JPH09268916A - Diesel engine with fuel of heavy oil - Google Patents

Diesel engine with fuel of heavy oil

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JPH09268916A
JPH09268916A JP8106093A JP10609396A JPH09268916A JP H09268916 A JPH09268916 A JP H09268916A JP 8106093 A JP8106093 A JP 8106093A JP 10609396 A JP10609396 A JP 10609396A JP H09268916 A JPH09268916 A JP H09268916A
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JP
Japan
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fuel
combustion chamber
heavy oil
diesel engine
piston
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Application number
JP8106093A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideo Kawamura
英男 河村
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Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd filed Critical Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Priority to JP8106093A priority Critical patent/JPH09268916A/en
Publication of JPH09268916A publication Critical patent/JPH09268916A/en
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0603—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston at least part of the interior volume or the wall of the combustion space being made of material different from the surrounding piston part, e.g. combustion space formed within a ceramic part fixed to a metal piston head
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F2001/244—Arrangement of valve stems in cylinder heads
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a Diesel engine having as its fuel heavy oil in which a high-speed operation can be carried out and occurrence of NOx can be reduced. SOLUTION: This Diesel engine is constructed such that a detent ignition chamber 3 is formed at a substantial central part of a cylinder of a structure 3 of a combustion chamber and a piston 15 is formed with a detent combustion chamber 10 constituting a part of a combustion chamber 1. A fuel injection nozzle 6 has an injection port 28 opened at an upper part of the detent ignition chamber 2 and then fuel of heavy oil is infected toward the detent combustion chamber 10 of the piston 15. A controller 30 injects fuel of heavy oil in a conical shape from the fuel injection nozzle 6 toward the detent combustion chamber 10 at the forward half part of compression stroke and then a small amount of fuel of heavy oil is infected to the detent ignition chamber 2 for igniting operation at a location near the top-dead center of compression stroke.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、シリンダヘッド
に設けた遮熱構造の燃焼室に燃料噴射ノズルから燃料を
噴射するコージェネレーションエンジン等に適用される
重油を燃料とするディーゼルエンジンに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a diesel engine using heavy oil as a fuel, which is applied to a cogeneration engine for injecting fuel from a fuel injection nozzle into a combustion chamber having a heat shield structure provided in a cylinder head.

【０００２】[0002]

【従来の技術】一般に、ディーゼルエンジンでは、軽油
を燃料として燃焼室で燃焼させる。軽油はセタン価が高
く、粘性も余り大きくなく、燃焼室内に微粒化燃料を均
一に分散させるために適している。特に、最近の排気ガ
ス中のパティキュレート、ＮＯX 成分を極めて少なくさ
せるためには、高圧力１００ＭＰａ程度に圧縮して噴射
し、燃焼室内での噴霧の微粒化を実現させている。2. Description of the Related Art Generally, in a diesel engine, light oil is burned in a combustion chamber as fuel. Diesel oil has a high cetane number and a relatively low viscosity, and is suitable for uniformly dispersing atomized fuel in a combustion chamber. In particular, recent particulates in the exhaust gas, in order to significantly reduce the NO X components, and injection is compressed to about high pressure 100 MPa, and to realize a spray atomization in the combustion chamber.

【０００３】一般に、エンジンに使用される燃料とし
て、ガソリン、軽油、重油が使用される。これらの燃料
の粘性については、ガソリンが０．１ｃＳｔであり、軽
油が１．８〜２．７ｃＳｔであり、Ａ重油では２０ｃＳ
ｔ、Ｂ重油では５０ｃＳｔ、Ｃ重油では５０〜４００ｃ
Ｓｔである。また、燃料のセタン価については、軽油が
４０以上であるのに対し、重油は２５程度と小さいもの
である。また、燃料の気化性については、ガソリンは大
であり、軽油は小であり、重油は気化性が無いものであ
る。燃料コストについては、例えば、ガソリンを１００
とすれば、軽油は７０程度であり、重油は１５程度であ
る。Generally, gasoline, light oil, and heavy oil are used as the fuel used in the engine. Regarding the viscosity of these fuels, gasoline is 0.1 cSt, light oil is 1.8 to 2.7 cSt, and A heavy oil is 20 cS.
t, B heavy oil 50 cSt, C heavy oil 50-400 c
It is St. Further, the cetane number of the fuel is as small as about 25 for light oil, while that for light oil is 40 or more. Regarding fuel vaporization, gasoline is large, light oil is small, and heavy oil is not vaporizable. For the fuel cost, for example, 100 gasoline
Then, light oil is about 70 and heavy oil is about 15.

【０００４】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、天然ガスを燃料に使用している。Conventionally, there have been many systems in which a generator is attached to an engine as a power generation device composed of a cogeneration engine. However, in power generation by a diesel engine, the diesel engine uses light oil as fuel, resulting in a high fuel cost. The cost is higher than the electric power supplied from the power supply, and there is a problem in that it is not possible to secure superiority in cost. To obtain electricity using a gasoline engine, the cost is too high to support. A cogeneration engine uses natural gas as a fuel because the fuel cost becomes high when gasoline or light oil is used as a fuel.

