(57)【要約】      （修正有）【課題】新燃料直噴燃焼方式により気筒内空気と噴射燃料群との整合条件を改善する事により気筒中心軸域に燃料混合気群を形成する事で、ノッキング問題を解決すると共に、層状給気燃焼方式の構成により、給気ポンプ損失を減じて機関熱効率の向上と低公害化を図る。【解決手段】気筒ヘッド部の略中心域に配備した円錐筒状燃焼部６内の上部に燃料噴射弁７を配し、下方のピストン面１２の中央部に向けて噴射する燃料噴霧群１３は円錐筒状燃焼部を経由して狭角環状の噴霧群として分割的に噴射される。噴射燃料群の飛翔時間延伸と気筒中心部の空気利用による燃料群と空気との接触による燃料の混合・気化・活性化を促進するとともに、気筒壁に燃料が達する事を抑制する。【選択図】図１
2011236882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ−ヘッド部の略中心域にピストン面に対峙した円錐筒状の燃焼容積部を配備し上部の燃料噴射ノズルより気筒中心軸域に燃料群を噴射する内燃機関において、円錐筒状燃焼部内に着火源プラグを配備し、円錐状容積上部の燃料噴射ノズルより下方のピストン中心面に向けて噴射する燃料群を円錐筒状容積部内経由として飛翔期間の延伸を図り、噴射燃料群の微粒化・混合気化・活性化の促進作用を燃料噴射制御部による分割噴射とノズルによる狭角環状噴霧化と噴霧飛翔の時系条件と円錐状容積部構造との整合によって改善する事とし、気筒中心域空気の利用率を高め燃料群と空気との混合気化活性化の促進による燃焼条件の改革を特徴とした燃料直噴式内燃機関の燃焼方式。
【請求項２】
前記請求項１記載の内燃機関において、噴射燃料群と気筒内空気利用条件の整合向上による燃焼容積部を燃焼反応起点とした層状給気燃焼条件を直噴燃料群の噴射律則により構成し、気筒端域への燃料拡散を抑制する事によってエンドガスノッキングの発生因を抑止し、ガソリン機関の高圧縮比を可能とした層状給気燃焼条件の構成により給気ポンプ損失の低減をも図り、その相乗効果により内燃機関の熱効率を向上し省エネ低公害化を特徴とする燃料直噴層状給気式内燃機関。
【請求項３】
前記請求項１・２の内燃機関において、円錐筒状燃焼部と燃料群の狭角分割環状噴射条件との整合により燃料の気筒内中心域噴射や早期噴射を自在とし、気筒中心域の空気利用による早期噴射燃料群の予混合気化促進条件を可能とし、気筒中心域や燃焼部を起点とした圧縮着火燃焼条件を構成する事とし、多噴孔拡撒燃焼方式に因るピストン燃焼室での急激な燃焼圧力上昇率を制御し、気筒中心域や気筒内における燃料群の予混合作用並びに気化活性化作用を促進するにより燃焼反応時における未気化燃料や燃料粒子に因る炭化煤塵化や生成因を抑制し、前サイクルの残留ガス制御やＥＧＲ作用によりＮＯｘの生成因をも抑制し、ピストンに加わる熱負荷をヘッド燃焼部で分担軽減しうる事により機関の静粛性・軽量化・コストの低減を図り信頼・耐久性の向上と共に高圧縮比化による熱効率の向上と低公害化の目的を達成しうる事を特徴とする燃料直噴圧縮着火燃焼方式内燃機関。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】文明社会構築の源動力として活躍してきたガソリンやディ−ゼルエンジン等の内燃機関は大きな利便性と同時に地球の資源を消費しており近時は地球資源の保護や大気汚染や温暖化防止のために更にＣＯ２の少ない高効率な燃焼技術や省エネ低公害技術の開発が国際的課題として緊急に求められている。【０００３】しかしながら、石油系や水酸化系燃料による燃焼反応で動力を得る現在の火花点火式ガソリン機関や圧縮着火によるディ−ゼル機関は何れも既成概念や生産技術が優先され、燃焼技術の開発が遅れていることから新燃焼技術による抜本的技術改革が必要である。本発明はその具体的な改革技術を提示する。
【参考論文】
