特許 5939836 副室式エンジン及びその運転制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5939836

(24)【登録日】2016年5月27日

(45)【発行日】2016年6月22日

(54)【発明の名称】副室式エンジン及びその運転制御方法

(51)【国際特許分類】

   F02B 19/12 20060101AFI20160609BHJP

   F02D 41/02 20060101ALI20160609BHJP

   F02D 41/04 20060101ALI20160609BHJP

   F02B 19/10 20060101ALI20160609BHJP

   F02D 29/06 20060101ALI20160609BHJP

   F02D 19/02 20060101ALI20160609BHJP

【ＦＩ】

   F02B19/12 E

   F02D41/02 305

   F02D41/04 305Z

   F02B19/10 N

   F02D29/06 M

   F02D29/06 J

   F02D19/02 D

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2012-42048(P2012-42048)

(22)【出願日】2012年2月28日

(65)【公開番号】特開2013-177855(P2013-177855A)

(43)【公開日】2013年9月9日

【審査請求日】2015年1月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000284

【氏名又は名称】大阪瓦斯株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107308

【弁理士】

【氏名又は名称】北村 修一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100120352

【弁理士】

【氏名又は名称】三宅 一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100128901

【弁理士】

【氏名又は名称】東 邦彦

(72)【発明者】

【氏名】中山 翔太

(72)【発明者】

【氏名】中務 泰成

【審査官】 堀内 亮吾

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２０９９０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０３２４５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２３１７９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１４４５５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｂ １９／０８−１９／１２、１９／１６

Ｆ０２Ｄ １９／０２、２９／０６

Ｆ０２Ｄ ４１／０２−４１／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ピストンに面する主室と、前記主室に噴孔を介して連通する副室とを有する燃焼室と、
前記副室に形成された混合気を火花点火する点火部と、
前記副室に燃料を供給する副室燃料供給手段と、
前記主室に吸気される新気の空燃比を調整する空燃比調整手段と、
前記ピストンの往復動で回転するクランク軸の回転動力で発電を行う発電機とを備えた非常用電源の駆動源として用いる副室式エンジンであって、
運転を制御する制御手段が、前記副室燃料供給手段による前記副室への燃料供給を行うと共に前記空燃比調整手段により前記主室に吸気される新気の空燃比を火花点火可能なストイキ範囲よりも高いリーン範囲内に調整するリーン燃焼モードと、前記副室燃料供給手段による前記副室への燃料供給を停止すると共に前記空燃比調整手段により前記主室に吸気される新気の空燃比を前記ストイキ範囲内に調整するストイキ燃焼モードとの間で燃焼モードを切替え可能に構成され、
前記制御手段は、前記発電機とは別の電力系統からの電力供給が停止した場合に、燃焼モードを前記ストイキ燃焼モードに設定して起動運転を行い、起動後に燃焼モードを前記ストイキ燃焼モードに維持した状態で前記発電機への負荷投入を行い、当該負荷投入後に燃焼モードを前記リーン燃焼モードに切り替える、非常用電源の駆動源として用いる副室式エンジン。

【請求項2】

前記制御手段は、前記発電機への負荷投入後において、前記電力系統からの電力供給が再開した場合に、前記発電機への負荷投入を停止する請求項１に記載の非常用電源の駆動源として用いる副室式エンジン。

【請求項3】

ピストンに面する主室と、前記主室に噴孔を介して連通する副室とを有する燃焼室と、
前記副室に形成された混合気を火花点火する点火部と、
前記副室に燃料を供給する副室燃料供給手段と、
前記主室に吸気される新気の空燃比を調整する空燃比調整手段と、
前記ピストンの往復動で回転するクランク軸の回転動力で発電を行う発電機とを備えた非常用電源の駆動源として用いる副室式エンジンの運転制御方法であって、
前記副室式エンジンを、前記副室燃料供給手段による前記副室への燃料供給を行うと共に前記空燃比調整手段により前記主室に吸気される新気の空燃比を火花点火可能なストイキ範囲よりも高いリーン範囲内に調整するリーン燃焼モードと、前記副室燃料供給手段による前記副室への燃料供給を停止すると共に前記空燃比調整手段により前記主室に吸気される新気の空燃比を前記ストイキ範囲内に調整するストイキ燃焼モードとの間で燃焼モードを切替え可能に構成し、
前記発電機とは別の電力系統からの電力供給が停止した場合に、燃焼モードを前記ストイキ燃焼モードに設定して起動運転を行い、起動後に燃焼モードを前記ストイキ燃焼モードに維持した状態で前記発電機への負荷投入を行い、当該負荷投入後に燃焼モードを前記リーン燃焼モードに切り替える、非常用電源の駆動源として用いる副室式エンジンの運転制御方法。

