combustion experiment, the central lean gas engine having the lowest calorific value (the calorific value per unit time when the flame is injected into the main combustion chamber 10 from the sub chamber 20) is knocked. It became clear that it could be suppressed most.

中央リーンのガスエンジンでノッキングが抑制されるのは、次の理由によると推定される。
副室式ガスエンジン100においては、吸気行程中に、主燃焼室10の混合気が副室20に押し込まれる。
ここで、中央リーンのガスエンジンでは、主燃焼室10において、副室先端61の近傍領域(中央領域)における燃料濃度が薄い。そのため、中央リーンのガスエンジンでは、吸気行程において、副室20内に押し込まれる主燃焼室10内の混合気の燃料濃度が薄くなり、副室20内における燃料濃度も薄くなる。
副室20内における燃料濃度が薄ければ、副室20から主燃焼室10内に噴射される火炎が弱くなり、或いは、主燃焼室10内に噴射される火炎の燃焼が抑制される。その結果、主燃焼室10における燃焼速度が緩やかになり、点火時期を進角しても、ノッキングが発生し難くなるのである。
It is estimated that knocking is suppressed in the central lean gas engine for the following reasons.
In the sub-chamber gas engine 100, the air-fuel mixture in the main combustion chamber 10 is pushed into the sub-chamber 20 during the intake stroke.
Here, in the central lean gas engine, in the main combustion chamber 10, the fuel concentration in the region near the sub chamber tip 61 (center region) is low. Therefore, in the gas engine of the central lean, the fuel concentration of the air-fuel mixture in the main combustion chamber 10 that is pushed into the sub chamber 20 in the intake stroke is reduced, and the fuel concentration in the sub chamber 20 is also reduced.
If the fuel concentration in the sub chamber 20 is low, the flame injected from the sub chamber 20 into the main combustion chamber 10 becomes weak, or the combustion of the flame injected into the main combustion chamber 10 is suppressed. As a result, the combustion speed in the main combustion chamber 10 becomes moderate, and even if the ignition timing is advanced, knocking hardly occurs.

図示の実施形態では、主燃焼室10に混合気の渦(スワール)を生じさせることにより、中央リーンとせしめている。発明者のシミュレーションにより、燃料ガスと新気(エア)との混合気が主燃焼室10内でスワールを生じると、中央リーンとなることが確認されたからである。
また、燃料ガスの噴射方向や、主燃焼室10における燃料ガスの流れ方向と、燃料ガス噴射のタイミングを制御することにより、図示の実施形態では主燃焼室10内を中央リーンとせしめている。
In the embodiment shown in the drawing, a vortex (swirl) of the air-fuel mixture is generated in the main combustion chamber 10 so that the center lean is achieved. This is because it has been confirmed by the inventor's simulation that a mixture of fuel gas and fresh air (air) becomes a central lean when a swirl occurs in the main combustion chamber 10.
Further, by controlling the injection direction of the fuel gas, the flow direction of the fuel gas in the main combustion chamber 10 and the timing of the fuel gas injection, the inside of the main combustion chamber 10 is made the central lean in the illustrated embodiment.

特に図2で明確に示されている様に、図示の実施形態では、2本の吸気ポート4A、4Bが設けられている。ここで、2本の吸気ポート4A、4Bは、主燃焼室10内において、強いスワールが発生する様に構成されている。
換言すれば、図示の実施形態に係るガスエンジンは、高スワールとなる様に構成されている。
ここで、「高スワール」は「スワールが強い」ことであり、スワール比が大きい(スワール比が1.0以上である)ことを意味している。スワール比は、エンジンの回転数に対するスワールの数で示される。
図示の実施形態では、少なくともスワール比が1.0以上、好ましくはスワール比が2.0以上となる様に構成されている。
In particular, as clearly shown in FIG. 2, in the illustrated embodiment, two intake ports 4A, 4B are provided. Here, the two intake ports 4 </ b> A and 4 </ b> B are configured to generate a strong swirl in the main combustion chamber 10.
In other words, the gas engine according to the illustrated embodiment is configured to have a high swirl.
Here, “high swirl” means “strong swirl”, and means that the swirl ratio is large (the swirl ratio is 1.0 or more). The swirl ratio is indicated by the number of swirls with respect to the engine speed.
In the illustrated embodiment, at least the swirl ratio is 1.0 or more, and preferably the swirl ratio is 2.0 or more.

