(57)【要約】【課題】気体燃料による成層燃焼のみならず液体燃料による成層燃焼をも可能とし、出力の向上を図ると共に、その搭載車両の航続距離を延長することができるバイフューエルエンジンの燃焼室構造を提供する。【解決手段】点火プラグ１０９が吸気ポート１０６と排気ポート１０７との間の燃焼室１０５の上部中央に配設されている。そして、ＣＮＧ噴射弁１２０およびガソリン噴射弁１３０が吸気ポート１０６を挟む態様で並行して配設されている。さらに、ピストン１０４の上部には、ＣＮＧ噴射弁１２０およびガソリン噴射弁１３０に対応する共通のピストンキャビティ１０４Ｃが、吸気ポート１０６側にオフセットされて形成されている。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火プラグを吸気ポートと排気ポートとの間の燃焼室中央に配設すると共に、気体燃料噴射弁および液体燃料噴射弁を前記吸気ポート側に配設し、気体および液体のいずれの燃料でも成層燃焼可能なように、前記気体燃料噴射弁および液体燃料噴射弁に対応する共通のピストンキャビティを前記吸気ポート側にオフセットさせて形成したことを特徴とするバイフューエルエンジンの燃焼室構造。
【請求項２】
点火プラグを吸気ポートと排気ポートとの間の燃焼室中央に配設すると共に、気体燃料噴射弁および液体燃料噴射弁のいずれか一方を前記吸気ポート側に配設し、他方を前記排気ポート側に配設し、気体および液体のいずれの燃料でも成層燃焼可能なように、前記気体燃料噴射弁および液体燃料噴射弁にそれぞれ対応するピストンキャビティを前記吸気ポート側および排気ポート側にそれぞれオフセットさせて形成したことを特徴とするバイフューエルエンジンの燃焼室構造。
【請求項３】
点火プラグおよび気体燃料噴射弁を吸気ポートと排気ポートとの間の燃焼室中央に配設すると共に、液体燃料噴射弁を前記吸気ポート側に配設し、気体および液体のいずれの燃料でも成層燃焼可能なように、前記気体燃料噴射弁に対応するピストンキャビティを中央部に、および液体燃料噴射弁に対応するピストンキャビティを前記吸気ポート側にオフセットさせて形成したことを特徴とするバイフューエルエンジンの燃焼室構造。
【請求項４】
点火プラグを吸気ポートと排気ポートとの間に配設すると共に、液体燃料噴射弁を前記吸気ポート側、および気体燃料噴射弁を前記排気ポート側に配設し、気体および液体のいずれの燃料でも成層燃焼可能なように、液体燃料噴射弁に対応するピストンキャビティを前記吸気ポート側にオフセットさせて形成する一方、シリンダヘッドに前記点火プラグと前記気体燃料噴射弁とが臨むシリンダヘッドキャビティを前記排気ポート側にオフセットさせて形成したことを特徴とするバイフューエルエンジンの燃焼室構造。
【請求項５】
点火プラグを吸気ポートと排気ポートとの間に配設すると共に、液体燃料噴射弁を前記排気ポート側、および気体燃料噴射弁を前記吸気ポート側に配設し、気体および液体のいずれの燃料でも成層燃焼可能なように、液体燃料噴射弁に対応するピストンキャビティを前記排気ポート側にオフセットさせて形成する一方、シリンダヘッドに前記点火プラグと前記気体燃料噴射弁とが臨むシリンダヘッドキャビティを前記吸気ポート側にオフセットさせて形成したことを特徴とするバイフューエルエンジンの燃焼室構造。
【請求項６】
点火プラグおよび液体燃料噴射弁を吸気ポートと排気ポートとの間に配設すると共に、気体燃料噴射弁を前記吸気ポート側に配設し、気体および液体のいずれの燃料でも成層燃焼可能なように、前記液体燃料噴射弁に対応するピストンキャビティを中央部に形成する一方、シリンダヘッドに前記点火プラグと前記気体燃料噴射弁とが臨むシリンダヘッドキャビティを前記吸気ポート側にオフセットさせて形成したことを特徴とするバイフューエルエンジンの燃焼室構造。
【請求項７】
点火プラグを吸気ポートと排気ポートとの間に配設すると共に、気体燃料噴射弁および液体燃料噴射弁を前記吸気ポート側に配設し、気体および液体のいずれの燃料でも成層燃焼可能なように、前記液体燃料噴射弁に対応するピストンキャビティを前記吸気ポート側にオフセットさせて形成する一方、シリンダヘッドに前記点火プラグと前記気体燃料噴射弁とが臨むシリンダヘッドキャビティを前記吸気ポート側にオフセットさせて形成したことを特徴とするバイフューエルエンジンの燃焼室構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はバイフューエルエンジンの燃焼室構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車等においては、大気汚染抑制および省資源の観点からガソリンや軽油等の液体燃料に替えて圧縮天然ガス（ＣＮＧ：Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ  Ｎａｔｕｒａｌ  Ｇａｓ）等の気体燃料が注目されている。しかし、ＣＮＧの場合は、ガソリン等に比べてそのエネルギー密度が小さい（ガソリンの２０〜３０％程度）ので、ＣＮＧを使用するエンジンを搭載した車両は、ガソリンを使用するエンジンを搭載した車両に比べて航続距離が短い。また、インフラ整備の遅れから、その充填ステーションの数も十分ではなく、長距離の移動に不安が残っている。そこで、かかる気体燃料と液体燃料との少なくとも一方をエンジンに供給可能な二元燃料、すなわち、バイフューエルエンジンが提案されている。
【０００３】
