JP2000514154A - 燃料を噴射して混合気体を圧縮する２ストロークのオットーエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 シリンダ空間内に燃料を噴射し、混合気体を圧縮する２ストロークのオットーエンジンであって、最大限均質な混合気体を生成することを特に意識したものを提供するために、以下のことが提案される。燃焼空間(19)が本質的に半球状であって、その燃焼空間軸(21)が排気ダクト(14)の反対側に配置されたシリンダ(11)の側方に関してシリンダ軸(20)からオフセットして配置されている。燃焼空間(19)に対してインジェクションノズルは、ジェットコーン(22)の上方部分が燃焼空間(19)にその優勢な容積割合で拡がり、ジェットコーン(22)の下方部分がシリンダ軸に対してほぼ斜めで、かつ燃焼空間(19)の外側でシリンダ底面(25)の下方側に拡がることとなるように配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】 燃料を噴射して混合気体を圧縮する２ストロークのオットーエンジン 技術分野 本発明は、請求項１のプレアンブルに記載したような、燃料を噴射して混合気 体を圧縮する２ストロークのオットーエンジンに関する。背景技術 燃料を噴射して混合気体を圧縮する２ストロークのオットーエンジンは知られ ている。そのようなエンジンにおいては、球状の燃焼空間がシリンダ軸に対して 排気側にオフセットされ、ほぼ260°の範囲に延在して設けられている(DD-A1-22 8 585)。さらに、DD-A1-3257に係る明細書においては、キャップ形状の燃焼空間 をシリンダヘッドの中央に配置することが開示されている。いずれの場合にも、 噴射ノズルは、排気ダクトとは反対側のシリンダ側部において、より正確には、 熱的な影響が少ない領域において上方圧縮点(ＯＴ)に形成された燃焼チャンバの 下方において、終結している。 シリンダヘッド内に配置された球状の燃焼空間において、当該シリンダヘッド は、シリンダヘッドの方向において、断熱シェルを備えている。インジェクショ ンノズルにより噴射された燃料のジェットコーンは、球状の燃焼空間内に到達す る優勢な部分と、シリンダ空間内に位置する端縁および圧縮断面にまで到達する 小さな部分とを有して噴射される。この端縁は、そこに噴射された燃料によって 冷却されることが意図されている。既に知られている構成によって熱応力を小さ くできることは確かである。しかしながら、燃焼空間の位置は、排気側に向かっ てオフセットされた制限的なものとなっており、燃料の新しいチャージを送り込 むのに最適ではない。 上記DD-A1-3257に係る公開明細書に開示されたキャップ状の燃焼空間において は、インジェクションノズルからのジェットコーンは、燃焼空間全体および当該 空間内に突出するスパークプラグ近傍領域の一部を覆うように噴射される。しか しながら、この場合は、インジェクションジェットが単にシリンダ空間の斜めの 部分を通過するにすぎない。この知られた構成においても、インジェクションノ ズルが大きな熱応力を受けることはない。しかし、インジェクションノズルは、 排気ダクト上端の僅か上方に配置されているだけである。このことは、排気ダク トがまだ開いている状態で早期に噴射を開始することを要し、これによって不都 合が生じる。 DE 39 04 760 A1には、直接噴射を行うオットー内燃機関が開示されている。 そこでは、２つの表面間に圧縮領域が規定されている。その表面は、ピストン底 部の一部と、シリンダヘッドの下方表面の一部とで構成され、シリンダ断面積の 半分にわたって存在する。圧縮領域は、シリンダ中央に向かって開口する側面と 、シリンダボアの内面の一部で規定される閉じた側面とを有している。この場合 、圧縮領域はシリンダの中央に向がって拡がり、その開口側面の中央部がシリン ダ中央付近に位置するように構成される。圧縮領域においては、シリンダ内に形 成される空気流により圧縮流が生じる。圧縮流は、圧縮点近傍のピストン位置に おいて燃料の蒸発を助ける。インジェクションノズルは、圧縮領域の閉じた側面 近傍に配置されており、燃料の少なくとも一部分が圧縮領域を規定する表面に向 けられて、この表面に付着した燃料が圧縮流によって蒸発することとなるように 、その方向が決められている。スパークプラグは、シリンダの中央近傍であって 、圧縮領域の開口側部の中央部の反対側に配置されており、圧縮流にのってスパ ークプラグまで運ばれる蒸発した燃料に点火する。 