JPH09158731A

JPH09158731A - 灯油や植物油を燃料とする遮熱型エンジン

Info

Publication number: JPH09158731A
Application number: JP7345097A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kawamura; 英男河村
Original assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Current assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Priority date: 1995-12-08
Filing date: 1995-12-08
Publication date: 1997-06-17

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、セタン価の低く、オクタン価が低
い灯油や植物油を気化燃料として着火燃焼させる遮熱型
エンジンを提供する。【解決手段】この遮熱型エンジンは、シリンダヘッド
７に副室２と燃料供給室５を設け、主室１と副室２とを
連通する連絡孔１３に連絡孔弁４を配置し、副室２にセ
タン化の低い灯油や植物油の燃料を気化させた気化燃料
を噴霧し、圧縮行程終端付近で気化燃料と主室１の高圧
空気とを混合させて着火燃焼させる。コントローラ２０
でエンジン始動時と定常運転時とで燃料供給径路を変更
制御し、エンジン始動時には燃料供給室５に設けたヒー
タ４５で燃料を気化させ、定常運転時では熱交換器２４
を通して排気ガスの熱エネルギーで燃料を気化させ、気
化した燃料を副室２に噴霧して着火燃焼させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、シリンダヘッドに設
けた副室に気化させた燃料を供給する灯油や植物油を燃
料とする遮熱型エンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車等に搭載されるエンジン
としては、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンが開
発されているが、このようなエンジンの燃料としては、
ガソリンや軽油が使用されている。また、近年では、電
気エネルギー及び給湯を得るために、定置式のコージェ
ネレーションエンジンが開発されている。

【０００３】従来、コージェネレーションエンジンから
成る発電装置として、エンジンに発電機を取り付けたシ
ステムが多かったが、ディーゼルエンジンによる発電で
は、ディーゼルエンジンが軽油を燃料とするため燃料コ
ストが高くなり、電力会社から供給される電力コストよ
りも高いものになり、コスト上、優位性を確保すること
ができないという問題がある。ガソリンエンジンを用い
て電力を得るには、コストが余りに高くなり過ぎ、対応
できない。コージェネレーションエンジンは、燃料とし
てガソリンや軽油を使用すると燃料費が高価になるの
で、天然ガスが燃料に使用されるようになった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、コージ
ェネレーションエンジンにおいて、天然ガスを燃料とし
て使用しても、天然ガスの移送問題、或いは燃料コスト
に問題がある。即ち、コージェネレーションエンジンに
おいて、天然ガスを燃料として使用する場合には、天然
ガスを液化するには高価になるので、コージェネレーシ
ョンエンジンの設置場所まで天然ガスをパイプラインを
通じて移送するのが最もコスト上、有効である。従っ
て、市街地、都市部等のように、多数の場所で天然ガス
を使用する所では、天然ガスを移送するためのパイプラ
インを敷設することもコスト上安価になるが、山間僻地
地或いは孤島等の天然ガスの移送に費用がかかる場所で
は、コージェネレーションエンジンを天然ガスを利用し
て駆動するのは、燃料コストが高いものとなる。

【０００５】そこで、コージェネレーションエンジンに
おいて、灯油や植物油を燃料とすることが考えられる。
灯油は、天然ガスよりも安価であり、移送をタンクロー
リ等で容易に移送できるので、コージェネレーションエ
ンジンにおいて燃料として利用することが有効である。
ところが、灯油は、セタン価が軽油に比較して小さく、
またオクタン価がガソリンに比較して小さく、燃え難く
且つ気化もし難いものであり、しかも、軽油やガソリン
に比較して粘性が低いという性質を有している。灯油を
用いた場合には灯油自体の粘性が小さいため、リークや
摩耗が発生し、理想的な燃料噴射ができなくなる。

【０００６】ところで、ディーゼルエンジンは、軽油を
燃料とし、高圧燃料噴射ポンプを利用している。近年、
ディーゼルエンジンやガソリンエンジンに使用される燃
料噴射ポンプは、益々高圧化（例えば、噴射圧力は、５
０Ｍｐａ→１００Ｍｐａ→１６０Ｍｐａ）しており、コ
ストも高価なものになっている。ところが、灯油は、軽
油やガソリンに比較して粘性が低いので、ディーゼルエ
ンジンやガソリンエンジンで使用しているような燃料噴
射ポンプの使用ができない。即ち、燃料噴射ポンプにお
いて、燃料の粘性が低いと、燃料噴射ポンプや燃料噴射
ノズルに僅かな隙間が存在すれば、燃料の漏洩が発生
し、燃焼室に所定量の燃料を噴射できないばかりでな
く、燃料漏洩によって危険性を伴うことになる。

【０００７】また、灯油は、セタン価が２０以下という
ようにセタン価が余り高くなく、セタン価が低く気化性
が余り良くないので、灯油の着火燃焼が困難である。灯
油や植物油の燃料を効果的に燃焼させるためには、エン
ジンの燃焼室内部にある圧縮空気の温度が高い方が良
い。また、灯油を燃料とするエンジンでは、その熱効率
を高くするため、圧縮比が大きい方が良いが、燃料の漏
洩を防止することを考慮すると、燃料噴射ポンプの噴射
圧力を大きくしない方が良い。

