JP4659709B2 - エンジン - Google Patents

Description

本発明は、吸気路に設けられた混合部において空気に燃料ガスを所定圧力で供給して混合気を形成し、当該混合気を燃焼室に吸気して燃焼させるエンジンに関する。

燃料として気体の燃料ガスを用いたエンジンにおいて、吸気路において脈動している空気に対して、混合部から所定の供給圧で燃料ガスを供給することにより、吸気路に、高当量比の濃混合気と、低当量比の淡混合気とからなる濃淡分布が形成される（例えば、特許文献１及び２を参照。）。

即ち、吸気路において空気の流れが停止している時期、即ち吸気行程以外の時期に、混合部から吸気路に燃料ガスが供給されると、空気に対する燃料ガスの供給量が多くなることから上記濃混合気が形成され、一方、吸気路において空気が流れている時期、即ち吸気行程の時期に、混合部から吸気路に燃料ガスが供給されると、空気に対する燃料ガスの供給量が少なくなることから上記淡混合気が形成される。結果、吸気路には、燃焼室における１サイクルあたりの吸気容積に相当する間隔で、上記濃混合気と上記淡混合気とからなる濃淡分布が出現する状態となる。

そして、このように吸気路に混合気の濃淡分布が形成されるエンジンでは、例えば、上記混合部の燃焼室に対する相対距離である混合距離を短くして吸気路において燃焼室に近い混合部で燃料ガスを供給することで、燃焼室に到達する混合気における燃料ガスの空気に対する混合が抑制され、濃淡分布が維持されたまま混合気が燃焼室に吸気される。更に、燃焼室において、濃混合気の安定した燃焼により淡混合気を燃焼させる、所謂不均質燃焼運転を行うことができる。
そして、このような不均質燃焼運転は、低エンジン負荷域において低当量比の混合気を燃焼させる場合に有効な運転であり、濃混合気により安定した燃焼状態を維持して、一酸化炭素及び未燃炭化水素の排出を抑制することができる。

また、このように吸気路に濃淡分布が形成されるエンジンでは、高エンジン負荷域において高当量比の混合気を燃焼させる場合に、濃混合気の当量比の過剰上昇によるＮＯｘの生成を抑制するために、燃焼室において混合気の上記のような濃淡分布を解消して均質な状態とし、その均質な混合気を燃焼室において燃焼させる所謂均質燃焼運転を行う場合がある。
そこで、燃焼室における混合気の濃淡分布を解消する方法としては、混合部の燃焼室に対する相対距離、即ち混合気が形成されてから燃焼室に到達するまでの混合距離を、上記燃料ガスの空気に対する混合が促進し得る程度に延長することで、吸気路において燃料ガスの空気に対する混合が充分に促進されて濃淡分布が解消された混合気を燃焼室に吸気する方法が知られている。

特開２００５−２８２５６６号公報 特開２００４−２９３３００号公報

上述したように吸気路において混合気の濃淡分布が形成されるエンジンにおいて、混合距離を延長して、燃焼室における混合気の濃淡分布を解消する場合には、燃焼室に適切な当量比の混合気を供給するべく行う当量比制御において、混合部で混合気の当量比を変更してから燃焼室において混合気の当量比が変化するまでの時間が長くなって、応答性が低下する。そして、特に起動時などの冷間運転時においては、上記のような均質燃焼運転を行って暖機を行うのであるが、当量比制御の応答性が低下すると、安定した燃焼状態を維持するための当量比の迅速且つ細かな制御を行うことができなくなり、暖機をスムーズに行うことができない場合がある。

一方、このような当量比の応答性の低下を解消するべく、上記混合距離を延長することなく、燃焼室に吸気された混合気のスワールなどの吸気流動を増強して、混合気の濃淡分布をその強い吸気流動により解消する方法も考えられるが、このように吸気流動を増強すると、上述したような濃淡分布を維持して行われる不均質燃焼運転を行うことができなくなる。

