JP2590170B2 - 燃料燃焼システム用の火炎培養増殖装置 - Google Patents

燃料燃焼システム用の火炎培養増殖装置

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JP2590170B2 JP62502869A JP50286987A JP2590170B2 JP 2590170 B2 JP2590170 B2 JP 2590170B2 JP 62502869 A JP62502869 A JP 62502869A JP 50286987 A JP50286987 A JP 50286987A JP 2590170 B2 JP2590170 B2 JP 2590170B2
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は直接噴射式内燃機関用の燃料燃焼システム
に関し、特に、通常のディーゼル燃料等の自己点火型燃
料と同様にエタノール又はメタノール等の非自己点火型
燃料に効率的に点火し燃焼させる様に成っている燃料燃
焼システムに関する。
背景技術 通常のディーゼル燃料の供給が減少しつつあることを
考慮すると、その様なディーゼル燃料のみならず100パ
ーセントのメタノール又はエタノール等の代替燃料をも
燃焼させる事が出来る様に通常の圧縮点火型機関、特に
直接噴射型機関を容易に且つ安価に改造することが出来
ると非常に有益である。メタノールは、石炭、天然ガ
ス、木材又は動物の排泄物等の色々な物質からうまく合
成する事が出来るので、斯かる代替燃料は通常のディー
ゼル燃料の代用物として魅力あるものと思われる。ま
た、エタノールは、砂糖きび又はコーン等の広く栽培さ
れている植物から得られる澱粉の発酵により、うまく製
造する事が出来る。更に、斯かるアルコール燃料を燃焼
させる時は、通常のディーゼル燃料を燃焼させる時と較
べて、窒素酸化物及び煙に伴う微粒子の量は本来それぞ
れ少なく且つ実際上存在しない。
しかし、これら代替燃料は約0-10の程度のセタン価又
は点火値を特徴としており、一方、等級2-Dディーゼル
燃料等の普通のディーゼル燃料は少なくとも40のセタン
価を特徴としている。その結果、普通のディーゼル燃料
とは異なって、この相対的にセタン価の低い代替燃料は
圧縮点火式機関の開放燃焼室内において、ピストンによ
り圧縮され、これにより吸気と単に接触させ混合させて
も、普通の圧縮比及び約538°（1000゜F）の温度の下で
は、直には自己点火しない。
斯かるセタン価が割合に低い代替燃料は、付近の空気
／燃料混合器を約1000℃（1832゜F）の十分に高い温度ま
で直接加熱する電気加熱グロープラグ又はスパークプラ
グにより局所的に点火する事が出来る。しかし、開放式
燃焼室内に直接噴射された代替燃料の全部を完全に点火
し燃焼させるという別の大きな問題がある。この問題は
最新の圧縮点火式機関の開放燃焼室内に燃料を一般には
直接噴射する通路に起因する。
1981年６月30日にグリグリッチ外に与えられた米国特
許第4,275,844号に示されている様に、直接噴射式圧縮
点火型期間の普通の開放式燃焼室は一般には複数の非常
に小さい燃料散布オリフィスを有する、割合に高圧の燃
料噴射装置を含んでいる。複数の別個の、等間隔におい
て位置する高圧燃料流を周期的に且つ同時に、既に新し
い吸気で満たされている開放燃焼室の色々な周辺部分に
向けて散布する。この燃料不足吸気で扇型に分離された
燃料流のパターンは、燃料が比較的集中した状態にあ
り、車輪の放射状スポークに似ているが、開放燃焼室の
周期的パワーストロークが実質的に始まる前に、十分な
運動エネルギなしでも、燃焼流が急速に、かつ、所望量
だけ十分に、吸気中に進入し、霧化し、混合し、燃焼す
ることができるようにするので、最新の直接噴射型機関
には望ましいものである。
グロープラグ又はスパークプラグが電気加熱されて約
1000°（1832゜F）の局所的高温を発生させる様になって
いて、且つ割合にセタン価の低い代替燃料の、相互に離
間した燃料流のうちの一つの十分に近くに配置されてい
る場合には、普通はその一つの燃料流及びその十分に近
くの他の燃料流のみが点火する。しかし、他の遠く離れ
た燃料流の各々を分離する空気の燃料不足扇型区域は、
それら他の燃料流への火炎の伝播を妨げる。その結果、
点火されなかった燃料流、又は不完全に燃焼した燃料流
は無駄な生燃料又は不完全に燃焼した燃料として開放燃
焼室から排出される。勿論、これは機関の燃料節約及び
