(57)【要約】【課題】燃料濃度が変化しても着火時期を維持できる予混合圧縮自着火内燃機関を提供する。【解決手段】空気と燃料との混合気を燃焼室５内で圧縮して自着火させる予混合圧縮着火内燃機関１である。燃料は全量の２０〜６０重量％の範囲の量の環状飽和炭化水素を含む。予め前記空気と燃料とを混合して形成された前記混合気を前記燃焼室５に供給する。前記燃料は、前記環状飽和炭化水素と、ガソリンまたはヘプタンとの混合物である。前記環状飽和炭化水素は、シクロヘキサンである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気と燃料との混合気を燃焼室内で圧縮して自着火させる予混合圧縮着火内燃機関であって、
該燃料は全量の２０〜６０重量％の範囲の量の環状飽和炭化水素を含むことを特徴とする予混合圧縮着火内燃機関。
【請求項２】
予め前記空気と燃料とを混合して形成された前記混合気を前記燃焼室に供給することを特徴とする請求項１記載の予混合圧縮着火内燃機関。
【請求項３】
前記燃料は、前記環状飽和炭化水素と、ガソリンまたはヘプタンとの混合物であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の予混合圧縮着火内燃機関。
【請求項４】
前記環状飽和炭化水素は、シクロヘキサンであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の予混合圧縮着火内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気と燃料との混合気を燃焼室内で圧縮して自着火させる予混合圧縮自着火内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気と燃料との混合気を燃焼室内で圧縮して自着火させる予混合圧縮自着火内燃機関が知られている。前記予混合圧縮自着火内燃機関は、均一で極めて希薄な混合気を燃焼させることができるので、燃料効率に優れていると共に、窒素酸化物等のような排ガス中の有害物質を低減することができる。
【０００３】
前記予混合圧縮自着火内燃機関では、機関の要求負荷が増大したときには、燃料の濃度（当量比）を高くすることにより対処するが、このようにすると着火時期が早期化し、熱効率が低下したり、急激な圧力上昇により騒音が発生したりするという問題がある。
【０００４】
次に、空気とリサーチ法オクタン価６０の標準燃料（イソオクタン／ヘプタン＝６０／４０（容量比））とを混合してなる混合気の濃度を変えて、急速圧縮機で圧縮したときの時間と圧力との関係を図２に示す。図２は、内径８０ｍｍ、圧縮ストローク８０ｍｍ、排気量４０２ｍｌの前記急速圧縮機を用い、圧縮比１２．１、冷却水温度４０℃、吸気（混合気）温度４０℃の条件で、当量比０．３と０．４と前記混合気を圧縮したときの時間と圧力との関係を示し、圧力の急激な上昇が着火時期を示す。
【０００５】
図２から、当量比０．３では着火時期が５９．６ｍ秒であるのに対し、当量比０．４では前記着火時期が５５．６秒となっており、混合気の濃度（当量比）を高くすると、着火時期が早期化することが明らかである。
【０００６】
前記問題を解決するために、前記予混合圧縮自着火内燃機関では、着火性の低い燃料を使用したり、排気再循環により燃焼室の温度を上げたり、あるいはバルブタイミング等を調整して燃焼室の圧力を下げることが行われている。しかし、着火性の低い燃料を用いる場合には燃料の着火性の制御が必要であり、排気再循環やバルブタイミング等の調整には複雑な制御が必要となる。
【０００７】
一方、前記問題を解決するために、濃度が高くなっても着火時期が早期化しない燃料を用いることが考えられる。ここで、着火遅れ時間が著しく長い燃料として、シクロヘキセンが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００８】
しかしながら、着火遅れ時間が著しく長い燃料を用いても、該燃料の濃度が高くなったときに着火時期が早期化することを防止することはできないという不都合がある。
