JP2006046163A - Hydrogen added internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress knocking by increasing combustion speed in a cylinder with a simple construction. <P>SOLUTION: A hydrogen added internal combustion engine uses hydrogen gas together with hydrocarbon fuel as fuel for combustion, and is provided with a gasoline injection valve 26 injecting hydrocarbon fuel in an intake port, a hydrogen fuel cylinder injection valve 30 injecting hydrogen gas into a cylinder, and an ignition plug provided in the cylinder. At least a part of hydrogen gas injected from the hydrogen fuel cylinder injection valve 30 is injected toward the ignition plug 54. Flame ignited by the ignition plug 54 spreads through hydrogen jet 52 in which flame spread speed is high, and then spreads to hydrocarbon duel in the cylinder. Consequently, combustion speed in the cylinder is increased and occurrence of knocking is surely prevented. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、水素添加内燃機関に関する。   The present invention relates to a hydrogenated internal combustion engine.

ガソリンと空気とによって形成された燃料混合気に水素を添加することにより、着火性を向上させて燃料混合気のリーンリミットを向上させる内燃機関が知られている。このような内燃機関において、特開2004−68615号公報には、水素の噴射を火炎伝播経路の端末となるシリンダ壁面に沿って行い、後期燃焼速度を高めることで、エンドガスの自着火によるノッキングを防ぐようにした技術が開示されている。   There is known an internal combustion engine that improves ignitability and the lean limit of the fuel mixture by adding hydrogen to the fuel mixture formed of gasoline and air. In such an internal combustion engine, Japanese Patent Laid-Open No. 2004-68615 discloses that knocking by self-ignition of end gas is performed by performing hydrogen injection along a cylinder wall surface serving as a terminal of a flame propagation path and increasing a late combustion speed. A technique for preventing this is disclosed.

特開2004−68615号公報JP 2004-68615 A 特開平7−63128号公報JP-A-7-63128 特開平2004−76679号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-76679

しかしながら、上記公報に記載された技術では、水素をシリンダ内の周辺に向かって複数箇所から噴射するため、装置の構成が大掛かりとなり、装置の大型化、製造コストの増大の要因となるという問題が生じる。   However, in the technique described in the above publication, since hydrogen is injected from a plurality of locations toward the periphery of the cylinder, the configuration of the apparatus becomes large, which causes a problem of increasing the size of the apparatus and increasing the manufacturing cost. Arise.

この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、簡素な構成で筒内の燃焼速度を高めることで、ノッキングの発生を抑止することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to suppress the occurrence of knocking by increasing the combustion speed in the cylinder with a simple configuration.

第1の発明は、上記の目的を達成するため、燃焼の燃料として炭化水素燃料と共に水素ガスを用いる水素添加内燃機関であって、吸気ポートに炭化水素燃料を噴射する第1の噴射弁と、筒内に水素ガスを噴射する第2の噴射弁と、筒内に設けられた点火プラグと、を備え、前記第2の噴射弁から噴射される水素ガスの少なくとも一部を前記点火プラグに向けて噴射することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a first invention is a hydrogenated internal combustion engine that uses hydrogen gas together with a hydrocarbon fuel as a combustion fuel, and a first injection valve that injects the hydrocarbon fuel into an intake port; A second injection valve for injecting hydrogen gas into the cylinder; and an ignition plug provided in the cylinder, wherein at least part of the hydrogen gas injected from the second injection valve is directed toward the ignition plug And jetting.

第2の発明は、第1の発明において、前記第2の噴射弁が筒内の燃焼室の中央に設けられたことを特徴とする。   A second invention is characterized in that, in the first invention, the second injection valve is provided in the center of a combustion chamber in a cylinder.

第3の発明は、第2の発明において、前記第2の噴射弁は、前記燃焼室の中央から放射状に水素ガスを噴射することを特徴とする。   According to a third aspect, in the second aspect, the second injection valve injects hydrogen gas radially from the center of the combustion chamber.

第4の発明は、第3の発明において、前記点火プラグが前記第2の噴射弁の近傍に設けられたことを特徴とする。   According to a fourth aspect, in the third aspect, the spark plug is provided in the vicinity of the second injection valve.

第5の発明は、第1の発明において、前記第2の噴射弁は、筒内の周辺部に設けられ、少なくとも反対側の筒内壁面に達するように水素ガスを噴射することを特徴とする。   According to a fifth invention, in the first invention, the second injection valve is provided at a peripheral portion in the cylinder, and injects hydrogen gas so as to reach at least the opposite cylinder inner wall surface. .

