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JP4801611B2 - engine - Google Patents
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Description

本発明は、燃焼室から排出された排ガスの一部を当該燃焼室に吸気される新気に還流させるEGR手段と、
吸気路を流通する新気に燃料ガス路から供給された燃料ガスを混合する燃料ガス混合手段とを備えたエンジンに関する。
The present invention provides an EGR means for recirculating a part of exhaust gas discharged from a combustion chamber to fresh air sucked into the combustion chamber;
The present invention relates to an engine provided with fuel gas mixing means for mixing fuel gas supplied from a fuel gas passage with fresh air flowing through an intake passage.

従来、上記のように天然ガスなどの気体の燃料ガスが吸気路に供給されるエンジン(以下、「ガスエンジン」と呼ぶ場合がある。)において、燃焼室から排気路に排出された排ガスの一部を、一端側が排気路に接続されたEGR路を通じて当該燃焼室に吸気される新気に還流させるEGR手段が備えられる場合がある。
かかるEGR手段を備えたガスエンジンとしては、上記EGR路の他端側を吸気路に接続し、排気路から当該EGR路を通じて吸気路を流通する新気に排ガスを供給するもの(例えば、特許文献1を参照。)や、上記EGR路の他端側を燃料ガス路に接続して、当該EGR路を通じて排気路から燃料ガス路を流通する燃料ガスに排ガスを供給して、この排ガスを含む燃料ガスを吸気路に供給するもの(例えば、特許文献2を参照。)が知られている。
Conventionally, in an engine in which a gaseous fuel gas such as natural gas is supplied to an intake passage as described above (hereinafter sometimes referred to as a “gas engine”), one of exhaust gases discharged from a combustion chamber to an exhaust passage. There is a case where an EGR means is provided for recirculating the part to fresh air sucked into the combustion chamber through an EGR path having one end connected to the exhaust path.
As a gas engine provided with such EGR means, the other end side of the EGR path is connected to an intake path, and exhaust gas is supplied from the exhaust path to fresh air flowing through the intake path through the EGR path (for example, Patent Documents). 1), or the other end of the EGR path is connected to a fuel gas path, and exhaust gas is supplied to the fuel gas flowing through the fuel gas path from the exhaust path through the EGR path. One that supplies gas to an intake passage (see, for example, Patent Document 2) is known.

特開平11−107796号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-107996 特開2005−282566号公報JP 2005-282666 A

上述したような特許文献1及び2に記載のガスエンジンでは、吸気路を流通する新気に燃料ガス路から供給された燃料ガスを混合する燃料ガス混合手段は、ベンチュリミキサのように、当該吸気路を流通する新気に対して所定の割合の燃料ガスを燃料ガス路から供給するように構成されている。よって、上述したようなEGR手段により吸気路を流通する新気又は燃料ガス路を流通する燃料ガスに排ガスを供給する場合において、例えば低負荷運転時や冷間運転時などにおいて積極的に排ガスの還流量(以下、EGR量と呼ぶ。)を減少させる場合や、排気路の圧力変動などの原因で不意にEGR量が変動する場合などは、当該燃料ガス供給手段により形成され燃焼室に吸気される燃料ガスと空気との混合気の当量比が変動してしまい、ノッキングや失火などの問題が発生する虞がある。
尚、当量比とは、混合気の燃空比を理論燃空比で割ったものを言う。即ち、混合気において、燃料成分が少ないほどその混合気の当量比は低いと言え、空気が少ないほどその混合気の当量比は高いと言える。
In the gas engines described in Patent Documents 1 and 2 as described above, the fuel gas mixing means for mixing the fuel gas supplied from the fuel gas passage to the fresh air flowing through the intake passage is like the venturi mixer. A predetermined ratio of fuel gas is supplied from the fuel gas passage to the fresh air flowing through the passage. Therefore, when the exhaust gas is supplied to the fresh gas that flows through the intake passage or the fuel gas that flows through the fuel gas passage by the EGR means as described above, for example, during the low load operation or the cold operation, the exhaust gas is actively When the recirculation amount (hereinafter referred to as EGR amount) is reduced or when the EGR amount fluctuates unexpectedly due to pressure fluctuations in the exhaust passage, etc., it is formed by the fuel gas supply means and is taken into the combustion chamber. The equivalence ratio of the mixture of the fuel gas and the air may fluctuate and problems such as knocking and misfire may occur.
The equivalent ratio means a value obtained by dividing the fuel-air ratio of the air-fuel mixture by the theoretical fuel-air ratio. That is, in an air-fuel mixture, the smaller the fuel component, the lower the equivalent ratio of the air-fuel mixture, and the lower the air, the higher the equivalent ratio of the air-fuel mixture.

