JPS6036721A - 層状給気エンジン - Google Patents

層状給気エンジン

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JPS6036721A
JPS6036721A JP58145276A JP14527683A JPS6036721A JP S6036721 A JPS6036721 A JP S6036721A JP 58145276 A JP58145276 A JP 58145276A JP 14527683 A JP14527683 A JP 14527683A JP S6036721 A JPS6036721 A JP S6036721A
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松岡 孟
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徳島 孝成
Haruo Okimoto
沖本 晴男
Masakimi Kono
河野 誠公
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、層状給気エンジンに関するものである。
(従来技術) 従来より、エンジンの燃費性、エミッション性を改善す
る目的から、負荷に応じて燃焼室に供給する燃料のうち
着火に必要な燃料だ【プを着火装置の近傍に偏在させて
、この部分のみの空燃比を濃くして着火性を向上した層
状燃焼を行うようにして、全体として希薄燃焼が実現で
きる層状給気エンジンが、例えば特開昭49−6280
7号、特開昭49−128109号に見られるように公
知である。
上記層状給気エンジンにおいては、着火装置まわりに供
給する着火用燃料は負荷に関係なく一定とし、この着火
用燃13+の供給と同時に0荷に応じた量の分散燃料を
供給するJ:うにしCいるものであり、低負荷時には着
火装置まわりに偏在した燃料の比率が大きく層状燃焼を
行う一方、高負荷時にJ3いてtま分散して供給される
燃料の比率が多くなつ−C均一燃焼を行うことになる。
しかして、[−記のように負荷の上昇に応じC層状燃焼
から均一燃焼への移行を行う際に、燃料が着火装置のま
わりに偏在している層状燃焼においては、この着火装置
Nによって着火された成層燃料を空気と十分に混合させ
るとともに、火炎を燃焼室全体に伝播させて供給燃料全
体を十分に燃焼させるためには、燃焼室に導入する吸気
にスワールを生成する必要がある。一方、燃料が分散供
給されている均一燃焼の場合には、吸入空気量が増大し
ていることににす、そのスワールが強くなり、このよう
な強いスワールの生成は、かえって燃焼速度の異常上昇
に基づく燃焼騒音、ノッキングの発生を1r1<とどb
に、スワールの生成そのものが吸気抵抗となって吸気効
率が低減し、出力損失をしたらす問題を右Jる。
(発明の[−1的) ぞこ(゛、本発明は上記事情に鑑み、少なくとも低負荷
時では着火装置のまわりに燃料を偏在して供給した層状
燃焼を行うとどt’>に、a7!lC1タ11或(′は
燃焼室全体に燃料を5)散じて供給しl、−均一燃焼を
行うJ−うにして、良θI’Q屑状燃焼と均一燃焼を1
1するとともに、低t1 lX:+時には強いスワール
のと1成による確実41層状燃焼を確保覆る一方、高(
,16:+ It、)にお(プる騒I)の発生、出力損
失を改託したIf/i状吸気エンジンを提供することを
目的と−づるbのである。
(発明の構成) 本発明の層状給気■ンジン(、L、燃焼室内のる大装置
まわり(。−燃料を供給づる燃11供給−「「9を備え
、低負荷時には燃料供給手段から着火’l’ii ii
’/の51.4)りに偏在して燃料を供給し石火ガるこ
と+(l J、り層状燃焼を行う−1)、高負荷I)に
