JPS60184923A - 水噴射式断熱セラミツクデイ−ゼルエンジン - Google Patents

水噴射式断熱セラミツクデイ−ゼルエンジン

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JPS60184923A
JPS60184923A JP59039527A JP3952784A JPS60184923A JP S60184923 A JPS60184923 A JP S60184923A JP 59039527 A JP59039527 A JP 59039527A JP 3952784 A JP3952784 A JP 3952784A JP S60184923 A JPS60184923 A JP S60184923A
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義明 日高
Haruo Horinouchi
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はディーゼルエンジンに関し、特にそのシリンダ
ヘッド、シリンダライナ及びピストン夫々のセラミック
部材によって燃焼室を断熱構造とし、当該燃焼室に水を
噴射する装置を具備せしめた水噴射式断熱セラミックデ
ィーゼルエンジンに関する。
一般に断熱エンジンにおいて、その燃焼室周りの断熱度
を高めていくと、燃焼ガス温度及び排気ガス温度が追従
して上昇して行く。この断熱構造において生じた有効エ
ネルギの増大分に対してロングストローク構造のエンジ
ンによって有効出力に転換し出力の増大を図るロングス
トロークエンジンが開発されているが、エンジン高さや
エンジン回転数の制約条件によって増大エネルギが充分
活用されるだけロングストロークがとれず排気ガスの温
度上昇分として排よされていた。又燃焼ガス温度の上昇
は燃焼室壁の温度上昇をまねき吸入効率を低下させ、エ
ンジン性能を悪化させる要因ともなっている。この排気
ガスに排水されているエネルギに対してはターボチャー
ジャやターボコンパウンドシステムによって回収しよう
と試みられているが、特に自動車用エンジンにおいては
ターボチャージャの大きさの制約により充分回収しきれ
ずターボチャージャ出口の排気温度は依然として高い状
態である。その点ターボチャージャとそのエネルギ回収
システムとを組合わせたターボコンパウンドシステムは
エネルギ回収効率が優れてはいるが、外形が大きくなる
と共に構造が複雑になりコスト高を招く欠点がある他吸
入効率の低下は依然解決できない状態であった。
本発明は上記事情に鑑み案出されたものであって、シリ
ンダヘッド、シリンダライナ及びピストン夫々の燃焼室
に面した部位のセラミックス製部材によって燃焼室を断
熱構造として燃焼ガス温度を高め且つこの断熱構造の燃
焼室に適時適量の水を噴射することによって噴霧水を蒸
気化し、との蒸気の膨張力を燃焼ガスの膨張力に加担さ
せることによって燃料消費量を低減させ単位燃料当りの
出力を増大させると共に水の蒸気化に伴う気化熱の吸収
によって断熱エンジンの欠点である新気の吸入効率の低
下を補完する簡単な構造の水噴射式断熱セラミックディ
ーゼルエンジンを提供することを目的とする。
本発明の水噴射式断熱セラミックディーゼルエンジンは
、シリンダヘッド、シリンダライナ及びピストン夫々の
少なくとも燃焼室に面した部位のセラミックス製部材に
よって断熱構造の燃焼室を形成し、前記シリンダヘッド
に燃料噴射系と独立した水噴射系よシ高王水の供給を受
け、前記燃焼室に水を噴射する水噴射弁を装着し、当該
水噴射弁の水噴射タイミングと噴射水量とを制御して単
位燃料当りの出力を増大させる水噴射制御装置を具備せ
しめたことを特徴としている。
以下図面によって本発明の実施例を詳細に説明する。
本発明の水噴射式断熱セラミックディーゼルエンジンは
、自動車用ディーゼルエンジン、発電用ディーゼルエン
ジン及び舶用主機関用ディーゼルエンジンに適用出来る
ものであるが、本実施例は自動車用4サイクルデイーゼ
ルエンジンに適用されたものについて述べる。
第1図は本発明に係る自動車用4サイクル水噴射式断熱