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、吸気路に混合気の濃淡分布が形成されるエンジンにおいて、高効率化と安定燃焼とをバランス良く実現しながら、運転状態に合わせて適切な均質燃焼運転を実行可能とし、更に、起動時のような冷間運転時において安定した燃焼状態を維持して暖機をスムーズに行い、一方、温間運転時において、エンジン負荷に合った適切な運転を実行することができる技術を確立する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係るエンジンは、吸気路に設けられた混合部において空気に燃料ガスを所定圧力で供給して混合気を形成し、当該混合気を燃焼室に吸気して燃焼させるエンジンであって、その第１特徴構成は、
前記吸気路において前記燃焼室から近い位置に配置された近混合部と、前記近混合部より前記燃焼室から遠い位置に配置された遠混合部とに、各別に燃料ガスを供給可能な燃料ガス供給部を備え、
前記吸気路における前記混合部の前記燃焼室からの相対距離である混合距離を延長可能な混合距離延長手段を、前記近混合部から前記吸気路へ燃料ガスを供給する非作動状態と、前記遠混合部から前記吸気路へ燃料ガスを供給する作動状態との間で、作動状態を切換る切換手段として構成し、
前記吸気路における燃焼室直前の位置に、前記燃焼室に吸気される混合気の旋回流動である吸気流動の強度を変更可能なスワール調整弁を備え、
前記燃焼室において前記吸気流動を増強可能な吸気流動増強手段を前記スワール調整弁にて前記吸気路から前記燃焼室への混合気の流入方向を前記燃焼室の中心周りの周方向にする作動状態と、前記燃焼室の中心へ向かう方向にする非作動状態との間で、作動状態を切換る切換手段として構成し、
前記吸気流動増強手段を作動させずに前記混合距離延長手段を作動させて前記混合距離を延長し前記燃焼室で前記混合気を均質燃焼させる長混合均質燃焼運転と、前記混合距離延長手段を作動させずに前記吸気流動増強手段を作動させて前記吸気流動を増強し前記燃焼室で前記混合気を均質燃焼させる短混合均質燃焼運転との切換制御を実行する制御手段を備え、
前記制御手段が、運転を温間運転時において前記長混合均質燃焼運転に制御し、冷間運転時において前記短混合均質燃焼運転に制御する点にある。

上記第１特徴構成によれば、上記混合距離を調整可能な混合距離延長手段を、近混合部から吸気路へ燃料ガスを供給する非作動状態と、遠混合部から吸気路へ燃料ガスを供給する作動状態との間で、作動状態を切換る切換手段として構成するとともに、上記燃焼室における吸気流動を調整可能な吸気流動増強手段を、前記スワール調整弁にて前記吸気路から前記燃焼室への混合気の流入方向を前記燃焼室の中心周りの周方向にする作動状態と、前記燃焼室の中心へ向かう方向にする非作動状態との間で、作動状態を切換る切換手段として構成し、上記制御手段により、それら夫々の手段を適切に制御することで、濃混合気の当量比の過剰上昇によるＮＯｘの生成を抑制し得る均質燃焼運転を、運転状態に合った適切なものとすることができる。
即ち、上記制御手段により上記長混合均質燃焼運転を実行すれば、上記吸気流動増強手段を作動させないことで、吸気行程におけるポンピングロスの増加を抑制しながら、上記混合距離延長手段により上記混合距離を延長することで、その長い混合距離において燃料ガスの空気に対する混合が充分に促進した混合気が燃焼室に到達するので、燃焼室に吸気された混合気における濃淡分布は解消され、その均質な混合気を燃焼室において均質燃焼させることができる。即ち、この長混合均質燃焼運転は、高効率化を重視した均質燃焼運転として適切に実行することができる。
一方、上記制御手段により上記短混合均質燃焼運転を実行すれば、上記混合距離延長手段を作動させないことで、当量比制御の応答性の低下を抑制しながら、上記吸気流動増強手段により上記吸気流動を増強することで、その強い吸気流動により燃料ガスの空気に対する混合が充分に促進されながら混合気が燃焼室に吸気されるので、燃焼室に吸気された混合気における濃淡分布は解消され、その均質な混合気を燃焼室において均質燃焼させることができる。即ち、この短混合均質燃焼運転は、当量比制御の応答性を重視した均質燃
焼運転として適切に実行することができる。
さらに、上記制御手段により、充分な暖機が行われた後の温間運転時には、上記長混合均質燃焼運転を行うことで、吸気流動増強によるポンピングロスの増加を抑制して、高効率化を図ることができ、一方、起動時などの冷間運転時には、上記短混合均質燃焼運転を行うことで、混合距離延長により当量比制御の応答性低下を抑制して、安定した燃焼状態を維持して暖機をスムーズに行うことができる。

