JPH06200837A - Ｅｇｒ装置を備えたアルコールエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、アルコール燃料をＥＧＲ用排気ガ
スで予熱して安定した燃焼を確保できるＥＧＲ装置を備
えたアルコールエンジンを提供する。 【構成】 本発明は、排気管２に連結したバイパス管８
をターボチャージャ５をバイパスさせて吸気側に連結
し、バイパス管８にＥＧＲの排気ガス流量を調整する制
御弁９を設ける。アルコール燃料を噴射する吸気管燃料
噴射ノズル１４を吸気管４に且つ吸気燃料噴射ノズル１
３をシリンダ１０に設け、エンジン負荷に応じて制御弁
９をコントロールしてＥＧＲ流量を制御する。吸気管４
内でＥＧＲ用排気ガスが新気と混合して温度が上昇し、
吸気管４に噴射されたアルコール燃料の気化潜熱が消費
される。そこで、シリンダ１０内へ残りのアルコール燃
料を噴射することにより、着火が良好になり、燃焼が安
定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、エンジンの排気ガス
エネルギーによって駆動されるターボチャージャを有し
ているＥＧＲ装置を備えたアルコールエンジンに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジンから排気される排気ガス
による環境汚染が問題になり、最近、アルコールエンジ
ンが注目されるようになっている。即ち、アルコール
は、燃料中に含む炭素量は軽油、ガソリンに比較して少
なく、該アルコールを燃料とするアルコールエンジンで
は、排気ガス中の炭酸ガス、炭化物の含有量は、ガソリ
ン、軽油等の燃料に比較して非常に少なくなる。また、
アルコール燃料を使用するエンジンに関して、例えば、
特開昭５８−６７９５９号公報に開示されたアルコール
改質エンジンがあり、該アルコール改質エンジンは排気
ガスを清浄にするためアルコールを改質して得た改質ガ
スを使用するものである。

【０００３】また、従来、エンジンにおける排気ガス再
循環装置即ちＥＧＲ装置は、シリンダから排出された排
気ガス中に含まれる未燃分を再度シリンダ内に吸入して
燃焼させ、吸気に排気ガスの一部を混合してＮＯ_X の発
生を抑制することは、良く知られていることである（例
えば、特開平４−１６６６５６号公報参照）。

【０００４】また、ターボコンパウンドエンジンとして
は、特開昭６３−９６１７号公報に開示されたものがあ
る。該ターボコンパウンドエンジンは、エンジンの主排
気通路に直列にターボチャージャとタービンを接続し、
該ターボチャージャとタービン間の主排気通路に、該主
排気通路より遅れて開放される副排気通路を接続し、該
副排気通路にエンジンの運転状態に基づいて開度調節さ
れる開閉弁を設けたものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アルコ
ールは、ガソリンに比較して気化するための潜熱が高
く、例えば、ガソリンが燃料の０．７％の気化潜熱を要
するのに対し、アルコールが燃料の５％の気化潜熱を要
するものであり、アルコール燃料は気化し難いという性
質を有していると共に、燃料噴射ノズルからシリンダ内
即ち気筒内の圧縮空気中に噴射されたアルコール燃料
は、気化のために圧縮空気及び燃焼室壁面の温度を低下
させて着火を悪化させ、自着火させることが困難なもの
である。特に、アルコールエンジンについては、部分負
荷時の燃焼と高負荷時の燃焼とでは極めて異なってお
り、部分負荷時は燃焼が不安定であり、高負荷時は混合
気生成スピードの遅延という問題がある。特に、圧縮着
火タイプの往復動エンジンについては、通常の直接噴射
式エンジンでは、圧縮比が１５〜１７が良いとされてい
る。この場合、圧縮端温度は６５０℃位であり、始動時
或いは低温空気時には、時々、着火、燃焼が良好になら
ず、着火ミス或いは不完全燃焼が発生し、未燃ガスが発
生し易くなり、未燃ガスの排出による臭気、刺激臭が生
じたりする。

