JPS62113822A - 内燃機関の燃焼方式 - Google Patents
内燃機関の燃焼方式Info
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- JPS62113822A JPS62113822A JP60254317A JP25431785A JPS62113822A JP S62113822 A JPS62113822 A JP S62113822A JP 60254317 A JP60254317 A JP 60254317A JP 25431785 A JP25431785 A JP 25431785A JP S62113822 A JPS62113822 A JP S62113822A
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
燃料経済性で有利な直噴ディーゼル機関の小型高速化は
現時点において未解決であり、その原因は燃料噴射ノヅ
ル（多孔針弁型）の小型化が出超なことと、多孔ホール
ノヅルは熱に対して＠感であるため、最適燃焼条件を得
るにはスワールの可変が必要であり、現方式では燃焼に
制約をうけ、高速化、小型化が至難である。
現時点において未解決であり、その原因は燃料噴射ノヅ
ル（多孔針弁型）の小型化が出超なことと、多孔ホール
ノヅルは熱に対して＠感であるため、最適燃焼条件を得
るにはスワールの可変が必要であり、現方式では燃焼に
制約をうけ、高速化、小型化が至難である。
又、Ｍ燃焼方式等ではノヅルに問題はなくとも燃料のキ
ャビティ壁面蒸発が混合気生成の主要素であるため、こ
れも燃焼の高速化が計ｎない問題点を有している。
ャビティ壁面蒸発が混合気生成の主要素であるため、こ
れも燃焼の高速化が計ｎない問題点を有している。
本発明は自己清浄性を有する単孔ノヅルを用い燃料噴流
の衝突反作用によって拡散・蒸発・予混合の合成燃焼を
意図的に行なわしめることによって直噴ディーゼル機関
の小型化と高速化を可能としたディーゼル燃焼系の技術
と燃料噴射式多種燃料機関の燃焼技術に関するものであ
る。
の衝突反作用によって拡散・蒸発・予混合の合成燃焼を
意図的に行なわしめることによって直噴ディーゼル機関
の小型化と高速化を可能としたディーゼル燃焼系の技術
と燃料噴射式多種燃料機関の燃焼技術に関するものであ
る。
直噴方式に最も多く用いられている針弁型多孔ホールノ
ヅルの大きな欠点は熱の影響によって噴霧状態の変化が
大なることである。
ヅルの大きな欠点は熱の影響によって噴霧状態の変化が
大なることである。
例えばノヅル先端温度が比較的低い場合には燃料の貫刺
性が大であり噴霧先端はキャビテイ壁面に衝突し局部的
な冷却作用が大となり、こｎが原因で過濃域を作り白煙
・青煙が発生する。又ノヅル先端温度が高くなると極端
に霧化拡散が進行し貫刺性が弱まるためノヅル近傍で過
度の拡散燃焼が起生ずるため適応するスワール運動が必
要であり、ノヅル温度管理が難事であることは現在でも
未解決な問題である。
性が大であり噴霧先端はキャビテイ壁面に衝突し局部的
な冷却作用が大となり、こｎが原因で過濃域を作り白煙
・青煙が発生する。又ノヅル先端温度が高くなると極端
に霧化拡散が進行し貫刺性が弱まるためノヅル近傍で過
度の拡散燃焼が起生ずるため適応するスワール運動が必
要であり、ノヅル温度管理が難事であることは現在でも
未解決な問題である。
更に燃料中の高分子質の重合によるホールの目づまりも
生じゃすく噴霧の偏向によって空気利用率が悪くなり黒
煙を発生し燃費は低下する。これらの問題点は機関の小
型化にともないますます深刻となり、熱効率で有利であ
る直噴ディーゼル機関の小型化と高速化の大きな障壁と
なっている。
生じゃすく噴霧の偏向によって空気利用率が悪くなり黒
煙を発生し燃費は低下する。これらの問題点は機関の小
型化にともないますます深刻となり、熱効率で有利であ
る直噴ディーゼル機関の小型化と高速化の大きな障壁と
なっている。
直噴方式の他の型式、例えばＭ燃焼方式においてはノヅ
ルは単孔弁の使用が可能であるが、混合気生成の主な手
段をピストン凹部壁面での蒸発に依存するものであり、
この方法では機関の、高速化が期待できなく、又これと
は逆に渦巻噴射弁を用いて大噴霧角、低噴霧貫徹力を特
