JP2003254068A - 気体燃料を筒内噴射する内燃機関と内燃機関の点火方法 - Google Patents
気体燃料を筒内噴射する内燃機関と内燃機関の点火方法Info
- Publication number
- JP2003254068A JP2003254068A JP2002050532A JP2002050532A JP2003254068A JP 2003254068 A JP2003254068 A JP 2003254068A JP 2002050532 A JP2002050532 A JP 2002050532A JP 2002050532 A JP2002050532 A JP 2002050532A JP 2003254068 A JP2003254068 A JP 2003254068A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- injection
- cylinder
- internal combustion
- combustion engine
- gaseous fuel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B43/00—Engines characterised by operating on gaseous fuels; Plants including such engines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
- F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
- F02B23/10—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
- F02B23/101—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder the injector being placed on or close to the cylinder centre axis, e.g. with mixture formation using spray guided concepts
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 気体燃料を筒内噴射して、シリンダー内で正
常に燃焼させる。 【解決手段】 気体燃料を筒内噴射する内燃機関は、ピ
ストン２を内蔵するシリンダー１と、このシリンダー１
内に、加圧された気体燃料を１０度以上で１２０度以下
の噴射角（β）で噴射する噴射ノズル３と、噴射ノズル
３でシリンダー１内に噴射された気体燃料の噴流に点火
する点火プラグ４とを備える。さらに、内燃機関は、点
火プラグ４の点火位置を、噴孔３Ａから噴射された噴流
がピストン２の頂上面に衝突するよりも前位置であっ
て、噴射ノズル３の噴孔３Ａから１〜３０ｍｍ離れた位
置であり、かつ、噴射ノズル３の噴射軸Ｙからβ／４度
以上外側にずれた位置である噴流境界領域としている。
常に燃焼させる。 【解決手段】 気体燃料を筒内噴射する内燃機関は、ピ
ストン２を内蔵するシリンダー１と、このシリンダー１
内に、加圧された気体燃料を１０度以上で１２０度以下
の噴射角（β）で噴射する噴射ノズル３と、噴射ノズル
３でシリンダー１内に噴射された気体燃料の噴流に点火
する点火プラグ４とを備える。さらに、内燃機関は、点
火プラグ４の点火位置を、噴孔３Ａから噴射された噴流
がピストン２の頂上面に衝突するよりも前位置であっ
て、噴射ノズル３の噴孔３Ａから１〜３０ｍｍ離れた位
置であり、かつ、噴射ノズル３の噴射軸Ｙからβ／４度
以上外側にずれた位置である噴流境界領域としている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素ガスや天然ガ
ス等の気体燃料を筒内噴射して、噴射された噴流に点火
して爆発させる内燃機関とこの内燃機関の点火方法に関
する。
ス等の気体燃料を筒内噴射して、噴射された噴流に点火
して爆発させる内燃機関とこの内燃機関の点火方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】燃料消費率の優れた内燃機関は、ディー
ゼルエンジンである。ディーゼルエンジンは、低負荷の
状態においても、ガソリンエンジンのように吸入する空
気量を減少させない。この状態で、燃料を極めて薄い混
合比で燃焼させることが燃料消費率を高くしている。た
だ、ディーゼルエンジンは、排気ガスに多量の窒素酸化
物や微細な未燃焼カーボンが含まるので、クリーンな排
気を実現することが極めて難しい。とくに、燃料に含ま
れる硫黄分が触媒の弊害となり、触媒で排気ガスを綺麗
にするのも難しい。火花点火の内燃機関は、ディーゼル
エンジンに比較して排気ガスをクリーンにできるが、燃
料消費率がディーゼルエンジンに比較して悪くなる。と
くに、低負荷時の燃料消費率が悪くなる性質がある。低
負荷時には吸入する空気量を少なくするので、実質的な
圧縮比が低下するからである。低負荷時にシリンダーに
吸入する空気量を少なくする必要があるのは、シリンダ
ー内に吸入される空燃比を、つねに理想に近い一定の混
合比とするからである。低負荷のときに、空気に対する
燃料の比率を低くして、理想の混合比に比べて著しく薄
い混合比にすると、シリンダー内で正常に燃焼できなく
なる性質がある。このため、低負荷時には、吸入する燃
料を少なくするために、空気も一緒に少なくする必要が
あり、このことが低負荷時の燃料消費率を悪くしてい
る。自動車の燃費を向上するためには、内燃機関の低負
荷における燃料消費率を向上することが大切である。自
動車等の内燃機関は、ほとんどの状態で低負荷な状態で
運転されるからである。低負荷の運転状態でいかに燃料
消費率を向上できるかが、現実の自動車の燃費に大きく
影響を与える。
ゼルエンジンである。ディーゼルエンジンは、低負荷の
状態においても、ガソリンエンジンのように吸入する空
気量を減少させない。この状態で、燃料を極めて薄い混
合比で燃焼させることが燃料消費率を高くしている。た
だ、ディーゼルエンジンは、排気ガスに多量の窒素酸化
物や微細な未燃焼カーボンが含まるので、クリーンな排
気を実現することが極めて難しい。とくに、燃料に含ま
れる硫黄分が触媒の弊害となり、触媒で排気ガスを綺麗
にするのも難しい。火花点火の内燃機関は、ディーゼル
エンジンに比較して排気ガスをクリーンにできるが、燃
料消費率がディーゼルエンジンに比較して悪くなる。と
くに、低負荷時の燃料消費率が悪くなる性質がある。低
負荷時には吸入する空気量を少なくするので、実質的な
圧縮比が低下するからである。低負荷時にシリンダーに
吸入する空気量を少なくする必要があるのは、シリンダ
ー内に吸入される空燃比を、つねに理想に近い一定の混
合比とするからである。低負荷のときに、空気に対する
燃料の比率を低くして、理想の混合比に比べて著しく薄
い混合比にすると、シリンダー内で正常に燃焼できなく
なる性質がある。このため、低負荷時には、吸入する燃
料を少なくするために、空気も一緒に少なくする必要が
あり、このことが低負荷時の燃料消費率を悪くしてい
る。自動車の燃費を向上するためには、内燃機関の低負
