JP2002295256A - 予混合気圧縮着火機関の着火制御法 - Google Patents
予混合気圧縮着火機関の着火制御法Info
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- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/30—Controlling fuel injection
- F02D41/3011—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
- F02D41/3017—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used
- F02D41/3035—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the premixed charge compression-ignition mode
- F02D41/3041—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the premixed charge compression-ignition mode with means for triggering compression ignition, e.g. spark plug
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 着火時期の制御性を向上させた予混合気圧縮
着火エンジンの着火制御法を提供する。 【解決手段】 圧縮行程の終期における燃焼室１０の高
温の予混合気８中に紫外光を照射して燃焼室１０内の予
混合気から紫外光により酸素分子を解離し、予混合気８
中に直接ラジカルを発生させることによって、燃焼室１
０内の予混合気８を同時に着火、または、一部を体積的
に着火することによって、他の部分の温度と圧力を上げ
着火を誘起制御するようにした。
着火エンジンの着火制御法を提供する。 【解決手段】 圧縮行程の終期における燃焼室１０の高
温の予混合気８中に紫外光を照射して燃焼室１０内の予
混合気から紫外光により酸素分子を解離し、予混合気８
中に直接ラジカルを発生させることによって、燃焼室１
０内の予混合気８を同時に着火、または、一部を体積的
に着火することによって、他の部分の温度と圧力を上げ
着火を誘起制御するようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料と空気とが予
め混合された予混合気を吸気弁からシリンダ内に吸込
み、それを圧縮着火させる予混合気圧縮着火機関におい
て、着火性を改善するための予混合気圧縮着火機関の着
火制御法に関するものである。
め混合された予混合気を吸気弁からシリンダ内に吸込
み、それを圧縮着火させる予混合気圧縮着火機関におい
て、着火性を改善するための予混合気圧縮着火機関の着
火制御法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、着火のコントロールには、スパー
クプラグや、燃料噴射、または、吸気温度と圧縮比を制
御している。しかしながら、燃料と空気との均一混合気
を作って、それをシリンダ内に送り込んで燃焼させる方
式の予混合気圧縮着火機関の制御を行うことは、スパー
クプラグや燃料噴射による方法では原理的に難しく、か
つ場所的な制限がある。また、吸気温度や圧縮比のコン
トロールでは非常に短時間の現象である着火を、遙かに
長い時間でしか制御出来ない温度と、圧力比でコントロ
ールしているため、確実なコントロールが難しい。
クプラグや、燃料噴射、または、吸気温度と圧縮比を制
御している。しかしながら、燃料と空気との均一混合気
を作って、それをシリンダ内に送り込んで燃焼させる方
式の予混合気圧縮着火機関の制御を行うことは、スパー
クプラグや燃料噴射による方法では原理的に難しく、か
つ場所的な制限がある。また、吸気温度や圧縮比のコン
トロールでは非常に短時間の現象である着火を、遙かに
長い時間でしか制御出来ない温度と、圧力比でコントロ
ールしているため、確実なコントロールが難しい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】予混合気圧縮着火機関
においては、燃焼室の予混合気を同時に着火することに
よって、通常では火炎伝播しない希薄な予混合気を高圧
縮比で利用し、高効率と低環境負荷の同時実現を狙った
