(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッド（６）に吸気ポート（１１・１２）と排気ポート（１４・１５）を設け、シリンダ（３）の上面の略中央部に臨ませて点火プラグ（１０）を設け、上記点火プラグ（１０）の近傍に濃混合気を形成し、その周囲に希薄混合気を形成するように構成した火花点火式エンジンにおいて、
上記吸気ポート（１１・１２）は、上記シリンダ（３）内の中央寄りに吸気を流入させる第１吸気ポート（１１）と、上記シリンダ（３）の周壁（３ａ）に沿って旋回流（Ｓ）を生じさせる第２吸気ポート（１２）とから成り、上記第１吸気ポート（１１）内を流れる吸気に乗せて燃料（Ｇ）を供給するように構成し、
上記第１吸気ポート（１１）をストレートポートにより構成し、上記第２吸気ポート（１２）をスワールポートにより構成し、
上記ストレートポート（１１）の吸気弁口（１１Ａ）のうち、上記シリンダ（３）の中央寄りで、上記スワールポート（１２）の吸気弁口（１２Ａ）から遠い部分を第１弁口部分（１１ａ）と規定し、上記ストレートポート（１１）内を上記第１弁口部分（１１ａ）に向けて流れる第１気流（Ａａ）に乗せて燃料（Ｇ）を供給するように構成し、
上記第１気流（Ａａ）が流れるストレートポート（１１）内の領域を第１ポート領域（Ａ）と規定し、この第１ポート領域（Ａ）とその他の領域（Ｂ・Ｃ・Ｄ）を仕切板（２０）で区画した、ことを特徴とする火花点火式エンジン。
【請求項２】
請求項１に記載した火花点火式エンジンにおいて、
上記仕切板（２０）に代えて、上記第１ポート領域（Ａ）内にガスパイプ（２１）を挿入し、このガスパイプ（２１）により供給した燃料ガス（Ｇ）を前記第１弁口部分（１１ａ）の近傍のポート壁（１１Ｊ）に衝突させるように構成した、ことを特徴とする火花点火式エンジン。
【請求項３】
シリンダヘッド（６）に吸気ポート（１１・１２）と排気ポート（１４・１５）を設け、シリンダ（３）の上面の略中央部に臨ませて点火プラグ（１０）を設け、上記点火プラグ（１０）の近傍に濃混合気を形成し、その周囲に希薄混合気を形成するように構成した火花点火式エンジンにおいて、
上記吸気ポート（１１・１２）は、上記シリンダ（３）内の中央寄りに吸気を流入させる第１吸気ポート（１１）と、上記シリンダ（３）の周壁（３ａ）に沿って旋回流（Ｓ）を生じさせる第２吸気ポート（１２）とから成り、上記第１吸気ポート（１１）内を流れる吸気に乗せて燃料（Ｇ）を供給するように構成し、
上記第１吸気ポート（１１）をストレートポートにより構成し、上記第２吸気ポート（１２）をスワールポートにより構成し、
上記ストレートポート（１１）の吸気弁口（１１Ａ）のうち、上記シリンダ（３）の中央寄りで、上記スワールポート（１２）の吸気弁口（１２Ａ）に近い部分を第４弁口部分（１１ｄ）と規定し、上記ストレートポート（１１）内を上記第４弁口部分（１１ｄ）に向けて流れる第４気流（Ａｄ）に乗せて燃料（Ｇ）を供給するように構成し、
上記第４気流（Ａｄ）が流れるストレートポート（１１）内の領域を第４ポート領域（Ｄ）と規定し、この第４ポート領域（Ｄ）とその他の領域（Ａ・Ｂ・Ｃ）を仕切板（２０）で区画した、ことを特徴とする火花点火式エンジン。
【請求項４】
請求項３記載した火花点火式エンジンにおいて、
上記仕切板（２０）に代えて、上記第４ポート領域（Ｄ）内にガスパイプ（２１）を挿入し、このガスパイプ（２１）により供給した燃料ガス（Ｇ）を前記第４弁口部分（１１ｄ）の近傍のポート壁（１１Ｋ）に衝突させるように構成した、ことを特徴とする火花点火式エンジン。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載した火花点火式エンジンにおいて、
