JP2000220483A - 予混合圧縮自着火エンジンとその起動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧縮自着火エンジンの起動・暖機を良好にお
こなうことができる圧縮自着火エンジンを得るととも
に、この目的に沿った起動手法を得る。 【解決手段】 燃焼室内の予混合気に火花点火可能な点
火機構１１、又は液体噴射により点火可能な点火機構を
備え、この点火機構を働かせて点火動作を行いながら運
転を継続する第１運転状態で起動運転を行った後に、点
火機構を停止し、圧縮自着火により運転を継続する第２
運転状態に移行するに、第１運転状態において、圧縮行
程開始時の燃焼室内圧を前記第２運転状態に於ける基準
圧縮行程開始時の燃焼室内圧より低く設定して起動運転
をおこなう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コージェネレーシ
ョン設備等への使用が期待される予混合圧縮自着火エン
ジン及びその起動方法に関するものであり、さらに詳細
には、過給機を備え、この過給機により給気する予混合
圧縮自着火エンジンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関であるエンジンは、火花点火エ
ンジン（オットーサイクルエンジン）と、圧縮空気中に
液体燃料を噴射するディーゼルエンジンに大きく分けら
れるが、都市ガスを燃料とするガスエンジンでは、従来
型のディーゼルエンジンの場合、噴射燃料の圧縮動力が
大きく、機構も複雑になる為、圧倒的多数は、火花点火
エンジン（以下ＳＩエンジンと記す）とされている。Ｓ
Ｉエンジンは、シリンダへ空気（燃焼用酸素含有ガスの
一例）と燃料の予混合気を送り込み、シリンダで圧縮し
た後、スパークプラグで強制着火する。ところで、エン
ジンは、圧縮比を増大させる程効率が増大することが分
かっているが、ＳＩエンジンでは、圧縮比を増大させる
と、ノッキングが発生し、その為、通常、圧縮比は１０
程度に抑えられている。ノッキングとは、火花点火され
た燃焼波が、シリンダ全域に拡がる前に、未燃部が自然
燃焼して、衝撃波を発生する現象であり、この自然着火
条件の成立は、温度依存性が極めて高い。また、圧縮比
を増大させると、ノッキングが発生し易くなるのは、圧
縮比増大とともに、未燃部の温度が増大するためであ
る。その他スパークプラグによる火花点火以外に、少量
の液体燃料を空気と燃料ガス混合気（所謂、予混合気）
中に噴射して着火する手法もある。このように液体燃料
を着火に利用する場合にあっも、そのサイクルメカニズ
ムは、基本的に前記火花着火とほぼ同一である。以下、
本文において火花着火と記載する部分にあっては、燃料
噴射により着火をおこなう場合においても異なることは
ない。

【０００３】最近、自然着火を積極的に利用する予混合
圧縮自着火エンジン（予混合圧縮自着火で運転を継続す
るピストンエンジンまたは往復動内燃機関）のコンセプ
トが話題になっている。これは、元々、燃料噴射ディー
ゼルのパティキュレートを防止する目的で考え出された
ものであるが、圧縮空気中に燃料を噴射するのではな
く、ＳＩエンジンの様に空気と燃料の予混合気をシリン
ダに供給し、圧縮によって自然着火させ、回転を続ける
コンセプトである。この手法をガスエンジンに適用すれ
ば、ノッキングの問題をさけつつ、圧縮比を増大させ、
高い効率を得ることが可能となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような過給機によ
り給気する圧縮自着火エンジンでは、定格速度で十分暖
気された後の運転は、過給により、自着火に充分な給気
温度を得ることができるので、比較的継続維持しやすい
が、起動時には、圧縮自着火エンジンのままでは、起動
が次の理由で困難である。 １ エンジンが十分に温まっていないため、自然着火で
きない。 ２ 火花点火エンジンの様に、着火時期を自由に制御で
きないため、低速から定格までの速度を安定的に上昇さ
せづらい。 しかしながら、このような圧縮自着火エンジンの起動に
好ましい起動技術は、実質上得られていない。従って、
本発明の目的は、圧縮自着火エンジンの起動・暖機を良
好におこなうことができる圧縮自着火エンジンを得ると
ともに、この目的に沿った起動手法を得ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明による過給機により給気する予混合圧縮自着火
エンジンの起動方法の特徴手段は、請求項１に記載され
ているように、燃焼室内の予混合気に火花点火可能な点
火機構又は液体噴射により点火可能な点火機構を備え、
前記点火機構を働かせる点火動作により運転を継続する
第１運転状態で起動運転を行った後に、前記点火機構を
停止し、圧縮自着火により運転を継続する第２運転状態
に移行するに、前記第１運転状態において、圧縮行程開
始時の燃焼室内圧力を前記第２運転状態に於ける圧縮行
程開始時の燃焼室内圧力である基準圧縮行程開始圧力よ
り低くして、起動運転をおこなうことにある。この手法
を採用する過給機により給気する予混合圧縮自着火エン
ジンには、点火機構を備えることにより火花点火運転が
可能な構造が採用される。さて、予混合圧縮自着火エン
ジンにあっては、一般の火花点火エンジンに比べて圧縮
比を高くする必要がある。エンジンの起動にあたって
は、例えば火花点火による運転状態（第１運転状態）を
おこない、起動・暖機をおこなう。強制点火による起動
は、エンジンが暖機されていない状態にあっても、比較
的容易に、通常の起動手法により運転を維持することが
できる。しかしながら、暖機が進み予混合圧縮自着火が
可能な状態に近ずくと、過給機により給気する予混合圧
縮自着火エンジンでは圧縮比が比較的高いこととも関連
して、第１運転状態を維持しながらの暖機が必要な場合
にあっても、自己着火が起こったり、火花点火に連動し
て、ノッキングが発生する虞が高くなる。そこで、この
手法にあっては、第１運転状態において、圧縮行程開始
時の燃焼室内圧力を前記第２運転状態に於ける圧縮行程
開始時の燃焼室内圧力である基準圧縮行程開始圧力より
低く制御する。このことは、実質上の圧縮比を低下させ
ることであり、結果的に、圧縮自着火の可能性、ノッキ
ング発生の可能性を低下させる。従って、第１運転状態
において起動・暖機をおこなうに、良好な運転状態を維
持することができる。ここで、基準とは、エンジンが定
格速度状態で、自着火状態で運転される場合が基準であ
ることを示している。

