JP2004270566A - 予混合圧縮自着火式内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】予混合圧縮自着火式内燃機関において、自着火時における着火安定性を向上させる。
【解決手段】本発明の予混合圧縮自着火式内燃機関１は、吸気ポートＩｎ１・Ｉｎ２、排気ポートＯｕｔ１・Ｏｕｔ２を備えるとともに、それぞれのポートを開閉する吸気弁ＶＩ及び排気弁ＶＯを備える。更に、燃焼後の排気ガスを排気ポートＯｕｔ２から吸気ポートＩｎ２へ戻す連絡通路２０と、前記連絡通路２０を通過する排気ガスの流量を調整する流量調整弁１２と、前記排気弁ＶＯと前記連絡通路２０の入口２０ｅとの間の位置に設けられた蓄熱体２１と、を備える。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、予混合圧縮自着火式内燃機関の着火安定性を向上させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
予混合圧縮自着火式内燃機関は、シリンダ室の外で燃料と空気とを予め混ぜておいたものをシリンダ室内に流入させ、ピストンの圧縮により圧縮着火（自着火）させる方式の内燃機関である。このエンジンは、スパークプラグを使わず圧縮自着火させる点ではディーゼルエンジンと共通する一方で、着火前に予め燃料と空気を混合しておく（予混合）という点ではガソリンエンジンと共通しており、いわばディーゼルエンジンとガソリンエンジンとの中間の性質を有するエンジンといえる。
このタイプの内燃機関は、熱効率が高く燃費を低減でき、また、ススやＮＯｘ等の有害物質を低減できる等、様々なメリットがあり、近年研究開発が進められている。
【０００３】
この予混合圧縮自着火式内燃機関の実用化の大きな壁となっている問題点の一つに、確実な着火・燃焼を行わせるのが一般のエンジンに比べて困難であるという問題がある。
即ち、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンでは、シリンダ室内に燃料を噴射したりスパークプラグに火花を発生させることで、適切なタイミングで確実に点火を行わせることが可能である。一方、予混合圧縮自着火式のエンジンの場合は、予め混合した燃料と空気を圧縮して自然に自己着火させる方式であるので、失火のおそれが大きいのである。失火しないように燃料を増やすと、低負荷側の運転ができないことはもちろん、急激な燃焼によるノッキング等の異常燃焼を発生し、エンジンを損傷するおそれがある。
特に、燃費を低減したい事情から着火性にやや乏しい燃料を使う場合、或いは、燃料の量が少ない低負荷運転を行う場合においては、失火の可能性が大きくなるので、着火性の向上が望まれている。
【０００４】
この問題を解消するため、特許文献１は、ピストン（４）の頂部全体にわたって高熱伝導率材料であるアルミニウム製の蓄熱部材（１５）を設けた、圧縮自着火エンジンを開示する。
この構成によれば、膨張行程・排気工程において、燃焼室（１１）での燃焼によって発生した熱が、蓄熱部材（１５）に蓄熱する。そして、吸気工程・圧縮工程において、燃焼室（１１）に吸気された予混合気が、当該蓄熱部材（１５）によって予熱される。このように予混合気の加熱が行われる結果、予混合気の温度が高まり、着火性を向上させて失火を回避することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３４９２２１号公報（段落番号００２１〜００２２、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に示す技術では、燃焼室（１１）に蓄熱部材（１５）を設ける構成であるために、蓄熱部材（１５）はガス燃焼の高温と高圧に直接晒されることになる。従って、蓄熱部材（１５）には、本来の蓄熱性能のみならず、このような高い機械的応力ならびに熱応力が繰り返し発生しても容易に破損しないような厳しい耐久性が要求される。この結果、蓄熱部材（１５）が高コストとなってしまう。
【０００７】
