JPH05505662A - ピストン機関タイプの燃焼機関 - 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】 本発明はピストン機関タイプの燃焼機関に係わる。

従来の技術 自動車や船舶やその他の動力システムを駆動するために、ディーゼル機関やガソ リン機関やガス機関を使用することが知られている。これらの機関の全てはオツ トー型機関タイプであり、該機関は、燃焼室内で点火された後でその燃焼が圧力 増大を生じさせる一定の量の空気／燃料混合気によって作動させられる。

この圧力増大は点火の直後に起こるのではな（、ある一定の時間内に漸進的に起 こる。ディーゼル機関の点火機構は、加熱過程中の焼玉管（ｈｏｔ−ｂａｌｂ　 ＋ａｂ＋）　と任意に組み合わされた自然発火であり、この場合に可燃性混合気 が燃焼室内の圧力増大によって点火される。その他の２つのタイプの機関、即ち ガソリン機関とガス機関は、点火システムからの火花によって点火される。後者 の２つのタイプの機関は通常は自然発火を用いない。

しかしそれにも係わらず自然発火が発生させられる場合には、例えばガソリン機 関では、不利な効果、即ちピッキング（ｐｉｃｋｉｎｇ）又は爆燃に伴われる。

自動車駆動用のガス機関は一般的にガソリン機関の原理に基づいて作られ、直接 的にガス用に作られるか又はガス用に転換可能であるかのどちらかである。

ディーゼル機関とガソリン機関の間の顕著な相違は、圧縮比に見い出される。デ ィーゼル機関の圧縮比は１２．１を越えることが多く、一方のガソリン機関の圧 縮比はｌＯＩを越えることが殆どない。ガソリン機関における着火点は、一般的 にその上死点（ＴＤＣ）の前の約１２°〜約３°の範囲内にあり、その結果とし て、燃焼室内においては上死点（ＴＤＣ）の後まで最高圧に達しない。

発明の開示 本発明の目的は、効率の高い燃焼機関を提供することと、ディーゼル機関をガス 機関に容易に転換することを可能にすることと、出力増大のための容易な方法を 提供することとである。

本発明による燃焼機関は、その静圧縮比（ｕｔ＋ｉｅｃｏｍｐ＋ｅ＋＋ｉｏｎ　 ｒｘ＋ｉｏ）が約１５１を上回り、特に約１５：１〜約２０１の範囲内であり、 好ましくは約１７１であるということと、その着火点が、上死点（ＴＤＣ）の後 に、特に約０’ＴＤＣから約Ｈ’　ＴＤＣの範囲内に、好ましくは約４６ＴＤＣ に位置させられるということを特徴とする。その結果として、その予定圧縮比に おけるその自然発火能力が一般的に十分ではない燃料の発火が取得されることが 可能である。その結果としての発火が、約９０°ＴＤＣのシリンダ内で最高圧を 発生させ、それによって、燃焼室内の温度の急激な上昇を同時に伴うことなく燃 料の高い効率が得られる。

本発明による燃焼機関の実施例は、その燃料が、空気と混合されたオートガス（ Ｊｏｔｏｇｓｓ）の形の液体プロパンガス（Ｌｌ’Ｇ）を含み、このＬＰＧが主 にプロパンとブタンを含み、また空気が約２１％の酸素を含む大気空気であるよ うな実施例である。この方法では、高純度の従来の燃料を使用することによって 燃焼機関の出力を増大させることが可能であり、その場合にその燃焼生成物は主 として二酸化炭素と水である。

本発明による燃焼機関の別の実施例は、１２５１ｍの内径と１３０Ｈのストロー クを有する９５７０ｃｍ　３の６気筒機関であり、ＬｏｍｅｎＮｉｏｎタイプの 点火システムのような点火システムと、Ｒｅｆｉｚｏ　Ｍｘｌｉｅタイプの蒸発 システムのような蒸発システムと、ベンチュリを含む気化システムと、ディーゼ ル装置（Ｄ　ｉ　ｓ　ｓ　ｅ　１ｒｉｇ）用の標準的な排気システムとを備えて いることを特徴とする。その結果として、公知のディーゼル機関を高効率ガス機 関に低コストで転換することが可能である。

更に本発明による燃焼機関は、ポンプと管類とノズルシステムとを含むディーゼ ル装置の燃料噴射システムが、点火コイルトティストリヒュータト高圧リード線 （ｈｉｇｈ　ｔｅｎｓｉｏｎ　Ｉｃｔｄｌ　とスパークプラグとを含む点火シス テムによって置き換えられることを特徴とする。この方法では、上記転換のため に、容易に入手可能な従来の構成部品を使用することが可能である。

