專利名稱：發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室構(gòu)造的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室構(gòu)造，特別涉及一種將天然氣等氣體供給副室、將吸入空氣供給主室、壓縮該吸入空氣并在壓縮行程上死點(diǎn)附近使壓縮空氣與氣體燃料混合、點(diǎn)火燃燒的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室構(gòu)造。
近年來(lái)，以天然氣等氣體燃料為主燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)，作為廢氣發(fā)電系統(tǒng)或汽車用發(fā)動(dòng)機(jī)，其開(kāi)發(fā)很迅速。廢氣發(fā)電系統(tǒng)，是由發(fā)電機(jī)將動(dòng)力作為電能輸出，并利用排氣熱能由熱交換器將水加熱成熱水，作為供熱水使用。廢氣發(fā)電系統(tǒng)可作為飯店、醫(yī)院、辦公室等的供電系統(tǒng)。在汽車用發(fā)動(dòng)機(jī)中使用天然氣燃料時(shí)，由于燃料溫度低不容易生成NOx，所以，可作為低公害車。
以天然氣為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)，例如有日本專利公報(bào)特開(kāi)昭54-156911號(hào)、特開(kāi)昭63-6358號(hào)、特開(kāi)平1-232119號(hào)、實(shí)公平3-41068號(hào)、特開(kāi)平7-158448號(hào)所揭示的型式。
例如，特開(kāi)平7-158448號(hào)揭示的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，由連通孔將形成在氣缸蓋上的副室與形成在氣缸側(cè)的主室連通，在連通孔中配置控制閥。在該蓋部通過(guò)節(jié)流部連通氣體室和副室，為了將天然氣通過(guò)氣體通路供給到副室，在氣體室形成氣體導(dǎo)入口，設(shè)有在壓縮行程終端附近打開(kāi)連通孔的控制閥，在連通孔的閉鎖狀態(tài)開(kāi)啟的氣體導(dǎo)入閥設(shè)在氣體導(dǎo)入口上，該氣體導(dǎo)入口形成于氣體室。由于氣體導(dǎo)入閥的開(kāi)放，天然氣被供給到氣體室，天然氣可滯留在氣體室和節(jié)流部的附近。
現(xiàn)有技術(shù)中，燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)以天然氣等氣體燃料作為燃料，與汽油同樣地從進(jìn)氣門吸入燃料，由簡(jiǎn)單的系統(tǒng)構(gòu)成壓燃的方式，所以，一般采用該系統(tǒng)。但這種系統(tǒng)容易發(fā)生敲缸現(xiàn)象，所以不能加大壓縮比，理論熱效率不一定高。
燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)由于燃料壓燃的著火性差，所以要將燃燒室做成絕熱構(gòu)造，以實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)燃燒，提高熱效率。另外，在燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)中，作為提高熱效率的辦法，是在燃燒室內(nèi)采用絕熱構(gòu)造，將排氣能量變換為動(dòng)力。
但是，燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)以天然氣等氣體作為燃料，把燃燒室做成絕熱構(gòu)造時(shí)，是在吸入行程吸入氣體與空氣的混合氣，接著進(jìn)行壓縮，這時(shí)，被高壓縮的氣缸內(nèi)的溫度增高，容易發(fā)生自燃即敲缸現(xiàn)象。從理論上說(shuō)，發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率隨著壓縮比的減小而降低。
絕熱型發(fā)動(dòng)機(jī)，由于回收排氣能量，在吸氣行程吸入氣體與空氣的混合氣，接著進(jìn)行高壓縮時(shí)，氣缸內(nèi)的溫度過(guò)高，容易發(fā)生自燃即敲缸現(xiàn)象。
具有絕熱構(gòu)造燃燒室的發(fā)動(dòng)機(jī)，由于燃燒室壁面溫度上升，使供給該燃燒室的燃料在點(diǎn)火定時(shí)之前自燃，這樣的自燃的問(wèn)題增多。在絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)中，在壓縮比高的構(gòu)造的情況下，從進(jìn)氣門吸入的空氣與從燃料通路來(lái)的燃燒氣體混合后被高壓縮時(shí)，就會(huì)發(fā)生自燃，在遠(yuǎn)離上死點(diǎn)前開(kāi)始燃燒，就會(huì)引起敲缸現(xiàn)象，作為發(fā)動(dòng)機(jī)是不合格的。
但是，發(fā)動(dòng)機(jī)中，為了使天然氣等氣體燃料以柴油機(jī)循環(huán)燃燒，如果將天然氣壓縮成高壓后噴射到燃燒室，便能提高熱效率。但是，為了把天然氣等氣體壓縮至25～30MPa，要提高裝置的成本，而且高壓噴射氣體時(shí)，NOx增加，柴油機(jī)燃燒的燃料費(fèi)提高從而失去經(jīng)濟(jì)效果。
