JPH11193720A - ガスエンジンの燃焼室構造 - Google Patents

ガスエンジンの燃焼室構造

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JPH11193720A
JPH11193720A JP9366752A JP36675297A JPH11193720A JP H11193720 A JPH11193720 A JP H11193720A JP 9366752 A JP9366752 A JP 9366752A JP 36675297 A JP36675297 A JP 36675297A JP H11193720 A JPH11193720 A JP H11193720A
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JP
Japan
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valve
chamber
piston
control valve
sub
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JP9366752A
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Inventor
Hideo Kawamura
英男 河村
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Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0696—W-piston bowl, i.e. the combustion space having a central projection pointing towards the cylinder head and the surrounding wall being inclined towards the cylinder wall
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
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    • F02B23/0684—Ring like bowl, e.g. toroidal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
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    • F02F3/26—Pistons  having combustion chamber in piston head
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は，副室から主室への火炎の噴き出し
ベクトル上にピストンに環状凹部を形成し，主室での燃
焼を改善し，ＮＯX やＨＣの発生を抑制し，熱効率をア
ップして燃費を低減するガスエンジンの燃焼室構造を提
供する。 【解決手段】 制御弁４は，シリンダ中央に位置して連
絡孔１３に配置されている。ピストン１５は，弁ヘッド
２３の平らな下面４９に対応するピストンヘッド４６の
平らな上面４５を備えた中央突出部１１，中央突出部１
１の周囲に形成された環状凹部１２及び環状凹部１２の
周囲に形成された外周部６２を有する。環状凹部１２
は，制御弁４の弁フェース６０と連絡孔１３の弁シート
３１とで形成されるガス通路の延長線に位置し，副室２
からの火炎が環状凹部１２内の渦流へ噴き出され，混合
が促進される。

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，ガスエンジンの
燃焼室構造に関し，特に，天然ガス等のガス燃料を副室
に供給し，主室に吸入空気を供給し，圧縮行程上死点近
傍で圧縮空気とガス燃料とを混合させて着火燃焼させる
ガスエンジンの燃焼室構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来，ガスエンジンにおいて，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
