JP2841553B2 - 副室式断熱エンジンの燃料噴射装置 - Google Patents
副室式断熱エンジンの燃料噴射装置Info
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- JP2841553B2 JP2841553B2 JP1252283A JP25228389A JP2841553B2 JP 2841553 B2 JP2841553 B2 JP 2841553B2 JP 1252283 A JP1252283 A JP 1252283A JP 25228389 A JP25228389 A JP 25228389A JP 2841553 B2 JP2841553 B2 JP 2841553B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は，副室に燃料と水を噴射し，混合気に火花
着火する副室式断熱エンジンに関する。
着火する副室式断熱エンジンに関する。
従来，副室式内燃機関の副燃焼室は，例えば，実開昭
59−21024号公報に開示されている。該副室式内燃機関
の副燃焼室は，シリンダヘッドに過流室燃焼室を有し，
該過流室燃焼室の燃焼室内の全体をセラミック材で形成
すると共に，該セラミック材の燃焼室内と該シリンダヘ
ッドとの嵌合部の大部分に空気層を形成し，更に該燃焼
室体とシリンダヘッドとの嵌合部のシリンダ側端部をシ
ール材でガスシールし，且つ該燃焼室体とその挿入機器
との挿入部もシール材でガスシールしたものである。
59−21024号公報に開示されている。該副室式内燃機関
の副燃焼室は，シリンダヘッドに過流室燃焼室を有し，
該過流室燃焼室の燃焼室内の全体をセラミック材で形成
すると共に，該セラミック材の燃焼室内と該シリンダヘ
ッドとの嵌合部の大部分に空気層を形成し，更に該燃焼
室体とシリンダヘッドとの嵌合部のシリンダ側端部をシ
ール材でガスシールし，且つ該燃焼室体とその挿入機器
との挿入部もシール材でガスシールしたものである。
また，水噴射式断熱セラミックディーゼルエンジン
は，例えば，特開昭60−184923号公報に開示されてい
る。該公報に開示された水噴射式断熱セラミックディー
ゼルエンジンは，シリンダヘッド，シリンダライナ及び
ピストンヘッドのそれぞれの少なくとも燃焼室に面した
部位のセラミックス製部材によって断熱構造の燃焼室を
形成し，前記シリンダヘッドに燃料噴射系と独立した水
噴射系より高圧水の供給を受け，前記燃焼室に水を噴射
する水噴射弁を装着し，前記水噴射弁の水噴射タイミン
グと噴射水量とを制御して単位燃料当たりの出力を増大
させる水噴射制御装置を具備したものである。
は，例えば，特開昭60−184923号公報に開示されてい
る。該公報に開示された水噴射式断熱セラミックディー
ゼルエンジンは，シリンダヘッド，シリンダライナ及び
ピストンヘッドのそれぞれの少なくとも燃焼室に面した
部位のセラミックス製部材によって断熱構造の燃焼室を
形成し，前記シリンダヘッドに燃料噴射系と独立した水
噴射系より高圧水の供給を受け，前記燃焼室に水を噴射
する水噴射弁を装着し，前記水噴射弁の水噴射タイミン
グと噴射水量とを制御して単位燃料当たりの出力を増大
させる水噴射制御装置を具備したものである。
上記水噴射式断熱セラミックディーゼルエンジンは，
燃焼室を断熱構造として燃焼ガス温度を高め，該燃焼室
に適時適量の水を噴射することによって噴霧水を蒸気化
し，この蒸気の膨張力を燃焼ガスの膨張力に加担させる
ことによって燃料消費量を低減させ，単位燃料当たりの
出力を増大させると共に，水の蒸気化に伴う気化熱の吸
収によって新気の吸入効率の低下を補完するものであ
る。
燃焼室を断熱構造として燃焼ガス温度を高め，該燃焼室
に適時適量の水を噴射することによって噴霧水を蒸気化
し，この蒸気の膨張力を燃焼ガスの膨張力に加担させる
ことによって燃料消費量を低減させ，単位燃料当たりの
出力を増大させると共に，水の蒸気化に伴う気化熱の吸
収によって新気の吸入効率の低下を補完するものであ
る。
ところで，前掲特開昭60−184923号公報に開示された
水噴射式断熱セラミックディーゼルエンジンについて
は，従来一般的に行われている噴射タイミングによって
燃料噴射し，また，水の噴射は膨張行程の始まりで行わ
れ，水を蒸発して膨張させ，該膨張力として出力を増大
させるものである。従って，理論混合気燃焼を行うこと
ができず，壁温を低下させる効果はなく，吸入効率を向
上できるものではない。
水噴射式断熱セラミックディーゼルエンジンについて
は，従来一般的に行われている噴射タイミングによって
