JP2011052665A - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気体燃料と液体燃料とを噴射可能な燃料噴射弁を有する内燃機関に関するものである。 The present invention relates to an internal combustion engine having a fuel injection valve capable of injecting gaseous fuel and liquid fuel.
気体燃料と液体燃料を噴射可能な内燃機関として、例えば、下記特許文献1に記載されたものがある。この特許文献1に記載された複式燃料ディーゼルエンジンは、ガス用燃料供給系統として、ガスボンベと、ガス圧を降圧調整するレギュレータと、ガスを吸気ポートに噴射するガス用インジェクタを設けると共に、液用燃料供給系統として、燃料タンクと、液体圧を昇圧調整する燃料噴射ポンプと、液体をシリンダに噴射する液用インジェクタを設け、吸気行程において排気弁が閉じてから吸気弁が閉じるまでの間にガス燃料を噴射し、その後に液体燃料を噴射することで着火させ、燃焼させるものである。 As an internal combustion engine capable of injecting gaseous fuel and liquid fuel, for example, there is one described in Patent Document 1 below. The dual fuel diesel engine described in Patent Document 1 is provided with a gas cylinder, a regulator that adjusts the gas pressure as a pressure drop, a gas injector that injects gas into an intake port, and a liquid fuel as a gas fuel supply system. As a supply system, a fuel tank, a fuel injection pump that boosts and adjusts the liquid pressure, and a liquid injector that injects liquid into the cylinder are provided, and gas fuel is supplied during the intake stroke from when the exhaust valve is closed until the intake valve is closed. Is injected and then liquid fuel is injected to ignite and burn.
上述したガス用燃料供給系統と液用燃料供給系統を有するディーゼルエンジンでは、出力を確保するための燃料として、ガス燃料を用い、このガス燃料の着火性を確保するために液体燃料を用いている。即ち、空気に対してガス燃料を噴射し、両者をシリンダ内に導入しながら混合させることで混合気を生成し、この混合気に対して液体燃料を噴射し、圧縮着火させている。この場合、エンジンの要求出力に応じてガス燃料の噴射量を調整する必要がある。ところが、この従来の複式燃料ディーゼルエンジンでは、ガス燃料を所定の圧力で吸気ポートに噴射しており、このガス燃料の噴射量が増大したときには、吸気同期噴射を適正に行うことが困難となり、混合気生成が不十分となってしまうおそれがある。 In the diesel engine having the gas fuel supply system and the liquid fuel supply system described above, gas fuel is used as the fuel for securing the output, and liquid fuel is used for securing the ignitability of the gas fuel. . That is, gaseous fuel is injected into the air and mixed while introducing both into the cylinder to generate an air-fuel mixture, and liquid fuel is injected into the air-fuel mixture for compression ignition. In this case, it is necessary to adjust the injection amount of the gas fuel according to the required output of the engine. However, in this conventional dual fuel diesel engine, the gas fuel is injected into the intake port at a predetermined pressure. When the injection amount of the gas fuel increases, it becomes difficult to perform the intake synchronous injection properly, and the mixing is performed. There is a risk that the gas generation will be insufficient.
本発明は、このような問題を解決するためのものであって、良好な混合気の生成を可能として燃焼性を向上させる内燃機関を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide an internal combustion engine capable of generating a favorable air-fuel mixture and improving combustibility.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の内燃機関は、内燃機関本体とピストンにより形成されるシリンダと、該シリンダに連通する形状の相違する複数の吸気ポートと、前記吸気ポートを開閉可能な吸気弁と、前記シリンダに連通する排気ポートと、該排気ポートを開閉可能な排気弁と、前記吸気ポートに気体燃料を噴射可能な気体燃料噴射弁と、前記シリンダに液体燃料を噴射可能な液体燃料噴射弁と、を備える内燃機関において、前記気体燃料噴射弁は、前記複数の吸気ポートのうちの一部に気体燃料を噴射する、ことを特徴とするものである。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an internal combustion engine of the present invention includes a cylinder formed by an internal combustion engine body and a piston, a plurality of intake ports having different shapes communicating with the cylinder, and the intake air An intake valve capable of opening and closing a port, an exhaust port communicating with the cylinder, an exhaust valve capable of opening and closing the exhaust port, a gaseous fuel injection valve capable of injecting gaseous fuel into the intake port, and liquid fuel in the cylinder An internal combustion engine including a liquid fuel injection valve capable of injecting fuel gas is characterized in that the gaseous fuel injection valve injects gaseous fuel into a part of the plurality of intake ports.
本発明の内燃機関では、前記複数の吸気ポートは、タンジェンシャルポートとヘリカルポートとストレートポートのうちの少なくとも2種類のポートを有することを特徴としている。 In the internal combustion engine of the present invention, the plurality of intake ports have at least two types of ports of a tangential port, a helical port, and a straight port.
