(57)【要約】      （修正有）【課題】ディ−ゼルエンジンや代替燃料エンジンの問題を、新燃焼方式により抜本的に改善し、地球環境や人体にやさしい低公害ディ−ゼルエンジンや火花点火エンジンを構成しうる燃焼技術を提示する。【解決手段】燃料を副室３において空気と予混合させ予混合燃料群とし主燃焼室に供給する予燃焼方式や過流式方式の特性を参考として、煤塵の発生を抑制する。又、予混合燃料群の噴出衝突エネルギ−の増大化を図り衝突拡散条件を強化する手段として副室３の容積部を副ピストン４の可動により可変し得る構成とした。即ち、予混合燃料群の衝突拡散条件を強化して空気利用率を高め熱損失を減ずる新しい燃焼システムを開発した。これにより、直噴ディーゼルの欠点である高圧噴霧拡散燃焼に因る炭化微粒子煤塵の発生原因が改善され高熱効率が得られ、従来直噴方式より劣るとされている予燃焼方式や渦流室燃焼方式や火花点火機関の熱効率と排気低公害性が改善される。【選択図】図１
2010203428.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディ−ゼルエンジンの機能を高め人体や地球環境に有害な排気中の煤塵低減を図る方法として、予め燃料と空気の予混合を行う副室を主燃焼室ヘッド部に設けその副室内に可動しうる副ピストン部を設け、副ピストンを作動せしめることにより副室内容積の可変と主燃焼室との連通容積部の閉鎖を行い、副ピストン部内に燃料を噴射供給する弁と回路を構成し副室内で予混合した燃料混合氣群を副ピストンの作動圧力によって副室より主燃焼室内に噴出させる構造とし、副室内の予混合気燃料群を主燃焼室内に任意な主副室間連通噴孔を経して予混合燃料群として主ピストンのキャビテイ内に構成した衝突部に衝突させる事で衝突拡散燃焼作用の強化促進を図り、主燃焼室部の燃焼反応時には副室内容積部を副ピストンの下降閉切りにより無容積化すること等を特徴としたディ−ゼルエンジンの予混合衝突拡散燃焼方式並びに燃料予混合供給燃焼方法。
【請求項２】
燃料を副室において空気と予混合して主燃焼室に供給するエンジンにおいて、シリンダ−ヘッド部の副室内で作動する副ピストン中心軸域に燃料噴射装置を具備する構成とし、副室内で予混合され主燃焼室に噴射供給される燃料に着火せしめるための点火用プラクを主燃焼室の中心部に近接して配備し、主燃焼室と副室間の連通路を複数多噴射孔で構成する構造とした予混合氣噴射拡散機能を構成した予混合気噴射方式ディ−ゼル機関並びに火花点火式エンジンにおいて、副室内で予混合した濃燃料混合群を副ピストンの作動により副室と主燃焼室間に設けた多噴口連通孔を経して主燃焼室を構成する主ピストンの中心域から全周方向に拡散展開する事とし、予混合氣噴出条件や拡散条件の強化による全周方向の混合氣拡散により主燃焼室内の空気利用率を高めた燃焼を行う事を特徴としたディ−ゼルエンジン並びに火花点火式多種燃料エンジン。
【請求項３】
請求項１・２記載の燃焼方式において副燃焼室内に燃料を供給する為の燃料噴射弁と燃料供給路を副燃焼室内で可動する副ピストン中心軸部に設け、燃料に点火せしめる為の着火点火用プラグを主燃焼室内に配備し、副ピストンの作動を機械または電気的によって行い機関の負荷に対応して予混合燃料群の供給や給排気弁タイミングを可変することによりＥＧＲ条件の調整を行うことを特徴とした副室と可動副ピストンを有する内燃機関において、副室で形成する予混合燃料群を主燃焼室内に副ピストンの作動により圧縮行程にある主燃焼室内に主副連通孔より圧入噴射するための作動を行なう手段として、副ピストンの下降速度を速めるために副ピストン部を作動を行なう上部のロッカーアーム部とアームを駆動する動弁カムの形状とカムギヤの組み合わせによって副ピストンの下降速度や副室容積部閉鎖期間の調整を図る機能を有し、副ピストンによる予混合燃料群の圧入作用と副室容積部の閉鎖作用を行なう事を特徴とした副ピストン部の作動方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は内燃機関の燃焼技術と排気の低公害化技術に関する。
【背景技術】
