JP3721064B2

JP3721064B2 - Spark ignition engine

Info

Publication number: JP3721064B2
Application number: JP2000287831A
Authority: JP
Inventors: 忠夫大和; 大林田; 博文関野; 知大二宮
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2000-09-22
Filing date: 2000-09-22
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2020-09-22
Also published as: JP2002097962A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高効率でクリーンな希薄燃焼を実現するために採用される火花点火式エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記希薄燃焼を実現するためには、燃焼室内に理論混合比よりも薄い希薄混合気を作りつつ、同時に、点火プラグの周辺に着火可能な濃混合気を形成することが必要である。この種の火花点火式エンジンとしては、従来より例えば以下に示すものが知られている。
【０００３】
この火花点火式エンジンは、吸気路に第１の燃料噴射器を設け、点火プラグの近傍に第２の燃料噴射器を設け、第１の燃料噴射器により供給した燃料で燃焼室内に希薄混合気を形成し、第２の燃料噴射器により圧縮行程終期に供給した燃料で点火プラグの近傍に濃混合気を形成し、濃混合気に着火した火炎で希薄混合気を燃焼させるように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、点火プラグの近傍に形成された濃混合気の周囲を希薄混合気で均等に囲むことにより、火炎の円滑な伝播を意図しているが、圧縮行程の終期において、濃混合気と希薄混合気とが入り交じり、必ずしも火炎の円滑な伝播が達成されない。特にガス燃料を用いるガスエンジンにあっては、濃混合気の拡散性により濃混合気を希薄混合気内に封じ込めることができず、良好な燃焼を期待することができない。
【０００５】
また、上記従来技術では二つの燃料噴射器を必要とするのでコスト高になる。しかも、圧縮行程終期の高い筒内圧に抗して燃料を燃焼室内に噴射することから、第２の燃料噴射器は高圧の噴射圧を必要とする。このため高圧のコンプレッサーが必要になり、また、第１の燃料噴射器と第２の燃料噴射器とでは、燃料ガスの供給圧を別々に設定する必要がある。これらの点でもコスト高になる。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮したもので、特に下記の点を技術課題とする。（イ）濃混合気を希薄混合気内に封じ込めて、火炎を円滑に伝播させて燃焼の改善を図る。（ロ）燃料噴射器を一つで済ませ、低圧の調圧器に連結した燃料噴射器で燃料ガスの供給することにより、構成の簡素化と低コスト化を図る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の基本構成を備える。
例えば図１及び図２に示すように、シリンダヘッド６に吸気ポート１１・１２と排気ポート１４・１５を設け、シリンダ３の上面の略中央部に臨ませて点火プラグ１０を設け、上記点火プラグ１０の近傍に濃混合気を形成し、その周囲に希薄混合気を形成するように構成する。
【０００８】
請求項１に記載の発明は、上記基本構成を備える火花点火式エンジンにおいて、上記吸気ポート１１・１２は、上記シリンダ３内の中央寄りに吸気を流入させる第１吸気ポート１１と、上記シリンダ３の周壁３ａに沿って旋回流Ｓを生じさせる第２吸気ポート１２とから成り、上記第１吸気ポート１１内を流れる吸気に乗せて燃料Ｇを供給するように構成する。
【０００９】
ここで、「吸気に乗せて燃料Ｇを供給する」とは、燃料噴射器による燃料の噴射が、シリンダ３内に流下する吸気の自然な流れを妨げないことを意味する。また、燃料Ｇを供給する燃料噴射器は、第１吸気ポート１１に臨ませて設ける場合に限らず、吸気管１３に臨ませて設ける場合でも差し支えない。第１吸気ポート１１内を流れる吸気に乗せて燃料Ｇを供給できればよいからである。
【００１０】
上記第１吸気ポート１１をストレートポートにより構成し、上記第２吸気ポート１２をスワールポートにより構成する。
【００１１】
上記ストレートポート１１の吸気弁口１１Ａのうち、シリンダ３の中央寄りで、スワールポート１２の吸気弁口１２Ａから遠い部分を第１弁口部分１１ａと規定し、上記ストレートポート１１内を上記第１弁口部分１１ａに向けて流れる第１気流Ａａに乗せて燃料Ｇを供給するように構成する。
例えば図１（Ｂ）に示すように、上記第１気流Ａａが流れるストレートポート１１内の領域を第１ポート領域Ａと規定し、上記第１ポート領域Ａとその他の領域Ｂ・Ｃ・Ｄを仕切板２０で区画した、ことを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載した火花点火式エンジンにおいて、図１１に示すように、上記仕切板２０に代えて、上記第１ポート領域Ａ内にガスパイプ２１を挿入し、このガスパイプ２１により供給したガス燃料Ｇを前記第１弁口部分１１ａの近傍のポート壁１１Ｊに衝突させるように構成した、ことを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、上記基本構成を備える火花点火式エンジンにおいて、次のように構成する。
上記吸気ポート１１・１２は、上記シリンダ３内の中央寄りに吸気を流入させる第１吸気ポート１１と、上記シリンダ３の周壁３ａに沿って旋回流Ｓを生じさせる第２吸気ポート１２とから成り、上記第１吸気ポート１１内を流れる吸気に乗せて燃料Ｇを供給するように構成する。
上記第１吸気ポート１１をストレートポートにより構成し、上記第２吸気ポート１２をスワールポートにより構成する。
上記ストレートポート１１の吸気弁口１１Ａのうち、上記シリンダ３の中央寄りで、上記スワールポート１２の吸気弁口１２Ａに近い部分を第４弁口部分１１ｄと規定し、上記ストレートポート１１内を上記第４弁口部分１１ｄに向けて流れる第４気流Ａｄに乗せて燃料Ｇを供給するように構成する。
上記第４気流Ａｄが流れるストレートポート１１内の領域を第４ポート領域Ｄと規定し、この第４ポート領域Ｄとその他の領域Ａ・Ｂ・Ｃを仕切板２０で区画した、ことを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、上記請求項３に記載した火花点火式エンジンにおいて、次のように構成する。
上記仕切板２０に代えて、上記第４ポート領域Ｄ内にガスパイプ２１を挿入し、このガスパイプ２１により供給した燃料ガスＧを前記第４弁口部分１１ｄの近傍のポート壁１１Ｋに衝突させるように構成した、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載した火花点火式エンジンにおいて、例えば図１２に示すように、上記第２吸気ポート１２に排気ガスＥｇの一部分を供給するように構成した、ことを特徴とする。