かかるバイフューエルエンジンとしては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。このバイフューエルエンジンは、ＣＮＧ供給用のキャブレタと点火補助用の液体燃料を気筒内に噴射供給する液体燃料噴射弁とを備えている。
【０００４】
また、特許文献２に記載のバイフューエルエンジンにおいては、点火プラグが配置され気体燃料が供給される予燃焼室をシリンダヘッドに形成すると共に、主燃焼室に液体燃料を噴射する液体燃料噴射弁が配置された燃焼室構造を備えている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−６３０７６号公報
【特許文献２】
特開平１１−３２４７５０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、バイフューエルエンジンにおいて、ＣＮＧ等の気体を燃料として用いる際に、その特性を有効に利用して航続距離を拡大するためには、高圧縮比化を図ると共に、ＣＮＧを直接気筒内に噴射供給して成層燃焼させることが好ましい。このために、通常、ＣＮＧの容器内充填圧力（例えば、２０ＭＰａ）は、気筒内に直接噴射できるようにレギュレータにより制御噴射可能な圧力（例えば、５ＭＰａ）にまで減圧されて用いられている。この容器内残圧が２０〜５ＭＰａでの範囲では問題なく気筒内直接噴射が可能であり、成層燃焼による超希薄燃焼でのＣＯ２の低減が期待できる。なお、成層燃焼とは、燃焼室内に濃混合気と希薄混合気とを層状に形成し、まず、濃混合気の部分に着火し、その火炎によって希薄混合気の部分も燃焼させることにより、不完全燃焼および失火を回避しつつ全体として希薄な混合気を燃焼させて燃料消費率（以下、燃費と称す）の向上を図るものである。
【０００７】
しかしながら、従来技術で述べたバイフューエルエンジンのように、気体燃料をキャブレタで供給したり、予燃焼室内に噴射供給する形式では、気体燃料の特性を充分に生かし得る成層燃焼運転を行うことができないという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、気体燃料による成層燃焼のみならず液体燃料による成層燃焼をも可能とし、バイフューエルエンジンの出力の向上を図ると共に、その搭載車両の航続距離を延長することができるバイフューエルエンジンの燃焼室構造を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第一の形態に係るバイフューエルエンジンの燃焼室構造は、点火プラグを吸気ポートと排気ポートとの間の燃焼室中央に配設すると共に、気体燃料噴射弁および液体燃料噴射弁を前記吸気ポート側に配設し、気体および液体のいずれの燃料でも成層燃焼可能なように、前記気体燃料噴射弁および液体燃料噴射弁に対応する共通のピストンキャビティを前記吸気ポート側にオフセットさせて形成したことを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、気体燃料および液体燃料のいずれの燃料でも共通のピストンキャビティで成層燃焼を行わせることができ、燃費の向上が図れると共に、構造が簡略化される。しかも、気体燃料および液体燃料が共に気筒内に噴射され得るので、液体燃料の場合の気化潜熱の利用による耐ノック性、および気体燃料の場合の高オクタン価による高圧縮比化が可能であり、出力の向上が図れる。
【００１１】
また、上記課題を解決する本発明の第二の形態に係るバイフューエルエンジンの燃焼室構造は、点火プラグを吸気ポートと排気ポートとの間の燃焼室中央に配設すると共に、気体燃料噴射弁および液体燃料噴射弁のいずれか一方を前記吸気ポート側に配設し、他方を前記排気ポート側に配設し、気体および液体のいずれの燃料でも成層燃焼可能なように、前記気体燃料噴射弁および液体燃料噴射弁にそれぞれ対応するピストンキャビティを前記吸気ポート側および排気ポート側にそれぞれオフセットさせて形成したことを特徴とする。
【００１２】
上記構成によれば、上述の本発明の第一の形態と同様に、液体燃料の場合の気化潜熱の利用による耐ノック性、および気体燃料の場合の高オクタン価による高圧縮比化が可能であり、出力の向上が図れる。加えて、気体燃料噴射弁および液体燃料噴射弁のそれぞれに適切な形状のピストンキャビティを設定できるので、各々独立に噴霧角や噴霧形状の設定が可能である。従って、燃料種類や燃料圧力等の最適化が可能である。
【００１３】
さらに、上記課題を解決する本発明の第三の形態に係るバイフューエルエンジンの燃焼室構造は、点火プラグおよび気体燃料噴射弁を吸気ポートと排気ポートとの間の燃焼室中央に配設すると共に、液体燃料噴射弁を前記吸気ポート側に配設し、気体および液体のいずれの燃料でも成層燃焼可能なように、前記気体燃料噴射弁に対応するピストンキャビティを中央部に、および液体燃料噴射弁に対応するピストンキャビティを前記吸気ポート側にオフセットさせて形成したことを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、上記本発明の第二の形態による効果に加えて、気体燃料噴射弁に対応するピストンキャビティが中央部に形成されているので、中央噴射により何れのクランク位置でもピストンキャビティ内に噴霧を捕らえ、点火プラグ付近が濃い層状混合気を容易に形成できる。従って、気体燃料による成層燃焼可能領域を側方からの噴射に比べて広げることができる。
