JPH066191Y2 - 直接噴射式内燃機関 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は内燃機関、特に燃焼室に直接燃料を噴射する形
式の直接噴射式内燃機関に関する。

〔従来の技術〕

直接噴射式エンジンでは短時間に混合気を効率的に生成
する必要があり、混合気の生成効率がエンジンの燃焼性
に大きな影響がある。直接噴射式ディーゼルエンジンの
燃焼を改善する方法として、シリンダヘッドに補助シリ
ンダを形成し、この中に往復移動可能に設けた補助ピス
トンにより、燃料噴射の末期に燃焼室内に空気を押し込
んで空気流動を生成する方法が既に提案されている（特
開昭59-110829号）。しかしながら、この方法では、空
気を燃焼室内に押し込む力は補助ピストンの移動によっ
てのみ得られるものであり、補助ピストンのスピードは
限界があるため燃焼室内に生ずる空気流動は弱く、従っ
て充分な燃焼改善が得られないという問題点があった。

そこで、本願の出願人は先願である実願昭61-154369号
において、シリンダヘッド内に補助シリンダを形成する
と共に、該補助シリンダ内に往復摺動可能に補助ピスト
ンを設け、該補助ピストンの上死点付近及び下死点付近
でのみ連通しかつ補助ピストンのストロークの途中では
遮断される通路手段により補助シリンダの作動室を燃焼
室に連通し、機関の行程に同期して補助ピストンを往復
させることにより、補助シリンダの作動室に蓄積された
圧縮空気を高速度で一気に燃焼室へ押し込むようにした
直接噴射式内燃機関を提案した。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかしながら、この実願昭61-154369号で提案した直接
噴射式内燃機関では、燃料噴射の末期に単に空気流動を
生じせしめるのみであり、燃料噴霧の性状の悪い機関で
ある場合は燃焼性改善の充分な効果を生じにくいという
問題がある。

〔問題点を解決するための手段〕

このような問題点を解決するために、本考案によれば、
上記のような直接噴射式内燃機関において、シリンダヘ
ッド内に設けた補助シリンダと、該補助シリンダ内で摺
動する補助ピストンと、上記噴射ノズルの先端周囲に該
噴射ノズルを囲むように形成されかつ燃焼室側へ開口さ
せた空気噴出孔と、該空気噴出孔と補助シリンダの作動
室との間を、上記補助ピストンの上死点付近及び下死点
付近でのみ連通しかつ補助ピストンのストロークの途中
では遮断する通路手段と、機関の行程に同期して補助ピ
ストンを往復させる駆動手段とを備え、補助ピストンの
ストロークの一端側で作動室に吸引した空気をストロー
クの他端側へ移動する間に圧縮し、該他端側で開口する
前記通路手段を介して燃料噴射の末期に前記空気噴射口
より燃焼室へ空気を噴出するようにした直接噴射式内燃
機関が提供される。

〔作用〕

補助ピストンの上死点付近では燃焼室内の空気が通路手
段を介して補助シリンダの作動室へ流入し、補助ピスト
ンの下降中は作動室内の空気が圧縮され下死点付近にな
ると圧縮された作動室内の空気が燃料噴霧を取囲むよう
に一気に高速度で燃焼室内へ流入し、燃料噴霧にせん断
力を生じ、噴霧の微粒化及び空気との混合を促進する。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して本考案の実施例について詳細
に説明する。

第１図において、ディーゼルエンジンのシリンダブロッ
ク１にシリンダ２が形成され、この中にクランク機構
（図示せず）により往復摺動するピストン３が配置され
る。シリンダブロック１の上部にはシリンダヘッド４が
取付けられ、ピストン３の頂部とシリンダヘッド４との
間に燃焼室５が形成される。シリンダヘッド４側から燃
焼室５に向けて燃料を直接噴射する燃料噴射ノズル６が
シリンダヘッド４に装着される。なお、７は燃料噴射ノ
ズル６に燃料を供給する噴射パイプ、８は排気ポートを
開閉する排気バルブ、９は燃焼ガスを排気する排気ポー
トで、燃焼室５に新気を導入するための吸気ポートは図
示省略してある。また、吸気ポートを開閉する吸気バル
ブも図示省略してある。

