JP2001140649A - 予混合圧縮自着火エンジン - Google Patents
予混合圧縮自着火エンジンInfo
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- F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
- F02B1/12—Engines characterised by fuel-air mixture compression with compression ignition
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- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、燃料と酸素含有ガスとを吸気し、
ピストン２上端面とシリンダ１内面によって包囲される
燃焼室１１において予混合気ｍを圧縮自着火燃焼させ、
ピストン２の往復運動を連結棒３によってクランク軸４
に伝達し、クランク軸４の回転を維持する予混合圧縮自
着火エンジン１００において、排出する未燃成分を低減
し、高効率且つ低ＮＯｘを実現することを目的とする。 【解決手段】 圧縮される予混合気ｍの当量比が火炎伝
播下限界以下であり、燃焼室１１の壁面９を加熱する壁
面加熱手段Ａを備える。
ピストン２上端面とシリンダ１内面によって包囲される
燃焼室１１において予混合気ｍを圧縮自着火燃焼させ、
ピストン２の往復運動を連結棒３によってクランク軸４
に伝達し、クランク軸４の回転を維持する予混合圧縮自
着火エンジン１００において、排出する未燃成分を低減
し、高効率且つ低ＮＯｘを実現することを目的とする。 【解決手段】 圧縮される予混合気ｍの当量比が火炎伝
播下限界以下であり、燃焼室１１の壁面９を加熱する壁
面加熱手段Ａを備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料と酸素含有ガ
スとを吸気し、ピストン上端面とシリンダ内面によって
包囲される燃焼室において予混合気を圧縮して自着火燃
焼させ、前記ピストンの往復運動を連結棒によってクラ
ンク軸に伝達し、クランク軸の回転を維持する予混合圧
縮自着火エンジンに関する。
スとを吸気し、ピストン上端面とシリンダ内面によって
包囲される燃焼室において予混合気を圧縮して自着火燃
焼させ、前記ピストンの往復運動を連結棒によってクラ
ンク軸に伝達し、クランク軸の回転を維持する予混合圧
縮自着火エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関であるエンジンは、大きく、火
花点火エンジン（オットーサイクルエンジン）と、圧縮
空気中に液体燃料を噴射するディーゼルエンジンに分け
られるが、都市ガスを燃料とするガスエンジンでは、従
来型のディーゼルエンジンの場合、噴射燃料の圧縮動力
が大きく、機構も複雑になる為、圧倒的多数は、火花点
火エンジン（以下ＳＩエンジンと記す）とされる。
花点火エンジン（オットーサイクルエンジン）と、圧縮
空気中に液体燃料を噴射するディーゼルエンジンに分け
られるが、都市ガスを燃料とするガスエンジンでは、従
来型のディーゼルエンジンの場合、噴射燃料の圧縮動力
が大きく、機構も複雑になる為、圧倒的多数は、火花点
火エンジン（以下ＳＩエンジンと記す）とされる。
【０００３】最近、自然着火を積極的に利用する予混合
圧縮自着火エンジンのコンセプトが話題になっている。
これは、元々、燃料噴射ディーゼルのパティキュレート
を防止する目的で考え出されたものであるが、圧縮され
た空気（酸素含有ガスの一例）中に燃料を噴射するので
はなく、主には、ＳＩエンジンの様に空気と燃料の予混
合気をシリンダに供給し、予混合気を圧縮して昇温させ
て自着火燃焼させるように構成され、圧縮比を増加させ
て高率の向上が可能であると共に、燃料を希薄で燃焼さ
せ低ＮＯｘ化が可能となる。特に、燃料が天然ガス等の
気体燃料である場合、ディーゼルエンジンのように天然
ガスを高圧で噴射することは困難であるため、予混合圧
縮自着火エンジンのように予混合気を圧縮自着火燃焼さ
せるほうが容易に構成できる。
圧縮自着火エンジンのコンセプトが話題になっている。
