JP4392180B2

JP4392180B2 - エンジン

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Publication number: JP4392180B2
Application number: JP2003082591A
Authority: JP
Inventors: 大樹田中; 雅司西垣; 章宮藤
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2023-03-25
Also published as: JP2004293300A

Description

【０００１】
本発明は、シリンダ内面とピストン頂部とで規定される燃焼室と、前記燃焼室に吸気される混合気が流通する吸気路と、前記吸気路に燃料を供給して混合気を形成する燃料供給部とを備えたエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンは、一般的に、燃焼室において燃料を点火プラグにより火花点火して燃焼させる火花点火式エンジンと、燃焼室において燃料を高圧縮して自己着火させて燃焼させる圧縮着火式エンジンとに大別することができる。
【０００３】
このようなエンジンの燃焼室から排出される排ガス中には、窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」と記載する。）、一酸化炭素（以下、「ＣＯ」と記載する。）、及び、未燃炭化水素（以下、「ＴＨＣ」と記載する。）などが含まれる。
【０００４】
排ガス中のＮＯｘは、燃焼室に形成される混合気の当量比が高い高エンジン負荷域のように、燃焼室における燃焼温度が高くなるときに増加する傾向があり、一方、排ガス中のＣＯやＴＨＣは、燃焼室に形成される混合気の当量比が低い低エンジン負荷域のように、燃焼室における燃焼温度が低くなるときに増加する傾向がある。
即ち、上記排ガス中の上記ＮＯｘ濃度と、上記ＣＯ濃度及びＴＨＣ濃度とは、トレードオフの関係にあるといえ、これら排ガス性状を改善するためには、燃焼室における燃焼状態を適切なものに制御する必要がある。
【０００５】
上記圧縮着火式エンジンとして、ディーゼルエンジンのように圧縮空気中に燃料を噴射するのではなく、火花点火式エンジンのように空気と燃料との混合気を燃焼室に供給し、その混合気を高圧縮し混合気の発火点まで昇温させて、自己着火燃焼させるように構成された予混合圧縮着火エンジンがある。特に、燃料が天然ガス等の気体燃料のエンジンを構成する場合、ディーゼルエンジンとして構成して気体燃料を高圧で噴射することが困難であるため、予混合圧縮着火エンジンとして構成して混合気を圧縮着火して燃焼させるほうが容易である。
【０００６】
上記予混合圧縮着火エンジンでは、予混合気を圧縮して自己着火させるため、その自己着火タイミングを直接調整することはできず、起動からの経過時間、エンジン負荷、混合気の当量比等の変化により、自己着火タイミング等が変化し、安定した運転状態を維持できなくなることがある。即ち、予混合圧縮着火エンジンにおいて、混合気の当量比を増加させて高エンジン負荷域で運転すると、自己着火タイミングや燃焼速度が早くなって、ノッキング発生が懸念され、逆に、混合気の当量比を低下させて低エンジン負荷域で運転すると、自己着火タイミングや燃焼速度が遅くなって、失火発生が懸念される。
よって、予混合圧縮着火エンジンにおいて、上記のようなノッキングや失火等の異常燃焼の発生を抑制して、広いエンジン負荷域で運転するために、燃焼室における燃焼状態が適切なものとなるように、自己着火タイミングを制御する必要がある。
【０００７】
そこで、エンジンの燃焼状態を適切なものとし、更に、予混合圧縮着火エンジンの自己着火タイミングを適切なものとするための手法として、吸気路に燃料の濃淡分布を形成させ、その混合気を上記濃淡分布がある程度維持された状態で燃焼室に吸気し、その濃淡分布を有する混合気を燃焼させることで、燃焼室において均質混合された混合気を燃焼させる場合よりも、エンジンの燃焼室における燃焼速度及び燃焼温度が低減し、また、予混合圧縮着火エンジンの混合気の自己着火タイミングが遅角化されるということを利用して、上記濃淡分布の状態を調整して、燃焼室における燃焼状態を適切なものに制御する手法がある（例えば、特許文献１及び２を参照。）。