荷における燃料消費率を向上することが大切である。自
動車等の内燃機関は、ほとんどの状態で低負荷な状態で
運転されるからである。低負荷の運転状態でいかに燃料
消費率を向上できるかが、現実の自動車の燃費に大きく
影響を与える。
【０００３】筒内噴射の内燃機関は、低負荷の燃料消費
率を向上できる極めて優れた特長がある。この特長が、
自動車に搭載される割合を急激に増加させる原因となっ
ている。筒内噴射が低負荷の燃料消費率を向上できるの
は、薄い混合比で燃焼できるからである。空気と燃料と
をあらかじめ混合してシリンダーに吸入する従来の内燃
機関は、燃料の混合比を理想値よりも低くすると正常に
燃焼できなくなるが、筒内噴射の内燃機関は、空気に対
する燃料の比率を極めて低くして正常に燃焼できる性質
がある。
率を向上できる極めて優れた特長がある。この特長が、
自動車に搭載される割合を急激に増加させる原因となっ
ている。筒内噴射が低負荷の燃料消費率を向上できるの
は、薄い混合比で燃焼できるからである。空気と燃料と
をあらかじめ混合してシリンダーに吸入する従来の内燃
機関は、燃料の混合比を理想値よりも低くすると正常に
燃焼できなくなるが、筒内噴射の内燃機関は、空気に対
する燃料の比率を極めて低くして正常に燃焼できる性質
がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上の特長が生かされ
て、筒内噴射の内燃機関が自動車の燃費を相当に向上さ
せている。現在、ガソリンをシリンダー内に直接に噴射
する内燃機関が市販されている。ガソリンを筒内噴射す
る内燃機関は、噴射ノズルから噴射された噴流を、吸気
弁から吸入された空気流と共に流動させてピストンの頂
上面で渦流を発生させて方向転換し、その後点火プラグ
で点火して爆発させる。この内燃機関は、空気の渦流
で、シリンダー内に噴射されたガソリンをより点火しや
すいように気化させる。ガソリンをより効率よく完全燃
焼させるために、空気の流動を発生させて強制的に撹拌
し、その後に点火している。
て、筒内噴射の内燃機関が自動車の燃費を相当に向上さ
せている。現在、ガソリンをシリンダー内に直接に噴射
する内燃機関が市販されている。ガソリンを筒内噴射す
る内燃機関は、噴射ノズルから噴射された噴流を、吸気
弁から吸入された空気流と共に流動させてピストンの頂
上面で渦流を発生させて方向転換し、その後点火プラグ
で点火して爆発させる。この内燃機関は、空気の渦流
で、シリンダー内に噴射されたガソリンをより点火しや
すいように気化させる。ガソリンをより効率よく完全燃
焼させるために、空気の流動を発生させて強制的に撹拌
し、その後に点火している。
【０００５】ガソリンに代わって、水素や天然ガス等の
気体燃料をシリンダー内に直接に噴射する筒内噴射の内
燃機関が開発できると、優れた燃料消費率としながら、
極めて綺麗な排気ガスの内燃機関を実現できる。とく
に、水素は燃焼させると水になるので排気ガスを綺麗に
できる。天然ガスは埋蔵量が膨大であるため、完全燃焼
して燃料消費率を高くできるなら、自動車用の燃料とし
て理想的なものとなる。とくに、天然ガスは気体である
ためにシリンダーで空気と混合されやすく、完全燃焼で
きるなら、未燃焼カーボンの排出量を極めて少なくでき
る特長がある。しかしながら、水素や天然ガス等の気体
燃料を筒内噴射する内燃機関は、気体燃料を正常に燃焼
させるのが現実には極めて難しい。このため、水素や天
然ガス等の気体燃料を、あらかじめ空気と混合してシリ
ンダー内に吸入するタイプの内燃機関を搭載する自動車
は実用化されて現実に市販されているが、気体燃料を筒
内噴射する内燃機関を搭載する自動車は未だに市販され
ていないのが実状である。
気体燃料をシリンダー内に直接に噴射する筒内噴射の内
燃機関が開発できると、優れた燃料消費率としながら、
極めて綺麗な排気ガスの内燃機関を実現できる。とく
に、水素は燃焼させると水になるので排気ガスを綺麗に
できる。天然ガスは埋蔵量が膨大であるため、完全燃焼
して燃料消費率を高くできるなら、自動車用の燃料とし
て理想的なものとなる。とくに、天然ガスは気体である
ためにシリンダーで空気と混合されやすく、完全燃焼で
きるなら、未燃焼カーボンの排出量を極めて少なくでき
る特長がある。しかしながら、水素や天然ガス等の気体
燃料を筒内噴射する内燃機関は、気体燃料を正常に燃焼
させるのが現実には極めて難しい。このため、水素や天
然ガス等の気体燃料を、あらかじめ空気と混合してシリ
ンダー内に吸入するタイプの内燃機関を搭載する自動車
は実用化されて現実に市販されているが、気体燃料を筒
内噴射する内燃機関を搭載する自動車は未だに市販され
ていないのが実状である。
【０００６】水素を筒内噴射して燃焼させると、燃焼速
度が速すぎてノッキングを防止できない。さらに、水素
を筒内噴射して点火すると完全燃焼させることが難し
く、水素の燃料消費率が悪くなる欠点がある。また、天
然ガスを筒内噴射すると、正常に燃焼させることができ
ない。このため、水素にしても天然ガスにしても、筒内
噴射して正常に燃焼させるのが極めて難しい。水素と天
然ガスを混合して、天然ガスを燃焼させることができ
る。
度が速すぎてノッキングを防止できない。さらに、水素
を筒内噴射して点火すると完全燃焼させることが難し
く、水素の燃料消費率が悪くなる欠点がある。また、天
然ガスを筒内噴射すると、正常に燃焼させることができ
ない。このため、水素にしても天然ガスにしても、筒内
噴射して正常に燃焼させるのが極めて難しい。水素と天
然ガスを混合して、天然ガスを燃焼させることができ
る。
【０００７】本発明は、水素や天然ガス等の気体燃料を
筒内噴射して、シリンダー内で正常に燃焼させることを
目的に開発されたものである。したがって、本発明の重
要な目的は、気体燃料を筒内噴射して正常に燃焼できる
内燃機関と、この内燃機関の点火方法を提供することに
ある。
筒内噴射して、シリンダー内で正常に燃焼させることを
目的に開発されたものである。したがって、本発明の重
要な目的は、気体燃料を筒内噴射して正常に燃焼できる
内燃機関と、この内燃機関の点火方法を提供することに
ある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の気体燃料を筒内
噴射する内燃機関は、吸入した空気を加圧するピストン
２を内蔵するシリンダー１と、このシリンダー１内に、
加圧された気体燃料を１０度以上で１２０度以下の噴射
角（β）で噴射する噴射ノズル３と、噴射ノズル３でシ
リンダー１内に噴射された気体燃料の噴流に点火する点
火プラグ４とを備える。さらに、内燃機関は、点火プラ
グ４が気体燃料の噴流に点火する点火位置を、噴孔３Ａ
から噴射された噴流がピストン２の頂上面に衝突するよ
りも前位置であって、噴射ノズル３の噴孔３Ａから１〜
３０ｍｍ離れた位置であり、かつ、噴射ノズル３の噴射
軸Ｙからβ／４度以上外側にずれた位置である噴流境界
領域に位置している。
噴射する内燃機関は、吸入した空気を加圧するピストン
２を内蔵するシリンダー１と、このシリンダー１内に、
加圧された気体燃料を１０度以上で１２０度以下の噴射
角（β）で噴射する噴射ノズル３と、噴射ノズル３でシ
リンダー１内に噴射された気体燃料の噴流に点火する点
火プラグ４とを備える。さらに、内燃機関は、点火プラ
