JP2000110697A - Lean burn gas engine - Google Patents
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- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は副室を用いない希薄
燃焼ガスエンジンの燃焼システムに関するもので、燃焼
室内で安定した着火を行い、火炎伝播燃焼を促進して高
効率低ＮＯX 燃焼を行うようにしたものである。The present invention relates not relate combustion system of a lean combustion gas engine without using the sub-chamber, performs stable ignition in the combustion chamber, performs high-efficiency low NO X combustion promoting flame propagation combustion It is like that.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図８に従来の副室式希薄燃焼ガスエンジ
ンの燃焼システムの構成を示す。図８において２０１は
ピストン、２０２はシリンダヘッド、２０３はシリンダ
ヘッド２０２とピストン２０１の間に設けられた燃焼
室、２０４はシリンダヘッドの中央部に配置された副
室、２０５は副室噴孔、２０６はスパークプラグ、２０
７は副室ガス供給ライン、２０８は吸気ポート、２０９
は吸気弁、２１０は排気ポート、２１１は排気弁、２１
２は従来の点火系である。2. Description of the Related Art FIG. 8 shows the configuration of a conventional combustion system for a sub-chamber lean-burn gas engine. In FIG. 8, 201 is a piston, 202 is a cylinder head, 203 is a combustion chamber provided between the cylinder head 202 and the piston 201, 204 is a sub-chamber arranged in the center of the cylinder head, 205 is a sub-chamber injection hole, 206 is a spark plug, 20
7 is a sub chamber gas supply line, 208 is an intake port, 209
Is an intake valve, 210 is an exhaust port, 211 is an exhaust valve, 21
2 is a conventional ignition system.
【０００３】図９に従来の点火系２１２の詳細構成を示
す。図９において２２１は電源、２２２は短絡スイッ
チ、２２３はコンデンサ、２２４は一次側コイル、２２
５は二次側コイル、２２６はスパークプラグ２０６へ電
圧を印加する端子である。FIG. 9 shows a detailed configuration of a conventional ignition system 212. In FIG. 9, 221 is a power source, 222 is a short-circuit switch, 223 is a capacitor, 224 is a primary coil, 22
Reference numeral 5 denotes a secondary coil, and 226 denotes a terminal for applying a voltage to the spark plug 206.
【０００４】図８，図９において、吸気行程で、空気過
剰率2.0 以上の燃料希薄なＣＨ４−空気混合ガスは吸気
ポート２０８を通って燃焼室２０３内に導入される。同
時に副室ガス供給ライン２０７より副室２０４内に供給
されるＣＨ４ガスは、副室２０４内に充填される。吸気
弁２０９を閉じた後、燃焼室２０３内の希薄混合ガスは
ピストン２０１によって圧縮されるとともに、一部は副
室噴孔２０５を通って副室２０４内に導入され、圧縮行
程終了時には副室２０４内に空気過剰率0.7 〜0.8 程度
の過濃混合ガスが形成される。ピストン２０１が圧縮上
死点付近に達すると、図９に示す点火回路の短絡スイッ
チ２２２が作動し、スパークプラグ２０６に電圧が印加
され、スパークプラグ２０６によって副室２０４内の過
濃混合ガスに点火し、副室２０４内で燃焼するとともに
副室噴孔２０５を通って燃焼室２０３にトーチジェット
を形成することで燃焼室２０３内の燃料希薄域における
火炎伝播燃焼を実現している。8 and 9, a fuel-lean CH4-air mixed gas having an excess air ratio of 2.0 or more is introduced into a combustion chamber 203 through an intake port 208 in an intake stroke. At the same time, the CH4 gas supplied from the sub-chamber gas supply line 207 into the sub-chamber 204 is filled into the sub-chamber 204. After closing the intake valve 209, the lean mixed gas in the combustion chamber 203 is compressed by the piston 201 and a part is introduced into the sub-chamber 204 through the sub-chamber injection hole 205. An over-enriched mixed gas having an excess air ratio of about 0.7 to 0.8 is formed in 204. When the piston 201 reaches the vicinity of the compression top dead center, the short circuit switch 222 of the ignition circuit shown in FIG. 9 is operated, a voltage is applied to the spark plug 206, and the spark plug 206 ignites the rich mixed gas in the sub chamber 204. Then, by burning in the sub-chamber 204 and forming a torch jet in the combustion chamber 203 through the sub-chamber injection hole 205, flame propagation combustion in a fuel-lean region in the combustion chamber 203 is realized.
