(57)【要約】【課題】始動時には，複雑な可変動弁装置を用いることなく予混合気の火花点火による着火を可能にし，始動後は，予混合気の自着火を促進して高い熱効率を得ることができる予混合圧縮自着火式エンジンを提供する。【解決手段】燃料ガスと空気とを混合して得た予混合気を燃焼室４に供給し，これを高圧縮比の下で自着火を行わせる予混合圧縮自着火式エンジンにおいて，燃焼室４に電極を臨ませる点火プラグ１０と，排気行程及び吸気行程間に，排気弁２０ｂ及び吸気弁２０ａが共に閉じた負のオーバーラップ期間θを設けるように作動する動弁装置２１と，始動時，負のオーバーラップ期間θ中，点火プラグ１０を作動する電子制御ユニット４０とを備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと空気とを混合して得た予混合気を燃焼室（４）に供給し，これを高圧縮比の下で自着火を行わせる予混合圧縮自着火式エンジンにおいて，
前記燃焼室（４）に電極を臨ませる点火プラグ（１０）と，排気行程及び吸気行程間に，排気弁（２０ｂ）及び吸気弁（２０ａ）が共に閉じた負のオーバーラップ期間（θ）を設けるように作動する動弁装置（２１）と，始動時，前記負のオーバーラップ期間（θ）中，前記点火プラグ（１０）を作動する電子制御ユニット（４０）とを備えることを特徴とする予混合圧縮自着火式エンジン。
【請求項２】
請求項１記載の予混合圧縮自着火式エンジンにおいて，
始動前にエンジン本体（１）を予熱する電気ヒータ（１３）を備えることを特徴とする予混合圧縮自着火式エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，燃料ガスと空気とを混合して得た予混合気を燃焼室に供給し，これを高圧縮比の下で自着火を行わせ，高い熱効率を得るようにした予混合圧縮自着火式エンジンの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
かゝる予混合圧縮自着火式エンジンは，例えば特許文献１に開示されるように，既に知られている。予混合圧縮自着火式エンジンにおいて，予混合気を高圧縮比（通常の火花点火式エンジンの圧縮比より高い）の下で圧縮すると，同時多点的に自着火することで，燃焼室全体への火炎の伝播が早く，燃焼が短時間に完了し，熱効率が改善され，低燃費性を良好にしつゝ，ＮＯｘの排出量を減少させ得る利点がある。また特許文献１には，排気行程及び吸気行程間に，排気弁及び吸気弁が共に閉じた負のオーバーラップ期間を設け，排ガスの一部を燃焼室に閉じ込め，それを次の吸気行程で吸気される予混合気に混合させながら，予混合気を加熱して，混合気の自着火を促進する技術も記載されている。
【０００３】
また予混合圧縮自着火式エンジンでは，冷間時の始動性が悪いため，始動時には点火プラブによる火花点火を必要とすることも知られている（特許文献２参照）。特許文献２に記載のものでは，冷間時，高圧縮比で圧縮された予混合気は，火花点火によるも，着火が困難であるため，始動時には，圧縮比を減少させる可変同弁機構を備えており，エンジンの構造が複雑，高価なものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２０１１２７号公報
【特許文献２】特開２００７−２２４８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたもので，始動時には，複雑な可変動弁装置を用いることなく予混合気の火花点火による着火を可能にし，始動後は，予混合気の自着火を促進して高い熱効率を得ることができる予混合圧縮自着火式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】
【０００６】
上記目的を達成するために，本発明は，燃料ガスと空気とを混合して得た予混合気を燃焼室に供給し，これを高圧縮比の下で自着火を行わせる予混合圧縮自着火式エンジンにおいて，前記燃焼室に電極を臨ませる点火プラグと，排気行程及び吸気行程間に，排気弁及び吸気弁が共に閉じた負のオーバーラップ期間を設けるように作動する動弁装置と，始動時，前記負のオーバーラップ期間中，前記点火プラグを作動する電子制御ユニットとを備えることを第１の特徴とする。
【０００７】
また本発明は，第１の特徴に加えて，始動前にエンジン本体を予熱する電気ヒータを備えることを第２の特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の第１の特徴によれば，負のオーバーラップ期間での燃焼室の圧力は，続く圧縮行程における燃焼室の圧力に比して低いので，始動時，負のオーバーラップ期間中，点火プラグを作動することにより，点火プラグによる火花点火を確実に行い，燃焼室に残留する未燃ガスに着火させ，高温のガスを生成することができる。尚，燃焼室の圧力が高すぎると，要求電圧が上がってしまい，火花が飛び難くなる。而して，負のオーバーラップ期間後，燃焼室に吸入される予混合気と上記高温のガスとが混合することで，予混合気が効果的に昇温するするため，続く圧縮行程において高圧縮比をもって圧縮されると，自着火することになる。したがって複雑，高価な可変動弁装置を用いることなくエンジンを容易に始動することができる。
