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技術 エンジンの燃焼室

出願人 株式会社いすゞセラミックス研究所
発明者 松岡寛
出願日 1993年8月6日 (27年4ヶ月経過) 出願番号 1993-215206
公開日 1995年2月28日 (25年10ヶ月経過) 公開番号 1995-054656
状態 拒絶査定
技術分野 内燃機関燃焼法 特殊な機関 非液体燃料の機関への供給 機関出力の制御及び特殊形式機関の制御
主要キーワード 隙間面積 混合燃焼ガス サイクル当り シリンダ外周 シリンダ側壁 流体燃料 弁スプリング 着火点
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この項目の情報は公開日時点(1995年2月28日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (13)

目的

ガス燃料を使用する副燃焼室を備えたエンジンにおいて、混合燃焼ガスが速やかに主燃焼室移行するとともに、その燃焼も短時間で終了するようなエンジンの燃焼室を提供すること。

構成

副燃焼室に導入されたガス燃料が着火燃焼混合気を副燃焼室の噴出孔から主燃焼室に噴出する初期に噴出孔の噴出有効断面積を一時狭めて燃焼混合気の流速を早め、該燃焼混合気を主燃焼室の奥まで到達させて燃焼時間の短縮を図る。このためエンジンの燃焼効率を向上させる。

概要

背景

車両の原動機である内燃機関燃料には、ガソリンなどの化石燃料が多く使用される。また高圧ガス燃料も内燃機関の燃料として一部で使用されている。最近、小規模発電単位、たとえば都市ビル単位の発電設備ディーゼルエンジンの燃料に高圧のガス燃料が使用され始めた。ガス燃料は、エンジン燃焼室内に噴射されたとき、空気との混合が悪く自己着火が困難な場合があるほか、排気ガスの中にかなりのNOxが含まれることがある。又、流体燃料を用いるディゼルエンジンでもNOxを排気ガスから排除することはかなり難しい。

概要

ガス燃料を使用する副燃焼室を備えたエンジンにおいて、混合燃焼ガスが速やかに主燃焼室移行するとともに、その燃焼も短時間で終了するようなエンジンの燃焼室を提供すること。

副燃焼室に導入されたガス燃料が着火燃焼混合気を副燃焼室の噴出孔から主燃焼室に噴出する初期に噴出孔の噴出有効断面積を一時狭めて燃焼混合気の流速を早め、該燃焼混合気を主燃焼室の奥まで到達させて燃焼時間の短縮を図る。このためエンジンの燃焼効率を向上させる。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

主燃焼室噴出孔にて連通する副燃焼室具備し、副燃焼室に導入された燃料燃焼混合気を噴出孔から主燃焼室に噴出するエンジンにおいて、シリンダの上部に設けられ、内部に供給された燃料を噴出孔からシリンダ内に噴出する副燃焼室と、副燃焼室の噴出孔を開閉する制御弁と、該制御弁の開動作行程開始の初期に制御弁開有効面積を制限する流量調整手段と、を具備することを特徴とするエンジンの燃焼室

請求項2

上記噴出口内を開閉する制御弁のシ−ト部に任意の隙間を有する嵌合部を設け、制御弁が半開状態で隙間も有効面積をほぼ一定に制御できる範囲を有することを特徴とする請求項1記載のエンジンの燃焼室。

請求項3

上記制御弁の噴出孔開閉は該制御弁のリフトに伴って任意の隙間を持った領域と、部分的に開放となる領域ほぼ全開となる領域を有していることを特徴とする請求項1記載のエンジンの燃焼室。

請求項4

上記制御弁の噴出孔開閉は、該制御弁のリフトに伴って部分的に開放となる領域とほぼバルブ全開となる領域とを有していることを特徴とする請求項1記載のエンジンの燃焼室。

請求項5

上記燃料はガス燃料であることを特徴とする請求項1記載のエンジンの燃焼室。

請求項6

上記燃料は流体燃料であることを特徴とする請求項1記載のエンジンの燃焼室。

技術分野

0001

本発明はエンジン燃焼室の構造に関し、特にディーゼルエンジンの燃焼室の構造に関する。

背景技術

0002

車両の原動機である内燃機関燃料には、ガソリンなどの化石燃料が多く使用される。また高圧ガス燃料も内燃機関の燃料として一部で使用されている。最近、小規模発電単位、たとえば都市ビル単位の発電設備用ディーゼルエンジンの燃料に高圧のガス燃料が使用され始めた。ガス燃料は、エンジンの燃焼室内に噴射されたとき、空気との混合が悪く自己着火が困難な場合があるほか、排気ガスの中にかなりのNOxが含まれることがある。又、流体燃料を用いるディゼルエンジンでもNOxを排気ガスから排除することはかなり難しい。