絡孔に制御弁を配置し，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ガス燃料と圧縮空気とを
混合して燃焼させ，良好な運転を可能にしている。
【０００３】天然ガス等のガス体を燃料とするガスエン
ジンとして，例えば，特開平７−１５８４４８号公報に
開示されたものがある。該ガスエンジンは，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
絡孔で連通し，連絡孔に制御弁を配置する。また，ガス
室と副室とをそのヘッド部に絞り部を通じて連通し，天
然ガスをガス通路を通じて副室に供給するためにガス室
にガス導入口を形成し，圧縮行程終端近傍で連絡孔を開
放する制御弁を設け，連絡孔の閉鎖状態で開放するガス
導入弁をガス室に形成されたガス導入口に設けている。
【０００４】また，特開平９−２５６８４９号公報に開
示された副室式ガスエンジンは，シリンダヘッドに副室
を構成する副室構造体を配置し，シリンダ側に主室を形
成し，吸気系通路又は主室にガス燃料を供給するための
燃料供給弁を設け，主室へガス燃料の一部を供給して自
着火しない程度のリーン混合気を予め生成し，圧縮行程
終端付近で副室弁を開放して主室の圧縮空気を副室に導
入して副室でなるべく当量比１以下にして着火燃焼さ
せ，次いで，副室からの燃焼ガス噴流によって主室でリ
ーン混合気として急速燃焼させて燃焼期間を短縮し，Ｈ
Ｃ等の発生を防止すると共に副室に未燃ガスが滞留する
ことを防止するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】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圧縮行程の前半
に主室内に入り，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。
【０００６】しかしながら，副室式エンジンにおいて，
副室から主室へ火炎，未燃混合気等のガスを噴き出さ
せ，その火炎をシリンダ周辺まで到達させるため，連絡
孔に溝等を形成しても，副室から主室への火炎の噴き出
しベクトルが制御弁と連絡孔との形状から下向きに向か
っているため，火炎がシリンダの周辺即ち外周までなか
なか到達できないという現象がある。また，ガスエンジ
ンにおいて，主室と副室とを連通する連絡孔に配設され
た制御弁が圧縮行程上死点近傍で連絡孔を開放すると，
まず，主室内の圧縮空気が副室に流入し，副室で着火燃
焼して副室内の圧力が上昇し，次いで，副室から主室へ
火炎，未燃混合気等の燃焼ガスが噴出する。この時，主
室の形状が主室での二次燃焼に大きく影響を及ぼすが，
主室の二次燃焼では燃焼火炎が主室内に如何に均一に拡
散し，燃焼スピードをアップして燃焼期間を短縮し，Ｎ
ＯX ，ＨＣの発生を抑制し，燃費を向上させて熱効率を
向上させることができるかの課題がある。
【０００７】
【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，主室と副室とを連通する
連絡孔に配設した制御弁を圧縮行程上死点近傍で開放し
て副室で着火燃焼され，次いで副室から主室へ火炎，未
燃混合気等の燃焼ガスが噴き出した時に，主室での拡散
燃焼を良好に達成できるように，主室の構造及び連絡孔
と制御弁との間に形成される燃焼ガス通路の構造に特徴
を持たせたガスエンジンの燃焼室構造を提供することで
ある。
【０００８】この発明は，シリンダヘッドに配置され且
つ主室と該主室と連絡孔を通じて連通する副室が形成さ
れた燃焼室部材，前記主室の一部を構成するシリンダ内
を往復動するピストン，前記シリンダヘッドに配置され
且つ前記連絡孔を開閉する制御弁，及び前記副室内へガ
ス燃料を供給するため前記副室に連通する燃料供給路を
開閉する燃料弁を備えたエンジンにおいて，前記制御弁
はシリンダ中心軸に位置する弁ステムと該弁ステムに一
体構造の弁ヘッドから成り，前記弁ヘッドは前記副室の
中央に形成された前記連絡孔の外周にある弁シートに着
座され，前記ピストンは前記弁ヘッドの平らな下面に対
応する平らな上面を備えた中央突出部，前記中央突出部
