(57)【要約】【課題】排気ガスを効率良く還流させることで加熱装置を用いずに着火に十分な圧縮端温度を得ることができる圧縮着火内燃機関及びその排気ガス還流量制御方法を提供することを課題とする。【解決手段】圧縮着火内燃機関には、２つの排気バルブからなる排気バルブ手段が設けられている。排気行程では第１排気バルブを開弁して排気ガスを排出し（符号Ｄ）、排気行程終了直前から吸気行程前半にかけて第２排気バルブを開弁して排気ガスを還流する（符号Ｅ）。ここで第２排気バルブは吸気行程で微小リフト量ｔを一定に保って所定時間開き続けるが、この微小リフト量ｔは上死点のピストンと干渉しない安全リフト量以下の値になっている。さらに第２排気バルブの全閉後、吸気バルブを開弁し空気及び燃料の混合気を吸入する（符号Ｆ）。【選択図】        図２
2004293341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路及び排気通路が連通されると共に内部にピストンが往復運動可能に設けられた燃焼室と、
排気通路中に設けられ、排気行程で開弁して排気を行うと共に吸気行程で微小リフト量状態を所定時間維持して排気通路中の排気ガスを燃焼室内に還流させる排気バルブ手段と、
吸気通路中に設けられ、吸気行程で前記排気バルブ手段のみが微小リフト量状態を所定時間維持した後に開弁する吸気バルブ手段と
を備えることを特徴とする圧縮着火内燃機関。
【請求項２】
前記吸気バルブ手段は、吸気行程で前記排気バルブ手段が閉弁した後に開弁されることを特徴とする請求項１に記載の圧縮着火内燃機関。
【請求項３】
前記排気バルブ手段は２つの排気バルブを含み、第１排気バルブは排気行程中に開弁し、第２排気バルブは少なくとも吸気行程中に開弁状態となることを特徴とする請求項１または２に記載の圧縮着火内燃機関。
【請求項４】
前記排気バルブ手段は少なくとも一つの排気バルブを含み、各排気バルブは対応の２段カムによって排気行程及び吸気行程の両行程で開弁状態となることを特徴とする請求項１または２に記載の圧縮着火内燃機関。
【請求項５】
前記排気バルブ手段は、排気行程で開弁して排気を行うと共に吸気行程では略一定の微小リフト量を所定時間維持して排気通路中の排気ガスを燃焼室内に還流させることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の圧縮着火内燃機関。
【請求項６】
吸気行程中に排気ガスを燃焼室内へ還流させる圧縮着火内燃機関における排気還流量の制御方法であって、
排気通路中に設けた排気バルブ手段を、排気行程で開弁することによって排気を行うと共に吸気行程で微小リフト量の開弁状態を所定時間維持することによって排気通路中の排気ガスを燃焼室内に還流させ、
吸気行程において、前記排気バルブ手段のみが微小リフト量の開弁状態を所定時間維持した後に、吸気通路中に設けた吸気バルブ手段を開弁させる、
ことを特徴とする圧縮着火内燃機関の排気還流量制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、圧縮着火内燃機関及びその排気還流量制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、天然ガス等の着火性の低い燃料を使用して圧縮着火燃焼を行う場合に、ヒータ等で吸気を加熱して着火性を向上させる方法がある。ところが、このようにヒータ等の加熱装置を使用することは圧縮着火内燃機関（エンジン）全体の燃費悪化につながるため、加熱装置を使用せずに圧縮着火燃焼を行うことが望まれる。そこで、図７に示されるように、排気行程において排気バルブを符号Ａのようなタイミング・リフト量で開弁して排気を行い、その後、吸気行程において吸気バルブを符号Ｂのようなタイミング・リフト量で開弁すると共に排気バルブを符号Ｃのようなタイミング・リフト量で開弁して燃焼室内に高温の排気ガスを還流し、これにより吸気を加熱して着火に十分な圧縮端温度を得るようにしている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
実開昭５９−１９９０４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように吸気行程において排気バルブを開弁して内部ＥＧＲを実施する際には、吸気バルブを開弁してしばらく吸気を行った後に排気バルブを開弁するため、燃焼室内へ送り込める排気ガスの還流量を十分に増やすことができない場合がある。
