(57)【要約】【課題】排気温度が過大となって排気系統の温度上昇を招いたり、水噴射装置が、常に高温・高圧の燃焼ガス中に曝され信頼性を確保するのは難しい。【解決手段】４ストロークディーゼル機関１１のシリンダ１内で往復運動するピストン７の燃焼・膨張行程のピストン下死点付近で、ピストン７上部に存在する膨張した高温の排気ガスＧに向けてシリンダ側面から水Ｗを噴射して、ピストン７の上部に近い領域の排気ガスＧを冷却する。これにより、シリンダ１内の排気ガスを外に出さずに中で冷やして再使用することにより、排気ガス温度の低減と次行程で圧縮する空気中の酸素濃度を下げて、安定した窒素酸化物の低減を図る。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
４ストロークディーゼル機関のシリンダ内で往復運動するピストンの燃焼・膨張行程から排気行程に移行するピストン下死点付近で、ピストン上部に存在する膨張した高温の排気ガスに向けて又はピストン頂面に向けてシリンダ側面から水を噴射して、ピストン上部に近い領域の排気ガスを冷却するようにした４ストロークディーゼル機関の窒素酸化物低減方法。
【請求項２】
請求項１記載の４ストロークディーゼル機関の窒素酸化物低減方法において、
前記水の噴射時期を、燃焼・膨脹行程が終了するピストン下死点の前後９０度の範囲とした４ストロークディーゼル機関の窒素酸化物低減方法。
【請求項３】
請求項１記載の４ストロークディーゼル機関の窒素酸化物低減方法において、
前記水の噴射で冷却するピストン上部に近い排気ガスの領域を、ピストンの行程容積の１〜５０％とした４ストロークディーゼル機関の窒素酸化物低減方法。
【請求項４】
請求項１記載の４ストロークディーゼル機関の窒素酸化物低減方法において、
前記ピストンの排気行程終了の上死点前で排気弁を閉じ、該ピストンの給気行程開始の上死点後で給気弁を開け、該給気弁から所定の圧縮率で圧縮した空気を供給する４ストロークディーゼル機関の窒素酸化物低減方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の４ストロークディーゼル機関の窒素酸化物低減方法において、
前記ピストンの給気行程が終了するピストン下死点付近で、更にピストン上部に向けて水を噴射するようにした４ストロークディーゼル機関の窒素酸化物低減方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の４ストロークディーゼル機関の窒素酸化物低減方法において、
前記水に代えて蒸気を噴射するようにした４ストロークディーゼル機関の窒素酸化物低減方法。
【請求項７】
排気ガスを排出するための少なくとも１個の排気弁と、空気を供給するための少なくとも１個の給気弁と、シリンダの内部で往復運動するピストンと、前記シリンダの側面に内部に向けて設けられた水噴射部材と、該水噴射部材で、前記ピストンの燃焼・膨張行程から排気行程に移行する下死点付近のピストン上部に存在する膨張した高温の排気ガスに向けて又はピストン頂面に向けて水を噴射する水供給装置とを備えた４ストロークディーゼル機関の窒素酸化物低減装置。
【請求項８】
請求項７記載の４ストロークディーゼル機関の窒素酸化物低減装置において、
前記水供給装置を、機械式又は電気式もしくはそれらを組合わせた構成とし、該水供給装置に、ディーゼル機関運転中に前記水噴射部材からの噴射タイミングと噴射量とを調整する機能を具備させた４ストロークディーゼル機関の窒素酸化物低減装置。
【請求項９】
請求項７記載の４ストロークディーゼル機関の窒素酸化物低減装置において、
前記水噴射部材を、前記ピストンの中心軸に向けてシリンダの側面から均等に水を噴射する複数個の水噴射弁又は水噴射ノズルで構成した４ストロークディーゼル機関の窒素酸化物低減装置。
【請求項１０】
請求項７記載の４ストロークディーゼル機関の窒素酸化物低減装置において、
