JPH04179855A - エアブラスト弁 - 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〕 本発明はエアブラスト弁に関する。

〔従来の技術〕

圧縮空気通路の一端にノズル口を形成し、このノズル口
を機関燃焼室内に配置し、このノズル口にノズル口を開
閉制御する開閉弁を設け、ノズル口に形成された弁座を
外方に向けて拡開する円錐状に形成して開閉弁の弁体を
この弁座に着座させ、弁座に続いて外方に延びる末端円
錐部を弁座よりも大きい拡がり角で外方に向けて拡開す
る円錐状に形成し、圧縮空気通路内に供給された燃料を
圧縮空気通路内に供給された圧縮空気によって開閉弁の
開弁時にノズル口から噴出せしめるエアブラスト弁が公
知である（特表昭６３−５００３２３号公報参照）。こ
のエアブラスト弁ではノズル口から噴出せしめられる圧
縮空気の一部が壁面付着効果によって末端円錐部壁面に
沿ってほぼ円錐状に広がって流出する。機関低負荷運転
時には燃料噴霧の粒径が小さくなり、燃料噴霧が上述の
円錐状をなす空気流にのって噴出せしめられる。従って
噴射角の大きい燃料噴霧が形成される。一方、機関高負
荷運転時には燃料噴霧の粒径が大きくなるため燃料噴霧
の慣性力が大きく、従って燃料噴霧は上述の円錐状をな
す空気流にのって半径方向外方に拡がらずに直進する。

斯くして機関高負荷運転時には機関低負荷運転時に比べ
て噴射角の小さい燃料噴霧が形成される。このようにこ
のエアブラスト弁では機関負荷に応じて燃料噴霧の噴射
角を燃料噴霧の全周に亘って全体的に大きくしたり小さ
くしたりしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで燃焼室の形状によっては、噴射燃料が点火栓や
シリンダヘッド内壁面上に付着することを防止する等の
理由により、燃料噴霧の一部分の噴射角を小さくするこ
とが必要な場合がある。しかしながら上述のエアブラス
ト弁では燃料噴霧の噴射角を全体的に大きくしたり或い
は小さくしたすすることはできるが、燃料噴霧の一部分
の噴射角だけを小さくすることはできないという問題が
ある。

〔課題を解決するたｔの手段〕

上記問題点を解決するために本発明によれば圧縮空気通
路の一端にノズル口を形成し、ノズル口にノズル口を開
閉制御する開閉弁を設け、圧縮空気通路内に供給された
燃料を圧縮空気通路内に供給された圧縮空気によって開
閉弁の開弁時にノズル口から噴出せしめるエアブラスト
弁において、ノズル口に形成された弁座を外方に向けて
エアブラスト弁の先端面に至るまでほぼ円錐状に拡開す
る形状に形成して開閉弁の弁体を弁座に着座させ、弁体
を外方に向かうにつれて断面積が徐々に増大する形状に
形成し、円錐状弁座の先端部の一部が弁体の最大リフト
時に弁体端面とほぼ面一かまたは外方に突出すると共に
、円錐状弁座の先端部の残りの部分が弁体の最大リフト
時に弁体端面よりも内方に位置するように形成されてい
る。