主燃焼室10内で発生するスワールを強くして、高スワールを達成するための具体的な構成としては、図4において、第1の吸気ポート4Aと第2の吸気ポート4Bとの最大距離δを大きくする。そして、第2の吸気ポート4Bにおける第1の吸気ポート4Aと最も離隔した個所における曲率半径Rを小さくすれば良い。   As a specific configuration for increasing the swirl generated in the main combustion chamber 10 to achieve a high swirl, in FIG. 4, the maximum distance δ between the first intake port 4A and the second intake port 4B is shown in FIG. Increase Then, the radius of curvature R at the place farthest from the first intake port 4A in the second intake port 4B may be reduced.

発明者は、スワール比が2.0の場合(高スワールの場合)における主燃焼室10内の燃料ガス濃度をシミュレーションすると共に、スワール比が0.5の場合(低スワールの場合)における主燃焼室10内の燃料ガス濃度をシミュレーションした。その結果、高スワールの場合の方が、中央リーンの傾向が顕著な(図3で示す様な)濃度分布となった。
係るシミュレーションの結果から、スワール比が高いほど、中央リーンの傾向が強くなり、ノッキングを抑制することが分かった。
The inventor simulates the fuel gas concentration in the main combustion chamber 10 when the swirl ratio is 2.0 (in the case of high swirl), and the main combustion in the case where the swirl ratio is 0.5 (in the case of low swirl). The fuel gas concentration in the chamber 10 was simulated. As a result, in the case of the high swirl, a concentration distribution (as shown in FIG. 3) in which the tendency of the central lean is remarkable was obtained.
From the result of the simulation, it was found that the higher the swirl ratio, the stronger the tendency of central lean and the suppression of knocking.

ここで、吸気弁4A、4Bと排気弁EV(図4、図5では点線で示す)が、図5で示す様に配置されている場合、図示の実施形態においては、シリンダヘッド2側から見て、時計方向に回転するスワールが主燃焼室10で発生する場合に、排気弁EVを12時方向に見て、6時方向に配置されている吸気弁4A、4Bのシート位置4Ao、4Boにおいて、シリンダヘッド2側から見て6時〜9時の領域α(図5において、左下がりのハッチングで示す領域)に燃料ガスが流れる様に、燃料噴射機構8から燃料ガスが噴射される。   Here, when the intake valves 4A and 4B and the exhaust valve EV (shown by dotted lines in FIGS. 4 and 5) are arranged as shown in FIG. 5, in the illustrated embodiment, they are viewed from the cylinder head 2 side. Thus, when a swirl rotating in the clockwise direction is generated in the main combustion chamber 10, the seat position 4Ao, 4Bo of the intake valves 4A, 4B arranged in the 6 o'clock direction when the exhaust valve EV is viewed in the 12 o'clock direction The fuel gas is injected from the fuel injection mechanism 8 so that the fuel gas flows in the region α (region indicated by the left-downward hatching in FIG. 5) when viewed from the cylinder head 2 side.

吸気弁4A、4Bのシート位置において、シリンダヘッド2側から見て6時〜9時の領域αに燃料ガスが流れる様にするには、図2で示す吸気ポート4A、4Bが矩形断面を有する場合は、例えば、燃料噴射機構8における燃料ガス噴射孔81を吸気ポート4A、4Bの上部壁の近傍に位置せしめ、且つ、燃料ガス噴射口81が吸気ポート4A、4Bの左側壁(曲率半径の大きな方の壁面4Al、4Bl)に向うようにすれば良い。ただし、燃料噴射機構8の位置や、吸気ポート4A、4Bの断面形状によって、異なる場合がある。
より詳細には、図示の実施形態において、吸気弁4A、4Bのシート位置において、シリンダヘッド2側から見て6時〜9時の領域α(図5)に燃料ガスが流れる様にするには、図8において、燃料ガス噴射口81から噴射される燃料ガスが、断面で示す吸気ポート4A、4Bの左側壁上方の領域AU(図8において点線で示す領域)に向かうように構成すれば良い。
In order for the fuel gas to flow in the region α between 6 o'clock and 9 o'clock when viewed from the cylinder head 2 side at the seat position of the intake valves 4A and 4B, the intake ports 4A and 4B shown in FIG. 2 have a rectangular cross section. In this case, for example, the fuel gas injection hole 81 in the fuel injection mechanism 8 is positioned in the vicinity of the upper wall of the intake ports 4A and 4B, and the fuel gas injection port 81 is located on the left side wall (the radius of curvature of the intake ports 4A and 4B). It suffices to face the larger wall surface 4Al, 4Bl). However, it may differ depending on the position of the fuel injection mechanism 8 and the cross-sectional shapes of the intake ports 4A and 4B.
More specifically, in the illustrated embodiment, at the seat position of the intake valves 4A and 4B, in order to allow the fuel gas to flow in the region α (FIG. 5) from 6 o'clock to 9 o'clock as viewed from the cylinder head 2 side. 8, the fuel gas injected from the fuel gas injection port 81 may be configured to go to the area AU above the left side wall of the intake ports 4A and 4B shown in cross section (area shown by the dotted line in FIG. 8). .

