JPH1047064A

JPH1047064A - 副室式ガス機関の燃焼副室構造

Info

Publication number: JPH1047064A
Application number: JP8204696A
Authority: JP
Inventors: Toru Nakazono; 徹中園; Kensuke Murakami; 研介村上; Toru Takemoto; 徹武本
Original assignee: Yanmar Diesel Engine Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 1996-08-02
Filing date: 1996-08-02
Publication date: 1998-02-17

Abstract

(57)【要約】【課題】副室式ガス機関において、従来の燃焼副室構
造では、吐煙濃度の低減や点火プラグの燻りの低減に限
度があった。また、これらの低減化を図るのにおいて、
熱効率を保持すべく、要求電圧は抑えなければならな
い。【解決手段】下部燃焼ケース１内の燃焼副室１ａを、
その軸線Ｌｃがスロート１ｂの軸線Ｌｂに対して偏心す
るよう配設するか、またはフロート１ｂの口径を燃焼副
室１ａの容量に対して小さく絞る。或いは、中間燃焼ケ
ース２の燃料ガス導入口２ａの対水平角度θを大きく取
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、副室式ガス機関に
おける、排気中の吐煙濃度、点火プラグの燻り、及び要
求電圧の低減を図るための燃焼副室構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】気筒内に形成される燃焼主室の上方に燃
焼副室を配設し、該燃焼副室の上端に点火プラグと燃料
ガス導入口を配設し、該燃焼副室より燃焼主室には、垂
直状のスロートと噴孔とを介設した構造の副室式ガス機
関は、特公平７−１１６９９１号に開示されている如
く、公知となっている。この中で、燃焼副室の底部は下
向きの円錐形状となっており、スロートは、その軸線
が、該燃焼副室の底部中心の最深部を通る垂直軸線と一
致するように、該燃焼副室の最深部より垂直下方に連設
されていた。そして、該この軸線は、該燃焼主室の垂直
中心軸線と一致していた。また、該スロートの口径は、
燃焼副室容量から見て、かなり大きく設定されていた。
更に、燃料ガス導入口の対水平角度は、−１０°〜４５
°と、かなり小さく設定していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のこのよ
うな燃焼副室設定では、排気中の吐煙濃度、点火プラグ
の燻り、及び要求電圧を、ある一定値以下には低減でき
ない構造となっている。まず、排気中の吐煙濃度は、昨
今の排気エミッション低減化の要求される中で、重要視
されている。点火プラグの燻りは、燃焼効率に直結する
要素であるし、要求電圧は、点火プラグ等の電装品の耐
久度を左右する。従って、これらは、従来よりもより一
層に低減化を求められる要素なのである。しかし、これ
らの要素を満たすような燃焼副室構造は、一方では、要
求電圧を高めるもととなるので、ある程度の限度が必要
である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、気筒内に形成
される燃焼主室の上方に燃焼副室を配設し、該燃焼副室
の上端に点火プラグと燃料ガス導入口を配設し、該燃焼
副室の底部と燃焼主室との間に、軸線を該燃焼主室の垂
直中心軸線と一致させた垂直状のスロートとそれに連通
する噴孔とを配設した構造の副室式ガス機関において、
以上のような課題を解決すべく、次のような手段を用い
るものである。まず第一に、該スロートの軸線に対し
て、該燃焼副室の軸線を偏心させ、その偏心量の対燃焼
副室内径比を０．１６以下に設定する。

【０００５】第二に、該スロートの内径を絞り、その断
面積の対燃焼副室容積比を０．００２乃至０．００５５
に設定する。

【０００６】第三に、該スロートの軸線に対して、該燃
焼副室の軸線を偏心させるとともに、該スロートの内径
を絞り、該燃焼副室の偏心量及び該スロートの内径を適
正に設定する。

