JP4796526B2 - 内燃機関用燃料噴射方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガス燃料もしくは蒸発させた液体燃料を吸気する内燃機関の燃料噴射装置に関し、特に吸気通路に噴射した燃料ガスが吸気通路に残留する問題を防止し、よってバルブオーバラップ時に燃料ガスがシリンダ内を素通りして排気通路に吹き抜ける問題を防止するようにした内燃機関用燃料噴射方法及び装置に関する。

シリンダヘッドに吸気弁と排気弁を備えた４サイクル内燃機関では、吸気弁、排気弁の開閉は吸気の充填効率を向上するために両弁が同時に開いている期間、即ちバルブオーバラップ期間を有するようなタイミングで設計されている。シリンダ内に吸入される新気あるいは燃料を含む新気は慣性を有するので、シリンダ内に対する供給量を最大にするためには、前記バルブオ−バラップ期間を設け、該バルブオーバラップ期間中に若干の新気あるいは燃料を含む新気がシリンダを素通りして排気通路側に吹き抜けることは許容せざるを得ないのが通常である。

吸排気弁が閉じた状態でシリンダ内に燃料が噴射されるディーゼル機関や直噴ガソリン機関ではシリンダを素通りするのは空気のみであるが、吸気通路にガス燃料もしくは蒸発させた液体燃料を吸気する内燃機関では燃料ガスが空気と共に排気通路側に吹き抜け、その分燃料が無駄に消費されるために燃費効率が低下する。

吸気通路にガス燃料を噴射する従来のガス機関としては、図８に示す構成のものが知られている。図８中、１はピストン２を備えたシリンダであり、該シリンダ１のシリンダヘッド３には、吸気通路４と排気通路５が形成されており、該吸気通路４のシリンダ開口部４ａと排気通路５のシリンダ開口部５ａは隣接してシリンダ１の燃焼室に開口している。吸気通路４には弁棒６ａと弁体６ｂを有して図９に示すようにシリンダ開口部４ａに備えた吸気シートリング７に圧接・離反することにより吸気通路４の開閉を行う吸気弁６が備えられ、又、排気通路５には弁棒８ａと弁体８ｂを有して図示しない図９と同様のシートリングに圧接・離反することにより排気通路５の開閉を行う排気弁８が備えられている。

吸気通路４における前記シリンダ開口部４ａと離反した吸気（空気）の上流側位置には、吸気通路４に燃料ガスを供給するためのガス噴射ノズル９を設けている。図８のガス噴射ノズル９は電磁弁１０により燃料ガスの噴射・停止が制御されるようになっている。

ガス機関の燃料噴射装置を示す先行技術文献としては例えば特許文献１、２等がある。特許文献１は、シリンダヘッドにおける吸気弁の弁棒が貫通している吸気通路の上壁部分に、弁棒を包囲し且つ周方向に噴射孔を備えたスリーブが設けられ、弁棒には吸気弁棒突起部が設けられており、吸気弁が吸気通路を開くと吸気弁棒突起部は噴射孔を開く位置に移動し、吸気弁が吸気通路を閉じると吸気弁棒突起部は噴射孔を閉じる位置に移動するようになっている。

又、特許文献２は、吸気通路の上流側位置に、噴射孔を有すると共に該噴射孔を包囲する外部ガス室を備えたガス噴射ノズルを設けており、該ガス噴射ノズルに対する燃料ガスの供給・停止を電磁弁にて行うようにしている。
特開２００３−１３８９１７号公報 特開２００２−３７１９１７号公報

しかし、図８、図９及び特許文献１、２に示すように、従来のガス機関は、吸気通路４に燃料ガスを噴射するガス噴射ノズル９が、シリンダヘッド３のシリンダ開口部４ａから大きな距離を隔てて吸気通路４の上流側に設置されているために、吸気弁６が閉じる直前にガス噴射ノズル９から噴射された燃料ガスが、閉じられたシリンダ開口部４ａとガス噴射ノズル９との間に点を付したように残留することになる。このため、次サイクルで吸気弁６が開いた瞬間のバルブオーバラップ時に、前記吸気通路４に残留した燃料ガスがシリンダ１内を素通りして排気通路５側に吹き抜ける問題があり、このために燃料ガスが無駄に消費されるという問題を有していた。

