JPH02181061A - 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の主要部分にセラ
ミックス素材を用いて断熱を行い、吸気流路に酸素富化
機構を採用した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チ、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を中心とした部分にセラ
ミックスを採用し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はシリンダライチやシリンダヘッ
ドなどの冷却を必要としないため、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ので、熱エネルギーの損失
が少なく、熱効率の良好なエンジンが得られる。

一方、高分子素材の研究により、空気中の酸素を透過さ
せて、空気中の酸素の分量を富化させる薄膜が開発され
おり、一部にはこの薄膜を利用して酸素富化空気をエン
ジンに吸気させる試みもなされている。

（発明が解決しようとする課題） 上述のように燃焼室を断熱構造とし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より断熱
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）の生成やスート生
成の原因となる欠点がある。

したがって、圧縮圧力は低い方がスートが発生し難く、
温度も余り高くない方がよ□く、燃焼温度が２０００℃
を超過すると急激にＮＯｘの生成が増大するのて、温度
、圧力は可能な限り低く保つ方か良い。

第２図は燃焼温度と燃料当量比（燃料濃度比）と、窒素
酸化物（ＮＯｘ）およびスートの生成の関連を示す曲線
図であり、燃料が濃くて燃焼温度が低いとスートが生成
しやすく、また燃焼温度が高いとＮＯｘの生成が増大す
ることを示している。

本発明は上述のような問題に鑑みてなされたものであり
、その目的は燃焼室に断熱構造を採用した断熱エンジン
においても、燃料の燃焼時の公害物質の生成を抑圧しよ
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て断熱構造とした断熱エンジン
において、エンジンに供給する燃料流量を検出する負荷
センサと、エンジンの吸気流路に設けた酸素富化装置と
、該酸素富化装置による酸素富化空気のエンジンへの供
給流路に設けられて外気を導入する圧力制御弁とを設け
るとともに、前記負荷センサからの検出信号に基づき、
酸素富化装置の富化促進手段と圧力制御弁とを制御して
前記燃料流量に相当する酸素量を含む低圧の酸素富化空
気をエンジンに供給する断熱エンジンが提供される。

（作用） 本発明ては、エンジンの吸気流路に酸素富化装置を配置
し、該酸素富化装置の富化促進手段と外気による圧力制
御弁とを制御して、エンジンへの供給燃料流量に相当す
る酸素量を含んだ低圧の酸素富化空気をエンジンに供給
する作用がある。

（実施例） つぎ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、断熱型デイ−セル
エンジンで、シリンダヘッド、シリンダヘッド、ピスト
ンヘッド、ピストンリング、パルプ、吸・排気口などの
燃焼室の部分にセラミックスを採用したものである。な
お、１３はエンジン１のシリンダ温度を検出する温度セ
ンサ、１４は燃焼ガス温度を検出する燃焼センサである
。

２は酸素富化装置で、酸素富化膜２１を有し、送風ポン
プ３から送気される圧力の高い空気中より酸素のみを酸
素富化膜２１により透過させるもので、透過した酸素に
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。

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
度の薄膜が採用されている。

５は圧力制御弁で、負圧ポンプ４の出力側、すなわちエ
ンジン１の吸気管１５に接続され、外気を導入すること
によりエンジンへの供給圧を制御するものである。

２２は酸素量センサで、酸素富化装置２の出力側におけ
る富化空気中の酸素量や圧力を検出するもの、４１はブ
ースト温度センサでエンジンの吸気温度を検出するもの
、１１は負荷センサでエンジンに供給する燃料の流量を
検出するもの、１２は回転センサでエンジンの回転数を
検出するものであり、これらの各種センサからの検出信
号はそれぞれコントローラ６に送信される。

コントローラ６はマ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、人／出カ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入力されると
所定の演算処理が行われて、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や圧力制御弁５など
に制御指令が発せられるよう構成されている。なお、６
１はバッテリでコントローラ６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を作動させる。