【０００４】ＳＡＥ技術レポ−ト８７１６８９ＳＡＥ技術レポ−ト９４０６６７自動車技術会学術講演前刷集Ｎｏ・１１４−０８−２００８年名古屋秋季大会（松岡信）【特許文献】特開昭６２−１３９９２１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】ガソリン自動車エンジンで代表されるＥＦＩ方式では燃料が吸気と共に燃焼室の端域まで供給されるのでこれに因るエンドガスノッキング現象を避けることができない。従ってＥＦＩ方式では圧縮比を高めることがノッキングで制限され、更に軽負荷運転時には吸気を絞る必要性からポンプ損失で燃費消費率が大きく損なわれている。【０００６】また高い熱効率の動力源として使われている直噴ディ−ゼル機関も燃焼室中心域から多噴孔ノズルでピストンキャビテイ内に噴霧を拡散する燃焼方式を基本としており噴射系の超高圧化や噴流の分割技術等により燃焼の改善を図っているが、この気筒中心部から多噴孔で燃焼室端域に向けて燃料を噴射する方法では気筒中心域の空気利用率は必然的に低くピストン燃焼室端域での同時的燃焼反応によりピストン熱負荷が大となる。【０００７】また多噴孔拡散燃焼では各噴孔よりの燃料噴流群は先行群がピストン端域で同時的に反応する現象は避けられなく、更に後続噴流群は先行燃料の燃焼反応により酸素が使われた高温の酸素不足雰囲気内に突入して燃焼する事となるので後続燃料群の燻蒸燃焼による炭化煤塵発生因が必然的に生ずるのである。また多噴孔燃焼域の同時的反応と急激な燃焼圧力上昇率やピストンの熱負荷対策として機関剛性を高める必要性から機関が重くなり価格が高価となる。【０００８】従来の多噴孔ノズルによる噴霧拡散燃焼方法では噴射燃料流の後続分が先行燃料噴流と同じル−トを辿る特性により酸素の減じた熱雰囲気中での反応により必然的に燻蒸化が進むことになる。従って排気中の炭化煤塵やＰＭ２・５の始末も後処理技術に依存せざるをえないのが現在の直噴ディ−ゼルエンジンの解決すべき課題であるがディ−ゼルの開発以来１５０年以上経った現在でもこの排気煤麈やＮＯｘ低減問題は解決困難な課題として残されている。【０００９】従って本発明の目的は、新燃料直噴燃焼方式により気筒内空気と噴射燃料群との整合条件を改善する事により気筒中心軸域に燃料混合気群を形成する事とし、気筒中心域の空気利用率を高める燃料直噴方式で気筒壁に燃料の達する事を抑制してノッキング問題を解決する事とし、層状給気燃焼方式の構成により給気ポンプ損失を減じて機関熱効率の向上と低公害化を図る事を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】本発明による請求項１に記載の燃料直噴火花点火方式内燃機関は、シリンダ−ヘッド部の略中心域に円錐筒状の燃焼部を設け、その上部の燃料噴射弁から気筒中心域に燃料噴霧群を燃焼室内経由で飛翔させる時系条件を円錐燃焼部と狭角環状噴霧群を形成しうるノズルによって構成し、噴射燃料群の飛翔時間延伸と気筒中心部の空気利用による燃料群と空気との接触による燃料の混合・気化・活性化を促進する事を特徴としている。【００１２】また請求項２に記載の発明は請求項１に記載の直噴内燃機関において気筒中心部に燃料噴霧群を供給する噴射方法を用い、先ず燃焼室において反応の起点を構成すべく燃焼室や噴射条件を燃料噴射律則によって整合し均等的な火炎伝播燃焼条件を形成する事により燃焼期間の短縮を図り、燃料直噴層状給気条件の構成によって端域燃料に因るノッキング現象を排除して高圧縮比を採用する事と燃料群の層状給気燃焼方式による吸気絞りポンプ損失の低減による機関全負荷域の熱効率向上と低公害化を特徴としている。【００１３】本発明による請求項３に記載の直噴ディ−ゼル方式機関においては、多噴孔拡散噴射ディ−ゼル燃焼方式に共通する気筒中心域空気利用率の不充分と、噴流の後続燃料が先行燃料の飛翔飛跡をたどり先行燃料の燃焼反応に因る高温酸素不足の端域で重合的な燃焼を余儀なくされる事により必然的に進行する後続燃料群の燻蒸燃焼問題を改善する手段として多噴孔拡散燃焼の問題点である空気利用率と燃料の気化混合条件を新しい燃料噴射燃焼方法により抜本的に改善し、燃焼反応域における酸素不足や燻蒸燃焼によるＰＭ・煤塵の発生問題を解決しうる新ディ−ゼル機関燃焼技術を提示する事にある。
【発明の効果】