【０００８】ところで、灯油や植物油を燃料とするディ
ーゼルサイクルのエンジンでは、燃料を燃焼室に供給す
る場合に、燃料を着火燃焼させるため、始動性が重要な
問題となるが、燃料を気化燃料として供給するとしても
燃料供給システムを如何に構成するかの問題がある。デ
ィーゼルエンジンを始動する場合に、高圧燃料噴射ポン
プを用いると、燃料が噴射によって微粒化し、高温空気
と接触して着火するので、始動時に余り困難性はなく、
グロープラグを燃焼室内に設置して加熱すれば、容易に
着火燃焼させることができた。しかしながら、灯油や植
物油のセタン価の低い燃料を用いてディーゼルサイクル
で着火燃焼させるには、燃料をそのまま燃焼室に直接供
給しても着火することができず、また、灯油や植物油の
燃料のように粘性が低いと、漏洩問題が発生し、高圧燃
料噴射ポンプを利用することができず、燃焼室内に燃料
を噴射することができない。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の主たる目的
は、上記の課題を解決することであり、排気ガスの温度
が低いと、灯油や植物油の燃料を気化させるエネルギー
がないが、エンジンの負荷が上昇して排気ガス温度が上
昇すると、灯油や植物油の燃料が排気ガスの温度によっ
て気化されることに着眼し、始動時のような排気ガス温
度が低い状態では副室に設けた燃料供給室に設けたヒー
タに通電して燃料を加熱気化させて始動用ノズルから副
室へ気化燃料や半気化燃料を供給し、主室からの圧縮空
気と混合させて着火燃焼させ、通常の運転状態になる
と、排気ガスエネルギーによって燃料を気化させて気化
燃料を副室に供給して着火燃焼させる灯油や植物油を燃
料とする遮熱形エンジンを提供することである。

【００１０】即ち、この灯油や植物油を燃料とする遮熱
形エンジンは、灯油や植物油を燃料としてディーゼルサ
イクルによる発電装置を構成したものであり、シリンダ
ヘッドに燃焼を多段化し、排気ガス中の主にＮＯ，ＨＣ
の発生を抑制する目的で副室を設けると共に副室に燃料
を供給する燃料供給室を設け、主室と副室とを連通する
連絡孔に連絡孔弁を配置し、副室にセタン化の低い灯油
や植物油の燃料を気化させた気化燃料を噴射し、主室で
吸入空気のみを圧縮して圧縮比を高めると共に、エンジ
ン始動時と通常運転時とで燃料供給系統を変更すると共
に、エンジン始動時の副室内の筒内温度が低い状態では
燃料供給室に設けたヒータで燃料を気化させ、通常運転
時の副室内の筒内温度が高い状態では排気ガスの熱エネ
ルギーで燃料を気化させ、気化した燃料を副室に導入し
て良好に着火燃焼させるものである。

【００１１】この発明は、シリンダヘッドに形成した吸
排気ポートを開閉する吸、排気弁、ピストンが往復動す
るシリンダ側に形成された遮熱構造の主室と前記シリン
ダヘッドに配置した遮熱構造の副室とを連通する連絡
孔、前記連絡孔を開閉するため圧縮行程終端付近で開弁
し且つ膨張行程後半で閉弁する連絡孔弁、送油燃料ポン
プからの灯油や植物油の燃料を気化させる排気管に設け
られた熱交換器、前記送油燃料ポンプからの燃料を前記
副室へ供給するヒータを備えた燃料供給室、前記燃料供
給室を前記副室に対して開閉する燃料制御弁、及びエン
ジン始動時に応答して前記ヒータによって燃料を気化さ
せ、エンジン運転条件の変化に応答して前記熱交換器に
よって燃料を気化させる制御を行うコントローラ、から
構成した灯油や植物油を燃料とする遮熱型エンジンに関
する。

【００１２】また、この遮熱形エンジンは、前記排気管
に設けた排気ガスによって作動されるターボチャージ
ャ、及び前記ターボチャージャの後流の前記排気管に設
けた熱回収タービンを備えており、前記熱交換器は前記
熱回収タービンの後流に配置されている。

【００１３】また、前記ヒータによって燃料を気化させ
る制御は、前記ヒータを通電して前記燃料制御弁の閉鎖
状態で前記送油燃料ポンプから前記燃料供給室に供給さ
れた燃料を気化させ、前記燃料制御弁の開放によって前
記副室に気化燃料を供給するものである。

【００１４】また、前記熱交換器によって燃料を気化さ
せる制御は、前記連絡孔弁の前記連絡孔の閉鎖時に前記
燃料制御弁の開放状態を維持し、前記送油燃料ポンプか
らの燃料を前記熱交換器に通して燃料を排気ガス熱で気
化させ、前記燃料供給室を通じて前記副室に気化燃料を
供給するものである。