前記ピストンの排気行程終了の上死点前で排気弁を閉じ、該ピストンの給気行程開始の上死点後で給気弁を開け、該給気弁から所定の圧縮率で圧縮した空気を供給する機能を具備させた４ストロークディーゼル機関の窒素酸化物低減装置。
【請求項１１】
請求項７記載の４ストロークディーゼル機関の窒素酸化物低減装置において、
前記水供給装置に、前記ピストンの燃焼・膨張行程における下死点付近のピストン上部に存在する膨張した高温の排気ガスに向けて又はピストン頂面に向けて水を噴射する機能に加え、給気行程が終了するピストン下死点付近で更に水を噴射する機能を具備させた４ストロークディーゼル機関の窒素酸化物低減装置。
【請求項１２】
請求項７〜１１のいずれか１項に記載の４ストロークディーゼル機関の窒素酸化物低減装置において、
前記水供給装置に、水に代えて蒸気を噴射する機能を具備させた４ストロークディーゼル機関の窒素酸化物低減装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、車両や舶用等に使用される４ストロークディーゼル機関において、排気ガス中の窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という）を低減させる方法とその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両や船舶等の４ストロークディーゼル機関において、排気ガス中のＮＯｘを低減させようとする技術が多く提案されている。
【０００３】
図４は、従来の一般的な４ストロークディーゼル機関におけるバルブタイミングと水噴射タイミングとの関係を示すタイムチャートである。図示するように、４ストロークディーゼル機関は、ピストンの往復運動により、給気行程、圧縮行程、燃焼・膨張行程、排気行程、の４行程を繰り返して運転する。給気行程では給気弁が開けられて空気が吸入され、排気行程では排気弁が開けられて排気ガスが排出される。
【０００４】
この給排気弁の開閉タイミングは、ピストンの給気行程開始前の排気行程の上死点付近で給気弁を開け、給気行程で空気を吸込み、圧縮行程の開始後に給気弁を閉じて圧縮し、爆発後の燃焼・膨張行程の終了前に排気弁を開け、排気行程の終了後に排気弁を閉じている。この排気行程の終了前には前記給気弁が開けられて、給気が開始される。これらの開閉タイミングで給排気弁が連続的に駆動される。
【０００５】
このように駆動される給排気弁の開閉タイミングの場合、排気行程の終了から給気行程の開始に移行する間には、排気弁と給気弁とが共に開いた状態のオーバーラップ期間があり、このオーバーラップ期間に給気弁から吸込まれた空気で排気を排気弁から押出すようにしている。また、これにより給気弁から吸込んだ冷たい空気の一部を排気弁へ流して、排気系統の冷却も行っている。
【０００６】
例えば、この種の４ストロークディーゼル機関でＮＯｘの低減を図ろうとする方法として、ピストンの排気行程が終了するピストン上死点前に排気弁を閉じ、給気行程が開始した後に給気弁を開けるようにしてオーバーラップ期間をなくし、この間のピストンが上死点領域にある時にシリンダ内に水を噴射するものがある。この方法によれば、排気行程を終えた残りの排気ガス中に注入した水が水蒸気となり、給気行程で流入する新たな空気と混合した排気ガスと水蒸気との混合物は空気のみと比較して酸素濃度が低くなって、燃焼過程で発生するＮＯｘを低減することができる、というものである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
なお、他の従来技術として、燃焼・膨張行程における燃焼ガスの熱エネルギーを利用して水を水蒸気化することによりピストン出力に転化しようとするものがある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−１６４９９８号公報（第３−９頁、図２）
【特許文献２】