【請求項4】

前記発電機への負荷投入後において、前記電力系統からの電力供給が再開した場合に、前記発電機への負荷投入を停止する請求項３に記載の非常用電源の駆動源として用いる副室式エンジンの運転制御方法。

【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、前記主室に噴孔を介して連通する副室とを有する燃焼室と、
前記副室に形成された混合気を火花点火する点火部と、
前記副室に燃料を供給する副室燃料供給手段と、
前記主室に吸気される新気の空燃比を調整する空燃比調整手段とを備えた副室式エンジン及びその運転制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

上記のような副室式エンジンは、副室に、主室で圧縮された新気が噴孔から流入すると共に、副室燃料供給手段としての副室燃料供給弁の弁室に供給された燃料が１サイクル毎に開閉操作される弁部を通じて供給され、その新気と燃料との混合気が点火プラグにより火花点火されて燃焼し、噴孔を介して主室に火炎ジェットが噴射されるように構成されている（例えば、特許文献１を参照。）。
また、このような副室式エンジンは、単室式エンジンと比較して、燃焼室全体として空気に対して燃料が希薄な状態で燃料を燃焼させるリーン燃焼が実現できるため、高効率化を図ることが可能である。
また、このような副室式エンジンでは、運転効率を高めるために、空燃比が理論空燃比近傍のストイキ範囲よりも高いリーン範囲内に調整されたリーン混合気が新気として主室に吸気され、そのリーン混合気を副室から噴孔を介して主室に噴射される火炎ジェットにより燃焼させるように構成されている。
かかる副室式エンジンは、発電システムにおける発電機の動力源として用いられる場合がある。かかる発電システムでは、停電時に投入できる電力負荷を増やすことが電源セキュリティ機能向上のためには効果的である。例えば、始動４０秒後の初期負荷投入において回転数の変動や静定時間を規定した基準などが存在する。

【0003】

一方、副室を有さない単一の燃焼室を備えた通常の火花点火式エンジンとして、燃焼室に吸気される混合気の空燃比を調整して、燃焼室において混合気を燃料が希薄な状態で燃焼させるリーン燃焼モードと、燃焼室において混合気をストイキ状態で燃焼させるストイキ燃焼モードとの間で、燃焼モードを切替え可能なエンジンが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
この種の燃焼モードを切替え可能なエンジンでは、起動時又は高出力時においては、燃焼モードがストイキ燃焼モードに設定されることで、安定性向上や高出力が図られ、一方、通常時又は低出力時においては、燃焼モードがリーン燃焼モードに設定されることで、高効率や低エミッションが図られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５−１３３６６４号公報

【特許文献2】特開２００７−２９７９６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来の副室式エンジンでは、運転効率向上のために主室に吸気する新気の空燃比を大幅に高く調整しているため、安定性が比較的低くなる傾向にある。よって、例えば発電システムにおける発電機の動力源として副室式エンジンを用いる場合には、発電機に対して一度に投入できる電力負荷の程度が低くなり、多くの電力負荷を一度に投入することはできなかった。尚、本願において、発電機に一度に投入する負荷の定格出力に対する割合を「負荷投入率」と呼ぶ。
また、従来の副室式エンジンにおいて、安定性を向上するために、主室に吸気される新気の空燃比を比較的低いストイキ範囲内に調整すると、そのストイキ混合気が圧縮行程において噴孔を介して副室に流入し副室に直接供給された燃料ガスと混合されることで、副室に形成される混合気が燃料過濃な状態となり、結果、失火や未燃成分排出の原因となる場合がある。即ち、従来の副室式エンジンでは、そのままでは、通常の火花点火式エンジンのようにリーン混合気を燃焼させるリーン燃焼モードに代えて主室にてストイキ混合気を燃焼させるストイキ燃焼モードに燃焼モードを切り替えることはできなかった。