は燃焼゛全肉に分散して燃料を11(給し着火すること
により均一燃焼を行うようにしたしのであって、燃焼室
に尋人された吸気にスワールを与えるとともに、イのス
ワール強さを制御−りるスワール制御手段を設(〕、前
記均一燃焼11、)には層状燃焼時に比しCスワールを
弱くりる、1う(、−シたことを特徴どりるものである
(発明の効果) 33− 11((1r=“■咳におい((1、燃料供給手段にJ
、って燃焼4.i、?内の着火装置81: 471つに
偏7Fシて燃料を供給するとと0に強いス「ノールの生
成により確実な層状燃焼を?Iい、希AU燃焼によって
燃費1ノ1を向−りする一方、高ti間運転域に1+3
いては、燃料供給手段に。1、つ(燃料を分散供給覆る
とともにスワールを弱くして均一燃焼を行い、スモーク
、燃焼騒音の発く1を伴うことなく吸気抵抗を軽減し、
吸気効率を向上して良好rr高出力運転を確保づること
かできる。
(実fJ1!1例) 1ヌト、図面IJJ、り本発明の実1jA態様を訂細に
説明する。
実施例1 この実施例(よ第1図ないし第5図に示し、燃料IJξ
給−f段を、成層用の第1燃利供給手段と分散用の第2
燃利供給1「9どにより構成した例を示づ−ものである
第1図に示−4、−1ンジンにd3いて、1はピストン
2の−に一方に形成くきれた燃焼室、3は該燃焼室1に
−4= 吸入空気を導入づる吸気通路、4は燃焼室1から1)1
気ガスを埒出づる(11気通路、E)la 19J気ブ
r、611排気弁、7 i、l il+l通気4に介装
された触媒装置をそれぞれ示しCいる。
」二記燃焼室1には、点火プラグによる着火装置8が配
設されるとともに、この着火装置8のまわりに燃料を供
給づる成層用燃料噴射ノズル9が配設され、この成層用
燃料噴射ノスル9には燃料噴0=1ポンプ10が接続さ
れて第1燃利洪給手段11が構成されている。
一方、上記吸気通路3には、燃焼室1内に燃料を分散供
給Jる分散用燃料噴射ノズル12ににる第2燃利供給f
段13が介装されている。さらに、この分散用燃料lI
7!川ノズル12の下流には絞り弁1/lが配設され、
この絞り弁14にはその間閉作動を行うアクヂコ丁−タ
15()7りL< /しIM l’1 +ご1.1連1
ノしていない)が設()られr吸気通路3の聞]]面積
を制御する。
さらに、上記吸気通路3の下流側部分には第2図にも示
すように、回動自在なスワール調整プレ−1へ1(1が
fFi・ムされ、このスワール調整プレー1へ16(J
は開閉動イ′1を?[うアクチュエータ17が接続され
″C1燃焼至′1内に導入する吸気にその周方向に71
iつたス「ノールSを付与するとともに、そのスワール
強、\4制御するスワール制御手段18が構成されてい
る。゛りなわち、上記スワール調整ブlノー1〜16が
閉作動して第2図の状態にあるときにIJ、吸入空気は
このスワール調整プレート16によって絞られ′C:f
、の流速が向上づ−るとともに、燃焼¥1の接線/)向
から導入し、燃焼室1内に強いスワールを生成覆るもの
であり、スワール調整プレー1−16が聞いた状態では
、吸入空気に11旋回方向の力は!jえられず、スワー
ルは生成されなくイfる。
111:第1燃f’l供給NV11の燃料噴射ポンプ1
0、第2燃旧供給丁一段13の分散用燃料噴64ノスル
12、絞り弁1・10′)7クチコJ−タ15、および
スワール制tall ”1” IJ 1 Bのアクチュ
エータ17の1仙は、制御[段11〕によって制御され
る。
1−閉制ね11手段19は、エンジンの要求0荷を例え
ばアクセルセンサーによって検出する負荷検出手段20
からの負前信号、エンジン回転1了ンリー21からのエ
ンジン回転信号等を受【J1構成用燃利唱射ノズル9か
らの燃11噴射量および燃料噴射時期、分散用燃料噴射
ノズル12からの燃料噴q1h1をイれぞ゛れ制御ηる
どとも(3、較り弁14の開作動前期、およびス「ノー
