JPH03141861A - 二流体微粒化噴霧ノズル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、燃焼室に燃料と空気とを噴射するための二
流体微粒化噴霧ノズル装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、ディーゼルエンジン用燃料噴射ノズルは、加圧し
た燃料を噴口から噴射させ、燃料をシリンダ内即ち燃焼
室へ供給している。

従来、燃料噴射弁への圧縮空気の供給機構として、例え
ば、特開昭５７−１９１４５１号公報に開示されたもの
がある。該燃料噴射弁への圧縮空気の供給機構は、シリ
ンダ内ピストンの動作により圧縮される空気を、燃料噴
射弁の針弁の先端側又はその近傍より噴射したものであ
る。

また、実開昭６２−１９３１２３号公報には、燃料直接
噴射式内燃機関が開示されている。該燃料直接噴射式内
燃機間は、補助シリンダと補助ピストンとで形成される
空気室と、空気室と燃焼室とを連通ずる空気噴射用通路
と、空気室と燃焼室とを連通ずる空気吸入用通路と、空
気吸入用通路と空気室との連通を遮断すると共に、空気
室内の空気を圧縮して燃焼室内に噴射するように所定の
時期に補助ピストンを移動させる補助ピストン制御手段
と、を備えたものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、燃料噴射ノズルについて、噴霧粒径、は噴射
圧を５０ＭＰａから８０ＭＰａまで上昇させても変化が
ないものである。燃料噴射ノズルの噴霧中への空気の巻
き込みが噴孔径に大きく依存するため、同一噴射期間で
噴霧中への空気の巻き込み量の増加を計ろうとすると、
噴射圧の高圧化が必要である。

また、前掲特開昭５７−１９１４５１号公報に開示され
た燃料噴射弁への圧縮空気の供給機構については、ビン
型ノズルを対象とした供給機構であり、ノズル部より圧
縮空気を供給する主目的は、噴孔部に付着したカーボン
の除去することである。

更に、ノズル部より圧縮空気を供給することによる噴射
燃料の微細化効果についても言及しているが、噴孔中心
軸部位に空気が存在し、その回りに燃料が存在する状態
になるため、導入された空気のみが燃料に混合されるも
のであり、空気量は少なくなり、燃料と空気との混合は
余り促進されないという問題がある。しかも、上記供給
機構をホール型ノズルに適用しようとすれば、燃料噴射
中に燃料が空気供給口へ逆流しないようにするため、空
気供給圧を燃料噴射圧（例えば、４００〜５００　ｋｇ
／ｃｍ”）以上にしなければならない。このような空気
供給機構は事実上かなり困難である。

また、前掲実開昭６２−１９３１２３号公報に開示され
た燃料直接噴射式内燃機関は、シリンダ内へ空気を噴射
することにより、燃料と空気との混合をスワール効果に
よって促進するものである。

この発明の目的は、上記の諜理を解決することであり、
従来の針弁を備えた燃料噴射ノズルのノズル本体をノズ
ルキャップで囲み、ノズル本体とノズルキャップとの間
に加圧空気、又は一部燃焼ガスを含む加圧空気を導入し
、該加圧空気をそれほど高圧にする必要なしに即ち燃焼
室内の圧縮端での圧力より高い状態で済む増圧機構で圧
縮空気を加圧し、該加圧空気を燃料噴射ノズルの燃料噴
孔から噴射された燃料と共にノズルキャップに設けた噴
孔から噴射し、該空気と燃料との混合を良好に行って高
度な二流体微粒化を図り、燃焼室での燃料と空気との混
合割合を増加させる二流体微粒化噴霧ノズル装置を提供
することである。

〔！！！！題を解決するための手段〕

この発明は、上記の課題を解決し、上記の目的を達成す
るために、次のように溝底されている。

即ち、この発明は、燃料を噴射する燃料噴孔を形成した
ノズル本体、該ノズル本体内に配置され且つ前記燃料噴
孔を開閉する針弁、前記ノズル本体の外側に圧縮空気通
路を形成し且つ前記燃料噴孔に対応する位置に形成した
噴孔と圧縮空気取入口を備えたノズルキャンプ、及び前
記圧縮空気取入口を通じて前記圧縮空気通路に圧縮空気
を送り込む圧縮空気発生手段、を有する二流体微粒化噴
霧ノズル装置に関する。