特開平７−２２４７２４号公報（第２頁、図４）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献１では、排気行程終了と給気行程開始との間の給排気弁の開閉にオーバーラップ期間を設けていないので、給気による排気系統の冷却が行われず、高過給機関では排気温度が過大となって排気系統の温度上昇を招き、高負荷での運転は困難になる。
【００１０】
また、この特許文献１では、水噴射装置が、高温・高圧に曝される燃焼室上部に設置されているので、常に高温・高圧の燃焼ガス中に曝される水噴射装置の信頼性を確保するのは難しい。しかも、この水噴射装置によってピストン上死点付近で水を噴射するため、ピストン周囲のシリンダライナ上部摺動面に形成された重要な潤滑油膜を水で損なう可能性がある。
【００１１】
なお、前記特許文献２では、冷却損失を抑制することはできても、ＮＯｘを低減した運転を安定して継続することができるものではない。
【００１２】
そこで、本願発明は、高負荷でも、近年の地球的な環境保護の観点から要望されている更なるＮＯｘの低減が可能な、窒素酸化物低減方法とその装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本願発明に係る４ストロークディーゼル機関の窒素酸化物低減方法は、４ストロークディーゼル機関のシリンダ内で往復運動するピストンの燃焼・膨張行程から排気行程に移行するピストン下死点付近で、ピストン上部に存在する膨張した高温の排気ガスに向けて又はピストン頂面に向けてシリンダ側面から水を噴射して、ピストン上部に近い領域の排気ガスを冷却するようにしている。これにより、ピストンの燃焼・膨張行程から排気行程に移行するピストン下死点付近で、ピストン上部に存在する膨張した高温の排気ガス中またはピストン頂面に噴射された水が水蒸気となってピストン上部に近い領域の排気ガス温度を下げるので、シリンダ内の排気ガスを外に出さずに中で冷やして再使用することにより、排気ガス温度の低減と次行程で圧縮する空気中の酸素濃度を下げて、効果的なＮＯｘの低減を図ることができる。
【００１４】
前記４ストロークディーゼル機関の窒素酸化物低減方法において、前記水の噴射時期を、燃焼・膨脹行程が終了するピストン下死点の前後９０度（クランクシャフトの回転角）の範囲とすれば、シリンダライナ上部摺動面に形成された重要な潤滑油膜を水で損なうことなく排気ガスの温度を下げることができる。
【００１５】
また、前記４ストロークディーゼル機関の窒素酸化物低減方法において、前記水の噴射で冷却するピストン上部に近い排気ガスの領域を、ピストンの行程容積の１〜５０％とすれば、排気行程終了時のシリンダ内に冷却されたガスを安定して残すことができる。
【００１６】
さらに、前記４ストロークディーゼル機関の窒素酸化物低減方法において、前記ピストンの排気行程終了の上死点前で排気弁を閉じ、該ピストンの給気行程開始の上死点後で給気弁を開け、該給気弁から所定の圧縮率で圧縮した空気を供給するようにすれば、排気弁を閉じて給気弁を開ける間に給排気弁の開閉にオーバーラップがないので、排気行程において排気弁を閉じる時を調整することにより、ピストン内に残す排気ガス量を調整してＮＯｘ低減量の調整をすることができる。
【００１７】
その上、前記いずれかの４ストロークディーゼル機関の窒素酸化物低減方法において、前記ピストンの給気行程が終了するピストン下死点付近で、更にピストン上部に向けて水を噴射するようにすれば、燃焼・膨張行程における水噴射に加え、給気行程で微量の水噴射を行うことによって更なるＮＯｘの低減を図ることができる。
【００１８】
また、前記いずれかの４ストロークディーゼル機関の窒素酸化物低減方法において、前記水に代えて蒸気を噴射するようにすれば、より短時間で気化させる必要がある使用条件において、迅速な排気ガスの冷却を行ってＮＯｘを低減させることができる。
【００１９】
