JPWO2007126021A1 - ガス燃料内燃機関 - Google Patents

Abstract

クランク室圧縮式２行程ガス燃料内燃機関であって、燃焼室１８をドーム型のものとし、該燃焼室１８の略中央上部に燃料供給通路４ｃの下流端開口４ｄを位置させ、該開口４ｄを、弁軸２０ａに傘状の弁板２０ｂを形成してなるポペット弁型の燃料供給弁２０により開閉する。

Description

本発明は、クランク室圧縮式２行程（２サイクル）のガス燃料内燃機関に関する。

クランク室圧縮式の２サイクル内燃機関では、燃料の吹き抜けを抑制して燃費の向上を図る観点から、気筒内に燃料を直接供給する燃料噴射弁を備える場合がある。この燃料噴射弁は、噴射ノズルから高圧のガソリン燃料を噴射するのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。

一方、上記２サイクル内燃機関においては、燃料コストの低減等を図るために、ガス燃料を用いる場合がある。この場合、ガス燃料を上記燃料噴射弁により気筒内に噴射供給することが考えられる。
特開平１０−２５２４７９号公報

ところで、上記従来の燃料噴射弁は電磁力によって小径の弁を進退させることにより噴射ノズルを開閉する構造を採っているため、ガソリンを噴射する場合は問題ないものの、この噴射ノズルを大径にするのは困難である。そのためこの噴射ノズルからガス燃料を噴射供給する構造を採用した場合には、ガス燃料を短期間に必要量供給することができないという問題があり、その結果、充填効率が低下し、燃費及び排気ガス性状が悪化するおそれがある。

本発明は、上記従来の状況に鑑みてなされたもので、燃焼室内にガス燃料を供給する場合に充填効率を高めることができ、燃費及び排気ガス性状を良好にできるクランク室圧縮式２行程のガス燃料内燃機関を提供することを目的としている。

請求項１の発明は、クランク室圧縮式２行程のガス燃料内燃機関であって、燃焼室をドーム型のものとし、該燃焼室の略中央上部に燃料供給通路の下流端開口を位置させ、該下流端開口を、弁軸の一端に傘状の弁板を形成してなるポペット弁型の燃料供給弁により開閉することを特徴としている。

請求項２の発明は、請求項１において、上記燃料供給弁は、排気ポートが圧縮行程における開期間内にあるときに開き始めることを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項１において、上記燃料供給弁は、排気ポートが圧縮行程における閉期間内にあるときに、燃料供給弁開期間の略１／２から全期間に渡って開くことを特徴としている。

請求項４の発明は、請求項１において、上記燃焼室の外周部には、圧縮行程後期においてシリンダ壁近傍のガス燃料を燃焼室中央部に押し出すスキッシュ面が設けられていることを特徴としている。

請求項５の発明は、請求項１において、上記燃料供給通路の燃料供給弁より上流側に、蓄圧室が設けられていることを特徴としている。

請求項６の発明は、請求項５において、上記燃料供給通路の蓄圧室より上流側に、該蓄圧室側からのガス燃料の逆流を阻止する逆止弁が配置されていることを特徴としている。

請求項７の発明は、請求項５において、上記燃料供給弁の弁軸は、上記蓄圧室内に挿入されたバルブガイド部材により摺動自在に支持されており、該バルブガイド部材の上記蓄圧室内部分に該バルブガイド部材と上記弁軸との間をシールするシール部材が配置されていることを特徴としている。

請求項８の発明は、請求項１において、上記燃料供給弁の近傍に、点火プラグが配置されていることを特徴としている。

請求項９の発明は、請求項８において、上記点火プラグは、上記燃料供給弁の弁軸中心線を挟んだ両側にそれぞれ配置されていることを特徴としている。

請求項１０の発明は、請求項９において、上記各点火プラグは、シリンダボア中心から排気ポートの中心を通る延長線に直交する直線上又は該直線より反排気ポート側に位置するように配置されていることを特徴としている。

請求項１１の発明は、請求項１ないし１０の何れかにおいて、上記燃料供給弁の開閉タイミング及びリフト量を可変制御する可変動弁機構が設けられていることを特徴としている。

