JP3038090B2

JP3038090B2 - 副燃焼室を持つガスエンジン

Info

Publication number: JP3038090B2
Application number: JP4332211A
Authority: JP
Inventors: 英男河村
Original assignee: 株式会社いすゞセラミックス研究所
Priority date: 1992-11-19
Filing date: 1992-11-19
Publication date: 2000-05-08
Anticipated expiration: 2015-05-08
Also published as: JPH06159058A

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、ナチュラルガス
等のガス燃料が供給される副燃焼室と吸入空気が導入さ
れる主燃焼室とを連通する連絡孔に制御弁を備えた副燃
焼室を持つガスエンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ナチュラルガスを主燃料とするエ
ンジンは、コジェネレーション型エンジンとして開発が
進められている。コジェネレーション型エンジンは、動
力を発電機で電気エネルギーとして取り出し、排気ガス
エネルギーが有する熱を熱交換器で水を加熱して温水に
して給湯用として利用している。そして、このエンジン
は、都市内電気供給システムとして利用されることが期
待されている。

【０００３】ガスエンジンについては、ガス体である天
然ガス等のガス燃料を利用する時、ガス燃料を予混合燃
焼させれば、窒素酸化物が少なく、排気煙の少ないエン
ジンを作ることができる。ナチュラルガスを燃料とする
エンジンとして、例えば、特開昭５４−１５６９１１号
公報、特開昭６３−６３５８号公報、特開平１−２３２
１１９号公報等に開示されたものがある。

【０００４】例えば、特開昭５４−１５６９１１号公報
に開示された内燃機関は、吸入空気を圧縮して主燃焼室
に供給し、吸入空気の一部をジェットセル点火室中に供
給し、パラフィン系の炭化水素燃料を上記ジェットセル
点火室中に噴射して濃厚な混合物を生成し、吸入空気と
混合物を更に圧縮し、パラフィン系の炭化水素燃料を主
燃焼室中に噴射し、一方で吸入空気と混合物を更に圧縮
して希薄な混合物を主燃焼室内に生成させ、ジェットセ
ル点火室中の混合物を両混合物の完全圧縮が達成される
前に点火して熱いガスの流れを生成し、該熱いガスの流
れを主燃焼室内の上記混合物中に投入してこの主燃焼室
内の混合物を点火し、ＮＯ_Xの生成を低減するものであ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、エンジ
ンにおいて、予混合燃料では、その圧縮比を大きくする
ことが困難であり、ガソリンエンジンでは、圧縮比ε＝
８〜９が限界であり、それ以上の圧縮比にした場合に
は、ノッキングが発生する。ナチュラルガスを燃料とす
るガスエンジンは、燃料がガス体であるので、ガソリン
と同じようにガス燃料が吸気ポートを通じて吸入され、
圧縮、着火されるので、圧縮比を大きくすることができ
ず、理論熱効率（η＝仕事の熱換算／燃料の熱量）は必
ずしも高くない。通常使用されているガスエンジンは、
圧縮比が１２〜１３程度であり、理論熱効率は４８％に
過ぎないものであり、ガスエンジンの動力を電気エネル
ギーにした場合には、熱効率は３４〜３５％で、場合に
よっては３０％を割るような効率である。

【０００６】ところで、ナチュラルガス等のガス燃料即
ちガス体を燃料とするガスエンジンの場合には、燃料の
供給方法、燃料と空気の混合方法がその性能向上の重要
な要件になる。そして、ガスエンジンでは、燃料を希薄
として予混合燃焼させれば、窒素酸化物が少なく、排気
煙の少ないエンジンを作ることができる。ところが、予
混合燃焼では、その圧縮比を大きくすることが困難であ
り、圧縮比を大きくすると、ノッキングが発生する。ま
た、副燃焼室を設けたガスエンジンでは、燃料の供給に
関しては、簡単な加圧装置によってガス燃料を２〜３ｋ
ｇ／ｃｍ²に加圧して副燃焼室に供給すれば良いが、副
燃焼室から主燃焼室へ燃焼噴流を吹き出す場合に、その
燃焼噴流を主燃焼室に存在する空気と如何に均一に混合
させるかが、窒素酸化物を少なく且つ排気煙を少なくす
るために重要である。

