(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関本体とピストンにより形成されるシリンダと、
該シリンダに連通する形状の相違する複数の吸気ポートと、
前記吸気ポートを開閉可能な吸気弁と、
前記シリンダに連通する排気ポートと、
該排気ポートを開閉可能な排気弁と、
前記複数の吸気ポートのうちの一部に気体燃料を噴射する気体燃料噴射弁と、
前記シリンダに液体燃料を噴射可能な液体燃料噴射弁と、
を備える内燃機関において、
複数のシリンダを有し、各シリンダに対して前記気体燃料噴射弁が同数設けられ、吸気管と前記複数の吸気ポートとが吸気マニホールドにより連通され、前記気体燃料噴射弁は、前記吸気マニホールドに装着され、該気体燃料噴射弁の先端部にＣＮＧ噴射管が連結され、当該ＣＮＧ噴射管の先端にある噴射口が、前記複数の吸気ポートのうちの一部に向けて延出され、
前記気体燃料噴射弁の先端部に連結された前記ＣＮＧ噴射管の噴射位置を、前記複数の吸気ポート間で変更可能な噴射位置変更手段が設けられることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記複数の吸気ポートは、タンジェンシャルポートとヘリカルポートとストレートポートのうちの少なくとも２種類のポートを有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記複数の吸気ポートは、タンジェンシャルポートとヘリカルポートであり、前記気体燃料噴射弁は、前記タンジェンシャルポートに気体燃料を噴射することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
内燃機関の運転状態に応じて前記噴射位置変更手段を制御する制御手段が設けられることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体燃料と液体燃料とを噴射可能な燃料噴射弁を有する内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
気体燃料と液体燃料を噴射可能な内燃機関として、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された複式燃料ディーゼルエンジンは、ガス用燃料供給系統として、ガスボンベと、ガス圧を降圧調整するレギュレータと、ガスを吸気ポートに噴射するガス用インジェクタを設けると共に、液用燃料供給系統として、燃料タンクと、液体圧を昇圧調整する燃料噴射ポンプと、液体をシリンダに噴射する液用インジェクタを設け、吸気行程において排気弁が閉じてから吸気弁が閉じるまでの間にガス燃料を噴射し、その後に液体燃料を噴射することで着火させ、燃焼させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−０１１９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したガス用燃料供給系統と液用燃料供給系統を有するディーゼルエンジンでは、出力を確保するための燃料として、ガス燃料を用い、このガス燃料の着火性を確保するために液体燃料を用いている。即ち、空気に対してガス燃料を噴射し、両者をシリンダ内に導入しながら混合させることで混合気を生成し、この混合気に対して液体燃料を噴射し、圧縮着火させている。この場合、エンジンの要求出力に応じてガス燃料の噴射量を調整する必要がある。ところが、この従来の複式燃料ディーゼルエンジンでは、ガス燃料を所定の圧力で吸気ポートに噴射しており、このガス燃料の噴射量が増大したときには、吸気同期噴射を適正に行うことが困難となり、混合気生成が不十分となってしまうおそれがある。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するためのものであって、良好な混合気の生成を可能として燃焼性を向上させる内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の内燃機関は、内燃機関本体とピストンにより形成されるシリンダと、該シリンダに連通する形状の相違する複数の吸気ポートと、前記吸気ポートを開閉可能な吸気弁と、前記シリンダに連通する排気ポートと、該排気ポートを開閉可能な排気弁と、前記複数の吸気ポートのうちの一部に気体燃料を噴射する気体燃料噴射弁と、前記シリンダに液体燃料を噴射可能な液体燃料噴射弁と、を備える内燃機関において、複数のシリンダを有し、各シリンダに対して前記気体燃料噴射弁が同数設けられ、吸気管と前記複数の吸気ポートとが吸気マニホールドにより連通され、前記気体燃料噴射弁は、前記吸気マニホールドに装着され、該気体燃料噴射弁の先端部にＣＮＧ噴射管が連結され、当該ＣＮＧ噴射管の先端にある噴射口が、前記複数の吸気ポートのうちの一部に向けて延出され、前記気体燃料噴射弁の先端部に連結された前記ＣＮＧ噴射管の噴射位置を、前記複数の吸気ポート間で変更可能な噴射位置変更手段が設けられることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明の内燃機関では、前記複数の吸気ポートは、タンジェンシャルポートとヘリカルポートとストレートポートのうちの少なくとも２種類のポートを有することを特徴としている。
【０００８】
本発明の内燃機関では、前記複数の吸気ポートは、タンジェンシャルポートとヘリカルポートであり、前記気体燃料噴射弁は、前記タンジェンシャルポートに気体燃料を噴射することを特徴としている。
【００１１】
本発明の内燃機関では、内燃機関の運転状態に応じて前記噴射位置変更手段を制御する制御手段が設けられることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の内燃機関によれば、シリンダに連通する形状の相違する複数の吸気ポートを設けると共に、この吸気ポートに気体燃料を噴射可能な気体燃料噴射弁を設け、この気体燃料噴射弁により複数の吸気ポートのうちの一部に気体燃料を噴射可能としている。従って、最適な形状の吸気ポートに気体燃料を噴射することが可能となり、空気と燃料との混合が良好な混合気を生成することができ、その結果、燃焼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関を表す概略平面図である。
【図２】図２は、実施例１の内燃機関を表す概略断面図である。
【図３】図３は、実施例１の内燃機関における吸気ポートを表す概略図である。
【図４】図４は、本発明の実施例２に係る内燃機関を表す概略平面図である。
【図５】図５は、本発明の実施例３に係る内燃機関を表す概略平面図である。
【図６】図６は、本発明の実施例４に係る内燃機関を表す概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明に係る内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関を表す概略平面図、図２は、実施例１の内燃機関を表す概略断面図、図３は、実施例１の内燃機関における吸気ポートを表す概略図である。
【００１６】
実施例１の内燃機関では、この内燃機関をディーゼルエンジンに適用して説明する。実施例１のディーゼルエンジンにおいて、図１乃至図３に示すように、シリンダブロック１１上にはシリンダヘッド１２がボルト締結されており、このシリンダブロック１１及びシリンダヘッド１２によりエンジン本体が構成されている。シリンダブロック１１には、その長手方向に沿って直列に配置するように４つのシリンダボア１３が鉛直方向に沿って形成され、各シリンダボア１３にピストン１４がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。シリンダブロック１１の下部には、図示しないクランクケースが締結され、このクランクケース内にクランクシャフトが回転自在に支持され、各ピストン１４は、それぞれコネクティングロッド１５を介してこのクランクシャフトに連結されている。
【００１７】
４つの燃焼室（シリンダ）１６は、シリンダブロック１１におけるシリンダボア１３の壁面とシリンダヘッド１２の下面とピストン１４の頂面に形成されたキャビティ（凹部）１４ａにより区画されて構成されている。そして、この各燃焼室１６に連通するように、シリンダヘッド１２の下面に吸気ポート１７及び排気ポート１８がそれぞれ対向して形成されており、この各吸気ポート１７及び各排気ポート１８に対して吸気弁１９及び排気弁２０の下端部がそれぞれ配置されている。この吸気弁１９及び排気弁２０は、シリンダヘッド１２に軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート１７及び排気ポート１８を閉止する方向（図２にて上方）に付勢支持されている。また、シリンダヘッド１２には、吸気カムシャフト２１及び排気カムシャフト２２が回転自在に支持されており、この吸気カムシャフト２１及び排気カムシャフト２２に形成された吸気カム及び排気カムが吸気弁１９及び排気弁２０の上端部に接触している。