第6の発明は、第5の発明において、前記点火プラグが筒内の燃焼室の中央に設けられたことを特徴とする。   According to a sixth aspect, in the fifth aspect, the spark plug is provided in the center of the combustion chamber in the cylinder.

第1の発明によれば、水素ガスの少なくとも一部を点火プラグに向けて噴射するようにしたため、点火プラグによる着火を行うと、火炎は火炎伝播速度の速い水素噴流を伝わって伝播し、更に筒内の炭化水素燃料へ伝播することになる。従って、非常に短時間の間に燃焼室16の全域で火炎を発生させることができ、熱効率を向上させるとともに、ノッキングの発生を確実に抑止することができる。   According to the first invention, since at least a part of the hydrogen gas is injected toward the spark plug, when ignition is performed by the spark plug, the flame propagates through a hydrogen jet having a high flame propagation speed, and further, It will propagate to the hydrocarbon fuel in the cylinder. Therefore, a flame can be generated in the entire region of the combustion chamber 16 in a very short time, so that the thermal efficiency can be improved and the occurrence of knocking can be reliably suppressed.

第2の発明によれば、第2の噴射弁を燃焼室の中央に設けたため、燃焼室の中央から周辺に向けて水素噴流を形成することができる。従って、点火プラグによって水素噴流へ着火することで、燃焼室の中央から周辺に向けて瞬時に火炎を伝播させることができる。   According to the second invention, since the second injection valve is provided at the center of the combustion chamber, a hydrogen jet can be formed from the center of the combustion chamber toward the periphery. Therefore, by igniting the hydrogen jet with the spark plug, the flame can be instantaneously propagated from the center of the combustion chamber to the periphery.

第3の発明によれば、燃焼室の中央から放射状に水素ガスを噴射するため、放射状に形成された水素噴流に沿って燃焼室の半径方向に火炎を伝播させることができ、更に水素噴流の火炎は燃焼室の周方向に伝播するため、周方向に隣接する炭化水素燃料の混合気へ火炎を伝播させることができる。従って、筒内の全域に急速に火炎を伝播させることができる。   According to the third aspect of the invention, since hydrogen gas is injected radially from the center of the combustion chamber, the flame can be propagated in the radial direction of the combustion chamber along the radially formed hydrogen jet. Since the flame propagates in the circumferential direction of the combustion chamber, the flame can be propagated to the mixture of hydrocarbon fuels adjacent in the circumferential direction. Therefore, the flame can be rapidly propagated throughout the cylinder.

第4の発明によれば、点火プラグを第2の噴射弁の近傍に設けたため、第2の噴射弁から噴射された水素ガスが筒内の炭化水素燃料の混合気と混合される以前に水素ガスに着火することができる。従って、火炎伝播速度の速い水素噴流に確実に火炎を伝播させることができる。   According to the fourth invention, since the spark plug is provided in the vicinity of the second injection valve, the hydrogen gas injected from the second injection valve is hydrogenated before being mixed with the hydrocarbon fuel mixture in the cylinder. Can ignite gas. Therefore, the flame can be reliably propagated to the hydrogen jet having a high flame propagation speed.

第5の発明によれば、第2の噴射弁を筒内の周辺部に設け、少なくとも反対側の筒内壁面に向けて水素ガスを噴射するようにしたため、筒内を横切るように水素噴流を形成することができる。従って、点火プラグによる着火を行うことで、筒内を横切るように火炎を伝播させることができ、更に隣接する炭化水素燃料の混合気へ火炎を伝播させることができる。これにより、筒内の全域に急速に火炎を伝播させることができる。   According to the fifth aspect of the invention, the second injection valve is provided in the peripheral portion of the cylinder, and the hydrogen gas is injected at least toward the cylinder inner wall surface on the opposite side. Therefore, the hydrogen jet is caused to cross the cylinder. Can be formed. Therefore, by performing ignition with the spark plug, it is possible to propagate the flame so as to cross the inside of the cylinder, and it is possible to propagate the flame to the mixture of adjacent hydrocarbon fuels. Thereby, a flame can be rapidly propagated to the whole region in a cylinder.

第6の発明によれば、点火プラグを燃焼室の中央に設けたため、点火プラグによって水素噴流へ着火することで、水素噴流に沿って燃焼室の中央から周辺に火炎を伝播させることができる。   According to the sixth invention, since the ignition plug is provided in the center of the combustion chamber, the flame can be propagated along the hydrogen jet from the center of the combustion chamber to the periphery by igniting the hydrogen jet.

