(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素含有ガス流路を流通する酸素含有ガスに燃料を供給して、燃焼部に供給される混合気を形成する燃料供給機構であって、
前記酸素含有ガス流路の途中に、互いに仕切られた複数の空間を設けた燃料濃度調整部を備え、
前記燃料濃度調整部の前記各空間を、所定の順に繰り返し、前記酸素含有ガス流路の上流側と下流側に各別に開放する開放手段を備え、
前記複数の空間の内、一部の空間に、他の空間よりも多く前記燃料を供給する燃料供給手段を備えた燃料供給機構。
【請求項２】
前記開放手段が、前記一部の空間と前記他の空間とを交互に前記酸素含有ガス流路に開放する手段である請求項１に記載の燃料供給機構。
【請求項３】
前記燃料供給手段が、前記複数の空間の内、前記一部の空間には前記燃料を供給して、前記他の空間には前記燃料を供給しない手段である請求項１又は２に記載の燃料供給機構。
【請求項４】
前記開放手段が、前記複数の空間の夫々に、前記所定の順に繰り返し、前記酸素含有ガス流路の上流側から流入した酸素含有ガスを閉じ込めて、前記酸素含有ガス流路の下流側に導く手段である請求項１から３の何れか１項に記載の燃料供給機構。
【請求項５】
単位時間あたりに前記酸素含有ガス流路の下流側に開放される前記空間の総容量が、前記単位時間あたりに前記燃焼部に供給される混合気の総体積と同等である請求項４に記載の燃料供給機構。
【請求項６】
ケース内に外周部の一部が前記酸素含有ガス流路に開放された環状又は円柱状のケース空間を形成して備え、
前記環状又は前記円柱状の軸心側から放射状に延出して、前記ケース空間を燃料濃度調整部として前記軸心回りに並設された前記複数の空間に仕切る複数の仕切羽を有すると共に、前記軸心回りに回転自在に構成された羽根車部材を備え、
前記開放手段が、前記羽根車部材を前記酸素含有ガス流路における前記酸素含有ガスの流通方向に合わせて回転させて、前記燃料濃度調整部の前記各空間を前記並設順に繰り返し前記酸素含有ガス流路の上流側と下流側に各別に開放する手段である請求項１から５の何れか１項に記載の燃料供給機構。
【請求項７】
前記開放手段が、前記酸素含有ガス流路を流通する前記酸素含有ガスの運動エネルギにより、前記羽根車部材を回転させるように構成されている請求項６に記載の燃料供給機構。
【請求項８】
前記開放手段が、外部動力を利用して、前記複数の空間の夫々に、前記所定の順に繰り返し、前記酸素含有ガス流路の上流側から酸素含有ガスを吸込んで、前記酸素含有ガス流路の下流側に過給する手段である請求項４に記載の燃料供給機構。
【請求項９】
前記燃料が天然ガスである請求項１から８の何れか１項に記載の燃料供給機構。
【請求項１０】
吸気路から燃焼室に吸気した混合気を燃焼させるエンジンであって、
請求項１から９の何れか１項に記載の燃料供給機構を、前記吸気路を前記酸素含有ガス流路とし、前記燃焼室を前記燃焼部として備えたエンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素含有ガス流路を流通する酸素含有ガスに燃料を供給して、燃焼部に供給される混合気を形成する燃料供給機構と、その燃料供給機構を備え、前記酸素含有ガス流路としての吸気路から燃焼部としての燃焼室に吸気した混合気を燃焼させるエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような燃料供給機構が設けられる機器として、例えばエンジンがある。
従来、エンジンにおいて、燃焼室におけるＮＯｘの生成量を低減させる方法として、燃焼室に吸気する混合気の空気過剰率（空気比）を増加させ、燃焼室における燃料の燃焼温度を低下させる方法がある。また、ＮＯｘの生成量を低減させる別の方法としては、排ガスの一部を吸気系に再循環させる方法、所謂ＥＧＲがあり、ＥＧＲは、不活性な排ガスの熱容量を利用して燃焼室における燃焼温度を低下させることによって、ＮＯｘの生成を低下させることができる。
【０００３】
