(57)【要約】【課題】本発明は、エンジンの動作状態が変化しても好ましい運転状態を維持し、更に、混合気の一層の希薄化を行って低ＮＯｘ化及び高効率化を実現できるエンジンを提供することを目的とする。【解決手段】ピストン３頂面に接する主室２と主室２に連通路１０を介して連通する副室７とからなる燃焼室と、主室２と副室７とに各別に燃料を供給可能な燃料供給手段１２，１７と、副室７に形成された混合気を点火可能な点火手段１４とを備えると共に、連通路１０を開閉自在な制御弁２０と、動作状態を検出する動作状態検出手段５５，５６，５７と、制御弁２０の開度を動作状態に基づいて制御する制御手段５１，５２，５３とを備える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン頂面に接する主室と前記主室に連通路を介して連通する副室とからなる燃焼室と、
前記主室と前記副室とに各別に燃料を供給可能な燃料供給手段と、
前記副室に形成された混合気を点火可能な点火手段とを備えると共に、
前記連通路を開閉自在な制御弁と、
動作状態を検出する動作状態検出手段と、
前記制御弁の開度を前記動作状態に基づいて制御する制御手段とを備えたエンジン。
【請求項２】
前記動作状態検出手段として、エンジン負荷を前記動作状態として検出する負荷検出手段を備えると共に、
前記制御手段として、高エンジン負荷時には、前記制御弁を開状態として、前記副室に形成された混合気を前記点火手段により点火して前記連通路を介して前記主室に火炎ジェットを噴射する副室点火運転を行い、低エンジン負荷時には、前記制御弁を閉状態として、前記主室に形成された混合気を前記主室において圧縮して自己着火させる予混合圧縮着火運転を行う負荷制御手段を備えた請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記予混合圧縮着火運転時に、前記主室に吸気される新気を加熱する新気加熱手段を備えた請求項２に記載のエンジン。
【請求項４】
前記動作状態検出手段として、暖機完了を前記動作状態として検出する暖機状態検出手段を備えると共に、
前記制御手段として、起動時から暖機完了時まで、前記制御弁を開状態として、前記副室に形成された混合気を前記点火手段により点火して前記連通路を介して前記主室に火炎ジェットを噴射する副室点火運転を行う起動運転制御手段を備えた請求項１から３の何れか１項に記載のエンジン。
【請求項５】
前記動作状態検出手段として、異常燃焼を前記動作状態として検出する異常燃焼検出手段を備えると共に、
前記制御手段として、前記制御弁を開状態として前記副室に形成された混合気を前記点火手段により点火して前記連通路を介して前記主室に火炎ジェットを噴射する副室点火運転時において、前記異常燃焼を検出したときに、前記異常燃焼を回避するように、前記制御弁の開度を縮小する異常回避制御手段を備えた請求項１から４の何れか１項に記載のエンジン。
【請求項６】
ピストン頂面に接する主室と前記主室に連通路を介して連通する副室とからなる燃焼室と、
前記主室と前記副室とに各別に燃料を供給可能な燃料供給手段と、
前記副室に形成された混合気を点火可能な点火手段と、
前記連通路を開閉自在な制御弁とを備え、
前記制御弁を閉状態として、前記主室に形成された混合気を前記主室において圧縮して自己着火させる予混合圧縮着火運転可能に構成されたエンジンにおいて、
起動時から暖機完了時まで、前記制御弁を開状態として、前記副室に形成された混合気を前記点火手段により点火して前記連通路を介して前記主室に火炎ジェットを噴射する副室点火運転を行うことを特徴とするエンジンの起動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼室において混合気を燃焼させて軸動力を取り出すエンジンに関し、特に、ピストン頂面に接する主室と前記主室に連通路を介して連通する副室とからなる燃焼室を備えたエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来エンジンは、火花点火エンジン（オットーサイクルエンジン）と、圧縮空気中に液体燃料を噴射するディーゼルエンジンに大きく分けられるが、その他に、燃料を希薄状態で燃焼可能なエンジンとして、燃料の自然着火を積極的に利用する予混合圧縮着火エンジンがある。