以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   Several embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted. The present invention is not limited to the following embodiments.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る水素添加内燃機関10を備えたシステムの構成を説明するための図である。内燃機関10の筒内には、その内部を往復運動するピストン12が設けられている。また、内燃機関10は、シリンダヘッド14を備えている。ピストン12とシリンダヘッド14との間には、燃焼室16が形成されている。燃焼室16には、吸気ポート18および排気ポート20が連通している。吸気ポート18および排気ポート20には、それぞれ吸気弁22および排気弁24が配置されている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of a system including a hydrogenated internal combustion engine 10 according to Embodiment 1 of the present invention. A piston 12 that reciprocates inside the cylinder of the internal combustion engine 10 is provided. Further, the internal combustion engine 10 includes a cylinder head 14. A combustion chamber 16 is formed between the piston 12 and the cylinder head 14. An intake port 18 and an exhaust port 20 communicate with the combustion chamber 16. An intake valve 22 and an exhaust valve 24 are disposed in the intake port 18 and the exhaust port 20, respectively.

吸気ポート18には、ポート内にガソリン(炭化水素燃料)を噴射するガソリン噴射弁26が配置されている。また、シリンダヘッド14には、筒内に水素を噴射する水素燃料筒内噴射弁30が配置されている。   The intake port 18 is provided with a gasoline injection valve 26 that injects gasoline (hydrocarbon fuel) into the port. Further, a hydrogen fuel in-cylinder injection valve 30 for injecting hydrogen into the cylinder is disposed in the cylinder head 14.

ガソリン噴射弁26には、ガソリン供給管32を介してガソリンタンク34が連通している。ガソリン供給管32は、ガソリン噴射弁26とガソリンタンク34との間に、ポンプ36を備えている。ポンプ36は、ガソリン噴射弁26に所定の圧力でガソリンを供給することができる。このため、ガソリン噴射弁26は、外部から供給される駆動信号を受けて開弁することにより、その開弁の時間に応じた量のガソリンを吸気ポート18内に噴射することができる。   A gasoline tank 34 communicates with the gasoline injection valve 26 via a gasoline supply pipe 32. The gasoline supply pipe 32 includes a pump 36 between the gasoline injection valve 26 and the gasoline tank 34. The pump 36 can supply gasoline to the gasoline injection valve 26 at a predetermined pressure. For this reason, the gasoline injection valve 26 is able to inject an amount of gasoline into the intake port 18 according to the opening time by opening the valve in response to a drive signal supplied from the outside.

本実施形態のシステムは、気体状態にある水素を高圧で貯留するための水素タンク38を備えている。水素タンク38には、水素供給管40が連通している。水素供給管40は水素燃料筒内噴射弁30に連通している。尚、本実施形態のシステムでは、水素燃料筒内噴射弁30に供給される水素燃料として、外部から水素タンク38内に充填される水素ガスを使用しているが、水素燃料はこれに限定されるものではなく、車両上で生成、あるいは外部より供給される高濃度の水素を含む水素リッチガスを使用するものであってもよい。   The system of this embodiment includes a hydrogen tank 38 for storing hydrogen in a gaseous state at a high pressure. A hydrogen supply pipe 40 communicates with the hydrogen tank 38. The hydrogen supply pipe 40 communicates with the hydrogen fuel in-cylinder injection valve 30. In the system of this embodiment, hydrogen gas charged into the hydrogen tank 38 from the outside is used as the hydrogen fuel supplied to the hydrogen fuel in-cylinder injection valve 30, but the hydrogen fuel is limited to this. Instead, a hydrogen-rich gas containing a high concentration of hydrogen generated on the vehicle or supplied from the outside may be used.

水素供給管40には、水素タンク38と水素燃料筒内噴射弁30との間に、レギュレータ44が配置されている。このような構成によれば、水素燃料筒内噴射弁30には、レギュレータ44により減圧された所定の圧力で、水素タンク38内にある水素が供給される。このため、水素燃料筒内噴射弁30は、外部から供給される駆動信号を受けて開弁することにより、その開弁の時間に応じた量の水素を筒内に噴射することができる。   A regulator 44 is disposed in the hydrogen supply pipe 40 between the hydrogen tank 38 and the hydrogen fuel cylinder injection valve 30. According to such a configuration, hydrogen in the hydrogen tank 38 is supplied to the hydrogen fuel in-cylinder injection valve 30 at a predetermined pressure reduced by the regulator 44. Therefore, the hydrogen fuel in-cylinder injection valve 30 is able to inject into the cylinder an amount of hydrogen corresponding to the opening time by opening the valve in response to a driving signal supplied from the outside.

