(57)【要約】【課題】  内燃機関の省エネ低公害化課題を噴射燃料技術と空気流の供給技術で改革する。【解決手段】気筒内に燃料を噴射するピン型噴射ノズルのピン部の径を大きくし長さを短くして開弁リフトを微小化し微薄した燃料群を大径短長としたピン側面部に噴射衝突せしめて衝突と反作用により円周状に微薄燃料群の分裂微細化と展開作用を図り，空気吸入流れを吸気弁と弁座部の加工組み合わせの相関により指向的流れ形態として気筒内ノズルや点火部の冷却を図り燃料混合燃焼条件の改善と高圧縮比化により多種多様な燃料の完全燃焼を図り得る内燃機関の燃焼方法とノズル技術である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃料噴射用ノズルを小気筒内へ噴射する燃料群の微細化と拡散展開を目的として，ピン型ノズルのピン径を大きく長さを短縮し，開弁リフトを制御する事により先ず噴射燃料群の微薄化を図り，この微薄燃料噴流群を短ピン部の側壁面部に衝突させて側壁面円周域より衝突と反作用による微薄燃料群の微細化と拡散展開を図り，コモンレ−ル等による噴射圧力の調整や噴射タイミング等を電子制御により行ない微細燃料噴霧群の慣到性や展開パタ−ンの制御を特徴とし，小気筒容積機関の燃焼室内での噴射燃料群と空気との混合条件を空気吸気弁と弁座との組み合わせと弁リフトを制御する事で調整して燃焼の完全化を図り，燃料群の微細化と空気との混合条件で燃焼を完全化する燃料噴射式内燃機関の省エネ低公害燃焼方法。
【請求項２】
ガス燃料噴射内燃機関の省エネ低公害化並びにコストの低減を図る手段として直噴ガス燃料噴射用ノズルを前記請求項１記載の大径ピン型ノズルで構成し，先ず燃焼室内に供給するガス燃料の噴射に必要なピン部の潤滑冷却を図るガス燃料噴射用ノズルを気筒燃焼容積上部の中心域に設けガス燃料の層状噴射や時差的分割噴射でガス燃料群の完全燃焼化を図る噴射燃焼条件の構成を目的とし弁リフト開閉部よりの薄膜状ガス燃料の流れを先ず短径ピン側部を形成する傾斜面や凹凸状部に衝突させて微薄ガス燃料群の分裂作用とガス燃料群と空気との混合拡散燃焼条件を気筒容積部内のガス燃料と空気との混合条件で促進し，吸入空気の流れを吸気弁と弁座部と弁リフトのコントロ−ルで可変し高速ガス内燃機関の燃焼サイクルに適応したガス燃料の完全燃焼化を図り機関製造コストと排気有害成分の低減を図る内燃機関のガス燃料層状分割噴射燃焼方法。
【請求項３】
上記特許請求項１並びに請求項２の内燃機関の燃焼方法に於いて燃焼容積部内に供給する空気の給気流れ方向を空気給気弁と弁座部の形状を図３図４の如くに加工整合して空気スワ−ルやタンブルの指向性流れを強化する事とし給気による大径短ピンノズル部や点火部の冷却を図ると共に微細化した燃料郡と空気との混合条件を促進すると共に空気やＥＧＲスワ−ルで気筒端域の混合気を排除してエンドガスノッキングの発生を制御し機関の高圧縮比化を図り，燃焼の完全化による熱効率の向上並びに多種多様な燃料の使用を可能とする火花点火式内燃機関並びに圧縮着火燃焼方式内燃機関の省エネ低公害燃焼方法。
【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に属し、噴射燃料群のノズルによる噴射燃料の微細化を内燃機関に於いて実施するに容易な小型ピン型ノズルによる燃料の微細噴霧拡散技術と燃焼方法である。
【背景技術】
【０００２】地球温暖化防止や資源エネルギ−節減に有効なエンジンの燃焼排気技術や代替エネルギ−の開発や新技術等の開発が関係者の急務である。特に多くの燃料を消費し多量のＣＯ２や有害なＮＯｘや炭化煤塵を排出する自動車の省エネ低公害化問題は早期に遂行改善すべき重要課題である。然しこれの抜本的改善技術は未だに見付からず可能性ある技術として燃料電池やハイブリッド方式による自動車技術や燃料電池車などによる技術改革が進められているがこれらの技術開発普及にも時間を要する事から今地球が求めている早期なＣＯ２の削減や地球温暖化抑制に間に合うか未だ目途の付かないのが世界各国の現状である。【０００３】従ってこの難問題の改善には早期に実施可能な技術の開発や省エネ・低公害な自動車用内燃機関や電気自動車の開発普及が急務なのである。