発明が解決しようとする課題

0003

本発明は、上述のような従来の不都合を解消しようとするものであり、その目的は、副燃焼室を備えたエンジンにおいて、混合燃焼ガスが速やかに主燃焼室移行するとともに、その燃焼も短時間で終了するようなエンジンの燃焼室を提供しようとするものである。

課題を解決するための手段

0004

上記のような本発明の目的を達成するために、本発明は、主燃焼室と噴出孔にて連通する副燃焼室を具備し、副燃焼室に導入された燃料の燃焼混合気を噴出孔から主燃焼室に噴出するエンジンにおいて、シリンダの上部に設けられ、内部に供給されたガス燃料を噴出孔からシリンダ内に噴出する副燃焼室と、副燃焼室の噴出孔を開閉する制御弁と、該制御弁の開動作行程開始の初期に制御弁開有効面積を制限する流量調整手段と、を具備することを特徴とするエンジンの燃焼室を提供する。

0005

副燃焼室に導入された燃料が着火し燃焼混合気を副燃焼室の噴出孔から主燃焼室に噴出する初期に噴出孔の噴出有効断面積を一時狭めて燃焼混合気の流速を早め、該燃焼混合気を主燃焼室の奥まで到達させて燃焼時間の短縮を図る。

0006

図1は本発明にかかるガスエンジンの燃焼室の一実施例を示す主要部分の構成図であり、同図において1はシリンダである。該シリンダ1の内側にはピストン2が上下動自在に配置されている。図1はピストンが最上端に位置した状態で示されており、ピストン2の上面には主燃焼室22が形成されている。24はピストンリング、25はコンロッドである。

0007

シリンダ1の上端に位置するシリンダヘッド3には、副燃焼室31が設けられている。この副燃焼室31は、例えば高強度で耐熱性のあるセラミックスからなり、その底部には噴出孔32が形成されている。

0008

4は前記噴出孔32の開閉を制御する制御弁で、噴出孔32の下方に設けられた弁座33に下方から密接接触して副燃焼室31を閉鎖する。制御弁4のステム43は副燃焼室31の上壁部34のバルブガイド35により軸支され、ステム43は上部プレート44を押上げるスプリング45によってバイアスされる。制御弁4は図2に示すように、そのヘッド46とステム43との間に、ステムの直径よりも径の太い流量調整部47が形成されている。また、制御弁4が閉じているとき、流量調整部47と対向する弁座33部分の側壁との間に隙間47が形成されている。

0009

5は副燃焼室31の上方の側部に取付けられたガス燃料弁で、ガス供給管53から副燃焼室31へのガス燃料の供給口54の開閉を行ってガス流を制御するものであり、そのステム51の上端を押上げる弁スプリング52により常時は供給口54を閉鎖するように構成されている。55は燃料ガスの流量を制御する制御弁である。

0010

図1には示されてはいないが、シリンダヘッド3の上部には、それぞれ制御弁4とガス燃料弁5を、後に述べるタイミングで開閉させるカム機構が設けられている。また、これら弁を開閉する駆動機構カムでなくともよく、電磁力で駆動される電磁駆動弁機構でも良い。

0011

図1には示されてはいないが、シリンダヘッド3には通常の吸気孔吸気弁排気孔排気弁が設けられ、これら2つの弁を駆動するカム機構が設けられている。

0012

次に、図1および図2を用いて本発明の実施例動作を説明する。図1には示されていない排気弁が開き、ピストン4が下死点から上昇を始める排気行程から動作の説明を始める。この状態では、ガス燃料弁5は閉じ、制御弁4は開の状態にある。ピストン2が上昇してシリンダ1内の燃焼ガスがエンジンの外部に排気されると、図1には示されていない排気弁が閉じ、これまた図示されていない吸気弁が開く。制御弁4は開いたままである。ピストン2が上死点から降下を始めると吸気孔から新気がシリンダ1内に吸入される。吸入の途中において制御弁4は閉まりはじめる。したがって、制御弁4は図2の状態から図3の状態に移行する。このため流量調整部47が隙間48内に挿入され、主燃焼室と副燃焼室との間の流通有効面積は狭められる。その後図4の状態を経て図5の状態に至る。この状態ではシリンダ内の主燃焼室22と副燃焼室31との流通は遮断され、エンジンは圧縮行程に移行する。このとき、ガス燃料弁5が開き、副燃焼室31にガス燃料が供給される。なおこのガス燃料の供給量は、エンジンの負荷状態により制御弁55で調整される。

0013

ピストンが下死点位置から上昇を始めると、シリンダ内の空気は圧縮され始める。そして、ピストン2が上死点に近づくとこのタイミングで、制御弁4を少し降下させてこれを開くとシリンダ内で圧縮された空気が副燃焼室31に流入してここで混合気が生成され、副燃焼室31内の温度が着火点に達すると、該副燃焼室31内では燃料リッチな状態で燃焼が始まる。

