JP2006188987A - Combustion improver - Google Patents

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Yurio Nomura
由利夫 野村
Shohei Ito
昇平 伊藤
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a combustion improver in low temperature starting, particularly using strong oxidation reaction power of an oxygen negative ion, for largely reducing a fuel increase quantity characteristic of starting, by sufficiently promoting combustion even at the low temperature in starting, not by a means such as a temperature rise in an internal combustion engine itself and a temperature rise in suction air. <P>SOLUTION: This combustion improver is characterized by being constituted so that an oxygen negative ion discharge part of an oxygen negative ion generator is connected to an intake manifold upstream part of the internal combustion engine, and the oxygen negative ion generator operates when the internal combustion engine is in warming-up operation, and the oxygen negative ion generator stops when the internal combustion engine is not in the warming-up operation, and being constituted so that an oxygen negative ion is mixed in intake air in at least the warming-up operation. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、始動直後の暖機運転中に、内燃機関の燃焼を促進し、有害な未燃HC排出を極力抑制しようとする内燃機関における低温始動時の燃焼改善装置に関し、特に、酸素マイナスイオンの強力な酸化反応力を利用した低温始動時の燃焼改善装置に関する。   The present invention relates to a combustion improving apparatus at low temperature start in an internal combustion engine that promotes combustion of the internal combustion engine and suppresses harmful unburned HC emission as much as possible during warm-up operation immediately after start, and particularly oxygen negative ions. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a combustion improving apparatus at a low temperature start using the strong oxidation reaction power of.

内燃機関の始動直後の暖機運転中は、内燃機関の筒内壁及び吸入空気の温度が低いために、噴射した燃料が十分に気化せず、空燃比を少しでも改善するために通常よりも多めの燃料噴射が行われている。このため、有害な未燃HCが大量に排気ガスと共に排出され、これらの処理が大きな課題となっている。従来技術として、特許文献1があり、厳寒時に、機関冷却水を温めて車内用ヒーター部分で熱交換を行った後にエンジンの暖機促進に用いるための機関冷却水昇温用燃焼式ヒーターの燃焼ガスを、バイパス通路経由で直接内燃機関本体に導入し、或いは、別の通路経由で吸気系に送り、燃焼ガス混入空気として吸気と共に内燃機関内へ導入されるように構成した燃焼式ヒーターを有する内燃機関に関する技術が提示されている。   During the warm-up operation immediately after the start of the internal combustion engine, the temperature of the cylinder inner wall and the intake air of the internal combustion engine is low. The fuel is injected. For this reason, a large amount of harmful unburned HC is discharged together with the exhaust gas, and these treatments are a major issue. As a prior art, there is Patent Document 1, and combustion of a combustion heater for raising the temperature of an engine cooling water for use in promoting warm-up of the engine after warming the engine cooling water and exchanging heat at the in-vehicle heater portion in severe cold It has a combustion heater configured to introduce gas directly into the internal combustion engine main body via a bypass passage or to be sent to an intake system via another passage and be introduced into the internal combustion engine together with intake air as combustion gas mixed air Techniques relating to internal combustion engines are presented.

しかしながら、上記技術では、燃焼式ヒーターの燃焼ガスを用いるため、温度上昇により燃料の気化が促進されて混合気形成効果は向上するものの、空気或いは混合気に燃焼ガスが加わることとなるため、酸素濃度が低下し、結果として燃焼悪化が生じてしまうこととなる。また、さらには、燃焼式ヒーターやバイパス通路など装置が全体として大型化してしまう欠点がある。   However, in the above technique, since the combustion gas of the combustion heater is used, the vaporization of the fuel is promoted by the temperature rise and the mixture formation effect is improved. However, the combustion gas is added to the air or the mixture. The concentration is lowered, resulting in deterioration of combustion. Furthermore, there is a drawback that the apparatus such as a combustion heater and a bypass passage is enlarged as a whole.

特開2000―45770号公報JP 2000-45770 A

本発明は、上記の従来技術が有する欠点を改良しようとするものであり、内燃機関自体の温度上昇や混合気或いは吸入空気の温度上昇という手段でなく、従って、燃焼ガス混入による燃焼悪化やそのための装置の大型化をもたらさずに、始動時の低温下においても、燃焼を十分に促進し、始動時特有の燃料増量を大幅に低減できる、特に酸素マイナスイオンの強力な酸化反応力を利用した低温始動時における高性能な燃焼改善装置の実現に関するものである。   The present invention is intended to improve the above-mentioned drawbacks of the prior art, and is not a means for increasing the temperature of the internal combustion engine itself or for increasing the temperature of the air-fuel mixture or intake air. Without increasing the size of the system, it can sufficiently promote combustion even at low temperatures at the time of starting, and greatly reduce the amount of fuel specific to starting, especially by utilizing the strong oxidation reaction force of oxygen negative ions The present invention relates to the realization of a high-performance combustion improvement device at the time of cold start.

