JPH10122115A - 低セタン価エンジンの燃焼装置 - Google Patents

低セタン価エンジンの燃焼装置

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JPH10122115A
JPH10122115A JP29722396A JP29722396A JPH10122115A JP H10122115 A JPH10122115 A JP H10122115A JP 29722396 A JP29722396 A JP 29722396A JP 29722396 A JP29722396 A JP 29722396A JP H10122115 A JPH10122115 A JP H10122115A
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atomization
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紀康 稲永
Hirokazu Akagawa
裕和 赤川
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02PIGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P23/00Other ignition
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 大型エンジンのように点火点の多いエンジン
においても、自由に点火点を選定可能として、確実な着
火と高い燃焼性能が得られ、かつ装置コストが低減され
た低セタン価燃料エンジンの燃焼装置を提供する。 【解決手段】 メタノール燃料等の低セタン価の燃料を
使用するエンジンにおいて、燃料噴射弁と噴射燃料に点
火するための標的流体を噴射する標的噴射弁とを、燃料
噴射方向と標的流体の噴射方向とが交叉するように設置
し、前記燃料の噴霧と標的流体の噴霧との交叉部近傍域
にレーザ光を照射するパルスレーザ装置を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は低セタン価燃料を使
用するエンジンにおいて、着火燃焼を促進するための燃
焼装置に関する。
【0002】
【従来の技術】シリンダ内に噴射された燃料噴霧にレー
ザを直接照射して着火させるレーザ着火燃焼装置は、比
較的小型のエンジンにおいて種々提案されている。一
方、大型エンジンにおいては、燃焼室が径方向に拡いた
め、上記のような、燃料噴霧に直接にレーザを照射する
方式では、着火の安定性を図るため、多くの点火点を設
定してここにレーザを照射する必要がある。
【0003】かかる大型エンジンにおいて、低セタン価
燃料を使用するエンジンの着火、燃焼装置のうち、グロ
ープラグを使用した装置の従来技術の一例を図4に示
す。図4において、Yはシリンダライナ、Xはピスト
ン、Uはシリンダヘッド、Wは排気弁、Aは該シリンダ
ヘッドU、シリンダライナY及びピストン上面によって
形成された主燃焼室である。17、18は前記主燃焼室
Aに低セタン価燃料を噴射する主燃料噴射弁であり、排
気弁Wを隔てて対をなして設けられている。
【0004】B1及びB2は、前記主燃焼室Aの両側部
のシリンダライナYの上端とシリンダヘッドUの下端と
の間に形成された副燃焼室である。該各副燃焼室B1及
びB2には、ここに点火用燃料を噴射する副燃料噴射弁
11、12及び該副燃料噴射弁11、12からの点火用
燃料噴霧C、Dに点火するためのグロープラグ13及び
14が設けられている。15、16は前記各副燃焼室B
1、B2と主燃焼室Aとを連通する噴口部である。
【0005】かかる大型エンジンの運転時において、副
燃料弁11、12によって、副燃焼室B1、B2に噴射
された点火用燃料噴霧C、Dは、グロープラグ13、1
4からの火花によって点火し、燃焼する。この燃焼炎は
噴口部15、16から主燃焼室Aに噴出され、該主燃焼
室Aに主燃料噴射弁17、18から噴射された燃料噴霧
Z1〜Z3に接触し、着火燃焼される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】然るに、前記のように
大型エンジンにおいては、燃焼室Aが大きいため、複数
の点火点が必要となるうえ、出力によって燃料噴霧の状
況が変わり、着火に不安定性が残り、また点火点の位置
によってその後の燃焼状況が変わるという課題を抱えて
いる。
【0007】かかる大型エンジンにおいて、レーザを着
火促進手段として使用する場合は、上記のような課題を
抱えているため、安定した着火と燃焼性能を得るのは困
難な面がある。また、図4に示す従来技術のように、グ
ロープラグ13、14を使用する手段においては、着火
促進装置の構造が複雑となるとともに高コストとなる。
【0008】本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、大
