JPH02277956A - 複燃料ディーゼル機関 - Google Patents

複燃料ディーゼル機関

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JPH02277956A
JPH02277956A JP9741689A JP9741689A JPH02277956A JP H02277956 A JPH02277956 A JP H02277956A JP 9741689 A JP9741689 A JP 9741689A JP 9741689 A JP9741689 A JP 9741689A JP H02277956 A JPH02277956 A JP H02277956A
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Yasuo Sato
康夫 佐藤
Hiroyuki Sami
佐味 弘之
Hiromichi Yanagihara
弘道 柳原
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

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  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はディーゼル機関に関し、特に圧縮自己着火しな
い主燃料と、自己着火に優れた副燃料とを用いる複燃料
ディーゼル機関に関する。
〔従来の技術〕
ディーゼル機関の低公害化という見地より、例えばメタ
ノール、エタノール等のアルコールを主燃料とし、また
軽油を着火用副燃料として用い、さらに1本の燃料噴射
ノズルより2つの燃料を同時に噴射する複燃料供給装置
を備えた複燃料ディーゼル機関が既に知られている(特
開昭58−206859号公報参照〉。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら上述したディーゼル機関において用いられ
るアルコールは、単位重量(又は単位容量)当たりの発
熱量が軽油やガソリンの発熱量に比べ小さく (例、メ
タノール: 4800Kca R/kg。
軽油: 10280Kca l / kg、ガソリン:
 10600Kca I! /kg)、同一量の仕事を
するためには軽油のみ使用する通常のディーゼル機関の
燃料量に比べ多くのアルコール燃料を消費しなければな
らず、限られた燃料タンク容積を有する車両にとっては
、航続距離が短かくなり、燃料補給回数が増加するなど
運転者への負担が大きくなるという問題があった。
本発明は以上の問題に鑑み、クリーンな燃焼を可能にす
る複燃料ディーゼル機関において、アルコールを主燃料
とする機関よりも仕事量が大きく、上述したような運転
者への負担を軽減することができるデイ−セル機関を提
供することを目的とする。
〔課題を解決するだめの手段〕
上記目的のため本発明によれば、主燃料を圧送する燃料
噴射ポンプと、該燃料噴射ポンプからの主燃料噴射圧力
によって着火用副燃料を圧送する複数個の圧送器と、圧
送供給された主燃料及び副燃料を噴射する複数の燃料噴
射ノズルとを有する複燃料ディーゼル機関において、上
記主燃料にガソリンを用いると共に上記着火用副燃料に
軽油を用い、さらに吸気を過給する過給機と、排気通路
にNOx還元触媒とを装備したことを特徴とする複燃料
ディーゼル機関が提供される。
〔作 用〕 主燃料にガソリンを用いることで、発熱量増加に伴い仕
事量を増やすことができる。ガソリン使用に伴う高負荷
時のスモークの発生は過給機を設は高負荷時に空気過給
することにより抑制することができる。またNOx発生
についてもNOx還元触媒により低減することができる
〔実施例〕
本発明の実施例を図面を参照して説明する。尚、後述す
る各実施例に共通して同一の構成要素は同一番号を付す
第1図は本発明による複燃料ディーゼル機関の概略的構
成を示しており、図において1は機関本体、2は燃料噴
射ノズル、3は燃料噴射ノズル2に主燃料を供給する分
配型燃料噴射ポンプ、4は主燃料の噴射圧力によって副
燃料を吐出する圧送器を夫々示している。これらの各要
素は、複燃料供給装置を備えたディーゼル機関において
従来公知のものであり、本発明においても何ら変わるこ
とはない。
以上のように構成されるディーゼル機関において本発明
によれば主燃料としてガソリンが、また副燃料として軽
油が用いられる。従って、ガソリンはタンク5から、フ
ィードポンプ6により噴射ポンプ3へと供給され、例え
ばドライブシャフト(図示せず)によって駆動される噴
射ポンプ3により圧送器4を介して各気筒の噴射ノズル
2(図では1本のみを示す)へと次々と吐出される。ま
た軽油も同様にタンク7からフィードポンプ8によって
圧送器4へと供給され、ガソリンの噴射圧力によって作
動される圧送器4内ピストン9によりさらに噴射ノズル
2へと圧送される。尚、噴射ノズル2への燃料供給に関
しては、従来と同様に、最初の噴射タイミングで副燃料
(軽油)が充填され、次の噴射タイミングで主燃料が供
給されるよう構成しており、主燃料の供給圧力が燃料噴