セラミックディーゼルエンジンの横断面図、第2図は同
水噴射系の説明図、第3図は本実施例のタイミング線図
である。
本実施例の4ザイクル水噴射式断熱セラミックディーゼ
ルエンジシ100は、シリンダヘッド110の下部構造
を成すセラミックヘッドプレート111とセラミックシ
リンダライナ120とセラミック製ヘッドを有したもし
くは一体型のセラミックピストン130によって断熱構
造の燃焼室140を形成している。シリンダヘッド11
0は前記ヘッドプレート111上に鋳鉄製ヘッド本体1
12を組合わせて構成されており、燃料ポンプ221や
噴射管222等の燃料噴射系220からの軽油燃料を直
接燃焼室140内に噴射する燃料噴射弁113と後述す
る水噴射弁114と新気の吸入を管制する吸気弁(図示
していない)と排気ガスの排気マニホールド150への
排出を管制する排気弁(図示していない)とを装着して
いる。
又、ヘッド本体112上には吸気弁と排気弁を開閉駆動
する動弁装置が塔載されている。シリンダライナ120
は、セラミックスで出来ておりシリンダケース160内
に水密状態に嵌装されて共に冷却水室161を形成した
シリンダブロックを構成している。このシリンダブロッ
クは、オイルパン171によって下方部を密閉したクラ
ンクケース170上にタイロッドによって固定されてい
る。
ピストン13ゐリンダライナ120内に上下摺動自在に
収容されている。ピストン130の上下動は、ピストン
ピン133によって連節されたコネクティングロッド1
35を介してクランクシャフトのクランクピン136に
よって連動される。
内燃機関においてよく使用されるセラミックスとして窒
化珪素、炭化珪素、アルミナ、ジルコニア等がある。水
噴射弁114は広く使用されている燃料噴射弁113と
ほぼ同じ構造になっておシ耐熱、耐蝕鋼より製せられて
いる。噴射水は水噴射系180のリザーバ181よりポ
ンプ182によって吸入され、上昇圧されて高圧水とな
って水噴射弁114に供給される。水噴射制御装置19
0はマイクロコンピュータ又はシーケンス制御回路より
成り、カム軸211よりエンジン回転数が入力され燃料
ポンプ221の燃料供給量を制御する定速型ガバナ20
0より噴射水量を制御する情報にノ を、特定シリンダの上死点を明示したクランクシャフト
出力端137に近接配置されたピックアップ138より
噴射タイミングを制御する情報を、又排気マニホールド
150に装着されたサーモカップル151より水噴射開
始及び終了時点を決める情報を夫々入力し、前記水噴射
系のポンプ182に昇圧開始及び終了を指令する信号と
、前記水噴噴弁114に水噴射タイミングと啓開時間を
制御する指令信号とを出力する。
本発明のディーゼルエンジン100の運転状況について
説明すると、始動時はセルモータ等の外力によってクラ
ックシャフトを回転させ、第5図のタイミング線図に一
例を示した如くに、吸気行程(A)において排気弁が閉
じた状態において吸気弁が開き新気がピストン130の
下降運動によってシリンダライナ120内に吸入され、
次いでピストン130が上昇運動に入ると吸気弁が閉鎖
し排気弁閉鎖の状態で圧縮行程(B)が行われて新気は
断熱状態で圧縮され、圧縮比17〜21において通常約
250℃足温度が上昇する。ピストン130が上死点に
到達する直前に燃料は燃料噴射弁113によって燃焼室
140内に噴霧され、自然着火を起し急檄に燃焼し謁温
高圧の燃焼ガスを発生させその膨張力によってピストン
130を押圧し移動させる。燃焼噴射は、クラックシャ
フトに装着されたクランクギア222によって中間ギア
223及びカムギア228を介して回転駆動されるカム
軸211上のカム225によって作動される燃料ポンプ
221から高圧燃焼の供給を受ける燃料噴噴弁113に
よって行われる。現在は燃料ポンプと燃料噴射弁とを一
体に組合わせオーバーへンドカム例よって作動される型
のものが主流になっているが、原理的にははマ同一であ
る。噴射タイミングはクランクシャフトのクランクビン
136位置に対するカム225位置によって決まってお
シ、噴射燃料量はアクセルペダルよシ必要速度を設定さ
れるガバナ200によって制御され、燃料ポンプ221
の制量ラックを介して制御が行われる。