【０００６】特に、アルコール燃料を使うディーゼルエ
ンジンでは、アルコールが気化するための潜熱が高いた
め、エンジンの低速低負荷時には、燃焼室内壁面は高温
度の状態になっておらず、該壁面が燃料から気化熱を奪
い、気化を促進することができず、気化混合気を成功し
難い。また、部分負荷時には、空燃比は大きく即ち燃料
がリーンの状態になっており、その時のアルコール燃料
の燃焼では、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド等の
中間生成物が発生する。その結果、低温時には、燃焼も
不完全となり、未燃ガス発生の現象は大きく現れ、刺激
臭、臭気等が発生すると共に、排ガス中に含まれる炭化
水素が多くなり、且つ着火性即ち始動性が悪くなる。従
って、アルコール燃料を使用するエンジンでは、部分負
荷時でのアルデヒド類の排出量が多くなり、刺激臭、臭
気等の問題が発生し、低温時の部分負荷領域での燃焼状
態の改善には、多くの問題がある。

【０００７】そこで、この発明の目的は、上記の課題を
解決することであり、シリンダ内にアルコール燃料を直
接噴射するアルコールエンジンにおいて、吸気にＥＧＲ
用排気ガスを供給することによって、特に、部分負荷時
でもアルコール燃料の気化潜熱を排気ガスが持つ熱エネ
ルギーによって消費し、シリンダ内での着火を改善して
安定した燃焼を達成してクリーンな排気ガスを排出でき
るＥＧＲ装置を備えたアルコールエンジンを提供するこ
とである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、シリンダ内にアルコール燃料を直接噴射す
る気筒燃料噴射ノズル、排気ポートに排気管を通じて連
通したタービンと吸気ポートに吸気管を通じて連通した
コンプレッサを備えたターボチャージャ、前記排気管に
連結し且つ前記タービンをバイパスして前記コンプレッ
サの吸気側に連結したバイパス管、該バイパス管に設け
たＥＧＲ用排気ガス流量を調整する制御弁、前記吸気管
にアルコール燃料を噴射する吸気管燃料噴射ノズル、エ
ンジン負荷を検出する負荷センサー、及び該負荷センサ
ーが検出したエンジン負荷に応答して前記制御弁の開度
を制御するコントローラを有することを特徴とするＥＧ
Ｒ装置を備えたアルコールエンジンに関する。

【０００９】また、このＥＧＲ装置を備えたアルコール
エンジンにおいて、前記コントローラは、前記負荷セン
サーの部分負荷信号に応答して前記制御弁の開度を大き
くしてＥＧＲ用排気ガス流量を多くし、また、高負荷信
号に応答して前記制御弁の開度を小さくしてＥＧＲ用排
気ガス流量を少なくする制御を行うものである。

【００１０】

【作用】この発明によるＥＧＲ装置を備えたアルコール
エンジンは、上記のように構成されており、次のように
作用する。即ち、このＥＧＲ装置を備えたアルコールエ
ンジンは、エンジンの排気管に連結したバイパス管をタ
ーボチャージャのタービンをバイパスさせてコンプレッ
サの吸気側に連結し、前記バイパス管にＥＧＲの排気ガ
ス流量を調整する制御弁を設け、前記吸気管にアルコー
ル燃料を噴射する吸気管燃料噴射ノズルを設け、エンジ
ン負荷に応じてＥＧＲの流量を制御したので、熱エネル
ギーを有するＥＧＲの排気ガスが吸気管へ導入され、該
排気ガスが新気と混合して吸入空気温度が上昇し、その
上昇した吸入空気温度に吸気管でアルコール燃料を噴射
すれば、そこで相当量の気化潜熱が消費され、シリンダ
へと供給される。そこで、シリンダ内へ残りのアルコー
ル燃料を噴射することにより、着火が良好になり、燃焼
が安定する。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明によるＥＧ
Ｒ装置を備えたアルコールエンジンの一実施例を説明す
る。図１はこの発明によるＥＧＲ装置を備えたアルコー
ルエンジンの一実施例を示す概略説明図である。

【００１２】図示するように、このＥＧＲ装置を備えた
アルコールエンジンは、エンジンの排気エネルギーによ
って駆動されるターボチャージャ５を有している。この
アルコールエンジンは、シリンダブロック１に固定した
シリンダヘッド、シリンダブロック１に形成したシリン
ダ１０、該シリンダ１０内を往復運動するピストン等を
有している。シリンダヘッドには排気ポート１１と吸気
ポート１２が形成され、排気ポート１１には排気バルブ
が配置され、また、吸気ポート１２には吸気バルブが配
置されている。シリンダヘッドに形成した排気ポート１
１は、マニホルドガスケットを介在して排気マニホルド
３に連結されている。排気マニホルド３の出口に連通し
ている排気管２は、ターボチャージャ５のタービン６に
連通している。また、ターボチャージャ５のコンプレッ
サ７の出口は、吸気マニホルド１８に連通する吸気管４
に連通している。吸気マニホルド１８はシリンダヘッド
に形成した吸気ポート１２に連通している。

