JPH03117637A - 燃焼室可変エンジン - 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、燃焼室を低負荷時には直噴式、高負荷時には
副燃焼室式に変更できる燃焼室可変エンジンに関し、特
にアルコールを燃料とする燃焼室可変エンジンに間する
。

（従来の技術） 従来のエンジンに使用される燃料は、ガソリンや軽油等
の化石燃料に依存している。該化石燃料は有限資源であ
り、また、ガソリンや軽油等を燃料とするエンジンの排
気ガスに含有される有害物質による大気汚染の進行等の
問題がある。そこで、化学的あるいは生化学的に生産し
つるアルコールを燃料として使用するエンジンが提案さ
れている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、アルコールは従来の燃料と比較して、気
化潜熱が大であり、発熱量が小であるという特徴を有し
ている。よって、例えば軽油と比較すると、同量の発熱
量を得るためにはアルコールを軽油の約り、８倍供給し
なくてはならず、よって、アルコール噴射量が大となる
ため燃焼室内で空気とアルコールとが混合しにくく拡散
燃焼時間が長くなり、高負荷時には特に噴射量が増加す
るため出力及び効率が低下するという問題がある。

また、アルコールを１．６倍供給すると気化潜熱は軽油
の約５．５倍になるため、アルコールが燃焼室内で気化
しにくく、エンジンの始動時や外気温度が低温度である
場合はアルコールが完全に燃焼せず未燃焼ガスが排出さ
れ、不快臭気の発生、有害物質による大気汚染等の問題
があり、また、着火ミスによるエンジンの始動不能とい
う問題が発生する場合もある。

ところで、実公昭５７−１６４２２４号公報に、吸排気
バルブの他に燃焼室と連通ずる副室の開口部に第３のバ
ルブを設け、低負荷時には該第３のバルブで副室の開口
部を閉鎖することにより高圧縮エンジンとし、高負荷時
には該第３のバルブを圧縮行程毎に開放して圧縮率を低
減させることによりノッキングを防止するエンジンが記
載されているが、上記問題を解決するものではない。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、アルコー
ルを燃料とし、始動性が良好であり、高負荷時において
も出力及び効率が低下しない燃焼室可変エンジンを提供
しようとするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明によれば、主燃焼室頭部に設けられ該主燃焼室と
連通ずる副燃焼室と、該副燃焼室と主燃焼室との連通口
を開閉するバルブを駆動するバルブ駆動手段と、該副燃
焼室と主燃焼室との双方への燃料噴射を切換える燃料噴
射手段と、エンジンの負荷が所定値以上の場合に、上記
バルブを開放し副燃焼室と主燃焼室とを連通せしめると
共に上記燃料噴射手段により燃料噴射を主燃焼室から副
燃焼室へ変更する燃焼室変更手段とを有することを特徴
とする燃焼室可変エンジンを提供できる。

（作用） 本発明の燃焼室可変エンジンでは、燃料噴射量が少量で
ある低負荷時には高圧縮比の直噴エンジンとして運転す
るので燃料消費率が小であり始動性に優れ、かつ、未燃
焼ガスの排出が無く、また、高負荷時には副燃焼室式エ
ンジンとして運転するのでアルコールと空気とが迅速に
混合され出力及び効率が低下しない。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に従フて詳細に説明する
。

第１図は、本発明による燃焼室可変エンジンの一例を示
すブロック図である。

図において、１はシリンダであり、該シリンダ１の内壁
は窒化珪素あるいはジルコニア等のセラミックス断熱材
で形成されたシリンダスリーブ１１で被覆されている。

そして、シリンダヘッド部には吸気バルブ１２によって
開閉される吸気管路１３が接続されている。該吸気管路
１３の途中部には過給圧を測定する圧力センサ１４が配
設されている。尚、図示されていないが、該吸気バルブ
１２及び吸気管路１３と同様に排気バルブ及び排気管路
が配設されている。

該シリンダ１内部にはピストン２が配設されている。該
ピストン２のピストンヘッド面は上記シリンダスリーブ
１１と同様にセラミックス断熱材で形成された断熱層２
１によって覆われている。

また、該ピストンヘッド面には凹部２２が設けられてい
る。そして、ピストンヘッド部にはピストン２の上死点
位置にて該凹部２２内に挿入するグロープラグ２３及び
該凹部２２内にアルコール燃料を噴射する第１ノズル２
４が配設されている。

上記シリンダ１の上部には副燃焼室３が接続されている
。該副燃焼室３とシリンダ１との連通口にはバルブ３１
が配設され、該連通口の開閉を行なう。また、該副燃焼
室３には該副燃焼室３内部にアルコール燃料を噴射する
第２ノズル３２が配設されている。前記第１ノズル２４
及び該第２ノズル３２は燃料ポンプ３３に接続しており
、該燃料ポンプ３３からアルコール燃料の供給を受ける
。該燃料ポンプ３３は第１ノズル２４及び第２ノズル３
２への燃料供給停止及び燃料供給タイミングを外部から
の信号により任意に変更することができる。また、前記
バルブ３１はバルブガイド３４により軸承されている。

