(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、該シリンダ内で往復動するピストンと、吸気弁を備えた吸気ポートおよび排気弁を備えた排気ポートを有するシリンダヘッドとにより区画される主燃焼室内で、運転モードに応じて気体燃料と液体燃料のいずれか一方を、前記ピストンにより圧縮された気体中で燃焼させることにより駆動出力を得るデュアルフューエルエンジンにおいて、
前記シリンダヘッドに、ガス運転モード時に前記主燃焼室に気体燃料を供給しディーゼル運転モード時に主燃焼室への気体燃料の供給を停止する燃料ガス供給装置と、ガス運転モード時に主燃焼室に供給された気体燃料と空気との混合気の前記ピストンによる圧縮の初期に、前記通気路を開閉して圧縮された混合気の一部を前記通気路に逃がして該混合気の圧縮比を可変し、ディーゼル運転モード時に前記通気路を閉鎖する圧縮比制御弁と、液体燃料噴射弁を有し前記主燃焼室と連絡する予燃焼室を備えると共に、ガス運転モード時に前記主燃焼室で圧縮されて前記予燃焼室に導入された混合気を、前記液体燃料噴射弁から噴射されたパイロット量の液体燃料で着火させて主燃焼室内の混合気中に噴出させ、ディーゼル運転モード時に主燃焼室で圧縮されて予燃焼室に導入された空気で前記液体燃料噴射弁から噴射された液体燃料を着火させて主燃焼室内の圧縮空気中に噴射させる予燃焼室ユニットとが設けられていることを特徴とするデュアルフューエルエンジン。
【請求項２】
前記圧縮比制御弁は、ガス運転モード時に、エンジンの起動、低負荷、高負荷等の運転状態に応じて前記通気路の開閉時期を調整し、起動、低負荷時には圧縮比を高くし、高負荷時は圧縮比を低く調整することを特徴とする請求項１に記載のデュアルフューエルエンジン。
【請求項３】
前記圧縮比制御弁の開閉時期は、前記ピストンによる気体の圧縮行程の開始時期をエンジンのクランク軸回転角度を０°として、この時期に開弁する開閉調節弁の、クランク軸回転角度にもとづく閉弁時期によって設定されていることを特徴とする請求項２に記載のデュアルフューエルエンジン。
【請求項４】
前記燃料ガス供給装置は、前記吸気ポートに連絡するガス供給管と、気体燃料源からガス供給管への気体燃料の供給量を調節する電磁弁と、該電磁弁を調速制御により開閉駆動する電磁弁ドライバーとを備えており、前記液体燃料噴射弁は、パイロット量の液体燃料の噴射と調速制御による液体燃料の噴射が可能となっており、また、前記圧縮比制御弁は、電磁コイルによって作動され、前記主燃焼室と通気路との連通を遮断したり、エンジンの運転状態に応じて主燃焼室と通気路とを連通すべく開弁してから閉弁するまでの弁開期間を調整可能にする開閉調節弁を備えており、さらに、前記電磁弁ドライバーと液体燃料噴射弁と電磁コイルとにはそれらを作動させる制御装置が接続されており、該制御装置は、運転モードの選択により動作し、ガス運転モード時には、前記電磁ドライバーを調速制御により電磁弁が開閉すべく作動させ、前記液体燃料噴射弁をパイロット量の液体燃料の噴射を行わせるべく作動させると共に、前記電磁コイルを開閉調節弁の弁開期間がエンジンの運転状態に応じて調節されるべく動作させ、ディーゼル運転モード時には、前記電磁ドライバーを電磁弁が閉じるべく作動させ、前記液体燃料噴射弁を調速制御による液体燃料の噴射を行わせるべく作動させると共に、前記電磁コイルを開閉調節弁が閉じるべく動作させるようになっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のデュアルフューエルエンジン。
【請求項５】
前記通気路は、前記吸気ポートに連絡されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のデュアルフューエルエンジン。
【請求項６】
前記通気路は、前記排気ポートからの排気によって駆動され、前記吸気ポートに加圧空気を供給する排気タービン過給機のインサート吸気マニホルドに連絡されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のデュアルフューエルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転モードの選択により、気体燃料と液体燃料のいずれにも対応できるデュアルフューエルエンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発電装置を駆動するエンジンとして、気体燃料を使用するガス運転モードと液体燃料を使用するディーゼル運転モードの両方により運転を行うことができる所謂デュアルフューエルエンジンが知られている。このエンジンの一例として、運転モードの切り換えによって、ガス運転モード時に、シリンダヘッドの中央に設けた液体燃料噴射弁により、少量のパイロット油（全熱量の５〜１５％程度の液体燃料）を着火源として気体燃料を燃焼させて運転し、また、ディーゼル運転モード時に、前記液体燃料噴射弁により１００％の液体燃料を燃焼させて運転することができるようにしたものがある。
【０００３】
このデュアルフューエルエンジンでは、ガス運転モード時のノッキングを回避するため圧縮比をディーゼルエンジンに比べて低くしているので、起動時にパイロット油の圧縮着火が困難である。このため、ガス運転モード時は、予め着火性の優れた液体燃料によりエンジンを起動して暖機運転を行い、エンジンが暖まってエンジン運転負荷率が概ね３０％以上の負荷時に、液体燃料から気体燃料に切り換え、着火性の高い液体燃料をパイロット燃料として着火性の低い気体燃料の着火を助けるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来のエンジンにおいては、ガス運転モード時に全熱量比の５〜１５％程度の液体燃料をパイロット油として燃焼させることから、ガスエンジンに適用されるＮＯｘと煤塵の規制値を満足することはできない。また、ＮＯｘと煤塵を低減させるため、パイロット油着火方式に代えて、気体燃料のみを点火プラグ、グローブラグ等を利用して着火燃焼させることもできるが、この場合には、前記液体燃料噴射弁の他に気体燃料用のパイロット燃料噴射弁が必要になり、エンジン構造が複雑になり部品点数が増加してコスト高になる問題ある。
【０００５】
また、ガス運転モードでは、パイロット油の圧縮着火による起動が困難であり、前記のように暖機運転を必要とするために、速やかなエンジンの始動ができないと共に、圧縮比が低く設定されるために、低負荷時に熱効率が低く抑えられ、燃焼の安定性を向上させることができない問題がある。
さらに、ディーゼル運転モードでは、液体燃料を主燃焼室に直接噴射して燃焼させて高い燃焼効率を得ることができるが、排ガス中のＮＯｘ値が高いので、大都市での排ガス規制を満たすことができず、脱硝装置による後処理が必要となり、設備費が多大となる問題がある。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、ガス運転とディーゼル運転とを任意に選択でき、常用発電をガス運転、防災用発電をディーゼル運転で行える上、ディーゼル運転でも低ＮＯｘ化が図れるデュアルフューエルエンジンを提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、シリンダ内で圧縮される気体の圧縮比を運転状態に応じて変更調節することができ、ガス運転時でも、速やかな始動ができ、全負荷領域で燃焼効率の高い運転ができるデュアルフューエルエンジンを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために、以下の点を特徴としている。
すなわち、請求項１に係るデュアルフューエルエンジンは、シリンダと、該シリンダ内で往復動するピストンと、吸気弁を備えた吸気ポートおよび排気弁を備えた排気ポートを有するシリンダヘッドとにより区画される主燃焼室内で、運転モードに応じて気体燃料と液体燃料のいずれか一方を、前記ピストンにより圧縮された気体中で燃焼させることにより駆動出力を得るデュアルフューエルエンジンにおいて、
前記シリンダヘッドに、ガス運転モード時に前記主燃焼室に気体燃料を供給しディーゼル運転モード時に主燃焼室への気体燃料の供給を停止する燃料ガス供給装置と、ガス運転モード時に主燃焼室に供給された気体燃料と空気との混合気の前記ピストンによる圧縮の初期に、前記通気路を開閉して圧縮された混合気の一部を前記通気路に逃がして該混合気の圧縮比を可変し、ディーゼル運転モード時に前記通気路を閉鎖する圧縮比制御弁と、液体燃料噴射弁を有し前記主燃焼室と連絡する予燃焼室を備えると共の、ガス運転モード時に前記主燃焼室で圧縮されて前記予燃焼室に導入された混合気を、前記液体燃料噴射弁から噴射されたパイロット量の液体燃料で着火させて主燃焼室内の混合気中に噴出させ、ディーゼル運転モード時に主燃焼室で圧縮されて予燃焼室に導入された空気で前記液体燃料噴射弁から噴射された液体燃料を着火させて主燃焼室内の圧縮空気中に噴射させる予燃焼室ユニットとが設けられていることを特徴とする。
【０００８】
上記デュアルフューエルエンジンにおいては、ガス運転モードでは、燃料ガス供給装置からの気体燃料と吸気ポートからの空気とが混合された混合気が主燃焼室に供給されてピストンにより圧縮される。この圧縮された混合気は一部が予燃焼室ユニットの予燃焼室内に入って、液体燃料噴射弁から噴射される僅少なパイロット量の液体燃料により着火し、この着火した火炎によって主燃焼室内の混合気の残部が燃焼される。
前記ピストンによる混合気の圧縮の初期には、前記圧縮比制御弁によって前記通気路が開閉されて圧縮された混合気の一部が通気路を経て主燃焼室外に逃がされ、主燃焼室内の混合気の圧縮比が可変される。
【０００９】
また、ディーゼル運転モードでは、前記燃料ガス供給装置からの気体燃料の供給が絶たれると共に、前記圧縮比制御弁によって前記通気路が閉じられ、吸気ポートから主燃焼室に供給される空気はピストンによりディーゼル運転に適した圧縮比で圧縮される。この圧縮空気により、前記液体燃料噴射弁から噴射される１００％の液体燃料が前記予燃焼室で着火されて燃焼される。
【００１０】
このデュアルフューエルエンジンによれば、ガス運転モード時に、主燃焼室内に導入された混合気の圧縮比を、圧縮比制御弁で主燃焼室をその外部に連通する通気路を開閉して可変することができるので、エンジンの起動、低負荷時、高負荷時等の運転状態に応じて前記圧縮比を適宜に調節することにより、起動時における液体燃料の圧縮着火が、点火プラグ等の着火手段を使用しなくても行え、暖機運転なしにエンジンの起動が行われると共に、低負荷域でもディーゼル運転並の圧縮比とすることにより、熱効率や燃焼安定性の向上が実現されるため、全負荷域で高い熱効率が得られる。
【００１１】
また、ディーゼル運転モード時は、前記液体燃料噴射弁から噴射される１００％の液体燃料が前記予燃焼室で着火される予燃焼方式で燃焼されるので、ＮＯｘの排出濃度が比較的に低く抑えられる運転が行われる。
したがって、このデュアルフューエルエンジンは、気体燃料の低公害性を生かして、ガス運転モードで発電装置を常用運転し、非常時に前記発電装置をディーゼル運転して防災用電源の供給用に使用する等の両用に対応することができる。
【００１２】
請求項２に係るデュアルフューエルエンジンは、請求項１に記載のエンジンにおいて、圧縮比制御弁が、ガス運転モード時に、エンジンの起動、低負荷、高負荷等の運転状態に応じて前記通気路の開閉時期を変更し、起動、低負荷時には圧縮比を高くし、高負荷時は圧縮比を低く調整することを特徴とする。
このデュアルフューエルエンジンでは、ガス運転モード時において、起動、低負荷時は主燃焼室内の混合気の圧縮比が高いので、液体燃料噴射弁から予燃焼室内に噴射される僅少なパイロット量の液体燃料の圧縮着火が、着火手段を用いなくても確実に行えて、エンジンの起動が容易になると共に、燃焼効率や燃焼安定性が向上され、また、高負荷時は混合気の圧縮比が低いのでノッキングが回避され安定した燃焼が行われる。液体燃料の圧縮着火による燃焼も噴射量が僅少であるので、ＮＯｘや煤塵の排出濃度も極めて低く抑えられる。
【００１３】
請求項３に係るデュアルフューエルエンジンは、請求項２に記載のエンジンにおいて、圧縮比制御弁の開閉時期は、ピストンによる気体の圧縮行程の開始時期をエンジンのクランク軸回転角度を０°として、この時期に開弁する開閉調節弁の、クランク軸回転角度にもとづく閉弁時期によって設定されていることを特徴とする。
このデュアルフューエルエンジンでは、エンジンのクランク軸回転角度にもとづいて圧縮比制御弁における開閉調節弁の開閉時期が設定されるので、ガス運転モード時の主燃焼室内における気体の圧縮比が運転負荷に対して正確に設定される。
【００１４】
請求項４に係るデュアルフューエルエンジンは、請求項１〜３のいずれかに記載のエンジンにおいて、燃料ガス供給装置が、吸気ポートに連絡するガス供給管と、気体燃料源からガス供給管への気体燃料の供給量を調節する電磁弁と、該電磁弁を調速制御により開閉駆動する電磁弁ドライバーとを備えており、液体燃料噴射弁が、パイロット量の液体燃料の噴射と調速制御による液体燃料の噴射が可能となっており、また、圧縮比制御弁が、電磁コイルによって作動され、主燃焼室と通気路との連通を遮断したり、エンジンの運転状態に応じて主燃焼室と通気路とを連通すべく開弁してから閉弁するまでの弁開期間を調整可能にする開閉調節弁を備えており、さらに、前記電磁弁ドライバーと液体燃料噴射弁と電磁コイルとにはそれらを作動させる制御装置が接続されており、該制御装置は、運転モードの選択により動作し、ガス運転モード時には、前記電磁ドライバーを調速制御により電磁弁が開閉すべく作動させ、前記液体燃料噴射弁をパイロット量の液体燃料の噴射を行わせるべく作動させると共に、前記電磁コイルを開閉調節弁の弁開期間がエンジンの運転状態に応じて調節されるべく動作させ、ディーゼル運転モード時には、前記電磁ドライバーを電磁弁が閉じるべく作動させ、前記液体燃料噴射弁を調速制御による液体燃料の噴射を行わせるべく作動させると共に、前記電磁コイルを開閉調節弁が閉じるべく動作させるようになっていることを特徴とする。
【００１５】