〔作　用〕

開閉弁の開弁時に圧縮空気通路内の圧縮空気が円錐状弁
座の内壁面に沿って円錐状に広がりつつ高速でノズル口
から噴出せしめられる。この円錐状に広がりつつ噴出せ
しめられた噴出空気流には噴出空気流の内側に位置する
空気が巻き込まれ、その結果噴出空気流で囲まれた内側
の領域内の圧力が低くなる。一方、噴出空気流の外側に
もエアブラスト弁の外部の空気が巻き込まれる。ここで
、円錐状弁座の先端部が弁体端面よりも内方に位置して
いるノズル口部分から噴出せしめられた噴出空気流部分
、即ち第２の噴出空気流部分は円錐状弁座の先端部が弁
体端面とほぼ面一かまたは外方に突出しているノズル口
部分から噴出せしめられた噴出空気流部分、即ち第１の
噴出空気流部分に比べて早い時期にエアブラスト弁の外
部の空気に接するので、第２の噴出空気流部分に対する
外側の巻き込み流は第１の噴出空気流部分に対する外側
の巻き込み流よりも早い時期に発生せしめられる。この
外側の巻き込み流の流速が速い間は噴出空気流の外側の
圧力が噴出空気流の内側の圧力と同様に低くなる。次い
で外側の巻き込み流が次第に減速されるにつれて噴出空
気流の外側の圧力はその周りの領域、即ち噴出空気流の
外側の領域内の全体的な圧力に次第に近づく。この噴出
空気流の外側の領域は開放された空間であるのでその圧
力は高く、従って外側の巻き込み流が減速されるにつれ
て噴出空気流の外側の圧力が高くなることになる。ここ
で第２噴出空気流部分に対する外側の巻き込み流は上述
のようにその発生時期が早いのでその減速もまた早い時
期に生ずる。その結果、第２噴出空気流部分の外側の圧
力が上昇して外側の圧力が内側の圧力よりも高くなり、
この圧力差によって第２噴出空気流部分が内側に曲げら
れる。

このように第２噴出空気流部分が内側に曲げられると噴
出空気流で囲まれた内側の領域が圧縮されるのでこの内
側の領域内の圧力が上昇せしめられ、斯くして噴出空気
流の外側の圧力と内側の圧力との圧力差がほとんどなく
なる。その結果、第１噴出空気流部分は内側に曲がらず
に円錐状に広がる流れ方向をほぼそのまま持続すること
となる。斯くして、円錐状弁座の先端部が弁体の最大リ
フト時に弁体端面よりも内方に位置しているノズル口部
分からは噴射角の小さな噴出空気流、即ち第２噴出空気
流部分が形成されると共に、円錐状弁座の先端部が弁体
の最大リフト時に弁体端面とほぼ面一かまたは外方に突
出しているノズル口部分からは噴射角の大きな噴出空気
流、即ち第１噴出空気流部分が形成される。

エアブラスト弁から噴出せしめられる燃料噴霧の粒径が
小さい場合には燃料噴霧は上述の噴出空気流にのって噴
出せしめられる。従って一部分の噴射角が小さい燃料噴
霧が形成される。一方、燃料噴霧の粒径が大きい場合に
は燃料噴霧の慣性力が大きいので、燃料噴霧は上述の噴
出空気流にのらずに全体的に円錐状をなして噴出せしめ
られる。

〔実施例〕

第４図から第７図は本発明を２サイクル内燃機関に適用
した場合を示している。

第４図から第７図を参照すると、１はシリンダブロック
、２はピストン、３はシリンダヘッド、４は燃焼室、５
は点火栓、６は一対の給気弁、７は給気ポート、８は一
対の排気弁、９は排気ポート、１０はエアブラスト弁を
夫々示す。第１１図に示されるように第４図から第７図
に示す２サイクル内燃機関では排気弁８が給気弁６より
も先に開弁し、排気弁８が給気弁６よりも先に閉弁する
。即ち、ピストン２が下降するとまず始めに排気弁８が
開弁し、燃焼室４内の既燃ガスが排気ポート９内に排出
される。次いで給気弁６が開弁すると図示しない過給機
から送り出された新気が給気ポート７から燃焼室４内に
送り込まれる。次いで下死点を過ぎてピストン２が上昇
すると排気弁８が閉弁し、次いで給気弁６が閉弁する。

排気弁８が閉弁する直前又は閉弁した後にエアブラスト
弁１０から圧縮空気と共に燃料が噴射され、この噴射燃
料が点火栓５によって着火せしめられる。第５図および
第７図に示されるようにシリンダへラド３の内壁面上に
は排気弁８側の給気弁６開口を給気弁６の全開弁期間に
亘って閉鎖するマスク壁１１が形成される。従って給気
弁６が開弁すると新気が排気弁８と反対側の給気弁６開
口を通って燃焼室４内に流入し、次いでこの新気は第７
図において矢印Ｗで示されるように燃焼室４内をループ
状に流れるので良好なループ掃気が行われることになる
。

