JP2000008929A - ディーゼルエンジンの予混合強制点火燃焼方法 - Google Patents

ディーゼルエンジンの予混合強制点火燃焼方法

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JP2000008929A JP10173300A JP17330098A JP2000008929A JP 2000008929 A JP2000008929 A JP 2000008929A JP 10173300 A JP10173300 A JP 10173300A JP 17330098 A JP17330098 A JP 17330098A JP 2000008929 A JP2000008929 A JP 2000008929A
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裕幸 石田
Yuji Oda
裕司 小田
Kimiyo Tokuda
君代 徳田
Noriyasu Inanaga
紀康 稲永
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ディーゼルエンジンの予混合強制点火着火燃
焼方法に関し、メイン燃料を数回に分けて噴射すること
により正規の着火以前の自己着火を防止する。 【解決手段】 ピストン2が−180°(下死点)より
上昇し始め圧縮開始した工程において、メイン燃料弁5
より燃料11aを4回に分けて噴射する。噴射する期間
は−180°〜−90°をやや超えた間とする。この工
程ではシリンダ1内の圧力が低く、燃料を噴射すると飛
散し、飛散が過大となるシリンダ1内壁に付着し、混合
気形成が不均一となるが、噴射を数回に分けると飛散し
てシリンダ1内壁に付着することがなくなる。又、空気
10aが噴射した燃料を攪拌するので混合気が均一とな
り、従来のように燃料の高濃度部分による自己着火がな
くなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はディーゼルエンジン
の予混合強制点火燃焼方法に関し、点火用燃料を噴射し
て着火する前に自着火するのを防止し、正規の点火時点
での着火により確実な燃焼を行うようにしたものであ
る。
【0002】
【従来の技術】図4は従来のディーゼルエンジンのピス
トンの作動を示す図であり、図において(e)はピスト
ンの位置を示す図であり、クランクの回転角を示し、各
回転角でのピストンの位置での工程をそれぞれ(a),
(b),(c),(d)で示している。(a)ではピス
トン2が−180°(下死点)から除々に上昇し始め、
シリンダ1内で空気30aを圧縮し始める。(b)では
ピストン2が除々に上昇して空気を30bのように圧縮
し、90°の位置まできた状態、(c)は0°の上死点
まで圧縮し、この時点でメイン燃料弁5から燃料31a
を全量噴射し、拡散燃焼31bが行なわれる状態を示
し、(d)は90°の位置まで移動し、ピストンを押し
下げ、クランクを回転させた状態を示し、この状態では
混合気濃度、ガス温度に不均一の領域が生じ、燃焼後期
の空気量が不足となりこの領域でスモーク32が発生す
る。
【0003】図5は上記のスモーク32の発生する状態
を説明する図であり、メイン燃料弁5から噴射された燃
料31aの周囲には火炎40が生じ、領域43内は燃料
の過薄化、低温化の状態が生じ、その結果、NOX 発生
領域41、スモーク発生領域42が生ずる。
【0004】上記のようなスモークの発生やNOX 量を
低減するために空気と燃料とを予め混合した予混合燃料
を用いて予混合燃焼させる方式が実現しているが、この
ような予混合燃焼方式では、正規な時点に点火用燃料を
噴射し、予混合気の拡散燃焼が起る前に予混合燃料の自
己着火が発生し、燃焼のタイミングの制御が不能となっ
てしまい、このような自己着火を防止し、確実な燃焼を
行わせ、かつ、図4(d)で示すようにスモーク32が
発生し、NOX の発生量が増加するが、これを防止する
ことが望まれている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
ディーゼルエンジンにおいては混合気の濃度やガス温度
の不均一が発生し、スモークの発生やNOX 量が増大す
るが、この対策として予混合燃焼方式が採用されてい
る。しかし、この予混合燃焼方式においては、メイン燃
料を極力希薄に予混合しないと燃料の混合が不均一にな
り、燃料濃度の高い部分が生じ、この部分で点火用燃料
を噴射して着火させる前に自己着火を起こし、燃焼速度
のコントロールができず、希薄予混合気を確実に燃焼さ
せる制御ができないことになる。従って自己着火を防止
すると共に燃料を定着火させ、燃焼を安定して行わせる
ことが望まれていた。
【0006】そこで本発明では、燃料を希薄予混合方式
とし、燃料の噴射のタイミングに工夫をし、燃料を均一
