JPH06235329A

JPH06235329A - 火花点火式エンジン

Info

Publication number: JPH06235329A
Application number: JP2114093A
Authority: JP
Inventors: Junichi Taga; 淳一田賀; Ichiji Kataoka; 一司片岡; Yoshihiko Imamura; 善彦今村; Fumihiko Saito; 史彦斉藤; Kazuhiko Hashimoto; 一彦橋本
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1993-02-09
Filing date: 1993-02-09
Publication date: 1994-08-23

Abstract

(57)【要約】【目的】水素等で混合気の着火・燃焼を助勢するよう
にした火花点火式エンジンに対して、混合気の着火・燃
焼を十分に助勢することができ、かつ充填効率を十分に
高めることができる手段を提供する。【構成】エンジンＣＥの燃焼室７と連通する副室６０
が設けられ、この副室６０に点火プラグ９が臨設されて
いる。副室６０は一方弁６８が介設された連通路６７を
介して第２吸気ポート４と連通され、吸気行程では連通
路６７を介して副室６０に空気が供給され、副室６０内
が強力に掃気されるとともに、吸気充填効率が高められ
る。そして、圧縮行程では、水素供給用インジェクタ６
３から水素供給通路６９を通して副室６０に水素が供給
され、続いて燃焼行程で点火プラグ９によって副室６０
内の水素が着火され、この水素の燃焼によって生じる火
炎で燃焼室７内の混合気が強力に着火・燃焼させられ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水素ガス等の着火性の
良い気体燃料で、炭化水素系燃料と空気とからなる混合
気の着火・燃焼を助勢するようにした火花点火式エンジ
ンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車用の火花点火式エンジン
においては、ガソリン等の炭化水素系燃料と空気とから
なる混合気が燃焼室(ロータリピストンエンジンの場合
は作動室)内でピストンによって圧縮された後、点火プ
ラグによって着火・燃焼させられるようになっている。
そして、かかる火花点火式エンジンでは、混合気をリー
ンにすればするほど、エンジン出力は低下するものの燃
費性能及びエミッション性能が高められるといった特性
をもつ。ただし、ＮＯx発生率は理論空燃比(Ａ／Ｆ＝１
４.７)よりもややリーン側(Ａ／Ｆが１６程度)で最も高
くなるので、空燃比を理論空燃比よりも若干リーンとし
た場合は、ＮＯxについてのエミッション性能は悪くな
ることがある。

【０００３】したがって、とくには高出力が要求されな
い低負荷時ないしは通常運転時には、混合気をできるだ
けリーンにして燃費性能及びエミッション性能を高める
のが好ましい。しかしながら、混合気をリーンにすれば
するほど混合気の着火性ないしは燃焼性が悪くなるの
で、混合気のリーン化には自ずから限界がある。

【０００４】これを改善すべく、吸気ポートをスワール
ポートとするなどして、低負荷時等には燃焼室内にスワ
ール(渦流)を生成し、該スワールによって燃料を燃焼室
中心部すなわち点火プラグまわりに多く分布させるとい
ったいわゆる混合気の成層化(層状化)により混合気の着
火性・燃焼性を高めるといった手法が従来より多用され
ている。しかしながら、ガソリン等の炭化水素系燃料は
もともと着火性が悪いので、かかる成層化によってもリ
ーンリミットを十分には高めることができない。なお、
リーンリミットとは、必要とされる最小限の着火性・燃
焼室を確保しうるリーン側の限界値である。

【０００５】そこで、連通孔を介して燃焼室と連通する
副室を設け、該副室に臨んで点火プラグを配置する一
方、副室に水素ガス等の着火性の良い気体燃料を供給す
る気体燃料供給手段を設け、燃焼行程ではまず点火プラ
グで副室内の気体燃料を着火・燃焼させ、この気体燃料
の燃焼によって生じる火炎で、燃焼室内の炭化水素系燃
料と空気とからなる混合気を確実に着火・燃焼させるよ
うにした火花点火式エンジンが提案されている(例え
ば、特開昭６２−１９１６３２号公報参照)。

