(57)【要約】【課題】デュアルフューエルエンジンにおいて、予混合燃焼方式の運転時にはノッキングの発生防止のために圧縮比を抑制しつつ、拡散燃焼方式の運転時には熱効率や燃料の着火性の向上のためにより高い圧縮比で運転することができるような適切な圧縮比の選択を、シリンダヘッド構造の複雑化および制御の複雑化を抑えて簡単な構造で達成することを課題とする。【解決手段】燃焼室と吸気ポートの開閉を行う吸気弁１３と、該吸気弁を開閉駆動する吸気弁駆動手段４９と、クランク軸の回転角度を検出するクランク角検出手段４７と、該クランク角検出手段の信号に基づいて予混合燃焼モードの運転時には拡散燃焼モードの運転時よりも吸気弁１３の閉弁時期を早める信号を吸気弁駆動手段に出力して予混合燃焼モードの運転時の圧縮比を調整する圧縮比制御手段４１とを備えたことを特徴とする。【選択図】図１
2008202545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス燃料を吸気ポートまたは吸気マニホールド内に噴射して空気と混合させてから燃焼室に流入させる予混合燃焼モードと、液体燃料を燃焼室内に噴射して燃焼する拡散燃焼モードとのいずれの燃焼モードにも対応できるデュアルフューエルエンジンにおいて、燃焼室と吸気ポートの開閉を行う吸気弁と、該吸気弁を開閉駆動する吸気弁駆動手段と、クランク軸の回転角度を検出するクランク角検出手段と、該クランク角検出手段の信号に基づいて前記予混合燃焼モードの運転時には前記拡散燃焼モードの運転時よりも前記吸気弁の閉弁時期を早める信号を前記吸気弁駆動手段に出力して前記予混合燃焼モードの運転時の圧縮比を調整する圧縮比制御手段とを備えたことを特徴とするデュアルフューエルエンジン。
【請求項２】
前記吸気弁駆動手段が前記クランク軸によって駆動されるカム軸および該カム軸に取付けられたカム部材からなり、該カム軸または前記カム部材の前記クランク軸に対する位相を可変する位相可変手段を備え、前記圧縮比制御手段からの信号によって前記位相可変手段を制御することを特徴とする請求項１記載のデュアルフューエルエンジン。
【請求項３】
前記吸気弁駆動手段が前記吸気弁に設置された電磁アクチュエータまたは油圧アクチュエータからなり、前記圧縮比制御手段からの信号によって制御されることを特徴とする請求項１記載のデュアルフューエルエンジン。
【請求項４】
前記予混合燃焼モードと、前記拡散燃焼モードとの切り換えをエンジン停止時または無負荷時に行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のデュアルフューエルエンジン。
【請求項５】
前記吸気弁が閉じたときの燃焼室内容積Ｖに対するピストンが上死点に位置するときの燃焼室内容積Ｖｄの比（Ｖ／Ｖｄ）である圧縮比が、前記予混合燃焼モードの運転時には約１１となり、前記拡散燃焼モードの運転時には１５〜１７となるように圧縮比制御手段によって前記吸気弁の閉じ時期を制御することを特徴する請求項１から４のいずれかに記載のデュアルフューエルエンジン。
【請求項６】
前記拡散燃焼モードの運転時には前記吸気弁を下死点近傍で閉じ、前記予混合燃焼モードの運転時には前記吸気弁を下死点前６０°〜７０°で閉じるように圧縮比制御手段によって前記吸気弁の閉じ時期を制御することを特徴する請求項１〜４のいずれかに記載のデュアルフューエルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天然ガス等のガス燃料と重油等の液体燃料とのいずれにも対応できるデュアルフューエルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、天然ガス等のガス燃料を使用し、燃焼室に流入する前に吸気ポートや吸気マニホールド内に噴射して空気と混合させてから燃焼室に流入させる予混合燃焼方式と、軽油、重油等の液体燃料を使用して直接燃焼室内に噴射して燃焼する拡散燃焼方式とのいずれの燃料にも対応できるいわゆるデュアルフューエルエンジンについて知られている。