上記第２吸気ポート（１２）に排気ガス（Ｅｇ）の一部分を供給するように構成した、ことを特徴とする火花点火式エンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高効率でクリーンな希薄燃焼を実現するために採用される火花点火式エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記希薄燃焼を実現するためには、燃焼室内に理論混合比よりも薄い希薄混合気を作りつつ、同時に、点火プラグの周辺に着火可能な濃混合気を形成することが必要である。この種の火花点火式エンジンとしては、従来より例えば以下に示すものが知られている。
【０００３】
この火花点火式エンジンは、吸気路に第１の燃料噴射器を設け、点火プラグの近傍に第２の燃料噴射器を設け、第１の燃料噴射器により供給した燃料で燃焼室内に希薄混合気を形成し、第２の燃料噴射器により圧縮行程終期に供給した燃料で点火プラグの近傍に濃混合気を形成し、濃混合気に着火した火炎で希薄混合気を燃焼させるように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、点火プラグの近傍に形成された濃混合気の周囲を希薄混合気で均等に囲むことにより、火炎の円滑な伝播を意図しているが、圧縮行程の終期において、濃混合気と希薄混合気とが入り交じり、必ずしも火炎の円滑な伝播が達成されない。特にガス燃料を用いるガスエンジンにあっては、濃混合気の拡散性により濃混合気を希薄混合気内に封じ込めることができず、良好な燃焼を期待することができない。
【０００５】
また、上記従来技術では二つの燃料噴射器を必要とするのでコスト高になる。しかも、圧縮行程終期の高い筒内圧に抗して燃料を燃焼室内に噴射することから、第２の燃料噴射器は高圧の噴射圧を必要とする。このため高圧のコンプレッサーが必要になり、また、第１の燃料噴射器と第２の燃料噴射器とでは、燃料ガスの供給圧を別々に設定する必要がある。これらの点でもコスト高になる。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮したもので、特に下記の点を技術課題とする。（イ）濃混合気を希薄混合気内に封じ込めて、火炎を円滑に伝播させて燃焼の改善を図る。（ロ）燃料噴射器を一つで済ませ、低圧の調圧器に連結した燃料噴射器で燃料ガスの供給することにより、構成の簡素化と低コスト化を図る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の基本構成を備える。
例えば図１及び図２に示すように、シリンダヘッド６に吸気ポート１１・１２と排気ポート１４・１５を設け、シリンダ３の上面の略中央部に臨ませて点火プラグ１０を設け、上記点火プラグ１０の近傍に濃混合気を形成し、その周囲に希薄混合気を形成するように構成する。
【０００８】
請求項１に記載の発明は、上記基本構成を備える火花点火式エンジンにおいて、上記吸気ポート１１・１２は、上記シリンダ３内の中央寄りに吸気を流入させる第１吸気ポート１１と、上記シリンダ３の周壁３ａに沿って旋回流Ｓを生じさせる第２吸気ポート１２とから成り、上記第１吸気ポート１１内を流れる吸気に乗せて燃料Ｇを供給するように構成する。
【０００９】
ここで、「吸気に乗せて燃料Ｇを供給する」とは、燃料噴射器による燃料の噴射が、シリンダ３内に流下する吸気の自然な流れを妨げないことを意味する。また、燃料Ｇを供給する燃料噴射器は、第１吸気ポート１１に臨ませて設ける場合に限らず、吸気管１３に臨ませて設ける場合でも差し支えない。第１吸気ポート１１内を流れる吸気に乗せて燃料Ｇを供給できればよいからである。
【００１０】
上記第１吸気ポート１１をストレートポートにより構成し、上記第２吸気ポート１２をスワールポートにより構成する。
【００１１】
上記ストレートポート１１の吸気弁口１１Ａのうち、シリンダ３の中央寄りで、スワールポート１２の吸気弁口１２Ａから遠い部分を第１弁口部分１１ａと規定し、上記ストレートポート１１内を上記第１弁口部分１１ａに向けて流れる第１気流Ａａに乗せて燃料Ｇを供給するように構成する。
