(57)【要約】【課題】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。【解決手段】空気流路２に形成される混合気に、燃料Ｇの濃淡分布を発生させるように、供給孔３２から空気流路２に燃料Ｇを供給し、燃焼部１がエンジン２００の燃焼室２１であると共に、空気流路２が燃焼室２１に吸気口を介して酸素含有ガスＡを供給する吸気路２２であり、吸気路２２の酸素含有ガスＡの流れが停止している時期において、吸気路２２に形成される混合気に、燃料Ｇの濃淡分布を発生させるように、供給孔３２から吸気路２２に燃料Ｇを供給する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼部に供給される酸素含有ガスが流通する空気流路に燃料を供給する供給孔を備え、前記空気流路に混合気を形成する燃料供給機構であって、
前記空気流路に形成される前記混合気に、前記燃料の濃淡分布を発生させるように、前記供給孔から前記空気流路に前記燃料を供給し、
前記燃焼部がエンジンの燃焼室であると共に、前記空気流路が前記燃焼室に吸気口を介して酸素含有ガスを供給する吸気路であり、
前記吸気路の前記酸素含有ガスの流れが停止している時期において、前記吸気路に形成される前記混合気に、前記燃料の濃淡分布を発生させるように、前記供給孔から前記吸気路に前記燃料を供給することを特徴とする燃料供給機構。
【請求項２】
前記吸気路における前記供給孔が設けられた前記吸気口までの混合気形成部の容積が、１サイクルにおいて前記燃焼室に吸気される吸気量に対して、８０％から１２０％の範囲内に設定されている請求項１に記載の燃料供給機構。
【請求項３】
前記供給孔の複数が、前記吸気路において前記酸素含有ガスの流れ方向に沿って分散配置され、
前記混合気に前記濃淡分布を発生させるべく、夫々の前記供給孔の前記燃料の供給方向が、互いに平行、且つ、前記吸気路の前記酸素含有ガスの流れ方向と交差する方向とされている請求項１又は２に記載の燃料供給機構。
【請求項４】
前記供給孔から前記吸気路への前記燃料の供給を、吸気行程において遮断する遮断手段を備えた請求項１から３の何れか１項に記載の燃料供給機構。
【請求項５】
吸気路に形成された混合気を、吸気口を介して燃焼室に吸気すると共に、前記燃焼室において前記混合気を着火させて、クランク軸の回転を維持するエンジンであって、
請求項１から４の何れか１項に記載の燃焼供給機構を、前記吸気路を前記空気流路とし、前記燃焼室を前記燃焼部として備えたエンジン。
【請求項６】
前記燃焼室において前記混合気を圧縮自着火させる予混合圧縮自着火エンジンとして構成されている請求項５に記載のエンジン。
【請求項７】
エンジンの燃焼室に供給される酸素含有ガスが流通する吸気路に燃料を供給して、前記吸気路に混合気を形成する燃料供給方法であって、
前記吸気路に設けられ、前記酸素含有ガスの流れ方向に沿って分散配置された複数の供給孔から、互いに平行、且つ、前記吸気路の前記酸素含有ガスの流れ方向と交差する方向に方向付けて前記燃料を供給して、前記吸気路の前記酸素含有ガスの流れが停止している時期において、前記吸気路に形成される前記混合気に、前記燃料の濃淡分布を発生させることを特徴とする燃料供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、エンジン等の燃料と空気の混合気を燃焼させる燃焼部を備えた燃焼機器において用いられる技術で、詳しくは、燃焼部に供給される酸素含有ガスが流通する空気流路に燃料を供給する供給孔を備え、前記空気流路に混合気を形成する燃料供給技術と、それを利用したエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
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の生成量を低減する方法として、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の生成量を低減す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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【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すると、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】
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ＳＩエンジンの一例として、層状吸気方式を採用したものがある。層状吸気方式は、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。そして、まず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、全体として空気比が高い混合気を燃焼させる方式である。
しかし、このような層状吸気方式において、エンジン出力を増加させる場合は、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、特に高出力においても低ＮＯｘ化が実現できる技術が要求されている。
【０００５】
一方、希薄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の一例として、例えば予混合圧縮自着火エンジンがある。この予混合圧縮自着火エンジンは、自然着火を積極的に利用するものであり、これは、元々、燃料噴射ディーゼルのパティキュレートを防止する目的で考え出されたものであるが、上死点付近の圧縮空気中に燃料を噴射するのではなく、主には、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と共に、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。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化を図れると共に、ガスエンジンとして構成しても、圧縮比を増大させ、高い効率を得ることが可能となる。
【０００６】