因此，現(xiàn)有的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)，不將天然氣等的氣體燃料的壓力上升到高壓，便把氣體燃料送入燃燒室內(nèi)，將燃燒室分成主室和副室，用連通孔將主室和副室連通，在連通孔中設(shè)置控制閥，在吸氣行程時(shí)將吸入空氣供給氣缸內(nèi)的主室，在壓縮行程壓縮該吸入空氣，在吸入行程或排氣行程時(shí)，將氣體燃料供給副室，在活塞上升運(yùn)動(dòng)的壓縮行程后半，開(kāi)放控制閥，將壓縮空氣從主室導(dǎo)入副室與氣體燃料混合并點(diǎn)火燃燒，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)燃燒，提高熱效率。
上述燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)中，在壓縮行程的后半使控制閥動(dòng)作而開(kāi)放連通孔，將主室與副室連通時(shí)，接近壓縮行程的后半，在控制閥開(kāi)放連通孔之前，主室的壓縮空氣壓力過(guò)度上升，摩擦及壓縮空氣的熱增加，使熱損失增加。在主室內(nèi)增加的壓縮空氣由于主室與副室間的壓力差而高速度地從主室流入副室，雖然主室中的壓縮空氣壓力上升，但由于主室與副室的連通使該壓縮空氣壓降低，其結(jié)果所作功量由氣體而減少，造成該部分燃料利用率的惡化。
在燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)中，壓縮比為15～17時(shí)，用控制閥閉鎖連通孔，使副室與主室處于隔絕的狀態(tài)，活塞接近壓縮上死點(diǎn)附近時(shí)，主室的壓縮空氣成為高壓，其壓力是沒(méi)有控制閥的發(fā)動(dòng)機(jī)的1.7～2倍，在該狀態(tài)下開(kāi)放連通孔時(shí)，主室的壓力降低，并且由于高壓力壓縮空氣的原因，作用于活塞的摩擦和熱成為負(fù)功，所以，燃料利用率低。
因此，在燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)中，壓縮行程時(shí)，將在主室被壓縮的空氣壓力限制在不太高的壓力，為了不受摩擦及熱等消耗，把壓縮空氣壓的一部分作為彈簧的彈力蓄積起來(lái)，在膨脹行程時(shí)，使該蓄積的彈力返回到對(duì)活塞做功的流體中，可提高燃料利用率。
本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題而作出的，其目的在于提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室構(gòu)造，該燃料室構(gòu)造，能抑制壓縮行程時(shí)的摩擦和熱的增加，將主室的空氣壓縮力的一部分作為彈簧的彈力蓄積起來(lái)，防止主室的壓縮空氣壓力過(guò)度上升，減小主室與副室的壓力差，并且在膨脹行程時(shí)將彈簧蓄積的彈力和壓縮空氣壓作為功返回，減少摩擦和熱等消耗的能量，使存在于主室內(nèi)的壓縮空氣用于燃燒，提高主室的空氣利用率，提高燃燒速度，縮短燃燒時(shí)間，將彈簧蓄積的彈力作為作用于活塞的功返回，減少燃燒費(fèi)用。
該燃燒室的構(gòu)造，為了把主室的空氣壓縮力的一部分作為彈簧力蓄積起來(lái)，在主室中配置著空氣室(減壓室)，該空氣室備有被彈簧的彈力推壓的副活塞，在壓縮行程中，使在主室被壓縮的壓縮空氣的一部分抵抗彈簧的彈力蓄積在減壓室內(nèi)，然后在膨脹行程中，由彈簧力使蓄積在減壓室內(nèi)的壓縮空氣向主室噴出，作用于活塞，作為功返回。
或者，該燃燒室的構(gòu)造，為了把主室的空氣壓縮力的一部分作為彈簧的彈力蓄積起來(lái)，把備有可動(dòng)頭部件的容積可變的容積可變主室部設(shè)在活塞的腔室內(nèi)，在壓縮行程中，讓在主室被壓縮的壓縮空氣的一部分抵抗彈簧的彈力蓄積在容積可變主室部?jī)?nèi)，然后在膨脹行程中，由蓄積在容積可變主室部的彈簧彈力推出容積可變主室部?jī)?nèi)的空氣及燃燒氣體，作用于活塞，作為功返回。
本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的構(gòu)造，其特征在于，備有副室部件、燃燒室部件、活塞、燃料供給路、控制閥、燃料閥、容積可變的減壓室；副室部件配置在氣缸蓋上并形成有副室和連通孔，燃燒室部件由將副室通過(guò)上述連通孔與連通的主室構(gòu)成，活塞在構(gòu)成主室的氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，燃料供給路用于將氣體燃料供給副室，控制閥用于開(kāi)閉上述連通孔，燃料閥用于開(kāi)閉上述燃料供給路，減壓室朝主室開(kāi)口并配置著被彈簧推壓的副活塞；在壓縮行程時(shí)，主室的壓縮空氣的一部分抵抗彈簧力使副活塞移動(dòng)并蓄積在減壓室內(nèi)，在膨脹行程時(shí)，由彈簧力使副活塞動(dòng)作，使減壓室內(nèi)的壓縮空氣向主室噴出。
上述控制閥在壓縮行程終端附近開(kāi)放連通孔，并且在排氣行程終端之前閉鎖該連通孔；上述燃料閥在連通孔閉鎖時(shí)開(kāi)放，將氣體燃料從燃料供給路供給到副室內(nèi)。
上述減壓室和主室的連通口，在從活塞的壓縮行程后半到膨脹行程前半的期間內(nèi)，由活塞的頭部側(cè)面閉鎖。
上述減壓室由配置在氣缸蓋上的減壓室部件形成，在減壓室部件內(nèi)的氣缸內(nèi)滑動(dòng)移動(dòng)的副活塞的背面，配置著彈簧。
上述主室由耐熱陶瓷做的燃料室部件形成隔熱構(gòu)造，副室由耐熱陶瓷做成的副室部件形成隔熱構(gòu)造，上述減壓室也形成隔熱構(gòu)造。