しかし、ＳＩエンジン等において、混合気の空気過剰率を極端に増加させると、エンジンの燃焼室における点火性能が低下するばかりでなく、点火した火炎の伝搬も不安定となり、失火又は部分燃焼が発生して、エンジン性能が著しく低下する。
また、ＥＧＲによる低ＮＯｘ化は、再循環させた排ガスの容量分だけ、容積効率の低下をもたらし、且つ混合気の空気過剰率を増加させたときと同様に点火性能を低下させる。
【０００４】
そこで、希薄混合気を燃焼させて低ＮＯｘ化を図ると共に、点火性能を向上させることができるエンジンとして、層状吸気方式のＳＩエンジンと、予混合圧縮自着火エンジンとがある。
【０００５】
前者の層状吸気方式とは、点火しやすい空気比（例えば１強程度）の混合気を点火プラグのまわりに形成し、その外側に希薄混合気を形成する吸気方式である。そして、まず点火プラグにより空気比が低い混合気に点火して、その火炎により希薄混合気を燃焼させることで、安定して混合気を燃焼させると共に、全体として空気比が高い混合気を燃焼させることで低ＮＯｘ化を図ることができる。
【０００６】
一方、後者の予混合圧縮自着火エンジンは、ＳＩエンジンの様に吸気路において予め形成された混合気を吸気口を介して燃焼室に吸気するのであるが、点火プラグにより混合気を着火するのではなく、燃焼室において混合気を圧縮して自着火燃焼させ、クランク軸の回転を続けるように構成される。このような予混合圧縮自着火エンジンは、混合気の空気過剰率を増加させて低ＮＯｘ化を図ることができると共に、圧縮比を増大させ高い効率を得ることが可能となり、さらに、燃料を比較的低圧の吸気路に供給することができるので、天然ガス等を気体燃料を用いるガスエンジンとして容易に構成することができる。
【０００７】
また、エンジン以外に、燃焼部において全体的に希薄な混合気を燃焼させて低ＮＯｘ化を図りながら、燃焼部における燃焼状態を安定したものとする機器として、濃淡燃焼バーナがある。これは、空気比が低い混合気を燃焼させる濃バーナと、濃バーナとは別の空気比が高い混合気を燃焼させる淡バーナとを交互に並設し、濃バーナにおける安定な火炎によって淡バーナの不安定な火炎を安定化（保炎）することにより、低ＮＯｘと保炎性を両立するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような層状給気方式のエンジンにおいて、エンジン出力を増加させる場合、燃焼室の外側に形成する希薄混合気の空気比を低下させる必要があるので、ＮＯｘ生成の抑制効果が低減してしまう。
また、予混合圧縮自着火エンジンにおいて、エンジン出力を増加させる場合、混合気の空気比が理論空気比に近くなると、混合気の燃焼速度の増加により自着火後に急激な圧力伝播が発生し、ノッキングが発生することがある。
よって、高出力時においても低ＮＯｘ化を実現することができる技術が要求されている。
【０００９】
また、上記のような濃淡燃焼バーナは、燃焼部に供給する混合気の空気比が夫々異なる複数のバーナを設ける必要があり、さらに、このような濃淡燃焼バーナの構成を、例えばエンジンに利用しようとすると、エンジンの吸気路を空気比が異なる複数の流路に分割するなどの複雑な構成となる。
【００１０】
従って、本発明は、上記の事情に鑑みて、エンジンの燃料供給機構として利用可能で、高出力時においても、燃焼部における燃焼状態を安定したものに維持しながら、燃焼部におけるＮＯｘの生成量を抑制することができる燃料供給技術を確立することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
〔構成１〕
本発明に係る燃料供給機構は、請求項１に記載したごとく、酸素含有ガス流路を流通する酸素含有ガスに燃料を供給して、燃焼部に供給される混合気を形成する燃料供給機構であって、
前記酸素含有ガス流路の途中に、互いに仕切られた複数の空間を設けた燃料濃度調整部を備え、
前記燃料濃度調整部の前記各空間を、所定の順に繰り返し、前記酸素含有ガス流路の上流側と下流側に各別に開放する開放手段を備え、
