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WO2004099584A1 - 副室式ガス機関の燃焼室構造及び副室式ガス機関 - Google Patents

副室式ガス機関の燃焼室構造及び副室式ガス機関 Download PDF

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Publication number
WO2004099584A1
WO2004099584A1 PCT/JP2004/006215 JP2004006215W WO2004099584A1 WO 2004099584 A1 WO2004099584 A1 WO 2004099584A1 JP 2004006215 W JP2004006215 W JP 2004006215W WO 2004099584 A1 WO2004099584 A1 WO 2004099584A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sub
combustion chamber
chamber
fuel supply
gas
Prior art date
Application number
PCT/JP2004/006215
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Toru Takemoto
Kunihiko Inoue
Original Assignee
Yanmar Co. Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yanmar Co. Ltd. filed Critical Yanmar Co. Ltd.
Priority to JP2005506004A priority Critical patent/JPWO2004099584A1/ja
Publication of WO2004099584A1 publication Critical patent/WO2004099584A1/ja

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Classifications

    • 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
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/10—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder
    • F02B19/1019—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder with only one pre-combustion chamber
    • F02B19/108—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder with only one pre-combustion chamber with fuel injection at least into pre-combustion chamber, i.e. injector mounted directly in the pre-combustion chamber
    • 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
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/12—Engines characterised by precombustion chambers with positive ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0218—Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02M21/0248—Injectors
    • F02M21/0275—Injectors for in-cylinder direct injection, e.g. injector combined with spark plug
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/02—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with gaseous fuels
    • F02D19/021—Control of components of the fuel supply system
    • F02D19/023—Control of components of the fuel supply system to adjust the fuel mass or volume flow
    • F02D19/024—Control of components of the fuel supply system to adjust the fuel mass or volume flow by controlling fuel injectors
    • 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • 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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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • Combustion chamber structure of sub-chamber gas engine and sub-chamber gas engine is Combustion chamber structure of sub-chamber gas engine and sub-chamber gas engine
  • the present invention relates to a sub-chamber gas engine used as a drive source for a GHP (Gas Heat Pump), a generator, and the like, and a combustion chamber structure of the sub-chamber gas engine.
  • GHP Gas Heat Pump
  • generator a generator
  • combustion chamber structure of the sub-chamber gas engine.
  • a subchamber gas engine (hereinafter referred to as a subchamber gas engine) that uses natural gas, propane gas, or the like as a fuel and is used as a drive source for a GHP or a generator has been known.
  • This sub-chamber type gas engine has a main combustion chamber (hereinafter referred to as a main chamber) and a sub-combustion chamber (hereinafter referred to as a sub-chamber) as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-471656.
  • a high-concentration fuel gas (for example, a fuel gas having a concentration of 100%) is supplied to the sub-chamber, while an ultra-lean mixture, which is a low-concentration air-fuel mixture, is supplied to the main chamber.
  • the fuel gas in the sub-chamber is burned by the ignition of a spark plug facing the chamber, and the flame is propagated to the ultra-lean mixture in the main chamber to perform the expansion stroke.
  • the sub-chamber generally comprises a substantially cylindrical space as disclosed in the above-mentioned publication, and a throat and a nozzle for propagating the flame generated in the sub-chamber to the main chamber. Is in communication with The throat is formed by a small-diameter passage extending from the sub chamber toward the main chamber.
  • the boiler is formed as a plurality of passages for radially injecting the flame propagating through the throat into the main room in multiple directions. With this, the flame spreads widely in the main room! : Propagation at high speeds, resulting in ignition stability and rapid combustion, enabling ultra-lean combustion to be achieved.
  • the conventional sub-chamber gas engine has the following problems (1) and (2). At present, sufficient measures have not been taken to address these issues.
  • the combustion speed of the flame (also called torch combustion) generated in the sub-chamber is extremely rapid.
  • the ignition timing of the spark plug is set to the combustion TDC (Top Dead Center). It must be close, that is, the ignition timing retard margin is small, and the ignition advance is actually less than 10 °. Therefore, the ignition timing of the ignition plug is set at a time when the internal pressures of the main chamber and the sub-chamber increase considerably, so that a voltage value required to ignite the spark plug becomes high. This is because the air-fuel mixture density at the time of ignition is high, and in this state, a very high voltage is required to cause insulation breakdown between the electrodes of the spark plug and ignite. As a result, there is a possibility that the wear of the electrodes may progress rapidly, which may cause a misfire.
  • the present invention has been made in view of such a point, and an object thereof is to provide a combustion chamber structure and a sub-chamber type gas engine capable of extending the life of a spark plug with respect to a sub-chamber type gas engine. To provide a gas engine. Disclosure of the invention
  • the present invention aims at optimizing the shape of a sub-combustion chamber of a sub-chamber type gas engine and appropriately setting the direction of supply of fuel gas for the sub-chamber into the sub-combustion chamber. This allows the temperature and pressure in the sub-combustion chamber to be kept low without requiring any special control operation, and also allows a large ignition advance to be obtained, thus enabling a spark plug (ignition plug). The voltage value required for ignition of the ignition plug is lowered, thereby extending the life of the spark plug.
  • the combustion chamber structure of the sub-chamber type gas engine of the present invention specifically has a main combustion chamber formed in a cylinder, a sub-combustion chamber communicating with the main combustion chamber, and a face of the sub-combustion chamber.
  • a fuel supply valve for supplying a fuel gas for the sub-chamber to the sub-combustion chamber, and a fuel supply passage for guiding the fuel gas for the sub-chamber from the fuel supply valve to the sub-combustion chamber.
  • a sub-chamber that supplies fuel gas for the sub-chamber to the sub-combustion chamber via the fuel supply path and ignites the spark plug propagates the flame from the sub-combustion chamber to the main combustion chamber to perform the expansion stroke. It is assumed that a combustion chamber structure is used in a gas engine.
  • the sub-combustion chamber is formed by a concave part whose one end is open to the main combustion chamber.
  • the ratio of the total volume of the sub combustion chamber and the fuel supply passage to the total volume of the main combustion chamber, the sub combustion chamber and the fuel supply passage when the piston in the cylinder is at the top dead center is 1.5. It is set to ⁇ 2.6%.
  • the sub-chamber volume ratio When the above-mentioned volume ratio (hereinafter referred to as the sub-chamber volume ratio) is less than 1.5, the combustion fluctuation rate rapidly increases as the sub-chamber volume ratio becomes smaller.
  • the sub-chamber volume ratio exceeds 2.6 the NO X generation increases rapidly as the sub-chamber volume ratio increases (see Fig. 3). From these facts, by setting the sub-chamber volume ratio in the range of 1.5 to 2.6%, a sub-chamber engine that can achieve both suppression of combustion fluctuation rate and low NOX is realized. it can.
  • the ignition advance angle must be reduced because the lean mixture in the main combustion chamber is rapidly burned by the injected flame jet.
  • the auxiliary combustion chamber according to the present invention is open to the main combustion chamber and there is no high-speed ejection of the flame jet. There is a need to. In other words, by obtaining a large ignition timing retard margin, the ignition timing of the spark plug can be set at a time when the pressure in the sub-combustion chamber is relatively low, so that the voltage value required to ignite the spark plug is reduced. To reduce electrode wear and prevent misfiring. Wear.
  • the open type sub-combustion chamber having no throat injection port is employed, so that the flame generated in the sub-combustion chamber at the time of ignition easily propagates to the main combustion chamber side, and the spark plug The period during which the electrode is exposed to a high-temperature, high-pressure environment is extremely short, which can also extend the life of the spark plug.
  • a main combustion chamber formed in the cylinder a sub-combustion chamber communicating with the main combustion chamber, an ignition plug facing the sub-combustion chamber, and a fuel supply for supplying sub-combustion chamber fuel gas to the sub-combustion chamber
  • a valve and a fuel supply passage for guiding the sub-chamber fuel gas from the fuel supply valve to the sub-combustion chamber.
  • the fuel supply valve supplies the sub-combustion chamber fuel gas to the sub-combustion chamber via the fuel supply passage.
  • the sub-combustion chamber is formed by a substantially cylindrical bottomed concave portion having one end open to the main combustion chamber.
  • the ratio of the depth dimension (L) to the inner diameter (D) of the sub-combustion chamber is set to 0.9 to: 1.5.
  • LZD When the above ratio (hereinafter, referred to as “LZD”) falls below 0.9, the combustion fluctuation rate increases rapidly as the “LZD” decreases. Also, when “LZD” exceeds 1.5, as “LZD” increases, the combustion fluctuation rate increases rapidly and the thermal efficiency also decreases rapidly (see Figure 4). Further, by setting “L ZD” within the above range, a fuel gas of an appropriate concentration can be present only in the vicinity of the spark plug, and stable engine rotation can be obtained.
  • the ignition advance angle is reduced because the lean mixture in the main combustion chamber is rapidly burned by the extruded flame jet.
  • the auxiliary combustion chamber according to the present invention is open to the main combustion chamber and does not emit high-speed flame jets. The corners need to be large. In other words, the point of ignition Even if the spark advance is made larger than the conventional one, it is possible to obtain stable engine rotation in which knocking does not easily occur. Therefore, even with the present solution, a large ignition timing retard margin can be obtained, and the spark plug can be ignited at a time when the pressure in the sub-combustion chamber is relatively low.
  • the required voltage value can be reduced, so that electrode wear can be suppressed and misfire can be prevented. Also, in the present invention, since the conventional open-type sub-combustion chamber having no throat opening is employed, the flame generated in the sub-combustion chamber at the time of ignition easily propagates to the main combustion chamber side, and the spark plug The period during which the electrode is exposed to a high-temperature, high-pressure environment is extremely short, and this can also prolong the life of the spark plug.
  • a main combustion chamber formed in the cylinder a sub-combustion chamber communicating with the main combustion chamber, an ignition plug facing the sub-combustion chamber, and a fuel supply valve for supplying a sub-chamber fuel gas to the sub-combustion chamber.
  • a fuel supply passage for guiding the sub-chamber fuel gas from the fuel supply valve to the sub-combustion chamber; and supplying the sub-chamber fuel gas from the fuel supply valve to the sub-combustion chamber via the fuel supply passage to ignite the spark plug.
  • the sub-combustion chamber is formed by a substantially cylindrical concave portion having one end open to the main combustion chamber.
  • the ratio of the total volume of the sub-combustion chamber and the fuel supply path to the total volume of the main combustion chamber, the sub-combustion chamber, and the fuel supply path when the piston in the cylinder is at the top dead center is 1. It is set to 5-2.6%.
  • the ratio of the depth dimension to the inner diameter of the sub-combustion chamber is set to 0.9 to 1.5.
  • a sub-chamber gas engine having a combustion chamber structure according to each of the above-described solutions is also included in the technical concept of the present invention. That is, the present invention relates to any one of the above solutions.
  • a sub-chamber gas engine having a combustion chamber structure comprising: supplying a sub-chamber fuel gas from the fuel supply valve to a sub-combustion chamber via a fuel supply path to ignite a spark plug; It is configured to propagate from the sub combustion chamber to the main combustion chamber to perform the expansion stroke.
  • a main combustion chamber formed in the cylinder, a sub-combustion chamber communicating with the main combustion chamber, an ignition plug facing the sub-combustion chamber, a fuel supply valve for supplying a sub-combustion chamber fuel gas to the sub-combustion chamber, A fuel supply passage for guiding the fuel gas for the sub-chamber from the fuel supply valve to the sub-combustion chamber; and supplying the fuel gas for the sub-chamber to the sub-combustion chamber via the fuel supply passage from the fuel supply valve to ignite the ignition plug.
  • a sub-chamber type gas engine that performs the expansion process by propagating the flame generated by the combustion from the sub-combustion chamber to the main combustion chamber.
  • the above-mentioned sub-combustion chamber is formed by a concave portion having one end open to the main combustion chamber.
  • the direction in which the sub-chamber fuel gas is supplied into the sub-combustion chamber is set so that the direct and vertical movement distance of the sub-chamber fuel gas in the sub-combustion chamber space is the longest.
  • the fuel gas for the sub-chamber supplied from the fuel supply valve to the sub-combustion chamber via the fuel supply path is ejected from the fuel supply path into the sub-combustion chamber, and then the axis of the blowing direction (for example, fuel (Substantially coincides with the axial direction of the supply passage) in the sub-combustion chamber space.
  • the compression stroke starts in the sub-chamber gas engine, and the piston moves from the bottom dead center to the top dead center. With the movement of the piston, part of the lean mixture in the main combustion chamber flows from the main combustion chamber into the sub-combustion chamber.