【００１４】本発明による請求項１に記載の燃料直噴火花点火内燃機関の燃焼方式によれば、円錐筒状燃焼部と燃料群の狭角環状分割噴射条件との整合により火花点火方式ＥＦＩ方式や多噴孔広角拡散燃焼方式では避ける事の出来ない端域燃料に因るノッキングの発生現象が解決されるので高い圧縮比の採用が可能となり機関の熱効率を高めることができる。【００１５】また請求項２に記載の如くノッキングの抑制効果による高圧縮比化と層状給気燃焼方式により絞り作用に因るポンプ損失が軽減される相乗効果により機関全負荷範囲での燃費が改善されると共に機関の軽量化や信頼耐久性の向上と低公害化・コストの低減に効果がある。【００１６】直噴ディ−ゼル燃焼方式においても燃焼室中心域の空気利用率を高め中心域を起点とした拡散火炎燃焼条件の構成により超高圧噴射に必要な高動力や排気の後処理技術を用いる事なく燃焼室構造と燃料群の狭角環状分割噴射形態により気筒中心域空気の利用率を高める目的を燃料噴射制御条件と燃焼室構造との整合により実現し、燃焼方式の改善により比出力の向上と共に有害排気成分の低減を図り機関の軽量化並びに排気煤麈・ＮＯｘを低減した高熱効率ディ−ゼル機関の基本燃焼技術の開示により地球環境の改善と資源消費節減にもたらす作用効果は絶大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】以下、本発明の実施形態について、図１〜４を用いて説明する。本実施形態の燃料直噴式内燃機関は、エンジン本体１、はシリンダ−２、シリンダ−ヘッド３、給気通路４、排気通路５、燃焼部６、燃料噴射弁７、電子燃料制御部８、着火源９、ピストン１０、ノズル１１、円盤状ピストン容積部１２、を備える。【００１８】図１の如くシリンダ−ヘッド３の略中心域に構成した燃焼部６は円錐筒状に構成され上部に燃料噴射弁７がピストン１０との距離を延伸すべくに位置付けされており燃焼室内上部の燃料噴射弁近傍に着火源９が設けられている。【００１９】円錐筒状燃焼部６の上部より内部を経由してシリンダ−２の中心域に噴射弁７よりシリンダ−２内に噴射される燃料群はＡの如くに狭角環状の噴霧群として構成されピストン１０方向に燃料制御部８により機関の負荷に応じて分割的に噴射される仕組みである。【００２０】図２の如く円錐筒状燃焼部６の構造とシリンダ−２の中心域に燃料群の噴射飛翔距離を延伸し、シリンダ−中心域での空気利用率と燃料群との接触で気化混合活性化の条件を促進する構成によれば必然的に燃焼部やシリンダ−中心域に燃料密度か濃く、シリンダ−壁や周端域に燃料の拡散を抑制した層状給気的燃焼条件が構成される事になる。【００２１】従って吸気内にＥＦＩで燃料を供給し予混合気化を図る既存の方式では解決出来なかった端域燃料に因るノッキング現象が解決される事になる。このため熱効率に有利な高圧縮比の採用が可能になる事と、更に自動車機関が多用する低負荷走行時の吸気絞りによるポンプ損失を減じうる層状給気燃焼との相乗効果により燃費が大きく改善される。【００２２】次に本直噴燃料噴射方式による圧縮着火燃焼方式と従来の多噴孔拡散直噴ディ−ゼル燃焼方式との相違を説明する。【００２３】図４の如く燃焼室中心に多噴孔ノズルを配し燃焼室の端域に向けて燃料を多噴孔で拡散噴射する従来方式では如何に燃料噴射圧を超高圧化しノズルを細径多噴孔化しても液状燃料群が燃焼室端域に達し同時的に反応するまでの物理的条件は（高温雰囲気の液体燃料は高温に触れる外側から燃焼反応が始まる）変らずまた多端域同時的反応に因る急激な圧力上昇率から直噴ディ−ゼル機関は剛性高める必要で重くなり生産コストに不利となりＮＯｘや燻状燃焼による排気煤塵問題と共に解決至難な問題となっている。【００２４】この問題は近時の噴射燃料群のパイロット的分割噴射技術により改善されてはきたが直噴ディ−ゼルの多噴孔ノズルによる端域指向の拡散燃焼方法では根本的にシリンダ−中心域「図４」の空気利用率が低くい事と噴流群中の前後燃料群が同じル−トで端域に到達する特性により前後の燃料群が重合的に反応する現象は改善が困難な特性であり高圧高温の熱雰囲気に噴射され燃焼する後続の燃料群は到達端域でもその途中においても熱雰囲気での空気出会い条件は低くなり燃料粒子の気化活性条件は不利なのである。【００２５】後続燃料の燃焼条件に不利なこの特性により噴流内部の燃料燻蒸化は防ぐことが出来なく、着火遅れや同時反応で生ずるノッキングに近い急激な圧力上昇率は分割噴射技術により改善されてはきたが多噴孔拡散燃焼方式を基本としている現直噴ディ−ゼル燃焼方式では空気利用率や炭化煤麈発生原因を改善するのは無理であり、ピストン燃焼容積部端域に過濃に形成される燃料群の燃焼反応を促進するための空気導入には大きな空気流動条件が必要であり排気タ−ビンを利用した過給技術等によれば機関コストは更に高価格となります。