【０００６】また、吸気弁によって開閉される吸気ポー
トとは別に、燃焼室に臨設された点火プラグに向かって
開口する副ポートと、該副ポートを開閉する副ポート開
閉弁と、副ポートに水素ガス等の着火性の良い気体燃料
を供給する気体燃料供給手段とを設け、点火プラグでの
火花放電に際して副ポート開閉弁を開き、火花放電時に
点火プラグを気体燃料で覆い、該気体燃料の燃焼によっ
て生じる火炎で、炭化水素系燃料と空気とからなる混合
気の着火・燃焼を助勢するようにした火花点火式エンジ
ンが提案されている(例えば、特開昭５３−１７８０７
号公報参照)。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
特開昭６２−１９１６３２号公報に開示されているよう
な副室を設けた従来の火花点火式エンジンでは、副室内
の気体燃料の燃焼室への漏出、ないしは燃焼室内の混合
気の副室への侵入をできるだけ防止するため、副室と燃
焼室との間の連通孔がかなり狭く形成されるので、副室
内の掃気性が悪くなり、気体燃料の着火性の良さを十分
に活用することができず、リーンリミットを十分には高
めることができないといった問題がある。

【０００８】他方、例えば特開昭５３−１７８０７号公
報に開示されているような副ポートを設けた従来の火花
点火式エンジンでは、燃焼室の頂部に副ポート開閉弁を
設けなければならないので、吸気弁面積ないしは吸気ポ
ート開口面積を十分に確保することができなくなり、通
気抵抗の増加により充填効率が低下し、エンジン出力の
低下を招くといった問題がある。

【０００９】本発明は、上記従来の問題点を解決するた
めになされたものであって、水素ガス等の着火性の良い
気体燃料で、炭化水素系燃料と空気とからなる混合気の
着火・燃焼を助勢するようにした火花点火式エンジンに
対して、混合気の着火・燃焼を十分に助勢することがで
き、かつ充填効率を十分に高めることができる手段を提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達するた
め、第１の発明は、吸気通路を介して燃焼室に炭化水素
系燃料を供給する炭化水素系燃料供給手段と、燃焼室に
臨設された点火プラグの周囲に炭化水素系燃料よりも着
火性の高い気体燃料を供給する気体燃料供給ポートとが
設けられた火花点火式エンジンにおいて、少なくとも炭
化水素系燃料の混合気の空燃比が理論空燃比よりもリー
ンであるときには、吸気行程後半から圧縮行程前半まで
の間の所定の時期に気体燃料が燃焼室に供給されるよ
う、気体燃料供給ポートを制御する気体燃料制御手段
と、吸気行程で気体燃料供給ポートに掃気用の空気を供
給する掃気用空気供給手段と、炭化水素系燃料の混合気
を燃焼室中心部に成層化させる成層化手段とが設けられ
ていることを特徴とする火花点火式エンジンを提供す
る。

【００１１】第２の発明は、第１の発明にかかる火花点
火式エンジンにおいて、気体燃料制御手段が、気体燃料
供給ポートの燃焼室への開口部に配設されて吸気行程後
半から圧縮行程前半までの間の所定の時期に開弁される
タイミング弁であることを特徴とする火花点火式エンジ
ンを提供する。

【００１２】第３の発明は、吸気通路を介して燃焼室に
炭化水素系燃料を供給する炭化水素系燃料供給手段が設
けられた火花点火式エンジンにおいて、燃焼室に開口す
る副室が設けられ、該副室に臨んで点火プラグが配置さ
れていて、炭化水素系燃料よりも着火性の高い気体燃料
を上記副室に供給する気体燃料供給手段が設けられてい
ることを特徴とする火花点火式エンジンを提供する。

【００１３】第４の発明は、第３の発明にかかる火花点
火式エンジンにおいて、少なくとも炭化水素系燃料の混
合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときに
は、吸気行程後半から圧縮行程前半までの間の所定の時
期に気体燃料が副室に供給されるよう、気体燃料供給手
段を制御する気体燃料制御手段と、吸気行程で副室に掃
気用の空気を供給する掃気用空気供給手段と、炭化水素
系燃料の混合気を燃焼室中心部に成層化させる成層化手
段とが設けられていることを特徴とする火花点火式エン
ジンを提供する。

【００１４】第５の発明は、第３又は第４の発明にかか
る火花点火式エンジンにおいて、気体燃料供給手段の副
室への気体燃料供給孔が、副室接線方向に向けて副室に
開口されていることを特徴とする火花点火式エンジンを
提供する。