本発明に係るエンジンの第２特徴構成は、前記制御手段が、前記長混合均質燃焼運転と、前記短混合均質燃焼運転と、前記混合距離延長手段及び前記吸気流動増強手段を作動させずに前記燃焼室において前記混合気を不均質燃焼させる不均質燃焼運転との切換制御を実行するように構成されている点にある。

上記第２特徴構成によれば、上記制御手段は、上述した長混合均質燃焼運転と短混合均質燃焼運転との夫々の均質燃焼運転とは別に、燃焼室において混合気を不均質燃焼させる不均質燃焼運転を実行することができる。
即ち、上記制御手段により上記不均質燃焼運転を実行すれば、上記混合距離延長手段及び上記吸気流動増強手段を作動させないことで、ポンピングロスの増加及び当量比制御の応答性の低下を抑制しながら、濃淡分布が維持されたまま混合気が燃焼室に吸気され、燃焼室に偏在する濃混合気を容易に火花点火して燃焼させて、その安定した燃焼により濃混合気の周辺に存在する淡混合気を燃焼させる所謂不均質燃焼を行い、安定した燃焼状態を維持すると共に、一酸化炭素及び未燃炭化水素の排出を抑制することができる。即ち、この不均質燃焼運転は、高効率且つ安定燃焼を重視した運転として適切に実行することができる。

本発明に係るエンジンの第３特徴構成は、前記制御手段が、温間運転時の高エンジン負荷域において前記長混合均質燃焼運転を行い、温間運転時の低エンジン負荷域において前記不均質燃焼運転を行い、冷間運転時において前記短混合均質燃焼運転を行う点にある。

上記第３特徴構成によれば、上記制御手段により、充分な暖機が行われた後の温間運転時において、高当量比の混合気を燃焼室にて燃焼させる高エンジン負荷域では、濃混合気の当量比の過剰上昇によるＮＯｘの生成を抑制し得る上述した長混合均質燃焼運転を行って、吸気流動増強によるポンピングロスの増加を抑制して高効率化を図り、一方、低当量比の混合気を燃焼室にて燃焼させる低エンジン負荷域では、上記不均質燃焼運転を行うことで、安定した燃焼状態を維持して、一酸化炭素及び未燃炭化水素の排出を抑制することができる。

本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
エンジンには、図１等に示すように、シリンダ３の内面とシリンダヘッド４の下面とピストン５の頂面とで規定され、上部に点火プラグ２を有する燃焼室１と、吸気弁６を介して接続され、燃焼室１に吸気される混合気Ｍが流通する吸気路８と、燃焼室１に排気弁７を介して接続され、燃焼室１から排出された排ガスＥが流通する排気路９とが設けられている。

また、ピストン５は、連結棒（図示せず）に揺動自在に連結されており、ピストン５の往復動はその連結棒によって１つのクランク軸（図示せず）の回転運動として得られ、このような構成は通常のエンジンと変わるところが無い。

吸気路８を流通する空気Ａは、適宜過給機等により過給された後に、混合部１１により天然ガス等の気体の燃料ガスＧが供給されて混合気Ｍが形成され、その混合気Ｍが燃焼室１に吸気される。
そして、燃焼室１に吸気された混合気Ｍは、ピストン５の上昇により圧縮された後に、点火プラグ２により火花点火されて燃焼する。

混合部１１は、燃料ガス供給路１２から所定の供給圧で供給された燃料ガスＧを、吸気路８における空気Ａの流れ方向に直交する方向に供給する開口部として形成されている。尚、上記燃料ガスＧの供給圧は、吸気路８の圧力よりも若干高い圧力として設定される。