【０００９】
エンジンの始動後，点火プラグの作動を停止するが，負のオーバーラップ期間においては，燃焼室に高温の排ガスが残留するので，それに続く吸気行程で燃焼室に吸入される予混合気が上記高温の排ガスと混合して効果的に昇温することができるため，次の圧縮行程で高圧縮比をもって圧縮され，自着火するので，自着火運転が継続することになり，熱効率の改善，延いては低燃費性の向上とＮＯｘの排出抑制に寄与し得る。
【００１０】
本発明の第２の特徴によれば，始動前，予めエンジン本体を電気ヒータにより加熱することで，始動時，燃焼室に吸入される予混合気の温度低下を抑え，負のオーバーラップ期間中，点火プラグの火花点火による高温ガスの生成の促進に寄与し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る予混合圧縮自着火式エンジンの縦断側面図。
【図２】上記エンジンの吸気弁及び排気弁の開閉特性線図。
【図３】上記エンジンの電子制御回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態を添付図面に基づいて以下に説明する。
【００１３】
先ず図１において，予混合圧縮自着火式エンジン（以下，単にエンジンという。）Ｅは，例えば発電機等，各種作業機の駆動用に供される。このエンジンＥのエンジン本体１は，シリンダボア２ａを有するシリンダブロック２と，このシリンダブロック２の上端に連設され，シリンダボア２ａに連なる燃焼室４及びそれに開口する吸気ポート５及び排気ポート６を有するシリンダヘッド３と，シリンダブロック２の下端に連設されるクランクケース７よりなっており，シリンダヘッド３の上端には，それとの間に動弁室８を画成するヘッドカバー９が接合される。シリンダヘッド３には，燃焼室４に電極を臨ませる点火プラグ１０が螺着され，エンジン本体１には，シリンダボア２ａ及び燃焼室４を囲繞するウォータジャケット１２が形成される。またエンジン本体１の外周には，始動前にそれを予熱し得る電気ヒータ１３と，それの近傍でエンジン本体１の温度の所定値以上を検出するエンジン温度センサ１４とが付設される。
【００１４】
クランクケース７にはクランク軸１５が収容，支持され，このクランク軸１５に，シリンダボア２ａに摺動自在に嵌装されるピストン１６がコンロッド１７を介して連接される。またクランク軸１５には，これをクランキングし得る始動モータ１８が連結される。而して，このエンジンＥの圧縮比は，通常の火花点火式エンジンの圧縮比より充分高く設定される。
【００１５】
シリンダヘッド３には，吸気及び排気ポート５，６を開閉する吸気及び排気弁２０ａ，２０ｂが設けられ，これら吸気及び排気弁２０ａ，２０ｂを開閉する動弁装置２１が前記動弁室８に収容される。
【００１６】
動弁装置２１は，吸気及び排気カム２２ａ，２２ｂを有してクランク軸１５と平行にシリンダヘッド３に回転自在に支持されるカム軸２２と，このカム軸２２と平行にヘッドカバー９に支持される吸気及び排気ロッカ軸２３ａ，２３ｂと，吸気ロッカ軸２３ａに揺動自在に支持されて吸気カム２２ａ及び吸気弁２０ａ間を連接する吸気ロッカアーム２４ａと，排気ロッカ軸２３ｂに揺動自在に支持されて排気カム２２ｂ及び排気弁２０ｂ間を連接する排気ロッカアーム２４ｂと，吸気及び排気弁２０ａ，２０ｂをそれぞれ閉じ方向に付勢する弁ばね２５ａ，２５ｂとよりなっている。
【００１７】
クランク軸１５には歯付きの駆動プーリ２７が，またカム軸２２には歯付きの従動プーリ２８がそれぞれ固設され，これら駆動プーリ２７及び従動プーリ２８は，これらに巻き掛けかけられる歯付きのタイミングベルト２９により相互に接続され，駆動プーリ２７の回転を２分の１に減速してカム軸２２に伝達するようになっている。
【００１８】
上記動弁装置２１による吸気弁２０ａ及び排気弁２０ｂの開閉特性が図２に示される。同図より明らかなように，排気弁２０ｂは，上死点前に閉じ，吸気弁２０ａは上死点後に開き始めるようになっている。つまり，排気行程及び吸気行程間に，排気弁２０ｂ及び吸気弁２０ａが共に閉じた負のオーバーラップ期間θが設けられる。この負のオーバーラップ期間θを検出するカムアングルセンサ２６（図１参照）が前記カム軸２２に連結される。
【００１９】