前記複数の空間の内、一部の空間に、他の空間よりも多く前記燃料を供給する燃料供給手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
〔作用効果〕
本構成の燃料供給機構によれば、上記燃料濃度調整部において、少なくとも１つの前記他の空間と、その空間よりも燃料が多く供給される少なくとも１つの前記一部の空間とを並設した各空間を、並設順等の所定の順に繰り返し、エンジンの吸気路等である酸素含有ガス流路の上流部と下流部に各別に開放することで、酸素含有ガスが流通する酸素含有ガス流路において、前記一部の空間が開放されて多くの燃料が供給される時期と、前記他の空間が開放されて少ない燃料が供給される、又は燃料が供給されない時期とを、周期的に繰り返し発生させることができる。結果、このように酸素含有ガス流路に形成される混合気に、酸素含有ガスの流れ方向において燃料濃度が大きく空気比が低い縞状の濃部と、隣接する濃部の間の燃料濃度が小さく空気比が高い縞状の淡部とからなる燃料の濃淡分布を、安定して発生させることができる。
そして、このような濃淡分布が発生した混合気を、エンジンの燃焼室等の燃焼部にて燃焼させることで、全体的に空気比が均一にしての濃淡分布が発生していない混合気よりも、淡部における燃焼速度低下により燃焼が緩慢になり、局所的な温度上昇を抑制できるので、ＮＯｘの生成を抑制することができ、さらに、濃部と淡部とが隣接しているので、濃部で発生した安定な火炎によって淡部における不安定な火炎を安定化させることができるので、安定した燃焼状態を維持することができる。
【００１３】
そして、このような燃料供給機構を、前述のエンジンに利用することで、高出力運転を行っても、燃焼を緩慢なものに維持してノッキングの発生を抑制しながら、低ＮＯｘ化を実現することができる。
即ち、本発明にかかるエンジンは、燃料供給機構によって吸気路に形成された濃淡分布を有する混合気が燃焼室に吸気されるので、着火時点の混合気を、燃料の酸素含有ガスに対する混合が抑制された混合抑制状態、所謂、燃料の濃淡分布が発生した燃料と酸素含有ガスとの混合状態を不均一な状態とすることができる。そして、着火時の燃焼室の混合気は、空気比が低い部分（濃部）と高い部分（淡部）が存在し、着火行程において、その混合気は、まず最初に濃部において着火し、その火炎が、隣接している淡部に伝播するというように燃焼するので、その着火直後の燃焼速度を、均一な混合状態のときに比べて低下させることができ、結果、ノッキングを抑制することができる。
従って、混合気の空気比を比較的低くして高出力運転を行っても、燃焼部における燃焼状態を安定なものに維持しながら、全体的に希薄な混合気を燃焼させて低ＮＯｘ化を図ることができるエンジンを実現できる。
【００１４】
〔構成２〕
本発明に係る燃料供給機構は、請求項２に記載したごとく、上記構成１の燃料供給機構の構成に加えて、前記開放手段が、前記一部の空間と前記他の空間とを交互に前記酸素含有ガス流路に開放する手段であることを特徴とする。
【００１５】
〔作用効果〕
本構成の燃料供給機構によれば、開放手段により、前記一部の空間と前記他の空間とを交互に繰り返し前記酸素含有ガス流路に開放するので、酸素含有ガス流路に形成される混合気の縞状の濃淡分布を、小ピッチ且つ安定したものにすることができる。よって、このような小ピッチ且つ安定した濃淡分布を有する混合気を燃焼部にて燃焼させることで、燃焼部において混合気全体を安定して燃焼させると共に、安定して生成された淡部における燃焼速度低下により燃焼を緩慢にして、ＮＯｘの生成を一層抑制することができる。
【００１６】
〔構成３〕
本発明に係る燃料供給機構は、請求項３に記載したごとく、上記構成１又は２の燃料供給機構の構成に加えて、前記燃料供給手段が、前記複数の空間の内、前記一部の空間には前記燃料を供給して、前記他の空間には前記燃料を供給しない手段であることを特徴とする。
【００１７】
〔作用効果〕
本構成の燃料供給機構によれば、前記他の空間には燃料を供給しないので、酸素含有ガス流路における混合気に、燃料濃度の差が大きい縞状の濃淡分布を発生させることができ、燃焼部において、淡部の燃料濃度を一層小さくして、燃焼状態をより緩慢にし、ＮＯｘの生成を一層抑制することができる。