更に、吸気路８には、該吸気路８を縮径させたベンチュリ構造を有するミキサ１０が設けられ、そのミキサ１０に混合部１１が設けられている。即ち、吸気路８を流通する空気Ａが上記ミキサ１０を高速で通過することで、そのミキサ１０に設けられた混合部１１においてベンチュリ効果としての安定した圧力低下現象が発生することから、そのミキサ１０を通過する空気Ａに混合部１１から良好に燃料ガスＧを供給して、混合気Ｍを形成し易くなる。
一方、吸気路８を流通する空気Ａの流通状態は、吸気弁６の開閉動作に伴って、サイクル周期で周期的に変動する。即ち、吸気路８において、吸気弁６が開状態となる吸気行程においては、空気Ａが燃焼室１に吸い込まれて圧力が低下し、それ以外の行程においては、空気Ａが吸い込まれずに圧力が低下しないという、脈動が発生する。

よって、混合部１１付近の圧力は、上記吸気路８における空気Ａの脈動と同期して変化し、具体的には、最も空気Ａの流速が大きい吸気行程の中期において、上記混合部１１付近の圧力が最も低下することになる。

そして、上記混合部１１から吸気路８への燃料ガスＧの供給量は、上記のような空気Ａの脈動により、サイクル周期で周期的に変化することになる。特に、吸気弁６が閉状態となり吸気路８における空気Ａの流れが停止した瞬間には、燃料ガスＧの流れにおける慣性により、空気Ａに対して多くの燃料ガスＧが供給されることになる。よって、吸気路８には、前記吸気路８に燃料ガスＧが他の部分よりも濃い高当量比の濃混合気Ｒと、その濃混合気よりも燃料ガスＧが薄い低当量比の淡混合気Ｌとが、流れ方向に沿って燃焼室１における１サイクルあたりの吸気容積に相当する間隔で交互に発現する所謂濃淡分布を有する混合気が形成されることになる。

更に、このエンジンは、詳細については後述するが、混合部１１として、吸気路８において燃焼室１に対する相対距離である混合距離が短い位置、即ち燃焼室１から近い位置に配置された近混合部１１Ａや、同混合距離が長い位置、即ち燃焼室１から遠い位置に配置された遠混合部１１Ｂを備え、近混合部１１Ａに通じる燃料ガス供給路１２には、その近混合部１１Ａへの燃料ガスＧの供給を断続する開閉弁１３Ａが設けられ、一方、遠混合部１１Ｂに通じる燃料ガス供給路１２には、その遠混合部１１Ｂへの燃料ガスＧの供給を断続する開閉弁１３Ｂが設けられている。

そして、近混合部１１Ａは、例えば吸気路８において次の吸気行程で燃焼室１に吸気される混合気Ｍが存在する領域のように、燃焼室１に対して近い位置に配置されており、一方、遠混合部１１Ｂは、例えば複数回先の吸気行程で燃焼室１に吸気される混合気Ｍが存在する領域のように、燃焼室１に対して遠い位置に配置されている。
尚、上記混合部１１及び開閉弁１３の代わりに、燃焼ガスＧを設定時期に吸気路８に噴射可能な燃料噴射弁を設けても構わない。

そして、コンピュータからなるエンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵと呼ぶ。）３０は、開閉弁１３Ａを開状態とし開閉弁１３Ｂを閉状態として、近混合部１１Ａから吸気路８に燃料ガスＧを供給する状態と、開閉弁１３Ａを閉状態とし開閉弁１３Ｂを開状態として、遠混合部１１Ｂから吸気路８に燃料ガスＧを供給する状態とを択一的に切り換えることで、上記混合距離を変更可能に構成されている。即ち、開閉弁１３Ａを有する近混合部１１Ａ、及び、開閉弁１３Ｂを有する遠混合部１１Ｂは、近混合部１１Ａから燃料ガスＧを供給する状態から、遠混合部１１Ｂから燃料ガスＧを供給する状態に切り換えることで、上記混合距離を延長可能な混合距離延長手段として機能することになる。

また、吸気路８における燃焼室１の直前の位置、具体的には、近混合部１１Ａと燃焼室１との間の位置には、燃焼室１に吸気された混合気Ｍの旋回流であるスワール（吸気流動の一例）の強度を変更可能なスワール調整弁１５が設けられている。
ＥＣＵ３０は、図４（ａ）に示すように、スワール調整弁１５を、吸気路８から燃焼室１への混合気Ｍの流入方向を燃焼室１の略中心に向かう方向にする状態（以下、「弱スワール状態」と呼ぶ。）として、燃焼室１に発生するスワールの強度を小さくする（例えば、スワール比を３．０以下にする）のに対して、図４（ｂ）に示すように、吸気路８から燃焼室１への混合気Ｍの流入方向を燃焼室１の略中心回りの周方向にする状態（以下、「強スワール状態」と呼ぶ。）に切り換えて、燃焼室１に発生するスワールの強度を増強する（例えば、スワール比を４．０程度にする）ことができる。よって、このスワール調整弁１５は、燃焼室１に吸気された混合気Ｍの流動である吸気流動を増強可能な吸気流動増強手段として機能することになる。