天然ガス等のガス燃料を使用する予混合燃焼方式はノッキングの発生防止のために圧縮比を抑制することが望ましく、また軽油等の液体燃料を使用する拡散燃焼方式においては熱効率や燃料の着火性の向上を図るため、より高い圧縮比で運転することが望ましい。このため、デュアルフューエルエンジンにおいては、どの程度の圧縮比に設定するかが性能上大きな問題であった。
【０００３】
一方、デュアルフューエルエンジンについては種々の提案がされており、例えば、特許文献１（特開平５−９９００８号公報）には、気体燃料としてのＣＮＧ（圧縮天然ガス）と液体燃料としてのガソリンとを切換えて使用する二元燃料エンジンについて示され、図８に示す燃料供給系の構成図のように、吸気マニホールド０１の吸気ポート０２を臨む下流側位置にガソリン用燃料噴射装置０３が設けられ、また吸気マニホールド０１に設けられた吸気マニホールドチャンバ０４に向けてＣＮＧ用燃料噴射装置０５が設けられている。
そして、吸気エア量を同じにするとガソリン等の液体燃料の混合気に比較してＣＮＧ等の気体燃料の混合気の吸気圧の方が気体燃料の供給圧力分だけ高くなることから、燃焼室への供給を調整するべく、吸気弁０６の開弁時期を液体燃料の使用時よりも気体燃料の使用時の方を遅くすることが示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、図９（ａ）、（ｂ）に示すように気体燃料（ガス燃料）をガス燃料供給管０１０から吸気ポート０１１内に噴射し、液体燃料を液体燃料噴射弁０１２から燃焼室０１３内に噴射口０１４を介して連絡する予燃焼室０１５に噴射する構成が示されている。
そして、ガス運転モード時には、主燃焼室に供給された気体燃料と空気との混合気を、ピストンによる圧縮の初期に、吸気弁および排気弁とは別に設けられた主燃焼室と室外とを連通する通気路を開いて主燃焼室内の混合気を室外に逃がして該混合気の圧縮比を可変とする。またディーゼル運転モード時には、気体燃料の供給が断たれて、液体燃料が供給されるとともに前記通気路を閉じてディーゼル運転に適した圧縮比で圧縮される。
【０００５】
【特許文献１】特許２６５６１８１号公報
【特許文献２】特許３６７６９６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献１、２にはそれぞれ液体燃料と気体燃料とを共に使用可能なデュアルフューエルエンジンについて示されているが、特許文献１に示されている技術においては、前記したように、吸気マニホールド０１の吸気ポート０２を臨む下流側位置にガソリン用燃料噴射装置０３が設けられ、また吸気マニホールド０１に設けられた吸気マニホールドチャンバ０４に向けてＣＮＧ用燃料噴射装置０５が設けられ、気体燃料と液体燃料とを共に燃焼室前の吸気系に噴射して燃料と空気の混合気を生成する構成であり、空気と液体燃料（ガソリン）との混合比率の適正化、および空気と気体燃料（ＣＮＧ）との混合比率の適正化を図るために吸気弁の開弁時期を調整するものであるため、液体燃料を燃焼室内に噴射して拡散燃焼方式とするディーゼル運転には適さない技術である。
【０００７】
また、特許文献２には、前記したように気体燃料（ガス燃料）をガス燃料供給管０１０から吸気ポート０１１内に噴射し、液体燃料を液体燃料噴射弁０１２から燃焼室０１３内に噴射口０１４を介して連絡する予燃焼室０１５に噴射する技術が示され、液体燃料を圧縮着火して拡散燃焼させるとともに、ガス運転モード時とディーゼル運転モード時との圧縮比を調整する技術が示されている。