【００１８】
本実施例では、各燃焼室１６に対して設けられた吸気ポート１７は、形状の相違する複数の吸気ポートから構成されている。具体的には、各吸気ポート１７は、タンジェンシャルポート１７ａとヘリカルポート１７ｂとから構成されており、シリンダヘッド１２に水平方向に略平行に形成され、各ポート１７ａ，１７ｂに対して吸気弁１９が設けられている。
【００１９】
タンジェンシャルポート１７ａは、一般的に、混合気の均質燃焼を実現するために、燃焼室１６内に供給される吸気をシリンダ接線方向に供給することによって筒内全体の大きなスワールを形成するためのものであり、スワール流が圧縮行程末期まで持続されると、着火時期においてスワール流の増速で発生する気流の乱れによって均質混合気が生成され、燃焼速度が高められて良好な均質燃焼を実現することが可能である。一方、ヘリカルポート１７ｂは、一般的に、混合気の成層燃焼を実現するために、燃焼室１６内に供給される吸気によって吸気ポート１７から出る時点で強い部分的なスワール流を形成するためのものであり、燃焼室１６内にスワール流を生成し、吸気流動を活発化すると共に、燃焼室１６内への燃料の直接噴射などにより燃焼室１６の中央部に着火しやすい濃混合気層を形成し、超希薄燃焼を実現することが可能である。
【００２０】
また、各燃焼室１６に対して設けられた排気ポート１８は、同形状をなす２つの排気ポート１８ａ，１８ｂから構成されている。更に、図示しないが、クランクシャフトに固結されたクランクシャフトスプロケットと、吸気カムシャフト２１及び排気カムシャフト２２にそれぞれ固結された各カムシャフトスプロケットとは、無端のタイミングチェーンが掛け回されており、クランクシャフトと吸気カムシャフト２１と排気カムシャフト２２が連動可能となっている。
【００２１】
従って、クランクシャフトに同期して吸気カムシャフト２１及び排気カムシャフト２２が回転すると、吸気カム及び排気カムが吸気弁１９及び排気弁２０を所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート１７（１７ａ，１７ｂ）及び排気ポート１８（１８ａ，１８ｂ）を開閉し、吸気ポート１７と燃焼室１６、燃焼室１６と排気ポート１８とをそれぞれ連通することができる。この場合、この吸気カムシャフト２１及び排気カムシャフト２２は、クランクシャフトが２回転（７２０度）する間に１回転（３６０度）するように設定されている。そのため、ディーゼルエンジンは、クランクシャフトが２回転する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の４行程を実行することとなり、このとき、吸気カムシャフト２１及び排気カムシャフト２２が１回転することとなる。
【００２２】
シリンダヘッド１２の吸気ポート１７側の側面には、吸気マニホールド２３が締結されており、この吸気マニホールド２３には吸気管２４が連結され、この吸気管２４の空気取入口にエアクリーナ２５が取付けられている。そして、このエアクリーナ２５の下流側にスロットルバルブ２６が設けられている。
【００２３】
また、本実施例では、吸気ポート１７（１７ａ，１７ｂ）に気体燃料を噴射可能な気体燃料噴射弁と、燃焼室１６に液体燃料を噴射可能な液体燃料噴射弁とが設けられており、気体燃料噴射弁は、タンジェンシャルポート１７ａとヘリカルポート１７ｂのうちの一部、つまり、タンジェンシャルポート１７ａに気体燃料を噴射可能となっている。この場合、気体燃料としては、圧縮天然ガス（ＣＮＧ：Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ  Ｎａｔｕｒａｌ  Ｇａｓ）燃料を適用し、液体燃料としては、軽油を適用している。
【００２４】
即ち、吸気マニホールド２３にて、その上部には４つの燃焼室１６に対応して４つのＣＮＧインジェクタ（気体燃料噴射弁）２７が直列をなして所定間隔で設けられている。この各ＣＮＧインジェクタ２７は、基端部側がその上方に配置されたＣＮＧデリバリパイプ２８に連結され、先端部側が吸気マニホールド２３内に侵入している。そして、各ＣＮＧインジェクタ２７は、先端部にＣＮＧ噴射管２９が連結され、各ＣＮＧ噴射管２９は、吸気マニホールド２３内をシリンダヘッド１２の各吸気ポート１７に向けて延出され、先端部が各タンジェンシャルポート１７ａ内に挿入されている。
【００２５】
