JPS5930891B2 - 外部点火される空気圧縮式内燃機関の燃焼方法およびこの方法を実施する装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、シリンダヘッドにおける噴射ノズルが燃焼室
の近くにあって、点火装置がピストンの上死点で燃焼室
内に侵入するようになっている、外部点火される空気圧
縮式内燃機関であって、燃料の大部分をピストンにおけ
る回転体形の燃焼室の壁に一条の噴射流で噴射して、旋
回運動の与えられた流入する空気で燃焼室壁から燃料を
気体の状態で漸次遊離させてこれを空気と混合させる形
式のものに関する。

燃料を燃焼室壁に噴射する形式の内燃機関は既に公知で
ある。

この場合には点火装置は噴射ノズルに直径方向で向き合
って燃焼室壁の近くに配置されており、有利には単極の
棒形電極として構成されている。

この棒形電極はピストンが上死点にあるときに燃焼室に
侵入しかつ他方の極を成す燃焼室壁に対して平行に延び
ている。

勿論、互いに平行に延びる２つの棒形電極を設け、それ
ぞれ一方の電極で一方の極を形成することも可能である
西ドイツ国特許第１５７６０２０号明細書。

燃料は一条又は地条の噴射流で、燃料がその運動エネル
ギと旋回する空気流の作用とに基いて薄い膜に拡散する
ように、燃焼室壁に噴射される。

この場合、燃料膜は空気の旋回方向で見て単数又は複数
の電極の前に位置し、電極の範囲又はその直後まで達し
ている。

燃料は旋回する空気によって気体の状態で燃焼室壁から
遊離せしめられかつ空気と混合せしめられ、可燃な混合
気を形成する。

この混合気の１部は電極の間に達して点火される。

実地に於ては正確に規定された１つのスパークギャップ
に、内燃機関のすべての負荷範囲で申し分なく点火する
混合気を常に存在させることは不可能であるので、電極
は比較的に深く燃焼室内に突入し、飛んだ火花が、混合
状態のよい、イオン化電圧がその最小の値を有している
個所を見い出し得るようになっている。

さらに既述の特許明細書によれば点火できる混合気を電
極のところに確実に得るためには、燃焼室壁の、電極の
範囲に、燃料をある程度集める堰止め縁が設けられてい
る。

燃焼室壁から遊離しかつ点火可能な混合気を形成する燃
料が直接的に点火される内燃機関は、それ以前に公知で
ある構造の内燃機関に較べて、どの運転範囲においても
確実な点火が行われ、良好な機関運転データを得るため
に点火時点が必要な値に応じて調節されるという利点を
有している。

しかしながらこのような内燃機関に於ても改良すべき点
のあることが判った。

例えばこのような公知の内燃機関に於ては良好な燃焼経
過を得るために必要な燃料噴射流の位置で燃料膜を形成
するためには、電極が燃焼室の最大直径の略５０％の長
さで、すなわち比較的に深く燃焼室内へ突入しなければ
ならないので、電極は早期に焼損し、その機能を発揮し
得なくなる。

さらに有害成分の発生に関して最良であると証明されて
いる燃料噴射流の位置で、燃料膜が燃焼室壁のより下方
の範囲に形成される場合には、耐用年限にとって極めて
不都合である電極の延長なしでは、あらゆる運転状態で
混合気を確実に点火することは保証されない。

さらに双極の点火栓の場合には、両方の電極が燃焼室の
半径方向又は略半径方向で向き合っていないと申し分の
ない点火が得られず、これによって点火栓を多大の費用
をかけて正確に固定することが必要になる。

さらに水冷式の内燃機関では、点火装置と噴射装置とが
向き合って配置されていると構成的に様々な困難が生じ
る。

本発明の課題は既述の欠点を排し、燃料が燃焼室壁に噴
射される冒頭に述べた形式の内燃機関に於て、僅かな費
用で、しかも点火装置が大きく摩耗しないようにして、
すべての運転状態で確実な点火と混合気の良好な燃焼が
行なわれ、延いては可能な限り良い機関データが得られ
るようにすることである。