しかし、圧縮比の調整をするために、吸気弁および排気弁とは別に主燃焼室と室外とを連通する通気路を設け、その通気路を開閉制御する制御弁を設けるため、吸気弁、排気弁周りのシリンダヘッド構造が複雑化するとともに、制御弁および制御機器が必要となり、重量増大、製造コスト増大等となる。
【０００８】
そこで、本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、天然ガス等のガス燃料を使用して燃焼室に流入する前に吸気ポートや吸気マニホールド内に噴射して空気と混合させてから燃焼室に流入させる予混合燃焼方式と、重油等の液体燃料を使用して直接燃焼室内に噴射して燃焼する拡散燃焼方式とのいずれの燃料にも対応できるいわゆるデュアルフューエルエンジンにおいて、前記予混合燃焼方式の運転時にはノッキングの発生防止のために圧縮比を抑制しつつ、前記拡散燃焼方式の運転時には熱効率や燃料の着火性の向上のためにより高い圧縮比で運転することができるような適切な圧縮比の選択を、シリンダヘッド構造の複雑化および制御の複雑化を抑えて簡単な構造で達成することができるデュアルフューエルエンジンを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、ガス燃料を吸気ポートまたは吸気マニホールド内に噴射して空気と混合させてから燃焼室に流入させる予混合燃焼モードと、液体燃料を燃焼室内に噴射して燃焼する拡散燃焼モードとのいずれの燃焼モードにも対応できるデュアルフューエルエンジンにおいて、燃焼室と吸気ポートの開閉を行う吸気弁と、該吸気弁を開閉駆動する吸気弁駆動手段と、クランク軸の回転角度を検出するクランク角検出手段と、該クランク角検出手段の信号に基づいて前記予混合燃焼モードの運転時には前記拡散燃焼モードの運転時よりも前記吸気弁の閉弁時期を早める信号を前記吸気弁駆動手段に出力して前記予混合燃焼モードの運転時の圧縮比を調整する圧縮比制御手段とを備えたことを特徴とするデュアルフューエルエンジンを提供する。
【００１０】
かかる発明によれば、圧縮比制御手段が、ガス燃料を吸気ポートまたは吸気マニホールド内に噴射して空気と混合させてから燃焼室に流入させる予混合燃焼モードの運転時には、液体燃料を燃焼室内に噴射して燃焼する拡散燃焼モードの運転時よりも吸気弁の閉弁時期を早めに設定することによって、吸気行程時の実燃焼室容積、すなわち吸気弁が閉じたときの燃焼室容積が拡散燃焼モードの運転時の実燃焼室容積よりも小さくなり、圧縮比が可変化され拡散燃焼モードの運転時よりも圧縮比を小さくすることができ、予混合燃焼モードの運転に適した圧縮比となる。
【００１１】
従って、予混合燃焼モードのガス燃料による運転時には、ノッキングと呼ばれる異常着火燃焼の発生を防止して安定した予混合燃焼モードの運転を行なうことができ、また拡散燃焼モードの軽油、重油等の液体燃料による運転時には、圧縮着火に適した高圧縮比の設定が可能となり、燃焼効率の向上がはかれる。
このように予混合燃焼モードと拡散燃焼モードのいずれの運転モードにおいても適切な圧縮比を選択することが可能となり、いずれの運転モードにおいても安定した運転と高い熱効率での運転が可能となる。
【００１２】
また、好ましく請求項２記載の発明のように、前記吸気弁駆動手段が前記クランク軸によって駆動されるカム軸および該カム軸に取付けられたカム部材からなり、該カム軸または前記カム部材の前記クランク軸に対する位相を可変する位相可変手段を備え、前記圧縮比制御手段からの信号によって前記位相可変手段を制御することを特徴とし、また請求項３のように、前記吸気弁駆動手段が前記吸気弁に設置された電磁アクチュエータまたは油圧アクチュエータからなり、前記圧縮比制御手段からの信号によって制御されることを特徴とする。
【００１３】
