JP2005163730A - Knocking suppression method and its device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、火花点火内燃機関におけるノッキング抑制方法およびその装置に関する。 The present invention relates to a knocking suppression method and apparatus for a spark ignition internal combustion engine.
ノッキングは、内燃機関の燃焼室内での混合気の燃焼速度が低下する燃焼期間終盤に、火炎面とシリンダの内壁との間で圧縮された未燃混合気が自己着火条件に達し、火炎面から独立して着火する現象である。特に、火花点火内燃機関では、燃焼室内の温度が高い排気ポート側の火炎伝播速度が高くなるため、吸気ポート側のシリンダ内壁近傍にてノッキングが起こり易い傾向を持つ。ノッキングの発生は、内燃機関の点火進角を進めることを困難とし、出力の増大を企図し得ない。 At the end of the combustion period when the combustion speed of the mixture in the combustion chamber of the internal combustion engine decreases, knocking occurs when the unburned mixture compressed between the flame surface and the inner wall of the cylinder reaches a self-ignition condition, It is a phenomenon that ignites independently. In particular, in a spark ignition internal combustion engine, the flame propagation speed on the exhaust port side where the temperature in the combustion chamber is high increases, so that knocking tends to occur near the cylinder inner wall on the intake port side. The occurrence of knocking makes it difficult to advance the ignition advance angle of the internal combustion engine, and cannot increase the output.
このようなノッキングを防止するため、アンチノック性の高い高オクタン価燃料を使用したり、燃焼速度の大きな燃料、例えば水素などを使用したり、シリンダボア径を小径化して火炎伝播距離を短くしたり、特許文献1,2に記載されているように、吸気流の乱れを増加させることにより燃焼速度を増大させたり、さらには特許文献1に記載されているように、燃料を燃焼室内に直接噴射して燃焼室内で燃料を気化させ、これによって吸気温度を低下させることが行われている。 In order to prevent such knocking, use a high-octane fuel with high anti-knock properties, use a fuel with a large combustion speed, such as hydrogen, reduce the cylinder bore diameter to shorten the flame propagation distance, As described in Patent Documents 1 and 2, the combustion speed is increased by increasing the turbulence of the intake air flow, and further, as described in Patent Document 1, fuel is directly injected into the combustion chamber. Thus, fuel is vaporized in the combustion chamber, thereby lowering the intake air temperature.
上述した従来のノッキング防止方法では、燃焼が始まってから実質的にノッキングが発生し易い10〜90%まで燃焼が進んだ燃焼後期のみならず、燃焼が始まってから燃焼が10%程度進んだ燃焼初期においても、同様にノッキングの防止効果を得ることができる。 In the conventional knocking prevention method described above, not only the late stage of combustion in which combustion has progressed to 10 to 90%, where combustion is substantially likely to occur after the start of combustion, but also combustion in which combustion has progressed by about 10% since the start of combustion. Similarly, the knocking prevention effect can be obtained in the initial stage.
しかしながら、燃焼室内での混合気の燃焼速度を増大させた場合、例えば燃焼後期における混合気の燃焼速度を増加させても、燃焼初期における混合気の燃焼速度に対する燃焼後期における混合気の燃焼速度の低下そのものを改善することができず、根本的な対策とはなっていない。 However, if the combustion rate of the mixture in the combustion chamber is increased, for example, even if the combustion rate of the mixture is increased in the later stage of combustion, the combustion rate of the mixture in the later stage of combustion with respect to the combustion rate of the mixture in the early stage of combustion The decline itself cannot be improved and is not a fundamental measure.
また、従来の方法では内燃機関の圧縮比や吸気の吸入効率の増加に反比例してノッキングの防止効果が乏しくなる傾向を有する。 Further, the conventional method tends to have a poor knock prevention effect in inverse proportion to the increase in the compression ratio of the internal combustion engine and the intake efficiency of the intake air.