請求項1の燃焼改善装置は、内燃機関における燃焼改善装置において、内燃機関の吸気系に酸素マイナスイオン発生装置を備えて吸気に酸素マイナスイオンが混入されるように構成したことを特徴とするものである。   The combustion improving apparatus according to claim 1 is characterized in that in the combustion improving apparatus for an internal combustion engine, an oxygen negative ion generator is provided in the intake system of the internal combustion engine so that oxygen negative ions are mixed into the intake air. It is.

一般に、O-、O2-、O2 -、O3 -、On -で定義される酸素マイナスイオンは、酸素分子に比べて約一万倍の酸化能力を持っていることが知られている。そのため、点火限界が拡がり、より希薄な混合気でも点火が可能となる。また、点火後の燃焼速度も速いため、燃料の気化が促進する効果も期待できる。当然のことながら、従来技術の欠点である燃焼ガス混入による燃焼悪化や装置の大型化をもたらすこともない。 In general, oxygen negative ions defined by O , O 2− , O 2 , O 3 , and O n are known to have an oxidation capacity about 10,000 times that of oxygen molecules. Yes. Therefore, the ignition limit is expanded, and ignition is possible even with a leaner air-fuel mixture. In addition, since the combustion speed after ignition is high, the effect of promoting fuel vaporization can be expected. As a matter of course, neither the deterioration of combustion nor the increase in size of the apparatus due to the mixing of the combustion gas, which is a drawback of the prior art, is caused.

請求項2の発明のように、好ましくは、上記酸素マイナスイオンは、少なくとも内燃機関暖機運転時において混入されることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, preferably, the oxygen negative ions are mixed at least during the warm-up operation of the internal combustion engine.

酸素マイナスイオンは、酸素分子に比べて約一万倍の酸化能力を持っていることが知られている。そのため、点火限界が拡がり、より希薄な混合気でも点火が可能となる。このように構成することにより、特に始動時の暖気運転中においては、低温での燃焼を促進することができ、始動時特有の燃料増量傾向を大幅に低減させることができる。   Oxygen negative ions are known to have an oxidation capacity approximately 10,000 times that of oxygen molecules. Therefore, the ignition limit is expanded, and ignition is possible even with a leaner air-fuel mixture. With this configuration, particularly during the warm-up operation at the time of start-up, combustion at a low temperature can be promoted, and the tendency of fuel increase peculiar to start-up can be greatly reduced.

請求項3の発明のように、上記吸気系に備えた酸素マイナスイオン発生装置は、吸気マニホルド上流部に酸素マイナスイオン発生装置の酸素マイナスイオン放出部を連結したことを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, the oxygen negative ion generator provided in the intake system is characterized in that an oxygen negative ion release portion of the oxygen negative ion generator is connected to an upstream portion of the intake manifold.

このように構成することにより、酸素マイナスイオン発生装置を内燃機関に複雑に組み込むことなく、コンパクトに構成した酸素マイナスイオン発生装置の酸素マイナスイオン放出部を吸気マニホルド上流部に連結するのみであるから、結果として装置全体を簡便にかつコンパクトに構成することができる。なお、発生した酸素マイナスイオンは数秒間の寿命を持つため、内燃機関内での燃焼開始までイオン状態を保つことが十分可能である。   With this configuration, the oxygen negative ion generator of the compactly configured oxygen negative ion generator is only connected to the upstream portion of the intake manifold without complicatedly incorporating the oxygen negative ion generator into the internal combustion engine. As a result, the entire apparatus can be simply and compactly configured. Since the generated oxygen minus ions have a lifetime of several seconds, it is sufficiently possible to keep the ion state until the start of combustion in the internal combustion engine.