出力を著しく且つ有害に低下させると共に、開放燃焼室
からの有害な排出物、特に炭化水素、のレベルを高め
る。機関の荷重が大きい時にのみ、燃焼システムは、完
全な点火のために、火炎の伝播に依存する度合いを低め
るが、その理由は、斯かる条件下では、初期圧力上昇及
びそれに伴う温度上昇が、離れた燃料流の自己点火を強
制するのに十分な程度に高いからである。
1966年４月５日にミューラーに与えられた米国特許第
3,244,159号には、機関作動中燃焼室内に強い渦巻き又
は一方向ガス流が生じる様に構成された燃料燃焼システ
ムが開示されている。燃焼燃料の局所的火炎が、点火素
子に隣接して注入された燃料流から発し、火炎及び空気
／燃料混合器はその強い渦巻きガス流によって選ばれ、
火炎は他の注入燃料流に接してこれに点火する。しか
し、非自己点火型燃料中に火炎を伝播させるために渦巻
きガス流に全面的に依存しているがために、熱拒否反応
が高まって（即ち、渦巻きガス流は燃焼室の壁上の絶縁
ガス境界層を崩壊させる）燃料節約が低下するという欠
点を持っている。更に、例えば、強い渦巻きガス流を発
生させるために吸気ポート又は吸気バルブを変形させて
あるので、ガス流に対する制約が増大して機関のポンピ
ング・ロスが増大し更に燃料節約が低下する結果となっ
ている。
1985年10月22日にベイリーに与えられた米国特許第4,
548,172号には、複数オリフィス燃料噴射装置、燃料点
火開始手段、２次燃料散布オリフィス、及び、この２次
オリフィスから離間してこれと相対する偏向面を持った
衝突面を含む燃料燃焼システムが示されている。機関作
動中、この装置は霧化して燃料の補助的雲を効率的に発
生させ、この雲は他の相互に離間した燃料流の間を互い
に橋絡するので、火炎は、渦巻きガス流が存在しなくて
も、急速に伝播する事が出来る。しかし、約４分の１以
上２分の１の機関負荷では、この装置は、ディーゼル燃
料又は無鉛ガソリン等の酸素処理されていない燃料を燃
焼させる時に煙を過剰に発生させることがある。その理
由は、軽負荷で機関が良好に作動する様に２次オリフィ
スの寸法が設定されていて、そのために、機関が重負荷
で作動する時、酸素処理されていない燃料を散布するに
は２次オリフィスの寸法が幾分大き過ぎることがあるか
らである。その結果、重機関負荷では、酸素処理されて
いない燃料が２次オリフィスを通して余りに多量に散布
され、燃料が十分に空気と混合されて燃料することが出
来ないことがある。更に、上記装置は、標準的な既成の
燃料噴射装置及び／又はピストンに特別の修正を施すこ
とを必要とすることがあり、これは機関のコストを増大
させる。
西独特許出願804383号の明細書には、直接噴射式の内
燃機関用の燃料燃焼システムが開示されており、このシ
ステムは、開放形の燃焼室（４）と、それぞれが開放形
燃焼室に向いた中心線軸を有している複数の燃料散布オ
リフィスと、開放形燃焼室内に直接に突出しており、予
め設定した噴射オリフィスから予め設定した距離だけ離
してあり、しかもそのオリフィスの中心線軸からも離し
て配置してある点火プラグ（６）と、エンジン動作中に
選択した燃料オリフィスから噴射された各燃料流の予め
設定した部分を遮るためのバッフル（８）とを有してい
る。このバッフル（８）は、燃料流（７）の表面領域に
対して、鋭角となるように延びている。バッフル（８）
は、第１の電極を形成していると共に、点火プラグ
（６）の第２の（標準の）電極（９）は、燃料流（７）
から遠いバッフルの側面に配列されている。この配置
は、明らかに、点火火炎を促進するために、噴射ノズル
（５）に対して、点火プラグ（６）を近接位置するよう
にしたものである。
本発明は、上記の事情を念頭に、セタン価の低い低級
燃料を使用した場合にも燃料の不完全燃焼を減少させる
ことができる燃料燃焼システムを提供することを目的と
する。
発明の開示 本発明の一つの面において、直接噴射内燃機関用の改
良された燃料燃焼システムが開示されるが、これは、複
数オリフィス燃料噴射装置の選択された燃料散布オリフ
ィスから機関作動中に散布されたそれぞれの燃料流の局
所的点火及び燃焼を開始させる燃料点火開始手段を有す
る。該システムは更に、それぞれの燃料流の予め選択さ
れた部分を遮って、これを該燃料点火開始手段の点火可
能近傍に一時的に保つバッフル手段も含む。その結果、
該バッフル手段は燃焼燃料の局所的火炎の発生を助け、
その結果としての燃焼燃料の膨張する火炎を制御してこ