【００１８】
〔構成４〕
本発明に係る燃料供給機構は、請求項４に記載したごとく、上記構成１から３の何れかの燃料供給機構の構成に加えて、前記開放手段が、前記複数の空間の夫々に、前記所定の順に繰り返し、前記酸素含有ガス流路の上流側から流入した酸素含有ガスを閉じ込めて、前記酸素含有ガス流路の下流側に導く手段であることを特徴とする。
【００１９】
〔作用効果〕
本構成の燃料供給機構によれば、上記開放手段により、複数の空間の夫々に、前記酸素含有ガス流路を流通する酸素含有ガスを所定の順に繰り返し一旦閉じ込めると共に、前記その空間を所定の順に繰り返し酸素含有ガス流路の下流側に開放するように構成されるので、酸素含有ガス流路の下流側の混合気に、確実に、酸素含有ガスの流れ方向において縞状の濃部と淡部との濃度分布を発生させることができ、燃料の濃淡分布による燃焼状態安定化及び低ＮＯｘ化の効果を確実に発揮させることができる。
【００２０】
〔構成５〕
本発明に係る燃料供給機構は、請求項５に記載したごとく、上記構成４の燃料供給機構の構成に加えて、単位時間あたりに前記酸素含有ガス流路の下流側に開放される前記空間の総容量が、前記単位時間あたりに前記燃焼部に供給される混合気の総体積と同等であることを特徴とする。
【００２１】
〔作用効果〕
上記構成４のように開放手段を構成した場合には、本構成のごとく、単位時間あたりに前記酸素含有ガス流路の下流側に開放される空間の総容量と、燃焼部に供給される混合気の総体積とを同等なものとすることで、開放手段において、酸素含有ガスを圧縮又は膨張させることなく、燃焼部側へ導くことになるので、開放手段において、酸素含有ガスを下流側へ導くための動力を比較的小さいものとすることができる。
【００２２】
〔構成６〕
本発明に係る燃料供給機構は、請求項６に記載したごとく、上記構成１から５の何れかの燃料供給機構の構成に加えて、ケース内に外周部の一部が前記酸素含有ガス流路に開放された環状又は円柱状のケース空間を形成して備え、
前記環状又は前記円柱状の軸心側から放射状に延出して、前記ケース空間を燃料濃度調整部として前記軸心回りに並設された前記複数の空間に仕切る複数の仕切羽を有すると共に、前記軸心回りに回転自在に構成された羽根車部材を備え、前記開放手段が、前記羽根車部材を前記酸素含有ガス流路における前記酸素含有ガスの流通方向に合わせて回転させて、前記燃料濃度調整部の前記各空間を前記並設順に繰り返し前記酸素含有ガス流路の上流側と下流側に各別に開放する手段であることを特徴とする。
【００２３】
〔作用効果〕
本構成の燃料供給機構によれば、上記開放手段により、外周部の一部が酸素含有ガス流路の上流側と下流側とに開放された環状又は円柱状のケース空間に設けられた羽根車部材を、その酸素含有ガスの流通方向に合わせて回転させることで、羽根車部材の軸芯の回りに並設され互いに羽根車部材の仕切羽により仕切られた燃料濃度調整部としての各空間を、上記回転方向に対向する周方向の沿った順で、繰り返し、酸素含有ガス流路の上流側と下流側に各別に開放させることができる。
従って、簡単な構成で、燃焼部に供給する混合気に、縞状の濃淡分布を発生させて、燃焼部における燃焼状態を安定したものとすると共に、ＮＯｘの生成を抑制することができる燃料供給機構を実現することができる。
【００２４】
〔構成７〕
本発明に係る燃料供給機構は、請求項７に記載したごとく、上記構成６の燃料供給機構の構成に加えて、前記開放手段が、前記酸素含有ガス流路を流通する前記酸素含有ガスの運動エネルギにより、前記羽根車部材を回転させるようにことを特徴とする。
【００２５】
〔作用効果〕
本構成の燃料供給機構によれば、上記開放手段により、酸素含有ガス流路を流通する酸素含有ガスの運動エネルギを、仕切羽に受けて、羽根車部材を回転させることができるので、羽根車部材を他の外部動力により回転させる必要がない。従って、本発明に係る燃料供給機構を、単純構造且つ小型に構成することができる。
【００２６】
〔構成８〕
