JP2004225656A

JP2004225656A - 内燃機関の燃料噴射装置

Info

Publication number: JP2004225656A
Application number: JP2003016955A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Nakamura; 村秀一中
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2003-01-27
Filing date: 2003-01-27
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【目的】気体燃料、又は気体燃料及び液体燃料による複式燃料（デュアルフュエル）を用いる内燃機関において、気体燃料のみを用いたエンジンに対して、廉価な構成で、吸気充填効率を低下させること無く、気体燃料と空気との混合が十分に行われ、エンジン出力を低下させること無く維持出来るような内燃機関の噴射装置の提供。
【解決手段】本発明の内燃機関の燃料噴射装置は、気体燃料、又は気体燃料及び液体燃料による複式燃料を用いる内燃機関において、吸気弁（５）のステム部（５ｃ）周囲に燃料ガスが噴射される噴射孔（８ｈ）を有することを特徴としている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体燃料、又は気体燃料及び液体燃料による複式燃料（デュアルフュエル）を用いる内燃機関の燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
低公害化を目的として、例えばＣＮＧ（圧縮天然ガス）、ＬＰＧ（液化プロパンガス）、圧縮水素等の気体燃料を主燃料とした自動車が普及しつつある。
そのような気体燃料は通例、点火プラグ等を用いて点火される。
そのような点火装置が不要なものとして、例えば軽油等の液体燃料を着火用燃料とした複式燃料、所謂「デュアルフュエル」方式を採用したエンジンが開発されている。
【０００３】
気体燃料、又は気体燃料及び液体燃料による複式燃料（デュアルフュエル）を用いる内燃機関において、吸気管、又は吸気ポート内にガス燃料を噴射する場合、燃焼室内に吸入するガスの体積分、新気の充填効率は低下する。そして、新気の充填効率の低下に伴いエンジン出力は低下する。
【０００４】
係る複式燃料（デュアルフュエル）を用いる内燃機関において、図６に示すようにガス用インジェクタ１９を用いて吸気流の流れ方向にガス燃料を噴射する場合がある（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）が、吸気流の流れ方向にガス燃料を噴射しているため、空気と燃料ガスが均一に混じらないと言う問題が発生する。
【０００５】
上記問題を解決するためにガス燃料の噴射方向を吸気流に逆らうように構成した技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）が、この方法では混合は改善されるものの、空気が筒内に入り難くなるという新たな問題が発生する。
【０００６】
そこで、シリンダ内の圧力に打克つ高い噴射圧でガス燃料を噴射し、噴射時以外では勝手に噴射が起こらぬような油圧回路を備えた技術（例えば、特許文献４参照）が開示されている。しかしながら、この油圧回路は極めて複雑な構成をしており、コストを大幅に押し上げてしまうと言うデメリットがある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−１１９８３号公報（第４ページ、第２図）
【特許文献２】
特開平１１−２９４２２２号公報（第３ページ、第１図）
【特許文献３】
特開平１０−３２５３６６号公報（第３ページ、第１図）
【特許文献４】
特開平１０−２２０３０３号公報（第３ページ、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の内燃機関の燃料噴射装置の目的は、気体燃料、又は気体燃料及び液体燃料による複式燃料（デュアルフュエル）を用いる内燃機関において、気体燃料のみを用いたエンジンに対して、廉価な構成で、吸気充填効率を低下させること無く、気体燃料と空気との混合が十分に行われ、エンジン出力を低下させること無く維持出来るような内燃機関の噴射装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の内燃機関の燃料噴射装置は、気体燃料、又は気体燃料及び液体燃料による複式燃料を用いる内燃機関において、吸気弁（５）のステム部（５ｃ）周縁部に向けて燃料ガスが噴射される噴射孔（８ｈ）を有することを特徴としている（請求項１）。
【００１０】
