JP3280015B2 - Method and apparatus for reducing nitric oxide in an internal combustion engine - Google Patents

Method and apparatus for reducing nitric oxide in an internal combustion engine

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】[Industrial applications]

本発明は内燃機関に係り、特にディーゼル機関やガソ
リン機関において燃焼室内で酸化窒素(以下NOと称す)
を機関の熱効率を減じることなく低減する方法とこれを
実現できる具体的な装置に関する。
The present invention relates to an internal combustion engine, and particularly to a nitric oxide (hereinafter referred to as NO) in a combustion chamber of a diesel engine or a gasoline engine.
The present invention relates to a method for reducing the thermal efficiency of the engine without reducing the thermal efficiency of the engine and a specific device capable of realizing the method.

【0002】[0002]

【従来技術】[Prior art]

内燃機関、主としてピストン機関のNO低減法としては
三元触媒に代表される筒外の後処理、EGR(排気再
循環)、点火遅角又は噴射遅角で代表される筒内処理に
分けられる。
Methods for reducing NO in an internal combustion engine, mainly a piston engine, are divided into out-of-cylinder post-processing represented by a three-way catalyst, in-cylinder processing represented by EGR (exhaust gas recirculation), ignition retard or injection retard.

【0003】 は機関の排気マニホールド付近に三元触媒を置きNO
を還元するもので理論混合気付近で運転する予混合火花
機関に適用されている。NO低減率は非常に大きく70%以
上に達するが、理論混合気(空燃比14.5付近(ガソリ
ン))付近以外ではほとんど効果がなく、かつ有鉛の燃
料は触媒の鉛被毒のため使用できない。また、煤の発生
を伴うディーゼル機関にも触媒部の目詰まりや劣化がひ
どく適用できない。
[0003] The three-way catalyst is placed near the exhaust manifold of the engine.
It is applied to a premixed spark engine that operates near a stoichiometric mixture. The NO reduction rate is very large, reaching 70% or more, but has little effect except near the stoichiometric air-fuel ratio (air-fuel ratio of around 14.5 (gasoline)), and leaded fuel cannot be used due to lead poisoning of the catalyst. In addition, clogging and deterioration of the catalyst unit cannot be severely applied to a diesel engine that generates soot.

【0004】 EGRは燃焼温度を引き下げるため排気をシリンダ内
に混入させるものであるが、排気中の煤によって部品が
汚れ易く、潤滑油の劣化を来したり、運動部分の摩耗を
促進したりする。
EGR mixes exhaust gas into a cylinder in order to lower the combustion temperature. However, soot in the exhaust gas tends to contaminate components, causing deterioration of lubricating oil and accelerating wear of moving parts. .

【0005】 の方法はゼルドビッチ(Zeldovich)機構によってN
O低減の説明がなされている。
[0005] The method of N is performed by the Zeldovich mechanism.
O reduction is explained.

【0006】[0006]

【数1】 N+NON2+O (1) N+O2NO+O (2) N+OHNO+H (3)[Number 1] N + NON 2 + O (1 ) N + O 2 NO + O (2) N + OHNO + H (3)

【0007】 上記(1)、(2)、(3)の各式に示すように空気
中の窒素と酸素によって燃焼による高温場でNOが生成さ
れる。かかる(1)、(2)、(3)各式とも温度が高
くなるとNO生成側に進み、温度が2000〜2200K以上で著
しくなる。したがって、温度をなるべく高くしないよう
な燃焼が効果的であって、EGRや点火遅角、噴射遅角を
行って燃焼温度を低く抑えるようにしている。
As shown in the above equations (1), (2) and (3), NO is generated in a high-temperature field by combustion by nitrogen and oxygen in the air. In each of the equations (1), (2), and (3), when the temperature increases, the flow proceeds to the NO generation side, and the temperature becomes remarkable when the temperature is 2000 to 2200K or more. Therefore, combustion that does not raise the temperature as much as possible is effective, and the EGR, ignition retard, and injection retard are performed to suppress the combustion temperature.

【0008】 しかし、温度を低くすると内燃機関では熱効率が悪く
なるので、現状では三元触媒によるNO還元以外にはエン
ジン性能を低下させることなくNO低減することは難し
い。特にディーゼル機関にあっては排気中に煤が含まれ
ることから触媒の利用は不可能で、有効にNOXを大幅に
低減させ、かつエンジン性能、耐久性、等を損なわない
方法及び装置はいまだ見出されていない。
However, if the temperature is lowered, the thermal efficiency of the internal combustion engine deteriorates. Therefore, at present, it is difficult to reduce NO without lowering the engine performance except for the three-way catalyst. Especially the use of a catalyst since it is a diesel engine includes soot in the exhaust is not possible, effective to significantly reduce the NO X, and engine performance, durability, and a method and apparatus do not impair the like still Not found.

【0009】 また、特願昭62−82080に開示されたものは、燃料噴
射を二回以上に分けて先の噴射によって発生した火炎が
消滅する頃に、後の噴射を行い生成したNOをCH3ラジカ
ルによって1000〜2000Kの雰囲気中で作用させ還元する
ことによってNOを低減しようとするものであり本発明と
は技術的思想が異なるものである。
[0009] Further, Japanese Patent Application No. 62-82080 discloses that the fuel injection is divided into two or more times and when the flame generated by the previous injection is extinguished, NO generated by performing the subsequent injection is converted to CH. This is intended to reduce NO by reducing it by acting in an atmosphere of 1000 to 2000 K with three radicals, and is different from the technical idea of the present invention.

【0010】 〔発明が解決しようとする課題〕 前述のゼルドビッチ(Zeldovich)機構で説明される
ように、NO生成は温度依存性が強く、温度上昇につれて
NO生成が急増する性質を持つ。そこで発明者らはエンジ
ン内の燃焼では、温度が特に高いのは上死点付近の短時
間であり、特にその火炎の高温となる部分がNOの主な発
生源となることを予想し、前記高温火炎部の温度を低下
させることがNO低減に効果的であると考えた。
[Problems to be Solved by the Invention] As explained in the above-mentioned Zeldovich mechanism, NO generation is strongly temperature-dependent, and as the temperature rises,
It has the property that NO generation increases rapidly. Therefore, the inventors predict that in the combustion in the engine, the temperature is particularly high for a short time near the top dead center, and in particular, the high temperature portion of the flame is expected to be a main source of NO. We thought that lowering the temperature of the high temperature flame was effective in reducing NO.

【0011】 そこで本発明者らは燃焼室内の温度分布及びその温度
分布の時間経過に伴う変化を詳細に測定し解析した。そ
の結果、燃焼室へ燃料を噴射供給すると、圧縮着火機関
では噴霧先端部付近、または火花点火機関では点火栓近
傍で若干の時間遅れの後に着火燃焼し、その後火炎は急
速に発達する。時期的に上死点近くでありピストン速度
が遅く燃焼室容積の変化が小さいことも手伝って圧力上
昇が大きいため、最初に発生した火炎は断熱圧縮され更
に温度が上昇し、火炎の中でも最も高温な部分となるこ
とが分かった。
Therefore, the present inventors measured and analyzed the temperature distribution in the combustion chamber and the change of the temperature distribution with time in detail. As a result, when fuel is injected and supplied to the combustion chamber, ignition combustion takes place after a short time delay in the vicinity of the spray tip in a compression ignition engine or in the vicinity of a spark plug in a spark ignition engine, and thereafter the flame develops rapidly. Since the pressure rise is large due to the fact that the piston speed is slow and the change in the volume of the combustion chamber is small, the flame generated first is adiabatically compressed and the temperature further rises, and the temperature is the highest among the flames. It turned out to be a part.

【0012】 以上の解析結果より本発明者らは、前記の高温な火炎
部分を効果的かつ、局所的に冷却しNO生成を抑制するこ
とによって、他の火炎部分においては不必要な温度低下
をきたすことなく熱効率の低下を避けながらNOの排出を
低減できることに想到したのである。
From the above analysis results, the present inventors have found that by effectively and locally cooling the high-temperature flame portion and suppressing NO generation, unnecessary temperature reduction in other flame portions is prevented. The idea was that NO emissions could be reduced while avoiding a drop in thermal efficiency.

【0013】 本発明は前記の高温な火炎部分を冷却することに着眼
したものであり、従来技術とは着眼点が異なり、燃焼に
よってNOが生成されている途中で火炎の高温部分を冷却
しNO生成を抑制し、NO放出量を減少し得る内燃機関の酸
化窒素低減方法及び装置を提供しようとするものであ
る。
The present invention focuses on cooling the high-temperature flame portion, and differs from the prior art in that the high-temperature portion of the flame is cooled while NO is being generated by combustion. An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for reducing nitric oxide of an internal combustion engine, which can suppress generation and reduce the amount of released NO.

【0014】 〔発明の説明〕 (構成) 本発明の第1発明である請求項1記載の内燃機関の酸
化窒素低減方法はピストン、シリンダヘッド及びシリン
ダブロックにより形成する往復動内燃機関の燃焼室内
に、軽油あるいはガソリンを収容する燃料供給源に連通
し、燃料噴射弁からなる燃料供給装置により内燃機関の
所定行程中に所定量の燃料を噴射供給する主たる噴射を
行い着火燃焼させると共に一旦噴射率を減少し、その
後、前記の主たる噴射に引き続いて該主たる噴射の噴射
率のうち一旦減少した噴射率より噴射率を増大し、該主
たる噴射と同一の燃焼室内に前記燃料供給装置より所定
量の燃料を所定の時期に噴射供給する副次的な噴射を行
い、前記の主たる噴射によって発生した着火初期の火炎
であって他の火炎部分に比較して高温な火炎部分を前記
の副次的な噴射の燃料噴霧によって冷却し、燃焼により
酸化窒素が生成されている途中で生成を抑制せしめて該
酸化窒素の排出を低減するようにした構成である。
[Description of the Invention] (Constitution) The method for reducing nitric oxide of an internal combustion engine according to claim 1, which is the first invention of the present invention, is provided in a combustion chamber of a reciprocating internal combustion engine formed by a piston, a cylinder head, and a cylinder block. The fuel injection device communicates with a fuel supply source containing light oil or gasoline, injects a predetermined amount of fuel during a predetermined stroke of the internal combustion engine by a fuel supply device including a fuel injection valve, ignites the combustion, and temporarily reduces the injection rate. After that, after the main injection, the injection rate is increased from the injection rate once decreased among the injection rates of the main injection, and a predetermined amount of fuel is supplied from the fuel supply device into the same combustion chamber as the main injection. Is performed at a predetermined time to perform a secondary injection, and is a flame at an early stage of ignition generated by the main injection and has a higher temperature than other flame portions. Flame portion was cooled by the fuel spray of secondary injection of the a configuration which is adapted to brought suppress the production on the way nitric oxide is generated to reduce the discharge of said nitric oxide by combustion.

【0015】 (作用) 以上のような構成となっているため本発明の内燃機関
の酸化窒素低減方法は、次のような作用を有する。
(Operation) With the above configuration, the method for reducing nitric oxide of an internal combustion engine of the present invention has the following operation.

【0016】 圧縮行程末期においてピストンが上昇し上死点近くに
なると、圧縮により圧力・温度が上昇する。その時期に
燃焼室に臨む燃料噴射弁から主噴射が行われ燃料が噴射
供給される。その後、噴霧は着火燃焼し、火炎が発達す
る。火炎発達によって圧力が上昇するため、着火直後に
発生した火炎は断熱圧縮によって更に高温となり、火炎
の中でも最も高温な部分となるため、NOの生成が活発で
ある。前記の火炎部分がNOの生成が活発になるほど高温
になった頃、噴射率を一旦低下させ、その阿野、前記の
高温な火炎部分を狙って副噴射を行い、燃料噴霧を供給
し、前記の高温な火炎部分を冷却し、この部分の温度を
急激に低下させる。
When the piston rises near the top dead center at the end of the compression stroke, the pressure and temperature increase due to compression. At that time, the main injection is performed from the fuel injection valve facing the combustion chamber, and the fuel is injected and supplied. Thereafter, the spray ignites and burns, and a flame develops. Since the pressure rises due to the development of the flame, the flame generated immediately after the ignition becomes higher in temperature due to adiabatic compression and becomes the hottest part of the flame, so that the generation of NO is active. When the flame portion becomes so hot that the generation of NO becomes active, the injection rate is temporarily reduced, and Ano performs a sub-injection aiming at the high-temperature flame portion, and supplies the fuel spray. The hot flame part is cooled and the temperature of this part is rapidly lowered.

【0017】 (効果) 本発明の内燃機関の酸化窒素低減方法は、前記のよう
な作用を有するため、以下に示すような効果を持つ。つ
まり主噴射によって発生した高温な火炎部分を、副噴射
で供給した燃料噴霧により急激に冷却し温度を低下さ
せ、前記の高温な火炎部分から生成させるNOを抑制する
ことができる。この部分は高温でありNOの発生が最も活
発であるため、NOの低減効果は著しい。
(Effects) The method for reducing nitric oxide of an internal combustion engine according to the present invention has the effects described above, and thus has the following effects. In other words, the high-temperature flame portion generated by the main injection is rapidly cooled by the fuel spray supplied by the sub-injection to lower the temperature, thereby suppressing NO generated from the high-temperature flame portion. Since this part is at a high temperature and the generation of NO is most active, the effect of reducing NO is remarkable.

【0018】 また、前記の火炎の冷却は局所的に行われ、その他の
火炎部分は温度が低下しないため熱効率の低下はない。
さらに副噴射によって燃料が供給され、噴射エネルギー
によって噴霧への空気導入が活発となるため、燃料と空
気との混合が充分となり、煤の発生が抑制される。その
後の燃焼も急速となり、燃費の悪化も無く、未燃燃料の
排出も少ない。
Further, the cooling of the flame is performed locally, and the other flame portions do not lower in temperature, so that the thermal efficiency does not decrease.
Further, the fuel is supplied by the sub-injection, and the introduction of air into the spray is activated by the injection energy, so that the fuel and the air are sufficiently mixed, and the generation of soot is suppressed. Subsequent combustion becomes rapid, there is no deterioration in fuel efficiency, and the emission of unburned fuel is small.

【0019】 〔他の発明の説明〕 (構成) 本発明の第2発明である請求項2記載の内燃機関の酸
化窒素低減装置は、ピストン、シリンダヘッド及びシリ
ンダブロックにより形成する往復動内燃機関の燃焼室内
と、前記燃焼室内に軽油あるいはガソリンを収容する燃
料供給源に連通し、燃料噴射弁と、該燃料噴射弁から主
たる燃料噴射を行う第1の燃料供給手段と、該主たる噴
射と同一の燃焼室内に前記燃料噴射弁から一旦噴射率を
減少し、その後、前記の主たる噴射に引き続いて該主た
る噴射の噴射率のうち一旦減少した噴射率より噴射率を
増大する副次的な噴射を行う第2の燃料供給手段と、前
記第2の燃料供給手段による噴射の開始時期を、前記の
主たる噴射によって発生した着火初期の火炎であって他
の火炎部分に比較して高温な火炎部分に前記の副次的な
噴射の燃料噴霧を噴射供給する時期に設定する燃料供給
装置を設けた構成である。
[Description of Another Invention] (Configuration) A nitric oxide reducing device for an internal combustion engine according to a second aspect of the present invention is a reciprocating internal combustion engine formed by a piston, a cylinder head, and a cylinder block. A fuel injection valve communicating with the combustion chamber and a fuel supply source containing light oil or gasoline in the combustion chamber; and first fuel supply means for performing main fuel injection from the fuel injection valve; The injection rate is temporarily reduced from the fuel injection valve into the combustion chamber, and then, subsequent to the main injection, a secondary injection is performed in which the injection rate is increased from the injection rate once decreased among the injection rates of the main injection. The second fuel supply means and the start timing of the injection by the second fuel supply means are set to the initial flame generated by the main injection and having a higher temperature than the other flame portions. Wherein a fuel spray of secondary injection provided fuel supply apparatus for setting the timing for injecting feed configuration of the parts.

【0020】 (作用) 以上のような構成となっているため本発明の内燃機関
の酸化窒素低減装置は、次のような作用を有する。
(Operation) With the above configuration, the apparatus for reducing nitric oxide of an internal combustion engine of the present invention has the following operation.