本発明に係る燃料供給機構は、請求項８に記載したごとく、上記構成４の燃料供給機構の構成に加えて、前記開放手段が、外部動力を利用して、前記複数の空間の夫々に、前記所定の順に繰り返し、前記酸素含有ガス流路の上流側から酸素含有ガスを吸込んで、前記酸素含有ガス流路の下流側に過給する手段であることを特徴とする。
【００２７】
〔作用効果〕
本構成の燃料供給機構によれば、上記開放手段を上記のように構成して、燃料供給機構を所謂容積型の過給機として機能させることができ、燃料の濃淡分布を有する混合気を燃焼部において燃焼させることで燃焼状態安定化及び低ＮＯｘ化の効果を発揮させながらも、エンジンの燃焼室として構成される燃焼部に圧縮された混合気を供給することができるので、高出力且つ高効率化を図ることができる。
【００２８】
〔構成９〕
本発明に係る燃料供給機構は、請求項９に記載したごとく、上記構成１から８の何れかの燃料供給機構の構成に加えて、前記燃料が天然ガスであることを特徴とする。
【００２９】
〔作用効果〕
本発明の燃料供給機構は、特に酸素含有ガスとの混合が促進されやすい気体燃料である天然ガスを用いても、エンジンの吸気路等の酸素含有ガス流路に形成される混合気に濃淡分布を発生させ、燃焼状態安定化及び低ＮＯｘ化を図ることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明に係る燃料供給機構５０の実施の形態として、その燃料供給機構５０を備えたエンジン１００について、図１及び図２に基づいて説明する。
【００３１】
図１（イ）に示すエンジン１００は、シリンダ２７と、シリンダ２７内に収容されてシリンダ２７と共に燃焼室２０を形成するピストン２３とを備え、そのピストン２３が、連接棒２４を介してクランク軸２５に連動連結されている。
前記シリンダ２７には、吸気弁２１を備えた吸気路１（酸素含有ガス流路の一例）と、排気弁２２を備えた排気路２６とが連通されており、燃焼室２０の混合気を着火する点火プラグ２８が設けられている。
【００３２】
そして、エンジン１００は、吸気弁２１と排気弁２２を開閉動作させながら、吸気行程において吸気路１に形成された混合気Ｍを燃焼室２０に吸気し、圧縮行程を経て、燃焼室２０に設けられた点火プラグ２８を働かせて混合気を点火し、燃焼・膨張、及び排気の諸行程を実行して、ピストン２３の往復運動をクランク軸２５の回転運動に変えて出力するように構成されている、所謂火花点火式エンジン（ＳＩエンジン）である。
【００３３】
また、エンジン１００には、吸気路１に流通する空気Ａ（酸素含有ガスの一例）に天然ガスである燃料Ｇを供給して混合気Ｍを形成する燃料供給機構５０が設けられており、その特徴構成について以下に説明する。
【００３４】
燃料供給機構５０には、図１（ロ）及び図２に示すように、内部に円柱状の空間５ａを有する皿状の筒状ケース５が設けられ、吸気路１の上流側を形成する吸気管１ａと吸気路の下流側を内部に形成する吸気管１ｂとが、その筒状ケース５の外周部に接続されて、その筒状ケース１内の円柱状の空間５ａの外周部の一部が、吸気路１の上流側と下流側とに開放されている。
また、筒状ケース１の底部の中心には、燃料流路３から燃料Ｇが供給される円形の燃料口３ａが形成されている。
【００３５】
また、筒状ケース１内には、筒状ケース１の底部の中心から筒状ケース１の開放部を塞ぐ円形の蓋部材１４の中心までに渡って設けられた軸１２と、軸１２回りに回転自在に設けられた羽根車部材１１が設けられている。
この羽根車部材１１は、上記軸１２を回転自在な状態で内挿する筒状の軸筒部９と、その軸筒部９の外側から放射状に延出して、筒状ケース１内の円柱状の空間５ａを、燃料濃度調整部として、その軸筒部９回りに等間隔に並設された８つの扇形状の空間１０に仕切る８つの仕切羽７と、上記仕切羽７の筒状ケース１の燃料口３ａが形成された端面側に渡って設けられた円形の端面部８とから構成されている。
【００３６】