この課題は本発明によれば冒頭に述べた形式の内燃機に
於て、燃焼室が平らな底と狭窄された頚部とを有する球
形燃焼室として構成されていて、燃料の噴射流の燃焼室
壁に当たる噴射流衝突点が、燃焼室最大直径の１０〜１
５％の間隔をおいて燃焼室最大直径の下側にあり、且つ
一燃焼室縦軸線に対して直角な平面で見て一噴射ノズル
開口と燃料の噴射流衝突点との間の中心角が１４５゜〜
１６０°であって、且つ一同じ平面で見て一点火装置が
燃焼室壁と燃料噴射流との間で燃焼室内に侵入するよう
になっていて、噴射ノズル開口と点火装置を結ぶ直線の
長さが燃焼室最大直径の２５〜３０チであって、この直
線と燃料噴射流との間に２０６〜３０°の角度が与えら
れていることによって解決された。

本発明のように構成することによって、噴射ノズルによ
って燃焼室壁に向かって噴射される燃料からは、燃料が
噴射ノズルから出たあとで燃料の微粒子が遊離し、直接
的に空気と混合されるようになる。

この噴射流から遊離しかつ遠心力によって運ばれる、ま
だ燃焼室壁に達しない燃料微粒子から成る少量の可燃な
混合気は噴射過程の終りあたりで点火装置で点火される
。

このように開始せしめられた燃焼は空気の旋回方向で燃
焼室壁又は燃焼膜まで伝播し、その後で燃焼室壁の範囲
に形成された気化燃料と燃焼室内を旋回する空気との混
合の進行に応じて主燃焼が行なわしめられる。

又、点火装置を噴射ノズルの範囲に配置することによっ
て、シリンダヘッドの構成が著しく簡易化される。

何故ならばこれによってシリンダ内を通る弁を収容する
その他の室を変える必要がなくなるからである。

又、この場合にはノズル開口からいくらも離れないうち
に燃焼を起こすのに十分な燃料量が噴射流から遊離し、
これが燃焼室壁の下方部分に燃料が当たるときにも燃焼
室の開口範囲に存在するので、電極は比較的に短く構成
することができる。

さらにこの場合には電極は主燃焼の行なわれる範囲には
位置していないので、電極の熱負荷は従来に比して著し
く少なく、電極の耐久年限に延びることになる。

さらに燃料噴射流と燃焼室壁との間に点火装置を配置す
ることは、遊離した燃料微粒子が旋回する空気流によっ
て点火栓のスパークギャップにもたらされるようになる
ので極めて有利である。

周知のように燃料と空気とを直接的に混合させると極め
て迅速に可燃な混合気が得られるので、点火装置には燃
料が噴射される時間のほぼ全体に亙って、点火可能な混
合気が供されるようになる。

従ってどんな運転状態においても確実に、しかも燃焼噴
射が終了するあたりに行なわれる燃焼の開始を、燃料膜
が形成される時間に適合させて種々異なる機関運転デー
タに関してそれぞれ良好な燃焼経過が得られるような時
間的に選ぶことができるようになる。

本発明の点火装置としては互いに平行に延びる２つの棒
形電極が用いられているが、点火装置の一方の極を形成
する電極を、他方の極を形成する一体の電極を取囲んで
配置された多数の部分電極から構成することもできる。

さらに本発明によれば点火栓と噴射ノズルとの軸線がシ
リンダヘッドの底面を貫徹する点の間の距離は、燃焼室
最大直径の２５〜３００；ｂになっており、ピストンが
上死点にある状態で燃焼噴射流が燃焼室壁に当たる噴射
流衝突点は自己点火式内燃機関において既に公知である
ように燃焼室の下半分にずらされている。

さらに燃焼室をピストン頂面に偏心的に配置しておけば
シリンダヘッドの構成は一層簡単になる。

次に図面について本発明を説明する： 第１図に示されているように、シリンダ１の上端部はシ
ール部材２とシリンダヘッド３とによって気密に閉鎖さ
れている。

シリンダ１内にはピストン４が摺動可能に支承されてい
る。

ピストン４は頂面５に、下部がいくらか平らでかつその
他は球形である、例えばシリンダ中心１Ｔに対して偏心
的に配置された燃焼室６を有している。

狭窄した頚部７と燃料を噴射する噴射孔８を介して燃焼
室６はシリンダ内空９と連通している。

シリンダヘッド３には、ノズル開口１１がシリンダヘッ
ド３の下縁を含む平面内に、しかも燃焼室６の縁のとこ
ろに位置するように、噴射ノズル１０が斜めに配置され
ている。