一方、主燃焼室10におけるスワールが、反時計方向であれば、排気弁EVを12時方向に見て、6時方向に配置されている吸気弁4A、4Bのシート位置4Ao、4Boにおいて、シリンダヘッド2側から見て3時〜6時の領域β(図5において、横方向のハッチングで示す領域)に燃料ガスが流れる様に、燃料噴射機構8から燃料ガスが噴射される。   On the other hand, if the swirl in the main combustion chamber 10 is counterclockwise, the cylinders at the seat positions 4Ao and 4Bo of the intake valves 4A and 4B arranged in the 6 o'clock direction when the exhaust valve EV is viewed in the 12 o'clock direction. The fuel gas is injected from the fuel injection mechanism 8 so that the fuel gas flows in a region β (region indicated by horizontal hatching in FIG. 5) from 3 o'clock to 6 o'clock when viewed from the head 2 side.

発明者の実験によれば、シリンダヘッド2側から見て時計方向に回転するスワールが発生する場合、吸気弁4A、4Bのシート位置4Ao、4Boにおいて、シリンダヘッド2側から見て6時〜9時の領域αに燃料ガスが流れる様に燃料ガスを噴射すれば、スワールにより燃料ガスは主燃焼室10の周辺部に供給されるが、主燃焼室10の中央部分にはさほど供給されないことが確認されている。
また、反時計方向のスワールが発生する場合に、シリンダヘッド2側から見て3時〜6時の領域βに燃料ガスが流れる様に燃料ガスを噴射した場合も同様に、スワールにより燃料ガスは主燃焼室10の周辺部に供給され、主燃焼室10の中央部分にはさほど供給されない。
そのため、噴射領域α(時計回りのスワールの場合)或いは領域β(反時計回りのスワールの場合)に燃料ガスが流れる様に、燃料噴射機構8から燃料ガスを噴射すれば、主燃焼室10における燃料ガスの濃度分布が、中央リーンの状態となる。
According to the inventor's experiment, when a swirl rotating in the clockwise direction when viewed from the cylinder head 2 side is generated, the seat positions 4Ao and 4Bo of the intake valves 4A and 4B are viewed from the 6th to 9th when viewed from the cylinder head 2 side. If the fuel gas is injected so that the fuel gas flows into the time region α, the fuel gas is supplied to the peripheral portion of the main combustion chamber 10 by the swirl, but not so much supplied to the central portion of the main combustion chamber 10. It has been confirmed.
Similarly, when a swirl in the counterclockwise direction is generated, the fuel gas is also injected by the swirl in the case where the fuel gas is injected so that the fuel gas flows in a region β from 3 o'clock to 6 o'clock when viewed from the cylinder head 2 side. It is supplied to the peripheral part of the main combustion chamber 10 and is not supplied so much to the central part of the main combustion chamber 10.
Therefore, if the fuel gas is injected from the fuel injection mechanism 8 so that the fuel gas flows in the injection region α (in the case of the clockwise swirl) or the region β (in the case of the counterclockwise swirl), in the main combustion chamber 10 The fuel gas concentration distribution is in a state of central lean.

