JP2015529783A - 対向ピストンエンジンにおけるスワールスプレーパターンの燃料噴射 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2011年8月15日に出願された米国特許出願13/136,954、および2012年3月29日にUS2012/0073541A1として公開された「対向ピストンエンジンのための燃料噴射スプレーパターン」の主題に関連する主題を含んでいる。
この分野は、内部で燃焼チャンバが、ポートを有したシリンダボア内に対向的に配置されたピストンの端面間に形成された、対向ピストンエンジンにおける燃料噴射である。特にこの分野は、シリンダの側部を介した対向ピストンエンジンの燃焼チャンバへの直接燃料噴射を含んでいる。
個々のスプレープルームが、噴射軸に対して放射方向および接線方向の成分の両方を有する燃料噴射のパターンは、対向ピストンエンジンの燃焼チャンバに直接噴射される燃料のスプレーパターンにスワール成分(swirl component)を追加する。放射方向の成分のみを有するスプレーパターンと比較すると、スワール成分を有したスプレーパターンは、さらに速い燃焼時間を提供するよう、噴射された燃料スプレーの相互作用を最小にする。同時に、接線方向の成分の追加は、ピストン表面、シリンダボア、および/または対向するスプレープルームに遭遇することなく、スプレープルームが移動する追加距離を提供し、さらに速い空気/燃料混合をもたらしながら、ピストンおよびシリンダ壁部を通過する熱移動を減少させる。
以下の解説において、“燃料(fuel)”とは、対向ピストンエンジンで使用できる任意の燃料のことである。この燃料は相対的に均質組成、またはブレンドでよい。例えば、この燃料は、ディーゼル燃料または圧縮点火によって点火する任意のその他の燃料でよい。さらにこの解説は、空気/燃料混合物の圧縮から生じる点火を想定しているが、圧縮点火を補助するためにグロープラグなどの追加の機構を提供することが望ましい。この解説は、対向ピストンが上死点(TDL)位置または上死点付近にあるときの燃焼チャンバ内の圧縮ガスへの燃料の噴射を想定している。このガスは、好適には圧縮された周囲空気であるが、排気ガスまたはその他の希釈ガスなどのその他の成分を含むこともできる。いずれの場合にも、このガスは“給気(charge air)”と称される。
対向ピストンエンジンの多穴スワール噴射器が、サック型構造を有する場合を考える。図9は、サック型噴射器ノズル100の概略側方断面図であり、穴位置は、サック容積部90の垂直中間点を通る水平面でまたは水平面付近で、サック表面101上のポイントを通るノズル本体の垂直中心線に沿ったポイントから延出する軸によって画定される。ノズル本体100の垂直中心線102に沿ったその点の位置は、垂直中心線からの穴部の所望の角度によって画定される。この点において、図9に示すポイントAは、ノズル本体100の垂直中心線102上にあり、ポイントBはサック容積部90の垂直中間点を通る水平面104のまたは水平面104付近のサック表面101上の一点である。これら2つのポイントを通り、先端部の壁部を通って延出する軸105は、穴部の中心線を画定する。
Claims (22)
- 対向ピストンエンジンのための燃料噴射システムであって、
長手方向に分離した吸気ポート(14)と排気ポート(16)とを備えた少なくとも一つのシリンダ(10)と、
前記シリンダのボア(12)内に対向して配置された一対のピストン(20、22)と、
前記シリンダ内への直接側部噴射のために、前記ピストンの端面(20e、22e)間に配置された、複数の多穴燃料噴射器(17、60)と、を備え、
それぞれの前記多穴燃料噴射器は、サック表面(101)を備えたサック容積部(90)を有しており、
複数の噴射穴部(80)は前記サック表面を通して開口しており、噴射軸に対して非ゼロ放射角および非ゼロ周方向角にて配置されている、
ことを特徴とする燃料噴射システム。 - それぞれの噴射軸は、それぞれの燃料噴射器の軸(102、114)である、
ことを特徴とする請求項1記載の対向ピストンエンジンのための燃料噴射システム。 - 前記複数の噴射穴部は、前記ノズル上に少なくとも一つの略周方向配列で配置されている、
ことを特徴とする請求項1記載の対向ピストンエンジンのための燃料噴射システム。 - 前記非ゼロ放射角は、前記サック容積部(90)の垂直中間点(119)を通る水平面(118)でまたは水平面(118)付近で、前記サック表面(101)上のポイント(117)を通る前記ノズル(116)の垂直中心線(114)に沿ったポイント(112)から延出する軸(110)によって画定される、
ことを特徴とする請求項3記載の燃料噴射システム。 - 前記非ゼロ周方向角は、前記二つのポイント(112、117)を含む平面(120)上で配向されており、前記ノズルの中心面(121)からの前記非ゼロ放射角と同じ角度であり、
前記非ゼロ周方向角は、前記ポイント(117)から前記平面(120)上に配置された第2ポイント(125)を通って、前記中心面(121)から一定の水平距離を延出する軸(123)によって画定される、
ことを特徴とする請求項4記載の燃料噴射システム。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の燃料噴射システムを有する内燃エンジンの作動方法であって、
前記ピストンが前記ボア内のそれぞれの下死点位置から移動するとき、給気が前記吸気ポート(14)を通って前記ボア(12)に進入し、
前記ピストンが前記ボア内の上死点位置に接近するとき、燃焼チャンバ(40)が前記端面(20e、22e)間に画定され、
燃料のスワールスプレーパターンが前記燃焼チャンバ内に噴射される、
ことを特徴とする内燃エンジンの作動方法。 - 燃料の前記スワールスプレーパターンは、前記シリンダの反対方向で前記燃焼チャンバ内に噴射される、
ことを特徴とする請求項6記載の方法。 - タンブル成分が前記給気の運動に追加される、
ことを特徴とする請求項6記載の方法。 - それぞれのスプレーパターンは、噴射軸に対して配列形態に配置された複数のプルームを含んでいる、
ことを特徴とする請求項8記載の方法。 - 噴射軸は、燃料噴射器軸である、
ことを特徴とする請求項9記載の方法。 - 給気が前記ボア内でスワール化する、
ことを特徴とする請求項6記載の方法。 - 前記ピストンが前記ボア内の上死点位置に接近するとき、循環タンブル成分が前記給気のスワール運動に追加される、
ことを特徴とする請求項11記載の方法。 - それぞれのスプレーパターンは、噴射軸に対して配列形態に配置された複数のプルームを含んでいる、
ことを特徴とする請求項12記載の方法。 - 少なくとも一つのスプレーパターンは、前記タンブル循環と共にまたは前記タンブル循環に対抗して回転する運動を有している、
ことを特徴とする請求項12記載の方法。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の燃料噴射システムを含んだ内燃エンジンの作動方法であって、
前記ピストン(20、22)が、前記ボア内の下死点位置から移動するとき、前記吸気ポート(14)を介して前記ボア(12)内へと給気し、
前記ピストンが、前記ボア内のそれぞれの上死点位置に向かって移動するとき、前記ピストンの前記対向する端面(20e、22e)間で前記給気にタンブリング運動を発生させ、
前記対向する端面間で、燃料の前記給気への対向スワールスプレーパターン(82)を側部噴射する、
ことを特徴とする作動方法。 - 前記ピストンが上死点位置に近づくとき、前記ピストンの前記対向する端面間に燃焼チャンバ(40)を画定することを含む、
請求項15記載の方法。 - 前記給気への供給燃料の噴射は、前記燃焼チャンバの主軸に沿った前記燃料の噴射を含んでいる、
請求項16記載の方法。 - それぞれのスプレーパターンは、噴射軸に対して配列形態に配置された複数のプルームを含んでいる、
請求項16記載の方法。 - スワール運動が、前記ボア内へ送り込まれる空気に作用する、
請求項15記載の方法。 - 前記ピストンが上死点位置に近づくとき、前記ピストンの前記対向する端面間に燃焼チャンバを画定する、
請求項19記載の方法。 - 前記給気への供給燃料の噴射は、前記燃焼チャンバの主軸に沿った前記燃料の噴射を含んでいる、
請求項20記載の方法。 - それぞれのスプレーパターンは、噴射軸に対して配列形態に配置された複数のプルームを含んでいる、
請求項21記載の方法。
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