CN1188845A - 发动机的燃烧室构造 - Google Patents

Abstract

本发明的发动机燃烧室构造,能减少压缩行程时的摩擦,把主室1的空气压缩力的一部分作为弹簧力蓄积起来,防止主室1的压缩空气压力过度上升,抑制主室1与副室2之间的压力差,在膨胀行程时,将弹簧22、52蓄积的弹簧力作为功返回,减少摩擦和热等消耗的能量,提高主室1的空气利用率,提高主室1的燃烧速度,缩短燃烧时间,使弹簧22、52蓄积的弹簧力作为作用于活塞15的功返回。降低燃料费用。

Description

发动机的燃烧室构造

本发明涉及发动机的燃烧室构造，特别涉及一种将天然气等气体供给副室、将吸入空气供给主室、压缩该吸入空气并在压缩行程上死点附近使压缩空气与气体燃料混合、点火燃烧的发动机的燃烧室构造。

近年来，以天然气等气体燃料为主燃料的发动机，作为废气发电系统或汽车用发动机，其开发很迅速。废气发电系统，是由发电机将动力作为电能输出，并利用排气热能由热交换器将水加热成热水，作为供热水使用。废气发电系统可作为饭店、医院、办公室等的供电系统。在汽车用发动机中使用天然气燃料时，由于燃料温度低不容易生成NOx，所以，可作为低公害车。

 以天然气为燃料的发动机，例如有日本专利公报特开昭54-156911号、特开昭63-6358号、特开平1-232119号、实公平3-41068号、特开平7-158448号所揭示的型式。

例如，特开平7-158448号揭示的天然气发动机，由连通孔将形成在气缸盖上的副室与形成在气缸侧的主室连通，在连通孔中配置控制阀。在该盖部通过节流部连通气体室和副室，为了将天然气通过气体通路供给到副室，在气体室形成气体导入口，设有在压缩行程终端附近打开连通孔的控制阀，在连通孔的闭锁状态开启的气体导入阀设在气体导入口上，该气体导入口形成于气体室。由于气体导入阀的开放，天然气被供给到气体室，天然气可滞留在气体室和节流部的附近。

现有技术中，燃气发动机以天然气等气体燃料作为燃料，与汽油同样地从进气门吸入燃料，由简单的系统构成压燃的方式，所以，一般采用该系统。但这种系统容易发生敲缸现象，所以不能加大压缩比，理论热效率不一定高。

燃气发动机由于燃料压燃的着火性差，所以要将燃烧室做成绝热构造，以实现柴油机燃烧，提高热效率。另外，在燃气发动机中，作为提高热效率的办法，是在燃烧室内采用绝热构造，将排气能量变换为动力。

但是，燃气发动机以天然气等气体作为燃料，把燃烧室做成绝热构造时，是在吸入行程吸入气体与空气的混合气，接着进行压缩，这时，被高压缩的气缸内的温度增高，容易发生自燃即敲缸现象。从理论上说，发动机的热效率随着压缩比的减小而降低。

绝热型发动机，由于回收排气能量，在吸气行程吸入气体与空气的混合气，接着进行高压缩时，气缸内的温度过高，容易发生自燃即敲缸现象。

具有绝热构造燃烧室的发动机，由于燃烧室壁面温度上升，使供给该燃烧室的燃料在点火定时之前自燃，这样的自燃的问题增多。在绝热发动机中，在压缩比高的构造的情况下，从进气门吸入的空气与从燃料通路来的燃烧气体混合后被高压缩时，就会发生自燃，在远离上死点前开始燃烧，就会引起敲缸现象，作为发动机是不合格的。

但是，发动机中，为了使天然气等气体燃料以柴油机循环燃烧，如果将天然气压缩成高压后喷射到燃烧室，便能提高热效率。但是，为了把天然气等气体压缩至25～30MPa，要提高装置的成本，而且高压喷射气体时，NOx增加，柴油机燃烧的燃料费提高从而失去经济效果。

因此，现有的燃气发动机，不将天然气等的气体燃料的压力上升到高压，便把气体燃料送入燃烧室内，将燃烧室分成主室和副室，用连通孔将主室和副室连通，在连通孔中设置控制阀，在吸气行程时将吸入空气供给气缸内的主室，在压缩行程压缩该吸入空气，在吸入行程或排气行程时，将气体燃料供给副室，在活塞上升运动的压缩行程后半，开放控制阀，将压缩空气从主室导入副室与气体燃料混合并点火燃烧，实现柴油机燃烧，提高热效率。