また、ピストン（４）の頂部にわたって蓄熱部材（１５）を設ける特許文献１の構成では、上述のような耐久性を考慮して、蓄熱部材（１５）の厚みを相当に大きくしなければならない。これは、蓄熱部材（１５）を含めたピストン（４）の長さが長くなってしまい、重量やフリクション上不利となることを意味する。また、蓄熱部材（１５）の周囲にはピストンリングを設置できないため、蓄熱部材（１５）とシリンダ室の内壁との間の隙間がそのままデッドボリュームとなってしまい、未燃ガスの排出量が増大してエンジン効率が低下してしまうことになる。
【０００８】
加えて、蓄熱部材（１５）の蓄熱性能の向上のために、ピストン（４）の材質と異なるものを蓄熱部材（１５）の材質として採用した場合は、蓄熱部材（１５）とピストン（４）とで熱膨張率の大きな差異を生じてしまい、信頼性・耐久性上不利となってしまう。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１０】
即ち、請求項１に記載の予混合圧縮自着火式内燃機関は、吸気ポート及び排気ポート、並びに、それぞれのポートを開閉する吸気弁及び排気弁を備える、予混合圧縮自着火式内燃機関において、燃焼後の排気ガスを前記排気ポートから前記吸気ポートへ戻す連絡通路と、前記連絡通路を通過する排気ガスの流量を調整する流量調整弁と、前記排気弁と前記連絡通路の入口との間の位置に設けられた蓄熱体と、を更に備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の予混合圧縮自着火式内燃機関は、一つのシリンダ室につき吸気ポートは複数備えられて、その複数あるうちの一部の吸気ポートに前記連絡通路が接続され、当該連絡通路が接続される吸気ポートはヘリカルポートに形成するとともに、前記シリンダ室から出て前記連絡通路を通過する排気ガスは、同一のシリンダ室へ導入されるように構成したことを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の予混合圧縮自着火式内燃機関は、複数ある前記吸気ポートのうち、前記連絡通路が接続されていない側の吸気ポートに、前記シリンダ室に燃料を供給する燃料噴射口が配置されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の予混合圧縮自着火式内燃機関は、シリンダ室内の予混合気に強制的に点火する点火手段を更に備え、当該点火手段により予混合気に強制点火するときには、前記流量調整弁は閉じるように制御されることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る予混合圧縮自着火式エンジンの全体的な構成を示した平面概略図である。
図２は本エンジンの吸気行程における空気・燃料ガス、及び排気ガスの流れを示す斜視図である。図３は圧縮行程において空気・燃料ガス・排気ガスの三者が濃度ムラを維持しながら圧縮される様子を示す斜視図、図４は本エンジンの排気行程における排気ガスの流れを示す斜視図である。
図５は、変形例の予混合圧縮自着火式エンジンの平面概略図である。
【００１５】
図１に示される圧縮自着火エンジン１はガスヒートポンプにおける室外機のコンプレッサの駆動用として構成され、その燃料として都市ガスを使用するものである。このエンジン１のシリンダ室３は、二つの吸気ポート（第一吸気ポートＩｎ１・第二吸気ポートＩｎ２）と、二つの排気ポート（第一排気ポートＯｕｔ１・第二排気ポートＯｕｔ２）と、を有している。
図２に示すように、シリンダ室３の内部にはピストン４が往復動自在に嵌合されており、このピストン４がコンロッド８を介して、エンジン１の図示しないクランク軸に連結されている。
【００１６】
吸気ポートＩｎ１・Ｉｎ２、排気ポートＯｕｔ１・Ｏｕｔ２のそれぞれには、吸気弁ＶＩ・排気弁ＶＯが備えられる（図２）。これらの弁ＶＩ・ＶＯは、前記クランク軸にタイミングベルト等を介して連動連結される図示しないカム軸によって、その開閉が制御される。
【００１７】
前記吸気ポートＩｎ１・Ｉｎ２は、シリンダ室３の天井面の一側に並べて形成される。空気をシリンダ室３内に取り込む経路としての吸気路５は、その中途から、第一分岐路５ａと第二分岐路５ｂの二本に分岐される。第一分岐路５ａは第一吸気ポートＩｎ１に、第二分岐路５ｂは第二吸気ポートＩｎ２に、それぞれ接続される。
