JP2006242172A - Engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、上部に点火プラグを有する燃焼室と、前記燃焼室に吸気される混合気が流通する吸気路と、前記吸気路に燃料ガスを所定の供給圧で供給して前記混合気を形成する混合部とを備えたエンジンに関する。 The present invention includes a combustion chamber having an ignition plug at an upper portion, an intake passage through which an air-fuel mixture sucked into the combustion chamber flows, and fuel gas is supplied to the intake passage at a predetermined supply pressure to form the air-fuel mixture The present invention relates to an engine including a mixing unit.
燃料として気体の燃料ガスを用いたエンジンにおいて、吸気路において脈動している空気に対して、混合部から所定の供給圧で燃料ガスを供給することにより、吸気路に、高当量比の濃混合気と、低当量比の淡混合気とからなる濃淡分布が形成される。 In an engine using gaseous fuel gas as fuel, high-equivalent ratio rich mixing is performed in the intake passage by supplying fuel gas at a predetermined supply pressure from the mixing section to air pulsating in the intake passage. A light and dark distribution consisting of air and a light mixture with a low equivalent ratio is formed.
即ち、吸気路において空気の流れが停止している時期、即ち吸気行程以外の時期に、混合部から吸気路に燃料ガスが供給されると、空気に対する燃料ガスの供給量が多くなることから上記濃混合気が形成され、一方、吸気路において空気が流れている時期、即ち吸気行程の時期に、混合部から吸気路に燃料ガスが供給されると、空気に対する燃料ガスの供給量が少なくなることから上記淡混合気が形成される。結果、吸気路には、燃焼室における1サイクルあたりの吸気容積に相当する間隔で、上記濃混合気と上記淡混合気とからなる濃淡分布が出現する状態となる(例えば、特許文献1を参照。)。 That is, if fuel gas is supplied from the mixing section to the intake passage at a time when the air flow is stopped in the intake passage, that is, at a time other than the intake stroke, the amount of fuel gas supplied to the air increases. On the other hand, if fuel gas is supplied from the mixing section to the intake passage at the time when air flows in the intake passage, that is, the intake stroke, the amount of fuel gas supplied to the air decreases. Thus, the light mixture is formed. As a result, in the intake passage, a density distribution composed of the rich mixture and the light mixture appears at intervals corresponding to the intake volume per cycle in the combustion chamber (see, for example, Patent Document 1). .)
従来、燃焼室において、上部の点火プラグ付近の点火領域には濃混合気を存在させ、その他の否点火領域には淡混合気を存在させて、点火領域の濃混合気を点火プラグにより容易に点火して燃焼させ、その安定した燃焼により淡混合気を燃焼させる所謂成層燃焼を行うエンジンが知られている。
かかる成層燃焼を行うエンジンは、例えば燃焼室で燃焼される混合気の全体的な当量比を低くした場合において、濃混合気の安定した燃焼により、確実に淡混合気を燃焼させて、安定した燃焼状態を実現でき、CO(一酸化炭素)及びTHC(未燃炭化水素)の排出を抑制することができる。
Conventionally, in a combustion chamber, a rich mixture is present in the ignition region near the upper spark plug, and a light mixture is present in the other non-ignition regions. There is known an engine that performs so-called stratified combustion in which a light mixture is combusted by ignition and combustion, and the stable combustion.
In an engine that performs stratified combustion, for example, when the overall equivalence ratio of the air-fuel mixture combusted in the combustion chamber is lowered, the light air-fuel mixture is reliably combusted by the stable combustion of the rich air-fuel mixture, and stable. A combustion state can be realized and emission of CO (carbon monoxide) and THC (unburned hydrocarbon) can be suppressed.
また、従来、燃焼室全体に、当量比が略均質な均質混合気を存在させ、その均質混合気を点火プラグにより点火して燃焼させる所謂均質燃焼を行うエンジンが知られている。
かかる均質燃焼を行うエンジンは、例えば燃焼室で燃焼される混合気の全体的な当量比を高くした場合において、一部の混合気の当量比が過剰に高くなることを防止して、NOx(窒素酸化物)の排出を抑制することができる。
Conventionally, there has been known an engine that performs so-called homogeneous combustion in which a homogeneous mixture having a substantially uniform equivalence ratio is present in the entire combustion chamber, and the homogeneous mixture is ignited by a spark plug for combustion.
In an engine that performs such homogeneous combustion, for example, when the overall equivalence ratio of the air-fuel mixture burned in the combustion chamber is increased, the equivalent ratio of some of the air-fuel mixture is prevented from becoming excessively high, and NOx ( The emission of nitrogen oxides can be suppressed.
しかしながら、燃料として天然ガス等の気体の燃料ガスを用い、吸気路に濃淡分布を有する混合気が形成されるエンジンにおいて、その濃淡分布を良好に維持すると共に濃混合気を燃焼室上部の点火領域に偏在させる状態で、その混合気を燃焼室に吸気して、成層燃焼を行うための簡単且つ適当な技術は確立されていない。
また、同エンジンにおいて、その濃淡分布を解消して均質化した状態で、燃焼室に混合気を吸気して、均質燃焼を行うための簡単且つ適当な技術についても確立されていない。
However, in an engine in which a gaseous fuel gas such as natural gas is used as a fuel and an air-fuel mixture having a light and shade distribution is formed in the intake passage, the light and dark distribution is maintained well, and the air-fuel mixture is ignited in the ignition region above the combustion chamber. However, a simple and appropriate technique for performing stratified combustion by sucking the air-fuel mixture into the combustion chamber while being unevenly distributed is not established.
Further, in the engine, a simple and appropriate technique for inhaling the air-fuel mixture into the combustion chamber in a state in which the density distribution is eliminated and homogenized and performing homogeneous combustion has not been established.
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料として気体の燃料ガスを用いたエンジンにおいて、脈動している空気に対して混合部から所定の供給圧から前記吸気路に燃料ガスを供給することにより、吸気路に濃淡分布を有する混合気を形成する場合において、その濃淡分布の状態を簡単且つ適切にコントロールした状態で、その混合気を燃焼室に吸気して、適宜、上述した成層燃焼や上述した均質燃焼を行うことができる技術を確立する点にある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to obtain the intake air from a predetermined supply pressure from a mixing section with respect to pulsating air in an engine using gaseous fuel gas as fuel. When an air-fuel mixture having a concentration distribution is formed in the intake passage by supplying fuel gas to the passage, the air-fuel mixture is sucked into the combustion chamber while the state of the concentration distribution is controlled easily and appropriately. The point is to establish a technique capable of performing the above-described stratified combustion and the above-described homogeneous combustion as appropriate.
上記目的を達成するための本発明に係るエンジンは、上部に点火プラグを有する燃焼室と、前記燃焼室に吸気される混合気が流通する吸気路と、前記吸気路に燃料ガスを所定の供給圧で供給して前記混合気を形成する混合部とを備えたエンジンであって、その第1特徴構成は、前記吸気路において前記混合部から前記燃焼室の入口までの容積を混合気経路容積、前記燃焼室における1サイクルあたりの吸気容積を1サイクル吸気容積、前記混合気経路容積の前記1サイクル吸気容積に対する割合を吸気経路割合とし、
前記混合部として、前記吸気経路割合が0.5以上且つ1.0未満の範囲内又は1.5以上2未満の範囲内となる成層燃焼用混合部を備え、前記成層燃焼用混合部から前記吸気路に燃料ガスを供給して成層燃焼を行うように構成された点にある。
In order to achieve the above object, an engine according to the present invention includes a combustion chamber having an ignition plug at an upper portion, an intake passage through which an air-fuel mixture sucked into the combustion chamber flows, and a predetermined supply of fuel gas to the intake passage An engine including a mixing unit that supplies the mixture by pressure to form the mixture, wherein the first characteristic configuration is that the volume from the mixing unit to the inlet of the combustion chamber in the intake passage is a mixture passage volume , The intake volume per cycle in the combustion chamber is defined as one cycle intake volume, and the ratio of the mixture path volume to the one cycle intake volume is defined as an intake path ratio.