徴とし、拡散燃焼を主とした燃焼系の研究が発表されて
いるが、未だ高速化を満足するものではなく、この燃焼
系ではピストンキャビティを深く形成する必要がありピ
ストンピンより上部構造が高くなりエンジン本体構造が
大きくなる等機関の＠量・小型化に不都合な条件が生ず
る。
ルは単孔弁の使用が可能であるが、混合気生成の主な手
段をピストン凹部壁面での蒸発に依存するものであり、
この方法では機関の、高速化が期待できなく、又これと
は逆に渦巻噴射弁を用いて大噴霧角、低噴霧貫徹力を特
徴とし、拡散燃焼を主とした燃焼系の研究が発表されて
いるが、未だ高速化を満足するものではなく、この燃焼
系ではピストンキャビティを深く形成する必要がありピ
ストンピンより上部構造が高くなりエンジン本体構造が
大きくなる等機関の＠量・小型化に不都合な条件が生ず
る。
本発明は既述の諸問題を解決する手段として、ノヅルは
自己清浄作用を有し熱に対して安定性の高いピントル又
はスロットル等の単孔ノヅルを用い燃料噴流をキャビテ
ィ中又はピストン面に衝突せしめて燃料噴流の分裂を計
り順次に衝突反射作用とそのｉＡ程において大・小の燃
料粒子の細分化と微粒化をキャビティ内で立体的に行な
い、これによって異なる粒子の貫刺性を利用し比較的大
なる燃料粒子による蒸発予混合燃焼と微細粒子による拡
散燃焼との合成燃焼をキャビティ内において多点的に且
つ短時間に行なわしめることにより燃焼反応の高速化と
空気利用率を高め、スワール依存度を低減した燃焼を達
成するものであり、これによって熱効率で有利な直接噴
射ディーゼル機関の小型化と高速化を計ることを目的と
するものである０ 又、別の目的は単孔ノヅルよりの燃料噴流を対向するピ
ストン頂面部に衝突させ衝突による反作用を利用して燃
料の粒子化と拡散を計り、燃焼室全域にわたり予混合気
の形成を確実に行なうことゐより多種燃料の使用に効果
的な予混合気形成接絶を提示することを目的としている
。
自己清浄作用を有し熱に対して安定性の高いピントル又
はスロットル等の単孔ノヅルを用い燃料噴流をキャビテ
ィ中又はピストン面に衝突せしめて燃料噴流の分裂を計
り順次に衝突反射作用とそのｉＡ程において大・小の燃
料粒子の細分化と微粒化をキャビティ内で立体的に行な
い、これによって異なる粒子の貫刺性を利用し比較的大
なる燃料粒子による蒸発予混合燃焼と微細粒子による拡
散燃焼との合成燃焼をキャビティ内において多点的に且
つ短時間に行なわしめることにより燃焼反応の高速化と
空気利用率を高め、スワール依存度を低減した燃焼を達
成するものであり、これによって熱効率で有利な直接噴
射ディーゼル機関の小型化と高速化を計ることを目的と
するものである０ 又、別の目的は単孔ノヅルよりの燃料噴流を対向するピ
ストン頂面部に衝突させ衝突による反作用を利用して燃
料の粒子化と拡散を計り、燃焼室全域にわたり予混合気
の形成を確実に行なうことゐより多種燃料の使用に効果
的な予混合気形成接絶を提示することを目的としている
。
本発明になる燃焼系の実施例を図について説明すると次
の如くである。
の如くである。
図１・図２に示す如くキャビティ形状は機関を小型化し
うる設計面より可及的浅型の構造が有利であり、燃料噴
射ノヅル（４）よりの噴流（ｄ）が衝突反射部によって
キャビティ全域に到達し且つ有効に周域空気を利用でき
うるように、又噴流衝突域のキャビティ中心部は熱ピン
チ策に有効な容積を減じた底隅形状とし、噴流衝突部は
平滑な平面あるいは小突起を有するそれに近似した形状
であり、周域に拡散する燃料粒子をキャビティ内全域に
立体的に拡散させる作用を行なうものであり、粒子の大
きい程貫刺性が大なる原理を応用し、周壁にまで達する
燃料を多点的に分散し、蒸発によって予混合を短時間に
行なわしめるものである。しがして従来燃焼方式と較べ
全周域に立体的に且つ多点に火炎核の生成を促進するこ
とにより気筒全体ての反応時間の短縮が行なわれる。
うる設計面より可及的浅型の構造が有利であり、燃料噴
射ノヅル（４）よりの噴流（ｄ）が衝突反射部によって
キャビティ全域に到達し且つ有効に周域空気を利用でき
うるように、又噴流衝突域のキャビティ中心部は熱ピン
チ策に有効な容積を減じた底隅形状とし、噴流衝突部は
平滑な平面あるいは小突起を有するそれに近似した形状
