JP2683249B2 - 噴霧式燃焼装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、噴霧式燃焼装置、特に自動車に搭載する車
載用またはガスタービンエンジン用の噴霧式燃焼装置に
関する。

＜従来の技術＞ 車載用の噴霧式燃焼装置は、特開昭62−77522号公報
に開示されているように、燃焼用の空気流が導入されて
軸芯の回りに旋回する円筒状の空気旋回室を設けてい
る。

空気旋回室の一端の開口には、燃料噴射弁の先端部を
嵌合して同芯状に取り付け、燃料噴射弁の先端面の中心
位置に噴射口を空気旋回室の他端の開口側に向けて開口
している。

空気旋回室の他端の開口には、円筒状の燃焼筒を連通
して同芯状に取り付け、点火栓の先端の点火部を燃焼筒
内に突出して燃料噴射弁の燃料噴霧領域に配置してい
る。

この噴霧式燃焼装置を作動すると、空気旋回室に燃焼
用の空気流が導入されて軸芯の回りに旋回し、燃料噴射
弁の噴射口から軽油や灯油のような液体燃料が空気旋回
室の旋回空気流の中心部に噴霧され、噴霧燃料と旋回空
気の混合気流が空気旋回室から燃焼筒に流入し、燃焼筒
内の混合気流が点火栓によって点火されて燃焼し、燃焼
筒内に火炎が発生する。

＜発明が解決しようとする課題＞ ところが、上記の噴霧式燃焼装置においては、燃焼筒
内の燃料と空気の混合気流が燃焼すると、1,500℃以上
の高温度になる。

そして、燃焼筒に発生する熱は、燃焼筒の周壁と空気
旋回室の周壁を経て燃料噴射弁の先端部に伝わる。

また、燃料噴射弁の先端面は、燃焼筒に発生する1,50
0℃以上の高温度の火炎から輻射熱を受ける。

その結果、燃料噴射弁の先端部は、600℃位の高温度
に加熱される。

燃料噴射弁が高温度に加熱されると、燃料噴射弁の噴
射口に至る燃料噴射弁内の燃料供給路において、軽油や
灯油のような液体燃料が気化し、燃料噴射弁の噴射口か
ら噴霧される液体燃料が跡切れて、火炎が吹き消えるこ
とがある。

特に、液体燃料の噴霧量が少ない低負荷の燃焼時に
は、火炎が吹き消えて燃焼が停止することが多い。

本発明の目的は、上記のような従来の課題を解決する
ことである。

＜課題を解決するための手段＞ 本発明は、噴霧式燃焼装置において、燃焼筒内の燃焼
によって、燃料噴射弁がその中の液体燃料が気化するよ
うな高温度に加熱されるのを防止する構成にしたもので
ある。

即ち、本発明は、空気流が導入されて旋回する筒状の
空気旋回室の一端の開口に燃料噴射弁を取り付け、燃料
噴射弁の先端面に噴射口を空気旋回室の他端の開口側に
向けて開口し、空気旋回室の他端の開口に燃焼筒を連通
して取り付け、 空気旋回室に導入されて旋回する空気流に燃料噴射弁
の噴射口から液体燃料が噴霧され、噴霧燃料と旋回空気
の混合気流が空気旋回室から燃焼筒に流入して燃焼する
構成にした噴霧式燃焼装置において、 空気旋回室の一端に燃料噴射弁を取り付けるのに断熱
板を介在し、断熱板に貫設した通孔に燃料噴射弁の先端
面の噴射口を配置して、燃料噴射弁の先端面の噴射口周
辺部分を断熱板で覆ったことを特徴とする噴霧式燃焼装
置である。

また、本発明は、燃料噴射弁の回りに、流体が流通す
る冷却通路を設けて、燃料噴射弁を冷却する構成にした
ことを特徴とする噴霧式燃焼装置である。

＜作 用＞ 本発明の噴霧式燃焼装置においては、空気旋回室と燃
料噴射弁の間に断熱板を介在しているので、燃焼筒に発
生する熱は、燃焼筒の周壁と空気旋回室の周壁を経て燃
料噴射弁に伝わる途中で断熱板によって遮断される。