【００１５】
さらに、上記課題を解決する本発明の第四の形態に係るバイフューエルエンジンの燃焼室構造は、点火プラグを吸気ポートと排気ポートとの間に配設すると共に、液体燃料噴射弁を前記吸気ポート側、および気体燃料噴射弁を前記排気ポート側に配設し、気体および液体のいずれの燃料でも成層燃焼可能なように、液体燃料噴射弁に対応するピストンキャビティを前記吸気ポート側にオフセットさせて形成する一方、シリンダヘッドに前記点火プラグと前記気体燃料噴射弁とが臨むシリンダヘッドキャビティを前記排気ポート側にオフセットさせて形成したことを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、上記本発明の第二の形態による効果に加えて、点火プラグと気体燃料噴射弁とが臨むシリンダヘッドキャビティが設けられており、これはピストンキャビティのようには移動しないので、成層混合気の形成が容易となり、気体燃料による成層燃焼可能領域をピストンキャビティに比べて広げることができる。また、排気ポート側は燃料温度が高くなるが、気体燃料は気泡等が発生せず、噴射速度も速く気体なので空気の取込みも良好であり、層状の成層混合気を比較的容易に形成することができる。
【００１７】
さらに、上記課題を解決する本発明の第五の形態に係るバイフューエルエンジンの燃焼室構造は、点火プラグを吸気ポートと排気ポートとの間に配設すると共に、液体燃料噴射弁を前記排気ポート側、および気体燃料噴射弁を前記吸気ポート側に配設し、気体および液体のいずれの燃料でも成層燃焼可能なように、液体燃料噴射弁に対応するピストンキャビティを前記排気ポート側にオフセットさせて形成する一方、シリンダヘッドに前記点火プラグと前記気体燃料噴射弁とが臨むシリンダヘッドキャビティを前記吸気ポート側にオフセットさせて形成したことを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、上記本発明の第二の形態による効果に加えて、点火プラグと気体燃料噴射弁とが臨むシリンダヘッドキャビティが設けられており、これはピストンキャビティのようには移動しないので、成層混合気の形成が容易となり、気体燃料による成層燃焼可能領域をピストンキャビティに比べて広げることができる。また、排気ポート側は燃料温度が高くなるので、液体燃料の気化が促進され、均質燃焼性能の向上や低温時の燃料増量必要性の減少、オイル希釈作用の軽減効果を有する。
【００１９】
さらに、上記課題を解決する本発明の第六の形態に係るバイフューエルエンジンの燃焼室構造は、点火プラグおよび液体燃料噴射弁を吸気ポートと排気ポートとの間に配設すると共に、気体燃料噴射弁を前記吸気ポート側に配設し、気体および液体のいずれの燃料でも成層燃焼可能なように、前記液体燃料噴射弁に対応するピストンキャビティを中央部に形成する一方、シリンダヘッドに前記点火プラグと前記気体燃料噴射弁とが臨むシリンダヘッドキャビティを前記吸気ポート側にオフセットさせて形成したことを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、上記本発明の第二の形態による効果に加えて、点火プラグと気体燃料噴射弁とが臨むシリンダヘッドキャビティが設けられており、これはピストンキャビティのようには移動しないので、成層混合気の形成が容易となり、気体燃料による成層燃焼可能領域をピストンキャビティに比べて広げることができる。また、液体燃料噴射弁に対応するピストンキャビティを比較的大きく自由に設定できるので、液体燃料の中央噴射によっても成層混合気の形成が可能である。
【００２１】
さらに、上記課題を解決する本発明の第七の形態に係るバイフューエルエンジンの燃焼室構造は、点火プラグを吸気ポートと排気ポートとの間に配設すると共に、気体燃料噴射弁および液体燃料噴射弁を前記吸気ポート側に配設し、気体および液体のいずれの燃料でも成層燃焼可能なように、前記液体燃料噴射弁に対応するピストンキャビティを前記吸気ポート側にオフセットさせて形成する一方、シリンダヘッドに前記点火プラグと前記気体燃料噴射弁とが臨むシリンダヘッドキャビティを前記吸気ポート側にオフセットさせて形成したことを特徴とする。この構成によれば、上記本発明の第二の形態による効果に加えて、点火プラグと気体燃料噴射弁とが臨むシリンダヘッドキャビティが設けられており、これはピストンキャビティのようには移動しないので、成層混合気の形成が容易となり、気体燃料による成層燃焼可能領域をピストンキャビティに比べて広げることができる。また、各々のキャビティは独立なので、気体燃料噴射弁および液体燃料噴射弁のそれぞれに適切な形状のキャビティを設定できるので、各々独立に噴霧角や噴霧形状の設定が可能である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
まず、図１を参照して、本発明が適用されるバイフューエルエンジン１００の概要を説明する。１０１はエンジン本体、１０２はシリンダブロック、１０３はシリンダヘッド、１０４はピストン、１０５は燃焼室、１０６は吸気ポート、１０７は排気ポート、１０８Ｉは吸気弁、１０８Ｅは排気弁、１０９は点火プラグをそれぞれ示している。吸気ポート１０６は吸気マニフォルド１１０を介してサージタンク１１１に接続され、サージタンク１１１は吸気ダクト１１２を介してエアクリーナ１１３に接続されている。吸気ダクト１１２内にはステップモータ１１４により駆動されるスロットル弁１１５が配置されている。一方、排気ポート１０７は排気マニフォルド１１６および排気管１１７を介してＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ１１８に接続されている。