【0021】 圧縮行程末期においてピストンが上昇し上死点近くに
なると、圧縮により圧力・温度が上昇する。その時期に
燃焼室に臨む燃料噴射弁から主噴射が行われ燃料が噴射
供給される。その後、噴霧は着火燃焼し、火炎が発達す
る。火炎発達によって圧力が上昇するため、着火直後に
発生した火炎は断熱圧縮によって更に高温となり、火炎
の中でも最も高温な部分となるため、NOの生成が活発で
ある。前記の火炎部分がNOの生成が活発になるほど高温
になった頃、噴射率を一旦低下させ前記噴口付近の火炎
の発生を減少しこの部分の温度を下げる。その後、前記
の高温な火炎部分を狙って副噴射を行い、前記の高温な
火炎部分を冷却し、この部分の温度を急激に低下させ
る。
When the piston rises near the top dead center at the end of the compression stroke, the pressure and temperature increase due to compression. At that time, the main injection is performed from the fuel injection valve facing the combustion chamber, and the fuel is injected and supplied. Thereafter, the spray ignites and burns, and a flame develops. Since the pressure rises due to the development of the flame, the flame generated immediately after the ignition becomes higher in temperature due to adiabatic compression and becomes the hottest part of the flame, so that the generation of NO is active. When the temperature of the flame becomes high enough to generate NO, the injection rate is temporarily reduced to reduce the generation of flame near the nozzle and lower the temperature of this part. Thereafter, sub-injection is performed with the aim of the high-temperature flame portion, the high-temperature flame portion is cooled, and the temperature of this portion is rapidly lowered.

【0022】 (効果) 本発明の内燃機関の酸化窒素低減装置は、前記のよう
な作用を有するため、以下に示すような効果を持つ。つ
まりNOの生成が活発になるほど高温になった頃、噴射率
を一旦低下させ噴口付近の火炎発生を減少しこの部分の
温度を下げている。さらに、主噴射によって発生した高
温な火炎部分を、副噴射で供給した燃料噴霧により急激
に冷却し温度を低下させ、前記の高温な火炎部分から生
成されるNOを抑制することができる。この部分は高温で
ありNOの発生が最も活発であるため、NOの低減効果は著
しい。
(Effects) Since the apparatus for reducing nitric oxide of an internal combustion engine of the present invention has the above-described effects, it has the following effects. In other words, when the temperature becomes so high that the generation of NO becomes active, the injection rate is once decreased to reduce the occurrence of flame near the injection port, thereby lowering the temperature of this portion. Further, the high-temperature flame portion generated by the main injection is rapidly cooled by the fuel spray supplied by the sub-injection to lower the temperature, thereby suppressing NO generated from the high-temperature flame portion. Since this part is at a high temperature and the generation of NO is most active, the effect of reducing NO is remarkable.

【0023】 また、前記の火炎の冷却は局所的に行われ、その他の
火炎部分は温度が低下しないため熱効率の低下はない。
さらに副噴射によって高い噴射率で燃料が供給され、噴
射エネルギーが大きく、噴霧への空気導入が活発となる
ため、燃料と空気との混合が充分となり、煤の発生が抑
制される。その後の燃焼も急速となり、燃費の悪化も無
く、未燃燃料の排出も少ない。
The cooling of the flame is performed locally, and the temperature of other flame portions does not decrease, so that the thermal efficiency does not decrease.
Further, the fuel is supplied at a high injection rate by the sub-injection, the injection energy is large, and the air introduction into the spray becomes active, so that the fuel and the air are sufficiently mixed, and the generation of soot is suppressed. Subsequent combustion becomes rapid, there is no deterioration in fuel efficiency, and the emission of unburned fuel is small.

【0024】 (第3発明の構成) また、本発明の第3発明である請求項(3)記載の本
発明の内燃機関の酸化窒素低減装置は、ピストン、シリ
ンダヘッド及びシリンダブロックにより形成する往復動
内燃機関の燃焼室内と、前記燃焼室内に軽油あるいはガ
ソリンを収容する燃料供給源に連通し、燃料噴射弁と、
該燃料噴射弁から主たる燃料噴射を行う第1の燃料供給
手段と、該主たる噴射と同一の燃料室内に前記燃料噴射
弁から一旦噴射率を減少し、その後、前記の主たる噴射
に引き続いて該主たる噴射の噴射率のうち一旦減少した
噴射率より噴射率を増大する副次的な噴射を行う第2の
燃料供給手段と、前記第2の燃料供給手段による噴射の
開始時期を圧縮上死点後3゜乃至20゜の間の所定の時期
に設定する燃料供給装置を設けた構成である。
(Structure of the Third Invention) The nitric oxide reducing device for an internal combustion engine according to the present invention according to the third invention of the present invention is a reciprocating device formed by a piston, a cylinder head and a cylinder block. A combustion chamber of a dynamic internal combustion engine, and a fuel injection valve communicating with a fuel supply source containing light oil or gasoline in the combustion chamber;
A first fuel supply means for performing main fuel injection from the fuel injection valve; and temporarily decreasing the injection rate from the fuel injection valve into the same fuel chamber as the main injection, and thereafter, following the main injection, the main fuel injection means. A second fuel supply means for performing a secondary injection for increasing the injection rate from the injection rate once decreased among the injection rates of the injection, and a start timing of the injection by the second fuel supply means after the compression top dead center. The fuel supply device is set at a predetermined time between 3 ° and 20 °.

【0025】 また前記燃料供給装置は、たとえば、燃料噴射弁と、
燃料を圧送するプランジャを駆動する2つのカムと、両
カムの位相を設定する位相設定装置とから構成される
か、または電気的に駆動される燃料噴射弁と、該燃料噴
射弁を駆動し主噴射用の駆動信号と、この主噴射用駆動
信号に対し位相関係を設定された副噴射用の駆動信号を
発生する駆動回路から構成することができる。
The fuel supply device may include, for example, a fuel injection valve,
A fuel injection valve which is composed of two cams for driving a plunger for feeding fuel and a phase setting device for setting the phase of both cams, or which is electrically driven; A drive circuit for generating an injection drive signal and a sub-injection drive signal having a phase relationship with respect to the main injection drive signal can be provided.

【0026】 (作用) 本発明の内燃機関の酸化窒素低減装置は、第1の燃料
供給手段により所定量の燃料を噴射供給する主たる噴射
を行い、着火燃焼させると共に、一旦噴射率を減少しそ
の後、前記の主たる噴射に引き続いて噴射率を増大し、
第2の燃料供給手段より所定量の燃料を噴射供給する副
次的な噴射を行う。また前記第2の燃料供給手段による
噴射の開始時期を圧縮上死点後3゜乃至20゜の間の所定
の時期に設定することによって、前記の主たる噴射によ
って発生した火炎を前記の副次的な噴射の燃料噴霧によ
って冷却するという作用を有する。
(Operation) The nitric oxide reducing device for an internal combustion engine according to the present invention performs a main injection by injecting a predetermined amount of fuel by a first fuel supply means, ignites and combusts, temporarily reduces an injection rate, and thereafter Increasing the injection rate subsequent to the main injection,
Secondary injection is performed by injecting a predetermined amount of fuel from the second fuel supply means. Further, by setting the start timing of the injection by the second fuel supply means to a predetermined timing between 3 ° and 20 ° after the compression top dead center, the flame generated by the main injection can be set to the secondary side. It has the effect of cooling by the fuel spray of a simple injection.

【0027】 〔実施例〕 本発明の方法及び装置をディーゼル機関及びガソリン
機関に適用した実施例に基づき説明する。 第1実施例は、第3図々示のようにシリンダヘッド1
に燃焼室を渦流室2として持つIDIディーゼル機関E1
ある。このディーゼル機関E1はピストン3に凹所4があ
り、これとシリンダヘッド1とシリンダブロック7によ
り主燃焼室5を形成する。シリンダヘッド1にはツリガ
ネ状の渦流室2を有し、前記主燃焼室5を連絡孔6で連
通している。
[Embodiment] A method and an apparatus of the present invention will be described based on an embodiment applied to a diesel engine and a gasoline engine. In the first embodiment, as shown in FIGS.
A IDI diesel engine E 1 having a combustion chamber as a vortex chamber 2. The diesel engine E 1 has a recess 4 in the piston 3, to form a main combustion chamber 5 by this and the cylinder head 1 and the cylinder block 7. The cylinder head 1 has a tortuous swirl chamber 2, and the main combustion chamber 5 communicates with a communication hole 6.