グ４が気体燃料の噴流に点火する点火位置を、噴孔３Ａ
から噴射された噴流がピストン２の頂上面に衝突するよ
りも前位置であって、噴射ノズル３の噴孔３Ａから１〜
３０ｍｍ離れた位置であり、かつ、噴射ノズル３の噴射
軸Ｙからβ／４度以上外側にずれた位置である噴流境界
領域に位置している。
【０００９】点火位置は、噴孔３Ａから２〜２０ｍｍ離
れた位置、より好ましくは、噴孔３Ａから２〜１５ｍｍ
離れた位置とすることができる。噴射ノズル３は、水素
ガスまたは天然ガスを噴射することができる。噴射ノズ
ル３は、水素ガスと天然ガスの混合ガスを噴射すること
もできる。
れた位置、より好ましくは、噴孔３Ａから２〜１５ｍｍ
離れた位置とすることができる。噴射ノズル３は、水素
ガスまたは天然ガスを噴射することができる。噴射ノズ
ル３は、水素ガスと天然ガスの混合ガスを噴射すること
もできる。
【００１０】内燃機関は、点火プラグ４の点火タイミン
グを、噴射ノズル３が気体燃料の噴射を開始してから５
ｍｓｅｃ以内の噴射初期とすることができる。さらに、
内燃機関は、点火プラグ４と噴射ノズル３を一体構造と
して、シリンダー１に脱着できるように装着することが
できる。
グを、噴射ノズル３が気体燃料の噴射を開始してから５
ｍｓｅｃ以内の噴射初期とすることができる。さらに、
内燃機関は、点火プラグ４と噴射ノズル３を一体構造と
して、シリンダー１に脱着できるように装着することが
できる。
【００１１】本発明の請求項９の内燃機関の点火方法
は、空気を吸入しているシリンダー１内に、噴射ノズル
３から加圧された気体燃料を、１０度以上で１２０度以
下の噴射角（β）で噴射して、点火プラグ４の火花放電
で気体燃料の噴流に点火して爆発させる。さらに、この
点火方法は、点火プラグ４が気体燃料の噴流に点火する
点火位置を、噴孔３Ａから噴射された噴流がピストン２
の頂上面に衝突するよりも前位置とすると共に、噴射ノ
ズル３の噴孔３Ａから１〜３０ｍｍ離れた位置であっ
て、噴射ノズル３の噴射軸Ｙからβ／４度以上外側にず
れた位置である噴流境界領域に位置している。
は、空気を吸入しているシリンダー１内に、噴射ノズル
３から加圧された気体燃料を、１０度以上で１２０度以
下の噴射角（β）で噴射して、点火プラグ４の火花放電
で気体燃料の噴流に点火して爆発させる。さらに、この
点火方法は、点火プラグ４が気体燃料の噴流に点火する
点火位置を、噴孔３Ａから噴射された噴流がピストン２
の頂上面に衝突するよりも前位置とすると共に、噴射ノ
ズル３の噴孔３Ａから１〜３０ｍｍ離れた位置であっ
て、噴射ノズル３の噴射軸Ｙからβ／４度以上外側にず
れた位置である噴流境界領域に位置している。
【００１２】点火プラグ４の点火タイミングは、噴射ノ
ズル３が気体燃料の噴射を開始してから５ｍｓｅｃ以
内、より好ましくは３ｍｓｅｃ以内の噴射初期とするこ
とができる。
ズル３が気体燃料の噴射を開始してから５ｍｓｅｃ以
内、より好ましくは３ｍｓｅｃ以内の噴射初期とするこ
とができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明
の技術思想を具体化するための内燃機関とその点火方法
を例示するものであって、本発明は内燃機関とその点火
方法を下記のものに特定しない。
づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明
の技術思想を具体化するための内燃機関とその点火方法
を例示するものであって、本発明は内燃機関とその点火
方法を下記のものに特定しない。
【００１４】さらに、この明細書は、特許請求の範囲を
理解し易いように、実施例に示される部材に対応する番
号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決す
るための手段の欄」に示される部材に付記している。た
だ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に
特定するものでは決してない。
理解し易いように、実施例に示される部材に対応する番
号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決す
るための手段の欄」に示される部材に付記している。た
だ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に
特定するものでは決してない。
【００１５】図１と図２の内燃機関は、往復運動するピ
ストン２を内蔵するシリンダー１と、このシリンダー１
内に加圧された気体燃料を噴射する噴射ノズル３と、噴
射ノズル３で噴射された気体燃料の噴流に点火する点火
プラグ４と、噴射ノズル３を制御して気体燃料を噴射す
るタイミングを特定する制御機構５と、この制御機構５
に制御されて噴流に点火する高圧電源６とを備える。
ストン２を内蔵するシリンダー１と、このシリンダー１
内に加圧された気体燃料を噴射する噴射ノズル３と、噴
射ノズル３で噴射された気体燃料の噴流に点火する点火
プラグ４と、噴射ノズル３を制御して気体燃料を噴射す
るタイミングを特定する制御機構５と、この制御機構５
に制御されて噴流に点火する高圧電源６とを備える。
【００１６】シリンダー１は、吸気弁７と排気弁（図示
せず）を有する。図１は吸気弁７のみを示しているが、
排気弁は吸気弁７の後ろに設けられ、あるいは図におい
ては点火プラグ４の右側に排気弁を設けることができ
る。吸気弁７と排気弁は、カムで往復運動される。吸気
弁７は、ピストン２が降下する吸入行程に開弁されて、
外気をシリンダー１内に吸入させる。排気弁はピストン
２が上昇して燃焼ガスを排気する排気行程で開弁され
て、排気ガスを排気する。ピストン２は、クランク軸
（図示せず）で往復運動される。ピストン２が降下と上
昇を繰り返して２往復するとき、外気を吸入する吸入行
程と、吸入した空気を圧縮する圧縮行程と、圧縮した空
気に混合された気体燃料を点火して爆発する爆発行程
と、爆発して燃焼した排気ガスを排気する排気行程を繰
り返す。
せず）を有する。図１は吸気弁７のみを示しているが、
排気弁は吸気弁７の後ろに設けられ、あるいは図におい
ては点火プラグ４の右側に排気弁を設けることができ
る。吸気弁７と排気弁は、カムで往復運動される。吸気
弁７は、ピストン２が降下する吸入行程に開弁されて、
外気をシリンダー１内に吸入させる。排気弁はピストン
２が上昇して燃焼ガスを排気する排気行程で開弁され
て、排気ガスを排気する。ピストン２は、クランク軸
（図示せず）で往復運動される。ピストン２が降下と上
昇を繰り返して２往復するとき、外気を吸入する吸入行
程と、吸入した空気を圧縮する圧縮行程と、圧縮した空
気に混合された気体燃料を点火して爆発する爆発行程
と、爆発して燃焼した排気ガスを排気する排気行程を繰
り返す。
【００１７】噴射ノズル３は、シリンダー１内に気体燃
料を直接に噴射して空気に混合する。噴射ノズル３が気
体燃料を噴射するタイミングは、ピストン２の位置で制
御される。噴射ノズル３の噴射タイミングは、気体燃料
の種類によって最適値が異なる。水素は燃焼速度が速い
ので、噴射タイミングを天然ガスよりも遅くすることが
できる。たとえば、噴射ノズル３が水素の噴射を開始す
るタイミングは、クランク軸の回転角にして、上死点前
４５度〜上死点後２０度、好ましくは、上死点前３５度