吸気弁4A、4Bのシート位置4Ao、4Boにおいて、シリンダヘッド2側から見て6時〜9時の領域α(図5)に燃料ガスが流れる様に燃料ガスを噴射して、シリンダヘッド2側から見て時計方向に回転するスワールを発生させた場合に、主燃焼室10内の燃料ガス濃度分布をシミュレーションした結果が図9で示されている。
図9において、主燃焼室10の燃料ガスの濃度が高い領域は微小なドットが多い領域として示されており、燃料ガス濃度が低い領域は微小なドットが少ない領域として示されている。
図9から明らかなように、主燃焼室10における燃料ガスの濃度分布は中央リーンの状態となっており、副室6の先端61の近傍領域における燃料ガス濃度は低い。そのため、副室6に流入する燃料ガス濃度も低くなり、副室6内における燃料の濃度も薄くなる。そして、副室先端61から主燃焼室10内に噴射される火炎も弱くなり、主燃焼室10内に噴射される火炎の燃焼が抑制される。その結果、主燃焼室10における燃焼速度が緩やかになり、点火時期を進角しても、ノッキングが発生し難くなる。
At the seat positions 4Ao and 4Bo of the intake valves 4A and 4B, the fuel gas is injected so that the fuel gas flows into the region α (FIG. 5) from 6 o'clock to 9 o'clock when viewed from the cylinder head 2 side. FIG. 9 shows the result of simulating the fuel gas concentration distribution in the main combustion chamber 10 when a swirl that rotates clockwise as viewed from the side is generated.
In FIG. 9, a region where the fuel gas concentration in the main combustion chamber 10 is high is shown as a region where there are many fine dots, and a region where the fuel gas concentration is low is shown as a region where there are few fine dots.
As is clear from FIG. 9, the fuel gas concentration distribution in the main combustion chamber 10 is in a central lean state, and the fuel gas concentration in the region near the tip 61 of the sub chamber 6 is low. Therefore, the concentration of the fuel gas flowing into the sub chamber 6 is also reduced, and the concentration of fuel in the sub chamber 6 is also reduced. And the flame injected into the main combustion chamber 10 from the sub chamber tip 61 also becomes weak, and the combustion of the flame injected into the main combustion chamber 10 is suppressed. As a result, the combustion speed in the main combustion chamber 10 becomes gentle, and knocking hardly occurs even if the ignition timing is advanced.

図示の実施形態において、燃料ガスの噴射タイミングを制御することにより、主燃焼室10を中央リーンにすることが出来る。
燃料ガスの噴射タイミングを示す図6においては、「基準条件」と表示(ブロック矢印A)されている燃料ガス噴射タイミングと、「早期供給」と表示(ブロック矢印B)されている燃料ガス噴射タイミングとが示されている。
In the illustrated embodiment, the main combustion chamber 10 can be set to the central lean by controlling the fuel gas injection timing.
In FIG. 6 showing the fuel gas injection timing, the fuel gas injection timing displayed as “reference condition” (block arrow A) and the fuel gas injection timing displayed as “early supply” (block arrow B). Is shown.

ここで、図2で示す様に、図示の実施形態では、吸気ポート4A、4Bに配置された燃料噴射機構8から、燃料ガスが噴射され、新気(エア)と混合して主燃焼室10内に流入する。従って、燃料噴射機構8を設けた位置や、燃料ガス噴射量、燃料ガス噴射圧によって、同一タイミングで燃料噴射機構8から燃料ガスを噴射しても、主燃焼室10に到達するタイミングは異なる。図6で示す噴射タイミングは、燃料噴射機構8から燃料ガスを噴射するタイミングであり、主燃焼室10に燃料ガスが流入するタイミングではない。
図6は、クランク角度θに対する吸気弁、排気弁のバルブリフト量Li、Lxを示している。そして、図6において、TDCは上死点を示し、BDCは下死点を示している。
Here, as shown in FIG. 2, in the illustrated embodiment, fuel gas is injected from the fuel injection mechanism 8 disposed in the intake ports 4A and 4B, and mixed with fresh air (air) to be mixed with the main combustion chamber 10. Flows in. Therefore, even when the fuel gas is injected from the fuel injection mechanism 8 at the same timing, the timing to reach the main combustion chamber 10 differs depending on the position where the fuel injection mechanism 8 is provided, the fuel gas injection amount, and the fuel gas injection pressure. The injection timing shown in FIG. 6 is a timing at which the fuel gas is injected from the fuel injection mechanism 8 and is not a timing at which the fuel gas flows into the main combustion chamber 10.
FIG. 6 shows the valve lift amounts Li and Lx of the intake valve and the exhaust valve with respect to the crank angle θ. In FIG. 6, TDC indicates the top dead center, and BDC indicates the bottom dead center.