本発明の第1の形態は、内燃機関の燃焼室内に空気と燃料とを供給して混合気を形成するステップと、前記燃焼室の径方向中央部に点火ギャップが配された点火プラグを点火して前記燃焼室内の混合気を燃焼させるステップと、混合気の燃焼中に前記燃焼室を囲むシリンダの内周壁近傍に介在する混合気をこのシリンダの内周壁に沿って流動させるステップとを具えたことを特徴とするノッキング抑制方法にある。 According to a first aspect of the present invention, an air-fuel mixture is formed by supplying air and fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, and an ignition plug having an ignition gap disposed at a radial center portion of the combustion chamber is ignited. And burning the air-fuel mixture in the combustion chamber and flowing the air-fuel mixture intervening in the vicinity of the inner peripheral wall of the cylinder surrounding the combustion chamber along the inner peripheral wall of the cylinder during the combustion of the air-fuel mixture. There is a knocking suppression method characterized by the above.
本発明においては、内燃機関の燃焼室内に空気と燃料とを供給して混合気を形成し、燃焼室の径方向中央部に点火ギャップが配された点火プラグを点火し、燃焼室内の混合気を燃焼させる。この混合気の燃焼中に燃焼室を囲むシリンダの内周壁近傍に介在する混合気をこのシリンダの内周壁に沿って流動させることにより、未燃状態にある混合気の乱流が増大して燃焼後期における燃焼速度の低下が抑制される。また、この混合気の流れによって、吸気ポート側からシリンダの内周壁に沿って火炎が伝播してノッキングの発生が抑制される。 In the present invention, air and fuel are supplied into the combustion chamber of the internal combustion engine to form an air-fuel mixture, and a spark plug having an ignition gap arranged at the radial center of the combustion chamber is ignited. To burn. During the combustion of the air-fuel mixture, the air-fuel mixture intervening in the vicinity of the inner peripheral wall of the cylinder surrounding the combustion chamber flows along the inner peripheral wall of the cylinder, thereby increasing the turbulent flow of the unburned air-fuel mixture and causing combustion. A decrease in the combustion rate in the latter period is suppressed. Further, the flow of the air-fuel mixture suppresses the occurrence of knocking by the propagation of a flame from the intake port side along the inner peripheral wall of the cylinder.
本発明の第1の形態によるノッキング抑制方法において、シリンダの内周壁に沿って混合気を流動させるステップは、燃焼室内に高圧ガスを吹き込み、この高圧ガスを燃焼室を囲むシリンダの内周壁に沿って流動させるステップを有することができる。この場合、燃焼室内に高圧ガスを吹き込むステップは、燃焼室に開口する排気ポートに対して最も離れた位置から行われるものであってよく、高圧ガスを相互に逆方向にシリンダの内周壁に沿って排気ポート側へと流動させるステップを有することができる。 In the knocking suppression method according to the first aspect of the present invention, the step of causing the air-fuel mixture to flow along the inner peripheral wall of the cylinder blows high-pressure gas into the combustion chamber, and the high-pressure gas flows along the inner peripheral wall of the cylinder surrounding the combustion chamber. And having a fluidized step. In this case, the step of blowing the high-pressure gas into the combustion chamber may be performed from a position farthest from the exhaust port that opens to the combustion chamber, and the high-pressure gas flows along the inner peripheral wall of the cylinder in opposite directions. And a step of flowing toward the exhaust port side.
燃焼室内に高圧ガスを吹き込むステップは、点火プラグの点火直後に行われるものであってよい。 The step of blowing high-pressure gas into the combustion chamber may be performed immediately after ignition of the spark plug.
本発明の第2の形態は、内燃機関の燃焼室の径方向中央部に点火ギャップが配された点火プラグと、前記燃焼室に開口する排気ポートから最も離れて位置するように前記燃焼室の外周端部に配され、前記燃焼室を囲むシリンダの内周壁に沿って高圧ガスを噴射するノズルを有する高圧ガス噴射弁とを具えたことを特徴とするノッキング抑制装置にある。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an ignition plug in which an ignition gap is arranged at a radial center portion of a combustion chamber of an internal combustion engine, and the combustion chamber so as to be positioned farthest from an exhaust port opening to the combustion chamber. A knocking suppression device comprising a high-pressure gas injection valve having a nozzle that is arranged at an outer peripheral end and injects high-pressure gas along an inner peripheral wall of a cylinder surrounding the combustion chamber.
