JP2013231428A - 内燃機関の吸気システム - Google Patents
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Abstract
【課題】空気とガス燃料との混合を好適化し、ひいては内燃機関において良好な燃焼状態を実現する。
【解決手段】エンジン10において、吸気通路を形成する吸気管12には、噴孔部16aから吸気下流側に向けてガス燃料を噴射するガス噴射弁16が設けられている。吸気管12においてガス噴射弁16の噴孔部16aよりも吸気上流側には気流制御弁31が設けられている。この気流制御弁31により、吸気流れ方向におけるガス燃料の噴射位置に、吸気通路内における空気流速が局所的に大きくなる速度分布が形成される。ガス噴射弁16は、燃焼室22の吸気側開口部に設けられた吸気弁23の開弁前にガス燃料を噴射するものである。噴孔部16aから燃焼室22の吸気側開口部までの間の吸気通路体積が、少なくとも1吸気行程分の気体の吸入体積となる位置に、ガス噴射弁16が設けられている。
【選択図】 図1
【解決手段】エンジン10において、吸気通路を形成する吸気管12には、噴孔部16aから吸気下流側に向けてガス燃料を噴射するガス噴射弁16が設けられている。吸気管12においてガス噴射弁16の噴孔部16aよりも吸気上流側には気流制御弁31が設けられている。この気流制御弁31により、吸気流れ方向におけるガス燃料の噴射位置に、吸気通路内における空気流速が局所的に大きくなる速度分布が形成される。ガス噴射弁16は、燃焼室22の吸気側開口部に設けられた吸気弁23の開弁前にガス燃料を噴射するものである。噴孔部16aから燃焼室22の吸気側開口部までの間の吸気通路体積が、少なくとも1吸気行程分の気体の吸入体積となる位置に、ガス噴射弁16が設けられている。
【選択図】 図1
Description
本発明は、圧縮天然ガス(CNG)等のガス燃料を燃焼室で燃焼させる内燃機関に適用される吸気システムに関するものである。
ガス燃料を燃焼させる内燃機関として、吸気ポートに対してガス燃料用の燃料噴射弁からガス燃料を噴射供給する技術が知られている。この場合、圧縮天然ガス(CNG)等のガス燃料は、液体燃料と比較して発熱量あたりの体積が大きく、吸気ポート内での空気との混合が悪いため、燃焼状態の悪化が懸念されている。
また、内燃機関における燃焼状態を改善する技術として、燃焼室内における混合気の流動性を高める技術が提案されている。例えば特許文献1では、燃焼室内にスワールを生成するスワール生成手段と、燃焼室内にタンブルを生成するタンブル生成手段とを設け、内燃機関の運転状態に応じてスワールとタンブルとを選択的に生成するようにしている。
しかしながら、上記のとおり燃焼室内でスワールやタンブルを生成することで燃焼室内での混合気の流動を強化することにしても、現状の技術ではガス燃料と空気との混合が不十分であることから、所望とする燃焼状態が得られないものとなっている。
また、上記特許文献1の技術を含め、ガソリン等の液体燃料を使用する内燃機関に関する技術では、液体燃料の微粒化や、燃焼室内での混合気の成層化を目的として、吸気バルブや、燃焼室内の点火プラグを狙って燃料噴射を行う構成としている。この場合、こうした技術をガス燃料を使用する内燃機関に適用しても、やはりガス燃料と空気との混合が不十分であるという問題を解消できず、この点を改善することができる技術が望まれる。
本発明は、空気とガス燃料との混合を好適化し、ひいては内燃機関において良好な燃焼状態を実現することができる内燃機関の吸気システムを提供することを主たる目的とするものである。
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。
請求項1に記載の発明は、ガス燃料を燃焼室(22)で燃焼させる内燃機関(10)に適用される吸気システムである。そして、吸気通路を形成する吸気部(12)に設けられ、噴孔部(16a)から吸気下流側に向けて前記ガス燃料を噴射するガス噴射弁(16)と、前記吸気通路の上流側から流れる空気と、前記ガス噴射弁から前記吸気通路に噴射されるガス燃料と、前記燃焼室から前記吸気通路側に逆流する既燃ガスとのうち少なくともいずれかの流れを操作して、前記吸気通路において前記ガス噴射弁よりも下流側での空気流動を強化する流動強化手段(31,40)と、を備えている。また、前記噴孔部から前記燃焼室の吸気側開口部までの間の吸気通路体積が、少なくとも1吸気行程分の気体の吸入体積となる位置に、前記ガス噴射弁が設けられている。
上記構成によれば、流動強化手段により、吸気通路の上流側から流れる空気(新気)と、ガス噴射弁から吸気通路に噴射されるガス燃料と、燃焼室から吸気通路側に逆流する既燃ガスとのうち少なくともいずれかの流れが操作されて、吸気通路においてガス噴射弁よりも下流側で空気流動が強化されるようになっている。これにより、吸気通路内において空気と混合しにくいガス燃料であっても、空気との混合を積極的に行わせ、混合気の均質化を図ることができる。この場合、空気(新気)の流れの操作により空気流動を強化することで、吸気通路内において噴射後に一団となっているガス燃料を崩すことができ、混合気の混合を促進できる。また、ガス燃料の流れの操作により吸気通路内に随伴流を生じさせることで、空気流動を強化し、混合気の混合を促進できる。さらに、燃焼室から逆流する既燃ガス(いわゆる内部EGRガス)の流れの操作により吸気通路内に吸気流動(空気の乱れ)を生じさせることで、混合気の混合を促進できる。
また特に、ガス噴射弁は、噴孔部から燃焼室の吸気側開口部までの間の吸気通路体積が、少なくとも1吸気行程分の気体の吸入体積となる位置に設けられている。そのため、噴孔部から燃焼室の吸気側開口部までにおいて少なくとも1吸気行程分のガス燃料を混合する領域を確保でき、吸気行程の都度、1吸気行程分ずつ均質混合気を燃焼室内に流入させることができる。以上により、空気とガス燃料との混合を好適化し、ひいては内燃機関において良好な燃焼状態を実現できる。
また、請求項2に記載の発明では、前記流動強化手段として、前記噴孔部よりも吸気上流側に設けられ、吸気流れ方向における前記ガス燃料の噴射位置に、前記吸気通路内における空気流速が局所的に大きくなる速度分布を形成する偏流形成手段(31)を有している。また、前記偏流形成手段により前記速度分布が形成される場合に、前記燃焼室の吸気側開口部に設けられた吸気弁(23)の開弁前に前記ガス噴射弁によるガス燃料の噴射を実施する第1噴射制御手段(40)を備えている。
上記構成によれば、偏流形成手段により、吸気流れ方向におけるガス燃料の噴射位置に、吸気通路内における空気流速が局所的に大きくなる速度分布が形成されるようになっている。これにより、ガス噴射弁の燃料噴射後において吸気弁が開弁されると、吸気通路内で空気(新気)とガス燃料との混合が積極的に行われつつ、その混合気が燃焼室内に流入する。