【００１８】
第一排気ポートＯｕｔ１、第二排気ポートＯｕｔ２は、それぞれ第一分岐路７ａ、第二分岐路７ｂに接続される。両分岐路７ａ・７ｂは合流して集合排気路７を形成し、消音のための図略のマフラーに接続される。
【００１９】
排気側の前記第二分岐路７ｂの中途部には、連絡通路２０の一端が接続される。この連絡通路２０は、平面視で前記シリンダ室３を迂回するようにしながら、吸気側の前記第二分岐路５ｂに接続される。
【００２０】
この連絡通路２０の中途部には、その開度を全閉から全開まで無段的に調整できる、流量調整弁１２を備えている。この流量調整弁１２は一端側を枢支された弁体を備えており、この弁体が回動することで、連絡通路２０の内壁と弁体とが形成する隙間量を増減でき、連絡通路２０を通過する空気の流量を変更できるように構成されている。
【００２１】
前記弁体には制御軸１２ａが連結されており、この制御軸１２ａが、電子制御装置（ＥＣＵ）により制御される適宜のアクチュエータ１３に連結されている。
【００２２】
前記第二分岐路７ｂにおいて、第二排気ポートＯｕｔ２の排気弁ＶＯと前記連絡通路２０の入口部分２０ｅとの間の位置には、蓄熱体２１が設けられている。この蓄熱体２１は、排気行程においてシリンダ室３から出る排気ガスの熱を蓄熱する。なお、蓄熱体２１は熱伝導性の良好なもの、例えばアルミニウムや銅を用いて形成することが望ましい。
【００２３】
燃料ガスを供給するための燃料供給管１１は、ミキサＭ１の内部に突入され、吸気路５の分岐箇所近傍において当該ミキサＭ１には燃料噴射口１０が設けられている。燃料である都市ガスは、燃料供給管１１を通ってミキサＭ１に入り空気と混合された後、燃料噴射口１０から排出され第一分岐路５ａ及び第二分岐路５ｂに向かって供給される構成となっている。
【００２４】
次に、本エンジン１の動作を説明する。
即ち、本エンジン１は４サイクル式とされており、以下に述べる▲１▼吸入行程、▲２▼圧縮行程、▲３▼膨張行程、▲４▼排気行程の四つの行程を順に経ることで、一サイクルを完了する。
【００２５】
▲１▼吸入行程においてはピストン４が下降しつつあり、また、吸気ポートＩｎ１・Ｉｎ２の吸気弁ＶＩが開かれるよう制御される。従って、負圧となったシリンダ室３の内部空間には、図２に示すように、両吸気ポートＩｎ１・Ｉｎ２を介して空気と燃料ガスが吸入される。
ただし、第二吸気ポートＩｎ２からは、空気と燃料ガスのほか、前サイクルの排気行程で排出される排出ガスの一部が、前記連絡通路２０を介して戻され、シリンダ室３に吸入される。即ち、外部経路たる連絡通路２０を介した排気還流（外部ＥＧＲ）が行われる。
ピストン４の下降が終了し下死点を越えると、次の圧縮行程に移行する。
【００２６】
▲２▼圧縮行程ではピストン４は上昇し、この状態においては四つのポート（Ｉｎ１・Ｉｎ２，Ｏｕｔ１・Ｏｕｔ２）はいずれも弁ＶＩ，ＶＯによって閉じられているので、予混合気の圧縮が行われる形となる。圧縮比は１７〜１８程度である。そして、上昇するピストン４が上死点に達する付近のタイミングで、予混合気が自然着火（自着火）し、次の膨張行程に移行する。
【００２７】
▲３▼膨張行程においては、着火した予混合気が急激に膨張する。膨張行程においても四つのポート（Ｉｎ１・Ｉｎ２，Ｏｕｔ１・Ｏｕｔ２）はいずれも弁ＶＩ，ＶＯによって閉じられた状態を維持するので、膨張する予混合気がピストン４を押し下げる形となってクランク軸を回転させる。ピストン４が下降を終了し下死点位置を越えると、次の排気行程に入る。
【００２８】
▲４▼排気行程においては排気弁ＶＯが排気ポートＯｕｔ１・Ｏｕｔ２を開くので（図４）、シリンダ室３内の排ガスは上昇するピストン４に押し出され、この排気ポートＯｕｔ１・Ｏｕｔ２を通って排気される。なお、第二排気ポートＯｕｔ２を通じて排出された排気ガスは、第二分岐路７ｂの蓄熱体２１の部分を通過することで、当該蓄熱体２１に熱を蓄えさせる。ピストン４が上死点に達した時点で一サイクルが完了し、再び吸入行程に戻る。
【００２９】