【００１５】第６の発明は、第２又は第５の発明にかか
る火花点火式エンジンにおいて、掃気用空気供給手段
が、吸気通路と気体燃料供給ポート又は副室とを連通す
る連通路と、該連通路に介設され吸気通路から気体燃料
供給ポート又は副室への空気の流れのみを許容する一方
弁とで構成されていることを特徴とする火花点火式エン
ジンを提供する。

【００１６】第７の発明は、第２又は第５の発明にかか
る火花点火式エンジンにおいて、気体燃料制御手段が、
高負荷領域においても気体燃料が燃焼室又は副室に供給
されるよう、気体燃料供給ポート又は気体燃料供給孔を
制御するようになっていることを特徴とする火花点火式
エンジンを提供する。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する。＜第１実施例＞図１〜図３に示すように、一種の炭化水
素系燃料であるガソリンを燃料とする火花点火式エンジ
ンＣＥの各気筒(１つのみ図示)においては、基本的に
は、第１,第２吸気弁１,２が開かれたときに、第１,第
２吸気ポート３,４を介して第１,第２独立吸気通路５,
６から燃焼室７内に、ガソリンと空気とからなる混合気
を吸入し、この混合気をピストン８で圧縮した上で、点
火プラグ９により着火された水素ガスの火炎で着火・燃
焼させ、第１,第２排気弁１０,１１が開かれたときに、
燃焼ガスを第１,第２排気ポート１２,１３を介して第
１,第２独立排気通路１４,１５に排出するといったプロ
セスが繰り返されるようになっている。

【００１８】このようなプロセスの連続した繰り返しに
よって、ピストン８がシリンダボア内でその軸線方向に
往復運動をし、このピストン８の往復運動が、コンロッ
ド１６とクランクピン１７とクランクアーム１８とを介
して回転運動に変換されてクランク軸１９に伝達される
ようになっている。点火プラグ９へは、ダイレクトイグ
ニッションコイル２０から所定のタイミングで高電圧が
印加され、この高電圧によって点火プラグ９の電極部に
火花放電が起こるようになっている。第１,第２独立排
気通路１４,１５は下流側で１つの共通排気通路４１に
集合され、この共通排気通路４１には排気ガスを浄化す
る触媒コンバータ４２が介設されている。なお、排気ガ
スのＯ₂濃度(すなわち空燃比)を検出するＯ₂センサ７２
が共通排気通路４１に臨設されている。

【００１９】第１,第２吸気ポート３,４は吸気側半部
(図１〜図３では左側半部)で燃焼室７の頂面に開口する
一方、第１,第２排気ポート１２,１３は排気側半部(図
１〜図３では右側半部)で燃焼室７の頂面に開口してい
る。そして、第１吸気ポート３は、燃焼室７内にスワー
ルを生成させることができるタンゼンシャルポートある
いはヘリカルポートとされている。なお、第１吸気ポー
ト３は、特許請求の範囲に記載された「成層化手段」に相
当する。

【００２０】燃焼室７の平面視での中心部付近におい
て、燃焼室７の上側には、該燃焼室７と連通孔７５を介
して連通する略円柱形の副室６０が、その軸線がシリン
ダボア軸線とほぼ一致するような位置関係で形成され、
この副室６０に臨んで点火プラグ９が配置されている。
すなわち、点火プラグ９が、その電極部が副室６０の上
端面から下向きに突出するように配置されている。ここ
で、連通孔７５は、副室６０内の水素ガスの燃焼室７へ
の漏出を極力防止するため小径とされている。

【００２１】各気筒の燃焼室７に空気を供給するため
に、上流端が大気に開放された単一の共通吸気通路２１
が設けられ、この共通吸気通路２１には、空気の流れ方
向にみて上流側から順に、吸入空気中のダストを除去す
るエアクリーナ２２と、吸入空気量を検出するエアフロ
ーセンサ２３と、アクセルペダル(図示せず)の踏み込み
量に応じて開閉されるエレキスロットル弁２５とが介設
されている。なお、吸入空気温度を検出する温度センサ
７１がエアクリーナ２２に臨設されている。そして、共
通吸気通路２１の下流端は、吸入空気の流れを安定化さ
せるサージタンク２６に接続され、このサージタンク２
６に前記した各気筒の第１,第２独立吸気通路５,６の上
流端が接続されている。

【００２２】共通吸気通路２１に対して、エレキスロッ
トル弁２５をバイパスさせて空気を通すバイパス吸気通
路２７が設けられ、このバイパス吸気通路２７には、該
バイパス吸気通路２７内を流れる空気の流量を調節する
ことによってアイドル回転数を制御するＩＳＣバルブ２
８が介設されている。