上述燃气发动机中，在压缩行程的后半使控制阀动作而开放连通孔，将主室与副室连通时，接近压缩行程的后半，在控制阀开放连通孔之前，主室的压缩空气压力过度上升，摩擦及压缩空气的热增加，使热损失增加。在主室内增加的压缩空气由于主室与副室间的压力差而高速度地从主室流入副室，虽然主室中的压缩空气压力上升，但由于主室与副室的连通使该压缩空气压降低，其结果所作功量由气体而减少，造成该部分燃料利用率的恶化。

在燃气发动机中，压缩比为15～17时，用控制阀闭锁连通孔，使副室与主室处于隔绝的状态，活塞接近压缩上死点附近时，主室的压缩空气成为高压，其压力是没有控制阀的发动机的1.7～2倍，在该状态下开放连通孔时，主室的压力降低，并且由于高压力压缩空气的原因，作用于活塞的摩擦和热成为负功，所以，燃料利用率低。

因此，在燃气发动机中，压缩行程时，将在主室被压缩的空气压力限制在不太高的压力，为了不受摩擦及热等消耗，把压缩空气压的一部分作为弹簧的弹力蓄积起来，在膨胀行程时，使该蓄积的弹力返回到对活塞做功的流体中，可提高燃料利用率。

本发明是鉴于上述问题而作出的，其目的在于提供一种发动机的燃烧室构造，该燃料室构造，能抑制压缩行程时的摩擦和热的增加，将主室的空气压缩力的一部分作为弹簧的弹力蓄积起来，防止主室的压缩空气压力过度上升，减小主室与副室的压力差，并且在膨胀行程时将弹簧蓄积的弹力和压缩空气压作为功返回，减少摩擦和热等消耗的能量，使存在于主室内的压缩空气用于燃烧，提高主室的空气利用率，提高燃烧速度，缩短燃烧时间，将弹簧蓄积的弹力作为作用于活塞的功返回，减少燃烧费用。

该燃烧室的构造，为了把主室的空气压缩力的一部分作为弹簧力蓄积起来，在主室中配置着空气室(减压室)，该空气室备有被弹簧的弹力推压的副活塞，在压缩行程中，使在主室被压缩的压缩空气的一部分抵抗弹簧的弹力蓄积在减压室内，然后在膨胀行程中，由弹簧力使蓄积在减压室内的压缩空气向主室喷出，作用于活塞，作为功返回。

或者，该燃烧室的构造，为了把主室的空气压缩力的一部分作为弹簧的弹力蓄积起来，把备有可动头部件的容积可变的容积可变主室部设在活塞的腔室内，在压缩行程中，让在主室被压缩的压缩空气的一部分抵抗弹簧的弹力蓄积在容积可变主室部内，然后在膨胀行程中，由蓄积在容积可变主室部的弹簧弹力推出容积可变主室部内的空气及燃烧气体，作用于活塞，作为功返回。

本发明的发动机燃烧室的构造，其特征在于，备有副室部件、燃烧室部件、活塞、燃料供给路、控制阀、燃料阀、容积可变的减压室；副室部件配置在气缸盖上并形成有副室和连通孔，燃烧室部件由将副室通过上述连通孔与连通的主室构成，活塞在构成主室的气缸内往复运动，燃料供给路用于将气体燃料供给副室，控制阀用于开闭上述连通孔，燃料阀用于开闭上述燃料供给路，减压室朝主室开口并配置着被弹簧推压的副活塞；在压缩行程时，主室的压缩空气的一部分抵抗弹簧力使副活塞移动并蓄积在减压室内，在膨胀行程时，由弹簧力使副活塞动作，使减压室内的压缩空气向主室喷出。

上述控制阀在压缩行程终端附近开放连通孔，并且在排气行程终端之前闭锁该连通孔；上述燃料阀在连通孔闭锁时开放，将气体燃料从燃料供给路供给到副室内。

上述减压室和主室的连通口，在从活塞的压缩行程后半到膨胀行程前半的期间内，由活塞的头部侧面闭锁。

上述减压室由配置在气缸盖上的减压室部件形成，在减压室部件内的气缸内滑动移动的副活塞的背面，配置着弹簧。

上述主室由耐热陶瓷做的燃料室部件形成隔热构造，副室由耐热陶瓷做成的副室部件形成隔热构造，上述减压室也形成隔热构造。

该燃烧室构造由于如上述地构成，因而有减压室，所以气缸内的压力不过度上升，压缩空气压蓄积在减压室内的弹簧力中，活塞消耗的摩擦不增大，在膨胀行程时，蓄积为弹簧力的压缩空气压作为功返回，可提高热效率。

