JP3038091B2 - セラミックバルブを用いたガスエンジン - Google Patents

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
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有するセラミックバ
ルブを用いた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，コージェネレーション用エンジンとして開発
が進められている。コージェネレーション用エンジン
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，予混合燃焼では，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】また，ナチュラルガス等のガス体を燃料と
するガスエンジンについて，その燃焼を予混合気で行な
うことが一般的であり，圧縮比の高い圧縮着火燃焼を行
なわせる場合，ガス燃料を高圧力に圧縮して噴射しなけ
ればならない。このようなガスエンジンでは，シリンダ
ヘッドに副燃焼室を形成し，シリンダ側に主燃焼室を形
成し，副燃焼室と主燃焼室とを連絡孔で連通し，連絡孔
を開閉するため制御弁を設けている。連絡孔を制御弁で
閉鎖してガス燃料を副燃焼室に封入し，主燃焼室で吸入
空気を高圧縮した状態で制御弁を作動して連絡孔を開放
し，副燃焼室内に高圧縮空気を導入してガス燃料と圧縮
空気とを混合させ，その可燃混合気に着火燃焼させてい
る。

【０００７】しかしながら，上記のようなガスエンジン
では，制御弁はその弁ステムが副燃焼室を貫通し，シリ
ンダヘッドに形成した弁ガイド孔を貫通しているので，
副燃焼室にはガス燃料が封入されている。従って，制御
弁は，シリンダヘッドに形成した弁ガイド孔を通じて副
燃焼室内のガス燃料が漏洩するのを防止するため，高温
になる連絡孔に配置されるため，制御弁を構成している
材料が極めて限定されるものである。即ち，制御弁は，
弁ガイド孔との間の摺動特性が良好であること，及び耐
熱性に富んでいることが要求される。

【０００８】そこで，この発明の目的は，上記の課題を
解決することであり，ナチュラルガス燃料を連絡孔を閉
鎖した状態で副燃焼室に供給し，シリンダ側の主燃焼室
と副燃焼室とを制御弁を設けた連絡孔で連通し，特に，
制御弁を窒化ケイ素等のセラミックスで作製し，制御弁
とシリンダヘッドに形成した弁ガイド孔との間の摺動特
性を向上させるため，リン酸カルシウムとグラファイト
から成る固体潤滑剤を介在させたセラミックバルブを用
いたガスエンジンを提供することである。

【０００９】

【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された遮熱構造の副燃焼室，シ
リンダ側に形成された遮熱構造の主燃焼室，前記主燃焼
室と前記副燃焼室とを連通する連絡孔，前記連絡孔を開
閉するセラミックスから成る弁ステムを備えた制御弁，
燃料供給源からのナチュラルガス燃料を供給するための
前記副燃焼室に形成された燃料入口，前記制御弁が前記
連絡孔を閉鎖している期間に前記ナチュラルガス燃料を
前記副燃焼室に供給するため前記燃料入口を開放する燃
料供給弁，及び前記制御弁の前記弁ステムの摺動に対し
てシールと潤滑を行うため前記弁ステムの外周と前記シ
リンダヘッドに形成された弁ガイド孔との間に配置され
た固体潤滑剤から形成されたブシュ，から成るセラミッ
クバルブを用いたガスエンジンに関する。

【００１０】前記制御弁を構成するセラミックスは，窒
化ケイ素であり，また，前記ブシュを構成する前記固体
潤滑剤は，リン酸カルシウムとグラファイトとの混合物
を高圧力で固化したものである。

【００１１】更に，このガスエンジンは，前記副燃焼室
の一部に設けたポケット部，該ポケット部を前記主燃焼
室に開口する空気通路を開閉するセラミックスから成る
空気導入弁，前記ポケット部に配置した点火栓，並びに
前記制御弁，前記空気導入弁及び前記燃料供給弁の開閉
作動を制御し且つ前記点火栓の点火を制御するコントロ
ーラを有し，更に，前記空気導入弁の弁ステムの外周と
前記シリンダヘッドに形成された別の弁ガイド孔との間
に配置された固体潤滑剤から形成された別のブシュを有
するものである。

