JP2006299807A - Diesel engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はディーゼルエンジンに係り、特に、圧縮にともなう温度の上昇を最適制御して燃費及び排ガス特性を改善することができるディーゼルエンジンに関するものである。 The present invention relates to a diesel engine, and more particularly, to a diesel engine capable of optimally controlling a temperature rise accompanying compression to improve fuel consumption and exhaust gas characteristics.
吸入行程初期から圧縮行程中期までの間に燃料の一部を燃焼室に予備的に噴射し、圧縮上死点の近傍において残りの燃料を主噴射するようにした予混合圧縮着火式のエンジンにあっては、燃焼にともなうNOxの生成を抑制しつつ黒煙の排出を防止して燃費を改善することができることはよく知られている。 A premixed compression ignition type engine in which a part of fuel is preliminarily injected into the combustion chamber from the beginning of the intake stroke to the middle of the compression stroke, and the remaining fuel is mainly injected near the compression top dead center. In this case, it is well known that the generation of NOx accompanying combustion can be suppressed and the emission of black smoke can be prevented to improve fuel efficiency.
しかしながら、斯かる予混合圧縮着火式のエンジンでは、エンジンの運転状態によっては、主噴射が行われる前に予備噴射された燃料が着火する可能性があるために、従来では特許文献1に見られるように、燃焼室に連通保持された可変容積の補助室を設け、あるいは、特許文献2に見られるように、弾性体で押圧付勢された圧力弁を有する補助室を設けることにより、予備噴射燃料自体による着火を抑制することが検討されてきた。
However, in such a premixed compression ignition type engine, depending on the operating state of the engine, the fuel preliminarily injected before the main injection may be ignited. Thus, by providing a variable volume auxiliary chamber communicated and held in the combustion chamber, or by providing an auxiliary chamber having a pressure valve pressed and urged by an elastic body as seen in
ところが、特許文献1に見られる発明のように燃焼室に連通保持された補助室を設けた場合は、補助室が高温の燃焼ガスに晒されてしまうために、エンジンの冷却負荷が高くなってしまい、しかも、補助室の容積が大きくなるにつれてシリンダヘッドが大型化してしまうという不具合があった。また、特許文献2の発明のように弾性体で押圧付勢された圧力弁を有する補助室を設けた場合は、燃焼圧力によって圧力弁が開かれてしまうために、膨張エネルギを必ずしも有効利用することができないという副次的な弊害を招く可能性があった。
解決しようとする問題点は、エンジンの冷却負荷の増加およびシリンダヘッドの大型化を阻止することができない点である。 The problem to be solved is that an increase in engine cooling load and an increase in the size of the cylinder head cannot be prevented.
本発明は、燃焼室および補助室と、エンジンの圧縮行程初期から圧縮行程後期の間に限って前記補助室を燃焼室に連通させる常閉のバルブと、エンジンの運転状態に基づいて前記バルブを稼働状態と非稼働状態とに切替制御する制御するコントロールユニットとを設けたことを最も主要な特徴としている。また、請求項2の発明は、圧縮行程が連続し合わない気筒の補助室を相互に連通保持させたことを特徴としており、請求項3の発明は、熱伝導性に富む多孔質材を補助室に装填したことを特徴としている。
The present invention includes a combustion chamber and an auxiliary chamber, a normally closed valve for communicating the auxiliary chamber with the combustion chamber only during an early stage of the compression stroke of the engine and a later stage of the compression stroke, and the valve based on the operating state of the engine. The main feature is that a control unit for controlling switching between an operating state and a non-operating state is provided. The invention of
