JP2000320334A - 副室式ガスエンジン - Google Patents
副室式ガスエンジンInfo
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- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 この副室式ガスエンジンは，圧縮行程で副室
からピストンのキャビティにガス燃料を噴射してキャビ
ティ内にガス燃料と予混合気を成層化して形成し，ＨＣ
の発生を防止して熱効率を向上させる。 【解決手段】 この副室式ガスエンジンは，シリンダ４
内を往復動するピストン５に主室１を構成するキャビテ
ィ７を形成し，主室１と副室２とを連通する連絡口８に
開閉弁１０を配置し，ガス燃料供給弁１１を副室２に設
ける。開閉弁１０とガス燃料弁１１は，圧縮行程で開閉
してガス燃料をピストン５のキャビティ７内に供給する
ように設定されている。圧縮行程でキャビティ７内に空
気とガス燃料との混合気が成層化して形成されるので，
ピストン５のトップランド１６に混合気が侵入せず，混
合気が冷却されず，ＨＣの発生を低減する。
からピストンのキャビティにガス燃料を噴射してキャビ
ティ内にガス燃料と予混合気を成層化して形成し，ＨＣ
の発生を防止して熱効率を向上させる。 【解決手段】 この副室式ガスエンジンは，シリンダ４
内を往復動するピストン５に主室１を構成するキャビテ
ィ７を形成し，主室１と副室２とを連通する連絡口８に
開閉弁１０を配置し，ガス燃料供給弁１１を副室２に設
ける。開閉弁１０とガス燃料弁１１は，圧縮行程で開閉
してガス燃料をピストン５のキャビティ７内に供給する
ように設定されている。圧縮行程でキャビティ７内に空
気とガス燃料との混合気が成層化して形成されるので，
ピストン５のトップランド１６に混合気が侵入せず，混
合気が冷却されず，ＨＣの発生を低減する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は，例えば，ガスエ
ンジンにおける主室と副室とを連通する連絡口に開閉弁
を設けた副室式ガスエンジンに関する。
ンジンにおける主室と副室とを連通する連絡口に開閉弁
を設けた副室式ガスエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来，ガスエンジンとしては，シリンダ
ヘッドに副室を設け，副室を燃料リッチな状態にして副
室で着火燃焼させ，主室での希薄領域の燃焼を確実に
し，燃焼を安定させるものが知られている。このような
ガスエンジンは，主室への燃料供給を吸気管に設けられ
たミキサーによって行っており，ミキサーによって生成
された混合気は，均一な混合気となってシリンダへ吸入
されている。シリンダ内の混合気の一部は，ピストン側
面のトップランドに侵入する。トップランドに侵入した
混合気は，シリンダ壁面による冷却のために燃焼が遅
れ，その結果，熱効率を低下させ，ＨＣの排出量を増加
させるという現象が発生する。
ヘッドに副室を設け，副室を燃料リッチな状態にして副
室で着火燃焼させ，主室での希薄領域の燃焼を確実に
し，燃焼を安定させるものが知られている。このような
ガスエンジンは，主室への燃料供給を吸気管に設けられ
たミキサーによって行っており，ミキサーによって生成
された混合気は，均一な混合気となってシリンダへ吸入
されている。シリンダ内の混合気の一部は，ピストン側
面のトップランドに侵入する。トップランドに侵入した
混合気は，シリンダ壁面による冷却のために燃焼が遅
れ，その結果，熱効率を低下させ，ＨＣの排出量を増加
させるという現象が発生する。
【０００３】そこで，ガスエンジンとして，上記の問題
を解決するため，ガス燃料をシリンダの中央又は上方に
成層化させる方式が開発された。該ガスエンジンは，吸
気ポートに設置された燃料噴射弁により吸入行程後期に
燃料を噴射し，吸入空気のスワール流を強め，シリンダ
軸方向の混合を抑制して成層化させるものである。しか
しながら，該ガスエンジンでは，吸気弁の閉鎖時期から
燃焼開始までの時間が長いため，その間に空気とガス燃
料との混合が進行し，その混合気がピストン側面のトッ
プランドに侵入し，上記と同様な現象が発生し好ましく
ないものであった。
を解決するため，ガス燃料をシリンダの中央又は上方に
成層化させる方式が開発された。該ガスエンジンは，吸
気ポートに設置された燃料噴射弁により吸入行程後期に
燃料を噴射し，吸入空気のスワール流を強め，シリンダ
軸方向の混合を抑制して成層化させるものである。しか
しながら，該ガスエンジンでは，吸気弁の閉鎖時期から
燃焼開始までの時間が長いため，その間に空気とガス燃
料との混合が進行し，その混合気がピストン側面のトッ
プランドに侵入し，上記と同様な現象が発生し好ましく
ないものであった。
【０００４】更に，上記のガスエンジンの問題を解決す
