(57)【要約】【課題】部分負荷運転域での吸気通路の負圧を低減することにより、ポンピング損失を改善できる火花点火式内燃機関を提供する。【解決手段】ガス燃料通路２７に、燃料切替弁３１を介在させて主吸気通路１５に連通する分岐燃料通路３０を設け、機関運転状態に応じて前記燃料切替弁３１をガス燃料通路２７と分岐燃料通路３０との何れかに切り替えてガス燃料を供給する燃料供給制御手段３２を設ける。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に連通する主吸気通路と、
該主吸気通路の燃焼室開口を開閉する吸気弁と、
前記主吸気通路の吸気弁より上流側に配設された吸気制御弁と、
該吸気制御弁をバイパスするように、かつ燃焼室内において吸気渦流を生成するよう設けられた副吸気通路と、
前記燃焼室に連通するガス燃料通路と、
該ガス燃料通路の燃焼室開口を開閉する燃料開閉弁と
前記ガス燃料通路にガス燃料を供給するガス燃料供給弁と
を備えた火花点火式内燃機関であって、
前記副吸気通路に燃焼室側への吸気の流れのみを許容する逆止弁を配設し
前記ガス燃料通路を前記主吸気通路に連通させる分岐燃料通路を設けるとともに、分岐部に燃料切替弁を配設し、
機関運転状態に応じて、ガス燃料が前記燃料開閉弁側又は前記主吸気通路側に供給されるように前記ガス燃料供給弁及び燃料切替弁を制御する燃料供給制御手段を設けた
ことを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項２】
請求項１に記載の火花点火式内燃機関において、
前記燃料供給制御手段は、部分負荷運転域では、ガス燃料が前記主吸気通路側に供給されるよう前記ガス燃料供給弁及び燃料切替弁を制御する
ことを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項３】
請求項２に記載の火花点火式内燃機関において、
前記燃料供給制御手段は、ガス燃料がオーバーラップ開始前に前記主吸気通路側に供給されるよう前記ガス燃料供給弁及び燃料切替弁を制御する
ことを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項４】
請求項２に記載の火花点火式内燃機関において、
前記燃料供給制御手段は、ガス燃料がオーバーラップ終了後に前記主吸気通路側に供給されるよう前記ガス燃料供給弁及び燃料切替弁を制御する
ことを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項５】
燃焼室に連通する主吸気通路と、
該主吸気通路の燃焼室開口を開閉する吸気弁と、
前記主吸気通路の吸気弁より上流側に配設された吸気制御弁と、
該吸気制御弁をバイパスするように、かつ燃焼室内において吸気渦流を生成するよう設けられた副吸気通路と、
前記燃焼室に連通するガス燃料通路と、
該ガス燃料通路の燃焼室開口を開閉する燃料開閉弁と
前記ガス燃料通路にガス燃料を供給するガス燃料供給弁と
を備えた火花点火式内燃機関であって、
前記副吸気通路に燃焼室側への吸気の流れのみを許容する逆止弁を配設し
前記ガス燃料通路を前記副吸気通路に連通させる分岐燃料通路を設けるとともに、分岐部に燃料切替弁を配設し、
機関運転状態に応じて、ガス燃料が前記燃料開閉弁側又は前記副吸気通路側に供給されるように前記ガス燃料供給弁及び燃料切替弁を制御する燃料供給制御手段を設けた
ことを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項６】
請求項５に記載の火花点火式内燃機関において、
前記燃料供給制御手段は、部分負荷運転域では、ガス燃料が前記副吸気通路側に供給するよう前記ガス燃料供給弁及び燃料切替弁を制御する
ことを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項７】
請求項６に記載の火花点火式内燃機関において、
前記燃料供給制御手段は、ガス燃料がオーバーラップ開始前に前記副吸気通路側に供給されるよう前記ガス燃料供給弁及び燃料切替弁を制御する