しかし、予混合圧縮自着火エンジンにおいて、高出力を得る為に、混合気の空気比を下げて理論空気比に近づけると、燃焼速度が早くなり、着火後に急激な圧力伝播が発生し、ノッキング発生の原因となるので、好ましい運転状態を維持することは困難であり、出力等を大幅に変化させることは困難であった。
【０００７】
また、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、燃焼室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り、不均一濃淡場を形成するためには、空気比が異なる複数のバーナを夫々設けている。
しかし、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。
【０００８】
このようにエンジンの燃焼室に供給する混合気において容易に利用可能な技術で、特に高出力運転時において安定した運転状態を保ちながら低ＮＯｘ化を図ることができる技術はまだ確立されていなかった。
【０００９】
よって、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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
〔構成１〕
本発明に係る燃料供給機構は、燃焼部に供給される酸素含有ガスが流通する空気流路に燃料を供給する供給孔を備え、前記空気流路に混合気を形成する燃料供給機構であって、
その特徴構成は、前記空気流路に形成される前記混合気に、前記燃料の濃淡分布を発生させるように、前記供給孔から前記空気流路に前記燃料を供給し、
前記燃焼部がエンジンの燃焼室であると共に、前記空気流路が前記燃焼室に吸気口を介して酸素含有ガスを供給する吸気路であり、
前記吸気路の前記酸素含有ガスの流れが停止している時期において、前記吸気路に形成される前記混合気に、前記燃料の濃淡分布を発生させるように、前記供給孔から前記吸気路に前記燃料を供給している点にある。
【００１１】
〔作用効果〕
本発明の燃料供給機構においては、エンジンの吸気路等である空気流路に形成される混合気に、燃料の濃淡分布を発生させるように、供給孔から空気流路に燃料を供給するので、空気流路に形成される混合気は、夫々が微小である空気比が低い濃部と空気比が高い淡部とが、全体に渡って多数分布された状態となるので、その混合気が燃焼部にて燃焼することで、全体的に空気比を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る。
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。
また、本発明の燃料供給機構は、エンジンとしての予混合圧縮自着火エンジン等の吸気路に燃料を供給して、混合気を形成するものである。このようなエンジンは、吸気行程において吸気路の混合気が燃焼室に吸気され、その他の行程においては吸気路における酸素含有ガスの流れは停止している。そして、このようなエンジンに本発明の燃料供給機構を適用する場合に、本構成のごとく、吸気行程以外の吸気路の酸素含有ガスの流れが停止している時期に、吸気路に形成される混合気に濃淡分布が発生するように燃料を供給することで、吸気路における濃淡分布を有する混合気の混合状態を、燃料と空気との混合が抑制された混合抑制状態に維持することができ、このように濃淡分布を維持された混合気を、後の吸気行程において燃焼室に吸気することができる。燃焼室における燃焼を緩慢にして、局所的な温度上昇を抑制することができ、燃焼室におけるＮＯｘの生成を抑制することができる。
従って、高出力運転を行っても安定した運転状態を維持しながら、低ＮＯｘ化を図ることができるエンジン用の燃料供給機構を実現することができる。
【００１２】
また、本発明の燃料供給機構を備えた予混合圧縮自着火エンジンは、燃焼部としての燃焼室に、燃料の濃淡分布が発生した混合気を吸気することができ、燃料が希薄である淡部における燃焼速度の急激な低下により、全体的な燃焼速度が低下し、高出力時におけるノッキングを回避することができると共に、全体的に希薄な混合気を自着火燃焼させて低ＮＯｘ化を図ることができる。
即ち、予混合圧縮自着火エンジンは、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、自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の混合状態を不均一な状態とすることができる。そして、自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、圧縮行程において、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、その自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燃料供給機構を実現できる。
【００１３】
尚、本発明に係る燃料供給機構は、前記供給孔の前記燃料の供給方向が、前記空気流路の前記酸素含有ガスの流れ方向に沿った方向とされ、
前記空気流路の酸素含有ガスの流速を検出する空気流速検出手段と、
前記混合気に前記濃淡分布を発生させるべく、前記空気流速検出手段の検出結果に基づいて、前記供給孔からの前記燃料の供給速度を設定する供給速度設定手段を備えるように構成することができる。
【００１４】
〔作用効果〕
本発明の燃料供給機構においては、本構成のごとく、空気若しくは希薄混合気である酸素含有ガスがほぼ層流状態で流れる空気流路において、燃料を供給する供給孔の開口を酸素含有ガスの流れ方向の下流側に方向付けるとともに、供給速度設定手段によって、燃料の供給速度を空気流速検出手段により検出された酸素含有ガスの流速とほぼ同じものとして、供給孔から燃料を酸素含有ガスの流れに沿って供給することで、空気流路に、濃淡分布を有し、前記濃淡分布における前記燃料と前記酸素含有ガスとの混合状態が不均一な混合抑制状態の混合気を安定して形成することができる。即ち、供給された燃料は、酸素含有ガスの層流状態を乱すこと無く、酸素含有ガスの流れに沿って糸状に供給されることになり、燃料と酸素含有ガスとが混合され難くなる。よって、燃焼部に供給される混合気はほとんど混合が進んでいない混合抑制状態となり、さらに、混合抑制状態は時間的にほぼ安定したものとなる。
このような燃料供給機構を、前述のエンジンとしての予混合圧縮自着火エンジン等において利用することで、特に高出力運転を行っても、ノッキングの発生を抑制して運転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。