本発明において、高圧ガス噴射弁を作動させると、例えば10MPa以上の高圧の気体がそのノズルから噴射され、燃焼室を囲むシリンダの内周壁に沿って排気ポート側へと流れ、未燃状態にある混合気の乱流が増大して燃焼後期における燃焼速度の低下が抑制される。また、この高圧ガスの流れによって、吸気ポート側からシリンダの内周壁に沿って火炎が伝播してノッキングの発生が抑制される。 In the present invention, when the high pressure gas injection valve is operated, a high pressure gas of, for example, 10 MPa or more is injected from the nozzle, flows to the exhaust port side along the inner peripheral wall of the cylinder surrounding the combustion chamber, and is in an unburned state. The turbulent flow of the air-fuel mixture is increased, and the reduction of the combustion speed in the late combustion stage is suppressed. Further, the flow of the high-pressure gas suppresses the occurrence of knocking by the propagation of a flame from the intake port side along the inner peripheral wall of the cylinder.
本発明の第2の形態によるノッキング抑制装置において、点火プラグの点火直後に高圧ガス噴射弁から高圧ガスを噴射することが有効である。 In the knocking suppression device according to the second aspect of the present invention, it is effective to inject high-pressure gas from the high-pressure gas injection valve immediately after ignition of the ignition plug.
高圧ガス噴射弁のノズルは、高圧ガスをシリンダの内周壁に沿って逆方向に噴射する2つの開口を有するものであってよい。 The nozzle of the high pressure gas injection valve may have two openings that inject high pressure gas in the opposite direction along the inner peripheral wall of the cylinder.
高圧ガスが圧縮空気の場合、内燃機関のクランク軸の回転により駆動され、これによって得られる高圧空気を高圧ガス噴射弁に導く空気加圧ポンプをさらに具えることができる。 When the high-pressure gas is compressed air, an air pressurization pump that is driven by rotation of the crankshaft of the internal combustion engine and guides the high-pressure air obtained thereby to the high-pressure gas injection valve can be further provided.
高圧ガスが水素または不活性ガスの場合、高圧ガスを貯溜する高圧タンクと、この高圧タンクから供給される高圧ガスを所定の圧力に調圧して高圧ガス噴射弁に導く調圧弁とをさらに具えることができる。 When the high-pressure gas is hydrogen or an inert gas, a high-pressure tank that stores the high-pressure gas and a pressure-regulating valve that regulates the high-pressure gas supplied from the high-pressure tank to a predetermined pressure and guides the high-pressure gas to the high-pressure gas injection valve are further provided. be able to.
高圧ガスが水蒸気の場合、水が貯溜される水タンクと、この水タンクから供給される水を気化させる水蒸気発生装置と、この水蒸気発生装置にて発生した水蒸気を所定の圧力に調圧して高圧ガス噴射弁に導く調圧弁とをさらに具えることができる。この場合、水蒸気発生装置は、排気ポートを流れる排気ガスが導かれ、この排気ガスによって水を気化させるものであってよい。 When the high-pressure gas is water vapor, a water tank for storing water, a water vapor generator for vaporizing the water supplied from the water tank, and the high pressure by adjusting the water vapor generated in the water vapor generator to a predetermined pressure A pressure regulating valve that leads to the gas injection valve can be further provided. In this case, the water vapor generating device may be one in which exhaust gas flowing through the exhaust port is guided and water is vaporized by the exhaust gas.