燃料はピストン４が上死点に達したときに、噴射ノズル
開口１１を介して、燃焼室壁１３の下半分に、有利には
燃焼室の最大直径範囲から燃焼室の最大直径の１０〜１
５％の間隔をおいた個所に当たり且つそこに薄い燃料膜
を形成するように噴射流で噴射される。

燃料噴射流１２が燃焼室壁１３に当たる点は、噴射流衝
突点１６として示されている。

シリンダヘッド３には噴射ノズル開口１１の範囲に、相
互に絶縁されて配置された２つの電極１４．１５が固定
されている。

これらの電極１４゜１５は互いに平行に延びており、か
つピストン４が上死点にある場合に最大燃焼室直径りの
２５〜３０％である長さＣで燃焼室６内に垂直に突入し
ている。

第２図においては第１図に対して直角な平面で見た燃料
の噴射流１２の位置が示されている。

電極１４，１５は噴射流１２と燃焼室の頚部７との間で
燃焼室６内に侵入するようになっている。

中央電極１４の軸線と噴射ノズル軸線とがシリンダヘッ
ド底面を貫徹する点との間の距離は、最大燃焼室直径り
の略２５〜３０係になっている。

燃焼室６の縦軸線Ｘに対して直角な平面で見て、噴射ノ
ズル開口１１から出る燃料の噴射流１２と、噴射ノズル
開口１１と電極１４の中心点とを結ぶ直線とが成す角度
αは略２０°〜３０°で、噴射ノズル開口１１と噴射流
衝突点１６との間の中心角βは略１５０°である。

第３図には第２図とは異なる実施例が示されている。

この場合には中央電極１４には変化が見られないが、ア
ース電極１５は中央電極１４を取囲むように配置された
３本の電極１５．ａ、１５ｂ。

１５ｃから成っている。

これによって点火が一層確実に行なわれるようになり、
且つ規定された角度位置を維持する必要がなくなるので
、点火栓を一般的なねじ山を用いて螺着することが出来
るようになる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の複数の実施例を示すものであって、第１
図は本発明の内燃機関のシリンダの上方部分の縦断面図
、第２図は第１図の■−■線に沿った横断面図、第３図
は第２図とは異なる点火装置を有する実施例の部分的横
断面図である。 １・・・・・・シリンダ、２・・・・・・シール部材、
３・・・・・・シリンダヘッド、４・・・・・・ピスト
ン、５・・・・・・頂面、６・・・・・・燃焼室、７・
・・・・・頚部、８・・・・・・噴射孔、９・・・・・
・シリンダ内室、１０・・・・・・噴射ノズル、１１・
・・・・・噴射ノズル開口、１２・・・・・・噴射流、
１３・・・・・・燃焼室壁、１４，１５，１５ａ、１５
ｂ、’ｌｓｃ”””電極、１６・・・・・・噴射流衝突
点、１７・・・・・・シリンダ中心。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ シリンダヘッドにおける噴射ノズルが燃焼室の近く
   にあって、点火装置がピストンの上死点で燃焼室内に侵
   入するようになっている、外部点火される空気圧縮式内
   燃機関であって、燃焼の大部分をピストンにおける回転
   体形の燃焼室の壁に一条の噴射流で噴射して、旋回運動
   の与えられた流入する空気で燃焼室壁から燃料を気体の
   状態で漸次遊離させてこれを空気と混合させる形式のも
   のにおいて、燃焼室６が平らな底と狭窄された頚部７と
   を有する球形燃焼室として構成されていて、燃料の噴射
   流１２の燃焼室壁１３に当たる噴射流衝突点１６が、燃
   焼室最大直径りの１０〜１５チの間隔をおいて燃焼室最
   大直径の下側にあり、且つ一燃焼室縦軸線Ｘにたいして
   直角な平面で見て一噴射ノズル開口１１と噴射流衝突点
   との間の中心角βが１４５〜１６０°であって、且つ一
   同じ平面で見て一点火装置１４，１５が燃焼室壁１３と
   燃料噴射流１２との間で燃焼室６内に侵入するようにな
   っていて、噴射ノズル開口１１と点火装置１４とを結ぶ
   直線ａの長さが燃焼室最大直径りの２５〜３０係であっ
   て、この直線ａと燃料噴射流１２との間に２０〜３０’
   の角度が与えられていることを特徴とする、外部点火さ
   れる空気圧縮式内燃機関。