(57)【要約】【課題】燃焼室（主室）に接続された副室が備えられた副室式ガスエンジンにおいて、応答性や制御精度を保ちながら、部品点数を減少させることである。【解決手段】主室１４に接続された副室１５が備えられた副室式ガスエンジン１０であって、燃料を供給する燃料供給装置２０と、燃料供給装置２０と吸気管１６とを接続する第１燃料供給通路２３と、燃料供給装置２０と副室１５とを接続する第２燃料供給通路２４と、燃料供給装置２０に配置され、燃料供給装置２０と、第１燃料供給通路２３または第２燃料供給通路２４との連通を切り替える切替手段２２と、を燃焼室毎に備え、切替手段２２は、切替室３０と、切替室３０に摺動可能に挿入されるピストン４０と、から構成され、ピストン４０が切替室３０内を摺動することで、燃料供給装置２０と、第１燃料供給通路２３または第２燃料供給通路２４との連通を切り替えることを特徴とする副室式ガスエンジン。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主燃焼室に接続された副室が備えられた副室式ガスエンジンであって、
燃料を供給する燃料供給部と、
前記燃料供給部と吸気管とを接続する第１燃料供給通路と、
前記燃料供給部と前記副室とを接続する第２燃料供給通路と、
前記燃料供給部に配置され、前記燃料供給部と、前記第１燃料供給通路または前記第２燃料供給通路との連通を切り替える切替手段と、
を燃焼室毎に備え、
前記切替手段は、
切替室と、
前記切替室に摺動可能に挿入される弁体と、
から構成され、前記弁体が前記切替室内を摺動することで、前記燃料供給部と、前記第１燃料供給通路または前記第２燃料供給通路との連通を切り替えることを特徴とする副室式ガスエンジン。
【請求項２】
前記弁体は、
前記副室の圧力に応じて前記切替室内を摺動すること特徴とする請求項１に記載の副室式ガスエンジン。
【請求項３】
前記弁体はピストン状に形成されるとともに、
前記弁体の一方の受圧面と前記切替室とで形成され、前記燃料供給部と接続される第１室と、
前記弁体の他方の受圧面と前記切替室とで形成され、前記第２燃料供給通路が接続される第２室と、
前記第１室を形成する前記弁体の前記一方の受圧面と弁体摺動面とを連通する弁体内通路を備え、
前記弁体が前記第１室の容積が最小となる状態で前記弁体内通路と前記第１燃料供給通路とが連通する位置に前記第１燃料供給通路が形成され、前記弁体が前記第２室の容積が最小となる状態で前記弁体内通路と前記第２室が連通することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の副室式ガスエンジン。
【請求項４】
前記第１室の前記一方の受圧面より前記第２室の前記他方の受圧面の面積を大きく構成したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の副室式ガスエンジン。
【請求項５】
前記第２室の容積が小さくなる方向に前記弁体を付勢する第１弁体付勢手段が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の副室式ガスエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、天然ガス等のガス燃料を用いた副室燃焼方式のガスエンジンに関し、特に、ガス燃料を燃焼室および副室に供給する燃料供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
天然ガスを燃料としたガスエンジンにおいて、例えば、燃費低減やＮＯｘ低減を行うために、燃焼室内の混合気の空燃比を理論空燃比よりも希薄なリーン状態として燃焼させることが行われる。しかしながら、リーン状態での燃焼は理論空燃比による燃焼に比べ、着火性が不安定となり十分な出力が得られないことがある。そこで、燃焼室を、出力を得るための主室と、主室に接続する副室とに分け、それぞれに供給する燃料の割合を変えることで着火性を上げる副室式ガスエンジンが提供されている。副室式ガスエンジンでは、燃料がリッチな混合気を充填した副室内に対し点火し、点火した副室内の混合気を主室に噴出させることで、主室内のリーンな混合気に対する着火性を上げている。
【０００３】
