JPH0759888B2 - 水噴射式断熱セラミツクデイ−ゼルエンジン - Google Patents

水噴射式断熱セラミツクデイ−ゼルエンジン

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JPH0759888B2
JPH0759888B2 JP59039527A JP3952784A JPH0759888B2 JP H0759888 B2 JPH0759888 B2 JP H0759888B2 JP 59039527 A JP59039527 A JP 59039527A JP 3952784 A JP3952784 A JP 3952784A JP H0759888 B2 JPH0759888 B2 JP H0759888B2
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  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はデイーゼルエンジンに関し、特にそのシリンダ
ヘッド、シリンダライナ及びピストン夫々のセラミツク
部材によつて燃焼室を断熱構造とし、当該燃焼室に水を
噴射する装置を具備せしめた水噴射式断熱セラミツクデ
イーゼルエンジンに関する。
一般に断熱エンジンにおいて、その燃焼室周りの断熱度
を高めていくと、燃焼ガス温度及び排気ガス温度が追従
して上昇して行く。この断熱構造において生じた有効エ
ネルギの増大分に対してロングストローク構造のエンジ
ンによつて有効出力に転換し出力の増大を図るロングス
トロークエンジンが開発されているが、エンジン高さや
エンジン回転数の制約条件によつて増大エネルギが充分
活用されるだけロングストロークがとれず排気ガスの温
度上昇分として排出されていた。又燃焼ガス温度の上昇
は燃焼室壁の温度上昇をまねき吸入効率を低下させ、エ
ンジン性能を悪化させる要因ともなつている。この排気
ガスに排出されているエネルギに対してはターボチヤー
ジヤやターボコンパウンドシステムによつて回収しよう
と試みられているが、特に自動車用エンジンにおいては
ターボチヤージヤの大きさの制約により充分回収しきれ
ずターボチヤージヤ出口の排気温度は依然として高い状
態である。その点ターボチヤージヤとそのエネルギ回収
システムとを組合わせたターボコンパウンドシステムは
エネルギ回収効率が優れてはいるが、外形が大きくなる
と共に構造が複雑になりコスト高を招く欠点がある他吸
入効率の低下は依然解決できない状態であつた。
本発明は上記事情に鑑み案出されたものであって、セラ
ミック製部材によって燃焼室を断熱構造として燃焼ガス
温度を高め且つ適時適量の水を噴射することによって噴
霧水を蒸気化し、この蒸気の膨張力を燃焼ガスの膨張力
に加担させることによって燃料消費量を低減させ単位燃
料当たりの出力を増大させると共に水の蒸気化に伴う気
化熱の吸収によって断熱エンジンの欠点である新気の吸
入効率の低下を補完するものでありながら、燃焼室を囲
むセラミック部材に対する熱衝撃の発生を最小限に抑え
るような水噴射タイミングの簡単な構成の水噴射式断熱
セラミックディーゼルエンジンを提供することを目的と
する。
本発明の水噴射式断熱セラミツクデイーゼルエンジン
は、シリンダヘッド、シリンダライナ及びピストン夫々
の少なくとも燃焼室に面した部位をセラミック製部材に
より断熱構造とし、前記シリンダヘッドに燃料噴射弁と
水噴射制御装置に連携した水噴射弁とを設けた水噴射式
断熱セラミックディーゼルエンジンであって、前記水噴
射弁からの水噴射が、排気温度が所定値以上に上昇した
暖機運転完了後において膨張工程における最大燃焼圧力
のピークを過ぎたクランク角度位置で燃料噴射量に相応
した水量で前記制御装置の制御下で行われることを特徴
としている。
以下図面によつて本発明の実施例を詳細に説明する。
本発明の水噴射式断熱セラミツクデイーゼルエンジン
は、自動車用デイーゼルエンジン、発電用デイーゼルエ
ンジン及び舶用主機関用デイーゼルエンジンに適用出来
るものであるが、本実施例は自動車用4サイクルデイー
ゼルエンジンに適用されたものについて述べる。
第1図は本発明に係る自動車用4サイクル水噴射式断熱
セラミツクデイーゼルエンジンの横断面図、第2図は同