【００１５】
本発明に係る燃料供給機構は、前記供給孔から前記空気流路へ前記燃料を間欠的に供給すると共に、前記間欠的な供給において単位時間あたりの供給回数である供給周波数、若しくは１周期あたりの供給時間割合であるデューティー比を調整する間欠供給手段を備えて構成することができる。
【００１６】
〔作用効果〕
このような燃料供給機構を備えた燃焼機器においては、燃焼部における混合気の燃焼状態は、その混合気の空気比の他に前記濃淡分布における前記燃料と前記酸素含有ガスとの混合状態によって変化し、例えば混合気の全体的な燃焼速度は、その状態によって変化する。また、燃焼部における燃焼状態として混合気の空気比等を検出しながら、前記混合状態を調整して、燃焼部における燃焼状態を制御することが考えられる。
例えば、予混合圧縮自着火エンジンにおいて、混合気の空気比を低く設定し高負荷運転を行う場合は、前記濃淡分布における前記燃料と前記酸素含有ガスとの混合状態が不均一となる状態に調整して、燃焼室においてノッキングを回避して燃料を燃焼させ、逆に、空気比を高く設定し低負荷運転を行う場合は、混合状態が均一となる状態に設定して、燃焼室において低ＮＯｘ燃焼を実現するように構成することができる。
また、給湯器用のバーナ装置であれば、異常音（共鳴音）の鳴り始めを検出した場合には、混合状態が不均一となる状態に調整して異常音の発生を回避する。
【００１７】
そこで、本構成のごとく、開閉弁等によって間欠的に供給される燃料の供給状態の前記周波数若しくは前記デューティー比を調整する手段として構成することで、燃焼部に供給される混合気の混合状態を調整することができる。即ち、周波数を低い側から高い側に変化させることで、混合状態が不均一側から均一側に変化するように、前記濃淡分布における前記燃料と前記酸素含有ガスとの混合状態を変化させることができ、またデューティー比を小さい側から大きい側に変化させることで、燃料の供給量を増加させると共に、１周期あたりにおいて燃料が供給されない時間が減少し、この場合も燃料の供給は連続的な状態に近づくため、混合状態を不均一側から均一側に変化させることができる。
従って、簡単な構成で燃料の供給状態を調整して、燃焼部に供給される混合気の混合状態を簡単に調整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。
また、燃料を間欠的に供給させるための開閉弁としてソレノイドバルブを使用することで、デジタル制御による高速な制御が可能となり、Ｄ−Ａ変換器の必要もなくコスト的にも有利である。
【００１８】
また、このように構成した燃料供給機構を備えた予混合圧縮自着火エンジンにおいては、間欠的に供給される燃料の、周波数若しくはデューティー比を調整することで、燃料の供給量を調整して燃焼室に供給される混合気の空気比を調整すると共に、混合気の濃淡分布における混合状態を調整することができる。即ち、空気比を低下させて高出力運転を行う場合は、デューティー比を増加させて混合気の空気比を低下させると共に、周波数を減少させて、燃焼室に吸気される混合気の混合状態を不均一にすることで、ノッキングの発生を抑制しながら好ましい運転状態を維持でき、逆に、空気比を増加させて低出力運転を行う場合は、デューティー比を減少させて混合気の空気比を増加させると共に、周波数を増加させて、混合状態を均一にすることで、超希薄燃焼で燃料を燃焼させて高効率且つ低ＮＯｘの運転を行うことができる。
【００１９】
本発明に係る燃料供給機構は、前記空気流路の前記供給孔に対する下流側に設けられ、前記酸素含有ガスの流れに乱流を発生させる障害部材を備え、
前記空気流路における前記障害部材の設置状態を調整して前記乱流の発生状態を調整し、前記濃淡分布における前記燃料と前記酸素含有ガスとの混合状態を調整する混合状態調整手段を備えて構成することができる。
【００２０】
〔作用効果〕
また、空気流路に形成される混合気の濃淡分布における混合状態を調整するために、本構成のごとく、供給孔に対する下流側に設けられた障害部材の設置状態を調整して、障害部材によって酸素含有ガスの流れに発生する乱流の発生状態を調整するように構成することができる。即ち、供給孔から酸素含有ガスの流れに沿って糸状に供給した燃料を、障害部材に衝突させて前記乱流によって混合すると共に、その乱流の発生状態を調整することで、燃料と酸素含有ガスとの混合状態を調整することができる。
例えば障害部材を酸素含有ガスの流れ方向に沿って動作可能に構成し、混合状態調整手段によって障害部材を供給孔に対して離間若しくは接近させ、燃焼部に供給される混合気の混合状態を調整する。即ち、供給孔に対して障害部材を離間させる側に動作させると、障害部材が燃焼部に近づき、燃料が障害部材において発生する乱流によって混合される混合時間が少なくなるので、燃焼部に供給される混合気の混合状態を不均一側に調整することができる。
また、障害部材を空気流路の酸素含有ガスの流れの直角方向に動作可能に構成し、混合状態調整手段によって障害部材の配置状態を調整して、酸素含有ガスに発生される乱流の場所を酸素含有ガスの流れの直角方向において変更することで、例えば供給孔に対する下流側から酸素含有ガスの流れの直角方向に離間させるように障害部材を動作させると、障害部材によって混合されずに、燃焼部に供給される混合気が増加するので、燃焼部に供給される混合気の混合状態を不均一側に調整することができる。
従って、簡単な構成で燃焼部に供給される混合気の混合状態を調整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。
【００２１】
また、このように構成した燃料供給機構を備えた予混合圧縮自着火エンジンにおいても、例えば複数の供給孔を備えて、燃料を供給する供給孔の数を調整することで空気比を調整すると共に、その設定される空気比に基づいて、空気流路における障害部材の設置状態を調整して乱流の発生状態を調整し、燃焼部に供給される混合気の濃淡分布における混合状態を調整することができる。
【００２２】
また、従来の予混合圧縮自着火エンジンのように、濃淡分布がなく混合状態が均一な混合気を燃焼させる場合は空気比は３から５の範囲内でしか設定できなかったのに対し、これまで説明してきた燃料供給機構を有する予混合圧縮自着火エンジンのように、例えば混合気の空気比１．７〜３程度の範囲の高負荷運転時には濃淡分布を有する混合気の混合状態を不均一とし、混合気の空気比３〜５程度の範囲の低負荷荷運転時には混合気の混合状態を均一とするように、混合気の濃淡分布における混合状態を調整して燃焼室における燃焼状態を調整することで、空気比１．７〜５程度の広い範囲での運転が可能となる。