【０００５】本発明者は、重油を燃料とするディーゼル
エンジンを開発し、特願平８−４６９５６号として先に
出願した。該ディーゼルエンジンは、粘性が大であり且
つ気化性がない重油を燃料として高圧噴射させることな
く着火燃焼させることができ、シリンダヘッドに主室と
副室を設けると共に連絡口近傍に燃料を噴射する燃料噴
射ノズルを設け、連絡口に設けた開閉弁の開弁した直後
に燃料噴射ノズルから開閉弁のシート部に向かって燃料
を噴射して燃料を連絡口を通過する高速空気流に乗せ、
主室から副室への空気流中に燃料を分散させて気化分散
させた上、着火燃焼させるものである。The present inventor has developed a diesel engine using heavy oil as a fuel and previously applied for it as Japanese Patent Application No. 8-46956. The diesel engine can ignite and burn heavy oil that has a high viscosity and is not vaporizable as a fuel without high-pressure injection, provides a main chamber and a sub chamber in the cylinder head, and injects fuel near the communication port. A fuel injection nozzle is provided, and immediately after the on-off valve provided at the communication port is opened, fuel is injected from the fuel injection nozzle toward the seat of the on-off valve, and the fuel is placed on the high-speed air flow passing through the communication port.
The fuel is dispersed in the air flow from the main chamber to the sub chamber, vaporized and dispersed, and then ignited and burned.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、コージェネ
レーションエンジン、発電システムに用いられるエンジ
ンは、熱効率が高く、排気ガスがクリーンでなければな
らないため、燃料は着火性の優れた軽油が用いられるタ
イプが多い。しかし、軽油は車両等の移動体の燃料とし
て使用される例が多く、軽油の需給関係は必ずしも良く
ない。また、従来のコージェネレーションエンジンで天
然ガスを使用したものが使用されているが、天然ガスと
言えどもやはり燃料コストが高くなる。そこで、燃料と
して軽油や天然ガスを用いることなく、それらより安価
な重油を燃料として用いるディーゼルエンジンが開発さ
れることが臨まれるが、重油を燃料として用いる場合
に、すすやＮＯX の発生等の種々の問題があり、それら
を解決した重油を燃料とする燃料システムを開発しなけ
ればならない。The engine used for the cogeneration engine and the power generation system must have high thermal efficiency and clean exhaust gas. Many. However, light oil is often used as fuel for vehicles such as vehicles, and the supply-demand relationship for light oil is not necessarily good. Further, although a conventional cogeneration engine using natural gas is used, even with natural gas, the fuel cost is still high. Therefore, it is expected to develop a diesel engine that uses heavy oil, which is cheaper than them, as fuel, without using light oil or natural gas as fuel. However, when heavy oil is used as fuel, generation of soot or NO x occurs. There are various problems, and it is necessary to develop a fuel system that uses heavy oil as a fuel to solve them.

【０００７】ところで、重油等の低質油を燃料とするデ
ィーゼルエンジンにおいて、遮熱構造の燃焼室内の高温
雰囲気に燃料を噴射すると、空気と燃料との混合が十分
でなく、不均一な混合気となって燃料噴霧の外周領域が
不均一な火炎によって局部的な高温域が形成され、ＮＯ
X が多量に発生する。また、重油を燃料とするディーゼ
ルエンジンでは、重油の粘性が大きいので、高圧縮を要
する噴射ポンプは使用できず、燃焼室に高圧力で燃料噴
霧を作ることが困難であり、しかも空気と燃料との混合
が悪化し、ＨＣ、すす等が大量に発生するという問題が
ある。粘性が大きい重油で重油圧力を上げるためには、
燃料噴射ポンプを大きくすることが必要であるが、性能
の大きな燃料噴射ポンプを使用すると、高価なポンプに
なる。In a diesel engine that uses low-quality oil such as heavy oil as fuel, if the fuel is injected into the high temperature atmosphere in the combustion chamber of the heat shield structure, the air and fuel are not sufficiently mixed, resulting in a non-uniform mixture. As a result, a non-uniform flame is formed in the outer peripheral region of the fuel spray to form a local high temperature region,
X is generated in large quantities. In addition, in a diesel engine that uses heavy oil as fuel, since the viscosity of heavy oil is large, it is not possible to use an injection pump that requires high compression, and it is difficult to create fuel spray at high pressure in the combustion chamber. However, there is a problem that the mixing of the above deteriorates and a large amount of HC, soot, etc. are generated. To increase heavy oil pressure with heavy oil,
Although it is necessary to make the fuel injection pump large, using a high-performance fuel injection pump results in an expensive pump.

【０００８】また、重油を効果的に空気と混合して燃焼
させる方法として、舶用の低速ディーゼルエンジンで
は、回転数が１００〜２００ｒｐｍ以下と充分に遅いの
で、空気と燃料との混合時間が充分であり、燃料噴射ノ
ズルからシリンダ周辺に向けて放射状に高圧噴霧を行っ
て燃料を均一混合気に生成している。しかしながら、コ
ージェネレーションエンジンのような高速運転するディ
ーゼルエンジンでは、空気と燃料との混合時間が短く十
分でないので、その点を如何に構成するかの課題があ
る。Further, as a method of effectively mixing heavy oil with air and burning it, in a low-speed diesel engine for ships, the rotation speed is sufficiently slow as 100 to 200 rpm or less, so that the mixing time of air and fuel is sufficient. Therefore, high-pressure spray is performed radially from the fuel injection nozzle toward the periphery of the cylinder to generate fuel as a uniform air-fuel mixture. However, in a diesel engine that operates at a high speed such as a cogeneration engine, the mixing time of air and fuel is short and not sufficient, so there is a problem of how to configure that point.

