JP3136601B2 - 圧縮着火式内燃機関 - Google Patents
圧縮着火式内燃機関Info
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- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はディーゼル機関等の圧縮着火式内燃機関に
係り、特に、噴射時期の異なる二つの噴射ノズルを設け
た圧縮着火式内燃機関に関する。
係り、特に、噴射時期の異なる二つの噴射ノズルを設け
た圧縮着火式内燃機関に関する。
［従来の技術］ ディーゼル機関等の圧縮着火式内燃機関は、圧縮によ
る燃焼室内雰囲気温度の上昇によって自発的な蒸発燃焼
を行うが、燃料が着火するまでの期間が長くなり、初期
燃焼量が増大してしまうという問題がある。すなわち着
火遅れが発生して筒内圧力が急激に上昇し、熱発生率が
急激に上昇してしまうため、NOxの排出量が増大し、燃
焼騒音が増大してしまう。
る燃焼室内雰囲気温度の上昇によって自発的な蒸発燃焼
を行うが、燃料が着火するまでの期間が長くなり、初期
燃焼量が増大してしまうという問題がある。すなわち着
火遅れが発生して筒内圧力が急激に上昇し、熱発生率が
急激に上昇してしまうため、NOxの排出量が増大し、燃
焼騒音が増大してしまう。
このため近年では、燃料の着火性の改良に着目して燃
料噴射ノズルの先端に噴口に連続されて環状のヒータを
取付け、噴口から噴射される燃料を加熱して燃料を蒸気
化させるようにした技術（特開昭60−56164等）が提案
されている。
料噴射ノズルの先端に噴口に連続されて環状のヒータを
取付け、噴口から噴射される燃料を加熱して燃料を蒸気
化させるようにした技術（特開昭60−56164等）が提案
されている。
［発明が解決しようとする課題］ 上記提案のように構成すると燃焼室内に着火性の良好
な混合気を供給できる利点がある。
な混合気を供給できる利点がある。
しかし、提案では噴射された燃料のほとんどを気化し
混合気化するようにしているために、過剰量の混合気の
急激な燃焼が起こり熱発生率、筒内圧力が急激に上昇し
て、NOx排出量や、燃焼騒音が悪化してしまうという虞
がある。
混合気化するようにしているために、過剰量の混合気の
急激な燃焼が起こり熱発生率、筒内圧力が急激に上昇し
て、NOx排出量や、燃焼騒音が悪化してしまうという虞
がある。
［課題を解決するための手段］ 本発明は上記課題を解決するために、主噴射ノズルに
先行して副噴霧を供給すべく燃焼室に臨ませて副噴射ノ
ズルを設け、この副噴射ノズルの噴口先端にこれに連続
させて環状のヒータを設け、このヒータに接続され大気
温度に基づきヒータ温度を燃料の蒸発乃至着火温度に昇
温させると共に、上記主噴射ノズル及び副噴射ノズルに
接続され、上記ヒータ温度を燃料の着火温度に設定する
ときに副噴霧の噴射期間を主噴霧の噴射期間とラップさ
せるよう上記主噴射ノズル及び副噴射ノズルを開弁制御
し、上記ヒータ温度を燃料の蒸発温度に設定するときに
副噴霧の噴射期間を主噴霧の噴射期間とラップさせぬよ
う上記主噴射ノズル及び副噴射ノズルを開弁制御するコ
ントローラを設けたものである。
先行して副噴霧を供給すべく燃焼室に臨ませて副噴射ノ
ズルを設け、この副噴射ノズルの噴口先端にこれに連続
させて環状のヒータを設け、このヒータに接続され大気
温度に基づきヒータ温度を燃料の蒸発乃至着火温度に昇
温させると共に、上記主噴射ノズル及び副噴射ノズルに
接続され、上記ヒータ温度を燃料の着火温度に設定する
ときに副噴霧の噴射期間を主噴霧の噴射期間とラップさ
せるよう上記主噴射ノズル及び副噴射ノズルを開弁制御
し、上記ヒータ温度を燃料の蒸発温度に設定するときに
副噴霧の噴射期間を主噴霧の噴射期間とラップさせぬよ
う上記主噴射ノズル及び副噴射ノズルを開弁制御するコ
ントローラを設けたものである。
［作用］ コントローラはヒータの温度を、大気温度に基づいて
制御する。このため副噴射ノズルから噴射された燃料は
ヒータ内で蒸発乃至着火温度に加熱され、活性化されて
ヒータ内で蒸発乃至着火する。この結果、燃焼速度及び
