(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロットルバルブ下流側の各吸気管の内部壁面に燃料噴出口を設けて、該燃料噴出口にエンジンの吸気行程においてのみ燃料としての天然ガスを噴射するようにしたインジェクタを配設したガス体燃料用エンジンのインジェクタポートの構造において、
インジェクタの燃料噴射面を前記燃料噴出口と所定の距離を有して設置させて、前記燃料噴射面と前記燃料噴出口との間の燃焼室側の壁面に凸部を形成したことを特徴とするガス体燃料用エンジンのインジェクタポートの構造。
【請求項２】
燃焼室の壁面に燃料噴出口を形成して、該燃料噴出口にエンジンの圧縮行程においてのみ燃料としての天然ガスを噴射するようにしたインジェクタを設置したガス体燃料用エンジンのインジェクタポートの構造において、
インジェクタの燃料噴射面を燃焼室の壁面に形成された燃料噴出口から所定の距離を有する位置に設け、前記インジェクタの燃料噴射面と前記燃料噴射口との間に前記燃料噴射面から噴出された天然ガスが拡散する前記インジェクタポートを設け、該インジェクタポートの内部壁面に圧縮工程で空気が圧縮される方向と逆の方向に突出して前記燃料噴射面から噴出された天然ガスが衝突する凸部を形成したことを特徴とするガス体燃料用エンジンのインジェクタポートの構造。
【請求項３】
前記凸部を前記インジェクタポートの断面積がインジェクタの前記燃料噴射面から前記燃料噴出口に向けて徐々に小さくなるよう形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のガス体燃料用エンジンのインジェクタポートの構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス体燃料用エンジンのインジェクタポートの構造に関するもので、特に、燃料としての天然ガスと吸入空気とを均一に混合させるガス体燃料用エンジンのインジェクタポートの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、内燃機関の燃料として圧縮天然ガス（ＣＮＧ）が広く使用されてきたが、ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジンの発達に伴い、使用されることが少なくなっていた。ところが、近年では、環境やエネルギーに対する関心が深まったことで再び内燃機関の燃料として圧縮天然ガスが注目されており、排気ガスの清浄、燃料消費率の向上、始動性能および出力性能の向上等のために、圧縮天然ガス用エンジンにおいてもインジェクション方式が採用されることが多くなっている。
【０００３】
図７および図８に示したのは、従来の圧縮天然ガスエンジンの一実施例で、ＣＮＧボンベ５１に充填された圧縮天然ガスは、ガス管５２に設けられたレギュレータ５３により所定の圧力に減圧されて燃料分配管５４に流入して、燃料分配管５４により各シリンダ５５毎に設けられたインジェクタ５６に分配され、インジェクタ５６により各吸気管５７を燃焼室５８に向けて流れる吸入空気に噴射される構造になっている。また、燃料分配管５４には、図７に示すように、ＥＣＵ（電子制御装置）５９のインターフェイスに接続された燃圧センサ６０および燃温センサ６１が配設されており、ガス圧力およびガス温度に応じて変化する天然ガス流量は、ＥＣＵ５９がそれぞれのセンサ６０，６１の信号に応じてインジェクタ５６の燃料噴射時間を補正することにより制御されている。また、吸入空気は、エアクリーナ６２により浄化された後、スロットルバルブ６３により流量が調節されて各吸気管５７に流入されている。なお、ＥＣＵ５９のインターフェイスには、吸気圧力センサ６４、スロットルセンサ６５、水温センサ６６およびクランク角センサ６７が接続されており、ＥＣＵ５９は、これらのセンサの信号に応じてエンジンの状態を最適に制御している。
【０００４】
