(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンに面する主室と当該主室に噴孔を介して連通する副室とを備え、
弁室に供給された燃料ガスを弁部を通じて前記副室に供給する副室燃料供給弁を備え、
前記副室燃料供給弁のバルブステムと、前記バルブステムを内挿させてガイドするバルブステムガイドとの間隙から、クランク室へ燃料ガスをリークさせるリーク流路を備えた副室式エンジンであって、
前記主室とそれに連通する前記副室とが、一のクランク軸に対して複数併設され、
前記リーク流路が、複数の前記副室に対して設けられた前記副室燃料供給弁の前記間隙から前記クランク室へ、燃料ガスをリークするように複数設けられ、
複数の前記リーク流路の夫々に、前記リーク流路にてリークされる燃料ガスのリーク流量を揃える流量揃え手段が設けられている副室式エンジン。
【請求項２】
前記流量揃え手段は、複数の前記リーク流路の夫々の流量を調節し均一化する流量調整機構から構成されている請求項１に記載の副室式エンジン。
【請求項３】
前記主室にて混合気を燃焼した後の排ガスを大気へ導く排気路に、酸化触媒を設ける請求項１又は２に記載の副室式エンジン。
【請求項４】
複数の前記リーク流路を通流する燃料ガスを合流させて前記クランク室へ導く共通流路を備え、当該共通流路に前記クランク室から前記副室燃料供給弁の前記弁室への燃料ガスの逆流を防止する逆止弁が設けられている請求項１乃至３の何れか一項に記載の副室式エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンに面する主室と当該主室に噴孔を介して連通する副室とを備え、弁室に供給された燃料ガスを弁部を通じて前記副室に供給する副室燃料供給弁を備え、前記副室燃料供給弁の前記弁室から、クランク室へ燃料ガスをリークさせるリーク流路を備えた副室式エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、ガスエンジンでは、排気ガスの臭気成分の消臭用として、排気路に酸化触媒を設けることが多い（特許文献１を参照）。このようなガスエンジンにおいて、有負荷運転から無負荷運転へ移行する時等においては、排ガス中に、未燃焼ガス（ＴＨＣ：トータルハイドロカーボン）が残り、当該未燃焼ガスが、酸化触媒にて燃焼されることで、酸化触媒の温度上昇を招く。酸化触媒の過度な温度上昇は、酸化触媒の劣化を招くことになるため、避けることが好ましい。
一方、ガスエンジンの一形態として、副室式エンジンが知られている（特許文献２を参照）。当該副室式エンジンは、ピストンに面する主室と当該主室に連通路を介して連通する副室とを有し、弁室に供給された燃料ガスを、弁部を通じて副室に供給する副室燃料供給弁が設けられている。そして、副室への燃料供給量を安定させるべく、副室燃料供給弁の弁室からクランク室へ燃料ガスをリークさせるリーク流路を設けている（特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２６６６３１号公報
【特許文献２】特開２００８−２８０９２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献２に開示の副室式エンジンは、主室とそれに連通する副室とが、一のクランク軸に対して複数併設されている、所謂、多気筒型のものである。このようなエンジンの場合、複数のリーク流路の流路径の夫々が、互いに精度良く揃えられていない等の理由により、複数のリーク流路間において、燃料ガスのリーク流量にばらつきがあった。特に、有負荷運転から無負荷運転への移行時等においては、副室及び副室燃料供給弁の弁室の圧力が変動し、副室燃料供給弁の弁室からクランク室へリークする燃料ガスのリーク流量のばらつきが顕著になる場合があった。このため、複数の副室間での燃料ガスの供給量が変動し、複数の副室間での燃焼状態がばらつき、失火が生じる虞がった。