図6において、「基準条件」と表示(ブロック矢印A)されている燃料ガス噴射タイミングは、従来の副室式ガスエンジンと同様な燃料ガス供給が行われる様に、燃料噴射機構8からの燃料ガス噴射タイミングを設定した場合を示している。
一方、図6において「早期供給」と表示されている燃料ガス噴射タイミングは、図示の実施形態における燃料噴射機構8からの燃料ガス噴射タイミングを示している。
図6から明らかな様に、図示の実施形態に係る燃料ガス噴射タイミング「早期供給」(ブロック矢印B)は、「基準条件」と表示(ブロック矢印A)されている噴射タイミングに比較して、燃料噴射の始期Ts及び終期Teが早くなっている。
In FIG. 6, the fuel gas injection timing indicated as “reference condition” (block arrow A) is the fuel gas supplied from the fuel injection mechanism 8 so that the same fuel gas supply as in the conventional sub-chamber gas engine is performed. The case where the gas injection timing is set is shown.
On the other hand, the fuel gas injection timing displayed as “early supply” in FIG. 6 indicates the fuel gas injection timing from the fuel injection mechanism 8 in the illustrated embodiment.
As is clear from FIG. 6, the fuel gas injection timing “early supply” (block arrow B) according to the illustrated embodiment is compared with the injection timing displayed as “reference condition” (block arrow A), The start period Ts and the end period Te of fuel injection are earlier.

ここで、「早期供給」なる文言は厳密な定義が存在する訳ではない。燃料噴射(燃料ガス供給)の終期が、吸気バルブ5A、5Bが閉鎖されるタイミングよりも早ければ、構わない。
図6における「早期供給」と表示されている噴射タイミング(図示の実施形態におけるタイミング)で燃料ガスを噴射した場合における主燃焼室10内の燃料ガス濃度分布をシミュレーションした結果(図3)と、「基準条件」と表示されている噴射タイミングで燃料ガスを噴射した場合における主燃焼室内の燃料ガス濃度分布をシミュレーションした結果とを、発明者は比較した。その結果、「早期供給」と表示されている噴射タイミング(図示の実施形態におけるタイミング)のシミュレーション結果の方が、「中央リーン」の傾向が顕著に現れた。
Here, the term “early supply” does not have a strict definition. It does not matter if the end of fuel injection (fuel gas supply) is earlier than the timing at which intake valves 5A and 5B are closed.
FIG. 3 shows a simulation result of the fuel gas concentration distribution in the main combustion chamber 10 when fuel gas is injected at the injection timing (timing in the illustrated embodiment) indicated as “early supply” in FIG. The inventor compared the result of simulating the fuel gas concentration distribution in the main combustion chamber when the fuel gas was injected at the injection timing indicated as “reference condition”. As a result, the tendency of “central lean” was more noticeable in the simulation result of the injection timing (timing in the illustrated embodiment) displayed as “early supply”.

図6において、「早期供給」と表示(ブロック矢印B)されている噴射タイミング(図示の実施形態におけるタイミング)は、上死点前50°〜上死点後65°で燃料ガスを噴射している。
また、図6において、「基準条件」と表示(ブロック矢印A)されている噴射タイミングでは、上死点前10°〜上死点後100°で燃料ガスを噴射している。
これ等の噴射タイミングは、実験例であり、一般的な範囲ではない。例えば、上述した様に、吸気ポート4A、4Bに配置された燃料噴射機構8の位置や、燃料ガス噴射量、燃料ガス噴射圧によって、変動する数値である。
In FIG. 6, the injection timing (the timing in the illustrated embodiment) displayed as “early supply” (block arrow B) is that the fuel gas is injected from 50 ° before top dead center to 65 ° after top dead center. Yes.
Further, in FIG. 6, at the injection timing indicated as “reference condition” (block arrow A), the fuel gas is injected from 10 ° before top dead center to 100 ° after top dead center.
These injection timings are experimental examples and are not in a general range. For example, as described above, the numerical value varies depending on the position of the fuel injection mechanism 8 disposed in the intake ports 4A and 4B, the fuel gas injection amount, and the fuel gas injection pressure.

図6において、「早期供給」と表示(ブロック矢印B)されている噴射タイミング(図示の実施形態におけるタイミング)は、上死点前50°〜上死点後65°で燃料ガスを噴射しており、係るタイミングで燃料ガスを噴射した場合の主燃焼室10内の燃料ガス濃度分布をシミュレーションした結果が、図10、図11で示されている。
図10において、吸気バルブ5A、5Bが閉じる際に、燃料ガスの噴射開始時期と噴射終了時期とが早期となったため、燃料ガスが主燃焼室10の下方の領域に偏在し、主燃焼室10の上方領域10U(図10において点線で示す領域)がリーンとなっている。
図10、図11においては、図9と同様に、主燃焼室10の微小なドットが多い領域は燃料ガスの濃度が高く、微小なドットが少ない領域は燃料ガス濃度が低い。
In FIG. 6, the injection timing (the timing in the illustrated embodiment) displayed as “early supply” (block arrow B) is that the fuel gas is injected from 50 ° before top dead center to 65 ° after top dead center. FIG. 10 and FIG. 11 show the simulation results of the fuel gas concentration distribution in the main combustion chamber 10 when the fuel gas is injected at such timing.
In FIG. 10, when the intake valves 5 </ b> A and 5 </ b> B are closed, the fuel gas injection start timing and injection end timing become early, so that the fuel gas is unevenly distributed in the region below the main combustion chamber 10, and the main combustion chamber 10 The upper region 10U (region indicated by a dotted line in FIG. 10) is lean.
In FIGS. 10 and 11, as in FIG. 9, the region of the main combustion chamber 10 with a lot of fine dots has a high fuel gas concentration, and the region with a small number of fine dots has a low fuel gas concentration.