本発明の内燃機関では、前記複数の吸気ポートは、タンジェンシャルポートとヘリカルポートであり、前記気体燃料噴射弁は、前記タンジェンシャルポートに気体燃料を噴射することを特徴としている。 In the internal combustion engine of the present invention, the plurality of intake ports are a tangential port and a helical port, and the gaseous fuel injection valve injects gaseous fuel into the tangential port.
本発明の内燃機関では、複数のシリンダを有し、各シリンダに対して前記気体燃料噴射弁が同数設けられ、吸気管と前記複数の吸気ポートとが吸気マニホールドにより連通され、前記気体燃料噴射弁は、前記吸気マニホールドに装着され、噴射口から前記複数の吸気ポートのうちの一部に向けて延出されることを特徴としている。 The internal combustion engine of the present invention has a plurality of cylinders, the same number of the gaseous fuel injection valves are provided for each cylinder, the intake pipe and the plurality of intake ports are communicated by an intake manifold, and the gaseous fuel injection valves Is mounted on the intake manifold and extends from the injection port toward a part of the plurality of intake ports.
本発明の内燃機関では、前記複数の吸気ポートのうちで、前記気体燃料噴射弁の噴射位置を変更可能な噴射位置変更手段が設けられることを特徴としている。 The internal combustion engine of the present invention is characterized in that an injection position changing means capable of changing an injection position of the gaseous fuel injection valve among the plurality of intake ports is provided.
本発明の内燃機関では、内燃機関の運転状態に応じて前記噴射位置変更手段を制御する制御手段が設けられることを特徴としている。 The internal combustion engine of the present invention is characterized in that a control means for controlling the injection position changing means in accordance with the operating state of the internal combustion engine is provided.
本発明の内燃機関によれば、シリンダに連通する形状の相違する複数の吸気ポートを設けると共に、この吸気ポートに気体燃料を噴射可能な気体燃料噴射弁を設け、この気体燃料噴射弁により複数の吸気ポートのうちの一部に気体燃料を噴射可能としている。従って、最適な形状の吸気ポートに気体燃料を噴射することが可能となり、空気と燃料との混合が良好な混合気を生成することができ、その結果、燃焼性を向上させることができる。 According to the internal combustion engine of the present invention, a plurality of intake ports having different shapes communicating with the cylinder are provided, and a gas fuel injection valve capable of injecting gaseous fuel is provided in the intake port, and a plurality of intake ports are provided by the gas fuel injection valves. Gas fuel can be injected into a part of the intake port. Accordingly, it is possible to inject gaseous fuel into the intake port having an optimal shape, and it is possible to generate an air-fuel mixture in which air and fuel are well mixed. As a result, it is possible to improve combustibility.
以下に、本発明に係る内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。 Embodiments of an internal combustion engine according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this Example.
図1は、本発明の実施例1に係る内燃機関を表す概略平面図、図2は、実施例1の内燃機関を表す概略断面図、図3は、実施例1の内燃機関における吸気ポートを表す概略図である。 1 is a schematic plan view illustrating an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating the internal combustion engine according to the first embodiment, and FIG. 3 illustrates an intake port in the internal combustion engine according to the first embodiment. FIG.