【００２６】従って直噴ディ−ゼルの機能を向上させ低公害化と価格低減を図るには先ず直噴ディ−ゼルエンジンの基本としている多噴孔ノズルよりピストン燃焼室の多端域に燃料を拡散噴射する従来の方法を改め、燃焼を支配する燃料と空気との混合条件や燃焼室形態を変える必要があります。燃料噴流群が各到達域で同時的に重合的に反応する事に因る圧力上昇率や排気低公害化対策で機関が複雑構造となり剛性を高める必要性がディ−ゼル機関を重くし価格も高くなり熱効率も限界的なのです。【００２７】本直噴ディ−ゼル燃焼方式は図１・２に示す如くシリンダ−ヘッド３の略中心部に円錐筒状燃焼部６を設け上部の燃料噴射弁７よりシリンダ−２内のピストン１０との間に燃料群を噴射する事とし、飛翔させる燃料噴射群を図２Ａの如くノズル１１により狭角環状の噴霧群とし多分割的にピストン１０に向けて噴射する作用を燃料噴射制御部８によって行なう仕組みである。【００２８】この様な燃料噴射条件によれば図４に示す如く、従来の多噴孔拡散方式により生ずるシリンダ−中心域とノズル１６近傍の空気利用率が改善されると共に、従来の多噴孔拡散ノズルによる各噴流先行の流れ中や反応中に追従する後続燃料群の重合的な反応による特性的な弊害で生ずる燻条や炭化煤塵の生成因を改善することが出来るのである。【００２９】すなわち円錐筒状燃焼部６の構成による燃料飛翔距離と時間の延伸効果に加えノズル１１の狭角環状分割噴霧群との整合によればスワ−ル等の空気流動に頼ること少なく早期燃料噴射による燃料群の予混合気化条件の構成が自在となりシリンダ−２の端域に燃料の拡散を抑制する事が出来るのでノッキングの発生を制御して高圧縮比化が可能となる。【００３０】特に円錐筒状燃焼部６と燃料の狭角環状分割噴射による燃料群の飛翔距離延伸とによる燃料噴霧群の気化混合活性化条件の促進効果は炭化煤塵・ＰＭ２．５の生成因の抑制に顕著な効果を発揮し後処理費用の軽減と共に機関コストの軽減に資するのである。【００３１】燃料噴射ノズルとピストン間との間隔を離し噴射燃料群の気化混合や燃焼条件の促進を図り噴霧流の側方向慣到性を抑制し、燃焼室中心軸域に濃い混合気群の層状展開を構成し端域に達する燃料を制御したことを特徴とした内燃機関の層状給気燃焼形態は燃焼室容積部の燃焼室構成と燃料噴霧律則との整合により構築される。【００３２】内燃機関の熱効率向上と排気の低公害化を図りうる理想的燃焼条件の構築を可能とする層状給気燃焼方式を具現化するには燃料噴霧の拡散条件と燃焼室部との整合が不可欠である。如何に機械加工技術を駆使し噴孔を微細としても超高圧噴射技術を用いても多噴孔で拡散展開する燃料噴射ノズルでは同端域での燃焼重合反応は回避出来なく、これに因る燻蒸燃焼や炭化煤塵制御技術は困難とされ未だ後処理技術が必要とされている。【００３３】円筒又は円推筒状の上部燃焼容積頂部の燃料ノズルから中空の狭角環状拡散噴霧とした燃料噴霧群の供給を制御する手段は、噴射ノズルの開閉作動やタイミングを燃料噴射制御８により行なう事とし、軽負荷時においても給気を絞る事少なく運転しノッキングを折曲した高圧縮比よる多種燃料の使用を可能とし、機関の高過給化やポンプ損失の軽減効果により内燃機関の省エネと低公害化の目的が低コストで実現されるのである。【００３４】燃料噴射系に高動力を要し高価な超高圧噴射技術を必要としなく直噴ディ−ゼルの欠点とされて来た空気利用率の改善により内燃機関の諸機能が改善・解決される本技術は電化社会においても便利な動力源として地球と人類の未来に大きな役割を果たす内燃機関の燃焼技術である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１図は本発明による内燃機関の斜視図による燃焼部と噴霧形態を示し、
【図２】第２図はシリンダ−とヘッド部と噴霧パタ−ンを示す断面図、
【図３】第３図のａ、ｂ、ｃ、ｄは燃焼部内の種々な層状給気パタ−ンを示す断面図、
【図４】第４図は中心空気利用率の低い多噴孔拡散燃焼方式の特性を示すピストン焼室内燃焼写真の模写図である。