【0028】 かかるディーゼル機関E1は、圧縮行程中ピストン3の
上昇に伴い、主燃焼室5内の空気は連絡孔6を通って渦
流室2に流入し、図中矢印方向の旋回流を発生させる。
このディーゼル機関E1は、第3図及び第4図々示のよう
に燃料供給装置の燃料噴射弁としての噴射ノズル8は前
記渦流室2に一本のみ配設してなる。
In the diesel engine E 1 , as the piston 3 rises during the compression stroke, the air in the main combustion chamber 5 flows into the swirl chamber 2 through the communication hole 6 and generates a swirling flow in the direction of the arrow in the figure. Let it.
The diesel engine E 1 is the injection nozzle 8 of the fuel injection valve of FIGS. 3 and 4 s shows a fuel supply system as will be disposed only one on the swirl chamber 2.

【0029】 このディーゼル機関E1は、噴射ノズル8による主噴射
(正規の通常噴射)が終了する前に、前述のような副噴
射を行うため、第4図に示すような噴射系を持つ。すな
わち、噴射ポンプ9、10は2組のプランジャ(図示せ
ず)があり、1つのプランジャは主噴射用で、他のプラ
ンジャは副噴射用で、副噴射用プランジャをタイマによ
り送油始めの時期を変化させる。プランジャ出口高圧燃
料パイプ11は、一本に結合した上で前記噴射ノズル8に
高圧燃料を導くようになっている。そして、ディーゼル
機関E1は、これらのクランク軸により1/2の速度で駆動
されるポンプ駆動軸12に2組のプランジャ式噴射ポンプ
9、10が、駆動可能に連結されている。各々の主または
副噴射量の調整は通常のディーゼル機関化同様にラック
によって行う。各噴射ポンプ9、10には、それぞれタイ
マーが組み込まれており、主噴射用ポンプ9は吐出始め
(噴射始め)上死点前15゜から0゜の範囲に運転条件
(負荷、回転数)によって調整されている。また副噴射
用ポンプ10のタイマは上死点過ぎ5゜から20゜の範囲に
同じく調整されている。さらに主噴射と副噴射は燃料噴
射機関が互いに重なる部分が一部あるため、噴射ノズル
8からの燃料噴射は連続的に行われる。
This diesel engine E 1 has an injection system as shown in FIG. 4 for performing the above-described sub-injection before the main injection (normal normal injection) by the injection nozzle 8 is completed. That is, the injection pumps 9 and 10 have two sets of plungers (not shown). One plunger is used for main injection, the other plunger is used for sub-injection. To change. The plunger outlet high-pressure fuel pipe 11 is connected to one and guides high-pressure fuel to the injection nozzle 8. Then, the diesel engine E 1 is two sets to the pump drive shaft 12 which is driven at half the speed by these crankshaft plunger injection pump 9 and 10, is drivingly connected. Adjustment of each main or sub injection amount is performed by a rack as in a normal diesel engine. Each of the injection pumps 9 and 10 has a timer incorporated therein, and the main injection pump 9 is set in a range of 15 ° to 0 ° before the start of discharge (start of injection) before the top dead center depending on operating conditions (load, rotation speed). Has been adjusted. The timer of the sub-injection pump 10 is similarly adjusted within a range of 5 ° to 20 ° past the top dead center. Further, since the main injection and the sub-injection partially overlap the fuel injection engine, the fuel injection from the injection nozzle 8 is continuously performed.

【0030】 上記構成からなる第1実施例は、ディーゼル機関E
1が、圧縮行程末期の上死点前15゜〜0゜になると主噴
射用ポンプ9から噴射ノズル8に送油され、第5図々示
のように吸入空気の旋回方向の順流方向に主噴射がなさ
れる。
The first embodiment having the above-described structure is a diesel engine E
When the pressure 1 reaches 15 ° to 0 ° before the top dead center at the end of the compression stroke, oil is supplied from the main injection pump 9 to the injection nozzle 8, and as shown in FIG. An injection is made.

【0031】 主噴射された燃料の着火は、第6図々示のように噴霧
の先端または両側面で生じ、空気渦流に乗って拡がる。
火炎先端付近に温度の高い領域があり、ガス温度が高く
NOを大量に発生させる。このNO発生機構は前述のゼルド
ビッチ(Zeldovich)の反応式(1)、(2)、(3)
で説明できる部分である。そして、時間経過と共に第7
図々示のように火炎は拡がり、かつ渦流に流され、上死
点を過ぎる頃になるとほぼ火炎は1周する。主噴射に伴
う燃焼−圧力上昇の結果、ガスは連絡孔6より主燃焼室
5に噴出し始めているが、燃料噴射は継続されているた
め火炎はさらに発達する。
Ignition of the main injected fuel occurs at the tip or both sides of the spray as shown in FIG. 6, and spreads along with the air vortex.
There is a high temperature area near the flame tip, and the gas temperature is high.
Generates large amounts of NO. This NO generation mechanism is based on the above-mentioned reaction formulas (1), (2), and (3) of Zeldovich.
This is the part that can be explained. And with the passage of time, the seventh
As shown in the figures, the flame spreads and is swirled, and when it passes the top dead center, the flame makes one round. As a result of the combustion-pressure increase accompanying the main injection, gas starts to be injected into the main combustion chamber 5 through the communication hole 6, but the flame is further developed because the fuel injection is continued.

【0032】 次に、上死点過ぎ5〜20゜の前記火炎先端部に副噴射
を行う。この噴射は前記の火炎先端付近の温度の高い領
域に瞬間的に高い噴射率で燃料噴霧を供給し、前記燃料
噴霧の気化熱によって火炎温度を下げることができる。
第1図に高温火炎割合の比較を示す。第1図に示す様
に、黒丸で示す本実施例は、三角で示す本ベースエンジ
ンに比較して1900℃以上の高温な火炎が少ないことが分
かる。つまりNO発生機構は前述のゼルドビッチの反応式
で示されるように火炎温度に強く依存するため、副噴射
は火炎の高温部の冷却によってNOの生成を効果的に抑制
することができるのである。
Next, a sub-injection is performed at the flame tip 5 to 20 ° past the top dead center. In this injection, the fuel spray is instantaneously supplied at a high injection rate to the high-temperature region near the flame front, and the flame temperature can be lowered by the heat of vaporization of the fuel spray.
FIG. 1 shows a comparison of high-temperature flame ratios. As shown in FIG. 1, it can be seen that the present embodiment indicated by black circles has less high-temperature flames at 1900 ° C. or higher than the base engine indicated by triangles. That is, since the NO generation mechanism strongly depends on the flame temperature as shown by the above-mentioned Zelditch reaction equation, the sub-injection can effectively suppress the generation of NO by cooling the high temperature portion of the flame.

【0033】 副噴射の噴霧は瞬時に蒸発すると共に高温の酸素及び
化学的活性のある未燃ガスと混合すると共に副噴射の強
い混合エネルギーによって火炎への空気導入が促進され
るため主噴射の高温な火炎が消滅した直後に新たな火炎
が発生し、その火炎は急速に燃焼する。この時、ピスト
ンは下降していてその速度も徐々に増大しているため、
体積膨張によって火炎の温度上昇が抑制され、急速燃焼
しているにもかかわらず温度上昇は少なくNOの生成も少
ない。以上のように主噴射によって発生した火炎の高温
部を副噴射によって冷却し、その後は急速燃焼によって
副噴射の燃料を効率よく燃焼させ吐煙を低減すると共
に、燃費及び未燃炭化水素排出の増加も無く、NOを低減
できるという優れた効果を奏する。
The sub-injection spray evaporates instantaneously and mixes with high-temperature oxygen and chemically active unburned gas, and the strong mixing energy of the sub-injection promotes the introduction of air into the flame. Immediately after the flame has extinguished, a new flame is created and the flame burns rapidly. At this time, since the piston is descending and its speed is gradually increasing,
The increase in the temperature of the flame is suppressed by the volume expansion, and the temperature rise is small and the generation of NO is small despite rapid combustion. As described above, the high-temperature portion of the flame generated by the main injection is cooled by the sub-injection, and thereafter, the fuel of the sub-injection is efficiently burned by rapid combustion to reduce smoke emission, and the fuel consumption and unburned hydrocarbon emissions are increased. It has an excellent effect of reducing NO.

