JP2014101824A - 副室装置、および該副室装置を備えたエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】副室内の混合気濃度のサイクル毎の変動を抑制して、副室内において生成される火炎の強度、及び該火炎による主燃焼室の燃焼のサイクル毎の変動を抑制して、平均筒内最高圧力を上昇させて、燃焼効率を向上させることを目的とする。
【解決手段】エンジン１のピストン５上面とシリンダヘッド７との間に形成される主燃焼室９と、シリンダヘッドに設けられ主燃焼室９に連通孔２９を介して接続される副室２３と、連通孔２９を開閉する副室弁２５と、副室２３内に着火用燃料を供給する副室混合気供給弁５９と、副室２３内に設けられるとともに副室混合気供給弁５９から供給される着火用燃料を燃焼して燃焼火炎を生成せしめる点火プラグ５７と、副室２３の壁面の一部を形成すると共に副室２３内の容積を膨張および圧縮して副室容積を変更せしめる副室ピストン２７と、を備えことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、副室装置、および該副室装置を備えたエンジンに関し、特に、ガスエンジンにおける副室装置に関する。

ガスエンジンにおいては、一般に、燃料ガスと空気とを予混合して主燃焼室に送り込むとともに、副室を用いて生成された火炎を副室の先端部分の噴射孔から主燃焼室へ噴射して主燃焼室内で、前記予混合の給気ガスを燃焼するようになっている。
副室の内部に形成された空気流中に軽油等の液体燃料を噴射して該液体燃料を着火燃焼せしめ、副室内で火炎を生成する副室パイロット着火式と、着火用の燃料ガスを供給して、着火性のよい混合気を作り、点火プラグで点火して燃焼せしめて、副室内で火炎を生成する火花点火式とが知られている。

図９に、従来の火花点火式の副室式ガスエンジンを示す。
この副室式ガスエンジン１００は、４サイクルのガスエンジンでありシリンダ１０２内に往復摺動自在に嵌合されたピストン１０３、前記ピストン１０３の上面とシリンダ１０２の内面とシリンダヘッド１０６との間に区画形成される主燃焼室１０８、該主燃焼室１０８に接続される給気ポート１１０、該給気ポート１１０を開閉する給気弁１１２等を備えている。

前記給気ポート１１０の上流には、ガスミキサー１１４が設置され、燃料ガス管１１６を通して供給された燃料ガスと、空気とを該ガスミキサー１１４で予混合する。そして、この予混合気はスロットル弁（図示省略）の開度制御によって流量が調整されて、給気ポート１１０を経て給気弁１１２に達し、該給気弁１１２の開弁によって前記主燃焼室１０８内に供給される。
燃料ガス管１１６には、燃料ガス管１１６の通路面積と開閉期間を自在に変更可能にするガス開閉弁１１８が設けられている。

また、主燃焼室１０８の中央部に位置してシリンダヘッド１０６には副室口金１２０が取り付けられている。該副室口金１２０の内部には副室１２２が形成され、先端部には噴孔１２４が周方向に複数形成されている。
副室口金１２０を先端部に装着して、シリンダヘッド１０６に取り付けられるノズルホルダー１２８が設けられている。該ノズルホルダー１２８には、その内部に点火プラグ１３０、および着火用の燃料ガスを副室１２２に供給する燃料ガス供給口１３２を開閉する開閉弁１３４が装着されている。
開閉弁１３４および点火プラグ１３０は、図示されない制御装置によってエンジンの所定の運転タイミングで開閉、及び点火制御がされている。
また、着火用の燃料ガスはノズルホルダー１２８に接続された入口管１３６を通って、ノズルホルダー１２８の内部に形成された着火用燃料ガス供給管１３８に連通されて、副室１２２に導かれるようになっている。

このような、点火プラグを備えた副室式ガスエンジンの先行技術としては、例えば、特許文献１（特開２００４−１９７６２３号公報）、特許文献２（特開２０１０−１６９０８６号公報）を挙げることができる。

