渦流室式ディーゼルエンジン
【課題】ＮＯｘを増加させることなく粒子状物質の排出量を低減できるようにする。
【解決手段】主燃焼室４に連通する吸気ポート５及び排気ポート６を有し、主燃焼室４に噴口９を介して連通する渦流室１０を有している渦流室式ディーゼルエンジンであって、渦流室１０に燃料を噴射する主燃料噴射器１１と、吸気ポート５に燃料を噴射する副燃料噴射器１２と、主燃料噴射器１１及び副燃料噴射器１２に供給する燃料の供給量を調節する燃料供給装置１３とを備える。
【解決手段】主燃焼室４に連通する吸気ポート５及び排気ポート６を有し、主燃焼室４に噴口９を介して連通する渦流室１０を有している渦流室式ディーゼルエンジンであって、渦流室１０に燃料を噴射する主燃料噴射器１１と、吸気ポート５に燃料を噴射する副燃料噴射器１２と、主燃料噴射器１１及び副燃料噴射器１２に供給する燃料の供給量を調節する燃料供給装置１３とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は渦流室式ディーゼルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
渦流室式ディーゼルエンジンは、エンジンの主燃焼室に噴口を介して連通した渦流室を備えると共に該渦流室に軽油などの燃料をエンジンの負荷に応じて噴射する燃料噴射器を備えており、エンジンの圧縮行程において噴口より渦流室内に流入する空気により渦流を起こさせ、燃料噴射器より噴射される噴霧燃料と空気との混合を促進させて燃焼気流を形成し、該燃焼気流を主燃焼室に供給するようにした構成を有している。この種の渦流室式ディーゼルエンジンとしては特許文献１がある。
【特許文献１】特開平０９−０８８６０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記渦流室式ディーゼルエンジンでは、渦流室での噴霧燃料と空気との混合が促進することにより、均一に燃焼した燃焼気流を主燃焼室に供給して主燃焼室内の空気と均一に混合することができるので、空気不足が部分的に発生する問題を低減し、気筒内での燃焼不良による黒煙の発生を抑制して粒子状物質の排出量を低減することができる。
【０００４】
しかし、上記従来の渦流室式ディーゼルエンジンにおいても、粒子状物質の排出量は満足できる値まで低減されておらず、更なる粒子状物質の排出量の低減が望まれている。
【０００５】
このため、粒子状物質の排出量を低減するための種々の研究が進められているが、前記したように主燃焼室内の空気と燃焼気流との混合性を高めるようにした場合、燃料が一気に燃焼することによって燃焼温度が上昇し、ＮＯｘの発生量が増加してしまうという問題がある。このように、粒子状物質の排出量とＮＯｘの排出量とは、一方を減らそうとすると他方が増加するというトレードオフの関係にある。
【０００６】
このため、ＮＯｘを増加させることなく、粒子状物質の排出量を低減させることができる渦流室式ディーゼルエンジンの出現が望まれている。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなしたもので、ＮＯｘを増加させることなく粒子状物質の排出量を低減できるようにした渦流室式ディーゼルエンジンを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、主燃焼室に連通する吸気ポート及び排気ポートを有し、前記主燃焼室に噴口を介して連通する渦流室を有している渦流室式ディーゼルエンジンであって、前記渦流室に燃料を噴射する主燃料噴射器と、前記吸気ポートに燃料を噴射する副燃料噴射器と、主燃料噴射器及び副燃料噴射器に供給する燃料の供給量を調節する燃料供給装置とを備えたことを特徴とする渦流室式ディーゼルエンジン、に係るものである。
【０００９】
