JP2005220749A - Fuel supply mechanism and engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンの燃焼室に供給される酸素含有ガスが流通する吸気路において、前記吸気路での流れ方向に沿って分散配置された複数の供給孔から、前記吸気路における前記酸素含有ガスの流れが停止している時期に、前記吸気路での流れ方向に交差する方向に燃料を噴出させて、前記吸気路に濃淡分布を有する混合気を形成する混合気形成部を備えた燃料供給機構、及び、それを備えたエンジンに関する。 The present invention provides the oxygen-containing gas in the intake passage from a plurality of supply holes that are dispersedly arranged along the flow direction in the intake passage in the intake passage through which the oxygen-containing gas supplied to the combustion chamber of the engine flows. A fuel supply provided with an air-fuel mixture forming section for ejecting fuel in a direction crossing the flow direction in the intake passage to form an air-fuel mixture having a concentration distribution in the intake passage when the flow of the fuel is stopped The present invention relates to a mechanism and an engine including the mechanism.
従来、高出力時においても、エンジンの燃焼室における混合気の燃焼状態を安定したものに維持しながら、燃焼室におけるNOx生成量を低減することができる燃料供給機構として、エンジンの燃焼室に供給される空気(酸素含有ガス)が流通する吸気路に濃淡分布を有する混合気を形成する混合気形成部を備えた燃料供給機構が提案されている(特許文献1を参照。)。 Conventionally, as a fuel supply mechanism that can reduce the amount of NOx generated in the combustion chamber while maintaining a stable combustion state of the air-fuel mixture in the combustion chamber of the engine even at high output, it is supplied to the combustion chamber of the engine. A fuel supply mechanism has been proposed that includes an air-fuel mixture forming section that forms an air-fuel mixture having a concentration distribution in an intake passage through which air (oxygen-containing gas) flows (see Patent Document 1).
この燃料供給機構は、吸気路での流れ方向に沿って分散配置された複数の供給孔から、吸気路における空気の流れが停止している時期、例えば吸気行程以外の時期に、吸気路での流れ方向に交差する方向、例えば該流れ方向に直交する方向に、燃料を噴出することで、吸気路に形成される混合気に、空気の流れ方向において燃料濃度が大きく空気比が低い縞状の濃部と、隣接する濃部の間の燃料濃度が小さく空気比が高い縞状の淡部とからなる燃料の濃淡分布を発生させるように構成されている。そして、その濃淡分布が発生した混合気をエンジンの燃焼室にて燃焼させることで、全体的に空気比が均質で濃淡分布が発生していない混合気を燃焼させる場合と比較して、淡部における燃焼速度低下により燃焼が緩慢になり、局所的な温度上昇を抑制できるので、NOx生成を抑制することができ、さらに、濃部と淡部とが隣接しているので、濃部で発生した安定な火炎によって淡部における不安定な火炎を安定化させることができるので、安定した燃焼状態を維持することができるとされている。 This fuel supply mechanism has a plurality of supply holes that are distributed along the flow direction in the intake passage, and when the air flow in the intake passage stops, for example, at a time other than the intake stroke, By ejecting fuel in a direction crossing the flow direction, for example, in a direction perpendicular to the flow direction, the mixture formed in the intake passage has a striped shape with a high fuel concentration and a low air ratio in the air flow direction. It is configured to generate a fuel density distribution that includes a dark portion and a striped light portion having a small fuel concentration between the adjacent dark portions and a high air ratio. Then, by combusting the air-fuel mixture in which the concentration distribution is generated in the combustion chamber of the engine, compared with the case of combusting the air-fuel mixture in which the overall air ratio is uniform and the concentration distribution is not generated, Combustion slows down due to a decrease in the combustion speed in the region, and a local temperature rise can be suppressed, so that NOx generation can be suppressed. Further, since the dark portion and the light portion are adjacent to each other, the dark portion is generated. It is said that an unstable flame in the light part can be stabilized by a stable flame, so that a stable combustion state can be maintained.
上述のように、エンジンの吸気路において濃淡分布を有する混合気を形成する形態で燃料を供給する混合気形成部を備えた燃料供給機構においては、エンジンの運転状態が変動した場合でも、吸気路における適切な領域に混合気を形成しなければ、NOx生成の抑制が充分に図れなかったり、安定した燃焼状態を維持することができない場合がある。 As described above, in a fuel supply mechanism having an air-fuel mixture forming section that supplies fuel in a form that forms an air-fuel mixture having a concentration distribution in the intake passage of the engine, even if the operating state of the engine fluctuates, the intake passage If an air-fuel mixture is not formed in an appropriate region of NO, NOx generation may not be sufficiently suppressed or a stable combustion state may not be maintained.