型エンジンのように点火点の多いエンジンにおいても、
自由に点火点を選定可能として、確実な着火と高い燃焼
性能が得られ、かつ装置コストが低減された低セタン価
燃料エンジンの燃焼装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明はかかる課題する
ために、メタノール燃料等の低セタン価の燃料を使用す
るエンジンにおいて、燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴
射弁と該燃料に点火するための標的流体を噴射する標的
噴射弁とを、前記燃料噴射弁からの燃料噴射方向と標的
噴射弁からの標的流体の噴射方向とが交叉するように設
置し、前記燃料の噴霧と標的流体の噴霧との交叉部近傍
域にレーザ光を照射するパルスレーザ装置を備えたこと
を特徴とする低セタン価燃料エンジンの燃焼装置を提案
する。
【0010】かかる発明によれば、燃料噴射弁から燃焼
室内に噴射された燃料噴霧に対し、該燃料の噴射よりも
一定期間遅らせて標的噴射弁より水等の標的流体を燃料
噴霧と交叉する方向に噴射する。そして、前記2つの噴
霧の交叉部近傍域に向けてパルスレーザ装置により、レ
ーザ光を照射する。これによって、標的噴霧のプラズマ
が発生し、これを着火源として燃料噴霧が着火し、燃焼
が促進される。
【0011】かかる作用により、大型エンジンのように
燃焼室が広く、点火点が多いエンジンにおいても、燃料
噴霧と標的噴霧とを交叉させ、この交叉部にレーザ光を
照射して標的噴霧にプラズマを発生させ、これを核にし
て着火燃焼を促進するので、燃焼室内でくまなく良好な
着火が得られることとなり、点火点(着火ポイント)の
選定が自由にでき、燃焼性能が安定したエンジンを得る
ことができる。
【0012】また、図4に示す従来のグロープラグによ
る着火促進エンジン等に較べて装置コストも低減され
る。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例
に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相
対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この発
明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例
にすぎない。
【0014】図1は本発明の実施形態に係る低セタン価
燃料を使用する内燃機関の燃焼装置の平面配置図を示
す。図1において、1はメタノール等の低セタン価燃料
を燃焼室7内に噴射する燃料噴射弁、2は水等の標的流
体を燃焼室7内に噴射する標的噴射弁で、双方の噴射弁
1、2は、シリンダライナ6の略燃焼室7の中心に関し
て、対向する位置に各1個設けられている。また、3は
シリンダライナ6のシリンダ中心を挟んで対向する位置
に設けられたパルスレーザ装置である。尚、前記燃料噴
射弁1、標的噴射弁2及びパルスレーザ装置3は、シリ
ンダヘッドに設けることもできる。
【0015】4は前記燃料噴射弁1へ、低セタン価燃料
を、その噴射時期、噴射期間を制御して、燃料噴射管4
Aを介して送給する燃料噴射装置、5は前記標的噴射弁
へ、水等の標的流体を、その噴射時期、噴射期間を制御
して、標的噴射管5Aを介して送給する標的噴射装置で
ある。
【0016】前記燃料噴射弁1と標的噴射弁2は、該燃
料噴射弁1からの燃料の噴射方向と標的噴射弁2からの
標的流体の噴射方向とが交叉するように対をなして、図
1のように2組あるいは1組あるいは3組以上の複数組
設けられている。そして、前記各パルスレーザ装置3
は、前記燃料噴射弁1からの燃料噴霧1Aと標的噴射弁
2からの標的流体噴霧2Aとの交叉部近傍域に向けてレ
ーザ光3Aを照射するように配置されている。
【0017】尚、このパルスレーザ装置3は前記燃料噴
射弁1及び標的噴射弁2と同数設けられる。前記燃料噴
射装置4及び標的噴射装置5はエンジンのクランク角に
同期して作動し、設定された噴射時期及び噴射期間で以
って、前記燃料噴射弁1及び標的噴射弁2に燃料及び標
的流体を送給するようになっている。
【0018】かかる構成を備えたエンジンの燃料装置の
動作について説明する。燃料噴射装置4により、適当な
噴射時期及び噴射期間で以って燃料噴射弁1に送られた
燃料は該燃料噴射弁1から燃焼室7内に噴射される。
【0019】この燃料噴霧1Aに対し、標的となる粒子
の蒸発による消滅を防止するため、前記燃料の噴射より
も一定期間タイミングを遅らせて、標的噴射装置5から
標的噴射弁2に水等の標的流体が送られ、該標的噴射弁
2から前記燃料噴霧に交叉する方向に標的流体が噴射さ
れる。
【0020】そして、前記燃料噴霧1Aと標的流体噴霧
2Aとの交叉部の近傍に向けて、パルスレーザ装置3か
らレーザ光3Aが照射される。これによって、標的噴霧
2Aのプラズマが発生せしめられ、これを着火源として
燃料噴霧1Aが着火し、燃焼せしめられる。
【0021】前記燃料噴霧1Aはエンジン負荷の大きさ