【０００８】
上記特許文献１では、吸気路に複数の個所から燃料を供給することで、吸気路に燃料の濃淡分布を形成させ、更に、その供給された燃料が衝突する柱状体の位置を変化させ、又は、デューティー比の変更を伴って間欠的に燃料を供給することで、燃焼室に形成される混合気の濃淡分布の状態を変更可能に構成されている。
【０００９】
上記特許文献２では、複数の燃料供給部、又は、複数の吸気路を利用して、吸気路において形成された混合気が、燃焼室に吸気されるまでの時間を変更することで、混合気における燃料の拡散状態を変化させて、燃焼室に形成される混合気の濃淡分布の状態を変化させることができる。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−０４４９８５号公報
【特許文献２】
特開２００１−９０５４０号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献１及び上記特許文献２に記載されている従来のエンジンでは、燃焼室に形成される混合気の濃淡分布の状態を調整するために、非常に複雑な構成を採用する必要があり、高コスト化を招くことが懸念される。
【００１２】
従って、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、簡単な構成で、燃焼室に形成される混合気の濃淡分布状態を調整可能に構成して、更に、その濃淡分布状態の調整により、燃焼室における燃焼状態を適切なものに維持することができるエンジンを実現することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明に係るエンジンの第一特徴構成は、シリンダ内面とピストン頂部とで規定される燃焼室と、前記燃焼室に吸気される混合気が流通する吸気路と、前記吸気路に燃料を供給して混合気を形成する燃料供給部とを備えたエンジンであって、
前記燃料供給部が、前記吸気路の次の吸気行程において前記燃焼室に吸気される混合気が存在する吸気領域におけるガス流通方向に沿った一部に、前記吸気領域における他部よりも燃料が濃い濃部を、前記吸気路の吸気弁が閉状態である時に形成するように前記吸気路に燃料を供給するものであると共に、
前記吸気領域における前記濃部の前記ガス流通方向に沿った位置を調整可能な調整機構を備え、
前記吸気路においてガス流通方向に沿って摺動可能な筒状体と、前記筒状体を前記吸気路に沿って摺動させるアクチュエータとを備えて、前記調整機構が構成されている点にある。
【００１５】
即ち、上記特徴構成によれば、上記燃料供給部により、前記吸気路の吸気弁が閉状態である時に、吸気路に燃料を供給することで、吸気路の吸気弁直前であり上記のように次の吸気行程において燃焼室に吸気される混合気が存在する上記吸気領域において、ガス流通方向に沿った一部に燃料が濃い濃部を有する濃淡分布を形成することができる。
そして、上記調整機構により、その濃部の吸気領域におけるガス流通方向に沿った位置を調整することにより、その濃部が吸気行程において燃焼室に吸気されるタイミングを調整することができる。
【００１６】
また、吸気行程において、ピストンの下降速度は、中間位置（９０°ＡＴＤＣ）を最高として変化するので、そのピストンの下降により吸気路から燃焼室に吸気される混合気の流れ（以下、「新気流」と呼ぶ。）の強度は、上記ピストンの下降速度の変化に応じて変化する。
よって、上記のように調整機構により、吸気行程において濃部が燃焼室に吸気されるタイミングを変化させることで、濃部が燃焼室に吸気される時点における新気流の強度を変化させることができるので、混合気における濃部の拡散状態を変化させることができ、結果、燃焼室において形成される混合気の濃淡分布の状態を変化させることができる。
