JP2001082148A

JP2001082148A - エンジン及びその運転方法

Info

Publication number: JP2001082148A
Application number: JP26007599A
Authority: JP
Inventors: Koji Moriya; 浩二守家; Takahiro Sako; 孝弘佐古; Shunsaku Nakai; 俊作中井
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1999-09-14
Filing date: 1999-09-14
Publication date: 2001-03-27

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、主室１において燃料と酸素含有ガ
スを燃焼させ、ピストン２をシリンダ３内で往復運動さ
せ、クランク軸４の回転を維持するエンジン１００で、
燃料を高圧で噴射する必要なく、高圧縮比で高効率なエ
ンジンを実現し、特に、気体燃料を適用することができ
る高効率エンジンを実現することを目的とする。【解決手段】主室１に混合気噴出孔２１によって連通
する混合気副室２０と、混合気副室２０に副室連絡路３
１によって連通する予燃焼副室１０とを備えると共に、
予燃焼副室１０に燃料を供給する燃料供給手段３０と、
予燃焼副室の混合気を着火する着火手段８とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主室において燃料
と酸素含有ガスとをピストンによって圧縮して燃焼さ
せ、前記ピストンをシリンダ内で往復運動させ、クラン
ク軸の回転を維持するエンジン及びその運転方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関であるエンジンは、大きく、火
花点火エンジン（ＳＩエンジン）と、ディーゼルエンジ
ンとに分けられる。ＳＩエンジンは、空気（燃焼用酸素
含有ガスの一例）と燃料の混合気を燃焼室（主室）に吸
入し、圧縮した後、スパークプラグで強制着火するもの
で、このＳＩエンジンの理想サイクルはオットーサイク
ル（定容加熱サイクル）と考えられており、圧縮比を高
くし希薄燃焼させることにより、オットーサイクルの熱
効率は向上する。しかし、圧縮比を高くすると正常火炎
伝播による燃焼終了前にエンドガスが自己発火するノッ
キングが発生し、真にトルクが最大になる最適点火時期
からのずれが発生して熱効率の低下を伴う。よって、圧
縮比を高めて熱効率を向上するには限度があり、例えば
圧縮比は高々１０以下とされ、このときの熱効率ηｅは
３０％程度であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】エンジンの排ガス対策
上は、ＣＯ、ＨＣ、さらにＮＯｘ発生も少ないような非
常に薄い混合気で完全燃焼させれば良いことが判ってい
る。また熱効率を向上させる為にも吸入空気（酸素含有
ガスの一例）を絞らずに、ポンピングロスを少なくし
て、薄い混合気を燃焼させることが効果的であるが、混
合気の着火性、燃焼不安定性の問題を解決する必要があ
る。また、ディーゼルエンジンは、燃料を高圧で噴射す
る燃料噴射装置により、燃料を任意の時期に投入できる
ため、ＳＩエンジンのように火炎伝播の圧力上昇による
ノッキングが発生することがないので、圧縮比を高く設
定し、効率の向上を図ることができるが、高圧縮された
吸入空気（酸素含有ガスの一例）に燃料を高圧噴射する
必要がある為、複雑且つ高価な燃料噴射弁が必要とな
り、さらに、燃料が天然ガス等の気体燃料である場合、
この気体燃料を高圧の燃焼室に供給することは非常に困
難であり、このような気体燃料のエンジンは圧倒的にＳ
Ｉエンジンとされ、気体燃料を使用するディーゼルエン
ジンを構成して高効率化を図るのは困難であった。

【０００４】よって、本発明は、上記の事情に鑑みて、
燃料を高圧で噴射する必要なく、高圧縮比で高効率なエ
ンジンを提供することを目的とし、特に、気体燃料のエ
ンジンにおいても適用することができる高効率エンジン
を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような問題を解決す
る為の本発明による、主室において燃料と酸素含有ガス
とをピストンによって圧縮して燃焼させ、前記ピストン
をシリンダ内で往復運動させ、クランク軸の回転を維持
するエンジンの運転方法の特徴構成は、請求項１に記載
されているように、前記エンジンを、前記主室に混合気
噴出孔によって連通する混合気副室と、前記混合気副室
に副室連絡路によって連通する予燃焼副室と設けて構成
し、前記予燃焼副室及び前記混合気副室に燃料を供給す
る燃料供給工程を行い、前記予燃焼副室の混合気を着火
して燃焼させ、前記予燃焼副室における燃焼によって得
られる圧力波を前記副室連絡路を介して前記混合気副室
に伝播させ、前記混合気副室に形成した混合気を前記混
合気噴出孔から前記主室に噴出する混合気噴出工程を行
う点にある。

