(57)【要約】【課題】簡単な構造でありながら均一化された混合気体を得ることができる混合気製造噴射ノズル。【解決手段】円筒状の両端に、加圧源に接続される加圧気体接続部５０２と内燃機関の吸気部に接続されるノズル接続部５０２とが形成され、側面に燃料接続部５０５を有するものであって、円筒内には混合気製造空間５０７を有し、この空間に加圧気体接続部５０２内を貫通する加圧気体導入孔５０３と燃料接続部５０５内を貫通する燃料導入孔及びノズル接続部内を貫通する混合気排出孔５０８とを開口し、少なくとも混合気製造空間５０７の燃料接続部５０５近傍の径は、加圧気体導入孔５０３の径より大きく設定されている混合気製造噴射ノズル。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に用いられる燃料噴射装置であって、円筒状の両端に、加圧源に接続される加圧気体接続部と内燃機関の吸気部に接続されるノズル接続部とが形成され、側面に燃料接続部を有するものであって、円筒内には混合気製造空間を有し、該空間に前記加圧気体接続部内を貫通する加圧気体導入孔と前記燃料接続部内を貫通する燃料導入孔及び前記ノズル接続部内を貫通する混合気排出孔とを開口し、少なくとも前記混合気製造空間の前記燃料導入部近傍の径は、前記加圧気体導入孔の径より大きく設定されていることを特徴とする混合気製造噴射ノズル。
【請求項２】
前記混合気製造空間の下方位置に縮径部分を設けていることを特徴とする請求項１記載の混合気製造噴射ノズル。
【請求項３】
前記燃料導入部と前記加圧気体導入孔との間には環状凹部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の混合気製造噴射ノズル。
【請求項４】
前記加圧気体導入孔の開口は、混合気製造空間の内壁に形成され、混合気体の流れ方向下流に伸びるガイド手段に接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の混合気製造噴射ノズル。
【請求項５】
前記混合気排気孔を噴射孔に行くにつれて不連続的に径が大きくなる段差部を設けたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の混合気製造噴射ノズル。
【請求項６】
前記混合気排出孔の内壁に、山の位置が噴射孔側に偏倚しているタップを形成したことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の混合気製造噴射ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に用いられる燃料噴射装置の混合気製造噴射ノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料噴射装置としてキャブレター方式、機械式燃料噴射方式、電子制御式燃料噴射方式が知られている。近年一般的に用いられている、電子制御式燃料噴射方式では、インテークマニホールドに燃料噴射弁を設け、運転状況等に応じた最適な空燃比になるように、吸入空気量、スロットル開度等を検出し、燃料噴射量を運転状態に応じて細かく制御することが行われている。
【０００３】
しかしながら、これらの従来の装置では、１０μｍ程度のマイクロバブルの発生が極めて困難であり、この種のマイクロバブル発生には大容量（５ｋｇ／ｃｍ2程度）のポンプを必要とした。
【０００４】
また、マイクロバブルの発生には、主に加圧溶解法を用いているため、マイクロバブル発生に重点を置いた装置の場合、１００μｍ以上の大径の気泡の発生が出来ない。すなわち、気泡サイズの選択が出来ない。
【０００５】