【００１２】このガスエンジンは，上記のように構成さ
れているので，主燃焼室と副燃焼室とを連通する副燃焼
室に形成した連絡孔にセラミックス弁を配置すると，燃
焼火炎に常に晒されるため，耐久性，信頼性が極めて良
くなるので，連絡孔に耐熱性に優れたセラミックスから
成る制御弁を使用し，耐熱性を保証すると，弁温度が上
昇し，摺動性が極めて悪くなり，ステムブシュとの動き
が悪くなる。そこで，前記連絡孔を開閉するセラミック
スから成る制御弁を使用し，前記制御弁の弁ステムの外
周と前記シリンダヘッドに形成した弁ガイド孔との間に
固体潤滑剤から成るブシュを配置したので，摺動がスム
ースになり，前記弁ガイド孔を通じてのガス燃料の漏洩
を防止できると共に，前記制御弁の往復動で潤滑油を不
要にし，摩擦力の増加や焼付き，摩耗等が発生すること
がなく，極めて優れた摺動特性を確保できる。

【００１３】前記制御弁を構成するセラミックスを窒化
ケイ素で作製した場合，窒化ケイ素の線膨張係数は３．
２×１０^{- 6} ／℃程度で小さいので，温度上昇によって
変化する熱膨張量は極めて小さい。例えば，５００℃の
温度上昇でも，０．１ｍｍの軸径で１６μｍ程度であ
る。そして，前記制御弁は高温度になるため，通常の潤
滑油では摩擦力を低減することができないが，リン酸カ
ルシウムＣａＰ₂ Ｏ₆ 等の固体潤滑剤を使用すると有効
である。即ち，前記ブシュを構成する前記固体潤滑剤と
しては，リン酸カルシウムとグラファイトとの混合物
を，例えば，５００ｋｇ／ｃｍ² の高圧力で固化したも
のを使用する。この固体潤滑剤は，潤滑油が無い状態で
も，摩擦係数が０．０４程度となり，前記制御弁の上下
運動で摩擦力が増加することがなく，焼付き，摩耗等が
発生することがなく，摺動特性を向上できると共に，副
燃焼室からシリンダヘッド外へのガス燃料の漏洩を防止
できる。

【００１４】また，副燃焼室の一部に設けたポケット
部，該ポケット部を前記主燃焼室に開口する空気通路を
開閉するセラミックスから成る空気導入弁，前記ポケッ
ト部に配置した点火栓，並びに前記制御弁，前記空気導
入弁及び前記燃料供給弁の開閉作動を制御し且つ前記点
火栓の点火を制御するコントローラを有するので，ポケ
ット部内でガス燃料と空気との可燃混合気を確実に着火
燃焼させることができ，ポケット部の燃焼火炎が副燃焼
室へ拡がり副燃焼室内の可燃混合気が確実に着火燃焼す
ることができ，始動性を向上できると共に，部分負荷時
に可燃混合気の着火ミスが発生することがない。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下，図面を参照して，この発明
によるセラミックバルブを用いたガスエンジンの実施例
を説明する。図１はこの発明によるセラミックバルブを
用いたガスエンジンの一実施例を示す断面図，及び図２
は図１のガスエンジンの点火装置の作動の一例を示す処
理フロー図である。

【００１６】図示のように，このセラミックバルブを用
いたガスエンジンは，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に形成した穴部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，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２０，及び連絡孔２０を開閉
する制御弁４を有している。副室壁体３には燃料入口２
３が形成されており，燃料供給源６からのナチュラルガ
ス等のガス燃料が，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。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。

【００１７】このガスエンジンは，特に，連絡孔２０を
開閉するセラミックスから成る制御弁４，及び制御弁４
の弁ステム１２の摺動に対してシール機能と潤滑機能を
果たすため制御弁４の弁ステム１２の外周とシリンダヘ
ッド７に形成した弁ガイド孔４１との間に配置された固
体潤滑剤から形成されたブシュ２４を有することを特徴
とする。更に，同様のブシュ２４が，空気導入弁３１の
弁ステム４６の外周とシリンダヘッド７に形成した弁ガ
イド孔４１との間に配置されていることである。弁ガイ
ド孔４１は，弁ガイド筒体３５に形成されており，弁ガ
イド筒体３５はシリンダヘッド７に形成した孔に嵌合し
て固定されている。制御弁４及び空気導入弁３１は，窒
化ケイ素のセラミックスから作製されている。また，ブ
シュ２４を構成する固体潤滑剤は，リン酸カルシウムＣ
ａＰ₂ Ｏ₆ とグラファイトとの混合物を，例えば，５０
０ｋｇ／ｃｍ² の高圧力で固化して成形体に作製したも
のである。弁ステム１２，４６の周囲へのブシュ２４の
セットは，例えば，ケース即ち弁ガイド筒３５にブシュ
２４を挿入し，次いで蓋即ちプラグ４８を弁ガイド筒３
５に固定することで達成できる。