請求項１の発明に係るガス燃料内燃機関によれば、ドーム型の燃焼室の中央上部に燃料供給通路の下流端開口を位置させ、該開口を弁軸に傘形状の弁板を形成してなる、いわゆるポペット弁型の燃料供給弁により開閉するようにしたので、燃料供給通路及びその開口を大径にした場合でも該開口を支障なく開閉でき、短期間で必要な量のガス燃料を燃焼室内全域にかつ均一に供給することができる。これにより充填効率を向上でき、燃費及び排気ガス性状を良好にできる。即ち、例えば低負荷時には、ピストンが下死点近傍以降の時期に燃料供給弁を微小隙間開くことで比較的大径の開口と弁板との隙間から高圧のガス燃料がドーム形状の燃焼室内表面に沿って燃焼室内に噴出することとなる。このときのガス燃料は充分な貫通力を有するので、乱流を生成しつつピストン頂面付近まで到達するが、ドーム型の燃焼室の全域にコーン状に拡散する。この場合、新気のガス流動に依存することなく、ガス燃料の噴流と、燃料供給弁の傘形状及び配置位置によって充分な混合が行なわれることとなる。

請求項２の発明では、排気ポートが開期間内にあるときに燃料供給弁が開き始めるので、このガス燃料によって、排気ポート近傍に残留する新気と既燃ガスとの混合気を排出することが可能となる。これにより燃焼室内の燃料割合を高めることができ、着火及び火炎伝播を良好に行なうことができる。即ち、２サイクル内燃機関は、その構造上、部分負荷運転時にはＧ（新気と残留ガス）／Ｆ（燃料）比が大きくなるため、新気等と燃料とが均一に混合すると着火と火炎伝播が共に困難となり易い。これに対して、本発明ではピストンが下死点から上昇して排気ポートを閉じるまでの間に、ガス燃料を燃焼室の中央上部から供給することから、排気ポート近傍の新気と既燃ガスとの混合気は排気ポートに押し出されることとなり、燃料割合の多い混合気で運転することが可能となる。

請求項３の発明では、排気ポートが閉期間内にあるときに燃料供給弁を開期間の１／２から全期間に渡って開くようにしたので、高負荷時の出力性能を高めることができる。即ち、高負荷時にはガス燃料の供給量が増えることから、排気ポートが開いていると、ガス燃料の一部が排気ポートから流出したり、下死点に位置するピストンの頂面近傍に到達したガス燃料の一部がピストンの上昇行程で排気ポートから流出し、これに伴ってガス燃料の供給量に合った新気の一部も排気ポートから流出したりすることとなる。その結果、燃焼室内に吸入した新気を有効に燃焼に用いることができなくなり、充分な出力性能が得られなくなる。本発明では、排気ポートを閉じた後にガス燃料を供給するので、高負荷時における出力性能の低下を回避でき、燃費及び排気ガス性状を良好にできる。

請求項４の発明では、燃焼室の外周部にスキッシュ面を設けたので、圧縮行程時にシリンダ壁近傍に達したガス燃料を燃焼室の中心部に押し出すことができ、着火及び火炎伝播を良好に行なうことができる。即ち、高負荷時にはガス燃料の供給量が増大することから、ガス燃料の一部がシリンダボアの内周壁近傍まで到達する。この比較的燃料成分の多い混合気を圧縮行程後期に、上記スキッシュ面により燃焼室中心部の比較的燃料成分が少ない領域に押し出すことによって、混合気の均一化を促進することができる。また膨張行程では、上記スキッシュ面に燃焼ガスが流入することから、シリンダ壁近傍での燃焼が促進されることとなる。

請求項５の発明では、燃料供給通路の燃料供給弁より上流側に蓄圧室を設けたので、該蓄圧室に高圧ガス燃料を蓄えることにより、短期間で必要な量の燃料を供給することができ、良好な混合気を生成できる。即ち、ガス燃料を筒内圧力より充分に高圧の状態で蓄圧室に蓄えることにより、筒内圧力が上昇していない下死点後の期間に、燃料供給弁の開弁隙間から必要な量の燃料を短期間に供給することができる。また、上記蓄圧室に燃料を補充するのに必要な時間を確保するのは容易であるから、蓄圧室にガス燃料を供給するための燃料供給通路を細くすることができ、該通路のレイアウトの自由度を確保できる。

請求項６の発明では、燃料供給通路の蓄圧室より上流側に逆止弁を配置したので、蓄圧室側からガス燃料が逆流するのを防止できる。例えば、燃料供給弁が何らかの原因で閉じる機能を損なった場合には、筒内の圧力が燃料供給通路を通って上流側の圧力調整器，流量調整器等に加わることとなるが、上記逆止弁を設けることによって、このような問題を防止できる。