【０００５】従来の図９に示す点火系では、短絡スイッ
チ２２２のオン・オフによりコンデンサ２２３は充放電
を繰り返し、一次側コイル２２４に自己誘導起電力が発
生することで二次側コイル２２５にはその巻数比倍した
電圧がかかる。この電圧をスパークプラグ２０６のスパ
ークギャップに印加することで副室２０４内の過濃混合
気への強制着火を行う。しかしながら、本点火系を用い
ると比較的昇圧時間の長い電圧が印加されてしまうこと
から強制着火能力に限界がある。In the conventional ignition system shown in FIG. 9, the capacitor 223 repeatedly charges and discharges by turning on and off the short-circuit switch 222, and self-induced electromotive force is generated in the primary coil 224, so that the secondary coil 225 A voltage multiplied by the turns ratio is applied. By applying this voltage to the spark gap of the spark plug 206, the rich mixture in the sub chamber 204 is forcibly ignited. However, when the present ignition system is used, a voltage having a relatively long boosting time is applied, so that there is a limit to the forced ignition capability.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】前述のように従来の希
薄燃焼ガスエンジンの強制着火システムでは着火のため
の電圧を得るのに比較的昇圧時間が長く、点火系の強制
着火能力が不足するため、点火系を副室２０４側に設け
副室２０４からのトーチジェットを利用して燃料希薄の
燃焼室空間での火炎伝播燃焼を実現している。このよう
な従来のシステムではトーチジェットにより燃焼室内に
強い乱れを形成するために燃焼速度が向上し高い熱効率
が得られるものの、副室側に燃料過濃域が存在するため
ＮＯX の抑制には限界がある。As described above, the conventional forced ignition system for a lean burn gas engine has a relatively long boosting time to obtain a voltage for ignition, and the forced ignition capability of the ignition system is insufficient. An ignition system is provided on the sub-chamber 204 side to realize flame propagation combustion in a fuel-lean combustion chamber space using a torch jet from the sub-chamber 204. Although such high thermal efficiency improves combustion speed in order to form a strong turbulence in the combustion chamber by the torch jet in conventional systems can be obtained, the inhibition of the NO X for fuel rich region is present in the auxiliary chamber side There is a limit.
【０００７】そこで本発明は、従来の希薄燃焼ガスエン
ジンにおいて点火系に改良を加えて昇圧時間の短い高電
圧のパルスを印加し、更に吸気ポートから吸入される希
薄混合ガスにスワールやタンブルを強化するようにして
燃焼室内での火炎伝播を促進し、安定した高効率超低Ｎ
ＯX 燃焼を実現することを課題としてなされたものであ
る。Accordingly, the present invention improves the ignition system in a conventional lean burn gas engine, applies a high-voltage pulse with a short boosting time, and further enhances swirl and tumble in a lean mixed gas sucked from an intake port. To promote the flame propagation in the combustion chamber, and to achieve a stable high efficiency ultra-low N
It has been made to achieve OX combustion.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決するために次の（１），（２）の手段を提供する。The present invention provides the following means (1) and (2) to solve the above-mentioned problems.
【０００９】（１）燃料と空気の混合ガスを吸気ポート
より燃焼室内に吸気し、点火系よりスパークプラグに電
圧を印加して放電させ燃焼室内で混合ガスに点火して燃
焼させる希薄燃焼ガスエンジンにおいて、前記点火系は
短昇圧時間の高電圧パルスを発生するパルスパワー点火
系を用い、前記スパークプラグのスパークギャップ間隔
は熱化プラズマによるアーク放電を発生するスパークプ
ラグのギャップ間隔よりも拡大するとともに、前記吸気
ポートは吸気する混合ガスを前記燃焼室内でスワール又
はタンブル若しくはスワールとタンブルの両方を発生す
るように吸気することを特徴とする希薄燃焼ガスエンジ
ン。(1) A lean burn gas engine in which a mixed gas of fuel and air is sucked into a combustion chamber from an intake port, a voltage is applied to a spark plug from an ignition system to discharge the gas, and the mixed gas is ignited and burned in the combustion chamber. In the above, the ignition system uses a pulse power ignition system that generates a high-voltage pulse of a short boosting time, and the spark gap interval of the spark plug is larger than the gap interval of the spark plug that generates arc discharge by thermal plasma. A lean-burn gas engine, wherein the intake port sucks the mixed gas to be swirled so as to generate swirl or tumble or both swirl and tumble in the combustion chamber.
【００１０】（２）燃料と空気の混合ガスを吸気ポート
より燃焼室内に吸気し、点火系よりスパークプラグに電
圧を印加して放電させ燃焼室内で混合ガスに点火して燃
焼させる希薄燃焼ガスエンジンにおいて、前記点火系は
短昇圧時間の高電圧パルスを発生するパルスパワー点火
系を用い、前記スパークプラグはプラス電極及びマイナ
ス電極からなり、同プラス電極は点状電極、同マイナス
電極は同点状電極を中心とする細幅同心円筒状の環状電
極とし、前記吸気ポートは吸気する混合ガスを前記燃焼
室内でスワール又はタンブル若しくはスワールとタンブ
ルの両方を発生するように吸気することを特徴とする希
薄燃焼ガスエンジン。(2) A lean combustion gas engine in which a mixed gas of fuel and air is sucked into a combustion chamber from an intake port, a voltage is applied to a spark plug from an ignition system to discharge the gas, and the mixed gas is ignited and burned in the combustion chamber. In the above, the ignition system uses a pulse power ignition system that generates a high voltage pulse of short boosting time, the spark plug includes a plus electrode and a minus electrode, the plus electrode is a point-like electrode, and the minus electrode is a same-point electrode. A lean concentric cylindrical annular electrode centered at a center, and wherein the intake port sucks the mixed gas to be sucked in the combustion chamber so as to generate swirl or tumble or both swirl and tumble. Gas engine.