【０００６】通常、エンジンには、４サイクルエンジン
と２サイクルエンジンがあり、４サイクルエンジンの動
作サイクルは、ピストンの往復運動に伴って、吸気行
程、圧縮行程、燃焼・膨張行程、排気行程を経て運転さ
れ、２サイクルエンジンは、掃気・圧縮行程、燃焼・膨
張・排気行程を経て運転され、どちらのエンジンにおい
ても、主室（燃焼室）において燃料と酸素含有ガスを圧
縮して燃焼させ、ピストンをシリンダ内で往復運動さ
せ、クランク軸の回転を維持するものであり、本発明の
エンジンは４サイクル及び２サイクルエンジンに適用す
ることができる。

【０００７】本発明のエンジンは、吸気行程又は掃気行
程において吸気ポート等から、空気（酸素含有ガスの一
例）が主室に吸入される。次に圧縮行程において、この
吸入された空気を圧縮することで、混合気噴射孔を介し
て主室の空気が混合気副室に流入し、さらに副室連絡路
を介して予燃焼副室に流入する。また、燃料供給工程に
おいて、吸気行程若しくは圧縮行程初期又は掃気・圧縮
行程の、例えば、主室の圧力が未だ低圧状態のときに、
予燃焼副室及び混合気副室に燃料を供給し、予燃焼副室
及び混合気副室に、混合気を形成する。次に、混合気噴
出工程において、予燃焼副室の混合気が着火され、その
燃焼による圧力波が、副室連絡路を介して混合気副室に
伝播し、混合気副室において形成された混合気が主室連
絡路を介して主室に高圧で噴出され、主室に噴出された
当量比が燃焼上限界以上の混合気は、主室に滞留してい
る空気と反応して燃焼することとなり、所謂ディーゼル
サイクル（定圧サイクル）に近い燃焼となる。

【０００８】よって、例えば当量比φを０．２〜１．０
と大幅に変化させても、好ましい状態で完全燃焼させる
ことができ、例えば全体的に混合気の当量比φを０．３
５程度の希薄に設定しても、燃料を好ましい状態で完全
燃焼させることができるため、比熱比が高く高効率にな
ると共に、未燃成分の排出を低減することができ、さら
に、ノッキングの発生を防止できるので、圧縮比を高く
設定し、エンジンを効率を一層向上することができる。
また、例えば、燃料を高圧縮で噴射する必要がない為、
気体燃料のような高圧縮で噴出させることが困難である
燃焼においてもディーゼルサイクルに近い燃焼状態を実
現し、高効率化を図ることができる。

【０００９】また、本手法を実現する為のエンジンは、
以下のように構成することができる。即ち、請求項２に
記載されているように、前記主室に混合気噴出孔によっ
て連通する混合気副室と、前記混合気副室に副室連絡路
によって連通する予燃焼副室とを備えると共に、前記予
燃焼副室に燃料を供給する燃料供給手段と、前記予燃焼
副室の混合気を着火する着火手段とを備える。

【００１０】上記のように構成することによって、燃料
を高圧縮で噴射する燃料噴射弁を使用することなく、混
合気副室の燃料と酸素含有ガスの混合気を、予燃焼副室
の燃焼圧力波を利用して高圧縮状態で主室に噴出させる
ことができ、気体燃料のような高圧縮噴射が困難な燃焼
においてもディーゼルサイクルに近い燃焼を実現し、高
効率のエンジンを構成することができる。

【００１１】また、このようなエンジンにおいて、請求
項３に記載されているように、前記燃料供給手段が、前
記予燃焼副室及び前記混合気副室に燃料を供給して、前
記ピストンによる圧縮終了時における前記予燃焼副室
に、当量比が可燃範囲内の混合気を形成し、前記ピスト
ンによる圧縮終了時における前記混合気副室に、当量比
が燃焼上限界以上の混合気を形成することが好ましい。

