JPH0137171Y2

JPH0137171Y2 -

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Publication number: JPH0137171Y2
Application number: JP1981128066U
Authority: JP
Priority date: 1981-08-31
Filing date: 1981-08-31
Publication date: 1989-11-09
Also published as: JPS5833759U

Description

【考案の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本考案は、燃料の一部または全部にアルコール
を使用するデイーゼルエンジンの燃焼性能改善対
策に関する。

〈従来の技術〉従来より、燃料資源節約上等の理由からエンジ
ンの燃料の一部又は全部にアルコールを使用する
ことが試みられている（南米諸国等では現実に車
載されている）。

尚、エンジン構造としては基本的にはガソリン
エンジン又は、デイーゼルエンジンがそのまま用
いられ、アルコールをガソリンや軽油等の燃料と
混合して使用したり、運転状況に応じて切り換え
て使用できるようにしたものもである。

〈考案が解決しようとする課題〉アルコールを使用するデイーゼルエンジンにお
いては、外気温度が低い時は吸気空気による冷却
により、また、低負荷運転時は発熱量の低さによ
りシリンダ壁温度が低い場合が多く、その場合、
アルコールの気化熱による圧縮ガス温度の低下が
大きく、着火、燃焼性能が悪化する。特に、ター
ボチヤージヤ搭載エンジンでは低負荷時、吸気空
気量の減少によつても圧縮ガス温度が低下し、着
火、燃焼性能を損ねていた。

また、デイーゼルエンジンの場合は燃焼室内に
アルコールが直接噴射されるため、アルコールの
噴射量が所定量以上多い時にはシリンダ壁温度は
上昇していても、今度はアルコールの気化熱によ
つて、圧縮ガス温度が低下する度合いが大きくな
ることによつて着火性が大きく低下する。つま
り、アルコール噴射量が少ない低負荷時と、これ
よりは噴射量の十分大きな高負荷時とで、異なる
理由によつて共に着火、燃焼性能の低下が大きく
損なわれる。

この場合、通常の軽油を使用するデイーゼルエ
ンジンと同様の吸気加熱手段を設けることが考え
られるが、従来のデイーゼルエンジンの吸気加熱
方式では、冷機始動時等に吸気加熱を行うのみで
あり、前記低負荷時やアルコール噴射量が特に大
きな運転状態での吸気加熱を行うものでないた
め、これら運転時の着火、燃焼性能を改善できる
ものではなかつた。

本考案は、このような従来の問題点に鑑みなさ
れたもので、アルコールを使用するデイーゼルエ
ンジンにおいて、圧縮ガス温度の低下を大きくす
る運転状態検出時に吸気加熱を行う構成として、
圧縮ガス温度を高め、以て着火、燃焼性能を改善
したアルコール使用デイーゼルエンジンの吸気装
置を提供することを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉このため本考案は、燃料の一部又は全部にアル
コールを使用するデイーゼルエンジンにおいて、
吸気通路を吸気加熱手段を介装した通路を備えて
構成すると共に、エンジン負荷検出手段と、イン
ジエクシヨンポンプに装着したアルコール噴射量
検出手段と、吸気通路に装着した吸入空気温度検
出手段とを設け、かつ、これらの検出手段によ
り、エンジン負荷が所定値以下の低負荷状態若し
くはアルコール噴射量が前記エンジン負荷の所定
値より十分大きな大負荷に相当する噴射量以上の
大噴射量状態の何れかが検出されたとき、或いは
吸入空気温度が所定値以下の低温状態が検出され
たときに、夫々の運転状態で前記吸気加熱手段の
作動と、該吸気加熱手段が介装された通路の開通
とを同時に行わせて加熱した吸気を機関に供給さ
せるように制御する吸気加熱制御手段とを設けて
構成した。

〈作用〉エンジン負荷検出手段によつて検出されるエン
ジン負荷が所定以下の低負荷運転状態、吸入空気
温度検出手段によつて検出される吸入空気温度が
所定以上低い運転状態、アルコール噴射量検出手
段によつて検出されるアルコール噴射量が特に多
い運転状態では、夫々吸気加熱制御手段により吸
気加熱手段を作動させると同時に吸気加熱手段が
介装された通路を開通させることによつて加熱し
た吸気を機関に供給させるように制御する。

これにより、アルコールの気化熱による圧縮ガ
ス温度の低下が大きくなる各種の運転状態にあつ
ても、加熱された高温の空気が吸入されることに
より、圧縮ガス温度の低下を可及的に抑制でき、
着火、燃焼性能を改善できる。

〈実施例〉以下に、本考案の実施例を図面に基づいて説明
する。

一実施例の構成を示す第１図において、圧縮ガ
ス温度を燃料とするデイーゼルエンジン１の吸気
マニホールド２とエアクリーナ３との間に接続す
る吸気管４は、中間部を並列する主通路４Ａとバ
イパス通路４Ｂとを備えて構成し、バイパス通路
４Ｂには、該通路４Ｂ内を流れる吸入空気をエン
ジン冷却水通路５内を流れる冷却水と熱交換して
加熱する熱交換器６を介装する。