例えば、従来の燃料供給機構では、エンジン出力を低下させた場合に、吸気路に形成した混合気の一部が、吸気行程において燃焼室に吸気されずに吸気路に残留してしまい、後の吸気行程において燃料が均質に混合されて濃淡分布が消滅した混合気が燃焼室に吸気され、NOx生成の抑制が充分に図れない場合がある。また、例えばエンジン出力を上昇させた場合に、吸気路に形成した混合気に加えて、その混合気の後端側の多くの空気が燃焼室に吸気されて、その空気が燃焼室において火炎伝播を阻害することによって、安定した燃焼状態を維持することができない場合がある。 For example, in the conventional fuel supply mechanism, when the engine output is reduced, a part of the air-fuel mixture formed in the intake passage remains in the intake passage without being taken into the combustion chamber in the intake stroke, In the intake stroke, the air-fuel mixture in which the fuel is homogeneously mixed and the concentration distribution disappears is sucked into the combustion chamber, and NOx generation may not be sufficiently suppressed. For example, when the engine output is increased, in addition to the air-fuel mixture formed in the intake passage, a large amount of air on the rear end side of the air-fuel mixture is sucked into the combustion chamber, and the air propagates in the combustion chamber. By inhibiting this, a stable combustion state may not be maintained.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジンの燃焼室に供給される酸素含有ガスが流通する吸気路において、前記吸気路での流れ方向に沿って分散配置された複数の供給孔から、前記吸気路における空気の流れが停止している時期に、前記吸気路での流れ方向に交差する方向に前記燃料を噴出させて、前記吸気路に濃淡分布を有する混合気を形成する混合気形成部を備えた燃料供給機構及びそれを備えたエンジンにおいて、例えばエンジン運転状態が変動した場合でも、常に、燃焼状態を安定したものに維持しながらNOx生成量を低減することができる燃料供給技術を提供する点にある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to disperse and arrange along the flow direction in the intake passage in the intake passage through which the oxygen-containing gas supplied to the combustion chamber of the engine flows. The fuel is ejected from the plurality of supply holes in a direction intersecting the flow direction in the intake passage at a time when the air flow in the intake passage is stopped, and the intake passage has a light and shade distribution. In a fuel supply mechanism having an air-fuel mixture forming section that forms an air-fuel mixture and an engine equipped with the same, for example, even when the engine operating state fluctuates, the amount of NOx generated is constantly reduced while maintaining a stable combustion state It is in the point of providing a fuel supply technology that can.
上記目的を達成するための本発明に係る燃料供給機構は、エンジンの燃焼室に供給される酸素含有ガスが流通する吸気路において、前記吸気路での流れ方向に沿って分散配置された複数の供給孔から、前記吸気路における前記酸素含有ガスの流れが停止している時期に、前記吸気路での流れ方向に交差する方向に前記燃料を噴出させて、前記吸気路に濃淡分布を有する混合気を形成する混合気形成部を備えた燃料供給機構であって、その第1特徴構成は、前記混合気形成部の複数が、前記吸気路での流れ方向に沿って並設され、前記夫々の混合気形成部における燃料供給を調整して、前記吸気路における混合気の形成領域の状態を調整可能な混合気形成領域調整手段を備えた点にある。 In order to achieve the above object, a fuel supply mechanism according to the present invention includes a plurality of air supply passages in which an oxygen-containing gas supplied to a combustion chamber of an engine circulates and distributed in the flow direction of the intake passage. When the flow of the oxygen-containing gas in the intake passage is stopped from the supply hole, the fuel is ejected in a direction crossing the flow direction in the intake passage, and mixing having a light and shade distribution in the intake passage A fuel supply mechanism including an air-fuel mixture forming section that forms air, wherein the first characteristic configuration is that a plurality of the air-fuel mixture forming sections are juxtaposed along the flow direction in the intake passage. There is provided an air-fuel mixture forming region adjusting means capable of adjusting the fuel supply in the air-fuel mixture forming portion and adjusting the state of the air-fuel mixture forming region in the intake passage.
上記燃料供給機構の第1特徴構成によれば、上記混合気形成部の複数を吸気路での流れ方向に沿って並設すると共に、上記混合気形成領域調整手段を設けることにより、夫々の混合気形成部からの燃料供給を調整して、吸気路に濃淡分布を有するように形成される混合気の吸気路での流れ方向における長さや位置などの混合気形成領域の状態を、エンジンの運転状態に合わせて適切に燃焼室に吸気されるものに調整することができ、吸気路における混合気の残留による燃焼室に吸気される混合気の均質化を抑制して、NOx生成の抑制を充分に実現すると共に、吸気路に形成された混合気に続いて燃焼室に吸気される空気により火炎伝播が阻害されることを抑制し、安定した燃焼状態を維持することができる。
従って、本発明により、エンジンの運転状態が変動した場合でも、常に燃焼状態を安定したものに維持しながらNOx生成量を低減することができる燃料供給機構を実現することができる。
According to the first characteristic configuration of the fuel supply mechanism, a plurality of the air-fuel mixture forming portions are juxtaposed along the flow direction in the intake passage, and the air-fuel mixture forming region adjusting means is provided, so that each mixture is provided. By adjusting the fuel supply from the air formation unit, the state of the air-fuel mixture formation area such as the length and position of the air-fuel mixture formed in the intake passage in the flow direction in the intake passage is adjusted to It can be adjusted appropriately to the one that is sucked into the combustion chamber according to the state, and the homogenization of the air-fuel mixture sucked into the combustion chamber due to the residual air-fuel mixture in the intake passage is suppressed, and the NOx generation is sufficiently suppressed In addition, it is possible to suppress the flame propagation from being hindered by the air sucked into the combustion chamber following the air-fuel mixture formed in the intake passage, and maintain a stable combustion state.