特に、特許文献1に記載のエンジンのように、吸気路を流通する新気に排ガスを供給する場合には、EGR量を減少させるほど、新気に含まれる空気の量が増加するのにも拘わらず、燃料ガス混合手段により所定の量の燃料ガスがその新気に混合されるので、燃焼室に吸気される混合気の当量比が過剰に低くなって、失火や運転停止等が発生する場合がある。
一方、特許文献2に記載のエンジンのように、燃料ガス路を流通する燃料ガスに排ガスを供給する場合には、EGR量を減少させるほど、燃料ガス路を流通する燃料ガスに含まれる燃料成分の量が増加するのにも拘わらず、燃料ガス混合手段により所定の量の燃料ガスが新気に混合されるので、燃焼室に吸気される混合気の当量比が過剰に高くなって、ノッキングの発生や燃費の悪化等が発生する場合がある。
In particular, as in the engine described in Patent Document 1, when exhaust gas is supplied to fresh air flowing through the intake passage, the amount of air contained in fresh air increases as the EGR amount decreases. Regardless, since a predetermined amount of fuel gas is mixed with the fresh air by the fuel gas mixing means, the equivalence ratio of the air-fuel mixture sucked into the combustion chamber becomes excessively low, and misfires, shutdown, etc. occur. There is a case.
On the other hand, when supplying exhaust gas to the fuel gas flowing through the fuel gas path as in the engine described in Patent Document 2, the fuel component contained in the fuel gas flowing through the fuel gas path increases as the EGR amount decreases. Although a predetermined amount of fuel gas is mixed with fresh air by the fuel gas mixing means, the equivalent ratio of the air-fuel mixture sucked into the combustion chamber becomes excessively high and knocking occurs. Occurrence of fuel or deterioration of fuel consumption may occur.

そこで、上記特許文献1に記載のガスエンジンでは、吸気路を流通する新気に対するEGR量の割合であるEGR率を検知し、その検知結果に基づいて吸気路に形成される混合気の当量比が所定値になるように燃料ガスの供給量を制御するように構成されているが、当該制御のための装置構成が煩雑且つ高コストの原因となり実用的ではない。   Therefore, in the gas engine described in Patent Document 1, the EGR rate that is the ratio of the EGR amount to the fresh air flowing through the intake passage is detected, and the equivalent ratio of the air-fuel mixture formed in the intake passage based on the detection result Is configured to control the supply amount of the fuel gas so as to be a predetermined value, but the device configuration for the control is complicated and expensive, and is not practical.

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガスエンジンにおいて、燃焼室から排気路に排出された排ガスの一部を燃焼室に吸気される新気に還流させるEGR手段を設け、そのEGR手段による排ガスの供給量を変更する場合でも、簡単な構成で燃焼室に吸気される混合気の当量比を安定させ、ノッキングや失火などの問題を回避することができる技術を提供する点にある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to recirculate a part of exhaust gas discharged from a combustion chamber to an exhaust passage to fresh air sucked into the combustion chamber in a gas engine. Technology that can stabilize the equivalence ratio of the air-fuel mixture sucked into the combustion chamber with a simple configuration and avoid problems such as knocking and misfire even when the means is provided and the amount of exhaust gas supplied by the EGR means is changed. Is to provide

上記目的を達成するための本発明に係るガスエンジンは、燃焼室から排出された排ガスの一部を当該燃焼室に吸気される新気に還流させるEGR手段と、
吸気路を流通する新気の量に対して燃料ガス路から供給される燃料ガスの量を一定割合に維持して、前記吸気路を流通する新気に前記燃料ガス路から供給された燃料ガスを混合する燃料ガス混合手段とを備えたエンジンであって、その第1特徴構成は、前記EGR手段が、排気路から取り出した排ガスを前記吸気路と前記燃料ガス路との両方に供給するように構成されている点にある。
The gas engine according to the present invention for achieving the above object includes an EGR means for recirculating a part of the exhaust gas discharged from the combustion chamber to fresh air sucked into the combustion chamber;
And maintaining the amount of fuel gas supplied from the fuel gas passage with respect to the amount of fresh air flowing through the intake passage at a constant rate, the fuel gas supplied from the fuel gas passage to the fresh air flowing through the intake passage The first characteristic configuration is such that the EGR means supplies the exhaust gas extracted from the exhaust passage to both the intake passage and the fuel gas passage. It is in the point which is comprised.

