JPH10103094A

JPH10103094A - Ｅｇｒ装置を持つ難燃性燃料を用いる多気筒エンジン

Info

Publication number: JPH10103094A
Application number: JP8272860A
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: 1996-09-25
Filing date: 1996-09-25
Publication date: 1998-04-21

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、難燃性燃料を使用できる吸気行程
中に排気バルブを開放してＥＧＲを実行するＥＧＲ装置
を持つ難燃性燃料を用いる多気筒エンジンを提供する。【解決手段】本発明は、吸気行程中にシリンダ１０に
還流させた排気ガスで吸気温度を上昇させてその旋回流
中に難燃性燃料を噴射して拡散させて難燃性燃料を分解
させ、着火燃焼し易くする。ＥＧＲをカムシャフト２
１，２２とそのカム４１，４２によって揺動作動するロ
ッカアーム２３，２４を有する動弁機構を利用して排気
ガスを排気ポート１１，１６を通じてシリンダ１０へ直
接還流させ、タイムラグや排気ガス温度の低下を避け、
ＮＯ_X、ＨＣ、スートの発生を抑制し、安価な重油等の
難燃性燃料の使用を可能にする。

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、ピストンに副室
を持ち、気筒内にＥＧＲ用排気ガスを還流させるＥＧＲ
装置を持つ難燃性燃料を用いる多気筒エンジンに関す
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。また、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るので、天然
ガスを燃料に使用している。

【０００３】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。

【０００４】また、近年、エンジンから排気される排気
ガスによる環境汚染が問題になり、特に、ＮＯ_Xの発生
を抑制するため、種々の排気ガス再循環装置即ちＥＧＲ
(exhausut gas recirculation)装置が開発され、実施さ
れてきている。従来、ＥＧＲ装置は、エンジンのシリン
ダから排出された排気ガスの一部をシリンダ内に再度吸
入させ、吸気に混合して燃焼させることによりＮＯ_Xの
発生を抑制することは、良く知られていることである
（例えば、特開平４−１６６６５６号公報参照）。

【０００５】この種のＥＧＲ装置において、所定のシリ
ンダにＥＧＲを適量導入するための方法は種々開発され
ており、例えば、排気管と吸気管とをパイプで連結し、
該パイプの中間に開閉弁を設け、エンジンの運転条件に
合わせて開閉弁の開度を制御するものが実施されてい
る。

【０００６】更に、ターボコンパウンドエンジンとして
は、特開昭６３−９６１７号公報に開示されたものがあ
る。該ターボコンパウンドエンジンは、エンジンの主排
気通路に直列にターボチャージャとタービンを接続し、
該ターボチャージャとタービン間の主排気通路に、該主
排気通路より遅れて開放される副排気通路を接続し、該
副排気通路にエンジンの運転状態に基づいて開度調節さ
れる開閉弁を設けたものである。

【０００７】ところで、ディーゼルエンジンにおいて、
重油等の難燃性燃料を効率良く気化させて燃焼させるた
めには、重油を高速度の空気流に乗せたり、噴射圧力を
上げて燃料を微粒化させることが考えられる。例えば、
セラミックス遮熱形エンジンでは、燃焼室の壁温が高く
なるので、燃料の気化が促進されて燃焼がスムースにな
る効果がある。しかしながら、セラミックス遮熱形エン
ジンでも、部分負荷時には、壁面温度が上昇せず、燃焼
改善が達成し難い。

【０００８】また、エンジンのＥＧＲ装置において、所
定のシリンダニえを適量導入する方法が種々開発されて
いるとはいえ、エンジン負荷に応じて所定の気筒にＥＧ
Ｒの適量を正確に供給することは、困難であった。例え
ば、エンジンの部分負荷時には、空燃比は大きく即ち燃
料がリーンの状態になっており、その時の燃料の燃焼で
は、スート、ＮＯ_X等の生成物が発生する。その結果、
低温時には、燃焼も不完全となり、未燃ガス発生の現象
は大きく現れ、排ガス中に含まれる炭化水素が多くな
り、且つ着火性即ち始動性が悪くなる。