請求項７の発明では、バルブガイド部材の蓄圧室内側部分に、弁軸との間をシールするシール部材を配置したので、蓄圧室内のガス圧力がバルブガイド部材と弁軸との隙間に進入するのを防止でき、バルブガイド部材と弁軸との摺動面が焼付くのを防止できる。即ち、シール部材を蓄圧室の外側に、つまり動弁室側に配置した場合には、蓄圧室内のガス燃料の圧力が上記隙間に常時加わることから、この隙間に上記動弁室のオイルが流入しにくくなり、バルブガイド部材と弁軸との摺動面が焼き付くおそれがある。

請求項８の発明では、燃料供給弁の近傍に点火プラグを配置したので、低負荷時における着火，火炎伝播を良好に行なうことができる。即ち、上述のように２サイクル内燃機関では、部分負荷運転時にはＧ／Ｆ比が大きくなり、筒内全体を均一混合気とした場合は、着火と火炎が共に困難となる。部分負荷運転時の燃料流量は少量であることから、蓄圧室のガス燃料圧力は低くなる。この少量，低圧状態でも、ガス燃料は燃料供給弁の全周からリング状に噴出するが、その貫通力は弱く、燃料供給弁の周辺の新気に溜まり易くなる。このため、燃料供給弁の近傍にて電気火花を発生させることにより、低負荷時においても良好な燃焼が得られる。

請求項９の発明では、燃料供給弁の両側に点火プラグを配置したので、低負荷時における燃焼を確実に行なうことができる。即ち、上述のように、低負荷時には、混合気は燃料供給弁の周辺にリング状に溜まり易い。このためリング状の混合気に両側から点火することで燃焼速度が速くなり、熱効率が向上する。

請求項１０の発明では、各点火プラグを、シリンダボアの中心から排気ポートの中心を通る延長線に直交する直線上又は該直線より反排気ポート側に配置したので、Ｇ／Ｆ比が略同一の混合気に点火することができ、燃焼速度の向上及び燃焼の安定化が可能となる。即ち、２サイクル内燃機関は、ループ状に配置された複数の掃気ポートにより新気を気筒内にループ状に導入することで排気ガスと置換するようになっている。このため、低中負荷時には、既燃ガスが排気ポート側に残留し易くなり、新気割合，混合気温度が排気ポート側と反排気ポート側とで異なる状況となり、しかも負荷状態により変化し易くなる。このような状況下で、電気火花位置を排気ポート側と反排気ポート側とに設けると、要求される点火時期が異なることとなる。本発明では、要求される点火時期に差異が生じることはない。

請求項１１の発明では、燃料供給弁の開閉タイミング，リフト量を可変制御する可変動弁機構を設けたので、燃料供給時期，供給量を負荷状態に応じたものに制御できる。

本発明の一実施形態によるクランク室圧縮式２行程ガス燃料内燃機関の断面図である。 上記ガス燃料内燃機関のシリンダヘッドの断面図（図１のII-II 線断面図）である。 上記シリンダヘッドのシリンダボア部分の平面図である。 上記ガス燃料内燃機関のガス燃料供給装置の構成図である。

符号の説明

１ ガス燃料内燃機関
２ａ クランク室
３ｂ シリンダボア
３ｃ 排気ポート
４ シリンダヘッド
４ｃ 燃料供給通路
４ｄ 下流端開口
４ｆ 蓄圧室
４ｉ スキッシュ面
１８ 燃焼室
２０ 燃料供給弁
２０ａ 弁軸
２０ｂ 弁板
２３ シール部材
２５ バルブガイド部材
２８ 動弁装置（可変動弁機構）
３５ 点火プラグ
４８ 逆止弁
ａ 気筒軸線（弁軸中心線）
ｂ 延長線
ｃ 直線

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１ないし図４は、本発明の一実施形態によるガス燃料内燃機関を説明するための図であり、図１はガス燃料内燃機関の断面図、図２はガス燃料内燃機関のシリンダヘッドの断面図（図１のII-II 線断面図）、図３はシリンダヘッドのシリンダボア部分の平面図、図４はガス燃料供給装置の構成図である。