また、水素供給管40には、レギュレータ44と水素燃料筒内噴射弁30との間に、燃圧センサ48が配置されている。燃圧センサ48は、水素燃料筒内噴射弁30に供給される水素の圧力に応じた出力を発するセンサである。本実施形態のシステムでは、燃圧センサ48が発する出力に基づいてレギュレータ44を制御することとしている。このため、水素タンク38から供給される水素の圧力が変動する場合であっても、水素燃料筒内噴射弁30に安定した圧力で水素を供給することができる。   In the hydrogen supply pipe 40, a fuel pressure sensor 48 is disposed between the regulator 44 and the hydrogen fuel in-cylinder injection valve 30. The fuel pressure sensor 48 is a sensor that emits an output corresponding to the pressure of hydrogen supplied to the hydrogen fuel in-cylinder injection valve 30. In the system of this embodiment, the regulator 44 is controlled based on the output generated by the fuel pressure sensor 48. For this reason, even when the pressure of the hydrogen supplied from the hydrogen tank 38 fluctuates, the hydrogen can be supplied to the hydrogen fuel in-cylinder injection valve 30 at a stable pressure.

本実施形態のシステムは、ECU50を備えている。ECU50には、上述した燃圧センサ48に加え、内燃機関10の運転状態を把握すべく、ノッキングの発生を検知するKCSセンサや、スロットル開度、機関回転数、排気温度、冷却水温度、潤滑油温度、触媒床温度などを検出するための各種センサ(不図示)が接続されている。また、ECU50には、上述したガソリン噴射弁26、水素燃料筒内噴射弁30、ポンプ36、レギュレータ44などのアクチュエータが接続されている。このような構成によれば、ECU50は、内燃機関10の運転状態に応じて、燃料噴射を実行する噴射弁を任意に選択することができ、各種センサの出力に基づいて各アクチュエータを駆動することができる。   The system of this embodiment includes an ECU 50. In addition to the fuel pressure sensor 48 described above, the ECU 50 includes a KCS sensor that detects the occurrence of knocking in order to grasp the operating state of the internal combustion engine 10, a throttle opening, an engine speed, an exhaust temperature, a coolant temperature, a lubricating oil Various sensors (not shown) for detecting temperature, catalyst bed temperature and the like are connected. The ECU 50 is connected to actuators such as the gasoline injection valve 26, the hydrogen fuel in-cylinder injection valve 30, the pump 36, and the regulator 44 described above. According to such a configuration, the ECU 50 can arbitrarily select an injection valve that performs fuel injection according to the operating state of the internal combustion engine 10, and drives each actuator based on the outputs of various sensors. Can do.

図2は、燃焼室16を下側から見た状態を示す模式図であって、圧縮工程において水素燃料筒内噴射弁30から水素が噴射された直後の様子を示している。燃焼室16の中央に配置された水素燃料筒内噴射弁30からは、燃焼室16の周辺に到達するように半径方向に放射状に水素が噴射される。これにより、図2に示すように、水素が噴射された4つの方向に水素噴流52が形成される。   FIG. 2 is a schematic view showing the combustion chamber 16 as viewed from below, and shows a state immediately after hydrogen is injected from the hydrogen fuel in-cylinder injection valve 30 in the compression process. Hydrogen is injected radially from the hydrogen fuel in-cylinder injection valve 30 disposed in the center of the combustion chamber 16 in a radial direction so as to reach the periphery of the combustion chamber 16. As a result, as shown in FIG. 2, hydrogen jets 52 are formed in the four directions in which hydrogen is injected.

筒内での気流に依存することなく水素噴流52を形成するためには、水素燃料筒内噴射弁30から高圧の水素を噴射することが好適である。放射状に水素を噴射する際の噴射方向は、4方向に限定されるものではなく、燃焼室16の容積、水素の噴射量などに応じて適宜噴射方向を決定することができる。   In order to form the hydrogen jet 52 without depending on the air flow in the cylinder, it is preferable to inject high-pressure hydrogen from the hydrogen fuel in-cylinder injection valve 30. The injection direction when hydrogen is injected radially is not limited to four directions, and the injection direction can be appropriately determined according to the volume of the combustion chamber 16, the injection amount of hydrogen, and the like.

また、図2に示す状態において、燃焼室16内には吸気行程で吸入されたガソリンと空気の混合気が滞留している。従って、水素噴流52の周縁部はガソリンと空気の混合気と接触している。   In the state shown in FIG. 2, a mixture of gasoline and air sucked in the intake stroke stays in the combustion chamber 16. Accordingly, the peripheral edge of the hydrogen jet 52 is in contact with the mixture of gasoline and air.