〜上死点後１５度とする。これに対して、天然ガスは水
素よりも燃焼速度が遅いので、噴射タイミングを水素よ
りも速くする。たとえば、噴射ノズル３が天然ガスの噴
射を開始するタイミングは、上死点前１２０度〜上死点
後２０度、好ましくは上死点前９０〜上死点後１０度と
する。噴射ノズル３が噴射する気体燃料の噴射量は、内
燃機関の出力を制御する。いいかえると、内燃機関の出
力は、噴射ノズル３の噴射量で制御される。噴射ノズル
３は、電磁弁（図示せず）を内蔵している。電磁弁が開
弁されると、噴射ノズル３は気体燃料を噴射する。電磁
弁が閉弁されると噴射ノズル３は気体燃料の噴射を停止
する。電磁弁が開弁している時間で、気体燃料の噴射量
を調整する。開弁時間が長くなると気体燃料の噴射量は
多くなり、短くすると噴射量は少なくなる。制御機構５
は、噴射ノズル３の電磁弁を制御して、内燃機関の出力
を制御する。
料を直接に噴射して空気に混合する。噴射ノズル３が気
体燃料を噴射するタイミングは、ピストン２の位置で制
御される。噴射ノズル３の噴射タイミングは、気体燃料
の種類によって最適値が異なる。水素は燃焼速度が速い
ので、噴射タイミングを天然ガスよりも遅くすることが
できる。たとえば、噴射ノズル３が水素の噴射を開始す
るタイミングは、クランク軸の回転角にして、上死点前
４５度〜上死点後２０度、好ましくは、上死点前３５度
〜上死点後１５度とする。これに対して、天然ガスは水
素よりも燃焼速度が遅いので、噴射タイミングを水素よ
りも速くする。たとえば、噴射ノズル３が天然ガスの噴
射を開始するタイミングは、上死点前１２０度〜上死点
後２０度、好ましくは上死点前９０〜上死点後１０度と
する。噴射ノズル３が噴射する気体燃料の噴射量は、内
燃機関の出力を制御する。いいかえると、内燃機関の出
力は、噴射ノズル３の噴射量で制御される。噴射ノズル
３は、電磁弁（図示せず）を内蔵している。電磁弁が開
弁されると、噴射ノズル３は気体燃料を噴射する。電磁
弁が閉弁されると噴射ノズル３は気体燃料の噴射を停止
する。電磁弁が開弁している時間で、気体燃料の噴射量
を調整する。開弁時間が長くなると気体燃料の噴射量は
多くなり、短くすると噴射量は少なくなる。制御機構５
は、噴射ノズル３の電磁弁を制御して、内燃機関の出力
を制御する。
【００１８】噴射ノズル３は、１０度以上で１２０度以
下、好ましくは２０度以上で１００度以下、さらに好ま
しくは２０度以上で９０度以下の噴射角（β）で気体燃
料を噴射する。噴射角（β）は、図２に示すように、噴
流境界がなす角である。噴射ノズル３の噴射角（β）
は、大きすぎても小さすぎても、シリンダー１内で気体
燃料を理想的な状態で燃焼できなくなる。噴射角（β）
が大きすぎても小さすぎても、気体燃料と空気とを充分
に混合できなくなり、また理想的な状態で点火できなく
なるからである。とくに、本発明の内燃機関は、気体燃
料の噴流境界領域で点火するので、噴射角（β）が大き
すぎても小さすぎても、噴流境界領域において空気と気
体燃料とを点火に理想の状態にできなくなるので、噴射
ノズル３は噴射角（β）を前述の範囲とする。噴射ノズ
ル３の噴射角（β）が小さすぎると、噴流境界領域の噴
流境界領域が極めて狭い領域となって、理想的な位置で
点火するのが難しくなる。反対に噴射角（β）が大きす
ぎると、噴流境界領域が不安定となって理想的な点火位
置の特定が難しくなる。
下、好ましくは２０度以上で１００度以下、さらに好ま
しくは２０度以上で９０度以下の噴射角（β）で気体燃
料を噴射する。噴射角（β）は、図２に示すように、噴
流境界がなす角である。噴射ノズル３の噴射角（β）
は、大きすぎても小さすぎても、シリンダー１内で気体
燃料を理想的な状態で燃焼できなくなる。噴射角（β）
が大きすぎても小さすぎても、気体燃料と空気とを充分
に混合できなくなり、また理想的な状態で点火できなく
なるからである。とくに、本発明の内燃機関は、気体燃
料の噴流境界領域で点火するので、噴射角（β）が大き
すぎても小さすぎても、噴流境界領域において空気と気
体燃料とを点火に理想の状態にできなくなるので、噴射
ノズル３は噴射角（β）を前述の範囲とする。噴射ノズ
ル３の噴射角（β）が小さすぎると、噴流境界領域の噴
流境界領域が極めて狭い領域となって、理想的な位置で
点火するのが難しくなる。反対に噴射角（β）が大きす
ぎると、噴流境界領域が不安定となって理想的な点火位
置の特定が難しくなる。
【００１９】点火プラグ４は、火花放電する一対の電極
を有する。電極間の火花放電が気体燃料の噴流に点火す
る。したがって、点火プラグ４が噴流に点火する点火位
置は、一対の電極間となる。図３は、一般的な点火プラ
グ４の電極８の配置を示す。この図の点火プラグ４は、
一対の電極８間で放電する火花が噴流に点火するので、
一対の電極８の中心であるＡ点を点火位置とする。内燃
機関には、図４に示すように中心電極８Ａの周囲に複数
の電極８Ｂを配設する点火プラグ４も使用される。この
構造の点火プラグ４は、中心電極８Ａの周囲に火花放電
させて噴流に点火する。したがって、この構造の点火プ
ラグ４は、中心電極８Ａの中心点であるＡ点を点火位置
とする。
を有する。電極間の火花放電が気体燃料の噴流に点火す
る。したがって、点火プラグ４が噴流に点火する点火位
置は、一対の電極間となる。図３は、一般的な点火プラ
グ４の電極８の配置を示す。この図の点火プラグ４は、
一対の電極８間で放電する火花が噴流に点火するので、
一対の電極８の中心であるＡ点を点火位置とする。内燃
機関には、図４に示すように中心電極８Ａの周囲に複数
の電極８Ｂを配設する点火プラグ４も使用される。この
構造の点火プラグ４は、中心電極８Ａの周囲に火花放電
させて噴流に点火する。したがって、この構造の点火プ
ラグ４は、中心電極８Ａの中心点であるＡ点を点火位置
とする。
【００２０】点火プラグ４の点火位置は、噴流に対して
特定の位置にある。点火位置は、噴射ノズル３の噴孔３
Ａから１〜３０ｍｍ離れた位置、より好ましくは噴孔３
Ａから２〜２０ｍｍ離れた位置、さらに好ましくは噴孔
３Ａから２〜１５ｍｍ離れた位置にあり、かつ噴射ノズ
ル３の噴射軸Ｙからβ／４度以上外側にずれた噴流境界
領域、図２においてで示す領域にある。さらに好まし
くは、点火プラグ４の点火位置は、β／２度よりも外側
に位置する図２においてで示している噴流境界領域に
含まれる周囲空気取込領域とする。さらに最適には、点
火プラグ４の点火位置は、β／２度よりも外側にあっ
て、シリンダー内面から２ｍｍ以上内側に離れた位置と
なる、図２においてで示している噴流境界領域に含ま
れる周囲空気混合領域とする。
特定の位置にある。点火位置は、噴射ノズル３の噴孔３
Ａから１〜３０ｍｍ離れた位置、より好ましくは噴孔３
Ａから２〜２０ｍｍ離れた位置、さらに好ましくは噴孔
３Ａから２〜１５ｍｍ離れた位置にあり、かつ噴射ノズ
ル３の噴射軸Ｙからβ／４度以上外側にずれた噴流境界
領域、図２においてで示す領域にある。さらに好まし
くは、点火プラグ４の点火位置は、β／２度よりも外側
に位置する図２においてで示している噴流境界領域に
含まれる周囲空気取込領域とする。さらに最適には、点
火プラグ４の点火位置は、β／２度よりも外側にあっ
て、シリンダー内面から２ｍｍ以上内側に離れた位置と
なる、図２においてで示している噴流境界領域に含ま