【０００６】このような手法を採用する場合の過給機に
より給気する予混合圧縮自着火エンジンの構成は、請求
項２に記載されているように、燃焼室内の予混合気に火
花点火可能な点火機構又は液体噴射による点火可能な点
火機構を備え、前記点火機構を働かせる点火により運転
を継続する第１運転状態と、前記点火機構を停止し、圧
縮自着火により運転を継続する第２運転状態との間で、
選択運転可能に構成され、制御手段により、前記火花点
火の時期を制御するとともに、圧縮行程開始時に於ける
燃焼室内圧力を設定制御可能な構成を有し、前記制御手
段に、前記第１運転状態で起動運転をおこなうに、圧縮
行程開始時の燃焼室内圧力を前記第２運転状態に於ける
圧縮行程開始時の燃焼室内圧力である基準圧縮行程開始
圧力より低く設定する第２制御手段を備えることが好ま
しい。

【０００７】さらに、上記の目的を達成するための具体
的構成としては、請求項３に記載されているように、前
記燃焼室内に給気を供給する給気路に、エンジンの回転
に同期して回転するとともに、燃焼室に対して設けられ
る給気弁の閉タイミングに対して、早いタイミングで閉
じ動作可能なロータリーバルブを設け、前記ロータリー
バルブを介するガス路に対するバイパス路を設けるとと
もに、前記バイパス路に開閉自在なバイパス開閉弁を設
け、前記第１運転状態において、前記バイパス開閉弁を
閉状態に、且つ前記ロータリーバルブを、エンジン回転
に伴って、前記給気弁の開タイミング領域内で、前記給
気弁の閉タイミングに対して早いタイミングで閉じ動作
する状態で同期回転させ、前記第２運転状態において、
前記バイパス開閉弁を開状態とする前記第２制御手段を
備えることが好ましい。この構成においては、圧縮行程
開始時の燃焼室内圧力は、第２運転状態においては、バ
イパス路を介して給気弁の制御を受けて供給される給気
に支配される。あるいは、ロータリーバルブを第２運転
状態において一定の開度状態に維持しておく場合は、こ
の分も加味されることとなる。また、第１運転状態から
第２運転状態への移行にあたっては、バイパス開閉弁を
瞬時に開くことにより、ノッキングの起きない火花着火
運転の実質の圧縮比から、圧縮自着火可能な実質の圧縮
比へのジャンブが可能となる。一方、第１運転状態にお
いては、バイパス路が閉状態とされ、燃焼室へ供給され
る給気の量は、ロータリーバルブの開閉動作に伴った制
御を受けるとともに、給気弁における開閉動作の影響を
受ける。ここで、ロータリーバルブはエンジン回転に同
期して開閉をおこなうものであるため、給気弁の開閉タ
イミングとロータリーバルブのそれは、ほぼ同期する
が、本願独特の構成により、ロータリーバルブの閉タイ
ミングが給気弁の閉タイミングに対して、その開状態領
域において早いものとされる。従って、ロータリーバル
ブが閉状態にあり、給気弁が開状態にあるタイミング領
域では、給気が行われず、両者が開く状態にあるタイミ
ング領域でのみ給気が行われることとなる。そのため、
ロータリーバルブが閉となった後は、シリンダ内の給気
は、ピストンが下死点にくるまでは、膨張して温度を下
げ、下死点後は膨張状態から圧縮されることとなる。即
ち、第１運転状態では、圧縮行程開始時の燃焼室内圧力
が第２運転状態に於ける圧縮行程開始時の燃焼室内圧力
である基準圧縮行程開始圧力より低くできる。結果、第
１運転状態に於ける圧縮比と、第２運転状態に於ける圧
縮比とは、実質上、前者が後者に対して小さくなる。結
果、給気量の制御により、第１運転状態を好ましい状態
に維持することができる。

