JP2000027648A - ガス燃料圧縮手段を持つ副室式ガスエンジン - Google Patents

ガス燃料圧縮手段を持つ副室式ガスエンジン

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JP2000027648A
JP2000027648A JP10193376A JP19337698A JP2000027648A JP 2000027648 A JP2000027648 A JP 2000027648A JP 10193376 A JP10193376 A JP 10193376A JP 19337698 A JP19337698 A JP 19337698A JP 2000027648 A JP2000027648 A JP 2000027648A
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chamber
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gas
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piston
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Hideo Kawamura
英男 河村
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Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 この副室式ガスエンジンは，圧縮ピストンで
昇圧されたガス燃料を副室に噴射し，副室での燃焼を促
進する副室式ガスエンジンを提供する。 【解決手段】 この副室式ガスエンジンは，ピストン１
５に副室２を設け，シリンダヘッド３に配置した燃焼室
部材１０に圧縮室８を形成する。燃料噴射ノズル５は燃
焼室部材１０から突出し，ピストン上死点近傍でピスト
ン１５の副室２内に開口する噴孔１６を備えている。ガ
ス燃料弁１１は圧縮室８にガス燃料を供給する。圧縮室
８に供給されたガス燃料は，カム機構で作動される圧縮
ピストン２１によって昇圧される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は，圧縮されたガス
燃料を副室に供給して着火燃焼させるガス燃料圧縮手段
を持つ副室式ガスエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来，ガスエンジンとして，ＮＯX を低
減し，高効率を実現するため，希薄燃焼方式のエンジン
が開発されている。このようなエンジンとしては，ガス
ミキサーを吸気管に設置してオットサイクルで燃焼させ
る方式，或いは副室を設けて副室内にガス燃料を供給し
て燃焼させる方式がある。ガスエンジンとして，例え
ば，特開平７−３１０５５０号公報に開示されたものが
ある。
【０００３】上記特開平７−３１０５５０号公報に開示
されたガスエンジンは，天然ガス等のガス燃料を副室に
導入し，主室で吸入空気のみを圧縮して圧縮比を高める
と共に，副室内の筒内圧を圧電素子等のセンサで検出
し，その情報を基にして燃料供給弁を作動させて負荷と
回転数とに見合った適正な燃料供給量を制御し，主室内
の空気を高温に上昇させた状態で連絡孔の連絡孔弁を開
放して主室の高圧縮空気を副室に流入させ，副室内のガ
ス燃料と高圧縮空気とを一気に混合させることで短期間
に着火燃焼させるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで，ガスエンジ
ンにおいて，シリンダのほぼ中央に位置し且つ主室と副
室とを連通する連絡口を設けられた制御弁は，ピストン
が吸気弁を通じて空気を主室に吸入している間は連絡口
を閉鎖し，一方，副室にガス燃料供給弁を開放して副室
にガス燃料を供給し，圧縮行程の後半になって制御弁が