【０００３】
かかる予混合圧縮着火エンジンは、上記ディーゼルエンジンの様に圧縮空気中に燃料を噴射するのではなく、火花点火エンジンの様に空気と燃料との混合気を燃焼室に供給し、その混合気を高圧縮し混合気の発火点まで昇温させて、自然着火燃焼させるように構成されている。そして、このような予混合圧縮着火エンジンは、燃料を希薄状態で高圧縮して自己着火燃焼させるため、高効率化及び低ＮＯｘ化を図ることができ、更に、ディーゼルエンジンの様に燃料を高圧縮して燃焼室に噴射する必要がないので、天然ガス等の気体燃料を用いたガスエンジンに簡単に適用することができる。
【０００４】
また、予混合圧縮着火エンジンでは、燃焼室において混合気を圧縮することで発火点まで昇温させて自己着火させる所謂予混合圧縮着火運転を行うので、シリンダ等の温度が比較的低く、エンジンが未だ暖機されていない起動運転時等においては、混合気を圧縮しても十分に発火点まで昇温させることができず、失火等の発生により安定した予混合圧縮着火運転を維持することができないことがある。そこで、予混合圧縮着火エンジンにおいて、起動・暖気を良好に行うために、燃焼室に点火プラグを設け、エンジンが未暖機状態の期間には、燃焼室に火花点火可能な空燃比の混合気を吸気させると共に、吸気の過給圧の調整や吸気弁の閉時期の遅角化等により、燃焼室における圧縮比を低下させ、燃焼室に吸気された混合気を点火プラグにより火花点火する所謂火花点火運転を行う場合がある（例えば、特許文献１−３参照。）。
【０００５】
従来の火花点火エンジンとして、シリンダ内面とピストン頂面とで規定された主室と、主室に連通路を介して連通する副室と、主室と副室との夫々に各別に燃料を供給可能な燃料供給手段と、副室に形成された混合気を点火可能な点火手段とを備え、燃料をできるだけ希薄な状態で燃焼させることで、高効率化及び低ＮＯｘ化を図ることができる副室式エンジンがある。
かかる副室式エンジンは、上記燃料供給手段により、主室と副室との夫々に対して、別個の系統にて燃料を供給するように構成され、例えば、主室には、空燃比が比較的高い希薄混合気を吸気させ、そして、副室には、例えば燃料のみを供給する。そして、主室に供給された希薄混合気が、圧縮行程中にその一部が副室内に流れ込んで、副室の燃料あるいは過濃な混合気と混合して、副室内に適切な濃度の混合気が形成される。その副室内の適切な濃度の混合気が点火プラグからなる点火手段にて点火され、副室と主室とを結ぶ複数の連通路を介して、副室から主室に火炎ジェットが噴出され、主室での希薄混合気の燃焼が行われることになる（例えば、特許文献４−６参照。）。
そして、かかる副室式エンジンは、副室において混合気を火炎伝播により燃焼させるので、安定した運転状態を得ることができ、更に、主室において希薄混合気を燃焼させることで低ＮＯｘ化及び高効率化を図ることができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１４０６８１号公報
【特許文献２】
特開２０００−２２０４８３号公報
【特許文献３】
特開２０００−２２０４８４号公報
【特許文献４】
特開２００２−２７６４７４号公報
【特許文献５】
特開２００１−３０３９５８号公報
【特許文献６】