【００２３】第１独立吸気通路５に対しては、該第１独
立吸気通路５内の空気中にガソリン(炭化水素系燃料)を
噴射して、ガソリンと空気とからなる混合気を生成する
燃料噴射弁３１が設けられている。この燃料噴射弁３１
の燃料噴射量は、混合気の空燃比Ａ／Ｆが、運転状態
(スロットル開度、エンジン回転数等)に応じて設定され
る目標空燃比に追従するようコントロールユニット(図
示せず)によって好ましく制御されるようになってい
る。なお、燃料噴射弁３１は、特許請求の範囲に記載さ
れた「炭化水素系燃料供給手段」に相当する。具体的に
は、目標空燃比は、高負荷領域等、高いエンジン出力を
必要とする運転領域では出力を高めるためにほぼ理論空
燃比(Ａ／Ｆ＝１４.７)に設定され、他方低負荷領域
等、それほどエンジン出力が必要とされない運転領域で
は、燃費性能とエミッション性能とを高めるためにほぼ
リーンリミットに設定されるようになっている。なお、
後で説明するように、混合気は水素ガスの燃焼によって
生じる火炎によって強力に着火・燃焼させられるように
なっているので、リーンリミットは、普通のガソリンエ
ンジンに比べて大幅に高められている。

【００２４】また、第２独立吸気通路６には開閉弁３２
が介設され、この開閉弁３２は負圧応動式のダイヤフラ
ム装置からなるアクチュエータ３３によって開閉される
ようになっている。具体的には、三方弁３５によって、
アクチュエータ３３の圧力室に負圧通路３４を通してサ
ージタンク２６内の負圧を導入するか、それとも大気圧
を導入するかが切り替えられ、該圧力室に負圧が導入さ
れたときにはアクチュエータ３３によって開閉弁３２が
閉じられ、圧力室に大気圧が導入されたときには開閉弁
３２が開かれるようになっている。この開閉弁３２は低
負荷領域等では閉じられ、このとき空気が第１吸気ポー
ト３からのみ燃焼室７に供給され、燃焼室７内に強いス
ワールが生成され、燃焼室７内で混合気が成層化され、
これによって混合気の着火性・燃焼性が高められるよう
になっている。開閉弁３２は高負荷領域等では開かれ、
このとき空気が両吸気ポート３,４から燃焼室７内に供
給され、充填効率が高められるようになっている。

【００２５】なお、エンジン内(クランク室内)で発生す
るブローバイガスをサージタンク２６に導入するため
に、ＰＣＶバルブ３６を備えたブローバイガス通路３７
が設けられている。また、ブローバイガスの排出を促進
するために、共通吸気通路２１内の空気の一部をエンジ
ン内に供給する新気導入通路３８が設けられている。

【００２６】以下、燃料噴射弁３１にガソリンを供給す
る燃料供給系統を説明する。この燃料供給系統において
は、燃料タンク４５内のガソリンが、燃料フィルタ４６
を通して燃料ポンプ４７に吸い込まれた後、該燃料ポン
プ４７から所定の吐出圧で吐出され、フィルタ４９が介
設された燃料供給通路４８を通して燃料噴射弁３１に供
給されるようになっている。燃料噴射弁３１で噴射され
ない余剰のガソリンは、燃料圧を制御するプレッシャレ
ギュレータ５２が介設された燃料戻し通路５１を通して
燃料タンク４５に戻されるようになっている、なお、プ
レッシャレギュレータ５２には、吸気負圧の影響をなく
すために、サージタンク２６内の吸気負圧が負圧導入通
路５３を通して導入されるようになっている。

【００２７】燃料タンク４５内のガソリンベーパを含む
空気は、ガソリンベーパの大気中への拡散を防止するた
めに、基本的にはタンク内空気リリース通路５４を通し
てサージタンク２６にリリースされるようになってい
る。そして、このタンク内空気リリース通路５４には、
空気の流れ方向にみて上流側から順に、リリースされる
空気からガソリンミストを分離するセパレータ５５と、
２ウエイバルブ５６と、リリースされる空気中のガソリ
ンベーパを吸着するキャニスタ５７と、オリフィス５８
と、デューティソレノイドバルブ５９とが介設されてい
る。