本発明に係るディーゼルエンジンにおいては、エンジンの圧縮行程初期から圧縮行程後期の間に限って前記補助室を燃焼室に連通させて圧縮による温度の上昇を最適制御するようにしているために、高温の燃焼ガスが補助室に流入することがなく、補助室の温度が低く保たれるために、エンジンの冷却負荷が増加することがない。また、請求項2の発明によれば、圧縮行程が連続し合わない気筒の補助室を共有しているために、大容積の補助室を設けた場合にもシリンダヘッドの大型化を抑制することができるものであり、請求項3の発明のように熱伝導性に富む多孔質材を補助室に装填した場合は、補助室の冷却効率がより高くなるという利点がある。
In the diesel engine according to the present invention, the auxiliary chamber is communicated with the combustion chamber only during the period from the initial stage of the compression stroke to the latter stage of the compression stroke, so that the temperature rise due to compression is optimally controlled. The combustion gas does not flow into the auxiliary chamber, and the temperature of the auxiliary chamber is kept low, so that the cooling load of the engine does not increase. According to the invention of
図1は本発明に係るディーゼルエンジンの基本構造を示す概略構成図であり、燃焼室1に連接された補助室2をシリンダヘッド3に形成するとともに、熱伝導性に富む多孔質材(図示省略)を補助室2に充填している。そして、燃焼室1における補助室2の開口部に常閉のバルブ4を取り付けることにより、常時は補助室2を燃焼室1から切り離し、バルブ4が開かれたときに限って補助室2を燃焼室1に連通させるようにしている。5は頂面にキャビティを凹設したピストンであり、何れも図示しない吸気バルブ、排気バルブおよび燃料噴射弁などを燃焼室1に取り付けることにより、予混合圧縮着火方式のディーゼルエンジンを構成している。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a basic structure of a diesel engine according to the present invention, in which an
前記バルブ4は、常時は補助室2を燃焼室1から遮断するが、エンジンが中高速域で運転されていることを図示しないコントロールユニットが検出したときにときは、圧縮行程初期から圧縮行程後期の間に限って開弁駆動されて補助室2を燃焼室1に連通させる。
すなわち、予混合圧縮着火式のエンジンにおいて、予備噴射燃料が圧縮行程中に着火する可能性がない状態での運転時には補助室2を燃焼室1から切り離して圧縮比を高くし、もって、主噴射燃料の着火をより確実に行わせる。
The
That is, in the premixed compression ignition type engine, when the pre-injected fuel is not likely to be ignited during the compression stroke, the
一方、エンジンが中高速域で運転されていることをコントロールユニットが検出した場合は、圧縮行程初期から圧縮行程後期の間にわたってバルブ4が開弁駆動されて補助室2を燃焼室1に連通させる。すると、圧縮比が低下して温度の上昇が抑制されるために、主噴射が行われる前の段階で予備噴射燃料が着火して燃焼を開始してしまうことがなく、主噴射が行われた後においても燃焼にともなうNOxの生成が抑制される。
なお、図1において、(A)は圧縮行程開始の状態、(B)はバルブ4が開き始める圧縮行程初期の状態、(C)はバルブ4が閉じられる圧縮行程後期の状態、(D)は主噴射により着火・燃焼が開始された時点の状態、(E)は膨張行程を示している。
On the other hand, when the control unit detects that the engine is operating in the middle / high speed range, the
In FIG. 1, (A) is the state of the compression stroke start, (B) is the initial state of the compression stroke where the
上記のように圧縮行程初期から圧縮行程後期にわたってバルブ4が開かれると、圧縮された空気の一部が補助室2に流入し、シリンダヘッドとの間で熱交換されて温度低下した状態で次サイクルでの開弁時に燃焼室に戻される。このようにして燃焼室に戻される空気の温度が高いとエンジンの熱負荷が高くなって種々の弊害をもたらすことが予測される。しかしながら、補助室2には燃焼ガスが流入せず、しかも、多孔質材を充填している。従って、補助室2に流入した空気は多孔質材を介してシリンダヘッド3との間で効率よく熱交換されるために、高温の空気が燃焼室1に戻される懸念はない。
As described above, when the