連絡口を開放し，主室内の圧縮空気を連絡口を通じて副
室に侵入させ，それによって，副室内で空気とガス燃料
とを混合して着火燃焼させ，次いで，副室内の火炎，未
燃混合気等のガスを主室に噴出させ，主室で二次燃焼を
行なわせている。
【０００５】しかしながら，上記のようなタイプの副室
式ガスエンジンは，空気とガス燃料との均一な混合を達
成するのは困難であり，熱効率を上げることができな
い。即ち，上記副室式ガスエンジンでは，副室に低圧力
の天然ガスが燃料として供給され，制御弁が連絡口を開
放することによって高圧で分子量が大きい空気を主室か
ら副室に供給するので，天然ガスと空気とは比重が異な
り混合し難く，副室内に未燃ガス燃料を押し付けて残存
させる原因になり，そのため燃焼状態が悪化し，良好な
燃焼を行わせることができず，熱効率の低下とＨＣの発
生を増加させる原因となる。また，天然ガスが燃焼する
には，天然ガス量が１に対して９〜９．５倍の空気量が
必要となるので，天然ガスの外側に多量の空気が存在す
る状態で燃焼させることが望ましい。しかしながら，上
記副室式ガスエンジンでは，空気中へのガス燃料を分散
させ過ぎ，燃焼が連続的に起こらないものと考えられ
る。
【０００６】即ち，副室内でのガス燃料と空気との混合
は，それらの物理的性質から考慮すると，天然ガスは主
成分がＣＨ4 であり，その分子量が１６であるのに対し
て空気の分子量が２９であるが，連絡口が開放して圧縮
された空気が副室内に噴射されると，圧縮圧力が４０〜
５０ｂａｒの空気が副室内に侵入することになり，空気
は急速に拡がって副室内に充満され，そのため，副室内
のガス燃料を混合することなく，副室の奥部即ち上部へ
押し込められる現象が発生する。
【０００７】また，圧縮短でのトータルの燃焼室容積に
示す副室の容積比を大きくして，副室に侵入する空気量
を増大させると，連絡口の開放前での主室内の圧力が上
昇し，連絡口を開放させるための制御弁をリフトさせる
力が大きくなり，電磁力等で制御弁をリフトさせる構造
では好ましくないものである。そこで，圧縮された多量
の空気中に，ガス燃料を噴射して着火燃焼させることに
よって圧縮空気とガス燃料とを副室内で均一に混合さ
せ，副室内のガス燃料を副室内に残存させることなく，
主室へと噴き出させ，副室での着火燃焼による火炎，未
燃混合気等のガスを燃焼初期において短期に主室へ噴き
出し，熱効率を向上させると共に，ＨＣ等の発生を低減
することができるかの課題がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明の目的は，上記
の課題を解決することであり，ピストンに副室を設け，
ガス燃料圧縮手段で圧縮されたガス燃料を燃料噴射ノズ
ルによって副室内の圧縮空気中に噴射し，前記副室内に
導入される圧縮空気によってガス燃料が前記副室の壁面
近傍に片寄らせられることを防止し，前記副室内で着火
燃焼させて火炎，未燃混合気等のガスを主室へ噴き出さ
せ，前記副室内にガス燃料が滞留することを防止し，Ｈ
Ｃ，ＮＯX ，スート等の発生を防止して熱効率を向上さ
せるガス燃料圧縮手段を持つ副室式ガスエンジンを提供
することである。
【０００９】この発明は，シリンダヘッドに設けられ且
つ主室を構成する燃焼室部材，前記主室と連通する副室
が形成され且つシリンダ内を往復動するピストン，前記
副室と前記主室とを連通する前記ピストンに形成された
連絡孔，前記燃焼室部材から突出し且つピストン上死点
近傍で前記ピストンに形成された挿入孔を通って前記副
室内に開口する噴孔を備えた燃料噴射ノズル，前記燃料
噴射ノズルのノズル本体に形成され且つ前記副室へ噴射
するガス燃料を貯蔵して圧縮する圧縮室，前記圧縮室に
ガス燃料を供給するガス燃料供給手段，前記圧縮室に供
給されたガス燃料を圧縮するため作動される圧縮ピスト
ン，及び前記圧縮ピストンを押圧駆動する駆動手段から
成るガス燃料圧縮手段を持つ副室式ガスエンジンに関す
る。
