(57)【要約】【課題】  点火プラグにより混合ガスを着火燃焼せしめるように構成されＥＧＲシステムを備えたガスエンジンにおいて、簡単な構造でかつ低コストの装置で以って、点火プラグによる着火燃焼性能を良好に保持するとともにＥＧＲガスの供給による十分なノッキング限界の上昇効果及びＮＯＸの低減効果が得られるＥＧＲシステム付きガスエンジンを提供する。  【解決手段】  ガス燃料と空気との混合ガスを給気ポートから燃焼室に供給し、該燃焼室に設けられた点火プラグにより該混合ガス中に火花放電して該混合ガスを着火燃焼せしめるように構成されたガスエンジンにおいて、排気通路中の排気ガスから分流されたＥＧＲガス（排気再循環ガス）を前記燃焼室内の外周部位に向けて噴出せしめるＥＧＲガス噴出通路を設け、該ＥＧＲガス噴出通路から噴出されるＥＧＲガスにより前記燃焼室内の外周部位の酸素濃度を燃焼室内の中央部位の酸素濃度よりも低下せしめるように構成したことを特徴とする。【選択図】    図１
2006118362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス燃料と空気との混合ガスを給気ポートから燃焼室に供給し、該燃焼室に設けられた点火プラグにより該混合ガス中に火花放電して該混合ガスを着火燃焼せしめるように構成されたガスエンジンにおいて、排気通路中の排気ガスから分流されたＥＧＲガス（排気再循環ガス）を前記燃焼室内の外周部位に向けて噴出せしめるＥＧＲガス噴出通路を設け、該ＥＧＲガス噴出通路から噴出されるＥＧＲガスにより前記燃焼室内の外周部位の酸素濃度を燃焼室内の中央部位の酸素濃度よりも低下せしめるように構成したことを特徴とするＥＧＲシステム付きガスエンジン。
【請求項２】
前記ＥＧＲガス噴出通路を、前記給気ポートの周壁に、給気弁の開弁時に該ＥＧＲガス噴出通路から噴出されたＥＧＲガスが前記燃焼室内の外周部位に到達するように指向して開口したしたことを特徴とする請求項１記載のＥＧＲシステム付きガスエンジン。
【請求項３】
前記ＥＧＲガス噴出通路を前記給気ポートの内部に設けたＥＧＲガス噴出管により構成し、該ＥＧＲガス噴出管は、給気弁の開弁時に該ＥＧＲガス噴出管から噴出されたＥＧＲガスが前記燃焼室内の外周部位に到達するように指向して前記給気ポート内に開口したことを特徴とする請求項１記載のＥＧＲシステム付きガスエンジン。
【請求項４】
ガス燃料と空気との混合ガスを給気ポートから燃焼室に供給し、該燃焼室に設けられた点火プラグにより該混合ガス中に火花放電して該混合ガスを着火燃焼せしめるように構成されたガスエンジンにおいて、排気通路中の排気ガスから分流されたＥＧＲガス（排気再循環ガス）を前記燃焼室内の外周部位に向けて噴出せしめるＥＧＲガス噴出通路を１シリンダに付き複数個設け、前記複数個のＥＧＲガス噴出通路を前記燃焼室内において異なる方向に指向して開口し、該ＥＧＲガス噴出通路から噴出されるＥＧＲガスにより前記燃焼室内の外周部位の酸素濃度を燃焼室内の中央部位の酸素濃度よりも低下せしめるように構成したことを特徴とするＥＧＲシステム付きガスエンジン。
【請求項５】
前記複数個のＥＧＲガス噴出通路を１つの給気ポートに付き２個設け、該２個のＥＧＲガス噴出通路を前記燃焼室内において互いに逆方向に指向して開口したしたことを特徴とする請求項４記載のＥＧＲシステム付きガスエンジン。
【請求項６】
ガス燃料と空気との混合ガスを給気ポートから燃焼室に供給し、該燃焼室に設けられた点火プラグにより該混合ガス中に火花放電して該混合ガスを着火燃焼せしめるように構成されたガスエンジンにおいて、排気通路中の排気ガスから分流されたＥＧＲガス（排気再循環ガス）を前記燃焼室内の外周部位に向けて噴出せしめるＥＧＲガス噴出通路と、該ＥＧＲガス噴出通路におけるＥＧＲガス流量を調整するＥＧＲ弁と、前記ガスエンジンにおけるノッキングの強度を検出するノッキングセンサと、該ノッキングセンサからのノッキング強度検出値に基づき該ノッキング強度検出値が予め設定された許容ノッキング強度を超えたときＥＧＲガス流量を増加するように前記ＥＧＲ弁の開度を制御するコントローラとを備え、前記ＥＧＲ弁によって流量を制御されて前記ＥＧＲガス噴出通路から噴出されるＥＧＲガスにより前記燃焼室内の外周部位の酸素濃度を燃焼室内の中央部位の酸素濃度よりも低下せしめるように構成したことを特徴とするＥＧＲシステム付きガスエンジン。
【請求項７】
前記ＥＧＲ弁を備えたＥＧＲガス噴出通路を１シリンダに付き複数個設けて、前記複数個のＥＧＲガス噴出通路を前記燃焼室内において異なる方向に指向して開口し、前記コントローラは、前記ノッキング強度検出値が前記許容ノッキング強度を超えたとき前記複数個のＥＧＲガス噴出通路におけるＥＧＲガス流量を個別に増加するように前記各ＥＧＲ弁の開度を個別制御するように構成したことを特徴とする請求項６記載のＥＧＲシステム付きガスエンジン。