れを該燃料噴射装置から散布された他の燃料流の全てへ
向けるので、それらは該火炎によって相互に橋絡され、
確実に点火される。
本発明の他の面においては、直接噴射内燃機関用の改
良された燃料燃焼システムが開示されるが、これは、複
数オリフィス燃料噴射装置の燃料散布オリフィスの選択
された機関作動中に散布された燃料流のそれぞれの対の
局所的点火及び燃焼を開始させる燃料点火開始手段を有
する。該システムは更に、燃料流のそれぞれの対の各々
の予め選択された部分を遮り、次に、燃料流のそれぞれ
の対と共同して、燃料の遮られた部分を該燃料点火開始
手段の点火可能近傍の中に一時的に閉じ込めると共に保
つバッフル手段を含む。その結果、該バッフル手段は燃
焼燃料の局所的火炎の発生を助け、その結果としての燃
焼燃料の膨張する火炎を制御してこれを該燃料噴射装置
から散布された他の燃料流の全てへ向けるので、それら
は該火炎によって相互に橋絡され、確実に点火される。
100パーセントのメタノール又はエタノール等のより
豊富な代替燃料を効率的に燃焼させる事が出来る様に普
通の直接噴射内燃機関を容易に且つ安価に修正する必要
がますます大きくなっている。本発明のバッフル手段は
燃焼燃料の局所的火炎の発生を容易にすると共に、機関
作動中に燃料又はガスが燃料点火開始手段を有害に冷却
することを防止する。更に、該バッフル手段は、生じた
膨張火炎を集中して他の全ての燃料流に向けて、割合に
短い各燃焼行程中に完全で迅速な燃焼を保証する。
直接噴射圧縮点火機関での実際の試験の結果は、斯か
る代替燃料を燃やすこの改良された燃料燃焼システム
は、普通のディーゼル燃料を燃やす普通の開放燃焼シス
テムとほぼ同等の、或は低くさえある調節された燃料消
費率を示すことを示した。更に、この改良された燃料燃
焼システムが100パーセントの代替燃料を殆どの機関作
動条件下で燃焼させた時、該システムは、普通のディー
ゼル燃料を燃焼させる普通の開放燃焼システムにより生
成された窒素酸化物排出レベルとほぼ同等又はそれより
低くさえある窒素酸化物を生成した。
図面の簡単な説明 第１図は後端部から見た直接噴射内燃機関に組み込ん
だ改良された燃料燃焼システムの一実施例の部分断面側
面図である。
第２図は第１図の線IIで囲まれた区域を拡大して示す
第１図の部分図である。
第３図は第１図の線III-IIIに沿う部分図である。
第４図は第１図及び第２図に示されているアダプター
の拡大図である。
第５図は第４図の線V-Vに沿う平面図である。
第６図は第５図の線VI-VIに沿う断面図である。
第７図は第４図の線VII-VIIに沿う拡大部分図であ
る。
第８図は変化する機関負荷の関数として有害排出物量
及び調節された燃料消費量を測定した実際の実験室機関
試験の比較結果を略図示したグラフである。これらの試
験は毎分約1400回転（rpm）の一定の機関速度で行なわ
れた。
第９図は第８図に類似しているグラフであるが、一定
の、より速い約2200rpmの機関速度で行なわれた類似の
試験の結果を略図示する。
発明を実施するための最良の形態 第１図ないし第７図を参照すると、これらの図におい
て同様の参照文字は同様の要素又は特徴を示しており、
本発明の改良された燃料燃焼システムの一実施例が示さ
れている。
第１図ないし第３図に、直接噴射内燃機関14（第１
図）に組み込まれた物として、改良された燃料燃焼シス
テム10が示されている。例えば、機関14は、本来は普通
の圧縮点火機関であって、安価に且つ容易に下記の如く
に改造されたものである。燃料燃焼システム10は、開放
燃焼室18と；単一の燃料噴射装置22と；開放燃焼室18に
注入された燃料の局所的点火及び燃焼を開始させる燃料
点火開始手段又は装置26と；独特のバッフル手段30とを
含んでおり、この手段30は、その注入された燃料の予め
選択された部分34、38（第３図）を遮り、燃焼燃料の始
めは局所的な火炎42を発生させるために燃料のその遮ら
れた部分34、38を一時的に燃料点火開始手段26の点火可
能近傍内に保ち、その結果としての燃焼燃料の膨張する
火炎42を制御して、注入された燃料の他の全ての部分へ
反射させ向かわせるので、それはその火炎で橋絡されて
確実に点火する。
本書において定義される通り、開放燃焼室18には、燃
焼プロセス中に開放燃焼室の色々な部分の間に大きなガ
ス圧差を発生させるのに十分に小さい流れ絞りは全く組
み込まれていない。開放燃焼室18は、主として、例え
ば、その周期的圧縮行程の上死点に図示されている軸方