【０００９】従って、ディーゼルエンジンについて、重
油を燃料として使用した場合に、燃焼を改善し、熱効率
をアップし、排気ガスの清浄化を実施するためには、燃
焼期間が短く、燃料と空気との混合が良く均一になるこ
とが必要である。ディーゼルエンジンで重油を燃料とす
る場合、重油は、その粘性が大きく、気化性が悪いとい
う性質を持っている。ディーゼルエンジンでは、セラミ
ックス等の耐熱材を燃焼室の構造材として用いた場合、
燃焼室内の温度が圧縮端で２５０℃以上に上昇し、高温
雰囲気になる。ディーゼルエンジンにおいて、このよう
な高温雰囲気に燃料となる重油を噴射すると、空気と燃
料との混合が十分でなく、燃料噴霧の外周領域が不均一
な火炎によって局部的な高温域が形成され、ＮＯX が多
量に発生するという問題がある。また、ディーゼルエン
ジンにおいて、ＮＯX 、すすの発生を低減するには、リ
ーン混合気にしたいが、リーン混合気にするとミスファ
イヤが起こるいう問題がある。従って、ディーゼルエン
ジンにおいて、重油を燃料として性能を出すには、燃料
と空気との混合をリーン混合気にして、着火する領域の
みをリッチ混合気にして確実に着火燃焼させ、しかも、
燃焼時間を短縮して性能をアップさせることが必要であ
る。Therefore, in a diesel engine, when heavy oil is used as a fuel, in order to improve combustion, improve thermal efficiency, and purify exhaust gas, the combustion period is short and the fuel and air are combined. Good mixing is required and uniform. When heavy oil is used as a fuel in a diesel engine, the heavy oil has a property that its viscosity is high and its vaporization property is poor. In a diesel engine, when heat resistant materials such as ceramics are used as the structural material of the combustion chamber,
The temperature in the combustion chamber rises to 250 ° C. or higher at the compression end and becomes a high temperature atmosphere. In a diesel engine, when heavy fuel oil as fuel is injected into such a high temperature atmosphere, the air and fuel are not sufficiently mixed, and a non-uniform flame is formed in the outer peripheral region of the fuel spray to form a local high temperature region. There is a problem that a large amount of X is generated. In addition, in a diesel engine, NO X, in order to reduce the generation of soot, but want to lean air-fuel mixture, there is a problem that misfire occurs when the lean air-fuel mixture. Therefore, in a diesel engine, in order to produce performance using heavy oil as fuel, the mixture of fuel and air is made into a lean mixture, and only the region to be ignited is made into a rich mixture to be reliably ignited and burned.
It is necessary to shorten the burning time and improve the performance.

【００１０】[0010]

【課題を解決するための手段】この発明の目的は、上記
の課題を解決することであり、セラミックス等の耐熱材
を燃焼室の構造材として形成し、該燃焼室に燃料の重油
をピストンが下死点側にある空気圧が小さい領域で噴射
して燃焼室で空気と燃料との混合を十分にさせて均一な
混合気に生成して、燃焼室内での燃料の外側に存在する
多量の空気によって燃焼ガスの温度を上昇させず、ＮＯ
X の発生を抑制でき、均一な混合気を迅速に生成させて
高速運転を可能にした重油を燃料とするディーゼルエン
ジンを提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems. A heat-resistant material such as ceramics is formed as a structural material of a combustion chamber, and a heavy fuel oil is supplied to the piston by a piston. A large amount of air existing outside the fuel in the combustion chamber is generated by injecting in a region with a low air pressure on the bottom dead center side to sufficiently mix air and fuel in the combustion chamber to generate a uniform air-fuel mixture. Does not raise the temperature of the combustion gas by
It is an object of the present invention to provide a diesel engine that uses heavy oil as a fuel and that can suppress the generation of X and can quickly generate a uniform air-fuel mixture to enable high-speed operation.

【００１１】この発明は、シリンダを構成するシリンダ
ライナが配置されたシリンダブロック、前記シリンダブ
ロックに固定されたシリンダヘッド、前記シリンダヘッ
ドに形成したキャビティに設けた遮熱構造の燃焼室を構
成する燃焼室構造体、前記シリンダヘッドに形成した
吸、排気ポートとそれぞれ連通する前記燃焼室構造体に
形成したポート、前記ポートを開閉するため前記ポート
にそれぞれ配置された吸、排気バルブ、前記燃焼室構造
体のほぼシリンダ中央に形成した凹状着火室、前記シリ
ンダ内を往復動するピストンに形成した前記燃焼室の一
部を構成する凹状燃焼室、前記凹状着火室の上部に開口
する噴口を有する前記ピストンの前記凹状燃焼室に向か
って重油燃料を円錐状に噴射する燃料噴射ノズル、及び
圧縮行程前半において前記燃料噴射ノズルから重油燃料
を噴射させ、次いで圧縮上死点近傍で着火のため前記凹
状着火室に微少量の重油燃料を噴射させるように制御す
るコントローラ、から成る重油を燃料とするディーゼル
エンジンに関する。According to the present invention, a cylinder block in which a cylinder liner constituting a cylinder is arranged, a cylinder head fixed to the cylinder block, and a combustion chamber having a heat shield structure provided in a cavity formed in the cylinder head are combusted. Chamber structure, ports formed in the combustion chamber structure that communicate with the intake and exhaust ports formed in the cylinder head, intake and exhaust valves respectively arranged in the ports to open and close the ports, and the combustion chamber structure A concave ignition chamber formed substantially at the center of the cylinder of the body, a concave combustion chamber forming a part of the combustion chamber formed in a piston that reciprocates in the cylinder, and a piston having a nozzle opening at the top of the concave ignition chamber Fuel injection nozzle for conically injecting heavy oil fuel toward the concave combustion chamber, and the odor in the first half of the compression stroke A diesel engine using heavy fuel oil, comprising a controller for injecting heavy fuel oil from the fuel injection nozzle, and then controlling to inject a minute amount of heavy fuel oil into the concave ignition chamber for ignition near the compression top dead center. .

【００１２】また、この重油を燃料とするディーゼルエ
ンジンにおいて、前記燃焼室構造体、前記シリンダライ
ナ及び前記ピストンヘッドは耐熱性のセラミックスで形
成されている。In this diesel engine using heavy oil as fuel, the combustion chamber structure, the cylinder liner and the piston head are made of heat resistant ceramics.

