JPH10205333A

JPH10205333A - エンジンにおける燃焼室の構造

Info

Publication number: JPH10205333A
Application number: JP9020936A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kawamura; 英男河村
Original assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Current assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Priority date: 1997-01-21
Filing date: 1997-01-21
Publication date: 1998-08-04

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、主室に容積可変主室部を設けて圧
縮空気の一部を蓄積してフリクションを低減し、膨張行
程時に蓄積した圧縮ガスをばね力で押し出して仕事をさ
せ、燃費を低減するエンジンにおける燃焼室の構造を提
供する。【解決手段】このエンジンにおける燃焼室の構造は、
主室１と副室２を連絡孔１３，３１で連通し、連絡孔３
１に制御弁４を配置する。主室１には、スプリング２２
のばね力で付勢された可動ヘッド部材２１を配置して容
積可変主室部２０を設ける。圧縮行程時に主室１の圧縮
空気の一部をばね力に抗してサブピストン２１を移動さ
せて容積可変主室部２０に蓄積し、次いで、ピストン１
５の膨張行程時に容積可変主室部２０に蓄積された圧縮
ガスをばね力によってサブピストン２１を作動して主室
１へ押し出すように噴出させる。

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、エンジンにおけ
る燃焼室の構造、特に、天然ガス等のガス体燃料を副室
に供給し、主室に吸入空気を供給し、該吸入空気を圧縮
して圧縮行程上死点近傍で圧縮空気とガス体燃料とを混
合させて着火燃焼させるエンジンにおける燃焼室の構造
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ナチュラルガス等のガス体燃料を
主燃料とするエンジンは、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開発が進められている。
コジェネレーションシステムは、動力を発電機で電気エ
ネルギーとして取り出すと共に、排気ガスが有する熱エ
ネルギーを利用して熱交換器で水を加熱して温水にし、
該温水を給湯用として利用している。コジェネレーショ
ンシステムは、ホテル、病院、事務所等での電気供給シ
ステムとして利用されることが期待されている。また、
自動車用エンジンに天然ガス体燃料エンジンを用いた場
合には、燃焼温度が低くＮＯ_Xの生成がし難いので、低
公害車として期待されている。

【０００３】ナチュラルガスを燃料とするエンジンとし
て、例えば、特開昭５４−１５６９１１号公報、特開昭
６３−６３５８号公報、特開平１−２３２１１９号公
報、実公平３−４１０６８号公報、特開平７−１５８４
４８号公報に開示されたものがある。例えば、特開平７
−１５８４４８号公報に開示された天然エンジンは、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。ガス導入弁の開放で、天然ガスがガス室に供給
され、天然ガスはガス室と絞り部の近傍に滞留できる。
該天然エンジンは、上記の構成によって、天然ガスを燃
料とした場合でも、圧縮比を大きく、自己着火の発生を
防止し、火炎伝播をスムースにできるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の一般
的なエンジンは、ナチュラルガス等のガス体燃料を燃料
とするので、ガソリンと同じように燃料ガスを吸気バル
ブから吸入し、圧縮して着火する方式が簡単なシステム
で構成できるので、該システムが一般的に用いられてい
る。このようなエンジンでは、ノッキングが発生し易い
ので、圧縮比を大きくすることができず、理論熱効率は
必ずしも高くない。そこで、このようなエンジンは、燃
料を圧縮着火させる時に、着火性が悪いので、燃焼室を
遮熱構造に構成し、ディーゼル燃焼させて熱効率を向上
させることが考えられるようになった。また、熱効率を
向上させる手段として遮熱構造を燃焼室に用い、排気ガ
スエネルギを動力に変換する方法が用いられる。