燃料噴射し，また，水の噴射は膨張行程の始まりで行わ
れ，水を蒸発して膨張させ，該膨張力として出力を増大
させるものである。従って，理論混合気燃焼を行うこと
ができず，壁温を低下させる効果はなく，吸入効率を向
上できるものではない。
この発明の目的は，上記の課題を解決することであ
り，シリンダヘッドに設けた副室をセラミック材料で高
度の断熱特性を得る構造に構成し，該副室に燃料噴射ノ
ズル，水噴射ノズル及びスパークプラグを配置し，噴射
される燃料流量及び水量を調節すると共に，噴射タイミ
ングをコントロールして副室内の混合気をリッチ状態に
して高圧縮比で高温燃焼させ，次いで，火炎を副室から
主室に吹き出して主室内の混合気をリーン状態にして低
温燃焼させてNOXの発生を抑制する理想的な構成を備え
た副室式断熱エンジンを提供することである。
り，シリンダヘッドに設けた副室をセラミック材料で高
度の断熱特性を得る構造に構成し，該副室に燃料噴射ノ
ズル，水噴射ノズル及びスパークプラグを配置し，噴射
される燃料流量及び水量を調節すると共に，噴射タイミ
ングをコントロールして副室内の混合気をリッチ状態に
して高圧縮比で高温燃焼させ，次いで，火炎を副室から
主室に吹き出して主室内の混合気をリーン状態にして低
温燃焼させてNOXの発生を抑制する理想的な構成を備え
た副室式断熱エンジンを提供することである。
即ち，この副室式断熱エンジンは，圧縮行程前半で副
室の壁面に向けて燃料噴射ノズルから燃料を噴射し，上
記壁面より熱エネルギーを吸収することにより気化さ
せ，しかも予め燃料を早期に噴射させることによって燃
料噴射量を増大して混合気をリッチな状態にすると共
に，圧縮行程の後半で副室内に水噴射ノズルから水を噴
射して冷却し，燃料と空気の混合率を一層リッチな状態
を可能にし，それによってNOX発生ゾーンでの燃焼を避
け，しかも水噴射によって副室内での燃焼温度を低下さ
せてNOXの発生を抑制し，更に，スパークプラグによっ
て圧縮行程上死点付近の最適タイミングで確実に火花着
火させるものである。
室の壁面に向けて燃料噴射ノズルから燃料を噴射し，上
記壁面より熱エネルギーを吸収することにより気化さ
せ，しかも予め燃料を早期に噴射させることによって燃
料噴射量を増大して混合気をリッチな状態にすると共
に，圧縮行程の後半で副室内に水噴射ノズルから水を噴
射して冷却し，燃料と空気の混合率を一層リッチな状態
を可能にし，それによってNOX発生ゾーンでの燃焼を避
け，しかも水噴射によって副室内での燃焼温度を低下さ
せてNOXの発生を抑制し，更に，スパークプラグによっ
て圧縮行程上死点付近の最適タイミングで確実に火花着
火させるものである。
この発明は，上記の目的を達成するため，次のように
構成されている。即ち，この発明は，吸入行程，圧縮行
程，膨張行程及び排気行程の４つの行程を順次繰り返す
サイクルで駆動される副室式断熱エンジンにおいて，断
熱構造の副室に前記圧縮行程前半に前記副室の壁面に向
けて燃料を噴射する燃料噴射手段，前記副室に前記燃料
を噴射した後の前記圧縮行程後半に前記副室の壁面に向
けて水を噴射する水噴射手段，及び前記副室に前記水を
噴射した後の前記圧縮行程上死点付近で混合気に火花着
火する前記副室に設けられたスパークプラグ，から構成
したことを特徴とする副室式断熱エンジンに関する。
構成されている。即ち，この発明は，吸入行程，圧縮行
程，膨張行程及び排気行程の４つの行程を順次繰り返す
サイクルで駆動される副室式断熱エンジンにおいて，断
熱構造の副室に前記圧縮行程前半に前記副室の壁面に向
けて燃料を噴射する燃料噴射手段，前記副室に前記燃料
を噴射した後の前記圧縮行程後半に前記副室の壁面に向
けて水を噴射する水噴射手段，及び前記副室に前記水を
噴射した後の前記圧縮行程上死点付近で混合気に火花着
火する前記副室に設けられたスパークプラグ，から構成
したことを特徴とする副室式断熱エンジンに関する。
この発明による副室式断熱エンジンは，以上のように
構成されており，次のように作用する。即ち，この副室
式断熱エンジンは，上記のように構成されているので，
副室内の高温の壁面に向けて燃料を噴射させることがで
き，前記副室の壁面より熱エネルギーを吸収することに
より燃料を気化させ，燃料の気化時間を長くとることが
でき，そのため理論混合比を生成でき，しかも，予め燃
料を早期に噴射させることによって燃料噴射量を増大し
て混合気をリッチな状態にすることができ,NOX発生ゾー
ンでの燃焼を避けることができる。
構成されており，次のように作用する。即ち，この副室
式断熱エンジンは，上記のように構成されているので，
副室内の高温の壁面に向けて燃料を噴射させることがで