かかる請求項２記載の発明のようにカム軸またはカム部材の位相を機械駆動によってクランク軸に対する位相を可変とし、または請求項３記載の発明のように電磁アクチュエータまたは油圧アクチュエータによって可変とすることにより、吸気弁の閉弁時期のタイミングを確実に変更することができる。また、電磁アクチュエータまたは油圧アクチュエータによって可変とすることによって、複雑な動弁機構を設置しなくてよいため、簡単な構造で行なうことができる。
【００１４】
さらに、好ましくは、請求項４記載の発明のように前記予混合燃焼モードと、前記拡散燃焼モードとの切り換えをエンジン停止時または無負荷時に行うことを特徴とし、エンジン運転時に燃焼モードの変更および吸気弁の閉弁タイミングの変更に伴うトルク変動の発生を防止して安定した運転を確保することができる。
【００１５】
また、請求項５記載の発明は、前記吸気弁が閉じたときの燃焼室内容積Ｖに対するピストンが上死点に位置するときの燃焼室内容積Ｖｄの比（Ｖ／Ｖｄ）である圧縮比が、前記予混合燃焼モードの運転時には約１１となり、前記拡散燃焼モードの運転時には１５〜１７となるように圧縮比制御手段によって前記吸気弁の閉じ時期を制御することを特徴とし、
かかる請求項５記載の発明によれば、予混合燃焼モードの運転時には約１１の圧縮比とすることで気体燃料の自着火を防止してノッキングを防止することができ、拡散燃焼モードの運転時には１５〜１７の圧縮比することで自着火を積極的に誘引して効率的な拡散燃焼が可能となる。
【００１６】
また、請求項６記載の発明は、前記拡散燃焼モードの運転時には前記吸気弁を下死点近傍で閉じ、前記予混合燃焼モードの運転時には前記吸気弁を下死点前６０°〜７０°で閉じるように圧縮比制御手段によって前記吸気弁の閉じ時期を制御することを特徴とし、
かかる請求項６記載の発明によれば、予混合燃焼モードの運転時には前記吸気弁を下死点前６０°〜７０°で吸気弁をとじるため、下死点近傍で閉じる拡散燃焼モードの運転時に比べて、圧縮比で２／３〜３／４と小さくなるため、予混合燃焼モードの運転時には気体燃料の自着火を防止してノッキングを防止することができ、拡散燃焼モードの運転時には自着火を積極的に誘引して効率的な拡散燃焼が可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、天然ガス等のガス燃料を使用して燃焼室に流入する前に吸気ポートや吸気マニホールド内に噴射して空気と混合させてから燃焼室に流入させる予混合燃焼方式と、重油等の液体燃料を使用して直接燃焼室内に噴射して燃焼する拡散燃焼方式とのいずれの燃料にも対応できるいわゆるデュアルフューエルエンジンにおいて、前記予混合燃焼方式の運転時にはノッキングの発生防止のために圧縮比を抑制しつつ、前記拡散燃焼方式の運転時には熱効率や燃料の着火性の向上のためにより高い圧縮比で運転することができるような適切な圧縮比の選択を、シリンダヘッド構造の複雑化および制御の複雑化を抑えて簡単な構造で達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００１９】
本発明の実施の形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
参照する図面において、図１は本発明の第１実施形態にかかるデュアルフューエルエンジンの全体構成図を示す。図２（ａ）は第１実施形態の吸気弁駆動手段を示す一部断面図であり、（ｂ）はカム部材の説明図である。図３は運転制御装置の制御フロー図である。図４は吸排気弁の開閉リフト図である。図５はクランク角度と燃焼室内圧力との関係を示す特性図である。図６は図５のＡ部分の拡大図である。図７は第２実施形態の吸気弁駆動手段を示す一部断面図である。
【００２０】
図１は、デュアルフューエルエンジン１の断面図であり、多シリンダの４サイクルエンジンである。