【００１５】また、前記コントローラは、前記ヒータに
よって燃料を気化させる制御と前記熱交換器によって燃
料を気化させる制御との切り換えは前記排気管に設けた
温度センサの排気ガス温度の検出に応答して制御する。

【００１６】また、この遮熱形エンジンにおいて、前記
燃料供給室には始動用ノズルが設けられており、前記ヒ
ータによって燃料を気化させる制御では前記始動用ノズ
ルを通じて前記燃料供給室に燃料が供給される。

【００１７】また、この遮熱形エンジンにおいて、前記
熱交換器には短路と長路が設けられ、前記短路と前記長
路との通路切換えを行なう切換弁を前記熱交換器の上流
に設け、前記コントローラが前記燃料供給路の気化燃料
又は排気ガス温度に応答して前記切換弁を切換制御す
る。

【００１８】また、この遮熱形エンジンは、セタン価１
０以下でオクタン価２０以下の燃料でも気化させて燃焼
させることができる。

【００１９】また、この遮熱形エンジンでは、前記燃料
供給室からの前記気化燃料は前記連絡孔に向かって噴射
するように設定されている。

【００２０】また、この遮熱形エンジンでは、前記副室
はシリンダ中央に配置され、前記連絡孔には前記副室か
ら前記主室への火炎が前記シリンダ周辺部へ噴出するよ
うにガイド溝が形成され、前記主室を構成する前記シリ
ンダヘッドのキャビティに配置されたヘッドライナの下
面と前記ピストンのピストン頂面とで形成されるガイド
部がシリンダ周辺に向かって楔状に小さくなるように形
成されている。

【００２１】この遮熱型エンジンは、上記のように構成
されているので、高圧燃料噴射ポンプを必要とせず、副
室へ燃料を供給するだけの送油燃料ポンプで済み、コス
トを低減でき、しかも軽油や天然ガスよりも安価な灯油
や植物油を燃料とできるので、発電装置のコージェネレ
ーションエンジンに適用して燃料コストを低減できる。
また、この遮熱形エンジンは、始動時には燃料供給室で
燃料をヒータによって気化させ、通常運転時には排気ガ
スで燃料を気化させ、灯油や植物油を気化燃料として副
室に供給し、連絡孔の開放によって副室で気化燃料と空
気とを混合させて着火燃焼させ、熱効率を向上させる。
即ち、エンジン始動時には、燃料制御弁を閉鎖した状態
で燃料供給室でヒータの補助で燃料を気化させ、燃料制
御弁の開放によって燃料供給室から副室へ気化燃料を供
給する。また、定常運転時には燃料制御弁を開放状態に
して排気管に設けた熱交換器で燃料を気化させて燃料供
給室を通って副室へ気化燃料を供給する。

【００２２】また、この遮熱形エンジンは、排気管に排
気ガスの熱エネルギーを回収するためのターボチャージ
ャや熱回収タービンを設け、排気ガスエネルギーを回収
して熱効率を向上させると共に、熱回収タービンの後流
に熱交換器を配置することによって、熱交換器を通過す
る排気ガス温度が灯油燃料を気化させるのに最適温度、
例えば、灯油や植物油の沸点温度１５０〜２５０℃より
も高い温度の３００℃程度になって気化を促進すること
ができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
による灯油や植物油を燃料とする遮熱型エンジンの実施
例を説明する。図１はこの発明による灯油や植物油を燃
料とする遮熱型エンジンの一実施例を示す説明図、及び
図２は図１の遮熱型エンジンの吸気弁、排気弁、連絡孔
弁及び燃料制御弁の開閉タイミングと送油燃料ポンプの
燃料供給タイミングを示す線図である。

【００２４】この灯油や植物油を燃料とする遮熱型エン
ジンは、シリンダヘッド７をガスケット２３を介してシ
リンダブロック１４に固定し、シリンダヘッド７に形成
した小径のキャビティ１９に遮熱構造の副室２を構成す
る燃焼室構造体３を配置し、シリンダヘッド７に形成し
た大径のキャビティ９に遮熱構造の主室１をシリンダ８
側に形成するヘッドライナ１０を配置している。この遮
熱形エンジンは、シリンダブロック１４に形成した孔部
３４に嵌合したシリンダライナ２２、シリンダライナ２
２に形成したシリンダ８内を往復運動するピストン１
５、及び主室１と副室２とを連通する燃焼室構造体３と
ヘッドライナ１０とに跨がって形成された連絡孔１３を
有している。

【００２５】この遮熱型エンジンにおいて、ヘッドライ
ナ１０は、シリンダ８の一部を構成するライナ上部１２
とヘッド下部１１から構成されている。ヘッド下部１１
には、シリンダヘッド７に形成された吸、排気ポート３
０（排気ポートのみ図示）に対応するポート３９（一方
のみ図示）が形成され、ポート３９に吸、排気弁２９
（排気弁のみ図示）が配置されている。シリンダヘッド
７のキャビティ９とヘッドライナ１０の外面との間に
は、ガスケット４４を介在すると共に、遮熱空気層２６
が形成され、主室１が遮熱構造に構成されている。ま
た、シリンダヘッド７のキャビティ１９の壁面と燃焼室
構造体３の外面との間には遮熱空気層２１が形成され、
副室２が遮熱構造に構成されている。また、ピストン１
５は、図示していないが、ピストンヘッドとピストンス
カートとの間に遮熱空気層を形成してピストンヘッドを
遮熱構造に構成することができる。