【０００７】また、ガスエンジンから電気エネルギーと
して取り出す場合に、熱効率を向上させることが望まれ
ている。そこで、ガスエンジンに遮熱型ガスエンジンを
取り入れ、熱効率を向上させることが考えられるように
なった。ガスエンジンでは、ナチュラルガス等のガス燃
料を燃料とするものであり、吸入行程でガス燃料を吸入
し、次いで圧縮すると、高圧縮となり温度が高くなり、
自己着火の現象即ちノッキングが発生する。しかるに、
ナチュラルガスのガス燃料は圧縮比が１２以下でない
と、自己着火するものである。また、エンジンの熱効率
については、圧縮比が小さいと熱効率が小さくなるとい
う現象がある。

【０００８】また、遮熱型エンジンでは、燃焼室の壁面
温度が上昇するので、該燃焼室に供給された燃料は着火
タイミング前に自己着火するという自己着火性の問題が
増加する。即ち、遮熱型エンジンでは、燃焼室壁面温度
が約６００℃以上に高くなるため、ナチュラルガス、ガ
ソリン等を燃料とした場合には、圧縮比を高くするよう
に構成すると、吸気弁から燃料ガスと空気とが混合して
高圧縮されると、自己着火が発生し、上死点ＴＤＣのは
るか手前で燃焼を始めることになり、ノッキングを起こ
してエンジンとして成立しないものになる。

【０００９】この発明の目的は、上記の課題を解決する
ことであり、ナチュラルガス等のガス燃料を連絡孔を閉
鎖した状態で副燃焼室に供給し、連絡孔に配置した制御
弁及び副燃焼室の燃料入口に配置した燃料供給弁の開閉
タイミングを制御し、ガス燃料の自己着火を防止してノ
ッキングの発生を防止し、高効率のスムースな作動を可
能にすることは勿論のこと、特に、連絡孔と該連絡孔を
開閉する制御弁の形状に特徴を持たせて二段開放式に構
成し、制御弁の最初の微小開度の時は燃焼火炎をシリン
ダ周辺側即ちピストンの外周領域に到達する方向に噴射
させ、次の中開度以上ではピストンの頂面に衝突するよ
うに噴射させ、中央に残存する新気を巻き込んで、その
衝突部から周辺方向に噴霧を拡散させて空気との混合を
図って均一な混合気を生成させ、副燃焼室では濃混合気
燃焼とし且つ主燃焼室では希薄燃焼として窒素酸化物Ｎ
Ｏ_Xの排出を抑えることができる副燃焼室を持つガスエ
ンジンを提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、シリンダヘ
ッドに設けた穴部に配置した副燃焼室、該副燃焼室に燃
料供給源からのガス燃料を供給するため前記副燃焼室に
開口する燃料入口、該燃料入口を開閉するための燃料供
給弁、シリンダ側に形成した主燃焼室、該主燃焼室と前
記副燃焼室とを連通する主連絡孔と該主連絡孔の周囲に
前記副燃焼室側のバルブシートに形成したサブ連絡孔、
及び前記主連絡孔を閉鎖する突出部と前記バルブシート
に着座して前記サブ連絡孔を閉鎖するバルブフェースを
備え且つ前記副燃焼室内を貫通して配置した制御弁を有
し、前記サブ連絡孔が前記バルブシートからシリンダ壁
面に向って傾斜して形成されていることから成る副燃焼
室を持つガスエンジンに関する。

【００１１】前記制御弁は、電磁力によって駆動する電
磁弁駆動装置によって最初は前記サブ連絡孔を開放し、
次いで、前記主連絡孔を開放する二段階でバルブリフト
されるものである。