シリンダ２内に往復摺動自在に嵌合されたピストン３、該ピストン３の往復動を回転に変換するクランク軸５、該クランク軸５に連結されるフライホイール７、前記ピストン３の上面とシリンダ２の内面との間に区画形成される燃焼室９、該燃焼室９に接続される吸気ポート１１、該吸気ポート１１を開閉する吸気弁１３、該燃焼室９に接続される排気ポート（不図示）と該排気ポートを開閉する排気弁（不図示）等によって構成される。
【００２１】
前記吸気ポート１１につながる吸気通路１５の途中にはガス燃料混合装置１７が設置され、ガス燃料通路１９からガス供給弁２１を通して供給された燃料ガスと吸気通路１５から供給された空気とが混合し、この混合気を前記吸気ポート１１及び吸気弁１３を通して燃焼室９に供給する。ガス燃料としては、例えばＣＮＧ（圧縮天然ガス）やＨ２（水素ガス）が用いられる。
【００２２】
燃焼室９の上部には燃料噴射装置２３が設置され、液体燃料通路２５から供給された軽油、重油等の液体燃料が、燃料制御装置２９からの動作信号に基づいて燃焼室９内に噴射する。すなわち、燃料噴射装置２３は燃料制御装置２９からの動作信号によってノズル３１が開閉して、予燃焼室３５に液体燃料を噴射して、予燃焼室３５内に燃焼室９から噴口３３を介して導入された空気で着火し、さらに、この着火した燃焼火炎を前記噴口３３から燃焼室９内に噴射して、高圧縮比で圧縮された空気で拡散燃焼されるように構成されている。
【００２３】
ガス燃料による予混合燃焼モードの運転時には、ガス燃料と空気との混合気の着火源とするのに必要な一定のパイロット量の液体燃料が噴射されるように設定されている。このため点火プラグやグロープラグ等の着火手段を用いなくても予燃焼室３５内でパイロット量の液体燃料が着火して、噴口３３から火炎を噴出するのでこの火炎を着火源として燃焼室９内で混合気が燃焼される。また液体燃料による拡散燃焼モードの運転時には、調速制御によりエンジン運転負荷に応じた燃料が噴射されるようになっている。
【００２４】
ガス燃料による予混合燃焼モードの運転と、液体燃料による拡散燃焼モードの運転の切換えは、作業者が操作するモード切替えスイッチ３７によって行われ、その切換え信号が運転制御装置３９の圧縮比制御手段４１、燃料制御装置２９、および燃料切換手段４３に入力されるようになっている。
【００２５】
前記フライホイール７の外周には円周方向に沿って回転パルス発生用の複数の歯が形成され、回転パルス検出器４５によって、前記フライホイール７の回転パルスを検出するようになっている。
そして、前記回転パルス検出器４５によるフライホイール７の回転パルスつまりクランク軸５の回転パルスの検出信号はクランク角検出手段４７に入力される。該クランク角検出手段４７は前記回転パルスの検出信号に基づき吸排気弁の開閉時期を演算して、その出力信号を圧縮比制御手段４１およびに燃料噴射装置２３への作動信号を制御する燃料制御装置２９に出力する。
【００２６】
前記吸気弁１３は、吸気弁駆動手段４９によって開閉駆動されるようになっており、この吸気弁駆動手段４９の一例を図２（ａ）、（ｂ）に示す。
吸気弁駆動手段４９は、吸気弁１３の弁軸５１の頂部に一端が当接されたロッカアーム５３と、該ロッカアーム５３の上面に接触して配置されたカム部材５５と、該カム部材５５を回転駆動するカム軸５７とを有して構成され、さらに、カム軸５７がクランク軸５にギア、チェン等にて連動されていて、クランク軸５の回転に連動してカム部材５５が回転してロッカアーム５３を介して吸気弁１３を押下げて開閉駆動するようになっている。
また、前記カム部材５５のクランク軸５に対する位相を可変する位相可変手段５８が設けられており、この位相可変手段５８は、カム部材５５がカム軸５７に対して別体に構成されてカム部材５５がカム軸５７に対して平行またはヘリカルスプライン機構で摺動自在に係合する構成と、カム部材５５をシフトフォーク５９を介してカム軸５７の軸方向に移動する移動機構の構成とからなっている。そして、さらに、カム部材５５のカム形状は、図２（ｂ）に示すようにカム部材５５が軸方向に移動するにつれて吸気弁１３の開弁時期は変化せずに閉弁時期が早まるようなカム形状（鎖線部）に形成されている。