向に往復運動可能なピストン50の普通のメキシカンハッ
ト形のクレータ壁46（第１図）と、ピストン50がその中
で往復運動する柱状のボア58を有する不動のシリンダラ
イナー54と、シリンダライナー54をエンジンブロック70
に締着するシリンダヘッド66のボトムデッキ62とによっ
て画定されている。開放燃焼室18は、その中のガスの運
動が方向性又は他の秩序的流れを形成せずに実質的に無
秩序となる様に、静粛型であるのが好ましい。静粛型開
放燃焼室は優先的に選択されるが、その理由は、それ
が、低燃料消費率を達成するのに役立つ最少レベルの乱
流及び熱伝達を与える物だからである。第３図の参照数
字74は一つ以上の吸気ポペット弁78により周期的に開放
燃焼室内に入れられる新鮮な吸気で、燃焼後に一つ以上
の排気ポペット弁80により排出される。
燃料噴射装置22は、例えば、普通の燃料噴射ノズル又
はユニット燃料ポンプ噴射装置であり、シリンダヘッド
66の孔を通して延在する細長い噴射体82（第1-2図）を
含む。その燃料噴射スプレーの方向を適切に指定するた
めに、燃料噴射装置22は例えば、1980年６月10日にジェ
ングル外に与えられた米国特許第4,206,725号に記載さ
れている締着装置によってシリンダヘッド66に正確に固
定される。噴射体82の一端部には、好ましくは開放燃焼
室18の中央部分に直接突入する一部半円形のノズルチッ
プ86（第1-3図）が接続されている。ノズルチップ86
は、共通の水平面内で円周上で等間隔に配置された複数
の燃料散布オリフィス90、94、98（第３図）を含んでお
り、それは、機関作動中に開放燃焼室18の外側周辺部分
の方へほぼ半径方向外方に、別々の等間隔をおいた円錐
状燃料流を同時に散布する様に成っている。静粛型開放
燃焼室については、複数の燃料散布オリフィスは好まし
くは合計で少なくとも５個であり、そして第３図では等
間隔をおいた合計９個の燃料散布オリフィスである。第
３図から明らかな様に、燃料流102、106、110の各々
は、各それぞれの燃料散布オリフィスの中心軸と一致す
る仮想中心軸を持っており、燃料流は全て吸気の燃料不
足扇型74により互いに分離されている。
第1-3図において、燃料点火開始手段26は、例えば、
主として細長い電気付勢可能なグロープラグ114を含む
ものとして図示されており、該プラグはほぼ柱状で中空
のアダプター118の内側に直接に螺合されており、該ア
ダプターはシリンダヘッド66の他の孔に螺合されるか又
は他の方法で該孔に指示されている。第１図に示されて
いる様に、アダプター118はシリンダヘッド66を完全に
貫通して延在して、ボトムデッキ62のカウンターボア12
6に配置された環状シール122に対して着座させられてい
る。例えばそれぞれのステンレススチール及び銅−ブロ
ンズ合金から作ることの出来るアダプター118及びシー
ル122は、機関作動中にシリンダヘッド66の内側チャン
バ130を通して循環させられる液体冷却材にグロープラ
グ114が直接接触するのを防止する。代わりに、アダプ
ター118を設ける代わりに、その中をグロープラグ114が
直接延在してシール122に対して着座する様に成ってい
る孔を有する一体的鋳込みボス、又は他の方法で一体と
されたボスをシリンダヘッド66に設けることが出来る。
グロープラグ114の自由端部は例えば円形又はほぼ長
方形の断面を有する電気抵抗素子134（第2-3図）であ
り、これも開放燃焼室18の中央部分に直接突入し、ノズ
ルチップ86の少なくとも一つ、好ましくは一対の、選択
された燃料散布オリフィス90、94から予め選択された距
離L1（第３図）だけ、遮る物無く離間している。更に、
燃料点火開始手段26は、電気抵抗素子134の冷却を避け
ると共に、これら燃料流102、106の割合に濃い部分の直
接表面衝突に起因する燃料のクラッキングを避けるため
に、隣接する燃料流102、106のそれぞれの対の通路の中
心軸間に離間した関係で位置する。
代わりに、燃料点火開始手段26は主として、グロープ
ラグ114の代わりに、電気的に付勢可能なスパークプラ
グ又はその他の高エネルギー装置を含んでいても良く、
該装置は、機関作動中、連続的に又は間欠的に付勢され
て、付近の燃料を、割合にセタン価の低い代替燃料に点
火を開始させるのに十分な所定の高燃料点火温度まで、
局所的に加熱する。グロープラグ114に代えてスパーク
プラグを用いる場合には、参照数字134は該スパークプ
ラグの電極素子を指す。
バッフル手段30は、例えば、アダプター118の一端部