一方、本願発明に係る４ストロークディーゼル機関の窒素酸化物低減装置は、排気ガスを排出するための少なくとも１個の排気弁と、空気を供給するための少なくとも１個の給気弁と、シリンダの内部で往復運動するピストンと、前記シリンダの側面に内部に向けて設けられた水噴射部材と、該水噴射部材で、前記ピストンの燃焼・膨張行程から排気行程に移行する下死点付近のピストン上部に存在する膨張した高温の排気ガスに向けて又はピストン頂面に向けて水を噴射する水供給装置とを備えている。これにより、ピストンの燃焼・膨張行程から排気行程に移行するピストン下死点付近で、ピストン上部に存在する膨張した高温の排気ガス中またはピストン頂面に噴射された水が水蒸気となってピストン上部に近い領域の排気ガス温度を下げるので、排気ガス温度の低減と、給気して次行程で圧縮する空気の酸素濃度を下げて、効率的なＮＯｘの低減を図ることが可能となる。
【００２０】
また、前記４ストロークディーゼル機関の窒素酸化物低減装置において、前記水供給装置を、機械式又は電気式もしくはそれらを組合わせた構成とし、該水供給装置に、ディーゼル機関運転中に前記水噴射部材からの噴射タイミングと噴射量とを調整する機能を具備させれば、ディーゼル機関の運転中に最適な水噴射タイミングと噴射量とに調整することができ、運転効率を維持しながらＮＯｘの低減を図ることができる。
【００２１】
さらに、前記４ストロークディーゼル機関の窒素酸化物低減装置において、前記水噴射部材を、前記ピストンの中心軸に向けてシリンダの側面から均等に水を噴射する複数個の水噴射弁又は水噴射ノズルで構成すれば、複数個の水噴射弁又は水噴射ノズルによって、短時間で水を均等に噴射して水蒸気にすることができる。
【００２２】
また、前記４ストロークディーゼル機関の窒素酸化物低減装置において、前記ピストンの排気行程終了の上死点前で排気弁を閉じ、該ピストンの給気行程開始の上死点後で給気弁を開け、該給気弁から所定の圧縮率で圧縮した空気を供給する機能を具備させれば、排気弁を閉じて給気弁を開ける間に給排気弁の開閉にオーバーラップがないので、排気行程において排気弁を閉じる時を調整することにより、ピストン内に残す排気ガス量を調整してＮＯｘ低減量の調整をすることができる。
【００２３】
しかも、前記４ストロークディーゼル機関の窒素酸化物低減装置において、前記水供給装置に、前記ピストンの燃焼・膨張行程における下死点付近のピストン上部に存在する膨張した高温の排気ガスに向けて又はピストン頂面に向けて水を噴射する機能に加え、給気行程が終了するピストン下死点付近で更に水を噴射する機能を具備させれば、燃焼・膨張行程における水噴射に加え、給気行程で微量の水噴射を行うことによって更なるＮＯｘの低減を図ることができる。
【００２４】
さらに、前記いずれかの４ストロークディーゼル機関の窒素酸化物低減装置において、前記水供給装置に、水に代えて蒸気を噴射する機能を具備させれば、より短時間で気化させる必要がある使用条件において、迅速な排気ガスの冷却を行ってＮＯｘを低減させることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本願発明の第１実施形態に係る４ストロークディーゼル機関を示す縦断面図である。なお、この図では模式的に示している。
【００２６】
図示するように、シリンダ１の上部にシリンダヘッド２が設けられ、このシリンダヘッド２に、給気弁３と排気弁４とが設けられている。給気弁３が設けられた図の右側が給気口５であり、排気弁４が設けられた図の左側が排気口６である。シリンダ１の内部には、図の上下方向に往復運動するピストン７が設けられている。なお、実際にはシリンダ１内にシリンダライナが設けられるが、この明細書では、シリンダライナを含む構成をシリンダ１として示す。また、給気弁３と排気弁４の駆動機構も省略している。
【００２７】