つまり、吸気弁の開弁前に(吸気弁が閉鎖された状態で)ガス噴射弁によりガス燃料が噴射されると、そのガス燃料は、吸気通路内で一団にかたまって滞在する。そして、吸気弁が開放された後は、そのガス燃料が、一団でかつ所定形態のまま下流側に流れるのではなく、上記の速度分布によって形態が徐々に崩れながら順々に燃焼室内に流入する。この際、吸気通路内で空気とガス燃料との混合が促進され、均質混合気が生成されることとなる。
前記偏流形成手段は、前記吸気通路において前記ガス噴射弁が取り付けられている壁側である第1領域で空気流速が大きく、それ以外の第2領域で空気流速が小さくなる速度分布を形成するものであるとよい(請求項3)。
吸気通路においてガス噴射弁の噴孔部寄りの第1領域とそれ以外の第2領域とを比べると、第1領域の方が、吸気通路内においてガス燃料が滞在しやすいと考えられる。この点、上記構成によれば、第1領域で空気流速が大きく、第2領域で空気流速が小さくなる速度分布が形成されるため、ガス燃料の混合を一層好適に実施できる。
(第1実施形態)
以下、本発明を具体化した第1実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、液体燃料であるガソリンとガス燃料である圧縮天然ガス(CNG)とを選択的に用いて燃焼させる、いわゆるバイフューエル式の車載多気筒4サイクルエンジンについて具体化するものであり、該エンジンを備えてなるエンジン制御システムでは、電子制御ユニット(以下、ECUという)を中枢として燃料噴射や点火などを制御するようにしている。本システムの全体概略図を図1に示す。
以下、本発明を具体化した第1実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、液体燃料であるガソリンとガス燃料である圧縮天然ガス(CNG)とを選択的に用いて燃焼させる、いわゆるバイフューエル式の車載多気筒4サイクルエンジンについて具体化するものであり、該エンジンを備えてなるエンジン制御システムでは、電子制御ユニット(以下、ECUという)を中枢として燃料噴射や点火などを制御するようにしている。本システムの全体概略図を図1に示す。
内燃機関としてのエンジン10において、エンジン本体11には吸気管12と排気管13とが接続されている。吸気管12は、気筒ごとに分岐する吸気マニホールド12aと、その吸気マニホールド12aよりも吸気上流側の吸気集合部12bとを有しており、吸気集合部12bに、吸入空気量を調整するスロットル弁14が設けられている。吸気管12とエンジン本体11の吸気ポート11aとにより吸気通路が構成されている。
エンジン10は、液体燃料(ガソリン)を噴射する液体噴射弁15と、ガス燃料(圧縮天然ガス)を噴射するガス噴射弁16とを有している。液体噴射弁15は、エンジン本体11のヘッド部に気筒ごとに設けられ、ガス噴射弁16は、液体噴射弁15よりも上流側の吸気マニホールド12aに気筒ごとに設けられている。つまり、ガス噴射弁16は、吸気管12における気筒ごとの分岐通路部にそれぞれ設けられている。なお、ガス燃料は、液体燃料とは異なり壁面付着(ウエット)が生じないため、液体噴射弁15よりも吸気上流側にガス噴射弁16を設けることが可能となっている。これら各噴射弁15,16はいずれも電磁駆動部を有する電磁式インジェクタとして構成されている。
液体噴射弁15には、図示しない燃料配管を介して燃料ポンプ内の液体燃料が供給され、その開弁動作に伴い液体燃料が吸気ポート11a内に噴射される。また、ガス噴射弁16には、ガス配管17を介してガスボンベ18内のガス燃料が供給され、その開弁動作に伴いガス燃料が吸気マニホールド12a内に噴射される。なお、ガス配管17の途中には圧力調整部19が設けられており、この圧力調整部19によりガス燃料の圧力(噴射圧)が例えば数100kPa(数気圧)程度に調整される。
圧力調整部19は、噴射圧を所定の圧力範囲で調整することが可能な構成であってもよい。この場合、圧力調整部19には例えば電磁式の制御弁19aが設けられており、その制御弁19aの開度を調整することにより、高圧側(ガスボンベ18側)から低圧側(ガス噴射弁16側)へのガス燃料の供給量が変わり、結果として噴射圧が調整される。圧力調整部19が圧力調整機能を有している場合、この圧力調整部19が圧力可変手段に相当する。
エンジン本体11において、シリンダ内には往復動可能にピストン21が収容されており、シリンダ内壁とピストン21とにより燃焼室22が区画形成されている。エンジン本体11の吸気ポート11a及び排気ポート11bには、それぞれ吸気弁23及び排気弁24が設けられている。吸気弁23は燃焼室22の吸気側開口部を開閉し、排気弁24は燃焼室22の排気側開口部を開閉する。これら各弁23,24は図示しないカム軸の回転に応じて開閉動作し、吸気弁23の開動作により吸気管12側の混合気が燃焼室22内に吸入され、排気弁24の開動作により燃焼後の排気が排気管13側に排出される。
吸気弁23には、その開閉タイミングを可変とする可変動弁機構25が設けられている。可変動弁機構25は、エンジン10のクランク軸と吸気カム軸との相対回転位相を変更するものであり、所定の基準位置に対して進角側及び遅角側への位相変更が可能となっている。可変動弁機構25としては、油圧駆動式又は電動式の可変動弁機構が用いられる。なお、可変動弁機構25は、少なくとも吸気弁23の開弁タイミングを可変に調整できるものであればよい。
エンジン本体11には気筒ごとに点火プラグ26が取り付けられている。点火プラグ26には、点火コイル等よりなる点火装置(図示略)を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ26の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室22内の混合気が着火され燃焼に供される。
排気管13には、排気を浄化するための触媒28が設けられている。触媒28は、例えば三元触媒や酸化触媒からなる。また、排気管13には、触媒上流側において、排気を検出対象として混合気の空燃比を検出する空燃比センサ29が設けられている。
