【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関に関し、特に液体燃料と圧縮天然ガスを併用したリーンバーン（希薄燃焼）運転可能な内燃機関に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ガソリンを燃料とした内燃機関において、燃費向上を図るために気筒内に流入する吸気に対して強いスワールを与えることによってリーンバーン運転を実現するようにしたものが種々提案されている。

【０００３】一方、ガソリンに代わる燃料として天然ガスが注目されており、圧縮天然ガス（以下、ＣＮＧと称す）を燃料とすることによって燃費の向上を図った内燃機関も提案されている。 なお、天然ガスはメタンガスを主成分としているため、ＬＰＧ（液化石油ガス）のように常温で液相状態では貯蔵できないため、気相状態で圧縮してボンベに充填したＣＮＧを燃料としている。

【０００４】さらに、特開昭６３−６８７２８号公報には、運転状態に応じて液体燃料とＣＮＧを切り換え供給して運転するようにした内燃機関が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ガソリンを燃料とするリーンバーン内燃機関では、安定燃焼可能な燃料の希薄さの限界（以下、リーンリミットと称す）は現在のところ空燃費（Ａ／Ｆ）約３０とされており、それ以上の希薄域で安定した燃焼を得るのは難しく、燃費の向上や排気ガス中のＣＯ ₂低減にも限界があった。 その理由としては、ガソリンは液体燃料であるため気筒内での気化が完全に行われず、吸入ガソリンの一部分が液滴のまま残り、混合にむらを生じた状態で点火・燃焼行程に突入することによると見られる。

【０００６】一方、ＣＮＧを燃料とした内燃機関では、
ＣＮＧがガス燃料であるため、気筒内での混合のむらはガソリンの場合に比して少なく、リーンリミットは格段に伸びるが、ＣＮＧは燃焼の伝播速度が遅いため、またＣＮＧはガソリンに比べて全開時の体積効率（ηｖ）が低いためにガソリン燃料の場合に比べて出力が低下してしまうという問題がある。

【０００７】なお、液体燃料とＣＮＧの切り換えを行うものにおいても、それぞれの運転状態における上記問題点を解消することはできない。

【０００８】本発明は、このような従来の問題点に鑑み、高い空燃比においても安定燃焼を確保できてリーンリミットを伸ばすことができ、燃費を大幅に向上できる内燃機関を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願の第１発明は、吸入行程で吸入空気中にＣＮＧを供給する手段と、点火前にピストン上面上の点火プラグに対向する部分に向けて点火用の液体燃料を噴射する液体燃料噴射手段とを備えたことを特徴とする。

【００１０】また、本願の第２発明は、吸入行程で吸入空気中に液体燃料を噴射供給する液体燃料噴射手段と、
点火直前に点火プラグに向けて点火用のＣＮＧを噴射するインジェクタとを備えたことを特徴とする。

【００１１】

【作用】本願の第１発明によれば、ＣＮＧを主燃料としているが、点火前に少量の点火用の液体燃料をピストン上面上の点火プラグに対向する部分に噴射するので、点火時に点火プラグの周囲に十分にリッチな混合気が形成されて強い火種が形成されるため、ＣＮＧは燃焼伝播が遅いという性質があっても強い火種によって燃焼伝播が円滑に行われ、かつＣＮＧは混合むらが少ないことも相まって、吸入空気とＣＮＧの混合気が空燃比３０以上、
例えば空燃比５０以上の超リーンな状態であっても十分に安定した燃焼が行われる。 又、全開時に液体燃料噴射手段からの液体燃料の噴射量を増やせば、ＣＮＧの体積効率の低さによる出力低下を防止することもできる。 また、ＣＮＧは元々低ＣＯ ₂である上にリーンであるためにさらに排出ガスが低ＣＯ ₂となる。

【００１２】また、本願の第２発明によれば、液体燃料を主燃料としているが、点火直前に点火プラグに向けて着火し易いＣＮＧを噴射するので、ＣＮＧは液体燃料のように点火プラグの電極を濡らすことがなく、点火プラグの周囲に着火に適したＣＮＧの混合気が形成され、このＣＮＧがまず燃焼して火炎が形成されるとともに、Ｃ
ＮＧが空気より軽く吸気への追従性が良いため、この火炎が吸入空気と液体燃料の混合気に円滑に伝播し、そのため吸入空気と液体燃料の混合気が超リーンな状態でも十分に安定した燃焼が行われる。 また、ＣＮＧは高圧であるため、そのままインジェクタから燃焼室内に噴射でき、液体燃料の場合のような筒内噴射装置が不要である。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の第１実施例を図１を参照して説明する。