例えば図１（Ｂ）に示すように、上記第１気流Ａａが流れるストレートポート１１内の領域を第１ポート領域Ａと規定し、上記第１ポート領域Ａとその他の領域Ｂ・Ｃ・Ｄを仕切板２０で区画した、ことを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載した火花点火式エンジンにおいて、図１１に示すように、上記仕切板２０に代えて、上記第１ポート領域Ａ内にガスパイプ２１を挿入し、このガスパイプ２１により供給したガス燃料Ｇを前記第１弁口部分１１ａの近傍のポート壁１１Ｊに衝突させるように構成した、ことを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、上記基本構成を備える火花点火式エンジンにおいて、次のように構成する。
上記吸気ポート１１・１２は、上記シリンダ３内の中央寄りに吸気を流入させる第１吸気ポート１１と、上記シリンダ３の周壁３ａに沿って旋回流Ｓを生じさせる第２吸気ポート１２とから成り、上記第１吸気ポート１１内を流れる吸気に乗せて燃料Ｇを供給するように構成する。
上記第１吸気ポート１１をストレートポートにより構成し、上記第２吸気ポート１２をスワールポートにより構成する。
上記ストレートポート１１の吸気弁口１１Ａのうち、上記シリンダ３の中央寄りで、上記スワールポート１２の吸気弁口１２Ａに近い部分を第４弁口部分１１ｄと規定し、上記ストレートポート１１内を上記第４弁口部分１１ｄに向けて流れる第４気流Ａｄに乗せて燃料Ｇを供給するように構成する。
上記第４気流Ａｄが流れるストレートポート１１内の領域を第４ポート領域Ｄと規定し、この第４ポート領域Ｄとその他の領域Ａ・Ｂ・Ｃを仕切板２０で区画した、ことを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、上記請求項３に記載した火花点火式エンジンにおいて、次のように構成する。
上記仕切板２０に代えて、上記第４ポート領域Ｄ内にガスパイプ２１を挿入し、このガスパイプ２１により供給した燃料ガスＧを前記第４弁口部分１１ｄの近傍のポート壁１１Ｋに衝突させるように構成した、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載した火花点火式エンジンにおいて、例えば図１２に示すように、上記第２吸気ポート１２に排気ガスＥｇの一部分を供給するように構成した、ことを特徴とする。
【００１６】
【発明の作用・効果】
本発明によれば、以下の作用・効果を奏する。（イ）請求項１に記載の発明では、吸気ポート１１・１２が、シリンダ３内の中央寄りに吸気を流入させる第１吸気ポート１１と、シリンダ３の周壁３ａに沿って旋回流Ｓを生じさせる第２吸気ポート１２とから成り、上記第１吸気ポート１１内を流れる吸気に乗せて燃料Ｇを供給するように構成したことから、濃混合気を希薄混合気内に封じ込め、火炎を円滑に伝播させて燃焼の改善を図ることができる。
【００１７】
即ち、第１吸気ポート１１内を流れる吸気に乗せて燃料Ｇを供給することにより、シリンダ３内の中央寄りに燃料Ｇを多く含んだ吸気が流入し、シリンダ３内中央部に濃混合気が形成される。これと並行して第２吸気ポート１２内を流れる吸気によりシリンダ３の周壁３ａに沿う旋回流Ｓが生じ、この旋回流Ｓは、シリンダ３内の中央部に形成された濃混合気を囲う。その結果、濃混合気は希薄混合気内に封じ込められ、シリンダ３内の半径方向に層状の混合気が形成される。この状態で上記濃混合気に着火した火炎は、その周囲の希薄混合気に円滑に伝播して燃焼が促進され、短時間で完全燃焼する。これにより燃焼の改善を図り、出力向上と低燃費化、ひいては低ＮＯX 化が可能になる。
【００１８】
（ロ）請求項１に記載の発明では、上記第１吸気ポート１１内を流れる吸気に乗せて燃料Ｇを供給するように構成したことから、燃料を供給する燃料噴射器は一つで済み、構成の簡素化と低コスト化を図ることができる。