特開２００１−２６３０６９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１−３に開示されている従来の予混合圧縮着火エンジンにおいては、予混合圧縮着火運転と火花点火運転とを切り替える際に、燃焼室に吸気される混合気の空燃比と燃焼室における圧縮比を瞬時に変化させるための煩雑な機構が必要であり、また、これら空燃比及び圧縮比を正確に変化させることが困難であるため、火花点火運転から予混合圧縮着火運転に切り替えた際に、失火又はノッキング等が発生し、安定した運転状態を維持することができなくなることがある。
【０００８】
また、上記特許文献４−５に開示されている従来の副室式エンジンにおいては、エンジン負荷が変化したり、ノッキングが発生したり、起動時において暖機が進行するなどのように、エンジンの動作状態が変化すると、副室から主室への火炎ジェットの噴出状態や、主室から副室への新気の流入状態が、そのときの動作状態に対して適当なものでなくなり、運転停止、効率低下、機器損傷等の問題が発生する恐れがある。また、副室式エンジンにおいては、副室に形成された混合気を点火プラグにより火花点火する必要があるので、混合気を更に希薄化して、一層の低ＮＯｘ化及び高効率化を図ることは困難であった。
【０００９】
従って、本発明は、上記の事情に鑑みて、エンジンの動作状態が変化しても好ましい運転状態を維持し、更に、混合気の一層の希薄化を行って低ＮＯｘ化及び高効率化を実現できるエンジンを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明に係るエンジンの第一特徴構成は、ピストン頂面に接する主室と前記主室に連通路を介して連通する副室とからなる燃焼室と、
前記主室と前記副室とに各別に燃料を供給可能な燃料供給手段と、
前記副室に形成された混合気を点火可能な点火手段とを備えると共に、
前記連通路を開閉自在な制御弁と、
動作状態を検出する動作状態検出手段と、
前記制御弁の開度を前記動作状態に基づいて制御する制御手段とを備えた点にある。
【００１１】
即ち、上記第一特徴構成のエンジンによれば、例えば、上記制御弁を開状態として、副室に形成された混合気を上記点火手段により火花点火して、副室から連通路を介して主室に火炎ジェットを噴出する副室点火運転を行うことができ、副室において混合気を火炎伝播により燃焼させるので、安定した運転状態を得ることができ、更に、主室において希薄混合気を燃焼させることで低ＮＯｘ化及び高効率化を図ることができる。更に、この副室点火運転時において、制御手段により、上記制御弁の開度、即ち連通路の流路断面積を、上記動作状態検出手段で検出されたエンジンの動作状態に合った適当なものに制御することで、副室から主室への火炎ジェットの噴出状態、及び、主室から副室への新気の流入状態を、そのときの動作状態に適した状態とすることができ、副室の最高到達圧力の過剰上昇によるノッキング等を回避して、好ましい運転状態を維持することができる。
【００１２】
更に、例えば、上記制御弁を閉状態とすることで、主室から副室への新気の流入を阻止して、主室の圧力を上昇させることができるので、主室に形成された混合気を主室において圧縮して自己着火させる予混合圧縮着火運転を行うことができる。
【００１３】
そして、上記制御手段により、上記動作状態検出手段で検出されたエンジンの動作状態に合わせて、副室点火運転と予混合圧縮着火運転とを切り替え、更に、副室点火運転時の制御弁の開度を制御することで、エンジンの動作状態が変化しても好ましい運転状態を維持することができ、更に、上記予混合圧縮着火を行うことで、一層の低ＮＯｘ化及び高効率化を図ることができる。
【００１４】
本発明に係るエンジンの第二特徴構成は、上記第一特徴構成に加えて、前記動作状態検出手段として、エンジン負荷を前記動作状態として検出する負荷検出手段を備えると共に、
前記制御手段として、高エンジン負荷時には、前記制御弁を開状態として、前記副室に形成された混合気を前記点火手段により点火して前記連通路を介して前記主室に火炎ジェットを噴射する副室点火運転を行い、低エンジン負荷時には、前記制御弁を閉状態として、前記主室に形成された混合気を前記主室において圧縮して自己着火させる予混合圧縮着火運転を行う負荷制御手段を備えた点にある。