【００２７】
次に、前記デュアルフューエルエンジン１の運転制御装置３９について図３のフローチャートを参照して説明する。
まずステップＳ１で制御を開始し、ステップＳ２で前記モード切替えスイッチ３７からの切換え信号が今までの運転モードに対して異なる切換えの信号があったか否かが判断される。
【００２８】
異ならない場合には今までどおりの運転モードを続け、異なった信号である場合には、次のステップＳ３でエンジンが停止中か、または無負荷運転状態（アイドリング状態）であるかを判断し、いずれの状態でもない場合には、停止中か、または無負荷運転状態になるまで運転モードの変更はせずに現状の運転モードを維持して待機する。エンジン運転時に燃焼モードの変更を行うと、吸気弁１３の閉弁タイミングの変更や燃料供給系統の変更に伴うエンジンのトルク変動が大きく発生するため、安定したエンジン運転に支障を来たす虞があるので、または吸気弁１３の閉弁タイミングの変更には前記したようにスプラインの噛み合い状態を移動させるため運転中であると大きな作動力を要するので、エンジンが停止中か、または無負荷運転状態まで待機させている。
【００２９】
ステップＳ３でエンジンが停止中か、または無負荷運転状態（アイドリング状態）であると判断したときには、ステップＳ４に進み、どちらの運転モードが選択されたかを判断して、液体燃料による拡散燃焼モードである場合にはステップＳ５に、ガス燃料による予混合燃焼モードである場合にはステップＳ７に進む。
【００３０】
拡散燃焼モードの運転信号が燃料制御装置２９の燃料切換手段４３に入力されると、該燃料切換手段４３は、ガス燃料混合装置１７のガス供給弁２１を閉じて吸気通路１５へのガス燃料の供給を遮断する。
そして、燃料制御装置２９によって、エンジンの負荷、回転数等の運転状態に応じた燃料量が噴射されるように制御され、燃料噴射装置２３から予燃焼室３５内に噴射されて噴口３３から燃焼室９内に燃焼火炎として噴射されて、高圧縮比で圧縮された空気で拡散燃焼される。
【００３１】
さらに、この燃料制御と同時に、次のステップＳ６による吸気弁１３の閉弁タイミングの可変制御が行われる。拡散燃焼モードの運転信号が圧縮比制御手段４１に入力されると、該圧縮比制御手段４１は吸気弁駆動手段４９を構成する図示しないアクチュエータを作動して図２（ａ）に示すようにシフトフォーク５９を移動してカム部材５５の位置を移動させることで吸気弁１３の閉弁時期を略ピストン下死点位置に設定する。
吸気弁１３が下死点近傍に設定されると、圧縮比εは１５〜１７の値となるように設定され、好ましく着火性、燃焼効率から高いほうがよいため約１７に設定される。そしてステップ９で終了する。
【００３２】
圧縮比εは、吸気弁１３が閉じたときの燃焼室９内の容積Ｖと、ピストン上死点のときの燃焼室９内の容積Ｖｄとの比、Ｖ／Ｖｄであり、Ｖｄが一定であるため、Ｖを吸気弁１３の閉弁時期を可変化して変更することによって、圧縮比εを可変としている。
【００３３】
次に、ステップＳ４で、予混合燃焼モードと判断した場合には、ステップＳ７に進み、予混合燃焼モードの運転信号が燃料制御装置２９の燃料切換手段４３に入力されると、燃料切換手段４３は、ガス燃料混合装置１７のガス供給弁２１を開いて吸気通路１５へガス燃料の供給を開始する。
そして、燃料制御装置２９によって、パイロット量の液体燃料が噴射されるように燃料量が制御され、予燃焼室３５内でパイロット量の液体燃料が圧縮着火して、噴口３３からの火炎を着火源として燃焼室９内でガス燃料と空気との混合気が燃焼される。