上記第1特徴構成によれば、EGR手段により、排気路から取り出した排ガスを吸気路と燃料ガス路との両方に供給するので、例えば運転状態に応じてEGR量が変動した場合でも、燃料ガス供給手段により形成され燃焼室に吸気される燃料ガスと空気との混合気の当量比の変動を抑制して、ノッキングや失火などの問題を回避することができる。
即ち、吸気路と燃料ガス路との両方へのEGR量が減少するほど、吸気路においてはEGR量の減少により新気に含まれる空気の量が増加するのに対して、燃料ガス路においてはEGR量の減少により燃料ガスに含まれる燃料成分の量が増加する。よって、燃料ガス混合手段により、その空気の量が増加した新気に対して燃料成分の量が増加した燃料ガスが混合され混合気が形成されるので、その混合気の当量比は殆ど変動することなく、安定したものとなる。
According to the first characteristic configuration, since the exhaust gas taken out from the exhaust passage is supplied to both the intake passage and the fuel gas passage by the EGR means, for example, even when the EGR amount fluctuates according to the operating state, the fuel gas It is possible to avoid problems such as knocking and misfire by suppressing fluctuations in the equivalence ratio of the mixture of fuel gas and air formed by the supply means and sucked into the combustion chamber.
That is, as the EGR amount to both the intake passage and the fuel gas passage decreases, the amount of air contained in fresh air increases due to the decrease in the EGR amount in the intake passage, whereas in the fuel gas passage, The amount of the fuel component contained in the fuel gas increases due to the decrease in the EGR amount. Therefore, the fuel gas mixing means mixes the fuel gas with the increased amount of the fuel component with the fresh air with the increased amount of air to form the mixed gas, so that the equivalence ratio of the mixed gas varies almost. It will be stable without any problems.

本発明に係るガスエンジンの第2特徴構成は、上記第1特徴構成に加えて、前記燃料ガス混合手段が、前記吸気路を縮径してなるベンチュリ部を有すると共に、前記燃料ガス路の先端部に接続されたノズル部を当該ベンチュリ部に開口させてなるベンチュリミキサで構成されている点にある。   According to a second characteristic configuration of the gas engine of the present invention, in addition to the first characteristic configuration, the fuel gas mixing means has a venturi portion formed by reducing the diameter of the intake passage, and the tip of the fuel gas passage. The nozzle part connected to the part is configured by a venturi mixer in which the venturi part is opened.

上記第2特徴構成によれば、上記燃料ガス混合手段は、上記ベンチュリミキサで構成することができる。即ち、上記ベンチュリミキサは、吸気路を流通する新気が上記ベンチュリ部を高速で通過することで、その新気の流速に応じた圧力低下を発生させ、その圧力低下を利用して、燃料ガス路の燃料ガスを、ノズル部を通じて吸気路に吸い出す形態で、新気に対して所定の割合の燃料ガスを混合して混合気を形成することができるが、この場合でも上述したように当該混合気の当量比を安定したものとすることができる。   According to the second characteristic configuration, the fuel gas mixing means can be configured by the venturi mixer. That is, the venturi mixer generates a pressure drop in accordance with the flow rate of the fresh air when the fresh air flowing through the intake passage passes through the venturi section at a high speed. The fuel gas in the passage is sucked out into the intake passage through the nozzle part, and a predetermined ratio of fuel gas can be mixed with the fresh air to form an air-fuel mixture. The equivalence ratio of the gas can be stabilized.

本発明に係るガスエンジンの第3特徴構成は、上記第1乃至上記第2の何れかの特徴構成に加えて、前記EGR手段が、燃焼室に吸気される新気へのEGR量を調整可能に構成されている点にある。   According to a third characteristic configuration of the gas engine according to the present invention, in addition to any of the first to second characteristic configurations, the EGR means can adjust an EGR amount to fresh air taken into the combustion chamber. It is in the point which is comprised.

上記第3特徴構成によれば、例えば、低負荷運転時や冷間運転時において、燃焼室で混合気を安定して燃焼させるために、上記EGR量を減少側へ調整したり、逆に、高負荷運転時や温間運転時において、燃焼室でNOxの生成を抑制するために、上記EGR量を増加側へ調整することができ、更に、このようにEGR量を積極的に調整する場合でも、燃焼室に吸気される混合気の当量比を適切なものに維持して、ノッキングや失火などの問題を回避することができる。   According to the third characteristic configuration, for example, during low load operation or cold operation, in order to stably burn the air-fuel mixture in the combustion chamber, the EGR amount is adjusted to a decreasing side, or conversely, In the case of high load operation or warm operation, in order to suppress the generation of NOx in the combustion chamber, the EGR amount can be adjusted to the increase side, and further, the EGR amount is positively adjusted in this way However, it is possible to avoid problems such as knocking and misfire by maintaining an equivalent ratio of the air-fuel mixture sucked into the combustion chamber.