ECU40は、CPUや、ROM、RAM等のメモリよりなる周知のマイクロコンピュータを主体として構成され、ROMに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、都度のエンジン運転状態に応じてエンジン10の各種制御を実施する。具体的には、ECU40には、上述の空燃比センサ29以外に、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ41や、吸気管内圧力等をエンジン負荷として検出する負荷センサ42が接続されており、これら各センサの検出信号がECU40に逐次入力される。そして、ECU40は、それら入力した各種検出信号に基づいて、液体噴射弁15による液体燃料の燃料噴射量や燃料噴射時期を制御するとともに、ガス噴射弁16によるガス燃料の燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御する。この場合、液体燃料とガス燃料とのいずれを噴射するのかは、各燃料の残量やエンジン運転領域に応じてあらかじめ定められており、都度の条件に応じて燃料の使い分けが実施される。
液体燃料とガス燃料との切替に関して補足すると、ECU40は、例えば、エンジン負荷及びエンジン回転速度について、運転モード切替のしきい値をそれぞれ定めておき、エンジン負荷が所定の負荷しきい値K1以下となり、かつエンジン回転速度が所定の回転速度しきい値K2以下となる場合に、ガス燃料によりエンジン10を運転させるガス燃料運転モードとする。また、エンジン負荷が負荷しきい値K1より大きいか、又はエンジン回転速度が回転速度しきい値K2よりも大きい場合に、液体燃料によりエンジン10を運転させる液体燃料運転モードとする。ただし、各運転モードと運転領域との対応付けは任意に変更でき、上記とは逆に、エンジン負荷が負荷しきい値K1以下となり、かつエンジン回転速度が回転速度しきい値K2以下となる場合に、液体燃料運転モードとし、エンジン負荷が負荷しきい値K1より大きいか、又はエンジン回転速度が回転速度しきい値K2よりも大きい場合に、ガス燃料運転モードとすることも可能である。
また、ECU40は、燃料タンク内の液体燃料の残量が所定以下であればガス燃料による燃料噴射を実施し、ガスボンベ18内のガス燃料の残量が所定以下であれば液体燃料による燃料噴射を実施する。
その他に、ECU40は、エンジン運転状態に基づいて点火プラグ26による点火時期等を制御する。
ところで、エンジン10の吸気部には、吸気通路(すなわち、吸気管12の内部空間及び吸気ポート11a)内において空気流速が局所的に大きくなる速度分布を形成する偏流形成手段が設けられている。本実施形態では、偏流形成手段として、吸気マニホールド12aにおいてガス噴射弁16の噴孔部16a(ガス燃料噴射位置)よりも上流側に、吸気マニホールド12a内の吸気通路の開口面積を調整する気流制御弁31が設けられている。気流制御弁31は、吸気通路を開く開側及び吸気通路を閉じる閉側に動作可能であって、ECU40からの指令に基づいて開閉動作する。
図2は、ガス噴射弁16と気流制御弁31とを含む吸気部の構成を示す図である。図2に示すように、吸気マニホールド12aには、マニホールド壁部から外方に突出させて取付ベース32が設けられており、その取付ベース32に、ガス噴射弁16が取り付けられている。ガス噴射弁16は、噴射方向が吸気下流側を向き、かつ取付ベース32により形成された凹部33内に噴孔部16aが配置されるように取り付けられている。
また、気流制御弁31は、回動軸31aを中心に回動する弁体31bを有する回動弁(バタフライ弁)よりなり、弁体31bの回動により、吸気通路の開口面積が調整されるようになっている。
弁体31bは、図3(a)に示すように、吸気マニホールド12a内の吸気通路と同形状を有し、かつその吸気通路よりも僅かに小さい板材よりなり、その一部に開放部31cが設けられている。この場合、開放部31cは、吸気通路の中心部に対してガス噴射弁16の噴孔部16a側となる位置(図2の下側位置)に設けられており、この開放部31cによって、気流制御弁31の閉弁状態でも、気流制御弁31の取付位置において吸気通路の一部が開放されたままとなる。
なお、開放部31cは、図3(a)に示すように、孔状(矩形孔状)に形成されていてもよいし、図3(b)に示すように、切欠状に形成されていてもよい。
気流制御弁31が閉鎖されると、図2に示すように、開放部31cで空気の通過が許容されるとともに、開放部31c以外の非開放部で空気の通過が許容されないこととなる(開放部31c以外では空気が通過しにくくなる)。そのため、気流制御弁31よりも下流側では、空気流速の速い領域と空気流速の遅い領域とができ(偏流が生じ)、それに伴い吸気通路内に速度分布が形成される。つまり、吸気流れ方向におけるガス燃料の噴射位置に、吸気通路内の一部で空気流速が大きくなる速度分布が形成される。
なお、気流制御弁31は、吸気マニホールド12a内における吸気流れ方向に対して垂直になるようにして閉鎖されるのではなく、閉鎖状態で、図示のとおり空気が開放部31c側に導かれるよう吸気流れ方向に垂直となる方向に対して斜めに傾いているとよい。
本実施形態では、上記のとおり吸気通路の中心部に対して噴孔部16a側となる位置に開放部31cが設けられているため、ガス噴射弁16が取り付けられている壁側である領域(第1領域)で空気流速が大きく、それ以外の領域(第2領域)で空気流速が小さくなる速度分布が形成される。
ECU40は、気流制御弁31により上記の速度分布が形成される場合に、吸気弁23が開弁される前に(すなわち、燃焼室22の吸気側開口部が吸気弁23により閉鎖された状態で)、ガス噴射弁16からのガス燃料の噴射が実施されるよう、ガス噴射弁16の駆動を制御する。また、ガス噴射弁16は、噴孔部16aから燃焼室22の吸気側開口部までの間の吸気通路体積が、少なくとも1吸気行程分の気体の吸入体積となる位置に設けられている。ガス噴射弁16の取付位置についてより具体的には、噴孔部16aから燃焼室22の吸気側開口部までの間の吸気通路体積が、1吸気行程分〜2吸気行程分の気体の吸入体積となる位置にガス噴射弁16が取り付けられている。
また、気流制御弁31は、吸気通路の吸気流れ方向においてガス噴射弁16の噴孔部16aに対して50mm以下の距離で離間させて設けられている(図2においてL≦50mmとなっている)。本実施形態では、気流制御弁31と噴孔部16aとの離間距離を20〜40mmの範囲内としている。10〜50mmの範囲内であるのが望ましい。これにより、吸気通路における噴孔部16aの位置で、空気流速を局所的に大きくして所望の速度分布を形成できる。
燃焼室22内へのガス流入について図4を用いて詳しく説明する。
図4(a)では、吸気弁23が閉鎖しており、この状態でガス噴射弁16から吸気通路内にガス燃料が噴射される。例えば燃焼サイクルの排気行程でガス噴射弁16からガス燃料が噴射される。これにより、吸気通路においてガス噴射弁16の噴孔部16aから吸気弁23(燃焼室22の吸気側開口部)までの間の領域内に、ガス燃料が一団にかたまって滞在する。