【０００４】このような歴史背景において発明者は２サイクルエンジンの特性を利用し世界に先駆して低負荷域や無負荷域の燃焼を安定化しうる活性熱雰囲気燃焼（ＡＴＡＣ）を開発し国際学会で１９７９年に発表し新燃焼方式として公知とされたが２サイクルでは高負荷域で増加するＨＣの吹き抜けや熱負荷問題を改善するに必要な技術の開発が世界的に進まず結果的に簡便で安価な２サイクルの優位性も４サイクル方式に及ばないと自動車企業は２サイクルを忌避し将来更に厳しくなる排気の規制を見越し企業の多くは４サイクル方式に転向し同時に２サイクルエンジンの研究開発は衰退した。【０００５】当時は自動車企業も４サイクルの低負荷域にこのＡＴＡＣ技術を利用しようと開発姿勢を示したが開発者でありＡＴＡＣのノウハウを多くの実験で知る開発者は４サイクルでは如何に可変動弁や給氣制御技術を駆使しても低負荷時のポンプ損失や吸氣乱れ作用の排除は不可能的でありＡＴＡＣに近いＨＣＣＩ燃焼の構成も不可能に近い事を知っていたのである。【０００６】従って今世界が緊急に求めている地球環境の悪化防止や燃料資源節減の目的を達成するには人間が動力として消費する燃料資源の節減（省エネ）や環境の温暖化や大気を汚染し人体に有害な物質（ＣＯ２・ＮＯｘ・ＣＯ・ＨＣ・微粒媒塵）などの排出を極力減じた動力源（エンジン）の開発が不可欠であり，特に増大化の続く自動車やその動力となる４サイクルエンジンの改善改革が急務であり結果的に燃費熱効率の悪い低負荷域を電化で補うＨＶ方式が開発されたのです。【０００７】この難問題を改善するには従来の馬力出力本位の競合を排し、改めて省エネ・低公害を両立する新しい動力源としての資質を有するエンジン燃焼技術や関連技術を見直し新技術の開発に努力すべき事が重要課題となっている。本発明はこの課題に応えうる開発例と技術を示す事にある。【０００８】本技術の開発者は省エネクリンエンジンには２サイクルのＡＴＡＣ燃焼範囲を広めても燃料混合気の吹き抜けで（ＨＣ）の増加する特性は避けられず高負荷エンジンとして基本に関わるこの問題は小型動力機関として２サイクルの宿命的限界だと改善を見限り，省エネ・低公害エンジンには４サイクル方式が適することを多くの実験により見極め早期に省エネ低公害化を実用化し得る４サイクル機関の燃焼技術を開発してその技術を提示する事とした。
【先行技術文献】
【０００９】特開  昭６３−１２０８１５号（第４８回注目発明）
特願  ２０１１−１５６１１１
特願  ２０１２−１４６０５３
特願  ２０１２−１６３０９５
特願  ２０１３−４９６１４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】本発明は多用される自動車機関の省エネ低公害化には軽量で価格も重要な事から小型軽量な４サイクル機関の燃焼方式を燃焼技術で完全燃焼化して熱効率を高め排気の低公害化を図るには新しい燃料噴射燃焼技術が必要でありその燃焼技術によって機関の高圧縮比化と完全燃焼の目的を達成すれば高熱効率化と共に排気煤塵ＰＭの低減も可能な事から新しい燃焼技術を噴射燃料群の微細化と空気流動条件との整合により熱効率を更に高めて省エネ・低公害化の目的に合理的な燃料噴射燃焼技術を燃料ノズルにより解決する事を課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】上記目的を達成する手段として本発明は従来４サイクル機関の重要素である燃料の噴射手段は超高圧とホ−ルノズルの組み合わせによる燃焼方式である事から，この不合理で過度な圧力の噴流慣到性を制御し新しく噴射燃料群を微細化し多方向への拡散展開性を実現できる燃料噴射用ノズルを構成し噴射燃料群の微細化を可能とするノズルにより微細拡散燃料群の展開を可能とする燃料噴霧ノズルの作用効果を先ず外開茸型ノズルで確認したのである。【００１２】また気筒内に供給する空気の吸気手段も吸気弁型と弁座部型の組み合わせと開弁リフトの可変により吸気空気の流れ方向を制御し得る構造とし吸気で噴射ノズルや点火栓部の冷却を図ると共に燃焼室や気筒内の吸入空気をスワ−ルやタンブル状に流入すべくに構成した。