【０００２】産業の源動力として高い熱効率を誇るディ−ゼルエンジンも開発されて１２０年以上経過した現在も欠点だと問題視されている排気中の黒煙や煤塵問題は解決されないのである。本技術の発明者はこれの原因は物理の原則を軽視し高圧ポンプと燃料噴射ノズルに依存した液状燃料の噴射方式を続けている事がこの問題の解決を遅らせている原因と見ている。【０００３】即ち如何に噴射圧を高くしても燃料噴孔を小さくしても液体燃料の微粒化には時系的限界がありノズルで指向された噴射燃料群や微粒子は高温高圧の雰囲気内での反応を避けることは出来なく微粒子化された燃料でも高熱に触れる外側から燃焼反応が始まるのは物理的に当然であり反応内部は必然的に酸素不足の高温で炭化する原因が生ずるのである。【０００４】更に指向されたノズルの噴孔より噴出する後続燃料群も先行燃料の反応によって酸素が減じた高温域での反応となる。この高温酸素不足の問題を改善し回避するには強力な空気流動が必要になるがその対応策は益々複雑多様化し結果的に１００年経った今も煤塵問題は解決できなく後処理に依存しなければならない事は歴史が証明している事実である。【０００５】発明者はこの問題を解決する手段として現在も使われ続けられている高圧ポンプと燃料噴射ノズルによる液体燃料の高圧燃料噴射方式の基本を見直し、燃料の直噴供給方式を変えない限りディ−ゼルエンジンの欠点である排気のスモ−ク煤塵問題は解決出来ないと提唱し同時にこの問題を改善し得る燃焼方法と技術を提示する者である。【０００６】
【特許文献】特開昭６２−１３９９２１  開昭６３−１２０８１５号（第４８回注目発明選定）  特公平０７−３０６９３
【０００７】ＳＡＥテクニカルペ−パ−８７１６８９ＳＡＥテクニカルペ−パ−８８１２４１ＳＡＥテクニカルペ−パ−９００６０８ＳＡＥテクニカルペ−パ−９１１７６９ＳＡＥテクニカルペ−パ−９２１６４５ＳＡＥテクニカルペ−パ−９４０６６７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】本発明の目的はディ−ゼルエンジンの機能を向上し排気中の煤塵やＮＯｘを減じうる方法として燃料の予混合供給による燃焼方法とその技術を提示することにある。【０００９】本発明はエンジンのシリンダ−ヘッド部に副室を設け副室内に可動しうる副ピストン部を配備した構造である。更に副ピストン部より副室内部に燃料を供給して副室内で燃料を予混合し主燃焼室に対し副室で予混合した予混合燃料群を主燃焼室内に供給する方法であり着火反応を促進せしめる為の着火源を主燃焼部に有する構造である。副室内の燃料供給により副室内で予混合を図り同時に副室内の副ピストンの作動によって混合気群を主副の連通孔より予混合燃料群として主燃焼室内の噴流衝突部に吐出衝突させ衝突拡散作用を行い噴射後は副室の容積部を副ピストンにより閉鎖し容積部を無くするために副ピストンを可動状に副室内に配備した副室部構造である。副ピストンの可動や燃料の供給タイミングは機械的電動的に動弁カムとの整合やコントロール装置によって行なわれる仕組みである。上記の目的を達成するために、一番目の発明は、１００年以上も研究されているが欠点の解決できない液体燃料の高圧ポンプと噴射ノズルを用いた燃料供給方法の原因を指摘したことにありその改善手段として供給燃料群を副室において予混合氣群とし副室より主燃焼室に噴射供給すべき濃予混合燃料群の噴出エネルギ−を副ピストンの圧入作用により増大し、予混合燃料群を副ピストンの変速可動作用によって副室より主副間連通孔を径して主燃焼室内のキャビテイ中心域に設けた衝突部に噴出衝突させる事とした、この予混合気群の衝突拡散作用の強化によって主燃焼室での空気利用率を高め微粒煤塵の発生を減じた予混合衝突拡散方式ディ−ゼルエンジンの燃焼方法である。【００１０】二番目の発明は一番目の発明において構成された副室内の副ピストンの変速的作動を主燃焼室の吸・排気動弁タイミングに合せるべく機械的電動的に駆動カムによる作動とタイミングとを制御する事とし、副室での予混合燃料群を主燃焼室内の全周方向に拡散展開せしめる手段として着火のための点火用プラグを主燃焼室内に設け副室で形成される予混合燃料群の主燃焼室拡散条件と空気との混合条件を促進するために副室より主燃焼室に拡散供給するための噴孔部を複数多孔に皿型に大きく形成し、予混合燃料群の拡散分布を図り着火条件を支配する点火着火プラグの位置を、主燃焼室の中心域に近接して設け燃料混合気噴出孔を全周方向に指向すべく構成した多種燃料エンジンや火花点火エンジンの構成である。