該燃燒室構(gòu)造由于如上述地構(gòu)成，因而有減壓室，所以氣缸內(nèi)的壓力不過(guò)度上升，壓縮空氣壓蓄積在減壓室內(nèi)的彈簧力中，活塞消耗的摩擦不增大，在膨脹行程時(shí)，蓄積為彈簧力的壓縮空氣壓作為功返回，可提高熱效率。
即，象現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)那樣在減壓室內(nèi)無(wú)彈簧的情況下，由于減壓室使壓縮比降低，無(wú)用容積增加，熱效率低。但本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)，由于在減壓室內(nèi)設(shè)置了彈簧，可以避免該現(xiàn)象。另外，活塞外周面與氣缸壁面之間的間隙具有節(jié)流的作用，所以，在上死點(diǎn)附近，減壓室的壓縮空氣和氣缸內(nèi)的壓縮空氣被隔斷，不會(huì)發(fā)生任何問(wèn)題。
該燃燒室的構(gòu)造，在連通主室與副室的連通孔被控制閥閉鎖期間，開(kāi)放燃料閥，向副室供給氣體燃料，并且，在壓縮行程時(shí)，一邊壓縮由吸氣行程導(dǎo)入主室的空氣，一邊將其一部分蓄積在減壓室內(nèi)，在活塞頂面閉鎖了減壓室的連通口后，進(jìn)一步壓縮存在于主室內(nèi)的壓縮空氣，總體上避免壓縮空氣過(guò)度上升，抑制摩擦和熱等的增加，開(kāi)放控制閥時(shí)，從主室向副室導(dǎo)入壓縮空氣，在副室中使壓縮空氣與氣體燃料混合并點(diǎn)火，從副室向主室噴出火焰、未燃混合氣等的氣體，使活塞做功，然后，在膨脹行程前半，在減壓室的連通口向主室開(kāi)放時(shí)，彈簧力使副活塞移動(dòng)，推出減壓室內(nèi)的壓縮空氣用于燃燒，使其做功。
該燃燒室的構(gòu)造，由于副室內(nèi)沒(méi)有空氣，所以氣體燃料不會(huì)自燃，不發(fā)生敲缸現(xiàn)象，另外，由于主室內(nèi)沒(méi)有氣體燃料，所以可把空氣壓縮至預(yù)定的空氣壓力。因此，該燃燒室的構(gòu)造，能卷入存在于主室和減壓室內(nèi)的空氣，提高空氣利用率，提高燃燒速度，縮短燃燒時(shí)間，在短期間內(nèi)完成燃燒，減少NOx、HC等的產(chǎn)生，尤其能提高熱效率，防止氣體燃料的自燃，防止敲缸現(xiàn)象。
如上述所，該燃燒室的構(gòu)造，由于在主室的一部分設(shè)置空氣室即減壓室，在壓縮行程的后半，壓縮空氣的一部分滯留在減壓室內(nèi)，可防止在壓縮行程終端附近的主室內(nèi)的壓縮空氣壓力異常上升，壓縮行程時(shí)的功不增加，而且，主室的壓力不過(guò)度增大，能提高燃燒室部件的耐久性。如果將減壓室在氣缸蓋即蓋下表面部的附近設(shè)置主室與減壓室的連通口，則隨著活塞上升而增加的壓力推壓減壓室內(nèi)的副活塞，氣缸即主室內(nèi)的內(nèi)壓不會(huì)異常增加。在壓縮行程上死點(diǎn)附近，由于連通口被活塞閉鎖，所以，在上死點(diǎn)附近不影響因燃燒而急劇增加的壓力上升，該壓力上升變換為功，在燃燒的中后期，空氣室的空氣向燃燒氣體中噴出，有助于后期的燃燒。
本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的構(gòu)造，其特征在于，備有副室部件、燃燒室部件、燃料供給路、控制閥、燃料閥和活塞；副室部件配置在氣缸蓋上并形成有副室和連通孔，燃燒室部件由將副室通過(guò)上述連通孔連通的主室構(gòu)成，燃料供給路用于將氣體燃料供給副室，控制閥用于開(kāi)閉上述連通孔，燃料閥用于開(kāi)閉上述燃料供給路，活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)；在活塞的活塞頭上，形成構(gòu)成主室的一部分的腔室，在該腔室內(nèi)配置著由彈簧力支持著的可動(dòng)頭部件，該可動(dòng)頭部件隨著主室內(nèi)的氣體壓力抵抗彈簧力在腔室內(nèi)移動(dòng)，形成容積可變的容積可變主室部。
在壓縮行程時(shí)，使可動(dòng)頭部件抵抗上述彈簧力移動(dòng)，使容積可變主室部擴(kuò)張，將主室的壓縮空氣的一部分蓄積在容積可變主室部?jī)?nèi)，在膨脹行程時(shí)，由彈簧力使可動(dòng)頭部件動(dòng)作，將存在于容積可變主室部?jī)?nèi)的壓縮空氣向主室推出。
上述控制閥在壓縮行程終端附近開(kāi)放連通孔，并且在排氣行程后半之前閉鎖該連通孔；上述燃料閥在連通孔閉鎖時(shí)開(kāi)放，將氣體燃料從燃料供給路供給到副室。
可動(dòng)頭部件與上述腔室壁面之間保持氣密，氣體泄漏通路形成于活塞頭上，可動(dòng)頭背面?zhèn)鹊闹锌詹靠赏ㄟ^(guò)該氣體泄漏通路泄漏氣體。
在可動(dòng)頭部件背面的腔室內(nèi)配置著彈簧，可動(dòng)頭部件由該彈簧彈性地支持著。
主室由耐熱陶瓷做的燃燒室部件形成隔熱構(gòu)造，副室由耐熱陶瓷做的副室部件形成隔熱構(gòu)造，可動(dòng)頭部件和彈性地支持該可動(dòng)頭部件的彈簧由耐熱陶瓷或耐熱金屬制成。
該燃燒室的構(gòu)造由于如上述地構(gòu)成，在連通主室與副室的連通口被控制閥閉鎖期間，開(kāi)放燃料閥向副室供給氣體燃料，并且，在壓縮行程，一邊壓縮由吸氣行程導(dǎo)入主室的空氣，一邊抵抗彈簧力將該過(guò)度上升的空氣壓力蓄積在擴(kuò)大了的容積可變主室部的彈簧等內(nèi)，總體上避免壓縮空氣壓力的過(guò)度上升，抑制摩擦、熱等的增加，然后開(kāi)放控制閥，從主室向副室導(dǎo)入壓縮空氣，在副室內(nèi)使壓縮空氣與氣體燃料混合并點(diǎn)火，從副室向主室噴出火焰、未燃混合氣等的氣體，使活塞做功，隨著活塞的下降，在膨脹行程中，由彈簧力使可動(dòng)頭部件移動(dòng)，推出容積可變主室部?jī)?nèi)的壓縮空氣用于燃燒，使活塞做功。