【００１３】また、前記凹状着火室は前記燃焼室側が大
きい開口を有する裁頭円錐形に形成されている。前記燃
料噴射ノズルから圧縮上死点近傍で微量の重油が前記凹
状着火室に噴射されると、前記凹状着火室が濃混合気即
ちリッチ混合気となって着火し易くなり、火炎が一気に
拡散し、燃焼伝播するようになる。圧縮上死点付近で
は、前記凹状着火室がピストン頂面によって周囲の燃焼
室から絞られた状態に成っているので、その時に前記凹
状着火室のみの領域に燃料噴射ノズルから燃料を噴射す
れば、その領域ではリッチ混合気になるので、ミスファ
イヤが発生せず、確実に着火でき、燃焼させることがで
きる。Further, the concave ignition chamber is formed in a truncated cone shape having a large opening on the combustion chamber side. When a small amount of heavy oil is injected from the fuel injection nozzle near the compression top dead center into the concave ignition chamber, the concave ignition chamber becomes a rich air-fuel mixture, that is, a rich air-fuel mixture, easily igniting, and the flame diffuses at a stretch. , Will start to propagate combustion. In the vicinity of the compression top dead center, the concave ignition chamber is in a state of being squeezed from the surrounding combustion chamber by the piston top surface, so at that time, if fuel is injected from the fuel injection nozzle to the region of the concave ignition chamber only. Since a rich mixture is produced in that region, misfire does not occur, and it is possible to reliably ignite and burn.

【００１４】更に、前記ピストンのピストン頂部は、そ
の外周部が突出した環状突出部に形成され、前記環状突
出部の内側に前記凹状燃焼室が形成されている。圧縮行
程前半において、前記燃料噴射ノズルは前記凹状燃焼室
を目掛けて重油燃料を円錐状に噴射し、燃焼室内に均一
に燃料を拡散させて均一な混合気を生成させ、その状態
で圧縮行程が進行して均一混合気が圧縮されることにな
る。Further, the piston top portion of the piston is formed into an annular projecting portion whose outer peripheral portion projects, and the concave combustion chamber is formed inside the annular projecting portion. In the first half of the compression stroke, the fuel injection nozzle aims at the concave combustion chamber to inject heavy oil fuel into a conical shape, uniformly diffuses the fuel into the combustion chamber to generate a uniform air-fuel mixture, and in that state, the compression stroke Progresses and the homogeneous mixture is compressed.

【００１５】また、前記コントローラは、エンジンの負
荷を検出する負荷センサによる検出負荷に応答してＥＧ
Ｒポンプを作動して吸気に排気ガスを供給する制御を行
うものである。従って、部分負荷時には燃料噴射量が減
少し、着火がし難くなるので、排気ガスを吸気に再循環
させて燃焼ガス温度を上昇させ、着火ミスの発生を防止
し、ＨＣ等の発生を抑制する。The controller responds to the load detected by the load sensor for detecting the load of the engine.
The R pump is operated to control the supply of exhaust gas to the intake air. Therefore, at the time of partial load, the fuel injection amount decreases and it becomes difficult to ignite, so exhaust gas is recirculated to intake air to raise the combustion gas temperature, prevent ignition mistakes, and suppress generation of HC and the like. .

【００１６】また、前記コントローラは、前記燃料噴射
ノズルから前記燃焼室へ噴射される重油の供給量を前記
負荷センサによる検出負荷によって制御するものであ
る。The controller controls the amount of heavy oil injected from the fuel injection nozzle into the combustion chamber by the load detected by the load sensor.

【００１７】更に、定置式のコージェネレーションエン
ジンでは、エンジンの回転が一定であるので、燃焼室へ
の燃料噴射時期を一定に設定することが容易であるが、
負荷が小さくなると、噴射時期が余り早い場合には、燃
焼室への燃料の噴射時期を遅らせないと、混合気が希薄
化し過ぎて未燃混合気が発生してＨＣが多くなる。そこ
で、前記コントローラは、前記負荷センサで検出された
負荷が部分負荷であることに応答して前記燃料噴射ノズ
ルから前記燃焼室へ噴射する重油の噴射時期を遅らせる
制御を行う。Further, in the stationary cogeneration engine, since the rotation of the engine is constant, it is easy to set the fuel injection timing to the combustion chamber to be constant.
When the load is small, if the injection timing is too early, the fuel-air mixture is too lean and the unburned air-fuel mixture is generated unless the fuel injection timing of the fuel into the combustion chamber is delayed. Therefore, the controller controls to delay the injection timing of the heavy oil injected from the fuel injection nozzle into the combustion chamber in response to the load detected by the load sensor being a partial load.

【００１８】また、この重油を燃料とするディーゼルエ
ンジンは、設置型のコージェネレーションエンジンに適
用されるものである。The diesel engine using the heavy oil as fuel is applied to a stationary cogeneration engine.

【００１９】[0019]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
による重油を燃料とするディーゼルエンジンの実施例を
説明する。図１はこの発明による重油を燃料とするディ
ーゼルエンジンの一実施例を示す断面図である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a diesel engine using heavy oil as a fuel according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a diesel engine using heavy oil as a fuel according to the present invention.