【００１７】
従って、吸気領域における濃部の位置をガス流通方向に沿って調整するというような簡単な構成で、燃焼室に形成される混合気の濃淡分布状態を調整可能なエンジンを実現することができ、例えば、吸気領域における濃部の位置を、新気流が弱い吸気行程のできるだけ遅い時期にその濃部が燃焼室に吸気されるような位置に調整することで、燃焼室において混合気を濃部の拡散が抑制された状態で成層燃焼させ、低ＮＯｘ化を図ることができる。
【００１８】
本発明に係るエンジンの第二特徴構成は、上記第一特徴構成に加えて、前記燃料供給部が、前記吸気路におけるガス流通状態に応じて前記吸気路への燃料供給量が変化するように構成されている点にある。
【００１９】
即ち、上記特徴構成によれば、上記燃料供給部を、例えば、吸気路におけるガスの流れを利用して吸気路に燃料を誘引するように構成したり、ガス流通方向に対向して吸気路に一定圧力で燃料を供給するように構成して、吸気路におけるガス流通状態に応じて吸気路への燃料供給量が変化するように構成することで、燃料供給部から吸気路への燃料供給量は、吸気路において発生するガスの脈動により、エンジンのサイクル周期で周期的に変化することになる。
従って、吸気路には、１サイクル中（即ち、吸気行程中）に燃焼室に吸気される混合気の量に相当する間隔で、燃料が濃い濃部とその濃部よりも燃料が薄い淡部とが、ガス流通方向に沿って発現することになり、上記燃料供給部を、その濃部及び淡部が燃焼室に到達するまで維持されるような位置に配置することで、次の吸気行程において燃焼室に吸気される混合気が存在する吸気領域に、１つの上記濃部を存在させることができる。
【００２０】
本発明に係るエンジンの第三特徴構成は、上記第一乃至第二特徴構成に加えて、前記調整機構が、前記燃料供給部の前記吸気路への燃料供給位置を、前記ガス流通方向に沿って調整することで、前記吸気領域における前記濃部の前記ガス流通方向に沿った位置を調整するように構成されている点にある。
【００２１】
即ち、上記特徴構成によれば、上記燃料供給部が、例えば、上記第二特徴構成のように、吸気路に燃料を供給して吸気領域に少なくとも１つの濃部を存在させることができるものである場合において、上記調整機構により、その燃料供給部の位置を、少なくとも１サイクル中に燃焼室に吸気される混合気の量に相当する間隔幅の範囲内において、ガス流通方向に沿って調整するという簡単な構成で、吸気領域における濃部の位置を、ガス流通方向に沿って調整することができる。
【００２２】
本発明に係るエンジンの第四特徴構成は、上記第一乃至第三特徴構成に加えて、運転状態に基づいて、前記調整機構を働かせて、前記吸気領域における前記濃部の位置を制御する制御手段を備えた点にある。
【００２３】
即ち、上記特徴構成によれば、上記制御手段により、エンジンの運転状態に基づいて、上記調整機構により吸気領域における濃部の位置を制御することで、燃焼室に形成される混合気の濃淡分布の状態を、燃焼室における燃焼状態が適正なものとなる状態に維持することができる。
【００２４】
本発明に係るエンジンの第五特徴構成は、上記第四特徴構成に加えて、前記制御手段が、前記運転状態としての前記燃焼室から排出される排ガス性状に基づいて、前記調整機構を働かせて、前記吸気領域における前記濃部の位置を制御するように構成されている点にある。
【００２５】
上記特徴構成によれば、上記制御手段は、排ガス中のＮＯｘ、ＣＯ、又はＴＨＣの濃度等の排ガス性状に基づいて、前記調整機構により吸気領域における濃部の位置を制御することで、燃焼室に形成される混合気の濃淡分布の状態を、上記排ガス性状が適正なものとなる状態に維持することができる。
【００２６】
