JPH02140440A - 断熱エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はディーゼルエンジンの燃焼室にセラミックス素
材を採用した断熱エンジンにて、酸素富化装置により酸
素が富化された吸気により運転する断熱エンジンに関す
る。

（従来の技術） 近年、ディーゼルエンジンのシリンダライナ、シリンダ
ヘッド、ピストンヘッド、ピストンリング、バルブ、吸
・排気口などエンジンの燃焼室の主要部分にセラミック
スなどの断熱素材を用いた断熱エンジンが開発されてい
る。

この種の断熱エンジンでは、シリンダライナやシリンダ
ヘッド、などの冷却を必要としないので、ラジェータ・
システムが不要となって、エンジンの構造が簡単になる
ばかりか、燃料の燃焼熱を放熱しないため、熱エネルギ
ーの損失が少なくて熱効率の良好なエンジンが得られる
。

一方近年、高分子素材の研究により酸素を透過させて空
気中の酸素の分量を富化させる高分子薄膜が開発され、
一部にはエンジンの吸気用に酸素富化膜により酸素に富
んだ空気を用いる試みもなされている。

（発明が解決しようとする課題） 上述のような断熱構造を用いた圧縮着火式ディーゼルエ
ンジンでは、断熱されて高温度の壁温に触れて断熱圧縮
される空気は、圧縮端にて高温高圧となるので、燃料の
燃焼により窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成や、スー１〜生
成の原因となる虞がある。

また、断熱エンジンに酸素を富化した吸気を用いると、
通常の圧縮比では作動ガス温度が高くなりすぎて、損失
が増大するという欠点が生ずる。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、
その目的は酸素の富化された空気を吸気する断熱エンジ
ンにおいて、ＮＯｘやスートの生成を抑えるとともに、
熱効率を向上させようとする断熱エンジンを提供するこ
とにある。

（課題を解決するための手段） 本発明によれば、ディーゼルエンジンの燃焼室の主要部
に耐火性の断熱材を用いた断熱エンジンにおいて、吸気
流路に設けた酸素富化装置と、吸気空気二を＄υ御する
空気圧制御弁と、吸気中の酸素量を検出する酸素濃度セ
ンサと、エンジンへの供給燃料流量を検出する負荷セン
サと、シリンダ温度を検出する温度センサと、燃焼ガス
温度を検出する燃焼センサとを設けるとともに、前記負
荷センサと酸素濃度センサからの検出信号に基づき前記
空気圧制御弁に指令してエンジンの圧縮圧力を低く制御
する制御手段を備えた断熱エンジンが提供される。

（作用） 本発明では、エンジンの燃料流量を検出する負荷センサ
と、酸素濃度センサとからの検出信号に基づいて、空気
圧制御弁に指令してエンジンへの吸気量を制御して圧縮
圧力を低めに抑える作用があるとともに、低温の始動時
にはシリンダの温度センサまたは燃焼センサからの検出
信号により空気圧制御弁を制御して圧縮圧力を高めにし
て高温化を促進させる作用がある。

（実施例） つきに本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明
する。

第１図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図である
。

同図において、１はエンジンであり、断熱型ディーゼル
エンジンで、シリンダライナ、シリンダヘッド、ピスト
ンヘッド、ピストンリング、バルブ、吸・排気口などの
燃焼室の主要部分に断熱材となるセラミックスを採用し
たものである。

１１は負荷センサで、エンジン１に供給される燃料の流
量を検出するもの、１２は回転センサで、エンジン１の
回転数を検出するもの、１３は温度センサで、第２図に
示すようにエンジン１のシリンダライナ１５に取付けら
れてシリンダ温度を検出するもの、１４は燃焼センサで
、シリンダヘッド１６に取付けられて温度検出部１４１
を燃焼室内に突出させ、燃料の燃焼温度を検出するもの
で、これらの各種センサの発する検出信号は後述するコ
ントローラに送信される。

なお、燃焼センサ１４はその温度検出部１４１の内部に
は検温線として正の抵抗温度係数を有する例えばタング
ステン線を備え、検温線の外側は熱伝導の良好な耐火性
のセラミックスにより被覆されている。そして、燃焼室
内の温度検出に際しては、第３図に示すように燃焼セン
サ１４の検温線をブリッジ回路の一辺として挿入し、ブ
リッジ回路のバランスの計測により、計測された抵抗値
から燃焼室温度を検出するよう構成されている。