また、燃料噴射弁の先端面の噴射口周辺部分は、断熱
板で覆われているので、燃焼筒に発生する火炎の輻射熱
を受けない。

従って、燃料噴射弁は、高温度に加熱されず、燃料噴
射弁内の液体燃料が気化するのが防止される。

また、本発明の噴霧式燃焼装置においては、燃料噴射
弁の回りの冷却通路を流通する流体によって燃料噴射弁
が冷却される。

従って、燃料噴射弁は、高温度に加熱されず、燃料噴
射弁内の液体燃料が気化するのが防止される。

＜発明の効果＞ 本発明の噴霧式燃焼装置においては、燃料噴射弁内の
液体燃料が気化するのが防止されるので、燃料噴射弁の
噴射口から噴霧される液体燃料が跡切れて火炎が吹き消
えることが防止される。

＜第１実施例（第１図乃至第３図参照）＞ 本例の噴霧式燃焼装置は、第１図と第２図に示すよう
に、円筒形状の空気旋回室１を設け、空気旋回室１の後
半部の外回りに円環状の空気旋回路２を形成し、空気旋
回路２に図示しない空気供給源を接続し、空気旋回室１
の後半部の周壁の複数個所にそれぞれその個所の内周面
の接線方向に沿って空気導入孔３を貫設して、空気旋回
路２を空気旋回室１に接続し、空気旋回室１にその軸芯
の回りに旋回する燃焼用の空気流を導入する構成にして
いる。

空気旋回室１の後端の開口には、第１図と第３図に示
すように、円板状のセラミック製の断熱板４を同芯状に
被せ、断熱板４の中心位置に円形の通孔５を貫設し、断
熱板４の厚肉周辺部に円輪板状のパッキン６を介して燃
料噴射弁７の取付フランジ８を同芯状に重合し、燃料噴
射弁７の先端面の中心部に突設した円形断面の噴出端９
を断熱板４の通孔５に挿入し、図示しない複数本のボル
トを燃料噴射弁７の取付フランジ８とパッキン６及び断
熱板４の厚肉周辺部に貫通して空気旋回室１の後端に螺
合し、燃料噴射弁７をパッキン６と断熱板４を介して空
気旋回室１の後端に固定して取り付け、燃料噴射弁７の
先端面の噴出端９周辺部分を断熱板４で覆っている。

なお、断熱板４のセラミックは、鋼材のような金属材
料より熱伝導率が低い断熱材である。

燃料噴射弁７は、第１図に示すように、燃料供給路10
に供給された液体燃料を空気供給路11に供給された微粒
化用の空気によって微粒化して噴射口12から噴霧する二
流体噴霧形であり、噴射口12を噴出端９の先端面の中心
位置に空気旋回室１の前端の開口側に向けて開口し、燃
料供給路10と空気供給路11をそれぞれ図示しない燃料供
給源と空気供給源に接続している。

また、第１図と第３図に示すように、断熱板４の通孔
５と厚肉周辺部の間の部分と、燃料噴射弁７の先端面の
噴出端９周辺部分との間には、円輪板状の空間13を形成
し、燃料噴射弁７の先端面の噴出端９周辺部分と燃料噴
射弁７の空気供給路11の間に小径の流入路14を貫設し、
空間13に流入路14を介して燃料噴射弁７の空気供給路11
を接続し、また、断熱板４の通孔５の内周面と燃料噴射
弁７の噴出端９の外周面の間に薄肉円筒状の流出路15を
形成し、空間13を流出路15を介して空気旋回室１に接続
し、燃料噴射弁７の空気供給路11に供給された空気の一
部が流入路14を経て空間13に流入し、空間13に流入した
空気が流出路15を経て空気旋回室１に流出する構成にし
ている。