【００２３】
さらに、このような予混合圧縮自着火エンジンにおいて、エンジンの動作条件として、エンジンの出力、排ガス温度、燃焼室の筒内圧力等を検出し、その動作条件に基づいて、混合気の混合状態を調整することもできる。
即ち、検出された動作状態が、ノッキング等が発生しやすい状態である動作状態である場合、燃焼室に吸気される混合気の混合状態を不均一なものに調整して、その混合気を燃焼室に吸気することで、自着火時点の燃焼室において空気比が低い部分（濃部）と高い部分（淡部）とを存在させることができる。よって、燃焼室において圧縮された混合気は、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こととなるが、その自着火直後の燃焼速度は、均一な混合状態のときに比べて低下しており、結果、ノッキングを抑制することができる。
また、検出された動作状態が、ノッキング等が発生し難い状態である動作状態である場合、燃焼室に吸気される混合気の混合状態を均一なものに調整して、自着火燃焼時に燃料と酸素含有ガスの接触を強め、全体的に空気過剰状態で燃焼させることができるので、高効率且つ低ＮＯｘ化を図ることができる。
【００２４】
〔構成２〕
本発明に係る燃料供給機構の更なる特徴構成は、前記吸気路における前記供給孔が設けられた前記吸気口までの混合気形成部の容積が、１サイクルにおいて前記燃焼室に吸気される吸気量に対して、８０％から１２０％の範囲内に設定されている点にある。
【００２５】
〔作用効果〕
本構成のごとく、吸気路において、本発明の燃料供給機構の吸気孔の最上流側端部から吸気口までに渡って形成される混合気形成部の容積を、１サイクル中の吸気行程において燃焼室に吸気される吸気量に対して、上記の範囲内に設定することで、吸気行程以外の吸気路の酸素含有ガスの流れが停止している時期において混合気形成部に形成された濃淡分布を有する混合気を、次の吸気行程で燃焼室に吸気することができ、燃焼室に吸気される混合気の濃淡分布における混合状態を、混合抑制状態に維持することができる。
よって、燃焼室に吸気される混合気を、好ましい状態で緩慢燃焼する程度の混合状態の濃淡分布を有するものに維持することができ、一層高出力時の安定運転及び低ＮＯｘ化を向上することができる。
【００２６】
〔構成３〕
本発明に係る燃料供給機構更なる特徴構成は、前記供給孔の複数が、前記吸気路において前記酸素含有ガスの流れ方向に沿って分散配置され、
前記混合気に前記濃淡分布を発生させるべく、夫々の前記供給孔の前記燃料の供給方向が、互いに平行、且つ、前記吸気路の前記酸素含有ガスの流れ方向と交差する方向とされている点にある。
【００２７】
〔作用効果〕
上記のようなエンジン用の燃料供給機構は、本構成のごとく、吸気路の混合気形成部等に酸素含有ガスの流れ方向に沿って分散配置された複数の供給孔により構成することができ、さらに、夫々の供給孔における燃料の供給方向が、互いに平行且つ酸素含有ガスの流れ方向に交差する方向（例えば酸素含有ガスの流れ方向に直角の方向）とすることで、酸素含有ガスの流れが停止している吸気路に夫々の供給孔から供給された燃料は、吸気路において互いに交じり合うことが殆どなく、吸気路を横断する方向に進むことになり、吸気路の酸素含有ガスの流れ方向において燃料が多く供給された縞状の濃部が形成され、隣接する濃部の間は、燃料の濃度が小さい縞状の淡部となる。よって、吸気路に濃淡分布を有する混合気を容易に形成することができ、このように形成された混合気は、上記の縞状の濃淡分布を維持しながら燃焼室に吸気されることになる。
【００２８】
〔構成４〕
本発明に係る燃料供給機構の更なる特徴構成は、前記供給孔から前記吸気路への前記燃料の供給を、吸気行程において遮断する遮断手段を備えている点にある。
【００２９】
〔作用効果〕
エンジン用に構成された本発明の燃料供給機構は、吸気行程以外の吸気路の酸素含有ガスの流れが停止している時期に、吸気路に形成される混合気に濃淡分布を発生させ、特に吸気行程においては供給孔から吸気路への燃料供給を停止する必要はないが、本構成の如く、上記遮断手段を設けて、吸気行程における供給孔からの燃料供給を停止するほうが、酸素含有ガスの流れが停止する直後の吸気路には燃料が供給されておらず、酸素含有ガスの流れが停止されて始めて燃料が供給されるので、混合抑制状態を一層高めた濃淡分布を吸気路の混合気に形成することができ、一層高出力時の安定運転及び低ＮＯｘ化を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明のエンジンに採用する燃料供給機構をバーナ装置に適用した例を示す概略構成図である。
【図２】燃料供給機構の混合状態調整手段の構成を示す概略構成図である。
【図３】図２に示す燃料供給機構の混合状態とは別の混合状態を示す状態図である。
【図４】燃料供給機構の混合状態調整手段の構成を示す概略部分構成図である。
【図５】燃料供給機構の混合状態調整手段の構成を示す概略部分構成図である。
【図６】燃料供給機構の供給状態調整手段の構成を示す概略構成図である。
【図７】本発明のエンジンに採用する燃料供給機構の第１の実施の形態としての予混合圧縮自着火エンジンを示す概略構成図である。
【図８】本発明のエンジンに採用する燃料供給機構の第２の実施の形態としてのガスエンジンを示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
〔バーナ装置〕
まず、本発明でエンジンに採用する燃料供給機構１０を適用したバーナ装置５０について、図面に基づいて説明する。
図１に示すバーナ装置５０は、ファン（図示せず）等によって燃焼部１に供給される空気Ａ（酸素含有ガスの一例）が流通し、１０ｍｍ×８０ｍｍの長方形の流路断面を有する空気流路２と、燃焼部１に表裏間において連通する複数の連通孔を有する燃焼面部材１ａとを備えている。
【００３２】
燃料供給機構１０は、空気流路２の燃焼部１から１００ｍｍ上流側の位置に、開口径がφ２．５ｍｍである噴孔１１ａ（供給孔の一例）を有するノズル１１が空気流路２の長方形断面の長手方向に６ｍｍピッチで８本配設されている。全ての噴孔１１ａは燃料供給装置１３から送られる燃料Ｇを空気流路２の空気Ａの流れ方向に方向付けて供給するために、空気流路２の下流側方向に開口している。
