JPH02501398A - 複数のノズルを備えた直接噴射式ディーゼルエンジンのための燃料噴射 - Google Patents

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】 複数のノズルを備えた直接噴射式ディーゼルエンジンのための燃料噴射 ピストン式内燃機関における複数の噴射ノズルによる燃料噴射は一般的に、燃焼 室への異なる燃料の供給、または異なるように作動または停止可能なノズルによ る噴射量の変更、または燃焼室内での燃料の均一な分配のために役立つ。

本願は、直接噴射式ディーゼルエンジンにおいて、重要な排出物を減らすために 得ようとする圧力ー／温度状態と噴射条件に係わる。すなわち、ディーゼルエン ジンの作動のための方法の提案に係わる。この場合、この提案は二重熱式の作動 方法を基礎としてなされる。なぜなら、この方法を基礎として実際の試験におい て、排出物の低減が測定されたからである。他の用途や方法のために、得られた 結果と与えられた教示を適用してもよい。

ディーゼルエンジンの作動の場合、特に騒音−および煤煙−／粒子排出物に関し て、内燃機関の排出物の最高値は益々制限されてきている。更に、二つの種類の 排出物の間にどのような結びつきがあるから判った。煤煙−／粒子排出物の場合 には、蒸発しにくい燃料のときに重要な問題が生じる。従って、植物性油脂のよ うな蒸発しにくい燃料のための後述する方法ステップは複雑であり、徹底的に実 験を行った。植物性油脂の場合には、燃料の蒸発の問題を解決すると、一連の利 点があることが判った。というのは、原料が再生されるものであり、そのＣ（ｈ 収支が帳消され、ＳＯ３排出物またはペンゾール（誘導体）排出物が生じないか らである。

すなわち、ディーゼルエンジンの作動において、煤煙−／粒子排出物を減らし、 かつ騒音−／音排出を制限する解決策を見出すという課題が設定される。

課題を解決する当該の燃焼方法の場合には、絞りビントルを備えたシングルジェ ット型噴射ノズルが幾つも設けられた。この場合、このようなノズルが、混合過 程ひいては噴射時間を短縮する目的で、２個以上使用可能である。混合過程の加 速が必要であることは、次の理由による。燃焼が既に終了したときに液状燃料が 燃焼室内にまだ供給されることによって、煤煙−７粒子が発生する。すなわち、 液状燃料、ガス状燃料および燃焼している燃料成分が、長い時間にわたって隣接 して存在する。というのは、普通の噴射時間と混合時間がこれを生じるからであ る。

液状燃料が炭化水素からなる場合には、後のガス相において、燃焼が進行してい るときに供給される液状燃料から水素が分離され、炭素が燃えない煤として分離 される。

第１の方法ステップとして、混合速度の増大または噴射時間の短縮が必要である 。それによって、前に供給された燃料が、最後に供給された燃料に煤を生じさせ る危険があるような燃焼温度を生じる前に、噴射中に、最後に供給された液状燃 料が蒸発する。

高すぎる燃焼温度を生じる前に、燃料全体がガス相になると、煤発生の問題は無 （なる。空気と燃料の混合速度が速くなり、噴射時間が短くなると、噴射時間中 に作業空気の温度が大幅に上昇することが防止される。

更に、次の重要な方法前提条件に従って、燃焼領域が所与の燃焼室の中央に集中 すると、複数の噴射ノズルによって、このようにして加速された混合過程が完全 に利用され、かつ非常に迅速な燃料蒸発が達成される。すなわち、液状燃料が燃 焼領域に接触しないようにするために、従来、燃焼室の壁で燃料を蒸発させるこ とが提案されたことがある。この場合、燃料がフィルムとして燃焼室の壁に塗布 され、そこから蒸気の形態で燃焼室空気と燃料領域に移動する。勿論、この場合 液状燃料が燃焼するガスに接触しないが、この方法の場合には煤の代わりにアル デヒド等の形態のＣＢ排出物が発生した。

すなわち、空気と燃料の混合速度を速くするため、および空気で取り囲まれた中 央の燃焼領域を得るための両ステップが、方法の前提条件である。この場合、で きるだけ小さな空気成分に集中させることが必要である。なぜなら、空気と燃料 の化学量論的な混合物は、望ましくないＮＯ８発生のために余剰の酸素を与えな いからである。できるだけ小さな空気成分への最適の集中は、燃焼空気と余剰空 気を分離することによって達成される。この場合、発生する二重熱式方法におい て、余剰空気と燃焼空気は強い回転運動にさらされる（この方法については*** 間特許第２２４１３５５号公報、英国特許第２０００２２２号公報、***国特許 出願公開第３３４３６７７号公報参照）。