の一体的延長部として形成された堅固なバッフル138
（第３、６、７図）であるのが好ましい。代わりに、バ
ッフル138は、シリンダヘッド66の一体ボスがアダプタ
ー118の代わりにグロープラグ114を直接取り付けるため
に使われる時は、グロープラグ114の本体の一体的延長
部として形成される事が出来る。他の代替例として、バ
ッフル138は、アダプター118が使われるか否かに拘ら
ず、シール122の一体的延長部として形成される事が出
来る。他の代替例として、バッフル138は、シリンダヘ
ッド66のボトムデッキ62に接続される事が出来る。バッ
フル138は開放燃焼室18内に直接突入しており、好まし
くは、ほぼ同心で離間した関係で部分的に電気抵抗素子
134の周囲に位置する筒状のベベル付き端部142を含む。
ベベル付端部142の内部は、無孔でほぼ半柱状凹面146を
画定している。凹面146は、第Ｉの予め選択された距離L
1より大きい第２の予め選択された距離Laに従って選択
された対の隣り合う燃料散布オリフィス90、94にほぼ相
対し且つ該オリフィスから離間しており、燃料点火開始
手段26は燃料噴射装置22の選択された対の隣り合う燃料
散布オリフィス90、94とバッフル138の凹面146との間に
直に離間した関係で位置している。
第5-7図に示されている様に、ベベル付端部142は、単
一のほぼ長円形の開口部を画定するために、バッフル13
8の縦軸に対して角度A1を成している。開口部150の寸法
と向きとは、選択された対の燃料散布オリフィス90、94
と、機関作動中に燃料噴射装置22から散布された他の燃
料流の通路の全てとの両方にほぼ向けて凹面146を妨げ
る物無く露出させるのに十分な大きさとなるように選択
される。一般に、図示された様な与えられた燃料流パタ
ーン凹部ベベル付端部の内径について、角度A1の大きさ
は、燃料散布オリフィス90、94、98の水平面に対して電
気抵抗素子134の縦軸の向きがより垂直に近く選択され
るに従って、減少してゆく。同様に、角度A1の大きさ
は、電気抵抗素子134の縦軸の向きが燃料散布オリフィ
スの水平面に対してより水平に近く選択されるに従っ
て、増大する。凹面146最大寸法は、該凹面が、機関作
動中に燃料散布オリフィス90、94の選択された対から散
布された隣り合う燃料流102、106の選択された対の各々
の空気／燃料混合気の全化学量論的体積の２分の１以
下、好ましくは約３分の１、を遮る様に、選択される。
ベベル付端部142の最小外側表面積は、該ベベル付端部
が、燃料点火開始手段26を、開放燃焼室18内で無秩序に
運動するガス74によって機関作動中に冷却されることか
ら部分的に守る事が出来る様に選択されることが好まし
い。
第５図に示されている様に、ベベル付端部142の反対
側のアダプター118の端部には、組み立て中に、バッフ
ル138の凹面146と燃料噴射装置22の選択された燃料散布
オリフィス90、94との適切なアライメントを視覚的に確
認するための基準マーク（図示せず）を設けるのが好ま
しい。代わりに、若しバッフル138がシール122の一体的
延長部分として形成されたならば、凹面146の適切なア
ライメントを保証するためにシール122とボトムデッキ6
2のカウンターボアとの間に相補的な舌及び溝の装置を
形成する事が出来る。
産業上の利用可能性 本発明の改良された燃料燃焼システム10を設けること
により、燃料点火開始手段26により発せられた燃焼燃料
の局所的火炎42は、開放燃焼室18内に直接噴射ないし注
入された燃料の全てに急速に且つ完全に伝播されること
となる。周期的に、往復運動するピストン50がその圧縮
行程の上死点に近づくに従って、割合に高圧の燃料が燃
料噴射装置22の燃料散布オリフィス90、94、98の全てを
通してほぼ半径方向外方に同時に開放燃焼室18の中に噴
射される。燃料散布オリフィス90、94、98から散布され
た燃料は一般に円錐形で互いに離間した燃料流102、10
6、110と成って、静止した吸気74と混合して霧化する。
選択された燃料散布オリフィス90、94から散布された
各燃料流102、106の予め選択された外側部分34、38は、
バッフル138の凹面146によって遮られる。各燃料流10
2、106の外側部分は、各外側部分がよく混合された燃料
及び空気74の化学量論的比を示すので、凹面146により
遮られる様に選択される。凹面146は、燃料の遮られた
部分34、38を制御して偏向させて、燃料点火開始手段26
と凹面146との間の、さもなければ停滞している半環状
空間で互いに遮り又は衝突させる。バッフル138の凹面1
46は、隣り合う燃料流102、106のそれぞれの対及び燃料
点火開始手段26と共同して、その燃料の遮られた部分3
4、38を停滞した大気として燃料点火開始手段26の点火
可能近傍の中に一時的に閉じ込めてその中に維持する。
燃料点火開始手段26は、機関作動中間欠的に又は連続
的に付勢される。燃料点火開始手段26がグロープラグ11
4を含む場合には、該グロープラグは電気的に付勢さ
れ、その電気抵抗素子134はこれにより予め選択された
高温まで熱せられる。電気抵抗素子134は、割合に濃い
燃料流102、106の直接表面衝突又は無秩序なガス運動に
よって著しく冷却されること無く、よく霧化した燃料
の、遮られて一時的に閉じ込められた部分34、38に、確
実に点火する。半環状空間の体積は、発生した燃焼燃料
の火炎42が機関負荷に応じて、例えば、約50ないし500
倍に膨張する様に、遮られた空気／燃料混合機を十分に
蓄積するのに十分であるに過ぎない程度の大きさに選択
するのが好ましい。その結果、膨張する火炎42は凹面14
6により制御反射され及び／又はバッフル138の長円形開
口部150を通して他の全ての燃料流110に向けられるの
で、それらは火炎と相互に橋絡されて確実に且つ急速に
点火される。
バッフル手段30は、アダプター118、又は燃料点火開
始手段26、又はシール122の一体的延長部分として容易
に且つ安価に製造される。バッフル手段30を設けること
の他の利点は、グロープラグ114を使う時に燃料点火開
始手段26の寿命を伸ばすのに役立つことである。その理
由は、グロープラグがバッフル手段30によりガスによる
冷却から部分的に守られる時、グロープラグは、十分に
高い燃料点火温度を維持するために約１アンペアより少
ない電流を必要とするに過ぎないからである。更に、点
火用の燃料点火開始手段上への燃料の直接衝突が回避さ
れるので、燃料の有害なクラッキングと、特に酸素処理
されていない炭化水素では、その結果としての過剰な煙
と有害排出物が防止される。
第８図及び第９図は、改造されたキャタピラー3300シ
リーズ過給器付き機関及び改造されていない同形式の機
関での実際の実験室での実験の凡その結果を表わす。第
８図及び第９図は、等級2-Dディーゼル燃料（Ｄ）を燃
やす普通の燃料燃焼システムで、及び100パーセントの
エタノール（Ｅ）を燃やす米国特許第4,548,172号の第1
-3図に図示されている燃料燃焼システムで、100パーセ
ントエタノール（Ｅ′）又は無鉛ガソリン（Ｇ′）を燃
やす、本発明の第1-7図に図示されている実施例の燃料
消費率と生成された有害放出物の量とを比較する。該機
関の全ては、シリンダボア直径が約121ミリメートル
（4.75インチ）でピストン行程が152ミリメートル（6.0
0インチ）であった；しかし、ディーゼル燃料（Ｄ）を
燃やす機関試験では直列６気筒機関を使い、エタノール
（Ｅ、Ｅ′）又は無鉛ガソリン（Ｇ′）を燃やす他の全
ての機関試験では単気筒機関を使った。ディーゼル燃料
を燃やす普通の燃料燃焼室は、燃料点火開始手段26もバ
ッフル手段30も持っていないという点で、本発明の図示
された実施例とは基本的に異なっていた。
100パーセントエタノール又は無鉛ガソリンを燃やす
本発明の図示され且つ実際に試験された実施例の色々な
代表的パラメータはおよそ次の通りである（場合によっ
てはパラメータは機関負荷に応じて近似の範囲で色々で
あった）： グロープラグ燃料点火温度700-1000℃（1291-1832゜F） 燃料散布オリフィスの数 ９個（等間隔） 各燃料散布オリフィスの直径 0.207mm（0.0881in） 燃料噴射圧力 28,000-69,000kpa（4000-10,000psi） 燃料噴射の持続時間 クランクシャフトの30-50°の回転 各燃料流の中心軸とシリンダヘッドのボトムデッキとの
間の角度 17.5° 圧縮比 15:1 パックシリンダ圧力 10,340kpa（1500psi） グロープラグ素子断面積 3.8×4.7mm（0.15-0.19in） 距離L1 16mm（0.63in） グロープラグ素子及びバッフルがシリンダヘッドのボト
ムデッキの下に突出する長さ 13mm（0.51in） バッフルのベベル付端部の内径 6.6mm（0.26in） 距離L2 19mm（0.75in） グロープラグ素子とバッフルの凹面との間の平均距離1.
1mm（0.043in） ベベル付端部の角度A1 40° グロープラグ素子／バッフル軸と垂直軸との間の角度15
° バッフル軸と各燃料流の中心軸との間の角度 75° 第８図及び第９図の両方において、ブレーキ比酸化
窒素（NO）、ブレーキ比炭化水素（HC）、及びブレーキ
比燃料消費量（Ｆ）がほぼ一定の機関速度（Ｎ）で変化
する機関負荷（Ｌ）の関数としてプロットされている。
機関により生成された窒素酸化物（NO）及び炭化水素
（HC）は1000で割った百万分の１を単位として測定され
ている。ブレーキ比燃料消費量（Ｆ）はグラム／キロワ
ット時を単位として測定されている：しかし、エタノー
ル（Ｅ、Ｅ′）及び無鉛ガソリン（Ｇ′）についての燃
料消費結果（Ｆ）は、これら燃料のグラム当たりのエネ
ルギー含有量がディーゼル燃料（Ｄ）の実際上もっと高
いエネルギー含有量と同じであるかの如くに下方に調節
されている。変化する機関負荷の量（Ｌ）はブレーキ手
段有効圧力に換算して測定され、キロパスカルの単位で
表わされている。第８図において、試験は、機関のピー
クトルク速度を表わす毎分約1400回転（rpm）の一定機
関速度（Ｎ）で行なわれ、第９図の試験は、機関の定格
速度を表わす約2200rpmの一定機関速度（Ｎ）で行なわ
れた。
第８図及び第９図から、100パーセントエタノール
（Ｅ′）又は無鉛ガソリン（Ｇ′）を燃やす本発明の燃
料燃焼システム10は、ディーゼル燃料（Ｄ）を燃やす普
通の燃料燃焼室機関と同じか又はそれより低くさえある
発生キロワット時当たりの燃料消費率で斯かる燃料を効
率的に燃焼させることが分かる。勿論、一般に如何なる
燃料燃焼システムにおいても、エタノール等のアルコー
ルにより生成される窒素酸化物（NO）の量は当然に、デ
ィーゼル燃料（Ｄ）により生成されるそれより有益に低
いと期待される。同様に、第８図にも第９図にも図示さ
れていないけれども、一般に如何なる燃料燃焼システム
においても、エタノール等のアルコールにより生成され
る煙に伴う微粒子の量は、ディーゼル燃料（Ｄ）により
生成される煙に伴う微粒子の量に較べて実際上存在しな
いと当然に期待される。
低機関負荷では、ベースラインディーゼル機関は最小
量の炭化水素（HC）放出物を生成した。
特に高機関負荷で、与えられた出力について窒素酸化
物放出量が低レベルであり、燃料消費レベルが一般的に
優れていることが、本発明の有効性を強調している。燃
料点火開始手段26及びバッフル手段30を加えなければ、
普通の開放燃焼室内へ噴射された代謝燃料の相当の量は
点火されないか又は完全に燃焼せず、その結果として、
機関出力が遥かに低下し、燃料消費量が増大し、且つ有
害炭化水素（HC）放出量が増大するか、又は機関が全く
作動しないこととなる。
この発明の他の面、目的、及び利点は、図面、明細
書、及び添付の請求の範囲の記載を検討することから得
られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シェイファー スコット エフ アメリカ合衆国 イリノイ州 61614 ピオーリア ウエスト テームズ ドラ イヴ 1709 (72)発明者 クローガー クレイグ エイ アメリカ合衆国 イリノイ州 61611 イースト ピオーリア マラード レー ン 100 (56)参考文献 特開 昭59−79031（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−149185（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−94430（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−39428（ＪＰ，Ｕ) 西独国特許出願公開1804383（ＤＥ, Ａ)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】開放燃焼室（18）と、各々が該開放燃焼室
    （18）の内部に向いた中心軸を有する複数の燃料散布オ
    リフィス（90、94、98）とを備え、前記複数の燃料散布
    オリフィスのうちの特定の燃料散布オリフィス（90）か
    ら所定距離（L1）だけ離間して該開放燃焼室（18）内に
    直接突入するように燃料点火開始装置（26）が設けられ
    た、直接噴射内燃機関（41）用の燃料燃焼システム（1
    0）であって、 前記燃料点火開始装置（26）の近傍において該燃料点火
    開始装置（26）を挟んで前記特定の燃料散布オリフィス
    （90）の反対側に設けられ、前記特定の燃料散布オリフ
    ィス（90）から散布された燃料流（102）の少なくとも
    一部を遮って、燃料濃度の高い可燃性雰囲気を前記燃料
    点火開始装置（26）のまわりに形成するためのバッフル
    手段（30）を有し、 前記バッフル手段（30）は、前記所定距離（L1）より大
    きい第２の所定距離（L2）だけ前記特定の燃料散布オリ
    フィス（90）から離間して該開放燃焼室（18）内に配置
    され、前記燃料散布オリフィスと相対するほぼ凹形で無
    孔の面（146）を有するバッフル（138）からなり、該燃
    料点火開始手段（26）は、前記特定の燃料散布オリフィ
    ス（90）と該バッフル（138）の前記凹面（146）との間
    に該燃料散布オリフィス（90）と該バッフル（138）か
    ら離間した関係で位置し、 前記バッフル（138）は全体として筒状の形で先端に斜
    めの端部（142）が形成され、該斜めの端部（142）内に
    前記凹面（146）が形成され、前記斜めの端部（142）は
    前記燃料点火開始手段（26）から離れて該燃料点火開始
    手段（26）の一部を囲むように配置され、前記斜めの端
    部（142）には開口部（150）が形成され、該開口部（15
    0）によって前記バッフル（138）の前記凹面（146）が
    前記特定の燃料散布オリフィス（90）に向けて露出させ
    られるようになった燃料燃焼システム。
  2. 【請求項２】請求の範囲第１項に記載した燃料燃焼シス
    テムであって、前記燃料点火開始手段（26）は該燃料点
    火開始手段（26）をシリンダヘッド（66）に取り付ける
    ためのアダプター（118）に直接に接続され、前記バッ
    フル（138）は前記開放燃焼室（18）に直接突入してい
    る前記アダプター（118）の延長部として形成された燃
    料燃焼システム。
  3. 【請求項３】請求の範囲第１項に記載した燃料燃焼シス
    テムであって、前記バッフル（138）は前記燃料点火開
    始手段（26）に結合され、前記開放燃焼室（18）に突入
    している燃料燃焼システム。
  4. 【請求項４】開放燃焼室（18）と、各々が該開放燃焼室
    （18）の内部に向いた中心軸を有する複数の燃料散布オ
    リフィス（90、94、98）とを備え、前記複数の燃料散布
    オリフィスのうちの特定の燃料散布オリフィス（90）か
    ら所定距離（L1）だけ離間して該開放燃焼室（18）内に
    直接突入するように燃料点火開始装置（26）が設けられ
    た、直接噴射内燃機関（41）用の燃料燃焼システム（1
    0）であって、 前記燃料点火開始装置（26）の近傍において該燃料点火
    開始装置（26）を挟んで前記特定の燃料散布オリフィス
    （90）の反対側に設けられ、前記特定の燃料散布オリフ
    ィス（90）から散布された燃料流（102）の少なくとも
    一部を遮って、燃料濃度の高い可燃性雰囲気を前記燃料
    点火開始装置（26）のまわりに形成するためのバッフル
    手段（30）を有し、 前記バッフル手段（30）によって遮られた燃料流（10
    2）の部分（34）は、理論容積において、前記特定の燃
    料散布オリフィス（90）から散布された燃料流（102）
    の容積の1/2より小さいことを特徴とする燃料燃焼シス
    テム。
  5. 【請求項５】開放燃焼室（18）と、各々が該開放燃焼室
    （18）の内部に向いた中心軸を有する複数の燃料散布オ
    リフィス（90、94、98）とを備え、前記複数の燃料散布
    オリフィスのうちの特定の燃料散布オリフィス（90）か
    ら所定距離（L1）だけ離間して該開放燃焼室（18）内に
    直接突入するように燃料点火開始装置（26）が設けられ
    た、直接噴射内燃機関（41）用の燃料燃焼システム（1
    0）であって、 前記燃料点火開始装置（26）の近傍において該燃料点火
    開始装置（26）を挟んで前記特定の燃料散布オリフィス
    （90）の反対側に設けられ、前記特定の燃料散布オリフ
    ィス（90）から散布された燃料流（102）の少なくとも
    一部を遮って、燃料濃度の高い可燃性雰囲気を前記燃料
    点火開始装置（26）のまわりに形成するためのバッフル
    手段（30）を有し、 前記燃料点火開始手段（26）は、本体と電気抵抗素子
    （134）とを有するグロープラグ（114）を備えており、
    前記バッフル手段（30）は、前記本体の延長部として形
    成されて前記電気抵抗素子（134）を部分的に囲むよう
    に配置された燃料燃焼システム。
  6. 【請求項６】開放燃焼室（18）と、各々が該開放燃焼室
    （18）の内部に向いた中心軸を有する複数の燃料散布オ
    リフィス（90、94、98）とを備え、前記複数の燃料散布
    オリフィスのうちの特定の燃料散布オリフィス（90）か
    ら所定距離（L1）だけ離間して該開放燃焼室（18）内に
    直接突入するように燃料点火開始装置（26）が設けられ
    た、直接噴射内燃機関（41）用の燃料燃焼システム（1
    0）であって、 前記燃料点火開始装置（26）の近傍において該燃料点火
    開始装置（26）を挟んで前記特定の燃料散布オリフィス
    （90）の反対側に設けられ、前記特定の燃料散布オリフ
    ィス（90）から散布された燃料流（102）の少なくとも
    一部を遮って、燃料濃度の高い可燃性雰囲気を前記燃料
    点火開始装置（26）のまわりに形成するためのバッフル
    手段（30）を有し、 前記バッフル手段（30）は、前記所定距離（L1）より大
    きい第２の所定距離（L2）だけ前記特定の燃料散布オリ
    フィス（90）から離間して該開放燃焼室（18）内に配置
    され、前記燃料散布オリフィスと相対するほぼ凹形で無
    孔の面（146）を有するバッフル（138）からなり、該燃
    料点火開始手段（26）は、前記特定の燃料散布オリフィ
    ス（90）と該バッフル（138）の前記凹面（146）との間
    に該燃料散布オリフィス（90）と該バッフル（138）か
    ら離間した関係で位置し、 前記選択した燃料散布オリフィス（90）とこれに隣接し
    た燃料散布オリフィス（94）が互いに対をなす燃料流
    （102、106）を散布し、該燃料流の各々の一部（34、3
    8）が前記バッフル（138）の前記凹部（146）により遮
    られて偏向され、前記凹面（146）と、前記燃料点火開
    始手段（26）と、それぞれの対の燃料流（102、106）と
    の間の空間において互いに干渉し合うようになった燃料
    燃焼システム。
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