図10の段階で主燃焼室10の上方に存在するリーンの領域は、図11で示す圧縮行程で生じるタンブル流Ftによって主燃焼室10の中央部分に集められ、以って、主燃焼室10が中央リーンとなる。
タンブル流Ftが弱くても、燃料ガスの噴射時期が早期となるので、圧縮行程においても図11で示すように圧縮行程においても燃焼室10上方は燃料リーンのままである。したがって、副室6の先端61の近傍領域における燃料ガス濃度は低くなり、副室6に流入する燃料ガス濃度も低くなる。
そして、副室6内における燃料の濃度も薄くなり、副室先端61から主燃焼室10内に噴射される火炎も弱くなるので、主燃焼室10内に噴射される火炎の燃焼が抑制される。その結果、主燃焼室10における燃焼速度が緩やかになり、点火時期を進角しても、ノッキングが発生し難くなる。
The lean region existing above the main combustion chamber 10 in the stage of FIG. 10 is collected in the central portion of the main combustion chamber 10 by the tumble flow Ft generated in the compression stroke shown in FIG. Becomes the central lean.
Even if the tumble flow Ft is weak, the fuel gas injection timing becomes early, so that the upper part of the combustion chamber 10 remains lean in the compression stroke as well as in the compression stroke as shown in FIG. Accordingly, the fuel gas concentration in the region near the tip 61 of the sub chamber 6 is low, and the concentration of the fuel gas flowing into the sub chamber 6 is also low.
The concentration of fuel in the sub chamber 6 is also reduced, and the flame injected from the sub chamber tip 61 into the main combustion chamber 10 is weakened, so that the combustion of the flame injected into the main combustion chamber 10 is suppressed. . As a result, the combustion speed in the main combustion chamber 10 becomes gentle, and knocking hardly occurs even if the ignition timing is advanced.

上述したように、図9は、シリンダヘッド2側から見て6時〜9時の領域αに燃料ガスが流れる様に燃料ガスを噴射して、スワールを発生された場合における主燃焼室10内の燃料ガス濃度分布をシミュレーションした結果を示している。
主燃焼室10内の燃料ガス濃度分布が図9で示すシミュレーション結果となる様にスワールを発生させると共に、図6において「早期供給」と表示(ブロック矢印B)されている様に、噴射タイミング(図示の実施形態におけるタイミング)として、上死点前50°〜上死点後65°で燃料ガスを噴射した場合において、主燃焼室10内の燃料ガス濃度分布をシミュレーションした結果が図3である。
換言すれば、図3は、スワールを発生させ、且つ、燃料ガスの「早期供給」(図6の矢印B)を行なった場合における燃料ガス濃度分布のシミュレーション結果を示している。
As described above, FIG. 9 shows the inside of the main combustion chamber 10 in the case where a swirl is generated by injecting the fuel gas so that the fuel gas flows in the region α from 6 o'clock to 9 o'clock as viewed from the cylinder head 2 side. The result of simulating the fuel gas concentration distribution is shown.
A swirl is generated so that the fuel gas concentration distribution in the main combustion chamber 10 becomes the simulation result shown in FIG. 9, and the injection timing (block arrow B) is displayed as “early supply” in FIG. 6 (block arrow B). FIG. 3 shows the result of simulating the fuel gas concentration distribution in the main combustion chamber 10 when the fuel gas is injected from 50 ° before top dead center to 65 ° after top dead center as the timing in the illustrated embodiment. .
In other words, FIG. 3 shows the simulation result of the fuel gas concentration distribution when the swirl is generated and the “early supply” of fuel gas (arrow B in FIG. 6) is performed.