【０００８】上記本願の目的を達成するための本発明に
よる過給機により給気する予混合圧縮自着火エンジンの
起動方法の特徴手段は、請求項４に記載されているよう
に、燃焼室内の予混合気に火花点火可能な点火機構又は
液体噴射により点火可能な点火機構を備え、前記点火機
構を働かせる点火により運転を継続する第１運転状態で
起動運転を行った後に、前記点火機構を停止し、圧縮自
着火により運転を継続する第２運転状態に移行するに、
燃焼室内に予混合気を供給する主給気路に対して別の副
給気路を備え、前記主給気路に備えられる主給気弁と前
記副給気路に設けられる副給気弁との弁閉止時期を設定
自在に構成し、前記第１運転状態における前記主給気弁
の開閉動作による給気行程あるいは圧縮行程の初期にお
いて、前記副給路を介して前記燃焼室側から給気側へ燃
焼室内ガスの漏出を許容する運転状態を維持し、前記第
２運転状態への移行において、前記副給気弁を閉止状態
として、運転をおこなう、ことにある。この予混合エン
ジンは、燃焼室に対して主給気路と副給気路とを備えて
構成される。燃焼室と主給気路との間には主給気弁が、
燃焼室と副給気路との間には副給気弁が、それぞれ備え
られる。当然、これらの給気弁は、それぞれ、所定のタ
イミングで開閉操作できる。さて、この手法にあって
も、点火機構を備えることにより点火運転が可能な構造
を採用しておく。エンジンの起動にあたっては、強制点
火による運転状態（第１運転状態）をおこない、起動・
暖機をおこなう。ここで、前記第１運転状態における主
給気弁の開閉動作による給気行程あるいは圧縮行程の初
期においては、副給気路を介して燃焼室側から給気側へ
燃焼室内ガスの漏出を許容する運転状態を維持し、第２
運転状態への移行において、副給気弁を閉止状態とし
て、運転をおこなう。このようにすると、第１運転状態
においては、燃焼室内からガスが給気側へ逆流するた
め、実質上の圧縮比が低下したこととなり、結果的に、
圧縮自着火の可能性、ノッキング発生の可能性が低下す
る。従って、この場合も、第１運転状態において起動・
暖機をおこなうに、良好な運転状態を維持することがで
きる。このような手法を採用する場合の過給機により給
気する予混合圧縮自着火エンジンの構成は、請求項５に
記載されているように、燃焼室内の予混合気に火花点火
可能な点火機構又は液体噴射により点火可能な点火機構
を備え、前記点火機構を働かせる点火により運転を継続
する第１運転状態と、前記点火機構を停止し、圧縮自着
火により運転を継続する第２運転状態との間で、選択運
転可能に構成され、燃焼室内に予混合気を供給する主給
気路に対して別の副給気路を備え、制御手段により、前
記主給気路に備えられる主給気弁と前記副給気路に設け
られる副給気弁との弁閉止時期を設定制御自在に構成さ
れ、前記第１運転状態において、前記副給気弁の閉止時
期を前記主給気弁の閉止時期に対して遅らせた運転状態
に維持し、前記第２運転状態への移行において、前記副
給気弁を閉止状態として、運転をおこなう第３制御手段
を備えて構成することが好ましい。ここで、副給気弁の
閉止時期は、主給気弁の閉止時期に対して遅れたものと
するが、この閉止が、エンジンの給気行程若しくは圧縮
行程内で行われることは、給気弁の作用上、当然であ
る。

【０００９】さらに、請求項６に記載されているよう
に、副給気路が、副給気弁部を介して給気下流側で接続
される副室を、燃焼室に対して備え、この副給気弁が副
室に対する給気弁として働く構成とされていることが好
ましい。このようにしておくと、この副室を利用した着
火等の利点を有する副室式エンジン構造を備えた予混合
圧縮自着火エンジンを構成する場合に、起動運転および
定格運転を良好に行えるようにすることができる。