そしてその後、図4(b)に示すように、吸気行程の到来に伴い吸気弁23が開弁すると、燃焼室22内にガス燃料と空気(新気)とが流れ込む。このとき、吸気通路内に滞在しているガス燃料は、空気流速が早い領域に存在しているガス燃料が先に、空気流速が遅い領域に存在しているガス燃料が後に、といった具合に順々に燃焼室22内に流れ込む。つまり、ガス燃料は一団でかつ所定形態のまま下流側に流れるのではなく、吸気通路内に形成された速度分布によって形態が徐々に崩れながら順々に燃焼室22内に流入する。この際、吸気通路内で空気とガス燃料との混合が促進され、均質混合気が生成される。
ここで、吸気通路においてガス噴射弁16の噴孔部16a寄りの第1領域(図の下側領域)とそれ以外の第2領域(図の上側領域)とを比べると、噴孔部16a寄りの第1領域の方が、吸気通路内においてガス燃料が滞在しやすいと考えられる。この点、上記構成によれば、第1領域で空気流速が大きく、第2領域で空気流速が小さくなる速度分布が形成されるため、ガス燃料の混合促進の効果を高めることができる。
また、ガス噴射弁16の取付位置は、噴孔部16aから燃焼室22の吸気側開口部までの間の吸気通路体積が、少なくとも1吸気行程分の気体の吸入体積となる位置となっている。そのため、噴孔部16aから燃焼室22の吸気側開口部までにおいて少なくとも1吸気行程分のガス燃料を混合する領域を確保でき、吸気行程の都度、1吸気行程分ずつ均質混合気を燃焼室22内に流入させることができる。
また、エンジン10の吸気部には、燃焼室22内において混合気に旋回流を生じさせる旋回流形成手段が設けられており、その旋回流形成手段の構成を図5により説明する。
図5に示すように、吸気管12のうち気筒ごとに分岐される吸気マニホールド12aは、ガス噴射弁16の下流側で二方に分岐されており、その分岐された各通路35a,35bがそれぞれ燃焼室22の吸気側開口部36a,36bに通じている。これらの吸気側開口部36a,36bは互いに横並びとなる位置に配置されている。上記の各通路35a,35bのうち一方の通路35bには、当該通路35bを開閉するスワール制御弁37が設けられている。スワール制御弁37は旋回流形成手段に相当し、ECU40からの指令に基づいて開側及び閉側に動作する。
かかる構成では、吸気弁23が開弁される吸気行程において、各通路35a,35bのうち一方がスワール制御弁37により閉鎖されていると、2つの吸気側開口部のうち一方からのみ燃焼室22内に混合気が流入する。このとき、燃焼室22内においてスワール(旋回流)が生成される。
次に、ECU40により実施される気流制御弁31及びスワール制御弁37の制御について説明する。図6は、気流制御弁31及びスワール制御弁37の制御手順を示すフローチャートであり、本処理はECU40により所定の時間周期で繰り返し実施される。なお、本処理は、例えば液体燃料の残量が所定以下である場合など、ガス燃料を使用する運転状態下で実施されるものである。
図6において、ステップS11では、エンジン10において高出力運転が要求されているか否かを判定する。例えば、アクセルペダルの踏込み量が所定量以上であれば(すなわち高負荷状態であれば)、高出力運転が要求されていると判定し、出力優先の運転を実施する。高出力運転が要求されている場合(第1状態である場合)には、ステップS12に進み、気流制御弁31を開弁状態に操作する。そして、本処理を一旦終了する。この場合、弱成層混合気が生成され、エンジン10において弱成層燃焼が実施される。なお、スワール制御弁37は開弁状態で保持されている。ただし、高出力運転時において、スワール制御弁37を閉弁状態として燃焼室22内にスワールを生じさせることも可能である。
高出力運転が要求されていない場合(第2状態である場合)には、ステップS13に進み、気流制御弁31を閉弁状態に操作する。また、続くステップS14では、リーン燃焼を実施するか否かを判定する。リーン燃焼を実施するか否かは、都度のエンジン運転状態等に応じて決定されるとよい。リーン燃焼の実施時には、リーン空燃比(空燃比>16.8)の混合気が燃焼室22内で燃焼に供される。
リーン燃焼を実施する場合、ステップS15に進み、スワール制御弁37を閉弁状態に操作する。このとき、気流制御弁31の閉弁によりリーン均質混合気が生成されるとともに、スワール制御弁37の閉弁により、燃焼室22内でリーン均質混合気の流動強化が実施される。これにより、燃焼室22内において火炎の伝播が安定し、燃焼の安定化が図られる。
また、リーン燃焼を実施しない場合(ストイキ燃焼を実施する場合)、ステップS16に進み、スワール制御弁37を開弁状態に操作する。つまり、ストイキ空燃比での燃焼時には、燃焼室22内における流動強化が実施されない。この場合、燃焼室22内での流動強化が実施されない状態で、ストイキ均質混合気が燃焼に供される。例えば、触媒28の活性化のためにストイキ燃焼が実施される場合には、上記のとおり燃焼室22内での流動強化が実施されない状態で、ストイキ均質混合気が燃焼に供される。
図7は、気流制御弁31を用いて吸気通路内に上記の速度分布を形成した場合の効果を説明するための図である。図7において(a)、(b)は、気流制御弁31を用いた場合について示し、(c)は気流制御弁31を用いてない場合について示す。また、(a)、(b)のうち(a)は、気流制御弁31において切欠等の開放部31cが噴孔部16a側に設けられている場合について示し、(b)は同開放部31cが噴孔部16a側でない位置に設けられている場合について示す。なお、図7は、エンジン回転速度=1600rpm、点火時期=MBT、空燃比=16.8(ストイキ)を実施条件として、燃費値を計測した結果に基づくものである。
図7では、(a)、(b)について(c)よりも燃費が改善されているのが確認できる。つまり、気流制御弁31を有する構成では、気流制御弁31を閉じることで、吸気通路内でガス燃料と空気との混合が促進されて均質混合気が生成される。これに伴い燃焼状態が改善され、燃費向上効果が得られる。
なお、図7の結果からすると、吸気部に気流制御弁31が設けられ、かつその気流制御弁31において開放部31cが噴孔部16a側に設けられている構成が最も望ましいと言える。ただし、開放部31cが噴孔部16a側でない位置に設けられている構成であっても、気流制御弁31を有していない構成に比べて、燃費向上効果が得られることが確認できる。
以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
吸気マニホールド12aにおいてガス噴射弁16の噴孔部16aよりも吸気上流側に気流制御弁31を設け、その気流制御弁31により、吸気流れ方向におけるガス燃料の噴射位置に、吸気通路内における空気流速が局所的に大きくなる速度分布を形成するようにした。これに加えて、ガス噴射弁16を、噴孔部16aから燃焼室22の吸気側開口部までの間の吸気通路体積が、少なくとも1吸気行程分の気体の吸入体積となる位置に設けた。