本発明に係るガスエンジンの第4特徴構成は、上記第1乃至上記第3の何れかの特徴構成に加えて、前記EGR手段が、一端側が前記排気路に接続された主EGR路と、前記主EGR路の他端側と前記吸気路とを接続する吸気側EGR路と、前記主EGR路の他端側と前記燃料ガス路とを接続する燃料ガス側EGR路と、前記主EGR路に設けられたEGR弁とで構成されている点にある。   According to a fourth characteristic configuration of the gas engine of the present invention, in addition to any of the first to third characteristic configurations, the EGR means includes a main EGR path having one end connected to the exhaust path, An intake side EGR path connecting the other end side of the main EGR path and the intake path, a fuel gas side EGR path connecting the other end side of the main EGR path and the fuel gas path, and the main EGR path It is in the point comprised with the provided EGR valve.

上記第4特徴構成によれば、上記主EGR路から上記吸気側EGR路を通じて排ガスを吸気路側に還流させると共に、上記主EGR路から上記燃料ガス側EGR路を通じて排ガスを燃料ガス路側に還流させるように構成する場合において、単一のEGR弁を上記主EGR路に設けるだけで、吸気路と燃料ガス路との両方へのEGR量を調整することができる。そして、このEGR弁の開度を調整して吸気路と燃料ガス路との両方へのEGR量を変更した場合でも、燃焼室に吸気される混合気の当量比を適切なものに維持して、ノッキングや失火などの問題を回避することができる。   According to the fourth characteristic configuration, exhaust gas is recirculated from the main EGR path to the intake path side through the intake side EGR path, and exhaust gas is recirculated from the main EGR path to the fuel gas path side through the fuel gas side EGR path. In this case, the EGR amount to both the intake passage and the fuel gas passage can be adjusted only by providing a single EGR valve in the main EGR passage. Even when the opening degree of the EGR valve is adjusted to change the EGR amount to both the intake passage and the fuel gas passage, the equivalence ratio of the air-fuel mixture sucked into the combustion chamber is maintained at an appropriate level. Can avoid problems such as knocking and misfire.

本発明に係るエンジンの実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図1に示すエンジン100は、燃焼室1から排出された排ガスEの一部を当該燃焼室1に吸気される新気Iに還流させるEGR手段Xと、吸気路2を流通する新気Iに燃料ガス路21から供給された燃料ガスGを混合する燃料ガス混合手段Yとを備えた所謂ガスエンジンとして構成されており、その基本構成について以下に説明する。
Embodiments of an engine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
The engine 100 shown in FIG. 1 includes EGR means X that recirculates a part of the exhaust gas E discharged from the combustion chamber 1 to fresh air I sucked into the combustion chamber 1, and fresh air I that flows through the intake passage 2. It is configured as a so-called gas engine provided with a fuel gas mixing means Y for mixing the fuel gas G supplied from the fuel gas passage 21, and its basic configuration will be described below.

かかるエンジン100は、図示は省略するが、シリンダの内面とピストンの頂面とで規定される燃焼室1に対して、吸気弁4を介して接続された吸気路2と、排気弁5を介して接続された排気路3とが設けられている。   Although not shown, the engine 100 includes an intake passage 2 connected to a combustion chamber 1 defined by an inner surface of a cylinder and a top surface of a piston via an intake valve 4 and an exhaust valve 5. And an exhaust passage 3 connected to each other.

吸気路2を流通する新気Iは、適宜過給機等により過給された後に、燃料ガス混合手段Yにより天然ガス系都市ガスの燃料ガスGが混合されることで混合気となって、燃焼室1に吸気される。
そして、燃焼室1に新気Iとして吸気された混合気は、ピストンの上昇により圧縮された後に、火花点火や圧縮着火などにより点火・着火されて燃焼・膨張してピストンを押し下げ軸動力を出力する。
また、燃焼室1で生成された排ガスEは、ピストンの上昇に伴って、排気路3に排出される。
The fresh air I flowing through the intake passage 2 is appropriately supercharged by a supercharger or the like, and then mixed with the fuel gas G of natural gas city gas by the fuel gas mixing means Y to become an air-fuel mixture, Intake into the combustion chamber 1.
The air-fuel mixture sucked into the combustion chamber 1 as fresh air I is compressed by the piston ascending, and then ignited and ignited by spark ignition, compression ignition, etc., and combusted and expanded to push down the piston and output shaft power. To do.
Further, the exhaust gas E generated in the combustion chamber 1 is discharged to the exhaust passage 3 as the piston rises.