【００１０】前記圧縮ピストンを押圧駆動する前記駆動
手段は，動弁機構のカム軸に設けたカム，前記カムによ
って作動されるピストンロッド，及び前記ピストンロッ
ドを復帰させるリターンスプリングから構成されてい
る。
【００１１】前記圧縮ピストンは，その下降時に背面に
形成される中空部に漏洩したガス燃料を前記圧縮室へ回
収するため前記中空部と前記圧縮室とを連通する逆止弁
が配置された戻し通路を有する。
【００１２】前記圧縮ピストンは，その下降時に前記圧
縮室へガス燃料を供給するため前記ガス燃料供給手段に
連通する通路を有する。
【００１３】前記ノズル本体は，前記圧縮ピストンが摺
動移動する前記圧縮室を形成する大径筒部と前記針弁が
摺動移動する小径筒部から形成されている。
【００１４】前記ノズル本体の前記小径中空部は，前記
針弁の弁フェースが着座する弁シートと前記噴孔が形成
された前記副室に突入できる先端部を備えている。
【００１５】前記燃料噴射ノズルの針弁は，前記圧縮室
のガス燃料圧が所定以上の燃料圧に応答してばね力に抗
してリフトされ，前記噴孔を開放する。
【００１６】前記燃料噴射ノズルの前記針弁は，一端に
前記噴孔への通路を閉鎖する弁フェースが形成され，他
端に前記圧縮ピストンを押圧するピストンロッドに形成
された中空穴と前記圧縮ピストンに形成された貫通孔を
スプリングを介在して摺動移動する摺動部が形成されて
いる。
【００１７】前記ガス燃料供給手段は，ガス燃料供給源
からのガス燃料を圧縮する高圧ポンプ，前記高圧ポンプ
からのガス燃料をガス通路を通じて前記圧縮室へ供給し
且つ開口時間を制御するガス燃料弁，及び前記高圧ポン
プと前記ガス燃料弁との間に設けられた前記ガス燃料を
冷却する冷却器から構成されている。
【００１８】前記ガス燃料弁は，動弁機構のカム軸に設
けたカムで作動されてガス通路を開放する弁体，及び前
記弁体を前記ガス通路を閉鎖する方向に復帰させるリタ
ーンスプリングから構成されている。
【００１９】また，前記副室は，前記主室に前記シリン
ダ周辺に向かって延びる連絡孔によって連通されてい
る。更に，前記噴孔と前記圧縮室を構成するノズル本体
及び前記圧縮ピストンはセラミックスで作られている。
【００２０】一般に，ガスエンジンは，燃料噴射ノズル
から所定量のガス燃料を燃焼室に供給するため，燃焼室
内の圧縮空気圧が４０〜５０ｂａｒ程度であるので，そ
れよりも高い圧力のガス燃料に昇圧，例えば，少なくと
も５０〜７０ｂａｒにまで圧縮する必要がある。しかし
ながら，通常，ガス燃料供給源から送られてくる天然ガ
スのガス燃料は５ｂａｒ程であるので，このような圧力
のガス燃料を高圧にするには大きな動力が必要となる。
本発明の副室式ガスエンジンは，余り高い圧力でなく，
２０〜３０ｂａｒ程度に圧縮したガス燃料を使用し，そ
の圧縮されたガス燃料をエンジンに設けた貯蔵室となる
圧縮室に封入し，カムによって作動される圧縮ピストン
の押圧力によってガス燃料を加圧し，ガス燃料の圧力を
１００〜１５０ｂａｒまで高くするものである。また，
この副室式ガスエンジンは，高圧縮されたガス燃料を燃
料噴射ノズルを用いて副室内の圧縮空気中に噴射させる
と，多量な空気中でガス燃料が均一に分散することがで
き，混合気が着火燃焼し，副室の燃焼によってＮＯX の
発生を抑制でき，次いで，火炎，未燃混合気等のガスが
連絡孔を通じて前記副室から前記主室へ噴き出され，副
室にガス燃料が滞留することが防止され，噴き出された
火炎と未燃ガス燃料とは主室に存在する新気と混合を促
進し，主室での二次燃焼スピードをアップし，短期に燃
焼を完結し，ＨＣ，ＮＯX 等の発生を抑制し，熱効率を
向上させることができる。
【００２１】このガス燃料圧縮手段を持つ副室式ガスエ
ンジンでは，ガス燃料供給源からの５ｂａｒ程度のガス
燃料を２０〜３０ｂａｒ程度にまで圧縮するには，ガス
燃料通路の途中に回転ベーン式圧縮機を用いることによ