請求項4の装置は、上記酸素マイナスイオン発生装置が、容器と、少なくとも一部が上記容器の中に配設されてその外部表面が酸素マイナスイオン発生部となるアルミナセメント構成材と、上記アルミナセメント構成材を加熱するヒーターと、上記アルミナセメント構成材の内部表面の少なくとも一部に形成された酸素供給電極と、上記酸素供給電極に供給される少なくとも酸素ガスを含むガスと、上記酸素マイナスイオン発生部と離隔して上記容器内に設置された酸素マイナスイオン引き出し電極と、上記酸素マイナスイオン引き出し電極に酸素供給電極よりも高い電圧を印加し得る電源とを備えたことを特徴とするものである。   The apparatus according to claim 4 is characterized in that the oxygen negative ion generator includes a container, an alumina cement constituent material in which at least a part is disposed in the container, and an outer surface of the container is an oxygen negative ion generator, and the alumina A heater for heating the cement component, an oxygen supply electrode formed on at least a part of an inner surface of the alumina cement component, a gas containing at least oxygen gas supplied to the oxygen supply electrode, and the oxygen negative ions An oxygen negative ion extraction electrode installed in the container apart from the generation unit, and a power source capable of applying a voltage higher than the oxygen supply electrode to the oxygen negative ion extraction electrode is there.

従来の酸素マイナスイオン発生装置は、高真空装置や放電のためのエネルギー源を必要とするため、装置が大型化しかつ消費電力が大きいなどの欠点があり、一方で、コンパクトな形式のものでは、生成される酸素マイナスイオン量が極めて少ないなどの欠点があったが、このように構成することにより、高真空装置や放電のためのエネルギー源を必要とせず、コンパクトな設備で、アルミナセメントから酸素マイナスイオンを安定的かつ連続的に生成することができる。その結果として、低温始動時の暖機運転中において、安定的かつ連続的な燃焼を確保することができる。   The conventional oxygen negative ion generator requires a high vacuum device and an energy source for discharge, and thus has disadvantages such as an increase in size and power consumption. On the other hand, in a compact type, Although there was a drawback that the amount of oxygen negative ions produced was very small, this configuration eliminates the need for a high vacuum device or an energy source for discharge, and allows compact oxygen and oxygen from alumina cement. Negative ions can be generated stably and continuously. As a result, stable and continuous combustion can be ensured during the warm-up operation at the time of cold start.

請求項5の発明のように、上記酸素マイナスイオン発生装置は、内燃機関の暖機状態検出手段を備え、かつ、上記暖機状態検出手段からの検出データに基づき、内燃機関が暖機運転中と判断された場合は上記電源及び上記ヒーターの駆動スイッチをオンにし、内燃機関が暖機運転中でないと判断された場合は上記各駆動スイッチをオフに制御する制御手段を備えたことを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, the oxygen negative ion generator includes an internal combustion engine warm-up state detection unit, and the internal combustion engine is warming up based on detection data from the warm-up state detection unit. When it is determined that the power source and the heater drive switch is turned on, and when it is determined that the internal combustion engine is not warming up, the control means for controlling the drive switch to turn off. To do.

一般に、酸素マイナスイオンによる燃焼促進効果が期待されるのは、限られた運転状態、特に、暖機運転中などに限られる。従って、このように構成することにより、暖機運転中であることが確認された場合のみ酸素マイナスイオンを発生させることができ、無駄になる酸素マイナスイオンの発生を防止し、結果として無駄な消費電力の発生を抑制することができる。   In general, the combustion promotion effect by oxygen negative ions is expected only in a limited operating state, particularly during warm-up operation. Therefore, with this configuration, oxygen negative ions can be generated only when it is confirmed that the engine is warming up, and generation of wasted oxygen negative ions is prevented, resulting in unnecessary consumption. Generation of electric power can be suppressed.

請求項6の発明のように、上記検出データは、内燃機関の冷却水温度であることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the invention, the detection data is a cooling water temperature of the internal combustion engine.

暖機運転は、内燃機関の筒内壁及び吸入空気の温度を上昇させるために行うものであ
る。従って、暖機運転中か否かについては、内燃機関の冷却水温度状況によって判断を行うのが極めて合理的かつ正確である。
The warm-up operation is performed to increase the temperature of the cylinder inner wall of the internal combustion engine and the intake air. Therefore, it is extremely reasonable and accurate to determine whether or not the engine is in the warm-up operation based on the cooling water temperature state of the internal combustion engine.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、内燃機関系統の全体構成をイメージ的に示すとともに、内燃機関(エンジン)1の吸気管4の途中、具体的には、吸気マニホルド上流側直近の位置の吸気管4に、酸素マイナスイオン発生装置2の酸素マイナスイオン放出部3を連結した本発明に係る内燃機関における燃焼改善装置の全体イメージ図が示されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 conceptually shows the overall configuration of the internal combustion engine system, and oxygen minus is present in the intake pipe 4 of the internal combustion engine (engine) 1, specifically, in the intake pipe 4 at a position immediately upstream of the intake manifold. The whole image figure of the combustion improvement apparatus in the internal combustion engine which connected the oxygen-negative ion discharge | release part 3 of the ion generator 2 which concerns on this invention is shown.