れる周囲空気混合領域とする。
【００２１】点火プラグ４の点火位置が、噴孔３Ａに近
すぎ、あるいは遠すぎ、あるいはまた噴射ノズル３の噴
射軸Ｙにあると、水素と天然ガスの噴流を理想的な状態
で燃焼できなくなる。すなわち、水素を効率よく燃焼さ
せると共に、水素の圧力上昇を緩やかにしてノッキング
を効果的に阻止できず、また天然ガスを確実に点火でき
なくなる。点火位置が噴孔３Ａに近すぎると、噴流を確
実に点火するのが難しくなり、また、点火位置が噴孔３
Ａから遠すぎると、点火された水素の火炎伝播速度が速
すぎてノッキングを防止できなくなる。また、点火位置
を噴射ノズル３の噴射軸Ｙに位置させると、水素の火炎
伝播速度が速すぎると共に、完全燃焼できなくなって燃
料消費率が悪くなる。従って、点火位置は、図２ので
示す噴流境界領域とし、より好ましくはで示す周囲空
気取込領域とし、最適にはで示す周囲空気混合領域と
する。図５は、点火位置を図６に示す種々の位置に変更
して圧力が上昇する特性を示すグラフである。
すぎ、あるいは遠すぎ、あるいはまた噴射ノズル３の噴
射軸Ｙにあると、水素と天然ガスの噴流を理想的な状態
で燃焼できなくなる。すなわち、水素を効率よく燃焼さ
せると共に、水素の圧力上昇を緩やかにしてノッキング
を効果的に阻止できず、また天然ガスを確実に点火でき
なくなる。点火位置が噴孔３Ａに近すぎると、噴流を確
実に点火するのが難しくなり、また、点火位置が噴孔３
Ａから遠すぎると、点火された水素の火炎伝播速度が速
すぎてノッキングを防止できなくなる。また、点火位置
を噴射ノズル３の噴射軸Ｙに位置させると、水素の火炎
伝播速度が速すぎると共に、完全燃焼できなくなって燃
料消費率が悪くなる。従って、点火位置は、図２ので
示す噴流境界領域とし、より好ましくはで示す周囲空
気取込領域とし、最適にはで示す周囲空気混合領域と
する。図５は、点火位置を図６に示す種々の位置に変更
して圧力が上昇する特性を示すグラフである。
【００２２】この図の曲線Ａ〜Ｄは、点火位置を以下に
示す位置として、点火後に圧力が上昇する状態を示して
いる。横軸は時間軸で、０は点火したタイミングであ
る。縦軸は圧力を示している。曲線Ａは、本発明にかか
る内燃機関の点火位置で点火した圧力上昇カーブを示し
ている。曲線Ｂ〜Ｄは比較例の圧力上昇カーブを示して
いる。ただし、噴射ノズルの噴射角（β）は３０度、シ
リンダー内の圧力を０．５ＭＰａ、噴射ノズルの噴射圧
を３．０ＭＰａとしている。
示す位置として、点火後に圧力が上昇する状態を示して
いる。横軸は時間軸で、０は点火したタイミングであ
る。縦軸は圧力を示している。曲線Ａは、本発明にかか
る内燃機関の点火位置で点火した圧力上昇カーブを示し
ている。曲線Ｂ〜Ｄは比較例の圧力上昇カーブを示して
いる。ただし、噴射ノズルの噴射角（β）は３０度、シ
リンダー内の圧力を０．５ＭＰａ、噴射ノズルの噴射圧
を３．０ＭＰａとしている。
【００２３】
Ａ…噴孔３Ａからの距離…………７．２ｍｍ
噴射軸Ｙからの距離…………６ｍｍ
Ｂ…噴孔３Ａからの距離………６０ｍｍ
噴射軸Ｙからの距離…………０ｍｍ
Ｃ…噴孔３Ａからの距離………３０ｍｍ
噴射軸Ｙからの距離…………０ｍｍ
Ｄ…噴孔３Ａからの距離…………４ｍｍ
噴射軸Ｙからの距離…………０ｍｍ
【００２４】曲線Ａの圧力上昇カーブは、点火してから
圧力が上昇する勾配が緩い。とくに、点火した直後の圧
力上昇の勾配が緩い。したがって、ノッキングを有効に
防止できる。さらに、最高圧力は高く上昇する。このこ
とは、水素が完全燃焼されて燃料消費率を向上すること
に効果がある。これに対して曲線Ｂは、点火してからの
圧力上昇の勾配が急峻になる。とくに、点火直後の圧力
上昇の勾配が急峻になるのでノッキングを防止できな
い。さらに最高圧力も低くなって、水素を完全燃焼でき
なくなる。さらに、曲線ＣとＤは、点火してからの圧力
上昇はそれほど急峻ではないが、最高圧力が低く気体燃
料を完全燃焼できない。
圧力が上昇する勾配が緩い。とくに、点火した直後の圧
力上昇の勾配が緩い。したがって、ノッキングを有効に
防止できる。さらに、最高圧力は高く上昇する。このこ
とは、水素が完全燃焼されて燃料消費率を向上すること
に効果がある。これに対して曲線Ｂは、点火してからの
圧力上昇の勾配が急峻になる。とくに、点火直後の圧力
上昇の勾配が急峻になるのでノッキングを防止できな
い。さらに最高圧力も低くなって、水素を完全燃焼でき
なくなる。さらに、曲線ＣとＤは、点火してからの圧力
上昇はそれほど急峻ではないが、最高圧力が低く気体燃
料を完全燃焼できない。
【００２５】さらに、図７は、天然ガスと水素を混合し
ている気体燃料に点火できるかどうかを示すグラフであ
る。この図は、横軸が天然ガスに対する水素の比率であ
る。縦軸は点火した後の最高圧力を示す。最高圧力が高
くなることが、正常に点火できたことを示している。点
火して正常に燃焼できるとシリンダー内の圧力が上昇す
るからである。この図は、シリンダー内の圧力を０．５
ＭＰａ、噴射ノズルの噴射圧を１．０ＭＰａとしてい
る。曲線Ａは、点火位置を前述のＡ点とし、曲線Ｃは、
点火位置を前述のＣ点として噴射ノズルの噴射軸Ｙ上と
している。
ている気体燃料に点火できるかどうかを示すグラフであ
る。この図は、横軸が天然ガスに対する水素の比率であ
る。縦軸は点火した後の最高圧力を示す。最高圧力が高
くなることが、正常に点火できたことを示している。点
火して正常に燃焼できるとシリンダー内の圧力が上昇す
るからである。この図は、シリンダー内の圧力を０．５
ＭＰａ、噴射ノズルの噴射圧を１．０ＭＰａとしてい
る。曲線Ａは、点火位置を前述のＡ点とし、曲線Ｃは、
点火位置を前述のＣ点として噴射ノズルの噴射軸Ｙ上と
している。
【００２６】この図から明かなように、点火位置をＡ点
とする内燃機関は、曲線Ａで示すように、水素の混合比
を０％とする気体燃料を正常に燃焼できる。これに対し
て点火位置をＣ点として噴射ノズル３の噴射軸Ｙとする
と、水素の混合比が３０％以下になると正常に燃焼でき
なくなる。すなわち、噴流に正常に点火できなくなる。
とする内燃機関は、曲線Ａで示すように、水素の混合比
を０％とする気体燃料を正常に燃焼できる。これに対し
て点火位置をＣ点として噴射ノズル３の噴射軸Ｙとする
と、水素の混合比が３０％以下になると正常に燃焼でき
なくなる。すなわち、噴流に正常に点火できなくなる。
【００２７】点火プラグ４が噴流に点火する点火タイミ
ングは最適値がある。図８は、点火タイミングを変更し
てシリンダー内の圧力が上昇するカーブを示す。この図
は、以下の条件で水素を燃焼するときの圧力上昇を示
す。 点火位置………………………前述のＡ点 シリンダー内の圧力…………０．７５ＭＰａ 噴射ノズルの噴射圧…………１．０ＭＰａ 水素の噴射時間………………１０ｍｓｅｃ
ングは最適値がある。図８は、点火タイミングを変更し
てシリンダー内の圧力が上昇するカーブを示す。この図
は、以下の条件で水素を燃焼するときの圧力上昇を示
す。 点火位置………………………前述のＡ点 シリンダー内の圧力…………０．７５ＭＰａ 噴射ノズルの噴射圧…………１．０ＭＰａ 水素の噴射時間………………１０ｍｓｅｃ
【００２８】曲線ａ〜ｅは、水素の噴射を開始した後、
