JPH11193706A - エンジンにおける制御弁冷却装置 - Google Patents

エンジンにおける制御弁冷却装置

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JPH11193706A
JPH11193706A JP9366750A JP36675097A JPH11193706A JP H11193706 A JPH11193706 A JP H11193706A JP 9366750 A JP9366750 A JP 9366750A JP 36675097 A JP36675097 A JP 36675097A JP H11193706 A JPH11193706 A JP H11193706A
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valve
control valve
oil
chamber
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JP9366750A
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Hideo Kawamura
英男 河村
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Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
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Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
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  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Lubrication Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は，主室と副室とを連通する連絡孔に
配置された制御弁を有効に冷却し，制御弁の熱的損傷を
避け，制御弁の耐久性を向上させるエンジンにおける制
御弁冷却装置を提供する。 【解決手段】 このエンジンにおける制御弁冷却装置
は，セラミック材料から成る制御弁４の弁ステム２４を
ガイドするため，シリンダヘッド７にオイルが通過でき
る多孔質部材の弁ガイド部材２２を取り付け，弁ガイド
部材２２にオイルを供給するオイル供給手段が設けられ
ている。オイル供給手段は，弁ガイド部材２２の外周に
形成されたオイル溜まり４０，オイルをオイル溜まり４
０へ導くためのオイル通路４１，及びオイル供給源から
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。

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，エンジンに設け
た制御弁の温度を低減する装置であり，特に，ガスエン
ジンにおける主室と副室とを連通する連絡孔に設けた制
御弁の温度を低減するエンジンにおける制御弁冷却装置
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，ガスエンジン等のエンジン
において，主室と副室とを連通する連絡孔を開閉する制
御弁は，シリンダ中央に位置する主室と副室とを連通す
る連絡孔に配置され，連絡孔を通じて流れる火炎，未燃
混合気等の燃焼ガスに晒される状態であり，温度上昇が
激しく，例えば，１０００℃〜８００℃という高温に上
昇し，高温になった制御弁が着火点となってガス燃料が
副室で着火燃焼を起こし，自着火やノッキングの要因に
なると共に高い熱応力を受けることになり，しかも，燃
焼ガスからの受熱面積が大きい割りには放熱面積が小さ
く，且つ制御弁からの熱吸収体が摺動面に供給されたオ
イルであるため制御弁の弁ヘッド部の温度が異常に上昇
し，また，燃焼室において異常燃焼を起こした場合には
制御弁の熱的損傷が激しくなり，制御弁の耐久性を損な
うことになる。そこで，オイルを通すことができないシ
リンダ中央部に位置する連絡孔に配置された制御弁を，
燃焼による熱的影響を少なくするため冷却するには，制
御弁を如何にすれば効率的に冷却してその温度を低減す
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
シリンダ中央に位置する連絡孔に配置された制御弁を，
効率的に冷却してその温度を低減するため，制御弁の往
復摺動をガイドする弁ガイド部材にオイルを通し，制御
弁の弁ステムとそれを通じて弁ヘッドの温度を低減し，
制御弁の耐久性を向上させるエンジンにおける制御弁冷
却装置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
つ主室と該主室に連絡孔を通じて連通する副室を形成し
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取り付けた
弁ガイド部材に摺動可能に配置され且つ前記連絡孔を開
閉する制御弁，前記制御弁を開閉駆動する動弁機構から
成るエンジンにおいて，前記制御弁はセラミック材料か
ら成る弁ステムと該弁ステムと一体構造の弁ヘッドから
構成され，前記弁ガイド部材は前記弁ステムをガイドす
るため前記シリンダヘッドに固定されたオイルが通過で
きる多孔質部材から構成され，及び前記弁ガイド部材に
前記オイルを供給するオイル供給手段が設けられている
ことを特徴とするエンジンにおける制御弁冷却装置に関
する。
【０００９】前記オイル供給手段は，前記弁ガイド部材
の外周の前記シリンダヘッドに形成されたオイル溜ま
り，前記オイルをオイル供給源から前記オイル溜まりへ