上記渦流室式ディーゼルエンジンにおいて、前記燃料供給装置が、全燃料量に対して渦流室及び主燃焼室で自着火しない濃度の燃料を副燃料噴射器に供給するようにしていることは好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の渦流室式ディーゼルエンジンによれば、燃料を渦流室に供給すると共に、その一部が吸気ポートの空気に対する当量比が自着火しない範囲の濃度になるように吸気ポートに供給されるようになるので、渦流室内への燃料噴射量が減少し、希薄燃焼するようになる。更に、吸気ポートに供給された燃料は吸気弁開によって空気と共に主燃焼室に吸入され、吸入行程で空気と混合して薄められることにより可燃範囲以下の著しく希薄な混合気となり、この著しく希薄な混合気が圧縮された後、前記渦流室から噴出される火炎と混合されて燃焼することになるため、穏やかな燃焼が行われて燃焼温度の上昇が抑えられるようになり、よって、ＮＯｘを増加させることなく粒子状物質の排出量を低減させることができるという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は本発明の渦流室式ディーゼルエンジンの一例を示す切断正面図であり、上部がシリンダヘッド１により閉塞されたシリンダ２（気筒）内にはピストン３が昇降可能に備えられ、シリンダ２内上部のシリンダヘッド１との間には主燃焼室４が形成されている。前記シリンダヘッド１には主燃焼室４に連通する吸気ポート５と排気ポート６が形成されており、吸気ポート５の主燃焼室４に対する開口部には吸気弁７が設けられ、又、排気ポート６の主燃焼室４に対する開口部には排気弁８が設けられている。
【００１３】
更に、前記シリンダヘッド１には、前記主燃焼室４に噴口９を介して連通した渦流室１０が形成されている。
【００１４】
図１の構成において、前記渦流室１０に主燃料を噴射する主燃料噴射器１１を設けると共に、前記吸気ポート５に副燃料を噴射する副燃料噴射器１２を設け、更に、前記主燃料噴射器１１及び副燃料噴射器１２に対する燃料の供給量を調節する燃料供給装置１３を設ける。
【００１５】
前記燃料供給装置１３は、エンジンの負荷に応じて前燃料量に対して渦流室１０及び主燃焼室４で自着火しない濃度の燃料を副燃料噴射器１２により吸気ポート５に供給するよう調節している。例えば、吸気ポート５の空気に対して当量比０．３以下程度の燃料を副燃料噴射器１２により吸気ポート５に供給し、残りを主燃料噴射器１１により渦流室１０に供給するようしている。
【００１６】
次に、上記図示例の作動を説明する。
【００１７】
図１の渦流室式ディーゼルエンジンにおいては、燃料供給装置１３は、吸気ポート５の空気に対して当量比０．３以下程度の燃料を副燃料噴射器１２により吸気ポート５から噴射し、残りを主燃料噴射器１１により渦流室１０から噴射するように調節する。
【００１８】
この時、前記主燃料噴射器１１による渦流室１０への主燃料の噴射は図２に示すように圧縮行程の上死点（ＴＤＣ）に対して例えば約−３０゜〜０゜の範囲で行われる。これに対し、副燃料噴射器１２により吸気ポート５に供給された副燃料は、吸気弁７が排気行程の上死点に対して例えば約−１０゜〜＋１４０゜の開作動の範囲の時に空気と共に主燃焼室１に吸入される。このように、吸気ポート５に供給される副燃料は、吸気弁７が開作動している時のみ主燃焼室４に供給されるので、副燃料噴射器１２によって吸気ポート５に供給する副燃料の供給のタイミングは任意に選定することができる。ただし、吸気ポート５への燃料の溜まり等の問題を防止する上からは、吸気ポート５に副燃料を供給するタイミングは吸気弁７が開作動している範囲が好ましい。前記副燃料噴射器１２から吸気ポート５に噴射される燃料の噴射量は、吸気ポート５の空気に対して当量比０．３以下程度であるため希薄であり、よって吸気ポート５に噴射された燃料が主燃焼室４及び渦流室１０に導かれても自着火することはない。
【００１９】
上記により、主燃料噴射器１１に全燃料量が供給されることはなく、エンジンの負荷に応じて主燃焼室４に供給される全燃料量の例えば約７０％が主燃料噴射器１１によって渦流室１０に供給されるようになるので、全燃料量を渦流室に供給している従来のエンジンと比較して、渦流室１０内の燃料量が減少し、よって主燃焼室４において空気と混合する燃焼気流が希薄になるため主燃焼室４での燃焼温度が低く抑えられるようになる。