って容易に達成できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下，図面を参照して，この発明
によるガス燃料圧縮手段を持つ副室式ガスエンジンの実
施例を説明する。このガス燃料圧縮手段を持つ副室式ガ
スエンジンは，コージェネレーションシステム或いは自
動車用エンジン等のエンジンに適用できるものである。
図１はこの発明によるガス燃料圧縮手段を持つ副室式ガ
スエンジンの一実施例を示す断面図，図２は図１の副室
式ガスエンジンにおける燃料噴射ノズルの閉鎖時の作動
状態を示す拡大断面図，図３は図１の副室式ガスエンジ
ンにおける燃料噴射ノズルの開放時の作動状態を示す拡
大断面図，及び図４はピストンの頂面を示す平面図であ
る。
【００２３】この副室式ガスエンジンは，主として，シ
リンダブロック５４，シリンダブロック５４に取り付け
られたシリンダヘッド３，シリンダブロック５４に形成
した孔部２３に嵌合したシリンダ１４を構成するシリン
ダライナ２２，シリンダヘッド３に形成されたキャビテ
ィ１２に配置された燃焼室部材１０，及びシリンダライ
ナ２２に形成したシリンダ１４内を往復運動するピスト
ン１５を有している。燃焼室部材１０は，ヘッド下面部
２６とそれと一体構造のライナ上部２７から構成された
ヘッドライナから成り，ピストン１５の中央には副室２
が形成されている。燃焼室部材１０とピストン１５とで
囲まれる領域には，主室１が形成されている。
【００２４】燃焼室部材１０は，シリンダヘッド３のキ
ャビティ１２にガスケット１３を介して遮熱空気層３１
が形成される状態で配置され，主室１が遮熱構造に構成
されている。燃焼室部材１０のヘッド下面部２６には，
吸気弁５６が配置された弁シートを備えた吸気ポート１
８と，排気弁５７が配置された弁シートを備えた排気ポ
ート３９とが形成されている。シリンダヘッド３には，
燃焼室部材１０に形成された吸気ポート１８と排気ポー
ト３９がそれぞれ互いに連通する吸気ポート６５と排気
ポート６６が形成されている。燃焼室部材１０は，Ｓｉ
3 Ｎ4 等のセラミックスや耐熱合金の耐熱材から形成さ
れている。
【００２５】この副室式ガスエンジンは，シリンダ１４
内を往復動するピストン１５に副室２を形成すると共
に，シリンダ１４で形成される主室１と副室２とを連通
する連絡孔６が形成されている。ピストン１５における
ピストンヘッド２０の中央頂部には，ピストン上死点で
燃料噴射ノズル５が貫通できる挿入孔７が形成されてい
る。また，ピストン１５に形成された連絡孔６は，挿入
孔７を中心に周方向に隔置して複数個形成され，シリン
ダ１４の周辺へと延びている。主室１と副室２とは，ピ
ストン１５に形成された連絡孔６によって連通されてい
る。ピストン１５は，Ｓｉ3 Ｎ4 等のセラミックスや耐
熱合金の耐熱材から形成されたピストンヘッド２０と，
ピストンヘッド２０に固定されたＡｌ合金等の金属材か
ら形成されたピストンスカート（図示せず）とから構成
されている。ピストンヘッド２０とピストンスカートと
の間にはガスケットが介在して遮熱空気層が形成される
ように，両者は結合リング等によって固定されている。
【００２６】また，シリンダヘッド３には，燃料噴射ノ
ズル５の圧縮室８にガス燃料を供給するため，シリンダ
ヘッド３には，ガス燃料弁１１や燃料供給ノズルから成
る燃料供給手段が設けられている。ガス燃料供給手段
は，ガス燃料供給源からのガス燃料を圧縮する高圧ポン
プ２８，高圧ポンプ２８からのガス燃料をガス通路４３
を通じて圧縮室８へ供給するガス燃料弁１１，及び高圧
ポンプ２８とガス燃料弁１１との間に設けられたガス燃
料を冷却する冷却器４７から構成されている。
【００２７】ガス燃料弁１１は，弁本体３０をシリンダ
ヘッド３に形成された取付穴４９に配置することによっ
て取り付けられている。ガス燃料弁１１は，弁本体３０
に形成された燃料通路５２の燃料供給口１７を開放する
ことによって圧縮室８へガス燃料が供給される。また，
弁本体３０に形成された燃料通路５２は，ガス燃料通路
