JPH07166873A - 燃料直噴式ガス燃料内燃機関並びにその燃焼方式 - Google Patents
燃料直噴式ガス燃料内燃機関並びにその燃焼方式Info
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- JPH07166873A JPH07166873A JP34575693A JP34575693A JPH07166873A JP H07166873 A JPH07166873 A JP H07166873A JP 34575693 A JP34575693 A JP 34575693A JP 34575693 A JP34575693 A JP 34575693A JP H07166873 A JPH07166873 A JP H07166873A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
- F02F3/26—Pistons having combustion chamber in piston head
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】燃焼室中心域を起点とした燃料混合気塊の展
開、並びに中心域よりの着火を可能とした物理的条件構
築により、火炎伝播距離の均等化によって燃焼期間を短
縮すると共に、端域での自発火因（ノッキング）を抑制
して、高圧縮比の採用を可能とし、熱効率の向上と排気
の低公害化を同時に達成し、ガス内燃機関の性能を向上
させる。 【構成】燃焼室３の中心域に燃料噴流衝突部４を配備
し、シリンダーヘッド１より燃料供給弁５を衝突部４近
傍まで突出させ、噴射燃料群の一部を衝突作用によって
拡散させて燃焼室中心域に燃料密度が高く、外域程薄い
層状混合気塊を形成し、更にこの混合気への着火と火炎
伝播を燃焼室中心域より行なうため、燃料供給弁の一部
に電極１１を構成して、衝突部に構成した電極１２間で
放電による確実な着火を行なわせる。燃料供給弁は小形
茸弁等の逆止弁を用い、燃料供給期間を吸気行程より、
圧縮行程前期に電気的または機械的にノズルの開閉によ
り行なう。
開、並びに中心域よりの着火を可能とした物理的条件構
築により、火炎伝播距離の均等化によって燃焼期間を短
縮すると共に、端域での自発火因（ノッキング）を抑制
して、高圧縮比の採用を可能とし、熱効率の向上と排気
の低公害化を同時に達成し、ガス内燃機関の性能を向上
させる。 【構成】燃焼室３の中心域に燃料噴流衝突部４を配備
し、シリンダーヘッド１より燃料供給弁５を衝突部４近
傍まで突出させ、噴射燃料群の一部を衝突作用によって
拡散させて燃焼室中心域に燃料密度が高く、外域程薄い
層状混合気塊を形成し、更にこの混合気への着火と火炎
伝播を燃焼室中心域より行なうため、燃料供給弁の一部
に電極１１を構成して、衝突部に構成した電極１２間で
放電による確実な着火を行なわせる。燃料供給弁は小形
茸弁等の逆止弁を用い、燃料供給期間を吸気行程より、
圧縮行程前期に電気的または機械的にノズルの開閉によ
り行なう。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はガス燃料内燃機関と、そ
の燃焼方式に関する。
の燃焼方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関用にガス燃料を用いる場合、体
積の少ない液状としてエンジンに供給する手段が有効な
ことは公知であるが、燃料液化や高圧縮化にはコスト増
加に加え、貯留や保存に問題が多く、現在実用化されて
いない。
積の少ない液状としてエンジンに供給する手段が有効な
ことは公知であるが、燃料液化や高圧縮化にはコスト増
加に加え、貯留や保存に問題が多く、現在実用化されて
いない。
【０００３】また、機関として熱効率に有利な高圧縮比
直噴方式も、気体ガスの高圧供給方式は動力損失に加え
装置が複雑となり機関性能に総合メリットが少なく、実
用化されることなく今日に到っている。 したがって、
現用ガス機関の小形は予混合方式、中形は副燃焼室を有
する形式が主流となっている。
直噴方式も、気体ガスの高圧供給方式は動力損失に加え
装置が複雑となり機関性能に総合メリットが少なく、実
用化されることなく今日に到っている。 したがって、
現用ガス機関の小形は予混合方式、中形は副燃焼室を有
する形式が主流となっている。
【０００４】このため、予混合方式小形機関はノッキン
ク現象によって圧縮比に制限を受けて熱効率が低く、中
形副室方式も構造の複雑と熱損失の増加は免れず、熱効
率も足踏み状態にあり、ガス機関の普及率は少ない現状
にある。
ク現象によって圧縮比に制限を受けて熱効率が低く、中
形副室方式も構造の複雑と熱損失の増加は免れず、熱効
率も足踏み状態にあり、ガス機関の普及率は少ない現状
にある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明はガス機関の熱