上記燃料ガス混合手段Yは、ガバナ22により一定圧力に調整された燃料ガスGが燃料ガス路21に供給され、その燃料ガス路21の燃料ガスGを吸気路2に供給する。
更に、燃料ガス混合手段Yは、吸気路2を縮径してなるベンチュリ部24を有すると共に、燃料ガス路21の先端部に接続されたノズル部23を当該ベンチュリ部24に開口させてなるベンチュリミキサで構成されている。
即ち、燃料ガス混合手段Yは、吸気路2を流通する新気Iが上記ベンチュリ部24を高速で通過することで圧力低下を発生させ、この圧力低下を利用して、燃料ガス路21から供給された燃料ガスGを、ノズル部23を通じて吸気路2を流通する新気Iに供給して、吸気路2に混合気を形成するように構成されている。
また、このようにベンチュリミキサとして構成された燃料ガス混合手段Yは、ベンチュリ部24において上記新気Iの流速に応じた圧力低下が発生することから、新気Iに対して一定の割合の燃料ガスGが混合されることになる。
尚、燃料ガス混合手段Yにより吸気路2に供給される燃料ガスGに、燃料ガス路21の上流側から供給される燃料成分の他、後述する燃料ガス側EGR路13から燃料ガス路21に供給された排ガスEが含まれる場合があり、更に、吸気路2を流通する新気Iに、吸気路2の上流側から供給される空気の他、後述する吸気側EGR路12から吸気路2に供給された排ガスEが含まれる場合がある。
そして、このような場合でも、燃料ガス混合手段Yは、空気と排ガスEとを含む新気I全体の量に対して、燃料成分と排ガスEとを含む燃料ガスG全体の量を、一定割合に維持することになる。
In the fuel gas mixing means Y, the fuel gas G adjusted to a constant pressure by the governor 22 is supplied to the fuel gas passage 21, and the fuel gas G in the fuel gas passage 21 is supplied to the intake passage 2.
Further, the fuel gas mixing means Y has a venturi portion 24 formed by reducing the diameter of the intake passage 2 and a venturi formed by opening a nozzle portion 23 connected to the tip end portion of the fuel gas passage 21 to the venturi portion 24. It consists of a mixer.
That is, the fuel gas mixing means Y generates a pressure drop when the fresh air I flowing through the intake passage 2 passes through the venturi section 24 at a high speed, and supplies the fuel gas from the fuel gas passage 21 using this pressure drop. The fuel gas G thus supplied is supplied to the fresh air I flowing through the intake passage 2 through the nozzle portion 23 to form an air-fuel mixture in the intake passage 2.
Further, the fuel gas mixing means Y configured as a venturi mixer in this way causes a pressure drop in the venturi section 24 in accordance with the flow velocity of the fresh air I. Gas G will be mixed.
In addition to the fuel component supplied from the upstream side of the fuel gas passage 21 to the fuel gas G supplied to the intake passage 2 by the fuel gas mixing means Y, the fuel gas side EGR passage 13 to the fuel gas passage 21 will be described later. In some cases, the supplied exhaust gas E is included, and in addition to the air supplied from the upstream side of the intake passage 2 to the fresh air I flowing through the intake passage 2, the intake passage 2 from the intake side EGR passage 12 described later. In some cases, the exhaust gas E supplied to is included.
Even in such a case, the fuel gas mixing means Y makes a certain ratio of the total amount of the fuel gas G including the fuel component and the exhaust gas E to the total amount of the fresh air I including the air and the exhaust gas E. Will be maintained.

上記EGR手段Xは、燃焼室1から排出された排ガスEの一部を当該燃焼室1に吸気される新気Iに還流させるにあたり、燃焼室に新気Iとして吸気される混合気の当量比の変動を抑制するために、排気路3から取り出した排ガスEを吸気路2と燃料ガス路21との両方に供給するように構成されている。   When the EGR means X recirculates a part of the exhaust gas E discharged from the combustion chamber 1 to the fresh air I sucked into the combustion chamber 1, the equivalent ratio of the air-fuel mixture sucked into the combustion chamber as the fresh air I In order to suppress this fluctuation, the exhaust gas E taken out from the exhaust passage 3 is supplied to both the intake passage 2 and the fuel gas passage 21.

即ち、かかるEGR手段Xは、一端側が排気路3に接続された主EGR路11と、主EGR路11の他端側と吸気路2とを接続する吸気側EGR路12と、主EGR路11の他端側と燃料ガス路21とを接続する燃料ガス側EGR路13とを有し、排気路3から上記主EGR路11に流入した排ガスEを上記吸気側EGR路12と上記燃料ガス側EGR路13とに分流させて、夫々EGR路12、13を通じて吸気路2と燃料ガス路21との夫々へ排ガスEを供給する。   That is, the EGR means X includes a main EGR path 11 having one end side connected to the exhaust path 3, an intake side EGR path 12 connecting the other end side of the main EGR path 11 and the intake path 2, and a main EGR path 11. And the fuel gas side EGR path 13 connecting the other end side of the fuel gas path 21 and the exhaust gas E flowing into the main EGR path 11 from the exhaust path 3 to the intake side EGR path 12 and the fuel gas side The exhaust gas E is divided into the EGR passage 13 and supplied to the intake passage 2 and the fuel gas passage 21 through the EGR passages 12 and 13, respectively.