上記のとおり吸気通路内に速度分布が形成されることにより、吸気通路内で空気とガス燃料との混合が促進され、吸気通路内での均質混合気の生成が可能となる。また、ガス噴射弁16の取付位置に関する規定によれば、噴孔部16aから燃焼室22の吸気側開口部までにおいて少なくとも1吸気行程分のガス燃料を混合する領域を確保でき、吸気行程の都度、1吸気行程分ずつ均質混合気を燃焼室22内に流入させることができる。つまり、ガス噴射弁16が吸気弁23(燃焼室22の吸気側開口部)に近すぎると、体積の大きいガス燃料では空気とうまく混合せず、吸気通路内においてガス燃料の多くが空気と混合されないまま燃焼室22内に流入する。これにより、所望とする均質混合気が生成できない。この点、上記のとおり噴孔部16aよりも下流側において偏流による速度分布が形成され、かつ吸気通路内において気体混合のための空間が確保されるため、所望の均質混合気が得られ、混合悪化に起因する燃費悪化を抑制できる。
以上により、空気とガス燃料との混合を好適化し、ひいてはエンジン10において良好な燃焼状態を実現できる。こうした燃焼状態の適正化により、エンジン10の燃費性能が向上する。
エンジン10では、燃焼サイクルごとに、吸気通路へのガス燃料の噴射と、同吸気通路内から燃焼室22へのガス燃料の流入とが繰り返し実施される。この場合、仮に噴孔部16aから燃焼室22の吸気側開口部までの間の吸気通路体積が、1吸気行程分の気体の吸入体積よりも多いとしても、1吸気行程分ずつ気体が吸気通路から燃焼室22内に流入する過程で、上記同様、空気とガス燃料との混合が促進される。そして、所定体積分ずつ均質混合気が燃焼室22内に順次流入されていくこととなる。
なお、ガス噴射弁16は、気筒ごとに分岐される吸気マニホールド12aのいずれか(すなわち、吸気集合部12bよりも下流側)に設けられるとよく、こうして吸気マニホールド12aに設けられることで、噴孔部16aから燃焼室22の吸気側開口部までの間の吸気通路体積が、少なくとも1吸気行程分の気体の吸入体積となるものであるとよい。また、噴孔部16aから燃焼室22の吸気側開口部までの間の吸気通路体積として望ましくは、1吸気行程分〜2吸気行程分の気体の吸入体積となっているとよい。ただし、仮にガス噴射弁16が吸気マニホールド12aよりも上流側に設けられる構成であっても、吸気通路内で均質混合気が生成できることは同様である。
気流制御弁31は、吸気通路においてガス噴射弁16が取り付けられている壁側(噴孔部16a側)の領域で空気流速が大きく、それ以外の領域で空気流速が小さくなる速度分布を形成するものである。この場合、吸気通路において噴孔部16a側の領域でガス燃料が滞在しやすいことを考慮してガス燃料の混合を行わせることができ、その混合を一層好適に実施できる。
気流制御弁31の開閉により、吸気通路内において偏流による速度分布が形成される状態と、同速度分布が形成されない状態とを切り替えるようにした。これにより、エンジン運転状態に応じてガス混合の制御を適宜切り替えることが可能となる。
気流制御弁31を、吸気通路の吸気流れ方向においてガス噴射弁16の噴孔部16aに対して50mm以下の距離で離間させて設けた。これにより、噴孔部16aでの速度分布がなまされてしまい混合促進の効果が小さくなるといった不都合を抑制でき、混合促進の効果を十分に得ることができる。
吸気マニホールド12aにおいてガス噴射弁16よりも吸気下流側に、燃焼室22内において混合気に旋回流を生じさせるスワール制御弁37を設けた。これにより、吸気通路内における空気とガス燃料との混合促進を実施できるのに加え、燃焼室22内において混合気に旋回流を生じさせて燃焼室22内での流動強化を実施できる。その結果、燃焼状態の一層の改善を図り、それに伴う燃費改善効果を期待できる。
エンジン10において高出力運転が要求されている場合に、気流制御弁31を開弁状態とし、高出力運転が要求されていない場合に、気流制御弁31を閉弁状態とするようにした。これにより、高出力運転の要求の有無に応じて、出力優先の状態と燃費優先の状態とを切り替えつつ、エンジン10を好適に運転させることができる。
リーン燃焼させる旨が判定された場合に、気流制御弁31を閉弁状態として吸気通路内に偏流による速度分布を形成させるとともに、スワール制御弁37により旋回流を生じさせて燃焼室22内における混合気の流動強化を実施するようにした。この場合、リーン均質混合気について燃焼室22内での火炎の伝播が安定する。その結果、リーン均質混合気による燃焼の安定化を図ることができる。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について上記第1実施形態との相違点を中心に説明する。本実施形態では、流動強化手段として、圧力調整部19(圧力可変手段)により噴射圧を高圧化させるための高圧化制御を実施して燃料噴霧の流れを操作する噴射圧制御手段を有している。噴射圧制御手段は、ECU40が、圧力調整部19の制御弁19aを制御することで実現されるものであり、具体的には、図8に示す噴射圧制御処理を実施することで実現される。図8の処理は、ECU40により、例えば所定の時間周期で繰り返し実施される。なお本実施形態では、噴射圧の圧力制御範囲を0.2〜1.0MPaとし、ECU40は、エンジン運転状態に基づいて噴射圧を可変に制御する。図8の処理は、例えば液体燃料の残量が所定以下である場合など、ガス燃料を使用する運転状態下で実施される。
次に、第2実施形態について上記第1実施形態との相違点を中心に説明する。本実施形態では、流動強化手段として、圧力調整部19(圧力可変手段)により噴射圧を高圧化させるための高圧化制御を実施して燃料噴霧の流れを操作する噴射圧制御手段を有している。噴射圧制御手段は、ECU40が、圧力調整部19の制御弁19aを制御することで実現されるものであり、具体的には、図8に示す噴射圧制御処理を実施することで実現される。図8の処理は、ECU40により、例えば所定の時間周期で繰り返し実施される。なお本実施形態では、噴射圧の圧力制御範囲を0.2〜1.0MPaとし、ECU40は、エンジン運転状態に基づいて噴射圧を可変に制御する。図8の処理は、例えば液体燃料の残量が所定以下である場合など、ガス燃料を使用する運転状態下で実施される。