初期燃焼量が規制される。主噴射ノズルから遅れて噴射
された主噴霧はその副噴霧の火炎の伝播により燃焼す
る。したがって、燃焼初期及び全体的に熱発生率が低く
かつ圧力変化が緩慢な燃焼が行われる。
制御する。このため副噴射ノズルから噴射された燃料は
ヒータ内で蒸発乃至着火温度に加熱され、活性化されて
ヒータ内で蒸発乃至着火する。この結果、燃焼速度及び
初期燃焼量が規制される。主噴射ノズルから遅れて噴射
された主噴霧はその副噴霧の火炎の伝播により燃焼す
る。したがって、燃焼初期及び全体的に熱発生率が低く
かつ圧力変化が緩慢な燃焼が行われる。
［実施例］ 以下、本発明の好適一実施例を添付図面に基づいて説
明する。
明する。
第１図には本発明に係る燃料噴射装置を備えたディー
ゼル機関のシステムが示されている。
ゼル機関のシステムが示されている。
シリンダ１内に往復動自在に収容されたピストン２の
頂面３には、頂面３を軸方向下方へ深く窪ませて燃焼室
４が形成されている。シリンダヘッド５には、その燃焼
室４に臨ませて燃焼室４へ燃料の主噴霧を供給するため
の主噴射ノズル５と、副噴射ノズル６が設けられてい
る。
頂面３には、頂面３を軸方向下方へ深く窪ませて燃焼室
４が形成されている。シリンダヘッド５には、その燃焼
室４に臨ませて燃焼室４へ燃料の主噴霧を供給するため
の主噴射ノズル５と、副噴射ノズル６が設けられてい
る。
本考案の実施例では主噴射ノズル５として、ノズルボ
ディ内に供給された燃料の圧力で、ノズルボディ内の針
弁を開作動して針弁により閉成されていたノズルボディ
の噴口を開き、噴口の開によって燃焼室４内へ燃料を噴
射するように構成した周知の油圧（燃料油圧）開弁形の
噴射ノズルが使用されている。この主噴射ノズル５の燃
料導入系10には、第１図に示すように燃料噴射ポンプ11
の燃料供給系12が接続されている。
ディ内に供給された燃料の圧力で、ノズルボディ内の針
弁を開作動して針弁により閉成されていたノズルボディ
の噴口を開き、噴口の開によって燃焼室４内へ燃料を噴
射するように構成した周知の油圧（燃料油圧）開弁形の
噴射ノズルが使用されている。この主噴射ノズル５の燃
料導入系10には、第１図に示すように燃料噴射ポンプ11
の燃料供給系12が接続されている。
副噴射ノズル６は、第２図に示すように燃料導入系10
が上記燃料噴射ポンプの燃料供給系12に接続されたノズ
ルボディ13と、このノズルボディ13内に摺動自在に収容
されてノズルボディ13の先端に開口された噴口14を開閉
するための針弁15と、針弁15を開閉動すべく針弁15の後
端に取付けられた圧電アクチュエータ16とから主に構成
されている。圧電アクチュエータ16は、円形の圧電素子
（ジアゾ素子）17を、針弁15の開閉方向に複数積層させ
て構成され、圧電素子17へ直流電圧を加えることによっ
て圧電素子17を機械的に変形させ噴口14を閉じるように
なっている。またノズルボディ13の先端部には、噴口14
と連続的な燃料の加熱通路18を形成するために円環状に
形成されたヒータ19が取付けられている。このヒータ19
は具体的に、内部に発熱抵抗線を埋設したセラミック管
から構成されている。ヒータ19の長さは、燃料の最大噴
射圧力に基づいて一義的に決定される。また、加熱通路
18は、噴口14より大きい円形断面に形成されている。圧
電アクチュエータ16の作動回路及び上記抵抗線の開閉回
路は、コントローラ20に電気的に接続されている。
が上記燃料噴射ポンプの燃料供給系12に接続されたノズ
ルボディ13と、このノズルボディ13内に摺動自在に収容
されてノズルボディ13の先端に開口された噴口14を開閉
するための針弁15と、針弁15を開閉動すべく針弁15の後
端に取付けられた圧電アクチュエータ16とから主に構成
されている。圧電アクチュエータ16は、円形の圧電素子
（ジアゾ素子）17を、針弁15の開閉方向に複数積層させ
て構成され、圧電素子17へ直流電圧を加えることによっ
て圧電素子17を機械的に変形させ噴口14を閉じるように
なっている。またノズルボディ13の先端部には、噴口14
と連続的な燃料の加熱通路18を形成するために円環状に