また、羽根車部材１１の端面部８には、上記燃料濃度調整部としての８つの空間１０の内、軸筒部９回りに沿って１つ置きに配置された４つの空間（以下、「濃空間」と呼ぶ。）１０ａの部分に、４つの燃料口８ａが穿設されている。この燃料口８ａは、上記筒状ケース１の端面に形成された燃料口３ａに対応する位置に配置され、上記燃料口３ａから供給された燃料Ｇが、濃空間１０ａに流入することを許容する。
一方、上記８つの空間１０の内、夫々の濃空間１０ａの間に配置された４つの空間（以下、「淡空間」と呼ぶ。）１０ｂには、燃料口３ａから燃料Ｇが流入しないようになっている。
尚、この燃料口３ａ及び燃料口８ａのように、複数の空間１０の内、濃空間１０ａには燃料Ｇを供給して、淡空間１０ｂには燃料Ｇを供給しない手段を燃料供給手段Ｘと呼ぶ。
また、上記淡空間１０ｂの短面部８の部分に、上記濃空間１０ａの部分に設けた燃料口８ａよりも小さい燃料口を設けて、燃料供給手段Ｘを、複数の空間１０の内、一部の濃空間１０ａに供給する燃料Ｇを、他の淡空間１０ｂに供給する燃料Ｇよりも多くするように構成しても構わない。
【００３７】
そして、このように構成された燃料供給機構５０において、上記羽根車部材１１は、吸気路１において、吸気管１ａ側から吸気管１ｂ側へ流れる空気Ａの運動エネルギを利用して、軸１２回りに空気Ａの流通方向に合わせて回転する。
そして、燃料供給機構５０において、このように羽根車部材１１を回転させることで、その濃空間１０ａ及び淡空間１０ｂを交互に且つ繰り返し上流側の吸気管１ａ側と下流側の吸気管１ｂ側とに各別に開放する開放手段Ｙが構成され、この開放手段ｙにより、吸気管１ａ側から空間５ａ内に流入した空気Ａを、濃空間１０ａ及び淡空間１０ｂに、交互に且つ繰り返し閉じ込めると共に、その濃空間１０ａ及び淡空間１０ｂを交互に且つ繰り返し吸気管１ｂ側に開放することができる。
【００３８】
尚、上記開放手段Ｙは、上記羽根車部材１１を、空気Ａの運動エネルギを利用せずに、モータにより、又はクランク軸の回転動力を利用して、回転させるように構成しても構わない。また、このように外部動力により羽根車部材１１を回転させる場合には、単位時間あたりに吸気管１ｂに開放される空間１０の総容量が、単位時間あたりに燃焼室２０に供給される混合気Ｍの総体積、即ち、エンジンの排気量と回転数の積とが、同等になるように、羽根車部材１１の回転数を設定することが好ましく、このように回転数を設定することで、空気Ａを圧縮又は膨張させることないので、羽根車部材１１を比較的小さい動力で回転させることができる。
【００３９】
燃料供給機構５０は、上記のような燃料供給手段Ｘ及び開放手段Ｙを備えることで、吸気路１の吸気管１ｂにおいては、濃空間１０ａが開放されて多くの燃料Ｇが供給される時期と、淡空間１０ｂが開放されて燃料Ｇが供給されない時期とが、周期的に繰り返し発生するので、結果、形成される混合気Ｍは、流れ方向において燃料濃度が大きく空気比が低い縞状の濃部Ｍａと、隣接する濃部の間の燃料濃度が小さく空気比が高い縞状の淡部Ｍｂとからなる燃料の濃淡分布を有するものとなる。
【００４０】
このように吸気路１に形成された濃淡分布を有する混合気Ｍは、その濃淡分布を維持した混合抑制状態のままで、次の吸気行程において燃焼室２０に吸気される。
即ち、吸気路１において、燃料供給機構５０から吸気弁２１までの容積、即ち吸気管１ｂ内の容積が、一回の吸気行程において燃焼室２０に吸気される吸気量に対して、ほぼ同等に設定されており、このように吸気路１の吸気管１ｂに形成された濃淡分布を有する混合気Ｍは、その濃淡分布を維持した混合抑制状態のままで、次の吸気行程において燃焼室２０に吸気されることになる。尚、吸気路１の流路条件等を最適化することで、吸気路１に形成された混合気Ｍの混合抑制状態を、燃焼室２０まで維持することができるのであれば、吸気管１ｂの容積の上記吸気量に対する割合を、上記数値範囲外としても構わない。
【００４１】
従って、燃焼室２０に吸気された混合気Ｍは、混合が殆ど進んでいない濃淡分布を有する状態となっており、この混合気Ｍを圧縮して点火プラグ２８により点火しても、最初に濃部において着火して、その火炎が隣接している淡部に伝播する際に燃焼速度を低下させ、全体的な燃焼速度を低下させることで、全体的な空気比を高くしてＮＯｘの発生を抑制することができ、エンジン１００は、このような安定した濃淡分布を有する混合気を燃焼させることで、常に安定した運転状態を保つことができる。