このデュアルフューエルエンジンでは、ガス運転モード時には、制御装置の動作指令にもとづき、前記電磁ドライバーが調速制御により電磁弁を開閉させ、主燃焼室内に主燃料としての気体燃料が供給され、前記液体燃料噴射弁がパイロット量の液体燃料の噴射を行うと共に、前記電磁コイルが開閉調節弁の弁開期間をエンジンの運転状態に応じて調節するので、エンジンの起動、低負荷時は、開閉調節弁の弁開期間を短くして主燃焼室内の混合気の圧縮比が高く設定されるため、前記液体燃料噴射弁から噴射されるパイロット量の液体燃料の圧縮着火が容易になり、暖機運転によらずにエンジンが起動でき、燃焼効率のよい運転がなされると共に、高負荷時は、開閉調節弁の弁開期間を短くして混合気の圧縮比が低く設定されるため、ノッキングの発生が確実に防止されて安定した運転が行われる。
【００１６】
また、ディーゼル運転モード時には、制御装置の動作指令にもとづき、前記電磁ドライバーが電磁弁を閉じ、前記液体燃料噴射弁が調速制御により液体燃料を予燃焼室内に噴射すると共に、前記電磁コイルが開閉調節弁を閉じるので、主燃焼室内の空気の圧縮比が高く設定され、予燃焼方式により主燃料としての液体燃料が燃焼され、排ガスの低ＮＯｘ化を図れる運転が行われる。
【００１７】
請求項５に係るデュアルフューエルエンジンは、請求項１〜４のいずれかに記載のエンジンにおいて、通気路が、吸気ポートに連絡されていることを特徴とする。
このデュアルフューエルエンジンでは、主燃焼室内に導入された混合気の一部が吸気ポートに戻されるので、気体燃料が無駄になることがなく、有効に利用される。
【００１８】
請求項６に係るデュアルフューエルエンジンは、請求項１〜５に記載のエンジンにおいて、通気路が、排気ポートからの排気によって駆動され、吸気ポートに加圧空気を供給する排気タービン過給機のインサート吸気マニホールドに連絡されていることを特徴とする。
このデュアルフューエルエンジンでは、燃焼室内に導入された混合気の一部が排気タービン過給機におけるコンプレッサのインペラに吹き付けられるので、排気タービン過給機の過渡応答性が改善されるため、低負荷領域の排気温度上昇、黒煙排出量の改善が図られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１、図２は実施の形態のデュアルフューエルエンジンＥのシリンダヘッド部分の一側と他側の縦断面図である。図１、図２において、１はデュアルフューエルエンジンＥのシリンダライナで、該シリンダライナ１内にピストン２がクランク軸の回転に伴って上下に往復動するように設けられている。３は吸気ポート３ａと排気ポート（図示せず）とを有するシリンダヘッドで、前記シリンダライナ１とピストン２とで囲んで主燃焼室４を区画形成している。シリンダヘッド３の吸気ポート３ａと排気ポート（図示せず）とには、それらの主燃焼室４との連通部を開閉する吸気弁５と排気弁（図示せず）とがそれぞれ設けられている。
【００２０】
前記吸気ポート３ａは吸気マニホルド７を介してシリンダコラム８に設けた吸気トランク９に連絡されている。前記吸気マニホルド７には主燃焼室４に燃料ガス（気体燃料）を供給する燃料ガス供給装置１０が取り付けられている。該燃料ガス供給装置１０は、先端部を前記吸気ポート３ａ内に臨ませて開口し、Ｌ字状に折り曲げて吸気マニホルド７に固定した燃料ガス供給管１１と、該燃料ガス供給管１１を開閉する電磁弁１２とを備えている。
【００２１】
また、シリンダヘッド３の中央部には圧縮比制御弁１３が、両側部には電磁式燃料噴射弁（液体燃料噴射弁）１４を備えた予燃焼室ユニット１５がそれぞれ装着されている。圧縮比制御弁１３は、シリンダヘッド３に着脱自在に取り付けたホルダ１６の内部に固定され、前記主燃焼室４に連通する開口部１７ａに弁座１７ｂを設けた円筒状の弁箱１７と、弁箱１７内に上下動自在に挿入され、前記弁座１７ｂに当接する弁部１８ａを有する弁棒１８と、前記ホルダ１６の上端に固定され、弁棒１８の上端に設けた吸引軸１８ｂを吸引作動して弁棒１８を下方に移動させて、前記開口部１７ａを開放する電磁コイル１９と、前記弁箱１７の大径穴１７ｃ内にばね受け２０と前記吸引軸１８ｂに固定したばね座２１とに装着されて圧縮ばね２２とを備えている。
【００２２】
前記弁箱１７の下方の外周には環状溝１７ｄが形成され、該環状溝１７ｄは、弁箱１７に直径方向にあけた１つないし複数の孔１７ｅによって弁箱１７の内部１７ｆと連通していると共に、シリンダヘッド３にあけた通路３ｃを介して前記吸気ポート３ａに連通している。前記通路３ｃはシリンダヘッド３にあけた孔に代えて配管とすることもできる。また、前記弁棒１８は、弁箱１７内に軸方向に摺動自在に嵌合された案内軸部１８ｃに小径軸部１８ｄを介して前記弁部１８ａが結合されており、弁部１８ａが前記開口部１７ａを開放したときに、主燃焼室４が前記弁箱１７の内部１７ｆ、孔１７ｅ、環状溝１７ｄ、通路３ｃを介して前記吸気ポート３ａに連通するようになっている。
前記開口部１７ａ、弁箱１７の内部１７ｆ、孔１７ｅ、環状溝１７ｄ、通路３ｃが、主燃焼室４をその室外に連通する通気路Ａを構成し、前記弁箱１７，弁棒１８等が前記通気路Ａを開閉する圧縮比制御弁１３の開閉調節弁Ｂを構成している。