以下の時間だけ遅らせて噴流に点火している。 曲線ａ…………噴射と同時 曲線ｂ…………噴射を開始してから２．５ｍｓｅｃ後 曲線ｃ…………噴射を開始してから５ｍｓｅｃ後 曲線ｄ…………噴射を開始してから７．５ｍｓｅｃ後 曲線ｅ…………噴射を開始してから１０ｍｓｅｃ後
以下の時間だけ遅らせて噴流に点火している。 曲線ａ…………噴射と同時 曲線ｂ…………噴射を開始してから２．５ｍｓｅｃ後 曲線ｃ…………噴射を開始してから５ｍｓｅｃ後 曲線ｄ…………噴射を開始してから７．５ｍｓｅｃ後 曲線ｅ…………噴射を開始してから１０ｍｓｅｃ後
【００２９】この図に示すように、点火のタイミングが
遅れるとシリンダー内の圧力上昇が急峻になる。したが
って、点火プラグの点火タイミングは、噴射ノズルが気
体燃料の噴射を開始してから５ｍｓｅｃ以内、より好ま
しくは３ｍｓｅｃ以内の噴射初期である。
遅れるとシリンダー内の圧力上昇が急峻になる。したが
って、点火プラグの点火タイミングは、噴射ノズルが気
体燃料の噴射を開始してから５ｍｓｅｃ以内、より好ま
しくは３ｍｓｅｃ以内の噴射初期である。
【００３０】以上の実施例は、点火プラグ４が噴流に点
火する点火位置を、噴孔３Ａから７．２ｍｍ、噴射軸Ｙ
から６ｍｍ離れた位置にある噴流境界領域としている
が、本発明の内燃機関とその点火方法は、点火位置を前
述のＡ点に特定することなく、噴流の噴流境界領域とし
て水素と天然ガスを正常に燃焼させることができる。
火する点火位置を、噴孔３Ａから７．２ｍｍ、噴射軸Ｙ
から６ｍｍ離れた位置にある噴流境界領域としている
が、本発明の内燃機関とその点火方法は、点火位置を前
述のＡ点に特定することなく、噴流の噴流境界領域とし
て水素と天然ガスを正常に燃焼させることができる。
【００３１】点火プラグ４は、高圧電源６から高電圧の
電力が供給されるときに電極８間に火花放電し、この火
花放電が噴流に点火する。高圧電源６が高電圧の電力を
供給するタイミングは、制御機構５に制御される。制御
機構５は、クランク軸の回転角、クランク軸の回転速
度、内燃機関の負荷、気体燃料の噴射量等を検出して、
最適な点火タイミングで、高圧電源６が高電圧の電力を
供給するように制御する。
電力が供給されるときに電極８間に火花放電し、この火
花放電が噴流に点火する。高圧電源６が高電圧の電力を
供給するタイミングは、制御機構５に制御される。制御
機構５は、クランク軸の回転角、クランク軸の回転速
度、内燃機関の負荷、気体燃料の噴射量等を検出して、
最適な点火タイミングで、高圧電源６が高電圧の電力を
供給するように制御する。
【００３２】図１の内燃機関は、点火プラグ４と噴射ノ
ズル３を一体構造として、シリンダー１に脱着できるよ
うに装着している。この構造は、噴射ノズル３と点火プ
ラグ４の相対位置、すなわち噴孔３Ａに対する点火位置
をずれないように正確に特定できる特長がある。また、
点火プラグ４と噴射ノズル３を一緒に交換して、メンテ
ナンスを簡単にできる特長がある。
ズル３を一体構造として、シリンダー１に脱着できるよ
うに装着している。この構造は、噴射ノズル３と点火プ
ラグ４の相対位置、すなわち噴孔３Ａに対する点火位置
をずれないように正確に特定できる特長がある。また、
点火プラグ４と噴射ノズル３を一緒に交換して、メンテ
ナンスを簡単にできる特長がある。
【００３３】さらに、図９と図１０に示す内燃機関は、
シリンダー１の頂面に凹部９を設けて、噴射ノズル３か
ら噴射される気体燃料の噴流を反射させている。この構
造の内燃機関においても、点火位置は、図１０のＡ点で
示すように、噴射ノズル３の噴孔３Ａから１〜３０ｍｍ
離れた位置であり、かつ、噴射ノズル３の噴射軸Ｙから
β／４度以上外側にずれたで示す噴流境界領域とす
る。ただし、この内燃機関は、気体燃料の噴流をシリン
ダー頂面の凹部内面で反射させるので、噴射軸Ｙも内面
で反射されるとして、点火位置を特定する。この内燃機
関も、より好ましくは、点火プラグ４の点火位置を、β
／２度よりも外側に位置する、図１０においてで示し
ている噴流境界領域に含まれる周囲空気取込領域とし、
さらに最適には、点火プラグ４の点火位置を、β／２度
よりも外側であって、シリンダー内面から２ｍｍ以上内
側に離れた位置となる、図１０においてで示している
噴流境界領域に含まれる周囲空気混合領域とする。
シリンダー１の頂面に凹部９を設けて、噴射ノズル３か
ら噴射される気体燃料の噴流を反射させている。この構
造の内燃機関においても、点火位置は、図１０のＡ点で
示すように、噴射ノズル３の噴孔３Ａから１〜３０ｍｍ
離れた位置であり、かつ、噴射ノズル３の噴射軸Ｙから
β／４度以上外側にずれたで示す噴流境界領域とす
る。ただし、この内燃機関は、気体燃料の噴流をシリン
ダー頂面の凹部内面で反射させるので、噴射軸Ｙも内面
で反射されるとして、点火位置を特定する。この内燃機
関も、より好ましくは、点火プラグ４の点火位置を、β
／２度よりも外側に位置する、図１０においてで示し
ている噴流境界領域に含まれる周囲空気取込領域とし、
さらに最適には、点火プラグ４の点火位置を、β／２度
よりも外側であって、シリンダー内面から２ｍｍ以上内
側に離れた位置となる、図１０においてで示している
噴流境界領域に含まれる周囲空気混合領域とする。
【００３４】
【発明の効果】本発明の内燃機関と内燃機関の点火方法
は、水素や天然ガス等の気体燃料を筒内噴射して、シリ
ンダー内で正常に燃焼できる特長がある。それは、本発
明の内燃機関と点火方法が、気体燃料の噴流に点火する
点火位置を独特の位置としているからである。本発明
は、点火プラグが気体燃料の噴流に点火する点火位置
を、噴孔から噴射された噴流がピストンの頂上面に衝突
するよりも前位置とすると共に、噴射ノズルの噴孔から
１〜３０ｍｍ離れた位置であって、噴射ノズルの噴射軸
からβ／４度よりも外側にずれた位置としている。この
ように、点火プラグの点火位置を、噴孔の近くであっ
て、噴射軸から離れた位置に配置することによって、点
火プラグ付近での噴流速度を比較的遅くできる。このた
め、気体燃料の着火性を悪化させる原因である噴流によ
る初期火炎の吹き消えを防止し、燃料を安定して着火さ
せて、シリンダー内で正常に燃焼できる。
は、水素や天然ガス等の気体燃料を筒内噴射して、シリ
ンダー内で正常に燃焼できる特長がある。それは、本発
明の内燃機関と点火方法が、気体燃料の噴流に点火する
点火位置を独特の位置としているからである。本発明
は、点火プラグが気体燃料の噴流に点火する点火位置
を、噴孔から噴射された噴流がピストンの頂上面に衝突
するよりも前位置とすると共に、噴射ノズルの噴孔から
１〜３０ｍｍ離れた位置であって、噴射ノズルの噴射軸
からβ／４度よりも外側にずれた位置としている。この
ように、点火プラグの点火位置を、噴孔の近くであっ
て、噴射軸から離れた位置に配置することによって、点
火プラグ付近での噴流速度を比較的遅くできる。このた
め、気体燃料の着火性を悪化させる原因である噴流によ
る初期火炎の吹き消えを防止し、燃料を安定して着火さ
せて、シリンダー内で正常に燃焼できる。
【００３５】さらに、本発明は、点火プラグの点火タイ
ミングを気体燃料噴射直後とすることによって、燃料を
噴射させながら燃焼させて、多量の気体燃料が同時に燃
焼するのを有効に防止できる。それは、気体燃料を噴射
直後に点火すると、点火までに作られる可燃混合気体量
が少なく、燃焼初期の圧力が小さくなると共に、点火に