ことを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項８】
請求項６に記載の火花点火式内燃機関において、
前記燃料供給制御手段は、ガス燃料がオーバーラップ終了後に前記副吸気通路側に供給されるよう前記ガス燃料供給弁及び燃料切替弁を制御する
ことを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項９】
請求項１又は５に記載の火花点火式内燃機関において、
前記燃料供給制御手段は、高負荷運転域では、前記燃料開閉弁を前記吸気弁の閉弁時期と同じか又は遅れて閉じ、かつ前記燃料切替弁を前記燃料開閉弁側に切り替える
ことを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項１０】
請求項１又は５に記載の火花点火式内燃機関において、
前記吸気弁は、クランク軸線方向に２本配置され、
前記燃料開閉弁は、前記吸気弁の間で、かつ吸気弁同士を結ぶ線より外側に配置され、
前記燃料開閉弁の吸気弁を挟んだ反対側には、排気弁が１本又は２本配置されている
ことを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項１１】
請求項１０に記載の火花点火式内燃機関において、
前記燃料開閉弁の最大リフト量は、前記吸気弁の最大リフト量より小さい値に設定されている
ことを特徴とする火花点火式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒内において吸気渦流（横渦又は縦渦）を生成させるための副吸気通路を備えた火花点火式内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の内燃機関として、気筒内において吸気渦流を生成させるために、スロットル弁が配置された主吸気通路とは別に、副吸気通路を該スロットル弁をバイパスするように設けたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３５５７３１４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、前記従来の内燃機関では、スロットル弁が略全閉状態の部分負荷運転域では、主吸気通路内は負圧が維持されることから、ポンピング損失が生じるという問題がある。
【０００４】
本発明は、前記従来の状況に鑑みてなされたもので、部分負荷運転域での主吸気通路の負圧を低減することにより、ポンピング損失を改善できる火花点火式内燃機関を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明は、燃焼室に連通する主吸気通路と、該主吸気通路の燃焼室開口を開閉する吸気弁と、前記主吸気通路の吸気弁より上流側に配設された吸気制御弁と、該吸気制御弁をバイパスするように、かつ燃焼室内において吸気渦流を生成するよう設けられた副吸気通路と、前記燃焼室に連通するガス燃料通路と、該ガス燃料通路の燃焼室開口を開閉する燃料開閉弁と前記ガス燃料通路にガス燃料を供給するガス燃料供給弁とを備えた火花点火式内燃機関であって、前記副吸気通路に燃焼室側への吸気の流れのみを許容する逆止弁を配設し、前記ガス燃料通路を前記主吸気通路に連通させる分岐燃料通路を設けるとともに、分岐部に燃料切替弁を配設し、機関運転状態に応じて、ガス燃料が前記燃料開閉弁側又は前記主吸気通路側に供給されるように前記ガス燃料供給弁及び燃料切替弁を制御する燃料供給制御手段を設けたことを特徴としている。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の火花点火式内燃機関において、前記燃料供給制御手段は、部分負荷運転域では、ガス燃料が前記主吸気通路側に供給されるよう前記ガス燃料供給弁及び燃料切替弁を制御することを特徴としている。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項２に記載の火花点火式内燃機関において、前記燃料供給制御手段は、ガス燃料がオーバーラップ開始前に前記主吸気通路側に供給されるよう前記ガス燃料供給弁及び燃料切替弁を制御することを特徴としている。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項２に記載の火花点火式内燃機関において、前記燃料供給制御手段は、ガス燃料がオーバーラップ終了後に前記主吸気通路側に供給されるよう前記ガス燃料供給弁及び燃料切替弁を制御することを特徴としている。