【００２８】ところで、本実施例においては、ガソリン
と空気とからなる混合気の着火・燃焼を助勢するための
水素ガスを、燃料であるガソリンから生成する燃料改質
装置が設けられている。すなわち、フィルタ４９のすぐ
下流において燃料供給通路４８から分岐する分岐燃料供
給通路６１が設けられ、この分岐燃料供給通路６１の下
流端は、内部に燃料改質触媒が充填された燃料改質器６
２に接続されている。ここで、燃料改質触媒は、水素と
炭素の化合物であるガソリンを分解して水素を生成する
ようになった、よく知られた触媒である。なお、ガソリ
ンと空気とからなる混合気の着火・燃焼を助勢するため
の気体燃料は水素ガスに限定されるものではなく、着火
性の高い気体燃料なら何でもよいのはもちろんである。

【００２９】そして、燃料改質器６２で生成された水素
ガスは、水素導入通路６５を通して水素供給用インジェ
クタ６３に供給されるようになっている。この水素供給
用インジェクタ６３は、所定量の水素ガスを、所定の圧
力及び所定のタイミングで、水素供給通路６９を通して
副室６０に供給するようになっている。この水素供給通
路６９には、２つのチェックバルブ６４a,６４bが介設
されている。また、両チェックバルブ６４a,６４b間の
水素供給通路６９内の圧力を検出する圧力計６６が設け
られている。ここで、水素供給通路６９はエンジン本体
内ではその壁部を切削して形成された水素供給孔(気体
燃料供給孔)とされている。なお、水素供給用インジェ
クタ６３は、特許請求の範囲に記載された「気体燃料制
御手段」に相当する。また、一連の水素ガス供給系統
は、特許請求の範囲に記載された「気体燃料供給手段」に
相当する。

【００３０】そして、水素供給通路６９(水素供給孔)の
下流端は、副室６０の上端部近傍において、ほぼ副室円
周方向を向くようにして副室６０の内周面に開口されて
いる。これによって、水素供給通路６９(水素供給孔)か
ら副室６０内に流入する水素ガスが副室６０内にスワー
ル(横渦)を生成するようになっている。

【００３１】また、副室６０と第２吸気ポート４(ない
しは第２独立吸気通路６)とを連通させる連通路６７が
設けられ、この連通路６７には、第２吸気ポート４から
副室６０へは自由に空気を流入させる一方、副室６０か
ら第２吸気ポート４への空気の流れを止める一方弁６８
が介設されている。ここで、連通路６７は、副室６０の
上端部近傍において、ほぼ副室円周方向を向くようにし
て副室６０の内周面に開口されている。これによって、
連通路６７から副室６０内に流入する空気が副室６０内
にスワール(横渦)を生成するようになっている。なお、
連通路６７と一方弁６８とは、特許請求の範囲に記載さ
れた「掃気用空気供給手段」に相当する。

【００３２】ここにおいて、連通路６７を、副室６０と
第１吸気ポート３(ないしは第１独立吸気通路５)とを連
通させるようにしてもよい。また、一方弁６８の代わり
に、クランク軸１９と同期して所定のタイミングで開閉
される開閉弁を設け、吸気行程で第２吸気ポート４から
副室６０へ空気を流入させるようにしてもよい。

【００３３】上記構成において、まず吸気行程では燃焼
室７内の負圧が副室６０に及ぶので副室６０内は減圧さ
れ、第２吸気ポート４内の空気が連通路６７と一方弁６
８とを通して副室６０内に流入する。前記したとおり、
連通路６７が副室６０の上端部付近に開口されているの
で、該空気が副室６０内を流通して副室６０内が強力に
掃気される。かつ、副室６０内にはスワールが生成され
るので、このスワールによって副室６０内の掃気が促進
される。このため、副室６０内の残留ガスが一掃され
る。また、このようにして副室６０に流入した空気はさ
らに燃焼室７に流入するので吸気充填効率が高められ、
したがってエンジン出力が高められる。なお、一方弁６
８の代わりに開閉弁を設けた場合は、該開閉弁を第１,
第２吸気弁１,２と同期させて開閉させるようにすれば
よい。