４３を通じてガス燃料供給源からのガス燃料を圧縮する
高圧ポンプ２８に連通している。高圧ポンプ２８は，例
えば，ガス燃料供給源からの５ｂａｒ程度のガス燃料を
２０〜３０ｂａｒ程度にまで圧縮することができる回転
ベーン式圧縮機を使用でき，ガス燃料通路４３の途中に
配置されている。ガス燃料弁１１は，動弁機構のカム軸
に設けたカム３２で作動されてガス通路５２を開放する
弁体６４，及び弁体６４をガス通路５２を閉鎖する方向
に復帰させるバルブスプリング３９から構成されてい
る。バルブスプリング３９は，弁本体３０と弁体６４の
端部に固定されたバルブスプリングリテーナ５９との間
に配置されている。
【００２８】この副室式ガスエンジンは，特に，燃料噴
射ノズル５のノズル本体４に副室２に噴射供給するガス
燃料を貯蔵して圧縮する圧縮室８，及び圧縮室８に供給
されたガス燃料を圧縮するため作動される圧縮ピストン
２１を備えている。圧縮ピストン２１は，その周囲にピ
ストンリング４２が設けられ，ピストンリング４２によ
って圧縮室８との隙間が密封されている。燃料噴射ノズ
ル５は，燃焼室部材１０とシリンダヘッド３とに跨がっ
て配置されている。燃焼室部材１０には，燃料噴射ノズ
ル５に設けた圧縮室８を形成したノズル本体４が配置さ
れている。燃料噴射ノズル５のノズル本体４の先端部
は，燃焼室部材１０のヘッド下面部２６から突出した状
態に配置され，燃料噴射ノズル５の噴孔１６が，ピスト
ン上死点近傍でピストン１５に形成された挿入孔７を貫
通して副室２内に開口するように位置設定されている。
【００２９】また，燃料噴射ノズル５を構成するノズル
本体４には，圧縮ピストン２１が摺動移動する圧縮室８
を形成する大径筒部３３と針弁９が摺動移動する小径筒
部３４から形成されている。ノズル本体４の小径筒部３
４には，針弁９の弁フェース５０が着座する弁シート２
４と噴孔１６が形成されている。燃料噴射ノズル５の針
弁９は，圧縮室８のガス燃料圧が所定以上の燃料圧を受
け面６１で受けてスプリング３７のばね力に抗してリフ
トされ，噴孔１６を開放し，ガス燃料が圧縮室８から小
径筒部３４と針弁９９との間に形成された燃料通路５８
を通って噴孔１６へ達し，次いで開放された噴孔１６か
ら副室２へ噴射されるように構成されている。燃料噴射
ノズル５の針弁９は，圧縮室８のガス燃料圧が所定以上
の燃料圧を受け面６１で受けてスプリング３７のばね力
に抗してリフトされ，噴孔１６を開放し，ガス燃料が圧
縮室８から小径筒部３４と針弁９９との間に形成される
燃料通路５８を通って噴孔１６に達し，噴孔１６から副
室２へ噴射されるように構成されている。針弁９は，一
端に噴孔１６への通路を閉鎖する弁フェース５０が形成
され，他端に圧縮ピストン２１を押圧する押圧棒のピス
トンロッド２５に形成された中空穴６３と圧縮ピストン
２１に形成された貫通孔６２をスプリング３７を介在し
て摺動する摺動部３５が形成されている。
【００３０】圧縮ピストン２１は，ピストンロッド２５
を通じてスプリング３６のばね力に抗して作動される。
ピストンロッド２５は，シリンダヘッド３に設けたガイ
ド６７にガイドされて動弁機構のカム軸に設けたカム２
９によって往復動され，バルブスプリング３８によって
復帰するように構成されている。バルブスプリング３８
は，圧縮ピストン２１に形成されたスプリング受部５１
とノズル本体４に形成されたスプリング受部５３との間
に配置されている。また，圧縮ピストン２１には，その
下降時に背面に形成される中空部６０に漏洩したガス燃
料を圧縮室８へ回収するため，中空部６０と圧縮室８と
を連通する逆止弁４１が配置された戻し通路４０が形成
されている。逆止弁４１は，圧縮室８のガス燃料が中空
部６０に流れないように，リターンスプリング４４で付
勢されている。更に，圧縮ピストン２１には，その下降
時に，圧縮室８へガス燃料を供給することができるよう
にガス燃料弁１１に連通する通路４５が形成されてい
る。図では，通路４５は，戻し通路４０の逆止弁４１と