【０００９】
請求項５の発明は、請求項１に記載と同様の火花点火式内燃機関であって、前記副吸気通路に燃焼室側への吸気の流れのみを許容する逆止弁を配設し前記ガス燃料通路を前記副吸気通路に連通させる分岐燃料通路を設けるとともに、分岐部に燃料切替弁を配設し、機関運転状態に応じて、ガス燃料が前記燃料開閉弁側又は前記副吸気通路側に供給されるように前記ガス燃料供給弁及び燃料切替弁を制御する燃料供給制御手段を設けたことを特徴としている。
【００１０】
請求項６の発明は、請求項５に記載の火花点火式内燃機関において、前記燃料供給制御手段は、部分負荷運転域では、ガス燃料が前記副吸気通路側に供給するよう前記ガス燃料供給弁及び燃料切替弁を制御することを特徴としている。
【００１１】
請求項７の発明は、請求項６に記載の火花点火式内燃機関において、前記燃料供給制御手段は、ガス燃料がオーバーラップ開始前に前記副吸気通路側に供給されるよう前記ガス燃料供給弁及び燃料切替弁を制御することを特徴としている。
【００１２】
請求項８の発明は、請求項６に記載の火花点火式内燃機関において、前記燃料供給制御手段は、ガス燃料がオーバーラップ終了後に前記副吸気通路側に供給されるよう前記ガス燃料供給弁及び燃料切替弁を制御することを特徴としている。
【００１３】
請求項９の発明は、請求項１又は５に記載の火花点火式内燃機関において、前記燃料供給制御手段は、高負荷運転域では、前記燃料開閉弁を前記吸気弁の閉弁時期と同じか又は遅れて閉じ、かつ前記燃料切替弁を前記燃料開閉弁側に切り替えることを特徴としている。
【００１４】
請求項１０の発明は、請求項１又は５に記載の火花点火式内燃機関において、前記吸気弁は、クランク軸線方向に２本配置され、前記燃料開閉弁は、前記吸気弁の間で、かつ吸気弁同士を結ぶ線より外側に配置され、前記燃料開閉弁の吸気弁を挟んだ反対側には、排気弁が１本又は２本配置されていることを特徴としている。
【００１５】
請求項１１の発明は、請求項１０に記載の火花点火式内燃機関において、前記燃料開閉弁の最大リフト量は、前記吸気弁の最大リフト量より小さい値に設定されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、ガス燃料を、機関運転状態に応じて、主吸気通路側又は燃料開閉弁側に供給するようにしたので、ガス燃料の供給位置を選択することにより最適な条件での機関運転を行うことができる。例えば請求項２に記載されているように、部分負荷運転域では、ガス燃料を主吸気通路に供給することにより、主吸気通路の負圧が低減され、ポンピング損失を改善できる。即ち、部分負荷運転域では、主吸気通路は、吸気制御弁が略全閉状態にあり、副吸気通路には逆止弁が配設されていることから、新気がほとんど導入されず負圧状態となっている。この負圧状態の主吸気通路にガス燃料が供給されることにより、負圧が低減され、ポンピング損失が抑制される。例えば、常温で極めて短時間にガス化するＬＰＧ燃料を供給した場合には、主吸気通路の吸気弁上流側の負圧が直ちに低減され、ポンピング損失をさらに改善できる。
【００１７】
また、オーバーラップ時に気筒から主吸気通路内に流出した内部ＥＧＲガスと部分負荷運転時に供給されたガス燃料とにより、主吸気通路の吸気負圧がより小さくなり、ポンピング損失の低減と、適量の内部ＥＧＲによる燃費の改善を図ることができる。
【００１８】
ここで、ガス燃料は、ガソリン等の液体燃料に比べて貫通力が弱いため、吸入空気量及びガス燃料量が少ない部分負荷域での運転条件では、燃料開閉弁から供給されたガス燃料の気筒内でのミキシングが十分に行なわれにくい。本発明では、副吸気通路から新気が充填される主吸気通路の吸気制御弁下流側にガス燃料を供給するので、予混合と吸気弁の隙間を通過する際の高速流による乱流とで混合が促進され、気筒内でのミキシングを確実に行うことができる。