【０００５】また、排気ガスエネルギを回収するため、
遮熱エンジンでは、吸気行程でガスと空気の混合気を吸
入し、次いで圧縮すると、高圧縮されたシリンダ内の温
度が高くなり過ぎ、自己着火の現象即ちノッキングが発
生し易くなる。即ち、燃焼室を遮熱構造に構成したエン
ジンでは、燃焼室の壁面温度が上昇するので、該燃焼室
に供給された燃料は着火タイミング前に自己着火すると
いう自己着火性の問題が増加する。即ち、遮熱エンジン
では、圧縮比が高くなるように構成した場合には、吸気
弁から吸入空気と燃料通路からの燃料ガスとが混合して
高圧縮されると、自己着火が発生し、上死点ＴＤＣのは
るか手前で燃焼を始めることになり、ノッキングを起こ
してエンジンとして成立しないものになる。

【０００６】また、従来のエンジンでも、燃料を燃焼室
に高圧噴射して、ディーゼル燃焼させることによって熱
効率を上げることはできるが、燃料噴射を高圧化させる
ように構成すると、高コストになると共に、気体を高圧
噴射した場合、ＮＯ_Xが増加するという問題が発生す
る。そこで、従来のエンジンにおいて、天然ガス等の気
体燃料即ちガス体燃料の圧力を高圧に上昇させないで、
ガス体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
連絡孔で連通し、連絡孔に制御弁を設け、吸気行程時に
シリンダ内の主室に吸入空気を供給し、圧縮行程で圧縮
させ、ピストンが吸入行程又は排気行程にある時に、副
室にガス体燃料を供給し、ピストンの上昇運動の圧縮行
程後半に制御弁を開放して圧縮空気を主室から副室に導
入してガス体燃料と混合させ、着火燃焼させ、ディーゼ
ル燃焼を実現できるように構成し、熱効率を大きくする
エンジンが開発された。

【０００７】しかしながら、エンジンにおいて、天然ガ
ス等のガス体燃料をディーゼルサイクルで燃焼させるた
めには、天然ガスを高圧に圧縮してシリンダで構成され
る燃焼室に噴射すればよいけれども、天然ガス等の気体
を２５〜３０ＭＰａに圧縮するためには、上記のように
装置上コストが高くなり、ディーゼル燃焼による燃費の
向上分の経済効果が無くなってしまう。また、上記ガス
エンジンで、圧縮行程の後半で制御弁を作動して連絡孔
を開放し、主室と副室とを連通する場合は、圧縮行程の
後半になればなる程、制御弁による連絡孔の開放時まで
の期間において主室の圧縮空気圧が上昇し過ぎ、フリク
ションや圧縮空気の熱が増加することにより熱損失が増
す。主室内で増加した圧縮空気は、主室と副室との間の
圧力差によって主室から副室へ高速度で流入するが、主
室における圧縮空気圧を高く上昇させたにもかかわら
ず、主室と副室との連通によって圧縮空気圧が低下する
ので、結果的にはその仕事量がガスにより減少し、その
分だけ燃費の悪化をもたらすことになる。

【０００８】即ち、エンジンにおいて、圧縮比を１５〜
１７とした場合に、制御弁で連絡孔を閉鎖して副室を主
室と遮断した状態で、ピストンが圧縮上死点に近づく
と、主室の圧縮空気は制御弁が無いエンジンの１．７〜
２倍の高圧となり、その状態で制御弁が連絡孔を開放す
ると、主室の圧力が低下するが、高圧力の圧縮空気圧に
よりピストンに作用するフリクションや熱が負の仕事に
なり、燃費の悪化になる。そこで、エンジンにおいて、
圧縮行程において、主室で圧縮される空気圧を余り高圧
にすることなく制限し、フリクション、熱等に消費され
ることなく、その一部をばね力又は圧縮空気として蓄え
ておき、その蓄積された圧縮空気をの仕事を膨張行程に
おいて仕事として作動空気に戻すことができれば燃費を
向上させることができる。

【０００９】

【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、主室にばね力で付勢され
た可動ヘッド部材を備えた容積が可変になる容積可変主
室部をピストンのキャビティに設け、圧縮行程において
主室で圧縮された圧縮空気の一部をばね力に抗して容積
が拡張された容積可変主室部に蓄積し、主室での圧縮空
気圧の上昇し過ぎを防止し、次いで、膨張行程において
容積可変主室部に蓄積された仕事量を持つばね力で容積
可変主室部の空気又は燃焼ガスに押し出し、フリクショ
ン、熱等に消費されるエネルギを低減し、その押し出し
空気による主室での燃焼促進に寄与させ、主室での空気
利用率を向上させ、燃焼のスピードを向上して燃焼期間
を短縮し、燃費を低減させると共に、ピストンへの容積
可変主室部の構造が簡単に構成できるエンジンにおける
燃焼室の構造を提供することである。