よって形成された初期火炎が噴流下流方向に発達すると
きに、噴流により火炎中に燃料と空気が供給されながら
燃焼するからである。このため、燃焼期間中の圧力上昇
が緩やかになって急激な燃焼を制御できる。
ミングを気体燃料噴射直後とすることによって、燃料を
噴射させながら燃焼させて、多量の気体燃料が同時に燃
焼するのを有効に防止できる。それは、気体燃料を噴射
直後に点火すると、点火までに作られる可燃混合気体量
が少なく、燃焼初期の圧力が小さくなると共に、点火に
よって形成された初期火炎が噴流下流方向に発達すると
きに、噴流により火炎中に燃料と空気が供給されながら
燃焼するからである。このため、燃焼期間中の圧力上昇
が緩やかになって急激な燃焼を制御できる。
【００３６】以上のように、本発明の内燃機関と点火方
法は、気体燃料を筒内噴射してシリンダー内で正常に燃
焼できるので、優れた燃料消費率としながら、排気ガス
を極めて綺麗にでき、極めて理想的な内燃機関が実現で
きる。
法は、気体燃料を筒内噴射してシリンダー内で正常に燃
焼できるので、優れた燃料消費率としながら、排気ガス
を極めて綺麗にでき、極めて理想的な内燃機関が実現で
きる。
【図１】本発明の一実施例にかかる内燃機関の断面図
【図２】図１に示す内燃機関の要部拡大図
【図３】点火プラグの一例を示す要部拡大図
【図４】点火プラグの他の一例を示す要部拡大図
【図５】点火プラグの点火位置とシリンダー内の圧力上
昇の関係を示すグラフ
昇の関係を示すグラフ
【図６】図５のグラフにおける点火プラグの点火位置を
示す図
示す図
【図７】天然ガスに対する水素の比率と点火後の最高圧
力の関係を示すグラフ
力の関係を示すグラフ
【図８】点火タイミングとシリンダー内の圧力上昇の関
係を示すグラフ
係を示すグラフ
【図９】本発明の他の実施例にかかる内燃機関の断面図
【図１０】図９に示す内燃機関の要部拡大図
１…シリンダー
２…ピストン
３…噴射ノズル ３Ａ…噴孔
４…点火プラグ
５…制御機構
６…高圧電源
７…吸気弁
８…電極 ８Ａ…中心電極 ８
Ｂ…電極 ９…凹部 Ｙ…噴射軸
Ｂ…電極 ９…凹部 Ｙ…噴射軸
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｆ０２Ｍ 21/02 Ｆ０２Ｍ 21/02 Ｇ
Ｌ
Ｓ
３０１ ３０１Ｒ
Ｆ０２Ｐ 13/00 ３０１ Ｆ０２Ｐ 13/00 ３０１Ａ
３０２ ３０２Ｄ
３０３ ３０３Ａ
17/00 17/00 Ｚ
Ｆターム(参考） 3G019 AA02 AA09 AB01 AB03 KA13
KA18 KA22
3G023 AA01 AA02 AA03 AB03 AC05
AC07 AD03 AD12 AG01 AG02
3G092 AB08 AB11 EA09 FA01 HB00X
HC09X
Claims (11)
- 【請求項１】 吸入した空気を加圧するピストン(2)を
内蔵するシリンダー(1)と、このシリンダー(1)内に、加
圧された気体燃料を、１０度以上で１２０度以下の噴射
角（β）で噴射する噴射ノズル(3)と、噴射ノズル(3)で
シリンダー(1)内に噴射された気体燃料の噴流に点火す
る点火プラグ(4)とを備える内燃機関において、 点火プラグ(4)が気体燃料の噴流に点火する点火位置
が、噴孔(3A)から噴射された噴流がピストン(2)の頂上
面に衝突するよりも前位置であって、噴射ノズル(3)の
噴孔(3A)から１〜３０ｍｍ離れた位置であり、かつ、噴
射ノズル(3)の噴射軸(Y)からβ／４度以上外側にずれた
噴流境界領域にあることを特徴とする気体燃料を筒内噴
射する内燃機関。 - 【請求項２】 点火位置が噴孔(3A)から２〜２０ｍｍ離
れた位置である請求項１に記載される筒内噴射する内燃
機関。 - 【請求項３】 点火位置が噴孔(3A)から２〜１５ｍｍ離
れた位置である請求項１に記載される筒内噴射する内燃
機関。 - 【請求項４】 噴射ノズル(3)が水素ガスを噴射する請
求項１に記載される筒内噴射する内燃機関。 - 【請求項５】 噴射ノズル(3)が天然ガスを噴射する請
求項１に記載される筒内噴射する内燃機関。 - 【請求項６】 噴射ノズル(3)が水素ガスと天然ガスの
混合ガスを噴射する請求項１に記載される筒内噴射する
内燃機関。 - 【請求項７】 点火プラグ(4)の点火タイミングが、噴
射ノズル(3)が気体燃料の噴射を開始してから５ｍｓｅ
ｃ以内の噴射初期である請求項１に記載される筒内噴射
する内燃機関。 - 【請求項８】 点火プラグ(4)と噴射ノズル(3)が一体構
造でシリンダー(1)に脱着できるように装着されてなる
請求項１に記載される筒内噴射する内燃機関。 - 【請求項９】 空気を吸入しているシリンダー(1)内
に、噴射ノズル(3)から加圧された気体燃料を、１０度
以上で１２０度以下の噴射角（β）で噴射して、点火プ
ラグ(4)の火花放電で気体燃料の噴流に点火して爆発さ
せる内燃機関の点火方法において、 点火プラグ(4)が気体燃料の噴流に点火する点火位置
を、噴孔(3A)から噴射された噴流がピストン(2)の頂上
面に衝突するよりも前位置とすると共に、噴射ノズル
(3)の噴孔(3A)から１〜３０ｍｍ離れた位置であって、
噴射ノズル(3)の噴射軸(Y)からずれた位置とし、かつ、
噴射ノズル(3)の噴射軸(Y)からβ／４度以上外側にずれ
た噴流境界領域としてなることを特徴とする気体燃料を
筒内噴射する内燃機関の点火方法。 - 【請求項１０】 点火プラグ(4)の点火タイミングが、
噴射ノズル(3)が気体燃料の噴射を開始してから５ｍｓ
ｅｃ以内の噴射初期である請求項９に記載される筒内噴
射する内燃機関の点火方法。 - 【請求項１１】 点火プラグ(4)の点火タイミングが、
噴射ノズル(3)が気体燃料の噴射を開始してから３ｍｓ
ｅｃ以内の噴射初期である請求項９に記載される筒内噴
射する内燃機関の点火方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002050532A JP3637391B2 (ja) | 2002-02-26 | 2002-02-26 | 気体燃料を筒内噴射する内燃機関と内燃機関の点火方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002050532A JP3637391B2 (ja) | 2002-02-26 | 2002-02-26 | 気体燃料を筒内噴射する内燃機関と内燃機関の点火方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003254068A true JP2003254068A (ja) | 2003-09-10 |
| JP3637391B2 JP3637391B2 (ja) | 2005-04-13 |
Family
ID=28662738
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002050532A Expired - Fee Related JP3637391B2 (ja) | 2002-02-26 | 2002-02-26 | 気体燃料を筒内噴射する内燃機関と内燃機関の点火方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3637391B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007032399A (ja) * | 2005-07-26 | 2007-02-08 | Mazda Motor Corp | 水素エンジンの燃料制御装置 |