  • the sub-chamber fuel gas since the supply direction of the sub-chamber fuel gas is set in the direction in which the linear movement distance of the sub-chamber fuel gas in the sub-combustion chamber space becomes longest, the sub-chamber fuel gas is Before reaching the inner wall surface or changing the flow direction of the sub-chamber fuel gas due to the influence of the sub-combustion chamber wall surface (directivity changes from the above blowing direction to the other direction), It is possible to start the operation of flowing a part of the air-fuel mixture into the sub-combustion chamber.
  • the fuel gas for the sub-chamber in the sub-combustion chamber is pushed toward the vicinity of the fire hydrant by the lean air-fuel mixture flowing into the sub-combustion chamber, and the fuel gas for the sub-chamber is mixed with the lean air-fuel mixture.
  • These two types of gases are moderately agitated at and around the boundary.
  • the directivity of the blow-off is in a certain direction (the direction of the blow-out from the fuel supply path) (the directivity of the blow-out is not changed).
  • the gas is appropriately stirred at and around the boundary.
  • the high-concentration state by the above-mentioned pushing of the sub-chamber fuel gas is maintained, and as the distance from this ignition point increases, the sub-chamber fuel gas
  • the mixture ratio of the lean mixture with respect to the gas gradually increases (the fuel gas concentration gradually decreases). Since ignition of the spark plug is performed in this state, the initial combustion (ignition) near the spark plug is performed favorably due to the presence of the high-concentration fuel gas for the sub-chamber, and from the sub-combustion chamber to the main combustion chamber.
  • the flame can be smoothly propagated by the mixture gradually decreasing in concentration.
  • the ignition plug may not be uniform if the gas concentration becomes uniform throughout the sub-combustion chamber. Insufficient gas concentration near the ignition point will cause ignitability problems and combustion will be unstable. Conversely, if the high-concentration region of the fuel gas for the sub-chamber around the spark plug is large, the gas concentration is too low in other regions, and the flame propagation will deteriorate. In this case, there are also concerns about problems such as generation of soot and smoking of the spark plug.
  • the fuel gas for the sub-chamber is pushed into the vicinity of the ignition plug and the lean mixture with the fuel gas for the sub-chamber is appropriately stirred and mixed, and the gas in a relatively narrow region only around the ignition point of the ignition plug is obtained.
  • the gas concentration can be increased, and the gas concentration can be set gradually lower as the distance from the ignition point increases. Therefore, it is possible to prevent the pressure and temperature in the sub-combustion chamber from excessively rising immediately after ignition, and to obtain good ignitability and flame propagation.
  • the direction for supplying the sub-chamber fuel gas into the sub-combustion chamber is set so that the linear movement distance of the sub-chamber fuel gas in the sub-combustion chamber space becomes the longest.
  • the configuration is as follows.
  • the sub-combustion chamber is formed by a concave portion having a substantially square longitudinal section.
  • the opening position of the fuel supply passage with respect to the sub-combustion chamber is set at the upper end corner of the above-described substantially rectangular cross section.
  • the supply direction of the fuel gas for the sub-chamber toward the sub-combustion chamber is substantially the same as that of connecting the upper-end corner portion and the lower-end edge portion on the open side of the sub-combustion chamber that is diagonal to the upper end corner portion. It is set in the direction along the diagonal of the square cross section.
  • part of the fuel gas for the sub-chamber supplied to the sub-combustion chamber stops in the sub-combustion chamber, and the fuel gas for the other sub-chamber is It will be in a state of flowing out of the sub combustion chamber to the main combustion chamber.
  • the fuel gas for the sub-chamber flowing into the main combustion chamber is diluted in the cylinder.
  • the mixture flows from the main combustion chamber to the sub-combustion chamber while being stirred and mixed with the mixture. Due to this inflow, the fuel gas for the sub-chamber which has stopped in the sub-combustion chamber is pushed toward the vicinity of the spark plug.
  • a throttle is provided to reduce the cross-sectional area of a plane perpendicular to the direction of flame propagation from the sub-combustion chamber to the main combustion chamber. According to this, it is possible to prevent the sub-chamber fuel gas, which is supplied toward the sub-combustion chamber and stops in the sub-combustion chamber, from flowing out to the main combustion chamber by the throttle portion. For this reason, the amount of the fuel gas for the sub-chamber can be sufficiently secured, and the high concentration state of the fuel gas for the sub-chamber in the local region near the ignition point of the spark plug can be reliably maintained to ignite. Good properties can be obtained.
  • the following is listed as a configuration that enables the mixed gas of the fuel gas for the sub-chamber and the lean air-fuel mixture flowing out from the sub-combustion chamber to the main combustion chamber to be smoothly returned to the sub-combustion chamber. .
  • an enlarged portion that enlarges the cross-sectional area of a plane perpendicular to the direction of flame propagation from the sub-combustion chamber to the main combustion chamber.
  • the gas from the main combustion chamber to the sub-combustion chamber accompanying the movement of the piston in the compression stroke gas in which the fuel gas for the sub-chamber flowing into the main combustion chamber and the lean mixture are agitated and mixed
  • Flow can be smoothly performed, and the mixing ratio of the lean air-fuel mixture with respect to the fuel gas for the sub-chamber gradually increases as the distance from the ignition point of the spark plug increases, and the flame spread Can be satisfactorily secured.
  • the following structure is used to ensure good mixing of the mixed gas of the fuel gas for the sub-chamber and the lean air-fuel mixture which has flowed out of the sub-combustion chamber into the main combustion chamber when returning the mixed gas to the sub-combustion chamber smoothly.
  • the shape of the opening perpendicular to the flame propagation direction at the open side end of the sub-combustion chamber opening to the main combustion chamber is It is eccentric with respect to the opening shape of the plane orthogonal to the flame propagation direction.
  • the mixed gas of the fuel gas for the sub-chamber and the lean air-fuel mixture flowing from the main combustion chamber into the sub-combustion chamber is agitated and mixed as a swirling flow (tumble flow) around the horizontal axis in the sub-combustion chamber.
  • the stirring is performed appropriately, and the gas concentration in the sub-combustion chamber can be optimized.
  • the specific configuration of the fuel supply valve is as follows. In other words, it opens and closes according to the pressure difference between the back pressure of the built-in valve body and the cylinder internal pressure, and when opened, the fuel supply valve is controlled by an automatic valve that supplies fuel gas for the sub-chamber to the sub-combustion chamber via the fuel supply path. Is composed.
  • a special control for supplying the fuel gas for the sub-chamber to the sub-combustion chamber is not required, and a low-cost and highly reliable fuel supply system can be realized.
  • this fuel supply valve automated valve that uses the pressure difference as the driving force
  • the supply timing of the sub-chamber fuel gas cannot be controlled arbitrarily, and the supply of the sub-chamber fuel gas is not possible. If the time from the start to the ignition of the hydrant becomes longer, most of the sub-chamber fuel gas flows out into the main combustion chamber, and the sub-chamber has a proper concentration of the sub-chamber fuel gas in the sub-combustion chamber. In some cases, it was not possible.
  • the ignitability is improved by pushing the fuel gas for the sub-chamber into the vicinity of the ignition plug and stirring and mixing the lean gas mixture with the fuel gas for the sub-chamber.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a combustion chamber, a periphery of the combustion chamber, and a fuel supply system of an engine according to a first embodiment of a combustion chamber structure of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the main chamber, the sub-chamber, and the periphery of the main chamber and the sub-chamber in a state where the piston is at the top dead center in the combustion chamber structure of the present invention.
  • FIG. 3 shows that the sub-chamber volume ratio in the combustion chamber structure of the present invention is in the range of 1.0 to 3.2%.
  • FIGS. 7A and 7B are graphs showing experimental results of engine characteristics when changed, where FIG. 7A shows the combustion variation rate of the engine, FIG. 7B shows the thermal efficiency of the engine, and FIG. FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing experimental results of engine characteristics when the ratio of the depth dimension to the inner diameter of the subchamber “: LZDJ is changed in the range of 0.6 to 1.8 in the combustion chamber structure of the present invention.
  • A shows the combustion fluctuation rate of the engine
  • b shows the thermal efficiency of the engine
  • c shows the amount of NOx emitted by the engine.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a sub-chamber of an engine and its periphery according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing the results of a test of the engine characteristics when the fuel gas for the sub-chamber is supplied in different directions in the second embodiment of the present invention, wherein ( a ) shows the combustion fluctuation rate of the engine, (B) shows the amount of soot generated by the engine, and (c) shows the thermal efficiency of the engine.
  • FIG. 7A is a longitudinal sectional view showing the sub-chamber of the engine according to the third embodiment of the present invention and the vicinity thereof, and FIG. It is a figure which shows a shape.
  • FIG. 8 is a diagram showing the combustion fluctuation rate of the engine in the third embodiment of the present invention in the case where the throttle portion is provided in the sub-chamber and in the case where the throttle portion is not provided.
  • FIG. 9 (a) is a longitudinal sectional view showing the sub-chamber of the engine according to the fourth embodiment of the present invention and its periphery
  • FIG. 9 (b) is the opening shape at the lower end opening of the sub-chamber and around the electrodes.
  • FIG. 10 is a diagram showing the soot generation amount of the engine in the fourth embodiment of the present invention in the case where the enlarged portion is provided in the sub chamber and in the case where the enlarged portion is not provided.
  • FIG. 11 (a) is a longitudinal sectional view showing a sub-chamber of an engine according to a fifth embodiment of the present invention and the vicinity thereof, and FIG. It is a figure which shows an opening shape.
  • FIG. 12 is a diagram showing the combustion fluctuation rate of the engine when the opening of the sub-chamber is eccentric and when it is not eccentric in the fifth embodiment of the present invention.
  • combustion chamber according to the present invention is applied to a sub-chamber gas engine having a so-called injector type fuel supply system in which fuel gas is supplied toward the main chamber by an injector provided downstream of the supercharger.
  • injector type fuel supply system in which fuel gas is supplied toward the main chamber by an injector provided downstream of the supercharger.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a combustion chamber, a periphery of the combustion chamber, and a fuel supply system of the engine.
  • a cylinder head 2 is fastened to an upper portion of a cylinder block 1, and a cylinder 11 formed in the cylinder block 1 and a lower surface 2 1 of a cylinder head 2 are formed. The space formed between them is configured as the main room 3.
  • FIG. 1 shows a state where the piston 5 inserted into the cylinder 11 is located at the top dead center.
  • a space 31 (a so-called squish area) formed between the lower surface 21 of the cylinder head 2 and the top surface 51 of the piston 5 and a central portion of the top surface 51 of the piston 5 are formed.
  • the main chamber 3 is constituted by the internal space 32 of the recessed portion 52.
  • the cylinder head 2 is provided with an air supply port 22 and an exhaust port 23 communicating with the main chamber 3, and the air supply port 22 has an air supply valve 24 and an exhaust port 2. 3 is provided with exhaust valves 25 respectively.
  • a sub-chamber 4 is formed in the center of the lower surface 21 of the cylinder head 2.
  • the sub-chamber 4 is cylindrically recessed, and the lower end is open to the main chamber 3. You. The shape of the sub chamber 4 will be described later.
  • An automatic check valve 62 as a fuel supply valve and a spark plug 7 as a fire hydrant are disposed above the sub-chamber 4.
  • the intake ports 22 are gathered in an intake manifold 8 via an intake pipe 26, and the intake manifold 8 communicates with a supercharger (not shown) via a throttle 9 so that each engine
  • An injector (not shown) for supplying fuel gas is provided in each of the intake pipes 26 provided for each cylinder.
  • fuel gas is supplied from the injector to the air pressurized by the supercharger, and an ultra-lean mixture that is a low-concentration air-fuel mixture is generated, and the air-fuel mixture is supplied to the air supply port 22. From the main room 3.
  • the supply of fuel gas to the sub chamber 4 is performed by the automatic check valve 62 using the diaphragm type regulator 61.
  • the diaphragm type regulator 61 has a first pressure chamber 63 having the same pressure as the intake pipe pressure communicating with the intake manifold 8, and a sub-chamber communicating with the fuel gas supply source and the check valve 62.
  • a second pressure chamber 64 having the same pressure as the supply gas pressure is partitioned by a diaphragm 65, and a balance spring 66 arranged in an automatic check valve 62 and both pressure chambers 63, 64 are provided.
  • the pumping loss of the engine is used as the driving force to supply the fuel gas into the sub chamber 4.
  • the automatic check valve 62 and the sub chamber 4 are communicated with each other by the fuel supply passage 68, and only when the automatic check valve 62 is opened by the driving force due to the above-mentioned bombing loss, the 100% concentration
  • the fuel gas is supplied from the automatic check valve 62 to the sub chamber 4 via the fuel supply passage 68.
  • the sub-chamber 4 is formed of a substantially cylindrical recess.