特開２００４−１９７６２３号公報 特開２０１０−１６９０８６号公報

図９、及び特許文献１、２に示すような点火プラグを備えた副室付きガスエンジンにおいては、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、給気行程においては、開閉弁１３４が開いて副室１２２内に着火用の燃料ガスが供給され、圧縮行程においては、主燃焼室１０８から希薄混合気が、副室口金１２０の先端部に形成された噴孔１２４を通って、副室１２２内に流れ込む。
これによって、給気行程および圧縮行程で、副室１２２内で副室１２２に供給された燃料ガスと、主燃焼室１０８から流入した希薄混合ガスとが混合して、副室１２２内で混合気が形成される。このため、主燃焼室１０８で生成される希薄混合気の濃度が安定しない場合には、副室１２２における濃度もサイクル毎に濃度のバラツキが生じやすい。

すなわち、主燃焼室１０８における混合気形成に影響を与えるガス供給圧力や、給気圧力などの指標の小さな変動によって、混合気濃度にサイクル毎のバラツキが発生し、燃焼状態も燃焼サイクル毎に変動が生じやすい。図８に筒内最高圧力が変動する状態を示す。
その結果、副室１２２においても、副室１２２に供給された燃料ガスと主燃焼室１０８から流入する希薄混合ガスとが混合して、副室１２２内で混合気が形成されるため、副室１２２における濃度も安定せずにサイクル毎の濃度のバラツキが生じやすい。

燃焼状態が変動するということは、結果として、筒内最高圧力がサイクル変動することになる。筒内最高圧力は信頼性の観点から許容値以下になるように制御されているため、燃焼サイクル毎の変動が大きいと、筒内最高圧力の（サイクル間の）平均値が低くなり、結果としてエンジン全体の熱効率を悪化させる問題がある。

本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであり、副室内の混合気濃度のサイクル毎の変動を抑制して、副室内において生成される火炎の強度、及び該火炎による主燃焼室の燃焼のサイクル毎の変動を抑制して、平均筒内最高圧力を上昇させて、燃焼効率を向上させることを目的とする。
また、副室内の圧力を高めて副室からの火炎噴出による主室着火性を向上させて、副室供給燃料の少量化による燃費の向上を図ることを目的とする。

そこで、本発明はかかる目的を達成するために、エンジンのピストン上面とシリンダヘッドとの間に形成される主燃焼室と、シリンダヘッドに設けられ前記主燃焼室に連通孔を介して接続される副室と、前記連通孔を開閉する副室弁と、前記副室内に着火用燃料を供給する副室混合気供給弁と、前記副室内に設けられるとともに前記副室混合気供給弁から供給される前記着火用燃料を燃焼して燃焼火炎を生成せしめる点火プラグと、前記副室の壁面の一部を形成すると共に副室内の容積を膨張および圧縮して副室容積を変更せしめる副室ピストンとを備えることを特徴とする。

かかる発明によれば、副室弁によって副室が主燃焼室と分離できるため、主燃焼室から副室内に希薄混合気の流入を防ぐことが可能になり、副室内でのサイクル毎の濃度分布の変動を抑えることができる。
すなわち、主燃焼室へは、空気と主燃料ガスとの希薄混合気が導入されるが、この希薄混合気は、主燃料ガスの供給圧力、さらに空気状態すなわち大気圧力や過給圧力の変化によって変動しやすく、サイクル毎に安定しにくく変動因子となっている。

本発明では、副室の混合気の濃度が主燃焼室における濃度変化の影響を極力受けないようにして、副室内の混合気濃度のサイクル毎の変動を抑制して、副室において生成される燃焼火炎の強度、及び該火炎による主燃焼室の燃焼のサイクル毎の変動を抑制することで、平均筒内最高圧力を上昇させて燃焼効率を向上させることができる。

具体的には、前記副室弁の開閉、前記副室ピストンの膨張及び圧縮、前記点火プラグの点火時期、および前記副室混合気供給弁の開閉、のそれぞれの作動を制御する制御手段を備え、前記主燃焼室と副室とを前記副室弁で分離した状態で、前記副室内で点火プラグによって燃焼火炎を生成せしめ、該火炎を前記主燃焼室に前記連通孔から噴出するとよい。

このように、制御手段よって前記副室弁の開閉、前記副室ピストンの膨張及び圧縮、前記点火プラグの点火時期、および前記副室混合気供給弁の開閉を最適なタイミングで作動制御することで、主燃焼室と副室とを副室弁で分離した状態で、副室内において点火プラグで点火して燃焼火炎を生成せしめて、該火炎を前記主燃焼室に前記連通孔を通して噴出することができる。