【００３４】そして、吸気行程終了後すなわち圧縮行程
の所定の時期に、水素供給用インジェクタ６３から水素
供給通路６９に所定量の水素ガスが噴射され、この水素
ガスが副室６０内に流入し、副室６０内には水素と空気
とが混合されてなる混合気が形成される。なお、水素噴
射量は、副室６０内に水素と空気中の酸素との比が体積
で２:１程度となる混合気が形成されるように設定する
のが好ましい。このように吸気行程終了後に水素ガスを
副室６０に供給するようにしているので、副室６０内の
水素ガスの吸気系への逆流が防止される。また、水素ガ
スが副室６０の上端部付近に供給され、かつ連通孔７５
が小径とされているので、副室６０内での水素ガスの滞
留率が良くなり、水素ガスの燃焼室７への無駄な漏出・
拡散が抑制される。なお、前記したとおり、水素供給通
路６９が副室６０の上端部付近に開口され、かつ副室６
０に流入する水素ガスによってスワールが生成されるよ
うになっているので、副室６０内は一層有効に掃気され
る。

【００３５】そして、圧縮行程に続く燃焼行程では、点
火プラグ９によって副室６０内の水素と空気とからなる
混合気が着火される。水素と空気とからなる混合気は、
着火性が極めて高くかつ可燃範囲が非常に広いので、該
混合気は確実に着火・燃焼させられる。前記したとお
り、副室６０内が強力に掃気されているので、水素ガス
の高い着火性が十分に活用される。

【００３６】そして、副室６０内で水素の燃焼によって
生じた火炎が燃焼室７内に噴出し、この火炎によって燃
焼室７内のガソリンと空気とからなる混合気が確実かつ
強力にに着火・燃焼させられる。したがって、低負荷領
域等、ガソリンと空気とからなる混合気の空燃比がリー
ンに設定される空燃比領域では、リーンな混合気が確実
に着火・燃焼させられるので、リーンリミットを大幅に
高めることができ、燃費性能とエミッション性能とが高
められる。また、前記したとおり、低負荷領域等では混
合気が成層化されるので、リーンな混合気の着火性・燃
焼性が一層高められる。他方、高負荷領域等、ガソリン
と空気とからなる混合気の空燃比がほぼ理論空燃比とさ
れる空燃比領域では、該混合気の着火・燃焼が水素の燃
焼による火炎によって助勢されるので、混合気の燃焼速
度が高くなり、ノッキングが抑制されて耐ノック性が大
幅に高められる。

【００３７】＜第２実施例＞以下、図４を参照しつつ本
発明の第２実施例を説明するが、説明の重複を避けるた
め、図１〜図３に示す第１実施例と共通する部分には第
１実施例と同一番号を付してその説明を省略し、第１実
施例との相異点についてのみ説明する。図４に示すよう
に、第２実施例ではエンジンＣＥ'に副室は設けられ
ず、点火プラグ９は燃焼室７に臨んで配置されている。
また、両吸気ポート３,４に夫々燃料噴射弁３１a,３１b
が設けられている。そして、上流端が吸気ポート３,４
と連通し、下流端が点火プラグ９方向を向くようにして
燃焼室７の頂面に開口する水素供給ポート８１が設けら
れ、この水素供給ポート８１の下流端近傍にはこれを開
閉する水素供給弁８２(タイミング弁)が設けられ、かつ
上流端付近にはこれを開閉する連通弁８３が設けられて
いる。また、水素供給ポート８１に臨んで水素供給用イ
ンジェクタ６３が配置されている。

【００３８】図５にかかるエンジンＣＥ'における、吸
気弁１,２と(Ｇ₁)、排気弁１０,１１と(Ｇ₂)、連通弁８
３と(Ｇ₃)、水素供給弁８２(Ｇ₄)の開閉タイミングを示
す。図５から明らかなとおり、吸気行程では吸気弁１,
２と連通弁８３と水素供給弁８２とがともに開かれ、吸
気ポート３,４内の空気が水素供給ポート８１を通して
燃焼室７に供給される。したがって、吸気行程では、両
吸気ポート３,４と水素供給ポート８１とから燃焼室７
内に空気が供給される。したがって、水素供給ポート８
１ないしは水素供給弁８２を配置したことにより、吸気
弁面積ないしは吸気ポート開口面積が減らされた場合で
も、十分に充填効率が高められエンジン出力が高められ
る。また、水素供給ポート８１から燃焼室７内に流入す
る空気によって点火プラグ９まわりが掃気される。この
ため、後で説明する燃焼行程での水素ガスないしは混合
気の着火性が高められることになる。