【０００９】

【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。また、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
な重油等の難燃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、重油等の難燃性
燃料を燃料として用いる場合に、特に、部分負荷時に、
すすやＮＯ_X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。

【００１０】また、重油等の難燃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、ＮＯ
_Xが多量に発生する。重油等の難燃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。

【００１１】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、ＮＯ_X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、ＮＯ_X
やスモークの発生を低減させるかという課題がある。

【００１２】従って、ディーゼルエンジンについて、重
油等の難燃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難燃性燃料
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、ＮＯ_X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。

【００１３】そこで、難燃性燃料を用いるディーゼルエ
ンジンにおいて、重油等の難燃性燃料の燃焼を改善する
ために、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。空気の温度を上
昇させるためには、吸気に排気ガスを混合して吸気温度
の上昇を図り、その混合気中に燃料を噴射して難燃性燃
料の分解を促進して燃焼を改善することが考えられる。
その時、排気ガスを排気管から吸気管にパイプで連通し
て排気ガスをシリンダ内に還流させると、タイムラグや
排気ガス温度の低下等が発生するので、排気ガスの有効
な利用にはならない。

【００１４】また、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、重油等の難燃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ＮＯ_X
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、ＮＯ_Xの生成が抑制される。

【００１５】

【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、重油等の難燃性燃料を用いて高速回
転させ、燃焼室内へ供給された空気の温度を上昇させる
ために、吸気行程中に排気バルブを開放して排気ガスを
シリンダ内に流入させてＥＧＲを実行させ、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、遅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、空気と排気ガスと旋回流の流動性を利用しその
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、
更に主室から複数の連絡孔を通じて副室へ混合が十分で
ない燃料粒子を流入させて混合を促進し、混合気に副室
内で着火燃焼させ、ＮＯ_Xやスモークの発生を抑制し、
更に、部分負荷時には着火ミスを防止するため燃料噴射
ノズルから副室内に着火用燃料を再度噴射させて着火燃
焼させるＥＧＲ装置を持つ難燃性燃料を用いる多気筒エ
ンジンを提供することである。

【００１６】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
配置された主室を構成する燃焼室部材、前記シリンダ内
を往復動する副室を構成し且つ前記主室と前記副室とを
連通する連絡孔を形成したピストン、前記シリンダヘッ
ドに配置された燃料を噴射する燃料噴射ノズル、及び動
弁機構によって吸気行程、圧縮行程、爆発行程及び排気
行程で一サイクルを行う多気筒エンジンにおいて、吸気
行程中に前記排気バルブを開放して排気ガスを前記気筒
内に還流させると共に、遅くとも圧縮行程前半に前記燃
料噴射ノズルから燃料を前記主室に噴射させることから
成ることを特徴とするＥＧＲ装置を持つ難燃性燃料を用
いる多気筒エンジンに関する。

【００１７】また、このＥＧＲ装置を持つ難燃性燃料を
用いる多気筒エンジンでは、前記ピストンの頂部に形成
したノズル挿入孔の入口側を混合気の流入ガイドとなる
ように拡開テーパ面に形成し、前記燃料噴射ノズルはピ
ストン上死点近傍で前記ノズル挿入孔を通じて前記副室
に突入し、圧縮行程終端において一部の難燃性燃料を噴
射させて前記副室内で着火燃焼させる制御を行うことが
できる。

【００１８】また、前記排気ポートから前記シリンダ内
へ還流された排気ガスは、前記シリンダ内で旋回流を発
生させるように流入する。

【００１９】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
周辺に向けて円錐状に噴射され、前記シリンダ内に存在
する旋回流によって拡散混合される。