【００３３】
また、当該燃料供給機構１０では、空気流路２を流通する空気Ａの流速を検出する風速計１２（空気流速検出手段の一例）を空気流路２に設け、風速計１２によって検出された空気Ａの流速値の信号を制御装置１５に出力するように構成することができる。
そこで、制御装置１５は、風速計１２の検出結果に基づいて、燃料供給装置１３を供給速度設定手段として働かせて、噴孔１１ａに供給する燃料Ｇの量を調整して、噴孔１１ａから供給される燃料Ｇの供給速度を空気Ａの流速とほぼ同じ値に設定して、燃料Ｇを噴孔１１ａから空気流路２に供給する。
【００３４】
空気Ａの流速とほぼ同じ供給速度で供給された燃料Ｇは、空気Ａの層流状態を乱すこと無く、空気Ａの流れに沿って糸状に供給されることになり、燃料Ｇと空気Ａとが混合され難くなる。よって、燃焼部１に供給される混合気はほとんど混合が進んでいない混合抑制状態となっており、さらに、燃料Ｇと空気Ａの混合抑制状態は安定したものとなっている。
【００３５】
結果、空気流路２に形成され燃焼部１に供給される混合気は、空気比が低い濃部と空気比が高い淡部とが、空気流路２に断面の長手方向に順に交互に形成された濃淡分布を発生させた混合気となるため、燃焼部１におけるこの混合気の燃焼は、濃部において安定した火炎を形成し、その火炎によって淡部の保炎を安定して行うことができる濃淡燃焼となり、低ＮＯｘ燃焼を実現できる。
【００３６】
上述の燃料供給機構１０の別の形態について以下に説明する。
〈１〉  上述の燃料供給機構１０において、燃焼部１に供給される混合気の濃淡分布における混合状態を調整する混合状態調整手段を備えることができ、その構成について、以下に説明する。
図２に示すバーナ装置５０及び燃料供給機構１０の基本構成は、上述の形態と同様であり、風速計１２の検出結果に基づいて、噴孔１１ａに供給する燃料Ｇの量を調整して、噴孔１１ａから供給される燃料Ｇの供給速度を空気Ａの流速とほぼ同じ値に設定することで、濃淡分布が発生し混合抑制状態の混合気を燃焼部１に供給し、燃焼部１において濃淡燃焼を行うものである。
【００３７】
さらに、当該燃料供給機構１０では、空気流路２において、高さ方向を空気Ａの流れの直角方向とし、外径がφ３ｍｍの柱状体１４（障害部材の一例）を夫々の噴孔１１ａに対する下流側に設けるように構成することができ、噴孔１１ａから燃料Ｇが糸状に供給された空気Ａの流れに乱流を発生させることができる。
また、この柱状体１４は、駆動装置１４ａによって、空気流路２において空気Ａの流れ方向にそって摺動可能となっており、柱状体１４の位置は、噴孔１１ａに近い位置である位置ａと、位置ａよりも噴孔１１ａから離れた位置である位置ｂとにの間の任意の位置に設置することができる。
このように、空気流路２における柱状体１４の位置を切り換えることで、柱状体１４によって空気流路２に発生する乱流の発生状態を調整することができ、混合状態調整手段として、燃焼部１に供給される濃淡分布が発生し混合抑制状態の混合気の混合状態を調整することができる。即ち、柱状体１４が位置ａにある場合は、位置ｂにある場合と比べて、乱流が発生してから燃焼部１までの距離が長いので、燃料Ｇと空気Ａとが混合される時間が長く、その下流側の燃焼部１に供給される混合気の混合状態は均一となる。
【００３８】
例えば、図２に示すように、すべての柱状体１４が位置ａにある状態と、図３（イ）のように柱状体１４が位置ａと位置ｂとに交互にある状態と、図３（ロ）のようにすべての柱状体１４が位置ｂにある状態とに切り換えて、燃焼部１に供給される混合気の混合状態を観察すると、図３（イ）及び（ロ）の混合状態は、図２の混合状態と比べて、不均一な状態となっていることが観察できた。
また、図３（ロ）の状態は、図３（イ）に比べて、スケールが大きい濃淡場（濃淡のピッチが大きい濃淡場）が形成されていることが判った。このような混合状態の調整を行うことにより、ブンゼンバーナ燃焼時における燃焼騒音やＮＯｘの生成量を最小限に抑える制御が可能となる。
【００３９】
また、制御装置１５は、例えば燃焼部１における燃焼状態として、燃焼部１に供給する混合気の空気比等を検出しながら、この柱状体１４の配設状態を調整して燃焼部１に供給される混合気の混合状態を調整する。即ち、燃焼部１に供給する混合気の空気比を高く設定して低負荷燃焼を行う場合は、図３（ロ）のように、柱状体１４の位置をすべて位置ｂとし燃焼部１において不均一な混合状態の混合気を燃焼させて濃淡燃焼を行い、逆に、燃焼部１に供給する混合気の空気比を低く設定して高負荷燃焼を行う場合は、図２若しくは図３（イ）のように、柱状体１４の一部若しくは全部を位置ａとして、燃焼部１において均一な混合状態の混合気を燃焼させる。
【００４０】
〈２〉  また、混合状態調整手段として以下のように構成することもできる。
即ち、図４（イ）及び（ロ）に示すように、空気流路２に備えた柱状体１４’を、駆動装置１４ａ’空気流路２の空気Ａの流れの直角方向に動作可能に構成し、混合状態調整手段として、制御装置１５により柱状体１４’の位置を、噴孔１１ａの軸線上の下流側の位置ａと、位置ａから空気Ａの流れの直角方向に離間した位置ｂとに切り換えて、空気Ａに発生される乱流の場所を空気Ａの流れの直角方向において変更して、その乱流によって混合される燃料Ｇの量を調整する。
即ち、燃焼部１に混合状態が均一な混合気を供給する場合は、図４（イ）のように、柱状体１４’を位置ａにして、柱状体１４によって供給された燃料Ｇのほとんどが柱状体１４’おいて発生する乱流によって混合されるようにし、逆に、燃焼部１に不均一な混合状態の混合気を供給する場合は、図４（ロ）のように、柱状体１４’を位置ｂにして、柱状体１４’において発生する乱流によって混合されずに燃焼部１に供給される混合気を増加させる。
【００４１】
〈３〉  また、混合状態調整手段として以下のように構成することもできる。
即ち、図５に示すように、空気流路２に備えた柱状体１４”を、シリンダ機構部１４ａ”によって噴孔１１ａの配設方向に突出自在に構成し、混合状態調整手段として、制御装置１５によりシリンダ機構部１４ａ”を働かせて柱状体１４”の突出量を変化させ、複数の噴孔１１ａから供給される夫々の燃料Ｇのうち、柱状体１４”により発生する乱流によって混合される燃料Ｇの量を変化させ、燃焼部１に供給される混合気の混合状態を調整することができる。即ち、燃焼部１に混合状態が均一な混合気を供給する場合は、柱状体１４”の突出量を増加させ、
