JPH09203333A - 自己着火型内燃式往復ピストン・エンジンを運転するための方法及び装置 - Google Patents

自己着火型内燃式往復ピストン・エンジンを運転するための方法及び装置

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JPH09203333A
JPH09203333A JP8338324A JP33832496A JPH09203333A JP H09203333 A JPH09203333 A JP H09203333A JP 8338324 A JP8338324 A JP 8338324A JP 33832496 A JP33832496 A JP 33832496A JP H09203333 A JPH09203333 A JP H09203333A
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】NOxガスの生成を抑制し、かつ自己着火型内
燃式往復ピストン・エンジンを更に経済的に運転すべく
同エンジンの効率を改善すること。 【解決手段】内燃式往復ピストン・エンジンの少なくと
も1つの状態変数をセンサ10を用いて測定する。更
に、燃料噴射装置3の噴射開始と、吸気弁5または排気
弁4の開放及び閉鎖の少なくともいずれか一方の開始と
を上部負荷領域内における負荷の関数としての燃焼室内
の圧縮圧が一定またはほぼ一定となるよう前記の少なく
とも1つの状態変数に基づいて調整する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は自己着火型内燃式往
復ピストン・エンジンを部分負荷領域内において運転す
る方法と、同方法に基づいて自己着火型内燃式往復ピス
トン・エンジンを運転するための装置と、前記の方法に
基づいて運転されるか、または前記の装置を有する自己
着火型内燃式往復ピストン・エンジンとに関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ディー
ゼル・エンジン等の大型自己着火型内燃式往復ピストン
・エンジンは部分負荷で運転した際の運動効率は低い。
欧州特許第0316271号はシリンダ空間内への燃料
の噴射開始時期をクランクシャフト角度に関連して特定
の範囲内で変更することにより、ディーゼル・エンジン
の効率を改善することを開示している。これにより、効
率の改善は狭い部分負荷領域内において実現され得る。
【0003】本発明は前述した事情に鑑みてなされたも
のであって、その目的は、NOx(窒素酸化物)ガスの
生成を抑制し、かつ自己着火型内燃式往復ピストン・エ
ンジンを更に経済的に運転すべく同エンジンの効率を改
善することにある。特に、内燃式往復ピストン・エンジ
ンは更に広い部分負荷領域において更に高い効率にて運
転することが必要とされる。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明に基づく自己着火
型内燃式往復ピストン・エンジンを運転するための装置
は同エンジンの少なくとも1つの状態変数をセンサを用
いて測定し、燃料噴射装置の噴射開始と、吸気弁または
排気弁の開放及び閉鎖の少なくともいずれか一方の開始
とを上死点における燃焼室内の圧縮圧、即ち燃焼中に形
成される燃焼室内の最大圧力が上部負荷領域内で負荷の
関数として一定またはほぼ一定の値を有するよう前記の
少なくとも1つの状態変数に基づいて調整することによ
り運転される。
【0005】本発明の方法は内燃式往復ピストン・エン
ジンを部分負荷で運転する際に同エンジンの働きを改善
する。従って、本発明の方法は部分負荷補助と称し得
る。本発明に基づく方法により、上死点における圧縮
圧、即ちシリンダの内部空間内で形成される最大圧力は
公称負荷の約50〜100%の範囲内にある上部部分負
荷領域内で一定またはほぼ一定に維持される。特に、ほ
ぼ同一の圧力が公称負荷における上部負荷領域内で形成
される。この結果、効率を上部負荷範囲内で改善し得
る。センサは内燃式往復ピストン・エンジンの複数の状
態変数、即ち、ブースト圧力と、シリンダ内の最大圧力
と、任意のクランクシャフト角度におけるシリンダ内の
圧力と、エンジン出力と、エンジンの回転速度と、ター
ボチャージャーの回転速度と、コンプレッサの後におけ
る温度と、ブースト・エア・クーラの後における温度
と、燃焼用空気の量と、タービンの前における排気ガス
温度と、タービンの後における排気ガス温度と、燃料の
量とのうちの少なくともいずれか1つを測定する。
【0006】2ストローク内燃式往復ピストン・エンジ
ンでは、燃料噴射装置以外に排気弁を制御する。4スト
ローク内燃式往復ピストン・エンジンでは、燃料噴射装
置以外に、吸気弁及び排気弁の少なくともいずれか一方
を制御する。燃料噴射装置と、吸気弁及び排気弁の少な
くともいずれか一方とを制御することにより、広い部分
