JPH084629A - 燃料噴射機構とその燃焼方式機関 - Google Patents
燃料噴射機構とその燃焼方式機関Info
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- JPH084629A JPH084629A JP6169925A JP16992594A JPH084629A JP H084629 A JPH084629 A JP H084629A JP 6169925 A JP6169925 A JP 6169925A JP 16992594 A JP16992594 A JP 16992594A JP H084629 A JPH084629 A JP H084629A
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- Japan
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- fuel
- nozzle
- injection
- jet
- mouthpiece
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- Pending
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】燃料噴射方式内燃機関のノズルシステムを新規
に構築することにより、燃焼室内に供給する燃料群を活
性化し、拡散分布性を安定化することにより燃焼反応を
改善し、機関の高性能化と排気低公害化を両立しうる燃
焼技術を提示する。 【構成】ノズル噴孔５近傍にノズルよりの噴射拡散過程
の燃料群を再補捉し、空気との混合噴流を形成するため
の口金部４をノズルホルダー部２より支持し、この口金
部に噴射燃料群を流過させる過程において、燃料と空気
との混合ならびに燃料への熱授受により、燃料噴流の活
性化を図る構成である。
に構築することにより、燃焼室内に供給する燃料群を活
性化し、拡散分布性を安定化することにより燃焼反応を
改善し、機関の高性能化と排気低公害化を両立しうる燃
焼技術を提示する。 【構成】ノズル噴孔５近傍にノズルよりの噴射拡散過程
の燃料群を再補捉し、空気との混合噴流を形成するため
の口金部４をノズルホルダー部２より支持し、この口金
部に噴射燃料群を流過させる過程において、燃料と空気
との混合ならびに燃料への熱授受により、燃料噴流の活
性化を図る構成である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は燃料噴射式内燃機関の燃
料弁と燃焼方式に関する。
料弁と燃焼方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料供給量や供給タイミングを自在に行
ないうる燃料直噴方式エンジンは、予混合気燃焼方式よ
り高圧縮比化として高熱効率が得られることから、ＣＯ
２排出が少なく、将来的内燃機関として有望視されてい
る。
ないうる燃料直噴方式エンジンは、予混合気燃焼方式よ
り高圧縮比化として高熱効率が得られることから、ＣＯ
２排出が少なく、将来的内燃機関として有望視されてい
る。
【０００３】従来よりこの直噴方式は燃料噴射ノズルよ
り燃焼室内に多噴孔ノズルやピン形ノズルにより直接的
に機関負荷の要求する燃料量を、高圧ポンプ圧送と噴射
ノズルの開閉作用により燃料供給を行なっている。した
がって燃焼室内に拡散供給される燃料群の分布形態は、
主にノズルの指向性と、ポンプ圧力・噴孔径によって微
粒化性・貫徹性・拡散性が支配されることになる。
り燃焼室内に多噴孔ノズルやピン形ノズルにより直接的
に機関負荷の要求する燃料量を、高圧ポンプ圧送と噴射
ノズルの開閉作用により燃料供給を行なっている。した
がって燃焼室内に拡散供給される燃料群の分布形態は、
主にノズルの指向性と、ポンプ圧力・噴孔径によって微
粒化性・貫徹性・拡散性が支配されることになる。
【０００４】したがって、高回転域では短時間内に燃料
と空気との充分な混合を行なうことが困難となり、高速
機関では混合気化の不充分・不均等によりスモークが多
発する問題が生じ、この対策が緊急課題となっている。
また燃料微粒化と貫徹性は相反関係となるため、近時は