Therefore, according to the present invention, it is possible to realize a fuel supply mechanism capable of reducing the NOx generation amount while always maintaining a stable combustion state even when the engine operating state fluctuates.
本発明に係る燃料供給機構の第2特徴構成は、前記吸気路を規定し前記供給孔が穿設されている吸気管を外囲する筒状のケーシング部材と、前記吸気管と前記ケーシング部材との間に形成された空間を前記吸気路での流れ方向に沿って並設された複数の燃料供給室に区画する区画壁と、前記複数の燃料供給室に燃料を各別に供給する燃料供給路とを備えて、前記吸気路での流れ方向に沿って並設された前記複数の混合気形成部が前記複数の燃料供給室に対応付けて構成されている点にある。 A second characteristic configuration of the fuel supply mechanism according to the present invention includes: a cylindrical casing member that defines the intake passage and surrounds an intake pipe in which the supply hole is bored; the intake pipe and the casing member; A partition wall that divides a space formed between the plurality of fuel supply chambers arranged in parallel along the flow direction in the intake passage, and a fuel supply passage that supplies fuel separately to the plurality of fuel supply chambers And the plurality of air-fuel mixture forming portions arranged in parallel along the flow direction in the intake passage are configured to correspond to the plurality of fuel supply chambers.
上記燃料供給機構の第2特徴構成によれば、上記供給孔が穿設されている吸気管を筒状のケーシング部材で外囲することで、吸気管とケーシング部材との間に筒状の空間を形成することができ、更に、その筒状の空間を筒断面に渡る仕切壁により吸気路での流れ方向に沿って複数の筒状の燃料供給室を形成することができる。そして、夫々の燃料供給室に供給された燃料が、供給孔を通じて吸気路での流れ方向に交差する方向に噴出されることで、吸気路に濃淡分布を有する混合気が形成され、このような並設された複数の燃料供給室により、吸気路での流れ方向に沿って並設された複数の混合気形成部を実現することができる。 According to the second characteristic configuration of the fuel supply mechanism, a cylindrical space is formed between the intake pipe and the casing member by surrounding the intake pipe in which the supply hole is formed with the cylindrical casing member. Furthermore, a plurality of cylindrical fuel supply chambers can be formed along the flow direction in the intake passage by partition walls that cross the cylindrical cross section of the cylindrical space. The fuel supplied to the respective fuel supply chambers is ejected in a direction intersecting the flow direction in the intake passage through the supply holes, so that an air-fuel mixture having a concentration distribution is formed in the intake passage. With the plurality of fuel supply chambers arranged in parallel, it is possible to realize a plurality of air-fuel mixture forming units arranged in parallel along the flow direction in the intake passage.
本発明に係る燃料供給機構の第3特徴構成は、前記混合気形成領域調整手段が、前記夫々の混合気形成部への燃料供給を断続可能な複数の開閉弁の開閉状態を調整するように構成されている点にある。 A third characteristic configuration of the fuel supply mechanism according to the present invention is such that the air-fuel mixture formation region adjusting means adjusts the open / close states of a plurality of on-off valves capable of intermittently supplying fuel to the respective air-fuel mixture forming portions. It is in the point which is comprised.
上記燃料供給機構の第3特徴構成によれば、上記混合調整手段は、夫々の混合形成部に対して配置された上記複数の開閉弁で構成することができ、上記開閉弁を開状態として燃料供給を行った混合気形成部では濃淡分布を有する混合気が形成され、上記開閉弁を閉状態として燃料供給を遮断した混合気形成部では濃淡分布を有する混合気が形成されないことを利用して、吸気路に濃淡分布を有するように形成される混合気の吸気路での流れ方向における長さや位置などの混合気形成領域の状態を調整することができる。 According to the third characteristic configuration of the fuel supply mechanism, the mixing adjusting means can be configured by the plurality of on-off valves disposed with respect to the respective mixing forming portions, and the fuel is opened and the fuel is opened. Utilizing the fact that a mixture having a concentration distribution is formed in the mixture formation portion that has been supplied, and a mixture having a concentration distribution is not formed in the mixture formation portion that has shut off the fuel supply by closing the on-off valve. It is possible to adjust the state of the air-fuel mixture forming region such as the length and position of the air-fuel mixture formed in the air intake passage in the flow direction in the air intake passage so as to have a light and shade distribution.