き，前記副室の壁面より熱エネルギーを吸収することに
より燃料を気化させ，燃料の気化時間を長くとることが
でき，そのため理論混合比を生成でき，しかも，予め燃
料を早期に噴射させることによって燃料噴射量を増大し
て混合気をリッチな状態にすることができ,NOX発生ゾー
ンでの燃焼を避けることができる。
また，この副室式断熱エンジンは，圧縮行程の後半で
前記副室の壁面に向けて水噴射ノズルから水噴射するこ
とによって，壁面熱エネルギーを吸収し，前記副室内温
度を可燃温度以下に冷却し，ノッキングの発生を防止
し，高温の壁面より熱エネルギーを回収すると共に，前
記副室での燃焼温度を低下させる。
前記副室の壁面に向けて水噴射ノズルから水噴射するこ
とによって，壁面熱エネルギーを吸収し，前記副室内温
度を可燃温度以下に冷却し，ノッキングの発生を防止
し，高温の壁面より熱エネルギーを回収すると共に，前
記副室での燃焼温度を低下させる。
更に，この副室式断熱エンジンは，副室内は水噴射に
よって温度低下するが，前記スパークプラグによって圧
縮行程上死点付近で混合気に火花着火するので，混合気
が確実に着火することができる。
よって温度低下するが，前記スパークプラグによって圧
縮行程上死点付近で混合気に火花着火するので，混合気
が確実に着火することができる。
以下，図面を参照して，この発明による副室式断熱エ
ンジンの実施例を詳述する。第１図には，この発明によ
る副室式断熱エンジンの一実施例を示す断面図が示され
ている。
ンジンの実施例を詳述する。第１図には，この発明によ
る副室式断熱エンジンの一実施例を示す断面図が示され
ている。
この副室式断熱エンジンは，第２図に示すように，吸
入行程A,圧縮行程B,膨張行程Ｃ及び排気行程Ｄの４つの
行程を順次繰り返すサイクルで駆動されるものである。
入行程A,圧縮行程B,膨張行程Ｃ及び排気行程Ｄの４つの
行程を順次繰り返すサイクルで駆動されるものである。
この副室式断熱エンジンは，主として，シリンダ14を
備えたシリンダブロック11,シリンダ14に嵌合したシリ
ンダライナ15,シリンダブロック11にガスケット28を介
して固定したシリンダヘッド10,シリンダヘッド10に形
成された副室2,シリンダライナ15内を往復運動する断熱
構造のピストンヘッド９を備えたピストン6,並びにピス
トンヘッド9,シリンダヘッド10及びシリンダライナ15に
よって形成され且つ副室２と連絡孔20を通じて連通する
主室１を有している。また，シリンダヘッド10には，
吸，排気ポート13が形成され，吸，排気ポート13には
吸，排気バルブ16が配置されている（図では，一方のみ
示す）。
備えたシリンダブロック11,シリンダ14に嵌合したシリ
ンダライナ15,シリンダブロック11にガスケット28を介
して固定したシリンダヘッド10,シリンダヘッド10に形
成された副室2,シリンダライナ15内を往復運動する断熱
構造のピストンヘッド９を備えたピストン6,並びにピス
トンヘッド9,シリンダヘッド10及びシリンダライナ15に
よって形成され且つ副室２と連絡孔20を通じて連通する
主室１を有している。また，シリンダヘッド10には，
吸，排気ポート13が形成され，吸，排気ポート13には
吸，排気バルブ16が配置されている（図では，一方のみ
示す）。
この副室式断熱エンジンは，特に，副室２に燃料噴射
ノズル3,水噴射ノズル４及び混合気に火花着火するスパ
ークプラグ５を配置し，燃料噴射ノズル３から噴射され
る燃料及び水噴射ノズル４から噴射される水の噴射タイ
ミングを最適時期に設定したことである。また，副室２
は，シリンダヘッド10に形成した凹部に断熱空気層12を
介して配置した鋳込金属部材７及び該鋳込金属部材７内
に配置したセラミック材料から成る副室壁体８から構成
して高度の断熱構造に構成されている。
ノズル3,水噴射ノズル４及び混合気に火花着火するスパ
ークプラグ５を配置し，燃料噴射ノズル３から噴射され
る燃料及び水噴射ノズル４から噴射される水の噴射タイ
ミングを最適時期に設定したことである。また，副室２
は，シリンダヘッド10に形成した凹部に断熱空気層12を
介して配置した鋳込金属部材７及び該鋳込金属部材７内
に配置したセラミック材料から成る副室壁体８から構成
して高度の断熱構造に構成されている。
この副室式断熱エンジンにおいて，副室２を構成する
副室壁体８は，窒化珪素（Si3N4），炭化珪素（SiC），
複合材料等のセラミック材料から断熱構造に構成されて
いる。また，ピストン６のピストンヘッド部９は，窒化
珪素（Si3N4），炭化珪素（SiN），複合材料等のセラミ
ック材料から断熱構造に構成されている。
副室壁体８は，窒化珪素（Si3N4），炭化珪素（SiC），