この問題を解決するために、高い圧力の噴射系と小噴孔
との組み合わせが有効とされ、噴射ポンプの超高圧化技
術が一般化した現状にあるが、超高圧化技術はポンプ駆
動の動力損失が増加し、コストが大となり、信頼・耐久
性にも不利なことが明かとなってきた。
と空気との充分な混合を行なうことが困難となり、高速
機関では混合気化の不充分・不均等によりスモークが多
発する問題が生じ、この対策が緊急課題となっている。
また燃料微粒化と貫徹性は相反関係となるため、近時は
この問題を解決するために、高い圧力の噴射系と小噴孔
との組み合わせが有効とされ、噴射ポンプの超高圧化技
術が一般化した現状にあるが、超高圧化技術はポンプ駆
動の動力損失が増加し、コストが大となり、信頼・耐久
性にも不利なことが明かとなってきた。
【０００５】このように経済性と低公害性を両立させる
原動機燃焼技術は、経済性を無視しても尚困難で解決し
難い難事であると現代社会に問題を提起している。
原動機燃焼技術は、経済性を無視しても尚困難で解決し
難い難事であると現代社会に問題を提起している。
【０００６】
【発明が解決しようとする問題点】本発明は燃料噴射方
式に超高圧システムを用いることなく、燃焼室内に供給
する燃料群の微粒化・拡散・貫徹性のいづれをも物理的
原則に基づく簡単な技術手段で確実に改善し、機関性能
の向上を図るものであり、燃焼反応前提の燃料活性化条
件を促進することと、燃焼室内への燃料拡散均等化とに
より、燃焼反応の前提である燃料と空気との物理的整合
条件を構築するものである。
式に超高圧システムを用いることなく、燃焼室内に供給
する燃料群の微粒化・拡散・貫徹性のいづれをも物理的
原則に基づく簡単な技術手段で確実に改善し、機関性能
の向上を図るものであり、燃焼反応前提の燃料活性化条
件を促進することと、燃焼室内への燃料拡散均等化とに
より、燃焼反応の前提である燃料と空気との物理的整合
条件を構築するものである。
【０００７】この技術手段によって燃焼反応を制御し、
熱効率の向上と排気低公害化の両立しうる高熱効率と低
公害エンジンを提供することを目的とするものである。
熱効率の向上と排気低公害化の両立しうる高熱効率と低
公害エンジンを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【問題を解決するための手段】本発明はノズル噴孔の開
放により噴出する燃料群を、噴孔より離れた位置で再び
口金部によって補捉し、補捉した燃料群を絞り部を有す
る口金出口端より再度開放する作用を特徴とするもので
ある。
放により噴出する燃料群を、噴孔より離れた位置で再び
口金部によって補捉し、補捉した燃料群を絞り部を有す
る口金出口端より再度開放する作用を特徴とするもので
ある。
【０００９】この作用過程において、燃料群と空気との
混合接触条件を口金部の補促作用と、再集合作用・空気
巻き込み作用・熱交換作用等によって行ない、燃料群の
微粒化・活性化を促進せしめることを特徴とした燃料噴
射機構である。
混合接触条件を口金部の補促作用と、再集合作用・空気
巻き込み作用・熱交換作用等によって行ない、燃料群の
微粒化・活性化を促進せしめることを特徴とした燃料噴
射機構である。
【００１０】更に口金部の再集合作用により、燃料噴流
密度の均等化を行なうことによって、衝突部中心域を凸
状とした衝突面に対する噴射燃料流の入射角の利用によ
り、同心円状衝突拡散噴霧群の拡散貫徹性を、口金部出
口端よりの燃料噴流入射角と凸状衝突面との相関により
制御し、任意な拡散パターンを構成しうる条件を確実に
構築することにある。
密度の均等化を行なうことによって、衝突部中心域を凸
状とした衝突面に対する噴射燃料流の入射角の利用によ
り、同心円状衝突拡散噴霧群の拡散貫徹性を、口金部出
口端よりの燃料噴流入射角と凸状衝突面との相関により
制御し、任意な拡散パターンを構成しうる条件を確実に
構築することにある。
【００１１】即ち、従来の如何なる噴射ノズルにおいて
も噴孔近傍は乱流の混在する不安定な助走域となるため
噴流中心軸が変動し、このため広い範囲の燃料供給条件
において、毎サイクル均等な噴霧拡散パターンをうるこ
とが出来なかった。
も噴孔近傍は乱流の混在する不安定な助走域となるため
噴流中心軸が変動し、このため広い範囲の燃料供給条件