【００１１】本発明の（１）においては、パルスパワー
点火系からは従来よりも昇圧時間の短い超短パルスの高
電圧がスパークプラグに印加される。スパークプラグの
スパークギャップ間隔は従来のギャップよりも拡大した
間隔、例えば従来 1.5mm程度の間隔を６mm程度に拡大し
ている。本発明のパルスパワー点火系では、例えば従来
の３０kV、１００μsec と比較し、４０kV、１００ｎse
c のような超短パルスの高電圧を拡大したスパークギャ
ップに印加するため、エネルギーの時間的集約が図れ
る。放電形態は従来の点火系では熱プラズマによるアー
ク放電であり、本発明では、まず低温プラズマによるス
トリーマ放電が発生し、その後熱化プラズマによるアー
ク放電が発生し、ギャップ間隔が広い空間に高い強制着
火を行い、着火能力が向上する。In (1) of the present invention, a high voltage of an ultrashort pulse having a shorter boosting time than in the prior art is applied to the spark plug from the pulse power ignition system. The spark gap interval of the spark plug is larger than the conventional gap, for example, the conventional gap of about 1.5 mm is increased to about 6 mm. In the pulse power ignition system of the present invention, for example, compared with the conventional 30 kV, 100 μsec,
Since a high voltage of an ultrashort pulse such as c is applied to the enlarged spark gap, energy can be temporally concentrated. The discharge form is arc discharge by thermal plasma in the conventional ignition system, and in the present invention, streamer discharge is generated by low-temperature plasma first, then arc discharge is generated by thermalized plasma, and high forced ignition occurs in a space with a wide gap interval. And the ignition ability is improved.
【００１２】更に、本発明の（１）では、吸気ポートか
ら吸気する混合ガスは、燃焼室内でスワール（旋回流）
又はタンブル（縦渦）、もしくはこれらの両方が生ずる
ように流れるので、上記のパルスパワー点火系による着
火性能の向上に加え、燃焼室内の燃料希薄域での火炎伝
播燃焼が促進され、安定した高効率超低ＮＯX 燃焼が実
現される。Further, according to (1) of the present invention, the mixed gas sucked from the intake port is swirled in the combustion chamber.
Or a tumble flow (vertical vortex) or both of them, so that in addition to the improvement of the ignition performance by the above-described pulse power ignition system, the flame propagation combustion in the fuel-lean region in the combustion chamber is promoted and the stable efficiency ultra low NO X combustion is achieved.
【００１３】本発明の（２）では、パルスパワー点火系
からの昇圧時間の短い高電圧パルスはスパークプラグに
印加されるが、スパークプラグは点状電極とその周囲の
環状のマイナス電極からなっており、両電極間の広い空
間に沿面放電が生ずる。この放電形態は、まずストリー
マ放電が生じ、その後熱プラズマによるアーク放電が生
ずる。この広い空間での沿面放電により燃焼室内の燃料
希薄域への安定した着火が確実になされ、更に吸気ポー
トから吸気する混合ガスは、燃焼室内でスワール（旋回
流）又はタンブル（縦渦）、もしくはこれらの両方が生
ずるように流れるので、上記のパルスパワー点火系によ
る着火性能の向上に加え、燃焼室内の燃料希薄域での火
炎伝播燃焼が促進され、安定した高効率超低ＮＯX 燃焼
が実現される。In (2) of the present invention, a high-voltage pulse with a short boosting time from the pulse power ignition system is applied to the spark plug. The spark plug comprises a point-like electrode and a ring-shaped negative electrode around it. As a result, creeping discharge occurs in a large space between the two electrodes. In this discharge mode, a streamer discharge occurs first, and then an arc discharge due to thermal plasma occurs. The surface discharge in this wide space ensures stable ignition of the fuel-lean region in the combustion chamber, and the mixed gas sucked from the intake port is swirled (swirl flow) or tumble (vertical vortex) or since flows as these both occurs, in addition to the improvement of the ignition performance due to the above pulse power ignition system, is promoted flame propagation combustion in the fuel lean zone of combustion chamber, stable, high-efficiency ultra-low NO X combustion achieved Is done.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実
施の第１形態に係る希薄燃焼ガスエンジンの構成図であ
る。図１において１０１はピストン、１０２はシリンダ
ヘッド、１０３はシリンダヘッド１０２とピストン１０
１の間に設けられた燃焼室、１０４はスパークプラグ、
１０５はスワール／タンブル強化型吸気ポート、１０６
は吸気弁、１０７は排気ポート、１０８は排気弁、１０
９はパルスパワー点火系である。Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a lean burn gas engine according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 101 is a piston, 102 is a cylinder head, 103 is a cylinder head 102 and a piston 10
1, a combustion chamber provided between the fuel cells 1, a spark plug 104,
105 is a swirl / tumble reinforced intake port, 106
Is an intake valve, 107 is an exhaust port, 108 is an exhaust valve, 10
9 is a pulse power ignition system.