図2は、図1に示される酸素マイナスイオン発生装置2を拡大して示したものである。2は酸素マイナスイオン発生装置であって、酸素マイナスイオンを包蔵できるアルミナセメント構成体5と、アルミナセメント構成体5を保持する容器8と、アルミナセメント構成体5を加熱するヒーター9と、アルミナセメント構成体5の内部に設けられた酸素供給電極6と、この酸素供給電極6へ供給される少なくとも酸素ガスを含むガス12と、アルミナセメント構成体5から酸素マイナスイオンを引き出すための引き出し電極10と、引き出し電極10に酸素供給電極6よりも高い電圧を印加し得る電源11とから構成されるものである。   FIG. 2 is an enlarged view of the oxygen negative ion generator 2 shown in FIG. Reference numeral 2 denotes an oxygen negative ion generator, an alumina cement constituent 5 that can contain oxygen negative ions, a container 8 that holds the alumina cement constituent 5, a heater 9 that heats the alumina cement constituent 5, and an alumina cement. An oxygen supply electrode 6 provided in the structure 5, a gas 12 containing at least oxygen gas supplied to the oxygen supply electrode 6, and an extraction electrode 10 for extracting oxygen negative ions from the alumina cement structure 5; And a power source 11 that can apply a higher voltage to the extraction electrode 10 than the oxygen supply electrode 6.

アルミナセメント構成体5は、図2に示すように、例えば、加圧成型した後に焼成することにより、一端を閉じた筒状体として構成し、その閉じた一端側が容器8内に配設されている。アルミナセメント構成体5の内表面には、少なくともその一部に酸素供給電極6が形成されており、後述するように、酸素供給電極6には少なくとも酸素ガスを含むガス12が供給されると共に、電源11から電子が供給される。酸素供給電極6は、例えば、アルミナセメント構成体5の内側に金属ペーストを塗布し、焼結することにより形成され、供給された酸素がアルミナセメントと反応できるように多孔質に形成されている。また、アルミナセメント構成体5の容器8内の閉じた一端側の外表面が酸素マイナスイオン発生部7となっている。さらに、アルミナセメント構成体5は、ヒーター9により650℃以上に加熱され、図示されていないが、従来から使用されている適切な温度センサーを用いることによりアルミナセメントの温度を制御している。   As shown in FIG. 2, the alumina cement structure 5 is formed as a cylindrical body having one end closed by, for example, pressure molding and firing, and the closed one end side is disposed in the container 8. Yes. An oxygen supply electrode 6 is formed on at least a part of the inner surface of the alumina cement structure 5, and a gas 12 containing at least oxygen gas is supplied to the oxygen supply electrode 6 as will be described later. Electrons are supplied from the power supply 11. The oxygen supply electrode 6 is formed, for example, by applying a metal paste inside the alumina cement structure 5 and sintering it, and is formed porous so that the supplied oxygen can react with the alumina cement. Further, the outer surface of the closed end of the alumina cement constituting body 5 in the container 8 is an oxygen negative ion generating portion 7. Furthermore, the alumina cement structure 5 is heated to 650 ° C. or more by the heater 9 and is not shown in the figure, but the temperature of the alumina cement is controlled by using an appropriate temperature sensor conventionally used.

容器8は、ステンレス、ガラスなどで作成され、内部の雰囲気は、真空に保持するか、不活性ガスのアルゴンなどが封入されるが、乾燥状態に保持することが好ましい。   The container 8 is made of stainless steel, glass or the like, and the internal atmosphere is kept in a vacuum or filled with an inert gas such as argon, but is preferably kept dry.

引き出し電極10は、図示されるように、酸素マイナスイオン発生部7から所定の距離dだけ離隔して配置される。また、引き出し電極10は、ステンレス板などで作成され、その中心部に、発生した酸素マイナスイオンが通過できるように孔が設けられている。   As shown in the drawing, the extraction electrode 10 is arranged at a predetermined distance d from the oxygen negative ion generator 7. Further, the extraction electrode 10 is made of a stainless steel plate or the like, and a hole is provided at the center thereof so that the generated oxygen negative ions can pass.

電源11は、アルミナセメントから酸素マイナスイオン14を引き出すために、引き出し電極10に対し、酸素供給電極6よりも高い電圧を印加する電源であって、直流、交流いずれでもよい。なお、13は、電源をオン、オフする駆動スイッチである。   The power source 11 is a power source that applies a voltage higher than that of the oxygen supply electrode 6 to the extraction electrode 10 in order to extract the oxygen negative ions 14 from the alumina cement, and may be either direct current or alternating current. Reference numeral 13 denotes a drive switch for turning on / off the power.