において、毎サイクル均等な噴霧拡散パターンをうるこ
とが出来なかった。
【００１２】したがってこの噴孔中心に突起付衝突部中
心を合わせても、サイクル毎に均等な衝突拡散パターン
を得ることは不可能であったが、本発明のごとく口金部
により再集合して出口端で噴流密度の均等化を図り、こ
の出口端と近距離に衝突面を設置し、衝突部中心を合わ
せることによれば、凸状衝突斜面により噴流の入射エネ
ルギーを利用した均等な燃料拡散パターンの分布が実現
しうることになる。
心を合わせても、サイクル毎に均等な衝突拡散パターン
を得ることは不可能であったが、本発明のごとく口金部
により再集合して出口端で噴流密度の均等化を図り、こ
の出口端と近距離に衝突面を設置し、衝突部中心を合わ
せることによれば、凸状衝突斜面により噴流の入射エネ
ルギーを利用した均等な燃料拡散パターンの分布が実現
しうることになる。
【００１３】燃焼反応の前提であり、反応の支配条件と
されている燃料と空気との物理的整合条件を、上記手段
によって促進し安定化することによれば、燃焼反応は抜
本的に改善される。
されている燃料と空気との物理的整合条件を、上記手段
によって促進し安定化することによれば、燃焼反応は抜
本的に改善される。
【００１４】
【実施例】本発明の実施例を図によって説明すると、図
１において燃料噴射ノズル（１）のホルダー（２）よ
り、支持柱（３）によってベンチュリー状口金部（４）
が噴孔（５）中心軸線上に構成されている。噴射ノズル
（１）は軸方向４孔ホールノズルが用いられ、各噴流
（６）は口金入口部（７）内に収容されるごとくに指向
的に噴射される。
１において燃料噴射ノズル（１）のホルダー（２）よ
り、支持柱（３）によってベンチュリー状口金部（４）
が噴孔（５）中心軸線上に構成されている。噴射ノズル
（１）は軸方向４孔ホールノズルが用いられ、各噴流
（６）は口金入口部（７）内に収容されるごとくに指向
的に噴射される。
【００１５】この場合、各燃料噴流は噴孔を出ると同時
に空気と衝突し、噴流の分裂が開始され微粒化が始まる
が、未だ噴孔近傍の噴流は噴流中の液状分も多く、不安
定であることが知られている。
に空気と衝突し、噴流の分裂が開始され微粒化が始まる
が、未だ噴孔近傍の噴流は噴流中の液状分も多く、不安
定であることが知られている。
【００１６】このような状態で口金入口部に達する各噴
流は、口金入口部の案内壁に切線的に衝突し、更に前進
する。このため４孔よりの各噴流は口金内部で強制的に
再集合することになる。
流は、口金入口部の案内壁に切線的に衝突し、更に前進
する。このため４孔よりの各噴流は口金内部で強制的に
再集合することになる。
【００１７】この場合、燃料の一部は粒化・蒸発を開始
し、燃料噴流相互間に乱れを伴い同時に空気巻き込みも
行なわれる。そしてベンチュリー的構成の口金絞り部で
再集結されることにより燃料流は活性化が促進され、同
時に密度の均等化も行なわれるのである。
し、燃料噴流相互間に乱れを伴い同時に空気巻き込みも
行なわれる。そしてベンチュリー的構成の口金絞り部で
再集結されることにより燃料流は活性化が促進され、同
時に密度の均等化も行なわれるのである。
【００１８】即ち、ノズル噴孔より噴射された燃料群は
ベンチュリー部に達する間に、高温・高圧の燃焼室雰囲
気において、時系的に一部の空気を巻き込み膨張しつつ
口金入口部に達するが、４噴孔より同時的に噴射され、
更に同時的にベンチュリー入口部に達することにより、
到達部の圧力は高くなると同時に、噴流相互の混合が促
進されることになる。
ベンチュリー部に達する間に、高温・高圧の燃焼室雰囲
気において、時系的に一部の空気を巻き込み膨張しつつ
口金入口部に達するが、４噴孔より同時的に噴射され、
更に同時的にベンチュリー入口部に達することにより、
到達部の圧力は高くなると同時に、噴流相互の混合が促
進されることになる。
【００１９】そして絞り部において、各噴流の合成エネ
ルギーは圧力より速度エネルギーに変換され、均等的密
度分布形態で活性化の進行した単噴流が、新しく形成さ
れるのである。
ルギーは圧力より速度エネルギーに変換され、均等的密
度分布形態で活性化の進行した単噴流が、新しく形成さ
れるのである。
【００２０】この場合の燃料単噴流は圧縮作用による温