【請求項８】
前記コントローラは、前記ノッキング強度検出値が予め設定された許容ノッキング強度を超えたとき前記点火プラグの点火時期を遅らせる手段を備えたことを特徴とする請求項６記載のＥＧＲシステム付きガスエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス燃料と空気との混合ガスを給気ポートから燃焼室に供給し、該燃焼室に設けられた点火プラグにより該混合ガス中に火花放電して該混合ガスを着火燃焼せしめるように構成されたガスエンジンであって、ＥＧＲガスを燃焼室内の外周部位に向けて噴出せしめるようにしたＥＧＲシステム付きガスエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス燃料供給通路に接続されるガス噴射装置からガス燃料を給気通路中に噴射することにより形成された混合ガスを燃焼室に供給し、該燃焼室に設けられた点火プラグにより該混合ガス中に火花放電して該混合ガスを着火燃焼せしめるように構成されたガスエンジンにおいて、給気中にＥＧＲを混合して給気管を経てエンジンの燃焼室に供給するようにしたＥＧＲシステム付きガスエンジンの１つに特許文献１（特開平１０−１４１１４４号公報）にて提案された技術がある。
【０００３】
かかる技術においては、シリンダヘッドに、点火プラグ側給気ポートとライナ側給気ポートとを設け、点火プラグ側給気ポートからは点火プラグ近傍に元の空燃比のみからなる給気を供給し、ライナ側給気ポートからはシリンダ内壁面付近に環状に、ＥＧＲガスを混合した給気を供給して、シリンダ内に２層の給気圏を形成し、正常な点火とノッキング限界の上昇を図っている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１４１１４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
点火装置を備えたガスエンジンにおいては、点火プラグの点火時期を進角させると燃焼効率が向上して燃料消費率を低下できるが、ノッキングが発生し易いという相反する現象を有している。
また、ＥＧＲシステム付きガスエンジンでは、図１１のように、給気中のＥＧＲ量（ＥＧＲ率）を増加するとＮＯＸ（窒素酸化物）が低減し、またノッキング限界が上昇してノッキングが起こり難くなるということが知られている。
【０００６】
かかる知見から、前記特許文献１（特開平１０−１４１１４４号公報）の技術にあっては、シリンダヘッドに設けた点火プラグ側給気ポートからは点火プラグ近傍に元の空燃比のみからなる給気を供給し、ライナ側給気ポートからはシリンダ内壁面付近にＥＧＲガスを混合した給気を供給して、点火プラグ側給気ポートからの点火プラグ近傍への給気による正常な点火と、ライナ側給気ポートからのＥＧＲガスを混合給気によるノッキング限界の上昇を図っている。
【０００７】
しかしながら、かかる従来技術にあっては、ライナ側給気ポートからのＥＧＲガス混合給気を供給するために給気通路に新気とＥＧＲガスとを混合する混合器を設置することを要するため、装置が複雑かつ高コストとなる。
また、かかる従来技術にあっては、ライナ側給気ポートからシリンダ内壁面寄りつまり燃焼室内の外周寄りにＥＧＲガス混合の給気を供給しているが、かかるＥＧＲガス混合給気を燃焼室内の外周寄りに供給するにとどまっているため、燃焼室内の外周寄りに分布して自着火によるノッキングを発生し易い状態にあるエンドガスに新気とＥＧＲガスとの混合ガスが供給されることとなり、前記エンドガス中へのＥＧＲガスの供給によるノッキング限界の上昇効果及びＮＯＸの低減効果が十分に得られない。
等の問題点を有している。
【０００８】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、点火プラグにより混合ガスを着火燃焼せしめるように構成されＥＧＲシステムを備えたガスエンジンにおいて、簡単な構造でかつ低コストの装置で以って、点火プラグによる着火燃焼性能を良好に保持するとともにＥＧＲガスの供給による十分なノッキング限界の上昇効果及びＮＯＸの低減効果が得られるＥＧＲシステム付きガスエンジン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】
【０００９】