第４図および第６図に示されるようにピストン２の頂面
上には点火栓５の下方からエアブラスト弁１０の先端部
の下方まで延びる凹溝１２が形成される。第４図および
第６図に示される２サイクル内燃機関ではこの凹溝１２
は点火栓５とエアブラスト弁１０とを含む垂直平面に−
Ｋに対して対称な形状をなし、ピストン２の・上方から
見ると凹溝１２は第６図に示すようにエアブラスト弁１
０側から点火栓５側に向けて次第に幅が広くなる雫状の
形状をなす。また、垂直平面に−Ｋに沿ってみた凹溝１
２の断面形状は第４図に示すように点火栓５の下方にお
いてエアブラスト弁１０と反対側に向けて若干へこんだ
形状をなすと共にそこからエアブラスト弁１０の下方に
向けてなだらかに上方に傾斜した形状をなす。ピストン
２が上死点に達すると点火栓５が凹溝１２内に侵入する
。

第４図を参照するとエアブラスト弁１０は燃焼室４内に
配置されたノズル口１５と、このノズル口１５を開閉制
御する開閉弁１６と、外方に向けてエアブラスト弁１０
の先端面に至るまでほぼ円錐状に拡開する弁座１７と、
この円錐状弁座１７上に着座可能な開閉弁１６の弁体１
８と、開閉弁１６を駆動するソレノイド１９と、圧縮空
気流入口２０と、圧縮空気流入口２０からソレノイド１
９内を通り、次いで一旦横方向に屈曲した後に開閉弁１
６周りを通ってノズル口１５に至る圧縮空気通路２１と
、この圧縮空気通路２１内に配置された燃料噴射弁２２
とを具備する。圧縮空気流入口２０は圧縮空気供給ポン
プ２３に連結されており、従って圧縮空気通路２１内は
常時圧縮空気によって満たされている。一方、圧縮空気
通路２１内には燃料噴射弁２２から燃料が噴射される。

ソレノイド１９が励磁されて弁体１８がノズル口１５を
開口せしめると圧縮空気が燃料と共にノズル口１５から
燃焼室４内に噴出せしめられる。

第１図から第３図は夫々エアブラスト弁１０の先端部を
拡大して示した図である。ここで第１図は開閉弁１６の
弁体１８の閉弁時の状態を示し、第３図は弁体１８の最
大リフト時の状態を示している。第１図から第３図を参
照すると、ノズル口１５には外方に向けてエアブラスト
弁１０の先端面に至るまでほぼ円錐状に拡開する弁座１
７が形成されている。

第１図から第３図に示す実施例ではこの円錐状弁座１７
の開き角θは約６０°に形成されている。一方、開閉弁
１６の弁体１８は外方に向かうにつれて断面積が徐々に
増大するほぼ半球形状に形成されている。

開閉弁１６の閉弁時には第１図に示されるように弁体１
８が円錐状弁座１７上に着座せしめられてノズル口１５
が閉鎖される。また第３図に示すように、円錐状弁座１
７の先端部２５の一部２５ａ１即ち第１部分２５ａが弁
体１８の最大リフト時に弁体１８の端面１８ａとほぼ面
一をなすと共に、円錐状弁座先端ａ２５の残りの部分２
５ｂ１即ち第２部分２５ｂが弁体１８の最大リフト時に
弁体端面１８ａよりも内方に位置するように形成されて
いる。本実施例では円錐状弁座先端部の第２部分２５ｂ
は第１図に示されるように開閉弁１６の閉弁時に弁体端
面１８ａとほぼ面一をなすように形成されている。また
第２図に示されるように第２部分２５ｂは円周方向につ
いて円錐状弁座先端部２５全体のほぼ１／３を占めるよ
うに形成されている。なお、本実施例では円錐状弁座先
端部の第１部分２５ａが弁体１８の最大リフト時に弁体
端面１８ａとほぼ面一をなすように形成されているが、
第１部分２５ａを弁体１８の最大リフト時に弁体端面１
８ａよりも外方に突出するように形成することもできる
。

次に第８図から第１０図を参照して本発明のエアブラス
ト弁１０における燃料および圧縮空気のノズル口１５か
らの噴出形態について説明する。なお、第８図および第
９図はノズル口１５から噴出せしめられる燃料噴霧の粒
径が小さい場合を示しており、第１０図は燃料噴霧の粒
径が大きい場合を示している。