又、前記両通路４Ａ，４Ｂの上流側及び下流側
の分岐点に夫々切換弁７，８を取り付け、かつ、
これら切換弁７，８を両通路４Ａ，４Ｂの流路面
積比を変化させるように、関連して駆動するアク
チユエータ９，１０を設ける。

一方、エンジン１に取りつけた回転センサ１
１、インジエクシヨンポンプ１２に取りつけたア
ルコール噴射量センサ１３及び吸気管４と吸気マ
ニホールド２との接続部分に取りつけた吸入空気
温度検出手段としての吸気温度センサ１４からの
検出信号を入力し、これら入力値に基づいて前記
切換弁７，８の位置を制御するコントロールユニ
ツト１５を設ける。

ここで、アルコール噴射量センサ１３は例えば
燃料噴射ポンプのコントロールラツク位置により
検出するが、こね場合同一のラツク位置でも機関
回転数によつて噴射量に多少のズレを生じるので
回転センサ１１によつて検出された機関回転数に
よつて補正を行う。

具体的には、コントロールユニツト１５は、前
記各検出信号に基づき、エンジン負荷、吸入空気
温度が夫々所定以上低い時、又、アルコール噴射
量が所定以上大きいときにはバイパス通路４Ｂの
流路面積を大きくするようにアクチユエータ９，
１０を介して切換弁７，８の位置を制御する構成
とする。

ここで、エンジンの低負荷状態の検出は本実施
例においてはアルコール噴射量が第１の設定値以
下の状態を検出することによつて行う。即ち、ア
ルコール噴射量センサ１３は、アルコール噴射量
が前記第１の設定値より十分大きな第２の設定値
以上の状態を検出するアルコール噴射量検出手段
を構成すると共に、エンジンの低負荷状態を検出
するエンジン負荷検出手段を構成する。燃料（ア
ルコール）の噴射（供給）量は如何なるエンジン
にあつてもエンジン負荷を良く代表する値だから
であり、別途エンジン負荷検出手段を設ける場合
より低コストで済むからである。但し、アクセル
ペダルの踏み込み量や、スロツトル弁を備たエン
ジンでは、スロツトル弁開度の検出によつてエン
ジン負荷を検出する構成としてもよいことは勿論
である。なお、アルコール噴射量以外で低負荷を
検出する場合であつても、当該低負荷運転状態に
おけるアルコールの噴射量は、前記第２の設定値
に比較して十分小の状態が検出されるように負荷
の検出レベルを設定してあることは勿論である。

一方、当然であるが、吸気加熱を行う吸入空気
温度が所定以下の運転状態と、吸気加熱を行う低
負荷状態又はアルコール噴射量が大きい運転状態
とが同時に検出されることがある。

尚、コントロールユニツト１５と切換弁７，８
とは、吸気加熱制御手段に相当する。

このようにすれば、低負荷、吸入空気温度の低
温時及びアルコール噴射量が大きい各運転状態で
バイパス通路４Ｂを流れる吸入空気量が増大し、
熱交換器による吸気加熱で吸入空気温度が上昇す
るため、圧縮ガス温度を高めることができ、着
火、燃焼性能が改善されるのである。又、これら
以外の運転状態では、主通路４Ａの流路面積を大
きくして吸入空気温度の上昇を抑制し、吸気充填
効率を高めて出力を確保する。

又、制御を簡便化するため、前記各吸気を行う
運転状態の検出時には、バイパス通路を全開、そ
れ以外では全閉とするように切換弁をON，OFF
的に切換制御する構成としてもよい。

尚、前記実施例の如く、切換弁７，８位置を比
例制御する場合は、吸気温度センサ１４を下流側
の切換弁８の下流側に取りつけ、切換弁７，８を
ON，OFF的に制御する場合は、吸気温度センサ
１４を上流側の切換弁７より上流側に取りつける
のがよい。

又、ターボチヤージヤを搭載する場合には、下
流側の切換弁より下流側にターボチヤージヤを搭
載するのがよい。

この場合、ターボチヤージヤはエンジン回転数
が低い領域で過給性能が低く、圧縮ガス温度が低
下するため、かかる低回転数域でも吸気加熱を行
うようにしてもよい。

次に、本考案による効果を理論解析によつて示
す。

今、吸入空気温度；T₁＝293゜K（20℃）圧縮
比；ε＝20，混合気の比熱比；Ｋ＝1.3とすると、
圧縮ガス温度；T₂は、 T₂＝T₁ε^K-1 ＝293×20^0.3＝720〓となり、又、圧縮比をε′＝23に高めた場合、圧縮ガス温
度；T₂′は、 T₂′＝293×23^0.3＝750〓となり30゜上昇する。

