(57)【要約】【課題】予混合圧縮着火において燃料の燃焼期間を延長すると共に、燃料の着火時期を遅らせる圧縮着火エンジンを提供する。【解決手段】圧縮上死点より早いタイミングで燃料噴射を実行し、燃料の予混合化を促進してから燃焼室内で着火燃焼させるようにした圧縮着火エンジンであって、気筒内に、複数の孔１６を配した燃焼調整材１５を備え、燃焼調整材１５の孔１６を消炎距離を基準にして構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮上死点より早いタイミングで燃料噴射を実行し、燃料の予混合化を促進してから燃焼室内で着火燃焼させるようにした圧縮着火エンジンであって、気筒内に、複数の孔を配した燃焼調整材を備え、該燃焼調整材の孔を消炎距離を基準にして構成したことを特徴とする圧縮着火エンジン。
【請求項２】
燃焼調整材をピストン頂部に配置したことを特徴とする請求項１に記載の圧縮着火エンジン。
【請求項３】
燃焼調整材の孔を、開口側から内方へ向かって傾斜するテーパ状にしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧縮着火エンジン。
【請求項４】
燃焼調整材はハニカム状の部材であることを特徴とする請求項１〜３に記載の圧縮着火エンジン。
【請求項５】
燃焼調整材は、気筒内の内部空間を上側のボリュームと下側のボリュームに区分けする多孔の板材であることを特徴とする請求項１〜３に記載の圧縮着火エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮着火エンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車のディーゼルエンジンなどでは、排気側から排出ガスの一部を抜き出して吸気側へと戻し、その吸気側に戻された排出ガスでエンジン内での燃料の燃焼を抑制させて燃焼温度を下げることによりＮＯxの発生を低減するようにした、いわゆる排出ガス再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）を採用したものがある。
【０００３】
ただし、排出ガスの再循環によりＮＯxの低減化を図ることは、気筒内での燃焼不良により黒煙を発生してしまうこととトレードオフの関係にあるので、黒煙の発生を抑制する観点から排出ガスの再循環量に制限がかかるという不具合があり、単純に排出ガスの再循環を行うだけで大幅なＮＯxの低減化を図ることは困難である。
【０００４】
このため、近年においては、通常であれば圧縮上死点近辺で行われるべき燃料噴射を圧縮上死点より早いタイミングで行い、気筒内への燃料の先行投入により燃料の予混合化を促進してから着火燃焼させて黒煙の発生を抑制するようにした予混合圧縮着火の採用が検討されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−１０７７９２号公報
【０００５】
即ち、このような予混合圧縮着火を採用して燃焼を行うと、燃料が良好に分散混合して均等に薄まった状態で燃焼が行われることになるので、燃焼温度が比較的低く抑制されてＮＯxの発生が少なくなり、しかも、局所的に燃料の濃い部分が生じ難くなって黒煙の発生を抑制する上でも有効となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、斯かる予混合圧縮着火を採用した場合、燃料の投入タイミングを圧縮上死点より早めても、その着火については圧縮上死点付近で行われることが望ましいが、通常のエンジンの圧縮比では、圧縮上死点より早いタイミングで着火する過早着火が起こって熱効率的な損失が生じるという問題があり、特にエンジン温度が高くなる高負荷の運転条件では、圧縮に伴い混合気の温度が早期に着火温度に達してしまうので、圧縮上死点よりもかなり早いタイミングで過早着火が起こって大幅な燃費悪化を招いてしまう結果となり、現状では低負荷の運転条件でしか予混合圧縮着火を採用する目処が立っていないのが実情である。
【０００７】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、予混合圧縮着火において燃料の燃焼期間を延長すると共に、燃料の着火時期を遅らせる圧縮着火エンジンを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、圧縮上死点より早いタイミングで燃料噴射を実行し、燃料の予混合化を促進してから燃焼室内で着火燃焼させるようにした圧縮着火エンジンであって、気筒内に、複数の孔を設けた燃焼調整材を備え、該燃焼調整材の孔を消炎距離を基準にして構成したことを特徴とするものである。
【０００９】
