JPH06281115A - 燃焼機用の燃料噴射方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】燃焼室において燃料の気化が速やかに行われて
空気との混合が良好となり、効率の良い燃焼によって、
円滑で高い回転動力が得られる燃焼機用の燃料供給方法
および装置を提供する。 【構成】燃料噴射ノズル３における噴出部に設けた送出
体４の噴口５に対応させて、下流へ向かうにしたがって
広がる流動部19を有する気化促進体６を燃焼室２内に設
け、送出体４の外周に他の燃料の流路が形成されるよう
に副送出体７，８を設けて、前記送出体４の下部には下
流へ向かうにしたがって広がる副流動部21, 22を有する
副気化促進体９，10を延設させると共に、副送出体７，
８に副燃料噴射ノズル11, 12を連係させ、送出体４およ
び副送出体７，８ごとに供給される副数種または同種の
燃料を気化促進体６と副気化促進体９，10との流動部1
9, 21, 22の外側表面へ薄膜状に流動させる。 【効果】燃焼室において燃料の気化が速やかに行われて
空気との混合が良好となり、効率の良い燃焼によって、
円滑で高い回転動力が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃焼機、例えば、内燃
機関や推進機関等における燃料装置に使用する燃焼機用
の燃料噴射方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、燃焼機、例えば、自動車等に用い
られるディーゼンエンジン等の内燃機関において、燃料
噴射用のポンプ等により噴射された燃料の形態は、所定
径の棒状の液体状態で燃焼室へ導入されるので、燃焼に
必要な気化現象を起こすのには一定の時間差が生ずる
が、これに起因するイグニッションラグを発生させない
ように、ディーゼルエンジンでは、あらかじめ、噴射時
期を進角させたり、ノズルの噴口部に多孔部材を設けて
棒状の噴出流を多方向へ拡散したりする等の手段を講じ
て対応している。

【０００３】しかしながら、燃焼室内においては、燃料
噴射から発火までの時間内において噴射された燃料の全
量は、気化して一気に燃焼することになり、急激な圧力
上昇と温度上昇を引き起こすので、ディーゼルノックを
起こしたり、噴射された燃料が燃焼室内で完全に気化さ
れる前に、ある量が液滴のまま燃焼し、液滴の外周面か
ら燃焼するから、燃焼が液滴の中心部へ及ぶにしたがっ
て、この液滴は気化しながら拡大し燃焼をするため周辺
の酸素が不足し、内部の対流が少ない場合は不完全燃焼
等の弊害も発生する。

【０００４】更に、NOX の排出量が著しく増加する問題
点も生ずるものであって、しかも、前記した急激な圧力
・温度上昇が甚だしいときは、衝撃波を発生してエンジ
ンを損傷させることもある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記した問
題点を解決するめになされるもので、燃料噴射ノズルに
おける噴出部に設けた送出体の噴口に対応させて、下流
へ向かうにしたがって広がる流動部を有する気化促進体
を燃焼室内に設け、送出体の外周に他の燃料の流路が形
成されるように副送出体を設けて、前記送出体の下部に
は下流へ向かうにしたがって広がる副流動部を有する副
気化促進体を延設させると共に、副送出体に副燃料噴射
ノズルを連係させ、各送出体および副送出体ごとに供給
される副数種または同種の燃料を気化促進体と副気化促
進体との流動部の外側表面へ薄膜状に流動させることに
より、燃焼室において燃料の気化が速やかに行われて空
気との混合が良好となり、効率の良い燃焼によって、円
滑で高い回転動力が得られる燃焼機用の燃料供給方法お
よび装置を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記した目的を達成する
ための本発明の手段は、燃焼機における燃焼室へ臨ませ
た燃料噴射ノズルにおける送出体の噴口より、その下部
に設けた気化促進体へ向かって燃料を噴射させ、該気化
促進体の流動部表面において薄膜状に流動させながら該
燃料を気化させて、更に、前記送出体を外装する副送出
体より他の燃料を、その噴口から送出体の下部に設けた
副気化促進体へ向かって噴射させ、該副気化促進体の流
動部表面において薄膜状に流動させながら該燃料を気化
させる燃焼機用の燃料噴射方法にある。