【００１１】三番目の発明は一・二番目の発明において副燃焼室に燃料を供給するための燃料噴射弁と燃料供給路を副室内で可動する副ピストン内に設ける事とし、副ピストンの中心軸部に構成したに燃料噴射弁と燃料供給路に燃料の供給条件を設定するためのコントロール装置を固定された副室シリンダ−部より行い燃料噴射量や噴射や点火のタイミングを外部の制御装置により行い副ピストンの作動をロッカアームとカムとギヤの整合により行う構成である。【００１２】以下、図示した実施例を参照して本発明を詳細に説明する。図１に本発明の１つの実施例を側断面図で示し、図２は別の側面断面図であり図３は副ピストンの作動説明図である。【００１３】図１に示すがごとく本実施例では主シリンダ−１の上部ヘッド部２の中心域に副室３が設けられ副室内には上下に可動しうる副ピストン部４が配備され、更に副ピストンの中心域には燃料噴射弁装置５が設けられている。また主燃焼室部には燃料の着火源とする着火用プラグ６が配備されており副ピストンの作動は上部のロッカアームとカムによって行われる。主燃焼室８と副室３とは連通孔９によって連絡している。【００１４】主ピストンの吸入・圧縮・爆発・排気の四行程と副室内の副ピストンの作動行程はほぼ同期的に作動するが副ピストンはロッカアームとカムとギヤとの組み合わせ条件で増速される、即ち主ピストン１０が下降する吸入工程においては連通孔９を閉じていた副ピストンも上方向に移動しはじめ副室３内にも空気を吸入する作用が行われ次に主ピストンが下死点１１で反転し圧縮工程で上昇しても副室内の副ピストンは同期的か早くに燃料を副室内に噴射して増速移動し燃料の噴射と主燃焼室への噴射を終わり主燃焼室での燃焼反応終了時まで副室容積部をゼロとした静止状態をカムによって保持している。【００１５】この時点では主ピストン１０内に形成されている主キャビテイ１２内の圧力も温度も最大となるが副室内の予混合燃料群は既に主燃焼室内に衝突拡散作用によって展開し主室内空気との出会いにより反応が促進された状態であり筒内圧力も最高値に達した燃焼行程が開始されピストンは下降の出力行程となる。即ち副ピストンは副室内の予混合された濃い混合気群を下降圧縮作用で押し出すべく下降速度は作動カムの形状によって速められており上死点に達した主キャビテイ１２内の空気雰囲気内には副室内で予混合された予混合濃混合気群が噴出エネルギーを増大した状態で連通孔９を経して供給が終わり強力な衝突噴射拡散条件による燃焼反応が主燃焼室内に展開されるのである。【００１６】従って副室からの予混合燃料群の噴出流を主キャビテイ中心域に設けた衝突拡散部１３に衝突させ主燃焼室ないの空気との混合を図れば予濃混合状態で微粒化が促進され分子化に近づいた拡散燃料群は新空気との出会いによって活発に反応し着火遅やディ−ゼルノックのない完全燃焼条件が低圧燃料ポンプによっても実現され予混合気の噴出タイミングに応じた完全的燃焼条件の構築が主ピストンの上死点で構成されキャビテイ内の空気流動により反応が促進され煤塵の生成因が改善されるのである。【００１７】この場合い副室内の副ピストン部は降下して主副間の連通孔９を閉じた位置にあり更に吸気弁１４や排気弁１５の開閉時期を制御する事によれば高温既燃残留ガスによる自己ＥＧＲによる高熱制御効果により生成されるＮＯｘの制御も可能となる。【００１８】発明者はディ−ゼルエンジンの衝突拡散燃焼方式を昭和６０年より開発し（特開昭６２−１３９９２１）以来燃料噴流衝突拡散方式による各種方式のエンジンについて研究開発を続けている。その間に開発し国際学会ＳＡＥに発表した各論文に示す如く燃料衝突拡散方式は火花点火方式やメタノ−ル燃焼やディ−ゼル燃焼方式のいずれにおいても燃料直噴方式より燃費が良く排気の低公害性に優れている事実は証明されていたのである。この実績も高圧直噴方式に拘り更なる超高圧化に期待した企業の反発や物理に反する不合理を止めることが出来ずに２０年が過ぎてしまった。しかし未だにディ−ゼルの煤塵問題は高価な超高圧噴射方式で減少はしたが更に煤塵は微粒化しその有害性と生成因は解決されていないのである。【００１９】当時の経験と原因を考え直した結果は衝突拡散方式で足りなかった条件は液状噴射燃料の衝突拡散力の不足と燃料と空気との混合条件の不足が原因である。これに対し更に噴射圧を高圧化してノズル孔を小さくし微粒化を進めれば解決されるとした一般論に押し流され燃焼反応は高温に触れる外側より始まる物理の原則を軽視し既存の燃料噴射技術に依存した当時の自分の力不足がありこの原因を気づきながら超高圧直噴の流れに押され時間を失ったことは残念である。圧縮高温雰囲気の燃料微粒子は高温に触れる外側より燃焼反応が始まりその内部は高温度と酸素不足での反応を余儀なくされるのでその内部で炭化作用の生ずることは当然であり微粒化に応じて更に微粒な煤塵の生成される原因は不変なのである。【００２０】従って液体燃料を高圧噴射とノズルに依存して噴射し直噴的に燃焼させる方法を続ける限り現用ディ−ゼルエンジンは煤塵発生の自縛より逃れる事は出来なく大気の煤塵汚染やＮＯｘの低減目的も困難なことから地球環境の改善もこのままでは期待出来ないのである。