本発明はかかる目的を達成するもので、ガス燃料と空気との混合ガスを給気ポートから燃焼室に供給し、該燃焼室に設けられた点火プラグにより該混合ガス中に火花放電して該混合ガスを着火燃焼せしめるように構成されたガスエンジンにおいて、排気通路中の排気ガスから分流されたＥＧＲガス（排気再循環ガス）を前記燃焼室内の外周部位に向けて噴出せしめるＥＧＲガス噴出通路を設け、該ＥＧＲガス噴出通路から噴出されるＥＧＲガスにより前記燃焼室内の外周部位の酸素濃度を燃焼室内の中央部位の酸素濃度よりも低下せしめるように構成したことを特徴とする。
【００１０】
かかる発明によれば、燃焼室の外周部に残存しているＮＯＸ発生量が多くかつ自着火性の高いエンドガス中に、ＥＧＲガス噴出通路からＥＧＲガスを集中的に噴出せしめることにより、該燃焼室の外周部にはＥＧＲガスによる酸素濃度低下領域が形成される。
一方、点火プラグが設置されている燃焼室の中央部近傍では、給気ポートからＥＧＲガスを含まない新気つまり燃料ガスと空気の希薄混合気が供給されるため、該点火プラグによる着火燃焼性の良好なガス状態となり、結局、前記燃焼室は中央部近傍に着火燃焼性の良好なガス領域が形成され、外周部にＥＧＲガスによる酸素濃度低下領域が形成された層状のガス分布となる。
【００１１】
従って、点火プラグによって中央部近傍の着火燃焼性の良好な混合ガスが着火燃焼されるので、着火燃焼性を良好に保持し、この着火火炎が高い火炎伝播速度で以って燃焼室を半径方向に拡散して外周部の酸素濃度低下領域へと伝播することができ、かかる着火火炎によって、ＥＧＲガスを含む外周部のエンドガスの低酸素雰囲気での燃焼性能が向上せしめられる。
これにより、燃焼室全体において高い燃焼効率を保持しつつ、外周部のエンドガスの燃焼時におけるＮＯＸ発生量が抑制され、さらには外周部に自着火性の大きいガスの残留が少なくなりあるいは無くなるためにノッキングの発生が抑制されてノッキング限界が上昇する。
【００１２】
尚、かかる発明において、具体的には次の２つの構成をとるのがよい。
（１）ＥＧＲガス噴出通路を、前記給気ポートの周壁に、給気弁の開弁時に該ＥＧＲガス噴出通路から噴出されたＥＧＲガスが前記燃焼室内の外周部位に到達するように指向して開口する。
（２）ＥＧＲガス噴出通路を前記給気ポートの内部に設けたＥＧＲガス噴出管により構成し、該ＥＧＲガス噴出管は、給気弁の開弁時に該ＥＧＲガス噴出管から噴出されたＥＧＲガスが前記燃焼室内の外周部位に到達するように指向して前記給気ポート内に開口する。
このように構成すれば、給気ポートの内部において、ＥＧＲガス噴出管の向きをある程度自由に設定できるので、目標とするＥＧＲガスの噴出方向についての指向性が増し、目標とする外周部位に正確にＥＧＲガスを供給できる。
【００１３】
また本発明は、前記ガスエンジンにおいて、排気通路中の排気ガスから分流されたＥＧＲガス（排気再循環ガス）を前記燃焼室内の外周部位に向けて噴出せしめるＥＧＲガス噴出通路を１シリンダに付き複数個設け、前記複数個のＥＧＲガス噴出通路を前記燃焼室内において異なる方向に指向して開口し、該ＥＧＲガス噴出通路から噴出されるＥＧＲガスにより前記燃焼室内の外周部位の酸素濃度を燃焼室内の中央部位の酸素濃度よりも低下せしめるように構成したことを特徴とする。
かかる発明において、好ましくは、前記複数個のＥＧＲガス噴出通路を１つの給気ポートに付き２個設け、該２個のＥＧＲガス噴出通路を前記燃焼室内において互いに逆方向に指向して開口する。
【００１４】
かかる発明によれば、前記燃焼室内において異なる方向に指向して開口された１シリンダに付き複数個のＥＧＲガス噴出通路、好ましくは給気ポートに付き２個設けられて互いに逆方向に指向して開口されたＥＧＲガス噴出通路から、前記燃焼室内の外周部のエンドガス内にＥＧＲガスを互いに逆方向に噴出せしめるので、燃焼室内でのＥＧＲガスによる混合ガスの乱れが促進され、燃焼室内における火炎伝播速度が上昇し、ＥＧＲガスを含む外周部のエンドガスの低酸素雰囲気での燃焼性能がさらに向上する。
【００１５】
また本発明は、前記ガスエンジンにおいて、排気通路中の排気ガスから分流されたＥＧＲガス（排気再循環ガス）を前記燃焼室内の外周部位に向けて噴出せしめるＥＧＲガス噴出通路と、該ＥＧＲガス噴出通路におけるＥＧＲガス流量を調整するＥＧＲ弁と、前記ガスエンジンにおけるノッキングの強度を検出するノッキングセンサと、該ノッキングセンサからのノッキング強度検出値に基づき該ノッキング強度検出値が予め設定された許容ノッキング強度を超えたときＥＧＲガス流量を増加するように前記ＥＧＲ弁の開度を制御するコントローラとを備え、前記ＥＧＲ弁によって流量を制御されて前記ＥＧＲガス噴出通路から噴出されるＥＧＲガスにより前記燃焼室内の外周部位の酸素濃度を燃焼室内の中央部位の酸素濃度よりも低下せしめるように構成したことを特徴とする。