形成されたヒータ19が取付けられている。このヒータ19
は具体的に、内部に発熱抵抗線を埋設したセラミック管
から構成されている。ヒータ19の長さは、燃料の最大噴
射圧力に基づいて一義的に決定される。また、加熱通路
18は、噴口14より大きい円形断面に形成されている。圧
電アクチュエータ16の作動回路及び上記抵抗線の開閉回
路は、コントローラ20に電気的に接続されている。
コントローラ20は、次の制御を実行できるように構成
されている。
されている。
制御（Ａ）：ヒータ19による副噴霧の着火制御 コントローラ20は、第３図に示すように圧縮上死点よ
り手前側で開作動される主噴射ノズル５の主噴霧の噴射
時期より時期的に早く開弁され、かつ副噴霧の噴射期間
が主噴霧の噴射期間前期と一部がラップするように圧電
アクチュエータ16を開作動する。同時にコントローラ20
は、コントローラ20に入力された大気温度及び副噴霧の
噴射圧力に基づいて抵抗線に加える直流電圧の大きさを
決定し、加熱通路18内の温度を燃料着火温度に設定す
る。例えば低温始動時のように大気温度、冷却水温が低
く、燃焼室４を含むシリンダ１内の雰囲気温度が低くな
るような場合は、燃料が蒸発しにくく、着火遅れが生じ
て、NOxや未燃燃料の排出量が増大し、燃焼騒音が悪化
してしまうため、ヒータ19に加える直流電圧を増加させ
て副噴霧が確実に着火するように制御する。また、燃料
噴射ポンプ11の回転速度の上昇により、燃料の供給圧力
が増加され、副噴霧の噴射圧力が増加されてしまうよう
な場合も、ヒータ19に加える直流電圧を上げて副噴霧を
確実に着火させるように制御する。つまり、副噴射ノズ
ル６から噴射する燃料を、上記加熱通路18内で強制的に
着火させることにより、副噴霧の燃焼速度を一定に抑
え、初期燃焼量を適正にして着火遅れを改善する。なお
ヒータ19は、副噴霧を着火させるだけでなく燃焼室４内
の雰囲気温度を上昇させる。この結果から、加熱通路18
内で副噴霧が燃焼するようになり、副噴霧より遅れて噴
射される主噴霧は、副噴霧の火炎を伝播されて緩慢に燃
焼する。従って低温始動時にあっても、初期燃焼量が適
正に制限されNOxや未燃燃料の排出量の少ない緩慢な燃
焼が行われるようになる（第３図参照）。
り手前側で開作動される主噴射ノズル５の主噴霧の噴射
時期より時期的に早く開弁され、かつ副噴霧の噴射期間
が主噴霧の噴射期間前期と一部がラップするように圧電
アクチュエータ16を開作動する。同時にコントローラ20
は、コントローラ20に入力された大気温度及び副噴霧の
噴射圧力に基づいて抵抗線に加える直流電圧の大きさを
決定し、加熱通路18内の温度を燃料着火温度に設定す
る。例えば低温始動時のように大気温度、冷却水温が低
く、燃焼室４を含むシリンダ１内の雰囲気温度が低くな
るような場合は、燃料が蒸発しにくく、着火遅れが生じ
て、NOxや未燃燃料の排出量が増大し、燃焼騒音が悪化
してしまうため、ヒータ19に加える直流電圧を増加させ
て副噴霧が確実に着火するように制御する。また、燃料
噴射ポンプ11の回転速度の上昇により、燃料の供給圧力
が増加され、副噴霧の噴射圧力が増加されてしまうよう
な場合も、ヒータ19に加える直流電圧を上げて副噴霧を
確実に着火させるように制御する。つまり、副噴射ノズ
ル６から噴射する燃料を、上記加熱通路18内で強制的に
着火させることにより、副噴霧の燃焼速度を一定に抑
え、初期燃焼量を適正にして着火遅れを改善する。なお
ヒータ19は、副噴霧を着火させるだけでなく燃焼室４内
の雰囲気温度を上昇させる。この結果から、加熱通路18
内で副噴霧が燃焼するようになり、副噴霧より遅れて噴
射される主噴霧は、副噴霧の火炎を伝播されて緩慢に燃
焼する。従って低温始動時にあっても、初期燃焼量が適
正に制限されNOxや未燃燃料の排出量の少ない緩慢な燃
焼が行われるようになる（第３図参照）。
ゆえに、副噴霧を先行して噴射し、遅れて主噴霧を噴
射させるように構成したパイロット噴射と比較しても、
初期燃焼量、燃焼速度が適正に抑えられ、かつ全体とし
て緩慢な燃焼が行われるため、NOxが10％以上改善さ
れ、燃焼騒音が大巾に低下する。
射させるように構成したパイロット噴射と比較しても、