【００１５】
即ち、上記第二特徴構成のエンジンによれば、上記制御手段として設けられた負荷制御手段により、動作状態検出手段として設けられた負荷検出手段で検出されたエンジン負荷が所定の設定負荷よりも高い高エンジン負荷時には、上記制御弁を開状態として前述の副室点火運転を行うことで、比較的多い燃料を燃焼させて高出力で運転することができる。
更に、上記負荷制御手段により、エンジン負荷が所定の設定負荷よりも低い低エンジン負荷時には、上記制御弁を閉状態として前述の予混合圧縮着火運転を行うことで、高圧縮比化により高効率化を実現すると共に、希薄混合気の燃焼により低ＮＯｘ化を実現しながら、比較的少ない燃料を燃焼させて低出力で運転することができる。
従って、上記負荷制御手段により、好ましい運転状態を維持しながら、幅広いエンジン負荷の変動にあわせて運転することができる。
【００１６】
本発明に係るエンジンの第三特徴構成は、上記第二特徴構成に加えて、前記予混合圧縮着火運転時に、前記主室に吸気される新気を加熱する新気加熱手段を備えた点にある。
【００１７】
即ち、上記第三特徴構成のエンジンによれば、上記新気加熱手段を設けることで、比較的着火性が低い燃料を用いても、エンジンの冷却水や排ガス等の熱源により加熱した新気を主室に吸気させることができるので、予混合圧縮着火運転時の主室における希薄混合気の自己着火を確実に行わせることができ、予混合圧縮着火運転を安定したものに維持することができる。
【００１８】
本発明に係るエンジンの第四特徴構成は、上記第一乃至第三特徴構成に加えて、前記動作状態検出手段として、暖機完了を前記動作状態として検出する暖機状態検出手段を備えると共に、
前記制御手段として、起動時から暖機完了時まで、前記制御弁を開状態として、前記副室に形成された混合気を前記点火手段により点火して前記連通路を介して前記主室に火炎ジェットを噴射する副室点火運転を行う起動運転制御手段を備えた点にある。
【００１９】
即ち、上記第四特徴構成のエンジンによれば、上記制御手段として設けられた起動運転制御手段により、エンジンを起動してから、動作状態検出手段として設けられた暖機状態検出手段で冷却水温度や起動時からの経過時間やシリンダ温度等を監視することにより暖機完了を検出するまでの未暖機状態の間、優先的に前述の副室点火運転を行うことで、未暖機状態でも確実に燃料を燃焼させて暖機を進行させることができ、高効率且つ低ＮＯｘの予混合圧縮着火運転が可能な暖機状態に迅速に移行することができる。
【００２０】
本発明に係るエンジンの第五特徴構成は、上記第一乃至第四特徴構成に加えて、前記動作状態検出手段として、異常燃焼を前記動作状態として検出する異常燃焼検出手段を備えると共に、
前記制御手段として、前記制御弁を開状態として前記副室に形成された混合気を前記点火手段により点火して前記連通路を介して前記主室に火炎ジェットを噴射する副室点火運転時において、前記異常燃焼を検出したときに、前記異常燃焼を回避するように、前記制御弁の開度を縮小する異常回避制御手段を備えた点にある。
【００２１】
即ち、上記第五特徴構成のエンジンによれば、上記制御手段として設けられた上記異常回避制御手段により、上記制御弁を開状態として前述の副室点火運転を行っている間に、上記動作状態検出手段として設けられた上記異常燃焼検出手段で、ノッキング及びノッキングに起因する事象の発生等の異常燃焼を検出したときに、上記制御弁の開度を縮小することで、上記異常燃焼を回避することができる。即ち、上記制御弁の開度縮小により連通路の流路断面積を縮小させることで、主室から副室への新気の流通に対して付与される圧力損失を増大させて、主室の圧力上昇に対して副室の圧力上昇が遅延且つ緩慢に行われるようにして、副室の最高到達圧力を低下させて、副室における火炎伝播を緩慢なものとすることで、上記ノッキング等の異常燃焼を回避することができる。