導く前記シリンダヘッドに形成されたオイル通路，及び
前記オイル供給源から前記オイル通路を通じて前記オイ
ル溜まりへ前記オイルを供給するポンプから構成されて
いる。
【００１０】このエンジンにおける制御弁冷却装置は，
前記オイル供給手段によって前記弁ガイド部材の前記多
孔質部材に前記オイルを通過させて前記弁ガイド部材の
熱通過率を大きくし，前記制御弁に発生する熱を前記弁
ステム及び前記弁ガイド部材を通じて熱放散させて前記
制御弁を冷却するものである。
【００１１】前記制御弁は，ＳｉＣ，Ｓｉ3 Ｎ4 或いは
それらの複合材から構成することができる。例えば，前
記弁ステムは，熱伝導率の良好な材料であるＳｉＣから
構成した場合には，前記シース部材を設けなくてもよ
い。或いは，このエンジンにおける制御弁冷却装置は，
前記シリンダヘッドと前記燃焼室部材に対して摺動面を
構成する部分の前記弁ステムの外周に，前記弁ステムを
構成する前記セラミック材料より熱伝導率の良好な材料
から成るシース部材を取り付けた構造に構成できる。例
えば，前記弁ステムをＳｉ3 Ｎ4 で構成した場合には，
前記シース部材を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好
ましい。即ち，Ｓｉ3 Ｎ4 は熱的に強度が安定している
ので，その特性を活かして弁ステムをＳｉ3 Ｎ4 で作製
し，弁ステムの熱伝導率をアップするため，熱伝導率の
良好なダイヤモンド，ＡｌＮ，ＳｉＣ等から成るシース
部材を弁ステムに被覆する。ダイヤモンドの弁ステムへ
のコーティングは，プラズマやイオンスパッタリングを
行うことによって達成できる。また，弁ステムの外周に
ダイヤモンドのコーティングしても，弁ステムが摺動す
る多孔質部材の弁ガイド部材にはオイルが吸着すると共
に流動しているので，ダイヤモンドによる弁ガイド部材
の摩耗の問題は発生しない。
【００１２】このエンジンにおける制御弁冷却装置は，
上記のように，オイルを弁ガイド部材の多孔質部材を通
過させると，オイルの接触面が増加するので多孔質部材
を通過するオイルが制御弁の弁ステム及び弁ヘッドから
熱を有効に奪うことができ，オイルによる冷却効率をア
ップする。制御弁の弁フェースの熱伝導部分から受熱し
た熱をオイルの流動によって良好に熱放散させるもので
あり，特に，オイルを多孔質部材の弁ガイド部材に通す
ことによってその受熱面積が大きいことから，オイルか
らの熱放散を増加させ，熱通過率を大きくし，制御弁を
効果的に冷却し，例えば，１０００℃は８００℃へ，８
００℃は６００℃へとほぼ２００℃程度温度を低下させ
ることができ，高温になった制御弁が着火点になること
を防止して自着火やノッキングの発生を防止し，制御弁
の耐久性を向上させる。この時，ピストンヘッドの中央
突出部と制御弁の弁ヘッドの底面との受熱面の隙間を小
さく構成することによって制御弁への受熱を抑えること
もできる。
【００１３】ここで，燃焼ガスからの熱移動について検
討すると，次のとおりである。 Ｑ＝ΔＴ・Ｋ・Ａ １／Ｋ＝（１／αg ）（Ａs ／Ａ1 ）＋（δ／λ）（Ａ
s ／Ａ2 ）＋（１／αC ）（Ａs ／Ａ3 ） 但し，Ｑ：熱移動量，ΔＴ：温度差，Ｋ：熱通過率，
Ａ：熱伝導面積，αg ：熱伝達率，αC ：熱伝達率，
λ：材料の熱伝導率，δ：壁体の壁厚。また，熱通過率
の単位はｋｃａｌ／ｍ2 ・ｈ・℃，熱伝導率の単位はｋ
ｃａｌ／ｍ・ｈ・℃，及び熱伝達率の単位はｋｃａｌ／
ｍ2 ・ｈ・℃である。
【００１４】熱伝達率αg は，燃焼ガスの特性により決
まる特徴を持っているので，燃焼ガスの流速，温度等が
変わらないと，バルブの熱伝導面に受熱される熱量は大
幅には変わらない。上記のことから，熱通過率Ｋを変化
させると，温度差ΔＴが変化することになる。ここで，
燃焼ガスの熱伝達率，Ｓｉ3 Ｎ4 の熱伝導率，及びオイ
ル（冷却液）の熱伝達率の値を上記式にあてはめると，
次のようになる。 １／Ｋ＝（１／２３０）（Ａs ／Ａ1 ）＋（０．０４／
１２０）（Ａs ／Ａ2 ）＋（１／９０）（Ａs ／Ａ3 ） また，シリンダヘッドにバルブを配置したときの熱伝導
面積の関係は，Ａ1 ：Ａ2 ：Ａ3 ＝２８：１：２８程度
になるので，この値を入れると． １／Ｋ＝１．５５×１０-4Ａs ＋３．３×１０-4Ａs ＋
３．９７×１０-4Ａs 従って，オイルからの冷却効率を良くすれば，Ｋの値が
小さくなる。制御弁の熱伝導で最も問題であるオイルか
らの放散を，その放熱面積を増すことにより増加させる
と，熱通過率Ｋが大きくなる。
【００１５】この発明によるエンジンにおける制御弁冷
却装置は，上記のことを考慮して，ＳｉＣから作製した
制御弁の弁ステムをガイドするため多孔質部材から成る
弁ガイド部材を配置し，弁ガイド部材に冷却液のオイル
を通過させて，弁ステムを冷却すると，面積の増加分が
６倍であるので，Ｋの値は１６０％程度に大きくなる。
また，熱移動量は，燃焼ガスの熱伝達率によって決まる
ので，Ｑの値は余り変わらない。 Ｑ＝（８００−１５０）Ｋ1 ・Ａs ＝ΔＴ・Ｋ2 ・Ａs ここで，Ｋ1 ：通常タイプの弁ガイド部材を用いた時の
熱通過率，Ｋ2 ：多孔質部材の弁ガイド部材を用いた時
の熱通過率とし，燃焼ガス温度を８００℃，オイル温度
を１５０℃，Ｋ1 ＝１とすると，温度差ΔＴを計算する
と，次のとおりである。 （８００−１５０）×１×Ａs ＝ΔＴ×１．６０×Ａs ΔＴ＝４０４（℃） オイル温度を１５０℃とすると，約５５０℃となる。従
って，その温度５５０℃と燃焼ガス温度８００℃との差
は，８００−５５０＝２５０（℃）となって大幅に低下
することになる。
【００１６】上記の現象は，制御弁をＳｉＣで作製した
場合であるが，制御弁をＳｉ3 Ｎ4で作製した場合に
は，制御弁の熱伝導率が小さいので，制御弁の弁ステム
の外周面にＳｉＣ製のシース部材を嵌合するか，或いは
弁ステムのＳｉ3 Ｎ4 材の外周面にダイヤモンドコーテ