図において、１はクランク室圧縮式２行程のガス燃料内燃機関を示している。このガス燃料内燃機関１は、以下の概略構造を有する。上下２分割式クランクケース２の上合面２ｂにシリンダブロック３がボルト締め結合され、該シリンダブロック３の上合面３ａにシリンダヘッド４がボルト締め結合されている。上記クランクケース２のクランク室２ａ内にクランク軸５が配置されるとともに、上記シリンダブロック３のシリンダボア３ｂ内にピストン６が配置され、該ピストン６はコンロッド７により上記クランク軸５のクランクピン５ａに連結されている。

上記クランクケース２には、クランク室２ａに連通する吸気通路２ｃが形成されている。該吸気通路２ｃには、逆流防止用リード弁１０を介して、スロットルバルブ１１を内蔵するスロットルボディ１２が接続されている。該スロットルボディ１２の上流側にはエアクリーナ１３が接続されている。

上記スロットルボディ１２のスロットルバルブ１１の下流側にはソレノイド型の燃料噴射弁１４が装着されており、該燃料噴射弁１４は噴射口１４ａが上記リード弁１０の弁裏に指向するよう配置されている。該燃料噴射弁１４にはガソリン燃料を供給する燃料レール１５が接続されている。この燃料噴射弁１４は、後述するメインのガス燃料の補助として用いられるものである。なお、上記燃料噴射弁１４は必ずしも設ける必要はない。

上記シリンダブロック３の吸気通路２ｃの反対側には排気ポート３ｃが形成されている。またシリンダブロック３には、クランク室２ａで圧縮された空気又は混合気をシリンダボア３ｂ内に導入する複数の掃気ポート３ｄが形成されている。各掃気ポート３ｄのシリンダ側開口は、図３に示すように、シリンダボア３ｂの排気ポート３ｃと反対側の部分にループ状をなすように配置されている。

上記シリンダヘッド４のシリンダボア３ｂに対向する下合面部分には、燃焼凹部４ａが凹設されている。また上記シリンダヘッド４には、上記燃焼凹部４ａの外周部を囲むように水ジャケット４ｂが形成されており、該水ジャケット４ｂには冷却水排出ホース１９が接続されている。

上記ガス燃料内燃機関１は、上記燃焼凹部４ａにガス燃料を供給するガス燃料供給装置を備えている。このガス燃料供給装置は、図４に示すように、燃料タンク４１と、該燃料タンク４１の吐出口４１ａにその上流端が接続され、下流端が後述するシリンダヘッド４の燃料供給通路４ｃに接続されたガス燃料供給管４０とを有している。

上記ガス燃料供給管４０には、上流側から順に手動バルブ４２，燃料フィルタ４３，圧力センサ４４，シャットオフバルブ４５，圧力レギュレータ４６，流量制御弁４７，逆止弁４８がそれぞれ介設されている。また上記燃料タンク４１の吐出口４１ａには、シャットオフバルブ４９，燃料圧力センサ５０が接続されており、かつ逆止弁５１を介して燃料補給口５２が接続されている。

上記各圧力センサ４４，５０からの検出信号はＥＣＵ５３に入力され、該ＥＣＵ５３は、これらの検出信号に基づいて、シャットオフバルブ４５，４９及び流量制御弁４７を制御するように構成されている。このシャットオフバルブ４５，４９は、メインスイッチをオフにしたとき，車両が転倒したとき等に閉じるように構成されている。

ここで上記流量制御弁４７には、開口面積を制御する比例制御式弁，又は開弁時間を制御するインジェクタ式弁が採用可能である。なお、インジェクタ式弁を採用した場合は、それ自体が逆止弁機能を有するので、上記逆止弁４８は不要となる。

また上記流量制御弁４７は、上記ガス燃料供給管４０の途中に介在させるものに限らず、例えばシリンダヘッド４に直接装着し、後述する蓄圧室４ｆ内にガス燃料を供給するように構成しても良い。

上記燃焼凹部４ａはドーム型 (半球形状）に形成されており、該燃焼凹部４ａと上死点近傍におけるピストン６の頂面６ａとで略半球状の燃焼室１８が形成される。

上記シリンダヘッド４の燃焼凹部４ａの外周部にはスキッシュ面４ｉが形成されている。このスキッシュ面４ｉは、ピストン６が上死点近傍に上昇したときに、該ピストン６の頂面６ａとで狭い隙間が形成されるようにその切り込み角度（例えば１０〜２０度程度）が設定されている。これにより圧縮行程におけるシリンダボア３ｂの内周壁近傍のガス燃料を燃焼室１０の中心部に向けて押し出すようになっている。