かかる発明において、好ましくは、前記ＥＧＲ弁を備えたＥＧＲガス噴出通路を１シリンダに付き複数個設けて、前記複数個のＥＧＲガス噴出通路を前記燃焼室内において異なる方向に指向して開口し、前記コントローラは、前記ノッキング強度検出値が前記許容ノッキング強度を超えたとき前記複数個のＥＧＲガス噴出通路におけるＥＧＲガス流量を個別に増加するように前記各ＥＧＲ弁の開度を個別制御するように構成する。
【００１６】
かかる発明によれば、ノッキングセンサによってエンジンにおけるノッキングの強度を検出してコントローラに入力し、該コントローラにおいてノッキング強度検出値と予め設定された許容ノッキング強度とを比較し、該ノッキング強度検出値が許容ノッキング強度を超えたときＥＧＲ弁の開度を増加してＥＧＲガス流量を増加せしめ、該許容ノッキング強度以下になるとＥＧＲガス流量を減少せしめることにより、ＥＧＲガス流量を前記許容ノッキング強度に近い流量で運転できる。
また、図１１に示されるように、ＥＧＲガス流量が増加すると燃焼期間が長くなってエンジン性能が低下するが、かかる発明によればＥＧＲガス流量を許容ノッキング強度以下になると減少せしめるように制御するので、ＥＧＲガス流量の過大に伴う燃焼期間の長期化によるエンジン性能の低下を防止しつつ、ノッキングの発生を確実に回避した運転が可能となる。
【００１７】
また、かかる発明において好ましくは、前記コントローラは、前記ノッキング強度検出値が予め設定された許容ノッキング強度を超えたとき前記点火プラグの点火時期を遅らせる手段を備える。
このように構成すれば、前記のようなＥＧＲガス流量を許容ノッキング強度に対応するガス流量以上に保持することによるノッキングの発生防止効果に加えて、ノッキング強度検出値が許容ノッキング強度を超えたとき点火プラグの点火時期を遅らせるように制御することによるノッキングの発生防止効果が重畳されて、さらなるノッキングの発生を回避した安定運転を実現できる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように本発明によれば、燃焼室の外周部にＥＧＲガス噴出通路からＥＧＲガスを集中的に噴出せしめることによりＥＧＲガスによる酸素濃度低下領域を形成するとともに、点火プラグが設置されている燃焼室の中央部近傍では該点火プラグによる着火燃焼性の良好なガス状態となって、燃焼室内は中央部近傍に着火燃焼性の良好なガス領域が形成され外周部にＥＧＲガスによる酸素濃度低下領域が形成された層状のガス分布となり、かかる層状のガス分布のもとで、点火プラグによって中央部近傍の着火燃焼性の良好な混合ガスが着火燃焼されるので、着火燃焼性を良好に保持し、この着火火炎を高い火炎伝播速度で以って燃焼室を半径方向に拡散して外周部の酸素濃度低下領域へと伝播することができる。かかる着火火炎によって、ＥＧＲガスを含む外周部のエンドガスの低酸素雰囲気での燃焼性能が向上せしめられる。
【００１９】
これにより、燃焼室全体において高い燃焼効率を保持しつつ、外周部のエンドガスの燃焼時におけるＮＯＸ発生量が抑制され、さらには外周部に自着火性の大きいガスの残留が少なくなりあるいは無くなるために、ノッキングの発生が抑制されてノッキング限界が上昇し、常時ノッキングの発生を抑制しＮＯＸ発生量を抑制しつつ、高い熱効率を保持してエンジンを運転できる。
また、本発明によれば、ＥＧＲガスを燃焼室内の外周部位に向けて噴出せしめるＥＧＲガス噴出通路を給気ポートの周壁あるいは給気ポート内に設けるという、きわめて簡単で低コストの装置で以って、前記のようなノッキングの発生を抑制しＮＯＸ発生量を抑制しつつ、高い熱効率を保持したガスエンジンを提供できる。
【００２０】
さらに本発明によれば、ノッキング強度検出値と予め設定された許容ノッキング強度とを比較し、該ノッキング強度検出値が許容ノッキング強度を超えたときＥＧＲ弁の開度を増加してＥＧＲガス流量を増加せしめ、該許容ノッキング強度以下になるとＥＧＲガス流量を減少せしめることにより、ＥＧＲガス流量を前記許容ノッキング強度に近い流量で運転でき、これにより、ＥＧＲガス流量の過大に伴う燃焼期間の長期化によるエンジン性能の低下を防止しつつ、ノッキングの発生を確実に回避した運転が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２２】
図１０は本発明が適用されるＥＧＲシステムを備えた直接点火式ガスエンジンの全体構成図である。