実施例1の内燃機関では、この内燃機関をディーゼルエンジンに適用して説明する。実施例1のディーゼルエンジンにおいて、図1乃至図3に示すように、シリンダブロック11上にはシリンダヘッド12がボルト締結されており、このシリンダブロック11及びシリンダヘッド12によりエンジン本体が構成されている。シリンダブロック11には、その長手方向に沿って直列に配置するように4つのシリンダボア13が鉛直方向に沿って形成され、各シリンダボア13にピストン14がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。シリンダブロック11の下部には、図示しないクランクケースが締結され、このクランクケース内にクランクシャフトが回転自在に支持され、各ピストン14は、それぞれコネクティングロッド15を介してこのクランクシャフトに連結されている。
The internal combustion engine of the first embodiment will be described by applying this internal combustion engine to a diesel engine. In the diesel engine of the first embodiment, as shown in FIGS. 1 to 3, a
4つの燃焼室(シリンダ)16は、シリンダブロック11におけるシリンダボア13の壁面とシリンダヘッド12の下面とピストン14の頂面に形成されたキャビティ(凹部)14aにより区画されて構成されている。そして、この各燃焼室16に連通するように、シリンダヘッド12の下面に吸気ポート17及び排気ポート18がそれぞれ対向して形成されており、この各吸気ポート17及び各排気ポート18に対して吸気弁19及び排気弁20の下端部がそれぞれ配置されている。この吸気弁19及び排気弁20は、シリンダヘッド12に軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート17及び排気ポート18を閉止する方向(図2にて上方)に付勢支持されている。また、シリンダヘッド12には、吸気カムシャフト21及び排気カムシャフト22が回転自在に支持されており、この吸気カムシャフト21及び排気カムシャフト22に形成された吸気カム及び排気カムが吸気弁19及び排気弁20の上端部に接触している。
The four combustion chambers (cylinders) 16 are defined by a cavity (concave portion) 14 a formed on the wall surface of the
本実施例では、各燃焼室16に対して設けられた吸気ポート17は、形状の相違する複数の吸気ポートから構成されている。具体的には、各吸気ポート17は、タンジェンシャルポート17aとヘリカルポート17bとから構成されており、シリンダヘッド12に水平方向に略平行に形成され、各ポート17a,17bに対して吸気弁19が設けられている。
In this embodiment, the
タンジェンシャルポート17aは、一般的に、混合気の均質燃焼を実現するために、燃焼室16内に供給される吸気をシリンダ接線方向に供給することによって筒内全体の大きなスワールを形成するためのものであり、スワール流が圧縮行程末期まで持続されると、着火時期においてスワール流の増速で発生する気流の乱れによって均質混合気が生成され、燃焼速度が高められて良好な均質燃焼を実現することが可能である。一方、ヘリカルポート17bは、一般的に、混合気の成層燃焼を実現するために、燃焼室16内に供給される吸気によって吸気ポート17から出る時点で強い部分的なスワール流を形成するためのものであり、燃焼室16内にスワール流を生成し、吸気流動を活発化すると共に、燃焼室16内への燃料の直接噴射などにより燃焼室16の中央部に着火しやすい濃混合気層を形成し、超希薄燃焼を実現することが可能である。
The
また、各燃焼室16に対して設けられた排気ポート18は、同形状をなす2つの排気ポート18a,18bから構成されている。更に、図示しないが、クランクシャフトに固結されたクランクシャフトスプロケットと、吸気カムシャフト21及び排気カムシャフト22にそれぞれ固結された各カムシャフトスプロケットとは、無端のタイミングチェーンが掛け回されており、クランクシャフトと吸気カムシャフト21と排気カムシャフト22が連動可能となっている。
Further, the
従って、クランクシャフトに同期して吸気カムシャフト21及び排気カムシャフト22が回転すると、吸気カム及び排気カムが吸気弁19及び排気弁20を所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート17(17a,17b)及び排気ポート18(18a,18b)を開閉し、吸気ポート17と燃焼室16、燃焼室16と排気ポート18とをそれぞれ連通することができる。この場合、この吸気カムシャフト21及び排気カムシャフト22は、クランクシャフトが2回転(720度)する間に1回転(360度)するように設定されている。そのため、ディーゼルエンジンは、クランクシャフトが2回転する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の4行程を実行することとなり、このとき、吸気カムシャフト21及び排気カムシャフト22が1回転することとなる。
Therefore, when the
シリンダヘッド12の吸気ポート17側の側面には、吸気マニホールド23が締結されており、この吸気マニホールド23には吸気管24が連結され、この吸気管24の空気取入口にエアクリーナ25が取付けられている。そして、このエアクリーナ25の下流側にスロットルバルブ26が設けられている。
An
また、本実施例では、吸気ポート17(17a,17b)に気体燃料を噴射可能な気体燃料噴射弁と、燃焼室16に液体燃料を噴射可能な液体燃料噴射弁とが設けられており、気体燃料噴射弁は、タンジェンシャルポート17aとヘリカルポート17bのうちの一部、つまり、タンジェンシャルポート17aに気体燃料を噴射可能となっている。この場合、気体燃料としては、圧縮天然ガス(CNG:Compressed Natural Gas)燃料を適用し、液体燃料としては、軽油を適用している。
In this embodiment, a gas fuel injection valve capable of injecting gaseous fuel into the intake port 17 (17a, 17b) and a liquid fuel injection valve capable of injecting liquid fuel into the
即ち、吸気マニホールド23にて、その上部には4つの燃焼室16に対応して4つのCNGインジェクタ(気体燃料噴射弁)27が直列をなして所定間隔で設けられている。この各CNGインジェクタ27は、基端部側がその上方に配置されたCNGデリバリパイプ28に連結され、先端部側が吸気マニホールド23内に侵入している。そして、各CNGインジェクタ27は、先端部にCNG噴射管29が連結され、各CNG噴射管29は、吸気マニホールド23内をシリンダヘッド12の各吸気ポート17に向けて延出され、先端部が各タンジェンシャルポート17a内に挿入されている。