【００２０】また、このＥＧＲ装置を持つ難燃性燃料を
用いる多気筒エンジンは、前記吸気バルブのカムシャフ
トのカム運動に応答して所定の油圧を発生させる油圧発
生プランジャ、及び前記油圧発生プランジャの発生油圧
に応答して前記ロッカアームを作動させて前記排気バル
ブをリフトさせるバルブリフトプランジャを有し、ＥＧ
Ｒ量を可変制御させる。

【００２１】また、前記油圧発生プランジャは爆発行程
における前記気筒の前記カム運動に応答して油圧を発生
させ、前記バルブリフトプランジャは前記油圧発生プラ
ンジャの発生油圧に応答して作動して前記排気バルブを
開放する。

【００２２】また、爆発行程中に吸気行程になる前記気
筒同志における前記油圧発生プランジャと前記バルブリ
フトプランジャとが油圧路を通じて連通され、前記コン
トローラは、エンジン負荷に応答して前記油圧路に発生
する油圧を調整して前記バルブリフトプランジャのリフ
ト量を制御し、前記気筒へのＥＧＲ用排気ガスの供給量
を調整する。

【００２３】また、このＥＧＲ装置を持つ難燃性燃料を
用いる多気筒エンジンは、設置型のコージェネレーショ
ンエンジンに適用される。

【００２４】このＥＧＲ装置を持つ難燃性燃料を用いる
多気筒エンジンは、上記のように、吸気行程中に排気バ
ルブを開放してＥＧＲを実行し、次いで、シリンダ内へ
の燃料噴霧が行われ、シリンダ内へ燃料噴射ノズルから
燃料を排気ガスを含む吸気の空気流動中に噴射して燃料
を空気流動中に分散させて難燃性燃料の分解を促進し、
着火には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室内へ速い速度で侵入させて副室
内での混合を促進して均一な混合気を生成させ、圧縮行
程終端近傍で副室に設けられた通孔を通して噴射された
燃料を副室内で着火燃焼し、ＮＯ_Xやスモークの生成を
低減させ、燃費を低減できる。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。

【００２５】このＥＧＲ装置を持つ難燃性燃料を用いる
多気筒エンジンは、吸気行程中に排気バルブが開放され
てＥＧＲが行われると、排気ガスが熱ピンチ効果によっ
て竜巻と同様に排気ガスの旋回流となって燃焼室の中央
部へホールドされ、次いで上昇するピストンの中央に形
成されたテーパ状のガイド面を通じて副室へ流入され
る。そこで、副室の中は排気ガスが多くなり、副室内で
ＮＯ_Xの発生が抑制され、副室内で空気と重油の難燃性
燃料との反応が進み、副室内であるので燃焼が抑制さ
れ、更に難燃性燃料が分解されて反応が進み、着火燃焼
が発生し、副室の圧力が上昇して副室から主室へ火炎、
未燃混合気等のガスが噴出され、主室の希薄燃料に燃焼
伝播し、主室での燃焼スピードをアップし、燃焼期間を
短縮して燃焼を完結し、熱効率を向上させる。

【００２６】また、この多気筒エンジンに組み込んだＥ
ＧＲ装置は、排気バルブを利用して排気ポートを通じて
直ちにＥＧＲを実施できるので、タイムラグや排気ガス
温度の低下がなく、難燃性燃料を迅速に分解させること
ができ、難燃性燃料を着火燃焼し易くする。しかも、排
気ガスのシリンダへの流入は、吸気行程においてシリン
ダ中心軸に対してシリンダ周辺との距離が小さい領域で
は還流する排気ガスが熱ピンチ効果によって旋回流とな
って吸気との混合を促進することになり、次いで、圧縮
行程時に、シリンダ内の排気ガスを含む混合気の圧縮に
伴って渦巻き状になって連絡口やノズル挿入孔を通じて
副室へ侵入し、副室で高温混合気が充満し、そこで燃料
噴射ノズルから着火用燃料を副室に噴射すると、容易に
着火燃焼し、副室から連絡口を通じて主室へ火炎、未燃
混合気等のガスが噴出し、主室での燃焼期間を短縮して
燃焼を完結する。

