JP3849743B2 - ガス体燃料用エンジンのインジェクタポートの構造 - Google Patents
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Description
【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
Claims (3)
- 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。 - 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。 - 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。
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