JPH0435544Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は直接噴射式内燃機関の燃焼装置に関す
る。

〔従来の技術〕

第４図ａによつて従来の多噴孔センタインジエ
クシヨンシステム形のデイーゼル機関の燃焼装置
の一例を示す。

図で１はピストン、２は燃焼室（ピストンキヤ
ビテイ）、３は燃料弁、４はシリンダヘツド、５
はシリンダライナ、６はピストン頂部とシリンダ
ヘツド４の下面で形成される隙間部、７は燃焼噴
霧、Swは空気スワールである。

上記デイーゼル機関において、ピストン１が上
昇し上死点付近に近づくと、燃料弁３から燃料が
噴射され燃料噴霧７が形成される。このとき燃料
と空気の混合を促進するため、通常燃焼室内に空
気スワールSwを生成させている。断熱圧縮によ
り高温化された空気内に燃料が噴射されると燃料
噴霧が空気スワールSwを介して高温空気と混合
して温度上昇し自己着火により燃焼しはじめる。
燃焼を開始した後も空気流れは残り燃焼が促進さ
れる。

第４図ｂは第２従来例の単噴孔サイドインジエ
クシヨン方式の従来例である。第４図ｂの記号は
第４図ａの記号と同じものを使用している。この
場合の燃焼経過は第１従来例の多噴孔センタイン
ジエクシヨン方式とほぼ同様であるが、第２従来
例では燃料噴霧７が一本であることを考えると、
かなり強い空気スワールSwを生じており、多噴
孔センタインジエクシヨンシステムの場合の空気
流速の２〜３倍にも達する場合もある。

なお図示していないが前記デイーゼル機関以外
のガソリン機関でも燃焼速度増大のため、通常燃
焼室内に旋回流が生じるように構成されている。

〔考案が解決しようとする問題点〕

ところが燃焼室内の混合気形成速度及び燃焼速
度の増大のため高い流速υを与えると、流速が高
い程燃焼室壁面に形成される温度境界層がうすく
なり、ガスから燃焼室壁面への熱伝達率が高くな
り（平板の場合はυ^0.78に比例して高くなる。）燃
焼室外に逃げる熱量いわゆる熱損失が増大する結
果となる。従つて特に単噴孔システムの場合のよ
うに良好な燃焼を得るためには強い空気スワール
が必要であるが、スワールを強めると燃焼自体は
改善されるが熱損失が増加する結果、燃費率が悪
化すると云う問題点があつた。特に小形機関の場
合、燃料の持つ熱エネルギの約20％程度が熱損失
によりロスしていると考えられ、それを低減させ
ることが大きな課題となつている。

本考案の目的は前記従来装置の問題点を解消
し、燃焼が良好で熱損失の少ない内燃機関の燃焼
装置を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案に係る内燃機関の燃焼装置は、燃焼室周
辺部近傍に少なくとも１本の水噴射弁を設け、該
水噴射弁からの水噴射を燃料弁からの燃料噴射よ
りも早期にかつその噴射方向を空気スワールの流
れ方向とし、かつ燃焼室壁面に鋭角に水噴霧が衝
突し、スワールの流れ方向に水噴霧が流れるよう
に設定されている。

〔作用〕

上記のように燃料噴射よりも早期に水噴射弁に
より水を噴射することによつて燃焼室壁面上に水
の薄い液膜を形成し、燃焼期間中に該液膜を燃焼
ガスからの対流熱伝達及び火炎からのふく射熱伝
達による熱量により蒸発させることにより、ピス
トンへの熱の流れの遮断がなされる。

〔実施例〕

以下第１〜３図を参照し本考案の一実施例につ
いて説明する。第１〜２図はそれぞれ第１、第２
実施例の要部説明図、第３図は熱損失の低減原理
を説明する線図である。

同図において１はピストン、２は燃焼室、３は
燃料弁、７は燃料噴霧、８は燃料室２の周辺近傍
に２個配設された水噴射弁、９は水噴霧により形
成された薄い液膜を示す。第１図では多噴孔セン
タインジエクシヨンシステムの場合で２本の水噴
射弁８を有し、第２図は単噴孔サイドインジエク
シヨンシステムで１本の水噴射弁８を有する場合
を示している。

