JPH03111661A - ディーゼル機関の排ガス浄化法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はディーゼル機関の排ガス浄化法に関する。

〔従来の技術〕

ディーゼル機関は燃料を高温で燃焼させるためにＮＯ８
が発生し易いことが知られている。

このＮＯｘの生成原因としては、フューエルＮ０８とサ
ーマルＮＯ，とに大別することができる。そしてフュー
エルＮｏＸは、燃料中に含まれる不純物窒素化合物の一
部が転化することにより発生するものである。また、サ
ーマルＮＯｘは、燃焼用空気としてシリンダ内に充填さ
れた空気中の窒素が燃焼による高温・高圧下において酸
化されることにより発生ずるものであり、この原因によ
り発生するＮＯ，が本発明において問題とするものであ
る。

一方、この排ガス中に含まれるＮＯ，の排気量はその機
関の性能と裏腹の関係にあり、機関性能の向上と共にＮ
Ｏｘの量が増加するという問題がある。

そしてディーゼル機関のＮＯ，の低減対策としては従来
より次の方法が提案されている。

（ａ）　　ディーゼル機関のサイクル変更この方法は、
主にシリンダ内最高圧力を低下させることにより、燃焼
中のシリンダ内温度を低下させ、ＮＯｘの生成を抑制す
るものである。

従ってこの方法は機関の熱効率の低下に伴なって機関の
出力が低下する上に、Ｎ０８の低減量も期待されたほど
多くはないという問題を含んでいる。

（ｂ）　　燃焼室内に水を噴射する方法この方法は、燃
焼行程中に燃料噴射弁とは別に設けられた水噴射弁より
シリンダ内に水を噴射して燃焼温度を低下させる方法で
ある。この方法は、前記（ａ）の方法よりもＮＯＸの低
減量は大であるが、シリンダ内に過多の水分が供給され
るため、燃焼が不安定になり易く、機関の信頼性を損な
うという問題があり一般的ではない。

（Ｃ）　　水エマルジヨン燃料を使用する方法この方法
は、へ重油等の燃料と水を、ある種の活性剤を用いて混
合し、エマルジョン燃料を作り、これをシリンダ内に噴
射して燃焼中の火炎温度を下げ、Ｎ０８の生成を抑制す
るものである。この方法は、エマルジョン燃料の安定化
が難しい上に、水が燃料中に含まれるために機関の信頼
性を損なうという問題がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記のように、従来のディーゼル機関のＮＯＸ低減方法
は、ＮＯ，が期待された程低減されない上に機関の出力
が低下したり、信頼性が低下するという問題があった。

本発明は、前記従来のディーゼル機関の出力の低下や信
頼性の低下を避けながら、ＮＯ８の量を大幅に低減する
ことができるディーゼル機関を提供することを目的とす
るものである。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するための本発明に係るディーゼル機関
の排ガス浄化法は、燃料噴射孔とその近傍にガス噴射孔
とを設け、ガス噴射孔より燃料ジェットを撹拌するガス
を、燃料噴射時に噴射するように構成したことを特徴と
するものである。

ガスは燃料ジェットを積極的に撹拌するためのものであ
り、通常は燃焼を促進するためのものではな（、その意
味で安価に人手できる不活性ガスあるいは空気が適して
いる。また、場合によっては排ガスを利用することも可
能である。

ガスは燃料ジェット、即ち燃料ガスを撹拌するためのも
のであるので、燃料の噴射と同時にほぼ同一方向に噴射
するのが好ましい。

また、１個の燃料噴射孔に対して、１個のガス噴射孔が
設けられるが、複数個の噴射孔を設けて燃料ジェットの
撹拌を均一に行うこともできる。

〔作　用〕

本発明に係るディーゼル機関は、燃料ジェットと共にこ
の燃料ジェット中にガスを噴射して燃料ジェットを撹拌
しているので、燃料ジェット中の可燃ガスが局部的に濃
くなることが抑制され、可燃ガスの濃度が希薄になって
、局部的な燃焼温度の上昇を抑制でき、かつ、燃焼温度
を低下させることができるものである。

〔実　施　例〕

次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明を適用したディーゼル機関の概念図であ
って、ピストン５０が往復するシリンダ５１の頂部、即
ち燃焼室に臨ませて燃料噴射弁５２が設けられている。

この燃料噴射弁５２は、−例として燃料スピンドル５３
とガススピンドル５４とを併設したものであって、燃料
Ｆと燃料ジェットを撹拌するためのガスＧが同時にシリ
ンダ５１内に、はぼ同方向に噴射するように構成されて
いる。

前記燃料噴射弁５２は燃料噴射ポンプ５５と接続されて
おり、この燃料噴射ポンプ５５は燃料制御用ポンプ５６
とガス制御用ポンプ５７から構成されており、この燃料
噴射ポンプ５５はカム５８によって駆動されて燃料Ｆと
ガスＧとを所定のタイミングでシリンダ５１内に噴射す
るように構成されている。