明確には図示されていないが、燃料ガスが噴射されると、主燃焼室10には先ず燃料ガスが流入し、燃料ガスの流入が完了した後に新気が流入する様に構成しても良い。
そのように構成すれば、中央リーンとなる傾向が顕著となるからである。
Although not clearly shown, it may be configured such that when fuel gas is injected, the fuel gas first flows into the main combustion chamber 10 and fresh air flows after the inflow of the fuel gas is completed. .
This is because the tendency to become a central lean becomes conspicuous.

以上説明した様に、図示の実施形態によれば、主燃焼室10内における燃料ガスの濃度分布が中央リーンとなる様に構成されているので、点火時期を進角しても、ノッキングが抑制される。その結果、図示の実施形態に係る副室式ガスエンジンは、高効率化が実現できる。   As described above, according to the illustrated embodiment, the fuel gas concentration distribution in the main combustion chamber 10 is configured to be the central lean, so that knocking is suppressed even if the ignition timing is advanced. Is done. As a result, the sub-chamber gas engine according to the illustrated embodiment can achieve high efficiency.

また、図示の実施形態では、主燃焼室10内に形成されるスワールが、そのスワール比が少なくとも1.0以上、好ましくは2.0以上になる様に構成されているので、主燃焼室10内における燃料ガスの濃度分布を中央リーンにし易いのである。   In the illustrated embodiment, the swirl formed in the main combustion chamber 10 is configured so that the swirl ratio is at least 1.0 or more, preferably 2.0 or more. It is easy to make the concentration distribution of the fuel gas inside the center lean.

さらに図示の実施形態では、シリンダヘッド2側から見て、吸気弁のシート位置4Ao、4Boにおける6時〜9時の領域αに燃料ガスが流れる様に燃料ガスを噴射し、或いは、反時計方向のスワールが発生する場合は、シリンダヘッド2側から見て、吸気弁のシート位置4Ao、4Boにおける3時〜6時の領域βに燃料ガスが流れる様に燃料ガスを噴射しているので、主燃焼室10内における燃料ガスの濃度分布を中央リーンにすることが出来る。   Further, in the illustrated embodiment, as viewed from the cylinder head 2 side, the fuel gas is injected so that the fuel gas flows in the region α from 6 o'clock to 9 o'clock in the seat position 4Ao, 4Bo of the intake valve, or counterclockwise When the swirl is generated, the fuel gas is injected so that the fuel gas flows in the region β from 3 o'clock to 6 o'clock at the seat position 4Ao, 4Bo of the intake valve as viewed from the cylinder head 2 side. The concentration distribution of the fuel gas in the combustion chamber 10 can be set to the central lean.

これに加えて、図示の実施形態によれば、燃料ガスの供給を、従来の副室式ガスエンジンに比較して早い時期に行っている(早期供給としている)結果、主燃焼室10内における燃料ガスの濃度分布が中央リーンにすることが出来る。   In addition to this, according to the illustrated embodiment, the fuel gas is supplied earlier than the conventional sub-chamber type gas engine (ie, the early supply), and as a result, in the main combustion chamber 10 The concentration distribution of the fuel gas can be set to the central lean.

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない旨を付記する。   It should be noted that the illustrated embodiment is merely an example, and is not a description to limit the technical scope of the present invention.

