(57)【要約】【課題】予混合圧縮着火による運転可能領域を従来より拡大し且つその着火時期を適切に制御し得るようにする。【解決手段】予混合圧縮着火式のディーゼルエンジン１に関し、シリンダヘッド２の吸気ポート８と燃焼室５との間に設けられ且つ前記吸気ポート８側に対する連通箇所に吸気弁９を介装した制御室１０と、該制御室１０と燃焼室５との間を開閉する制御弁１１と、前記制御室１０内に燃料を噴射するインジェクタ１２と、前記制御弁１１を常時閉として排気行程の前期と吸気行程の前期から圧縮行程の前期までの間でだけ開弁せしめ且つ排気行程の後期に前記制御室１０内に高温の排気ガスを封じ込めた状態で前記インジェクタ１２に燃料を噴射せしめる制御装置とを備える。【選択図】図１
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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料室内で着火燃焼させるようにした予混合圧縮着火式のディーゼルエンジンであって、シリンダヘッドの吸気ポートと燃焼室との間に設けられ且つ前記吸気ポート側に対する連通箇所に吸気弁を介装した制御室と、該制御室と燃焼室との間を開閉する制御弁と、前記制御室内に燃料を噴射するインジェクタと、前記制御弁を常時閉として排気行程の前期と吸気行程の前期から圧縮行程の前期までの間でだけ開弁せしめ且つ排気行程の後期に前記制御室内に高温の排気ガスを封じ込めた状態で前記インジェクタに燃料を噴射せしめる制御装置とを備えたことを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項２】
請求項１に記載のディーゼルエンジンの運転方法であって、排気行程の前期に制御弁を開けて高温の排気ガスを圧縮しつつ制御室内に取り込み、次いで、制御弁を閉じ且つ排気弁を開けて排気ガスを排気ポートへ排気しながら制御室内に封じ込めた高温の排気ガス中にインジェクタから燃料を噴射し、然る後、吸気行程の前期に制御弁を開けて制御室内の混合気を燃焼室へ開放してから吸気弁を開けて吸気を制御室を介し燃焼室に導入し、次いで、圧縮行程の前期に吸気弁を閉じた状態で制御弁を開けたままピストンを上昇させて圧縮行程の適切な時期に制御弁を閉じ、これにより圧縮上死点での温度を制御して混合気の着火を圧縮上死点付近で行わしめることを特徴とするディーゼルエンジンの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジン及びその運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車のエンジンなどでは、排気側から排気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気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、いわゆる排気ガス再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）を採用したものがある。
【０００３】
ただし、排気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気ガスの再循環量に制限がかかるという不具合があり、単純に排気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、このような予混合圧縮着火を採用するにあたり、圧縮上死点付近で燃料を先行投入するだけでは、高負荷領域にて着火までの時間遅れが短くなって十分な燃料の予混合化を図れないという問題があり、例えば、その対策として噴射時期を下死点付近まで早めたとしても、これにより燃料の予混合化が促進される反面、排気温度が低い下死点付近で噴射された燃料が気化しないままシリンダライナに直撃し、該シリンダライナ上に形成された油膜を洗い流すことで焼付きなどのエンジン信頼性を損なうような不具合を招きかねないため、現状では軽負荷領域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】
更に、予混合圧縮着火を採用して燃焼を行う場合には、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してしまって熱効率的な損失が生じるという問題があり、燃料の着火時期を適切に制御し得るようにすることも、解決すべき重要な課題の一つとなっている。
【０００８】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、予混合圧縮着火による運転可能領域を従来より拡大し且つその着火時期を適切に制御し得るようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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料室内で着火燃焼させるようにした予混合圧縮着火式のディーゼルエンジンであって、シリンダヘッドの吸気ポートと燃焼室との間に設けられ且つ前記吸気ポート側に対する連通箇所に吸気弁を介装した制御室と、該制御室と燃焼室との間を開閉する制御弁と、前記制御室内に燃料を噴射するインジェクタと、前記制御弁を常時閉として排気行程の前期と吸気行程の前期から圧縮行程の前期までの間でだけ開弁せしめ且つ排気行程の後期に前記制御室内に高温の排気ガスを封じ込めた状態で前記インジェクタに燃料を噴射せしめる制御装置とを備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