次に、酸素マイナスイオンの発生方法について説明する。第一段階として、ヒーター9によりアルミナセメント構成体5を過熱し、650℃以上、例えば、700〜810℃に加熱することが好ましい。アルミナセメント構成体5の温度が少なくとも650℃以上になったら、第二段階として、電源11のスイッチ13をオンにすることにより、引き出し電極10と酸素供給電極6との間に、100〜2500Vの電圧を印加すると共に、酸素供給電極6に酸素ガスを含むガス12を供給する。このため、酸素供給電極6から電子が供給され、アルミナセメント中に包蔵されているO-、O2-、O2 -の各イオン間で電子のやり取りが生じ、所謂イオン伝導が生じる。この結果、酸素マイナスイオン発生部7から酸素マイナスイオン14が発生して外部に放出され、引き出し電極10の穴を通過することとなる。一方で、アルミナセメントに包蔵されている酸素マイナスイオンは、酸素マイナスイオン発生部7からの酸素マイナスイオン放出のため、その包蔵量が減少していくが、酸素ガスを含むガス12が酸素供給電極6を経由してアルミナセメントに補給されて反応し減少分を補っていくこととなる。 Next, a method for generating oxygen negative ions will be described. As a first step, it is preferable that the alumina cement constituting body 5 is heated by the heater 9 and heated to 650 ° C. or higher, for example, 700 to 810 ° C. When the temperature of the alumina cement constituent 5 is at least 650 ° C. or more, as a second stage, the switch 13 of the power source 11 is turned on, so that the voltage between 100 and 2500 V is provided between the extraction electrode 10 and the oxygen supply electrode 6. While applying a voltage, the gas 12 containing oxygen gas is supplied to the oxygen supply electrode 6. For this reason, electrons are supplied from the oxygen supply electrode 6 and exchange of electrons occurs between the O , O 2− , and O 2 ions contained in the alumina cement, and so-called ion conduction occurs. As a result, oxygen negative ions 14 are generated from the oxygen negative ion generator 7 and released to the outside, and pass through the hole of the extraction electrode 10. On the other hand, the amount of oxygen negative ions stored in the alumina cement decreases because of the release of oxygen negative ions from the oxygen negative ion generator 7, but the gas 12 containing oxygen gas is used as the oxygen supply electrode. 6 is supplied to the alumina cement and reacts to compensate for the decrease.

次に、酸素マイナスイオン発生量とアルミナセメントの温度との関係を説明する。印加電圧を375Vとした場合の実験データによると、アルミナセメント構成体5の温度がおおよそ650℃で酸素マイナスイオンが発生し始め、700℃を越えたあたりから電流密度は直線的に増加し始め、810℃において、酸素マイナスイオンの電流密度は0.25μA/cm2であった。 Next, the relationship between the amount of oxygen negative ions generated and the temperature of the alumina cement will be described. According to the experimental data when the applied voltage is 375 V, oxygen negative ions start to be generated when the temperature of the alumina cement component 5 is approximately 650 ° C., and the current density starts to increase linearly when the temperature exceeds 700 ° C. At 810 ° C., the current density of oxygen negative ions was 0.25 μA / cm 2 .

さらに、酸素マイナスイオン発生量と印加電圧との関係を説明する。アルミナセメント構成体5の温度を800℃とした場合の実験データによると、電界強度が35V/cmで酸素マイナスイオンが発生し、100V/cmで0.1μA/cm2発生し、500V/cm前後から電流密度は直線的に増加し始め、さらに、1100、1700、2130V/cmで、それぞれ、1、2、2.7μA/cm2であった。 Further, the relationship between the amount of oxygen negative ions generated and the applied voltage will be described. According to the experimental data when the temperature of the alumina cement component 5 is 800 ° C., oxygen negative ions are generated when the electric field strength is 35 V / cm, 0.1 μA / cm 2 is generated at 100 V / cm, and around 500 V / cm. The current density started to increase linearly from 1100, 1700, and 2130 V / cm, and were 1, 2 , 2.7 μA / cm 2 , respectively.

また、本発明に係る酸素マイナスイオン発生装置2による発生酸素マイナスイオンの電流密度は、従来例の個体電解質材料YSZ(安定化ジルコニア)による発生酸素マイナスイオンの電流密度と比べると、約2000倍以上となっている。   Further, the current density of the generated oxygen negative ions by the oxygen negative ion generator 2 according to the present invention is about 2000 times or more compared with the current density of the generated oxygen negative ions by the solid electrolyte material YSZ (stabilized zirconia) of the conventional example. It has become.