本発明は、上記実情に鑑みてなしたもので、吸気通路に噴射した燃料ガスが吸気通路に残留する問題を防止し、よってバルブオーバラップ時に燃料ガスがシリンダ内を素通りして排気通路に吹き抜ける問題を防止するようにした内燃機関用燃料噴射方法及び装置を提供しようとするものである。

本発明は、ガス燃料もしくは蒸発させた液体燃料を吸気する内燃機関のシリンダヘッドに、吸気弁により開閉される吸気通路と、排気弁により開閉される排気通路を備え、吸気通路に燃料ガスを噴射して吸気と混合しシリンダ内に供給する内燃機関用燃料噴射方法であって、吸気通路のシリンダ開口部に備えられる吸気シートリングの近傍位置に、周方向に不等間隔で配置される噴射口を設け、該噴射口により吸気通路内に向けて燃料ガスを噴射することを特徴とする内燃機関用燃料噴射方法、に係るものである。

上記内燃機関用燃料噴射方法において、燃料ガスがシリンダに向かうよう傾斜して吸気通路内に噴射されることは好ましい。

又、上記内燃機関用燃料噴射方法において、燃料ガスが旋回流を形成するよう吸気通路内に噴射されることは好ましい。

又、上記内燃機関用燃料噴射方法において、燃料ガスの噴射開始と排気弁閉作動とを一致させ、且つ吸気弁閉止直前に燃料ガスの噴射を終了させることは好ましい。

本発明は、ガス燃料もしくは蒸発させた液体燃料を吸気する内燃機関のシリンダヘッドに、吸気弁により開閉される吸気通路と、排気弁により開閉される排気通路を備え、吸気通路に燃料ガスを噴射して吸気と混合しシリンダ内に供給する内燃機関用燃料噴射装置であって、吸気通路のシリンダ開口部に備えられる吸気シートリングの近傍位置に、吸気通路に向けて燃料ガスを噴射するガス噴射ノズルを設け、
前記ガス噴射ノズルが、吸気通路を取り巻くよう吸気シートリングに近接してシリンダヘッドに形成したガス供給室と、該ガス供給室の燃料ガスを吸気通路に噴射する噴射口とからなり、前記噴射口が周方向に不等間隔で配置されたことを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置、に係るものである。

本発明は、ガス燃料もしくは蒸発させた液体燃料を吸気する内燃機関のシリンダヘッドに、吸気弁により開閉される吸気通路と、排気弁により開閉される排気通路を備え、吸気通路に燃料ガスを噴射して吸気と混合しシリンダ内に供給する内燃機関用燃料噴射装置であって、吸気通路のシリンダ開口部に備えられる吸気シートリングの近傍位置に、吸気通路に向けて燃料ガスを噴射するガス噴射ノズルを設け、
前記ガス噴射ノズルが、吸気シートリングを周方向に取り巻くようシリンダヘッドに形成したガス供給室と、該ガス供給室の燃料ガスを吸気通路に噴射するよう吸気シートリングに形成した噴射口とからなり、前記噴射口が周方向に不等間隔で配置されたことを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置、に係るものである。

又、上記内燃機関用燃料噴射装置において、噴射口が吸気通路内方向で且つシリンダ内方向に向けて燃料ガスを噴射するよう傾斜して形成されたことは好ましい。

又、上記内燃機関用燃料噴射装置において、噴射口が噴射した燃料ガスが旋回流を形成するよう吸気通路に対して接線方向に形成されたことは好ましい。

本発明の内燃機関用燃料噴射方法及び装置によれば、吸気通路のシリンダ開口部に備えられる吸気シートリングの近傍位置に、吸気通路に向けて燃料ガスを噴射するガス噴射ノズルを設けたので、燃料ガスはシリンダ開口部の直近位置に噴射されることになるため、吸気弁が閉じる直前に噴射された燃料ガスが吸気通路に残留することがほとんどなく、略完全にシリンダ内に供給される。従って、次サイクルで吸気弁が開いた瞬間に吸気通路内に残留した燃料ガスが排気通路側に吹き抜けるといった問題を略確実に防止することができ、これにより内燃機関の燃費効率を大幅に向上できるという優れた効果を奏し得る。

更に、吸気通路内に燃料ガスが残留しないため、バルブオーバラップ期間を長くすることができ、これによって吸気の充填効率を高めることができる効果がある。

又、シリンダ開口部の位置において吸気通路に燃料ガスを噴射するため、噴射口の位置を変えることにより、シリンダ内の燃料の濃度分布を変更できる効果がある。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１〜図５は参考例であり、図６は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１〜６中、図８、図９と同一のものには同じ符号を付して説明を省略し以下では本発明の特徴部分についてのみ詳細に説明する。

図１〜図３に示す如く、吸気通路４のシリンダ開口部４ａに備えられる吸気シートリング７（図２）の近傍位置に、吸気通路４に向けて燃料ガスを噴射するようにしたガス噴射ノズル１１を設ける。図２に示すガス噴射ノズル１１は、吸気シートリング７の直上に近接する位置のシリンダヘッド３内に、吸気通路４を周方向から取り巻くように形成した環状のガス供給室１２を形成しており、更に、ガス供給室１２と吸気通路４内とを放射方向に連通するようにした複数の噴射口１３を等間隔で形成している。

前記ガス供給室１２には燃料ガスの供給流路１４が接続されており、該供給流路１４には燃料ガスの噴射・停止を制御する電磁弁１５が設けられている。更に、電磁弁１５はエンジン制御信号１６が入力された燃料供給制御器１７からの信号１８によって燃料ガスの噴射・停止が制御されるようになっている。

図２、図３の形態では噴射口１３が吸気弁の軸線に対して鉛直方向に燃料ガスを噴射するようにした場合を例示したが、図４に示すように、噴射口１３ａは吸気通路４内方向で且つ水平に対して下向きに燃料ガスを噴射するよう傾斜角度αを有して形成されていてもよい。

又、図２、図３では噴射口１３が放射方向に形成された場合を例示したが、図５に示すように、吸気通路４に噴射された燃料ガスが旋回流を形成するように吸気通路４に対して接線方向に形成した噴射口１３ｂとしてもよい。

更に、図２、図３では噴射口１３を周方向に等間隔で配置した場合を例示したが、本発明は、図６に示すように、噴射口１３をガス供給室１２に対して周方向に不等間隔で配置したものである。即ち、噴射口１３の配置密度が高い部分と低い部分とを有するように配置している。

以下に、上記形態の作動を説明する。

図１〜図３に示すように、吸気通路４のシリンダ開口部４ａに備えられる吸気シートリング７の近傍位置に、吸気通路４を周方向に取り巻く環状のガス供給室１２と、該ガス供給室１２と吸気通路４内とを放射方向に連通する噴射口１３とからなるガス噴射ノズル１１を設けたので、噴射口１３から噴射される燃料ガスはシリンダ開口部４ａの位置に噴射されることになる。このため、吸気弁６の開作動時には噴射口１３から噴射された燃料ガスは直ちにシリンダ１内に供給されるようになる。一方、吸気弁６が閉じるタイミングと燃料ガスの供給を停止するタイミングとが一致した場合には、シリンダ開口部４ａを閉じる弁体６ｂと噴射口１３までの短い範囲内に僅かな燃料ガスが残ることになる。しかし、ここで残留する燃料ガスの量は、前記図８に示した従来のガス機関のように、シリンダ開口部４ａから大きな距離を隔てて吸気通路４の上流側に設置されるガス噴射ノズル９との間に残留する燃料ガスの量に比較すると極めて微量である。

更に、ここで、図４に示したように、傾斜角度αを有する噴射口１３ａを設けて、燃料ガスが吸気通路４内方向で且つ水平に対して下向きに噴射されるようにすると、燃料ガスの流れがシリンダ１内に向かい易くなり、よって吸気弁６が閉じる直前における燃料ガスの切れが良くなる。又、図５に示したように、吸気通路４に噴射した燃料ガスが旋回流を形成するように噴射口１３ｂを吸気通路４に対して接線方向に形成すると、吸気弁６が閉じる直前においても燃料ガスはシリンダ開口部４ａと弁体６ｂとの間から旋回しながらシリンダ１内に向かうようになるために燃料ガスと空気との混合が促進される。このように噴射口１３ａ，１３ｂの形状を変えることによって燃料ガスの切れや燃料ガスと空気との混合を促進することができ、これによって吸気弁６の閉止時に吸気通路４内に燃料ガスが残留しないようにすることができる。

更に、吸気弁６が閉じられるタイミングよりも僅かに早いタイミングで燃料ガスの供給を停止するよう燃料供給制御器１７によって電磁弁１５による燃料ガスの噴射・停止を制御することは好ましく、このように制御すると噴射口１３，１３ａ，１３ｂから噴射した燃料ガスがシリンダ１内に供給されてから吸気弁６が閉じられるため、吸気弁６の閉止時に吸気通路４に燃料ガスが残留する問題を更に確実に防止することができる。

上記したように、吸気弁６の閉止時に吸気通路４に燃料ガスが残留する問題を防止できるため、次サイクルで吸気弁が開いた瞬間に吸気通路内に残留した燃料ガスが排気通路側に吹き抜けるといった問題を略確実に防止することができ、よって内燃機関の燃費効率を大幅に向上することができる。

又、吸気通路４内に燃料ガスが残留しないため、バルブオーバラップ期間を長くすることができ、このようにバルブオーバラップ期間を長くすることにより吸気の充填効率を高めることが可能になる。

一方、図２、図３では、噴射口１３が吸気通路４の周方向に等間隔で配置された場合について例示したが、本発明は、図６に示すように、噴射口１３を周方向に不等間隔で形成することができる。即ち、噴射口１３の配置密度が高い部分と低い部分とを有するように配置することができる。

前記形態で示したように、ガス噴射ノズル１１をシリンダ開口部４ａに近い吸気シートリング７近傍に備えたことによって、噴射口１３から噴射した燃料ガスは直ちにシリンダ１内に噴射されるようになるため、図６のように噴射口１３を不等間隔で配置すると、ガス噴射ノズル１１から噴射される燃料ガスの噴射量が周方向で変化してこの周方向の噴射量の変化がシリンダ１内に反映されるので、シリンダ１内の燃料ガスの濃度分布を変化させることができるようになる。

図７は前記ガス噴射ノズル１１の他の詳細例を示している。図７では図２に示された吸気シートリング７に比して上端が吸気通路４の上流側に延長された広幅の吸気シートリング７０を備えている。そして、ガス噴射ノズル１１は、吸気通路４のシリンダ開口部４ａに備えられた前記吸気シートリング７０を周方向に取り巻くようにしたガス供給室２１をシリンダヘッド３に形成し、ガス供給室２１の燃料ガスを吸気通路４に噴射するようにした噴射口２２を吸気シートリング７０自体に形成した。

図７の形態においても、吸気シートリング７０に形成する噴射口２２は、図３に示したように放射方向に等間隔で形成してもよく、又、図４に示したように下方に向けた傾斜角度αを有して形成してもよく、又、図５に示したように吸気通路４に対して接線方向に形成してもよく、又、図６に示したように周方向に不等間隔で配置するようにしてもよい。

図７の形態では、シリンダ開口部４ａを形成している吸気シートリング７０自体に噴射口２２を形成するようにしたので、噴射口２２とシリンダ開口部４ａとの距離が前記形態に比して更に近くなるので、吸気弁６の閉止時に吸気通路４に燃料ガスが残留する問題を更に確実に防止できるようになる。