これは、元々、燃料噴射ディーゼルのパティキュレート
を防止する目的で考え出されたものであるが、圧縮され
た空気（酸素含有ガスの一例）中に燃料を噴射するので
はなく、主には、ＳＩエンジンの様に空気と燃料の予混
合気をシリンダに供給し、予混合気を圧縮して昇温させ
て自着火燃焼させるように構成され、圧縮比を増加させ
て高率の向上が可能であると共に、燃料を希薄で燃焼さ
せ低ＮＯｘ化が可能となる。特に、燃料が天然ガス等の
気体燃料である場合、ディーゼルエンジンのように天然
ガスを高圧で噴射することは困難であるため、予混合圧
縮自着火エンジンのように予混合気を圧縮自着火燃焼さ
せるほうが容易に構成できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような予
混合圧縮自着火エンジンにおいては、燃料と空気の予混
合気を燃焼室内で圧縮して昇温させ、自着火に到るよう
に構成されているので、自着火状態は多数の部分で着火
する多点着火であり、燃料を希薄状態で燃焼させる為
に、火炎伝播し難く、圧縮されても発火に到らなかった
予混合気が、排ガス中の未燃成分として多く排出される
という問題があった。また、このことは、効率の低下に
つながるために、好ましい状態で自着火燃焼させ、安定
した運転状態を実現することが課題となっていた。
混合圧縮自着火エンジンにおいては、燃料と空気の予混
合気を燃焼室内で圧縮して昇温させ、自着火に到るよう
に構成されているので、自着火状態は多数の部分で着火
する多点着火であり、燃料を希薄状態で燃焼させる為
に、火炎伝播し難く、圧縮されても発火に到らなかった
予混合気が、排ガス中の未燃成分として多く排出される
という問題があった。また、このことは、効率の低下に
つながるために、好ましい状態で自着火燃焼させ、安定
した運転状態を実現することが課題となっていた。
【０００５】よって、本発明は、上記の事情に鑑みて、
排出する未燃成分を低減して安定した燃焼状態を実現す
ることができる、高効率、低ＮＯｘの予混合圧縮自着火
エンジンを提供することを目的とする。
排出する未燃成分を低減して安定した燃焼状態を実現す
ることができる、高効率、低ＮＯｘの予混合圧縮自着火
エンジンを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るための本発明による、燃料と酸素含有ガスとを吸気
し、ピストン上端面とシリンダ内面によって包囲される
燃焼室において予混合気を圧縮して自着火燃焼させ、前
記ピストンの往復運動を連結棒によってクランク軸に伝
達し、クランク軸の回転を維持する予混合圧縮自着火エ
ンジンの特徴構成は、請求項１に記載されているよう
に、前記予混合気の当量比が火炎伝播下限界以下であ
り、前記燃焼室の壁面を加熱する壁面加熱手段を備えた
点にある。
るための本発明による、燃料と酸素含有ガスとを吸気
し、ピストン上端面とシリンダ内面によって包囲される
燃焼室において予混合気を圧縮して自着火燃焼させ、前
記ピストンの往復運動を連結棒によってクランク軸に伝
達し、クランク軸の回転を維持する予混合圧縮自着火エ
ンジンの特徴構成は、請求項１に記載されているよう
に、前記予混合気の当量比が火炎伝播下限界以下であ
り、前記燃焼室の壁面を加熱する壁面加熱手段を備えた
点にある。
【０００７】通常、エンジンにおいては、燃焼室の壁面
は常に冷却水等によって冷却され、２００℃程度以下と
低温である。予混合圧縮自着火エンジンは、予混合気を
圧縮して自着火燃焼させるので、上記の従来のエンジン
と同じように燃焼室の壁面が低温であると、圧縮行程に
おいて予混合気を圧縮して昇温しても、壁面付近の予混
合気の熱が壁面から外部へ放出され、結果、圧縮行程終
了時に、壁面付近の予混合気と他の予混合気の温度差が
大きくなり、特に壁面付近の予混合気が圧縮自着火に到
らずに未燃成分として排出されてしまう。
は常に冷却水等によって冷却され、２００℃程度以下と
低温である。予混合圧縮自着火エンジンは、予混合気を
圧縮して自着火燃焼させるので、上記の従来のエンジン
と同じように燃焼室の壁面が低温であると、圧縮行程に
おいて予混合気を圧縮して昇温しても、壁面付近の予混
合気の熱が壁面から外部へ放出され、結果、圧縮行程終
了時に、壁面付近の予混合気と他の予混合気の温度差が