【００１３】このＥＧＲ装置を備えたアルコールエンジ
ンは、特に、排気ガスを吸気へ再循環させる排気ガス再
循環装置即ちＥＧＲ装置を備えているものであり、シリ
ンダ１０内にアルコール燃料を直接噴射する気筒燃料噴
射ノズル１３及び吸気管４にアルコール燃料を噴射する
吸気管燃料噴射ノズル１４を有している。また、ターボ
チャージャ５のタービン６をバイパスするバイパス管８
が排気管２に連結されている。バイパス管８はＥＧＲ用
通路として機能するものであり、コンプレッサ７の吸気
側即ちコンプレッサ入口の吸気通路１７に連結されてい
る。更に、バイパス管８の入口には、ＥＧＲの排気ガス
流量を調整する制御弁９が設けられている。制御弁９
は、バイパス管８を通じてコンプレッサ７の入口即ち吸
気管４へのＥＧＲ用排気ガスの流量を調節することがで
きるものである。

【００１４】更に、このＥＧＲ装置を備えたアルコール
エンジンは、エンジン負荷を検出する負荷センサー１
６、及び該負荷センサー１６の検出信号に応答してバイ
パス管８に設けた制御弁９の開度を制御するコントロー
ラ１５を有している。負荷センサー１６は、アクセルペ
ダルの踏込み量を検出するこによってエンジン負荷を検
出したり、或いは気筒燃料噴射ノズル１３と吸気管燃料
噴射ノズル１４とからのアルコール燃料の噴射量を検出
することによってエンジン負荷を検出することができ
る。コントローラ１５は、負荷センサー１６の部分負荷
信号に応答して制御弁９の開度を大きくして排気ガス流
量を多くし、また、高負荷信号に応答して制御弁９の開
度を小さくしてＥＧＲの排気ガス量を少なくする制御を
行うように構成されている。

【００１５】このＥＧＲ装置を備えたアルコールエンジ
ンは、上記のような構成を有しているので、次のように
作動することができる。負荷センサー１６によってエン
ジン負荷が検出され、そのエンジン負荷に応じてエンジ
ンから排気されたホットな排気ガス即ち熱エネルギーを
有する排気ガスがコンプレッサ７の入口に導入され、コ
ンプレッサ７で吸気管に送り込まれる新気と混合され、
吸気管４の吸入空気の温度は上昇する。温度上昇した吸
入空気中に、吸気管４に設けた吸気管燃料噴射ノズル１
４からエンジン負荷に応じてアルコール燃料の一部が噴
射され、吸入空気がシリンダ１０に供給されるのに先立
って一部のアルコール燃料の気化潜熱が吸気管４内で消
費される。

【００１６】次いで、吸気管４内で気化潜熱が消費され
たアルコール燃料は、新気との混合気を形成すると共
に、該混合気、ＥＧＲ用排気ガス及び新気は、シリンダ
１０内へ供給される。従って、圧縮行程始めにおいて、
シリンダ１０内は高い温度になっており、アルコール燃
料が十分に予熱された状態であるため、圧縮行程におい
て更に圧縮されて温度上昇して低い圧縮比でも圧縮端近
傍において自着火可能な状態になる。そこで、圧縮上死
点ＴＤＣ近傍において、気筒燃料噴射ノズル１３から残
りのアルコール燃料がシリンダ１０に直接噴射される
と、圧縮上死点近傍で十分に予熱されているアルコール
蒸気が着火し、それが火種になって気筒燃料噴射ノズル
１３から噴射されたアルコール燃料を着火させることに
なる。

【００１７】上記のように、このＥＧＲ装置を備えたア
ルコールエンジンについて、制御弁９の調節によるＥＧ
Ｒ排気ガス流量、及び吸気管４内に噴射されるアルコー
ル燃料流量を、エンジン負荷に応答して適切な比率にコ
ントロールすることによって、通常の圧縮比のディーゼ
ルエンジンにおいてもアルコールを燃料とし、安定した
燃焼をエンジンの全ての負荷領域において達成すること
ができる。