特許文献１に記載される従来の副室式ガスエンジンでは、主室に燃料を供給するために吸気通路に設置されるガスミキサー２３に加え、副室に供給する燃料を制御する手動遮断弁３１が設けられている。また、手動遮断弁３１の下流には、副室内の圧力上昇に伴うガス燃料の逆流を防止する逆止弁が設けられる。これによって、主室及び副室に供給する燃料量、供給タイミングの制御を可能としている。
また、特許文献２に記載される従来の副室式ガスエンジンでは、吸気通路へ燃料を供給する主燃料供給路の開閉を行うガス制御弁１４の下流において、副室へ燃料を供給する副燃料供給路の分岐部を設けている。また、副室へ燃料を供給する副燃料供給路には、副室内の圧力上昇に伴うガス燃料の逆流を防止する逆止弁と、副燃料供給路のガス流量の割合を変更する開度調整弁が設けられている。これによって、燃料の供給を制御する制御弁の数を少なくすることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１１３１４８号公報
【特許文献２】特開２００９−２９９５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の副室式ガスエンジンでは、主室および副室へ供給する燃料量、タイミングを制御することができるが、制御するために部品点数を増やす必要がある。また、特許文献２に記載の副室式ガスエンジンでは、燃料を制御する部品数を抑えることができるが、同時に供給される主室側と副室側の燃料量を一つの制御弁で制御するため、各室に供給する燃料量およびタイミングを精度よく制御することが困難である。本発明の目的は、燃焼室に接続された副室が備えられた副室式ガスエンジンにおいて、応答性や制御精度を保ちながら、部品点数を減少させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するため、請求項１に記載の本発明では、主燃焼室に接続された副室が備えられた副室式ガスエンジンであって、燃料を供給する燃料供給部と、燃料供給部と吸気管とを接続する第１燃料供給通路と、燃料供給部と前記副室とを接続する第２燃料供給通路と、燃料供給部に配置され、燃料供給部と、第１燃料供給通路または第２燃料供給通路との連通を切り替える切替手段と、を燃焼室毎に備え、切替手段は、切替室と、切替室に摺動可能に挿入される弁体と、から構成され、弁体が切替室内を摺動することで、燃料供給部と、第１燃料供給通路または第２燃料供給通路との連通を切り替えることを特徴とする。
請求項１に記載の本願発明によれば、切替室内を摺動する弁体によって燃料供給部から供給される燃料を吸気管と接続される第１吸気通路または副室と接続される第２燃料供給通路のどちらかに切り替えることが可能となり、部品点数を減らし、かつ、吸気管または副室のどちらかに狙った燃料量を精度よく供給することが可能となる。
なお、吸気管とは、燃焼室へ流入する新気が流れる通路のことであり、吸気通路および吸気ポートが含まれる。
【０００７】
請求項２に記載の本発明では、弁体は、副室の圧力に応じて切替室内を摺動することを特徴とする。
請求項２に記載の本願発明によれば、弁体は、副室の圧力に応じて切替室内を摺動するため、副室の状態を基に吸気管または副室のどちらかにより精度よく燃料を供給することが可能となる。
【０００８】
請求項３に記載の本発明では、弁体はピストン状に形成されるとともに、弁体の一方の受圧面と切替室とで形成され、燃料供給部と接続される第１室と、弁体の他方の受圧面と切替室とで形成され、第２燃料供給通路が接続される第２室と、第１室を形成する弁体の一方の受圧面と弁体摺動面とを連通する弁体内通路を備え、弁体が第１室の容積が最小となる状態で弁体内通路と第１燃料供給通路とが連通する位置に第１燃料供給通路が形成され、弁体が第２室の容積が最小となる状態で弁体内通路と第２室が連通することを特徴とする。
請求項３に記載した本願発明によれば、燃料供給部と連通されるときの吸気管または副室は、圧力が低い状態となり、燃料の供給を効率よく行うことが可能となる。
【０００９】
請求項４に記載の本発明では、第１室側の弁体受圧面に比べ第２室側の弁体受圧面の面積を大きく構成したことを特徴とする。
請求項４に記載の本発明では、第１室と第２室の圧力が同じであっても、弁体を任意の方向に移動させることが可能となり、通路の切替を容易に行うことができる。
【００１０】