更に本発明による燃焼機関は、ディーゼル装置の燃料噴射システムの制御装置が 点火システムのディストリビユータを制御するために使用され、その結果として 、点火システムの十分に精確な制御が高い効率と同時に得られることを特徴とす る。

本発明による燃焼機関の実施例では、好ましくはスパーク放電タイプの、又はそ の代わりに焼玉（ｈｏｔ−ｂｏｌｂ）タイプの点火プラグが、ディーゼル用の燃 料ノズルとして使用されるシリンダヘッドの開口の中に挿入されていることを特 徴とする。この方法では、そうした機関を出発点から作り上げるのが非常に高コ ストである時に、既知の機関の効率を増大させることが可能である。約１０％を 越える出力増大と、約１０％を越える燃料消賀の低減と、約２０％を越える燃料 コストの削減を伴って、非常に効率的にその機関を動かすことが可能である。

本発明による燃焼機関の別の実施例は、「ベンチュリと吸気マニホルドとの間の 移行部分の直径Ｄ７Ｊ　：　ｒベンチュリと吸気マニホルドとの間の距離」の比 率が、約１ｅｔ５から約１．５の間であり、好ましくは約１．１０であり、それ によって燃料と空気の十分に適切な混合気が得られることを特徴とする。

本発明による燃焼機関のためのベンチュリは、そのフロ一方向で見た場合に軸に 関してほぼ対称であり、且つ直径Ｄｉの混合室と、直径Ｄ３の環状スロット形成 リングの入口側と、直径Ｄ５の環状スロット形成リングの出口側と、吸気マニホ ルドへの直径Ｄ７の移行部分を有し、それによって、非常に少数の部品しか含ま ない構造が得られることを特徴とする。

本発明によるベンチュリの実施例は、前記環状スロット形成リングと、吸気マニ ホルドに接続された前記移行部分とが一体となって燃料排出ノズル装置を形成し 、その結果として空気流と燃料流が、その混合プロセスの直後に非常に大きな接 触表面を呈することを特徴とする。

有利には本発明によるベンチュリは、前記ノズル装置が前記移行部分の周囲に隣 接して配置され、そのベンチュリと前記移行部分との間の中間にスロットルが配 置されているようなベンチュリである。

図面の簡単な説明 本発明は、添付図面を参照して以下でより詳細に説明される。

図１は、本発明による燃焼機関の斜視図である。

図２は、転換の原理を示す概略図である。

図３は、転換されたシリンダヘッドの部分図である。

図４は、本発明による燃焼機関のためのベンチュリを示す断面図である。

本発明を実施するための最善の形態 本発明は、図１の燃焼機関で試験され、前記機関は参照番号１で示される。この 機関は、一般的に貨物自動車とそれに票似する自動車のために使用されるディー ゼル機関であるＦ目ｔ＋７ｐｅ　８２２０．１２である。この機関は、２６００ ｒ、　ｐ、　ｔｉ、において２０５ｈ、　Ｌに相当する１５１　ｋＷを一般的に 発生させる６気筒４行程ディーゼル機関である。この機関は、１６００ｒ、ｐ、 ｍ、において６５に１ｍに相当する６３８Ｎｍのトルクを有する。その内径は１ ２５■であり、その行程はＮ０１ｍであり、このことは９５７０ｅｍ３の排気量 からの結果である。その圧縮比は、焼玉管なしで運転するディーゼル機関に対し て設定されており、前記圧縮比はこの場合番二１７１である。

この機関には一般に、電池充電用の発電機や、ウォータポンプや、冷却システム 用送風機のような様々な周辺装置が備えられている。こうした周辺装置全ては、 ディーゼル機関からガス用機関への転換に関して保存されることが可能である。

変速装置、即ち機関から道路への連接部も保存されることが可能であり、その機 関の特性が大きく変化しないが故に、その金歯数比を変更することも不要である 。もちろん、より高い毎分回転数でより多くの出力をその機関に発生させること が可能であるが、しかしこれと同時に１耗と破損が増大させられ、従ってその変 速装置が変更されなければならない。ディーゼル機関をガス用機関へ転換するこ とに関連する特に重要な問題は、非常に僅かな部品だけが取り替えられるだけで よいということである。