負荷領域、即ち前述した上部負荷領域内での一定圧力の
形成が可能であり、これにより従来のエンジンより高い
効率を実現する。
【0007】燃焼中に形成されるNOxガスの量は出力
に対する最大圧力の割合等に依存する。出力を低下さ
せ、かつ上部負荷領域内における圧力を一定に維持した
場合、部分負荷で更に多量のNOxガスが形成される。
更に多量のNOxガスの形成は、燃料及び水からなるエ
マルジョンを燃料噴射装置を通じて燃焼のためのシリン
ダ空間内へ供給することにより防止可能である。エマル
ジョンに含まれる水及び燃料の混合比は混合装置により
広範にわたって変更可能であり、特に、同混合比は測定
された状態変数に基づいて制御し得る。部分負荷での効
率を改善する本発明の方法及びエマルジョンを併用する
効果としては、内燃式往復ピストン・エンジンの上部負
荷領域内での効率の改善及びNOxガス生成量の低減が
挙げられる。
【0008】
【発明の実施の形態】図1(a)は自己着火型4ストロ
ーク内燃式往復ピストン・エンジン2の概略を示す側面
図であり、同エンジン2は低速大型ディーゼル・エンジ
ンとして形成されている。内燃式エンジン2は連続して
配置された複数のシリンダを有するシリンダ・ハウジン
グ6を有し、同複数のシリンダはクランクシャフト・ハ
ウジング7内に配置されたクランクシャフト9aに協働
して作用する。燃料は供給管路3aを通じて噴射ポンプ
3に供給され、さらには管路3b及び噴射ノズル3cを
通じてシリンダ・ハウジング6の燃焼室内へ噴射され
る。更に、4ストローク・ディーゼル・エンジン2は吸
気弁5及び排気弁4を有する。
【0009】図1(b)は自己着火型2ストローク内燃
式往復ピストン・エンジン1の概略を示す側面図であ
り、同エンジン1は低速大型ディーゼル・エンジンとし
て使用される。内燃式エンジン1は連続して配置された
複数のシリンダを有するシリンダ・ハウジング6を有
し、同複数のシリンダはクランクシャフト・ハウジング
7内に配置されたクランクシャフト9aに協働して作用
する。燃料は供給管路3aを通じて噴射ポンプ3に供給
され、さらには管路3b及び噴射ノズル3cを通じてシ
リンダ・ハウジング6の燃焼室内へ噴射される。更に、
2ストローク・ディーゼル・エンジン1は既燃ガスに対
する排気弁4を有する。
【0010】図2(a)は制御装置8とともに図1
(a)に示す4ストローク・ディーゼル・エンジン2を
示す。制御装置8は電気的接続線8a,8b,8dを介
して排気弁4、吸気弁5及び噴射ポンプ3をそれぞれ制
御する。更に、クランクシャフト9aの瞬間角度は回動
角度センサ9によって測定され、さらには電気的接続線
8eを介して制御装置8へ出力される。センサ10はシ
リンダ6内の最大圧力または任意のクランクシャフト角
度におけるシリンダ6内の圧力、特にシリンダの上死点
における圧縮圧等、少なくとも1つの状態変数を測定す
る。センサ10が測定した測定値は電気的接続線8cを
介して制御装置8へ供給される。
【0011】図2(b)は制御装置8とともに図1
(b)に示す2ストローク・ディーゼル・エンジン1を
示す。制御装置8は電気的接続線8a,8dを介して排
気弁4及び噴射ポンプ3をそれぞれ制御する。更に、ク
ランクシャフト9aの瞬間角度は回動角度センサ9によ
って測定され、さらには制御装置8へ出力される。セン
サ10は少なくとも1つの状態変数を測定し、同状態変
数を電気的接続線8cを介して制御装置8へ供給する。
各種の状態変数を測定し、かつ同状態変数を制御装置8
へ供給すべく、ディーゼル・エンジン1,2に対して複
数のセンサを取付け得る。
【0012】図3(a)はディーゼル・エンジン1,2
における負荷、即ちエンジン出力と、燃焼室内の圧力と
の関係から本発明の方法の効果を示す。直線11aは部
分負荷補助を使用しない場合の上死点での圧縮圧をエン
ジン出力、即ち負荷の関数として示す。直線11bはデ
ィーゼル・エンジンを本発明の方法に基づいて運転した
際の上死点での圧縮圧をエンジン出力の関数として示
す。4ストローク・ディーゼル・エンジン2において、
制御装置8は圧縮圧を上部負荷領域II内において一定の
値とし、さらには下部負荷領域内において直線的に低下
させるべく噴射ポンプ3、吸気弁5及び排気弁4をそれ
ぞれ制御する。2ストローク・ディーゼル・エンジン2
は圧縮圧11bが同様に上部負荷領域II内において一定
の値を示し、かつ下部負荷領域内において直線的に低下
するよう噴射ポンプ3及び排気弁4を作動させることに
より運転される。直線11cは部分負荷補助を使用しな
い場合に燃焼室内で形成される最大圧力の変動をエンジ
ン出力、即ち負荷の関数として示す。曲線11dは本発
明の方法に基づいてディーゼル・エンジンを運転した際
に燃焼室内で形成される最大圧力をエンジン出力の関数
として示す。曲線11b,11dが上部負荷領域IIにお
いて一定またはほぼ一定に推移するよう排気弁4及び吸