而して、このようにすれば、予混合の燃料が燃焼調整材の孔内に入り込み、孔の消炎効果により同時に燃焼することがなく、遅れて燃焼するので、燃料の燃焼期間を延長すると共に、冷炎の着火部分での発熱量を抑制し、熱炎の着火部分を遅らせることができる。
【００１０】
しかも、冷炎時の発熱量が抑制される結果、燃料の過早着火が抑制されて着火時期が圧縮上死点付近まで遅延され、予混合圧縮着火による燃焼温度の抑制作用と相まってＮＯx生成が効果的に抑制される。
【００１１】
又、燃焼調整材の孔の消炎効果により燃料の発熱量が抑制されることで冷炎期間が延ばされて熱炎移行が遅れるので、燃焼速度が抑制されて燃焼が緩慢化されることにより燃焼騒音が低減される。
【００１２】
本発明をより具体的に実施するに際しては、例えば、燃焼調整材をピストン頂部に配置すると良く、このようにすれば、燃焼調整材が常に燃焼室に面して燃料が効率良く燃焼調整材の孔内に入り込み、燃料が燃焼する時には、燃焼調整材の孔の燃料が遅れて燃焼する。
【００１３】
更に、本発明においては、燃焼調整材の孔を、開口側から内方へ向かって傾斜するテーパ状にすると良く、このようにすれば、孔の内方へ向かって隙間が狭くなるので、圧縮時には、燃料が孔の内方に押し込められて極めて着火しずらくなると共に、膨張時には、燃料が孔の内方から外方へ引っ張られて容易に着火し、結果的に、燃料の燃焼期間を延長すると共に、冷炎の着火部分での発熱量を抑制し、熱炎の着火部分を遅らせることができる。
【００１４】
更に又、本発明において、燃焼調整材はハニカム状の部材であると、ハニカム状の部材により消炎距離を備えた孔を燃焼室内に容易に配置することができる。
【００１５】
又、本発明において、燃焼調整材は、気筒内の内部空間を上側のボリュームと下側のボリュームに区分けする多孔の板材であると、気筒内の内部空間で区分けされた下側のボリュームには、上側のボリュームで着火した火が、燃焼調整材により容易に入り込まないので、燃料の燃焼期間を延長すると共に、冷炎の着火部分での発熱量を抑制し、熱炎の着火部分を遅らせることができる。
【発明の効果】
【００１６】
上記した本発明の圧縮着火エンジンによれば、燃焼調整材の孔の消炎効果により、燃焼調整材の孔内に入り込んだ燃料が遅れて燃焼するので、燃料の燃焼期間を延長すると共に、冷炎の着火部分での発熱量を抑制し、熱炎の着火部分を遅らせることができるという種々の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】
【００１７】
以下本発明の実施の形態の第一例を図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
図１〜図６は本発明を実施する形態の第一例を示すもので、図１に図示しているディーゼルエンジン１においては、排出ガス２が流通する排気管３の途中に、排出ガス２中のＮＯxと還元剤との反応選択性を高めた選択還元型触媒４（ＮＯx低減触媒）がケーシング５に抱持されて装備されており、この選択還元型触媒４の上流側には、図示しない還元剤添加装置により適宜に還元剤が添加されるようになっている。
【００１９】
又、このディーゼルエンジン１では、ＥＧＲパイプ６により排気管３と吸気管７との間が接続されており、このＥＧＲパイプ６の途中に備えたＥＧＲバルブ８を介し排出ガス２の一部を吸入空気９と一緒に再循環してディーゼルエンジン１の気筒内に送り込み、該気筒内での燃焼温度を下げてＮＯxの低減化を図るようにしてある。
【００２０】
更に、ディーゼルエンジン１の各気筒の頂部には、燃料（軽油）を気筒内に噴射するインジェクタ１０が装備されており、該インジェクタ１０の噴射作動については、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置１１からの燃料噴射指令１０ａにより制御されるようになっており、圧縮行程後期の圧縮上死点より早いタイミングで前記インジェクタ１０に燃料噴射指令１０ａを出力して燃料を噴射せしめるようにしてある。
【００２１】
他方、この制御装置１１には、アクセル開度をディーゼルエンジン１の負荷として検出するアクセルセンサ１２（負荷センサ）からのアクセル開度信号１２ａや、ディーゼルエンジン１の機関回転数を検出する回転センサ１３からの回転数信号１３ａなどが入力されており、各種のエンジン制御を実行するべくディーゼルエンジン１の運転状態が常に監視されるようになっている。
【００２２】
そして、斯かるディーゼルエンジン１のピストン１４頂部には、融点の高いチタン合金などを原料とした燃焼調整材１５が、断熱材を介装することなくメタルタッチの状態で埋め込まれており、第一例の燃焼調整材１５は、図２〜図４に示す如く、ハニカム状（蜂の巣状）の孔１６を備えて構成され、孔１６の径は、温度の伝播と、燃料の移動する速度とがアンバランスになって火炎が消える消炎距離若しくはそれ以下に形成されている。