ところで、従来から、内燃機関の始動直後の暖機運転中は、内燃機関の筒内壁及び吸入空気の温度が低いために、噴射した燃料が十分に気化せず、空燃比を少しでも改善するために通常よりも多めの燃料噴射が行われている。このため、有害な未燃HCが大量に排気ガスと共に外部へ排出されることとなる。   By the way, conventionally, during the warm-up operation immediately after starting the internal combustion engine, the temperature of the cylinder inner wall and the intake air of the internal combustion engine is low, so that the injected fuel is not sufficiently vaporized and the air-fuel ratio is improved even a little. More fuel injection than usual is performed. For this reason, a large amount of harmful unburned HC is discharged to the outside together with the exhaust gas.

この問題を解決するためには、始動時に内燃機関から極力HCを排出させないために、始動時間をいかに短縮するかということ、さらには、始動時にいかに完全燃焼をさせるかにかかっている。   In order to solve this problem, it depends on how to shorten the start-up time in order to prevent HC from being discharged from the internal combustion engine as much as possible at the time of start-up, and how to make complete combustion at the time of start-up.

本発明は、このような始動直後の暖機運転中に、内燃機関の燃焼を促進し、有害な未燃HC排出を極力抑制しようとする内燃機関における低温始動時の燃焼改善装置に関し、特に、上述の酸素マイナスイオン発生装置2により発生する酸素マイナスイオンの強力な酸化反応力を利用した低温始動時の燃焼改善装置に関するものである。   The present invention relates to a combustion improving device at a low temperature start in an internal combustion engine that promotes combustion of the internal combustion engine and suppresses harmful unburned HC emission as much as possible during the warm-up operation immediately after the start. The present invention relates to a combustion improving apparatus at the time of low temperature start using the strong oxidation reaction force of oxygen negative ions generated by the oxygen negative ion generator 2 described above.

図4は、本発明に係る燃焼改善装置を使用して酸素マイナスイオンを吸気中に混入した場合と使用しない場合即ち酸素マイナスイオンを吸気中に混入しない場合の、空燃比と燃焼速度との関係を示したイメージ図である。図から明らかなように、いずれの場合も空燃比1.0の場合の燃焼速度が最も高いが、酸素マイナスイオンを吸気中に混入した場合の方が混入しない場合に比較して、全ての空燃比において、圧倒的に燃焼速度が高くなっていることが解る。   FIG. 4 shows the relationship between the air-fuel ratio and the combustion speed when oxygen negative ions are mixed into the intake air using the combustion improving apparatus according to the present invention and when oxygen negative ions are not mixed into the intake air. It is the image figure which showed. As is apparent from the figure, in all cases, the combustion speed is the highest when the air-fuel ratio is 1.0, but all the empty air is less when oxygen negative ions are mixed in the intake air than when the air is not mixed. It can be seen that the combustion speed is overwhelmingly high at the fuel ratio.

一方で、HCが大量に発生して問題になるのは暖気運転中であり、定常運転状態では従来からのDPFを中心とする排ガス処理で十分対応可能である。従って、当然のことながら、運転中、常時酸素マイナスイオンを発生させて吸気に混入させる必要はなく、暖機運転を行っている間のみ酸素マイナスイオンを発生できるように管理制御することにより、無駄となってしまう酸素マイナスイオンの発生を防止し、結果として無駄な消費電力の発生を抑制することとなる。   On the other hand, a large amount of HC is a problem during the warm-up operation, and in the steady operation state, the conventional exhaust gas treatment centering on the DPF can sufficiently cope. Therefore, as a matter of course, it is not necessary to always generate oxygen negative ions and mix them with the intake air during operation, and it is wasteful by managing and controlling so that oxygen negative ions can be generated only during the warm-up operation. Oxygen negative ions are prevented from being generated, and as a result, generation of useless power consumption is suppressed.

図3は、ECU(図示されていない)による酸素マイナスイオン発生装置2の運転制御に関するフローチャートであり、S1〜S5の各ステージ番号に沿って説明する。内燃機関(エンジン)1が始動すると同時に酸素マイナスイオン発生装置2が始動して、エンジンの回転数、燃料噴射量等のエンジン動作状態に関するデータ及びエンジンの冷却水温度データがエンジン系統で測定され、ECUには常時転送される(S1、2)。   FIG. 3 is a flowchart relating to operation control of the oxygen negative ion generator 2 by an ECU (not shown), and will be described along the respective stage numbers S1 to S5. At the same time when the internal combustion engine (engine) 1 is started, the oxygen negative ion generator 2 is started, and the engine operating state data such as the engine speed and the fuel injection amount and the engine coolant temperature data are measured in the engine system. It is always transferred to the ECU (S1, 2).

