JP2002038955A - 筒内噴射式エンジン - Google Patents

筒内噴射式エンジン

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JP2002038955A
JP2002038955A JP2000221824A JP2000221824A JP2002038955A JP 2002038955 A JP2002038955 A JP 2002038955A JP 2000221824 A JP2000221824 A JP 2000221824A JP 2000221824 A JP2000221824 A JP 2000221824A JP 2002038955 A JP2002038955 A JP 2002038955A
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JP
Japan
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fuel
air
injector
injection
injected
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JP2000221824A
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English (en)
Inventor
Fumitaka Honjo
史隆 本城
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UD Trucks Corp
Original Assignee
UD Trucks Corp
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Publication date
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
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    • Y02T10/30Use of alternative fuels, e.g. biofuels

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  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】燃料に貫徹力の弱いガスを用いて圧縮着火を行
う筒内噴射式エンジンにおいても、噴射燃料と空気との
混合を有効に促進できるようにする。 【解決手段】高圧流体(空気)の供給装置8を設けると
共に、1つのインジェクタ6に燃料の供給通路7aと高
圧流体の供給通路8aを並列的に接続する一方、これら
の供給通路7a,8bをクランク角に応じて開閉する手
段9を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、燃料の噴射弁を
備える筒内噴射式エンジンに関する。
【0002】
【従来の技術】火花点火を行う筒内噴射式エンジンにお
いて、成層燃焼用の噴射弁(インジェクタ)と、均一燃
焼用の噴射弁と、を燃焼室に点火プラグやスキッシュエ
リアとの関係からレイアウト(配置)したものがある
(特開平7−247841号)。また、火花点火を行う
筒内噴射式エンジンにおいて、成層燃焼の可能な運転領
域を広げるため、燃焼室の吸気弁側の側壁に配置される
燃料の噴射弁と、これに対向する排気弁側の側壁に配設
される高圧空気の噴射弁と、を設けると共に、これらの
噴射する燃料噴霧および高圧空気が周囲へ拡散するのを
抑えながら、燃料室の中央部に位置する点火プラグの下
方で衝突するように案内するガイド溝をピストン頂面に
形成したものがある(特開平10−331642号)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】筒内噴射式エンジンに
おいて、圧縮着火を行う場合、燃料の噴射圧を相当に高
く設定しないと、燃焼室に噴射燃料が拡散されず、圧縮
上死点付近で着火するようになるが、空気との混合が十