上記シリンダヘッド４の燃焼凹部４ａの中央上部には、上記燃料供給通路４ｃの下流端が開口しており、該下流端開口４ｄには該開口４ｄを開閉する燃料供給弁２０が配置されている。

上記燃料供給通路４ｃは、シリンダヘッド４の反排気ポート３ｃ側端面に形成された上流端開口４ｅから気筒軸線ａと交差する方向に延びた後、該気筒軸線ａに沿うように燃焼室１８側に屈曲している。

上記上流端開口４ｅに、上記燃料供給管４０が逆止弁４８を介在させて接続されている。この逆止弁４８は、ガス燃料が燃焼供給通路４ｃから燃料タンク４１側に逆流するのを阻止するものであり、上記燃料供給通路４ｃの上流端開口４ｅに接続されている。

上記燃料供給通路４ｃの燃料供給弁２０の上流側近傍に、具体的には下流端開口４ｄに続くように蓄圧室４ｆが形成されている。該蓄圧室４ｆは、下流端開口４ｄと略同じ開口面積を有し、かつ該開口４ｄから燃料供給通路４ｃより若干上方に達する長さを有しており、最大負荷時における必要燃料量を確保できる容量を有する。

上記燃料供給弁２０は、略気筒軸線ａに一致するように配置された弁軸２０ａの下端に、上記下流端開口４ｄの周縁に当接する傘形状の弁板２０ｂを形成してなる、いわゆるポペット弁型のものである。

上記弁軸２０ａは、上記蓄圧室４ｆ内を通ってシリンダヘッド４の上面から上方に突出しており、該シリンダヘッド４に圧入された円筒状のバルブガイド部材２５により摺動自在に案内されている。また上記弁軸２０ａの上端部にはリテーナ２１が装着され、該リテーナ２１とシリンダヘッド４の上面に形成されたばね受け座４ｇとの間には、上記燃料供給弁２０を常時閉方向に付勢するバルブスプリング２２が配設されている。

上記バルブガイド部材２５の上端部は、上記ばね受け座４ｇから上方に突出しており、下端部は蓄圧室４ｆ内に突出している。該蓄圧室４ｆ内に位置するバルブガイド部材２５の下端部には、上記弁軸２０ａとの間をシールするシール部材２３が装着されている。これにより蓄圧室４ｆ内のガス燃料がバルブガイド部材２５と弁軸２０ａとの隙間に進入するのを防止している。

上記シリンダヘッド４の上面には、燃料供給弁２０の上端部周囲を囲むように上方に延びる箱状の隔壁４ｈと、該隔壁４ｈの上端開口に配置された蓋板２６とにより動弁室２７が形成されている。該動弁室２７内には後述するカム軸３１の摺動部，軸受部等を潤滑する潤滑油が供給されている。

上記動弁室２７内には、上記燃料供給弁２０を開閉駆動する動弁装置２８が配設されている。この動弁装置２８は、その一端部が上記弁軸２０ａの上端に当接し、他端部が支持軸２９により上下揺動可能に支持されたロッカアーム３０と、該ロッカアーム３０の上面に当接し、かつ両端部が上記隔壁４ｈにより軸受（不図示）を介して支持されたカム軸３１とを備えている。

上記カム軸３１はクランク軸５と平行に配置されており、該カム軸３１の隔壁４ｈから外方に突出する突出部３１ａにはプーリ３２を介してタイミングベルト３３が連結されている。該カム軸３１は、上記クランク軸５によりタイミングベルト３３を介して回転駆動され、該カム軸３１の回転に伴ってロッカアーム３０が上下揺動し、燃料供給弁２０を開閉する。

上記動弁装置２８は、上記燃料供給弁２０の開閉タイミング及びリフト量を可変制御する可変動弁機構を備えている。該可変動弁機構は、図２に示すように、上記カム軸３１に軸方向に移動可能に配設され、上記ロッカアーム３０に摺接するカムプロフィルの異なるローカムノーズ３１ｂ及びハイカムノーズ３１ｃと、スロットル開度，エンジン回転数等に基づくＥＣＵ５３からの切換え信号により、低・中負荷運転時にはローカムノーズ３１ｂに切り換え、高負荷運転時にはハイカムノーズ３１ｃに切り換える切換え機構５４とを備えている。具体的には、低・中負荷運転時には、排気ポート３ｃが圧縮行程における開期間内にあるときに上記燃料供給弁２０が開き始めるように構成されている。また高負荷運転時には、排気ポート３ｃが圧縮行程における閉期間内にあるときに燃料供給弁２０が開期間の１／２から全期間に渡って開くように構成されている。