るため，ガスエンジンとして，天然ガス等のガス燃料の
圧力を極端に上昇させないで，ガス燃料を燃焼室に送り
込み，ディーゼル燃焼させるため，燃焼室を主室と副室
とに分離し，主室と副室とを連通する連絡口に連絡口弁
を配置したタイプが開発された。該ガスエンジンは，副
室にガス燃料を供給し，主室にガス燃料の存在しない状
態で空気を導入し，該空気を圧縮し，圧縮行程上死点付
近で主室より副室へ圧縮空気を流入させ，副室で圧縮空
気とガス燃料とを急速に混合させて着火燃焼させている
（例えば，特開平７−３１０５５０号公報参照）。
るため，ガスエンジンとして，天然ガス等のガス燃料の
圧力を極端に上昇させないで，ガス燃料を燃焼室に送り
込み，ディーゼル燃焼させるため，燃焼室を主室と副室
とに分離し，主室と副室とを連通する連絡口に連絡口弁
を配置したタイプが開発された。該ガスエンジンは，副
室にガス燃料を供給し，主室にガス燃料の存在しない状
態で空気を導入し，該空気を圧縮し，圧縮行程上死点付
近で主室より副室へ圧縮空気を流入させ，副室で圧縮空
気とガス燃料とを急速に混合させて着火燃焼させている
（例えば，特開平７−３１０５５０号公報参照）。
【０００５】特開平７−３１０５５０号公報に開示され
たガスエンジンは，シリンダヘッドに形成した副室とシ
リンダ側に形成した主室とを連絡口で連通し，連絡口に
主室と副室との連通状態を開閉する連絡口弁を配置し，
副室にガス燃料を供給する燃料供給口を形成し，燃料供
給口を開閉する燃料弁を配置したものである。コントロ
ーラは，圧力センサで検出された副室のガス燃料圧に応
答して燃料弁の開閉を制御して副室へ供給するガス燃料
を制御している。
たガスエンジンは，シリンダヘッドに形成した副室とシ
リンダ側に形成した主室とを連絡口で連通し，連絡口に
主室と副室との連通状態を開閉する連絡口弁を配置し，
副室にガス燃料を供給する燃料供給口を形成し，燃料供
給口を開閉する燃料弁を配置したものである。コントロ
ーラは，圧力センサで検出された副室のガス燃料圧に応
答して燃料弁の開閉を制御して副室へ供給するガス燃料
を制御している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】また，上記ガスエンジ
ンの問題を解決するため，ガスエンジンとして，主室で
の急速燃焼を促進ささせるため，吸入行程で，主室に自
己着火しない程度の混合気を予め形成し，圧縮行程上死
点付近で主室より副室へ圧縮混合気を流入させ，副室で
圧縮混合気とガス燃料とを急速に混合させて着火燃焼さ
せるものが開発された。上記のようなタイプのガスエン
ジンでは，副室内の天然ガスが吸入行程で主室内に入
り，天然ガスが空気と混合し，超希薄混合気となった場
合，副室での混合火炎が着火し，主室内に拡散した場合
には，燃焼が万遍なく進行し，熱発生率が上死点近くに
偏り，燃費が良くなり，且つ燃焼ガスが希薄予混合状態
になるため，ＮＯX の発生が抑制されるという結果が実
験的に確認されている。
ンの問題を解決するため，ガスエンジンとして，主室で
の急速燃焼を促進ささせるため，吸入行程で，主室に自
己着火しない程度の混合気を予め形成し，圧縮行程上死
点付近で主室より副室へ圧縮混合気を流入させ，副室で
圧縮混合気とガス燃料とを急速に混合させて着火燃焼さ
せるものが開発された。上記のようなタイプのガスエン
ジンでは，副室内の天然ガスが吸入行程で主室内に入
り，天然ガスが空気と混合し，超希薄混合気となった場
合，副室での混合火炎が着火し，主室内に拡散した場合
には，燃焼が万遍なく進行し，熱発生率が上死点近くに
偏り，燃費が良くなり，且つ燃焼ガスが希薄予混合状態
になるため，ＮＯX の発生が抑制されるという結果が実
験的に確認されている。
【０００７】しかしながら，上記のようなタイプの副室
式ガスエンジンにおいて，均一な混合気が予めシリンダ
内に形成され，ピストンの上昇に従ってピストン側面の
トップランドに混合気が侵入し，同様にトップランドに
侵入した混合気はシリンダ壁面により冷却され，その結
果，燃焼が遅れて熱効率が低下すると共に，ＨＣの排出
量が増加するという現象が発生する。
式ガスエンジンにおいて，均一な混合気が予めシリンダ
内に形成され，ピストンの上昇に従ってピストン側面の
トップランドに混合気が侵入し，同様にトップランドに
侵入した混合気はシリンダ壁面により冷却され，その結
果，燃焼が遅れて熱効率が低下すると共に，ＨＣの排出
量が増加するという現象が発生する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明の目的は，上記
の課題を解決することであり，少なくともガス燃料がピ
ストン側面のトップランドに侵入することを防止するた
め，主室の大部分をピストンの中央に形成したキャビテ
ィで構成し，副室に供給したガス燃料の一部を圧縮行程