【００２４】
図１のエンジン１００は気体燃料供給系と液体燃料供給系とを具備しており、気体燃料としてＣＮＧを用い、液体燃料としてガソリンを用いている。気体燃料供給系はＣＮＧ噴射弁１２０を具備し、このＣＮＧ噴射弁１２０はＣＮＧ供給管１２２を介し車載された気体燃料容器としてのＣＮＧボンベ１２４に接続されている。なお、ＣＮＧ供給管１２２内には図示しない燃料遮断弁およびレギュレータ１２６が配置されている。ＣＮＧボンベ１２４内に充填圧力（例えば、２０ＭＰａ）で充填されているＣＮＧは、レギュレータ１２６により一定の設定圧（例えば、５ＭＰａ）まで減圧され、通常のエンジン制御状態では、この設定圧ＰＲでもってＣＮＧ噴射弁１２０から気筒内に噴射される。
【００２５】
同様に、液体燃料供給系はガソリン噴射弁１３０を具備し、このガソリン噴射弁１３０はガソリン供給管１３２を介し車載された液体燃料容器としてのガソリンタンク１３４に接続されている。なお、ガソリン供給管１３２内には図示しない燃料ポンプが配置されている。これらのＣＮＧ噴射弁１２０およびガソリン噴射弁１３０はそれぞれ電子制御ユニット３００からの出力信号に基づいて制御される。
【００２６】
電子制御ユニット３００はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１０を介して相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２０、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３０、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４０、常時電源に接続されているＢ−ＲＡＭ（バックアップＲＡＭ）３５０、入力ポート３６０、および出力ポート３７０を具備している。
【００２７】
サージタンク１１１にはサージタンク１１１内の絶対圧に比例した出力電圧を発生する圧力センサ１４０が取り付けられている。ＣＮＧボンベ１２４の出口のＣＮＧ供給管１２２内にはＣＮＧボンベ１２４内の残存ＣＮＧ量、すなわち残圧に比例した出力電圧を発生するＣＮＧ残圧センサ１４１が配置され、ガソリンタンク１３４にはガソリンタンク１３４内の残存ガソリン量に比例した出力電圧を発生するガソリン残量センサ１４２が配置されている。これらセンサ１４０、１４１および１４２の出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器３８０を介して入力ポート３６０に入力される。また、入力ポート３６０にはエンジン回転数Ｎを表す出力パルスを発生する回転数センサ１４３および運転モード切替スイッチ１４４が接続されている。一方、出力ポート３７０はそれぞれ対応する駆動回路３９０を介して点火プラグ１０９、ステップモータ１１４、ＣＮＧ噴射弁１２０、およびガソリン噴射弁１３０に接続されている。
【００２８】
ここで、本発明の第一の実施形態に係る燃焼室構造についてさらに説明する。第一の実施形態においては、図４に拡大して示すように、上述の点火プラグ１０９が吸気ポート１０６と排気ポート１０７との間の燃焼室１０５の上部中央に配設されている。そして、気体燃料噴射弁としてのＣＮＧ噴射弁１２０および液体燃料噴射弁としてのガソリン噴射弁１３０が共に吸気ポート１０６側に吸気ポート１０６を挟む態様で並行して配設されている。さらに、ピストン１０４の上部には、ＣＮＧ噴射弁１２０およびガソリン噴射弁１３０に対応する共通のピストンキャビティ１０４Ｃが、吸気ポート１０６側にオフセットされて形成されている。なお、このピストンキャビティ１０４ＣはＣＮＧ噴射弁１２０およびガソリン噴射弁１３０からの噴霧流が回り込んで点火プラグ１０９のギャップに到達するように吸気ポート１０６側にオフセットされた舟底状に形成されている。また、ＣＮＧ噴射弁１２０およびガソリン噴射弁１３０のピストンキャビティ１０４Ｃに対する噴霧角および噴霧形状は、共通のピストンキャビティ１０４ＣでＣＮＧおよびガソリンのいずれの燃料でも成層燃焼可能なように、同一に設定されている。
【００２９】
上記構成になる本発明の第一の実施形態に係る燃焼室構造を有するエンジン１００に対しては、例えば、以下に説明する形態で燃料が供給される。すなわち、図２（Ａ）に示すように、通常時の運転においては、燃焼の形式が、エンジン１００の運転状態、例えば、エンジン負荷を表すサージタンク１１１内の絶対圧とエンジン回転数とに対応させて、低中速・低中負荷の成層燃焼を行わせる領域（Ｉ）および低中速・高負荷と高速の均質燃焼を行わせる領域（ＩＩ）とに切り分け
られている。そしてさらに、図２（Ｂ）に示すように、燃料の最適特性を考慮して同じ成層燃焼領域（Ｉ）内でも、低速・低負荷のＣＮＧによる成層燃焼領域（Ｉ−１）と中速・低中負荷および低速・中負荷のガソリンによる成層燃焼領域（Ｉ−２）とに切り分けられ、均質燃焼領域（ＩＩ）内も低中速・高負荷のガソリン
にＣＮＧを添加する均質燃焼領域（ＩＩ−１）と高速のガソリンのみの均質燃焼領域（ＩＩ−２）とに切り分けられている。
【００３０】
