JP2000018101A - 予混合強制点火ディーゼルエンジン - Google Patents

予混合強制点火ディーゼルエンジン

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JP2000018101A
JP2000018101A JP10187687A JP18768798A JP2000018101A JP 2000018101 A JP2000018101 A JP 2000018101A JP 10187687 A JP10187687 A JP 10187687A JP 18768798 A JP18768798 A JP 18768798A JP 2000018101 A JP2000018101 A JP 2000018101A
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JP
Japan
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fuel
steam
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cylinder
valve
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JP10187687A
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Hiroyuki Ishida
裕幸 石田
Masakichi Nakajima
政吉 中島
Noriyasu Inanaga
紀康 稲永
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B1/00Engines characterised by fuel-air mixture compression
    • F02B1/12Engines characterised by fuel-air mixture compression with compression ignition

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 予混合強制点火ディーゼルエンジンに関し、
予混合気に蒸気を混入し、均一な予混合気を形成し、か
つ、早期の自己着火を防止する。 【解決手段】 メイン燃料弁5から燃料を副室20内へ
噴射し、その後蒸気噴射弁21より電磁弁22を開き蒸
気を噴射する。蒸気は副室20内の燃料を取り込み、し
ぼり部20aからシリンダ1内に噴出し、シリンダ1内
で拡散し、均一な希薄予混合気を形成する。又、蒸気の
存在により予混合気が早期に自己着火することなく、点
火用燃料弁7からの燃料噴射により着火し、予混合燃焼
を行う。蒸気は、高圧水ポンプ25からの水を加熱管2
4で排ガスにより加熱し、更にヒータ26で加熱して作
られ、蒸気配管23により供給される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は予混合強制点火ディ
ーゼルエンジンに関し、予混合気の早期の自己着火を防
止すると共に、燃料の均一な分散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°(不死点)から徐々に上昇し始め、
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が徐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、燃料を均一に分散させない
と拡散燃焼が起こ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の(d)で示すようにスモーク22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燃料を噴射
してこれをシリンダ内の燃焼室へ均一に分散させるのが
むずかしく、予混合気が均一に燃料を分散した状態でな
いと、早期の自己着火が発生し、自己着火が発生すると
燃焼の制御ができない。
【0006】そこで本発明は予混合燃焼方式のディーゼ
ルエンジンにおいて、予混合気の形成時に燃料を均一に
分散させ、これにより予混合気の早期の自己着火を防止
し、点火用燃料によって確実に着火して燃焼するように
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(1),(2)の手段を提供する。
【0008】(1)シリンダ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メイン燃料弁よりシリ
ンダ内に噴射して空気と混合させて希薄混合気を形成さ
せ、残りの燃料を着火時期に前記シリンダ内に点火用燃
料弁より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ディーゼ
ルエンジンにおいて、前記メイン燃料弁と前記シリンダ
との間には副室を設け、同副室はしぼり通路を介して前
記シリンダ内に連通させると共に、更に同副室には上部
より前記しぼり通路に向けて蒸気を噴射する蒸気噴射弁
を設けたことを特徴とする予混合強制点火ディーゼルエ
ンジン。
【0009】(2)上記(1)の発明において、前記蒸
気噴射弁の蒸気は前記シリンダからの排気により水を加
熱して供給されることを特徴とする予混合強制点火ディ
ーゼルエンジン。
【0010】本発明の(1)では、メイン燃料弁から噴
射された燃料は副室内にまず滞溜し、その後、蒸気噴射
弁から蒸気が所定量噴射される。噴射された蒸気はしぼ
り通路に向かって流れるが、副室内の燃料を取り込み、
燃料と共にしぼり通路からシリンダ内に噴出し、シリン
ダ内で均一に拡散し、均一な希薄予混合気を形成する。
又、シリンダ内には蒸気が存在するので希薄予混合気が
早期に自己着火するのが防止され、点火用燃料の噴射に
よる着火で予混合燃焼を行うことができる。
【0011】本発明の(2)では、蒸気噴射弁の蒸気
は、シリンダからの排気で水を加熱することにより得ら
れるので、蒸気系統が簡素となり、蒸気がエンジン内か
ら容易に得られるものである。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて具体的に説明する。図1は本発明の予
混合強制点火ディーゼルエンジン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)はピストンの位置とクランク回転
角との関係を示している。
【0013】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1回で噴射すべき