また、ＥＣＵ３０は、上述した混合距離延長手段として機能する開閉弁１３Ａ，１３Ｂ、及び、上述した吸気流動増強手段として機能するスワール調整弁１５の作動を制御して、燃焼室１において混合気Ｍを均質燃焼させる長混合均質燃焼運転及び短混合均質燃焼運転と、更には、燃焼室１において混合気Ｍを不均質燃焼させる不均質燃焼運転との切換制御を実行する制御手段として機能するように構成されており、その詳細について以下に説明する。

（不均質燃焼運転）
ＥＣＵ３０は、不均質燃焼運転において、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、混合距離延長手段及び吸気流動増強手段を作動させない状態、即ち、開閉弁１３Ａを開状態とすると共に開閉弁１３Ｂを閉状態として混合距離が短い近混合部１１Ａから吸気路８に燃料ガスＧを供給すると共に、スワール調整弁１５を弱スワール状態として燃焼室１に発生するスワールの強度を小さくする状態で、混合気Ｍを燃焼室１に吸気して、当該混合気Ｍを燃焼室１において不均質燃焼させるように構成されている。

具体的には、図１（ａ）に示すように、吸気行程の開始時期（ＴＤＣ）には、濃混合気Ｒの位置が、上記のように設定された近混合部１１Ａの位置、即ち、次の吸気行程で吸気される混合気Ｍが存在する吸気領域ＩＡの後端側の位置となる。
そして、その濃混合気Ｒは、図１（ｂ）に示すように、空気Ａの流れが強くなる吸気行程の中間時期（９０°ＡＴＤＣ）においては未だ燃焼室１に吸気されず、図１（ｃ）に示すように、空気Ａの流れが弱くなる吸気行程の終了時期（ＢＤＣ）よりも少し前の時期に燃焼室１に吸気されることになる。
よって、混合気Ｍは、濃混合気Ｒの拡散が抑制され濃淡分布が維持されたまま燃焼室１に吸気されることになる。
そして、燃焼室１に偏在する濃混合気Ｒを点火プラグ２により容易に点火して燃焼させて、その安定した燃焼により濃混合気Ｒの周辺に存在する淡混合気Ｌを燃焼させる所謂不均質燃焼を行うことができ、例えば燃焼室１で燃焼される混合気Ｍの全体的な当量比を低くした場合においても、安定した燃焼状態を実現できる。

また、ＥＣＵ３０は、潤滑油温度の計測結果などによりエンジンが充分に暖機されている状態であるか否かを判定し、潤滑油温度が高く充分に暖機されていると判定した温間運転時において、エンジン負荷が低い低エンジン負荷域にあり、当量比が０．６２５程度と比較的低い混合気Ｍを燃焼させる場合に、上記不均質燃焼運転を実行する。よって、このような不均質燃焼運転を実行することで、当量比が低いことからＮＯｘの排出量を許容範囲内に抑制しながら、不均質燃焼を行うことにより燃焼安定度を許容範囲内に抑制することができる。

尚、近混合部１１Ａ及び開閉弁１３Ａの代わりに、燃料ガスＧを設定時期に吸気路８に噴射する燃料噴射弁を設ける場合には、例えば、この燃料噴射弁の燃料ガスＧの噴射を間歇的に行うことで、吸気路８に濃淡分布を有する混合気Ｍを形成することができる。

（長混合均質燃焼運転）
ＥＣＵ３０は、長混合均質燃焼運転において、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、吸気流動増強手段を作動させずに混合距離延長手段を作動させて混合距離を延長する状態、即ち、開閉弁１３Ａを閉状態とすると共に開閉弁１３Ｂを開状態として混合距離が長い遠混合部１１Ｂから吸気路８に燃料ガスＧを供給すると共に、スワール調整弁１５を弱スワール状態として燃焼室１に発生するスワールの強度を小さくする状態で、混合気Ｍを燃焼室１に吸気して、当該混合気Ｍを燃焼室１において均質燃焼させるように構成されている。