図2に示すように、放射状に形成された水素噴流52の1つと接触する位置に点火プラグ54が配置されている。すなわち、本実施形態では、水素ガスが点火プラグ54に向けて噴射されるように、水素燃料筒内噴射弁30からの水素ガスの噴射方向と点火プラグ54の位置が規定されている。   As shown in FIG. 2, a spark plug 54 is disposed at a position in contact with one of the radially formed hydrogen jets 52. That is, in this embodiment, the injection direction of the hydrogen gas from the hydrogen fuel in-cylinder injection valve 30 and the position of the spark plug 54 are defined so that the hydrogen gas is injected toward the spark plug 54.

図2の状態から点火プラグ54による着火を行うと、点火プラグ54が接触している水素噴流52と、水素燃料筒内噴射弁30の近傍で隣接している他の水素噴流52に火炎が発生する。このとき、水素の火炎伝播速度はガソリンの9倍程度と速いため、火炎は先ず水素噴流52に沿って燃焼室16の半径方向に放射状に広がり、水素噴流52の全域に到達する。また、同時に水素噴流52の火炎は燃焼室16の周方向に広がり、周方向に隣接するガソリンの混合気へ伝播する。これにより、筒内の全域で燃焼が行われる。   When ignition is performed by the spark plug 54 from the state of FIG. 2, a flame is generated in the hydrogen jet 52 in contact with the spark plug 54 and another hydrogen jet 52 adjacent in the vicinity of the hydrogen fuel in-cylinder injection valve 30. To do. At this time, since the flame propagation speed of hydrogen is as fast as about nine times that of gasoline, the flame first spreads radially in the radial direction of the combustion chamber 16 along the hydrogen jet 52 and reaches the entire area of the hydrogen jet 52. At the same time, the flame of the hydrogen jet 52 spreads in the circumferential direction of the combustion chamber 16 and propagates to the gasoline mixture adjacent in the circumferential direction. Thereby, combustion is performed in the whole region in the cylinder.

このように、燃焼室16内に水素噴流52を形成し、この水素噴流52に点火することで、水素噴流52が形成された領域に火炎を瞬時に伝播させることができる。図2の例では、水素噴流52を燃焼室16の中心から周辺に向けて放射状に形成しているため、燃料室16の中心部から周辺部に火炎を瞬時に到達させることができる。   Thus, by forming the hydrogen jet 52 in the combustion chamber 16 and igniting the hydrogen jet 52, the flame can be instantaneously propagated to the region where the hydrogen jet 52 is formed. In the example of FIG. 2, since the hydrogen jets 52 are formed radially from the center of the combustion chamber 16 to the periphery, the flame can instantaneously reach the periphery from the center of the fuel chamber 16.

また、点火プラグ54とガソリンの混合気との間に火炎伝播速度の速い水素噴流52を介在させているため、火炎伝播距離を著しく短縮することができ、点火プラグ54から比較的遠い位置に存在するガソリンの混合気に対しても瞬時に火炎を伝播させることができる。これにより、燃焼速度増大効果を得ることができ、点火プラグ54による着火の後、非常に短時間の間に燃焼室16の全域で火炎を発生させることができる。従って、熱効率を向上させることができ、ノッキングの発生を確実に抑止することができる。   In addition, since the hydrogen jet flow 52 having a high flame propagation speed is interposed between the spark plug 54 and the gasoline mixture, the flame propagation distance can be remarkably shortened, and the hydrogen jet flow 52 exists relatively far from the spark plug 54. The flame can be instantly propagated to the gasoline mixture. As a result, an effect of increasing the combustion speed can be obtained, and a flame can be generated in the entire combustion chamber 16 in a very short time after ignition by the spark plug 54. Therefore, thermal efficiency can be improved and the occurrence of knocking can be reliably suppressed.

図2において、水素噴流52における速い火炎伝播を最大限に発揮させるためには、噴射された水素が筒内のガソリンの混合気中に拡散する以前に水素噴流52に着火することが好適である。このため、水素燃料筒内噴射弁30は点火プラグ54の近傍に配置することが望ましい。ただし、水素噴流52の先端側に点火プラグ54を設けた場合であっても、水素の噴射タイミング、噴射量、点火のタイミング等を適宜調整することで、水素噴流52への着火は可能である。従って、これらのパラメータに基づいて点火プラグ54の位置は適宜設定することができる。   In FIG. 2, in order to maximize the rapid flame propagation in the hydrogen jet 52, it is preferable to ignite the hydrogen jet 52 before the injected hydrogen diffuses into the gasoline mixture in the cylinder. . For this reason, it is desirable to arrange the hydrogen fuel in-cylinder injection valve 30 in the vicinity of the spark plug 54. However, even when the spark plug 54 is provided on the front end side of the hydrogen jet 52, the hydrogen jet 52 can be ignited by appropriately adjusting the hydrogen injection timing, the injection amount, the ignition timing, and the like. . Therefore, the position of the spark plug 54 can be set as appropriate based on these parameters.