の周囲に形成された前記主室の一部を構成する環状凹部
及び前記環状凹部の周囲に形成された前記シリンダヘッ
ドの下面に対向する外周部を備えていることを特徴とす
るガスエンジンの燃焼室構造に関する。
【０００９】前記環状凹部は，前記制御弁の弁フェース
と前記連絡孔の弁シートとで形成されるガス通路からの
ガス流れの流線の延長線に位置している。
【００１０】このガスエンジンの燃焼室構造において，
ピストン上死点における前記制御弁の開弁状態で前記弁
ヘッドの前記平らな下面と前記ピストンの前記中央突出
部の前記平らな上面との間の隙間は，可及的に小さくな
るように構成されている。また，前記副室からの噴出火
炎の流線のほぼ垂直方向にスキッシュ流が流れ込むよう
に，前記外周部が前記環状凹部の周囲に形成されてい
る。
【００１１】このガスエンジンの燃焼室構造は，制御弁
の連絡孔の開放で，副室から主室への噴き出しのベクト
ルが下に向いているので，シリンダ中央の制御弁の弁ヘ
ッドの下面には空気が存在する必要がなく，また，燃焼
によって制御弁の温度を上昇させないためにも，ピスト
ンヘッドに環状凹部を形成し，ピストンヘッドの中央に
突出部を形成して上記隙間を小さく構成することが有利
である。また，ピストン上死点近傍での上記隙間を小さ
くすれば，制御弁で隠れている領域には火炎，未燃混合
気等のガスが行かないから，制御弁の温度も上昇せず，
制御弁が着火点になることもない。次いで，ピストンの
下降によってピストン中央部へは逆スキッシュが発生す
るので，火炎は中央部へ流入し，主室で均一に燃焼が拡
散し，ＮＯX の発生を低減でき，熱効率を向上させるこ
とができる。
【００１２】また，ピストン上死点における前記制御弁
の前記弁ヘッドの前記平らな下面と前記ピストンの前記
中央突出部の前記平らな上面との間の隙間を可及的に小
さくするには，制御弁の連絡孔の配置の設計によってピ
ストンヘッドの形状を決定すればよく，例えば，制御弁
が連絡孔を閉鎖した状態でシリンダヘッドの下面から突
出していれば，ピストンヘッドの突出部の上面を外周部
の面より下げればよく（図１参照），或いは，制御弁が
連絡孔を閉鎖した状態でシリンダヘッドの下面より凹ん
でいれば，ピストンヘッドの突出部の上面を外周部の面
より上げればよい（図５参照）。
【００１３】このガスエンジンの燃焼室構造は，ピスト
ン圧縮上死点近傍に近づくに伴って前記ピストンの外周
部の上面と前記シリンダヘッドの下面との間から前記環
状凹部へと発生するスキッシュ流及び前記ピストンの前
記中央突出部の平らな上面と前記制御弁の前記弁ヘッド
の平らな下面との間から前記環状凹部へと発生するスキ
ッシュ流は，前記環状凹部へ流入して前記環状凹部で渦
流を形成するものである。
【００１４】このガスエンジンの燃焼室構造は，ピスト
ン圧縮上死点近傍で前記制御弁が前記連絡孔を開放する
ことによって前記環状凹部の吸気の一部が前記副室へ流
入して前記副室で着火燃焼し，次いで前記副室内の火炎
が前記連絡孔を通じて前記環状凹部に存在する渦流に噴
出して空気との混合を促進し，ピストン膨張行程におい
て前記環状凹部から前記ピストンの外周部の上面と前記
シリンダヘッドの下面との間へと発生すると共に前記ピ
ストンの突出部の平らな上面と前記制御弁の弁ヘッドの
平らな下面へと発生する逆スキッシュ流によって火炎が
シリンダ全域に拡散燃焼し，燃焼期間を短期に完結する
ものである。
【００１５】このガスエンジンの燃焼室構造は，上記の
ように，多段燃焼式に構成したので，副室から主室へ噴
き出される火炎，未燃混合気等の燃焼ガスが連絡孔と制
御弁との間の通路を通じて主室の環状凹部内の渦流へス
ムースに噴き出されて渦流が発生し，火炎，未燃混合気
等の燃焼ガスと主室内の超希薄混合気との混合が促進さ
れる。即ち，副室から主室へ噴出する火炎の噴き出しベ
クトルは制御弁の弁フェースに沿って下向きに向かって
いるが，その火炎の噴き出し力はピストンヘッドの 環
状凹部内の渦流へ噴き込まれ，超希薄混合気との混合が
促進される。次いで，膨張行程において，ピストンの下
降運動によって発生する逆スキッシュ流に乗って主室内
の制御弁の下方領域にも拡散し，主室での空気利用率を
アップして二次燃焼が万遍なく進行し，燃焼スピードを