該副燃焼室３内壁はシリンダスリーブ１１と同様のセラ
ミックス断熱材で形成されており、バルブ３１及びバル
ブガイド３４は耐熱高強度セラミックスで形成されてい
る。

該バルブ３１の軸端部には該バルブ３１を開閉駆動する
バルブ開閉機構４が装着されている。該バルブ開閉機構
４はバルブ３１の軸端部に接続された磁性体を電磁石に
よる電磁力で吸引する電磁ソレノイドである。該バルブ
３１は常時図における上方向へ引き上げられており連通
口を閉鎖している。そして、バルブ開閉機構４により図
の下方向へ駆動されると連通口を開放する。

上記圧力センサ１４、グロープラグ２３、燃料ポンプ３
３、及びバルブ開閉機構４はコントロールユニット５の
入出力インターフェイス５４に接続されている。該コン
トロールユニット５は入出力インターフェイス５４の他
に、プログラムや各種関係データを記憶するＲＯＭ５２
、該ＲＯＭ５２に記憶されたプログラムの下に演算を実
行するＣＰＵ５１、該演算結果やデータを一時記憶する
ＲＡＭ５３及びコントロールユニット５内部の信号の流
れをコントロールするコントロールメモリ５５等から構
成されている。

上記吸気管路１３にはターボチャージャ６が接糸売され
てしする。該ターボチャージャ６のコンプレッサ側の吸
気口６１には、該ターボチャージャを介さずに直接吸気
管路１３と連通するバイパス管路６３が設けられている
。そして、該バイパス管路６３への分岐点には切換バル
ブ６２が配設されている。該切換バルブ６２には該切換
バルブ６２を開閉するためのソレノイド６４が接続して
いる。該ソレノイド６４は上記入出力インターフェイス
５４と接続されており、該人出力インターフェイス５４
からの信号により切換バルブ６２を開閉する。尚、該タ
ーボチャージャ６の回転軸には図示しないが回転電機が
装着されており、上記切換バルブ６２によりコンプレッ
サに吸気が供給されない時は、該回転電機を発電機とし
て作動させ、排気ガスのエネルギを電気エネルギに変換
し回収する。

７はアクセルペダル（図示せず）の踏込量からエンジン
の負荷を検知する負荷センサである。該負荷センサ７に
より検知された負荷信号は上記入出力インターフェイス
５４に人力される。

次に、上記構成によるエンジンの作動について説明する
。

第２図は、本発明によるエンジンの作動を示すフロー図
である。

ステップ１にて、入出力インターフェイス５４を介して
コントロールユニット５内へ負荷センサ７からのエンジ
ン負荷信号りを読込む。

ステップ２にて、ステップ１で読込まれたエンジン負荷
信号りとＲＯＭ５２に予め記憶されている所定負荷Ｌｅ
とを比較し、Ｌ＞Ｌｅの場合にはステップ３へ、Ｌ≦Ｌ
ｅの場合にはステップ９へと進む。

Ｌ＞Ｌｅの場合は、高負荷時であるので副燃焼室式エン
ジンとして作動させる。

ステップ３にて、バルブ開閉機構４へ信号を出力し、バ
ルブ３１を下方向へ駆動し連通口を開放する。

ステップ４にて、燃料ポンプ３３に信号を出力し、第２
ノズル３２へ所定のタイミングで燃料を供給するように
燃料ポンプ３３内部を切換える。

ステップ５にて、ソレノイド６４に信号を出力し、切換
バルブ６２でバイパス管路６３を閉鎖し吸気を吸気口６
１に導入する。

ステップ６にて、再び燃料ポンプ３３に信号を出力し、
第１ノズル２４への燃料の供給を停止する。

上記ステップ３乃至ステップ６によりエンジンは副燃焼
室式エンジンをして作動する。

ところで、ターボチャージャ６による過給圧が上昇しす
ぎると、エンジンが破損する虞があるため、ステップ６
の次にステップ７に進み、過給圧の監視を行なう。

ステップ７にて、圧力センサ１４からの過給圧信号Ｐを
読込み、ＲＯＭ５２内に予め記憶されている最大過給圧
Ｐｍａｘと比較する。そして、Ｐ＞Ｐｍａｘの場合は、
ステップ８へ進み、Ｐ≦Ｐｍａｘの場合には再びステッ
プ１へ戻り、本図に示すフローを最初から実行する。