即ち、上記制御手段は、排ガス中のＮＯｘ濃度が増加したときには、吸気領域における濃部の位置を、上記新気流が弱い吸気行程のできるだけ遅い時期にその濃部が燃焼室に吸気されるような位置に移行させて、燃焼室において混合気を濃部の拡散が抑制された状態で成層燃焼させて低ＮＯｘ化を図り、一方、排ガス中のＣＯ又はＴＨＣ濃度が増加したときには、吸気領域における濃部の位置を、上記新気流が強い吸気行程の略中間の時期にその濃部が燃焼室に存在するような位置に移行させて、燃焼室において混合気を濃部の拡散が促進された状態で均質混合燃焼させて低ＣＯ化又は低ＴＨＣ化を図ることができる。
【００２７】
また、エンジンにおいて、図７に示すように、燃焼室に形成される混合気の当量比φが例えば１付近等の理論当量比に近い場合（例えば、ａとｂ）には、燃焼室に形成される混合気の濃淡分布の状態、即ち混合状態を、燃料の拡散が抑制された不均質状態とするほど、燃焼室における燃焼速度及び燃焼温度が低減し、燃焼室から排出される排ガス中のＮＯｘ濃度は小さくなることは一般的に知られている。
しかし、本発明者らは、当量比φが例えば理論当量比よりも大幅に小さい場合（例えば、ｃ）には、上記の当量比が理論当量比に近い場合と同様に、混合気の混合状態を充分な不均質状態にすれば、排ガス中のＮＯｘ濃度は小さくなるが、混合気の混合状態を、燃料の拡散が充分に促進された均質状態としても、全体的に当量比が小さいことにより、燃焼室における燃焼速度及び燃焼温度が低減し、ＮＯｘ濃度が小さくなるという知見を得た。
【００２８】
よって、燃焼室に形成される混合気の当量比が比較的小さく燃料が希薄状態で燃焼するエンジンにおいては、上記制御手段は、排ガス中のＮＯｘ濃度が増加したときには、吸気領域における濃部の位置を、上記新気流が強い吸気行程の略中間の時期にその濃部が燃焼室に存在するような位置に移行させて、燃焼室において混合気を濃部の拡散が充分に促進された状態で均質混合燃焼させて、低ＮＯｘ化を図ることができる。
【００２９】
本発明に係るエンジンの第六特徴構成は、上記第四乃至第五特徴構成に加えて、前記燃焼室で圧縮された混合気が自己着火するように構成されており、
前記制御手段が、前記運転状態としての前記燃焼室における自己着火タイミングに基づいて前記調整機構を働かせて、前記吸気領域における前記濃部の位置を制御するように構成されている点にある。
【００３０】
本発明に係るエンジンが所謂予混合圧縮着火エンジンとして構成されている場合において、上記特徴構成によれば、上記制御手段は、燃焼室における自己着火タイミングに基づいて、前記調整機構により吸気領域における濃部の位置を制御することで、燃焼室に形成される混合気の濃淡分布の状態を、上記自己着火タイミングが適正なものとなる状態に維持することができる。
【００３１】
即ち、予混合圧縮着火エンジンにおいて、上記制御手段は、例えばノッキングの発生を検出することにより、自己着火タイミングが早すぎると判断したときには、吸気領域における濃部の位置を、上記新気流弱い吸気行程のできるだけ遅い時期にその濃部が燃焼室に吸気されるような位置に移行させて、燃焼室において混合気を濃部の拡散が抑制された状態で自己着火させて、自己着火タイミングの遅角化により上記ノッキングを回避し、一方、例えば失火の発生を検出することにより、自己着火タイミングが遅すぎると判断したときには、吸気領域における濃部の位置を、上記新気流が強い吸気行程の略中間の時期にその濃部が燃焼室に存在するような位置に移行させて、燃焼室において混合気を濃部の拡散が促進された状態で自己着火させて、自己着火タイミングの進角化により上記失火を回避することができる。
【００３２】
本発明に係るエンジンの第七特徴構成は、上記第四乃至第六特徴構成に加えて、前記制御手段が、前記運転状態としてのエンジン負荷に基づいて前記調整機構を働かせて、前記吸気領域における前記濃部の位置を制御するように構成されている点にある。
【００３３】
本発明に係るエンジンが、エンジン負荷の変更が可能に構成されている場合において、上記特徴構成によれば、上記制御手段は、エンジン負荷に基づいて、前記調整機構により吸気領域における濃部の位置を制御することで、燃焼室に形成される混合気の濃淡分布の状態を、上記エンジン負荷に合った適正なものに維持することができる。
【００３４】