アップして燃焼期間を短縮して燃焼を完結し，ＮＯX ，
ＨＣの発生を抑制し，性能がアップして熱効率が向上
し，燃費を向上させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下，図面を参照して，この発明
によるガスエンジンの燃焼室構造の実施例を説明する。
このガスエンジンの燃焼室構造は，コジェネレーション
システム或いは自動車用エンジンとして適用できるもの
である。図１はこの発明によるガスエンジンの燃焼室構
造の一実施例を示す断面図，図２は図１のガスエンジン
の燃焼室構造における圧縮行程上死点前の制御弁の作動
状態を示す断面図，図３は図１のガスエンジンの燃焼室
構造における圧縮行程上死点の制御弁の作動状態を示す
断面図，及び図４は図１のガスエンジンにおける制御
弁，燃料弁，吸気弁及び排気弁の開弁時期と開弁期間を
説明する線図である。
【００１７】この燃焼室構造を組み込んだガスエンジン
は，シリンダブロック１４，シリンダブロック１４の上
面にガスケット３８を介して載置して固定されたシリン
ダヘッド７，シリンダブロック１４に形成した孔部３７
に嵌合したシリンダ２８を構成するシリンダライナ２
７，シリンダヘッド７のキャビティ９に配置された主室
１と副室２を形成する燃焼室部材１０，及びシリンダラ
イナ２７に形成したシリンダ２８内を往復運動するピス
トン１５を有している。燃焼室部材１０は，ヘッド下面
部とそれと一体構造のライナ上部から構成されたヘッド
ライナから構成されている。燃焼室部材１０のヘッド下
面部には，吸気弁１６が配置された吸気ポート２０と排
気弁１８が配置された排気ポート２１が形成されてい
る。吸気ポート２０はシリンダヘッド７に形成された吸
気ポート１７に連通し，排気ポート２１はシリンダヘッ
ド７に形成された排気ポート１９に連通している。
【００１８】燃焼室部材１０に形成された主室１と副室
２とを連通する連絡孔１３には，副室２の中心に形成さ
れた連絡孔１３を開閉するための制御弁４が着座する弁
シート３１が形成されている。制御弁４は，シリンダ中
心に位置する弁ヘッド２３とそれに一体構造の弁ステム
２４から構成されている。制御弁４の弁ヘッド２３は，
シリンダヘッド７と燃焼室部材１０に形成した挿通孔５
５を貫通して配置されている。燃焼室部材１０は，Ｓｉ
3 Ｎ4 等のセラミックスや耐熱合金の耐熱材から形成さ
れ，燃焼室部材１０の外周面とシリンダヘッド７に形成
したキャビティ９との間に遮熱空気層５０を形成するよ
うにガスケット５１を介在してシリンダヘッド７のキャ
ビティ９に配置され，主室１と副室２が遮熱構造に構成
されている。また，燃焼室部材１０には，副室２にガス
燃料を供給するため，シリンダヘッド７に形成された燃
料供給通路８に連通する燃料供給口５４が形成されてい
る。燃料供給口５４には，それを開閉するため燃料弁５
が配置されている。
【００１９】ピストン１５は，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
４６と，ピストンヘッド４６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４７とから構成
されている。ピストンヘッド４６とピストンスカート４
７との間にはガスケット５２が介在して遮熱空気層５３
が形成され，ピストンヘッド４６とピストンスカート４
７とは結合リング４８でメタルフロー等によって固定さ
れている。主室１は，燃焼室部材１０及びシリンダライ
ナ２７のシリンダ２８とピストンヘッド４６の上面３５
とで囲まれる領域，及びピストン１５のピストンヘッド
４６に形成された環状凹部１２によって形成される。
【００２０】このガスエンジンの燃焼室構造は，特に，
ピストン１５の構造及び制御弁４と連絡孔１３との間に
形成されるがガス通路の構造に特徴を有している。ピス
トン１５のピストンヘッド４６は，シリンダ中央に形成
された平らな面４５を有する中央突出部１１，中央突出
部１１の周囲に形成された環状凹部１２及び環状凹部１
２の周囲に形成された外周部６２を備えている。図で
は，中央突出部１１は外周部６２より低く形成され，制
御弁４の下面４９がシリンダヘッド７の下面５９から若
干突出している。また，環状凹部１２は，制御弁４の弁
