(57)【要約】【課題】未燃ガスの排出を低減しつつ、天然ガスと空気との混合をより促進させること。【解決手段】本発明に係るデュアルフューエルエンジンは、シリンダと、前記シリンダ内を往復動するピストンと、前記ピストンに対向し、前記シリンダ及び前記ピストンと共に主燃焼室を画成し、且つ、前記主燃焼室から流入する気体によるスワールが生じる副燃焼室を有するシリンダヘッドと、前記スワールの向きに沿うように前記副燃焼室内に液体燃料を噴射する液体燃料噴射弁と、気体燃料を噴射する気体燃料噴射弁と、を備え、前記シリンダヘッドには、前記気体燃料噴射弁から噴射された前記気体燃料を前記スワールの向きに沿って前記副燃焼室内に噴射する噴射孔が形成されている。【選択図】図１
2020159238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、
前記シリンダ内を往復動するピストンと、
前記ピストンに対向し、前記シリンダ及び前記ピストンと共に主燃焼室を画成し、且つ、前記主燃焼室から流入する気体によるスワールが生じる副燃焼室を有するシリンダヘッドと、
前記スワールの向きに沿うように前記副燃焼室内に液体燃料を噴射する液体燃料噴射弁と、
気体燃料を噴射する気体燃料噴射弁と、を備え、
前記シリンダヘッドには、前記気体燃料噴射弁から噴射された前記気体燃料を前記スワールの向きに沿って前記副燃焼室内に噴射する噴射孔が形成されている、
デュアルフューエルエンジン。
【請求項２】
前記シリンダヘッドには、前記主燃焼室と前記副燃焼室とを接続する接続路が形成されており、
前記接続路の中心軸を含む平面による前記副燃焼室の切断形状は、円に沿う形状である、
請求項１に記載のデュアルフューエルエンジン。
【請求項３】
前記シリンダヘッドには、一端が前記噴射孔となっている通路が形成されており、
前記気体燃料噴射弁は、前記通路の他端部に前記気体燃料を噴射する、
請求項１または２に記載のデュアルフューエルエンジン。
【請求項４】
前記噴射孔の数は複数である、
請求項１から３のいずれかに記載のデュアルフューエルエンジン。
【請求項５】
前記液体燃料噴射弁は、前記噴射孔よりも、前記スワールの下流側に位置している、
請求項１から４のいずれかに記載のデュアルフューエルエンジン。
【請求項６】
前記液体燃料噴射弁よりも、前記スワールの下流側に配置されたグロープラグをさらに備える、
請求項１から５のいずれかに記載のデュアルフューエルエンジン。
【請求項７】
前記気体燃料噴射弁は、吸気行程の後半から圧縮行程の前半までの間に前記気体燃料を噴射し、
前記液体燃料噴射弁は、前記圧縮行程において前記ピストンが上死点に達する前の所定のタイミングで前記液体燃料を噴射する、
請求項１から６のいずれかに記載のデュアルフューエルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デュアルフューエルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、天然ガスを用いたデュアルフューエルエンジンでは、気筒内に吸入された空気と天然ガスとの混合気が圧縮され、高温になった混合気に軽油が噴射され、軽油が自己着火し、混合気に着火させていた。
【０００３】
しかしながら、従来のデュアルフューエルエンジンでは、燃焼室を形成するピストン又は気筒の内壁付近において、燃焼室内の混合気からピストン又は気筒に熱が奪われて着火した火炎が伝播しないことがある。このような場合には、未燃ガスが排出されるため、排出ガスの悪化及び燃費の悪化を招く。
【０００４】
このような状況において、特許文献１は、燃焼チャンバの上部にプレチャンバ容積部を設けると共に、プレチャンバ容積部に液体燃料を供給する第１の燃料供給システムとガス燃料を噴射する燃料ガス燃料噴射器とを設ける構成を開示している。特許文献１によれば、燃焼チャンバよりも内壁の表面積の小さいプレチャンバ容積部でガス燃料と空気との混合気を燃焼させることにより、未燃ガスの排出を低減することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１７−５１０７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１においては、プレチャンバ容積部の通気孔の真上に燃料噴射器及び酸素噴射器が設けられており、燃料と空気との混合をより促進させることについて改善の余地がある。
