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JP2002021567A - 予混合圧縮自着火エンジン - Google Patents

予混合圧縮自着火エンジン

Info

Publication number
JP2002021567A
JP2002021567A JP2000204154A JP2000204154A JP2002021567A JP 2002021567 A JP2002021567 A JP 2002021567A JP 2000204154 A JP2000204154 A JP 2000204154A JP 2000204154 A JP2000204154 A JP 2000204154A JP 2002021567 A JP2002021567 A JP 2002021567A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ignition
combustion chamber
premixed
exhaust gas
fuel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000204154A
Other languages
English (en)
Inventor
Shunsaku Nakai
俊作 中井
Shoji Asada
昭治 浅田
Koji Moriya
浩二 守家
Takahiro Sako
孝弘 佐古
Masashi Nishigaki
雅司 西垣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osaka Gas Co Ltd
Original Assignee
Osaka Gas Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osaka Gas Co Ltd filed Critical Osaka Gas Co Ltd
Priority to JP2000204154A priority Critical patent/JP2002021567A/ja
Publication of JP2002021567A publication Critical patent/JP2002021567A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
    • F02B1/12—Engines characterised by fuel-air mixture compression with compression ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
    • F02B23/10—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
    • F02B23/101—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder the injector being placed on or close to the cylinder centre axis, e.g. with mixture formation using spray guided concepts

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  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
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  • Supercharger (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、燃料と酸素含有ガスとの予混合気
を燃焼室７において圧縮して自着火燃焼させる予混合圧
縮自着火運転を行って、クランク軸６の回転を維持する
予混合圧縮自着火エンジン１００において、過給機１７
を備えた場合でも、過給機１７の出力を上昇させ、充分