【００１４】図１において、１は内燃機関のシリンダブロック、２はシリンダヘッド、３はシリンダブロック１
に形成されたシリンダ、４はシリンダ３内を上下動するピストン、５はシリンダヘッド２の下部のシリンダ３上に形成された燃焼室である。

【００１５】燃焼室５の天井面の両側部に吸気ポート６
と排気ポート７が開口され、それぞれ吸気弁８と排気弁９にて所定のタイミングで開閉される。 また燃焼室５の天井面の頂部近傍には点火プラグ１０が配設されている。

【００１６】また、点火プラグ１０の近傍には点火用のガソリンを噴射する液体燃料噴射手段１１が配設されている。 ピストン４の上面には点火プラグ１０に対向する部分にキャビティ１２が形成され、液体燃料噴射手段１
１はこのキャビティ１２に向けて点火用の少量のガソリンを噴射するように構成されている。

【００１７】一方、吸気ポート６には吸気にＣＮＧを供給混合するキャブレタ１３が接続されている。 このキャブレタ１３にはスロットルバルブは設けられていず、出力制御はＣＮＧの供給量によって行うように構成されている。

【００１８】以上の構成において、吸入行程中にキャブレタ１３でＣＮＧが所望の空燃比となるように吸気に混合され、燃焼室５内に流入する。 次に、圧縮行程の終わりの３００°ＡＴＤＣ位で噴射が終了するように液体燃料噴射手段１１から少量の点火用のガソリンがピストン４上面上のキャビティ１２内に向けて噴射され、キャビティ１２内に燃料滴が散乱する。 すると、３３０°〜３
４０°ＡＴＤＣ位でこの燃料滴が気化し始めてキャビティ１２内にリッチな混合気が形成されるとともにこのキャビティ１２が点火プラグ１０の近傍に来るので、この時（２０°〜３０°ＢＴＤＣ）に点火プラグ１０にて点火すると、キャビティ１２内のリッチな混合気が着火して激しく燃焼し、強力火炎に発達し、強い火種が形成される。

【００１９】この火種の火炎が周りのＣＮＧ混合気に伝播することにより、燃焼室５内が迅速に燃焼する。 即ち、ＣＮＧはガス体で着火し易くかつ混合むらが少ないために、ＣＮＧは燃焼伝播が遅いという性質があっても、火種を十分に強いものにすることによって燃焼伝播が円滑に行われる。 その結果、空燃比３０以上、例えば空燃比５０以上の超リーンな状態であっても、十分に安定して燃焼させることができる。 尚、ガソリンとＣＮＧ
比は、重量比で１：１０位の割合が好適である。

【００２０】本実施例によれば、このように超リーンで安定燃焼させることができるために、ＣＮＧの供給量により出力制御できてスロットルバルブによる出力制御が不要となり、ポンピング損失が小さくなり、また超リーンであるために比熱比の大きい空気サイクルに近くなり、低燃費の内燃機関を実現できる。 また、ＣＮＧは元々低ＣＯ ₂である上にリーンであるためにさらに排出ガスが低ＣＯ ₂となり、エコノミーでクリーンな内燃機関を得ることができる。

【００２１】なお、全開時にＣＮＧの体積効率の低さのために出力低下が懸念される場合には、液体燃料噴射手段１１からの液体燃料の噴射量を増やすことによって出力低下を防止することもできる。

【００２２】次に、本発明の第２実施例について図２を参照して説明する。 なお、第１実施例と同一の構成要素については、同じ参照番号を付して説明を省略する。

【００２３】図２において、吸入空気中に液体燃料を噴射供給する液体燃料噴射手段１４が吸気ポート６に配設され、点火プラグ１０に向けて点火用のＣＮＧを噴射するインジェクタ１５が燃焼室５の下部一側に配設されている。