分でないため、エンジンの出力低下や排気エミッション
(HC,COなど)の悪化を来たしやすいという不具合
が考えられる。とくに燃料がガス(たとえば、CNG)
の場合、噴射燃料のピストン頂面などに衝突する貫徹力
が弱く、燃焼室の一部分に噴射燃料が濃く固まりやすい
のである。
【0004】この発明は、このような問題点を改善する
ための有効な対策手段の提供を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】第1の発明では、燃料の
インジェクタを備える筒内噴射式エンジンにおいて、燃
焼室の噴射燃料に空気または可燃ガスを噴射するインジ
ェクタを設けたことを特徴とする。
【0006】第2の発明では、燃料のインジェクタを備
える筒内噴射式エンジンにおいて、燃焼室に不活性ガス
を噴射するインジェクタを設けたことを特徴とする。
【0007】第3の発明では、燃料のインジェクタを備
える筒内噴射式エンジンにおいて、高圧流体の供給装置
を設けると共に、1つのインジェクタに燃料の供給通路
と高圧流体の供給通路を並列的に接続する一方、これら
の供給通路をクランク角に応じて開閉する手段を設けた
ことを特徴とする。
【0008】第4の発明では、第3の発明における、高
圧流体として空気または可燃ガスを用いたことを特徴と
する。
【0009】第5の発明では、第3の発明における、高
圧流体として不活性ガスを用いたことを特徴とする。
【0010】第6の発明では、燃料のインジェクタを備
える筒内噴射式エンジンにおいて、複数の異なる高圧流
体を個別的に供給する装置を設けると共に、1つのイン
ジェクタに異なる高圧流体の各供給通路を燃料の供給通
路と並列的に接続する一方、これらの供給通路をクラン
ク角に応じて開閉する手段を設けたことを特徴とする。
【0011】第7の発明では、第6の発明における、複
数の異なる高圧流体として、空気または可燃ガスと、不
活性ガスと、を用いたことを特徴とする。
【0012】
【発明の効果】第1の発明では、空気または可燃ガスの
噴射により、燃焼室の噴射燃料が撹拌され、燃料と空気
との混合が促進されるため、燃料が貫徹力の弱いガスを
用いて圧縮着火を行うエンジンにおいても、エンジン出
力の向上およびHC,COの低減が得られる。また、可
燃ガスの場合、火炎の伝播も促進される。
【0013】第2の発明では、燃焼室の噴射燃料に不活
性ガスを噴射すると、燃焼室の噴射燃料が不活性ガスの
噴射に撹拌され、燃料と空気との混合が促進されるた
め、燃料が貫徹力の弱いガスを用いて圧縮着火を行うエ
ンジンにおいても、エンジン出力の向上およびHC,C
Oの低減が得られる。燃料噴射前の吸気行程に不活性ガ
スを噴射すると、空気の割合(酸素濃度)が減るため、
燃焼最高温度が低く抑えられ、NOxの発生も低減され
る。
【0014】第3の発明では、1つのインジェクタによ
り、燃料のほか、高圧流体を噴射できる。燃焼室の噴射
燃料に高圧流体を噴射すると、噴射燃料が高圧流体の噴
射に撹拌され、空気との混合が促進されるため、燃料が
貫徹力の弱いガスを用いて圧縮着火を行うエンジンにお
いても、エンジン出力の向上およびHC,COの低減が
得られる。
【0015】第4の発明においては、高圧の空気または
可燃ガスが燃料室の噴射燃料に噴射されると、その噴射
の撹拌作用により、燃料と空気との混合が促進されるた
め、燃料が貫徹力の弱いガスを用いて圧縮着火を行うエ
ンジンにおいても、エンジン出力の向上およびHC,C
Oの低減が得られる。可燃ガスの噴射による場合、火炎
の伝播も促進される。
【0016】第5の発明においては、燃焼室の噴射燃料
に不活性ガスが噴射されると、燃焼室の噴射燃料が不活
性ガスの噴射に撹拌され、燃料と空気との混合が促進さ
れるため、燃料が貫徹力の弱いガスを用いて圧縮着火を
行うエンジンにおいても、エンジン出力の向上およびH
C,COの低減が得られる。燃料噴射前の吸気行程に不
活性ガスが噴射されると、空気の割合(酸素濃度)が減
るため、燃焼最高温度が低く抑えられ、NOxの発生も
低減される。
【0017】第6の発明では、1つの噴射弁により、燃
料のほか、複数の異なる高圧流体を噴射できる。燃料噴
射後に噴射する高圧流体と、燃料噴射前に噴射する高圧
流体を設定すると、燃料噴射後に噴射する高圧流体によ