なお、水素燃料筒内噴射弁30と点火プラグ54が近接し過ぎていると、水素と筒内の空気が混ざる以前に点火が行われ、水素噴流52への着火性が低下する場合がある。従って、水素燃料筒内噴射弁30と点火プラグ54は一定の距離だけ離間させることが望ましい。または、水素燃料筒内噴射弁30と点火プラグ54を接近させた場合は、水素を噴射した後、水素と空気が混ざる程度の時間が経過した後に着火することが好適である。   Note that if the hydrogen fuel in-cylinder injection valve 30 and the spark plug 54 are too close to each other, ignition may be performed before the hydrogen and the air in the cylinder are mixed, and the ignitability to the hydrogen jet 52 may be reduced. Therefore, it is desirable that the hydrogen fuel in-cylinder injection valve 30 and the spark plug 54 be separated by a certain distance. Alternatively, when the hydrogen fuel in-cylinder injection valve 30 and the spark plug 54 are brought close to each other, it is preferable to ignite after a period of time in which hydrogen and air are mixed after hydrogen is injected.

以上説明したように実施の形態1によれば、燃焼室16内に放射状に水素噴流52を形成し、水素噴流52に対して着火を行うようにしたため、火炎伝播速度の速い水素噴流52の全域に瞬時に火炎を生じさせることができる。また、水素噴流52に隣接するガソリンの混合気には、水素噴流52で発生した火炎が伝播するため、点火プラグ54から離れた位置においても、水素噴流52の火炎を介してガソリンの混合気に瞬時に火炎を伝播させることができる。従って、非常に短時間の間に燃焼室16の全域で火炎を発生させることができ、熱効率を向上させるとともに、ノッキングの発生を確実に抑止することができる。   As described above, according to the first embodiment, since the hydrogen jets 52 are formed radially in the combustion chamber 16 and the hydrogen jets 52 are ignited, the entire region of the hydrogen jets 52 having a high flame propagation speed. A flame can be generated instantly. In addition, since the flame generated in the hydrogen jet 52 propagates to the gasoline mixture adjacent to the hydrogen jet 52, the gasoline mixture is converted into the gasoline mixture via the flame of the hydrogen jet 52 even at a position away from the spark plug 54. A flame can be propagated instantly. Therefore, a flame can be generated in the entire region of the combustion chamber 16 in a very short time, so that the thermal efficiency can be improved and the occurrence of knocking can be reliably suppressed.

実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2について説明する。図3は、実施の形態2に係る水素添加内燃機関10を備えたシステムの構成を説明するための図である。図3に示すように、実施の形態2では水素燃料筒内噴射弁30を筒内の周辺部に設けている。その他の基本構成は実施の形態1で説明した図1の構成と同様である。
Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a diagram for explaining a configuration of a system including the hydrogenated internal combustion engine 10 according to the second embodiment. As shown in FIG. 3, in the second embodiment, the hydrogen fuel in-cylinder injection valve 30 is provided in the periphery of the cylinder. The other basic configuration is the same as the configuration of FIG. 1 described in the first embodiment.

図4は、実施の形態2の水素添加内燃機関10において、燃焼室16を下側から見た状態を示す模式図である。図4は、図2と同様に、圧縮工程において水素燃料筒内噴射弁30から水素が噴射された直後の様子を示している。   FIG. 4 is a schematic diagram showing a state in which the combustion chamber 16 is viewed from below in the hydrogenated internal combustion engine 10 of the second embodiment. FIG. 4 shows a state immediately after hydrogen is injected from the hydrogen fuel in-cylinder injection valve 30 in the compression step, as in FIG. 2.

図4に示すように、筒内の周辺部に配置した水素燃料筒内噴射弁30から、少なくとも反対側の筒内壁面に向けて水素が噴射される。図4の例では、水素燃料筒内噴射弁30から3方向に向けて水素を噴射するようにしている。これにより、図4に示すように、水素燃料筒内噴射弁30から3方向に向けて水素噴流52が形成される。   As shown in FIG. 4, hydrogen is injected from the hydrogen fuel cylinder injection valve 30 disposed in the peripheral portion in the cylinder toward at least the opposite cylinder inner wall surface. In the example of FIG. 4, hydrogen is injected from the hydrogen fuel in-cylinder injection valve 30 in three directions. Thereby, as shown in FIG. 4, a hydrogen jet 52 is formed from the hydrogen fuel in-cylinder injection valve 30 in three directions.

