JPH09317470A - 低気化性燃料のディーゼルエンジン - Google Patents

低気化性燃料のディーゼルエンジン

Info

Publication number
JPH09317470A
JPH09317470A JP8151910A JP15191096A JPH09317470A JP H09317470 A JPH09317470 A JP H09317470A JP 8151910 A JP8151910 A JP 8151910A JP 15191096 A JP15191096 A JP 15191096A JP H09317470 A JPH09317470 A JP H09317470A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
combustion chamber
cylinder
diesel engine
air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP8151910A
Other languages
English (en)
Inventor
Hideo Kawamura
英男 河村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd filed Critical Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Priority to JP8151910A priority Critical patent/JPH09317470A/ja
Priority to EP97300752A priority patent/EP0809003B1/en
Priority to DE69701017T priority patent/DE69701017T2/de
Priority to US08/796,367 priority patent/US5727519A/en
Priority to CN97103838A priority patent/CN1166569A/zh
Publication of JPH09317470A publication Critical patent/JPH09317470A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0633Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston the combustion space being almost completely enclosed in the piston, i.e. having a small inlet in comparison to its volume
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0603Other 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0618Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston having in-cylinder means to influence the charge motion
    • F02B23/0627Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston having in-cylinder means to influence the charge motion having additional bores or grooves machined into the piston for guiding air or charge flow to the piston bowl
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0603Other 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
    • F02B2023/0612Other 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 the material having a high temperature and pressure resistance, e.g. ceramic
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0618Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston having in-cylinder means to influence the charge motion
    • F02B23/0621Squish flow
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0618Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston having in-cylinder means to influence the charge motion
    • F02B23/0624Swirl flow
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0645Details related to the fuel injector or the fuel spray
    • F02B23/0654Thermal treatments, e.g. with heating elements or local cooling
    • F02B23/0657Thermal treatments, e.g. with heating elements or local cooling the spray interacting with one or more glow plugs
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0645Details related to the fuel injector or the fuel spray
    • F02B23/066Details related to the fuel injector or the fuel spray the injector being located substantially off-set from the cylinder centre axis