全体の燃料の95%のメイン燃料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。
【0014】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%の点火用燃料11bをシ
リンダ1内へ噴射する。この点火用燃料弁7からの5%
の点火用燃料11bにより希薄予混合気に着火させ、希
薄予混合燃焼を行なわせる。
【0015】工程(D)では、ピストン2が希薄予混合
燃焼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 の量も減少する。
【0016】本発明は上記に説明の基本的な工程におい
て、工程(A)でメイン燃料弁5からの燃料噴射におい
て燃料をシリンダ1内に均一に拡散させるための燃料噴
射系統を備えたものであり、次に詳しく説明する。
【0017】図2は本発明の実施の一形態に係る予混合
強制点火ディーゼルエンジンの構成図であり、図におい
て1はシリンダ、2はピストンであり、7は点火用燃料
弁である。シリンダ1の上部には副室20が設けられ、
副室20はしぼり部20aによりシリンダ1内に連通し
ている。副室20にはメイン燃料弁5が設けられ、主燃
料を副室20内に噴射する構成である。副室20には更
に、蒸気噴射弁21が設けられ、蒸気噴射弁21はその
噴出口がしぼり部20aに向けられており、電磁弁2
2、蒸気配管23、加熱管24を経由して高圧水ポンプ
25へ接続している。
【0018】蒸気配管23の途中にはヒータ26が設け
られて配管の周囲を加熱するようになっており、又配管
23に接続する加熱管24は排気管27内に配設され、
シリンダ1からの排気ガスで内部の水が加熱される構成
である。28はメイン燃料弁5に燃料を供給する主燃料
噴射ポンプ、29は点火用燃料弁7へ燃料を供給する点
火用燃料噴射ポンプである。
【0019】上記の構成のディーゼルエンジンにおい
て、前述のように工程(A)においては主燃料噴射ポン
プ28から予めヒータ30で所定温度に加熱された95
%の燃料がメイン燃料弁5より副室20内に噴射され
る。一方、高圧水ポンプ25からの水は加熱管24を通
り、ここで排気ガスの熱で加熱されて蒸気もしくは高温
水となり、蒸気配管23を通り、ヒータ26で更に加熱
されて完全な蒸気となり、電磁弁22の開閉により蒸気
噴射弁21から副室20内へ噴射される。
【0020】メイン燃料弁5から前述のように燃料の噴
射が終わると、燃料はガス化され、まず副室20内に滞
溜する。ここで、電磁弁22を開き、蒸気を蒸気噴射弁
21より副室20内へ噴射すると、蒸気噴射弁21はし
ぼり部20aの開口に向かっているので、蒸気は先に噴
射されて副室20内に充満している燃料ガスを蒸気内に
取り込みながらしぼり部20aからシリンダ1内へ噴出
する。
【0021】シリンダ1内に噴出した蒸気は燃料をシリ
ンダ1内の主燃焼室15に拡散させ、均一な希薄予混合
気を形成させると共に、蒸気の存在により希薄予混合気
が点火用燃料弁7からの噴射による着火前に早期に自己
着火するのが防止される。従って次に点火用燃料噴射ポ
ンプ29からの残りの5%の燃料が点火用燃料弁7より
噴射され、これにより着火し、希薄予混合気が確実に燃
焼することができる。
【0022】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(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%を点火用燃料として噴射して確
実に着火させ、燃焼させると、NOX と煙が従来よりも
大幅に低減することになる。
【0023】以上説明のように本実施の形態において
は、メイン燃料弁5から燃料を副室20に噴射し、その
後、蒸気噴射弁21から副室20へ蒸気を噴射し、この
蒸気で副室20内の燃料を取り込み、しぼり部20aか
らシリンダ1内に噴出させ、シリンダ1内で均一な予混
合気を形成させるようにしたので、希薄予混合気が均一
なガスを形成し、更に蒸気の存在により予混合気の早期
の自己着火が防止されるものである。
【0024】
【発明の効果】本発明の予混合強制点火ディーゼルエン
ジンは、(1)シリンダ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メイン燃料弁よりシリンダ
内に噴射して空気と混合させて希薄混合気を形成させ、
残りの燃料を着火時期に前記シリンダ内に点火用燃料弁
より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ディーゼルエ
ンジンにおいて、前記メイン燃料弁と前記シリンダとの
間には副室を設け、同副室はしぼり通路を介して前記シ
リンダ内に連通させると共に、更に同副室には上部より
前記しぼり通路に向けて蒸気を噴射する蒸気噴射弁を設
けたことを特徴としている。このような構成により、蒸
気噴射弁からの蒸気が副室内の燃料を取り込み、しぼり
通路よりシリンダ内に噴出し、シリンダ内で均一な希薄
予混合気を形成することができる。更に蒸気の存在によ
り希薄予混合気が早期に自己着火することが防止され、
点火用燃料弁からの点火用燃料により着火し、予混合燃
焼することができる。
【0025】本発明の(2)は、上記(1)の発明にお
いて、前記蒸気噴射弁の蒸気は前記シリンダからの排気
により水を加熱して供給されることを特徴としており、
このような構成により、蒸気がエンジン内から容易に得
ることができ、蒸気系統も簡素となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の予混合強制点火ディーゼルエンジンの
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予混合強制点火デ
ィーゼルエンジンの構成図である。
【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 空気 11a メイン燃料 11b 点火用燃料 12 予混合気 15 主燃焼室 20 副室 20a しぼり部 21 蒸気噴射弁 22 電磁弁 23 蒸気配管 24 加熱管 25 高圧水ポンプ 26 ヒータ 27 排気管 28 主燃料噴射ポンプ 29 点火用燃料噴射ポンプ 30 ヒータ
フロントページの続き (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 AA04 AA05 AA07 AB05 AB08 AC05 AC06 AD03 AD23 3G066 AA07 AB02 AB08 AD08 AD13 BA24 BA25 CD04 CD22 CE02 3G092 AA02 AA07 AA08 AB03 AB17 BA06 FA17 FA18