【００１９】
高負荷運転域では、ガス燃料をガス燃料通路から燃焼室に供給することにより、新気とガス燃料とのミキシングを促進しつつ強い吸気渦流を生成できる。
【００２０】
請求項３の発明では、部分負荷運転時のガス燃料をオーバーラップ開始前に供給するようにしたので、吸気負圧を低減でき、内部ＥＧＲの流出を抑制できる。即ち、一般的な内燃機関では、出力性能を高めるため吸気弁と排気弁とが開くオーバーラップ期間を設けている。このため部分負運転時には新気に対して内部ＥＧＲの割合が増加し、安定燃焼が得られない場合がある。本発明では、主吸気通路の吸気制御弁と、副吸気通路の逆止弁とで内部ＥＧＲガスの主吸気通路内への流出を抑制しつつ、さらにオーバーラップ開始前にガス燃料を主吸気通路内に供給することで、該主吸気通路内の吸気負圧を低減して内部ＥＧＲの流出を抑制できる。その結果、低負荷運転時での燃焼安定性を向上でき、ひいてはオーバーラップ期間の拡大が可能となり、出力性能を向上できる。
【００２１】
請求項４の発明では、ガス燃料をオーバーラップ終了後に供給するようにしたので、内部ＥＧＲの増加と吸気行程時のポンピング損失の低減に有効な運転を行うことができる。即ち、部分負荷運転時の内部ＥＧＲは、ポンピング損失の低減と圧縮圧力の上昇に有効である。この内部ＥＧＲを十分に行うには、吸気弁上流側に負圧が必要である。本発明では、オーバーラップ終了後にガス燃料を供給するので、前記内部ＥＧＲの増加とポンピング損失の低減を図ることができる。
【００２２】
請求項５の発明によれば、ガス燃料を、機関運転状態に応じて副吸気通路又は燃料開閉弁側の何れかに切り替えて供給するようにしたので、最適な条件で機関運転を行うことができる。例えば請求項６に記載されているように、部分負荷運転域では、ガス燃料を副吸気通路に供給することにより、吸気弁が開いているときには、ガス燃料が副吸気通路から気筒内に強い流れとなって噴出されることとなり、新気及び既燃ガスとガス燃料とのミキシングを促進することができる。また、気筒内での吸気渦流が強化されることから、耐ＥＧＲ性を向上できる。
【００２３】
また吸気弁が閉じている期間に供給されたガス燃料は、主吸気通路に流入することとから該主吸気通路の負圧が低減され、ポンピング損失を低減できる。
【００２４】
請求項７の発明では、ガス燃料をオーバーラップ開始前に供給するようにしたので、請求項３と同様の効果が得られるとともに、ガス燃料を吸気弁近傍に保持することができ、燃料流量の制御に対する応答性を向上でき、排気ガス性能の安定性を向上できる。
【００２５】
請求項８の発明では、ガス燃料をオーバーラップ終了後に供給するようにしたので、吸気行程でガス燃料が気筒内に噴出されることから、横渦，縦渦の吸気渦流の強化とミキシングが良好に行なわれ、急速燃焼と燃焼安定性を向上できる。
【００２６】
請求項９の発明では、高負荷運転域では、燃料開閉弁を吸気弁の閉弁時期と同じか又は遅れて閉じるようにし、ガス燃料供給弁によりガス燃料をガス燃料通路に噴射供給するようにしたので、新気の大部分が吸入された吸気行程の後半にガス燃料が供給されることとなり、新気の逆流を抑制でき、出力性能を向上できる。即ち、主吸気通路にガス燃料を供給する場合、ガソリン等の液体燃料に比べてガス燃料はボリュームが大きいため、新気の吸入量が減少し、出力が低下する場合がある。本発明では、ガス燃料の噴射時期，噴射量の制御が容易な電磁弁式のガス燃料供給弁を用いることで、前記新気の逆流が抑制される。
【００２７】
請求項１０の発明では、燃料開閉弁を、吸気弁の間で、かつ吸気弁同士を結ぶ線より外側に配置し、該吸気弁を挟んだ燃料開閉弁の反対側に排気弁を配置したので、燃料開閉弁を排気弁から離れた位置に配置でき、ガス燃料及び新気の充填効率を高めることができる。即ち、ガス燃料は、温度上昇とともに膨張することから、新気の充填率を高めるうえで好ましくない。本発明では、燃料開閉弁を排気弁から離れた位置に配置したので、ガス燃料の温度上昇を抑制でき、前記充填効率を向上できる。
【００２８】