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、圧縮行程始めに燃料をシリンダ内
に噴射して空気と燃料の流動性を向上させ、均一混合気
を形成してNOX の発生を抑制する低気化性燃料のディ
ーゼルエンジンを提供する。 【解決手段】 このディーゼルエンジンは、ピストン5
に副燃焼室2を形成し、シリンダヘッド7のキャビティ
9に配置した燃焼室構造体3で主燃焼室1を形成する。
燃料噴射ノズル6は圧縮行程始めにシリンダ8内に重油
等の低気化性燃料を噴射し、シリンダ8内に存在するス
ワール中に燃料を分散させ、シリンダ8内に燃料と空気
との均一混合気を生成し、圧縮行程終端で連絡孔15を
通じて侵入する混合気にグロープラグ4の補助で副燃焼
室2内で着火燃焼させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、ピストンに副燃
焼室を持つコージェネレーションエンジン等に適用され
る低気化性燃料のディーゼルエンジンに関する。
【0002】
【従来の技術】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。従来、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。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。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、
重油は気化性がほとんど無いものである。燃料価格につ
いては、例えば、ガソリンを100とすれば、軽油は7
0程度であり、重油は15程度である。
【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
たエンジンにより電力を得るには、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。
【0004】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。
【0005】
【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
な重油等の低気化性燃料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望まれるが、重油等の低気
化性燃料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等の難
燃性低気化性燃料を燃料とする燃料システムを開発しな
ければならない。
【0006】また、重油等の低気化性燃料を燃料とする
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、N
X が多量に発生する。重油等の低気化性燃料を燃料と
するディーゼルエンジンでは、燃料の粘性が大きいの
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。粘性が大きい重油の油圧力を上げ
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、噴射圧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。
【0007】また、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、燃焼させており、燃費が
良いが、HCやNOX が大きいという問題がある。
【0008】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(例えば、1500rpm
で回転させる)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く、そのままでは着火ミスが
起こったり、NOX やスモークの発生が多くなるので、
その点を如何にして良好に均一な混合気を生成させて良
好に燃焼させ、燃費を向上させると共に、特に、NOX
やスモークの発生を低減するかという課題がある。
【0009】従って、ディーゼルエンジンについて、重
油等の難燃性低気化性燃料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。遮熱型ディーゼル
エンジンにおいて、このような高温雰囲気に重油等の低
気化性燃料を噴射すると、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、NO
X 、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り、多量
のHCが発生するという問題がある。
【0010】そこで、重油等の低気化性燃料を燃焼させ
るためには、燃料の気化に時間をかけるか、空気と燃料
との混合を促進して運動エネルギを利用するか、或いは
空気の温度を上昇させることが考えられる。燃焼室を遮
熱構造に構成したエンジンでは、吸入空気が燃焼室の壁
面から熱を受熱して加熱されるので、燃料の気化性は優
れている。従って、燃焼室を遮熱構造に構成し、燃焼室
内で空気と燃料との流動性を向上させれば、重油等の低
気化性燃料を燃焼させることができる。また、排気ガス
中の有害物質であるNOX は、粒子状燃料が空気中で燃
焼する時、その粒子の周囲の空気と反応して多量に発生
する傾向にある。ところが、燃料が空気中に分散した状
態で燃焼反応する場合は、燃料の外側の空気温度にその
燃焼が支配され、余り温度上昇せず、NOX の生成が抑
制される。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明の目的は、上記
のことを考慮して、重油等の低質燃料を用いて高速回転
させるため、燃焼室内へ供給された空気の温度を上昇さ
せ、セラミックス等の耐熱材を燃焼室の構造材として燃
焼室を遮熱構造に構成し、空気と燃料の混合に十分な期
間を与え、吸入行程の終わりから或いは少なくとも圧縮
行程前半に燃焼室へ燃料を噴射させると共に、空気と燃
料の混合に空気の流動性を利用するためピストンが下死
点側にある空気圧が小さい領域の吸気スワール中に燃料
を噴射し、シリンダ内で燃料を空気流動中に分散させて
流動性を向上させ、均一な混合気を生成させ、更に主燃
焼室から複数の連絡孔を通じて副燃焼室へ混合が十分で
ない燃料粒子を流入させて混合を促進し、混合気に副燃