柱状体１４”によって供給された燃料Ｇのほとんどが柱状体１４”において発生する乱流によって混合されるようにし、逆に、燃焼部１に不均一な混合状態の混合気を供給する場合は、柱状体１４”の突出量を減少させ、柱状体１４”において発生する乱流によって混合されずに燃焼部１に供給される混合気を増加させる。
【００４２】
〈４〉  また、混合状態調整手段として、噴孔１１ａの下流側にプロペラ形状のミキサ部を設け、そのミキサの回転数を調整することで、混合気の混合状態を調整するように構成することもできる。
【００４３】
〈５〉  上述の燃料供給機構１０において、燃料Ｇの供給状態を調整して、混合気の混合状態等を調整することができ、その構成について、以下に説明する。
図６（イ）に示すように、燃料供給機構１０は、燃料Ｇを空気流路２に供給するに、間欠供給手段として、燃料Ｇを間欠的に供給するように構成することができる。
さらに、燃料供給機構１０は、燃料Ｇを間欠的に供給すると共に、単位時間あたりの供給回数である供給周波数Ｈ、若しくは１周期あたりの供給時間割合であるデューティー比Ｄを調整可能に構成することができる。
【００４４】
尚、図６（ロ）に示す時間軸上における噴孔１１ａにおける燃料Ｇの供給速度の変化状態のように、燃料Ｇを空気流路２の空気Ａの流速ａと同じ供給速度で供給させる時間をＴａ、燃料Ｇを供給させない時間をＴ０とした場合、その周波数Ｈは１／（Ｔａ＋Ｔ０）、デューティー比ＤはＴａ／（Ｔａ＋Ｔ０）と表わすことができ、その夫々の値を調整することができる。
よって、例えば周波数を増加させた場合においては、燃料Ｇが供給されない時間Ｔ０が短くなって、燃料Ｇの供給は連続的な状態に近づくため、燃焼部１に供給される混合気の濃淡分布における混合状態は不均一側から均一側に変化させることができる。
【００４５】
また、この場合、燃料供給装置１３は、空気Ａの風速を変化させること無く、燃焼部１に供給される混合気の空気比を変化させることができる。即ち、間欠的な燃料Ｇの供給において、噴孔１１ａから燃料Ｇを供給しているときの供給速度を空気Ａの流速と同じものに維持したまま、デューティー比Ｄを増加させることで、１周期あたりに供給する燃料Ｇの量を増加させることができるので、燃焼部１に供給される燃料Ｇの量を増加させ、結果空気比を低下させることができる。
【００４６】
〈６〉  上述の空気Ａの流速を検出する風速計１２の代わりに、空気流路２に空気Ａを送風するファンの回転数検出によって、空気流路２を流通する空気Ａの流速を検出しても構わない。
また、空気Ａに対する燃料Ｇの相対流速に基づく噴流のレイノルズ数を１００未満に設定することが望ましく、空気流路２に好ましい状態で混合抑制状態の混合気を形成することができる。
さらに、噴孔１１ａを複数設けた構成を示したが、別に、空気流路２に１つの噴孔を設け、その噴孔１１ａに対して下流側に空気比が低い濃部を形成し、その周囲に空気比が高い淡部を形成しても構わない。
【００４７】
〔予混合圧縮自着火エンジン〕
次に、本発明に係る燃料供給機構１０の第１の実施の形態として、予混合圧縮自着火エンジン１００について図面に基づいて説明する。
予混合圧縮自着火エンジン１００は、図７に示すように、シリンダ６と、シリンダ６内に収容されてシリンダ６と共に燃焼室２１を形成するピストン３とを備え、そのピストン３が、連接棒４を介してクランク軸１８に連動連結されている。
前記シリンダ６には、吸気弁５を備えた吸気路２２と、排気弁７を備えた排気路８とが連通され、吸気弁５と排気弁７を開閉動作させながら、燃焼室２１において吸気、圧縮、燃焼・膨張、排気の諸工程を実行して、ピストン３の往復運動をクランク軸１８の回転運動に変えて出力するように構成されている。
また、本発明の予混合圧縮自着火エンジンには、吸気路２２に流通する空気Ａ（酸素含有ガスの一例）に燃料Ｇを供給し混合気を形成する燃料供給機構１０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。
【００４８】
燃料供給機構１０は、上述のバーナ装置５０に設けられたものと同様に、吸気路２２において燃焼供給装置１３から送られてきた燃料Ｇを吸気路２２の空気Ａの流れ方向に方向付けて供給する噴孔１１ａを有するノズル１１が、吸気路２２の空気Ａの流れの直角方向において複数２本配設されている。
【００４９】
さらに、連結棒４に接続されたクランク軸１８の回転角度を検出するクランク角センサ１６が設けられ、その出力信号が制御装置１５に送られる。制御装置１５は、クランク角センサ１６の出力信号からクランク軸１８の回転数を算出し、１サイクルにおける燃焼室に吸気される空気Ａの量は一定であることから、吸気路２２における空気Ａの流量を算出し、その流量と吸気路２２の断面積とによって空気Ａの流速を算出する。このようにクランク角センサ１６によって吸気路２２を流れる空気Ａの流速を検出する手段を空気流速検出手段と呼ぶ。
【００５０】
さらに、制御装置１５は、空気流速検出手段の検出結果に基づいて、噴孔１１ａからの燃料Ｇの供給速度を設定するに、燃料供給装置１３を働かせて、吸気路２２の空気Ａの層流状態の流れに沿って燃料Ｇを空気Ａの流速とほぼ同じ供給速度で供給し、燃料Ｇと空気Ａとの混合が抑制された混合抑制状態の混合気を形成する。即ち、吸気路２２に供給された燃料Ｇは、空気Ａの層流状態を乱すこと無く、空気Ａの流れに沿って糸状に供給されることになり、燃料Ｇと空気Ａとが混合され難くなる。よって、吸気路２２に形成され燃焼室２１に吸気される混合気には、噴孔１１ａに対して下流側に空気比の低い濃部と、それ以外に空気比の高い淡部とからなる濃淡分布が発生し、ほとんど混合が進んでいない混合抑制状態となる。
このように、燃料Ｇの供給速度を空気Ａの流速検出を伴って設定する手段を供給速度設定手段と呼ぶ。
【００５１】
噴孔１１ａは、燃焼室２１の近傍、つまり、濃淡分布における混合抑制状態が充分に維持されたままで混合気が燃焼室２１に吸気される位置に設けられていることが望ましく、混合抑制状態を維持したままで混合気を燃焼室２１に吸気させるためには、前記噴孔１１ａの設置位置は、吸気路２２の形状や径、更には、空気Ａの流速などによっても異なるが、通常、燃焼室２１に対する吸気路２２への開口部に設けられた吸気弁５を基準として上流に、開口部の径の５倍迄の範囲内の位置、又は、噴孔１１ａの設置位置から吸気弁２２までの吸気路２２の容積が、吸気行程において燃焼室２１に吸気される吸気量に対して、８０％から１２０％の範囲内（好適には同等）である位置が望ましい。但し、吸気路２２の噴孔１１ａの下流側の流路条件を最適化することで、吸気弁５から開口部の径の１０〜１５倍程度上流側に噴孔１１ａを設けても効果を得ることは可能である。