更に、この二流体微粒化噴霧ノズル装置において、前記
ノズルキャップの前記噴孔は前記ノズル本体の前記燃料
噴孔より大径に形成されているものである。

また、この二流体微粒化噴霧ノズル装置において、前記
圧縮空気発生手段は、逆止弁を通して取り入れた圧縮空
気を増圧する均圧ピストンを有するものである。

更に、この二流体微粒化噴霧ノズル装置において、前記
圧縮空気発生手段は、燃焼室より取り入れた一部燃焼ガ
スを含む圧縮空気を増圧する増匡ピストンを有するもの
である。

Ｃ作用〕 この発明による二流体微粒化噴霧ノズル装置は、以上の
ように溝底されており、次のように作用する。即ち、こ
の二流体微粒化噴霧ノズル装置は、燃料を噴射する燃料
噴孔を形成したノズル本体の外側に、圧縮空気通路を形
成し且つ前記燃料噴孔に対応する位置に形成した噴孔と
圧縮空気取入口を備えたノズルキャップを配置し、前記
圧縮空気取入口を通じて前記圧縮空気通路に圧縮空気を
送り込む圧縮空気発生手段を設けたので、該圧縮空気を
燃料噴射ノズルの前記噴孔から噴射された燃料の周囲を
囲む状態、即ち前記ノズルキャップの前記噴孔の中心軸
部位に燃料が存在し且つ該燃料の回りに圧縮空気が存在
する状態で前記ノズルキャンプに設けた前記噴孔から噴
射され、その噴射状態は燃焼室内に空気を燃料噴霧に沿
って噴射して該空気が燃料噴霧中にエントレメントされ
て燃料と空気との混合を良好に行って燃料と空気との高
度な二流体微粒化を図り、前記燃焼室での燃料と空気と
の混合割合を増加させる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、この発明による二流体微粒化噴
霧ノズル装置の実施例を詳述する。

まず、この発明による二流体微粒化噴霧ノズル装置の一
実施例を、第１図〜第５図を参照して説明する。第１図
は、この二流体微粒化噴霧ノズル装置の一実施例を示す
第２図の線１−１における断面図、及び第２図はシリン
ダヘッド１０の下面の平面図である。この二流体微粒化
噴霧ノズル装置は、断熱エンジンに組み込んだ燃料噴射
ノズル５及び圧縮空気発生手段３から構成されている。

この実施例では、圧縮空気発生手段３として圧縮空気を
圧縮空気供給装置から導入し、該圧縮空気を増圧ピスト
ン３０で加圧するものが使用されている。

断熱エンジンは、主として、シリンダ１４を備えたシリ
ンダブロック１１、該シリンダ１４に嵌合したシリンダ
ライナ１５、シリンダブロック１１にガスケット５２を
介して固定したシリンダヘッド１０．シリンダヘッド１
０に形成した穴部９に断熱ガスケット４を介して配置し
たヘッド下面部６とライナ上部７とを一体的に断熱構造
に構成したヘッドライナ２、ライナ上部７とシリンダラ
イナ１５内を往復運動する断熱構造のピストンヘッド１
３を備えたピストン１２、及びピストンヘッド１３とヘ
ッドライナ２によって形成される燃焼室１を有し、特に
、燃料噴射ノズル５及び圧縮空気発生手段３を配置した
ものである。ヘッドライナ２、断熱ガスケント４及びピ
ストンヘッド１３は、窒化珪素（ＳｉＪｎ）　、炭化珪
素（ＳｉＣ）　、チタン酸アルξニウム、チタン酸カリ
ウム、複合材料等のセラミック材料から断熱構造に槽底
されている。第２図に示すように、シリンダヘッド１０
及びヘッドライナ２には、吸気ポート１６及び排気ポー
ト１７が形成され、吸気ポート１６には吸気バルブが配
置され、排気ボー）１７には排気バルブが配置されてい
る。更に、シリンダヘッド１０の下面部には、燃料噴射
ノズル５を取付けるための穴２３、加圧室２６を形成す
るための穴２４及び圧縮空気室２７を形成するための穴
２５が形成されている。