【００３４】
さらに、この燃料制御と同時に、次のステップＳ８による吸気弁１３の閉弁タイミングの可変制御が行われる。予混合燃焼モードの運転信号が圧縮比制御手段４１に入力されると、該圧縮比制御手段４１は吸気弁駆動手段４９を構成する図示しないアクチュエータを作動させて図２（ａ）に示すようにシフトフォーク５９を移動してカム部材５５の位置を移動させることで吸気弁１３の閉弁時期をピストン下死点前６０°〜７０°の位置に設定する。これによって、下死点近傍で閉じる拡散燃焼モードの運転時に比べて、圧縮比で２／３〜３／４と小さく設定されて、圧縮比εは略１１の値となるように設定される。そしてステップ９で終了する。
【００３５】
この拡散燃焼モードの運転時と予混合燃焼モードの運転時の吸排気弁の開閉リフト図を図４に示す。この図に示すように、吸気行程における吸気弁の閉弁時期が、液体燃料による拡散燃焼モードの運転時に比べて、θ＝６０°〜７０°進んで、早期に閉じられることを示している。なお、圧縮比εは、吸気弁１３が閉じたときの燃焼室９内の容積Ｖと、ピストン上死点のときの燃焼室９内の容積Ｖｄとの比、Ｖ／Ｖｄであることから、下死点後の６０°〜７０°に設定しても同様の圧縮比を設定できるが、下死点後の６０°〜７０°に設定すると、吸気弁１３から吸気ポート１１への燃料の吹き戻しが多くなり、安定燃焼、燃料消費量の悪化を生じるため、下死点前の６０°〜７０°に設定すると良い。
【００３６】
また、図５には、拡散燃焼モードの運転時と予混合燃焼モードの運転時とにおける、クランク角度と燃焼室９内の圧力との関係を示す。吸気弁１３を下死点前６０°〜７０°の範囲で早めに閉じることで、燃焼室９内の圧力のピーク値が、拡散燃焼モードの運転時より予混合燃焼モードの運転時の方が下がることが分かる。また、図５のＡ部分の拡大図の図６に示すように、吸気弁１３が開状態で吸気されているため大気圧状態のＢ領域から、吸気弁の早閉じによって燃焼室内圧力の一時的な負圧領域のＣ領域に入ってから立ち上がる特性を示している。
【００３７】
従って、予混合燃焼モードのガス燃料による運転時には、燃焼室９内のピーク圧力が拡散燃焼モード運転時よりも低く抑えられるため、燃焼ノッキングと呼ばれる異常着火燃焼の発生を防止して安定した予混合燃焼モードの運転を行なうことができ、また拡散燃焼モードの軽油、重油等の液体燃料による運転時には、圧縮着火による拡散燃焼に適した高圧縮比の設定が可能となり、燃焼効率の向上がはかれる。
このように予混合燃焼モードと拡散燃焼モードのいずれの運転モードにおいても適切な圧縮機を選択することが可能となり、いずれの運転モードにおいても安定した運転と高い熱効率での運転が可能となる。
【００３８】
また、本実施形態によれば、クランク軸５に連動するカム部材５５を、シフトフォーク５９を介してカム軸５７の軸方向に移動することによって、カム軸５７に対するカム部材５５の位相を変化させ、その結果クランク軸に対して吸気弁１３の閉弁時期の位相を変えることができるように構成されているため、吸気弁１３の閉弁時期のタイミングを確実に変更することができる。
【００３９】
なお、本実施形態では、カム部材５５の位相を変更するために、カム軸５７とカム部材５５との間に平行スプライン、ヘリカルスプライン機構を設けたが、カム軸５７とカム部材５５とを一体構造として、カム軸５７自体をヘリカルスプライン機構等によって位相変更可能とするように構成してもよい。
【００４０】
次に、第２実施形態を図７を参照して説明する。この第２実施形態は、吸気弁駆動手段４９の他の例を示すものである。
図７に示すように、電磁アクチュエータ６１を吸気弁１３の弁軸５１の頂部に設置して、電磁アクチュエータ６１に、クランク角検出手段４７によって検出された所定のタイミングに基づいて信号を出力することで吸気弁１３の開閉タイミングを自在に制御することができる。