水噴射系の説明図、第3図は本実施例のタイミング線図
である。
本実施例の4サイクル水噴射式断熱セラミツクデイーゼ
ルエンジン100は、シリンダヘツド110の下部構造を成す
セラミツクヘツドプレート111とセラミツクシリンダラ
イナ120とセラミツク製ヘツドを有したもしくは一体型
のセラミツクピストン130によつて断熱構造の燃焼室140
を形成している。シリンダヘツド110は前記ヘツドプレ
ート111上に鋳鉄製ヘツド本体112を組合わせて構成され
ており、燃料ポンプ221や噴射管222等の燃料噴射系220
からの軽油燃料を直接燃焼室140内に噴射する燃料噴射
弁113と後述する水噴射弁114と新気の吸入を管制する吸
気弁(図示していない)と排気ガスの排気マニホールド
150への排出を管制する排気弁(図示していない)とを
装着している。又、ヘツド本体112上には吸気弁と排気
弁を開閉駆動する動弁装置が搭載されている。シリンダ
ライナ120は、セラミツクスで出来ておりシリンダケー
ス160内に水密状態に嵌装されて共に冷却水室161を形成
したシリンダブロツクを構成している。このシリンダブ
ロツクは、オイルパン171によつて下方部を密閉したク
ランクケース170上にタイロツドによつて固定されてい
る。ピストン130はシリンダライナ120内に上下摺動自在
に収容されている。ピストン130の上下動は、ピストン
ピン133によつて連節されたコネクテイングロツド135を
介してクランクシャフトのクランクピン136によつて連
動される。内燃機関においてよく使用されるセラミツク
スとして窒化珪素、炭化珪素、アルミナ、ジルコニア等
がある。水噴射弁114は広く使用されている燃料噴射弁1
13とほぼ同じ構造になつており耐熱、耐蝕鋼より製せら
れている。噴射水は水噴射系180のリザーバ181よりポン
プ182によつて吸入され、上昇圧されて高圧水となつて
水噴射弁114に供給される。水噴射制御装置190はマイク
ロコンピユータ又はシーケンス制御回路より成り、カム
軸211よりエンジン回転数が入力され燃料ポンプ221の燃
料供給量を制御する定速型ガバナ200より噴射水量を制
御する情報を、特定シリンダの上死点を明示したクラン
クシヤフト出力端137に近接配置されたピツクアツプ138
より噴射タイミングを制御する情報を、又排気マニホー
ルド150に装着されたサーモカツプル151より水噴射開始
及び終了時点を決める情報を夫々入力し、前記水噴射系
のポンプ182の昇圧開始及び終了を指令する信号と、前
記水噴射弁114に水噴射タイミングと啓開時間を制御す
る指令信号とを出力する。
本発明のデイーゼルエンジン100の運転状況について説
明すると、始動時はセルモータ等の外力によつてクラン
クシャフトを回転させ、第5図のタイミング線図に一例
を示した如くに、吸気行程(A)において排気弁が閉じ
た状態において吸気弁が開き新気がピストン130の下降
運動によつてシリンダライナ120内に吸入され、次いで
ピストン130が上昇運動に入ると吸気弁が閉鎖し排気弁
閉鎖の状態で圧縮行程(B)が行われて新気は断熱状態
で圧縮され、圧縮比17〜21において通常約250℃迄温度
が上昇する。ピストン130が上死点に到達する直前に燃
料は燃料噴射弁113によつて燃焼室140内に噴霧され、自
然着火を起し急激に燃焼し高温高圧の燃焼ガスを発生さ
せその膨張力によつてピストン130を押圧し移動させ
る。燃焼噴射は、クランクシャフトに装着されたクラン
クギア222によつて中間ギア223及びカムギア228を介し
て回転駆動されるカム軸211上のカム225によつて作動さ
れる燃料ポンプ221から高圧燃焼の供給を受ける燃料噴
射弁113によつて行われる。現在は燃料ポンプと燃料噴
射弁とを一体に組合わせオーバーヘツドカムによつて作
動される型のものが主流になつているが、原理的にはほ
ゞ同一である。噴射タイミングはクランクシヤフトのク
ランクピン136位置に対するカム225位置によつて決まつ
ており、噴射燃料量はアクセルペダルより必要速度を設
定されるガバナ200によつて制御され、燃料ポンプ221の
制量ラツクを介して制御が行われる。膨張行程(C)に
おいてピストン130はクランクシヤフトを回転駆動し、
他のシリンダのピストンを回動させて行く。膨張行程
(C)の中間において行われる水噴射は、暖機運転中燃