効率向上と排ガスの低公害化、並びに機関製造コストの
低減、保守の容易性を図るものであり、ガス機関燃焼反
応の前提である燃料供給条件と着火条件とを、燃料供給
技術と点火の条件を新規な技術手段によって開発し、新
規技術によって機関熱効率の向上に必要な高圧縮比の障
壁であるノッキング現象を排除し、更に確実な中心域よ
りの着火並びに火炎伝播による燃焼期間の短縮との両作
用効果によるガス機関の高性能・低公害化の効果的技術
の提示を目的とするものである。
効率向上と排ガスの低公害化、並びに機関製造コストの
低減、保守の容易性を図るものであり、ガス機関燃焼反
応の前提である燃料供給条件と着火条件とを、燃料供給
技術と点火の条件を新規な技術手段によって開発し、新
規技術によって機関熱効率の向上に必要な高圧縮比の障
壁であるノッキング現象を排除し、更に確実な中心域よ
りの着火並びに火炎伝播による燃焼期間の短縮との両作
用効果によるガス機関の高性能・低公害化の効果的技術
の提示を目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は先ずガス機関に
おいて、その燃焼反応の支配的要素であり前提条件でも
あるガス燃料と空気との混合気の形成と、それの展開を
燃焼室中心域に如何に形成するかの技術開発にある。
おいて、その燃焼反応の支配的要素であり前提条件でも
あるガス燃料と空気との混合気の形成と、それの展開を
燃焼室中心域に如何に形成するかの技術開発にある。
【０００７】即ち、本発明においては燃焼室中心域に任
意の混合気塊を形成する手段を、燃焼室空間中心域に燃
料噴流の拡散作用を行なうための噴流制御衝突部を設
け、これによって燃料噴流が制御され、その一部が確実
に衝突するよう、噴射弁外筒部を衝突部に近接した位置
関係として燃料供給制御装置が構成されている。そし
て、噴射弁外筒先端の一部と衝突部の一部には、火花放
電用電極が構成されている。
意の混合気塊を形成する手段を、燃焼室空間中心域に燃
料噴流の拡散作用を行なうための噴流制御衝突部を設
け、これによって燃料噴流が制御され、その一部が確実
に衝突するよう、噴射弁外筒部を衝突部に近接した位置
関係として燃料供給制御装置が構成されている。そし
て、噴射弁外筒先端の一部と衝突部の一部には、火花放
電用電極が構成されている。
【０００８】したがって、噴射弁より噴流状に燃焼室内
に供給される燃料群を、噴流形状と衝突部形状との相関
的設計により、衝突部を起点として任意の方向に拡散展
開させることを自在としている。
に供給される燃料群を、噴流形状と衝突部形状との相関
的設計により、衝突部を起点として任意の方向に拡散展
開させることを自在としている。
【０００９】この場合、混合気の展開は中心域（衝突
点）程燃料密度が濃く、外周域程燃料密度の薄くなる層
状的混合気域が、キャビティ形状との相関によって形成
されることになる。
点）程燃料密度が濃く、外周域程燃料密度の薄くなる層
状的混合気域が、キャビティ形状との相関によって形成
されることになる。
【００１０】このように燃焼室中心域に燃料密度が濃
く、外周域程薄い層状的混合気塊の形成により、燃焼室
端域は空気が主となるため、高圧縮比を採いてもエンド
ガスノッキング問題は発生しなことになる。
く、外周域程薄い層状的混合気塊の形成により、燃焼室
端域は空気が主となるため、高圧縮比を採いてもエンド
ガスノッキング問題は発生しなことになる。
【００１１】加えて、中心域よりの着火は火炎伝播到達
距離の均等化と短縮に効力を発揮し、燃焼期間が短縮さ
れる。
距離の均等化と短縮に効力を発揮し、燃焼期間が短縮さ
れる。
【００１２】
【実施例】本発明の実施例を図について説明すると次の
ごとくである。図１において、シリンダーヘッド部
（１）中心域に燃料ガス噴射ノズル部（２）がピストン
燃焼室内（３）に突出して設けられ、そのノズル先端に
対置した位置に燃料衝突拡散制御部（４）が設けられて
いる。
ごとくである。図１において、シリンダーヘッド部
（１）中心域に燃料ガス噴射ノズル部（２）がピストン
燃焼室内（３）に突出して設けられ、そのノズル先端に
対置した位置に燃料衝突拡散制御部（４）が設けられて
いる。
【００１３】この衝突拡散部（４）は気筒中心軸に位置
し、かつピストン上死点位置においてピストンに形成し
たキャビティ空間断面（燃焼室）のほぼ中心に位置する
ごとくに設けられている。
し、かつピストン上死点位置においてピストンに形成し
たキャビティ空間断面（燃焼室）のほぼ中心に位置する
ごとくに設けられている。
【００１４】燃料噴射ノズルと燃料衝突拡散部との相関
は図１に示すごとく、本例においては茸弁形開閉ノズル
（５）を用い、これに対置する衝突部は中心部に燃料噴
流制御孔（６）を有する単純な部品構造であり、複数の
支持柱（７）によりヘッド部より支持されている。
は図１に示すごとく、本例においては茸弁形開閉ノズル
（５）を用い、これに対置する衝突部は中心部に燃料噴
流制御孔（６）を有する単純な部品構造であり、複数の
支持柱（７）によりヘッド部より支持されている。