【００１０】この発明は、シリンダヘッドに配置され且
つ副室と該副室に開口する連絡孔を形成した副室部材、
前記副室を前記連絡孔を通じて連通させた主室を構成す
る燃焼室部材、ガス体燃料を前記副室に供給するための
燃料供給路、前記連絡孔を開閉する制御弁、前記燃料供
給路を開閉する燃料弁、及びシリンダ内を往復動するピ
ストンを具備し、前記ピストンのピストンヘッドには前
記主室の一部を構成するキャビティが形成され、前記キ
ャビティにはばね力で支持された可動ヘッド部材が配置
され、前記主室内のガス圧に応答して前記可動ヘッド部
材がばね力に抗して前記キャビティ内を移動して容積が
変わる容積可変主室部が形成されることから成るエンジ
ンにおける燃焼室の構造に関するものである。

【００１１】また、圧縮行程時に前記ばね力に抗して前
記可動ヘッド部材を移動させて前記容積可変主室部を拡
張させ、前記容積可変主室部に前記主室の圧縮空気の一
部を蓄積し、次いで膨張行程時に前記容積可変主室部に
存在する圧縮空気を前記ばね力によって前記可動ヘッド
部材を作動して前記主室へ押し出すことから成る。

【００１２】また、前記制御弁は圧縮行程終端近傍で前
記連絡孔を開放し且つ排気行程後半までに閉鎖するよう
に設定され、また、前記燃料弁は前記連絡孔の閉鎖時に
開放して前記燃料供給路から前記ガス体燃料を前記副室
に供給することから成る。

【００１３】また、前記可動ヘッド部材は前記キャビテ
ィ壁面との間にガスシールされ、前記ピストンヘッドに
形成されたガスリーク通路によって前記可動ヘッド部材
の背面側中空部がガスリークされる。

【００１４】また、前記可動ヘッド部材の背面の前記キ
ャビティに配置されたスプリングによって前記可動ヘッ
ド部材が弾性支持されている。

【００１５】また、前記主室は耐熱性セラミックスから
成る前記燃焼室部材で遮熱構造に形成され、前記副室は
耐熱性セラミックスから成る前記副室部材で遮熱構造に
形成され、前記可動ヘッド部材及び前記可動ヘッド部材
を弾性支持するスプリングは耐熱性セラミックス又は耐
熱金属で形成されている。

【００１６】このエンジンにおける燃焼室の構造は、上
記のように構成したので、主室と副室とを連通する連絡
孔を制御弁によって閉鎖している期間に、燃料弁を開放
して副室にガス体燃料を供給すると共に、吸気行程で主
室に導入された空気を圧縮行程で圧縮しつつその過大に
上昇した空気圧力をばね力に抗して拡大した容積可変主
室部のスプリング等に蓄積させ、全体として圧縮空気圧
の上昇し過ぎを避け、フリクション、熱等の増加を低減
し、次いで、制御弁を開放して主室から副室へ圧縮空気
を導入して、副室で圧縮空気とガス体燃料とを混合着火
させ、副室から主室へ火炎、未燃混合気等のガスを噴き
出させてピストンに仕事をさせ、ピストンの下降に従っ
て膨張行程においてばね力で前記可動ヘッド部材を移動
させて前記容積可変主室部内の圧縮空気を押し出させて
燃焼に寄与させ、ピストンに仕事をさせる。