第８図に示されるように開閉弁１６の開弁時に圧縮空気
通路２１内の圧縮空気が円錐状弁座１７の内壁面に沿っ
て円錐状に広がりつつ高速でノズル口１５から噴出せし
められる。この円錐状に広がりつつ噴出せしめられた噴
出空気流２７には噴出空気流２７の内側に位置する空気
が巻き込まれ、その結果噴出空気流２７で囲まれた内側
の領域２９内の圧力が低くなる。一方、噴出空気流２７
の外側にもエアブラスト弁１０の外部の空気が巻き込ま
れる。ここで、円錐状弁座１７の先端部２５が弁体端面
１８ａよりも内方に位置しているノズル口部分１５ｂか
ら噴出せしめられた噴出空気流部分２７ｂ、即ち第２の
噴出空気流部分２７ｂは円錐状弁座１７の先端部２５が
弁体端面１８ａとほぼ面一をなしているノズル口部分１
５ａから噴出せしめられた噴出空気流部分２７ａ１即ち
第１の噴出空気流部分２７ａに比べて早い時期にエアブ
ラスト弁１０の外部の空気に接するので、第２噴出空気
流部分２７ｂに対する外側の巻き込み流は第１噴出空気
流部分２７ａに対する外側の巻き込み流よりも早い時期
に発生せしめられる。この外側の巻き込み流の流速が速
い間は噴出空気流２７の外側の圧力が噴出空気流２７の
内側の圧力と同様に低くなる。次いで外側の巻き込み流
が次第に減速されるにつれて噴出空気流２７の外側の圧
力はその周りの領域、即ち噴出空気流２７の外側の領域
３０内の全体的な圧力に次第に近づく。この噴出空気流
２７の外側の領域３０は開放された空間であるのでその
圧力は高く、従って外側の巻き込み流が減速されるにつ
れて噴出空気流２７の外側の圧力が高くなることになる
。ここで第２噴出空気流部分２７ｂに対する外側の巻き
込み流は上述のようにその発生時期が早いのでその減速
もまた早い時期に生ずる。

その結果、第２噴出空気流部分２７ｂの外側の圧力が上
昇して外側の圧力が内側の圧力よりも高くな　゛す、こ
の圧力差によって第２噴出空気流部分２７ｂが内側に曲
げられる。このように第２噴出空気流部分２７ｂが内側
に曲げられると噴出空気流２７で囲鵞れた内側の領域２
９が圧縮されるのでこの内側の領域２９内の圧力が上昇
せしめられ、斯くして噴出空気流２７の外側の圧力と内
側の圧力との圧力差がほとんどなくなる。その結果、第
１噴出空気流部分２７ａは内側に曲がらずに円錐状に広
がる流れ方向をほぼそのまま持続することとなる。斯く
して、円錐状弁座１７の先゛端部２５が弁体１８の最大
リフト時に弁体端面１８ａよりも内方に位置しているノ
ズル口部分１５ｂからは噴射角の小さな噴出空気流、即
ち第２噴出空気流部分２７ｂが形成されると共に、円錐
状弁座１７の先端部２５が弁体１８の最大リフト時に弁
体端面１８ａとほぼ面一をなしているノズル口部分１５
ａからは噴射角の大きな噴出空気流、即ち第１噴出空気
流部分２７ａが形成される。

ノズル口１５から噴出せしｔられる燃料噴霧の粒径が小
さい場合には燃料噴霧は第８図および第９図に示される
ように上述の噴出空気流２７にのって噴出せしめられる
。従って一部分の噴射角が小さい燃料噴霧が形成される
。一方、燃料噴霧の粒径が大きい場合には燃料噴霧の慣
性力が大きいので、燃料噴霧は第１０図に示されるよう
に噴出空気流２７にのらずに全体的に円錐状をなして噴
出せしめられる。