に新気を過給することができる技術を得ることを目的と
する。 【解決手段】 排気路１２に設けられた排気タービン１
７ｂに燃焼室７から排出されるガスを供給し、排ガスタ
ービン１７ｂに連結され吸気路に設けられた吸気コンプ
レッサ１７ａによって燃焼室に吸気される新気を過給す
る過給機１７を備え、排気タービン１７ｂに供給される
ガスのエネルギを増加させるエネルギ増加手段Ａを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料と酸素含有ガ
スとの予混合気を燃焼室において圧縮して自着火燃焼さ
せる予混合圧縮自着火運転を行って、クランク軸の回転
を維持する予混合圧縮自着火エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、自着火を積極的に利用する予混合
圧縮自着火エンジンのコンセプトが話題になっている。
この種の予混合圧縮自着火エンジンは、ディーゼルエン
ジンのパティキュレートを防止する目的で開発されたも
のであって、研究開発の端緒についたところである。着
火形式は、ディーゼルエンジンと同様に、断熱圧縮を利
用した自着火形式であるが、圧縮空気中に燃料を噴射す
るのではなく、主には、火花点火式のエンジンのように
空気（酸素含有ガスの一例）と燃料の予混合気を燃焼室
に形成し、その予混合気を断熱圧縮して自着火燃焼さ
せ、クランク軸の回転を続ける。この手法をガスエンジ
ンに適用すれば、圧縮比を増大させると共に希薄な予混
合気を圧縮自着火させ、高熱効率及び低ＮＯｘが可能と
なる。このような、予混合圧縮自着火エンジンは、希薄
予混合気を断熱圧縮によって昇温させ自着火させるの
で、燃焼室においてその予混合気を充分に圧縮する必要
がある。そこで、予混合圧縮自着火エンジンに、排気路
に設けられた排ガスタービンに燃焼室から排出される排
ガスを供給し、排ガスタービンに連結され吸気路に設け
られた吸気コンプレッサによって燃焼室に吸気される新
気を過給する過給機を設ける場合がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、予混合圧縮自
着火エンジンは、希薄予混合気を燃焼させるので、燃焼
室から排出される排ガスの温度は全負荷運転時でも３５
０℃程度と低く、排ガスのエネルギを利用する過給機を
効率良く運転させることは困難であった。さらに、予混
合圧縮自着火エンジンの起動時においては、吸気路及び
燃焼室の壁面温度が低く、予混合気を自着火するのに必
要な温度に達するまで断熱圧縮することができない。そ
こで、燃焼室において予混合気を圧縮して自着火させる
ために、過給機における新気の過給圧を上昇させるよう
としても、運転初期において過給機を運転させるために
必要なエネルギーを有する排ガスを殆ど得ることができ
ないので、エンジン自身を何らかの手法によって暖機し
た後に、予混合気を圧縮自着火させる運転を行う必要が
あった。従って、本発明は、上記問題点を解消し、高熱
効率且つ低ＮＯｘの予混合圧縮自着火エンジンにおい
て、過給機を備えた場合でも、過給機の出力を上昇さ
せ、充分に新気を過給することができる技術を得ること
を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】〔構成１〕本発明に係る
予混合圧縮自着火エンジンは、請求項１に記載したごと
く、排気路に設けられた排気タービンに前記燃焼室から
排出されるガスを供給し、前記排ガスタービンに連結さ
れ吸気路に設けられた吸気コンプレッサによって燃焼室
に吸気される新気を過給する過給機を備え、前記排気タ
ービンに供給されるガスのエネルギを増加させるエネル
ギ増加手段を備えたことを特徴とする。
【０００５】〔作用効果〕本構成のごとく、前記過給機
を備えた予混合圧縮自着火エンジンに、前記排ガスエネ
ルギ増加手段を設け、前記燃焼室から前記排ガスタービ
ンへ供給される排ガス等のガスを加熱したり、前記排ガ
スに高エネルギガスを供給して前記排ガスタービンへ供
給されるガスのエネルギを増加させることができ、過給
機の出力を上昇させることができる。即ち、予混合圧縮
自着火エンジンは、希薄予混合気を燃焼させるので、燃
焼室から排出される排ガスの温度は３５０℃程度と低温