【００２６】ヘッド下部１１には、副室２を構成する燃
焼室構造体３が嵌合する孔部が形成されている。燃焼室
構造体３は、シリンダヘッド７のキャビティ１９にガス
ケット（図示せず）を介在して嵌合され、燃焼室構造体
３に形成された連絡孔１３は、ヘッドライナ１０に形成
された連絡孔１３と連通し、連絡孔１３が主室１と副室
２とを連通している。燃焼室構造体３に形成される副室
２は、シリンダ８の中央部に配置されている。ヘッド下
部１１には、シリンダヘッド７に形成した吸、排気ポー
ト３０に連通するポート３９がそれぞれ形成され、吸、
排気ポート３０に吸、排気弁２９が配置されている。排
気管３１には、排気ガスによって作動されるターボチャ
ージャ１６、ターボチャージャ１６の後流に配置された
熱回収タービン１７、及び熱回収タービン１７の後流に
配置された熱交換器２４が設けられている。更に、排気
管３１には、排気ガス温度を検出する温度センサ４７が
設けられている。

【００２７】この遮熱形エンジンでは、ターボチャージ
ャ１６及び熱回収タービン１７によって、排気ガスエネ
ルギーが取り込まれ、燃費を向上させるように構成され
ている。また、熱交換器２４に流入する排気ガス温度
は、ターボチャージャ１６及び熱回収タービン１７によ
って吸熱されて温度が低下しているので、灯油や植物油
の燃料を気化させるのに最適温度、例えば、灯油や植物
油の沸点１５０〜２５０℃より高い３００℃程度になっ
ている。

【００２８】また、熱交換器２４は、熱伝導率が大きい
ＳｉＣ、ＡｌＮや、高強度で高靱性のＳｉ₃Ｎ₄、或い
は耐熱金属で作製されている。また、燃料供給室５に
は、ヒータ４５を内蔵したセラミック加熱素子が配設さ
れている。場合によっては、熱交換器２４にヒータを内
蔵したセラミック加熱素子を配設することができる。ヒ
ータ４５及び熱交換器２４に内蔵させたヒータは、エン
ジン始動時に通電され、燃料を気化燃料に転化させて副
室２に供給するように構成されている。

【００２９】この遮熱型エンジンでは、燃料として低セ
タン価で低オクタン価の灯油や植物油、例えば、セタン
価１０以下でオクタン価２０以下の灯油や植物油の燃料
を使用できる。灯油や植物油の燃料は、燃料供給源に収
容され、該燃料供給源から燃料が送油燃料ポンプ２５に
よって燃料供給路１８又は３６を通じて燃料供給室５へ
供給される。燃料供給室５は、副室２に気化燃料を供給
するように設けられ、その噴出軌跡が連絡孔１３に向か
って気化燃料を噴射するように設定されている。送油燃
料ポンプ２５は、電磁送油ポンプに構成でき、コントロ
ーラ２０の指令で燃料供給タイミングがコントロールさ
れるように構成できる。この遮熱型エンジンは、燃料供
給量を測定してエンジン負荷を検出する負荷センサ２
７、副室２の壁温を検出する温度センサ４７、エンジン
回転数を検出する回転センサ２８等のセンサを有してい
る。コントローラ２０は、上記各種センサからの検出信
号の他、始動時や定常運転時の情報が入力され、該検出
信号に応答して燃料供給径路の切り換えを制御するよう
に構成され、エンジン作動状態に対応した適正な燃料を
副室２へ供給し、燃費を向上させると共に、熱効率を向
上させる。

【００３０】この遮熱型エンジンは、主室１と副室２と
を連通する連絡孔１３を開閉するため連絡孔１３に連絡
孔弁４が配置されている。連絡孔弁４、吸、排気弁２９
（排気弁のみ図示）は、エンジンの回転に同期して回転
するカム等から成る動弁機構を通じて作動できる。ま
た、燃料制御弁３２は、コントローラ２０の指令で作動
する弁制御装置３３によって図２に示す燃料噴射タイミ
ングで作動される。又は、連絡孔弁４は、コントローラ
２０の指令で電磁駆動装置による電磁力によって開閉作
動するように構成することもできる。