【００１６】
【発明の作用・効果】
本発明によれば、以下の作用・効果を奏する。（イ）請求項１に記載の発明では、吸気ポート１１・１２が、シリンダ３内の中央寄りに吸気を流入させる第１吸気ポート１１と、シリンダ３の周壁３ａに沿って旋回流Ｓを生じさせる第２吸気ポート１２とから成り、上記第１吸気ポート１１内を流れる吸気に乗せて燃料Ｇを供給するように構成したことから、濃混合気を希薄混合気内に封じ込め、火炎を円滑に伝播させて燃焼の改善を図ることができる。
【００１７】
即ち、第１吸気ポート１１内を流れる吸気に乗せて燃料Ｇを供給することにより、シリンダ３内の中央寄りに燃料Ｇを多く含んだ吸気が流入し、シリンダ３内中央部に濃混合気が形成される。これと並行して第２吸気ポート１２内を流れる吸気によりシリンダ３の周壁３ａに沿う旋回流Ｓが生じ、この旋回流Ｓは、シリンダ３内の中央部に形成された濃混合気を囲う。その結果、濃混合気は希薄混合気内に封じ込められ、シリンダ３内の半径方向に層状の混合気が形成される。この状態で上記濃混合気に着火した火炎は、その周囲の希薄混合気に円滑に伝播して燃焼が促進され、短時間で完全燃焼する。これにより燃焼の改善を図り、出力向上と低燃費化、ひいては低ＮＯ_X 化が可能になる。
【００１８】
（ロ）請求項１に記載の発明では、上記第１吸気ポート１１内を流れる吸気に乗せて燃料Ｇを供給するように構成したことから、燃料を供給する燃料噴射器は一つで済み、構成の簡素化と低コスト化を図ることができる。
即ち、層状の混合気を形成するために設けられる燃料噴射器は、第１吸気ポート内を流れる吸気に乗せて燃料Ｇを供給するものであるから、従来例のような、圧縮行程の終期の筒内圧に抗して燃料ガスＧを供給する第２燃料噴射器は不要になる。従って、燃料噴射器は一つで足り、強力な噴射圧を必要としないので、構成の簡素化と底コスト化を図ることができる。
【００１９】
（ハ）請求項１に記載の発明では、例えば図１に示すように、第１吸気ポート１１をストレートポートにより構成し、第２吸気ポート１２をスワールポートにより構成したことから、ストレートポート１１内を流れる吸気に乗せて燃料Ｇが供給されることにより、シリンダ３内の中央部に濃混合気が確実に形成され、スワールポート１２内を流れる吸気によりシリンダ３の周壁３ａに沿う旋回流Ｓが確実に形成される。従って、上記濃混合気は旋回流Ｓに封じ込められて層状の混合気が形成される。
【００２０】
（ニ）請求項１に記載の発明では、例えば図１（Ａ）に示すように、上記ストレートポート１１の吸気弁口１１Ａのうち、シリンダ３の中央寄りで、スワールポート１２の吸気弁口１２Ａから遠い部分を第１弁口部分１１ａと規定し、上記ストレートポート１１内を第１弁口部分１１ａに向けて流れる第１気流Ａａに乗せて燃料Ｇを供給するように構成したことから、例えば図３に示すように、吸気行程では、ストレートポート１１内を流れる第１気流Ａａに乗せて燃料Ｇが供給されることにより、シリンダ３内中央部寄りに濃混合気Ｇａが形成されるとともに、スワールポート１２内を流れる吸気によりシリンダ３の周壁３ａに沿う旋回流Ｓが形成される。そして圧縮行程では上記濃混合気Ｇａは旋回流Ｓに封じ込められ、確実に層状の混合気が形成される。これにより前記効果（イ）を奏することとなる。
【００２１】
（ヘ）請求項３に記載の発明では、上記ストレートポート１１の弁口１１Ａのうち、上記シリンダ３の中央寄りで、上記スワールポート１２の吸気弁口１２Ａに近い部分を第４弁口部分１１ｄと規定し、上記ストレートポート１１内を第４弁口部分１１ｄに向けて流れる第４気流Ａｄに乗せて燃料Ｇを供給するように構成したことから、例えば図６に示すように、吸気行程では、ストレートポート１１内を流れる第４気流Ａｄに乗せて燃料Ｇが供給されることにより、シリンダ３内中央部に濃混合気Ｇａが形成されるとともに、スワールポート１２内を流れる吸気によりシリンダ３の周壁３ａに沿う旋回流Ｓが形成される。そして圧縮行程では、上記濃混合気Ｇａは旋回流Ｓに封じ込められ、確実に層状の混合気が形成される。これにより前記効果（イ）を奏することとなる。
【００２２】
（ト）請求項１または３に記載の発明では、上記第１ポート領域Ａとその他の領域Ｂ・Ｃ・Ｄ、又は第４ポート領域Ｄとその他の領域Ａ・Ｂ・Ｃを仕切板２０で区画したことから、上記仕切板２０で区画した上記いずれかの領域Ａ・Ｄ内を流れる気流Ａａ・Ａｄに乗せて供給した燃料Ｇが他の領域内に混入するのを回避することができる。これにより確実にシリンダ３内の中央部に濃混合気Ｇａを形成することができる。
【００２３】
（チ）請求項２または４に記載の発明では、請求項１または３に記載した火花点火式エンジンにおいて、上記仕切板２０に代えて、上記第１ポート領域Ａ又は第４ポート領域Ｄ内にガスパイプ２１を挿入し、ガス燃料Ｇを前記第１弁口部分１１ａ又は第４弁口部分１１ｄの近傍のポート壁１１Ｊ・１１Ｋに衝突させるように構成したことから、上記ガスパイプ２０により供給した燃料Ｇが他の領域内に混入するのを回避することができる。これにより、確実にシリンダ３内の中央部に濃混合気Ｇａを形成することができる。
【００２４】
（リ）請求項５に記載の発明では、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載した火花点火式エンジンにおいて、上記第２吸気ポート１２に排気ガスＥｇの一部分を供給するように構成したことから、着火の改善と低ＮＯ_X 化とを両立することができる。
【００２５】
即ち、吸気に排気ガスＥｇを混入することにより、本来なら着火性が低下するが、請求項７に記載の発明では、シリンダ３内の中央部に濃混合気Ｇａが形成されるので着火が容易になる。また、上記第２吸気ポート１２に質量及び比熱が大きい排気ガスＥｇの一部分を供給することにより、上記旋回流Ｓ中に比熱が大きい排気ガスＥｇが混入することとなるので、燃焼温度の上昇を防止し、ひいては低ＮＯ_X 化が可能になる。つまり、着火の改善と低ＮＯ_X 化とを両立することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいてさらに詳しく説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係る火花点火式ガスエンジンの要部を示し、図１（Ａ）はその要部の平面図、図１（Ｂ）はその要部の斜視図、図２はその火花点火式ガスエンジンの概要図である。
【００２７】
この火花点火式ガスエンジンＥは、図２に示すように、クランクケース２と一体のシリンダブロック１にシリンダヘッド６を固定し、シリンダ３内にピストン４を遊動自在に内嵌し、上記シリンダヘッド６に二つの吸気ポート１１・１２と二つの排気ポート１４・１５と点火プラグ１０とを設け、上記点火プラグ１０をシリンダ３上面の略中央部に臨ませて構成されている。
【００２８】
上記吸気ポート１１・１２の各吸気弁口１１Ａ・１２Ａには吸気弁７・７が、上記排気ポート１４・１５の各排気弁口１４Ａ・１５Ａには排気弁８・８が、それぞれ設けられている。また、上記吸気ポート１１・１２は吸気管１３を介して図示しないエアクリーナに連通され、上記排気ポート１４・１５は排気管１６を介して図示しない排気マフラに連通されている。上記ピストン４の頂面には、スキッシュ流れが生じないように大径の燃焼室５が凹設されている。なお、図２中の符号１７はスロットルバルブ、１８は燃料噴射器、Ｇは燃料ガスをそれぞれ示す。