さらに、上記従来の燃料噴射装置は、何れも構造が複雑であるとともに、性能面でも満足できるものではなかった。出願人による研究の結果、従来のものにおいては、燃料噴射弁から噴射される燃料と送り込まれる空気の混合状態において、燃料の微細化及び空気との均一化が充分でないことが判明した。混合状態の微細化及び均一化が充分でないと、燃費、エミッション性能の向上は達成できないばかりか、出力性能の向上にも限界がある。通常、燃料噴射弁はインテークマニホールドの吸気バルブ近傍に設けられているため、燃料噴射弁から噴射された燃料は、上流から送り込まれてくる吸入空気と混じり合いながら下流に搬送され、シリンダに導入される。この際、吸入空気は層流であるため両者を良好に混合させるには限界がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、簡単な構造でありながら均一化された混合気体を得ることができる混合気製造噴射ノズルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の混合気製造噴射ノズルは、円筒状の両端に、加圧源に接続される加圧気体接続部と内燃機関の吸気部に接続されるノズル接続部とが形成され、側面に燃料接続部を有するものであって、円筒内には混合気製造空間を有し、この空間に前記加圧気体接続部内を貫通する加圧気体導入孔と前記燃料接続部内を貫通する燃料導入孔及び前記ノズル接続部内を貫通する混合気排出孔とを開口し、少なくとも前記混合気製造空間の前記燃料接続部近傍の径は、前記加圧気体導入孔の径より大きく設定されていることを特徴としている。
【０００８】
この混合気製造噴射ノズルにおいて、前記混合気製造空間の下方位置に縮径部分を設けていることを特徴としている。
【０００９】
前記燃料導入部と前記加圧気体導入孔との間には環状凹部が形成されていることを特徴としている。
【００１０】
また、前記加圧気体導入孔の開口は、混合気製造空間の内壁に形成され、混合気体の流れ方向下流に伸びるガイド手段に接続されていることを特徴としている。
【００１１】
さらに、前記混合気排気孔を噴射孔に行くにつれて不連続的に径が大きくなる段差部を設けたことを特徴としている。
【００１２】
前記混合気排出孔の内壁に、山の位置が噴射孔側に偏倚しているタップを形成したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
加圧気体導入孔の開口から混合気製造空間内に導入された加圧気体は、高圧の下で空間内に吐出されて剥がれ域を生じる。この剥がれ域では燃料と空気との混合を加速するような流体エネルギーが発生しており、この剥がれ現象により製造された混合気体は、燃料と空気が満遍なく均一に混合された状態となる。
【００１４】
本発明のノズルは燃料接続部に接続した燃料導入管に導入する燃料を加圧して使用することも出来るが、ノズル自体の自吸作用により加圧することなく燃料を供給することが可能である。
【００１５】
さらに、本発明のノズルを使用することにより、従来使用されているインテークマニホールドの吸気側配管、スタートバルブ等の機器類及び吸気バルブが不要となるものである。
【００１６】
本発明のノズルによって、簡単な構造でありながら均一化された混合気体の製造が可能となり、また吸気側の構造においても吸気ポートの形状を混合気噴射副室に変更、もしくは吸気バルブを廃止して、本発明のノズルによりシリンダー内に直接混合気を噴射させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を導入圧力気体として、圧力が２．０ｋｇ／ｃｍ2の空気を導入燃料としてガソリンを用いた４サイクル内燃機関を例にして図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は本発明に係る混合気製造ノズル５００の構造の第１実施例を示す。図１（ｂ）において、Ａ−Ｂは加圧気体導入側から見た加圧気体接続部５０２及び加圧気体導入孔５０３の形態を、Ｃ−Ｄは燃料接続部５０５及び加圧気体導入孔５０３の形態を、Ｅ−Ｆは混合気製造空間５０７から見た燃料導入部５０６及び加圧気体導入孔５０３の形態を、Ｇ−Ｈは混合気噴射面から見た混合気噴射孔５０９を示す。
【００２０】