That is, in the
CNGデリバリパイプ28は、吸気マニホールド23の上方で、且つ、吸気管24の連結側に配置されており、CNG供給管30によりCNGボンベ31に連結されている。そして、このCNG供給管30に、プレッシャレギュレータ32が設けられている。このプレッシャレギュレータ32は、CNGボンベ31に貯留されているCNGの圧力を低下させ、所定の供給圧に調整するものである。
The
この場合、各燃焼室16に対してCNG燃料を均等に分配供給し、安定した燃焼を確保するために、CNG燃料供給系のダイナミックレンジが、吸気行程にて、排気弁20が閉じてから吸気弁19が閉じるまでの間に、要求されたCNG燃料量を供給可能なものに設定されている。具体的には、CNG燃料の供給圧を一定とした場合、供給量が小流量から大流量まで変動しても、所定の噴射時期(噴射期間)内に、要求されたCNG燃料量を噴射可能な応答特性を有するCNGインジェクタ27とする。また、供給量が小流量から大流量まで変動した場合、所定の噴射時期(噴射期間)内に、CNGインジェクタ27が要求されたCNG燃料量を噴射できるように、ECU41がプレッシャレギュレータ32を制御してCNG燃料の供給圧を調整可能とする。
In this case, in order to evenly distribute and supply CNG fuel to each
従って、プレッシャレギュレータ32は、CNGボンベ31のCNGの圧力を所定の供給圧に調整してから、CNG供給管30を通してCNGデリバリパイプ28に供給すると、このCNGデリバリパイプ28には所定圧のCNG燃料が維持され、各CNGインジェクタ27を作動させることで、CNG燃料をCNG噴射管29を介して各タンジェンシャルポート17aに噴射することができる。
Therefore, when the
また、シリンダヘッド12には、各燃焼室16の中央部の上方に位置して4つの軽油インジェクタ(液体燃料噴射弁)33が直列をなして所定間隔で設けられている。この各軽油インジェクタ33は、基端部側がその上方に配置されたコモンレール34に連結され、先端部側が燃焼室16に臨んでいる。コモンレール34は、シリンダヘッド12の上方に配置されており、軽油供給管35により軽油タンク36に連結されている。そして、この軽油供給管35に、高圧ポンプ37が設けられている。この高圧ポンプ37は、軽油タンク36に貯留されている軽油の圧力を増加させ、所定の供給圧に調整するものである。
The
従って、高圧ポンプ37は、軽油タンク36の軽油の圧力を所定の供給圧に調整してから、軽油供給管35を通してコモンレール34に供給すると、このコモンレール34には所定圧の軽油燃料が維持され、各軽油インジェクタ33を作動させることで、軽油燃料を各燃焼室16に噴射することができる。
Accordingly, when the
一方、シリンダヘッド12の排気ポート18側の側面には、排気マニホールド38が締結されており、この排気マニホールド38には排気管39が連結され、この排気管39には、排気ガス中に含まれる有害物質を浄化処理する触媒40が設けられている。この場合、触媒40は、例えば、DPNRとし、排気ガス中の微粒子(PM:パティキュレート)、特に、黒煙を捕集すると共に、排気空燃比がリーンのときに排気ガス中のNOxを吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下したときに吸蔵したNOxを放出し、添加した燃料(還元剤)により還元するものとすることが望ましい。
On the other hand, an
なお、図示しないが、排気ガスを吸気系に戻す排気再循環(EGR)装置を設けることが望ましい。このEGR装置は、排気管39と吸気管24とを連結して排気ガスの一部を吸気系へ再循環させるEGR通路と、このEGR通路に設けられたEGR弁と、EGR通路に設けられて排気ガスを冷却するEGRクーラとから構成される。
Although not shown, it is desirable to provide an exhaust gas recirculation (EGR) device that returns exhaust gas to the intake system. This EGR device connects an
ところで、車両には、本実施例のディーゼルエンジンを制御する電子制御ユニット(ECU)41が搭載されている。このECU41は、各インジェクタ27,33による燃料噴射量や燃料噴射タイミングなどを制御可能となっており、検出した吸入空気量、アクセル開度、エンジン回転数、冷却水温などのエンジン運転状態に基づいてスロットル開度、燃料噴射量、噴射時期などを決定している。
By the way, the vehicle is equipped with an electronic control unit (ECU) 41 that controls the diesel engine of this embodiment. The
即ち、吸気管24の上流側にはエアフローセンサ42が装着され、計測した吸入空気量をECU41に出力している。アクセルペダルにはアクセルポジションセンサ43が設けられており、現在のアクセル開度をECU41に出力している。また、クランクシャフトにはクランク角センサ44が設けられ、検出したクランク角度をECU41に出力し、ECU41はクランク角度に基づいて各気筒における吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出する。また、シリンダブロック11には水温センサ45が設けられており、検出したエンジン冷却水温をECU41に出力している。
That is, an
また、排気管39における触媒40より上流側に空燃比(A/F)センサ46が設けられている。このA/Fセンサ46は、燃焼室16から排気ポート18及び排気マニホールド38を通して排気管39に排気された排気ガスの排気空燃比(酸素量)を検出し、検出した排気空燃比をECU41に出力している。ECU41は、A/Fセンサ46が検出した排気空燃比をフィードバックし、エンジン運転状態に応じて設定された目標空燃比と比較することで、燃料噴射量を補正している。
An air-fuel ratio (A / F)
ここで、実施例1のディーゼルエンジンの作動について説明する。 Here, the operation of the diesel engine of the first embodiment will be described.