【００１７】また、このエンジンにおける燃焼室の構造
は、副室には空気が存在していないので、ガス体燃料は
自己着火することがなく、ノッキングを発生することが
なく、また、主室にはガス体燃料が存在しないので、空
気を高圧縮することができる。従って、このエンジンに
おける燃焼室の構造は、主室及び容積可変主室部に存在
する空気を巻き込んで空気利用率をアップし、燃焼スピ
ードをアップし、燃焼期間を短縮し、燃焼を完結し、Ｎ
Ｏ_X、ＨＣ等の発生を低減し、特に熱効率を高め、ガス
燃料の自己着火を防止してノッキングの発生を防止でき
る。

【００１８】

【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燃焼室の構造の実施例を説明す
る。このエンジンにおける燃焼室の構造は、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はこの発明によるエンジンにおけ
る燃焼室の構造の一実施例を示す断面図、及び図２は図
１のエンジンの作動を説明する線図である。

【００１９】このエンジンは、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
載置固定されたシリンダヘッド７、シリンダブロック１
４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、シリンダ
ヘッド７に形成された小径のキャビティ６に配置された
副室２を形成する副室部材３、及びシリンダヘッド７に
形成された大径のキャビティ９に配置された主室１を形
成する燃焼室部材１０を有する。主室１は、燃焼室部材
１０とシリンダライナ２７で形成されたシリンダ２８に
よって形成されている。

【００２０】シリンダヘッド７のキャビティ９に配置さ
れた燃焼室部材１０は、ヘッド下面部１１及びヘッド下
面部１１と一体構造のライナ上部１２から構成されたヘ
ッドライナから構成されている。ヘッド下面部１１に
は、吸気ポート１７と排気ポート１９が形成され、吸気
ポート１７には吸気弁１６が配置され、また、排気ポー
ト１９には排気弁１８が配置されている。燃焼室部材１
０のヘッド下面部１１には、主室１と副室２とを連通す
る連絡孔３１が形成されている。副室部材３には、連絡
孔３１と整合する連絡孔１３が形成されている。

【００２１】また、燃焼室部材１０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、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３６を形成するようにガスケ
ット３４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が遮熱構造に構成されている。更に、
副室部材３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、シリンダヘッド７に形成したキ
ャビティ６との間に遮熱空気層３９を形成するようにガ
スケット３３を介在してシリンダヘッド７のキャビティ
６に配置され、副室２が遮熱構造に構成されている。

【００２２】また、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２５と、ピストンヘッド２５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２６とか
ら構成されている。ピストンヘッド２５とピストンスカ
ート２６との間にはガスケット４１が介在して遮熱空気
層４４が形成され、ピストンヘッド２５とピストンスカ
ート２６とは結合リング２９でメタルフロー等によって
固定されている。

【００２３】このエンジンにおいて、燃焼室部材１０の
ヘッド下面部１１に形成された連絡孔３１には、副室部
材３に形成した挿通孔３２を貫通して制御弁４が配置さ
れている。また、シリンダヘッド７に形成されたガス体
燃料供給路８を通じてガス体燃料を副室２に供給するた
め、副室部材３には、燃料弁５が配置されたガス体燃料
導入口４２が形成されている。制御弁４は、往復動して
圧縮行程終端近傍で連絡孔３１を開放し、副室２と主室
１とを連通状態にし、遅くとも排気行程前半で閉鎖して
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１３，３１の閉
鎖時に開放して燃料供給路８からガス体燃料を副室１に
供給するように設定されている。ガス導入口４２には、
燃料弁５が配置されている。燃料弁５は、制御弁４が連
絡孔１３，３１の閉鎖している時にガス体燃料導入口４
２を開放するように作動される。従って、ガス体燃料
は、燃料弁５がガス体燃料導入口４２を開放すると、ガ
ス体燃料供給路８からガス体燃料導入口４２を通じて副
室２に供給されることになる。