第１図に示す２は酸素富化装置で、酸素富化膜２１を有
して送風ポンプ３より送気される圧力の高い空気中から
酸素のみを酸素富化膜２１により透過させるもので、透
過された酸素に富んだ空気は負圧ポンプ４により吸引さ
れてエンジン１に送気され、燃焼用空気となるものであ
る。また、２２は酸素濃度センサで、酸素富化装置２の
富化空気の出力側に設けられ、エンジン１の吸気の酸素
濃度を検出し、検出信号をコントローラ５に送信する。

なお、酸素富化膜２１には、例えばジメチルシロキサン
とポリカーボネートとの共重合体からなる０、１μｍ程
度の薄膜が用いられ、圧力の高い空気中から酸素のみを
透過させる特性があり、通常より酸素濃度の高い空気が
得られるものである。

６は空気圧制御弁で、エンジン１の吸気管１７に配置さ
れ、エンジン１の吸入気の酸素濃度に応じて吸入空気量
が制御されるとともに、必要最小限の圧縮比となるよう
空気量が制御されるもので、前述の送風ポンプ３、負圧
ポンプ４などと同様に制御指令はコントローラ５から発
令されるものである。

コントローラ５はマイクロコンピュータ構成のもので、
演算処理を行う中央処理装置、演算処理手順や制御手順
などを格納する各種メモリ、入／出力ボートなどを備え
ており、前記の各種センサからの検出信号が人力される
と、所定の演算処理が行われ、格納された制御手順に基
づいて、送風ポンプ３、負圧ポンプ４、空気圧制御弁６
などに制御指令が発せられる。

なお５１はバッテリで、コントローラ５などに電源を供
給するものである。

つぎに、このように構成された本実施例の作動を説明す
る。

エンジン１に燃料を供給して作動させると同時に、送風
ポンプ３、負圧ポンプ４を作動させ、酸素富化装置２に
より酸素成分の多い空気を、エンジン１に吸気させる。

そして、負荷センサ１１、酸素濃度センサ２１などから
の検出信号により、エンジン１に供給する燃料流量に応
じて、必要な酸素量を有する低い圧力の空気を供給する
ように空気圧制御弁６を制御して吸気を調整し、燃料を
燃焼させエンジン１を運転する。

また、断熱エンジンでは通常の圧縮比で運転すると、燃
焼ガス温度が高くなりすぎて損失が犬となるので、負荷
センサ１１からの信号により負荷が小さいときは、吸入
空気量を絞って酸素濃度を増大させ、燃焼速度を向上さ
せ、かつ燃焼センサ１４からの検出信号をチエツクして
、ＮＯｘの生成しやすい高温度領域に入らぬよう、燃焼
ガス温度を抑制する。

なお、第４図は燃料当量比（燃料濃度）と燃焼温度との
関連と、ＮＯｘおよびスート生成域の曲線とを示す曲線
図であり、燃料濃度が犬で燃焼温度が低いとスートが生
成し、また、燃料濃度が小で燃焼温度が高いとＮＯｘが
生成しやすいことを示している。

したがって、本実施例においては、吸入空気の酸素濃度
を高めて圧力の低い状態とし、燃焼温度はＮＯｘ生成域
に入らぬよう抑制するものである。

方、低温始動直後では、圧縮圧力上昇による高温度化が
必要なので、シリンダライナに設けた温度センサ１３や
、燃焼温度を検出する燃焼センサ１４からの検出信号に
より、空気圧制御弁６により吸入空気圧を上昇させるよ
う制御することになる。

第５図は本実施例の処理の一例を示す処理フロー図であ
り、つぎにその処理について説明する。

ステップ１．２にて負荷センサ１１．回転センサ１２か
らの検出信号によりエンジン１の負荷および回転数を検
出し、これらの値に基づいてエンジン１の必要な酸素量
に対応する負圧ポンプ４と送風ポンプ３との出力の演算
を行う。

ステップ４では演算結果に対応する負荷Ｌａと現負荷り
どの比較を行い、Ｌ＞Ｌａの場合はステップ５．６に進
んで負圧ポンプ４と送風ポンプ３とを作動させて酸素富
化作動を促進させる。

ステップ７ではシリンダに設けた温度センサ１３からの
信号によりシリンダ壁温度Ｔをチエツクし、所定温度Ｔ
Ｗより大きい場合はステップ８にて空気圧制御弁６を絞
った後、ステップ９にて燃焼センサ１４からの燃焼温度
Ｔ。をチエツクする。