【0006】

本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、副室式エンジンにおいてリーン混合気を燃焼させるリーン燃焼モードに代えて主室にてストイキ混合気を燃焼させるストイキ燃焼モードに燃焼モードを切替え可能として安定性の向上を図ることができる技術を提供し、更には、発電システムの駆動源として副室式エンジンを用いる場合において当該副室式エンジンを安定した状態に維持して一度に投入できる電力負荷を増加させることができる技術を提供する点にある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る非常用電源の駆動源として用いる副室式エンジンの特徴構成は、
ピストンに面する主室と、前記主室に噴孔を介して連通する副室とを有する燃焼室と、
前記副室に形成された混合気を火花点火する点火部と、
前記副室に燃料を供給する副室燃料供給手段と、
前記主室に吸気される新気の空燃比を調整する空燃比調整手段と、
前記ピストンの往復動で回転するクランク軸の回転動力で発電を行う発電機とを備えた非常用電源の駆動源として用いる副室式エンジンであって、
運転を制御する制御手段が、前記副室燃料供給手段による前記副室への燃料供給を行うと共に前記空燃比調整手段により前記主室に吸気される新気の空燃比を火花点火可能なストイキ範囲よりも高いリーン範囲内に調整するリーン燃焼モードと、前記副室燃料供給手段による前記副室への燃料供給を停止すると共に前記空燃比調整手段により前記主室に吸気される新気の空燃比を前記ストイキ範囲内に調整するストイキ燃焼モードとの間で燃焼モードを切替え可能に構成され、
前記制御手段は、前記発電機とは別の電力系統からの電力供給が停止した場合に、燃焼モードを前記ストイキ燃焼モードに設定して起動運転を行い、起動後に燃焼モードを前記ストイキ燃焼モードに維持した状態で前記発電機への負荷投入を行い、当該負荷投入後に燃焼モードを前記リーン燃焼モードに切り替えるよう構成されている点にある。

【0008】

この特徴構成によれば、上記制御手段が燃焼モードを上記リーン燃焼モードに設定した場合には、従来の副室式エンジンと同様に、主室には空燃比が上記リーン範囲内に調整された所謂リーン混合気が新気として吸気され、その吸気されたリーン混合気が主室で圧縮されることで噴孔から副室に流入すると共に、その流入したリーン混合気に対し副室燃料供給手段により燃料供給が行われることで、副室には空燃比がストイキ範囲内に調整された所謂ストイキ混合気が形成されることになる。そして、このストイキ混合気が点火部による火花点火により燃焼し、噴孔を介して主室に火炎ジェットが噴出され、主室にあるリーン混合気が燃焼し、ピストンが押し下げられることで、クランク軸から回転駆動力が出力されることになる。即ち、このようにリーン燃焼モードで運転を行うことで、高効率や低エミッションを図ることができる。

【0009】

そして、このように構成された副室式エンジンにおいて、起動運転時や高出力時等において安定性を向上するために、上記制御手段は、燃焼モードを上記リーン燃焼モードに代えて上記ストイキ燃焼モードに設定することができる。具体的には、上記制御手段が燃焼モードを上記ストイキ燃焼モードに設定した場合には、主室には空燃比が上記ストイキ範囲内に調整された所謂ストイキ混合気が新気として吸気され、その吸気されたストイキ混合気が主室で圧縮されることで噴孔から副室に流入する。その際、上記副室燃料供給手段による燃料供給が停止されていることから、副室に流入したストイキ混合気の空燃比は、そのままの状態が維持され、火花点火ができない程度に過剰に低くなることが抑制された状態となる。そして、副室では、そのストイキ混合気が点火部による火花点火により燃焼し、噴孔を介して主室に火炎ジェットが噴出され、主室にあるストイキ混合気が燃焼し、ピストンが押し下げられることで、クランク軸から回転駆動力が出力されることになる。即ち、このようにストイキ燃焼モードで運転を行うことで、安定性向上や高出力を図ることができる。
結果、非常用電源の駆動源として用いる副室式エンジンにおいて停電などの非常時において別の電力系統から各電力負荷への電力供給が停止した場合に非常用電源の発電機の駆動源として利用する場合に、リーン混合気を燃焼させるリーン燃焼モードに代えて主室にてストイキ混合気を燃焼させるストイキ燃焼モードに燃焼モードを切替え可能となり安定性の向上を図ることができる副室式エンジンを実現することができる。
また、上記制御手段により燃焼モードをストイキ燃焼モードに設定して起動運転を行うので、冷態時においても安定した状態で且つ十分な回転駆動力を出力できるような起動運転が可能となる。更に、その起動運転後の通常運転において、上記制御手段により燃焼モードをリーン燃焼モードに切り替えるので、高効率且つ低エミッションの通常運転が可能となる。
また、起動運転時においては燃焼モードがストイキ燃焼モードに維持され、安定した状態で且つ十分な回転駆動力を出力可能な状態となっている。その際に上記発電機への負荷投入が行われるので、負荷投入による安定性の低下が抑制される。即ち、発電機に対して一度に投入することができ電力負荷の程度である負荷投入率の上限界値を増加させることができ。一度に多くの電力負荷を投入した場合でも安定した運転状態を維持することができる。