ところで、天然ガスは希薄域での着火性に優れており、燃料としての天然ガスと吸入空気とを均一に混合させることにより安定した着火性を得ることができるが、天然ガス燃料はメタンを主成分としているため比重が空気より小さく、燃料として天然ガスを用いたエンジンにおいては、図８に示すように、インジェクタ５６により噴射された天然ガスが吸気ポート６８の上方に集合すると共に吸入空気が下方に集合する傾向にあり、天然ガスと空気とを均一に混合させることが難しかった。また、天然ガスと吸入空気との混合気が燃焼室５８に流入するまでの流入経路を長く形成することで天然ガスと吸入空気とを均一に混合させることが行われたが、エンジンの応答性を悪化させることになってしまっていた。
【０００５】
そこで、燃料として天然ガスを使用するガス体燃料用エンジンにおいて、その吸気システムをエンジン各気筒の吸気管のスロットルバルブ下流側の吸気ポート内に、吸気の主流に対抗する方向に燃料噴出口を形成し、シリンダの吸気行程においてのみ、燃料噴出口から燃料を噴出するようにしたインジェクタを配置したことが実開平６−８０８２５号公報により開示されている。この吸気システムによれば、吸気の主流に対抗して燃料としての天然ガスを噴出させることにより偏流が発生して、その結果燃焼室内にタンブルを発生させることで均一な混合気を得るようにした。
【０００６】
しかしながら、前述した吸気システムでは、天然ガスの噴射の圧力により吸気流に偏流を生じさせることで燃焼室内にタンブルを発生させるので、吸気量が少ない領域では、その効果が発揮できず燃焼異常を起こす恐れがあった。また、吸気ポート内に燃料噴出口を形成するので、シリンダヘッドの成形型を新規に制作する必要があり、コストが高くついてしまうといった問題もあった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、吸気管内部の壁面に形成した燃料噴出口から流速の速い燃料としての天然ガスを噴出させることにより、天然ガスと吸入空気とを均一に混合するようにしたガス体燃料用エンジンのインジェクタポートの構造を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、スロットルバルブ下流側の各吸気管の内部壁面に燃料噴出口を設けて、該燃料噴出口にエンジンの吸気行程においてのみ燃料としての天然ガスを噴射するようにしたインジェクタを配設したガス体燃料用エンジンのインジェクタポートの構造において、インジェクタの燃料噴射面を燃料噴出口と所定の距離を有して設置させて、燃料噴射面と燃料噴出口との間の燃焼室側の壁面に凸部を形成したことを特徴とする。
【０００９】
このように構成することで、インジェクタの燃料噴射面から噴射された燃料としての天然ガスは、インジェクタポートの燃焼室側の壁面に形成された凸部に沿うようにしてその流速が加速されて燃料噴出口から噴出されるので、天然ガスと吸入空気流とを衝突させることができ、天然ガスと吸入空気とを均一に混合させることができる。
【００１０】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、燃焼室の壁面に燃料噴出口を形成して、該燃料噴出口にエンジンの圧縮行程においてのみ燃料としての天然ガスを噴射するようにしたインジェクタを設置したガス体燃料用エンジンのインジェクタポートの構造において、インジェクタの燃料噴射面を燃焼室の壁面に形成された燃料噴出口から所定の距離を有する位置に設け、インジェクタの燃料噴射面と燃料噴射口との間に燃料噴射面から噴出された天然ガスが拡散するインジェクタポートを設け、該インジェクタポートの内部壁面に圧縮工程で空気が圧縮される方向と逆の方向に突出して燃料噴射面から噴出された天然ガスが衝突する凸部を形成したことを特徴とする。
【００１１】
このように構成することで、インジェクタの噴射面から噴射された燃料としての天然ガスは、インジェクタポートの圧縮行程で空気が圧縮される方向と逆の方向に突出させた凸部に沿うようにしてその流速が加速されて燃料噴出口から噴出されるので、天然ガスと吸入空気流とを衝突させることができ、天然ガスと吸入空気とを均一に混合させることができる。
【００１２】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のガス体燃料用エンジンのインジェクタポートの構造において、凸部をインジェクタポートの断面積がインジェクタの燃料噴射面から燃料噴出口に向けて徐々に小さくなるよう形成したことを特徴とする。