なお、バルブ4は圧縮行程初期から圧縮行程後期の間に限って開弁駆動されて他の領域では閉弁保持される。このために、万一にも高温の燃焼ガスが補助室2に流入することはなく、燃焼室内(筒内)に閉じこめられることになる。よって、通常のエンジンの場合と同等の出力を得ることができるとともに、補助室2に充填される多孔質材の選択の自由度が高いものとなる。
The
ところで、高圧縮エンジンにおいてバルブ4の開弁にともなう圧縮比低下の程度を大きくしようとするときは、補助室2の容積を大きくする必要性がある。従って、各気筒の補助室2を独立させた場合は補助室2の容積の拡大にともなってシリンダヘッドが大型化してしまう。しかしながら、例えば着火順序を1−4−2−3に設定したエンジンにおいては、例えば第1気筒と第4気筒のグループを、第2気筒と第3気筒のグループに分け、着火順序を1−3−5−2−6−4に設定したエンジンの場合は、第1気筒〜第3気筒のグループと第4気筒〜第6気筒のグループに、あるいは、第1,第2気筒のグループと、第3,第4気筒のグループと、第5,第6気筒のグループというように、圧縮行程が連続し合わない気筒のみによる複数の気筒グループを形成したうえで、気筒グループごとに共有の補助室2を形成することにより、大容積の補助室2を設けた場合に懸念されるシリンダヘッドの大型化を抑制することができる。図2は2つの気筒の補助室2を共有した例を示している。
By the way, in the high compression engine, when it is intended to increase the degree of reduction in the compression ratio caused by the opening of the
なお、バルブ4は燃焼室1と補助室2の圧力差がほとんどない状態で開弁駆動される。従って、例えば実施例に示したように燃焼室1側から着座して閉弁される形式のバルブを設けた場合は、僅かな力でバルブ4を開弁作動させることができるために、機械的なアクチュエータを始めとして、電磁式のアクチュエータ、油圧あるいはエア圧を利用した流体式のアクチュエータ、もしくはそれらの複合型のアクチュエータなど、任意のアクチュエータでバルブ4を的確に開閉駆動させることができる。
The
また、上記実施形態では本発明を予混合圧縮着火方式のディーゼルエンジンに適用しているが、予混合を行わない通常の形式のディーゼルエンジンにも本発明を適用して圧縮上死点での温度が必要以上に高くなることを回避してNOxの生成を抑制することもできる。さらに、補助室2の熱交換効率を改善するために、上記実施形態では補助室2に耐熱性に富む多孔質材を充填しているが、補助室2の内面にブラシ状体あるいは、鞭毛状体を貼り付けても同様の熱交換効果を得ることができる。
In the above embodiment, the present invention is applied to a premixed compression ignition type diesel engine. However, the present invention is also applied to a normal type diesel engine that does not perform premixing, and the temperature at the compression top dead center is applied. NO can be suppressed by avoiding that it becomes higher than necessary. Furthermore, in order to improve the heat exchange efficiency of the
1 燃焼室
2 補助室
3 シリンダヘッド
4 バルブ
1
Claims (3)
The diesel engine according to claim 1 or 2, wherein a porous material rich in thermal conductivity is loaded in the auxiliary chamber (2).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005117858A JP2006299807A (en) | 2005-04-15 | 2005-04-15 | Diesel engine |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2005117858A JP2006299807A (en) | 2005-04-15 | 2005-04-15 | Diesel engine |
Publications (1)
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JP2005117858A Pending JP2006299807A (en) | 2005-04-15 | 2005-04-15 | Diesel engine |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010196777A (en) * | 2009-02-25 | 2010-09-09 | Tokyo Institute Of Technology | Rotary actuator |
-
2005
- 2005-04-15 JP JP2005117858A patent/JP2006299807A/en active Pending
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JP2010196777A (en) * | 2009-02-25 | 2010-09-09 | Tokyo Institute Of Technology | Rotary actuator |
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