【００２３】
前記予燃焼室ユニット１５は、シリンダヘッド３に着脱自在に固定されたユニットホルダ２３と、該ユニットホルダ２３の下端に固定され、内部に円筒状の予燃焼室２４ａを有する予燃焼室部材２４と、該予燃焼室部材２４の下端に固定され、下端部に前記主燃焼室４と連絡する噴射口２５ａを１つないし複数個設けた予燃焼室蓋２５と、液体燃料を導入する油孔２６ａを有し、下端に前記電磁式燃料噴射弁１４を固定した弁ホルダ２６とを備えている。前記電磁式燃料噴射弁１４は、電磁コイル１４ａの励磁によってノズルが開閉され、前記油孔２６ａからの液体燃料を予燃焼室２４ａに噴射するようになっている。
【００２４】
次に、前記デュアルフューエルエンジンＥの制御装置について図３にもとづいて説明する。図３において、３０はデュアルフューエルエンジンＥのクランク軸によって駆動される高圧ポンプで、燃料タンク３１内の液体燃料を吸引、加圧して電磁比例圧力制御弁３０ａから配管ｐ１を介して蓄圧管３２に供給するようになっている。該蓄圧管３２は、圧力逃し弁３３を有する配管ｐ２を介して燃料タンク３１に連絡されており、前記電磁比例圧力制御弁３０ａによって蓄圧管３２に蓄圧される液体燃料の油圧が１０〜２００ＭＰａの範囲で任意に設定されるようになっている。
前記デュアルフューエルエンジンＥの各気筒に設けられる前記予燃焼室ユニット１５の電磁式燃料噴射弁１４は、その油孔２６ａが継手２６ｂを介して高圧管ｐ３により前記蓄圧管３２に接続されている。
【００２５】
また、３４は制御装置であり、前記燃料ガス供給装置１０のガス供給管１１に接続されたガス管３５に設けた燃料ガス遮断弁３６と、前記電磁弁１２を作動させる電磁弁ドライバー３７と、前記圧縮比制御弁１３の電磁コイル１９と、前記予燃焼室ユニット１５における電磁式燃料噴射弁１４の電磁コイル１４ａと、前記高圧ポンプ３０の電磁比例圧力制御弁３０ａとに、それぞれ、指令信号ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４、ｆ５を出力するように電気的に接続され、また、前記蓄圧管３２に取り付けられその内部の圧力を検出する圧力センサー３８からの信号ｉ１と、エンジンの回転数および出力等を検出するセンサーからの信号ｉ２を入力すると共に、運転モード切換器（図示せず）で選択されたエンジンのガス運転、ディーゼル運転の切換信号ｉ３を入力するようになっている。
【００２６】
そして、前記制御装置３４には、デュアルフューエルエンジンＥの運転制御を実行するロジックが組み込まれている。すなわち、運転モード切換器でガス運転モードが選択されたとき、図４にａ線で示すように、主燃焼室４の有効圧縮比（圧縮比）Ｐｃが、エンジンの起動時から低負荷の領域Ｌ１で一定の高い値に、中間負荷の領域Ｌ２では前記高い値から徐々に小さい値まで負荷に応じて変化され、高負荷の領域Ｌ３では前記小さい値の一定値に設定され、ディーゼル運転モードが選択されたときは、前記有効圧縮比Ｐｃが、図４にｂ線で示すように、前記ガス運転モード時の起動から低負荷の領域Ｌ１におけると同様に一定の高い値に設定されるようになっている。
【００２７】
そして、前記有効圧縮比Ｐｃは、図５に示すように、前記ピストン２の圧縮行程の開始時期（下死点（ＢＤＣ））に前記圧縮比制御弁１３の開閉調節弁Ｂが開き、気体（ガス運転のモードでは空気と燃料ガスの混合気、ディーゼル運転では空気）の一部が主燃焼室４から、圧縮比制御弁１３の弁箱１７と前記通路３ｃにおける通気路Ａを経て吸気ポート３ｂに排出されて後、圧縮比制御弁１３の開閉調節弁Ｂが閉じる時期Ｔｅまでの圧縮比制御弁１３の弁開期間Ｔによって定まる。
なお、図５においてＰｘはシリンダ３内の気体の圧力である。
【００２８】
すなわち、前記ピストン２の圧縮行程の開始時期（下死点（ＢＤＣ））をクランク軸の回転角度を０°として、このときに前記圧縮比制御弁１３の開閉調節弁Ｂが開弁すると、該開閉調節弁Ｂのクランク軸の回転角度にもとづく閉弁時期と有効圧縮比Ｐｃとの関係は、図６に示すようになる。
したがって、前記各負荷の領域Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３における圧縮比制御弁１３の開閉調節弁Ｂの閉弁時期は、図４と図６に示す関係にもとづいて設定され、これにより圧縮比制御弁１３の電磁コイル１９の励磁時間が制御されるようになっている。
【００２９】
また、前記予燃焼室ユニット１５の電磁式燃料噴射弁１４は、ガス運転モードでは、主燃焼室４の燃料ガス（気体燃料）と空気との混合気の着火源とするに必要な一定のパイロット量（全熱量比の約１％）の液体燃料が噴射されるように設定され、ディーゼル運転モードでは、調速制御によりエンジンの運転負荷に応じた量の液体燃料が噴射されるようになっている。