であるが、例えば前記排ガス加熱手段によって、その低
温の排ガスを５００℃程度に加熱して、そのエネルギが
上昇した排ガスを排ガスタービンに供給することができ
るので、過給機を高い能力で運転して、新気としての空
気若しくは希薄予混合気の過給圧を上昇させることがで
きる。よって、充分に過給された新気を利用して燃焼室
に形成された予混合気の圧力は上昇し、その予混合気を
充分に自着火に至らしめることができ、例えば熱効率の
向上を図ることができる。
【０００６】〔構成２〕本発明に係る予混合圧縮自着火
エンジンは、請求項２に記載したごとく、上記構成１の
予混合圧縮自着火エンジンの構成に加えて、前記排ガス
加熱手段が、バーナ用燃料を燃焼させて前記排ガスター
ビンに供給されるガスを加熱するバーナ装置であること
を特徴とする。
【０００７】〔作用効果〕本構成のごとく、排ガス加熱
手段として前記バーナ装置を設けることで、前記過給機
の排ガスタービンに供給される排ガス等のガスを、前記
燃焼室に供給する燃料若しくはその他のバーナ用燃料等
を燃焼させて加熱して、前記排ガスタービンへ供給され
るガスのエネルギを増加することができ、簡単な構成
で、過給機の出力を上昇させることができる本発明の予
混合圧縮自着火エンジンを構成することができる。
【０００８】〔構成３〕本発明に係る予混合圧縮自着火
エンジンは、請求項３に記載したごとく、上記構成２の
予混合圧縮自着火エンジンの構成に加えて、前記バーナ
装置が、前記バーナ用燃料を、前記排気路の前記排ガス
タービンの上流側流路内で燃焼させ、前記バーナ用燃料
が燃焼後の燃焼ガスを前記上流側流路に供給するもので
あることを特徴とする。
【０００９】〔作用効果〕本構成のごとく、バーナ装置
によって排ガスタービンに供給されるガスのエネルギを
増加させるに、燃焼室から排出される排ガスが流通する
排気路の排ガスタービンの上流側流路内においてバーナ
用燃料を燃焼させるようにバーナ装置を構成することが
できる。即ち、バーナ装置において、前記上流側流路に
バーナ燃料を供給して、バーナ用燃料を、燃焼室から排
出される排ガス等のガス中の酸素を利用して燃焼させる
ことで、燃焼室から排出されるガスを加熱すると共に、
バーナ用燃料が燃焼後の排ガスを加えて、過給機の排ガ
スタービンへ高温且つ多量の高エネルギのガスを供給す
ることができ、一層過給機の出力を上昇させ、新気の過
給圧を上昇させることができる。また、このように排気
路内においてバーナ用燃料を燃焼させることで、前記排
ガス中の未燃成分をも燃焼させることができる。
【００１０】〔構成４〕本発明に係る予混合圧縮自着火
エンジンは、請求項４に記載したごとく、上記構成１か
ら３の何れかの予混合圧縮自着火エンジンの構成に加え
て、前記クランク軸を強制的に回転させる強制運転手段
と、前記過給機における新気の過給圧を検出する過給圧
検出手段を備え、エンジンの運転開始に伴って、前記過
給圧検出手段により検出される前記過給圧が所定の目標
過給圧値になるまで、前記強制運転手段を働かせなが
ら、前記エネルギ増加手段を働かせ、前記過給圧が前記
目標過給圧になった後に、前記予混合圧縮自着火運転を
行う起動運転手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】〔作用効果〕予混合圧縮自着火エンジンの
起動運転を行うに、運転開始時は、燃焼室や吸気路が低
温であり、且つ燃焼室から排ガスが排出されないので、
運転開始すぐに過給機を働かせることができず、前記予
混合圧縮自着火運転を行うことができない。そこで、本
発明の予混合圧縮自着火エンジンは、本構成のごとく、
前記起動運転手段によって、先ず、クランク軸を強制回
転させることで、燃焼室から排気路へ強制的にガスを排
出すると共に、前記エネルギ増加手段によって燃焼室か
ら排出されたガスのエネルギを増加して、前記過給機の
排ガスタービンに供給することができ、前記過給機の出
力は徐々に増加されることになる。そこで、例えば、圧
力センサによって吸気路の過給機の吸気コンプレッサの
下流側流路の圧力を検出する、若しくは過給機の回転数
を検出して検出された回転数から前記過給圧を推測する
等のように構成された過給圧検出手段によって、前記過
