JP2005220757A - 二サイクルディーゼル機関における運転制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 往復動するピストン３を内蔵したシリンダ２への掃気ポート４に対して大気空気を導く給気通路１０に、空気を圧縮して前記掃気ポートに供給する掃気ポンプ１２と、この掃気ポンプにて圧縮された空気の前記シリンダに対する給気比を負荷が低いとき低くするようにした制御手段とを設けて成る二サイクルディーゼル機関において、前記給気比を減少した運転域におけるスモークの発生を抑制する。
【解決手段】 前記シリンダ２に対して燃料を噴射供給するときにおける燃料噴射圧力を、前記給気比が小さいか又は負荷が低いときに高くするように制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、二サイクルによるディーゼル機関において、その運転を、スモークの発生を抑制するように制御する装置に関するものである。

先行技術としての特許文献１は、二サイクルディーゼル機関において、その排気ガスのＮＯｘ低減等のクリーン化を図ること、燃費を改善することには、シリンダ内への排気ガスの再循環（ＥＧＲ）が有効であることに着目し、前記シリンダにおける掃気ポートへの給気通路に、給気を圧縮して前記掃気ポートに供給する掃気ポンプと、この掃気ポンプを迂回してその吸込み側と吐出側とを接続する給気バイパス通路とを設け、この給気バイパス通路中に設けた流量制御弁を、負荷の減少に比例して開くように構成することを提案している。

すなわち、この先行技術のように構成することにより、低負荷域において、給気バイパス通路中における流量制御弁が開いて、掃気ポンプの吐出側の給気の一部を掃気ポンプの吸込み側に戻す量が多くなることで、前記掃気ポートへの給気量、ひいては、シリンダ内に対する給気比が減少して、前記シリンダ内に残存する排気ガス（これを内部ＥＧＲと称する）が多くなるから、低負荷域における排気ガスのＮＯｘ低減等のクリーン化を図ることができる一方、前記掃気ポンプの負荷を軽減できることで低負荷域における低燃費化を図ることができる。
特開平１０−２５２４８７号公報

しかし、前記先行技術のように、低負荷域において、給気バイパス通路中における流量制御弁を開いて、掃気ポンプの吐出側における給気の一部を掃気ポンプの吸込み側に戻して、給気比を減少することによって、シリンダ内に残留する排気ガスを多くすることは、この内部ＥＧＲが多くなることに比例して、シリンダ内における温度が高くなるから、燃料噴射弁より噴射供給された燃料が、広く分散されるまでの噴射直後において燃焼を開始することになり、換言すると、噴射供給された燃料の燃焼が、その全体が給気に混合されない状態において始まることになるから、給気比の低い運転域、ひいては、低負荷域においてスモークの発生量が増大するという問題があった。

本発明は、この問題を解消することを技術的課題とするものである。

この技術的課題を達成するため本発明の請求項１は、
「往復動するピストンを内蔵したシリンダへの掃気ポートに対して大気空気を導く給気通路に、空気を圧縮して前記掃気ポートに供給する掃気ポンプと、この掃気ポンプにて圧縮された空気の前記シリンダに対する給気比を負荷が低いとき低くするようにした制御手段とを設けて成る二サイクルディーゼル機関において、
前記シリンダに対して燃料を噴射供給するときにおける燃料噴射圧力を、前記給気比が小さいか又は負荷が低いときに高くするように制御する。」
ことを特徴としている。

また、本発明の請求項２は、
「前記請求項１の記載において、燃料の噴射供給の時期を、ピストンが上死点を過ぎた時期に設定する。」
ことを特徴としている。

請求項１に記載したように構成することにより、給気比の低い運転域、ひいては、負荷の低い運転域において、燃料噴射弁からの燃料噴射するときにおける燃料噴射圧力が高くなることにより、燃料噴射を短い時間内に完了することに加えて、噴射された燃料の全体における微細化が大幅に促進されて給気に短い時間で素早く混合することになる。

これにより、噴射供給された燃料の燃焼が、その全体が給気に混合されない状態において始まることを回避できるから、給気比の低い運転域、ひいては、低負荷域において、スモークが発生することを確実に抑制できて、スモークレスの運転が達成できる。

ところで、燃料を噴射供給するときにおける燃料噴射圧力には、これが或る値よりも高いときにはスモークが発生しないというスモーク限界燃料噴射圧力が存在する一方、前記燃料噴射圧力が、前記スモーク限界の燃料噴射圧力よりも高い領域であっても、これが或る値よりも低いと失火しないという失火限界の燃料噴射圧力が存在する。