図１０において、１００はエンジン、１０１は該エンジンのシリンダ（この例では６シリンダ）、１１２はクランク軸、１０３は給気マニホールド、１１４は給気管、１０４は排気マニホールド、１０５は排気管である。１１１はエアクリーナ、１１３は燃料ガス供給管、１１０は前記燃料ガス供給管１１３からの燃料ガスをエアクリーナ１１１を経た空気と混合して希薄混合気を生成するガス混合装置、１０９は前記エンジン１００に供給される前記希薄混合気の流量を調整するスロットル弁である。
【００２３】
１０２は前記排気管１０５から分岐されて前記給気管１１４に接続され該排気管１０５を流れる排気ガスの一部（ＥＧＲガス）を給気管１１４に還流するＥＧＲ管で、該ＥＧＲ管１０２には前記ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１０７及び該ＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲ弁１０８が設置されている。
５０は前記スロットル弁１０９及びＥＧＲ弁１０８を開閉制御するとともに、各シリンダの点火プラグ（図１参照）の点火時期を制御するコントローラである。
本発明はかかる構成を備えた直接点火式ガスエンジンにおけるＥＧＲシステムの改良に係るものである。
【実施例１】
【００２４】
図１は本発明の第１実施例に係るＥＧＲシステム付き直接点火式ガスエンジンにおける燃焼室周りの断面図を含む要部構成図、図２は燃焼室周りの概略平面図（説明図）、図３は該第１実施例におけるＥＧＲ効果の比較図である。
図１において、１２１はエンジンのピストン、１２９はシリンダヘッド、１２３はシリンダライナ、１２２は前記ピストン１２１の上面とシリンダヘッド１２９の下面とにより区画形成された燃焼室、１２０は給気ポート、１２５は該給気ポート１２０を開閉する給気弁、１２６は排気ポート、１２７は該排気ポート１２６を開閉する排気弁である。
１２８は前記シリンダヘッド１２９の燃焼室中央部位（１２３ｂはシリンダ中心）に装着されて前記燃焼室１２２内の混合ガスに火花放電する点火プラグである。
【００２５】
５は前記エンジン１００（図１０参照）の回転数（エンジン回転数）を検出するエンジン回転数検出器、６は前記エンジン１００の負荷（エンジン負荷）を検出する負荷検出器である。２は前記エンジン１００におけるノッキングを検知するノッキングセンサで、該エンジン１００の筒内圧力を検出してノッキングの強度を検知するように構成するのが好適である。
５０は後述する制御操作を行うコントローラである。前記エンジン回転数検出器５からのエンジン回転数の検出値、前記負荷検出器６からのエンジン負荷の検出値、及び前記ノッキングセンサ２からのノッキングの検出値は前記コントローラ５０に入力され、該コントローラ５０はこれらの検出値に基づき後述するような制御操作を行って、その結果によって前記点火プラグ１２８の点火時期を制御するようになっている。
【００２６】
図１において、１は前記シリンダヘッド１２９の内部に穿孔されたＥＧＲガス噴出通路で、図１０に示されるように、排気管１０５から分岐されＥＧＲクーラ１０７及びＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲ弁１０８が設置されたＥＧＲ管１０２に接続されて、該ＥＧＲ管１０２を経たＥＧＲガスが導入されている。
該ＥＧＲガス噴出通路１は、前記給気ポート１２０の周壁１２０ａに、前記給気弁１２５の開弁時に該ＥＧＲガス噴出通路１から噴出されたＥＧＲガスが前記燃焼室１２２内の外周部位、具体的には図２に示されるように、該外周部位のシリンダライナ内面１２３ａに沿って滞留している自着火性の大きいエンドガス中に到達するように指向して開口されている。
【００２７】
かかる直接点火式ガスエンジン運転時において、図１０に示されるように、燃料ガス供給管１１３を通して供給された燃料ガスは、ガス混合装置１１０においてエアクリーナを経た空気と混合されて希薄混合気となる。該希薄混合気は給気ポート１２０を通り給気弁１２５の開弁とともに燃焼室１２２内に導入される。
そして、前記給気弁１２５の開弁時に、図１、２のＳ１矢印のように、前記ＥＧＲガス噴出通路１からＥＧＲガスを前記燃焼室１２２の外周部位のシリンダライナ内面１２３ａに沿って滞留している自着火性の高いエンドガス中に集中的に噴出せしめる。かかるＥＧＲガスの供給により、該燃焼室１２２のシリンダライナ内面１２３ａに沿った外周部位にはＥＧＲガスによる酸素濃度低下領域Ｚ（図２参照）が形成される。
【００２８】
前記のようなＥＧＲガス噴出通路１からのＥＧＲガスの噴出によって、燃焼室１２２内における酸素（Ｏ２）濃度分布は、図３に示されるように、Ａで示す従来技術のような均一分布から、Ｂで示すような中央部寄りのＯ２濃度が大きくシリンダライナ内面１２３ａに沿った外周部位がＯ２濃度が低下した酸素濃度低下領域Ｚとなる。