【００２４】このエンジンにおける燃焼室の構造は、特
に、ピストン１５のピストンヘッド２５には主室１の一
部を構成するキャビティ３０が形成され、キャビティ３
０にはばね力で支持された可動ヘッド部材２１が配置さ
れ、主室１内のガス圧に応答して可動ヘッド部材２１が
キャビティ３０内で移動して容積を可変にする容積可変
主室部２０を備え、可動ヘッド部材２１の背面のキャビ
ティ３０には可動ヘッド部材２１を弾性支持するスプリ
ング２２が配置されていることを特徴とする。このエン
ジンでは、ピストン１５の圧縮行程時に主室１の圧縮空
気の一部をばね力に抗して可動ヘッド部材２１を移動さ
せて容積可変主室部２０の容積を拡張させて容積可変主
室部２０内に蓄積し、次いで、ピストン１５の膨張行程
時に容積可変主室部２０に存在する圧縮空気をばね力に
よって可動ヘッド部材２１を押し戻して主室１へ押し出
させるものである。

【００２５】また、可動ヘッド部材２１にはリング溝が
形成され、該リング溝にはシールリング４０が装着さ
れ、容積可変の容積可変主室部２０を主室１に開放させ
ると共に、可動ヘッド部材２１の背面側のキャビティ３
０に形成されている中空部２４がピストンヘッド２５に
形成されたガスリーク通路２３によって外部にガスリー
クさせるように構成されている。即ち、ピストン１５が
吸気行程において下降する時に、中空部２４に残留する
ガスがガスリーク通路２３を通じて外部にリークされ、
高圧状態に維持されることがなく、可動ヘッド部材２１
のスムースな作動を確保することができる。

【００２６】また、主室１は、耐熱性セラミックスから
成る燃焼室部材１０で遮熱構造に形成され、副室２は耐
熱性セラミックスから成る副室部材３で遮熱構造に形成
され、更に、可動ヘッド部材２１及び可動ヘッド部材２
１を弾性支持するスプリング２２は、耐熱性セラミック
ス又は耐熱金属で形成されている。

【００２７】このエンジンにおける燃焼室の構造は、燃
料としてのナチュラルガス即ちガス体燃料は、ガス燃料
タンク或いはガス体燃料を蓄圧するガス燃料蓄圧室（図
示せず）等のガス体燃料供給源に収容されている。連絡
孔１３，３１の領域では、燃焼ガスで高温になるため、
連絡孔３１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、通常の動弁
機構で作動されてもよいが、電磁力で開閉される電磁弁
駆動装置で作動されるように構成し、エンジン負荷に応
じて燃料弁５の開弁期間を制御するように構成してもよ
いものである。燃料弁５は、ガス導入口４２を開放する
ことによって、ガス体燃料をガス体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。

【００２８】次に、この発明による燃焼室の構造を持つ
エンジンの作動を、図２を参照して説明する。このエン
ジンは、吸入行程、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１３，３１を閉鎖した状態で、燃料弁５がガス
体燃料導入口４２を開放し、ガス体燃料供給源からのガ
ス体燃料がガス体燃料供給路８を通じてガス体燃料導入
口４２から副室２にガス体燃料が供給される。この時、
副室２には、燃焼後の燃焼ガスが若干残留しているの
で、ガス体燃料が副室２に導入されると、ガス体燃料は
受熱して副室２内で活性化する。

【００２９】次に、このエンジンに圧縮行程に移行する
が、圧縮行程では、制御弁４によって連絡孔１３が閉鎖
しており、ピストン１５の上昇に伴って主室１の吸入空
気が圧縮されて圧縮空気圧がラインＭで示すように上昇
すると共に、主室１の圧縮空気圧Ｍが可動ヘッド部材２
１をスプリング２２のばね力に抗して移動させ、主室１
内の圧縮空気の一部が拡張して容積可変主室部２０に貯
留される。また、圧縮行程の間は副室２内のガス体燃料
は活性化しつつ若干の圧力上昇が発生してラインＳに示
すようになる。

