JPS60501165A - 燃料を燃焼室の２次燃焼空気流に噴射する装置 - 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】 燃料を燃焼室の２次燃焼空気流だ噴射する装置従来技術 本発明は請求の範囲に示されたタイプの燃料を噴射する装置から出発する。この ような公知の装置（フランス国特許第１３８．２６９７号第５図）においては、 燃料噴射ノズルの噴射開口と、ノズル及び燃焼室の間の仕切り壁における流過開 口との間て加熱室が配置されており、この加熱室に規定された燃料流に対して同 軸的に加熱装置が配置されている。流過開口を通って燃料流が流過する個所には 、噴射が行なわれている間、加熱室における水流ポンプ効果に基ついて負圧が生 じろ。この場合には加熱室における圧力は周囲空気圧よりも著しく下げられる。

噴射が中断されると圧力差に基いてガスが燃焼室から加熱室に流れる。内燃機関 の噴射装置においては間欠的な噴射は回転数に関連する。

従って回転数が高いばあいには新しい噴射が開始する前には両方の昆の圧力平衡 かまた達成されない。燃料流とガス流の合流は燃料とガス（空気）との十分な混 合をもたらすが、しかし混合気の燃料若しくレエ空気の割合が回転数に関連して 変化するという欠点を有している。従って通常のばあいに要求される、回転数に ほぼ無関係な、点火性のよい混合気が達成されない。それどころか所定の回転数 範囲では全くコントロールされずに早期点火又は遅れ点火が行なわれ、自己点火 式の内燃機関においては出方と排ガス成分に不都合な影響が見られる。

前記の公知の装置の別の欠点は加熱装置の加熱流が燃料流に直接的にあたり、燃 料流の表面に過熱が生じる。この過熱は少なくとも時折り存在する酸素と関連し て部分的な前燃焼をもたらす。この前燃焼には主燃焼が続く。この主燃焼の結果 は混合気の調質に関連する。しかし、この調質は前述の前燃料が全回転数範囲に 亘ってコンスタントである場合にしか全回転数範囲で所望の程度で維持すること ができない。さらにこの公知の装置は連続的な噴射装置、例えは加熱式燃焼室の 場合にも、加熱室内に生じる負圧を補償できないという欠点を有している。これ によって強制的に空気が噴射流方向とは反対に噴射流のそばを通って加熱室に吸 込まれる。これは燃料流の噴射方向、噴射形態と噴射速度に不都合に作用する。

燃料流は変動し、たいていの場合には片側に押込まれる。燃料流は失速し、燃焼 室内疋良好に分配されなくなる。この結果として煤が多くなりかつエネルギー１ 直が低下させられる。

発明の効果 これに対して請求の範囲第１項の特佑を有する本発明の装置は、バイパスを介し てほぼ連続的に燃焼空気が循還させられ、そこに配置された加熱装置で加熱され るという利点を有している。燃料噴射装置が間欠的に作業しても燃料流は決して バイパスにおけろ燃焼空気の流れに抗して作用せす、燃料流は燃焼空気の駆動を 行なう。回転数が高くかつ噴射周波数が高い場合にはバイパスを通る空気流の速 度も比較的に増大するので、加熱効率がそれに相応して犬ぎくなる。これによっ て全気量が回転数に互ってほぼ均一に加熱されることに基いて、著しく均一な燃 ｌｔｌ経過と排ガスエミッションの改良が達成される。又、重要な他の利点はバ イパスを流過する燃焼空気が加熱され、かつ加熱装置が直接的に燃料に作用しな いことである。これによって不都合なコークス化が回避されかつ回転数に互って 不均一な部分燃焼が回避される。流体動力学的に適合させられた燃滉室を有する 最新の内燃機関においては本発明の装置は特に有利である。本発明の装置は公知 の装置とは異って流動技術的な欠点をもたらさず、設ば１者が装置に与えられた 流れ作用を燃焼室の流れ作用に算入し、燃焼室の流れ特性値を改善することを可 能にする。バイパスの入口の位置に応して燃焼室流れに対する直接的な影響が与 えられろ。