【0010】

本発明に係る非常用電源の駆動源として用いる副室式エンジンのさらなる特徴構成は、
前記制御手段は、前記発電機への負荷投入後において、前記電力系統からの電力供給が再開した場合に、前記発電機への負荷投入を停止する点にある。

【0011】

この特徴構成によれば、停電などの非常状態が解消され別の電力系統からの電力供給が再開された場合に、発電電力の供給を停止可能となる。

【0012】

本発明に係る非常用電源の駆動源として用いる副室式エンジンの運転制御方法の特徴構成は、
ピストンに面する主室と、前記主室に噴孔を介して連通する副室とを有する燃焼室と、
前記副室に形成された混合気を火花点火する点火部と、
前記副室に燃料を供給する副室燃料供給手段と、
前記主室に吸気される新気の空燃比を調整する空燃比調整手段と、
前記ピストンの往復動で回転するクランク軸の回転動力で発電を行う発電機とを備えた非常用電源の駆動源として用いる副室式エンジンの運転制御方法であって、
前記副室式エンジンを、前記副室燃料供給手段による前記副室への燃料供給を行うと共に前記空燃比調整手段により前記主室に吸気される新気の空燃比を火花点火可能なストイキ範囲よりも高いリーン範囲内に調整するリーン燃焼モードと、前記副室燃料供給手段による前記副室への燃料供給を停止すると共に前記空燃比調整手段により前記主室に吸気される新気の空燃比を前記ストイキ範囲内に調整するストイキ燃焼モードとの間で燃焼モードを切替え可能に構成し、
前記発電機とは別の電力系統からの電力供給が停止した場合に、燃焼モードを前記ストイキ燃焼モードに設定して起動運転を行い、起動後に燃焼モードを前記ストイキ燃焼モードに維持した状態で前記発電機への負荷投入を行い、当該負荷投入後に燃焼モードを前記リーン燃焼モードに切り替える点にある。

【0013】

また、本発明に係る非常用電源の駆動源として用いる副室式エンジンの運転制御方法のさらなる特徴構成は、
前記発電機への負荷投入後において、前記電力系統からの電力供給が再開した場合に、前記発電機への負荷投入を停止する点にある。

【0014】

これら非常用電源の駆動源として用いる副室式エンジンの運転制御方法は上述した非常用電源の駆動源として用いる副室式エンジンに係る作用効果と同様の作用効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】副室式エンジンの概略構成図

【図2】副室式エンジンの起動運転時の経時的な作動状態を示す図

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明に係る副室式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。
図１に示す副室式エンジン１００は、ピストン２と、ピストン２を収容してピストン２の頂面と共に主室１を形成するシリンダ３とを備え、ピストン２をシリンダ３内で往復運動させると共に、吸気バルブ６及び排気バルブ７を開閉動作させて、主室１において吸気、圧縮、燃焼・膨張、排気の諸行程を行い、ピストン２の往復動を連結棒３１によってクランク軸３２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わるところはない。
また、クランク軸３２には、起動運転時に当該クランク軸３２を回転駆動させるスタータモータ３３が連結されている。