【００１０】上記本願の目的を達成するための本発明に
よる過給機により給気する予混合圧縮自着火エンジンの
起動方法の特徴手段は、請求項７に記載されているよう
に、給気路に給気加熱装置を備えるとともに、エンジン
出力側に電動発電機を、前記電動発電機を電動機として
駆動可能なインバータ設備を備え、起動運転時に、前記
給気加熱装置を働かせて加熱された給気を燃焼室内に供
給するとともに、前記インバータ設備により前記電動発
電機を電動機として働かせて起動運転をおこない、エン
ジンが定格速度に達した後、前記給気加熱装置を働かせ
たまま暖機運転をおこない、前記電動発電機を電動機と
しての電動運転状態から発電を行う発電運転状態に切り
換え運転を継続し、給気加熱を行わないで運転継続可能
となった後、前記加熱を停止することが好ましい。この
方法を採用する場合は、エンジンの起動時にあっては、
電動発電機を電動機として働かせるとともに、給気加熱
装置で必要な圧縮自着火温度を確保し、所定の定格速度
運転状態に到達させる。このようにすることにより、予
混合圧縮自着火エンジンの起動を良好におこなうことが
できるが、充分な暖機が完了した後に、定格速度運転状
態において、電動発電機を単なる発電気として作動させ
ることにより動力を取り出すことができる。このような
手法を採用する場合の過給機により給気する予混合圧縮
自着火エンジンの構成は、請求項８に記載されているよ
うに、給気路に給気加熱装置を備えるとともに、エンジ
ン出力側に電動発電機を、前記電動発電機を電動機とし
て駆動可能なインバータ設備を備え、起動運転時に、前
記給気加熱装置を働かせて加熱された給気を燃焼室内に
供給するとともに、前記インバータ設備により前記電動
発電機を電動機として働かせて起動運転をおこない、エ
ンジンが定格速度に達した後、前記給気加熱装置を働か
せたまま暖機運転をおこない、前記電動発電機を電動機
としての電動運転状態から発電を行う発電運転状態に切
り換え、運転を継続し、給気加熱を行わないで運転継続
可能となった後、前記加熱を停止するる、第４制御手段
を備えた構造とすることが好ましい。なお、給気冷却設
備を併設し、給気加熱装置を停止した後、給気温度を微
調整することはいっこうにかまわない。

【００１１】

【発明の実施の形態】本願の過給機により給気する予混
合圧縮自着火エンジン１００に関して、以下説明する。
本願は、過給機により給気する予混合圧縮自着火エンジ
ンの起動・暖機を良好におこなおうとするものであり、
主な実施形態は、３例ある。第１の形態例は、火花点火
式のエンジン運転を起動時に行い、この起動時に、圧縮
行程開始時のシリンダ内圧を自着火運転時に於けるシリ
ンダ内圧に対して低下させて、実質上の圧縮比制御をお
こない良好な運転状態を維持し、予混合圧縮自着火運転
に移行しようとするものである。第２の形態例は、燃焼
室に対する給気路を主・副、２系統とし、火花点火式の
エンジン運転をおこないながら起動する場合に、主給気
弁の閉タイミングに対して、副給気弁の閉タイミングを
遅らせ、実質上の圧縮比制御をおこない良好な運転状態
を維持し、予混合圧縮自着火運転に移行しようとするも
のである。第３の形態例は、予混合圧縮自着火エンジン
の出力側に電動発電機を備えるとともに、圧縮自着火運
転を行うに必要な給気温度を確保する為の給気加熱装置
を給気側に備え、エンジンの起動時には、給気加熱機を
働かせて給気加熱をおこなうとともに、電動発電機を電
動機として運転して動力をエンジン側に伝達し、定格速
度に維持して圧縮自着火運転起動を円滑におこない、必
要な暖気後に、エンジンを過給機による昇温効果で自立
運転させ、電動発電機を発電機として働せようとするも
のである。

【００１２】以上のように、本願には、主な実施の形態
が３例あるが、先ず図１に示す第１実施の形態例を使用
して、エンジン１００の概略基本構造を説明する。 基本構成 エンジン１００は、給気弁１及び排気弁２を備えたシリ
ンダ３と、このシリンダ３内に収納されるピストン４を
備えたエンジン本体５を備えて構成される。通常、この
エンジン本体５の給気側に過給機（図外）及びアフター
クーラー（図外）を備えて構成されている。このシリン
ダ５とピストン４との間に形成されている空間が、本願
にいう燃焼室である。ピストン４は連接棒８によってク
ランク軸９に接続されており、ピストン４の往復動に従
ってクランク軸９に回転出力を得られる。この構成によ
り、過給機を介して圧縮された予混合気は、アフターク
ーラーにおいて冷却され、シリンダ３内へ導かれ、圧
縮、膨張行程を経た後、排気弁を介して排気側へ排気さ
れる。