【００３１】この遮熱型エンジンでは、主室１を形成す
る壁体であるヘッドライナ１０、副室２を形成する燃焼
室構造体３、シリンダライナ２２及びピストンヘッド
は、耐熱性に優れた窒化ケイ素、炭化ケイ素等のセラミ
ックスで作製され、燃焼室構造体３の外側には遮熱空気
層２１が形成され、ヘッドライナ１０との外側には遮熱
空気層２６が形成され、図示してないが、ピストンヘッ
ドとピストンスカートとの間に遮熱空気層が形成されて
いる。従って、燃焼後期のガス温度が高くなっても十分
な耐熱性、高温強度を有し、未燃炭化水素ＨＣ等の排出
が少なくなり、高効率のエンジンを構成できる。連絡孔
１３の領域では、燃焼ガスで高温になるため、連絡孔１
３に配置した連絡孔弁４は高温強度を有する耐熱性に優
れた耐熱金属、窒化ケイ素、炭化ケイ素等のセラミック
スから製作されている。また、燃料供給室５に設けた燃
料制御弁３２は、エンジン負荷、燃焼室温度及びエンジ
ン回転数に応じて開弁期間が決定され、また、燃料供給
室５に設けたヒータ４５は、エンジン負荷、排気ガス温
度や燃焼室温度及びエンジン回転数に応じて通電期間が
決定されるように構成されている。

【００３２】この遮熱型エンジンは、上記の構成におい
て、特に、連絡孔１３を開閉するため圧縮行程終端付近
で開弁し且つ膨張行程後半で閉弁する連絡孔弁４、送油
燃料ポンプ２５からの灯油や植物油の燃料を気化させる
排気管３１に設けられた熱交換器２４、送油燃料ポンプ
２５からの燃料を副室２へ供給するヒータ４５を備えた
燃料供給室５、燃料供給室５に設けられた始動用ノズル
３５、燃料供給室５と副室２とを開閉する燃料制御弁３
２、及びエンジン始動時と定常運転時とで燃料供給路を
切り換えて副室２に気化燃料を供給する制御を行なうコ
ントローラ２０を有している。

【００３３】また、この遮熱形エンジンは、例えば、一
実施例として図２に示すように、吸、排気弁２９の開閉
タイミングに対して、始動時又は定常運転時等のエンジ
ン作動状態に応じて、連絡孔弁４及び燃料制御弁３２の
開閉タイミングが設定されていると共に、コントローラ
２０は、ヒータ４５への通電タイミング、燃料供給径路
の切り換え作動の最適タイミング及び熱交換器２４の短
路２４Ｈ又は長路２４Ｌへの切換弁４２の切り換え制御
を行なうように構成されている。

【００３４】コントローラ２０は、エンジン始動時に
は、燃料供給室５に設けたヒータ４５を通電して送油燃
料ポンプ２５から燃料供給路３６を通じて始動用ノズル
３５によって燃料供給室５に供給された燃料を気化さ
せ、燃料制御弁３２の開放によって副室２内に気化燃料
を供給する制御を行なう。また、コントローラ２０は、
エンジン定常運転時には、連絡孔４の閉鎖時には燃料制
御弁３２を開放状態にして送油燃料ポンプ２５からの燃
料を熱交換器２４に流し、熱交換器２４によって燃料を
気化させ、副室２内に気化燃料を供給する制御を行な
う。また、送油燃料ポンプ２５は、粘性の小さい灯油や
植物油を燃料とするので、燃料が送油燃料ポンプ２５等
の隙間から漏洩するのを避けるため、噴射圧力は１０Ｍ
ｐａ以下と低く設定されており、高価な高圧燃料噴射ポ
ンプを必要とせず、低圧のもので十分である。

【００３５】エンジン始動時には、排気ガス温度は低く
且つ副室２や主室１等の壁面は低温であるので、灯油や
植物油を燃料を燃料供給室５へ供給するには、送油燃料
ポンプ２５から燃料供給通路３６を通って始動用ノズル
３５によって行なわれる。この時には、燃料供給室５に
内蔵されているヒータ４５は通電され、燃料供給室５の
壁面は加熱されているので、灯油や植物油の燃料は燃料
供給室５の壁面に接触することによって気化燃料に転化
される。

【００３６】また、通常のエンジン定常運転時には、排
気ガス温度は灯油や植物油の燃料を気化させる温度に上
昇し、燃料供給室５及び副室２の壁面は昇温しているの
で、ヒータ４５の通電は停止し、送油燃料ポンプ２５か
らの灯油や植物油の燃料は熱交換器２４へ流され、燃料
は排気ガスエネルギーによって気化燃料に転化される。
送油燃料ポンプ２５からの燃料は熱交換器２４で気化燃
料になり、気化燃料は燃料供給通路１８を通って燃料供
給室５の入口４０へ供給され、燃料制御弁３２が開放状
態であるので、引き続き副室２へ供給される。

【００３７】また、熱交換器２４には、短路２４Ｈと長
路２４Ｌが設けられている。熱交換器２４の上流側には
切換弁４２が設けられ、燃料供給通路１８には燃料温度
を測定する温度センサ３８が設けられている。コントロ
ーラ２０は、温度センサ３８による燃料温度の検出信号
に応答して切換弁４２を切り換えて熱交換器２４の短路
２４Ｈ又は長路２４Ｌへ切換、燃料の気化を良好に行な
う。即ち、燃料温度の検出温度が高いことに応答して切
換弁４２を短路２４Ｈ側へ切り換えられ、また、燃料温
度の検出温度が低いことに応答して切換弁４２は長路２
４Ｌ側へ切り換えられる。