【００２２】
また、本発明に係るエンジンの起動方法の特徴構成は、ピストン頂面に接する主室と前記主室に連通路を介して連通する副室とからなる燃焼室と、
前記主室と前記副室とに各別に燃料を供給可能な燃料供給手段と、
前記副室に形成された混合気を点火可能な点火手段と、
前記連通路を開閉自在な制御弁とを備え、
前記制御弁を閉状態として、前記主室に形成された混合気を前記主室において圧縮して自己着火させる予混合圧縮着火運転可能に構成されたエンジンにおいて、
起動時から暖機完了時まで、前記制御弁を開状態として、前記副室に形成された混合気を前記点火手段により点火して前記連通路を介して前記主室に火炎ジェットを噴射する副室点火運転を行う点にある。
【００２３】
即ち、上記特徴構成のエンジンの起動方法によれば、前述の第四特徴構成のエンジンと同様に、制御弁を閉状態として上記圧縮着火運転可能に構成されたエンジンを起動運転するに、起動してから、冷却水温度や起動時からの経過時間やシリンダ温度等を監視することにより暖機完了を検出するまでの未暖機状態の間、優先的に前述の副室点火運転を行い、未暖機状態でも確実に燃料を燃焼させて暖機を進行させることができ、高効率且つ低ＮＯｘの上記予混合圧縮着火運転が可能な暖機状態に迅速に移行することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明に係るエンジンの実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１に示すエンジン１００は、シリンダ４、シリンダ４に内挿されるピストン３、及びリンダヘッド１を備え、ピストン３の頂面とシリンダ４の内面とシリンダヘッド１の下面により規定される主室２が区画形成されている。
【００２６】
更に、シリンダヘッド１の概略中央部には、シリンダ軸線方向に軸方向を有する筒状である副室７が形成されている。そして、この副室７は、主室２に対して、連通路１０を介して連通している。
そして、本エンジン１００の燃焼室は、上記主室２と上記副室７とから構成されている。
【００２７】
主室２に吸気弁５を介して連通する吸気路１５には、吸気路１５を流通する空気Ａに燃料Ｇを供給して混合気を形成可能なミキサ１７が設けられており、ミキサ１７で形成された混合気は、吸気弁５を介して主室２に吸気される。
【００２８】
一方、副室７にガス流路１２に供給された天然ガス系都市ガス（１３Ａ）である燃料Ｇを供給可能な燃料供給弁１１と、副室７に火花を発生させて副室７に形成された混合気を火花点火可能な点火プラグ１４（点火手段）が設けられている。
尚、上記ミキサ１７及び燃料供給弁１１により、主室２と副室７とに各別に燃料を供給可能な燃料供給手段が構成されている。
【００２９】
また、エンジン１００には、所定の運転制御を行うためのコントロールユニット５０が設けられている。このコントロールユニット５０は、所定の入力信号に基づいて各種演算処理を行い、演算結果に基づいて所定の出力信号を出力するコンピュータからなり、所定のプログラムを実行することで各種手段として機能するように構成されている。
【００３０】
連通路１０には、油圧式又は機械式等のアクチュエータ２１により駆動され、連通路１０を開閉自在な制御弁２０が設けられている。そして、コントロールユニット５０によりアクチュエータ２１の動作量が調整されて、制御弁２０の開度、即ち、連通路１０の流路断面が全閉状態から全開状態に渡って、無段階又は段階的に調整可能に構成されている。
【００３１】
エンジン１００には、動作状態を検出する動作状態検出手段として、以下に説明する負荷検出手段５５と暖機状態検出手段５６と異常燃焼検出手段５７とが設けられ、各検出手段５５，５６，５７の検出結果はコントロールユニット５０に入力される。
【００３２】
上記負荷検出手段５５は、エンジン回転数やエンジントルクや燃料供給量等からエンジン負荷を上記動作状態として検出するよう構成されている。
