JPH022453B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は２サイクル内燃機関に関する。

従来の内燃機関は使用燃料によつて燃焼方式も
相違し、ガソリンエンジンでは火花点火燃焼方式
が一般的であり、デイーゼル機関のように軽油や
重油等の揮発性の悪い燃料を用いるものでは、高
圧高温化された圧縮空気中へ燃料を噴霧着火させ
る圧縮点火燃焼方式が広く採用されている。

このように従来の内燃機関は大別して火花点火
機関と圧縮点火機関とに分類され、火花点火機関
では、燃料と空気を混合してシリンダ内へ吸気し
て断熱圧縮するからノツキングや過早着火を発生
する危険を有しており、燃料のオクタン価との関
係で、高圧縮比を採用して性能向上を計るのにも
限度がある。さらに火花点火機関では吸気の絞り
によつて負荷調節を行うので必然的に指圧線図効
率は低下し性能向上は期し難い。

一方、従来の圧縮点火機関においては、空気の
み吸入圧縮し燃料の発火点以上の温度に達してい
る高圧空気の中に液体燃料を注入噴霧させて着火
するため、高圧縮比を採用することが容易で、燃
料消費率を改善することが可能である。しかし、
液体燃料を完全に気化燃焼させるのが困難であつ
て、いかに微細な燃料の噴霧を得ることができる
かが問題となるため、燃料噴射ノズルは種々工夫
を凝らしてあり、極めて複雑な構造となつてい
る。また、このような改善を尽した燃料噴射ノズ
ルを使用しても、燃料の噴霧微粒子が充分に微細
化しないことによる発火遅れや、それに伴つて発
生するデイーゼルノツクのような現象は皆無とは
ならないので、液体燃料を完全に気化燃焼させる
のが難しいことから、発煙限度の範囲内で運転す
るためには空気過剰率の大きい範囲で常用せねば
ならず、平均有効圧力を高くできないという制約
があつて性能向上の障害となつている。

従来の内燃機関、特にデイーゼル機関のような
圧縮点火機関は、燃料の着火点温度以上の高圧高
温空気中で爆発燃焼を起すので、シリンダ内は極
めて高圧高温状態の脈動が発生し、ピストンや冷
却機構を持つたシリンダの複雑な構造物としての
耐久性から、一気筒あたりの最大出力が制限され
る。

内燃機関の効率は、一般の熱機関とは違つて、
爆発燃焼時の温度よりも到達圧力の高さに影響さ
れる。これが圧縮比を高くする方が内燃機関の効
率を向上させることになる理由でもあるが、従来
の内燃機関では圧縮比を高くすることによつて、
燃焼時のシリンダ内温度の高温化は避けられず、
内燃機関の大型化、大出力化のための障害となつ
ていた。

本発明の目的は上記の点に着目し、任意の圧縮
比が得られ爆発燃焼時の到達温度も比較的高くな
らない内燃機関を提供することであり、その特徴
とするところは、シリンダヘツドに設けられ液体
酸素または液体空気をシリンダ内に噴射する液体
酸素噴射ノズルと、同液体酸素噴射ノズルに設け
られ同ノズルを開閉する液体酸素噴射開閉弁と、
シリンダヘツドに設けられて液体燃料を上記液体
酸素または液体空気とほゞ同時にシリンダ内に噴
射する燃料噴霧ノズルと、同燃料噴霧ノズルから
噴射される液体燃料の噴射時期を調整する燃料調
節弁とを備え、ピストンが１回上下する毎にその
上死点付近で燃焼爆発を起すようにしたことであ
る。

本発明は上記のように構成されているので、次
の利点がある。

(1) 圧縮比を極めて高くしたのと同じ効果が得ら
れ、効率向上が容易である。

(2) 従つて、圧縮比を安定に高めることが可能に
なるために、従来採用している過給機等は不要
である。

(3) 爆発燃焼によつて到達する温度が比較的に低
いので、機関の冷却機構が簡単になり、また単
気筒あたりの許容最大出力を大巾に向上させる
ことが可能である。

(4) 液体燃料のみならず酸化剤も液状のままシリ
ンダ内に注入するため、本質的にピストンで空
気を吸入圧縮する行程が無くなるため、２サイ
クル機関として構成することが可能となり、出
力の倍増が図れる。

以下図面を参照して本発明による実施例につき
説明する。

第１図は本発明による２サイクル内燃機関の要
部を断面にて示す説明図、第２図は本発明による
他の実施例の２サイクル内燃機関の要部を断面に
て示す説明図である。

第１図において、１はシリンダ、２はピスト
ン、３はシリンダヘツド、４はフレーム、５は排
気弁、６はピストンピン、７はピストンロツド、
８はクランク、９はクランク軸、１０は軸受であ
り、これらの構成部品は吸気弁がないことを除い
ては従来の内燃機関と全く同じである。

１１は燃料タンク、１２は燃料ポンプ、１３は
燃料供給管、１４は燃料調節弁、１５は液体燃料
をシリンダ内に噴射する燃料噴霧ノズルである。

一方、１６は液体酸素（又は液体空気）供給装
置、１７は液体酸素（又は液体空気）供給ポン
プ、１８は液体酸素（又は液体空気）供給管、１
９は液体酸素（又は液体空気）噴射開閉弁、２０
は液体酸素（又は液体空気）噴射ノズル、２１は
排気管、２２は燃料加熱器である。

本発明の内燃機関における燃料系統は従来のも
のとほぼ同じものであるが、酸素（または空気）
の供給方法は従来のものと全く異なつており、従
来のものがピストン２の動きとそれに同期した吸
気弁の開閉によつて外部の空気をシリンダ１の中
へ吸気し、それを圧縮していた代りに、本発明で
は、ピストン２の上死点付近で酸素（又は空気）
を無限に近く圧縮された状態とも言える液状にし
て液体酸素（又は液体空気）となし、シリンダ１
の中へ噴射して、それとほぼ同時に噴霧された液
体燃料と混合し、燃焼爆発させるものである。

液体酸素噴射ノズル２０には開閉弁19が付いて
おり、ピストン２の動きに同期作動する。燃料調
節弁１４はピストン２との同期開閉を行なうのみ
ならず、機関負荷に応じて開度が調節されるのは
従来のものと同じである。

燃料がLPGやガソリンのように揮発性の強い
ものには、第１図に示すように、燃料を液体酸素
（又は液体空気）と別個のノズルで噴射し、シリ
ンダ１内で霧状で混合するだけで液体空気自体の
持つ爆発力で着火燃焼するが、燃料がＣ重油等の
ような重質油の場合には、第２図に示すように、
排気の高温ガスにより予熱器２２にて燃料を予め
加熱し、さらに液体酸素噴射時に生じる超音速流
れの速度を利用する吸引混合噴霧ノズル２３を用
いて完全燃焼させることが可能である。

このように本発明による内燃機関では、噴射す
る液体燃料の量を加減することにより最適の燃焼
圧力が得られるので、効率の向上が実現でき、空
気を圧縮する行程が省けるので、２サイクル内燃
機関として大出力化が可能である。液体酸素は零
下約190℃であり、気化する際には気化熱も奪う
ので、爆発燃焼によつて生じるシリンダ１内の燃
焼ガスは従来のものより500℃〜1000℃（混合比
によつて異なる）低くなる。

このことにより次の理由で内燃機関の単気筒当
りの出力を増大することが可能で、大容量化が容
易となる。

(1) シリンダやシリンダヘツドの冷却のための複
雑で脆弱な構造を必要とせず、材料的にも構造
的にも許容応力を大きく取れる。

(2) 吸気弁がなく、吸気通路の圧力損失による制
約がないし、燃料も酸素（又は空気）も液状で
供給するので、供給能力が極めて大きくでき
る。

(3) 圧縮比を上げたのと同じ効果を持たせるため
に、酸素の供給量を増大してもノツキング等の
不安定現象が生じないので高出力機関が実現で
きる。酸素液化装置は別置できるので酸素の供
給量を増すことは容易である。

(4) 液体酸素（又は液体空気）は、シリンダ内部
で常温又は予熱された燃料に触れると、爆発的
に急膨張し内燃機関の出力を増加させるのと同
時に、燃料の超微細化に役立ち、完全燃焼を達
成する。

なお、上記酸素液化装置は従来技術によるもの
で充分であり、特に近年は超電導回路用のヘリユ
ーム液化装置が開発されたので、これらの利用に
よる小型の酸素液化装置が容易に得られる。

また、空気中の窒素を液化する際には、空気中
の酸素が先に液化するので、これ等の液体酸素を
有効に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による１実施例の２サイクル内
燃機関の要部を断面にて示す説明図、第２図は本
発明による他の実施例の２サイクル内燃機関の要
部を断面にて示す説明図である。 １…シリンダ、２…ピストン、３…シリンダヘ
ツド、５…排気弁、１４…燃料調節弁、１５…燃
料噴霧ノズル、１６…液体酸素（又は空気）供給
装置、１９…液体酸素噴射開閉弁、２０…液体酸
素噴射ノズル、２３…吸引混合噴霧ノズル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ シリンダヘツドに設けられて液体酸素または
   液体空気をシリンダ内に噴射する液体酸素噴射ノ
   ズルと、同液体酸素噴射ノズルに設けられ同ノズ
   ルを開閉する液体酸素噴射開閉弁と、シリンダヘ
   ツドに設けられて液体燃料を上記液体酸素または
   液体空気とほぼ同時にシリンダ内に噴射する燃料
   噴霧ノズルと、同燃料噴霧ノズルから噴射される
   液体燃料の噴射時期を調整する燃料調節弁とを備
   えたことを特徴とする２サイクル内燃機関。