図２は、原則的に取り替えられるディーゼル機関部品を図示する。そのディーゼ ル機関の吸気マニホルドと排気マニホルドは保存されるが、吸気マニホルド１１ は、［１ｅｎｔｏ　Ｍ＊ｌ＋ｃタイプの蒸発システムのような蒸発システム５に ）くイブ５３を介して接続された気化装置７に連結されている。蒸発器５は、自 動車内のディーゼル油タンクに取って代わるガスタンクに接続される。

このガスタンクは従来のタイプであり、オートガス又は液体プロパンガスに適合 させられている。

気化装置は次のように形成されている。

空気がエアフィルタ６３を通って流れ込み、その空気がガスとその中で混合させ られるベンチュリ７１を通過する。それに続いて、空気とガスの混合気が移行部 分７７を通って吸気マニホルド１１へ進む。この移行部分は、５５１１１１の内 径Ｄ７を有する約５０ｃｍの長さの円形管を含む。機関１の点火システム３は、 Ｌａ１ｅｎｉｊｉｏｎタイプの点火システムのような電子点火システムを有する 。この点火システムは、点火コイル３１と、ディストリビュータ３３と、適切な 高圧リード線３５と組み合わされた（本実施例では６つの）スパークプラグ３７ とを有する。この電子点火システムと点火コイル３１は、通常行われる調節を可 能にする従来タイプのものである。ディストリビュータカバーと高圧リード線３ ５とスパークプラグ３７も従来タイプのものであるが、しかしディストリビュー タ３３のベース部材は、使用される機関１のために特別に設計されている。この ベース部材は機関内の軸に連結されなければならず、前記軸はクランク軸と同期 回転する。この軸は、例えばカム輸又は釣合い輪であってよい。ディーゼル機関 は、一般的に、ディーゼル油を各燃焼室のノズルに送り込む外部ポンプ送りシス テムと組み合わされる。そうしたポンプ送りシステムが転換後には不要であるが 故に、ディストリビュータ３３はこの位置で機関１に有利に接続されることが可 能である。この位置の更に別の利点は、その軸が機関１のクランク軸と同期して 動かされ、また前記軸は以前にはポンプ送りシステムを駆動したが、転換後には ディストリビュータ３３を駆動するということである。

図３は、本発明による機関１のシリンダヘッド９の１左Ｉであり、この図は、２ つの弁、即ち吸気弁９３と排気弁９５を有する燃焼室の上面を示す。ディーゼル 運転に関しては、噴射ノズルが上記２つの弁の間に位置している。噴射ノズルが 、従来のスパークプラグ３７によって置き換えられている。この置き換えは、シ リンダヘッド９内の開口９１の中にねじ山付き接続個所を備えることによって可 能にされ、この接続個所の中にスパークプラグ３７が挿入されることが可能であ る。このねじ山付き接続個所は、スパークプラグ３７が燃焼室内に適正に位置決 めされるような接続個所であることが可能である。ディーゼル機関内の噴射ノズ ルとガス機関内のスパークプラグ３７の両方が、理論的に言って燃焼室内の同一 の位置に、即ち燃焼における圧力波の伝播の幾何学的中心と見なされる位置に配 置される。燃料がシリンダ内に直接的に噴射されず、その代わりに前記シリンダ 内に空気流が入る直前に燃料が吸気弁の上に噴霧される機関に関しては、スパー クプラグ３７が燃焼室内に配置されなければならないが故に、上記のような容易 な転換は困難である。しかし噴射ノズルは、ディーゼル機関の燃焼室内に配置さ れるのが一般的である。

図４は、ガス機関用の吸気システムに関連して使用されるベンチュリを図示する 。

本発明による転換のために使用されるべき燃焼機関１は、約１５．１を上回る静 圧縮化を示さなければならず、特に約１５：ｌ〜約２０１の範囲内の、好ましく は約１７１の静圧縮化を示さなければならない。スパークプラグ３７の着火点は 上死点（ＴＤＣ）の後に位置させられる。この着火点は約０６　ＴＤＣ〜約２０ °Ｔ［ｌＣの範囲内であり、好ましくは約４’ＴＤＣである。この着火点は特に ガスの組成によって決まるが、液体プロパンガスが使用される時には、この着火 点は比較的変化しない。