圧縮室８との間で連通している。
【００３１】この副室式ガスエンジンは，上記のように
構成されているので，次のようにして作動される。この
副室式ガスエンジンは，例えば，吸入行程，圧縮行程，
膨張行程及び排気行程の４サイクルを繰り返すことによ
って駆動されるものである。ピストン１５がシリンダ１
４内を下降する吸入行程において，吸気弁５６が開放
し，排気弁５７が排気ポート３９を閉鎖しているので，
吸入空気がターボチャージャのコンプレッサ等から吸気
ポート６５，１８を通じて主室１に供給される。一方，
高圧ポンプ２８の作動によってガス燃料供給源から天然
ガスのガス燃料（５ｂａｒ）が圧縮され，高圧ポンプ２
８で圧縮されたガス燃料（２０〜３０ｂａｒ）は冷却器
４７で冷却されつつガス燃料通路４３を通じてガス燃料
弁１１のガス燃料通路５２に供給され，弁体３０のリフ
トで開放されたガス燃料供給口１７からガス燃料通路４
６，５５を通じて圧縮室８に供給される。ガス燃料が圧
縮室８に供給される時には，圧縮ピストン２１は，図２
に示すように，リフトしており，圧縮室８は最大容積に
維持されている。また，針弁９はその弁フェース５０が
弁シート２４に着座し，噴孔１６は閉鎖している。従っ
て，圧縮室８に供給されたガス燃料は圧縮室８に蓄積さ
れる。そこで，ガス燃料弁１１はガス燃料供給口１７を
閉鎖すると共に，吸気弁５６が吸気ポート１８を閉鎖す
る。
【００３２】圧縮行程に移行すると，ピストン１５がシ
リンダ１４内を上昇し，主室１に供給された吸入空気は
圧縮される。一方，図３に示すように，カム２９がピス
トンロッド２５を押し下げ，圧縮ピストン２１が下降し
て圧縮室８の容積を低減して圧縮室８内のガス燃料を圧
縮する。ガス燃料は，圧縮室８で，例えば，２０〜３０
ｂａｒから５０〜７０ｂａｒまで圧縮される。圧縮行程
上死点近傍で，燃料噴射ノズル５の先端部はピストン１
５の挿入孔７に突入し，燃料噴射ノズル５の噴孔１６
は，副室２内に位置する状態になる。この時，針弁９
は，圧縮室２１内のガス燃料圧を受け面６１で受けてリ
フトし，針弁９の弁フェース５０は弁シート２４から離
れて噴孔１６が開放する。そこで，圧縮室８のガス燃料
が小径筒部３４と針弁９との間に形成された燃料通路５
８を通って噴孔１６に達し，次いで噴孔１６から副室２
内の圧縮空気中へ噴出され，圧縮室８のガス燃料は副室
２へ噴き出されて残存しない状態になると共に，圧縮空
気中に噴出されたガス燃料が空気と混合を促進して副室
２で着火燃焼する。圧縮室８内のガス燃料が副室２に噴
出された状態で，圧縮室８のガス燃料圧が消失するの
で，再び，針弁９の弁フェース５０が弁シート２４に着
座し，噴孔１６が閉鎖される。
【００３３】副室２でガス燃料が着火燃焼すると，副室
２内の圧力が上昇し，膨張行程に移行する。副室２内の
火炎，未燃混合気等のガスは連絡孔６を通じて主室１へ
噴き出され，ピストン１６は主室１の燃焼ガス圧で押し
下げられることになる。ピストン１５が下降して，ピス
トン１５のピストンヘッド２０に形成された挿入孔７が
燃料噴射ノズル５の先端部から離れ，挿入孔７が開放し
た状態になり，副室２内の火炎，未燃混合気等のガスは
挿入孔７からも主室１へ噴出する。ガス燃料は主室１内
で二次燃焼が促進され，燃焼期間を短縮した状態でＮＯ
X ，ＨＣの発生を抑制した状態で燃焼が完結する。
【００３４】次いで，ピストン１５が下死点に到達し，
排気行程に移行する。排気弁５７が排気ポート３９を開
放し，排気ガスが排気ポート３９，６６を通じて排気管
から排気され，排気ガスが有する排気熱エネルギは，例
えば，排気管に組み込まれたターボチャージャやエネル
ギ回収タービン，熱交換器等で回収される。
【００３５】排気行程及び吸入行程において，再び，ガ
ス燃料弁１１がガス燃料供給口１７を開放し，ガス燃料
が高圧ポンプ２８の作動によって圧縮室８へ供給される
ことになる。この時，圧縮ピストン２１はリターンスプ
リング３６のばね力と圧縮室８に供給されるガス燃料圧