実施例1のディーゼルエンジンにおいて、図1及び図2に示すように、ECU41は、各種センサ42,43,44,45が検出した吸入空気量、アクセル開度、エンジン回転数、冷却水温などのエンジン運転状態に基づいて、CNGインジェクタ27及び軽油インジェクタ33によるCNG燃料及び軽油燃料の噴射量、燃料噴射時期を決定している。
In the diesel engine of the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the
即ち、ECU41は、エンジン運転状態に応じてプレッシャレギュレータ32を制御し、CNGボンベ31のCNGの圧力を所定の供給圧に調整し、CNGデリバリパイプ28に供給する。そして、ECU41は、各CNGインジェクタ27を制御し、所定のタイミングで、CNG燃料をCNG噴射管29から各吸気ポート17におけるタンジェンシャルポート17aに噴射する。この場合、CNGインジェクタ27の燃料噴射時期は、吸気行程にて、排気弁20が閉じてから吸気弁19が閉じるまでの間に設定されている。
That is, the
すると、タンジェンシャルポート17aに噴射されたCNG燃料は、エアクリーナ25から取り入れられて吸気管24を通ってタンジェンシャルポート17aに導入された空気と共に燃焼室16内に供給される。このとき、タンジェンシャルポート17aを通って燃焼室16に供給されるCNG燃料と空気の混合気は、シリンダ内の大きなスワール流となる。その後、ピストン14が上昇して圧縮行程になると、混合気のスワール流は、圧縮行程末期まで持続される。なお、吸気管24からヘリカルポート17bを通って燃焼室16に導入された空気は、強いスワール流としてヘリカルポート17bから噴出される。
Then, the CNG fuel injected into the
そして、ECU41は、各軽油インジェクタ33を制御し、所定のタイミングで、軽油燃料を各燃焼室16に噴射する。この場合、軽油燃料は、ピストン14のキャビティ14aに向けて噴射されることとなり、その中心部に寄せ集められる。その後、燃焼室16内が所定の圧力に達すると、この軽油燃料を基点としてCNG燃料と空気との混合気が着火し、この着火時期にて、スワール流の増速で発生する気流の乱れにより均質混合気が生成され、燃焼速度が高められて良好な均質燃焼が実現される。
The
このように実施例1の内燃機関にあっては、燃焼室16に連通する形状の相違するタンジェンシャルポート17aとヘリカルポート17bを形成すると共に、CNG燃料を噴射可能なCNGインジェクタ27と、軽油燃料を噴射可能な軽油インジェクタ33とを設け、CNGインジェクタ27は、タンジェンシャルポート17aにCNG燃料を噴射し、軽油インジェクタ33は、燃焼室16に軽油燃料を噴射する。
As described above, in the internal combustion engine of the first embodiment, the
従って、タンジェンシャルポート17aにCNG燃料を噴射することで、空気とCNG燃料とがスワール流となって燃焼室16に導入されることとなり、空気とCNG燃料とが適正に混合されることで、良好な混合気を生成することができ、特に、エンジンの高負荷運転にて、良好な均質燃焼を実現して燃焼性を向上させることができる。
Therefore, by injecting CNG fuel into the
また、実施例1の内燃機関では、吸気管24と、各燃焼室16に連通する吸気ポート17(17a,17b)とを吸気マニホールド23により連通し、CNGインジェクタ27を吸気マニホールド23に装着し、CNG噴射管29の先端にある噴射口がタンジェンシャルポート17aに向けて延出されている。従って、CNG燃料を適切にタンジェンシャルポート17aに噴射することができると共に、CNG燃料の供給系を軽油燃料の供給系に対して邪魔することなく効率的に配置することができる。
In the internal combustion engine of the first embodiment, the
また、実施例1の内燃機関では、応答特性を有するCNGインジェクタ27としたり、プレッシャレギュレータ32によりCNG燃料の供給圧を調整可能としたりすることで、CNG燃料供給系のダイナミックレンジを向上させている。従って、吸気行程にて、排気弁20が閉じてから吸気弁19が閉じるまでの間に、要求されたCNG燃料量を適正に供給可能となり、各燃焼室16に対してCNG燃料を均等に分配供給し、安定した燃焼を確保することができる。
In the internal combustion engine of the first embodiment, the dynamic range of the CNG fuel supply system is improved by using the
図4は、本発明の実施例2に係る内燃機関を表す概略平面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。 FIG. 4 is a schematic plan view showing the internal combustion engine according to the second embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the same function as what was demonstrated in the Example mentioned above, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
実施例2のディーゼルエンジンにおいて、図4に示すように、吸気マニホールド23にて、その上部には4つの燃焼室16に対応して4つのCNGインジェクタ27が直列をなして所定間隔で設けられている。この各CNGインジェクタ27は、基端部側がその上方に配置されたCNGデリバリパイプ51に連結され、先端部側が吸気マニホールド23内に侵入し、CNG噴射管29が連結され、各CNG噴射管29は、各タンジェンシャルポート17aまで延出されている。
In the diesel engine of the second embodiment, as shown in FIG. 4, in the