【００２７】また、吸気バルブを開閉させるカムシャフ
トのカムが吸気バルブの弁開度最大値と全く逆側に１８
０°ずれている行程は爆発行程の期間であり、その時の
カムを利用して、爆発行程中の吸気バルブを開閉する動
弁機構のカムシャフトのカム運動によって油圧発生プラ
ンジャを押し上げて駆動し、油圧を負荷して油圧源とし
て油圧信号を発生させ、該油圧信号に基づいて吸気行程
中の他の気筒の排気バルブを開放させ、排気ポートから
排気ガスを気筒内に還流させてＥＧＲを実行することが
でき、ＮＯ_X、ＨＣ、スート等の発生を低減できる。

【００２８】この多気筒エンジンのＥＧＲ装置を用いれ
ば、ＥＧＲのタイムラグが発生せず、ＥＧＲの応答性が
良好になり、装置自体が大型にならずにコンパクトに構
成でき、しかも、負荷の条件に応じて油圧を制御するの
みでＥＧＲ量を容易に調整でき、適正なＥＧＲ量を実施
できる。例えば、エンジンの高負荷時には、コントロー
ラの指令で油圧を下げて、バルブリフトプランジャの押
し下げ力を小さくし、排気バルブの押し下げ量を小さく
してＥＧＲ量を適正量に制御し、また、エンジンの部分
負荷時には、コントローラの指令で油圧を上げて、バル
ブリフトプランジャの押し下げ力を大きくし、排気バル
ブの押し下げ量を大きくして、排気バルブの押し下げ量
を大きくしてＥＧＲ量を適正量に制御する。

【００２９】即ち、エンジンに対してＥＧＲを実行して
ＥＧＲ量を多くすれば、ＮＯ_X、ＨＣ、スート等のパテ
ィキュレートの発生は少なくなるが、所定のＥＧＲ量で
は、ＮＯ_Xの発生とスート等のパティキュレートの発生
とは相反する関係にある。そこで、ＮＯ_Xとパティキュ
レートとの発生を低減させるために、ＥＧＲ量を適正に
決定する方法として、ＮＯ_Xの発生を規制の範囲内の所
定値に維持するように設定し、パティキュレートの発生
を低減させるように、適正なＥＧＲ量を決定すれば、パ
ティキュレートの発生を所定量以下に低減させることが
できる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
による多気筒エンジンのＥＧＲ装置の一実施例を説明す
る。図１はこの発明による多気筒エンジンのＥＧＲ装置
の一実施例を示す説明図、図２は吸排気ポートとピスト
ンとの関係を説明する説明図、図３は多気筒エンジンの
作動サイクルを示す説明図、図４は多気筒エンジンの油
圧回路を示す説明図、及び図５は図４の油圧回路に設け
たアクチュエータの制御装置を示す説明図である。

【００３１】この多気筒エンジンは、カムシャフト２
１，２２とそのカム４１，４２によって揺動作動するロ
ッカアーム２３，２４を有する動弁機構を有する吸気行
程、圧縮行程、爆発行程及び排気行程で一サイクルを行
うものである。この多気筒エンジンは、シリンダブロッ
ク６に固定したシリンダヘッド５、シリンダブロック６
に形成した孔部に配置されたシリンダ１０を構成するシ
リンダライナ１４、シリンダヘッド５に形成されたキャ
ビティ１３に配置された主室４を形成する燃焼室部材１
５、及びシリンダ１０内を往復運動するピストン７を有
している。シリンダヘッド５及び燃焼室部材１５には排
気ポート１１，１６と吸気ポート１２，１７が形成さ
れ、排気ポート１６には排気バルブ８が配置され、ま
た、吸気ポート１７には吸気バルブ９が配置されてい
る。シリンダヘッド５に形成した排気ポート１１は、例
えば、排気マニホルドを通じてターボチャージャのター
ビンに連結されている。シリンダヘッド５に形成した吸
気ポート１２は、例えば、吸気マニホルドを通じてター
ボチャージャのコンプレッサに連結されている。