  • the plane shape perpendicular to the flame propagation direction (downward direction in the figure) is formed by a substantially circular recess, and the open shape of the communication part 41 that opens toward the main chamber 3 is also substantially circular. It is. Further, a slight tapered surface 42 is formed at the opening edge of the communication portion 41, and the cross-sectional area is configured to gradually increase toward the main chamber 3 (downward).
  • One of the features of this embodiment is that, as shown in FIG. 1, the internal space of the cylinder (the space that becomes the main chamber 3), the internal space of the sub-chamber 4, and the fuel supply when the piston 5 is at the top dead center.
  • the ratio of the total volume of the internal space of the sub-chamber 4 and the internal space of the fuel supply channel 68 to the total volume of the internal space of the passage 68 is set to 1.5 to 2.6%. It is in.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the main chamber 3 and the sub-chamber 4 and their surroundings in a state where the piston 5 is at the top dead center.
  • the cylinder ⁇ space (the space that becomes the main chamber 3) is hatched, while the internal space of the sub chamber 4 and the internal space of the fuel supply passage 68 are painted black. That is, the ratio of the volume of the black-filled space to the total volume of the hatched space and the black-filled space is set to 1.5 to 2.6%.
  • This ratio is preferably set to 2.0 to 2.3%. More preferably, it is set to 2.15 to 2.25%.
  • the ratio of the depth dimension (L in FIG. 2) to the inner diameter (D in FIG. 2) is set to 0.9 to 1.5. That is, r L / Dj in FIG. 2 is set to 0.9 to 1.5.
  • This ratio is preferably set between 1.2 and 1.3. More preferably, it is set to about 1.2.
  • Figure 3 shows the internal space of the cylinder (the space that becomes the main chamber 3) and the internal space of the sub chamber 4 when the piston 5 is at the top dead center.
  • the ratio of the total volume of the internal space of the sub-chamber 4 and the internal space of the fuel supply channel 68 to the total volume of the internal space of the fuel supply passage 68 (hereinafter referred to as the sub-chamber volume ratio) is 1. It is an experimental result of engine characteristics when it is changed in a range of 0 to 3.2%.
  • Fig. 3 (a) shows the combustion fluctuation rate of the engine
  • Fig. 3 (b) shows the thermal efficiency of the engine
  • Fig. 3 (c) shows the amount of NOx emitted by the engine.
  • Figure 4 shows the experimental results of the engine characteristics when the ratio “L, D” of the depth dimension to the inner diameter of the subchamber 4 was changed in the range of 0.6 to 1.8.
  • Fig. 4 (a) shows the combustion variation rate of the engine
  • Fig. 4 (b) shows the thermal efficiency of the engine
  • Fig. 4 (c) shows the amount of NOx emitted by the engine.
  • the present embodiment it is possible to realize an engine capable of favorably achieving both suppression of combustion fluctuation rate, thermal efficiency, and low NOx. Further, since the sub-chamber 4 is open to the main chamber 3 and does not generate a high-speed ejection of the flame jet, knocking occurs even if the ignition advance of the spark plug 7 is made larger than that of the conventional one. Ku! / Stable engine rotation can be obtained. Therefore, a large retardation margin of the ignition timing can be obtained, and the ignition plug 7 can be ignited at a time when the pressure in the sub-chamber 4 is relatively low. As a result, the voltage value required to ignite the ignition plug 7 can be reduced, electrode wear can be suppressed, and misfire can be prevented.
  • this engine is provided with an open sub-chamber 4 that does not have a conventional throat opening, the flame generated in the sub-chamber 4 at the time of ignition easily propagates to the main chamber 3 side. This electrode is not exposed to a high-temperature and high-pressure environment, so that the life of the spark plug 7 can be extended.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing the sub-chamber 4 and its surroundings.
  • the fuel The direction of supply of the gas into the sub-chamber 4 is indicated by a broken arrow.
  • the supply direction of the sub-chamber fuel gas into the sub-chamber 4 is such that the linear movement distance of the sub-chamber fuel gas in the sub-chamber 4 space is the longest.
  • the direction is set. More specifically, the sub-chamber 4 is formed by a recess having a substantially rectangular vertical section, and the opening position of the fuel supply passage 68 with respect to the sub-chamber 4 is determined by the upper corner of the substantially rectangular cross-section. Section (point X in Fig. 5).
  • the supply direction of the fuel gas for the sub-chamber into the sub-chamber 4 is determined by the upper corner (point X) and the lower edge of the sub-chamber open side which is diagonal to the upper corner (see FIG.
  • the fuel supply passage 68 extends so that the axial direction of the fuel supply passage 68 extends in a direction passing through the upper end corner (point X) and the sub-chamber open side lower end edge (point Y). 8 is formed.
  • the supply direction (blow-out direction) is the above-mentioned upper corner ( The direction is from point X) to the lower edge of the sub-chamber open side (point Y). Due to this blowing, a part of the sub-chamber fuel gas stops in the sub-chamber 4, and the other sub-chamber fuel gas flows from the sub-chamber 4 to the main chamber 3.
  • the compression stroke is started in the sub-chamber gas engine, and the piston 5 moves from the bottom dead center to the top dead center.
  • the sub-chamber fuel gas flowing into the main chamber 3 is stirred and mixed with the lean mixture in the cylinder 11 (in the main chamber 3) from the main chamber 3 to the sub-chamber 4. It flows in (see arrow C in Figure 5). That is, the fuel gas for the sub-chamber once flowing into the main chamber 3 is returned to the sub-chamber 4 while being stirred and mixed with the lean mixture.
  • the linear movement distance of the sub-chamber fuel gas in the sub-chamber 4 internal space is the longest.
  • the direction of supply of the sub-chamber fuel gas is set so that the sub-chamber fuel gas reaches the inner wall surface of the sub-chamber 4 or is affected by the inner wall surface of the sub-chamber 4. Before the fuel gas flow direction changes (directivity changes from the above blowing direction to another direction), a part of the lean mixture flows into the sub-chamber 4 (arrow C). Can be done.
  • the sub-chamber fuel gas stopped in the sub-chamber 4 is pushed toward the vicinity of the ignition point S of the ignition plug 7.
  • these two gases are appropriately stirred. . Therefore, in the local region (relatively narrow region) near the ignition point S of the spark plug 7 (near the electrode), the high-concentration state of the sub-chamber fuel gas is maintained, and as the distance from the ignition point S increases, However, the mixture ratio of the lean mixture with respect to the fuel gas for the sub-chamber gradually increases (the fuel gas concentration gradually decreases).
  • the initial combustion in the vicinity of the ignition plug 7 includes the high-concentration fuel gas for the sub-chamber (the high-concentration fuel gas for the sub-chamber existing in the narrow area). Therefore, the flame can be smoothly propagated from the sub chamber 4 to the main chamber 3. This prevents the pressure and temperature in the sub-chamber 4 from excessively rising immediately after ignition. That is, by setting the supply direction of the fuel gas for the sub-chamber into the sub-chamber 4 as in the present embodiment, the pressure around the ignition plug 7 at the time of ignition can be obtained while satisfactorily ignitability and flame propagation are obtained. The appropriate temperature can be achieved, and the life of the spark plug 7 can be extended.
  • the direction of supply of the fuel gas for the sub-chamber is slightly deviated from the direction from the upper corner (point X) to the lower edge of the sub-chamber open side (point Y). It is possible to obtain the above effect (optimization of the pressure and temperature around the ignition plug 7 during ignition). That is, the supply direction is 5 ° with respect to the supply direction indicated by the dashed arrow in FIG. The above effect can be obtained even if the angle is deviated to the extent (see the angle ⁇ in FIG. 5).
  • FIG. 6 shows that the fuel gas for the sub-chamber is supplied in a different direction with the opening position of the fuel supply passage 68 with respect to the sub-chamber 4 set at the upper end corner (the point X in FIG. 5) of the above-described substantially rectangular cross section. It is the result of having tested the engine characteristics in the case of doing.
  • the supply direction the supply direction of the sub-chamber fuel gas with respect to the horizontal direction and the angle ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ in FIG. 5
  • the direction from the upper end corner (point X) to the sub-chamber open side is assumed. This corresponds to blowing in the direction toward the lower edge (point ⁇ ).
  • Fig. 6 (a) shows the combustion fluctuation rate of the engine
  • Fig. 6 (b) shows the soot generation of the engine
  • Fig. 6 (c) shows the thermal efficiency of the engine.
  • FIG. 7 (a) is a longitudinal sectional view showing the sub-chamber 4 and its surroundings
  • FIG. 7 (b) is the opening shape at the lower end opening (solid line in the figure) and the electrode peripheral part (dashed line in the figure) of the sub-chamber 4.
  • FIG. 7 (a) the supply of fuel gas for the sub-chamber into the sub-chamber 4 The directions are indicated by dashed arrows.
  • the flame propagation direction (downward direction in the figure) from the inside of the sub-chamber 4 to the main chamber 3 is near the open end of the sub-chamber 4 that opens to the main chamber 3.
  • a throttle section 43 is provided to reduce the cross-sectional area of the plane perpendicular to the plane.
  • a narrowed portion 43 bulging annularly toward the inner peripheral side of the sub-chamber 4 is provided slightly above the open end of the sub-chamber 4 to reduce the opening area at this portion. I have.
  • FIG. 8 shows the results of tests on the engine characteristics when the throttle section 43 is provided in the sub chamber 4 and when the throttle section 43 is not provided.
  • tests were performed on various shapes of the constricted portion 43 (the amount of protrusion into the sub-chamber 4).
  • the opening cross-sectional ratio in the case where the throttle section 43 is not provided is assumed to be “1.0”, and in the case where the throttle section 43 is provided, the larger the overhang amount into the sub chamber 4 is, The opening section ratio is shown as small.
  • the opening area around the electrode of the spark plug 7 (the opening area indicated by the broken line in FIG. 7 (b)) is compared with the opening area at the portion where the throttle portion 43 is formed (shown by the solid line in FIG. 7 (b)).
  • the opening section ratio is set to “0.5”.
  • a test was performed with the opening section ratio being “0.4”, “0.6”, “0.7”, and “1.0”.
  • the combustion variation rate of the engine can be reduced by setting the cross-sectional ratio of the opening to less than “1.0”. However, if this opening cross-sectional ratio is less than “0.6”, the combustion fluctuation rate of the engine will increase slightly. Therefore, it is preferable that the cross-sectional ratio of the opening when the aperture portion 43 is provided is “0.6” or more.
  • the position where the throttle portion 43 is formed may be at the open side edge of the sub chamber 4 or at a position deeper than the vicinity of the open side end of the sub chamber 4 (upper position in the figure). You may. In any case, it is possible to prevent the sub chamber fuel gas from flowing out into the main chamber 3 by the throttle section 43.
  • This embodiment also differs from the first and second embodiments in that the shape near the open side end of the sub-chamber 4 that opens to the main chamber 3 is changed. Therefore, here, only the shape near the open end of the sub chamber 4 will be described.
  • Fig. 9 (a) is a longitudinal sectional view showing the sub-chamber 4 and its periphery
  • Fig. 9 (b) is the opening shape at the lower end opening (solid line in the figure) and the electrode peripheral part (dashed line in the figure) of the sub-chamber 4.
  • FIG. 9 (a) the direction of supply of the sub-chamber fuel gas into the sub-chamber 4 is indicated by a broken arrow.
  • An enlarged section 4 4. is provided to enlarge the cross-sectional area of the plane orthogonal to the plane.
  • An enlarged portion 44 having a curved surface is provided such that the cross-sectional area of the opening gradually increases from a position slightly above the open side end of the sub-chamber 4 toward the open side (the lower side in the figure). Is expanding.
  • the gas from the main chamber 3 to the sub-chamber 4 accompanying the movement of the piston 5 in the compression stroke (the fuel gas for the sub-chamber flowing into the main chamber 3 and the lean air-fuel mixture)
  • the mixture of the mixture gas and the mixture gas gradually increases as the distance from the ignition point S of the ignition plug 7 increases. And good flame spreadability can be ensured.
  • FIG. 10 shows the results of tests on engine characteristics when the enlarged portion 44 is provided in the sub-chamber 4 and when the enlarged portion 44 is not provided.
  • the shape of the enlarged section 4 The test was conducted for various types as (diameter dimensions).
  • the cross-sectional ratio of the opening is set to “1.0” when the enlarged portion 44 is not provided.
  • the larger the enlarged diameter the larger the cross-sectional ratio of the opening. Is represented as being large.
  • the opening area around the electrode of the spark plug 7 (opening area indicated by the broken line in FIG. 9 (b)) is compared with the opening area at the enlarged portion 44 (the solid line in FIG. 9 (b)).
  • the opening section ratio is set to “2.0”.