においてピストンのキャビティ内に噴出してキャビティ
内でガス燃料と空気とを混合させて成層化し，圧縮行程
上死点で開閉弁を開放して主室から副室へ圧縮混合気を
流入させて副室で着火燃焼させ，次いで，火炎，未燃燃
料，混合気等のガスを副室から主室へ噴出させ，主室で
の二次燃焼の燃焼スピードをアップし，主室での燃焼期
間を短縮して二次燃焼を完結し，ＮＯX ，ＨＣ等の発生
を低減し，熱効率を向上させる副室式ガスエンジンを提
供することである。
の課題を解決することであり，少なくともガス燃料がピ
ストン側面のトップランドに侵入することを防止するた
め，主室の大部分をピストンの中央に形成したキャビテ
ィで構成し，副室に供給したガス燃料の一部を圧縮行程
においてピストンのキャビティ内に噴出してキャビティ
内でガス燃料と空気とを混合させて成層化し，圧縮行程
上死点で開閉弁を開放して主室から副室へ圧縮混合気を
流入させて副室で着火燃焼させ，次いで，火炎，未燃燃
料，混合気等のガスを副室から主室へ噴出させ，主室で
の二次燃焼の燃焼スピードをアップし，主室での燃焼期
間を短縮して二次燃焼を完結し，ＮＯX ，ＨＣ等の発生
を低減し，熱効率を向上させる副室式ガスエンジンを提
供することである。
【０００９】この発明は，シリンダが設けられたシリン
ダブロックに固定されたシリンダヘッド，前記シリンダ
の中央に対応して前記シリンダヘッドに形成された副
室，前記シリンダ内を往復動し且つ中央部に主室を構成
するキャビティが形成されたピストン，前記主室と前記
副室とを連通する前記シリンダヘッドに形成された連絡
口に配置された開閉弁，及びガス燃料供給源からのガス
燃料を前記副室に供給するため前記副室に形成したガス
燃料供給口に配置されたガス燃料弁を具備し，前記開閉
弁が開放している期間の圧縮行程に，前記ガス燃料弁が
開閉作動して前記副室を通じて前記ガス燃料の一部が前
記ピストンの前記キャビティ内に供給されることから成
る副室式ガスエンジンに関する。
ダブロックに固定されたシリンダヘッド，前記シリンダ
の中央に対応して前記シリンダヘッドに形成された副
室，前記シリンダ内を往復動し且つ中央部に主室を構成
するキャビティが形成されたピストン，前記主室と前記
副室とを連通する前記シリンダヘッドに形成された連絡
口に配置された開閉弁，及びガス燃料供給源からのガス
燃料を前記副室に供給するため前記副室に形成したガス
燃料供給口に配置されたガス燃料弁を具備し，前記開閉
弁が開放している期間の圧縮行程に，前記ガス燃料弁が
開閉作動して前記副室を通じて前記ガス燃料の一部が前
記ピストンの前記キャビティ内に供給されることから成
る副室式ガスエンジンに関する。
【００１０】この副室式ガスエンジンは，前記圧縮行程
で前記連絡口及び前記ガス燃料供給口が開放している期
間に，前記ガス燃料が前記連絡口を通って前記キャビテ
ィ内に噴出されるように，前記連絡口の開口角度及び前
記キャビティの開口径と壁面角度が設定されている。
で前記連絡口及び前記ガス燃料供給口が開放している期
間に，前記ガス燃料が前記連絡口を通って前記キャビテ
ィ内に噴出されるように，前記連絡口の開口角度及び前
記キャビティの開口径と壁面角度が設定されている。
【００１１】前記連絡口は，その壁面に周方向に隔置し
て複数形成された孔又は溝から構成されている。
て複数形成された孔又は溝から構成されている。
【００１２】前記圧縮行程に前記連絡口を通って前記キ
ャビティへ噴出された前記ガス燃料は，前記キャビティ
内で空気と混合されて成層化される。
ャビティへ噴出された前記ガス燃料は，前記キャビティ
内で空気と混合されて成層化される。
【００１３】前記開閉弁は，圧縮行程上死点近傍で前記
連絡口を開放し，次の圧縮行程で前記連絡口を閉鎖する
ように作動される。
連絡口を開放し，次の圧縮行程で前記連絡口を閉鎖する
ように作動される。
【００１４】前記ガス燃料弁は，前記開閉弁が前記連絡
口を開放している圧縮行程の期間で前記ガス燃料供給口
を開閉して前記ガス燃料の一部を前記キャビティ内に供
給し，次いで，前記開閉弁が前記連絡口を閉鎖している
圧縮行程中期から圧縮行程上死点の期間で前記ガス燃料
供給口を開閉して前記ガス燃料の残部を前記副室に供給
するように作動される。
口を開放している圧縮行程の期間で前記ガス燃料供給口
を開閉して前記ガス燃料の一部を前記キャビティ内に供
給し，次いで，前記開閉弁が前記連絡口を閉鎖している
圧縮行程中期から圧縮行程上死点の期間で前記ガス燃料
供給口を開閉して前記ガス燃料の残部を前記副室に供給
するように作動される。
【００１５】この副室式ガスエンジンは，上記のように
構成したので，圧縮行程中期までにガス燃料と空気との
混合がピストンのキャビティ内で行われているので，副
室から主室へ火炎，未燃ガス燃料，混合気等のガスが噴
出された時に，主室でのガス燃料と空気との混合期間を
短縮でき，しかもピストン側面のトップランドに混合気