給圧が前記予混合圧縮自着火運転を行うことができる程
度の目標過給圧値になったときに、前記燃焼室に前記予
混合圧縮自着火運転のための予混合気を形成して、前記
予混合圧縮自着火運転に移行することができる。よっ
て、予混合圧縮自着火エンジンの起動運転時において
も、過給機の出力を増加させて、予混合圧縮自着火運転
にスムーズに移行することができる。
【００１２】〔構成５〕本発明に係る予混合圧縮自着火
エンジンは、請求項５に記載したごとく、上記構成４の
予混合圧縮自着火エンジンの構成に加えて、前記強制運
転手段が、前記クランク軸に連結された電動モータであ
ることを特徴とする。
【００１３】〔作用効果〕本構成のごとく、前記クラン
ク軸強制回転手段として、前記クランク軸に連結された
モータを利用することができ、簡単な構成で、起動運転
時において過給機の出力を増加させて、予混合圧縮自着
火運転にスムーズに移行することができる予混合圧縮自
着火エンジンを実現することができる。
【００１４】〔構成６〕本発明に係る予混合圧縮自着火
エンジンは、請求項６に記載したごとく、上記構成４の
予混合圧縮自着火エンジンの構成に加えて、前記強制運
転手段が、前記燃焼室において圧縮された予混合気を火
花点火燃焼させる火花点火運転を行う火花点火運転手段
であることを特徴とする。
【００１５】〔作用効果〕本構成のごとく、前記強制運
転手段としての前記火花点火運転手段は、先ず、充分に
暖機されておらず予混合圧縮自着火運転が不可能な状態
である起動運転時において、燃焼室に火花点火可能な当
量比の予混合気を吸気して圧縮し、ＴＤＣより遅いタイ
ミング、好ましくは１０°ＡＴＤＣ程度の実圧縮比が１
７か１８程度となるタイミングで燃焼室に設けられた点
火プラグにより火花発生させ、前記予混合気を点火して
火花点火運転を行う。このように火花点火運転を行うこ
とで、エンジンの暖機状態は徐々に進行すると共に、燃
焼室からは火花点火され燃焼後の高温の排ガスが排出さ
れ、さらにエネルギ増加手段によりエネルギを増加させ
られた排ガスを過給機の排ガスタービンに供給すること
ができるので、起動運転時において過給機の出力を増加
させて、予混合圧縮自着火運転にスムーズに移行するこ
とができる予混合圧縮自着火エンジンを実現することが
できる。
【００１６】〔構成７〕本発明に係る予混合圧縮自着火
エンジンは、請求項７に記載したごとく、上記構成４の
予混合圧縮自着火エンジンの構成に加えて、前記強制運
転手段が、前記燃焼室において圧縮された新気に、着火
用燃料を噴射して自着火させる噴射着火運転を行う噴射
着火運転手段であることを特徴とする。
【００１７】本構成のごとく、前記強制運転手段として
の前記噴射着火運転手段は、先ず、充分に暖機されてお
らず予混合圧縮自着火運転が不可能な状態である起動運
転時において、燃焼室に空気若しくは希薄混合気等の新
気を吸気して圧縮し、ＴＤＣより遅いタイミング、好ま
しくは１０°ＡＴＤＣ程度の実圧縮比が１７か１８程度
となるタイミングで、軽油等の着火用燃料を噴射して自
着火させて噴射着火運転を行う。このように噴射着火運
転を行うことで、エンジンの暖機状態は徐々に進行する
と共に、燃焼室からは噴射着火され燃焼後の高温の排ガ
スが排出され、さらにエネルギ増加手段によりエネルギ
を増加させられた排ガスを過給機の排ガスタービンに供
給することができるので、起動運転時において過給機の
出力を増加させて、予混合圧縮自着火運転にスムーズに
移行することができる予混合圧縮自着火エンジンを実現
することができる。
【００１８】〔構成８〕さらに本発明に係る予混合圧縮
自着火エンジンは、上記構成７の予混合圧縮自着火エン
ジンの構成に加えて、前記燃焼室に、前記着火用燃料の
着火温度以上に加熱されたグロープラグを備えておいて
もよい。
【００１９】この構成では、燃焼室にグロープラグを設
けることで、例えば着火用燃料として、着火温度が高い
天然ガス系都市ガス等を利用する場合においても、噴射
着火運転において、燃焼室において圧縮された新気に、
着火用燃料を噴射して確実に着火させることができ、好
ましい状態で予混合圧縮自着火エンジンを起動すること
ができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下に本発明の予混合圧縮自着火
エンジン１００に関する実施の形態を図面に基づいて説
明する。図１に示すように、予混合圧縮自着火エンジン
１００は、燃料と空気（酸素含有ガスの一例）との予混
合気を、吸気路１１から吸気弁１を介してシリンダ３内
に形成された燃焼室７に吸気し、燃焼室７において圧縮
して自着火燃焼させる予混合圧縮自着火運転を行って、
ピストン４の往復運動を連結棒５を介してクランク軸６
の回転として出力するものである。また、燃焼後の排ガ
スは、燃焼室７から排気弁２を介して排気路１２へ排出
される。尚、この予混合圧縮自着火エンジン１００の仕
様は、以下の通りである。ボア径：φ１１０ｍｍ×スト
ローク：１０６ｍｍ圧縮比：１８定格クランク軸回転
数：１２００ｒｐｍ
【００２１】予混合圧縮自着火エンジン１００は、排気
路１２に設けられた排ガスタービン１７ｂに燃焼室７か
ら排出される排ガスを供給して、排ガスタービン１７ｂ
を回転させて、排ガスタービン１７ｂに連結され吸気路
１１に設けられた吸気コンプレッサ１７ａを回転させ、
吸気路１１に供給される空気を加圧する過給機１７が設
けられている。
【００２２】燃料としての天然ガス系都市ガスは、流量
調整弁８を介して過給機によって加圧された空気に供給
され、吸気路１１に予混合気を形成することができ、制
御装置２０は、クランク軸６の角度を検出するクランク
軸角センサ１０の検出結果からクランク軸６の回転数を
検出し、吸気される空気量を算出しながら、流量調整弁
８を働かせて燃料の供給量を制御し、燃焼室７に吸気さ
れる予混合気の空気比を設定することができる。
【００２３】吸気路１１の吸気コンプレッサ１７ａの下
流側には、冷却水が流量調整弁１４を介して供給され、
加圧された予混合気を冷却する冷却器１３が設けられ、
制御装置２０は、吸気路１１の冷却器１３の下流側に設
けられた温度センサ１５の検出結果に基づいて、流量調
整弁１４を制御して、冷却器１３の予混合気に対する冷
却量を調整し、燃焼室７に吸気される予混合気の温度を
設定することができ、たとえば制御装置２０は、燃焼室
７の内圧を検出する内圧センサ９の検出結果によって、
燃焼室における予混合気の自着火タイミングを検出しな
がら、燃焼室７に吸気される予混合気の温度を設定し
て、その自着火タイミングを好ましいものに調整するこ
とができる。
【００２４】このような予混合圧縮自着火エンジン１０
０は、希薄予混合気を圧縮自着火させる予混合圧縮自着
火運転を行うために、燃焼室７においてその予混合気を
充分に圧縮する必要がある。そこで、予混合圧縮自着火
エンジン１００は、過給機１７によって燃焼室７に予混
合気を過給するのであるが、燃焼室７から排出され排気
路１２を流通する排ガスの温度は全負荷運転時でも３５
０℃程度と低く、排ガスのエネルギを利用する過給機１
７を効率良く運転させることは困難である。
【００２５】そこで、本発明の予混合圧縮自着火エンジ
ン１００においては、排気路１２において、排ガスター
ビン１７ｂに供給される排ガスのエネルギを増加させ過
給機の出力を上昇させる排ガスエネルギ増加手段Ａとし
て、バーナ用燃料として天然ガス系都市ガスを排気路１
２の排ガスタービン１７ｂの上流側流路内で燃焼させ、
燃焼ガスを排ガスタービン１７ｂに供給される排ガスに
供給し排ガスを加熱するバーナ装置２５を備えている。
詳しくは、バーナ装置２５は、バーナ用燃料燃料を互い
に衝突するように噴出して燃焼させるインパクトバーナ
であり、排気路１２の一部を形成し両端が絞られたバー
ナ燃焼室２３を備え、さらに、バーナ燃焼室２３内に設
けられたバーナノズル２１と、バーナノズル２１の噴出
方向の近傍に火花を発生するスパークロット２２とを備
え、制御装置２０によって、開閉弁２４を開状態として
バーナノズル２１に設けられた複数の噴孔に燃料を供給
すると共に、スパークロット２２を働かせてこの噴出し
たバーナ用燃料を着火し、排ガス中に残留する酸素の一
部を利用して、燃料をコンパクトな火炎を形成させて燃
焼させることができ、排ガスタービン１７ｂに供給され
る排ガスを加熱すると共に、排ガス中の未燃成分を燃焼
させることができる。
【００２６】このような排ガスエネルギ増加手段Ａとし