大きくなり、特に壁面付近の予混合気が圧縮自着火に到
らずに未燃成分として排出されてしまう。
【０００８】そこで、本発明の予混合圧縮自着火エンジ
ンは、上記のように、燃焼室の壁面を加熱する壁面加熱
手段が備えられ、さらに予混合気の当量比は火炎伝播下
限界以下とされている。尚、本発明の予混合圧縮自着火
エンジンは、燃焼室において予混合気を圧縮して自着火
させることには変わりので、壁面加熱手段によって壁面
を加熱しても、圧縮前の壁面近傍の予混合気以外の予混
合気の温度は、勿論発火点以下とされている。また、燃
焼室に吸気された予混合気が、加熱された燃焼室壁面に
接触して燃焼しても、当量比が火炎伝播領域以下である
為に、その火炎が他の予混合気に伝播することが無い。
また、燃料が天然ガスの場合、上記の火炎伝播下限界以
下の当量比とは、０．５程度以下であり、燃料がガソリ
ンの場合、上記の火炎伝播下限界以下の当量比とは、
０．５８程度以下であり、燃料が軽油の場合、上記の火
炎伝播下限界以下の当量比とは、０．６９程度以下であ
り、燃料が水素の場合、上記の火炎伝播下限界以下の当
量比とは、０．０９程度以下である。
ンは、上記のように、燃焼室の壁面を加熱する壁面加熱
手段が備えられ、さらに予混合気の当量比は火炎伝播下
限界以下とされている。尚、本発明の予混合圧縮自着火
エンジンは、燃焼室において予混合気を圧縮して自着火
させることには変わりので、壁面加熱手段によって壁面
を加熱しても、圧縮前の壁面近傍の予混合気以外の予混
合気の温度は、勿論発火点以下とされている。また、燃
焼室に吸気された予混合気が、加熱された燃焼室壁面に
接触して燃焼しても、当量比が火炎伝播領域以下である
為に、その火炎が他の予混合気に伝播することが無い。
また、燃料が天然ガスの場合、上記の火炎伝播下限界以
下の当量比とは、０．５程度以下であり、燃料がガソリ
ンの場合、上記の火炎伝播下限界以下の当量比とは、
０．５８程度以下であり、燃料が軽油の場合、上記の火
炎伝播下限界以下の当量比とは、０．６９程度以下であ
り、燃料が水素の場合、上記の火炎伝播下限界以下の当
量比とは、０．０９程度以下である。
【０００９】本発明の予混合圧縮自着火エンジンは、上
記のように壁面加熱手段をそなえることで、燃焼室の壁
面を加熱し、圧縮行程において壁面付近の予混合気の熱
が壁面から外部へ放出されるのを抑制することができる
ので、圧縮行程終了時に、壁面付近の予混合気と他の予
混合気の温度差が小さくなり、従来よりも、燃焼室の予
混合気の多くを発火点に到達させて燃焼させることがで
きる。結果、排ガス中の未燃成分を低減することがで
き、効率を向上することができる。
記のように壁面加熱手段をそなえることで、燃焼室の壁
面を加熱し、圧縮行程において壁面付近の予混合気の熱
が壁面から外部へ放出されるのを抑制することができる
ので、圧縮行程終了時に、壁面付近の予混合気と他の予
混合気の温度差が小さくなり、従来よりも、燃焼室の予
混合気の多くを発火点に到達させて燃焼させることがで
きる。結果、排ガス中の未燃成分を低減することがで
き、効率を向上することができる。
【００１０】さらに、このような予混合圧縮自着火エン
ジンにおいて、請求項２に記載されているように、前記
壁面加熱手段が、前記壁面を２００℃〜２０００℃の範
囲内に加熱する手段であることが好ましい。
ジンにおいて、請求項２に記載されているように、前記
壁面加熱手段が、前記壁面を２００℃〜２０００℃の範
囲内に加熱する手段であることが好ましい。
【００１１】壁面加熱手段の加熱温度の範囲を上記のよ
うに設定することによって、圧縮前の燃焼室の壁面近傍
の予混合気以外の予混合気の温度を発火点以下としなが
ら、燃焼室の壁面を加熱して、圧縮行程において壁面付
近の予混合気の熱が壁面から外部へ放出されるのを抑制
することができるので、ほとんどの予混合気を好ましい
状態で圧縮自着火させ、排ガス中の未燃成分を低減する
ことができ、結果、エンジンの効率を向上することがで
きる。また、壁面加熱手段による壁面の加熱温度を２０
０℃以上とすることで、例えば従来のようにシリンダを
水冷する場合に対して、未燃成分の低減を図ることがで
き、壁面の加熱温度を２０００℃以下とすることで、エ
ンジンのシリンダ等を損傷させることなく壁面を加熱す