また、当該失火により未燃焼ガスが生じ、当該未燃焼ガスが、排気路に導かれる場合がった。このような状況において、特許文献１に開示の技術の如く、排気路に酸化触媒を設けている場合、当該酸化触媒にて未燃焼ガスが燃焼され、酸化触媒の過度の温度上昇を招く虞があった。
【０００５】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、副室燃料供給弁の弁室とクランク室とを接続するリーク流路を備えた多気筒型の副室式エンジンにおいて、有負荷運転から無負荷運転への移行時等であっても、失火を良好に抑制できると共に、その排気路に酸化触媒が設けられている場合にも、酸化触媒の過度の温度上昇を抑制可能な副室式エンジンを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための副室式エンジンは、
ピストンに面する主室と当該主室に噴孔を介して連通する副室とを備え、
弁室に供給された燃料ガスを弁部を通じて前記副室に供給する副室燃料供給弁を備え、
前記副室燃料供給弁のバルブステムと、前記バルブステムを内挿させてガイドするバルブステムガイドとの間隙から、クランク室へ燃料ガスをリークさせるリーク流路を備えた副室式エンジンであって、その特徴構成は、
前記主室とそれに連通する前記副室とが、一のクランク軸に対して複数併設され、
前記リーク流路が、複数の前記副室に対して設けられた前記副室燃料供給弁の前記間隙から前記クランク室へ、燃料ガスをリークするように複数設けられ、
複数の前記リーク流路の夫々に、前記リーク流路にてリークされる燃料ガスのリーク流量を揃える流量揃え手段が設けられている点にある。
【０００７】
上記特徴構成によれば、例えば、有負荷運転から無負荷運転への移行時等において、副室及び副室燃料供給弁の弁室の圧力が変動した場合であっても、複数の副室に設けられる副室燃料供給弁の弁室からクランク室へ燃焼ガスを導く複数のリーク流路に設けられた流量揃え手段により、複数のリーク流路でのリーク流量が揃えられることとなる。これにより、複数の副室燃料供給弁の弁室間における燃料ガス量のばらつきを抑制でき、複数の副室間での燃焼状態のばらつきを防止して、失火を抑制することができる。
結果、失火により排気路に未燃焼ガスが導かれることを防止でき、排気路に酸化触媒を設けている場合にも、当該酸化触媒にて未燃焼ガスが燃焼され、酸化触媒が過度に温度上昇することを防止できる。
【０００８】
本発明の副室式エンジンの更なる特徴構成は、
前記流量揃え手段は、複数の前記リーク流路の夫々の流量を調節し均一化する流量調整機構から構成されている点にある。
【０００９】
上記特徴構成によれば、複数のリーク流量間でのリーク流量を揃える流量揃え手段を、複数のリーク流路の夫々の流量を調節し均一化する流量調整機構から構成しているので、複数のリーク流路を通流する燃料ガスのリーク流量を、略均一に揃えることができる。
【００１０】
本発明の副室式エンジンの更なる特徴構成は、
前記主室にて混合気を燃焼した後の排ガスを大気へ導く排気路に、酸化触媒を設ける点にある。
【００１１】
本発明にあっては、副室式エンジンの失火を良好に抑制できるので、上記構成の如く、排気路に酸化触媒を設けた場合でも、排気路の酸化触媒に導かれる未燃焼ガスを抑制し、酸化触媒の過度の温度上昇を抑制し、酸化触媒の劣化を防ぐことができる。
また、当該酸化触媒によって、排ガスの臭気成分を除去することができる。
【００１２】
本発明の副室式エンジンの更なる特徴構成は、
複数の前記リーク流路を通流する燃料ガスを合流させて前記クランク室へ導く共通流路を備え、当該共通流路に前記クランク室から前記副室燃料供給弁の前記弁室への燃料ガスの逆流を防止する逆止弁が設けられている点にある。
【００１３】