【0020】

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、吸気行程において吸気バルブ６を開状態として、吸気ポート５から主室１に空気Ａと燃料ガスＧとの混合気を新気Ｉとして吸入し、圧縮及び燃焼・膨張行程において吸気バルブ６及び排気バルブ７を閉状態として、この吸入した新気Ｉを圧縮して燃料ガスＧを燃焼・膨張させ、排気行程において排気バルブ７を開状態として、主室１から排気ポート８に排ガスＥを排出するように運転される。

【0021】

尚、吸気ポート５の上流側に通じる吸気路４には、吸気路４に取り込まれた空気Ａに燃料供給路２５から供給された燃料ガスＧを混合して、上記新気Ｉとしての混合気を形成するミキサ２８が設けられている。ミキサ２８は、当該吸気路４を縮径させたベンチュリ構造を有し、吸気路４を流通する空気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２５から供給された燃料ガスＧを、吸気路４を流通する空気Ａに供給して、吸気路４に混合気を形成するように構成されている。
更に、燃料供給路２５には、ミキサ２８への燃料供給量を調整して主室１に吸気される新気Ｉの空燃比を調整可能な空燃比調整弁２６（空燃比調整手段の一例）と、ミキサ２８への燃料供給圧を一定に維持するガバナ２７が設けられている。

【0022】

吸気路４には、新気Ｉを過給する過給機２９が設けられており、この過給機２９は、排気ポート８の下流側に通じる排気路９を流通する排ガスＥの運動エネルギによりタービンを回転させ、このタービンの回転力により吸気路４に設けられたコンプレッサを回転駆動する形態で過給を行い、このコンプレッサの回転駆動により吸気路４を流通する新気Ｉを過給するターボチャージャーとして構成されている。

【0023】

副室式エンジン１００のシリンダヘッド３０には、主室１と共に燃焼室として設けられ、主室１に噴孔１８を介して連通する副室１７が設けられており、この副室１７を有する副室機構１０の構造について以下に説明する。

【0024】

副室１７の上方には、点火プラグ１９と副室バルブ１５とが設けられている。
点火プラグ１９は１サイクル毎に火花を発生させることにより、副室１７に形成された混合気を火花点火する点火部として作用する。

【0025】

一方、副室バルブ１５は、弁部１４を１サイクル毎に開閉操作することにより、副室燃料供給路２２から弁室１３に供給された燃料ガスＧを、当該弁部１４を通じて副室１７に断続的に供給するように構成されている。
尚、副室燃料供給路２２には、弁室１３への燃料ガスＧの供給圧力を０．２ＭＰａ（Ｇａｕｇｅ）程度まで昇圧させる供給ポンプ２０と、弁室１３への燃料ガスＧの供給を遮断可能な副室燃料供給弁２１とが設けられている。

【0026】

この副室式エンジン１００は、非常用電源の駆動源として利用され、クランク軸３２の回転動力で発電を行う発電機３５が設けられている。この発電機３５は発電機側遮断器３６及び個別遮断器４２を介して各電力負荷４１に接続されており、停電などの非常時において商用電力系統４０から各電力負荷４１への電力供給が停止した場合に、副室式エンジン１００を起動して発電機３５による発電を行い、発電機側遮断器３６及び個別遮断器４２を開放状態（電気の通過を許容する状態）として、発電機３５が発電した発電電力を各電力負荷４１への供給するように構成されている。

【0027】

副室式エンジン１００には、運転を制御するコンピュータからなるエンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵと呼ぶ。）５０（制御手段の一例）が設けられている。
このＥＣＵ５０は、吸気路４に設けられたスロットル弁（図示せず）の開度を制御してクランク軸３２の回転数（エンジン回転数）を一定に維持可能に構成され、更に、詳細については後述するが、空燃比調整弁２６や副室燃料供給弁２１の作動を制御することで、主室１において空燃比が火花点火可能なストイキ範囲よりも高いリーン範囲内に調整されたリーン混合気を燃焼させるリーン燃焼モードと、主室１において空燃比がストイキ範囲内に調整されたストイキ混合気を燃焼させるストイキ燃焼モードとの間で、燃焼モードを切替え可能に構成されている。
以下、その副室式エンジン１００のリーン燃焼モード設定時及びストイキ燃焼モード設定時における１サイクルの動作状態について、以下に説明する。