【００１３】この噴射燃料群の微細化展開と空気の気筒内供給条件との整合による燃料混合気群をピストンの上昇による高圧縮比条件下で点火着火させる燃焼条件の構成で燃焼の完全化を図る事を可能とした高圧縮比化による高熱効率完全燃焼方法を開発したのである。【００１４】発明者は先に開発した外開茸型燃料噴射の微細燃料噴射弁による微細燃料群での完全的燃焼作用や効果等を確認してきたがこの外開茸型噴射方法ではコモンレ−ルや電子制御系技術にも改善を要し早期な実施に時間を要し製造コストも増える事から今回は小型機関の更なる高速高性能化に対応し得る燃料の微細化と拡散展開条件を満たすべくノズルの小型化とコストの低減を図るべく工夫し新ノズルによる簡便な噴射ノズル技術を構成したのである。【００１５】従って本発明は燃料噴射機関の基軸とも言える燃料噴射ノズル技術の更なる性能機能の充実を目的として合理化を追究し多用する小型機関用ノズルの新規な構造と付加する制御装置のコスト低減を課題としピン型ノズルのピン部を大径短長状に形成しこの大径短ピン部の側壁面部に微薄燃料噴流群を衝突させる事とし衝突作用と衝突反作用により微薄燃料噴流を分裂して微細化し多方向に拡散展開するノズルを小型に構成したのである。
【発明の効果】
【００１６】本発明の方法によれば燃料噴射用コモンレ−ル技術や電子制御に新規技術の開発を要しなくピン型ノズルのピン径部形状を大きくした短側壁部に対し，微小なピン部開閉リフトにより微薄噴射燃料流を衝突させて先ず微薄燃料群をピン側壁部の衝突作用で分裂微細化を図る極めて簡便で実施容易な噴射技術であるがその微細化作用と燃焼室内空気との混合による完全燃焼効果は絶大である。【００１７】即ち大径ピン部より噴射する燃料群には従来の電子噴射制御技術が活用され従来のホ−ルノズル方式が必要とした２００ＭＰの超高圧力は１０分の１の２０ＭＰ以下の噴射圧力で目的とする噴射燃料群の微薄微細化が達成され更に空気との混合条件も小動力な事からこれにより構成される噴射燃料群の微細化と拡散展開条件は多様化し目的とする機関の省エネ・低公害化燃焼は完全化に近づき機関の性能が飛躍的に向上すると共にコストの低減も合理化するのである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の機関ヘッド部
【図２】本発明機関の上部断面図
【図３】本発明の吸気弁と弁座部
【図４】本発明のノズル拡大図
【図５】本発明の回路図
【発明を実施するための形態】
【００１９】以下、本発明の実施の形態を説明する。
図（１）のヘッド部には中央部に燃焼容積部（２）が設けられその上部中央域にピン大径短ノズル（３）が配備され吸気弁（４）（５）や排気弁（６）が図１や図２のように設けられている。
この吸気弁は図３に示す如く弁の背面曲状部と弁座部（７）により気筒（８）内に供給する空気流れの方向を矢印で示す様にノズルや点火栓（９）の方向とすべく空気流れの方向（１０）を弁座部との組み合わせとリフトの可変で変えうる構成でありノズルや電極部の冷却を図り噴射燃料群の微薄化や層状化作用を電子制御部（１１）の指示により実行するのである。
【００２０】本発明による大径短ピン型ノズルの仕事は図４の拡大図で示す如くに大径ピン（３）とピンホルダ−部（１２）との小間隙開閉部（１３）よりコモンレ−ル（１４）や電子制御で調整された燃料が圧力で微薄状（１５）に噴出し燃料群は大径で短くしたピン部の側壁部（１６）に必然的に衝突する事になる。この衝突作用により微薄噴流群は衝突と反作用により分裂微細化した噴霧群が円錐状に展開される。
【００２１】大径でありながら短く簡便に構成したピンの側面壁部（１６）に衝突する微薄噴流群は当然ながら物理の法則により入射角や反射条件で異なるも衝突する側面の形状により分裂微細化が進行し拡散燃料群の形態は必然的に変り微薄燃料群は確実に分裂微細化して拡散展開条件は多様な噴霧パタ−ン（１７）となり気筒内空気との混合接触条件も変化するので最適な衝突側面形状や面の傾斜角度や凹凸細溝形状の決定には実験とノウハウが必要となる。