次いで、暖機運転中の判断基準である予め設定されたエンジンの冷却水温度とエンジン系統から時々刻々転送されてくる冷却水温度のデータとをECUにおいて比較処理することにより、暖機運転中であると判断された場合には(S3)、電源11のスイッチ13及びヒーター9のスイッチ(図示されていない)はオンにされ、酸素マイナスイオンの発生が行われる(S4)。一方で、暖機運転中でないと判断された場合には、電源11のスイッチ13およびヒーター9のスイッチはオフにされ、酸素マイナスイオンの発生は停止される(S5)。なお、予め設定される暖機運転中の判断基準であるエンジンの冷却水温度は、60℃であることが好ましい。   Next, during the warm-up operation, the ECU compares the preset engine coolant temperature, which is the criterion for the warm-up operation, and the coolant temperature data transferred from the engine system every moment. If it is determined (S3), the switch 13 of the power source 11 and the switch of the heater 9 (not shown) are turned on, and oxygen negative ions are generated (S4). On the other hand, when it is determined that the warm-up operation is not being performed, the switch 13 of the power supply 11 and the switch of the heater 9 are turned off, and the generation of oxygen negative ions is stopped (S5). In addition, it is preferable that the cooling water temperature of the engine, which is a predetermined criterion for the warm-up operation, is 60 ° C.

このように、本発明は上記のような構成であるので、以下のとおりの効果を奏する。
一般に、O-、O2-、O2 -、O3 -、On -で定義される酸素マイナスイオンは、酸素分子に比べて約一万倍の酸化能力を持っていることが知られている。そのため、点火限界が拡がり、より希薄な混合気でも点火が可能となる。特に始動時の暖気運転中においては、低温での燃焼を促進することができ、始動時特有の燃料増量を大幅に低減させることができる。また、点火後の燃焼速度も速いため、燃料の気化を促進する効果も期待できる。当然のことながら、従来技術の欠点である燃焼ガス混入による燃焼悪化や装置の大型化をもたらすこともない。
さらに、酸素マイナスイオン発生装置を内燃機関に複雑に組み込むことなく、コンパクトに構成した酸素マイナスイオン発生装置の酸素マイナスイオン放出部を吸気マニホルドの上流側に連結するのみであるから、結果として装置全体を簡便にかつコンパクトに構成することができる。なお、発生した酸素マイナスイオンは数秒間の寿命を持つため、内燃機関内での燃焼開始までイオン状態を保つことが十分可能である。
また、暖機運転中であることが確認された場合のみ酸素マイナスイオンを発生させることができ、無駄になる酸素マイナスイオンの発生を防止し、結果として無駄な消費電力の発生を抑制することができる。
Thus, since this invention is the above structures, there exist the following effects.
In general, oxygen negative ions defined by O , O 2− , O 2 , O 3 , and O n are known to have an oxidation capacity about 10,000 times that of oxygen molecules. Yes. Therefore, the ignition limit is expanded, and ignition is possible even with a leaner air-fuel mixture. In particular, during the warm-up operation at the start, combustion at a low temperature can be promoted, and the fuel increase specific to the start can be greatly reduced. Further, since the combustion speed after ignition is high, an effect of promoting fuel vaporization can be expected. As a matter of course, neither the deterioration of combustion nor the increase in size of the apparatus due to the mixing of the combustion gas, which is a drawback of the prior art, is caused.
Furthermore, the oxygen negative ion generator of the compactly constructed oxygen negative ion generator is only connected to the upstream side of the intake manifold without complicatedly incorporating the oxygen negative ion generator into the internal combustion engine. Can be simply and compactly configured. Since the generated oxygen minus ions have a lifetime of several seconds, it is sufficiently possible to maintain the ion state until the start of combustion in the internal combustion engine.
In addition, it is possible to generate oxygen negative ions only when it is confirmed that the engine is warming up, preventing generation of wasted oxygen negative ions, and consequently suppressing generation of wasted power consumption. it can.

本発明の実施の形態における燃焼改善装置を組み込んだ内燃機関系統の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine system that incorporates a combustion improving apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態における酸素マイナスイオン発生装置の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of an oxygen negative ion generator in an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態における燃焼改善装置の酸素マイナスイオン発生装置に関する運転制御についてのフローチャートである。It is a flowchart about the operation control regarding the oxygen negative ion generator of the combustion improvement apparatus in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における燃焼改善装置の燃焼速度と空燃比の関係を示したイメージ図である。It is the image figure which showed the relationship between the combustion speed of the combustion improvement apparatus in embodiment of this invention, and an air fuel ratio.