発明の記述、技術的課題、解決方法、利点 本発明の技術的課題は、燃料を噴射して混合気体を圧縮する２ストロークのオ ットーエンジンを提供することである。本発明のエンジンにおいては、上述の不 利益が回避され、混合気体が最大限均質とされる。この観点から、本発明におい ては、シリンダ空間を上方圧縮点に近接して配置し、現実の燃焼空間が噴射され たジェットコーンで覆われる。さらに、スパークプラグおよびその近傍への直噴 が高い信頼性で回避される。 この技術的課題は、メインクレームの特徴部分において述べた手段によって解 決することができる。 燃焼空間の位置は、排気ダクトから反対側へ向けてオフセットされている。こ れにより、インジェクションノズルの特に好ましい配置、および上方圧縮点に達 する前の圧縮空間およびシリンダ空間を囲む表面領域へのジェットコーンの分割 が達成される。 本発明の好ましい具体例に従って、ジェットコーンの上下の部分がそれぞれジ ェットコーン全体の半分となれば、混合気体の形成は、極めて均質となる。 本発明の好ましい具体例に従って、燃焼空間内のスパークプラグが終結してい るジェットコーン上方部分のサブ領域に熱が作用しなければ、スパークプラグま たはその前方の領域に燃料が集中してしまうという不都合を確実に回避すること ができる。 ジェット表面の特に好適な形態は、ジェットを複数に分割することによって達 成できる。その場合のジェットコーンの部分は、ジェットコーンの想像軸に関し て、ジェット軸の角およびジェット角の異なる各ジェットによって構成される( 図２)。 これらの具体例の有利なさらなる進展は、35°〜55°の開口角度を有するジェ ット角によって、およびジェットコーンの想像軸は、シリンダ底面に対してなす 角が10°〜20°であって、噴射軸とは反対側を向くシリンダ軸の側方において当 該シリンダ底面と交差するということによって、区別できる。図面の簡単な説明 図面に関連する具体例の助けをかりて本発明を以下に説明する。すべての具体 例においては、簡単化のため、スパークプラグおよび噴射ノズルの図示は省略し ている。 図１は、本発明に従って構成されたエンジンのシリンダおよびシリンダヘッド の断面図である。この断面図は、シリンダ軸、および吸気ダクト、排気ダクトの 軸を含む面におけるものである。 図２は、図１と同様の断面図であって、トリプルジェットノズルの３つの噴射 ジェットを合わせて描いている。発明を実現するための最良の形態 図１は、本発明の好ましい具体例であるシリンダ装置10を縦断面図で示してい る。シリンダ11は、冷却リブを備えたシリンダヘッドでその頂部が閉じられてい る。また、シリンダ底面25には、シリンダヘッド12によって同様に冷却リブが設 けられる。図１では、シリンダ11に包囲されたシリンダ空間13(この空間内で不 図示のシリンダが上下動する)から、紙面に一致する縦方向面内において、図中 斜め下方に延びる燃焼ガスのための排気ダクト14が外部へと案内されている。同 一面の反対側には、燃焼空気のための吸気ダクト15が位置している。吸気ダクト 15から引き込まれた燃焼空気は、通常の方法で、ビストンによって圧縮され、ト ランスファーポートを通ってシリンダ空間13の上部に至り、そして、吸気スロッ ト16内に入る。縦断面における両サイドに配置されたトランスファーポートは、 そこから流れ出す燃焼空気が対向する側壁に向かって流れ、工程中において軸方 向に傾くこととなるような方向に向けられている。 シリンダヘッド12は半球状の燃焼空間19を有しており、当該空間19内には、ス パークプラグ(図示せず)が斜め横方向に延びている。また、この燃焼空間の上方 のサブ領域26内には、点火電極が延びている。 スパークプラグの軸23とシリンダ底面25とがなす角ベータは、40°〜60°であ ることが好ましい。その軸が21で示されている燃焼空間19は、排気ダクト14に対 してシリンダ軸20とは反対側へとオフセットして配置されている。同じ側には、 斜め上方に延びるインジェクションノズル(図示せず)がシリンダ壁部に取り付け られている。インジェクションノズルは、燃焼空間またはシリンダ空間内に燃料 を噴射する。このことは、ジェットコーン22の形態で行われるが、当該コーンの 軸24と一致する。 インジェクションノズルは、シリンダ11の領域内の上方圧縮点の位置に形成さ れた圧縮空間の下方において終結している。圧縮空間は、熱的な影響をあまり受 けない。ジェットコーン22の上方部分が燃焼空間19の容積のうち所定割合部分を 掃き、残りの下方部分がシリンダ底面25の下方であって燃焼空間19の外側にも存 在することとなるように、上記インジェクションノズルの配置およびジェットコ ーン22の位置合せが選択される。 