【００３８】また、燃料供給室５は、副室２に噴射され
た燃料が壁面に付着するのを避けるため、連絡孔１３に
向かって燃料を噴射するように設定されている。更に、
副室２はシリンダ中央に配置され、連絡孔１３には、副
室２から主室１への火炎がシリンダ周辺部へ噴出するよ
うにガイド溝６が形成されている。また、ピストンヘッ
ドにはその頂面には凹部が形成され、該凹部からピスト
ン周辺に向かって上方へ傾斜するテーパ面４３が形成さ
れている。従って、主室１を構成するヘッドライナ１０
の下面とピストン１５のピストン頂面のテーパ面４３と
で形成されるガイド部４６がシリンダ周辺に向かって楔
状に小さくなるように形成され、連絡孔１３から噴出し
た火炎と混合ガスがシリンダ周辺まで短期に到達して空
気利用率を向上させるように形成されている。

【００３９】この灯油や植物油を燃料とする遮熱型エン
ジンは、上記のように構成されており、次のように作動
される。この遮熱型エンジンは、吸入行程、圧縮行程、
膨張行程及び排気行程の４つの行程を順次繰り返すこと
によって作動されるものである。エンジン始動時には、
副室２の壁面温度が低く、その状態で燃料供給室５から
副室２に燃料を噴射すると、燃料噴射は壁面に付着する
恐れがあるので、燃料供給室５に設けたヒータ４５を通
電して燃料供給室５内で燃料を気化させ、連絡孔弁４の
開弁時に近い時期に燃料制御弁３２を開放して燃料供給
室５から副室２へ気化燃料を供給することが好ましい。
そこで、コントローラ２０は、図２に示すように、エン
ジン始動時であることに応答して、予め設定されている
副室２への燃料供給タイミングで燃料制御弁の開閉を制
御する。

【００４０】エンジン始動時には、コントローラ２０の
指令によって燃料供給室５のヒータ４５が通電され、燃
料供給室５内に存在する灯油や植物油の燃料が気化され
る状態になっており、吸入行程では吸気弁が吸気ポート
を開放して主室１に空気が吸入されるが、連絡孔弁４に
よって連絡孔１３を閉鎖すると共に燃料制御弁３２が燃
料供給室５を閉鎖した状態である。燃料供給室５を燃料
制御弁３２で閉鎖した状態で送油燃料ポンプ２５から燃
料供給路３６を通じて始動用ノズル３５から燃料供給室
５へ燃料が供給されている。次いで、圧縮行程に移行す
るが、吸入行程終端付近で燃料制御弁３２が開放し、燃
料供給室５内でヒータ４５によって気化された気化燃料
が副室２へ供給される。圧縮行程終端近傍で燃料制御弁
３２は燃料供給室５を閉鎖し、次いで、連絡孔弁４が連
絡孔１３を開放すると、主室１内の圧縮空気が連絡孔１
３を通じて副室２内へ流入し、燃料噴射は圧縮空気と良
好に混合を促進して着火燃焼し、副室２内の圧力が上昇
する。副室２内の火炎及び混合ガスは連絡孔１３を通じ
て主室１へ噴出して膨張行程に移行し、そこで、ピスト
ン１５は仕事をして膨張行程が終了する。次いで、排気
弁２９が開弁して排気ポート３０が開放し、排気行程に
移行して排気ポート３０を通じて燃焼ガスが排気管３１
に排気され、連絡孔弁４が連絡孔１３を閉鎖すると共
に、送油燃料ポンプ２５から燃料供給室５へ燃料が供給
され、ヒータ４５の加熱によって燃料が気化される。次
いで、吸気弁２９が開弁して吸気ポート３１が開放し、
吸入空気が主室１へ導入される。

【００４１】エンジンの運転状態が安定すると、燃焼室
温度が上昇して、熱交換器２４は燃料を気化させる能力
を発揮できると共に、副室２の壁面温度が上昇すると、
副室２に噴射された気化燃料は、壁面から熱を吸収し、
壁面に付着することなく活性化して良好な霧化状態を維
持形成できる。そこで、コントローラ２０は、エンジン
定常運転時であることに応答して、送油燃料ポンプ２５
からの燃料を熱交換器２４へ流すように切り換え、始動
用ノズル３５からの燃料供給室５への燃料供給を停止す
ると共に燃料供給室５のヒータ４５への通電を停止する
と共に、燃料制御弁３２の開閉タイミングを連絡孔弁４
が連絡孔１３を開放している時を除いて開放状態にする
制御を行なう。