  • the opening cross-section ratio is set to a value exceeding “1.0”, even if the opening cross-section ratio is large, the amount of soot generated by the engine does not exceed the regulation value E. It has no negative impact on the environment. However, test results confirmed that the combustion variation rate of the engine slightly increased when the cross-sectional ratio of the opening exceeded “1.2”. Therefore, it is preferable that the upper limit of the opening cross-sectional ratio is “1.2” or less.
  • the opening shape of the surface orthogonal to the flame propagation direction at the open end of the sub-chamber 4 opening to the main chamber 3 is changed to the opening shape of the surface orthogonal to the flame propagation direction at the back side of the sub-chamber 4. It is eccentric.
  • Other configurations are substantially the same as those of the above-described first and second embodiments. Therefore, only the opening shape at the open end of the sub chamber 4 will be described here.
  • FIG. 11A is a longitudinal sectional view showing the sub-chamber 4 and its periphery.
  • FIG. 11 (b) is a diagram showing the shape of the opening at the lower end opening (the solid line in the figure) and the periphery of the electrode (the broken line in the figure) of the sub chamber 4.
  • the opening shape of the surface orthogonal to the flame propagation direction at the open side end of the sub-chamber 4 opening to the main chamber 3 is defined by the flame propagation direction at the back side of the sub-chamber 4. Is decentered with respect to the shape of the opening in the plane perpendicular to the plane.
  • one of the side walls of the sub-chamber 4 (the left side wall in FIG.
  • the shape of the opening of the sub-chamber 4 is an ellipse (see FIG. 11 (b)), but it is eccentric with respect to the axis L1 at the back side of the sub-chamber 4. As long as it is formed at a position, the shape may be a perfect circle or a shape other than a circle.
  • the direction of supply of the sub-chamber fuel gas into the sub-chamber 4 is in the direction along the plane of FIG. 11 (a), that is, from the upper corner of the sub-chamber 4.
  • the direction may be toward the upper surface of the bulging portion 45, or may be in the direction perpendicular to the plane of FIG. 11A, that is, in the plane perpendicular to the bulging direction of the bulging portion 45.
  • the direction may be from the upper end corner of the sub-chamber 4 toward the lower edge of the sub-chamber open side.
  • the mixed gas of the fuel gas for the sub-chamber and the lean mixture flowing into the sub-chamber 4 from the main chamber 3 becomes a swirling flow (tumble flow) around the horizontal axis in the sub-chamber 4. To mix.
  • the gas concentration in the sub chamber 4 can be optimized.
  • Fig. 12 shows the results of testing the engine characteristics when the opening of the sub-chamber 4 is not eccentric (symmetric type) and when it is eccentric as shown in Fig. 11 (asymmetric type). As is clear from FIG. 12, the combustion fluctuation rate of the engine is smaller when the opening of the sub chamber 4 is eccentric than when it is not eccentric.
  • the present invention is applied to the sub-chamber type gas engine including the fuel supply system of the engineer type.
  • the present invention is not limited to this, and can be applied to a sub-chamber type gas engine provided with a so-called mixer type fuel supply system in which air and fuel gas are mixed by a mixer and supplied to the main chamber. Further, the present invention can also be applied to a sub-chamber type gas engine not provided with a supercharger.
  • the fuel supply valve is not limited to the automatic check valve 62, and an electromagnetically driven gas injector may be applied. Further, when the supply direction of the fuel gas for the sub-chamber into the sub-chamber 4 is set to the direction in which the linear movement distance of the fuel gas for the sub-chamber in the space inside the sub-chamber 4 becomes longest.
  • the cross-sectional shape (cross-sectional shape orthogonal to the flame propagation direction) is not limited to a perfect circle, but may be an oval or polygonal shape.
  • the temperature of the sub-chamber is controlled by optimizing the shape of the sub-chamber of the sub-chamber gas engine or by appropriately setting the direction of supply of the fuel gas for the sub-chamber to the sub-chamber.
  • the ignition plug ignition plug
  • the ignition plug to reduce the voltage required for ignition, thereby prolonging the life of the spark plug.
  • even a sub-chamber gas engine using an automatic valve that uses a pressure difference as a driving force can obtain good ignitability and flame spreadability and is useful.

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Abstract

副室式ガスエンジンの副燃焼室４を縦断面が略四角形状の凹陥部で形成し、副燃焼室４に副室用燃料ガスを供給する燃料供給路６８の開口位置を上記略四角形状断面の上端隅角部に設定する。一方、副室用燃料ガスの副燃焼室４内へ向けての供給方向を、上記略四角形状断面の対角線に沿う方向に設定する。圧縮行程のピストン５の移動に伴って主燃焼室３内の希薄混合気の一部が副燃焼室４に流れ込む際に、副室用燃料ガスを点火プラグ７付近に押し込み、点火プラグ７の着火点Ｓ周辺のガス濃度が高く維持される。また、この着火点から離れるに従って、副室用燃料ガスに対する希薄混合気の混合割合が次第に大きくなる。これにより、着火性及び火炎伝播性を良好に得ながらも、点火時における点火栓周囲の圧力及び温度の適正化を図ることができる。

Description

副室式ガス機関の燃焼室構造及び副室式ガス機関
技術分野
本発明は、 G H P (Gas Heat Pump) や発電機等の駆動源として使用される副室 式ガス機関及びその副室式ガス機関の燃焼室構造に係る。 特に、 本発明は、 点火 明
プラグ （点火栓） の長寿命化を図るための対策に関する。
田 背景技術
従来より、 天然ガスやプロパンガス等を燃料とし、 GH Pや発電機等の駆動源 として使用される副室式ガス機関 （以下、 副室式ガスエンジンと呼ぶ） が知られ ている。 この副室式ガスエンジンは、 例えば特開平 1 0— 4 7 1 6 5号公報に開 示されているように、 主燃焼室 （以下、 主室という） と副燃焼室 （以下、 副室と いう） とを備え、 副室内に高濃度の燃料ガス （例えば濃度 1 0 0 %の燃料ガス） を供給する一方、 主室内には低濃度の混合気である超希薄混合気を供給し、 副室 内に臨む点火プラグの点火によってこの副室内の燃料ガスを燃焼させ、 その火炎 を主室内の超希薄混合気に伝播させて膨張行程を行うようにしている。
また、 上記副室は、 一般的には、 上記公報に開示されているように略円筒状の 空間で成っており、 この副室で発生した火炎を主室に伝播するためのスロート及 ぴ噴口に連通している。 スロートは、 副室から主室に向かって延びる小径の通路 で形成されている。 一方、 嘖ロは、 スロートを伝播してくる火炎を主室内に向け て複数方向に放射状に噴射させるための複数の通路として形成されている。 これ により、 火炎が主室内の広範囲に！:つて高速度で伝播され、 その結果、 着火安定 性と急速燃焼とを図り、 超希薄燃焼を実現できるようにしている。