【特許文献１】特開２００４−２８０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、かかる不都合を解消して、燃料の濃度が変化しても着火時期を維持することができる予混合圧縮自着火内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる目的を達成するために、本発明は、空気と燃料との混合気を燃焼室内で圧縮して自着火させる予混合圧縮着火内燃機関であって、該燃料は全量の２０〜６０重量％の範囲の量の環状飽和炭化水素を含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明の予混合圧縮着火内燃機関によれば、全量の２０〜６０重量％の範囲の量の環状飽和炭化水素を含む燃料を用いることにより、該燃料の濃度が変化しても着火時期を略一定に維持することができる。
【００１２】
本発明の予混合圧縮着火内燃機関では、前記燃料を前記燃焼室に直接供給し、該燃焼室内で、吸気ポートから供給される空気と混合して前記混合気としてもよく、予め前記空気と燃料とを混合して形成された前記混合気を前記燃焼室に供給するようにしてもよい。
【００１３】
前記燃料としては、例えば、前記環状飽和炭化水素と、ガソリンまたはヘプタンとの混合物を挙げることができる。また、前記環状飽和炭化水素としては、例えば、シクロヘキサンを挙げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は、予混合圧縮着火内燃機関の一構成例を示す説明的断面図である。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態の予混合圧縮着火内燃機関１は、中空円筒形のシリンダ２と、シリンダ２内に設けられシリンダ２内を上下に摺動するピストン３と、シリンダ２の上部に配設されたシリンダヘッド４とを備え、シリンダ２、ピストン３、シリンダヘッド４に囲まれる空間により燃焼室５を形成されている。シリンダヘッド４は、燃焼室５に連通する吸気ポート６、排気ポート７と、吸気ポート６を開閉する吸気弁８と、排気ポート７を開閉する排気弁９とを備え、さらに燃焼室５の中心軸に沿って空気と燃料とからなる混合気を噴射する混合気噴射インジェクタ１０と、混合気噴射インジェクタ１０に供給される混合気を形成する予混合チャンバ１１とを備えている。
【００１６】
さらに、シリンダヘッド４は、予混合チャンバ１１に燃料を噴射する燃料噴射インジェクタ１２と、燃料噴射インジェクタ１２から噴射される燃料に空気を混合するための圧縮空気導管１３とを備えている。圧縮空気導管１３は図示しない圧縮空気源に接続されている。
【００１７】
図１に示す予混合圧縮着火内燃機関１では、まず、燃料噴射インジェクタ１２から予混合チャンバ１１に燃料を噴射すると共に、圧縮空気導管１３から予混合チャンバ１１に空気を供給し、予混合チャンバ１１内に所定濃度の混合気を形成する。次に、吸気ポート６から燃焼室５に供給された空気を圧縮する圧縮行程で、混合気噴射インジェクタ１０から燃焼室５に混合気が噴射され、該混合気が燃焼室５内で圧縮されることにより自着火する。
【００１８】
ここで、前記燃料は、環状飽和炭化水素と、ガソリンまたはヘプタン等の液体炭化水素との混合物であり、全量の２０〜６０重量％の範囲の量の前記環状飽和炭化水素を含んでいる。前記環状飽和炭化水素としては、例えば、シクロヘキサンを挙げることができる。
【００１９】
図１の予混合圧縮内燃機関１は、前記燃料を用いることにより、要求負荷が増大したときに燃料の濃度を高くしても、着火時期の早期化を抑制することができる。
【００２０】
尚、本実施形態の予混合圧縮内燃機関１は、シリンダヘッド４に予混合チャンバ１１を備え、予混合チャンバ１１で予め空気と前記燃料とを混合するようにしているが、予混合チャンバ１１を備えずに、燃料噴射インジェクタ１２から直接燃焼室５に前記燃料を噴射するようにしてもよい。
【００２１】
次に、本発明の実施例と比較例とを示す。
【実施例１】
【００２２】
本実施例では、シクロヘキサン２０重量％とヘプタン８０重量％とからなる混合燃料を用い、空気と該混合燃料とを混合してなる当量比０．３の混合気と、当量比０．４の混合気とを急速圧縮機で圧縮し、着火時期を測定した。
【００２３】
前記着火時期の測定は、内径８０ｍｍ、圧縮ストローク８０ｍｍ、排気量４０２ｍｌの前記急速圧縮機を用い、圧縮比１２．１、冷却水温度４０℃、吸気（混合気）温度４０℃の条件で行い、圧縮開始後、圧力が急激な上昇を示したときを着火時期とし、圧縮開始からの時間で示した。結果を表１に示す。
【実施例２】