即，象现有发动机那样在减压室内无弹簧的情况下，由于减压室使压缩比降低，无用容积增加，热效率低。但本发明的发动机，由于在减压室内设置了弹簧，可以避免该现象。另外，活塞外周面与气缸壁面之间的间隙具有节流的作用，所以，在上死点附近，减压室的压缩空气和气缸内的压缩空气被隔断，不会发生任何问题。

该燃烧室的构造，在连通主室与副室的连通孔被控制阀闭锁期间，开放燃料阀，向副室供给气体燃料，并且，在压缩行程时，一边压缩由吸气行程导入主室的空气，一边将其一部分蓄积在减压室内，在活塞顶面闭锁了减压室的连通口后，进一步压缩存在于主室内的压缩空气，总体上避免压缩空气过度上升，抑制摩擦和热等的增加，开放控制阀时，从主室向副室导入压缩空气，在副室中使压缩空气与气体燃料混合并点火，从副室向主室喷出火焰、未燃混合气等的气体，使活塞做功，然后，在膨胀行程前半，在减压室的连通口向主室开放时，弹簧力使副活塞移动，推出减压室内的压缩空气用于燃烧，使其做功。

该燃烧室的构造，由于副室内没有空气，所以气体燃料不会自燃，不发生敲缸现象，另外，由于主室内没有气体燃料，所以可把空气压缩至预定的空气压力。因此，该燃烧室的构造，能卷入存在于主室和减压室内的空气，提高空气利用率，提高燃烧速度，缩短燃烧时间，在短期间内完成燃烧，减少NOx、HC等的产生，尤其能提高热效率，防止气体燃料的自燃，防止敲缸现象。

如上述所，该燃烧室的构造，由于在主室的一部分设置空气室即减压室，在压缩行程的后半，压缩空气的一部分滞留在减压室内，可防止在压缩行程终端附近的主室内的压缩空气压力异常上升，压缩行程时的功不增加，而且，主室的压力不过度增大，能提高燃烧室部件的耐久性。如果将减压室在气缸盖即盖下表面部的附近设置主室与减压室的连通口，则随着活塞上升而增加的压力推压减压室内的副活塞，气缸即主室内的内压不会异常增加。在压缩行程上死点附近，由于连通口被活塞闭锁，所以，在上死点附近不影响因燃烧而急剧增加的压力上升，该压力上升变换为功，在燃烧的中后期，空气室的空气向燃烧气体中喷出，有助于后期的燃烧。

本发明的发动机燃烧室的构造，其特征在于，备有副室部件、燃烧室部件、燃料供给路、控制阀、燃料阀和活塞；副室部件配置在气缸盖上并形成有副室和连通孔，燃烧室部件由将副室通过上述连通孔连通的主室构成，燃料供给路用于将气体燃料供给副室，控制阀用于开闭上述连通孔，燃料阀用于开闭上述燃料供给路，活塞在气缸内往复运动；在活塞的活塞头上，形成构成主室的一部分的腔室，在该腔室内配置着由弹簧力支持着的可动头部件，该可动头部件随着主室内的气体压力抵抗弹簧力在腔室内移动，形成容积可变的容积可变主室部。

在压缩行程时，使可动头部件抵抗上述弹簧力移动，使容积可变主室部扩张，将主室的压缩空气的一部分蓄积在容积可变主室部内，在膨胀行程时，由弹簧力使可动头部件动作，将存在于容积可变主室部内的压缩空气向主室推出。