が侵入することがないので，ガス燃料や混合気がシリン
ダ壁面で冷却されることがなく，ＨＣやＮＯｘの排出量
が低減し，熱効率を向上させることができる。また，こ
の副室式ガスエンジンは，圧縮行程に開閉弁と燃料弁と
を開放する場合に，ガス燃料圧力が５ｋｇ／ｃｍ2 とす
ると，ガス燃料の噴射時期は圧縮行程下死点後１００°
（クランク角）まで可能であり，ピストンのキャビティ
でのガス燃料と空気との混合期間は，着火燃焼する圧縮
行程上死点までの８０°（クランク角）の期間があり，
十分な混合期間を確保でき，キャビティ内に良好な予混
合気が成層化して生成させることができる。
構成したので，圧縮行程中期までにガス燃料と空気との
混合がピストンのキャビティ内で行われているので，副
室から主室へ火炎，未燃ガス燃料，混合気等のガスが噴
出された時に，主室でのガス燃料と空気との混合期間を
短縮でき，しかもピストン側面のトップランドに混合気
が侵入することがないので，ガス燃料や混合気がシリン
ダ壁面で冷却されることがなく，ＨＣやＮＯｘの排出量
が低減し，熱効率を向上させることができる。また，こ
の副室式ガスエンジンは，圧縮行程に開閉弁と燃料弁と
を開放する場合に，ガス燃料圧力が５ｋｇ／ｃｍ2 とす
ると，ガス燃料の噴射時期は圧縮行程下死点後１００°
（クランク角）まで可能であり，ピストンのキャビティ
でのガス燃料と空気との混合期間は，着火燃焼する圧縮
行程上死点までの８０°（クランク角）の期間があり，
十分な混合期間を確保でき，キャビティ内に良好な予混
合気が成層化して生成させることができる。
【００１６】この副室式ガスエンジンは，ピストンのト
ップランドに混合気が侵入しないので，例えば，ピスト
ン上死点においてトップランド容積を前記主室の全容積
の６％程度に設定し，圧縮行程中期で前記副室から前記
主室へ供給するガス燃料流量を前記ガス燃料の全量の７
０％程度に設定した場合には，４．２％（＝０．０６×
０．７×１００）のガス燃料を有効に燃焼させることが
できる。４．２％のガス燃料を熱効率４２％で燃焼させ
ると仮定すると，約１．８％の燃費の改善が期待できる
ことになり，同時にＨＣの排出量も低減できることが期
待できる。
ップランドに混合気が侵入しないので，例えば，ピスト
ン上死点においてトップランド容積を前記主室の全容積
の６％程度に設定し，圧縮行程中期で前記副室から前記
主室へ供給するガス燃料流量を前記ガス燃料の全量の７
０％程度に設定した場合には，４．２％（＝０．０６×
０．７×１００）のガス燃料を有効に燃焼させることが
できる。４．２％のガス燃料を熱効率４２％で燃焼させ
ると仮定すると，約１．８％の燃費の改善が期待できる
ことになり，同時にＨＣの排出量も低減できることが期
待できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下，図面を参照して，この発明
による副室式ガスエンジンの実施例を説明する。この副
室式ガスエンジンは，コージェネレーションシステム或
いは自動車用エンジン等のエンジンに適用できるもので
ある。図１はこの発明による副室式ガスエンジンの一実
施例を示す概略説明図，図２は図１の副室式ガスエンジ
ンの符号Ａの領域の連絡口の一実施例を示す概略説明
図，図３は図１の副室式ガスエンジンの符号Ａの領域の
連絡口の別の実施例を示す概略説明図，及び図４は図１
の副室式ガスエンジンにおけるバルブタイミングを示す
線図である。
による副室式ガスエンジンの実施例を説明する。この副
室式ガスエンジンは，コージェネレーションシステム或
いは自動車用エンジン等のエンジンに適用できるもので
ある。図１はこの発明による副室式ガスエンジンの一実
施例を示す概略説明図，図２は図１の副室式ガスエンジ
ンの符号Ａの領域の連絡口の一実施例を示す概略説明
図，図３は図１の副室式ガスエンジンの符号Ａの領域の
連絡口の別の実施例を示す概略説明図，及び図４は図１
の副室式ガスエンジンにおけるバルブタイミングを示す
線図である。
【００１８】この副室式ガスエンジンは，概して，シリ
ンダブロック９の上面にガスケット１７を介して固定さ
れたシリンダヘッド３，シリンダブロック９に形成した
孔部２５に嵌合したシリンダ４を構成するシリンダライ
ナ１５，シリンダヘッド３に形成された副室２，シリン
ダライナ１５に形成したシリンダ４内を往復運動するピ
ストン５，及びピストン５に形成されたキャビティ７に
よって構成された主室１を有している。ピストン５のキ
ャビティ７は，シリンダ４の中央に対応してピストン頂
面１９の中央部に位置するように形成されている。副室
２は，図示していないが，例えば，シリンダヘッド３に
形成したキャビティに遮熱空気層を形成して配置された
燃焼室部材に形成することができる。シリンダヘッド３
には，図示していないが，吸気ポートと排気ポートが形
成され，吸気ポートには吸気弁が配置され，排気ポート