燃焼機関１のために使用されるべき燃料は一般的に、空気と混合されたオートガ スの形態の液体プロパンガスであり、この液体プロパンガスは主としてプロパン とブタンを含む。空気は約２１％の酸素を含む普通の大気空気である。なお他の ガス組成物を使用することも可能であるが、天然ガスは、スペースの都合上で自 動車上で必要な液体状態を維持するためには、非常に堅固なタンク及び非常に低 い温度を必要とする。自動車における天然ガスの使用を可能にする他のタイプの 貯蔵タンクが開発されてもよい。都市ガスも使用可能であるが、液体プロパンガ スに比較して、前記都市ガスの蒸発エネルギは著しく小さい。

燃焼機関１の転換は、好ましくはスパークプラグタイプの、又はその代わりに焼 玉タイプのプラグ３７をシリンダヘッド９の開口ｇ１に与える段階を含み（図３ 参照）、前記開口はディーゼルのための燃料ノズルとして以前に使用されたもの である。

基本構造に関する限り、その燃焼機関１はディーゼル機関である。燃焼機関１に は、Ｌａｍｔｎｉｌｉｏｎタイプの点火システムのような点火システム３と、Ｒ ｅｆｌτｏ　Ｍ＊＋ｉｅタイプの蒸発システムのような蒸発システム５と、ベン チュリ７１を含む気化装置とが備えられている。以前には機関１のディーゼル運 転のために使用された排気システムは、そのまま同じ状態で残る。もちろん、点 火システム３と蒸発システム５は、上記のもの以外の他のタイプであってもよい 。点火システム３は電子点火システムである必要はなく、純粋に機械的な点火シ ステムであってもよい。

ポンプと管類とノズルシステムを含むディーゼル機関の燃料噴射システムが、点 火コイル３１とディストリビュータ３３と高圧リード線３５とスパークプラグ３ ７とを含む点火システム３によって置き換えられている。

ディーゼル機関の燃料噴射システムを制御する制御装置、即ち駆動輪が、点火シ ステム３のディストリビュータ３３を制御するために使用される。

燃焼機関１のためのベンチュＩＪ７１が図４に図解され、このベンチュリ７１は 、フロ一方向１３で見た場合に軸に関してほぼ対称である。このベンチュリは、 直径［１１の混合室７３を有し、このＤｌは約９１１＋ｓに相当する。その後に 環状のスロット形成リング７５の入口側が通過され、前記入口側は直径Ｄ３であ り、このＤ３は約７４ａｓに相当する。それに続いて環状スロット形成リング７ ５の出口側が通過され、前記出口側は直径［１５であり、このＤ５は約４５＋ａ ｍに相当する。最後に直径Ｄ７の移行部分７７が続き、このＤ７は約５５１に相 当する。約５ｍｍの幅の環状スロット７９が、環状スロット形成リング７５の出 口側と移行部分７７との間に形成されている。

環状スロット７９の幅は、移行部分７７に関して環状スロット形成リング下５を 前後に動かすことによって調節されることが可能である。例えば環状スロット形 成リング７５の移動は、このリングを混合室７３の中にねじ込むことによって行 われることが可能である。混合室の！１３と環状スロット形成リング７５との間 に環状の室７６が与えられ、前記環状室は、ガスが環状スロット７９を通って出 て行く前にそのガスを分散させるのに役立つ。

［移行部分７７の直径」：「ベンチュリ目と吸気マニホルド１１との間の距離」 の比率は、約１１５から約１５の間であり、好ましくは約１１０である。空気と ガスの適切な混合気を得るためには、移行部分７７が十分に長いことが重要であ る。移行部分７７が短すぎる場合には、個々のシリンダが、過剰に濃いか過剰に 薄いかのどちらかの異なった混合気を供給される。

環状スロット形成リング７５と吸気マニホルド［１に接続された移行部分７７と は共に、燃料送給ノズル装置又は環状スロット７９を形成する。燃料が静止表面 の付近に送り込まれ、従って遷移層内にある時にさえも、適切な混合気が得られ ることが可能である。

ノズル装置７９が移行部分７７の周囲に隣接して配置され、スロットル６１がベ ンチュリ７１と移行部分７７の間の中間部分に隣接して配置される。スロットル ６１は、機関１の出力を調節するために、スビーダの通常の起動に応答して起動 される。

本発明は上記の実施例に限定されず、それによって本発明の範囲から逸脱するこ となく様々な仕方で改変されることが可能である。例えば１つ以上のベンチュリ が使用されることが可能であり、点火システムが静電点火を含むことが可能であ る。