【0034】 第2図は、渦流室式ディーゼル機関に適用し、効果を
確認した結果の一例である。機関はボア83mm、ストロー
ク85mmで全負荷に於ける1ストローク当たりの噴射量は
約40mm3である。図示した状態は約1/2負荷の状態を示し
ている。第2図に示すように通常噴射(主噴射)は上死
点前6゜に始まり、TDCで終わり、その噴射量は10mm3/s
tである。副噴射の量は主噴射の1/2で5mm3/stとし、全
噴射量は15mm3/stの場合である。この時副噴射の時期を
変化させてNOの増減(低減率)と機関性能の代表値とし
て平均有効圧力(Pe)と吐煙濃度(S)の変化を調べた
ものである。横軸の副噴射の時期、縦軸のNO、Sおよび
Peの増減を示し、1.0の線は主噴射のみの通常のディー
ゼル機関と同じ運転をした場合に相当する。
FIG. 2 is an example of the result of applying the present invention to a swirl chamber type diesel engine and confirming the effect. The engine has a bore of 83 mm and a stroke of 85 mm, and the injection quantity per stroke at full load is about 40 mm 3 . The illustrated state shows a state of about 1/2 load. As shown in Fig. 2, normal injection (main injection) starts at 6 ° before top dead center and ends at TDC, and the injection amount is 10mm 3 / s
t. The amount of sub-injection is 1/2 mm of the main injection and 5 mm 3 / st, and the total injection amount is 15 mm 3 / st. At this time, the variation of the average effective pressure (Pe) and the change of the smoke emission concentration (S) were examined as representative values of the increase and decrease (decrease rate) of NO and the engine performance by changing the timing of the sub-injection. The timing of sub-injection on the horizontal axis, NO, S and
The increase / decrease of Pe is shown, and the line of 1.0 corresponds to the case where the same operation as a normal diesel engine having only main injection is performed.

【0035】 主噴射の噴射開始及び終了時期を固定しておいて、副
噴射の時期を変化させる。
The start and end timings of the main injection are fixed, and the timing of the sub-injection is changed.

【0036】 第2図に示すように、副噴射時期が上死点過ぎ3〜5
゜でNOの低減が生じ、10゜〜15゜でNO最小となる。これ
は先に述べた火炎冷却が効果的に行われるためである。
As shown in FIG. 2, the sub-injection timing is 3 to 5 after top dead center.
゜ reduces NO, and 10 ゜ to 15NO minimizes NO. This is because the above-described flame cooling is effectively performed.

【0037】 副噴射の時期は上死点を過ぎているが、この時のガス
温度は主噴射始めのガス温度700〜800Kより高く、2000
〜2500Kになっているので、発火遅れは短く、それに加
えて反応性の高い燃焼生成物との混合が進むため燃焼は
急速に進行しPeの減少はほとんどない。さらに、副噴射
の時期を遅らせると火炎の高温部が的確に冷却されない
ためNO低下傾向は悪くなる。Peも後燃えのため減少す
る。また吐煙濃度Sも低下傾向が減少する。
Although the timing of the sub-injection has passed the top dead center, the gas temperature at this time is higher than the gas temperature 700 to 800 K at the start of the main injection, and
Since the temperature is up to 2500 K, the ignition delay is short, and in addition, the combustion proceeds rapidly because mixing with highly reactive combustion products proceeds, and Pe is hardly reduced. Further, if the timing of the sub-injection is delayed, the high-temperature portion of the flame is not properly cooled, so that the NO reduction tendency is worsened. Pe also decreases after burning. Also, the tendency of the smoke density S to decrease is reduced.

【0038】 機関の無負荷時は噴射される燃料は少なく、空気過剰
率λが大きく、燃焼温度が低いので、副噴射燃料の燃焼
によるガス温度低下が必要以上に起こらないよう副噴射
燃料を少なくする。
When the engine is not loaded, the amount of injected fuel is small, the excess air ratio λ is large, and the combustion temperature is low. I do.

【0039】 一方、全負荷時においても副噴射の時期は、負荷の軽
い場合とほぼ同時期で良い。これは、主噴射の火炎の高
温部が噴射弁噴口位置に移動してくる時期が、負荷に関
係なくほぼ同じ時期となるためである。この場合、副噴
射量が多くなるが、その後の燃焼が急速であるため、吐
煙濃度Sは低減されPeの低下もあまり無い。
On the other hand, at the time of full load, the timing of the sub-injection may be almost the same as the case of light load. This is because the time when the high temperature portion of the flame of the main injection moves to the injection valve orifice position is almost the same regardless of the load. In this case, the sub-injection amount increases, but the subsequent combustion is rapid, so that the smoke emission concentration S is reduced and Pe is not significantly reduced.

【0040】 無負荷時の副噴射量(噴射率の極小となる時期以降の
燃料噴射量とする)と副噴射時期(噴射率の極小となる
時期とする)は、 0.05qs/qmax0.1(qs副噴射量mm3st、qmax全負荷
時における全燃料噴射量mm3/st) ts(副噴射時期)は上死点後3゜〜10゜の範囲が有効
である。 全負荷の場合は 05qs/qmax0.33 tsは上死点後10゜〜20゜ の範囲が有効で最適値は0.08qs/qmax0.2、tsは10゜
〜15゜にある。
The sub-injection amount at no load (the fuel injection amount after the timing at which the injection rate becomes a minimum) and the sub-injection timing (the timing at which the injection rate becomes a minimum) are 0.05q s / q max 0.1 (q s sub injection amount mm 3 st, weight total fuel injection in the q max full load mm 3 / st) t s (secondary injection timing), it is effective 3 ° to 10 DEG after top dead center. In the case of full load, 05q s / q max 0.33 t s is effective in the range of 10 ゜ to 20 ゜ after top dead center, and the optimum value is 0.08q s / q max 0.2, and t s is 10 ゜ to 15 ゜.

【0041】 無負荷時から全負荷時までの全運転負荷領域を考慮す
ると、副噴射の開始時期は、上死点後3゜乃至20゜とな
る。
In consideration of the entire operating load range from no load to full load, the start timing of the sub-injection is 3 ° to 20 ° after the top dead center.

【0042】 本発明の方法及び装置は、機関形式として燃焼室に噴
射ノズルを持つ機関であれば特に不都合はなく、IDIデ
ィーゼル、DIディーゼル、直接噴射火花点火機関に適用
できる。
The method and apparatus of the present invention are not particularly inconvenient as long as the engine has an injection nozzle in a combustion chamber as an engine type, and can be applied to IDI diesel, DI diesel, and direct injection spark ignition engines.

【0043】 副噴射の時期及び噴射量はこの火炎冷却の部位と冷却
の度合を調整する手段であり、最適調整範囲は前述の通
りである。
The timing of the sub-injection and the injection amount are means for adjusting the flame cooling portion and the degree of cooling, and the optimum adjustment range is as described above.

【0044】 このような新しい燃焼を行わせる方法及び装置によっ
てNOの低減を行うことができ、低減率は30%以上に達す
ると共に、副噴射による急速燃焼によって吐煙濃度も同
時に30%以上低減されるという顕著な作用効果を奏す
る。
With such a new combustion method and apparatus, NO can be reduced. The reduction rate reaches 30% or more, and the smoke emission concentration is also reduced by 30% or more at the same time by rapid combustion by sub-injection. It has a remarkable function and effect.

【0045】 第1実施例は従来のEGRに伴う汚れ、発煙、摩耗を増
大することもなく、極めて効果的な方法及び装置であ
る。この他、本第1実施例のディーゼル機関E1の燃焼騒
音は、燃焼室内の燃料発熱時間的経過のパターンと相関
があることがよく知られている。すなわち、発熱のピー
クが低いほど低騒音である。本実施例では燃料噴射率に
2つの山(極大値)を作ることによって、発熱ピークが
低下し、確実に低騒音になる。これは副噴射量の全噴射
量に対する割合が多い低速低負荷時ほど著しい。第8図
は、主燃焼室5内の圧力測定結果から発熱経過dQ/dθを
算出したものである。通常の正規噴射の場合と副噴射を
行う場合の主噴射+副噴射は同量である。副噴射を行う
とdQ/dθのピークは低くなり、後半のdQ/dθが大きくな
り、結果として第8図中の面積、すなわち発熱量はほと
んど変化しない。
The first embodiment is an extremely effective method and apparatus without increasing the fouling, smoking and abrasion associated with the conventional EGR. In addition, combustion noise of the diesel engine E 1 of the first embodiment, it is well known to correlate with patterns of the combustion chamber of the fuel heating time course. That is, the lower the heat generation peak, the lower the noise. In the present embodiment, by forming two peaks (maximum values) in the fuel injection rate, the heat generation peak is reduced, and the noise is reliably reduced. This is more remarkable at low speed and low load when the ratio of the sub injection amount to the total injection amount is large. FIG. 8 shows the calculation of the heat generation progress dQ / dθ from the pressure measurement result in the main combustion chamber 5. The amount of main injection plus sub-injection in the case of normal regular injection and in the case of performing sub-injection is the same. When the sub-injection is performed, the peak of dQ / dθ decreases, and dQ / dθ in the latter half increases, and as a result, the area in FIG. 8, that is, the calorific value hardly changes.