には排気弁が配置されている。
ンダブロック９の上面にガスケット１７を介して固定さ
れたシリンダヘッド３，シリンダブロック９に形成した
孔部２５に嵌合したシリンダ４を構成するシリンダライ
ナ１５，シリンダヘッド３に形成された副室２，シリン
ダライナ１５に形成したシリンダ４内を往復運動するピ
ストン５，及びピストン５に形成されたキャビティ７に
よって構成された主室１を有している。ピストン５のキ
ャビティ７は，シリンダ４の中央に対応してピストン頂
面１９の中央部に位置するように形成されている。副室
２は，図示していないが，例えば，シリンダヘッド３に
形成したキャビティに遮熱空気層を形成して配置された
燃焼室部材に形成することができる。シリンダヘッド３
には，図示していないが，吸気ポートと排気ポートが形
成され，吸気ポートには吸気弁が配置され，排気ポート
には排気弁が配置されている。
【００１９】シリンダヘッド３には，主室１と副室２と
を連通するため，副室２側に位置するストレート状の連
絡口６と，主室１側に位置する拡開状の連絡口８とが形
成されている。連絡口８には，連絡口６，８を開閉する
ため開閉弁１０が配置されている。連絡口８の壁面に形
成されたバルブシート２３には，開閉弁１０の弁フェー
ス２４が着座するように位置設定されている。開閉弁１
０は，シリンダ４の中心に位置する弁ヘッド２６とそれ
に一体構造の弁ステム２７から構成されている。開閉弁
１０の弁ステム２７は，バルブガイド２８にガイドされ
て上下方向にリフトするように配置されている。開閉弁
１０の弁ヘッド２６は，副室２の中央部を貫通して配置
されている。
を連通するため，副室２側に位置するストレート状の連
絡口６と，主室１側に位置する拡開状の連絡口８とが形
成されている。連絡口８には，連絡口６，８を開閉する
ため開閉弁１０が配置されている。連絡口８の壁面に形
成されたバルブシート２３には，開閉弁１０の弁フェー
ス２４が着座するように位置設定されている。開閉弁１
０は，シリンダ４の中心に位置する弁ヘッド２６とそれ
に一体構造の弁ステム２７から構成されている。開閉弁
１０の弁ステム２７は，バルブガイド２８にガイドされ
て上下方向にリフトするように配置されている。開閉弁
１０の弁ヘッド２６は，副室２の中央部を貫通して配置
されている。
【００２０】シリンダヘッド３に設けられている副室２
には，ガス燃料供給源１４から燃料ポンプ等で送り込ま
れるガス燃料を副室２に供給するため，ガス燃料供給口
２９が形成されている。ガス燃料供給口２９を開閉する
ため，副室２のガス燃料供給口２９にガス燃料弁１１が
配置されている。副室２にガス燃料を供給するため，ガ
ス燃料弁１１は，その弁本体３１をシリンダヘッド３に
形成された孔部３３に配置することによって取り付ける
ことができる。ガス燃料弁１１は，弁本体３１に形成さ
れたガス燃料通路３２の燃料供給口２９を開放すること
によって副室２へガス燃料が供給される。また，弁本体
３１のガス燃料通路３２には，ガス燃料通路１３を通じ
てガス燃料供給源１４からポンプ（図示せず）の作動で
供給される。
には，ガス燃料供給源１４から燃料ポンプ等で送り込ま
れるガス燃料を副室２に供給するため，ガス燃料供給口
２９が形成されている。ガス燃料供給口２９を開閉する
ため，副室２のガス燃料供給口２９にガス燃料弁１１が
配置されている。副室２にガス燃料を供給するため，ガ
ス燃料弁１１は，その弁本体３１をシリンダヘッド３に
形成された孔部３３に配置することによって取り付ける
ことができる。ガス燃料弁１１は，弁本体３１に形成さ
れたガス燃料通路３２の燃料供給口２９を開放すること
によって副室２へガス燃料が供給される。また，弁本体
３１のガス燃料通路３２には，ガス燃料通路１３を通じ
てガス燃料供給源１４からポンプ（図示せず）の作動で
供給される。
【００２１】この副室式ガスエンジンは，特に，開閉弁
１０が開放している期間の圧縮行程に，図１でガス燃料
の噴射軌跡を想像線で示すように，ガス燃料弁１１が開
閉作動して副室２を通じてガス燃料の一部をピストン５
のキャビティ７内に供給されるように構成されている。
また，この副室式ガスエンジンは，圧縮行程で連絡口８
及びガス燃料供給口２９が開放している期間に，ガス燃
料が連絡口８を通ってキャビティ７内に噴出されるよう
に，連絡口８の開口角度及びキャビティ７の開口径と壁
面３０の傾斜角度が設定されている。連絡口８を構成す
る多溝８Ａ又は多孔８Ｂは，それらの開口角度がピスト
ン５のキャビティ７の傾斜した壁面３０に向かってそれ
よりも中心方向に方向づけられている。また，キャビテ
ィ７の開口径は，圧縮行程で連絡口８から噴射されるガ
ス燃料軌跡を包み込む十分な径に形成されている。更
に，キャビティ７の壁面３０は，連絡口８から噴射され
るガス燃料をキャビティ７内で成層化させるようにガス
燃料軌跡の角度と同等の傾斜角度に形成されている。