【符号の説明】１はエンジン本体、２はシリンダ−、３はシリンダ−ヘッド、４は吸気路、５は排気路、６は円錐筒状燃焼部、７は燃料噴射弁、８は電子燃料制御部、９は着火源、１０はピストン、１１はノズル、１．２は円盤状ピストン容積部、１３Ａは噴射燃料の狭角環状中空噴霧拡散形態、１４はピストンスキッシュ域、１５は動弁バネ、１６は従来６噴孔拡散ノズル、１７は噴流と火炎域を斜線で、１８は中心空気域、小矢印は空気や残ガスの流動方向・大矢印は空気、排気の流動方向、を示す。
【図１】
2011236882.tif 000003
【図２】
2011236882.tif 000004
【図３】
2011236882.tif 000005
【図４】
2011236882.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成23年3月22日(2011.3.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】次に本直噴燃料噴射方式のピン型ノズルによる狭角環状噴射圧縮着火燃焼方式と従来の多噴孔拡散直噴ディ−ゼル燃焼方式との混合気形成の相違を説明する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】円筒又は円錐筒状の上部燃焼容積部のピン型燃料ノズルから中空の狭角環状拡散噴霧とした燃料噴霧群の供給を制御する手段は、噴射ノズルの開閉作動やタイミングを燃料噴射制御８により行なう事とし、軽負荷時においても給気を絞る事少なく運転しノッキングを抑制した高圧縮比による多種燃料の使用を可能とし、機関の高過給化やポンプ損失の軽減効果により内燃機関の省エネと低公害化の目的が低コストで実現されるのである。
【手続補正書】
【提出日】平成23年8月22日(2011.8.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ−ヘッド部の略中心域にピストン面に対峙して円錐筒状の燃焼容積部を配備し、上部の燃料噴射ノズルより気筒中心軸域に燃料群を噴射する内燃機関において、円錐筒状燃焼部内に着火源プラグを配備し、円錐状容積上部の燃料噴射ノズルより下方のピストン中心面に向けて噴射する燃料群を円錐筒状容積部内経由として飛翔期間の延伸を図り、噴射燃料群の微粒化・混合気化・活性化の促進作用を燃料噴射制御部による分割噴射とノズルによる狭角環状噴霧化と噴霧飛翔の時系条件と円錐筒容積部構造との整合によって改善する事とし、気筒中心域空気の利用率を高め燃料群と空気との混合気化活性化の促進による燃焼条件の改革を特徴とした燃料直噴式内燃機関と燃焼方法。
【請求項２】
前記請求項１記載の内燃機関において、噴射燃料群と気筒内空気利用条件の整合による燃焼容積部を燃焼反応起点とした層状給気燃焼条件を直噴燃料群の噴射律則により構成し、気筒端域への燃料拡散を抑制する事でエンドガスに因るノッキング現象の発生因を抑制し、ガソリン機関の高圧縮比化を可能とした層状給気燃焼条件の構成により給気ポンプ損失の低減を図り、その相乗効果により内燃機関の熱効率を向上し省エネ低公害化を特徴とする燃料直噴式層状給気火花点火燃焼内燃機関。
【請求項３】
前記請求項１又は２の内燃機関において、円錐筒状燃焼容積部と燃料群の狭角環状噴射や分割噴射条件との整合と燃料群の指向性や早期噴射によって噴射液滴燃料群と空気との混合条件の促進を物理原則に従い燃料噴射飛翔燃料群の距離と時系条件の延伸手段で燃料微粒子の分裂化を図り噴霧燃料粒子の微細化を特徴とした圧縮着火燃焼方法によりＰＭ炭化煤塵の生成因を減ずる直噴ディ−ゼル燃焼機関とその燃焼方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】従って本発明の目的は、燃料の直噴燃焼方式による噴射燃料群の燃焼を円錐筒状燃焼容積部と燃料噴射技術との整合により改善する事にある。具体的には燃料と空気との混合気化条件の促進手段を噴射燃料群と気筒内空気との衝突接触により燃料粒子の更なる分裂を図り微細化による空気との混合気化条件により燃料の完全燃焼化を図り機関の省エネ化と低公害化を目的としている。液滴燃料粒子は熱に触れる外側から燃え始め炎に包まれる内部は燻蒸燃焼となり煤が生成される事は物理によって知られている。