ＣＮＧデリバリパイプ２８は、吸気マニホールド２３の上方で、且つ、吸気管２４の連結側に配置されており、ＣＮＧ供給管３０によりＣＮＧボンベ３１に連結されている。そして、このＣＮＧ供給管３０に、プレッシャレギュレータ３２が設けられている。このプレッシャレギュレータ３２は、ＣＮＧボンベ３１に貯留されているＣＮＧの圧力を低下させ、所定の供給圧に調整するものである。
【００２６】
この場合、各燃焼室１６に対してＣＮＧ燃料を均等に分配供給し、安定した燃焼を確保するために、ＣＮＧ燃料供給系のダイナミックレンジが、吸気行程にて、排気弁２０が閉じてから吸気弁１９が閉じるまでの間に、要求されたＣＮＧ燃料量を供給可能なものに設定されている。具体的には、ＣＮＧ燃料の供給圧を一定とした場合、供給量が小流量から大流量まで変動しても、所定の噴射時期（噴射期間）内に、要求されたＣＮＧ燃料量を噴射可能な応答特性を有するＣＮＧインジェクタ２７とする。また、供給量が小流量から大流量まで変動した場合、所定の噴射時期（噴射期間）内に、ＣＮＧインジェクタ２７が要求されたＣＮＧ燃料量を噴射できるように、ＥＣＵ４１がプレッシャレギュレータ３２を制御してＣＮＧ燃料の供給圧を調整可能とする。
【００２７】
従って、プレッシャレギュレータ３２は、ＣＮＧボンベ３１のＣＮＧの圧力を所定の供給圧に調整してから、ＣＮＧ供給管３０を通してＣＮＧデリバリパイプ２８に供給すると、このＣＮＧデリバリパイプ２８には所定圧のＣＮＧ燃料が維持され、各ＣＮＧインジェクタ２７を作動させることで、ＣＮＧ燃料をＣＮＧ噴射管２９を介して各タンジェンシャルポート１７ａに噴射することができる。
【００２８】
また、シリンダヘッド１２には、各燃焼室１６の中央部の上方に位置して４つの軽油インジェクタ（液体燃料噴射弁）３３が直列をなして所定間隔で設けられている。この各軽油インジェクタ３３は、基端部側がその上方に配置されたコモンレール３４に連結され、先端部側が燃焼室１６に臨んでいる。コモンレール３４は、シリンダヘッド１２の上方に配置されており、軽油供給管３５により軽油タンク３６に連結されている。そして、この軽油供給管３５に、高圧ポンプ３７が設けられている。この高圧ポンプ３７は、軽油タンク３６に貯留されている軽油の圧力を増加させ、所定の供給圧に調整するものである。
【００２９】
従って、高圧ポンプ３７は、軽油タンク３６の軽油の圧力を所定の供給圧に調整してから、軽油供給管３５を通してコモンレール３４に供給すると、このコモンレール３４には所定圧の軽油燃料が維持され、各軽油インジェクタ３３を作動させることで、軽油燃料を各燃焼室１６に噴射することができる。
【００３０】
一方、シリンダヘッド１２の排気ポート１８側の側面には、排気マニホールド３８が締結されており、この排気マニホールド３８には排気管３９が連結され、この排気管３９には、排気ガス中に含まれる有害物質を浄化処理する触媒４０が設けられている。この場合、触媒４０は、例えば、ＤＰＮＲとし、排気ガス中の微粒子（ＰＭ：パティキュレート）、特に、黒煙を捕集すると共に、排気空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下したときに吸蔵したＮＯｘを放出し、添加した燃料（還元剤）により還元するものとすることが望ましい。
【００３１】
なお、図示しないが、排気ガスを吸気系に戻す排気再循環(ＥＧＲ)装置を設けることが望ましい。このＥＧＲ装置は、排気管３９と吸気管２４とを連結して排気ガスの一部を吸気系へ再循環させるＥＧＲ通路と、このＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁と、ＥＧＲ通路に設けられて排気ガスを冷却するＥＧＲクーラとから構成される。
【００３２】
ところで、車両には、本実施例のディーゼルエンジンを制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）４１が搭載されている。このＥＣＵ４１は、各インジェクタ２７，３３による燃料噴射量や燃料噴射タイミングなどを制御可能となっており、検出した吸入空気量、アクセル開度、エンジン回転数、冷却水温などのエンジン運転状態に基づいてスロットル開度、燃料噴射量、噴射時期などを決定している。
【００３３】
即ち、吸気管２４の上流側にはエアフローセンサ４２が装着され、計測した吸入空気量をＥＣＵ４１に出力している。アクセルペダルにはアクセルポジションセンサ４３が設けられており、現在のアクセル開度をＥＣＵ４１に出力している。また、クランクシャフトにはクランク角センサ４４が設けられ、検出したクランク角度をＥＣＵ４１に出力し、ＥＣＵ４１はクランク角度に基づいて各気筒における吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出する。また、シリンダブロック１１には水温センサ４５が設けられており、検出したエンジン冷却水温をＥＣＵ４１に出力している。
