JPH01301948A - 内燃エンジン - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は内燃エンジン、特に天然ガスのよう、なガス燃
料を利用する内燃エンジンに関する。

（従来の技術） ガソリンおよびジーゼル油とは別の燃料を利用すること
が研究されると共に、これら代替燃料を利用することが
ある程度まで満足できる状況にある。天然ガスの利用が
実質的に有望であり、それは、これが通常の燃料より安
価であるからであると共に、化アメリカにおいては油の
埋蔵量より大きい埋蔵量を有すると共に、既にそのため
の給送基地が設置されている。しかし、吸入エンジンに
おいて、すなわちエンジンの運転を制御するために、空
気−燃料混合物がスロットル操作されるものにおいて天
然ガスを利用した場合、適用例によっては低効率の結果
となり、天然ガスの利用から得られるコストの節約が無
効になってしまう、たとえば、運送用に利用されている
内燃エンジンにおいては、エンジンを部分負荷およびア
イドリンク状態で、長時間にわたって運転することが要
求され、これは吸入エンジンに対して比較的低効率をも
たらすものである。そのため、部分負荷およびアイドリ
ンク状態において効率が改善されるジーゼルサイクルに
おけるエンジン運転が利用されてきた。

（発明が解決しようとする課題） 天然ガスとジーゼル油の燃料特性の比較から、ジーゼル
サイクルにより運転される天然ガスエンジンが、用いら
れる高い圧縮比により、通常のガソリンエンジンに比較
して効率を改善されることが示されている。ジーゼルサ
イクルにおける天然ガスの利用について２つの方法が示
唆されており、すなわち、１つのボートにより代替燃料
を噴射するか、または２重噴射装置による２重燃料の利
用、あるいは天然ガス燃料を層状装填物として直接噴射
することである。

この後者の方法は、２重燃料システムの費用の点から好
ましいが、全体的な燃料−空気比が正常な燃料限界外に
ある場合に燃焼を維持するように燃料を供給する点に、
問題点がある。ある種のエンジンにおいては、燃料は頂
部死点前にシリンダ壁に噴射されて、点火が行なわれる
前に相当の混合を可能にするようになっており、その他
のものにおいては、その運転は、補助を受ける点火ジー
ゼルエンジンのそれに類似している。

したがって、本発明の目的は、前述の問題点が除去また
は緩和された内燃エンジンを提供することにある。

（課題を解決するための手Ｒ） したがってこの発明において、以下の構成を有する内燃
エンジン、すなわち、シリンダ、前記シリンダ内で可動
されシリンダの容積を変化させるピストン、前記シリン
ダ内へ燃料を直接噴射する燃料噴射装置、および前記ピ
ストンとシリンダとの間に形成される環状燃焼室を備え
、前記燃焼室が混合室を包含し、この混合室が前記噴射
装置の回りに配置されると共に、前記混合室と燃焼室と
の間にガスを流動させることができる開口を有している
内燃エンジンが提供されている。

燃焼エンジンにおいて、ガスの渦巻きを導入する装置を
設けることが好ましく、また好ましい実施例において、
燃焼室がピストンに形成されると共に、噴射装置および
混合室がシリンダの対向壁に配置されている。

（作　用） 上記構成による内燃エンジンは天然ガスにより運転され
るとともにジーゼルサイクルを利用している。

ピストンとシリンダとの間に形成される燃焼室内に混合
室を配置して燃焼を促進させる。この混合室は第１．第
２のハウジングを備えており、その最内力の第２ハウジ
ングは燃料を噴射装置から受は入れ、このハウジングの
開口を介して両ハウジング間の領域において燃料混合物
を濃密状態にする。

これにより、燃料は点火され、環状溝内に燃焼ガスの渦
巻きによりガスが伝播して十分な混合がもたらされ燃料
が完全に燃焼する。

（実施例） 本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図において、内燃エンジンはシリンダ１２を包含し
、ピストン装置１４が、通常のクランクシャフトに取付
けられた連結ロッド１６により、シリンダ内に往復動す
るように取付けられている。第１図のエンジンは２スト
ロークエンジンで、したがって一対の吸入（導入）ボー
ト１８がシリンダ１２の側壁に設けられて、通常の方法
で空気供給マニホルドに連結されている。シリンダ１２
は端部壁２０を包含し、これは通常のように取はずし自
在なシリンダヘッドにより構成されると共に、排気パル
プ２２が取付けられて、消費燃焼ガスを排除できるよう
になっている。パルプ２２は通常の方法でクランクシャ
フトと同期回転するカムシャフトにより、駆動される。