【００４２】
尚、吸気路１に形成される混合気Ｍの濃淡分布においては、互いに隣接する濃部Ｍａの間隔又は互いに隣接する淡部Ｍｂの間隔（以下、濃淡分布のピッチと呼ぶ。）は、燃焼室２０に吸気されても濃淡分布を維持できる程度以上であることがこのましく、具体的には、濃淡分布のピッチは２ｍｍ以上が好ましい。
また、その濃淡分布のピッチ幅は、燃焼室２０において全体的に均一に燃焼させるためにできるだけ小さい方が好ましく、具体的には、５０ｍｍ以下が好ましい。
このように濃淡分布のピッチ幅を設定するには、夫々の濃空間１０ａ及び淡空間１０ｂの容積（筒状ケース５内の空間５ａの容積と空間１０の数（仕切羽７の数）とで決定される。）及び吸気路１の断面積を適宜設定することで可能である。
【００４３】
また、図１及び図２に示す燃料供給機構５０を備えたガスエンジン１００（実施例）と、その燃料供給機構５０を従来のベンチュリミキサに改造したエンジン（比較例１）と、その燃料供給機構５０を従来の燃料噴射弁に改造したエンジン（比較例２）とにおいて、排ガス中のＮＯｘ濃度及びエンジン１００の正味熱効率を測定したところ、下記の表１及び表２のような結果となった。
尚、エンジン１００の仕様は、以下の通りである。
〔表１及び表２におけるエンジンの共通仕様〕
主燃料：天然ガス系都市ガス１３Ａ
気筒数：１
過給機：なし
燃焼室容量：１Ｌ（１×１０6ｍｍ3）
回転数：１２００ｒｐｍ
空気Ａの温度：４０℃
吸気路１の断面積：１２５６ｍｍ2（直径４０ｍｍ）
筒状ケース５内の空間５ａの容積：２００９６０ｍｍ3
空間１０の数：８
単位時間あたりの吸気量：４００Ｌ／ｍｉｎ（４×１０8ｍｍ3／ｍｉｎ）
〔表１におけるエンジンの仕様〕
圧縮比：１０
混合気の平均空気比：１．６
〔表２におけるエンジンの仕様〕
圧縮比：１２
混合気の平均空気比：１．７
【００４４】
【表１】
0003897588.tif 000002
【００４５】
【表２】
0003897588.tif 000003
【００４６】
上記の表１及び表２に示すように、本発明に係る燃料供給機構５０を設けたエンジン１００は、従来の燃料供給機構（ベンチュリミキサ又は燃料噴射弁）を設けたエンジンと比較して、正味熱効率を同等又はそれ以上に維持することができると共に、ＮＯｘ濃度を３７％〜７０％程度に抑制することができる。また、例えば、従来のエンジンにおいて最低でも１００ｐｐｍ程度であった排ガス中のＮＯｘ濃度を７０ｐｐｍ程度に低下させることができ、排ガス中のＮＯｘを除去するための脱硝装置を省略又は簡略化して、コストダウン等を図ることができる。
【００４７】
〔別実施の形態〕
次に、本発明の燃料供給機構の別の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〈１〉上記実施の形態においては、燃料供給機構において、開放手段Ｙを、空気Ａを圧縮又は膨張させずに、空気Ａを閉じ込めた複数の空間を吸気路１の吸気管１ｂ側に開放するように構成したが、別に、開放手段Ｙを、空気Ａを閉じ込めた複数の空間を圧縮した後に、吸気路１の吸気管１ｂ側に開放するように構成して、所謂燃料供給機構を容積形の圧縮機として機能させることができる。
即ち、図３に示す燃料供給機構６０は、燃焼室２０に吸気される混合気を、クランク軸の回転動力の一部を利用して圧縮する所謂ルーツ式スーパーチャージャとして構成されている。
詳しくは、この燃料供給機構６０の、ルーツ式スーパーチャージャとしての構成は、従来のものと同様であるが、楕円柱状の空間６１ａを内部に有する筒状ケース６１を備え、その空間６１ａ内に、互いに平行な回転軸を有し位相が９０℃ずれている一対のロータ６３とを備え、その一対のロータ６３が、クランク軸の回転動力の一部を利用して互いに逆回転で回転することで、吸気路１の上流側の吸気管１ａから夫々のロータ６３と筒状ケース６１との隙間の複数の空間７０に空気Ａを吸込んで、その空気Ａを吸気路１の吸気管１ｂ側に過給することができ、エンジンの高出力且つ高効率化を図ることができる。