即ち、かかるＥＧＲガス噴出通路１からのＥＧＲガスの噴出によって、点火プラグ１２８が設置されている燃焼室１２２の中央部近傍では、給気ポート１２０からＥＧＲガスを含まない新気つまり燃料ガスと空気の希薄混合気が供給されるため、該点火プラグ１２８による着火燃焼性の良好なガス状態となり、結局、前記燃焼室１２２は中央部近傍に着火燃焼性の良好なガス領域が形成され、外周部にＥＧＲガスによる酸素濃度低下領域Ｚが形成された層状のガス分布となる。
【００２９】
そしてかかる層状のガス分布のもとで、図１に示されるように、シリンダヘッド１２９の燃焼室中央部位に装着された点火プラグ１２８により燃焼室１２２中央部近傍の希薄混合気中に火花放電し、該部の希薄混合気に点火して着火火炎を生成する。この着火火炎は燃焼室１２２内を半径方向に外周部に向かって拡散して行き、外周部の酸素濃度低下領域Ｚにおいてエンドガスの低酸素雰囲気での低ＮＯＸ燃焼が行われる。
【００３０】
また、前記コントローラ５０においては、前記点火プラグ１２８の点火時期を、前記エンジン回転数検出器５で検出されたエンジン回転数の増加、または負荷検出器６で検出されたエンジン負荷の増加に従い進角するように制御する。
さらに前記コントローラ５０においては、前記ノッキングセンサ２からのノッキングの検出値に基づきノッキングの強度を算出し、該ノッキングの強度検出値と予め設定された許容ノッキング強度とを比較し、前記ノッキング強度検出値が許容ノッキング強度を超えたとき、該ノッキングの強度検出値が前記許容ノッキング強度以下になるまで、前記点火プラグ１２８の点火時期を進めるように制御する。
【００３１】
従って、かかる第１実施例によれば、点火プラグ１２８によって中央部近傍の着火燃焼性の良好な混合ガスが着火燃焼されるので、着火燃焼性を良好に保持し、この着火火炎を高い火炎伝播速度で以って燃焼室１２２内を半径方向に拡散して外周部の酸素濃度低下領域Ｚへと伝播することができ、かかる着火火炎によって、ＥＧＲガスを含む外周部のエンドガスの低酸素雰囲気での燃焼性能が向上せしめられる。
これにより、燃焼室１２２全体において高い燃焼効率を保持しつつ、外周部のエンドガスの燃焼時におけるＮＯＸ発生量が抑制され、さらには外周部に自着火性の大きいガスの残留が少なくなりあるいは無くなるために、ノッキングの発生が抑制されてノッキング限界つまり前記許容ノッキング強度を上昇せしめることができる。
【実施例２】
【００３２】
図４は本発明の第２実施例を示す図１対応図である。
かかる第２実施例においては、ＥＧＲガス噴出通路を前記給気ポート１２０の内部に設けたＥＧＲガス噴出管３により構成している。そして、該ＥＧＲガス噴出管３は、給気弁１２５の開弁時に該ＥＧＲガス噴出管３から噴出されたＥＧＲガスが前記燃焼室１２２内の外周部位、具体的には図２に示されるように、該外周部位のシリンダライナ内面１２３ａに沿って滞留している自着火性の大きいエンドガス中に到達するように指向して開口されている。
かかる第２実施例によれば、前記給気ポート１２０の内部において、ＥＧＲガス噴出管３の向きをある程度自由に設定できるので、目標とするＥＧＲガスの噴出方向についての指向性が増し、目標とする外周部位のエンドガス中に正確にＥＧＲガスを供給できる。
その他の構成、及び作用効果は、図１ないし図３に示される第１実施例と同様であり、これらと同様な部材あるいは要素は同一の符号で示す。
【実施例３】
【００３３】
図５は本発明の第３実施例を示す図１対応図、図６は燃焼室周りの概略平面図（説明図）である。
かかる第３実施例においては、ＥＧＲガス噴出通路を１つの給気ポート１２０に付き２個設け、該２個のＥＧＲガス噴出通路を前記燃焼室１２２内において互いに逆方向に指向して開口している。
即ち図５〜図６において、前記給気ポート１２０のそれぞれに設けられた２個のＥＧＲガス噴出通路のうち、一方のＥＧＲガス噴出通路１は、前記給気ポート１２０の周壁１２０ａに、前記給気弁１２５の開弁時に該ＥＧＲガス噴出通路１から噴出されたＥＧＲガスが、図６のＳ１矢印のように前記給気弁１２５からの給気流の上流側のシリンダライナ内面１２３ａに沿って滞留しているエンドガス中に噴出するように指向して開口されている。
また他方のＥＧＲガス噴出通路であるＥＧＲガス噴出管３は、給気弁１２５の開弁時に該ＥＧＲガス噴出管３から噴出されたＥＧＲガスが、図６のＳ２矢印のように前記給気弁１２５からの給気流の下流側のシリンダライナ内面１２３ａに沿って滞留しているエンドガス中に噴出するように指向して開口されている。
【００３４】
