JPH0458014A - ディーゼル機関の空調噴射装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、ディーゼル機関の空気噴射装置に関するも
のであり、更に詳しくはディーゼル機関の燃焼状態を良
好にしてその機関の燃費を向上させ排気を清浄にする装
置に関するものである。

（従来の技術） 従来のディーゼル機関の空気噴射装置としては、例えば
第６図に示すようなものがある。このディーゼル機関の
空気噴射装置は、シリンダ・ヘッド６１に補助シリンダ
６２と補助ピストン６３とて構成される空気室６４を設
け、燃焼室６５と空気室６４とを連通ずる空気噴射用通
路６６から補助ピストン６２をカム６７によりピストン
棒６８を介して駆動して空気室６４内の空気吸入用通路
６９により吸入された空気を所定の時期に燃焼室６５内
に圧送するようにしたものである。

この例では、ディーゼル機関の燃焼室への噴射空気の圧
送は、燃焼行程の任意の時期に設定することができるも
のである（公開実用新案公報　昭６２−１９３１２３　
　参照）。

さらに、第７図に他の例を示す。この例では、バネ枠体
７１内に内蔵されたバネ７２により常時下方向に押され
ている板７３とこの板７３に結合されている駆動ピスト
ン７４とを有しており、この駆動ピストン７４の先端に
シリンダ・ライチ内の燃焼室７５とそれぞれガス通路７
６．７７により連通された上部空気室７８と下部空気室
７つとに区割する空気室ピストン８０か設けられており
、これらにより空気噴射装置８１を構成しである。

そしてこの装置８１はディーゼル機関のシリンダ・ヘッ
ド８２に隣接して設けられている。このようにして構成
された空気噴射装置は、外部動力に依存しない簡易な機
構である面積差ピストンで空気の噴射を行なう方法であ
る（公開特許公報　昭６０〜３６７２２　　参照）。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の空気噴射装置ニアって
は、前者においては、燃焼室内に送り込む空気の送り込
み方法を外部からの動力によって行なう構成であるため
、空気噴射装置が機構的に複雑になるとともに大形化し
コストアップになるという問題点があり、また、後者に
おいては、外部からの動力に依存せぬ構成ではあるが、
ガス通路には開閉弁がないため、上下の空気室が常時燃
焼室に連通しており、このため、噴射する空気の圧力を
高めることは望めず、しかも噴射時期か燃焼行程の後期
に限定されてしまい、利用性に欠けるという問題点があ
った。

そこでこの発明は、噴射装置が外部からの動力に依存し
ない簡単なものであり、しかも噴射時期がある特定の時
期に限定されることのない利用範囲の広いものであるデ
ィーゼル機関の空気噴射装置を提供することにより、前
記問題点を解決することを目的としている。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） この発明は前記目的を達成するため、大口径ピストンが
摺動する大シリンダと、前記大口径ピストンに連結され
た小口径ピストンが摺動する小シリンダと、前記大口径
ピストンを上方に付勢するよう大シリンダ内に設けられ
たスプリングと、前記大口径ピストン上方の第１空気室
と燃焼室を連通ずる第１通路と、前記小口径ピストン下
方の第２空気室と燃焼室を連通ずる第２通路と、前記第
１通路を開閉するように設けられた第１開閉弁とを有す
るものであり、また、第２通路を開閉する第２開閉弁を
設け、ピストンの吸気行程で前記第２開閉弁を開き、圧
縮行程中期で前記第２開閉弁を閉じると共に第１開閉弁
を開き、この第１開閉弁を圧縮上死点直前で閉じ、膨張
行程で前記第２開閉弁を再度開くことを特徴とするもの
である。

（作用） 第１発明において、圧縮行程中は第１開閉弁を閉じるこ
とにより、圧縮ガスを第２空気室に蓄えておく。そして
膨張行程前期に第１開閉弁を開き大口径ピストン上方の
第１空気室に燃焼室内ガスを導入することにより面積差
を利用して第２空気室の圧縮ガスを燃焼室内へ圧送し、
燃焼ガスの撹拌、燃焼速度の向上熱効率の向上及びＮＯ
ｘ低下を図る。