燃料は液体天然ガスの貯蔵部２４から、噴射装置２８へ
のポンプ２６を介してシリンダ１２に供給される。噴射
装置２８は燃料を混合室３０の内部へ供給し、また燃料
の点火はスパークプラグ３２により行なわれる。混合室
およびピストン装置１４の詳細は、第２図に示されてい
る。

ポンプ２６からの燃料はバイブ３４を介して、噴射装置
２８の内部に形成された通路３６へ供給される。通路３
６はチューブ状本体３８内に形成され、チューブ状本体
に設けられた中央孔４０に、パルプ部材４２が通過して
、いる、バルブ部材４２は、通路４０の両端部において
Ｏリング４４によりシールされると共に、拡大ヘッド４
６で終っている。

ヘッド４６はソレノイド４８により包囲されており、こ
のソレノイドはルーカス・インダストリー会社から、コ
レノイド（Ｃｏ１ｅｎｏｉｄ）　　（登録商標）として
入手できる。ソレノイド４８は、適切な制御システムに
接続されるケーブル５０を介して電力が供給される。当
接部材５２が拡大ヘッド４６に対向して取付けられて、
ソレノイド４８の作用下でパルプ部材４２の移動を制限
するようになっている。

パルプ部材４２の下端部は、本体３８の端面とハウジン
グ５８の上端部に形成された孔５６との間に画定された
燃料保持室５４内へ突出している第１のハウジング５８
はロックナツト６０により、シリンダ１２の上部壁２０
の一対の整合孔に固定されており、このロックナツト６
０は孔５６の上端部に形成されたフランジ６２に重ねら
れている。０リング６４．６６が孔内でハウジング５８
をシールしている。

第１のハウジング５８の下端部はシリンダの壁２０を越
えて突出して、部分円筒壁部６８で終っている。壁部６
８は混合室３０の周縁を形成していると共に、その表面
に分布された多数の円周方向に隔置された開ロア０を有
している。混合室３０はさらに、第１のハウジング５８
に形成された孔７４に受容された第２の円筒ハウジング
７２を包含する０円筒ハウジング７２は壁部７６により
、その−端が閉鎖されていると共に、壁部６８に対面す
る表面の回りに、多数の開ロア８を有している。第２の
ハウジング７２の上端部に肩部８０が設けられ、肩部８
０はＯリング８２に対してシールされると共に、孔５６
の内部にねじ込まれるナツト８４により所定位置に保持
される。

肩部８０の内周縁はテーパを有し、これはバルブ部材４
２の座を形成して、室５４からハウジング７２の内部へ
の燃料の流量を制御するようになっている。

混合室３０は壁２０から、ピストン１４の上面に形成さ
れた環状溝（環状チャネル）８６内へ下方に突出してい
る。スパークプラグ３２も端部壁２０に配置されて、溝
８６内に突出すると共に、円筒ハウジング７２に直ぐ隣
接して配置されている。

作動にあたり、吸入ボート１８がピストン１４により覆
われていない時に、空気が吸入ボート１８を介してシリ
ンダ１２内に吸入される。吸入ボート１８の配置状態は
、燃焼ガスに渦巻きを導入するように構成されており、
この渦巻きは、ピストン１４が吸入ボート１８を閉じる
時に維持される。燃料はポンプ２６から、噴射装置２８
内の室５４に供給されるが、バルブ部材４２によりシリ
ンダに流入することは防止される。ピストン１４が端部
壁２０に接近すると、混合室３０は溝８６に入り、燃焼
ガスはその渦巻きにより、溝内を循環させられる。制御
ユニットはケーブル５０を介して適切な信号をソレノイ
ド４８へ送り、それによりバルブ部材４２がその座から
持上げられて、燃料が円筒ハウジング７２の内部に噴射
され得る。バルブの開放時間は制御ユニットにより制御
されて、エンジンの動力、したがってその回転速度が調
整される。

燃料が円筒ハウジング７２の内部に存在する状態で、燃
料は開ロア８から外方へ、壁部６８と円筒ハウジング７
２との間の領域に流入する。この領域において燃料混合
物はリッチ（濃密）状態にあり、したがって天然ガスは
スパークプラグ３２により点火され得る。点火されたガ
スは燃焼ガスの渦巻きにより環状溝８６内に伝播される
ことになり、この渦巻きにより十分な混合がもたらされ
ると共に、燃料の完全な燃焼がもたらされる。こうして
当然、ピストンはシリンダ内を下方に強制され、消費燃
焼生成物が適切な時期に、排気バルブ２２を介して排出
され、新鮮な装填物が吸入ボート１８を介して導入され
る。