そして、いずれの燃料についても、ＣＮＧ噴射弁１２０およびガソリン噴射弁１３０から噴射される燃料の噴射時期および噴射時間に関するデータが、上述のエンジン１００の負荷と回転数とで示されるエンジン運転状態の関数として、マップの形で予めＲＯＭ３２０内に記憶されている。このＣＮＧの噴射時間は、レギュレータ１２６で減圧設定される設定圧ＰＲの下で、要求量だけＣＮＧを気筒内に噴射させるのに必要な時間である。また、ガソリンの噴射時間は、燃料ポンプで昇圧された一定圧の下で、要求量だけガソリンを気筒内に噴射させるのに必要な時間である。
【００３１】
この本発明の第一の実施形態では、例えば、図３に示す燃料噴射制御ルーチンに従って、エンジン１００に燃料が供給される。この制御ルーチンは予め定められた設定クランク角毎の割込みによって実行される。まず、ステップＳ３０１において、どの運転モードが選択されているかが運転モード切替スイッチ１４４からの入力に基づいて判断される。
【００３２】
「ＣＮＧ運転モード」
そこで、ＣＮＧ運転モードが選択されている場合には、ステップＳ３０２に進み、ＣＮＧの残量がチェックされる。すなわち、ＣＮＧ残圧センサ１４１により検出されたＣＮＧボンベ１２４内の残圧が圧縮行程で気筒内噴射が可能な圧力である通常噴射圧より高い（残量が十分）か否かが判断される。ＹＥＳの場合にはステップＳ３０３に進み、全運転領域においてＣＮＧでの運転が行われる。ＣＮＧでの運転モードでは、そのときの運転状態に対応する噴射時期および噴射時間で必要量のＣＮＧがＣＮＧ噴射弁１２０から圧縮行程または吸入行程において、ピストンキャビティ１０４Ｃに向けて噴射される。なお、ステップＳ３０２におけるＣＮＧの残量チェックで、残量が十分でないときはステップＳ３０４に進み、残量が十分でない旨の警告を行い、後述のステップＳ３０５に進む。
【００３３】
「ガソリン運転モード」
ステップＳ３０１における判断で、ガソリン運転モードが選択されている場合には、ステップＳ３０５に進み、ガソリンの残量がチェックされる。すなわち、ガソリン残量センサ１４２により検出されたガソリンタンク１３４内の残存ガソリン量が所定量より多いか否かが判断される。ＹＥＳの場合にはステップＳ３０６に進み、全運転領域においてガソリンでの運転が行われる。ガソリンでの運転モードでは、そのときの運転状態に対応する噴射時期および噴射時間で必要量のガソリンがガソリン噴射弁１３０から圧縮行程または吸入行程において、ピストンキャビティ１０４Ｃに向けて噴射される。ステップＳ３０５においてＮＯの場合には、ステップＳ３０７に進み、補給を促すべく警告を発した後、前述のステップＳ３０２に進む。
【００３４】
上述のＣＮＧ運転モードおよびガソリン運転モードにおいて、選択された運転モードに使用されるべき燃料の残量が十分でない場合には、補給を促すべく警告を発した後、残存する燃料でもって運転が行われる。
【００３５】
「ＡＵＴＯモード」
ステップＳ３０１における判断で、ＡＵＴＯモードが選択されている場合にはステップＳ３０８に進み、ここでＣＮＧ燃料による運転が効率的に行われる領域か否かが判断される。ＹＥＳの場合にはステップＳ３０９に進み、ＣＮＧの残量がチェックされる。すなわち、上述のステップＳ３０２と同様にＣＮＧ残圧センサ１４１により検出されたＣＮＧボンベ１２４内の残圧が圧縮行程で気筒内噴射が可能な圧力である通常噴射圧より高い（残量が十分）か否かが判断される。そして、ＹＥＳの場合にはステップＳ３１０に進み、ＣＮＧでの運転が行われる。このＣＮＧでの運転モードでは、上述のＣＮＧ成層燃焼領域（Ｉー１）の運転状態に対応する噴射時期および噴射時間で必要量のＣＮＧがＣＮＧ噴射弁１２０から圧縮行程において、ピストンキャビティ１０４Ｃに向けて噴射される。噴射されたＣＮＧは気筒内での噴速も速く、ガソリンのように気化する必要もないので、容易に空気を取込み成層混合気が容易に形成され、点火プラグ１０９により着火されることによる成層燃焼が行われる。なお、ステップＳ３０９におけるＣＮＧの残量チェックで、残量が十分でないときはステップＳ３１１に進み、残量が十分でない旨の警告を行い、後述のステップＳ３１２に進む。
【００３６】
また、上述のステップＳ３０８における判断で、ＣＮＧ燃料による運転が効率的に行われる領域ではないと判断されると、ステップＳ３１２に進み、ガソリンの残量がチェックされる。すなわち、上述のようにガソリン残量センサ１４２により検出されたガソリンタンク１３４内の残存ガソリン量が所定量より多いか否かが判断される。ＮＯの場合には、ステップＳ３１３に進み残量が十分でない旨の警告を行い、前述のステップＳ３０９に進む。
【００３７】
ステップＳ３１２での判断において、ガソリンの残量が十分であるときには、ステップＳ３１４に進み、運転状態が「ノック発生領域」にあるか否かが判断される。ここで、ＮＯの場合にはステップＳ３１５に進みガソリンでの運転が行われる。このガソリンでの運転モードでは、そのときの運転状態に対応する噴射時期および噴射時間で必要量のガソリンがガソリン噴射弁１３０から、ピストンキャビティ１０４Ｃに向けて噴射される。なお、この噴射は、ガソリン成層燃焼領域（Ｉー２）の場合には圧縮行程にて行われ、ガソリン均質燃焼領域（ＩＩー２）
の場合には吸入行程で行われる。
【００３８】