この二流体微粒化噴霧ノズル装置において、圧縮空気発
生手段３の一例は、特に、第１図に示されている。シリ
ンダへラド１０には、圧縮空気室２７、該圧縮空気室と
連通ずる増圧シリンダ２８、該増圧シリンダ２８と逆止
弁４１を介して連通ずる加圧室２６が形成されている。

圧縮空気室２７は、逆止弁４２を介してコンプレッサ、
バッファタンク等の圧縮空気供給装置に通じる空気通路
２９に連通しているものであり、該圧縮空気供給装置か
ら供給される圧縮空気Ａを一旦溜めるａ能を有している
。圧縮空気室２７は、シリンダへラド１０に形成した穴
２５に逆止弁４２を配置してプラグ３６を螺入して閉鎖
することによって形成される。また、加圧室２６は、シ
リンダヘッドｌＯに形成した穴２４に逆止弁４１を配置
してプラグ３５を螺入して閉鎖することによって形成さ
れる。

増圧シリンダ２８には、増圧ピストン３０が配置され、
該増圧ピストン３０が増圧シリンダ２８内を往復運動す
ることによって圧縮空気室２７から圧縮空気通路３３を
通じて供給された圧縮空気Ａを加圧することができる。

この増圧ピストン３０は、カム３１の回転運動に応じて
ｔＸ動するカムシャフト３２によって増圧シリンダ２８
内を往復運動するものである。増圧ピストン３０によっ
て加圧された増圧シリンダ２８内の圧縮空気Ａは、圧縮
空気通路３４を通じてノズルキャップ８に形成された圧
縮空気取入口３７から燃料噴射ノズル５に供給される。

この二流体微粒化噴霧ノズル装置において、燃料噴射ノ
ズル５の要部は、特に、第３図、第４図及び第５図に示
されている。この燃料噴射ノズル５は、針弁１９をノズ
ル本体２０内に設けた通常の構造にノズルキャンプ８を
取付けたものである。

このノズルキャンプ８は、ノズル本体２０の外周に配置
され、ノズル本体２０の外面とノズルキャップ８の内面
との間に圧縮空気通路１８を形成している。また、ノズ
ルキャンプ８には、ノズル本体２０に形成した小径の噴
孔２１に対応する位置に大径の噴孔２２が形成されてい
る。圧縮空気の導入については、第４図に示すように、
圧縮空気発生手段３から供給された圧縮空気Ａが、ノズ
ルキャップ８に形成した圧縮空気取入口３７からノズル
キャップ８に形成した環状の圧縮空気通路３９へ供給さ
れ、次いで、該圧縮空気通路３９から多数の通孔３８を
通って圧縮空気通路１８に導入される。一方、ノズル本
体２０と針弁１９との間の燃料通路４０に存在する燃料
Ｆは、針弁１９が噴孔２１を開弁することによって噴孔
２１から噴射され、噴孔２１から噴射された燃料Ｆは乱
れることなく、ノズルキャンプ８に形成した噴孔２２か
ら燃焼室１へと噴射される。この燃料噴射中に、圧縮空
気通路１８に導入された圧縮空気Ａは、噴孔２２から噴
射される燃料Ｆの外周を覆う状態でエントレメントされ
て吹き出される。言い換えれば、燃料Ｆは噴孔２２の中
心部から燃焼室１内へ噴射され、該燃料Ｆのまわりに空
気が存在する状態で空気が燃焼室１内へ噴出する。