【００１５】スパークプラグ１０４のスパークギャップ
１０４ａは従来よりも間隔を拡大しており、従来のギャ
ップが 1.5mm程度に対し、本発明のギャップは６mm程度
としており、後述のようにパルスパワー点火系１０９か
ら従来よりも昇圧時間の短い超短パルスの高電圧が印加
される。The gap of the spark plug 104a of the spark plug 104 is larger than that of the prior art, and the gap of the present invention is about 6 mm, while the conventional gap is about 1.5 mm. Therefore, a high voltage of an ultrashort pulse having a shorter boosting time than in the prior art is applied.
【００１６】スワール／タンブル強化型吸気ポート１０
５の構成を図６，図７により説明すると、図６は燃焼室
の上面図であり、図７はその側面図である。図６におい
て、スワール／タンブル強化型吸気ポート１０５はポー
トの形状を意図する任意の方向へ曲げてあり、吸気３０
０が曲げられて燃焼室１０３内でスワール（渦回流）３
０１ａが生ずるような流れとする。Swirl / tumble enhanced intake port 10
6 will be described with reference to FIGS. 6 and 7. FIG. 6 is a top view of the combustion chamber, and FIG. 7 is a side view thereof. In FIG. 6, the swirl / tumble reinforced intake port 105 is bent in an arbitrary direction intended for the shape of the port.
0 is bent and swirl (vortex flow) 3 in the combustion chamber 103
01a.
【００１７】又、図７において、スワール／タンブル強
化型吸気ポート１０５は燃焼室１０３内でタンブル（縦
渦）３０１ｂも生ずるように曲げられている。即ちガス
流れは燃焼室１０３内でスワール若しくはタンブルを生
ずるか、あるいはスワールを生じながらタンブルを形成
するように吸気ポートを曲げ、スワール／タンブル強化
型吸気ポート１０５を形成している。In FIG. 7, the swirl / tumble enhanced intake port 105 is bent in the combustion chamber 103 so that a tumble (vertical vortex) 301b is also generated. That is, the gas flow generates swirl or tumble in the combustion chamber 103, or bends the intake port so as to form a tumble while generating swirl, thereby forming the swirl / tumble enhanced intake port 105.
【００１８】図３は図１に用いられるパルスパワー点火
系１０９の回路を示し、分布定数型パルスパワー電源回
路であり、１２１は電源、１２２は短絡スイッチ、１２
３は同軸ケーブルによる分布定数線路である。１２４は
スパークプラグ１０４へ超短パルスの高電圧を印加する
端子である。この分布定数型パルスパワー電源回路は、
同軸ケーブルからなる分布定数線路１２３をコンデンサ
として１段〜ｎ段の構成とし、多段のコンデンサへの充
電による高電圧を得て、短絡スイッチ１２２を作動させ
て放電させ、端子１２４にパルス状の高電圧を得るもの
である。FIG. 3 shows a circuit of the pulse power ignition system 109 used in FIG. 1, which is a distributed constant type pulse power power supply circuit, 121 is a power supply, 122 is a short-circuit switch, and 12 is a short-circuit switch.
Reference numeral 3 denotes a distributed constant line using a coaxial cable. Reference numeral 124 denotes a terminal for applying a very short pulse high voltage to the spark plug 104. This distributed constant pulsed power supply circuit
The distributed constant line 123 composed of a coaxial cable is configured as a capacitor in one to n stages, a high voltage is obtained by charging the multi-stage capacitors, the short-circuit switch 122 is operated to discharge, and a pulse-shaped high voltage is applied to the terminal 124. To get the voltage.
【００１９】上記構成の実施の第１形態において、吸気
行程において、空気過剰率2.0 以上の燃料希薄なＣＨ４
−空気混合ガスは吸気ポート１０５を通って燃焼室１０
３内に導入される。吸気弁１０６を閉じた後、燃焼室１
０３内の希薄混合ガスはピストン１０１によって圧縮さ
れる。ピストン１０１が圧縮上死点付近に達すると、パ
ルスパワー点火系１０９によってギャップ間隔の広いス
パークプラグ１０４に超短パルスの高電圧が印加される
ため強制着火領域が広がり、燃焼室１０３内の燃料希薄
域への安定した着火が実現される。In the first embodiment of the above configuration, in the intake stroke, the fuel-lean CH4 having an excess air ratio of 2.0 or more is used.
The air-mixed gas passes through the intake port 105 through the combustion chamber 10
3 is introduced. After closing the intake valve 106, the combustion chamber 1
The lean mixed gas in 03 is compressed by the piston 101. When the piston 101 reaches the vicinity of the compression top dead center, the pulse power ignition system 109 applies an ultra-short pulse high voltage to the spark plug 104 having a wide gap interval, so that the forced ignition region is widened, and the fuel lean in the combustion chamber 103 is increased. Stable ignition to the region is realized.