更に、上記主EGR路11には、主EGR路11を流通する排ガスの量を調整可能なEGR弁15が設けられており、このEGR弁15の開度を調整することで、主EGR路11から上記吸気側EGR路12及び上記燃料ガス側EGR路13を通じて吸気路2及び燃料ガス路21へ供給される排ガス量Eを総EGR量として調整可能となる。   Further, the main EGR path 11 is provided with an EGR valve 15 capable of adjusting the amount of exhaust gas flowing through the main EGR path 11, and the main EGR path 11 is adjusted by adjusting the opening degree of the EGR valve 15. Thus, the exhaust gas amount E supplied to the intake passage 2 and the fuel gas passage 21 through the intake side EGR passage 12 and the fuel gas side EGR passage 13 can be adjusted as a total EGR amount.

そして、上記吸気路2においては、上記EGR手段Xにおける上記総EGR量が減少するほど、吸気路2に対するEGR量が減少し、燃焼室1に吸気される新気Iに含まれる空気の割合が増加することになる。
一方、燃料ガス路21においては、上記EGR手段Xにおける上記総EGR量が減少するほど、燃料ガス路21に対するEGR量が減少し、燃焼室1に吸気される新気Iに対して供給される燃料ガスGに含まれる燃料成分の割合が増加することになる。
従って、上記燃料ガス混合手段Yでは、空気と排ガスEとを含む新気I全体の量に対して燃料成分と排ガスEとを含む燃料ガスG全体の量を一定割合に維持するので、上記EGR手段Xにおける上記総EGR量が減少した場合でも、空気の割合が増加した新気Iに燃料成分の割合が増加した燃料ガスGが一定割合で混合されることになるので、結果、生成される混合気の当量比は変動することなく略安定した値(例えば当量比φ=0.66程度)に維持されることになる。
よって、燃焼室1に吸気される混合気の当量比は、上記総EGR量の変動に拘わらず略安定したものとなるので、当量比の過剰上昇によるノッキングや過剰低下による失火等の問題が回避されている。
In the intake passage 2, the EGR amount with respect to the intake passage 2 decreases as the total EGR amount in the EGR means X decreases, and the ratio of the air contained in the fresh air I taken into the combustion chamber 1 is increased. Will increase.
On the other hand, in the fuel gas passage 21, the EGR amount for the fuel gas passage 21 decreases as the total EGR amount in the EGR means X decreases, and is supplied to the fresh air I sucked into the combustion chamber 1. The ratio of the fuel component contained in the fuel gas G will increase.
Accordingly, in the fuel gas mixing means Y, the total amount of the fuel gas G including the fuel component and the exhaust gas E is maintained at a constant ratio with respect to the total amount of the fresh air I including the air and the exhaust gas E. Even when the total EGR amount in the means X is decreased, the fuel gas G having the increased fuel component ratio is mixed with the fresh air I having the increased air ratio at a constant rate, so that it is generated as a result. The equivalence ratio of the air-fuel mixture is maintained at a substantially stable value (for example, the equivalence ratio φ = 0.66) without fluctuation.
Therefore, the equivalence ratio of the air-fuel mixture sucked into the combustion chamber 1 becomes substantially stable regardless of the fluctuation of the total EGR amount, so that problems such as knocking due to excessive increase of the equivalent ratio and misfire due to excessive decrease can be avoided. Has been.

更に、ECU30は、負荷状態や暖機状態の変化に応じて上記総EGR量を制御するように構成されている。
即ち、ECU30は、低負荷運転時や起動直後の冷間運転時において、燃焼室1における混合気の安定燃焼を維持するために、上記EGR弁15の開度を縮小して上記総EGR量を比較的少ない量に調整する。
一方、ECU30は、高負荷運転時や暖機が充分に進んだ温間運転時において、NOxの生成を抑制するために、上記EGR弁15の開度を拡大して上記総EGR量を比較的多い量に調整する。
そして、このように総EGR量を積極的に変更した場合でも、燃料ガス混合手段Yで生成され燃焼室1に吸気される混合気の当量比は安定したものとなる。
Further, the ECU 30 is configured to control the total EGR amount in accordance with changes in the load state and the warm-up state.
That is, the ECU 30 reduces the opening of the EGR valve 15 and reduces the total EGR amount in order to maintain stable combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 1 during low load operation or cold operation immediately after startup. Adjust to a relatively small amount.
On the other hand, the ECU 30 increases the opening degree of the EGR valve 15 to relatively reduce the total EGR amount in order to suppress the generation of NOx during a high load operation or a warm operation where the warm-up is sufficiently advanced. Adjust to a large amount.
Even when the total EGR amount is positively changed in this way, the equivalence ratio of the air-fuel mixture generated by the fuel gas mixing means Y and sucked into the combustion chamber 1 becomes stable.