【００２０】この重油を燃料とするディーゼルエンジン
は、例えば、設置型のコージェネレーションエンジンに
適用して好ましいエンジンであり、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。このディーゼルエンジンは、
シリンダブロック１４にガスケット２３を介してシリン
ダヘッド７が固定され、シリンダヘッド７に形成したキ
ャビティ９に遮熱構造の燃焼室１を構成する燃焼室構造
体３が配置されている。このディーゼルエンジンは、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８を形成するシリンダライナ２２、シリンダライナ
２２と燃焼室構造体３で形成されたシリンダ８内を往復
運動するピストン１５を有している。また、ピストン１
５は、燃焼室構造体３と共に遮熱構造の燃焼室１を構成
するために耐熱性に優れた窒化ケイ素等のセラミックス
から成るピストンヘッド１６と、ピストンヘッド１６に
結合リング２４でメタルフローによって固定されたピス
トンスカート１７から構成されている。This diesel engine using heavy oil as a fuel is a preferable engine to be applied to, for example, a stationary cogeneration engine, and by sequentially repeating four strokes of an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke and an exhaust stroke. Is activated. This diesel engine is
The cylinder head 7 is fixed to the cylinder block 14 via a gasket 23, and the combustion chamber structure 3 constituting the combustion chamber 1 of the heat shield structure is arranged in a cavity 9 formed in the cylinder head 7. This diesel engine includes a cylinder liner 22 forming a cylinder 8 fitted in a hole 34 formed in the cylinder block 14, a piston 15 reciprocating in the cylinder 8 formed by the cylinder liner 22 and the combustion chamber structure 3. Have Also, the piston 1
Reference numeral 5 denotes a piston head 16 made of ceramics such as silicon nitride having excellent heat resistance for constituting the combustion chamber 1 having a heat shield structure together with the combustion chamber structure 3, and is fixed to the piston head 16 by a metal flow with a coupling ring 24. The piston skirt 17 is formed.

【００２１】このディーゼルエンジンにおいて、燃焼室
構造体３は、シリンダ８の一部を構成するライナ上部１
２とヘッド下面部１１から構成されているヘッドライナ
である。ヘッド下面部１１には、中央部に上方に突出す
る突起部４２が形成されると共に、ポート１８，１９が
形成されている。ポート１８はシリンダヘッド７に形成
された吸気ポート４に連通し、ポート１９はシリンダヘ
ッド７に形成された排気ポート５に連通している。ポー
ト１８には吸気弁２０が配置され、ポート１９には排気
弁２１が配置されている。シリンダヘッド７のキャビテ
ィ９と燃焼室構造体３の外面との間には、ガスケット３
３を介在すると共に、遮熱空気層２６が形成され、燃焼
室１が遮熱構造に構成されている。また、ピストンヘッ
ド１６とピストンスカート１７との間にはガスケット３
５が介在され、ピストンヘッド１６とピストンスカート
１７との間には遮熱空気層４１が形成され、ピストンヘ
ッド１６に形成された凹状燃焼室１０が遮熱構造に構成
されている。In this diesel engine, the combustion chamber structure 3 has a liner upper portion 1 which constitutes a part of a cylinder 8.
2 is a head liner including a head lower surface portion 11. On the lower surface 11 of the head, a protrusion 42 projecting upward is formed in the center and ports 18 and 19 are formed. The port 18 communicates with the intake port 4 formed in the cylinder head 7, and the port 19 communicates with the exhaust port 5 formed in the cylinder head 7. An intake valve 20 is arranged in the port 18, and an exhaust valve 21 is arranged in the port 19. The gasket 3 is provided between the cavity 9 of the cylinder head 7 and the outer surface of the combustion chamber structure 3.
3, the heat shield air layer 26 is formed, and the combustion chamber 1 has a heat shield structure. Further, the gasket 3 is provided between the piston head 16 and the piston skirt 17.
5, a heat shield air layer 41 is formed between the piston head 16 and the piston skirt 17, and the concave combustion chamber 10 formed in the piston head 16 has a heat shield structure.

【００２２】このディーゼルエンジンでは、重油を燃料
として使用するものである。重油は、燃料供給源５０に
収容され、該燃料供給源５０から燃料としての重油が燃
料供給ポンプ３７によって燃料供給路３８を通じて燃料
噴射ノズル６へ供給される。燃料噴射ノズル６は、燃焼
室１に重油を噴射するように設けられ、ピストン１５の
ピストンヘッド１６に形成された凹状燃焼室１０に向か
って重油を噴射するように設定されている。燃料供給ポ
ンプ３７は、例えば、電磁送油ポンプに構成でき、コン
トローラ３０の指令で燃料噴射タイミングがコントロー
ルされるように構成できる。このディーゼルエンジン
は、燃料としての重油供給量を測定してエンジン負荷を
検出する負荷センサ２９、エンジン回転数を検出する回
転センサ３９、燃焼室１の壁温を検出する温度センサ４
０等のセンサを有している。コントローラ３０には、上
記各種センサからの検出信号が入力され、エンジン作動
状態に対応した適正な重油を燃焼室１へ供給すると共
に、検出信号に応答して燃料噴射タイミングを制御し、
燃費を向上させるように構成されている。また、燃料噴
射ノズル６は、電磁力で開閉される電磁駆動装置を有
し、コントローラ３０によって始動時や定常運転時、或
いは燃焼室の温度、エンジン負荷及びエンジン回転数に
応じて噴射時期等が決定されるように構成されている。In this diesel engine, heavy oil is used as fuel. The heavy oil is stored in the fuel supply source 50, and the heavy oil as the fuel is supplied from the fuel supply source 50 to the fuel injection nozzle 6 by the fuel supply pump 37 through the fuel supply passage 38. The fuel injection nozzle 6 is provided to inject heavy oil into the combustion chamber 1, and is set to inject heavy oil toward the concave combustion chamber 10 formed in the piston head 16 of the piston 15. The fuel supply pump 37 may be, for example, an electromagnetic oil pump, and the fuel injection timing may be controlled by a command from the controller 30. This diesel engine has a load sensor 29 for detecting the engine load by measuring the amount of heavy oil supplied as fuel, a rotation sensor 39 for detecting the engine speed, and a temperature sensor 4 for detecting the wall temperature of the combustion chamber 1.
It has a sensor such as 0. Detection signals from the various sensors are input to the controller 30, and proper fuel oil corresponding to the engine operating state is supplied to the combustion chamber 1, and the fuel injection timing is controlled in response to the detection signal.
It is configured to improve fuel economy. Further, the fuel injection nozzle 6 has an electromagnetic drive device which is opened and closed by an electromagnetic force, and the injection timing and the like are controlled by the controller 30 at the time of starting or steady operation, or according to the temperature of the combustion chamber, the engine load and the engine speed. Is configured to be determined.