図１（ａ）に示すように、混合気製造ノズル５００は混合気製造空間５０７に加圧気体導入孔５０３、燃料導入部５０６、混合気排出孔５０８を開口している。この加圧気体導入孔５０３は、加圧気体導入管５０１と混合気製造空間５０７との間の隔壁に燃料導入部５０６を中心とする円周上に設けられている。各加圧気体導入孔５０３は等間隔に６個配置されている。加圧気体導入孔の数は互いに等間隔であれば６個に限定されるものではない。図１（ｂ）のＥ−Ｆ断面から明らかなように、加圧気体導入孔５０３の混合気製造空間５０７側出口は、この混合気製造空間５０７の内壁に設けられた混合気の流れ方向に沿って形成された直線状の溝５０７ａに連続している。この溝５０７ａは混合気製造空間５０７の断面縮小部５０７ｂ近傍まで延び、その後、徐々に消失しており、その形状は半円形状であることが望ましい。この溝５０７ａは加圧気体を下流方向に縦渦のみを発生し得るよう導くガイド手段を構成するものである。加圧気体導入孔５０３と燃料導入部５０６との間には円周方向に連続する環状凹部５０７ｃが形成されており、凹部５０７ｃは半円形状を有している。また混合気排出孔５０８は混合気製造空間５０７が縮径を伴い混合気噴射孔５０９と連通し開口されている。混合気排出孔５０８の内部には噴射孔に行くにつれて不連続的に径が大きくなる段差部と、山の位置が噴射孔側に偏倚しているタップが形成されている。
【００２１】
図１（ｂ）に示すように、燃料接続部５０５は混合気製造空間の中心に、混合気の流れ方向に沿って燃料を噴射するよう配置されている。混合気製造空間の中心に対してオフセットした場合は、燃料の噴射に伴い、空気の流れに対して螺旋状のエネルギーが付与され混合過程のコントロールが難しくなり、結果として安定した燃焼状態は得られない。
【００２２】
加圧気体導入管５０１から加圧気体接続部５０２に導入され、その後加圧気体導入孔５０３までの間で絞られた空気は、混合気製造空間５０７に吐出される。この際、急激な膨張が起こり、乱流を伴った流れとなり、いわゆる剥がれ域が燃料導入部５０６近傍に生じる。この剥がれ現象により、空気と燃料とは満遍なく均一に混合される。本実施例の場合、溝５０７ａにより螺旋の流れが抑制された状態で混合気排出孔５０８から上流側に戻って前記の乱流を伴った空気流が凹部５０７ｃにより燃料導入部５０６周りに集中され、よって、空気と燃料との混合が著しく向上するものである。さらに、混合気排出孔５０８の内部には噴射孔に行くにつれて不連続的に径が大きくなる段差部と、山の位置が噴射孔側に偏倚しているタップが形成されているので、燃料と空気とが良好に混合した状態で、混合気は混合気排出孔５０８から螺旋を伴ってシリンダ内に導入されるために、燃焼状態がより改善されるものである。
【実施例２】
【００２３】
図２は本発明に係る混合気製造ノズル５００の構造の第２実施例を示す。図２（ｂ）において、Ａ−Ｂは加圧気体導入側から見た加圧気体接続部５０２及び加圧気体導入孔５０３の形態を、Ｃ−Ｄは燃料接続部５０５及び加圧気体導入孔５０３の形態を、Ｅ−Ｆは混合気製造空間から見た燃料導入部５０６及び加圧気体導入孔５０３の形態を、Ｇ−Ｈは混合気噴射面から見た混合気噴射孔５０９を示す。
【００２４】
図２（ａ）に示すように、混合気製造ノズル５１０は混合気製造空間５０７に加圧気体導入孔５０３、燃料導入部５０６、混合気排出孔５０８を開口している。この加圧気体導入孔５０３は加圧気体接続面を底辺とする円錐台の形状をなし、混合気製造空間５０７に開口している。燃料導入部５０６は、側面の燃料接続部５０５に接続された燃料導入管で形成され、混合気製造空間５０７に開口され、混合気の流れ方向に沿った方向、つまり流れ方向に平行に指向している。燃料導入部５０６は加圧気体導入孔５０３の周りに形成された半円形状の環状凹部５０７ｄの底面部に開口している。また混合気排出孔５０８は混合気製造空間５０７が縮径を伴い混合気噴射孔５０９と連通し開口されている混合気排出孔５０８の内部には噴射孔に行くにつれて不連続的に径が大きくなる段差部と、山の位置が噴射孔側に偏倚しているタップが形成されている。
