JPH0754717A - エンジンの燃焼室 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】燃料を使用する副燃焼室を備えたエンジンにお
いて、混合燃焼ガスが速やかに主燃焼室に移行するとと
もに、排気ガスの中のＮＯｘを低減できるエンジンの燃
焼室を提供する。 【構成】少なくとも圧縮行程の後半と爆発行程の前半に
副燃焼室３１の噴出孔３２を開閉する制御弁４を開いて
主燃焼室２２と副燃焼室３１とを流通させ、少なくとも
排気行程時には該制御弁４を閉じて主燃焼室２２と副燃
焼室３１とを分離させ、副燃焼室３１内に排気ガスを留
保させて排気ガス再循環を行わせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジンの燃焼室の構造
に関し、ディーゼルエンジンにおいて、排気ガス再循環
機能（ＥＧＲ）を有するディーゼルエンジンの燃焼室の
構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両の原動機である内燃機関の燃料に
は、ガソリンなどの化石燃料が多く使用される。また高
圧のガス燃料も内燃機関の燃料として一部で使用されて
いる。最近、小規模な発電単位、たとえば都市ビル単位
の発電設備用ディーゼルエンジンの燃料に高圧のガス燃
料が使用され始めた。ガス燃料は、エンジンの燃焼室内
に噴射されたとき、空気との混合が悪く自己着火が困難
な場合があるほか、排気ガスの中にかなりのＮＯｘが含
まれることがある。このような不都合を改善するため
に、エンジンのシリンダ内の主燃焼室に続く副燃焼室を
設け、該副燃焼室に排気ガスをガス燃料を噴射する副燃
焼室に排気ガスを排気ポートから導入する排気ガス再循
環装置付きディーゼルエンジンも開発され、たとえば特
開昭６３ー８５２４８号公報に示されている。上記従来
例では、副燃焼室に排気ガスを導入する構成が複雑であ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述のよう
な従来の不都合を解消しようとするものであり、その目
的は、副燃焼室を備えたエンジンにおいて、混合燃焼ガ
スが速やかに主燃焼室に移行するとともに、排気ガスの
中のＮＯｘを低減できるエンジンの燃焼室を提供しよう
とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記のような本発明の目
的を達成するために、本発明は、主燃焼室と連通する副
燃焼室を具備し、副燃焼室に燃料を導入するエンジンに
おいて、シリンダの上部に設けられ、内部に供給された
燃料を噴出孔からシリンダ内に噴出する副燃焼室と、少
なくとも圧縮行程の後半と爆発行程の前半のとき該副燃
焼室の噴出孔を開き少なくとも排気行程のとき該副燃焼
室の噴出孔を閉じる制御弁と、を具備することを特徴と
するエンジンの燃焼室を提供する。

【０００５】

【作用】少なくとも圧縮行程と爆発行程の後半まで副燃
焼室の噴出孔を開閉する制御弁を開いて主燃焼室と副燃
焼室とを流通させ、その他の行程時には該制御弁を閉じ
て主燃焼室と副燃焼室とを分離させ、副燃焼室内に排気
ガスを留保させて、排気ガス再循環機能を行わせる。

【０００６】

【実施例】図１は本発明にかかるエンジンの燃焼室の一
実施例を示す主要部分の構成図であり、この実施例で
は、燃料はガス燃料である。同図において１はシリンダ
である。該シリンダ１の内側にはピストン２が上下動自
在に配置されている。図１はピストンが最上端に位置し
た状態で示されており、ピストン２の上面には主燃焼室
２２が形成されている。２４はピストンリング、２５は
コンロッドである。

【０００７】シリンダ１の上端に位置するシリンダヘッ
ド３には、副燃焼室３１が設けられている。この副燃焼
室３１は、例えば高強度で耐熱性のあるセラミックスか
らなり、その底部には噴出孔３２が形成されている。

【０００８】４は前記噴出孔３２の開閉を制御する制御
弁で、噴出孔３２の下方に設けられた弁座３３に下方か
ら密接接触して副燃焼室３１を閉鎖する。制御弁４のス
テム４３は副燃焼室３１の上壁部３４のバルブガイド３
５により軸支され、ステム４３は上部プレート４４を押
上げるスプリング４５によってバイアスされる。