【００２３】
ここで、燃焼調整材１５の孔１６の径ｄは、４ｍｍ以上６ｍｍ以下に構成することが好ましく、図４、図５に示す如く、孔１６の径ｄが６ｍｍより大きい場合には、壁面１７の影響を全く受けないため、消炎効果がなく、又、孔１６の径ｄが４ｍｍより小さい場合には、最低条件とされる炭化水素の火炎帯（０．１ｍｍ）の約４０倍よりも小さくなるため、好ましくない。
【００２４】
尚、図１中１８は燃焼室、１９は排気ポート、２０は排気弁、２１は吸気ポート、２２は吸気弁を示しており、該吸気弁２２及び前記排気弁２０は、図示しないエンジン駆動のカムシャフトに備えたカムによりプッシュロッドやロッカーアームを介して各気筒毎の行程に応じた適切なタイミングで開弁操作されるようになっている。
【００２５】
而して、このようなディーゼルエンジン１を構成すれば、圧縮時に予混合の燃料が燃焼調整材１５の孔１６内に入り込み、燃料の燃焼の際には、孔１６の径ｄの効果により、燃焼調整材１５の孔１６内の燃料が、燃焼室内の燃料と略同時に燃焼することがなく、遅れて燃焼し、燃料の燃焼期間を延長すると共に、図６に示す如く、冷炎の着火部分での発熱量を抑制し、熱炎の着火時期を遅らせる。ここで、図中の破線は熱炎の着火時期を遅らせたことを示すものである。
【００２６】
又、冷炎時の発熱量が抑制される結果、燃料の過早着火が抑制されて着火時期が圧縮上死点付近まで遅延され、予混合圧縮着火による燃焼温度の抑制作用と相まってＮＯx生成が効果的に抑制される。
【００２７】
又、燃焼調整材１５の孔１６により燃料の発熱量が抑制されることで冷炎期間が延ばされて熱炎移行が遅れるので、燃焼速度が抑制されて燃焼が緩慢化されることにより燃焼騒音が低減される。ここで、孔１６の径ｄを６ｍｍより大きくした場合には、消炎効果がなくなるため、孔１６内の燃料が燃焼室内の燃料と略同時に燃焼してしまうという問題があり、孔１６の径ｄを４ｍｍより小さくした場合には、孔１６内の燃料（炭化水素）が火炎体とならず、冷炎の着火部分及び熱炎の着火部分を好適に発生させることができないという問題がある。
【００２８】
更に又、実施の形態例において、燃焼調整材１５をピストン１４頂部に配置すると、燃焼調整材１５が常に燃焼室に面して燃料が効率良く燃焼調整材１５の孔１６内に入り込み、燃料が燃焼する時には、燃焼調整材１５の孔１６の燃料が遅れて燃焼する。
【００２９】
又、実施の形態例において、燃焼調整材１５はハニカム状の部材であると、ハニカム状の部材により消炎距離以下の距離ｄを備えた孔１６を燃焼室内に容易に配置することができる。
【００３０】
ここで、本発明の実施の形態例は、燃焼調整材１５により燃料の燃焼期間を延長すると共に熱炎の着火時期を遅らせるものであるならば、ＥＧＲパイプ６などにより排出ガス２の一部をディーゼルエンジン１の気筒内に送り込む構成を備えるものでなくても良い。又、排出ガス２の一部をディーゼルエンジン１の気筒内に送り込む構成を備える場合には、当量比で２以下ならば、どのような温度でも、煙を生じることがない。
【００３１】
以下本発明の実施の形態の第二例を図面を参照しつつ説明する。
【００３２】
図７、図８は本発明を実施する形態の第二例を示すものであって、第一例の燃焼調整材１５を変更したものであり、図中、図１〜図６と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００３３】
第二例の燃焼調整材２３は、第一例と略同様な素材で構成されると共に、第一例と略同様に、ディーゼルエンジン１のピストン１４頂部に配置されている。
【００３４】
又、第二例の燃焼調整材２３は、ハニカム状（蜂の巣状）の孔２４を備えると共に、孔２４を、開口側から内方へ向かって傾斜するテーパ状にしており、開口側の径を、第一例と同様な隙間（孔径）ｄ２に形成すると共に、内方の径をそれよりも狭い隙間（孔径）ｄ１にしている（ｄ２＞ｄ１）。ここで、孔２４の開口側の隙間（孔径）ｄ２は、第一例と略同様に、４ｍｍ以上６ｍｍ以下の径に構成することが好ましい。又、内方の径は、開口側の径より小さければ特に限定されるものではない。
【００３５】
而して、このような第二例の構成とすれば、第一例と同様な作用効果を得ることができる。又、燃焼調整材２３の孔２４を、開口側から内方へ向かって傾斜するテーパ状にすると、孔２４の内方へ向かって隙間が開口側の隙間ｄ２よりも狭くなるので、圧縮時には、燃料が孔２４の内方に押し込められて極めて着火しずらくなり、膨張時には、燃料が孔２４の内方から外方へ引っ張られて容易に自着火し、結果的に、燃料の燃焼期間を延長すると共に、冷炎の着火部分での発熱量を抑制し、熱炎の着火部分を遅らせることができる。更に、孔２４の内方において熱を速やかに逃がし、ピストン１４を介して気筒外へ円滑に除去することができる。