一方、ステップＳ３１４において、「ノック発生領域」にあると判断されたときには、ステップＳ３１６に進み、再度、ＣＮＧの残量が十分であるか否かが判断される。十分に残存しているときはステップＳ３１７に進み、ガソリンにＣＮＧを添加した運転が行われる。すなわち、この場合には、ガソリン噴射弁１３０からのガソリン噴射に加えて、ＣＮＧ噴射弁１２０からピストンキャビティ１０４Ｃに向けてＣＮＧが噴射される。ＣＮＧはオクタン価が高くノック抑制作用を有するので、点火プラグ１０９の点火時期を遅角させることなくノックを防ぎ、性能低下を防止することができる。
【００３９】
なお、ステップＳ３１６での判断で、ＣＮＧの残量が十分でない場合には、上述のＣＮＧ添加ができないので、ステップＳ３１８における警告の後、ステップＳ３１９における通常のノックコントロールセンサ（ＫＣＳ）の検出に基づく進角（遅角）制御、すなわち、ＫＣＳ制御が実施されつつ、ステップＳ３１５のガソリンでの運転モードが行われることになる。
【００４０】
以上説明した本発明の第一の実施形態に係る燃焼室構造によれば、ＣＮＧおよびガソリンのいずれの燃料でも共通のピストンキャビティ１０４Ｃで成層燃焼を行わせることができ、燃費の向上が図れると共に、共通一個のピストンキャビティ１０４Ｃであるから構造が簡略化される。しかも、ＣＮＧおよびガソリンが共に気筒内に噴射され得るので、ガソリンの場合の気化潜熱の利用による耐ノック性、およびＣＮＧの場合の高オクタン価による高圧縮比化が可能であり、出力の向上が図れる。
【００４１】
次に、本発明の第二の実施形態に係る燃焼室構造を図５に示す。第二の実施形態の一態様においては、点火プラグ１０９を吸気ポート１０６と排気ポート１０７との間の燃焼室１０５上部中央に配設すると共に、ＣＮＧ噴射弁１２０およびガソリン噴射弁１３０のうちの一方のＣＮＧ噴射弁１２０を吸気ポート１０６側に配設し、他方のガソリン噴射弁１３０を排気ポート１０７側に配設している。
【００４２】
そして、ＣＮＧおよびガソリンのいずれの燃料でも成層燃焼可能なように、ＣＮＧ噴射弁１２０に対応するピストンキャビティ１０４Ｃｃが吸気ポート１０６側に、ガソリン噴射弁１３０に対応するピストンキャビティ１４０Ｃｇが排気ポート１０７側にそれぞれオフセットされて形成されている。また、本発明の第二の実施形態の他の態様（図５に括弧付きで示す）においては、ＣＮＧ噴射弁１２０とガソリン噴射弁１３０との吸排側の位置関係を上記一態様とは入換えて、点火プラグ１０９を吸気ポート１０６と排気ポート１０７との間の燃焼室１０５上部中央に配設すると共に、ＣＮＧ噴射弁１２０およびガソリン噴射弁１３０のうちの一方のガソリン噴射弁１３０を吸気ポート１０６側に配設し、他方のＣＮＧ噴射弁１２０を排気ポート１０７側に配設している。そして、同様に、ＣＮＧおよびガソリンのいずれの燃料でも成層燃焼可能なように、ガソリン噴射弁１３０に対応するピストンキャビティ１０４Ｃｇが吸気ポート１０６側に、ＣＮＧ噴射弁１２０に対応するピストンキャビティ１４０Ｃｃが排気ポート１０７側にそれぞれオフセットされて形成されている。
【００４３】
この本発明の第二の実施形態においても、第一の実施形態と同様に、図３に示す燃料噴射制御ルーチンに従って、エンジン１００に燃料が供給され得る。
【００４４】
この本発明の第二の実施形態に係る燃焼室構造によれば、ＣＮＧ噴射弁１２０から噴射されるＣＮＧの燃焼に適切な形状のピストンキャビティ１０４Ｃｃおよびガソリン噴射弁１３０から噴射されるガソリンの燃焼に適切な形状のピストンキャビティ１０４Ｃｇをそれぞれ設定できるので、ＣＮＧ噴射弁１２０およびガソリン噴射弁１３０について各々独立に噴霧角や噴霧形状の設定が可能であり、それぞれの噴射燃料圧力等の最適化が可能である。
【００４５】
また、ＣＮＧ噴射弁１２０を吸気ポート１０６側に配設し、ガソリン噴射弁１３０を排気ポート１０７側に配設した第一の態様においては、排気ポート１０７側の温度が高くなるので、ガソリンの気化が促進される。従って、均質燃焼性が向上すると共に、エンジン低温時において必要な増量の割合が減少され、且つ潤滑用オイルの希釈作用が軽減される等のメリットを有する。但し、背反事項として、高温再始動時等においては、ガソリン内に気泡が発生する可能性があるので、このような場合には、まず、ＣＮＧを用いて始動を行った後に、ガソリンに切替えるようにすることが好ましい。
【００４６】
一方、ガソリン噴射弁１３０を吸気ポート１０６側に配設し、ＣＮＧ噴射弁１２０を排気ポート１０７側に配設した第二の態様においては、排気ポート１０７側の温度が高くなることによる気泡の発生の恐れはＣＮＧには存在しない。むしろ、高温時は燃料圧力が上昇しみかけの噴射率が向上する結果、噴射時間が短縮され得るので、空気量不足による性能低下が防止できるというメリットを有する。
【００４７】
次に、本発明の第三の実施形態に係る燃焼室構造を図６に示す。この第三の実施形態に係る燃焼室構造では、点火プラグ１０９およびＣＮＧ噴射弁１２０が吸気ポート１０６と排気ポート１０７との間の燃焼室上部中央に配設されると共に、ガソリン噴射弁１３０が吸気ポート１０６側に配設されている。そして、ＣＮＧおよびガソリンのいずれの燃料でも成層燃焼可能なように、ＣＮＧ噴射弁１２０に対応する半楕円体状のピストンキャビティ１０４Ｃｃがピストン１０４の頂部のほぼ中央部に、およびガソリン噴射弁１３０に対応する舟底状のピストンキャビティ１０４Ｃｇが吸気ポート１０６側にオフセットされて形成されている。この本発明の第三の実施形態においても、第一および第二の実施形態と同様に、図３に示す燃料噴射制御ルーチンに従って、エンジン１００に燃料が供給され得る。
【００４８】