【０００９】５は副燃焼室３１の上方の側部に取付けら
れたガス燃料弁で、ガス供給管５３から副燃焼室３１へ
のガス燃料の供給口５４の開閉を行ってガス流を制御す
るものであり、そのステム５１の上端を押上げる弁スプ
リング５２により常時は供給口５４を閉鎖するように構
成されている。５５は燃料ガスの流量を制御する燃料制
御弁である。

【００１０】図１には示されてはいないが、シリンダヘ
ッド３の上部には、それぞれ制御弁４とガス燃料弁５
を、後に述べるタイミングで開閉させるカム機構が設け
られている。また、これら弁を開閉する駆動機構はカム
でなくともよく、電磁力で駆動される電磁駆動弁機構で
も良い。

【００１１】図１には示されてはいないが、シリンダヘ
ッド３には通常の吸気孔と吸気弁、排気孔と排気弁が設
けられ、これら２つの弁を駆動するカム機構が設けられ
ている。

【００１２】次に、図１および図２を用いて本発明の実
施例動作を説明する。図１には示されていない排気弁が
開き、ピストン４が下死点から上昇を始める排気行程か
ら動作の説明を始める。この状態では、ガス燃料弁５は
閉じ、制御弁４も閉じた状態にある。ピストン２が上昇
してシリンダ１内の燃焼ガスがエンジンの外部に排気さ
れると、図１には示されていない排気弁が閉じ、これま
た図示されていない吸気弁が開く。制御弁は閉じたまま
である。ピストン２が上死点から降下を始めると吸気孔
から新気がシリンダ１内に吸入される。吸入の途中でも
制御弁４は閉まったままである。したがって、シリンダ
内の主燃焼室２２と副燃焼室３１との流通は遮断され
る。その後すぐにガス燃料弁５が開き、ガス供給管５３
から副燃焼室５３にガス燃料が供給される。なおこのガ
ス燃料の供給量は、エンジンの負荷状態により燃料制御
弁５５で調整される。所定量のガス燃料が供給され、吸
気行程が終了すると、吸気弁が閉じガス燃料弁５も閉ま
る。

【００１３】ピストンが下死点位置から上昇を始める
と、シリンダ内の空気は圧縮され始める。そしてピスト
ン２が上死点に近づくとこのタイミングで、制御弁４が
開く。そしてシリンダ内で圧縮された空気が副燃焼室３
１に流入してここで混合気が生成され、副燃焼室３１内
の温度が着火点に達すると、該副燃焼室３１内では燃料
リッチな状態で燃焼が始まる。

【００１４】副燃焼室内の混合気は噴出孔３２から主燃
焼室２２内に噴出流入されて、混合気生成が起こる。ピ
ストンはこの燃焼により下方に押し下げられる。ピスト
ンが下死点に到達する少し前になると、制御弁４が閉
じ、副燃焼室３１内には排気ガスがとじこめられる。こ
の閉じ込められた排気ガスは、ガス燃料が副燃焼室に導
入されるまでここに留まる。したがって、次の燃焼行程
では副燃焼室３１内に排気ガスが還流されたことにな
り、結果的に排気ガス再還流機能が働いたことになっ
て、排気ガスは低ＮＯｘのものとなる。そして、エンジ
ンは次のサイクルの排気行程に移る。なお、上記制御弁
４を閉じるタイミングを図２においてＳにて示すように
変えると、排気ガスの再循環量を変えることができる。

【００１５】上記実施例においては、制御弁４は圧縮行
程と爆発行程のとき開くものであるが、次の実施例にお
いては、噴出孔３２を開閉する制御弁４を、副燃焼室３
１内の燃料ガスのガス圧の方が主燃焼室２２内の空気圧
力よりも高圧であるとき、すなわち、エンジンの吸入行
程又は圧縮行程の前半にわずかに開とする。このため、
副燃焼室３１内にある燃料ガスを含むＥＧＲガスは主燃
焼室２２内に少し漏れ出す。このため、主燃焼室２２内
は燃料リ−ンな状態になっている。そして、主燃焼室２
２内に排出する燃料の量は、圧縮上死点において自己着
火が起る量以下とする。この実施例においては、圧縮行
程中途で制御弁４は閉となり、主燃焼室２２にあるリ−
ン混合気は圧縮される。圧縮上死点で制御弁４が再開
し、主燃焼室２２内の空気（含むリ−ン燃料）は副燃焼
室４に流入し、該副燃焼室３１内の燃料ガスは空気と混
合して燃焼を起こす。副燃焼室３１で燃焼した燃焼ガス
火炎は主燃焼室２２に噴出すると共に主燃焼室２２内の
リ−ン混合気も燃焼させることができる。図３はこの実
施例の動作を説明する説明図である。