【００１２】前記電磁弁駆動装置は、コアに配置した電
磁コイル、前記制御弁の弁ステムに設けた小さい電磁力
で前記コアに吸着される第１鉄板と大きい磁力で前記コ
アに吸着される第２鉄板、及び電磁力の消磁によって前
記制御弁を元に戻すリターンスプリングから構成され、
前記第１鉄板の前記コアへの吸着によって前記サブ連絡
孔が開放し、また、前記第２鉄板の前記コアへの吸着に
よって前記主連絡孔を開放するものである。

【００１３】また、前記サブ連絡孔は前記バルブシート
から前記シリンダ壁面に向って傾斜して通路断面積が小
さく形成されており、前記主連絡孔は前記シリンダ中央
に通路断面積が大きく形成されている。

【００１４】前記燃料供給弁は、電磁弁駆動装置によっ
て電磁力によって開閉駆動され、エンジン作動状態に応
答してコントローラの指令でバルブタイミング及びバル
ブリフト量が制御されるものである。

【００１５】このガスエンジンは、上記のように構成さ
れているので、第一段階のバルブリフトではサブ連絡孔
即ち副噴孔からの燃焼ガスの吹き出しが行なわれてピス
トンの外周に到達する方向即ち主燃焼室の外周方向に向
かい、次いで、第二段階のバルブリフトでは前記主連絡
孔から主たる燃焼ガスの吹き出しが行なわれ、ピストン
頂面に衝突し、中央部に残存する新気を巻き込んで混合
し、その衝突部から周辺方向に噴霧は拡散され、主燃焼
室内の空気との混合促進を図って均一な混合気を生成さ
せることができる。従って、副燃焼室では濃混合気燃焼
になり、且つ主燃焼室では希薄燃焼となって窒素酸化物
ＮＯ_Xの排出を抑えることができる。

【００１６】また、前記サブ連絡孔は前記バルブシート
から前記シリンダ壁面に向って傾斜して通路断面積が小
さく形成されており、前記主連絡孔は前記シリンダ中央
に通路断面積が大きく形成されているので、第１段階の
バルブリフトでサブ連絡孔から少量の噴き出しが行わ
れ、第２段階のバルブリフトで主連絡孔から大量の燃焼
火炎が噴き出される。

【００１７】例えば、このガスエンジンでは、副燃焼室
に２〜３ｋｇ／ｃｍ²のガス燃料が供給されることで、
制御弁は主連絡孔とサブ連絡孔とを閉鎖して副燃焼室に
ガス燃料が充満される。また、吸入行程で主燃焼室に吸
入空気が導入される。次いで、圧縮行程に移行してピス
トンが上昇し、主燃焼室の吸入空気は圧縮されて主燃焼
室内の空気は高圧縮され、上死点圧縮端前２０°〜３０
°で制御弁が駆動して一段目の開放即ちサブ連絡孔の開
放が行なわれ、主燃焼室内の圧縮空気の約２０％がサブ
連絡孔を通じて副燃焼室に供給され、副燃焼室で着火燃
焼する。副燃焼室で濃混合気燃焼を行なわせた後、燃焼
膨張して燃焼火炎と未燃混合気はサブ連絡孔を通じて副
燃焼室から主燃焼室へ吹き出される。次いで、上死点圧
縮端後１０°〜２０°で制御弁が駆動して二段目の開放
即ち主連絡孔が開放し、副燃焼室の燃焼火炎と未燃混合
気は一気に主燃焼室へ噴出する。この機構では、制御弁
は主燃焼室の圧力が副燃焼室内の圧力に打ち勝って押し
上げられるので、制御弁の駆動力は余り大きくなくてよ
い。膨張行程では、電磁石即ち電磁弁駆動装置によって
開放のまま保持され、副燃焼室での燃焼が終了して副燃
焼室から主燃焼室へ燃焼火炎及び未燃混合気が吹き出し
が行なわれるまで、制御弁の開放状態が維持される。燃
焼の終了と共に、制御弁はリターンスプリングによっ
て、まず、主連絡孔が閉鎖し、更に、制御弁は下降して
サブ連絡孔が閉鎖され、主連絡孔とサブ連絡孔とを制御
弁が閉鎖した状態の元の位置に戻る。また、燃料供給時
には、副燃焼室から主燃焼室へガス燃料が連絡孔を通じ
て流出しないように、制御弁は連絡孔を閉鎖している。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
による副燃焼室を持つガスエンジンの実施例を説明す
る。図１はこの発明による副燃焼室を持つガスエンジン
の一実施例を示す断面図、図２は制御弁の閉鎖状態を示
す符号Ａの部分の断面図、図３は図１の連絡孔制御弁の
一部概略図、図４は制御弁のサブ連絡孔の開放状態を示
す断面図、及び図５は制御弁の主連絡孔の開放状態を示
す断面図である。