１０が開放している期間の圧縮行程に，図１でガス燃料
の噴射軌跡を想像線で示すように，ガス燃料弁１１が開
閉作動して副室２を通じてガス燃料の一部をピストン５
のキャビティ７内に供給されるように構成されている。
また，この副室式ガスエンジンは，圧縮行程で連絡口８
及びガス燃料供給口２９が開放している期間に，ガス燃
料が連絡口８を通ってキャビティ７内に噴出されるよう
に，連絡口８の開口角度及びキャビティ７の開口径と壁
面３０の傾斜角度が設定されている。連絡口８を構成す
る多溝８Ａ又は多孔８Ｂは，それらの開口角度がピスト
ン５のキャビティ７の傾斜した壁面３０に向かってそれ
よりも中心方向に方向づけられている。また，キャビテ
ィ７の開口径は，圧縮行程で連絡口８から噴射されるガ
ス燃料軌跡を包み込む十分な径に形成されている。更
に，キャビティ７の壁面３０は，連絡口８から噴射され
るガス燃料をキャビティ７内で成層化させるようにガス
燃料軌跡の角度と同等の傾斜角度に形成されている。
【００２２】この副室式ガスエンジンでは，例えば，連
絡口８は，図２に示すように，その壁面に周方向に隔置
して複数形成された孔８Ａから構成されている。或い
は，連絡口８は，図３に示すように，その壁面に周方向
に隔置して複数形成された溝８Ｂから構成されている。
また，圧縮行程に連絡口８を通ってキャビティ７内へ噴
出されたガス燃料は，キャビティ７内で空気と混合され
て成層化された状態で存在している。連絡口８がその壁
面の周方向に隔置して多数形成されているので，連絡口
８を通るガス燃料の流れは，多数の噴流となってキャビ
ティ７内に噴出され，キャビティ７内で空気と良好に混
合すると共に，混合気がキャビティ７内で成層化して滞
留することになる。
絡口８は，図２に示すように，その壁面に周方向に隔置
して複数形成された孔８Ａから構成されている。或い
は，連絡口８は，図３に示すように，その壁面に周方向
に隔置して複数形成された溝８Ｂから構成されている。
また，圧縮行程に連絡口８を通ってキャビティ７内へ噴
出されたガス燃料は，キャビティ７内で空気と混合され
て成層化された状態で存在している。連絡口８がその壁
面の周方向に隔置して多数形成されているので，連絡口
８を通るガス燃料の流れは，多数の噴流となってキャビ
ティ７内に噴出され，キャビティ７内で空気と良好に混
合すると共に，混合気がキャビティ７内で成層化して滞
留することになる。
【００２３】この副室式ガスエンジンにおいて，開閉弁
１０は，図４に示すように，圧縮行程上死点近傍で連絡
口８を開放し，次の圧縮行程で連絡口８を閉鎖するよう
に作動される。また，ガス燃料弁１１は，図４に示すよ
うに，開閉弁１０が連絡口８を開放している圧縮行程の
期間で，ガス燃料供給口２９を開閉（開放した後，所定
期間経過後に閉鎖）してガス燃料の一部をキャビティ７
内に供給し，次いで，開閉弁１０が連絡口８を閉鎖して
いる圧縮行程中期から圧縮行程上死点の期間でガス燃料
供給口２９を開閉（開放した後，所定期間経過後に閉
鎖）してガス燃料の残部を副室２に供給するように作動
される。
１０は，図４に示すように，圧縮行程上死点近傍で連絡
口８を開放し，次の圧縮行程で連絡口８を閉鎖するよう
に作動される。また，ガス燃料弁１１は，図４に示すよ
うに，開閉弁１０が連絡口８を開放している圧縮行程の
期間で，ガス燃料供給口２９を開閉（開放した後，所定
期間経過後に閉鎖）してガス燃料の一部をキャビティ７
内に供給し，次いで，開閉弁１０が連絡口８を閉鎖して
いる圧縮行程中期から圧縮行程上死点の期間でガス燃料
供給口２９を開閉（開放した後，所定期間経過後に閉
鎖）してガス燃料の残部を副室２に供給するように作動
される。
【００２４】ピストン５には，ピストンリング２１が嵌
入されるピストンリング溝２２が形成されている。この
副室式ガスエンジンでは，シリンダヘッド３の下面１
８，シリンダ４の壁面，ピストン５の側面２０における
第１ピストンリング２１までの壁面で囲まれる領域がト
ップランド１６を構成している。この副室式ガスエンジ
ンにおいて，トップランド１６の容積は，ピストン上死
点における主室１の全容積の６％程度に設定されてい
る。また，圧縮行程に副室２からキャビティ７へ供給さ
れるガス燃料流量は，副室２に供給されるガス燃料の全
量の７０％程度に設定されている。即ち，この副室式ガ
スエンジンは，図４に示すように，ガス燃料弁１１が開
閉する圧縮行程中期の期間Ａにおいてガス燃料の全量の
７０％程度が主室１のキャビティ７へ供給され，また，
圧縮行程中期から上死点までの期間Ｂにおいてガス燃料
の残量の３０％程度が副室２へ供給されることになる。
入されるピストンリング溝２２が形成されている。この
副室式ガスエンジンでは，シリンダヘッド３の下面１
８，シリンダ４の壁面，ピストン５の側面２０における
第１ピストンリング２１までの壁面で囲まれる領域がト