更に、吸気路2には、スロットルバルブ26が設けられおり、当該スロットルバルブ26の開度を調整して燃焼室1へ吸気される新気Iの量である吸気量を調整することで、エンジンの出力を変更することができる。   Further, the intake passage 2 is provided with a throttle valve 26. By adjusting the opening of the throttle valve 26 and adjusting the amount of fresh air I taken into the combustion chamber 1, the engine is adjusted. Output can be changed.

また、吸気路2において、スロットルバルブ26よりも下流側は、吸気行程におけるピストンによる吸引力により負圧になる。
よって、そのスロットルバルブ26よりも下流側に吸気側EGR路12を接続することで、吸気側EGR路12を通じて吸気路2に排ガスEを良好に供給することができる。
尚、排気行程において排気路3に発生する背圧が吸気路2の圧力よりも充分に大きい場合等において、排気路3から容易に吸気路2に排ガスEを還流させることができるのであれば、上記吸気側EGR路12を吸気路2におけるスロットルバルブ26の上流側に接続しても構わない。
Further, in the intake passage 2, the downstream side of the throttle valve 26 becomes negative pressure due to the suction force of the piston in the intake stroke.
Therefore, the exhaust gas E can be satisfactorily supplied to the intake passage 2 through the intake side EGR passage 12 by connecting the intake side EGR passage 12 downstream of the throttle valve 26.
If the back pressure generated in the exhaust passage 3 in the exhaust stroke is sufficiently larger than the pressure in the intake passage 2, the exhaust gas E can be easily recirculated from the exhaust passage 3 to the intake passage 2. The intake side EGR path 12 may be connected to the upstream side of the throttle valve 26 in the intake path 2.

また、吸気路2において、燃料ガス混合手段Yはスロットルバルブ26の上流側に配置されている。即ち、燃料ガス混合手段Yで生成された混合気は、スロットルバルブ26を通過することでその混合が促進される。
尚、燃料ガス混合手段Yを、ベンチュリミキサではなく、吸気路2への燃料ガスの供給量を調整可能なガス制御弁を制御して、新気Iに対する燃料ガスGの空燃比をマップ制御するように構成し、更に、その燃料ガス混合手段Yをスロットルバルブ26の下流側に配置しても構わない。また、このように構成することで、排気路3の圧力変動などの原因で不意にEGR量が変動した場合でも、EGR手段Xが、排気路3から取り出した排ガスEを吸気路2と燃料ガス路21との両方に供給するという構成により、燃焼室1に新気Iとして吸気される混合気の当量比の変動を良好に抑制できる。また、燃料ガス混合手段Yを、スロットルバルブ26の下流側の吸気路2における燃焼室1にできるだけ近い箇所に配置すれば、吸気路2の残留燃料が次のサイクルのバルブオーバーラップ中に排気路3へ吹き抜けることを抑制することもできる。
Further, in the intake passage 2, the fuel gas mixing means Y is disposed on the upstream side of the throttle valve 26. In other words, the air-fuel mixture generated by the fuel gas mixing means Y passes through the throttle valve 26 and the mixing is promoted.
The fuel gas mixing means Y is not a venturi mixer, but a gas control valve capable of adjusting the amount of fuel gas supplied to the intake passage 2 is controlled to map the air-fuel ratio of the fuel gas G to the fresh air I. Further, the fuel gas mixing means Y may be arranged on the downstream side of the throttle valve 26. Further, with this configuration, even when the EGR amount fluctuates unexpectedly due to pressure fluctuations in the exhaust passage 3, etc., the EGR means X takes the exhaust gas E extracted from the exhaust passage 3 into the intake passage 2 and the fuel gas. With the configuration of supplying both to the passage 21, it is possible to satisfactorily suppress fluctuations in the equivalence ratio of the air-fuel mixture sucked into the combustion chamber 1 as fresh air I. Further, if the fuel gas mixing means Y is arranged as close as possible to the combustion chamber 1 in the intake passage 2 on the downstream side of the throttle valve 26, the residual fuel in the intake passage 2 is exhausted during the valve overlap of the next cycle. Blowing to 3 can also be suppressed.