このため酸素富化装置２には送風ポンプ３により、圧力
の高い空気が送気されて、内部に設けた酸素富化膜２１
により酸素のみが透過されて出力側には酸素濃度の高い
空気が出力され、負圧ポンプ４の吸引によりエンジン１
の吸気管１５に富化空気が送気される。

方、エンジン１に設けた負荷センサ１１および回転セン
サ１２からは、エンジン１への供給燃料流量とエンジン
回転とに基づく検出信号がコントローラ６に送信される
ことにより、燃料流量に対応する適正な必要酸素量の演
算がコントローラ６にて行われる。

そして、酸素量センサ２２の検出する酸素富化装置２か
らの酸素量の信号に応じて、上述の適正な必要酸素量と
するよう送風ポンプ３と負圧ポンプ４との作動を制御す
るとともに、吸気管１３に設けた圧力制御弁５の制御に
より酸素富化空気の酸素量を確保しつつ吸入圧力を低圧
に制御して、エンジン１に供給することになる。

したがって、エンジンは必要酸素量の保持された低圧の
酸素富化空気により、圧縮端の圧力の上昇が抑えられる
とともに、燃料の燃焼が適切に行われることになる。

第３図は本実施例の処理の一例を示す処理フロー図てあ
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にて圧力制御弁５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
６をチエツクする。

そして、設定した温度値ＴいとＴ６とを比較してＴ　ａ
　＞　Ｔ　ＧＨ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にて圧力制御弁５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。

ここて、Ｔ６〈Ｔ６Ｎならばステップ１３にて燃料の制
御を行うが、Ｔ６が大きいときはステップ１１に戻って
圧力制御弁５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　ＯＨ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にて圧力制御弁５を開いて圧力を高め、ステップ
１６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、圧
力制御弁５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Ｔ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１
７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って説明したが、本発
明の主旨の範囲内で種々の変形が可能であり、これらの
変形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、エンジンの吸気流路に設けた酸素富化
装置に送気する送風ポンプの作動と、酸素富化空気を吸
引する負圧ポンプの作動と、外気を導入して酸素富化空
気の圧力を制御する圧力制御弁とを制御し、負荷センサ
の検出信号による燃料流量に相当する酸素量を含んだ低
圧の酸素富化空気をエンジンに供給するので、燃料の燃
焼に際し十分な酸素量が得られるとともに、低圧空気の
ため圧縮端における圧力の上昇が抑えられて燃焼にて生
ずる窒素酸化物やスートの生成が抑制できる効果が得ら
れる。

【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
図は燃焼温度、燃料当量比と公害物質の生成との関連を
示す曲線図、第３図は本実施例の作動の一例を示す処理
フロー図である。 １・・・エンジン、２・・・酸素富化装置、３・・・送
風ポンプ、４・・・負圧ポンプ、５・・・圧力制御弁、
６・・・コントローラ、１１・・・負荷センサ、１２・
・・回転センサ、２２・・・酸素量センサ、４１・・・
ブースト温度センサ。

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
   断熱材を用いて断熱構造とした断熱エンジンにおいて、
   エンジンに供給する燃料流量を検出する負荷センサと、
   エンジンの吸気流路に設けた酸素富化装置と、該酸素富
   化装置による酸素富化空気のエンジンへの供給流路に設
   けられて外気を導入する圧力制御弁とを設けるとともに
   、前記負荷センサからの検出信号に基づき、酸素富化装
   置の富化促進手段と圧力制御弁とを制御して前記燃料流
   量に相当する酸素量を含む低圧の酸素富化空気をエンジ
   ンに供給することを特徴とする断熱エンジン。
2. （２）前記富化促進手段は酸素富化装置に高圧空気を送
   気する送風ポンプと、酸素富化装置からの酸素富化空気
   を吸引する負圧ポンプであることを特徴とする請求項（
   １）記載の断熱エンジン。