従来のシステムでは燃料の燃焼を良好にするた
めには、空気スワールを強くし混合気の形成を促
進をはかる必要があるが、空気スワールSwを強
めると燃焼が改善され発熱量が増加すると同時に
ピストンキヤビテイ２の壁面からの熱損失も増大
し、スワール強度が増大して燃焼改善しても充分
な効果が得られない問題点があつた。

従つて本考案では燃料噴射時期よりもやや早い
時期に水噴射弁８よりピストンキヤビテイ２の壁
に沿つてスワール方向に水を噴射するように該水
噴射弁８を設定する。そしてこれにより、燃焼開
始時期に燃焼室壁面に水の薄い液膜を形成してお
き、燃焼期間中に燃焼ガスからの対流熱伝達及び
火炎からのふく射熱伝達により前記水の液膜を蒸
発させ、燃焼室壁面より熱損失としてシリンダに
流出する熱量を作動ガスのエンタルピに変換し、
出力として利用しようとするものである。これは
高温作動ガスからピストン１への熱の流れを遮断
する機能を持たせたことを意味し、水噴射弁８よ
りの噴射量及び噴射時期を適正に設定することに
よつて熱損失自体を低減させることもできる。

第３図はこの状況を示した線図でａ図に示す曲
線Ｆはクランク角に対し水の蒸発率を示しｂ図は
排気損失を含む全熱損失Ｇ中水の蒸発によるエン
タルピ増加部分Ｆは出力として回収できることを
示している。ｃ図でＡは燃焼による真の熱発生
率、Ｂは本考案によるエンジンの有効出力となり
得る熱の発生率、Ｃは水の蒸発に要する熱量（ガ
スのエンタルピ増加分）、Ｄは従来システムのエ
ンジンの有効出力となり得る熱の発生率、Ｅ部分
は従来システムの全熱損失であり、Ｅ部分中ハツ
チング部分は燃焼室壁面の水の液膜の蒸発に要す
る熱量で出力として回収可能なことを示してい
る。

第２図に示す第２実施例の単噴孔サイドインジ
エクシヨンシステムにおいても第１実施例と同じ
作用効果が得られるが、空気スワール流速Swが
高い分だけ本考案の効果が大きくなるものと考え
られる。なおここではデイーゼル機関に例をとつ
て説明したが、他のガソリン機関等の内燃機関に
おいても同様の効果が得られ、また水噴射弁の本
数及び噴射弁の位置については実施例に限定され
るものではない。

〔考案の効果〕

本考案は前記のとおり構成したので、燃焼室壁
面に薄い水の液膜が形成され、これが加熱されて
蒸発し作動ガスから燃焼室壁への熱の流れを遮断
するので、熱損失を低減しエンジン性能を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜２図は本考案に係るもので第１図は第１
実施例の一部を断面とした斜視図、第２図は第２
実施例の第１図応当図、第３図は熱損失の低減の
原理を示す説明図、第４図ａ，ｂは従来の燃焼シ
ステムを示す第１図応当図である。 １……ピストン、２……燃焼室、３……燃料
弁、４……シリンダヘツド、５……シリンダライ
ナ、８……水噴射弁、９……水噴霧、Sw……空
気スワール。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 燃焼室内に生成された空気スワール中に燃料弁
   から燃料を噴射して着火燃焼させる直接噴射式内
   燃機関において、 前記燃焼室の周辺近傍に、噴射方向が前記空気
   スワールの流れ方向に設定され前記燃料弁からの
   燃料噴射よりも早期に水を燃焼室内に噴射する水
   噴射弁を１個または複数個配設したことを特徴と
   する内燃機関の燃焼装置。