【0046】 次に、一般にディーゼル機関はガソリン機関に比べて
圧縮比が高く、燃焼最高圧力が高く、dQ/dθ経過がシャ
ープなため、1サイクル中のトルク変動が大きい。これ
は機関本体やミッション等車両用機関の場合、駆動系の
振動発生の原因となる。 第9図に1サイクル中のトルク変動状況を示す。ガソ
リン機関に比べ、ディーゼル機関は同一平均トルク(い
わゆる軸トルク)において変動が大きい。副噴射を行う
と第8図により説明したように副噴射による発熱が燃焼
後半に付加され、かつピークが低くなることから、トル
ク変動はガソリン機関の傾向に近づき、より低騒音とな
って実用上優れた効果を奏する。
Next, in general, a diesel engine has a higher compression ratio, a higher combustion maximum pressure, and a sharper dQ / dθ progress than a gasoline engine, so that the torque fluctuation during one cycle is large. In the case of a vehicle engine such as an engine body or a transmission, this causes vibration of the drive system. FIG. 9 shows the torque fluctuation situation during one cycle. Compared with a gasoline engine, a diesel engine fluctuates more at the same average torque (so-called shaft torque). When the sub-injection is performed, the heat generated by the sub-injection is added in the latter half of the combustion and the peak is reduced as described with reference to FIG. It has excellent effects.

【0047】 なお、燃料供給装置としての噴射系は、第4図図示の
ように噴射ノズル8の内部に設けられ、かつ噴射孔の弁
座に弁バネによって着座する針弁を燃料圧によってリフ
トさせ、燃料噴射を実奏する機械式に限らず、この他第
10図々示のように内燃機関の運転状態に対応して電磁ソ
レノイド13を作動させ、電磁力により針弁をリフトさ
せ、燃料噴射を実奏する蓄圧式電磁噴射弁の如き電気式
であっても前述と同様な作用効果を得ることができる。
なお、第10図中14は燃料パイプで一端が電磁噴射弁15の
燃料通路に連通すると共に、他端が蓄圧器16及びチェッ
クバルブ17を介して油圧ポンプPに連通されている。
An injection system as a fuel supply device is provided inside the injection nozzle 8 as shown in FIG. 4, and lifts a needle valve seated on a valve seat of an injection hole by a valve spring by fuel pressure. However, not only the mechanical type that performs fuel injection,
As shown in FIGS. 10A and 10B, the electromagnetic solenoid 13 is operated in accordance with the operation state of the internal combustion engine, the needle valve is lifted by the electromagnetic force, and an electric type such as a pressure-accumulation type electromagnetic injection valve that performs fuel injection is used. The same operation and effect as described above can be obtained.
In FIG. 10, reference numeral 14 denotes a fuel pipe, one end of which communicates with the fuel passage of the electromagnetic injection valve 15, and the other end of which communicates with the hydraulic pump P via the accumulator 16 and the check valve 17.

【0048】 次に第2実施例は、第11図々示のように直接噴射式デ
ィーゼル機関E2に適用した例である。このディーゼル機
関E2は、ピストン18に所定容積の凹所19を持った燃焼室
20で、噴射ノズル21は多噴射孔を有するホール弁であ
る。そして、噴射系は前記第1実施例と同じ形式である
が、第1実施例が単孔のピントル弁またはスロットル弁
であったのとは異なる。燃焼室20内は図中矢印にて示す
ように吸入時のスワールが残り旋回流がある。この場
合、噴射ノズル21より噴射された燃料噴射は4〜5本放
射状に凹所19内に主噴射が行われ、続いて副噴射の後、
各々1本毎に前述した第1実施例と同様に高温な火炎の
冷却が行われる。
Next, a second embodiment is an example applied to a direct injection diesel engine E 2 as shown in FIG. This diesel engine E 2 has a combustion chamber having a recess 19 of a predetermined volume in a piston 18.
At 20, the injection nozzle 21 is a Hall valve with multiple injection holes. The injection system has the same type as that of the first embodiment, but differs from the first embodiment in that the single-hole pintle valve or the throttle valve is used. In the combustion chamber 20, a swirl at the time of suction remains as shown by an arrow in the drawing, and there is a swirling flow. In this case, four to five fuel injections injected from the injection nozzle 21 are radially injected into the recess 19, and subsequently, after the sub injection,
Cooling of the high-temperature flame is performed for each of the tubes, as in the first embodiment described above.

【0049】 つまり、4〜5本放射状に噴射された燃料噴霧は、着
火し燃焼しながら凹所19内に形成された旋回流によって
凹所の周方向へ流され、旋回流下流側の他の噴霧と干渉
する位置まで回転する。この位置まで回転した火炎は着
火直後の燃焼で発生した火炎であり、第1実施例で述べ
た様に、他の火炎に比べて高温でNOの生成が活発であ
る。そこで、この高温な火炎へ副噴射を行い、高い噴射
率で瞬間的にかつ、局部的に燃料を供給し、前記の高温
な火炎部分の温度を急激に低下させ、NOの生成を抑制す
る。また、副噴射による噴射エネルギーによって乱れを
発生させ、火炎への空気導入を促進することができるの
で、煤の生成も抑制できると共に副噴射による燃焼の遅
延が無いため燃費の悪化は無い。このようにして、第2
実施例は直接噴射ディーゼル機関E2にも有効に実行する
ことができ、前記第1実施例とほぼ同様の作用効果を奏
する。
That is, four to five radially sprayed fuel sprays are ignited and burned, and are caused to flow in the circumferential direction of the recess by the swirling flow formed in the recess 19, and the other fuel spray downstream of the swirling flow is Rotate to a position where it interferes with spraying. The flame rotated to this position is a flame generated by the combustion immediately after the ignition, and as described in the first embodiment, the generation of NO is active at a higher temperature than the other flames. Therefore, a sub-injection is performed to this high-temperature flame, and fuel is supplied instantaneously and locally at a high injection rate, thereby rapidly lowering the temperature of the high-temperature flame portion and suppressing generation of NO. In addition, since the turbulence is generated by the injection energy of the sub-injection and the introduction of air into the flame can be promoted, soot generation can be suppressed, and there is no delay in combustion due to the sub-injection, so that fuel consumption does not deteriorate. In this way, the second
Examples to direct injection diesel engine E 2 can be effectively performed, achieves substantially the same effects as the first embodiment.

【0050】 第1実施例及び第2実施例で示したディーゼル機関の
場合を考えると、理論的には火炎冷却の度合に応じて燃
料を噴射すればよいが、副噴射の噴射量があまり少ない
と霧化が悪く、あたかも後だれのように滴下状態とな
り、煤発生の原因となる。一般的には霧化を確保するた
めには1回の噴霧で2mm3以上を必要とする。また機関の
低速時ほど噴射ポンプの圧力が低く、霧化が悪いため、
霧化確保のため最小噴射量は多少増大する。
Considering the case of the diesel engine shown in the first embodiment and the second embodiment, it is theoretically sufficient to inject fuel according to the degree of flame cooling, but the injection amount of the sub-injection is too small. And atomization is bad, and it becomes a dripping state like a later person, causing soot generation. In general, a single spray requires 2 mm 3 or more to ensure atomization. Also, the lower the speed of the engine, the lower the pressure of the injection pump and the worse the atomization,
The minimum injection amount increases slightly to ensure atomization.