ところで、 従来の副室式ガスエンジンにあっては、 以下の課題 ( 1 ) ( 2 ) があ り、 これらの課題に対する十分な対策は未だなされていないのが現状である。
( 1 ) 副室内にあっては高濃度の燃料ガスに対して点火プラグによる着火が行 われ、 また副室と主室とを連通する小径通路で成る噴口が火炎伝播の絞りとして 作用するために、 この副室内の温度及ぴ圧力は、 主室内の温度及ぴ圧力に比べて 非常に高くなつている。 このため、 点火プラグの電極が高温高圧の環境下に長時 間晒されることになり、 その経時劣化が著しく、 点火プラグの長寿命化を図るに は限界があった。
( 2 ) 副室内で発生する火炎 （トーチ燃焼とも呼ばれる） の燃焼速度は極めて 急速であり、 ノッキングを防止するためには、 点火プラグの点火時期は燃焼 T D C (Top Dead Center；上死点） に近くならざるを得ず、 つまり、 点火時期の遅角 マージンが少なく、 実際には 1 0 ° 未満の点火進角となっている。 従って、 点火 ブラグの点火タイミングは、 主室及び副室の内圧がかなり上昇した時点に設定さ れることになるため、 点火プラグを点火させるのに要する電圧値が高くなつてし まう。 何故なら、 この点火時点での混合気密度は高くなつており、 この状態で、 点火プラグの電極間で絶縁破壊を生じさせて点火するには非常に高い電圧を必要 とするためである。 その結果、 電極の摩耗が急速に進んでしまう可能性があり、 それに伴って失火を引き起こす虞があった。
本発明は、 かかる点に鑑みてなされたものであり、 その目的とするところは、 副室式ガス機関に対し、 点火プラグの長寿命化を図ることが可能な燃焼室構造及 ぴ副室式ガス機関を提供することにある。 発明の開示
上記の目的を達成するために、 本発明は、 副室式ガス機関の副燃焼室形状の適 正化を図ったり、 副燃焼室内への副室用燃料ガスの供給方向を適切に設定するこ とにより、 特別な制御動作を必要とすることなしに、 副燃焼室内の温度及び圧力 を低く抑え、 また、 点火進角を大きく得ることを可能にして点火プラグ （点火栓） の点火に要する電圧値を低くし、 これによつて点火プラグの長寿命化を図るよう にしている。
1 . 本発明の副室式ガス機関の燃焼室構造は、 具体的には、 シリンダ内に形成 された主燃焼室と、 この主燃焼室に連通する副燃焼室と、 この副燃焼室に臨む点 火栓と、 副燃焼室へ副室用燃料ガスを供給する燃料供給弁と、 この燃料供給弁か らの副室用燃料ガスを副燃焼室へ導く燃料供給路とを備え、 燃料供給弁から燃料 供給路を経て副燃焼室に副室用燃料ガスを供給して点火栓を点火することによつ て生じた火炎を副燃焼室内から主燃焼室へ伝播させて膨張行程を行う副室式ガス 機関における燃焼室構造を前提とする。 この燃焼室構造に対し、 副燃焼室を、 一 端が主燃焼室に開放する凹陥部で形成する。 また、 シリンダ内のピストンが上死 点にある状態における主燃焼室と副燃焼室と燃料供給路との総和容積に対して、 副燃焼室と燃料供給路との総和容積の比率を 1 . 5〜2 . 6 %に設定している。 上記容積比率 （以下、 副室容積比率と呼ぶ） が 1 . 5を下回ると、 この副室容 積比率が小さくなるに従って燃焼変動率は急激に大きくなつていく。 また、 副室 容積比率が 2 . 6を上回ると、 副室容積比率が大きくなるに従って N O X発生量 が急激に増加する（図 3参照)。これらのことから副室容積比率を 1 . 5〜2 . 6 % の範囲に設定することにより、 燃焼変動率の抑制及び低 N O X化を共に良好に得 ることが可能な副室式エンジンが実現できる。
また、 副燃焼室から噴口により火炎ジヱットを主燃焼室に噴出する従来の燃焼 室構造では噴出された火炎ジェットにより主燃焼室内希薄混合気が急速に燃焼す るため点火進角を小さくせざるを得なかったが、 本発明に係る副燃焼室は主燃焼 室に開放するものであって火炎ジエツトの高速噴出がないので、 従来と同様の良 好な燃焼を再現するには点火進角を大きくする必要がある。 つまり、 点火時期の 遅角マージンを大きく得ることによって、 副燃焼室内が比較的低圧である時期に 点火栓の点火タイミングを設定することができるため、 点火栓を点火させるのに 要する電圧値を低くすることが可能になって電極摩耗を抑制でき、 失火を防止で きる。 その結果、点火栓の長寿命化を図ることが可能になる。 また、本発明では、 上述の如くスロートゃ噴口を備えない開放型の副燃焼室を採用しているため、 点 火時に副燃焼室内で発生した火炎が主燃焼室側に伝播し易く、 点火栓の電極が高 温高圧の環境下に晒される期間が極めて短く、 これによつても点火栓の長寿命化 を図ることができる。
2 . また、 点火栓の長寿命化を図るための他の発明としては以下の構成が掲げ られる。 つまり、 シリンダ内に形成された主燃焼室と、 この主燃焼室に連通する 副燃焼室と、 この副燃焼室に臨む点火栓と、 副燃焼室へ副室用燃料ガスを供給す る燃料供給弁と、 この燃料供給弁からの副室用燃料ガスを副燃焼室へ導く燃料供 給路とを備え、 燃料供給弁から燃料供給路を経て副燃焼室に副室用燃料ガスを供 給して点火栓を点火することによって生じた火炎を副燃焼室内から主燃焼室へ伝 播させて膨張行程を行う副室式ガス機関における燃焼室構造を前提とする。 この 燃焼室構造に対し、 副燃焼室を、 一端が主燃焼室に開放する略円筒状の有底の凹 陥部で形成する。 また、 副燃焼室の内径 （D) に対する深さ寸法 （L) の比を 0 . 9〜： 1 . 5に設定する。
上記比 （以下、 「L ZD」 で表す） が 0 . 9を下回ると、 この 「LZD」 が小さ くなるに従って燃焼変動率は急激に大きくなつていく。 また、 「LZD」 が 1 . 5 を上回ると、 「LZD」 が大きくなるに従って燃焼変動率は急激に大きくなつてい くと共に熱効率も急激に悪化していく （図 4参照)。 更には、 「L ZD」 を上記の 範囲内に設定することにより、 点火栓付近のみに適正濃度の燃料ガスを存在させ ることができて安定したエンジン回転を得ることができる。
また、 副燃焼室から噴口により火炎ジエツトを主燃焼室に噴出する従来の燃焼 室構造では嘖出された火炎ジ ットにより主燃焼室内希薄混合気が急速に燃焼す るため点火進角を小さくせざるを得なかったが、 本発明に係る副燃焼室は主燃焼 室に開放するものであって火炎ジェットの高速噴出がないので、 従来と同様の良 好な燃焼を再現するには点火進角を大きくする必要がある。 つまり、 点火拴の点 火進角を従来のものよりも大きくしてもノッキングが発生しにくい安定したェン ジン回転を得ることができる。 従って、 本解決手段によっても、 点火時期の遅角 マージンを大きく得ることができて、 副燃焼室内が比較的低圧である時期に点火 栓を点火させることができるため、 点火栓を点火させるのに要する電圧値を低く することが可能になって電極摩耗を抑制でき、 失火を防止できる。 また、 本発明 においても、 従来のスロートゃ嘖口を備えない開放型の副燃焼室を採用している ため、 点火時に副燃焼室内で発生した火炎が主燃焼室側に伝播し易く、 点火栓の 電極が高温高圧の環境下に晒される期間が極めて短く、 これによつても点火栓の 長寿命化を図ることができる。
3 . また、 上述した 2つの解決手段を兼ね備えさせることも可能である。 その 構成は以下のとおりである。 シリンダ内に形成された主燃焼室と、 この主燃焼室 に連通する副燃焼室と、 この副燃焼室に臨む点火栓と、 副燃焼室へ副室用燃料ガ スを供給する燃料供給弁と、 この燃料供給弁からの副室用燃料ガスを副燃焼室へ 導く燃料供給路とを備え、 燃料供給弁から燃料供給路を経て副燃焼室に副室用燃 料ガスを供給して点火栓を点火することによって生じた火炎を副燃焼室内から主 燃焼室へ伝播させて膨張行程を行う副室式ガス機関における燃焼室構造を前提と する。 この燃焼室構造に対し、 副燃焼室を、 一端が主燃焼室に開放する略円筒状 の有底の凹陥部で形成する。 また、 シリンダ内のピストンが上死点にある状態に おける主燃焼室と副燃焼室と燃料供給路との総和容積に対して、 副燃焼室と燃料 供給路との総和容積の比率を 1 . 5〜2 . 6 %に設定している。 また、 副燃焼室 の内径に対する深さ寸法の比を 0 . 9〜1 . 5に設定している。
この特定事項によれば、 上述した 2つの解決手段 （「副室容積比率」 の適正化と 「L/D」 の適正化) の作用効果を共に発揮することができ、 点火栓の長寿命化 をより確実に実現することが可能になる。 . 4 . また、 上述した各解決手段に係る燃焼室構造を備えた副室式ガス機関も本 発明の技術的思想の範疇である。 つまり、 上記のうち何れか一つの解決手段に係 る燃焼室構造を備えた副室式ガス機関であって、 上記燃料供給弁から燃料供給路 を経て副燃焼室に副室用燃料ガスを供給して点火栓を点火することによって生じ た火炎を副燃焼室内から主燃焼室へ伝播させて膨張行程を行うよう構成されたも のである。
5 . また、 副燃焼室内への副室用燃料ガスの供給方向を適切に設定して点火時 における点火栓周囲の圧力及ぴ温度の適正化を図る手段として次のものが掲げら れる。シリンダ内に形成された主燃焼室と、この主燃焼室に連通する副燃焼室と、 この副燃焼室に臨む点火栓と、 副燃焼室へ副室用燃料ガスを供給する燃料供給弁 と、 この燃料供給弁からの副室用燃料ガスを副燃焼室へ導く燃料供給路とを備え、 燃料供給弁から燃料供給路を経て副燃焼室に副室用燃料ガスを供給して点火栓を 点火することによって生じた火炎を副燃焼室内から主燃焼室へ伝播させて膨張行 程を行う副室式ガス機関を前提とする。 この副室式ガス機関に対し、 上記副燃焼 室を、 一端が主燃焼室に開放する凹陥部で形成する。 そして、 上記副室用燃料ガ スの副燃焼室内へ向けての供給方向を、 副燃焼室内空間における副室用燃料ガス の直,镍移動距離が最も長くなる方向に設定している。
この特定事項により、 燃料供給弁から燃料供給路を経て副燃焼室に供給される 副室用燃料ガスは、 燃料供給路から副燃焼室内に噴出された後、 その吹き出し方 向の軸線 （例えば燃料供給路の軸線方向に略一致する） に沿って副燃焼室内空間 を流れる （移動する） ことになる。 このようにして副燃焼室内で副室用燃料ガス が移動している段階で副室式ガス機関では圧縮行程が開始され、 ビストンが下死 点から上死点に向かって移動する。 このピストンの移動に伴って、 主燃焼室内の 希薄混合気の一部は主燃焼室から副燃焼室に流れ込むことになる。 本解決手段で は、 副燃焼室内空間における副室用燃料ガスの直線移動距離が最も長くなる方向 に副室用燃料ガスの供給方向を設定しているため、 この副室用燃料ガスが副燃焼 室内壁面に到達したり副燃焼室内壁面の影響を受けて副室用燃料ガスの流れ方向 が変化 （上記吹き出し方向から他の方向へ指向性が変化） したりする前に、 希薄 混合気の一部の副燃焼室への流れ込み動作を開始することが可能になる。 そして、 この副燃焼室に流れ込む希薄混合気によって、 副燃焼室内の副室用燃料ガスは点 火栓付近に向けて押し込められることになり、 また、 この副室用燃料ガスと希薄 混合気との境界部分及びその周辺ではこれら 2種類のガスが適度に攪拌されるこ とになる。 つまり、 吹き出しの指向性が一定方向 (上記燃料供給路からの吹き出 し方向）である （吹き出しの指向性が変化していない）副室用燃料ガスに対して、 希薄混合気による点火栓付近への押し込み、 上記境界部分及ぴその周辺でのガス 同士の適度な攪拌がなされる。 このため、 点火栓の着火点 （電極） 付近の局部領 域では、 副室用燃料ガスの上記押し込みによる高濃度状態が維持されることにな ると共に、 この着火点から離れるに従って、 副室用燃料ガスに対する希薄混合気 の混合割合が次第に大きくなっていく （燃料ガス濃度が次第に低くなっていく） 状態となる。 この状態で点火栓の点火が行われるため、 点火栓付近での初期燃焼 (着火） は、 高濃度の副室用燃料ガスの存在によって良好に行われ、 また、 副燃 焼室内から主燃焼室内へ向けての火炎伝播は、 次第に濃度が低くなっていく混合 気によって円滑に行えることになる。
言い換えると、 燃料供給弁から副燃焼室に供給される副室用燃料ガス量が所定 量に設定されている場合、 副燃焼室の全体に亘つてガス濃度が均一になってしま つたのでは点火栓の着火点付近のガス濃度が不十分となって着火性に支障を来し、 燃焼が不安定となってしまう。 逆に、 点火栓周辺における副室用燃料ガスの高濃 度領域が大きければ、 それ以外の領域ではガス濃度が低すぎて火炎伝播性の悪化 を来すことになる。 また、 この場合、 煤の発生や点火栓の燻り等の不具合も懸念 される。 本解決手段では、 副室用燃料ガスの点火栓付近への押し込みと副室用燃 料ガスに対する希薄混合気の攪拌混合を適正に行い、 点火栓の着火点付近のみの 比較的狭い領域でのガス濃度を高く得ると共に、 着火点から離れるに従ってガス 濃度を次第に低く設定できるようにしている。 このため、 点火直後に副燃焼室内 の圧力及び温度が過上昇することは回避され、 着火性及び火炎伝播性を良好に得 ながらも、 点火時における点火栓周囲の圧力及び瘟度の適正化を図ることができ て、 点火栓の長寿命化を図ることができる。 また、 煤の発生や点火拴の燻り等の 不具合を招くこともない。
6 . 上述した如く、 副室用燃料ガスの副燃焼室内へ向けての供給方向を、 副燃 焼室内空間における副室用燃料ガスの直線移動距離が最も長くなる方向に設定す るための具体構成としては以下のものが掲げられる。 上記副燃焼室を、 縦断面が 略四角形状の凹陥部で形成する。 そして、 副燃焼室に対する燃料供給路の開口位 置を上記略四角形状断面の上端隅角部に設定する。 一方、 上記副室用燃料ガスの 副燃焼室内へ向けての供給方向を、 上記上端隅角部と、 この上端隅角部と対角を 成す副燃焼室開放側下端縁部とを結ぶ上記略四角形状断面の対角線に沿う方向に 設定している。
