JPWO2021047790A5

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Publication number: JPWO2021047790A5
Application number: JP2022507653A
Authority: JP
Publication date: 2023-08-03

Description

図３は、本発明による内燃機関が図示されているが、この内燃機関は、燃料８を渦流室１３または予燃室内に噴射し、かつ吸気路１０内の給気３を過冷却して動作する。過給機２（排気ガス１によって駆動されるターボチャージャー）は、給気３を１気圧より大きい圧力（全負荷で２．８バールの過圧）で加圧し、インタークーラー４を通って給気導管５内に入れる。スロットルバルブ６の動作は（図２と同じで）、十分な量の給気３を主燃焼室１１に供給すると同時に、給気導管５内の給気３の過圧を絞り、これにより、給気導管５と吸気路１０との間の給気３の圧力差を達成する。内燃機関の中回転数域または高回転数域では、過給機２（ターボチャージャー）からの給気３の給気導管５内での圧力がより大きい（これは、主燃焼室内１１内で必須である）ので、この給気３の好ましくない圧力を吸気路１０内で低減させる絞りを達成するために、スロットルバルブ６の開度７がより小さくなる。スロットルバルブ６の開度７を小さく（全負荷時に０から約３０％に）すると、給気導管５内の給気３が絞られ、これにより、給気導管５内の給気３の圧力がより高くなり、スロットルバルブ６の下流での吸気路１０内の圧力がより低くなる。吸気路１０内の給気３の圧力低下と同時に温度低下（過冷却）が起こる。この吸気路１０内の給気３の過冷却（全負荷時には－２０℃まで）は、ベンチュリ効果により達成される。
本発明によれば、内燃機関の主燃焼室１１には、燃料８の噴射用の渦流室１３または予燃室が装備されているが、この大きさは、主燃焼室１１の大きさの１２％～１５％に相当する。渦流室（予燃室）１３の体積は、主燃焼室１１の大きさの１５％を上回る（１６％以上）でありうる。渦流室１３には、ガソリン噴射用に噴射ノズル１４と点火プラグ１５とが装備されている。発射路１６が、渦流室１３と主燃焼室１１とを結合し、この発射路により、渦流室１３内で開始された燃焼が主燃焼室１１内に伝搬する。
渦流室１３内の噴射ノズル１４によって、主燃焼室１１内に燃料８が噴射されず、渦流室１３（予燃室）内にのみ燃料が噴射される。内燃機関の全負荷時には、噴射ノズル１４が渦流室１３内でリッチな混合気（１：８）を作る。このリッチな混合気（燃料８＋空気３）は、部分負荷時には理論混合気（１：１４．７）になるまで順次リーンにすることができる。このように渦流室１３内で混合気を順次リーンにする（１：８から１：１４．７まで）またはリッチ（１：１４．７から１：８まで）にすることで、内燃機関は、部分負荷時に、全負荷時とほぼ同じ量の給気３を主燃焼室１１で利用することができ、その結果、部分負荷時にも主燃焼室１１内で高い圧力で動作することができる。渦流室１３（その大きさは主燃焼室１１の大きさの１２～１５％に相当する）内では、噴射ノズル１４を通る燃料８の燃焼が、７０％少ない燃料８で行われるので、内燃機関の出力は、吸気路噴射９と給気３の過冷却とを行う類似の様式のエンジン（図２）と比較して、６７％小さくなるが、エンジン出力は、給気３を過冷却しない類似の様式のエンジン（図１）と同程度である。燃料８は渦流室１３内にのみ噴射されるので、吸気路噴射９の場合（図２）と比較して、燃料消費量は６０％から７０％まで少なくなり、主燃焼室１１の温度負荷は４０％までより小さくなる。