請求の範囲第２項以下に記述された％似によれは請求の範囲第１項に記載された 装置の改良が可能である。

本発明の有利な構成によれは、加熱素子はバイパスに於て空気案内装置に固定さ れている。これによって加熱装置は常に良好な加熱作用を有する設計者（Ｃよつ て予定された１固所に位置することになる。すなわち、加熱装置は公知の流れ状 態に基いて加熱面が最適に擦過される所如配置される。

特に有利であるのは加熱素子が燃料流の入口の上流側で空気流に配置されている ことである。流れにおいて生じる渦に基いて燃料流入口の上流に流入する空気は 燃料流と接触する前に効果的に加熱される。周知のように水流ポンプの原理では 気胞は液体流によって連行されるので、加熱された燃焼空気は部分的に、冷えた 燃料流に達する。この混合は流過開口の下流で強められるので、点火前にほぼ均 質で濃い混合気が得られる。本発明の装置を利用した場合には常温始動に際して 通常必要であった始動補助手段、例えは燃焼室内の流れ損失をもたらし、煤の発 生に不都合な影響を与えるグロープラグ、グローピン等は不要になる。さらにこ れらの公知の加熱装置は電流消費量が大きいために常時運転にはあまり適さない 。これに対して本発明の装置は比較的に僅かな電気的なエネルギで十分であり、 従って常時運転に使用することができる。

本発明の付加的な構成によれば噴射ノズルとして噴射ノズル軸線に対して横方向 に燃料が噴射される多孔ノズルが用いられている。この場合には空気案内装置は ノズル締付はナツトに配置される。このノズル締付はナツトによっては噴射開口 を有するノズル体がノズル保持体に緊締可能である。ノズル締付はナツトの位置 は燃料噴射ノズル、ひいては燃焼室尾灯して固定されているので、空気案内装置 もそれに相応して固定される。プラグノズル又は外方へ開放されたノズルでは流 過開口は噴射ノズル軸線に対して迫巌的に延びているのに対して、多孔ノズルの 場合には空気案内装置の流過開口とノズル体゛の噴射開口を相互に正確に配属す ることが必要である。これは空気案内装置とノズル締付はナツトとが一体に構成 されている場合には問題なく行なうことができる。バイパスの入口は燃料噴射ノ ズルと同軸的に中央で空気案内装置に配置するか又はノズル軸線に対して横に配 置することができる。前者の場合には圧縮の際に空気が付加的に燃焼室から加熱 室内に押込まれる。この場合には有利な形式で例えは加熱コイルの形をした加熱 装置を極めて簡単に配置することができる。後者の場合には燃焼空気はノズル軸 線に対して横方向に吸い込まれ、加熱装置として空気案内装置の外にある、空気 流が寿過する面に配置された加熱導体が用いられている。従って吸込まれた空気 はバイパスに流入する前に加熱される。この場合には加熱導体はホッパ体の内面 又は外面に取付けられ、種種異なる構造（例えば、層、扁平線材、九縁材等）を 有していることができる。

燃焼空気が燃焼室から直接に噴射開口を有するノズル体先端（頂部）にあたる場 合には、このノズル体先端は有利な形式で＠接的な熱作用に対して断熱層又は空 気案内板で保護し、噴射開口においてコークス化が生じ、噴射が不均一に行なわ れることを回避することができる。

他の有利な構造的な特徴は以下の実施例の記述並びに図面に示されている。

図面 図面には本発明の６つの実施例が示されており、以後これについて説明する。

第１図は本発明の第１実施例の燃料噴射ノズルの縦断面図。

第２図は第１図の第１実施例の１部の拡大図。

第６図は第１実施例の熱保護体の変化実施例を示す図。

第４図はホッパ状の空気入口を有する第２実施例の縦断面図。

第５図は半径方向の空気入口を有する第３実施例を示す図。

第６図は第５図のＶｌ−ＶＴｌｌｉに沿った断面図である。

実施例の説明 本発明の有利な利用分野はディーゼル機関であり、以後記述する実施例はこのよ うな自己点火式の内燃機関に利用されるものである。６つの実施例はディーゼル 機関の燃料噴射ノズルに直接的に配置されており、その１例は第１図に示されて いる。