【0028】

〔リーン燃焼モード〕
先ず、ＥＣＵ５０により燃焼モードをリーン燃焼モードに設定したときの動作状態について説明する。
副室式エンジン１００は、先ず、吸気バルブ６が開状態となり、ピストン２のＴＤＣ（上死点）からの下降により、吸気ポート５から主室１に新気Ｉが吸入される吸気行程が行われる。
ここで、ＥＣＵ５０により空燃比調整弁２６の開度が制御されて、ミキサ２８で形成される新気Ｉの空燃比が理論空燃比近傍のストイキ範囲よりも高いリーン範囲内に調整され、結果、このように空燃比がリーン範囲内に調整されたリーン混合気が新気Ｉとして主室１に吸気される。

【0029】

一方、副室機構１０においては、ＥＣＵ５０により副室燃料供給弁２１が開状態とされ弁室１３への燃料ガスＧの供給が許容された状態とされて、更に副室１７に設置された副室バルブ１５が吸気バルブ６の開時期に対して略同時期に弁部１４を閉状態から開状態に変化することで、弁室１３に供給された燃料ガスＧの副室１７への供給が開始される。

【0030】

後に、吸気バルブ６及び副室バルブ１５の弁部１４が略同時期に閉状態となり、ピストン２の上昇により、主室１に吸気された新気Ｉを圧縮する、いわゆる圧縮行程が行われる。尚、圧縮行程初期の副室１７がまだ低圧状態のときに、副室バルブ１５の弁部１４を開状態として燃料ガスＧを副室１７に供給しても良い。

【0031】

この圧縮行程では、ピストン２の上昇により、主室１の容積減少によって、主室１のリーン混合気が噴孔１８を介して副室１７に流入し、副室１７には、そのリーン混合気の流入によりガス流動が発生することで、そのリーン混合気と燃料ガスＧとが混合されて、ストイキ範囲内（例えば理論空燃比程度）の空燃比の混合気が形成される。
即ち、上記圧縮行程終了時にて、副室１７には、空燃比が比較的低いストイキ混合気が存在するのに対して、主室１には、空燃比が比較的高いリーン混合気が存在することになる。

【0032】

次に、副室式エンジン１００は、上死点直前において、点火プラグ１９を作動させて、上記副室１７の上部おいてストイキ混合気火花点火して燃焼させる。
すると副室１７では、燃焼が進み、副室１７の燃焼しなかった燃料ガスＧと共に、火炎ジェットＦが噴孔１８を介して主室１に噴出される。
更に、副室１７と主室１とを連通する複数の噴孔１８が、上記主室１の中心軸Ｘを中心に周方向に等間隔で分散配置され、放射状に延出する筒状の開口部として形成されており、火炎ジェットＦが夫々の噴孔１８から主室１に放射状に噴射されるように構成されている。

【0033】

一方、主室１においては、夫々の噴孔１８から放射状に噴出された火炎ジェットＦにより新気Ｉとして吸気されたリーン混合気を安定して燃焼させる。
このような主室１における燃焼状態は、主室１においてリーン混合気を燃焼させるため、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が向上され、更にＮＯｘの生成を抑制した低エミッションが実現される。

【0034】

上述した副室式エンジン１００において、火炎ジェットＦ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１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１と副室１７とを含む燃焼室の最小容積、即ちピストン２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して、副室１７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、副室機構１０の内部構造を認識しやすくするために、全体に対する副室機構１０の大きさの割合を大きめに描いている。

【0035】

〔ストイキ燃焼モード〕
次に、ＥＣＵ５０により燃焼モードをストイキ燃焼モードに設定したときの動作状態について説明する。
尚、上記リーン燃焼モードと同様の動作状態についての説明は割愛する場合がある。
副室式エンジン１００は、吸気行程において、ＥＣＵ５０により空燃比調整弁２６の開度が制御されて、ミキサ２８で形成される新気Ｉの空燃比が理論空燃比近傍のストイキ範囲内に調整され、結果、このように空燃比がストイキ範囲内に調整されたストイキ混合気が新気Ｉとして主室１に吸気される。