【００１２】このように前記燃料供給手段によってピス
トンによる圧縮終了時、所謂圧縮行程終了時に、上記の
ように燃料を供給することで、予燃焼副室に形成する当
量比が可燃範囲内の混合気を容易に着火することがで
き、さらに、混合気副室の混合気の当量比は燃焼上限界
以上であるため燃焼することなく、副室連絡路を介して
混合気副室に圧力波を伝播させ、混合気副室の混合気を
着火することなく主室に噴出させることができ、混合気
を主室において効率よく燃焼させ、出力として取り出す
ことができる為、さらに効率を向上させることができる
ディーゼルサイクルに近い燃焼を実現するエンジンを構
成することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明のエンジンの実施の形態に
ついて図面を用いて説明する。図１に示す本発明に係る
エンジン１００は、ピストンピン７によって連結棒６に
接続されたピストン２と、ピストン２を収容してピスト
ン上端面と共に主室１を形成するシリンダ３を備え、ピ
ストン２をシリンダ３内で往復運動させると共に、吸気
弁３２及び排気弁３３を開閉動作させて、新気を主室１
に取り込み、主室１において吸気、圧縮、燃焼・膨張、
排気の諸行程を行い、ピストン２の往復動を連結棒６に
よってクランク軸４の回転運動として出力されるもので
あり、このような構成は、通常の４ストローク内燃機関
と変わるところはない。

【００１４】また、エンジン１００は、都市ガス（１３
Ａ）を燃料Ｇとして使用するものであり、吸気行程にお
いて吸気弁３２を開状態として主室１に酸素含有ガスと
して空気Ａを吸入し、圧縮行程においてこの吸入した空
気Ａを圧縮するように構成され、また、燃料Ｇは、後に
説明する燃料供給弁３０に供給されてエンジン１００へ
供給される。

【００１５】さらに、エンジン１００のシリンダヘッド
９には、副室部材５０が設けられ、副室部材５０には、
主室１に３つの主室連絡路２１によって連通される混合
気副室２０と、混合気副室２０に副室連絡路３１によっ
て連通される予燃焼副室１０とが設けられている。

【００１６】また、混合気副室２０の上方には燃料供給
弁３０が設けられ、燃料Ｇを混合気副室２０に、圧縮状
態で貯蔵された燃料Ｇのガス圧を利用して供給するよう
に構成されている。また、予燃焼副室１０の上方には、
点火プラグ８が設けられており、後に説明する予燃焼副
室の混合気を着火するように構成されている。

【００１７】次に、本発明のエンジン１００の、１サイ
クルにおける動作状態を説明する。まず、本発明のエン
ジン１００は、吸気弁３２を開き、ピストンが上死点を
経て下降し主室１に空気Ａが吸入される。後に、吸気弁
３２を閉じ、さらにピストン２が上昇し、主室１内の空
気Ａが圧縮される。この主室１における空気Ａの圧縮に
よって、主室１の圧縮された空気Ａは、主室連絡路２１
を介して、混合気副室２０に流入し、混合気副室２０に
流入した空気Ａの一部が副室連絡路３１を介して予燃焼
副室１０に流入する。

【００１８】さらに、吸気行程若しくは圧縮行程初期の
段階において、燃料供給弁３０を働かせ、混合気副室が
まだ低圧状態のときに燃料のガス圧を利用して燃料Ｇを
混合気副室２０に供給する。この供給した燃料Ｇのほと
んどは混合気副室２０の残留するが、一部の燃料Ｇが副
室連絡路３１を介して予燃焼副室１０に流入し、結果、
圧縮が終了して着火前の時点において、予燃焼副室１０
内に可燃範囲内の当量比に設定された燃料Ｇと空気Ａの
混合気を形成し、混合気副室２０においては、残りの燃
料Ｇと空気Ａとで、燃焼上限界以上の当量比の混合気を
形成することができる。

【００１９】次に、燃焼・膨張行程において、点火プラ
グ８を働かせて、予燃焼副室１０内に形成された可燃範
囲内の当量比の混合気を着火し、燃焼・膨張行程に移行
するのであるが、この詳細について、以下に説明する。
まず、この点火プラグ８を働かせる時点において、予燃
焼副室１０に形成された混合気の当量比φは０．６５〜
１．２の可燃範囲内となっており、点火プラグ８によっ
て、火花を発生させ、この混合気を着火する。すると、
予燃焼副室１０内の混合気は容易に燃焼して、予燃焼副
室１０における内圧が上昇し、圧力波が、副室連絡路３
１側に伝播し、混合気副室２０に伝播する。よって、混
合気副室２０に形成された混合気の当量比は燃焼上限界
以上である為に着火することなく、上記の予燃焼副室１
０からの圧力波を利用して、主室連絡路２１を介して主
室へ高圧状態で噴出され、主室の空気Ａと反応して燃焼
し、ピストン２を押し下げ、排気行程において排気弁を
開状態として燃焼後の排ガスを排出する。