【００３０】次いで、ピストン１５が更に上昇し、主室
１の圧縮空気が圧縮された圧縮行程終端近傍に達した時
点（符号ＯＰ）で、制御弁４が連絡孔３１，１３を開放
し、連絡孔３１，１３を通じて圧縮された高温（例え
ば、６５０℃）化した圧縮空気が主室１から副室２へ流
入し、副室２内の圧力が急激に上昇すると共に主室１の
圧力が若干低下する。副室２に導入された圧縮空気は、
ガス体燃料と混合して確実に着火燃焼し、副室２内が最
高圧力Ｓｍａｘに達する。一般の急速燃焼の状態を点線
の曲線で参考として示す。このエンジンは、容積可変主
室部２０を設けているので、主室１の圧力ラインＭは容
積可変主室部２０を設けていない主室の圧力ラインＱに
比較して低い圧力に抑えられることになり、斜線Ａで示
す領域の分だけ、フリクションや熱に消費されることが
ない。また、参考のため、軽油を燃料としたタイプの従
来のディーゼルエンジンの場合の主室の圧力を点線のラ
インＮで示す。

【００３１】副室２内での着火燃焼は火炎伝播して副室
２内での活性化した混合気の燃焼がスムースに進行し、
副室２での燃焼が急速に進展して燃料リッチでＮＯ_Xを
低減した状態で燃焼する。膨張行程に移行して副室２の
火炎、未燃混合気等のガスは、連絡孔１３，３１を通じ
て主室１へ噴出し、主室１に存在する空気を巻き込んで
燃焼促進しつつ、ピストン１５が仕事をし、主室１の圧
力はラインＭＥに従って降下する。次いで、ピストン１
５が下降してシリンダ２８内のガス圧がスプリング２２
のばね力より小さくなると、容積可変主室部２０内の圧
縮ガスがスプリング２２のばね力で可動ヘッド部材２１
が移動させ、容積可変主室部２０に蓄積されている圧縮
ガスが容積可変主室部２０から主室１へ押し出されるよ
うになる。そこで、容積可変主室部２０内に蓄積されて
いるガス圧を利用してピストン１５に仕事をさせ、燃焼
スピードをアップし、燃焼期間を短縮して短期間に燃焼
を完結する。従って、このエンジンは、容積可変主室部
２０を設けていない主室の圧力ラインＱに比較して、可
動ヘッド部材２１による容積可変主室部２０のガス圧の
送り出し力によって斜線Ｂで示す領域の仕事が増加する
ことになる。

【００３２】上記のように、この発明による燃焼室の構
造を備えたエンジンは、圧縮行程において、主室１内の
圧縮空気の一部が容積可変主室部２０へ一旦蓄積され、
主室１内の圧縮空気が全て圧縮されることがないので、
主室１の圧縮空気圧を低く抑えることができ、斜線Ａで
示す領域のフリクション、熱等にエネルギが消費され
ず、また、膨張行程において蓄積されていた圧縮空気を
スプリング２２のばね力で再び主室１へ押し戻すので、
斜線Ｂで示す領域の熱効率を向上させて燃費を低減でき
る。また、このエンジンは、副室２に連絡孔３１，１３
とガス体燃料導入口４２を設け、制御弁４で連絡孔１３
を閉鎖した状態で、ガス体燃料供給源からのガス体燃料
をガス体燃料導入口４２から副室２に供給すると共に、
また、吸気ポート１７から主室１へ吸入した吸入空気を
制御弁４で連絡孔１３を閉鎖して副室２に吸入空気が供
給されない状態で、ピストン１５の上昇の圧縮行程で圧
縮されるので、吸入空気が主室１内で高圧縮されても、
副室２内に供給されたガス体燃料は主室１とは制御弁４
で遮断されているので、ガス体燃料が自己着火すること
がなく、ノッキングが発生することがない。また、制御
弁４が連絡孔１３，３１を開放することで、主室１から
高圧縮比の吸入空気が副室２に流入して燃料ガスと吸入
空気とが混合して着火し、当量比の大きい燃料リッチな
状態で高速燃焼してＮＯ_X，ＨＣ等の発生が抑制され
る。