【００１３】
このように構成することで、燃料噴出口から噴出される燃料としての天然ガスの流速、又は燃焼室壁面に形成された燃料噴出口から噴出される燃料としての天然ガスの流速が加速されるので、天然ガスと吸入空気とを均一に混合させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１ないし図５に基づいて説明する。まず、本実施の形態のガス体燃料用エンジンの概略について説明する。本実施の形態のガス体燃料用エンジン１は、燃料として圧縮天然ガス（ＣＮＧ）が使用されており、図２に示すように、ＣＮＧ容器２に充填された圧縮天然ガスを各吸気管３に設けられたＣＮＧインジェクタ４（以下、単にインジェクタと呼ぶ）で、吸気管３を燃焼室５（図１参照）に向けて流れる吸入空気に噴射することにより、天然ガスと空気とを混合させる構造になっている。
【００１５】
次に、燃料としての圧縮天然ガスをインジェクタ４に供給する構成について説明する。ＣＮＧ容器２に充填された圧縮天然ガス（ゲージ圧２００kg／cm2）は、フィルタ６により浄化されると共に高圧減圧弁７により所定の圧力（３kg／cm2）に減圧されて、燃料分配管８により各吸気管３に設けられたインジェクタ４に分配される構造になっている。また、インジェクタ４は、燃料噴射タイミングを図示しないＥＣＵ（電子制御装置）により、エンジン１の吸気行程においてのみ燃料としての天然ガスを噴射するように制御されている。燃料分配管８には、燃料温度センサ９および燃料圧力センサ１０が設けられており、燃料温度および燃料圧力により変化する燃料流量は、ＥＣＵ（電子制御装置）が燃料温度センサ９および燃料圧力センサ１０の検出信号に基づいてインジェクタ４の燃料噴射時間を補正することにより制御されている。
【００１６】
なお、外気を吸入する吸気系は、図２に示すように、エアクリーナ１１により浄化された吸入空気の流量がスロットルバルブ１２により調節されて、エンジン１の各吸気ポート１３に接続されたそれぞれの吸気管３に流入するよう構成されている。また、符号１４は圧縮天然ガスの充填口、符号１５は燃料充填弁、符号１６は逆止弁、符号１７は主止弁である。さらに、符号１８は残量圧力センサで、ＣＮＧ容器２の残量圧力が運転席の圧力計１９に表示される構造になっている。
【００１７】
次に、本実施の形態のガス体燃料用エンジンのインジェクタポート２０の構造について説明する。本実施の形態のインジェクタポート２０は、図１および図３に示すように、スロットルバルブ１２（図２参照）下流側の各吸気管３の上側に設けられ、吸気管３内部の壁面３ａにインジェクタ４から噴射した天然ガスを吸気管３内部に噴出させるための燃料噴出口２０ａを形成すると共に、インジェクタ４の燃料噴射面４ａを燃料噴出口２０ａから所定の距離（図１中のＬ）を有した位置に設置させるよう構成されている。また、インジェクタポート２０には、インジェクタポート２０内部の燃焼室５側の壁面２０ｂに凸部２１（図１および図３中の斜線部分）が設けられており、該凸部２１は、図３および図４に示すように、インジェクタポート２０の断面積がインジェクタ４の燃料噴射面４ａの位置（図３の断面Ａ−Ａ部および図４のａ）から燃料噴出口２０ａの位置（図３の断面Ｃ−Ｃ部および図４のｃ）に向けて、徐々に小さくなるよう形成されている。なお、インジェクタポート２０の断面は、図４の（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す形状に限定せず、図５に示すように、該断面形状が真円を保つようにして、インジェクタ４の燃料噴射面４ａの位置（図５のａ）から燃料噴出口２０ａの位置（図５のｃ）に向けて徐々に小さくなるよう凸部２１を形成してもよい。
【００１８】