によってリフトして上昇する。しかしながら，圧縮ピス
トン２１の背面に形成される中空部６０にガス燃料が漏
洩している場合には，圧縮ピストン２１のリフトが妨げ
られるが，圧縮ピストン２１には戻し通路４０が形成さ
れているので，中空部６０に存在するガス燃料は，リタ
ーンスプリング３６のばね力で圧縮ピストン２１が押し
上げられ，その時，逆止弁４１をリターンスプリング４
４のばね力に抗して戻し通路４０が開放され，漏洩ガス
燃料が圧縮室８へ回収される。この時，ガス燃料はガス
燃料通路４６，５５から圧縮ピストン２１に形成された
通路４５を通って圧縮室８に供給され，圧縮室８内にガ
ス燃料圧が作用し，たとえ中空部６０にガス燃料が漏洩
していたとしても，圧縮ピストン２１の復帰を助けるこ
とになる。次いで，圧縮ピストン２１が所定量リフトす
ると，ガス燃料はガス燃料通路４６，５５から圧縮室８
へ直接供給されることになり，圧縮室８にガス燃料が所
定量充填されることに成る。
【００３６】
【発明の効果】この発明による副室式ガスエンジンは，
上記のように構成されているので，高圧ポンプによって
ある程度昇圧されたガス燃料を圧縮室に導入し，ガス燃
料をカム機構で作動する圧縮ピストンによって所望の高
圧，例えば，５０〜７０ｂａｒ，場合によっては，１０
０ｂａｒ〜１５０ｂａｒまでにも容易に昇圧でき，その
高圧のガス燃料を燃料噴射ノズルの噴孔から副室内の圧
縮空気中に噴射することによってガス燃料の外側に空気
が存在する状態になり，副室内で連続した状態で燃焼を
促進でき，副室から火炎，未燃ガス燃料等のガスが主室
の新気中に噴き出され，二次燃焼を促進して燃焼期間を
短縮し，燃焼を完結する。従って，この副室式ガスエン
ジンは，副室内のガス燃料が連続して燃焼でき，副室内
に残留ガスとして滞留するのが防止され，ＮＯX ，ＨＣ
等の発生を低減し，熱効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるガス燃料圧縮手段を持つ副室式
ガスエンジンの一実施例を示す断面図である。
【図２】図１の副室式ガスエンジンにおける燃料噴射ノ
ズルの閉鎖時の作動状態を示す拡大断面図である。
【図３】図１の副室式ガスエンジンにおける燃料噴射ノ
ズルの開放時の作動状態を示す拡大断面図である。
【図４】図１の副室式ガスエンジンにおけるピストンの
頂面を示す平面図である。
【符号の説明】
１ 主室 ２ 副室 ３ シリンダヘッド ４ ノズル本体 ５ 燃料噴射ノズル ６ 連絡孔 ７ 挿入孔 ８ 圧縮室 ９ 針弁 １０ 燃焼室部材 １１ 燃料弁 １４ シリンダ １５ ピストン １６ 噴孔 １７ ガス燃料供給口 ２１ 圧縮ピストン ２５ ピストンロッド ２８ 高圧ポンプ ２９，３２ カム ３０ 弁体 ３３ 大径筒部 ３４ 小径筒部 ３６，３７，４４ リターンスプリング ３８，３９ バルブスプリング ４０ 戻し通路 ４１ 逆止弁 ４３，４６，５２ ガス燃料通路 ４５ 連絡通孔 ４７ 冷却器 ６０ 中空部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 19/02 Ｆ０２Ｄ 19/02 Ｄ Ｆ０２Ｍ 21/02 Ｆ０２Ｍ 21/02 Ｓ ３０１ ３０１Ｒ 53/00 53/00 Ｃ

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリンダヘッドに設けられ且つ主室を構
    成する燃焼室部材，前記主室と連通する副室が形成され
    且つシリンダ内を往復動するピストン，前記副室と前記
    主室とを連通する前記ピストンに形成された連絡孔，前
    記燃焼室部材から突出し且つピストン上死点近傍で前記
    ピストンに形成された挿入孔を通って前記副室内に開口
    する噴孔を備えた燃料噴射ノズル，前記燃料噴射ノズル
    のノズル本体に形成され且つ前記副室へ噴射するガス燃
    料を貯蔵して圧縮する圧縮室，前記圧縮室にガス燃料を