てのバーナ装置２５によって、燃焼室７から排出される
低温の排ガスを５００℃程度に加熱して、そのエネルギ
が上昇した排ガスを排ガスタービン１７ｂに供給するこ
とができるので、過給機を高い能力で運転して、予混合
気の過給圧を上昇させることができ、燃焼室７において
予混合気を充分に自着火に至らしめることができる。
【００２７】次に、本発明の予混合圧縮自着火エンジン
１００の起動運転について、以下に説明する。予混合圧
縮自着火エンジン１００の起動運転を行うに、運転開始
時は、燃焼室７や吸気路１１が低温で、燃焼室から排ガ
スが排出されないので過給機１７を働かせることができ
ないので、すぐに予混合圧縮自着火運転を行うことがで
きない。そこで、本発明の予混合圧縮自着火エンジン１
００の制御装置２０には、起動運転手段２０１が設けら
れており、起動運転手段２０１は、起動運転において、
排ガスエネルギ増加手段Ａとしてのバーナ装置２５を利
用して、過給機１７の出力を増加させ、前記予混合圧縮
自着火エンジン１００をスムーズに起動させることがで
きる。
【００２８】即ち、制御装置２０に運転開始指令が入力
された後に、起動運転手段２０１は、先ず、流量調整弁
８を閉じて燃料の供給を停止した状態で、クランク軸６
を回転自在に設けられたモータ３０（強制運転手段の一
例）によって、クランク軸６を例えば１２００ｒｐｍ程
度で強制回転させ、燃焼室７から排気路１２へ強制的に
空気を排出させる。そして、バーナ装置２５において１
０Ｌ／ｍｉｎで供給されたバーナ用燃料を燃焼させ、排
ガスタービン１７ｂに供給される空気に高温の燃焼ガス
を供給することで、排ガスタービン１７ｂには高エネル
ギのガスが供給されることになるので、前記過給機１７
の出力は徐々に増加することになる。そして、圧力セン
サ１６（過給圧検出手段の一例）において検出される吸
気路１１の圧力が、１００ｋＰａ程度の予混合圧縮自着
火運転を行うことができる程度の目標過給圧値になり、
冷却器１３を働かせて吸気路１１の予混合気の温度が８
０℃程度になったときに、流量調整弁８を働かせて、空
気比２．５（当量比０．４）程度の希薄状態の予混合気
を燃焼室７に吸気して、予混合圧縮自着火運転に移行す
ることができる。また、予混合圧縮自着火運転に移行後
においては、バーナ装置２５は停止若しくは低燃焼量運
転を行う。
【００２９】〔別実施の形態〕 〈１〉 上記の実施の形態において、強制運転手段とし
てモータ３０を備え、クランク軸６を強制回転させなが
ら起動運転を行う構成を示したが、別に、強制運転手段
として、図２に示すように、燃焼室７に火花発生可能な
点火プラグ３１を備え、さらに、制御装置２０に、火花
点火運転手段２０２が備えることができる。即ち、火花
点火運転手段２０２は、例えば運転開始指示が入力され
た後に、モータ３０によりクランク軸６を回転させ、流
量調整弁８を調整して当量比が０．６程度の予混合気を
燃焼室７に吸気して圧縮し、点火プラグ３１をＴＤＣ以
降の１０°ＡＴＤＣ程度で働かせ、予混合気を点火して
火花点火運転を行う。そして、圧力センサ１６（過給圧
検出手段の一例）において検出される吸気路１１の圧力
が、１２０ｋＰａ程度になり、冷却器１３を働かせて吸
気路１１の予混合気の温度が８５℃程度になったとき
に、点火プラグ３１による火花発生の時期をさらに遅ら
せ、内圧センサ９によりＴＤＣ付近における圧縮自着火
が確認できた時点で、空気比２．５（当量比０．４）程
度の希薄状態の予混合気を燃焼室７に吸気して、予混合
圧縮自着火運転に移行する。
【００３０】〈２〉 上記の実施の形態において、強制
運転手段としてモータ３０を備え、クランク軸６を強制
回転させながら起動運転を行う構成を示したが、別に、
強制運転手段として、図３に示すように、燃焼室７に着
火用燃料としての軽油を噴射可能な燃料噴射弁３２を備
え、さらに、制御装置２０に、噴射着火運転手段２０３
が備えることができる。即ち、噴射着火運転手段２０３
は、例えば運転開始指示が入力された後に、モータ３０
によりクランク軸６を回転させ、当量比が希薄状態の予
混合気を燃焼室７に吸気して圧縮し、ＴＤＣ以降の１０
°ＡＴＤＣ程度の時期に、燃料噴射弁３２により軽油を
噴射して自着火させる噴射着火運転を行う。そして、圧