【００１８】また，このガスエンジンは，副燃焼室２の
一部に設けたポケット部４０，ポケット部４０を主燃焼
室１に開口する空気通路３０を開閉する空気導入弁３
１，点火装置を構成するポケット部４０に突き出すよう
に配置された点火栓３２，副燃焼室２の壁温Ｔを検出す
る温度センサー４２，エンジン負荷を検出する負荷セン
サー３４，及び点火栓３２の点火を制御する点火栓用の
コントローラ２９を有している。場合によっては，副燃
焼室２の壁温Ｔを，負荷センサー３４でエンジン負荷を
検出することで間接的に検出する場合には，必ずしも温
度センサー４２を設ける必要はない。空気通路３０は，
ポケット部４０と主燃焼室１との連絡細孔であり，該連
絡細孔を空気導入弁３１によって開放することで，主燃
焼室１からポケット部４０内へ圧縮空気が流入し，その
流入した圧縮空気は点火栓３２の周囲に空気流の旋回流
を発生するように構成されている。更に，このガスエン
ジンは，制御弁４，空気導入弁３１及び燃料供給弁５の
開閉作動を制御する電磁弁用のコントローラ３３を有し
ている。

【００１９】コントローラ２９は，副燃焼室２の壁温Ｔ
が予め設定した温度Ｔ₀ より低い検出信号に応答して，
空気導入弁３１の開閉作動を制御し，ポケット部４０に
空気が流入すると同時に点火栓３２に電流を流して可燃
混合気を着火燃焼させる制御を行なう。特に，エンジン
始動時，エンジン負荷が部分負荷時等には，副燃焼室２
の壁温Ｔは低くなっているので，ナチュラルガス等のガ
ス燃料の可燃混合気は着火が困難な状態であり，可燃混
合気に対する着火ミスが発生し易くなっている。そこ
で，電磁弁駆動装置４３を駆動して空気導入弁３１の開
閉作動を行い，空気導入弁３１の開放と同時に点火栓３
２に電流を流し，可燃混合気の着火をアシストし，可燃
混合気を着火燃焼させる。

【００２０】制御弁４は電磁弁駆動装置２５によって電
磁力によって駆動され，電磁弁駆動装置２５はコントロ
ーラ３３の指令で制御される。更に，空気導入弁３１は
電磁弁駆動装置４３によって電磁力によって駆動され，
電磁弁駆動装置４３はコントローラ３３の指令で制御さ
れる。また，燃料供給弁５は電磁弁駆動装置２８によっ
て電磁力によって駆動され，電磁弁駆動装置２８はコン
トローラ３３の指令で制御される。

【００２１】電磁弁駆動装置２５は，コア２６に配置し
た電磁コイル２７，制御弁４の弁ステム１２に設けた電
磁力でコア２６に吸着される鉄板１６，及び電磁力の消
磁によって制御弁４を元の閉鎖状態に戻すリターンスプ
リング１３から構成されている。また，電磁弁駆動装置
４３は，コア４４に配置した電磁コイル４５，空気導入
弁３１の弁ステム４６に設けた電磁力でコア４４に吸着
される鉄板１７，及び電磁力の消磁によって空気導入弁
３１を元の閉鎖状態に戻すリターンスプリング４７から
構成されている。コントローラ３３の指令で電磁コイル
２７に電流が流れると，コア２６には電磁力が付勢さ
れ，鉄板１６がコア２６へと吸着され，制御弁４は下降
し，連絡孔２０が開放する。また，コントローラ３３の
指令で電磁コイル４５に電流が流れると，コア４４には
電磁力が付勢され，鉄板１７がコア４４へと吸着され，
空気導入弁３１は上昇し，空気通路３０が開放する。

【００２２】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る。電磁弁駆動
装置２８は，図示していないが，コアに配置した電磁コ
イル，燃料供給弁５の弁ステム４９に設けた電磁力でコ
アに吸着される鉄板，及び電磁力の消磁によって燃料供
給弁５を元の閉鎖状態に戻すリターンスプリングから構
成されている。そして，燃料供給弁５は，エンジン作動
状態，例えば，エンジン負荷を検出する負荷センサー３
４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。

【００２３】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，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
されている。ヘッド下面部１１の上面には嵌合孔５０が
形成され，該嵌合孔５０に副燃焼室２を構成する副室壁
体３が嵌合固定されている。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。

【００２４】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，該燃料タン
ク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，連絡孔２０
の領域では，燃焼ガスで高温になるため，制御弁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。

【００２５】主燃焼室１を形成する壁体であるヘッドラ
イナ１０，副燃焼室２を形成する副室壁体３，及びピス
トンヘッド３７は，耐熱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。従って，燃焼後期のガス温
度が高くなっても十分な強度を有し，未燃炭化水素ＨＣ
等の排出が少なくなり，高効率エンジンを達成できる。
シリンダライナ２２は，摺動特性に優れたセラミックス
等で作製されている。

【００２６】このガスエンジンは，上記のように構成さ
れており，例えば，次のように作動される。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，空気導入弁３１及び燃料供給
弁５は，電磁弁駆動装置２５，２８，４３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いるが，場合によっては，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】図２に示すように，副燃焼室２の壁温Ｔが
予め設定した温度Ｔ₀ より低い時には，ガス燃料と空気
との混合気では着火ミスが発生する可能性がある。そこ
で，副燃焼室２の壁温Ｔを温度センサー４２で検出し
（ステップ７０），その検出信号をコントローラ２９に
入力し，コントローラ２９は壁温Ｔが予め設定した温度
Ｔ₀ と比較判断し（ステップ７１），壁温Ｔが予め設定
した温度Ｔ₀ より低い時には，電磁弁駆動装置４３を駆
動して空気導入弁３１を開閉作動する制御を行なう（ス
テップ７２）。空気導入弁３１が開放して空気通路３０
からポケット部４０内へ空気が導入されると同時に，点
火栓３２に電流を流して火花を飛ばして点火し，可燃混
合気に着火燃焼させる（ステップ７３）。ポケット部４
０では，空気通路３０から流入した空気流が点火栓３２
の周囲に旋回するようになるので，該空気流はポケット
部４０内に存在するガス燃料と混合し，可燃混合気を生
成する。そこで，点火栓３２に電流を流して可燃混合気
に着火して燃焼させ，空気流の周囲に燃焼火炎が拡が
り，副燃焼室２の可燃混合気に伝播燃焼し，副燃焼室２
で濃混合気燃焼を行なう。また，ステップ７１におい
て，副燃焼室２の壁温Ｔが予め設定した温度Ｔ₀ より高
い時には，ガス燃料は自着火が可能であるので，空気導
入弁３１は副燃焼室２に空気を流入させるため開閉作動
するが，点火栓３２には電流を流すことなく，非点火状
態を維持する（ステップ７４）。

【００２８】また，電磁弁駆動装置２５が駆動して制御
弁４が開閉作動し，制御弁４の開度時は，連絡孔２０を
通じて燃焼火炎を主燃焼室１に噴射され，次いで，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
るように噴射し，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が生成され，
燃焼が促進する。従って，制御弁４の開放タイミングを
制御することによって，副燃焼室２で燃料リッチな状態
で燃焼させ，濃混合気燃焼となって窒素酸化物ＮＯ_X の
生成を抑制することができる。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 の排出を抑えることができる。

【００２９】吸入行程では，制御弁４は連絡孔２０を閉
鎖しており，この時に，燃料供給弁５が開放して副燃焼
室２に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を通じて所定量導入され
る。従って，制御弁４によって連絡孔２０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。

【００３０】次に，圧縮行程終盤付近までは，制御弁４
によって連絡孔２０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なる。次いで，圧縮
行程終盤付近で，例えば，圧縮端前２０〜３０°で，空
気導入弁３１を電磁弁駆動装置４３を駆動することによ
って，空気導入弁３１が空気通路３０を開放し，空気通
路３０を通じて高圧縮で高温化した空気が，例えば，２
０％程度主燃焼室１から空気通路３０を通じて副燃焼室
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，制御弁４を電
磁弁駆動装置２５で駆動することで，制御弁４は連絡孔
２０を開放し，燃焼火炎が副燃焼室２から主燃焼室１へ
と噴き出すことになる。

【００３１】制御弁４がバルブリフトすると，副燃焼室
２から連絡孔２０を通じて主連絡孔１へ燃焼ガスが吹き
出し，膨張行程に移行してエンジンは仕事をする。連絡
孔２０を通じて吹き出された燃焼火炎はピストン１５の
ピストン頂面の衝突部から周辺方向に拡散し，主燃焼室
１に存在する空気と均一に混合して混合気を生成する。
そして，燃焼火炎及び未燃可燃混合気は主燃焼室１で短
期に燃焼を完結し，排気行程に移行する。制御弁４は電
磁弁駆動装置２５が消磁してリターンスプリング１３に
よって元の閉鎖位置に戻り，連絡孔２０が閉鎖される。
吸入行程時には，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へガス燃料が連絡孔２０を通じて流出
しないように制御弁４は連絡孔２０を閉鎖しておく。

【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，該負荷センサー３
４の検出信号はコントローラ３３に入力される。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に連絡孔２０，空気通路３０及び燃料入口２３を
設け，ナチュラルガスを制御弁４で連絡孔２０を閉鎖し
た状態で燃料入口２３から副燃焼室２内に供給する。ま
た，制御弁４で連絡孔２０を閉鎖して副燃焼室２に吸入
空気が供給されない状態で，吸気ポートから主燃焼室１
へ吸入した吸入空気はピストン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，空気導入弁３１が空気通路３０を開
放することで，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，火炎の噴き出しがシ
リンダ１８中央から噴き出しが行われ，外周領域へと拡
散し，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】この発明によるセラミックバルブを用い
たガスエンジンは，上記のように構成されているので，
弁ガイド孔を通じてのガス燃料の漏洩を防止できると共
に，主燃焼室と副燃焼室とを連通する連絡孔に配置した
制御弁，及び空気導入弁の往復動で潤滑油を不要にし，
摩擦力の増加や焼付き，摩耗等が発生することがなく，
極めて優れた摺動特性を確保できる。また，副燃焼室の
一部にポケット部を設け，該ポケット部を主燃焼室に開
口する空気通路を空気導入弁で開閉し，コントローラに
よってポケット部に配置した点火栓の点火を制御すると
共に，前記制御弁，前記空気導入弁及び前記燃料供給弁
の開閉作動を制御したので，燃焼室壁温が低くてもガス
燃料と空気との可燃混合気は確実に着火燃焼することが
でき，着火ミスを起こすことがなく，エンジンの始動性
を向上できると共に，エンジン負荷が部分負荷時でも可
燃混合気を確実に着火燃焼させることができる。従っ
て，このガスエンジンは，ＨＣ等の発生を大幅に低減で
きる。

【００３６】また，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 ，ＨＣ等の発生
を抑制することができる。更に，このセラミックバルブ
を用いたガスエンジンにおいて，燃料供給弁は電磁力で
駆動され，前記燃料供給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副燃焼室に供給される
ので，ＮＯ_X ，ＨＣ等を可及的に低減させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるセラミックバルブを用いたガス
エンジンの一実施例を示す断面図である。

【図２】図１のこのセラミックバルブを用いたガスエン
ジンの点火栓の作動の一実施例を示す処理フロー図であ
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 １２，４６ 弁ステム １８ シリンダ １９ 穴部 ２０ 連絡孔 ２３ 燃料入口 ２４ ブシュ ２５，２８，４３ 電磁弁駆動装置 ２９，３３ コントローラ ３０ 空気通路 ３１ 空気導入弁 ３２ 点火栓 ３５ 弁ガイド筒体 ４０ ポケット部 ４１ 弁ガイド孔 ４２ 温度センサー

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 F02M 21/02 F02B 43/00 F01L 3/08 F16C 33/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダヘッドに設けた穴部に配置され
   た遮熱構造の副燃焼室，シリンダ側に形成された遮熱構
   造の主燃焼室，前記主燃焼室と前記副燃焼室とを連通す
   る連絡孔，前記連絡孔を開閉するセラミックスから成る
   弁ステムを備えた制御弁，燃料供給源からのナチュラル
   ガス燃料を供給するための前記副燃焼室に形成された燃
   料入口，前記制御弁が前記連絡孔を閉鎖している期間に
   前記ナチュラルガス燃料を前記副燃焼室に供給するため
   前記燃料入口を開放する燃料供給弁，及び前記制御弁の
   前記弁ステムの摺動に対してシールと潤滑を行うため前
   記弁ステムの外周と前記シリンダヘッドに形成された弁
   ガイド孔との間に配置された固体潤滑剤から形成された
   ブシュ，から成るセラミックバルブを用いたガスエンジ
   ン。
2. 【請求項２】 前記制御弁を構成するセラミックスは窒
   化ケイ素であり，前記ブシュを構成する前記固体潤滑剤
   はリン酸カルシウムとグラファイトとの混合物を高圧力
   で固化した成形体であることから成る請求項１に記載の
   セラミックバルブを用いたガスエンジン。
3. 【請求項３】 前記副燃焼室の一部に設けたポケット
   部，該ポケット部を前記主燃焼室に開口する空気通路を
   開閉するセラミックスから成る空気導入弁，前記ポケッ
   ト部に配置した点火栓，並びに前記制御弁，前記空気導
   入弁及び前記燃料供給弁の開閉作動を制御し且つ前記点
   火栓の点火を制御するコントローラを有し，更に，前記
   空気導入弁の弁ステムの外周と前記シリンダヘッドに形
   成された別の弁ガイド孔との間に配置された固体潤滑剤
   から形成された別のブシュを有することから成る請求項
   １に記載のセラミックバルブを用いたガスエンジン。