【００２０】更に、本点火系にスワール（旋回渦）もし
くはタンブル（縦渦）を強化した吸気ポート１０５を組
み合わせることで燃焼室１０３内の燃料希薄域での火炎
伝播燃焼を促進するため、安定した高効率超低ＮＯX 燃
焼が実現される。この吸気ポート１０５からの吸気はス
ワール又はタンブルのいずれかを生ずるか、あるいはこ
れら両方を同時に生ずるようにしても良い。Further, by combining the ignition system with an intake port 105 in which swirl (whirl vortex) or tumble (longitudinal vortex) is reinforced, flame propagation combustion in a fuel-lean region in the combustion chamber 103 is promoted, so that the ignition system is stabilized. high efficiency ultra-low NO X combustion is achieved. The intake from the intake port 105 may produce either swirl or tumble, or both.
【００２１】図３に示すパルスパワー点火系では、同軸
ケーブルによる分布定数線路１２３をコンデンサに見立
てて電源１２１から充電し、短絡スイッチ１２２を投入
することで分布定数線路１２３内で電圧波の伝播が生
じ、パルス成形を行い、パルス幅が１μｓ以下、電圧が
５０kV以上の矩形波をスパークプラグ１０４のスパーク
ギャップに印加することができる。In the pulse power ignition system shown in FIG. 3, a distributed constant line 123 formed of a coaxial cable is charged from a power supply 121 as a capacitor, and a short-circuit switch 122 is turned on. Then, pulse shaping is performed, and a rectangular wave having a pulse width of 1 μs or less and a voltage of 50 kV or more can be applied to the spark gap of the spark plug 104.
【００２２】表１は従来の点火系と本発明のパルスパワ
ー点火系とを比較したものである。表１に示すように、
従来点火系とパルスパワー点火系では放電形態が異な
る。パルスパワー点火系では、昇圧時間の短い超短パル
スの高電圧（４０kV−１００ｎsec ）をスパークギャッ
プに印加することができるため、エネルギの時間的集約
が図れる。放電形態は、従来点火系では熱化プラズマに
よるアーク放電に対して、パルスパワー点火系では低温
プラズマによるストリーマ放電が発生した後に、熱化プ
ラズマによるアーク放電が発生する。そのため両者で着
火形態が異なり、従来点火系は雰囲気温度の急上昇によ
る熱着火、パルスパワー点火系では活性基の爆発的増大
による連鎖着火が引き金となる。Table 1 compares the conventional ignition system with the pulse power ignition system of the present invention. As shown in Table 1,
The discharge form differs between the conventional ignition system and the pulse power ignition system. In the pulse power ignition system, a high voltage (40 kV-100 nsec) of an ultrashort pulse having a short boosting time can be applied to the spark gap, so that energy can be temporally concentrated. In the discharge mode, in the conventional ignition system, arc discharge due to the thermal plasma is generated, whereas in the pulse power ignition system, after the streamer discharge due to the low-temperature plasma is generated, the arc discharge due to the thermal plasma is generated. Therefore, the ignition modes are different between the two, and the conventional ignition system is triggered by thermal ignition due to a rapid rise in ambient temperature, and the pulse power ignition system is triggered by chain ignition due to explosive increase of active groups.
【００２３】[0023]
【表１】 パルスパワー点火系を用いる最大のメリットは、本点火
系を用いることで超短パルスの高電圧を成形し、低温プ
ラズマによるストリーマ放電を生じるため、ギャップ間
隔が広い空間への高い強制着火能力が得られることであ
る。ギャップ間隙は前述したように従来のギャップ 1.5
mmに対して６mm程度に広げている。[Table 1] The greatest advantage of using the pulse power ignition system is that the use of this ignition system forms an ultra-short pulse high voltage and generates streamer discharge by low-temperature plasma, so that a high forced ignition capability in a space with a wide gap interval is obtained. Is to be done. As described above, the gap is 1.5
It is expanded to about 6 mm for mm.
【００２４】図４は従来の点火系と本発明のパルスパワ
ー点火系を用いた場合の着火能力の比較を示した図であ
り、（ａ）は点火からの経過時間と燃焼割合を、（ｂ）
は点火からの経過時間と燃焼割合の微分値との関係を示
している。図４において、従来点火系に従来のスパーク
ギャップ間隔を組み合わせたものと、パルスパワー点火
系にスパークギャップ間隔の拡大を組み合わせたものと
を比較すると初期燃焼速度、初期燃焼割合ともにＹ，Ｘ
で示すように後者即ち、本発明の方が大きいことから、
パルスパワー点火系における高い強制着火能力が確認さ
れた。FIG. 4 is a diagram showing a comparison of the igniting ability between the conventional ignition system and the pulse power ignition system of the present invention. FIG. 4 (a) shows the elapsed time from the ignition and the combustion ratio, and FIG. )
Shows the relationship between the elapsed time from ignition and the differential value of the combustion ratio. In FIG. 4, when the conventional ignition system combined with the conventional spark gap interval is compared with the pulse power ignition system combined with the expansion of the spark gap interval, both the initial combustion rate and the initial combustion ratio are Y and X.