尚、上記の実施の形態では、燃料ガスGとして天然ガス系都市ガスを用いたが、燃料ガスGとしては、天然ガス系都市ガス以外の気体燃料等を用いることもできる。   In the above embodiment, the natural gas city gas is used as the fuel gas G. However, as the fuel gas G, a gaseous fuel other than the natural gas city gas can be used.

本発明は、燃焼室から排気路に排出された排ガスの一部を燃焼室に吸気される新気に還流させるEGR手段を設け、そのEGR手段による排ガスの供給量を変更する場合でも、簡単な構成で燃焼室に吸気される混合気の当量比を安定させ、ノッキングや失火などの問題を回避することができるガスエンジンとして有効に利用可能である。   The present invention provides an EGR means for recirculating a part of the exhaust gas discharged from the combustion chamber to the exhaust passage to fresh air sucked into the combustion chamber, and even when changing the supply amount of the exhaust gas by the EGR means, The configuration can stabilize the equivalence ratio of the air-fuel mixture sucked into the combustion chamber, and can be effectively used as a gas engine that can avoid problems such as knocking and misfire.

本発明に係るエンジンの実施の形態を示す概略図Schematic showing an embodiment of an engine according to the present invention

符号の説明Explanation of symbols

1:燃焼室
2:吸気路
3:排気路
11:主EGR路
12:吸気側EGR路
13:燃料ガス側EGR路
15:EGR弁
21:燃料ガス路
22:ガバナ
23:ノズル部
24:ベンチュリ部
26:スロットルバルブ
X:EGR手段
Y:燃料ガス混合手段
I:新気
G:燃料ガス
E:排ガス
1: Combustion chamber 2: Intake path 3: Exhaust path 11: Main EGR path 12: Intake side EGR path 13: Fuel gas side EGR path 15: EGR valve 21: Fuel gas path 22: Governor 23: Nozzle section 24: Venturi section 26: Throttle valve X: EGR means Y: Fuel gas mixing means I: Fresh air G: Fuel gas E: Exhaust gas

Claims (4)

燃焼室から排出された排ガスの一部を当該燃焼室に吸気される新気に還流させるEGR手段と、
吸気路を流通する新気の量に対して燃料ガス路から供給される燃料ガスの量を一定割合に維持して、前記吸気路を流通する新気に前記燃料ガス路から供給された燃料ガスを混合する燃料ガス混合手段とを備えたエンジンであって、
前記EGR手段が、排気路から取り出した排ガスを前記吸気路と前記燃料ガス路との両方に供給するように構成されているエンジン。
EGR means for returning a part of the exhaust gas discharged from the combustion chamber to fresh air sucked into the combustion chamber;
And maintaining the amount of fuel gas supplied from the fuel gas passage with respect to the amount of fresh air flowing through the intake passage at a constant rate, the fuel gas supplied from the fuel gas passage to the fresh air flowing through the intake passage An engine comprising a fuel gas mixing means for mixing
An engine in which the EGR means is configured to supply exhaust gas extracted from an exhaust passage to both the intake passage and the fuel gas passage.
前記燃料ガス混合手段が、前記吸気路を縮径してなるベンチュリ部を有すると共に、前記燃料ガス路の先端部に接続されたノズル部を当該ベンチュリ部に開口させてなるベンチュリミキサで構成されている請求項1に記載のエンジン。   The fuel gas mixing means has a venturi portion formed by reducing the diameter of the intake passage, and is constituted by a venturi mixer in which a nozzle portion connected to a tip portion of the fuel gas passage is opened to the venturi portion. The engine according to claim 1. 前記EGR手段が、燃焼室に吸気される新気へのEGR量を調整可能に構成されている請求項1又は2に記載のエンジン。   The engine according to claim 1 or 2, wherein the EGR means is configured to be able to adjust an EGR amount to fresh air taken into the combustion chamber. 前記EGR手段が、一端側が前記排気路に接続された主EGR路と、前記主EGR路の他端側と前記吸気路とを接続する吸気側EGR路と、前記主EGR路の他端側と前記燃料ガス路とを接続する燃料ガス側EGR路と、前記主EGR路に設けられたEGR弁とで構成されている請求項1〜3の何れか一項に記載のエンジン。   The EGR means includes a main EGR path having one end connected to the exhaust path, an intake side EGR path connecting the other end side of the main EGR path and the intake path, and the other end side of the main EGR path; The engine according to any one of claims 1 to 3, comprising a fuel gas side EGR path connecting the fuel gas path and an EGR valve provided in the main EGR path.
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