【００２９】
上記吸気ポート１１・１２は、図１に示すように、上記シリンダ３内の中央寄りに吸気を流入させる第１吸気ポート１１と、上記シリンダ３の周壁３ａに沿う旋回流Ｓを生じさせる第２吸気ポート１２とから成り、図２に示すように、上記第１吸気ポート１１に連通する吸気管１３に燃料噴射器１８を設け、後述する仕切板２０にガス燃料Ｇを衝突させることにより、当該第１吸気ポート１１内を流れる吸気に乗せてガス燃料Ｇを供給するように構成されている。
【００３０】
図１に示すように、上記第１吸気ポート１１はストレートポートにより構成され、上記第２吸気ポート１２はスワールポートにより構成されている。これは、ストレートポート１１内を流れる吸気に乗せてガス燃料Ｇを供給することにより、シリンダ３内の中央部に濃混合気を形成し、スワールポート１２内を流れる吸気によりシリンダ３の周壁３ａに沿う旋回流Ｓを形成し、もってシリンダ内の半径方向に層状の混合気を形成することを意図したものである。
【００３１】
本実施形態では、図１及び図２に示すように、ストレートポート１２の第１ポート領域Ａ内を第１弁口領域１１ａに向けて流れる第１気流Ａａに乗せてガス燃料Ｇを供給するために、上記ストレートポート１１内を仕切板２０で仕切ることにより、第１ポート領域Ａとその他の領域Ｂ・Ｃ・Ｄを区画している。
【００３２】
ここで、上記ストレートポート１１の吸気弁口１１Ａを四つの弁口部分に分ける。そのうちの、上記シリンダ３の中央寄りで、上記スワールポート１２の吸気弁口１２Ａから遠い領域を第１弁口部分１１ａ、上記シリンダ３の中央から遠くて上記スワールポート（１２）の吸気弁口１２Ａから遠い部分を第２弁口部分１１ｂ、上記シリンダ３の中央から遠くて上記スワールポート１２の吸気弁口１２Ａに近い部分を第３弁口部分１１ｃ、上記シリンダ３の中央寄りで上記スワールポート１２の吸気弁口１２Ａに近い部分を第４弁口部分１１ｄと規定する。また、上記ストレートポート１１内を各弁口部分１１ａ・１１ｂ・１１ｃ・１１ｄに向かって流れる気流をそれぞれ第１〜第４気流Ａａ・Ａｂ・Ａｃ・Ａｄと規定し、各気流が流れるストレートポート１１内の領域を第１〜第４ポート領域Ａ・Ｂ・Ｃ・Ｄと規定する。
【００３３】
後述するように、上記ストレートポート１１の第１ポート領域Ａ内を第１弁口部分１１ａに向けて流れる第１気流Ａａに乗せてガス燃料Ｇを供給するときに最良の着火性と燃焼性を得ることができ、第４ポート領域Ｄ内を第４弁口部分１１ｄに向けて流れる第４気流Ａｄに乗せてガス燃料Ｇを供給する場合に、上記に次ぐ着火性と燃焼性を得ることができた。以下、この点について詳述する。
【００３４】
図３〜図６は、いずれもシリンダの下方より負圧をかけたときの定常流シミュレーション（計算）によるシリンダ内の同一時刻における気流の状態を示す斜視図であり、シリンダの上面から所定距離隔てた位置における混合気の生成状態を等濃度曲線で示す。ここで図３はストレートポート１１内を前記仕切板２０で区画した第１ポート領域Ａ内にガス燃料Ｇを供給した場合のシリンダ内の混合気の生成状態を示し、図４は同様に区画した第２ポート領域Ｂ内にガス燃料Ｇを供給した場合を示し、図５は同様に区画した第３ポート領域Ｃ内にガス燃料Ｇを供給した場合を示し、図６は同様に区画した第４ポート領域Ｄ内にガス燃料Ｇを供給した場合を示している。所定距離隔てた位置における各面を上から順に第１面（Ｈ１）〜第４面（Ｈ４）と規定する。
【００３５】
図３に示すように、吸気行程において第１ポート領域Ａ内にガス燃料Ｇを供給した場合には、当該ガス燃料Ｇは第１気流Ａａに乗って第１弁口部分１１ａよりシリンダ３内に流下するため、ストレートポート１１及びスワールポート１２の各吸気弁口１１Ａ・１２Ａの直下に位置する第１面Ｈ１では、第１弁口部分１１ａの直下に濃混合気Ｇａが生成され、スワールポート１２の吸気弁口１２Ａから流下した気流によりシリンダ３の周壁３ａに沿う旋回流（Ｓ）が形成される。
【００３６】
第２面Ｈ２では上記濃混合気Ｇａはシリンダ３の周壁３ａに沿う旋回流Ｓによってシリンダ３の中央寄りに押され、第３面Ｈ３では上記濃混合気Ｇａは当該旋回流Ｓによって完全に包囲され、第４面Ｈ４では上記濃混合気Ｇａは当該旋回流Ｓによってシリンダ３の中央部に閉じ込められる。
【００３７】
引き続く圧縮行程では、当該濃混合気Ｇａをシリンダ３内の中央部に閉じ込めたまま、ピストン４が上昇するが、このピストン４はスキッシュ流を生じないので、旋回流Ｓの勢いは弱められることがない。従って、希薄混合気Ｇｂにより点火プラグ１０の近傍に濃混合気Ｇａが封じ込められ、シリンダの半径方向に層状の混合気が形成される。この状態で当該濃混合気Ｇａに着火した火炎は、その周囲の希薄混合気Ｇｂに円滑に伝播して燃焼が一段と促進され、極めて短時間で完全燃焼する。これにより燃焼の改善を図ることができ、出力向上と低燃費化、ひいては超低ＮＯ_X 化が可能になる。
【００３８】
図４に示すように、吸気行程において第２ポート領域Ｂ内にガス燃料Ｇを供給した場合には、第１面Ｈ１では第２弁口部分１１ｂの直下に濃混合気Ｇａが生成され、スワールポート１２の吸気弁口１２Ａから流下した気流によりシリンダ３の周壁３ａに沿う旋回流Ｓが形成される。第２面Ｈ２及び第３面Ｈ３では、上記濃混合気Ｇａは上記旋回流Ｓによって周壁３ａに沿う方向へ押され、第４面Ｈ４では当該旋回流Ｓによってシリンダ３内に拡散されて全体が希薄混合気Ｇｂになる。従って、この場合には着火性や燃焼性の向上は期待できない。
【００３９】
図５に示すように、吸気行程において第３ポート領域Ｃ内にガス燃料Ｇを供給した場合には、第１面Ｈ１では第３弁口領域１１ｃの直下に濃混合気Ｇａが生成され、スワールポート１２の吸気弁口１２Ａから流下した気流によりシリンダ３の周壁３ａに沿う旋回流Ｓが形成される。第２面Ｈ２及び第３面Ｈ３では、上記濃混合気Ｇａは上記旋回流Ｓによって、周壁３ａに沿う方向へ押され、第４面Ｈ４では当該旋回流Ｓによってシリンダ３内に拡散されて全体が希薄混合気Ｇｂになる。従って、この場合にも着火性や燃焼性の向上は期待できない。
【００４０】
図６に示すように、吸気行程において第４ポート領域Ｄ内にガス燃料Ｇを供給した場合には、第１面Ｈ１では第４弁口領域１１ｄの直下に濃混合気Ｇａが生成され、スワールポート１２の吸気弁口１２Ａから流下した気流によりシリンダ３の周壁３ａに沿う旋回流Ｓが形成される。第２面Ｈ２では上記濃混合気Ｇａはシリンダの周壁３ａに沿う旋回流Ｓによって、シリンダ３の中央寄りに押され、第３面Ｈ３では上記濃混合気Ｇａは当該旋回流Ｓによって完全に包囲され、第４面Ｈ４では上記濃混合気Ｇａは当該旋回流Ｓによってシリンダ３の中央部に閉じ込められ、その周囲に希薄混合気Ｇｂが形成される。つまりシリンダ３の半径方向に層状の混合気が形成される。従ってこの場合には、図３の場合に次いで着火性や燃焼性の向上が期待できる。
【００４１】
図７〜図１０は、前記各ポート領域Ａ・Ｂ・Ｃ・Ｄ内に燃料ガスを供給した場合について、燃焼効率等をそれぞれ比較したグラフである。