請求項５に記載の本発明では、第２室の容積が小さくなる方向に弁体を付勢する第１弁体付勢手段が設けられていることを特徴とする。
請求項５に記載の本発明では、弁体の受圧面にかかる圧力が同じであっても、弁体を任意の方向に移動させることが可能となり、通路の切替を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本願発明は、簡単な構成によって、燃焼室に接続された副室を備えた副室式ガスエンジンにおいて、応答性や制御精度を保ちながら、部品点数を減少させることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る副室式ガスエンジンの概略図である。
【図２】同じく切替手段の図である。
【図３】同じく切替手段の図である。
【図４】同じく切替手段の作用と燃料供給タイミングを示す概念図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る切替手段の図である。
【図６】同じく切替手段の図である。
【図７】その他の実施形態に係る切替手段の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る副室式ガスエンジン１０を図１ないし図４に基づいて説明する。
図１に第１の実施形態に係る副室式ガスエンジン１０の構成を示す。この副室式ガスエンジン１０は、天然ガス等のガス燃料を燃料として駆動する内燃機関である。図１では、１つの燃焼室のみが記載されているが、副室式ガスエンジン１０は、複数の燃焼室を備えている。副室式ガスエンジン１０の燃焼室は、シリンダブロック１１、シリンダヘッド１２、燃焼室ピストン１３、図示しない吸気弁、排気弁より構成される主燃焼室である主室１４と、シリンダヘッド１２に形成される副室１５とより構成されている。主室１４は、燃焼室ピストン１３がシリンダブロック１１の側壁に沿って往復運動することで容積が変動する。シリンダヘッド１２には主室１４に新気を供給するための吸気管としての吸気ポート１６、および、主室１４から既燃ガスを排気ガスとして排出するための排気ポート１７が形成されている。
【００１４】
図示しない吸気弁、排気弁は、吸気ポート１６と主室１４の境界、および、排気ポート１７と主室１４との境界に配置される。そして、シリンダヘッド１２上部に取り付けられ、図示しないクランクシャフトの回転に連動して回転する図示しない吸気カム及び排気カムによって、吸気弁および排気弁が往復運動されることで、吸気ポート１６および排気ポート１７が開閉される。なお、吸気弁および排気弁の開閉タイミングは、吸気カム及び排気カムに既存のバルブタイミング機構を備えることによって、制御可能に設けられていてもよい。
また、シリンダヘッド１２には、吸気ポート１６および副室１５に燃料を供給する燃料供給部としての燃料供給装置２０が設けられている。
【００１５】
副室１５は、シリンダヘッド１２における燃焼室ピストン１３と対面する壁面に形成されており、主室１４に近接して配置される。主室と副室とを隔てる壁面は、主室側に張り出したドーム型に形成されており、ドーム型の壁面には、噴出口１８が複数設けられることによって主室１４と副室１５とが連通されている。また、副室１５におけるドーム型壁面と反対方向の壁面には、点火プラグ１９が配置されており、後述するＥＣＵ５２に接続されることで任意のタイミングで点火が可能となっている。
【００１６】
燃料供給装置２０は、図示しないガス燃料貯蔵手段からガス燃料を供給可能なインジェクタ２１、インジェクタ２１と通路２５によって接続され、インジェクタ２１からガス燃料が供給される切替室３０と、切替室３０内を摺動可能に配置される弁体としてのピストン４０とからなる切替手段２２より構成されている。また、燃料供給装置２０には、他端部が吸気ポート１６に接続される第１燃料供給通路２３、および、他端部が副室１５に接続される第２燃料供給通路２４が接続されている。なお、吸気ポート１６に接続される第１燃料供給通路２３の接続口は、第１燃料供給通路２３を流れるガス燃料が吸気ポート１６に流入する際、吸気ポート１６を流れる吸入空気の流れを乱さないように配置されている。
【００１７】