【００３０】
次に、上記構成のデュアルフューエルエンジンＥの作用について説明する。
運転モード切換器でディーゼル運転モードが選択され、その切換信号ｉ３が制御装置３４に入力されると、制御装置３４は指令信号ｆ１，ｆ２、ｆ３を燃料ガス遮断弁３６と、電磁ドライバー３７と、圧縮比制御弁１３の電磁コイル１９にそれぞれ送るので、燃料ガス遮断弁３６と燃料ガス供給装置１０の電磁弁１２が閉じられ、燃料ガスの吸気ポート３ａへの供給が停止されると共に、圧縮比制御弁１３の弁部１７ａが開口部１８ａを閉じ、開閉調節弁Ｂで主燃焼室４と通気路Ａとの連通が遮断される。
【００３１】
そして、制御装置３４から指令信号ｆ５が高圧ポンプ３０の電磁比例制御弁３０ａに送られて、圧力センサー３８からの検出値をもとに所定の圧力で蓄圧管３２に液体燃料が蓄圧されるように制御されると共に、各予燃焼室ユニット１５の電磁式燃料噴射弁１４に指令信号ｆ４が送られて、該電磁式燃料噴射弁１４が調速制御されるように設定される。これにより、エンジンの回転数、出力を検出するセンサーからの検出値にもとづく信号ｉ３により、運転負荷に応じた量の液体燃料が、電磁式燃料噴射弁１４から予燃焼室２４ａに噴射され、予燃焼室２４ａ内に主燃焼室４から導入された空気で着火し、さらに、噴射口２５ａから主燃焼室４内に噴射して、ディーゼル運転に適した高圧縮比で圧縮された空気で燃焼される。
このディーゼル運転モードでは、主燃料としての液体燃料を予燃焼室２４ａで着火して燃焼させる予燃焼方式でエンジンが運転されるので、ＮＯｘの排出濃度が小さく抑えられる。
【００３２】
また、運転モード切換器でガス運転モードが選択され、ディーゼル運転からガス運転への切換信号ｉ３が制御装置３４に入力されると、制御装置３４は、指令信号ｆ１，ｆ２、ｆ４を燃料ガス遮断弁３６と、電磁ドライバー３７と、各予燃焼室ユニット１５の電磁式燃料噴射弁１４にそれぞれ送るので、燃料ガス遮断弁３６が開かれ、電磁式燃料噴射弁１４による液体燃料の噴射量が徐々に減らされ、前記パイロット量（全熱量比の約１％）の設定値に固定されると共に、電磁ドライバー３７が燃料ガス供給装置１０の電磁弁１２を調速制御により開く状態にして、主燃料を燃料ガスに切り換えていく。この切換は任意のエンジン負荷で行うことが可能である。
この切換操作と同時に、制御装置３４から圧縮比制御弁１３の電磁コイル１９に対し、前記各負荷の領域Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３における圧縮比制御弁１３の開閉調節弁Ｂの閉弁時期Ｔｅが、図４と図６に示す関係にもとづいた設定状態になるように、励磁時間を制御する指令信号ｆ３が送られるようになる。
【００３３】
ディーゼル運転から切換えた後のガス運転では、制御装置３４の指令信号ｆ２で電磁弁ドライバー３７が動作して調速制御により電磁弁１２を開くので、運転負荷に応じた量の燃料ガスが、ガス管３５から燃料ガス供給装置１０のガス供給管１１を経て吸気ポート３ａ内に供給される。この燃料ガスは、吸気トランク８から吸気マニホルド７を経て吸気ポート３ａに送られる空気に混合されて主燃焼室４内に導入され、圧縮行程において圧縮されて後、一部が予燃焼室ユニット１５の予燃焼室２４ａ内で電磁式燃料噴射弁１４から噴射される前記パイロット量の液体燃料で着火し、噴射口２５ａから火炎を噴出するので、この火炎を着火源として主燃焼室４内の混合気が燃焼される。
【００３４】
その場合、ガス運転の起動時や低負荷時には、圧縮比制御弁１４が圧縮行程の開始時に開いてから閉じるまでの時間（弁開期間Ｔ）が短く設定されて、主燃焼室４から圧縮比制御弁１４の開口部１７ａ、孔１７ｅ、環状溝１７ｄ、通路３ｃからなる通気路Ａを経て吸気ポート３ａに逃げる混合気を少なくして、混合気の圧縮比が高く設定されるので、パイロット量の液体燃料の圧縮着火が、点火プラグやグローブラグ等の着火燃焼手段を用いなくても良好に行われて、エンジンの起動ができる。
したがって、暖気運転をしなくてもガス運転によるエンジンの速やかな始動が確実に行われると共に、熱効率や燃焼安定性が向上された状態で低負荷運転が円滑に行われる。また、着火燃焼手段を必要としないので、その分エンジン構造が簡単になり、部品点数が減って信頼性が増すと共に、製造費が安くなる利点がある。
【００３５】
また、高負荷時には、前記圧縮比制御弁１４の弁開期間Ｔが長く設定され、主燃焼室４から吸気ポート３ａに逃げる混合気が多くなって、混合気の圧縮比が低く設定され、また、低負荷時と高負荷時との間の中間負荷時には、負荷の増加に従って圧縮比が低負荷時の圧縮比から徐々に高負荷時の圧縮比まで低下するように制御される。
このため、上記各負荷時ではにはエンジンはノッキングを起こすことなく燃料ガスの主燃焼室４内での燃焼が良好に行われて高い熱効率が得られると共に、円滑なガス運転が行われる。