【０００７】
本発明の目的は、未燃ガスの排出を低減しつつ、天然ガスと空気との混合をより促進させることができるデュアルフューエルエンジンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るデュアルフューエルエンジンは、シリンダと、前記シリンダ内を往復動するピストンと、前記ピストンに対向し、前記シリンダ及び前記ピストンと共に主燃焼室を画成し、且つ、前記主燃焼室から流入する気体によるスワールが生じる副燃焼室を有するシリンダヘッドと、前記スワールの向きに沿うように前記副燃焼室内に液体燃料を噴射する液体燃料噴射弁と、気体燃料を噴射する気体燃料噴射弁と、を備え、前記シリンダヘッドには、前記気体燃料噴射弁から噴射された前記気体燃料を前記スワールの向きに沿って前記副燃焼室内に噴射する噴射孔が形成されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、未燃ガスの排出を低減しつつ、天然ガスと空気との混合をより促進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係るデュアルフューエルエンジンの構成を示す模式図
【図２】図１のＡ−Ａ断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を適宜参照して、本発明の実施の形態につき、詳細に説明する。
【００１２】
＜デュアルフューエルエンジンの構成＞
本発明の実施の形態に係るデュアルフューエルエンジン１の構成につき、図１及び図２を参照しながら、以下に詳細に説明する。
【００１３】
デュアルフューエルエンジン１は、シリンダ２、シリンダ２内を往復動するピストン３、及び、シリンダヘッド４を備える。シリンダ２、ピストン３及びシリンダヘッド４は、主燃焼室Ｃを画成する。
【００１４】
ピストン３の端面には、ピストン３が上死点に達した際にシリンダヘッド４との間に空間を確保するための凹部３１が形成されている。
【００１５】
シリンダヘッド４には、燃焼空気を主燃焼室Ｃに導入する吸気路４１が形成されている。また、シリンダヘッド４には、吸気バルブ５が取り付けられている。吸気バルブ５は、吸気路４１を開閉する。なお、図示はされていないが、シリンダヘッド４には、排気路が形成されると共に、排気路を開閉する排気バルブが取り付けられている。
【００１６】
シリンダヘッド４には、副燃焼室４２、及び、主燃焼室Ｃと副燃焼室４２とを接続する接続路４３が形成されている。
【００１７】
副燃焼室４２は、接続路４３の中心軸を含む平面による切断形状が円となるように形成されている。つまり、副燃焼室４２を画成する壁面の形状は、例えば、球状又は円柱状である。以下、接続路４３の中心軸を含む平面による副燃焼室４２の切断形状を、単に「副燃焼室４２の形状」と記載することがある。
【００１８】
接続路４３は、副燃焼室４２の形状である円の接線と平行な方向に延在し、且つ、接続路４３の中心軸がシリンダ２の中心軸と斜めに交差して交わるように、形成されている。なお、接続路４３の中心軸はシリンダ２の中心軸と平行であってもよい。
【００１９】
シリンダヘッド４には、軽油等の液体燃料を噴射する液体燃料噴射弁６が取り付けられている。
【００２０】
液体燃料噴射弁６は液体燃料を、後に説明するスワールの向きＳ１に沿うように噴射する。つまり、液体燃料噴射弁６は液体燃料を、副燃焼室４２の形状である円の接線と平行な方向、或いは、接続路４３に向かう方向とは逆側に向かい、且つ副燃焼室４２の形状である円の接線と鋭角をなす方向に噴射する。
【００２１】