【００２０】このような燃焼状態は、所謂ディーゼルサ
イクル（定圧サイクル）に近い状態となり、主室１にお
ける混合気を圧縮するのではなく空気を圧縮することに
なるので、ノッキングを抑制することができ、エンジン
の圧縮比を高く設定し、効率を向上させることができ
る。また、１サイクルにおいて燃焼させる燃料Ｇと空気
Ａの混合気の当量比φを０．３５程度の超希薄状態でエ
ンジンを運転することができ、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等の
排出を低減させることができる。

【００２１】また、上記の実施の形態において、主室１
には点火プラグを備えず、混合気副室２０に形成した混
合気を主室連絡路２１から主室１へ高圧状態で噴出し、
主室の空気Ａと反応して燃焼させる、所謂ディーゼルエ
ンジンに近い構成を説明したが、別に、主室１に点火プ
ラグを備え、主室連絡路２１から噴出した混合気を点火
するように構成することもできる。

【００２２】〔別実施の形態〕〈１〉次に、本発明に係るエンジンの別の実施の形態
について、図面を用いて説明する。図２に示すエンジン
２００は、前述の図１に示すエンジン１００と、副室部
材５０の一部の構造以外、同様の構造となっているの
で、詳細についての説明は省略する。

【００２３】エンジン２００の副室部材５０には、図３
にもしめすように、予燃焼副室１０と主室１を連絡する
予燃焼室連絡路１１が設けられており、予燃焼室連絡路
１１の流路抵抗をＳ１、主室連絡路２１の流路抵抗をＳ
２、副室連絡路３１の流路抵抗をＳＳとすると、ＳＳ＜Ｓ１＜Ｓ２となるように関係づけられ形成されている。なお、予燃
焼室連絡路の流路の内径は２．５ｍｍであり、主室連絡
路の流路の内径は１．０ｍｍである。

【００２４】次に、本発明のエンジン２００の、１サイ
クルにおける動作状態を図面を用いて説明する。主室１
の容積が最小のときのピストン位置を上死点（ＴＤ
Ｃ）、主室１の容積が最大のときのピストン位置を下死
点（ＢＤＣ）と呼び、クランク角を、回転方向における
上死点のクランク軸の位置に対する角度で表わし、上死
点の手前のときは、角度値の後にＢＴＣＤを付し、上死
点の後のときは、角度値の後にＡＴＣＤを付す。

【００２５】まず、本発明のエンジン１００は、図６に
示すように、クランク角が２２°ＢＴＤＣの時点で吸気
弁３２を開き、ピストンが上死点を経て下降し主室１に
空気Ａが吸入される。後に、クランク角が１１０°ＢＴ
ＤＣの時点で吸気弁３２を閉じ、さらにピストン２が上
昇し、主室１内の空気Ａが圧縮される。この主室１にお
ける空気Ａの圧縮によって、図４に示すように、主室１
の圧縮された空気Ａは、予燃焼室連絡路１１及び主室連
絡路２１を介して、予燃焼副室１０及び混合気副室２０
に流入し、上記のそれぞれの連絡路１１，２１の流路断
面積の大小関係、所謂流路抵抗の大小関係から、予燃焼
副室１０の方が混合気副室２０よりも多い空気Ａが流入
する。

【００２６】さらに、クランク角が１１０°ＢＴＤＣの
時点、即ち吸気弁が閉じられた時点で、燃料供給弁３０
を働かせ、混合気副室がまだ低圧状態のときに燃料のガ
ス圧を利用して燃料Ｇを混合気副室２０に供給する。こ
の供給した燃料Ｇのほとんどは混合気副室２０の残留す
るが、一部の燃料Ｇが副室連絡路３１を介して予燃焼副
室１０に流入し、結果、圧縮が終了して着火前の時点に
おいて、予燃焼副室１０内に可燃範囲内の当量比に設定
された燃料Ｇと空気Ａの混合気を形成し、混合気副室２
０においては、残りの燃料Ｇと空気Ａとで、燃焼上限界
以上の当量比の混合気を形成することができる。このよ
うな状態で燃料Ｇを供給する工程を燃料供給工程と呼
ぶ。