ル調整プレー1−16の開度を制御するものである1゜ 上t1シ制御手段19による(1荷に対応した燃料供給
量制御は、11夕I検出手段20の信号を受t−j 、
 nQ定負荷以下の低・中負荷域にお【〕る常常連運転
では第2燃利供給手段13による分散燃料の供給は停止
し、第1燃料1バ給手段11にJ、る成層燃オ′々1を
供給して層状燃焼を行い、負荷の増加に応じてイの供給
司を増加し、設定負荷を越えると成層燃料の供給品を減
少させるものである。一方、第2燃利供給手段13によ
る分散燃料は、上記設定角的近傍のf1荷1ス上におい
て供給を開始し、第1燃F1供給手段11による成層燃
料の減少ム1を補うどどもに、負荷の増加に応じて全供
給小が増加づるj。
7− う分11(用燃料の供給fr1を増加して層状燃焼から
均一燃焼に移行Jるものである。その際、各噴射毎の噴
IJJ l’i2、噴射0り数(511292回転数に
対応して設定覆る。
J/「、す4−、、エンジンのf1荷に対応した第1燃
利供給f段11 + h’+ 2燃判供給手段13にに
る燃料供給hl制til+は、り13図に示す、lうに
行う。この第33図は9夕]の倹01に夕・1りる燃料
供給量Qの変動を空気過剰率λの変動とどbに示ずもの
であって、前記絞り弁14は基本的に全開状態で吸入空
気ωは一定であり、ti A (7) I[i加に対し
燃料供給♀Qを増加(〕(空気過II!ll率λを小さ
くし、すなわち空燃比をm<t、’r出力制御を行うよ
うに設けられている、1燃判供給楢Qにおいて、領域1
の燃料を第1燃判供給手段1 ’I h’ 6供給し、
領域■の燃料を第2燃料(1(給’f一段13から供給
するものである。第1燃1′H1供給手段11による成
層燃料の供給はA点の設定負荷数](でkl、 It荷
の増加に応じて増大する一y)、この設定C’i dh
Δ点を越えると、第1燃判供給手段11からの燃r1供
給を減少し、B点を越え=8− た高t1荷時に(,1、成層用燃′PI l115 a
・Iノズル9のカーボンにJ、る目詰まり防止とIln
熱防11−のたV)に少帛噴射を継続する。
−h、上記第2燃利供給手段13による分散燃11の供
給はA点の設定負荷数」−で供給を開始し、これJ、り
負荷が増加すると第1燃利供給千1911による成層燃
料の供給減少を補うとともに、全体どして0荷の増加に
対応して増加した燃料を供給するものである。
十記A点の設定負荷は、イの時点に、1IJる空気過剰
ヰ′λが均一混合気でも着火可能な盾−大限界の空気過
剰率λ以下となるJ、うな0荷状態に設定され、また、
B点の0荷は、その時r:、Iにa−31,ノる空気過
剰率λが層状燃焼にj、つては空気利用率がイ1(下し
てスモークが発生し始める空気過剰率2以上となるJ、
うな負荷状態に設定される。
よって、上記A点数下においては、燃料し1燃焼室1の
着火装置8まわりに偏在して供給される層状燃焼領域で
あり、8点以上が燃焼室1全体に燃r1が分散l)で供
給される均一燃焼領域で、A −13間がF?#):燃
焼Q’+域から均一燃焼領域への移行領域である。
なお、り12燃籾11j給f段13による分散燃Hの1
1(給開始詩期11.ff!1燃料供給手段11による
成層燃r1の(j(給を減少さμる設定ロア1ム△点ど
一致さifることなく、この△貞近傍の相前後した負召
■状態(・11給を開り11りるようにすればよい。
よl、二、第1燃r1供給f段11による成層燃*3(
供給と第2燃利供給−「ru13による分散燃料It給
の切換λは、lx ii[!の如く徐々に減少、増大り
るように1Jるはか、設定口前A点ど[3点との間ので
〕層状rP、i I−−にいで、Δン・Aノ的に切換え
るようにしてb J、い。
次に、第1図は161′:+変動に対し、第1燃斜供給
手段1′1にJ、る成層燃料の噴射時期(ll?J !