【００５２】
吸気行程において濃淡分布が発生し混合抑制状態の混合気が燃焼室２１に吸気された後、吸気弁５と排気弁７とが閉状態の圧縮行程において、ピストン３の上昇に伴って燃焼室２１の混合気が圧縮され、ピストン３が上死点に至る近傍において、予混合圧縮自着火エンジンの圧縮自着火が起きる。
このようにして燃料Ｇと空気Ａとの混合状態が不均一な混合抑制状態の混合気を圧縮自着火させることにより、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、ノッキングを抑制しながら高出力運転が可能となり、全体的に希薄な混合気を燃焼させることができるので、ＮＯｘの発生を抑制することができる。
そして、燃焼・膨張行程において、混合気の燃焼によって発生する高圧ガスによりピストン３が下降され、その後の排気行程において、排気弁７が開状態とされ、ピストン３の上昇に伴って、燃焼室２１の排ガスが排気路８からエンジン１００外へと排出される。
【００５３】
以上のような構成のエンジン１００を使用して、その作用効果を確認するための運転を行った結果、空気比が１．７から３．０の範囲内においても、ノッキングが発生せず、好ましい状態で運転することができ、かつ、空気比をさげて高出力を得ることのできることが確認された。
なお、そのときの運転条件は、下記の通りである。
ボア径        １１０ｍｍφ
ストローク    １０６ｍｍ
圧縮比        １７
燃料          都市ガス１３Ａ
【００５４】
次に、このような燃料供給機構１０において、噴孔１１ａから供給される燃料Ｇの状態を調整することで、燃焼室２１における混合気の燃焼状態を調整する構造について、以下に説明する。
燃料供給装置１３は、燃料Ｇを吸気路２２に供給するに、上述したものと同様に、間欠供給手段として、燃料Ｇを間欠的に供給すると共に、単位時間あたりの供給回数である供給周波数Ｈ、若しくは１周期あたりの供給時間割合であるデューティー比Ｄを調整可能に構成することができる。
【００５５】
またエンジン１００には、燃焼室２１の筒内圧力を検出する圧力センサ１７が設けられ、圧力センサ１７の出力信号は制御装置１５に送られる。制御装置１５は、圧力センサ１７をクランク角センサ１６によって検出されるクランク角に基づいて働かせ、燃焼室２１における自着火のタイミングを検出することができ、さらに、燃焼室２１において発生するノッキングを検出することができる。
【００５６】
そこで、制御装置１５は、ノッキングが検出された場合は、燃料Ｇを間欠的に供給する周波数Ｈを小さく設定して、燃焼室２１に供給される混合気の濃淡分布における混合状態を不均一側に調整し、混合気の燃焼速度を低下させノッキングを回避することができるのである。
また、上記のようなノッキング検出は、直接ノッキングセンサ等によって検出することもでき、さらに、エンジンの出力を検出し、ノッキングが発生しやすい出力条件を検出することもできる。
【００５７】
さらに、制御装置１５は、先に説明したように、クランク角センサ１６の出力信号からクランク軸１８の回転数を算出し、吸気路２２における空気Ａの流量を算出する。その算出された空気Ａの流量と、設定条件として設定される空気比から燃料Ｇの供給量を決定し、前述のデューティー比を設定する。即ち、間欠的な燃料Ｇの供給において、噴孔１１ａから燃料Ｇを供給しているときの供給速度は空気Ａの流速ａに維持したまま、デューティー比Ｄを増加させることで、燃焼室２１に供給される燃料Ｇの量を増加させることができ、結果空気比を低下させることができる。
【００５８】
さらに、予混合圧縮自着火エンジン１００において、空気比を低下した場合ノッキングが発生しやすい状態となる。そこで、制御装置１５は、エンジン１００の高出力運転を行う場合は、デューティー比Ｄを増加させて混合気の空気比を低下させると共に、燃料Ｇを間欠的に供給する周波数Ｈを減少させ、燃焼室２１に供給される混合気の混合状態を不均一側に調整し、燃焼室２１における圧縮自着火直後の燃焼速度を低下させて、ノッキングを抑制しながら高出力運転が可能となる。また、逆に、低出力運転を行う場合は、デューティー比Ｄを低下させて混合気の空気比を増加させると共に、燃料Ｇを間欠的に供給する周波数Ｈを増加させ、燃焼室２１に供給される混合気の混合状態を均一側に調整し、燃焼室２１において超希薄燃焼を行い、高効率且つ低ＮＯｘの運転を行うことができる。
【００５９】
〔ガスエンジン〕
次に、本発明の第２の実施の形態として、都市ガス１３Ａである気体燃料を燃料Ｇとして利用したエンジン２００について図面に基づいて説明する。
図８に示すエンジン２００は、上記第２の実施の形態の予混合圧縮自着火エンジン１００と同様の構成については説明を省略するが、吸気路２２に流通する空気Ａに燃料Ｇを供給し混合気を形成する燃料供給機構３０が設けられており、吸気行程において吸気路２２に形成された混合気を燃焼室２１に吸気し、圧縮行程を経て、燃焼室２１に設けられた点火プラグ４５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３の往復運動をクランク軸１８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。
【００６０】
燃料供給機構３０は、これまで説明してきた燃料供給機構と同様に、吸気路２２に燃料Ｇを供給する供給孔３２を備え、吸気路２２に混合気を形成するものであって、さらに、吸気路２２に形成される混合気に、燃料Ｇの濃淡分布を発生させるように、供給孔３２から吸気路２２に燃料Ｇを供給するものである。
【００６１】
詳しくは、燃料供給機構３０には、燃料流路４０から内部に燃料Ｇが供給される筒状のケーシング部材３１が、吸気路２２を外囲した状態で設けられている。
さらに、ケーシング部材３１の内部には、筒状のケーシング部材３１の周方向に渡って形成された燃料Ｇが最初に供給される室部を形成する整流部材３４が設けられ、整流部材３４内の室部に供給された燃料Ｇは、整流部材３４の外側に設けられた複数の開口から、整流部材３４の外側に流出し、その燃料Ｇはケーシング部材３１の両端部と整流部材３４の両端部との間を通って、供給孔３２に到達する。また、ケーシング部材３１内には、供給孔３２が設けられた吸気路２２の壁部と整流部材３４との間に、筒状のパンチング板３５が設けられており、パンチング板３５により供給孔３２に供給される燃料Ｇの流れ方向及び圧力等を整えることができる。