前記噴射孔（８ｈ）は、吸気弁（５）のバルブガイド（７）の先端位置に設けられ燃料導入路（８ｅ）を有するガイド部材（８）に形成されていることを特徴としている（請求項２）。
【００１１】
前記燃料導入路（８ｅ）は、吸気弁（５）のバルブステム（５ｃ）の外周の接線方向で傘部（５ａ）に向かって傾斜して配置されていることを特徴としている（請求項３）。
【００１２】
また、前記燃料ガスは、燃料ガスボンベから供給され供給圧力が一定であることを特徴としている（請求項４）。
【００１３】
前記燃料ガスの供給タイミング（Ｐｊ）は、吸気バルブ（５）開放期間の後期であることを特徴としている（請求項５）。
【００１４】
係る構成の本発明の燃料噴射装置によれば、図示しない燃料ガスボンベ及びレギュレータによって一定圧を付加された燃料ガスは、燃料ガイド部材（８）のガス燃料導入路（８ｅ）に流入し、その燃料導入路（８ｅ）は、吸気弁（５）のステム部（５ｃ）の外周の接線方向に向かって斜め上方から流入するので燃料ガイド部材（８）内では下向きの強力な渦流（Ｖｇ）が発生する。
燃料ガスの渦流（Ｖｇ）は、吸気弁（５）の傘部（５ａ）の傾斜面に沿って旋回する噴流を形成しつつ吸気弁（５）と弁座（６）との隙間を通過し、シリンダ内（１ａ）に流入する。その際には、燃料ガスの渦流（Ｖｇ）の「エゼクタ効果」によって吸気（Ｖａ）が強制的にシリンダ内に引き込まれると共に燃料ガスと吸気は均一に混合される。
すなわち、燃料ガス流による「エゼクタ効果」により吸気の充填効率は高められ、燃料ガスと吸気とは効率良く混合される。
また、燃料ガスはガスボンベから一定の供給圧力が付加されているので常に燃料ガスと空気の混合が安定的に行われる。
又、燃料ガスの供給タイミングを吸気バルブ開放期間の後期とすることで、空気のシリンダ内への供給が妨げられることなく十分な空気充填効率が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
【００１６】
先ず図１〜図５を参照して実施形態を説明する。
図１において、シリンダブロック１上方にガスケットＧ１を介してシリンダヘッド２が取付けられている。
【００１７】
そのシリンダヘッド２の吸気ポート３のシリンダ側と反対側の開口部３ａには第２のガスケットＧ２を介して吸気マニフォルド４のフランジ４ａが取付けられている。一方吸気ポート３のシリンダ側の端部に形成された穴部３ｂには吸気弁５の傘部５ａの円錐外周面５ｂと面接触させる円錐内径面６ａを有する弁座６が嵌入されている。
【００１８】
吸気ポート３の前記弁座６の上方には、弁座６の中心軸上に中心軸を有する嵌入孔２ａが吸気ポート３を貫通するように穿孔されており、その嵌入孔２ａに円筒状のバルブガイド７が嵌入されている。バルブガイド７の中空部には前記吸気弁５のステム部５ｃが挿入されて、図示しない動弁機構によりバルブガイド７内を摺動するように構成されている。
【００１９】
図２および図３をも参照して、前記バルブガイド７の吸気ポート３側の端部には、幹部全体として円形断面で上端に嵌入孔８ａを有する燃料ガイド部材８が、その嵌入孔８ａによってバルブガイド７の先端を嵌合して吸気ポート３の内壁側に固着されている。
【００２０】
図１及び図２に示す例では、吸気ポート３の（図１における）水平部分の中心軸３ｎａは（図２における）吸気バルブ５の中心軸に対してオフセット量δだけ上方に偏芯している。
【００２１】
前記燃料ガイド部材８は下端側に噴射孔８ｈを有する円筒空間の中央流路８ｂが形成されている。前記嵌入穴８ａとその中央流路８ｂとの間には隔壁８ｃが形成され、その隔壁８ｃはガタ無く円滑に吸気バルブ５のステム部５ｃを摺動させる摺動孔８ｄが形成されている。
【００２２】
前記ガイド部材８には吸気ポート３の上流側に向かって燃料導入路８ｅが突出するように設けられている。その燃料導入路８ｅのバルジ加工８ｆを施された先端は前記吸気ポート３の中心軸３ｎａ上に配置されており、したがって、燃料導入路８ｅの内径部である連通孔８ｇは、吸気ポート３の水平部分の中心軸３ｎａとδだけオフセットした位置に中心軸を有する前記中央流路８ｂとは接線方向に（図２では傾斜して）連通するように構成されている。なお、前記連通孔８ｇは図１に示すように吸気弁５のステム５ｃに向かうに従って下方向に傾斜している。
【００２３】
前記燃料導入管路８ｅの先端には、例えば耐熱ゴムを使用した燃料ガス供給チューブ９が接続されている。そして、燃料ガス供給チューブ９は、吸気マニフォルド４側の図示しないアタッチメントおよび図示しないレギュレータを介して図示しない燃料ガスボンベに接続されている。
【００２４】
前記図示しないレギュレータは、常に一定の圧力で燃料ガスを燃料ガイド部材８に供給するように構成されている。
【００２５】