ノズル体１はノズル締付はナツト２を介してノズル保持体３に緊締されており、 ノズル保持体３は図示されていない燃料導管によって噴射ポンプと接続されてい る。噴射ポンプから間欠的に供給された燃料は圧力通路４を介してノズル本体１ の圧力室５に達し、開放方向に弁ニードル７を閉鎖ばね６の力に抗して移動させ る。弁ニードル７が全面８から陥れると圧力室５は袋孔９と接続される。この袋 孔９からはノズル頂部１０に配置された噴射開口１１が分岐している。

第２図には蜆＼鴫ＫＫＪ、１図に示された第１実施例の燃料噴射ノズルの噴射部 が拡大されて示されている。

ノズル締付はナツトは噴射ノズル軸側に対して同軸的に延びる筒状の区分１２を 有している。この筒状の区分１２には噴射部０１１を介して形成された燃料流の ための流過開口１３が設けられている。噴射開口１１と所薦の流過開口１３は同 報である。ノズル締付はナツト２の筒状の区分１２は燃料噴射ノズルの頂部１０ と筒状の区分１２の外におかれた燃焼室１４との間の仕切り壁を形成するので、 燃料流は妨げられずに流過開口１３を通過できなけれはならない。燃焼室１４内 には通常の形式で混合気が形成される。この混合気は十分に圧縮されると自己点 火する。流過開口１３の範囲で燃料流によって形成されるインゼクタ作用に基い て、筒状の区分１２によって囲まれた室１５からは空気が流堝開口１３からポン プ作用で吸い出され、燃焼室１４に送られる。この場合にはこの空気の１部分は ８ 燃料流と混合される。この吸込作用に基いて筒状の区分１２の開放側を介して空 気が燃焼室１４がらこの筒状の室１５に流入する。この場合には筒状の室１５は 形成しようとする空気流のためのバイパスとして作用する。何故ならば燃焼室１ ４においても機関のピストン作業と燃焼室とシリンダとにおける適当な空気の案 内とに基いて空気流が生じるからである。噴射周波数が高けれは高いほどバイパ スに於ける流れ速度並びにこのバイパスを通って送られる空気量は増大する。

バイパスに侵入した空気を加熱するためには筒状の室１５内には、筒状の区分１ ２に対して同軸的に加熱コイル１６が配置され、これに第１図に示された導線１ ７を介して電気的なエネルギが供給される。加熱コイル１６の端部１８はノズル 頂部１ｏを介してアースされている。燃焼室１４がら室１５に流入する空気は燃 料流と接触する前に適当に加熱することができる。

さらに燃料流のエネルギによって生せしめられたボンフ０効果は、前述の加熱さ れた空気と燃料流を混合し、混合気を加熱する他に混合気の十分な混合と調質を 行なうためにも役立つ。このような混合気の加熱と調質は点火性をよくするたけ ではなく、排ガスにおける煤の含有量を低下させる。何故ならばこの場合には炭 化水素がより完全燃焼させられるからである。

しかし、室１５を介して流入する燃焼空気は極めて高い温度を有しているか又は 高い温度を得ることがで特表昭ＧＯ−５０１１６５（４） きるので、場合によってはノズル１１′１部が過熱によって損われる惧れがある 。しかも、高い温ルニに基き燃料が既に噴射開口１１内でコークス化し、これに よって噴射開口１１０通路が狭はめられるが又は全く遮断される惧れがある。こ の理由からノズル頂部１ｏには流れ方向に対して横方向に熱保護体１９が配置さ れている。

この熱保護体１９の端面ば流れ側に対して断熱層２υを備えている。バイパスに おける加熱コイル１６で加熱された空気流は熱保護体１９によって外へ、ひいて は流過開口１３に導かれ、頂部１ｏ、ひいては噴射開口１１又は袋孔９の過熱は 回続される。

第６図においてはこの第１実施例の熱保詠体の変化実施例としてノズル頂部１０ ′に熱保護シールド２１が固定されている。この熱保護シールド２１は、熱保護 体１９の上述の作用と同じ作用を有しているが、比較的に簡単に多孔ノズルに例 えば溶接で取＋ｊけることができろ。