iJ聞始開始)と点火時期を承Jものであり、前記A点
の8Q定C’J 6:t Iス下の成層化を行う領域で
1よ、噴射■S明は11g l1ii−191S点近傍
の点火114期より所定m7い時期に69定(\れ、1
lrj EJ・j燃料が着火装置8まわりに右9)rに
偏白−した状flif CWソ(を1−1つ。上記A点
を越λてト3点の/) iiii1−を行:)領1或に
移行りるのに従っ−(、哨C1l 11.7 tlll
 ヲ進Nr C’+4 Lz l侍111] ニ噴(i
) ヲ?’[イ、第1 燃fil供給手段11から哨q
1さt)た燃Y’I o)ha在を小さくしで燃焼室1
仝体に分散させるようにづイ)。まI、:、アイドル運
転ItγのJ、うな極低0荷時には燃旧■^Q1時朗お
にび点火時期は若干進めて安定+’lを白土している。
一力、制御手段19)による絞り弁1/1の開閉制御i
J、lit本的にle&絞り弁14を仝開状態どし【ラ
ンス11ツ1−ル運転を行い、丁ンジン始動+1.s 
bL、 <は減’r’M ILTの、J、うな神低負荷
詩またはエンジン冷機的には聞1αを小さくして吸入空
気bjを減少するものである。
また、制御11手段19によるス1ノール強εきの制(
211づなわIうスワール制9(1手段18のスツール
調整グレー1〜16の聞1α制御は、第5図に実線で承
りように、前記設定負荷△貞1ス下の低Q荷時にはスワ
ール調整プレー1〜16を閉作動してス1ノールを強く
し、B点lス土となるど殆どスワールは生成されないも
のである。このスワール比は、エンジン回= 1 1− ’17を数にス・しJるスリール回転数の比Cあり、ス
ワール強、\をあら4つり。
/、1お、Ru ”ILT El 伺A +、’、t 
f/、ドにおイT’ LJ、n仙が低Y;リイ)のにt
、rつ(ス1ノールが弱くイrるように設定されている
。こ41は低C)何時には燃料噴Q=J量も少なく、こ
の少/<ぃ燃r1噴Q’fに対し非常に強いス1ノール
の(1成は、燃料の成層化を不安定とし−C着火性を低
小さくJる恐ftがイしるのC1低0荷時にはスワール
が弱くイCイノ、1、うにしている。
、(、t、二、−1−配電()図の実線で示した特1ノ
(は、連続的にスワール強さが制御11できる場合のも
のであり、スワール制御J一段I F3が甲にスワール
調整プレー1〜16をAン・Δ)的(3−開閉するだ(
ブの制御方j(のε)の(゛は、第;)図に鎖線で承り
ようなスワール強さの変化と<韮69゜ よつ−(,11il: ’J:施例の層状給気エンジン
によれば、設定f16:+△貞以下の低・中負荷におl
−J 6 富用運転領域て゛は、強いスワールの生成に
伴う層状燃焼を行・)C良好な着火411を得るととも
に、希、j9燃焼を可能どして燃費性を向」−づると同
時に、この12− 成層領域においては、絞り弁1/Iを′閉じることなく
吸入空気H1を〜定として、第1燃r1供給r段11に
よる燃料供給h1によっC出力制御911を行うJ、う
にしたことにより、絞り弁14の絞り作動に伴うボンピ
ングロスを大幅に低減りることができ、燃費性がにり一
層向上する。
また、上記設定11荷A点を越えた高角前運転域では層
状燃焼から均一燃焼に移行して空気利用率を増大してス
モークの発生を伴うことなく高出力運転を行うものであ
り、その際、スワールを弱くして燃焼速度の巽常上昇に
基づく燃焼騒音、フッ:1ニングの発生を抑制するとと
もに、吸気抵抗を軒減して吸気グj率を向−1シ”CJ
3す、全領域において良好な運転f1能と、ボンピング
[1スの低減による燃!&P1の改善が行える。
なJ3、前h1(第2燃石供給手段13は、分散用燃料
噴64ノズル12ににる燃料噴剣IJ式に代λ(、気化
器を使用して吸気通路3に分散燃料を供給りるようにし
−Cちよい。
また、上記実施例では第2燃判供給s丁段13の分散用
燃1′+l噴q」ノズル12は吸気通路3の途中に介装
りるようにしでいるが、この第2燃料供給手段13の分
散用燃131哨口・1ノズル12を第1燃料供給手■Ω
11の成層用燃料1射ノズル9と同様に燃焼室1内に聞
[1するJ、うに配設してもよく、その場合、この第2