図２および図３に示すように、切替手段２２を構成する切替室３０は、それぞれ円筒状で形成される第１切替室３１、第２切替室３２、第３切替室３３、及び第１切替室及び第３切替室を連通する切替室連通路３４より構成されている。なお、以降の切替室及びピストンの説明において、図を用いた説明の便宜上、上下方向を意味する記載を用いるが、これは図面における上下方向であり、鉛直方向を意味する上下方向とは異なっていてもよい。
切替室３０は、第１切替室３１、第２切替室３２、第３切替室３３をそれぞれの円筒の中心線が重なるように上下方向に重ねた形状をしており、第１切替室３１の径は、第２切替室３２の径より小さく設定されている。また、第３切替室３３の径は、第２切替室３２の径より小さく、第１切替室３１の径より大きく設定されている。
【００１８】
第１切替室３１の下面と第２切替室上面３２１、及び、第２切替室下面３２２と第３切替室３３の上面はそれぞれ直接接続されている。
第１切替室上面３１１には、インジェクタ２１へ繋がる通路２５が接続されている。第１切替室側面３１２には、第１燃料供給通路２３が接続されている。なお、同じく第１切替室側面３１２であって、第１燃料供給通路２３より下方向には第３切替室３３へ接続される切替室連通路３４が接続されている。
第３切替室下面３３１には、第２燃料供給通路２４が接続されている。第３切替室側面３３２には、第１切替室３１へ接続される切替室連通路３４が接続されている。
【００１９】
ピストン４０は、第１切替室３１の径とほぼ同等の径で第１切替室３１に摺動可能に挿入される小径部４１と第２切替室３２とほぼ同等の径で第２切替室３２に摺動可能に挿入される大径部４２とで構成されている。また、ピストン４０には、小径部上面４１１（一方の受圧面）と小径部側面４１２（弁体摺動面）とを連通するピストン内通路４３（弁体内通路）が形成されている。ピストン４０の小径部上面４１１から大径部下面４２２までの長さは、第１切替室上面３１１から第２切替室下面３２２までの長さより短く設定されており、また、大径部４２の長さは、第２切替室３２の長さより小さく設定されている。これによって、切替室３０内にピストン４０を挿入した状態で、ピストン４０が第１切替室３１内と第２切替室３２内を摺動可能となっている。
【００２０】
切替室３０にピストン４０を挿入する場合は、第２切替室上面３２１と大径部上面４２１との間に第１弁体付勢手段としての第１ばね５１が配置される。これによって、ピストンは常に下方向に付勢される。
【００２１】
図２に示すように、切替室３０にピストン４０を挿入した状態では、第１切替室３１と小径部上面４１１（一方の受圧面）とで第１室２６が構成され、第２切替室３２及び第３切替室３３と大径部下面４２２（他方の受圧面）とで第２室２７が構成される。また、図２に示すようにピストン４０を最大限上方へ移動させた状態、すなわち、第１室２６の容積が最小となる状態では、切替室３０における第１燃料供給通路２３の接続口と、小径部側面４１２におけるピストン内通路４３の連通口との上下方向における位置が同じ位置となるように設定されている。
【００２２】
また、図３に示すようにピストン４０を最大限下方へ移動させた状態、すなわち、第２室２７の容積が最小となる状態では、第１切替室側面３１２に形成された切替室連通路３４の接続口と、小径部側面４１２におけるピストン内通路４３の連通口との上下方向における位置が同じ位置となるように設定されている。なお、第１切替室側面３１２における第１燃料供給通路２３の接続口が形成される壁面と対面する壁面の下方には、凸状の突出部３１３（図２のみに記載）が形成される。また、ピストン４０の小径部側面４１２における一方向には、上下方向に伸びる凹状の切欠部４１３（図２のみに記載）が形成される。切替室３０にピストン４０を挿入する時には、突出部３１３と切欠部４１３との位置を合わせて挿入することによって、切替室３０に対するピストン４０の回転を防止することができる。これによって、小径部側面４１２におけるピストン内通路４３の連通口の向きが、常に第１切替室側面３１２における第１燃料供給通路２３の接続口と切替室連通路３４の連通口とを結ぶ直線と接するようピストン４０を配置させることができる。
【００２３】