【0051】 ディーゼル機関の場合、運転条件(負荷、回転数)に
よって異なるが、燃料噴射は上死点前15゜〜5゜で主噴
射を行い、引き続いてほぼ上死点で副噴射を開始する。
主噴射によって燃焼室内に供給された燃料の着火は噴射
開始より数度遅れて起こり、燃焼を始め、温度は1500〜
2500Kに達する。主噴射に引き続く副噴射によって火炎
の高温度が冷却されると共にピストンの下降による膨張
に伴い温度は低下する。主噴射の火炎の高温部へ副噴射
の燃料を供給するためには副噴射の時期は約上死点後5
゜ないし20゜とするのが良いが、燃焼室内に形成される
旋回流の強さによって主噴射の火炎の高温部の移動する
速度が異なるため、それに合わせて副噴射の時期は多少
変える必要がある。
In the case of a diesel engine, although fuel injection differs depending on operating conditions (load and rotation speed), main fuel injection is performed at 15 ° to 5 ° before top dead center, and subsequently sub injection is started at approximately top dead center. .
The ignition of the fuel supplied into the combustion chamber by the main injection occurs several degrees later than the start of injection, starts combustion, and the temperature is 1500 to
Reach 2500K. The high temperature of the flame is cooled by the sub-injection following the main injection, and the temperature is lowered with the expansion due to the lowering of the piston. In order to supply the fuel of the sub-injection to the high temperature part of the flame of the main injection, the timing of the sub-injection is about 5 minutes after the top dead center.
Although it is better to set it to ゜ to 20 ゜, the speed of movement of the high-temperature part of the main injection flame varies depending on the strength of the swirl flow formed in the combustion chamber. is there.

【0052】 次にさらに別の実施例としては、第12図及び第13図示
のように燃焼室23の凹所24内に燃料噴射弁28により直接
計量されたガソリンを主噴射及び副噴射する筒内燃料噴
射式内燃機関E3であり、前述した実施例との相違点を中
心に述べ、同一部分は同一符号を付し説明を省略する。
Next, as still another embodiment, as shown in FIGS. 12 and 13, a cylinder for directly injecting gasoline metered by a fuel injection valve 28 into a recess 24 of a combustion chamber 23 and performing a main injection and a sub injection. an inner fuel injection type internal combustion engine E 3, omitted discussed focusing on differences from the embodiment described above, the same portions are denoted by the same reference numerals explained.

【0053】 本実施例のピストン式ガソリン機関E3の燃料供給装置
26は、シリンダヘッド1を貫通し、燃焼室23内に噴射孔
27が露出し、かつ前述の第10図に示す噴射系を具備した
いわゆる衝突型噴射弁28と、吸気通路29′内の吸入空気
量を検出する空気流量計と、エンジンの回転数を検出す
る回転計と前記吸入空気量及びエンジン回転数の信号を
もとにして、エンジン冷却水温度を考慮して、機関の運
転条件に応じたガソリンの噴射量を制御する信号を出力
するコントロールユニットと該コントロール信号に応じ
た量の加圧ガソリンを噴射弁に供給する燃料供給装置と
からなる。
The fuel supply device of the piston type gasoline engine E 3 of the present embodiment
26 is an injection hole that penetrates through the cylinder head 1 and
A so-called impingement type injection valve 28 having an exposed 27 and having the injection system shown in FIG. 10 described above, an air flow meter for detecting the amount of intake air in the intake passage 29 ', and detecting the engine speed. A control unit for outputting a signal for controlling an injection amount of gasoline in accordance with an operating condition of the engine in consideration of an engine cooling water temperature based on a signal of the tachometer, the intake air amount and the engine speed; And a fuel supply device for supplying pressurized gasoline in an amount corresponding to the control signal to the injection valve.

【0054】 衝突型噴射弁28は、弁本体VB内に介挿された部材IMに
棒部材BMを介して固着された衝突部CPに向けて噴射孔27
よりガソリンを噴射衝突させ、該衝突部CPより向きを変
えて拡い噴射角薄膜状のガソリンを噴射するものであ
る。
The collision type injection valve 28 has an injection hole 27 directed toward a collision portion CP fixed to a member IM inserted in the valve body VB via a rod member BM.
Gasoline is injected and collided, and the direction of the gasoline is changed from the collision portion CP to inject gasoline in the form of a thin film with a wide injection angle.

【0055】 吸気機構としての吸気弁29には吸入空気に旋回流を形
成するためシュラウド30が形成されている。
The intake valve 29 as an intake mechanism is provided with a shroud 30 for forming a swirling flow in the intake air.

【0056】 ところで、本実施例のピストン式ガソリン機関E3は、
第13図々示のようにピストン31の上部20に横断面よりし
て真円状の凹所32を形成すると共にシリンダヘッド1に
主噴射される燃料噴霧を着火燃焼する点火装置25を装備
する。
By the way, the piston type gasoline engine E 3 of this embodiment is
As shown in FIG. 13, an upper part 20 of the piston 31 is provided with an igniter 25 for forming a perfect circular recess 32 in cross section and igniting and burning the fuel spray mainly injected into the cylinder head 1. .

【0057】 上記構成からなる本実施例のピストン式ガソリン機関
E3は燃料が前述のディーゼル機関E1、E2に見られる噴射
時期より早めに主噴射や副噴射し、比較的広い拡がり角
と霧化のよい衝突型噴射弁を使っており、燃料噴霧は凹
所32のほぼ全体に広がる。そして、吸気弁29のシュラウ
ド30により生成した吸入スワールのため主噴射に係る燃
料噴霧は旋回しながらTDC近くになると気化混合しなが
ら強い混合気のスワールがピストン上部の凹所32の中に
収束される。
The piston type gasoline engine of the present embodiment having the above configuration
E 3 is the fuel is mainly injected or sub injection earlier than seen injection timing to a diesel engine E 1, E 2 described above, and by using a relatively wide divergence angle and good collision type injectors of atomized fuel spray Extends over substantially the entirety of the recess 32. Then, due to the suction swirl generated by the shroud 30 of the intake valve 29, the fuel spray related to the main injection turns and approaches the TDC while turning, and the swirl of a strong mixture is converged in the recess 32 at the upper part of the piston while evaporating and mixing. You.

【0058】 TDC近くで点火装置25によって点火し、火炎は凹所32
内の旋回流によって流されながら次第に広がる。この場
合も、他の実施例と同様に燃焼初期の火炎が最も高温と
なりNOの生成が活発である。副噴射は、この高温な火炎
部分が噴射弁28の噴口付近に旋回してきた時に行い、こ
の高温な火炎を高噴射率の燃料噴霧で瞬間的にかつ、局
部的に冷却する。これによってNOの生成を抑制し、NOの
排出量を低減する。
[0058] Near the TDC, ignited by the ignition device 25, the flame is
It gradually spreads while being swept away by the swirling flow inside. Also in this case, as in the other embodiments, the flame in the early stage of combustion has the highest temperature and the generation of NO is active. The sub-injection is performed when the high-temperature flame portion has swirled near the injection port of the injection valve 28, and the high-temperature flame is instantaneously and locally cooled by the high-injection-rate fuel spray. As a result, the generation of NO is suppressed, and the emission amount of NO is reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明と従来技術の内燃機関に係る高温火炎の
発達の経過を1900℃以上の火炎割合で比較した線図、第
2図は本発明の一実施例である渦流室式ディーゼルのN
O、吐煙、平均有効圧を示す線図、第3図ないし第7図
は本発明の第1実施例渦流室付ディーゼル機関をそれぞ
れ示す概要図、第8図及び第9図は第1実施例における
発熱経過及びトルク変動状況をそれぞれ示す線図、第10
図は燃料供給装置の別の噴射系を示す概要図、第11図及
び第12図、第13図は本発明の第2実施例及びその他の実
施例をそれぞれ示す断面図である。 図中 8、15、21、28……噴射ノズル、1……シリンダ
ヘッド、2……渦流室、3……ピストン、6……連絡
孔、7……シリンダブロック、9……主噴射用噴射ポン
プ、10……副噴射用噴射ポンプ、11……燃料パイプ
FIG. 1 is a diagram comparing the progress of the development of a high-temperature flame according to the present invention and the prior art internal combustion engine at a flame ratio of 1900 ° C. or higher, and FIG. 2 is a diagram of a vortex chamber type diesel engine according to an embodiment of the present invention. N
FIGS. 3 to 7 are schematic diagrams showing a diesel engine with a swirl chamber according to the first embodiment of the present invention, and FIGS. 8 and 9 are diagrams showing the first embodiment. Diagram showing heat generation progress and torque fluctuation status in the example, respectively, FIG.
The figure is a schematic view showing another injection system of the fuel supply device, and FIGS. 11 and 12 are sectional views showing the second embodiment and other embodiments of the present invention, respectively. In the figure, 8, 15, 21, 28 ... injection nozzle, 1 ... cylinder head, 2 ... swirl chamber, 3 ... piston, 6 ... communication hole, 7 ... cylinder block, 9 ... injection for main injection Pump, 10: Injection pump for sub-injection, 11: Fuel pipe