そして、シリンダ１の側部には、ピストン７が下死点付近に位置する時にピストン上部の排気ガスＧに向けて水Ｗを噴射する水噴射部材８が設けられている。この水噴射部材８は、図示する例では左右対称に設けられている。この水噴射部材８の数は限定されるものではなく、ピストン７が下死点付近に位置した時にピストン７の上部の排気ガスＧに向けて効率良く水Ｗを噴射できる数と配置であればよい。この水噴射部材８の好ましい配置としては、ピストン７の中心軸、すなわちシリンダ１の中心部に向けて均等に水Ｗを噴射できるような配置にすれば、シリンダ１内にほぼ均等に水噴射して排気ガスＧをほぼ均等に冷却できるのでよい。また、水噴射部材８の配置として、シリンダ１内では排気ガスＧが低圧、低温となるピストン下死点付近のシリンダ１側面の設置としている。図示する例では、ピストン７の下死点においてピストン上部の排気ガスＧに水Ｗを噴射する例を示しており、二点鎖線で示すピストン上部に近い領域の排気ガスＧを冷却している。なお、ピストン７の下死点付近の排気ガスＧはシリンダ１内では低圧、低温であるが、大気と比較すれば高圧、高温であるため、噴射された水は瞬間的に蒸発して排気ガスＧの温度を下げることができる。
【００２８】
また、この実施形態では、水を噴射する時期として、燃焼・膨脹行程が終了するピストン下死点の位置で噴射する例を示している。この水Ｗを噴射する時期としては、ピストン下死点の前後９０度の範囲であれば、水の噴射はシリンダ１の下方となり、シリンダ１の上方に形成された重要性の高い潤滑油膜を水で損なうことなく排気ガスＧの温度を下げることができる。
【００２９】
さらに、この例では、水Ｗの噴射で冷却するピストン上部に近い排気ガスＧの領域を、ピストン７の全行程容積Ｖ１の約２５〜２０％の容積Ｖ２とし、後述するようにして、容積Ｖ２を上限とした冷却排気をシリンダ１の中に残すようにしている。この水Ｗの噴射で冷却するピストン上部の排気ガスＧの領域としては、ピストン７の行程容積の１〜５０％の容積、好ましくは１０〜３０％の容積とすれば、排気行程終了時のシリンダ１内に冷却された排気ガスＧを安定して残すことができる。前記容積Ｖ２は、ディーゼル機関の排気量や出力、ＮＯｘ低減率に応じて決定すればよい。
【００３０】
一方、前記水噴射部材８は、供給管９によって水供給装置１０と接続されている。この水供給装置１０によって水噴射部材８に水が供給される。水供給装置１０としては、例えば、機械式（カム駆動式ポンプ）、または電気式（電磁弁付の水噴射弁）、もしくはそれらの組合わせによって構成することができ、運転中に噴射タイミング及び噴射量の調整を行うことが可能なように構成されている。この水供給装置１０は、ディーゼル機関１１を制御する図示しない制御装置と接続されており、ピストン７の位置や給気弁３、排気弁４の開閉タイミングと連動するように構成されている。
【００３１】
したがって、水供給装置１０による水Ｗの噴射タイミング及び噴射量の調整は、変化するディーゼル機関の運転条件に応じた制御装置からの信号により、運転効率を保ちながらＮＯｘの低減を図ることができる最適な噴射タイミングと噴射量とに調整される。このように連動させて制御する機能は、コンピュータ等によって実現することができる。
【００３２】
図２は本願発明の第２実施形態に係る４ストロークディーゼル機関を示す縦断面図である。この第２実施形態は、上述した第１実施形態における水噴射部材８に関する構成が異なっている。なお、上述した第１実施形態と同一の構成には、同一符号を付して説明する。この第２実施形態における４ストロークディーゼル機関１３では、水噴射部材１２によりピストン７の頂面に向けて水Ｗを噴射するように構成されている。この図も、模式的に示されている。
【００３３】
図示するように、シリンダ１の側面から、ピストン７の下死点付近におけるピストン頂面に向けて傾斜するように水噴射部材１２が設けられている。この第２実施形態でも、水噴射部材１２が左右対称に設けられている。また、この第２実施形態では、これら水噴射部材１２が、ピストン７の中心と外周との中間部分に向けて水を噴射するように配設されている。
【００３４】
なお、他の構成は上述した第１実施形態における４ストロークディーゼル機関１１と同一であるため、同一の構成には同一符号を付して、詳細な説明は省略する。
【００３５】
この第２実施形態によれば、高温になったピストン７の頂面に水Ｗを噴射することにより、噴射した水Ｗを瞬間的に蒸発させて排気ガスＧを冷却している。この例でも、図示する二点鎖線で示すピストン上部に近い領域Ｖ２の排気ガスＧを冷却している。この領域としては、上述した第１実施形態と同様に、ピストン７の行程容積Ｖ１の約２５〜２０％の容積Ｖ２とし、後述するようにして、容積Ｖ２を上限とした冷却排気をシリンダ１の中に残すようにしている。この実施形態におけるピストン上部の冷却する領域も、上述した第１実施形態と同様に、ディーゼル機関の排気量や出力、ＮＯｘ低減率に応じて決定すればよい。
【００３６】
図３は、本願発明の４ストロークディーゼル機関における、バルブタイミングと水噴射タイミングとの関係を示すタイムチャートである。上述した第１，第２実施形態における４ストロークディーゼル機関１１，１３は、同様のタイムチャートで動作するため、この図に基づいて、前記４ストロークディーゼル機関１１による窒素酸化物低減方法を、以下に説明する。なお、図１に示す構成には符号を付して説明する。
【００３７】
図示するように、４ストロークディーゼル機関１１は、ピストン７の往復運動によって、給気行程、圧縮行程、燃焼・膨張行程、排気行程、の４行程を繰り返して運転する。給気行程では給気弁３が開けられて空気が吸入され、排気行程では排気弁４が開けられて排気ガスが排出される。
【００３８】
上述した実施形態における給排気弁の開閉タイミングは、ピストン７の給気行程開始後に給気弁３を開け、圧縮行程の開始後に給気弁３を閉じ、燃焼・膨張行程の終了前に排気弁４を開け、排気行程の終了前に排気弁４を閉じている。すなわち、排気行程の終了から給気行程の開始に移行する間に、給排気弁のオーバーラップ期間を設けないようにしている。
【００３９】
そして、燃焼・膨張行程が終了するピストン７の下死点付近で、ピストン上部に近い領域の排気ガスＧ中に、シリンダ１の側部から水Ｗを噴射するように構成されている。この水の噴射時期は、ピストン下死点の前後９０度、すなわちクランクシャフトの回転角がピストン下死点の前後９０度の範囲の好ましい時間に設定される。
【００４０】
これにより、水の噴射はシリンダ１の下方となり、シリンダ１の上方に形成された重要性の高い潤滑油膜を水で損なうことなく排気ガスＧの温度を下げることができる。しかも、燃焼・膨張した後の高温の排気ガスＧに水Ｗを噴射するので、噴射した水Ｗは気化し易く、ピストン上部の排気ガスＧを効率良く冷却することができる。
【００４１】
その後、ピストン７の排気行程終了の上死点前で排気弁４を閉じて給気行程へと移行する。この時、前記したように、排気行程の終了と給気行程の開始との間に給排気弁のオーバーラップ期間を設けていないので、排気弁４を閉じて給気弁３を開けるまでの間は排気ガスＧがシリンダ１内に閉じ込められた状態となる。この排気弁４を閉じてシリンダ１内に閉じ込める（残す）排気ガスＧの量としては、例えば、上述した例ではピストン７の行程容積Ｖ１の最大２５〜２０％が残される。排気行程では、上部の排気ガスＧから排出されるので、ピストン７の上部に近い領域の冷却された排気ガスＧ（冷却排気）の大半をシリンダ１内に残すことができる。
【００４２】
そして、給気行程で吸込まれる新たな空気と、このようにしてシリンダ１内に残した排気ガスＧとの混合物は、新たな空気のみに比し酸素の含有量が少なく、また温度は比較的低くできるため、後の燃焼過程で発生するＮＯｘを大幅に低減することができる。
【００４３】
しかも、容積Ｖ２を増加して、さらに排気行程において排気弁４を閉じる時期を早くすることによってシリンダ１内に留まる冷却した排気ガス量を増やすことにより、更にＮＯｘの低減量を増加させることができる。この排気弁４の閉タイミングを早くする場合、給気弁３が開いた時に給気への排気の逆流を防ぐため、給気弁３の開タイミングを遅らせるのが好ましい。
【００４４】