本発明の副室式エンジンにあっては、例えば、無負荷運転を実行する場合、副室燃料供給弁の弁室の圧力がクランク室の圧力（大気圧）よりも低くなり、クランク室から副室燃料供給弁の弁室へ燃料ガスが逆流することがある。
上記特徴構成によれば、リーク流路を通流する燃料ガスを合流させてクランク室へ導く共通流路に、クランク室から副室燃料供給弁の弁室への燃料ガスの逆流を防止する逆止弁を設けているので、当該逆止弁により、クランク室から副室燃料供給弁の弁室への燃料ガスの逆流を良好に防止することができる。
尚、当該特徴構成では、複数のリーク流路の夫々に逆止弁を設けるのではなく、共通流路に逆止弁を設ける構成としているので、逆止弁は１つのみ設ければよく、構成の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】副室式エンジンの一の気筒部分を示す概略構成図である。
【図２】副室式エンジンの多気筒構造を示す概略構成図である。
【図３】本発明におけるリーク流量の揃い度合いを調べる試験結果を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係る副室式エンジン１００の実施形態を、図面に基づいて説明する。
本発明に係る副室式エンジン１００は、図１に示すように、副室２０に燃料ガスを供給する副室燃料供給弁２２の弁室２４とクランク室１９とを接続する複数のリーク流路２５を備えた多気筒型（図２に図示）のものにおいて、当該複数のリーク流路２５間において、燃料ガスのリーク流量を揃える流量調整機構２６（流量揃え手段の一例）を備えている点を、特徴とする。
以下、まず、副室式エンジン１００の基本構成について説明した後、その特徴について説明する。
【００１６】
本発明の副室式エンジン１００は、図１に示すように、ピストン１７と、ピストン１７を収容してピストン１７の頂面と共に主室１３を形成するシリンダ１６を備え、ピストン１７をシリンダ１６内で往復運動させると共に、吸気バルブ１２及び排気バルブ１５を開閉動作させて、主室１３において吸気、圧縮、燃焼・膨張、排気の諸工程を行い、ピストン１７の往復運動を連結棒１８によってクランク軸３１の回転運動として出力されるものであり、このような構成は、通常の４ストローク内燃機関と変るところはない。
尚、この副室式エンジン１００は、通常、エンジン回転数が一定の定格回転数となるように定格運転されるように構成されている。
【００１７】
また、副室式エンジン１００は、気体燃料である都市ガス（１３Ａ）を燃料ガスＧとして利用するものであり、吸気工程において吸気バルブ１２を開状態として、吸気ポート１１から主室１３に空気と少量の燃料ガスとの混合気、好ましくは希薄混合気である新気を吸引し、圧縮及び燃焼・膨張工程において吸気バルブ１２及び排気バルブ１５を閉状態として、この吸入した新気を圧縮して燃料ガスを燃焼・膨張させ、排気工程において排気バルブ１５を開状態として、主室１３から排気ポート１４へ排ガスＥを排出するように運転される。
【００１８】
吸気ポート１１の上流側に通じる吸気路３５には、空気に燃料供給路４３から供給された燃料ガスＧを混合して、新気としての希薄混合気を形成するミキサ４６が設けられている。
当該ミキサ４６は、吸気路３５を縮径させたベンチュリ構造を有し、吸気路３５を通流する空気Ａが上記ベンチュリ構造を高速で通過することで圧力低下を発生させ、この圧力低下を利用して、燃料供給路４３から供給された燃料ガスを、吸気路３５を通流する空気に吸引して、吸気路３５に希薄混合気を形成するように構成されている。尚、ミキサ４６にて形成された希薄混合気は、過給機３３にて加圧され、インタークーラー３４にて冷却される。
ここで、燃料ガスは、流量調整弁４４により燃料ガスの供給量を調整されると共に、ガバナ４５によりその供給圧を一定に維持された状態で、ミキサ４６に供給されるようになっている。
【００１９】