【００２３】このディーゼルエンジンでは、燃焼室１を
形成する壁体である燃焼室構造体３、シリンダライナ２
２及びピストンヘッド１６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ている。従
って、各構成部品は、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。In this diesel engine, the combustion chamber structure 3, which is the wall forming the combustion chamber 1, and the cylinder liner 2
2 and the piston head 16 are made of ceramics such as silicon nitride and silicon carbide having excellent heat resistance. Therefore, each component has sufficient heat resistance and high temperature strength even if the gas temperature in the latter stage of combustion becomes high, the amount of unburned hydrocarbons HC and the like is reduced, and a highly efficient engine can be configured.

【００２４】この重油を燃料とするディーゼルエンジン
は、上記の構成において、特に、燃焼室構造体３のほぼ
シリンダ中央に形成された突起部４２に容積の小さいポ
ケット即ち凹状着火室２が形成されている。突起部４２
はシリンダヘッド７のほぼシリンダ中央に形成されたキ
ャビティ３１にガスケットを介在して嵌入されている。
凹状着火室２は、燃焼室１側が大きい開口を有する裁頭
円錐形に形成されている。また、シリンダ８内を往復動
するピストン１５は、そのピストンヘッド１６に燃焼室
１の一部を構成する凹状燃焼室１０が形成されている。
ピストン１５のピストンヘッド１６は、その外周部１３
が突出した環状突出部に形成され、その中央部２５が上
方に突出し、外周部１３から中央部２５に向かってテー
パ面に形成され、環状突出部１３の内側に凹状燃焼室１
０が形成されている。燃料噴射ノズル６は、燃焼室構造
体３の突起部４２に配置されて凹状着火室２の上部に噴
口２８を開口している。燃料噴射ノズル６は、コントロ
ーラ３０の指令で圧縮行程前半においてピストン１５の
凹状燃焼室１０に向かって重油燃料を円錐状に噴射し、
次いで、圧縮上死点近傍で着火のため、凹状着火室２に
微少量の重油燃料を噴射するように設定されている。In the diesel engine using the heavy oil as a fuel, in the above structure, in particular, the pocket 42 having a small volume, that is, the concave ignition chamber 2 is formed in the protruding portion 42 formed substantially in the center of the cylinder of the combustion chamber structure 3. There is. Protrusion 42
Is fitted into a cavity 31 formed in the cylinder head 7 substantially at the center of the cylinder with a gasket interposed.
The concave ignition chamber 2 is formed in a truncated cone shape having a large opening on the combustion chamber 1 side. A piston 15 that reciprocates in the cylinder 8 has a piston head 16 in which a concave combustion chamber 10 that forms a part of the combustion chamber 1 is formed.
The piston head 16 of the piston 15 has an outer peripheral portion 13
Is formed in a projecting annular projecting portion, a central portion 25 thereof projects upward, and a tapered surface is formed from the outer peripheral portion 13 toward the central portion 25. The concave combustion chamber 1 is formed inside the annular projecting portion 13.
0 is formed. The fuel injection nozzle 6 is arranged on the protrusion 42 of the combustion chamber structure 3 and has the injection port 28 opened at the upper portion of the concave ignition chamber 2. The fuel injection nozzle 6 injects the heavy fuel oil into the conical combustion chamber 10 of the piston 15 in a conical shape in the first half of the compression stroke according to a command from the controller 30.
Next, since ignition occurs in the vicinity of the compression top dead center, a small amount of heavy fuel oil is set to be injected into the concave ignition chamber 2.

【００２５】更に、この重油を燃料とするディーゼルエ
ンジンは、ＥＧＲを行うため、排気ポート５に連結した
排気管３６からＥＧＲ通路３２が分岐し、ＥＧＲ通路３
２はＥＧＲ制御装置６０を介して吸気通路（図では、吸
気ポート４）に連通している。ＥＧＲ通路３２には、Ｅ
ＧＲポンプ２７が設けられている。このディーゼルエン
ジンでは、エンジンの負荷を検出する負荷センサ２９に
よる検出負荷に応答してＥＧＲポンプ２７を作動し、吸
気に排気ガスを供給する制御を行うコントローラ３０を
備えている。即ち、コントローラ３０は、エンジン作動
状態に応じてＥＧＲポンプ２７を作動し、排気管３６か
らＥＧＲ通路３２を通って吸気通路（吸気ポート４）に
排気ガスが供給され、吸気を暖機し、部分負荷に対応す
る制御を行う。また、コントローラ３０は、燃料噴射ノ
ズル６から燃焼室１へ噴射される重油の供給量を負荷セ
ンサ２９による検出負荷によって制御するように構成さ
れている。更に、コントローラ３０は、負荷センサ２９
で検出された負荷が部分負荷であることに応答して燃料
噴射ノズル６から燃焼室１へ噴射する重油の噴射時期を
遅らせる制御を行うように構成されている。Further, since the diesel engine using this heavy oil as fuel performs EGR, the EGR passage 32 branches from the exhaust pipe 36 connected to the exhaust port 5, and the EGR passage 3
2 communicates with the intake passage (intake port 4 in the figure) via the EGR control device 60. In the EGR passage 32, E
A GR pump 27 is provided. This diesel engine is provided with a controller 30 that operates the EGR pump 27 in response to the load detected by a load sensor 29 that detects the load of the engine, and that controls the supply of exhaust gas to the intake air. That is, the controller 30 operates the EGR pump 27 according to the engine operating state, the exhaust gas is supplied from the exhaust pipe 36 to the intake passage (intake port 4) through the EGR passage 32, and the intake air is warmed up. Performs control corresponding to the load. Further, the controller 30 is configured to control the supply amount of the heavy oil injected from the fuel injection nozzle 6 into the combustion chamber 1 by the load detected by the load sensor 29. Further, the controller 30 includes a load sensor 29.
In response to the fact that the load detected in 1 is a partial load, control is performed to delay the injection timing of the heavy oil injected from the fuel injection nozzle 6 into the combustion chamber 1.