この点において高圧熱雰囲気中に近接したホ−ルノズルより高圧で液滴燃料群を噴射する現ディ−ゼル直噴燃焼方式では液滴燃料粒子により炭化煤塵の生成される事は当然であり、吸気内に燃料を噴射して予混合気化を図るガソリン機関のＥＦＩ燃焼方式のエンドガスノッキング発生因も燃料の拡散展開に物理に反する原因があり当然の結果が機関性能に現れている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】本発明による請求項１に記載の燃料直噴火花点火方式内燃機関は、シリンダ−ヘッド部の略中心域に円錐筒状の燃焼部を設け、その上部の燃料噴射弁から気筒中心域に燃料噴霧群を狭角環状に燃焼室内経由で飛翔させる手段を、円錐筒状燃焼容積部と狭角環状噴霧群を噴射するピン型ノズルによって構成し噴射燃料群の飛翔距離の延伸と気筒中心軸域部の空気との衝突や接触による燃料と空気との混合・気化条件を燃料粒子の分裂化や分子化により促進する事を特徴としている。
その主な作用は燃料噴射ノズルより狭角環状で噴射され飛翔する液滴燃料群の微粒子を気筒中心域の空気との衝突や接触条件をピストン面に指向的とし飛翔距離と時間を延伸する事で空気との混合気化条件の構成を促進する手段として燃料飛翔距離と時間要素とにより気化混合条件を高めた事にある。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】又請求項２記載の発明は請求項１記載の直噴内燃機関において気筒中心部に燃料噴霧混合気群を負荷に応じて層状的に供給することを燃料噴射制御部の噴射律則制御により実施し点火栓電極部を燃焼反応の起点とする火炎伝播燃焼による層状給気燃焼条件の構成によりエンドガスノッキングを排除して高圧縮比化と吸気絞りを必要としない層状燃焼条件を構成し機関の全負荷範域での熱効率向上と排気低公害化の目的を達成する事を特徴としている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】本発明による請求項３に記載の直噴ディ−ゼル方式機関に於いては、多噴孔ホ−ル拡散ディ−ゼル燃焼方式に共通する気筒中心域空気の利用率低下の改善手段と、ホ−ル噴流の後続燃料が先行燃料の飛翔飛跡をたどり近接したピストン容積部内で先行燃料の反応により高温となり酸素の少ない熱雰囲気での重合的な燃焼を余儀なくされ必然的に進行する後続燃料群の酸素不足に因る燻蒸燃焼での炭化煤塵生成因を燃料早期噴射手段や予混合手段の構成により改善して圧縮着火方式に於けるＰＭ炭化煤塵の生成因を減じうるディ−ゼル機関の燃焼技術を提示する事にある。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】本発明による請求項１記載の燃料直噴式火花点火内燃機関の燃焼方法によれば、円錐筒状燃焼室部と燃料群の狭角環状燃料噴射群との整合により火花点火方式のＥＦＩ方式や多噴孔広角拡散方式では避ける事の出来なかった端域燃料に因るエンドガスノッキングの発生原因が解決され高圧縮比の採用が可能となり機関の熱効率を高めることが出来る。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】以下本発明実施形態について、図１〜４を用いて説明する。本実施形態の燃料直噴式内燃機関は、エンジン本体１、シリンダ−２、シリンダ−ヘッド３、吸気通路４、排気通路５、円錐筒状燃焼部６、狭角環状燃料噴射弁７、電子燃料制御部８、点火着火源９、ピストン１０、ピン型ノズル１１、円盤状ピストン容積部１２、を備える。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】図１の如くシリンダ−ヘッド３の略中心域に構成した燃焼部６は円錐筒状に形成され上部に燃料噴射弁７がピストン１０との距離を延伸すべく従来の半球状燃焼室とは異なる縦長形状に構成され上部の燃料噴射ノズル１１近傍に点火源９が設けられている。