度と時間要素により、燃料の活性化が図られることによ
りベンチュリー部通過後の開放時には、急速に微粒・気
化が進行し、燃焼室内へ口金部出口端形状に応じた拡散
パターンで拡散展開されるのである。
度と時間要素により、燃料の活性化が図られることによ
りベンチュリー部通過後の開放時には、急速に微粒・気
化が進行し、燃焼室内へ口金部出口端形状に応じた拡散
パターンで拡散展開されるのである。
【００２１】
【作 用】例えば、ガソリン燃料火花点火機関において
は、燃料噴流中の液状分はベンチュリー入口の高温壁へ
の入射衝突作用で蒸発を伴い、更に噴流の相互干渉によ
り空気の導入・巻き込みが増加し、気化・活性化が促進
される。この作用によって燃焼室内に対し、あたかも空
気混合噴射のごとく充分微粒化した燃料群の展開を行な
うことが可能となり、結果的に燃焼期間の短縮とスモー
クの低減が実現される。
は、燃料噴流中の液状分はベンチュリー入口の高温壁へ
の入射衝突作用で蒸発を伴い、更に噴流の相互干渉によ
り空気の導入・巻き込みが増加し、気化・活性化が促進
される。この作用によって燃焼室内に対し、あたかも空
気混合噴射のごとく充分微粒化した燃料群の展開を行な
うことが可能となり、結果的に燃焼期間の短縮とスモー
クの低減が実現される。
【００２２】また、直噴衝突拡散圧縮着火燃焼方式にお
いては、燃料噴流の再結合過程において燃料群の活性化
が進み、同時に噴流中への空気導入量が増加し、単噴流
内の燃料密度分布の均等化が行なわれることにより、衝
突拡散作用時の燃焼反応支配条件が大きく変わることに
なる。
いては、燃料噴流の再結合過程において燃料群の活性化
が進み、同時に噴流中への空気導入量が増加し、単噴流
内の燃料密度分布の均等化が行なわれることにより、衝
突拡散作用時の燃焼反応支配条件が大きく変わることに
なる。
【００２３】即ち、従来の機関で問題とされている着火
遅れ現象が短縮され、燃焼期間が短縮し空気利用率が向
上する等、燃焼反応全体を左右する作用が生ずる。
遅れ現象が短縮され、燃焼期間が短縮し空気利用率が向
上する等、燃焼反応全体を左右する作用が生ずる。
【００２４】
【効 果】燃料噴流を活性化し微粒化・拡散・貫徹性を
向上すれば、いずれの燃料・燃焼方式においても、着火
条件・着火遅れ現象が改善される。これによって火花点
火機関においてはスモークの発生少なく、層状燃焼方式
の構築が容易となり、超希薄燃焼方式が実現され、熱効
率の向上と排気低公害化の目的が達成される。
向上すれば、いずれの燃料・燃焼方式においても、着火
条件・着火遅れ現象が改善される。これによって火花点
火機関においてはスモークの発生少なく、層状燃焼方式
の構築が容易となり、超希薄燃焼方式が実現され、熱効
率の向上と排気低公害化の目的が達成される。
【００２５】また、圧縮着火方式においては着火遅れの
短縮効果により、拡散律速燃焼反応が実現され、初期燃
焼圧力上昇率の抑制された静粛で、スモーク・ＮＯｘの
少ない高出力機関が現実化する。
短縮効果により、拡散律速燃焼反応が実現され、初期燃
焼圧力上昇率の抑制された静粛で、スモーク・ＮＯｘの
少ない高出力機関が現実化する。
【００２６】本実施例では噴射ノズルに４孔ホール形の
例を示したが、多噴孔ホールタイプ以外のスロットル・
ピンタイプノズルを用いても、口金部による噴流の再補
捉と流路絞り構造による本発明の効果は明確である。ま
た本技術は、気筒容積の広範囲な各種エンジンに適用し
ても効果的な燃料拡散条件が構成しうるので、地球資源
エネルギーの節減とＣＯ２等、地球環境汚染物質の低減
に貢献しうること、大なるものがある。
例を示したが、多噴孔ホールタイプ以外のスロットル・
ピンタイプノズルを用いても、口金部による噴流の再補
捉と流路絞り構造による本発明の効果は明確である。ま
た本技術は、気筒容積の広範囲な各種エンジンに適用し
ても効果的な燃料拡散条件が構成しうるので、地球資源
エネルギーの節減とＣＯ２等、地球環境汚染物質の低減
に貢献しうること、大なるものがある。
【００２７】
【図１】 ノズルホルダーに噴流制御用口金を１ケ装置
した例を示す断面説明図である。
した例を示す断面説明図である。
【図２】 ノズルと燃料衝突拡散部の中間に噴流制御用
口金を配備した例を示す断面説明図である。