焼室内で着火燃焼させ、NOX やスモークの発生を抑制
し、また、部分負荷時には着火ミスを防止するため燃料
噴射ノズルから副燃焼室内に着火用燃料を再度噴射させ
て着火燃焼させる低質燃料を用いたディーゼルエンジン
を提供することである。
【0012】この発明は、シリンダを構成するシリンダ
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主燃焼室
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、排気ポートを開閉する吸、排気バルブ、前記シリ
ンダヘッドに配置された前記シリンダに低気化性燃料を
噴射する燃料噴射ノズル、前記シリンダヘッドに配置さ
れたグロープラグ、前記シリンダ内を往復動する遮熱構
造の副燃焼室を構成し且つ前記主燃焼室と前記副燃焼室
とを連通する連絡孔と前記グロープラグがピストン上死
点近傍で前記副燃焼室に突入するプラグ挿入孔とが形成
されたピストン、及び圧縮行程前半において前記燃料噴
射ノズルから難燃性低気化性燃料を前記主燃焼室に噴射
させて前記グロープラグが前記プラグ挿入孔を貫通して
前記副燃焼室内に突入した圧縮行程終端において一部の
燃料を噴射させて前記副燃焼室内で着火燃焼させる制御
を行うコントローラから成る低気化性燃料のディーゼル
エンジンに関する。
【0013】また、前記主燃焼室内には前記吸気ポート
から前記シリンダ内に導入された吸気が前記シリンダ内
でスワールを形成している。
【0014】また、前記燃料噴射ノズルから前記シリン
ダに噴射される燃料噴霧は、シリンダ中心側からシリン
ダ周辺に向けて傾斜して噴射され、前記シリンダ内に存
在するスワール渦外周中に分散される。
【0015】また、前記コントローラは、部分負荷時に
応答して前記燃料噴射ノズルから前記ピストンに形成さ
れた燃料噴入孔を通じて前記副燃焼室内へ再度燃料を噴
射する制御を行うものである。即ち、このディーゼルエ
ンジンにおいて、負荷が小さい場合には、着火燃焼が確
実に行われ難いので、ピストン圧縮上死点近傍で燃料噴
射ノズルから燃料を副燃焼室内に再度噴射し、しかも再
度の噴射燃料が副燃焼室内に突入しているグロープラグ
に衝突して加熱され、燃料が確実に着火燃焼される。
【0016】また、この低気化性燃料のディーゼルエン
ジンは、設置型のコージェネレーションエンジンに適用
して好ましいものである。即ち、定置式のコージェネレ
ーションエンジンでは、エンジンの回転や負荷がほぼ一
定であるので、主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り、特に、NOX の生成を抑制で
き、しかも燃料として重油等の低気化性燃料を使用でき
るので、燃費を低減できる。
【0017】この低気化性燃料のディーゼルエンジン
は、上記のように、シリンダ内への燃料噴霧が圧縮行程
初期付近のピストン下死点近傍で行われ、シリンダ内へ
燃料噴射ノズルから燃料を吸気スワールの空気流動中に
噴射して燃料が空気流動中に分散させ、不完全ではある
が良好な混合気を形成し、ピストンの上昇運動と共に混
合気が連絡孔やプラグ挿入孔を通じて中央に設けた副燃
焼室内へ速い速度で侵入させて副燃焼室内での混合を促
進して均一な混合気を生成させ、圧縮行程終端近傍で副
燃焼室に設けられた通孔を通して噴射された燃料をグロ
ープラグの補助によって副燃焼室内で着火燃焼し、NO
X やスモークの生成を低減させて理想的な燃焼を行わせ
ることができる。また、このディーゼルエンジンでは、
燃料噴霧がシリンダ中心からシリンダ周辺へ向かって傾
斜して噴射されるので、シリンダ内での空気中に燃料の
分散が良好に行われる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
による低気化性燃料のディーゼルエンジンの実施例を説
明する。図1はこの発明による低気化性燃料のディーゼ
ルエンジンの一実施例であってピストン上死点の状態を
示す断面図、図2はピストンの上面を示す平面図、及び
図3は図1の低気化性燃料のディーゼルエンジンのピス
トン下死点近傍の状態を示す断面図である。
【0019】この実施例のディーゼルエンジンは、重油
等の難燃性低気化性燃料を使用できる燃焼システムであ
り、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。
【0020】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
遮熱構造の主燃焼室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33に嵌合したシリンダ8を形
成するシリンダライナ32、シリンダライナ32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5を有している。シリンダヘッド7には、主燃焼
室1に燃料を噴射する燃料噴射ノズル6とグロープラグ
4とが配置されている。
【0021】また、ピストン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1
6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。ピストンヘッド16には、副燃焼室2を構
成するキャビティ19が形成されている。ピストンヘッ
ド16には、主燃焼室1と副燃焼室2とを連通する連絡
孔15、ピストン上死点近傍で副燃焼室2内に突入でき
るプラグ挿入孔10及び副燃焼室2内に燃料を噴入でき
る燃料噴入孔13が形成されている。図2に示すよう
に、連絡孔15は、ピストンヘッド16のピストン上面
18に周方向に隔置して開口するように複数個(図2で
は8個)形成されている。プラグ挿入孔10は、ピスト
ンヘッド16のピストン上面18にほぼ中心部に形成さ
れている。燃料噴入孔13は、ピストンヘッド16のピ
ストン上面18に、図2に示すように、燃料噴射ノズル
6からの燃料噴霧Fがグロープラグ4に衝突する方向に
傾斜して形成されている。
【0022】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、吸、排気ポート22
(吸気ポートのみ図示)が形成されている。吸気ポート
22はシリンダヘッド7に形成された吸気ポート25に
連通し、図示していないが、排気ポートはシリンダヘッ
ド7に形成された排気ポートに連通している。吸気ポー
ト22には吸気バルブ21が配置され、排気ポートには