【００３２】燃焼室部材１５は、シリンダヘッド５のキ
ャビティ１３との間に遮熱空気層５１を形成するよう
に、ガスケット３７を介在してキャビティ１３内に配置
されている。燃焼室部材１５は、シリンダ１０の一部を
形成するライナ上部３５と、ライナ上部３５に一体構造
に形成され且つ吸排気ポート１６，１７が形成されてい
るヘッド下面部４７から構成されている。燃焼室部材１
５のヘッド下面部４７のシリンダ中央には貫通孔１９が
形成されている。貫通孔１９には、主室４に噴孔を開口
する燃料噴射ノズル１８が挿入されている。

【００３３】ピストン７は、セラミックスや耐熱合金等
の耐熱材から成るピストンヘッド４９とＡｌ合金等の金
属から成るピストンスカート３６から構成されている。
ピストンヘッド４９は、ピストンスカート３６に形成さ
れたキャビティ３８との間に遮熱空気層３９を形成する
ように、ガスケット４８を介在してキャビティ３８内に
配置されている。ピストンヘッド４９には、その中央に
副室２０が形成されている。ピストンヘッド４９のピス
トン頂部４０には、副室２０と主室４とを連通する連絡
口３４とピストン上死点近傍で副室２０内に燃料噴射ノ
ズル１８が突入できるノズル挿入孔３３が形成されてい
る。ピストン７の頂部４０に形成されたノズル挿入孔３
３は、その入口側が拡開テーパ面５２に形成され、圧縮
行程において主室４から吸気及び排気ガスと難燃性燃料
との混合気が拡開テーパ面５２に案内されて副室２０に
スムースに流入することができる。

【００３４】この多気筒エンジンでは、吸排気バルブ
８，９は、カムシャフト２１，２２、ロッカアーム２
３，２４及びタッペト２５を有する動弁機構によって開
閉作動される。ロッカアーム２３，２４は、シリンダヘ
ッド５に螺入してナット２８で固定されたスタッド２７
によって枢支されている。スタッド２７にはアジャスタ
２６が設けられ、アジャスタ２６によってロッカアーム
２３，２４の揺動領域が調整される。カムシャフト２
１，２２の回転運動によってカムシャフト２１，２２に
設けたカム４１，４２がロッカアーム２３，２４を押し
下げ、ロッカアーム２３，２４は揺動する。ロッカアー
ム２３，２４の下方への運動はタッペト２５を介して吸
排気バルブ８，９をリフトさせる。

【００３５】このＥＧＲ装置は、上記多気筒エンジンに
おいて、吸気側の動弁機構における吸気バルブ９のカム
シャフト２２のカム４２の運動に応答して、所定の油圧
を発生させる油圧発生プランジャ２を設けると共に、ま
た、油圧発生プランジャ２の発生油圧に応答して排気側
の動弁機能におけるロッカアーム２３を作動させて排気
バルブ８をリフトさせるバルブリフトプランジャ１を設
けたものである。吸気行程において、吸気バルブ９が開
放すると、排気ポート１１，１６に存在する排気ガスが
主室４に還流し、ＥＧＲが行われることになる。この実
施例では、油圧発生プランジャ２とバルブリフトプラン
ジャ１は、同様の構造を有しており、ケーシング４５、
ケーシング４５内に形成され且つ油圧路２９，３０がそ
れぞれ連通する油圧室４３、及びケーシング４５内に配
置され且つ油圧室４３の油圧によって出入する作動ピス
トン４４から構成されている。