【００２４】以上の構成において、吸入行程中に液体燃料噴射手段１４からガソリンを所望の空燃比となるように吸気中に噴射すると、混合気が燃焼室５内に流入する。 次に、圧縮行程の終わりの３３０°〜３４０°ＡＴ
ＤＣ（点火前１０°ＣＡ）位で噴射が終了するようにインジェクタ１５から点火用のＣＮＧを点火プラグ１０に向けて噴射する。 すると、ＣＮＧは液体燃料のように点火プラグ１０の電極を濡らすことがなく、点火プラグ１
０の周囲に着火に適したＣＮＧの混合気が形成される。
そこで、２０°〜３０°ＢＴＤＣ位で点火プラグ１０にて点火すると、このＣＮＧがまず燃焼して火炎が形成されるとともに、ＣＮＧが空気より軽く吸気への追従性が良いため、この火炎が燃焼室５内の吸入空気とガソリンの混合気に円滑に伝播し、そのため吸入空気とガソリンの混合気が超リーンな状態でも十分に安定した燃焼が行われる。

【００２５】本実施例によれば、このように超リーンで安定燃焼するために、ガソリンの供給量により出力制御できてスロットルバルブによる出力制御が不要となり、
ポンピング損失が小さくなり、また超リーンであるために比熱比の大きい空気サイクルに近くなり、低燃費の内燃機関を実現できる。 又、リーンであるために排出ガスが低ＣＯ ₂となり、エコノミーでクリーンな内燃機関を得ることができる。 また、ＣＮＧは２００ｋｇ／cm ²と高圧であるために、インジェクタ１５から燃焼室１５内に噴射でき、液体燃料の場合のような筒内噴射装置が不要である。

【００２６】

【発明の効果】本願の第１発明の内燃機関によれば、以上のようにＣＮＧを主燃料としているが、点火前に少量の点火用の液体燃料をピストン上面上の点火プラグに対向する部分に噴射することにより点火時に点火プラグの周囲に十分にリッチな混合気が形成されて強い火種が形成されるため、ＣＮＧは燃焼伝播が遅いという性質があっても燃焼伝播が円滑に行われ、かつＣＮＧは混合むらが少ないことも相まって空燃比５０以上の超リーンな状態であっても十分に安定した燃焼が行われる。 また、このためにＣＮＧの供給量により出力制御できてスロットルバルブによる出力制御が不要となり、ポンピング損失が小さくなり、更に超リーンであるために比熱比の大きい空気サイクルに近くなるため、低燃費の内燃機関を実現できる。

【００２７】又、排気ガスもＣＮＧを用いているので元々低ＣＯ ₂である上にリーンであるためにさらに低ＣＯ
₂となり、従ってエコノミーでクリーンな内燃機関を得ることができる。

【００２８】また、本願の第２発明によれば、液体燃料を主燃料としているが、点火直前に点火プラグに向けて着火し易いＣＮＧを噴射することにより、点火プラグの周囲に着火に適したＣＮＧの混合気が形成され、このＣ
ＮＧがまず燃焼して火炎が形成されるとともに、この火炎が吸入空気と液体燃料の混合気に伝播することによって、吸入空気と液体燃料の混合気が超リーンな状態でも十分に安定した燃焼が行われる。 また、このために液体燃料の供給量により出力制御できてスロットルバルブによる出力制御が不要となり、ポンピング損失が小さくなり、また超リーンであるために比熱比の大きい空気サイクルに近くなるため、低燃費の内燃機関を実現できる。
又、超リーンで安定燃焼するため、排出ガスも低ＣＯ ₂
となり、エコノミーでクリーンな内燃機関を得ることができる。 更に、ＣＮＧは高圧であるため、そのままインジェクタから燃焼室内に噴射でき、液体燃料の場合のような筒内噴射装置を不要とすることができ、またＣＮＧ
を燃料とする内燃機関のように出力低下を来さず、液体燃料と同等の性能を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における内燃機関の概略構成を示す縦断面図である。

【図２】本発明の第２実施例における内燃機関の概略構成を示す縦断面図である。

【符号の説明】

３ シリンダ ４ ピストン ５ 燃焼室 １０ 点火プラグ １１ 液体燃料噴射手段 １２ キャビティ １３ キヤブレタ １４ 液体燃料噴射手段 １５ インジェクタ

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