そこで、前記請求項１に記載したように、燃料を噴射供給するときにおける燃料噴射圧力を、給気比が小さいか又は負荷が低いときに高くするように制御するに際しては、この燃料噴射圧力を、前記スモーク限界の燃料噴射圧力よりも高い圧力で、且つ、前記失火限界の燃料噴射圧力よりも低い圧力の範囲内に位置するように制御することが好ましい。

また、請求項２に記載したように構成することにより、燃料の噴射供給は、ピストンが下降行程に入ることで温度が下がった状態で行われることになって、噴射供給された燃料の燃焼が、その全体が給気に混合されない状態において始まることを前記よりも確実に回避できるから、前記した効果を助長できる利点がある。

以下、本発明の実施の形態を、図面について説明する。

図１は、ユニフロー型の二サイクルディーゼル機関に適用した場合を示す。

この図において、符号１は、図示しないクランク軸の回転で往復動するピストン３を内蔵のシリンダ２を備えたシリンダブロックを示し、このシリンダブロック１には、前記シリンダ２の中程部に開口して、前記ピストン３の往復動により開閉される掃気ポート４が設けられており、また、前記ピストン３の頂面には、燃焼室５が凹み形成されている。

符号６は、前記シリンダブロック１の上面に前記シリンダ２の頂部を塞ぐように締結したシリンダヘッドを示し、このシリンダヘッド６には、前記シリンダ２からの二つの排気ポート７と、前記ピストン３が上死点の近傍にあるときその頂面における燃焼室５内に向かって燃料を噴射供給する燃料噴射弁８とが設けられ、前記二つの排気ポート７には、排気行程において開く排気弁９が設けられている。

符号１０は、エアクリーナ１１からの大気空気を前記掃気ポート４に導くための給気通路を示し、この給気通路１０の途中には、前記二サイクルディーゼル機関にて回転駆動されるブロワー圧縮機等の掃気ポンプ１２と、この掃気ポンプ１２を迂回してその吸込み側１２ａと吐出側１２ｂとを接続する給気バイパス通路１３とが設けられ、前記給気バイパス通路１３中には、流量制御弁１４が設けられている。

そして、符号１５は、制御回路装置を示し、この制御回路装置１５は、前記二サイクルディーゼル機関における負荷センサー１６及び前記クランク軸の回転角度センサー１７からの信号を入力として、前記流量制御弁１４と、前記燃料噴射弁８とを以下に述べるように制御する。

すなわち、前記制御回路装置１５は、前記流量制御弁１４における開度を、負荷の減少に比例して開き作動するように制御する。この流量制御弁１４の開き作動により、前記掃気ポンプ１２にて圧縮された吐出側１２ｂにおける空気のうちバイパス通路１３を通って吸込み側１２ａに戻る量が多くなることにより、前記シリンダ２に対する給気比は、負荷の減少に比例して低くなるように制御される。

更に、前記制御回路装置１５は、前記燃料噴射弁８から燃料を噴射するときにおける燃料の圧力、つまり、前記燃料噴射弁８における燃料噴射圧力を、前記流量制御弁１４の開度が増加することに比例して高くするように制御するか、或いは、負荷の減少に比例して高くするように制御する。

これに加えて、前記制御回路装置１５は、前記燃料噴射弁８から燃料噴射する時期、つまり、前記燃料噴射弁８における噴射時期を、負荷の減少に比例して、前記ピストン３における上死点に近づけ、そして、低負荷域において前記ピストン３における上死点を過ぎた時期に位置するように制御する。

前記したように、前記バイパス通路１３の流量制御弁１４における開度を、負荷の減少に比例しての開き作動にて、シリンダ２に対する給気比が、負荷の減少に比例して低くなることにより、シリンダ２内に残存する排気ガス、つまり内部ＥＧＲが多くなり、シリンダ２の温度が上昇する。

この場合において、前記燃料噴射弁８における燃料噴射圧力が、高負荷域から低負荷域までの全般について同じままであると、低負荷域において、前記したようにシリンダ２内の温度が内部ＥＧＲのために上昇することで、噴射供給された燃料の燃焼が、その全体が給気に混合されない状態において始まることになるから、スモークの発生量が増大する。

そこで、前記したように、前記燃料噴射弁８における燃料噴射圧力を、前記流量制御弁１４の開度に比例するか、或いは、負荷の減少に比例して高くするように制御することにより、燃料噴射を短い時間内に完了することに加えて、噴射された燃料の全体における微細化が大幅に促進されて給気に短い時間で素早く混合することになる。つまり、噴射供給された燃料の燃焼が、その全体が給気に混合されない状態において始まることを回避できるから、低負荷域において、スモークが発生することを確実に抑制できる。