如上所述，該燃燒室的構(gòu)造中，由于在主室的一部分設(shè)置空氣室即容積可變主室部，所以，在壓縮行程后半，壓縮空氣的一部分滯留在容積可變主室部?jī)?nèi)，防止壓縮行程終端附近時(shí)主室內(nèi)壓縮空氣壓力異常上升，壓縮行程時(shí)的功不增加，而且主室的壓力不過(guò)度增大，可提高燃燒室部件的耐久性。另外，如果把連通主室與容積可變主室部的連通口設(shè)在蓋下表面部附近，則隨著活塞的上升而增加的壓力推壓容積可變主室部?jī)?nèi)的可動(dòng)頭部件，氣缸即主室內(nèi)的內(nèi)壓不異常增高。在壓縮行程上死點(diǎn)(top deadcenter)附近，由于連通口被活塞閉鎖，所以，在上死點(diǎn)附近因燃燒而急劇增加的壓力上升不受影響，該壓力上升變換為功，在燃燒的中后期，空氣室內(nèi)的空氣向燃燒氣體中噴出，有助于后期的燃燒。
圖1是本發(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室構(gòu)造一實(shí)施例的剖面圖。
圖2是說(shuō)明圖1所示發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)作的曲線圖。
圖3是表示本發(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室構(gòu)造的另一實(shí)施例的剖面圖。
圖4是說(shuō)明圖3所示發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)作的曲線圖。
下面，參照


本發(fā)明的實(shí)施例。本發(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室構(gòu)造適用于廢氣發(fā)電系統(tǒng)或汽車用發(fā)動(dòng)機(jī)。
先參照?qǐng)D1和圖2說(shuō)明本發(fā)明的一實(shí)施例。
如圖1所示，該發(fā)動(dòng)機(jī)具有氣缸體14、氣缸蓋7、氣缸套27、活塞15、副室部件3和燃燒室部件10。氣缸蓋7通過(guò)密封墊圈38載置地固定在氣缸體14上面。氣缸套27構(gòu)成嵌合在孔部37內(nèi)的氣缸28，該孔部37形成在氣缸體14上?；钊?5在氣缸28內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，氣缸28形成在氣缸套27內(nèi)。副室部件3形成副室2，該副室2配置在小徑的腔室6內(nèi)，該腔室6形成在氣缸蓋7上。燃燒部件10形成主室1，該主室1配置在大徑的腔室9內(nèi)，該腔室9形成在氣缸蓋7內(nèi)。主室1由形成在燃燒室部件10內(nèi)的氣缸28和由氣缸套27形成的氣缸28構(gòu)成。
配置在氣缸蓋7的腔室9內(nèi)的燃燒室部件10由蓋套構(gòu)成，該蓋套由蓋下面部11及與該蓋下面部11成一體的套上部12構(gòu)成。蓋下面部11上形成吸氣口17和排氣口19，在吸氣口17配置著吸氣閥16，在排氣口19配置著排氣閥18。燃燒室部件10的蓋下面部11上形成有連通主室1和副室2的連通孔31。在副室部件3上形成有連通孔13，該連通孔13與上述連通孔31吻合。
燃燒室部件10由Si3N4等陶瓷或耐熱合金等材料做成，隔著密封墊圈34配置在氣缸蓋7的腔室9內(nèi)，在燃燒室部件10的外周面與形成在氣缸蓋7上的腔室9之間形成隔熱空氣層36，這樣，主室形成為隔熱構(gòu)造。副室部件3由Si3N4等陶瓷或耐熱合金等材料做成，隔著密封墊圈33配置在氣缸蓋7的腔室6內(nèi)，在與形成在氣缸蓋7上的腔室6之間形成隔熱空氣層39，這樣，副室2形成隔熱構(gòu)造。
活塞15由活塞頭25和活塞裙26構(gòu)成，活塞頭25用Si3N4等陶瓷或耐熱合金等耐熱材料做成，活塞裙26固定在活塞頭25上，由鋁合金等金屬材料做成。密封墊圈41夾設(shè)在活塞頭25與活塞裙26之間，形成隔熱空氣層44，活塞頭25和活塞裙26通過(guò)結(jié)合環(huán)29由填滿金屬(メタルフロ)等方式固定。
該發(fā)動(dòng)機(jī)中，控制閥4設(shè)置在燃燒室部件10的頭下面部11上的連通孔31內(nèi)，并貫通副室部件3上的通孔32。另外，為了通過(guò)形成在氣缸蓋7上的氣體燃料供給路8把氣體燃料供給到副室2，在副室部件3上形成氣體燃料導(dǎo)入口42，在該導(dǎo)入口42配置著燃料閥5。控制閥4往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在壓縮行程終端附近開(kāi)放連通孔31，使副室2與主室1成為連通狀態(tài)，至遲在排氣行程前半閉鎖該連通孔，將主室1與副室2隔斷。燃料閥5在連通孔13、31閉鎖時(shí)開(kāi)放，將氣體燃料從燃料供給路8供給到副室2。氣體導(dǎo)入口42上配置著燃料閥5。燃料閥5在控制閥4閉鎖連通孔13、31時(shí)開(kāi)放氣體導(dǎo)入口42。因此，當(dāng)燃料閥5開(kāi)放氣體燃料導(dǎo)入口42時(shí)，氣體燃料便從氣體燃料供給路8通過(guò)燃料導(dǎo)入口42供給到副室2內(nèi)。