このように、本願発明では、シリンダ１内から排出する排気ガス量を制限してシリンダ１内に冷却した排気ガスＧを残して再使用する、内部クール排気再循環方式とすることによってＮＯｘを低減している。
【００４５】
また、上述したように、排気弁４を閉じて給気弁３を開ける間の給排気弁の開閉タイミングにオーバーラップ期間を設けていないが、ピストン上部のより広範囲の排気ガスＧを冷却して排気弁４から排出される冷却された排気ガス量を増加することにより、ターボ過給機にとって問題無いレベルに排気温度を抑えて高負荷での運転を行うことが可能となる。また、冷却した排気ガスＧにより、ピストン７や排気口６等の燃焼系統の構成が冷却され、高負荷運転を可能とすることができる。
【００４６】
その上、前記水噴射部材８から噴射する水噴射量を増加することによってもＮＯｘの低減量を増加させることができる。この水噴射量は、水供給装置１０によって調整することができ、燃焼条件等に応じて調整される。
【００４７】
また、上述した第２実施形態のように、前記水の噴射を、ピストン７の燃焼・膨張行程のピストン下死点付近で、ピストン頂面に向けてシリンダ側面から行うようにしても、ピストン下死点付近におけるピストン７の上部の膨張した高温の排気ガス中またはピストン頂面に噴射された水Ｗが水蒸気となってピストン上部に近い領域の排気ガスＧの温度を下げるので、シリンダ１内の排気ガスを外に出さずに中で冷やして再使用する、内部クール排気再循環方式で、排気ガス温度の低減と次行程で圧縮する空気中の酸素濃度を下げて、安定したＮＯｘの低減を図ることができる。
【００４８】
なお、前記実施の形態における水の噴射に加え、前記ピストン７の給気行程が終了するピストン下死点付近で、更に水を噴射するようにすれば、燃焼・膨張行程において主とする水噴射を行い、給気行程で微量の水噴射を行うことによって更なるＮＯｘの低減を図ることができる。
【００４９】
また、前記水の代わりに蒸気を噴射するようにすれば、より短時間で気化させる必要がある使用条件において、ＮＯｘを安定して低減させることができる。
【００５０】
さらに、上述した実施形態は一実施形態であり、本願発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本願発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
【００５１】
【発明の効果】
本願発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載するような効果を奏する。
【００５２】
シリンダ内の排気ガスを外に出さずに中で冷やして再使用することにより、排気ガス温度の低減と次行程で圧縮する空気中の酸素濃度を下げて、安定した窒素酸化物の低減を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の第１実施形態に係る４ストロークディーゼル機関を示す縦断面図である。
【図２】本願発明の第２実施形態に係る４ストロークディーゼル機関を示す縦断面図である。
【図３】本願発明の４ストロークディーゼル機関における、バルブタイミングと水噴射タイミングとの関係を示すタイムチャートである。
【図４】従来の一般的な４ストロークディーゼル機関における、バルブタイミングと水噴射タイミングとの関係を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１…シリンダ
２…シリンダヘッド
３…給気弁
４…排気弁
５…給気口
６…排気口
７…ピストン
８…水噴射部材
９…供給管
１０…水供給装置
１１…４ストロークディーゼル機関
１２…水噴射部材
１３…４ストロークディーゼル機関
Ｇ…排気ガス
Ｗ…水
Ｖ１，Ｖ２…容積
【図１】
2004353513.tif 000003
【図２】
2004353513.tif 000004
【図３】
2004353513.tif 000005
【図４】
2004353513.tif 000006