フェース６０と連絡１３の弁シート３１とで形成される
ガス通路６３（図２，３）の延長線に位置している。中
央突出部１１の平らな面４５は，制御弁４の弁ヘッド２
３の平らな下面４９に対応している。また，外周部６２
の上面３５（ピストンヘッド４６の頂面）は，シリンダ
ヘッド７の下面５９（図１では，吸気弁１６，排気弁１
８の下面と同一面）に対向している。
【００２１】このガスエンジンの燃焼室構造は，ピスト
ン上死点における制御弁４の弁ヘッド２３の平らな下面
４９とピストン１５の中央突出部１１の平らな上面４５
との間の隙間６４は，可及的に小さくなるように構成さ
れている。また，この燃焼室構造は，ピストン圧縮上死
点近傍に近づくに伴ってピストン１５の外周部６２の上
面３５とシリンダヘッド７の下面５９との間から環状凹
部１２へと発生するスキッシュ流Ｓ及びピストン１５の
中央突出部１１の平らな上面４５と制御弁４の弁ヘッド
２３の平らな下面４９との間から環状凹部１２へと発生
するスキッシュ流Ｓは，環状凹部１２へ流入して環状凹
部１２で渦流を形成することになる。
【００２２】また，このガスエンジンの燃焼室構造は，
図２に示すように，ピストン圧縮上死点近傍で制御弁４
が連絡孔１３を開放することによって環状凹部１２の吸
気の一部が副室２へ流入して副室２で着火燃焼し，次い
で，図３に示すように，副室２内の火炎が制御弁４の弁
フェース６０と連絡１３の弁シート３１とで形成される
連絡孔１３のガス通路６３を通じて環状凹部１２に存在
する渦流に噴出して空気との混合を促進し，ピストン膨
張行程において環状凹部１２からピストン１５の外周部
６２の上面３５とシリンダヘッド７の下面５９との間へ
と発生すると共に，ピストン１５の中央突出部１１の平
らな上面４５と制御弁４の弁ヘッド２３の平らな下面４
９へと発生する逆スキッシュ流によって火炎がシリンダ
全域に拡散燃焼し，燃焼期間を短期に完結することがで
きる。
【００２３】また，制御弁４は，吸気弁１６及び排気弁
１８を開閉作動するカム式動弁機構と同一のカム式動弁
機構６，及びそれとは別に設けた油圧式動弁装置３によ
って開閉駆動される。カム式動弁機構６は，吸気弁１６
と排気弁１８とを開閉駆動するカム軸と同一のカム軸４
４に設けたカム５６，カム５６の回転に従って揺動する
ロッカアーム６１，ロッカアーム６１の揺動に従って上
下運動するカムキャップ４３，及びカムキャップ４３を
復帰させる弁リターンスプリング４２から構成されてい
る。
【００２４】油圧式動弁装置３は，カム式動弁機構６と
は独立して制御弁４をリフトさせるものであり，負荷セ
ンサ５７からのエンジン負荷に応答してコントローラ３
０によって制御される。油圧式動弁装置３は，制御弁４
の弁ステム２４をリフトさせる油圧プランジャ２９，油
圧プランジャ２９を作動する油圧を収容した油圧室２
６，油圧室２６へ油圧源の高圧油圧室３３から油圧を供
給する油圧通路５８，及び油圧通路５８を開閉するため
コントローラ３０で制御される電磁弁３２を有する。高
圧油圧室３３は，オイルポンプで常に油圧が高められて
いる。電磁弁３２は，多気筒ガスエンジンでは，気筒毎
にそれぞれ設けられている。高圧油圧室３３には，駆動
電磁弁３４の作動によって駆動されるプランジャ３６が
設けられている。
【００２５】駆動電磁弁３４の作動でプランジャ３６が
駆動されると，高圧油圧室３３の油圧は，電磁弁３２の
作動によって油圧通路５８を通じて油圧室２６に与えら
れ，油圧プランジャ２９を作動する。油圧プランジャ２
９が作動すると，ロッカアーム６１を介して弁リターン
スプリング４２のばね力に抗して制御弁４をリフトさ
せ，制御弁４は連絡孔１３を開放し，副室２内のガス燃
料が主室１へ供給される。油圧式動弁装置３における油
圧室２６は，油圧プランジャ２９を所定量リフトさせて
制御弁４を開放した時に，油圧がリークするように構成
しておけば，必要以上にリフトして開弁することがな
く，所定量だけのガス燃料が副室２から主室１へ供給さ
れることになる。
【００２６】制御弁４は，カム式動弁機構６によって往
復動して圧縮行程終端近傍で連絡孔１３を開放し，副室
２と主室１とを連通状態にし，遅くとも排気行程終端で
閉鎖して主室１と副室２とを遮断するように作動するよ
うに設定されている。また，燃料弁５は，連絡孔１３の