機関である。このため、スパークプラグのような点で着
火し、火炎伝播による燃焼をおこなう方法は利用でき
ず、かつ、基本的に予混合気である必要があるため、燃
料噴射による着火の制御は利用できない。基本的には吸
気の温度と、圧縮比、予混合気成分によって着火を制御
するが、それらには必ず変動があり、その変動のため
に、着火時期が不安定になる。
においては、燃焼室の予混合気を同時に着火することに
よって、通常では火炎伝播しない希薄な予混合気を高圧
縮比で利用し、高効率と低環境負荷の同時実現を狙った
機関である。このため、スパークプラグのような点で着
火し、火炎伝播による燃焼をおこなう方法は利用でき
ず、かつ、基本的に予混合気である必要があるため、燃
料噴射による着火の制御は利用できない。基本的には吸
気の温度と、圧縮比、予混合気成分によって着火を制御
するが、それらには必ず変動があり、その変動のため
に、着火時期が不安定になる。
【０００４】本発明は予混合気圧縮着火機関において、
燃焼室の予混合気を光化学反応させ、この光化学反応に
よる予混合気のラジカル生成を利用し、燃焼室の予混合
気に着火反応を促進する酸素ラジカルを直接発生させる
ことにより、広い範囲の着火を、非接触に、かつ任意の
位置で制御し、着火時期の制御性を向上させた予混合気
圧縮着火機関の着火制御法を提供することを目的とす
る。
燃焼室の予混合気を光化学反応させ、この光化学反応に
よる予混合気のラジカル生成を利用し、燃焼室の予混合
気に着火反応を促進する酸素ラジカルを直接発生させる
ことにより、広い範囲の着火を、非接触に、かつ任意の
位置で制御し、着火時期の制御性を向上させた予混合気
圧縮着火機関の着火制御法を提供することを目的とす
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、燃料と空気とが予め混合された予混合気を
吸気弁からシリンダ内に吸込み、それを圧縮着火させる
予混合気圧縮着火機関において、圧縮行程の終期におけ
る燃焼室の高温の予混合気中に紫外光を照射して燃焼室
内の予混合気から紫外光により酸素分子を解離し、予混
合気中に直接ラジカルを発生させることによって、燃焼
室内の予混合気を同時に着火、または、一部を体積的に
着火することによって、他の部分の温度と圧力を上げ着
火を誘起制御するものである。
に本発明は、燃料と空気とが予め混合された予混合気を
吸気弁からシリンダ内に吸込み、それを圧縮着火させる
予混合気圧縮着火機関において、圧縮行程の終期におけ
る燃焼室の高温の予混合気中に紫外光を照射して燃焼室
内の予混合気から紫外光により酸素分子を解離し、予混
合気中に直接ラジカルを発生させることによって、燃焼
室内の予混合気を同時に着火、または、一部を体積的に
着火することによって、他の部分の温度と圧力を上げ着
火を誘起制御するものである。
【０００６】本発明の着火制御法では、燃焼室内の予混
合気中に紫外光を照射して光により酸化剤である酸素分
子を解離し、予混合気中に直接ラジカルを発生すること
による化学反応によって、予混合気に直接働きかけ、非
接触にかつ、体積的に着火することによって、任意の形
で任意の位置に着火を起こすことができる。
合気中に紫外光を照射して光により酸化剤である酸素分
子を解離し、予混合気中に直接ラジカルを発生すること
による化学反応によって、予混合気に直接働きかけ、非
接触にかつ、体積的に着火することによって、任意の形
で任意の位置に着火を起こすことができる。
【０００７】つまり、この着火制御法を用いれば、燃焼
室の予混合気を同時に着火する、または、一部を体積的
に着火することによって、他の部分の温度と圧力を上げ
着火を誘起する事が燃焼反応と同程度の短時間で可能で
あり、これまでのスパークプラグと同様に制御をおこな
うことが出来る。
室の予混合気を同時に着火する、または、一部を体積的
に着火することによって、他の部分の温度と圧力を上げ
着火を誘起する事が燃焼反応と同程度の短時間で可能で
あり、これまでのスパークプラグと同様に制御をおこな
うことが出来る。
【０００８】また、これまでおこなわれている吸気の温
度や、圧縮比、予混合気成分（EGRを含む）の制御と併
用することによって、着火に必要な光のエネルギーを引
き下げることが出来る。
度や、圧縮比、予混合気成分（EGRを含む）の制御と併
用することによって、着火に必要な光のエネルギーを引
き下げることが出来る。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明において用いられる反応
は、光による酸素の解離反応であり、その反応式は、Ｏ