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリンダ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メイン燃料弁よりシリンダ
    内に噴射して空気と混合させて希薄混合気を形成させ、
    残りの燃料を着火時期に前記シリンダ内に点火用燃料弁
    より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ディーゼルエ
    ンジンにおいて、前記メイン燃料弁と前記シリンダとの
    間には副室を設け、同副室はしぼり通路を介して前記シ
    リンダ内に連通させると共に、更に同副室には上部より
    前記しぼり通路に向けて蒸気を噴射する蒸気噴射弁を設
    けたことを特徴とする予混合強制点火ディーゼルエンジ
    ン。
  2. 【請求項2】 前記蒸気噴射弁の蒸気は前記シリンダか
    らの排気により水を加熱して供給されることを特徴とす
    る請求項1記載の予混合強制点火ディーゼルエンジン。
JP10187687A 1998-07-02 1998-07-02 予混合強制点火ディーゼルエンジン Withdrawn JP2000018101A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002084092A1 (en) * 2001-04-06 2002-10-24 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Method of operating reciprocating internal combustion engines, and system therefor
CN102011645A (zh) * 2010-11-04 2011-04-13 金来兴 多介质汽化混合燃烧做功的往复活塞式发动机
CN102235265A (zh) * 2010-04-30 2011-11-09 杨贵强 一种利用余热产生蒸汽作为工质的发动机
JP2019531434A (ja) * 2016-09-02 2019-10-31 ガイ−ヤブロンスキ,ウォイチェフ エンジンシリンダアセンブリ及びそれを用いて構築された逆回転燃焼エンジン
JP2021525335A (ja) * 2018-07-06 2021-09-24 日立Astemo株式会社 不燃性燃料の注入を制御するための方法および装置

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Effective date: 20050906