この発明による二流体微粒化噴霧ノズル装置は、上記の
ように構成されており、次のように作動する。この二流
体微粒化噴霧ノズル装置における圧縮空気発生手段３で
は、増圧ピストン３０を作動するカム３１は、針弁１９
が噴孔２１を開弁して燃料Ｆを噴射する燃料噴射時期で
ある圧縮行程Ｃの後期に、増圧ピストン３０を下降する
ように設定されている。しかも、増圧ピストン３０は、
圧縮行程Ｃの後半から膨張行程Ｂを過ぎて排気行程Ｅの
間にわたって下降した状態に維持され、吸入行程【から
上昇するように設定されている０図中、矢印りはカム３
１の回転方向を示す。更に、圧縮空気発生手段３につい
ては、増圧ピストン３０が下降して増圧シリンダ２８内
の圧縮空気入を加圧し、加圧された圧縮空気Ａが所定の
設定圧（例えば、３０〜４０　ｋｇ／ｃｍ”　）以上の
空気圧力になると、逆止弁４１が開弁するように設定さ
れている。逆止弁４１が開弁すると、加圧された圧縮空
気Ａは、増圧シリンダ２８から加圧室２６へ押し込まれ
、次いで、加圧室２６から圧縮空気通路３４、圧縮空気
取入口３７、環状圧縮空気ｉ！ｉ路３９及び通孔３８を
通ってノズルキャップ８とノズル本体２０との間の圧縮
空気通路１８に導入される。膨張行程Ｂ及び排気行程已
において、燃焼室１内の燃焼ガスは、加圧室２６に逆止
弁４１があり且つ増圧ピストン３０が下端部に位置する
ことによって増圧シリンダ２８内に逆流することが防止
される。

また、増圧シリンダ２８への圧縮空気Ａの導入について
は、圧縮空気Ａが圧縮空気供給装置から圧縮空気通路２
９及び逆止弁４２を介して圧縮空気室２７に導入される
ことによって達成できる。即ち、逆止弁４２の上流側の
圧縮空気通路２９内には、常時、数ｋｇ／ｃ−の空気圧
がかかっているので、吸入行程！及び圧縮行程Ｃの前中
期に増圧ピストン３０が上方に移動することによって逆
止弁４２が開弁して圧縮空気通路２９及び圧縮空気室２
７から増圧シリンダ２８内へ導入される。この時、逆止
弁４２は増圧ピストン３０による増圧シリンダ２８内の
圧縮空気の加圧時に増圧シリンダ２８から圧縮空気通路
２９への逆流を防止する機能を果たす。

次に、この発明による二流体微粒化噴霧ノズル装置の別
の実施例を、第６図〜第１１図を参照して説明する。こ
の二流体微粒化噴霧ノズル装置は、断熱エンジンに組み
込んだ燃料噴射ノズル５及び圧縮空気発生手段３から構
成されている。この実施例では、圧縮空気発生手段とし
て燃焼室１より取り入れた一部燃焼ガスを含む圧縮空気
を増圧する増圧ピストン５０を使用した例が示されてい
る。

この実施例は、上記実施例と比較して圧縮空気発生手段
５３が相違する以外は、燃料噴射ノズル５、断熱エンジ
ンの構成及び均圧ピストンの駆動、燃料と圧縮気体の噴
射タイ稟ング等のｍ能については同一であるので、同一
の部品については同一の符号を付して重複する説明を省
略する。

第６図は第７図の線Ｖｌ−Ｖ［における断面図、及び第
７図はシリンダヘッドＩＯの下面の平面図である。図示
のように、この二流体微粒化噴霧ノズル装置の圧縮空気
発生手段５３において、増圧シリンダ２８は、ヘンドラ
イナ２のへラド下面部６に形威された圧縮空気通路４４
及びシリンダヘッド１０に形威された圧縮空気通路４３
を通じて燃焼室１と連通している。増圧シリンダ２８内
への圧縮空気の導入は、圧縮行程Ｃ中の燃焼室１内の圧
縮空気の一部を圧縮空気通路４４及び圧縮空気通路４３
を通じて達成される。均圧ピストン５０には、その外周
面に圧縮空気通路を形成する縦溝４５が形成されている
。

また、この圧縮空気発生手段５３には、増圧ピストン５
０が増圧シリンダ２８内の最上部と最下部に位置する時
に、増圧ピストン５０を回転させるピストン回転機構が
設けられている。増圧ピストン５０の上端部には、保合
片４７が形威されている。この保合片４７は、カムシャ
フト４６に形威した係合溝４８に係合する。この係合溝
４８は、第９図及び第１１図に示すように、両端部位が
扇型溝４９．５１に形威されている。