力センサ１６（過給圧検出手段の一例）において検出さ
れる吸気路１１の圧力が、１２０ｋＰａ程度になり、冷
却器１３を働かせて吸気路１１の予混合気の温度が８５
℃程度になったときに、点火プラグ３１による火花発生
の時期をさらに遅らせ、内圧センサ９によりＴＤＣ付近
における圧縮自着火が確認できた時点で、燃料噴射弁３
２からの軽油の噴射を停止し、空気比２．５（当量比
０．４）程度の希薄状態の予混合気を燃焼室７に吸気し
て、予混合圧縮自着火運転に移行する。また、着火用燃
料としては、発火点が比較的低い軽油を利用することが
好適であるが、別に予混合圧縮自着火運転時に燃焼室に
供給する燃料と同じ燃料を噴射しても構わない。しか
し、着火用燃料として、着火温度が高い天然ガス系都市
ガス等を利用する場合、燃焼室７の着火用燃料が噴射さ
れる領域にグロープラグを設けることが好ましく、燃焼
室７において圧縮された新気に、着火用燃料を噴射して
確実に着火させることができ、好ましい状態で予混合圧
縮自着火エンジンを起動することができる。また、グロ
ープラグを設け、着火用燃料として天然ガス系都市ガス
を利用する場合、グロープラグを１３００Ｋ（約１００
０℃）程度に加熱するこのが好ましく、燃焼室における
当量比が０．５となるように燃料が噴射され、燃焼室か
ら５００℃程度の排ガスを排出させることができるの
で、上記の排ガスエネルギ増加手段Ａとしてのバーナ装
置２５の燃焼負荷を低く押えることができる。
【００３１】〈３〉 上記の実施の形態において、排ガ
スタービン１７ｂに供給される排ガスのエネルギを増加
させ過給機の出力を上昇させる排ガスエネルギ増加手段
Ａとして、燃焼ガスを排ガスタービン１７ｂに供給され
る排ガスに供給し排ガスを加熱するバーナ装置２５を備
えた構成について説明したが、このバーナ装置を、バー
ナ用燃料が燃焼する燃焼ガスにより排ガスタービンに供
給される排ガスを間接的に加熱するように構成すること
もでき、排ガスエネルギ増加手段Ａとして、バーナ装置
の代わりに、電気ヒータ等を設けることもできる。
【００３２】〈４〉 本発明の予混合圧縮自着火エンジ
ンに使用できる燃料としては、都市ガスが好適である
が、ガソリン、プロパン、メタノール、水素等、任意の
燃料を使用することができる。
【００３３】〈５〉 予混合気を生成するにあたって
は、燃料とこの燃料の燃焼のための酸素を含有するガス
とを混合すれば良いが、例えば、燃焼用酸素含有ガスと
して空気を使用することが一般的である。しかしなが
ら、このようなガスとしては、例えば、酸素成分含有量
が空気に対して高い酸素富化ガス等を使用することが可
能である。
【００３４】〈６〉 上記の実施の形態例においては、
所謂、４サイクルエンジンに関連して説明したが、本願
は、２サイクルエンジンにおいても適応可能である。
【００３５】〈７〉 上記の実施の形態において、燃焼
室７で圧縮自着火燃焼する予混合気を、吸気路１１にお
いて形成する構成を示したが、別に、燃焼室７に直接噴
射する燃料噴射弁を備え、空気のみを吸気し、吸気行程
若しくは圧縮行程初期において燃料を噴射して燃焼室に
予混合気を形成し、この予混合気を圧縮して自着火させ
るように構成することもできる。
【００３６】〈８〉 上記の実施の形態において、過給
機１７における予混合気の過給圧を検出するための過給
圧検出手段として、圧力センサ１６を設けたが、別に、
過給圧検出手段を過給機１７の回転数を検出する回転数
検出センサによって過給圧を推定するように構成しても
構わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る予混合圧縮自着火エンジンの実施
の形態を示す概略構成図
【図２】本発明に係る予混合圧縮自着火エンジンの別の
実施の形態を示す概略構成図
【図３】本発明に係る予混合圧縮自着火エンジンの別の
実施の形態を示す概略構成図
【符号の説明】