The mixing section includes a stratified combustion mixing section in which the intake path ratio is in the range of 0.5 or more and less than 1.0 or in the range of 1.5 or more and less than 2, from the stratified combustion mixing section to the above The stratified charge combustion is performed by supplying fuel gas to the intake passage.
上記第1特徴構成によれば、吸気路において、上記のような吸気経路割合を有する成層燃焼用混合部を設け、その成層燃焼用混合部から前記吸気路に燃料ガスを供給することで、その濃淡分布を良好に維持すると共に濃混合気を燃焼室上部の点火領域に偏在させる状態で、その混合気を燃焼室に吸気して、成層燃焼を行い、安定した燃焼状態を実現でき、CO及びTHCの排出を抑制することができる。 According to the first characteristic configuration, the stratified combustion mixing portion having the intake path ratio as described above is provided in the intake passage, and fuel gas is supplied from the stratified combustion mixing portion to the intake passage. In a state where the concentration distribution is well maintained and the rich mixture is unevenly distributed in the ignition region at the upper part of the combustion chamber, the mixture is sucked into the combustion chamber to perform stratified combustion, and a stable combustion state can be realized. The discharge of THC can be suppressed.
即ち、上記吸気経路割合が、0.5以上且つ1.0未満の範囲内又は1.5以上2未満の範囲内である成層燃焼用混合部から前記吸気路に燃料ガスを供給すると、吸気路において空気の流れが停止している時期、即ち吸気行程以外の時期に、混合部付近に形成された混合気の濃淡分布における濃混合気の多くは、新気流の影響が比較的少ない吸気行程の後期に燃焼室に吸気されることになるので、その濃混合気の拡散を抑制した状態でその混合気を燃焼室に吸気すると共に、吸気行程の後期に燃焼室に吸気される濃混合気を燃焼室上部の点火領域に偏在させることができる。
よって、例えば燃焼室で燃焼される混合気の全体的な当量比を低くした場合でも、点火領域の濃混合気を点火プラグにより容易に点火して燃焼させ、その安定した燃焼により淡混合気を燃焼させる所謂成層燃焼を行って、安定した燃焼状態を実現でき、CO及びTHCの排出を抑制することができる。
That is, when the fuel gas is supplied to the intake passage from the stratified combustion mixing portion in which the intake passage ratio is in the range of 0.5 or more and less than 1.0 or in the range of 1.5 or more and less than 2, the intake passage In the period when the air flow is stopped, that is, other than the intake stroke, most of the rich mixture in the concentration distribution of the mixture formed in the vicinity of the mixing section is in the intake stroke where the influence of the new airflow is relatively small. Since the air is sucked into the combustion chamber in the later stage, the air-fuel mixture is sucked into the combustion chamber while suppressing the diffusion of the rich air-fuel mixture, and the air-fuel mixture sucked into the combustion chamber in the later stage of the intake stroke It can be unevenly distributed in the ignition region at the upper part of the combustion chamber.
Therefore, for example, even when the overall equivalence ratio of the air-fuel mixture burned in the combustion chamber is lowered, the rich air-fuel mixture in the ignition region is easily ignited and burned by the spark plug, and the light air-fuel mixture is burned by the stable combustion. By performing so-called stratified combustion for combustion, a stable combustion state can be realized, and the emission of CO and THC can be suppressed.
また、成層燃焼用混合部の吸気経路割合を0.5以上且つ1.0未満の範囲内とすれば、成層燃焼用混合部付近に形成された混合気の濃淡分布における濃混合気の多くを、次の吸気行程という非常に短い時間で燃焼室に吸気することができるので、吸気路において濃混合気の拡散を一層抑制して、良好な成層燃焼を実現することができる。 Further, if the intake path ratio of the stratified combustion mixing section is within the range of 0.5 or more and less than 1.0, most of the rich mixture in the concentration distribution of the mixed gas formed near the stratified combustion mixing section is reduced. Since the combustion chamber can be sucked into the combustion chamber in a very short time of the next intake stroke, the diffusion of the rich mixture can be further suppressed in the intake passage, and good stratified combustion can be realized.
本発明に係るエンジンの第2特徴構成は、上記第1特徴構成に加えて、前記燃焼室から排出される排ガスを前記成層燃焼用混合部に供給される燃料ガスに混合するEGR手段を備えた点にある。 In addition to the first characteristic configuration, the second characteristic configuration of the engine according to the present invention includes EGR means for mixing the exhaust gas discharged from the combustion chamber with the fuel gas supplied to the stratified combustion mixing section. In the point.
上記第2特徴構成によれば、上記EGR手段により、燃焼室から排出される排ガスを、吸気路又は燃焼室に対して直接供給するのではなく、成層燃焼用混合部により吸気路に供給される前の燃料ガスに混合することから前記吸気路に燃料ガスと共に排ガスが高濃度な濃混合気と燃料ガスと共に排ガスが低濃度な淡混合気とからなる濃淡分布を有する混合気を、その濃混合気の拡散を抑制した状態で燃焼室に吸気して、燃焼室上部の点火領域に多くの排ガスが混合された濃混合気を偏在させることができる。
そして、このような混合気を成層燃焼させることで、点火領域に偏在する濃混合気に多くの排ガスが混合されているので、その濃混合気の比熱を増加させて燃焼温度の上昇を抑制し、NOxの排出を抑制することができ、一方、淡混合気には排ガスがあまり混合されていないので、その淡混合気の燃焼が排ガスにより阻害されることを抑制して、CO及びTHCの排出を抑制することができる。
According to the second characteristic configuration, the exhaust gas discharged from the combustion chamber is not directly supplied to the intake passage or the combustion chamber by the EGR means, but is supplied to the intake passage by the stratified combustion mixing section. Since the fuel gas is mixed with the previous fuel gas, the air-fuel mixture having a concentration distribution consisting of a high-concentration rich mixture with exhaust gas together with the fuel gas and a light mixture with low concentration of exhaust gas together with the fuel gas is mixed into the intake passage. It is possible to make the rich air-fuel mixture in which a large amount of exhaust gas is mixed in the ignition region above the combustion chamber unevenly distributed by sucking into the combustion chamber while suppressing the diffusion of the gas.
And, by stratifying combustion of such an air-fuel mixture, a large amount of exhaust gas is mixed with the rich air-fuel mixture that is unevenly distributed in the ignition region, so that the specific heat of the rich air-fuel mixture is increased to suppress an increase in combustion temperature. NOx emissions can be suppressed, while exhaust gas is not mixed so much with the light mixture, so that the combustion of the light mixture is inhibited from being inhibited by the exhaust gas, and CO and THC emissions are suppressed. Can be suppressed.