本発明の副室式エンジン１００にあっては、副室２０に副室燃料供給弁２２から燃料ガスが供給され、当該副室２０から火炎ジェットが主室１３に噴射されるように構成されている。以下、当該副室２０に係る燃焼機構について、説明する。
【００２０】
副室２０の上方には、点火プラグ３０と副室燃料供給弁２２とが設けられている。
点火プラグ３０は、エンジンの１サイクル毎に火花を発生させることにより、副室２０に形成された混合気を火花点火するように構成されている。
一方、副室燃料供給弁２２は、副室燃料供給路４０を介してポンプ４１により、例えば０．２ＭＰａ（ゲージ圧）程度で圧送されると共に、流量調整弁４２にて流量調整された燃料ガスが流入可能な弁室２４と、当該弁室２４を副室２０に対して開放・閉止する弁部２３とを有して構成されている。弁部２３は、エンジンの１サイクル毎に開閉することにより、副室燃料供給路４０から弁室２４に供給された燃料ガスを、副室２０に断続的に供給するように構成されている。
【００２１】
以下、その副室式エンジン１００における１サイクルの動作状態について以下に説明する。
副室式エンジン１００は、まず、吸気バルブ１２が開状態となり、ピストン１７のＴＤＣ（上死点）からの下降により、吸気ポート１１から主室１３に新気が吸引される吸気工程が行われる。
このとき副室２０に設置された副室燃料供給弁２２は、吸気バルブ１２の開時期に対して略同時期に、弁部２３を閉状態から開状態に変化させ、弁室２４に供給された燃料ガスの副室２０への供給を開始する。
【００２２】
後に、吸気バルブ１２及び副室燃料供給弁２２の弁部２３が略同時期に閉状態となり、ピストン１７の上昇により、主室１３に吸気された新気を圧縮する、いわゆる圧縮工程が行われる。
尚、圧縮工程初期で副室２０がまだ低圧のときに、副室燃料供給弁２２の弁部２３を開状態として燃料ガスを副室２０に供給してもよい。
当該圧縮工程では、ピストン１７の上昇により、主室１３の容積減少によって、主室１３の新気が噴孔２１を介して副室２０に流入し、副室２０には、その新気の流入によりガス流動が発生することで、その新気と燃料ガスとが混合されて、火花点火可能範囲内の当量比（例えば１程度）の混合気が形成される。
即ち、上記圧縮工程終了時において、副室２０には、当量比が比較的高い混合気が存在するのに対して、主室１３には、当量比が比較的低い新気が存在することになる。
【００２３】
次に、副室式エンジン１００では、上死点直前（例えば、８°ＢＴＤＣ）付近において、点火プラグ３０を作動させて、副室２０の上部において火花点火して燃焼させる。
すると、副室２０では、燃焼が進み、副室２０にて燃焼しなかった燃料ガスと共に、火炎ジェットが噴孔２１を介して主室１３へ噴出される。
尚、副室２０と主室１３とを連通する複数の噴孔２１は、主室１３の中心軸を中心として、周方向に等間隔で分散配置され、放射状に開口される開口部として形成されており、火炎ジェットが夫々の噴孔２１から主室１３に放射状に噴射されるように構成されている。
【００２４】
一方、主室１３においては、夫々の噴孔２１から放射状に噴出された火炎ジェットにより新気として吸気された希薄混合気を安定して燃焼させるので、高効率且つ低ＮＯｘとなる燃焼が行われる。
このような主室１３における燃焼状態は、通常のＳＩエンジンに近い状態であるが、圧縮比を高く設定した場合においても、ノッキングが発生しないため、熱効率を向上することができる。
【００２５】
上述した副室式エンジン１００において、火炎ジェットの熱エネルギをできるだけ小さくして、高負荷運転時の主室１３におけるノッキングなどの異常燃焼を抑制するために、主室１３と副室２０とを含む燃焼室の最小容積、即ち、ピストン１７の位置が上死点位置となって最小となる燃焼室の容積に対する副室２０の容積の割合は、数％（例えば２％〜３％程度）と非常に小さく設計されている。
尚、図１では、副室２０に係る構成を認識し易くするために、全体に対する副室２０の大きさの割合を大きめに描いている。