【００３９】吸気行程終了後、すなわち圧縮行程では連
通弁８３が閉じられる一方、水素供給弁８２が開かれ
る。そして、水素供給用インジェクタ６３から、所定量
の水素ガスが所定のタイミングで水素供給ポート８１に
供給され、この水素ガスが燃焼室７内に流入し、その大
部分は点火プラグ９まわりに集まる。

【００４０】そして、圧縮行程に続く燃焼行程では、点
火プラグ９に高電圧が印加され、電極部で火花放電が起
こる。ここにおいて、点火プラグ９まわりには極めて着
火性の高い水素ガスが集まっているので、この水素ガス
の燃焼によって生じる火炎によって、ガソリンと空気と
からなる混合気の着火・燃焼が強力に助勢され、該混合
気の着火性・燃焼性が大幅に高められる。このため、第
２実施例においても、第１実施例の場合と同様に、低負
荷領域等ではリーンリミットを高めて燃費性能とエミッ
ション性能とを高めることができ、高負荷領域等では耐
ノック性を高めることができる。

【００４１】なお、図６に示すように、水素供給弁８２
を、吸気行程から圧縮行程にかけて開いたままにしても
よい(Ｇ₄')。この場合も、図５の場合と同様の効果が得
られるのはもちろんである。

【００４２】

【発明の作用・効果】第１の発明によれば、炭化水素系
燃料の混合気の空燃比がリーンなときには、吸気行程後
半から圧縮行程前半までの間の所定の時期に着火性の高
い気体燃料が点火プラグまわりに供給されるので、気体
燃料の燃焼によって生じる火炎によって混合気の着火・
燃焼が助勢される。このため、低負荷時にはリーンリミ
ットを高めることができ、燃費性能とエミッション性能
とが高められる。また、吸気行程で気体燃料供給ポート
に掃気用の空気が供給されるので、点火プラグまわりの
掃気性が高められ、点火時において点火プラグまわりの
気体燃料濃度が高められ、混合気の着火性・燃焼性が一
層高められる。かつ、燃焼室に供給された上記掃気用の
空気が燃焼に利用されるので、充填効率が高められエン
ジン出力が高められる。さらに、炭化水素系燃料の混合
気が燃焼室中心部に成層化させられるので、混合気の着
火性・燃焼性がさらに高められる。

【００４３】第２の発明によれば、基本的には第１の発
明と同様の作用・効果が得られる。さらに、気体燃料の
燃焼室への供給がタイミング弁によって制御されるの
で、気体燃料の供給を最も適切な時期に行わせることが
でき、混合気の着火性・燃焼性が一層高められる。

【００４４】第３の発明によれば、燃焼行程ではまず点
火プラグによって副室内の着火性の高い気体燃料が着火
・燃焼させられ、この気体燃料の火炎によって、炭化水
素系燃料と空気とからなる混合気が着火・燃焼させられ
る。このため、上記混合気の着火性・燃焼性が高めら
れ、リーンリミットを大幅に高めることができ、燃費性
能とエミッション性能とが高められる。

【００４５】第４の発明によれば、基本的には第３の発
明と同様の作用・効果が得られる。さらに、吸気行程で
副室に掃気用の空気が供給されるので、副室内の掃気性
が高められ、気体燃料の高い着火性を十分に活用するこ
とができ、混合気の着火性・燃焼性が一層高められ、リ
ーンリミットが高められる。かつ、副室に供給された掃
気用の空気が燃焼に利用されるので、充填効率が高めら
れエンジン出力が高められる。さらに、炭化水素系燃料
の混合気が燃焼室中心部に成層化させられるので、混合
気の着火性・燃焼性がさらに高められる。

【００４６】第５の発明によれば、基本的には第３又は
第４の発明と同様の作用・効果が得られる。さらに、気
体燃料供給孔の開口部が副室接線方向に向けられるの
で、副室内にスワールが生成され、このスワールによっ
て副室内の掃気が促進され、気体燃料の高い着火性を一
層有効に活用することができ、リーンリミットがさらに
高められる。

【００４７】第６の発明によれば、基本的には第２又は
第５の発明と同様の作用・効果が得られる。さらに、掃
気用空気供給手段が、連通路と一方弁とで構成されるの
で、掃気用空気供給手段の構造が簡素化される。