即ち、層状の混合気を形成するために設けられる燃料噴射器は、第１吸気ポート内を流れる吸気に乗せて燃料Ｇを供給するものであるから、従来例のような、圧縮行程の終期の筒内圧に抗して燃料ガスＧを供給する第２燃料噴射器は不要になる。従って、燃料噴射器は一つで足り、強力な噴射圧を必要としないので、構成の簡素化と底コスト化を図ることができる。
【００１９】
（ハ）請求項１に記載の発明では、例えば図１に示すように、第１吸気ポート１１をストレートポートにより構成し、第２吸気ポート１２をスワールポートにより構成したことから、ストレートポート１１内を流れる吸気に乗せて燃料Ｇが供給されることにより、シリンダ３内の中央部に濃混合気が確実に形成され、スワールポート１２内を流れる吸気によりシリンダ３の周壁３ａに沿う旋回流Ｓが確実に形成される。従って、上記濃混合気は旋回流Ｓに封じ込められて層状の混合気が形成される。
【００２０】
（ニ）請求項１に記載の発明では、例えば図１（Ａ）に示すように、上記ストレートポート１１の吸気弁口１１Ａのうち、シリンダ３の中央寄りで、スワールポート１２の吸気弁口１２Ａから遠い部分を第１弁口部分１１ａと規定し、上記ストレートポート１１内を第１弁口部分１１ａに向けて流れる第１気流Ａａに乗せて燃料Ｇを供給するように構成したことから、例えば図３に示すように、吸気行程では、ストレートポート１１内を流れる第１気流Ａａに乗せて燃料Ｇが供給されることにより、シリンダ３内中央部寄りに濃混合気Ｇａが形成されるとともに、スワールポート１２内を流れる吸気によりシリンダ３の周壁３ａに沿う旋回流Ｓが形成される。そして圧縮行程では上記濃混合気Ｇａは旋回流Ｓに封じ込められ、確実に層状の混合気が形成される。これにより前記効果（イ）を奏することとなる。
【００２１】
（ヘ）請求項３に記載の発明では、上記ストレートポート１１の弁口１１Ａのうち、上記シリンダ３の中央寄りで、上記スワールポート１２の吸気弁口１２Ａに近い部分を第４弁口部分１１ｄと規定し、上記ストレートポート１１内を第４弁口部分１１ｄに向けて流れる第４気流Ａｄに乗せて燃料Ｇを供給するように構成したことから、例えば図６に示すように、吸気行程では、ストレートポート１１内を流れる第４気流Ａｄに乗せて燃料Ｇが供給されることにより、シリンダ３内中央部に濃混合気Ｇａが形成されるとともに、スワールポート１２内を流れる吸気によりシリンダ３の周壁３ａに沿う旋回流Ｓが形成される。そして圧縮行程では、上記濃混合気Ｇａは旋回流Ｓに封じ込められ、確実に層状の混合気が形成される。これにより前記効果（イ）を奏することとなる。
【００２２】
（ト）請求項１または３に記載の発明では、上記第１ポート領域Ａとその他の領域Ｂ・Ｃ・Ｄ、又は第４ポート領域Ｄとその他の領域Ａ・Ｂ・Ｃを仕切板２０で区画したことから、上記仕切板２０で区画した上記いずれかの領域Ａ・Ｄ内を流れる気流Ａａ・Ａｄに乗せて供給した燃料Ｇが他の領域内に混入するのを回避することができる。これにより確実にシリンダ３内の中央部に濃混合気Ｇａを形成することができる。
【００２３】
（チ）請求項２または４に記載の発明では、請求項１または３に記載した火花点火式エンジンにおいて、上記仕切板２０に代えて、上記第１ポート領域Ａ又は第４ポート領域Ｄ内にガスパイプ２１を挿入し、ガス燃料Ｇを前記第１弁口部分１１ａ又は第４弁口部分１１ｄの近傍のポート壁１１Ｊ・１１Ｋに衝突させるように構成したことから、上記ガスパイプ２０により供給した燃料Ｇが他の領域内に混入するのを回避することができる。これにより、確実にシリンダ３内の中央部に濃混合気Ｇａを形成することができる。
【００２４】
（リ）請求項５に記載の発明では、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載した火花点火式エンジンにおいて、上記第２吸気ポート１２に排気ガスＥｇの一部分を供給するように構成したことから、着火の改善と低ＮＯX 化とを両立することができる。
【００２５】