図１に示すように副室式ガスエンジン１０には、エンジン回転数を検出する回転数センサ５３、および、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ５４が取り付けてある。なお、回転数センサ５３およびアクセル開度センサ５４は公知のセンサでよい。また、副室式ガスエンジン１０は、回転数センサ５３およびアクセル開度センサ５４の値が入力されるＥＣＵ５２を備えている。ＥＣＵ５２はインジェクタ２１、点火プラグ１９に接続されており、入力値より求まる出力値に応じて、インジェクタ２１による燃料供給タイミング、燃料供給時間、及び、点火プラグ１９における点火タイミングを制御する。
【００２４】
次に前記のように構成された切替手段２２の作用を図２及び図３を用いて説明する。
図３に示すようにピストン４０の小径部上面４１１及び大径部下面４２２に圧力がかかっていない状態では、ピストン４０には第１ばね５１の付勢力によって、ピストン４０は、最大限下方へ移動した状態、すなわち、第２室２７の容積が最小となる状態を維持している。この状態では、第１切替室側面３１２に配置されている切替室連通路３４の接続口と、小径部側面４１２におけるピストン内通路４３の連通口の位置が一致し、切替室連通路３４とピストン内通路４３の連通口が連通される。
【００２５】
ピストン４０の小径部上面４１１及び大径部下面４２２に圧力がかかっていない状態から第２室２７に圧力がかかると、大径部下面４２２が圧力を受けると同時に、切替室連通路３４を通じて小径部上面４１１も同等の圧力を受ける。しかしながら、小径部上面４１１と大径部下面４２２には面積差があるため、ピストン４０にはピストン４０が下から上へ向かう方向に力を受けている状態となる。その力が第１ばね５１の付勢力を上回ると、ピストン４０は、上方へ移動する。ピストン４０にかかる圧力が十分大きくなると図２に示すようにピストンは最大限上方へ移動した状態、すなわち、第１室２６の容積が最小となる状態となる。この状態では、第１燃料供給通路２３の接続口と、小径部側面４１２におけるピストン内通路４３の連通口の位置が一致し、第１燃料供給通路２３とピストン内通路４３が連通される。なお、ピストン４０が上方に移動を始める圧力を切替設定圧とする。
【００２６】
次に前記のように構成された副室式ガスエンジン１０の作用を図４を用いて説明する。
副室式ガスエンジン１０の吸気行程では、吸気カムによって、主室１４の吸気ポート１６に配置される吸気弁が開いている。また、主室１４の燃焼室ピストン１３が主室１４を拡大する方向（下方向）に移動しているため、主室１４は負圧となり、吸気ポート６から新気が主室１４内に吸入される。なお、この時点において、吸入される新気には後述する行程によってガス燃料が供給されており、新気は理論空燃比より燃料リーンの状態となっている。
【００２７】
上記吸気行程においては、主室１４と連通する副室１５内の圧力も負圧となり、副室１５と連通する第２室２７の圧力も低下している。そのため、切替室３０内のピストン４０は第１ばね５１の付勢力によって第２室２７を最小となる位置に配置される。この状態では、第１室２６と第２室２７が切替室連通路３４及びピストン内通路４３によって連通されている（図３の状態）。
【００２８】
図４に示すように、ＥＣＵ５２は吸気行程後半において、インジェクタ２１へガス燃料を供給する指示を送り、インジェクタ２１は開弁される。インジェクタ２１から供給されたガス燃料は、主室１４の負圧によって、第１室２６、ピストン内通路４３、切替室連通路３４、第２室２７、第２燃料供給通路２４を経て副室１５に供給される。なお、ＥＣＵ５２は副室１５に供給されるガス燃料が空燃比がリッチとなるようにインジェクタ２１を開弁する開度および時間を制御する。
【００２９】
次に、主室１４の燃焼室ピストン１３がシリンダブロック１１内を上昇する圧縮行程においては、吸気カムおよび排気カムによって吸気弁および排気弁が閉じられている。そのため、主室１４内及び副室１５内の圧力が徐々に高められる。副室１５内の圧力が高められるのに伴い、第２室２７の圧力及びピストン内通路４３及び切替室連通路３４によって連通される第１室２６の圧力も高められる。第２室２７を形成する大径部下面４２２にかかる圧力が、第１室２６を形成する小径部上面４１１にかかる圧力と第１ばね５１による大径部上面４２１にかかる付勢力の合力（切替設定圧）より大きくなると、ピストン４０は上方に移動する。副室１５内の圧力が一定値を越えると、ピストン４０は移動可能な最大限上方に移動、すなわち第１室２６の容積が最小となると、ピストン内通路４３は第１燃料供給通路２３に接続され、第１室２６と、第１燃料供給通路２３が連通する。