上記シリンダヘッド４には、一対の点火プラグ３５，３５が装着されている。この各点火プラグ３５，３５は、クランク軸直角方向に見ると、燃料供給弁２０の弁軸中心線（気筒軸線）ａを挟んでクランク軸方向両側に、かつ弁軸中心線ａに対して約３５度程度の角度をなすよう傾斜させて配置されている。これにより点火プラグ３５は上述の半球形状の中心に指向している。

上記各点火プラグ３５は、図３に示すように、気筒軸線ａ方向に見て、該気筒軸線ａから排気ポート３ｃの中心を通る延長線ｂに対して直角方向に延びる直線ｃ上に位置するように配置されている。なお、各点火プラグ３５を、上記直線ｃより反排気ポート３ｃ側に配置してもよい。

上記各点火プラグ３５は、これの電極３５ａ，３５ａが燃焼室１８内の燃料供給弁２０の弁板２０ｂの近傍に位置するように配置されている。ここで、本発明において、点火プラグ３５を燃料供給弁２０の「近傍に配置する」には、平面から見て、気筒軸線ａを中心としたシリンダボア面積の５０％内に配置する場合が含まれる。

本実施形態によれば、ドーム型の燃焼凹部４ａとピストン頂面６ａとで半球状の燃焼室１８を形成し、該燃焼室１８の中央上部に燃料供給通路４ｃの下流端開口４ｄを形成し、該下流端開口４ｄをいわゆるポペット弁型の燃料供給弁２０により開閉するようにしたので、ガス燃料を比較的大径の下流端開口４ｄからガス燃料を短期間に必要量燃焼室１８内全域にかつ均一に供給することができる。これにより、充填効率が向上し、燃費及び排気ガス性状を良好にできる。即ち、低負荷運転時には、ピストン６が下死点近傍以降の時期に燃料供給弁２０を微小隙間開くことで比較的大径の下流端開口４ｄから高圧ガス燃料が燃焼凹部４ａの内表面に沿って燃焼室１８内に噴出することとなる。このときのガス燃料は充分な貫通力を有するので、乱流を生成しつつピストン頂面６ａ付近まで到達するが、ドーム型の燃焼室１８の全域にコーン状に拡散する。この場合、新気のガス流動に依存することなく、ガス燃料の噴流と、燃料供給弁２０の弁板２０ｂの形状及び配置位置に基づいて充分な混合が行なわれることとなる。

本実施形態では、排気ポート３ｃが開期間内にあるときに燃料供給弁２０が開き始めるので、このガス燃料によって、排気ポート３ｃ近傍に残留する新気と既燃ガスとの混合気を排気ポート３ｃから排出することが可能となる。これにより燃焼室１８内の燃料割合を高めることができ、着火及び火炎伝播を良好に行なうことができる。即ち、２サイクル内燃機関は、その構造上、部分負荷運転時にはＧ（新気と残留ガス）／Ｆ（燃料）比が極めて大きく、筒内が均一の混合気であると着火と火炎伝播が共に困難となり易い。これに対して、本実施形態では、ピストン６が下死点から上昇して排気ポート３ｃを閉じるまでの間に、ガス燃料を燃焼室１０の中央上部から供給することから、排気ポート３ｃ近傍の新気と既燃ガスとの混合気は押し出されることとなり、燃料割合の多い混合気で運転することが可能となる。

本実施形態では、排気ポート３ｃが閉期間内にあるときに燃料供給弁２０を開期間の１／２から全期間に渡って開くようにしたので、高負荷時の出力性能を高めることができる。即ち、高負荷時にはガス燃料の供給量が増えることから、排気ポート３ｃが開いていると、ガス燃料の一部が排気ポート３ｃから流出したり、下死点に位置するピストン６の頂面６ａ近傍に到達したガス燃料の一部が圧縮行程で排気ポート３ｃから流出し、これに伴ってガス燃料の供給量に合った新気の一部も排気ポート３ｃから流出したりすることとなる。その結果、燃焼室１８内に吸入した新気を有効に燃焼に用いることができなくなり、充分な出力性能が得られなくなる。本実施形態では、ピストン６が排気ポート３ｃを閉じた後にガス燃料を供給することで、高負荷時における出力性能の低下を回避でき、低燃費を実現できるとともに排気ガス性状を良好にできる。