【００２６】[0026]

【発明の効果】この発明による重油を燃料とするディー
ゼルエンジンは、上記のように、燃焼室構造体のほぼシ
リンダ中央に凹状着火室を形成し、ピストンには燃焼室
の一部を構成する凹状燃焼室を形成し、凹状着火室の上
部に開口する噴口を有する燃料噴射ノズルが圧縮行程前
半においてピストンの凹状燃焼室に向かって重油燃料を
円錐状に噴射し、次いで圧縮上死点近傍で着火のため凹
状着火室に微少量の重油燃料を噴射するので、圧縮行程
前半の燃焼室の圧力の低い段階で、広範囲に燃料の一部
を燃焼室内に噴霧することによって、燃焼室内で燃料の
重油が均一に拡散して噴射され、燃焼室内に燃料と空気
との均一混合気を生成させることができ、次いで、圧縮
上死点近傍で燃料噴射ノズルから着火用の燃料が前記凹
状着火室に噴射されるので、確実に着火燃焼でき、膨張
行程では、既に前記燃焼室内には均一混合気が生成され
ているので、不均一な火炎が発生せず、前記燃焼室内で
の燃焼伝播が速くなり、燃料噴霧の外周が不均一な火炎
によって局部的な高温領域が発生せず、混合気が高温燃
焼をしないからＮＯX の発生が抑制され、燃焼を短期に
完結する。しかも、このディーゼルエンジンは、燃焼室
構造体には着火室を形成した圧縮上死点近傍で微量の燃
料を噴射することで、確実に着火でき、ミスファイヤが
発生せず、均一な混合気が生成されるので、高速運転が
可能になる。As described above, in the diesel engine using heavy oil as a fuel according to the present invention, the concave ignition chamber is formed in the combustion chamber structure substantially at the center of the cylinder, and the concave ignition chamber forming a part of the combustion chamber is formed in the piston. A fuel injection nozzle that forms a combustion chamber and has an injection port that opens to the top of the concave ignition chamber injects heavy fuel oil into the concave combustion chamber of the piston in the shape of a cone in the first half of the compression stroke, and then ignites near the compression top dead center. Therefore, a small amount of heavy fuel oil fuel is injected into the concave ignition chamber.Therefore, when the pressure in the combustion chamber is low in the first half of the compression stroke, a large portion of the fuel is sprayed into the combustion chamber, so that the fuel oil Is uniformly diffused and injected, and a uniform mixture of fuel and air can be generated in the combustion chamber, and then fuel for ignition is injected into the concave ignition chamber from the fuel injection nozzle near the compression top dead center. It Therefore, it is possible to reliably ignite and burn, and in the expansion stroke, since a homogeneous mixture has already been generated in the combustion chamber, non-uniform flame does not occur, combustion propagation in the combustion chamber becomes faster, and fuel A non-uniform flame on the outer periphery of the spray does not generate a local high temperature region, and the air-fuel mixture does not burn at a high temperature, so that the generation of NO X is suppressed and combustion is completed in a short period of time. Moreover, in this diesel engine, by injecting a small amount of fuel in the vicinity of the compression top dead center where the ignition chamber is formed in the combustion chamber structure, it is possible to reliably ignite, a misfire does not occur, and a uniform air-fuel mixture is obtained. Since it is generated, high speed operation becomes possible.

【００２７】また、この重油を燃料とするディーゼルエ
ンジンは、上記のように、安価な重油を燃料として使用
するにもかかわらず、高速運転が可能になり、ＮＯX の
発生が抑制され、排気ガスがクリーンになり、しかも着
火性に優れた熱効率がアップされるので、発電システム
に使用されるコージェネレーションエンジンに適用して
極めて好ましいものである。Further, as described above, the diesel engine using the heavy oil as the fuel can operate at a high speed, suppress the generation of NO X , and reduce the exhaust gas in spite of using the cheap heavy oil as the fuel. Since it is clean and the thermal efficiency excellent in ignitability is improved, it is extremely preferable when applied to a cogeneration engine used in a power generation system.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】この発明による重油を燃料とするディーゼルエ
ンジンの一実施例を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing an embodiment of a diesel engine using heavy oil as a fuel according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 燃焼室 ２ 凹状着火室 ３ 燃焼室構造体 ４ 吸気ポート ５ 排気ポート ６ 燃料噴射ノズル ７ シリンダヘッド ８ シリンダ ９ キャビティ １０ 凹状燃焼室 １３ 環状突出部 １４ シリンダブロック １５ ピストン １６ ピストンヘッド １８，１９ ポート ２０ 吸気バルブ ２１ 排気バルブ ２２ シリンダライナ ２７ ＥＧＲポンプ ２８ 噴口 ２９ 負荷センサ ３０ コントローラ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 combustion chamber 2 concave ignition chamber 3 combustion chamber structure 4 intake port 5 exhaust port 6 fuel injection nozzle 7 cylinder head 8 cylinder 9 cavity 10 concave combustion chamber 13 annular protrusion 14 cylinder block 15 piston 16 piston head 18, 19 port 20 Intake valve 21 Exhaust valve 22 Cylinder liner 27 EGR pump 28 Injection port 29 Load sensor 30 Controller