第８図及び第９図は増圧ピストン５０が増圧シリンダ２
８内を上昇した状態を示している。増圧ピストン５０が
最上部に位置する時には、増圧ピストン５０の係合片４
７は係合溝４８の扇型溝４９に位置し、該扇型溝４９の
形状とカムシャフト４６上を摺動する保合片４７との作
用によって、増圧ピストン５０は矢印ａ方向に回転し、
圧縮空気通路４３と縦溝４５とは合致しない状態になる
。

従って、増圧ピストン５０はこの回転位置の状態でその
係合片４７が矢印Ｃ方向に移動し、増圧ピストン５０が
圧縮空気通路４３を遮断した時点から増圧シリンダ２８
内の圧縮空気は加圧開始されることになる。

また、第１０図及び第１１図は増圧ピストン５０が増圧
シリンダ２８内を下降した状態を示している。この増圧
ピストン５０が最下部に位置する時には、増圧ピストン
５０の係合片４７は係合溝４８の扇型溝５１に位置し、
該扇型溝５１の形状とカムシャフト４６上を摺動する保
合片４７との作用によって、増圧ピストン５０は矢印す
方向に回転し、圧縮空気通路４３と縦溝４５とは合致す
る状態になる。従って、増圧ピストン５０の縦溝４５と
圧縮空気通路４３とは連通した状態を維持して、増圧ピ
ストン５０はこの回転位置の状態でその係合片４７が矢
印ｄ方向に移動し、増圧ピストン５０が上昇して圧縮空
気Ａが増圧シリンダ２８内に導入される。

また、膨張行程Ｂと排気行程Ｅでは、増圧ピストン５０
は増圧シリンダ２８の最下端部に位置しているので、燃
焼室１内の燃焼ガスは加圧室２６へは入ることができな
い状態になっている。

更に、断熱エンジンにおいて、燃料噴射ノズルの閉弁後
の燃料後だれを防止するために、燃料噴射ノズルのタイ
プとして、サックホールレスノズルを用いた場合には、
燃焼室内の高温ため、ノズル先端部のホール部に亀裂が
入り、該破片が燃焼室内に落下する現象が発生すること
があるが、この発明による二流体微粒化噴霧ノズル装置
については、セラミック材料から成るノズルキャンプ８
が存在するため、燃料噴射ノズル５のノズル本体２０は
燃焼室１内の燃焼ガスからの熱伝達量がノズルキャップ
８によって減少できるので、燃料噴射ノズル５としてサ
ックホールレスノズルを使用しても、上記のような落下
現象は発生しない。

〔発明の効果〕

この発明による二流体微粒化噴霧ノズル装置は、以上の
ようにｔＲ或されているので、次のような効果を有する
。即ち、この二流体微粒化噴霧ノズル装置は、燃料を噴
射する燃料噴孔を形成したノズル本体、該ノズル本体内
に配置され且つ前記燃料噴孔を開閉する針弁、前記ノズ
ル木像の外側に圧縮空気通路を形威し且つ前記燃料噴孔
に対応する位置に形成した噴孔と田縮空笠取入口を借ま
六・ノズルキャンプ、及び前記圧縮空気取入口を通じて
前記圧縮空気通路に圧縮空気を送り込む圧縮空気発生手
段を有するので、該圧縮空気を燃料噴射ノズルの前記燃
料噴孔から噴射された燃料の周囲を囲む状態、即ち前記
ノズルキャップの前記噴孔の中心軸部位に燃料が存在し
且つ該燃料の回りに圧縮空気が存在する状態で前記ノズ
ルキャップに設けた前記噴孔から噴射し、その噴射状態
は燃焼室内に空気を燃料噴霧に沿って噴射して該空気が
燃料噴霧中にエントレメントされて燃料と空気との混合
を促進し、燃料と空気との高度な二流体微粒化を図って
前記燃焼室での燃料と空気との混合割合を増加させる。

この二流体微粒化噴霧ノズル装置において、前記ノズル
キャップの前記噴孔は前記ノズル本体の前記燃料噴孔よ
り大径に形成されているので、燃料噴孔から噴射された
燃料は前記ノズルキャップの前記噴孔の中心軸部位に確
実に存在し、該燃料の回りに圧縮空気が存在する状態に
なる。従って、前記ノズル本体と前記ノズルキャップと
の間の前記圧縮空気通路で燃料が着火するような現象は
発生せず、燃焼室において燃料と圧縮空気との混合が確
実に且つ良好に行われる。

更に、この二流体微粒化噴霧ノズル装置において、前記
圧縮空気発生手段は、逆止弁を通じて取り入れた圧縮空
気を増圧する増圧ピストンを有するので、前記ノズル本
体と前記ノズルキャンプとの間の前記圧縮空気通路に確
実に導入することができる。

或いは、この二流体微粒化噴霧ノズル装置において、前
記圧縮空気発生手段は、燃焼室より取り入れた圧縮空気
を増圧する増圧ピストンを有するので、前記ノズル本体
と前記ノズルキャンプとの間の前記圧縮空気通路に確実
に導入することができると共に、圧縮空気の導入が一種
のＥＧＲを行うことになり、排ガスの浄化作用として機
能できる。更に、前記増圧ピストンを回転させる構造に
構成すれば、前記燃焼室の圧縮空気を確実に且つ多量に
導入することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による二流体微粒化噴霧ノズル装置の
一実施例を示す断面図、第２図は第１図の線■−Ｈにお
けるシリンダヘッドの下面を示す平面図、第３図は第１
図の燃料噴射ノズルの要部の一例を示す断面図、第４図
は第３図の線ｒＶ−ｒＶにおける断面図、第５図は第３
図の線■における拡大断面図、第６図はこの発明による
二流体微粒化噴霧ノズル装置の別の実施例を示す断面図
、第７図は第６図の線■−■におけるシリンダヘッドの
下面を示す平面図、第８図は増圧ピストンの最上部に位
置する状態を示す概略説明図、第９図は第８図に対応す
る位置のカムシャフトと増圧ピストンとの関係を示す概
略説明図、第１０図は増圧ピストンの最下部に位置する
状態を示す概略説明図、第１１図は第１０図に対応する
位置のカムシャフトと増圧ピストンとの関係を示す概略
説明図である。 １・−・・・−燃焼室、２−・・・・・・ヘッドライナ
、３，５３−−−−−−一圧縮空気発生手段、５−・−
・−燃料噴射ノズル、Ｑ−−−，７−７−１１，上、−
、、，４１１”１．、、、、−、、、’ｙ＋１〜ノ、−
一１１＾−、Ｌ′１３−・・−・・−ピストンヘッド、
１８−・−・・・・−圧縮空気通路、１９−・・・針弁
、２０−−−−−−ノズル本体、２１・・・−・−・燃
料噴孔、２２−・・・・−噴孔、２６−・−・−加圧室
、２７圧縮空気室、２８・−・・・増圧シリンダ、２９
．３３．３４，４３．４４−−−・−・圧縮空気通路、
３０５０・・・−・・増圧ピストン、３１−・−・−カ
ム、３２．４６−・・−・・カムシャフト、３７−−−
−−・・圧縮空気取入口、４１　、　４２−−−−−一
逆止弁、４５＝−・−縦溝、４７係合片、４８−・−・
−係合溝。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃料を噴射する燃料噴孔を形成したノズル本体、
   該ノズル本体内に配置され且つ前記燃料噴孔を開閉する
   針弁、前記ノズル本体の外側に圧縮空気通路を形成し且
   つ前記燃料噴孔に対応する位置に形成した噴孔と圧縮空
   気取入口を備えたノズルキャップ、及び前記圧縮空気取
   入口を通じて前記圧縮空気通路に圧縮空気を送り込む圧
   縮空気発生手段、を有する二流体微粒化噴霧ノズル装置
   。
2. （２）前記ノズルキャップの前記噴孔は前記ノズル本体
   の前記燃料噴孔より大径に形成されている請求項１に記
   載の二流体微粒化噴霧ノズル装置。
3. （３）前記圧縮空気発生手段は、逆止弁を通じて取り入
   れた圧縮空気を増圧する増圧ピストンを有する請求項１
   に記載の二流体微粒化噴霧ノズル装置。
4. （４）前記圧縮空気発生手段は、燃焼室より取り入れた
   圧縮空気を増圧する増圧ピストンを有する請求項１に記
   載の二流体微粒化噴霧ノズル装置。