2＋ｈν→２Ｏである。光は酸素を解離し、ラジカルを
生成しうる波長の光を発し、充分な照射強度を有するも
のとして、例えば紫外光を使用している。
は、光による酸素の解離反応であり、その反応式は、Ｏ
2＋ｈν→２Ｏである。光は酸素を解離し、ラジカルを
生成しうる波長の光を発し、充分な照射強度を有するも
のとして、例えば紫外光を使用している。
【００１０】本発明で着火を制御するためには、対象と
なる可燃予混合気の着火限界付近であることが望ましい
が、光の波長と強さによっては任意の条件で着火可能で
ある。
なる可燃予混合気の着火限界付近であることが望ましい
が、光の波長と強さによっては任意の条件で着火可能で
ある。
【００１１】本発明の着火制御法では、光の照射によっ
て、予混合気中の酸素分子が解離し、酸素ラジカルとな
り、着火反応を促進する。したがって、着火する条件の
予混合気においては着火遅れ時間を短縮し、着火しない
条件の予混合気においては、着火を起こさせることが出
来る。この際の着火作用は、光の照射された部分全体に
起こり、光の強さによっては照射された部分全体で着火
するが、予混合気の状態によって波長や、照射強度、集
光方法など照射方法を制御することによって、着火する
領域を制御することが出来る。
て、予混合気中の酸素分子が解離し、酸素ラジカルとな
り、着火反応を促進する。したがって、着火する条件の
予混合気においては着火遅れ時間を短縮し、着火しない
条件の予混合気においては、着火を起こさせることが出
来る。この際の着火作用は、光の照射された部分全体に
起こり、光の強さによっては照射された部分全体で着火
するが、予混合気の状態によって波長や、照射強度、集
光方法など照射方法を制御することによって、着火する
領域を制御することが出来る。
【００１２】以下にこの発明の実施の形態を図面に基づ
いて詳細に説明する。図１は、本発明を適用した予混合
気圧縮着火機関の構成図を示す。図１において、予混合
気圧縮着火機関は、シリンダ１の上部に吸込口（吸込弁
口）２及び排出口（排気弁口）３をもつシリンダヘッド
を備え、吸込口２には吸気管４が、排出口３には排気管
５がそれぞれ連結され、また、吸込口２及び排出口３に
は、それらを開閉する吸気弁６及び排気弁７がそれぞれ
設けられている。
いて詳細に説明する。図１は、本発明を適用した予混合
気圧縮着火機関の構成図を示す。図１において、予混合
気圧縮着火機関は、シリンダ１の上部に吸込口（吸込弁
口）２及び排出口（排気弁口）３をもつシリンダヘッド
を備え、吸込口２には吸気管４が、排出口３には排気管
５がそれぞれ連結され、また、吸込口２及び排出口３に
は、それらを開閉する吸気弁６及び排気弁７がそれぞれ
設けられている。
【００１３】そして、吸気管４には、燃料（この実施の
形態ではメタンを使用した）・空気予混合気８を生成し
て送気する図示しない燃料噴射弁等を有する均一混合気
送給装置が接続され、シリンダ１内を上下動するピスト
ン９によりシリンダ１内に燃焼室１０を区画形成し、そ
の上面には、燃焼室１０の一部を構成する凹部１１が形
成されている。
形態ではメタンを使用した）・空気予混合気８を生成し
て送気する図示しない燃料噴射弁等を有する均一混合気
送給装置が接続され、シリンダ１内を上下動するピスト
ン９によりシリンダ１内に燃焼室１０を区画形成し、そ
の上面には、燃焼室１０の一部を構成する凹部１１が形
成されている。
【００１４】以上は予混合気圧縮着火機関の一般的な構
成であるが、この実施の形態の予混合気圧縮着火機関に
おいては、以上の予混合気圧縮着火機関の一般的な構成
に加えて、シリンダ１の上部に光の導入孔２１を設けて
いる。この導入孔２１には、光導入管２２を連結してい
る。そして、導入孔２１には光の焦点位置を調整するレ
ンズ２３を設けている。図示しないが、この実施の形態
では、光源Ａが紫外光光源であるArFエキシマレーザで
あるが、この光源Ａは酸素を解離し、ラジカルを生成し
うる波長の光を発し、充分な強度をもつものであれば何
を用いても良い。
成であるが、この実施の形態の予混合気圧縮着火機関に
おいては、以上の予混合気圧縮着火機関の一般的な構成
に加えて、シリンダ１の上部に光の導入孔２１を設けて
いる。この導入孔２１には、光導入管２２を連結してい
る。そして、導入孔２１には光の焦点位置を調整するレ
ンズ２３を設けている。図示しないが、この実施の形態
では、光源Ａが紫外光光源であるArFエキシマレーザで
あるが、この光源Ａは酸素を解離し、ラジカルを生成し
うる波長の光を発し、充分な強度をもつものであれば何
を用いても良い。