ィングを施すことによって，弁ステムの熱伝導系に熱移
動し易い構造に構成することができ，上記と同様の冷却
効果を達成することができる。即ち，ダイヤモンドの熱
伝導率は，Ｓｉ3 Ｎ4 の熱伝導率に比較して，２００倍
程度大きいので，ダイヤモンドは弁ステムの外周面に２
０μｍ程度のコーティング層を形成することによって十
分に良好な熱伝導構造を構成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下，図面を参照して，この発明
によるエンジンにおける制御弁冷却装置の実施例を説明
する。このエンジンにおける制御弁冷却装置は，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として
適用できるものである。図１は，この発明によるエンジ
ンにおける制御弁冷却装置の一実施例を示す断面図，及
び図２は図１の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。
【００１８】この制御弁冷却装置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
２７，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。
【００１９】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。
【００２０】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。
【００２１】このガスエンジンの制御弁冷却装置は，特
に，シリンダ２８の中央軸線上に位置する制御弁４の弁
ステム２４を冷却液や潤滑油の機能を持つオイルを供給
してガイドするため，シリンダヘッド７に固定されたオ
イルが通過できる多孔質部材から成るスライドブシュを
構成する弁ガイド部材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ことに特
徴を有する。制御弁４は，ＳｉＣやＳｉ3 Ｎ4 のセラミ
ック材料から成る弁ステム２４と弁ステム２４と一体構
造の弁ヘッド２３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４
０へオイルを供給するポンプ３９から構成されている。
この制御弁冷却装置では，オイルは冷却機能と潤滑機能
を有するものである。
【００２２】このエンジンにおける制御弁冷却装置で
は，オイル供給手段は，制御弁４の弁ガイド部材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２３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，ＳｉＣで構成した場合には，
弁ステム２４自体が熱伝導率は大きいので，弁ヘッド２
３やその弁フェース６０で受熱した熱は弁ステム２４へ
伝導され，弁ガイド部材２２を通るオイルで放散され
る。
【００２３】このエンジンにおける制御弁冷却装置で
は，オイル供給手段によって弁ガイド部材２２の多孔質
部材にオイルを通過させ，弁ガイド部材２２の熱通過率
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を通じて熱放散させて制御弁４を冷却
するものである。制御弁４を熱伝導率の良好なＳｉＣで
作製した場合には，弁ヘッド２３で受熱した熱は弁ステ
ム２４自体を通じて弁ガイド部材２２へ運ばれる。ま
た，制御弁４をＳｉ3 Ｎ4 のような熱伝導率が低いセラ
ミックスで作製した場合には，弁ヘッド２３で受熱した
熱は弁ステム２４自体を通じて弁ガイド部材２２へ運ば
れ難いので，この場合には，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部分の弁ステム２４
の外周に，弁ステム２４を構成するセラミック材料より
熱伝導率の良好な材料から成るシース部材２５を取り付
けることによって熱伝導を良好にすることができる。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を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好
ましい。
【００２４】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。
【００２５】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。
【００２６】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。
【００２７】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。
【００２８】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
１２の周囲に形成された外周部６２を備えている。中央
突出部１１の平らな面４５は，制御弁４の弁ヘッド２３
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１８
の下面と同一面）に対向している。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ている。更に，
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の突出部１１の平らな上面４
５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。
【００２９】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。