膨張行程(0)においてピストン130はクランクシャ
フトを回転駆動し、他のシリンダのピストンを回動させ
て行く。膨張行程(0)の中間において行わ守 れる水噴射は暖機運転中燃焼をかえって阻害しエンジン
性能を像上させるため、暖機運転完了時点において排気
温度が所定値に上昇したことをサーモカップル151よ
り検出してから制御装置190からの開始指令によって
開始される。排気弁は膨張行程(0)終了直前に開き、
膨張作用をはソ終えた燃焼ガスの排出を開始し、ピスト
ン130が下死点から上死点に再度上昇す〜る排気行程
[D)の間開状態を保ち燃焼ガスを最大限排出する。各
シリンダはクランクシャフト2回転の間これら4行程(
A) (B)(0) (D)を行い相互に駆動し合うと
共にクランクシャフトの出力端137より有効出力を提
供する。暖機運転が完了すると、制御装置190はポン
プ182を作動させて高圧水を各シリンダの水噴射弁1
14に供給し、各シリンダの膨張行程(0)において最
太燃It圧力のピークを過ぎたクランク角度位置におい
て燃料噴射量に相応した水量を噴射させる一間水噴射弁
114を啓開させる。燃焼室140内に噴霧状に噴射さ
れた水は、膨張中の高温燃焼ガスから気化熱を奪い直ち
に気化して高圧蒸気となり、ピストン130に作用する
平均有効圧力を大幅に増大させる。ちなみに、前記圧縮
比のエンジンが2500rpmの作動時において上死点
後20度において噴射燃料量に対し約10%の水を噴射
させたところ、平均有効圧力において5〜10係の増大
を見、燃料消費率を5〜104低減させ又排気温度も平
均200℃低下させることができた。このことより吸入
効率もはソ水冷ヘッドのエンジン並になり、燃焼室の断
熱化に伴って悪下した吸入効率を補完することができる
以上述べた如く、本発明の水噴射式断熱セラミックディ
ーゼルエンジンによれば、シリンダへラド110、シリ
ンダライナ120及びピストン130夫々の少なくとも
燃焼室140に面した部位のセラミックス製部材111
,120.131 によって断熱構造の燃焼室140を
形成し、冷却損失を減少し燃焼ガス温度を高め、その燃
焼ガス温度の上昇分をシリンダヘッドに装着された水噴
射弁114から噴射された水に吸収させて蒸発させ急膨
張させることによって平均有効圧力を増大させて燃料消
費率を大幅に低減させることができる。
又、同時に燃焼ガス温度の上昇によって悪化した吸入効
率を補完することができ、エンジンの性能向上に大きな
効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る自動車用4サイクル水噴射式断熱
セラミックディーゼルエンジンの横断面図、第2図は同
水噴射系の説明図、第3図は本実施例のタイミング線図
である。 (符号の説明) 100・・・水噴射式断熱セラミックディーゼルエンジ
ン、110・・・シリンダヘッド、111・・・セラミ
ックヘッドプレート、114・・・水噴射弁、120・
・・セラミックシリンダライチ、130・・・ピストン
、140・・・燃焼室、180・・・水噴射系、190
・・・水噴射制御装置、220・・・燃料噴射系。 −以上− 第2図 第3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. シリンダヘッド、シリンダライナ及びピストン夫々の少
    なくとも燃焼室に面した部位のセラミックス製部材によ
    って断熱構造の燃焼室を形成し、前記シリンダヘッドに
    燃料噴射系と独立した@閤−−−銭一一一水噴射系より
    高圧水の供給を受け、前記燃焼室に水を噴射する水噴射
    弁を装着し、当該水噴射弁の水噴射タイミングと噴射水
    量とを制御して単位燃料当りの出力を増大させる水噴射
    制御装置を具備せしめたことを特徴とする水噴射式断熱
    セラミックディーゼルエンジン0
JP59039527A 1984-03-02 1984-03-02 水噴射式断熱セラミツクデイ−ゼルエンジン Expired - Lifetime JPH0759888B2 (ja)

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