複合材料等のセラミック材料から断熱構造に構成されて
いる。また，ピストン６のピストンヘッド部９は，窒化
珪素（Si3N4），炭化珪素（SiN），複合材料等のセラミ
ック材料から断熱構造に構成されている。
この副室式断熱エンジンおいて，燃料噴射ノズル３は
燃料噴射ポンプ（図示せず）から供給される燃料を副室
２に噴射するものであり，また，水噴射ノズル４は水噴
射ポンプ（図示せず）から供給される水を副室２に噴射
するものである。更に，図示していないが，燃料噴射ポ
ンプにはポンプ作動用プーリが設けられ，また，水噴射
ポンプにはポンプ作動用プーリが設けられている。これ
らのポンプ作動用プーリは，クランクシャフトに取り付
け，クランクシャフトと一体に回転するクランクプーリ
にタイミングベルトによって駆動連結されている。この
時，エンジンは４サイクル作動であるから，燃料噴射ポ
ンプ及び水噴射ポンプは，クランク回転の1/2倍回転で
同期するように設定すればよい。
燃料噴射ポンプ（図示せず）から供給される燃料を副室
２に噴射するものであり，また，水噴射ノズル４は水噴
射ポンプ（図示せず）から供給される水を副室２に噴射
するものである。更に，図示していないが，燃料噴射ポ
ンプにはポンプ作動用プーリが設けられ，また，水噴射
ポンプにはポンプ作動用プーリが設けられている。これ
らのポンプ作動用プーリは，クランクシャフトに取り付
け，クランクシャフトと一体に回転するクランクプーリ
にタイミングベルトによって駆動連結されている。この
時，エンジンは４サイクル作動であるから，燃料噴射ポ
ンプ及び水噴射ポンプは，クランク回転の1/2倍回転で
同期するように設定すればよい。
従って，この副室式断熱エンジンでは，エンジン駆動
に伴って燃料噴射ポンプ及び水噴射ポンプがタイミング
ベルトによって駆動される。場合によっては，燃料噴射
ノズル３及び水噴射ノズル４は，コントローラ（図示せ
ず）の指令に応じて電気的に開閉作動する針弁を備えた
電気式噴射ノズルから構成することができる。その場合
には，この副室式断熱エンジンは，コントローラの指令
を受けて，燃料噴射ノズル３は圧縮行程Ｂ前半に針弁が
開放して燃料を副室２に噴射し，次いで，水噴射ノズル
４は該燃料噴射後の圧縮行程Ｂ後半に針弁が開放して水
を副室２に噴射するようにコントロールすることができ
る。
に伴って燃料噴射ポンプ及び水噴射ポンプがタイミング
ベルトによって駆動される。場合によっては，燃料噴射
ノズル３及び水噴射ノズル４は，コントローラ（図示せ
ず）の指令に応じて電気的に開閉作動する針弁を備えた
電気式噴射ノズルから構成することができる。その場合
には，この副室式断熱エンジンは，コントローラの指令
を受けて，燃料噴射ノズル３は圧縮行程Ｂ前半に針弁が
開放して燃料を副室２に噴射し，次いで，水噴射ノズル
４は該燃料噴射後の圧縮行程Ｂ後半に針弁が開放して水
を副室２に噴射するようにコントロールすることができ
る。
この副室式断熱エンジンでは，燃料噴射ポンプは，圧
縮行程Ｂ前半で断熱されて高温になっている副室２の副
室壁体８の内壁面に向けて比較的に低圧で燃料噴射ノズ
ル３から燃料を噴射させるように，予め噴射時期が設定
されている。燃料噴射ポンプの作動によって副室２に燃
料を圧縮行程Ｂ前半で噴射することによって，着火まで
燃料の気化時間を長くとることができる。そこで，コン
トローラ（図示せず）は，該コントローラに入力された
吸気管に設けた吸入空気流量センサー（図示せず）によ
る検出信号に応答して，燃料噴射ポンプから燃料噴射ノ
ズル３へ供給される燃料を，理論混合比になるまで噴射
制御することができ，従って，理想的な当量燃焼を行う
ことができる。
縮行程Ｂ前半で断熱されて高温になっている副室２の副
室壁体８の内壁面に向けて比較的に低圧で燃料噴射ノズ
ル３から燃料を噴射させるように，予め噴射時期が設定
されている。燃料噴射ポンプの作動によって副室２に燃
料を圧縮行程Ｂ前半で噴射することによって，着火まで
燃料の気化時間を長くとることができる。そこで，コン
トローラ（図示せず）は，該コントローラに入力された
吸気管に設けた吸入空気流量センサー（図示せず）によ
る検出信号に応答して，燃料噴射ポンプから燃料噴射ノ
ズル３へ供給される燃料を，理論混合比になるまで噴射
制御することができ，従って，理想的な当量燃焼を行う
ことができる。
この副室式断熱エンジンは，燃焼室での燃焼を理論混
合比で燃焼させることができ，排ガスを排気管に設けた
触媒による排ガス処理装置で処理することができ,NOXの
発生を一層抑制することができる。また，燃料噴射ポン
プの燃料噴射口には，燃料噴射ポンプから燃料噴射ノズ