上述控制阀在压缩行程终端附近开放连通孔，并且在排气行程后半之前闭锁该连通孔；上述燃料阀在连通孔闭锁时开放，将气体燃料从燃料供给路供给到副室。

可动头部件与上述腔室壁面之间保持气密，气体泄漏通路形成于活塞头上，可动头背面侧的中空部可通过该气体泄漏通路泄漏气体。

在可动头部件背面的腔室内配置着弹簧，可动头部件由该弹簧弹性地支持着。

主室由耐热陶瓷做的燃烧室部件形成隔热构造，副室由耐热陶瓷做的副室部件形成隔热构造，可动头部件和弹性地支持该可动头部件的弹簧由耐热陶瓷或耐热金属制成。

该燃烧室的构造由于如上述地构成，在连通主室与副室的连通口被控制阀闭锁期间，开放燃料阀向副室供给气体燃料，并且，在压缩行程，一边压缩由吸气行程导入主室的空气，一边抵抗弹簧力将该过度上升的空气压力蓄积在扩大了的容积可变主室部的弹簧等内，总体上避免压缩空气压力的过度上升，抑制摩擦、热等的增加，然后开放控制阀，从主室向副室导入压缩空气，在副室内使压缩空气与气体燃料混合并点火，从副室向主室喷出火焰、未燃混合气等的气体，使活塞做功，随着活塞的下降，在膨胀行程中，由弹簧力使可动头部件移动，推出容积可变主室部内的压缩空气用于燃烧，使活塞做功。

如上所述，该燃烧室的构造中，由于在主室的一部分设置空气室即容积可变主室部，所以，在压缩行程后半，压缩空气的一部分滞留在容积可变主室部内，防止压缩行程终端附近时主室内压缩空气压力异常上升，压缩行程时的功不增加，而且主室的压力不过度增大，可提高燃烧室部件的耐久性。另外，如果把连通主室与容积可变主室部的连通口设在盖下表面部附近，则随着活塞的上升而增加的压力推压容积可变主室部内的可动头部件，气缸即主室内的内压不异常增高。在压缩行程上死点(top deadcenter)附近，由于连通口被活塞闭锁，所以，在上死点附近因燃烧而急剧增加的压力上升不受影响，该压力上升变换为功，在燃烧的中后期，空气室内的空气向燃烧气体中喷出，有助于后期的燃烧。

图1是本发明发动机燃烧室构造一实施例的剖面图。

图2是说明图1所示发动机的动作的曲线图。

图3是表示本发明发动机燃烧室构造的另一实施例的剖面图。

图4是说明图3所示发动机的动作的曲线图。

下面，参照附图说明本发明的实施例。本发明发动机的燃烧室构造适用于废气发电系统或汽车用发动机。

先参照图1和图2说明本发明的一实施例。

如图1所示，该发动机具有气缸体14、气缸盖7、气缸套27、活塞15、副室部件3和燃烧室部件10。气缸盖7通过密封垫圈38载置地固定在气缸体14上面。气缸套27构成嵌合在孔部37内的气缸28，该孔部37形成在气缸体14上。活塞15在气缸28内往复运动，气缸28形成在气缸套27内。副室部件3形成副室2，该副室2配置在小径的腔室6内，该腔室6形成在气缸盖7上。燃烧部件10形成主室1，该主室1配置在大径的腔室9内，该腔室9形成在气缸盖7内。主室1由形成在燃烧室部件10内的气缸28和由气缸套27形成的气缸28构成。

配置在气缸盖7的腔室9内的燃烧室部件10由盖套构成，该盖套由盖下面部11及与该盖下面部11成一体的套上部12构成。盖下面部11上形成吸气口17和排气口19，在吸气口17配置着吸气阀16，在排气口19配置着排气阀18。燃烧室部件10的盖下面部11上形成有连通主室1和副室2的连通孔31。在副室部件3上形成有连通孔13，该连通孔13与上述连通孔31吻合。

燃烧室部件10由Si₃N₄等陶瓷或耐热合金等材料做成，隔着密封垫圈34配置在气缸盖7的腔室9内，在燃烧室部件10的外周面与形成在气缸盖7上的腔室9之间形成隔热空气层36，这样，主室形成为隔热构造。副室部件3由Si₃N₄等陶瓷或耐热合金等材料做成，隔着密封垫圈33配置在气缸盖7的腔室6内，在与形成在气缸盖7上的腔室6之间形成隔热空气层39，这样，副室2形成隔热构造。

活塞15由活塞头25和活塞裙26构成，活塞头25用Si₃N₄等陶瓷或耐热合金等耐热材料做成，活塞裙26固定在活塞头25上，由铝合金等金属材料做成。密封垫圈41夹设在活塞头25与活塞裙26之间，形成隔热空气层44，活塞头25和活塞裙26通过结合环29由填满金属(メタルフロ)等方式固定。