図７は空気過剰率λと燃焼効率との関係を示す。この図７によれば、第２ポート領域Ｂ内にガス燃料Ｇを供給した場合には、燃焼効率が極端に悪いことが分かる。これは、図４に示すように、シリンダ３の周壁３ａに沿って濃混合気Ｇａが形成されることから、未燃ガスが発生しやすいことを示している。
【００４２】
図８は空気過剰率λとサイクル変動率との関係を示す。図８において、サイクル変動率が５％未満なら着火が安定し、５％以上なら着火が不安定となる。
この図８によれば、第１ポート領域Ａ内にガス燃料を供給した場合には、空気過剰率λがかなり大きくても着火性が良いことが分かる。このことは、実際には点火プラグ１０の回りに濃混合気が形成されていることを示している。
【００４３】
図９は空気過剰率λと冷却損失との関係を示す。この図９によれば、第１ポート領域Ａ内にガス燃料を供給した場合には、空気過剰率λの全域において冷却損失が小さく、熱効率が良いことが分かる。この点は図１０によって裏付けられる。即ち、図１０は空気過剰率λと熱効率との関係を示し、この図１０によれば、第１ポート領域Ａ及び第４ポート領域Ｄ内にガス燃料を供給した場合には、熱効率が良いことが分かる。
【００４４】
以上のことから、第１ポート領域Ａ又は第４ポート領域Ｄ内を流れる気流に乗せてガス燃料を供給した場合には、着火性と燃焼性の向上を図ることができることが判明した。なお、上記の実施形態ではガス燃料Ｇについて例示したが、これに限らず、ガソリンを燃料とする火花点火式エンジンについても、本発明を適用することができる。
【００４５】
図１１は本発明の第２の実施形態を示す図１（Ａ）相当図である。
この実施形態では、前記仕切板２０に代えて、第１ポート領域Ａ内にガスパイプ２１を挿入し、ガス燃料Ｇを前記第１弁口部分１１ａの近傍のポート壁１１Ｊに衝突させるようにしたものである。この場合には、ガスパイプ２１により供給したガス燃料Ｇが他の領域内に混入するのを回避することができる。これにより確実にシリンダ３内中央部に濃混合気Ｇａを形成することができる。なお、上記の構成に代えて、第４ポート領域Ｄ内に仮想線で示すガスパイプ２１を挿入し、ガス燃料Ｇを第４弁口部分１１ｄの近傍のポート壁１１Ｋに衝突させるようにしてもよい。
【００４６】
図１２は本発明の第３の実施形態を示す図１（Ａ）相当図である。
この実施形態では、第２吸気ポートであるスワールポート１２に排気ガスＥｇの一部分を供給するように構成したもので、着火の改善と低ＮＯ_X 化の両立を意図したものである。
【００４７】
即ち、吸気に排気ガスＥｇを混入することにより、本来なら着火性が低下するが、この実施形態では、シリンダ３内の中央部の点火プラグ１０の近傍に濃混合気Ｇａが形成されるので着火が容易になる。また、上記スワールポート１２に質量及び比熱が大きい排気ガスＥｇの一部分を供給することにより、上記旋回流Ｓ中に比熱が大きい排気ガスＥｇが混入することとなるので、燃焼温度の上昇を防止し、ひいては低ＮＯ_X 化が可能になる。つまり、着火の改善と低ＮＯ_X 化の両立を図ることができる。
【００４８】
図１３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、それぞれ本発明の技術的範囲には含まれない参考例を示す図１（Ａ）相当図である。図１３（Ａ）は第１吸気ポート１１と第２吸気ポート１２をいずれもストレートポートにより構成したもので、この場合には、第２吸気ポート１２を通って流下する吸気により旋回流Ｓが形成される。また、第１吸気ポート１１の吸気弁口１１Ａのうち、ハッチングで示す弁口部分１１ａに向けて流れる吸気に乗せて燃料Ｇを供給することにより、前記した層状の混合気が形成される。
【００４９】
図１３（Ｂ）は第１吸気ポート１１と第２吸気ポート１２をいずれもスワールポートにより構成したもので、この場合には第２吸気ポート１２を通って流下する吸気によりシリンダ周壁３ａに沿う旋回流Ｓが形成される。また、第１吸気ポート１１の吸気弁口１１Ａのうち、ハッチングで示す弁口部分１１ｄに向けて流れる吸気に乗せて燃料Ｇを供給することにより、前記した層状の混合気が形成される。
【００５０】
図１３（Ｃ）は前記第１吸気ポート１１と第２吸気ポート１２の配置を変換し、第２吸気ポート１１をスワールポートにより構成し、第１吸気ポート１２をストレートポートにより構成したものである。この場合には、第２吸気ポート１２を通って流下する吸気によりシリンダ周壁３ａに沿う旋回流Ｓが形成される。また、第１吸気ポート１１の吸気弁口１１Ａのうち、ハッチングで示す弁口部分１１ｅに向けて流れる吸気に乗せて燃料Ｇを供給することにより、前記した層状の混合気が形成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る火花点火式ガスエンジンの要部を示し、図１（Ａ）はその要部の平面図、図１（Ｂ）はその要部の斜視図である。
【図２】本発明に係る火花点火式ガスエンジンの概要図である。
【図３】ストレートポート内の第１ポート領域内にガス燃料を供給したときの、定常流シミュレーション（計算）によるシリンダ内の混合気の生成状態を示す斜視図である。
【図４】ストレートポート内の第２ポート領域内にガス燃料を供給したときの、図３相当図である。
【図５】ストレートポート内の第３ポート領域内にガス燃料を供給したときの、図３相当図である。
【図６】ストレートポート内の第４ポート領域内にガス燃料を供給したときの、図３相当図である。
【図７】各ポート領域内に燃料ガスを供給した場合について、空気過剰率と燃焼効率との関係を示すグラフである。
【図８】空気過剰率とサイクル変動率との関係を示す図７相当図である
【図９】空気過剰率と冷却損失との関係を示す図７相当図である。
【図１０】空気過剰率と熱効率との関係を示す図７相当図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態を示す図１（Ａ）相当図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態を示す図１（Ａ）相当図である。
【図１３】図１３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、それぞれ本発明の技術的範囲には含まれない参考例を示す図１（Ａ）相当図である。
【符号の説明】
３…シリンダ、３ａ…シリンダの周壁、６…シリンダヘッド、１０…点火プラグ、１１…第１吸気ポート（ストレートポート）、１１Ａ…ストレートポートの吸気弁口、１１ａ…吸気弁口の第１弁口部分、１１ｄ…吸気弁口の第４弁口部分、１１Ｊ…第１弁口部分の近傍のポート壁、１１Ｋ…第４弁口部分の近傍のポート壁、１２…第２吸気ポート（スワールポート）、１４・１５…排気ポート、２０…仕切板、２１…ガスパイプ、Ａ…ストレートポート内の第１ポート領域、Ｄ…ストレートポート内の第４ポート領域、Ａａ…第１気流、Ａｄ…第４気流、Ｅ…火花点火式エンジン、Ｅｇ…排気ガス、Ｇ…燃料（ガス燃料）、Ｇａ…濃混合気、Ｇｂ…希薄混合気、Ｓ…旋回流。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a spark ignition engine that is employed to realize high efficiency and clean lean combustion.
