JP2001012289A - 予混合圧縮自着火機関 - Google Patents

予混合圧縮自着火機関

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JP2001012289A
JP2001012289A JP11183017A JP18301799A JP2001012289A JP 2001012289 A JP2001012289 A JP 2001012289A JP 11183017 A JP11183017 A JP 11183017A JP 18301799 A JP18301799 A JP 18301799A JP 2001012289 A JP2001012289 A JP 2001012289A
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fuel injection
fuel
injection pump
premixed
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English (en)
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Kensuke Sugawara
原 健 祐 菅
Takaaki Matsumoto
本 貴 晃 松
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Original Assignee
UD Trucks Corp
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    • 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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  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 揮発性の悪い燃料を用いた予混合圧縮自着火
機関及びその予混合燃料噴射装置を提供すること。 【解決手段】 予混合燃料噴射ノズル(6)をEGR管
(4)に設けるか、EGR装置のない場合は噴射ノズル
に至る燃料回路(10)に電気ヒータ(25)を取り付
けて燃料温度を高くしている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、予混合圧縮自着火
機関及びその予混合燃料噴射装置に関する。
【0002】
【従来の技術】燃料と空気とで構成された混合気をエン
ジンのシリンダに供給し圧縮自着火により運転する予混
合圧縮自着火機関は知られている。
【0003】しかしながら、揮発性のよくない燃料、例
えば、軽油や灯油を燃料として吸気管内に噴射して圧縮
自着火させる機関においては、燃料が微粒子の状態で供
給されるため、空気と燃料との均一混合気形成が困難で
あり、機関への燃料供給を効率よく行うことが出来ない
と言う問題があり、燃料消費率が悪くなる等の課題があ
る。
【0004】また、特開平10−205398号公報の
技術が開示されているが、本願の課題に関するものでな
い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した様な
従来技術の種々の問題点に鑑みて提案されたもので、予
混合圧縮自着火運転において、燃料と空気との混合気と
が均一混合となる予混合圧縮自着火機関の提供を目的と
している。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の予混合圧縮自着
火機関は、排気還流(EGR)装置を備えた予混合圧縮
自着火機関において、排気還流管(EGR管)に設けら
れた排気還流弁(EGR弁)の上流側に燃料を噴射する
予混合燃料噴射ノズルが取り付けられ、シリンダヘッド
には燃料噴射ノズルが取り付けられており、その燃料噴
射ノズルには第1の燃料噴射ポンプが取り付けられ、前
記予混合燃料噴射ノズルには第2の燃料噴射ポンプが取
り付けられており、エンジンを制御する制御装置が設け
られ、その制御装置は、低負荷運転域においては第2の
燃料噴射ポンプを作動させ、中負荷運転域以上において
は第1の燃料噴射ポンプを作動させるよう構成されてい
ることを特徴としている。
【0007】かかる構成を具備する本発明によれば、燃
料と空気との均一の混合に対する要請が高い低負荷運転