ることができる。さらに、上記壁面加熱手段による壁面
の加熱温度は、１５００℃以下が好ましく、圧縮前の予
混合気の温度を上昇させて吸気効率を低下させること無
く、未燃成分を低減することができる。
うに設定することによって、圧縮前の燃焼室の壁面近傍
の予混合気以外の予混合気の温度を発火点以下としなが
ら、燃焼室の壁面を加熱して、圧縮行程において壁面付
近の予混合気の熱が壁面から外部へ放出されるのを抑制
することができるので、ほとんどの予混合気を好ましい
状態で圧縮自着火させ、排ガス中の未燃成分を低減する
ことができ、結果、エンジンの効率を向上することがで
きる。また、壁面加熱手段による壁面の加熱温度を２０
０℃以上とすることで、例えば従来のようにシリンダを
水冷する場合に対して、未燃成分の低減を図ることがで
き、壁面の加熱温度を２０００℃以下とすることで、エ
ンジンのシリンダ等を損傷させることなく壁面を加熱す
ることができる。さらに、上記壁面加熱手段による壁面
の加熱温度は、１５００℃以下が好ましく、圧縮前の予
混合気の温度を上昇させて吸気効率を低下させること無
く、未燃成分を低減することができる。
【００１２】さらに、このような予混合圧縮自着火エン
ジンにおいて、請求項３に記載されているように、前記
壁面加熱手段として、前記燃焼室の壁面に抵抗線と前記
抵抗線に通電する電源とを備えることができる。即ち、
本発明の特徴構成である壁面温度設定手段を、上記のよ
うに構成することができ、ニクロム線等の抵抗線に、バ
ッテリー等の電源によって通電し、燃焼室の壁面を加熱
して、圧縮行程において壁面付近の予混合気の熱が壁面
から外部へ放出されるのを抑制することができるので、
排ガス中の未燃成分を低減し、エンジンの効率を向上さ
せることができる。
ジンにおいて、請求項３に記載されているように、前記
壁面加熱手段として、前記燃焼室の壁面に抵抗線と前記
抵抗線に通電する電源とを備えることができる。即ち、
本発明の特徴構成である壁面温度設定手段を、上記のよ
うに構成することができ、ニクロム線等の抵抗線に、バ
ッテリー等の電源によって通電し、燃焼室の壁面を加熱
して、圧縮行程において壁面付近の予混合気の熱が壁面
から外部へ放出されるのを抑制することができるので、
排ガス中の未燃成分を低減し、エンジンの効率を向上さ
せることができる。
【００１３】さらに、上記の予混合圧縮自着火エンジン
において、請求項４に記載されているように、前記抵抗
線が、メッシュ状に形成されて前記シリンダ内面に設け
られていることが好ましい。このように構成すること
で、燃焼室壁面を均一に加熱することができ、圧縮行程
において壁面付近全域に渡って予混合気の熱が壁面から
外部へ放出されるのを良好に防ぎ、排出される未燃成分
を一層低減することができるので、結果、燃料を好まし
い状態で燃焼させ効率を向上することができる。
において、請求項４に記載されているように、前記抵抗
線が、メッシュ状に形成されて前記シリンダ内面に設け
られていることが好ましい。このように構成すること
で、燃焼室壁面を均一に加熱することができ、圧縮行程
において壁面付近全域に渡って予混合気の熱が壁面から
外部へ放出されるのを良好に防ぎ、排出される未燃成分
を一層低減することができるので、結果、燃料を好まし
い状態で燃焼させ効率を向上することができる。
【００１４】さらに、これらの予混合圧縮自着火エンジ
ンにおいて、請求項４に記載されているように、前記燃
料が、天然ガスを主成分とする燃料であることができ
る。このように、気体燃焼である天然ガスを利用する場
合においても、燃焼室の壁面を加熱する壁面加熱手段を
備え、排ガス中の未燃成分が少なく高効率の予混合圧縮
自着火エンジンを構成することができる。
ンにおいて、請求項４に記載されているように、前記燃
料が、天然ガスを主成分とする燃料であることができ
る。このように、気体燃焼である天然ガスを利用する場
合においても、燃焼室の壁面を加熱する壁面加熱手段を
備え、排ガス中の未燃成分が少なく高効率の予混合圧縮
自着火エンジンを構成することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】本願の予混合圧縮自着火エンジン
１００の構造を図１に基づいて説明する。エンジン１０