0014

副燃焼室内の混合気は噴出孔32から主燃焼室22内に噴出されるが、制御弁4は図4に示す状態にある。このため、流量調整部47が隙間48にあるので、制御弁4の開弁有効面積が狭められ、主燃焼室22に噴出する混合気の流速は加速されて、この混合気は噴出孔32からシリンダ側壁方向へ遠く噴出され、主燃焼室22内全体で混合気生成が起こり主燃焼室22内でも燃焼がおこる。その後制御弁4は図2に示す位置まで降下し、全開状態となって副燃焼室31から混合気が主燃焼室に吹き出されて燃焼は短時間の内に終る。ピストン2はこの燃焼により下方に押し下げられる。ピストン2が下死点を過ぎると、エンジンは次のサイクルの排気行程に移る。なお図6はエンジンの動作を説明するタイムチャートである。

0015

図7は制御弁4に設けた流量調整部の別の実施例である。この実施例では、流量調整部47’の断面はほぼ半円形状のスリット状に形成されている。このため副燃焼室31から主燃焼室22に混合気が噴出されるとき、あたかもこの混合気は複数本ノズルから噴射されたようになり、これら噴出された混合気の流速は加速され、主燃焼室のシリンダ側壁にまで到達して、急速且短時間の燃焼が可能となって、燃焼効率も増す。

0016

上記実施例では、制御弁4は隙間面積を制限する部分が1か所であるが、次の実施例においては隙間面積を制限する部分を2か所設けたものである。図8はその部分的拡大図である。図8において噴出孔32には、上記実施例に示す隙間48の上記に、更にもう一段、せばめた隙間48’を設けている。この隙間48’下部の断面は図7に示すように、ノズル状の流量調整部49が複数本設けられている。。図8乃至図11はこの実施例の動作を説明する説明図であり、図12はこの実施例のタイムチャ−トである。この実施例においては、隙間の有効面積が2段に変化する点が前記実施例と異なるだけで、後の動作は同じである。

0017

上記実施例は燃料をガス燃料としたが、図1においてガス燃料弁5とそれに付随する部分を従来の液体燃料用の噴射ガスに変えれば、液体燃料用エンジンにも適用できることは言うまでもないことである。

発明の効果

0018

以上詳細に説明したように、本発明によれば、副燃焼室に導入されたガス燃料が着火し燃焼混合気を副燃焼室の噴出孔から主燃焼室に噴出する初期に噴出孔の噴出有効断面積を一時狭めて燃焼混合気の流速を早め、該燃焼混合気を主燃焼室の奥まで到達させて燃焼時間の短縮を図る。そして、高圧、縮比、ク−ンバ−ンが可能であるため、熱効率が向上する。また圧縮行程で主燃焼室から副燃焼室に空気を導入し圧縮行程の低減が可能でありさらに導入する空気の量を任意隙間面積で制御できるので、制御弁の開閉がエンジン1サイクル当り1回でよく、構造がシンプルとなる。このほか、混合気が副燃焼室から主燃焼室に噴出する場合に部分的な開孔部を設けることができるので、混合気がシリンダ外周に高い運動エネルギ−をもって到達し、主燃焼室の空気との混合が良くなり、燃焼スピ−ドの向上が図れ、熱効率が向上する。

図面の簡単な説明

0019

図1本発明にかかるガスエンジンの燃焼室の一実施例を示す主要部分の断面図である。
図2実施例の動作を説明する説明図である。
図3実施例の動作を説明する説明図である。
図4実施例の動作を説明する説明図である。
図5実施例の動作を説明する説明図である。
図6実施例の動作を説明するタイムチャートである。
図7別の実施例の動作を説明する部分断面図である。
図8別の実施例の動作を説明する説明図である。
図9別の実施例の動作を説明する説明図である。
図10別の実施例の動作を説明する説明図である。
図11別の実施例の動作を説明する説明図である。
図12別の実施例の動作を説明するタイムチャ−トである。

--

0020

1・・・・・・・シリンダ
2・・・・・・・ピストン
22・・・・・・・主燃焼室
24・・・・・・・ピストンリング
25・・・・・・・コンロッド
3・・・・・・・シリンダヘッド
31・・・・・・・副燃焼室
32・・・・・・・噴出孔
33・・・・・・・弁座
34・・・・・・・上壁部
35・・・・・・・バルブガイド
4・・・・・・・制御弁
43・・・・・・・ステム
44・・・・・・・上部プレート
45・・・・・・・スプリング
46・・・・・・・ヘッド
47、47’・・・流量調整部
48・・・・・・・隙間
5・・・・・・・ガス燃料弁
51・・・・・・・ステム
52・・・・・・・ステム
53・・・・・・・ガス供給管
54・・・・・・・供給口
55・・・・・・・制御弁

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