【００２２】内燃機関の省エネ低公害化は全人類のニ−ズであるがこの目的を達成するには先ず燃料の微細化による完全燃焼が前提条件なのである。本発明は２０年前に開発したＯＳＫＡ（大西衝突拡散技術）を基に小型内燃機関の省エネ低公害化に加えコストの低減を図りたる完全燃焼技術であり将来的に有望視されるガス燃料の使用を踏まえて構成した燃料噴射ノズルと新燃焼システムである。
【００２３】従って本燃焼技術の構成によれば人類唯一の生存基盤であり地球文明構築の原動力として活動してきた内燃機関が燃料資源を消費し排気で大気環境を汚染する問題は早期に改善される事になる。内燃機関の性能が噴射燃料群の微細化や空気との混合による完全燃焼条件の構成でコスト安価に自在となれば人類の未来に明るさをもたらす事になる。
【００２４】内燃機関の燃焼技術は未完成ながらも化石燃料の消費は進み原油に変りＣＮＧ等のガス燃料がガソリンや軽重油に変る時代が近づいている，然し何れの燃料にしても省エネ低公害化の目的は燃焼の完全化で優劣が決まるのである，従って歴史的にもこの燃焼技術は永遠の課題として継承され３００年が経過したが未だに完全燃焼条件の構築には到らず熱効率の最も高いドイツディ−ゼル燃焼方式でも未燃炭化煤塵ＰＭによる被害が現在でも解決されていない。
【００２５】これの原因は燃料噴射技術の不備が基にあり噴射燃料群の微細化技術の欠如が原因の１つであり更に噴射燃料郡と空気との混合条件の不備が指摘される，即ち燃料噴射用に超高圧（２００ＭＰ）を使い１０ホ−ル噴孔での拡散噴射を図る現燃料噴射方式の矛盾と不合理に未だ気付かない現代技術者の不勉強と想像力の欠如が最大の原因なのである。
【００２６】ホ−ルノズルと超高圧による強い燃料噴流はピストンを破壊し衝突域に過濃な燃料域を構成する事を知りながら基本の解決を疎にしアルミピストンを鋳鋼製とする小手先技術を考える未熟な思考ではディ−ゼルの排気炭化煤塵ＰＭ問題の解決は出来ない。この問題を解決するには先ず噴射燃料群を中低圧力で微細化し多方向に拡散展開する噴射ノズル技術の開発が必要であり，空気との混合条件構成の重要な事に早く気付くことが必要である。
【００２７】即ち噴射燃料群を微細化するノズルと空気との混合条件を促進又は層状的分割的に構成する燃焼の条件が完全燃焼技術の構築に不可欠であり燃料が化石原油からバイオ燃料やガス燃料に移行する今日こそ既存の超高圧とホ−ル噴孔ノズルによる不合理で矛盾した燃焼噴射の実態を知り１日も早く現ディ−ゼルの超高圧とホ−ル噴射システムからの脱却を図る必要がある。
【００２８】従ってこの簡便な大径短ピン型ノズルの燃料微細化技術と空気との混合燃焼条件の改善で燃焼の完全化を図れば歴史的に困難とされてきたディ−ゼル燃焼方式も熱効率は更に向上し多くの生物を苦しめてきた炭化煤塵ＰＭも合理的な完全燃焼技術によって解決し地球の環境は改善されるのです，またディ−ゼルより熱効率の低いガソリン機関や多種燃料使用機関もエンドガスノッキングの発生で封じられていた機関の高圧縮比化が実用化され熱効率をディ−ゼルの如くに高めることが出来るのです。
【符号の説明】１  機関ヘッド部                          １０  空気流れ方向
２  燃焼室                                １１  電子制御部
３  大径短ピンノズル                      １２  大径ノズルホルダ‐
４  吸気弁                                １３  小間隙開閉部
５  副吸気弁                              １４  コモンレ‐ル
６  排気弁                                １５  微薄状燃料
７  弁背面                                １６  短ピン側壁部
８  気筒                                  １７  微細燃料噴霧群
９  点火栓                                １８  燃料
１９  高電圧部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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