第３図から明らかなように、壁部６８は円筒ハウジング
７２の上流側に位置されると共に、環状溝８６を横切っ
て延設されている。開ロア８が上流側に対面して、壁部
６８と円筒ハウジング７２との間の領域における、燃料
と空気との良好な初期混合を促進するようになっている
。

開口の正確な向きおよび円筒ハウジング７２および壁部
６８の寸法は、特定の適用例および使用されるエンジン
により決められる。しかし、デトロイト・ジーゼル・ア
リスン６Ｖ−５３においては、チャンネル８６は１５ｍ
ｍの幅および１７ｍｍの深さを有することが期待される
。壁部６８と溝８６の側部との間にＩｍｍの間隙が設け
られる。バルブの上昇および開放時間は、エンジンの特
定の燃料要件および動力出力量に適合するように調よび
零動力出力状態において、はぼ７７．２ｍｍ”の天然ガ
スが噴射されるように計算されており、この燃料は０．
６ミリ秒のオーダーの短いパルスにおいて噴射され得る
。最小速度運転については、　０．３ミリ、秒のオーダ
ーのバルブ開放時間を利用できる。

燃料の供給圧力を低減すると共に、開放時間を一定に維
持するために、別の制御方法を利用することができる。

（発明の効果） 本発明はピストンとシリンダとの間に環状燃焼室を形成
し、この燃焼室に燃料の噴射装置の回りに配置される混
合室が置かれると、混合室と燃焼室との間に開口を介し
て燃料ガスが充填され、点火したガスの渦巻きにより燃
焼室の環状溝内をガスが循環し、十分な混合がもたらさ
れるので、燃料−空気比が正常な燃焼限界外であっても
燃焼を維持して燃料を完全に燃焼させることができる。

第１図は内燃エンジンの概略図、第２図は第１図の一部
の拡大図、第３図は第２図の３−３線に沿う断面図であ
る。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリンダ、前記シリンダ内で可動されシリンダの
   容積を変化させるピストン、前記シリンダ内へ燃料を直
   接噴射する燃料噴射装置、および前記ピストンとシリン
   ダとの間に形成される環状燃焼室を備え、前記燃焼室が
   混合室を包含し、この混合室が前記噴射装置の回りに配
   置されると共に、前記混合室と燃焼室との間にガスを流
   動させることができる開口を有している内燃エンジン。
2. （２）前記燃焼室内にガスの渦巻きを発生させる装置を
   包含する、請求項１記載の内燃エンジン。
3. （３）前記燃焼室が前記ピストンに形成され、かつ前記
   噴射装置および混合室が前記シリンダにたれ下がってい
   る、請求項１記載の内燃エンジン。
4. （４）前記混合室が、前記噴射装置により噴射された燃
   料を受容する第１ハウジングと、前記第１ハウジングか
   ら隔置された第２ハウジングとを包含し、前記各ハウジ
   ングが、前記燃焼室と連通させる開口を備えている、請
   求項２記載の内燃エンジン。
5. （５）前記第２ハウジングが前記第１ハウジングの回り
   に一部延設されている、請求項４記載の内燃エンジン。
6. （６）前記第１ハウジングの前記開口が前記第２ハウジ
   ング方向に指向配置されている、請求項５記載の内燃エ
   ンジン。
7. （７）前記第１ハウジングがチューブ形状を有すると共
   に、その一端で前記噴射装置に連結されている、請求項
   ６記載の内燃エンジン。
8. （８）前記第２ハウジングの前記噴射装置と反対側の端
   部が閉鎖され、しかも、前記開口が前記ハウジングのチ
   ューブ状壁部に形成されている、請求項７記載の内燃エ
   ンジン。
9. （９）前記第２ハウジングが部分的チューブ形状を有す
   ると共に、前記第１ハウジングと同軸状に配置されてい
   る、請求項８記載の内燃エンジン。
10. （１０）前記第２ハウジングが、前記シリンダ内のガス
    の回転方向に関して、前記第１ハウジングの上流側に配
    置されている、請求項９記載の内燃エンジン。
11. （１１）前記第１および第２ハウジングの前記開口が上
    流側に指向配置されている、請求項１０記載の内燃エン
    ジン。
12. （１２）前記燃焼室が前記ピストンに形成され、かつ前
    記噴射装置および混合室が前記シリンダにたれ下がって
    いる、請求項１１記載の内燃エンジン。
13. （１３）点火装置が前記燃焼室に配置されている、請求
    項４記載の内燃エンジン。
14. （１４）前記点火装置が前記混合室に隣接し、かつその
    下流側に配置されている、請求項１３記載の内燃エンジ
    ン。