このような副室用燃料ガスの吹き出し動作を行うことにより、 副燃焼室内へ向 けて供給された副室用燃料ガスの一部は副燃焼室内に止まり、 他の副室用燃料ガ スは副燃焼室から主燃焼室に流れ出す状態となる。 そして、 副室式ガス機関の圧 縮行程では、 ピストンが下死点から上死点に向かって移動するのに伴って、 上記 主燃焼室に流れ出している副室用燃料ガスがシリンダ内の希薄混合気と攪拌混合 されながら主燃焼室から副燃焼室に流れ込む。 この流れ込みにより、 上記副燃焼 室内に止まっていた副室用燃料ガスは点火栓付近に向けて押し込められることに なる。 そして、 この押し込められている高濃度の燃料ガスと、 主燃焼室から副燃 焼室に流れ込む比較的低濃度の燃料ガスとの境界部分及びその周辺ではこれら 2 種類のガスが適度に攪拌される。このため、点火栓の着火点付近の局部領域では、 副室用燃料ガスの高濃度状態が維持されることになると共に、 この着火点から離 れるに従って、 副室用燃料ガスに対する希薄混合気の混合割合が次第に大きくな つていく （燃料ガス濃度が次第に低くなつていく） 状態となる。 この状態で点火 栓の点火が行われるため、 点火栓付近での初期燃焼は高濃度の副室用燃料ガスの 存在によって良好に行われ、 また、 副燃焼室内から主燃焼室内への火炎伝播が円 滑に行えることになる。 つまり、 本解決手段の場合にも、 着火性及び火炎伝播性 を良好に得ながらも、 点火時における点火栓周囲の圧力及び温度の適正化を図る ことができて、 点火栓の長寿命化を図ることができる。
7 . 上記解決手段において、 副燃焼室内、 特に点火栓の着火点付近における副 室用燃科ガスの濃度を高く確保するための構成として以下のものが掲げられる。 つまり、 主燃焼室に開放する副燃焼室の開放側端近傍に、 副燃焼室内から主燃焼 室への火炎の伝播方向に直交する面の断面積を減少させる絞り部を設けている。 これによれば、 副燃焼室内へ向けて供給されて副燃焼室内に止まるべき副室用燃 科ガスが主燃焼室に流れ出てしまうことを絞り部によって阻止できる。 このため、 この副室用燃料ガスの量を十分に確保することができ、 点火栓の着火点付近の局 部領域での副室用燃料ガスの高濃度状態を確実に維持することができて着火性を 良好に得ることができる。
8 . また、 副燃焼室から主燃焼室に流れ出した副室用燃料ガスと希薄混合気と の混合ガスを副燃焼室内に円滑に戻すことを可能にするための構成として以下の ものが掲げられる。 つまり、 主燃焼室に開放する副燃焼室の開放側端近傍に、 副 燃焼室内から主燃焼室への火炎の伝播方向に直交する面の断面積を拡大させる拡 大部を設けている。 これによれば、 圧縮行程におけるピストンの移動に伴う主燃 焼室から副燃焼室へのガス （主燃焼室へ流れ出していた副室用燃料ガスと希薄混 合気とが攪拌混合されたガス） の流れ込みを円滑に行うことができ、 点火栓の着 火点から離れるに従って副室用燃料ガスに対する希薄混合気の混合割合が次第に 大きくなつていくといった状態を確実に作り出すことができ、 火炎伝播性を良好 に確保することができる。
9 . 更に、 副燃焼室から主燃焼室に流れ出した副室用燃料ガスと希薄混合気と の混合ガスを副燃焼室内に円滑に戻す際のこれらの攪拌を良好に行わせる構成と して以下のものが掲げられる。 つまり、 主燃焼室に開放する副燃焼室の開放側端 における火炎伝播方向に直交する面の開口形状を、 副燃焼室の奥側部分における 火炎伝播方向に直交する面の開口形状に対して偏心させている。 これにより、 主 燃焼室から副燃焼室内に流れ込む副室用燃料ガスと希薄混合気との混合ガスは、 副燃焼室内において水平軸回りの旋回流（タンブル流）となって攪拌混合される。 これにより、 攪拌が適度に行われて副燃焼室内のガス濃度の適正化を図ることが できる。
1 0 . 上記燃料供給弁の具体構成としては以下のものが掲げられる。 つまり、 内蔵されている弁体の背圧とシリンダ内圧との圧力差に応じて開閉し、 開放時に、 燃料供給路を経て副燃焼室に副室用燃料ガスを供給する自動弁により燃料供給弁 を構成している。
これによれば、 副燃焼室に副室用燃料ガスを供給するための特別な制御が不要 になり、 低コストで信頼性の高い燃料供給系を実現できる。 特に、 本燃料供給弁 (圧力差を駆動力として利用する自動弁） の場合、 副室用燃料ガスの供給タイミ ングゃ供給量を任意に制御することができず、 副室用燃料ガスの供給開始から点 火栓の点火までの時間が長くなった場合に、 副室用燃料ガスの大部分が主燃焼室 に流れ出てしまって、 副燃焼室に適正濃度の副室用燃料ガスを存在させることが できない場合があった。 本発明によれば、 上述した如く、 副室用燃料ガスの点火 栓付近への押し込みと副室用燃料ガスに対する希薄混合気の攪拌混合とにより、 自動弁を使用した場合であっても着火性及び火炎伝播性を良好に得ることが可能 な副燃焼室の燃料ガス濃度を実現することができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の燃焼室構造の第 1実施形態に係るエンジンの燃焼室、 燃焼室の 周辺部及び燃料供給系の概略構成を示す図である。
図 2は、 本発明の燃焼室構造においてビストンが上死点にある状態における主室 及ぴ副室、 それらの周辺を示す断面図である。
図 3は、 本発明の燃焼室構造において副室容積比率を 1 . 0〜3 . 2 %の範囲で 変化させた場合のエンジン特性の実験結果を示す図であって、 （a) はエンジンの 燃焼変動率を、 （b) はエンジンの熱効率を、 （c) はエンジンが発する NO X量 をそれぞれ示す図である。
図 4は、 本発明の燃焼室構造において副室の内径に対する深さ寸法の比 「： LZDJ を 0. 6〜1. 8の範囲で変化させた場合のエンジン特性の実験結果を示す図で あって、 （a) はエンジンの燃焼変動率を、 （b) はエンジンの熱効率を、 （c) は エンジンが発する NO X量をそれぞれ示す図である。
図 5は、 本発明の第 2実施形態に係るエンジンの副室及びその周辺を示す縦断面 図である。
図 6は、 本発明の第 2実施形態において異なる方向で副室用燃料ガスを供給した 場合のエンジン特性を試験した結果を示す図であって、 （a) はエンジンの燃焼変 動率を、 （b) はエンジンのすす発生量を、 （c) はエンジンの熱効率をそれぞれ 示す図である。
図 7 (a) は本発明の第 3実施形態に係るエンジンの副室及ぴその周辺を示す縦 断面図であり、 図 7 (b) は副室の下端開口部分及ぴ電極周辺部における開口形 状を示す図である。
図 8は、 本発明の第 3実施形態において副室内に絞り部を設けた場合と絞り部を 設けない場合とにおけるエンジンの燃焼変動率を示す図である。
図 9 (a) は本発明の第 4実施形態に係るエンジンの副室及びその周辺を示す縦 断面図であり、 図 9 (b) は副室の下端開口部分及び電極周辺部における開口形 状を示す図である。
図 10は、 本発明の第 4実施形態において副室内に拡大部を設けた場合と拡大部 を設けない場合とにおけるエンジンのすす発生量を示す図である。
図 1 1 (a) は本発明の第 5実施形態に係るエンジンの副室及ぴその周辺を示す 縦断面図であり、 図 1 1 ( b ) は副室の下端開口部分及び電極周辺部における開 口形状を示す図である。 図 1 2は、 本発明の第 5実施形態において副室の開口を偏心させた場合と偏心さ せなレ、場合とにおけるェンジンの燃焼変動率を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の燃焼室構造の実施形態を図面に基づいて説明する。本形態では、 過給機の下流側に設けられたィンジェクタによつて燃料ガスを主室に向けて供給 する所謂インジェクタ式の燃料供給系を備えた副室式ガスエンジンに本発明の燃 焼室構造を適用した場合について説明する。
(第 1実施形態）
一エンジンの要部の構成一
先ず、 本実施形態に係る副室式ガスエンジン （以下、 単にエンジンと呼ぶ） の 要部である燃料供給系の概略構成について説明する。
図 1は、 本エンジンの燃焼室、 燃焼室の周辺部及び燃料供給系の概略構成を示 す図である。 この図に示すように本エンジンは、 シリンダブロック 1の上部にシ リンダヘッド 2が締結されており、 シリンダブロック 1内に形成されているシリ ンダ 1 1と、 シリンダへッド 2の下面 2 1との間で形成される空間が主室 3とし て構成されている。 図 1は、 シリンダ 1 1内に挿入されたピストン 5が上死点に 位置している状態を示している。 この状態では、 シリンダヘッド 2の下面 2 1と ビストン 5の頂面 5 1との間に形成されている空間 3 1 (所謂スキッシュエリア） と、 ピストン 5の頂面 5 1の中央部に形成された凹陥部 5 2の内部空間 3 2とに よって主室 3が構成されている。
また、 シリンダへッド 2には、 主室 3に連通する給気ポート 2 2及び排気ポー ト 2 3が形成されており、 給気ポート 2 2には給気弁 2 4が、 排気ポート 2 3に は排気弁 2 5がそれぞれ設けられている。
—方、 シリンダヘッド 2の下面 2 1の中央部には副室 4が形成されている。 こ の副室 4は、 円筒状に凹陥されて成っており、 下端部が上記主室 3に開放してい る。 尚、 この副室 4の形状については後述する。
そして、 この副室 4の上部には燃料供給弁としての自動チェック弁 6 2及び点 火栓としての点火プラグ 7が配設されている。
次に、 本エンジンの燃料供給系について説明する。 図 1において、 吸気ポート 2 2は吸気管 2 6を介して吸気マ二ホールド 8に集合し、 吸気マ二ホールド 8は スロットル 9を介して図示しない過給機に連通しており、 エンジンの各気筒毎に 設けられた上記吸気管 2 6には燃料ガス供給用のインジェクタ (図示省略) がそ れぞれ設けられている。 これにより、 過給機によつて加圧された空気に対してィ ンジェクタから燃料ガスが供給されて低濃度の混合気である超希薄混合気が生成 され、 この混合気が給気ポート 2 2から主室 3に向けて供給されるようになって いる。
一方、 副室 4への燃料ガス供給は、 ダイヤフラム式レギユレータ 6 1を利用し た上記自動チェック弁 6 2により行っている。 このダイヤフラム式レギユレータ 6 1では、 周知のように、 吸気マ二ホールド 8と連通した吸気管内圧力と同圧の 第 1圧力室 6 3と、 燃料ガス供給源及びチヱック弁 6 2に連通した副室供給ガス 圧力と同圧の第 2圧力室 6 4とが、 ダイヤフラム 6 5により区画されており、 自 動チェック弁 6 2内に配置されたパランススプリング 6 6と、 両圧力室 6 3， 6 4の圧力差と、 レギユレ一タスプリング 6 7の設定圧とのバランスにより、 機関 のボンピング損失を駆動力とし、 副室 4内に燃料ガスを供給するようになってい る。 また、 自動チェック弁 6 2と副室 4とは燃料供給路 6 8によって連通してお り、 上記ボンビング損失による駆動力によって自動チェック弁 6 2が開放される タイミングにおいてのみ、 1 0 0 %濃度の燃料ガスが自動チェック弁 6 2から燃 料供給路 6 8を経て副室 4に供給されるようになつている。
一副室形状の説明一
次に、本形態の特徴部分である副室 4の形状について説明する。この副室 4は、 略円筒状の凹陥部で構成されている。 つまり、 この副室 4は、 主室 3に向かう火 炎の伝播方向 （図中の下向き方向） に対して直交する靳面形状が略円形の凹陥部 で形成されており、 主室 3に向けて開放する連通部 4 1の開放形状も略円形とな つている。 また、 この連通部 4 1の開口端縁には僅かなテーパ面 4 2が形成され ており、 断面積が主室 3に向かって (下方に向かって) 次第に大きくなるよう構 成されている。
そして、 本形態の特徴の一つとするところは、 図 1に示すようにピストン 5が 上死点にある状態におけるシリンダ内空間 （主室 3となる空間） と副室 4の内部 空間と燃料供給路 6 8の内部空間との総和容積に対して、 副室 4の内部空間と燃 料供給路 6 8の内部空間との総和容積の比率が 1 . 5〜 2 . 6 %に設定されてい ることにある。
図 2は、 ピストン 5が上死点にある状態における主室 3及び副室 4、 それらの 周辺を示す断面図である。 この図では、 シリンダ內空間 （主室 3となる空間） に 斜線を付している一方、 副室 4の内部空間と燃料供給路 6 8の内部空間とを黒く 塗り潰している。 つまり、 この斜線を付した部分の空間と黒く塗り潰した部分の 空間との総和容積に対して、 黒く塗り潰した部分の空間の容積の比率が 1 . 5〜 2 . 6 %に設定されている。
また、 この比率は好ましくは、 2 . 0〜2 . 3 %に設定する。 更に好ましくは、 2 . 1 5〜2 . 2 5 %に設定する。
また、 この副室 4の形状としては、 その内径 （図 2中の D) に対する深さ寸法 (図 2中の L ) の比が 0 . 9〜1 . 5に設定されている。 つまり、 図 2における r L/Dj が 0 . 9〜1 . 5に設定されている。 この比は好ましくは、 1 . 2〜 1 . 3に設定する。 更に好ましくは、 約 1 . 2に設定する。