【００２０】
又、副燃料噴射器１２によって吸気ポート５に供給された副燃料は、吸気弁７の開作動時に空気と共に主燃焼室４に吸入されるが、主燃焼室４に吸入された副燃料は吸入行程で空気と十分に混合して薄められることにより著しく希薄な混合気となる。
【００２１】
従って、上記著しく希薄な混合気は圧縮行程で圧縮された後、圧縮行程の上死点（ＴＤＣ）付近で渦流室１０から供給される希薄な燃焼気流と混合して燃焼されることになるため、穏やかに均一燃焼が行われることにより燃焼温度の上昇が押えられるようになる。
【００２２】
このように、燃料と空気の混合が均一に行われて穏やかな均一燃焼によって燃焼温度の上昇が押えられることにより、図３に示すようにＮＯｘの発生量を増加させることなく粒子状物質の排出量をａからｂのように低減させることができるようになる。
【００２３】
尚、本発明の渦流室式ディーゼルエンジンは上記形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明を実施する形態の一例としての渦流室式ディーゼルエンジンの切断正面図である。
【図２】燃料の供給タイミングを示す線図である。
【図３】本発明によりＮＯｘの発生量を増加させることなく粒子状物質の排出量を低減できる効果を示す線図である。
【符号の説明】
【００２５】
４ 主燃焼室
５ 吸気ポート
６ 排気ポート
９ 噴口
１０ 渦流室
１１ 主燃料噴射器
１２ 副燃料噴射器
１３ 燃料供給装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は渦流室式ディーゼルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
渦流室式ディーゼルエンジンは、エンジンの主燃焼室に噴口を介して連通した渦流室を備えると共に該渦流室に軽油などの燃料をエンジンの負荷に応じて噴射する燃料噴射器を備えており、エンジンの圧縮行程において噴口より渦流室内に流入する空気により渦流を起こさせ、燃料噴射器より噴射される噴霧燃料と空気との混合を促進させて燃焼気流を形成し、該燃焼気流を主燃焼室に供給するようにした構成を有している。この種の渦流室式ディーゼルエンジンとしては特許文献１がある。
【特許文献１】特開平０９−０８８６０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記渦流室式ディーゼルエンジンでは、渦流室での噴霧燃料と空気との混合が促進することにより、均一に燃焼した燃焼気流を主燃焼室に供給して主燃焼室内の空気と均一に混合することができるので、空気不足が部分的に発生する問題を低減し、気筒内での燃焼不良による黒煙の発生を抑制して粒子状物質の排出量を低減することができる。
【０００４】
しかし、上記従来の渦流室式ディーゼルエンジンにおいても、粒子状物質の排出量は満足できる値まで低減されておらず、更なる粒子状物質の排出量の低減が望まれている。
【０００５】
このため、粒子状物質の排出量を低減するための種々の研究が進められているが、前記したように主燃焼室内の空気と燃焼気流との混合性を高めるようにした場合、燃料が一気に燃焼することによって燃焼温度が上昇し、ＮＯｘの発生量が増加してしまうという問題がある。このように、粒子状物質の排出量とＮＯｘの排出量とは、一方を減らそうとすると他方が増加するというトレードオフの関係にある。
【０００６】
このため、ＮＯｘを増加させることなく、粒子状物質の排出量を低減させることができる渦流室式ディーゼルエンジンの出現が望まれている。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなしたもので、ＮＯｘを増加させることなく粒子状物質の排出量を低減できるようにした渦流室式ディーゼルエンジンを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、主燃焼室に連通する吸気ポート及び排気ポートを有し、前記主燃焼室に噴口を介して連通する渦流室を有している渦流室式ディーゼルエンジンであって、前記渦流室に燃料を噴射する主燃料噴射器と、前記吸気ポートに燃料を噴射する副燃料噴射器と、主燃料噴射器及び副燃料噴射器に供給する燃料の供給量を調節する燃料供給装置とを備えたことを特徴とする渦流室式ディーゼルエンジン、に係るものである。