該燃料室構(gòu)造中，在氣缸蓋7上配置著減壓室部件30，該減壓室部件30備有朝著主室1開(kāi)口的連通口23。形成在減壓室部件30上的氣缸40內(nèi)，配置著被彈簧22的彈力推壓的副活塞21，形成空氣室即減壓室20。
另外，在副活塞21上形成環(huán)形溝槽，在該環(huán)形溝槽內(nèi)裝著密封環(huán)43。容積可變的減壓室20相對(duì)于外部是密封的。在減壓室部件30的外側(cè)配置著由陶瓷等做成的壁體45，形成隔熱空氣層44，將減壓室20做成隔熱構(gòu)造。
該發(fā)動(dòng)機(jī)中，在活塞15的壓縮行程時(shí)，主室1的壓縮空氣的一部分抵抗彈簧力使副活塞21移動(dòng)并蓄積在減壓室20內(nèi)，接著，在活塞15的膨脹行程時(shí)，彈簧力使副活塞21動(dòng)作，將蓄積在減壓室20內(nèi)的壓縮空氣向主室1推出即噴出。減壓室20與主室1之間的連通是通過(guò)形成在燃燒室部件10上的連通口24和形成在減壓室部件30上的連通口23進(jìn)行的。從活塞15的壓縮行程后半到膨脹行程前半的期間被活塞15的冠部側(cè)面閉鎖。減壓室20由配置在氣缸蓋7上的減壓室部件30形成，在減壓室部件30內(nèi)的氣缸40內(nèi)滑動(dòng)的副活塞21的背面，配置著彈簧22。根據(jù)情況也可以在配置彈簧22側(cè)的減壓室部件30上形成與大氣連通的通孔(圖未示)。
該發(fā)動(dòng)機(jī)，作為燃料的天然氣即氣體燃料，存放在氣體燃料箱或蓄壓氣體燃料的氣體燃料蓄壓室(圖未示)等的氣體燃料供給源內(nèi)。連通口13、31的區(qū)域，因?yàn)楸蝗紵龤怏w形成高溫，所以，配置在連通口31的控制閥4最好用具有高溫強(qiáng)度的、耐熱性好的氮化硅、碳化硅等的陶瓷制作。燃料閥5可由通常的動(dòng)閥機(jī)構(gòu)運(yùn)作，也可以被電磁力開(kāi)閉的電磁閥驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)作，也可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷控制燃料閥5的開(kāi)閥時(shí)間。燃料閥5開(kāi)放氣體導(dǎo)入口42時(shí)，僅把所需量的氣體燃料從氣體燃料源供入副室2。
下面，參照?qǐng)D2說(shuō)明該發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)作。
該發(fā)動(dòng)機(jī)依次反復(fù)進(jìn)行吸氣行程、壓縮行程、膨脹行程和排氣行程這樣4個(gè)沖程。在吸氣行程，吸氣閥16開(kāi)放吸氣口17，吸入的空氣被供給到主室1，在控制閥4閉鎖連通孔13、31的狀態(tài)，燃料閥5開(kāi)放氣體燃料導(dǎo)入口42，來(lái)自氣體燃料供給源的氣體燃料通過(guò)氣體燃料供給路8從氣體燃料導(dǎo)入口42供給到副室2。這時(shí)，在副室2由于還殘留著一些燃燒后的燃燒氣體，所以，當(dāng)氣體燃料被導(dǎo)入副室2時(shí)，氣體燃燒受熱而在副室2內(nèi)活性化。
發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)作移至壓縮行程，在壓縮行程，連通孔13被控制閥4閉鎖，隨著活塞15的上升，主室1的吸入空氣被壓縮，壓縮空氣壓如曲線M那樣地上升，同時(shí)，主室1的壓縮空氣壓M通過(guò)連通口24、23使副活塞21抵抗彈簧22的彈力移動(dòng)，主室1內(nèi)的壓縮空氣的一部分被導(dǎo)入減壓室20。在壓縮行程的后半，活塞15進(jìn)一步上升，活塞15的頂面35到達(dá)通過(guò)連通口24的位置時(shí)，(符號(hào)RC)，減壓室20與主室1的連通被活塞15的外周側(cè)面隔斷。這時(shí)，由于減壓室20是隔熱構(gòu)造，所以，已流入減壓室20內(nèi)的壓縮空氣不產(chǎn)生散熱損失。這時(shí)，燃燒室部件10的襯套上部12的壁面與活塞頭25外周面之間，存在著活塞15能往復(fù)動(dòng)的間隙，由于活塞15的高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，主室1與減壓室20之間幾乎是隔斷的狀態(tài)。然后，減壓室20的壓縮空氣在保持其壓力的狀態(tài)下被蓄積，主室1的壓縮空氣隨著活塞15的上升沿著曲線MP進(jìn)一步被壓縮。在該壓縮行程期間，副室2內(nèi)的氣體燃料一邊活化一邊如曲線S所示地產(chǎn)生若干壓力的上升。
接著，活塞15進(jìn)一步上升，到達(dá)主室1的壓縮空氣被壓縮后的壓縮行程終端附近時(shí)(符號(hào)OP)，控制閥4開(kāi)放連通孔31、13，被壓縮了的高溫(例如650℃)化壓縮空氣通過(guò)連通孔31、13從主室1流入副室2，主室1內(nèi)一下子減壓，同時(shí)副室2內(nèi)的壓力一下子急劇增壓。導(dǎo)入到副室2內(nèi)的壓縮空氣與氣體燃料混合后點(diǎn)火燃燒，副室2內(nèi)達(dá)到最高壓力Smax。一般的急速燃燒時(shí)的狀態(tài)如虛線的曲線所示。該發(fā)動(dòng)機(jī)，由于設(shè)置了減壓室20，主室1的壓力曲線M與未設(shè)置減壓室20的主室壓力曲線Q相比，其壓力被抑制得較低，斜線A所示區(qū)域的壓力不被摩擦和熱等消耗。另外，為了便于參考，對(duì)于現(xiàn)有的以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的輕油為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)，將主室壓力用虛線的曲線N表示。