次に、 上記空間の比率及ぴ副室 4の形状を上述の如く設定した理由について説 明する。
先ず、 上記空間比率の設定理由について説明する。 図 3は、 ピストン 5が上死 点にある状態におけるシリンダ内空間 （主室 3となる空間） と副室 4の内部空間 と燃料供給路 68の内部空間との総和容積に対する、 副室 4の内部空間と燃料供 給路 68の内部空間との総和容積の比率 （以下、 これを副室容積比率と呼ぶ） を 1. 0〜3. 2%の範囲で変化させた場合のエンジン特性の実験結果である。 図 3 (a) はエンジンの燃焼変動率を、 図 3 (b) はエンジンの熱効率を、 図 3 (c) はエンジンが発する NO X量をそれぞれ示している。
図 3から明らかなように、 上記副室容積比率が 1. 5 %のポイントと 2. 6% のポイントとで大きな変曲点が現れる特性が示されている。 つまり、 図 3 (a) に示すように副室容積比率が 1. 5 %を下回ると、 副室容積比率が小さくなるに 従って燃焼変動率は急激に大きくなつている。 また、 図 3 (c) に示すように副 室容積比率が 2. 6%を上回ると、 副室容積比率が大きくなるに従って排出され る NOxは急激に多くなる。 これらのことから副室容積比率を 1. 5〜2. 6% の範囲に設定することにより燃焼変動率の抑制及び熱効率 （図 3 (b) 参照） 並 びに低 NO X化が共に良好に得られることが判る。また、この副室容積比率が 1, 5〜2. 6%の範囲では、 エンジンが発する NO X量は規制値 A (例えば 600 p pm) を上回ることもなく （図 3 (c) 参照）、 環境への悪影響も少ないェンジ ンとなっている。
次に、 副室 4の形状を上述の数値範囲に設定した理由について説明する。 図 4 は、 副室 4の内径に対する深さ寸法の比 「L,D」 を 0. 6〜1. 8の範囲で変 化させた場合のエンジン特性の実験結果である。 図 4 (a) はエンジンの燃焼変 動率を、 図 4 (b) はエンジンの熱効率を、 図 4 (c) はエンジンが発する NO X量をそれぞれ示している。
図 4 (a) 及び図 4 (b) から明らかなように、 上記 「LZD」 が 0. 9のポ イントと 1. 5のポイントとで大きな変曲点が現れる特·生が示されている。 つま り、 rL/Dj が 0. 9を下回ると、 「L/D」 が小さくなるに従って燃焼変動率 は急激に大きくなつている。 また、 「L/D」 が 1. 5を上回ると、 「L,D」 が 大きくなるに従って燃焼変動率は急激に大きくなっていると共に熱効率も急激に 悪化している。 これらのことから 「L ZD」 を 0 . 9〜1 . 5の範囲に設定する ことにより燃焼変動率及び熱効率が共に良好に得られることが判る。 また、 この 「LZD」 が 0 . 9〜1 . 5の範囲では、 エンジンが発する N O X量は規制値 A (例えば 6 0 0 p p m) を上回ることもなく （図 4 ( c ) 参照）、 環境への悪影響 も少ないエンジンとなっている。
一実施形態の効果一
以上説明したように、 本形態では、 燃焼変動率の抑制及び熱効率並びに低 N O X化を共に良好に得ることが可能なエンジンを実現することができる。 また、 副 室 4は主室 3に開放するものであって火炎ジエツトの高速噴出が生じるものでは ないので、 点火プラグ 7の点火進角を従来のものよりも大きくしてもノッキング が発生しにく！/、安定したエンジン回転を得ることができることになる。 従って、 点火時期の遅角マージンを大きく得ることができて、 副室 4内が比較的低圧であ る時期に点火プラグ 7を—点火させることができる。 その結果、 点火プラグ 7を点 火させるのに要する電圧値を低くすることが可能になって電極摩耗を抑制でき、 失火を防止できる。 これにより、 点火プラグ 7の長寿命化を図ることが可能にな る。 また、 本エンジンは、 従来のスロートゃ嘖口を備えない開放型の副室 4を備 えているため、 点火時に副室 4内で発生した火炎が主室 3側に伝播し易く、 点火 プラグ 7の電極が高温高圧の環境下に晒されることがなく、 これによつても点火 プラグ 7の長寿命化を図ることができる。
(第 2実施形態）
次に、 第 2実施形態について説明する。 本形態は、 副室 4内への副室用燃料ガ スの供給方向を適切に設定することにより、 副室 4内の温度及ぴ圧力を低く抑え て点火プラグ 7の長寿命化を図るものである。 従って、 ここでは、 副室 4内への 副室用燃料ガスの供給方向についてのみ説明し、 その他の構成 （上述した第 1実 施形態のものと略同一の構成） についての説明は省略する。
図 5は副室 4及ぴその周辺を示す縦断面図である。 この図では、 副室用燃料ガ スの副室 4内へ向けての供給方向を破線の矢印で示している。
この図 5に示すように、 本形態では、 副室用燃料ガスの副室 4内へ向けての供 給方向を、 副室 4内空間における副室用燃料ガスの直線移動距離が最も長くなる 方向に設定している。 より具体的には、 上記副室 4を、 縦断面が略四角形状の凹 陥部で形成しておき、 副室 4に対する燃料供給路 6 8の開口位置を上記略四角形 状断面の上端隅角部 （図 5における点 X) に設定する。 一方、 副室用燃料ガスの 副室 4内へ向けての供給方向を、 上記上端隅角部 （点 X) と、 この上端隅角部と 対角を成す副室開放側下端縁部 （図 5における点 Y) とを結ぶ上記略四角形状断 面の対角線 （図中に一点鎖線で示す Z ) に沿う方向に設定している。 つまり、 燃 料供給路 6 8の軸線方向が、 上記上端隅角部 （点 X) と上記副室開放側下端縁部 (点 Y) とを通過する方向に延びるように、 この燃料供給路 6 8が形成されてい る。
次に、 このようにして副室 4内への副室用燃料ガスの供給方向を設定したこと による作用について図 5及び図 1を参照しながら説明する。
自動チェック弁 6 2の開放に伴って副室用燃料ガスが燃料供給路 6 8を経て副 室 4内に向けて供給される際、 その供給方向 （吹き出し方向） は、 上記上端隅角 部 （点 X) から上記副室開放側下端縁部 （点 Y) に向かう方向となる。 この吹き 出しにより、 副室用燃料ガスの一部は副室 4内に止まり、 他の副室用燃料ガスは 副室 4から主室 3に流れ出す状態となる。 このようにして副室用燃料ガスが移動 している段階で副室式ガスエンジンでは圧縮行程が開始され、 ピストン 5が下死 点から上死点に向かって移動する。
このビストン 5の移動に伴って、 上記主室 3に流れ出している副室用燃料ガス がシリンダ 1 1内 (主室 3内) の希薄混合気と攪拌混合されながら主室 3から副 室 4に流れ込む （図 5に示す矢印 C参照）。 つまり、 主室 3に一旦流れ出た副室用 燃料ガスを希薄混合気と攪拌混合しながら副室 4に戻すことになる。 この場合、 本実施形態では、 副室 4内空間における副室用燃料ガスの直線移動距離が最も長 くなる方向に副室用燃料ガスの供給方向を設定しているため、 この副室用燃料ガ スが副室 4の内壁面に到達したり副室 4の内壁面の影響を受けて副室用燃料ガス の流れ方向が変化 （上記吹き出し方向から他の方向へ指向性が変化） したりする 前に、 希薄混合気の一部の副室 4への流れ込み (矢印 C ) 動作を開始することが できる。
この副室 4への希薄混合気の流れ込みにより、 上記副室 4内に止まっていた副 室用燃料ガスは点火ブラグ 7の着火点 S付近に向けて押し込められることになる。 そして、 この押し込められている高濃度の燃料ガスと、 主室 3から副室 4に流れ 込む比較的低濃度の燃料ガスとの境界部分及びその周辺ではこれら 2種類のガス が適度に攪拌される。 このため、 点火プラグ 7の着火点 S付近 （電極付近） の局 部領域 （比較的狭い領域） では、 副室用燃料ガスの高濃度状態が維持されること になると共に、 この着火点 Sから離れるに従って、 副室用燃料ガスに対する希薄 混合気の混合割合が次第に大きくなっていく （燃料ガス濃度が次第に低くなって いく） 状態となる。
この状態で点火プラグ 7の点火が行われるため、 点火プラグ 7付近での初期燃 焼は高濃度の副室用燃料ガスの存在 （上記狭い領域に存在する高濃度の副室用燃 料ガス） によって良好に行われ、 また、 副室 4内から主室 3内への火炎伝播が円 滑に行えることになる。 これにより、 点火直後に副室 4内の圧力及び温度が過上 昇してしまうことは回避される。 つまり、 本実施形態のように副室 4内への副室 用燃料ガスの供給方向を設定することにより、 着火性及び火炎伝播性を良好に得 ながらも、 点火時における点火プラグ 7周囲の圧力及ぴ温度の適正化を図ること ができて、 点火プラグ 7の長寿命化を図ることが可能になる。
尚、 副室用燃料ガスの供給方向としては、 上記上端隅角部 （点 X) から上記副 室開放側下端縁部 (点 Y) に向かう方向に対して僅かにずれた場合であっても上 記効果 （点火時における点火プラグ 7周囲の圧力及び温度の適正化） を得ること は可能である。つまり、図 5に破線の矢印で示す供給方向に対して供給方向が 5 ° 程度ずれた場合であっても上記効果を奏することは可能である （図 5の角度 α参 照)。
図 6は、 副室 4に対する燃料供給路 68の開口位置を上記略四角形状断面の上 端隅角部 （図 5における点 X) に設定した状態で、 異なる方向に副室用燃料ガス を供給した場合のエンジン特性を試験した結果である。 ここでは、 供給方向 （水 平方向に対する副室用燃料ガスの供給方向であって図 5における角度 Θ ) が 5 5° のものが、 上記上端隅角部 （点 X) から上記副室開放側下端縁部 （点 Υ) に 向かう方向の吹き出しに相当する。本試験では、供給方向（上記角度 0)を 40° 、 55° 、 70° に変化させた場合について試験を行った。 つまり、 上記角度 Θが 40° の場合、 副室用燃料ガスは副室 4の内壁面に向かう方向に吹き出され、 角 度 Θが 70° の場合、 副室用燃料ガスは主室 3に向かう方向に吹き出されること になる。 図 6 (a) はエンジンの燃焼変動率を、 図 6 (b) はエンジンのすす発 生量を、 図 6 (c) はエンジンの熱効率をそれぞれ示している。
この図 6から明らかなように、 供給方向を 55° に設定することにより、 ェン ジンの燃焼変動率を最も小さくすることが可能であり （図 6 (a) 参照）、 また、 エンジンの熱効率を最も高く得ることが可能である （図 6 (c) 参照）。 また、 供 給方向を 50° 以上とすることにより、 エンジンのすす発生量は規制値 Eを上回 ることもなく （図 6 (b)参照）、環境への悪影響も少ないエンジンとなっている。
(第 3実施形態）
次に、 第 3実施形態について説明する。 本形態は、 主室 3に開放する副室 4の 開放側端近傍の形状を変更したものであって、 その他の構成は上述した第 1及び 第 2実施形態のものと略同一である。 従って、 ここでは、 副室 4の開放側端近傍 の形状についてのみ説明する。
図 7 (a) は副室 4及びその周辺を示す縦断面図であり、 図 7 (b) は副室 4 の下端開口部分 （図中実線） 及び電極周辺部 （図中破線） における開口形状を示 す図である。 また、 図 7 (a) では、 副室用燃料ガスの副室 4内へ向けての供給 方向を破線の矢印で示している。
この図 7に示すように、 本形態では、 主室 3に開放する副室 4の開放側端近傍 に、 副室 4内から主室 3への火炎の伝播方向 （図中の下向き方向） に対して直交 する面の断面積を減少させる絞り部 4 3を設けている。 つまり、 この副室 4の開 放側端の僅か上方位置に、 副室 4の内周側に向けて円環状に膨出した絞り部 4 3 を設け、 この部分での開口面積を縮小させている。
このような絞り部 4 3を設けたことにより、 副室 4内へ向けて供給されて副室 4内に止まるべき副室用燃料ガスが主室 3に流れ出てしまうことを阻止でき、 こ の副室用燃料ガスの量を十分に確保することができる。 このため、 点火プラグ 7 の着火点 S付近の局部領域での副室用燃料ガスの高濃度状態を確実に維持するこ とができ、 着火性を良好に得ることができる。
図 8は、 副室 4内に絞り部 4 3を設けた場合と、 絞り部 4 3を設けない場合と におけるエンジン特性を試験した結果である。 ここでは、 絞り部 4 3の形状 （副 室 4内への張り出し量） として種々のものについて試験を行った。 図 8では、 絞 り部 4 3を設けない場合の開口部断面比率を 「1 . 0」 とし、 絞り部 4 3を設け たものにあってはその副室 4内への張り出し量が大きいほど開口部断面比率を小 さいものとして表している。例えば、点火プラグ 7の電極周辺部での開口面積（図 7 ( b ) に破線で示した開口面積） に対して絞り部 4 3形成部分での開口面積（図 7 ( b )に実線で示した開口面積）が 1 Z 2である場合には開口部断面比率を「 0 . 5」 としている。 ここでは、 この開口部断面比率を、 「0 . 4」、 「0 , 6」、 「0 . 7」、 「1 . 0」 としたものについて試験を行った。
この図 8から明らかなように、 開口部断面比率を 「1 . 0」 未満とすることに よりエンジンの燃焼変動率を小さく抑えることができる。 但し、 この開口部断面 比率が「0 . 6」 を下回るとエンジンの燃焼変動率は僅かに大きくなる。従って、 絞り部 4 3を設ける場合の開口部断面比率としては 「0 . 6」 以上であることが 好ましい。 尚、 上記絞り部 4 3の形成位置としては副室 4の開放側端縁部であってもよい し、 この副室 4の開放側端近傍よりも奥側位置（図中上側位置）であってもよい。 何れの場合にも、 副室用燃料ガスが主室 3に流れ出てしまうことを絞り部 4 3に よって阻止することが可能である。