排気バルブが配置されている。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30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31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27が形成され、ピスト
ンヘッド16に形成されたキャビティ19で構成される
副燃焼室2が遮熱構造に構成されている。ガスケット3
0,31は、シールと遮熱との機能を果たすことができ
る。
【0023】このディーゼルエンジンでは、燃料噴射ノ
ズル6は、シリンダ8に重油等の低気化性燃料を噴射す
ると共に、副燃焼室2内に燃料噴入孔13を通じて着火
用燃料を噴射するようにシリンダヘッド7に設けられて
いる。このディーゼルエンジンは、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28、エンジン回
転数を検出する回転センサ29等のセンサを有してい
る。コントローラ20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燃
料を主燃焼室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、例えば、
電磁力で開閉される電磁駆動装置60を有し、コントロ
ーラ20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。
【0024】このディーゼルエンジンでは、主燃焼室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
32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。
【0025】この低気化性燃料のディーゼルエンジン
は、上記の構成において、特に、コントローラ20が圧
縮行程前半において燃料噴射ノズル6から低気化性燃料
をシリンダ8に噴射させ、グロープラグ4がプラグ挿入
孔10を貫通して副燃焼室2内に突入した圧縮行程終端
において副燃焼室2内で着火燃焼させる制御を行うこと
である。また、吸気バルブ21の開放によって吸気ポー
ト22,25からシリンダ8内に導入された吸気は、シ
リンダ8内でスワール即ち空気流動Sを有するように供
給され、その空気流動S中に圧縮行程始めのピストン下
死点近傍位置から燃料噴射ノズル6からの燃料噴霧Fが
行われ、空気流動S中に燃料が分散するように噴射さ
れ、空気流動Sの盛んな領域に燃料が多く分散されるよ
うに噴射され、シリンダ8内に全体として均一混合気を
生成することができる。圧縮行程においてピストン5が
上昇して筒内の空気が圧縮されて温度上昇し、燃料の気
化が促進して空気流動S中に燃料がほぼ均一に分散して
混合気が生成され、該混合気が連絡孔15やノズル挿入
孔10を通じて副燃焼室2内に侵入して副燃焼室2内で
混合が促進され、副燃焼室2内で混合が更に促進され、
圧縮行程終端近傍で混合気がグロープラグ4の補助で確
実に着火燃焼する。
【0026】また、コントローラ20は、部分負荷時に
応答して燃料噴射ノズル6からピストン5に形成された
燃料噴入孔13を通じて副燃焼室2内へ着火用燃料を噴
射する制御を行うものである。従って、燃料噴射ノズル
6は、部分負荷に応答して、コントローラ20の指令で
圧縮行程前半においてシリンダ8内に重油等の低気化性
燃料を分散させるように噴射し、次いで、圧縮上死点近
傍で着火のため、燃料噴入孔13を通じて副燃焼室2内
へ微少量の着火用燃料を噴射するように設定されてい
る。この実施例では、燃料噴入孔13はその径が数mm
程度の小さい孔でよい。また、燃料噴射ノズル6は、燃
料噴入孔13を通じて副燃焼室2内に燃料を噴射できる
ように、単噴口に形成されている。
【0027】
【発明の効果】この発明による低気化性燃料のディーゼ
ルエンジンは、上記のように構成されているので、圧縮
行程前半のシリンダ内の圧力の低い段階で、ほぼシリン
ダ中心側からシリンダ周辺に向けてシリンダ内の空気流
動中に広範囲に重油等の低気化性燃料を噴霧することに
よって、主燃焼室内で重油等の低気化性燃料が均一に拡
散して分散され、主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
主燃焼室から連絡孔を通じて副燃焼室内に侵入する混合
気がグロープラグに衝突して副燃焼室内で確実に着火燃
焼され、NOX の生成を抑制して燃焼される。次いで、
膨張行程では、前記主燃焼室内には均一混合気が既に生
成されているので、副燃焼室から主燃焼室へ周方向に均
一に分散して噴出した火炎が火種となって主燃焼室内に
不均一な火炎が発生せず、前記主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。
【0028】また、このディーゼルエンジンは、部分負
荷時には、副燃焼室内に流入した混合気がリーン混合気
であってミスファイヤが発生する恐れがあるので、燃料
噴射ノズルから着火用燃料を前記副燃焼室内に噴射し、
確実に着火燃焼させる。即ち、ピストンに形成された副
燃焼室内に圧縮上死点近傍で微量の燃料を噴射すること
で、部分負荷時でも確実に着火でき、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。また、この低気化性燃料のディーゼルエンジ
ンは、上記のように、安価な重油等の低気化性燃料を燃
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。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による低気化性燃料のディーゼルエン
ジンの一実施例であってピストン上死点の状態を示す断
面図である。
【図2】図1の低気化性燃料のディーゼルエンジンにお
けるピストンの上面を示す平面図である。
【図3】図1の低気化性燃料のディーゼルエンジンのピ
ストン下死点近傍の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
1 主燃焼室 2 副燃焼室 3 燃焼室構造体 4 グロープラグ 5 ピストン 6 燃料噴射ノズル 7 シリンダヘッド 8 シリンダ 9,19 キャビティ 10 プラグ挿入孔 13 燃料噴入孔 14 シリンダブロック 15 連絡孔 20 コントローラ 21 吸気バルブ 22,25 吸気ポート
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 F02F 1/24 D C 3/26 3/26 A F02M 37/00 341 F02M 37/00 341A