ル３へ供給される燃料流量を調節する流量調節バルブ
（図示せず）が設けられている。更に，この副室式断熱
エンジンに使用される燃料は，例えば，ガソリン，アル
コール等のオクタン価の高い燃料が好ましい。燃料のオ
クタン価の高いと，圧縮比を高く設定することができ，
サイクル効率を高めることができる。
合比で燃焼させることができ，排ガスを排気管に設けた
触媒による排ガス処理装置で処理することができ,NOXの
発生を一層抑制することができる。また，燃料噴射ポン
プの燃料噴射口には，燃料噴射ポンプから燃料噴射ノズ
ル３へ供給される燃料流量を調節する流量調節バルブ
（図示せず）が設けられている。更に，この副室式断熱
エンジンに使用される燃料は，例えば，ガソリン，アル
コール等のオクタン価の高い燃料が好ましい。燃料のオ
クタン価の高いと，圧縮比を高く設定することができ，
サイクル効率を高めることができる。
また，この副室式断熱エンジンにおいて，水噴射ポン
プの水噴射口には，水噴射ポンプから水噴射ノズル４へ
供給される水量を調節する流量調節バルブ（図示せず）
が設けられている。場合によっては，副室壁体８に設け
た壁温センサー（図示せず）によって副室２の壁温を検
出するように構成できる。
プの水噴射口には，水噴射ポンプから水噴射ノズル４へ
供給される水量を調節する流量調節バルブ（図示せず）
が設けられている。場合によっては，副室壁体８に設け
た壁温センサー（図示せず）によって副室２の壁温を検
出するように構成できる。
この副室式断熱エンジンは，各センサーによって検出
された検出値をコントローラに入力し，コントローラは
吸入空気温度，吸入空気量，壁温，回転センサーによる
エンジン回転数及び負荷センサーによるエンジン負荷の
各検出信号を受け，副室２内の温度及び圧力を計算し，
自己着火の可否を判断すると共に，副室２に噴射する水
量を決定し，該水量を水噴射ノズル４から噴射するよう
に制御することができる。この副室式断熱エンジンは，
副室２内の壁温を副室壁体８の耐熱温度以上に上昇させ
ないため，圧縮行程Ｂ後半で水噴射ノズル４から副室２
内に水噴射し，副室２内を冷却することができ，水噴射
を行うため，高い圧縮比を得ることができる。
された検出値をコントローラに入力し，コントローラは
吸入空気温度，吸入空気量，壁温，回転センサーによる
エンジン回転数及び負荷センサーによるエンジン負荷の
各検出信号を受け，副室２内の温度及び圧力を計算し，
自己着火の可否を判断すると共に，副室２に噴射する水
量を決定し，該水量を水噴射ノズル４から噴射するよう
に制御することができる。この副室式断熱エンジンは，
副室２内の壁温を副室壁体８の耐熱温度以上に上昇させ
ないため，圧縮行程Ｂ後半で水噴射ノズル４から副室２
内に水噴射し，副室２内を冷却することができ，水噴射
を行うため，高い圧縮比を得ることができる。
次いで，この副室式断熱エンジンは，混合気が温度低
下するので確実に混合気を着火するため，圧縮行程上死
点でスパークプラグ５によって火花着火する。
下するので確実に混合気を着火するため，圧縮行程上死
点でスパークプラグ５によって火花着火する。
更に，この副室式断熱エンジンにおいて，コントロー
ラ（図示せず）によって副室２に噴射する燃料流量及び
水量をエンジンの作動状態に応じてコントロールする場
合には，エンジンの作動状態を検出するセンサーとし
て，エンジン負荷を検出する負荷センサー（図示せず）
及びエンジン回転を検出する回転センサー（図示せず）
を設ける。コントローラは，これらの各センサーからの
検出信号を受けて，エンジン作動状態に最適の燃料流量
及び水量を計算し，該燃料流量を燃料噴射ノズル３から
噴射し，該水量を水噴射ノズル４から噴射するようにコ
ントロールすることができるものである。
ラ（図示せず）によって副室２に噴射する燃料流量及び
水量をエンジンの作動状態に応じてコントロールする場
合には，エンジンの作動状態を検出するセンサーとし
て，エンジン負荷を検出する負荷センサー（図示せず）
及びエンジン回転を検出する回転センサー（図示せず）
を設ける。コントローラは，これらの各センサーからの
検出信号を受けて，エンジン作動状態に最適の燃料流量
及び水量を計算し，該燃料流量を燃料噴射ノズル３から
噴射し，該水量を水噴射ノズル４から噴射するようにコ
ントロールすることができるものである。
次に，この副室式断熱エンジンについての燃焼状態
を，第３図を参照して説明する。第３図に示すように，
スモーク発生ゾーンＳは，燃料当量比が大きく且つ燃焼
温度が低い領域に存在する。また,NOX発生ゾーンＮは，
燃料当量比が小さく且つ燃焼温度が高い領域に存在す