【００１３】エンジンの動作サイクルは、給気行程、圧
縮行程、膨張行程、排気行程を経て、一サイクルを完了
する。通常、前記給気行程においては、給気弁１のみが
開状態とされて、予混合気の給気が行われる。圧縮行程
においては、給気弁１及び排気弁２が共に閉状態とされ
ピストン４がシリンダ３内空間を減少させる方向に移動
し、シリンダ３内のガスの圧縮がおこる。この圧縮が完
了する状態に於けるピストン４の位置が、上死点と呼ば
れ、本願における圧縮自着火は、この位置の近傍にピス
トン４があるタイミングで起こることが好ましい。膨張
行程は、燃焼によって発生する高圧ガスによりピストン
４がシリンダ内空間を増加する方向に移動する行程であ
る。この行程にあっても、給気弁１及び排気弁２が共に
閉状態とされる。さらに、排気行程においては、排気弁
２のみが開状態とされ、ピストン４のシリンダ３内空間
を減少させる方向への移動に伴ってシリンダ３内の排ガ
スが排出される。以上の行程は、４サイクルエンジンが
普通に備える行程であり、基本的に予混合圧縮自着火機
関も、着火が、圧縮に伴って発生される熱によって起こ
る以外、他の機関と変わるところはない。

【００１４】このエンジンにあっては、燃焼室に点火プ
ラグ１０ａを備えるとともに、この点火プラグ１０ａに
よる火花点火をエンジンサイクルの所定の行程において
行えるように構成されている。即ち、この点火機構１１
は、エンジンの作動を制御する制御装置１２からの指令
を受けて、動作するように構成されている。従って、エ
ンジンは、点火機構１１を働かせて火花点火により運転
を継続する第１運転状態と、点火機構１１を停止し、圧
縮自着火により運転を継続する第２運転状態との間で、
選択運転可能に構成されている。シリンダ３には、燃焼
室内で発生するノッキングを検出するためのノッキング
センサ１０ｂが備えられ、このセンサ１０ｂからの出力
情報（ノッキングの発生情報）が、前記制御装置１２に
送られるように構成されている。制御装置１２にあって
は、ノッキングの発生が確認された状態で、点火機構１
１を動作させる動作タイミングを所定量づつ遅らせるよ
うに構成されている。制御装置１２は、上記のような火
花点火の時期を制御するとともに、エンジン全体の動作
を制御する。後にも示すように、点火機構１１を働かせ
て火花点火により運転を継続する第１運転状態、前記点
火機構１１を停止し、圧縮自着火により運転を継続する
第２運転状態と、に於ける制御、さらに、これらの状態
間の切り換え操作も制御装置１２によって行われる。従
って、この制御装置１２は、本願における制御手段の働
きをする。又、装置内に、後に説明する第２制御手段１
２２、第３制御手段１２３、第４制御手段１２４も備え
られている。

【００１５】１ 第１実施形態の特徴部 先に説明したように、エンジンは、燃焼室内の予混合気
に火花点火可能な点火機構１１を備え、この点火機構１
１を働かせて火花点火により運転を継続する第１運転状
態と、前記点火機構１１を停止し、圧縮自着火により運
転を継続する第２運転状態との間で、選択運転可能に構
成されている。さらに、火花点火の時期を制御するとと
もに、燃焼室内に供給される給気の量を設定制御可能な
構造とされている。即ち制御装置１２には、前記第１運
転状態で起動運転をおこなうに、燃焼室内に供給される
給気の量を前記第２運転状態における基準給気量より少
なく設定する第２制御手段１２２が備えられている。以
下さらに詳細に説明する。図１（イ）に示すように、燃
焼室内に給気を供給する給気路１７に、エンジンの回転
に同期して回転するとともに、燃焼室に対して設けられ
る給気弁１の閉タイミングに対して早いタイミングに閉
じ動作可能なロータリーバルブ１８を設け、このロータ
リーバルブ１８を介するガス路１７ａに対するバイパス
路１７ｂを設けるとともに、バイパス路１７ｂに開閉自
在なバイパス開閉弁１９が設けられている。そして、前
記第１運転状態において、前記バイパス開閉弁１９を閉
状態に、且つ前記ロータリーバルブ１８を、エンジン回
転に伴って、給気弁１の開時間領域内で、前記給気弁１
の閉タイミングに対して早いタイミングで閉じ動作する
状態で同期回転させ、第２運転状態において、バイパス
開閉弁１９を開状態とする第２制御手段１２２を備えて
いる。ここで、ロータリーバルブ１８の開時間間隔は、
給気弁１の開時間間隔とほぼ同等とされるが、開タイミ
ング及び閉タイミングが共に、給気弁１の其に対して早
いことにより、結果的に、このローターバルブ１８が働
いている状態に於ける給気は、給気弁１を早閉じしたと
同様な効果を生むこととなる。図１（ロ）に示す斜線部
のガス量のみが、燃焼室内に供給されるのみである。こ
のような構造を採用することにより、過給機により給気
する予混合圧縮自着火エンジンを起動する場合に、点火
機構１１を働かせて火花点火により運転を継続する第１
運転状態で起動運転を行った後に、点火機構１１を停止
し、圧縮自着火により運転を継続する第２運転状態に移
行するに、第１運転状態において、圧縮行程開始時の燃
焼室内圧力を、第２運転状態におけるそれより低く設定
して、起動運転をおこなう。（この制御を第２制御手段
が行う）従って、第１運転状態においては、実質的な圧
縮比は充分に小さくでき、良好にノッキングの発生を抑
制することができる。一方、運転状態の切り換えに際し
ては、バイパス開閉弁１９を急速開にする事により圧縮
自着火を行うに必要な圧縮比状態にジャンプできる。ロ
ータリーバルブ１８の開時期を給気弁１に一致させて
も、圧縮比を上げることができるが、この場合、火花天
下運転状態から、一気に圧縮比を変えることが難しく、
また、ロータリーバルブ１８のみでは、圧損が大きくな
り、エンジンの効率低下の原因となる。

