JP2009209715A - 内燃機関の火花点火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】全運転領域において燃費及びＮＯｘを低減できると共に、高負荷領域において気筒内外周部で発生するＨＣを低減させると共にノック限界を向上できる内燃機関の火花点火装置を提供する。
【解決手段】燃焼室１には、その中心位置に高着火性プラグ９が設けられ、高着火性プラグ９から離れた位置にスパークプラグ８が設けられている。２つの吸気ポート２ａ，２ｂを連通するようなバイパス部５が設けられ、バイパス部５には、ＥＧＲ配管４が接続されている。バイパス部５の両端部付近にはそれぞれ、ＥＧＲ切換弁６，７が設けられている。吸気ポート２ａには、燃焼室１の直前に、流動切換弁１０が設けられている。流動切換弁１０は、吸気ポート２ａの開口の下側の半分を閉じた状態と、吸気ポート２ａの開口を左右半分に分割した際の片方の半分を閉じた状態とを切り換える半円板状の弁部材１１を有している。
【選択図】図３

Description

この発明は、内燃機関の火花点火装置に関する。

従来のエンジンの火花点火装置が、例えば特許文献１に記載されている。この火花点火装置には、各燃焼室に連通するように、２つの吸気ポートが設けられ、いずれか一方の吸気ポートに、混合気（本願にて「混合気」とは、空気と燃料が混合された気体と定義する）に排気ガスの一部（ＥＧＲガス）を還流させた混合ガス（本願にて混合ガスとは、混合気とＥＧＲガスが混合されたガスと定義する）を流通させると共に、他方の吸気ポートに混合気のみを流通させることにより、燃焼室内に、混合気及びＥＧＲガスからなる混合ガスの層と、混合気のみからなる層との二層化が形成される。

特開２００３−３２２０３７号公報

しかしながら、特許文献１の火花点火装置では、エンジンの運転条件が低負荷領域にあるときに、燃焼室内にＥＧＲガスを導入することにより燃焼特性を改善しているものの、中高負荷領域からエンジン全開運転時にかけては、排気還流を停止している。排気ガスのうち窒素酸化物（ＮＯｘ）やＨＣを低減する手法として排気還流することは非常に有効であるものの、特許文献１の火花点火装置において、特にＮＯｘ排出量の多い高負荷領域でＥＧＲガスを導入してＮＯｘやＨＣを低減するためには、別個独立した手段または制御をしなければならないという問題点があった。例えば、過給式ディーゼルエンジンにおいては、高負荷領域では給気圧が排気圧を上回るため、排気圧を上げるための排気絞り弁や、給気圧を下げるためのベンチュリ等の手段を設定する等しなければ、ＥＧＲガスを導入することが困難であった。したがって、高負荷領域の例えばＷＯＴ（Ｗｉｄｅ Ｏｐｅｎ Ｔｈｒｏｔｔｌｅ、絞り弁全開）領域で発生しやすいノッキングを抑制することが困難という問題点が生じていた。

この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、低負荷時と高負荷時におけるＥＧＲ成層の形態を簡単な構成で変化させることにより、全運転領域において燃費及びＮＯｘを低減できると共に、特に高負荷領域においてもＥＧＲガスを導入させやすくすることにより、気筒内外周部で発生するＨＣを低減させるとともに、ノッキングの発生を抑制できる（ノック限界を向上できる）内燃機関の火花点火装置を提供することを目的とする。

この発明に係る内燃機関の火花点火装置は、内燃機関の燃焼室に連通するように設けられ、混合気が流通する２つの吸気ポートと、前記内燃機関から排出された排気ガスの一部を前記２つの吸気ポートのいずれか一方に導入して前記混合気と混合させて混合ガスにするＥＧＲ切換手段と、該ＥＧＲ切換手段よりも下流側で前記吸気ポートに設けられ、前記燃焼室内に流入する前記混合気または前記混合ガスの流動状態を変化させる流動切換手段と、前記燃焼室の中心位置で該燃焼室内へ挿入するように設けられた第１の点火プラグと、該第１の点火プラグから離れた位置で該燃焼室内へ挿入するように設けられた第２の点火プラグとを備え、前記内燃機関の運転条件が低負荷領域にある場合には、前記流動切換手段が前記混合気の流動状態を変化させることにより、前記燃焼室内において、前記第１の点火プラグを含むように前記混合ガスの層が形成されると共に前記第２の点火プラグを含むように前記混合気の層が形成され、前記内燃機関の運転条件が高負荷領域にある場合には、前記流動切換手段が前記混合ガスの流動状態を変化させることにより、前記燃焼室内において、前記第１の点火プラグを含むように前記混合気の層が形成されると共に前記第２の点火プラグを含むように前記混合ガスの層が形成され、少なくとも前記内燃機関の運転条件が低負荷領域にある場合には、前記第１の点火プラグは、前記第２の点火プラグよりも着火性が高い。内燃機関の運転条件が低負荷領域にある場合と高負荷領域にある場合とで、燃焼室内での混合気または混合ガスの流動状態を変えることにより、全運転領域においてＥＧＲガスが燃焼室内へ導入されるようになる。

前記流動切換手段は、前記燃焼室内において前記混合気または前記混合ガスを、タンブル流動を強化された流動状態と、スワール流動を強化された流動状態とのいずれかに変化させるように作動し、前記内燃機関の運転条件が低負荷領域にある場合には、前記流動切換手段によって、前記混合気がタンブル流動を強化された流動状態で前記燃焼室内に流入し、前記内燃機関の運転条件が高負荷領域にある場合には、前記流動切換手段によって、前記混合ガスがスワール流動を強化された流動状態で前記燃焼室内に流入するようにしてもよい。
前記流動切換手段は、半円板状の弁部材が、前記２つの吸気ポートのいずれか一方の開口の半分の領域を塞ぐ状態で回転可能に構成され、前記内燃機関の運転条件が低負荷領域にある場合には、前記弁部材は、前記吸気ポートの下側の半分を覆うように位置し、前記内燃機関の運転条件が高負荷領域にある場合には、前記弁部材は、前記吸気ポートを左右半分に分割した際にもう一方の吸気ポート側の半分を覆うように位置してもよい。
前記流動切換手段は、前記２つの吸気ポートのいずれか一方の開口の下側の半分を開閉する半円板状の第１の半開閉弁と、前記一方の開口を左右半分に分割した際にもう一方の吸気ポート側の半分を開閉する半円板状の第２の半開閉弁とが直列に設けられることにより構成してもよい。
前記流動切換手段は、前記第２の点火プラグに近いほうの吸気ポートに設けられ、半円板状の弁部材が前記吸気ポートの開口の下側の半分を開閉する第１の半開閉弁と、もう一方の吸気ポートに設けられ、半円板状の弁部材が、前記吸気ポートの開口を左右半分に分割した際に前記第１の半開閉弁が設けられた吸気ポート側の半分を開閉する第２の半開閉弁とを備え、前記内燃機関の運転条件が低負荷領域にある場合には、前記第１の半開閉弁は閉じると共に前記第２の半開閉弁は開き、前記内燃機関の運転条件が高負荷領域にある場合には、前記第１の半開閉弁は開くと共に前記第２の半開閉弁は閉じるようにしてもよい。
前記弁部材と、前記第１の半開閉弁と、前記第２の半開閉弁の少なくともいずれかが、前記吸気ポートの上流側から下流側に向かって傾くようにして設けてもよい。
前記内燃機関は、燃焼室に連通するように設けられた少なくとも１つの排気ポートを備え、前記第２の点火プラグに近い方の吸気ポートに接するように前記第１の点火プラグから引いた第１の仮想線と、前記第２の点火プラグに近い方の排気ポートに接するように前記第１の点火プラグから引いた第２の仮想線とから前記燃焼室内に扇形領域が形成され、前記吸気ポートは前記扇形領域内に存在するが、前記排気ポートは前記扇形領域外に存在し、前記第２の点火プラグは、前記扇形領域において、外縁部付近に設けられていてもよい。
前記内燃機関は、前記吸気ポートに設けられたコンプレッサと、前記排気ポートに接続する排気管に設けられたタービンとからなる過給機を備え、前記コンプレッサより上流側で前記吸気管に連通するＥＧＲ配管をさらに備えてもよい。

この発明によれば、内燃機関の運転条件が低負荷領域にある場合には、ＥＧＲ切換手段によって、一方の吸気ポートに排気ガスの一部を導入して混合気と混合させて混合ガスにすると共に、他方の吸気ポートを流通する混合気の流動状態を流動切換手段によって変化させることにより、燃焼室内において、第１の点火プラグを含むように混合ガスの層が形成されると共に第２の点火プラグを含むように混合気の層が形成される。内燃機関の運転条件が高負荷領域にある場合には、一方の吸気ポートに排気ガスの一部を導入して混合気と混合させて混合ガスにすると共に、当該混合ガスの流動状態を流動切換手段によって変化させることにより、燃焼室内において、第１の点火プラグを含むように混合気の層が形成されると共に第２の点火プラグを含むように混合ガスの層が形成される。内燃機関の運転条件が低負荷領域にある場合と高負荷領域にある場合とで、燃焼室内での混合気または混合ガスの流動状態を変えることにより、全運転領域においてＥＧＲガスが燃焼室内へ導入されるようになるので、全運転領域において燃費及びＮＯｘを低減できると共に、高負荷領域において気筒内外周部で発生するＨＣを低減させると共にノッキングの発生を抑制することができる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る内燃機関の火花点火装置を、フォークリフトのガスエンジンに搭載された場合を例にして説明する。図１に示されるように、内燃機関であるガスエンジン２０には、制御装置であるＥＣＵ２１が電気的に接続されている。ＥＣＵ２１には、図２に示されるような、ガスエンジン２０の回転数とトルクとからなるガスエンジン２０の運転条件を表すマップが組み込まれている。このマップには、ガスエンジン２０の最大トルクを示す曲線Ｘが示されており、ガスエンジン２０の運転可能領域を、正常領域と、遷移領域と、ノック発生領域との３つに分けている。これら３つの領域は、ガスエンジン２０において、ノッキングの発生の有無により分けられている。すなわち、正常領域は、ノッキングの発生しない運転条件であり、ノック発生領域は、確実にノッキングが発生する領域であり、遷移領域は、正常領域とノック発生領域との中間の領域であり、必ずしもノッキングは発生しないが、ノッキングが発生しやすい領域である。ここで、正常領域を低負荷領域と定義し、遷移領域及びノック発生領域を高負荷領域と定義する。尚、このマップ上において分けられたこれら３つの領域の大きさは単に模式的に表したに過ぎず、ガスエンジン２０の仕様により異なるものである。ＥＣＵ２１は、ガスエンジン２０の稼動中、回転数及びトルクの電気的信号を受信しており、ガスエンジン２０の運転条件がこのマップ中のどの領域にあるかを随時判断している。

この発明の実施の形態１に係る内燃機関の火花点火装置を備えたガスエンジン２０の１つの燃焼室周辺の構成を図３に示す。燃焼室１には、２つの吸気ポート２ａ，２ｂと、２つの排気ポート３ａ，３ｂとが連通している。また、燃焼室１には、その中心位置で上方から燃焼室１内へ挿入するように、第１の点火プラグである高着火性プラグ９が設けられている。さらに、燃焼室１には、高着火性プラグ９から離れた位置で上方から燃焼室１内へ挿入するように、第２の点火プラグであるスパークプラグ８が設けられている。

高着火性プラグ９から排気ポート３ａに接する第１の仮想線Ｌ_１を引くと共に、高着火性プラグ９から吸気ポート２ａに接する第２の仮想線Ｌ_２を引くと、仮想線Ｌ_１及びＬ_２により、燃焼室１内に扇形領域Ｓが形成される。ただし、実施の形態１では、吸気ポート及び排気ポートはそれぞれ２つずつ存在し、さらに、吸気ポート２ａ，２ｂ及び排気ポート３ａ，３ｂのそれぞれに対して、高着火性プラグ９からそれらに接する仮想線は２本ずつ引けることから、扇形領域は１つには決まらない。ここで特定する扇形領域Ｓは、スパークプラグ８及び仮想線Ｌ_２の接する吸気ポート２ａを含むが、仮想線Ｌ_１の接する排気ポート３ａを含まないものである。スパークプラグ８は、この扇形領域Ｓにおいて、外縁部付近に設けられている。すなわち、扇形領域Ｓにおいて、できるだけ高着火性プラグ９から離れた位置に設けられている。

２つの吸気ポート２ａ，２ｂを連通するようなバイパス部５が設けられ、バイパス部５には、燃焼室１で生成された排気ガスの一部（ＥＧＲガス）が流通するＥＧＲ配管４が接続されている。バイパス部５の両端部付近にはそれぞれ、ＥＧＲ切換弁６，７が設けられ、バイパス部５と吸気ポート２ａ，２ｂとを連通及び遮断する。ＥＧＲ切換弁６，７は、ＥＣＵ２１により、一方がバイパス部５と吸気ポート２ａ，２ｂのいずれか一方とを連通するときは他方がバイパス部５と吸気ポート２ａ，２ｂのいずれか他方とを遮断するように作動される。ここで、バイパス部５及びＥＧＲ切換弁６，７は、ＥＧＲ切換手段を構成する。

スパークプラグ８に近いほうの吸気ポート２ａには、燃焼室１の直前に、流動切換手段である流動切換弁１０が設けられている。流動切換弁１０は、ＥＣＵ２１によって作動される。図４（ａ）に示されるように、流動切換弁１０は、吸気ポート２（図３参照）の一部を構成する円管部材１２と、円管部材１２の内部に設けられた半円板状の弁部材１１とを有している。弁部材１１は、円管部材１２の内部で、円管部材１２の開口の下側の半分を閉じた（実線で描かれて符号「１１」を付された）状態と、円管部材１２の開口を左右半分に分割した際の片方の半分を閉じた（破線で描かれて符号「１１’」を付された）状態とを切り換えるように、矢印Ａの方向に回転する。尚、弁部材１１を矢印Ａの方向に回転させる図示しない駆動機構は、円管部材１２の外部に設けられている。図４（ｂ）に示されるように、弁部材１１は、吸気ポート２ａの上流側から下流側に向かって、ほんのわずか傾くようにして設けられている。すなわち、弁部材１１は、一点鎖線で示した鉛直線に対して、吸気ポート２ａの下流側にわずかに傾いている。従って、弁部材１１が閉じる円管部材１２の開口の半分は、完全な半分ではなく、完全な半分よりもわずかに小さい範囲であるが、ここでは、完全な半分よりもわずかに小さい場合も含めて「半分」と表現している。弁部材１１が吸気ポート２ａの上流側から下流側に向かって傾いた構成により、弁部材１１が完全な垂直あるいは逆方向に傾いた構成に比べて、流通する混合気または混合ガスが弁部材１１に当たっても円管部材１２の開口に向かって通りやすくなるため、弁部材１１を通り越す際に生じ得る乱れが緩和される。

次に、実施の形態１に係る内燃機関の火花点火装置の動作について説明する。
図１に示されるように、ガスエンジン２０が稼動すると、ガスエンジン２０の回転数及びトルクの電気信号がＥＣＵ２１に伝達される。ＥＣＵ２１は、図２に示されたマップに基づいて、受信した回転数及びトルクの電気信号から、ガスエンジン２０の運転条件がどの領域にあるのかを判断する。

ガスエンジン２０の運転条件が正常領域にあるとＥＣＵ２１によって判断された場合には、ＥＣＵ２１は、図３に示されるように、ＥＧＲ切換弁６を閉じると共にＥＧＲ切換弁７を開く。これと同時に、ＥＣＵ２１は、弁部材１１を、吸気ポート２の開口の下側の半分を閉じるように位置させる。すると、図５に示されるように、ＥＧＲ配管４を流通したＥＧＲガスは、バイパス部５を流通し、ＥＧＲ切換弁７を介して吸気ポート２ｂに流入する。吸気ポート２ｂに流入したＥＧＲガスは、吸気ポート２ｂを流通してきた混合気に混合されて混合ガスとなり、吸気ポート２ｂからは混合ガスが燃焼室１内に流入する。一方、吸気ポート２ａにはＥＧＲガスが流入しないので、吸気ポート２ａからは混合気のみが燃焼室１内に流入する。

吸気ポート２ａから燃焼室１内に流入する混合気は、吸気ポート２ａの開口の下側の半分を閉じるように位置する流動切換弁１０により、タンブル流動を強化された流動状態に変化する。すると、燃焼室１内では、吸気ポート２ａの近くに存在するスパークプラグ８を含むように混合気の層（白抜き部分）が形成される。一方、吸気ポート２ｂから燃焼室１内に流入する混合ガスは、流動状態の変化を受けずに燃焼室１内に流入するので、燃焼室１内に一様に混合ガスが広がる。その結果、燃焼室１内には、スパークプラグ８を含むように形成された混合気の層と、その他の領域に形成された混合ガスの層（網掛け部分）との二層化が形成される。尚、高着火性プラグ９は、混合ガスの層に含まれている。

吸気ポート２ａ，２ｂから混合気及び混合ガスがそれぞれ燃焼室１内に吸入された後、適当なタイミングで、ＥＣＵ２１は高着火性プラグ９を着火させる。高着火性プラグ９を含むように形成された層は、ＥＧＲガスと混合気とからなる混合ガスの層であるため、混合気のみからなる層に比べて着火性が劣る。しかしながら、高着火性プラグ９はスパークプラグ８に比べて着火性の優れた高着火性プラグであるため、混合ガスも良好に燃焼する。高着火性プラグ９の着火に続いて、ＥＣＵ２１はスパークプラグ８を着火させる。スパークプラグ８を含むように形成された層は、混合気のみからなる層であるため、通常の点火プラグであるスパークプラグ８によって十分に燃焼が起こる。このようにして、ＥＧＲガスを含んだ混合気を燃焼させることにより、ＮＯｘの発生が低減されると共に、高着火性プラグである高着火性プラグ９によって混合ガスを着火させることにより、炭化水素（ＨＣ）の生成が低減される。

ガスエンジン２０の運転条件が遷移領域またはノック発生領域にあるとＥＣＵ２１によって判断された場合には、ＥＣＵ２１は、図６に示されるように、ＥＧＲ切換弁６を開くと共にＥＧＲ切換弁７を閉じる。これと同時に、ＥＣＵ２１は、吸気ポート２ａの開口を左右半分に分割した際に吸気ポート２ｂ側の半分を閉じるように、弁部材１１を位置させる。すると、ＥＧＲ配管４を流通したＥＧＲガスは、バイパス部５を流通し、ＥＧＲ切換弁６を介して吸気ポート２ａに流入する。吸気ポート２ａに流入したＥＧＲガスは、吸気ポート２ａを流通してきた混合気に混合されて混合ガスとなり、吸気ポート２ａからは混合ガスが燃焼室１内に流入する。一方、吸気ポート２ｂにはＥＧＲガスが流入しないので、吸気ポート２ｂからは混合気のみが燃焼室１内に流入する。

吸気ポート２ａから燃焼室１内に流入する混合ガスは、吸気ポート２ａの開口を左右半分に分割した際に吸気ポート２ｂ側の半分を閉じるように位置する流動切換弁１０により、スワール流動を強化された流動状態に切り換えられる。すると、燃焼室１内では、燃焼室１の外縁部に沿って混合ガスの層（網掛け部分）が形成される。スパークプラグ８は、燃焼室１の外縁部付近に設けられているので、混合ガスの層に含まれている。一方、吸気ポート２ｂから燃焼室１内に流入する混合気は、流動状態の変化を受けずに燃焼室１内に流入するので、燃焼室１内に一様に混合気が広がる。高着火性プラグ９は、燃焼室１の中心位置に設けられているので、混合気の層に含まれている。その結果、燃焼室１内には、スパークプラグ８を含むように燃焼室１の外縁部に沿って形成された混合ガスの層が、高着火性プラグ９を含むように形成された混合気の層（白抜き部分）を囲むような二層化が形成される。

吸気ポート２ａ，２ｂから混合ガス及び混合気がそれぞれ燃焼室１内に吸入された後、適当なタイミングで、ＥＣＵ２１は高着火性プラグ９を着火させ、続いてスパークプラグ８を着火させる。これにより、混合気の層及び混合ガスの層でそれぞれ燃焼が起こる。スパークプラグ８を含むように燃焼室１の外縁部に沿って形成された混合ガスが燃焼することにより、ノッキングの発生が抑制されると共にＮＯｘの発生が低減される。

このように、ガスエンジン２０の運転条件が正常領域にある場合には、ＥＧＲ切換弁６が閉じると共にＥＧＲ切換弁７が開くことにより、吸気ポート２ａに混合気を流通させると共に吸気ポート２ｂに混合ガスを流通させ、さらに、流動切換弁１０により、混合気の流動状態を、タンブル流動を強化した流動状態にすることによって、燃焼室１内において、高着火性プラグ９を含むように混合ガスの層が形成され、スパークプラグ８を含むように混合気の層が形成される。一方、ガスエンジン２０の運転条件が遷移領域またはノック発生領域にある場合には、ＥＧＲ切換弁６が開くと共にＥＧＲ切換弁７が閉じることにより吸気ポート２ａに混合ガスを流通させると共に吸気ポート２ｂに混合気を流通させ、さらに、流動切換弁１０により混合ガスの流動状態を、スワール流動を強化した流動状態にすることによって、燃焼室１内において、高着火性プラグ９を含むように混合気の層が形成され、スパークプラグ８を含むように混合ガスの層が形成される。ガスエンジン２０の運転条件が正常領域にある場合と遷移領域またはノック発生領域にある場合とで、燃焼室１内での混合気または混合ガスを、タンブル流動を強化した流動状態またはスワール流動を強化した流動状態に変化させることにより、全運転領域においてＥＧＲガスが燃焼室１内へ導入されやすくなるので、全運転領域において燃費及びＮＯｘを低減することができると共に、遷移領域またはノック発生領域において気筒内外周部で発生するＨＣを低減させると共にノッキングの発生を抑制（ノック限界を向上）することができる。

また、高着火性プラグ９を使用することにより、混合気よりも着火性の悪い混合ガスを良好に着火させることができるので、正常領域において、ＨＣの生成を低減することができる。さらに、高着火性プラグ９を使用することにより、スパークプラグ８に比べて、図７に示されるように、点火角遅角可能熱発生の分布が鋭くなるので、上死点（ＴＤＣ）前の熱発生（斜線部分）が抑えられることにより、全運転領域において燃費を向上することができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る内燃機関の火花点火装置について説明する。尚、以下の実施の形態において、図１〜６の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
この発明の実施の形態２に係る内燃機関の火花点火装置は、実施の形態１に対して、流動切換手段及びＥＧＲ切換手段の構成を変更したものである。

図８に示されるように、バイパス部５には、ＥＧＲ配管４が接続される位置に、ＥＧＲ切換弁３６が設けられている。ＥＧＲ切換弁３６は、ＥＧＲ配管４からバイパス部５内に流入したＥＧＲガスを吸気ポート２ａ，２ｂのいずれか一方の側のみに供給するように、矢印Ｂのように回転する。図８において、ＥＧＲ切換弁３６が実線で描かれている状態が、ＥＧＲガスを吸気ポート２ａに供給する場合であり、ＥＧＲ切換弁３６が破線で描かれて符号「３６’」が付されている状態が、ＥＧＲガスを吸気ポート２ｂに供給する場合である。ここで、バイパス部５及びＥＧＲ切換弁３６は、ＥＧＲ切換手段を構成する。

スパークプラグ８に近いほうの吸気ポート２ａには、燃焼室１の直前に、流動切換手段である第１の半開閉弁３１及び第２の半開閉弁３２が直列に設けられている。第１の半開閉弁３１は、半円板状の形状を有し、吸気ポート２ａの開口の下側の半分を開閉するようになっている。第２の半開閉弁３２は、半円板状の形状を有し、吸気ポート２ａの開口を左右半分に分割した際に吸気ポート２ｂ側の半分を開閉するようになっている。尚、第１の半開閉弁３１及び第２の半開閉弁３２はともに、吸気ポート２ａの上流側から下流側に向かって、ほんのわずか傾くようにして設けられている。
ＥＧＲ切換弁３６と、第１の半開閉弁３１と、第２の半開閉弁３２とは、ＥＣＵ２１に電気的に接続されている。
その他の構成については、実施の形態１と同じである。

ガスエンジン２０が稼動すると、実施の形態１と同様にして、ＥＣＵ２１は、ガスエンジン２０の運転条件がどの領域にあるのかを判断する。ガスエンジン２０の運転条件が正常領域にあるとＥＣＵ２１によって判断された場合には、ＥＣＵ２１は、ＥＧＲ切換弁３６を、図８において破線で示された位置にする。これと同時に、ＥＣＵ２１は、第１の半開閉弁３１を閉じる共に第２の半開閉弁３２を開く。第１の半開閉弁３１及び第２の半開閉弁３２のこのような開閉位置により、吸気ポート２ａは、開口の下側半分が閉じられた状態となる。

ＥＧＲ配管４を流通したＥＧＲガスは、ＥＧＲ切換弁３６によって吸気ポート２ｂに流入する。吸気ポート２ｂに流入したＥＧＲガスは、吸気ポート２ｂを流通してきた混合気に混合されて混合ガスとなり、吸気ポート２ｂからは混合ガスが燃焼室１内に流入する。一方、吸気ポート２ａにはＥＧＲガスが流入しないので、吸気ポート２ａからは混合気のみが燃焼室１内に流入する。吸気ポート２ａから燃焼室１内に流入する混合気は、吸気ポート２ａの開口の下側の半分が第１の半開閉弁３１に閉じられていることにより、タンブル流動を強化された流動状態に変化する。すると、実施の形態１と同様に、燃焼室１内には、スパークプラグ８を含むように形成された混合気の層と、その他の領域に形成された混合ガスの層との二層化が形成される。吸気ポート２ａ，２ｂから混合気及び混合ガスがそれぞれ燃焼室１内に吸入された後は、実施の形態１と同様にして、ＥＣＵ２１が高着火性プラグ９及びスパークプラグを順次着火させて、燃焼室１内に燃焼が起こる。

ガスエンジン２０の運転条件が遷移領域またはノック発生領域にあるとＥＣＵ２１によって判断された場合には、ＥＣＵ２１は、ＥＧＲ切換弁３６を、図８において実線で示された位置にする。これと同時に、ＥＣＵ２１は、第１の半開閉弁３１を開くと共に第２の半開閉弁３２を閉じる。第１の半開閉弁３１及び第２の半開閉弁３２のこのような開閉位置により、吸気ポート２ａは、開口を左右半分に分割した際に吸気ポート２ｂ側の半分が閉じられた状態となる。

ＥＧＲ配管４を流通したＥＧＲガスは、ＥＧＲ切換弁３６によって吸気ポート２ａに流入する。吸気ポート２ａに流入したＥＧＲガスは、吸気ポート２ａを流通してきた混合気に混合されて混合ガスとなり、吸気ポート２ａからは混合ガスが燃焼室１内に流入する。一方、吸気ポート２ｂにはＥＧＲガスが流入しないので、吸気ポート２ｂからは混合気のみが燃焼室１内に流入する。吸気ポート２ａから燃焼室１内に流入する混合ガスは、吸気ポート２ａの開口を左右半分に分割した際に吸気ポート２ｂ側の半分が第２の半開閉弁３２に閉じられていることにより、スワール流動を強化された流動状態に変化する。すると、実施の形態１と同様に、燃焼室１内には、スパークプラグ８を含むように燃焼室１の外縁部に沿って形成された混合ガスの層が、高着火性プラグ９を含むように形成された混合気の層を囲むような二層化が形成される。吸気ポート２ａ，２ｂから混合ガス及び混合気がそれぞれ燃焼室１内に吸入された後は、実施の形態１と同様にして、ＥＣＵ２１が高着火性プラグ９及びスパークプラグを順次着火させて、燃焼室１内に燃焼が起こる。

このように、吸気ポート２ａの開口の下側の半分を開閉する半円板状の第１の半開閉弁３１と、吸気ポート２ａの開口を左右半分に分割した際に吸気ポート２ｂ側の半分を開閉する半円板状の第２の半開閉弁３２とを吸気ポート２ａに直列に設け、いずれか一方を閉じて他方を開くことにより、吸気ポート２ａの開口の下側の半分を閉じた状態と、吸気ポート２ａの開口を左右半分に分割した際に吸気ポート２ｂ側の半分を閉じた状態とに切り換えることができるので、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
また、第１の半開閉弁３１及び第２の半開閉弁３２を両方とも開いた状態にすることにより、吸気ポート２ｂと同じように、吸気ポート２ａから燃焼室１内に流入する混合気または混合ガスの流動状態を変化させないようにすることもできるので、燃焼室１内における混合気の層及び混合ガスの層の配置関係のバリエーションを増やすことができる。

実施の形態２では、第１の半開閉弁３１が第２の半開閉弁３２の下流側に設けられていたが、第２の半開閉弁３２が第１の半開閉弁３１の下流に設けられるようにしてもよい。第１の半開閉弁３１及び第２の半開閉弁３２が吸気ポート２ａに直列に設けられていればよい。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る内燃機関の火花点火装置について説明する。
この発明の実施の形態３に係る内燃機関の火花点火装置は、実施の形態１に対して、流動切換手段の構成を変更したものである。
図９に示されるように、スパークプラグ８に近いほうの吸気ポート２ａには、燃焼室１の直前に、第１の半開閉弁４１が設けられ、もう一方の吸気ポート２ｂには、燃焼室１の直前に、第２の半開閉弁４２が直列に設けられている。第１の半開閉弁４１は、半円板状の形状を有し、吸気ポート２ａの開口の下側の半分を開閉するようになっている。第２の半開閉弁４２は、半円板状の形状を有し、吸気ポート２ｂの開口を左右半分に分割した際に第１の半開閉弁４１が設けられた吸気ポート２ａ側の半分を開閉するようになっている。尚、第１の半開閉弁４１及び第２の半開閉弁４２はともに、吸気ポート２ａ及び２ｂのそれぞれの上流側から下流側に向かって、ほんのわずか傾くようにして設けられている。
その他の構成については、実施の形態１と同じである。

ガスエンジン２０が稼動すると、実施の形態１と同様にして、ＥＣＵ２１は、ガスエンジン２０の運転条件がどの領域にあるのかを判断する。ガスエンジン２０の運転条件が正常領域にあるとＥＣＵ２１によって判断された場合には、ＥＣＵ２１は、ＥＧＲ切換弁６を閉じると共ＥＧＲ切換弁７を開く。これと同時に、ＥＣＵ２１は、第１の半開閉弁４１を閉じると共に第２の半開閉弁４２を開く。第１の半開閉弁４１及び第２の半開閉弁４２のこのような開閉位置により、吸気ポート２ａは、開口の下側半分が閉じられた状態となり、吸気ポート２ｂは、開口が全開の状態となる。すると、実施の形態１と同様に、吸気ポート２ａからは混合気のみが燃焼室１内に流入し、吸気ポート２ｂからは混合ガスが燃焼室１内に流入する。また、実施の形態１と同様に、吸気ポート２ａから燃焼室１内に流入する混合気は、吸気ポート２ａの開口の下側の半分が第１の半開閉弁４１に閉じられていることにより、タンブル流動を強化された流動状態に変化する。その結果、実施の形態１と同様に、燃焼室１内には、スパークプラグ８を含むように形成された混合気の層と、その他の領域に形成された混合ガスの層との二層化が形成される。

ガスエンジン２０の運転条件が遷移領域またはノック発生領域にあるとＥＣＵ２１によって判断された場合には、ＥＣＵ２１は、ＥＧＲ切換弁６，７はそのままで、第１の半開閉弁４１を開くと共に第２の半開閉弁４２を閉じる。第１の半開閉弁４１及び第２の半開閉弁４２のこのような開閉位置により、吸気ポート２ａは、開口が全開の状態となり、吸気ポート２ｂは、開口を左右半分に分割した際に吸気ポート２ａ側の半分を閉じた状態となる。すると、吸気ポート２ｂから燃焼室１内に流入する混合ガスは、吸気ポート２ｂの開口を左右半分に分割した際に吸気ポート２ａ側の半分を第２の半開閉弁４２に閉じられていることにより、スワール流動を強化された流動状態に変化する。一方、吸気ポート２ａからは、混合気が流動状態を変えられずに燃焼室１内に流入する。その結果、実施の形態１と同様に、燃焼室１内には、スパークプラグ８を含むように燃焼室１の外縁部に沿って形成された混合ガスの層が、高着火性プラグ９を含むように形成された混合気の層を囲むような二層化が形成される。

このように、吸気ポート２ａに設けられた第１の半開閉弁４１と、吸気ポート２ｂに設けられた第２の半開閉弁４２とを備え、ガスエンジン２０の運転条件が正常領域にある場合には、第１の半開閉弁４１が閉じると共に第２の半開閉弁４２が開くことにより、吸気ポート２ａは、開口の下側半分が閉じられた状態となり、吸気ポート２ｂは、開口が全開の状態となる。また、ガスエンジン２０の運転条件が遷移領域またはノック発生領域にある場合には、第１の半開閉弁４１が開くと共に第２の半開閉弁４２が閉じることにより、吸気ポート２ａは、開口が全開の状態となり、吸気ポート２ｂは、開口を左右半分に分割した際に吸気ポート２ｂから見て高着火性プラグ９側の半分を閉じた状態となる。従って、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
また、第１の半開閉弁４１及び第２の半開閉弁４２を両方とも開いた状態にすることにより、吸気ポート２ａ，２ｂとも開口が全開の状態にすることができるので、実施の形態２と同様、燃焼室１内における混合気の層及び混合ガスの層の配置関係のバリエーションを増やすことができる。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４に係る内燃機関の火花点火装置について説明する。
この発明の実施の形態４に係る内燃機関の火花点火装置は、実施の形態１に対して、過給機を備えた内燃機関に設けられたものである。
図１０に示されるように、スパークプラグ８に近いほうの吸気ポート２ａにおいて流動切換弁１０及びバイパス部５間に設けられたコンプレッサ５１と、排気ポート３ａ，３ｂに接続する排気管５３に設けられたタービン５２とからなる過給機５０が設けられている。その他の構成については、実施の形態１と同じである。

実施の形態４では、ＥＧＲ配管４が、コンプレッサ５１よりも上流で、バイパス部５を介して吸気ポート２ａに連通している。このため、ガスエンジン２０の運転条件が高負荷領域にある場合には、コンプレッサ５１によって昇圧される前の低圧の混合気中にＥＧＲガスが供給されて混合ガスとなり、混合ガスがコンプレッサ５１によって昇圧されて燃焼室１内に流入するので、燃焼室１内に大量の混合ガスが流入し、実施の形態１に比べて、混合ガスの層（網掛け部分）の範囲が大きくなる。その結果、ＮＯｘ低減効果及びノッキングの抑制効果をさらに向上することができる。

実施の形態１〜４では、第１の点火プラグとして高着火性プラグ９を用いたが、これに限定するものではない。通常の着火性を有するスパークプラグ８よりも着火性が優れていればどのようなプラグでもよく、例えばイリジウムプラグや、デュアルファインワイヤ（Ｄｕａｌ−ＦｉｎｅＷｉｒｅ）プラグ等であってもよい。また、高負荷領域では、第１の点火プラグは必ずしも第２の点火プラグよりも高着火性である必要はないので、第１の点火プラグとして、電圧が可変のスパークプラグを使用し、ガスエンジン２０の運転条件が低負荷領域にある場合のみ、第２の点火プラグよりも高い電圧を第１の点火プラグに付加するような構成にしてもよい。すなわち、少なくともガスエンジン２０の運転条件が低負荷領域にある場合に、第１の点火プラグが第２の点火プラグよりも高着火性であればよい。

実施の形態１〜４では、弁部材１１、第１の半開閉弁３１，４１、第２の半開閉弁３２，４２が、吸気ポート２ａ，２ｂの上流側から下流側に向かって傾くように設けられていたが、吸気ポート２ａ，２ｂの上流側から下流側に向かって完全に垂直に設けられていても、混合気及び混合ガスの流動状態を、スワール流動を強化された流動状態と、タンブル流動を強化された流動状態とのいずれかに変化させる機能については同じである。

実施の形態１〜４では、内燃機関として、フォークリフトのガスエンジンを例にして説明したが、この形態に限定するものではない。フォークリフト以外の産業車両や、自動車用のエンジンであってもよい。

この発明の実施の形態１に係る火花点火装置を備えた内燃機関の構成模式図である。 実施の形態１に係る内燃機関のＥＣＵに組み込まれた、内燃機関の運転領域を示すマップである。 実施の形態１に係る火花点火装置を備えた内燃機関の１つの燃焼室周辺の構成を示す平面図である。 実施の形態１に係る火花点火装置の流動切換弁の平面図及び断面図である。 実施の形態１に係る火花点火装置を備えた内燃機関の動作を説明するための構成模式図である。 実施の形態１に係る火花点火装置を備えた内燃機関の動作を説明するための別の構成模式図である。 高着火性プラグとスパークプラグとの熱発生率の比較を表す図である。 実施の形態２に係る火花点火装置を備えた内燃機関の構成模式図である。 実施の形態３に係る火花点火装置を備えた内燃機関の構成模式図である。 実施の形態４に係る火花点火装置を備えた内燃機関の構成模式図である。

符号の説明

１ 燃焼室、２ａ，２ｂ 吸気ポート、３ａ，３ｂ 排気ポート、４ ＥＧＲ配管、５ バイパス部（ＥＧＲ切換手段）、６，７，３６ ＥＧＲ切換弁（ＥＧＲ切換手段）、８ スパークプラグ（第２の点火プラグ）、９ 高着火性プラグ（第１の点火プラグ）、１０ 流動切換弁（流動切換手段）、１１ 弁部材、２０ ガスエンジン（内燃機関）、 ３１，４１ 第１の半開閉弁、３２，４２ 第２の半開閉弁、５０ 過給機、５１ コンプレッサ、５２ タービン、Ｌ_１ 第１の仮想線、Ｌ_２ 第２の仮想線、Ｓ 扇形領域。

Claims (8)

1. 内燃機関の燃焼室に連通するように設けられ、混合気が流通する２つの吸気ポートと、
   前記内燃機関から排出された排気ガスの一部を前記２つの吸気ポートのいずれか一方に導入して前記混合気と混合させて混合ガスにするＥＧＲ切換手段と、
   該ＥＧＲ切換手段よりも下流側で前記吸気ポートに設けられ、前記燃焼室内に流入する前記混合気または前記混合ガスの流動状態を変化させる流動切換手段と、
   前記燃焼室の中心位置で該燃焼室内へ挿入するように設けられた第１の点火プラグと、
   該第１の点火プラグから離れた位置で該燃焼室内へ挿入するように設けられた第２の点火プラグと
   を備え、
   前記内燃機関の運転条件が低負荷領域にある場合には、前記流動切換手段が前記混合気の流動状態を変化させることにより、前記燃焼室内において、前記第１の点火プラグを含むように前記混合ガスの層が形成されると共に前記第２の点火プラグを含むように前記混合気の層が形成され、
   前記内燃機関の運転条件が高負荷領域にある場合には、前記流動切換手段が前記混合ガスの流動状態を変化させることにより、前記燃焼室内において、前記第１の点火プラグを含むように前記混合気の層が形成されると共に前記第２の点火プラグを含むように前記混合ガスの層が形成され、
   少なくとも前記内燃機関の運転条件が低負荷領域にある場合には、前記第１の点火プラグは、前記第２の点火プラグよりも着火性が高い、内燃機関の火花点火装置。
2. 前記流動切換手段は、前記燃焼室内において前記混合気または前記混合ガスを、タンブル流動を強化された流動状態と、スワール流動を強化された流動状態とのいずれかに変化させるように作動し、
   前記内燃機関の運転条件が低負荷領域にある場合には、前記流動切換手段によって、前記混合気がタンブル流動を強化された流動状態で前記燃焼室内に流入し、
   前記内燃機関の運転条件が高負荷領域にある場合には、前記流動切換手段によって、前記混合ガスがスワール流動を強化された流動状態で前記燃焼室内に流入する、請求項１に記載の内燃機関の火花点火装置。
3. 前記流動切換手段は、半円板状の弁部材が、前記２つの吸気ポートのいずれか一方の開口の半分の領域を塞ぐ状態で回転可能に構成され、
   前記内燃機関の運転条件が低負荷領域にある場合には、前記弁部材は、前記吸気ポートの下側の半分を覆うように位置し、
   前記内燃機関の運転条件が高負荷領域にある場合には、前記弁部材は、前記吸気ポートを左右半分に分割した際にもう一方の吸気ポート側の半分を覆うように位置する、請求項２に記載の内燃機関の火花点火装置。
4. 前記流動切換手段は、
   前記２つの吸気ポートのいずれか一方の開口の下側の半分を開閉する半円板状の第１の半開閉弁と、
   前記一方の開口を左右半分に分割した際にもう一方の吸気ポート側の半分を開閉する半円板状の第２の半開閉弁と
   が直列に設けられることにより構成される、請求項２に記載の内燃機関の火花点火装置。
5. 前記流動切換手段は、
   前記第２の点火プラグに近いほうの吸気ポートに設けられ、半円板状の弁部材が前記吸気ポートの開口の下側の半分を開閉する第１の半開閉弁と、
   もう一方の吸気ポートに設けられ、半円板状の弁部材が、前記吸気ポートの開口を左右半分に分割した際に前記第１の半開閉弁が設けられた吸気ポート側の半分を開閉する第２の半開閉弁と
   を備え、
   前記内燃機関の運転条件が低負荷領域にある場合には、前記第１の半開閉弁は閉じると共に前記第２の半開閉弁は開き、
   前記内燃機関の運転条件が高負荷領域にある場合には、前記第１の半開閉弁は開くと共に前記第２の半開閉弁は閉じる、請求項２に記載の内燃機関の火花点火装置。
6. 前記弁部材と、前記第１の半開閉弁と、前記第２の半開閉弁の少なくともいずれかが、前記吸気ポートの上流側から下流側に向かって傾くようにして設けられている、請求項３〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の火花点火装置。
7. 前記内燃機関は、燃焼室に連通するように設けられた少なくとも１つの排気ポートを備え、
   前記第２の点火プラグに近い方の吸気ポートに接するように前記第１の点火プラグから引いた第１の仮想線と、
   前記第２の点火プラグに近い方の排気ポートに接するように前記第１の点火プラグから引いた第２の仮想線と
   から前記燃焼室内に扇形領域が形成され、
   前記吸気ポートは前記扇形領域内に存在するが、前記排気ポートは前記扇形領域外に存在し、
   前記第２の点火プラグは、前記扇形領域において、外縁部付近に設けられている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関の火花点火装置。
8. 前記内燃機関は、
   前記吸気ポートに設けられたコンプレッサと、
   前記排気ポートに接続する排気管に設けられたタービンと
   からなる過給機を備え、
   前記コンプレッサより上流側で前記吸気管に連通するＥＧＲ配管をさらに備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の内燃機関の火花点火装置。

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