【０００７】第四に、該燃料ガス導入口の対水平角度を
４０°以上に設定する。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、添付の図
面を基に説明する。図１は副室式ガス機関の燃焼室部分
の側面断面図、図２は標準的な燃焼副室の下部燃焼ケー
ス１及び中間燃焼ケース２の側面断面図、図３は燃焼副
室１ａの軸線をスロート１ｂの軸線に対して偏心状に配
設した構造の下部燃焼ケース１と中間燃焼ケース２の側
面断面図、図４は燃焼副室１ａの偏心度と吐煙濃度との
相関を示す図、図５は燃焼副室１ａの偏心度と点火プラ
グ明度との相関を示す図、図６は燃焼副室１ａの偏心度
と要求電圧との相関を示す図、図７はスロート径度と吐
煙濃度との相関を示す図、図８はスロート径度と点火プ
ラグ明度との相関を示す図、図９はスロート径度と要求
電圧との相関を示す図、図１０はスロート径度と点火プ
ラグ中心電極温度との相関を示す図、図１１は燃焼副室
１ａを偏心状に配設し、スロート径を絞った場合にて、
偏心度とスロート径度との相関における吐煙濃度に関す
る適合範囲を示す図、図１２は同じく点火プラグ明度に
関する適合範囲を示す図、図１３は同じく吐煙濃度及び
点火プラグ明度に関する適合範囲を示す図、図１４は燃
料ガス導入口２ａの対水平角度θを大きくした中間燃焼
ケース２と下部燃焼ケース１との側面断面図、図１５は
燃料ガス導入口２ａの対水平角度θと点火プラグ明度と
の相関を示す図である。

【０００９】まず、図１より、副室式ガス機関の燃焼室
構造について説明する。シリンダーブロックＣＢにおい
て、シリンダーライナＣＬを内装するシリンダー内にピ
ストンＰが上下摺動可能に内設されており、該シリンダ
ー内にて、ピストンＰの上方空間が燃焼主室８となる。
その上方には、シリンダーヘッドＣＨを連設固定してい
て、さらにその上方には、弁碗カバー１１にて弁腕室が
形成されている。

【００１０】シリンダーヘッドＣＨ内には給気ポート９
と、図示されない排気ポートが形成されていて、それぞ
れに、弁腕カバー１１内に配設される弁腕１０にて駆動
される給気弁・排気弁（図示せず）が嵌挿されて、各弁
を介して燃焼主室８に連通している。

【００１１】シリンダーヘッドＣＨ内には、上部燃焼ケ
ース３が内嵌され、その下方に連接して、中間燃焼ケー
ス２が、更にその下方に、下部燃焼ケース１が内嵌され
ている。上部燃焼ケース３内には点火プラグ５の中心軸
５ｂが貫通しており、該中心軸５ｂは、上部燃焼ケース
３の上端より上方に突出して、絶縁碍子５ｃに覆われ
て、弁腕室内を貫通し、その上端は、弁腕カバー１１上
端より突出して、冷却ジャケットに対峙させている。中
間燃焼ケース２内には、図２の如く、燃料ガス導入口２
ａ、及び点火プラグポケット２ｂが形成され、それぞれ
に、燃料ガス供給弁であるチェックバルブ４、点火プラ
グ５の本体部が内装される。また、シリンダーヘッドＣ
Ｈの側方に燃料ガスインジェクター６が添設されてい
て、該燃料ガスインジェクター６より、シリンダーヘッ
ドＣＨ内に燃料ガス導入路７を形成しており、中間燃料
ケース２内のチェックバルブ４を介して燃料ガス導入口
２ａに連通している。

【００１２】燃焼副室１ａは、下部燃焼ケース１内に形
成されていて、その上端に対し、中間燃焼ケース２内に
内装された点火プラグ５の中心電極５ａと、燃料ガス導
入口２ａの下端部が臨んでいる。燃焼副室１ａの底部よ
り垂直下方にスロート１ｂが形成され、更に、噴孔１ｃ
が形成されていて、燃焼主室８へと連通しているのであ
る。該スロート１ｂの軸線Ｌｂは、該燃焼主室８の垂直
中心軸線Ｌａと一致する。なお、燃焼副室１ａの形状
は、その上下長さ（上端より底部最下端までの距離）を
Ｌ、内径をＨとすれば、例えば、１．３＜Ｌ／Ｈ＜１．
７と設定されるものである。