本発明に係るエンジンの第3特徴構成は、前記吸気路において前記混合部から前記燃焼室の入口までの容積を混合気経路容積、前記燃焼室における1サイクルあたりの吸気容積を1サイクル吸気容積、前記混合気経路容積の前記1サイクル吸気容積に対する割合を吸気経路割合とし、
前記混合部として、前記吸気経路割合が0.5未満の範囲内、1.0以上且つ1.5未満の範囲内又は2以上の範囲内となる均質燃焼用混合部を備え、前記均質燃焼用混合部から前記吸気路に燃料ガスを供給して均質燃焼を行うように構成されている点にある。
A third characteristic configuration of the engine according to the present invention is that the volume from the mixing unit to the inlet of the combustion chamber in the intake passage is a mixture path volume, the intake volume per cycle in the combustion chamber is a one-cycle intake volume, The ratio of the mixture path volume to the one-cycle intake volume is the intake path ratio,
The mixing section includes a homogeneous combustion mixing section in which the intake path ratio is in a range of less than 0.5, in a range of 1.0 or more and less than 1.5, or in a range of 2 or more. The fuel gas is supplied from the mixing unit to the intake passage to perform homogeneous combustion.
上記第3特徴構成によれば、吸気路において、上記のような吸気経路割合を有する均質燃焼用混合部を設け、その均質燃焼用混合部から吸気路に燃料ガスを供給することで、その濃淡分布を解消して均質化した状態で、燃焼室に混合気を吸気して、均質燃焼を行い、NOxの排出を抑制することができる。 According to the third characteristic configuration described above, the homogeneous combustion mixing portion having the intake path ratio as described above is provided in the intake passage, and the fuel gas is supplied from the homogeneous combustion mixing portion to the intake passage. In a state in which the distribution is eliminated and homogenized, the air-fuel mixture is sucked into the combustion chamber to perform homogeneous combustion, and NOx emission can be suppressed.
即ち、上記吸気経路割合が0.5未満の範囲内又は1.0以上且つ1.5未満の範囲内である均質燃焼用混合部から吸気路に燃料ガスを供給すると、吸気路において空気の流れが停止している時期、即ち吸気行程以外の時期に、混合部付近に形成された混合気の濃淡分布における濃混合気の多くは、新気流の影響が比較的大きい吸気行程の初期に燃焼室に吸気されることになるので、その新気流により濃混合気の拡散が促進され、混合気を均質化した状態でその混合気を燃焼室に吸気することができる。
また、上記吸気経路割合が2.0以上の範囲内である均質燃焼用混合部から吸気路に燃料ガスを供給すると、均質燃焼用混合部付近に形成された混合気の濃淡分布における濃混合気の多くを、3サイクル以上先の吸気行程という非常に長い時間で燃焼室に吸気することができるので、吸気路において濃混合気の拡散を一層促進して、混合気を均質化した状態でその混合気を燃焼室に吸気することができる。
よって、例えば燃焼室で燃焼される混合気の全体的な当量比を高くした場合でも、その均質混合気を点火プラグにより点火して燃焼させる所謂均質燃焼を行って、一部の混合気の当量比が過剰に高くなることを防止して、NOxの排出を抑制することができる。
That is, when the fuel gas is supplied to the intake passage from the homogeneous combustion mixing portion in which the intake passage ratio is less than 0.5 or within the range of 1.0 or more and less than 1.5, the flow of air in the intake passage During the period when the engine is stopped, that is, at a time other than the intake stroke, most of the rich mixture in the concentration distribution of the mixture formed in the vicinity of the mixing section Therefore, the diffusion of the rich air-fuel mixture is promoted by the new air flow, and the air-fuel mixture can be sucked into the combustion chamber with the air-fuel mixture homogenized.
In addition, when fuel gas is supplied to the intake passage from the homogeneous combustion mixing section where the intake path ratio is in the range of 2.0 or more, the rich mixture in the concentration distribution of the air-fuel mixture formed near the homogeneous combustion mixing section Most of the fuel can be sucked into the combustion chamber in an extremely long time of three or more cycles ahead, so that the diffusion of the rich mixture is further promoted in the intake passage and the mixture is homogenized. The air-fuel mixture can be sucked into the combustion chamber.
Therefore, for example, even when the overall equivalence ratio of the air-fuel mixture combusted in the combustion chamber is increased, so-called homogeneous combustion is performed in which the air-fuel mixture is ignited by a spark plug and burned, and the equivalence of a part of the air-fuel mixture The ratio can be prevented from becoming excessively high, and NOx emission can be suppressed.
本発明に係るエンジンの第4特徴構成は、上記第3特徴構成に加えて、前記燃焼室から排出される排ガスを前記均質燃焼用混合部に供給される燃料ガスに混合するEGR手段を備えた点にある。 A fourth characteristic configuration of the engine according to the present invention includes, in addition to the third characteristic configuration, EGR means for mixing the exhaust gas discharged from the combustion chamber with the fuel gas supplied to the homogeneous combustion mixing unit. In the point.
上記第4特徴構成によれば、上記EGR手段により、燃焼室から排出される排ガスを、吸気路又は燃焼室に対して直接供給するのではなく、均質燃焼用混合部により吸気路に供給される前の燃料ガスに混合することから前記吸気路に燃料ガスと共に排ガスが高濃度な濃混合気と燃料ガスと共に排ガスが低濃度な淡混合気とからなる濃淡分布を有する混合気を、その濃混合気の拡散を促進して均質化した状態で燃焼室に吸気して、燃焼室に燃料ガスと共に排ガスが均質な混合気を形成することができる。
そして、このような混合気を均質燃焼させることで、燃焼室に存在する混合気に均質に排ガスが混合されているので、一部の混合気に混合される排ガスが過剰に薄くなることを防止して、NOxの排出を抑制しながら、一部の混合気に混合される排ガスが過剰に濃くなることを防止して、CO及びTHCの排出を抑制することができる。
According to the fourth feature, the exhaust gas discharged from the combustion chamber is not directly supplied to the intake passage or the combustion chamber by the EGR means, but is supplied to the intake passage by the homogeneous combustion mixing section. Since the fuel gas is mixed with the previous fuel gas, the air-fuel mixture having a concentration distribution consisting of a high-concentration rich mixture with exhaust gas together with the fuel gas and a light mixture with low concentration of exhaust gas together with the fuel gas is mixed into the intake passage. The combustion is sucked into the combustion chamber in a homogenized state by promoting the diffusion of the gas, and the fuel gas and the exhaust gas can form a homogeneous mixture in the combustion chamber.
And by making such an air-fuel mixture homogeneously combust, exhaust gas is homogeneously mixed with the air-fuel mixture present in the combustion chamber, so that the exhaust gas mixed with some of the air-fuel mixture is prevented from becoming excessively thin. Then, while suppressing the emission of NOx, the exhaust gas mixed in a part of the air-fuel mixture can be prevented from becoming excessively thick, and the emission of CO and THC can be suppressed.