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリンダを構成する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主燃焼室を構成する
    燃焼室構造体、前記シリンダヘッドに形成した吸、排気
    ポートを開閉する吸、排気バルブ、前記シリンダヘッド
    に配置された前記シリンダ内に低気化性燃料を噴射する
    燃料噴射ノズル、前記シリンダヘッドに配置されたグロ
    ープラグ、前記シリンダ内を往復動する遮熱構造の副燃
    焼室を構成し且つ前記主燃焼室と前記副燃焼室とを連通
    する連絡孔と前記グロープラグがピストン上死点近傍で
    前記副燃焼室に突入するプラグ挿入孔とが形成されたピ
    ストン、及び圧縮行程前半において前記燃料噴射ノズル
    から難燃性低気化性燃料を前記主燃焼室に噴射させて前
    記グロープラグが前記プラグ挿入孔を貫通して前記副燃
    焼室内に突入した圧縮行程終端において一部の燃料を噴
    射させ前記副燃焼室内で着火燃焼させる制御を行うコン
    トローラ、から成る低気化性燃料のディーゼルエンジ
    ン。
  2. 【請求項2】 前記吸気ポートから前記シリンダ内に導
    入された吸気は前記シリンダ内でスワールを形成してい
    る請求項1に記載の低気化性燃料のディーゼルエンジ
    ン。
  3. 【請求項3】 前記燃料噴射ノズルから前記シリンダに
    噴射される燃料噴霧はシリンダ中心側からシリンダ周辺
    に向けて傾斜して噴射され、前記シリンダ内に存在する
    スワール渦外周中に分散される請求項1又は2に記載の
    低気化性燃料のディーゼルエンジン。
  4. 【請求項4】 前記コントローラは、部分負荷時に応答
    して前記燃料噴射ノズルから前記ピストンに形成された
    燃料噴入孔を通じて前記副燃焼室内へ着火用燃料を噴射
    する制御を行う請求項1〜3のいずれか1項に記載の低
    気化性燃料のディーゼルエンジン。
  5. 【請求項5】 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1〜4のいずれか1項に記載の低気
    化性燃料のディーゼルエンジン。
JP8151910A 1996-05-24 1996-05-24 低気化性燃料のディーゼルエンジン Pending JPH09317470A (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8151910A JPH09317470A (ja) 1996-05-24 1996-05-24 低気化性燃料のディーゼルエンジン
EP97300752A EP0809003B1 (en) 1996-05-24 1997-02-06 Low evaporativity fuel diesel engine
DE69701017T DE69701017T2 (de) 1996-05-24 1997-02-06 Dieselbrennkraftmaschine mit schwer verdampfbarem Brennstoff
US08/796,367 US5727519A (en) 1996-05-24 1997-02-06 Low evaporativity fuel diesel engine
CN97103838A CN1166569A (zh) 1996-05-24 1997-04-03 低气化性燃料柴油发动机