により、その量及び粒子径等が変化するが、標的噴霧2
Aは負荷の大小に拘らず、燃料の着火に最適なようにコ
ントロールされる。
【0022】次に前記燃料及び標的流体の噴射システム
の詳細について説明する。高温高圧ガス中に噴射された
低セタン価燃料の燃料噴霧1Aにパルスレーザ3Aを照
射した場合の着火原理は次のとおりである。即ち、高エ
ネルギーのレーザ光3Aをパルス化して電気的絶縁物で
ある燃料噴霧粒子1Aに照射すると、照射ポイントの燃
料噴霧粒子が絶縁破壊され、高速で多数の電子が放出さ
れる。これらの電子は、雰囲気ガスの分子に次々に衝突
し、ガス分子からも多量の電子が放出され、プラズマを
発生する。このプラズマの高温の熱エネルギーが燃料粒
子1Aまわりの燃料蒸気を着火させる。
【0023】このため、このプラズマ発生の鍵となる標
的粒子2Aの存在が肝要となる。そこで、低セタン価の
メタノール燃料を例にしたレーザ着火の実験データを示
したのが図2、図3である。図2は着火確率、図3は性
能データを示し、両図ともメタノール噴霧内の空気過剰
率(λ)を横軸に採っている。図2より、着火確率10
0%を得るに必要なレーザ光3Aの照射ポイントの空気
過剰率(λ)は大略1<λ<2である。
【0024】一方、図3より熱効率は、λ≒2近傍で最
高値を示し、その後、急激に悪化している。これは、λ
>2ではメタノール燃料粒子の蒸発が進むため、レーザ
の標的となる燃料粒子の数が減少し、プラズマ発生が困
難となり、ミスファイアを生じるためである。これは図
2に示す着火確率の低下と対応していることからも明ら
かである。一方、NOxはλ>2に最低値を持つ傾向が
確認される。エンジンの熱効率とNOx及び着火確率と
を良好にするには、レーザ光3Aの標的となる粒子を燃
料粒子1Aとはしないで、独立させた標的粒子専用の噴
霧を形成させれば良い。
【0025】このように、燃料噴霧1Aと標的噴霧2A
とを分けると、λ>2領域に対し、標的噴霧2Aを供給
すれば、高い着火確率の保持と熱効率の改善が可能とな
る。この実施形態では燃料噴霧1Aのλ≒2近傍位置に
標的噴霧2Aを交叉させるようにし、かつ、そのポイン
トにレーザ光3Aを照射させる。
【0026】このため、燃料噴射弁1とは別個に、レー
ザ光3Aの標的となる専用の噴射弁つまり標的噴射弁を
設けて、燃料噴霧1Aのλ(空気過剰率)が2近傍付近
において、標的噴射弁2から標的となる粒子(例えば
水)を噴射する。これにレーザ光3Aを照射すると、プ
ラズマが発生して、燃料噴霧1Aに着火し、効率よく燃
焼せしめることができる。
【0027】
【発明の効果】以上の記載のごとく、本発明によれば、
燃料噴霧と標的噴霧とを交叉させ、この交叉部にレーザ
光を照射して、標的噴霧にプラズマを発生させ、これを
核にして、着火燃焼を促進するので、燃焼室内でくまな
く良好な着火が得られることとなり、点火点(着火ポイ
ント)の選定が自由にでき、燃焼性能が安定したエンジ
ンを得ることができる。
【0028】これにより、大型エンジンのように燃焼室
が広く点火点が多いエンジンにおいても、各点火点を最
適位置に選定することにより、良好な着火性が得られ、
燃焼性能を向上することができる。
【0029】また、従来のグロープラグによる着火促進
エンジン等に較べて、装置コストも低減される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る低セタン価エンジンの
燃焼装置の平面配置図である。
【図2】本発明の実施形態における性能線図(その1)
である。
【図3】本発明の実施形態における性能線図(その2)
である。
【図4】従来の燃焼装置を示す縦断面図である。
【符号の説明】
1 燃料噴射弁 1A 燃料噴霧 2 標的噴射弁 2A 標的噴霧 3 パルスレーザ装置 3A レーザ光 4 燃料噴射装置 5 標的噴射装置 6 シリンダライナ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 メタノール燃料等の低セタン価の燃料を
    使用するエンジンにおいて、 燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と該燃料に点火す
    るための標的流体を噴射する標的噴射弁とを、前記燃料
    噴射弁からの燃料噴射方向と標的噴射弁からの標的流体
    の噴射方向とが交叉するように設置し、前記燃料の噴霧
    と標的流体の噴霧との交叉部近傍域にレーザ光を照射す
    るパルスレーザ装置を備えたことを特徴とするエンジン
    の燃焼装置。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB2376984A (en) * 2001-06-26 2002-12-31 Kevin Frank Medcalf CPU-controlled pulsed laser ignition system
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