【００３４】
また、排気管３９における触媒４０より上流側に空燃比（Ａ／Ｆ）センサ４６が設けられている。このＡ／Ｆセンサ４６は、燃焼室１６から排気ポート１８及び排気マニホールド３８を通して排気管３９に排気された排気ガスの排気空燃比（酸素量）を検出し、検出した排気空燃比をＥＣＵ４１に出力している。ＥＣＵ４１は、Ａ／Ｆセンサ４６が検出した排気空燃比をフィードバックし、エンジン運転状態に応じて設定された目標空燃比と比較することで、燃料噴射量を補正している。
【００３５】
ここで、実施例１のディーゼルエンジンの作動について説明する。
【００３６】
実施例１のディーゼルエンジンにおいて、図１及び図２に示すように、ＥＣＵ４１は、各種センサ４２，４３，４４，４５が検出した吸入空気量、アクセル開度、エンジン回転数、冷却水温などのエンジン運転状態に基づいて、ＣＮＧインジェクタ２７及び軽油インジェクタ３３によるＣＮＧ燃料及び軽油燃料の噴射量、燃料噴射時期を決定している。
【００３７】
即ち、ＥＣＵ４１は、エンジン運転状態に応じてプレッシャレギュレータ３２を制御し、ＣＮＧボンベ３１のＣＮＧの圧力を所定の供給圧に調整し、ＣＮＧデリバリパイプ２８に供給する。そして、ＥＣＵ４１は、各ＣＮＧインジェクタ２７を制御し、所定のタイミングで、ＣＮＧ燃料をＣＮＧ噴射管２９から各吸気ポート１７におけるタンジェンシャルポート１７ａに噴射する。この場合、ＣＮＧインジェクタ２７の燃料噴射時期は、吸気行程にて、排気弁２０が閉じてから吸気弁１９が閉じるまでの間に設定されている。
【００３８】
すると、タンジェンシャルポート１７ａに噴射されたＣＮＧ燃料は、エアクリーナ２５から取り入れられて吸気管２４を通ってタンジェンシャルポート１７ａに導入された空気と共に燃焼室１６内に供給される。このとき、タンジェンシャルポート１７ａを通って燃焼室１６に供給されるＣＮＧ燃料と空気の混合気は、シリンダ内の大きなスワール流となる。その後、ピストン１４が上昇して圧縮行程になると、混合気のスワール流は、圧縮行程末期まで持続される。なお、吸気管２４からヘリカルポート１７ｂを通って燃焼室１６に導入された空気は、強いスワール流としてヘリカルポート１７ｂから噴出される。
【００３９】
そして、ＥＣＵ４１は、各軽油インジェクタ３３を制御し、所定のタイミングで、軽油燃料を各燃焼室１６に噴射する。この場合、軽油燃料は、ピストン１４のキャビティ１４ａに向けて噴射されることとなり、その中心部に寄せ集められる。その後、燃焼室１６内が所定の圧力に達すると、この軽油燃料を基点としてＣＮＧ燃料と空気との混合気が着火し、この着火時期にて、スワール流の増速で発生する気流の乱れにより均質混合気が生成され、燃焼速度が高められて良好な均質燃焼が実現される。
【００４０】
このように実施例１の内燃機関にあっては、燃焼室１６に連通する形状の相違するタンジェンシャルポート１７ａとヘリカルポート１７ｂを形成すると共に、ＣＮＧ燃料を噴射可能なＣＮＧインジェクタ２７と、軽油燃料を噴射可能な軽油インジェクタ３３とを設け、ＣＮＧインジェクタ２７は、タンジェンシャルポート１７ａにＣＮＧ燃料を噴射し、軽油インジェクタ３３は、燃焼室１６に軽油燃料を噴射する。
【００４１】
従って、タンジェンシャルポート１７ａにＣＮＧ燃料を噴射することで、空気とＣＮＧ燃料とがスワール流となって燃焼室１６に導入されることとなり、空気とＣＮＧ燃料とが適正に混合されることで、良好な混合気を生成することができ、特に、エンジンの高負荷運転にて、良好な均質燃焼を実現して燃焼性を向上させることができる。
【００４２】
また、実施例１の内燃機関では、吸気管２４と、各燃焼室１６に連通する吸気ポート１７（１７ａ，１７ｂ）とを吸気マニホールド２３により連通し、ＣＮＧインジェクタ２７を吸気マニホールド２３に装着し、ＣＮＧ噴射管２９の先端にある噴射口がタンジェンシャルポート１７ａに向けて延出されている。従って、ＣＮＧ燃料を適切にタンジェンシャルポート１７ａに噴射することができると共に、ＣＮＧ燃料の供給系を軽油燃料の供給系に対して邪魔することなく効率的に配置することができる。
【００４３】