【００１８】

【発明の効果】この発明によるＥＧＲ装置を備えたアル
コールエンジンは、上記のように構成されており、次の
ような効果を有する。即ち、このＥＧＲ装置を備えたア
ルコールエンジンは、エンジンの排気管に連結したバイ
パス管をターボチャージャのタービンをバイパスさせて
コンプレッサの吸気側に連結し、前記バイパス管にＥＧ
Ｒ用排気ガス流量を調整する制御弁を設け、前記吸気管
にアルコール燃料を噴射する吸気管燃料噴射ノズルを設
けると共にシリンダにアルコール燃料を噴射する気筒燃
料噴射ノズルを設け、しかも負荷センサーで検出された
エンジン負荷に応じてコントローラによって制御弁の開
度をコントロールしてＥＧＲ用排気ガス流量を制御した
ので、熱エネルギーを有するＥＧＲ用排気ガスが吸気管
へ導入され、該排気ガスが新気と混合して吸入空気温度
が上昇する。温度上昇した吸気管内の吸気中に吸気管燃
料噴射ノズルからアルコール燃料を噴射すれば、そこで
アルコール燃料の相当量の気化潜熱が消費され、シリン
ダへと供給される。

【００１９】次いで、シリンダに供給されたアルコール
燃料との混合気、新気及びＥＧＲ用排気ガスから成るガ
スは十分に予熱された状態であるが、圧縮行程で圧縮さ
れて更に温度上昇して自着火可能な状態になる。その状
態で、圧縮上死点ＴＤＣ即ち圧縮端でシリンダ内へ気筒
燃料噴射ノズルから残りのアルコール燃料が直接噴射さ
れることにより、予熱されたガスは着火して火種にな
り、残りのアルコール燃料の着火が良好になり、燃焼が
安定する。

【００２０】従って、このＥＧＲ装置を備えたアルコー
ルエンジンは、制御弁のコントロールでＥＧＲ用排気ガ
スの流量、及び吸気管燃料噴射ノズルのコントロールで
吸気管内へのアルコール燃料の噴射量をエンジン負荷に
応じて適正にコントロールすることにより、軽負荷即ち
部分負荷は勿論のこと、高負荷の全ての負荷領域で、ア
ルコール燃料の着火燃焼を安定させることができ、排気
ガスのクリーンな圧縮着火式エンジン即ちディーゼルエ
ンジンを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるＥＧＲ装置を備えたアルコール
エンジンの一実施例を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１ シリンダブロック ２ 排気管 ３ 排気マニホルド ４ 吸気管 ５ ターボチャージャ ６ タービン ７ コンプレッサ ８ バイパス管 ９ 制御弁 １０ シリンダ １１ 排気ポート １２ 吸気ポート １３ 気筒燃料噴射ノズル １４ 吸気管燃料噴射ノズル １５ コントローラ １６ 負荷センサー １７ 吸気通路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ内にアルコール燃料を直接噴射
   する気筒燃料噴射ノズル、排気ポートに排気管を通じて
   連通したタービンと吸気ポートに吸気管を通じて連通し
   たコンプレッサを備えたターボチャージャ、前記排気管
   に連結し且つ前記タービンをバイパスして前記コンプレ
   ッサの吸気側に連結したバイパス管、該バイパス管に設
   けたＥＧＲ用排気ガス流量を調整する制御弁、前記吸気
   管にアルコール燃料を噴射する吸気管燃料噴射ノズル、
   エンジン負荷を検出する負荷センサー、及び該負荷セン
   サーが検出したエンジン負荷に応答して前記制御弁の開
   度を制御するコントローラを有することを特徴とするＥ
   ＧＲ装置を備えたアルコールエンジン。
2. 【請求項２】 前記コントローラは、前記負荷センサー
   の部分負荷信号に応答して前記制御弁の開度を大きくし
   てＥＧＲ用排気ガス流量を多くし、また、高負荷信号に
   応答して前記制御弁の開度を小さくしてＥＧＲ用排気ガ
   ス流量を少なくする制御を行うことを特徴とする請求項
   １に記載のＥＧＲ装置を備えたアルコールエンジン。