そして、設定した温度値ＴＧＮとＴ（ｌとを比較してＴ
。＞ＴＧＨの場合はステップ１０に進んで負圧ポンプ４
、送風ポンプ３を少々増力して酸素富化作動を強めると
ともに、ステップ１１にて空気圧制御弁６を絞って圧力
を下げた後、ステップ１２にて燃焼温度のチエツクを行
う。

ここで、ＴｏくＴ。Ｎならばステップ１３にて燃料の制
御を行うが、ＴＯが大きいときはステップ１１に戻って
空気圧制御弁６の絞り込みを行うことになる。なお、ス
テップ７にてＴ＜ＴＷ、またはステップ９にてＴ　ｏ　
＜　Ｔ　ＯＮの場合はステップ２０に進んで燃料制御を
行う。

前記のステップ４にて、Ｌ＜Ｌａの場合はステップ１４
に穆ってシリンダ温度のチエツクを行うが、温度センサ
１３からの温度信号Ｔが所定値より低温の場合はステッ
プ１５にて空気圧制御弁６を開いて圧力を高め、ステッ
プ！６では燃料制御を行う。なお、ステップ１４にて温
度信号Ｔが所定値より高い場合はステップ１７に進み、
空気圧制御弁６を絞って圧力を下げるとともに、負圧、
送風の両ポンプを作動させて酸素濃度を高め、ステップ
１８にて温度信号下をチエツクの後、Ｔ＜ＴＷの場合は
燃料制御を行ってフローを終るが、否の場合にはステッ
プ１７に戻って上記の制御を繰返すことになる。

以上、本発明を上述の実施例によフて説明したが、本発
明の主旨の範囲内で種々の変形が可能であり、これらを
本発明の範囲から排除するものではない。

（発明の効果） 本発明によれば、吸気経路に設けた酸素富化装置と、吸
気経路を介する空気量を制御する空気圧制御弁と°、吸
気中の酸素量を検出する酸素濃度センサと、シリンダ温
度を検出する温度センサと、燃焼ガス温度を検出する燃
焼センサと、断熱エンジンの負荷センサとを設け、これ
らの各種センサからの検出信号に基づき断熱エンジンへ
の燃料流量に応じた酸素濃度と必要な最小限圧縮比にな
るように空気流量を空気圧制御弁によって制御するので
、圧縮比が大になりすぎず燃焼ガス温度も抑制されてＮ
Ｏｘ生成が抑えられる効果が生ずる。

また、始動直後ではシリンダの温度センサや、燃焼セン
サにより低温が検出されると、圧縮圧力を上昇させるよ
う空気圧制御弁が制御されるので、エンジンの高温化が
促進されるという利点が生ずる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図、第２
図はシリンダに設けたセンサの説明図、第３図はブリッ
ジ回路の説明図、第４図は燃料当量比と燃焼温度との関
連を示す曲線図、第５図は本実施例の翅理の一例を示す
郊埋フロー図である。 １・・・エンジン、２・・・酸素富化膜、５・・・コン
トローラ、６・・・空気圧制御弁、１１・・・負荷セン
サ、１３・・・温度センサ、１４・・・燃料センサ、１
７・・・吸気管、２２・・・酸素濃度センサ。 特許出願人　株式会社いすｙセラミックス研究所代　理
　人　弁理士　　辻　　　　實 第２ 図 第３ 図 、、ＹＡＩＡＡ’

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ディーゼルエンジンの燃焼室の主要部に耐火性の
   断熱材を用いた断熱エンジンにおいて、吸気流路に設け
   た酸素富化装置と、吸気空気量を制御する空気圧制御弁
   と、吸気中の酸素量を検出する酸素濃度センサと、エン
   ジンへの供給燃料流量を検出する負荷センサと、シリン
   ダ温度を検出する温度センサと、燃焼ガス温度を検出す
   る燃焼センサとを設けるとともに、前記負荷センサと酸
   素濃度センサからの検出信号に基づき前記空気圧制御弁
   に指令してエンジンの圧縮圧力を低く制御する制御手段
   を備えたことを特徴する断熱エンジン。
2. （２）エンジンの始動直後は前記温度センサまたは燃焼
   センサからの温度に関する検出信号に基づいて前記空気
   圧制御弁に指令し圧縮圧力を高く制御する圧力制御手段
   を備えたことを特徴とする請求項（１）記載の断熱エン
   ジン。