０は、吸気弁７及び排気弁８を備えたシリンダ１と、こ
のシリンダ１内に収納されるピストン２を備えて構成さ
れている。ピストン２は連結棒３に回転自由に接続され
ており、ピストン２の往復動は連結棒３によってクラン
ク軸４の回転運動として得られる。この構成により、燃
料として天然ガスと空気とを予め混合して形成された予
混合気ｍは、吸気路５、吸気弁７を介し、燃焼室１１内
へ導かれ、圧縮・膨張行程を経た後、排気弁８、排気路
６を介して排気側へ排気される。
１００の構造を図１に基づいて説明する。エンジン１０
０は、吸気弁７及び排気弁８を備えたシリンダ１と、こ
のシリンダ１内に収納されるピストン２を備えて構成さ
れている。ピストン２は連結棒３に回転自由に接続され
ており、ピストン２の往復動は連結棒３によってクラン
ク軸４の回転運動として得られる。この構成により、燃
料として天然ガスと空気とを予め混合して形成された予
混合気ｍは、吸気路５、吸気弁７を介し、燃焼室１１内
へ導かれ、圧縮・膨張行程を経た後、排気弁８、排気路
６を介して排気側へ排気される。
【００１６】エンジンの動作サイクルは、吸気行程、圧
縮行程、膨張行程、排気行程を経て、一サイクルを完了
する。通常、前記吸気行程においては、吸気弁７のみが
開状態とされて、予混合気の吸気が行われる。圧縮行程
においては、吸気弁７及び排気弁８が共に閉状態とされ
ピストン２が燃焼室１１を減少させる方向に移動し、燃
焼室１１内のガスの圧縮が起こる。この圧縮が完了する
状態におけるピストン２の位置が、上死点と呼ばれ、予
混合圧縮自着火エンジンにおける予混合気ｍの圧縮自着
火は、この位置の近傍にピストン２があるタイミングで
起こる。膨張行程は、燃焼によって発生する高圧ガスに
よりピストン２が燃焼室１１を増加する方向に移動する
行程である。この行程にあっても、吸気弁７及び排気弁
８が共に閉状態とされる。さらに、排気行程において
は、排気弁８のみが開状態とされ、ピストン２の燃焼室
１１内空間を減少させる方向への移動に伴って燃焼室１
１内の排ガスが排出される。以上の行程は、４サイクル
エンジンが普通に備える行程であり、基本的に予混合圧
縮自着火エンジンは、予混合気ｍの着火状態が、ピスト
ンの圧縮に伴って発生する熱によって予混合気が自着火
するものであり、例えば圧縮比を２１程度と高く設定す
ることができるため高効率であり、さらに予混合気ｍを
希薄状態で燃焼させることができるため低ＮＯｘを実現
することができる。
縮行程、膨張行程、排気行程を経て、一サイクルを完了
する。通常、前記吸気行程においては、吸気弁７のみが
開状態とされて、予混合気の吸気が行われる。圧縮行程
においては、吸気弁７及び排気弁８が共に閉状態とされ
ピストン２が燃焼室１１を減少させる方向に移動し、燃
焼室１１内のガスの圧縮が起こる。この圧縮が完了する
状態におけるピストン２の位置が、上死点と呼ばれ、予
混合圧縮自着火エンジンにおける予混合気ｍの圧縮自着
火は、この位置の近傍にピストン２があるタイミングで
起こる。膨張行程は、燃焼によって発生する高圧ガスに
よりピストン２が燃焼室１１を増加する方向に移動する
行程である。この行程にあっても、吸気弁７及び排気弁
８が共に閉状態とされる。さらに、排気行程において
は、排気弁８のみが開状態とされ、ピストン２の燃焼室
１１内空間を減少させる方向への移動に伴って燃焼室１
１内の排ガスが排出される。以上の行程は、４サイクル
エンジンが普通に備える行程であり、基本的に予混合圧
縮自着火エンジンは、予混合気ｍの着火状態が、ピスト
ンの圧縮に伴って発生する熱によって予混合気が自着火
するものであり、例えば圧縮比を２１程度と高く設定す
ることができるため高効率であり、さらに予混合気ｍを
希薄状態で燃焼させることができるため低ＮＯｘを実現
することができる。
【００１７】このような、予混合圧縮自着火エンジン１
００は、圧縮による予混合気の自然着火を利用するもの
であるので、予混合気ｍの温度を安定させる必要があ
り、予混合気ｍの温度が変化すると、圧縮自着火のタイ
ミングが変化し、好ましい状態で運転することができな
い。そこで、予混合圧縮自着火エンジン１００には、燃
焼室１１の自着火タイミングを検出するべく、燃焼室１
１の圧力を検出する圧力センサ１２が備えられ、クラン