射ノズル2の図示しないスプリングの付勢力に打ち勝っ
たとき、燃料がシリンダ内に噴射される。
本発明によれば軽油を燃料としたディーゼル機関の同程
度、或いはそれ以上の出力を確保するため、過給機(タ
ーボチャージャ)10が設けられる。このターボチャー
ジャ10は、エアクリーナ11から機関本体1へと延び
る吸気通路12に介装されるコンプレッサ13と、回転
軸14を介してコンプレッサ13に連結されかつ機関本
体1より延びる排気通路15に介装される排気タービン
16とによって構成され、機関の排気エネルギにより吸
気を過給するものである。尚、このターボチャージャ1
0は従来同様、過給圧の過上昇を防ぐためのウェストゲ
ートバルブ17を備えており、そのアクチュエータ18
作動のための圧力はコンプレッサ13下流の吸気通路1
2より導かれる。
尚、この圧力は前出の燃料噴射ポンプ3のアクチュエー
タ19にも導かれ、過給圧によって噴射ポンプ3からの
供給燃料量が増減されるようになっている。
本発明によればさらに排気タービン16より下流の排気
通路15にはNOx  (窒素酸化物)の低減を目的と
したNOX還元触媒20が設けられる。このNOx還元
触媒20は、例えばセラミック(ゼオライト等)を母材
として、その上に銅などをコーティングしたものによっ
て構成される。
以下、第2図を参照して本発明の特徴となるターボチャ
ージャ10、並びにNOx還元触媒20の作用を説明す
る。
第2図は軽油、メタノール、エタノール、ガソリンの各
燃料をディーゼル機関において燃焼した際の機関負荷に
対するスモーク発生濃度を示すものである。尚、自己着
火しないメタノール、エタノーノベ及びガソリンは着火
補助により燃焼されている。本図からも明らかなように
、分子中カーボン量の多い軽油は負荷全域に亘りスモー
クを発生しており、逆にメタノール、エタノール等のア
ルコールはほとんどスモークを発生しておらず、またカ
ーボン量においてアルコール、軽油間に位置するガソリ
ンは低・中負荷域ではほとんどスモークを発生しないが
、高負荷域においては、負荷の増加とともにスモーク濃
度が増加する。従ってガソリンを主燃料とし軽油を副燃
料としたディーゼル機関においてスモークを発生しない
で運転できる負荷領域は高負荷を除いた領域に限定され
、このままでは出力の低下という問題がある。しかしな
がら本発明によればターボチャージャ10が設けられる
ために出力は向上され、また負荷増加に伴って噴射ノズ
ル2より噴射される燃料量が増加しても、高密度の空気
が過給されるためにガソリン中のカーボンを完全燃焼す
る運転領域、即ちスモークを発生しない負荷域は第2図
点線のように拡大することになる。
ところで本発明の主燃料たるガソリンは、理論空燃比が
アルコールに比べ大きいために(リーン側)、NOxの
発生量はアルコールを主燃料とするディーゼル機関の発
生量よりも増加する傾向にある。しかしながら本発明に
よれば、排気系に上述したNOx還元触媒20を備える
ことにより、希薄空燃比の混合気の排気中でも充分な還
元作用がなされ、従ってNOKの低減が可能となる。
第3図に本発明の第2実施例を示す。本実施例は先に説
明した複燃料ディーゼル機関において、さらに機関の出
力向上を意図したものである。
即ち、本実施例によれば、第1図の構成に加え、各気筒
に対応してさらなる圧送器21が設けられる。この圧送
器21には、燃料噴射ポンプ3へのガソリンが分岐され
て導かれるようになっており、分岐したバイブ22の途
中には機関高負荷時、このバイブ22を連通ずる電磁弁
23が介装される。
尚、この電磁弁23は、噴射ポンプ3の燃料噴射歯を調
整するコントロールラック24に連動するスイッチ25
によって作動制御される。
圧送器21はガソリンの噴射圧力によって軽油を吐出す
る先の圧送器4と同一構造を有しており、その作動は、
燃料噴射ノズル3へのガソリン供給路より分岐されたガ
ソリンの噴射圧力によってガソリンを吐出するようにな
っている。このようにして圧送器21より吐出されたガ
ソリンは機関のマニホールド26に設けられる1本のガ
ソリン噴射弁27によって吸気通路12内に噴射される
従って図示した4気筒デイ一ゼル機関において燃料噴射
ノズル3からの噴射順序が仮りに気筒#1−#3−#4
→#2である場合、ガソリン噴射弁27からの噴射燃料
は360°クランク角度位相が異なる気筒へ(例えば気
筒#1へのノズル3噴射時は気筒#4へ)と、予め吸気
と同時に吸入されることになる。このように、予め空気
とガソリンとの混合気を気筒内に供給し、燃料噴射ノズ
ル2からの燃料噴射タイミングを以って着火、燃焼する
ことにより、ディーゼル機関における、燃焼に寄与する
空気の割合、即ち空気利用率が先の実施例よりも向上し
、機関出力が増加することになる。
尚、このガソリン噴射弁27による吸気の予混合は、前
述した電磁弁23の開閉作動によって機関の高負荷時に
限定されて実行される。
第4図は上述した第2実施例に類似して、ガソリン噴射
弁27を各気筒に対応して夫々1本づつ、各吸気ポート
28に設けた第3実施例を示しており、その意図すると
ころは第2実施例同様、予め吸気にガソリンを混合させ
、燃焼時の空気利用率を高めるものである。第5図は第