また、実施例１の内燃機関では、応答特性を有するＣＮＧインジェクタ２７としたり、プレッシャレギュレータ３２によりＣＮＧ燃料の供給圧を調整可能としたりすることで、ＣＮＧ燃料供給系のダイナミックレンジを向上させている。従って、吸気行程にて、排気弁２０が閉じてから吸気弁１９が閉じるまでの間に、要求されたＣＮＧ燃料量を適正に供給可能となり、各燃焼室１６に対してＣＮＧ燃料を均等に分配供給し、安定した燃焼を確保することができる。
【実施例２】
【００４４】
図４は、本発明の実施例２に係る内燃機関を表す概略平面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００４５】
実施例２のディーゼルエンジンにおいて、図４に示すように、吸気マニホールド２３にて、その上部には４つの燃焼室１６に対応して４つのＣＮＧインジェクタ２７が直列をなして所定間隔で設けられている。この各ＣＮＧインジェクタ２７は、基端部側がその上方に配置されたＣＮＧデリバリパイプ５１に連結され、先端部側が吸気マニホールド２３内に侵入し、ＣＮＧ噴射管２９が連結され、各ＣＮＧ噴射管２９は、各タンジェンシャルポート１７ａまで延出されている。
【００４６】
また、シリンダヘッド１２には、各燃焼室１６の中央部の上方に位置して４つの軽油インジェクタ３３が直列をなして所定間隔で設けられている。この各軽油インジェクタ３３は、基端部側が吸気マニホールド２３の上方に配置されたコモンレール５２に図示しない配管を介して連結され、先端部側が燃焼室１６に臨んでいる。
【００４７】
この場合、ＣＮＧデリバリパイプ５１は、吸気マニホールド２３の上方に位置し、吸気管２４の連結側で、燃焼室１６の配列方向の一方側に配置されている。また、コモンレール５２は、吸気マニホールド２３の上方に位置し、シリンダヘッド１２の連結側に配置されている。即ち、ＣＮＧデリバリパイプ５１とコモンレール５２は、吸気マニホールド２３の上方に水平方向に並んで配置されている。
【００４８】
このように実施例２の内燃機関にあっては、燃焼室１６に連通する形状の相違するタンジェンシャルポート１７ａとヘリカルポート１７ｂを形成すると共に、ＣＮＧ燃料をタンジェンシャルポート１７ａに噴射可能なＣＮＧインジェクタ２７と、軽油燃料を燃焼室１６に噴射可能な軽油インジェクタ３３とを設け、ＣＮＧデリバリパイプ５１とコモンレール５２を吸気マニホールド２３の上方に水平方向に並んで配置している。
【００４９】
従って、吸気マニホールド２３の上方に、ＣＮＧ燃料の供給系と軽油燃料の供給系を配置することで、各燃料供給系を効率良く配置することとなり、装置のコンパクト化を可能とすることができる。
【実施例３】
【００５０】
図５は、本発明の実施例３に係る内燃機関を表す概略平面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００５１】
実施例３のディーゼルエンジンにおいて、図５に示すように、各吸気ポート１７は、タンジェンシャルポート１７ａとヘリカルポート１７ｂとから構成されている。そして、シリンダヘッド１２の吸気ポート１７側の側面には、吸気マニホールド２３が締結されており、この吸気マニホールド２３には吸気管２４が連結されている。
【００５２】
この吸気マニホールド２３にて、その上部には４つの燃焼室１６に対応して４つのＣＮＧインジェクタ２７が直列をなして所定間隔で設けられている。この各ＣＮＧインジェクタ２７は、基端部側がその上方に配置されたＣＮＧデリバリパイプ２８に連結され、先端部側が吸気マニホールド２３内に侵入し、先端部にＣＮＧ噴射管２９が連結されている。この各ＣＮＧ噴射管２９は、吸気マニホールド２３内をシリンダヘッド１２の各吸気ポート１７に向けて延出され、先端部が各ヘリカルポート１７ｂ内に挿入されている。
【００５３】
そのため、ＣＮＧデリバリパイプ２８には、所定圧のＣＮＧ燃料が維持されており、各ＣＮＧインジェクタ２７を作動させることで、ＣＮＧ燃料をＣＮＧ噴射管２９を介して各ヘリカルポート１７ｂに噴射することができる。
【００５４】
従って、各ＣＮＧインジェクタ２７は、所定のタイミングで、ＣＮＧ燃料をＣＮＧ噴射管２９から各吸気ポート１７におけるヘリカルポート１７ｂに噴射する。この場合、ＣＮＧインジェクタ２７の燃料噴射時期は、吸気行程にて、排気弁２０が閉じてから吸気弁１９が閉じるまでの間に設定されている。
【００５５】
すると、ヘリカルポート１７ｂに噴射されたＣＮＧ燃料は、エアクリーナ２５から取り入れられて吸気管２４を通ってヘリカルポート１７ｂに導入された空気と共に燃焼室１６内に供給される。このとき、ヘリカルポート１７ｂを通って燃焼室１６に供給されるＣＮＧ燃料と空気の混合気は、強い部分的なスワール流となる。なお、吸気管２４からタンジェンシャルポート１７ａを通って燃焼室１６に導入された空気は、シリンダ内の大きなスワール流となる。