【０００９】
上記渦流室式ディーゼルエンジンにおいて、前記燃料供給装置が、全燃料量に対して渦流室及び主燃焼室で自着火しない濃度の燃料を副燃料噴射器に供給するようにしていることは好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の渦流室式ディーゼルエンジンによれば、燃料を渦流室に供給すると共に、その一部が吸気ポートの空気に対する当量比が自着火しない範囲の濃度になるように吸気ポートに供給されるようになるので、渦流室内への燃料噴射量が減少し、希薄燃焼するようになる。更に、吸気ポートに供給された燃料は吸気弁開によって空気と共に主燃焼室に吸入され、吸入行程で空気と混合して薄められることにより可燃範囲以下の著しく希薄な混合気となり、この著しく希薄な混合気が圧縮された後、前記渦流室から噴出される火炎と混合されて燃焼することになるため、穏やかな燃焼が行われて燃焼温度の上昇が抑えられるようになり、よって、ＮＯｘを増加させることなく粒子状物質の排出量を低減させることができるという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は本発明の渦流室式ディーゼルエンジンの一例を示す切断正面図であり、上部がシリンダヘッド１により閉塞されたシリンダ２（気筒）内にはピストン３が昇降可能に備えられ、シリンダ２内上部のシリンダヘッド１との間には主燃焼室４が形成されている。前記シリンダヘッド１には主燃焼室４に連通する吸気ポート５と排気ポート６が形成されており、吸気ポート５の主燃焼室４に対する開口部には吸気弁７が設けられ、又、排気ポート６の主燃焼室４に対する開口部には排気弁８が設けられている。
【００１３】
更に、前記シリンダヘッド１には、前記主燃焼室４に噴口９を介して連通した渦流室１０が形成されている。
【００１４】
図１の構成において、前記渦流室１０に主燃料を噴射する主燃料噴射器１１を設けると共に、前記吸気ポート５に副燃料を噴射する副燃料噴射器１２を設け、更に、前記主燃料噴射器１１及び副燃料噴射器１２に対する燃料の供給量を調節する燃料供給装置１３を設ける。
【００１５】
前記燃料供給装置１３は、エンジンの負荷に応じて前燃料量に対して渦流室１０及び主燃焼室４で自着火しない濃度の燃料を副燃料噴射器１２により吸気ポート５に供給するよう調節している。例えば、吸気ポート５の空気に対して当量比０．３以下程度の燃料を副燃料噴射器１２により吸気ポート５に供給し、残りを主燃料噴射器１１により渦流室１０に供給するようしている。
【００１６】
次に、上記図示例の作動を説明する。
【００１７】
図１の渦流室式ディーゼルエンジンにおいては、燃料供給装置１３は、吸気ポート５の空気に対して当量比０．３以下程度の燃料を副燃料噴射器１２により吸気ポート５から噴射し、残りを主燃料噴射器１１により渦流室１０から噴射するように調節する。
【００１８】
この時、前記主燃料噴射器１１による渦流室１０への主燃料の噴射は図２に示すように圧縮行程の上死点（ＴＤＣ）に対して例えば約−３０゜〜０゜の範囲で行われる。これに対し、副燃料噴射器１２により吸気ポート５に供給された副燃料は、吸気弁７が排気行程の上死点に対して例えば約−１０゜〜＋１４０゜の開作動の範囲の時に空気と共に主燃焼室１に吸入される。このように、吸気ポート５に供給される副燃料は、吸気弁７が開作動している時のみ主燃焼室４に供給されるので、副燃料噴射器１２によって吸気ポート５に供給する副燃料の供給のタイミングは任意に選定することができる。ただし、吸気ポート５への燃料の溜まり等の問題を防止する上からは、吸気ポート５に副燃料を供給するタイミングは吸気弁７が開作動している範囲が好ましい。前記副燃料噴射器１２から吸気ポート５に噴射される燃料の噴射量は、吸気ポート５の空気に対して当量比０．３以下程度であるため希薄であり、よって吸気ポート５に噴射された燃料が主燃焼室４及び渦流室１０に導かれても自着火することはない。