[0002]
[Prior art]
  In order to realize the lean combustion, it is necessary to form a lean mixture that is thinner than the theoretical mixture ratio in the combustion chamber, and at the same time, form a rich mixture that can be ignited around the spark plug. As this type of spark ignition engine, for example, the following are known.
[0003]
  In this spark ignition type engine, a first fuel injector is provided in the intake passage, a second fuel injector is provided in the vicinity of the spark plug, and a lean mixture is supplied into the combustion chamber with the fuel supplied by the first fuel injector. And a rich mixture is formed in the vicinity of the spark plug with the fuel supplied at the end of the compression stroke by the second fuel injector, and the lean mixture is combusted with the flame ignited with the rich mixture. Yes.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
  In the above prior art, the mixture of the rich mixture formed in the vicinity of the spark plug is uniformly surrounded by the lean mixture, so that the flame is smoothly propagated. However, at the end of the compression stroke, the rich mixture is And the lean air-fuel mixture mix, and the smooth propagation of the flame is not always achieved. In particular, in a gas engine using gas fuel, the rich mixture cannot be contained in the lean mixture due to the diffusibility of the rich mixture, and good combustion cannot be expected.
[0005]
  In addition, the above prior art requires two fuel injectors, which increases the cost. In addition, since the fuel is injected into the combustion chamber against the high in-cylinder pressure at the end of the compression stroke, the second fuel injector requires a high injection pressure. For this reason, a high-pressure compressor is required, and the fuel gas supply pressure must be set separately for the first fuel injector and the second fuel injector. These points also increase the cost.
[0006]
  The present invention takes such circumstances into consideration, and the following points are technical issues. (B) Contain a rich mixture in a lean mixture and allow the flame to propagate smoothly to improve combustion. (B) A single fuel injector is used, and fuel gas is supplied by a fuel injector connected to a low-pressure regulator, thereby simplifying the configuration and reducing the cost.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention has the following basic configuration.
  For example, as shown in FIGS. 1 and 2, the cylinder head 6 is provided with intake ports 11, 12 and exhaust ports 14, 15, and a spark plug 10 is provided facing substantially the center of the upper surface of the cylinder 3. A rich air-fuel mixture is formed near 10 and a lean air-fuel mixture is formed around it.
[0008]
  According to a first aspect of the present invention, in the spark ignition engine having the above basic configuration, the intake ports 11 and 12 include a first intake port 11 that allows intake air to flow closer to the center in the cylinder 3, and the cylinder 3. And a second intake port 12 for generating a swirl flow S along the peripheral wall 3a. The fuel G is supplied on the intake air flowing through the first intake port 11.CompleteThe
[0009]
  Here, “supplying the fuel G on the intake air” means that the fuel injection by the fuel injector does not disturb the natural flow of the intake air flowing down into the cylinder 3. Further, the fuel injector for supplying the fuel G is not limited to being provided facing the first intake port 11, and may be provided facing the intake pipe 13. This is because it is sufficient that the fuel G can be supplied on the intake air flowing through the first intake port 11.
[0010]
UpThe first intake port 11 is a straight port, and the second intake port 12 is a swirl port.CompleteThe
[0011]
UpOf the intake valve port 11A of the straight port 11, a portion near the center of the cylinder 3 and far from the intake valve port 12A of the swirl port 12 is defined as a first valve port portion 11a. The fuel G is supplied on the first airflow Aa flowing toward the valve port portion 11a.CompleteRu.
For example, as shown in FIG. 1B, an area in the straight port 11 through which the first airflow Aa flows is defined as a first port area A.,Up1st port area A and other areas B, C,DIt is characterized by being partitioned by a partition plate 20.
[0012]
  Claim2The invention described in claim 1111, the first port region is replaced with the partition plate 20 as shown in FIG. 11.Within AInsert the gas pipe 21 into theSupplied by this gas pipe 21Gas fuel G is supplied to the first valve port portion 11.a'sNearby port wall 11JIt is configured to make it collide.
[0013]
The invention according to claim 3 is configured as follows in the spark ignition engine having the above basic configuration.
The intake ports 11 and 12 include a first intake port 11 that allows intake air to flow toward the center of the cylinder 3, and a second intake port 12 that generates a swirl flow S along the peripheral wall 3 a of the cylinder 3. The fuel G is supplied on the intake air flowing through the first intake port 11.
The first intake port 11 is constituted by a straight port, and the second intake port 12 is constituted by a swirl port.
Of the intake valve port 11A of the straight port 11, a portion close to the center of the cylinder 3 and close to the intake valve port 12A of the swirl port 12 is defined as a fourth valve port portion 11d, and the inside of the straight port 11 is The fuel G is supplied on the fourth airflow Ad that flows toward the fourth valve port portion 11d.
A region in the straight port 11 through which the fourth air flow Ad flows is defined as a fourth port region D, and the fourth port region D and the other regions A, B, and C are partitioned by a partition plate 20. To do.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, the spark ignition type engine according to the third aspect is configured as follows.
Instead of the partition plate 20, a gas pipe 21 is inserted into the fourth port region D so that the fuel gas G supplied by the gas pipe 21 collides with the port wall 11K in the vicinity of the fourth valve port portion 11d. It is characterized by comprising.
[0015]
  Claim5The invention described in claim 1 to claim 14Spark ignition as described in any one of up toFormula dIn the engine, for example, as shown in FIG. 12, a part of the exhaust gas Eg is supplied to the second intake port 12.
[0016]
[Operation and effect of the invention]
  According to the present invention, the following operations and effects can be achieved. (A) In the invention described in claim 1, the intake ports 11 and 12 generate the swirl flow S along the first intake port 11 that allows intake air to flow toward the center of the cylinder 3 and the peripheral wall 3 a of the cylinder 3. The second intake port 12 is configured to supply the fuel G on the intake air flowing through the first intake port 11, so that the rich mixture is contained in the lean mixture and the flame is made smooth. It can be propagated to improve combustion.
[0017]
  That is, by supplying the fuel G on the intake air flowing through the first intake port 11, the intake air containing a large amount of the fuel G flows near the center in the cylinder 3, and the rich air-fuel mixture is formed in the center in the cylinder 3. It is formed. In parallel with this, the intake air flowing in the second intake port 12 generates a swirl flow S along the peripheral wall 3 a of the cylinder 3, and this swirl flow S surrounds the rich air-fuel mixture formed in the center portion in the cylinder 3. As a result, the rich mixture is confined in the lean mixture, and a layered mixture is formed in the radial direction in the cylinder 3. In this state, the flame ignited in the rich mixture smoothly propagates to the surrounding lean mixture, and the combustion is promoted to complete combustion in a short time. This will improve combustion, increase output and reduce fuel consumption, and thus lower NO._X Can be realized.
[0018]
  (B) In the invention described in claim 1, since the fuel G is supplied on the intake air flowing through the first intake port 11, only one fuel injector is required to supply the fuel, Simplification of the configuration and cost reduction can be achieved.
  That is, the fuel injector provided to form the stratified mixture is supplied with the fuel G on the intake air flowing in the first intake port, and therefore, at the end of the compression stroke as in the conventional example. The second fuel injector that supplies the fuel gas G against the in-cylinder pressure becomes unnecessary. Therefore, since only one fuel injector is required and a strong injection pressure is not required, the configuration can be simplified and the bottom cost can be reduced.
[0019]
  (C) Claim1In the invention described in, ExampleFor example, as shown in FIG. 1, since the first intake port 11 is configured by a straight port and the second intake port 12 is configured by a swirl port, the fuel G is supplied on the intake air flowing through the straight port 11. As a result, a rich air-fuel mixture is reliably formed at the center of the cylinder 3, and the swirl flow S along the peripheral wall 3 a of the cylinder 3 is reliably formed by the intake air flowing through the swirl port 12. Therefore, the rich air-fuel mixture is confined in the swirl flow S to form a layered air-fuel mixture.