【００３３】

【発明の効果】この発明によるエンジンにおける燃焼室
の構造は、上記のように、主室の一部に空気室即ち容積
可変主室部を設けたので、圧縮行程の後半で圧縮空気の
一部が容積可変主室部に溜められ、圧縮行程終端付近に
おける主室内での圧縮空気圧が異常に上昇することが防
止され、圧縮行程時の仕事量が増加せず、且つ主室の圧
力が大きくなり過ぎずに燃焼室部材の耐久性も向上す
る。また、容積可変主室部をシリンダヘッド即ちヘッド
下面部の近傍に主室と容積可変主室部との連通口を設け
ておけば、ピストンの上昇に伴って増加する圧力によっ
て容積可変主室部内の可動ヘッド部材は押圧され、シリ
ンダ即ち主室内の内圧は異常に増加しない。圧縮行程上
死点近傍では、ピストンによって連通口が閉鎖されるの
で、上死点付近で燃焼によって急激に増加する圧力上昇
の影響は受けず、その圧力上昇は仕事に変換され、その
燃焼の中後期には空気室の空気が燃焼ガス中に噴出さ
れ、後期の燃焼を助けることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるエンジンにおける燃焼室の構造
の一実施例を示す断面図である。

【図２】図１のエンジンの作動を説明する線図である。

【符号の説明】

１主室２副室３副室部材４制御弁５燃料弁７シリンダヘッド８ガス体供給路１０燃焼室部材１３，３１連絡孔１５ピストン２０容積可変主室部２１可動ヘッド部材２２スプリング２３通孔２４中空部２８シリンダ３０キャビティ３５ピストン頂面４０シリンダ４２ガス体燃料導入口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０２Ｍ 21/02 Ｆ０２Ｍ 21/02 Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダヘッドに配置され且つ副室と該
副室に開口する連絡孔を形成した副室部材、前記副室を
前記連絡孔を通じて連通させた主室を構成する燃焼室部
材、ガス体燃料を前記副室に供給するための燃料供給
路、前記連絡孔を開閉する制御弁、前記燃料供給路を開
閉する燃料弁、及びシリンダ内を往復動するピストンを
具備し、前記ピストンのピストンヘッドには前記主室の
一部を構成するキャビティが形成され、前記キャビティ
にはばね力で支持された可動ヘッド部材が配置され、前
記主室内のガス圧に応答して前記可動ヘッド部材がばね
力に抗して前記キャビティ内を移動して容積が変わる容
積可変主室部が形成されることから成るエンジンにおけ
る燃焼室の構造。
【請求項２】圧縮行程時に前記ばね力に抗して前記可
動ヘッド部材を移動させて前記容積可変主室部を拡張さ
せ、前記容積可変主室部に前記主室の圧縮空気の一部を
蓄積し、次いで膨張行程時に前記容積可変主室部に存在
する圧縮空気を前記ばね力によって前記可動ヘッド部材
を作動して前記主室へ押し出すことから成る請求項１に
記載のエンジンにおける燃焼室の構造。
【請求項３】前記制御弁は圧縮行程終端近傍で前記連
絡孔を開放し且つ排気行程後半までに閉鎖するように設
定され、また、前記燃料弁は前記連絡孔の閉鎖時に開放
して前記燃料供給路から前記ガス体燃料を前記副室に供
給することから成る請求項１又は２に記載のエンジンに
おける燃焼室の構造。
【請求項４】前記可動ヘッド部材は前記キャビティ壁
面との間にガスシールされ、前記可動ヘッド部材の背面
に設けられた前記ピストンヘッドに形成されたガスリー
ク通路によって前記可動ヘッド部材の背面側中空部がガ
スリークされることから成る請求項１〜３のいずれか１
項に記載のエンジンにおける燃焼室の構造。
【請求項５】前記可動ヘッド部材の背面の前記キャビ
ティに配置されたスプリングによって前記可動ヘッド部
材が弾性支持されている請求項１〜４のいずれか１項に
記載のエンジンにおける燃焼室の構造。
【請求項６】前記主室は耐熱性セラミックスから成る
前記燃焼室部材とその背面に設けられた遮熱層で遮熱構
造に形成され、前記副室は耐熱性セラミックスから成る
前記副室部材とその背面に設けられた遮熱層で遮熱構造
に形成され、前記可動ヘッド部材及び前記可動ヘッド部
材を弾性支持するスプリングは耐熱性セラミックス又は
耐熱金属で形成されている請求項１〜５のいずれか１項
に記載のエンジンにおける燃焼室の構造。