また、このようなディーゼルエンジンを具体的に運転するに際しては、排気行程の前期に制御弁を開けて高温の排気ガスを圧縮しつつ制御室内に取り込み、次いで、制御弁を閉じ且つ排気弁を開けて排気ガスを排気ポートへ排気しながら制御室内に封じ込めた高温の排気ガス中にインジェクタから燃料を噴射し、然る後、吸気行程の前期に制御弁を開けて制御室内の混合気を燃焼室へ開放してから吸気弁を開けて吸気を制御室を介し燃焼室に導入し、次いで、圧縮行程の前期に吸気弁を閉じた状態で制御弁を開けたままピストンを上昇させて圧縮行程の適切な時期に制御弁を閉じ、これにより圧縮上死点での温度を制御して混合気の着火を圧縮上死点付近で行わしめるようにすれば良い。
【００１１】
即ち、このようにディーゼルエンジンを運転すれば、排気行程の後期に制御室内に高温の排気ガスを封じ込めた状態で燃料を噴射しているので、温度が高く且つ酸素が少ない条件下で燃料が非着火、又は少量の一部分のみが燃焼した状態で速やかに蒸発されることになり、しかも、ここで生成された気化燃料と排気ガスとの混合気が、吸気行程の前期に燃焼室内に開放され且つこれに続く吸気の導入により全て制御室から掃気されて十分な時間をかけて吸気と混合されるので、燃料が良好に分散混合して均等に薄まった状態の混合気が得られる。
【００１２】
そして、この混合気が圧縮着火するに際し、圧縮行程の前期に制御弁を開けたままピストンを上昇させることでディーゼルエンジンの実効圧縮比を下げ、これにより燃焼室内の圧縮温度が着火温度に達しないようにして圧縮行程を進め、その圧縮行程における適切な時期に制御弁を閉じ、そこから更に混合気を圧縮して圧縮上死点付近で着火温度に達するように制御しているので、混合気の圧縮上死点より早いタイミングでの着火が防止されることになる。
【発明の効果】
【００１３】
上記した本発明のディーゼルエンジン及びその運転方法によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００１４】
（Ｉ）制御室内に封じ込めた高温の排気ガス中に燃料を噴射することによって、温度が高く且つ酸素が少ない条件下で燃料を非着火のまま速やかに蒸発させることができ、しかも、その気化燃料と排気ガスとの混合気を吸気行程の前期から燃焼室内に導入して十分な時間をかけて吸気と混合させることができるので、従来より負荷の高い領域においても何ら支障なく燃料の予混合化を図ることができ、予混合圧縮着火による運転可能領域を従来より大幅に拡大することができる。
【００１５】
（ＩＩ）圧縮行程の前期に制御弁を開けたままピストンを上昇させることでディーゼルエンジンの実効圧縮比を下げ、その圧縮行程における適切な時期に制御弁を閉じることで混合気の着火時期を圧縮上死点付近に制御することができるので、混合気が圧縮上死点より早いタイミングで着火してしまって熱効率的な損失が生じる虞れを未然に回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
図１〜図８は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中における符号の１は予混合圧縮着火式のディーゼルエンジン、２はシリンダヘッド、３はシリンダブロック、４はピストン、５は燃焼室、６は排気ポート、７は排気弁、８は吸気ポート、９は吸気弁を夫々示しており、前記吸気弁９及び排気弁７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。
【００１８】
そして、シリンダヘッド２における吸気ポート８と燃焼室５との間には、前記吸気ポート８側に対する連通箇所に吸気弁９を介装した制御室１０が設けられており、該制御室１０には、燃焼室５に対する連通箇所を開閉するための制御弁１１と、制御室１０内に燃料を噴射するためのインジェクタ１２とが装備されている。
【００１９】
ここで、図２に示す如く、これら制御弁１１の開閉作動とインジェクタ１２の噴射作動に関しては、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置１３からの開弁指令１１ａ及び燃料噴射指令１２ａにより制御されるようになっており、より具体的には、前記制御弁１１を常時閉として排気行程の前期と吸気行程の前期から圧縮行程の前期までの間でだけ前記制御弁１１の電磁式アクチュエータ１４に開弁指令１１ａを出力して開弁せしめ、排気行程の後期に前記インジェクタ１２に燃料噴射指令１２ａを出力して燃料を噴射せしめるようにしてある。
【００２０】
尚、この制御装置１３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１５（負荷センサ）からのアクセル開度信号１５ａ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１６からの回転数信号１６ａ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。
【００２１】
このように構成されたディーゼルエンジン１の運転方法に関し、図１及び図３〜図８を参照しつつ以下に詳述する。
【００２２】