【０００７】そして、この方法を用いた装置は、燃焼機
における燃焼室へ臨ませた燃焼機用の燃料噴射装置にお
いて、その燃料噴射ノズルにおける噴出部に設けた送出
体と、この送出体の噴口に対応させて燃焼室内に設け、
下流へ向かうにしたがって広がる流動部を有する気化促
進体と、前記送出体の外周に他の燃料の流路が形成され
るように設けた副送出体と、前記送出体の下部に延設さ
せ、副送出体の噴口に対応させて燃焼室内に設け、下流
へ向かうにしたがって広がる副流動部を有する副気化促
進体と、前記副送出体に連係させた副燃料噴射ノズルと
を備えさせた燃焼機用の燃料噴射装置の構成にある。

【０００８】更に前記した方法は、送出体と副送出体共
に、それぞれの燃料を気化促進体の流動部へ向かって噴
射させることもある。

【０００９】そして、この方法を用いた装置は、燃焼機
における燃焼室へ臨ませた燃焼機用の燃料噴射装置にお
いて、その燃料噴射ノズルにおける噴出部に設けた送出
体と、この送出体の噴口に対応させて燃焼室内に設け、
下流へ向かうにしたがって広がる流動部を有する気化促
進体と、前記送出体の外周に他の燃料の流路が形成され
るように設けた副送出体と、前記副送出体に連係させた
副燃料噴射ノズルとを備えさせた燃焼機用の燃料噴射装
置の構成にある。

【００１０】また、前記副送出体は、筒状に形成して、
略同心状の多重配列による複層に設けることもある。

【００１１】更に、前記気化促進体と副気化促進体とに
それぞれ加熱手段を連係させることもある。

【００１２】

【作用】前記のように構成される本発明は以下に述べる
作用を奏する。

【００１３】燃焼機における燃焼室へ供給される燃料
は、該燃焼室に臨ませた噴射ノズルにより行なわれるも
のである。

【００１４】この燃料噴射ノズルの噴口部には気化促進
体が設けられているもので、この気化促進体の上部にお
いて副燃料噴射ノズルを連係させた複数の副送出体を設
けてあって、燃料噴射ノズルおよび副燃料噴射ノズルか
ら所定圧により噴出される燃料は、複数種あるいは同種
のものを分散させて前記それぞれの送出体および副送出
体へ個々に供給される。

【００１５】すると、各ノズルごと燃料がその気化促進
体や副気化促進体へ当たり、それぞれがその流動部にお
ける外側全周の表面へまつわるように流動して、薄い燃
料の被膜を形成することにより、空気との接触面積が拡
大される。

【００１６】更に、この燃料が流動する界面部において
は、高速による燃料噴射によって剥離現象や負圧，乱流
・渦流等が発生して、速やかな気化が行われて空気との
混合がなされ、燃焼室内において燃料は効率の良い燃焼
が行われる。

【００１７】なお、前記した送出体および副送出体は、
その下側に副気化促進体を設けない場合もあり、この場
合は、気化促進体の流動部外面へそれぞれ燃料を噴出す
ることにより、前記した同様な作用が行なわれる。

【００１８】

【実施例】次に、本発明に関する燃焼機用の燃料噴射方
法および装置の一実施例を図面に基づいて説明する。

【００１９】本発明実施例装置が採用されるた燃焼機
は、輸送用機械器具、例えば、自動車や船舶等に使用さ
れるガソリン，ディーゼルエンジン等の内燃機関や、ジ
ェットエンジン，ロケットエンジン，スペースプレーン
用エンジン等の推進機関、あるいは、ボイラー，乾燥
機，その他バーナーを用いた燃焼装置等が採用される。

【００２０】この発明実施例装置は、主燃料を、ジェッ
ト燃料や液化水素，液化ガス，ガソリン，メタノール等
が用いられ、この主燃料と同時に噴射して混合する他の
燃料として、液化酸素や水，蒸気、あるいは、空気等が
複数の系統で供給される。

【００２１】そして、図面においてＡは、燃焼機用の燃
料噴射装置で、燃焼機１における燃焼室２へ臨ませて設
けられているものであって、図１および図４に第一の実
施例を示す。

【００２２】このものは、燃料噴射ノズル３における噴
出部に設けた送出体４と、この送出体の噴口５に対応さ
せた気化促進体６と、副送出体７，８と、副気化促進体
９，10と、前記副送出体７，８に連係させた副燃料噴射
ノズル11, 12とにより基本的に構成される。