本発明のノッキング抑制方法によると、内燃機関の燃焼室内に空気と燃料とを供給して混合気を形成し、燃焼室の径方向中央部に点火ギャップが配された点火プラグを点火して燃焼室内の混合気を燃焼させ、この混合気の燃焼中に燃焼室を囲むシリンダの内周壁近傍に介在する混合気をこのシリンダの内周壁に沿って流動させるようにしたので、未燃状態にある混合気の乱流が増大し、燃焼後期における燃焼速度の低下を抑えて未燃混合気に自己着火する猶予を与えず、これによってノッキングの発生を抑制することができる。 According to the knocking suppression method of the present invention, air and fuel are supplied into a combustion chamber of an internal combustion engine to form an air-fuel mixture, and a combustion is performed by igniting a spark plug in which an ignition gap is arranged at the radial center of the combustion chamber. The air-fuel mixture in the chamber is burned, and the air-fuel mixture intervening in the vicinity of the inner peripheral wall of the cylinder surrounding the combustion chamber is caused to flow along the inner peripheral wall of the cylinder during the combustion of the air-fuel mixture. The turbulent flow of the air-fuel mixture increases, suppressing the decrease in the combustion speed in the later stage of combustion and giving no grace to self-ignite the unburned air-fuel mixture, thereby suppressing the occurrence of knocking.
シリンダの内周壁に沿って混合気を流動させるステップが、燃焼室内に高圧ガスを吹き込み、この高圧ガスを燃焼室を囲むシリンダの内周壁に沿って流動させるステップを有する場合、燃焼室を囲むシリンダの内周壁近傍に介在する混合気をこのシリンダの内周壁に沿って確実に流動させることができる。 When the step of flowing the air-fuel mixture along the inner peripheral wall of the cylinder has the step of blowing high pressure gas into the combustion chamber and flowing the high pressure gas along the inner peripheral wall of the cylinder surrounding the combustion chamber, the cylinder surrounding the combustion chamber The air-fuel mixture intervening in the vicinity of the inner peripheral wall can be reliably flowed along the inner peripheral wall of the cylinder.
燃焼室内に高圧ガスを吹き込むステップが、燃焼室に開口する排気ポートに対して最も離れた位置から行われる場合、シリンダの内周壁に沿った排気ポート側への高圧ガスの流れによって、吸気ポート側からシリンダの内周壁に沿って火炎が伝播する結果、ノッキングの発生をさらに抑制することが可能である。 When the step of injecting the high pressure gas into the combustion chamber is performed from the position farthest from the exhaust port opening in the combustion chamber, the flow of the high pressure gas to the exhaust port side along the inner peripheral wall of the cylinder causes the intake port side to As a result of the propagation of the flame along the inner peripheral wall of the cylinder, it is possible to further suppress the occurrence of knocking.
燃焼室内に高圧ガスを吹き込むステップが、高圧ガスを相互に逆方向にシリンダの内周壁に沿って排気ポート側へと流動させるステップを有する場合、シリンダの軸線に対して垂直な面内で高圧ガスの循環流を形成することができ、シリンダの内周壁に沿って介在する未燃状態にある混合気の乱流を増大させることができる。 When the step of blowing the high pressure gas into the combustion chamber includes the step of causing the high pressure gas to flow in the opposite directions along the inner peripheral wall of the cylinder toward the exhaust port side, the high pressure gas in a plane perpendicular to the cylinder axis The turbulent flow of the air-fuel mixture in an unburned state interposed along the inner peripheral wall of the cylinder can be increased.
燃焼室内に高圧ガスを吹き込むステップが、点火プラグの点火直後に行われる場合、燃焼後期における燃焼速度の低下をより確実に抑えることができる。 When the step of blowing the high-pressure gas into the combustion chamber is performed immediately after ignition of the spark plug, it is possible to more reliably suppress a decrease in the combustion speed in the later stage of combustion.
本発明のノッキング抑制装置によると、内燃機関の燃焼室の径方向中央部に点火ギャップが配された点火プラグと、燃焼室に開口する排気ポートから最も離れて位置するように燃焼室の外周端部に配され、燃焼室を囲むシリンダの内周壁に沿って高圧ガスを噴射するノズルを有する高圧ガス噴射弁とを具えているので、高圧ガスが高圧ガス噴射弁のノズルから燃焼室を囲むシリンダの内周壁に沿って排気ポート側へと流れ、未燃状態にある混合気の乱流を増大させ、燃焼後期における燃焼速度の低下を抑えて未燃混合気に自己着火する猶予を与えず、これによってノッキングの発生が抑制される。しかも、シリンダの内周壁に沿った排気ポート側への高圧ガスの流れによって、吸気ポート側からシリンダの内周壁に沿って火炎が伝播する結果、ノッキングの発生をさらに抑制することが可能である。 According to the knocking suppression device of the present invention, the outer peripheral end of the combustion chamber is positioned so as to be located farthest from the spark plug in which the ignition gap is arranged at the radial center of the combustion chamber of the internal combustion engine and the exhaust port that opens to the combustion chamber. A high-pressure gas injection valve having a nozzle that injects high-pressure gas along the inner peripheral wall of the cylinder surrounding the combustion chamber, so that the high-pressure gas surrounds the combustion chamber from the nozzle of the high-pressure gas injection valve It flows to the exhaust port side along the inner peripheral wall of the cylinder, increases the turbulent flow of the unburned mixture, suppresses the decrease in the combustion speed in the late stage of combustion, and does not give the grace to self-ignite the unburned mixture, Thereby, occurrence of knocking is suppressed. In addition, as a result of the flame propagating from the intake port side along the inner peripheral wall of the cylinder due to the flow of the high-pressure gas toward the exhaust port side along the inner peripheral wall of the cylinder, it is possible to further suppress the occurrence of knocking.
点火プラグの点火直後に高圧ガス噴射弁から高圧ガスを噴射した場合、燃焼後期における燃焼速度の低下をより確実に抑えることができる。 When high-pressure gas is injected from the high-pressure gas injection valve immediately after ignition of the ignition plug, it is possible to more reliably suppress a decrease in the combustion rate in the later stage of combustion.
高圧ガス噴射弁のノズルが高圧ガスをシリンダの内周壁に沿って逆方向に噴射する2つの開口を有する場合、シリンダの軸線に対して垂直な面内で高圧ガスの循環流を形成することができ、シリンダの内周壁に沿って介在する未燃状態にある混合気の乱流を増大させることができる。 When the nozzle of the high-pressure gas injection valve has two openings for injecting high-pressure gas in the opposite directions along the inner peripheral wall of the cylinder, a high-pressure gas circulation flow can be formed in a plane perpendicular to the cylinder axis. It is possible to increase the turbulent flow of the unburned air-fuel mixture interposed along the inner peripheral wall of the cylinder.
内燃機関のクランク軸の回転により駆動され、これによって得られる高圧空気を高圧ガス噴射弁に導く空気加圧ポンプをさらに具えた場合、内燃機関の作動に連動して空気加圧ポンプを作動させ、高圧空気を高圧ガス噴射弁に供給することができる。 In the case of further comprising an air pressurization pump that is driven by rotation of the crankshaft of the internal combustion engine and guides the high pressure air obtained thereby to the high pressure gas injection valve, the air pressurization pump is operated in conjunction with the operation of the internal combustion engine, High pressure air can be supplied to the high pressure gas injection valve.
高圧の水素または不活性ガスを貯溜する高圧タンクと、この高圧タンクから供給される高圧ガスを所定の圧力に調圧して高圧ガス噴射弁に導く調圧弁とをさらに具えた場合、内燃機関の運転状態に拘らず、調圧弁によって所定圧に調整された高圧の水素または不活性ガスを高圧ガス噴射弁から内燃機関の燃焼室に供給することができる。 When further comprising a high-pressure tank for storing high-pressure hydrogen or an inert gas and a pressure-regulating valve for regulating the high-pressure gas supplied from the high-pressure tank to a predetermined pressure and leading it to a high-pressure gas injection valve, Regardless of the state, high-pressure hydrogen or inert gas adjusted to a predetermined pressure by the pressure regulating valve can be supplied from the high-pressure gas injection valve to the combustion chamber of the internal combustion engine.
水が貯溜される水タンクと、この水タンクから供給される水を気化させる水蒸気発生装置と、この水蒸気発生装置にて発生した水蒸気を所定の圧力に調圧して高圧ガス噴射弁に導く調圧弁とをさらに具えた場合、調圧弁によって所定圧に調整された高圧の水蒸気を高圧ガス噴射弁から内燃機関の燃焼室に供給することができる。特に、排気ポートを流れる排気ガスが水蒸気発生装置に導かれ、この排気ガスによって水を気化させた場合、排気ガスの排熱を有効利用することができる。 A water tank for storing water, a steam generator for vaporizing water supplied from the water tank, and a pressure regulating valve for regulating the steam generated by the steam generator to a predetermined pressure and leading it to a high pressure gas injection valve The high-pressure water vapor adjusted to a predetermined pressure by the pressure regulating valve can be supplied from the high-pressure gas injection valve to the combustion chamber of the internal combustion engine. In particular, when the exhaust gas flowing through the exhaust port is guided to the water vapor generator and water is vaporized by the exhaust gas, the exhaust heat of the exhaust gas can be used effectively.
本発明によるノッキング抑制装置を火花点火内燃機関に応用した実施形態について、図1〜図5を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限らず、これらをさらに組み合わせたり、特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも当然応用することができる。 Embodiments in which the knocking suppression device according to the present invention is applied to a spark ignition internal combustion engine will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 5, but the present invention is not limited to these embodiments, and these may be further combined. Any change or modification included in the concept of the present invention described in the claims can be made, and can be naturally applied to any other technology belonging to the spirit of the present invention.
本発明の第1の実施形態の概略構造を図1に示し、そのII−II矢視断面構造における高圧ガスの流れを模式的に図2に示し、その制御ブロックを図3に示す。すなわち、ピストン11が摺動自在に嵌め込まれるシリンダ12を形成したシリンダブロック13には、ピストン11との間に燃焼室14を画成するシリンダヘッド15が取り付けられている。
The schematic structure of the first embodiment of the present invention is shown in FIG. 1, the flow of high-pressure gas in the sectional structure taken along the line II-II is schematically shown in FIG. 2, and the control block is shown in FIG. That is, a
このシリンダヘッド15には、一対の吸気ポート16と一対の排気ポート17とが燃焼室14に臨むように形成され、これら吸気ポート16の開口端および排気ポート17の開口端には弁座18がそれぞれ設けられ、ピストン11の往復運動、つまりコンロッド19を介してピストン11に連結されたクランク軸20の回転運動に連動して所定のタイミングにて往復動する吸気弁21および排気弁22により、吸気ポート16および排気ポート17が燃焼室14に対して連通するようになっている。吸気ポート16内に燃料を噴射する燃料噴射弁23もシリンダヘッド15に取り付けられ、ピストン11の往復運動、つまりクランク軸20の回転運動に連動して所定のタイミングにて燃料を吸気ポート16内に噴射し、この吸気ポート16内を流れる吸気と共に燃焼室14に送られるようになっている。
In the
また、このシリンダヘッド15には、点火ギャップ24が燃焼室14の径方向中央部に臨むように配された点火プラグ25が取り付けられている。この点火プラグ25の点火ギャップ24には、ピストン11の往復運動、つまりクランク軸20の回転運動に連動して所定のタイミングにて高電圧が印加され、燃料の点火動作を行うようになっている。
Further, an
さらにこのシリンダヘッド15には、吸気弁21を間にして点火プラグ25の反対側に位置するように、燃焼室14の外周縁部にノズル26が臨む高圧ガス噴射弁27が設けられている。この高圧ガス噴射弁27のノズル26は、図2中の矢印で示すように、排気ポート17に対して最も離れた位置から燃焼室14の内周壁に沿って高圧空気をそれぞれ逆方向に噴射する図示しない2つの噴射孔を有する。この高圧ガス噴射弁27に高圧空気を供給する空気加圧ポンプ28は、クランク軸20に歯付きベルト29を介して連結され、クランク軸20の回転に連動して例えば10MPa以上の高圧空気を作り出すようになっている。この高圧ガス噴射弁27もピストン11の往復運動、つまりクランク軸20の回転運動に連動して所定のタイミングにて高圧空気を燃焼室14内に直接噴射するようになっている。この場合、燃焼室14内に高圧空気を吹き込むことによって、燃焼室14内の混合気の空燃比がリーン側に変化するが、高圧空気の吹き込み前に混合気の燃焼が進行しているため、燃焼の継続性に悪影響をそれほど及ぼすおそれはない。
Further, the
本実施形態では、点火プラグ25の点火直後に10MPa以上の高圧空気を燃焼室14内に噴射することにより、混合気の燃焼中に燃焼室14を囲むシリンダ12の内周壁近傍に介在する混合気をこのシリンダ12の内周壁に沿って流動させることができる。この結果、未燃状態にある混合気の乱流が増大し、燃焼後期における燃焼速度の低下を抑えて未燃混合気に自己着火する猶予を与えず、これによってノッキングの発生が抑制されることとなる。
In the present embodiment, immediately after ignition of the
燃料噴射弁23からの燃料の噴射量やその噴射タイミングおよび点火プラグ25の点火時期、ならびに高圧ガス噴射弁27からの高圧空気の噴射量やその噴射タイミングなどは、運転者によって踏み込まれる図示しないアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ30からの検出信号と、車両の走行速度を検出する車速センサ31からの検出信号と、クランク軸20の回転位相を検出するクランク角センサ32からの検出信号とに基づき、制御装置33によってあらかじめ設定された関係にて制御されるようになっている。
The fuel injection amount from the
上述した実施形態では、エンジンのクランク軸20に連動する空気加圧ポンプ28を用いて高圧空気を高圧ガス噴射弁27に供給するようにしたが、空気以外に水素あるいは比熱比の比較的大きな不活性ガス、例えばアルゴンやヘリウムなどを高圧ガス噴射弁27に供給することも可能である。
In the above-described embodiment, the high-pressure air is supplied to the high-pressure
このような本発明による他の実施形態の概略構造を図4に示すが、先の実施例と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、高圧ガス噴射弁27と高圧水素ガスまたは液体水素を貯溜した水素ガスタンク34との間には、この水素ガスタンク34内の高圧水素ガスを所定の圧力に調圧する調圧弁35が組み込まれ、例えば10MPa以上の高圧水素が高圧ガス噴射弁27によって燃焼室14内に噴射される。この場合においても、排気ポート17に対して最も離れた位置から燃焼室14の内周壁に沿って高圧水素ガスがそれぞれ逆方向に噴射され、図2中の矢印に示すような旋回流が燃焼室14内に形成される。
Such a schematic structure of another embodiment according to the present invention is shown in FIG. 4, but elements having the same functions as those of the previous example are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. That is, a
高圧ガスとして本実施形態のような水素を用いた場合、水素の特性して燃焼速度が早く、しかも着火性に優れているので、ノッキングの発生を抑制することができる上、これを燃料の一部として利用することが可能であるため、その噴射時期をピストン11の圧縮行程終了直前または点火プラグ25の点火時期に合わせることも可能である。
When hydrogen as in the present embodiment is used as the high-pressure gas, the characteristics of hydrogen are high, the combustion speed is fast, and the ignitability is excellent. Therefore, it is possible to match the injection timing immediately before the end of the compression stroke of the
高圧ガスとして、水蒸気を用いることも可能であり、このような本発明によるさらに別な実施形態の概略構造を図5に示すが、先の実施形態と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、高圧ガス噴射ノズル27と水が貯溜された図示しない水タンクから供給される水36を気化させる水蒸気発生装置37との間には、この水蒸気発生装置37によって発生する高圧水蒸気を例えば2.8MPa程度に調圧する調圧弁38が組み込まれている。ピストン11の圧縮上死点直前における筒内圧、つまり燃焼室14内の圧力を1.5MPaとした場合、水蒸気の圧力を2.8MPa程度に設定することにより、高圧ガス噴射弁27から燃焼室14内に水蒸気を音速で噴射させることができる。
It is possible to use water vapor as the high-pressure gas, and FIG. 5 shows a schematic structure of still another embodiment according to the present invention. Elements having the same functions as those in the previous embodiment are denoted by the same reference numerals. It will be noted that duplicate explanation will be omitted. That is, between the high-pressure