    供給するガス燃料供給手段，前記圧縮室に供給されたガ
    ス燃料を圧縮するため作動される圧縮ピストン，及び前
    記圧縮ピストンを押圧駆動する駆動手段から成るガス燃
    料圧縮手段を持つ副室式ガスエンジン。
  2. 【請求項２】 前記圧縮ピストンを押圧駆動する前記駆
    動手段は，動弁機構のカム軸に設けたカム，前記カムに
    よって作動されるピストンロッド，及び前記ピストンロ
    ッドを復帰させるリターンスプリングから構成したこと
    から成る請求項１に記載の副室式ガスエンジン。
  3. 【請求項３】 前記圧縮ピストンは，その下降時に背面
    に形成される中空部に漏洩したガス燃料を前記圧縮室へ
    回収するため前記中空部と前記圧縮室とを連通する逆止
    弁が配置された戻し通路を有することから成る請求項１
    に記載の副室式ガスエンジン。
  4. 【請求項４】 前記圧縮ピストンは，その下降時に前記
    圧縮室へガス燃料を供給することができるように前記ガ
    ス燃料供給手段に連通する通路を有することから成る請
    求項１に記載の副室式ガスエンジン。
  5. 【請求項５】 前記ノズル本体は，前記圧縮ピストンが
    摺動移動する前記圧縮室を形成する大径筒部と前記針弁
    が摺動移動する小径筒部から形成されていることから成
    る請求項１に記載の副室式ガスエンジン。
  6. 【請求項６】 前記ノズル本体の前記小径中空部は，前
    記針弁の弁フェースが着座する弁シートと前記噴孔が形
    成された前記副室に突入できる先端部を備えていること
    から成る請求項５に記載の副室式ガスエンジン。
  7. 【請求項７】 前記燃料噴射ノズルの針弁は，前記圧縮
    室のガス燃料圧が所定以上の燃料圧に応答してばね力に
    抗してリフトされ，前記噴孔を開放することから成る請
    求項１に記載の副室式ガスエンジン。
  8. 【請求項８】 前記燃料噴射ノズルの前記針弁は，一端
    に前記噴孔への通路を閉鎖する弁フェースが形成され，
    他端に前記圧縮ピストンを押圧するピストンロッドに形
    成された中空穴と前記圧縮ピストンに形成された貫通孔
    をスプリングを介在して摺動移動する摺動部が形成され
    ていることから成る請求項７に記載の副室式ガスエンジ
    ン。
  9. 【請求項９】 前記ガス燃料供給手段は，ガス燃料供給
    源からのガス燃料を圧縮する高圧ポンプ，前記高圧ポン
    プからのガス燃料をガス通路を通じて前記圧縮室へ供給
    し且つ開口時間を制御するガス燃料弁，及び前記高圧ポ
    ンプと前記ガス燃料弁との間に設けられた前記ガス燃料
    を冷却する冷却器，から構成されていることから成る請
    求項１に記載の副室式ガスエンジン。
  10. 【請求項１０】 前記ガス燃料弁は，動弁機構のカム軸
    に設けたカムで作動されてガス通路を開放する弁体，及
    び前記弁体を前記ガス通路を閉鎖する方向に復帰させる
    リターンスプリングから構成されていることから成る請
    求項１に記載の副室式ガスエンジン。
  11. 【請求項１１】 前記副室は，前記主室に前記シリンダ
    周辺に向かって延びる連絡孔によって連通されているこ
    とから成る請求項１に記載の副室式ガスエンジン。
  12. 【請求項１２】 前記噴孔と前記圧縮室を構成するノズ
    ル本体及び前記圧縮ピストンはセラミックスで作られて
    いることから成る請求項１に記載の副室式ガスエンジ
    ン。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007154797A (ja) * 2005-12-06 2007-06-21 Denso Corp 燃料噴射装置

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