ところで、前記二サイクルディーゼル機関において、スモークの発生を失火の発生とを、給気比を横軸に、燃料噴射圧力を縦軸にして表した場合、図２及び図３に示すようになることが知られている。但し、この図２は低回転の状態を、図３は高回転の状態を各々示す。

これらの図において、符号Ａ，Ａ′は、スモーク限界の曲線を示し、これらスモーク限界の曲線Ａ，Ａ′よりも下側の領域においてはスモークが発生する一方、符号Ｂ，Ｂ′は、失火限界の曲線を示し、これら失火限界の曲線Ｂ，Ｂ′よりも上側においては失火が発生する。

そこで、前記したように、前記燃料噴射弁８における燃料噴射圧力を、前記流量制御弁１４の開度に比例するか、或いは、負荷の減少に比例して高くように制御するに際しては、この制御した燃料噴射圧力の値が、前記スモーク限界の曲線Ａ，Ａ′と、前記失火限界の曲線Ｂ，Ｂ′との間に位置するように設定するのである。

例えば、給気比が０．４の低負荷域においては、前記燃料噴射弁８における燃料噴射圧力を、前記スモーク限界の曲線Ａ上におけるＡ１点で示すスモーク限界の燃料噴射圧力Ｐ１よりも高い圧力で、且つ、前記失火限界の曲線Ｂ上におけるＢ１点で示す失火限界の燃料噴射圧力Ｐ２よりも低い圧力との間に位置することにより、二サイクルディーゼル機関における低負荷域を、スモーク及び失火の発生が少ない状態で運転することができるのである。

また、前記燃料噴射弁８における噴射時期を、負荷の減少に比例して、前記ピストン３における上死点に近づけ、そして、低負荷域において前記ピストン３における上死点を過ぎた時期に位置することにより、燃料の噴射供給は、ピストン３が下降行程に入ることで温度が下がった状態で行われることになって、噴射供給された燃料の燃焼が、その全体が給気に混合されない状態において始まることを前記よりも確実に回避できるのである。

なお、前記実施の形態は、ピストン３の頂面に凹み形成した燃焼室５内に向かって燃料を噴射供給する場合であったが、本発明は、これに限らず、シリンダヘッド６側に、シリンダ３内に噴孔を介して連通する副室を設け、この副室内に燃料を噴射供給するように副室付きのディーゼル機関にも適用できることはいうまでもない。

更に、本発明は、前記実施の形態のようなユニフロー型の二サイクルディーゼル機関に限らず、シリンダに中程部に、掃気ポートと排気ポートとを備え、シリンダ内を前記掃気ポートから排気ポートに吹き抜ける給気によって掃気するようにしたループ又は横断流型の二サイクルディーゼル機関にも適用できることは勿論である。

また、前記実施の形態は、掃気ポンプ１２に対して設けた給気バイパス１３と、この給気バイパス１３に設けた流量制御弁１４とでシリンダ２に対する給気比を、負荷に減少に比例して減少するように制御する場合であったが、本発明は、これに限らず、シリンダ２に対する給気比を、掃気ポンプ１２に圧縮された給気の一部を、大気、エアクリーナ又は排気系等の放出することによって、負荷に減少に比例して減少するように制御する場合にも適用できることはいうまでもない。

本発明の実施の形態を示す図である。 二サイクルディーゼル機関の低回転域における給気比及び燃料噴射圧力とスモーク限界及び失火限界との関係を示す図である。 二サイクルディーゼル機関の高回転域における給気比及び燃料噴射圧力とスモーク限界及び失火限界との関係を示す図である。

符号の説明

１ シリンダブロック
２ シリンダ
３ ピストン
４ 掃気ポート
７ 排気ポート
８ 燃料噴射弁
１０ 給気通路
１１ エアクリーナ
１２ 掃気ポンプ
１３ バイパス通路
１４ 流量制御弁
１５ 制御回路装置
１６ 負荷センサー
１７ 回転角度センサー

Claims (2)

1. 往復動するピストンを内蔵したシリンダへの掃気ポートに対して大気空気を導く給気通路に、空気を圧縮して前記掃気ポートに供給する掃気ポンプと、この掃気ポンプにて圧縮された空気の前記シリンダに対する給気比を負荷が低いとき低くするようにした制御手段とを設けて成る二サイクルディーゼル機関において、
   前記シリンダに対して燃料を噴射供給するときにおける燃料噴射圧力を、前記給気比が小さいか又は負荷が低いときに高くするように制御することを特徴とする二サイクルディーゼル機関における運転制御装置。
2. 前記請求項１の記載において、燃料の噴射供給の時期を、ピストンが上死点を過ぎた時期に設定することを特徴とする二サイクルディーゼル機関における運転制御装置。

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