【００１５】上記の構成を有する予混合気圧縮着火機関
は、図１に示すような吸込行程において、吸気管４から
シリンダ１の吸込口２に燃料・空気予混合気８が供給さ
れる。圧縮行程の終期に燃焼室１０の高温の燃料・空気
予混合気８中に光源Ａからの紫外光が照射され、レンズ
２３によって、燃焼室１０の中心部で集光される。レン
ズ２３により設定される紫外光の焦点近辺の所定の集光
領域が、燃焼室１０おける着火領域２４となり、燃焼室
１０内では、この着火領域２４で燃料・空気予混合気が
着火する。
は、図１に示すような吸込行程において、吸気管４から
シリンダ１の吸込口２に燃料・空気予混合気８が供給さ
れる。圧縮行程の終期に燃焼室１０の高温の燃料・空気
予混合気８中に光源Ａからの紫外光が照射され、レンズ
２３によって、燃焼室１０の中心部で集光される。レン
ズ２３により設定される紫外光の焦点近辺の所定の集光
領域が、燃焼室１０おける着火領域２４となり、燃焼室
１０内では、この着火領域２４で燃料・空気予混合気が
着火する。
【００１６】この際の着火する範囲の形状や、着火する
位置の数などは、レンズ２３による焦点位置の調整等、
集光方法によって制御する事ができる。また、燃料とし
てメタンを利用しているが、光は酸素分子の解離に作用
するため、他の燃料でも制御可能である。また、この実
施の形態で使用した紫外光も、燃料・空気予混合気に光
を照射した際に燃料・空気予混合気から酸素を解離し、
ラジカルを生成しうる波長の光を発生する光であれば適
用可能である。
位置の数などは、レンズ２３による焦点位置の調整等、
集光方法によって制御する事ができる。また、燃料とし
てメタンを利用しているが、光は酸素分子の解離に作用
するため、他の燃料でも制御可能である。また、この実
施の形態で使用した紫外光も、燃料・空気予混合気に光
を照射した際に燃料・空気予混合気から酸素を解離し、
ラジカルを生成しうる波長の光を発生する光であれば適
用可能である。
【００１７】図２に、混合気圧縮着火機関の燃焼室内の
着火制御状態を３つの異なる条件で行った場合の燃焼室
内の圧力履歴図を示す。図２のａは紫外光レーザを照射
せず着火に失敗した場合、ｂは紫外光レーザを照射しな
かったが着火に成功した場合、ｃは紫外光レーザを照射
して着火に成功した場合を示す。この図２から、紫外光
レーザを照射しなかった場合には、ａのように着火しな
いか、または、ｂのように着火はするが、大きく着火遅
れを起こしているが、紫外光レーザを照射した場合、ｃ
のように紫外光レーザの照射直後から圧力の立ち上がり
が見られ、着火に成功していることがわかる。
着火制御状態を３つの異なる条件で行った場合の燃焼室
内の圧力履歴図を示す。図２のａは紫外光レーザを照射
せず着火に失敗した場合、ｂは紫外光レーザを照射しな
かったが着火に成功した場合、ｃは紫外光レーザを照射
して着火に成功した場合を示す。この図２から、紫外光
レーザを照射しなかった場合には、ａのように着火しな
いか、または、ｂのように着火はするが、大きく着火遅
れを起こしているが、紫外光レーザを照射した場合、ｃ
のように紫外光レーザの照射直後から圧力の立ち上がり
が見られ、着火に成功していることがわかる。
【００１８】また、この紫外光レーザを燃焼室内に照射
した場合の着火状況の観察図を図３に示す。図３では、
火炎の存在を表すOH*ラジカルの自発光の観察結果が示
されているが、この図から紫外光レーザの照射の後、短
時間で紫外光レーザ照射部分から線状に着火している様
子がわかる。このように本発明による予混合気圧縮着火
機関の着火制御法では、紫外光によってある領域を同時
に着火出来、予混合気圧縮着火に有効である。
した場合の着火状況の観察図を図３に示す。図３では、
火炎の存在を表すOH*ラジカルの自発光の観察結果が示
されているが、この図から紫外光レーザの照射の後、短
時間で紫外光レーザ照射部分から線状に着火している様
子がわかる。このように本発明による予混合気圧縮着火
機関の着火制御法では、紫外光によってある領域を同時
に着火出来、予混合気圧縮着火に有効である。
【００１９】したがって予混合気圧縮着火の制御につい
ては、温度、圧力をより着火する条件に近づければ、燃
焼室全域に光を照射し全域を同時に着火するか、燃焼器
の一部としてもより広い領域を同時に着火することによ
って、他の部分の温度・圧力条件を上げ、着火させるこ
とが可能である。
ては、温度、圧力をより着火する条件に近づければ、燃
焼室全域に光を照射し全域を同時に着火するか、燃焼器
の一部としてもより広い領域を同時に着火することによ
って、他の部分の温度・圧力条件を上げ、着火させるこ