【００４２】エンジン定常運転時には、膨張行程でピス
トン１５は仕事して終了し、次いで、排気弁２９が開弁
して排気ポート３０が開放し、排気行程に移行して排気
ポート３０を通じて燃焼ガスが排気され、連絡孔弁４が
連絡孔１３を閉鎖する。連絡孔弁４が連絡孔１３を閉鎖
した排気行程中間において、コントローラ２０は、送油
燃料ポンプ２５からの燃料を熱交換器２４へ流す制御を
し、灯油や植物油の燃料は熱交換器２４で気化されて気
化燃料となって燃料供給室５の入口４０から燃料供給室
５を通じて副室２内へ供給される。次いで、吸気行程に
移行し、吸気弁が開弁して吸気ポートが開放し、吸入空
気が主室１へ導入される。吸入行程では送油燃料ポンプ
２５から燃料供給室２４への燃料供給は継続され、副室
２内へ所定量の気化燃料が供給され、次いで、圧縮行程
に移行するが、圧縮行程において副室２内の燃料噴射は
副室２の壁面から熱エネルギーを吸収し、気化燃料は活
性化して霧化状態が良好に維持され、圧縮行程終端近傍
で燃料供給室５への燃料供給は終了する。圧縮行程終端
付近で連絡孔弁４が開弁し、副室２内の活性化された気
化燃料は主室１で圧縮された圧縮空気が連絡孔１３を通
じて副室２内へ流入することで圧縮空気と良好に混合を
促進して着火燃焼し、副室２内の圧力が上昇する。副室
２内の火炎及び混合ガスは連絡孔１３を通じて噴出して
膨張行程に移行し、そこでピストン１５は仕事をして膨
張行程が終了する。次いで、排気弁２９が開弁して排気
ポート３０が開放し、排気行程に移行して排気ポート３
０を通じて燃焼ガスが排気され、連絡孔弁４が連絡孔１
３を閉鎖する。

【００４３】また、エンジン定常運転時には、燃料供給
路１８を流れる気化燃料温度は温度センサ３８によって
検出されているので、コントローラ２０は、その検出信
号を受けて、エンジン始動状態からエンジン定常運転へ
の切り換え当初は排気ガス温度は低いので、灯油や植物
油を燃料を熱交換器２４で十分に加熱する必要があるの
で、切換弁４２は長路２４Ｌ側へ切り換えて燃料が排気
ガスから十分な排気ガスエネルギーを吸収するように制
御され、次いで、排気ガスの温度が上昇するに従って切
換弁４２は長路２４Ｌ側から短路２４Ｈ側へ切り換えら
れ、気化燃料が適正な気化燃料に生成できるように制御
する。

【００４４】

【発明の効果】この発明による灯油や植物油を燃料とす
る遮熱型エンジンは、上記のように、主室及び副室の燃
焼室は遮熱構造に構成され、セタン価１０以下でオクタ
ン価２０以下の燃料である灯油や植物油の燃料を気化さ
せることによって着火燃焼させることができ、安価な灯
油や植物油を燃料とするディーゼルサイクルのエンジン
を成立させることができ、極めて燃料コストを大幅に低
減できる。即ち、この遮熱形エンジンは、排気ガス温度
が最低温度での３００℃と高く、排気管に熱交換器を設
けることによって十分に灯油や植物油を気化させて気化
燃料に転化させることができ、排気ガスエネルギーを回
収できる。また、この遮熱型エンジンは、連絡孔弁で閉
鎖された副室に気化燃料を供給するので、送油燃料ポン
プの噴射圧力を大きくする必要がなく、また、主室に導
入された空気は副室が閉鎖されて燃料が存在しない状態
で圧縮され、圧縮比を大きくすることができ、熱効率を
向上できる。更に、この遮熱形エンジンは、前記排気管
にはターボチャージャ、熱回収タービン及び熱交換器が
設けられているので、これらによって排気ガスエネルギ
ーは回収され、極めて高い熱効率が得られる。

【００４５】この灯油や植物油を燃料とする遮熱形エン
ジンは、特に、副室に燃料を供給する送油燃料ポンプを
高圧にする必要がなく、噴射ノズルも低圧用の使用でよ
く、エンジンそのものが低コストで製造でき、しかも灯
油がガソリン、軽油、天然ガスに比較して低コストであ
るので、ランニングコストを低くできる。また、灯油自
体の移送もタンクローリ等を利用できるので、山間僻地
にコージェネレーションエンジンを設置したとしても、
燃料を簡単に移送できる。それ故に、この遮熱形エンジ
ンを発電用に利用することによって、安価な電力を容易
に供給するとができる。

【００４６】また、この遮熱型エンジンでは、上記のよ
うに、副室への燃料供給がほぼ終了した時点で、連絡孔
弁が圧縮行程の終端付近で開弁されるように設定されて
いる。燃料供給室からの副室への気化燃料の供給圧力
は、１０Ｍｐａ以下と低く設定されているが、安定した
エンジン定常運転中における燃料供給期間はエンジンの
ストローク中の排気行程中間から吸気行程を過ぎて圧縮
行程中間までの極めて長い期間であるので、所定の燃料
流量を副室に供給することができる。更に、灯油や植物
油の燃料を気化させた気化燃料を副室に供給して、副室
壁面から熱を奪って霧化状態を良好にし、副室で一次燃
焼を行うことによってＮＯ_Xの発生を抑制できる。しか
も、副室から主室への噴出通路には、火炎及び混合ガス
がシリンダ周辺へ向かって噴出するようにガイド溝が形
成されているので、二次燃焼を短期間に終了させること
ができ、ＨＣ等の発生を抑制することができ、熱効率を
向上させ、燃費を低減できる。