4図実施例における噴射ノズル2とガソリン噴射弁27
との噴射タイミングを示しており、図から明らかなよう
に、各気筒において双方の噴射タイミングは同期して実
行されるが、ガソリン噴射弁27のガソリン噴射時には
対応する気筒の吸気弁は閉弁しているため、吸気弁開弁
時まで吸気ボート28内でガソリンが待期していること
になり、この間に空気とガソリンの予混合が実行される
。尚、このように各吸気ボート28にガソリン噴射弁2
7を夫々設けた場合、第2実施例よりも各気筒に吸入さ
れるガソリン量のバラツキが低減され、従って気筒間の
燃焼状態がより安定化し、また上記待期によりガソリン
の気化が進行し、より均一な予混合気を生成することが
できる。
第6図は第2、第3実施例と異なり、気筒(シリンダ)
内に直接、ガソリンを噴射することにより、シリンダ内
空気とガソリンとを噴射ノズルからの複燃料(ガソリン
、軽油)噴射に先立って予め混合し、燃焼の際の空気利
用率を高めるものである。
即ち、本実施例によれば図示するように、異なる気筒く
例えば気筒#2)に設けられた噴射ノズル2へのガソリ
ン供給路より分岐されたガソリンを当該気筒(例えば気
筒#1)に直接噴射する副噴射ノズル29が各気筒に対
応して夫々1本づつ設けられる。この副噴射ノズル29
は、内装されたスプリング(図示せず)の初期設定荷重
やぼね定数によりその開弁圧力が第7図に示すように噴
射ノズル(主噴射ノズル)2のそれよりも高く設定され
ており噴射ポンプ3からのガソリン噴射量が多く噴射圧
力が高い機関高負荷時においてのみ副噴射ノズル29が
開弁作動し、気筒的空気にガソリンを予混合するもので
ある。第8図は、4気筒デイ一ゼル機関において各主噴
射ノズル2と副噴射ノズル29の気筒毎噴射タイミング
を示しており、主噴射ノズル2からの複燃料噴射は気筒
#l→#3→#4→#2の順に行なわれた場合のタイミ
ングを示すものである。第8図より明らかなように副噴
射ノズル29による噴射は設置された気筒の吸気行程後
半であってかつピストン下死点近傍の時期に行なわれて
おり、約180°クランク角度経過後において実行され
る複燃料(ガソリン十軽油)噴射時期までシリンダ内空
気と混合され予混合気を生成することになる。尚、本実
施例においては、副噴射ノズル29は他気筒に設けられ
た主噴射ノズル2へのガソリンの一部を使用することに
なるため、全体としては燃料噴射ポンプ3の供給量に何
ら変化なく、副噴射ノズル29へのガソリン供給及び調
量のための機構く圧送器等)を設ける必要がなく、先の
実施例よりもシンプルな構造とすることができる。また
着火・燃焼までのガソリン時期(予混合)時間も比較的
短いために予混合度合もそれ程進行しておらずエンドガ
スの自己着火によるノッキングの発生も抑制することが
できる。
尚、上述した予混合の各実施例に関しては、そのガソリ
ン噴射を電気的に制御するようにしても良い。
〔発明の効果〕
以上、説明したように本発明によれば主燃料にガソリン
を使用するためにアルコール混合ディーゼル機関に比べ
仕事量が増え車両の航続距離が増加する。加えてガソリ
ン使用に伴うスモーク発生や、限られた負荷域運転に伴
う出力低下に対しても、過給機を設けることで回避する
ことができ、NOx発生もNOx還元触媒の設置により
抑制することができる。また本発明は、点火プラグより
もはるかに大きな点火エネルギを有する軽油を着火源と
し、アルコールよりもセタン価(圧縮着火指数)の大き
なガソリンを主燃料とするために、機関回転数や負荷な
どの運転条件にかかわらず常に安定な着火・燃焼が可能
となる。従って、点火プラグを有する機関よりもはるか
に良好な燃費を以って運転することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例を示す機関構成図;第2図
は各種燃料のスモーク発生度合を示す図;第3図は本発
明の第2実施例を示す機関構成図;第4図は同第3実施
例を示す機関構成図;第5図は第4図に示す機関の燃料
噴射タイミングを示す図; 第6図は本発明の第4実施例を示す機関構成図;第7図
は第6図に示す機関の主・副噴射ノズルの開弁圧と負荷
との関係を示す図; 第8図は第6図に示す機関の燃料噴射タイミングを示す
図。 2・・・燃料噴射ノズル、   3・・・燃料噴射ポン
プ、4・・・圧送器、 10・・・過給機(ターボチャージャ)、20・・・N
Ox還元触媒。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.主燃料を圧送する燃料噴射ポンプと、該燃料噴射ポ
    ンプからの主燃料噴射圧力によって着火用副燃料を圧送
    する複数個の圧送器と、圧送供給された主燃料及び副燃
    料を噴射する複数の燃料噴射ノズルとを有する複燃料デ
    ィーゼル機関において、 上記主燃料にガソリンを用いると共に上記着火用副燃料
    に軽油を用い、さらに吸気を過給する過給機と、排気通
    路にNO_x還元触媒とを装備したことを特徴とする複
    燃料ディーゼル機関。
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