電磁アクチュエータ６１にＯＮ信号が入力されるとバルブスプリング６３による閉弁力に抗して吸気弁１３を押し下げるように電磁アクチュエータ６１が作動して吸気弁１３を開弁し、ＯＦＦにするとバルブスプリング６３よって閉弁する。従って、吸気行程において図４に示すリフト図の開閉タイミングに対応して電磁アクチュエータ６１をＯＮ、ＯＦＦさせることで吸気弁１３の閉弁時期の位相を変えることができる。
【００４１】
すなわち、予混合燃焼モードの運転信号が圧縮比制御手段４１に入力されると、該圧縮比制御手段４１は吸気弁駆動手段４９を構成する電磁アクチュエータ６１に対してＯＦＦ信号のタイミングを下死点前６０°〜７０°の位置に設定することで簡単に燃焼モード変更に対応することができる。なお、拡散燃焼モードの場合には電磁アクチュエータ６１のＯＦＦ信号のタイミングを下死点近傍に設定すればよい。
【００４２】
このように、電磁アクチュエータ６１を用いて吸気弁１３の閉弁時期の位相を変えることができるため、吸気弁の閉弁時期のタイミングを確実に変更することができるとともに、第１実施形態のようにカム部材５５による複雑な動弁機構およびカム部材５５を移動させる位相可変手段５８を設置しなくてよいため、簡単な構造で吸気弁の閉弁時期のタイミング変更を行なうことができる。
また、電磁アクチュエータ６１に代えて油圧アクチュエータを設置してもよく、同様の作用効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明によれば、天然ガス等のガス燃料を使用して燃焼室に流入する前に吸気ポートや吸気マニホールド内に噴射して空気と混合させてから燃焼室に流入させる予混合燃焼方式と、重油等の液体燃料を使用して直接燃焼室内に噴射して燃焼する拡散燃焼方式とのいずれの燃料にも対応できるいわゆるデュアルフューエルエンジンにおいて、前記予混合燃焼方式の運転時にはノッキングの発生防止のために圧縮比を抑制しつつ、前記拡散燃焼方式の運転時には熱効率や燃料の着火性の向上のためにより高い圧縮比で運転することができるような適切な圧縮比の選択を、シリンダヘッド構造の複雑化および制御の複雑化を抑えて簡単な構造で達成することができるので、デュアルフューエルエンジンへの適用に際して有益である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるデュアルフューエルエンジンの全体構成図を示す。
【図２】（ａ）は第１実施形態の吸気弁駆動手段を示す一部断面図であり、（ｂ）はカム部材の説明図である。
【図３】制御装置の制御フロー図である。
【図４】吸排気弁の開閉リフト図である。
【図５】クランク角度と燃焼室内圧力との関係を示す特性図である。
【図６】図５のＡ部分の拡大図である。
【図７】第２実施形態の吸気弁駆動手段を示す一部断面図である。
【図８】従来技術の説明図である。
【図９】従来技術の説明図であり、（ａ）は吸気ポート部分を、（ｂ）は燃焼室部分を示す。
【符号の説明】
【００４５】
５        クランク軸
９        燃焼室
１１      吸気ポート
１３      吸気弁
１５      吸気通路
１７      ガス燃料混合装置
１９      ガス燃料通路
２３      燃料噴射装置
２５      液体燃料通路
４１      圧縮比制御手段
４７      クランク角検出手段
４９      吸気弁駆動手段
５５      カム部材
５７      カム軸
５８      位相可変手段
６１      電磁アクチュエータ
【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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