JPH04295129A - 副燃焼室式ディーゼルエンジン - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排気ガスに含有される
窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を全ての負荷領域におい
て抑制しようとする副燃焼室式ディーゼルエンジンに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の副燃焼室式ディーゼルエンジンは
、圧縮時における副燃焼室内の空気量を燃焼室全体の空
気量の約５０％となるように設定している。そして、圧
縮行程終期にて該副燃焼室内に噴射された燃料は副燃焼
室内の空気と混合し燃焼を開始するため、該副燃焼室内
部は高温高圧状態となる。該副燃焼室内の燃焼ガス及び
未燃焼ガスは噴孔を介して主燃焼室へと噴出し、主燃焼
室内の空気と２次混合し燃焼を継続する。尚、主燃焼室
で燃焼が継続する時にはピストンが下降途中であり主燃
焼室の体積が膨張途中であるため、燃焼温度は低温度で
維持される。

【０００３】従って、燃料が噴射される副燃焼室内には
空気全体の５０％しかないため、該副燃焼室内での当量
比（空気量に対する燃料の比率）が大となり、また主燃
焼室での燃焼は低温度状態で継続されるため、副燃焼室
を有さない直噴式ディーゼルエンジンと比較して、ＮＯ
ｘの生成が抑制され排気ガスに含有されるＮＯｘの排出
量が大幅に低下する。

【発明が解決しようとする課題】このような従来の副燃
焼室式ディーゼルエンジンは、高負荷時すなわち燃料噴
射量が大である場合には上記のごとくＮＯｘの排出量が
低減されるものの、部分負荷時すなわち燃料噴射量が小
である場合には副燃焼室内における当量比が大とならず
、従ってＮＯｘの生成を抑制する効果が発揮されず、Ｎ
Ｏｘの排出量が低下しないという問題がある。

【０００４】尚、エンジンからの排気ガスの一部を再度
吸気側に循環させることによりＮＯｘの排出量を低下さ
せる方法（排気ガス再循環：ＥＧＲ）が知られているが
、該ＥＧＲを実施するとＮＯｘの排出量は低下するもの
の、炭化水素（ＨＣ）や黒煙の排出量が増加する。

【０００５】本発明は、上記の問題に鑑みてなされたも
ので、高負荷時以外でもＮＯｘの発生を有効に抑制し、
ＮＯｘの排出量を全ての負荷領域において低下させよう
とする副燃焼室式ディーゼルエンジンを提供するもので
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、噴孔を
介して主燃焼室と連通する副燃焼室を有する副燃焼室式
ディーゼルエンジンにおいて、該噴孔を開閉する開閉バ
ルブと、上記副燃焼室内へ噴射される燃料の噴射量が所
定値以上であることを検知する噴射量検知手段と、エン
ジンの回転位相が圧縮行程から膨張行程への移行時の上
死点を含む所定範囲内にあることを検知する位相検知手
段と、上記両検知手段の内の少なくとも一方からの検知
信号入力時に上記開閉バルブを開放するバルブ開閉手段
とを有する副焼室式ディーゼルエンジンが提供される。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。

【０００８】図１は本発明による副燃焼室ディーゼルエ
ンジンのシリンダヘッド部周辺の構造を示す部分断面図
である。

【０００９】１はエンジン本体であり、該エンジン本体
１の内部には窒化珪素等の耐熱断熱材からなるシリンダ
スリーブ１１が設けられ、該シリンダスリーブ１１の上
部には吸気口を開閉する吸気バルブ１２と排気口を開閉
する排気バルブ１３とが配設されている。

【００１０】また、該排気バルブ１３を介して排出され
る排気ガスの通路である排気管の内周面は、断熱性に優
れたチタン酸アルミニウム等からなるポートライナ１４
によって被覆されている。

【００１１】２は上記シリンダスリーブ１１の内部に摺
動自在に設けられたピストンであり、該ピストン２のヘ
ッド面は上記シリンダスリーブ１１と同様の断熱材によ
り被覆されており、該ヘッド面とシリンダスリーブ１１
との空間により主燃焼室２１が形成される。

【００１２】３は上記シリンダスリーブ１１と同様の断
熱材により形成された副燃焼室であり、上記主燃焼室２
１と噴孔３２を介して連通し、該噴孔３２は開閉バルブ
３１により開閉される。また、３３は燃料噴射ノズルで
あり副燃焼室３の内部に燃料を噴射するものである。な
お、開閉バルブ３１は、耐熱性に優れた高強度材料であ
る窒化珪素等のセラミックにより形成されている。