請求項１１の発明では、燃料開閉弁の最大リフト量を吸気弁の最大リフト量より小さい値にしたので、燃料開閉弁を小リフト量，小作用角としつつ必要なガス燃料の充填量を確保できる。即ち、ガス燃料は、通常、タンクに高圧で充填されているか、ガス自身の蒸気圧を有している。このため気筒内圧力より高圧状態で供給できるので、小リフト量，小作用角で必要なガス燃料量を供給できる。これにより、燃料開閉弁のリフト量を吸気弁の最大リフト量の半分以下とすることも可能となり、燃料開閉弁を吸気弁の外側に配置してもピストン頭部のバルブリセスは必要なく、良好な火炎伝播と適切なトップランド寸法を得ることができ、排気ガス性能に対する信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
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。
【００３０】
図１及び図２は、本発明の第１実施形態による火花点火式内燃機関を説明するための図であり、図１は火花点火式内燃機関の概略構成図、図２は内燃機関の断面側面図である。
【００３１】
図において、１は４サイクル多気筒火花点火式内燃機関を示している。該内燃機関１は、複数のシリンダボア（気筒）２ａ，２ａが形成されたシリンダブロック２に、各シリンダボア２ａに対向するよう燃焼凹部３ａが形成されたシリンダヘッド３を結合し、前記各シリンダボア２ａ内にピストン４を摺動自在に挿入配置した概略構造を有する。なお、前記ピストン４はコンロッド４ａによりクランク軸（不図示）に連結されている。
【００３２】
前記シリンダボア２ａ，燃焼凹部３ａ及びピストン４の頂面で囲まれた空間が燃焼室５となっている。
【００３３】
前記シリンダヘッド３の燃焼凹部３ａには、燃焼室５に連通する２つの吸気開口（燃焼室開口）３ｂ，３ｂと、２つの排気開口３ｃ，３ｃが形成されている。この各吸気開口３ｂ，排気開口３ｃは、気筒軸方向に見たときそれぞれクランク軸の軸線ｃを挟んだ一側，他側に互いに対向するように配置されている。
【００３４】
前記各吸気開口３ｂ，排気開口３ｃには、それぞれ吸気弁６，排気弁７が配設され、該吸気弁６，排気弁７はそれぞれ吸気カム軸８，排気カム軸９により開閉駆動される。
【００３５】
前記シリンダヘッド３には、シリンダボア２ａ毎に３本の第１，第２，第３点火プラグ１０ａ，１０ｂ，１０ｃが燃焼凹部３ａ内に臨むように螺着されている。該第１〜第３点火プラグ１０ａ〜１０ｃは、クランク軸の軸線ｃより排気弁７側に僅かに偏位して配置されている。また第１点火プラグ１０ａは、シリンダボア２ａの中心に配置され、第２，第３点火プラグ１０ｂ，１０ｃは、吸気開口ｂ３と排気開口３ｃとの間で、かつカム軸方向両側に位置するよう配置されている。
【００３６】
前記各吸気開口３ｂは、吸気ポート３ｄ，３ｄによりシリンダヘッド３の一側壁に導出され、各排気開口３ｃは、排気ポート３ｅ，３ｅによりシリンダヘッド３の他側壁に導出されている。該各排気ポート３ｅを合流させる排気マニホールド３ｅ′には、図示しない排気管が接続され、該排気管には触媒を介設させてマフラが接続されている。
【００３７】
前記各シリンダボア２ａには、主吸気管（主吸気通路）１５，１５が接続されている。該各主吸気管１５の下流部は２つの枝管１５ａ，１５ａに分岐されており、該各枝管１５ａは前記各吸気ポート３ｄに接続されている。
【００３８】
前記各主吸気管１５の上流端部１５ｂは、共通のサージタンク１６に接続されている。該サージタンク１６には、各気筒共用のスロットル弁１８を有する空気導入管１７が接続されており、該空気導入管１７にはエアクリーナ（不図示）が接続されている。
【００３９】
前記各主吸気管１５の前記サージタンク１６への接続部近傍には吸気制御弁１１が、配設されている。
【００４０】
前記各主吸気管１５の枝管１５ａには、ガソリン等の液体燃料を噴射供給する燃料噴射弁２０が配設されている。該燃料噴射弁２０は、液体燃料を前記吸気ポート３ｄを通して前記吸気弁６の弁裏中心部に向けて噴射する。
【００４１】
前記内燃機関１は、前記各主吸気管１５毎に、前記各吸気制御弁１１をバイパスするよう配設された副吸気管（副吸気通路）２５と、該各副吸気管２５の上流端部分に配設された吸気逆止弁２６とを備えている。