【００１５】燃料の供給タイミングはピストンの空気吸
入行程で開始され、圧縮行程前期に終了するように茸弁
ノズルの開閉により行なわれ、弁の作動は基部（８）に
おいて電気的または機械的に開閉作用が行なわれる。
入行程で開始され、圧縮行程前期に終了するように茸弁
ノズルの開閉により行なわれ、弁の作動は基部（８）に
おいて電気的または機械的に開閉作用が行なわれる。
【００１６】燃料ガスの供給圧力は高圧を用いる必要が
なく、調圧部（９）を経して供給される。
なく、調圧部（９）を経して供給される。
【００１７】このようなタイミングで供給される燃料群
は図２に示すごとく、一部は衝突部（４）の孔（６）を
経してキャビティ内に（Ａ）のごとくに展開され、一部
は衝突作用によって衝突部近傍に（Ｂ）のごとくに展開
される。
は図２に示すごとく、一部は衝突部（４）の孔（６）を
経してキャビティ内に（Ａ）のごとくに展開され、一部
は衝突作用によって衝突部近傍に（Ｂ）のごとくに展開
される。
【００１８】そして圧縮され、上死点に到る間にキャビ
ティ内での混合・活性化が雰囲気圧力・温度によって促
進され、この雰囲気において火花放電により点火され
る。
ティ内での混合・活性化が雰囲気圧力・温度によって促
進され、この雰囲気において火花放電により点火され
る。
【００１９】この場合、スキッシュ域には燃料が存在し
なく空気のみであり、キャビティ内の壁面近傍も吸入空
気スワール流動の抑制によれば、燃料群が壁面に濃域を
形成することはない。
なく空気のみであり、キャビティ内の壁面近傍も吸入空
気スワール流動の抑制によれば、燃料群が壁面に濃域を
形成することはない。
【００２０】即ち、圧縮上死点においては燃焼室中心域
に燃料密度が濃く、外域程燃料密度の薄い層状的混合気
の展開が合理的に達成される。これによってエンドガス
ノッキング現象は発生しない。
に燃料密度が濃く、外域程燃料密度の薄い層状的混合気
の展開が合理的に達成される。これによってエンドガス
ノッキング現象は発生しない。
【００２１】着火は噴射ノズル外側域の一部を通電回路
（１０）とし、この回路の先端を電極（１１）とした部
分と、衝突部の一部に電極（１２）を設けた間隙におい
て火花放電によって行なわれる。
（１０）とし、この回路の先端を電極（１１）とした部
分と、衝突部の一部に電極（１２）を設けた間隙におい
て火花放電によって行なわれる。
【００２２】この場合、ノズル外側をセラミック等耐熱
・耐酸化・絶縁材で構成すれば、その一部に通電回路
（１１）を構成することは容易であり、別に電極を用い
る必要はなく、コスト的に有利である。
・耐酸化・絶縁材で構成すれば、その一部に通電回路
（１１）を構成することは容易であり、別に電極を用い
る必要はなく、コスト的に有利である。
【００２３】
【作用】ガス燃料機関における本発明の構成は、燃料供
給量を負荷に応じて可変する広い運転範囲において、点
火電極近傍には常に小さな放電エネルギーでも着火可能
な燃空域が形成される特徴を有し、更に着火に伴う火炎
核の起点を燃焼室中心域としたことによって、火炎核よ
り周域への火炎伝播の均等化が合理的に行なわれ、結果
的に燃焼期間短縮作用が実現される。
給量を負荷に応じて可変する広い運転範囲において、点
火電極近傍には常に小さな放電エネルギーでも着火可能
な燃空域が形成される特徴を有し、更に着火に伴う火炎
核の起点を燃焼室中心域としたことによって、火炎核よ
り周域への火炎伝播の均等化が合理的に行なわれ、結果
的に燃焼期間短縮作用が実現される。
【００２４】また、燃焼室中心域に燃料密度が多く、外
周域程燃料密度の減少する層状混合気分布特性は、エン
ドガスノッキング現象が発生しないことを裏付けるもの
であり、熱効率向上に有利な高い圧縮比の採用が可能と
なった。
周域程燃料密度の減少する層状混合気分布特性は、エン
ドガスノッキング現象が発生しないことを裏付けるもの
であり、熱効率向上に有利な高い圧縮比の採用が可能と
なった。
【００２５】また、燃焼室中心域を起点とした本発明の
燃料供給手段並びに混合気形成・展開作用によれば、吸
気時における空気スワール流動が不要であり、吸気路設
計が容易となり、吸気充填効率が向上する。
燃料供給手段並びに混合気形成・展開作用によれば、吸
気時における空気スワール流動が不要であり、吸気路設
計が容易となり、吸気充填効率が向上する。
【００２６】
【発明の効果】吸気によるスワール流動を必要としない
ため、吸気路抵抗が減じ充填効率が向上し、吸気充填効
率の向上により機関の比出力が向上する。
ため、吸気路抵抗が減じ充填効率が向上し、吸気充填効
率の向上により機関の比出力が向上する。
【００２７】エンドガスノッキングの発生因を層状混合
気分布により排除したことにより、高圧縮比の採用が可
能となり、機関の熱効率が向上する。したがってＣＯ２
の抑制に効果的である。
気分布により排除したことにより、高圧縮比の採用が可
能となり、機関の熱効率が向上する。したがってＣＯ２
の抑制に効果的である。