【００２６】
以上の如く、副室燃料供給弁２２を備えた副室式エンジン１００では、特に、副室燃料供給弁２２の弁部２３が開状態から閉状態へ切り替えられる圧縮工程において、副室燃料供給弁２２の弁室２４の圧力が非常に高くなる。そして、この弁室２４の圧力上昇に伴って、弁室２４に存在する燃料ガスが、副室燃料供給弁２２のバルブステム２７と、当該バルブステム２７を内挿させてガイドするバルブステムガイド２８との間隙を伝って外部に漏出することを抑制すべく、副室燃料供給弁２２のバルブステム２７とバルブステムガイド２８との間隙に連通するリーク部２９が形成され、当該リーク部２９が、リーク流路２５を介して、クランク室１９に接続されている。
これにより、副室燃料供給弁２２の弁室２４に供給された燃料ガスは、弁室２４の圧力が高圧となった場合に、当該リーク部２９及びリーク流路２５を介して、クランク室１９に導かれ、外部に漏出することが抑制されるようになっている。
【００２７】
更に、本発明の副室式エンジン１００は、図２に示すように、主室１３と当該主室１３に連通する副室２０とが、一のクランク軸３１に対して複数併設されている、所謂、多気筒型のエンジンである。尚、図２では、多気筒型のエンジンの全体の概略構成を示すため、主室１３と当該主室１３に連通する副室２０等を、気筒５０として示している。
【００２８】
図２に示すように、多気筒式の副室式エンジン１００にあっては、吸気路３５は、途中で分岐して、複数の気筒５０の夫々に接続されている。また、副室燃料供給炉４０も、途中で分岐して、複数の気筒５０を構成する副室燃料供給弁２２の弁室２４の夫々に接続されている。
尚、燃料供給路４３の上流側には、クランク室１９から排出されたブローバイガスを通流するブローバイガス路３７が接続されている。当該ブローバイガス路３７には、ブローバイガスに含まれるミスト状のエンジンオイルを分離するオイルセパレータ３８が設けられると共に、エアクリーナ３９が設けられている。
【００２９】
次に、本発明の副室式エンジン１００の特徴的な構成である、リーク流路２５のリーク流量を揃える構成について、説明を加える。
リーク流路２５は、複数の副室燃料供給弁２２の弁室２４の夫々から各別に、副室燃料供給弁２２のリーク部２９を介する状態で、クランク室１９に向けて燃料ガスをリークするように設けられている。
そして、従来、当該リーク部２９の流路径が、複数の副室燃料供給弁２２の間で精度良く揃えられていない等の理由により、複数の副室燃料供給弁２２の間で、燃料ガスのリーク流量にばらつきが生じることがあった。特に、有負荷運転から無負荷運転への移行時等で、副室２０及び副室燃料供給弁２２の弁室２４の圧力が変動する場合には、リーク流量のばらつきが顕著になる虞があった。
【００３０】
そこで、本発明の副室式エンジン１００では、複数のリーク流路２５の夫々に、複数のリーク流路２５の間で、副室燃料供給弁２２の弁室２４からクランク室１９に導かれる燃料ガスのリーク流量を揃える流量調整機構２６（流量揃え手段の一例）を設けている。
当該流量調整機構２６にて、複数のリーク流路２５の夫々における流量は、適切に調節され均一化される。これにより、複数のリーク流路２５の夫々において、流量調整機構２６の下流側に導かれる燃料ガスのリーク量が、略同一に揃えられるようになっている。結果、複数の副室燃料供給弁２２の弁室２４間において、燃料ガス量のばらつきを良好に抑制することができ、副室２０及び主室１３における失火を防ぐことができる。
【００３１】
本発明にあっては、図１、２に示すように、排気路３６に、排ガスの臭気成分を除去する白金等からなる酸化触媒３２を設けている。当該酸化触媒３２では、上述の如く副室２０及び主室１３にて失火が抑制されることにより、それに導かれる未燃焼ガスが抑制されるので、未燃焼ガスの燃焼量を減少させ、過度に加熱されることが防止される。
【００３２】