【００３３】
上記暖機状態検出手段５６は、冷却水温度や起動時からの経過時間やシリンダ４温度等からエンジンの暖機状態を認識し、エンジンが暖機されていない未暖機状態からエンジンが完全に暖機されている暖気完了状態になった暖機完了を上記動作状態として検出するように構成されている。
【００３４】
上記異常燃焼検出手段５７は、異常燃焼を前記動作状態として検出するように構成され、詳しくは、異常燃焼として、ノッキングの発生を、エンジン震動、クランク軸回転数、又は、排気弁６を介して排出された排ガス中のＮＯｘ濃度上昇等の排ガス性状の変化により検出するように構成されている。
【００３５】
次に、エンジン１００が実行可能な副室点火運転及び予混合圧縮着火運転の詳細について説明する。
【００３６】
エンジン１００のコントロールユニット５０は、制御弁２０により連通路１０を開状態に維持して、以下の副室点火運転を実行可能に構成されている。
【００３７】
先ず、副室点火運転において、副室７には、燃料供給弁１１により燃料Ｇが供給されると共に、主室２から連通路１０を介して希薄混合気が流入し、それらが混合されて火花点火燃焼可能な当量比の混合気が形成される。
【００３８】
一方、主室２には、高効率且つ低ＮＯｘの燃焼を実現するために、ミキサ１７で形成された空気に対して燃料が希薄状態である高空燃比の希薄混合気が、吸気弁５を介して吸気される。
【００３９】
そして、コントロールユニット５０により、クランク軸（図示省略）の回転運動に連動して、点火プラグ１４に高電圧が付与され、点火プラグ１４が発生する火花により副室７内の混合気が火花点火されて燃焼する。この燃焼火炎は火炎ジェットとして連通路１０から主室２に噴出し、該主室２内の希薄混合気を燃焼させる。よって、ピストン３が押し下げられ、軸動力が出力される。
【００４０】
上記のような、副室７に形成された混合気が、点火プラグ１４により点火され、連通路１０を介して主室２に火炎ジェットが噴射される副室点火運転においては、比較的多い燃料を燃焼させて高出力で運転することができる。
【００４１】
一方、エンジン１００のコントロールユニット５０は、制御弁２０により連通路１０を全閉状態に維持して、予混合圧縮着火運転を実行可能に構成されている。
【００４２】
即ち、予混合圧縮着火運転において、副室７は、燃料供給弁１１から燃料Ｇが供給されず、更に、主室２との間の連通路１０を介する新気及び火炎ジェットの流通が停止された状態となる。
【００４３】
一方、主室２には、上記副室点火運転と同様に、ミキサ１７で形成された希薄混合気が吸気弁５を介して主室２に吸気される。
【００４４】
そして、主室２に吸気された希薄混合気が、連通路１０が塞がれることで圧縮比（最小燃焼室容積／最大燃焼室容積）が非常に高いものとなった前記主室２において、高圧縮されて発火点まで昇温され、自然着火燃焼することで、ピストン３が押し下げられ、軸動力が出力される。
【００４５】
また、副室エンジン１００は、燃料としてセタン価等で表せる着火性が比較的低い天然ガス系都市ガスを用いているので、特に予混合圧縮着火運転における希薄混合気の自己着火を補助するために、吸気路１５には、予混合圧縮着火運転時に新気を加熱する新気加熱手段３１が設けられている。
具体的には、新気加熱手段３１は、予混合圧縮着火運転時に供給が開始される冷却水や排ガス等の熱源と、吸気路１５を流通する新気との熱交換により新気を加熱するように構成されている。
【００４６】
尚、上記新気加熱手段３１と同様に、上記予混合圧縮着火運転における希薄混合気の自己着火を補助するために、吸気路１５に過給機を設けて、吸気圧力を上昇させても構わない。
【００４７】
上記のように、制御弁２０を閉状態として、主室２に形成された混合気を主室２において圧縮して自己着火させる予混合圧縮着火運転においては、高圧縮比化により高効率化を実現すると共に、希薄混合気の燃焼により低ＮＯｘ化を実現しながら、比較的少ない燃料を燃焼させて低出力で運転することができる。