ジェットコーン22の上方部分および下方部分は、それぞれジェットコーン22の 半分である。ジェットコーン22は、複数の個々のジェットから構成されることが 好ましい(図１)。同様のことがジェットコーン22の両方の部分に対して適用され る。ジェットコーン22は、インジェクションノズルとは反対側に向かって、軸24 に対して35°〜55°の角度範囲で拡がる。ジェットコーン22の想像軸24がシリン ダ底面25に対してなす角Ａは、10°〜20°である。想像軸24は、インジェクショ ンノズルとは反対側に向かってシリンダ軸20を越えた位置でシリンダ底面25と交 わる。これによって、燃焼空間19内の既述のサブ領域26に均質な混合気体が供給 される。なお、ジェットコーン22がスパークプラグに直接到達することはない。 図１の断面図は、トリプルジェットノズルからの３つのインジェクションジェ ットの噴射がシリンダ軸に対して傾斜したほぼ同様の経路をたどることを示して いる。燃焼空間に到達したこれらのジェットの噴出による３つの表面部分が認め られる。 円錐状に拡がるジェットSm22は、シリンダの長手軸と交差し、主としてシリン ダ空間内で空気によって有効に拡散され、インジェクションノズルに面するシリ ンダ面への変遷領域における燃焼空間19の壁面上の僅かな区画22ｍにぶつかる。 ２つのジェットSv22は、シリンダ軸とは交差せずに、燃焼空間の異なる位置に到 達し、それぞれインジェクションノズルに面する燃焼空間側壁の表面22vのほぼ4 0％にぶつかる。さらに、シリンダ底部領域およびシリンダ面への変遷領域に噴 射が行われろが、その噴射はスパークプラグの両サイド近傍のどの壁部領域にも ぶつかることはない。 図４においては、３つの噴射ジェットの投影は、前記平面内におけるそれらの 拡がりに対応している。インジェクションノズルとは反対側を向く燃焼空間内の 側壁上で、上記平面は燃焼空間に融合する。 本発明によれば、燃焼空間およびインジェクションガイドの配置によって、特 に小さなシリンダユニット内においてスパークプラグの信頼できる機能とともに 最良の混合体形成を保証できる。参照数字のリスト シリンダ装置 10 シリンダ 11 シリンダヘッド 12 シリンダ空間 13 排気ダクト 14 排気ダクト 15 排気スロット 16 ボア(インジェクションノズル) 17 ボア(スパークプラグ) 18 燃焼空間(半球状) 19 シリンダ軸 20 燃焼空間の軸 21 ジェットコーン 22 スパークプラグの軸 23 ジェットコーンの軸(ジェットコーン22の想像軸に等しい) 24 シリンダ底面 25 サブ領域(燃焼空間) 26 ジェットコーンの想像軸24とシリンダ底面25に平行な面とがなす角 Ａ スパークプラグの軸23とシリンダ底面25とがなす角 ベータ

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年６月４日（１９９８．６．４） 【補正内容】 しながら、この場合は、インジェクションジェットが単にシリンダ空間の斜めの 部分を通過するにすぎない。この知られた構成においても、インジェクションノ ズルが大きな熱応力を受けることはない。しかし、インジェクションノズルは、 排気ダクト上端の僅か上方に配置されているだけである。このことは、排気ダク トがまだ開いている状態で早期に噴射を開始することを要し、これによって不都 合が生じる。 DE 39 04 760 A1には、直接噴射を行うオットー内燃機関が開示されている。 そこでは、２つの表面間に圧縮領域が規定されている。その表面は、ピストン底 部の一部と、シリンダヘッドの下方表面の一部とで構成され、シリンダ断面積の 半分にわたって存在する。圧縮領域は、シリンダ中央に向かって開口する側面と 、シリンダボアの内面の一部で規定される閉じた側面とを有している。この場合 、圧縮領域はシリンダの中央に向かって拡がり、その開口側面の中央部がシリン ダ中央付近に位置するように構成される。圧縮領域においては、シリンダ内に形 成される空気流により圧縮流が生じる。圧縮流は、圧縮点近傍のピストン位置に おいて燃料の蒸発を助ける。インジェクションノズルは、圧縮領域の閉じた側面 近傍に配置されており、燃料の少なくとも一部分が圧縮領域を規定する表面に向 けられて、この表面に付着した燃料が圧縮流によって蒸発することとなるように 、その方向が決められている。スパークプラグは、シリンダの中央近傍であって 、圧縮領域の開口側部の中央部の反対側に配置されており、圧縮流にのってスパ ークプラグまで運ばれる蒸発した燃料に点火する。 US-A-5,307,793に示された、シリンダ空間内に燃料を噴射して混合気体を圧縮 する２ストロークのオットーエンジンは、以下の構成を有する。シリンダヘッド 内において、半球状の燃焼チャンバがシリンダ軸に対して中心をずらしてオフセ ットされており、この燃焼チャンバ内にスパークプラグが突出している。排気ダ クトの長手方向平面の両側にオーバーフローダクトが終結しており、このダクト は、排気ダクトに対して反対側に配置されたシリンダ側方に向けて方向づけられ ている。インジェクションノズルは、圧縮空間の外側の熱応力が小さい領域に配 置された排気ダクトとともに、シリンダ側方で終結している。圧縮空間へ向けて 噴射が行われる。燃焼空間は、燃焼空間軸を有しており、排気ダクトとは反対側 に配置されたシリンダ側方に関して、シリンダ軸からオフセットして配置されて いる。この場合、インジェクションノズルは、燃焼空間に関して、ジェットコー ンの上方部分が燃焼空間にその優勢な容積割合で拡がることとなるように配置さ れている。 発明の記述、技術的課題、解決方法、利点 本発明の技術的課題は、燃料を噴射して混合気体を圧縮する２ストロークのオ ットーエンジンを提供することである。本発明のエンジンにおいては、上述の不 利益が回避され、混合気体が最大限均質とされる。この観点から、本発明におい ては、シリンダ空間を上方圧縮点に近接して配置し、現実の燃焼空間が噴射され たジェットコーンで覆われる。さらに、スパークプラグおよびその近傍への直噴 が高い信頼性で回避される。 この技術的課題は、メインクレームの特徴部分において述べた手段によって解 請求の範囲 １．シリンダ空間内に燃料を噴射して混合気体を圧縮する２ストロークのオット ーエンジンであって、 シリンダヘッド(12)内に配置され、シリンダ軸(20)から中心をずらしてオフセ ット配置された本質的に半球状の燃焼チャンバ(19)内にスパークプラグ(18)が突 出しており、 排気ダクト(14)の長手方向平面の両側において、排気ダクトとは反対側のシリ ンダ側方に向けられたオーバーフローダクトが終結し、 吸気ダクトが存在するシリンダ側部において、圧縮空間の外側であって熱応力 の小さな領域でインジェクションノズルが終結し、 圧縮空間に向けて噴射が行われるものであって、 燃焼空間(19)が実質的に半球状であって、燃焼空間軸(21)がシリンダ(11)の側 方に関して排気ダクトの反対側にオフセットして配置されており、 インジェクションノズルは、燃焼空間(19)に対して、ジェットコーン(22)の上 方部分が燃焼空間(19)にその優勢な容積割合で拡がり、ジェットコーン(22)の下 方部分がシリンダ軸に対してほぼ斜めで、かつ燃焼空間(19)の外側でシリンダ底 面(25)の下方側に拡がることとなるように配置されていることを特徴とする、オ ットーエンジン。 ２．上記ジェットコーン(22)の上方および下方部分が、それぞれ当該ジェットコ ーン(22)の半分であることを特徴とする、請求項１記載のオットーエンジン。 ３． 上記燃焼空間(19)がサブ領域(26)を有しており、当該サブ領域は、上記ジ ェットコーン(22)の上方部分の影響を受けず、当該サブ領域(26)内においてスパ ークプラグが燃焼空間(19)内に終結していることを特徴とする、請求項１または ２記載のオットーエンジン。 ４．上記ジェットコーン(22)の２つの部分が複数の個々のジェットで構成されて いることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載のオットーエンジン 。 ５．上記ジェットコーン(22)の２つの部分が個別のジェットで構成されおり、ジ ェットコーン(22)の想像軸(24)に関して、各ジェットが異なるジェット軸角およ びジェット角を有していることを特徴とする、請求項４記載のオットーエンジン 。 ６．上記ジェットコーン(22)が35°〜55°の開口角を有しており、ジェットコー ン(22)の想像軸(24)は、シリンダ底面(25)に対する角度(アルファ)が10°〜20° であって、インジェクションノズルとは反対側を向くシリンダ軸(20)の側方にお いてシリンダ底面(25)と交差することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１ つに記載のオットーエンジン。 ７．