JP4281824B2 - 圧縮着火式内燃機関 - Google Patents
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Description
本発明の目的は着火時期をおだやかな燃焼の得られる着火時期に制御することのできる圧縮着火式内燃機関を提供することにある。
このように燃料粒子の密度が高くなると燃料粒子の温度にかかわらずに燃焼が行われるがこのときには燃焼が爆発的となり、多量のNOX が発生すると共に煤が発生する。即ち、噴射燃料が化学反応を生ずるのは燃焼室5内の温度が700°K以上のときである。ほぼBTDC30度前では燃焼室5内の温度は700°K以下となっており、従ってほぼBTDC30度前に燃料噴射が行われると噴射燃料は化学反応を生ずることなく燃焼室5内に分散することになる。次いでピストン4が上昇し、燃焼室5内の温度が一定温度以上になると燃料粒子周りの蒸発燃料が酸素と結合する。もう少し詳しく言うと直鎖炭化水素の末端炭素を酸素ラジカルが攻撃し、直鎖炭化水素の末端にアルデヒド基が形成され、次いでこのアルデヒド基が水酸基となる。
これに対して燃料粒子の密度が低いときには全く状況が異なる。そこで次に燃料粒子の密度が低いとき、即ち燃料噴射量が最大噴射量の30パーセント以下であって燃料粒子が分散せしめられているときの燃焼について、即ち図2(A),(B)および図3(A),(B)の噴射時期領域III において燃料噴射が行われた場合について説明する。
図2(A),(B)および図3(A),(B)に示されるように噴射時期領域III の最も遅い噴射時期、即ち図2(A),(B)および図3(A)では噴射時期領域III と噴射時期領域IIの境界Y、図3(B)では噴射時期領域III と噴射時期領域Iの境界XYは噴射量にかかわらずほぼ同じ時期である。即ち、境界Y,XYは機関回転数Nが600r.p.m のときにはBTDC50度付近であり、機関回転数Nが高くなるにつれて圧縮下死点側となり、機関回転数Nが4000r.p.m のときにはBTDC90度程度となる。即ち、噴射燃料が分散するには時間を要し、従って噴射燃料を分散させるためには、即ち燃料粒子の密度を小さくするためには機関回転数Nが高くなるにつれて噴射時期を早めなければならない。また、機関回転数Nが高くなるほど燃料粒子の加熱時間が短くなり、従って燃料粒子が着火するのに必要な十分の熱を燃料粒子に与えるには機関回転数Nが高くなるにつれて噴射時期を早めなければならない。従って図2(A),(B)および図3(A),(B)に示されるように境界Y,XYは機関回転数Nが高くなるにつれて圧縮下死点側となる。
次に噴射時期領域IIについて説明する。前述したように噴射時期領域IIにおいて最大噴射量のほぼ30パーセント以下の燃料を噴射すると燃焼が行われない。
図2(A),(B)および図3(A)に示されるように噴射時期領域IIの最も遅い噴射時期、即ち噴射時期領域IIと噴射時期領域Iの境界Xは境界Yとほぼ平行をなす。即ち、噴射時期領域IIの巾、云い換えると境界Xと境界Yの巾は機関回転数Nにかかわらずにほぼ一定となる。また、図2(A),(B)および図3(A)に示されるように境界Xと境界Yの巾は最大噴射量に対する噴射量の割合が増大するにつれて狭くなり、図3(B)に示されるように噴射量が最大噴射量の30パーセント以上になると噴射時期領域IIは消滅する。
また、噴射時期領域IIは機関回転数Nが高くなるほど低負荷側となる。即ち、前述したように噴射燃料が分散するには時間を要し、機関回転数Nが高くなるほど噴射時期を早くしないと燃料粒子の分散度合が小さくならない。従って噴射時期領域IIは機関回転数Nが高くなるほど低負荷側となる。
一方、噴射時期領域Iにおいて燃料噴射が行われると従来より行われている通常の燃焼が行われる。即ち、噴射時期領域Iでは燃焼室5内の圧力P(図4)が高く、従って噴射燃料が十分に分散しないために燃料粒子の密度が高くなる。その結果、燃料粒子が熱分解し、爆発的燃焼を生じて多量NOX および煤が発生する。
図5における実線Eは図2(A),(B)および図3(A)に示されるような燃焼の生じない噴射時期領域IIが存在する機関圧縮比の上限値を示している。図5に示されるようにEGR率が零のときに燃焼が生じない噴射時期領域IIが存在する機関圧縮比の上限値Eはほぼ16.0であり、このとき機関圧縮比がほぼ16.0よりも大きくなると燃焼が生じない噴射時期領域IIが存在しなくなる。
前述したように噴射時期領域IIにおいて最大噴射量の30パーセント以下の燃料を噴射すると圧縮上死点付近では燃焼室5内に酸素を含んだ燃えやすい炭化水素がかなり生成される。このとき燃焼は生じておらず、従ってこのとき再度燃料噴射を行うと燃料粒子は燃焼することなく燃焼室5内に分散される。燃料粒子が分散され、温度上昇するといずれかの箇所において燃料粒子が熱分解する。燃料粒子が熱分解すると生成された水素分子H2 が燃焼し、その結果燃焼室5内全体の圧力が上昇するために燃焼室5内全体の温度が上昇する。
なお、従来より圧縮着火式内燃機関では主噴射に先立って少量の燃料を噴射する、いわゆるパイロット噴射を行うようにしている。このパイロット噴射は通常、図2(A),(B)および図3(A)に示される噴射時期領域Iにおいて行われ、従ってパイロット噴射された燃料は自ら着火する。これに対して本発明では噴射時期領域IIにおいて噴射された燃料は自ら着火しない。従って噴射時期領域IIにおける噴射作用と従来のパイロット噴射作用とは明瞭に区別しうる。
6 燃料噴射弁
Claims (6)
- 燃焼室内に燃料を噴射するようにした圧縮着火式内燃機関において、噴射しても自ら着火燃焼を生じない量の第1回目の燃料を圧縮行程後半の予め定められた噴射時期領域において噴射し、該予め定められた噴射時期領域よりも遅い時期に第2回目の燃料を噴射し、第1回目の燃料を自ら着火させることなく第1回目の燃料および第2回目の燃料を同時に燃焼させるようにした圧縮着火式内燃機関。
- 噴射しても燃焼を生じない第1回目の燃料量が最大噴射量の30パーセント以下である請求項1に記載の圧縮着火式内燃機関。
- 上記予め定められた噴射時期領域がほぼ圧縮上死点前90°からほぼ圧縮上死点前20°である請求項1に記載の圧縮着火式内燃機関。
- 上記予め定められた噴射時期領域は機関回転数が高くなるほど圧縮下死点側となる請求項1に記載の圧縮着火式内燃機関。
- 機関回転数が高くなるにつれて第1回目の燃料噴射時期が早められる請求項1に記載の圧縮着火式内燃機関。
- ほぼ圧縮上死点又は圧縮上死点後に第2回目の燃料噴射が行われる請求項1に記載の圧縮着火式内燃機関。
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