また、本発明において好ましくは、前記エンジンは４サイクルガスエンジンからなり、前記主燃焼室には空気とガス燃料との所定の空気過剰率の混合気が流入され、前記副室には副室混合気供給弁から空気とガス燃料との所定の空気過剰率の混合気が導入されるように構成されるとよい。

前述のように副室弁の制御によって、副室の混合気の濃度が主燃焼室における濃度変化の影響を極力受けないようにしているため、ガスエンジンにおいて、副室内で点火プラグによる点火に適した空気過剰率λ、例えばλ＝１（理論空燃比）の混合気とし、主燃焼室の空気過剰率λは、ＮＯｘ低減、熱効率向上のために、例えばλ＝２程度（希薄混合気）の混合気のように所定の空気過剰率の混合気に設定することによって、副室での理論空燃比状態により安定的に火炎が生成される。それに伴い、副室から主燃焼室に噴出される火炎の強さも安定化し、さらに、主燃焼室の希薄混合気の燃焼変動も抑制される。

また、本発明において好ましくは、前記制御手段は、前記副室弁を主燃焼室の給気行程の開始時点で閉弁し、該閉弁後に前記副室混合気供給弁を開弁するとともに、前記副室ピストンを副室容積が膨脹するように作動するとよい。

かかる構成によれば、前記制御手段は、前記副室弁を主燃焼室の給気行程の開始時点で閉弁し、該閉弁後に前記副室混合気供給弁を開弁するので、給気行程で副室から主燃焼室へ高濃度の混合気（λ＝１）が流入することが防止される。これによって、主燃焼室での濃度分布（サイクル毎の濃度のバラツキ）が発生しにくくなる。

さらに、副室混合気供給弁を開弁するとともに、前記副室ピストンを副室容積が膨脹するように作動させるので、副室混合気供給弁から高濃度の混合気（λ＝１）が供給される。すなわち、副室混合気供給弁を開いただけでは、副室内に高濃度の混合気（λ＝１）が流入しないため、副室容積を副室ピストンによって膨張させ、高濃度の混合気（λ＝１）を流入させることができる。

また、本発明において好ましくは、前記制御手段は、主燃焼室の圧縮行程に入った後に前記副室ピストンが副室容積を圧縮するように作動し、前記点火プラグによる点火タイミングにおいて前記副室内圧力が前記主燃焼室内圧力より高くなるように圧縮するとともに、該点火タイミングの直前で、前記副室弁を開弁するとよい。

このように、主燃焼室が圧縮行程に入った後には、副室ピストンが副室容積を圧縮するように作動して、副室内の圧力を高めて、主燃焼室内圧力より高くなるように圧縮して、点火タイミングの直前で副室弁を開弁するので、点火タイミングでの、副室からの火炎噴出を強めることができる。これによって、少ない着火用燃料で、良好な着火を可能にすることができる。
すなわち、副室内の圧力を高めて副室からの火炎噴出による主室着火性を向上させて、副室燃料の少量化による燃費の向上を図ることができる。

また、本発明において好ましくは、前記制御手段は、前記副室弁を主燃焼室の排気行程の開始時点で閉弁し、該閉弁後に前記副室混合気供給弁を開弁するとともに、前記副室ピストンを副室容積が膨脹するように作動するとよい。

このように、副室弁を主燃焼室の排気行程の開始時点で閉弁するので、排気行程で副室弁が開弁していると、主燃焼室より副室内に主燃焼室内の残留ガスが流入して、サイクル変動の要因になる可能性がある。それに対応するために、副室弁を早い時期、つまり排気行程の開始時点において閉弁する。
なお、該閉弁後に前記副室混合気供給弁を開弁するとともに、前記副室ピストンを副室容積が膨脹するように作動させるのは、前述のように、副室混合気供給弁を開いただけでは、副室内に着火用燃料の混合気が流入しないため、副室容積を副室ピストンによって膨張させ、混合気を流入させるためである。

また、本発明において好ましくは、前記制御手段は、主燃焼室の給気行程の後半に入った時点で前記副室ピストンが副室容積を圧縮するように作動し、前記点火プラグによる点火タイミングにおいて前記副室内圧力が前記主燃焼室内圧力より高くなるように圧縮するとともに、該点火タイミングの直前で、前記副室弁を開弁するとよい。

すなわち、排気行程の開始時点において副室弁を閉弁し、その後、給気行程の後半になってから、前記副室ピストンが副室容積を圧縮するように作動し、前記点火プラグによる点火タイミングにおいて前記副室内圧力が前記主燃焼室内圧力より高くなるように圧縮するとともに、該点火タイミングの直前で、前記副室弁を開弁する。
従って、副室ピストンによる副室容積の変化を排気行程から給気行程の前半にかけて長い期間にわたって行えるため、副室混合気供給弁から副室内に流入する着火用燃料が副室内に万遍なく行き渡り、点火プラグによる着火燃焼性が向上して燃焼火炎の生成が安定化する。

また、本発明において好ましくは、前述した副室装置を備えたエンジンとするとよく、このようなエンジンでは、副室内の混合気濃度のサイクル毎の変動を抑制して、副室において生成される火炎の強度、及び該火炎による主燃焼室の燃焼のサイクル毎の変動を抑制して、平均筒内最高圧力を上昇させて、燃焼効率を向上させることができる。

本発明によれば、副室内の混合気濃度のサイクル毎の変動を抑制して、副室において生成される火炎の強度、及び該火炎による主燃焼室の燃焼のサイクル毎の変動を抑制して、平均筒内最高圧力を上昇させて、燃焼効率を向上させることができる。
また、副室内の圧力を高めて副室からの火炎噴出による主室着火性を向上させて、副室燃料の少量化による燃費の向上を図ることができる。

第１実施形態にかかる副室装置を示す要部断面図である。 第１実施形態にかかる各弁の動き及び副室容積の変化を示すタイムチャートである。（Ａ）は主燃焼室容積、（Ｂ）は副室弁挙動、（Ｃ）は副室容積、（Ｄ）は副室混合気供給弁挙動である。 第２実施形態にかかる各弁の動き及び副室容積の変化を示すタイムチャートである。（Ａ）は主燃焼室容積、（Ｂ）は副室弁挙動、（Ｃ）は副室容積、（Ｄ）は副室混合気供給弁挙動である。 第３実施形態にかかる副室装置を示す要部断面図である。 第４実施形態にかかる副室装置を示す要部断面図である。 主燃焼室と副室における空気過剰率の変化の状態を示す説明図である。（Ａ）は従来技術の場合を示し、（Ｂ）第１実施形態の場合を示す。 従来技術における説明図である。（Ａ）は副室内の燃料ガスの流れを示し、（Ｂ）は主燃焼室からの希薄混合気の流れを示す。 従来技術における筒内最高圧力の変動状態を示す説明図である。 従来技術を示す要部断面図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

（第１実施形態）
第１実施形態について図１、図２、図６を参照して説明する。
図１において、エンジンは、副室式ガスエンジン（以下エンジンという）１を示し、４サイクルのガスエンジンである。該エンジン１は、シリンダ３内に往復摺動自在に嵌合されたピストン５、前記ピストン５の上面とシリンダ３の内面とシリンダヘッド７との間に区画形成される主燃焼室９、該主燃焼室９に接続される給気ポート１１、該給気ポート１１を開閉する給気弁１３、主燃焼室９に接続される排気ポート１５、該排気ポート１５を開閉する排気弁１７等を備えている。

前記給気ポート１１の上流には、図９で示したガスミキサー１１４と同様のガスミキサーが設けられて、燃料ガスと空気とが予混合されて希薄混合気が生成され、この希薄混合気はスロットル弁（図示省略）の開度制御によって流量が調整されて、給気ポート１１を経て給気弁１３に達し、該給気弁１３の開弁によって前記主燃焼室９内に供給されるようになっている。

主燃焼室９の中央部に位置してシリンダヘッド７には副室装置１９の本体部２１が取り付けられている。この本体部２１は、略円筒形状をしており、内部には副室２３、副室弁２５、及び副室ピストン２７が設けられている。
副室２３は、本体部２１の下端部に形成され、シリンダヘッド７に形成された１つの連通孔２９を介して主燃焼室９に連通するようになっている。また、連通孔２９は、副室弁２５の弁体部３１によって開閉されるようになっている。

副室弁２５は弁体部３１と弁軸部３３とから構成され、弁軸部３３の下端に弁体部３１を備え、上端部にはエンジンのクランクシャフトの回転に連動する副室弁駆動カム３５が当接するカム当接部３７を備えている。カム当接部３７はバネ３９で上方向に付勢されて弁体部３１を常に閉弁する方向に付勢している。
弁体部３１は、副室弁駆動カム３５の回動によって下方に移動することで開弁されて、副室２３からの燃焼火炎が弁体部３１の傘形状の上面に沿って流れて主燃焼室９内に噴出する。

また、本体部２１の上端部分には弁軸案内部４１が設けられ、弁軸部３３を上下方向に摺動自在に支持している。また、本体部２１の中央部分には副室ピストン案内部４３が設けられ、副室ピストン２７を上下方向に摺動自在に支持している。

この副室ピストン２７は、本体部２１内を上下摺動自在に内嵌して設けられ、下端部の副室ピストン本体部４５と副室ピストン軸部４７とから構成されている。副室ピストン軸部４７の上端部のアーム当接部４９には、駆動アーム５１の先端部が当接している。駆動アーム５１は、エンジンのクランクシャフトの回転に連動する副室ピストン駆動カム５３の動きに連動して上下動するようになっている。

副室ピストン軸部４７の上端部のアーム当接部４９はバネ５５で上方向に付勢されて副室ピストン本体部４５を常に上方向に付勢している。副室ピストン駆動カム５３の回動によって、駆動アーム５１の先端を押し下げることで、副室ピストン２７を押し下げて副室２３の容積を圧縮し、また駆動アーム５１の先端を上げることで、副室ピストン２７を上昇させて副室２３の容積を膨脹させる。

また、副室ピストン軸部４７の中心部は、副室弁２５の弁軸部３３が摺動自在に支持されて貫通するように中空状になっている。これによって、副室ピストン２７の上下動と、副室弁２５の上下動とは干渉せずにそれぞれ副室弁駆動カム３５と副室ピストン駆動カム５３との動きで別々に駆動制御できるようになっている。
なお、副室ピストン軸部４７及び副室弁２５の弁軸部３３は同心軸上に位置され、本体部２１の中心軸に沿って設けられている。

副室２３内には、火花放電して燃料ガスと空気の混合気を着火燃焼せしめる点火プラグ５７がシリンダヘッド７の近傍の壁面に取り付けられており、また、点火プラグ５７に対向する壁面には、副室２３内に着火用の混合気を供給する副室混合気供給弁５９が取り付けられている。
副室混合気供給弁５９には、副室用ガスミキサー６１によって、空気と調整された燃料ガス量とが所定の空気過剰率λ、本実施形態の例では理論空燃比のλ＝１になるように混合されて供給される。
なお、主燃焼室９の空気過剰率λは、ＮＯｘ低減、熱効率向上のために、例えばλ＝２程度（希薄混合気）の混合気に設定されている。

また、副室弁２５の開閉、副室ピストン２７の膨張及び圧縮、点火プラグ５７の点火時期、および副室混合気供給弁５９の開閉は、それぞれの作動タイミングを制御する制御手段６３によって行われている。

次に、制御手段６３よる、副室弁２５の開閉、副室ピストン２７の膨張及び圧縮、点火プラグ５７の点火時期、および副室混合気供給弁５９の開閉について、図２のタイムチャートを参照して説明する。
図２の横軸は、クランク角度であり、縦軸は（Ａ）は主燃焼室（主室）９の容積変化を示し、（Ｂ）は副室弁２５の開閉挙動を示し、（Ｃ）は副室２３の容積の変化すなわち、副室圧縮か副室膨脹かを示し、（Ｄ）は副室混合気供給弁５９の開閉状態を示す。

主燃焼室９が排気行程にあるときには、副室弁２５は開弁しており、副室２３の容積は、副室ピストン２７が下がり小容積状態にあり、さらに、副室混合気供給弁５９は閉じている。この排気行程では、副室弁２５は開いているが、副室容積は小状態であるため主燃焼室９からの残留ガスの流入量は従来技術の場合よりも少なくなる。

主燃焼室９が給気行程に移ると、副室弁２５は主燃焼室９の給気行程の開始時点で閉弁し、該閉弁後に副室混合気供給弁５９を開弁するとともに、副室ピストン２７を副室２３の容積が膨脹するように上方向に移動する。

副室弁２５を主燃焼室９の給気行程の開始時点で閉弁し、該閉弁後に副室混合気供給弁５９を開弁するので、給気行程で副室２３から主燃焼室９へ副室２３からの高濃度の混合気（λ＝１）が流入することが防止される。これによって、主燃焼室９での濃度分布（サイクル毎の濃度のバラツキ）が発生しにくくなる。

また、主燃焼室９が給気行程に移ると、副室混合気供給弁５９を開弁するとともに、副室ピストン２７を副室容積が膨脹するように作動させるので、すなわち、副室混合気供給弁５９を開いただけでは、副室２３内に着火用燃料の混合気が流入しにくいため、副室容積を副室ピストン２７によって膨張させることで、混合気を流入させ易くできる。

さらに、主燃焼室９が圧縮行程に入った後には、副室ピストン２７がタイミングＴ１（図２参照）で副室容積を圧縮するように作動し、タイミングＴ２（図２参照）で点火プラグ５７によって点火する。副室２３内圧力が主燃焼室９内圧力より高くなるように圧縮するとともに、該点火タイミングＴ２の直前（Ｔ２−α）で（αは所定タイミング期間）、副室弁２５を開弁する。

このように、圧縮行程に入った後には、副室ピストン２７が副室２３容積を圧縮するように作動して、副室２３の圧力を高めて、主燃焼室９内圧力より高くなるように圧縮して、点火タイミングＴ２の直前（Ｔ２−α）で副室弁を開弁するので、点火タイミングＴ２での、副室２３からの火炎噴出を確実に噴出でき、かつ強めることができ、少ない着火用燃料で、良好な着火を可能にすることができる。
すなわち、副室２３内の圧力を高めて副室２３からの火炎噴出による主室着火性を向上させて、副室燃料の少量化による燃費の向上を図ることができる。

以上のように、第１実施形態によれば、主燃焼室９と副室２３とを副室弁２５で分離した状態で副室２３内に、副室用ガスミキサー６１によって、空気と燃料ガスとが所定の空気過剰率λ＝１になるように調整された混合気を供給して、点火プラグ５７による点火に適した空気過剰率としているので、安定した点火による燃料火炎を生成することができる。

すなわち、図６に示すように、（Ａ）の従来技術においては、主燃焼室と副室との間を噴孔１２４（図７参照）を通して行き来するため、副室内の空気過剰が主燃焼室内の空気過剰率λに影響され、主燃焼室内の空気過剰率に変動が生じると、その影響が副室内の空気過剰率の変動に大きく影響することがあった。しかし、本実施形態では（Ｂ）に示すように、主燃焼室９と副室２３とを副室弁２５で分離した状態で副室２３内に、点火プラグ５７の点火に適した空気過剰率の混合気を供給するため、主燃焼室９の空気過剰率の変動に影響されずに安定した燃焼火炎を生成することができる。
その結果、副室２３内の混合気濃度のサイクル毎の変動を抑制して、副室において生成される火炎の強度、及び該火炎による主燃焼室の燃焼のサイクル毎の変動を抑制して、平均筒内最高圧力を上昇させて、燃焼効率を向上させることができる。

（第２実施形態）
次に、図３を参照して第２実施形態について説明する。
第２実施形態は、図３のタイムチャートに示すように、第１実施形態に比べて、副室弁２５の閉弁時期を早め、副室２３の膨脹及び圧縮の開始タイミングを早め、副室混合気供給弁５９の開弁時期を早めたものである。第２実施形態の副室装置６４は、作動タイミング以外は図１の第１実施形態と同様の構成である。

主燃焼室９が排気行程の開始時点で副室弁２５を閉弁し、該閉弁後に副室混合気供給弁５９を開弁するとともに、副室ピストン２７を副室容積が膨脹するように作動させる。

このように、副室弁２５を主燃焼室９の排気行程の開始時点で閉弁するので、排気行程で副室弁２５が開弁していると、主燃焼室９より副室２３内に主燃焼室９内の残留ガスが流入して、サイクル変動の要因になる。それに対応するために、副室弁２５を早い時期、つまり排気行程の開始時点において閉弁する。
なお、該閉弁後に副室混合気供給弁５９を開弁するとともに、副室ピストン２７を副室容積が膨脹するように作動させる。これは前述のように、副室混合気供給弁５９を開いただけでは、副室２３内に着火用燃料の混合気が流入しにくいため、副室容積を副室ピストン２７によって膨張させ、混合気を流入させ易くするためである。

また、主燃焼室９の給気行程の後半に入ったタイミングＴ３の時点（図３参照）で前記副室ピストン２７が副室容積を圧縮するように作動し、点火プラグ５７による点火タイミングＴ４（図３参照）において副室２３内圧力が主燃焼室９内圧力より高くなるように圧縮するとともに、該点火タイミングＴ４の直前（Ｔ４−β）で（βは所定タイミング期間）、副室弁２５を開弁する。

以上の副室弁２５の作動タイミング、副室ピストン２７の移動タイミングは、図１の副室ピストン駆動カム５３及び副室弁駆動カム３５の作動タイミングを変更することで行なわれる。別のカムを設けるか、タイミング移動機構を介して変更する。副室混合気供給弁５９ついては、制御手段６３によって作動タイミングが変更される。

第２実施形態によれば、排気行程の開始時点において副室弁２５を閉弁し、その後、給気行程の後半に入ったタイミングＴ３から、副室ピストン２７が副室容積を圧縮するように作動し、点火プラグ５７による点火タイミングＴ４において副室２３内圧力が主燃焼室９内圧力より高くなるように圧縮するとともに、該点火タイミングＴ４の直前（Ｔ４−β）で、副室弁２５を開弁するので、副室ピストン２７による副室容積の変化を排気行程から給気行程の前半にかけて、前記第１実施形態より長い期間にわたって行うことができる。
これによって、副室混合気供給弁５９から副室２３内に流入する着火用燃料である理論空燃比の混合気が、副室２３内に万遍なく行き渡り、点火プラグ５７による着火燃焼性が向上して燃焼火炎の生成が安定化できる。

（第３実施形態）
次に、図４を参照して第３実施形態について説明する。
第３実施形態は、第１実施形態および第２実施形態における副室装置１９、６４を構成する副室弁駆動カム３５を副室弁電磁駆動装置６５に置き換えたものである。

第３実施形態の副室装置６６は、副室弁電磁駆動装置６５とすることによって、点火タイミングＴ２、Ｔ４（図２、３参照）を、燃焼状態によって変化させる場合、第１実施形態及び第２実施形態の場合には、カム駆動機構に可変機構を設けるか、カムを変更しなければならないが、本実施形態の場合には容易に副室弁２５の開弁タイミングを変更できるようになる。

また、副室弁電磁駆動装置６５として、電磁駆動＋サーボアクチュエータの機構を採用すれば、弁開度までを制御可能になり、燃焼火炎の噴出面積を小さく制御することができ、火炎の主燃焼室９内の貫徹力能力を高めて主燃焼室９内での希薄混合気の着火性を高めることができる。

なお、副室弁駆動カム３５を副室弁電磁駆動装置６５に置き換えた例を示したが、さらに、副室ピストン駆動カム５３についても、電磁駆動装置としてもよいことは勿論である。第３実施形態のその他の作用効果は、第１実施形態及び第２実施形態と同様である。

（第４実施形態）
次に、図５を参照して第４実施形態について説明する。
第４実施形態は、第１実施形態および第２実施形態における副室装置を構成する副室ピスト２７を図５に示すように、本体部２１の長手軸方向に対して直角方向、すなわち横方向に移動可能な副室ピストン６７とするものである。その他の構成で図４の第３実施形態と同一のものは同一符号を示す。

図５のように、副室装置６８は、本体部７５内に形成される副室７６の側壁面に、副室ピストン６７を横方向に移動可能に設けている。
副室ピストン６７の一端部が副室７６内に突出することで、副室７６内の容積を圧縮し、副室ピストン６７がバネ６９によって図５の右方向に移動されると、副室７６内の容積が膨脹するようになっている。副室ピストン駆動カム７１、駆動アーム７３については、第１、第２実施形態と同様の作動を行って、副室ピストン６７を作動する。
また、副室弁７８は、弁体部７９と弁軸部８０とから構成され、弁軸部８０は弁軸案内部８１によって本体部７５内に支持されている。

このような横向きの副室ピストン６７設けることによって、副室装置６８の全体の高さを低く抑えることができると共に、シリンダヘッド７上のスペースにある方向に副室ピストン６７を取り付けることで、シリンダヘッド７上のスペースの有効利用が図れる。

本発明によれば、副室内の混合気濃度のサイクル毎の変動を抑制して、副室において生成される火炎の強度、及び該火炎による主燃焼室の燃焼のサイクル毎の変動を抑制して、平均筒内最高圧力を上昇させて、燃焼効率を向上させることができる。また、副室内の圧力を高めて副室からの火炎噴出による主室着火性を向上させて、副室燃料の少量化による燃費の向上を図ることができるので、副室付エンジンへの適用技術として有用である。

１ ガスエンジン（エンジン）
３ シリンダ
５ ピストン
７ シリンダヘッド
９ 主燃焼室
１９、６４、６６、６８ 副室装置
２９ 連通孔
２３、７６ 副室
２５、７８ 副室弁
２７、６７ 副室ピストン
３１、７９ 弁体部
３３、８０ 弁軸部
４５ 副室ピストン本体部
４７ 副室ピストン軸部
５７ 点火プラグ
５９ 副室混合気供給弁
６３ 制御手段
６５ 副室弁電磁駆動装置

Claims (8)

1. エンジンのピストン上面とシリンダヘッドとの間に形成される主燃焼室と、
   シリンダヘッドに設けられ前記主燃焼室に連通孔を介して接続される副室と、
   前記連通孔を開閉する副室弁と、
   前記副室内に着火用燃料を供給する副室混合気供給弁と、
   前記副室内に設けられるとともに前記副室混合気供給弁から供給される前記着火用燃料を燃焼して燃焼火炎を生成せしめる点火プラグと、
   前記副室の壁面の一部を形成すると共に副室内の容積を膨張および圧縮して副室容積を変更せしめる副室ピストンと、
   を備えことを特徴とするエンジンの副室装置。
2. 前記副室弁の開閉、前記副室ピストンの膨張及び圧縮、前記点火プラグの点火時期、および前記副室混合気供給弁の開閉、のそれぞれの作動を制御する制御手段を備え、前記主燃焼室と副室とを前記副室弁で分離した状態で、前記副室内で点火プラグによって点火して燃焼火炎を生成せしめ、該火炎を前記主燃焼室に前記連通孔から噴出することを特徴とするエンジンの副室装置。
3. 前記エンジンは４サイクルガスエンジンからなり、前記主燃焼室には空気とガス燃料との所定の空気過剰率の混合気が流入され、前記副室には副室混合気供給弁から空気とガス燃料との所定の空気過剰率の混合気が導入されるように構成されたことを特徴とする請求項１又は２記載のエンジンの副室装置。
4. 前記制御手段は、前記副室弁を主燃焼室の給気行程の開始時点で閉弁し、該閉弁後に前記副室混合気供給弁を開弁するとともに、前記副室ピストンを副室容積が膨脹するように作動することを特徴とする請求項２または３記載のエンジンの副室装置。
5. 前記制御手段は、主燃焼室の圧縮行程に入った後に前記副室ピストンが副室容積を圧縮するように作動し、前記点火プラグによる点火タイミングにおいて前記副室内圧力が前記主燃焼室内圧力より高くなるように圧縮するとともに、該点火タイミングの直前で、前記副室弁を開弁することを特徴とする請求項４記載のエンジンの副室装置。
6. 前記制御手段は、前記副室弁を主燃焼室の排気行程の開始時点で閉弁し、該閉弁後に前記副室混合気供給弁を開弁するとともに、前記副室ピストンを副室容積が膨脹するように作動することを特徴とする請求項２または３記載のエンジンの副室装置。
7. 前記制御手段は、主燃焼室の給気行程の後半に入った時点で前記副室ピストンが副室容積を圧縮するように作動し、前記点火プラグによる点火タイミングにおいて前記副室内圧力が前記主燃焼室内圧力より高くなるように圧縮するとともに、該点火タイミングの直前で、前記副室弁を開弁することを特徴とする請求項６記載エンジンの副室装置。
8. 前記請求項１乃至７いずれかに記載の副室装置が備えられていることを特徴とするエンジン。
   
   
   
   
   
   
   

Images