【００２４】
本実施例では、実施例１で用いた混合燃料に代えて、シクロヘキサン３０重量％とヘプタン７０重量％とからなる混合燃料を用いた以外は、実施例１と全く同一にして着火時期を測定した。結果を表１に示す。
【実施例３】
【００２５】
本実施例では、実施例１で用いた混合燃料に代えて、シクロヘキサン４０重量％とヘプタン６０重量％とからなる混合燃料を用いた以外は、実施例１と全く同一にして着火時期を測定した。結果を表１に示す。
【実施例４】
【００２６】
本実施例では、実施例１で用いた混合燃料に代えて、シクロヘキサン６０重量％とヘプタン４０重量％とからなる混合燃料を用いた以外は、実施例１と全く同一にして着火時期を測定した。結果を表１に示す。
【実施例５】
【００２７】
本実施例では、実施例１で用いた混合燃料に代えて、シクロヘキサン６０重量％とガソリン４０重量％とからなる混合燃料を用いた以外は、実施例１と全く同一にして着火時期を測定した。結果を表１に示す。
〔比較例１〕
本比較例では、実施例１で用いた混合燃料に代えて、シクロヘキサンのみからなる燃料を用いた以外は、実施例１と全く同一にして着火時期を測定した。結果を表１に示す。
〔比較例２〕
本比較例では、実施例１で用いた混合燃料に代えて、リサーチ法オクタン価２０の標準燃料（イソオクタン／ヘプタン＝２０／８０（容量比））を用いた以外は、実施例１と全く同一にして着火時期を測定した。結果を表１に示す。
〔比較例３〕
本比較例では、実施例１で用いた混合燃料に代えて、リサーチ法オクタン価４０の標準燃料（イソオクタン／ヘプタン＝４０／６０（容量比））を用いた以外は、実施例１と全く同一にして着火時期を測定した。結果を表１に示す。
〔比較例４〕
本比較例では、実施例１で用いた混合燃料に代えて、リサーチ法オクタン価５０の標準燃料（イソオクタン／ヘプタン＝５０／５０（容量比））を用いた以外は、実施例１と全く同一にして着火時期を測定した。結果を表１に示す。
〔比較例５〕
本比較例では、実施例１で用いた混合燃料に代えて、リサーチ法オクタン価６０の標準燃料（イソオクタン／ヘプタン＝６０／４０（容量比））を用いた以外は、実施例１と全く同一にして着火時期を測定した。結果を表１に示す。
〔比較例６〕
本比較例では、実施例１で用いた混合燃料に代えて、リサーチ法オクタン価７０の標準燃料（イソオクタン／ヘプタン＝７０／３０（容量比））を用いた以外は、実施例１と全く同一にして着火時期を測定した。結果を表１に示す。
〔比較例７〕
本比較例では、実施例１で用いた混合燃料に代えて、リサーチ法オクタン価８０の標準燃料（イソオクタン／ヘプタン＝８０／２０（容量比））を用いた以外は、実施例１と全く同一にして着火時期を測定した。結果を表１に示す。
〔比較例８〕
本比較例では、実施例１で用いた混合燃料に代えて、リサーチ法オクタン価９０の標準燃料（イソオクタン／ヘプタン＝９０／１０（容量比））を用いた以外は、実施例１と全く同一にして着火時期を測定した。結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
表１から、全量の２０〜６０重量％の量のシクロヘキサンを含む燃料を用いる実施例１〜４では、当量比０．３の場合と当量比０．４の場合とでは、着火時期の相違が０．２〜３．６ｍ秒であり、着火時期を略一定に維持できることが明らかである。これに対して、シクロヘキサンのみからなる燃料を用いる比較例１、シクロヘキサンを含まない標準燃料を用いる比較例２〜８では、当量比０．３の場合と当量比０．４の場合とで、着火時期の相違が大きいことが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の予混合圧縮着火内燃機関の一構成例を示す説明的断面図。
【図２】環状飽和炭化水素を含まない燃料の濃度の相違と着火時期との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００３１】
１…予混合圧縮着火内燃機関、  ５…燃焼室、  １０…混合気噴射インジェクタ、  １１…予混合チャンバ、  １２…燃料噴射インジェクタ。
【図１】
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【図２】
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