又、第２発明において、吸気行程から圧縮行程中期まで
第２開閉弁を開き圧縮ガスを第２空気室に蓄えておく。

そしてこの圧縮行程の中期で第２開閉弁を閉じると同時
に第１開閉弁を開き燃料噴射開始時期の直前て閉しる。

これにより第２空気室内の圧縮ガスは高圧状態に保持さ
れている。そして膨張行程中の適当な時期に再度第２開
閉弁を開く事により撹拌効果等を更に向上させることが
できる。

（実施例） 以下この発明を第１図〜第５図に示す図面に基づいて説
明する。第１図は、この発明の一実施例を示す図である
。まず、構成を説明するとピストン１が摺動するシリン
ダ・ブロック２の上部に設置されているシリンダ・ヘッ
ド３に燃焼室４と吸入気体の流入する空気噴射穴すなわ
ち気体流路（第２通路）５により連通ずる第２空気室７
を設ける。この第２空気室７を構成するシリンダ７ａの
内壁を小口径ピストン６か摺動するように構成される。

さらに、小口径ピストン６と連結されスプリング８によ
り常時押し上げられている大口径ピストン９が収納され
ているピストン・ブロック１０を設ける。このブロック
１０と燃焼室４．シリンダ・ヘッド３を貫通して大口径
ピストン９の摺動する大口径ピストン・シリンダ１１の
内腔である上部室即ち第１空気室１１．８とを連通し、
吸入気体の流入する気体流路（第１通路）１２およびこ
の気体流路１２における空気流れを開閉制御する流路開
閉弁（第１開閉弁）すなわち電磁弁１３を設ける。

次に前記実施例の作用を説明する。

ピストン］の上下運動による吸気行程と圧縮行程では気
体流路１２は、電磁弁１３で閉の状態に保持されている
。

圧縮行程中、燃焼室４内の圧縮空気は気体流路５を経て
第２空気室７内に流入し空気が蓄えられる。つぎに、燃
焼室４内に燃料が噴射され、燃料か燃焼膨脂するピスト
ン１の燃焼行程に到った時点で電磁弁１３を開くと、高
圧の燃焼気体が気体流路］２から大口径ピストン・シリ
ンダ１１の第１空気室１１ａに導入することにより大口
径ピストン９に圧力が加わる。一方、小口径ピストン６
にも燃焼室４内の高圧燃焼気体の圧力が、気体流路５を
経て第１空気室７側から加わるが、受圧面積の差異によ
り大口径ピストン９か小口径ピストン６を押し下げるこ
とになり、このため、第２空気室７内に蓄えられていた
空気と流入してきた燃焼気体とが、気体流路５から燃焼
室４内に押し出される。気体流路５から押し出された空
気は、燃焼室４内の燃焼気体を撹拌し、燃料の燃焼速度
を早め熱効率を向上させると同時に燃焼温度を低下させ
るためＮＯＸの発生が低下し、さらに、燃料の不完全燃
焼に原因する煤煙（スモーク）を酸化燃焼させ黒煙の排
出を低減することができる。

第２図〜第４図には、第２の実施例を示す。第２図に、
気体流路（第１通路）１２に設けられた開閉弁（第１開
閉弁）Ａ１４と、さらに、第２空気室７と燃焼室４とが
連通ずる気体流路（第２通路）５との間に開閉弁（第２
開閉弁）Ｂ１０を設けた実施例の概念図を示す。第３図
に、ピストン１の４サイクル行程における燃焼室４内の
圧力と燃料噴射パターンを縦軸に、クランク角を横軸に
とった性能曲線を示す。第２図の概念図における開閉弁
Ａ１４と開閉弁Ｂ１５による流出入空気の制御の関係を
以下第３図を参照しつつ説明する。

第２図において、ピストン１の吸入行程で気体流路Ａ５
の開閉弁Ｂ１５を開にし、圧縮行程の中期すなわち第３
図中の人魚で開閉弁Ｂ１５を閉にして第２空気室７内に
導入された空気を密封する。