燃焼室の空気は、燃焼室縁の外側から内方へ向かって燃焼領域へ噴射される燃料 が、反対側の燃焼室に達する前に偏向されるように、回転させられる。

すなわち、燃料は、蒸発まで、燃焼室空気の最も高温の部分内にある。この方法 は、燃料が蒸発しにくければしにくい程、正確に行わなければならない。

これは植物性油脂の場合に該当する。しかし、主たる燃焼が開始される前に、植 物性油脂が完全に蒸発すると、炭化水素の分子構造に関連する植物性油脂の利点 が、その後の燃焼過程で生じる。鎖状の炭化水素配列は特に、煤煙を生じない燃 焼に適している。

第３の方法ステップとして、燃焼過程時の圧力勾配に注目すべきである。複数の ノズルビントルによって混合が迅速に行われ、かつ絶縁された二重熱式燃焼領域 で蒸発が迅速に行われる場合には、燃焼時のシリンダ内の圧力勾配は許容されな い騒音を発生しない、クランク軸のクランク角度あたりの圧力増大（Δｐ／Δα ）はある限界を越えてはならない。

ディーゼルエンジンの使用価値にとって、騒音を小さくすることと煤を無くすこ とは、今日では同じように建設的なことであり、重要である。従って、両問題を 要約すると、空気と燃料の迅速な噴射と混合を行うという目的の他に、方法を有 効にし、しかも騒音を少なくする第２のパラメータが定めなければならない。

許容されない騒音の発生は、燃焼過程時の圧力上昇速度を、遅い噴射によって圧 縮過程の最大値に低減されたままにすることによって回避することができる。燃 焼過程中の等圧でのディーゼルエンジンの普通の燃焼方法は、シリンダ内の圧力 ではなくシリンダの点火時の圧力増大速度が一定になるように変化する。圧縮行 程の最大圧力勾配に相当するシリンダの点火時間中の圧力増大速度は、燃焼過程 全体において、複数のノズルによって供給された多量の燃料の燃焼が迅速に増大 しているときに、この燃料が、ピストンの膨張行程によって与えられる低下する 圧力勾配を相殺することによって得られる。噴射を遅く行えば行うほど、混合過 程は多くのノズルによって迅速に行わなければならない。

一定の圧力上昇、すなわち噴射時間と噴射量の調節は、先行技術の必須の予備噴 射を含めて、絞りビントルノズルのノズルビントル特性によって達成される。

強力な給気冷却は、この方法に関して、効果のある補足作用を行う、なぜなら、 燃焼空気と余剰空気の大きな温度差を生じることが有効であるからである。この 温度差はＮＯ８発生の抑制にも効果的である。

この場合、ＮＯ，の低減のためのは、方法の後の噴射開始も有利である。

噴射圧力と時間の調節を可能にするために、最初は、孔がシリンダヘッドに横方 向に形成された。この孔は、１８０度ずらした噴射ノズルの第２の噴射管がこの 孔を通って案内されるような大きさである。

この手段は、本方法でシリンダヘッドが用いられることによって可能になった。

このシリンダヘッドは少ない孔によってエンジン油で冷却される０通常は水冷却 装置のために設けられる冷却室を省略することによって、この解決策は噴射管の ための孔の形成を可能にする。

第１図と第２図は、１個のノズルを備えた実施例と２個のノズルを備えた実施例 を示している。これらの図は直接噴射式エンジンの燃焼室の平面図である。

第１図は、二重熱式燃焼方法の先行技術を示している。燃焼室（１）、（２）の 旋回中の空気は、燃焼室壁（３）によって制限される。シングルジェット型ビン トルノズル（４）によって噴射した後、二つの領域（１）、（２）が形成される 。なお、このビントルノズルの噴射は強い旋回のため、反対側に達しない、前記 領域（１）は化学量論的な空気−／燃料混合気を含む燃焼領域を形成する。領域 （２）は余剰空気を形成する。この余剰空気は燃焼に関与せず、同時に高温燃焼 領域と低温の燃焼室壁（３）の間の絶縁ジャケットとして作用する。