该发动机中，控制阀4设置在燃烧室部件10的头下面部11上的连通孔31内，并贯通副室部件3上的通孔32。另外，为了通过形成在气缸盖7上的气体燃料供给路8把气体燃料供给到副室2，在副室部件3上形成气体燃料导入口42，在该导入口42配置着燃料阀5。控制阀4往复运动，在压缩行程终端附近开放连通孔31，使副室2与主室1成为连通状态，至迟在排气行程前半闭锁该连通孔，将主室1与副室2隔断。燃料阀5在连通孔13、31闭锁时开放，将气体燃料从燃料供给路8供给到副室2。气体导入口42上配置着燃料阀5。燃料阀5在控制阀4闭锁连通孔13、31时开放气体导入口42。因此，当燃料阀5开放气体燃料导入口42时，气体燃料便从气体燃料供给路8通过燃料导入口42供给到副室2内。

该燃料室构造中，在气缸盖7上配置着减压室部件30，该减压室部件30备有朝着主室1开口的连通口23。形成在减压室部件30上的气缸40内，配置着被弹簧22的弹力推压的副活塞21，形成空气室即减压室20。

另外，在副活塞21上形成环形沟槽，在该环形沟槽内装着密封环43。容积可变的减压室20相对于外部是密封的。在减压室部件30的外侧配置着由陶瓷等做成的壁体45，形成隔热空气层44，将减压室20做成隔热构造。

该发动机中，在活塞15的压缩行程时，主室1的压缩空气的一部分抵抗弹簧力使副活塞21移动并蓄积在减压室20内，接着，在活塞15的膨胀行程时，弹簧力使副活塞21动作，将蓄积在减压室20内的压缩空气向主室1推出即喷出。减压室20与主室1之间的连通是通过形成在燃烧室部件10上的连通口24和形成在减压室部件30上的连通口23进行的。从活塞15的压缩行程后半到膨胀行程前半的期间被活塞15的冠部侧面闭锁。减压室20由配置在气缸盖7上的减压室部件30形成，在减压室部件30内的气缸40内滑动的副活塞21的背面，配置着弹簧22。根据情况也可以在配置弹簧22侧的减压室部件30上形成与大气连通的通孔(图未示)。

该发动机，作为燃料的天然气即气体燃料，存放在气体燃料箱或蓄压气体燃料的气体燃料蓄压室(图未示)等的气体燃料供给源内。连通口13、31的区域，因为被燃烧气体形成高温，所以，配置在连通口31的控制阀4最好用具有高温强度的、耐热性好的氮化硅、碳化硅等的陶瓷制作。燃料阀5可由通常的动阀机构运作，也可以被电磁力开闭的电磁阀驱动装置运作，也可以根据发动机的负荷控制燃料阀5的开阀时间。燃料阀5开放气体导入口42时，仅把所需量的气体燃料从气体燃料源供入副室2。

下面，参照图2说明该发动机的动作。

该发动机依次反复进行吸气行程、压缩行程、膨胀行程和排气行程这样4个冲程。在吸气行程，吸气阀16开放吸气口17，吸入的空气被供给到主室1，在控制阀4闭锁连通孔13、31的状态，燃料阀5开放气体燃料导入口42，来自气体燃料供给源的气体燃料通过气体燃料供给路8从气体燃料导入口42供给到副室2。这时，在副室2由于还残留着一些燃烧后的燃烧气体，所以，当气体燃料被导入副室2时，气体燃烧受热而在副室2内活性化。

发动机的动作移至压缩行程，在压缩行程，连通孔13被控制阀4闭锁，随着活塞15的上升，主室1的吸入空气被压缩，压缩空气压如曲线M那样地上升，同时，主室1的压缩空气压M通过连通口24、23使副活塞21抵抗弹簧22的弹力移动，主室1内的压缩空气的一部分被导入减压室20。在压缩行程的后半，活塞15进一步上升，活塞15的顶面35到达通过连通口24的位置时，(符号RC)，减压室20与主室1的连通被活塞15的外周侧面隔断。这时，由于减压室20是隔热构造，所以，已流入减压室20内的压缩空气不产生散热损失。这时，燃烧室部件10的衬套上部12的壁面与活塞头25外周面之间，存在着活塞15能往复动的间隙，由于活塞15的高速往复运动，主室1与减压室20之间几乎是隔断的状态。然后，减压室20的压缩空气在保持其压力的状态下被蓄积，主室1的压缩空气随着活塞15的上升沿着曲线MP进一步被压缩。在该压缩行程期间，副室2内的气体燃料一边活化一边如曲线S所示地产生若干压力的上升。