【００１３】従来からの標準的な中間燃焼ケース２及び
下部燃焼ケース１内においては、図２の如く、燃焼副室
１ａの底部は、対水平角度６０°未満の傾斜角度で、下
向き円錐形状となっていて、その中心となる最深部よ
り、スロート１ｂを垂直下方に形成していた。つまり、
燃焼副室１ａも、その（該底部の最深部を通過する）軸
線Ｌｃを、該スロート１ｂの軸線Ｌｂに一致する該燃焼
主室８の垂直中心軸線Ｌａに一致させて配設していた。
これに対して、図３図示の下部燃焼ケース１においての
燃焼副室１ａは、その軸線Ｌｃをスロート１ｂの軸線Ｌ
ｂ（燃焼主室８の垂直中心軸線Ｌａ）よりずらせて、即
ち、偏心した状態で形成されている。

【００１４】ここで、燃焼副室１ａのスロート１ｂに対
する偏心量（図３図示の軸線Ｌｂ・Ｌｃ間距離である偏
心量Ｘ）を設定する上で、まず、該燃焼副室１ａの最深
部は、該スロート１ｂの上端より外れていてはならな
い。つまり、該燃焼副室１ａの軸線Ｌｃが、スロート１
ｂの口径内の範囲に位置していなければならない。この
関係上より、偏心度（偏心量Ｘ／燃焼副室内径Ｌ）は、
上限値を０．１６としている。

【００１５】該偏心度が上限値０．１６未満の範囲に
て、該偏心量による、排気中の吐出濃度、点火プラグの
燻り、及び要求電圧への影響度を、各々図４、図５、及
び図６より検討する。図４乃至図６において、横軸に
は、偏心度（偏心量Ｘ／燃焼副室内径Ｌ）を取り、図５
では、点火プラグの明度（％）を縦軸に取って、点火プ
ラグの燻り度合いを計るものとし、図４では排気中の吐
煙濃度を、図６では要求電圧（ｋｖ）を、それぞれ縦軸
に取っている。

【００１６】図４より判ることは、偏心度が大きいほ
ど、吐煙濃度は低減することである。吐煙濃度の上限設
定値をＡとすれば、偏心度を約０．０７以上とすれば、
排気中の吐煙濃度を設定値Ａ以下に落とすことができる
ことが判る。

【００１７】また、図５より、偏心度が大きいほど、点
火プラグの明度が増すことが判る。明度が増すことは、
それだけ、燻りが低減されていることを示す。安定した
燃焼状態を形成する上で、明度の下限設定値をＢとして
いる。偏心度を約０．１２以上とすれば、該明度を設定
値Ｂ以上にすることができる。図４の結果と合わせて考
えれば、偏心度を約０．１２以上とすれば、吐煙濃度も
点火プラグの明度も要求される設定域にすることができ
る。

【００１８】しかし、図６の如く、要求電圧は、偏心度
が小さいほど少なくてすむことが判る。要求電圧の上限
設定値をＣとすれば、偏心度を約０．１以下にすれば、
該要求電圧を設定値Ｃ以下に抑えることができる。但
し、吐煙濃度と点火プラグの明度に関する設定域とは合
わないが、後記の如く、燃焼ガス導入口２ａの対水平角
度θを大きくすることで、要求電圧を大きく取ることが
でき、上限設定値Ｃを上回る設定値となってもよくな
る。但し偏心度を０．１６以下に抑えることとして、要
求電圧が過剰化するのを抑えることとする。

【００１９】以上は、燃料副室１ａの軸線Ｌｃを、スロ
ート１ｂの軸線Ｌｂに対して偏心させることにより、吐
煙濃度、点火プラグの燻り、及び要求電圧の低減化を図
るものとした。次に、スロート１ｂの形状（口径）によ
り、これらの要求を満たすものとする構造について、ま
ず、図２より説明する。

【００２０】本実施例では、図２図示の標準的構造の下
部燃焼ケース１において、スロート１ｂの口径を、従来
よりも小さく絞ることで、吐煙濃度・点火プラグの燻
り、及び要求電圧の低減化を図るのである。スロート１
ｂの断面積をＳ、燃焼副室１ａの容積をＶとすると、ス
ロート径度（断面積Ｓ／容積Ｖ）の大きさに対して、吐
煙濃度の変移を図７に、点火プラグの明度の変移を図８
に、要求電圧の変移を図９に示しており、更に、図１０
では、点火プラグの中心電極温度の変移を図示してい
る。