本考案ではシリンダヘッド４の内部に補助シリンダ１１
を形成し、この補助シリンダ１１内に往復摺動可能に補
助ピストン１２を配置する。補助ピストン１２の下側の
補助シリンダ１１は作動室11aとして規定される。補助
ピストン１２のロッド12aは上方へ延びていて軸１３に
摺動可能に取付けられたロッカーアーム１４の一端に接
触している。このロッカーアーム１４の他端はブッシュ
ロッド１５に当接しており、カム軸（図示せず）の動作
が伝えられる。なお、補助ピストン１２を上方へ付勢し
常時ロッカーアーム１４との接触を維持するためにスプ
リング１７が設けられる。

補助ピストン１２の内部に形成された第１連通孔２２は
一端が補助ピストン１２の下面、即ち補助シリンダ１１
の作動室11aに開口し他端が補助ピストン１２の側面に
開口している。また、シリンダヘッド４の内部に設けら
れた第２連通孔２３は、一端が燃料噴射ノズル６の先端
周囲にこのノズル６の先端を取囲むように形成された空
気噴出口２４において燃焼室５に開口し、他端が補助シ
リンダ１１の側面に開口している。そして、この第２連
通孔２３は、第１図に示すように補助ピストン１２が上
死点付近の位置にある時、燃焼室５と補助シリンダ１１
の作動室11aとの間を連通させ、また補助ピストン１２
の下死点付近で第２図に示すように補助ピストン１２内
の第１連通孔２２と相互に位置が合わさるようになって
いる。なお、補助シリンダ１１の作動室11aはピストン
リング１６によりシールされている。また、空気噴出口
２４が燃焼室５に開口する環状開口部の断面積は第１連
通孔２２の通路断面積より小さくしてある。

エンジンの吸気行程において、ピストン３は下方へ移動
し図示しない吸気バルブが開き、図示しない吸気ポート
よりシリンダ２内へ新気が導入される。新気は直接噴射
式ディーゼルエンジンにおいて通常行なわれる通り、吸
気ポートの形状により旋回運動（スワール）を与えられ
ている。この吸気行程において補助ピストン１２は、ス
プリング１６とロッカーアーム１４の動きにより、ゆっ
くりと上方へ移動し、補助シリンダ１１の下部作動室11
aへも第１連通孔２１を通して新気が流入する。

圧縮行程に入り、吸気バルブ（図示せず）が閉じると、
ピストン３の上昇により、エンジンシリンダ２内の圧力
は上昇しはじめる。補助ピストン１２はこの圧縮行程期
間中は上死点の位置に止まっている。このためシリンダ
２内の圧力上昇に伴い補助シリンダ１１の作動室11a内
の圧力も上昇する。圧力値は第１連通孔２３があるた
め、シリンダ２内の圧力値よりも若干低いがほゞシリン
ダ２内の圧力に等しい値となる。ピストン３が上昇しき
る直前、適当なクランク角度にて、噴射ノズル６より図
示しない噴射パイプ７を通って圧送された高圧の燃料が
燃焼室５内へ噴射される。この時、これとほぼ同期して
空気噴出口２４より高圧の空気を噴射するべく、補助ピ
ストン１２を、図示しないカムの作用によりロッカーア
ーム１４の動きを通して下降せしめる。すなわち、この
とき第２連通孔２３を補助ピストン１２により塞ぎ、補
助シリンダ１１の作動室11a内に蓄えた高圧の空気を更
に圧縮し、続いて補助ピストン１２が更に下降すると、
補助ピストン１２に設けられた第１連通孔２２と前述の
第２連通孔２３とが連通し、圧縮された空気を勢いよく
空気噴出口より燃焼室５内へ噴射する。

噴出した空気は、燃料の噴射と同期しつつこれに覆いか
ぶさり、かつ燃料噴霧との間で相対速度をもつように噴
出されるので、噴霧にせん断力を与え、噴霧の微粒化及
び空気との混合が促進される。

以上の作用行程において、噴出される空気の圧力は燃焼
室５内の圧力より高くなければならないが、第２の連通
孔２３は、圧縮行程の終わり近くまで補助シリンダ11a
と連通しており、また、補助シリンダ11aが充分圧縮さ
れてから第１連通孔２２と第２連通孔２３が連通するよ
うになっているので、これが可能となる。