接着，活塞15进一步上升，到达主室1的压缩空气被压缩后的压缩行程终端附近时(符号OP)，控制阀4开放连通孔31、13，被压缩了的高温(例如650℃)化压缩空气通过连通孔31、13从主室1流入副室2，主室1内一下子减压，同时副室2内的压力一下子急剧增压。导入到副室2内的压缩空气与气体燃料混合后点火燃烧，副室2内达到最高压力Smax。一般的急速燃烧时的状态如虚线的曲线所示。该发动机，由于设置了减压室20，主室1的压力曲线M与未设置减压室20的主室压力曲线Q相比，其压力被抑制得较低，斜线A所示区域的压力不被摩擦和热等消耗。另外，为了便于参考，对于现有的以柴油发动机的轻油为燃料的发动机，将主室压力用虚线的曲线N表示。

副室2内的点火燃烧，火焰传播，在副室2内活化的混合气的燃烧顺利进行，在副室2的燃烧急速地进展，以燃料充分、NOx减少的状态燃烧。接着，移至膨胀行程，副室2的火焰、未燃混合气等的气体通过连通孔13、31向主室1喷出，一边将存在于主室1内的空气卷入促进燃烧，一边使活塞15做功，主室1的压力如曲线ME所示地下降。然后，在活塞头25的顶面35通过了连通口24的时刻RO时，减压室20的连通口23向主室1开放，因此，副活塞21被弹簧22的弹力移动，蓄积在减压室20内的压缩空气从减压室20向主室1喷出。蓄积在减压室20内的压缩空气喷入主室1中的火焰、未燃混合气等的气体中，利用蓄积在减压室20内的空气压，燃烧更加旺盛，沿着曲线MEP做功，提高燃烧速度，缩短燃烧时间，在短期间内完成燃烧。因此，该发动机中，与未设置减压室20的主室压力曲线Q相比，减压室20的空气压的喷出力以及后期燃烧所做的斜线B所示区域的功增加。

如上所述，该发动机在压缩行程中，主室1内的压缩空气的一部分暂时地蓄积在减压室20内，由于主室1内的压缩空气不全部被压缩，所以可将主室1的压缩空气压抑制得较低，能量不被斜线A所示区域摩擦和热等消耗。在膨胀行程中，弹簧22的弹力将蓄积着的压缩空气重新返回主室1，所以，可提高斜线B所示区域的热效率，降低燃料费用。另外，该发动机中，在副室2上设有连通孔31、13和气体燃料导入口42，在控制阀4闭锁连通孔13的状态，来自气体燃料供给源的气体燃料从气体燃料导入口42供给到副室2内，同时，在控制阀4闭锁连通孔13、吸入空气未供到副室2的状态，在活塞15上升的压缩行程中，从吸气口17吸入到主室1的吸入空气被压缩，所以，吸入空气即使在主室1内被高压缩，由于供给副室2内的气体燃料与主室1被控制阀4隔断，所以气体燃料不会自已点火，不会产生敲缸现象。另外，控制阀4开放连通孔13、31时，高压缩比的吸入空气从主室1流入副室2，燃料气体与吸入空气混合而点火，以当量比大的燃料充足状态高速燃烧，可抑制NOx、HC的产生。

下面参照图3和图4说明本发明发动机燃烧室构造的另一实施例。图3所示燃烧室的构造中，与图1所示燃烧室构造中具有相同功能和构造的部件，注以相同标号，其说明从略。

如图3所示，该发动机燃烧室构造的特征是，在活塞15的活塞头25上，形成构成主室1的一部分的腔室55，在腔室55内配置着由弹簧力支持着的可动头部件51。可动头部件51在主室1内的气体压力作用下，在腔室55内移动而构成容积可变的容积可变主室部50，在可动头部件51背面的腔室55中，配置着弹性地支持可动头部件51的弹簧52。在活塞15的压缩行程时，主室1的压缩空气的一部分抵抗弹力使可动头部件51移动、使容积可变主室部50的容积扩大并蓄积在容积可变主室部50内。接着，在活塞15的膨胀行程时，弹簧力推回可动头部件51，将存在于容积可变主室部50内的压缩空气向主室1推出。

在可动头部件51上形成沟槽，密封环56装在该沟槽内，使容积可变的容积可变主室部50向主室1开放，并且，形成在可动头部件51背面侧腔室55中的中空部54，通过形成在活塞头25上的气体泄漏通路53使气体泄漏到外部。即，活塞15在吸气行程中下降时，残留在中空部54内的气体通过气体泄漏通路53泄漏到外部，所以，中空部54不保持高压状态，蓄积为弹簧52的弹簧力，可确保可动头部件51的灵活动作。