【００５６】
一方、各軽油インジェクタ３３は、所定のタイミングで、軽油燃料を各燃焼室１６に噴射する。この場合、軽油燃料は、ピストン１４のキャビティ１４ａに向けて噴射されることとなり、その中心部に寄せ集められる。その後、燃焼室１６内が所定の圧力に達すると、この軽油燃料を基点としてＣＮＧ燃料と空気との混合気が着火する。このとき、燃焼室１６におけるＣＮＧ燃料と空気との混合気からなるスワール流が、吸気流動を活発化すると共に、燃焼室１６へ噴射された軽油燃料により燃焼室１６の中央部に着火しやすい濃混合気層を形成することとなり、混合気の成層燃焼を可能とし、超希薄燃焼が実現される。
【００５７】
このように実施例３の内燃機関にあっては、燃焼室１６に連通する形状の相違するタンジェンシャルポート１７ａとヘリカルポート１７ｂを形成すると共に、ＣＮＧ燃料を噴射可能なＣＮＧインジェクタ２７と、軽油燃料を噴射可能な軽油インジェクタ３３とを設け、ＣＮＧインジェクタ２７は、ヘリカルポート１７ｂにＣＮＧ燃料を噴射し、軽油インジェクタ３３は、燃焼室１６に軽油燃料を噴射する。
【００５８】
従って、ヘリカルポート１７ｂにＣＮＧ燃料を噴射することで、空気とＣＮＧ燃料とが強い部分的なスワール流となって燃焼室１６に導入されることとなり、空気とＣＮＧ燃料とが適正に混合されることで、良好な混合気の生成することができ、特に、エンジンの低負荷運転にて、良好な成層燃焼を実現して燃焼性を向上させることができる。
【実施例４】
【００５９】
図６は、本発明の実施例４に係る内燃機関を表す概略平面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００６０】
実施例４のディーゼルエンジンにおいて、図６に示すように、各吸気ポート１７は、タンジェンシャルポート１７ａとヘリカルポート１７ｂとから構成されている。そして、シリンダヘッド１２の吸気ポート１７側の側面には、吸気マニホールド２３が締結されており、この吸気マニホールド２３には吸気管２４が連結されている。
【００６１】
この吸気マニホールド２３にて、その上部には４つの燃焼室１６に対応して４つのＣＮＧインジェクタ２７が直列をなして所定間隔で設けられている。この各ＣＮＧインジェクタ２７は、基端部側がその上方に配置されたＣＮＧデリバリパイプ２８に連結され、先端部側が吸気マニホールド２３内に侵入し、先端部にＣＮＧ噴射管６１が連結されている。この各ＣＮＧ噴射管６１は、吸気マニホールド２３内をシリンダヘッド１２の各吸気ポート１７に向けて延出され、先端部が各タンジェンシャルポート１７ａまたは各ヘリカルポート１７ｂに対向している。
【００６２】
そして、各ＣＮＧインジェクタ２７に連結されたＣＮＧ噴射管６１は、その噴射位置をタンジェンシャルポート１７ａとヘリカルポート１７ｂとの間で変更可能となっている。即ち、各ＣＮＧ噴射管６１は、軟質部材により構成され、先端部側に連結部６２がそれぞれ設けられ、各連結部６２は、ＣＮＧインジェクタ２７の配列方向に沿った連結ロッド６３により連結されている。そして、この連結ロッド６３の端部には、噴射位置変更手段としてのダイアフラムアクチュエータ６４が連結されており、このダイアフラムアクチュエータ６４は、ＥＣＵによりディーゼルエンジンの運転状態に応じて制御可能となっている。
【００６３】
そのため、ＥＣＵがダイアフラムアクチュエータ６４を作動することで、連結ロッド６３を介して各ＣＮＧ噴射管６１を移動し、先端部に設けられた噴射口を、タンジェンシャルポート１７ａに対向する位置と、ヘリカルポート１７ｂに対向する位置との間で移動することができる。
【００６４】
従って、ディーゼルエンジンが高負荷運転領域にあるとき、ＥＣＵは、ダイアフラムアクチュエータ６４を作動し、各ＣＮＧ噴射管６１の噴射口をタンジェンシャルポート１７ａに対向する位置に移動する。ここで、各ＣＮＧインジェクタ２７は、所定のタイミングで、ＣＮＧ燃料をＣＮＧ噴射管６１から各吸気ポート１７におけるタンジェンシャルポート１７ａに噴射する。
【００６５】
すると、タンジェンシャルポート１７ａに噴射されたＣＮＧ燃料は、空気と共に燃焼室１６内に供給され、このとき、タンジェンシャルポート１７ａを通って燃焼室１６に供給されるＣＮＧ燃料と空気の混合気は、シリンダ内の大きなンスワール流となる。一方、各軽油インジェクタ３３は、所定のタイミングで、軽油燃料を各燃焼室１６に噴射する。この場合、軽油燃料は、ピストン１４のキャビティ１４ａに向けて噴射され、その中心部に寄せ集められ、この軽油燃料を基点としてＣＮＧ燃料と空気との混合気が着火し、この着火時期にて、スワール流の増速で発生する気流の乱れにより均質混合気が生成され、燃焼速度が高められて良好な均質燃焼が実現される。