【００４２】
前記各副吸気管２５は、シリンダボア２ａ内でスワール（横渦）又はタンブル（縦渦）が生成するよう吸気流に方向付けをしてシリンダボア内に噴出させるものであり、前記主吸気管１５の下側にこれに沿うように配置されている。
【００４３】
前記各副吸気管２５の下流部は２つの枝管２５ａ，２５ａに分岐され、それぞれの下流端２５ａ′は前記吸気ポート３ｄの吸気開口３ｂ近傍部分に開口している。つまり、副吸気管２５は前記下流端２５ａ′を介して主吸気管１５に連通している。また各副吸気管２５の上流端２５ｂは、前記サージタンク１６に接続されている。
【００４４】
前記吸気逆止弁２６は、吸気の気筒側への流れのみを許容し、逆流を阻止するものであり、前記副吸気管２５の前記サージタンク１６への接続部近傍部分に配置されている。
【００４５】
本実施形態の内燃機関１は、前記液体燃料の供給系に加えて、ガス燃料供給系３５を備えている。このガス燃料供給系３５は、前記燃焼室５に連通するガス燃料通路２７と、該ガス燃料通路２７の燃焼室開口３ｆを開閉する燃料開閉弁２８と、該ガス燃料通路２７にガス燃料を噴射供給するガス燃料供給弁３５ａと、ガス燃料の供給先を切り換える切替弁３１とを備えている。
【００４６】
前記シリンダヘッド３には、前記燃料室開口３ｆに連通する燃料ポート３ｇが形成されている。該燃料ポート３ｇに前記ガス燃料通路２７の下流口２７ａが連通している。
【００４７】
前記燃料ポート３ｇは、前記燃料開閉弁２８を摺動自在に支持するバルブガイド２８ａを圧入する圧入孔と同軸をなし、かつこれより若干（例えば１mm程度）大きい孔径を有する。この燃料ポート３ｇは、燃焼室側からの機械加工によって形成され、その後に前記バルブガイド２８の圧入孔が機械加工により形成される。このように加工することにより燃料ポート３ｇの容積を小さくできるとともに、バルブガイド孔の加工精度を向上できる。なお、燃料ポート３ｇの容積が大きくなると、後述するガス燃料供給弁３５ａの開閉に対する応答性が低下する。
【００４８】
前記燃料開閉弁２８は、前記吸気カム軸８により開閉駆動される。該燃料開閉弁２８の最大リフト量は、前記吸気弁６の最大リスト量より小さい値に設定されている。具体的には、吸気弁６の最大リフト量の１／２以下に設定されている。
【００４９】
前記燃料開閉弁２８は、気筒軸方向に見たとき、各吸気弁６の間で、かつ吸気弁６の弁軸線同士を結ぶ線ａより外側に配置されている。これにより燃料開閉弁２８は、排気弁７から最も離れた位置に配置されている。
【００５０】
前記ガス燃料通路２７の上流端２７ｂには、電磁弁式のガス燃料供給弁３５ａが接続されている。またガス燃料通路２７の中途部には、燃料切替弁３１を介在させて前記主吸気管１５に連通する分岐燃料通路３０が形成されている。該分岐燃料通路３０は、主吸気管１５の吸気制御弁１１と吸気ポート３ｄとの間に接続されている。
【００５１】
そして前記内燃機関１は、機関運転状態に応じて、前記燃料切替弁３１をガス燃料通路２７側又は前記分岐燃料通路３０側の何れかに切り替えるＥＣＵ（燃料供給制御手段）３２を備えている。
【００５２】
前記ＥＣＵ３２は、低・中負荷の部分負荷運転域では、吸気制御弁１１を全閉または途中開度とするとともに、燃料切替弁３１を分岐燃料通路３０側に切り替えてガス燃料を主吸気管１５に供給する。そしてこの場合、ガス燃料を、吸気弁６と排気弁７とが同時に開くオーバーラップ開始前に、つまり吸気弁６が開く前に供給する。
【００５３】
前記ＥＣＵ３２は、高負荷運転域では、吸気制御弁１１を全開とするとともに、ガス燃料をガス燃料通路２７から燃料開閉弁２８側に供給するよう燃料切替弁３１を切り替える。この場合、燃料開閉弁２８を、これの閉弁時期が吸気弁６の閉弁時期と同じか又は吸気弁６より若干遅れるように制御する。
【００５４】
本実施形態によれば、燃焼室５に連通するガス燃料通路２７の中途部に燃料切替弁３１を介在させて主吸気管１５に連通する分岐燃料通路３０を形成し、高負荷運転域では、ガス燃料をガス燃料通路２７から燃焼室５に供給し、部分負荷運転域では、ガス燃料を分岐燃料通路３０から主吸気管１５に供給するようにした。
【００５５】