以上に示すように本実施形態では、上記▲４▼排気行程（図４）において第二排気ポートＯｕｔ２から排出される排気ガスが蓄熱体２１の部分を通過することで蓄熱体２１が蓄熱するとともに、次サイクルの▲１▼吸気行程（図２）において、一部の排出ガスが連絡通路２０を介して第二吸気ポートＩｎ２からシリンダ室３に戻される際に、前記蓄熱体２１に蓄えられた熱が当該排気ガスに供給される。
【００３０】
従って、▲４▼排気行程でシリンダ室３から第二排気ポートＯｕｔ２を通じて排気された後、▲１▼吸気行程で連絡通路２０から第二吸気ポートＩｎ２に導入される排気ガスが、導入されるまでにその温度が大幅に低下することを回避することができる。従って排気ガスは、高温を保ったまま第二吸気ポートＩｎ２で空気や燃料ガスと混合され、この結果、シリンダ室３へ導入される際の混合気の温度を効果的に上昇させることができる。この結果、次の▲２▼圧縮行程において圧縮される混合気の温度も上昇されるから、着火性に優れ、失火を回避することができる。
【００３１】
特に、前記▲４▼排気行程において排気されるガスは、最初に排気ポートＯｕｔ１・Ｏｕｔ２を通過するものが最も温度が高く、後に続いて排気されるほど、その温度が低下するという事情がある。この点、前記▲４▼排気行程においては吸気弁ＶＩが閉じているために、そのような排気行程開始直後の高温なガスを連絡通路２０を介して戻すことができず、そのような高温の排気ガスは集合排気路７からマフラー側へ排出されてしまうことになる。即ち、吸気行程で再びシリンダ室３へ導入して使用する排気ガスは、排気行程の終了直前に排気されるガスということになる。
しかしながら本実施形態においては、排気開始直後の高温なガスの有する熱を蓄熱体２１に蓄えることで、排気終了直前の低温なガスを熱して高温とし、これを▲１▼吸気行程で連絡通路２０を経由してシリンダ室３内に導入することができる。従って、吸気加熱効果に優れ、着火性の向上を効果的に図れる。
【００３２】
また本実施形態では、第二排気ポートＯｕｔ２の排気弁ＶＯと連絡通路２０の入口部分２０ｅとの間に前記蓄熱体２１を配置している。従って、▲４▼排気行程においてシリンダ室３から排気されたガスは、外部に熱を奪われて温度が急激に低下してしまう前に蓄熱体２１の部分を通過するので、蓄熱体２１に熱を効率よく蓄えさせることができ、これによっても吸気加熱効果が高められ、着火性の向上が実現されている。
【００３３】
上記の▲１▼吸入行程において、シリンダ室３内には、第一吸気ポートＩｎ１からは空気と燃料ガスが流入する一方、第二吸気ポートＩｎ２からは空気・燃料ガスに加えて高温の排気ガスが流入する。そして、第二吸気ポートＩｎ２から流入する排気ガスの流量は、連絡通路２０に備えられる前記流量調整弁１２の開度に従って変化する。
前記電子制御装置（ＥＣＵ）は、適宜のセンサから入力される情報（例えば回転数、負荷、排気ガスの温度）から、第二吸気ポートＩｎ２に導入すべき排気ガスの量を計算して、それに応じた開度をとるように前記流量調整弁１２を制御する。例えば、エンジン回転数が高い場合には、流量調整弁１２の開度を増大させ、シリンダ室３への排気ガスの流入量を増大させて吸気加熱の度合いを高める等といったようにである。
【００３４】
本実施形態では連絡通路２０を備えた外部ＥＧＲ方式としているので、排気ガスのシリンダ室３への導入量は、前述の流量調整弁１２の開度を調整することで、容易に制御することができる。従って、吸気弁ＶＩ・排気弁ＶＯの開閉タイミングを複雑に制御しなければならない内部ＥＧＲ方式のエンジンに比して制御が簡単であるから、弁ＶＩ・ＶＯの可変バルブタイミング機構を不要とできるとともに、ＥＣＵに処理性能が厳しく要求されなくなる結果、ＥＣＵの電気的構成を簡素とすることができる。また、外部ＥＧＲの問題として指摘されていた連絡通路２０通過時の排気ガスの温度低下の問題も、前記の蓄熱体２１によって回避することができるので、内部ＥＧＲ方式と同等の吸気加熱効果を実現することができる。
【００３５】
また、本エンジン１において前記シリンダ室３は複数列設されているが（図では一つのみを示している）、一のシリンダ室３から出て前記連絡通路２０を通過する排気ガスは、同一のシリンダ室３に導入されるように構成している。
従って、排気の還流制御が一つのシリンダ室３で完結するので、制御のための機構が必要以上に複雑とならない。