【００６６】
一方、ディーゼルエンジンが低負荷運転領域にあるとき、ＥＣＵは、ダイアフラムアクチュエータ６４を作動し、各ＣＮＧ噴射管６１の噴射口をヘリカルポート１７ｂに対向する位置に移動する。ここで、各ＣＮＧインジェクタ２７は、所定のタイミングで、ＣＮＧ燃料をＣＮＧ噴射管６１から各吸気ポート１７におけるヘリカルポート１７ｂに噴射する。
【００６７】
すると、ヘリカルポート１７ｂに噴射されたＣＮＧ燃料は、空気と共に燃焼室１６内に供給され、このとき、ヘリカルポート１７ｂを通って燃焼室１６に供給されるＣＮＧ燃料と空気の混合気は、強い部分的なスワール流となる。一方、各軽油インジェクタ３３は、所定のタイミングで、軽油燃料を各燃焼室１６に噴射する。この場合、軽油燃料は、ピストン１４のキャビティ１４ａに向けて噴射され、その中心部に寄せ集められ、この軽油燃料を基点としてＣＮＧ燃料と空気との混合気が着火する。このとき、燃焼室１６におけるＣＮＧ燃料と空気との混合気からなるスワール流が、吸気流動を活発化すると共に、燃焼室１６へ噴射された軽油燃料により燃焼室１６の中央部に着火しやすい濃混合気層を形成することとなり、混合気の成層燃焼を可能とし、超希薄燃焼が実現される。
【００６８】
このように実施例４の内燃機関にあっては、燃焼室１６に連通する形状の相違するタンジェンシャルポート１７ａとヘリカルポート１７ｂを形成すると共に、ＣＮＧ燃料を噴射可能なＣＮＧインジェクタ２７と、軽油燃料を噴射可能な軽油インジェクタ３３とを設け、ダイアフラムアクチュエータ６４によりＣＮＧインジェクタ２７による噴射位置を、タンジェンシャルポート１７ａとヘリカルポート１７ｂとの間で変更可能としている。
【００６９】
従って、ＣＮＧ燃料をタンジェンシャルポート１７ａとヘリカルポート１７ｂとの間で選択的に噴射可能となり、ディーゼルエンジンの運転状態に応じて適正な吸気ポートにＣＮＧ燃料を噴射することができ、燃焼性を向上させることができる。
【００７０】
また、実施例４の内燃機関では、ＥＣＵは、ディーゼルエンジンの運転状態により、高負荷運転状態では、ＣＮＧ燃料をタンジェンシャルポート１７ａに噴射し、低負荷運転状態では、ＣＮＧ燃料をヘリカルポート１７ｂに噴射するようにしている。従って、ディーゼルエンジンの高負荷運転では、良好な均質燃焼を実現することができ、ディーゼルエンジンの低負荷運転では、良好な成層燃焼を実現することができ、その結果、全ての運転領域で燃焼性を向上させることができる。
【００７１】
なお、上述した各実施例では、吸気ポート１７にて、形状の相違する複数の吸気ポートとして、タンジェンシャルポート１７ａとヘリカルポート１７ｂとを設けたが、この組み合わせに限定されるものではなく、ストレートポートと組み合わせてもよい。即ち、形状の相違する複数の吸気ポートとして、タンジェンシャルポートとストレートポートを設けたり、ヘリカルポートとストレートポートを設けてもよく、更に、タンジェンシャルポートとヘリカルポートとストレートポートの３つのポートを設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
以上のように、本発明に係る内燃機関は、形状の相違する複数の吸気ポートを設け、気体燃料噴射弁により複数の吸気ポートのうちの一部に気体燃料を噴射可能とすることで、良好な混合気の生成を可能として燃焼性を向上させるものであり、どのような形式の内燃機関にも適用しても有用である。
【符号の説明】
【００７３】
１６  燃焼室（シリンダ）
１７  吸気ポート
１７ａ  タンジェンシャルポート
１７ｂ  ヘリカルポート
１８  排気ポート
２７  ＣＮＧインジェクタ（気体燃料噴射弁）
２８，５１  ＣＮＧデリバリパイプ
２９  ＣＮＧ噴射管
３２  プレッシャレギュレータ
３３  軽油インジェクタ（液体燃料噴射弁）
３４，５２  コモンレール
３７  高圧ポンプ
４１  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
６４  ダイアフラムアクチュエータ（噴射位置変更手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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