６０は、燃料ジェットを撹拌するためのガスＧを充填し
たガスタンクであって、そのガスＧは圧縮機６Ｉによっ
てシリンダ５１内の圧力以上に加圧されて前記ガススピ
ンドル５４に供給されるように構成されている。

なお、圧縮機６１で加圧された不活性ガスＧはヘッダー
６２を介して各シリンダ５１へ供給されるように構成さ
れている。また、燃料Ｆは、燃料のヘッダー６３を介し
て各燃料ポンプ５５に供給され、これより各シリンダ５
１に設けられている燃料噴射弁５２にそれぞれ供給され
るようになっている。

燃料ジェットを撹拌するためのガスは、Ｎ２゜Ｃｏ、、
１（、等の不活性ガスや空気や、場合によっては排気ガ
スが使用される。不活性ガスを使用する場合には、前記
ガスタンク６０が必要であるが、空気の場合にはこのタ
ンクは必ずしも必要ではない。

前記ガスは、燃料噴射弁の噴射孔より噴射される燃料ジ
ェット中に積極的に供給され、可燃ガスの濃度分布の均
一化と可燃ガス濃度の希薄化を図るものである。

第２図（Ａ）は、通常の燃料噴射弁Ｎの燃料噴射孔ｎよ
り噴射される燃料ジェットＪを示している。そして第２
図（Ｂ）は本発明に係る噴射弁Ｎ、の燃料噴射孔ｎ、よ
り噴射される燃料ジェン）Ｊ＋を示している。この噴射
弁ＮｔにはガスＧの噴射孔ｎｔが併設されており、燃料
ジェットＪ、に向けてガスＧを噴射して燃料ジエ、ンＦ
ＪＩ　自体を撹拌すると共に、その容積が増加する様子
を示している。このことは、燃料ジェットＪ、中の可燃
ガスの濃度分布が均一化し、かつ、可燃ガスの濃度が希
薄になり、その結果燃焼ガスの温度が低下し、局部的な
燃焼による高温部位が少なくなることを示している。

第３図は、本発明を実施するのに好適な燃料噴射弁１　
（５２）の１例を示す要部断面図である。

燃料噴射弁１は、ヘッド２と外筒３とアトマイザ４とス
ピンドルホルダ５と燃料用スピンドル８と、ガススピン
ドル６とを備えている。

ヘッド２は、シリンダ１０の頂部の燃焼室を被覆するシ
リンダカバー１１に固定されており、外筒３の内周面３
ａにヘッド２の下面に形成されたボス部２ａが嵌挿され
、外筒３の上面に形成されたフランジ部３ｂが取付はポ
ル目２によりへ・ンド２に固定されている。

アトマイザ４は、外筒３の下端に形成された開口部３ｄ
に、その先端がシリンダ１０内に臨むように挿入固定さ
れており、このアトマイザ４には燃料噴射通路１４およ
びガス噴射通路１３がそれぞれ形成されている。燃料・
ガス噴射通路１４．１３の開口端には、それぞれ放射状
に複数の噴射孔（燃料噴射通路１４側のみ図示している
）１５が形成されており、互いに隣接する燃料・ガス通
路の噴射孔１５はほぼ同一周面に配置されている。

ニードルホルダ５は、外筒３の内周面３ａに嵌挿され、
その下面がアトマイザ４の上面に当接するように固定さ
れており、このスピンドルホルダ５の位置決めは、その
外周面に植立された位置決めピン１６を外筒３の内周面
３ａに形成されている溝部３ｅに嵌入することによって
行なわれている。

燃料スピンドル８およびガススピンドル６はスピンドル
ホルダ５に軸中心線と並行に形成された中空穴２０．１
８にそれぞれ摺動自在に嵌挿さレテおり、ガススピンド
ル６には、上部より下部に向かって突当て部６ａ、フラ
ンジ部６ｂ、大径部６ｄおよび小径部６ｅが形成されて
いる。そして突当て部６ａに対向してガススピンドル６
よりのリフトストッパ２１がヘッド２の下部に固定され
ており、ガススピンドル６は、リフトストッパ２１に巻
装された圧縮ばね２２によりフランジ部６ｂを介して下
方に付勢され、小径部６ｅの先端に形成されたテーパ部
６ｆが中空穴１８下端に形成されたガス用の弁座１８ａ
に当接するようになっている。

大径部６ｄの下方には、小径部６ｅと中空穴１８とによ
って空間部２３が形成されており、この空間部２３には
、スピンドルホルダ５に形成されたコントロールオイル
供給穴２５が連通ずるようになっている。小径部６ｅの
下端外周面に隣接してスピンドルホルダ５に形成された
空間部２６には、外筒３の外周面に固定されたガス供給
管２８の開口端が臨むように配置されている。また、小
径部６ｅの中間部外周面に隣接してスピンドルホルダ５
に形成された導入３０には、シールオイル供給穴３１が
連通ずるようになっている。また、スピンドルホルダ５
の下部には、弁座１８ａおよびガス噴射通路１３にそれ
ぞれ連通する燃料通路３２が形成されている。