副室2內(nèi)的點(diǎn)火燃燒，火焰?zhèn)鞑ィ诟笔?內(nèi)活化的混合氣的燃燒順利進(jìn)行，在副室2的燃燒急速地進(jìn)展，以燃料充分、NOx減少的狀態(tài)燃燒。接著，移至膨脹行程，副室2的火焰、未燃混合氣等的氣體通過(guò)連通孔13、31向主室1噴出，一邊將存在于主室1內(nèi)的空氣卷入促進(jìn)燃燒，一邊使活塞15做功，主室1的壓力如曲線ME所示地下降。然后，在活塞頭25的頂面35通過(guò)了連通口24的時(shí)刻RO時(shí)，減壓室20的連通口23向主室1開(kāi)放，因此，副活塞21被彈簧22的彈力移動(dòng)，蓄積在減壓室20內(nèi)的壓縮空氣從減壓室20向主室1噴出。蓄積在減壓室20內(nèi)的壓縮空氣噴入主室1中的火焰、未燃混合氣等的氣體中，利用蓄積在減壓室20內(nèi)的空氣壓，燃燒更加旺盛，沿著曲線MEP做功，提高燃燒速度，縮短燃燒時(shí)間，在短期間內(nèi)完成燃燒。因此，該發(fā)動(dòng)機(jī)中，與未設(shè)置減壓室20的主室壓力曲線Q相比，減壓室20的空氣壓的噴出力以及后期燃燒所做的斜線B所示區(qū)域的功增加。
如上所述，該發(fā)動(dòng)機(jī)在壓縮行程中，主室1內(nèi)的壓縮空氣的一部分暫時(shí)地蓄積在減壓室20內(nèi)，由于主室1內(nèi)的壓縮空氣不全部被壓縮，所以可將主室1的壓縮空氣壓抑制得較低，能量不被斜線A所示區(qū)域摩擦和熱等消耗。在膨脹行程中，彈簧22的彈力將蓄積著的壓縮空氣重新返回主室1，所以，可提高斜線B所示區(qū)域的熱效率，降低燃料費(fèi)用。另外，該發(fā)動(dòng)機(jī)中，在副室2上設(shè)有連通孔31、13和氣體燃料導(dǎo)入口42，在控制閥4閉鎖連通孔13的狀態(tài)，來(lái)自氣體燃料供給源的氣體燃料從氣體燃料導(dǎo)入口42供給到副室2內(nèi)，同時(shí)，在控制閥4閉鎖連通孔13、吸入空氣未供到副室2的狀態(tài)，在活塞15上升的壓縮行程中，從吸氣口17吸入到主室1的吸入空氣被壓縮，所以，吸入空氣即使在主室1內(nèi)被高壓縮，由于供給副室2內(nèi)的氣體燃料與主室1被控制閥4隔斷，所以氣體燃料不會(huì)自已點(diǎn)火，不會(huì)產(chǎn)生敲缸現(xiàn)象。另外，控制閥4開(kāi)放連通孔13、31時(shí)，高壓縮比的吸入空氣從主室1流入副室2，燃料氣體與吸入空氣混合而點(diǎn)火，以當(dāng)量比大的燃料充足狀態(tài)高速燃燒，可抑制NOx、HC的產(chǎn)生。
下面參照?qǐng)D3和圖4說(shuō)明本發(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室構(gòu)造的另一實(shí)施例。圖3所示燃燒室的構(gòu)造中，與圖1所示燃燒室構(gòu)造中具有相同功能和構(gòu)造的部件，注以相同標(biāo)號(hào)，其說(shuō)明從略。
如圖3所示，該發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室構(gòu)造的特征是，在活塞15的活塞頭25上，形成構(gòu)成主室1的一部分的腔室55，在腔室55內(nèi)配置著由彈簧力支持著的可動(dòng)頭部件51?？蓜?dòng)頭部件51在主室1內(nèi)的氣體壓力作用下，在腔室55內(nèi)移動(dòng)而構(gòu)成容積可變的容積可變主室部50，在可動(dòng)頭部件51背面的腔室55中，配置著彈性地支持可動(dòng)頭部件51的彈簧52。在活塞15的壓縮行程時(shí)，主室1的壓縮空氣的一部分抵抗彈力使可動(dòng)頭部件51移動(dòng)、使容積可變主室部50的容積擴(kuò)大并蓄積在容積可變主室部50內(nèi)。接著，在活塞15的膨脹行程時(shí)，彈簧力推回可動(dòng)頭部件51，將存在于容積可變主室部50內(nèi)的壓縮空氣向主室1推出。
在可動(dòng)頭部件51上形成溝槽，密封環(huán)56裝在該溝槽內(nèi)，使容積可變的容積可變主室部50向主室1開(kāi)放，并且，形成在可動(dòng)頭部件51背面?zhèn)惹皇?5中的中空部54，通過(guò)形成在活塞頭25上的氣體泄漏通路53使氣體泄漏到外部。即，活塞15在吸氣行程中下降時(shí)，殘留在中空部54內(nèi)的氣體通過(guò)氣體泄漏通路53泄漏到外部，所以，中空部54不保持高壓狀態(tài)，蓄積為彈簧52的彈簧力，可確?？蓜?dòng)頭部件51的靈活動(dòng)作。
主室1由耐熱陶瓷做的燃燒室部件10形成隔熱構(gòu)造，副室2由耐熱陶瓷做的副室部件3形成隔熱構(gòu)造，可動(dòng)頭部件51和彈性地支持可動(dòng)頭部件51的彈簧52由耐熱陶瓷或耐熱金屬制成。
下面，參照?qǐng)D4說(shuō)明具有本發(fā)明燃燒室構(gòu)造的發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)作。該發(fā)動(dòng)機(jī)中，關(guān)于共同的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)作，與圖2所示動(dòng)作基本相同。