とが可能である。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による予混
合気圧縮着火機関の着火制御法では、紫外光によってあ
る領域を同時に着火出来、予混合気圧縮着火に有効であ
る。そのため着火の制御を、広い領域で、非接触に、燃
焼反応と同程度の短時間におこなうことが出来る。
合気圧縮着火機関の着火制御法では、紫外光によってあ
る領域を同時に着火出来、予混合気圧縮着火に有効であ
る。そのため着火の制御を、広い領域で、非接触に、燃
焼反応と同程度の短時間におこなうことが出来る。
【図１】この発明の予混合気圧縮着火機関の構成図であ
る。
る。
【図２】図１の予混合気圧縮着火機関において、３つの
異なる条件下での燃焼室内の圧力履歴図である。
異なる条件下での燃焼室内の圧力履歴図である。
【図３】紫外光レーザを燃焼室内に照射した場合の着火
状況の観察図である。
状況の観察図である。
１ シリンダ ２ 吸込口 ３ 排出口 ４ 吸気管 ５ 排気管 ６ 吸気弁 ７ 排気弁 ８ 燃料・空気予混合気 ９ ピストン １０ 燃焼室 １１ 凹部 ２１ 導入孔 ２２ 光導入管 ２３ レンズ ２４ 着火領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 三餘 茨城県つくば市並木一丁目２番地 経済産 業省産業技術総合研究所 機械技術研究所 内 (72)発明者 濱 純 茨城県つくば市並木一丁目２番地 経済産 業省産業技術総合研究所 機械技術研究所 内 (72)発明者 齋藤 剛 埼玉県川口市本町四丁目１番８号 科学技 術振興事業団内 Ｆターム(参考） 3G023 AA01 AB05 AB08 AC01 AC06 AC09 AD01 AD29 AG03 AG05
Claims (1)
- 【請求項１】 燃料と空気とが予め混合された予混合気
を吸気弁からシリンダ内に吸込み、それを圧縮着火させ
る予混合気圧縮着火機関において、圧縮行程の終期にお
けるシリンダ内の高温の予混合気中に紫外光を照射して
シリンダ内の予混合気から紫外光により酸素分子を解離
し、予混合気中に直接ラジカルを発生させることによっ
て、シリンダ内の予混合気を同時に着火、または、一部
を体積的に着火することによって、他の部分の温度と圧
力を上げ着火を誘起制御することを特徴とする予混合気
圧縮着火機関の着火制御法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001094880A JP2002295256A (ja) | 2001-03-29 | 2001-03-29 | 予混合気圧縮着火機関の着火制御法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001094880A JP2002295256A (ja) | 2001-03-29 | 2001-03-29 | 予混合気圧縮着火機関の着火制御法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002295256A true JP2002295256A (ja) | 2002-10-09 |
Family
ID=18949013
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001094880A Pending JP2002295256A (ja) | 2001-03-29 | 2001-03-29 | 予混合気圧縮着火機関の着火制御法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002295256A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010138818A (ja) * | 2008-12-11 | 2010-06-24 | Mitsubishi Motors Corp | エンジンの燃焼制御装置 |
-
2001
- 2001-03-29 JP JP2001094880A patent/JP2002295256A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010138818A (ja) * | 2008-12-11 | 2010-06-24 | Mitsubishi Motors Corp | エンジンの燃焼制御装置 |
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