域において、予混合燃料は高温のEGR管内に噴射され
るので直ちに揮発し、還流排気ガス(EGRガス)と共
に新気(吸気)に導入され、気体同士の混合によって均
一混合気が形成される。
【0008】ここで、前記排気還流管に還流排気を冷却
する排気還流クーラと還流ガス温度センサと前記クーラ
を冷却する冷却水を制御する冷却水弁とが設けられ、還
流ガス温度センサと冷却水弁とが前記制御装置に接続さ
れていることが好ましい。
【0009】また本発明の予混合圧縮自着火機関は、予
混合圧縮自着火機関の吸気管内燃料噴射装置において、
吸気管に取り付けられた予混合燃料噴射ノズルには、燃
料噴射ポンプが燃料回路で接続されると共に圧力調整器
を介して圧縮空気回路が接続され、前記燃料回路には電
気ヒータが取り付けられると共に、燃料温度センサが設
けられており、前記燃料噴射ポンプ、圧力調整器、電気
ヒータ、燃料温度センサが電気回路を介して制御装置と
接続されていることを特徴としている。
【0010】かかる構成を有する本発明によれば、電気
ヒータにより燃料を加熱することにより、燃料が揮発し
易い状態となり、圧縮空気と共に吸気管に噴射される
と、燃料は直ちに揮発して空気と混合され、均一混合気
を形成するのである。
【0011】ここで本発明によれば、エンジンの運転状
態(回転数、負荷、その他)に対応して燃料噴射ポンプ
及び圧縮空気の圧力調整器を制御しているので、燃料及
び/又は圧縮空気の噴射量、圧力を最適化することが出
来るのである。
【0012】或いは、前記燃料回路には電気ヒータに換
えて燃料加熱用熱交換器が設けられ、その熱交換器が調
整弁を介してエンジン冷却水回路に接続されている。
【0013】この様に構成した場合においても、熱交換
器から供給される熱量により燃料は揮発し易い状態とな
り、均一混合器が形成される。
【0014】さらに本発明の予混合圧縮自着火機関は、
予混合圧縮自着火機関の吸気管内燃料噴射装置におい
て、吸気管に取り付けられた予混合燃料噴射ノズルに
は、燃料回路を介して燃料噴射ポンプが接続されると共
に、圧力調整器を介して圧縮空気回路が接続され、予混
合燃料噴射ノズルは吸気管の還流排気出口(EGR出
口)付近に向かって燃料噴射がされる様に配置されてお
り、前記燃料回路には燃料温度センサが介装されてお
り、前記燃料噴射ポンプ、圧力調整器、燃料温度セン
サ、排気還流弁は電気回路を介して制御装置に接続され
ていることを特徴としている。
【0015】かかる構成を具備する本発明によれば、高
温のEGRガスが噴出する還流排気出口近傍に向かって
噴射される予混合燃料は、EGRガスにより加熱されて
揮発するので、空気と混合して均一混合気を形成する。
それと共に、エンジンの回転数或いは負荷(エンジンの
運転状態)に対応して、噴射量、圧力を最適化すること
が出来るのである。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施形態を説明する。図1において、エンジン1には空
気を吸入する吸気管2と排気を排出する排気管3とが接
続されており、その排気管3と吸気管2とは排気還流装
置(以下、EGR装置と言う)のEGR回路4により排
気管側の4aと吸気管側の4bとがEGR弁5を介して
連結されている。
【0017】また、EGR回路4には吸気管2に燃料を
供給する予混合燃料噴射ノズル6が取り付けられ、その
予混合燃料噴射ノズル6には燃料管10を介して第2の
燃料噴射ポンプ11に接続されている。
【0018】さらに、エンジン1の図示しないシリンダ
ヘッドには燃焼室に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射ノ
ズル7が取り付けられており、その燃料噴射ノズル7は
高圧燃料管8を介して第1の燃料噴射ポンプ9に接続さ
れている。
【0019】また、エンジンの運転を制御する制御装置
15は、エンジン1に設けられているエンジン回転・負
荷センサ13、EGR弁5、第2の燃料噴射ポンプ11
及び第1の燃料噴射ポンプ9にそれぞれ、電気回路d、
c、b、aにより接続されている。なお、矢印は空気
(混合気を含む)或いは排気の流れをそれぞれ示し、6
aは燃料噴霧を示している。
【0020】以下、図3を参照して、作用について説明
する。作動に際し、まずエンジン回転・負荷センサ13
の出力を検出する(ステップS1)。ついで、低負荷運
転域で運転中であるか否か判断する(ステップS2)。
YESだったら、第1の燃料噴射ポンプ9をオフし、第
2の燃料噴射ポンプ11をオンし、EGR弁を開く(ス