【００１６】上記２つの実施例は燃料をガス燃料とした
が、図１において、ガス燃料弁５とそれに付随した部分
を従来の液体燃料用の噴射ノズルに変えれば、液体燃料
用エンジンにも適用できることは云うまでもないことで
ある。

【００１７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、少なくとも圧縮行程の後半と爆発行程の前半に副
燃焼室の噴出孔を開閉する制御弁を開いて主燃焼室と副
燃焼室とを流通させ、少なくとも排気行程時には該制御
弁を閉じて主燃焼室と副燃焼室とを分離させ、副燃焼室
内に排気ガスを留保させて、排気ガス再循環を行わせる
ので、排気ガス中のＮＯｘは大幅に減少する。又、副燃
焼室から主燃焼室に燃料ガスを流出させることにより主
燃焼室にリ−ン混合気を作成することが可能で燃焼後の
副燃焼室が主燃焼室に噴出する混合気の運動エネルギ−
が不足していても火炎伝播により燃焼が短時間で完了す
る。さらに、燃料としてメタノ−ル、ガソリン等の液体
燃料においても高圧、縮比化による低燃費が可能であり
さらに低ＮＯｘ化も可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるガスエンジンの燃焼室の一実施
例を示す主要部分の断面図である。

【図２】実施例の動作を説明する説明図である。

【図３】別の実施例の作動を説明する説明図である。

【符号の説明】

１・・・・・・・シリンダ ２・・・・・・・ピストン ２２・・・・・・・主燃焼室 ２４・・・・・・・ピストンリング ２５・・・・・・・コンロッド ３・・・・・・・シリンダヘッド ３１・・・・・・・副燃焼室 ３２・・・・・・・噴出孔 ３３・・・・・・・弁座 ３４・・・・・・・上壁部 ３５・・・・・・・バルブガイド ４・・・・・・・制御弁 ４３・・・・・・・ステム ４４・・・・・・・上部プレート ４５・・・・・・・スプリング ５・・・・・・・ガス燃料弁 ５１・・・・・・・ステム ５２・・・・・・・ステム ５３・・・・・・・ガス供給管 ５４・・・・・・・供給口 ５５・・・・・・・燃料制御弁

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主燃焼室と連通する副燃焼室を具備し、副
   燃焼室に燃料を導入するエンジンにおいて、 シリンダの上部に設けられ、内部に供給された燃料を噴
   出孔からシリンダ内に噴出する副燃焼室と、 少なくとも圧縮行程の後半と爆発行程の前半のとき該副
   燃焼室の噴出孔を開き少なくとも排気行程のとき該副燃
   焼室の噴出孔を閉じる制御弁と、を具備することを特徴
   とするエンジンの燃焼室。
2. 【請求項２】前記制御弁を副燃焼室内の燃料を含むガス
   圧の方が主燃焼室内の空気圧より高圧であるエンジンの
   吸入行程又は圧縮行程途中に一時開とし、副燃焼室内の
   燃料ガスを主燃焼室内に流出させて圧縮上死点近傍にて
   も主燃焼室内で自己着火の可能な濃度以下のリ−ンな混
   合気を作ると共に圧縮上死点で前記制御弁を再開して主
   燃焼室内の空気又は自己着火可能限度以下の混合気を副
   燃焼室に導入して着火させたことを特徴とする請求項１
   記載のエンジンの燃焼室。
3. 【請求項３】上記燃料はガス燃料であることを特徴とす
   る請求項１又は２記載のエンジンの燃焼室。
4. 【請求項４】上記燃料は液体燃料であることを特徴とす
   る請求項１又は２記載のエンジンの燃焼室。