図４では、ベンチュリ効果で給気３が過冷却される内燃機関（図３と同じ）を図示し、この内燃機関は、燃料８を噴射するために１つの主燃焼室１１毎に２つの同一の渦流室１７、１７’または予燃室を装備している。各渦流室１７または１７’は、主燃焼室１１の７％と同じ大きさである。また、各渦流室１７または１７’は、主燃焼室１１の７％よりも大きく（１０％以上）またはより小さく（４％）てもよい。渦流室１７には、気筒ヘッド内に、噴射ノズル１４と点火プラグ１５とが装備されていて、渦流室１７’も同一であり、噴射ノズル１４’と点火プラグ１５’とが装備されている（ガソリン噴射）。内燃機関の全負荷時には、燃料８は双方の渦流室１７、１７’内または予燃室内に噴射され、その中で噴射ノズル１４および１４’が、リッチな混合気を作る。内燃機関の部分負荷時には、燃料８は１つの渦流室１７または１７’内にのみ噴射されるが、好ましくは交互に噴射される。本発明によれば、ピストン１２（４ストローク）のある動作サイクルについて、燃料８（図４Ａ）は噴射ノズル１４によって渦流室１７内にのみ噴射され、ピストン１２の（４ストロークの）次の動作サイクルについて、燃料８は噴射ノズル１４’によって渦流室１７’内にのみ噴射される。燃料８を交互に噴射することで、気筒ヘッド内の渦流室１７および１７’の冷却効果を高めている。これにより、ピストン１２は、より大きな圧縮比で動作することができる。渦流室１７または１７’（その大きさは主燃焼室１１の約７％に相当する）内にのみ燃料８を噴射することで、１つの主燃焼室１１毎に１つの渦流室１３または１つの予燃室しか装備していない内燃機関（図３）と比較して、内燃機関の低負荷時に、５０％分より少ない量の燃料８を確実に点火することができる。

Claims

４ストローク方式で動作する内燃機関であって、
シリンダヘッド（１８）と、過給機（２）と、インタークーラー（４）と、スロットルバルブ（６）と、少なくとも１つの主燃焼室（１１）と、給気導管（５）と、吸気路（１０）と、を備え、
前記内燃機関は、
全負荷時に前記吸気路（１０）内において給気（３）がベンチュリ効果によって－２０℃まで過冷却され、
１６：１までの高い圧縮比で、
前記主燃焼室（１１）に燃料（８）が存在しない、状態で動作し、
前記内燃機関は、主燃焼室（１１）毎に、予燃室（１３）または渦流室（１３）であって、前記気筒ヘッド（１８）内に位置し、前記主燃焼室（１１）の体積の７％から１５％の大きさである、予燃室（１３）または渦流室（１３）をさらに備え、
前記予燃室（１３）または前記渦流室（１３）は、噴射ノズル（１４）を含む、内燃機関において、
混合気の形成のための全ての前記燃料（８）は、前記噴射ノズル（１４）を通って、前記予燃室（１３）内に、または前記渦流室（１３）内に、噴射されることを特徴とする、内燃機関。
主燃焼室（１１）毎に、２つの渦流室（１７，１７’）または２つの予燃室（１７，１７’）であって、各前記渦流室（１７，１７’）または各前記予燃室（１７，１７’）の大きさが前記主燃焼室（１１）の体積の７％である、２つの渦流室（１７，１７’）または２つの予燃室をさらに備え、
各前記渦流室（１７，１７’）または各前記予燃室（１７，１７’）は、前記噴射ノズル（１４もしくは１４’）を含み、
混合気の形成のための全ての前記燃料（８）は、前記予燃室（１７，１７’）内に、または前記渦流室（１７，１７’）内に、前記噴射ノズル（１４，１４’）を通って噴射されることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
前記渦流室（１３）または前記予燃室（１３）の体積が、前記主燃焼室（１１）の大きさの１５％よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
各前記渦流室（１７もしくは１７’）または各前記予燃室（１７もしくは１７’）の体積が、前記主燃焼室（１１）の体積の７％より大きいことを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関。
部分負荷時の燃料（８）の前記噴射は、１つの渦流室（１７もしくは１７’）内にのみ行われることを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関。