【００１９】図示のように、このガスエンジンは、シリ
ンダブロック１４、シリンダブロック１４に固定された
シリンダヘッド７、シリンダヘッド７に形成された穴部
１９に配置した遮熱構造の副室壁体３で形成した副燃焼
室２、シリンダブロック１４に形成した孔部２１に嵌合
したシリンダライナ２２、シリンダライナ２２に形成し
たシリンダ１８内を往復運動するピストン１５、シリン
ダ１８側に形成される遮熱構造の主燃焼室１、及び主燃
焼室１と副燃焼室２とを連通する副室壁体３に形成した
連絡孔を有している。副室壁体３には燃料入口２３が形
成され、燃料供給源６からのナチュラルガス等のガス燃
料は燃料通路８を通じて燃料入口２３から副燃焼室２に
供給される。また、燃料入口２３を開閉するための燃料
供給弁５がシリンダヘッド７に配置されている。

【００２０】このガスエンジンは、特に、副室壁体３に
形成した連絡孔を、主燃焼室１と副燃焼室２とを連通す
る副室壁体３に形成した主連絡孔２０と該主連絡孔の周
囲のバルブシート２４に複数形成したサブ連絡孔３０か
ら構成したことである。更に、連絡孔を構成する主連絡
孔２０とサブ連絡孔３０とを開閉する制御弁４が副燃焼
室２を貫通してシリンダヘッド７に配置されている。制
御弁４は、特に図３に示すように、主連絡孔２０に嵌合
して閉鎖する突出部４０とバルブシート２４に着座して
サブ連絡孔３０を閉鎖する円錐面のバルブフェース４１
を備えている。更に、サブ連絡孔３０は、バルブシート
２４からシリンダ壁面に向って傾斜して通路断面積が小
さく形成され、また、主連絡孔２０は、シリンダ１８中
央に通路断面積が大きく形成されている。

【００２１】制御弁４は、コントローラ３３の指令で制
御され且つ電磁力によって駆動する電磁弁駆動装置２５
を有し、電磁弁駆動装置２５によって最初はサブ連絡孔
３０が開放し、次いで、主連絡孔２０が開放する二段階
でバルブリフトされるように構成されている。電磁弁駆
動装置２５は、ケース３５内に配置したコア２６に対し
て設けた電磁コイル２７、制御弁４の弁ステム１２に設
けた小さい電磁力でコア２６に吸着される第１鉄板１６
と大きい磁力でコアに吸着される第２鉄板１７、及び電
磁力の消磁によって制御弁４を元に戻すリターンスプリ
ング１３から構成されている。第１鉄板１６と第２鉄板
１７とは、同一形状の長方形のプレートに形成され、平
面から見ると互いに直交した交差状態に配置され、ま
た、第１鉄板１６はコア２６に近く配置され且つ制御弁
４の弁ステム１２に固定されているのに対して、第２鉄
板１７はコア２６に遠く配置され且つ制御弁４の弁ステ
ム１２に遊嵌された状態に取り付けられている。また、
コア２６は、第１鉄板１６と第２鉄板１７との対向する
ように形成すればよい。