１ 吸気弁 ２ 排気弁 ３ シリンダ ４ ピストン ５ 連結棒 ６ クランク軸 ７ 燃焼室 ８ 流量調整弁 ９ 内圧センサ １０ クランク軸角センサ １１ 吸気路 １２ 排気路 １３ 冷却器 １４ 流量調整弁 １５ 温度センサ １６ 圧力センサ（過給圧検出手段） １７ 過給機 １７ａ 吸気コンプレッサ １７ｂ 排ガスタービン ２０ 制御装置 ２５ バーナ装置 ３０ モータ（強制運転手段） ３１ 点火プラグ ３２ 燃料噴射弁 ２０２ 火花点火運転手段（強制運転手段） ２０３ 噴射着火運転手段（強制運転手段） Ａ 排ガスエネルギ増加手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 23/00 Ｆ０２Ｄ 41/02 ３５１ 41/02 ３５１ Ｆ０２Ｂ 37/12 ３０１Ｓ (72)発明者 守家 浩二 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 佐古 孝弘 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 西垣 雅司 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内 Ｆターム(参考） 3G005 DA02 FA05 GB17 GB24 GD09 HA00 HA04 HA05 HA13 JA16 3G023 AA00 AA02 AA05 AA08 AB03 AB06 AB08 AC00 AC01 AC04 AC06 AC07 AD03 AF02 AF03 AG02 3G092 AA00 AA18 AB08 BB01 DB03 HA16Z HC01Z HE01Z HE03Z 3G301 HA00 HA01 HA11 HA22 MA11 PA16Z PC01Z PE01Z PE03Z

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料と酸素含有ガスとの予混合気を燃焼
    室において圧縮して自着火燃焼させる予混合圧縮自着火
    運転を行って、クランク軸の回転を維持する予混合圧縮
    自着火エンジンであって、 排気路に設けられた排気タービンに前記燃焼室から排出
    されるガスを供給し、前記排ガスタービンに連結され吸
    気路に設けられた吸気コンプレッサによって燃焼室に吸
    気される新気を過給する過給機を備え、 前記排気タービンに供給されるガスのエネルギを増加さ
    せるエネルギ増加手段を備えた予混合圧縮自着火エンジ
    ン。
  2. 【請求項２】 前記排ガス加熱手段が、バーナ用燃料を
    燃焼させて前記排ガスタービンに供給されるガスを加熱
    するバーナ装置である請求項１に記載の予混合圧縮自着
    火エンジン。
  3. 【請求項３】 前記バーナ装置が、前記バーナ用燃料
    を、前記排気路の前記排ガスタービンの上流側流路内で
    燃焼させ、前記バーナ用燃料が燃焼後の燃焼ガスを前記
    上流側流路に供給するものである請求項３に記載の予混
    合圧縮自着火エンジン。
  4. 【請求項４】 前記クランク軸を強制的に回転させる強
    制運転手段と、 前記過給機における新気の過給圧を検出する過給圧検出
    手段を備え、 エンジンの運転開始に伴って、前記過給圧検出手段によ
    り検出される前記過給圧が所定の目標過給圧値になるま
    で、前記強制運転手段を働かせながら、前記エネルギ増
    加手段を働かせ、前記過給圧が前記目標過給圧になった
    後に、前記予混合圧縮自着火運転を行う起動運転手段を
    備えた請求項１から３の何れか１項に記載の予混合圧縮
    自着火エンジン。
  5. 【請求項５】 前記強制運転手段が、前記クランク軸に
    連結された電動モータである請求項４に記載の予混合圧
    縮自着火エンジン。
  6. 【請求項６】 前記強制運転手段が、前記燃焼室におい
    て圧縮された予混合気を火花点火燃焼させる火花点火運
    転を行う火花点火運転手段である請求項４に記載の予混
    合圧縮自着火エンジン。
  7. 【請求項７】 前記強制運転手段が、前記燃焼室におい
    て圧縮された新気に、着火用燃料を噴射して自着火させ
    る噴射着火運転を行う噴射着火運転手段である請求項５
    に記載の予混合圧縮自着火エンジン。
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