【００２３】前記した送出体４は、燃焼機１における燃
焼室２内へその噴口５を臨ませてあって、燃料噴射ノズ
ル３の噴出部に連設させ、この燃料噴射ノズル３には、
燃料タンク13の燃料を燃料ポンプ14を介して圧送され、
前記燃焼機１の燃焼室２内へ噴射されるようにしてあ
る。

【００２４】なお、燃料噴射ノズル３は、図２に示すよ
うに、燃焼機１の機体等に取り付けられる外框15内に、
ばね16により一定圧で先端部へ押圧される弁体17を昇降
自在に挿嵌されていて、前記外框15の上部一側に接続し
た送管18より前記タンク13内の燃料が送出体４の噴口５
より供給される。

【００２５】前記した気化促進体６は、前記送出体４の
噴口５に対応させて燃焼室２内に設けてあって、耐熱お
よび耐久性に優れた金属，非鉄金属あるいはセラミック
ス等により成形され、その形状は、下流へ向かうにした
がって広がる水滴状に形成され、その傾斜部には流動部
19を、また、この下側には撹拌混合部20を有する。

【００２６】したがって、燃料噴射ノズル３により噴射
され送出体４の噴口５を通過した液柱状となっている燃
料は、前記気化促進体６の上部から流動部19ヘ至る間
に、これらこの流動部19の外側表面へ付着して、その全
体が薄膜状に分散し拡散されつつ流動部19を流動する。

【００２７】このとき、燃料は流動部19によりその流動
面積が拡大されているので、液柱状から薄膜状となって
瞬時の気化が促進される。

【００２８】更に、流動部19の下側に形成された撹拌混
合部20において、該流動部20より流れ移動する薄膜状燃
料は、その負圧や渦流による流動の乱流、あるいは、剥
離現象を起こして、燃焼室２内の空気流との撹拌混合が
一層の促進がなされるものである。

【００２９】前記した副送出体７，８は、前記送出体４
の外周に、他の燃料の流路が形成されるように設けられ
ていて、耐熱および耐久性に優れた金属，非鉄金属ある
いはセラミックス等により、筒状で略同心状の多重配列
による複層、例えば、図４に示す場合は、送出体４を含
めて三重層に形成されている。

【００３０】これら副送出体７，８は、使用状態や条件
等に合わせて任意の複層とすることができる。

【００３１】なお、前記した他の燃料とは、主燃料に対
して液化酸素や水，蒸気，空気等を指すもので、副送出
体７，８に分別して供給するものであるが、この他の燃
料の一部を前記送出体４へ供給しても、また、副送出体
７，８の一方に主燃料を供給してもよいものである。

【００３２】前記した副気化促進体９，10は、前記気化
促進体６と同様の作用効果を発揮させるもので、燃焼室
２内において、副気化促進体９は、前記送出体４の下部
に延設して気化促進体６との間に燃料の通路が形成され
るように馴染ませてあり、また、副気化促進体10は、副
送出体７の下部に延設して、前記副気化促進体９との間
に燃料の通路が形成されるようにしてあって、その形状
は、下流へ向かうにしたがって広がるスカート状の副流
動部21, 22を有している。

【００３３】前記した副燃料噴射ノズル11, 12は、副送
出体７，８へそれぞれ連係させて燃料を噴射させるもの
で、図２に示す燃料噴射ノズル３と同様の構成のものを
用いるもので、その詳細な説明は省略する。

【００３４】そして、それぞれには燃料タンク23, 24の
燃料を燃料ポンプ25, 26を介して圧送され、前記燃焼機
１の燃焼室２内へ噴射されるようにしてある。

【００３５】したがって、燃料噴射ノズル11, 12により
噴射されて液柱状となっている燃料は、前記副気化促進
体９，10の流動部21, 22における外側表面へ付着して、
その全体が薄膜状に分散し拡散されつつ流動部21, 22を
流動する。

【００３６】このとき、燃料は流動部21, 22によりその
流動面積が拡大されているので、液柱状から薄膜状とな
って瞬時の気化が促進され、また、噴射により発生する
負圧や渦流等によって燃焼室２の空気流と接触すると共
に、前述したように送出体４より噴射されて気化した燃
料と該空気等の他の燃料との撹拌混合が万遍なく行なわ
れて燃焼に至るもので、その燃焼が噴炎流となって、燃
料噴射と同時に燃焼を起こす。