即ち、上記制御手段は、低エンジン負荷域においては、吸気領域における濃部の位置を、上記新気流が弱い吸気行程のできるだけ遅い時期にその濃部が燃焼室に吸気されるような位置に移行させて、燃焼室において混合気を濃部の拡散が抑制された状態で成層燃焼させて高効率且つ低ＮＯｘ化を図り、一方、高エンジン負荷域においては、吸気領域における濃部の位置を、上記新気流が強い吸気行程の略中間の時期にその濃部が燃焼室に存在するような位置に移行させて、燃焼室において混合気を濃部の拡散が促進された状態で均質混合燃焼させて低ＣＯ化又は低ＴＨＣ化を図ることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明に係るエンジンの実施形態を、図１〜図６に基づいて説明する。
【００３６】
エンジン１００には、シリンダ３の内面とピストン２の頂面とで規定される燃焼室１と、燃焼室１に吸気弁７を介して接続された吸気路１２と、燃焼室１に排気弁８を介して接続された排気路１３とが設けられている。
【００３７】
ピストン２は連結棒４に揺動自在に連結されており、ピストン２の往復動は連結棒４によって１つのクランク軸５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。
【００３８】
吸気路１２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、ノズル２１（燃料供給部の一例）により天然ガス系都市ガスの燃料Ｇが供給されて混合気Ｍとなり、その混合気Ｍが燃焼室１に吸気される。
【００３９】
そして、エンジン１００は、燃焼室１に吸気された混合気Ｍを、ピストン２の上昇により圧縮して発火点まで昇温させることで、自己着火させて燃焼させる所謂予混合圧縮着火エンジン、又は、燃焼室１に吸気された混合気Ｍを、ピストン２の上昇により圧縮した後に、点火プラグ（図示せず。）により火花点火して燃焼させる所謂火花点火式エンジンとして構成されている。
【００４０】
エンジン１００には、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）５０が設けられ、ＥＣＵ５０には、運転状態としての、排ガス性状、エンジン負荷、及び、エンジン１００が予混合圧縮着火エンジンであった場合において燃焼室１における自己着火タイミング等に関する情報が入力される。
【００４１】
詳しくは、上記排ガス性状に関する情報として、排ガス中のＮＯｘ濃度、ＣＯ濃度、及び、ＴＨＣ濃度等に関する情報がＥＣＵ５０に入力される。また、これらの濃度は、排気路１３に設けられる計測装置（図示せず。）により計測可能である。また、上記ＮＯｘ濃度と、上記ＣＯ濃度及びＴＨＣ濃度との間にはトレードオフの関係にあることから、何れか一方の濃度のみを計測して、その濃度から他方の濃度を推測しても構わない。
【００４２】
また、上記エンジン負荷に関する情報として、スロットル開度や燃料Ｇの供給量、クランク軸５の回転トルクや回転数、燃焼室１に形成された混合気Ｍの当量比を認識可能な排ガス中の酸素濃度等に関する情報がＥＣＵ５０に入力され、ＥＣＵ５０はそれらの信号からエンジン負荷を認識する。
【００４３】
上記自己着火タイミングに関する情報として、圧力センサ（図示せず。）により計測された燃焼室１の圧力に関する情報がＥＣＵ５０に入力され、ＥＣＵ５０は、その燃焼室１の圧力の変化状態を確認し、最も圧力上昇率が高いタイミングを、自己着火タイミングとして認識する。
また、上記自己着火タイミングに関する情報として、ノッキングセンサ（図示せず。）の検出信号をＥＣＵ５０に入力しても構わない。即ち、ＥＣＵ５０は、ノッキングが発生したときには、自己着火タイミングが適正なタイミングよりも早すぎることを認識することができる。
【００４４】
燃料供給部としてのノズル２１は、燃料Ｇが一定圧力で内部に供給され、そのノズル２１には、吸気路１２における空気Ａ及び混合気Ｍの流通方向（以下、「ガス流通方向」と呼ぶ。）に直交して開口する開口部２１ａが形成されている。よって、ノズル２１は、開口部２１ａから、吸気路１２のガス流通方向に直交して、一定圧力で燃料Ｇを供給するように構成されている。