本発明に係る燃料供給機構の第4特徴構成は、前記燃料が気体燃料である点にある。 A fourth characteristic configuration of the fuel supply mechanism according to the present invention is that the fuel is a gaseous fuel.
上記燃料供給機構の第4特徴構成によれば、特に酸素含有ガスとの混合が促進されやすい気体燃料を用いても、エンジンの吸気路に形成される混合気に濃淡分布を発生させ、燃焼室における局所的な温度上昇を抑制して、NOxの生成を抑制することができる。 According to the fourth characteristic configuration of the fuel supply mechanism, even if a gaseous fuel that is easily mixed with an oxygen-containing gas is used, a concentration distribution is generated in the air-fuel mixture formed in the intake passage of the engine, and the combustion chamber NOx generation can be suppressed by suppressing a local temperature rise at.
上記目的を達成するための本発明に係るエンジンは、上記第1から第3の何れかの特徴構成を有する燃料供給機構を備えたエンジンであって、その第1特徴構成は、前記吸気路に設けられたスロットルバルブの開度に基づいて、前記混合気形成領域調整手段を制御する制御手段を備えた点にある。 In order to achieve the above object, an engine according to the present invention is an engine including a fuel supply mechanism having any one of the first to third characteristic configurations, wherein the first characteristic configuration is provided in the intake passage. There is a control means for controlling the air-fuel mixture formation region adjusting means based on the opening of the throttle valve provided.
上記エンジンの第1特徴構成によれば、これまで説明してきた燃料供給機構の性質を専ら利用して、上記制御手段により、スロットルバルブの開度に基づいて混合気形成領域調整手段を制御することで、一定の回転数においてエンジン出力が変動した場合や一定の出力で回転数が変動した場合でも、吸気路に濃淡分布を有するように形成される混合気の吸気路での流れ方向における長さや位置などの混合気形成領域の状態をスロットルバルブの開度によって決定される燃焼室への吸気量に合った適切なものに調整して、吸気路における適切な領域に濃淡分布を有する混合気を形成することができ、その濃淡分布を良好に維持したまま混合気を燃焼室に吸気させることができる。
従って、本発明により、スロットルバルブの開度が変動した場合でも、常に燃焼室において濃淡分布を有する混合気を燃焼させることができ、燃焼状態を安定したものに維持しながらNOx生成量を低減することができる燃料供給機構を実現することができる。
According to the first characteristic configuration of the engine, the air-fuel mixture formation region adjusting means is controlled by the control means on the basis of the opening degree of the throttle valve, exclusively using the characteristics of the fuel supply mechanism described so far. Therefore, even when the engine output fluctuates at a constant rotation speed or when the rotation speed fluctuates at a constant output, the length of the air-fuel mixture formed in the intake passage in the direction of flow in the intake passage is Adjust the state of the air-fuel mixture formation region, such as the position, to an appropriate one that matches the intake air amount to the combustion chamber determined by the opening of the throttle valve, so that the air-fuel mixture having a concentration distribution in the appropriate region in the intake passage The air-fuel mixture can be sucked into the combustion chamber while maintaining its light and shade distribution well.
Therefore, according to the present invention, even when the opening degree of the throttle valve fluctuates, the air-fuel mixture having a concentration distribution can always be burned in the combustion chamber, and the NOx generation amount is reduced while maintaining a stable combustion state. The fuel supply mechanism that can be realized can be realized.
本発明に係るエンジンの第2特徴構成は、前記制御手段が、前記スロットルバルブの開度が小さいほど前記吸気路に形成される混合気の流れ方向に沿った長さを短くする形態で、前記混合気形成領域調整手段を制御するように構成されている点にある。 In a second characteristic configuration of the engine according to the present invention, the control means shortens the length along the flow direction of the air-fuel mixture formed in the intake passage as the opening of the throttle valve is smaller. The air-fuel mixture formation region adjusting means is configured to be controlled.
上記エンジンの第2特徴構成によれば、スロットルバルブの開度を小さくして、燃焼室への吸気量が減少した場合でも、制御手段により混合気形成領域調整手段を制御して、混合気の流れ方向に沿った長さを短くすることで、吸気行程において長さが短くなった混合気を確実に燃焼室に吸気させることができ、吸気路における混合気の残留による燃焼室に吸気される混合気の均質化を抑制して、NOx生成の抑制を充分に実現することができる。 According to the second characteristic configuration of the engine, even when the opening of the throttle valve is reduced and the amount of intake air into the combustion chamber is reduced, the control unit controls the mixture formation region adjusting unit to control the mixture mixture. By shortening the length along the flow direction, the mixture shortened in the intake stroke can be reliably sucked into the combustion chamber, and is sucked into the combustion chamber due to the mixture remaining in the intake passage. It is possible to sufficiently suppress the generation of NOx by suppressing the homogenization of the air-fuel mixture.