ップランド１６を構成している。この副室式ガスエンジ
ンにおいて，トップランド１６の容積は，ピストン上死
点における主室１の全容積の６％程度に設定されてい
る。また，圧縮行程に副室２からキャビティ７へ供給さ
れるガス燃料流量は，副室２に供給されるガス燃料の全
量の７０％程度に設定されている。即ち，この副室式ガ
スエンジンは，図４に示すように，ガス燃料弁１１が開
閉する圧縮行程中期の期間Ａにおいてガス燃料の全量の
７０％程度が主室１のキャビティ７へ供給され，また，
圧縮行程中期から上死点までの期間Ｂにおいてガス燃料
の残量の３０％程度が副室２へ供給されることになる。
【００２５】ピストン５は，例えば，Ｓｉ3 Ｎ4 等のセ
ラミックスや耐熱合金の耐熱材から形成されたピストン
ヘッドと，ピストンヘッドに固定されたＡｌ合金等の金
属材から形成されたピストンスカートとから構成され，
ピストンヘッドとピストンスカートとの間にはガスケッ
トが介在して遮熱空気層が形成されている。ピストンヘ
ッドとピストンスカートとは結合リングでメタルフロー
等によって固定されている。また，開閉弁１０を構成す
る弁ヘッド２６と弁ステム２７は，耐熱性で且つ耐変形
性のＳｉＣ，Ｓｉ3 Ｎ4 又はそれらの複合材から成るセ
ラミックス，或いは耐熱金属から構成されている。
ラミックスや耐熱合金の耐熱材から形成されたピストン
ヘッドと，ピストンヘッドに固定されたＡｌ合金等の金
属材から形成されたピストンスカートとから構成され，
ピストンヘッドとピストンスカートとの間にはガスケッ
トが介在して遮熱空気層が形成されている。ピストンヘ
ッドとピストンスカートとは結合リングでメタルフロー
等によって固定されている。また，開閉弁１０を構成す
る弁ヘッド２６と弁ステム２７は，耐熱性で且つ耐変形
性のＳｉＣ，Ｓｉ3 Ｎ4 又はそれらの複合材から成るセ
ラミックス，或いは耐熱金属から構成されている。
【００２６】
【発明の効果】この発明による副室式ガスエンジンは，
上記のように，開閉弁が開放している期間の圧縮行程に
ガス燃料弁が開閉作動し，副室を通じてガス燃料の一部
が主室即ちピストンのキャビティ内に供給され，そこで
混合気が成層化して圧縮されるので，ガス燃料がピスト
ンとシリンダとの間のトップランドに侵入することがな
く，ガス燃料及び混合気がシリンダ壁面で冷却されるこ
とがなく，ＨＣの発生が抑制され，ＨＣ，ＮＯX ，スー
ト等の排出量を低減し，燃焼効率を向上させることによ
り熱効率を向上させることができる。
上記のように，開閉弁が開放している期間の圧縮行程に
ガス燃料弁が開閉作動し，副室を通じてガス燃料の一部
が主室即ちピストンのキャビティ内に供給され，そこで
混合気が成層化して圧縮されるので，ガス燃料がピスト
ンとシリンダとの間のトップランドに侵入することがな
く，ガス燃料及び混合気がシリンダ壁面で冷却されるこ
とがなく，ＨＣの発生が抑制され，ＨＣ，ＮＯX ，スー
ト等の排出量を低減し，燃焼効率を向上させることによ
り熱効率を向上させることができる。
【図１】この発明による副室式ガスエンジンの一実施例
を示す概略断面図である。
を示す概略断面図である。
【図２】図１の副室式ガスエンジンの符号Ａの領域の連
絡口の一実施例を示す概略説明図である。
絡口の一実施例を示す概略説明図である。
【図３】図１の副室式ガスエンジンの符号Ａの領域の連
絡口の別の実施例を示す概略説明図である。
絡口の別の実施例を示す概略説明図である。
【図４】図１の副室式ガスエンジンにおけるバルブタイ
ミングを示す線図である。
ミングを示す線図である。
１ 主室 ２ 副室 ３ シリンダヘッド ４ シリンダ ５ ピストン ７ キャビティ ８ 連絡口 ８Ａ 溝 ８Ｂ 孔 ９ シリンダブロック １０ 開閉弁 １１ ガス燃料弁 １４ ガス燃料供給源 １６ トップランド １８ シリンダヘッド下面 １９ ピストン頂面 ２０ ピストン側面 ２９ ガス燃料供給口
フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G023 AA04 AA05 AB05 AC04 AC07 AD02 AD11 AD21 AE01 AE04 AG01 3G092 AA02 AA07 AB08 AC00 AC08 BB06 DA13 FA17 FA18
Claims (6)
- 【請求項１】 シリンダが設けられたシリンダブロック
に固定されたシリンダヘッド，前記シリンダの中央に対
応して前記シリンダヘッドに形成された副室，前記シリ
ンダ内を往復動し且つ中央部に主室を構成するキャビテ
ィが形成されたピストン，前記主室と前記副室とを連通
する前記シリンダヘッドに形成された連絡口に配置され
た開閉弁，及びガス燃料供給源からのガス燃料を前記副
室に供給するため前記副室に形成したガス燃料供給口に
配置されたガス燃料弁を具備し，前記開閉弁が開放して