第４図に丞された第２実施例においては筒状の区分１２′は燃焼室１４に向がっ てホッパ状の拡大部２３を有している。これによってバイパスの入口が適当に鉱 床 犬されるので、燃焼室１４の弘い区域がら空気が吸込（まれる。この空気はホッ パ状の拡大部２３の内側に配置された加熱導体２４を擦過する。その後で空気は 空気案内装置の円筒状の区分１２′に達し、燃料流と共に流過開口１３を介して 再び燃焼室１４内に流出する。

０ この実施例のノズル体１′の頂部１０’の上には流れと向き合った端面に熱保護 体が設けられている。この第４図にはこの熱保護体の２つの変化実施例が中実軸 線の右と左にそれぞれ１つづつ示されている。右側の変化実施例はノズル頂部１ ０′の上に載着された、空気案内として役立つ小管２５である。この小管２５は ホッパ状の拡大部２３に１部突入し、この拡大部２３と共に、部分的に円錐形で 、バイパスとして役立つリング通路２６を制限する。加熱された空気は燃料流に よって噴射開口１１に達する前に流過開口１３に向がって吸込まれる。他方の左 側に示された変化実施例は第１実施例の場合のように適当な作用を有する断熱層 ２７である。

もちろん本発明の構成としては、ホッパ状の、バイパスを形成する空気案内管内 に空気を加熱するために円錐形に構成された加熱コイルを配置することも、円筒 状のバイパス管の内壁に加熱導体を設けることも考えられる。さらに骨又はホッ パ内に有利には同軸的に加熱導体面を備えた管を配置することも考えられろ。

これらの考えられるすべての可能性は本発明に包含されるか、製作費用の観点か らは図示の実施例の方が有オリである。

第５図と第６図には第６実施例が示されている。この場合には燃・焼室１４から 吸込まれた空気はノズル軸線に対して横方向に燃料流に向かって流れる。多孔ノ ズルであるこの実施例では燃料流自体も噴射ノズル軸線に対して横方向に噴射さ れるので、空気の流入と充出はほぼ噴射ノズル軸線に対して横方向の一乎面内で 行なわれる。

第５図の燃料噴射ノズルの縦断面図に示されているように、ノズル体１“の頂部 １ｏ“の上には、円頂部状のフード２９の形をした空気案内装置が配置されてい る。

このフード２９は大きな直径でほぼノズル頂部１ｏ“の形に沿って位置している 。ノズル頂部１ｏ“と）−ド２９との間にはバイパスとして半球状のリング室３ ｏが形成され、このリング室３０からはフード内に配置された適当な流過開口と 入口開口とが分岐している。入口開口としては一平面内にかつ中心対称的に配置 された細長い開口３１が用いられろ。前記平面は第６図に示したように、第５図 のＶｌ　−Ｖｌ線に沿った断面図である。この平面内には噴射開口１１の１部に 相応してこの噴射開口１１に所属する流過開口１３′が配置されている。他の流 過開口１３“は同様に他の噴射開口１１′に対して同軸的に配置されている。こ の場合にはこの共通の軸線はＥｎＪ記平面とＦ９Ｔ定の角度を成している。燃□ ハ′と空気の加熱は、流入する空気によってできろたけ捉えられろようにフード ２９の外周面に配置された加熱導体３２を介して行なわれる。この場合には空気 はノズル軸線に対して横方向に流入するのて゛、一方では円錐形のフード区分３ ３がかつ他方では入口開口３１の近くの球形の範囲２９が捉えられる。ノズル頂 部１ｒにおける付加的な熱保護体はこの場合には不要である。

何故ならば燃焼空気は実質的にノズル頂部と接触する前に燃料流によって再びバ イパスから外へ引出されるからである。加熱導体３２の電気的な接続はノズル締 付はナツトの孔３５内を延び、溶融ガラス３６によってノズル締付はナツトに対 して絶縁された接続線３４を介して行なわれる。