【００２２】従って、コントローラ３３の指令で電磁コ
イル２７に小さな電流が流れると、コア２６には小さな
電磁力が付勢され、第１鉄板１６がコア２６へと吸着さ
れ、制御弁４は僅かに上昇する。制御弁４が僅かに上昇
すれば、円錐面のバルブフェース４１がバルブシート２
４から離れ、サブ連絡孔３０が開放して微小開度にな
る。次いで、コントローラ３３の指令で電磁コイル２７
に大きな電流が流れると、コア２６には大きな電磁力が
付勢され、コア２６から遠い位置の第２鉄板１７がコア
２６へと吸着され、制御弁４は大きく上昇する。制御弁
４が大きく上昇すれば、突出部４０が主連絡孔２０から
抜け出して主連絡孔２０が開放する。

【００２３】また、燃料供給弁５は、電磁弁駆動装置２
８によって電磁力によって開閉駆動され、エンジン作動
状態、例えば、エンジン負荷の負荷センサー３４からの
検出信号に応答してコントローラ３３の指令でバルブタ
イミング及びバルブリフト量が制御される。電磁弁駆動
装置２８は、コア２９に配置した電磁コイル３１、コア
２９に吸着される鉄板３２及び鉄板３２を元の位置に戻
して燃料入口２３を燃料供給弁５で閉鎖するリターンス
プリング（図示せず）から構成されている。

【００２４】主燃焼室１はシリンダヘッド７に形成した
穴部９に嵌合した壁体であるヘッドライナ１０で形成さ
れている。ヘッドライナ１０は、窒化ケイ素等のセラミ
ックスから作製され、シリンダ１８の一部を構成するラ
イナ上部３６とヘッド下面部１１から構成され、図示し
ていないが、その周囲には遮熱層が形成されて遮熱構造
に形成されている。ヘッド下面部１１の上面には、副室
２を構成する副室壁体３が嵌合固定されている。副室壁
体３は、窒化ケイ素等のセラミックスから作製され、そ
の外周にはセラミックスファイバー、チタン酸アルミニ
ウム等の遮熱材４２が配置されて遮熱構造に形成されて
いる。図示していないが、吸排気ポートは、シリンダヘ
ッド７又はシリンダ下部に形成することができ、該吸排
気ポートに吸排気弁が配置されている。

【００２５】燃料供給源６としては、図示していない
が、ナチュラルガスを収容した燃料タンク又は燃料供給
管、該燃料タンク又は燃料供給管からのナチュラルガス
を蓄圧する蓄圧室等から構成でき、該蓄圧室のナチュラ
ルガスを燃料供給弁５の開放によって必要量だけ燃料通
路８を通じて燃料入口２３から副燃焼室２に供給するこ
とができる。また、主連絡孔２０及びサブ連絡孔３０の
領域では、燃焼ガスで高温になるため、連絡孔弁４は高
温強度を有する耐熱性に優れた窒化ケイ素、炭化ケイ素
等のセラミックスから製作されている。また、ピストン
１５は、耐熱性に優れた窒化ケイ素等のセラミックスか
ら成るピストンヘッド３７と、ピストンヘッド３７に結
合リング３９でメタルフローによって固定したピストン
スカート３８から構成されている。また、シリンダライ
ナ２２は、摺動特性に優れた窒化ケイ素等のセラミック
スで作製されている。

【００２６】このガスエンジンは、吸入行程、圧縮行
程、膨張行程及び排気行程の４つのサイクルを順次繰り
返すことによって作動されるものである。制御弁４と燃
料供給弁５とは、電磁弁駆動装置２５と２８によって電
磁力によって開閉駆動される。吸気弁と排気弁は、図示
していないが、従来のようなカム駆動による動弁機構で
駆動されるように構成されてもよく、また、電磁力によ
って開閉駆動されるように構成してもよいものである。