本発明に係るエンジンの第5特徴構成は、前記吸気路において前記混合部から前記燃焼室の入口までの容積を混合気経路容積、前記燃焼室における1サイクルあたりの吸気容積を1サイクル吸気容積、前記混合気経路容積の前記1サイクル吸気容積に対する割合を吸気経路割合とし、
前記混合部として、前記吸気経路割合が0.5以上且つ1.0未満の範囲内又は1.5以上2未満の範囲内となる成層燃焼用混合部と、前記吸気経路割合が0.5未満の範囲内、1.0以上且つ1.5未満の範囲内又は2以上の範囲内となる均質燃焼用混合部とを備え、
前記成層燃焼用混合部から前記吸気路に燃料ガスを供給して成層燃焼を行う成層燃焼運転モードと、前記均質燃焼用混合部から前記吸気路に燃料ガスを供給して均質燃焼を行う均質燃焼運転モードとを切り換える運転モード切換手段を備え、
前記燃焼室で燃焼する混合気の当量比に基づいて前記運転モード切換手段を制御する制御手段を備えた点にある。
According to a fifth characteristic configuration of the engine of the present invention, the volume from the mixing portion to the inlet of the combustion chamber in the intake passage is a mixture path volume, the intake volume per cycle in the combustion chamber is a one-cycle intake volume, The ratio of the mixture path volume to the one-cycle intake volume is the intake path ratio,
As the mixing section, the stratified combustion mixing section in which the intake path ratio is in the range of 0.5 or more and less than 1.0 or in the range of 1.5 or more and less than 2, and the intake path ratio is less than 0.5 In the range of 1.0 or more and less than 1.5 or in the range of 2 or more, and a homogeneous combustion mixing section,
Stratified combustion operation mode in which fuel gas is supplied from the stratified combustion mixing section to the intake passage to perform stratified combustion, and homogeneous combustion in which fuel gas is supplied from the homogeneous combustion mixing section to the intake passage to perform homogeneous combustion An operation mode switching means for switching between operation modes is provided,
There is a control means for controlling the operation mode switching means based on the equivalence ratio of the air-fuel mixture combusted in the combustion chamber.
上記第5特徴構成によれば、上記成層燃焼用混合部と上記均質燃焼用混合部とを設けることから、上記第1乃至第4特徴構成と同様の作用効果を発揮することができ、更に、上記制御手段により、燃焼室で燃焼する混合気の当量比に基づいて運転モード切換手段を制御して上記成層燃焼運転モードと上記均質燃焼運転モードとを切り換えることで、当量比に合わせて適切な運転モードで運転を行うことができる。 According to the fifth characteristic configuration, since the stratified combustion mixing section and the homogeneous combustion mixing section are provided, the same operational effects as the first to fourth characteristic configurations can be exhibited. The control means controls the operation mode switching means based on the equivalence ratio of the air-fuel mixture combusting in the combustion chamber to switch between the stratified combustion operation mode and the homogeneous combustion operation mode, so Operation can be performed in the operation mode.
本発明に係るエンジンの第6特徴構成は、上記第5特徴構成に加えて、前記制御手段が、前記当量比が低い場合には前記運転状態切換手段を前記成層燃焼運転モードとし、前記当量比が高い場合には前記運転状態切換手段を前記均質燃焼運転モードとする点にある。 According to a sixth characteristic configuration of the engine of the present invention, in addition to the fifth characteristic configuration, the control means sets the operation state switching means to the stratified combustion operation mode when the equivalence ratio is low, and the equivalence ratio Is high, the operation state switching means is in the homogeneous combustion operation mode.
上記第6特徴構成によれば、上記制御手段は、燃焼室で燃焼される混合気の当量比が例えば設定値よりも低い場合には、上記運転モード切換手段により成層燃焼運転モードに切り換えて成層燃焼を行い、安定した燃焼状態を実現し、CO及びTHCの排出を抑制することができる。一方、上記制御手段は、燃焼室で燃焼される混合気の当量比が例えば設定値よりも高い場合には、上記運転モード切換手段により均質燃焼運転モードに切り換えて均質燃焼を行い、一部の混合気の当量比が過剰に高くなることを防止して、NOxの排出を抑制することができる。 According to the sixth feature, when the equivalence ratio of the air-fuel mixture combusted in the combustion chamber is lower than a set value, for example, the control means switches to the stratified combustion operation mode by the operation mode switching means. Combustion is performed, a stable combustion state is realized, and CO and THC emissions can be suppressed. On the other hand, when the equivalence ratio of the air-fuel mixture burned in the combustion chamber is higher than a set value, for example, the control means switches to the homogeneous combustion operation mode by the operation mode switching means and performs homogeneous combustion. The equivalent ratio of the air-fuel mixture can be prevented from becoming excessively high, and NOx emission can be suppressed.
本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
エンジンには、図1等に示すように、シリンダ3の内面とシリンダヘッド4の下面とピストン5の頂面とで規定され、上部に点火プラグ2を有する燃焼室1と、吸気弁6を介して接続され、燃焼室1に吸気される混合気Mが流通する吸気路8と、燃焼室1に排気弁7を介して接続され、燃焼室1から排出された排ガスEが流通する排気路9とが設けられている。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1 and the like, the engine is defined by an inner surface of a
また、ピストン5は、連結棒(図示せず)に揺動自在に連結されており、ピストン5の往復動はその連結棒によって1つのクランク軸(図示せず)の回転運動として得られ、このような構成は通常のエンジンと変わるところが無い。
The
吸気路8を流通する空気Aは、適宜過給機等により過給された後に、混合部11により天然ガス等の気体の燃料ガスGが供給されて混合気Mが形成され、その混合気Mが燃焼室1に吸気される。
After the air A flowing through the
そして、燃焼室1に吸気された混合気Mは、ピストン5の上昇により圧縮された後に、点火プラグ2により火花点火されて燃焼する。
The air-fuel mixture M sucked into the
混合部11は、燃料ガス供給路12から所定の供給圧で供給された燃料ガスGを、吸気路8における空気Aの流れ方向に直交する方向に供給する開口部として形成されている。尚、上記燃料ガスGの供給圧は、吸気路8の圧力よりも若干高い圧力として設定される。
The mixing
更に、吸気路8には、該吸気路8を縮径させたベンチュリ構造を有するミキサ10が設けられ、そのミキサ10に混合部11が設けられている。即ち、吸気路8を流通する空気Aが上記ミキサ10を高速で通過することで、そのミキサ10に設けられた混合部11においてベンチュリ効果としての安定した圧力低下現象が発生することから、そのミキサ10を通過する空気Aに混合部11から良好に燃料ガスGを供給して、混合気Mを形成し易くなる。
Further, the
一方、吸気路8を流通する空気Aの流通状態は、吸気弁6の開閉動作に伴って、サイクル周期で周期的に変動する。即ち、吸気路8において、吸気弁6が開状態となる吸気行程においては、空気Aが燃焼室1に吸い込まれて圧力が低下し、それ以外の行程においては、空気Aが吸い込まれずに圧力が低下しないという、脈動が発生する。
On the other hand, the flow state of the air A flowing through the
よって、混合部11付近の圧力は、上記吸気路8における空気Aの脈動と同期して変化し、具体的には、最も空気Aの流速が大きい吸気行程の中期において、上記混合部11付近の圧力が最も低下することになる。
Therefore, the pressure in the vicinity of the mixing
そして、上記混合部11から吸気路8への燃料ガスGの供給量は、上記のような空気Aの脈動により、サイクル周期で周期的に変化することになる。特に、吸気弁6が閉状態となり吸気路8における空気Aの流れが停止した瞬間には、燃料ガスGの流れにおける慣性により、空気Aに対して多くの燃料ガスGが供給されることになる。よって、吸気路8には、前記吸気路8に燃料ガスGが他の部分よりも濃い高当量比の濃混合気Rと、その濃混合気よりも燃料ガスGが薄い低当量比の淡混合気Lとが、流れ方向に沿って燃焼室1における1サイクルあたりの吸気容積に相当する間隔で交互に発現する所謂濃淡分布を有する混合気が形成されることになる。そして、吸気路8の次の吸気行程において燃焼室1に吸気される混合気Mが存在する吸気領域IAの一部には、1つの濃混合気Rが偏在することになる。
The supply amount of the fuel gas G from the mixing
更に、このエンジンは、詳細については後述するが、混合部11として、吸気路8において適切に配置された成層燃焼用混合部11Aや均質燃焼用混合部11Bを設けて、成層燃焼用混合部11Aから吸気路8に燃料ガスGを供給して成層燃焼を行うように構成したり、均質燃焼用混合部11Bから吸気路8に燃料ガスGを供給して均質燃焼を行うように構成されている。
以下、成層燃焼を行う場合のエンジン構成としての第1及び第2実施形態、及び、均質燃焼を行う場合のエンジン構成としての第3及び第4及び第5実施形態について説明する。
尚、以下の説明において、吸気路8において混合部11から燃焼室1の入口までの容積を混合気経路容積(VL)、燃焼室1における1サイクルあたりの吸気容積を1サイクル吸気容積(VG)、その混合気経路容積(VL)の1サイクル吸気容積(VG)に対する割合を吸気経路割合(VL/VG)と呼ぶ。また、上記1サイクル吸気容積(VG)は、吸気路8の次の吸気行程において燃焼室1に吸気される混合気Mが存在する吸気領域IAの容積に相当し、エンジンの排気量(燃焼室の最大容積と最小容積との差)と充填効率との積として求められる。
Further, as will be described in detail later, this engine is provided with a stratified
Hereinafter, the first and second embodiments as engine configurations in the case of performing stratified combustion and the third, fourth and fifth embodiments as engine configurations in the case of performing homogeneous combustion will be described.
In the following description, the volume from the mixing
〔第1実施形態〕
第1実施形態として、図1に示す成層燃焼を行う場合のエンジン構成について説明する。
[First Embodiment]
As a first embodiment, an engine configuration when performing stratified combustion shown in FIG. 1 will be described.
図1に示すエンジンは、混合部11として、吸気経路割合(VL/VG)が0.5以上且つ1.0未満の範囲内となる成層燃焼用混合部11Aを備え、その成層燃焼用混合部11Aから吸気路8に燃料ガスGを供給して吸気路8に濃淡分布を有する混合気Mを形成するように構成されている。
The engine shown in FIG. 1 includes a stratified
即ち、図1(a)に示すように、吸気行程の開始時期(TDC)には、濃混合気Rの位置が、上記のように設定された成層燃焼用混合部11Aの位置、即ち、次の吸気行程で吸気される混合気Mが存在する吸気領域IAの後端側の位置となる。
そして、その濃混合気Rは、図1(b)に示すように、空気Aの流れが強くなる吸気行程の中間時期(90°ATDC)においては未だ燃焼室1に吸気されず、図1(c)に示すように、空気Aの流れが弱くなる吸気行程の終了時期(BDC)よりも少し前の時期に燃焼室1に吸気されることになる。
よって、濃混合気Rの拡散が抑制され、燃焼室1上部の点火領域に濃混合気Rを偏在させた状態で、混合気Mは燃焼室1に吸気されることになる。
即ち、その点火領域に偏在する濃混合気Rを点火プラグ2により容易に点火して燃焼させて、その安定した燃焼により濃混合気Rの周辺に存在する淡混合気Lを燃焼させる所謂成層燃焼を行うことができ、例えば燃焼室1で燃焼される混合気Mの全体的な当量比を低くした場合においても、安定した燃焼状態を実現できる。
That is, as shown in FIG. 1 (a), at the start time (TDC) of the intake stroke, the position of the rich mixture R is set to the position of the stratified
Then, as shown in FIG. 1 (b), the rich air-fuel mixture R is not yet drawn into the
Therefore, the diffusion of the rich air-fuel mixture R is suppressed, and the air-fuel mixture M is sucked into the
That is, so-called stratified combustion in which the rich mixture R unevenly distributed in the ignition region is easily ignited and burned by the
〔第2実施形態〕
第2実施形態として、図2に示す成層燃焼を行う場合のエンジン構成について説明する。
図2に示すエンジンは、混合部11として、吸気経路割合(VL/VG)が1.5以上且つ2.0未満の範囲内となる成層燃焼用混合部11Aを備え、その成層燃焼用混合部11Aから前記吸気路8に燃料ガスGを供給して吸気路8に濃淡分布を有する混合気Mを形成するように構成されている。
[Second Embodiment]
As a second embodiment, an engine configuration when performing stratified combustion shown in FIG. 2 will be described.
The engine shown in FIG. 2 includes, as the mixing
即ち、図2(a)に示すように、吸気行程の開始時期(TDC)には、濃混合気Rの位置が、上記のように設定された成層燃焼用混合部11Aの位置となることから、2サイクル先の吸気行程の開始時期には、上記第1実施形態と同様に、吸気経路割合(VL/VG)が0.5以上且つ1.0未満の範囲内となる位置、即ち、即ち吸気領域IAの後端側の位置となる。
That is, as shown in FIG. 2 (a), at the start time (TDC) of the intake stroke, the position of the rich mixture R becomes the position of the stratified
よって、図2に示すエンジンにおいても、濃混合気Rの拡散が抑制され、燃焼室1上部の点火領域に濃混合気Rを偏在させた状態で、混合気Mは燃焼室1に吸気されることになるので、成層燃焼を行うことができる。
Therefore, also in the engine shown in FIG. 2, the diffusion of the rich mixture R is suppressed, and the mixture M is sucked into the
上記第1及び第2実施形態のエンジンのNOx排出量及び燃焼安定度について、図3及び図4に基づいて説明する。
図3を参照して、当量比が0.625程度と比較的低い場合(言い換えれば、空気比が1.6程度と比較的高い場合)には、上記第1及び第2実施形態のエンジンの如く、吸気経路割合(VL/VG)が0.5以上且つ1.0未満の範囲内又は1.5以上2未満の範囲内となる成層燃焼用混合部11Aから吸気路8に燃料ガスGを供給して成層燃焼を行うことで、当量比が低いことからNOxの排出量を許容範囲内(図に示す二重線部以下(例えば500ppm以下))に抑制しながら、成層燃焼を行うことにより燃焼安定度を許容範囲内(図に示す二重線部以下(例えば平均有効圧力の変動率(COV)が3%以下))に抑制することができる。
The NOx emission amount and combustion stability of the engines of the first and second embodiments will be described with reference to FIGS.
Referring to FIG. 3, when the equivalence ratio is relatively low as about 0.625 (in other words, when the air ratio is relatively high as about 1.6), the engine of the first and second embodiments described above is used. As described above, the fuel gas G is supplied to the
更に、第1実施形態のエンジンと第2実施形態のエンジンとを比較すると、第1実施形態のエンジンの方が、成層燃焼用混合部11Aの位置が燃焼室1に近いことから、濃混合気Rの拡散を一層抑制でき好ましい成層燃焼を実現できると考えられる。
即ち、図4を参照して、当量比を0.588程度と更に低くする場合(言い換えれば、空気比を1.7程度と更に高くする場合)には、上記第1実施形態の如く、吸気経路割合(VL/VG)が0.5以上且つ1.0未満の範囲内となる成層燃焼用混合部11Aから吸気路8に燃料ガスGを供給して成層燃焼を行うことで、好ましい成層燃焼を行うことにより燃焼安定度を許容範囲内に抑制することができる。
Further, comparing the engine of the first embodiment with the engine of the second embodiment, the engine of the first embodiment has a rich mixture because the position of the stratified
That is, referring to FIG. 4, when the equivalence ratio is further reduced to about 0.588 (in other words, when the air ratio is further increased to about 1.7), the intake air as in the first embodiment is performed. Preferred stratified combustion is achieved by supplying the fuel gas G to the
また、これら第1及び第2実施形態の成層燃焼を行うエンジンには、排気路9と燃料ガス供給路12とを接続するEGR路15Aが設けられている。
Further, the engine that performs stratified combustion in the first and second embodiments is provided with an
即ち、このEGR路15Aは、燃焼室1から排出される排ガスEの一部を吸気路8に還流するEGR手段として機能すると共に、排ガスEを成層燃焼用混合部11Aに供給される燃料ガスGに混合するように構成される。
よって、成層燃焼用混合部11Aに形成された濃混合気Rは、燃料ガスGと共に排ガスEが高濃度な状態となり、一方、淡混合気Lは燃料ガスGと共に排ガスEが低濃度な状態となる。
That is, the
Therefore, the rich mixture R formed in the stratified
そして、このような混合気Mを燃焼室において成層燃焼させることで、濃混合気Rにおいては、高濃度の燃料ガスGの燃焼による温度上昇を高濃度の排ガスEにより十分に抑制して、濃混合気Rの燃焼によるNOxの排出を抑制することができ、一方、淡混合気Lにおいては、低濃度の燃料ガスGの燃焼を排ガスEにより阻害される抑制して安定したものとすることができる。
また、EGR路15AにはEGR量調整弁16Aが設けられており、EGR量調整弁16Aの開度を調整して燃料ガス供給路12への排ガスEの供給量であるEGR量を制御することができる。
Then, by stratifying combustion of such an air-fuel mixture M in the combustion chamber, in the rich air-fuel mixture R, the temperature rise due to combustion of the high-concentration fuel gas G is sufficiently suppressed by the high-concentration exhaust gas E, The emission of NOx due to the combustion of the air-fuel mixture R can be suppressed. On the other hand, in the light air-fuel mixture L, the combustion of the low-concentration fuel gas G can be inhibited by the exhaust gas E and stabilized. it can.
Further, an EGR
〔第3実施形態〕
第3実施形態として、図5に示す均質燃焼を行う場合のエンジン構成について説明する。
図5に示すエンジンは、混合部11として、吸気経路割合(VL/VG)が2.0以上の範囲内となる均質燃焼用混合部11Bを備え、その均質燃焼用混合部11Bから前記吸気路8に燃料ガスGを供給して吸気路8に濃淡分布を有する混合気Mを形成するように構成されている。
[Third Embodiment]
As a third embodiment, an engine configuration when performing homogeneous combustion shown in FIG. 5 will be described.
The engine shown in FIG. 5 includes, as the mixing
即ち、図5(a)に示すように、吸気行程の開始時期(TDC)には、濃混合気Rの位置が、上記のように設定された均質燃焼用混合部11Bの位置、即ち燃焼室1から十分に離間した位置となる。
そして、その濃混合気Rは、吸気路8において、3サイクル以上先の吸気行程の開始時期までに十分に拡散が促進されて、吸気領域IAに到達することになるので、吸気領域IAには比較的均質な混合気Mが存在することになる。よって、図5(b)及び図5(c)に示すように、その均質な混合気Mが燃焼室1に吸気されることになる。
即ち、燃焼室1全体に、その均質な混合気Mを点火プラグ2により点火して燃焼させる所謂均質燃焼を行うことができ、例えば燃焼室1で燃焼される混合気Mの全体的な当量比を高くした場合においても、一部の混合気Mの当量比が過剰に高くなることによるNOxの排出を抑制することができる。
That is, as shown in FIG. 5A, at the start time (TDC) of the intake stroke, the position of the rich mixture R is set to the position of the homogeneous
Then, the rich air-fuel mixture R is sufficiently diffused and reaches the intake area IA in the
That is, so-called homogeneous combustion can be performed in which the homogeneous air-fuel mixture M is ignited by the
〔第4実施形態〕
第4実施形態として、図6に示す均質燃焼を行う場合のエンジン構成について説明する。
図6に示すエンジンは、混合部11として、吸気経路割合(VL/VG)が0.5未満の範囲内となる均質燃焼用混合部11Bを備え、その均質燃焼用混合部11Bから前記吸気路8に燃料ガスGを供給して吸気路8に濃淡分布を有する混合気Mを形成するように構成されている。
[Fourth Embodiment]
As a fourth embodiment, an engine configuration when performing homogeneous combustion shown in FIG. 6 will be described.
The engine shown in FIG. 6 includes, as the mixing
即ち、図6(a)に示すように、吸気行程の開始時期(TDC)には、濃混合気Rの位置が、上記のように設定された均質燃焼用混合部11Bの位置、即ち、吸気領域IAの前端側の位置となる。
That is, as shown in FIG. 6A, at the start time (TDC) of the intake stroke, the position of the rich mixture R is set to the position of the homogeneous
そして、その濃混合気Rは、図6(b)に示すように、空気Aの流れが強くなる吸気行程の中間時期(90°ATDC)において燃焼室1に吸気されて、その空気Aの流れにより拡散を促進させることができるので、図6(c)に示すように、燃焼室1に均質な混合気Mを吸気することができる。
即ち、上記第3実施形態と同様に、燃焼室1全体に、その均質な混合気Mを点火プラグ2により点火して燃焼させる所謂均質燃焼を行うことができる。
Then, as shown in FIG. 6B, the rich air-fuel mixture R is sucked into the
That is, as in the third embodiment, so-called homogeneous combustion can be performed in which the homogeneous air-fuel mixture M is ignited by the
また、混合部11として、吸気経路割合(VL/VG)が1.0以上且つ1.5未満の範囲内となる均質燃焼用混合部11Bを備え、その均質燃焼用混合部11Bから前記吸気路8に燃料ガスGを供給して吸気路8に濃淡分布を有する混合気Mを形成するように構成した場合でも、2サイクル先の吸気行程の開始時期には、上記第4実施形態と同様に、濃混合気Rの位置が吸気領域IAの前端側の位置となることから、燃焼室1に均質な混合気Mを吸気して均質燃焼を行うことができる。
Further, the mixing
上記第3及び第4実施形態のエンジンのNOx排出量及び燃焼安定度について、図7に基づいて説明する。
図7を参照して、当量比が0.714程度と比較的高い場合(言い換えれば、空気比が1.4程度と比較的低い場合)には、上記第3及び第4実施形態のエンジンの如く、吸気経路割合(VL/VG)が0.5未満の範囲内、1.0以上且つ1.5未満の範囲内又は2以上の範囲内となる均質燃焼用混合部11Bから吸気路8に燃料ガスGを供給して均質燃焼を行うことで、当量比が高いことから燃焼安定度を許容範囲内(図に示す二重線部以下(例えば平均有効圧力の変動率(COV)が3%以下))に抑制しながら、均質燃焼を行うことによりNOxの排出量を許容範囲内(図に示す二重線部以下(例えば500ppm以下))に抑制することができる。
The NOx emission amount and combustion stability of the engines of the third and fourth embodiments will be described with reference to FIG.
Referring to FIG. 7, when the equivalence ratio is relatively high at about 0.714 (in other words, when the air ratio is relatively low at about 1.4), the engine of the third and fourth embodiments described above is used. As described above, the homogeneous
更に、第3実施形態のエンジンと第4実施形態のエンジンとを比較すると、第3実施形態のエンジンの方が、均質燃焼用混合部11Bの位置が燃焼室1から遠いことから、濃混合気Rの拡散を一層促進でき好ましい均質燃焼を実現できると考えられる。
Further, comparing the engine of the third embodiment and the engine of the fourth embodiment, the engine of the third embodiment has a rich mixture because the position of the homogeneous
〔第5実施形態〕
第5実施形態として、図8に示す均質燃焼を行う場合のエンジン構成について説明する。
上述した第2実施形態のエンジン(図2を参照。)では、吸気経路割合(VL/VG)が1.5以上且つ2.0未満の範囲内となる混合部11が、成層燃焼用混合部11Aとして機能する場合について説明したが、このように吸気経路割合(VL/VG)が1以上である混合部11については、図8に示すように、吸気路8における混合部11の下流側にスロットルバルブ14などの濃混合気Rの拡散を促進するものが設置されている場合には、上記第2実施形態のような成層燃焼用混合部11Aではなく、上述した第3及び第4実施形態のように、燃焼室1全体に均質な混合気Mを形成するための均質燃焼用混合部11Bとして機能する場合がある。
[Fifth Embodiment]
As a fifth embodiment, an engine configuration when performing homogeneous combustion shown in FIG. 8 will be described.
In the engine of the second embodiment described above (see FIG. 2), the mixing
即ち、その均質燃焼用混合部11Bから吸気路8に燃料ガスGを供給して吸気路8に濃淡分布を有する混合気Mが形成される。そして、図8(a)に示すように、吸気行程の開始時期(TDC)には、濃混合気Rの位置が、上記のように設定された均質燃焼用混合部11Bの位置、即ち燃焼室1から1.5サイクル以上離間した位置となる。
更に、この濃混合気Rは、吸気路8によりスロットルバルブ14により縮径された部位を通過することで拡散が促進された状態(図8において濃混合気Rの範囲が拡大すると共にその濃度が薄くなる状態)で吸気領域IAに到達することになるので、吸気領域IAには比較的均質な混合気Mが存在することになる。よって、図8(b)及び図8(c)に示すように、その均質な混合気Mが燃焼室1に吸気されることになる。
即ち、燃焼室1全体に、その均質な混合気Mを点火プラグ2により点火して燃焼させる所謂均質燃焼を行うことができ、例えば燃焼室1で燃焼される混合気Mの全体的な当量比を高くした場合においても、一部の混合気Mの当量比が過剰に高くなることによるNOxの排出を抑制することができる。
That is, the fuel gas G is supplied from the homogeneous
Further, this rich mixture R is in a state where diffusion is promoted by passing through a portion reduced in diameter by the
That is, so-called homogeneous combustion can be performed in which the homogeneous air-fuel mixture M is ignited by the
また、これら第3及び第4及び第5実施形態の均質燃焼を行うエンジンには、排気路9と燃料ガス供給路12とを接続するEGR路15Bが設けられている。
Further, the
即ち、このEGR路15Bは、燃焼室1から排出される排ガスEの一部を吸気路8に還流するEGR手段として機能すると共に、排ガスEを均質燃焼用混合部11Bに供給される燃料ガスGに混合するように構成される。
よって、均質燃焼用混合部11Bに形成された濃混合気Rは、燃料ガスGと共に排ガスEが高濃度な状態となり、一方、淡混合気Lは燃料ガスGと共に排ガスEが低濃度な状態となる。
That is, the
Therefore, the rich mixture R formed in the homogeneous
しかしながら、上記濃混合気Rは燃焼室1に吸気されるまでにその拡散が促進されることから、燃焼室1に燃料ガスGと共に排ガスEが均質な混合気Mが形成される。
よって、この混合気Mを均質燃焼させることで、一部の混合気Mに混合される排ガスEが過剰に薄くなることを防止して、NOxの排出を抑制しながら、一部の混合気Mに混合される排ガスEが過剰に濃くなることを防止して、CO及びTHCの排出を抑制することができる。
また、EGR路15BにはEGR量調整弁16Bが設けられており、EGR量調整弁16Bの開度を調整して燃料ガス供給路12への排ガスEの供給量であるEGR量を制御することができる。
However, since the diffusion of the rich air-fuel mixture R is promoted before being taken into the
Therefore, by causing the air-fuel mixture M to combust uniformly, the exhaust gas E mixed with the part of the air-fuel mixture M is prevented from becoming excessively thin, and part of the air-fuel mixture M is suppressed while suppressing NOx emission. It is possible to prevent the exhaust gas E mixed with the gas from becoming excessively thick and to suppress the emission of CO and THC.
Further, an EGR
上記実施形態では、成層燃焼と均質燃焼との何れかを行うようにエンジンを構成したが、成層燃焼と均質燃焼との両方を択一的に行うようにエンジンを構成しても構わない。以下、このように、成層燃焼と均質燃焼との両方を択一的に行うように構成したエンジン構成として、第6実施形態について説明する。 In the above embodiment, the engine is configured to perform either stratified combustion or homogeneous combustion, but the engine may be configured to perform both stratified combustion and homogeneous combustion alternatively. Hereinafter, a sixth embodiment will be described as an engine configuration configured to selectively perform both stratified combustion and homogeneous combustion in this way.
〔第6実施形態〕
図9に示すエンジンは、混合部11として、上記第1実施形態のエンジンと同様に、吸気経路割合(VL/VG)が0.5以上且つ1.0未満の範囲内となる成層燃焼用混合部11Aと、第3実施形態のエンジンと同様に、吸気経路割合(VL/VG)が2.0以上の範囲内となる均質燃焼用混合部11Bとを備える。
[Sixth Embodiment]
In the engine shown in FIG. 9, the mixing
尚、成層燃焼用混合部11Aとして、第2実施形態のエンジンと同様に、吸気経路割合(VL/VG)が1.5以上且つ2.0未満の範囲内となる成層燃焼用混合部11Aを備えても構わない。また、均質燃焼用混合部11Bとして、第4実施形態のエンジンと同様に、吸気経路割合(VL/VG)が0以上且つ0.5未満の範囲内となる均質燃焼用混合部11Bを備えても構わない。また、均質燃焼用混合部11Bの直下流側にスロットルバルブが設けられている場合には、その均質燃焼用混合部11Bとして、第5実施形態のエンジンと同様に、吸気経路割合(VL/VG)が1.5以上且つ2.0未満の範囲内となる均質燃焼用混合部11Bを備えても構わない。
As the stratified
更に、成層燃焼用混合部11Aに通じる燃料ガス供給路12には、その成層燃焼用混合部11Aへの燃料ガスGの供給を断続する開閉弁13Aが設けられ、一方、均質燃焼用混合部11Bに通じる燃料ガス供給路12には、その均質燃焼用混合部11Bへの燃料ガスGの供給を断続する開閉弁13Bが設けられている。
Further, the fuel
そして、コンピュータからなるエンジンコントロールユニット(以下、ECUと呼ぶ。)30は、開閉弁13Aを開状態とし開閉弁13Bを閉状態として、成層燃焼用混合部11Aから吸気路8に燃料ガスGを供給して成層燃焼を行う成層燃焼運転モードとし、一方、開閉弁13Aを閉状態とし開閉弁13Bを開状態として、均質燃焼用混合部11Bから吸気路8に燃料ガスGを供給して均質燃焼を行う均質燃焼運転モードとする形態で、成層燃焼運転モードと均質燃焼運転モードとを切り換える運転モード切換手段31として機能し、更に、燃焼室1で燃焼する混合気Mの当量比に基づいて運転モード切換手段31を制御する制御手段32として機能するように構成されている。
An engine control unit (hereinafter referred to as ECU) 30 comprising a computer supplies the fuel gas G from the stratified
即ち、制御手段32は、排気路9を流通する排ガスEの酸素濃度を計測する酸素濃度センサ20の計測結果から、上記燃焼室1で燃焼される混合気Mの全体的な当量比を検出し、その当量比が0.6等に設定された設定値未満と低い場合には、上記運転モード切換手段31により成層燃焼運転モードに切り換えて成層燃焼を行って安定した燃焼状態を実現し、その当量比が上記設定値以上と高い場合には、上記運転モード切換手段31により均質燃焼運転モードに切り換えて均質燃焼を行ってNOxの排出を抑制するように構成されている。
That is, the control means 32 detects the overall equivalence ratio of the air-fuel mixture M burned in the
尚、上記実施の形態では、成層燃焼用混合部11Aと均質燃焼用混合部11Bとを別の混合部11として設けたが、1つの混合部11の位置を調整することにより、その混合部11を成層燃焼用混合部11Aと均質燃焼用混合部11Bとに択一的に機能させるように構成しても構わない。
In the above embodiment, the stratified
尚、上記の実施の形態では、燃料ガスGとして天然ガス系都市ガスを用いたが、燃料ガスGとしては、天然ガス系都市ガス以外の気体燃料等を用いることもできる。 In the above embodiment, the natural gas city gas is used as the fuel gas G. However, as the fuel gas G, a gaseous fuel other than the natural gas city gas can be used.
1:燃焼室
2:点火プラグ
6:吸気弁
8:吸気路
11:混合部
11A:成層燃焼用混合部
11B:均質燃焼用混合部
15A,15B:EGR路(EGR手段)
31:運転モード切換手段
32:制御手段
M:混合気
E:排ガス
1: Combustion chamber 2: Spark plug 6: Intake valve 8: Intake passage 11: Mixing
31: Operation mode switching means 32: Control means M: Air-fuel mixture E: Exhaust gas
Claims (6)
前記吸気路において前記混合部から前記燃焼室の入口までの容積を混合気経路容積、前記燃焼室における1サイクルあたりの吸気容積を1サイクル吸気容積、前記混合気経路容積の前記1サイクル吸気容積に対する割合を吸気経路割合とし、
前記混合部として、前記吸気経路割合が0.5以上且つ1.0未満の範囲内又は1.5以上2未満の範囲内となる成層燃焼用混合部を備え、前記成層燃焼用混合部から前記吸気路に燃料ガスを供給して成層燃焼を行うように構成されたエンジン。 A combustion chamber having an ignition plug at an upper portion; an intake passage through which an air-fuel mixture sucked into the combustion chamber flows; and a mixing section that supplies the fuel gas to the intake passage at a predetermined supply pressure to form the air-fuel mixture An engine with
The volume from the mixing portion to the inlet of the combustion chamber in the intake passage is the mixture path volume, the intake volume per cycle in the combustion chamber is the one-cycle intake volume, and the mixture path volume is relative to the one-cycle intake volume. Let the ratio be the intake path ratio,
The mixing section includes a stratified combustion mixing section in which the intake path ratio is in the range of 0.5 or more and less than 1.0 or in the range of 1.5 or more and less than 2, from the stratified combustion mixing section to the above An engine configured to perform stratified combustion by supplying fuel gas to the intake passage.
前記吸気路において前記混合部から前記燃焼室の入口までの容積を混合気経路容積、前記燃焼室における1サイクルあたりの吸気容積を1サイクル吸気容積、前記混合気経路容積の前記1サイクル吸気容積に対する割合を吸気経路割合とし、
前記混合部として、前記吸気経路割合が0.5未満の範囲内、1.0以上且つ1.5未満の範囲内又は2以上の範囲内となる均質燃焼用混合部を備え、前記均質燃焼用混合部から前記吸気路に燃料ガスを供給して均質燃焼を行うように構成されているエンジン。 A combustion chamber having an ignition plug at an upper portion; an intake passage through which an air-fuel mixture sucked into the combustion chamber flows; and a mixing section that supplies the fuel gas to the intake passage at a predetermined supply pressure to form the air-fuel mixture An engine with
The volume from the mixing portion to the inlet of the combustion chamber in the intake passage is the mixture path volume, the intake volume per cycle in the combustion chamber is the one-cycle intake volume, and the mixture path volume is relative to the one-cycle intake volume. Let the ratio be the intake path ratio,
The mixing section includes a homogeneous combustion mixing section in which the intake path ratio is in a range of less than 0.5, in a range of 1.0 or more and less than 1.5, or in a range of 2 or more. An engine configured to perform homogeneous combustion by supplying fuel gas from a mixing section to the intake passage.
前記吸気路において前記混合部から前記燃焼室の入口までの容積を混合気経路容積、前記燃焼室における1サイクルあたりの吸気容積を1サイクル吸気容積、前記混合気経路容積の前記1サイクル吸気容積に対する割合を吸気経路割合とし、
前記混合部として、前記吸気経路割合が0.5以上且つ1.0未満の範囲内又は1.5以上2未満の範囲内となる成層燃焼用混合部と、前記吸気経路割合が0.5未満の範囲内、1.0以上且つ1.5未満の範囲内又は2以上の範囲内となる均質燃焼用混合部とを備え、
前記成層燃焼用混合部から前記吸気路に燃料ガスを供給して成層燃焼を行う成層燃焼運転モードと、前記均質燃焼用混合部から前記吸気路に燃料ガスを供給して均質燃焼を行う均質燃焼運転モードとを切り換える運転モード切換手段を備え、
前記燃焼室で燃焼する混合気の当量比に基づいて前記運転モード切換手段を制御する制御手段を備えたエンジン。 A combustion chamber having an ignition plug at an upper portion; an intake passage through which an air-fuel mixture sucked into the combustion chamber flows; and a mixing section that supplies the fuel gas to the intake passage at a predetermined supply pressure to form the air-fuel mixture An engine with
The volume from the mixing portion to the inlet of the combustion chamber in the intake passage is the mixture path volume, the intake volume per cycle in the combustion chamber is the one-cycle intake volume, and the mixture path volume is relative to the one-cycle intake volume. Let the ratio be the intake path ratio,
As the mixing section, the stratified combustion mixing section in which the intake path ratio is in the range of 0.5 or more and less than 1.0 or in the range of 1.5 or more and less than 2, and the intake path ratio is less than 0.5 In the range of 1.0 or more and less than 1.5 or in the range of 2 or more, and a homogeneous combustion mixing section,
Stratified combustion operation mode in which fuel gas is supplied from the stratified combustion mixing section to the intake passage to perform stratified combustion, and homogeneous combustion in which fuel gas is supplied from the homogeneous combustion mixing section to the intake passage to perform homogeneous combustion An operation mode switching means for switching between operation modes is provided,
An engine comprising control means for controlling the operation mode switching means based on an equivalence ratio of an air-fuel mixture combusted in the combustion chamber.
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