本発明に係るエンジンの第3特徴構成は、前記制御手段が、前記スロットルバルブの開度が小さいほど前記吸気路に形成される混合気の後端部の位置を前記燃焼室に近づける形態で、前記前記混合気形成領域調整手段を制御するように構成されている点にある。 According to a third characteristic configuration of the engine according to the present invention, the control means brings the position of the rear end portion of the air-fuel mixture formed in the intake passage closer to the combustion chamber as the opening of the throttle valve is smaller. The air-fuel mixture formation region adjusting means is configured to be controlled.
上記エンジンの第3特徴構成によれば、スロットルバルブの開度を小さくして、燃焼室への吸気量が減少した場合には、制御手段により混合気形成領域調整手段を制御して、吸気路に形成される混合気の後端部の位置を燃焼室に近づけることで、吸気行程において混合気の後端部の一部が燃焼室に吸気されずに吸気路に残留することを抑制して、その吸気路における混合気の残留による燃焼室に吸気される混合気の均質化を抑制して、NOx生成の抑制を充分に実現することができる。
一方、スロットルバルブの開度を大きくして、燃焼室への吸気量が増加した場合には、制御手段により混合気形成領域調整手段を制御して、吸気路に形成される混合気の後端部の位置を燃焼室から遠ざけることで、吸気路に形成された混合気に続いて燃焼室に吸気される空気の量をできるだけ少なくして、燃焼室においてその空気により火炎伝播が阻害されることを抑制し、安定した燃焼状態を維持することができる。
According to the third characteristic configuration of the engine, when the opening of the throttle valve is reduced and the amount of intake air to the combustion chamber decreases, the mixture formation region adjusting means is controlled by the control means to By reducing the position of the rear end of the air-fuel mixture formed in the combustion chamber closer to the combustion chamber, it is possible to suppress a part of the rear end of the air-fuel mixture from remaining in the intake passage without being sucked into the combustion chamber. Further, it is possible to sufficiently suppress the generation of NOx by suppressing the homogenization of the air-fuel mixture sucked into the combustion chamber due to the residual air-fuel mixture in the intake passage.
On the other hand, when the throttle valve opening is increased and the amount of intake air into the combustion chamber increases, the control means controls the air-fuel mixture formation region adjusting means to control the rear end of the air-fuel mixture formed in the intake passage. By keeping the position of the part away from the combustion chamber, the amount of air that is taken into the combustion chamber following the air-fuel mixture formed in the intake passage is reduced as much as possible, and the flame propagation is inhibited by the air in the combustion chamber Can be suppressed, and a stable combustion state can be maintained.
本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図1に示すエンジン100は、シリンダ10と、シリンダ10内に収容されてシリンダ10と共に燃焼室1を形成するピストン3とを備え、そのピストン3が、連接棒4を介してクランク軸9に連動連結されている。
シリンダ10には、吸気弁5を備えた吸気路6と、排気弁7を備えた排気路8とが連通され、吸気弁5と排気弁7を開閉動作させながら、吸気行程において吸気路6に形成された混合気を燃焼室1に吸気し、圧縮行程を経て、燃焼室1に設けられた点火プラグ2を働かせて混合気を点火し、燃焼・膨張、及び排気の諸行程を実行して、ピストン3の往復運動をクランク軸9の回転運動に変えて出力する、所謂火花点火式エンジン(SIエンジン)として構成されている。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
An
The
また、エンジン100には、吸気路6での空気A(酸素含有ガスの一例)の流れ方向に沿って分散配置された複数の供給孔22から吸気路6を流通する空気Aに燃料Gを噴出して、吸気路6に混合気を形成する燃料供給機構20が設けられており、その特徴構成について以下に説明する。
Further, in the
燃料供給機構20は、吸気路6に濃淡分布を有する混合気を形成する形態で燃料Gを供給する混合気形成部21の複数を、吸気路6での流れ方向に沿って並設して構成されている。
尚、燃料Gとしては、気体燃料である天然ガスが利用されている。
The
As the fuel G, natural gas which is a gaseous fuel is used.
上記混合気形成部21は、吸気路6での流れ方向に沿って分散配置された複数の供給孔22から、吸気路6における空気Aの流れが停止している時期に、吸気路6での流れ方向に交差する方向に燃料Gを噴出させて、吸気路6に濃淡分布を有する混合気を形成するように構成されている。
The air-fuel
詳しくは、混合気形成部21には、燃料供給路31から内部に燃料Gが供給される筒状のケーシング部材24が、吸気路6を内部に形成し供給孔22が穿設された吸気管16を外囲した状態で設けられている。
Specifically, in the air-fuel
さらに、ケーシング部材24の内部には、内部に燃料Gが供給される整流部材25が設けられ、整流部材25内に供給された燃料Gは、整流部材25の外側に設けられた複数の開口から、整流部材25の外側の燃料供給室27に流出し、供給孔22に到達する。また、燃料供給室27には、供給孔22が設けられた吸気管16と整流部材34との間に、筒状のパンチング板28が設けられており、パンチング板28により供給孔22に供給される燃料Gの流れ方向及び圧力等を整えることができる。
Further, a rectifying
供給孔22は、吸気路6における空気Aの流れ方向に沿って等間隔で分散配置されており、更に、吸気路6の軸心を中心とした周方向に等間隔で分散配置されている。 The supply holes 22 are distributed at regular intervals along the flow direction of the air A in the intake passage 6, and are further distributed at regular intervals in the circumferential direction around the axis of the intake passage 6.
燃料供給室27に燃料を供給する燃料供給路31には、燃料供給室27への燃料供給を断続可能な開閉弁32が設けられている。
そして、吸気路6における空気Aの流れが停止している時期、即ち、吸気行程以外の時期に、上記開閉弁32を一定時間開状態とすることで、夫々の供給孔22から、吸気路6での流れ方向に対して交差する方向としての直行方向に燃料Gが噴出し、その吸気路6に噴出した燃料Gは互いに交じり合うことが抑制された状態で、吸気路6を横断する方向に進むことになる。よって、空気Aの流れが停止した吸気路6において、吸気路6の空気Aの流れ方向において燃料Gが多く供給された縞状の濃部と、隣接する濃部の間に形成される縞状の淡部とからなる濃淡分布を発生した状態で、混合気が形成されることになる。
The
Then, when the flow of the air A in the intake passage 6 is stopped, that is, at a time other than the intake stroke, the on-off
そして、このように吸気路6に形成された濃淡分布を有する混合気は、その濃淡分布を維持した混合抑制状態のままで、次の吸気行程において燃焼室1に吸気される。
Then, the air-fuel mixture having the concentration distribution formed in the intake passage 6 in this way is sucked into the
従って、燃焼室1に吸気された混合気は、混合が殆ど進んでいない濃淡分布を有する状態となっており、この混合気を圧縮して点火プラグ2により点火しても、最初に濃部において安定して着火するので、全体的な空気比を高くすることができ、更に、その火炎が隣接している淡部に伝播する際に燃焼速度を低下させ、全体的な燃焼速度を低下させることで、NOxの発生を抑制することができる。
Therefore, the air-fuel mixture sucked into the
更に、吸気管16とケーシング部材24との間に形成された空間は、3つの区画壁29により、吸気路6での空気A流れ方向に沿って並設された4つの燃料供給室27に区画されており、これにより、吸気路6での空気Aの流れ方向に沿って並設された4つの混合気形成部21A,21B,21C,21Dが4つの燃料供給室27に対応付けて構成されている。
Further, the space formed between the
更に、燃料供給機構20には、夫々の混合気形成部21A,21B,21C,21Dへの燃料供給を断続可能な複数の開閉弁32の開閉状態を調整することで、夫々の混合気形成部21A,21B,21C,21Dにおける燃料供給を調整して、吸気路6に濃淡分布を有するように形成される混合気の吸気路6での流れ方向における長さや位置などの混合気形成領域の状態を調整可能な混合気形成領域調整手段33が設けられている。
Further, the
即ち、この混合気形成領域調整手段33は、複数の開閉弁32のうち、開状態とする開閉弁32を選択することによって、複数の混合気形成部21で混合気を形成する混合気形成部21を選択し、吸気路6に形成される混合気の長さや位置などの混合気形成領域の状態を調整するように構成されている。例えば、全ての混合気形成部21において混合気を形成した状態に対して、端から順に混合気形成部21において混合気を形成しないように開閉弁32を順に閉状態とすることで、吸気路6に形成される混合気の長さを短くすることができる。また、混合気を形成する混合気形成部21を切り換えることで、吸気路6に形成される混合気の位置を変更することができる。
That is, the air-fuel mixture formation region adjusting means 33 selects the open /
そして、この混合気形成領域調整手段33により、エンジン100の出力等の運転状態が変動した場合でも、吸気路6における混合気形成領域の状態を、エンジンの運転状態に合わせて適切に燃焼室1に吸気されるものに調整することができる。
Even when the operating state such as the output of the
吸気路6の燃料供給機構20の上流側には、吸気路6の流路断面積を調整可能なスロットルバルブ12が設けられており、エンジン100に設けられたコンピュータからなる制御装置15は、要求されるエンジン出力に応じてスロットルバルブ21を作動させて、燃焼室1への混合気の吸気量を調整するように構成されている。
また、エンジン出力は、クランク軸9にかかるトルクが一定である場合には、クランク軸9の回転数を検出するクランク角センサ23の検出結果から認識したエンジン回転数とスロットルバルブ21の開度とから認識することができる。
A
When the torque applied to the
また、上記制御装置15は、スロットルバルブ21の開度に基づいて、混合気形成領域調整手段33を制御する制御手段として機能するように構成されており、吸気路6における混合気形成領域の状態を自動的にスロットルバルブ21の開度により決定される燃焼室1への吸気量に合った適切なものに調整するように構成されており、その詳細について以下に説明する。
The
エンジン100は、回転数を一定とした状態でエンジン出力を変更することを想定して、スロットルバルブ21の開度を小さくしてエンジン出力を低下させる場合には、吸気路6の流路断面積が縮小して、1回の吸気行程における燃焼室1への吸気量が低下することになる。
即ち、図1に示すように、定格出力時での吸気量をV1、75%出力時での吸気量をV2、50%出力時での吸気量をV3、25%出力時での吸気量をV4とすると、V1>V2>V3>V4となる。
Assuming that the
That is, as shown in FIG. 1, the intake air amount at rated output is V1, the intake air amount at 75% output is V2, the intake air amount at 50% output is V3, and the intake air amount at 25% output is Assuming V4, V1>V2>V3> V4.
更に、スロットルバルブ21の開度を小さくする場合には、吸気量が減少することにより、吸気路6に形成される混合気において1回の吸気行程で燃焼室1に吸気される後端部の位置が、燃焼室1に近づくことになる。
即ち、図1に示すように、定格出力(100%出力)時で吸気量がV1である時の1回の吸気行程で燃焼室1に吸気される後端部の位置をP1、75%出力時で吸気量がV2である時の1回の吸気行程で燃焼室1に吸気される後端部の位置をP2、50%出力時で吸気量がV3である時の1回の吸気行程で燃焼室1に吸気される後端部の位置をP3、25%出力時で吸気量がV4である時の1回の吸気行程で燃焼室1に吸気される後端部の位置をP4とすると、吸気路6において燃焼室1に対して遠い側から順に位置P1、位置P2、位置P3、及び、位置P4が配置されることになる。
Further, when the opening degree of the
That is, as shown in FIG. 1, the position of the rear end portion that is sucked into the
そして、4つの混合気形成部21A,21B,21C,21Dは、上記P1、P2、P3、及びP4に合わせて配置されており、具体的には、燃焼室1に最も近い混合気形成部21Aが位置P4よりも燃焼室1に近い領域に配置され、次に燃焼室1に近い混合気形成部21Bが位置P3と位置P4との間の領域に配置され、次に燃焼室1に近い混合気形成部21Cが位置P2と位置P3との間の領域に配置され、最も燃焼室1から遠い混合気形成部21Dが位置P1と位置P2との間の領域に配置されている。
The four air-fuel
そして、制御装置15は、エンジン出力が、例えば定格出力に対して、75%出力、50%出力、及び、25%出力と低下するほど、吸気路6に形成される混合気の流れ方向に沿った長さを短くすると共に、吸気路6に形成される混合気の後端部の位置を燃焼室1に近づける形態で、混合気形成領域調整手段33を制御するように構成されている。
Then, the
即ち、制御装置15は、1回の吸気行程において燃焼室1から位置P1までの混合気が燃焼室1に吸気される定格出力時には、燃焼室1から位置P1までの領域に配置されている全ての混合気形成部21A,21B,21C,21Dにおいて濃淡分布を有する混合気を形成することで、燃焼室1へ吸気される吸気量V1全域に濃淡分布を発生させた状態で、吸気量V1に合った適切な量の混合気を形成することができる。
That is, the
また、制御装置15は、1回の吸気行程において燃焼室1から位置P2までの混合気が燃焼室1に吸気される75%出力時には、燃焼室1から位置P2までの領域に配置されている混合気形成部21A,21B,21Cのみにおいて、濃淡分布を有する混合気を形成することで、燃焼室1へ吸気される吸気量V2全域に濃淡分布を発生させた状態で、吸気量V2に合った適切な量の混合気を形成することができる。
Further, the
また、制御装置15は、1回の吸気行程において燃焼室1から位置P3までの混合気が燃焼室1に吸気される50%出力時には、燃焼室1から位置P3までの領域に配置されている混合気形成部21A,21Bのみにおいて、濃淡分布を有する混合気を形成することで、燃焼室1へ吸気される吸気量V3全域に濃淡分布を発生させた状態で、吸気量V3に合った適切な量の混合気を形成することができる。
Further, the
また、制御装置15は、1回の吸気行程において燃焼室1から位置P4までの混合気が燃焼室1に吸気される25%出力時には、燃焼室1から位置P4までの領域に配置されている混合気形成部21Aのみにおいて、濃淡分布を有する混合気を形成することで、燃焼室1へ吸気される吸気量V4全域に濃淡分布を発生させた状態で、吸気量V4に合った適切な量の混合気を形成することができる。
Further, the
従って、制御装置15によりスロットルバルブ21の開度に基づいて混合気形成領域調整手段33を制御することで、スロットルバルブ21の開度により決定される燃焼室1への吸気量が変動した場合でも、吸気路6における混合気の残留による燃焼室1に吸気される混合気の均質化を抑制して、NOx生成の抑制を充分に実現すると共に、吸気路6に形成された混合気に続いて燃焼室1に吸気される空気Aにより火炎伝播が阻害されることを抑制し、安定した燃焼状態を維持することができる。
Therefore, even when the amount of intake air to the
〔別実施形態〕
(1)上記実施の形態では、燃料供給機構20における混合気形成領域調整手段33を、複数の開閉弁32の開閉状態を調整することで、吸気路6に形成される混合気の状態を調整するように構成したが、混合気形成領域調整手段33を下記のような別の構成とすることができる。
例えば、上記実施の形態と同様の構成については説明を割愛するが、図2に示すように、吸気管16とケーシング部材24との間に形成された空間を区画することなく1つの燃料供給室27として形成し、開閉弁32を設けた1つの燃料供給路31から燃料供給室27に燃料Gを供給する。
更に、吸気管16の内部には、筒状で吸気管16の管軸方向にスライド可能なスライド管41が、燃焼室1に近い側端部を燃焼供給機構20側に配置する状態で内挿されている。よって、このスライド管41の燃焼室1に近い側端部よりも燃焼室1よりも遠い側に配置された供給孔22が、このスライド管41により塞がれることにより、その供給孔22から吸気路6への燃料Gの噴出が阻止される。
また、このスライド管41から外部に突出した操作部42に接続され、制御装置15の指令によりスライド管41を吸気管16の管軸方向にスライドさせるアクチュエータ48が設けられており、このアクチュエータ48によりスライド管41を管軸方向にスライドさせることで、燃料供給機構20においてスライド管41により吸気路6への燃料Gの噴出が阻止される供給孔22の領域を変更することができる。
即ち、上記のようなスライド管41及びアクチュエータ48により、燃料供給機構20において、吸気路6に濃淡分布を有するように形成される混合気の吸気路6での流れ方向における長さや後端部の位置などの混合気形成領域の状態を調整可能な混合気形成領域調整手段33を構成することができる。
[Another embodiment]
(1) In the above embodiment, the air-fuel mixture formation region adjusting means 33 in the
For example, the description of the configuration similar to that of the above embodiment is omitted, but as shown in FIG. 2, one fuel supply chamber is formed without partitioning the space formed between the
Further, inside the
In addition, an
That is, by the
(2)上記実施の形態では、本発明に係る燃料供給機構20を火花点火式エンジンに適用した例について説明したが、別に、本発明に係る燃料供給機構20を、例えば吸気路から吸気した混合気を燃焼室にて圧縮して自己着火させる予混合圧縮着火エンジン等の別の形式のエンジンに適用しても構わない。
(2) In the above-described embodiment, an example in which the
(3)上記の実施形態では、燃料Gとして天然ガスを用いたが、燃料として、天然ガス以外の気体燃料等を用いることができる。 (3) In the above embodiment, natural gas is used as the fuel G, but gaseous fuel other than natural gas can be used as the fuel.
1:燃焼室
6:吸気路
15:制御装置(制御手段)
16:吸気管
21,21A,21B,21C,21D:混合気形成部
22:供給孔
27:燃料供給室
31:燃料供給路
32:開閉弁
33:混合気形成領域調整手段
40:混合気形成領域調整手段
41:スライド管
48:アクチュエータ
A:空気(酸素含有ガス)
G:燃料
1: Combustion chamber 6: Intake passage 15: Control device (control means)
16:
G: Fuel
Claims (7)
前記混合気形成部の複数が、前記吸気路での流れ方向に沿って並設され、
前記夫々の混合気形成部における燃料供給を調整して、前記吸気路における混合気の形成領域の状態を調整可能な混合気形成領域調整手段を備えた燃料供給機構。 In the intake passage through which the oxygen-containing gas supplied to the combustion chamber of the engine flows, the flow of the oxygen-containing gas in the intake passage is stopped from a plurality of supply holes distributed along the flow direction in the intake passage. A fuel supply mechanism comprising an air-fuel mixture forming section that ejects fuel in a direction intersecting a flow direction in the intake passage at a time to form an air-fuel mixture having a concentration distribution in the intake passage. ,
A plurality of the air-fuel mixture forming portions are juxtaposed along a flow direction in the intake passage
A fuel supply mechanism comprising an air-fuel mixture forming region adjusting means capable of adjusting a fuel supply in each of the air-fuel mixture forming portions and adjusting a state of the air-fuel mixture forming region in the intake passage.
前記吸気路に設けられたスロットルバルブの開度に基づいて、前記混合気形成領域調整手段を制御する制御手段を備えたエンジン。 An engine comprising the fuel supply mechanism according to any one of claims 1 to 4,
An engine comprising control means for controlling the air-fuel mixture formation region adjusting means based on an opening of a throttle valve provided in the intake passage.
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- 2004-02-03 JP JP2004026646A patent/JP2005220749A/en active Pending
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