この第三の実施形態に係る燃焼室構造によれば、それぞれの噴射弁から噴射される燃料の種類に適切な形状のピストンキャビティが形成できるという上記第二の実施形態による効果に加えて、ＣＮＧ噴射弁１２０に対応するピストンキャビティ１０４Ｃｃがピストン１０４の頂部ほぼ中央部に形成されているので、中央噴射により何れのクランク位置（すなわち、ピストン位置）でもピストンキャビティ１０４Ｃｃ内にＣＮＧの噴霧を捕らえ、反転させることにより、点火プラグ１０９のギャップ付近が濃い層状混合気を容易に形成できる。これは、ＣＮＧにはガソリンのように気化・混合作用がないので、空気を取り込む時間（噴速）と噴霧の位置さえ管理すれば、ピストンキャビティ１０４Ｃｃ内がウエットになることがなく、層状混合気を形成できるからである。従って、ＣＮＧによる成層燃焼可能領域（前述した成層燃焼領域（Ｉ）に対応する）を燃焼室１０５の側方からの噴射に比べて広げることができる。
【００４９】
さらに、本発明の第四の実施形態に係るバイフューエルエンジンの燃焼室構造を図７に示す。この第四の実施形態に係る燃焼室構造では、点火プラグ１０９を吸気ポート１０６と排気ポート１０７との間に配設すると共に、ガソリン噴射弁１３０を吸気ポート１０６側、およびＣＮＧ噴射弁１２０を排気ポート１０７側に配設している。そして、ＣＮＧおよびガソリンのいずれの燃料でも成層燃焼可能なように、ガソリン噴射弁１３０に対応するピストンキャビティ１０４Ｃｇを吸気ポート１０６側にオフセットさせてピストン１０４の頂部に形成する一方、シリンダヘッド１０３に点火プラグ１０９とＣＮＧ噴射弁１２０とが臨むシリンダヘッドキャビティ１０３Ｃを排気ポート１０７側にオフセットさせて形成している。
【００５０】
この本発明の第四の実施形態においても、第一ないし第三の実施形態と同様に、図３に示す燃料噴射制御ルーチンに従って、エンジン１００に燃料が供給され得る。
【００５１】
この本発明の第四の実施形態によれば、それぞれの噴射弁から噴射される燃料の種類に適切な形状のピストンキャビティおよびシリンダヘッドキャビティが独立して形成できるという上記第二の実施形態による効果を有する。これに加えて、点火プラグ１０９とＣＮＧ噴射弁１２０とが臨むシリンダヘッドキャビティ１０３Ｃが設けられており、これはピストンキャビティのようには移動せず、成層混合気の形成が噴射時期と点火時期との期間（インターバル）のみにより決定されるので、成層混合気の形成が容易となり、ＣＮＧによる成層燃焼可能領域をピストンキャビティの場合に比べて広げることができる。また、排気ポート１０７側は燃料温度が高くなるが、ＣＮＧはガソリンのようには気泡等が発生せず、噴射速度も速く気体なので空気の取込みも良好であり、層状の成層混合気を比較的容易に形成することができる。
【００５２】
さらに、本発明の第五の実施形態に係るバイフューエルエンジンの燃焼室構造を図８に示す。この第五の実施形態に係る燃焼室構造では、点火プラグ１０９を吸気ポート１０６と排気ポート１０７との間に配設すると共に、ＣＮＧ噴射弁１２０を吸気ポート１０６側、およびガソリン噴射弁１３０を排気ポート１０７側に配設している。そして、ＣＮＧおよびガソリンのいずれの燃料でも成層燃焼可能なように、ガソリン噴射弁１３０に対応するピストンキャビティ１０４Ｃｇを排気ポート１０７側にオフセットさせてピストン１０４の頂部に形成する一方、シリンダヘッド１０３に点火プラグ１０９とＣＮＧ噴射弁１２０とが臨むシリンダヘッドキャビティ１０３Ｃを吸気ポート１０６側にオフセットさせて形成している。
【００５３】
この本発明の第五の実施形態においても、第一ないし第四の実施形態と同様に、図３に示す燃料噴射制御ルーチンに従って、エンジン１００に燃料が供給され得る。
【００５４】
この本発明の第五の実施形態によれば、それぞれの噴射弁から噴射される燃料の種類に適切な形状のピストンキャビティおよびシリンダヘッドキャビティが独立して形成できるという前述の第二の実施形態による効果を有する。これに加えて、第四の実施形態と同じく、点火プラグ１０９とＣＮＧ噴射弁１２０とが臨むシリンダヘッドキャビティ１０３Ｃが設けられており、これはピストンキャビティのようには移動せず、成層混合気の形成が噴射時期と点火時期との期間（インターバル）のみにより決定されるので、成層混合気の形成が容易となり、ＣＮＧによる成層燃焼可能領域をピストンキャビティの場合に比べて広げることができる。また、ガソリン噴射弁１３０が配設された排気ポート１０７側は燃料温度が高くなるので、ガソリンの気化が促進される。従って、均質燃焼性が向上すると共に、エンジン低温時において必要な増量の割合が減少され、且つ潤滑用オイルの希釈作用が軽減される等のメリットを有する。但し、背反事項として、高温再始動時等においては、ガソリン内に気泡が発生する可能性があるので、このような場合には、第二の実施形態の場合と同様に、まず、ＣＮＧを用いて始動を行った後に、ガソリンに切替えるようにすることが好ましい。
【００５５】
さらに、本発明の第六の実施形態に係るバイフューエルエンジンの燃焼室構造を図９に示す。この第六の実施形態に係る燃焼室構造では、点火プラグ１０９およびガソリン噴射弁１３０を吸気ポート１０６と排気ポート１０７との間に配設すると共に、ＣＮＧ噴射弁１２０を吸気ポート１０６側に配設している。そして、ＣＮＧおよびガソリンのいずれの燃料でも成層燃焼可能なように、ガソリン噴射弁１３０に対応するピストンキャビティ１０４Ｃｇをピストン１０４の頂部中央部に形成する一方、シリンダヘッド１０３に点火プラグ１０９とＣＮＧ噴射弁１２０とが臨むシリンダヘッドキャビティ１０３Ｃを吸気ポート１０６側にオフセットさせて形成している。