ク軸４の回転に伴って、どのタイミングで自着火が発生
しているかを検出し、予混合気ｍの温度を調整するよう
に構成されている。
００は、圧縮による予混合気の自然着火を利用するもの
であるので、予混合気ｍの温度を安定させる必要があ
り、予混合気ｍの温度が変化すると、圧縮自着火のタイ
ミングが変化し、好ましい状態で運転することができな
い。そこで、予混合圧縮自着火エンジン１００には、燃
焼室１１の自着火タイミングを検出するべく、燃焼室１
１の圧力を検出する圧力センサ１２が備えられ、クラン
ク軸４の回転に伴って、どのタイミングで自着火が発生
しているかを検出し、予混合気ｍの温度を調整するよう
に構成されている。
【００１８】しかし、このような予混合圧縮自着火エン
ジン１００において、予混合気ｍは圧縮自着火させて燃
焼されるので、燃焼室１１の壁面９が低温である場合、
圧縮行程において予混合気が圧縮されたとしても、壁面
９近傍の予混合気ｍの熱が壁面９から外部へ放出され、
この壁面９付近の予混合気ｍが自着火せずに未燃成分と
して排気路６に排出されてしまう。そこで、本発明の予
混合圧縮自着火エンジン１００は、燃焼室１１の壁面９
の内部に、図２に示すメッシュ状に形成されたニクロム
線２０と、そのニクロム線２０に電気を供給する電源２
１が設けられており、電源２１からニクロム線２０に電
気を供給することで、燃焼室１１の壁面９を１０００℃
程度に加熱するように構成されている。
ジン１００において、予混合気ｍは圧縮自着火させて燃
焼されるので、燃焼室１１の壁面９が低温である場合、
圧縮行程において予混合気が圧縮されたとしても、壁面
９近傍の予混合気ｍの熱が壁面９から外部へ放出され、
この壁面９付近の予混合気ｍが自着火せずに未燃成分と
して排気路６に排出されてしまう。そこで、本発明の予
混合圧縮自着火エンジン１００は、燃焼室１１の壁面９
の内部に、図２に示すメッシュ状に形成されたニクロム
線２０と、そのニクロム線２０に電気を供給する電源２
１が設けられており、電源２１からニクロム線２０に電
気を供給することで、燃焼室１１の壁面９を１０００℃
程度に加熱するように構成されている。
【００１９】このことによって、圧縮自着火時の燃焼室
１１の壁面９近傍の予混合気ｍは、その１０００℃程度
の壁面９によって加熱されるので、圧縮行程においてそ
の予混合気ｍの熱が壁面９から外部へ放出されるのを抑
制し、圧縮終了時の燃焼室１１においては、ほとんどの
予混合気ｍを好ましい状態で発火点に到達させて燃焼さ
せることができ、自着火するので、排出される未燃成分
を低減することができる。さらに、燃焼室１１の中心付
近の予混合気ｍの温度は、加熱された壁面９の影響をほ
とんど受けずに、発火点以下となっているので、好まし
い状態で圧縮して自着火燃焼させることができる。例え
ば、従来のように壁面９を加熱しない場合において、排
ガス中の未燃成分の濃度が２０００ｐｐｍ程度であった
のに対し、本発明の予混合圧縮自着火エンジン１００
は、排ガス中の未燃成分の濃度が１０００ｐｐｍと半減
させることができ、さらに、燃料を効率よく燃焼させ、
効率を向上させることができる。上記のように、電源２
１によって壁面９に設けたニクロム線２０に通電し、燃
焼室１１の壁面９を加熱するような手段を壁面加熱手段
Ａと呼び、この壁面加熱手段Ａによって、本発明の予混
合圧縮自着火エンジン１００は、排ガス中の未燃成分を
低減し、効率を向上することができる。
１１の壁面９近傍の予混合気ｍは、その１０００℃程度
の壁面９によって加熱されるので、圧縮行程においてそ
の予混合気ｍの熱が壁面９から外部へ放出されるのを抑
制し、圧縮終了時の燃焼室１１においては、ほとんどの
予混合気ｍを好ましい状態で発火点に到達させて燃焼さ
せることができ、自着火するので、排出される未燃成分
を低減することができる。さらに、燃焼室１１の中心付
近の予混合気ｍの温度は、加熱された壁面９の影響をほ
とんど受けずに、発火点以下となっているので、好まし
い状態で圧縮して自着火燃焼させることができる。例え
ば、従来のように壁面９を加熱しない場合において、排
ガス中の未燃成分の濃度が２０００ｐｐｍ程度であった
のに対し、本発明の予混合圧縮自着火エンジン１００
は、排ガス中の未燃成分の濃度が１０００ｐｐｍと半減