そのため、高負荷運転域では、ガス燃料をガス燃料通路２７から供給することにより、新気とガス燃料とのミキシングを促進しできる。また部分負荷運転域では、ガス燃料を主吸気管１５に供給することにより、主吸気通路の負圧を抑制してポンピング損失を低減できる。即ち、部分負荷運転域では、全閉状態の吸気制御弁１１と逆止弁２６とによって、主吸気管１５内は負圧状態となっている。この負圧状態の主吸気管１５にガス燃料が供給されることにより、負圧が低減され、ポンピング損失が低減される。例えば、常温で極めて短時間にガス化するＬＰＧ燃料を供給した場合には、主吸気管１５の吸気弁６上流側の負圧が直ちに低減され、ポンピング損失をさらに改善できる。
【００５６】
また、部分負荷運転時には、主吸気管１５内に供給されたガス燃料と、オーバーラップ時に気筒から主吸気管１５側に流出した内部ＥＧＲガスとにより、主吸気管１５の吸気負圧がより小さくなり、ポンピング損失の低減と、適量の内部ＥＧＲによる燃費の改善とを実現できる。
【００５７】
ところで、ガス燃料は、ガソリン等の液体燃料に比べて貫通力が小さいため、吸入空気量及びガス燃料量が少ない部分負荷域での運転条件では、燃料開閉弁２８から供給されたガス燃料のシリンダボア２ａ内でミキシングが十分に行なわれにくい。本実施形態では、内部ＥＧＲガスが充填される主吸気管１５の吸気制御弁１１下流側にガス燃料を供給するので、予混合と吸気弁６の隙間を通過する際の高速流による乱流とで混合が促進され、シリンダボア２ａ内でのミキシングを確実に行うことができる。
【００５８】
本実施形態では、前記部分負荷運転時におけるガス燃料をオーバーラップ開始前に供給するようにしたので、排気弁７のみ開いているオーバーラップ開始前の吸気負圧を低減でき、内部ＥＧＲの流出を抑制できる。即ち、一般的な内燃機関では、出力性能を高めるため吸気弁と排気弁とが同時に開くオーバーラップ期間を設けている。このため部分負運転時には新気に対して内部ＥＧＲの割合が増加し、安定燃焼が得られない場合がある。本実施形態では、主吸気管１５の吸気制御弁１１と、副吸気通路２５の逆止弁２６とで内部ＥＧＲガスの制御を行いつつ、さらにオーバーラップ開始前にガス燃料を供給することで、吸気負圧を低減して内部ＥＧＲの流出を抑制している。その結果、低負荷運転時での燃焼安定性を向上でき、ひいてはオーバーラップ期間の拡大が可能となり、出力性能の向上が得られる。
【００５９】
なお、前記実施形態では、ガス燃料をオーバーラップ開始前に供給したが、本発明では、ガス燃料をオーバーラップ終了後に供給してもよい。このようにした場合には、内部ＥＧＲの増加と吸気行程時のポンピング損失の低減に有効な運転を行うことができる。即ち、部分負荷運転時の内部ＥＧＲは、ポンピング損失の低減と圧縮圧力の上昇に有効である。この内部ＥＧＲを十分に行うには、吸気弁上流側に負圧が必要である。オーバーラップ終了後にガス燃料を供給することにより、前記負圧が維持され、その結果、内部ＥＧＲの増加とポンピング損失の低減を図ることができる。
【００６０】
本実施形態では、電磁弁式ガス燃料供給弁３５ａによりガス燃料を噴射供給し、高負荷運転域では、燃料開閉弁２８を吸気弁６の閉弁時期と同じか又は遅れて閉じるようにしたので、新気の大部分が吸入された吸気行程の後半にガス燃料がガス燃料通路２７から供給されることとなり、新気の逆流を抑制でき、出力性能を向上できる。即ち、主吸気管１５にガス燃料を供給する場合、ガソリン等の液体燃料に比べてガス燃料はボリュームが大きいため、新気の吸入量が減少し、出力が低下する場合がある。本実施形態では、ガス燃料の噴射時期，噴射量の制御が容易な電磁弁式のガス燃料供給弁３５ａを用いたので、前記新気の逆流を抑制できる。
【００６１】
本実施形態では、前記燃料開閉弁２８を、両吸気弁６の間で、かつ吸気弁６同士を結ぶ線ａより外側に配置し、該吸気弁６を挟んだ燃料開閉弁２８の反対側に排気弁７を配置したので、燃料開閉弁２８を排気弁７から最も離れた位置に配置でき、ガス燃料及び新気の充填効率を高めることができる。即ち、ガス燃料は、温度上昇とともに膨張することから、新気の充填効率を高めるうえで好ましくない。本実施形態では、燃料開閉弁２８を排気弁７から離れた位置に配置したので、ガス燃料の温度上昇を抑制でき、前記充填効率を向上できる。