図4に示すように、3つの水素噴流52のうち、中心に位置する水素噴流52と接触する位置に点火プラグ54が配置されている。すなわち、実施の形態2においても、水素ガスが点火プラグ54に向けて噴射されるように、水素燃料筒内噴射弁30からの水素ガスの噴射方向と点火プラグ54の位置が規定されている。   As shown in FIG. 4, a spark plug 54 is disposed at a position in contact with the hydrogen jet 52 located at the center among the three hydrogen jets 52. That is, also in the second embodiment, the injection direction of the hydrogen gas from the hydrogen fuel in-cylinder injection valve 30 and the position of the spark plug 54 are defined so that the hydrogen gas is injected toward the spark plug 54.

そして、図4の状態から点火プラグ54による着火を行うと、点火プラグ54が接触している水素噴流52と、水素燃料筒内噴射弁30の近傍で隣接している他の水素噴流52に火炎が発生し、火炎伝播速度の速い水素噴流52を伝わって火炎が燃焼室16を横切って伝播する。これにより、実施の形態1と同様に火炎は3つの水素噴流52の全域に到達し、更に隣接するガソリンの混合気へ伝播し、筒内の全域で急速に燃焼が行われる。   When ignition is performed by the spark plug 54 from the state of FIG. 4, the hydrogen jet 52 in contact with the spark plug 54 and the other hydrogen jet 52 adjacent in the vicinity of the hydrogen fuel in-cylinder injection valve 30 are flamed. Is generated, and the flame propagates across the combustion chamber 16 through the hydrogen jet 52 having a high flame propagation speed. As a result, as in the first embodiment, the flame reaches the entire area of the three hydrogen jets 52, further propagates to the adjacent gasoline mixture, and burns rapidly throughout the entire cylinder.

このように、水素燃料筒内噴射弁30を筒内の周辺部に設け、筒内壁面に向けて燃焼室16を横切るように水素噴流52を形成しても良い。この場合においても、水素噴流52に生じさせた火炎をガソリンの混合気へ伝播させることで、燃焼室16内の全域に瞬時に火炎を生じさせることができる。従って、燃焼室16内の全域に急速に火炎を伝播させることができ、熱効率を向上させるとともに、ノッキングの発生を確実に抑止することが可能となる。   As described above, the hydrogen fuel in-cylinder injection valve 30 may be provided in the periphery of the cylinder, and the hydrogen jet 52 may be formed so as to cross the combustion chamber 16 toward the cylinder inner wall surface. Also in this case, the flame generated in the hydrogen jet 52 can be propagated to the gasoline mixture to instantly generate a flame in the entire area of the combustion chamber 16. Therefore, the flame can be rapidly propagated throughout the combustion chamber 16 to improve the thermal efficiency and to reliably suppress the occurrence of knocking.

実施の形態2では、図4に示すように、点火プラグ54を燃焼室16の中央に設けている。これにより、燃焼室16の周辺にほぼ同時期に火炎を到達させることができ、燃焼室16内で均一な燃焼を行うことができる。ただし、実施の形態1と同様に、水素の噴射タイミング、噴射量、点火のタイミング等に基づいて、点火プラグ54の位置は適宜設定することが可能である。   In the second embodiment, as shown in FIG. 4, the spark plug 54 is provided in the center of the combustion chamber 16. Thereby, a flame can be made to reach the periphery of the combustion chamber 16 almost at the same time, and uniform combustion can be performed in the combustion chamber 16. However, as in the first embodiment, the position of the spark plug 54 can be appropriately set based on the hydrogen injection timing, the injection amount, the ignition timing, and the like.

以上説明したように実施の形態2によれば、燃焼室16内の周辺部から中心部、周辺部に向けて水素噴流52を形成し、水素噴流52に対して着火を行うようにしたため、火炎伝播速度の速い水素噴流52の全域に瞬時に火炎を生じさせることができる。そして、水素噴流52に隣接するガソリンの混合気には、水素噴流52で発生した火炎が伝播するため、点火プラグ54から離れた位置においても、水素噴流52の火炎を介してガソリンの混合気に瞬時に火炎を伝播させることができる。従って、非常に短時間の間に燃焼室16の全域で火炎を発生させることができ、熱効率を向上させるとともに、ノッキングの発生を確実に抑止することができる。   As described above, according to the second embodiment, the hydrogen jet flow 52 is formed from the peripheral portion in the combustion chamber 16 toward the central portion and the peripheral portion, and the hydrogen jet flow 52 is ignited. A flame can be instantly generated in the entire area of the hydrogen jet 52 having a high propagation speed. And since the flame generated in the hydrogen jet 52 propagates to the gasoline mixture adjacent to the hydrogen jet 52, the gasoline mixture is converted into the gasoline mixture via the flame of the hydrogen jet 52 even at a position away from the spark plug 54. A flame can be propagated instantly. Therefore, a flame can be generated in the entire region of the combustion chamber 16 in a very short time, so that the thermal efficiency can be improved and the occurrence of knocking can be reliably suppressed.