また、シリンダヘッド12には、各燃焼室16の中央部の上方に位置して4つの軽油インジェクタ33が直列をなして所定間隔で設けられている。この各軽油インジェクタ33は、基端部側が吸気マニホールド23の上方に配置されたコモンレール52に図示しない配管を介して連結され、先端部側が燃焼室16に臨んでいる。
The
この場合、CNGデリバリパイプ51は、吸気マニホールド23の上方に位置し、吸気管24の連結側で、燃焼室16の配列方向の一方側に配置されている。また、コモンレール52は、吸気マニホールド23の上方に位置し、シリンダヘッド12の連結側に配置されている。即ち、CNGデリバリパイプ51とコモンレール52は、吸気マニホールド23の上方に水平方向に並んで配置されている。
In this case, the
このように実施例2の内燃機関にあっては、燃焼室16に連通する形状の相違するタンジェンシャルポート17aとヘリカルポート17bを形成すると共に、CNG燃料をタンジェンシャルポート17aに噴射可能なCNGインジェクタ27と、軽油燃料を燃焼室16に噴射可能な軽油インジェクタ33とを設け、CNGデリバリパイプ51とコモンレール52を吸気マニホールド23の上方に水平方向に並んで配置している。
As described above, in the internal combustion engine according to the second embodiment, the
従って、吸気マニホールド23の上方に、CNG燃料の供給系と軽油燃料の供給系を配置することで、各燃料供給系を効率良く配置することとなり、装置のコンパクト化を可能とすることができる。
Therefore, by disposing the CNG fuel supply system and the light oil fuel supply system above the
図5は、本発明の実施例3に係る内燃機関を表す概略平面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。 FIG. 5 is a schematic plan view showing an internal combustion engine according to Embodiment 3 of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the same function as what was demonstrated in the Example mentioned above, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
実施例3のディーゼルエンジンにおいて、図5に示すように、各吸気ポート17は、タンジェンシャルポート17aとヘリカルポート17bとから構成されている。そして、シリンダヘッド12の吸気ポート17側の側面には、吸気マニホールド23が締結されており、この吸気マニホールド23には吸気管24が連結されている。
In the diesel engine according to the third embodiment, as shown in FIG. 5, each
この吸気マニホールド23にて、その上部には4つの燃焼室16に対応して4つのCNGインジェクタ27が直列をなして所定間隔で設けられている。この各CNGインジェクタ27は、基端部側がその上方に配置されたCNGデリバリパイプ28に連結され、先端部側が吸気マニホールド23内に侵入し、先端部にCNG噴射管29が連結されている。この各CNG噴射管29は、吸気マニホールド23内をシリンダヘッド12の各吸気ポート17に向けて延出され、先端部が各ヘリカルポート17b内に挿入されている。
In the
そのため、CNGデリバリパイプ28には、所定圧のCNG燃料が維持されており、各CNGインジェクタ27を作動させることで、CNG燃料をCNG噴射管29を介して各ヘリカルポート17bに噴射することができる。
Therefore, CNG fuel of a predetermined pressure is maintained in the
従って、各CNGインジェクタ27は、所定のタイミングで、CNG燃料をCNG噴射管29から各吸気ポート17におけるヘリカルポート17bに噴射する。この場合、CNGインジェクタ27の燃料噴射時期は、吸気行程にて、排気弁20が閉じてから吸気弁19が閉じるまでの間に設定されている。
Accordingly, each
すると、ヘリカルポート17bに噴射されたCNG燃料は、エアクリーナ25から取り入れられて吸気管24を通ってヘリカルポート17bに導入された空気と共に燃焼室16内に供給される。このとき、ヘリカルポート17bを通って燃焼室16に供給されるCNG燃料と空気の混合気は、強い部分的なスワール流となる。なお、吸気管24からタンジェンシャルポート17aを通って燃焼室16に導入された空気は、シリンダ内の大きなスワール流となる。
Then, the CNG fuel injected into the
一方、各軽油インジェクタ33は、所定のタイミングで、軽油燃料を各燃焼室16に噴射する。この場合、軽油燃料は、ピストン14のキャビティ14aに向けて噴射されることとなり、その中心部に寄せ集められる。その後、燃焼室16内が所定の圧力に達すると、この軽油燃料を基点としてCNG燃料と空気との混合気が着火する。このとき、燃焼室16におけるCNG燃料と空気との混合気からなるスワール流が、吸気流動を活発化すると共に、燃焼室16へ噴射された軽油燃料により燃焼室16の中央部に着火しやすい濃混合気層を形成することとなり、混合気の成層燃焼を可能とし、超希薄燃焼が実現される。
On the other hand, each
このように実施例3の内燃機関にあっては、燃焼室16に連通する形状の相違するタンジェンシャルポート17aとヘリカルポート17bを形成すると共に、CNG燃料を噴射可能なCNGインジェクタ27と、軽油燃料を噴射可能な軽油インジェクタ33とを設け、CNGインジェクタ27は、ヘリカルポート17bにCNG燃料を噴射し、軽油インジェクタ33は、燃焼室16に軽油燃料を噴射する。
Thus, in the internal combustion engine of the third embodiment, the