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、排気ガスを効率良く還流させることで加熱装置を用いずに着火に十分な圧縮端温度を得ることができる圧縮着火内燃機関及びその排気還流量制御方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る圧縮着火内燃機関は、吸気通路及び排気通路が連通されると共に内部にピストンが往復運動可能に設けられた燃焼室と、排気通路中に設けられ、排気行程で開弁して排気を行うと共に吸気行程で微小リフト量状態を所定時間維持して排気通路中の排気ガスを燃焼室内に還流させる排気バルブ手段と、吸気通路中に設けられ、吸気行程で排気バルブ手段のみが微小リフト量状態を所定時間維持した後に開弁する吸気バルブ手段とを備えるものである。
【０００６】
好適には、吸気バルブ手段は、吸気行程で排気バルブ手段が閉弁した後に開弁されてもよい。
排気バルブ手段は２つの排気バルブを含み、第１排気バルブは排気行程中に開弁し、第２排気バルブは少なくとも吸気行程中に開弁状態となるようにしてもよい。
あるいは、排気バルブ手段は少なくとも一つの排気バルブを含み、各排気バルブは対応の２段カムによって排気行程及び吸気行程の両行程で開弁状態となるようにしてもよい。
また、前記排気バルブ手段は、排気行程で開弁して排気を行うと共に吸気行程では略一定の微小リフト量を所定時間維持して排気通路中の排気ガスを燃焼室内に還流させるようにしてもよい。
【０００７】
この発明に係る圧縮着火内燃機関の排気還流量制御方法は、吸気行程中に排気ガスを燃焼室内へ還流させる圧縮着火内燃機関における排気還流量の制御方法であって、排気通路中に設けた排気バルブ手段を、排気行程で開弁することによって排気を行うと共に吸気行程で微小リフト量の開弁状態を所定時間維持することによって排気通路中の排気ガスを燃焼室内に還流させ、吸気行程において、前記排気バルブ手段のみが微小リフト量の開弁状態を所定時間維持した後に、吸気通路中に設けた吸気バルブ手段を開弁させる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に、実施の形態１に係る圧縮着火内燃機関として、ガスエンジンヒートポンプ（ＧＨＰ）等に使用される圧縮着火エンジンの１つの燃焼室近傍を平面的にみた模式図を示す。エンジンの燃焼室１に吸気通路２及び排気通路３が接続されている。吸気通路２は、吸気合流路４とその先端で２つに分岐した吸気分岐路５ａ及び５ｂとからなり、これら２つの吸気分岐路５ａ及び５ｂが２つの吸気口６ａ及び６ｂを介してそれぞれ燃焼室１に連通されている。また、排気通路３は、排気合流路７とその先端で２つに分岐した第１排気分岐路８ａ及び第２排気分岐路８ｂとからなり、これら第１排気分岐路８ａ及び第２排気分岐路８ｂが第１排気口９ａ及び第２排気口９ｂを介して燃焼室１に連通されている。なお、本実施の形態では、第１排気口９ａが第２排気口９ｂよりも外径が大きく設定されているが、これは後述するように排気行程において第１排気口９ａのみを介して効率よく排気を行えることを企図したものである。しかしながら、本発明はこの態様に限定されるものではなく第１排気口及び第２排気口をほぼ同一の大きさにしてもよい。
【０００９】
また、２つの吸気口６ａ及び６ｂには吸気バルブ手段として、図示しない吸気バルブ用のカムを介して開閉駆動される吸気バルブ１０及び１１がそれぞれ配置されている。一方、第１排気口９ａ及び第２排気口９ｂには排気バルブ手段として、図示しない排気バルブ用のカムを介して開閉駆動される第１排気バルブ１２及び第２排気バルブ１３が配置されている。なお、燃焼室１の内部には、図示しないピストンが往復運動可能に設けられている。
【００１０】
このような構成の圧縮着火エンジンでは、図２に示されるように、排気行程において第１排気バルブ１２を符号Ｄのような対称的なタイミング・リフト量で開弁して排気ガスの排出を行う。また、排気行程終了直前から吸気行程前半に第２排気バルブ１３を符号Ｅのような対称的なタイミング・リフト量で開弁して排気ガスの還流を行う。さらに、第２排気バルブ１３が閉弁した後に、２つの吸気バルブ１０及び１１を共に符号Ｆのような対称的なタイミング・リフト量で開弁して、空気と燃料との混合気を吸気として燃焼室１内に流入させる。
【００１１】
また、本実施の形態では、第２排気バルブ１３は吸気行程開始から所定時間だけ一定の微小リフト量ｔを維持して開弁する。この第２排気バルブ１３の微小リフト量ｔは、第２排気バルブ１３が燃焼室１内で往復運動をしているピストンに干渉しない最大のリフト量（すなわち安全リフト量）以下の値になっている。これによりピストンが上死点に移動してもピストンと第２排気バルブ１３が干渉しないようになっている。なお、本実施の形態では、第１排気バルブ１２及び２つの吸気バルブ１０及び１１の最大のリフト量が７〜８ｍｍ程度であるのに対して、第２排気バルブ１３の微小リフト量ｔを１ｍｍ程度としている。