【発明の効果】
【００２１】燃料の予混合燃焼方式では煤塵発生の少ないことは公知である、しかし予混合室の表面積増加や絞りによる熱損失により熱効率が直噴方式より劣る事も知られ欠点とされているが予混合室の容積部を可変し閉鎖しうる本発明によればその欠点は改善される事になり高価な超高圧噴射装置を用いる必要もなくクリンエンジンの開発が具現化する。【００２２】現用燃料直噴方式ディ−ゼルエンジンの排気煤塵生成因は高圧ポンプと小噴孔ノズルにより液体燃料の微粒化を図り煤の発生しない燃焼を求めて１００年以上が経過したが現在でもこの問題は解決されていないのである。その原因はいくら液体燃料の微粒化を促進しても高温高圧の雰囲気では物質は高温に触れる処から（燃料微粒子でも外側から）反応する物理の原則に反した結果である事を燃料衝突拡散方式で既に示してきた。【００２３】エンジンの燃焼反応を支配する燃料と空気との物理的化学的な整合条件は実に多様であるが最適な条件を見出すことが緊急の事態となっている。従って１００年経っても解決できなく物理に反した現在の高圧ポンプとし小噴孔ノズルによる直噴ディ−ゼルの開発エネルギ−をＯＳＫＡに転用し微粒粉塵問題を早期に解決すべきである。ＯＳＫＡは国際学会ＳＡＥレポ−トにより公知としてきた、これらのデ−タ−が示すごとく当時からＯＳＫＡ方式は超高圧を用いる事無く直噴式より優れ低公害化の目的に近づける事を明確としている。【００２４】本発明もその一例に過ぎなく更なる追究が必要であるが高価で入手し難いポンプやノズルを用いることなくディ−ゼルの低公害化確認実験の出来る新燃焼開発実験の指針を示し得た事は関係技術者としての誇りである。人類の幸せと地球環境の改善に関わる重要な内燃機関の燃焼技術を新燃焼技術により開発しディ−ゼルが発明して以来１２０年間も解決出来なく有害な排気煤塵の問題と原因を指摘し解決方法を提示した本発明の効果は大である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１図は本発明の構成を示す側面断面図、
【図２】第２図は別の実施例を示す側面１部の断面図である。
【図３】図３は副ピストンの動作説明図である。
【符号の説明】１…シリンダ−                                    １９…ロッカアーム２…シリンダ−ヘッド                              ２０…副ピストン駆動カム３…副室                                          ２１…副ピストン上部４…副ピストン                                    ２２…副ピストンバネ５…燃料噴射弁                                    ２３…連結ロッド６…グロ−プラグ                                  ２４…作動間隔７…着火連通孔                                    ２５…副室容積開放期間８…主ピストン                                    ２６…副室閉鎖期間９…主副連通孔                                    ２７…点火プラグ１０…主ピストン                                  ２８…皿状多噴孔部１１…下死点                                      ２９…燃料供給路１２…主キャビテイ１３…衝突部拡散部１４…吸気弁１５…排気弁１６…副室シリンダ−部１７…副ピストン駆動カム１８…バネ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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