As shown by the above, since the present invention is larger,
High forced ignition ability in the pulse power ignition system was confirmed.
【００２５】図５はスワール変化による燃焼性能への影
響を示し、従来のスワールと本発明のようにスワール強
化をしたものとを比較した図であり、（ａ）はクランク
角度と総発熱量、（ｂ）はクランク角度と熱発生量との
関係をそれぞれ示している。図５において、スワールを
高めると乱れが促進し、燃焼速度が大幅に向上すること
から、総発熱量、熱発生率が向上し、スワールの積極的
な利用により従来の燃焼システムと同等の熱効率をかせ
ぐことが可能となる。FIG. 5 shows the influence of the swirl change on the combustion performance. FIG. 5 shows a comparison between the conventional swirl and the swirl-reinforced one as in the present invention. (B) shows the relationship between the crank angle and the heat generation amount. In FIG. 5, when the swirl is increased, the turbulence is promoted, and the combustion speed is greatly improved. Therefore, the total calorific value and the heat generation rate are improved, and the thermal efficiency equivalent to that of the conventional combustion system is obtained by actively using the swirl. It is possible to earn money.
【００２６】図２は本発明の実施の第２形態に係る希薄
燃焼ガスエンジンの構成図である。図において本発明の
特徴部分は符号１１１〜１１３で示す部分であり、その
他の構成は図１に示す実施の第１形態と同じであるの
で、詳しい説明は省略し、そのまま引用して説明し、本
発明の特徴部分について説明する。FIG. 2 is a configuration diagram of a lean burn gas engine according to a second embodiment of the present invention. In the figure, the characteristic portions of the present invention are portions indicated by reference numerals 111 to 113, and other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG. The features of the present invention will be described.
【００２７】１１１は点状のプラス電極で、シリンダヘ
ッド１０２の中央に位置している。１１２は環状のマイ
ナス電極でプラス電極１１１を中心として所定の間隔を
保って細幅同心円状に配置されている。１１３は絶縁体
でプラス電極１１１とマイナス電極１１２の間に位置し
ている。その他の構成は図１に示す実施の第１形態と同
じである。Reference numeral 111 denotes a point-like positive electrode, which is located at the center of the cylinder head 102. Numeral 112 denotes an annular negative electrode which is arranged concentrically with a narrow width at a predetermined distance from the center of the positive electrode 111. An insulator 113 is located between the plus electrode 111 and the minus electrode 112. Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG.
【００２８】本実施の第２形態においては、吸気工程か
ら圧縮工程は前述と同様であり、ピストン１０１が圧縮
上死点付近に達すると、パルスパワー点火系１０９によ
ってスパークギャップのプラス電極１１１及びマイナス
電極１１２間の広い空間に沿面放電（放電形態はストリ
ーマ〜アーク放電）を生じるため、燃料希薄域へのさら
に安定した着火が実現され、高効率超低ＮＯX 燃焼が実
現される。着火能力、燃焼性能については前述の実施の
第１形態で説明した図４，図５と同じであるので説明は
省略する。In the second embodiment, the process from the intake process to the compression process is the same as described above. When the piston 101 reaches the vicinity of the compression top dead center, the plus electrode 111 and the minus electrode of the spark gap are activated by the pulse power ignition system 109. to produce a surface discharge in a wide space between the electrodes 112 (discharge form streamer-arc discharge), is achieved more stable ignition of the fuel lean zone, high efficiency ultra low NO X combustion is achieved. The ignition performance and the combustion performance are the same as those in FIGS. 4 and 5 described in the first embodiment, and the description is omitted.
【００２９】[0029]
【発明の効果】本発明の希薄燃焼ガスエンジンは、
（１）燃料と空気の混合ガスを吸気ポートより燃焼室内
に吸気し、点火系よりスパークプラグに電圧を印加して
放電させ燃焼室内で混合ガスに点火して燃焼させる希薄
燃焼ガスエンジンにおいて、前記点火系は短昇圧時間の
高電圧パルスを発生するパルスパワー点火系を用い、前
記スパークプラグのスパークギャップ間隔は熱化プラズ
マによるアーク放電を発生するスパークプラグのギャッ
プ間隔よりも拡大するとともに、前記吸気ポートは吸気
する混合ガスを前記燃焼室内でスワール又はタンブル若
しくはスワールとタンブルの両方を発生するように吸気
することを特徴としている。このような構成により、パ
ルスパワー点火系と広いスパークギャップ間隔で着火能
力が向上し、加えて吸気ポートによるスワールやタンブ
ルの発生によって燃焼室内の火炎伝播を促進させ、安定
した高効率超低ＮＯX 燃焼を実現することができる。The lean-burn gas engine of the present invention has the following features.