させることができ、さらに、燃料を効率よく燃焼させ、
効率を向上させることができる。上記のように、電源２
１によって壁面９に設けたニクロム線２０に通電し、燃
焼室１１の壁面９を加熱するような手段を壁面加熱手段
Ａと呼び、この壁面加熱手段Ａによって、本発明の予混
合圧縮自着火エンジン１００は、排ガス中の未燃成分を
低減し、効率を向上することができる。
【００２０】〔別実施の形態〕 〈１〉 本願の予混合圧縮自着火エンジンに使用できる
燃料としては、天然ガス、ガソリン、プロパン、メタノ
ール、水素、軽油等、任意の炭化水素系燃料を使用する
ことができる。 〈２〉 予混合気を生成するにあたっては、燃料とこの
燃料の燃焼のための酸素を含有するガスとを混合すれば
よいが、例えば、燃焼用酸素含有ガスとして空気を使用
することが一般的である。しかしながら、このようなガ
スとしては、例えば、酸素成分含有量が空気に対して高
い酸素富化ガス等を使用することが可能である。 〈３〉 上記の実施の形態においては、所謂、４サイク
ルエンジンに関連して、説明したが、本願は、２サイク
ルエンジンにおいても適応可能である。 〈４〉 上記の実施の形態においては、燃料と空気との
混合気である吸気をシリンダ内に吸気する構造のものを
示したが、燃料及び空気を別々に、例えば、吸気路から
空気のみを吸気し、燃焼室に燃料を直接噴射して予混合
気を形成し、その予混合気を圧縮自着火させるように構
成するエンジンにおいても、本願の発明は適応できる。
燃料としては、天然ガス、ガソリン、プロパン、メタノ
ール、水素、軽油等、任意の炭化水素系燃料を使用する
ことができる。 〈２〉 予混合気を生成するにあたっては、燃料とこの
燃料の燃焼のための酸素を含有するガスとを混合すれば
よいが、例えば、燃焼用酸素含有ガスとして空気を使用
することが一般的である。しかしながら、このようなガ
スとしては、例えば、酸素成分含有量が空気に対して高
い酸素富化ガス等を使用することが可能である。 〈３〉 上記の実施の形態においては、所謂、４サイク
ルエンジンに関連して、説明したが、本願は、２サイク
ルエンジンにおいても適応可能である。 〈４〉 上記の実施の形態においては、燃料と空気との
混合気である吸気をシリンダ内に吸気する構造のものを
示したが、燃料及び空気を別々に、例えば、吸気路から
空気のみを吸気し、燃焼室に燃料を直接噴射して予混合
気を形成し、その予混合気を圧縮自着火させるように構
成するエンジンにおいても、本願の発明は適応できる。
【００２１】〈５〉 本願の予混合圧縮自着火エンジン
において、供給される予混合気ｍの当量比は１／３と希
薄状態であり、火炎伝播下限界以下となっているので、
例えば、壁面加熱手段Ａによって、燃焼室の壁面を燃料
の発火点以上に加熱した場合においても、燃焼室１１に
吸気された予混合気ｍが、圧縮される前に発火点以上の
燃焼室壁面９に接触して燃焼しても、その火炎が他の予
混合気ｍに伝播することが無く、好ましい状態で圧縮後
に自着火燃焼させることができる。さらに、このような
希薄の予混合気を燃焼させることで、低ＮＯｘ化を一層
実現することができる。
において、供給される予混合気ｍの当量比は１／３と希
薄状態であり、火炎伝播下限界以下となっているので、
例えば、壁面加熱手段Ａによって、燃焼室の壁面を燃料
の発火点以上に加熱した場合においても、燃焼室１１に
吸気された予混合気ｍが、圧縮される前に発火点以上の
燃焼室壁面９に接触して燃焼しても、その火炎が他の予
混合気ｍに伝播することが無く、好ましい状態で圧縮後
に自着火燃焼させることができる。さらに、このような
希薄の予混合気を燃焼させることで、低ＮＯｘ化を一層
実現することができる。
【００２２】
【図１】本願の予混合圧縮自着火エンジンの構成を示す
図
図
【図２】図１に示す予混合圧縮自着火エンジンの燃焼室
壁面に備えられたニクロム線の形状を示す図
壁面に備えられたニクロム線の形状を示す図
１ シリンダ ２ ピストン ３ 連結棒 ４ クランク ５ 吸気路 ６ 排気路 ７ 吸気弁 ８ 排気弁 １１ 燃焼室 １００ エンジン Ａ 壁面加熱手段