従って、ヘリカルポート17bにCNG燃料を噴射することで、空気とCNG燃料とが強い部分的なスワール流となって燃焼室16に導入されることとなり、空気とCNG燃料とが適正に混合されることで、良好な混合気の生成することができ、特に、エンジンの低負荷運転にて、良好な成層燃焼を実現して燃焼性を向上させることができる。
Therefore, by injecting the CNG fuel into the
図6は、本発明の実施例4に係る内燃機関を表す概略平面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。 FIG. 6 is a schematic plan view showing an internal combustion engine according to Embodiment 4 of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the same function as what was demonstrated in the Example mentioned above, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
実施例4のディーゼルエンジンにおいて、図6に示すように、各吸気ポート17は、タンジェンシャルポート17aとヘリカルポート17bとから構成されている。そして、シリンダヘッド12の吸気ポート17側の側面には、吸気マニホールド23が締結されており、この吸気マニホールド23には吸気管24が連結されている。
In the diesel engine of the fourth embodiment, as shown in FIG. 6, each
この吸気マニホールド23にて、その上部には4つの燃焼室16に対応して4つのCNGインジェクタ27が直列をなして所定間隔で設けられている。この各CNGインジェクタ27は、基端部側がその上方に配置されたCNGデリバリパイプ28に連結され、先端部側が吸気マニホールド23内に侵入し、先端部にCNG噴射管61が連結されている。この各CNG噴射管61は、吸気マニホールド23内をシリンダヘッド12の各吸気ポート17に向けて延出され、先端部が各タンジェンシャルポート17aまたは各ヘリカルポート17bに対向している。
In the
そして、各CNGインジェクタ27に連結されたCNG噴射管61は、その噴射位置をタンジェンシャルポート17aとヘリカルポート17bとの間で変更可能となっている。即ち、各CNG噴射管61は、軟質部材により構成され、先端部側に連結部62がそれぞれ設けられ、各連結部62は、CNGインジェクタ27の配列方向に沿った連結ロッド63により連結されている。そして、この連結ロッド63の端部には、噴射位置変更手段としてのダイアフラムアクチュエータ64が連結されており、このダイアフラムアクチュエータ64は、ECUによりディーゼルエンジンの運転状態に応じて制御可能となっている。
And the
そのため、ECUがダイアフラムアクチュエータ64を作動することで、連結ロッド63を介して各CNG噴射管61を移動し、先端部に設けられた噴射口を、タンジェンシャルポート17aに対向する位置と、ヘリカルポート17bに対向する位置との間で移動することができる。
Therefore, when the ECU actuates the
従って、ディーゼルエンジンが高負荷運転領域にあるとき、ECUは、ダイアフラムアクチュエータ64を作動し、各CNG噴射管61の噴射口をタンジェンシャルポート17aに対向する位置に移動する。ここで、各CNGインジェクタ27は、所定のタイミングで、CNG燃料をCNG噴射管61から各吸気ポート17におけるタンジェンシャルポート17aに噴射する。
Therefore, when the diesel engine is in the high load operation region, the ECU operates the
すると、タンジェンシャルポート17aに噴射されたCNG燃料は、空気と共に燃焼室16内に供給され、このとき、タンジェンシャルポート17aを通って燃焼室16に供給されるCNG燃料と空気の混合気は、シリンダ内の大きなンスワール流となる。一方、各軽油インジェクタ33は、所定のタイミングで、軽油燃料を各燃焼室16に噴射する。この場合、軽油燃料は、ピストン14のキャビティ14aに向けて噴射され、その中心部に寄せ集められ、この軽油燃料を基点としてCNG燃料と空気との混合気が着火し、この着火時期にて、スワール流の増速で発生する気流の乱れにより均質混合気が生成され、燃焼速度が高められて良好な均質燃焼が実現される。
Then, the CNG fuel injected into the
一方、ディーゼルエンジンが低負荷運転領域にあるとき、ECUは、ダイアフラムアクチュエータ64を作動し、各CNG噴射管61の噴射口をヘリカルポート17bに対向する位置に移動する。ここで、各CNGインジェクタ27は、所定のタイミングで、CNG燃料をCNG噴射管61から各吸気ポート17におけるヘリカルポート17bに噴射する。
On the other hand, when the diesel engine is in the low load operation region, the ECU operates the
すると、ヘリカルポート17bに噴射されたCNG燃料は、空気と共に燃焼室16内に供給され、このとき、ヘリカルポート17bを通って燃焼室16に供給されるCNG燃料と空気の混合気は、強い部分的なスワール流となる。一方、各軽油インジェクタ33は、所定のタイミングで、軽油燃料を各燃焼室16に噴射する。この場合、軽油燃料は、ピストン14のキャビティ14aに向けて噴射され、その中心部に寄せ集められ、この軽油燃料を基点としてCNG燃料と空気との混合気が着火する。このとき、燃焼室16におけるCNG燃料と空気との混合気からなるスワール流が、吸気流動を活発化すると共に、燃焼室16へ噴射された軽油燃料により燃焼室16の中央部に着火しやすい濃混合気層を形成することとなり、混合気の成層燃焼を可能とし、超希薄燃焼が実現される。
Then, the CNG fuel injected into the