即ち、吸気に排気ガスＥｇを混入することにより、本来なら着火性が低下するが、請求項７に記載の発明では、シリンダ３内の中央部に濃混合気Ｇａが形成されるので着火が容易になる。また、上記第２吸気ポート１２に質量及び比熱が大きい排気ガスＥｇの一部分を供給することにより、上記旋回流Ｓ中に比熱が大きい排気ガスＥｇが混入することとなるので、燃焼温度の上昇を防止し、ひいては低ＮＯX 化が可能になる。つまり、着火の改善と低ＮＯX 化とを両立することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいてさらに詳しく説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係る火花点火式ガスエンジンの要部を示し、図１（Ａ）はその要部の平面図、図１（Ｂ）はその要部の斜視図、図２はその火花点火式ガスエンジンの概要図である。
【００２７】
この火花点火式ガスエンジンＥは、図２に示すように、クランクケース２と一体のシリンダブロック１にシリンダヘッド６を固定し、シリンダ３内にピストン４を遊動自在に内嵌し、上記シリンダヘッド６に二つの吸気ポート１１・１２と二つの排気ポート１４・１５と点火プラグ１０とを設け、上記点火プラグ１０をシリンダ３上面の略中央部に臨ませて構成されている。
【００２８】
上記吸気ポート１１・１２の各吸気弁口１１Ａ・１２Ａには吸気弁７・７が、上記排気ポート１４・１５の各排気弁口１４Ａ・１５Ａには排気弁８・８が、それぞれ設けられている。また、上記吸気ポート１１・１２は吸気管１３を介して図示しないエアクリーナに連通され、上記排気ポート１４・１５は排気管１６を介して図示しない排気マフラに連通されている。上記ピストン４の頂面には、スキッシュ流れが生じないように大径の燃焼室５が凹設されている。なお、図２中の符号１７はスロットルバルブ、１８は燃料噴射器、Ｇは燃料ガスをそれぞれ示す。
【００２９】
上記吸気ポート１１・１２は、図１に示すように、上記シリンダ３内の中央寄りに吸気を流入させる第１吸気ポート１１と、上記シリンダ３の周壁３ａに沿う旋回流Ｓを生じさせる第２吸気ポート１２とから成り、図２に示すように、上記第１吸気ポート１１に連通する吸気管１３に燃料噴射器１８を設け、後述する仕切板２０にガス燃料Ｇを衝突させることにより、当該第１吸気ポート１１内を流れる吸気に乗せてガス燃料Ｇを供給するように構成されている。
【００３０】
図１に示すように、上記第１吸気ポート１１はストレートポートにより構成され、上記第２吸気ポート１２はスワールポートにより構成されている。これは、ストレートポート１１内を流れる吸気に乗せてガス燃料Ｇを供給することにより、シリンダ３内の中央部に濃混合気を形成し、スワールポート１２内を流れる吸気によりシリンダ３の周壁３ａに沿う旋回流Ｓを形成し、もってシリンダ内の半径方向に層状の混合気を形成することを意図したものである。
【００３１】
本実施形態では、図１及び図２に示すように、ストレートポート１２の第１ポート領域Ａ内を第１弁口領域１１ａに向けて流れる第１気流Ａａに乗せてガス燃料Ｇを供給するために、上記ストレートポート１１内を仕切板２０で仕切ることにより、第１ポート領域Ａとその他の領域Ｂ・Ｃ・Ｄを区画している。
【００３２】
ここで、上記ストレートポート１１の吸気弁口１１Ａを四つの弁口部分に分ける。そのうちの、上記シリンダ３の中央寄りで、上記スワールポート１２の吸気弁口１２Ａから遠い領域を第１弁口部分１１ａ、上記シリンダ３の中央から遠くて上記スワールポート（１２）の吸気弁口１２Ａから遠い部分を第２弁口部分１１ｂ、上記シリンダ３の中央から遠くて上記スワールポート１２の吸気弁口１２Ａに近い部分を第３弁口部分１１ｃ、上記シリンダ３の中央寄りで上記スワールポート１２の吸気弁口１２Ａに近い部分を第４弁口部分１１ｄと規定する。また、上記ストレートポート１１内を各弁口部分１１ａ・１１ｂ・１１ｃ・１１ｄに向かって流れる気流をそれぞれ第１〜第４気流Ａａ・Ａｂ・Ａｃ・Ａｄと規定し、各気流が流れるストレートポート１１内の領域を第１〜第４ポート領域Ａ・Ｂ・Ｃ・Ｄと規定する。
【００３３】