閉鎖時に開放して燃料供給路８からガス燃料を副室２に
供給するように設定されている。燃料弁５は，制御弁４
が連絡孔１３の閉鎖している時にガス燃料導入口を開放
するように作動される。従って，ガス燃料は，吸気行程
から圧縮行程にわたって燃料弁５がガス燃料導入口を開
放すると，ガス燃料供給路８を通じて副室２に供給され
ることになる。
【００２７】このガスエンジンは，制御弁４の弁ステム
２４をガイドするため，シリンダヘッド７に固定された
多孔質材料から成る弁ガイド部材２２，及び弁ガイド部
材２２にオイルを通過させるオイル供給手段を有してい
る。弁ステム２４は，ＳｉＣやＳｉ3 Ｎ4 のセラミック
材料から構成されている。オイル供給手段は，弁ガイド
部材２２の外周のシリンダヘッド７に設けたオイル溜ま
り４０，オイル溜まり４０へオイルを供給するシリンダ
ヘッド７に設けられたオイル通路４１，オイル供給源か
らオイル通路４１を通じてオイル溜まり４０へオイルを
供給するポンプ３９から構成されている。ここで，オイ
ルは，潤滑油と冷却液として機能する。オイル供給手段
は，弁ガイド部材２２の多孔質材料にオイルを通過させ
て熱通過率を大きくし，制御弁４に発生する熱を弁ステ
ム２４及び弁ガイド部材２２を通じて放散させて制御弁
４を冷却することができ，制御弁４の摩耗や損傷を低減
することができる。更に，シリンダヘッド７と燃焼室部
材１０に対して摺動面を構成する弁ステム２４の外周
に，セラミックス材料より熱伝導率の良好な材料から成
るシース部材２５を取り付けることができ，弁ヘッド２
３の熱をシース部材２５を通じて弁ガイド部材２２へ放
散させることができる。例えば，弁ステム２４をＳｉ3
Ｎ4 で構成した場合には，シース部材２５はＳｉＣやダ
イヤモンドによるコーティング又はＳｉＣから成る嵌合
部材から構成することができる。
【００２８】天然ガスのガス燃料は，ガス燃料タンク或
いはガス燃料を蓄圧するガス燃料蓄圧室（図示せず）等
のガス燃料供給源に収容されている。連絡孔１３の領域
では，燃焼ガスで高温になるため，連絡孔１３に配置し
た制御弁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ることが
好ましい。燃料弁５は，ガス導入口を開放することによ
って，ガス燃料をガス燃料供給源から必要量だけ副室２
に導入するように構成されている。
【００２９】次に，この発明によるガスエンジンの燃焼
室構造を持つガスエンジンの作動を，図１及び図２を参
照して説明する。このガスエンジンは，吸気行程，圧縮
行程，膨張行程及び排気行程の４つの行程を順次繰り返
すことによって作動されるものであり，まず，吸入行程
では，図４に示すように，吸気弁１６が吸気ポート１
７，２０を開放して主室１に吸入空気が供給され，制御
弁４が連絡孔１３を閉鎖した状態で，燃料弁５がガス燃
料供給路８を開放し，ガス燃料供給路８を通じてガス燃
料導入口から副室２にガス燃料が供給される。
【００３０】次に，このガスエンジンは，圧縮行程に移
行するが，シリンダ２８で形成される主室１の圧縮空気
圧が低い状態の圧縮行程前半において，制御弁４が油圧
式動弁装置３の作動によって僅かにリフトされ，連絡孔
１３が開放し，副室２内に蓄積されたガス燃料の一部，
即ち，自己着火しない程度のガス燃料量が連絡孔１３を
通じて主室１に供給され，主室１に超希薄混合気が生成
され，そこで制御弁４は連絡孔１３を閉鎖する。次い
で，ピストン１５が上昇して主室１の超希薄混合気が高
圧縮された圧縮行程上死点近傍に達すると，制御弁４は
カム式動弁機構６の作動によって再びリフトし，連絡孔
１３が開放する。そこで，図２に示すように，直ちに主
室１の高圧縮超希薄混合気が連絡孔１３を通って副室２
に入り込み，副室２内のガス燃料と混合して着火燃焼
し，副室２内の圧力が上昇する。次いで，図３に示すよ
うに，膨張行程に移行して副室２内の火炎，未燃混合気
等のガスが連絡孔１３を通って主室１へ噴出し，該ガス
は主室１に存在する超希薄混合気を巻き込んで混合を促
進して二次燃焼スピードをアップし，燃焼期間を短縮し
て燃焼を完結する。
【００３１】上記のように，この発明による制御弁冷却
装置を備えたガスエンジンは，圧縮行程前半において，