【００３６】このＥＧＲ装置は、油圧信号に基づいて吸
気行程の気筒の排気バルブ８を開放させ、排気ポート１
１，１６から排気ガスを気筒内に還流（ＥＧＲ）させ
て、ＮＯ_Xの発生を低減するものであり、爆発行程中に
吸気行程になる気筒同志における油圧発生プランジャ２
とバルブリフトプランジャ１とが油圧路２９，３０及び
油圧調整室３１を通じて連通されている。油圧路２９
は、油圧調整室３１と、排気バルブ８のロッカアーム２
３に対向して設けられた油圧発生プランジャ２とを連通
している。油圧路３０は、油圧調整室３１と、吸気バル
ブ９のカムシャフト２２に対向して設けられたバルブリ
フトプランジャ１とを連通している。油圧調整室３１に
は、その内部の油圧を調整する油圧調整ピストン５０が
設けられている。油圧調整ピストン５０は、コントロー
ラ３の指令でアクチュエータ３Ａによって作動される。

【００３７】このＥＧＲ装置では、コントローラ３に
は、負荷センサ３２及び回転センサ４６からの検出信号
が入力される。エンジン負荷は、負荷センサ３２によっ
て燃料噴射ポンプ又は燃料供給装置の燃料流量を測定す
ることによって検出できる。また、重点的に所定の回転
数で排気ガスを低減できれば、効果的に排気ガスを低減
できる場合には回転センサ４６に応答してＥＧＲ量を決
定することもできる。コントローラ３は、エンジン負荷
に応答して油圧路２９，３０に発生する油圧を調整して
バルブリフトプランジャ１のリフト量を制御し、吸気行
程中の気筒へのＥＧＲ用排気ガスの供給量を調整するよ
うに設定されている。即ち、油圧調整室３１内の油圧
は、コントローラ３の指令でアクチュエータ３Ａの油圧
調整ピストン５０によって調整される。コントローラ３
は、上記のように、エンジン負荷やエンジン回転等の検
出信号に応答してＥＧＲのための排気バルブ８のリフト
量を決定することができる。例えば、エンジンの部分負
荷時には、ＥＧＲを多量に実施するため、排気バルブ８
のリフト量を大きくするため、バルブリフトプランジャ
１への油圧を高くし、バルブリフトプランジャ１による
ロッカアーム２３の押し下げ量を大きくする。また、エ
ンジンの全負荷（高負荷）時には、ＥＧＲを少量だけ実
施するため、排気バルブ８のリフト量を変更して小さく
するため、バルブリフトプランジャ１への油圧を低く
し、バルブリフトプランジャ１によるロッカアーム２３
の押し下げ量を小さくする。

【００３８】このＥＧＲ装置では、吸気行程で所定の気
筒の吸気バルブ９がカムシャフト２２のカム４２によっ
てロッカアーム２４を下方へ揺動させて開放する場合
に、爆発行程になっている他の気筒が存在し、その爆発
行程では、吸気バルブ９のカムシャフト２２のカム４２
はロッカアーム２４に作用せずにフリーになっている。
そこで、フリー状態のカムシャフト２２のカム４２を利
用して油圧発生プランジャ２を駆動して油圧を発生させ
ることができる。油圧発生プランジャ２で発生した油圧
は、油圧路３０を通じてアクチュエータ３Ａによって調
整され、その調整された油圧は油圧路２９を通じて吸気
行程中の排気バルブ８の動弁機構のロッカアーム２３を
作動させるバルブリフトプランジャ１に作用し、バルブ
リフトプランジャ１を駆動して吸気行程中の排気バルブ
８をリフトさせる。排気バルブ８がリフトすれば、排気
ポート１１，１６に存在する排気ガスが主室４へ逆流し
てＥＧＲが実行される。