例えば、主燃焼室５の圧力が最高で６０kg／cm²である
場合、圧縮圧力が３０kg／cm²になるまで第２連通孔２
３と補助シリンダ11aが連通しており、その後補助ピス
トン１２が下降する。このときこの補助圧縮機構の圧縮
比を２とすれば、すなわち補助シリンダ12aの容積が半
分の時点で第１連通孔２２と第２連通孔２３とが連通す
るとすると、空気噴出口２４から噴き出される際の空気
圧力が３０kg／cm²×２^1.3≒73.9kg／cm²となり、充分
な空気噴射を行なうことができる。なお、ここで空気の
比熱比を1.3とする。

第２図は空気噴出口２４から噴射された空気と燃料との
混合の様子を示す。噴出空気ａにより燃料噴霧ｂの周辺
部が剥ぎ取られ微粒化(c)される様子を示す。

〔考案の効果〕

以上のように、本考案によると、補助ピストンのストロ
ークの端部で圧縮された空気が補助シリンダの作動室か
ら高速・高圧で空気噴射口へ送られ、更にこの空気噴射
口から燃焼室へ一気に噴射されるため、十分な量の補助
空気を確保でき、噴射された空気により燃料の微粒化が
促進されるため、燃料噴射ポンプは、通常のエンジンで
要求されるような高圧（通常500kg／cm²以上）のもので
なく、もっと低圧（300kg／cm²以下）のもので良い、こ
のためコストが低減し信頼性が向上する。燃料と空気が
直接ぶつかり混合するため始動性が良く、特に青・白
煙、臭いの発生が減少する。燃料をゆっくり噴射して空
気と混合させることができ、また着火遅れも短いので、
騒音、ＮＯ_ｘ生成量が減る。同様の理由で燃焼最高圧力
を低くエンジンの信頼性、耐久性が増す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案は直接噴射式内燃機関の燃焼室周囲の断
面図、第２図は補助ピストン下降時に燃焼室内に空気が
噴き出される状態を示す図である。 ２…シリンダ、３…ピストン、 ４…シリンダヘッド、５…燃焼室、 ６…燃料噴射ヘッド、１１…補助シリンダ、 １２…補助ピストン、22,23…連通孔、 ２４…空気噴出口。

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダと、クランク機構により該シリン
   ダ内で摺動するピストンと、上記シリンダの上部に取付
   けられたシリンダヘッドと、上記シリンダ、ピストン、
   シリンダヘッドにより形成される燃焼室に新気を導入す
   るための吸気ポートと、上記燃焼室内へ向けて燃料を噴
   射するようにシリンダヘッド内に設けた噴射ノズルと、
   燃焼ガスを排気するための排気ポートと、これらポート
   を開閉するためのバルブと、該バルブを駆動するための
   駆動装置とを備えた直接噴射式内燃機関において、上記
   シリンダヘッド内に設けた補助シリンダと、該補助シリ
   ンダ内で摺動する補助ピストンと、上記噴射ノズルの先
   端周囲に該噴射ノズルを囲むように形成されかつ燃焼室
   側へ開口させた空気噴出口と、該空気噴出口と補助シリ
   ンダの作動室との間を、上記補助ピストンの上死点付近
   及び下死点付近でのみ連通しかつ補助ピストンのストロ
   ークの途中では遮断する通路手段と、機関の行程に同期
   して補助ピストンを往復させる駆動手段とを備え、補助
   ピストンのストロークの一端側で作動室に吸引した空気
   をストロークの他端側へ移動する過程で圧縮し、該他端
   側で開口する前記通路手段を介して燃料噴射の末期に前
   記空気噴出口より燃焼室へ空気を噴出するようにした直
   接噴射式内燃機関。
2. 【請求項２】通路手段は、一端が補助シリンダ作動室に
   開口し他端がピストン側面に開口したピストン内部に形
   成した第１連通孔と、一端が空気噴出口に連通し他端が
   補助シリンダの側面に開口したシリンダヘッド内部に形
   成した第２連通孔とから成り、前記第２連通孔は補助ピ
   ストンの上死点付近で直接補助シリンダ作動室に連通
   し、下死点付近で前記第１連通孔を介して補助シリンダ
   作動室に連通するようにした実用新案登録請求の範囲第
   １項記載の内燃機関。
3. 【請求項３】噴射ノズルの先端周囲に形成した空気噴出
   口が燃焼室に開口する開口断面積は上記第１連通孔の断
   面積より小さい実用新案登録請求の範囲第２項記載の内
   燃機関。