図8において、ステップS21では、エンジン運転状態に基づいて、噴射圧を高圧化する実施条件が成立しているか否かを判定する。ここでは、エンジン負荷及びエンジン回転速度をパラメータとし、エンジン運転状態が所定の高負荷・高回転の状態である場合に、高圧化の実施条件が成立するとしている。そして、ステップS21がYESであればステップS22に進み、高圧化制御を実施する。具体的には、圧力調整部19の制御弁19aを制御することで、噴射圧を通常値よりも高い所定の高圧値とする。また、ステップS21がNOであればステップS23に進み、噴射圧を通常値とする。例えば、噴射圧の通常値は0.2MPaであり、高圧値は0.5MPaである。
なお、高圧化制御では、エンジン負荷及びエンジン回転速度に基づいて噴射圧を可変に制御することも可能である。この場合、エンジン負荷が大きいほど、又はエンジン回転速度が大きいほど、噴射圧を高くするとよい。
上記の高圧化制御が実施される場合には、ECU40により、エンジン10が吸気行程となる期間でガス噴射弁16によるガス燃料の噴射が実施される。つまり、燃料噴射の開始時期及び終了時期が共に吸気行程内となるように、燃料噴射制御が実施される。
燃焼室22内へのガス流入について図9を用いて詳しく説明する。
図9(a)では、吸気弁23が開放された状態でガス噴射弁16から吸気通路内にガス燃料が噴射されている。この燃料噴射はエンジン10の吸気行程、すなわち燃焼室22の容積拡大の行程で実施される。この場合、噴射圧の高圧化が実施されていることで、吸気通路内において流速(勢い)が大きくなるようにして燃料噴霧の流れが操作されており、その燃料噴霧は噴射の勢いを維持したまま燃焼室22に向けて流れる。このとき、吸気通路内では燃料噴霧の周りで随伴流が生じる。
そして、図9(b)に示すように、随伴流により吸気通路内での混合化が促進されつつ、吸気弁23の開口部分を通じて混合気が燃焼室22内に流入する。これにより、エンジン10の燃焼状態が改善される。
図10は、ガス燃料の噴射開始時期を排気行程及び吸気行程の期間で変更した場合における図示熱効率の違いを示す図である。図10では、噴射圧を0.5MPaとした場合を実線で示し、噴射圧を0.2MPaとした場合を二点鎖線で示している。
図10に示すように、噴射開始時期を吸気行程とする場合には、噴射圧を高圧化しているか高圧化していないかに応じて図示熱効率に差が生じやすくなっている。この場合、噴射圧を高圧化することで、図示熱効率が増大化されるようになっている。
また、気流制御弁31により速度分布を形成して流動強化を実施する制御(偏流制御)と、ガス燃料の噴射圧を高圧化して随伴流の発生により流動強化を実施する制御(噴射圧の高圧化制御)とを共に実施する構成とし、それらの各制御をエンジン運転状態に基づいて切り替えるようにしてもよい。またこの場合、ガス噴射弁16の噴射時期を上記各制御で相違させるようにする。具体的には、ECU40は、ガス燃料を用いたエンジン運転状態下において図11に示す制御切替処理を実施する。図11の処理は、ECU40により、例えば所定の時間周期で繰り返し実施される。
図11において、ステップS31では、エンジン運転状態に基づいて、偏流制御の実施条件が成立しているか否かを判定し、ステップS32では、同じくエンジン運転状態に基づいて、高圧化制御の実施条件が成立しているか否かを判定する。ここでは、エンジン負荷及びエンジン回転速度をパラメータとし、エンジン運転状態が所定の高負荷・高回転の状態となる領域を高圧化制御の実施領域、その高負荷・高回転の状態となる領域以外を偏流制御の実施領域としている。そして、エンジン運転状態が高負荷・高回転の領域にあれば高圧化制御を実施し、その高負荷・高回転以外の領域にあれば偏流制御を実施する。
ステップS31がYESであればステップS33に進み、気流制御弁31を用いた偏流制御を実施するとともに、ガス噴射弁16の噴射時期を、吸気弁23が閉鎖されている期間(例えば排気行程)とする。また、ステップS32がYESであればステップS34に進み、高圧化制御を実施するとともに、ガス噴射弁16の噴射時期を吸気行程とする。
上記ステップS31,S32の実施条件としては、異常診断の判定条件や、上記のエンジン運転状態以外の状態判定条件が含まれているとよい。例えば、ステップS31には、気流制御弁31が正常動作可能になっていることが含まれる。また、ステップS32には、噴射圧が所望の高圧状態(設定圧)になっていることが含まれる。
そして、ステップS31,S32がいずれもNOになった場合には、ステップS35に進む。ステップS35では通常制御を実施する。この通常制御では、あらかじめ定めた噴射終了時期(例えば排気TDC付近)を基準に燃料噴射が実施される。
なお、偏流制御と高圧化制御とのそれぞれの実施条件は上記以外でもよく、任意に変更できる。例えば、エンジン10の高負荷・高回転の領域で高圧化制御を実施し、低負荷・低回転の領域で偏流制御を実施するようにしてもよい。この場合、エンジン10の中負荷又は中回転の領域(高負荷・高回転でなく、かつ低負荷・低回転でない領域)では、通常制御が実施されることとなる。
上記のとおり制御の切替を実施する構成によれば、気流制御弁31による流動強化の制御を実施するのに好適なエンジン運転状態と、ガス噴射圧の高圧化による流動強化の制御を実施するのに好適なエンジン運転状態とが互いに異なっていても、都度のエンジン運転状態に応じて、空気流動の強化を適正に実施できる。
(第3実施形態)
次に、第3実施形態について上記各実施形態との相違点を中心に説明する。本実施形態では、流動強化手段として、吸気弁23の開弁タイミングを進角させるための進角制御を実施して排気行程において既燃ガス(燃焼後のガス)の逆流を生じさせる吸気弁制御手段を有している。吸気弁制御手段は、ECU40が、可変動弁機構25を制御することで実現されるものである。具体的には、ECU40は、ガス燃料を用いたエンジン運転状態下において図12に示す吸気弁制御処理を実施する。図12の処理は、ECU40により、例えば所定の時間周期で繰り返し実施される。
次に、第3実施形態について上記各実施形態との相違点を中心に説明する。本実施形態では、流動強化手段として、吸気弁23の開弁タイミングを進角させるための進角制御を実施して排気行程において既燃ガス(燃焼後のガス)の逆流を生じさせる吸気弁制御手段を有している。吸気弁制御手段は、ECU40が、可変動弁機構25を制御することで実現されるものである。具体的には、ECU40は、ガス燃料を用いたエンジン運転状態下において図12に示す吸気弁制御処理を実施する。図12の処理は、ECU40により、例えば所定の時間周期で繰り返し実施される。
図12において、ステップS41では、エンジン運転状態に基づいて、吸気弁23の開弁タイミングを進角する実施条件が成立しているか否かを判定する。ここでは、エンジン負荷及びエンジン回転速度をパラメータとし、エンジン運転状態が所定の高負荷・高回転の状態である場合に、進角の実施条件が成立するとしている。そして、ステップS41がYESであればステップS42に進み、吸気弁23の進角制御を実施する。具体的には、吸気弁23の開弁タイミングを通常値よりも進角させる。また、ステップS41がNOであればステップS43に進み、吸気弁23の開弁タイミングを通常値で制御する。