【００２８】燃焼室中心域よりの確実な着火により、火
炎伝播距離が均等化し、燃焼期間が短縮される。
炎伝播距離が均等化し、燃焼期間が短縮される。
【００２９】層状混合気分布により壁面近傍の燃料分布
を抑制したことにより、未燃燃料分が減少し、排気の低
公害化目的を達成することが出来る。
を抑制したことにより、未燃燃料分が減少し、排気の低
公害化目的を達成することが出来る。
【００３０】本発明は以上の特性に加え、構成が簡単・
容易であり、今後地球における燃料の多様化・エネルギ
ー消費・排ガスの低公害化に重要な役割を果し、地球環
境保護と資源節減に大きく寄与するものである。
容易であり、今後地球における燃料の多様化・エネルギ
ー消費・排ガスの低公害化に重要な役割を果し、地球環
境保護と資源節減に大きく寄与するものである。
【００３１】
【図１】本発明の構成を示す断面図である。
【図２】本発明による燃料ガス拡散作用説明図である。
【００３２】
１ … シリンダーヘッド部 ２ … 燃料ガス噴射ノズル ３ … ピストン燃焼室 ４ … 燃料衝突拡散制御部 ５ … 茸弁形ノズル ６ … 燃料噴流制御孔 ７ … 支持柱 ８ … ノズル開閉作動部 ９ … 燃料ガス調圧部 １０ … 通電回路 １１ … 放電用電極 １２ … 放電用電極 Ａ＝燃料ガスの主展開域 Ｂ＝燃料ガスの衝突拡散域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｍ 61/08 Ｐ
Claims (2)
- 【請求項１】 燃焼室中心域に燃料密度が大であり、端
域程燃料密度の少ない層状的混合気塊を形成する手段と
して、燃焼室中心域近傍に電極構造を有する燃料ガス噴
射弁を有し、この先端を燃焼室中心域に突出させ、供給
する燃料流を整流作用と衝突作用によって制御拡散せし
めるための、ガス燃料衝突拡散制御部を配備したことを
特徴としたガス燃料内燃機関 - 【請求項２】燃焼室中心域を起点としたガス燃料の拡散
供給方式と、燃焼室中心域より火花点火する方式との両
作用を行なうことを特徴とするガス燃料機関の燃焼方式
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34575693A JPH07166873A (ja) | 1993-12-11 | 1993-12-11 | 燃料直噴式ガス燃料内燃機関並びにその燃焼方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34575693A JPH07166873A (ja) | 1993-12-11 | 1993-12-11 | 燃料直噴式ガス燃料内燃機関並びにその燃焼方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07166873A true JPH07166873A (ja) | 1995-06-27 |
Family
ID=18378765
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34575693A Pending JPH07166873A (ja) | 1993-12-11 | 1993-12-11 | 燃料直噴式ガス燃料内燃機関並びにその燃焼方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07166873A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0760424A3 (en) * | 1995-08-18 | 1997-11-05 | Orbital Engine Company Proprietary Limited | Gaseous fuel direct injection system for internal combustion engines |
-
1993
- 1993-12-11 JP JP34575693A patent/JPH07166873A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0760424A3 (en) * | 1995-08-18 | 1997-11-05 | Orbital Engine Company Proprietary Limited | Gaseous fuel direct injection system for internal combustion engines |
| US5941210A (en) * | 1995-08-18 | 1999-08-24 | Orbital Engine Company (Australia) Pty Limited | Gaseous fuel direct injection system for internal combustion engines |
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