副室２内の一部のガス燃料が主室１へ予め供給されてい
るので，副室２で滞留して未燃焼になるガス燃料がなく
なり，ＨＣ，ＮＯX 等の発生を低減させることができ
る。また，主室１へ前もって供給されるガス燃料量は，
コントローラ３０によってエンジン負荷に応じて制御さ
れる。例えば，エンジン負荷が低負荷の時には，副室２
に供給されるガス燃料量は少なくなり，従って副室２に
形成される混合気は十分な空気当量比を持つことになる
ので，主室１へ一部のガス燃料を供給する必要がないか
ら，油圧式動弁装置３を作動させず，制御弁４を圧縮行
程前半でリフトさせず，連絡孔１３を開放しない。エン
ジン負荷が中負荷（１／２負荷）の時には，副室２に供
給されるガス燃料量は中程度であり，副室２に形成され
る混合気は若干ガス燃料量が多くなり，十分な空気当量
比を持たないので，その分のガス燃料を予め主室に供給
するため，油圧式動弁装置３を作動して制御弁４を圧縮
行程前半でリフトさせて連絡孔１３を開放し，主室１へ
ガス燃料量の１０％程度（図２の圧縮行程で実線で示す
開放）を供給し，主室１内に超希薄混合気を生成する。
また，エンジン負荷が高負荷（全負荷）の時には，副室
２に供給されるガス燃料量は多量になり，副室２に形成
される混合気は十分な空気当量比を持たないので，その
分のガス燃料を予め主室に供給するため，油圧式動弁装
置３を作動して制御弁４を圧縮行程前半でリフトさせて
連絡孔１３を開放し，主室１へガス燃料量の１０％〜２
０％程度（図２の圧縮行程で実線と点線で示す開放）を
供給し，主室１内に超希薄混合気を生成する。
【００３２】次に，図５及び図６を参照して，この発明
によるガスエンジンの燃焼室構造の第２実施例を説明す
る。図５はこの発明によるガスエンジンの燃焼室構造の
第２実施例を示す断面図，及び図６は図５の燃焼室構造
における制御弁のリフト時を示す拡大断面図である。第
２実施例は，上記の第１実施例と比較してピストンの形
状とシリンダヘッドに形成された連絡孔及び該連絡孔に
配置された制御弁の状態が相違する以外は，同一の構成
及び同一の機能を有するので，同一の部品には同一の符
号を付し，重複する説明を省略する。
【００３３】第２実施例のガスエンジンの燃焼室構造
は，シリンダヘッド７に形成された連絡孔１３が主室１
側へ大きく拡開し，制御弁４の下面４９が連絡孔１３内
に位置する状態に形成されている。制御弁４がシリンダ
ヘッド７の下面５９から凹んだ分だけ，ピストン１５の
ピストンヘッド４６に形成された中央突出部１１が突出
した形状に構成されている。従って，ピストンヘッド４
６は，中央突出部１１の上面４５が外周部６２の上面３
５より高くなった形状に構成されている。この実施例の
制御弁４のリフト時は，図６に示すように，シリンダヘ
ッド７の下面５９と制御弁４の下面４９とがほぼ同一面
に位置するようになる。第２実施例のガスエンジンの燃
焼室構造は，第１実施例のものと実質的に同一の作用効
果を有するものであるので，ここではこれらについての
説明は省略する。
【００３４】
【発明の効果】この発明によるガスエンジンの燃焼室構
造は，上記のように構成したので，副室から主室へ噴き
出される火炎，未燃混合気等の燃焼ガスが連絡孔と制御
弁との間の通路を通じて主室内の渦流へスムースに噴き
出されて渦流が発生し，火炎，未燃混合気等の燃焼ガス
と主室内の空気との混合が促進される。次いで，膨張行
程において，ピストンの下降運動によって発生した逆ス
キッシュ流に乗って主室内に拡散し，主室での空気利用
率をアップして二次燃焼が万遍なく進行し，燃焼スピー
ドをアップして燃焼期間を短縮して燃焼を完結し，ＮＯ
X ，ＨＣの発生を抑制し，燃費を向上させて熱効率を向
上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるガスエンジンの燃焼室構造の一
実施例を示す断面図である。
【図２】図１のガスエンジンの燃焼室構造における圧縮
行程上死点前の制御弁の作動状態を示す拡大断面図であ
る。
【図３】この発明によるガスエンジンの燃焼室構造にお
ける圧縮行程上死点の制御弁の作動状態を示す拡大断面
図である。
【図４】図１のガスエンジンにおける制御弁，燃料弁，
吸気弁及び排気弁の開弁時期と開弁期間を説明する線図
である。