【００４７】従って、この遮熱形エンジンは、コージェ
ネレーションエンジンとしての発電装置に適用しても燃
料コストを大幅に低減できるので、市販電力よりもコス
トを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による灯油や植物油を燃料とする遮熱
型エンジンの一実施例を示す説明図である。

【図２】図１の遮熱型エンジンの吸気弁、排気弁、連絡
孔弁及び燃料制御弁の開閉タイミングと送油燃料ポンプ
の燃料供給タイミングを示す線図である。

【符号の説明】

１主室２副室３燃焼室構造体４連絡孔弁５燃料供給室６ガイド溝７シリンダヘッド８シリンダ９，１９キャビティ１０ヘッドライナ１３連絡孔１５ピストン１６ターボチャージャ１７熱回収タービン２０コントローラ２１，２６遮熱空気層２４熱交換器２４Ｈ短路２４Ｌ長路２５送油燃料ポンプ２９吸排気弁３０吸排気ポート３２燃料制御弁３５始動用ノズル３７ガイド部４２切換弁４５ヒータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダヘッドに形成した吸、排気ポー
トを開閉する吸、排気弁、ピストンが往復動するシリン
ダ側に形成された遮熱構造の主室と前記シリンダヘッド
に配置した遮熱構造の副室とを連通する連絡孔、前記連
絡孔を開閉するため圧縮行程終端付近で開弁し且つ膨張
行程後半で閉弁する連絡孔弁、送油燃料ポンプからの灯
油や植物油の燃料を気化させる排気管に設けられた熱交
換器、前記燃料ポンプからの燃料を前記副室へ供給する
ヒータを備えた燃料供給室、前記燃料供給室を前記副室
に対して開閉する燃料制御弁、及びエンジン始動時に応
答して前記ヒータによって燃料を気化させ、エンジン運
転条件の変化に応答して前記熱交換器によって燃料を気
化させる制御を行うコントローラ、から構成した灯油や
植物油を燃料とする遮熱型エンジン。
【請求項２】前記排気管に設けた排気ガスによって作
動されるターボチャージャ、及び前記ターボチャージャ
の後流の前記排気管に設けた熱回収タービンを備えてお
り、前記熱交換器は前記熱回収タービンの後流に配置さ
れている請求項１に記載の遮熱型エンジン。
【請求項３】前記ヒータによって燃料を気化させる制
御は、前記ヒータを通電して前記燃料制御弁の閉鎖状態
で前記送油燃料ポンプから前記燃料供給室に供給された
燃料を気化させ、前記燃料制御弁の開放によって前記副
室に気化燃料を供給する請求項１又は２に記載の遮熱型
エンジン。
【請求項４】前記熱交換器によって燃料を気化させる
制御は、前記連絡孔弁の前記連絡孔の閉鎖時に前記燃料
制御弁の開放状態を維持し、前記送油燃料ポンプからの
燃料を前記熱交換器に通して燃料を排気ガス熱で気化さ
せ、前記燃料供給室を通じて前記副室に気化燃料を供給
する請求項１〜３のいずれか１項に記載の遮熱型エンジ
ン。
【請求項５】前記コントローラは、前記ヒータによっ
て燃料を気化させる制御と前記熱交換器によって燃料を
気化させる制御との切り換えは前記排気管に設けた温度
センサの排気ガス温度の検出に応答して制御する請求項
１〜４のいずれか１項に記載の遮熱型エンジン。
【請求項６】前記燃料供給室には始動用ノズルが設け
られており、前記ヒータによって燃料を気化させる制御
では前記始動用ノズルを通じて前記燃料供給室に燃料が
供給される請求項１〜５のいずれか１項に記載の遮熱型
エンジン。
【請求項７】前記熱交換器には短路と長路が設けら
れ、前記短路と前記長路との通路切換えを行なう切換弁
を前記熱交換器の上流に設け、前記コントローラが前記
燃料供給路の気化燃料又は排気ガス温度に応答して前記
切換弁を切換制御する請求項１〜６のいずれか１項に記
載の遮熱型エンジン。
【請求項８】セタン価１０以下でオクタン価２０以下
の燃料でも気化させて燃焼させることができる請求項１
〜７のいずれか１項に記載の遮熱型エンジン。
【請求項９】前記燃料供給室からの前記気化燃料は前
記連絡孔に向かって噴射するように設定されている請求
項１〜８のいずれか１項に記載の遮熱型エンジン。
【請求項１０】前記副室はシリンダ中央に配置され、
前記連絡孔には前記副室から前記主室への火炎が前記シ
リンダ周辺部へ噴出するようにガイド溝が形成され、前
記主室を構成する前記シリンダヘッドのキャビティに配
置されたヘッドライナの下面と前記ピストンのピストン
頂面とで形成されるガイド部がシリンダ周辺に向かって
楔状に小さくなるように形成されている請求項１〜９の
いずれか１項に記載の遮熱型エンジン。
【請求項１１】発電装置のコージェネレーションエン
ジンに適用される請求項１〜１０のいずれか１項に記載
の遮熱型エンジン。