本発明の実施形態の要部を示す部分断面図。The fragmentary sectional view which shows the principal part of embodiment of this invention. 実施形態を示す平面図。The top view which shows embodiment. 中央リーンの状態における燃料ガス濃度分布のシミュレーションの一例を示す図。The figure which shows an example of the simulation of fuel gas concentration distribution in the state of a center lean. 実施形態においてスワール比を高くするための構造を説明する平面図。The top view explaining the structure for making a swirl ratio high in embodiment. スワール比を高くするその他の条件を説明する平面図。The top view explaining the other conditions which make a swirl ratio high. 燃料ガス供給タイミングを示す説明図。Explanatory drawing which shows fuel gas supply timing. 燃料ガス噴射機構近傍の構造を示す斜視図。The perspective view which shows the structure of the fuel gas injection mechanism vicinity. 図示の実施形態において、燃料ガス噴射口からの燃料ガスが噴射される吸気ポート内の領域を示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a region in an intake port where fuel gas is injected from a fuel gas injection port in the illustrated embodiment. 図示の実施形態において、スワールを発生させた場合における主燃焼室内の燃料ガス濃度分布をシミュレーションした結果を示す図。The figure which shows the result of having simulated the fuel gas concentration distribution in the main combustion chamber at the time of generating a swirl in embodiment of illustration. 早期噴射を行なった場合に、吸気バルブが閉じる時点における主燃焼室内の燃料ガス濃度分布のシミュレーション結果を示す図。The figure which shows the simulation result of the fuel gas concentration distribution in the main combustion chamber in the time of an intake valve closing, when performing early injection. 早期噴射を行なった場合に、圧縮行程における主燃焼室内の燃料ガス濃度分布のシミュレーション結果を示す図であって、タンブル流が生じることを示す図。The figure which shows the simulation result of the fuel gas concentration distribution in the main combustion chamber in a compression stroke when performing early injection, Comprising: The figure which shows that a tumble flow arises.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・シリンダ
2・・・シリンダヘッド
3・・・ピストン
4A、4B・・・吸気ポート
5A、5B・・・吸気弁
6・・・副室ハウジング
7・・・軽油噴射機構
8・・・燃料ガス噴射機構
10・・・主燃焼室
11・・・シリンダ壁
20・・・副燃焼室/副室
61・・・副室先端
100・・・副室式ガスエンジン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cylinder 2 ... Cylinder head 3 ... Piston 4A, 4B ... Intake port 5A, 5B ... Intake valve 6 ... Sub chamber housing 7 ... Light oil injection mechanism 8 ... Fuel gas injection mechanism 10 ... main combustion chamber 11 ... cylinder wall 20 ... sub combustion chamber / sub chamber 61 ... sub chamber tip 100 ... sub chamber type gas engine

Claims (4)

主燃焼室と、副室と、主燃焼室に連通して燃料ガス及び空気を供給する吸気ポートとを有し、副室内で二次燃料を燃焼し、主燃焼室に突出した副室先端からトーチ状の火炎を噴射して主燃焼室内の燃料ガスと空気との混合気を燃焼させる副室式ガスエンジンにおいて、吸気ポートに燃料ガス噴射機構が配置されており、吸気行程で主燃焼室で燃料ガスと空気との混合気がスワールを生じ、以って、主燃焼室における副室先端の近傍領域における燃料ガス濃度が薄くなる様に構成されていることを特徴とする副室式ガスエンジン。   A main combustion chamber, a sub chamber, and an intake port that communicates with the main combustion chamber and supplies fuel gas and air, burns secondary fuel in the sub chamber, and from the tip of the sub chamber protruding into the main combustion chamber In a sub-chamber type gas engine that injects a torch-like flame to burn a mixture of fuel gas and air in the main combustion chamber, a fuel gas injection mechanism is arranged at the intake port, and in the main combustion chamber during the intake stroke A sub-chamber gas engine characterized in that a mixture of fuel gas and air produces a swirl, and thus the fuel gas concentration in the region near the tip of the sub-chamber in the main combustion chamber is reduced. . スワール比が1.0以上となる様に構成されている請求項1の副室式ガスエンジン。   The sub-chamber type gas engine according to claim 1, wherein the swirl ratio is configured to be 1.0 or more. 主燃焼室に生じるスワールはシリンダヘッド側から見て時計方向に回転し、排気弁を12時方向に見て、6時方向に配置されている吸気弁のシート位置のシリンダヘッド側から見て6時〜9時の領域に燃料ガスが流れる様に構成されている請求項1、2の何れかの副室式ガスエンジン。   The swirl generated in the main combustion chamber rotates in the clockwise direction when viewed from the cylinder head side, and the exhaust valve is viewed in the 12 o'clock direction, and the seat position of the intake valve disposed in the 6 o'clock direction is viewed from the cylinder head side. The sub-chamber type gas engine according to any one of claims 1 and 2, wherein the fuel gas is configured to flow in a region from 9:00 to 9:00. 主燃焼室に生じる前記スワールはシリンダヘッド側から見て反時計方向に回転し、排気弁を12時方向に見て、6時方向に配置されている吸気弁のシート位置のシリンダヘッド側から見て3時〜6時の領域に燃料ガスが流れる様に構成されている請求項1、2の何れかの副室式ガスエンジン。   The swirl generated in the main combustion chamber rotates counterclockwise when viewed from the cylinder head side, and when viewed from the cylinder head side of the seat position of the intake valve disposed at 6 o'clock when the exhaust valve is viewed at 12 o'clock. The sub-chamber type gas engine according to any one of claims 1 and 2, wherein the fuel gas is configured to flow in a region between 3 o'clock and 6 o'clock.
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