【００２７】次に、クランク角が１０°ＢＴＤＣの時点
で、点火プラグ８を働かせて、予燃焼副室１０内に形成
された可燃範囲内の当量比の混合気を着火し、燃焼・膨
張行程に移行するのであるが、この詳細について、以下
に説明する。まず、この点火プラグ８を働かせる時点に
おいて、予燃焼副室１０に形成された混合気の当量比φ
は０．６５〜１．２程度の可燃範囲内になっており、点
火プラグ８によって、火花を発生させ、この混合気を着
火する。すると、予燃焼副室１０内の混合気は容易に燃
焼して、予燃焼副室１０における内圧が上昇し、図５に
示すように、予燃焼副室１０の火炎が、予燃焼室連絡路
から主室１へ噴出され、主室１において火炎トーチＦが
形成される。

【００２８】さらに、この火炎トーチＦの形成と同時
に、予燃焼副室１０の内圧上昇によって、圧力波が、予
燃焼室連絡路１１よりも流路抵抗が小さい副室連絡路３
１側に好ましい状態で伝播し、混合気副室２０に伝播す
る。混合気副室２０に形成された混合気の当量比は燃焼
上限界以上である為に着火することなく、上記の予燃焼
副室１０からの圧力波を利用して、主室連絡路２１を介
して主室へ噴出され、主室１において上記火炎トーチＦ
の領域に方向付けられた噴出混合気Ｍが形成される。こ
のように、予燃焼副室１０における燃焼によって発生す
る圧力波を副室連絡路３１を介して混合気副室２０に伝
播させ、混合気副室２０内に形成した混合気を主室連絡
路２１を介して主室１に噴出させる工程を混合気噴出工
程と呼ぶ。

【００２９】以上のように燃焼・膨張行程を行うこと
で、主室連絡路２１から主室１の火炎トーチＦに向けて
噴出された噴出混合気Ｍは、予燃焼室連絡路１１から噴
出した火炎トーチＦによって好ましい状態で着火され、
主室１において噴出混合気Ｍが徐々に燃焼し、ピストン
２を押し下げ、排気行程において排気弁を開状態として
燃焼後の排ガスを排出する。このような燃焼状態は、所
謂ディーゼルサイクル（定圧サイクル）に近い状態とな
り、希薄で且つ安定な燃焼を達成することができ、ノッ
キングを抑制することができるため、エンジンの圧縮比
を高く設定し、効率を向上させることができる。また、
１サイクルにおいて燃焼させる燃料Ｇと空気Ａの混合気
の当量比φを０．３５程度の超希薄状態でエンジンを運
転することができ、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等の排出を低減
させることができる。

【００３０】次に、本発明に係るエンジン２００の効率
向上効果を確認する為に、上記の実施の形態に示したエ
ンジン２００の構造で、圧縮比を６から２０まで変化さ
せて、効率を測定した。また、比較例として、燃料は同
じく都市ガスを使用したエンジンで、混合気を吸気して
火花点火するＳＩエンジン（比較例１）と、燃料を燃焼
室に高圧で直接噴霧するディーゼルエンジン（比較例
２）を用意し、同じく圧縮比を変化させて効率を測定し
た。

【００３１】結果、本発明に係るエンジン２００は、圧
縮比が６から２０まで運転可能であり、圧縮比が６のと
きに効率ηｅが２７％と最低値であり、これより圧縮比
を高くすれば効率も高くなり、圧縮比が１７〜１９程度
のときに効率ηｅが４１％程度と最も高い値を示し、こ
れ以上圧縮比を高くすれば若干効率が低下し、圧縮比が
２０のときは効率ηｅが３６％程度となることが判っ
た。また、比較例１のＳＩエンジンにおいては、圧縮比
を１０以上に設定するとノッキングが発生し、運転不可
能となり、圧縮比が１０程度で効率ηｅが２８％程度で
あった。また、比較例２のディーゼルエンジンにおいて
は、圧縮比を１８から２０程度と高く設定する事はでき
たが、効率ηｅは３６〜３９％程度と本発明にエンジン
よりも低い値となり、比較例２のディーゼルエンジンに
おいては、燃料を直接噴射して自己着火させるため燃焼
状態が不安定であるのに対して、本発明に係るエンジン
１００は安定した燃焼状態を実現しているといえる。ま
た、比較例１及び２のＳＩエンジン及びディーゼルエン
ジンにおいては、圧縮比が１０から１７の範囲内で運転
することが不可能であったのに対し、本発明に係るエン
ジン１００は上記の範囲内に圧縮比を設定して運転する
ことができるため、例えば、好ましい状態で燃焼して効
率が最高となる圧縮比を実験等によって見出し、自由に
圧縮比を設定することができる。