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】この円錐筒状燃焼部６の上部より内部を経由してシリンダ−２の中心域に噴射弁７よりシリンダ−２内に噴射される燃料噴射群は図１Ａや図３の如くに狭角環状の噴霧群としてピストン１０の方向に指向的に電子燃料制御部８の指示により機関の負荷に応じた燃料が複数の分割噴射などにより噴射供給される仕組みである。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】図２の如く円錐筒状燃焼部６の構造とシリンダ−２の中心域に燃料群の噴射飛翔距離を延伸しシリンダ−中心域での空気利用率と燃料群と空気との衝突接触を促進し燃料群の気化混合条件の促進を図る狭角環状燃料噴射条件を電子制御により行なえば燃焼部やシリンダ−中心域に燃料密度が濃く，シリンダ−壁や周端域部に燃料の拡散を抑制した層状給気燃焼条件が構成される事になる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】図４の如くシリンダ−ヘッド中心域より近接するピストン燃焼容積部に多噴孔ホ−ルノズルで燃料群を広角拡散する従来の燃焼方式では如何に燃料噴射圧を超高圧化しノズル噴孔を微細化しても液滴燃料の気化も空気との混合条件の構成もホ−ルノズルと燃焼室との近接と噴流特性により物理的に不可能であり高温熱雰囲気の燃料粒子でも熱に触れる外側から燃え始める物理の原則により内部燃料は酸素不足の燻蒸燃焼で微粒煤塵の生成を回避する事が出来ない。また多噴孔より近接の多端域で同時的に反応する高い燃焼圧に耐え得るピストン等の剛性強化で機関が重くなり熱効率も煤塵問題も改善の目途が立たないのです。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】ＮＯｘの生成因でもある急劇な燃焼圧力上昇率の問題はパイロット的分割噴射技術で少し改善されましたが近接するピストン容積部内に多噴孔ホ−ルノズルで燃料群を拡散噴射する方式では各噴流到達域にはホ−ルノズルの特性である燃料噴流の前後分が同一飛翔ル−トで到達域において前後噴流が重なり合う事になり燃料過濃域が構成される事になり過濃燃焼域での煤塵生成因も増える事になります従ってこの燃料群の燃焼には多量の空気と空気の流動条件が必要となりホ−ルノズルより噴射される後続燃料群の燃焼には更なる空気の流動条件が必要となるのです。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】多噴孔ホ−ルノズルの特性により後続噴射燃料群の燃焼条件に不利な燃料群の重合的燃焼では後続燃料の燻蒸燃焼は防ぐ事が出来なく着火遅れや同時反応で生ずるノッキングに近い急激な圧力上昇率は分割噴射技術によって改善されてはきたが未だ広角拡散燃焼方式を基本としている現ディ−ゼル燃焼方式では空気利用率や炭化煤塵発生原因を改善する事は物理的に無理でありピストン燃焼容積部端域に過濃に形成される燃料群の燃焼反応を促進するためには多量の空気導入と大きな空気流動条件とが必要となり排気タ−ビンを利用した過給技術等によれば機関構造は益々複雑となりコストは更に高価となります。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】従って直噴ディ−ゼル燃焼機関の機能を向上させ低公害化と価格の低減を図るには先ず直噴ディ−ゼルエンジンが燃焼の基本としている多噴孔ノズルよりピストン燃焼室の多端域に燃料を広角で拡散噴射する従来の方法を改め、燃焼を支配する燃料と空気との混合気化条件や燃焼室形態や噴射条件を新規に構成する必要があります。即ち燃焼室の形状や燃料噴射条件を変え多噴流燃料群が多端域で同時的にかつ重合的に反応する燃焼圧力上昇を抑制し排気炭化煤塵の生成を減じ得る燃料噴射条件の構成を燃焼室との整合により構成し噴射燃料群の気化混合条件を燃料がガス化分子化するまでに徹底する技術手段が必要です、ディ−ゼル機関の更なる省エネと低公害化並びに軽量化や価格の低減目的を達成するに必要な技術は燃料と空気との混合気化技術なのであります。