燃利供給手段13により燃焼室1に直接供給する分散燃
料の噴射時期は、上記第1燃利供給手段11による燃料
噴射時期より早く、吸気行程から圧縮行程初期の間に噴
射を完了するように設定し、第2燃利供給手段13によ
る供給燃r1が吸入空気どの混合によって燃焼室1内に
均一分散ツるJ:うにI)で、均一燃焼を得るものであ
る。
実施例2 この実施例はり16図(jいし第9図に示し、燃料供給
1段を吸気通路に設置Jだ1つの燃料噴射ノズル【こて
構成り、に例−(゛ある。
第6図おJ:び第7図に示ηエンジンにおいて、22は
燃焼室1の1次吸気ボート23に開口した1次吸気通路
、24は同じく2次吸気ボート25に開口した2次吸気
通路、26は171気ポート27に聞[1した刊気通路
、28は1次吸気弁、29は2次吸気弁、30は排気弁
、8は点火プラグによる着火装置をそれぞれ示している
」二記1次吸気通路22の下流側部分は、湾曲形成され
て吸入空気を燃焼室1の接線方向から導入し、燃焼室1
にスワールを形成4るスワールボーi−に設置)られる
とともに、土浦側は2次吸気通路24と合流し、絞り弁
14の作動で吸入空気−が規制される。また、−1−記
2次吸気通路24にはスワール−1ントロールバルブ3
1が介装されこのスワールコント[1−ルバルブ31に
は、前例と同様のアクチュエータ(図示せず)が連係さ
れてスワールの強さを制御するスワール制御手段18が
構成されている。
すなわら、上記スワール]ント1]−ルバルブ31が全
開状態にあるとぎには1次吸気通路22によってのみ吸
気が供給されて強いスワールを41−成する一方、スワ
ール:1ントロールバルブ31が開作動りるど、2次吸
気通路24からも吸気が供給され、′1次吸気通路22
を通る吸入空気路の低減に伴いスワールが弱< Jjる
ものである。
また、1記1次吸気通路22には、1次吸気弁28が開
作動しI、:どきに、弁隙間から燃焼室1内の着火装置
f’l 83Ii tJ目こ向(Jて燃料を噴射する燃
オ′11噴04ノズル32が配設されて燃料供給手段3
3が構成され(いる。
トi−i+!燃籾供給手段33、絞り弁14およびスワ
ール制御手段18のスワールコントロールバルブ31は
、前例と同様の制御手段(図示せず)によっC1燃FI
l噴i11・Iノズル32からの燃料噴射量、噴射時期
、絞り弁14の聞度およびスワールコントロールバルブ
31の開度、開閉時期が制御される。
燃料供給手段333は、負荷に応じて燃料供給量を増加
り−ることによって出力制御を行い、その噴tJ1時期
の制御にJ、−)で層状燃焼と均一燃焼との切換えを行
うようにり、ている。
′?Iなわ1う、燃1′+I哨!J−I I+、)期は
、第8図に示すように行うものであって、Sは噴射開始
時期を、Fは噴射路り時期をぞれぞれ示している。実施
例1の第3図にお【ノるA点に相当する設定(1前以下
の成層領域にJ5 Jjる燃料110射時朋は、吸気行
程の終期におい°(1次吸気通路22が閉じる直前の理
い0.¥期に噴q・1して燃I′+1が1次吸気弁28
の開弁隙間から燃焼室1内に流入し、着火装置8のまわ
りに偏在するように供給し、圧縮行程においてピストン
2が1−4したときにも、燃料を燃焼室1の上部に偏在
させて成層燃焼を1jうようにりるものである。
その際、燃料噴射量りを一定「1期どし、噴射始めを早
くし、負荷の増大に応じて噴!)1足を増加するように
している。
また、A点の設定負荷を越えると、噴射時1す1を大ぎ
く進角して早くし、8点を越えた高負荷時には噴射路り
を一定にし−で、噴射始めを進角して負荷の増大に応じ
て噴射時間を増加するものであって、吸気行程初期から
の燃料供給により、燃焼室1内に流入した燃料は吸入空
気の流れによって燃焼室1全体に分散し、均一燃焼を行
うものである。
上記層状燃焼と均一燃焼との切換えに対し、2次吸気通
路24に介装されているスワール制御手段I E3のス
ラー11/11ン1へ1−1−ルハルブ31は、前例の
第5図、+、 11111にの制i;11を行うもので
あり、1,4イ(的には設定(i l=:IA六」スト
では閉じて強いスワールを生成したhす状燃焼を行う一