さらに本発明によれば選択的に又は並列に接続可能である２つの加熱段で加熱を 行なうことも考えられる。

この場合には常温始動に際して強い加熱出力が用いられ、弱い、例えば連続的な 加熱が燃焼過程の改善のための常時加熱として用いられる。

さらに本発明は燃料流がノズル軸線方向に噴射されるプラグ形ノズル又は外方へ 開口するノズルに応用することもできる。この場合には空気は燃焼室からノズル 軸線に対して横方向に空気案内装置に流入し、そこで燃料流によって加速されて 再び燃焼室に達する。この場合には空気は第５図と第６図に示された第６実施例 と同じように軸組に対して横方向にバイパスに流入し、第１及び第２実施例の入 口開口に相応する中央の開口を介して再び燃焼呈内に燃料流によって加速されて 流入する。本発明では空気案内装置によって形成されたバイパスを介して燃焼空 気が燃焼室から燃料流の給されるようになっており、この／ぐイノぐス流力くカ ロ熱装置によって加熱されるようになってＬ・る。

１） 国際調査報告 ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ＴＨＯＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥＰＯ ＲＴ　０ＮＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ　Ｎｏ、　Ｐ ＣＴ／ＤＥ　８３１００２１２　（ＳＡ　６３０４）ＵＳ−Ａ−１６９３９３１ Ｎｏｎｅ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　内燃機関、特忙自己点火する内燃機関の２次燃焼空気流に燃料を噴射する 装置であって、加熱装置と、噴射ノズルと燃焼室との間に配置された仕切り壁に 設けられた流過開口を通る少なくとも１つの規定された燃料流を生ぜしめるため の燃料噴射ノズルとを有する形式のものに於て、仕切り壁（１２，２３，２９） が燃焼空気を燃焼室（１４）から流過開口（１３）を介して再び燃焼室（１４） にバイパスする案内装置として用いられており、流過開口（１３）において燃料 流によって生ぜしめられたインゼクタ作用に基いて、このバイパスにおいて燃焼 空気が加速可能であり、この燃焼空気が加熱装置（１６，２４，３２）のそばを 流過可能であることを特徴とする、燃焼空気の２次燃焼室に燃料を噴射するため の装置。 ２、加熱装置の加熱素子が電気的に加熱可能でかつ仕切り壁（１２，２３，２９ ）に固定されている、請求の範囲第１項記載の装置。 ３、　加熱素子（１６，２４，３２）が燃料流の入口の上流に配置されている、 請求の範囲第１項又は第２項記載の装置。 ４、　ノズル体（１）の、加熱された空気にさらされた、噴射開口（１１）を有 する区分（１０，１９）が熱を保護する手段（２θ、２５）を備えている、請求 の範囲第１項から第６項までのいずれか１つの項に記載の装置。 ５、熱を保護する手段として断熱層（２０，２７）が用いられている、請求の範 囲第４項記載の装置。 ６、熱を保護する手段として加熱空気を案内する保護板（２５）が用いられてい る、請求の範囲第４項記載の装置。 Ｚ　多孔ノズルを有し、噴射ノズル軸線に対して横方向に噴射流が噴射され、噴 射開口を有するノズル体がノズル締付はナツトを介してノズル保持体に緊締可能 であり、仕切り壁（１２，２３，２９）がノズル締付はナツト（２）に配置され ている、請求の範囲第１項から第６項までのいずれか１つの項に記載の装置。 ８、仕切り壁（１２，２３）が噴射ノズルに対して同軸的に延びる、ノズルとは 反対側に開いた管区分（１２，２３）として構成されており、この管区分（１２ ，２３）によって囲まれた室内に加熱装置（１６゜２４）が配置されている、請 求の範囲第７項記載の装置。 ９　加熱装置として管区分（１２）に対して同軸的に延びる、電気的忙加熱され るグミ−コイル（１６）が用いられる、請求の範囲第８項記載の装置。 １０、加熱装置として管区分壁に配置された少なくとも１つの加熱導体（２４） が用いられる、請求の範囲第８項記載の装ｍ。 １１、管区分（１２）が円筒区分の後で燃焼室（１４）に向かってホッパ状に拡 大されている、請求の範囲第８項から第１０項までのいずれが１つの項に記載の 装置。 １２、仕切り壁としてノズルを覆う円頂部状のフード（２９）が用いられ、この フード（２９）内に流過開口（１３）及び入口開口（３１）がノズル軸線に対し て横方向に延びている、請求の範囲第１項から第７項までのいずれか１つの項に 記載の装置。 １６、入口開口（３１）の上流側で仕切り壁（２９）の上に加熱導体（３２，３ ３）が配置されている、請求の範囲第１２項記載の装置。