つぎの瞬間、開閉弁Ａ１４を開にして第２空気室７内に
密封された空気よりも圧縮圧力の高められた燃焼室４内
の空気を気体流路Ｂ１２から大口径ピストン・シリンダ
１１上の第１空気室１１ａ内に導入し、燃焼噴射開始時
期すなわち第３図中の０点、（圧縮上死点ＴＤＣ）の直
前である８点で開閉弁Ａ１４を閉にする。このように開
閉弁Ａ１４および開閉弁Ｂ１５を制御することにより、
開閉弁Ａ１４と大口径ピストン９との間に密封された圧
縮行程での高圧縮空気が、大口径ピストン９とこれに連
結されている小口径ピストン６を押す結果、第２空気室
７内の空気は、より高圧状態に圧縮されることとなる。

つぎに、ピストン１の燃焼膨張行程初期である第３図中
のＤ〜Ｅの期間に、第２図中の開閉弁Ｂ１５を再度間と
することにより第２空気室７内の高圧状態に圧縮されて
いた空気が気体流路Ａ５を経て燃焼室４内に勢いよく噴
射される。この結果、燃焼室４内の燃焼気体の撹拌効果
かより効果的となる。また、第２空気室７と気体流路Ａ
５と気体流路Ｂ１２内への燃焼気体の流入を開閉弁Ａ１
４と開閉弁Ｂ１５とが遮断する機構となっているので熱
伝導によるシリンダ・ヘッド３の過熱や気体流路Ａ５と
気体流路Ｂ１２内への燃焼気体の流入による炭素沈着す
なわち流路閉塞などの問題も解決できることとなる。

第４図に、第２図の具体的な構造図を示す。この図にお
ける構造を説明する。第２空気室７と燃焼室４との連通
路である気体流路Ａ５に第２空気室７内の圧縮空気の噴
出を制御する針弁１８と針弁〕８を押す針弁スプリング
２２と針弁１８を駆動する電磁弁Ｂ１７とが設けられ、
大口径ピストン９への気体流路Ｂ１２に流入空気の流れ
を制御する三方電磁弁１９と導入された第２空気室７内
の空気の逆流を防止する逆止弁２０が設けられている。

前述の要素と共に大口径ピストンつと小口径ピストン６
は共に空気噴射装置ブロック１０に組込まれである。

つぎに第２の実施例（第４図のもの）の作用を説明する
。ピストン１の圧縮行程初期から中期すなわち前述第３
図において説明したＡ点まで、気体流路Ｂ１２に設けら
れている三方電磁弁１９を第２空気室７に圧縮空気が導
かれるように切り変えておく。このため、燃焼室４から
の圧縮空気が入口連通路５ａから逆止弁２０を経て第２
空気室７内に導入されここに蓄えられる。つぎに前述の
Ａ点に達したら大口径ピストン・シリンダ１１の上部の
第１空気室１１ａに燃焼室４内の圧縮空気を供給するよ
うに三方電磁弁］９を切り換えると、入口連通路５ａか
ら気体流路Ｂ（第１通路）１２を経て第１空気室１１ａ
内に圧縮空気が導入される。このとき第２空気室７は三
方電磁弁１９により閉さされている。この結果、大口径
ピストン９に圧縮が加わり、これと連動する小口径ピス
トン６がより高い圧力で第２空気室７内の空気を圧縮す
る。そしてピストン１の圧縮行程の燃料噴射開始直前す
なわち第３図で説明した図中の８点て三方電磁弁１９を
気体流路Ｂ（第１通路）］２が完全に閉となる位置に設
定する。このようにすることにより燃焼室４側と第２空
気室７とは確実に遮断され断熱される。つぎに、燃焼室
４内で燃料の燃焼が始まり空気噴射時期すなわち第３図
に説明した図中のＤ−Ｅの所定期間に針弁１８を電磁弁
Ｂ１７の非作動で開とすることにより、第２空気室７内
の圧縮空気が気体流路Ａ５を通り定められた方向で燃焼
室４内に噴出される。ここで第１空気室７内の圧縮空気
圧は、大口径ピストン９と小口径ピストン６の受圧面積
によって決められるが、３００〜５００　ｋ　ｇ　／　
ｃ　ｍ　２程度のものにすることが望ましい。一方、燃
焼室４内の燃焼気体の圧力は、１００〜１２０ｋｇ／ｃ
ｍ２程度であるので充分な空気噴射が可能となる。