【００３９】図３、図４及び図５を参照して、このＥＧ
Ｒ装置を多気筒エンジンとして６気筒エンジンに適用し
た一実施例について説明する。６気筒エンジンでは、第
１気筒、第５気筒、第３気筒、第６気筒、第２気筒、第
４気筒の順で爆発行程が実行されるものであり、所定の
気筒が吸気行程である時に、爆発行程になる他の気筒と
の組み合わせは、第１気筒と第６気筒、第２気筒と第５
気筒、及び第３気筒と第４気筒が対に構成されることに
なる。

【００４０】又は、図６を参照して、このＥＧＲ装置を
多気筒エンジンとして６気筒エンジンに適用した別の実
施例について説明する。図６に示すように、ＥＧＲ装置
を多気筒エンジンとして１気筒に吸排気バルブを１個ず
つ有する６気筒エンジンにも適用することができる。そ
の場合には、多気筒エンジンにおける上記の気筒の順で
爆発行程が実行される場合に、所定の気筒が吸気行程で
ある時に、爆発行程になる他の気筒との組み合わせは、
上記と同様に構成することによってＥＧＲを達成するこ
とができる。

【００４１】或いは、図示していないが、このＥＧＲ装
置を多気筒エンジンとして４気筒エンジンに適用するこ
ともできる。４気筒エンジンでは、第１気筒、第３気
筒、第４気筒、第２気筒の順で爆発行程が実行されるも
のであり、所定の気筒が吸気行程である時に、爆発行程
になる他の気筒との組み合わせは、第１気筒と第４気
筒、及び第２気筒と第３気筒が対に構成されることにな
る。

【００４２】

【発明の効果】この発明によるＥＧＲ装置を持つ難燃性
燃料を用いる多気筒エンジンは、上記のように構成され
ているので、極めて構造が簡単であり、容易に且つ確実
にＥＧＲを実行することができ、ＥＧＲの実施によって
難燃性燃料の分解を促進し、良好に着火燃焼させること
ができ、ＮＯ_X、ＨＣやスートの発生を低減でき、安価
な重油等の難燃性燃料を使用でき、燃費を低減できる。
しかも、この多気筒エンジンは、ＥＧＲ装置におけるエ
ンジン負荷に応じてバルブリフトプランジャの油圧を調
整でき、排気バルブのリフト量をコントロールでき、Ｅ
ＧＲ量を容易に調整して適正なＥＧＲを行うことができ
る。

【００４３】また、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難燃性
燃料を噴霧することによって、主室内で重油等の難燃性
燃料が均一に拡散して分散され、主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
死点近傍で主室から連絡孔を通じて副室内に侵入する混
合気が着火用燃料の噴射によって確実に着火燃焼され、
ＮＯ_Xの生成を抑制して燃焼される。次いで、膨張行程
では、前記主室内には均一混合気が既に生成されている
ので、副室から主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室内に不均一な火炎が発生せず、
前記主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ＮＯ_Xの発生が抑制され、
燃焼を短期に完結する。

【００４４】また、ピストンに形成された副室内に圧縮
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。この
難燃性燃料を用いる多気筒エンジンは、上記のように、
安価な重油等の難燃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、ＮＯ_X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】この発明による多気筒エンジンのＥＧＲ装置の
一実施例を示す概略断面図である。

【図２】吸排気ポートとピストンとの関係を説明する説
明図である。

【図３】多気筒エンジンの作動サイクルを示す説明図で
ある。

【図４】多気筒エンジンの油圧回路の一実施例を示す説
明図である。

【図５】図４の油圧回路に設けたアクチュエータの制御
装置を示す説明図である。

【図６】多気筒エンジンの油圧回路の別の実施例を示す
説明図である。

【符号の説明】

１バルブリフトプランジャ２油圧発生プランジャ３コントローラ３Ａアクチュエータ４主室５シリンダヘッド６シリンダブロック７ピストン８排気バルブ９吸気バルブ１０シリンダ１１，１６排気ポート１２，１７吸気ポート１５燃焼室部材１８燃料噴射ノズル２０副室２１，２２カムシャフト２３，２４ロッカアーム２９，３０油圧路４１，４２カム５２拡開テーパ面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０２Ｇ 5/00 Ｆ０２Ｇ 5/00 ＺＦ０２Ｍ 25/07 ５１０Ｆ０２Ｍ 25/07 ５１０Ｂ５８０５８０Ｃ 61/14 ３１０ 61/14 ３１０Ｄ 61/18 ３６０ 61/18 ３６０Ｊ