上記ジェットコーン(22)は、３つの個別のジェットで構成され、２つのジェ ットが腎臓形状のジェットコーンの上部領域を形成し、１つのジェットが同心領 域を形成することを特徴とする、請求項１および３記載のオットーエンジン。 ８．上記腎臓形状のジェットコーンの上部領域を形成する２つの各ジェットは、 20°〜45°のジェット角を有し、中心をずらしてシリンダ軸へと向けられており 、 ジェットコーンの同心領域を形成するジェットは、シリンダ軸と交差するジェ ット角を好適に有しており、しかしながら、シリンダ底面上に優勢にぶつかり、 単に、ノズル側を向く燃焼空間側方のあまり重要でない領域にすぎないことを特 徴とする、請求項１および３記載のオットーエンジン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 メールホーゼ，ウヴェ ドイツ連邦共和国デー―09123ケムニツ、 アム・ハルトヴァルト88番 (72)発明者 デルフェルト，ラインハルト ドイツ連邦共和国デー―20149ハンブルク、 ハンザシュトラーセ９アー番 (72)発明者 ジンガー，アンドレアス ドイツ連邦共和国デー―08427フラウロイ ト、ヴェルダウアー・シュトラーセ22番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．シリンダ空間内に燃料を噴射して混合気体を圧縮する２ストロークのオット ーエンジンであって、 スパークプラグが、シリンダヘッド内に配置され、半球状の燃焼空間に突出し 、シリンダ軸(20)に対して心をずらすようにオフセットされ、 排気ダクト(14)の長手方向平面の両側において、排気ダクトとは反対側のシリ ンダ側方に向けられたオーバーフローダクトが終結し、 排気ダクトが存在するシリンダ側部において、圧縮空間の外側であって熱応力 の小さな領域でインジェクションノズルが終結し、 圧縮空間に向けて噴射が行われるものであって、 燃焼空間(19)が実質的に半球状であって、燃焼空間軸(21)がシリンダ(11)の側 方に関して排気ダクトの反対側にオフセットして配置されており、 インジェクションノズルは、燃焼空間(19)に対して、ジェットコーン(22)の上 方部分が燃焼空間(19)にその優勢な容積割合で拡がり、ジェットコーン(22)の下 方部分がシリンダ軸に対してほぼ斜めで、かつ燃焼空間(19)の外側でシリンダ底 面(25)の下方側に拡がることとなるように配置されていることを特徴とする、オ ットーエンジン。 ２．上記ジェットコーン(22)の上方および下方部分が、それぞれ当該ジェットコ ーン(22)の半分であることを特徴とする、請求項１記載のオットーエンジン。 ３． 上記燃焼空間(19)がサブ領域(26)を有しており、当該サブ領域は、上記ジ ェットコーン(22)の上方部分の影響を受けず、当該サブ領域(26)内においてスパ ークプラグが燃焼空間(19)内に終結していることを特徴とする、請求項１または ２記載のオットーエンジン。 ４．上記ジェットコーン(22)の２つの部分が複数の個々のジェットで構成されて いることを特徴とする、請求項１〜３のいずれが１つに記載のオットーエンジン 。 ５．上記ジェットコーン(22)の２つの部分が個別のジェットで構成されおり、ジ ェットコーン(22)の想像軸(24)に関して、各ジェットが異なるジェット軸角およ びジェット角を有していることを特徴とする、請求項４記載のオットーエンジン 。 ６．上記ジェットコーン(22)が35°〜55°の開口角を有しており、ジェットコー ン(22)の想像軸(24)は、シリンダ底面(25)に対する角度(アルファ)が10°〜20° であって、インジェクションノズルとは反対側を向くシリンダ軸(20)の側方にお いてシリンダ底面(25)と交差することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１ つに記載のオットーエンジン。 ７．上記ジェットコーン(22)は、３つの個別のジェットで構成され、２つのジェ ットが腎臓形状のジェットコーンの上部領域を形成し、１つのジェットが同心領 域を形成することを特徴とする、請求項１および３記載のオットーエンジン。 ８．上記腎臓形状のジェットコーンの上部領域を形成する２つの各ジェットは、 20°〜45°のジェット角を有し、中心をずらしてシリンダ軸へと向けられており 、 ジェットコーンの同心領域を形成するジェットは、シリンダ軸と交差するジェ ット角を好適に有しており、しかしながら、シリンダ底面上に優勢にぶつかり、 単に、ノズル側を向く燃焼空間側方のあまり重要でない領域にすぎないことを特 徴とする、請求項１および３記載のオットーエンジン。