先ず、図１は排気行程の前期を示しており、このタイミングで制御弁１１を開けて高温の排気ガスを圧縮しつつ制御室１０内に取り込み、次いで、図３に示す如く、制御弁１１を閉じ且つ排気弁７を開けて排気ガスを排気ポート６へ排気しながら制御室１０内に封じ込めた高温の排気ガス中にインジェクタ１２から燃料を噴射する。
【００２３】
そして、図４に示す如く、排気弁７を閉じて吸・排気上死点を迎えた後、図５に示す如く、吸気行程の前期に制御弁１１を開けて制御室１０内の混合気を燃焼室５へ開放した後、図６に示す如く、これに続いて吸気弁９を開けて吸気を制御室１０を介し燃焼室５に導入する。
【００２４】
次いで、図７に示す如く、吸気弁９を閉じてから迎えた圧縮行程の前期に制御弁１１を開けたままピストン４を上昇させ、図８に示す如く、圧縮行程の適切な時期に制御弁１１を閉じ、これにより特に図示していない圧縮上死点での燃焼室５内の温度を制御して混合気の着火を圧縮上死点付近で行わしめる。
【００２５】
尚、図８以降における圧縮上死点から膨張行程の後期にかけての行程は、制御弁１１を閉じたまま通常のディーゼルエンジン１の場合と変わりなく行われ、膨張行程を経た排気行程の前期に図１の状態に戻ることになる。
【００２６】
即ち、このようにディーゼルエンジン１を運転すれば、図３に示す排気行程の後期に制御室１０内に高温の排気ガスを封じ込めた状態で燃料を噴射しているので、温度が高く且つ酸素が少ない条件下で燃料が非着火、又は少量の一部分のみが燃焼した状態で速やかに蒸発されることになり、しかも、ここで生成された気化燃料と排気ガスとの混合気が、図５に示す吸気行程の前期に燃焼室５内に開放され且つこれに続く吸気の導入（図６参照）により全て制御室１０から掃気され、図６〜図８にかけての行程にて十分な時間をかけて吸気と混合されるので、燃料が良好に分散混合して均等に薄まった状態の混合気が得られる。
【００２７】
そして、この混合気が圧縮着火するに際し、図７に示す圧縮行程の前期に吸気弁９を閉じた状態で制御弁１１を開けたままピストン４を上昇させることでディーゼルエンジン１の実効圧縮比を下げ、これにより燃焼室５内の圧縮温度が着火温度に達しないようにして圧縮行程を進め、図８に示す圧縮行程における適切な時期に制御弁１１を閉じ、そこから更に混合気を圧縮して圧縮上死点付近で着火温度に達するように制御しているので、混合気の圧縮上死点より早いタイミングでの着火が防止されることになる。
【００２８】
尚、図８に示す圧縮行程の途中で制御弁１１を閉じる時期については、制御装置１３にてアクセルセンサ１５（負荷センサ）及び回転センサ１６からのアクセル開度信号１５ａ及び回転数信号１６ａに基づきディーゼルエンジン１の運転状態が監視されているので、この運転状態に応じた適切な閉弁タイミングが制御マップなどから適宜に読み出されて設定されるようにしておけば良い。
【００２９】
従って、上記形態例によれば、制御室１０内に封じ込めた高温の排気ガス中に燃料を噴射することによって、温度が高く且つ酸素が少ない条件下で燃料を非着火のまま速やかに蒸発させることができ、しかも、その気化燃料と排気ガスとの混合気を吸気行程の前期から燃焼室５内に導入して十分な時間をかけて吸気と混合させることができるので、従来より負荷の高い領域においても何ら支障なく燃料の予混合化を図ることができ、予混合圧縮着火による運転可能領域を従来より大幅に拡大することができる。
【００３０】
更に、圧縮行程の前期に制御弁１１を開けたままピストン４を上昇させることでディーゼルエンジン１の実効圧縮比を下げ、その圧縮行程における適切な時期に制御弁１１を閉じることで混合気の着火時期を圧縮上死点付近に制御することができるので、混合気が圧縮上死点より早いタイミングで着火してしまって熱効率的な損失が生じる虞れを未然に回避することもできる。
【００３１】
尚、本発明のディーゼルエンジン及びその運転方法は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、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】
【００３２】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】図１の制御弁及びインジェクタの制御に関する系統図である。
【図３】図１のディーゼルエンジンにおける排気行程の後期の状態を示す概略図である。
【図４】図１のディーゼルエンジンにおける吸・排気上死点の状態を示す概略図である。
【図５】図１のディーゼルエンジンにおける吸気行程の前期の状態を示す概略図である。
【図６】図１のディーゼルエンジンにおける吸気行程の後期の状態を示す概略図である。
【図７】図１のディーゼルエンジンにおける圧縮行程の前期の状態を示す概略図である。
【図８】図１のディーゼルエンジンにおける圧縮行程の後期の状態を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３３】
１    ディーゼルエンジン
２    シリンダヘッド
５    燃焼室
６    排気ポート
７    排気弁
８    吸気ポート
９    吸気弁
１０    制御室
１１    制御弁
１１ａ  開弁指令
１２    インジェクタ
１２ａ  燃料噴射指令
１３    制御装置
【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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