り、燃料と空気との混合が促進される一方、燃料噴射前
に噴射する高圧流体により、運転状態に適合する燃焼室
の雰囲気が得られる。
【0018】第7の発明においては、燃料噴射後に空気
または可燃ガスが噴射されると、その噴射の撹拌作用に
より、燃料と空気との混合が促進されるため、燃料が貫
徹力の弱いガスを用いて圧縮着火を行うエンジンにおい
ても、エンジン出力の向上およびHC,COの低減が得
られる。燃料噴射前の吸気行程に不活性ガスが噴射され
ると、空気の割合(酸素濃度)が減るため、燃焼最高温
度が低く抑えられ、NOxの発生も低減される。
【0019】
【発明の実施の形態】図1は圧縮着火を行う筒内噴射式
エンジンへの実施形態を表すものであり、1はシリンダ
ブロック、2はシリンダヘッド、3はこれらと共に燃焼
室4を構成するピストン、を示す。ピストン3頂面の略
中央部に窪み部5(キャビティ)が形成され、シリンダ
ヘッド2に先端の噴口をキャビティ5へ向けてインジェ
クタ6(噴射弁)が配置される。
【0020】7はインジェクタ6へ高圧の燃料ガス(C
NG)を供給する燃料供給装置であり、このエンジンに
おいては、高圧の空気をインジェクタ6へ供給する空気
供給装置8が備えられる。インジェクタ6に燃料の供給
通路7aと並列的に空気の供給通路8aが接続され、こ
れらの供給通路7a,8aを開閉する電磁弁9が介装さ
れる。
【0021】電磁弁9は、圧縮行程の所定期間(燃料噴
射期間)にインジェクタ6から燃料ガスが噴射されるよ
う、燃料噴射後の所定期間(空気噴射期間)にインジェ
クタ6から空気が噴射されるよう、に制御される(図
5、参照)。そのため、図示しないが、エンジンのクラ
ンク角を検出する手段と、この検出信号に基づいて電磁
弁9の切り替えを制御する手段と、が備えられる。な
お、電磁弁9は、便宜的にインジェクタ6と別体に図示
するが、燃料ガスおよび空気の残量を最小限に抑えるた
め、インジェクタ6の内部において、噴口の極く間近に
収装される。
【0022】このような構成により、エンジンのクラン
ク角に応じて、燃料噴射期間にインジェクタ6から燃料
ガスが燃焼室4の吸入空気に噴射され、空気噴射期間に
インジェクタ6から空気が噴射される。インジェクタ6
から噴射される燃料ガスは、ピストン3頂面に衝突する
貫徹力が弱く、図2のように燃焼室4の中央部に濃く固
まりやすいが、この燃料ガスの固まりに空気がインジェ
クタ6から噴射されるので、図3のようにその空気噴射
の撹拌作用により、燃料ガスと空気との混合が効率よく
促進される。したがって、良好な拡散燃焼が得られるよ
うになり、エンジン出力の向上およびHC,COの低減
が図れるのである。
【0023】空気供給装置8において、空気の代わりに
高圧の可燃ガスをインジェクタ6に供給すると、可燃ガ
スの噴射により、燃料ガスと空気との混合が促進され、
圧縮着火およびその火炎伝播も促進される。高圧の液体
(可燃性を備える)を使用すると、液体の噴射は、噴霧
の貫徹力が強く、既述の効果をさらに高めることが可能
となる。
【0024】空気の代わりに不活性ガスを使用する場
合、燃料ガスの固まりに不活性ガスを噴射すると、その
噴射の撹拌作用により、燃料ガスと空気との混合が促進
される。また、吸気行程の燃焼室4に不活性ガスを噴射
すると、空気の割合(酸素濃度)が減るため、燃料最高
温度が低く抑えられ、NOxの低減も有効に得られるよ
うになる。
【0025】図4は別の実施形態を表すものであり、高
圧の燃料ガス(CNG)を供給する燃料供給装置7と、
高圧の空気を供給する空気供給装置8と、さらに他の高
圧流体(この場合、不活性ガス)を供給するガス供給装
置10と、が備えられる。1つのインジェクタ6aに燃
料の供給通路7aと空気の供給通路8aと不活性ガスの
供給通路10aが並列的に接続され、これらの供給通路
7a,8a,10aを開閉する電磁弁9aが、(燃料ガ
ス,空気,不活性ガス、の残量を最小限に抑えるため)
インジェクタ6aの内部に収装される。
【0026】図示しないが、エンジンのクランク角を検
出する手段と、この検出信号に基づいて電磁弁9aの切
り替えを制御する手段と、が備えられる。そして、電磁
弁9aは図5のようにインジェクタ6aから圧縮行程の
