JP2000073769A - ガス燃料圧縮手段を持つ副室式ガスエンジン - Google Patents

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
進すると共に，副室から圧縮室への燃焼ガスの逆流を防
止し，副室でのスムースな着火燃焼を確保できる。 【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。燃料噴射ノズル５に
は，噴孔１６を副室２内の圧力の付勢で閉鎖する逆止弁
６５が設けられている。

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，ＮＯ_X 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孔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孔
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
連絡孔を開放し，主室内の圧縮空気を連絡孔を通じて副
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，制御弁が連絡孔を開
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，連絡孔が開放して圧縮
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，圧縮端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，連絡孔の開放前での主室内の圧力が上
昇し，連絡孔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，特
に，副室で高圧になった燃焼ガスが噴孔を通じて圧縮室
に逆流することを防止し，副室へのガス燃料の噴射を良
好にし，ＨＣ，ＮＯ_X ，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
が形成されたシリンダ内を往復動するピストン，前記副
室と前記主室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，前記
圧縮室のガス燃料圧でリフトして前記噴孔を開放する針
弁，前記副室内に突入した前記噴孔を前記副室内の圧力
の付勢で閉鎖する前記燃料噴射ノズルに設けた逆止弁，
及び前記圧縮ピストンを作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作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
作動される押圧ロッド，及び前記押圧ロッドを復帰させ
るリターンスプリングから構成されている。

【００１１】前記逆止弁は，前記燃料噴射ノズルの前記
ノズル本体の先端に形成された燃料溜まり部に前記針弁
との間にスプリングを介して配置されている。或いは，
前記逆止弁は，前記針弁と一体構造に構成され且つ前記
燃料噴射ノズルの前記ノズル本体の先端に形成された燃
料溜まり部に配置されている。

【００１２】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。更に，前記
ノズル本体の前記小径筒部は，前記噴孔に向かって小径
となるテーパ面に形成され，前記小径筒部と前記針弁の
外周面との間の通路は先細形状に形成されている。従っ
て，圧縮室から噴孔へ至る通路は通路断面積が徐々に小
さくなり，ガス燃料は圧力を増大させて噴孔から副室へ
噴射されることになる。

【００１３】前記ノズル本体の前記小径筒部は，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。また，
前記燃料噴射ノズルの前記針弁は，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。

【００１４】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前記駆動手段の押圧ロ
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。

【００１５】前記副室は，前記主室に前記シリンダ周辺
に向かって延びる前記連絡孔によって連通されている。
また，前記ピストンは前記副室が形成された中央部が予
め設定された突出量だけ上方へ突出し，前記燃焼室部材
は前記突出量に対応して凹部に形成され，前記燃料噴射
ノズルの前記噴孔が形成された先端部はピストン上死点
付近で前記副室内に予め設定された突入量だけ突入でき
る。更に，前記ピストンの下降運動によって，前記副室
の燃焼が最も激しくなって圧力が急激に上昇する上死点
後クランク角２０〜３０°の時，前記噴孔が前記挿入孔
の壁面により閉鎖されるように構成されている。

【００１６】この副室式ガスエンジンは，上記のよう
に，燃料噴射ノズルには逆止弁が設けられているので，
圧縮上死点付近で副室から燃料溜まり部と圧縮室への逆
流が発生せず，燃料溜まり部と圧縮室で爆発するような
危険性がなく，スムースな燃焼を確保することができ
る。また，燃料噴射ノズルの先端部の副室への突出量を
長くしておけば，ガス燃料の燃焼期間が短いので，連絡
孔を通じてガスが主室へ噴出すると，副室内の圧力が低
下することになり，再び逆止弁が噴孔を開放し，燃料が
噴孔から副室へ噴出し，副室で二段燃焼させることがで
き，ＨＣ，ＮＯ_X 等の発生を抑制させることができる。
場合によっては，燃料噴射ノズルの先端部を短く形成す
ることもでき，その場合には，一旦，燃料噴射ノズルの
噴孔から副室へ噴射して副室で着火燃焼された後，次い
で，燃料噴射ノズルの噴孔が主室へ露出した時に，主室
へ燃料を噴出させることができ，主室の中央部に存在す
る新気を利用し，二次燃焼を実行させることができ，副
室と主室に燃料を噴出させる燃料噴射方式をとることも
できる。

【００１７】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，圧縮上死点付近で針弁がリフトし
て噴孔を開放し，副室にガス燃料を噴射して副室で着火
燃焼し副室内の圧力が急激に上昇すると，逆止弁が副室
内の燃焼ガス圧を受け，逆止弁が噴孔を閉鎖するので，
副室内の火炎，ガス燃料等の燃焼ガスが燃料噴射ノズル
の圧縮室へ逆流することが防止される。また，燃料噴射
ノズルに形成された圧縮室は，主室を構成する燃焼室部
材に配置されているので，ガス燃料供給手段から圧縮室
へ供給されたガス燃料は燃焼室部材から熱を受熱し，ガ
ス燃料は熱膨張してガス燃料圧が上昇し，燃料噴射ノズ
ルから副室へのガス燃料の噴射力がアップされる。