【００３０】
圧縮行程後期または膨張行程初期の燃焼室ピストン１３が上死点付近にある状態で、ＥＣＵ５２は、点火プラグ１９によって、副室１５内に充満する混合気に対して点火を行う。それに伴い、副室１５内の混合気が燃焼し、その燃焼中の混合気（火炎）は噴出口１８より燃焼室に噴出され、主室１４の混合気が燃焼を始める。膨張行程では、主室１４の混合気の燃焼によって発生する圧力によって、燃焼室ピストン１３を押し下げる。なお、主室１４及び副室１５内の圧力が大きくなる圧縮行程、膨張行程では、副室１５及び第２室２７と、第１室２６とがピストン４０によって切り離されているため、圧縮圧力及び燃焼圧力が、インジェクタ２１へ逆流することはない。
【００３１】
排気行程では、排気ポート１７に配置される排気弁が開弁され、既燃ガスが排気ポート１７へ排出される。それに伴い主室１４内の圧力は減少するが、燃焼室ピストン１３が上昇することもあり、主室１４、副室１５内はある程度の圧力がかかる。そのため、ピストン４０は、上部に維持し続け、第１室２６と第１燃料供給通路２３は接続される。なお、第１ばね５１の付勢力は、排気行程において、切替室３０のピストン４０が上部に維持される程度の強さに設定されている。
排気行程中盤より、ＥＣＵ５２はインジェクタ２１へ燃料を供給する指示を送り、インジェクタ２１は開弁される。インジェクタ２１から供給されたガス燃料は、吸気ポート１６の負圧によって第１室２６、ピストン内通路４３、第１燃料供給通路２３を経て吸気ポート１６に供給される。なお、ＥＣＵ５２は、主室１４に供給されるガス燃料が空燃比がリーンとなるようにインジェクタ２１を開弁する開度および時間を制御する。
【００３２】
燃焼室ピストン１３が上死点に達し、再び下降を始めると、排気弁が閉じられ、吸気弁が開かれる。燃焼室ピストンの下降にともない主室１４内の圧力が下がるため、ピストン４０は第１ばね５１の付勢力によって第２室２７を最小になる位置に配置される。
以上の行程が繰り返されることで副室式ガスエンジン１０は出力を得る。
【００３３】
この実施の形態では、以下の効果を得ることができる。
（１）圧縮行程及び膨張行程等燃焼室の圧力が高くなる行程において、切替手段２２を構成する切替室３０およびピストン４０によって、燃料供給部であるインジェクタ２１と副室１５とを切り離すことができる。そのため、インジェクタ２１を通してガス燃料が燃料貯留部へ逆流することを防止する逆止弁を設置する必要がなく部品点数を削減することができる。
（２）吸気ポートへ燃料を供給するインジェクタ２１と、副室へ燃料を供給するインジェクタ２１とを同一部品を利用するため、インジェクタを削減することができる。
（３）切替手段２２のピストン４０を副室１５の圧力を利用して駆動させるため、切替手段２２を駆動させる別部品を設ける必要がなく、簡便な構成とすることができる。
（４）ピストン４０を下方向に付勢する第１ばね５１を設け、付勢力を調整することによって、吸気行程に置いて確実に副室１５に燃焼ガスを供給することができる。
（５）ピストン内通路４３が、第１燃料供給通路２３または切替室連通路３４どちらかのみと連通されているときにインジェクタ２１より燃料を供給するので、主室１４および副室１５に供給される燃料量を精度よく制御することができる。
（第２の実施形態）
【００３４】
次に第２の実施形態である副室式ガスエンジンを図５、図６にしたがって説明する。この実施形態では、切替手段２２における第１室２６と第２室２７を連通する細部の構造が第１の実施形態と異なっている。第１の実施形態と基本的に同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。
【００３５】
図５に示すように、切替手段６２は、インジェクタ２１からガス燃料が供給される切替室７０と、切替室７０内を摺動可能に配置される弁体としてのピストン８０とから構成される。ピストン８０の小径部側面８１２（弁体摺動面）には、ピストン８０の小径部上面８１１（一方の受圧面）とを連通する第１ピストン内通路８３（弁体内通路）が設けられている。また、大径部側面８２３（弁体摺動面）には、第１ピストン内通路８３の小径部上面８１１連通口と連通する第２ピストン内通路８４（弁体内通路）が設けられている。なお、第１切替室７１と小径部上面８１１（一方の受圧面）とで第１室２６が構成され、第２切替室７２及び第３切替室７３と大径部下面８２２（他方の受圧面）とで第２室２７が構成される。