燃料スピンドル８には、上部より下部に向かって突当て
部８ａ、フランジ部８ｂ、大径部８ｄおよび小径部８ｅ
がそれぞれ形成されている。この突当て部８ａに対向し
て燃料スピンドル８用のリフトストッパ３３がヘッド２
の下部に固定されており、燃料スピンドル８は、リフト
ストッパ３３に巻装された圧縮ばね３５によりフランジ
部８ｂを介して下方に付勢され、小径部８ｅの先端に形
成されたテーパ部８ｆが中空穴２０の下端に形成された
ガス用弁座２０ａに当接するようになっている。

大径部８ｄの下端には、小径部８ｅに連結するテーパ部
８ｇが形成されており、スピンドルホルダ５にはテーパ
部８ｇおよび小径部８ｅを包含する空間部３６が形成さ
れている。そしてこの空間部３６には、スピンドルホル
ダ５に形成された燃料供給穴３８が連通ずるようになっ
ている。また、スピンドルホルダ５の下部には、弁座２
０ａおよび燃料噴射通路１４にそれぞれ連通する燃料通
路３９および、この燃料通路３９とガス通路３２との間
にドレン穴４０がそれぞれ形成されている。

次に、第３図に示した本発明の実施例の作用を説明する
。

図面に示すように、閉弁状態にある燃料噴射５ｔ−１（
５２）においては、燃料およびガス用スピン１′ル８．
６が圧縮ばね３５．２２により下方に付勢され、それぞ
れのテーパ部８ｆ、６ｆによって弁座２０ａ、１８ａが
閉塞されている。

空間部２６には、ガス供給管２８から常時（高圧）のガ
スＧが供給されている。空間部２３には、コントロール
オイル供給穴２５から通常、低圧のコントロールオイル
が充填されており、刃穴３０には、ガス圧より若干高め
のシールオイルが供給されている。

このような閉弁状態にある燃料噴射弁１を開弁状態にす
るには、まず所定のタイミングで燃料噴射ポンプ（図示
せず）から燃料が燃料供給穴３８を通して空間部３６に
供給される。すると、テーパ部８ｇがこの燃料の背圧を
受け、燃料スピンドル８が圧縮ばね３５のばね力に抗し
て上昇し、弁座２０ａが開放され、所定量の燃料が燃料
噴射通路１４を通ってシリンダ１０内に噴射される。

この燃料の噴射と相前後して、燃料噴射ポンプにより加
圧されたコントロールオイルが、コン１〜ロールオイル
供給穴２５を通って空間部２３に供給される。すると、
大径部６ｄがコントロールオイルの背圧を受け、ガス用
スピンドル６が圧縮ばね２２のばね圧に抗して上昇し、
弁座１８ａが開放され、所定量のガスがガス噴射通路１
３を通ってシリンダ１０内に噴射される。

〔発明の効果］ 前記の如く、本発明は燃料ジェットに向けてガスを燃料
の噴射時期に合わせてガスを噴射してこのガスによって
燃料ジェットを撹拌するように構成しているので、可燃
ガスの濃度が均一化し、かつ希薄になる。

具体的には、燃料ジェット中に吸引された空気とは別の
ガスが供給されるために、燃料ジェットはその容積が増
加した状態を形成することになる。このことは、燃料ジ
ェット内の可燃ガスの４度が均一化し、かつ可燃ガスの
濃度が希薄になり、その結果、燃焼ガスの温度が下がり
、局部的な高温の部位が少なくなること示している。

燃焼ガスの温度が低下することによって吸気に含まれて
いるＮ２からＮｏへの移行が抑制され、その結果、「サ
ーマルＮＯＸ　Ｊの発生量を低減することができる。

なお、燃料ジェットを撹拌するためのガスとして不活性
ガスを使用することによって前記効果を一層増大するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例を示すものであって、第１図は本発
明のディーゼル機関の概念図、第２図（Ａ）は従来の燃
料ジェットの形状を示す説明図、第２図（Ｂ）は、本発
明に係る機関の燃料ジェットの形状を示す説明図である
。 第３図は本発明を実施するための燃料噴射弁の一例を示
す断面図である。 ５０・・・ピストン ５２・・・燃料噴射弁 ５４・・・ガススピンドル ５６・・・燃料制御用ポンプ ５８・・・カム ６１・・・圧縮機 ５１・・・シリンダ ５３・・・燃料スピンドル ５５・・・燃料噴射ポンプ ５７・・・ガス制御用ポンプ ６０・・・ガスタンク

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃料噴射弁の燃料噴射孔の近傍にガス噴射孔を併設し、
   ガス噴射孔より燃料ジェットを撹拌するガスを、燃料噴
   射時に噴射するように構成したことを特徴とするディー
   ゼル機関の排ガス浄化法。