【００５６】
この本発明の第六の実施形態によれば、それぞれの噴射弁から噴射される燃料の種類に適切な形状のピストンキャビティおよびシリンダヘッドキャビティが独立して形成できるという前述の第二の実施形態による効果を有する。これに加えて、点火プラグ１０９とＣＮＧ噴射弁１２０とが臨むシリンダヘッドキャビティ１０３Ｃが設けられており、これはピストンキャビティのようには移動しないので、成層混合気の形成が容易となり、ＣＮＧによる成層燃焼可能領域をピストンキャビティに比べて広げることができる。また、ガソリン噴射弁１３０に対応するピストンキャビティ１０４Ｃｇを比較的大きく自由に設定できるので、ガソリンの中央噴射によっても成層混合気の形成が可能である。
【００５７】
さらに、第七の実施形態に係るバイフューエルエンジンの燃焼室構造を図１０に示す。この燃焼室構造では、点火プラグ１０９を吸気ポート１０６と排気ポート１０７との間に配設すると共に、ＣＮＧ噴射弁１２０およびガソリン噴射弁１３０を吸気ポート１０６側に配設している。そして、ＣＮＧおよびガソリンのいずれの燃料でも成層燃焼可能なように、ガソリン噴射弁１３０に対応するピストンキャビティ１０４Ｃｇを吸気ポート１０６側にオフセットさせてピストン１０４の頂部に形成する一方、シリンダヘッド１０３に点火プラグ１０９とＣＮＧ噴射弁１２０とが臨むシリンダヘッドキャビティ１０３Ｃを吸気ポート１０６側にオフセットさせて形成している。
【００５８】
この第七の実施形態の燃焼室構造によれば、前述のそれぞれの噴射弁から噴射される燃料の種類に適切な形状のピストンキャビティ１０４Ｃおよびシリンダヘッドキャビティ１０３Ｃが独立して形成できるという第六の実施形態による効果を有する。これに加えて、点火プラグ１０９とＣＮＧ噴射弁１２０とが臨むシリンダヘッドキャビティ１０３Ｃが設けられており、これはピストンキャビティのようには移動しないので、成層混合気の形成が容易となり、ＣＮＧによる成層燃焼可能領域をピストンキャビティに比べて広げることができる。また、各々のキャビティは独立なので、ＣＮＧ噴射弁１２０およびガソリン噴射弁１３０のそれぞれに適切な形状のシリンダヘッドキャビティ１０３Ｃおよびピストンキャビティ１０４Ｃを設定できるので、各々独立に噴霧角や噴霧形状の設定が可能である。り、燃料種類や燃料圧力等の最適化が可能である。
【００５９】
なお、これまで述べてきた実施態様では気体燃料としてＣＮＧを用い、液体燃料としてガソリンを用いた例につき説明した。しかしながら、気体燃料として、例えば、一次燃料である天然ガスおよび石油ガス、或いは二次燃料である石炭転換ガスおよび石油転換ガスを用いることができる。また、液体燃料としてイソオクタン、ヘキサン、ヘプタン、軽油、灯油のような炭化水素、或いは液体の状態で保存しうるブタン、プロパンのような炭化水素、或いはメタノールを用いることができることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃焼室構造を有するバイフューエルエンジンの概要を示すブロック線図である。
【図２】バイフューエルエンジンにおける（Ａ）燃焼の切り分け、および（Ｂ）燃焼・燃料の切り分けの例を示すグラフである。
【図３】バイフューエルエンジンの制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第一の実施形態に係る燃焼室構造を示す断面図である。
【図５】本発明の第二の実施形態に係る燃焼室構造を示す断面図である。
【図６】本発明の第三の実施形態に係る燃焼室構造を示す断面図である。
【図７】本発明の第四の実施形態に係る燃焼室構造を示す断面図である。
【図８】本発明の第五の実施形態に係る燃焼室構造を示す断面図である。
【図９】本発明の第六の実施形態に係る燃焼室構造を示す断面図である。
【図１０】本発明の第七の実施形態に係る燃焼室構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１００    バイフューエルエンジン
１０３    シリンダヘッド
１０３Ｃ    シリンダヘッドキャビティ
１０４Ｃ    ピストンキャビティ
１０４Ｃｃ    ピストンキャビティ（ＣＮＧ用）
１０４Ｃｇ    ピストンキャビティ（ガソリン用）
１０５    燃焼室
１０６    吸気ポート
１０７    排気ポート
１０９    点火プラグ
１２０    ＣＮＧ噴射弁
１２４    ＣＮＧボンベ
１３０    ガソリン噴射弁
１３４    ガソリンタンク
１４１    ＣＮＧ残圧センサ
１４２    ガソリン残量センサ
３００    電子制御ユニット
【図１】
2004239123.tif 000003
【図２】
2004239123.tif 000004
【図３】
2004239123.tif 000005
【図４】
2004239123.tif 000006
【図５】
2004239123.tif 000007
【図６】
2004239123.tif 000008
【図７】
2004239123.tif 000009
【図８】
2004239123.tif 000010
【図９】
2004239123.tif 000011
【図１０】
2004239123.tif 000012