【００３６】
また、図６に示すように、ピストン８０を切替室７０内に挿入し、ピストン８０を最大限下方へ移動させた状態、すなわち、第２室２７の容積が最小となる状態で、第２ピストン内通路８４の大径部側面８２３連通口と接する第２切替室側面７２３と、それより下方に位置する第２切替室側面７２３、および、第３切替室側面７３２の一部には、第２切替室７２と第３切替室７３とを接続する切替室連通路７４が設けられている。なお、この実施例における切替室連通路７４は独立した通路ではなく、第２切替室７２及び第３切替室７３をまたぐ切欠きとして形成されているが、第１実施例のように、通路として独立していてもよい。
【００３７】
なお、図５に示すように、ピストン８０が最大限上方へ移動した状態、すなわち、第１室２６の容積が最小となる状態では、小径部側面８１２の第１ピストン内通路８３の連通口は、第１切替室側面７１２に形成される第１燃料供給通路２３と接続される。また、その状態では、大径部側面８２３に配置される第２ピストン内通路８４の連通口と切替室連通路７４は接続されていない。
【００３８】
次に第２の実施形態のように構成された切替手段６２の作用を説明する。
図に６示すようにピストン８０の小径部上面８１１及び大径部下面８２２に圧力がかかっていない状態では、第１ばね５１の付勢力によって、ピストン８０は、最大限下方へ移動した状態、すなわち、第２室２７の容積が最小となる状態を維持している。この状態では、第２切替室側面７２３に配置されている切替室連通路７４の連通口と、大径部側面８２３における第２ピストン内通路８４の連通口の位置が一致し、第１室２６と第２室２７が連通される。また、この時、小径部側面８１２における第１ピストン内通路８３の連通口は、第１切替室側面７１２に配置されている第１燃料供給通路２３の接続口より下方に位置しており、第１ピストン内通路８３と第１燃料供給通路２３とは接続されていない。
【００３９】
ピストン８０の小径部上面８１１及び大径部下面８２２に圧力がかかっていない状態から第２室２７に圧力がかかると、大径部下面８２２が圧力を受けると同時に、切替室連通路７４、第２ピストン内通路８４を通じて小径部上面８１１も同等の圧力を受ける。しかしながら、小径部上面８１１と大径部下面８２２には面積差があるため、ピストン８０にはピストン８０が下から上へ向かう方向に圧力を受けている状態となる。その力が第１ばね５１の付勢力を上回ると、ピストン８０は、上方へ移動する。ピストン８０にかかる圧力が十分大きくなると図５に示すようにピストン８０は最大限上方へ移動した状態、すなわち、第１室２６の容積が最小となる状態となる。この状態では、第１燃料供給通路２３の接続口と、小径部側面８１２における第１ピストン内通路８３の連通口の位置が一致し、第１燃料供給通路２３と第１ピストン内通路８３が連通される。また、この時、大径部側面８２３のおける第２ピストン内通路８４の連通口は、第２切替室側面７２３に配置される切替室連通路７４の連通口より上方に位置しており、第２ピストン内通路８４と切替室連通路７４とは接続されていない。
【００４０】
このように構成された副室式ガスエンジンでは、第１の実施形態と同様の作用で運転することができる。
【００４１】
この第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な効果に加えて以下の効果を得ることができる。
（６）切替室７０またはピストン８０に対して、側面及び上面に直接接続する通路のみを形成ればよいので、加工が容易である。
【００４２】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○図７に示すように、大径部下面４２２と第２切替室下面３２２との間、または、大径部下面４２２と第３切替室下面３３１との間に第２ばね５５を設けてもよい。この場合、ピストン４０が上昇する副室１５内の圧力（切替設定圧）を第１実施例と同じとなるように第１ばね５１及び第２ばね５３の付勢力を調整する。これによって、ピストン４０が副室１５内の圧力によって急激に移動すること、および、ピストン４０が下降する際に、大径部下面４２２が第２切替室下面３２２に衝突する振動および音を抑制することができる。