【００３６】
本実施形態は圧縮自着火式のエンジンとされるが、安定した圧縮自着火が困難な運転条件において強制点火を行わせるためのスパークプラグ（点火手段）を備えても構わない。
この場合、スパークプラグは前記ＥＣＵに電気的に接続されるものとし、当該ＥＣＵは、適宜のセンサから入力される情報（例えば回転数、負荷）から圧縮自着火とすべきか強制点火すべきかを判定して、強制点火すべきと判定したときに前記スパークプラグに点火信号を送るようにする。
【００３７】
そして、強制点火すべきと判断された場合は、ＥＣＵは前記流量調整弁１２を全閉に制御して、排気ガスをシリンダ室３内へ還流させないようにすることが望ましい。着火の安定性がスパークプラグによる強制点火によって確保されている以上、排気ガスをシリンダ室３へ導入して吸気を加熱することは、かえってノッキング等のトラブルを誘発する原因となるからである。
【００３８】
即ち、本構成は連絡通路２０を全閉とするのみで火花着火運転に適した構成とできるため、圧縮自着火と火花着火との切換を簡単な構成で行える利点がある。
【００３９】
次に、吸気ポートＩｎ１・Ｉｎ２の構成について説明する。
【００４０】
第一吸気ポートＩｎ１はストレートポート（接線流入形）に構成しており、平面視において、シリンダ室３の内壁に対して接線に近い向きで当該シリンダ室３に接続している。この結果、第一分岐路５ａから第一吸気ポートＩｎ１を介してシリンダ室３内に供給される空気と燃料ガスは、シリンダ室３の内壁に沿ってスワールＳｗ１を発生させる。
【００４１】
第二吸気ポートＩｎ２は、その先端が平面視において渦巻状に湾曲するヘリカルポート（螺旋流入形のポート）に構成している。従って、空気と燃料ガス、及び、前記連絡通路２０を通じて戻される前記排気ガスは、第二吸気ポートＩｎ２を介して、渦を形成しながらシリンダ室３の内部空間へ導入され、前記スワールＳｗ１と同方向のスワールＳｗ２を発生させるように構成している。
【００４２】
従って、シリンダ室３から連絡通路２０・第二吸気ポートＩｎ２を経由してシリンダ室３に戻される排気ガスは、前記吸気ポートＩｎ２によるスワールＳｗ２によって、シリンダ室３の中央付近に偏在するように集められる。即ち、シリンダ室３内には、シリンダ室の外側が薄く且つシリンダ室の中心部付近が濃くなるような、排気ガスの濃度ムラが生じる。なお、シリンダ室３内に形成されている前記スワールＳｗ１・Ｓｗ２は、▲１▼吸気行程で形成された排気ガスの前記濃度ムラを、次の▲２▼圧縮行程においてピストン４が上昇し混合気が圧縮される場合でも、図３のように維持する役割を果たす。
【００４３】
この結果、高温の排気ガスの熱がシリンダ室３から逃げにくくなり、熱損失を低減することができる。また、▲２▼圧縮行程の終了時（ピストン上死点近傍）においては、混合気は、高温で且つ空気・燃料がリッチな部分、即ち、シリンダ室３の中心でも外側でもない中間部付近において自着火し、低温部分であるシリンダ室３外側は、中央部の着火に遅れて自着火する燃焼形態をとることになる。
この結果、高負荷運転時であって燃料を多く噴射する必要がある場合でも、先ずシリンダ室３の前記中間部から着火し、それによる筒内の圧力、温度上昇により周囲の低温部分の自着火を誘発する燃焼形態をとるので、燃焼は比較的緩やかであり、均一の燃料混合気の圧縮による多点同時発火燃焼に比して騒音を小さくすることができる。またシリンダヘッドおよびピストンに対する熱的負荷・機械的負荷も小さくでき、当該シリンダヘッドおよびピストンの耐久性が向上する。即ち本実施形態の構成によれば、エンジン１の運転可能領域を高負荷側に拡大できることを意味する。
【００４４】
また上述するように、着火がシリンダ室３内の外側以外の部分（前記中間部）から始まるので、燃焼により生じる熱がシリンダ室３から逃げにくくなり、この意味でも熱損失を低減できる。
【００４５】
なお、図５の変形例のエンジン１’のように、ミキサＭ２の燃料噴射口１０を、前記連絡通路２０が接続されていない側の吸気ポート、即ち、第一吸気ポートＩｎ１側にのみ設けることもできる。この変形例では、燃料を第一吸気ポートＩｎ１にのみ供給することで、前記排気ガスの濃度が濃い部分は燃料が薄くなるような燃料濃度ムラを形成することができる。