テップS3)。NOの場合は中負荷運転域か否か判断す
る(ステップS4)。YESだったら、第1の燃料噴射
ポンプ9をオンし、第2の燃料噴射ポンプ11をオフ
し、EGR弁は開く(ステップS5)。NOの場合は、
第1の燃料噴射ポンプ9をオンし、第2の燃料噴射ポン
プ11をオフし、EGR弁を閉じ(ステップS6)、運
転終了か否かを判断し、NOの場合はリタンし、YES
だったら制御を終了する(ステップS7)。
【0021】即ち、低負荷運転では予混合圧縮自着火運
転し、中負荷以上では圧縮着火運転し、高負荷運転では
不必要であるEGR装置を停止している。
【0022】図2は、本発明の別の実施形態を示し、E
GR回路4にエンジン冷却水で冷却する冷却水回路入口
18aと出口18bとが設けられたEGRクーラ16を
設けた実施形態であり、EGR回路4に設けられたEG
Rガス温度センサ19と冷却水出口18bに設けられた
冷却水弁17がそれぞれ制御装置15に電気回路で接続
されていること以外、第1実施形態と同じである。
【0023】以下、作用について図4を参照して説明す
る。図3に示す前述の作動において、ステップ3、5或
いは6が選択された後、図4のEGRガス温度センサ1
9の温度Tを検出し(ステップS8)、その温度Tが予
め設定されている目標温度領域であるか否か判断する
(ステップS9)。YESだったら、冷却水弁17の開
度を維持し(ステップS11)、目標温度領域より低い
場合は弁17の開度を小とし(ステップS10)、高い
場合は開度を大として(ステップS12)、図3のステ
ップS7の前に戻る。これで、EGRガス温度を最適範
囲に制御することで運転状態をより安定させることがで
きる。
【0024】図5は予混合噴射装置の他の実施形態を示
し、吸気管2には空気噴射式の予混合燃料噴射ノズル2
0が取り付けられ、そのノズル20は圧力調整器21を
介して圧縮空気回路22に接続されると共に燃料回路1
0を介して第2の燃料噴射ポンプ11に接続されてお
り、その燃料回路10のノズル20の上流側には図示し
ない電源に接続された電気ヒータ25が捲回され、ヒー
タをオン・オフするスイッチ25aと燃料温度センサ2
7と圧力調整器21と第2の燃料噴射ポンプ11とが制
御装置30に電気回路で接続されている。
【0025】以下、図8を参照して、作動について説明
する。燃料温度センサ27の温度Tを検出し(ステップ
S1)、その温度Tが予め設定されている目標温度領域
であるか否か判断する(ステップS2)。YESだった
ら、電気ヒータ25の供給電流を維持し(ステップS
3)、目標温度領域より低い場合は電気ヒータ25の供
給電流を大とし(ステップS4)、高い場合は供給電流
を小とし(ステップS5)、制御終了か否かを判断する
(ステップS6)。NOの場合はリタンし、YESだった
ら制御を終わる。.これで、燃料温度を最適範囲に制御
することで運転状態をより安定させることができる。
【0026】図6は、本発明のその他の実施形態を示
し、燃料温度の制御を図5の電気ヒータ25に換えて熱
交換器31とし、熱交換器31にエンジン冷却水を供給
する制御弁32を制御装置30に電気回路で接続したこ
と意外、図5の実施形態と同じである。
【0027】また、図7は、本発明のその他の第2実施
形態を示し、EGR装置を有するエンジンで吸気管2の
EGR出口4bの付近に燃料噴霧20aが到達するよう燃
料噴射弁20を配置し、燃料の加熱装置を省略したこと
意外、図5、6の実施形態と同じであり、加熱装置がな
いため構造簡単でコストが低いメリットがある。
【0028】
【発明の効果】本発明は上記の通り構成されており、以
下の優れた作用効果を奏する。 (1) 予混合圧縮示着火運転において、揮発性が悪い
燃料でも空気との混合がよくなり、均一な予混合気を形
成できる。 (2) 中負荷以上の運転では、筒内に直接噴射して圧
縮着火運転が出来る。 (3) したがって、全負荷において、効率がよくスモ
ークとNoxの少ない運転ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す予混合圧縮自着火機
関の全体構成図。
【図2】本発明の別の実施形態を示す全体構成図。
【図3】図1の制御のフローチャート図。
【図4】図2の制御のフローチャート図。
【図5】本発明の他の実施形態を示す全体構成図。
【図6】本発明のその他の実施形態を示す全体構成図。
【図7】本発明のその他の第2実施形態を示す全体構成
図。
【図8】図5の制御のフローチャート図。
【符号の説明】