焼をかえつて阻害しエンジン性能を低上させるため、暖
機運転完了時点において排気温度が所定値に上昇したこ
とをサーモカツプル151より検出してから制御装置190か
らの開始指令によつて開始される。排気弁は膨張行程
(C)終了直前に開き、膨張作用をほゞ終えた燃焼ガス
の排出を開始し、ピストン130が下死点から上死点に再
度上昇する排気行程(D)の間開状態を保ち燃焼ガスを
最大限排出する。各シリンダはクランクシヤフト2回転
の間これら4行程(A)(B)(C)(D)を行い相互
に駆動し合うと共にクランクシヤフトの出力端137より
有効出力を提供する。暖機運転が完了すると、制御装置
190はポンプ182を作動させて高圧水を各シリンダの水噴
射弁114に供給し、各シリンダの膨張行程(C)におい
て最大燃焼圧力のピークを過ぎたクランク角度位置にお
いて燃料噴射量に相応した水量を噴射させる間水噴射弁
114を啓開させる。燃焼室140内に噴霧状に噴射された水
は、膨張中の高温燃焼ガスから気化熱を奪い直ちに気化
して高圧蒸気となり、ピストン130に作用する平均有効
圧力を大幅に増大させる。ちなみに、前記圧縮比のエン
ジンが2500rpmの作動時において上死点後20度において
噴射燃料量に対し約10%の水を噴射させたところ、平均
有効圧力において5〜10%の増大を見、燃料消費率を5
〜10%低減させ又排気温度も平均200℃低下させること
ができた。このことより吸入効率もほゞ水冷ヘツドのエ
ンジン並になり、燃焼室の断熱化に伴つて悪化した吸入
効率を補完することができる。
以上述べた如く、本発明の水噴射式断熱セラミツクデイ
ーゼルエンジンによれば、シリンダヘツド110、シリン
ダライナ120及びピストン130夫々の少なくとも燃焼室14
0に面した部位のセラミツクス製部材111,120,131によつ
て断熱構造の燃焼室140を形成し、冷却損失を減少し燃
焼ガス温度を高め、その燃焼ガス温度の上昇分をシリン
ダヘツドに装着された水噴射弁114から噴射された水に
吸収させて蒸発させ急膨張させることによつて平均有効
圧力を増大させて燃料消費率を大幅に低減させることが
できる。又、同時に燃焼ガス温度の上昇によつて悪化し
た吸入効率を補完することができ、エンジンの性能向上
に大きな効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る自動車用4サイクル水噴射式断熱
セラミツクデイーゼルエンジンの横断面図、第2図は同
水噴射系の説明図、第3図は本実施例のタイミング線図
である。 (符号の説明) 100……水噴射式断熱セラミツクデイーゼルエンジン、1
10……シリンダヘツド、111……セラミツクヘツドプレ
ート、114……水噴射弁、120……セラミツクシリンダラ
イナ、130……ピストン、140……燃焼室、180……水噴
射系、190……水噴射制御装置、220……燃料噴射系。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F02F 1/24 C 7710−3G 3/00 302 A F02M 25/022 F02M 25/02 T

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シリンダヘッド、シリンダライナ及びピス
    トン夫々の少なくとも燃焼室に面した部位をセラミック
    製部材により断熱構造とし、前記シリンダヘッドに燃料
    噴射弁と水噴射制御装置に連携した水噴射弁とを設けた
    水噴射式断熱セラミックディーゼルエンジンにおいて、
    前記水噴射弁からの水噴射が、排気温度が所定値以上に
    上昇した暖機運転完了後において膨張工程における最大
    燃焼圧力のピークを過ぎたクランク角度位置で燃料噴射
    量に相応した水量で前記制御装置の制御下で行われるこ
    とを特徴とする水噴射式断熱セラミックディーゼルエン
    ジン。
JP59039527A 1984-03-02 1984-03-02 水噴射式断熱セラミツクデイ−ゼルエンジン Expired - Lifetime JPH0759888B2 (ja)

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