【００３７】そのため、燃料の噴射時間が、すなわち燃
焼時間となって短時間に燃焼を完了させることができる
もので、噴炎流による燃焼であるため、燃焼室２内の空
気総量に対して超希薄燃焼を行なうことができる。

【００３８】しかし、その燃焼は、燃料の噴射量と噴射
時間に比例した圧力の増加となるので、従来装置のよう
な、燃料の全量気化および全量の爆発的な燃焼とはなら
ないから、その分ソフトな圧力増加となり燃焼機１へ与
える弊害も少なくなる。

【００３９】また、燃料噴射と同時に燃焼を起こすの
で、イグニッションラグにより生ずる問題もなく、上死
点後の燃料噴射であっても有効的でかつ円滑な回転動力
が得られる。

【００４０】この装置Ａにおいては、燃料の気化および
着火が早期に行なわれるので、ガソリン，ＬＰＧ，メタ
ノール等の着火温度が灯油，軽油に比べて高い燃料であ
っても、ディーゼン機関用の燃料として使用することが
でき、排気されるガスの清浄化も期待される。

【００４１】更にこの装置Ａは、ジェットエンジンやロ
ケットエンジン等に採用した場合、空気の薄いところや
空気の存在しない宇宙空間等にあっても、前記した種々
の燃料をタンクに充填して、適宜、前記した燃焼機１へ
供給することにより、これらの空間においての前記燃焼
機１の利用が可能となる。

【００４２】なお、前記した気化促進体６は、図３に示
すように形成されたものも採用し得るもので、図３にお
ける(a) に示すものは、全体を略球体に形成したもの、
(b)は円錐状で、流動部19を略直線状、撹拌混合部20を
弧状に形成したもの、(c) は円錐状で、流動部19と撹拌
混合部20とを略直線状に形成したもの、(d) は円錐状
で、流動部19を略直線状、撹拌混合部20を平らに形成し
たものである。

【００４３】図１において27は、前記気化促進体６およ
び副気化促進体９，10に連係させた加熱手段で、該促進
体６，９，10の適所にヒータやグロープラグ等を内蔵し
てあって、噴射された燃料の気化を促進させることがで
きるもので、燃焼機１の運転を継続すれば、促進体６，
９，10自体も高温に加熱されるためその通電を遮断す
る。

【００４４】図５は第二の実施例を示すもので、この例
は、前記第一実施例で説明した送出体４と副送出体７と
共に、それぞれの燃料を気化促進体６の流動部19へ向か
って噴射させるものである。

【００４５】したがって、その構成は、送出体４を燃焼
機１における燃焼室２内へその噴口５を臨ませてあっ
て、燃料噴射ノズル３の噴出部に連設させ、この燃料噴
射ノズル３には、燃料タンク13の燃料を燃料ポンプ14を
介して圧送され、前記燃焼機１の燃焼室２内へ噴射され
るようにしてある。

【００４６】そして、前記送出体４の外周に、該送出体
４との間に燃料の通路が形成されるように略同心状の多
重配列としてある。

【００４７】これら送出体４と副送出体７とには、燃料
噴射ノズル３，11が燃料ポンプ14,25を介して連結され
ている。

【００４８】これにより、燃料噴射ノズル３，11により
噴射されて液柱状となっている燃料は、前記気化促進体
６の流動部19における外側表面へ付着して、その全体が
薄膜状に分散し拡散されつつ流動部19を流動する。

【００４９】このとき、燃料は流動部19によりその流動
面積が拡大されているので、液柱状から薄膜状となって
瞬時の気化が促進され、また、噴射により発生する負圧
や渦流等によって燃焼室２の空気流と接触すると共に、
前述したように送出体４より噴射されて気化した燃料
と、副送出体７より噴射された該空気等の他の燃料との
撹拌混合が万遍なく行なわれて燃焼に至るもので、その
燃焼が噴炎流となって、燃料噴射と同時に燃焼を起こ
す。

【００５０】なお、前記副送出体７は、使用状態や条件
等に合わせて任意の複層とすることができる。

【００５１】

【発明の効果】前述したように本発明は、噴射された燃
料は、薄膜状に流動する間に瞬間的に気化して燃焼室内
の空気と万遍なく撹拌混合されながら燃焼されるので、
燃焼室内における燃焼効率を向上させ、有効的な燃焼機
の利用を図ることができ、排気中の有害物質を減少させ
ることができる。