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】本直噴ディ−ゼル燃焼方式は図１又は図３に示すごとくシリンダ−ヘッド部３の略中心域に円錐筒状燃焼部６を有し上部の燃料噴射弁７よりシリンダ−２内のピストン１０との間に燃料を狭角環状で噴射し噴射燃料群をピストンの上昇により燃焼室に圧縮した状態においてピストン上死点での点火着火条件を圧縮着火し難い高オクタン価燃料においても点火源のアシストにより制御点火し得る仕組みである。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】この様な燃料噴射条件によれば，図４の如く従来の多噴孔拡散方式により生ずるシリンダ−中心域とノズル１６近傍の空気利用率が改善されると共に、従来の多噴孔拡散ノズルによる各噴流先行の流れや反応域中に追加される後続燃料群との重合的な燃焼反応による燃焼に因り生ずる燻蒸燃焼での炭化煤塵生成因を改善することが出来るのです。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】即ち円錐筒状燃焼容積部６の構成と早期噴射による燃料飛翔距離の時間延伸効果に加えノズル１１の狭角環状分割噴霧群との整合によれば空気スワ−ル等の空気流動に依存する事少なく早期燃料噴射により燃料群の予混合気化条件の構成が噴霧の往復動作用で促進される事になりシリンダ−２の端域に燃料の拡散を制御することが出来るので端域ノック現象が生じなく機関の高圧縮比が可能となるのです。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】特に円錐筒状燃焼容積部と燃料の狭角環状分割噴射による燃料群の早期噴射や飛翔距離延伸作用とによる燃料噴霧群の予混合気化条件の促進効果は燃料粒子群の更なる分裂や分子化により炭化煤塵・ＰＭやＰＭ２．５の生成抑制に顕著な効が発揮され排気後処理費用の低減と共に機関コストの軽減に資するのである。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】燃料噴射ノズル１１とピストン６間との距離との間隔を離し噴射燃料群の気化混合や燃焼条件の改善を図り噴霧流の側方向慣到性を抑制し、燃焼室中心軸域に濃い燃料混合気の層状展開を構成し端域に達する燃料の制御を特徴とした本内燃機関の層状給気燃焼方法は円錐状燃焼容積部と狭角環状噴霧ノズルの噴射条件と早期燃料噴射との整合により構成される内燃機関の燃焼方法であります。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】内燃機関の熱効率向上と排気の低公害化を図り得る理想的燃焼条件の構成を可能とする層状給気燃焼方法を具現化するには燃料噴霧の拡散展開条件と燃焼容積部との整合とが不可欠である。如何に機械工作技術を駆使し噴孔を微細化しても超高圧噴射技術を用いてもホ−ル多噴孔より広角で拡散展開する燃料噴射方式と近接するピストン燃焼容積部との整合では各噴流端域での燃焼重合反応は回避出来なく、これに因る燻蒸燃焼や炭化煤塵の制御技術は困難であり未だに後処理技術が必要とされるのである。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】従って円筒又は円錐筒状の上部燃焼容積部頂部の燃料ノズルより狭角環状拡散噴霧とした燃料噴霧群をピストン面に制御噴射する燃料群の飛翔衝突接触方法は噴射燃料群の更なる微粒化や分子的微細化と空気との混合気化条件の構成に必要不可欠な技術であり内燃機関に必要な燃料噴射制御は制御部８の電子制御で容易に行なえるのである。
軽負荷時においても吸気を絞る事なくノッキングを抑制した高圧縮比運転で多種燃料の使用を可能とし、機関の高過給化や空気動力損失の軽減効果は内燃機関の省エネと低公害化の目的を低コストで実現する事が出来るのです。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】燃料噴射系に高動力を要し高価な超高圧噴射技術を必要としなく直噴ディ−ゼルの欠点とされてきたＰＭ炭化煤塵の抑制を直噴燃料粒子群と空気との衝突接触方法による燃料粒子の分裂や微細化により混合気化条件の改善を図りコスト安価に省エネと低公害の目的を達成し内燃機関の諸機能を改善し得る本燃焼技術は電化社会においても便利な動力源として地球と人類の未来に希望をもたらす内燃機関の燃焼技術である。