に混合して濃度差のない希薄予混合気を形成せしめ、自
己着火を防止し、確実な燃焼を行なわせることのできる
ディーゼルエンジンの予混合強制点火燃焼方法を提供す
ることを課題としてなされたものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決するために次の手段を提供する。
【0008】筒内に投入すべき燃料の一部を吸入工程か
ら圧縮工程にかけて筒内に噴射して空気と混合させて希
薄予混合気を形成させ、残りの燃料を着火時期に前記筒
内に点火用燃料として噴射することにより同残りの燃料
の拡散燃焼及び前記希薄予混合気の予混合燃焼を行なわ
せる予混合燃焼方法において、前記希薄予混合気を形成
させるための燃料噴射は、複数回に分けて離散的に行う
ことを特徴とするディーゼルエンジンの予混合強制点火
燃焼方法。
【0009】本発明の予混合強制点火燃焼方法では、メ
イン燃料は圧縮工程の早期の時点において数回に分けて
離散的に噴射されるので、1回の噴射量が少く、かつ短
時間であるので燃料が飛散してシリンダ内壁に付着する
ようなことがなく、希薄予混合気が均一になされる。
又、数回に分けて噴射、停止を繰返すので、空気と燃料
との攪拌がなされ、従来のように燃料の高濃部分が生
じ、点火用燃料による正規の着火以前に自己着火するよ
うな不具合が解消される。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基いて具体的に説明する。図1は本発明のディ
ーゼルエンジンの予混合強制点火燃焼方法の基本的な作
動を示す図でピストンの動きを工程(A),(B),
(C),(D)で示し、(E)はピストンとクランク回
転角との関係を示している。
【0011】図において、工程(A)では、ピストン2
がクランク回転角−180°(下死点)から上昇し始め
て空気10を圧縮し始めた時点であり、この時点におい
てメイン燃料弁5からシリンダ1内に噴射すべき全体の
燃料の95%の燃料11aを噴射し、空気10との混合
を促進し、希薄予混合気を形成させる。
【0012】工程(B)では、ピストン2が−90°の
位置まで上昇し、希薄予混合気を圧縮している状態であ
り、予混合気12が形成され、圧縮されてゆく。工程
(C)ではピストン2が上昇して0°(上死点)の位置
まで予混合気を圧縮した状態であり、この時点において
点火用燃料弁7より残りの5%の燃料11bをシリンダ
1内に噴射する。この点火用燃料弁7からの5%の燃料
11bにより希薄予混合気に着火させ、希薄予混合燃焼
13を行なわせしめる。
【0013】工程(D)では、ピストン2が希薄予混合
燃焼13により押し下げられて90°の位置まで下降し
た状態を示し、希薄予混合燃焼のために従来のようにス
モークの発生がなく、又NOX の量も減少し、図示のよ
うにスモークの発生しない領域14となる。
【0014】本発明は上記に説明のディーゼルエンジン
の予混合強制点火燃焼方法の基本的な工程において、工
程(A)から工程(B)までの間でメイン燃料弁5から
の燃料噴射を複数回に分けて、離散的に行うようにした
方法であり、その実施の形態について次に詳しく説明す
る。
【0015】図2は本発明の実施の一形態に係る燃料噴
射のタイミングを示す図であり、工程(A)においてピ
ストン2が−180°(下死点)を過ぎ、上昇し始める
とメイン燃料弁5より燃料11aを噴射するが、燃料は
図示のようにパルス状に複数回に分けて噴射される。噴
射の期間は−180°から−90°もしくは−90°を
超える期間とし、本例では4回に分けて噴射している
が、均一な燃料の拡散の程度により決定されるものであ
り、2回以上何回かに分けて噴射する。また、1回目の
噴射は−180°より前でも可能である。
【0016】上記の工程(A)の直後はピストン2が上
昇を始め、圧縮を開始した時点であり、シリンダ1内の
圧力はまだ低く、この時点でメイン燃料弁5から噴射さ
れる燃料はシリンダ1内に飛散し、空気と混合し、希薄
予混合を形成するが、飛散が大き過ぎるとシリンダ1の
壁面に燃料の一部が直接飛散して壁面に燃料が付着し、
良好な混合がなされない場合が生ずる。
【0017】そこで本実施の形態のように、噴射すべき
燃料を少量に分け、時期をずらせて複数回噴射すると、
1回の噴射量が少いので、飛散する距離も小さくなり、
シリンダ1の壁面に燃料の一部が付着するのが抑えら
れ、予混合気の形成が良好となる。このような噴射、停
止を数回繰返すことにより、攪拌作用も伴って良好な混
合がなされる。
【0018】又、図示のようにメイン燃料弁5からの燃
料11aの噴射がなされ、停止すると、その直後にシリ
ンダ1内の空気10aが渦状に噴射された燃料の周囲よ
り上昇し、燃料の噴射が停止しているメイン燃料弁5の
ノズル部まで流れ、空気と燃料の混合を良好にする。
【0019】このような噴射が数回繰返されることによ