気弁5の少なくともいずれか一方と、噴射ポンプ3とを
クランクシャフト角度9b、即ち時間に関連して制御す
る。
【0013】図3(b)はディーゼル・エンジン1,2
の負荷、即ちエンジン出力と、燃焼によって形成された
NOxガスの量との関係を示す。部分負荷補助を使用し
ない場合、形成されたNOxガスの割合は上部負荷領域
II内においてほぼ一定に維持される。図3(a)に基づ
いて運転し、かつ一定またはほぼ一定の圧力を上部負荷
領域II内で形成する部分負荷補助を使用した場合、曲線
12aに示すように部分負荷の低下に伴ってNOxガス
の割合が増大する。部分負荷におけるNOxガスの割合
の増大は生態学的理由から好ましくない。この結果、本
発明に基づく方法の特に好ましい実施の形態では、燃料
及び水からなるエマルジョンを使用している。エマルジ
ョンは噴射ポンプ3へ供給され、かつ噴射ノズル3cを
通じてシリンダ空間内へ噴射される。曲線12cは曲線
11b,11dに示す効果を有する部分負荷補助と、燃
料及び水からなるエマルジョンとを使用した場合の上部
負荷領域II内でのNOxガスの割合を負荷の関数として
示す。生態学的理由から、図3(a)に基づいて本発明
の方法を燃料及び水からなるエマルジョンと組み合わせ
て使用することは効果的である。
【0014】図4は噴射ポンプ3からの送出し量をエン
ジン出力の関数として示す。直線aは従来の方法に基づ
いて運転される噴射ポンプを示す。この場合、輸送され
た全ての流体は燃料のみからなり、同輸送された流体の
量はエンジン出力に基づいて変化する。直線bは水及び
燃料からなるエマルジョンをエンジン出力の関数として
混合し、かつ輸送する効果的な方法を示す。センサは内
燃式ディーゼル・エンジンのエンジン出力を測定する。
全負荷の約0〜50%内にある低いエンジン出力領域 I
内において、輸送された燃料の量aに比例する量の水が
混合される。この結果、噴射ポンプ3へ輸送される水及
び燃料からなるエマルジョンの量は直線bに示す量に一
致する。点Sから最大エンジン出力Mmaxまでの上部
負荷領域IIにおいて、噴射ポンプ3へ輸送されるエマル
ジョンの量(曲線b)は一定に維持される。燃料の量は
曲線aに基づいてエンジン出力の関数として変化する。
そして、水及び燃料からなるエマルジョンの正味量を一
定またはほぼ一定に維持すべく水の添加量が制御され
る。図4に示すエンジン出力の関数としての上部負荷領
域IIにおける燃料及び水の混合比は例示を目的とするの
みである。混合比はNOxガスの量を効果的に低下させ
るべく曲線aとは異なる方法で変化させ得る。
【0015】図5は燃料及び水からなるエマルジョンを
混合及び輸送するための装置30の概略を示す。内燃式
ディーゼル・エンジンの状態を測定するセンサ10は信
号線8aを通じて制御装置8に接続されている。2つの
送出しポンプ21,22の回転速度は信号線20a,2
0bを通じて制御装置8によって予め特定される。燃料
は燃料を充填したタンク25から管路3d及び送出しポ
ンプ21を通じて乳化装置23へ供給される。水は水を
充填したタンク24から管路3e及び送出しポンプ22
を通じて乳化装置23へ供給される。乳化装置23は水
及び燃料を混合して水及び燃料からなるエマルジョンを
形成する。混合方法の詳細な説明は省略する。エマルジ
ョンは管路3aを通じて噴射ポンプ3へ供給され、さら
には管路3b及び噴射ノズル3cを通じてシリンダ・ハ
ウジング6内に位置するシリンダのシリンダ空間内へ噴
射される。制御装置8はセンサ10を監視し、さらには
図2(a)または図2(b)に示す他の構成部品を監視
し、かつ制御する。
【0016】以上、詳述したように、本発明はシリンダ
の内部空間内において広い上部負荷領域内での一定圧力
の形成を可能とし、これによりエンジンの効率を改善
し、かつ同エンジンの経済的な運転を可能にする。更
に、本発明の方法と一緒に燃料及び水からなるエマルジ
ョンを使用することにより、NOxガスの生成を抑制可
能にする。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば、NOxの生成を抑制
し、さらには自己着火型内燃式往復ピストン・エンジン
の効率を改善して同エンジンの経済的運転を可能にする
という優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)4ストローク内燃式往復ピストン・エン
ジンの概略図。(b)2ストローク内燃式往復ピストン
・エンジンの概略図。
【図2】(a)センサ及び制御装置とともに図1(a)
のエンジンを示す概略図。(b)センサ及び制御装置と
ともに図1(b)のエンジンを示す概略図。
【図3】(a)負荷/エンジン出力及び燃焼室内圧力の
関係を示すグラフ。 (b)負荷/エンジン出力及びNOxガス形成の関係を
示すグラフ。
【図4】負荷/エンジン出力の関数としてのエマルジョ
ン組成物間の関係を示すグラフ。
【図5】エマルジョンを形成する装置。