【００１８】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ＮＯ_X 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，ＮＯ_X 等の発生を抑制し，熱効率を
向上させることができる。

【００１９】

【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。
まず，図１〜図５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一実施例を説明す
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，図４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逆止弁が噴孔を閉鎖した状態を示す
拡大断面図，及び図５はピストンの頂面を示す平面図で
ある。

【００２０】この副室式ガスエンジンは，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２
３に嵌合したシリンダ１４を構成するシリンダライナ２
２，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。

【００２１】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と排気ポー
トが形成されている。燃焼室部材１０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てい
る。

【００２２】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，図５
に示すように，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Ａ
ｌ合金等の金属材から形成されたピストンスカート４０
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４０との間にはガスケット４４が介在して遮熱
空気層４１が形成されるように，両者は結合リング４５
によって固定されている。

【００２３】この副室式ガスエンジンでは，ピストン１
５は副室２が形成された中央部が予め設定された量だけ
上方へ突出した突出部７２が形成され，また，燃焼室部
材１０は突出部７２の突出量に対応して凹部７３に形成
されている。それによって，燃料噴射ノズル５の噴孔１
６が形成された小径筒部３４の先端部はピストン上死点
付近で副室２内に予め設定された突入量だけに突入でき
る。従って，この副室式ガスエンジンは，副室２での二
段燃焼或いは副室２と主室１とでの燃焼方式に構成する
ことができる。

【００２４】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，燃料供給手段を構成するガス燃料弁１１が設け
られている。燃料供給手段は，例えば，ガス燃料供給源
からのガス燃料を圧縮する高圧ポンプ，高圧ポンプから
のガス燃料をガス燃料通路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から構成
されている。

【００２５】ガス燃料弁１１は，弁本体１９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１９
に形成されたガス燃料通路５２の燃料供給口１７を弁体
３０が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１９に形成されたガス燃料通路５
２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に連通している。高圧ポ
ンプは，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４
３の途中に配置されている。ガス燃料弁１１は，例え
ば，動弁機構のカム軸に設けたカムで作動されてガス燃
料通路５２を開放する弁体，及び弁体３０がガス燃料通
路５２を閉鎖する方向に復帰させるバルブスプリングか
ら構成されている。

【００２６】燃料噴射ノズル５は，そのノズル本体４に
形成され且つ副室２に噴射供給するガス燃料を貯蔵圧縮
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のノズル本体４
で形成される圧縮室８は，遮熱構造の燃焼室部材１０に
形成されたキャビティ２８に配置され，燃焼室部材１０
から熱を受ける状態に構成されている。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。

【００２７】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３８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９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。また，燃料
通路５８は，圧縮室８から噴孔１６に向かって小径とな
るテーパ面に形成され，小径筒部３４と針弁９の外周面
との間の通路は先細形状に形成されている。従って，燃
料通路５８を通って噴孔１６から噴射されるガス燃料は
速度エネルギを圧力に変換され，副室２への噴出力を増
大する。

【００２８】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９
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３８を
介在して摺動する摺動部３５が形成されている。

【００２９】この副室式ガスエンジンは，特に，燃料噴
射ノズル５に，副室２内に突入した小径筒部３４に形成
された噴孔１６を副室２内に発生する圧力の付勢によっ
て閉鎖する逆止弁６５を設けたことである。逆止弁６５
は，燃料噴射ノズル５のノズル本体４の先端に形成され
た燃料溜まり部６７に配置され，逆止弁６５と針弁９と
の間にスプリング３７が介在されている。また，逆止弁
６５の背面側の小径筒部３４の端部６８には，副室２に
開口する通孔６６が形成されている。副室２内の圧力が
低い時には，図２及び図３に示すように，逆止弁６５は
スプリング３７のばね力によって小径筒部３４の端部６
８に押し付けられ，噴孔１６は燃料溜まり部６７に連通
した状態になっている。逆止弁６５は，副室２内の圧力
が上昇すると，図４に示すように，副室２内の燃焼ガス
圧を受けてスプリング３７のばね力に抗してリフトし，
噴孔１６を閉鎖することになる。

【００３０】圧縮ピストン２１は，押圧ロッド２５を通
じてスプリング３６のばね力に抗して作動される。押圧
ロッド２５は，シリンダヘッド３に設けたガイド（図示
せず）にガイドされて動弁機構のカム軸に設けたカム２
９とロッカアーム４７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３６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６
０に漏洩したガス燃料を圧縮室８へ回収するため，図示
していないが，中空部６０と圧縮室８とを連通する逆止
弁が配置された戻し通路を設けることができる。