【００３２】〈２〉さらに、本発明の別の実施の形態
として、図７に示すエンジン３００について説明する。
エンジン３００は、２サイクルエンジンであって、ピス
トン２の往復動を利用して、吸気ポート４２からクラン
ク室４０に吸入された空気Ａを、掃気ポート４１を介し
て主室１内に供給し、主室において、圧縮、燃焼・膨
張、排気の諸行程を行い、ピストン２の往復動を連結棒
６によってクランク軸４の回転運動として出力させるも
のであり、クランク軸４が１回転する間に１サイクルを
完結する。このような構成は、従来の２サイクルエンジ
ンと同様であり詳細の説明は省略するが、本発明に係る
エンジン３００は、上記の図２に示すエンジン２００と
同様に、燃料をシリンダヘッド９に備えられた副室部材
５０内に供給する構成となっており、詳細について以下
に説明する。

【００３３】副室部材５０は、図７及び図８に示すよう
に、内部に空間を有する円盤上の部材であり、下方部か
ら上方に突出しリング上の隔壁４５によって、内部の空
間は中心部の混合気副室２０とその外周部の予燃焼副室
１０とに、互いに連通する副室連絡路３１を形成した状
態で区画されている。さらに、予燃焼副室１０の下方部
に主室１に連通する４つの予燃焼室連絡路１１が、主室
１において外側且つ外周方向に傾斜した状態で、均等に
設けられている。さらに、混合気副室２０の下方部にも
主室１に連通する４つの主室連絡路２１が、予燃焼室連
絡路１１と同様に、主室１において外側且つ外周方向に
傾斜した状態で、均等に設けられている。尚、予燃焼室
連絡路１１の直径は５．０ｍｍ、主室連絡路２１の直径
は２．０ｍｍであり、副室連絡路３１の流路抵抗は予燃
焼室連絡路１１の流路抵抗よりも小さくなっている。

【００３４】また、混合気副室には燃料供給弁３０が設
けられ、燃料Ｇを混合気副室２０に、圧縮状態で貯蔵さ
れた燃料Ｇのガス圧を利用して供給するように構成され
ている。また、予燃焼副室１０の上方には、２個の点火
プラグ８が均等に設けられており、後に説明する予燃焼
副室の混合気を着火するように構成されている。

【００３５】以上のように構成することで、エンジン３
００は、上記の実施の形態で説明した図２に示すエンジ
ン２００と同様に運転することができる。即ち、主室に
供給された空気Ａを圧縮して、予燃焼副室路１０及び混
合気副室路２０に空気Ａを供給すると共に、燃料供給弁
３０を働かせて、燃料Ｇを混合気副室２０内に供給する
ことで、予燃焼副室１０に希薄状態で可燃範囲内の混合
気を形成し、混合気副室２０に当量比が燃焼上限界以上
の混合気を形成する。次に、点火プラグ８を働かせ、予
燃焼副室１０の混合気を燃焼させ、予燃焼室連絡路１１
から主室１へ火炎を噴出し、主室１のシリンダ内壁に沿
って火炎トーチＦを形成すると共に、予燃焼副室１１に
おける燃焼によって発生する圧力波を副室連絡路３１を
介して混合気副室２０に伝播させ、混合気副室２０の混
合気を、主室連絡路から主室１の火炎トーチＦの領域、
即ちシリンダ内壁に向かって噴出させ、噴出混合気Ｍを
形成する。

【００３６】結果、上記の実施の形態と同様に、主室連
絡路２１から主室１の火炎トーチＦに向けて噴出された
噴出混合気Ｍは、予燃焼室連絡路１１から噴出した火炎
トーチＦによって好ましい状態で着火され、主室１にお
いて噴出混合気Ｍが徐々に燃焼し、所謂ディーゼルサイ
クル（定圧サイクル）に近い状態の燃焼を実現すること
ができ、希薄で且つ安定な燃焼を達成することができ、
ノッキングを抑制することができるため、エンジンの圧
縮比を高く設定し、効率を向上させることができる。ま
た、１サイクルにおいて燃焼させる燃料Ｇと空気Ａの混
合気の当量比φを０．３５程度の超希薄状態でエンジン
を運転することができ、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等の排出を
低減させることができる。

【００３７】〈３〉上記の実施の形態において、都市
ガスを利用したエンジンについて説明したが、本願のエ
ンジンは、気体燃料の都市ガス等を利用するエンジンを
構成することによって優れた効果を発揮するものであ
り、このような気体燃料としては水素やプロパン等のＣ
ＯやＨ２を主成分とする炭化水素以外の気体燃料があ
る。また、勿論気体燃料の以外の燃料を利用することも
でき、例えば、ガソリン、アルコール、メタノール、エ
タノール、任意の燃料を使用することができる。

【００３８】〈４〉上記の実施の形態において、エン
ジンの回転数若しくは負荷を変化させる場合は、シリン
ダに吸入される空気Ａの流路内にロータリバルブ等を設
け、ロータリバルブの開度によって吸気圧を変化させた
り、供給する燃料の量を変化させることで上記の負荷若
しくは回転数を変化させることができる。

【００３９】〈５〉上記の実施の形態において、吸気
行程において空気Ａのみを主室に吸入する構成を説明し
たが、吸入される空気Ａに燃料１の一部を混合して主室
１に吸入するように構成することもできる。また、低負
荷運転時においては、燃料Ｇを燃料供給弁３０によって
混合気副室に供給し、高負荷運転時に、吸入される空気
Ａに増加分の燃料を供給するように構成することもでき
る。

【００４０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るエンジンの実施の形態を示す概略
図

【図２】本発明に係るエンジンの別の実施の形態を示す
概略図

【図３】図２に示すエンジンの副室部材を示す平面図

【図４】図２に示すエンジンの動作状態を示す部分断面
図

【図５】図２に示すエンジンの動作状態を示す部分断面
図

【図６】図２に示すエンジンの動作タイミングを示すチ
ャート図

【図７】本発明に係るエンジンの別の実施の形態を示す
概略図

【図８】図７に示すエンジンの副室部材を示す平面図

【符号の説明】

１主室２ピストン３シリンダ４クランク軸６連結棒８点火プラグ１０予燃焼副室２０混合気副室２１主室連絡路３０燃料供給弁３１副室連絡路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中井俊作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） 3G019 AA02 AA03 AA07 BB11 3G023 AA06 AB02 AB03 AC05 AC07 AD02 AD23 AD27 AD28 AF02 AG02 3G092 AA01 AA03 AA07 AA09 AB08 FA16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主室において燃料と酸素含有ガスとをピ
ストンによって圧縮して燃焼させ、前記ピストンをシリ
ンダ内で往復運動させ、クランク軸の回転を維持するエ
ンジンの運転方法であって、前記エンジンを、前記主室に混合気噴出孔によって連通
する混合気副室と、前記混合気副室に副室連絡路によっ
て連通する予燃焼副室と設けて構成し、前記予燃焼副室及び前記混合気副室に燃料を供給する燃
料供給工程を行い、前記予燃焼副室の混合気を着火して燃焼させ、前記予燃
焼副室における燃焼によって得られる圧力波を前記副室
連絡路を介して前記混合気副室に伝播させ、前記混合気
副室に形成した混合気を前記混合気噴出孔から前記主室
に噴出する混合気噴出工程を行うエンジンの運転方法。
【請求項２】主室において燃料と酸素含有ガスとをピ
ストンによって圧縮して燃焼させ、前記ピストンをシリ
ンダ内で往復運動させ、クランク軸の回転を維持するエ
ンジンであって、前記主室に混合気噴出孔によって連通する混合気副室
と、前記混合気副室に副室連絡路によって連通する予燃
焼副室とを備えると共に、前記予燃焼副室に燃料を供給する燃料供給手段と、前記予燃焼副室の混合気を着火する着火手段とを備えた
エンジン。
【請求項３】前記燃料供給手段が、前記予燃焼副室及
び前記混合気副室に燃料を供給して、前記ピストンによ
る圧縮終了時における前記予燃焼副室に、当量比が可燃
範囲内の混合気を形成し、前記ピストンによる圧縮終了
時における前記混合気副室に、当量比が燃焼上限界以上
の混合気を形成する請求項２に記載のエンジン。