(第 4実施形態）
次に、 第 4実施形態について説明する。 本形態も、 主室 3に開放する副室 4の 開放側端近傍の形状を変更したものであって、 その他の構成は上述した第 1及び 第 2実施形態のものと略同一である。 従って、 ここでは、 副室 4の開放側端近傍 の形状についてのみ説明する。
図 9 ( a ) は副室 4及びその周辺を示す縦断面図であり、 図 9 ( b ) は副室 4 の下端開口部分 （図中実線） 及び電極周辺部 （図中破線） における開口形状を示 す図である。 また、 図 9 ( a ) では、 副室用燃料ガスの副室 4内へ向けての供給 方向を破線の矢印で示している。
この図 9に示すように、 本形態では、 主室 3に開放する副室 4の開放側端近傍 に、 副室 4内から主室 3への火炎の伝播方向 （図中の下向き方向） に対して直交 する面の断面積を拡大させる拡大部 4 4.を設けている。 この副室 4の開放側端の 僅か上方位置から開放側 （図中下側） に向かって次第に開口断面積が拡大するよ うな湾曲面で成る拡大部 4 4を設け、 この部分での開口面積を拡大させている。 このような拡大部 4 4を設けたことにより、 圧縮行程におけるピストン 5の移 動に伴う主室 3から副室 4へのガス （主室 3へ流れ出していた副室用燃料ガスと 希薄混合気とが攪拌混合されたガス） の流れ込みを円滑に行うことができ、 点火 プラグ 7の着火点 Sから離れるに従って、 副室用燃料ガスに対する希薄混合気の 混合割合が次第に大きくなつていくといった状態を確実に作り出すことができ、 火炎伝播性を良好に確保することができる。
図 1 0は、 副室 4内に拡大部 4 4を設けた場合と、 拡大部 4 4を設けない場合 とにおけるエンジン特性を試験した結果である。 ここでは、拡大部 4 4の形状（拡 径寸法） として種々のものについて試験を行った。 図 1 0では、 拡大部 4 4を設 けない場合を開口部断面比率を 「1 . 0」 とし、 拡大部 4 4を設けたものにあつ てはその拡径寸法が大きいほど開口部断面比率を大きいものとして表している。 例えば、 点火プラグ 7の電極周辺部での開口面積 （図 9 ( b ) に破線で示した開 口面積） に対して拡大部 4 4形成部分での開口面積 （図 9 ( b ) に実線で示した 開口面積） が 2倍である場合には開口部断面比率を 「2 . 0」 としている。
この図 1 0から明らかなように、 開口部断面比率を 「1 . 0」 を超える値とし た場合、 この開口部断面比率が大きくなつてもエンジンのすす発生量が規制値 E を上回ることはなく、 環境への悪影響も少ないエンジンとなっている。 但し、 こ の開口部断面比率が 「1 . 2」 を越えるとエンジンの燃焼変動率は僅かに大きく なることが試験結果により確認された。 従って、 この開口部断面比率の上限値と しては 「1 . 2」 以下であることが好ましい。
(第 5実施形態）
次に、 第 5実施形態について説明する。 本形態は、 主室 3に開放する副室 4の 開放側端における火炎伝播方向に直交する面の開口形状を、 副室 4の奥側部分に おける火炎伝播方向に直交する面の開口形状に対して偏心させたものである。 そ の他の構成は上述した第 1及び第 2実施形態のものと略同一である。 従って、 こ こでは、 副室 4の開放側端における開口形状についてのみ説明する。
図 1 1 ( a ) は副室 4及びその周辺を示す縦断面図である。 図 1 1 ( b ) は副 室 4の下端開口部分 （図中実線） 及び電極周辺部 （図中破線） における開口形状 を示す図である。 この図 1 1に示すように、 本形態では、 主室 3に開放する副 室 4の開放側端における火炎伝播方向に直交する面の開口形状を、 副室 4の奥側 部分における火炎伝播方向に直交する面の開口形状に対して偏心させている。 具 体的には、 副室 4の側壁のうち一方側の側壁 （図 1 1 ( a ) における左側の側壁） を副室 4の軸線付近まで膨出させ、 この膨出部分 4 5を主室 3への開口部分まで 垂下させている。 このため、 副室 4の奥側部分 （例えば点火プラグ 7の電極周辺 部） における軸線 L 1に対して、 この開口部分の軸線 L 2は、 上記膨出部分 4 5 が形成されていない側に偏心した状態となっている。 尚、 本形態のものでは、 副 室 4の開口部分の形状を長円形状としたが (図 1 1 ( b ) 参照）、 副室 4の奥側部 分における軸線 L 1に対して偏心する位置に形成されておれば、 真円形状であつ てもよいし、 円以外の形状であってもよい。
本形態の副室構造における副室 4内へ向けての副室用燃料ガスの供給方向とし ては、 図 1 1 ( a ) の紙面に沿う方向、 つまり、 副室 4の上端隅角部から膨出部 分 4 5の上面に向かう方向であってもよいし、 図 1 1 ( a ) の紙面に直交する方 向、 つまり、 膨出部分 4 5の膨出方向に対して直交する面内において副室 4の上 端隅角部から副室開放側下端縁部に向かう方向であってもよい。
本形態の構成によれば、 主室 3から副室 4内に流れ込む副室用燃料ガスと希薄 混合気との混合ガスは、 副室 4内において水平軸回りの旋回流 (タンブル流) と なって攪拌混合される。 これにより、 副室 4内のガス濃度の適正化を図ることが できる。
図 1 2は、 副室 4の開口を偏心させない場合 （対称型） と、 図 1 1に示すよう に偏心させた場合 （非対称型） とにおけるエンジン特性を試験した結果である。 この図 1 2から明らかなように、 副室 4の開口を偏心させた場合、 偏心させない 場合に比べてエンジンの燃焼変動率は小さくなっている。
一その他の実施形態—
上記実施形態では、 ィンジ工クタ式の燃料供給系を備えた副室式ガスエンジン に本発明を適用した場合について説明した。 本発明はこれに限らず、 ミキサによ つて空気と燃料ガスとを混合させて主室に供給する所謂ミキサ式の燃料供給系を 備えた副室式ガスエンジンに適用することも可能である。 また、 本発明は、 過給 機を備えていない副室式ガスエンジンに適用することも可能である。
また、 燃料供給弁としては、 上記自動チェック弁 6 2に限らず、 電磁駆動ガス インジェクタを適用してもよい。 更に、 副室用燃料ガスの副室 4内へ向けての供給方向を、 副室 4内空間におけ る副室用燃料ガスの直線移動距離が最も長くなる方向に設定する場合の副室 4の 断面形状 (火炎の伝播方向に対して直交する断面形状) としては、 真円形状に限 らず、 長円形状や多角形状を採用してもよい。
尚、 本発明は、 その精神または主要な特徴から逸脱することなく、 他のいろい ろな形で実施することができる。 そのため、 上述の実施形態はあらゆる点で単な る例示にすぎず、 限定的に解釈してはならない。 本発明の範囲は特許請求の範囲 によって示すものであって、 明細書本文には、 なんら拘束されない。 さらに、 請 求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、 全て本発明の範囲内のものである。 産業上の利用可能性
以上のように、 本発明では、 副室式ガス機関の副室形状の適正化を図ったり、 副室内への副室用燃科ガスの供給方向を適切に設定することにより、 副室内の温 度及び圧力を低く抑え、 また、 点火進角を大きく得ることを可能にして点火ブラ グ （点火栓） の点火に要する電圧値を低くし、 これによつて点火プラグの長寿命 化を図ることができる。 特に圧力差を駆動力として利用する自動弁を利用した副 室式ガス機関であっても着火性及び火炎伝播性を良好に得ることができて有用で める。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . シリンダ内に形成された主燃焼室と、この主燃焼室に連通する副燃焼室と、 この副燃焼室に臨む点火栓と、 副燃焼室へ副室用燃料ガスを供給する燃料供給弁 と、 この燃料供給弁からの副室用燃料ガスを副燃焼室へ導く燃料供給路とを備え、 燃料供給弁から燃料供給路を経て副燃焼室に副室用燃料ガスを供給して点火栓を 点火することによって生じた火炎を副燃焼室内から主燃焼室へ伝播させて膨張行 程を行う副室式ガス機関における燃焼室構造であって、
上記副燃焼室は、 一端が主燃焼室に開放する凹陥部で形成されており、 上記シリンダ内のビストンが上死点にある状態における主燃焼室と副燃焼室と 燃料供給路との総和容積に対して、 副燃焼室と燃料供給路との総和容積の比率が 1 . 5〜2 . 6 %に設定されていることを特徴とする副室式ガス機関の燃焼室構
2 . シリンダ内に形成された主燃焼室と、この主燃焼室に連通する副燃焼室と、 この副燃焼室に臨む点火栓と、 副燃焼室へ副室用燃料ガスを供給する燃料供給弁 と、 この燃料供給弁からの副室用燃料ガスを副燃焼室へ導く燃料供給路とを備え、 燃料供給弁から燃料供給路を経て副燃焼室に副室用燃料ガスを供給して点火栓を 点火することによって生じた火炎を副燃焼室内から主燃焼室へ伝播させて膨張行 程を行う副室式ガス機関における燃焼室構造であって、
上記副燃焼室は、 一端が主燃焼室に開放する略円筒状の有底の凹陥部で形成さ れており、
上記副燃焼室の内径に対する深さ寸法の比は 0 . 9〜1 . 5に設定されている ことを特徴とする副室式ガス機関の燃焼室構造。
3 . シリンダ内に形成された主燃焼室と、この主燃焼室に連通する副燃焼室と、 この副燃焼室に臨む点火栓と、 副燃焼室へ副室用燃料ガスを供給する燃料供給弁 と、 この燃料供給弁からの副室用燃料ガスを副燃焼室へ導く燃料供給路とを備え、 燃料供給弁から燃料供給路を経て副燃焼室に副室用燃料ガスを供給して点火栓を 点火することによって生じた火炎を副燃焼室内から主燃焼室へ伝播させて膨張行 程を行う副室式ガス機関における燃焼室構造であって、
上記副燃焼室は、 一端が主燃焼室に開放する略円筒状の有底の凹陥部で形成さ れており、
上記シリンダ内のピストンが上死点にある状態における主燃焼室と副燃焼室と 燃料供給路との総和容積に対して、 副燃焼室と燃料供給路との総和容積の比率が 1 . 5〜2 . 6 %に設定されていると.共に、
上記副燃焼室の内径に対する深さ寸法の比は 0 . 9〜1 . 5に設定されている ことを特徴とする副室式ガス機関の燃焼室構造。
4 . 上記請求項 1〜 3のうち何れか一つに記載の燃焼室構造を備えた副室式ガ ス機関であって、 上記燃料供給弁から燃料供給路を経て副燃焼室に副室用燃料ガ スを供給して点火栓を点火することによって生じた火炎を副燃焼室内から主燃焼 室へ伝播させて膨張行程を行うよう構成されていることを特徴とする副室式ガス 機関。
5 . シリンダ内に形成された主燃焼室と、この主燃焼室に連通する副燃焼室と、 この副燃焼室に臨む点火栓と、 副燃焼室へ副室用燃料ガスを供給する燃料供給弁 と、 この燃料供給弁からの副室用燃料ガスを副燃焼室へ導く燃料供給路とを備え、 燃料供給弁から燃料供給路を経て副燃焼室に副室用燃料ガスを供給して点火栓を 点火することによって生じた火炎を副燃焼室内から主燃焼室へ伝播させて膨張行 程を行う副室式ガス機関において、
上記副燃焼室は、 一端が主燃焼室に開放する凹陥部で形成されており、 上記副室用燃料ガスの副燃焼室内へ向けての供給方向は、 副燃焼室内空間にお ける副室用燃料ガスの直線移動距離が最も長くなる方向に設定されていることを 特徴とする副室式ガス機関。
6 . 上記請求項 5記載の副室式ガス機関において、
上記副燃焼室は、 縦断面が略四角形状の凹陥部で形成されており、 副燃焼室に 対する燃料供給路の開口位置は上記略四角形状断面の上端隅角部に設定されてい る一方、
上記副室用燃料ガスの副燃焼室内へ向けての供給方向は、 上記上端隅角部と、 この上端隅角部と対角を成す副燃焼室開放側下端縁部とを結ぶ上記略四角形状断 面の対角線に沿う方向に設定されていることを特徴とする副室式ガス機関。
7 . 上記請求項 4〜 6のうち何れか一つに記載の副室式ガス機関において、 上記主燃焼室に開放する副燃焼室の開放側端近傍には、 副燃焼室内から主燃焼 室への火炎の伝播方向に直交する面の断面積を減少させる絞り部が設けられてい ることを特徴とする副室式ガス機関。
8 . 上記請求項 4〜 6のうち何れか一つに記載の副室式ガス機関において、 上記主燃焼室に開放する副燃焼室の開放側端近傍には、 副燃焼室内から主燃焼 室への火炎の伝播方向に直交する面の断面積を拡大させる拡大部が設けられてい ることを特徴とする副室式ガス機関。
9 . 上記請求項 4〜 6のうち何れか一つに記載の副室式ガス機関において、 上記主燃焼室に開放する副燃焼室の開放側端における火炎伝播方向に直交する 面の開口形状は、 副燃焼室の奥側部分における火炎伝播方向に直交する面の開口 形状に対して偏心していることを特徴とする副室式ガス機関。
1 0 . 請求項 4〜 9のうち何れか一つに記載の副室式ガス機関において、 上記燃料供給弁は、 内蔵されている弁体の背圧とシリンダ内圧との圧力差に応じ て開閉し、 開放時に、 燃料供給路を経て副燃焼室に副室用燃料ガスを供給する自 動弁により構成されていることを特徴とする副室式ガス機関。
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