[0020]
  (D) Claim1In the invention described in, ExampleFor example, as shown in FIG. 1A, the portion of the intake valve port 11A of the straight port 11 that is near the center of the cylinder 3 and far from the intake valve port 12A of the swirl port 12 is defined as the first valve port portion 11a. Since the fuel G is supplied on the first airflow Aa flowing toward the first valve port portion 11a in the straight port 11, for example, as shown in FIG. By supplying the fuel G on the first airflow Aa flowing in the port 11, a rich mixture Ga is formed near the center in the cylinder 3, and the peripheral wall of the cylinder 3 is generated by the intake air flowing in the swirl port 12. A swirl flow S along 3a is formed. In the compression stroke, the rich gas mixture Ga is contained in the swirling flow S, and a layered gas mixture is reliably formed. Thus, the effect (A) is achieved.
[0021]
  (F) Claim3In the invention described in,UpOf the valve port 11A of the straight port 11, the portion close to the center of the cylinder 3 and close to the intake valve port 12A of the swirl port 12 is defined as a fourth valve port portion 11d, and the inside of the straight port 11 is the fourth port. Since the fuel G is supplied on the fourth airflow Ad that flows toward the valve port portion 11d, for example, as shown in FIG. 6, in the intake stroke, the fourth airflow Ad flowing in the straight port 11 is added to the fourth airflow Ad. By supplying the fuel G while being put, a rich air-fuel mixture Ga is formed in the central portion of the cylinder 3 and a swirl flow S along the peripheral wall 3 a of the cylinder 3 is formed by the intake air flowing in the swirl port 12. In the compression stroke, the rich air-fuel mixture Ga is confined in the swirling flow S, and a layered air-fuel mixture is reliably formed. Thus, the effect (A) is achieved.
[0022]
  (G) Claim1 or 3In the invention described in,UpSince the first port area A and the other areas B, C, and D, or the fourth port area D and the other areas A, B, and C are partitioned by the partition plate 20, any of the above sections partitioned by the partition plate 20 It is possible to prevent the fuel G supplied on the airflows Aa and Ad flowing in the regions A and D from being mixed into other regions. As a result, it is possible to reliably form the rich gas mixture Ga at the center of the cylinder 3.
[0023]
  (H) Claim2 or 4In the invention described in claim1 or 3In the spark ignition engine described in 1), instead of the partition plate 20, a gas pipe 21 is inserted into the first port region A or the fourth port region D, and the gas fuel G is supplied to the first valve port portion 11a or the second port region D. Since it is configured to collide with the port walls 11J and 11K in the vicinity of the four-valve port portion 11d, it is possible to avoid the fuel G supplied by the gas pipe 20 from being mixed into other regions. Thereby, the rich air-fuel mixture Ga can be surely formed in the central portion of the cylinder 3.
[0024]
  (I) Claim5In the invention described in claim 1, the claims 1 to4In the spark ignition engine described in any one of the above, since a part of the exhaust gas Eg is supplied to the second intake port 12, improvement in ignition and low NO._X Both can be achieved.
[0025]
  In other words, by mixing the exhaust gas Eg into the intake air, the ignitability is reduced originally. However, in the invention according to claim 7, ignition is easy because the rich mixture Ga is formed in the central portion of the cylinder 3. become. Further, by supplying a part of the exhaust gas Eg having a large mass and specific heat to the second intake port 12, the exhaust gas Eg having a large specific heat is mixed in the swirl flow S, so that the combustion temperature is increased. Prevent, and consequently low NO_X Can be realized. In other words, improved ignition and low NO_X Both can be achieved.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
  FIG. 1 shows a main part of a spark ignition gas engine according to a first embodiment of the present invention, FIG. 1 (A) is a plan view of the main part, and FIG. 1 (B) is a perspective view of the main part. FIG. 2 is a schematic view of the spark ignition gas engine.
[0027]
  As shown in FIG. 2, the spark ignition type gas engine E has a cylinder head 6 fixed to a cylinder block 1 integrated with a crankcase 2, and a piston 4 is fitted in the cylinder 3 so as to be freely movable. 6 includes two intake ports 11, 12, two exhaust ports 14, 15, and a spark plug 10, and the spark plug 10 faces the substantially central portion of the upper surface of the cylinder 3.
[0028]
  The intake valves 7 and 7 are provided at the intake valve ports 11A and 12A of the intake ports 11 and 12, respectively, and the exhaust valves 8 and 8 are provided at the exhaust valve ports 14A and 15A of the exhaust ports 14 and 15, respectively. Yes. The intake ports 11 and 12 are communicated with an air cleaner (not shown) via an intake pipe 13, and the exhaust ports 14 and 15 are communicated with an exhaust muffler (not shown) via an exhaust pipe 16. A large-diameter combustion chamber 5 is recessed in the top surface of the piston 4 so that a squish flow does not occur. In FIG. 2, reference numeral 17 denotes a throttle valve, 18 denotes a fuel injector, and G denotes fuel gas.
[0029]
  As shown in FIG. 1, the intake ports 11 and 12 include a first intake port 11 that allows intake air to flow toward the center of the cylinder 3 and a second flow S that generates a swirl flow S along the peripheral wall 3 a of the cylinder 3. As shown in FIG. 2, a fuel injector 18 is provided in an intake pipe 13 communicating with the first intake port 11, and gas fuel G collides with a partition plate 20, which will be described later. The gas fuel G is supplied on the intake air flowing through the first intake port 11.
[0030]
  As shown in FIG. 1, the first intake port 11 is a straight port, and the second intake port 12 is a swirl port. This is because gas fuel G is supplied on the intake air flowing in the straight port 11 to form a rich mixture in the central portion of the cylinder 3, and the intake air flowing in the swirl port 12 is applied to the peripheral wall 3 a of the cylinder 3. It is intended to form a swirl flow S along, and thus to form a stratified mixture in the radial direction in the cylinder.
[0031]
  In the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the gas fuel G is supplied on the first air flow Aa flowing toward the first valve port region 11 a in the first port region A of the straight port 12. In addition, the first port region A and the other regions B, C, and D are partitioned by partitioning the straight port 11 with the partition plate 20.
[0032]
  Here, the intake valve port 11A of the straight port 11 is divided into four valve port portions. Of these, a region near the center of the cylinder 3 and far from the intake valve port 12A of the swirl port 12 is a first valve port portion 11a, and a region far from the center of the cylinder 3 is the intake valve port 12A of the swirl port (12). A portion far from the second valve port portion 11 b, a portion far from the center of the cylinder 3 and close to the intake valve port 12 A of the swirl port 12 is a third valve port portion 11 c, and the swirl port 12 near the center of the cylinder 3. The portion close to the intake valve port 12A is defined as a fourth valve port portion 11d. Also, the straight ports 11 in which the airflows flowing through the straight ports 11 toward the respective valve port portions 11a, 11b, 11c, and 11d are defined as first to fourth airflows Aa, Ab, Ac, and Ad, respectively. These areas are defined as first to fourth port areas A, B, C, and D.
[0033]
  As will be described later, the best ignitability and flammability are obtained when the gas fuel G is supplied in the first port region A of the straight port 11 on the first airflow Aa flowing toward the first valve port portion 11a. In the case where the gas fuel G is supplied on the fourth airflow Ad flowing in the fourth port region D toward the fourth valve port portion 11d, the following ignitability and combustibility can be obtained. did it. Hereinafter, this point will be described in detail.