【００１３】４はバルブ駆動装置であり、開閉バルブ３
１の軸端部に連結され、コントローラ５からの制御信号
により開閉バルブ３１を自在に開閉駆動するものである
。

【００１４】コントローラ５は外部との信号の出入りを
司る入出力インターフェイス、プログラム及び各種デー
タを予め記憶するＲＯＭ、該ＲＯＭに記憶されたプログ
ラムのもとに演算を行うＣＰＵ、該演算結果や入力デー
タを一時記憶するＲＡＭ、コントローラ５内部の信号の
流れを制御するコントロールメモリ等から構成されてい
る。そして、上記の入出力インターフェイスにはバルブ
駆動装置４及び流量センサ５１などが接続されている。

【００１５】流量センサ５１は燃料噴射ノズル３３から
副燃焼室３内部へ噴射される燃料噴射量Ｑを検知しコン
トローラ５に入力する。なお、５２は位相センサであり
、エンジンの回転位相Ｔを検知して上記コントローラ５
に入力する。

【００１６】図２はバルブ駆動装置４の構造の一例を示
す図であり、同図によりその構造を説明すると、開閉バ
ルブ３１の軸部の上方には磁性体からなる可動磁極４１
が取付けられている。そして、可動磁極４１の下方の面
と対応する位置には固定電磁石４２が設けられており、
該固定電磁石４２によって可動磁極４１が吸引されるこ
とにより開閉バルブ３１は開方向へと駆動される。

【００１７】また、該可動磁極４１はスリーブ４３を介
してスプリング４４によって閉鎖方向にバイアスされて
おり、コントローラ５からの制御信号により固定電磁石
４２が非励磁状態になるとスプリング４４のバイアス力
の作用により開閉バルブ３１は閉鎖方向へと駆動される
。

【００１８】なお、４５はダンパであり、開閉バルブ３
１の着座直前時に該開閉バルブ３１の軸端部によって空
気を封鎖し着座衝撃を緩和するものであり、該封鎖され
た空気は可変絞り４６を介してパイプ４７から放出され
るため、該可変絞り４６の絞り量を調節することにより
着座衝撃の緩和量を調整することができる。また、開閉
バルブ３１の開放時にはチェックバルブ４８を介して空
気が逆流するため、開放動作の抵抗となることはない。 尚、本図は開閉バルブ３１が開放されている状態を示し
ている。

【００１９】図３は燃焼室内圧力の変化とバルブの開閉
タイミングを示す図、図４は開閉バルブの制御フローを
示す図であり、これらの図面によって本実施例の作動を
説明する。

【００２０】図４に示すごとく制御フローがスタートす
ると、まずステップ１にて固定電磁石４２を励磁し、開
閉バルブ３１を開放する。次にステップ２にて流量セン
サ５１により燃料噴射量Ｑを検出し、ステップ３にて該
検出された燃料噴射量Ｑと所定値Ｑ１　とを比較し、Ｑ
＜Ｑ１　の場合すなわち低負荷の場合にはステップ４に
進み、Ｑ≧Ｑ１　の場合すなわち高負荷の場合には上記
ステップ１に戻り、吸気バルブ１２と排気バルブ１３と
の作動による通常の副燃焼室式ディーゼルエンジンとし
て作動する。

【００２１】所定の負荷より低い場合にはステップ４に
てエンジンの回転位相Ｔを検出し、該回転位相Ｔが開閉
バルブ３１の閉鎖タイミングＴｃ以降あるいは開閉バル
ブ３１の開放タイミングＴｏ以前の場合にはステップ７
へ進み、固定電磁石４２を非励磁状態にし、開閉バルブ
３１を閉鎖する。そしてステップ４へ戻り、ＴがＴｏと
Ｔｃとの間になるまで開閉バルブ３１を閉鎖状態にて保
持する。そして、ＴがＴｏとＴｃとの間に到達するとス
テップ１へ戻り開閉バルブ３１を開放する。

【００２２】上記した所定の負荷より低い場合の燃焼室
内圧力について図３により説明すると、上記のような負
荷時で開閉バルブ３１が開放状態の場合に、回転位相Ｔ
がＴｃになると開閉バルブ３１は閉鎖される。すると副
燃焼室３には燃焼ガスが残留したまま封鎖され、内部圧
力はＰｓの状態で保持される。