なお、実施の形態1,2では、燃焼室16内の1箇所に水素燃料筒内噴射弁30を設けているが、複数箇所に水素燃料筒内噴射弁30を設けて、各水素燃料筒内噴射弁30から複数の方向へ水素を噴射しても良い。また、水素燃料筒内噴射弁30から水素を広角状(扇状)に噴射して、1方向に噴射された水素がより広範囲に供給されるようにしても良い。   In the first and second embodiments, the hydrogen fuel in-cylinder injection valve 30 is provided at one place in the combustion chamber 16. However, the hydrogen fuel in-cylinder injection valves 30 are provided at a plurality of places, Hydrogen may be injected from the injection valve 30 in a plurality of directions. Alternatively, hydrogen may be injected from the hydrogen fuel in-cylinder injection valve 30 in a wide-angle shape (fan shape) so that hydrogen injected in one direction is supplied in a wider range.

本発明の実施の形態1に係る水素添加内燃機関を備えたシステムの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the system provided with the hydrogenation internal combustion engine which concerns on Embodiment 1 of this invention. 実施の形態1の水素添加内燃機関において、燃焼室を下側から見た状態を示す模式図である。In the hydrogenation internal combustion engine of Embodiment 1, it is a schematic diagram which shows the state which looked at the combustion chamber from the lower side. 本発明の実施の形態2に係る水素添加内燃機関を備えたシステムの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the system provided with the hydrogenation internal combustion engine which concerns on Embodiment 2 of this invention. 実施の形態2の水素添加内燃機関において、燃焼室を下側から見た状態を示す模式図である。In the hydrogenation internal combustion engine of Embodiment 2, it is a schematic diagram which shows the state which looked at the combustion chamber from the lower side.

符号の説明Explanation of symbols

10 水素添加内燃機関
16 燃焼室
26 ガソリン噴射弁
30 水素燃料筒内噴射弁
52 水素噴流
54 点火プラグ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Hydrogen addition internal combustion engine 16 Combustion chamber 26 Gasoline injection valve 30 Hydrogen fuel cylinder injection valve 52 Hydrogen jet 54 Spark plug

Claims (6)

燃焼の燃料として炭化水素燃料と共に水素ガスを用いる水素添加内燃機関であって、
吸気ポートに炭化水素燃料を噴射する第1の噴射弁と、
筒内に水素ガスを噴射する第2の噴射弁と、
筒内に設けられた点火プラグと、を備え、
前記第2の噴射弁から噴射される水素ガスの少なくとも一部を前記点火プラグに向けて噴射することを特徴とする水素添加内燃機関。
A hydrogenated internal combustion engine that uses hydrogen gas as a combustion fuel together with a hydrocarbon fuel,
A first injection valve for injecting hydrocarbon fuel into the intake port;
A second injection valve for injecting hydrogen gas into the cylinder;
A spark plug provided in the cylinder,
A hydrogenated internal combustion engine, wherein at least a part of hydrogen gas injected from the second injection valve is injected toward the spark plug.
前記第2の噴射弁が筒内の燃焼室の中央に設けられたことを特徴とする請求項1記載の水素添加内燃機関。   2. The hydrogenated internal combustion engine according to claim 1, wherein the second injection valve is provided in the center of the combustion chamber in the cylinder. 前記第2の噴射弁は、前記燃焼室の中央から放射状に水素ガスを噴射することを特徴とする請求項2記載の水素添加内燃機関。   The hydrogenated internal combustion engine according to claim 2, wherein the second injection valve injects hydrogen gas radially from the center of the combustion chamber. 前記点火プラグが前記第2の噴射弁の近傍に設けられたことを特徴とする請求項2又は3記載の水素添加内燃機関。   4. The hydrogenated internal combustion engine according to claim 2, wherein the spark plug is provided in the vicinity of the second injection valve. 前記第2の噴射弁は、筒内の周辺部に設けられ、少なくとも反対側の筒内壁面に達するように水素ガスを噴射することを特徴とする請求項1記載の水素添加内燃機関。   2. The hydrogenated internal combustion engine according to claim 1, wherein the second injection valve is provided at a peripheral portion in the cylinder and injects hydrogen gas so as to reach at least an opposite cylinder inner wall surface. 前記点火プラグが筒内の燃焼室の中央に設けられたことを特徴とする請求項5記載の水素添加内燃機関。   6. The hydrogenated internal combustion engine according to claim 5, wherein the spark plug is provided in the center of the combustion chamber in the cylinder.
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