(1) A lean burn gas engine in which a mixed gas of fuel and air is taken into a combustion chamber from an intake port, a voltage is applied to a spark plug from an ignition system to discharge the gas, and the mixed gas is ignited and burned in the combustion chamber. The ignition system uses a pulse power ignition system that generates a high voltage pulse with a short boosting time. The spark gap interval of the spark plug is larger than the gap interval of the spark plug that generates arc discharge by the heated plasma, The port is characterized in that the mixed gas is sucked so as to generate swirl or tumble or both swirl and tumble in the combustion chamber. With such a configuration, the ignition capability is improved with a pulse power ignition system and a wide spark gap interval. In addition, the generation of swirl and tumble by the intake port promotes the flame propagation in the combustion chamber, and achieves stable high-efficiency ultra-low NO X Combustion can be realized.
【００３０】本発明の（２）は、燃料と空気の混合ガス
を吸気ポートより燃焼室内に吸気し、点火系よりスパー
クプラグに電圧を印加して放電させ燃焼室内で混合ガス
に点火して燃焼させる希薄燃焼ガスエンジンにおいて、
前記点火系は短昇圧時間の高電圧パルスを発生するパル
スパワー点火系を用い、前記スパークプラグはプラス電
極及びマイナス電極からなり、同プラス電極は点状電
極、同マイナス電極は同点状電極を中心とする細幅同心
円筒状の環状電極とし、前記吸気ポートは吸気する混合
ガスを前記燃焼室内でスワール又はタンブル若しくはス
ワールとタンブルの両方を発生するように吸気すること
を特徴としている。このような構成により、スパークプ
ラグの点状電極と環状電極との間に広い空間に沿面放電
が生じ燃焼室内への安定した着火が確実になされ、更に
吸気ポートによるスワールやタンブルの発生によって燃
焼室内の火炎伝播を促進させ、安定した高効率超低ＮＯ
X 燃焼を実現することができる。In the method (2) of the present invention, a mixed gas of fuel and air is sucked into a combustion chamber from an intake port, a voltage is applied to a spark plug from an ignition system to discharge the gas, and the mixed gas is ignited in the combustion chamber for combustion. In a lean burn gas engine,
The ignition system uses a pulse power ignition system that generates a high voltage pulse with a short boosting time, the spark plug includes a plus electrode and a minus electrode, and the plus electrode has a point electrode, and the minus electrode has a center electrode having the same point. Wherein the intake port sucks the mixed gas to be sucked so as to generate swirl or tumble or both swirl and tumble in the combustion chamber. With such a configuration, surface discharge occurs in a wide space between the point electrode and the ring electrode of the spark plug, and stable ignition to the combustion chamber is ensured. Further, swirl or tumble is generated by the intake port, and the combustion chamber is ignited. Promotes flame propagation and provides stable, high-efficiency, ultra-low NO
X combustion can be realized.
【図１】本発明の実施の第１形態に係る希薄燃焼ガスエ
ンジンの構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a lean burn gas engine according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施の第２形態に係る希薄燃焼ガスエ
ンジンの構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a lean burn gas engine according to a second embodiment of the present invention.
【図３】本発明の実施の第１，第２形態に係る希薄燃焼
ガスエンジンに用いられる分布定数型パルスパワー電源
回路の回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of a distributed constant pulse power supply circuit used in the lean burn gas engine according to the first and second embodiments of the present invention.
【図４】従来の点火系と本発明の実施の第１，第２形態
に用いられるパルスパワー点火系との着火能力の比較を
示し、（ａ）は点火からの経過時間と燃焼割合との関係
を、（ｂ）は点火からの経過時間と燃焼割合の微分値と
の関係をそれぞれ示す図である。FIG. 4 shows a comparison of the ignition ability between a conventional ignition system and a pulse power ignition system used in the first and second embodiments of the present invention, and (a) shows the relationship between the elapsed time from ignition and the combustion ratio. FIG. 6B is a diagram illustrating a relationship between the elapsed time from ignition and a differential value of a combustion ratio, respectively.
【図５】従来のスワールと本発明の実施の第１，第２形
態に用いられるスワール強化との燃焼性能の比較を示
し、（ａ）はクランク角度と総発熱量を、（ｂ）はクラ
ンク角度と熱発生率との関係をそれぞれ示す図である。FIG. 5 shows a comparison of combustion performance between a conventional swirl and a swirl enhancement used in the first and second embodiments of the present invention, where (a) shows a crank angle and a total heat generation, and (b) shows a crank angle. It is a figure which shows the relationship between an angle and a heat release rate, respectively.
【図６】本発明の実施の第１，第２形態に係る希薄燃焼
ガスエンジンに用いられるスワール強化した吸気ポート
の燃焼室上面より見た図である。FIG. 6 is a view of the swirl-enhanced intake port used in the lean-burn gas engine according to the first and second embodiments of the present invention, as viewed from above the combustion chamber.
【図７】本発明の実施の第１，第２形態に係る希薄燃焼
ガスエンジンに用いられるタンブル強化した吸気ポート
の側面図である。FIG. 7 is a side view of a tumble reinforced intake port used in the lean burn gas engine according to the first and second embodiments of the present invention.
【図８】従来の副室式希薄燃焼ガスエンジンの構成図で
ある。FIG. 8 is a configuration diagram of a conventional sub-chamber lean burn gas engine.