上述したように構成された本実施形態の燃料噴射装置によれば、図示しない燃料ガスボンベ及びレギュレータによって一定圧を付加された燃料ガスは、燃料ガス供給チューブ９を経て、燃料ガイド部材８のガス燃料導入路８ｅに流入する。ガス燃料導入路８ｅに流入した燃料ガスは、連通孔８ｇから中央流路８ｂの内壁に沿って斜め上方から接線上に流入するので中央流路８ｂ内では下向きの強力な渦流Ｖｇが発生する。
【００２６】
図４を参照して、燃料ガイド部材８の下端の噴射孔８ｈから排出された燃料ガスの渦流Ｖｇは、吸気弁５の傘部５ａの傾斜面に沿って旋回する（図４では渦流Ｖｂが単なる曲線流として描かれているが、実際は図１のような渦流である）噴流を形成しつつシリンダ内１ａに流入する。
【００２７】
燃料ガスの渦流Ｖｇが噴流を形成しつつ吸気弁５と弁座６との狭い隙間λを通過しシリンダ内１ａに流入する際には、燃料ガスの渦流Ｖｇの「エゼクタ効果」によって吸気Ｖａは強制的にシリンダ１ａ内に引き込まれると共に燃料ガスと吸気は均一に混合される。
すなわち、燃料ガス流による「エゼクタ効果」により吸気の充填効率は高められ、燃料ガスと吸気とは効率良く混合される。
【００２８】
また、図５に示すように、燃料ガスの供給Ｐｊタイミングは、吸気バルブ４の開放期間の後期に合わせている。
ここで図５中Ｌｉは吸気バルブのリフト量、Ｌｅは排気バルブのリフト量、ＴＤＣは上死点、ＢＤＣは下死点を示す。
【００２９】
そのようにすることにより、吸気ポート３を流過する空気は燃料ガスによってシリンダ３内への供給が妨げられることはない。
【００３０】
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付言する。
例えば、図示の例では、燃料ガイド部材８をバルブガイド７と別体で設けているが燃料ガイド部材とバルブガイド７を一体に構成することも可能である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の作用効果を、以下に列挙する。
（１）燃料ガスボンベ及びレギュレータによって一定圧を付加された燃料ガスは、燃料ガイド部材のガス燃料導入路に流入し、燃料ガイド部材の中央流路の内壁に沿って斜め上方から接線上に流入するので中央流路内では下向きの強力な渦流が発生し、その燃料ガスの渦流は、吸気弁の傘部の傾斜面に沿って旋回する噴流を形成するので、その旋回する噴流で空気と燃料ガスの混合が効果的に行われる。
（２）旋回するガス燃料の噴流が吸気弁と弁座と隙間を通過しシリンダ内に流入する際の渦流の「エゼクタ効果」によって吸気が強制的にシリンダ内に引き込まれるために良好な空気填効率が得られると共に燃料ガスと吸気は均一に混合される。
（３）燃料ガスはガスボンベから一定の供給圧力が付加されているので常に燃料ガスと空気の混合が安定的に行われる。
（４）燃料ガスの供給タイミングを吸気バルブ開放期間の後期とすることで、空気の筒内への供給が妨げられることなく十分な空気充填効率が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の吸気系の構成を示す断面図。
【図２】図１のＸ−Ｘ断面図。
【図３】本発明の実施形態の燃料噴射装置の要部を説明するための縦断面図。
【図４】本発明の実施形態において、吸気バルブ開弁時の燃料ガス及び吸気の流れを示した吸気ポート周辺の断面図。
【図５】本発明の実施形態における噴射期間を示した特性図。
【図６】従来技術による複式燃料ディーゼルエンジンの燃料供給系を説明する断面図。
【符号の説明】
２・・・シリンダヘッド
３・・・吸気ポート
４・・・吸気マニフォルド
５・・・吸気弁
５ａ・・・傘部
５ｃ・・・ステム部
６・・・弁座
７・・・バルブガイド
８・・・燃料ガイド部材
８ａ・・・燃料導入路
８ｂ・・・中央流路
８ｅ・・・ガス燃料導入路
８ｈ・・・燃料噴射孔
９・・・燃料ガス供給チューブ

Claims

気体燃料、又は気体燃料及び液体燃料による複式燃料を用いる内燃機関において、吸気弁のステム部周縁部に向けて燃料ガスが噴射される噴射孔を有することを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
前記噴射孔は、吸気弁のバルブガイドの先端位置に設けられ燃料導入路を有するガイド部材に形成されていることを特徴とする請求項１の内燃機関の燃料噴射装置。
前記燃料導入路は、吸気弁のバルブステムの外周の接線方向で傘部に向かって傾斜して配置されていることを特徴とする請求項１、２の何れかの内燃機関の燃料噴射装置。
前記燃料ガスは、燃料ガスボンベから供給され供給圧力が一定であることを特徴とする請求項１〜３の何れかの内燃機関の燃料噴射装置。
前記燃料ガスの供給タイミングは、吸気バルブ開放期間の後期であることを特徴とする請求項１〜４の何れかの内燃機関の燃料噴射装置。