次に第１１図から第１３図を参照して、第４図から第７
図に示した２サイクル内燃機関におけるエアブラスト弁
１０からの燃料噴出方法について説明する。なお第１１
図は給排気弁の開弁時期、燃料噴射弁２２から圧縮空気
通路２１内への燃料噴射時期、および開閉弁１６の開弁
時期、即ちエアブラスト弁工０の開弁時期を示している
。また第１２図は機関低負荷運転時における燃焼室４内
の様子を示しており、第１３図は機関高負荷運転時にお
ける燃焼室４内の様子を示している。また第１２図およ
び第１３図に示されるようにエアブラスト弁１０はノズ
ル口部分１５ｂが上方、即ちピストン２頂面と反対側に
位置するようにシリンダヘッド３の内壁面上に配置され
ている。

機関低負荷運転時には、第１１図および第１２図に示す
ように排気弁８および給気弁６が閉弁した後圧縮行程中
期においてエアブラスト弁１０のノズル口１５から凹溝
１２の凹状内壁面に向けて燃料が噴出せしめられる。機
関低負荷運転時には燃料噴射量が少く、ノズル口１５か
ら噴出せしめられる燃料噴霧の粒径が小さくなる。その
結果、第８図および第９図に示したようにノズル口部分
１５ｂからは噴射角の小さい燃料噴霧が噴出せしめられ
ると共に、ノズル口部分１５ａからは噴射角の大きい燃
料噴霧が噴出せしめられる。従って第１２！！ｌに示さ
れるようにピストン２が比較的低い位置にある圧縮行程
中期においてエアブラスト弁１０から燃料を噴出せしめ
たときにも、すべての噴出燃料を凹溝１２の凹状内壁面
上に衝突させることができる。この凹溝１２の凹状内壁
面は上述したように燃料噴霧Ｆを包み込むような形状に
形成されているので、凹溝１２の凹状内壁面上に衝突し
た燃料が凹溝１２内から外部へ飛散することが防止され
、斯くしてほとんどすべての噴出燃料が凹溝１２内に留
められる。また、ピストン２が比較的低い位置にあると
きに燃料が噴出せしめられるので、点火栓５による点火
が行われるまでに燃料が良好に気化するのに十分な時間
が与えられる。斯くして、燃料噴射量が少い機関低負荷
運転時であっても点火栓５の周りに良好に気化した可燃
混合気を集めることができ、その結果良好な着火とそれ
に続く良好な燃焼を得ることができる。また、ノズル口
部分１５ｂから噴出せしめられる燃料噴霧の噴射角が小
さいので、凹溝１２の深さをさほど深く形成しなくても
全噴出燃料を凹溝１２内に集めることができ、従って高
い圧縮比を確保することができる。

一方、機関高負荷運転時には給気弁６が閉弁したとき、
或いは給気弁６が閉弁する前後においてエアブラスト弁
ｌＯから燃焼室４内に向けて燃料が噴出せしめられる。

機関高負荷運転時には燃料噴射量が多く、ノズル口１５
から噴出せしめられる燃料噴霧の粒径が大きくなる。そ
の結果、第１０図および第１３図に示すようにノズル口
１５の全周から噴射角が大きくかつ円錐状に広がった燃
料噴霧が噴出せしめられるので、噴出された多量の燃料
噴霧が燃焼室４内の広い範囲に拡散される。従って燃料
と空気とが十分に混合されて燃焼室４内全体に均質な混
合気が形成され、斯くして所要の機関高出力が確保され
る。

ところで円錐状弁座１７および弁体１８は第１図から第
３図に示す形状の他にも種々の形状をとりうる。以下に
第１４図から第１８図を参照してい（っかの別の実施例
について説明する。なお、同様の構成要素に対しては同
一の参照符号を用いる。また、第１４図、第１６図およ
び第１８図において２点鎖線は弁体１８の最大リフト時
の状態を示している。

まず第１４図および第１５図を参照して第２の実施例に
ついて説明する。第１図から第３図に示す実施例では円
錐状弁座先端部の第２部分２５ｂが円周方向について円
錐状弁座先端部２５全体のほぼ１／３（約１２０°）を
占めるように形成されているが、第１４図および第１５
図に示す実施例では円錐状弁座先端部の第２部分２５ｂ
の円周方向の幅が約２５５゜に形成されている。この円
錐状弁座先端部の第２部分２５ｂの幅は、ピストン２頂
面上に形成された凹溝１２の形状や、シリンダへラド３
の内壁面上に配置されたエアブラスト弁１０および点火
栓５の位置などを含む燃焼室４の形状等によって任意の
最適な幅に形成することができる。