シリンダヘッド４には、天然ガス等の気体燃料を噴射する気体燃料噴射弁７が取り付けられている。気体燃料噴射弁７は、副燃焼室４２には臨んでおらず、副燃焼室４２を画成する壁面から奥まった位置に配置されている。
【００２２】
シリンダヘッド４には、通路４４が形成されている。通路４４の一端部は、副燃焼室４２を画成する壁面にて開口している。つまり、通路４４の一端側開口は、気体燃料を副燃焼室４２内に噴射する噴射孔４５である。また、通路４４の他端部は、気体燃料噴射弁７の先端近くに位置している。つまり、通路４４は、気体燃料噴射弁７から噴射された気体燃料を、副燃焼室４２に導く。このような通路４４を形成することにより、気体燃料噴射弁７の配置の自由度を高めることができる。
【００２３】
噴射孔４５は気体燃料を、後に説明するスワールの向きＳ１に沿うように噴射する。つまり、噴射孔４５は気体燃料を、副燃焼室４２の形状である円の接線と平行な方向、或いは、接続路４３に向かう方向とは逆側に向かい、且つ副燃焼室４２の形状である円の接線と鋭角をなす方向に噴射する。
【００２４】
通路４４は、具体的には、気体燃料噴射弁７と同軸状に延びる第１の部分と、第１の部分から屈曲部を介して気体燃料噴射弁７の軸が延びる方向とは異なる方向に延びる第２の部分とから構成されている。さらに、本実施形態においては、屈曲部近傍に２つの分岐路が形成されており、その結果、第２の部分が３つ形成されている。よって、図２に示されるように、本実施形態においては、噴射孔４５は３つ形成されている。３つの噴射孔４５は、後に説明するスワールの向きＳ１と直交する方向に並んでいる。
【００２５】
シリンダヘッド４には、グロープラグ８が取り付けられている。グロープラグ８は、冷間始動時等において液体燃料の着火性を確保するための熱源である。
【００２６】
液体燃料噴射弁６は、噴射孔４５よりも、副燃焼室４２で発生するスワールの下流側に位置するように取り付けられている。また、グロープラグ８は、液体燃料噴射弁６よりも、副燃焼室４２で発生するスワールの下流側に位置するように取り付けられている。
【００２７】
＜デュアルフューエルエンジンの動作＞
続いて、以上のように構成されたデュアルフューエルエンジン１の動作について説明する。なお、エンジンとしての一般的な動作については、適宜説明を省略する。
【００２８】
まず、デュアルフューエルエンジン１は、吸気行程において、ピストン３を下降させると共に吸気バルブ５を開弁して、吸気路４１から主燃焼室Ｃに空気を吸気する。
【００２９】
次に、デュアルフューエルエンジン１は、圧縮行程において、ピストン３を上昇させると共に吸気バルブ５を閉弁して、主燃焼室Ｃに吸気された空気を圧縮する。なお、主燃焼室Ｃでは、空気の他に、再循環された排ガス等も圧縮される。以下、これらの気体を総称して、単に気体と記載する。
【００３０】
気体の圧縮に伴い、主燃焼室Ｃ内の気体は、接続路４３を介して副燃焼室４２内に流れ込む。このとき、副燃焼室４２の内部では、副燃焼室４２の形状に沿う気体の流れ、つまりスワールが発生する。このスワールの向きは、図１においてＳ１で示されている。
【００３１】
副燃焼室４２は主燃焼室Ｃに比べて内部容積が小さい。よって、圧縮行程において、強い、言い換えると流れの速いスワールを作り出すことができる。また、副燃焼室４２を画成する壁面の面積は、主燃焼室Ｃを画成する壁面、具体的には、シリンダ２、ピストン３及びシリンダヘッド４の壁面の面積よりも小さい。よって、副燃焼室内で発生する熱が、壁面を介して外部に散逸することを最小限にすることができ、ひいては、液体燃料及び気体燃料の確実かつ完全な燃焼が促進される。
【００３２】
しかも、副燃焼室４２の形状は、円に沿う形状である。よって、副燃焼室４２内で発生するスワールは、副燃焼室４２を画成する壁面によって流れを妨げられない。したがって、より強いスワールが生成され、気体と気体燃料との混合が促進され、ひいては、より均質な混合気を得ることができる。
【００３３】