る。そして，標準的な副室式エンジンではその燃焼領域
は符号Ｅで示す領域で通常燃焼が行われている。また，
燃焼室を断熱構造に構成した断熱エンジンでは，その燃
焼領域は符号Ｈで示す領域へ移ることになる。この副室
式断熱エンジンでは，燃焼室を断熱構造にして熱エネル
ギーを回収すると共に,NOX発生ゾーンでの燃焼を避ける
ことであり，そのため，主として燃焼する燃料当量比を
リッチ状態にして燃焼領域を符号Ｒで示す領域まで移行
させることである。
を，第３図を参照して説明する。第３図に示すように，
スモーク発生ゾーンＳは，燃料当量比が大きく且つ燃焼
温度が低い領域に存在する。また,NOX発生ゾーンＮは，
燃料当量比が小さく且つ燃焼温度が高い領域に存在す
る。そして，標準的な副室式エンジンではその燃焼領域
は符号Ｅで示す領域で通常燃焼が行われている。また，
燃焼室を断熱構造に構成した断熱エンジンでは，その燃
焼領域は符号Ｈで示す領域へ移ることになる。この副室
式断熱エンジンでは，燃焼室を断熱構造にして熱エネル
ギーを回収すると共に,NOX発生ゾーンでの燃焼を避ける
ことであり，そのため，主として燃焼する燃料当量比を
リッチ状態にして燃焼領域を符号Ｒで示す領域まで移行
させることである。
この副室式断熱エンジンは，圧縮行程Ｂ前半において
副室２の壁面に向かって，可燃混合気以上の量の燃料を
噴射することによって，噴射された燃料は壁面熱エネル
ギーを十分に吸収して気化し，吸入空気とリッチな状態
の混合気を生成する。次いで，この副室式断熱エンジン
は，水噴射ノズル４から圧縮行程Ｂ後半にあいて副室２
内に水噴射し，噴射された燃料は壁面熱エネルギーを十
分に吸収して気化する。圧縮行程Ｂ上死点付近でスパー
クプラグ５によって火花着火し，リッチな状態の混合気
が着火燃焼する。
副室２の壁面に向かって，可燃混合気以上の量の燃料を
噴射することによって，噴射された燃料は壁面熱エネル
ギーを十分に吸収して気化し，吸入空気とリッチな状態
の混合気を生成する。次いで，この副室式断熱エンジン
は，水噴射ノズル４から圧縮行程Ｂ後半にあいて副室２
内に水噴射し，噴射された燃料は壁面熱エネルギーを十
分に吸収して気化する。圧縮行程Ｂ上死点付近でスパー
クプラグ５によって火花着火し，リッチな状態の混合気
が着火燃焼する。
この副室式断熱エンジンの燃焼軌跡は，第３図の符号
Ｐで示す軌跡である。次いで，混合気の燃焼で生じた火
炎を副室２から連絡孔20を通って主室１へ吹き出させ，
主室１には圧縮された混合気が存在しているので，混合
気は急激に燃料当量比が低下すると共に，燃焼温度が低
下し，そこで混合気は主室１において燃焼が行われる。
この燃焼軌跡は，第３図の符号Ｑで示す軌跡である。そ
れ故に，副室２の燃焼は混合気がリッチな状態で着火し
て高温燃焼するので,NOX発生ゾーンでの燃焼を避けるこ
とができ，また，副室２から主室１に火炎が吹き出され
ることによって急激に混合気はリーンな状態になると共
に，燃焼温度は低下してNOX発生ゾーンでの燃焼を避け
ることができる。
Ｐで示す軌跡である。次いで，混合気の燃焼で生じた火
炎を副室２から連絡孔20を通って主室１へ吹き出させ，
主室１には圧縮された混合気が存在しているので，混合
気は急激に燃料当量比が低下すると共に，燃焼温度が低
下し，そこで混合気は主室１において燃焼が行われる。
この燃焼軌跡は，第３図の符号Ｑで示す軌跡である。そ
れ故に，副室２の燃焼は混合気がリッチな状態で着火し
て高温燃焼するので,NOX発生ゾーンでの燃焼を避けるこ
とができ，また，副室２から主室１に火炎が吹き出され
ることによって急激に混合気はリーンな状態になると共
に，燃焼温度は低下してNOX発生ゾーンでの燃焼を避け
ることができる。
従って，この副室式断熱エンジンは，混合気の燃焼時
間全域においてNOXの発生を低減できる。しかも，燃料
噴射ノズル３から噴射される燃料の当量比を理論混合比
にコントロールすることができ，従って，排気管に設け
た排ガス触媒処理装置でNOXを低減するための排ガス処
理を行うことができる。次いで，混合気は着火燃焼して
膨張して膨張行程Ｃを行った後，排気バルブが開放して
排気行程Ｄへ移る。また，この副室式断熱エンジンは，
水噴射によって燃焼室の壁面が冷却されているので，次
に吸気バルブ８が開放して吸入行程Ａに移って吸入空気
が燃焼室に導入される時，吸入空気は壁面からの受熱を
余り受けないので熱膨張することがなく，従って吸入効
率が向上され，高圧縮比とすることができ，カーボンの
発生を低減できる。
間全域においてNOXの発生を低減できる。しかも，燃料
噴射ノズル３から噴射される燃料の当量比を理論混合比
にコントロールすることができ，従って，排気管に設け