【００２７】制御弁４の微小開度の時（図４参照）に
は、サブ連絡孔３０を通じて燃焼火炎がシリンダ１８周
辺側即ちピストン１５の外周領域に到達する方向に噴射
され、次いで、電磁弁駆動装置２５に大きな電流が与え
られて制御弁４が中開度以上（図５参照）になり、副燃
焼室２内の燃焼火炎はピストン１５の中央頂面に衝突す
るように噴射され、その衝突部から周辺方向に噴霧が拡
散し、主燃焼室１内の空気との混合を促進して均一な混
合気が生成されて燃焼が促進する。従って、副燃焼室２
では燃料リッチな状態で燃焼して濃混合気燃焼となって
窒素酸化物ＮＯ_Xの生成が抑制され、次いで、主燃焼室
１では副燃焼室２から主燃焼室１へ燃焼火炎が噴出して
新気と混合することで、燃焼温度が低下して希薄燃焼と
なり、窒素酸化物ＮＯ_X及びハイドロカーボンＨＣの排
出を抑えることができる。

【００２８】吸入行程では制御弁４は主連絡孔２０とサ
ブ連絡孔３０は閉鎖され、この時、燃料供給弁５が開放
して２〜３ｋｇ／ｃｍ²のナチュラルガスのガス燃料が
燃料供給源６から燃料通路８を通じて副燃焼室２に所定
量導入される。従って、制御弁４によって主連絡孔２０
とサブ連絡孔３０とが閉鎖された状態であり、副燃焼室
２には燃焼後の排気ガスが残留しているので、燃料供給
源６からのガス燃料が副燃焼室２に導入されると、ガス
燃料は受熱して副燃焼室２内で活性化する。

【００２９】次に、圧縮行程終盤付近までは、制御弁４
によって主連絡孔２０とサブ連絡孔３０とは閉鎖されて
おり、主燃焼室１での吸入空気を圧縮して圧縮比を大き
くすることができる。次いで、圧縮行程終盤付近で、例
えば、圧縮端前２０〜３０°で制御弁４が押し上げられ
ると共に電磁弁駆動装置２５の駆動によって、制御弁４
がサブ連絡孔３０をまず開放し、サブ連絡孔３０を通じ
て高圧縮で高温化した空気が、例えば、２０％程度の空
気が主燃焼室１から副燃焼室２へと導入される。副燃焼
室２に圧縮空気が流入すると、ガス燃料と空気とは混合
して着火燃焼し、燃焼が進行して副燃焼室２内の圧力が
上昇すると、主燃焼室１の圧力より大きくなり、燃焼火
炎が副燃焼室２からサブ連絡孔３０及び主連絡孔２０を
通じて主燃焼室１へと噴き出すことになる。

【００３０】制御弁４の第１段階のバルブリフト（図
４）ではサブ連絡孔３９からの燃焼ガスの吹き出しがピ
ストン１５の外周方向に向かい、次いで、第２段階のバ
ルブリフト（図５）では主連絡孔２０が開放し、副燃焼
室２から主連絡孔１へ主たる燃焼ガスの吹き出しが行な
われ、ピストン頂面の衝突部から周辺方向に噴霧を拡散
させて空気との混合を図って均一な混合気を生成させ
る。サブ連絡孔３０はバルブシート２４からシリンダ１
８周辺に向って傾斜して通路断面積が小さく形成され、
主連絡孔２０はシリンダ中央に通路断面積が大きく形成
されているので、制御弁４の第１段階のバルブリフトで
サブ連絡孔３０から少量の噴き出しが行われ、第２段階
のバルブリフトで主連絡孔１から大量の燃焼火炎が噴き
出される。従って、副燃焼室２では濃混合気燃焼とな
り、主燃焼室１では希薄燃焼となる。

【００３１】このガスエンジンについては、圧縮行程の
ピストン１５の上昇で主燃焼室１の吸入空気は圧縮され
て主燃焼室１内の空気は圧縮され、制御弁４は主燃焼室
１の圧力が副燃焼室２内の圧力に打ち勝って押し上げら
れるので、制御弁４の駆動力は余り大きくなくてよい。
一旦押し上げられた制御弁４は、連絡孔を開放し、電磁
石によって開放のまま保持され、燃焼が終了するまでそ
の状態が維持される。燃焼の終了と共に、制御弁４はリ
ターンスプリング１３によって元の位置に戻り、まず主
連絡孔２０が閉鎖し、次いで重力で制御弁４は下降して
サブ連絡孔３０が閉鎖される。副燃焼室２への燃料供給
時に、副燃焼室２から主燃焼室１へガス燃料がサブ連絡
孔３０と主連絡孔２０を通じて流出しないように、サブ
連絡孔３０と主連絡孔２０を閉鎖しておく。膨張行程で
は、主燃焼室１に存在する新気と燃焼火炎とは混合を促
進して主燃焼室１で短期間に燃焼を完結する。

