JPH0754656A - エンジンの燃焼室 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ガス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、その燃焼も短時間で終了するようなエンジン
の燃焼室を提供すること。 【構成】副燃焼室に導入されたガス燃料が着火し燃焼混
合気を副燃焼室の噴出孔から主燃焼室に噴出する初期に
噴出孔の噴出有効断面積を一時狭めて燃焼混合気の流速
を早め、該燃焼混合気を主燃焼室の奥まで到達させて燃
焼時間の短縮を図る。このためエンジンの燃焼効率を向
上させる。

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、特に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。又、流体燃料を用いるディ−ゼルエ
ンジンでもＮＯｘを排気ガスから排除することはかなり
難しい。

【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、その燃焼も
短時間で終了するような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、主燃焼室と噴出孔にて
連通する副燃焼室を具備し、副燃焼室に導入された燃料
の燃焼混合気を噴出孔から主燃焼室に噴出するエンジン
において、シリンダの上部に設けられ、内部に供給され
たガス燃料を噴出孔からシリンダ内に噴出する副燃焼室
と、副燃焼室の噴出孔を開閉する制御弁と、該制御弁の
開動作の行程開始の初期に制御弁開有効面積を制限する
流量調整手段と、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】副燃焼室に導入された燃料が着火し燃焼混合気
を副燃焼室の噴出孔から主燃焼室に噴出する初期に噴出
孔の噴出有効断面積を一時狭めて燃焼混合気の流速を早
め、該燃焼混合気を主燃焼室の奥まで到達させて燃焼時
間の短縮を図る。

【０００６】

【実施例】図１は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構成図であり、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。制御弁
４は図２に示すように、そのヘッド４６とステム４３と
の間に、ステムの直径よりも径の太い流量調整部４７が
形成されている。また、制御弁４が閉じているとき、流
量調整部４７と対向する弁座３３部分の側壁との間に隙
間４７が形成されている。

【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は開の状態にある。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４は開いたまま
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。吸入の途中にお
いて制御弁４は閉まりはじめる。したがって、制御弁４
は図２の状態から図３の状態に移行する。このため流量
調整部４７が隙間４８内に挿入され、主燃焼室と副燃焼
室との間の流通有効面積は狭められる。その後図４の状
態を経て図５の状態に至る。この状態ではシリンダ内の
主燃焼室２２と副燃焼室３１との流通は遮断され、エン
ジンは圧縮行程に移行する。このとき、ガス燃料弁５が
開き、副燃焼室３１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制御弁
５５で調整される。

【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
を少し降下させてこれを開くとシリンダ内で圧縮された
空気が副燃焼室３１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内に噴出されるが、制御弁４は図４に示す状態
にある。このため、流量調整部４７が隙間４８にあるの
で、制御弁４の開弁有効面積が狭められ、主燃焼室２２
に噴出する混合気の流速は加速されて、この混合気は噴
出孔３２からシリンダ側壁方向へ遠く噴出され、主燃焼
室２２内全体で混合気生成が起こり主燃焼室２２内でも
燃焼がおこる。その後制御弁４は図２に示す位置まで降
下し、全開状態となって副燃焼室３１から混合気が主燃
焼室に吹き出されて燃焼は短時間の内に終る。ピストン
２はこの燃焼により下方に押し下げられる。ピストン２
が下死点を過ぎると、エンジンは次のサイクルの排気行
程に移る。なお図６はエンジンの動作を説明するタイム
チャートである。

【００１５】図７は制御弁４に設けた流量調整部の別の
実施例である。この実施例では、流量調整部４７’の断
面はほぼ半円形状のスリット状に形成されている。この
ため副燃焼室３１から主燃焼室２２に混合気が噴出され
るとき、あたかもこの混合気は複数本のノズルから噴射
されたようになり、これら噴出された混合気の流速は加
速され、主燃焼室のシリンダ側壁にまで到達して、急速
且短時間の燃焼が可能となって、燃焼効率も増す。