【0036】

一方、副室機構１０においては、ＥＣＵ５０により副室燃料供給弁２１が閉状態とされ弁室１３への燃料ガスＧの供給が停止された状態とされることで、燃料ガスＧの副室１７への供給が停止される。

【0037】

後の圧縮行程では、ピストン２の上昇により、主室１の容積減少によって、主室１のストイキ混合気が噴孔１８を介して副室１７に流入し、副室１７には、ストイキ混合気がそのままの空燃比を維持した状態で充満する。
即ち、上記圧縮行程終了時にて、主室１及び副室１７の両方に、ストイキ混合気が存在することになる。

【0038】

次に、副室式エンジン１００は、上死点直前において、点火プラグ１９を作動させて、上記副室１７の上部おいてストイキ混合気を火花点火して燃焼させ、副室１７の燃焼しなかった燃料ガスＧと共に、火炎ジェットＦが噴孔１８を介して主室１に噴出される。

【0039】

一方、主室１においては、夫々の噴孔１８から放射状に噴出された火炎ジェットＦにより新気Ｉとして吸気されたストイキ混合気を安定して燃焼させる。
このような主室１における燃焼状態は、燃焼室においてリーン混合気を火花点火する通常のＳＩエンジンに近い状態となり、安定した運転状態を維持でき、高出力化が可能となる。

【0040】

上述した副室式エンジン１００において、火炎ジェットＦ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１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１と副室１７とを含む燃焼室の最小容積、即ちピストン２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して、副室１７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、副室機構１０の内部構造を認識しやすくするために、全体に対する副室機構１０の大きさの割合を大きめに描いている。

【0041】

〔運転制御方法〕
以上が副室式エンジン１００の基本的な構成についての説明であるが、次に、副室式エンジン１００の起動運転時における特徴的な運転制御方法に関する構成について、図２に基づいて説明する。
ＥＣＵ５０は、例えば停電などの非常時において商用電力系統４０から各電力負荷４１への電力供給が停止した場合に、外部システムから起動指令を受けて、スタータモータ３３をＯＮ状態にしてクランク軸３２を回転駆動させて副室式エンジン１００を起動する。
この際、発電機側遮断器３６は遮断状態（電気の通過を遮断する状態）とされ、発電機３５の発電出力は０％となっている。

【0042】

また、上記起動運転時において副室式エンジン１００の安定性を確保するために、副室式エンジン１００の燃焼モードはＥＣＵ５０によりストイキ燃焼モードに設定され、副室燃料供給弁２１は閉状態とされて副室１７への燃料供給が停止され、且つ、空燃比調整弁２６により主室１に吸気される新気Ｉの空燃比が理論空燃比近傍のストイキ範囲内の空燃比ＡＦ（ｒｉｃｈ）に調整される。

【0043】

上記のように副室式エンジン１００の起動運転後にエンジン回転数が設定回転数（１００％）になった後と判断した際の負荷投入指令に従って、発電機側遮断器３６が開放状態（電気の通過を許容する状態）とされ、更に、個別遮断器４２が漸次開放状態とされることで、発電機３５から電力負荷４１への電力供給が開始されると共に、発電出力が段階的に増加される。
ここで、副室式エンジン１００の燃焼モードがストイキ燃焼モードに維持されて当該エンジン１００の安定性が確保された状態となっているので、発電機３５に対して一度に投入できる電力負荷４１の程度である負荷投入率は比較的高いものに設定されており、結果、瞬時に多くの電力負荷４１に対して発電電力の供給を開始できている。

【0044】

次に、全ての個別遮断器４２が開放状態とされて全ての電力負荷４１へ発電電力の供給が開始され、且つ、副室式エンジン１００が温態状態となったと判断した際の燃焼モード切替指令に従って、副室式エンジン１００の燃焼モードはＥＣＵ５０によりリーン燃焼モードに設定され、副室燃料供給弁２１は開状態とされて副室１７への燃料供給が開始され、且つ、空燃比調整弁２６により主室１に吸気される新気Ｉの空燃比が、上記ストイキ範囲内の空燃比ＡＦ（ｒｉｃｈ）から当該ストイキ範囲よりも高いリーン範囲内の空燃比ＡＦ（ｌｅａｎ）へ瞬時に移行される。
ここで、副室式エンジン１００の燃焼モードがリーン燃焼モードに維持されて当該エンジン１００が高効率且つ低エミッションで運転を継続しつつ、全ての電力負荷４１に対して安定して発電電力が供給される状態となっている。