いる期間の圧縮行程に，前記ガス燃料弁が開閉作動して
前記副室を通じて前記ガス燃料の一部が前記ピストンの
前記キャビティ内に供給されることから成る副室式ガス
エンジン。 - 【請求項２】 前記圧縮行程で前記連絡口及び前記ガス
燃料供給口が開放している期間に，前記ガス燃料が前記
連絡口を通って前記キャビティ内に噴出されるように，
前記連絡口の開口角度及び前記キャビティの開口径と壁
面角度が設定されていることから成る請求項１に記載の
副室式ガスエンジン。 - 【請求項３】 前記連絡口は，その壁面に周方向に隔置
して複数形成された孔又は溝から構成されていることか
ら成る請求項１又は２に記載の副室式ガスエンジン。 - 【請求項４】 前記圧縮行程に前記連絡口を通って前記
キャビティへ噴出された前記ガス燃料は，前記キャビテ
ィ内で空気と混合されて成層化されることから成る請求
項１〜３のいずれか１項に記載の副室式ガスエンジン。 - 【請求項５】 前記開閉弁は，圧縮行程上死点近傍で前
記連絡口を開放し，次の圧縮行程で前記連絡口を閉鎖す
るように作動されることから成る請求項１〜４のいずれ
か１項に記載の副室式ガスエンジン。 - 【請求項６】 前記ガス燃料弁は，前記開閉弁が前記連
絡口を開放している圧縮行程の期間で前記ガス燃料供給
口を開閉して前記ガス燃料の一部を前記キャビティ内に
供給し，次いで，前記開閉弁が前記連絡口を閉鎖してい
る圧縮行程から圧縮行程上死点の期間で前記ガス燃料供
給口を開閉して前記ガス燃料の残部を前記副室に供給す
るように作動されることから成る請求項１〜５のいずれ
か１項に記載の副室式ガスエンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13229299A JP3918361B2 (ja) | 1999-05-13 | 1999-05-13 | 副室式ガスエンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13229299A JP3918361B2 (ja) | 1999-05-13 | 1999-05-13 | 副室式ガスエンジン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000320334A true JP2000320334A (ja) | 2000-11-21 |
| JP3918361B2 JP3918361B2 (ja) | 2007-05-23 |
Family
ID=15077887
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13229299A Expired - Fee Related JP3918361B2 (ja) | 1999-05-13 | 1999-05-13 | 副室式ガスエンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3918361B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014061343A1 (ja) * | 2012-10-19 | 2014-04-24 | 三菱重工業株式会社 | 燃料ガス噴射弁、デュアルフューエルガスエンジンおよび燃料ガス噴射方法 |
| JP2017536501A (ja) * | 2014-11-28 | 2017-12-07 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツングＲｏｂｅｒｔ Ｂｏｓｃｈ Ｇｍｂｈ | 改良された熱的特性を有するガスインジェクタ |
-
1999
- 1999-05-13 JP JP13229299A patent/JP3918361B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014061343A1 (ja) * | 2012-10-19 | 2014-04-24 | 三菱重工業株式会社 | 燃料ガス噴射弁、デュアルフューエルガスエンジンおよび燃料ガス噴射方法 |
| JP2017536501A (ja) * | 2014-11-28 | 2017-12-07 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツングＲｏｂｅｒｔ Ｂｏｓｃｈ Ｇｍｂｈ | 改良された熱的特性を有するガスインジェクタ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3918361B2 (ja) | 2007-05-23 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061031 |
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