【００２５】
図２（ｂ）に示すように、燃料導入部５０６は、加圧気体導入孔５０３の周りに３個配置されており、各燃料導入孔は５０６は等間隔かつ加圧気体導入孔５０３と等距離の関係にある。燃料導入部５０６の数は互いに等間隔であれば３個に限定されるものではない。
【００２６】
加圧気体導入管５０１から加圧気体接続部５０２に導入され、その後加圧気体導入孔５０３までの間で絞られた空気は、混合気製造空間５０７に吐出される。この際急激な膨張が起こり、乱流を伴った流れとなり、いわゆる剥がれ域が燃料導入孔５０６近傍に生じる。この剥がれ現象により、空気と燃料とは満遍なく均一に混合される。本実施例の場合、混合気排出孔５０８から上流側に戻ってきた乱流を伴った空気流が凹部５０７ｄにより燃料導入部５０６に集中される。そのため空気と燃料との混合が向上する。さらに、混合気排出孔５０８の内部には噴射孔に行くにつれて不連続的に径が大きくなる段差部と、山の位置が噴射孔側に偏倚しているタップが形成されているので、燃料と空気とが良好に混合した状態で、混合気は混合気排出孔５０８から螺旋を伴ってシリンダ内に導入されるために、燃焼状態がより改善されるものである。
【実施例３】
【００２７】
図３は混合気製造ノズル５００の構造の第３実施例を示す。図３（ｂ）において、Ａ−Ｂは加圧気体導入側から見た加圧気体接続部５０２及び加圧気体導入孔５０３の形態を、Ｃ−Ｄは混合気製造空間５０７における燃料接続部５０５、燃料導入部５０６及び加圧気体導入孔５０３の形態を、Ｅ−Ｆは混合気噴射面から見た混合気噴射孔５０９を示す。
【００２８】
図３（ａ）に示すように、混合気製造ノズル５００は混合気製造空間５０７に加圧気体導入孔５０３、燃料導入部５０６、混合気排出孔５０８を開口している。この加圧気体導入孔５０３は、加圧気体接続面を底辺とする円錐台の形状をなし、混合気製造空間５０７に開口している。燃料導入部５０６は、側面の燃料接続部５０５に接続された燃料導入管５０４で形成され、混合気製造空間５０７に開口される。また混合気排出孔５０８は混合気製造空間５０７が縮径を伴い加圧気体導入孔５０３と同程度の径で混合気噴射孔５０９と連通し開口される。混合気排出孔５０８の内部には噴射孔に行くにつれて不連続的に径が大きくなる段差部と、山の位置が噴射孔側に偏倚しているタップが形成されている。
【００２９】
図３（ｂ）に示すように、燃料接続部５０５は円周方向に１２０度毎に均等に３個設けられ、燃料接続部５０５は混合気の流れと直行する方向で、混合気製造空間の中心に指向している。燃料導入部５０６の数は互いに等間隔であれば３個に限定されるものではない。
【００３０】
加圧気体導入管５０１から加圧気体接続部５０２に導入され、その後加圧気体導入孔５０３までの間で絞られた空気は、混合気製造空間５０７に吐出される。この際、急激な膨張が起こり、乱流を伴った流れとなり、いわゆる、剥がれ域が燃料導入部５０６近傍に生じる。この剥がれ現象により、空気と燃料とは満遍なく均一に混合される。なお、加圧気体導入孔５０３の径と、混合気排出孔５０８の径とは、ほぼ等しいことが好ましい。さらに、混合気排出孔５０８の内部には噴射孔に行くにつれて不連続的に径が大きくなる段差部と、山の位置が噴射孔側に偏倚しているタップが形成されているので、燃料と空気とが良好に混合した状態で、混合気は混合気排出孔５０８から螺旋を伴ってシリンダ内に導入されるために、燃焼状態がより改善されるものである。
【実施例４】
【００３１】
図４は、本発明に係る混合気製造ノズルを適用した燃料内燃機関の全体システムの実施例を示す。シリンダ５６１には吸気ポート５６４、排気ポート５６５が設けられており、各ポートには吸気バルブ５３１、排気バルブ５５１が設けられている。吸気ポート５６４と排気ポート５６５との間には、点火プラグ５７１が設けられている。吸気ポート５６４は混合気噴射副室５３０に連通しており、この混合気噴射副室５３０はインテークマニホールドを構成する。混合気噴射副室５３０には、混合気製造噴射ノズル５００が取り付けられている。排気ポート５６５はエギゾーストマニホールド５５２に連通している。５６２、５６３は各々ピストン、コンロッドを示している。