尚、複数のリーク流路２５は、その下流側にて１つの共通流路５１に接続され、その共通流路５１がクランク室１９に接続されている。
そして、当該共通流路５１には、クランク室１９か副室燃料供給弁２２の弁室２４の側への燃料ガス（ブローバイガスを含む）の逆流を防止するリード弁５２（逆止弁の一例）が設けられている。
これにより、特に、無負荷運転状態を実行して、副室２０及び副室燃料供給弁２２の弁室２４の圧力が、クランク室１９の圧力（大気圧）よりも小さくなった場合であっても、副室燃料供給弁２２の弁室２４への燃料ガス（ブローバイガスを含む）が逆流することを良好に防止して、より一層、失火を防止することができる。
尚、本発明にあっては、リード弁５２は、リーク流路２５の夫々を接続した共通流路５１に設けられているので、当該単一のリード弁５２を適切に働かせることのみにより、複数の副室燃料供給弁２２の弁室２４のすべてへの燃料ガスの逆流を防止できる。
【００３３】
次に、流量揃い手段の効果を確認する試験結果を、図３のグラフ図を用いて説明する。
１６気筒の副室式エンジンにおいて、従来のもの（図３で、比較例１〜３）と、本発明の流量調整機構２６（流量揃い手段の一例）を設けたもの（図３で、実施例）において、副室燃料供給弁２２に、燃料ガスを０．２Ｍｐａ（ゲージ圧）程度で供給した場合の、各気筒５０におけるリーク流量を示したものである。
図３を参酌すれば、従来のもの（図３で、比較例１〜３）では、各気筒５０間において、そのリーク流量に、ばらつきがあることがわかる。
一方、本発明（図３で、実施例）では、各気筒５０間のリーク流量のばらつきを抑制できていることがわかる。
そして、図３から、リーク流量のばらつきは、従来のもの（図３で、比較例１〜３）に対し本発明（図３で、実施例）は、１／８程度に抑えられていることがわかる。
【００３４】
〔別実施形態〕
（１）上述の実施形態にあっては、リーク流路２５におけるリーク流量の流量揃い手段として、流量調整機構２６を備えた例を示したが、当該流量揃い手段は、複数のリーク流路２５の間において、燃料ガスのリーク流量を揃えることができるものであればよく、例えば、流量調整弁及びそれを制御する制御装置等により、構成することができる。
【００３５】
（２）上記実施形態において、流量揃い手段としての流量調整機構２６は、副室燃料供給弁２２に一体的に設けられるものであっても構わない。これにより、部品点数を減らして、構成の簡素化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の副室式エンジンは、副室燃料供給弁の弁室とクランク室とを接続するリーク流路を備えた多気筒型の副室式エンジンにおいて、有負荷運転から無負荷運転への移行時等であっても、失火を良好に抑制できると共に、その排気路に酸化触媒が設けられている場合であっても、酸化触媒の過度の温度上昇を抑制可能な副室式エンジンとして、有効に利用可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１３              ：主室
１９              ：クランク室
２０              ：副室
２２              ：副室燃料供給弁
２３              ：弁部
２４              ：弁室
２５              ：リーク流路
２６              ：流量調整機構
３２              ：酸化触媒
３５              ：吸気路
３６              ：排気路
５１              ：共通流路
５２              ：リード弁（逆止弁の一例）
１００            ：副室式エンジン
【図１】
0005916372.tif 000002
【図２】
0005916372.tif 000003
【図３】
0005916372.tif 000004