【0045】

そして、例えば停電などの非常状態が解消され商用電力系統４０から各電力負荷４１への電力供給が再開された場合に、外部システムから停止指令を受けて、発電機側遮断器３６が遮断状態となって電力負荷４１への発電電力の供給が停止され、その後、ミキサ２８及び副室１７への燃料ガスＧの供給が遮断されて、副室式エンジン１００の運転が停止されることになる。

【0046】

〔別実施形態〕
最後に、本発明のその他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。

【0047】

（１）上記実施の形態では、副室式エンジン１００の起動運転を行う際に当該副室式エンジン１００の燃焼モードをストイキ燃焼モードに設定するように構成したが、別に、起動運転時とは異なり副室式エンジン１００の安定性向上や高出力化を図るべき状態において当該副室式エンジン１００の燃焼モードをストイキ燃焼モードに設定し、その他の通常状態において当該副室式エンジン１００の燃焼モードをリーン燃焼モードに設定して高効率や低エミッションを図るように構成しても構わない。
例えば、クランク軸３２に対する負荷が比較的高く副室式エンジン１００を高出力で運転したい場合には、当該副室式エンジン１００の燃焼モードをストイキ燃焼モードに設定し、一方、クランク軸３２に対する負荷が比較的低く副室式エンジン１００を低出力で運転したい場合には、当該副室式エンジン１００の燃焼モードをリーン燃焼モードに設定するように構成しても構わない。

【0049】

（２）上記実施の形態では、個別遮断器４２を漸次開放状態として発電機３５から電力負荷４１への電力供給を開始することで、発電出力を段階的に増加するように構成したが、ストイキ燃焼モードで副室式エンジン１００を運転することで拡大された発電機３５の負荷投入率の上限界値に対し、可能な範囲で一度に投入する電力負荷４１を増加させることができ、例えば、全ての電力負荷４１を投入しても問題がない場合には、発電機３５に対して全ての電力負荷４１を同時に投入しても構わない。

【0050】

（３）上記実施の形態では、ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードへ燃焼モードを切替えるにあたり、主室１に吸気される新気Ｉの空燃比を、ストイキ範囲内の空燃比ＡＦ（ｒｉｃｈ）からリーン範囲内の空燃比ＡＦ（ｌｅａｎ）に瞬時に移行するように構成したが、別に、空燃比ＡＦ（ｒｉｃｈ）から空燃比ＡＦ（ｌｅａｎ）への移行は瞬時でなく徐々に行っても構わない。また、ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードへ燃焼モードを切替えるにあたり、空燃比ＡＦ（ｒｉｃｈ）から空燃比ＡＦ（ｌｅａｎ）への移行を徐々に行う場合には、副室燃料供給弁２１を開状態として副室１７への燃料供給を開始するタイミングは、副室１７での着火が確実に行われる適当なタイミングに設定されて、空燃比の調整が行われる。

【産業上の利用可能性】

【0051】

本発明は、ピストンに面する主室と、前記主室に噴孔を介して連通する副室とを有する燃焼室と、前記副室に形成された混合気を火花点火する点火部と、前記副室に燃料を供給する副室燃料供給手段と、前記主室に吸気される新気の空燃比を調整する空燃比調整手段とを備えた副室式エンジン及びその運転制御方法において、リーン混合気を燃焼させるリーン燃焼モードに代えて主室にてストイキ混合気を燃焼させるストイキ燃焼モードに燃焼モードを切替え可能として安定性の向上を図ることができるものとして有効に利用可能である。

【符号の説明】

【0052】

１ ：主室
１０ ：副室機構
１７ ：副室
１８ ：噴孔
１９ ：点火プラグ
２１ ：副室燃料供給弁（副室燃料供給手段）
２６ ：空燃比調整弁（空燃比調整手段）
３２ ：クランク軸
３５ ：発電機
４１ ：電力負荷
１００ ：副室式エンジン
Ｇ ：燃料ガス
Ｉ ：新気

【図1】

【図2】