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI F02D 41/34 F02D 41/34 E 合議体 審判長 舟木 進 審判官 山口 直 審判官 清田 栄章 (56)参考文献 特開 昭62−70645(JP,A) 特開 昭62−150066(JP,A) 特開 昭62−225759(JP,A) 特開 昭63−195375(JP,A) 特開 昭62−142857(JP,A) 特開 昭59−165856(JP,A) 特開 昭52−50403(JP,A) 特開 平2−27117(JP,A) 実開 昭61−149767(JP,U) 実開 昭61−130762(JP,U) 特公 昭48−8935(JP,B1)Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification mark FI F02D 41/34 F02D 41/34 E Joint panel Referee Susumu Funaki Referee Nao Yamaguchi Referee Eiaki Kiyota (56) References JP 62-70645 (JP, A) JP-A-62-150066 (JP, A) JP-A-62-225759 (JP, A) JP-A-63-195375 (JP, A) JP-A-62-142857 (JP, A) JP-A-59-165856 (JP, A) JP-A-52-50403 (JP, A) JP-A-2-27117 (JP, A) JP-A-61-149767 (JP, U) JP-A-61-130762 (JP, A) JP, U) JP 48-8935 (JP, B1)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ピストン、シリンダヘッド及びシリンダブ
ロックにより形成する往復動内燃機関の燃焼室内に、軽
油あるいはガソリンを収容する燃料供給源に連通し、燃
料噴射弁からなる燃料供給装置により内燃機関の所定行
程中に所定量の燃料を噴射供給する主たる噴射を行い着
火燃焼させると共に一旦噴射率を減少し、その後、前記
の主たる噴射に引き続いて該主たる噴射の噴射率のうち
一旦減少した噴射率より噴射率を増大し、該主たる噴射
と同一の燃焼室内に前記燃料供給装置より所定量の燃料
を所定の時期に噴射供給する副次的な噴射を行い、前記
の主たる噴射によって発生した着火初期の火炎であって
他の火炎部分に比較して高温な火炎部分を前記の副次的
な噴射の燃料噴霧によって冷却し、燃焼により酸化窒素
が生成されている途中で生成を抑制せしめて該酸化窒素
の排出を低減するようにしたことを特徴とする内燃機関
の酸化窒素低減方法。
1. A reciprocating internal combustion engine formed by a piston, a cylinder head and a cylinder block communicates with a fuel supply source containing gas oil or gasoline in a combustion chamber of a reciprocating internal combustion engine. During the stroke, a main injection for injecting a predetermined amount of fuel is performed to cause ignition and combustion, and the injection rate is once reduced, and thereafter, following the main injection, the injection rate is reduced from the injection rate once reduced among the injection rates of the main injection. The fuel injection device performs a secondary injection that supplies a predetermined amount of fuel at a predetermined time from the fuel supply device into the same combustion chamber as the main injection at the same time as the main injection. The flame portion having a higher temperature than the other flame portions is cooled by the fuel spray of the secondary injection, and the combustion produces nitrogen oxide. Nitrogen reduces oxidation process for an internal combustion engine, characterized in that as it allowed suppress the formation to reduce the emission of said nitric oxide in the medium.
【請求項2】ピストン、シリンダヘッド及びシリンダブ
ロックにより形成する往復動内燃機関の燃焼室内と、前
記燃焼室内に軽油あるいはガソリンを収容する燃料供給
源に連通し、燃料噴射弁と、該燃料噴射弁から主たる燃
料噴射を行う第1の燃料供給手段と、該主たる噴射と同
一の燃焼室内に前記燃料噴射弁から一旦噴射率を減少
し、その後、前記の主たる噴射に引き続いて該主たる噴
射の噴射率のうち一旦減少した噴射率より噴射率を増大
する副次的な噴射を行う第2の燃料供給手段と、前記第
2の燃料供給手段による噴射の開始時期を、前記の主た
る噴射によって発生した着火初期の火炎であって他の火
炎部分に比較して高温な火炎部分に前記の副次的な噴射
の燃料噴霧を噴射供給する時期に設計する燃料供給装置
を設けたことを特徴とする内燃機関の酸化窒素低減装
置。
2. A fuel injection valve communicating with a combustion chamber of a reciprocating internal combustion engine formed by a piston, a cylinder head, and a cylinder block, and a fuel supply source containing gas oil or gasoline in the combustion chamber. A first fuel supply means for performing a main fuel injection from the fuel injection valve, and temporarily decreasing an injection rate from the fuel injection valve into the same combustion chamber as the main injection, and thereafter, following the main injection, the injection rate of the main injection The second fuel supply means for performing a secondary injection that increases the injection rate from the once reduced injection rate, and the ignition start timing of the injection by the second fuel supply means is determined by the ignition generated by the main injection. The fuel supply device is designed to design the timing of injecting and supplying the fuel spray of the secondary injection to a flame portion which is an initial flame and has a higher temperature than other flame portions. Nitrogen oxide reduction system of an internal combustion engine to be.
【請求項3】ピストン、シリンダヘッド及びシリンダブ
ロックにより形成する往復動内燃機関の燃焼室内と、前
記燃焼室内に軽油あるいはガソリンを収容する燃料供給
源に連通し、燃料噴射弁と、該燃料噴射弁から主たる燃
料噴射を行う第1の燃料供給手段と、該主たる噴射と同
一の燃焼室内に前記燃料噴射弁から一旦噴射率を減少
し、その後、前記の主たる噴射に引き続いて該主たる噴
射の噴射率のうち一旦減少した噴射率より噴射率を増大
する副次的な噴射を行う第2の燃料供給手段と、前記第
2の燃料供給手段による噴射の開始時期を圧縮上死点後
3゜乃至20゜の間の所定の時期に設定する燃料供給装置
を設けたことを特徴とする内燃機関の酸化窒素低減装
置。
3. A fuel injection valve communicating with a combustion chamber of a reciprocating internal combustion engine formed by a piston, a cylinder head and a cylinder block, and a fuel supply source containing light oil or gasoline in the combustion chamber. A first fuel supply means for performing a main fuel injection from the fuel injection valve, and temporarily decreasing an injection rate from the fuel injection valve into the same combustion chamber as the main injection, and thereafter, following the main injection, the injection rate of the main injection A second fuel supply means for performing a secondary injection for increasing the injection rate from the once reduced injection rate, and setting the start timing of the injection by the second fuel supply means to 3 ° to 20 ° after the compression top dead center. 3. A nitrogen oxide reducing device for an internal combustion engine, comprising a fuel supply device that is set at a predetermined time between ゜ and ゜.
【請求項4】前記第2の燃料供給手段による噴射の開始
時期を、前記の主たる噴射によって発生した着火初期の
火炎であって他の火炎部分に比較して高温な火炎部分に
前記の副次的な噴射の燃料噴霧を噴射供給する時期に設
定することを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の酸
化窒素低減装置。
4. The method according to claim 1, wherein the second fuel supply means starts the injection by adding the secondary flame to a flame portion at an early stage of ignition generated by the main injection and having a higher temperature than other flame portions. The apparatus for reducing nitrogen oxides in an internal combustion engine according to claim 3, wherein the timing is set at a time of injecting and supplying a fuel spray of a specific injection.
【請求項5】前記燃焼室中に旋回流を形成することを特
徴とする請求項1に記載の内燃機関の酸化窒素低減方
法。
5. The method according to claim 1, wherein a swirling flow is formed in the combustion chamber.
【請求項6】前記燃焼室中に旋回流を形成する旋回流形
成手段をさらに有することを特徴とする請求項2、請求
項3、請求項4のいずれかに記載の内燃機関の酸化窒素
低減装置。
6. The internal combustion engine according to claim 2, further comprising a swirl flow forming means for forming a swirl flow in said combustion chamber. apparatus.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11834983B2 (en) 2019-07-15 2023-12-05 The Research Foundation For The State University Of New York Method for control of advanced combustion through split direct injection of high heat of vaporization fuel or water fuel mixtures

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US11834983B2 (en) 2019-07-15 2023-12-05 The Research Foundation For The State University Of New York Method for control of advanced combustion through split direct injection of high heat of vaporization fuel or water fuel mixtures

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