即ち、断熱板４と燃料噴射弁７の間の空間13は、空気
の流入路14と流出路15を接続して、空気が流通する冷却
通路に構成している。

空気旋回室１の前半部には、第１図に示すように、点
火栓16を取り付け、点火栓16の先端の点火部を空気旋回
室１内に突出して燃料噴射弁７の燃料噴霧領域に配置
し、点火栓16の基端の端子に図示しない点火源を接続し
ている。

空気旋回室１の前端の開口には、第１図に示すよう
に、空気旋回室１より大径の円筒形状の第１燃焼筒17を
連通して同芯状に取り付け、第１燃焼筒17の先端の開口
に第１燃焼筒17より小径の円筒形状の第２燃焼筒18を連
通して同芯状に取り付けている。

本例の噴霧式燃焼装置を作動すると、空気旋回室１に
燃焼用の空気流が導入されて軸芯の回りに旋回し、ま
た、燃料噴射弁７の燃料供給路10と空気供給路11にそれ
ぞれ軽油や灯油のような液体燃料と微粒化用の空気が供
給され、燃料噴射弁７の噴射口12から液体燃料が微粒化
用の空気流によって微粒化された状態で空気旋回室１の
旋回空気流の中心部に噴霧され、噴霧燃料と旋回空気の
混合気流が空気旋回室１から第１燃焼筒17と第２燃焼筒
18に流入し、また、噴霧燃料と旋回空気の混合気流が点
火栓16によって点火されて燃焼し、第１燃焼筒17と第２
燃焼筒18に燃焼の火炎が発生する。

一方、燃料噴射弁７の空気供給路11に供給された空気
の一部が流入路14を経て空間13に流入し、空間13に流入
した空気が流出路15を経て空気旋回室１に流出し、空間
13即ち冷却通路13を流通する空気が空間13に発生する熱
を排出して、燃料噴射弁７を冷却する。

第１燃焼筒17と第２燃焼筒18内の火炎は、1,500℃以
上の高温度になる。

ところが、第1,第２燃焼筒17,18に発生する熱は、第
1,第２燃焼筒17,18の周壁と空気旋回室１の周壁には伝
わるが、空気旋回室１と燃料噴射弁７の間には断熱板４
が介在しているので、第1,第２燃焼筒17,18に発生する
熱の大部分は、断熱板４によって遮断され、燃料噴射弁
７には伝わらない。

また、燃料噴射弁７の先端面の噴射端９周辺部分は、
断熱板４で覆われているので、第1,第２燃焼筒17,18に
発生する火炎の輻射熱を受けない。

その結果、燃料噴射弁７の先端部は、200℃位の温度
にしか加熱されない。

従って、燃料噴射弁７は、高温度に加熱されないの
で、燃料噴射弁７の燃料供給路10の軽油や灯油のような
液体燃料が気化せず、燃料噴射弁７の噴射口12から噴霧
される液体燃料が跡切れて火炎が吹き消えることがな
い。

なお、本例の噴霧式燃焼装置においては、断熱板４の
通孔５と厚肉周辺部の間の部分と、燃料噴射弁７の先端
面の噴射端９周辺部分との間には、円輪板状の空間13を
形成しているので、断熱板４の通孔５周辺部分と燃料噴
射弁７の先端面の噴出端９周辺部分を密接して固定した
場合に比較して、断熱効果が増加する一方、断熱板４と
燃料噴射弁７の先端面との熱膨張率の差による熱応力が
少なく、セラミック製の断熱板４が破損し難い。

また、燃料噴射弁７には、燃料供給路10に供給された
液体燃料を空気供給路11に供給された微粒化用の空気に
よって微粒化して噴射口12から噴霧する二流体噴霧形を
採用し、空間13即ち冷却通路13の流入路14に燃料噴射弁
７の空気供給路11を接続して、冷却通路13に、燃料噴射
弁７の空気供給路11に供給された微粒化用の空気の一部
が流入する構成にしているので、冷却通路13に供給する
空気の供給源を新たに設ける必要がない。

＜第２実施例（第４図と第５図参照）＞ 本例の噴霧式燃料装置は、自動車に搭載する車載用の
ものであり、自動車のエンジンの冷却水を予熱してエン
ジンの低温始動性を高める予熱ヒータである。

本例の予熱ヒータは、第４図に示すように、円筒形状
の空気旋回室21を設け、空気旋回室21の外回りに円環状
の空気旋回路22を形成し、空気旋回路22に空気供給路23
を介して図示しない空気供給源を接続し、空気旋回室21
の周壁の複数個所にそれぞれその個所の内周面の接線方
向に沿って空気導入孔24を貫設して、空気旋回路22を空
気旋回室21に接続し、空気旋回室21にその軸芯の回りに
旋回する燃焼用の空気流を導入する構成にしている。

空気旋回室21の後端の開口には、第４図に示すよう
に、燃料噴射弁25の先端部を嵌合して同芯状に取り付
け、燃料噴射弁25の先端面の中心位置に噴射口26を空気
旋回室21の前端の開口側に向けて開口している。

燃料噴射弁25は、第４図に示すように、燃料供給路27
に供給された液体燃料を空気供給路28に供給された微粒
化用の空気によって微粒化して噴射口26から噴霧する二
流体噴霧形であり、燃料供給路27と空気供給路28をそれ
ぞれ図示しない燃料供給源と空気供給源に接続してい
る。

燃料噴射弁25の外回りには、第４図と第５図に示すよ
うに、円環状の冷却通路29を設け、冷却通路29の下部と
上部にそれぞれ流入路30と流出路31を接続し、エンジン
の冷却水が流入路30から冷却通路29に流入し、冷却通路
29に流入した冷却水が流入路30から流出して、冷却通路
29を流通するエンジンの冷却水によって燃料噴射弁25を
冷却する構成にしている。

空気旋回室21の前端の開口には、第４図に示すよう
に、第１絞り32を介して空気旋回室21より大径の円筒形
状の第１燃焼筒33を連通して同芯状に取り付け、第１燃
焼筒33の先端の開口に第２絞り34を介して第１燃焼筒33
と同径の円筒形状の第２燃料筒35を連通して同芯状に取
り付けている。

第１燃焼筒33の後半部には、第４図に示すように、点
火栓36を取り付け、点火栓36の先端の点火部を第１燃焼
筒33内に突出して燃料噴射弁25の燃料噴霧領域に配置
し、点火栓36の基端の端子に図示しない点火源を接続し
ている。

第１燃焼筒33と第２燃焼筒35には、第４図に示すよう
に、熱交換器37を嵌合して取り付けている。

熱交換器37は、第４図に示すように、第１燃焼筒33と
第２燃焼筒35に円筒容器形状の器体38を同芯状に被嵌
し、器体38と第1,第２燃焼筒33,35の間に、第２燃焼筒3
5の出口に連通した排ガス通路39を形成し、器体38の第
２燃焼筒35外回り位置に多数枚の熱交換用フィン40を等
間隔位置に軸芯方向に沿って設け、器体38の第１燃焼筒
33側部分に排ガス通路39の出口41を設けている。

器体38の第２燃焼筒35側部分は、第４図に示すよう
に、二重容器形状に形成して、流体通路42を設け、流体
通路42の内周面に螺旋状の熱交換用フィン43を設け、流
体通路42の一端と他端に入口44と出口45を設け、エンジ
ンの冷却水が入口44から流体通路42に流入し、流体通路
42に流入して加熱された冷却水が出口45から流出して、
エンジンの冷却水を加熱する構成にしている。

即ち、エンジンの始動時のようなエンジンの冷却水の
温度が低い時に、エンジンの冷却水を予熱してエンジン
の低温始動性を高める構成にしている。

本例の噴霧式燃焼装置を作動すると、空気旋回室21に
燃焼用の空気流が導入されて軸芯の回りに旋回し、ま
た、燃料噴射弁25の噴射口26から軽油や灯油のような液
体燃料が微粒化用の空気流によって微粒化された状態で
空気旋回室21の旋回空気流の中心部に噴霧され、噴霧燃
料と旋回空気の混合気流が空気旋回室21から第１燃焼筒
33と第２燃焼筒35に流入し、また、噴霧燃料と旋回空気
の混合気流が点火栓36によって点火されて燃焼し、第１
燃焼筒33と第２燃焼筒35に燃焼の火炎と排ガスか発生す
る。

一方、燃料噴射弁25の外回りの冷却通路29には、エン
ジンの冷却水が流通して、エンジンの冷却水が加熱され
る一方、燃料噴射弁25が冷却される。

エンジンの冷却水は、通常、80〜100℃程度の温度に
保持されるので、燃料噴射弁25は、エンジンの冷却水の
温度程度に保持される。

即ち、燃料噴射弁25は、燃料供給路27の液体燃料が気
化せず、噴射口26から噴霧される液体燃料が跡切れて火
炎が吹き消えることがなく、噴霧状態が安定する。

また、第１燃焼筒33と第２燃焼筒35に発生した燃焼の
排ガスは、第２燃焼筒35の出口から熱交換器37の排ガス
通路39に流入し、排ガス通路39の熱交換用フィン40や器
体38を加熱して、出口41から流出する。

一方、エンジンの冷却水は、熱交換器37の流体通路42
に入口44から流入し、流体通路42の熱交換用フィン43や
器体38によって加熱されて、出口45から流出する。

即ち、エンジンの冷却水が予熱されて、エンジンの低
温始動性が高まる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例の噴霧式燃焼装置の縦断
側面図である。 第２図は、第１図のII−II線断面図である。 第３図は、第１図のIII−III線断面図である。 第４図は、本発明の第２実施例の噴霧式燃焼装置の縦断
側面図である。 第５図は、第４図のＶ−Ｖ線断面図である。 1:空気旋回室、4:断熱板 5:通孔、7:燃料噴射弁 12:噴射口、17:第１燃焼筒 18:第２燃焼筒 21:空気旋回室、25:燃料噴射弁 26:噴射口、29:冷却通路 33:第１燃焼筒、35:第２燃焼筒

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空気流が導入されて旋回する筒状の空気旋
   回室の一端の開口に燃料噴射弁を取り付け、燃料噴射弁
   の先端面に噴射口を空気旋回室の他端の開口側に向けて
   開口し、空気旋回室の他端の開口に燃焼筒を連通して取
   り付け、 空気旋回室に導入されて旋回する空気流に燃料噴射弁の
   噴射口から液体燃料が噴霧され、噴霧燃料と旋回空気の
   混合気流が空気旋回室から燃焼筒に流入して燃焼する構
   成にした噴霧式燃焼装置において、 空気旋回室の一端に燃料噴射弁を取り付けるのに断熱板
   を介在し、断熱板に貫設した通孔に燃料噴射弁の先端面
   の噴射口を配置して、燃料噴射弁の先端面の噴射口周辺
   部分を断熱板で覆ったことを特徴とする噴霧式燃焼装
   置。
2. 【請求項２】空気流が導入されて旋回する筒状の空気旋
   回室の一端の開口に燃料噴射弁を取り付け、燃料噴射弁
   の先端面に噴射口を空気旋回室の他端の開口側に向けて
   開口し、空気旋回室の他端の開口に燃焼筒を連通して取
   り付け、 空気旋回室に導入されて旋回する空気流に燃料噴射弁の
   噴射口から液体燃料が噴霧され、噴霧燃料と旋回空気の
   混合気流が空気旋回室から燃焼筒に流入して燃焼する構
   成にした噴霧式燃焼装置において、 燃料噴射弁の回りに、流体が流通する冷却通路を設け
   て、燃料噴射弁を冷却する構成にしたことを特徴とする
   噴霧式燃焼装置。