主室1由耐热陶瓷做的燃烧室部件10形成隔热构造，副室2由耐热陶瓷做的副室部件3形成隔热构造，可动头部件51和弹性地支持可动头部件51的弹簧52由耐热陶瓷或耐热金属制成。

下面，参照图4说明具有本发明燃烧室构造的发动机的动作。该发动机中，关于共同的燃气发动机的动作，与图2所示动作基本相同。

该发动机在压缩行程中，连通孔13被控制阀4闭锁，随着活塞15的上升，主室1的吸入空气被压缩，压缩空气压如曲线M所示地上升，同时，主室1的压缩空气压M使可动头部件51抵抗弹簧52的弹力移动，主室1内的压缩空气的一部分扩张，储存在容积可变主室部50内。另外，在压缩行程中，副室2内的气体燃料一边活化，一边产生如曲线S所示的压力稍稍上升。

接着，活塞15进一步上升，到达主室1的压缩空气被压缩的压缩行程终端附近时(符号OP)，控制阀4开放连通孔31、13，被压缩了的高温(例如650℃)化压缩空气通过连通孔31、13从主室1流入副室2，副室2内的压力急剧上升，同时主室1的压力降低若干。导入到副室2内的压缩空气与气体燃料混合并点火燃烧，副室2内达到最高压力Smax。用虚线的曲线表示一般的急速燃烧的状态。该发动机中，由于设置了容积可变主室部50，所以，主室1的压力曲线M与未设置容积可变主室部50的主室压力曲线Q相比，压力可抑制得较低，斜线A所示区域的压力不被摩擦和热等消耗。另外，为了便于参考，以轻油为燃料的现有柴油发动机的主室压力，用虚线的曲线N表示。

副室2内的点火燃烧，火焰传播，副室2内的活化了的混合气的燃烧顺利进行，副室2的燃烧急速进展，以燃料充足、减少NOx的状态燃烧。移至膨胀行程，副室2的火焰、未燃混合气等的气体通过连通孔13、31向主室1喷出，将存在于主室1内的空气卷入，促进燃烧，使活塞15做功。主室1的压力如曲线ME所示地下降。接着，活塞15下降，当气缸28内的气体压小于弹簧52的弹力时，弹簧52的弹力使可动头部件51移动，将蓄积在容积可变主室部50内的压缩气体从容积可变主室部50推出到主室1。因此，利用蓄积在容积可变主室部50内的气体压使活塞15做功，并且提高主室1的燃烧速度，缩短燃烧时间，在短时间内完成燃烧。因此，该发动机，与未设置容积可变主室部50的主室压力曲线Q相比，由于可动头部件51将容积可变主室部50的气体送出的力，使斜线B所示区域的功增加。

如上所述，备有本发明燃烧室构造的发动机，在压缩行程中，主室1内的压缩空气的一部分暂时蓄积在容积可变主室部50内，主室1内的压缩空气不全部被压缩，所以，可以将主室1的压缩空气压抑制得较低，斜线A所示区域能量不被摩擦和热等消耗。另外，在膨胀行程中，由弹簧52的弹力将蓄积着的压缩空气重新推回主室1，所以，可提高斜线B所示区域的热效率，减少燃料费用。另外，该发动机中，由于在副室2上设置连通孔31、13和气体燃料导入口42，在控制阀4闭锁连通口13的状态，来自气体燃料供给源的气体燃料从气体燃料导入口42被供给到副室2，同时，在控制阀4闭锁连通孔13、吸入空气未供给到副室2的状态，在活塞15上升的压缩行程中，从吸气口17吸入到主室1内的吸入空气被压缩，所以，即使吸入空气在主室1内被高压缩，由于供给到副室2内的气体燃料与主室1之间被控制阀4隔断，所以，气体燃料不会自燃，不会产生敲缸现象。另外，控制阀4开放连通孔13、31时，高压缩比的吸入空气从主室1流入副室2，燃料气体与吸入空气混合并点火，以当量比大的、燃料充足状态高速燃烧，可抑制NOx、HC等的产生。

Claims (12)