【００３２】このガスエンジンには、エンジン負荷を検
出する負荷センサー３４が設けられ、センサー３４の検
出信号はコントローラ３３に入力される。エンジン負荷
は、燃料供給量を測定することで検出できる。コントロ
ーラ３３は、部分負荷、全負荷のエンジン負荷に応答し
て燃料供給弁５の開弁期間の制御を行うように構成され
ている。エンジンの部分負荷時における燃料供給弁５の
開弁期間を短くし、また、エンジンの全負荷時における
燃料供給弁５の開弁期間を長くすることで、副燃焼室２
へのガス燃料供給量を制御できる。

【００３３】このガスエンジンは、上記のように、副燃
焼室２に主連絡孔２０、サブ連絡孔３０及び燃料入口２
３を設け、ナチュラルガスを制御弁４で主連絡孔２０と
サブ連絡孔３０を閉鎖した状態で燃料入口２３から副燃
焼室２内に供給し、また吸気ポートから主燃焼室１へ吸
入した吸入空気を制御弁４で主連絡孔２０とサブ連絡孔
３０を閉鎖した状態で副燃焼室２には吸入空気が供給さ
れない状態でピストン１５の上昇の圧縮行程で圧縮され
るので、吸入空気が主燃焼室１内で高圧縮になっても、
副燃焼室２内には空気の供給が断たれているので、副燃
焼室２内に供給されたガス燃料が自己着火することな
く、ノッキングが発生することがない。従って、このガ
スエンジンは、圧縮比を２０以上の高圧縮比に構成する
ことができ、高性能の予混合給気型エンジンに構成する
ことができる。

【００３４】また、制御弁４が主連絡孔２０とサブ連絡
孔３０を開放すると、主燃焼室１から高圧縮比の吸入空
気が副燃焼室２に流入して燃料ガスと吸入空気とが混合
して着火し、当量比の大きい燃料リッチな状態で高速燃
焼してＮＯ_Xの発生が抑制される。更に、火炎の噴き出
しが最初はシリンダ１８周辺部への噴き出され、次い
で、シリンダ１８中央から主たる噴き出しが行われ、主
燃焼室１での空気と燃焼火炎との混合が均一に行われ、
極めて理想的な燃焼を達成することができる。

【００３５】

【発明の効果】この発明による副燃焼室を持つガスエン
ジンは、上記のように構成されているので、制御弁の微
小開度の時は燃焼火炎をシリンダ周辺側即ちピストンの
外周領域に到達する方向に噴射させ、中開度以上ではピ
ストンの頂面に衝突するように噴射させることができ
る。そして、燃焼火炎の衝突部から周辺方向に拡散させ
て主燃焼室内の空気との混合を図って均一な混合気を生
成させ、燃焼を促進できる。それ故、副燃焼室では濃混
合気燃焼を行うことができ、また、主燃焼室では燃焼温
度を低下させて希薄燃焼を行うことができるので、ＮＯ
_Xの発生を抑制することができる。