方、前記設定点へから聞いC2次吸気通−“824から
も吸入空気を供給し、1次吸気通路22により供給され
る吸入空気のスワールを弱クシI、−均一燃焼を行い、
燃焼)中亀の5′シ畠−1冒に0どづく燃焼騒音、ノッ
キングの発生を抑制するとど0に、吸気抵抗をやY減し
−C吸気効S4Iを向1−りる1)のである。
この実施例にお(−)る絞り弁1/Iの開度の制御は、
第9図に示すように行う。本例では成層領域にa3()
る燃オ′+1の成層化が、前例のものに比べて着火装置
8J、わりへの偏イ[割合l)<少なくなって低下づ−
るため、較り弁′14は吸入空気量を低減り−るように
絞る必υがあるが、鎖線で承り如き従来の気化器方式エ
ンジンの。1.うに汀1合気充填吊で出力制iffを行
うしの(、二比べて、ぞの絞り聞度は小ざく、ボン[で
ング[Jスの11(減/ン璽1λるものである。まlこ
、Tンジン冷機11.? Ic kl U’l線C・示
J如き絞り弁開度として1又機(’lを向−ヒする。
よって、この実施例にd3いても、低角荷+1.’iに
は強いスワールの4f+成に伴う層状燃焼による希薄燃
焼を行・)で燃!竹の向−1−を図る一方、高【)荷+
1.’7にはスワールの弱い均一燃焼にJ、ってスセー
ク、騒音、出力11失の光’Vを伴うことなく高出力運
転を行うことかぐきる。
イKA3、ス[ノール強(\の制御は、11 iiiに
対fi、l シて行う他、均一燃焼への移行を検知しく
こ上目こ対応してスワールを弱く覆るようにりれ+、f
’ J、い。
4、図面の簡単な説明 、 第1図ないし第5図は本発明の第1の実施例を示し、 第1図(、L層状給気エンジンの概略構成図、第2図は
燃焼室を模式的に示した串面図、第3図は【1伺に対す
る燃Fl (I’給早の制(allを空気過剰率とども
に示寸特性図、 第4図は負荷変動に対し第1燃利供給手段による成層燃
料の噴射時期と点火時1す1を示す特性図、第5図は@
荷変動に対するスワール比を示づ特fノ1 図 、 第(1図ないジノ第9図(よ本発明の第2の実施例を;
1、シ、 m 6図は層状吸気エンジンにお(ノるシリンタヘッド
を一部断面にしC示す底面図、 第7図は第6図のvn −vn線に沿う断面図、9)8
図(ま負r+iiにス・1りる燃lit噴用時期制御を
承り一部1)1 図、 第91冥口、E負的)、二λ・1!lる絞り弁の開度制
御を示J特t’1図C゛ある。
1・・・・・・燃焼′!i<3・・・・・・吸気通路F
(・・・・・・着火Kl?’/ 9・・・・・・成層用燃杓110Q・1ノズル′10・
・・・・・燃料11Q IJIポンプ11・・・・・・
第1燃オニ1供給手段12・・・・・・分散用燃11噴
射ノズル13−・−・・−ff+ 2 燃)+l Il
l 48 r一段1(5・・・・・・ス(ノール調整プ
レー1〜1 7 ・・・ ・・・ ラ′ り −〕 +
 、i −一 夕1 B・・・・・・スリール制衿11
手段19・・・・・・制御1段 20・・・・・・【1
荷検出手段31・・・・・・スワール」ン1〜11−ル
バル132・・・・・・燃)’il噴躬ノズル33・・
・・・・燃料供給手段 ←K −0 昏勇町晃監K 壓霧瓢か−〇 忽 郷 言へ1.1狂ミド 区訃−仝屓

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) 燃焼室内へ燃料を供給する燃料供給手段と、燃
    焼室内に配設された着火装置とを備え、低負荷時には燃
    料供給手段から着火装置のまわりに偏在して燃料を供給
    し着火することにより層状燃焼を行う一方、高負荷時に
    は燃焼室内に分散し°C燃料を供給し着火することによ
    り均一燃焼を行うようにした層状給気エンジンであって
    、燃焼室に導入された吸気にスワールを与えるとともに
    、そのスワール強さを制御するスワール制御手段を設け
    、前記均一燃焼時には層状燃焼時に比してスワールを弱
    くするようにしたことを特徴とする層状給気エンジン。
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