た排ガス触媒処理装置でNOXを低減するための排ガス処
理を行うことができる。次いで，混合気は着火燃焼して
膨張して膨張行程Ｃを行った後，排気バルブが開放して
排気行程Ｄへ移る。また，この副室式断熱エンジンは，
水噴射によって燃焼室の壁面が冷却されているので，次
に吸気バルブ８が開放して吸入行程Ａに移って吸入空気
が燃焼室に導入される時，吸入空気は壁面からの受熱を
余り受けないので熱膨張することがなく，従って吸入効
率が向上され，高圧縮比とすることができ，カーボンの
発生を低減できる。
この発明による副室式断熱エンジンは，以上のように
構成されているので，次のような効果を有する。即ち，
この副室式断熱エンジンは，上記のように構成されてい
るので，前記副室内の高温の壁面に向けて比較的に低圧
状態で前記燃料噴射手段から燃料を噴射させることがで
き，前記副室の壁面より熱エネルギーを吸収することに
より燃料を気化させ，燃料の気化時間を長くとることが
でき，理論混合比を生成でき，しかも，予め燃料を早期
に噴射させることによって燃料噴射量を増大して混合気
をリッチな状態にでき，前記副室での燃焼が混合気をリ
ッチ状態で行うことでNOX発生ゾーンでの燃焼を避ける
ことができる。次いで，火炎が前記副室から前記主室に
吹き出されることで混合気は急激にリーン状態になって
燃焼温度は低下してNOX発生ゾーンでの燃焼を避けるこ
とができる。
構成されているので，次のような効果を有する。即ち，
この副室式断熱エンジンは，上記のように構成されてい
るので，前記副室内の高温の壁面に向けて比較的に低圧
状態で前記燃料噴射手段から燃料を噴射させることがで
き，前記副室の壁面より熱エネルギーを吸収することに
より燃料を気化させ，燃料の気化時間を長くとることが
でき，理論混合比を生成でき，しかも，予め燃料を早期
に噴射させることによって燃料噴射量を増大して混合気
をリッチな状態にでき，前記副室での燃焼が混合気をリ
ッチ状態で行うことでNOX発生ゾーンでの燃焼を避ける
ことができる。次いで，火炎が前記副室から前記主室に
吹き出されることで混合気は急激にリーン状態になって
燃焼温度は低下してNOX発生ゾーンでの燃焼を避けるこ
とができる。
従って，この副室式断熱エンジンは，混合気の燃焼時
間全域においてNOXの発生を低減できる。更に，理論混
合比の燃焼であるから，排気管に酸化還元触媒の排気ガ
ス処理装置を配置すれば，排ガス処理を十分に行うこと
ができ，低公害車を提供できる。
間全域においてNOXの発生を低減できる。更に，理論混
合比の燃焼であるから，排気管に酸化還元触媒の排気ガ
ス処理装置を配置すれば，排ガス処理を十分に行うこと
ができ，低公害車を提供できる。
また，この副室式断熱エンジンは，エンジン回転及び
エンジン負荷が高くなり，前記副室内が高温になる状態
になっても，圧縮行程の後半で前記副室の壁面に向けて
前記水噴射ノズルから水噴射することによって，壁面熱
エネルギーを吸収し，前記副室内温度を可燃温度以下に
冷却し，ノッキングの発生を防止し，高温の壁面より熱
エネルギーを回収すると共に,NOX発生ゾーンでの燃焼を
避けることができる。
エンジン負荷が高くなり，前記副室内が高温になる状態
になっても，圧縮行程の後半で前記副室の壁面に向けて
前記水噴射ノズルから水噴射することによって，壁面熱
エネルギーを吸収し，前記副室内温度を可燃温度以下に
冷却し，ノッキングの発生を防止し，高温の壁面より熱
エネルギーを回収すると共に,NOX発生ゾーンでの燃焼を
避けることができる。
また，この副室式断熱エンジンは，前記副室を構成す
る材料の耐熱温度以上に温度上昇する可能性があっても
前記副室に水噴射することで解消し且つその時は壁面よ
り熱エネルギーを十分に回収することができる。
る材料の耐熱温度以上に温度上昇する可能性があっても
前記副室に水噴射することで解消し且つその時は壁面よ
り熱エネルギーを十分に回収することができる。
更に，この副室式断熱エンジンは，前記副室内は水噴
射によって温度低下するが，前記スパークプラグによっ
て圧縮行程上死点付近で混合気に火花着火するので，混
合気は確実に着火することができ，着火ミスが無く未燃
ガスの発生を防止できる。
射によって温度低下するが，前記スパークプラグによっ
て圧縮行程上死点付近で混合気に火花着火するので，混
合気は確実に着火することができ，着火ミスが無く未燃
ガスの発生を防止できる。
第１図はこの発明による副室式断熱エンジンの一実施例
を示す説明図，第２図は第１図の副室式断熱エンジンに
おいて燃料噴射時期及び水噴射時期を示す説明図，及び
第３図は第１図の副室式断熱エンジンの作動状態を説明