【００６２】
燃料供給機構３０の供給孔３２は、吸気路２２における空気Ａの流れ方向に沿って等間隔で６個所に配設されており、さらに、その６個所の供給孔３２を１列として、吸気路２２の軸心を中心とした周方向に等間隔で１８列配設されており、夫々の供給孔３２の孔径は２ｍｍに設定されている。
夫々の供給孔３２から吸気路２２への燃料Ｇの供給方向が、互いに平行、且つ、吸気路２２の空気Ａの流れ方向と直交する方向とされている。よって、吸気路２２の空気Ａの流れ方向で隣接する供給孔３２における、燃料Ｇの供給方向は、互いに交わることがない。
【００６３】
このように構成された燃料供給機構３０の夫々の供給孔３２から吸気路２２に供給された夫々の燃料Ｇは、吸気路２２の空気Ａの流れが停止している時期、即ち吸気行程以外の時期において、互いに交じり合うことが殆どなく、吸気路２２を横断する方向に進むことになる。よって、このような燃料供給機構３０により、吸気行程以外の時期に吸気路２２に形成された混合気に、吸気路２２の空気Ａの流れ方向において燃料Ｇが多く供給された縞状の濃部と、隣接する濃部の間に形成される縞状の淡部とからなる濃淡分布を発生させることができる。
【００６４】
このように吸気路２２に形成された濃淡分布を有する混合気は、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２１に吸気される。
即ち、吸気路２２において、燃料供給機構３０の吸気路２２における最上流端部から吸気弁５までの混合気形成部４９の容積が、一回の吸気行程において燃焼室２１に吸気される吸気量に対して、ほぼ同等、即ち８０％から１２０％の範囲内に設定されており、このように吸気路２２に形成された濃淡分布を有する混合気は、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２１に吸気されることになる。尚、吸気路２２の流路条件等を最適化することで、吸気路２２に形成された混合気の混合抑制状態を、燃焼室２１まで維持することができるのであれば、上記混合気形成部４９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。
【００６５】
従って、燃焼室２１に吸気された混合気は、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、この混合気を圧縮して点火プラグ４５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２００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。
【００６６】
また、エンジン２００の燃料供給機構３０において、燃料流路４０には、燃料Ｇの供給を遮断可能な遮断弁４１（遮断手段の一例）と、ケーシング部材３１側に供給する燃料Ｇの圧力調整を行う調圧弁４２が設けられている。
遮断弁４１は、制御装置１５により制御されており、詳しくは、供給孔３２から吸気路２２への燃料Ｇの供給を、吸気行程開始時点から、次の吸気行程開始時点に対して所定の燃料供給期間分前の時点まで遮断するように制御される。尚、前記所定の燃料供給期間は、１サイクルにおける吸気路２２に供給する燃料Ｇの量によって決定されている。
さらに、調圧弁４２は、夫々の供給孔３２から吸気路２２に供給される燃料Ｇの流速が、前記濃淡分布を発生するのに好ましい流速となるように、燃料Ｇの圧力を設定するように、制御装置１５により調整される。
【００６７】
また、このような燃料供給機構３０を備えたガスエンジン２００において、排ガス中のＮＯｘ濃度を測定したところ、１９２ｐｐｍ（Ｏ2＝０％換算）であったのに対して、従来のガスエンジンとしての、ベンチュリミキサで燃料と空気とを混合し、濃淡分布を有しない均一な混合気を燃焼させるガスエンジンでは、４８３ｐｐｍ（Ｏ2＝０％換算）であった。よって、混合気に濃淡分布を発生させる本発明の燃料供給機構３０によって、６０％程度のＮＯｘ生成量低下効果を確認できた。尚、両エンジンにおいて混合気の全体的な空気比を、共に１．４程度とした。
【００６８】
これまで説明してきた実施の形態において、一般的な例として、空気流路を流通する酸素含有ガスとして空気を利用したものを説明したが、空気以外の酸素含有ガスとしては、例えば酸素成分含有量が空気に対して高い酸素富化ガス等を利用することが可能である。
さらに、燃焼部へ供給される混合気の濃淡分布の混合抑制状態を緩和して、且つ燃焼部の燃焼負荷を増加させるために全体的に混合気の当量比を高くしたい場合や、濃淡分布における淡部が過度の希薄状態となると燃焼不良を起こし得るような場合には、本発明に係る燃料供給機構により燃料が供給される前の空気流路を流通する酸素含有ガスを、予め上流側にて混合された燃料と空気との混合気とし、その混合気に燃料を供給して濃淡分布を発生させるように構成しても構わない。
【００６９】
またこれまで、４サイクルのエンジンを例に説明したが、２サイクルのエンジンに適用することもでき、２サイクルエンジンに適用する場合は、噴孔を掃気ポートに設けることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明の燃料供給機構は、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として、有効に利用可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１        燃焼部
２        空気流路
１０      燃料供給機構
１１      ノズル
１１ａ    噴孔
２１      燃焼室（燃焼部）
２２      吸気路（空気流路）
１５      制御装置
３０      燃料供給機構
３２      供給孔
４１      遮断弁（遮断手段）
４９      混合気形成部
５０      バーナ装置
１００    予混合圧縮自着火エンジン
２００    エンジン
Ａ        空気（酸素含有ガス）
Ｇ        燃料
【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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