であり、周域に拡散する燃料粒子をキャビティ内全域に
立体的に拡散させる作用を行なうものであり、粒子の大
きい程貫刺性が大なる原理を応用し、周壁にまで達する
燃料を多点的に分散し、蒸発によって予混合を短時間に
行なわしめるものである。しがして従来燃焼方式と較べ
全周域に立体的に且つ多点に火炎核の生成を促進するこ
とにより気筒全体ての反応時間の短縮が行なわれる。
これによって当然スワール依存度が低減することは明ら
かである。
かである。
従来直噴エンジンの主流である多孔ホールタイプにおい
てはスワールが重要条件であり、これの生成のために吸
気路形状を工夫しダイレクショナル、ヘリカル等の手法
によって給気流れのスワール化が計られているが、これ
らはいづれもが給気系抵抗を増加するものであり、機関
最高出力や発煙限界が制約をうける方向にあり、又弁に
案内壁を取り付ける等（シュラウド弁）も同様である。
てはスワールが重要条件であり、これの生成のために吸
気路形状を工夫しダイレクショナル、ヘリカル等の手法
によって給気流れのスワール化が計られているが、これ
らはいづれもが給気系抵抗を増加するものであり、機関
最高出力や発煙限界が制約をうける方向にあり、又弁に
案内壁を取り付ける等（シュラウド弁）も同様である。
本発明によるこの様な燃焼系においてはキャビティ内で
の多角度な立体的燃料分布と周壁全体での授熱蒸発作用
とにより、空気と混合を行なうものであり燃料噴霧のう
ち微粒子分は急速に拡散燃焼反応に移行し、比較的粒子
の大きなものは貫刺性の大なる条件によって周域に拡散
しその一部は壁面到着前に空気によって反応し、又攬面
に進達する燃料もホールタイプと比較して多点的で且つ
広範囲に分散して到達するため、各到達点において蒸発
は急速に進行される。多孔ホールタイプを用いた従来の
燃焼方法では燃料噴霧の壁面側ｍ箇所はホール数とその
孔方向によって定められた特宏の箇所に集中するためこ
の域は局所的冷却による熱歪みの発生や過濃混合気域と
なることが避けられず、適度のスワール運動が必要なこ
とは周知である。そして近時はスワールの強度がＮＯＸ
の発生を促進していることが解り、スワールのコント四
−ルがディーゼル機関の性能改善上での重要なｇ題とな
っている。
の多角度な立体的燃料分布と周壁全体での授熱蒸発作用
とにより、空気と混合を行なうものであり燃料噴霧のう
ち微粒子分は急速に拡散燃焼反応に移行し、比較的粒子
の大きなものは貫刺性の大なる条件によって周域に拡散
しその一部は壁面到着前に空気によって反応し、又攬面
に進達する燃料もホールタイプと比較して多点的で且つ
広範囲に分散して到達するため、各到達点において蒸発
は急速に進行される。多孔ホールタイプを用いた従来の
燃焼方法では燃料噴霧の壁面側ｍ箇所はホール数とその
孔方向によって定められた特宏の箇所に集中するためこ
の域は局所的冷却による熱歪みの発生や過濃混合気域と
なることが避けられず、適度のスワール運動が必要なこ
とは周知である。そして近時はスワールの強度がＮＯＸ
の発生を促進していることが解り、スワールのコント四
−ルがディーゼル機関の性能改善上での重要なｇ題とな
っている。
本発明では熱ピンチのうけやすいキャビティ中心域にお
いてはノヅルよりの噴流を拡散すること少なくエネルギ
を温存して剛体状でキャビティ衝突部に到達せしめるも
のであり、この衝突部を起点として燃料の拡散分布が行
なわｎるものであり、噴霧角の少ないピントル、スロッ
トル等単孔ノヅルによって目的を達するので、従来多く
発生していたノヅル原因によるトラブルが明確に解消す
ることは本発明の大きな効果である。
いてはノヅルよりの噴流を拡散すること少なくエネルギ
を温存して剛体状でキャビティ衝突部に到達せしめるも
のであり、この衝突部を起点として燃料の拡散分布が行
なわｎるものであり、噴霧角の少ないピントル、スロッ
トル等単孔ノヅルによって目的を達するので、従来多く
発生していたノヅル原因によるトラブルが明確に解消す
ることは本発明の大きな効果である。
又、この剛体状でキャビティ内の突起部に衝突する燃料
噴流は流動エネルギを温存しており、衝突によって噴流
を分裂し順次に外側域に有効に分散させ確実な全周域へ
の燃料分布条件を達成せしめるため、衝突部温度を周壁
面より高温度とすることが効果的であるため、ピストン