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8151910A JPH09317470A (ja) 1996-05-24 1996-05-24 低気化性燃料のディーゼルエンジン

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH09317470A true JPH09317470A (ja) 1997-12-09

Family

ID=15528875

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP8151910A Pending JPH09317470A (ja) 1996-05-24 1996-05-24 低気化性燃料のディーゼルエンジン

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH09317470A (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5979420A (en) * 1996-11-25 1999-11-09 Isuzu Cermamics Research Institute Co., Ltd. Fuel heating apparatus for engines using heavy oil as fuel
US6089020A (en) * 1996-11-18 2000-07-18 Isuzu Ceramics Research Institute Co., Ltd. Heat recovering apparatus for cogeneration system with a turbocharged engine
KR20140091002A (ko) * 2011-10-14 2014-07-18 블라디미르 보리소브스키이 디젤 엔진의 연소실, 디젤 엔진의 연소실에서 연료 공기 혼합물을 점화하는 방법, 및 디젤 엔진
CN110748447A (zh) * 2019-09-30 2020-02-04 广西擎芯动力科技有限公司 重油活塞发动机燃油气辅助喷射用低功耗驱动气体计量阀
CN115217613A (zh) * 2022-02-11 2022-10-21 广州汽车集团股份有限公司 预燃室装置

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6089020A (en) * 1996-11-18 2000-07-18 Isuzu Ceramics Research Institute Co., Ltd. Heat recovering apparatus for cogeneration system with a turbocharged engine
US5979420A (en) * 1996-11-25 1999-11-09 Isuzu Cermamics Research Institute Co., Ltd. Fuel heating apparatus for engines using heavy oil as fuel
KR20140091002A (ko) * 2011-10-14 2014-07-18 블라디미르 보리소브스키이 디젤 엔진의 연소실, 디젤 엔진의 연소실에서 연료 공기 혼합물을 점화하는 방법, 및 디젤 엔진
JP2014528555A (ja) * 2011-10-14 2014-10-27 ボリソフスキー,ウラジミール ディーゼルエンジンの燃焼室、ディーゼルエンジンの燃焼室において燃料−空気の混合気を点火するための方法、およびディーゼルエンジン
CN110748447A (zh) * 2019-09-30 2020-02-04 广西擎芯动力科技有限公司 重油活塞发动机燃油气辅助喷射用低功耗驱动气体计量阀
CN115217613A (zh) * 2022-02-11 2022-10-21 广州汽车集团股份有限公司 预燃室装置
CN115217613B (zh) * 2022-02-11 2023-07-07 广州汽车集团股份有限公司 预燃室装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5522357A (en) Apparatus and method of fuel injection and ignition of internal combustion engine
CA1283585C (en) Flame incubating and propagating apparatus for a fuel combustion system
JP3804879B2 (ja) 直噴式ディーゼル機関の燃焼方法
EP0809003B1 (en) Low evaporativity fuel diesel engine
JPH0647929B2 (ja) 副室式アルコールエンジン
JP3218323B2 (ja) 予混合気圧縮着火エンジンにおける燃料の着火性改善方法
JPH09317470A (ja) 低気化性燃料のディーゼルエンジン
JPH09268916A (ja) 重油を燃料とするディーゼルエンジン
JP3695011B2 (ja) 副室式エンジン
JPH0763076A (ja) 内燃機関
JPH09217624A (ja) 重油を燃料とするディーゼルエンジン
JPH09268915A (ja) 低質油を燃料とするディーゼルエンジン
JP3379177B2 (ja) 副室式ガスエンジン
JP2003172144A (ja) ディーゼルエンジンおよびディーゼルエンジンの燃焼方法
JP2005232987A (ja) 副室式エンジン
JPH06229318A (ja) 高圧縮比副室式ガスエンジン
JPH09317471A (ja) 低質燃料を用いたディーゼルエンジン
CN110067638A (zh) 一种燃料射流引燃式内燃机预混合燃烧系统
JPS6045716A (ja) 内燃機関
JP3038091B2 (ja) セラミックバルブを用いたガスエンジン
JPH10103094A (ja) Egr装置を持つ難燃性燃料を用いる多気筒エンジン
CN107725181B (zh) 一种取消进气门、进气管的四冲程内燃机及其工作方法
JP2792139B2 (ja) 副室式断熱エンジンの燃料噴射装置
JPH03202618A (ja) アルコールエンジン
JP2906594B2 (ja) 副室式断熱エンジン