このような構成において、本実施の形態のガス体燃料用エンジンのインジェクタポートの構造の作用について説明する。本実施の形態のガス体燃料用エンジンでは、図３に示すように、エンジン１の吸気行程において、各吸気管３を燃焼室５に向けて流入する吸入空気に、燃料噴射タイミングが図示しないＥＣＵ（電子制御装置）により制御された燃料としての天然ガスが、インジェクタ４の燃料噴射面４ａから噴射される。そして、インジェクタ４から噴射された天然ガスは、図１に示すように、断面積がインジェクタ４の燃料噴射面４ａ位置（図３の断面Ａ−Ａ部）から燃料噴出口２０ａ位置（図３の断面Ｃ−Ｃ部）に向けて徐々に小さくなるよう形成されたインジェクタポート２０を流れる際に、該流速が加速されて燃料噴出口２０ａから噴出される。
【００１９】
したがって、インジェクタポート２０の断面積を徐々に小さくなるよう形成することにより、インジェクタ４から噴射された天然ガス流がインジェクタポート２０内部で加速されて燃料噴出口２０ａから噴出されるので、各吸気管３を燃焼室５に向けて流入する吸入空気に天然ガスを衝突させて、燃料としての天然ガスと吸入空気とを均一に混合させることができる。また、均一な混合気を得るために混合気の流入経路を長く形成するようなことなく、燃料としての天然ガスと吸入空気とを混合させるので、応答性を損なうことなく均一な混合気を得ることができる。さらに、インジェクタポート２０は、吸気管３内部の壁面３ａに燃料噴出口２０ａを形成したので、エンジン１のシリンダヘッドを他のエンジンと共通化することができ、低コストで製造することができる。
【００２０】
次に、他の実施の形態のガス体燃料用エンジンのインジェクタポートの構造について説明する。なお、前述した実施の一形態のガス体燃料用エンジンと構成が同じ部分については、同じ符号を用いて該説明も省く。他の実施の形態のガス体燃料用エンジンのインジェクタポートの構造は、図６に示すように、燃焼室５に燃料としての天然ガスを直接噴出する直接燃料噴射方式のガス体燃料用エンジンに関するものである。インジェクタポート２０は、燃焼室５の壁面５ａに、インジェクタ４から噴射された燃料としての天然ガスを燃焼室５に噴出させる燃料噴出口２０ａが形成されており、インジェクタ４の燃料噴射面４ａを燃焼室５の方向に向けて燃料噴出口２０ａから所定の距離（図６中のＬ）の位置に設置されるよう構成されている。また、インジェクタポート２０には、図６に示すように、インジェクタポート２０内部の壁面２０ｂに、燃焼室５内部の吸入空気がエンジン１の圧縮行程において圧縮される方向と逆の方向に突出させた凸部２１（図６中の斜線部分）が設けられており、該凸部２１は、インジェクタポート２０の断面積がインジェクタ４の燃料噴射面４ａ位置から燃料噴出口２０ａ位置に向けて、徐々に小さくなるよう形成されている。なお、インジェクタ４は、エンジン１の圧縮行程においてのみ燃料としての天然ガスを噴射するように、燃料噴射タイミングが図示しないＥＣＵ（電子制御装置）により制御されている。なお、図６において符号２２はピストン、符号２３は点火プラグである。
【００２１】
このような構成において、他の実施の形態のガス体燃料用エンジンのインジェクタポートの構造における作用について説明する。他の実施の形態のガス体燃料用エンジンでは、図６に示すように、エンジン１の圧縮行程において、燃焼室５で圧縮される吸入空気に、燃料噴射タイミングが図示しないＥＣＵ（電子制御装置）により制御された燃料としての天然ガスがインジェクタ４の燃料噴射面４ａから噴射される。そして、インジェクタ４から噴射された天然ガスは、図６に示すように、断面積がインジェクタ４の燃料噴射面４ａ位置から燃料噴出口２０ａ位置に向けて徐々に小さくなるよう形成されたインジェクタポート２０を流れる際に、該流速が加速されて燃料噴出口２０ａから噴出される。
【００２２】
したがって、インジェクタポート２０の断面積を徐々に小さくなるよう形成することにより、インジェクタ４から噴射された天然ガスの流速がインジェクタポート２０内部で加速され燃料噴出口２０ａから噴出されるので、エンジン１の圧縮行程において上昇するピストン２２で押し上げられる燃焼室５の吸入空気に天然ガスを衝突させることにより、燃料としての天然ガスと吸入空気とを均一に混合させることができる。また、圧縮天然ガスエンジンは混合気が均一であれば希薄域での着火性が高いので、天然ガスと吸入空気とを均一に混合させることで、燃料としてガソリンを用いた直接燃料噴射方式のエンジンのように点火プラグ２３の周辺にリッチ雰囲気を形成させる必要がない。
【００２３】
【発明の効果】
本発明のうち請求項１に記載の発明によれば、各吸気管の内部壁面に燃料噴出口を設けて、該燃料噴出口から所定の距離を有した位置にインジェクタの燃料噴射面を設置するようインジェクタポートを形成して、該インジェクタポートの燃焼室側の壁面に凸部を設けたので、インジェクタの燃料噴射面から噴射された燃料としての天然ガスの流速がインジェクタポートの凸部に沿って加速され、該加速された天然ガス流を吸気管を燃焼室に向けて流入する吸入空気に衝突させることにより、エンジンの応答性を損ねることなく、天然ガスと吸入空気とを均一に混合させることができる。また、インジェクタポートをスロットルバルブ下流側の各吸気管に設けたので、他のエンジンとシリンダヘッドを共通化することができ、低コストで製造できる。
【００２４】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明によれば、燃焼室の壁面に燃料噴出口を設けて、該燃料噴出口から所定の距離を有した位置にインジェクタの燃料噴射面を設置するようインジェクタポートを形成して、該インジェクタポートに、エンジンの圧縮行程で吸入空気が圧縮される方向と逆の方向に突出させた凸部を設けたので、インジェクタの燃料噴射面から噴射された燃料としての天然ガスの流速がインジェクタポートの凸部に沿って加速され、該加速された天然ガス流を圧縮行程で圧縮される吸入空気に衝突させることにより、天然ガスと吸入空気とを均一に混合させることができ、燃料としてガソリンを用いた直接燃料噴射方式のエンジンのように点火プラグ周辺にリッチ雰囲気を形成させる必要がない。
【００２５】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明において、凸部をインジェクタポートの断面積がインジェクタの燃料噴射面位置から燃料噴出口位置に向けて徐々に小さくなるよう形成したので、インジェクタの燃料噴射面から噴射された天然ガスの流速が加速されて燃料噴出口から噴出されることで、燃料としての天然ガスと吸入空気とを均一に混合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施の形態のガス体燃料用エンジンのインジェクタポートの構造の説明図である。
【図２】  本実施の形態のガス体燃料用エンジンの概略を示す説明図である。
【図３】  本実施の形態のガス体燃料用エンジンのインジェクタポートの構造により、流速が加速された燃料としての天然ガスが、吸気管を燃焼室に向けて流入する吸入空気に噴出される状態を示す説明図である。
【図４】  本実施の形態のガス体燃料用エンジンのインジェクタポートの断面形状を示す図で、（ａ）は図３における断面Ａ−Ａ、（ｂ）は図３における断面Ｂ−Ｂ、（ｃ）は図３における断面Ｃ−Ｃである。
【図５】  図４におけるインジェクタポートの断面形状の他の例を示す図である。
【図６】  他の実施の形態のガス体燃料用エンジンのインジェクタポートの構造の説明図である。
【図７】  従来の燃料として圧縮天然ガスを用いたエンジンの概略を示す説明図である。
【図８】  従来の燃料として圧縮天然ガスを用いたエンジンが吸入空気に天然ガスをインジェクタにより噴射する状態を示す説明図である。
【符号の説明】
３          吸気管
３ａ        壁面
４          インジェクタ
４ａ        燃料噴射面
５          燃焼室
５ａ        壁面
１２        スロットルバルブ
２０        インジェクタポート
２０ａ      燃料噴射口
２０ｂ      壁面
２１        凸部
【図１】
0003849743.tif 000002
【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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