初期燃焼量、燃焼速度が適正に抑えられ、かつ全体とし
て緩慢な燃焼が行われるため、NOxが10％以上改善さ
れ、燃焼騒音が大巾に低下する。
制御（Ｂ）：ヒータ19による副噴霧の気化（沸騰）制御 NOxやスモークを同時に低減させるためには、上記制
御（Ａ）と同様に初期燃焼量を調節し、初期燃焼速度を
適正に調節する必要がある。このためコントローラ20
は、圧電アクチュエータ16の開作動時期を圧縮行程の前
半に設定し、かつ圧電アクチュエータ16の開作動期間
を、副噴霧の噴射量が全体の噴射量の約30％程度となる
ように規制する。このときは副噴霧の噴射期間を主噴霧
の噴射期間とラップさせない。そして、加熱通路18内の
温度が燃料の気化（沸騰）温度となるようにヒータ19に
加える直流電圧の大きさを制御する。直流電圧の大きさ
は、上記制御（Ａ）と同様に大気温度と副噴霧の噴射圧
力に基づいて決定される。
御（Ａ）と同様に初期燃焼量を調節し、初期燃焼速度を
適正に調節する必要がある。このためコントローラ20
は、圧電アクチュエータ16の開作動時期を圧縮行程の前
半に設定し、かつ圧電アクチュエータ16の開作動期間
を、副噴霧の噴射量が全体の噴射量の約30％程度となる
ように規制する。このときは副噴霧の噴射期間を主噴霧
の噴射期間とラップさせない。そして、加熱通路18内の
温度が燃料の気化（沸騰）温度となるようにヒータ19に
加える直流電圧の大きさを制御する。直流電圧の大きさ
は、上記制御（Ａ）と同様に大気温度と副噴霧の噴射圧
力に基づいて決定される。
コントローラ20によるこのような制御が実行される
と、吸気管内噴射と比較して燃料の体積効率が向上し、
LPGエンジンと同様に副噴霧が活性化されるようにな
る。このため圧縮上死点手前でヒータ内で副噴霧が着火
を起こしてヒータ19内で初期燃焼するようになり、スモ
ークが大巾に低減されるようになる。一方、主噴射ノズ
ル５は、第４図に示すように副噴霧が安定して燃焼して
いる圧縮行程の後期に設定されているため、副噴霧の火
炎伝播により緩慢に燃焼する。このように制御（Ｂ）に
よっても着火遅れが短縮され、燃焼初期及び全体的に熱
発生率が低下するようになり、筒内圧力は第４図に示す
ように急激な変化のない特性を示すようになり、従って
燃焼騒音が大巾に減少されるようになる。
と、吸気管内噴射と比較して燃料の体積効率が向上し、
LPGエンジンと同様に副噴霧が活性化されるようにな
る。このため圧縮上死点手前でヒータ内で副噴霧が着火
を起こしてヒータ19内で初期燃焼するようになり、スモ
ークが大巾に低減されるようになる。一方、主噴射ノズ
ル５は、第４図に示すように副噴霧が安定して燃焼して
いる圧縮行程の後期に設定されているため、副噴霧の火
炎伝播により緩慢に燃焼する。このように制御（Ｂ）に
よっても着火遅れが短縮され、燃焼初期及び全体的に熱
発生率が低下するようになり、筒内圧力は第４図に示す
ように急激な変化のない特性を示すようになり、従って
燃焼騒音が大巾に減少されるようになる。
なお上記ヒータ19の先端を閉じて側部に開口を形成
し、副噴霧をヒータ19を閉じる先端面に衝突させること
によって気化を促進するように構成してよい。また、副
噴射ノズル６と同様に圧電アクチュエータ16を使用して
針弁を開閉作動する形式の主噴射ノズル５を採用するこ
とも可能であり、圧電アクチュエータ16の開作動時期及
び期間を、エンジン回転数や負荷、燃料油温に基づいて
補正することも当然可能である。
し、副噴霧をヒータ19を閉じる先端面に衝突させること
によって気化を促進するように構成してよい。また、副
噴射ノズル６と同様に圧電アクチュエータ16を使用して
針弁を開閉作動する形式の主噴射ノズル５を採用するこ
とも可能であり、圧電アクチュエータ16の開作動時期及
び期間を、エンジン回転数や負荷、燃料油温に基づいて
補正することも当然可能である。
［発明の効果］ 以上説明したことから明らかなように本発明によれば
次の如き優れた効果を発揮する。
次の如き優れた効果を発揮する。
燃焼初期の熱発生率及び筒内圧力の異常な増大を抑制
できるので、燃焼初期のNOx,燃焼騒音を大巾に減少させ