なお、進角制御では、エンジン負荷及びエンジン回転速度に基づいて進角量を可変に制御することも可能である。この場合、エンジン負荷が大きいほど、又はエンジン回転速度が大きいほど、進角量を大きくするとよい。
上記の進角制御が実施される場合には、ECU40により、吸気弁23の開弁よりも前にガス噴射弁16によるガス燃料の噴射が実施される。つまり、吸気弁23の開弁よりも前に燃料噴射が終了するように、燃料噴射制御が実施される。
図13は、吸気弁23及び排気弁24の開弁時期と、燃料噴射時期とを示すタイムチャートある。図13では、吸気弁23の通常の開弁時期を二点鎖線で示し、進角制御での開弁時期を実線で示している。
図13では、実線で示すように吸気弁23の開弁時期が進角されており、それにより吸気弁23の開弁タイミングが進角されている。そして、その開弁タイミングよりも前に燃料噴射が実施されるように燃料噴射時期が制御されている。この場合、吸気弁23の開弁タイミングの進角化により、排気行程において既燃ガスの燃焼室22から排気通路側への逆流が生じる。これにより、既燃ガスの流れが操作されて吸気通路内の空気流動性が高められる。また、吸気弁23の開弁時には、吸気通路内において噴射後のガス燃料が既に存在しており、かかる状態で吸気通路内の空気流動性が高められることになるため、ガス燃料と空気との混合を促進できる。この場合、ガス燃料が吸気通路内で一団にかたまって滞在していても、一団のガス燃料の形態を崩しつつガス燃料を燃焼室22内に流入させることができる。以上により、エンジン10の燃焼状態を改善できる。
吸気弁23の開弁よりも前にガス噴射弁16によるガス燃料の噴射を実施する構成において、吸気弁23の開弁タイミングに基づいて、ガス噴射弁16による燃料噴射の終了時期を決定するようにしてもよい。具体的には、ECU40は、ガス燃料を用いたエンジン運転状態下において図14に示す噴射時期制御処理を実施する。ここでは、進角制御において、吸気弁23の開弁タイミングが可変に設定される構成としている。
図14において、ステップS51では、吸気弁23の進角制御が実施されているか否かを判定し、YESである場合にステップS52に進む。ステップS52では、進角制御における吸気弁23の開弁タイミングを読み込み、続くステップS53では、その吸気弁23の開弁タイミングに基づいてガス噴射弁16による燃料噴射の終了時期を決定する。この場合、吸気弁23の開弁タイミングと燃料噴射の終了時期とを一致させることとする。これにより、吸気弁23の開弁タイミングが進角であるほど、燃料噴射の終了時期が進角化される。なお、燃料噴射の終了時期を、吸気弁23の開弁タイミングに対して所定角度だけ進角させる構成としたり、又は燃料噴射の終了時期を、吸気弁23の開弁タイミングに対して所定角度だけ遅角させる構成としたりしてもよい。
上記構成によれば、空気流動の強化を目的として吸気弁23の開弁タイミングを進角させる場合に、吸気弁23が開弁されている開弁時期と燃料噴射が実施されている燃料噴射時期との重複を抑制したり、又はその重複が過剰に大きくなることを抑制したりすることができる。これにより、エンジン10の燃焼状態の悪化を抑制できる。
(他の実施形態)
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。
・上記実施形態では、旋回流形成手段として吸気マニホールド12aにスワール制御弁37を設けたが、この構成を以下のように変更してもよい。例えば、吸気マニホールド12aに、燃焼室22内でタンブルを生じさせるタンブル制御弁を設けてもよい。
また、吸気弁23の開閉動作によって燃焼室22内に旋回流を生じさせる構成とすることも可能である。具体的には、エンジン10において、各気筒2つずつの吸気弁23を各々独立して開閉動作させることができる吸気弁可変機構を設ける構成とする。そして、吸気行程において、各気筒2つずつの吸気弁23のうち一方を開放状態、他方を閉鎖状態とするように、各吸気弁23を動作させる。又は、一方の吸気弁23のリフト量を、他方の吸気弁23のリフト量よりも小さくする。この場合、燃焼室22内での流動強化を実施する際(例えば、ECU40による図6のステップS15)において、吸気弁可変機構を駆動させ、その駆動により燃焼室22内にスワール(旋回流)を生じさせるとよい。これにより、リーン均質混合気について燃焼室22内での火炎伝ぱが安定し、燃焼状態が安定する。
・気流制御弁31により速度分布を形成して流動強化を実施する制御(偏流制御)と、ガス燃料の噴射圧を高圧化して随伴流の発生により流動強化を実施する制御(噴射圧の高圧化制御)と、吸気弁23の開弁タイミングの進角化に伴う既燃ガスの逆流により流動強化を実施する制御(進角制御)とを、ECU40により全て実施する構成とし、それらの各制御をエンジン運転状態に基づいて切り替えるようにしてもよい。例えば、少なくとも3つの負荷領域を定めておき、負荷レベルが小さい領域から順に、偏流制御、進角制御、高圧化制御をそれぞれ実施する構成とする。
その他、ガス燃料の噴射圧を高圧化して随伴流の発生により流動強化を実施する制御(噴射圧の高圧化制御)と、吸気弁23の開弁タイミングの進角化に伴う既燃ガスの逆流により流動強化を実施する制御(進角制御)とを実施する構成とすることも可能である。
・エンジン吸気部の構成として、図15に示す構成を用いることも可能である。図15では、吸気管12の吸気マニホールド12aにおいて、ガス噴射弁16の吸気上流側に、ガス噴射弁16の設置側がコーナ外側になるようにして、所定の曲率で曲がった曲がり部12cが設けられている。この曲がり部12cは、吸気通路内における空気流速が局所的に大きくなる速度分布を形成する偏流形成手段に相当する。
図15の構成によれば、吸気管12(吸気マニホールド12a)における曲がり部12cを空気(新気)が通過する際、コーナ内側とコーナ外側とで空気流速が相違し、コーナ外側の方が空気流速が大きくなる。この場合、吸気管12内において、吸気流れ方向におけるガス燃料の噴射位置に所望の速度分布を容易に形成できる。
・上記実施形態では、液体噴射弁15とガス噴射弁16とを有するバイフューエルエンジンについての具体例を説明したが、これ以外に、ガス噴射弁16のみを有する(すなわち液体噴射弁15を有していない)ガスエンジンについて具体化することも可能である。
10…エンジン(内燃機関)、12…吸気管(吸気部)、16…ガス噴射弁、16a…噴孔部、22…燃焼室、31…気流制御弁(流動強化手段、偏流形成手段)、40…ECU(流動強化手段)。