───────────────────────────────────────────────────── 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 19/10 Ｆ０２Ｄ 19/10 Ｆ０２Ｆ 1/18 Ｆ０２Ｆ 1/18 Ｂ Ｆ０２Ｍ 21/02 Ｆ０２Ｍ 21/02 Ｌ Ｆターム(参考） 3G023 AA05 AB05 AC01 AC04 AC08 AD00 AG02 3G024 AA31 DA02 FA00 3G092 AA02 AA09 AB02 AB04 AB07 AB08 BA06 DE15S FA17
Claims (5)
- 【請求項１】 燃料と酸素含有ガスとを吸気し、ピスト
ン上端面とシリンダ内面によって包囲される燃焼室にお
いて予混合気を圧縮して自着火燃焼させ、前記ピストン
の往復運動を連結棒によってクランク軸に伝達し、クラ
ンク軸の回転を維持する予混合圧縮自着火エンジンであ
って、 前記予混合気の当量比が火炎伝播下限界以下であり、 前記燃焼室の壁面を加熱する壁面加熱手段を備えた予混
合圧縮自着火エンジン。 - 【請求項２】 前記壁面加熱手段が、前記壁面を２００
℃〜２０００℃の範囲内に加熱する手段である請求項１
に記載の予混合圧縮自着火エンジン。 - 【請求項３】 前記壁面加熱手段として、前記燃焼室の
壁面に抵抗線と前記抵抗線に通電する電源とを備えた請
求項１又は２に記載の予混合圧縮自着火エンジン。 - 【請求項４】 前記抵抗線が、メッシュ状に形成されて
前記シリンダ内面に設けられている請求項３に記載の予
混合圧縮自着火エンジン。 - 【請求項５】 前記燃料が、天然ガスを主成分とする燃
料である請求項１から４の何れか１項に記載の予混合圧
縮自着火エンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32795499A JP2001140649A (ja) | 1999-11-18 | 1999-11-18 | 予混合圧縮自着火エンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32795499A JP2001140649A (ja) | 1999-11-18 | 1999-11-18 | 予混合圧縮自着火エンジン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001140649A true JP2001140649A (ja) | 2001-05-22 |
Family
ID=18204880
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32795499A Pending JP2001140649A (ja) | 1999-11-18 | 1999-11-18 | 予混合圧縮自着火エンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001140649A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009180132A (ja) * | 2008-01-30 | 2009-08-13 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の熱回収利用装置 |
| JP2016507693A (ja) * | 2013-02-11 | 2016-03-10 | コンツアー・ハードニング・インコーポレーテッド | 燃焼点火システム |
-
1999
- 1999-11-18 JP JP32795499A patent/JP2001140649A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009180132A (ja) * | 2008-01-30 | 2009-08-13 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の熱回収利用装置 |
| JP2016507693A (ja) * | 2013-02-11 | 2016-03-10 | コンツアー・ハードニング・インコーポレーテッド | 燃焼点火システム |
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