また、気体燃料噴射弁７は、吸気行程の後半から圧縮行程の前半までの間に、通路４４及び噴射孔４５を介して、気体燃料を副燃焼室４２に噴射する。この際、噴射孔４５は、スワールの向きＳ１に沿って気体燃料を噴射する。これにより、副燃焼室４２におけるスワールを、妨げることなく、むしろ促進することができる。また、スワールを促進することにより、主燃焼室から接続路４３を介して吸入された気体と気体燃料との混合を促進することができる。
【００３４】
しかも、本実施形態においては、複数の噴射孔４５が並ぶ方向は、スワールの向きＳ１と直交する方向である。よって、気体燃料は、副燃焼室４２内でより均等に広がる。したがって、気体同士であるが故に混合が比較的難しい、接続路４３を介して吸入された気体と気体燃料とを確実に混合させることができる。
【００３５】
以上のようにして、副燃焼室４２内では、均質な混合気のスワールが発生する。
【００３６】
次に、液体燃料噴射弁６は、圧縮行程においてピストン３が上死点に達する前の所定のタイミングで液体燃料を副燃焼室４２に噴射する。この際に、液体燃料噴射弁６は、スワールの向きＳ１に沿って液体燃料を噴射する。これにより、副燃焼室４２におけるスワールを、妨げることなく、むしろ促進することができる。
【００３７】
液体燃料が噴射されるタイミングにおいて、混合気は十分に圧縮されているので十分に高温になっている。よって、噴射された液体燃料は自己着火することができる。液体燃料が自己着火することによって発生した火炎によって、スワールの向きＳ１に沿って上流から流れてきた混合気も着火される。しかも、混合気は均質なので、混合気の燃焼は、副燃焼室４２内全域に伝播する。よって、副燃焼室４２内において、未燃ガスは発生しない。
【００３８】
なお、グロープラグ８は、冷間始動時等において、液体燃料噴射弁６から噴射される液体燃料を加熱して液体燃料の着火性を向上させる。グロープラグ８は、液体燃料噴射弁６よりもスワールの下流側に位置しているので、液体燃料噴射弁６から噴射された液体燃料を確実に着火させることができる。
【００３９】
次に、デュアルフューエルエンジン１は、膨張行程において、副燃焼室４２で発生した燃焼ガスが主燃焼室Ｃに排気されることによりピストン３が下方に押し下される。ピストン３の端面に凹部３１が形成されているため、ピストン３が上死点にあっても主燃焼室Ｃはわずかながら容積が確保されている。この主燃焼室Ｃに燃焼ガスが流れ込むことにより、ピストン３を容易に下降させることができる。
【００４０】
次に、デュアルフューエルエンジン１は、排気行程において、ピストン３を上昇させて、主燃焼室Ｃ内の燃焼ガスを、排気路を介して排気する。
【００４１】
デュアルフューエルエンジン１は、上記のサイクルを繰り返すことにより、例えば車両を走行させるための、駆動力を発生する。
【００４２】
このように、本実施の形態によれば、未燃ガスの排出を低減しつつ、気体燃料と空気との混合をより促進させることができる。
【００４３】
なお、本発明は、部材の種類、配置、個数等は前述の実施の形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。
【００４４】
具体的には、上記実施の形態において、噴射孔４５を３つ設けたが、その数は単数であってもよいし、３以外の複数であってもよい。また、噴射孔４５の形状は、どのような形状であっても良く、円形でもよいし、細長いスリット状でもよい。また、噴射孔４５を設ける位置は、スワールの向きＳ１において液体燃料噴射弁６よりも上流であれば、任意の位置であってよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、デュアルフューエルエンジンに好適である。
【符号の説明】
【００４６】
１  デュアルフューエルエンジン
２  シリンダ
３  ピストン
３１  凹部
４  シリンダヘッド
４１  吸気路
４２  副燃焼室
４３  接続路
４４  通路
４５  噴射孔
５  吸気バルブ
６  液体燃料噴射弁
７  気体燃料噴射弁
８  グロープラグ
Ｃ  主燃焼室
Ｓ１  スワールの向き
【図１】
2020159238.tif 000003
【図２】
2020159238.tif 000004