【００４６】
従って、この変形例では、燃料噴射量を絞るべき低負荷運転時であって、まったく均一に混合したとすればピストン４が上死点となるまで圧縮されても自着火しない（失火してしまう）ような燃料濃度であっても、上述のように燃料濃度ムラを形成しておくことで、圧縮時において、燃料が濃く且つ高温の部分で自着火させてそれを起点として周りの希薄混合気の自着火を誘発するような燃焼形態をとることができ、失火を抑制することができる。即ち、本実施形態の構成によれば、エンジン１の運転可能領域を低負荷側にも拡大できることを意味する。
【００４７】
以上に本発明の実施形態を説明したが、本発明は以上の実施形態の構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば以下に示すような変容が可能である。
【００４８】
（イ） 本実施形態は都市ガス（天然ガス）を燃料として用いているが、例えばプロパンガス等の他の気体を燃料とする場合でも、前記実施形態と同様の構造を採用できる。また、例えばガソリンを霧化するキャブレター（霧化混合器）を備え、霧状のガソリンと空気との混合気を吸気側に供給する構成としても構わない。
【００４９】
（ロ） 本実施形態では一つのシリンダ室３につき吸気ポートの数を２つとしているが（Ｉｎ１・Ｉｎ２）、これに限らず、吸気ポートを一つのみとしたり、３つ以上備える構成とすることも差し支えない。
【００５０】
（ハ） 蓄熱体２１の形状は、平板状、筒状等、任意の形状を採用でき、排気側の圧力損失等を考慮して、形状を適宜定めることができる。また、蓄熱体２１に適宜の凹凸を形成するなどして表面積を増大させ、排気ガスとの熱交換を促進する構成としても良い。
【００５１】
（ニ） 本実施形態では、第二吸気ポートＩｎ２は前述のとおりヘリカルポートに形成しており、第二吸気ポートＩｎ２を通過する予混合気及び排気ガスは、螺旋状の渦を形成しながらシリンダ室３内に供給される構成となっている。しかし、本発明はこの構成に限られるものではなく、第一吸気ポートＩｎ１をヘリカルポートに形成したり、第二吸気ポートＩｎ２をストレートポートに形成することも可能である。
ただし、排気ガスの導入のための第二吸気ポートＩｎ２をヘリカルポートに形成すると、前述のようなスワールＳｗ２により高温度の排気ガスをシリンダ室３の中央部に偏在させることで、前述のように熱効率を良好とし、エンジンの運転可能領域を拡大できるメリットがある。
【００５２】
（ホ） 本実施形態では前記流量調整弁１２を回動可能な弁体として構成したが、この構成に限らず、例えば直線的に往復摺動するスプールとする構成であっても良い。
【００５３】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
【００５４】
即ち、請求項１に示すように、吸気ポート及び排気ポート、並びに、それぞれのポートを開閉する吸気弁及び排気弁を備える、予混合圧縮自着火式内燃機関において、燃焼後の排気ガスを前記排気ポートから前記吸気ポートへ戻す連絡通路と、前記連絡通路を通過する排気ガスの流量を調整する流量調整弁と、前記排気弁と前記連絡通路の入口との間の位置に設けられた蓄熱体と、を更に備えたので、
排気行程開始直後の高温の排気ガスの熱を蓄熱体で蓄熱し、この熱を、シリンダ室に還流される排気ガスに供給することで、吸気を効果的に加熱し、着火性を向上させることができる。
また、排気弁と連絡通路の入口との間に蓄熱体を設けているので、シリンダ室から排気されたガスは、外部に熱を奪われて温度が急激に低下してしまう前に蓄熱体の部分を通過し、蓄熱体に熱を効率よく蓄えさせることができる。従って、これによっても吸気加熱効果が高められ、着火性が向上される。
更には、外部ＥＧＲ方式であるので、流量調整弁の開度を変更する簡単な制御で吸気加熱の度合いを制御できる。
【００５５】
請求項２に示すように、一つのシリンダ室につき吸気ポートは複数備えられて、その複数あるうちの一部の吸気ポートに前記連絡通路が接続され、当該連絡通路が接続される吸気ポートはヘリカルポートに形成するとともに、前記シリンダ室から出て前記連絡通路を通過する排気ガスは、同一のシリンダ室へ導入されるように構成したので、