本実施形態では、上記燃焼凹部４ａの外周部にスキッシュ面４ｉを形成したので、圧縮行程時にピストン６によりシリンダボア３ｂの内周壁近傍に達したガス燃料を燃焼室１８の中心部に押し出すことができ、着火及び火炎伝播を良好に行なうことができる。即ち、高負荷時にはガス燃料の供給量が増大することから、ガス燃料の一部がシリンダボア３ｂの内周壁近傍まで到達する。この比較的燃料成分の多い混合気を圧縮行程後期に、上記スキッシュ面４ｉにより燃焼室１８中心部の比較的燃料成分が少ない領域に押し出すことによって、混合気の均一化を促進することができる。また膨張行程では、上記スキッシュ面４ｉに燃焼ガスが流入することから、シリンダボア３ｂの内周壁近傍での燃焼が促進されることとなる。

本実施形態では、燃料供給通路４ｃの燃料供給弁２０の上流側近傍に、具体的には下流端開口４ｄに連続するように蓄圧室４ｆを設けたので、該蓄圧室４ｆに高圧ガス燃料を蓄えることにより、短期間に必要な量の燃料を供給することができ、良好な混合気を生成できる。即ち、ガス燃料を筒内圧力より充分に高圧の状態で蓄圧室４ｆに蓄えることにより、筒内圧力が上昇していない下死点後の期間に、燃料供給弁２０の開弁隙間から必要な量の燃料を短期間に供給することができる。また、上記蓄圧室４ｆに燃料を補充するのに必要な時間を確保するのは容易であるから、蓄圧室４ｆにガス燃料を供給するための燃料供給通路４ｃを細くすることができ、燃料供給通路４ｃのレイアウトの自由度を確保できる。

本実施形態では、上記燃料供給通路４ｃの蓄圧室４ｆの上流側近傍に、具体的には上流端開口４ｅに逆止弁４８を配置したので、蓄圧室４ｆ側からガス燃料が燃料タンク４１側に逆流するのを防止できる。例えば、燃料供給弁２０が何らかの原因で閉じる機能を損なった場合には、筒内の圧力が燃料供給通路４ｃ，燃料供給管４０を通って流量制御部４７，圧力レギュレータ４６等に加わることとなるが、上記逆止弁４８を設けることによって、このような問題を防止できる。

本実施形態では、バルブガイド部材２５の蓄圧室４ｆ内側部分に、弁軸２０ａとの間をシールするシール部材２３を配置したので、蓄圧室４ｆ内のガス圧力がバルブガイド部材２５と弁軸２０ａとの隙間に進入するのを防止でき、これにより動弁室２７側のオイルが上記隙間に流入することが可能となり、摺動面の焼付きを防止できる。即ち、シール部材２３を動弁室２７側配置した場合には、蓄圧室４ｆ内のガス燃料の圧力が上記隙間に常時加わることから、この隙間に上記オイルが流入しにくくなり、バルブガイド部材２５と弁軸２０ａとの摺動面が焼き付くおそれがある。

本実施形態では、上記燃料供給弁２０の近傍に、具体的には下流端開口４ｄの近傍に点火プラグ３５の電極３５ａを配置したので、低負荷時における着火，火炎伝播を良好に行なうことができる。即ち、上述のように２サイクル内燃機関は、部分負荷運転時にはＧ／Ｆ比が大きくなり、筒内全体を均一混合気とした場合は、着火と火炎が共に困難となる。部分負荷運転時の燃料流量は少量であることから、蓄圧室４ｆのガス燃料圧力は低くなる。この少量，低圧状態でも、ガス燃料は燃料供給弁２０の全周からリング状に噴出するが、その貫通力は弱く、燃料供給弁２０の周辺の新気に溜まり易くなる。このため、燃料供給弁２０の近傍に電極３５ａを設けることにより、低負荷時においても良好な燃焼が得られる。