【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１８を通じて主室１に供給される。一方，高圧ポ
ンプ（図示せず）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
で圧縮されたガス燃料（２０〜３０ｂａｒ）は冷却器で
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４６，５
５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が押圧
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，２０〜３０ｂａ
ｒ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１５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のガス燃料は，小径
筒部３４と針弁９との間に形成された燃料通路５８を通
って圧力をアップして噴孔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。この時，副
室２内の圧力によって逆止弁６５がリフトして噴孔１６
を閉鎖するので，副室２内の燃焼ガスが圧縮室８へ逆流
することはない。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１５
は主室１の燃焼ガス圧で押し下げられることになる。ま
た，ピストン１５の下降運動によって副室２の燃焼が最
も激しくなって圧力が急激に上昇するピストン上死点後
クランク角２０〜３０°の時，燃料噴射ノズル５の噴孔
１６が挿入孔７の壁面により閉鎖されるように構成され
ている。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。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。

【００３５】次に，図６を参照して，この発明による副
室式ガスエンジンの別の実施例を説明する。この実施例
は，上記実施例と比較して逆止弁の構造が相違する以外
は同一の構成及び同一の機能を有するので，同一部品に
ついては同一符号を付し，重複する説明を省略する。逆
止弁７０は，針弁９と一体構造に構成され，燃料噴射ノ
ズル５のノズル本体４の先端に形成された燃料溜まり部
６８に配置されている。逆止弁７０の端面は，小径筒部
３４の開口端部７１に位置し，副室２に露出した状態に
配置されている。この実施例では，副室２内の燃焼ガス
圧が上昇すると，逆止弁７０が副室２内の圧力を受けて
スプリング３８のばね力に抗してリフトし，噴孔１６を
閉鎖する状態になる。

【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，副室内の燃焼ガスが
噴孔を通じて圧縮室に逆流することが防止され，副室で
の着火燃焼がスムースに行なわれ，副室の火炎，ガス燃
料，混合気等の燃焼ガスが連絡孔を通じて主室へ良好に
噴出される。また，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，５
０〜７０ｂａｒ，場合によっては，１００ｂａｒ〜１５
０ｂａｒ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，ＮＯ_X ，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燃料噴射ノ
ズルの逆止弁が噴孔を閉鎖した状態を示す拡大断面図で
ある。

【図５】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。

【図６】この発明によるガス燃料圧縮手段を持つ副室式
ガスエンジンの別の実施例を示す断面図である。

【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 ２４ 弁シート ２５ 押圧ロッド ３３ 大径筒部 ３４ 小径筒部 ３５ 摺動部 ３６，３７，３８スプリング ４３，４６，５２，５５，５８ ガス燃料通路 ５０ 弁フェース ５１，５３ スプリング受け部 ６０，６３ 中空穴 ６１ 受け面 ６２ 貫通孔 ６５，７０ 逆止弁 ６６ 通孔 ６７ 燃料溜まり部 ６８ 端部 ７１ 端部開口 ７２ ピストンの突出部 ７３ 燃焼室部材の凹部

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｆ０２Ｍ 21/02 Ｆ０２Ｍ 21/02 Ｓ

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
   たシリンダ内を往復動するピストン，前記副室と前記主
   室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，前記圧縮室のガ
   ス燃料圧でリフトして前記噴孔を開放する針弁，前記副
   室内に突入した前記噴孔を前記副室内の圧力の付勢で閉
   鎖する前記燃料噴射ノズルに設けた逆止弁，及び前記圧
   縮ピストンを作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作動する前記駆動手
   段は，動弁機構のカム軸に設けたカム，前記カムによっ
   て作動される押圧ロッド，及び前記押圧ロッドを復帰さ
   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】 前記逆止弁は，前記燃料噴射ノズルの前
   記ノズル本体の先端に形成された燃料溜まり部に前記針
   弁との間にスプリングを介して配置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。
4. 【請求項４】 前記逆止弁は，前記針弁と一体構造に構
   成され且つ前記燃料噴射ノズルの前記ノズル本体の先端
   に形成された燃料溜まり部に配置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。
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筒部は前記噴
   孔に向かって小径となるテーパ面に形成され，前記小径
   筒部と前記針弁の外周面との間の通路は先細形状に形成
   され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】 前記ノズル本体の前記小径筒部は，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。
8. 【請求項８】 前記燃料噴射ノズルの前記針弁は，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。
9. 【請求項９】 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前記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前記駆動手段の
   押圧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。
10. 【請求項１０】 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前記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。
11. 【請求項１１】 前記ピストンは前記副室が形成された
    中央部が予め設定された突出量だけ上方へ突出し，前記
    燃焼室部材は前記突出量に対応して凹部に形成され，前
    記燃料噴射ノズルの前記噴孔が形成された先端部はピス
    トン上死点付近で前記副室内に予め設定された突入量だ
    けに突入でき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】 前記ピストンの下降運動によって前記
    副室の燃焼が最も激しくなって圧力が急激に上昇するピ
    ストン上死点後クランク角２０〜３０°の時，前記噴孔
    が前記挿入孔の壁面により閉鎖されるように構成されて
    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。