【００３２】
混合気製造噴射ノズル５００には、コンプレッサー５４１で加圧された空気を、スロットルバルブ５２４を介して混合気製造噴射ノズル５００に送る、加圧気体導入管５０１が接続され、また、リザーバタンク５２２からの燃料をシャットアウトバルブ５２３とスロットルバルブ５２４を介して混合気製造噴射ノズル５００に送る燃料導入管５０４が接続されている。リザーバタンク５２２は燃料タンク５２１から燃料の供給を受ける。
【００３３】
図５は、図４に係る混合気噴射副室５３０の拡大図を示すものであり、吸気弁が貫通するバルブガイド５３２と混合気製造噴射ノズル５００の噴射部５３３が挿入され固定されるノズル取付け部５３４が設けられており、シリンダヘッドにシール部材を介して締結されている。
【実施例５】
【００３４】
図６は、本発明に係る混合気製造ノズルを適用した燃料内燃機関の全体システムの別実施例を示す。本実施例では、図４による第１実施例の吸気バルブが省略されたものであって、シャットアウトバルブ５２３はスロットルバルブ５２４の下流側の燃料導入管５０４に設けられた点と、加圧空気導入管５０１にシャットアウトバルブ５２３が追加された点で第１実施例と相違している。
【００３５】
図７は、図６に係る混合気製造噴射バルブ５００の接続部の拡大図であり、シリンダ５６１に形成されたノズル取付け部５３４に混合気製造噴射ノズル５００の噴射部５３３が嵌合されている。混合気製造噴射バルブ５００と噴射部５３３との間にはシャットアウトバルブ５２３が設けられている。
【００３６】
本発明のノズルによれば、コンプレッサー５４１からの加圧空気を混合気噴射副室５３０又はシリンダ５６１に直接導入しているので、従来必要とされたインテークマニホールドの吸気側配管及びスタートバルブ等の機械類が不要となり、コンパクトな内燃機関を得ることが可能になる。また、本発明のノズルは均一化された混合気体が製造できるため、２サイクルエンジン、ロータリーエンジン、ディーゼルエンジンにおいても使用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の混合気製造ノズルの第１実施例を示す。
【図２】本発明の混合気製造ノズルの第２実施例を示す。
【図３】本発明の混合気製造ノズルの第３実施例を示す。
【図４】本発明が適用される内燃機関の第１の実施例を示す。
【図５】本発明の混合気噴射副室の拡大図を示す。
【図６】本発明が適用される内燃機関の第２の実施例を示す。
【図７】本発明の混合気製造ノズルの接続部を示す。
【符号の説明】
【００３８】
５００：混合気製造ノズル
５０１：加圧気体導入管
５０２：加圧気体接続部
５０３：加圧気体導入孔
５０４：噴射部
５０５：燃料接続部
５０６：燃料導入部
５０７：混合気製造空間
５０８：混合気排出孔
５０９：混合気噴射孔
５２１：燃料タンク
５２２：リザーバタンク
５２３：シャットアウトバルブ
５２４：スロットルバルブ
５３０：混合気噴射副室
５３３：噴射部
５３４：ノズル取付け部
５４１：コンプレッサー
５３１：吸気バルブ
５５１：排気バルブ
５５２：エギゾーストマニホールド
５６１：シリンダ
５６２：ピストン
５６３：コンロッド
５６４：吸気ポート
５６５：排気ポート
５７１：点火プラグ
【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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【図６】
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【図７】
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