【００６２】
本実施形態では、前記燃料開閉弁２８の最大リフト量を吸気弁６の最大リフト量より１／２以下としたので、燃料開閉弁２８を小リフト量，小作用角としつつ必要なガス燃料の充填量を確保できる。即ち、ガス燃料は、通常、タンクに高圧で充填されているか、ガス自身の蒸気圧を有している。このためシリンダボア２ａ内圧力より高圧状態で供給できるので、小リフト量，小作用角で必要なガス燃料量を供給できる。これにより、燃料開閉弁２８を吸気弁６の外側に配置してもピストン頭部のバルブリセスは必要なく、良好な火炎伝播と適切なトップランド寸法を得ることができ、排気ガス性能に対する信頼性を高めることができる。
【００６３】
図３及び図４は、本発明の第２実施形態による火花点火式内燃機関を説明するための図である。図中、図１，図２と同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００６４】
本実施形態の内燃機関１は、燃焼室５に連通する主吸気管１５と、吸気制御弁１１をバイパスするよう設けられた副吸気管２５と、前記燃焼室５に連通するガス燃料通路２７と、該ガス燃料通路２７の燃焼室開口３ｆを開閉する燃料開閉弁２８とを備えており、基本的な構造は前記第１実施形態と同様である。
【００６５】
本第２実施形態では、前記ガス燃料通路２７の中途部から燃料切替弁３１を介して分岐された分岐通路３０′は副吸気管２５に接続されている。
【００６６】
そしてＥＣＵ３２は、部分負荷運転域では、ガス燃料を分岐燃料通路３０′を介して副吸気管２５に供給し、高負荷運転域では、ガス燃料通路２７から燃焼室５に供給するよう前記燃料切替弁３１を切替制御する。
【００６７】
本実施形態によれば、部分負荷運転時には、ガス燃料を吸気弁６が閉じている期間、つまりオーバーラップ開始前に分岐燃料通路３０′から副吸気管２５に供給するようにしたので、供給されたガス燃料は、副吸気管２５の下流端２５ａ′から主吸気管１５内に流入し、吸気弁６の開によりシリンダボア２ａ内に導入される。このようにガス燃料が主吸気管１５内に流入することとから該主吸気管１５の負圧が抑制され、ポンピング損失を低減でき、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００６８】
またガス燃料を、主吸気管１５の吸気弁６近傍に保持することができ、燃料流量の制御に対する応答性を向上でき、排気ガス性能の安定性を向上できる。
【００６９】
なお、前記実施形態では、ガス燃料をオーバーラップ開始前に副吸気管２５に供給したが、本発明では、ガス燃料をオーバーラップ終了後に副吸気管２５に供給してもよい。このようにした場合には、吸気行程でガス燃料が副吸気管２５からシリンダボア２ａ内に噴出されることから、横渦，縦渦の吸気渦流の強化とミキシングが良好に行なわれ、急速燃焼と燃焼安定性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１実施形態による火花点火式内燃機関の概略構成図である。
【図２】前記内燃機関の断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態による火花点火式内燃機関の概略構成図である。
【図４】前記内燃機関の断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１  火花点火式内燃機関
３ｂ  吸気開口（主吸気通路の燃焼室開口）
３ｆ  燃焼室開口
５  燃焼室
６  吸気弁
７  排気弁
１１  吸気制御弁
１５  主吸気管（主吸気通路）
２５  副吸気管（副吸気通路）
２７  ガス燃料通路
２８  燃料開閉弁
３０  分岐燃料通路
３１  燃料切替弁
３２  ＥＣＵ（燃料供給制御手段）
３５  ガス燃料供給弁
【図１】
2010031684.tif 000003
【図２】
2010031684.tif 000004
【図３】
2010031684.tif 000005
【図４】
2010031684.tif 000006