[0034]
  3 to 6 are perspective views showing the state of air flow at the same time in the cylinder by a steady flow simulation (calculation) when negative pressure is applied from below the cylinder, and are separated from the upper surface of the cylinder by a predetermined distance. The generation state of the air-fuel mixture at the selected position is shown by an isoconcentration curve. Here, FIG. 3 shows the generation state of the air-fuel mixture in the cylinder when the gas fuel G is supplied into the first port region A in which the straight port 11 is partitioned by the partition plate 20, and FIG. FIG. 5 shows the case where the gas fuel G is supplied into the second port region B, FIG. 5 shows the case where the gas fuel G is supplied into the third port region C similarly partitioned, and FIG. 6 shows the fourth partitioned similarly. A case where gas fuel G is supplied into the port region D is shown. Each surface at a position separated by a predetermined distance is defined as a first surface (H1) to a fourth surface (H4) in order from the top.
[0035]
  As shown in FIG. 3, when the gas fuel G is supplied into the first port region A in the intake stroke, the gas fuel G rides on the first air flow Aa and enters the cylinder 3 from the first valve port portion 11a. In order to flow down, on the first surface H1 located immediately below the intake valve ports 11A and 12A of the straight port 11 and the swirl port 12, a rich mixture Ga is generated immediately below the first valve port portion 11a. The swirling flow (S) along the peripheral wall 3a of the cylinder 3 is formed by the airflow flowing down from the intake valve port 12A.
[0036]
  On the second surface H2, the rich mixture Ga is pushed closer to the center of the cylinder 3 by the swirl flow S along the peripheral wall 3a of the cylinder 3, and the rich mixture Ga is completely surrounded by the swirl flow S on the third surface H3. On the fourth surface H4, the rich gas mixture Ga is confined in the central portion of the cylinder 3 by the swirl flow S.
[0037]
  In the subsequent compression stroke, the piston 4 ascends while the concentrated mixture Ga is confined in the center of the cylinder 3, but the piston 4 does not generate a squish flow, so the momentum of the swirling flow S can be weakened. Absent. Accordingly, the lean mixture Gb is contained in the vicinity of the spark plug 10 by the lean mixture Gb, and a layered mixture is formed in the radial direction of the cylinder. In this state, the flame ignited in the rich gas mixture Ga is smoothly propagated to the surrounding lean gas mixture Gb and combustion is further promoted, and complete combustion is performed in an extremely short time. As a result, combustion can be improved, output can be improved, fuel consumption can be reduced, and ultra-low NO._X Can be realized.
[0038]
  As shown in FIG. 4, when the gas fuel G is supplied into the second port region B in the intake stroke, the rich air-fuel mixture Ga is generated immediately below the second valve port portion 11b on the first surface H1, and the swirl is generated. A swirling flow S along the peripheral wall 3a of the cylinder 3 is formed by the airflow flowing down from the intake valve port 12A of the port 12. On the second surface H2 and the third surface H3, the rich gas mixture Ga is pushed in the direction along the peripheral wall 3a by the swirl flow S, and on the fourth surface H4, the whole is diffused into the cylinder 3 by the swirl flow S. It becomes a lean mixture Gb. Therefore, in this case, improvement in ignitability and combustibility cannot be expected.
[0039]
  As shown in FIG. 5, when the gas fuel G is supplied into the third port region C in the intake stroke, the rich gas mixture Ga is generated immediately below the third valve port region 11c on the first surface H1, and the swirl is generated. A swirling flow S along the peripheral wall 3a of the cylinder 3 is formed by the airflow flowing down from the intake valve port 12A of the port 12. On the second surface H2 and the third surface H3, the rich mixture Ga is pushed in the direction along the peripheral wall 3a by the swirling flow S, and diffused into the cylinder 3 by the swirling flow S on the fourth surface H4. Becomes a lean mixture Gb. Therefore, in this case as well, improvement in ignitability and combustibility cannot be expected.
[0040]
  As shown in FIG. 6, when the gaseous fuel G is supplied into the fourth port region D in the intake stroke, the rich mixture Ga is generated immediately below the fourth valve port region 11d on the first surface H1, and the swirl is generated. A swirling flow S along the peripheral wall 3a of the cylinder 3 is formed by the airflow flowing down from the intake valve port 12A of the port 12. On the second surface H2, the rich mixture Ga is pushed closer to the center of the cylinder 3 by the swirl flow S along the peripheral wall 3a of the cylinder, and on the third surface H3, the rich mixture Ga is completely surrounded by the swirl flow S. On the fourth surface H4, the rich mixture Ga is confined in the central portion of the cylinder 3 by the swirling flow S, and a lean mixture Gb is formed around it. That is, a layered mixture is formed in the radial direction of the cylinder 3. Therefore, in this case, improvement in ignitability and combustibility can be expected next to the case of FIG.
[0041]
  7 to 10 are graphs comparing combustion efficiencies and the like when fuel gas is supplied into the port regions A, B, C, and D, respectively.
  FIG. 7 shows the relationship between the excess air ratio λ and the combustion efficiency. According to FIG. 7, it can be seen that when the gas fuel G is supplied into the second port region B, the combustion efficiency is extremely poor. This indicates that the unburned gas is likely to be generated because the rich gas mixture Ga is formed along the peripheral wall 3a of the cylinder 3 as shown in FIG.
[0042]
  FIG. 8 shows the relationship between the excess air ratio λ and the cycle fluctuation rate. In FIG. 8, if the cycle variation rate is less than 5%, the ignition is stable, and if it is 5% or more, the ignition becomes unstable.
  As can be seen from FIG. 8, when gas fuel is supplied into the first port region A, the ignitability is good even if the excess air ratio λ is considerably large. This indicates that a rich air-fuel mixture is actually formed around the spark plug 10.
[0043]
  FIG. 9 shows the relationship between the excess air ratio λ and the cooling loss. As can be seen from FIG. 9, when gas fuel is supplied into the first port region A, the cooling loss is small and the thermal efficiency is good in the entire area of the excess air ratio λ. This point is supported by FIG. That is, FIG. 10 shows the relationship between the excess air ratio λ and the thermal efficiency. According to FIG. 10, when the gas fuel is supplied into the first port region A and the fourth port region D, the thermal efficiency is good. I understand.
[0044]
  From the above, it has been found that when gas fuel is supplied in the airflow flowing in the first port region A or the fourth port region D, the ignitability and combustibility can be improved. In addition, although gas fuel G was illustrated in said embodiment, this invention is applicable not only to this but the spark ignition type engine which uses gasoline as a fuel.
[0045]
  FIG. 11 is a view corresponding to FIG. 1 (A) showing a second embodiment of the present invention.
  In this embodiment, instead of the partition plate 20, a gas pipe 21 is inserted into the first port region A so that the gas fuel G collides with the port wall 11J in the vicinity of the first valve port portion 11a. It is. In this case, it is possible to avoid the gas fuel G supplied through the gas pipe 21 from being mixed into another region. Thereby, the rich gas mixture Ga can be reliably formed in the central portion of the cylinder 3. Instead of the above configuration, a gas pipe 21 indicated by an imaginary line may be inserted into the fourth port region D so that the gas fuel G collides with the port wall 11K in the vicinity of the fourth valve port portion 11d. .
[0046]
  FIG. 12 is a view corresponding to FIG. 1 (A), showing a third embodiment of the present invention.
  In this embodiment, a part of the exhaust gas Eg is supplied to the swirl port 12 which is the second intake port._X It is intended to be compatible.
