(57)【要約】      （修正有）【課題】火花点火方式内燃機関の完全燃焼に必要な、内燃機関用燃料ホールノズルの特性と欠点を明確にし、燃料微薄噴射ノズルによる燃料の分子化混合燃焼方法により、省エネ低公害化と多種多様な燃料を使用し得る内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関や直噴ディーゼルの完全燃焼技術で、現ホールノズル噴射方式と圧縮着火を否定して火花点火方式とし、燃料の微薄噴射ノズルによる燃料と空気との整合を、燃料の分子化と空気分子との混合条件で構成し、完全燃焼を達成した。従来のＥＦＩ微小ホール噴流噴射方式も廃止して、微薄分子化方法での燃料噴霧群と、空気との混合条件での完全燃焼条件を構成した。この微薄噴射分子化ノズルを、安価な構造として製造コストを低減させ、電子燃料噴射制御技術により、燃料の噴射タイミングや量的配分問題も既存技術で容易とし、内燃機関の完全燃焼技術と共にＣＯ２の捕捉処理も可能とした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の完全燃焼技術を安定化する手段として燃料噴射微薄分子化ノズルで燃料を分子化して空気分子との混合による燃料の完全燃焼化を実現した。更に副吸気弁での空気やガスの流れを気筒壁に沿ったスワール流れとしてエンドガスノッキング因を排除して機関の高圧縮比化を可能とした。また小量混合気群の火花点火燃焼条件を確実とする事を吸気弁リフトの制御と燃料噴射電子制御条件の整合により構成して高負荷運転時には弁リフトを大として指向的流れを減じて充填効率の向上を図り副吸気弁による端域スワール作用でエンドガスノッキングを排除し空気やＥＧＲガスによりＮＯｘを減ずる火花点火燃焼機関の高圧縮比化による省エネと排気二酸化炭素や炭化煤塵・ＰＭの灰化や捕捉を可能として多種多様な燃料使用の目的を達成する噴射燃料の微薄化と分子化混合燃焼を特徴とする燃焼機器の完全燃焼方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は内燃機関の完全燃焼に必須な燃料の分子化混合燃焼技術である。
【背景技術】
【０００２】  内燃機関の燃焼室内に燃料を供給する手段は吸気菅内に燃料群を供給するＥＦＩ方式や気筒や燃焼室内に直接噴射する方法がある。これらの方法ではディーゼルやガソリン機関の燃料完全燃焼は不可能とされている、特にディーゼル機関は未燃焼による炭化煤塵やＰＭが排気と共に大気中に排出され地球環境を汚染する事から複雑高価な排気の後処理装置を必要とし機関は高価格で重く燃焼騒音も大きく使用燃料もセタン価やオクタン価で制限されている。【０００３】  従ってこの問題を改善するには燃料の噴射燃料群を微細化して空気との混合を促進し点火栓での着火を確実としガスを含む多様な燃料の使用可能なエンジンとする事が求められ多くの気化器や燃料の噴射技術が研究開発されたが未だ内燃機関の省エネと低公害化に有効な燃焼技術を見出せないのが現状であり特に熱効率の低い軽負荷域を電動化するＨＶやＥＶの開発がコスト軽視で進められている。【０００４】  本燃焼技術は燃料噴射ノズルにより燃料を微薄微細化して空気との混合を促進し燃料噴射を電子制御により行い混合気形態で負荷に対応し得る火花点火方式で燃料混合気群により燃焼室内での燃料と空気とによる燃焼の完全燃焼化を目的とし、内燃機関の理想的な省エネ低公害化技術を安価に提示することにある。
【先行技術文献】
【０００５】
【特許文献１】特願２０１２−１４６０５３号
【特許文献２】特願２０１３−２２１５６８８号
【特許文献３】特願２０１３−４９６１４号
【特許文献４】特願２０１４−１０９５３４号