【００２１】まず、スロート径度は、構造上、一定の制
限域を有している。即ち、０．００２以上０．００５５
以下と設定される。

【００２２】この中で、スロート径度の最適範囲を検証
する。まず、図７の如く、吐煙濃度は、スロート径度が
小さいほど低減されることが判る。吐煙濃度を上限設定
値Ａ以下に抑えるためには、スロート径度を約０．００
３５以下に絞ればよい。

【００２３】また、図８の如く、点火プラグ５の燻りを
示す点火プラグ明度は、スロート径度が約０．００２６
以下の範囲では、スロート径度を絞るほど大きくなる。
即ち燻りが低減する。点火プラグ明度を下限設定値Ｂ以
上にするには、スロート径度を約０．００２５以下にす
ればよい。

【００２４】一方、図９の如く、要求電圧に関しては、
スロート径度を大きくするほど小さくなり、電圧効率が
高まるものの、スロート径度の全設定域で、要求電圧は
上限設定値Ｃ以下なので、問題はない。

【００２５】なお、点火プラグ５の中心電極温度（℃）
は、小さく抑えられるほど熱効率が良い。図１０の如
く、該温度は、スロート径度を大きくするほど小さくな
る。スロート径度を０．００３以上に設定すれば、該中
心電極温度を上限設定値Ｄ以下に抑えることができる。

【００２６】スロート径度の、点火プラグの中心電極温
度における要求設定域と、吐煙濃度及び点火プラグ明度
における要求設定域とでは、全て完全に合致する部分が
ないが、いずれの要素を優先するかにより、スロート径
度の設定範囲が決まる。

【００２７】次に、下部燃焼ケース１にて、燃焼副室１
ａをスロート１ｂに対して偏心配設することと、スロー
ト１ｂの口径を絞ることとを同時に実施した場合の下部
燃焼ケース１に関して、吐煙濃度と要求電圧との適合範
囲の一致範囲を図１１乃至図１３より検証する。偏心度
（Ｘ／Ｌ）を横軸、スロート径度（Ｓ／Ｖ）を縦軸とし
た場合に、吐煙濃度に関しては図１１の如く、要求電圧
に関しては図１２の如く、適合範囲が設定される。な
お、偏心度に関しては、上限値が０．１６となってお
り、スロート径度に関しては、０．００２〜０．００５
５を設定範囲としている。図１３は、図１１及び図１２
図示の適合範囲の合致範囲を示すもので、このような下
部燃焼ケース１を用いる場合には、図１３図示の適合範
囲にて、偏心度及びスロート径度を設定し、燃焼副室１
ａ及びスロート１ｂを構成すればよいのである。

【００２８】最後に、図１４及び図１５にて、燃料ガス
導入口２ａの対水平角度θの設定により、点火プラグ５
の燻りを低減させる構成について説明する。図２の如
く、燃料ガス導入口２ａは、対水平角度が小さくなるよ
う形成していた。これに対して図１４図示の実施例で
は、中間燃焼ケース２において、燃料ガス導入口２ａを
垂直状に近い形状とし、その対水平角度θを従来より大
きく取っている。なお、図１４の実施例において、下部
燃焼ケース１は従来構造のものである。

【００２９】燃料ガス導入口２ａの対水平角度θの大き
さによる点火プラグの燻り度を、点火プラグの明度によ
り見てみると、図１５の如く、対水平角度θを大きく取
るほど点火プラグ明度が大きくなり、即ち、燻りが低減
されることが判る。点火プラグ明度を下限設定値Ｂ以上
とするには、燃料ガス導入口２ａの対水平角度θを、４
０°以上に設定すればよい。

【００３０】

【発明の効果】本発明は、副室式ガス機関において、以
上のような燃焼副室構造とすることで次のような効果を
奏する。即ち、請求項１或いは請求項２の如く構成する
ことで排気中の吐煙濃度が低減して低公害化に貢献し、
点火プラグの燻りが低減して燃焼不良を解消する一方、
要求電圧は一定以下に抑えられて、過剰な電圧消費を抑
えることができる。

【００３１】また、請求項３の如く、請求項１記載の構
成と請求項２記載の構成を組み合わせることで、上記の
効果を相乗することができる。

【００３２】また、請求項４の如く構成することで、点
火プラグの燻りを低減することができ、燃焼不良を解消
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】副室式ガス機関の燃焼室部分の側面断面図であ
る。