【００２３】該開閉バルブ３１が閉鎖された後は排気バ
ルブ１３及び吸気バルブ１２の通常の作動により排気ガ
スと吸気との交換が行われ、圧縮行程に移行する。該圧
縮行程途中にて回転位相ＴがＴｏに到達すると、開閉バ
ルブ３１は開放され主燃焼室２１内部の空気は副燃焼室
３内部へと流入する。

【００２４】該副燃焼室３内部には排気ガスが残留して
いるため、副燃焼室３内部に流入する空気量は制限され
る。よって、低負荷時においても副燃焼室３内部の当量
比は減少しない。そして該開閉バルブ３１は回転位相Ｔ
が次のＴｃタイミングになるまで開放状態にて保持され
る。

【００２５】なお、上記のＴｏはピストンの上死点前１
４０度から４０度の間、Ｔｃは上死点後６０度から１４
０度の間にそれぞれ設定されている。

【００２６】また、本実施例によるエンジンは主燃焼室
２１、副燃焼室３及び排気管路が外部に対して断熱され
ているので、排気ガスの温度が高温度となり、該排気ガ
スの有するエネルギは図示しないターボチャージャ等に
より有効に回収される。

【００２７】なお、上記の実施例では図２に示したよう
に電磁駆動による開閉バルブを採用したが、機械的なカ
ムやロッカーアームを使用して油圧制御弁などによって
開閉バルブの作動を選択制御することも可能である。

【００２８】上記において、本発明の実施例について詳
細に説明したが、本発明の精神から逸れないかぎりで、
種々の異なる実施例は容易に構成できるから、本発明は
上記特許請求の範囲において記載した限定以外、特定の
実施例に制約されるのものではない。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
所定の負荷より低い場合において副燃焼室に排気ガスを
残留させるので、副燃焼室内の当量比を低下させず、従
ってＮＯｘの排出量を低減することができる。

【００３０】また、開閉バルブ３１を電磁力により開閉
タイミング変更自在に駆動するので、負荷の変化により
開閉タイミングを変更し残留する排気ガス量を増減する
ことができる。

【００３１】また、燃焼直後の排気ガスが残留するので
、副燃焼室３内部の温度が上昇して始動性が向上するこ
とにより、圧縮比を低く設定することができる。特に燃
焼室が断熱されている断熱エンジンでは、吸入空気量を
増大させて燃焼温度の上昇を抑える必要性から、高過給
として低圧縮比とするため、エンジンの始動性が悪化す
るが、本発明の適用により始動性が改善する利点が得ら
れる。

【００３２】さらに、排気ガスは副燃焼室３のみに残留
し主燃焼室２１には残留しないのでＨＣや黒煙の発生量
を抑制することができるなどの効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるエンジンの部分断面図である。

【図２】バルブ駆動装置の構造図である。

【図３】燃焼室内圧力の変化とバルブの開閉タイミング
を示す図である。

【図４】開閉バルブの制御フローを示す図である。

【符号の説明】

１…エンジン本体 ２…ピストン ３…副燃焼室 ４…バルブ駆動装置 ５…コントローラ ２１…主燃焼室 ３１…開閉バルブ ３２…噴孔 ５１…流量センサ ５２…位相センサ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】噴孔を介して主燃焼室と連通する副燃焼室
   を有する副燃焼室式ディーゼルエンジンにおいて、該噴
   孔を開閉する開閉バルブと、上記副燃焼室内へ噴射され
   る燃料の噴射量が所定値以上であることを検知する噴射
   量検知手段と、エンジンの回転位相が圧縮行程から膨張
   行程への移行時の上死点を含む所定範囲内にあることを
   検知する位相検知手段と、上記両検知手段の内の少なく
   とも一方からの検知信号入力時に上記開閉バルブを開放
   するバルブ開閉手段とを有することを特徴とする副燃焼
   室式ディーゼルエンジン。
2. 【請求項２】上記開閉バルブは耐熱性に優れたセラミッ
   クからなることを特徴とする請求項１記載の副燃焼室式
   ディーゼルエンジン。
3. 【請求項３】上記副燃焼室及び主燃焼室の内壁は断熱材
   にて形成されていることを特徴とする請求項１記載の副
   燃焼室式ディーゼルエンジン。
4. 【請求項４】上記上死点を含む所定範囲は該上死点前１
   ４０度乃至該上死点後１４０度であることを特徴とする
   請求項１記載の副燃焼室式ディーゼルエンジン。