具体的には、図２（ａ）に示すように、吸気行程の開始時期（ＴＤＣ）には、濃混合気Ｒの位置が、上記のように設定された遠混合部１１Ｂの位置、即ち複数回先の吸気行程で燃焼室１に吸気される混合気Ｍが存在する位置となる。
更に、この濃混合気Ｒは、吸気路８において少なくとも１サイクル分の経路を通過して拡散が促進された後に吸気領域ＩＡに到達することになるので、吸気領域ＩＡには比較的均質な混合気Ｍが存在することになる。よって、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、その均質な混合気Ｍが燃焼室１に吸気されることになる。
そして、燃焼室１全体に、その均質な混合気Ｍを点火プラグ２により点火して燃焼させる所謂均質燃焼を行うことができ、例えば燃焼室１で燃焼される混合気Ｍの全体的な当量比を高くした場合においても、一部の混合気Ｍの当量比が過剰に高くなることによるＮＯｘの排出を抑制することができる。

また、ＥＣＵ３０は、温間運転時において、エンジン負荷が高い高エンジン負荷域にあり、当量比が０．７１４程度と比較的高い混合気Ｍを燃焼させる場合に、上記長混合均質燃焼運転を実行する。よって、このような長混合均質燃焼運転を実行することで、当量比が高いことから燃焼安定度を許容範囲内に抑制しながら、均質燃焼を行うことによりＮＯｘの排出量を許容範囲内に抑制することができる。

（短混合均質燃焼運転）
ＥＣＵ３０は、短混合均質燃焼運転において、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、混合距離延長手段を作動させずに吸気流動増強手段を作動させて吸気流動を増強する状態、即ち、開閉弁１３Ａを開状態とすると共に開閉弁１３Ｂを閉状態として混合距離が短い近混合部１１Ａから吸気路８に燃料ガスＧを供給すると共に、スワール調整弁１５を強スワール状態として燃焼室１に発生するスワールの強度を増強する状態で、混合気Ｍを燃焼室１に吸気して、当該混合気Ｍを燃焼室１において均質燃焼させるように構成されている。

具体的には、図３（ａ）に示すように、吸気行程の開始時期（ＴＤＣ）には、濃混合気Ｒの位置が、上記のように設定された近混合部１１Ａの位置、即ち、次の吸気行程で吸気される混合気Ｍが存在する吸気領域ＩＡの後端側の位置となる。
そして、その濃混合気Ｒは、不均質燃焼運転と同様に、図３（ｂ）に示すように、吸気行程の中間時期（９０°ＡＴＤＣ）においては未だ燃焼室１に吸気されず、図３（ｃ）に示すように、吸気行程の終了時期（ＢＤＣ）よりも少し前の時期に燃焼室１に吸気されることになるが、スワール調整弁１５が強スワール状態となることで燃焼室１には強いスワールが発生しているので、その強いスワールにより、燃焼室１に吸気された濃混合気Ｒは、その拡散が促進され、燃焼室１には均質な混合気Ｍが存在することになる。
そして、燃焼室１全体に、その均質な混合気Ｍを点火プラグ２により点火して燃焼させる所謂均質燃焼を行うことができ、例えば燃焼室１で燃焼される混合気Ｍの全体的な当量比を高くした場合においても、一部の混合気Ｍの当量比が過剰に高くなることによるＮＯｘの排出を抑制することができる。

また、ＥＣＵ３０は、潤滑油温度の計測結果などによりエンジンが充分に暖機されている状態であるか否かを判定し、起動時などのように潤滑油温度が低く充分に暖機されていないと判定した冷間運転時において、当量比が０．７１４程度と比較的高い混合気Ｍを燃焼させてスムーズな暖機を行う場合に、上記短混合均質燃焼運転を実行する。よって、このような短混合均質燃焼運転を実行することで、上述した長混合均質燃焼運転と同様に、当量比が高いことから燃焼安定度を許容範囲内に抑制しながら、均質燃焼を行うことによりＮＯｘの排出量を許容範囲内に抑制することができる。更に、この短混合均質燃焼運転では、近混合部１１Ａにおいて燃料ガスＧを供給することから、近混合部１１Ａで混合気Ｍの当量比を変更してから燃焼室１において混合気Ｍの当量比が変化するまでの時間が短くなり、当量比制御の応答性を高くすることができるので、起動時のように運転状態が不安定な場合には、当量比を細かく制御して、安定した起動運転を実現することができる。