【００１２】
吸気行程の前半では、上記のように第２排気バルブ１３が微小リフト量ｔで開弁しており、２つの吸気バルブ１０及び１１と第１排気バルブ１２とが閉弁しているので、排気行程で第１排気口９ａを介して排気通路３に排出された高温の排気ガスは第２排気口９ｂを介して再び燃焼室１内に流入する。このとき、２つの吸気バルブ１０及び１１が開弁していないので、排気ガスのみが燃焼室１内に流入する期間が確保され、燃焼室１内に既に吸気が流入している状態や吸気と一緒に流入する状態よりも排気ガスの還流量が多くなる。また、このように２つの吸気バルブ１０及び１１が閉じた状態で第２排気バルブ１３が吸気行程開始から微小リフト量ｔを一定に保って所定時間だけ開弁するため、還流する排気ガスの流速が高まるだけでなく、燃焼室１内が負圧に保たれ、断熱圧縮の効果でさらに温度を上昇させることができる。
このように、排気ガスの還流量を確実に増やして吸気を効率よく加熱することができ、その結果、着火するのに十分な圧縮端温度を得ることができる。すなわち、天然ガス等の着火性の低い燃料を使用してもヒータ等の加熱装置で加熱する必要なく圧縮着火燃焼を確実に行うことができる。
【００１３】
また、本実施の形態において排気バルブ手段は、排気行程の他に吸気行程にも開弁するようになっているが、排気行程中の開弁と吸気行程中の開弁とをそれぞれ別のバルブ、すなわち、第１排気バルブ１２と第２排気バルブ１３とで行っているため、各バルブに対応する各カムの形状自体は、一箇所が突出した従来からある単純なカム形状をそのまま採用することができる。
さらに、従来のようにヒータ等の加熱装置を使用して吸気を加熱する必要がなくなるので、エンジン全体の燃費を向上させることができると共に、加熱装置を設けない分だけコストも低減することができる。
【００１４】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２を説明する。図３に示されるように、実施の形態２の圧縮着火エンジンは、上記の実施の形態１のエンジンにおいて、排気バルブを二つではなく一つとしたものである。燃焼室３０には排気通路３３につながる１つの排気口３２が形成されており、この排気口３２に排気バルブ手段として、後述する２段カムを介して開閉駆動される単一の排気バルブ３１が配置されている。
【００１５】
図４に示されるように、排気バルブ３１を駆動するための２段カム５１は、真円を構成する基準面５１ａに対して突出する第１山部５２と、その後に続く第２山部５３とを有しており、排気バルブ３１の開度を２段階に調節している。第２山部５３は、回転方向前側に位置する領域ｘでは基準面５１ａに対して一定の突出量が所定角度続くように形成されている一方、回転方向後側に位置する領域ｙでは基準面５１ａに対する突出量が回転方向後方に向かうほど徐々に減少するように形成されている。
【００１６】
このような２段カム５１を使用することで、排気バルブ３１を排気行程及び吸気行程の両行程で開弁させる。すなわち、図５に示されるように、排気バルブ３１は排気行程中に２段カム５１の第１山部５２に対応して符号Ｇ１のようなタイミング・リフト量で開弁すると共に、そのまま閉弁することなく第２山部５３に対応して吸気行程前半でも符号Ｇ２のようなタイミング・リフト量で開弁する。また、この符号Ｇ２で示されるように、排気バルブ３１は第２山部５３の領域ｘの部分に対応して、吸気行程開始から所定時間だけ一定の微小リフト量ｔを維持して開弁し、その後、第２山部５３の領域ｙの部分に対応して徐々に閉弁する。この排気バルブ３１の微小リフト量ｔも、排気バルブ３１が燃焼室１内で往復運動をしているピストンに干渉しない最大のリフト量（すなわち安全リフト量）以下の値になっており、これによりピストンが上死点に移動してもピストンと排気バルブ３１が干渉しないようになっている。なお、上述の実施の形態１と同様に、排気バルブ３１が全閉すると、２つの吸気バルブ１０及び１１が符号Ｆのような対称的なタイミング・リフト量で開弁される。
【００１７】
このように本実施の形態においても、吸気行程の前半では、上記のように排気バルブ３１が微小リフト量ｔで開弁しており、２つの吸気バルブ１０及び１１が閉弁した状態にあるので、実施の形態１と同様に、排気ガスの還流量を確実に増やして吸気を効率よく加熱することができる。従って、着火に十分な圧縮端温度を得ることができ、天然ガス等の着火性の低い燃料を使用してもヒータ等の加熱装置で加熱する必要なく圧縮着火燃焼を行うことができる。
なお、本実施の形態２では、２段カム５１により開閉駆動される１つの排気バルブ３１を用いたが、その代わりに、２段カム５１を２つ設け互いに同じ開閉動作で駆動される２つの排気バルブを用いても本実施の形態２と同様の効果が得られる。