【００４８】
さらに、筒状ケース１の端面の上方には、燃料流路３から燃料Ｇが供給される燃料口６５が形成されている。そして、この燃料口６３は、上方のロータ６３ａと筒状ケース６１の内面とで形成される濃空間７ａのみに開口して、その濃空間７ａに燃料Ｇを供給することができる。また、下方のロータ６３ｂと筒状ケース６１の内面とで形成される淡空間７ａには、燃料Ｇが供給されない。
尚、このように複数の空間７０の内、濃空間７０ａには燃料Ｇを供給して、淡空間７０ｂには燃料Ｇを供給しない手段を燃料供給手段Ｘと呼ぶ。
【００４９】
さらに、このように構成された燃料供給機構６０は、ルーツ式スーパーチャージャとして構成されているので、吸気管１ａ側から空気Ａを濃空間７０ａ及び淡空間７０ｂに交互に且つ繰り返し吸込むと共に、その濃空間７０ａ及び淡空間７０ｂを交互に且つ繰り返し吸気管１ｂ側に過給する開放手段Ｙが構成される。
【００５０】
そして、燃料供給機構５０は、上記のような燃料供給手段Ｘ及び開放手段Ｙを備えることで、吸気路１の吸気管１ｂにおいては、濃空間１０ａが開放されて多くの燃料Ｇが供給される時期と、淡空間１０ｂが開放されて燃料Ｇが供給されない時期とが、周期的に繰り返し発生するので、結果、形成される混合気Ｍは、流れ方向において燃料濃度が大きく空気比が低い縞状の濃部Ｍａと、隣接する濃部の間の燃料濃度が小さく空気比が高い縞状の淡部Ｍｂとからなる燃料の濃淡分布を有するものとなり、その濃淡分布を有する混合気Ｍを燃焼室２０において燃焼させることで、燃焼状態安定化及び低ＮＯｘ化を実現することができる。
【００５１】
〈２〉  上記実施の形態において、吸気路に濃空間及び淡空間を交互に開放する構成を説明したが、別に交互でなく、例えば複数の濃空間を開放した後に淡空間を開放する、逆に、複数の淡空間を開放した後に濃空間を開放するように構成することもでき、混合気に形成される濃淡分布において、例えば淡部に対する濃部の幅等を適宜調整することができる。
【００５２】
〈３〉  上記実施の形態において、４サイクルのＳＩエンジンを例に説明したが、本発明に係る燃料供給機構は、２サイクルのエンジンや、予混合圧縮自着火エンジン等の他のエンジンに利用することもできる。
【００５３】
〈４〉  上記実施の形態において、仕切羽７により互いに仕切られた濃空間１０ａと淡空間１０ｂとからなる複数の空間１０は、濃空間１０ａに供給された燃料Ｇが淡空間１０ｂに流入することが抑制されて、濃空間１０ａと淡空間１０ｂとにおける燃料濃度が互いに異なる状態で吸気路１に開放される程度に仕切られていれば、本発明の作用効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料供給機構を備えたエンジンの概略構成図
【図２】燃料供給機構の分解斜視図
【図３】別実施形態の燃料供給機構の概略断面図
【符号の説明】
１          吸気路（酸素含有ガス流路）
１ａ        吸気管
１ｂ        吸気管
３          燃料流路
５          筒状ケース
３ａ      燃料口
５ａ        空間
７          仕切羽
８ａ        燃料口
１０        空間（燃料濃度調整部）
１０ａ      濃空間
１０ｂ      淡空間
１１        羽根車部材
１２        軸
２０        燃焼室
５０        燃料供給機構
６０        燃料供給機構
１００      エンジン
Ａ          空気（酸素含有ガス）
Ｇ          燃料
Ｍ          混合気
Ｍｂ        淡部
Ｍａ        濃部
Ｘ          燃料供給手段
Ｙ          開放手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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