【００４８】第７の発明によれば、基本的には第２の又
は第５の発明と同様の作用・効果が得られる。さらに、
高負荷領域でも気体燃料によって、炭化水素系燃料と空
気とからなる混合気の着火・燃焼が助勢されるので、該
混合気の火炎の伝播速度が高められ、ノッキングの発生
が抑制され、耐ノック性が高められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す火花点火式エンジ
ンのシステム構成図である。

【図２】図１に示すエンジンの点火プラグまわりの一
部断面立面説明図である。

【図３】図１に示すエンジンのポートまわりの平面説
明図である。

【図４】本発明の第２実施例を示す火花点火式エンジ
ンのポートまわりの平面説明図である。

【図５】図４に示すエンジンの各種弁の開閉タイミン
グの一例を示す図である。

【図６】図４に示すエンジンの各種弁の開閉タイミン
グのもう１つの例を示す図である。

【符号の説明】

ＣＥ,ＣＥ'…火花点火式エンジン３,４…第１,第２吸気ポート５,６…第１,第２独立吸気通路７…燃焼室９…点火プラグ３１,３１a,３１b…燃料噴射弁６０…副室６３…水素供給用インジェクタ６７…連通路６８…一方弁６９…水素供給通路(水素供給孔) ８１…水素供給ポート８２…水素供給弁８３…連通弁

フロントページの続き (72)発明者斉藤史彦広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (72)発明者橋本一彦広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸気通路を介して燃焼室に炭化水素系燃
料を供給する炭化水素系燃料供給手段と、燃焼室に臨設
された点火プラグの周囲に炭化水素系燃料よりも着火性
の高い気体燃料を供給する気体燃料供給ポートとが設け
られた火花点火式エンジンにおいて、少なくとも炭化水素系燃料の混合気の空燃比が理論空燃
比よりもリーンであるときには、吸気行程後半から圧縮
行程前半までの間の所定の時期に気体燃料が燃焼室に供
給されるよう、気体燃料供給ポートを制御する気体燃料
制御手段と、吸気行程で気体燃料供給ポートに掃気用の空気を供給す
る掃気用空気供給手段と、炭化水素系燃料の混合気を燃焼室中心部に成層化させる
成層化手段とが設けられていることを特徴とする火花点
火式エンジン。
【請求項２】請求項１に記載された火花点火式エンジ
ンにおいて、気体燃料制御手段が、気体燃料供給ポートの燃焼室への
開口部に配設されて吸気行程後半から圧縮行程前半まで
の間の所定の時期に開弁されるタイミング弁であること
を特徴とする火花点火式エンジン。
【請求項３】吸気通路を介して燃焼室に炭化水素系燃
料を供給する炭化水素系燃料供給手段が設けられた火花
点火式エンジンにおいて、燃焼室に開口する副室が設けられ、該副室に臨んで点火
プラグが配置されていて、炭化水素系燃料よりも着火性の高い気体燃料を上記副室
に供給する気体燃料供給手段が設けられていることを特
徴とする火花点火式エンジン。
【請求項４】請求項３に記載された火花点火式エンジ
ンにおいて、少なくとも炭化水素系燃料の混合気の空燃比が理論空燃
比よりもリーンであるときには、吸気行程後半から圧縮
行程前半までの間の所定の時期に気体燃料が副室に供給
されるよう、気体燃料供給手段を制御する気体燃料制御
手段と、吸気行程で副室に掃気用の空気を供給する掃気用空気供
給手段と、炭化水素系燃料の混合気を燃焼室中心部に成層化させる
成層化手段とが設けられていることを特徴とする火花点
火式エンジン。
【請求項５】請求項３又は請求項４に記載された火花
点火式エンジンにおいて、気体燃料供給手段の副室への気体燃料供給孔が、副室接
線方向に向けて副室に開口されていることを特徴とする
火花点火式エンジン。
【請求項６】請求項２又は請求項５に記載された火花
点火式エンジンにおいて、掃気用空気供給手段が、吸気通路と気体燃料供給ポート
又は副室とを連通する連通路と、該連通路に介設され吸
気通路から気体燃料供給ポート又は副室への空気の流れ
のみを許容する一方弁とで構成されていることを特徴と
する火花点火式エンジン。
【請求項７】請求項２又は請求項５に記載された火花
点火式エンジンにおいて、気体燃料制御手段が、高負荷領域においても気体燃料が
燃焼室又は副室に供給されるよう、気体燃料供給ポート
又は気体燃料供給手段を制御するようになっていること
を特徴とする火花点火式エンジン。