1.一种发动机燃烧室的构造，其特征在于，它由副室部件、燃烧室部件、活塞、燃料供给路、控制阀、燃料阀、弹簧构成；副室部件配置在气缸盖上并形成有副室和连通孔，燃烧室部件由将副室通过上述连通孔连通的主室构成，活塞在构成主室的气缸内往复运动，燃料供给路用于将气体燃料供给副室，控制阀用于开闭上述连通孔，燃料阀用于开闭上述燃料供给路，弹簧在压缩行程时，将主室内产生的压缩空气的一部分变换为弹簧力蓄积起来；在膨胀行程时，由弹簧蓄积的弹簧力使活塞做功。

2.一种发动机燃烧室的构造，其特征在于，备有副室部件、燃烧室部件、活塞、燃料供给路、控制阀、燃料阀、容积可变的减压室；副室部件配置在气缸盖上并形成有副室和连通孔，燃烧室部件由将副室通过上述连通孔连通的主室构成，活塞在构成主室的气缸内往复运动，燃料供给路用于将气体燃料供给副室，控制阀用于开闭上述连通孔，燃料阀用于开闭上述燃料供给路，减压室朝主室开口并配置着被弹簧力推压的副活塞；在压缩行程时，主室的压缩空气的一部分抵抗弹簧力使副活塞移动并蓄积在减压室内，在膨胀行程时，由弹簧力使副活塞动作，使减压室内的压缩空气向主室喷出。

3.如权利要求2所述的发动机燃烧室的构造，其特征在于，上述控制阀在压缩行程终端附近开放连通孔，并且在排气行程终端之前闭锁该连通孔；上述燃料阀在连通孔闭锁时开放，将气体燃料从燃料供给路供给到副室内。

4.如权利要求2所述的发动机燃烧室的构造，其特征在于，上述减压室和主室的连通口，在从活塞的压缩行程后半到膨胀行程前半的期间内，由活塞的头部侧面闭锁。

5.如权利要求2所述的发动机燃烧室的构造，其特征在于，上述减压室由配置在气缸盖上的减压室部件形成，在减压室部件内的气缸内滑动移动的副活塞的背面，配置着弹簧。

6.如权利要求2所述的发动机燃烧室的构造，其特征在于，上述主室用耐热陶瓷做的燃料室部件形成隔热构造，副室用耐热陶瓷做成的副室部件形成隔热构造，减压室也形成隔热构造。

7.一种发动机燃烧室的构造，其特征在于，备有副室部件、燃烧室部件、燃料供给路、控制阀、燃料阀和活塞；副室部件配置在气缸盖上并形成有副室和连通孔，燃烧室部件由将副室通过上述连通孔连通的主室构成，燃料供给路用于将气体燃料供给副室，控制阀用于开闭上述连通孔，燃料阀用于开闭上述燃料供给路，活塞在气缸内往复运动；在活塞的活塞头上，形成构成主室的一部分的腔室，在该腔室内配置着由弹簧力支持着的可动头部件，该可动头部件随着主室内的气体压力抵抗弹簧力在腔室内移动，形成容积可变的容积可变主室部。

8.如权利要求7所述的发动机燃烧室的构造，其特征在于，在压缩行程时，抵抗上述弹簧力使可动头部件移动，使容积可变主室部扩张，将主室的压缩空气的一部分蓄积在容积可变主室部内，在膨胀行程时，由弹簧力使可动头部件动作，将存在于容积可变主室部内的压缩空气向主室推出。

9.如权利要求7所述的发动机燃烧室的构造，其特征在于，上述控制阀在压缩行程终端附近开放连通孔，并且在排气行程后半之前闭锁该连通孔；上述燃料阀在连通孔闭锁时开放，将气体燃料从燃料供给路供给到副室。

10.如权利要求7所述的发动机燃烧室的构造，其特征在于，可动头部件与上述腔室壁面之间保持气密，气体泄漏通路形成于设在可动头部件背面的活塞头上，可动头部件背面侧的中空部可通过该气体泄漏通路泄漏气体。

11.如权利要求7所述的发动机燃烧室的构造，其特征在于，在可动头部件背面的腔室内配置着弹簧，可动头部件由该弹簧弹性地支持着。

12.如权利要求7所述的发动机燃烧室的构造，其特征在于，主室由耐热陶瓷做的燃烧室部件和设在其背面的隔热层形成隔热构造，副室由耐热陶瓷做的副室部件和设在其背面的隔热层形成隔热构造，可动头部件和弹性地支持可动头部件的弹簧由耐热陶瓷或耐热金属制成。

Images