【００１８】
なお、上述の実施の形態１及び２では、図２の符号Ｅまたは図５の符号Ｇ２のように、排気バルブ手段が吸気行程開始から所定時間だけ微小リフト量ｔを一定に保って開弁するようになっていたが、本発明に係る排気バルブ手段はこのような開弁態様に限定されるものではない。すなわち、排気バルブ手段は吸気行程において、吸気バルブ手段の開弁よりも前に単独で且つ微小リフト量を所定時間維持して開弁するように設定されていればよい。よって、その例として、排気バルブ手段は、既に説明した図２のように排気行程の終了直前から開弁し、吸気行程で微小リフト量ｔを一定に保って開弁し続けてもよいし、あるいは、図２の符号Ｅの形態に代えて図６に符号Ｅ’で示される形態とすることもできる。すなわち、図６の符号Ｅ’の形態では、図２における一定微小リフト量ｔを最大のリフト量としたなだらかな凸形状をなしている。また、吸気行程開始時に微小リフト量ｔで開弁しそこからは徐々に閉弁していくものでもよい。さらには、吸気行程開始から開弁してその時点での安全リフト量を超えない範囲でリフト量が増加したり、あるいは、排気行程終了時に一旦閉弁し、吸気行程で再び安全リフト量以下で開弁するものでもよく、さらに、吸気行程中に複数回開閉を繰り返す態様でもよい。また、このような排気バルブ手段の様々な開弁態様は、吸気行程開始から排気バルブ手段のみが先に開弁する期間が確保されていれば、その後は吸気行程の全期間に亙って実施されるものでもよい。なお、安全リフト量は、ピストンの上昇位置に関係しているため一定ではなく、ピストンが上死点から下降を始めるとそれに伴って変化するものである。
【００１９】
さらに、上述の実施の形態１及び２では、排気バルブ手段が完全に閉弁した後に吸気バルブ手段が開弁するようになっているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、吸気バルブ手段は、吸気行程において排気バルブ手段が単独で開弁した後であれば、どのように開弁していてもよい。従って、例えば排気バルブ手段が全閉する前に吸気バルブ手段が開弁動作を始めてもよく、さらに、排気バルブ手段が吸気行程で複数回開閉する態様であればその最初の開弁が始まった後に吸気バルブ手段もそれを追うように開弁を始めてもよい。このように、吸気行程中に排気バルブ手段が吸気バルブ手段よりも先に単独で開弁している期間があれば、その後の両手段の開閉関係は必要に応じて適宜改変可能である。
【００２０】
また、上述の実施の形態１及び２では、吸気バルブ手段及び排気バルブ手段として、カムにより開閉駆動されるバルブを用いたが、その代わりに、油圧式及び電磁式のバルブ駆動装置等、その他各種の駆動装置により開閉されるバルブを用いてもよい。
さらに、上述の実施の形態では、燃料として天然ガスを使用していたが、その代わりに、都市ガス及びプロパンガス等のガス燃料、あるいは、ガソリンや軽油などの燃料を使用してもよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、排気行程及び吸気行程で燃焼室内のピストンと干渉しない安全リフト量以下で開弁する排気バルブ手段と、吸気通路中に設けられ吸気行程で排気バルブ手段のみが開弁した後に開弁する吸気バルブ手段とを備えたので、排気ガスを効率良く還流させることができ、その結果、加熱装置を用いずに着火に十分な圧縮端温度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る圧縮着火エンジンの燃焼室近傍を平面的にみた模式図である。
【図２】実施の形態１におけるバルブの開閉動作を示す図である。
【図３】実施の形態２における燃焼室近傍を平面的にみた模式図である。
【図４】実施の形態２における２段カムの形状を示す図である。
【図５】実施の形態２におけるバルブの開閉動作を示す図である。
【図６】さらに別の実施の形態におけるバルブの開閉動作を示す図である。
【図７】従来の圧縮着火エンジンにおけるバルブの開閉動作を示す図である。
【符号の説明】
１，３０  燃焼室、２  吸気通路、３，３３  排気通路、１０，１１  吸気バルブ、１２  第１排気バルブ、１３  第２排気バルブ、３１  排気バルブ、５１２段カム、５２  第１山部、５３  第２山部、Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ１，Ｇ２  タイミング・リフト量。
【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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