【００４５】
また、吸気路１２を流通する空気Ａの流通状態は、吸気弁７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１２において、吸気弁７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。
【００４６】
よって、ノズル２１の開口部２１ａ付近の圧力は、上記吸気路１２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、上記開口部２１ａ付近の圧力が最も低下することになる。
【００４７】
そして、上記ノズル２１から吸気路１２への燃料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り、特に、吸気弁７が閉状態となり吸気路における空気の流れが停止した瞬間には、燃料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Ｇが供給されることになる。よって、吸気路１２には、吸気行程中に燃焼室１に吸気される混合気Ｍの量に相当する間隔で、燃料Ｇが他の部分よりも濃い濃部Ｒが、ガス流通方向に沿って発現することになり、更に、吸気路１２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には、１つの濃部Ｒが存在することになる。
【００４８】
更に、エンジン１００は、上記ノズル２１による吸気路１２への燃料Ｇの供給位置、即ち、ノズル２１の開口部２１ａの位置を、吸気路１２のガス流通方向に沿って調整可能な調整機構２４を有する。
【００４９】
即ち、上記調整機構２４は、ノズル２１が貫通状態で固設され、吸気路１２においてガス流通方向に沿って摺動可能な筒状体２２と、ＥＣＵ５０からの指令に従って、上記ノズル２１を筒状体２２と一体で上記吸気路１２のガス流通方向に沿って移動させるアクチュエータ２３とによって構成されている。
また、吸気路１２を形成する吸気管と上記筒状体２２との間は、外気の吸気路１２への浸入を抑制するために、適宜メカニカルシールやＯリング等によりシール構造としても構わない。
【００５０】
そして、上記のように構成された調整機構２４は、サイクル周期で周期的に供給量を変動させて吸気路１２に燃料Ｇを供給するノズル２１の位置を、吸気路１２のガス流通方向に沿って調整することで、吸気領域ＩＡにおける濃部Ｒの位置を、吸気路１２のガス流通方向に沿って調整することができ、更に、このように吸気領域ＩＡにおける濃部Ｒの位置を調整し、その濃部Ｒが吸気行程において燃焼室１に吸気されるタイミングを調整することができる。
【００５１】
そして、吸気行程において、燃焼室１に発生する新気流の強さが、中間付近のタイミングを最高として変化することを利用して、上記調整機構２４により、上記のように濃部Ｒが燃焼室１に吸気されるタイミングを変化させることで、燃焼室１に吸気された混合気Ｍにおける濃部Ｒの拡散状態を変化させることができ、燃焼室１において形成される混合気Ｍの濃淡分布の状態を変化させることができる。
【００５２】
具体的には、図１に示すように、調整機構２４により、吸気領域ＩＡにおけるガス流通方向に沿った濃部Ｒの位置を、吸気領域ＩＡの略中間位置付近やそれよりも前端側となるように調整することで、図２に示すように、その濃部Ｒは、新気流が強くなる吸気行程の中間時期（例えば、９０°ＡＴＤＣ）には燃焼室１に吸気されていることになるので、燃焼室１における濃部Ｒの拡散が促進され、図３に示すように、吸気行程の終了時期（例えば、１８０°ＡＴＤＣ）には、燃焼室１において燃料Ｇが均質に混合された混合状態の混合気Ｍが形成されることになる。
【００５３】