後述するように、上記ストレートポート１１の第１ポート領域Ａ内を第１弁口部分１１ａに向けて流れる第１気流Ａａに乗せてガス燃料Ｇを供給するときに最良の着火性と燃焼性を得ることができ、第４ポート領域Ｄ内を第４弁口部分１１ｄに向けて流れる第４気流Ａｄに乗せてガス燃料Ｇを供給する場合に、上記に次ぐ着火性と燃焼性を得ることができた。以下、この点について詳述する。
【００３４】
図３〜図６は、いずれもシリンダの下方より負圧をかけたときの定常流シミュレーション（計算）によるシリンダ内の同一時刻における気流の状態を示す斜視図であり、シリンダの上面から所定距離隔てた位置における混合気の生成状態を等濃度曲線で示す。ここで図３はストレートポート１１内を前記仕切板２０で区画した第１ポート領域Ａ内にガス燃料Ｇを供給した場合のシリンダ内の混合気の生成状態を示し、図４は同様に区画した第２ポート領域Ｂ内にガス燃料Ｇを供給した場合を示し、図５は同様に区画した第３ポート領域Ｃ内にガス燃料Ｇを供給した場合を示し、図６は同様に区画した第４ポート領域Ｄ内にガス燃料Ｇを供給した場合を示している。所定距離隔てた位置における各面を上から順に第１面（Ｈ１）〜第４面（Ｈ４）と規定する。
【００３５】
図３に示すように、吸気行程において第１ポート領域Ａ内にガス燃料Ｇを供給した場合には、当該ガス燃料Ｇは第１気流Ａａに乗って第１弁口部分１１ａよりシリンダ３内に流下するため、ストレートポート１１及びスワールポート１２の各吸気弁口１１Ａ・１２Ａの直下に位置する第１面Ｈ１では、第１弁口部分１１ａの直下に濃混合気Ｇａが生成され、スワールポート１２の吸気弁口１２Ａから流下した気流によりシリンダ３の周壁３ａに沿う旋回流（Ｓ）が形成される。
【００３６】
第２面Ｈ２では上記濃混合気Ｇａはシリンダ３の周壁３ａに沿う旋回流Ｓによってシリンダ３の中央寄りに押され、第３面Ｈ３では上記濃混合気Ｇａは当該旋回流Ｓによって完全に包囲され、第４面Ｈ４では上記濃混合気Ｇａは当該旋回流Ｓによってシリンダ３の中央部に閉じ込められる。
【００３７】
引き続く圧縮行程では、当該濃混合気Ｇａをシリンダ３内の中央部に閉じ込めたまま、ピストン４が上昇するが、このピストン４はスキッシュ流を生じないので、旋回流Ｓの勢いは弱められることがない。従って、希薄混合気Ｇｂにより点火プラグ１０の近傍に濃混合気Ｇａが封じ込められ、シリンダの半径方向に層状の混合気が形成される。この状態で当該濃混合気Ｇａに着火した火炎は、その周囲の希薄混合気Ｇｂに円滑に伝播して燃焼が一段と促進され、極めて短時間で完全燃焼する。これにより燃焼の改善を図ることができ、出力向上と低燃費化、ひいては超低ＮＯX 化が可能になる。
【００３８】
図４に示すように、吸気行程において第２ポート領域Ｂ内にガス燃料Ｇを供給した場合には、第１面Ｈ１では第２弁口部分１１ｂの直下に濃混合気Ｇａが生成され、スワールポート１２の吸気弁口１２Ａから流下した気流によりシリンダ３の周壁３ａに沿う旋回流Ｓが形成される。第２面Ｈ２及び第３面Ｈ３では、上記濃混合気Ｇａは上記旋回流Ｓによって周壁３ａに沿う方向へ押され、第４面Ｈ４では当該旋回流Ｓによってシリンダ３内に拡散されて全体が希薄混合気Ｇｂになる。従って、この場合には着火性や燃焼性の向上は期待できない。
【００３９】
図５に示すように、吸気行程において第３ポート領域Ｃ内にガス燃料Ｇを供給した場合には、第１面Ｈ１では第３弁口領域１１ｃの直下に濃混合気Ｇａが生成され、スワールポート１２の吸気弁口１２Ａから流下した気流によりシリンダ３の周壁３ａに沿う旋回流Ｓが形成される。第２面Ｈ２及び第３面Ｈ３では、上記濃混合気Ｇａは上記旋回流Ｓによって、周壁３ａに沿う方向へ押され、第４面Ｈ４では当該旋回流Ｓによってシリンダ３内に拡散されて全体が希薄混合気Ｇｂになる。従って、この場合にも着火性や燃焼性の向上は期待できない。
【００４０】