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 シリンダを構成するシリンダライナが配
置されたシリンダブロック、前記シリンダブロックに固
定されたシリンダヘッド、前記シリンダヘッドに形成し
たキャビティに設けた遮熱構造の燃焼室を構成する燃焼
室構造体、前記シリンダヘッドに形成した吸、排気ポー
トとそれぞれ連通する前記燃焼室構造体に形成したポー
ト、前記ポートを開閉するため前記ポートにそれぞれ配
置された吸、排気バルブ、前記燃焼室構造体のほぼシリ
ンダ中央に形成した凹状着火室、前記シリンダ内を往復
動する遮熱構造を有するピストンに形成した前記燃焼室
の一部を構成する凹状燃焼室、前記凹状着火室の上部に
開口する噴口を有し、前記ピストンの前記凹状燃焼室に
向かって重油燃料を円錐状に噴射する燃料噴射ノズル、
及び圧縮行程前半において前記燃料噴射ノズルから重油
燃料を噴射させ、次いで圧縮上死点近傍で着火のため前
記凹状着火室に微少量の重油燃料を噴射させるように制
御するコントローラ、から成る重油を燃料とするディー
ゼルエンジン。1. A combustion chamber structure which constitutes a cylinder block in which a cylinder liner constituting a cylinder is arranged, a cylinder head fixed to the cylinder block, and a combustion chamber having a heat shield structure provided in a cavity formed in the cylinder head. Body, a port formed in the combustion chamber structure that communicates respectively with the intake and exhaust ports formed in the cylinder head, an intake valve, an exhaust valve respectively disposed in the port to open and close the port, and the combustion chamber structure A concave ignition chamber formed substantially in the center of the cylinder, a concave combustion chamber forming a part of the combustion chamber formed in a piston having a heat shield structure that reciprocates in the cylinder, and an injection port opening to the upper portion of the concave ignition chamber. A fuel injection nozzle having a conical injection of heavy oil fuel toward the concave combustion chamber of the piston,
And a controller for injecting heavy oil fuel from the fuel injection nozzle in the first half of the compression stroke, and then controlling to inject a very small amount of heavy oil fuel into the concave ignition chamber for ignition near the compression top dead center. And diesel engine. 【請求項２】 前記燃焼室構造体、前記シリンダライナ
及び前記ピストンのピストンヘッドは耐熱性のセラミッ
クスで形成されている請求項１に記載の重油を燃料とす
るディーゼルエンジン。2. The diesel engine fueled with heavy oil according to claim 1, wherein the combustion chamber structure, the cylinder liner, and the piston head of the piston are formed of heat-resistant ceramics. 【請求項３】 前記凹状着火室は前記燃焼室側が大きい
開口を有する裁頭円錐形に形成されている請求項１に記
載の重油を燃料とするディーゼルエンジン。3. The diesel engine fueled with heavy oil according to claim 1, wherein the concave ignition chamber is formed into a truncated cone shape having a large opening on the combustion chamber side. 【請求項４】 前記ピストンのピストン頂部は、その外
周部が突出した環状突出部に形成され、前記環状突出部
の内側に前記浅皿形凹状燃焼室が形成されている請求項
１に記載の重油を燃料とするディーゼルエンジン。4. The piston top portion of the piston is formed as an annular protrusion having an outer peripheral portion protruding, and the shallow dish-shaped concave combustion chamber is formed inside the annular protrusion. A diesel engine that uses heavy oil as fuel. 【請求項５】 前記コントローラは、エンジンの負荷を
検出する負荷センサによる検出負荷に応答してＥＧＲポ
ンプを作動して吸気に排気ガスを供給する制御を行う請
求項１に記載の重油を燃料とするディーゼルエンジン。5. The fuel according to claim 1, wherein the controller controls the EGR pump to operate to supply exhaust gas to intake air in response to a load detected by a load sensor that detects an engine load. Diesel engine to do. 【請求項６】 前記コントローラは、前記燃料噴射ノズ
ルから前記燃焼室へ噴射される重油の供給量を前記負荷
センサによる検出負荷によって制御する請求項５に記載
の重油を燃料とするディーゼルエンジン。6. The diesel engine using heavy oil as a fuel according to claim 5, wherein the controller controls a supply amount of the heavy oil injected from the fuel injection nozzle into the combustion chamber by a load detected by the load sensor. 【請求項７】 前記コントローラは、前記負荷センサで
検出された負荷が部分負荷であることに応答して前記燃
料噴射ノズルから前記燃焼室へ噴射する重油の噴射時期
を遅らせる制御を行う請求項５に記載の重油を燃料とす
るディーゼルエンジン。7. The controller performs control to delay the injection timing of heavy oil injected from the fuel injection nozzle into the combustion chamber in response to the load detected by the load sensor being a partial load. A diesel engine fueled with the heavy oil described in. 【請求項８】 設置型のコージェネレーションエンジン
に適用される請求項１〜７のいずれか１項に記載の重油
を燃料とするディーゼルエンジン。8. A diesel engine fueled with the heavy oil according to claim 1, which is applied to a stationary cogeneration engine.
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