【図２】標準的な燃焼副室の下部燃焼ケース１及び中間
燃焼ケース２の側面断面図である。

【図３】燃焼副室１ａの軸線をスロート１ｂの軸線に対
して偏心状に配設した構造の下部燃焼ケース１と中間燃
焼ケース２の側面断面図である。

【図４】燃焼副室１ａの偏心度と吐煙濃度との相関を示
す図である。

【図５】燃焼副室１ａの偏心度と点火プラグ明度との相
関を示す図である。

【図６】燃焼副室１ａの偏心度と要求電圧との相関を示
す図である。

【図７】スロート径度と吐煙濃度との相関を示す図であ
る。

【図８】スロート径度と点火プラグ明度との相関を示す
図である。

【図９】スロート径度と要求電圧との相関を示す図であ
る。

【図１０】スロート径度と点火プラグ中心電極温度との
相関を示す図である。

【図１１】燃焼副室１ａを偏心状に配設し、スロート径
を絞った場合にて、偏心度とスロート径度との相関にお
ける吐煙濃度に関する適合範囲を示す図である。

【図１２】同じく点火プラグ明度に関する適合範囲を示
す図である。

【図１３】同じく吐煙濃度及び点火プラグ明度に関する
適合範囲を示す図である。

【図１４】燃料ガス導入口２ａの対水平角度θを大きく
した中間燃焼ケース２と下部燃焼ケース１との側面断面
図である。

【図１５】燃料ガス導入口２ａの対水平角度θと点火プ
ラグ明度との相関を示す図である

【符号の説明】

１下部燃焼ケース１ａ燃焼副室１ｂスロート１ｃ噴孔２中間燃焼ケース２ａ燃料ガス導入口２ｂ点火プラグポケット５点火プラグ８燃焼主室

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気筒内に形成される燃焼主室の上方に燃
焼副室を配設し、該燃焼副室の上端に点火プラグと燃料
ガス導入口を配設し、該燃焼副室の底部と燃焼主室との
間に、軸線を該燃焼主室の垂直中心軸線と一致させた垂
直状のスロートとそれに連通する噴孔とを配設した構造
の副室式ガス機関において、該スロートの軸線に対し
て、該燃焼副室の軸線を偏心させ、その偏心量の対燃焼
副室内径比を０．１６以下に設定することを特徴とする
副室式ガス機関の燃焼副室構造。
【請求項２】気筒内に形成される燃焼主室の上方に燃
焼副室を配設し、該燃焼副室の上端に点火プラグと燃料
ガス導入口を配設し、該燃焼副室の底部と燃焼主室との
間に、軸線を該燃焼主室の垂直中心軸線と一致させた垂
直状のスロートとそれに連通する噴孔とを配設した構造
の副室式ガス機関において、該スロートの内径を絞り、
その断面積の対燃焼副室容積比を０．００２乃至０．０
０５５に設定することを特徴とする副室式ガス機関の燃
焼副室構造。
【請求項３】気筒内に形成される燃焼主室の上方に燃
焼副室を配設し、該燃焼副室の上端に点火プラグと燃料
ガス導入口を配設し、該燃焼副室の底部と燃焼主室との
間に、軸線を該燃焼主室の垂直中心軸線と一致させた垂
直状のスロートとそれに連通する噴孔とを配設した構造
の副室式ガス機関において、該スロートの軸線に対し
て、該燃焼副室の軸線を偏心させるとともに、該スロー
トの内径を絞り、該燃焼副室の偏心量及び該スロートの
内径を適正に設定することを特徴とする副室式ガス機関
の燃焼副室構造。
【請求項４】気筒内に形成される燃焼主室の上方に燃
焼副室を配設し、該燃焼副室の上端に点火プラグと燃料
ガス導入口を配設し、該燃焼副室の底部と燃焼主室との
間に、軸線を該燃焼主室の垂直中心軸線と一致させた垂
直状のスロートとそれに連通する噴孔とを配設した構造
の副室式ガス機関において、該燃料ガス導入口の対水平
角度を４０°以上に設定することを特徴とする副室式ガ
ス機関の燃焼副室構造。