【００４８】
また、エンジン１００のコントロールユニット５０は、アクチュエータ２１の動作量調整により、上記各検出手段５５，５６，５７で検出された動作状態に基づいて制御弁２０の開度を制御する制御手段として、以下に説明する負荷制御手段５１と起動運転制御手段５２と異常回避制御手段５３として機能する。
【００４９】
上記コントロールユニット５０により実現される負荷制御手段５１は、負荷検出手段５５で検出されたエンジン負荷が所定値以上である高エンジン負荷時には、制御弁２０により連通路１０を開状態として上記副室点火運転を行い、一方、エンジン負荷が上記所定値未満の低エンジン負荷時には、制御弁２０により連通路１０を全閉状態として上記予混合圧縮着火運転を行うように構成されている。
【００５０】
即ち、高エンジン負荷時の副室点火運転においては、比較的多い燃料を燃焼させて高出力で運転することができ、一方、低エンジン負荷時の予混合圧縮着火運転においては、高効率化及び低ＮＯｘ化を実現しながら、比較的少ない燃料を燃焼させて低出力で運転することができる。
【００５１】
これまで説明してきたエンジン１００において、エンジン１００の起動時から、上記暖機状態検出手段５６で暖機完了が検出されるときまでの未暖機状態の期間に、もし、制御弁２０により連通路１０を全閉状態として前述の予混合圧縮着火運転が行われると、主室２において希薄混合気が高圧縮されても自己着火する程度に昇温せずに、失火が発生する恐れがある。
【００５２】
そこで、上記コントロールユニット５０により実現される起動運転制御手段５２は、上記未暖機状態の期間に、優先的に、制御弁２０により連通路１０を開状態として上記副室点火運転を行うように構成されている。
即ち、未暖機状態においては副室点火運転を優先的に行うことで、未暖機状態でも確実に燃料を燃焼させて暖機を進行させることができ、高効率且つ低ＮＯｘの予混合圧縮着火運転が可能な暖機状態に迅速に移行することができる。
【００５３】
前述の副室点火運転を実行するに、圧縮比をできるだけ高くすることで高効率化を図ることができるが、副室７において混合気は火炎伝播により燃焼するので、ノッキングの制約があり、副室７の最高到達圧力には上限がある。
よって、エンジン１００の圧縮比は、上記副室７の最高到達圧力がノッキングの制約による上限以下の範囲内で、できるだけ高く設定する方が好ましいが、環境条件の変化等により、上記副室７の最高到達圧力が一時的に高くなりすぎて、ノッキングが発生することがある。
【００５４】
そこで、上記コントロールユニット５０によって実現される異常回避制御手段５３は、副室点火運転時において、異常燃焼検出手段５７で異常燃焼即ちノッキングの発生を検出したときに、制御弁２０の開度を縮小して、上記ノッキングを回避するように構成されている。
即ち、ノッキングが発生したときに、上記制御弁２０の開度縮小により連通路１０の流路断面積を縮小させることで、主室２から副室７への新気の流通に対して付与される圧力損失を増大させて、主室２の圧力上昇に対して副室７の圧力上昇が遅延且つ緩慢に行われるようにして、副室７の最高到達圧力を低下させることができる。そして、副室７の最高到達圧力が低下することにより、副室７における火炎伝播を緩慢なものとすることで、上記ノッキングを回避することができる。
【００５５】
また、かかる異常回避制御手段５３は、前述の起動運転手段５２により未暖機状態時に副室点火運転を行った後に、スムーズに予混合圧縮着火運転に移行するためにも用いることができ、その移行方法について以下に説明する。
【００５６】
コントロールユニット５０は、エンジン１００を起動させるに、ミキサ１７により吸気路１５への燃料Ｇの供給を開始すると共に、上記燃料供給弁１１により副室７への燃料Ｇの供給を開始する。また、このときの吸気路１５への燃料供給流量に対する副室７への燃料供給流量の比は１／１０程度である。