図６に示すように、吸気行程において第４ポート領域Ｄ内にガス燃料Ｇを供給した場合には、第１面Ｈ１では第４弁口領域１１ｄの直下に濃混合気Ｇａが生成され、スワールポート１２の吸気弁口１２Ａから流下した気流によりシリンダ３の周壁３ａに沿う旋回流Ｓが形成される。第２面Ｈ２では上記濃混合気Ｇａはシリンダの周壁３ａに沿う旋回流Ｓによって、シリンダ３の中央寄りに押され、第３面Ｈ３では上記濃混合気Ｇａは当該旋回流Ｓによって完全に包囲され、第４面Ｈ４では上記濃混合気Ｇａは当該旋回流Ｓによってシリンダ３の中央部に閉じ込められ、その周囲に希薄混合気Ｇｂが形成される。つまりシリンダ３の半径方向に層状の混合気が形成される。従ってこの場合には、図３の場合に次いで着火性や燃焼性の向上が期待できる。
【００４１】
図７〜図１０は、前記各ポート領域Ａ・Ｂ・Ｃ・Ｄ内に燃料ガスを供給した場合について、燃焼効率等をそれぞれ比較したグラフである。
図７は空気過剰率λと燃焼効率との関係を示す。この図７によれば、第２ポート領域Ｂ内にガス燃料Ｇを供給した場合には、燃焼効率が極端に悪いことが分かる。これは、図４に示すように、シリンダ３の周壁３ａに沿って濃混合気Ｇａが形成されることから、未燃ガスが発生しやすいことを示している。
【００４２】
図８は空気過剰率λとサイクル変動率との関係を示す。図８において、サイクル変動率が５％未満なら着火が安定し、５％以上なら着火が不安定となる。
この図８によれば、第１ポート領域Ａ内にガス燃料を供給した場合には、空気過剰率λがかなり大きくても着火性が良いことが分かる。このことは、実際には点火プラグ１０の回りに濃混合気が形成されていることを示している。
【００４３】
図９は空気過剰率λと冷却損失との関係を示す。この図９によれば、第１ポート領域Ａ内にガス燃料を供給した場合には、空気過剰率λの全域において冷却損失が小さく、熱効率が良いことが分かる。この点は図１０によって裏付けられる。即ち、図１０は空気過剰率λと熱効率との関係を示し、この図１０によれば、第１ポート領域Ａ及び第４ポート領域Ｄ内にガス燃料を供給した場合には、熱効率が良いことが分かる。
【００４４】
以上のことから、第１ポート領域Ａ又は第４ポート領域Ｄ内を流れる気流に乗せてガス燃料を供給した場合には、着火性と燃焼性の向上を図ることができることが判明した。なお、上記の実施形態ではガス燃料Ｇについて例示したが、これに限らず、ガソリンを燃料とする火花点火式エンジンについても、本発明を適用することができる。
【００４５】
図１１は本発明の第２の実施形態を示す図１（Ａ）相当図である。
この実施形態では、前記仕切板２０に代えて、第１ポート領域Ａ内にガスパイプ２１を挿入し、ガス燃料Ｇを前記第１弁口部分１１ａの近傍のポート壁１１Ｊに衝突させるようにしたものである。この場合には、ガスパイプ２１により供給したガス燃料Ｇが他の領域内に混入するのを回避することができる。これにより確実にシリンダ３内中央部に濃混合気Ｇａを形成することができる。なお、上記の構成に代えて、第４ポート領域Ｄ内に仮想線で示すガスパイプ２１を挿入し、ガス燃料Ｇを第４弁口部分１１ｄの近傍のポート壁１１Ｋに衝突させるようにしてもよい。
【００４６】
図１２は本発明の第３の実施形態を示す図１（Ａ）相当図である。
この実施形態では、第２吸気ポートであるスワールポート１２に排気ガスＥｇの一部分を供給するように構成したもので、着火の改善と低ＮＯX 化の両立を意図したものである。
【００４７】
即ち、吸気に排気ガスＥｇを混入することにより、本来なら着火性が低下するが、この実施形態では、シリンダ３内の中央部の点火プラグ１０の近傍に濃混合気Ｇａが形成されるので着火が容易になる。また、上記スワールポート１２に質量及び比熱が大きい排気ガスＥｇの一部分を供給することにより、上記旋回流Ｓ中に比熱が大きい排気ガスＥｇが混入することとなるので、燃焼温度の上昇を防止し、ひいては低ＮＯX 化が可能になる。つまり、着火の改善と低ＮＯX 化の両立を図ることができる。
【００４８】