符号の説明Explanation of symbols

1 エンジン
2 酸素マイナスイオン発生装置
3 酸素マイナスイオン放出部
4 吸気管
5 アルミナセメント構成材
6 酸素供給電極
7 酸素マイナスイオン発生部
8 容器
9 ヒーター
10 引き出し電極
11 電源
12 酸素ガスを含むガス
13 スイッチ
14 酸素マイナスイオン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 2 Oxygen negative ion generator 3 Oxygen negative ion discharge part 4 Intake pipe 5 Alumina cement component 6 Oxygen supply electrode 7 Oxygen negative ion generator 8 Container 9 Heater 10 Extraction electrode 11 Power supply 12 Gas containing oxygen gas 13 Switch 14 Oxygen negative ion

Claims (6)

内燃機関における燃焼改善装置において、内燃機関の吸気系に酸素マイナスイオン発生装置を備えて吸気に酸素マイナスイオンが混入されるように構成したことを特徴とする燃焼改善装置。   A combustion improving apparatus for an internal combustion engine comprising an oxygen negative ion generator in an intake system of the internal combustion engine so that oxygen negative ions are mixed into the intake air. 上記酸素マイナスイオンは、少なくとも内燃機関暖機運転時において混入されることを特徴とする請求項1に記載の燃焼改善装置。   The combustion improving apparatus according to claim 1, wherein the oxygen negative ions are mixed at least during the warm-up operation of the internal combustion engine. 上記吸気系に備えた酸素マイナスイオン発生装置は、吸気マニホルド上流部に酸素マイナスイオン発生装置の酸素マイナスイオン放出部を連結したことを特徴とする請求項1または2に記載の燃焼改善装置。   The combustion improvement apparatus according to claim 1 or 2, wherein the oxygen negative ion generator provided in the intake system has an oxygen negative ion generator connected to an upstream portion of the intake manifold. 上記酸素マイナスイオン発生装置は、容器と、少なくとも一部が上記容器の中に配設されてその外部表面が酸素マイナスイオン発生部となるアルミナセメント構成材と、上記アルミナセメント構成材を加熱するヒーターと、上記アルミナセメント構成材の内部表面の少なくとも一部に形成された酸素供給電極と、上記酸素供給電極に供給される少なくとも酸素ガスを含むガスと、上記酸素マイナスイオン発生部と離隔して上記容器内に設置された酸素マイナスイオン引き出し電極と、上記酸素マイナスイオン引き出し電極に酸素供給電極よりも高い電圧を印加し得る電源とを備えたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の燃焼改善装置。   The oxygen negative ion generator includes a container, an alumina cement constituent material at least part of which is disposed in the container and having an outer surface serving as an oxygen negative ion generator, and a heater for heating the alumina cement constituent material. An oxygen supply electrode formed on at least a part of the inner surface of the alumina cement constituent material, a gas containing at least an oxygen gas supplied to the oxygen supply electrode, and the oxygen negative ion generating part spaced apart from the above 4. An oxygen negative ion extraction electrode installed in a container, and a power source capable of applying a higher voltage than the oxygen supply electrode to the oxygen negative ion extraction electrode. Combustion improvement apparatus as described in one. 上記酸素マイナスイオン発生装置は、内燃機関の暖機状態検出手段を備え、かつ、上記暖機状態検出手段からの検出データに基づき、内燃機関が暖機運転中と判断された場合は上記電源及び上記ヒーターの駆動スイッチをオンにし、内燃機関が暖機運転中でないと判断された場合は上記各駆動スイッチをオフに制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の燃焼改善装置。   The oxygen negative ion generator includes a warm-up state detection unit for the internal combustion engine, and when the internal combustion engine is determined to be in a warm-up operation based on detection data from the warm-up state detection unit, 5. A control means for turning on the drive switch of the heater and turning off the drive switches when it is determined that the internal combustion engine is not warming up. The combustion improvement apparatus as described in one. 上記検出データは、内燃機関の冷却水温度であることを特徴とする請求項5に記載の燃焼改善装置。   6. The combustion improving apparatus according to claim 5, wherein the detected data is a cooling water temperature of the internal combustion engine.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110360590A (en) * 2019-07-15 2019-10-22 任凤威 One kind of multiple fuel boiler special active Oxygen Generators

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