【００１９】
上記により、主燃料噴射器１１に全燃料量が供給されることはなく、エンジンの負荷に応じて主燃焼室４に供給される全燃料量の例えば約７０％が主燃料噴射器１１によって渦流室１０に供給されるようになるので、全燃料量を渦流室に供給している従来のエンジンと比較して、渦流室１０内の燃料量が減少し、よって主燃焼室４において空気と混合する燃焼気流が希薄になるため主燃焼室４での燃焼温度が低く抑えられるようになる。
【００２０】
又、副燃料噴射器１２によって吸気ポート５に供給された副燃料は、吸気弁７の開作動時に空気と共に主燃焼室４に吸入されるが、主燃焼室４に吸入された副燃料は吸入行程で空気と十分に混合して薄められることにより著しく希薄な混合気となる。
【００２１】
従って、上記著しく希薄な混合気は圧縮行程で圧縮された後、圧縮行程の上死点（ＴＤＣ）付近で渦流室１０から供給される希薄な燃焼気流と混合して燃焼されることになるため、穏やかに均一燃焼が行われることにより燃焼温度の上昇が押えられるようになる。
【００２２】
このように、燃料と空気の混合が均一に行われて穏やかな均一燃焼によって燃焼温度の上昇が押えられることにより、図３に示すようにＮＯｘの発生量を増加させることなく粒子状物質の排出量をａからｂのように低減させることができるようになる。
【００２３】
尚、本発明の渦流室式ディーゼルエンジンは上記形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明を実施する形態の一例としての渦流室式ディーゼルエンジンの切断正面図である。
【図２】燃料の供給タイミングを示す線図である。
【図３】本発明によりＮＯｘの発生量を増加させることなく粒子状物質の排出量を低減できる効果を示す線図である。
【符号の説明】
【００２５】
４ 主燃焼室
５ 吸気ポート
６ 排気ポート
９ 噴口
１０ 渦流室
１１ 主燃料噴射器
１２ 副燃料噴射器
１３ 燃料供給装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主燃焼室に連通する吸気ポート及び排気ポートを有し、前記主燃焼室に噴口を介して連通する渦流室を有している渦流室式ディーゼルエンジンであって、前記渦流室に燃料を噴射する主燃料噴射器と、前記吸気ポートに燃料を噴射する副燃料噴射器と、主燃料噴射器及び副燃料噴射器に供給する燃料の供給量を調節する燃料供給装置とを備えたことを特徴とする渦流室式ディーゼルエンジン。
【請求項２】
前記燃料供給装置は、全燃料量に対して渦流室及び主燃焼室で自着火しない濃度の燃料を副燃料噴射器に供給するようにしている請求項１に記載の渦流室式ディーゼルエンジン。
【請求項１】
主燃焼室に連通する吸気ポート及び排気ポートを有し、前記主燃焼室に噴口を介して連通する渦流室を有している渦流室式ディーゼルエンジンであって、前記渦流室に燃料を噴射する主燃料噴射器と、前記吸気ポートに燃料を噴射する副燃料噴射器と、主燃料噴射器及び副燃料噴射器に供給する燃料の供給量を調節する燃料供給装置とを備えたことを特徴とする渦流室式ディーゼルエンジン。
【請求項２】
前記燃料供給装置は、全燃料量に対して渦流室及び主燃焼室で自着火しない濃度の燃料を副燃料噴射器に供給するようにしている請求項１に記載の渦流室式ディーゼルエンジン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−２３５９７５（Ｐ２００９−２３５９７５Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８２４５５（Ｐ２００８−８２４５５）
【出願日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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