【図９】従来の希薄燃焼ガスエンジンの点火系の回路図
である。FIG. 9 is a circuit diagram of an ignition system of a conventional lean burn gas engine.
１０１ ピストン １０２ シリンダヘッド １０３ 燃焼室 １０４ スパークプラグ １０５ スワール／タンブル強化型吸気ポート １０６ 吸気弁 １０７ 排気ポート １０８ 排気弁 １０９ パルスパワー点火系 １１１ プラス電極 １１２ マイナス電極 １１３ 絶縁体 １２１ 電源 １２２ 短絡スイッチ １２３ 分布定数線路 １２４ 端子 Reference Signs List 101 piston 102 cylinder head 103 combustion chamber 104 spark plug 105 swirl / tumble enhanced intake port 106 intake valve 107 exhaust port 108 exhaust valve 109 pulse power ignition system 111 positive electrode 112 negative electrode 113 insulator 121 power supply 122 short circuit switch 123 distributed constant Line 124 terminals
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今道 晃 長崎市深堀町五丁目717番１号 三菱重工 業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 川村 啓介 長崎市深堀町五丁目717番１号 三菱重工 業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 西田 聖一 長崎市深堀町五丁目717番１号 三菱重工 業株式会社長崎研究所内 Ｆターム(参考） 3G019 AA02 AA07 AB07 BA00 BA03 BA05 CA00 FA02 KA01 3G023 AA05 AB01 AC02 AC07 AD07 AD12 AD22 AG02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Akira Imado 5-717-1 Fukahori-cho, Nagasaki-shi Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Nagasaki Research Laboratory (72) Inventor Keisuke Kawamura 5-717-1 Fukahori-cho, Nagasaki-shi Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Nagasaki Research Institute (72) Inventor Seiichi Nishida 5-717-1, Fukahori-cho, Nagasaki City Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Nagasaki Research Laboratory F-term (reference) 3G019 AA02 AA07 AB07 BA00 BA03 BA05 CA00 FA02 KA01 3G023 AA05 AB01 AC02 AC07 AD07 AD12 AD22 AG02
Claims (2)
燃焼室内に吸気し、点火系よりスパークプラグに電圧を
印加して放電させ燃焼室内で混合ガスに点火して燃焼さ
せる希薄燃焼ガスエンジンにおいて、前記点火系は短昇
圧時間の高電圧パルスを発生するパルスパワー点火系を
用い、前記スパークプラグのスパークギャップ間隔は熱
化プラズマによるアーク放電を発生するスパークプラグ
のギャップ間隔よりも拡大するとともに、前記吸気ポー
トは吸気する混合ガスを前記燃焼室内でスワール又はタ
ンブル若しくはスワールとタンブルの両方を発生するよ
うに吸気することを特徴とする希薄燃焼ガスエンジン。1. A lean burn gas engine in which a mixed gas of fuel and air is drawn into a combustion chamber from an intake port, a voltage is applied to a spark plug from an ignition system to discharge the mixture, and the mixed gas is ignited and burned in the combustion chamber. The ignition system uses a pulse power ignition system that generates a high-voltage pulse with a short boosting time, and the spark gap interval of the spark plug is larger than the gap interval of the spark plug that generates arc discharge by the heated plasma. The lean burn gas engine according to claim 1, wherein the intake port sucks the mixed gas to be swirled so as to generate swirl or tumble or both swirl and tumble in the combustion chamber.
燃焼室内に吸気し、点火系よりスパークプラグに電圧を
印加して放電させ燃焼室内で混合ガスに点火して燃焼さ
せる希薄燃焼ガスエンジンにおいて、前記点火系は短昇
圧時間の高電圧パルスを発生するパルスパワー点火系を
用い、前記スパークプラグはプラス電極及びマイナス電
極からなり、同プラス電極は点状電極、同マイナス電極
は同点状電極を中心とする細幅同心円筒状の環状電極と
し、前記吸気ポートは吸気する混合ガスを前記燃焼室内
でスワール又はタンブル若しくはスワールとタンブルの
両方を発生するように吸気することを特徴とする希薄燃
焼ガスエンジン。2. A lean combustion gas engine in which a mixed gas of fuel and air is taken into a combustion chamber from an intake port, a voltage is applied to a spark plug from an ignition system to discharge the mixture, and the mixed gas is ignited and burned in the combustion chamber. The ignition system uses a pulse power ignition system that generates a high voltage pulse with a short boosting time, the spark plug includes a plus electrode and a minus electrode, the plus electrode has a point-like electrode, and the minus electrode has a same-point electrode. A lean concentric cylindrical annular electrode having a central portion, wherein the intake port inhales the mixed gas to be inhaled so as to generate swirl or tumble or both swirl and tumble in the combustion chamber; engine.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP10287854A JP2000110697A (en) | 1998-10-09 | 1998-10-09 | Lean burn gas engine |
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| JP10287854A JP2000110697A (en) | 1998-10-09 | 1998-10-09 | Lean burn gas engine |
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