[0047]
  That is, by mixing the exhaust gas Eg into the intake air, the ignitability is reduced originally. However, in this embodiment, since the rich mixture Ga is formed in the vicinity of the spark plug 10 in the center of the cylinder 3, the ignition is performed. Becomes easier. Further, by supplying a part of the exhaust gas Eg having a large mass and specific heat to the swirl port 12, the exhaust gas Eg having a large specific heat is mixed in the swirling flow S, so that an increase in combustion temperature is prevented. , Eventually low NO_X Can be realized. In other words, improved ignition and low NO_X Can be achieved simultaneously.
[0048]
  FIGS. 13A, 13B, and 13C are respectively shown in FIGS.Reference examples not included in the technical scopeFIG. 1A is a view corresponding to FIG. In FIG. 13A, both the first intake port 11 and the second intake port 12 are configured as straight ports. In this case, the swirl flow S is formed by the intake air flowing down through the second intake port 12. Is done. Further, by supplying the fuel G in the intake valve port 11A of the first intake port 11 on the intake port flowing toward the valve port portion 11a indicated by hatching, the above-described layered mixture is formed.
[0049]
  FIG. 13B shows that both the first intake port 11 and the second intake port 12 are constituted by swirl ports. In this case, the swirl along the cylinder peripheral wall 3 a by the intake air flowing down through the second intake port 12. A stream S is formed. Further, by supplying the fuel G in the intake valve port 11A of the first intake port 11 on the intake port flowing toward the valve port portion 11d indicated by hatching, the above-described layered mixture is formed.
[0050]
  In FIG. 13C, the arrangement of the first intake port 11 and the second intake port 12 is changed, the second intake port 11 is constituted by a swirl port, and the first intake port 12 is constituted by a straight port. . In this case, a swirl flow S along the cylinder peripheral wall 3 a is formed by the intake air flowing down through the second intake port 12. Further, the fuel gas G is supplied to the intake valve port 11A of the first intake port 11 and flows toward the valve port portion 11e indicated by hatching, whereby the above-described layered mixture is formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a main part of a spark ignition gas engine according to a first embodiment of the present invention, FIG. 1 (A) is a plan view of the main part, and FIG. 1 (B) is a perspective view of the main part. It is.
FIG. 2 is a schematic view of a spark ignition gas engine according to the present invention.
FIG. 3 is a perspective view showing an air-fuel mixture generation state in a cylinder by steady flow simulation (calculation) when gas fuel is supplied into a first port region in a straight port.
FIG. 4 is a view corresponding to FIG. 3 when gas fuel is supplied into the second port region in the straight port.
FIG. 5 is a view corresponding to FIG. 3 when gas fuel is supplied into the third port region in the straight port.
FIG. 6 is a view corresponding to FIG. 3 when gas fuel is supplied into the fourth port region in the straight port.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the excess air ratio and combustion efficiency when fuel gas is supplied into each port region.
FIG. 8 is a view corresponding to FIG. 7 showing the relationship between the excess air ratio and the cycle fluctuation rate.
FIG. 9 is a view corresponding to FIG. 7 showing the relationship between the excess air ratio and the cooling loss.
FIG. 10 is a view corresponding to FIG. 7 showing the relationship between the excess air ratio and the thermal efficiency.
FIG. 11 is a view corresponding to FIG. 1 (A) showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a view corresponding to FIG. 1 (A) showing a third embodiment of the present invention.
FIGS. 13A, 13B, and 13C are respectively shown in FIGS.Reference examples not included in the technical scopeFIG. 1A is a view corresponding to FIG.
[Explanation of symbols]
  DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ... Cylinder, 3a ... Circumferential wall of cylinder, 6 ... Cylinder head, 10 ... Spark plug, 11 ... First intake port (straight port), 11A ... Intake valve port of straight port, 11a ... First valve port of intake valve port Portion 11d: fourth valve port portion of intake valve port, 11J: port wall near first valve port portion, 11K: port wall near fourth valve port portion, 12: second intake port (swirl port) 14, 15 ... exhaust port, 20 ... partition plate, 21 ... gas pipe, A ... first port region in straight port, D ... fourth port region in straight port, Aa ... first air flow, Ad ... fourth air flow , E ... spark ignition engine, Eg ... exhaust gas, G ... fuel (gas fuel), Ga ... rich mixture, Gb ... lean mixture, S ... swirling flow.

Claims

An intake port (11, 12) and an exhaust port (14, 15) are provided in the cylinder head (6), and an ignition plug (10) is provided so as to face the substantially central portion of the upper surface of the cylinder (3). 10) a spark ignition engine configured to form a rich mixture in the vicinity of 10) and to form a lean mixture around it;
The intake port (11, 12) includes a first intake port (11) that allows intake air to flow toward the center of the cylinder (3), and a swirl flow (S) along the peripheral wall (3a) of the cylinder (3). ) And a second intake port (12) that is configured to supply fuel (G) on the intake air flowing through the first intake port (11) ,
The first intake port (11) is constituted by a straight port, the second intake port (12) is constituted by a swirl port,
Of the intake valve port (11A) of the straight port (11), a portion near the center of the cylinder (3) and far from the intake valve port (12A) of the swirl port (12) is a first valve port portion (11a). ) And configured to supply fuel (G) on the first airflow (Aa) flowing toward the first valve port portion (11a) in the straight port (11),
A region in the straight port (11) through which the first air flow (Aa) flows is defined as a first port region (A), and the first port region (A) and other regions (B, C, and D) are partitioned. A spark ignition engine characterized by being partitioned by a plate (20) .

The spark ignition engine according to claim 1 ,
Instead of the partition plate (20), a gas pipe (21) is inserted into the first port region (A ), and the fuel gas (G) supplied by the gas pipe (21) is supplied to the first valve port portion (11a). A spark-ignition engine characterized by being configured to collide with a port wall (11J ) in the vicinity of ) .

An intake port (11, 12) and an exhaust port (14, 15) are provided in the cylinder head (6), and an ignition plug (10) is provided so as to face the substantially central portion of the upper surface of the cylinder (3). 10) a spark ignition engine configured to form a rich mixture in the vicinity of 10) and to form a lean mixture around it;
  The intake port (11, 12) includes a first intake port (11) that allows intake air to flow toward the center of the cylinder (3), and a swirl flow (S) along the peripheral wall (3a) of the cylinder (3). ) And a second intake port (12) for supplying fuel (G) on the intake air flowing through the first intake port (11),
  The first intake port (11) is constituted by a straight port, the second intake port (12) is constituted by a swirl port,
  Of the intake valve port (11A) of the straight port (11), a portion close to the center of the cylinder (3) and close to the intake valve port (12A) of the swirl port (12) is a fourth valve port portion (11d). ), And configured to supply fuel (G) on the fourth airflow (Ad) flowing in the straight port (11) toward the fourth valve port portion (11d),
  A region in the straight port (11) through which the fourth air flow (Ad) flows is defined as a fourth port region (D), and the fourth port region (D) and other regions (A, B, C) are partitioned. A spark ignition engine characterized by being partitioned by a plate (20).

The spark ignition engine according to claim 3,
Instead of the partition plate (20), a gas pipe (21) is inserted into the fourth port region (D), and the fuel gas (G) supplied by the gas pipe (21) is supplied to the fourth valve port portion (11d). A spark ignition type engine characterized in that it is made to collide with a port wall (11K) in the vicinity of.

The spark-ignition Shikie engine as set forth in any one of claims 1 to 4,
A spark ignition engine characterized in that a part of the exhaust gas (Eg) is supplied to the second intake port (12).