キャビティ又はピストン頂面に設置する衝突部を有する
凸部底面を断熱を目的として空間のある構造とし、ある
いは衝突部を凹成して断熱溝を設ける等も本発明の特徴
の一つである。
噴流は流動エネルギを温存しており、衝突によって噴流
を分裂し順次に外側域に有効に分散させ確実な全周域へ
の燃料分布条件を達成せしめるため、衝突部温度を周壁
面より高温度とすることが効果的であるため、ピストン
キャビティ又はピストン頂面に設置する衝突部を有する
凸部底面を断熱を目的として空間のある構造とし、ある
いは衝突部を凹成して断熱溝を設ける等も本発明の特徴
の一つである。
又、本方式はディーゼル方式のみならずガソリン、ケロ
シン、メタノール等ディーゼル燃料以外の液体燃料を用
いる予混合火花点火燃焼方式においても噴射時期を変え
ることによって容易に空気との予混合を確実に行ない空
気利用率をスワールに依存少なく高めつるので、多種燃
料機関としての有利性を有するものである。
シン、メタノール等ディーゼル燃料以外の液体燃料を用
いる予混合火花点火燃焼方式においても噴射時期を変え
ることによって容易に空気との予混合を確実に行ない空
気利用率をスワールに依存少なく高めつるので、多種燃
料機関としての有利性を有するものである。
この様に噴霧角が小さくキャビティ内部において噴流を
衝突によって分散・拡散等を行なわしめキャビティ内で
の立体的な混合気生成を行なわしめることにより、ディ
ーゼル方式においては燃焼を短時間に多点的に行なわし
め又火花点火多種燃料機関としても予混合気の生成に裕
度があり、一方分な気化が行ないうろことが本発明の特
長であζ２これによって従来の直噴ディーゼルや噴射式
多種燃料機関と較べ次の如く多くの効果・利点を有する
ものである。
衝突によって分散・拡散等を行なわしめキャビティ内で
の立体的な混合気生成を行なわしめることにより、ディ
ーゼル方式においては燃焼を短時間に多点的に行なわし
め又火花点火多種燃料機関としても予混合気の生成に裕
度があり、一方分な気化が行ないうろことが本発明の特
長であζ２これによって従来の直噴ディーゼルや噴射式
多種燃料機関と較べ次の如く多くの効果・利点を有する
ものである。
即ち１
■ 立体的・多角的な多点着火燃焼方式により燃焼時間
が短縮さｎｌそｎによって機関の高速化が可能となり、
Ｎｏ、の発生が少ない。
が短縮さｎｌそｎによって機関の高速化が可能となり、
Ｎｏ、の発生が少ない。
■ ピントル、スロットル等の自己清浄作用のある単孔
ノヅルを用いることによりノヅルトラブルが解消し噴霧
の偏向による黒煙の発生、燃費の低下、出力の低下がな
くなる。
ノヅルを用いることによりノヅルトラブルが解消し噴霧
の偏向による黒煙の発生、燃費の低下、出力の低下がな
くなる。
■ スワール依存度が少ないので給気路にスワール生成
のための流ｎ回路、シュラウド弁等を必要としないため
、抵抗の少ない簡単な給気路で給気効率が向上し出力と
発煙限界が向上する。
のための流ｎ回路、シュラウド弁等を必要としないため
、抵抗の少ない簡単な給気路で給気効率が向上し出力と
発煙限界が向上する。
■ ノヅルの耐久性が向上し、メンテナンスと機関全体
の信頼性が向上する。
の信頼性が向上する。
■ 礪関の小型化が可能となった。
図１は本発明のディーゼル機関に適用した場合の実施例
を示す縦断面図である。 Ｕ２はキャビティ内での衝突による燃料の拡散状態を示
す縦断面図である。 図３は燃料噴射式多種燃料火花点火機関に適用した例を
示す縦断面図である。 図４の（匈・中）・（０）・中〕・（埒は各々燃料衝突
部の形状例を示す縦断面図である。 図中、（１）・・・ピストン、（２）・・・給気弁、（
３）・・・排気弁、（４）・・・燃料噴射ノヅル、（５
〕・・・燃料衝突部、（６］・・・点火栓、（７）・・
・キャビティ、（−・・・衝突による拡散燃料粒子の分
布形態、（ｂ）・・・衝突凸部に設けた断熱用空間、（
６）・・・断熱溝、（ｄ）−・・燃料噴流を示す。 図１
を示す縦断面図である。 Ｕ２はキャビティ内での衝突による燃料の拡散状態を示
す縦断面図である。 図３は燃料噴射式多種燃料火花点火機関に適用した例を
示す縦断面図である。 図４の（匈・中）・（０）・中〕・（埒は各々燃料衝突
部の形状例を示す縦断面図である。 図中、（１）・・・ピストン、（２）・・・給気弁、（
３）・・・排気弁、（４）・・・燃料噴射ノヅル、（５
〕・・・燃料衝突部、（６］・・・点火栓、（７）・・
・キャビティ、（−・・・衝突による拡散燃料粒子の分
布形態、（ｂ）・・・衝突凸部に設けた断熱用空間、（
６）・・・断熱溝、（ｄ）−・・燃料噴流を示す。 図１
Claims (4)
- （１）キャビティ内部に燃料噴流を剛体状で衝突させ、
衝突部を起点としてキャビティ全域に燃料を拡散分布し
、拡散・蒸発過程において立体的多重多点着火燃焼を行
なわしめ、スワールに依存すること少なく空気利用率を
高め燃焼期間の短縮を計りたることを特徴としたディー
ゼル機関の衝突拡散燃焼方式。 - （２）噴霧角が１０°以内のピントル、スロットル又は
針弁単孔ノヅルを用い、ピストン頂面あるいはキャビテ
ィ内に設けられた凸部頂面に対し燃料噴流を衝突させ、
燃焼室内に衝突反作用による燃料の拡散を計り、空気流
動エネルギに依存すること少なく燃料の混合気化を促進
することを特徴とした火花点火式多種燃料内燃機関。 - （３）キャビティ底部にノヅルよりの燃料噴流を衝突せ
しめるための燃料衝突面を有する凸状部を形成し、この
衝突面形状は中心に小突起を有する平面又は平滑な平面
を有する球帯状又はＲの大きい欠球状とし、凸状部高さ
をキャビティ深さの１／２以下とすることを特徴とする
前記特許請求の範囲（１）記載のディーゼル機関。 - （４）剛体状の燃料噴流を衝突によつて偏向するための
衝突部を、セラミック等耐熱・耐磨耗性材料を形成し、
これをピストン頂面又はキャビティ内に設置したことを
特徴とした前記特許請求の範囲（１）及び（２）に記載
の内燃機関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60254317A JPS62113822A (ja) | 1985-11-12 | 1985-11-12 | 内燃機関の燃焼方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60254317A JPS62113822A (ja) | 1985-11-12 | 1985-11-12 | 内燃機関の燃焼方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62113822A true JPS62113822A (ja) | 1987-05-25 |
Family
ID=17263316
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60254317A Pending JPS62113822A (ja) | 1985-11-12 | 1985-11-12 | 内燃機関の燃焼方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62113822A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01111135U (ja) * | 1988-01-19 | 1989-07-26 | ||
| US4974565A (en) * | 1988-02-26 | 1990-12-04 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel swirl generation type fuel injection valve and direct fuel injection type spark ignition internal combustion engine mounted with the fuel injection valve |
| US5058549A (en) * | 1988-02-26 | 1991-10-22 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel swirl generation type fuel injection valve and direct fuel injection type spark ignition internal combustion engine |