一方、圧縮比をε＝20のまま吸入空気温度をt゜
高めて圧縮ガス温度を30゜上昇させるための条件
は、 750＝（293＋ｔ）×20^1.3-1.0，ｔ＝12となる。

即ち、吸入空気温度を12゜高めることにより圧
縮比を３上げるのと同様の効果が得られ、しか
も、エンジンの耐久性は圧縮比を高める場合に比
べて優れる。

第２の例として、次のような機関運転条件で考
えてみる。

１気筒当たりの排気量；1.95、吸気体積効
率；η＝80％、筒内噴射量50mm³／st.cyt（軽油）この場合、軽油が全部蒸発するのに必要な熱は
（このようなことは実際には生じ得ないが、一応
安全サイドで全部予混合すると考える）軽油の蒸
発熱を60cal／ｇとすると次のようになる。

50×0.83×10^-3×60＝2.49cal 一方、同様な出力を得るために燃料としてメタ
ノールを使用すると、その発熱量差（軽油；
10500Kcal／Kgに対しメタノール；4800Kcal／
Kg）から、109mm³／st.cytのメタノールを噴射す
る必要がある。

この場合、メタノールが全部蒸発するのに必要
な熱量は、メタノールの蒸発熱が260cal／ｇであ
るから、次のようになる。

109×0.79×10^-3×260＝22.5cal 吸入空気を20℃から50℃に暖めたとすると、吸
入空気の熱量増加分は次のように計算される。

筒内吸入空気量は1.95×0.8＝1.56となり、そ
の重量は、1.56×1.29＝2.01ｇとなる。空気の比
熱比cpを0.24cal／ｇ．℃とすると、30゜の温度上
昇により、 0.24×2.01×30＝14.5calとなる。

即ち、メタノールを全部蒸発させるには足りな
いが、実際は噴射されたメタノールの一部（２〜
３割）が蒸発し着火するので、吸入空気の加熱に
より効果はかなり大きい。

このように、理論解析によつても、アルコール
使用デイーゼルエンジンにおける吸気加熱による
着火、燃焼性能改善効果の大きいことが明らかで
ある。

尚、本考案は、燃料の全部をアルコールとする
ものに限らず、アルコールを軽油、灯油と併用
（混合）するエンジンにも適用できることは勿論
である。

また、吸気加熱は、冷却水との熱交換の他、排
気熱との熱交換によつて行つてもよく、或いは、
電気ヒータ等で加熱してもよい。従つて、吸気空
路を前記吸気加熱手段を介装した一本の通路で構
成し、運転条件に応じて加熱手段の作動をON，
OFF制御する構成であつてもよい。

〈考案の効果〉以上説明したように本考案によれば、アルコー
ルを使用するデイーゼルエンジンにおいて、アル
コールの気化熱により圧縮ガス温度の低下が大き
くなる運転状態であるエンジンの低負荷状態、吸
入空気温度が低い状態、アルコール噴射量が特に
大きい状態を夫々検出して、これら運転状態の検
出時に夫々吸気加熱を行い圧縮ガス温度を高める
構成としたから、着火、燃焼性能を大幅に改善す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

図は本考案の一実施例を示す構成図である。１……デイーゼルエンジン、４……吸気管、４
Ａ……主通路、４Ｂ……バイパス通路、６……熱
交換器、７，８……切換弁、９，１０……アクチ
ユエータ、１１……回転センサ、１２……インジ
エクシヨンポンプ、１３……圧縮ガス温度噴射量
センサ、１４……吸気温度センサ、１５……コン
トロールユニツト。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】 (1) 燃料の一部又は全部にアルコールを使用する
デイーゼルエンジンにおいて、吸気通路を吸気
加熱手段を介装した通路を備えて構成すると共
に、エンジン負荷検出手段と、インジエクシヨ
ンポンプに装着したアルコール噴射量検出手段
と、吸気通路に装着した吸入空気温度検出手段
とを設け、かつ、これらの検出手段により、エ
ンジン負荷が所定値以下の低負荷状態若しくは
アルコール噴射量が前記エンジン負荷の所定値
より十分大きな大負荷に相当する噴射量以上の
大噴射量状態の何れかが検出されたとき、或い
は吸入空気温度が所定値以下の低温状態が検出
されたときに、夫々の運転状態で前記吸気加熱
手段の作動と、該吸気加熱手段が介装された通
路の開通とを同時に行わせて加熱した吸気を機
関に供給させるように制御する吸気加熱制御手
段とを設けて構成したことを特徴とするアルコ
ール使用デイーゼルエンジンの吸気装置。 (2) 吸気通路は吸気加熱手段を介装しない主通路
と、吸気加熱手段を介装したバイパス通路とを
備え、かつ、これら両通路の流路面積比を変え
る切換弁を備えて構成され、吸気加熱制御手段
は前記切換弁を駆動して前記両通路を流れる吸
入空気量割合を変えるように構成されてなる実
用新案登録請求の範囲第１項記載のアルコール
使用デイーゼルエンジンの吸気装置。