【００３６】
以下本発明の実施の形態の第三例を図面を参照しつつ説明する。
【００３７】
図９は本発明を実施する形態の第三例を示すものであって、第一例の燃焼調整材１５を更に変更したものであり、図中、図１〜図６と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００３８】
第三例の燃焼調整材２５は、第一例と同様な素材で多孔の板材２６で構成されると共に、気筒内の内部空間を上側のボリュームＶ１と下側のボリュームＶ２に区分けするよう、ピストン１４頂部の中途位置に配置されている。又、第三例の燃焼調整材２５の板材２６は、第一例と略同様に、孔２７を４ｍｍ以上６ｍｍ以下の距離に構成することが好ましい。
【００３９】
而して、このような第三例の構成とすれば、第一例と同様な作用効果を得ることができる。又、燃焼調整材２５は、気筒内の内部空間を上側のボリュームＶ１と下側のボリュームＶ２に区分けする多孔の板材２６であると、気筒内の内部空間で区分けされた下側のボリュームＶ２には、上側のボリュームＶ１で着火した火が、燃焼調整材２５により容易に入り込まないので、燃料の燃焼期間を延長すると共に、冷炎の着火部分での発熱量を抑制し、熱炎の着火部分を遅らせることができる。
【００４０】
以下本発明の実施の形態の第四例を図面を参照しつつ説明する。
【００４１】
図１０は本発明を実施する形態の第四例を示すものであって、第一例の燃焼調整材１５を更に変更したものであり、図中、図１〜図６と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００４２】
第四例の燃焼調整材２８は、第一例と同様な素材で多孔の板材２９で構成されると共に、気筒内の内部空間を上側のボリュームＶ３と下側のボリュームＶ４に区分けするよう、ピストン１４ａ頂部の上方位置に配置されている。又、第四例の燃焼調整材２８の板材２９は、筒部３０を備えて通路状の孔３１を形成すると共に、筒部３０の孔３１を、第一例と略同様に、４ｍｍ以上６ｍｍ以下の距離に構成している。ここで、ピストン１４ａ頂部の形状は、第三例と異なるが、第一例から第四例において特に影響を与えるものではない。
【００４３】
而して、このような第四例の構成とすれば、第三例と同様な作用効果を得ることができる。
【００４４】
尚、本発明の圧縮着火エンジンは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、ディーゼルエンジン以外の圧縮着火エンジンにも適用し得ること、燃料は必ずしも軽油に限定するものではないこと、燃焼調整材は必ずしもピストン頂部に埋め込んで配置しなくても良く、例えば燃焼室に配置しても良いこと、又、燃焼調整材の構造は図示例に限定されないこと、更に、ＮＯx低減触媒には選択還元型触媒以外にＮＯx吸蔵還元触媒などを適宜に採用し得ること、その他、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】
【００４５】
【図１】本発明を実施する形態を示す概略図である。
【図２】第一例の燃焼調整材を示す概略図である。
【図３】図２の燃焼調整材の詳細を示す斜視図である。
【図４】図２の燃焼調整材の孔の構成を示す概略図である。
【図５】距離（孔径）と伝播速度の関係を示すグラフである。
【図６】時間経過に伴う温度と熱発生率の関係を示すグラフである。
【図７】第二例の燃焼調整材を示す概略図である。
【図８】図７の燃焼調整材の孔におけるテーパ状の構成を示す概略図である。
【図９】第三例の燃焼調整材を示す概略図である。
【図１０】第四例の燃焼調整材を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４６】
１４    ピストン
１４ａ  ピストン
１５    第一例の燃焼調整材
１６    孔
１８    燃焼室
２３    第二例の燃焼調整材
２４    孔
２５    第三例の燃焼調整材
２６    板材
２７    孔
２８    第四例の燃焼調整材
２９    板材
３１    孔
Ｖ１    上側のボリューム
Ｖ２    下側のボリューム
Ｖ３    上側のボリューム
Ｖ４    下側のボリューム
ｄ      隙間（孔径）
ｄ２    隙間（孔径）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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