【００１６】２ 第２実施形態の特徴部 次に図２に基づいて、第２実施の形態について説明す
る。この例の場合も、エンジンは、燃焼室内の予混合気
に火花点火可能な点火機構１１を備えている。従って、
この点火機構１１を働かせて火花点火により運転を継続
する第１運転状態と、点火機構１１を停止し、第２運転
状態との間で、選択運転可能に構成されている。さら
に、図２に示すように、燃焼室内に予混合気を供給する
主給気路１７０に対して別の副給気路１７１が備えられ
ており、制御装置１２により、給気弁開閉制御装置１５
０を作動させて、主給気路１７０に備えられる主給気弁
１１０と副給気路１７１に設けられる副給気弁１１１と
の弁閉止時期を設定制御自在に構成されている。そし
て、前記第１運転状態においては、副給気弁１１１の閉
止時期を主給気弁１１０の閉止時期に対して遅らせた運
転状態に維持し、第２運転状態への移行において、副給
気弁１１１を閉止状態として、運転をおこなうことがで
きるように構成されている。従って、主給気弁１１０を
閉じた後は、通常、エンジンの圧縮行程が始まるが、副
給気弁１１１は、この圧縮行程の初期に開状態に維持さ
れ、圧縮行程中の所定のタイミングで閉状態とされる。
ここで、この副給気路１７１が副給気弁部１２１を介し
て給気下流側で接続される副室２０が、燃焼室に対して
備えられており、副給気弁１１１が副室２０に対する給
気弁として働く構造が採用されている。そして、制御装
置１２には、前記第１運転状態において、副給気弁１７
１の閉止時期を主給気弁１１０の閉止時期に対して遅ら
せた運転状態に維持し、第２運転状態への移行におい
て、副給気弁１７１を閉止状態として、運転をおこなう
第３制御手段１２３が備えられている。

【００１７】この構造を採用することにより、このエン
ジンの起動にあたっては、点火機構１１を働かせて火花
点火により運転を継続する第１運転状態で起動運転を行
った後に、点火機構１１を停止し、圧縮自着火により運
転を継続する第２運転状態に移行することとし、前記第
１運転状態における主給気弁１１０の開閉動作による給
気行程若しくは圧縮行程の初期において、副給気路１７
１を介して燃焼室側から給気側へ燃焼室内ガスの漏出を
許容する運転状態を維持し、第２運転状態への移行にお
いて、前記副給気弁１７１を閉止状態として、運転をお
こなうことができる。

【００１８】３ 第３実施形態の特徴部 次に、図３について第３実施の形態例に関して説明す
る。このエンジンにおいては、起動時に圧縮自着火に必
要な給気温度を確保する為の給気加熱装置（給気加熱
機）１３が備えられている。さらに、このエンジンにお
いては、エンジン出力側に電動発電機２１を備えるとと
もに、前記電動発電機２１を電動機として駆動可能なイ
ンバータ設備２２を備えている。制御装置１２内には、
起動運転時に、給気加熱装置１３を働かせて加熱された
給気を燃焼室内に供給するとともに、インバータ設備２
２により電動発電機２１を電動機として働かせて起動運
転をおこない、エンジンが定格速度に達した後、給気加
熱装置１３を働かせたまま暖機運転をおこない、電動発
電機２１を電動機としての電動運転状態から発電を行う
発電運転状態に切り換え、運転を継続し、次に、給気加
熱を行わないで運転継続可能となった後、加熱を停止す
る、第４制御手段１２４が備えられている。従って、こ
のエンジンは、起動時に自着火により起動駆動可能とな
る。即ち、第４制御手段１２４による制御により、起動
時には、給気加熱装置１３を働かせて加熱された給気を
燃焼室内に供給するとともに、インバータ設備２１によ
り電動発電機２１を電動機として働かせて起動運転をお
こない、エンジンを良好に定格速度までもっていける。
そして、エンジンが定格速度に達した後、給気加熱装置
１３を働かせたまま暖機運転をおこない、エンジンの暖
機運転を完了することができる。このようない行程を経
て、エンジンが給気加熱を行わないで運転継続可能とな
った後にあっては、給気加熱装置１３も停止し、給気加
熱をおこなうことなく、予混合自着火による完全な自立
運転状態が確保できた状態にあって、電動発電機２１を
電動機としての電動運転状態から発電を行う発電運転状
態に切り換え、出力を取り出すことができる。この場合
も、良好に過給機により過給をおこなう予混合自着火エ
ンジンの起動をおこなうことができる。