○図７に示すように、第１実施例における第１切替室３１と接続される第１燃料供給通路２３、または、切替室連通路３４の接続口をテーパ状に形成してもよい。接続口をテーパ状に形成する箇所は、上記部位に限らず、ピストン内通路４３の小径部側面４１２、第２実施例における小径部側面８１２、大径部側面８２３のそれぞれに設けられる連通口、切替室連通路７４の接続口であってもよい。これによって、各接続口、連通口間の気体の流入が滑らかになり、急激にピストン４０、８０が移動することを抑制することができる。
○ガス燃料の供給にインジェクタ２１を利用したが、これに限らず、ミキサ等の供給手段を用いてもよい。
○インジェクタ２１と第１室とを通路２５を用いて接続したが、これに限らず、第１室に直接配置するようにしてもよい。
○インジェクタ２１より燃料を供給するタイミングを回転数センサ５３およびアクセル開度センサ５４より算出したが、これに限らず、吸気ポートに負圧センサを設け、負圧センサの値よりインジェクタを開閉するタイミングを制御してもよい。
○副室１５の圧力をピストン４０の受圧面（４１１および４２２）にて受けることでピストンが切替室内を移動するように構成したが、これに限らず、ピストンをアクチュエータ等の駆動手段によって駆動させてもよい。その場合、副室内に圧力センサを設け、その出力値に応じて図４と同等の配置となるように駆動手段を駆動させる。
○吸気管として吸気ポート１６へ第１燃料供給通路２３を接続したが、これに限らず、吸気ポート上流の吸気管へ第１燃料供給通路２３を接続してもよい。
○切替室３０に接続される第１燃料供給通路２３及び切替室連通路３４の各接続口と、ピストン４０内のピストン内通路の連通口とのピストン周方向の位置合わせを、第１切替室３１に設けられる突出部３１３と、ピストン４０の小径部４１に設けられる切欠部４１３とによってピストン４０の回転を防止することで行ったが、これに限らず、他の方法を用いてもよい。例えば、図７に示すように、ピストン４０の小径部側面４１２のピストン内通路４３連通口を形成する位置の全周に円環状の溝４４を形成し、その円環状の溝４４にピストン内通路４３を接続してもよい。その場合、円環状の溝４４に接続するピストン内通路４３を複数設けてもよい。これによって、ピストン内通路４３より流入するガス燃料は、円環状の溝４４を通り、第１燃料供給通路２３または切替室連通路３４に連通する事ができ、ピストン４０が切替室３０内で回転したとしても、ガス燃料を供給することが可能となる。
○切替室３０とピストン４０との回転防止を、第１切替室３１に設けられる突出部３１３と、ピストン４０の小径部４１に設けられる切欠部４１３とによって行ったが、これに限らず、他の方法を用いてもよい。例えば、突出部を第２切替室３２に、切欠部を大径部４２にそれぞれ形成してもよいし、切替室側に切欠部をピストン側に突出部をそれぞれ形成してもよい。また、切替室およびピストンを楕円状などの回転しない形状で形成してもよい。
○副室をシリンダヘッド１２に形成したが、これに限らず、シリンダブロック１１に形成してもよい。その場合、燃焼室ピストン１３が上死点に位置する状態であっても、シリンダブロック１１に噴出孔が形成できるようにシリンダブロック１１と燃焼室ピストン１３とを設定する。
【符号の説明】
【００４３】
１０…副室式ガスエンジン、  １４…主室（主燃焼室）、  １５…副室、  １６…吸気ポート（吸気管）、  ２０…燃料供給装置（燃料供給部）、  ２２…切替手段、    ２３…第１燃料供給通路、  ２４…第２燃料供給通路、  ２６…第１室、  ２７…第２室、  ３０…切替室、  ４０…ピストン（弁体）、  ４１１…小径部上面（一方の受圧面）、  ４２２…大径部下面（他方の受圧面）、  ４３…ピストン内通路（弁体内通路）、  ５１…第１ばね（第１弁体付勢手段）、  ６０…副室式ガスエンジン、  ６２…切替手段、  ７０…切替室、  ８０…ピストン（弁体）、  ８１１…小径部上面（一方の受圧面）、  ８２２…大径部下面（他方の受圧面）、  ８３…第１ピストン内通路（弁体内通路）、  ８４…第２ピストン内通路（弁体内通路）
【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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