【０００６】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】    従来の内燃機関には次の様な未解決な課題がある。
（イ）内燃機関で最高の熱効率を示す直噴ディーゼル燃焼方式は排気中に有害な未燃炭化      煤塵・ＰＭを有する事からこれの排除に複雑高価な処理装置を必要とし機関のコス      トは高価で振動・騒音・重量も大である。
（ロ）火花点火ＥＦＩ方式内燃機関も圧縮比を高めるとエンドガスノッキングが生ずるの      で熱効率はディーゼルに及ばなく燃料もガソリンに限られている。
（ハ）このような問題が内燃機関の発展を阻んでいるがこの原因は特に両機関ともに燃料      の微薄微細化に不適な高圧ホールノズルを使用している事が原因なのである。
本発明はこれらの問題を解決するために発明された燃焼技術である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】従来の燃料噴射ホールノズルは同一ホール噴孔よりの指向性と重合の高圧噴流特性で限られた噴孔より燃焼室内に噴射されるので燃料は噴射飛翔中に空気との衝突接触混合の機会が少なく、噴流の多くが燃焼室の壁面まで到達し壁面衝突による分裂作用で噴射燃料群の一部燃料のみが空気と混合され噴流は主に燃焼室壁までに達するのである。【０００９】その為に空気との衝突で分裂微粒化する燃料と空気の混合条件は大きく阻害され噴流は燃焼室壁に衝突し衝突域には液状燃料の過濃域が噴孔と同数に生ずることになる、この燃料過濃域の燃焼には多量の空気が必要となり空気不足の燃焼域では煤が生成されるのは当然である。この様な燃料噴射サイクルの繰り返しでは完全燃焼条件の構成は不可能であることを先ず理解しなければ内燃機関の燃焼技術の改革は図れない。【００１０】本発明はこれらの問題を解決するために必須な内燃機関の燃焼完全化と、それに要する噴射燃料群の微薄噴射ノズルと火花点火と燃料と空気との分子化混合技術を提示する。【００１１】従来の直噴内燃機関は、図１図２に示す如く機関本体のシリンダーヘッド上域に直噴燃料噴射ノズルと着火プラグを設けピストン上部も燃焼部とし吸気路排気路を配備している。またガソリンＥＦＩでは吸気路内に噴射ノズルを配備し２〜１０キロパスカルの低圧で燃料噴射弁の開閉を制御する構造であり吸入・圧縮・爆発・排気のサイクルを各動弁の作動作用角の整合によりサイクル的に電子制御噴射で行っている。【００１２】従って主吸気弁の開時には吸気路内の空気や混合気は吸気弁の下方に位置するピストン方向に弁と弁座間を経して気筒内に流入するのが従来機関の吸気流れ形態であるがこの吸気形態では気筒内の端域まで予混合気が配達される事になりこれが原因でエンドガスノッキングが発生する事になる。【００１３】  圧縮行程で気筒内の圧力や温度が高まると端域迄に配達された予混合気が自己着火する「エンドガスノッキング」が発生し正常な点火用電極放電部よりの火炎伝播燃焼条件を阻害するのでありこのエンドガスノッキングは機関の圧縮比を高める程に発生頻度が増え機関の破損因ともなる事から既存の火花点火燃焼方式はこのエンドガスノッキング問題が解決されなく省エネに有利な高圧縮比の採用が出来ないのである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】  本発明は機関の吸気行程で気筒内に流入する空気や混合気の流入方向を点火栓電極方向への指向的な流れとし、吸入空気や混合気流れにより電極部の冷却作用と共に混合気群を点火電極近傍に供給する手段としてエンドガスによるノッキングの生成因を抑制し機関の高圧縮比化を図り機関が出力を要しなく混合気の少ない給気時においても確実に点火栓電極部に近接する混合気の点火燃焼条件を成立すべく吸気弁と弁座部との相関と弁リフトの制御による吸気形態によりガソリンＥＦＩ燃焼方式を構成している。【００１５】  この方法は気筒上域の火花点火電極方向に空気や混合気を主吸気弁よりの指向的流れとして点火栓部の冷却を図ると共に流れを下部ピストン方向に反転展開する混合気流れとする吸気供給方法であり燃焼の条件を吸気弁リフトによる流れ方向の指向的な可変制御を吸気弁と弁座部との相関により構成しているのである。【００１６】従って吸気を絞らなく電子制御で点火電極部に空気や混合気群を供給する事ができる。この主吸気弁よりの空気や混合気の流れ方向を点火電極部方向に指向する方法の構成は主吸気弁や副吸気弁と弁座部との相関を環状弁座開閉部の片半域部を図１に示すが如くにカットして吸気流れ抵抗を減じて流れ方向を指向的とすべき作用を主吸気弁の小Ｒ部形状や環状弁座部の気筒側小間隙構造による抵抗値の変化と弁リフトの制御により目的を達成する仕組みである。【００１７】この様な主吸気弁と環状弁座部を有し弁リフトの可変により吸気の流れ方向を可変する燃焼室構造とすれば燃料噴射ＥＦＩ方式での混合気群と噴射供給する条件を整合させる事が可能となり点火電極方向に指向的とした吸気流れによる電極部の冷却作用と共にタンブルやスワール流による空気や混合気群での燃焼形態を構成する事が出来る。【００１８】従って吸気や燃料混合気の流れを制御し得る本給気燃焼方法によれば火花点火内燃機関のアイドリングを含む機関全負荷範囲での火炎伝播燃焼条件が改善される事になる。即ちこの吸気燃焼方法によれば吸気弁のリフト制御とＥＦＩ電子燃料制御部での噴射タイミングや燃料噴射量の制御が多様化し機関の負荷に応じた規模の燃焼が点火栓部を燃焼反応の起点とする火炎伝播燃焼条件が内部の冷却作用と共に具現化されるのである。【００１９】更に副吸気弁に本技術を適用し気筒端域の空気スワール流れ作用によりエンドガスノッキングの排除作用をＥＧＲ混合ガスで制御すれば機関の高圧縮比化と給気燃焼条件が共に達成される事で火花点火内燃機関の燃焼条件が高圧縮比により抜本的に改善され燃費の向上とＮＯｘ抑制の目的や多種な燃料の使用目的が達成される事になる。【００２０】本発明は吸気弁の改革による燃焼方法をＥＦＩによる噴射燃料群の微薄微細化技術と副吸気弁でのＥＧＲ混合や空気スワールの流動作用により燃焼条件の基本を改革する火花点火ＥＦＩ内燃機関の燃焼方法であるが更なる特徴は噴射燃料の微薄ノズルでの燃料分子化技術であり燃料と空気分子との混合条件である。この燃焼方法こそ人類願望の内燃機関の省エネ低公害化目的を図り得る内燃機関の完全燃焼技術なのである。
【発明の効果】
【００２１】本発明は空気と燃料の各分子構造を確認し液体燃料の微薄噴射と燃焼物理を重視し空気と燃料混合気の流れ方向を制御し得る方法や主吸気弁や副吸気弁での弁部と弁座部との相関により吸気の流れ方向を点火電極部経由の流れ形態とし点火栓部の冷却と同時に気筒内に縦横のタンブルやスワール流れを形成する事による内燃機関の燃焼条件を究極に高める燃焼方法であり従来より３００年間不可能とされていたガソリン予混合火花点火燃焼方式機関の高圧縮比化課題をエンドガスノッキングの抑制と燃焼容積部中心域を火炎伝播反応の起点とする燃焼方法で達成し更に火花点火火炎伝播燃焼機関の高圧縮比化の目的を燃料微薄化ノズルと空気との分子レベルでの混合燃焼により燃焼の完全化を具現化し内燃機関の性能向上と省エネ・低公害化の目的を達成する効果は絶大である。【００２２】  本発明の実施に要する部品や加工は総て既存の材料や既存技術が役立ち既存技術が活用されることで世界の内燃機関企業の総てが小コストで省エネ・低公害化の実践を可能する本完全燃焼方法は産業の発展と共に地球規模での資源保全と環境改善に貢献する効果である。またエンドガスノッキングの発生因を排除した高圧縮比化でも熱効率は向上し多種多様な燃料の使用を可能とする本火花点火燃焼方法は世界の産業発展に大きな効果をもたらし次世代の動力機関としての優れた資質を示す新しい燃焼機器や内燃機関の燃料噴射微薄用ノズルによる燃料と空気との分子化混合燃焼技術なのである。【００２３】  また吸気の流れ方向を弁リフトの可変と弁部と環状座弁部との整合により近接する点火栓部の冷却を図ると同時に混合気の展開を図る事や更に副吸気弁のスワールによるノッキング抑制の効果はガス燃料等の燃焼にも適し多種多様な燃料の使用を可能とする燃焼の特性も大きな効果である。【００２４】また重量当たりの出力や燃費に関しても現在最高の熱効率とされている直噴ディーゼル燃焼機関や電気動力機関と較べても使用燃料の多種多様性や価格や可搬性やコスト等で有利であり特にディーゼルの排気煤塵を噴射燃料の微薄化ノズル技術で燃料と空気との分子化混合燃焼により煤塵を燃焼灰化する特性はＣＯ２の触媒や尿素処理を容易化し地球環境の改善に資する効果は大である。
コージネ用機関としても発電給湯に最も早期にガス燃料や灯油燃料機関として世界に提供し地球燃料資源の保全と環境を改善する事も本燃焼技術の発明効果である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】内燃機関の部品配備図
【図２】吸気制御弁と二段燃焼室図
【図３】微薄噴射ノズルでの燃料分子模型図
【発明を実施するための形態】
【００２６】以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明は自動車用機関（１）として使用されている半球状燃焼室（２）を上下の二段構成とし上段（３）に燃料微薄分子化噴射ノズル（４）と点火栓（５）を配備し下段（６）に吸気路（７）排気路（８）を配備し主吸気弁（９）と点火栓部の近接配備を利用して主吸気弁よりの空気や混合気群の気筒内流入方向を意図的に点火栓方向に指向し流入空気や混合気による点火栓部（５）の冷却を重要視した給気燃焼方法である。これにより従来不可能視されていた点火栓や放電電極部の冷却が可能となり電極部の冷却効果で電極過熱でのランオンやデトネーションが生じなく燃焼室内中心域よりの均等な火花火炎伝播燃焼条件が構成される。
【００２７】即ち世界のエンジン技術者達が熱望している燃焼容積部中心域よりの火花点火による火炎伝播燃焼条件での理想的点火燃焼条件が燃焼室中心域を燃焼反応の起点とする火炎伝播燃焼条件で構成され燃焼期間の短縮や均等化により機関熱効率向上効果が実現される。
【００２８】  本発明の吸気弁（９）や副吸気弁（１０）も環状弁座部（１１）との整合加工により弁座部の点火栓側や気筒壁側を図で示す如く約半域をカットや制御状（１２）としカット部の流路抵抗を変える事やカット部よりの気流の流れ方向を可動弁部の小Ｒ部（１３）で転向して点火栓電極部方向や壁面に対する方向に転向する給気方法もリングカット状弁座部やノズルの構成も従来のプレスや鍛造加工技術で容易であり小Ｒ転向部の自在な加工によれば吸気噴出パターンの変更も自由である。
【００２９】従って副吸気弁（１０）も主吸気弁と同様な弁座加工技術で気筒壁域にスワール流れを強化する構造とし端域の混合気を排除し圧縮時におけるエンドガスノッキングの生成因を排除し高負荷燃焼時には空気やＥＧＲ混合ガスによるスワール流れ作用により端域ガスノッキングやＮＯｘの抑制も可能となるのである。
【００３０】  また主吸気弁や副吸気弁のリフト制御と電子燃料噴射制御との整合によればアドリングや軽負荷時には小量の混合気群でも点火栓電極域に展開する事が小リフト作用と燃料の電子分割噴射供給条件の整合により可能であり、高負荷時においても大リフト作用での燃焼条件が副吸気弁のスワール作用による気筒端域でのノッキング抑制効果で改善され高負荷燃焼条件での燃焼完全化の目的が燃料の分子化噴射技術で達成される事になる。
【００３１】この空気や混合気の供給条件を弁リフトの制御により高負荷域の燃焼容積部中心域からの火炎伝播燃焼条件でのノッキング因をスワール作用により排除することで高負荷燃焼と機関の高圧縮比化燃焼条件が安定し多種多様な燃料の使用も具現化するのである。
【００３２】本燃焼方法は貴重な地球燃料資源保全目的を既存技術の応用により簡便かつ容易に達成し得る内燃機関の燃料分子化燃焼方法であり先人が苦労した層状燃焼や希薄燃焼やＥＧＲ等の技術の総てが活用される事と共に次世代内燃機関として求められる高熱効率低公害直噴機関の性能が既述の空気流れの制御技術やＥＦＩの微薄燃料噴射技術との整合により最も簡便確実に物理の法則により構成される内燃機関の完全燃焼技術なのである。
【００３３】  主吸気弁や副吸気弁の各環状弁座部の約半分片側域を１図の如くに加工し弁小リフト時の場合において吸気の流れ抵抗を可変すべくは図で示す如く弁の傘部と環状リング座部との相関を半分片側域のカットで吸気の流れ指向方向とし弁座と弁傘Ｒ部（１３）により反対側の小間隙部（１２）の流れ抵抗増と流路抵抗の少ないカット部を経して空気や混合気群を点火栓部方向に流す方法の仕組みは弁リフトの制御で構成可能な事は物理的に明確であり微細なノズル噴霧を多段多層に分子化構成とする仕組みは図３の分子模型で説明の如く多様な実施手段が存在する。
【００３４】ヘッド部に吸気流れを点火栓部に案内すべく浅い溝部（１４）を設ける等も自在である。この様に反点火栓部を小間隙部構造（１２）とし流体抵抗の異なる吸気弁座回路部の構成によれば必然的に点火栓方向に吸気圧と燃焼容積部内の圧力差により吸気流れは点火電極方向に強く噴出する事になる。
【００３５】従って点火栓方向に流れる空気や混合気は先ず点火栓を冷却した後に排気弁方向の壁面より気筒内のピストン方向に流体は反転して展開する。また副吸気弁（８）よりの流れも気筒壁方向に対して旋回的な空気やＥＧＲガスを含む空気による横方向のスワール流れを構成し端域混合気の自己着火に因るノッキングの抑制に作用させ機関の高圧縮比化に有効なのである。
【００３６】  また電極部も吸気や混合気による冷却効果により電極を燃焼室中心域近傍に突出することが冷却作用により可能となり高負荷時においても電極部の過熱による過早着火やランオンやデトネィション等の異常燃焼因が抑制される事になる。
【００３７】以上の如く本発明は吸気弁リフトの制御と吸気弁と弁座部による吸気流れ方向の制御技術で機関のアイドル時や高負荷運転域の広い負荷範囲において多種多様な燃料による内燃機関の火花点火による燃焼の完全化を燃料の分子化と空気分子との混合燃焼により具現化し地球燃料資源の保全や環境の改善に資する事になりその主役は噴射燃料を微薄化し分子化する燃料噴射ノズル技術である。
【００３８】  本発明はガソリン内燃機関の灯油による始動運転が簡単に実現する事で立証された事から今後は世界の内燃機関技術は改革され地球の熱資源問題や環境の改善課題も大きく改善される事になる、更に本完全燃焼技術は地球温暖化の原因である排気ＣＯ２に混在する未燃煤塵やＰＭも完全燃焼で灰化する特性から地球の生物や人類にとっては嬉しい燃焼方法である。
【符号の説明】
【００３９】  １  機関本体
２  シリンダーヘッド部
３  燃焼室部
４  吸気路
５  排気路
６  点火栓
７  主吸気弁
８  副吸気弁
９  ピストン
１０  気筒内流れ
１１  燃料偏向Ｒ部
１２  小間隙部
１３  気流案内溝部
１４  噴射燃料微薄分子化用ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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