一方、図４に示すように、調整機構２４により、吸気領域ＩＡにおけるガス流通方向に沿った濃部Ｒの位置を、吸気領域ＩＡの後端側に近い位置となるように調整することで、図５に示すように、その濃部Ｒは、新気流が強くなる吸気行程の中間時期（例えば、９０°ＡＴＤＣ）においては未だ燃焼室１に吸気せず、図６に示すように、新気流が弱くなる吸気行程の終了時期（例えば、１８０°ＡＴＤＣ）よりも少し前の時期に吸気されることになるので、燃焼室１における濃部Ｒの拡散が抑制されて、燃焼室１において燃料Ｇの濃淡分布を有するように成層化された混合状態の混合気Ｍが形成されることになる。
【００５４】
そして、エンジン１００のＥＣＵ５０は、運転状態としての、排ガス性状、自己着火タイミング、及び、エンジン負荷等に基づいて、上記調整機構２４を働かせて、図１〜３に示すように、燃焼室１において均質な混合気Ｍを形成して燃焼させる均質混合燃焼と、図４〜６に示すように、燃焼室１において濃淡分布を有する成層化された混合気Ｍを形成して燃焼させる成層燃焼とを切り換える、又は、上記均質混合燃焼と上記成層燃焼との間で燃焼状態を調整するように、吸気領域ＩＡにおける濃部Ｒの位置を制御するように構成されている。
【００５５】
即ち、ＥＣＵ５０は、入力された排ガス性状に関する情報から、排ガス中のＮＯｘ濃度が所定濃度よりも増加したと判断したときには、例えば、上記調整機構２４により、濃部Ｒの位置を、上記成層燃焼を行うための位置に近づけるように制御して、低ＮＯｘ化を図り、一方、入力された排ガス性状に関する情報から、排ガス中のＣＯ又はＴＨＣ濃度が所定濃度よりも増加したと判断したときには、例えば、上記調整機構２４により、濃部Ｒの位置を、上記均質混合燃焼を行うための位置に近づけるように制御して、低ＣＯ化又は低ＴＨＣ化を図ることができる。
【００５６】
また、ＥＣＵ５０は、混合気Ｍの当量比が例えば理論当量比よりも大幅に小さい場合に、排ガス中のＮＯｘ濃度が所定濃度よりも増加したと判断したときには、上記調整機構２４により、濃部Ｒの位置を、上記均質混合燃焼を行うための位置に近づけるように制御することでも、低ＮＯｘ化を図ることができる。
【００５７】
また、ＥＣＵ５０は、入力されたエンジン負荷に関する情報から、エンジン負荷が所定負荷よりも増加したと判断したとき、即ち、高エンジン負荷域においては、例えば、上記調整機構２４により、濃部Ｒの位置を、上記均質混合燃焼を行うための位置に近づけるように制御して、混合気Ｍの当量比の増加によるＣＯ及びＴＨＣの増加を抑制し、入力されたエンジン負荷に関する情報から、エンジン負荷が所定負荷よりも減少したと判断したとき、即ち、低エンジン負荷域においては、例えば、上記調整機構２４により、濃部Ｒの位置を、上記成層燃焼を行うための位置に近づけるように制御して、高効率且つ低ＮＯｘ化を図ることができる。
【００５８】
また、エンジン１００が、燃焼室１において混合気Ｍを圧縮して自己着火させる予混合圧縮着火エンジンとして構成されている場合は、ＥＣＵ５０は、入力された自己着火タイミングに関する情報から、自己着火タイミングが適正なタイミングよりも遅角していると判断したときには、例えば、上記調整機構２４により、濃部Ｒの位置を、上記均質混合燃焼を行うための位置に近づけるように制御して、自己着火タイミングを進角化させ、入力された自己着火タイミングに関する情報から、自己着火タイミングが適正なタイミングよりも進角していると判断したときには、例えば、上記調整機構２４により、濃部Ｒの位置を、上記成層燃焼を行うための位置に近づけるように制御して、上記自己着火タイミングを遅角化させることにより、自己着火タイミングを適正なタイミングに維持して、ノッキング及び失火を回避した安定運転を維持することができる。
【００５９】
尚、均質混合燃焼と成層燃焼とを切り換えるための判断基準は、上述したものに限らず、別の判断基準を採用しても構わない。
【００６０】
〔別実施の形態〕
次に、本発明の別の実施の形態を説明する。
上記実施の形態においては、吸気路１２に燃料Ｇを供給して吸気領域ＩＡに濃部Ｒを存在させるための燃料供給部を、吸気路１２のガス流通方向に直交して一定圧力で燃料Ｇを供給するノズル２１で構成したが、別に、吸気路におけるガスの流れを利用して吸気路に燃料を誘引するベンチュリーミキサや、吸気路１２のガス流通方向に対向して一定圧力で燃料Ｇを供給するノズルでも、吸気路におけるガス流通状態に応じて吸気路への燃料供給量が変化する燃料供給部を構成することができる。