【００５２】また、完全気化混合ガスに近いので燃焼速
度が非常に早くなるため、点火時期を上死点または上死
点後とすることができるので、爆発燃焼による発生圧力
を有効にピストンからクランク軸へ伝えることができる
ものである。

【００５３】更に、燃料噴射時に瞬間気化していくので
既存技術の問題点として、前述した時間遅れ等の問題点
は発生しないものであり、同様の効果は、燃料を燃焼室
へ直噴するエンジンであっても発揮されるものである。
等の格別な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に関する燃焼機用の燃料噴射装置の第一
実施例をその要部の概略を縦断して示す正面図である。

【図２】図１における噴射ノズルの一例を示す一部を破
断した正面図である。

【図３】図１における気化促進体の他の各例を示す説明
図である。

【図４】図１における要部を一部破断して示す説明図で
ある。

【図５】本発明に関する燃焼機用の燃料噴射装置の第二
実施例をその要部の概略を縦断して示す説明図である。

【符号の説明】

１ 燃焼機 ２ 燃焼室 ３ 燃料噴射ノズル ４ 送出体 ５ 噴口 ６ 気化促進体 ７，８ 副送出体 ９，10 副気化促進体 19 流動部 21, 22 副流動部 27 加熱手段

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼機における燃焼室へ臨ませた燃料噴
   射ノズルにおける送出体の噴口より、その下部に設けた
   気化促進体へ向かって燃料を噴射させ、該気化促進体の
   流動部表面において薄膜状に流動させながら該燃料を気
   化させて、更に、前記送出体を外装する副送出体より他
   の燃料を、その噴口から送出体の下部に設けた副気化促
   進体へ向かって噴射させ、該副気化促進体の副流動部表
   面において薄膜状に流動させながら該燃料を気化させる
   ことを特徴とする燃焼機用の燃料噴射方法。
2. 【請求項２】 燃焼機における燃焼室へ臨ませた燃料噴
   射ノズルにおける送出体の噴口より、その下部に設けた
   気化促進体へ向かって燃料を噴射させ、該気化促進体の
   流動部表面において、薄膜状に流動させながら該燃料を
   気化させて、更に、前記送出体を外装する副送出体より
   他の燃料を、その噴口から前記気化促進体へ向かって噴
   射させ、該気化促進体の流動部表面において薄膜状に流
   動させながら該燃料を気化させることを特徴とする燃焼
   機用の燃料噴射方法。
3. 【請求項３】 燃焼機における燃焼室へ臨ませた燃焼機
   用の燃料噴射装置において、その燃料噴射ノズルにおけ
   る噴出部に設けた送出体と、この送出体の噴口に対応さ
   せて燃焼室内に設け、下流へ向かうにしたがって広がる
   流動部を有する気化促進体と、前記送出体の外周に他の
   燃料の流路が形成されるように設けた副送出体と、前記
   送出体の下部に延設させ副送出体の噴口に対応させて燃
   焼室内に設け、下流へ向かうにしたがって広がる副流動
   部を有する副気化促進体と、前記副送出体に連係させた
   副燃料噴射ノズルとを備えさせたことを特徴とする燃焼
   機用の燃料噴射装置。
4. 【請求項４】 燃焼機における燃焼室へ臨ませた燃焼機
   用の燃料噴射装置において、その燃料噴射ノズルにおけ
   る噴出部に設けた送出体と、この送出体の噴口に対応さ
   せて燃焼室内に設け、下流へ向かうにしたがって広がる
   流動部を有する気化促進体と、前記送出体の外周に他の
   燃料の流路が形成されるように設けた副送出体と、前記
   副送出体に連係させた副燃料噴射ノズルとを備えさせた
   ことを特徴とする燃焼機用の燃料噴射装置。
5. 【請求項５】 前記副送出体は、筒状に形成して、略同
   心状の多重配列による複層に設けたことを特徴とする請
   求項３または４記載の燃焼機用の燃料噴射装置。
6. 【請求項６】 前記気化促進体および副気化促進体に加
   熱手段を連係させたことを特徴とする請求項３または４
   記載の燃焼機用の燃料噴射装置。