| KR20140036454A (ko) * | 2012-09-14 | 2014-03-26 | 두산인프라코어 주식회사 | 질소 산화물 저감을 위한 직접 분사식 디젤 엔진의 연소실 |
-
2002
- 2002-02-26 JP JP2002050532A patent/JP3637391B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007032399A (ja) * | 2005-07-26 | 2007-02-08 | Mazda Motor Corp | 水素エンジンの燃料制御装置 |
| JP4501804B2 (ja) * | 2005-07-26 | 2010-07-14 | マツダ株式会社 | 水素エンジンの燃料制御装置 |
| KR20140036454A (ko) * | 2012-09-14 | 2014-03-26 | 두산인프라코어 주식회사 | 질소 산화물 저감을 위한 직접 분사식 디젤 엔진의 연소실 |
| KR101996085B1 (ko) * | 2012-09-14 | 2019-07-03 | 두산인프라코어 주식회사 | 질소 산화물 저감을 위한 직접 분사식 디젤 엔진의 연소실 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3637391B2 (ja) | 2005-04-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4501950B2 (ja) | 内燃機関の燃焼制御装置 | |
| EP1134400B1 (en) | Auto-ignition combustion management in internal combustion engine | |
| JPH07332141A (ja) | 圧縮着火式ガソリン機関 | |
| JPH0579331A (ja) | 空気圧縮および弁作動式内燃機関 | |
| JP2002188447A (ja) | 筒内直接噴射式内燃機関 | |
| JP2002070558A (ja) | 圧縮自己着火式ガソリン内燃機関 | |
| JP2000104551A (ja) | 直接噴射ガソリンエンジン | |
| JP2003049650A (ja) | 圧縮自己着火式内燃機関 | |
| JP2000073768A (ja) | エンジンおよびエンジンの着火方法 | |
| JP4073315B2 (ja) | 副室式エンジン | |
| JP2007162631A (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
| US5477822A (en) | Spark ignition engine with cylinder head combustion chamber | |
| JP3637391B2 (ja) | 気体燃料を筒内噴射する内燃機関と内燃機関の点火方法 | |
| JP2001182538A (ja) | エンジン | |
| JP2002285844A (ja) | 圧縮自己着火式内燃機関 | |
| JPH07332140A (ja) | 圧縮着火式内燃機関 | |
| JPS6045716A (ja) | 内燃機関 | |
| CN1554862A (zh) | 火花塞点火室燃烧系统 | |
| JP2001082148A (ja) | エンジン及びその運転方法 | |
| JP2001152859A (ja) | ディーゼルエンジン | |
| JPH0355810Y2 (ja) | ||
| JPH06229320A (ja) | 直噴式高圧縮比ガスエンジン | |
| JP2004108225A (ja) | 圧縮着火式内燃機関における燃焼制御装置 | |
| JP4394974B2 (ja) | 気体燃料を筒内噴射する内燃機関と内燃機関の点火方法 | |
| JP2005054701A (ja) | 燃料ガスを筒内噴射する内燃機関と内燃機関の点火方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040803 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041004 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20041013 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041013 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20041013 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041112 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20041214 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313114 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080121 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080121 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080121 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110121 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110121 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120121 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120121 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140121 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140121 Year of fee payment: 9 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140121 Year of fee payment: 9 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150121 Year of fee payment: 10 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |