内燃機関
【課題】ガス燃料と液体燃料とを併用する場合に、燃料が排気ポート側に貫通するのを抑制できるとともに、混合気の形成を良好にできるクランク室圧縮式２行程の内燃機関を提供する。
【解決手段】クランク室圧縮式２行程の内燃機関であって、燃焼室１８にガス燃料又は液体燃料を単独もしくは併用して供給するガス燃料供給弁２０と液体燃料供給弁１４とを備え、該液体燃料供給弁１４を気筒軸線ａを挟んで排気ポート３ｃ側に配置し、上記ガス燃料供給弁２０を気筒軸線ａを挟んで反排気ポート側に配置する。
【解決手段】クランク室圧縮式２行程の内燃機関であって、燃焼室１８にガス燃料又は液体燃料を単独もしくは併用して供給するガス燃料供給弁２０と液体燃料供給弁１４とを備え、該液体燃料供給弁１４を気筒軸線ａを挟んで排気ポート３ｃ側に配置し、上記ガス燃料供給弁２０を気筒軸線ａを挟んで反排気ポート側に配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランク室圧縮式２行程の内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
クランク室圧縮式の２行程（サイクル）内燃機関では、燃料の吹き抜けを抑制して燃費の向上を図る観点から、気筒内に燃料を直接供給する燃料噴射弁を備えることが有効である。この燃料噴射弁としては、噴射ノズルから高圧のガソリン燃料を噴射するタイプのものが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一方、上記２サイクル内燃機関においては、燃料コストの低減等を図るために、ガス燃料を用いる場合がある。
【特許文献１】特開平１０−２５２４７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記従来の２サイクル内燃機関において、ガス燃料のみを用いた場合には、機関の運転領域によっては燃焼が安定しない場合がある。この燃焼を安定化させるには、ガス燃料供給弁と液体燃料供給弁とを備えるとともに、ガス燃料又は液体燃料を単独もしくは併用して供給することが有効であると考えられる。
【０００５】
そこで、本願出願人は、燃焼室内に燃料を直接供給するガス燃料供給弁と液体燃料供給弁とを配置することを検討している。ところが、これらの燃料供給弁の配置位置の如何によっては、燃焼室内に供給した燃料が排気ポートを貫通して吹き抜けたり、ガス燃料と液体燃料との混合気の形成がうまくできなかったりする場合があり、この点での対策が必要となる。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、ガス燃料と液体燃料とを併用する場合に、燃料が排気ポート側に貫通するのを抑制できるとともに、混合気の形成を良好にできるクランク室圧縮式２行程の内燃機関を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、クランク室圧縮式２行程の内燃機関であって、燃焼室内に、ガス燃料を直接噴射するガス燃料供給弁と液体燃料を直接噴射する液体燃料供給弁とを備え、該液体燃料供給弁は気筒軸線を挟んで排気ポート側に配置され、上記ガス燃料供給弁は上記気筒軸線を挟んで反排気ポート側に配置されていることを特徴とする内燃機関。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１において、気筒軸線方向に見たとき、上記液体燃料供給弁は、排気ポート中心及び上記気筒軸線を通過する直線と重なり、かつ該気筒軸線より排気ポート側に位置するよう配置され、上記ガス燃料供給弁は、上記直線と重なり、かつ上記気筒軸線より反排気ポート側に位置し、さらに上記液体燃料供給弁に略対向するように配置されていることを特徴としている。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１において、上記ガス燃料供給弁は複数設けられていることを特徴としている。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１において、上記ガス燃料は、ＬＰＧ，ＣＮＧ又は水素の何れかであり、上記液体燃料は、５０％蒸留温度≦２５０度の石油系燃料であることを特徴としている。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項４において、機関温度，吸気温度，機関負荷，クランク軸回転速度等の運転状態検知信号に基づいて上記ガス燃料と液体燃料との供給割合を制御する燃料供給弁制御手段を備えていることを特徴としている。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項１において、低負荷運転時には、上記液体燃料供給弁のみを作動させるとともに、該液体燃料供給弁を間引き運転する運転制御手段を備えていることを特徴としている。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項６において、上記運転制御手段は、上記間引き運転の間引き率を低負荷ほど大きくなるように制御することを特徴としている。
【００１４】
請求項８の発明は、請求項１又は２において、気筒軸線方向に見たとき、上記液体燃料供給弁とガス燃料供給弁との間の略中央に点火プラグが配置されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明に係る内燃機関によれば、液体燃料供給弁を排気ポート側に、ガス燃料供給弁を反排気ポート側に配置したので、質量が大きく貫通力の強い液体燃料を排気ポート側から燃焼室内に、つまり反排気ポート側に向けて供給することとなり、液体燃料が排気ポートを貫通して吹き抜けてしまうのを抑制することができる。
【００１６】
また液体燃料は貫通力が強いため燃焼室内の下方部分に偏在し、一方、該液体燃料に比べて質量が小さく貫通力の弱いガス燃料は反排気ポート側から燃焼室内に供給することにより液体燃料の上側に、つまり燃焼室内の上方部分に偏在することとなる。その結果、燃焼室全体に燃料が行き渡るので、燃料と空気との混合気の均一化を図ることができる。その結果、空気利用率の向上により出力を高めることができ、理論空燃比もしくはこれに近似の空燃比燃焼が得られ、排気ガス性状の悪化が抑制され、ひいては三元触媒との組み合わせも可能となる。
【００１７】
請求項２の発明では、液体燃料供給弁を排気ポート中心及び気筒軸線を通る直線と重なり、かつ排気ポート側に位置するように配置し、ガス燃料供給弁を液体燃料供給弁に対向する側に配置したので、液体燃料の排気ポート側への貫通をより確実に抑制でき、また液体燃料とガス燃料とが衝突によって混合し、均一混合気の形成を促進できる。
【００１８】
請求項３の発明では、ガス燃料供給弁を複数設けたので、燃焼室内の上方でのＧ（新気と残留ガス）／Ｆ（燃料）比の均一化を促進できる。即ち、部分負荷時には、ガス燃料供給弁からのガス燃料量は少量であるため貫通力が弱く、新気との混合は不十分になり易い。本発明では、複数のガス燃料供給弁を配置することにより、各ガス燃料供給弁の弁隙間の周長を長くすることができ、これによりガス燃料を燃焼室内の広い範囲に供給することが可能となり、燃焼室内の上方でのＧ／Ｆ比の均一化を促進することができる。
【００１９】
請求項４の発明では、ガス燃料にＬＰＧ，ＣＮＧ又は水素の何れかを用い、液体燃料に５０％蒸留温度≦２５０度の石油系燃料（例えばケロシン）を用いたので、燃焼室内の上方に偏在する着火性の良好なガス燃料に点火することにより、気化温度の高い燃焼室内下方に偏在する液体燃料の蒸発を促進しながら運転することが可能となる。これによりガソリンより着火性の劣る液体燃料を、周囲が極低温の環境下であっても使用可能となる。
【００２０】
請求項５の発明では、機関運転状態に基づいてガス燃料と液体燃料との供給割合を制御するようにしたので、例えば、吸気温度，機関温度が低温の条件下では、着火性の良好なガス燃料を１００％もしくは予め設定した所定割合で供給することにより、低温環境での機関の始動及び運転が可能となる。また機関の暖機状態によりガス燃料の供給割合を減少させることにより、体積当たりの発熱量が少ないガス燃料の消費を低減することができ、特に輸送用車両の内燃機関に好適である。
【００２１】
請求項６の発明では、低負荷運転時には液体燃料供給弁のみを作動させるとともに、間引き運転を行なうようにしたので、低負荷運転時の燃焼を安定化させることができる。即ち、極低負荷運転時にはスロットル開度が小さいため新気が少なく、残留ガスの割合が多くなるので、Ｇ／Ｆ比が極めて大きくなり、安定的な燃焼を行なうことは困難である。本発明では、液体燃料供給弁を間引き運転するようにしたので、燃料供給サイクルにおける１回当りの燃料供給量を、燃料を供給しないサイクルの分だけ増加することにより、安定燃焼可能なＧ／Ｆ比とすることができ、その結果、上記燃焼を安定させることができる。
【００２２】
請求項７の発明では、上記間引率を低負荷ほど大きくしたので、極低負荷運転時であっても燃焼を安定させることができる。
【００２３】
請求項８の発明では、点火プラグを、液体燃料供給弁とガス燃料供給弁との間の略中央に配置したので、燃焼ガスによる各燃料供給弁への熱影響を抑制できる。即ち、燃焼ガス温度は、通常点火プラグ近傍が最も高温となるが、本発明では、点火プラグを液体燃料供給弁とガス燃料供給弁の略中間に配置したので、両燃料供給弁の何れも燃焼ガスにより異常に昇温することはなく、各燃料供給弁の燃焼熱に対する信頼性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１ないし図４は、本発明の一実施形態によるクランク室圧縮式２行程（サイクル）の内燃機関を説明するための図であり、図１は２サイクル内燃機関の断面図、図２はシリンダヘッドの要部断面図、図３はシリンダヘッドの底面図、図４はガス燃料供給装置の構成図である。
【００２６】
図において、１はクランク室圧縮式２サイクル内燃機関を示している。この内燃機関１は、以下の概略構造を有する。上下２分割式クランクケース２の上合面２ｂにシリンダブロック３がボルト締め結合され、該シリンダブロック３の上合面３ａにシリンダヘッド４がボルト締め結合されている。
【００２７】
上記クランクケース２のクランク室２ａ内にクランク軸５が配置されるとともに、上記シリンダブロック３のシリンダボア３ｂ内にピストン６が配置され、該ピストン６はコンロッド７により上記クランク軸５のクランクピン５ａに連結されている。
【００２８】
上記クランクケース２には、クランク室２ａに連通する吸気通路２ｃが形成されている。該吸気通路２ｃには、逆流防止用リード弁１０を介して、スロットルバルブ１１を内蔵するスロットルボディ１２が接続されている。該スロットルボディ１２の上流側にはエアクリーナ１３が接続されている。
【００２９】
上記シリンダブロック３の気筒軸線ａを挟んで上記吸気通路２ｃの反対側には排気ポート３ｃが形成されている。またシリンダブロック３には、クランク室２ａで一次圧縮された空気をシリンダボア３ｂ内に導入する複数の掃気ポート３ｄが形成されている。各掃気ポート３ｄのシリンダ側開口は、主たる掃気流が反排気ポート側を指向するように上記シリンダボア３ｂに配置されている。
【００３０】
上記シリンダヘッド４のシリンダボア３ｂに対向する下合面には、燃焼凹部４ａが凹設されている。この燃焼凹部４ａは、クランク軸方向に見て、気筒軸線ａを挟んで排気ポート３ｃ側に位置する傾斜面と、気筒軸線ａを挟んで排気ポートの反対側に位置する傾斜面とを有するペントルーフ型のものであり、該燃焼凹部４ａと上死点近傍におけるピストン６の頂面６ａとで燃焼室１８が形成される。ここで、本発明における燃焼凹部は、ペントルーフ型に限られるものではなく、例えば半球状のドーム型であってもよい。
【００３１】
上記シリンダヘッド４には、上記燃焼室１８に連通するガス燃料供給通路４ｃが形成されている。このガス燃料供給通路４ｃは、上記燃焼凹部４ａの反排気ポート側傾斜面に開口する２つの下流端開口４ｄ，４ｄと、シリンダヘッド４の反排気ポート側外壁面に開口する１つの外部接続開口４ｅとを有している。該外部接続開口４ｅは、小径のガス供給孔４ｋを有するプレート４ｇによって略閉塞されており、これにより蓄圧室４ｆが形成されている。
【００３２】
上記蓄圧室４ｆは、詳細には、外部接続開口４ｅに続いて燃焼室１８側に斜め下方に延びる２つの分岐通路４ｈ，４ｈに分岐して上記各下流端開口４ｄに連通しており、かつ最大負荷時における必要燃料量を確保できる容量を有している。
【００３３】
上記シリンダヘッド４には、燃焼室１８に連通する弁装着穴４ｉが形成されており、該弁装着穴４ｉは上記燃焼凹部４ａの排気ポート側傾斜面に開口している。
【００３４】
上記内燃機関１は、燃焼室１８内にガス燃料又は液体燃料を単独もしくは併用して直接噴射供給する一対のポペット弁型のガス燃料供給弁２０，２０と、１つのソレノイド型の液体燃料供給弁１４とを備えている。
【００３５】
上記液体燃料供給弁１４は、シリンダヘッド４の弁装着穴４ｉに装着されており、該液体燃料供給弁１４の噴射口１４ａは、シリンダボア３ｂの反排気ポート側壁面で、かつ掃気ポート３ｄの開口の上側部分に指向している。
【００３６】
上記液体燃料供給弁１４は、クランク軸方向に見て、気筒軸線ａを挟んで排気ポート３ｃ側に配置され、上記各ガス燃料供給弁２０は、気筒軸線ａを挟んで反排気ポート側に配置されており、詳細には以下の配置構造となっている。
【００３７】
上記液体燃料供給弁１４は、気筒軸線ａに対して排気ポート側に約６０度傾斜させて配置され、上記各ガス燃料供給弁２０は、気筒軸線ａに対して反排気ポート側に約２５度傾斜させて配置されている。即ち、ガス燃料供給弁２０は、液体燃料供給弁１４より気筒軸線ａ側に起立した状態に配置されている。
【００３８】
上記液体燃料供給弁１４は、気筒軸線ａ方向に見ると、排気ポート３ｃの中心及びシリンダボア３ｂの中心、つまり気筒軸線ａを通る直線ｂ上に重なるように配置され、かつ気筒軸線ａを通るクランク軸５と平行な直線ｃより排気ポート３ｃ側に位置するよう配置されている。
【００３９】
上記各ガス燃料供給弁２０は、上記液体燃料供給弁１４に略対向する側に配置され、かつ上記直線ｃより反排気ポート側に位置し、かつ上記直線ｂを挟んだ両側に位置するようクランク軸方向に並列配置されている。
【００４０】
上記シリンダヘッド４の燃焼凹部４ａには一対の点火プラグ３５，３５が装着されており、該各点火プラグ３５はクランク軸方向に並列配置されている。
【００４１】
上記各点火プラグ３５は、クランク軸方向に見ると、気筒軸線ａに対して排気ポート側に約２５度傾斜させて配置されており、気筒軸線ａ方向に見ると、上記液体燃料供給弁１４とガス燃料供給弁２０との間の略中央に位置するよう配置され、さらに上記直線ｃより排気ポート側で、かつ上記直線ｂを挟んだ両側に配置されている。詳細には、各点火プラグ３５は、これの電極３５ａ，３５ａが直線ｃに一致又は近接し、かつ各ガス燃料供給弁２０に対向するよう配置されている。
【００４２】
上記液体燃料供給弁１４には液体燃料供給装置１５が接続されている。この液体燃料供給装置１５は、５０％蒸留温度≦２５０度の石油系燃料（例えばケロシン）が充填された燃料タンク１５ａと、該燃料タンク１５ａと上記液体燃料供給弁１４とを接続する燃料供給管１５ｂと、該燃料供給管１５ｂの途中に介設され、燃料タンク１５ａ内の液体燃料を加圧して液体燃料供給弁１４に圧送する燃料ポンプ１５ｃとを有している。上記液体燃料供給弁１４は、後述するＥＣＵ５３により内燃機関１の運転状態に応じて燃料噴射量，燃料噴射タンミンイグが制御される。
【００４３】
上記各ガス燃料供給弁２０は、シリンダヘッド４の下流端開口４ｄ，４ｄの周縁に当接する傘形状の弁板２０ｂに弁軸２０ａを一体形成してなるポペット弁型のものである。
【００４４】
上記弁軸２０ａは、上記分岐通路４ｈ内を通ってシリンダヘッド４の上面から上方に突出しており、該シリンダヘッド４に圧入された円筒状のバルブガイド部材２５により摺動自在に案内されている。また上記弁軸２０ａの上端部には、リテーナ２１を介してバルブリフタ２１ａが装着されており、該バルブリフタ２１ａはシリンダヘッド４により摺動自在に支持されている。また上記リテーテ２１とシリンダヘッド４との間にはガス燃料供給弁２０を常時閉方向に付勢するバルブスプリング２２が配設されている。
【００４５】
上記シリンダヘッド４の上面には、該シリンダヘッド４とで略密閉された動弁室２７を形成するヘッドカバー８が装着されている。該動弁室２７内には、上記各燃料供給弁２０を開閉駆動するカム軸３１が収容されている。このカム軸３１は、上記クランク軸５と平行に配置されており、該クランク軸５により不図示のタイミングベルトを介して回転駆動される。
【００４６】
上記ガス燃料供給通路４ｃにはガス燃料供給装置が接続されている。このガス燃料供給装置は、図４に示すように、ＬＰＧ，ＣＮＧ，又は水素の何れかからなるガス燃料が充填された燃料タンク４１と、該燃料タンク４１の吐出口４１ａにその上流端が接続され、下流端が上記燃料供給通路４ｃの上流端開口４ｅのプレート４ｇに接続されたガス燃料供給管４０とを有している。
【００４７】
ここで、上記燃料タンク４１内のガス圧力は大気圧より高く設定されており、例えばＣＮＧは２０〜２４メガパスカル、ＬＰＧは２．０メガパスカルとなっている。
【００４８】
上記ガス燃料供給管４０には、上流側から順に手動バルブ４２，燃料フィルタ４３，圧力センサ４４，シャットオフバルブ４５，圧力レギュレータ４６，流量制御弁４７，逆止弁４８がそれぞれ介設されている。また上記燃料タンク４１の吐出口４１ａには、シャットオフバルブ４９，燃料圧力センサ５０が接続されており、かつ逆止弁５１を介して燃料補給口５２が接続されている。上記逆止弁４８は、燃料供給通路４ｃ側から燃料タンク４１側への流れを阻止するものであり、上記燃料供給通路４ｃの上流端開口４ｅの近傍に配置されている。
【００４９】
上記各圧力センサ４４，５０からの検出信号はＥＣＵ５３に入力され、該ＥＣＵ５３は、これらの検出信号に基づいて、シャットオフバルブ４５，４９及び流量制御弁４７を制御するように構成されている。このシャットオフバルブ４５，４９は、メインスイッチをオフにしたとき，車両が転倒したとき等に閉じるように構成されている。また上記流量制御弁４７には、開口面積を制御する比例制御式弁，又は開弁時間を制御するインジェクタ式弁が採用されている。
【００５０】
上記ＥＣＵ５３は、機関温度，吸気温度，機関負荷，クランク軸回転速度等の運転状態検知信号に基づいて燃焼室１８内に供給するガス燃料と液体燃料との供給割合を制御する燃料供給弁制御手段として機能する。詳細には、機関温度，吸気温度が設定値より低温度の場合には、ガス燃料を１００％もしくは予め設定した高割合で供給し、機関温度が上昇するとガス燃料の供給割合を減少させるよう構成されている。
【００５１】
また上記ＥＣＵ５３は、低負荷運転時には液体燃料供給弁１４のみを作動させるとともに、該液体燃料供給弁１４を例えば３回転に１回燃料の供給を停止するというような間引き運転を行い、かつ低負荷時ほど間引き率が大きくなるよう制御する運転制御手段として機能する。そしてＥＣＵ５３は、この間引運転においては、燃料供給を行なうサイクルにおける燃料量を燃料供給を停止したサイクルにおける燃料分だけ増加するように上記液体燃料供給弁１４を制御する。
【００５２】
なお、上記間引運転においては、ガス燃料供給弁２０は通常通り開閉されるものの、上記ガス燃料供給装置のシャットオフバルブ４５が閉じられることからガス燃料は供給されない。
【００５３】
本実施形態では、ソレノイド型の液体燃料供給弁１４を排気ポート３ｃ側に、ポペット弁型のガス燃料供給弁２０を反排気ポート側に配置したので、貫通力の強い液体燃料を排気ポート３ｃ側から燃焼室１８内に、つまり反排気ポート側に向けて噴射供給することとなり、液体燃料が排気ポート３ｃを貫通して吹き抜けてしまうのを抑制することができる。
【００５４】
また燃料供給弁１４の噴射口１４ａが掃気ポート３ｄの上側部分に指向しており、また液体燃料は貫通力が強いため燃焼室１８内の下方部分に偏在する。一方、ガス燃料供給弁２０は液体燃料供給弁１４よりも起立状態に配置されているものの、ガス燃料は傘形状の弁板２０ｂの周縁から燃焼凹部４ａの表面に沿うよう噴射され、しかもガス燃料は液体燃料に比べて貫通力が弱いので、液体燃料の上側、つまり燃焼室１８内の上方部分に偏在することとなる。そのため、燃焼室全体に燃料が行き渡り、燃料が欠損している部分がなくなるので、燃料と空気との混合気の均一化を図ることができる。その結果、空気利用率の向上により出力を高めることができ、理論空燃比もしくはこれに近似の空燃比燃焼が得られ、排気ガス性状の悪化が抑制され、ひいては三元触媒との組み合わせも可能となる。
【００５５】
本実施形態では、液体燃料供給弁１４を排気ポート中心及び気筒軸線ａを通る直線ｂ上に重なるように配置し、かつ気筒軸線ａを通るクランク軸と平行な直線ｃより排気ポート３ｃ側に配置し、ガス燃料供給弁２０を液体燃料供給弁１４に対向する側で、かつ上記直線ｃより反排気ポート側に配置したので、液体燃料の排気ポート側への貫通をより確実に抑制でき、また液体燃料とガス燃料とが衝突によってよく混合し、均一混合気の形成を促進できる。
【００５６】
本実施形態では、ガス燃料供給弁２０を２本設けたので、燃焼室１８内の上方でのＧ／Ｆ比の均一化を促進できる。即ち、部分負荷時には、ガス燃料量は少量であるため貫通力が弱く、新気との混合は不十分になり易い。本実施形態では、２本のガス燃料供給弁２０，２０を配置したので、各ガス燃料供給弁２０の弁板２０ｂと開口４ｄとの隙間の周長を長くすることができ、これによりガス燃料を燃焼室１８内の広い範囲に供給することが可能となり、燃焼室１８内の上方でのＧ／Ｆ比の均一化を促進することができる。
【００５７】
本実施形態では、ガス燃料としてＬＰＧ，ＣＮＧ又は水素の何れかを用い、液体燃料として５０％蒸留温度≦２５０度の石油系燃料、例えばケロシンを用いたので、燃焼室１８内の上方に偏在する着火性の良好なガス燃料に点火することにより、気化温度の高い燃焼室１８内下方に偏在する液体燃料の蒸発を促進しながら運転することが可能となる。これによりガソリンより着火性の劣る液体燃料を、周囲が極低温度の環境であっても使用可能となる。
【００５８】
本実施形態では、ＥＣＵ５３により機関温度，吸気温度，機関負荷，クランク軸回転速度に基づいてガス燃料と液体燃料との供給割合を制御するようにしたので、吸気温度，機関温度が設定値より低温の条件下では、着火性の良好なガス燃料を１００％もしくは予め設定した所定割合で供給することにより、低温環境での機関の始動及び運転が可能となる。また機関の暖機状態によりガス燃料の供給割合を減少させることにより、体積当たりの発熱量が少ないガス燃料の消費を低減することができ、特に輸送用車両に搭載される内燃機関に好適である。
【００５９】
本実施形態では、低負荷運転時には液体燃料のみで間引き運転を行なうようにしたので、低負荷運転時における燃焼を安定化させることができる。即ち、特に２サイクル内燃機関の場合、極低負荷運転時にはＧ／Ｆ比が極めて大きくなり、安定燃焼を行なうことは困難である。本実施形態では、液体燃料供給弁１４により、燃料供給を所定サイクル毎に停止するとともに、燃料供給サイクルにおいては燃料供給量を燃料供給停止サイクルの分だけ間引運転を行なうことにより、燃料供給サイクルにおける燃料量を安定燃焼可能なＧ／Ｆ比となるよう増加することができ、その結果、燃焼を安定化できる。また間引運転を行なうにあたり、電磁力で開閉制御されるソレノイド型の液体燃料供給弁２０のみを作動させることとしたので、この間引運転を容易確実にかつ精度よく行なうことができる。ちなみにガス燃料供給弁２０はクランク軸５で駆動するよう構成されているので、このガス燃料供給弁２０による間引き運転は構造が複雑となり、困難である。
【００６０】
本実施形態では、一対の点火プラグ３５を、液体燃料供給弁１４とガス燃料供給弁２０との間の略中央に配置したので、燃焼ガスによる各燃料供給弁１４，２０への熱影響を抑制できる。即ち、燃焼ガス温度は、点火プラグ近傍が最も高温となるが、本実施形態では、各点火プラグ３５を各燃料供給弁１４，２０の略中間に配置したので、各燃料供給弁１４，２０の燃焼ガスによる異常昇温を回避でき、各供給弁の熱に対する信頼性を確保することができる。
【００６１】
本実施形態では、ガス燃料供給弁２０を、弁板２０ｂに弁軸２０ａを形成してなるポペット弁型のものとしたので、燃焼室１８に開口する下流端開口４ｄを大径とすることができ、短期間に必要なガス燃料を供給することができる。これにより、充填効率を向上でき、高負荷時の出力性能を向上できるとともに、燃費及び排気ガス性状を良好にできる。
【００６２】
なお、上記実施形態では、一対の点火プラグ３５を各ガス燃料供給弁２０に対向するように配置した場合を説明したが、本発明では、図５に示すように、１つの点火プラグ３５を、液体燃料供給弁１４と各ガス燃料供給弁２０との間の略中央で、かつクランク軸に平行な直線ｃより排気ポート３ｃ側にて上記直線ｂに重なるように配置してもよい。このようにした場合には、隣接するガス燃料供給弁２０，２０からの燃料が合流するガス燃料中心部で、かつ液体燃料供給弁１４から噴射される液体燃料の中心部に電極３５ａが位置することとなり、１つの点火プラグ３５で安定した燃焼が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の一実施形態によるクランク室圧縮式２行程の内燃機関の断面図である。
【図２】上記内燃機関のシリンダヘッドの断面図である。
【図３】上記内燃機関のシリンダヘッドの底面図である。
【図４】上記内燃機関のガス燃料供給装置の構成図である。
【図５】上記実施形態の他の実施形態によるシリンダヘッドの底面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１ 内燃機関
３ｃ 排気ポート
１４ 液体燃料供給弁
１８ 燃焼室
２０ ガス燃料供給弁
３５ 点火プラグ
５３ ＥＣＵ（燃料供給弁制御手段，運転制御手段）
ａ 気筒軸線
ｂ 直線
ｃ 直線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランク室圧縮式２行程の内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
クランク室圧縮式の２行程（サイクル）内燃機関では、燃料の吹き抜けを抑制して燃費の向上を図る観点から、気筒内に燃料を直接供給する燃料噴射弁を備えることが有効である。この燃料噴射弁としては、噴射ノズルから高圧のガソリン燃料を噴射するタイプのものが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一方、上記２サイクル内燃機関においては、燃料コストの低減等を図るために、ガス燃料を用いる場合がある。
【特許文献１】特開平１０−２５２４７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記従来の２サイクル内燃機関において、ガス燃料のみを用いた場合には、機関の運転領域によっては燃焼が安定しない場合がある。この燃焼を安定化させるには、ガス燃料供給弁と液体燃料供給弁とを備えるとともに、ガス燃料又は液体燃料を単独もしくは併用して供給することが有効であると考えられる。
【０００５】
そこで、本願出願人は、燃焼室内に燃料を直接供給するガス燃料供給弁と液体燃料供給弁とを配置することを検討している。ところが、これらの燃料供給弁の配置位置の如何によっては、燃焼室内に供給した燃料が排気ポートを貫通して吹き抜けたり、ガス燃料と液体燃料との混合気の形成がうまくできなかったりする場合があり、この点での対策が必要となる。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、ガス燃料と液体燃料とを併用する場合に、燃料が排気ポート側に貫通するのを抑制できるとともに、混合気の形成を良好にできるクランク室圧縮式２行程の内燃機関を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、クランク室圧縮式２行程の内燃機関であって、燃焼室内に、ガス燃料を直接噴射するガス燃料供給弁と液体燃料を直接噴射する液体燃料供給弁とを備え、該液体燃料供給弁は気筒軸線を挟んで排気ポート側に配置され、上記ガス燃料供給弁は上記気筒軸線を挟んで反排気ポート側に配置されていることを特徴とする内燃機関。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１において、気筒軸線方向に見たとき、上記液体燃料供給弁は、排気ポート中心及び上記気筒軸線を通過する直線と重なり、かつ該気筒軸線より排気ポート側に位置するよう配置され、上記ガス燃料供給弁は、上記直線と重なり、かつ上記気筒軸線より反排気ポート側に位置し、さらに上記液体燃料供給弁に略対向するように配置されていることを特徴としている。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１において、上記ガス燃料供給弁は複数設けられていることを特徴としている。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１において、上記ガス燃料は、ＬＰＧ，ＣＮＧ又は水素の何れかであり、上記液体燃料は、５０％蒸留温度≦２５０度の石油系燃料であることを特徴としている。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項４において、機関温度，吸気温度，機関負荷，クランク軸回転速度等の運転状態検知信号に基づいて上記ガス燃料と液体燃料との供給割合を制御する燃料供給弁制御手段を備えていることを特徴としている。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項１において、低負荷運転時には、上記液体燃料供給弁のみを作動させるとともに、該液体燃料供給弁を間引き運転する運転制御手段を備えていることを特徴としている。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項６において、上記運転制御手段は、上記間引き運転の間引き率を低負荷ほど大きくなるように制御することを特徴としている。
【００１４】
請求項８の発明は、請求項１又は２において、気筒軸線方向に見たとき、上記液体燃料供給弁とガス燃料供給弁との間の略中央に点火プラグが配置されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明に係る内燃機関によれば、液体燃料供給弁を排気ポート側に、ガス燃料供給弁を反排気ポート側に配置したので、質量が大きく貫通力の強い液体燃料を排気ポート側から燃焼室内に、つまり反排気ポート側に向けて供給することとなり、液体燃料が排気ポートを貫通して吹き抜けてしまうのを抑制することができる。
【００１６】
また液体燃料は貫通力が強いため燃焼室内の下方部分に偏在し、一方、該液体燃料に比べて質量が小さく貫通力の弱いガス燃料は反排気ポート側から燃焼室内に供給することにより液体燃料の上側に、つまり燃焼室内の上方部分に偏在することとなる。その結果、燃焼室全体に燃料が行き渡るので、燃料と空気との混合気の均一化を図ることができる。その結果、空気利用率の向上により出力を高めることができ、理論空燃比もしくはこれに近似の空燃比燃焼が得られ、排気ガス性状の悪化が抑制され、ひいては三元触媒との組み合わせも可能となる。
【００１７】
請求項２の発明では、液体燃料供給弁を排気ポート中心及び気筒軸線を通る直線と重なり、かつ排気ポート側に位置するように配置し、ガス燃料供給弁を液体燃料供給弁に対向する側に配置したので、液体燃料の排気ポート側への貫通をより確実に抑制でき、また液体燃料とガス燃料とが衝突によって混合し、均一混合気の形成を促進できる。
【００１８】
請求項３の発明では、ガス燃料供給弁を複数設けたので、燃焼室内の上方でのＧ（新気と残留ガス）／Ｆ（燃料）比の均一化を促進できる。即ち、部分負荷時には、ガス燃料供給弁からのガス燃料量は少量であるため貫通力が弱く、新気との混合は不十分になり易い。本発明では、複数のガス燃料供給弁を配置することにより、各ガス燃料供給弁の弁隙間の周長を長くすることができ、これによりガス燃料を燃焼室内の広い範囲に供給することが可能となり、燃焼室内の上方でのＧ／Ｆ比の均一化を促進することができる。
【００１９】
請求項４の発明では、ガス燃料にＬＰＧ，ＣＮＧ又は水素の何れかを用い、液体燃料に５０％蒸留温度≦２５０度の石油系燃料（例えばケロシン）を用いたので、燃焼室内の上方に偏在する着火性の良好なガス燃料に点火することにより、気化温度の高い燃焼室内下方に偏在する液体燃料の蒸発を促進しながら運転することが可能となる。これによりガソリンより着火性の劣る液体燃料を、周囲が極低温の環境下であっても使用可能となる。
【００２０】
請求項５の発明では、機関運転状態に基づいてガス燃料と液体燃料との供給割合を制御するようにしたので、例えば、吸気温度，機関温度が低温の条件下では、着火性の良好なガス燃料を１００％もしくは予め設定した所定割合で供給することにより、低温環境での機関の始動及び運転が可能となる。また機関の暖機状態によりガス燃料の供給割合を減少させることにより、体積当たりの発熱量が少ないガス燃料の消費を低減することができ、特に輸送用車両の内燃機関に好適である。
【００２１】
請求項６の発明では、低負荷運転時には液体燃料供給弁のみを作動させるとともに、間引き運転を行なうようにしたので、低負荷運転時の燃焼を安定化させることができる。即ち、極低負荷運転時にはスロットル開度が小さいため新気が少なく、残留ガスの割合が多くなるので、Ｇ／Ｆ比が極めて大きくなり、安定的な燃焼を行なうことは困難である。本発明では、液体燃料供給弁を間引き運転するようにしたので、燃料供給サイクルにおける１回当りの燃料供給量を、燃料を供給しないサイクルの分だけ増加することにより、安定燃焼可能なＧ／Ｆ比とすることができ、その結果、上記燃焼を安定させることができる。
【００２２】
請求項７の発明では、上記間引率を低負荷ほど大きくしたので、極低負荷運転時であっても燃焼を安定させることができる。
【００２３】
請求項８の発明では、点火プラグを、液体燃料供給弁とガス燃料供給弁との間の略中央に配置したので、燃焼ガスによる各燃料供給弁への熱影響を抑制できる。即ち、燃焼ガス温度は、通常点火プラグ近傍が最も高温となるが、本発明では、点火プラグを液体燃料供給弁とガス燃料供給弁の略中間に配置したので、両燃料供給弁の何れも燃焼ガスにより異常に昇温することはなく、各燃料供給弁の燃焼熱に対する信頼性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１ないし図４は、本発明の一実施形態によるクランク室圧縮式２行程（サイクル）の内燃機関を説明するための図であり、図１は２サイクル内燃機関の断面図、図２はシリンダヘッドの要部断面図、図３はシリンダヘッドの底面図、図４はガス燃料供給装置の構成図である。
【００２６】
図において、１はクランク室圧縮式２サイクル内燃機関を示している。この内燃機関１は、以下の概略構造を有する。上下２分割式クランクケース２の上合面２ｂにシリンダブロック３がボルト締め結合され、該シリンダブロック３の上合面３ａにシリンダヘッド４がボルト締め結合されている。
【００２７】
上記クランクケース２のクランク室２ａ内にクランク軸５が配置されるとともに、上記シリンダブロック３のシリンダボア３ｂ内にピストン６が配置され、該ピストン６はコンロッド７により上記クランク軸５のクランクピン５ａに連結されている。
【００２８】
上記クランクケース２には、クランク室２ａに連通する吸気通路２ｃが形成されている。該吸気通路２ｃには、逆流防止用リード弁１０を介して、スロットルバルブ１１を内蔵するスロットルボディ１２が接続されている。該スロットルボディ１２の上流側にはエアクリーナ１３が接続されている。
【００２９】
上記シリンダブロック３の気筒軸線ａを挟んで上記吸気通路２ｃの反対側には排気ポート３ｃが形成されている。またシリンダブロック３には、クランク室２ａで一次圧縮された空気をシリンダボア３ｂ内に導入する複数の掃気ポート３ｄが形成されている。各掃気ポート３ｄのシリンダ側開口は、主たる掃気流が反排気ポート側を指向するように上記シリンダボア３ｂに配置されている。
【００３０】
上記シリンダヘッド４のシリンダボア３ｂに対向する下合面には、燃焼凹部４ａが凹設されている。この燃焼凹部４ａは、クランク軸方向に見て、気筒軸線ａを挟んで排気ポート３ｃ側に位置する傾斜面と、気筒軸線ａを挟んで排気ポートの反対側に位置する傾斜面とを有するペントルーフ型のものであり、該燃焼凹部４ａと上死点近傍におけるピストン６の頂面６ａとで燃焼室１８が形成される。ここで、本発明における燃焼凹部は、ペントルーフ型に限られるものではなく、例えば半球状のドーム型であってもよい。
【００３１】
上記シリンダヘッド４には、上記燃焼室１８に連通するガス燃料供給通路４ｃが形成されている。このガス燃料供給通路４ｃは、上記燃焼凹部４ａの反排気ポート側傾斜面に開口する２つの下流端開口４ｄ，４ｄと、シリンダヘッド４の反排気ポート側外壁面に開口する１つの外部接続開口４ｅとを有している。該外部接続開口４ｅは、小径のガス供給孔４ｋを有するプレート４ｇによって略閉塞されており、これにより蓄圧室４ｆが形成されている。
【００３２】
上記蓄圧室４ｆは、詳細には、外部接続開口４ｅに続いて燃焼室１８側に斜め下方に延びる２つの分岐通路４ｈ，４ｈに分岐して上記各下流端開口４ｄに連通しており、かつ最大負荷時における必要燃料量を確保できる容量を有している。
【００３３】
上記シリンダヘッド４には、燃焼室１８に連通する弁装着穴４ｉが形成されており、該弁装着穴４ｉは上記燃焼凹部４ａの排気ポート側傾斜面に開口している。
【００３４】
上記内燃機関１は、燃焼室１８内にガス燃料又は液体燃料を単独もしくは併用して直接噴射供給する一対のポペット弁型のガス燃料供給弁２０，２０と、１つのソレノイド型の液体燃料供給弁１４とを備えている。
【００３５】
上記液体燃料供給弁１４は、シリンダヘッド４の弁装着穴４ｉに装着されており、該液体燃料供給弁１４の噴射口１４ａは、シリンダボア３ｂの反排気ポート側壁面で、かつ掃気ポート３ｄの開口の上側部分に指向している。
【００３６】
上記液体燃料供給弁１４は、クランク軸方向に見て、気筒軸線ａを挟んで排気ポート３ｃ側に配置され、上記各ガス燃料供給弁２０は、気筒軸線ａを挟んで反排気ポート側に配置されており、詳細には以下の配置構造となっている。
【００３７】
上記液体燃料供給弁１４は、気筒軸線ａに対して排気ポート側に約６０度傾斜させて配置され、上記各ガス燃料供給弁２０は、気筒軸線ａに対して反排気ポート側に約２５度傾斜させて配置されている。即ち、ガス燃料供給弁２０は、液体燃料供給弁１４より気筒軸線ａ側に起立した状態に配置されている。
【００３８】
上記液体燃料供給弁１４は、気筒軸線ａ方向に見ると、排気ポート３ｃの中心及びシリンダボア３ｂの中心、つまり気筒軸線ａを通る直線ｂ上に重なるように配置され、かつ気筒軸線ａを通るクランク軸５と平行な直線ｃより排気ポート３ｃ側に位置するよう配置されている。
【００３９】
上記各ガス燃料供給弁２０は、上記液体燃料供給弁１４に略対向する側に配置され、かつ上記直線ｃより反排気ポート側に位置し、かつ上記直線ｂを挟んだ両側に位置するようクランク軸方向に並列配置されている。
【００４０】
上記シリンダヘッド４の燃焼凹部４ａには一対の点火プラグ３５，３５が装着されており、該各点火プラグ３５はクランク軸方向に並列配置されている。
【００４１】
上記各点火プラグ３５は、クランク軸方向に見ると、気筒軸線ａに対して排気ポート側に約２５度傾斜させて配置されており、気筒軸線ａ方向に見ると、上記液体燃料供給弁１４とガス燃料供給弁２０との間の略中央に位置するよう配置され、さらに上記直線ｃより排気ポート側で、かつ上記直線ｂを挟んだ両側に配置されている。詳細には、各点火プラグ３５は、これの電極３５ａ，３５ａが直線ｃに一致又は近接し、かつ各ガス燃料供給弁２０に対向するよう配置されている。
【００４２】
上記液体燃料供給弁１４には液体燃料供給装置１５が接続されている。この液体燃料供給装置１５は、５０％蒸留温度≦２５０度の石油系燃料（例えばケロシン）が充填された燃料タンク１５ａと、該燃料タンク１５ａと上記液体燃料供給弁１４とを接続する燃料供給管１５ｂと、該燃料供給管１５ｂの途中に介設され、燃料タンク１５ａ内の液体燃料を加圧して液体燃料供給弁１４に圧送する燃料ポンプ１５ｃとを有している。上記液体燃料供給弁１４は、後述するＥＣＵ５３により内燃機関１の運転状態に応じて燃料噴射量，燃料噴射タンミンイグが制御される。
【００４３】
上記各ガス燃料供給弁２０は、シリンダヘッド４の下流端開口４ｄ，４ｄの周縁に当接する傘形状の弁板２０ｂに弁軸２０ａを一体形成してなるポペット弁型のものである。
【００４４】
上記弁軸２０ａは、上記分岐通路４ｈ内を通ってシリンダヘッド４の上面から上方に突出しており、該シリンダヘッド４に圧入された円筒状のバルブガイド部材２５により摺動自在に案内されている。また上記弁軸２０ａの上端部には、リテーナ２１を介してバルブリフタ２１ａが装着されており、該バルブリフタ２１ａはシリンダヘッド４により摺動自在に支持されている。また上記リテーテ２１とシリンダヘッド４との間にはガス燃料供給弁２０を常時閉方向に付勢するバルブスプリング２２が配設されている。
【００４５】
上記シリンダヘッド４の上面には、該シリンダヘッド４とで略密閉された動弁室２７を形成するヘッドカバー８が装着されている。該動弁室２７内には、上記各燃料供給弁２０を開閉駆動するカム軸３１が収容されている。このカム軸３１は、上記クランク軸５と平行に配置されており、該クランク軸５により不図示のタイミングベルトを介して回転駆動される。
【００４６】
上記ガス燃料供給通路４ｃにはガス燃料供給装置が接続されている。このガス燃料供給装置は、図４に示すように、ＬＰＧ，ＣＮＧ，又は水素の何れかからなるガス燃料が充填された燃料タンク４１と、該燃料タンク４１の吐出口４１ａにその上流端が接続され、下流端が上記燃料供給通路４ｃの上流端開口４ｅのプレート４ｇに接続されたガス燃料供給管４０とを有している。
【００４７】
ここで、上記燃料タンク４１内のガス圧力は大気圧より高く設定されており、例えばＣＮＧは２０〜２４メガパスカル、ＬＰＧは２．０メガパスカルとなっている。
【００４８】
上記ガス燃料供給管４０には、上流側から順に手動バルブ４２，燃料フィルタ４３，圧力センサ４４，シャットオフバルブ４５，圧力レギュレータ４６，流量制御弁４７，逆止弁４８がそれぞれ介設されている。また上記燃料タンク４１の吐出口４１ａには、シャットオフバルブ４９，燃料圧力センサ５０が接続されており、かつ逆止弁５１を介して燃料補給口５２が接続されている。上記逆止弁４８は、燃料供給通路４ｃ側から燃料タンク４１側への流れを阻止するものであり、上記燃料供給通路４ｃの上流端開口４ｅの近傍に配置されている。
【００４９】
上記各圧力センサ４４，５０からの検出信号はＥＣＵ５３に入力され、該ＥＣＵ５３は、これらの検出信号に基づいて、シャットオフバルブ４５，４９及び流量制御弁４７を制御するように構成されている。このシャットオフバルブ４５，４９は、メインスイッチをオフにしたとき，車両が転倒したとき等に閉じるように構成されている。また上記流量制御弁４７には、開口面積を制御する比例制御式弁，又は開弁時間を制御するインジェクタ式弁が採用されている。
【００５０】
上記ＥＣＵ５３は、機関温度，吸気温度，機関負荷，クランク軸回転速度等の運転状態検知信号に基づいて燃焼室１８内に供給するガス燃料と液体燃料との供給割合を制御する燃料供給弁制御手段として機能する。詳細には、機関温度，吸気温度が設定値より低温度の場合には、ガス燃料を１００％もしくは予め設定した高割合で供給し、機関温度が上昇するとガス燃料の供給割合を減少させるよう構成されている。
【００５１】
また上記ＥＣＵ５３は、低負荷運転時には液体燃料供給弁１４のみを作動させるとともに、該液体燃料供給弁１４を例えば３回転に１回燃料の供給を停止するというような間引き運転を行い、かつ低負荷時ほど間引き率が大きくなるよう制御する運転制御手段として機能する。そしてＥＣＵ５３は、この間引運転においては、燃料供給を行なうサイクルにおける燃料量を燃料供給を停止したサイクルにおける燃料分だけ増加するように上記液体燃料供給弁１４を制御する。
【００５２】
なお、上記間引運転においては、ガス燃料供給弁２０は通常通り開閉されるものの、上記ガス燃料供給装置のシャットオフバルブ４５が閉じられることからガス燃料は供給されない。
【００５３】
本実施形態では、ソレノイド型の液体燃料供給弁１４を排気ポート３ｃ側に、ポペット弁型のガス燃料供給弁２０を反排気ポート側に配置したので、貫通力の強い液体燃料を排気ポート３ｃ側から燃焼室１８内に、つまり反排気ポート側に向けて噴射供給することとなり、液体燃料が排気ポート３ｃを貫通して吹き抜けてしまうのを抑制することができる。
【００５４】
また燃料供給弁１４の噴射口１４ａが掃気ポート３ｄの上側部分に指向しており、また液体燃料は貫通力が強いため燃焼室１８内の下方部分に偏在する。一方、ガス燃料供給弁２０は液体燃料供給弁１４よりも起立状態に配置されているものの、ガス燃料は傘形状の弁板２０ｂの周縁から燃焼凹部４ａの表面に沿うよう噴射され、しかもガス燃料は液体燃料に比べて貫通力が弱いので、液体燃料の上側、つまり燃焼室１８内の上方部分に偏在することとなる。そのため、燃焼室全体に燃料が行き渡り、燃料が欠損している部分がなくなるので、燃料と空気との混合気の均一化を図ることができる。その結果、空気利用率の向上により出力を高めることができ、理論空燃比もしくはこれに近似の空燃比燃焼が得られ、排気ガス性状の悪化が抑制され、ひいては三元触媒との組み合わせも可能となる。
【００５５】
本実施形態では、液体燃料供給弁１４を排気ポート中心及び気筒軸線ａを通る直線ｂ上に重なるように配置し、かつ気筒軸線ａを通るクランク軸と平行な直線ｃより排気ポート３ｃ側に配置し、ガス燃料供給弁２０を液体燃料供給弁１４に対向する側で、かつ上記直線ｃより反排気ポート側に配置したので、液体燃料の排気ポート側への貫通をより確実に抑制でき、また液体燃料とガス燃料とが衝突によってよく混合し、均一混合気の形成を促進できる。
【００５６】
本実施形態では、ガス燃料供給弁２０を２本設けたので、燃焼室１８内の上方でのＧ／Ｆ比の均一化を促進できる。即ち、部分負荷時には、ガス燃料量は少量であるため貫通力が弱く、新気との混合は不十分になり易い。本実施形態では、２本のガス燃料供給弁２０，２０を配置したので、各ガス燃料供給弁２０の弁板２０ｂと開口４ｄとの隙間の周長を長くすることができ、これによりガス燃料を燃焼室１８内の広い範囲に供給することが可能となり、燃焼室１８内の上方でのＧ／Ｆ比の均一化を促進することができる。
【００５７】
本実施形態では、ガス燃料としてＬＰＧ，ＣＮＧ又は水素の何れかを用い、液体燃料として５０％蒸留温度≦２５０度の石油系燃料、例えばケロシンを用いたので、燃焼室１８内の上方に偏在する着火性の良好なガス燃料に点火することにより、気化温度の高い燃焼室１８内下方に偏在する液体燃料の蒸発を促進しながら運転することが可能となる。これによりガソリンより着火性の劣る液体燃料を、周囲が極低温度の環境であっても使用可能となる。
【００５８】
本実施形態では、ＥＣＵ５３により機関温度，吸気温度，機関負荷，クランク軸回転速度に基づいてガス燃料と液体燃料との供給割合を制御するようにしたので、吸気温度，機関温度が設定値より低温の条件下では、着火性の良好なガス燃料を１００％もしくは予め設定した所定割合で供給することにより、低温環境での機関の始動及び運転が可能となる。また機関の暖機状態によりガス燃料の供給割合を減少させることにより、体積当たりの発熱量が少ないガス燃料の消費を低減することができ、特に輸送用車両に搭載される内燃機関に好適である。
【００５９】
本実施形態では、低負荷運転時には液体燃料のみで間引き運転を行なうようにしたので、低負荷運転時における燃焼を安定化させることができる。即ち、特に２サイクル内燃機関の場合、極低負荷運転時にはＧ／Ｆ比が極めて大きくなり、安定燃焼を行なうことは困難である。本実施形態では、液体燃料供給弁１４により、燃料供給を所定サイクル毎に停止するとともに、燃料供給サイクルにおいては燃料供給量を燃料供給停止サイクルの分だけ間引運転を行なうことにより、燃料供給サイクルにおける燃料量を安定燃焼可能なＧ／Ｆ比となるよう増加することができ、その結果、燃焼を安定化できる。また間引運転を行なうにあたり、電磁力で開閉制御されるソレノイド型の液体燃料供給弁２０のみを作動させることとしたので、この間引運転を容易確実にかつ精度よく行なうことができる。ちなみにガス燃料供給弁２０はクランク軸５で駆動するよう構成されているので、このガス燃料供給弁２０による間引き運転は構造が複雑となり、困難である。
【００６０】
本実施形態では、一対の点火プラグ３５を、液体燃料供給弁１４とガス燃料供給弁２０との間の略中央に配置したので、燃焼ガスによる各燃料供給弁１４，２０への熱影響を抑制できる。即ち、燃焼ガス温度は、点火プラグ近傍が最も高温となるが、本実施形態では、各点火プラグ３５を各燃料供給弁１４，２０の略中間に配置したので、各燃料供給弁１４，２０の燃焼ガスによる異常昇温を回避でき、各供給弁の熱に対する信頼性を確保することができる。
【００６１】
本実施形態では、ガス燃料供給弁２０を、弁板２０ｂに弁軸２０ａを形成してなるポペット弁型のものとしたので、燃焼室１８に開口する下流端開口４ｄを大径とすることができ、短期間に必要なガス燃料を供給することができる。これにより、充填効率を向上でき、高負荷時の出力性能を向上できるとともに、燃費及び排気ガス性状を良好にできる。
【００６２】
なお、上記実施形態では、一対の点火プラグ３５を各ガス燃料供給弁２０に対向するように配置した場合を説明したが、本発明では、図５に示すように、１つの点火プラグ３５を、液体燃料供給弁１４と各ガス燃料供給弁２０との間の略中央で、かつクランク軸に平行な直線ｃより排気ポート３ｃ側にて上記直線ｂに重なるように配置してもよい。このようにした場合には、隣接するガス燃料供給弁２０，２０からの燃料が合流するガス燃料中心部で、かつ液体燃料供給弁１４から噴射される液体燃料の中心部に電極３５ａが位置することとなり、１つの点火プラグ３５で安定した燃焼が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の一実施形態によるクランク室圧縮式２行程の内燃機関の断面図である。
【図２】上記内燃機関のシリンダヘッドの断面図である。
【図３】上記内燃機関のシリンダヘッドの底面図である。
【図４】上記内燃機関のガス燃料供給装置の構成図である。
【図５】上記実施形態の他の実施形態によるシリンダヘッドの底面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１ 内燃機関
３ｃ 排気ポート
１４ 液体燃料供給弁
１８ 燃焼室
２０ ガス燃料供給弁
３５ 点火プラグ
５３ ＥＣＵ（燃料供給弁制御手段，運転制御手段）
ａ 気筒軸線
ｂ 直線
ｃ 直線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク室圧縮式２行程の内燃機関であって、燃焼室内に、ガス燃料を直接噴射するガス燃料供給弁と液体燃料を直接噴射する液体燃料供給弁とを備え、該液体燃料供給弁は気筒軸線を挟んで排気ポート側に配置され、上記ガス燃料供給弁は上記気筒軸線を挟んで反排気ポート側に配置されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
請求項１において、気筒軸線方向に見たとき、上記液体燃料供給弁は、排気ポート中心及び上記気筒軸線を通過する直線と重なり、かつ該気筒軸線より排気ポート側に位置するよう配置され、上記ガス燃料供給弁は、上記直線と重なり、かつ上記気筒軸線より反排気ポート側に位置し、さらに上記液体燃料供給弁に略対向するように配置されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
請求項１において、上記ガス燃料供給弁は複数設けられていることを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
請求項１において、上記ガス燃料は、ＬＰＧ，ＣＮＧ又は水素の何れかであり、上記液体燃料は、５０％蒸留温度≦２５０度の石油系燃料であることを特徴とする内燃機関。
【請求項５】
請求項４において、機関温度，吸気温度，機関負荷，クランク軸回転速度等の運転状態検知信号に基づいて上記ガス燃料と液体燃料との供給割合を制御する燃料供給弁制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関。
【請求項６】
請求項１において、低負荷運転時には、上記液体燃料供給弁のみを作動させるとともに、該液体燃料供給弁を間引き運転する運転制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関。
【請求項７】
請求項６において、上記運転制御手段は、上記間引き運転の間引き率を低負荷ほど大きくなるように制御することを特徴とする内燃機関。
【請求項８】
請求項１又は２において、気筒軸線方向に見たとき、上記液体燃料供給弁とガス燃料供給弁との間の略中央に点火プラグが配置されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項１】
クランク室圧縮式２行程の内燃機関であって、燃焼室内に、ガス燃料を直接噴射するガス燃料供給弁と液体燃料を直接噴射する液体燃料供給弁とを備え、該液体燃料供給弁は気筒軸線を挟んで排気ポート側に配置され、上記ガス燃料供給弁は上記気筒軸線を挟んで反排気ポート側に配置されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
請求項１において、気筒軸線方向に見たとき、上記液体燃料供給弁は、排気ポート中心及び上記気筒軸線を通過する直線と重なり、かつ該気筒軸線より排気ポート側に位置するよう配置され、上記ガス燃料供給弁は、上記直線と重なり、かつ上記気筒軸線より反排気ポート側に位置し、さらに上記液体燃料供給弁に略対向するように配置されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
請求項１において、上記ガス燃料供給弁は複数設けられていることを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
請求項１において、上記ガス燃料は、ＬＰＧ，ＣＮＧ又は水素の何れかであり、上記液体燃料は、５０％蒸留温度≦２５０度の石油系燃料であることを特徴とする内燃機関。
【請求項５】
請求項４において、機関温度，吸気温度，機関負荷，クランク軸回転速度等の運転状態検知信号に基づいて上記ガス燃料と液体燃料との供給割合を制御する燃料供給弁制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関。
【請求項６】
請求項１において、低負荷運転時には、上記液体燃料供給弁のみを作動させるとともに、該液体燃料供給弁を間引き運転する運転制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関。
【請求項７】
請求項６において、上記運転制御手段は、上記間引き運転の間引き率を低負荷ほど大きくなるように制御することを特徴とする内燃機関。
【請求項８】
請求項１又は２において、気筒軸線方向に見たとき、上記液体燃料供給弁とガス燃料供給弁との間の略中央に点火プラグが配置されていることを特徴とする内燃機関。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−２４３１（Ｐ２００８−２４３１Ａ）
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１７５０３２（Ｐ２００６−１７５０３２）
【出願日】平成１８年６月２６日（２００６．６．２６）
【出願人】（００００１００７６）ヤマハ発動機株式会社 (3,045)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月２６日（２００６．６．２６）
【出願人】（００００１００７６）ヤマハ発動機株式会社 (3,045)
【Ｆターム（参考）】
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