かかる第３実施例によれば、前記燃焼室１２２内において互いに逆方向に指向して開口されたＥＧＲガス噴出通路、つまり前記給気ポート１２０に付き２個設けられて互いに逆方向に指向して開口されたＥＧＲガス噴出通路１とＥＧＲガス噴出管３とより、前記燃焼室１２２内の外周部のエンドガス内にＥＧＲガスを互いに逆方向に噴出せしめるので、該燃焼室１２２内でのＥＧＲガスによる混合ガスの乱れが促進される。
これにより、該燃焼室１２２内における火炎伝播速度が上昇し、ＥＧＲガスを含む外周部のエンドガスの低酸素雰囲気での燃焼性能がさらに向上する。
その他の構成、及び作用効果は、図１ないし図３に示される第１実施例と同様であり、これらと同様な部材あるいは要素は同一の符号で示す。
【実施例４】
【００３５】
図７は本発明の第４実施例を示す図１対応図、図８は該第４実施例における作用説明図、図９は該第４実施例における制御ブロック図である。
かかる第４実施例においては、前記第３実施例におけるＥＧＲガス噴出通路１及びＥＧＲガス噴出管３に、該ＥＧＲガス噴出管３及びＥＧＲガス噴出通路１におけるＥＧＲガス流量を制御する第１、第２ＥＧＲ弁７、８を設け、ノッキング強度の検出値によって該第１、第２ＥＧＲ弁７、８の開度を変化させて、前記ＥＧＲガス噴出管３及びＥＧＲガス噴出通路１からのＥＧＲガス流量を制御している。
【００３６】
即ち、図７において、７は前記第３実施例のＥＧＲガス噴出管３に設けられ該ＥＧＲガス噴出管３から噴出されるＥＧＲガス流量を制御する第１ＥＧＲ弁、８は前記第３実施例のＥＧＲガス噴出通路１に設けられ該ＥＧＲガス噴出通路１から噴出されるＥＧＲガス流量を制御する第２ＥＧＲ弁である。
５は前記エンジン１００（図１０参照）の回転数（エンジン回転数）を検出するエンジン回転数検出器、６は前記エンジン１００の負荷（エンジン負荷）を検出する負荷検出器である。２は前記エンジン１００におけるノッキングを検知するノッキングセンサで、該エンジン１００の筒内圧力を検出してノッキングの強度を検知するように構成するのが好適である。
５０は後述する制御操作を行うコントローラである。前記エンジン回転数検出器５からのエンジン回転数の検出値、前記負荷検出器６からのエンジン負荷の検出値、及び前記ノッキングセンサ２からのノッキングの検出値は前記コントローラ５０に入力され、該コントローラ５０はこれらの検出値に基づき後述するような制御操作を行って、その結果によって前記第１ＥＧＲ弁７及び第２ＥＧＲ弁８の開度、並びに点火プラグ１２８の点火時期を制御するようになっている。
【００３７】
次に、図９に基づきかかる第４実施例の制御操作について説明する。
前記ノッキングセンサ２からのノッキングの検出値は、前記コントローラ５０のノッキングの強度比較部５５に入力されてノッキングの強度が算出される。
また、前記エンジン回転数検出器５からのエンジン回転数の検出値、前記負荷検出器６からのエンジン負荷の検出値は、後述する点火時期算出部５３及びＥＧＲ量算出部５４に入力されている。
５６は許容ノッキング強度設定部で、許容ノッキング強度つまりノッキング限界とＥＧＲガス流量Ｑとの関係が、ノッキング強度が上がるに従いＥＧＲガス流量Ｑを増加するように設定されている。
前記ノッキングの強度比較部５５においては、前記ノッキング強度の検出値と前記許容ノッキング強度設定部５６に設定された許容ノッキング強度とを比較し、その比較結果を点火時期算出部５３及びＥＧＲ量算出部５４に入力する。
【００３８】
ＥＧＲ量算出部５４においては、前記ノッキングの強度比較部５５からの比較結果においてノッキング強度検出値が許容ノッキング強度を超えているときには、ＥＧＲガス流量を増加し、ＥＧＲ量設定部５２に設定されたエンジン回転数及びエンジン負荷の検出値に対応したＥＧＲガス流量に、前記ＥＧＲガス流量の増加量を加算して、ＥＧＲ弁制御装置１０に入力する。
該ＥＧＲ弁制御装置１０においては、前記ＥＧＲガス流量Ｑの、前記第１ＥＧＲ弁７の配分量Ｑ１及び第２ＥＧＲ弁８の配分量Ｑ２を算出する。
この場合、該ＥＧＲ弁制御装置１０においては、図８に示すように、前記ノッキング強度の大きさによって前記ＥＧＲガス流量Ｑの配分量Ｑ１、Ｑ２を変え（この場合はノッキング強度が大きくなるに従いＱ１／Ｑ２が小さくなるように設定されている）、ノッキング強度が大きくなるに従いノッキング強度の低減効果の大きい側のＥＧＲ弁、たとえばこの例の場合は第２ＥＧＲ弁８のＥＧＲガス流量Ｑの配分量Ｑ２を大きくするように制御する。
【００３９】
従って、前記ノッキングの強度比較部５５から、ノッキン強度の検出値が許容ノッキング強度を超えた比較結果が入力されると、該ＥＧＲ弁制御装置１０においては、前記のようなノッキングの強度に対応したＥＧＲガス流量Ｑの配分量比に基づく、第１ＥＧＲ弁７の配分量Ｑ１及び第２ＥＧＲ弁８の配分量Ｑ２を算出し、該第１ＥＧＲ弁７及び第２ＥＧＲ弁８の開度を、前記ＥＧＲガス流量の配分量Ｑ１及び第２ＥＧＲ弁８の配分量Ｑ２に相当する開度に制御する。