次に第１６図および第１７図を参照して第３の実施例に
ついて説明する。第１図から第３図に示す実施例では円
錐状弁座１７の先端部２５の一部を円錐状弁座１７の軸
線に直角方向に切除することにより円錐状弁座先端部の
第２部分２５ｂを形成しているが、第１６図および第１
７図に示す実施例では先端部２５の一部を円錐状弁座１
７の軸線に対し斜め方向に切除することにより第２部分
２５ｂを形成している。

次に第１８図を参照して第４の実施例について説明する
。第１実施例から第３実施例では弁体１８が外方に向か
うにつれて断面積が徐々に増大するほぼ半球形状に形成
されているが、第１８図に示す実施例では弁体ｌＢが外
方に向かうにつれて断面積が徐々に増大するほぼ円錐形
状に形成されている。

〔発明の効果〕

エアブラスト弁から噴出せしめられる燃料噴霧の粒径が
小さい場合には一部分の噴射角が小さくかつ残りの部分
の噴射角が大きい燃料噴霧を得ることができる。一方、
エアブラスト弁から噴出せしめられる燃料噴霧の粒径が
大きい場合にはノズル口の全周に亘って噴射角が大きく
かつ円錐状に広がる燃料噴霧を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は閉弁時におけるエアブラスト弁の先端部の拡大
側面断面図、第２図は第１図の矢印Ｈに沿ってみた拡大
底面図、第３図は開弁時におけるエアブラスト弁の先端
部の拡大側面断面図、第４図は第５図のＩＶ−ＩＶ線に
沿ってみた２サイクル内燃機関の側面断面図、第５図は
第４図のシリンダヘッドの底面図、第６図はピストンの
工面図、第７図は第５図の■−■線に沿ってみた側面断
面図、第８図は燃料噴霧の粒径が小さい場合における燃
料噴霧の噴出形態を説明するための拡大断面図、第９図
は第８図のＩＸ−ＩＸ線に沿ってみた拡大断面図、第１
０図は燃料噴霧の粒径が大きい場合における燃料噴霧の
噴出形態を説明するための拡大断面図、第１１図は給排
気弁の開弁時期、エアブラスト弁の開弁時期等を示す線
図、第１２１！ｌは機関低負荷運転時における燃焼室内
の様子を説明するための図、第１３図は機関高負荷運転
時における燃焼室内の様子を説明するための図、第１４
図は第２の実施例の拡大側面断面図、第１５図は第１４
図の矢印Ｘ■に沿ってみた拡大底面図、第１６図は第３
の実施例の拡大側面断面図、第１７図は第１６図の矢印
Ｘ■に沿ってみた拡大底面図、第１８図は第４の実施例
の拡大側面断面図である。 １０・・・エアブラスト弁、１５・・・ノズル口、１６
・・・開閉弁、　　　　　１７・・・円錐状弁座、１８
・・・弁体、　　　　　　１８ａ・・・弁体端面、２１
・・・圧縮空気通路、　　２５・・・円錐状弁座先端部
、２５ａ・・・円錐状弁座先端部の第１部分、２５ｂ・
・・円錐状弁座先端部の第２部分。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧縮空気通路の一端にノズル口を形成し、該ノズル口に
   該ノズル口を開閉制御する開閉弁を設け、該圧縮空気通
   路内に供給された燃料を該圧縮空気通路内に供給された
   圧縮空気によって該開閉弁の開弁時に該ノズル口から噴
   出せしめるエアブラスト弁において、該ノズル口に形成
   された弁座を外方に向けてエアブラスト弁の先端面に至
   るまでほぼ円錐状に拡開する形状に形成して該開閉弁の
   弁体を該弁座に着座させ、該弁体を外方に向かうにつれ
   て断面積が徐々に増大する形状に形成し、上記円錐状弁
   座の先端部の一部が該弁体の最大リフト時に弁体端面と
   ほぼ面一かまたは外方に突出すると共に、上記円錐状弁
   座の先端部の残りの部分が該弁体の最大リフト時に該弁
   体端面よりも内方に位置するように形成されているエア
   ブラスト弁。