【図５】図１はこの発明によるガスエンジンの燃焼室構
造の別の実施例を示す断面図である。
【図６】図５の燃焼室構造における制御弁のリフト時を
示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１ 主室 ２ 副室 ４ 制御弁 ５ 燃料弁 ７ シリンダヘッド ８ 燃料供給路 １０ 燃焼室部材 １１ 中央突出部 １２ 環状凹部 １３ 連絡孔 １５ ピストン ２３ 弁ヘッド ２４ 弁ステム ２８ シリンダ ３１ 弁シート ３５ 外周部の上面 ４５ 中央突出部の上面 ４６ ピストンヘッド ４９ 制御弁の下面 ５９ シリンダヘッドの下面 ６０ 弁フェース ６２ 外周部 ６３ ガス通路 ６４ 隙間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｍ 21/02 Ｆ０２Ｍ 21/02 Ｌ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリンダヘッドに配置され且つ主室と該
    主室と連絡孔を通じて連通する副室が形成された燃焼室
    部材，シリンダ内を往復動するピストン，前記シリンダ
    ヘッドに配置され且つ前記連絡孔を開閉する制御弁，及
    び前記副室内へガス燃料を供給する燃料弁を備えたエン
    ジンにおいて，前記制御弁はシリンダ中心軸に位置する
    弁ステムと該弁ステムに一体構造の弁ヘッドから成り，
    前記弁ヘッドは前記副室の中央に形成された前記連絡孔
    の弁シートに着座され，前記ピストンは前記弁ヘッドの
    平らな下面に対応する平らな上面を備えた中央突出部，
    前記中央突出部の周囲に形成された前記主室の一部を構
    成する環状凹部及び前記環状凹部の周囲に形成された前
    記シリンダヘッドの下面に対向する外周部を有すること
    を特徴とするガスエンジンの燃焼室構造。
  2. 【請求項２】 前記環状凹部は前記制御弁の弁フェース
    と前記連絡孔の弁シートとで形成されるガス通路からの
    ガス流れの流線の延長線に位置していることを特徴とす
    る請求項１に記載のガスエンジンの燃焼室構造。
  3. 【請求項３】 ピストン上死点における前記制御弁の開
    弁状態で前記弁ヘッドの前記平らな下面と前記ピストン
    の前記中央突出部の平らな上面との間の隙間は，可及的
    に小さくなるように構成されていることを特徴とする請
    求項１に記載のガスエンジンの燃焼室構造。
  4. 【請求項４】 前記副室からの噴出火炎の流線のほぼ垂
    直方向にスキッシュ流が流れ込むように，前記外周部が
    前記環状凹部の周囲に形成されていることを特徴とする
    請求項１に記載のガスエンジンの燃焼室構造。
  5. 【請求項５】 ピストン圧縮上死点近傍に近づくに伴っ
    て前記ピストンの前記外周部の上面と前記シリンダヘッ
    ドの下面との間から前記環状凹部へと発生するスキッシ
    ュ流及び前記ピストンの前記中央突出部の平らな上面と
    前記制御弁の前記弁ヘッドの平らな下面との間から前記
    環状凹部へと発生するスキッシュ流は，前記環状凹部へ
    流入して前記環状凹部で渦流を形成することを特徴とす
    る請求項１に記載のガスエンジンの燃焼室構造。
  6. 【請求項６】 ピストン圧縮上死点近傍で前記制御弁が
    前記連絡孔を開放することによって前記環状凹部の吸気
    の一部が前記副室へ流入して前記副室で着火燃焼し，次
    いで前記副室内の火炎が前記連絡孔を通じて前記環状凹
    部に存在する渦流に噴出して空気との混合を促進し，ピ
    ストン膨張行程において前記環状凹部から前記ピストン
    の前記外周部の上面と前記シリンダヘッドの下面との間
    へと発生すると共に前記ピストンの前記中央突出部の平
    らな上面と前記制御弁の前記弁ヘッドの平らな下面へと
    発生する逆スキッシュ流によって火炎がシリンダ全域に
    拡散燃焼し，燃焼期間を短期に完結することを特徴とす
    る請求項５に記載のガスエンジンの燃焼室構造。
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