第５図に第３の実施例を示す。この実施例は蓄圧式燃料
噴射弁の原理を空気噴射弁に利用したものである。

まず、構成を説明するとこれは、第４図で説明した針弁
開閉用の電磁弁Ｂ１５を無くし、針弁１８の周囲に正射
される圧縮空気の圧力を利用したものである。シリンダ
・ヘッド３には、燃焼室４と連通する気体流路Ｂ１２と
気体流路Ｂ１２と三方電磁弁１９のバルブ部２７との接
合部に設けられた流入空気の貯留室２９．貯留室２つか
ら分岐された気体流路Ｃ１６，逆止弁２０．逆止弁２０
と第２空気室７とを連通ずる連通孔２５．第２空気室７
の下部に設けられ可動できる針弁上蓋２４針弁上蓋２４
とともに摺動し針弁スプリング２２により常時下方の気
体流路Ａ５の流路を閉の状態に保持している針弁１８．
第２空気室７とシリンダ弁１８の収納されている第３空
気室２３とを連通ずる間隙２６か設けられた空気噴射装
置３０が取付けられている。装置３０は、また第２空気
室７の上部に小口径ピストン６と連結されスプリング８
により常時下方に押し上げられている大口径ピストン９
および大口径ピストン９を加圧し燃焼室４内の圧縮圧力
を制御するバルブ部２７の設けられた三方電磁弁１９と
大口径ピストン９の加圧空気を大口径ピストン・シリン
ダ１１の上部の第１空気室１１ａ内から外部に排出させ
る排出流路２８とが１体構造として形成されている。

つぎに第３実施例の作用を説明する。

ピストン１で圧縮された圧縮空気は、燃焼室４に連通し
ている気体流路Ｂ１２．貯留室２９．気体流路Ｃ１６を
経て逆止弁２ｏを押しあけなから連通孔２５から第２空
気室７内に流入する。第２空気室７内への圧縮空気の流
入が終了する時点すなわち前述第３図中のＡ点に相当す
る時点て、三方電磁弁１９を作動させバルブ部２７を図
中の右側に移動し燃焼室４からの圧縮空気を大口径ピス
トン・シリンダ１１の第１空気室１１ａに導入する。こ
こに導入された圧縮空気は、スプリング８の伸長力に打
ち勝ち大口径ピストン９に圧力を加えることとなり、大
口径ピストン９に連結されている小口径ピストン６にも
圧力が加わり第２空気室７に導入されていた圧縮空気を
更に圧縮し始める。第２空気室７内の圧縮空気が圧縮さ
れ始めると逆止弁２０が作動し気体流路Ｃ１６への第２
空気室７内の圧縮空気の逆流を防止するとともに圧縮さ
れ始めた第２空気室内７内の圧縮空気が、針弁１８の針
弁スプリング２２に抗して弁２６ａを押し下げ、間隙２
６を経て第３空気室２３内に圧縮封入される。つぎに、
第３空気室２３内および第２空気室７内の高圧縮された
圧縮空気の圧力と第１空気室１１ａの圧縮空気の圧力と
が均衡に達した時点で三方電磁弁１９のバルブ部２７を
、さらに図中の右側に移動し、大口径ピストン・シリン
ダ１１内の圧縮空気を排出流路２８に流出させることに
より、大口径ピストン９に加えられていた圧力が消失す
る。大口径ピストン９の圧力が消失するとこれに連結さ
れている小口径ピストン６の圧力も消失し、大口径ピス
トン９と小口径ピストン６は、スプリング８の伸長力と
第２空気室７内の高圧縮された圧縮空気の圧力により上
方に引き戻される。この結果、弁２６ａと共に針弁上蓋
２４が第２空気室７の底部に押し付けられ、第２空気室
７内と第３空気室２３内とを連通していた間隙２６も閉
さされ、第３空気室２３内に密封。