ることができる。
できるので、燃焼初期のNOx,燃焼騒音を大巾に減少させ
ることができる。
第１図は本発明の好適一実施例を示すシステム図、第２
図は副噴射ノズルの断面図、第３図及び第４図はコント
ローラの制御を説明するための図である。 図中、４は燃焼室、５は主噴射ノズル、６は副噴射ノズ
ル、14は副噴射ノズルの噴口、19はヒータ、20はコント
ローラである。
図は副噴射ノズルの断面図、第３図及び第４図はコント
ローラの制御を説明するための図である。 図中、４は燃焼室、５は主噴射ノズル、６は副噴射ノズ
ル、14は副噴射ノズルの噴口、19はヒータ、20はコント
ローラである。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02B 23/02 F02B 23/06 F02M 53/04 F02M 53/06 F02M 45/08 F02M 61/14 310
Claims (1)
- 【請求項１】主噴射ノズルに先行して副噴霧を供給すべ
く燃焼室に臨ませて副噴射ノズルを設け、該副噴射ノズ
ルの噴口先端にこれに連続させて環状のヒータを設け、
該ヒータに接続され大気温度に基づきヒータ温度を燃料
の蒸発乃至着火温度に昇温させると共に、上記主噴射ノ
ズル及び副噴射ノズルに接続され、上記ヒータ温度を燃
料の着火温度に設定するときに副噴霧の噴射期間を主噴
霧の噴射期間とラップさせるよう上記主噴射ノズル及び
副噴射ノズルを開弁制御し、上記ヒータ温度を燃料の蒸
発温度に設定するときに副噴霧の噴射期間を主噴霧の噴
射期間とラップさせぬよう上記主噴射ノズル及び副噴射
ノズルを開弁制御するコントローラを設けたことを特徴
とする圧縮着火式内燃機関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02221199A JP3136601B2 (ja) | 1990-08-24 | 1990-08-24 | 圧縮着火式内燃機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02221199A JP3136601B2 (ja) | 1990-08-24 | 1990-08-24 | 圧縮着火式内燃機関 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04103828A JPH04103828A (ja) | 1992-04-06 |
| JP3136601B2 true JP3136601B2 (ja) | 2001-02-19 |
Family
ID=16763025
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02221199A Expired - Fee Related JP3136601B2 (ja) | 1990-08-24 | 1990-08-24 | 圧縮着火式内燃機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3136601B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19804983C2 (de) * | 1998-02-07 | 2003-04-24 | Daimler Chrysler Ag | Verfahren zum Betrieb eines im Viertakt arbeitenden Verbrennungsmotors |
| KR100413795B1 (ko) * | 2001-06-12 | 2003-12-31 | 삼성전자주식회사 | 분사기 및 그를 장착한 기화기 |
-
1990
- 1990-08-24 JP JP02221199A patent/JP3136601B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04103828A (ja) | 1992-04-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |