JP2002309941A - 自己着火式エンジン - Google Patents
自己着火式エンジンInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
- F02B1/12—Engines characterised by fuel-air mixture compression with compression ignition
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- 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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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
- F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
- F02B23/10—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
- F02B23/101—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder the injector being placed on or close to the cylinder centre axis, e.g. with mixture formation using spray guided concepts
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- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】オゾンを自己着火促進剤として供給する自己着
火式エンジンにおいて、必要最小限のオゾン供給量によ
って自己着火性を向上させる。 【解決手段】筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、筒内
にオゾンを噴射するオゾン噴射弁とを備える。そして、
自己着火燃焼時であって圧縮行程中に燃料噴射を行わせ
るときに、同時に、オゾン噴射弁からオゾンを噴射させ
る。燃料噴射と略同時に噴射されるオゾンは燃料と良好
に混合し、また、圧縮行程中にオゾンを噴射することで
自己着火前に破壊されるオゾンの量が少なくなる。ま
た、オゾンの供給状態で運転安定性が悪化したときに
は、オゾンの供給量を増やし、ノッキングが発生したと
きには、オゾンの供給量を減らす。
火式エンジンにおいて、必要最小限のオゾン供給量によ
って自己着火性を向上させる。 【解決手段】筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、筒内
にオゾンを噴射するオゾン噴射弁とを備える。そして、
自己着火燃焼時であって圧縮行程中に燃料噴射を行わせ
るときに、同時に、オゾン噴射弁からオゾンを噴射させ
る。燃料噴射と略同時に噴射されるオゾンは燃料と良好
に混合し、また、圧縮行程中にオゾンを噴射することで
自己着火前に破壊されるオゾンの量が少なくなる。ま
た、オゾンの供給状態で運転安定性が悪化したときに
は、オゾンの供給量を増やし、ノッキングが発生したと
きには、オゾンの供給量を減らす。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自己着火式エンジ
ンに関し、詳しくは、オゾンによって自己着火燃焼を促
進させる構成の自己着火式エンジンに関する。
ンに関し、詳しくは、オゾンによって自己着火燃焼を促
進させる構成の自己着火式エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、オゾンによって自己着火燃焼を促
進させる構成の自己着火式エンジンとしては、特開平１
０−２０５３９７号公報及び特開２０００−１７９３６
９号公報に開示されるようなものがあった。前記特開平
１０−２０５３９７号公報には、エンジンの吸気管に燃
料噴射装置とオゾン発生装置とを配設し、吸気行程中に
行われる燃料噴射にタイミングを合わせてオゾン発生装
置を作動させ、噴射燃料中にオゾンを混入させること
で、自己着火性の改善を図る構成が開示されている。
進させる構成の自己着火式エンジンとしては、特開平１
０−２０５３９７号公報及び特開２０００−１７９３６
９号公報に開示されるようなものがあった。前記特開平
１０−２０５３９７号公報には、エンジンの吸気管に燃
料噴射装置とオゾン発生装置とを配設し、吸気行程中に
行われる燃料噴射にタイミングを合わせてオゾン発生装
置を作動させ、噴射燃料中にオゾンを混入させること
で、自己着火性の改善を図る構成が開示されている。
【０００３】また、特開２０００−１７９３６９号公報
には、燃料ガスと空気とを予め混合させた混合気をエン
ジンに吸入させると共に、圧縮行程の初期において筒内
にオゾンを直接供給する構成が開示されている。
には、燃料ガスと空気とを予め混合させた混合気をエン
ジンに吸入させると共に、圧縮行程の初期において筒内
にオゾンを直接供給する構成が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記特開平
１０−２０５３９７号公報に開示される構成では、自己
着火性の改善に寄与する前に破壊されてしまうオゾンの
量が多く、必要以上にオゾンを発生させる必要があると
いう問題があった。すなわち、筒内に残留する既燃ガス
は水蒸気を多く含んでおり、この水蒸気に含まれるＯＨ
分子がオゾンと反応し易いため、オゾンを筒内に供給し
てから自己着火が発生するまでの時間が長いと、その間
に多くのオゾンが破壊されてしまうことになる。このた
め、多くのオゾンが破壊されることを見込んで、必要量
よりも多いオゾンを筒内に供給する必要があったもので
ある。
１０−２０５３９７号公報に開示される構成では、自己
着火性の改善に寄与する前に破壊されてしまうオゾンの
量が多く、必要以上にオゾンを発生させる必要があると
いう問題があった。すなわち、筒内に残留する既燃ガス
は水蒸気を多く含んでおり、この水蒸気に含まれるＯＨ
分子がオゾンと反応し易いため、オゾンを筒内に供給し
てから自己着火が発生するまでの時間が長いと、その間
に多くのオゾンが破壊されてしまうことになる。このた
め、多くのオゾンが破壊されることを見込んで、必要量
よりも多いオゾンを筒内に供給する必要があったもので
ある。
【０００５】一方、特開２０００−１７９３６９号公報
に開示される構成では、圧縮行程の初期において筒内に
オゾンを供給するので、オゾンの供給から自己着火まで
の時間が短く、筒内に残留する既燃ガスに含まれる水蒸
気で破壊されるオゾンの量は比較的少ない。しかし、特
開２０００−１７９３６９号公報に開示される構成で
は、気化した燃料（混合気）中に気体のオゾンを噴射し
て両者を混合させることになるため、燃料とオゾンとを
良好に混合させることが困難であるという問題があっ
た。
に開示される構成では、圧縮行程の初期において筒内に
オゾンを供給するので、オゾンの供給から自己着火まで
の時間が短く、筒内に残留する既燃ガスに含まれる水蒸
気で破壊されるオゾンの量は比較的少ない。しかし、特
開２０００−１７９３６９号公報に開示される構成で
は、気化した燃料（混合気）中に気体のオゾンを噴射し
て両者を混合させることになるため、燃料とオゾンとを
良好に混合させることが困難であるという問題があっ
た。
【０００６】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、筒内に残留する既燃ガスに含まれる水蒸気で破壊
されるオゾンの量を抑制しつつ、燃料とオゾンとを良好
に混合させることができ、以って、最小限のオゾン供給
量で自己着火を効率良く促進させることができる自己着
火式エンジンを提供することを目的とする。
あり、筒内に残留する既燃ガスに含まれる水蒸気で破壊
されるオゾンの量を抑制しつつ、燃料とオゾンとを良好
に混合させることができ、以って、最小限のオゾン供給
量で自己着火を効率良く促進させることができる自己着
火式エンジンを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】そのため、請求項１記載
の発明では、筒内に直接燃料を供給する燃料供給手段
と、筒内に直接オゾンを供給するオゾン供給手段と、を
備え、前記燃料供給手段と前記オゾン供給手段との双方
を、圧縮行程中に作動させる構成とした。かかる構成に
よると、圧縮行程中に燃料を筒内に直接噴射して成層化
された混合気を形成するときに、同じ圧縮行程で、成層
化される混合気場に対しオゾンが直接供給される。
の発明では、筒内に直接燃料を供給する燃料供給手段
と、筒内に直接オゾンを供給するオゾン供給手段と、を
備え、前記燃料供給手段と前記オゾン供給手段との双方
を、圧縮行程中に作動させる構成とした。かかる構成に
よると、圧縮行程中に燃料を筒内に直接噴射して成層化
された混合気を形成するときに、同じ圧縮行程で、成層
化される混合気場に対しオゾンが直接供給される。
【０００８】請求項２記載の発明では、前記燃料供給手
段の作動時期と前記オゾン供給手段の作動時期を略一致
させる構成とした。かかる構成によると、圧縮行程中に
燃料を筒内に直接噴射して成層化された混合気を形成す
るときに、略同時進行でオゾンが直接筒内に供給され
る。請求項３記載の発明では、前記燃料供給手段及び前
記オゾン供給手段が、オゾンを添加した空気と燃料とを
筒外で予め混合して得られる混合気を筒内へ直接噴射供
給する混合気噴射弁で構成されるものとした。
段の作動時期と前記オゾン供給手段の作動時期を略一致
させる構成とした。かかる構成によると、圧縮行程中に
燃料を筒内に直接噴射して成層化された混合気を形成す
るときに、略同時進行でオゾンが直接筒内に供給され
る。請求項３記載の発明では、前記燃料供給手段及び前
記オゾン供給手段が、オゾンを添加した空気と燃料とを
筒外で予め混合して得られる混合気を筒内へ直接噴射供
給する混合気噴射弁で構成されるものとした。
【０００９】かかる構成によると、燃料供給手段及びオ
ゾン供給手段としての機能を一体的に備える混合気噴射
弁が設けられ、この混合気噴射弁は、オゾンを添加した
空気と燃料とを筒外で予め混合し、該混合気を筒内へ直
接噴射供給する。請求項４記載の発明では、前記混合気
噴射弁の内部にオゾン発生手段を備える構成とした。
ゾン供給手段としての機能を一体的に備える混合気噴射
弁が設けられ、この混合気噴射弁は、オゾンを添加した
空気と燃料とを筒外で予め混合し、該混合気を筒内へ直
接噴射供給する。請求項４記載の発明では、前記混合気
噴射弁の内部にオゾン発生手段を備える構成とした。
【００１０】かかる構成によると、外部に設けたオゾン
発生手段で発生させたオゾンを空気に添加してから混合
気噴射弁内に導入させるのではなく、混合気噴射弁の内
部にオゾン発生手段が備えられ、内部で発生させたオゾ
ンを混合気噴射弁内に取り込んだ空気に添加させる。請
求項５記載の発明では、オゾンが添加される前の空気を
除湿する除湿手段を設ける構成とした。
発生手段で発生させたオゾンを空気に添加してから混合
気噴射弁内に導入させるのではなく、混合気噴射弁の内
部にオゾン発生手段が備えられ、内部で発生させたオゾ
ンを混合気噴射弁内に取り込んだ空気に添加させる。請
求項５記載の発明では、オゾンが添加される前の空気を
除湿する除湿手段を設ける構成とした。
【００１１】かかる構成によると、除湿された空気に対
してオゾンが添加され、更に、燃料と混合させる。請求
項６記載の発明では、自己着火式エンジンが点火プラグ
を備え、前記点火プラグによる火花点火燃焼と自己着火
燃焼とを運転条件により切り換える構成であって、自己
着火燃焼が行われるときにのみ、筒内にオゾンを供給さ
せる構成とした。
してオゾンが添加され、更に、燃料と混合させる。請求
項６記載の発明では、自己着火式エンジンが点火プラグ
を備え、前記点火プラグによる火花点火燃焼と自己着火
燃焼とを運転条件により切り換える構成であって、自己
着火燃焼が行われるときにのみ、筒内にオゾンを供給さ
せる構成とした。
【００１２】かかる構成によると、点火プラグを用いた
火花点火燃焼を行わせる運転条件のときには、オゾンの
供給が停止され、自己着火燃焼を行わせる運転条件のと
きに、自己着火を促進させるオゾンが供給される。請求
項７記載の発明では、前記自己着火式エンジンの運転安
定性を検出する運転安定性検出手段を備え、前記運転安
定性が限界値よりも低いときに、筒内に供給させるオゾ
ンの量を増加させる構成とした。
火花点火燃焼を行わせる運転条件のときには、オゾンの
供給が停止され、自己着火燃焼を行わせる運転条件のと
きに、自己着火を促進させるオゾンが供給される。請求
項７記載の発明では、前記自己着火式エンジンの運転安
定性を検出する運転安定性検出手段を備え、前記運転安
定性が限界値よりも低いときに、筒内に供給させるオゾ
ンの量を増加させる構成とした。
【００１３】かかる構成によると、低負荷時などの自己
着火の燃焼安定性が低下するときに、許容限度を超える
変動を生じるようになると、自己着火促進剤であるオゾ
ンの供給量を増やす。請求項８記載の発明では、自己着
火式エンジンにおけるノッキング強度を検出するノッキ
ング検出手段を備え、前記ノッキング強度が限界値より
も高いときに、筒内に供給させるオゾンの量を減少させ
る構成とした。
着火の燃焼安定性が低下するときに、許容限度を超える
変動を生じるようになると、自己着火促進剤であるオゾ
ンの供給量を増やす。請求項８記載の発明では、自己着
火式エンジンにおけるノッキング強度を検出するノッキ
ング検出手段を備え、前記ノッキング強度が限界値より
も高いときに、筒内に供給させるオゾンの量を減少させ
る構成とした。
【００１４】かかる構成によると、高負荷時などのノッ
キングが発生し易いときに、ノッキング強度が限界値よ
りも高くなると、自己着火促進剤であるオゾンの供給量
を減少させる。
キングが発生し易いときに、ノッキング強度が限界値よ
りも高くなると、自己着火促進剤であるオゾンの供給量
を減少させる。
【００１５】
【発明の効果】請求項１記載の発明によると、オゾンと
燃料と良好に混合させることができると共に、オゾンが
供給されてから自己着火までの時間が短く、自己着火ま
でにオゾンが破壊されるのを充分に抑止でき、必要最小
限のオゾン供給量によって安定した自己着火燃焼を行わ
せることができるという効果がある。
燃料と良好に混合させることができると共に、オゾンが
供給されてから自己着火までの時間が短く、自己着火ま
でにオゾンが破壊されるのを充分に抑止でき、必要最小
限のオゾン供給量によって安定した自己着火燃焼を行わ
せることができるという効果がある。
【００１６】請求項２記載の発明によると、燃料噴射と
略同時にオゾンを供給することで、より確実に燃料とオ
ゾンとを混合させることができるという効果がある。請
求項３記載の発明によると、燃焼室に燃料噴射手段とオ
ゾン供給手段とを個別に設ける場合に比べ、燃焼室周り
の設計自由度が高くなり、また、シリンダヘッド周りを
コンパクトに構成できるという効果がある。
略同時にオゾンを供給することで、より確実に燃料とオ
ゾンとを混合させることができるという効果がある。請
求項３記載の発明によると、燃焼室に燃料噴射手段とオ
ゾン供給手段とを個別に設ける場合に比べ、燃焼室周り
の設計自由度が高くなり、また、シリンダヘッド周りを
コンパクトに構成できるという効果がある。
【００１７】請求項４記載の発明によると、エンジン外
にオゾン発生手段を設ける必要がなく、全体としてコン
パクトな自己着火式エンジンを実現できるという効果が
ある。請求項５記載の発明によると、オゾンが筒内に供
給される前の段階で、大気中の水蒸気と反応して破壊さ
れてしまうことを回避でき、より一層オゾンの必要供給
量を少なくできるという効果がある。
にオゾン発生手段を設ける必要がなく、全体としてコン
パクトな自己着火式エンジンを実現できるという効果が
ある。請求項５記載の発明によると、オゾンが筒内に供
給される前の段階で、大気中の水蒸気と反応して破壊さ
れてしまうことを回避でき、より一層オゾンの必要供給
量を少なくできるという効果がある。
【００１８】請求項６記載の発明によると、オゾンによ
る自己着火の促進によって自己着火燃焼領域における安
定燃焼を向上させることができると共に、火花点火燃焼
領域において無用なオゾンの供給によってノッキングを
発生させてしまうことを回避できるという効果がある。
請求項７記載の発明によると、自己着火燃焼の低負荷側
の安定燃焼限界を広げることができるという効果があ
る。
る自己着火の促進によって自己着火燃焼領域における安
定燃焼を向上させることができると共に、火花点火燃焼
領域において無用なオゾンの供給によってノッキングを
発生させてしまうことを回避できるという効果がある。
請求項７記載の発明によると、自己着火燃焼の低負荷側
の安定燃焼限界を広げることができるという効果があ
る。
【００１９】請求項８記載の発明によると、自己着火燃
焼領域を、ノッキング発生を回避しつつ高負荷側へ広げ
ることができるという効果がある。
焼領域を、ノッキング発生を回避しつつ高負荷側へ広げ
ることができるという効果がある。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。図１は実施形態における自己着火式
エンジンを示す。図１に示すエンジン１のシリンダブロ
ック２にはシリンダ３が形成され、該シリンダ３にはピ
ストン４が図で上下方向に移動可能に嵌挿される。
基づいて説明する。図１は実施形態における自己着火式
エンジンを示す。図１に示すエンジン１のシリンダブロ
ック２にはシリンダ３が形成され、該シリンダ３にはピ
ストン４が図で上下方向に移動可能に嵌挿される。
【００２１】シリンダブロック２の上端面には、シリン
ダヘッド５が装着され、前記シリンダ３，ピストン４及
びシリンダヘッド５によってペントルーフ型の燃焼室６
が形成される。前記シリンダヘッド５には、燃焼室６内
に連通する吸気ポート７及び排気ポート８が形成され、
前記吸気ポート７，排気ポート８の燃焼室６側の開放端
には、吸気バルブ９，排気バルブ１０が介装される。
ダヘッド５が装着され、前記シリンダ３，ピストン４及
びシリンダヘッド５によってペントルーフ型の燃焼室６
が形成される。前記シリンダヘッド５には、燃焼室６内
に連通する吸気ポート７及び排気ポート８が形成され、
前記吸気ポート７，排気ポート８の燃焼室６側の開放端
には、吸気バルブ９，排気バルブ１０が介装される。
【００２２】前記吸気バルブ９，排気バルブ１０のステ
ム部９ａ，１０ａは、シリンダヘッド５に対して軸方向
に移動可能に支持されており、該ステム部９ａ，１０ａ
の先端に設けられた傘状のバルブ９ｂ，１０ｂが、燃焼
室６側からポート開放端の周縁に形成されるバルブシー
ト部に着座することで、各ポートが閉塞される。前記吸
気バルブ９，排気バルブ１０は、図示省略したバルブス
プリングによって閉弁方向に付勢され、該閉弁付勢力に
抗するカム１１，１２の押し下げ力がステム部９ａ，１
０ａの基端側に作用することで開弁される。
ム部９ａ，１０ａは、シリンダヘッド５に対して軸方向
に移動可能に支持されており、該ステム部９ａ，１０ａ
の先端に設けられた傘状のバルブ９ｂ，１０ｂが、燃焼
室６側からポート開放端の周縁に形成されるバルブシー
ト部に着座することで、各ポートが閉塞される。前記吸
気バルブ９，排気バルブ１０は、図示省略したバルブス
プリングによって閉弁方向に付勢され、該閉弁付勢力に
抗するカム１１，１２の押し下げ力がステム部９ａ，１
０ａの基端側に作用することで開弁される。
【００２３】燃焼室６の略中央に相当するシリンダヘッ
ド５の部分には、点火プラグ１３が設けられている。ま
た、吸気ポート７側のシリンダヘッド５には、筒内に燃
料を直接噴射する燃料噴射弁１４（燃料供給手段）が設
けられており、更に、吸気ポート７側のシリンダブロッ
ク２には、筒内にオゾンを直接噴射するオゾン噴射弁１
５（オゾン供給手段）が、前記前記燃料噴射弁１４の噴
霧軸と交差するように設けられている。
ド５の部分には、点火プラグ１３が設けられている。ま
た、吸気ポート７側のシリンダヘッド５には、筒内に燃
料を直接噴射する燃料噴射弁１４（燃料供給手段）が設
けられており、更に、吸気ポート７側のシリンダブロッ
ク２には、筒内にオゾンを直接噴射するオゾン噴射弁１
５（オゾン供給手段）が、前記前記燃料噴射弁１４の噴
霧軸と交差するように設けられている。
【００２４】オゾン発生装置１６は、空気中で放電を行
ってオゾンを発生させる装置であり、該オゾン発生装置
１６で発生させたオゾンが、オゾン加圧装置１７で加圧
されて前記オゾン噴射弁１５に送られ、前記オゾン噴射
弁１５が開弁駆動されると、筒内にオゾンが噴射供給さ
れる。オゾン供給系を構成する前記オゾン噴射弁１５，
オゾン発生装置１６，オゾン加圧装置１７、更に、前記
点火プラグ１３，燃料噴射弁１４は、マイクロコンピュ
ータを内蔵したコントロールユニット２０によって制御
される。
ってオゾンを発生させる装置であり、該オゾン発生装置
１６で発生させたオゾンが、オゾン加圧装置１７で加圧
されて前記オゾン噴射弁１５に送られ、前記オゾン噴射
弁１５が開弁駆動されると、筒内にオゾンが噴射供給さ
れる。オゾン供給系を構成する前記オゾン噴射弁１５，
オゾン発生装置１６，オゾン加圧装置１７、更に、前記
点火プラグ１３，燃料噴射弁１４は、マイクロコンピュ
ータを内蔵したコントロールユニット２０によって制御
される。
【００２５】前記コントロールユニット２０には、各種
センサからの検出信号が入力される。前記各種センサと
しては、エンジン１の吸入空気量を検出するエアフロー
メータ２１、エンジン１の冷却水温度を検出する水温セ
ンサ２２、エンジン１のクランク角を検出するクランク
角センサ２３、ノックセンサ２４などが設けられてい
る。
センサからの検出信号が入力される。前記各種センサと
しては、エンジン１の吸入空気量を検出するエアフロー
メータ２１、エンジン１の冷却水温度を検出する水温セ
ンサ２２、エンジン１のクランク角を検出するクランク
角センサ２３、ノックセンサ２４などが設けられてい
る。
【００２６】尚、前記クランク角センサ２３からの検出
信号に基づいて、エンジン１の回転速度Ｎｅが演算され
る。前記コントロールユニット２０は、エンジン負荷，
エンジン回転速度，水温などの運転条件から、点火プラ
グ１３による火花点火燃焼と自己着火燃焼（圧縮自己着
火燃焼）とを運転条件により切り替え、更に、前記自己
着火燃焼を行わせる運転条件のときには、自己着火を促
進させるべく、前記オゾン噴射弁１５から自己着火促進
剤であるオゾンを噴射させるようになっている。
信号に基づいて、エンジン１の回転速度Ｎｅが演算され
る。前記コントロールユニット２０は、エンジン負荷，
エンジン回転速度，水温などの運転条件から、点火プラ
グ１３による火花点火燃焼と自己着火燃焼（圧縮自己着
火燃焼）とを運転条件により切り替え、更に、前記自己
着火燃焼を行わせる運転条件のときには、自己着火を促
進させるべく、前記オゾン噴射弁１５から自己着火促進
剤であるオゾンを噴射させるようになっている。
【００２７】図２のフローチャートは、上記オゾン噴射
制御の詳細を示すものである。まず、ステップＳ１で
は、自己着火燃焼を行わせる運転条件であるか否かを判
別する。そして、自己着火燃焼を行わせる運転条件であ
れば、ステップＳ２へ進み、自己着火燃焼を行わせる運
転領域のうち、自己着火安定性が低下する低負荷側であ
るか否かを判別する。
制御の詳細を示すものである。まず、ステップＳ１で
は、自己着火燃焼を行わせる運転条件であるか否かを判
別する。そして、自己着火燃焼を行わせる運転条件であ
れば、ステップＳ２へ進み、自己着火燃焼を行わせる運
転領域のうち、自己着火安定性が低下する低負荷側であ
るか否かを判別する。
【００２８】自己着火燃焼領域の低負荷側であれば、ス
テップＳ３へ進み、圧縮行程中に行われる燃料噴射弁１
４による筒内への燃料噴射と略同時に、前記オゾン噴射
弁１５によって筒内にオゾンを直接噴射させる。本実施
形態では、自己着火燃焼時において、１サイクル中少な
くとも１回は圧縮行程中に燃料噴射が行われるようにな
っており、この圧縮行程中の燃料噴射時期と略同時期
に、オゾン噴射弁１５を開駆動して筒内にオゾンを直接
噴射する。
テップＳ３へ進み、圧縮行程中に行われる燃料噴射弁１
４による筒内への燃料噴射と略同時に、前記オゾン噴射
弁１５によって筒内にオゾンを直接噴射させる。本実施
形態では、自己着火燃焼時において、１サイクル中少な
くとも１回は圧縮行程中に燃料噴射が行われるようにな
っており、この圧縮行程中の燃料噴射時期と略同時期
に、オゾン噴射弁１５を開駆動して筒内にオゾンを直接
噴射する。
【００２９】上記構成によれば、圧縮行程中に直接筒内
にオゾンを噴射するので、オゾンを供給してから自己着
火が発生するまでの時間が充分に短く、筒内に残留する
既燃ガスに含まれる水蒸気によるオゾンの破壊を最小限
に抑制できる。また、燃料とオゾンとが同時に噴射され
るので、噴射された燃料とオゾンとが良好に混合され
る。
にオゾンを噴射するので、オゾンを供給してから自己着
火が発生するまでの時間が充分に短く、筒内に残留する
既燃ガスに含まれる水蒸気によるオゾンの破壊を最小限
に抑制できる。また、燃料とオゾンとが同時に噴射され
るので、噴射された燃料とオゾンとが良好に混合され
る。
【００３０】従って、必要最小限のオゾン供給量によっ
て安定した自己着火燃焼を行わせることができる。ステ
ップＳ４では、コントロールユニット２０の安定限界検
出部２０Ａ（運転安定性検出手段）による運転（燃焼）
安定性の判断結果を判定する。前記安定限界検出部２０
Ａは、エンジン回転速度Ｎｅの変動に基づいてエンジン
１の運転安定性を検出するものであり、エンジン回転速
度Ｎｅの変動が閾値以上に大きいときに、エンジン１の
安定性が限界値以下である（許容限界を超える変動が発
生している）と判断する。
て安定した自己着火燃焼を行わせることができる。ステ
ップＳ４では、コントロールユニット２０の安定限界検
出部２０Ａ（運転安定性検出手段）による運転（燃焼）
安定性の判断結果を判定する。前記安定限界検出部２０
Ａは、エンジン回転速度Ｎｅの変動に基づいてエンジン
１の運転安定性を検出するものであり、エンジン回転速
度Ｎｅの変動が閾値以上に大きいときに、エンジン１の
安定性が限界値以下である（許容限界を超える変動が発
生している）と判断する。
【００３１】尚、前記安定限界検出部２０Ａが、エンジ
ン回転速度Ｎｅに代えて、例えば筒内圧の検出値に基づ
いて安定性を判断する構成であっても良く、エンジン１
の安定性の判断方法としては公知の全ての方法を用いる
ことができる。ステップＳ４で、安定性が許容限界以下
であると判別されると、ステップＳ５へ進み、次回のオ
ゾン噴射量を増大補正する。
ン回転速度Ｎｅに代えて、例えば筒内圧の検出値に基づ
いて安定性を判断する構成であっても良く、エンジン１
の安定性の判断方法としては公知の全ての方法を用いる
ことができる。ステップＳ４で、安定性が許容限界以下
であると判別されると、ステップＳ５へ進み、次回のオ
ゾン噴射量を増大補正する。
【００３２】安定性が許容限界以下であると判別された
ときには、自己着火燃焼の着火安定性が悪い状態である
から、自己着火促進剤であるオゾンの供給量を増やすこ
とで、自己着火の安定性を向上させ、以って、運転安定
性が改善されるようにする。一方、ステップＳ６では、
コントロールユニット２０のノック限界検出部２０Ｂ
（ノッキング検出手段）によるノッキング強度の判断結
果を判定する。
ときには、自己着火燃焼の着火安定性が悪い状態である
から、自己着火促進剤であるオゾンの供給量を増やすこ
とで、自己着火の安定性を向上させ、以って、運転安定
性が改善されるようにする。一方、ステップＳ６では、
コントロールユニット２０のノック限界検出部２０Ｂ
（ノッキング検出手段）によるノッキング強度の判断結
果を判定する。
【００３３】前記ノック限界検出部２０Ｂは、前記ノッ
クセンサ２４からの検出信号からノッキング振動を抽出
し、ノッキング強度を検出するものである。ステップＳ
６で、ノッキング強度が閾値以上であると判断されたと
きには、ステップＳ７へ進んで、次回のオゾン噴射量を
減少補正する。ノッキング強度が閾値以上であると判定
されたときには、高負荷域で自己着火促進剤であるオゾ
ンの供給量が過剰であるために、許容限界を超えるノッ
キングが発生したものと判断し、オゾンの供給量を減少
させることで、ノッキングの発生を抑止する。
クセンサ２４からの検出信号からノッキング振動を抽出
し、ノッキング強度を検出するものである。ステップＳ
６で、ノッキング強度が閾値以上であると判断されたと
きには、ステップＳ７へ進んで、次回のオゾン噴射量を
減少補正する。ノッキング強度が閾値以上であると判定
されたときには、高負荷域で自己着火促進剤であるオゾ
ンの供給量が過剰であるために、許容限界を超えるノッ
キングが発生したものと判断し、オゾンの供給量を減少
させることで、ノッキングの発生を抑止する。
【００３４】上記ステップＳ４〜ステップＳ７の処理に
よって、オゾンの噴射量が、運転安定性を確保でき、か
つ、ノッキングを発生させることのない適性量に調整さ
れることになる。ところで、上記実施形態では、燃料噴
射弁１４とオゾン噴射弁１５とを個別に備える構成とし
たが、図３に示すように、オゾンを添加した空気と燃料
とを筒外で予め混合して得られる混合気を筒内へ直接噴
射供給する混合気噴射弁１８を備える構成とすることも
できる。
よって、オゾンの噴射量が、運転安定性を確保でき、か
つ、ノッキングを発生させることのない適性量に調整さ
れることになる。ところで、上記実施形態では、燃料噴
射弁１４とオゾン噴射弁１５とを個別に備える構成とし
たが、図３に示すように、オゾンを添加した空気と燃料
とを筒外で予め混合して得られる混合気を筒内へ直接噴
射供給する混合気噴射弁１８を備える構成とすることも
できる。
【００３５】図３に示すエンジン１では、燃料噴射弁１
４及びオゾン噴射弁１５を除き、代わりに、燃焼室６の
中央付近の点火プラグ１３に近接する位置に混合気噴射
弁１８を配設してある。このように、燃料噴射弁１４及
びオゾン噴射弁１５を設ける代わりに、混合気噴射弁１
８のみを設置する構成とすれば、エンジン１の燃焼室周
りの設計自由度が増すと共に、シリンダヘッド周りをコ
ンパクトに構成できる。
４及びオゾン噴射弁１５を除き、代わりに、燃焼室６の
中央付近の点火プラグ１３に近接する位置に混合気噴射
弁１８を配設してある。このように、燃料噴射弁１４及
びオゾン噴射弁１５を設ける代わりに、混合気噴射弁１
８のみを設置する構成とすれば、エンジン１の燃焼室周
りの設計自由度が増すと共に、シリンダヘッド周りをコ
ンパクトに構成できる。
【００３６】図４は、前記混合気噴射弁１８の構造を示
すものである。図４において、筒状の本体３１には、圧
縮ピストン３２が軸方向に移動可能に嵌挿されており、
前記本体３１と圧縮ピストン３２とで混合気室３３を形
成する。コイルスプリング３４は、前記混合気室３３の
容積を増大させる方向（図４で上方）に向けて前記圧縮
ピストン３２を付勢する。
すものである。図４において、筒状の本体３１には、圧
縮ピストン３２が軸方向に移動可能に嵌挿されており、
前記本体３１と圧縮ピストン３２とで混合気室３３を形
成する。コイルスプリング３４は、前記混合気室３３の
容積を増大させる方向（図４で上方）に向けて前記圧縮
ピストン３２を付勢する。
【００３７】図示省略したカムシャフトに連動して回転
する圧縮カム３５は、前記コイルスプリング３４の付勢
力によって常に圧縮ピストン３２の基端部に当接しつつ
回転し、前記圧縮ピストン３２をカムシャフトの回転に
同期して上下動させる。前記混合気室３３を構成する本
体３１の周壁部分には、混合気室３３内に燃料を噴射す
るための燃料噴射装置３５が設置されると共に、前記混
合気室３３に連通する空気導入管３６が接続されてい
る。
する圧縮カム３５は、前記コイルスプリング３４の付勢
力によって常に圧縮ピストン３２の基端部に当接しつつ
回転し、前記圧縮ピストン３２をカムシャフトの回転に
同期して上下動させる。前記混合気室３３を構成する本
体３１の周壁部分には、混合気室３３内に燃料を噴射す
るための燃料噴射装置３５が設置されると共に、前記混
合気室３３に連通する空気導入管３６が接続されてい
る。
【００３８】前記空気導入管３６の混合気室３３側の端
部は、圧縮ピストン３２が下がっているときに（混合気
室３３の圧縮状態で）、圧縮ピストン３２の周壁で閉塞
される位置に開口し、また、燃料噴射装置３５は、圧縮
ピストン３２による圧縮状態で混合気室３３内に燃料を
噴射できるように設置される。前記空気導入管３６の上
流側にはオゾン発生装置３７が介装され、更に、前記オ
ゾン発生装置３７の上流側には、空気中の水蒸気を取り
除く除湿装置３８（除湿手段）が設けられている。
部は、圧縮ピストン３２が下がっているときに（混合気
室３３の圧縮状態で）、圧縮ピストン３２の周壁で閉塞
される位置に開口し、また、燃料噴射装置３５は、圧縮
ピストン３２による圧縮状態で混合気室３３内に燃料を
噴射できるように設置される。前記空気導入管３６の上
流側にはオゾン発生装置３７が介装され、更に、前記オ
ゾン発生装置３７の上流側には、空気中の水蒸気を取り
除く除湿装置３８（除湿手段）が設けられている。
【００３９】前記オゾン発生装置３７は、除湿装置３８
で除湿された空気中で放電を行ってオゾンを発生させ、
混合気室３３に導入される空気にオゾンを添加する。前
記本体３１の先端部に開口される噴射孔３９は、外部に
向けて広がるすり鉢状に形成され、該噴射孔３９の内周
面に円錐状の弁体４０が、外側から着座することで噴射
孔３９が閉塞される。
で除湿された空気中で放電を行ってオゾンを発生させ、
混合気室３３に導入される空気にオゾンを添加する。前
記本体３１の先端部に開口される噴射孔３９は、外部に
向けて広がるすり鉢状に形成され、該噴射孔３９の内周
面に円錐状の弁体４０が、外側から着座することで噴射
孔３９が閉塞される。
【００４０】前記弁体４０は、コイルスプリング４１に
よって閉弁方向に付勢される一方、前記本体３１に設置
される電磁コイル４２の電磁力が開弁方向に作用し、前
記電磁コイル４２に通電することで開弁動作するよう構
成される。上記構成において、圧縮カム３５の凸円弧の
頂点部分から基礎円に向けて、圧縮ピストン３２の基端
部に当接する位置が変化するときには、圧縮ピストン３
２が上昇運動する。
よって閉弁方向に付勢される一方、前記本体３１に設置
される電磁コイル４２の電磁力が開弁方向に作用し、前
記電磁コイル４２に通電することで開弁動作するよう構
成される。上記構成において、圧縮カム３５の凸円弧の
頂点部分から基礎円に向けて、圧縮ピストン３２の基端
部に当接する位置が変化するときには、圧縮ピストン３
２が上昇運動する。
【００４１】そして、この上昇運動時には混合気室３３
内の圧力が下がり、圧縮ピストン３２が空気導入管３６
の連通部よりも上方に位置するようになると、オゾンが
添加された空気が空気導入管３６を介して混合気室３３
内に導入される。圧縮カム３５の基礎円と圧縮ピストン
３２の基端部とが当接する状態では、圧縮ピストン３２
が最大リフト位置を維持し、圧縮カム３５の基礎円から
凸円弧の頂点部分に向けて当接位置が変化する状態にな
ると、圧縮ピストン３２は下方に向けて移動するように
なる。
内の圧力が下がり、圧縮ピストン３２が空気導入管３６
の連通部よりも上方に位置するようになると、オゾンが
添加された空気が空気導入管３６を介して混合気室３３
内に導入される。圧縮カム３５の基礎円と圧縮ピストン
３２の基端部とが当接する状態では、圧縮ピストン３２
が最大リフト位置を維持し、圧縮カム３５の基礎円から
凸円弧の頂点部分に向けて当接位置が変化する状態にな
ると、圧縮ピストン３２は下方に向けて移動するように
なる。
【００４２】そして、圧縮ピストン３２の下降運動に伴
って空気導入管３６が閉塞されることで、その後混合気
室３３のオゾンが添加された空気が圧縮され、該圧縮中
に燃料噴射装置３５から燃料を噴射させることで、混合
気室３３内にオゾン，空気，燃料の混合気を形成させ
る。次いで、圧縮ピストン３２の下端位置付近で、前記
電磁コイル４２に通電して弁体４０を開弁動作させる
と、混合気室３３内の圧縮された混合気が、エンジン１
の筒内に直接噴射される。
って空気導入管３６が閉塞されることで、その後混合気
室３３のオゾンが添加された空気が圧縮され、該圧縮中
に燃料噴射装置３５から燃料を噴射させることで、混合
気室３３内にオゾン，空気，燃料の混合気を形成させ
る。次いで、圧縮ピストン３２の下端位置付近で、前記
電磁コイル４２に通電して弁体４０を開弁動作させる
と、混合気室３３内の圧縮された混合気が、エンジン１
の筒内に直接噴射される。
【００４３】従って、上記の混合気噴射弁１８を用いる
場合、圧縮行程中の燃料噴射と同時に、オゾンが燃焼室
内に供給されることになり、自己着火前にオゾンが燃焼
室内で破壊されることを回避できる。更に、混合気室３
３に形成される混合気を形成する空気は予め除湿されて
いるので、空気に含まれる水蒸気でオゾンが破壊される
ことが回避され、オゾン発生装置３７で発生させたオゾ
ンを略そのままエンジン１の燃焼室内に供給することが
できる。
場合、圧縮行程中の燃料噴射と同時に、オゾンが燃焼室
内に供給されることになり、自己着火前にオゾンが燃焼
室内で破壊されることを回避できる。更に、混合気室３
３に形成される混合気を形成する空気は予め除湿されて
いるので、空気に含まれる水蒸気でオゾンが破壊される
ことが回避され、オゾン発生装置３７で発生させたオゾ
ンを略そのままエンジン１の燃焼室内に供給することが
できる。
【００４４】また、燃料とオゾンとは、予めエンジン１
の筒外で予め混合させるので、燃料とオゾンとを良好に
混合させることができる。尚、上記の混合気噴射弁１８
を用いる場合、運転安定性やノッキングに基づくオゾン
量の調整は、前記混合気室３３に供給する空気に添加す
るオゾン量の調整によって行わせる。
の筒外で予め混合させるので、燃料とオゾンとを良好に
混合させることができる。尚、上記の混合気噴射弁１８
を用いる場合、運転安定性やノッキングに基づくオゾン
量の調整は、前記混合気室３３に供給する空気に添加す
るオゾン量の調整によって行わせる。
【００４５】ところで、図４に示す混合気噴射弁１８で
は、オゾン発生装置３７を外部に備える構成としたが、
図５に示すように、本体３１の混合気室３３を構成する
内周壁部分に、オゾン発生装置３７を一体的に備えるよ
うにすることができる。上記構成によると、除湿された
空気が混合気室３３に導入されると、オゾン発生装置３
７が混合気室３３の空気中で放電を行ってオゾンを発生
させ、混合気室３３内の空気にオゾンを添加する。
は、オゾン発生装置３７を外部に備える構成としたが、
図５に示すように、本体３１の混合気室３３を構成する
内周壁部分に、オゾン発生装置３７を一体的に備えるよ
うにすることができる。上記構成によると、除湿された
空気が混合気室３３に導入されると、オゾン発生装置３
７が混合気室３３の空気中で放電を行ってオゾンを発生
させ、混合気室３３内の空気にオゾンを添加する。
【００４６】上記のように、前記オゾン発生装置３７を
混合気噴射弁１８内部に一体的に備える構成とすれば、
図４に示したように前記オゾン発生装置３７を外部に個
別に備える場合に比べて、エンジン全体をよりコンパク
トに構成できる。
混合気噴射弁１８内部に一体的に備える構成とすれば、
図４に示したように前記オゾン発生装置３７を外部に個
別に備える場合に比べて、エンジン全体をよりコンパク
トに構成できる。
【図１】実施形態におけるエンジンのシステム構成図。
【図２】オゾン供給制御の詳細を示すフローチャート。
【図３】混合気噴射弁を備えるエンジンを示すシステム
構成図。
構成図。
【図４】混合気噴射弁の構造を示す断面図。
【図５】オゾン発生装置を一体的に備える混合気噴射弁
の構造を示す断面図。
の構造を示す断面図。
１…エンジン ６…燃焼室 １３…点火プラグ １４…燃料噴射弁 １５…オゾン噴射弁 １６…オゾン発生装置 １７…オゾン加圧装置 １８…混合気噴射弁 ２０…コントロールユニット ２０Ａ…安定限界検出部 ２０Ｂ…ノック限界検出部 ３８…除湿装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 41/02 ３５１ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３５１ 45/00 ３６２ 45/00 ３６２Ｊ ３６８ ３６８Ａ Ｆ０２Ｍ 25/12 Ｆ０２Ｍ 25/12 Ｄ 33/00 33/00 Ｚ (72)発明者 榊田 明宏 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G023 AA01 AA06 AB06 AC01 AC05 3G084 AA01 BA13 CA03 DA38 FA25 FA34 3G092 AA06 AB02 AB18 BA08 BB06 DE03S DE04S HA11Z HC05Z HE01Z HE08Z 3G301 HA01 HA02 HA04 JA04 JA22 KA08 LB01 LB11 MA11 PC08 PE02
Claims (8)
- 【請求項１】筒内に直接燃料を供給する燃料供給手段
と、 筒内に直接オゾンを供給するオゾン供給手段と、 を備え、 前記燃料供給手段と前記オゾン供給手段との双方を、圧
縮行程中に作動させることを特徴とする自己着火式エン
ジン。 - 【請求項２】前記燃料供給手段の作動時期と前記オゾン
供給手段の作動時期を略一致させることを特徴とする請
求項１記載の自己着火式エンジン。 - 【請求項３】前記燃料供給手段及び前記オゾン供給手段
が、オゾンを添加した空気と燃料とを筒外で予め混合し
て得られる混合気を筒内へ直接噴射供給する混合気噴射
弁で構成されることを特徴とする請求項１記載の自己着
火式エンジン。 - 【請求項４】前記混合気噴射弁の内部にオゾン発生手段
を備えることを特徴する請求項３記載の自己着火式エン
ジン。 - 【請求項５】前記オゾンが添加される前の空気を除湿す
る除湿手段を設けたことを特徴とする請求項３又は４記
載の自己着火式エンジン。 - 【請求項６】前記自己着火式エンジンが点火プラグを備
え、前記点火プラグによる火花点火燃焼と自己着火燃焼
とを運転条件により切り換える構成であって、 自己着火燃焼が行われるときにのみ、筒内にオゾンを供
給させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つ
に記載の自己着火式エンジン。 - 【請求項７】前記自己着火式エンジンの運転安定性を検
出する運転安定性検出手段を備え、 前記運転安定性が限界値よりも低いときに、筒内に供給
させるオゾンの量を増加させることを特徴とする請求項
１〜６のいずれか１つに記載の自己着火式エンジン。 - 【請求項８】前記自己着火式エンジンにおけるノッキン
グ強度を検出するノッキング検出手段を備え、前記ノッ
キング強度が限界値よりも高いときに、筒内に供給させ
るオゾンの量を減少させることを特徴とする請求項１〜
７のいずれか１つに記載の自己着火式エンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001116637A JP2002309941A (ja) | 2001-04-16 | 2001-04-16 | 自己着火式エンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001116637A JP2002309941A (ja) | 2001-04-16 | 2001-04-16 | 自己着火式エンジン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002309941A true JP2002309941A (ja) | 2002-10-23 |
Family
ID=18967343
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001116637A Pending JP2002309941A (ja) | 2001-04-16 | 2001-04-16 | 自己着火式エンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002309941A (ja) |
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-
2001
- 2001-04-16 JP JP2001116637A patent/JP2002309941A/ja active Pending
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