さらに、前記ガス運転時には、パイロット量の液体燃料の圧縮着火による燃焼も噴射量が僅少（全熱量比の約１％）であるので、着火時の液体燃料の燃焼によるＮＯｘや煤塵の排出濃度も極めて低く抑えることができ、ガス運転時の排ガス規制値を十分に満たすことができる。
【００３６】
なお、ガス運転からディーゼル運転への運転モードの切換は、制御装置３４の指令信号ｆ１で燃料ガス遮断弁３６が閉じられると同時に、指令信号ｆ４により電磁燃料噴射弁１４における液体燃料の噴射量の設定を、一定値に固定されたパイロット量から解除し、圧縮比制御弁１３の電磁コイル１９を消磁することによって容易に行われる。これにより、直ちに電磁燃料噴射弁１４による液体燃料の噴射が負荷に応じた調速制御で行われるようになる。電磁コイル１９が消磁されると、圧縮ばね２２により弁棒１８が上昇され、弁部１８ａが弁箱１７の開口部１７ａを閉じて主燃焼室４と通気路Ａとの連通が開閉調節弁Ｂにより遮断されるので、主燃焼室４内の空気の吸気ポート３ａへの逃げが無くなり、空気の圧縮比をディーゼル運転に適した高い値に設定される。
【００３７】
なお、前記実施の形態のデュアルフューエルエンジンＥにおいては、前記圧縮比制御弁１３の開閉時期を、前記ピストン２の圧縮行程の開始時期をクランク軸の回転角度を０°として、このときに開弁した圧縮比制御弁１３における開閉調節弁Ｂの、クランク軸の回転角度にもとづく閉弁時期によって設定したので、主燃焼室４内の有効圧縮比の設定が正確にできて極めて好ましいが、これに限らず、前記圧縮比制御弁１３の開閉調節弁Ｂの開閉時期は、ピストン２の圧縮行程の開始の初期であれば他のタイミングで設定してもよい。
【００３８】
なお、前記実施の形態のデュアルフューエルエンジンＥにおいては、主燃焼室４内の燃料ガスと空気との混合ガスの圧縮比を調節するために、圧縮比制御弁１３によって主燃焼室４内の混合気をシリンダヘッド３の通気路３ｃを介して吸気ポート３ａに逃がすようにしているが、これに代えて、図７，図８に示すように、デュアルフューエルエンジンＥに付設した排気タービン過給機Ｔｃのコンプレッサ４０のインペラ４０ａに、主燃焼室４からその外部へ逃がした混合気を吹き付けるようにしてもよい。
【００３９】
すなわち、圧縮比制御弁１３がシリンダヘッド３に取り付けられているホルダ１６等に、その軸方向に沿ってあけられてシリンダ３の上部に開口する通気孔４１が設けられ、その下端が前記孔１７ｅに連絡され、上部の開口部が配管４３を介して前記排気タービン過給機Ｔｃにおけるコンプレッサ４０のインペラ４０ａの周囲に形成されているインサート吸気マニホルド４４に接続される。該インサート吸気マニホルド４４には、コンプレッサ４０のインペラ４０ａの外周部に向けて周方向に複数のジェットアシストインサート孔４５があけられており、主燃焼室４から逃がされた圧縮混合気が前記ジェットアシストインサート孔４５からコンプレッサ４０のインペラ４０ａに吹き付けられるように構成される。
なお、図８において、４２はデュアルフューエルエンジンＥの排気ポート（図示せず）からの排ガスにより駆動される排気タービン、ＧはエンジンＥで駆動される発電機等の出力負荷装置である。
【００４０】
このように、排気タービン過給機Ｔｃにおけるコンプレッサ４０のインペラ４０ａに混合気が吹き付けられると、排気タービン過給機Ｔｃの過渡応答性が改善されて、主燃焼室４に送り込む空気量が増加され、これによって、低負荷時の排気温度の上昇と黒煙排出量の改善が図れる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば以下の優れた効果を奏する。
請求項１に係るデュアルフューエルエンジンによれば、ガス運転モード時に、主燃焼室内に導入された混合気の圧縮比を、圧縮比制御弁で主燃焼室をその外部に連通する通気路を開閉して可変することができるので、エンジンの起動、低負荷時、高負荷時等の運転状態に応じて前記圧縮比を適宜に調節することにより、起動時におけるパイロット量の液体燃料の圧縮着火を、点火プラグ等の着火燃焼手段を使用せずに行うことができ、暖機運転なしにエンジンの起動を行わせることができると共に、低負荷域でもディーゼル運転並の圧縮比とすることにより、熱効率や燃焼安定性の向上を図ることができるため、全負荷域で高い熱効率が得られる運転を行うことができる。このため、省エネルギー化や二酸化炭素の低減等による環境改善に貢献できる。
【００４２】
また、ディーゼル運転モード時は、液体燃料噴射弁から噴射される１００％の液体燃料を予燃焼方式で燃焼させるので、ＮＯｘの排出濃度が比較的に低く抑えられる運転を行うことができる。
したがって、このデュアルフューエルエンジンは、気体燃料の低公害性を生かして、ガス運転モードで発電装置を常用運転し、非常時に前記発電装置をディーゼル運転して防災用電源の供給用に使用する等の両用に１台で対応することができる。