【００１９】〔別実施の形態例〕 （イ） 本願の予混合圧縮自着火機関に使用できる燃料
としては、都市ガス等が好適であるが、ガソリン、プロ
パン、メタノール、水素、その他炭化水素系燃料を使用
することができる。 （ロ） 予混合気を生成するにあたっては、燃料とこの
燃料の燃焼のための酸素を含有するガスとを混合すれば
よいが、例えば、燃焼用酸素含有ガスとして空気を使用
することが一般的である。しかしながら、このようなガ
スとしては、例えば、酸素成分含有量が空気に対して高
い酸素富化ガス等を使用することが可能である。 （ハ） 上記の実施の形態例においては、所謂、４サイ
クル機関に関連して、説明したが、本願は、２サイクル
機関においても適応可能である。 （ニ） 先にも述べたが、点火機構としては、火花点火
によりこれをおこなう機構、さらに着火性のよいアルコ
ール等の液体燃料を燃焼室内に供給してこの燃料の燃焼
により点火を行う機構のいずれおも、本願において使用
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の第１実施例の過給機により給気する予混
合圧縮自着火エンジンの構成を示す図

【図２】本願の第２実施例の過給機により給気する予混
合圧縮自着火エンジンの構成を示す図

【図３】本願の第３実施例の過給機により給気する予混
合圧縮自着火エンジンの構成を示す図

【符号の説明】

１ 給気弁 １０ａ 点火プラグ １０ｂ ノッキングセンサ １１ 点火機構 １２ 制御装置 １８ ロータリーバルブ １９ バイパス開閉弁 ２０ 副室 ２１ 電動発電機 ２２ インバータ設備 １００ エンジン １１０ 主給気弁 １１１ 副給気弁 １２１ 副給気弁部 １２２ 第２制御手段 １２３ 第３制御手段 １２４ 第４制御手段 １７０ 主給気路 １７１ 副給気路

───────────────────────────────────────────────────── 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 31/04 Ｆ０２Ｍ 31/04 Ｂ Ｆ０２Ｎ 17/08 Ｆ０２Ｎ 17/08 Ｚ (72)発明者 守家 浩二 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 浅田 昭治 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内 Ｆターム(参考） 3G023 AA06 AA08 AA18 AB06 AC02 AC03 AC06 AC07 AC09 AD06 AD24 AF02 AF03 AG05 3G092 AA01 AA02 AA03 AA05 AA07 AA12 AA18 AB02 AB05 AB07 AB08 AB09 AB18 AC08 BA08 BA10 CB04 DA01 DA08 DA11 DA14 DC02 DC04 DD03 DE15S EA02 EA03 EA04 EA11 EA13 EA14 EA21 EA28 EA29 FA31 GA01 GA02 GA14 HA14X HC05Z HF01X HF05X 3G301 HA01 HA02 HA03 HA05 HA09 HA10 HA11 HA19 HA22 HA23 HA27 JA22 KA01 KA11 LA04 LA05 LA07 NE06 NE11 NE12 PC08Z