【００４０】
また、５１は点火時期設定部で、前記ノッキング強度検出値が許容ノッキング強度を超えたとき、前記点火プラグ１２８の点火時期を、前記エンジン回転数またはエンジン負荷に関連させて、遅角するように設定している。
前記点火時期算出部５３においては、前記ノッキングの強度の検出値を前記点火時期設定部５１に設定された許容ノッキング強度と点火時期との関係から、前記ノッキング強度検出値が許容ノッキング強度を超えたとき、点火時期を遅らせるように点火回路９を制御し、該点火回路９により前記点火プラグ１２８の点火時期を遅延させる。これにより、該ノッキングの強度検出値が前記許容ノッキング強度以下になるまで、前記点火プラグ１２８の点火時期を遅角するように制御される。
【００４１】
かかる第４実施例によれば、ノッキングセンサ２によってエンジンにおけるノッキングの強度を検出してコントローラ５０に入力し、該コントローラ５０においてノッキング強度検出値と予め設定された許容ノッキング強度とを比較し、該ノッキング強度検出値が許容ノッキング強度を超えたとき、第１ＥＧＲ弁７及び第２ＥＧＲ弁８の開度を、該第１ＥＧＲ弁７側のＥＧＲガス噴出管３のＥＧＲガス流量Ｑ１と該第２ＥＧＲ弁８側のＥＧＲガス噴出通路１のＥＧＲガス流量Ｑ２との配分量を制御つつ、ＥＧＲガス流量を増加せしめ、該許容ノッキング強度以下にになるとＥＧＲガス流量を減少せしめることにより、ＥＧＲガス流量を前記許容ノッキング強度に近い流量で運転できる。
【００４２】
即ち、図１１に示されるように、ＥＧＲガス流量が増加すると燃焼期間が長くなってエンジン性能が低下するが、かかる第４実施例によれば、ＥＧＲガス流量を許容ノッキング強度以下になると減少せしめるように制御することにより、ＥＧＲガス流量の過大に伴う燃焼期間の長期化によるエンジン性能の低下を防止しつつ、ノッキングの発生を確実に回避した運転が可能となる。
従ってかかる第４実施例によれば、前記のようなＥＧＲガス流量を許容ノッキング強度に対応するガス流量以上に保持することによるノッキングの発生防止効果に、ノッキング強度検出値が許容ノッキング強度を超えたとき点火プラグの点火時期を遅らせるように制御することによるノッキングの発生防止効果を重畳して、さらなるノッキングの発生を回避した安定運転を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明によれば、点火プラグにより混合ガスを着火燃焼せしめるように構成されＥＧＲシステムを備えたガスエンジンにおいて、簡単な構造でかつ低コストの装置で以って、点火プラグによる着火燃焼性能を良好に保持することができ、ＥＧＲガスの供給による十分なノッキング限界の上昇効果及びＮＯＸの低減効果が得られるＥＧＲシステム付きガスエンジンを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１実施例に係るＥＧＲシステム付き直接点火式ガスエンジンにおける燃焼室周りの断面図を含む要部構成図である。
【図２】前記第１実施例における燃焼室周りの概略平面図（説明図）である。
【図３】前記第１実施例におけるＥＧＲ効果の比較図である。
【図４】本発明の第２実施例を示す図１対応図である。
【図５】本発明の第３実施例を示す図１対応図である。
【図６】前記第３実施例における燃焼室周りの概略平面図（説明図）である。
【図７】本発明の第４実施例を示す図１対応図である。
【図８】前記第４実施例における作用説明図である。
【図９】前記第４実施例における制御ブロック図である。
【図１０】本発明が適用されるＥＧＲシステムを備えた直接点火式ガスエンジンの全体構成図である。
【図１１】前記各実施例におけるＥＧＲ率に関する作用説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
１    ＥＧＲガス噴出通路
２    ノッキングセンサ
３    ＥＧＲガス噴出管
５    エンジン回転数検出器
６    負荷検出器
７    第１ＥＧＲ弁
８    第２ＥＧＲ弁
５０    コントローラ
１００    エンジン
１２０    給気ポート
１２１    ピストン
１２２    燃焼室
１２５    給気弁
１２８    点火プラグ
【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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