【００４３】
請求項２に係るデュアルフューエルエンジンによれば、ガス運転モード時において、起動、低負荷時は主燃焼室内の混合気の圧縮比が高いので、液体燃料噴射弁から予燃焼室内に噴射される僅少なパイロット量の液体燃料の圧縮着火を、着火燃焼手段を用いなくても容易、確実に行うことができ、エンジンの起動時からガス運転が可能になると共に、低負荷時の熱効率や燃焼安定性が向上され、また、高負荷時は混合気の圧縮比が低いのでノッキングの発生を回避できるなど安定した燃焼と運転を実現できる。
【００４４】
さらに、パイロット量の液体燃料の圧縮着火による燃焼も噴射量が僅少であるので、着火時の液体燃料の燃焼によるＮＯｘや煤塵の排出濃度も極めて低く抑えることができ、ガス運転時の排ガス規制値を十分に満たすことができる。また、上記のように着火燃焼手段を用いなくてよいので、エンジンの構造が簡単となり、部品点数も減って製作費も安くなる利点がある。
【００４５】
請求項３に係るデュアルフューエルエンジンによれば、エンジンのクランク軸回転角度にもとづいて圧縮比制御弁における開閉調節弁の開閉時期が設定されるので、ガス運転モード時の主燃焼室内における気体の圧縮比を運転負荷に対して正確に設定することができて、ガス運転時における全負荷領域での気体燃料の燃焼を一層高効率に行わせることができる。
【００４６】
請求項４に係るデュアルフューエルエンジンによれば、制御装置の制御により燃料ガス供給装置と圧縮比制御弁と液体燃料噴射弁が確実に作動されるので、ガス運転モード時には、エンジンの運転状態に応じて、開閉調節弁の弁開期間を調節して主燃焼室内の混合気の圧縮比を的確に設定することができ、エンジンの起動時からのガス運転を可能にし、低負荷時から高負荷時に至る全負荷域において燃焼の安定した熱効率の高いガス運転を一層確実に実現することができる。
また、ディーゼル運転モード時には、前記液体燃料噴射弁の調速制御により液体燃料を予燃焼室内に噴射して、ディーゼル運転に適した圧縮比の空気で燃焼させる予燃焼方式が容易に実現できるので、排ガスの低ＮＯｘ化を確実に図れる運転を行うことができる。
【００４７】
請求項５に係るデュアルフューエルエンジンによれば、主燃焼室内に導入された混合気の一部が吸気ポートに戻されるので、気体燃料を無駄にすることなく、有効に利用することができる。
請求項６に係るデュアルフューエルエンジンによれば、主燃焼室内に導入された混合気の一部が排気タービン過給機におけるコンプレッサのインペラに吹き付けられるので、排気タービン過給機の過渡応答性を改善することができて、低負荷領域の排気温度上昇、黒煙排出量の改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るディーゼルエンジンの一実施の形態におけるシリンダヘッド部分の一側の縦断面図である。
【図２】  同じくシリンダヘッド部分の他側の縦断面図である。
【図３】  同じく制御装置の系統図である。
【図４】  運転負荷と有効圧縮比との関係を示す線図である。
【図５】  圧縮比制御弁の開弁期間を示す線図である。
【図６】  圧縮比制御弁の閉弁時期と有効圧縮比との関係示す線図である。
【図７】  本発明に係るディーゼルエンジンのジェットアシスト装置を示す系統図である。
【図８】  ジェットアシスト装置付排気タービン過給機の縦断面図である。
【符号の説明】
１  シリンダライナ                    ２  ピストン
３  シリンダヘッド                    ３ｃ  通路
４  主燃焼室                          ５  吸気弁
７  吸気マニホルド                    １０  燃料ガス供給装置
１１  ガス供給管                      １２  電磁弁
１３  圧縮比制御弁
１４  電磁式燃料噴射弁（液体燃料噴射弁）
１５  予燃焼室ユニット                １９  電磁コイル
２４ａ  予燃焼室                      ３０  高圧ポンプ
３２  蓄圧管                          ３４  制御装置
３６  燃料ガス遮断弁                  ３７  電磁弁ドライバー
３８  圧力センサ                      ４４  インサート吸気マニホルド
Ａ  通気路                            Ｂ  開閉調節弁
Ｅ  デュアルフューエルエンジン        Ｔｃ  排気タービン過給機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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