図１３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、それぞれ本発明の技術的範囲には含まれない参考例を示す図１（Ａ）相当図である。図１３（Ａ）は第１吸気ポート１１と第２吸気ポート１２をいずれもストレートポートにより構成したもので、この場合には、第２吸気ポート１２を通って流下する吸気により旋回流Ｓが形成される。また、第１吸気ポート１１の吸気弁口１１Ａのうち、ハッチングで示す弁口部分１１ａに向けて流れる吸気に乗せて燃料Ｇを供給することにより、前記した層状の混合気が形成される。
【００４９】
図１３（Ｂ）は第１吸気ポート１１と第２吸気ポート１２をいずれもスワールポートにより構成したもので、この場合には第２吸気ポート１２を通って流下する吸気によりシリンダ周壁３ａに沿う旋回流Ｓが形成される。また、第１吸気ポート１１の吸気弁口１１Ａのうち、ハッチングで示す弁口部分１１ｄに向けて流れる吸気に乗せて燃料Ｇを供給することにより、前記した層状の混合気が形成される。
【００５０】
図１３（Ｃ）は前記第１吸気ポート１１と第２吸気ポート１２の配置を変換し、第２吸気ポート１１をスワールポートにより構成し、第１吸気ポート１２をストレートポートにより構成したものである。この場合には、第２吸気ポート１２を通って流下する吸気によりシリンダ周壁３ａに沿う旋回流Ｓが形成される。また、第１吸気ポート１１の吸気弁口１１Ａのうち、ハッチングで示す弁口部分１１ｅに向けて流れる吸気に乗せて燃料Ｇを供給することにより、前記した層状の混合気が形成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態に係る火花点火式ガスエンジンの要部を示し、図１（Ａ）はその要部の平面図、図１（Ｂ）はその要部の斜視図である。
【図２】  本発明に係る火花点火式ガスエンジンの概要図である。
【図３】  ストレートポート内の第１ポート領域内にガス燃料を供給したときの、定常流シミュレーション（計算）によるシリンダ内の混合気の生成状態を示す斜視図である。
【図４】  ストレートポート内の第２ポート領域内にガス燃料を供給したときの、図３相当図である。
【図５】  ストレートポート内の第３ポート領域内にガス燃料を供給したときの、図３相当図である。
【図６】  ストレートポート内の第４ポート領域内にガス燃料を供給したときの、図３相当図である。
【図７】  各ポート領域内に燃料ガスを供給した場合について、空気過剰率と燃焼効率との関係を示すグラフである。
【図８】  空気過剰率とサイクル変動率との関係を示す図７相当図である
【図９】  空気過剰率と冷却損失との関係を示す図７相当図である。
【図１０】  空気過剰率と熱効率との関係を示す図７相当図である。
【図１１】  本発明の第２の実施形態を示す図１（Ａ）相当図である。
【図１２】  本発明の第３の実施形態を示す図１（Ａ）相当図である。
【図１３】  図１３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、それぞれ本発明の技術的範囲には含まれない参考例を示す図１（Ａ）相当図である。
【符号の説明】
３…シリンダ、３ａ…シリンダの周壁、６…シリンダヘッド、１０…点火プラグ、１１…第１吸気ポート（ストレートポート）、１１Ａ…ストレートポートの吸気弁口、１１ａ…吸気弁口の第１弁口部分、１１ｄ…吸気弁口の第４弁口部分、１１Ｊ…第１弁口部分の近傍のポート壁、１１Ｋ…第４弁口部分の近傍のポート壁、１２…第２吸気ポート（スワールポート）、１４・１５…排気ポート、２０…仕切板、２１…ガスパイプ、Ａ…ストレートポート内の第１ポート領域、Ｄ…ストレートポート内の第４ポート領域、Ａａ…第１気流、Ａｄ…第４気流、Ｅ…火花点火式エンジン、Ｅｇ…排気ガス、Ｇ…燃料（ガス燃料）、Ｇａ…濃混合気、Ｇｂ…希薄混合気、Ｓ…旋回流。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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