り燃料濃度差のない希薄予混合気が形成され、従来のよ
うな高濃度部分におけるパイロット燃料弁7からの正規
の燃料噴射による着火以前の自己着火が防止される。
【0020】図3は従来のディーゼルエンジンにおける
拡散燃焼(Y)と、希薄予混合燃焼(X)とのNOX
の低減を示した図であり、希薄予混合燃焼(X)におい
ては空気量が希薄になり、燃料が95%になるとNOX
量は急激に低減し、又、逆に燃料が少く空気量が多い場
合にもNOX 量が低減している。従って、本発明の実施
の形態のように初期に95%の燃料を噴射し、希薄予混
合気を形成し、更に残りの5%をパイロット燃料として
噴射して確実に着火させ燃焼させると、NOX量が従来
よりも大幅に低減することになる。
【0021】以上説明の実施の形態によれば、希薄予混
合燃焼により、スモークの発生やNOX を低減すると共
に、メイン燃料弁5からの燃料噴射を数回に分けて行う
ようにしたので、希薄予混合気を均一に形成させ、従来
のような混合気の燃料の高濃度部分における正規の点火
用燃料弁7からの燃料噴射による着火以前の自己着火が
防止されるものである。なお、メイン燃料と点火用燃料
との比率は、95%と5%に限定されず、90%と10
%或いは85%と15%でも良い。
【0022】
【発明の効果】本発明のディーゼルエンジンの予混合強
制点火燃焼方法は、筒内に投入すべき燃料の一部を吸入
工程から圧縮工程にかけて筒内に噴射して空気と混合さ
せて希薄予混合気を形成させ、残りの燃料を着火時期に
前記筒内に点火用燃料として噴射することにより同残り
の燃料の拡散燃焼及び前記希薄予混合気の予混合燃焼を
行なわせる予混合燃焼方法において、前記希薄予混合気
を形成させるための燃料噴射は、複数回に分けて離散的
に行うことを特徴としている。このような方法により、
燃料と空気との混合が良好となり、均一な希薄予混合気
が形成され、従来のように燃料の高濃度部分が生じ、点
火用燃料による正規の着火以前に自己着火するような不
具合が解消される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のディーゼルエンジンの予混合強制点火
燃焼方法の基本的な作用の説明を示す図で、(A),
(B),(C),(D)はその各工程を(E)はピスト
ンの位置とクランク回転角をそれぞれ示す。
【図2】本発明の実施の一形態に係るディーゼルエンジ
ンの予混合強制点火燃焼方法の燃料噴射のタイミングを
示す図である。
【図3】本発明と従来のディーゼルエンジンのNOX
減量を比較した図である。
【図4】従来のディーゼルエンジンの作用を示す図で、
(a),(b),(c),(d)はその各工程を、
(e)はピストンの位置とクランク回転角をそれぞれ示
す。
【図5】従来のディーゼルエンジンのメイン燃料の拡散
燃焼を示す図である。
【符号の説明】
1 シリンダ 2 ピストン 3 ピストンロッド 5 メイン燃料弁 7 点火用燃料弁 10,10a 空気 11a メイン燃料 11b 点火用燃料 12 予混合気 13 希薄予混合燃焼 14 スモークの発生しない領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 徳田 君代 長崎市深堀町五丁目717番1号 三菱重工 業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 稲永 紀康 長崎市深堀町五丁目717番地1 長菱エン ジニアリング株式会社内 Fターム(参考) 3G023 AA01 AA04 AA05 AB05 AC00 AC04 AD02 3G066 AA07 AB02 BA02 BA08 BA13 BA24 BA25 CC01 CD26 CD28 DA04 DA09 DA10 DC05 3G301 HA02 HA15 JA00 JA24 JA25 KA00 LB11 MA19 MA23 MA26 MA27 PE03Z PE04Z

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 筒内に投入すべき燃料の一部を吸入工程
    から圧縮工程にかけて筒内に噴射して空気と混合させて
    希薄予混合気を形成させ、残りの燃料を着火時期に前記
    筒内に点火用燃料として噴射することにより同残りの燃
    料の拡散燃焼及び前記希薄予混合気の予混合燃焼を行な
    わせる予混合燃焼方法において、前記希薄予混合気を形
    成させるための燃料噴射は、複数回に分けて離散的に行
    うことを特徴とするディーゼルエンジンの予混合強制点
    火燃焼方法。
JP10173300A 1998-06-19 1998-06-19 ディーゼルエンジンの予混合強制点火燃焼方法 Withdrawn JP2000008929A (ja)

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