【００１６】上記実施例では、制御弁４は隙間面積を制
限する部分が１か所であるが、次の実施例においては隙
間面積を制限する部分を２か所設けたものである。図８
はその部分的拡大図である。図８において噴出孔３２に
は、上記実施例に示す隙間４８の上記に、更にもう一
段、せばめた隙間４８’を設けている。この隙間４８’
下部の断面は図７に示すように、ノズル状の流量調整部
４９が複数本設けられている。。図８乃至図１１はこの
実施例の動作を説明する説明図であり、図１２はこの実
施例のタイムチャ−トである。この実施例においては、
隙間の有効面積が２段に変化する点が前記実施例と異な
るだけで、後の動作は同じである。

【００１７】上記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とそれに付随する部分を従来の
液体燃料用の噴射ガスに変えれば、液体燃料用エンジン
にも適用できることは言うまでもないことである。

【００１８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、副燃焼室に導入されたガス燃料が着火し燃焼混合
気を副燃焼室の噴出孔から主燃焼室に噴出する初期に噴
出孔の噴出有効断面積を一時狭めて燃焼混合気の流速を
早め、該燃焼混合気を主燃焼室の奥まで到達させて燃焼
時間の短縮を図る。そして、高圧、縮比、ク−ンバ−ン
が可能であるため、熱効率が向上する。また圧縮行程で
主燃焼室から副燃焼室に空気を導入し圧縮行程の低減が
可能でありさらに導入する空気の量を任意隙間面積で制
御できるので、制御弁の開閉がエンジン１サイクル当り
１回でよく、構造がシンプルとなる。このほか、混合気
が副燃焼室から主燃焼室に噴出する場合に部分的な開孔
部を設けることができるので、混合気がシリンダ外周に
高い運動エネルギ−をもって到達し、主燃焼室の空気と
の混合が良くなり、燃焼スピ−ドの向上が図れ、熱効率
が向上する。

【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】実施例の動作を説明する説明図である。

【図４】実施例の動作を説明する説明図である。

【図５】実施例の動作を説明する説明図である。

【図６】実施例の動作を説明するタイムチャートであ
る。

【図７】別の実施例の動作を説明する部分断面図であ
る。

【図８】別の実施例の動作を説明する説明図である。

【図９】別の実施例の動作を説明する説明図である。

【図１０】別の実施例の動作を説明する説明図である。

【図１１】別の実施例の動作を説明する説明図である。

【図１２】別の実施例の動作を説明するタイムチャ−ト
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 ４６・・・・・・・ヘッド ４７、４７’・・・流量調整部 ４８・・・・・・・隙間 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・・・・・・・制御弁

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主燃焼室と噴出孔にて連通する副燃焼室を
   具備し、副燃焼室に導入された燃料の燃焼混合気を噴出
   孔から主燃焼室に噴出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、 副燃焼室の噴出孔を開閉する制御弁と、 該制御弁の開動作の行程開始の初期に制御弁開有効面積
   を制限する流量調整手段と、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】上記噴出口内を開閉する制御弁のシ−ト部
   に任意の隙間を有する嵌合部を設け、制御弁が半開状態
   で隙間も有効面積をほぼ一定に制御できる範囲を有する
   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】上記制御弁の噴出孔開閉は該制御弁のリフ
   トに伴って任意の隙間を持った領域と、部分的に開放と
   なる領域ほぼ全開となる領域を有していることを特徴と
   する請求項１記載のエンジンの燃焼室。
4. 【請求項４】上記制御弁の噴出孔開閉は、該制御弁のリ
   フトに伴って部分的に開放となる領域とほぼバルブ全開
   となる領域とを有していることを特徴とする請求項１記
   載のエンジンの燃焼室。
5. 【請求項５】上記燃料はガス燃料であることを特徴とす
   る請求項１記載のエンジンの燃焼室。
6. 【請求項６】上記燃料は流体燃料であることを特徴とす
   る請求項１記載のエンジンの燃焼室。