水蒸気発生装置37には、排気ポート17から排出される高温(約600℃)の排気ガスを導いて水36を気化させるための熱交換器39が組み込まれており、上述した水蒸気圧力を得るため、0.14m3/kgの割合で水蒸気が形成されるように、水36が水タンクから水蒸気発生装置37に供給される。本実施形態においても、排気ポート17に対して最も離れた位置から燃焼室14の内周壁に沿って水蒸気がそれぞれ逆方向に噴射され、図2中の矢印に示すような旋回流が燃焼室14内に形成される結果、未燃状態にある混合気の乱流が増大し、燃焼後期における燃焼速度の低下を抑えて未燃混合気に自己着火する猶予を与えず、これによってノッキングの発生を抑制することができる。
The
11 ピストン
12 シリンダ
13 シリンダブロック
14 燃焼室
15 シリンダヘッド
16 吸気ポート
17 排気ポート
18 弁座
19 コンロッド
20 クランク軸
21 吸気弁
22 排気弁
23 燃料噴射弁
24 点火ギャップ
25 点火プラグ
26 ノズル
27 高圧ガス噴射弁
28 空気加圧ポンプ
29 歯付きベルト
30 アクセル開度センサ
31 車速センサ
32 クランク角センサ
33 制御装置
34 水素ガスタンク
35 調圧弁
36 水
37 水蒸気発生装置
38 調圧弁
39 熱交換器
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記燃焼室の径方向中央部に点火ギャップが配された点火プラグを点火して前記燃焼室内の混合気を燃焼させるステップと、
混合気の燃焼中に前記燃焼室を囲むシリンダの内周壁近傍に介在する混合気をこのシリンダの内周壁に沿って流動させるステップと
を具えたことを特徴とするノッキング抑制方法。 Supplying air and fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine to form an air-fuel mixture;
Igniting a spark plug in which an ignition gap is arranged in the radial center of the combustion chamber to burn the air-fuel mixture in the combustion chamber;
A step of causing the air-fuel mixture intervening in the vicinity of the inner peripheral wall of the cylinder surrounding the combustion chamber during combustion of the air-fuel mixture to flow along the inner peripheral wall of the cylinder.
前記燃焼室に開口する排気ポートから最も離れて位置するように前記燃焼室の外周端部に配され、前記燃焼室を囲むシリンダの内周壁に沿って高圧ガスを噴射するノズルを有する高圧ガス噴射弁と
を具えたことを特徴とするノッキング抑制装置。 A spark plug in which an ignition gap is arranged in the radial center of the combustion chamber of the internal combustion engine;
High-pressure gas injection having a nozzle that is disposed at the outer peripheral end of the combustion chamber so as to be positioned farthest from an exhaust port that opens to the combustion chamber, and that injects high-pressure gas along an inner peripheral wall of a cylinder that surrounds the combustion chamber A knocking suppression device characterized by comprising a valve.
12. The knocking suppression device according to claim 11, wherein the water vapor generating device guides exhaust gas flowing through the exhaust port and vaporizes water by heat of the exhaust gas.
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-
2003
- 2003-12-04 JP JP2003406570A patent/JP2005163730A/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
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JP2011185237A (en) * | 2010-03-11 | 2011-09-22 | Nippon Soken Inc | Combustion control device of internal combustion engine |
CN113586260A (en) * | 2021-08-02 | 2021-11-02 | 北京工业大学 | Compound hydrogen injection engine and control method |
CN113586260B (en) * | 2021-08-02 | 2022-06-24 | 北京工业大学 | Compound hydrogen injection engine and control method |
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