1…エンジン 2…吸気管 3…排気管 4…EGR管 5…EGR弁 6、20…予混合燃料噴射ノズル 7…筒内燃料噴射ノズル 9…第1の燃料噴射ポンプ 12…第2の燃料噴射ポンプ 15、30…制御装置 16、31…熱交換器 25…電気ヒータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02D 41/20 395 F02D 41/20 395 41/38 41/38 A 43/00 301 43/00 301T 301G F02M 25/07 550 F02M 25/07 550G 550R 570 570D 570G 570J 580 580E 580Z 31/125 31/16 E 31/16 53/02 53/02 63/00 P 63/00 69/04 G 69/04 31/12 321D 321H Fターム(参考) 3G023 AA18 AB05 AC02 AC05 AC09 AD10 AG03 3G062 AA01 BA00 BA04 CA06 CA07 ED08 ED10 GA05 GA06 GA10 GA15 GA21 3G066 AA07 AA13 AB02 AC01 AD10 AD12 BA17 BA24 BA26 BA61 CC01 CC46 CD22 CD25 CD26 DB06 DB08 DB09 DC01 DC09 DC13 DC15 3G084 AA01 BA14 BA20 CA03 CA04 DA10 EA11 FA00 FA18 FA33 3G301 HA02 HA13 JA24 JA25 KA08 KA09 LB00 LB13 LB17 LC10 MA11 MA28 MA29 NA08 PA17Z PB01A PB01Z PE01Z

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 排気還流装置を備えた予混合圧縮自着火
    機関において、排気還流管に設けられた排気還流弁の上
    流側に燃料を噴射する予混合燃料噴射ノズルが取り付け
    られ、シリンダヘッドには燃料噴射ノズルが取り付けら
    れており、その燃料噴射ノズルには第1の燃料噴射ポン
    プが取り付けられ、前記予混合燃料噴射ノズルには第2
    の燃料噴射ポンプが取り付けられており、エンジンを制
    御する制御装置が設けられ、その制御装置は、低負荷運
    転域においては第2の燃料噴射ポンプを作動させ、中負
    荷運転域以上においては第1の燃料噴射ポンプを作動さ
    せるよう構成されていることを特徴とする予混合圧縮自
    着火機関。
  2. 【請求項2】 前記排気還流管に還流排気を冷却する排
    気還流クーラと還流ガス温度センサと前記クーラを冷却
    する冷却水を制御する冷却水弁とが設けられ、還流ガス
    温度センサと冷却水弁とが前記制御装置に接続されてい
    る請求項1記載の予混合圧縮自着火機関。
  3. 【請求項3】 予混合圧縮自着火機関の吸気管内燃料噴
    射装置において、吸気管に取り付けられた予混合燃料噴
    射ノズルには、燃料噴射ポンプが燃料回路で接続される
    と共に圧力調整器を介して圧縮空気回路が接続され、前
    記燃料回路には電気ヒータが取り付けられると共に、燃
    料温度センサが設けられており、前記燃料噴射ポンプ、
    圧力調整器、電気ヒータ、燃料温度センサが電気回路を
    介して制御装置と接続されていることを特徴とする予混
    合圧縮自着火機関。
  4. 【請求項4】 前記燃料回路には電気ヒータに換えて燃
    料加熱用熱交換器が設けられ、その熱交換器が調整弁を
    介してエンジン冷却水回路に接続されている請求項3の
    予混合圧縮自着火機関。
  5. 【請求項5】 予混合圧縮自着火機関の吸気管内燃料噴
    射装置において、吸気管に取り付けられた予混合燃料噴
    射ノズルには、燃料回路を介して燃料噴射ポンプが接続
    されると共に、圧力調整器を介して圧縮空気回路が接続
    され、予混合燃料噴射ノズルは吸気管の還流排気出口付
    近に向かって燃料噴射がされる様に配置されており、前
    記燃料回路には燃料温度センサが介装されており、前記
    燃料噴射ポンプ、圧力調整器、燃料温度センサ、排気還
    流弁は電気回路を介して制御装置に接続されていること
    を特徴とする予混合圧縮自着火機関。
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