口金を配備した例を示す断面説明図である。
【図３】 ノズルと衝突部間に複数の口金部を配備した
例を示す断面説明図である。
例を示す断面説明図である。
【００２８】
１ … 燃料噴射ノズル ２ … ノズルホルダー ３ … 支持柱 ４ … 口金部 ５ … ノズル４噴孔 ６ … 各噴流 ７ … 口金入口部 ８ … 口金絞り部 ９ … 中心凸状衝突部 １０ … ピン形ノズル １１ … シリンダーヘッド
Claims (4)
- 【請求項１】 ノズル噴孔よりの軸方向燃料噴霧流を、
噴孔より離れた位置において補捉して再集合せしめるた
めの口金部を、ノズルまたはノズルホルダーより支持す
るごとくに構成したことを特徴とした、内燃機関用燃料
噴射弁機構。 - 【請求項２】 燃料噴射ノズルホルダーより燃料噴流衝
突部を支持し、燃料噴流衝突拡散作用を行なう燃料噴射
方式において、ノズル噴孔より噴出する燃料噴流を補捉
して、再集合せしめる口金部をノズルと衝突部中間に構
成したことを特徴とした、内燃機関の燃料噴射弁機構。 - 【請求項３】 ノズル噴孔よりの噴射燃料群を口金部に
よって、再度補促集合せしめる作用により、燃料と空気
との混合を図り、燃料噴流密度の安定化と燃料活性化を
促進することを特徴とした、内燃機関の燃料噴射方式。 - 【請求項４】 ノズル噴孔と燃料噴流衝突部間に口金部
を設置し、ノズル噴孔からの開放噴射によって分裂・微
粒化の進行過程にある噴流を、絞り部を有する口金部内
に再収容し、口金出口端を経して燃焼室内に主燃料群の
展開を行なうことを特徴とした、燃料噴射方式内燃機
関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6169925A JPH084629A (ja) | 1994-06-18 | 1994-06-18 | 燃料噴射機構とその燃焼方式機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6169925A JPH084629A (ja) | 1994-06-18 | 1994-06-18 | 燃料噴射機構とその燃焼方式機関 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH084629A true JPH084629A (ja) | 1996-01-09 |
Family
ID=15895494
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6169925A Pending JPH084629A (ja) | 1994-06-18 | 1994-06-18 | 燃料噴射機構とその燃焼方式機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH084629A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170052619A (ko) * | 2014-10-01 | 2017-05-12 | 샌디아 코포레이션 | 도관형 연료 주입 |
| US10801395B1 (en) * | 2016-11-29 | 2020-10-13 | National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc | Ducted fuel injection |
-
1994
- 1994-06-18 JP JP6169925A patent/JPH084629A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170052619A (ko) * | 2014-10-01 | 2017-05-12 | 샌디아 코포레이션 | 도관형 연료 주입 |
| US10801395B1 (en) * | 2016-11-29 | 2020-10-13 | National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc | Ducted fuel injection |
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