本実施形態では、上記点火プラグ３５を燃料供給弁２０の弁軸中心線ａを挟んだ両側に配置したので、低負荷時における燃焼を確実に行なうことができる。即ち、上述のように、低負荷時には、混合気は燃料供給弁２０の周辺にリング状に溜まり易い。このためリング状の混合気に両側から点火することで燃焼速度が速くなり、熱効率が向上する。

また上記各点火プラグ３５を、シリンダボア３ｂの気筒軸線ａから排気ポート３ｃの中心を通る延長線ｂに対して直角方向の直線ｃ上に配置したので、Ｇ／Ｆ比が略同一の混合気に点火することができ、燃焼速度の向上及び燃焼の安定化が可能となる。即ち、２サイクル内燃機関は、各掃気ポート３ｄにより新気をシリンダボア３ｂ内にループ状に導入することで排気ガスと置換するようになっている。このため、低中負荷時では、既燃ガスが排気ポート３ｃ側に残留し易くなり、新気割合，混合気温度が排気ポート側と反排気ポート側とで異なる状況となり、しかも負荷状態により変化し易くなる。このような状況下で、各点火プラグを排気ポート側と反排気ポート側とに設けると、要求される点火時期が異なる。本実施形態では、要求される点火時期に差異が生じることはない。

本実施形態では、上記燃料供給弁２０の開閉タイミング及びリフト量を可変制御する動弁装置（可変動弁機構）２８を設けたので、低，高負荷状態に応じた燃料供給時期，供給量に制御できる。

なお、上記実施形態では、燃料供給弁２０をカム軸３１により開閉駆動したが、本発明では、ソレノイドバルブ等のアクチュエータにより燃料供給弁を開閉駆動してもよい。このように構成した場合は、燃料供給弁２０の開閉タイミング制御上の自由度を大幅に向上できる。

また上記実施形態では、燃料供給弁２０を挟んだ両側にそれぞれ点火プラグ３５，３５を配置したが、本発明では、何れか一側のみに点火プラグを配置してもよい。

Claims (11)

1. クランク室圧縮式２行程のガス燃料内燃機関であって、燃焼室をドーム型のものとし、該燃焼室の略中央上部に燃料供給通路の下流端開口を位置させ、該下流端開口を、弁軸の一端に傘状の弁板を形成してなるポペット弁型の燃料供給弁により開閉することを特徴とするガス燃料内燃機関。
2. 請求項１において、上記燃料供給弁は、排気ポートが圧縮行程における開期間内にあるときに開き始めることを特徴とするガス燃料内燃機関。
3. 請求項１において、上記燃料供給弁は、排気ポートが圧縮行程における閉期間内にあるときに、燃料供給弁開期間の略１／２から全期間に渡って開くことを特徴とするガス燃料内燃機関。
4. 請求項１において、上記燃焼室の外周部には、圧縮行程後期においてシリンダ壁近傍のガス燃料を燃焼室中央部に押し出すスキッシュ面が設けられていることを特徴とするガス燃料内燃機関。
5. 請求項１において、上記燃料供給通路の燃料供給弁より上流側に、蓄圧室が設けられていることを特徴とするガス燃料内燃機関。
6. 請求項５において、上記燃料供給通路の蓄圧室より上流側に、該蓄圧室側からのガス燃料の逆流を阻止する逆止弁が配置されていることを特徴とするガス燃料内燃機関。
7. 請求項５において、上記燃料供給弁の弁軸は、上記蓄圧室内に挿入されたバルブガイド部材により摺動自在に支持されており、該バルブガイド部材の上記蓄圧室内部分に該バルブガイド部材と上記弁軸との間をシールするシール部材が配置されていることを特徴とするガス燃料内燃機関。
8. 請求項１において、上記燃料供給弁の近傍に、点火プラグが配置されていることを特徴とするガス燃料内燃機関。
9. 請求項８において、上記点火プラグは、上記燃料供給弁の弁軸中心線を挟んだ両側にそれぞれ配置されていることを特徴とするガス燃料内燃機関。
10. 請求項９において、上記各点火プラグは、シリンダボア中心から排気ポートの中心を通る延長線に直交する直線上又は該直線より反排気ポート側に位置するように配置されていることを特徴とするガス燃料内燃機関。
11. 請求項１ないし１０の何れかにおいて、上記燃料供給弁の開閉タイミング及びリフト量を可変制御する可変動弁機構が設けられていることを特徴とするガス燃料内燃機関。

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