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 過給機により給気する予混合圧縮自着火
   エンジンの起動方法であって、 燃焼室内の予混合気に火花点火可能な点火機構又は、液
   体噴射により点火可能な点火機構を備え、 前記点火機構を働かせて点火動作を行いながら運転を継
   続する第１運転状態で起動運転を行った後に、前記点火
   機構を停止し、圧縮自着火により運転を継続する第２運
   転状態に移行するに、 前記第１運転状態において、圧縮行程開始時の燃焼室内
   圧力を前記第２運転状態に於ける圧縮行程開始時の燃焼
   室内圧力である基準圧縮行程開始圧力より低く設定して
   起動運転をおこなう過給機により給気する予混合圧縮自
   着火エンジンの起動方法。
2. 【請求項２】 燃焼室内の予混合気に火花点火可能な点
   火機構又は、液体噴射により点火可能な点火機構を備
   え、 前記点火機構を働かせて点火動作を行いながら運転を継
   続する第１運転状態と、前記点火機構を停止し、圧縮自
   着火により運転を継続する第２運転状態との間で、選択
   運転可能に構成され、 制御手段により、前記燃焼室内に供給される給気の量を
   設定制御可能な構成で、 前記制御手段に、前記第１運転状態で起動運転をおこな
   うに、圧縮行程開始時の燃焼室内圧力を前記第２運転状
   態に於ける圧縮行程開始時の燃焼室内圧力である基準圧
   縮行程開始圧力より低く設定する第２制御手段を備えた
   過給機により給気する予混合圧縮自着火エンジン。
3. 【請求項３】 前記燃焼室内に給気を供給する給気路
   に、エンジンの回転に同期して回転するとともに、燃焼
   室に対して設けられる給気弁の閉タイミングに対して早
   いタイミングで閉じ動作可能なロータリーバルブを設
   け、 前記ロータリーバルブを介するガス路に対し、バイパス
   路を設けるとともに、前記バイパス路に開閉自在なバイ
   パス開閉弁を設け、 前記第１運転状態において、前記バイパス開閉弁を閉状
   態に、且つ前記ロータリーバルブを、エンジン回転に伴
   って、前記給気弁の開時間領域内で、前記給気弁の閉タ
   イミングに対して早いタイミングで閉じ動作する状態で
   同期回転させ、 前記第２運転状態において、前記バイパス開閉弁を開状
   態とする前記第２制御手段を備えた請求項２記載の過給
   機により給気する予混合圧縮自着火エンジン。
4. 【請求項４】 過給機により給気する予混合圧縮自着火
   エンジンの起動方法であって、 燃焼室内の予混合気に火花点火可能な点火機構又は、液
   体噴射により点火可能な点火機構を備え、 前記点火機構を働かせて点火動作を行いながら運転を継
   続する第１運転状態で起動運転を行った後に、前記点火
   機構を停止し、圧縮自着火により運転を継続する第２運
   転状態に移行するに、 燃焼室内に予混合気を供給する主給気路に対して別の副
   給気路を備え、前記主給気路に備えられる主給気弁と前
   記副給気路に設けられる副給気弁との弁閉止時期を設定
   自在に構成し、 前記第１運転状態における前記主給気弁の開閉動作によ
   る給気行程若しくは圧縮行程の初期において、前記副給
   気路を介して前記燃焼室側から給気側へ燃焼室内ガスの
   漏出を許容する運転状態を維持し、 前記第２運転状態への移行において、前記副給気弁を閉
   止状態として、運転をおこなう、過給機により給気する
   予混合圧縮自着火エンジンの起動方法。
5. 【請求項５】 燃焼室内の予混合気に火花点火可能な点
   火機構又は、液体噴射により点火可能な点火機構を備
   え、 前記点火機構を働かせて点火動作を行いながら運転を継
   続する第１運転状態と、前記点火機構を停止し、圧縮自
   着火により運転を継続する第２運転状態との間で、選択
   運転可能に構成され、 燃焼室内に予混合気を供給する主給気路に対して別の副
   給気路を備え、 制御手段により、前記主給気路に備えられる主給気弁と
   前記副給気路に設けられる副給気弁との弁閉止時期を設
   定制御自在に構成され、 前記第１運転状態において、前記副給気弁の閉止時期を
   前記主給気弁の閉止時期に対して遅らせた運転状態に維
   持し、 前記第２運転状態への移行において、前記副給気弁を閉
   止状態として、運転をおこなう第３制御手段を備えた過
   給機により給気する予混合圧縮自着火エンジン。
6. 【請求項６】 前記副給気路が、副給気弁部を介して給
   気下流側で接続される副室を前記燃焼室に対して備え、
   前記副給気弁が前記副室に対する給気弁として働く請求
   項５記載の過給機により給気する予混合圧縮自着火エン
   ジン。
7. 【請求項７】 過給機により給気する予混合圧縮自着火
   エンジンの起動方法であって、 給気路に給気加熱装置を備えるとともに、エンジン出力
   側に電動発電機を、前記電動発電機を電動機として駆動
   可能なインバータ設備を備え、 起動運転時に、前記給気加熱装置を働かせて加熱された
   給気を燃焼室内に供給するとともに、前記インバータ設
   備により前記電動発電機を電動機として働かせて起動運
   転をおこない、 エンジンが定格速度に達した後、前記給気加熱装置を働
   かせたまま暖機運転をおこなうとともに、前記電動発電
   機を電動機としての電動運転状態から発電を行う発電運
   転状態に切り換え、運転を継続するとともに、 給気加熱を行わないで運転継続可能となった後、前記加
   熱を停止する、過給機により給気する予混合圧縮自着火
   エンジンの起動方法。
8. 【請求項８】 過給機により給気する予混合圧縮自着火
   エンジンであって、 給気路に給気加熱装置を備えるとともに、エンジン出力
   側に電動発電機を、前記電動発電機を電動機として駆動
   可能なインバータ設備を備え、 起動運転時に、前記給気加熱装置を働かせて加熱された
   給気を燃焼室内に供給するとともに、前記インバータ設
   備により前記電動発電機を電動機として働かせて起動運
   転をおこない、 エンジンが定格速度に達した後、前記給気加熱装置を働
   かせたまま暖機運転をおこなうとともに、前記電動発電
   機を電動機としての電動運転状態から発電を行う発電運
   転状態に切り換え、運転を継続するとともに、 給気加熱を行わないで運転継続可能となった後、前記加
   熱を停止する、第４制御手段を備えた過給機により給気
   する予混合圧縮自着火エンジン。