シリンダ室内には、シリンダ室の外側が薄く且つシリンダ室の中心部付近が濃くなるような、排気ガスの濃度ムラが生じる。この結果、高温の排気ガスの熱がシリンダ室から逃げにくくなり、熱損失を低減することができる。
また、高負荷運転時であって燃料を多く噴射する必要がある場合でも、先ずシリンダ室内の外側以外の部分から着火し、それによる筒内の圧力、温度上昇により周囲の低温部分の自着火を誘発する燃焼形態をとるので、燃焼は比較的緩やかであり、均一の燃料混合気の圧縮による多点同時発火燃焼に比して騒音を小さくすることができる。この結果、エンジンの運転可能領域を高負荷側に拡大できる。
更には、着火がシリンダ室内の外側以外の部分から始まるので、燃焼により生じる熱がシリンダ室から逃げにくくなり、この意味でも熱損失を低減できる。
加えて、排気の還流制御が一つのシリンダ室で完結するので、制御のための機構が必要以上に複雑とならない。
【００５６】
請求項３に示すように、複数ある前記吸気ポートのうち、前記連絡通路が接続されていない側の吸気ポートに、前記シリンダ室に燃料を供給する燃料噴射口が配置されているので、
前記排気ガスの濃度ムラのほかに燃料濃度ムラも形成できるので、エンジンの運転範囲を拡大することができる。
【００５７】
請求項４に示すように、シリンダ室内の予混合気に強制的に点火する点火手段を更に備え、当該点火手段により予混合気に強制点火するときには、前記流量調整弁は閉じるように制御されるので、
簡単な構造で自着火と強制点火とを切り換えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る予混合圧縮自着火式エンジンの全体的な構成を示した平面概略図。
【図２】本エンジンの吸気行程における空気・燃料ガス、及び排気ガスの流れを示す斜視図。
【図３】圧縮行程において空気・燃料ガス・排気ガスの三者が濃度ムラを維持しながら圧縮される様子を示す斜視図。
【図４】本エンジンの排気行程における排気ガスの流れを示す斜視図。
【図５】変形例の予混合圧縮自着火式エンジンの平面概略図。
【符号の説明】
１ 予混合圧縮自着火式エンジン
３ シリンダ室
４ ピストン
５ 吸気路
７ 集合排気路
１０ 燃料噴射口
１２ 流量調整弁
２０ 連絡通路
２０ｅ 連絡通路の入口
２１ 蓄熱体
Ｉｎ１ 第一吸気ポート
Ｉｎ２ 第二吸気ポート
ＶＩ 吸気弁
ＶＯ 排気弁

Claims (4)

1. 吸気ポート及び排気ポート、並びに、それぞれのポートを開閉する吸気弁及び排気弁を備える、予混合圧縮自着火式内燃機関において、
   燃焼後の排気ガスを前記排気ポートから前記吸気ポートへ戻す連絡通路と、
   前記連絡通路を通過する排気ガスの流量を調整する流量調整弁と、
   前記排気弁と前記連絡通路の入口との間の位置に設けられた蓄熱体と、
   を更に備えたことを特徴とする、
   予混合圧縮自着火式内燃機関。
2. 請求項１に記載の予混合圧縮自着火式内燃機関であって、
   一つのシリンダ室につき吸気ポートは複数備えられて、その複数あるうちの一部の吸気ポートに前記連絡通路が接続され、
   当該連絡通路が接続される吸気ポートはヘリカルポートに形成するとともに、前記シリンダ室から出て前記連絡通路を通過する排気ガスは、同一のシリンダ室へ導入されるように構成したことを特徴とする、
   予混合圧縮自着火式内燃機関。
3. 請求項２に記載の予混合圧縮自着火式内燃機関であって、
   複数ある前記吸気ポートのうち、前記連絡通路が接続されていない側の吸気ポートに、前記シリンダ室に燃料を供給する燃料噴射口が配置されていることを特徴とする、
   予混合圧縮自着火式内燃機関。
4. 請求項１から請求項３までの何れか一項に記載の予混合圧縮自着火式内燃機関であって、
   シリンダ室内の予混合気に強制的に点火する点火手段を更に備え、
   当該点火手段により予混合気に強制点火するときには、前記流量調整弁は閉じるように制御される、
   予混合圧縮自着火式内燃機関。

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