このように実施例4の内燃機関にあっては、燃焼室16に連通する形状の相違するタンジェンシャルポート17aとヘリカルポート17bを形成すると共に、CNG燃料を噴射可能なCNGインジェクタ27と、軽油燃料を噴射可能な軽油インジェクタ33とを設け、ダイアフラムアクチュエータ64によりCNGインジェクタ27による噴射位置を、タンジェンシャルポート17aとヘリカルポート17bとの間で変更可能としている。
Thus, in the internal combustion engine of the fourth embodiment, the
従って、CNG燃料をタンジェンシャルポート17aとヘリカルポート17bとの間で選択的に噴射可能となり、ディーゼルエンジンの運転状態に応じて適正な吸気ポートにCNG燃料を噴射することができ、燃焼性を向上させることができる。
Therefore, CNG fuel can be selectively injected between the
また、実施例4の内燃機関では、ECUは、ディーゼルエンジンの運転状態により、高負荷運転状態では、CNG燃料をタンジェンシャルポート17aに噴射し、低負荷運転状態では、CNG燃料をヘリカルポート17bに噴射するようにしている。従って、ディーゼルエンジンの高負荷運転では、良好な均質燃焼を実現することができ、ディーゼルエンジンの低負荷運転では、良好な成層燃焼を実現することができ、その結果、全ての運転領域で燃焼性を向上させることができる。
In the internal combustion engine of the fourth embodiment, the ECU injects CNG fuel into the
なお、上述した各実施例では、吸気ポート17にて、形状の相違する複数の吸気ポートとして、タンジェンシャルポート17aとヘリカルポート17bとを設けたが、この組み合わせに限定されるものではなく、ストレートポートと組み合わせてもよい。即ち、形状の相違する複数の吸気ポートとして、タンジェンシャルポートとストレートポートを設けたり、ヘリカルポートとストレートポートを設けてもよく、更に、タンジェンシャルポートとヘリカルポートとストレートポートの3つのポートを設けてもよい。
In each of the above-described embodiments, the
以上のように、本発明に係る内燃機関は、形状の相違する複数の吸気ポートを設け、気体燃料噴射弁により複数の吸気ポートのうちの一部に気体燃料を噴射可能とすることで、良好な混合気の生成を可能として燃焼性を向上させるものであり、どのような形式の内燃機関にも適用しても有用である。 As described above, the internal combustion engine according to the present invention is good by providing a plurality of intake ports having different shapes and allowing gaseous fuel to be injected into some of the plurality of intake ports by the gaseous fuel injection valve. Therefore, the present invention is useful for any type of internal combustion engine.
16 燃焼室(シリンダ)
17 吸気ポート
17a タンジェンシャルポート
17b ヘリカルポート
18 排気ポート
27 CNGインジェクタ(気体燃料噴射弁)
28,51 CNGデリバリパイプ
29 CNG噴射管
32 プレッシャレギュレータ
33 軽油インジェクタ(液体燃料噴射弁)
34,52 コモンレール
37 高圧ポンプ
41 電子制御ユニット(ECU)
64 ダイアフラムアクチュエータ(噴射位置変更手段)
16 Combustion chamber (cylinder)
17
28,51
34, 52
64 Diaphragm actuator (injection position changing means)
Claims (6)
該シリンダに連通する形状の相違する複数の吸気ポートと、
前記吸気ポートを開閉可能な吸気弁と、
前記シリンダに連通する排気ポートと、
該排気ポートを開閉可能な排気弁と、
前記吸気ポートに気体燃料を噴射可能な気体燃料噴射弁と、
前記シリンダに液体燃料を噴射可能な液体燃料噴射弁と、
を備える内燃機関において、
前記気体燃料噴射弁は、前記複数の吸気ポートのうちの一部に気体燃料を噴射する、
ことを特徴とする内燃機関。 A cylinder formed by an internal combustion engine body and a piston;
A plurality of intake ports having different shapes communicating with the cylinder;
An intake valve capable of opening and closing the intake port;
An exhaust port communicating with the cylinder;
An exhaust valve capable of opening and closing the exhaust port;
A gaseous fuel injection valve capable of injecting gaseous fuel into the intake port;
A liquid fuel injection valve capable of injecting liquid fuel into the cylinder;
An internal combustion engine comprising:
The gaseous fuel injection valve injects gaseous fuel into a part of the plurality of intake ports;
An internal combustion engine characterized by that.
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