再び図１において，前記吸気ポート５には，吸気道３０ａを有するミキサ３０が接続され，このミキサ３０には，吸気道３０ａを通る吸入空気を濾過するエアクリーナ３１が接続される。ミキサ３０は，吸気道３０ａを開閉するスロットル弁３２と，このスロットル弁３２の上流側で吸気道３０ａに開口する燃料ノズル３３とが設けられており，その燃料ノズル３３に連なる気化燃料導管３４の上流端が圧力調整器３５の燃料出口３５ａに接続される。圧力調整器３５の燃料入口側には気化室３６が隣接して設けられ，この気化室３６の燃料入口３６ａに，液化燃料を充填した燃料ボンベ３７から延出する液化燃料導管３４の下流端が接続される。気化室３６の一側には電気ヒータ３８が取り付けられ，この電気ヒータ３８の作動により気化室３６に導入された液化燃料を加熱，気化させるようになっている。圧力調整器３５は，気化室３６から送られた高圧の気化燃料を大気圧に調整する。排気ポート６には排気マフラ１９が接続される。
【００２０】
上記エンジンＥの電子制御回路が図３に示される。電子制御ユニット４０は，電気ヒータ１３の作動によりエンジン本体１の温度が所定値以上になったとき，それを検出したエンジン温度センサ１４の検出信号を受けて，始動可能状態を示すランプ４１を点灯するようになっている。また電子制御ユニット４０は，始動モータ１８作動用のスタータスイッチ４２のオン信号と，カムアングルセンサ２６による負のオーバーラップ期間θの検出信号とが共に入力されたとき，点火プラグ１０を作動するようになっている。
【００２１】
次に，この実施形態の作用について説明する。
【００２２】
エンジンＥの始動に際しては，先ず，電気ヒータ１３を作動して，エンジン本体１を予熱する。それによりエンジン本体１の温度が所定値以上になると，エンジン温度センサ１４がその旨の検出信号を電子制御ユニット４０に入力するので，電子制御ユニット４０がランプ４１を点灯して，エンジンが始動可能状態になったことを表示する。
【００２３】
そこで，スタータスイッチ４２をオンにして始動モータ１８を作動し，エンジンＥのクランキングを行う。このクランキングにより，エンジンＥの吸気行程中，燃料ボンベ３７から送出された高圧の液化燃料は，液化燃料導管３４を経て気化室３６に導入され，該室３６で電気ヒータ３８の作動により加熱，気化される。この気化燃料は，圧力調整器３５により大気圧に調整された後，気化燃料導管３４を経てミキサ３０の燃料ノズル３３に供給される。ミキサ３０の吸気道３０ａでは，燃料ノズル３３からの噴霧燃料と，エアクリーナ３１で濾過された空気との予混合気が生成され，それがスロットル弁３２により流量を制御されながら，エンジンＥの燃焼室４に供給される。このとき，エンジン本体１は，電気ヒータ１３により加熱されているので，燃焼室４での予混合気の冷却を防ぐことができる。
【００２４】
またこのクランキング中，即ちスタータスイッチ４２のオン信号が電子制御ユニット４０に入力されているとき，カムアングルセンサ２６が負のオーバーラップ期間θを検出してその検出信号を電子制御ユニット４０に入力すると，電子制御ユニット４０は，点火プラグ１０を作動して火花点火を行う。したがって負のオーバーラップ期間θのみ，火花点火が行われる。
【００２５】
ところで，排気弁２０ｂ及び吸気弁２０ａが共に閉じた負のオーバーラップ期間θでの燃焼室４の圧力は，続く圧縮行程における燃焼室４の圧力に比して低いので，点火プラグ１０は，印加される電圧が比較的低くても火花を生起させることができ，負のオーバーラップ期間θ，燃焼室４に残留する未燃ガスに着火させ，高温のガスを生成することになる。
【００２６】
その結果，負のオーバーラップ期間θ後，吸気弁２０ａの開きに伴ない予混合気が燃焼室４に吸入されると，その予混合気と上記高温のガスとが混合することで，予混合気の温度が急速に上昇するため，続く圧縮行程において高温の予混合気は，高圧縮比をもって圧縮されると，自着火することになる。こうしてエンジンＥを容易に始動することができ，複雑，高価な可変動弁装置を用いる必要がない。
【００２７】
エンジンＥが始動し，始動モータ１８の作動を停止すると，電子制御ユニット４０は，始動モータ１８用スイッチ４２のオフ信号に基づいて，点火プラグ１０の作動を停止するので，火花点火は生じない。
【００２８】
而して，エンジンＥの始動後は，負のオーバーラップ期間θにおいて，燃焼室４に高温の排ガスが残留するので，それに続く吸気行程で燃焼室４に吸入される予混合気が上記高温の排ガスと混合して効果的に昇温することができるため，次の圧縮行程で高圧縮比をもって圧縮され，自着火することができ，自着火運転が継続することになり，熱効率の改善，延いては低燃費性の向上とＮＯｘの排出抑制に寄与し得る。
【００２９】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば，電気ヒータ１３は，エンジン本体１に内蔵することもできる。
【符号の説明】
【００３０】
Ｅ・・・・・予混合圧縮自着火式エンジン
１・・・・・エンジン本体
４・・・・・燃焼室
１０・・・・点火プラグ
１３・・・・電気ヒータ
２０ａ・・・吸気弁
２０ｂ・・・排気弁
２１・・・・動弁装置
４０・・・・電子制御ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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