高圧縮された圧縮空気の流出口は、燃焼室４側の気体流
路Ａ５のみとなる。一方、針弁１８は、第２空気室７内
の圧力減少と第３空気室２３内の高圧縮された圧縮空気
の圧力により、針弁スプリング２２を押し縮めるように
して持ち上げられる。

このため、第３空気室２３内の高圧縮された圧縮空気は
、針弁１８の上方移動により開かれた燃焼室４側の気体
流路Ａ５から燃焼室４内に、所定の指向方向で噴出され
、燃焼室４内の燃焼気体を撹拌する。ついて、針弁］８
の周囲の空気圧力即ち第３空気室２３内の圧力が低下す
ると針弁１８は、針弁スプリング２２の伸長力により押
し下げられ燃焼室４への気体流路Ａ５を閉ざすように作
用する。

［発明の効果コ 以上説明してきたように、この発明によれば、従来のも
ののように外部動力を使用しないため、噴出空気による
燃焼気体の撹拌、燃焼効率の向上。

燃焼温度の低下によるＮＯＸの低減、燃料の不完全燃焼
による炭素排出の減少を簡易な構造の空気噴射装置で実
現できるという効果が得られる。

さらに以下のような効果もある。

燃焼室と空気室および大口径ピストンシリンダへの空気
流路に、それぞれ針弁あるいは電磁弁を設けることによ
り導入された圧縮空気は、より高い圧力を得て勢いよく
燃焼室内へ噴出されるため燃焼気体の撹拌効果がより大
となり、かつ、燃焼気体の空気流路内への逆流も防止さ
れディーゼル機関の保守にも効果が大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るディーゼル機関の空気噴射装置
の一実施例の主要部分断面図、第２図は、本発明に係る
第２の実施例の基本概念図、第３図は、本発明に係る燃
焼室内圧力とピストンの行程および開閉弁制御位置との
関係の説明図、第４図は、本発明に係る針弁と空気室と
が並列に設置された第３図に示す第２の実施例の主要部
分断面図、第５図は、本発明に係る針弁と空気室とが直
列に設置された第３の実施例の主要部分断面図、第６図
は、外部動力で駆動する従来のディーゼル機関の空気噴
射装置の断面図、第７図は、面積差ピストンにより駆動
する従来のディーゼル機関の空気噴射装置の断面図であ
る。 １・・・ピストン　　　２・・・シリンダ・ブロック３
・・・シリンダ・ヘッド　４・・・燃焼室５・・・気体
流路Ａ（第２通路） ６・・・小口径ピストン　７・・・第２空気室７ａ・・
・小シリンダ　　８・・・スプリング９・・・大口径ピ
ストン １０・・・ピストン・ブロック １１・・・大口径ピストン・シリンダ １１ａ・・・第１空気室 １２・・・気体流路Ｂ（第１通路） １３・・・電磁弁Ａ（第１開閉弁） １４・・・開閉弁Ａ（第１開閉弁） １５・・・開閉弁Ｂ（第２開閉弁）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）大口径ピストンが摺動する大シリンダと、前記大
   口径ピストンに連結された小口径ピストンが摺動する小
   シリンダと、前記大口径ピストンを上方に付勢するよう
   大シリンダ内に設けられたスプリングと、前記大口径ピ
   ストン上方の第１空気室と燃焼室を連通する第１通路と
   、前記小口径ピストン下方の第２空気室と燃焼室を連通
   する第２通路と、前記第１通路を開閉するように設けら
   れた第１開閉弁とを有するディーゼル機関の空気噴射装
   置。
2. （２）第２通路を開閉する第２開閉弁を設け、ピストン
   の吸気行程で前記第２開閉弁を開き、圧縮行程中期で前
   記第２開閉弁を閉じると共に第１開閉弁を開き、この第
   １開閉弁を圧縮上死点直前で閉じ、膨張行程で前記第２
   開閉弁を再度開くことを特徴とする請求項（１）記載の
   ディーゼル機関の空気噴射装置。