| JP2010209790A (ja) * | 2009-03-10 | 2010-09-24 | Toyota Motor Corp | 内燃機関 |
| WO2013152871A1 (en) * | 2012-04-13 | 2013-10-17 | Mwm Gmbh | Piston of an internal combustion engine |
| US9464593B2 (en) | 2012-04-13 | 2016-10-11 | Caterpillar Energy Solutions Gmbh | Piston of an internal combustion engine |
| US9476381B2 (en) | 2012-04-13 | 2016-10-25 | Caterpillar Energy Solutions Gmbh | Piston of an internal combustion engine |
| US9670829B2 (en) | 2012-04-13 | 2017-06-06 | Caterpillar Energy Solutions Gmbh | Piston of an internal combustion engine |
-
1985
- 1985-11-12 JP JP60254317A patent/JPS62113822A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01111135U (ja) * | 1988-01-19 | 1989-07-26 | ||
| US4974565A (en) * | 1988-02-26 | 1990-12-04 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel swirl generation type fuel injection valve and direct fuel injection type spark ignition internal combustion engine mounted with the fuel injection valve |
| US5058549A (en) * | 1988-02-26 | 1991-10-22 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel swirl generation type fuel injection valve and direct fuel injection type spark ignition internal combustion engine |
| JP2010209790A (ja) * | 2009-03-10 | 2010-09-24 | Toyota Motor Corp | 内燃機関 |
| WO2013152871A1 (en) * | 2012-04-13 | 2013-10-17 | Mwm Gmbh | Piston of an internal combustion engine |
| CN104428508A (zh) * | 2012-04-13 | 2015-03-18 | 卡特彼勒能源方案有限公司 | 内燃发动机的活塞 |
| US9464593B2 (en) | 2012-04-13 | 2016-10-11 | Caterpillar Energy Solutions Gmbh | Piston of an internal combustion engine |
| US9476381B2 (en) | 2012-04-13 | 2016-10-25 | Caterpillar Energy Solutions Gmbh | Piston of an internal combustion engine |
| US9670829B2 (en) | 2012-04-13 | 2017-06-06 | Caterpillar Energy Solutions Gmbh | Piston of an internal combustion engine |
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