する説明図である。 １……主室,2……副室,3……燃料噴射ノズル,4……水噴
射ノズル,5……スパークプラグ,6……ピストン,7……鋳
込金属,8……副室壁体,9……ピストンヘッド,10……シ
リンダヘッド,15……シリンダライナ,20……連絡孔。
を示す説明図，第２図は第１図の副室式断熱エンジンに
おいて燃料噴射時期及び水噴射時期を示す説明図，及び
第３図は第１図の副室式断熱エンジンの作動状態を説明
する説明図である。 １……主室,2……副室,3……燃料噴射ノズル,4……水噴
射ノズル,5……スパークプラグ,6……ピストン,7……鋳
込金属,8……副室壁体,9……ピストンヘッド,10……シ
リンダヘッド,15……シリンダライナ,20……連絡孔。
Claims (1)
- 【請求項１】吸入行程，圧縮行程，膨張行程及び排気行
程の４つの行程を順次繰り返すサイクルで駆動される副
室式断熱エンジンにおいて，断熱構造の副室に前記圧縮
行程前半に前記副室の壁面に向けて燃料を噴射する燃料
噴射手段，前記副室に前記燃料を噴射した後の前記圧縮
行程後半に前記副室の壁面に向けて水を噴射する水噴射
手段，及び前記副室に前記水を噴射した後の前記圧縮行
程上死点付近で混合気に火花着火する前記副室に設けら
れたスパークプラグ，から構成したことを特徴とする副
室式断熱エンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1252283A JP2841553B2 (ja) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | 副室式断熱エンジンの燃料噴射装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1252283A JP2841553B2 (ja) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | 副室式断熱エンジンの燃料噴射装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03115725A JPH03115725A (ja) | 1991-05-16 |
| JP2841553B2 true JP2841553B2 (ja) | 1998-12-24 |
Family
ID=17235098
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1252283A Expired - Lifetime JP2841553B2 (ja) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | 副室式断熱エンジンの燃料噴射装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2841553B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011145758A1 (ko) * | 2010-05-18 | 2011-11-24 | Kim Chang Sun | 단열내화 디젤 엔진 및 그것을 이용한 발전기용 고효율 엔진 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2527755Y2 (ja) * | 1990-11-28 | 1997-03-05 | 三菱自動車工業株式会社 | 渦流室式ディーゼルエンジンの渦流室内水噴射装置 |
| JP2015055184A (ja) * | 2013-09-11 | 2015-03-23 | 東邦瓦斯株式会社 | ガスエンジン |
| JP6593425B2 (ja) * | 2017-12-12 | 2019-10-23 | マツダ株式会社 | ガソリンエンジン |
-
1989
- 1989-09-29 JP JP1252283A patent/JP2841553B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011145758A1 (ko) * | 2010-05-18 | 2011-11-24 | Kim Chang Sun | 단열내화 디젤 엔진 및 그것을 이용한 발전기용 고효율 엔진 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03115725A (ja) | 1991-05-16 |
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