所定期間(燃料噴射期間)に燃料ガスが噴射されるよ
う、燃料噴射後の所定期間(空気噴射期間)にインジェ
クタ6aから空気が噴射されるよう、吸気行程から圧縮
行程の燃料噴射に至る所定期間にインジェクタ6aから
不活性ガスが噴射されるよう、に制御される。
【0027】1つのインジェクタ6aにより、燃料ガス
のほか、複数の異なる高圧流体(空気と不活性ガス)を
それぞれ所定期間に噴射できるのである。燃料ガスの噴
射後に空気が噴射され、その噴射の撹拌作用により、燃
料と空気との混合が促進されるため、燃料に貫徹力の弱
いガスを用いて圧縮着火を行うエンジンにおいて、エン
ジン出力の向上およびHC,COの低減が得られる。ま
た、吸気行程から圧縮行程の燃料噴射に及ぶ不活性ガス
の噴射により、空気の割合(酸素濃度)が減るため、燃
焼最高温度が低く抑えられ、NOxも有効に低減され
る。
【0028】図1および図4の場合、1つのインジェク
タ6,6aに依拠するが、燃焼室4の回りに余裕があれ
ば、各供給配管(図1においては、燃料ガスの供給通路
7aと空気の供給通路8a、図4においては、燃料ガス
の供給通路7aと空気の供給通路8aと不活性ガスの供
給通路9a)のそれぞれに接続する専用のインジェクタ
を配設してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施形態を表す概要構成図である。
【図2】同じく作用説明図である。
【図3】同じく作用説明図である。
【図4】別の実施形態を表す概要構成図である。
【図5】同じく電磁弁の制御内容を説明する特性図であ
る。
【符号の説明】
3 ピストン 4 燃焼室 6,6a インジェクタ 7 燃料供給装置 7a 燃料供給通路 8 空気供給装置 8a 空気供給通路 9,9a 電磁弁
───────────────────────────────────────────────────── 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 19/12 F02D 19/12 41/02 325 41/02 325K 351 351 41/38 41/38 Z F02M 21/02 F02M 21/02 L 301 301A 301R 37/00 341 37/00 341D

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燃料のインジェクタを備える筒内噴射式エ
    ンジンにおいて、燃焼室の噴射燃料に空気または可燃ガ
    スを噴射するインジェクタを設けたことを特徴とする筒
    内噴射式エンジン。
  2. 【請求項2】燃料のインジェクタを備える筒内噴射式エ
    ンジンにおいて、燃焼室に不活性ガスを噴射するインジ
    ェクタを設けたことを特徴とする筒内噴射式エンジン。
  3. 【請求項3】燃料のインジェクタを備える筒内噴射式エ
    ンジンにおいて、高圧流体の供給装置を設けると共に、
    1つのインジェクタに燃料の供給通路と高圧流体の供給
    通路を並列的に接続する一方、これらの供給通路をクラ
    ンク角に応じて開閉する手段を設けたことを特徴とする
    筒内噴射式エンジン。
  4. 【請求項4】高圧流体として空気または可燃ガスを用い
    たことを特徴とする請求項3に記載の筒内噴射式エンジ
    ン。
  5. 【請求項5】高圧流体として不活性ガスを用いたことを
    特徴とする請求項3に記載の筒内噴射式エンジン。
  6. 【請求項6】燃料のインジェクタを備える筒内噴射式エ
    ンジンにおいて、複数の異なる高圧流体を個別的に供給
    する装置を設けると共に、1つのインジェクタに異なる
    高圧流体の各供給通路を燃料の供給通路と並列的に接続
    する一方、これらの供給通路をクランク角に応じて開閉
    する手段を設けたことを特徴とする筒内噴射式エンジ
    ン。
  7. 【請求項7】複数の異なる高圧流体として、空気または
    可燃ガスと、不活性ガスと、を用いたことを特徴とする
    請求項6に記載の筒内噴射式エンジン。
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