本発明に係るエンジンは、吸気路に混合気の濃淡分布が形成されるエンジンであって、高効率化と安定燃焼とをバランス良く実現しながら、運転状態に合わせて適切な均質燃焼運転を実行可能とし、更に、起動時のような冷間運転時において安定した燃焼状態を維持して暖機をスムーズに行い、一方、温間運転時において、エンジン負荷に合った適切な運転を実行することができるエンジンとして有効に利用可能である。

エンジンの概略構成及び不均質燃焼運転の状態を示す図 エンジンの概略構成及び長混合均質燃焼運転の状態を示す図 エンジンの概略構成及び短混合均質燃焼運転の状態を示す図 スワール調整弁の概略構成を示す図

符号の説明

１：燃焼室
２：点火プラグ
３：シリンダ
４：シリンダヘッド
５：ピストン
６：吸気弁
７：排気弁
８：吸気路
９：排気路
１０：ミキサ
１１Ａ，１１Ｂ，１１：混合部（混合距離延長手段）
１２：燃料ガス供給路
１３Ａ，１３Ｂ，１３：開閉弁（混合距離延長手段）
１５：スワール調整弁（吸気流動増強手段）
Ａ：空気
Ｅ：排ガス
Ｇ：燃料ガス
Ｍ：混合気

Claims (3)

1. 吸気路に設けられた混合部において空気に燃料ガスを所定圧力で供給して混合気を形成し、当該混合気を燃焼室に吸気して燃焼させるエンジンであって、
   前記吸気路において前記燃焼室から近い位置に配置された近混合部と、前記近混合部より前記燃焼室から遠い位置に配置された遠混合部とに、各別に燃料ガスを供給可能な燃料ガス供給部を備え、
   前記吸気路における前記混合部の前記燃焼室からの距離である混合距離を延長可能な混合距離延長手段を、前記近混合部から前記吸気路へ燃料ガスを供給する非作動状態と、前記遠混合部から前記吸気路へ燃料ガスを供給する作動状態との間で、作動状態を切換る切換手段として構成し、
   前記吸気路における燃焼室直前の位置に、前記燃焼室に吸気される混合気の旋回流動である吸気流動の強度を変更可能なスワール調整弁を備え、
   前記燃焼室において前記吸気流動を増強可能な吸気流動増強手段を、前記スワール調整弁にて前記吸気路から前記燃焼室への混合気の流入方向を前記燃焼室の中心周りの周方向にする作動状態と、前記燃焼室の中心へ向かう方向にする非作動状態との間で、作動状態を切換る切換手段として構成し、
   前記吸気流動増強手段を作動させずに前記混合距離延長手段を作動させて前記混合距離を延長し前記燃焼室で前記混合気を均質燃焼させる長混合均質燃焼運転と、前記混合距離延長手段を作動させずに前記吸気流動増強手段を作動させて前記吸気流動を増強し前記燃焼室で前記混合気を均質燃焼させる短混合均質燃焼運転との切換制御を実行する制御手段を備え、
   前記制御手段が、運転を温間運転時において前記長混合均質燃焼運転に制御し、冷間運転時において前記短混合均質燃焼運転に制御するエンジン。
2. 前記制御手段が、前記長混合均質燃焼運転と、前記短混合均質燃焼運転と、前記混合距離延長手段及び前記吸気流動増強手段を作動させずに前記燃焼室において前記混合気を不均質燃焼させる不均質燃焼運転との切換制御を実行するように構成されている請求項１に記載のエンジン。
3. 前記制御手段が、温間運転時の高エンジン負荷域において前記長混合均質燃焼運転を行い、温間運転時の低エンジン負荷域において前記不均質燃焼運転を行い、冷間運転時において前記短混合均質燃焼運転を行う請求項２に記載のエンジン。

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