また、上記のようなノズル２１やベンチュリミキサのような燃料供給部では、吸気路の負圧が最も大きくなる吸気行程中期において、空気に供給する燃料の割合が最も多くなる場合があり、そのときに吸気路に形成される濃部Ｒを、吸気領域ＩＡに存在させても構わない。
また、上記燃料供給部としては、ノズルやベンチュリーミキサ等以外のものでも、吸気路におけるガス流通状態に応じて吸気路への燃料供給量が変化するように構成されているものであれば、吸気領域には１つの濃部を発現させることができる。
【００６１】
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジンの吸気行程初期（０°ＡＴＤＣ）における状態を示す概略図
【図２】エンジンの吸気行程中期（９０°ＡＴＤＣ）における状態を示す概略図
【図３】エンジンの吸気行程後期（１８０°ＡＴＤＣ）における状態を示す概略図
【図４】エンジンの吸気行程初期（０°ＡＴＤＣ）における状態を示す概略図
【図５】エンジンの吸気行程中期（９０°ＡＴＤＣ）における状態を示す概略図
【図６】エンジンの吸気行程後期（１８０°ＡＴＤＣ）における状態を示す概略図
【図７】混合気の混合状態とＮＯｘ濃度との関係を示すグラフ図
【符号の説明】
１：燃焼室
２：ピストン
３：シリンダ
４：連結棒
５：クランク軸
７：吸気弁
８：排気弁
１２：吸気路
１３：排気路
２１：ノズル（燃料供給部）
２１ａ：開口部
２２：筒状体
２３：アクチュエータ
２４：調整機構
５０：エンジン・コントロール・ユニット（ＥＣＵ）
１００：エンジン
Ａ：空気
Ｍ：混合気
ＩＡ：吸気領域
Ｒ：濃部

Claims

シリンダ内面とピストン頂部とで規定される燃焼室と、前記燃焼室に吸気される混合気が流通する吸気路と、前記吸気路に燃料を供給して混合気を形成する燃料供給部とを備えたエンジンであって、
前記燃料供給部が、前記吸気路の次の吸気行程において前記燃焼室に吸気される混合気が存在する吸気領域におけるガス流通方向に沿った一部に、前記吸気領域における他部よりも燃料が濃い濃部を、前記吸気路の吸気弁が閉状態である時に形成するように前記吸気路に燃料を供給するものであると共に、
前記吸気領域における前記濃部の前記ガス流通方向に沿った位置を調整可能な調整機構を備え、
前記吸気路においてガス流通方向に沿って摺動可能な筒状体と、前記筒状体を前記吸気路に沿って摺動させるアクチュエータとを備えて、前記調整機構が構成されているエンジン。
前記燃料供給部が、前記吸気路におけるガス流通状態に応じて前記吸気路への燃料供給量が変化するように構成されている請求項１に記載のエンジン。
前記調整機構が、前記燃料供給部の前記吸気路への燃料供給位置を、前記ガス流通方向に沿って調整することで、前記吸気領域における前記濃部の前記ガス流通方向に沿った位置を調整するように構成されている請求項１又は２に記載のエンジン。
運転状態に基づいて、前記調整機構を働かせて、前記吸気領域における前記濃部の位置を制御する制御手段を備えた請求項１から３の何れか１項に記載のエンジン。
前記制御手段が、前記運転状態としての前記燃焼室から排出される排ガス性状に基づいて、前記調整機構を働かせて、前記吸気領域における前記濃部の位置を制御するように構成されている請求項４に記載のエンジン。
前記燃焼室で圧縮された混合気が自己着火するように構成されており、
前記制御手段が、前記運転状態としての前記燃焼室における自己着火タイミングに基づいて前記調整機構を働かせて、前記吸気領域における前記濃部の位置を制御するように構成されている請求項４又は５に記載のエンジン。
前記制御手段が、前記運転状態としてのエンジン負荷に基づいて前記調整機構を働かせて、前記吸気領域における前記濃部の位置を制御するように構成されている請求項４から６の何れか１項に記載のエンジン。