ステップ８では、燃料ポンプ３３に信号を出力し第２ノ
ズル３２への燃料の供給を停止し、再びステップ７へ戻
り、Ｐ≦Ｐｍａｘになるまで該燃料停止状態を維持する
。尚、燃料の供給を完全に停止するのではなく所定量に
減量してもよい。

上記ステップ２にて、Ｌ≦Ｌｅと判断された場合は、エ
ンジンは低負荷状態であるのでステップ９以下へと進み
、燃焼室が１個である直噴式エンジンとして作動させる
。

ステップ９にて、バルブ開閉機構４へ信号を出力しバル
ブ３１を引き上げ連通口を閉鎖する。

ステップ１０にて、燃料ポンプ３３へ信号を出力し第２
ノズル３２への燃料の供給を停止する。

ステップ１１にて、第１ノズル２４への燃料供給を開始
する。

ステップ１２にて、ソレノイド６４へ信号を出力し切換
バルブ６２を駆動し、バイパス管路側を開放した後、再
びステップ１へ戻り、本図に示すフローを最初から実行
する。

上記ステップ９乃至ステップ１２により作動する直噴式
エンジンは圧縮比が通常の直噴式エンジンの圧縮比より
高圧縮である２０〜２１に設定されており、よって、圧
縮端温度が通常の直噴式エンジンの６５０℃より高温度
となるため、アルコール燃料を使用しても始動性に優れ
たエンジンとなる。また、直噴式エンジは燃焼室内壁面
積が小であるため冷却損失が少なく、燃費も優れたエン
ジンとなる。

ステップ３乃至ステップ６により作動する副燃焼室式エ
ンジンは、シリンダ１から連通口を介して副燃焼室３内
へ吸気が流入する際に、該副燃焼室３内には吸気による
渦流が発生するため、多量の燃料が第２ノズル３２から
噴射されても迅速に吸気と燃料とが混合し、正常な燃焼
を実現することができる。また、連通口を開放すること
により燃焼室全体の容積が副燃焼室３分増加するが、バ
ルブ３１を開放する、と共にターボチャージャ６による
過給も行なうため直噴式エンジンに対して空気密度が減
少することはない。

そして、直噴式及び副燃焼室式を問わず、本発明による
エンジンは燃焼室内壁が断熱材で被覆されているため、
排気ガスが高温であり、よって排気ガスの有するエネル
ギが大である。また、断熱材表面が高温度になるが、噴
射された燃料が該断熱材表面から気化潜熱を奪い急速に
気化するため、該壁面が異常高温になることを防止する
ことができる。

以上、本発明の一実施例について詳細に説明したが、本
発明の精神から逸れないかぎりで、種々の異なる実施例
は容易に構成できるから、本発明は前記特許請求の範囲
において記載した限定以外、特定の実施例に制約される
ものではない。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、燃料噴射量が少
量である低負荷時には高圧縮比の直噴ニンジンとして運
転するので燃料消費率が小であり始動性に優れ、かつ、
未燃焼ガスの排出が無く、また、高負荷時には副燃焼室
式エンジンとして運転するのでアルコールと空気とが迅
速に混合され出力及び効率が低下しない燃焼室可変エン
ジンを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示すブロック図、第２図
は、本発明によるエンジンの作動を示すフロー図である
。 １・・・シリンダ、２・・・ピストン、３・・・副燃焼
室、４・・・バルブ開閉機構、５・・・コントロールユ
ニット、６・・・ターボチャージャ、７・・・負荷セン
サ、２４・・・第１ノズル、３１・・・バルブ、３２・
・・第２ノズル、６２・・・切換バルブ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）主燃焼室頭部に設けられ該主燃焼室と連通する副
   燃焼室と、該副燃焼室と主燃焼室との連通口を開閉する
   バルブを駆動するバルブ駆動手段と、該副燃焼室と主燃
   焼室との双方への燃料噴射を切換える燃料噴射手段と、
   エンジンの負荷が所定値以上の場合に、上記バルブを開
   放し副燃焼室と主燃焼室とを連通せしめると共に上記燃
   料噴射手段により燃料噴射を主燃焼室から副燃焼室へ変
   更する燃焼室変更手段とを有することを特徴とする燃焼
   室可変エンジン。
2. （２）吸気過給手段を有し、上記バルブの開放時に該吸
   気過給手段により吸気を過給せしめることを特徴とする
   請求項（１）記載の燃焼室可変エンジン。
3. （３）少なくとも上記主及び副燃焼室内壁、バルブ、該
   バルブを軸承するバルブガイドは共にセラミックスにて
   形成されていることを特徴とする請求項（１）または（
   ２）記載の燃焼室可変エンジン。
4. （４）上記噴射される燃料はアルコールを含有するアル
   コール燃料であることを特徴とする請求項（３）記載の
   燃焼室可変エンジン。