要　約 その静圧縮化が約１５：１を上回り、特に約１５１〜約２０，１の範囲内であり 、好ましくは約１７．１であるピストン機関タイプの燃焼機関ｆｌ）。この機関 には、その着火点が、上死点（ＴＤＣ）の後に、特に約０’　Ｔａ１ｃから約２ ０’　ＴｌＩＣの範囲内に、好ましくは約４゜丁ＤＣに位置させられた着火シス テム（３）が備えられている。その結果として、その予定圧縮比におけるその自 然発火能力が一般的に十分ではない燃料の発火が取得されることが可能である。

その結果としての発火が、約９０’　ＴＤＣのシリンダ内で最高圧を発生させ、 それによって、燃焼室内の温度の急激な増大を同時に伴うことなしにその燃料の 高い効率が得られる。本発明による燃焼機関（１）のためのベンチュリ（７１） は、そのフロ一方向で見た場合に概ね輪に関して対称である。このベンチッソは 、混合室と、環状スロット形成リングの入口側と、環状のスロット形成リングの 出口側と、吸気マニホルド（１１）への移行部分（７７）とを有する。

補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）平成４年９月１６日 ―

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ピストン機関タイプの燃焼機関であって、その静圧縮比が約１５：１を上回 り、特に約１５：１〜約２０：１の範囲内であり、好ましくは約１７：１である ことと、その着火点が、上死点（ＴＤＣ）の後に、特に約０°ＴＤＣから約２０ °ＴＤＣの範囲内に、好ましくは約４°ＴＤＣに位置していることを特徴とする 燃焼機関。 ２．その燃料が、空気と混合されたオートガスの形の液体プロパンガス（ＬＰＧ ）を含み、このＬＰＧが主にプロパンとブタンを含み、前記空気が約２１％の酸 素を含む大気空気であることを特徴とする請求項１に記載の燃焼機関。 ３．１２５ｍｍの内径と１３０ｍｍのストロークを有する９５７０ｃｍ３の６気 筒機関（１）であり、Ｌｕｍｅｎｉｔｉｏｎタイプの点火システムのような点火 シスチーム（３）と、ＲｅｎｚｏＭａｔｉｃタイプの蒸発システムのような蒸発 システム（５）と、ベンチュリ（７１）を含む気化システム（７）と、ディーゼ ル装置用の標準的な排気システムとを備えていることを特徴とする請求項１又は ２に記載の燃焼機関。 ４．ポンプと管類とノズルシステムとを含むディーゼル装置の燃料噴射システム が、点火コイル（３１）とディストリビュータ（３３）と高圧リード線（３５） とスパークプラグ（３７）とを含む点火システム（３）によって置き換えられて いることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の燃焼機関。 ５．前記ディーゼル装置の燃料噴射システムの制御装置が、前記点火システム（ ３）のディストリビュータ（３３）を制御するために使用されていることを特徴 とする請求項１から４のいずれか一項に記載の燃焼機関。 ６．好ましくはスパーク放電タイプの又はその代わりに焼玉タイプの点火プラグ （３７）が、ディーゼル用燃料ノズルとして使用されるシリンダヘッド（９）の 閉口（９１）の中に挿入されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか 一項に記載の燃焼機関。 ７．「ベンチュリ（７１）と吸気マニホルド（１１）との間の移行部分（７７） の直径Ｄ７」：「ベンチュリ（７１）と吸気マニホルド（１１）との間の距離」 の比率が、約１：１５から約１：５の間であり、好ましくは約１：１０であるこ とを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の燃焼機関。 ８．そのフロー方向（１３）で見た場合に軸に関してほぼ対称であり、且つ直径 Ｄ１の混合室（７３）と、直径Ｄ３の環状スロット形成リング（７５）の入口側 と、直径Ｄ５の環状スロット形成リング（７５）の出口側と、吸気マニホルド（ １１）への直径Ｄ７の移行部分（７７）とを有することを特徴とする請求項１か ら７のいずれか一項に記載の燃焼機関のためのベンチュリ。 ９．前記環状スロット形成リング（７５）と、吸気マニホルド（１１）に接続さ れた前記移行部分（７７）とが一体となって燃料排出ノズル装置（７９）を形成 することを特徴とする請求項８に記載のベンチュリ。 １０．前記ノズル装置（７９）が前記移行部分（７７）の周囲に隣接して配置さ れ、前記ベンチュリと前記移行部分との間の中間にスロットル（６１）が配置さ れていることを特徴とする請求項８又は９に記載のベンチュリ。