Claims

【特許請求の範囲】

【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
主室を構成する燃焼室部材、前記シリンダ内を往復動す
る副室を構成し且つ前記主室と前記副室とを連通する連
絡孔を形成したピストン、前記シリンダヘッドに配置さ
れた燃料を噴射する燃料噴射ノズル、及び動弁機構によ
って吸気行程、圧縮行程、爆発行程及び排気行程で一サ
イクルを行う多気筒エンジンにおいて、吸気行程中に前
記排気バルブを開放して排気ガスを前記気筒内に還流さ
せると共に、遅くとも圧縮行程前半に前記燃料噴射ノズ
ルから燃料を前記主室に噴射させることから成ることを
特徴とするＥＧＲ装置を持つ難燃性燃料を用いる多気筒
エンジン。
【請求項２】前記ピストンの頂部に形成したノズル挿
入孔の入口側を混合気の流入ガイドとなるように拡開テ
ーパ面に形成し、前記燃料噴射ノズルはピストン上死点
近傍で前記ノズル挿入孔を通じて前記副室に突入し、圧
縮行程終端において一部の難燃性燃料を噴射させて前記
副室内で着火燃焼させる制御を行うことができることを
特徴とする請求項１に記載のＥＧＲ装置を持つ難燃性燃
料を用いる多気筒エンジン。
【請求項３】前記排気ポートから前記シリンダ内へ還
流された排気ガスは前記シリンダ内で旋回流を発生させ
るように流入することを特徴とする請求項１又は２に記
載のＥＧＲ装置を持つ難燃性燃料を用いる多気筒エンジ
ン。
【請求項４】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
に向けて円錐状に噴射され、前記シリンダ内に存在する
旋回流によって拡散混合されることを特徴とする請求項
１〜３のいずれか１項に記載のＥＧＲ装置を持つ難燃性
燃料を用いる多気筒エンジン。
【請求項５】前記吸気バルブのカムシャフトのカム運
動に応答して所定の油圧を発生させる油圧発生プランジ
ャ、及び前記油圧発生プランジャの発生油圧に応答して
前記動弁機構のロッカアームを作動させて前記排気バル
ブをリフトさせるバルブリフトプランジャを有し、ＥＧ
Ｒ量を可変制御させることを特徴とする請求項１〜４の
いずれか１項に記載のＥＧＲ装置を持つ難燃性燃料を用
いる多気筒エンジン。
【請求項６】前記油圧発生プランジャは爆発行程にお
ける前記気筒の前記カム運動に応答して油圧を発生さ
せ、前記バルブリフトプランジャは前記油圧発生プラン
ジャの発生油圧に応答して作動して前記排気バルブを開
放することを特徴とする請求項５に記載のＥＧＲ装置を
持つ難燃性燃料を用いる多気筒エンジン。
【請求項７】爆発行程中に吸気行程になる前記気筒同
志における前記油圧発生プランジャと前記バルブリフト
プランジャとが油圧路を通じて連通され、前記コントロ
ーラは、エンジン負荷に応答して前記油圧路に発生する
油圧を調整して前記バルブリフトプランジャのリフト量
を制御し、前記気筒へのＥＧＲ用排気ガスの供給量を調
整することを特徴とする請求項５又は６に記載のＥＧＲ
装置を持つ難燃性燃料を用いる多気筒エンジン。
【請求項８】設置型のコージェネレーションエンジン
に適用されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか
１項に記載のＥＧＲ装置を持つ難燃性燃料を用いる多気
筒エンジン。