第２図は複数のシングルジェット型ビントルノズルの使用の代表的なものとして 、このようなノズル（５）、（６）を２個使用した場合を示している。

噴射状態は維持される。噴射された両ノズルの燃料が燃焼室壁（３）に達しない ようにすることによって、第１図と同様に、燃焼領域（１）と余剰空気（２）が 二重熱式に配置される。第２図は更に、第１図の場合に半分の混合過程を行う間 、同じ時間でかつ同じ空気旋回速度で燃料が燃焼領域全体に供給されることを示 している。換言すると、ノズルを２倍にすると、混合時間が半分になり、３個の ノズルの場合には３分の１になる。

第３図のグラフの縦座標にはシリンダ内の圧力が記入され、横座標にはクランク 軸のクランク角度が記入されている。第４図の縦座標にはクラク軸のクランク角 度あたりのシリンダ内の圧力が記入され、横座標にはクランク軸のクランク角度 が記入されている。第３図は、複数の噴射ノズルによって得られかつ排出騒音の ために得ようとするシリンダ内の圧力経過を示し、しかも点（１２）から点（１ ３）へのクランク角度あたり２．８バールの一定の圧力勾配ΔＰ／Δαの、第４ 図に示した関係に対応する圧力経過を示している。第３図において曲線（８）は 点火されないエンジンの圧力経過を示している。第４図の曲線（９）は点火され ないエンジンの圧力勾配を示している。

本発明による圧力経過の対象は点（１２）と（１３）の間における第３図の線（ １０）と第４図の線（１１）である０点（１２）から点（１３）までの圧力勾配 はほぼ一定である。点（１３）から点（１４）までの線は終了する燃焼に対応す る。この燃焼には、法則通りの膨張線（１５）が続いている。

第５図は、２個の噴射ノズル（１７）、（１８）のためのシリンダヘッド（１６ ）を示している。このシリンダヘッドは下側がシリンダ（２１）によって画成さ れ、上側がシリンダへ７ドカバー（２２）によって画成されている。燃料管（１ ９）はノズルまで直接延びている。第２のノズルに至る燃料管（２０）はシリン ダヘッドの孔を通って案内されている。

補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成１年２月２８日

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．複数のノズルを有する直接噴射式ディーゼルエンジンのための燃料噴射にお いて、二重熱式燃焼方法で、少なくとも２個のノズルによって燃料が燃焼室中央 で回転する燃焼空気に供給され、蒸発しにくい燃料が完全に蒸発するまで燃焼室 壁から遠ざけられるように、燃料の噴流が保たれ、混合過程がノズルの数によっ て加速され、それによって燃焼領域が煤を生じるような温度になる前に、蒸発し にくい植物油のような燃料が蒸発し、燃焼時のクランク角度あたりの圧力勾配（ Δｐ／Δα）が圧縮行程時の最大圧力勾配よりも大きくならないようにすること によって、騒音の排出が阻止されることを特徴とする燃料噴射。
2. ２．少なくとも２個のノズルが使用され、そのうちの少なくとも一つが制御可能 な噴射横断面積を有するピントルノズルであることを特徴とする、請求の範囲第 １項記載の直接噴射式ディーゼルエンジンのための燃料噴射。
3. ３．ノズルの噴射開始が時間的にずらされており、かつピントルノズルの制御可 能な噴射横断面積によってΔｐ／Δαの一定の経過に調節されることを特徴とす る、請求の範囲第１項と第２項の一方または両方に記載の直接噴射式ディーゼル エンジンのための燃料噴射。
4. ４．ノズルの噴射開始の時間的なずれが、長さの異なる噴射管によって生じるこ とを特徴とする、請求の範囲第１項から第３項までのいずれか一つまたは複数に 記載の直接噴射式ディーゼルエンジンのための燃料噴射。
5. ５．ノズルを約１８０度ずらして配置できるようにするために、管の長さを制限 する目的で、噴射管の１本または複数本がシリンダヘッドの孔を通って他の側へ 案内されていることを特徴とする、請求の範囲第１項から第４項までのいずれか 一つまたは複数に記載の直接噴射式ディーゼルエンジンのための燃料噴射。
6. ６．燃焼空気と燃焼領域の周りを回転する余剰空気との温度差を効果的な過給と 給気冷却によって大きくすることによって、作業空気の二重熱状態が促進される ことを特徴とする、請求の範囲第１項から第５項までの一つまたは複数に記載の 直接噴射式ディーゼルエンジンのための燃料噴射。
7. ７．エンジンを潤滑油だけによって冷却し、それによって特に空転時の温度レベ ルを高めることにより、方法の作用が強められることを特徴とする、請求の範囲 第１項から第６項までのいずれか一つまたは複数に記載の直接噴射式ディーゼル エンジンのための燃料噴射。