【００３６】従って、このガスエンジンでは、ガス燃料
が空気の存在しない状態の副燃焼室に供給され、吸入空
気がガス燃料の存在しない状態で主燃焼室に供給されて
高圧縮され、ピストン上死点近傍即ち圧縮端近傍で制御
弁を開放して主燃焼室の圧縮空気の一部を副燃焼室に流
入させて着火燃焼させ、燃焼膨張した燃焼火炎と未燃混
合気が、制御弁による二段開放によって副燃焼室から主
燃焼室へ吹き出すので、ガス燃料の自己着火はなく、ノ
ッキングの発生は防止され、しかも、ＮＯ_X、ＨＣ等の
発生を大幅に低減できる。また、燃料供給弁は電磁力で
駆動され、前記燃料弁はエンジン負荷の作動状態に応答
して開弁期間を決めるように設定できる。従って、エン
ジン負荷に応じたガス燃料が供給されるので、ＮＯ_X、
ＨＣの可及的に低減したエンジンを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による副燃焼室を持つガスエンジンの
一実施例を示す概略断面図である。

【図２】図１のガスエンジンにおける制御弁が主連絡孔
とサブ連絡孔とを閉鎖した状態を示す符号Ａの部分の拡
大断面図である。

【図３】図１のガスエンジンに適用した制御弁の一部概
略図である。

【図４】図１のガスエンジンにおける制御弁がサブ連絡
孔を開放した状態を示す断面図である。

【図５】図１のガスエンジンにおける制御弁が主連絡孔
とサブ連絡孔とを開放した状態を示す断面図である。

【符号の説明】

１主燃焼室２副燃焼室４制御弁５燃料供給弁６燃料供給源７シリンダヘッド８燃料通路９穴部１２弁ステム１３リターンスプリング１６第１鉄板１７第２鉄板１８シリンダ１９穴部２０主連絡孔２３燃料入口２４バルブシート２５，２８電磁弁駆動装置２６コア２７電磁コイル３０サブ連絡孔３３コントローラ４０突出部４１バルブフェース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02B 19/02 F02B 19/08 F02B 19/12 F02B 19/14 F02B 19/16 F02B 19/18 F02B 23/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダヘッドに設けた穴部に配置した
副燃焼室、該副燃焼室に燃料供給源からのガス燃料を供
給するため前記副燃焼室に開口する燃料入口、該燃料入
口を開閉するための燃料供給弁、シリンダ側に形成した
主燃焼室、該主燃焼室と前記副燃焼室とを連通する主連
絡孔と該主連絡孔の周囲に前記副燃焼室側のバルブシー
トに形成したサブ連絡孔、及び前記主連絡孔を閉鎖する
突出部と前記バルブシートに着座して前記サブ連絡孔を
閉鎖するバルブフェースを備え且つ前記副燃焼室内を貫
通して配置した制御弁を有し、前記サブ連絡孔が前記バ
ルブシートからシリンダ壁面に向って傾斜して形成され
ていることから成る副燃焼室を持つガスエンジン。
【請求項２】前記制御弁は、電磁力によって駆動する
電磁弁駆動装置によって最初は前記サブ連絡孔を開放
し、次いで前記主連絡孔を開放する二段階でバルブリフ
トされることから成る請求項１に記載の副燃焼室を持つ
ガスエンジン。
【請求項３】前記電磁弁駆動装置は、コアに配置した
電磁コイル、前記制御弁の弁ステムに設けた小さい電磁
力で前記コアに吸着される第１鉄板と大きい磁力で前記
コアに吸着される第２鉄板、及び電磁力の消磁によって
前記制御弁を元に戻すリターンスプリングから構成さ
れ、前記第１鉄板の前記コアへの吸着によって前記サブ
連絡孔が開放し、また、前記第２鉄板の前記コアへの吸
着によって前記主連絡孔を開放することから成る請求項
２に記載の副燃焼室を持つガスエンジン。
【請求項４】前記サブ連絡孔は前記バルブシートから
前記シリンダ壁面に向って傾斜して流路断面積が小さく
形成されており、前記主連絡孔は前記シリンダ中央に流
路断面積が大きく形成されていることから成る請求項１
に記載の副燃焼室を持つガスエンジン。
【請求項５】前記燃料供給弁は、電磁弁駆動装置によ
って電磁力によって開閉駆動され、エンジン作動状態に
応答してコントローラの指令でバルブタイミング及びバ
ルブリフト量が制御されることから成る請求項１に記載
の副燃焼室を持つガスエンジン。