Claims (13)
- ガス燃料を燃焼室(22)で燃焼させる内燃機関(10)に適用される吸気システムであって、
吸気通路を形成する吸気部(12)に設けられ、噴孔部(16a)から吸気下流側に向けて前記ガス燃料を噴射するガス噴射弁(16)と、
前記吸気通路の上流側から流れる空気と、前記ガス噴射弁から前記吸気通路に噴射されるガス燃料と、前記燃焼室から前記吸気通路側に逆流する既燃ガスとのうち少なくともいずれかの流れを操作して、前記吸気通路において前記ガス噴射弁よりも下流側での空気流動を強化する流動強化手段(31,40)と、
を備え、
前記噴孔部から前記燃焼室の吸気側開口部までの間の吸気通路体積が、少なくとも1吸気行程分の気体の吸入体積となる位置に、前記ガス噴射弁が設けられていることを特徴とする内燃機関の吸気システム。 - 前記流動強化手段として、前記噴孔部よりも吸気上流側に設けられ、吸気流れ方向における前記ガス燃料の噴射位置に、前記吸気通路内における空気流速が局所的に大きくなる速度分布を形成する偏流形成手段(31)を有しており、
前記偏流形成手段により前記速度分布が形成される場合に、前記燃焼室の吸気側開口部に設けられた吸気弁(23)の開弁前に前記ガス噴射弁によるガス燃料の噴射を実施する第1噴射制御手段(40)を備える請求項1に記載の内燃機関の吸気システム。 - 前記偏流形成手段は、前記吸気通路内において前記ガス噴射弁が取り付けられている壁側である第1領域で空気流速が大きく、それ以外の第2領域で空気流速が小さくなる速度分布を形成するものである請求項2に記載の内燃機関の吸気システム。
- 前記偏流形成手段として、前記吸気通路を開く開側及び前記吸気通路を閉じる閉側に動作可能であって、当該動作により前記吸気通路の開口面積を調整する気流制御弁(31)を備えており、
前記気流制御弁は、閉弁状態になっても当該気流制御弁の取付位置において前記吸気通路の一部分を開放したままとするものであり、その開放部分を通過する空気により、前記吸気通路内において空気流速を局所的に大きくして前記速度分布を形成する請求項2又は3に記載の内燃機関の吸気システム。 - 前記気流制御弁は、前記吸気通路の吸気流れ方向において前記噴孔部に対して50mm以下の距離で離間させて設けられている請求項4に記載の内燃機関の吸気システム。
- 前記内燃機関において高出力運転が要求されている第1状態であるか、高出力運転が要求されていない第2状態であるかを判定する手段(40)と、
前記第1状態であると判定される場合に、前記気流制御弁を開弁状態とし、前記第2状態であると判定される場合に、前記気流制御弁を閉弁状態とする手段(40)と、
を備える請求項4又は5に記載の内燃機関の吸気システム。 - 前記吸気部において前記ガス噴射弁よりも吸気下流側に設けられ、前記燃焼室内において混合気に旋回流を生じさせる旋回流形成手段(37)と、
前記ガス燃料をリーン燃焼させるか否かを判定する手段(40)と、
前記リーン燃焼させる旨が判定された場合に、前記気流制御弁を閉弁状態として前記吸気通路内に前記速度分布を形成させるとともに、前記旋回流形成手段により旋回流を生じさせることにより、前記燃焼室内における混合気の流動強化を実施する手段(40)と、
を備える請求項6に記載の内燃機関の吸気システム。 - 前記ガス噴射弁によるガス燃料の噴射圧を可変に調整する圧力可変手段(19)を備え、
前記流動強化手段として、前記圧力可変手段により噴射圧を高圧化させるための高圧化制御を実施して燃料噴霧の流れを操作する噴射圧制御手段(40)を有しており、
前記噴射圧制御手段により前記高圧化制御が実施される場合に、前記内燃機関が吸気行程となる期間で前記ガス噴射弁によるガス燃料の噴射を実施する第2噴射制御手段(40)と、
前記第1噴射制御手段による燃料噴射と前記第2噴射制御手段による燃料噴射とを、前記内燃機関の運転状態に基づいて切り替える切替手段(40)と、
を備える請求項2乃至7のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気システム。 - 前記ガス噴射弁によるガス燃料の噴射圧を可変に調整する圧力可変手段(19)を備え、
前記流動強化手段として、前記圧力可変手段により噴射圧を高圧化させるための高圧化制御を実施して燃料噴霧の流れを操作する噴射圧制御手段(40)を有しており、
前記噴射圧制御手段により前記高圧化制御が実施される場合に、前記内燃機関が吸気行程となる期間で前記ガス噴射弁によるガス燃料の噴射を実施する手段(40)を備える請求項1乃至7のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気システム。 - 前記燃焼室の吸気側開口部に設けられた吸気弁(23)が開弁する開弁タイミングを可変に調整する可変動弁手段(25)を有しており、
前記流動強化手段として、前記可変動弁手段により前記吸気弁の開弁タイミングを進角させるための進角制御を実施して排気行程において既燃ガスの逆流を生じさせる吸気弁制御手段(40)を有しており、
前記吸気弁制御手段により前記進角制御が実施される場合に、前記吸気弁の開弁前に前記ガス噴射弁によるガス燃料の噴射を実施する手段(40)を備える請求項1乃至9のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気システム。 - 前記吸気弁の開弁タイミングに基づいて、前記ガス噴射弁による燃料噴射の終了時期を決定する手段(40)を備える請求項10に記載の内燃機関の吸気システム。
- 前記内燃機関は、前記ガス噴射弁に加えて、液体燃料を噴射する液体噴射弁(15)を備えるバイフューエル内燃機関であり、
前記吸気部において、前記ガス噴射弁が前記液体噴射弁よりも吸気上流側に設けられており、
前記ガス噴射弁によるガス燃料の噴射と、前記液体噴射弁による液体燃料の噴射とを、前記内燃機関の運転状態に基づいて切り替える手段(40)を備える請求項1乃至11のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気システム。 - 前記吸気部としての吸気管(12a)には、前記噴孔部よりも吸気上流側に、前記ガス噴射弁の設置側がコーナ外側になるようにして、所定の曲率で曲がった曲がり部(12c)が設けられており、その曲がり部により、吸気流れ方向における前記ガス燃料の噴射位置に、前記吸気通路内における空気流速が局所的に大きくなる速度分布が形成される請求項1乃至12のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気システム。
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