なお、本発明の内燃機関用燃料噴射方法及び装置は、上記形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の参考例を示す概略切断側面図である。 図１の吸気通路の詳細を示す切断側面図である。 図２をＡ−Ａ方向から見た噴射口の形状例を示す切断平面図である。 図１とは異なる噴射口の形状例を示す切断側面図である。 図３とは異なる噴射口の形状例を示す切断平面図である。 図３とは異なる噴射口の配置例であって、本発明を実施する形態例を示す切断平面図である。 本発明を実施する形態の他の参考例の詳細を示す切断側面図である。 従来の内燃機関用燃料噴射装置の一例を示す概略切断側面図である。 従来の吸気通路の詳細を示す切断側面図である。

符号の説明

１ シリンダ
３ シリンダヘッド
４ 吸気通路
４ａ シリンダ開口部
５ 排気通路
６ 吸気弁
７ 吸気シートリング
８ 排気弁
１１ ガス噴射ノズル
１２ ガス供給室
１３，１３ａ，１３ｂ 噴射口
２１ ガス供給室
２２ 噴射口
７０ 吸気シートリング

Claims (8)

1. ガス燃料もしくは蒸発させた液体燃料を吸気する内燃機関のシリンダヘッドに、吸気弁により開閉される吸気通路と、排気弁により開閉される排気通路を備え、吸気通路に燃料ガスを噴射して吸気と混合しシリンダ内に供給する内燃機関用燃料噴射方法であって、吸気通路のシリンダ開口部に備えられる吸気シートリングの近傍位置に、周方向に不等間隔で配置される噴射口を設け、該噴射口により吸気通路内に向けて燃料ガスを噴射することを特徴とする内燃機関用燃料噴射方法。
2. 燃料ガスがシリンダに向かうよう傾斜して吸気通路内に噴射されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用燃料噴射方法。
3. 燃料ガスが旋回流を形成するよう吸気通路内に噴射されることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関用燃料噴射方法。
4. 燃料ガスの噴射開始と排気弁閉作動とを一致させ、且つ吸気弁閉止直前に燃料ガスの噴射を終了させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関用燃料噴射方法。
5. ガス燃料もしくは蒸発させた液体燃料を吸気する内燃機関のシリンダヘッドに、吸気弁により開閉される吸気通路と、排気弁により開閉される排気通路を備え、吸気通路に燃料ガスを噴射して吸気と混合しシリンダ内に供給する内燃機関用燃料噴射装置であって、吸気通路のシリンダ開口部に備えられる吸気シートリングの近傍位置に、吸気通路に向けて燃料ガスを噴射するガス噴射ノズルを設け、
   前記ガス噴射ノズルが、吸気通路を取り巻くよう吸気シートリングに近接してシリンダヘッドに形成したガス供給室と、該ガス供給室の燃料ガスを吸気通路に噴射する噴射口とからなり、前記噴射口が周方向に不等間隔で配置されたことを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
6. ガス燃料もしくは蒸発させた液体燃料を吸気する内燃機関のシリンダヘッドに、吸気弁により開閉される吸気通路と、排気弁により開閉される排気通路を備え、吸気通路に燃料ガスを噴射して吸気と混合しシリンダ内に供給する内燃機関用燃料噴射装置であって、吸気通路のシリンダ開口部に備えられる吸気シートリングの近傍位置に、吸気通路に向けて燃料ガスを噴射するガス噴射ノズルを設け、
   前記ガス噴射ノズルが、吸気シートリングを周方向に取り巻くようシリンダヘッドに形成したガス供給室と、該ガス供給室の燃料ガスを吸気通路に噴射するよう吸気シートリングに形成した噴射口とからなり、前記噴射口が周方向に不等間隔で配置されたことを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
7. 噴射口が吸気通路内方向で且つシリンダ内方向に向けて燃料ガスを噴射するよう傾斜して形成されたことを特徴とする請求項５又は６に記載の内燃機関用燃料噴射装置。
8. 噴射口が噴射した燃料ガスが旋回流を形成するよう吸気通路に対して接線方向に形成されたことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１つに記載の内燃機関用燃料噴射装置。

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