該發(fā)動(dòng)機(jī)在壓縮行程中，連通孔13被控制閥4閉鎖，隨著活塞15的上升，主室1的吸入空氣被壓縮，壓縮空氣壓如曲線M所示地上升，同時(shí)，主室1的壓縮空氣壓M使可動(dòng)頭部件51抵抗彈簧52的彈力移動(dòng)，主室1內(nèi)的壓縮空氣的一部分?jǐn)U張，儲(chǔ)存在容積可變主室部50內(nèi)。另外，在壓縮行程中，副室2內(nèi)的氣體燃料一邊活化，一邊產(chǎn)生如曲線S所示的壓力稍稍上升。
接著，活塞15進(jìn)一步上升，到達(dá)主室1的壓縮空氣被壓縮的壓縮行程終端附近時(shí)(符號(hào)OP)，控制閥4開(kāi)放連通孔31、13，被壓縮了的高溫(例如650℃)化壓縮空氣通過(guò)連通孔31、13從主室1流入副室2，副室2內(nèi)的壓力急劇上升，同時(shí)主室1的壓力降低若干。導(dǎo)入到副室2內(nèi)的壓縮空氣與氣體燃料混合并點(diǎn)火燃燒，副室2內(nèi)達(dá)到最高壓力Smax。用虛線的曲線表示一般的急速燃燒的狀態(tài)。該發(fā)動(dòng)機(jī)中，由于設(shè)置了容積可變主室部50，所以，主室1的壓力曲線M與未設(shè)置容積可變主室部50的主室壓力曲線Q相比，壓力可抑制得較低，斜線A所示區(qū)域的壓力不被摩擦和熱等消耗。另外，為了便于參考，以輕油為燃料的現(xiàn)有柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的主室壓力，用虛線的曲線N表示。
副室2內(nèi)的點(diǎn)火燃燒，火焰?zhèn)鞑?，副?內(nèi)的活化了的混合氣的燃燒順利進(jìn)行，副室2的燃燒急速進(jìn)展，以燃料充足、減少NOx的狀態(tài)燃燒。移至膨脹行程，副室2的火焰、未燃混合氣等的氣體通過(guò)連通孔13、31向主室1噴出，將存在于主室1內(nèi)的空氣卷入，促進(jìn)燃燒，使活塞15做功。主室1的壓力如曲線ME所示地下降。接著，活塞15下降，當(dāng)氣缸28內(nèi)的氣體壓小于彈簧52的彈力時(shí)，彈簧52的彈力使可動(dòng)頭部件51移動(dòng)，將蓄積在容積可變主室部50內(nèi)的壓縮氣體從容積可變主室部50推出到主室1。因此，利用蓄積在容積可變主室部50內(nèi)的氣體壓使活塞15做功，并且提高主室1的燃燒速度，縮短燃燒時(shí)間，在短時(shí)間內(nèi)完成燃燒。因此，該發(fā)動(dòng)機(jī)，與未設(shè)置容積可變主室部50的主室壓力曲線Q相比，由于可動(dòng)頭部件51將容積可變主室部50的氣體送出的力，使斜線B所示區(qū)域的功增加。
如上所述，備有本發(fā)明燃燒室構(gòu)造的發(fā)動(dòng)機(jī)，在壓縮行程中，主室1內(nèi)的壓縮空氣的一部分暫時(shí)蓄積在容積可變主室部50內(nèi)，主室1內(nèi)的壓縮空氣不全部被壓縮，所以，可以將主室1的壓縮空氣壓抑制得較低，斜線A所示區(qū)域能量不被摩擦和熱等消耗。另外，在膨脹行程中，由彈簧52的彈力將蓄積著的壓縮空氣重新推回主室1，所以，可提高斜線B所示區(qū)域的熱效率，減少燃料費(fèi)用。另外，該發(fā)動(dòng)機(jī)中，由于在副室2上設(shè)置連通孔31、13和氣體燃料導(dǎo)入口42，在控制閥4閉鎖連通口13的狀態(tài)，來(lái)自氣體燃料供給源的氣體燃料從氣體燃料導(dǎo)入口42被供給到副室2，同時(shí)，在控制閥4閉鎖連通孔13、吸入空氣未供給到副室2的狀態(tài)，在活塞15上升的壓縮行程中，從吸氣口17吸入到主室1內(nèi)的吸入空氣被壓縮，所以，即使吸入空氣在主室1內(nèi)被高壓縮，由于供給到副室2內(nèi)的氣體燃料與主室1之間被控制閥4隔斷，所以，氣體燃料不會(huì)自燃，不會(huì)產(chǎn)生敲缸現(xiàn)象。另外，控制閥4開(kāi)放連通孔13、31時(shí)，高壓縮比的吸入空氣從主室1流入副室2，燃料氣體與吸入空氣混合并點(diǎn)火，以當(dāng)量比大的、燃料充足狀態(tài)高速燃燒，可抑制NOx、HC等的產(chǎn)生。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的構(gòu)造，其特征在于，它由副室部件、燃燒室部件、活塞、燃料供給路、控制閥、燃料閥、彈簧構(gòu)成；副室部件配置在氣缸蓋上并形成有副室和連通孔，燃燒室部件由將副室通過(guò)上述連通孔連通的主室構(gòu)成，活塞在構(gòu)成主室的氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，燃料供給路用于將氣體燃料供給副室，控制閥用于開(kāi)閉上述連通孔，燃料閥用于開(kāi)閉上述燃料供給路，彈簧在壓縮行程時(shí)，將主室內(nèi)產(chǎn)生的壓縮空氣的一部分變換為彈簧力蓄積起來(lái)；在膨脹行程時(shí)，由彈簧蓄積的彈簧力使活塞做功。
2.一種發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的構(gòu)造，其特征在于，備有副室部件、燃燒室部件、活塞、燃料供給路、控制閥、燃料閥、容積可變的減壓室；副室部件配置在氣缸蓋上并形成有副室和連通孔，燃燒室部件由將副室通過(guò)上述連通孔連通的主室構(gòu)成，活塞在構(gòu)成主室的氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，燃料供給路用于將氣體燃料供給副室，控制閥用于開(kāi)閉上述連通孔，燃料閥用于開(kāi)閉上述燃料供給路，減壓室朝主室開(kāi)口并配置著被彈簧力推壓的副活塞；在壓縮行程時(shí)，主室的壓縮空氣的一部分抵抗彈簧力使副活塞移動(dòng)并蓄積在減壓室內(nèi)，在膨脹行程時(shí)，由彈簧力使副活塞動(dòng)作，使減壓室內(nèi)的壓縮空氣向主室噴出。