【符号の説明】
1…自己着火型2ストローク内燃式往復ピストン・エン
ジン、2…自己着火型4ストローク内燃式往復ピストン
・エンジン、3…燃料噴射装置、4…排気弁、5…吸気
弁、8…制御装置、8a,8b,8d…制御線、8c…
電気的接続線、10…センサ、21,22…送出しポン
プ、30…エマルジョンを形成する装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F02D 41/40 9523−3G F02D 41/40 D 45/00 328 45/00 328 F02M 25/022 F02M 43/00 C9 43/00 25/02 A

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 自己着火型内燃式往復ピストン・エンジ
    ンを部分負荷領域内において運転する方法であって、前
    記内燃式往復ピストン・エンジンの少なくとも1つの状
    態変数をセンサ(10)を用いて測定する工程と、燃料
    噴射装置(3)の噴射開始と、吸気弁(5)または排気
    弁(4)の開放及び閉鎖の少なくともいずれか一方の開
    始とを上部部分負荷領域内における負荷の関数としての
    燃焼室内の圧縮圧が一定またはほぼ一定となるよう少な
    くとも1つの状態変数に基づいて調整する工程とを含む
    方法。
  2. 【請求項2】 前記自己着火型内燃式往復ピストン・エ
    ンジンは2ストローク・サイクルであり、燃料噴射装置
    (3)の噴射開始と、排気弁(4)の閉鎖の開始とを制
    御する工程を有する請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 前記自己着火型内燃式往復ピストン・エ
    ンジンは4ストローク・サイクルであり、燃料噴射装置
    (3)の噴射開始と、吸気弁(5)の開放及び閉鎖の少
    なくともいずれか一方の開始とを制御する工程を含む請
    求項1に記載の方法。
  4. 【請求項4】 前記測定された状態変数は以下のパラメ
    ータ、即ち、 ブースト圧力と、 シリンダ内の最大圧力と、 任意のクランクシャフト角度におけるシリンダ内の圧力
    と、 エンジン出力と、 エンジンの回転速度と、 ターボチャージャーの回転速度と、 コンプレッサの後における温度と、 ブースト・エア・クーラの後における温度と、 燃焼用空気の量と、 タービンの前における排気ガス温度と、 タービンの後における排気ガス温度と、 燃料の量とのうちの少なくともいずれか1つを含む請求
    項1乃至3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 【請求項5】 前記内燃式往復ピストン・エンジンを水
    及び燃料からなるエマルジョンを用いて運転する請求項
    1乃至4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 【請求項6】 前記エマルジョンの量と、エマルジョン
    内に含まれる水及び燃料の割合との少なくともいずれか
    一方を前記状態変数に基づいて変更する工程を含む請求
    項5に記載の方法。
  7. 【請求項7】 前記上部部分負荷領域は全負荷の50〜
    100%の範囲にある請求項1乃至6のいずれか一項に
    記載の方法。
  8. 【請求項8】 部分負荷における効率を増大すべく自己
    着火型内燃式往復ピストン・エンジン(1,2)を運転
    するための装置であって、状態変数を測定するためのセ
    ンサ(10)及び燃料噴射装置(3)と、吸気弁(5)
    及び排気弁(4)の少なくともいずれか一方とを有し、
    制御装置(8)を電気的接続線(8c)を介して前記セ
    ンサ(10)に接続し、さらには制御線(8a,8b,
    8d)を介して燃料噴射装置(3)、並びに吸気弁
    (5)及び排気弁(4)の少なくともいずれか一方に接
    続した装置。
  9. 【請求項9】 水及び燃料からなるエマルジョンを形成
    する装置(30)を燃料噴射装置(3)に接続し、前記
    装置(30)はエマルジョンの量、並びにエマルジョン
    に含まれる水及び燃料の割合の少なくともいずれか一方
    を制御可能とすべく前記制御装置(8)による制御が可
    能な送出しポンプ(21,22)を有する請求項8に記
    載の装置。
  10. 【請求項10】 自己着火型内燃式往復ピストン・エン
    ジン、特にディーゼル・エンジンであって、請求項1乃
    至7のいずれか一項に記載の方法に基づいて運転される
    か、または請求項8若しくは9に記載の装置を有するエ
    ンジン。
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