【００５７】
そして、上記起動運転手段５２を働かせて、点火プラグ１４により副室７に形成された混合気を点火して運転を開始し、上記未暖機状態時に副室点火運転を維持する。
【００５８】
次に、暖機状態検出手段５６により暖機完了を検出すると、先ず、上記制御弁２０を開状態として副室点火運転を維持したまま、新気加熱手段３１へ熱源を供給して、主室２に吸気される新気の加熱を開始する。
【００５９】
そして、新気の加熱が進行することにより、副室７における火炎伝播速度が増加して、ノッキングが発生し易い状態となる。そこで、前述の異常回避制御手段５３は、そのノッキングを回避するために、制御弁２０の開度を徐々に縮小していき、最終的には、上記制御弁２０を全閉状態として、前述の予混合圧縮着火運転が開始されるのである。
【００６０】
上記のように、起動運転時における副室点火運転から予混合圧縮着火運転に移行する際に、上記異常回避制御手段５３により、ノッキングを回避しながら、制御弁２０の開度を徐々に縮小して、予混合圧縮着火運転に移行することで、新気の加熱が不十分なことにより発生する失火等を回避して、スムーズに予混合圧縮着火運転に移行することができる。
【００６１】
〔実施例〕
これまで説明してきた本発明にかかるエンジン１００として構成された下記の（１）及び（２）の仕様の２種のエンジンを用いた運転試験において、高エンジン負荷（定格負荷）時の副室点火運転におけるエンジン効率（出熱量／入熱量×１００（％））と、上記高エンジン負荷の５０％の低エンジン負荷（部分負荷）時の予混合圧縮着火運転におけるエンジン効率とを計測した結果を以下に説明する。
【００６２】
（１）
エンジン形式：単気筒
ボア径：φ１１０ｍｍ
ストローク：１０６ｍｍ
高圧縮比（制御弁２０を閉状態としたときの圧縮比、即ち、最小主室容積／最大主室容積に相当する。）：１７
低圧縮比（制御弁２０を開状態としたときの圧縮比、即ち、（最小主室容積＋副室容積）／（最大主室容積＋副室容積）に相当する。）：１２
【００６３】
（２）
エンジン形式：単気筒
ボア径：φ１１０ｍｍ
ストローク：１０６ｍｍ
高圧縮比：１９
低圧縮比：１７．５
【００６４】
上記（１）のエンジンを用いた運転試験においては、高エンジン負荷時の副室点火運転におけるエンジン効率が４０％、低エンジン負荷時の予混合圧縮着火運転におけるエンジン効率が３５％となり、夫々の運転時において非常に高い効率を発揮していることが確認できた。
また、上記（２）のエンジンを用いた運転試験においても、高エンジン負荷時の副室点火運転におけるエンジン効率が４３％、低エンジン負荷時の予混合圧縮着火運転におけるエンジン効率が３６％となり、上記（１）のエンジンと比較して、高圧縮比化により、一層の効率向上を達成していることが確認できた。
【００６５】
尚、上記実施の形態においては、天然ガス系都市ガスの燃料を用いるエンジンについて説明したが、本発明に係るエンジンは、燃料として、上記天然ガス系都市ガス以外に、ガソリン、プロパン、メタノール、水素等、任意の燃料を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るエンジンの概略構成図
【符号の説明】
１：シリンダヘッド
２：主室
３：ピストン
４：シリンダ
５：吸気弁
７：副室
１０：連通路
１４：点火プラグ
１５：吸気路
１７：ミキサ
２０：制御弁
２１：アクチュエータ
３１：新気加熱手段
５０：コントロールユニット
５１：負荷制御手段
５２：起動運転制御手段
５３：異常回避制御手段
５５：負荷検出手段（動作状態検出手段）
５６：暖機状態検出手段（動作状態検出手段）
５７：異常燃焼検出手段（動作状態検出手段）
１００：エンジン
Ｇ：燃料
【図１】
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