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的構(gòu)造，其特征在于，上述控制閥在壓縮行程終端附近開(kāi)放連通孔，并且在排氣行程終端之前閉鎖該連通孔；上述燃料閥在連通孔閉鎖時(shí)開(kāi)放，將氣體燃料從燃料供給路供給到副室內(nèi)。
4.如權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的構(gòu)造，其特征在于，上述減壓室和主室的連通口，在從活塞的壓縮行程后半到膨脹行程前半的期間內(nèi)，由活塞的頭部側(cè)面閉鎖。
5.如權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的構(gòu)造，其特征在于，上述減壓室由配置在氣缸蓋上的減壓室部件形成，在減壓室部件內(nèi)的氣缸內(nèi)滑動(dòng)移動(dòng)的副活塞的背面，配置著彈簧。
6.如權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的構(gòu)造，其特征在于，上述主室用耐熱陶瓷做的燃料室部件形成隔熱構(gòu)造，副室用耐熱陶瓷做成的副室部件形成隔熱構(gòu)造，減壓室也形成隔熱構(gòu)造。
7.一種發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的構(gòu)造，其特征在于，備有副室部件、燃燒室部件、燃料供給路、控制閥、燃料閥和活塞；副室部件配置在氣缸蓋上并形成有副室和連通孔，燃燒室部件由將副室通過(guò)上述連通孔連通的主室構(gòu)成，燃料供給路用于將氣體燃料供給副室，控制閥用于開(kāi)閉上述連通孔，燃料閥用于開(kāi)閉上述燃料供給路，活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)；在活塞的活塞頭上，形成構(gòu)成主室的一部分的腔室，在該腔室內(nèi)配置著由彈簧力支持著的可動(dòng)頭部件，該可動(dòng)頭部件隨著主室內(nèi)的氣體壓力抵抗彈簧力在腔室內(nèi)移動(dòng)，形成容積可變的容積可變主室部。
8.如權(quán)利要求7所述的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的構(gòu)造，其特征在于，在壓縮行程時(shí)，抵抗上述彈簧力使可動(dòng)頭部件移動(dòng)，使容積可變主室部擴(kuò)張，將主室的壓縮空氣的一部分蓄積在容積可變主室部?jī)?nèi)，在膨脹行程時(shí)，由彈簧力使可動(dòng)頭部件動(dòng)作，將存在于容積可變主室部?jī)?nèi)的壓縮空氣向主室推出。
9.如權(quán)利要求7所述的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的構(gòu)造，其特征在于，上述控制閥在壓縮行程終端附近開(kāi)放連通孔，并且在排氣行程后半之前閉鎖該連通孔；上述燃料閥在連通孔閉鎖時(shí)開(kāi)放，將氣體燃料從燃料供給路供給到副室。
10.如權(quán)利要求7所述的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的構(gòu)造，其特征在于，可動(dòng)頭部件與上述腔室壁面之間保持氣密，氣體泄漏通路形成于設(shè)在可動(dòng)頭部件背面的活塞頭上，可動(dòng)頭部件背面?zhèn)鹊闹锌詹靠赏ㄟ^(guò)該氣體泄漏通路泄漏氣體。
11.如權(quán)利要求7所述的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的構(gòu)造，其特征在于，在可動(dòng)頭部件背面的腔室內(nèi)配置著彈簧，可動(dòng)頭部件由該彈簧彈性地支持著。
12.如權(quán)利要求7所述的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的構(gòu)造，其特征在于，主室由耐熱陶瓷做的燃燒室部件和設(shè)在其背面的隔熱層形成隔熱構(gòu)造，副室由耐熱陶瓷做的副室部件和設(shè)在其背面的隔熱層形成隔熱構(gòu)造，可動(dòng)頭部件和彈性地支持可動(dòng)頭部件的彈簧由耐熱陶瓷或耐熱金屬制成。
全文摘要
本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室構(gòu)造,能減少壓縮行程時(shí)的摩擦,把主室1的空氣壓縮力的一部分作為彈簧力蓄積起來(lái),防止主室1的壓縮空氣壓力過(guò)度上升,抑制主室1與副室2之間的壓力差,在膨脹行程時(shí),將彈簧22、52蓄積的彈簧力作為功返回,減少摩擦和熱等消耗的能量,提高主室1的空氣利用率,提高主室1的燃燒速度,縮短燃燒時(shí)間,使彈簧22、52蓄積的彈簧力作為作用于活塞15的功返回。降低燃料費(fèi)用。
文檔編號(hào)F02B3/06GK1188845SQ97120348
公開(kāi)日1998年7月29日 申請(qǐng)日期1997年12月11日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月11日
發(fā)明者河村英南 申請(qǐng)人:株式會(huì)社五十鈴硅酸鹽研究所