【００３０】次に，この発明によるエンジンにおける制
御弁冷却装置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，吸気弁１６が吸気ポート１７，２０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。
【００３１】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が開放すると，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
し，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。
【００３２】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の
で，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。
【００３３】
【発明の効果】この発明によるエンジンにおける制御弁
冷却装置は，上記のように，主室と副室とを連通する連
絡孔を開閉する制御弁の弁ステムをガイドする弁ガイド
部材を多孔質部材で構成して受熱面積を増大させている
ので，制御弁は十分な熱伝導構造に構成され，弁ガイド
部材に冷却機能オイル潤滑機能を有するオイルを流すこ
とによって，燃焼ガスで高温に晒される制御弁は効率的
に冷却され，制御弁の熱的損傷を避けることができ，制
御弁の耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はこの発明によるエンジンにおける制御弁
冷却装置の一実施例を示す断面図である。
【図２】図１の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。
【符号の説明】
１ 主室 ２ 副室 ３ 油圧式動弁装置 ４ 制御弁 ６ カム式動弁機構 ７ シリンダヘッド １０ 燃焼室部材 １３ 連絡孔 １５ ピストン ２２ 弁ガイド部材 ２３ 弁ヘッド ２４ 弁ステム ２５ シース部材 ２８ シリンダ ３９ ポンプ ４０ オイル溜まり ４１ オイル通路
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｌ 15/04 15/04 Ｇ Ｆ０２Ｍ 21/02 Ｆ０２Ｍ 21/02 Ｚ

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
    主室に連絡孔を通じて連通する副室を形成した燃焼室部
    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取り付けた弁ガイド部
    材に摺動可能に配置され且つ前記連絡孔を開閉する制御
    弁，前記制御弁を開閉駆動する動弁機構から成るエンジ
    ンにおいて，前記制御弁はセラミック材料から成る弁ス
    テムと該弁ステムと一体構造の弁ヘッドから構成され，
    前記弁ガイド部材は前記弁ステムをガイドするため前記
    シリンダヘッドに固定された冷却機能を持つオイルが通
    過できる多孔質部材から構成され，及び前記弁ガイド部
    材に前記オイルを供給するオイル供給手段が設けられて
    いることを特徴とするエンジンにおける制御弁冷却装
    置。
  2. 【請求項２】 前記制御弁はＳｉＣ，Ｓｉ3 Ｎ4 或いは
    それらの複合材から構成されていることを特徴とする請
    求項１に記載のエンジンにおける制御弁冷却装置。
  3. 【請求項３】 前記オイル供給手段は，前記弁ガイド部
    材の外周の前記シリンダヘッドに形成されたオイル溜ま
    り，前記オイルをオイル供給源から前記オイル溜まりへ
    導く前記シリンダヘッドに形成されたオイル通路，及び
    前記オイル供給源から前記オイル通路を通じて前記オイ
    ル溜まりへ前記オイルを供給するポンプから構成されて
    いることを特徴とする請求項１に記載のエンジンにおけ
    る制御弁冷却装置。
  4. 【請求項４】 前記オイル供給手段によって前記弁ガイ
    ド部材の前記多孔質部材に前記オイルを通過させて前記
    弁ガイド部材の熱通過率を大きくし，前記制御弁に発生
    する熱を前記弁ステム及び前記弁ガイド部材を通じて熱
    放散させて前記制御弁を冷却することを特徴とする請求
    項１に記載のエンジンにおける制御弁冷却装置。
  5. 【請求項５】 前記シリンダヘッドと前記燃焼室部材に
    対して摺動面を構成する部分の前記弁ステムの外周に，
    前記弁ステムを構成する前記セラミック材料より熱伝導
    率の良好な材料から成るシース部材を取り付けたことを
    特徴とする請求項１に記載のエンジンにおける制御弁冷
    却装置。
  6. 【請求項６】 前記制御弁がＳｉ3 Ｎ4 で構成された場
    合には，前記シース部材は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され
    ていることを特徴とする請求項５に記載のエンジンにお
    ける制御弁冷却装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010084693A (ja) * 2008-10-01 2010-04-15 Aisan Ind Co Ltd エンジンバルブ

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102009042545B4 (de) * 2008-10-01 2013-01-17 Aisan Kogyo K.K. Motorventile

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