JP2006242042A - Purifying device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の浄化装置に関する。詳細には、内燃機関の燃焼室内に付着したデポジットを浄化する内燃機関の浄化装置に関するものである。 The present invention relates to a purification device for an internal combustion engine. More specifically, the present invention relates to a purification device for an internal combustion engine that purifies deposits adhering to the combustion chamber of the internal combustion engine.
内燃機関の燃焼室内において、未燃燃料が燃焼以外の化学反応などによりデポジット(炭素系の化合物)を生じることがある。デポジットが燃焼室内に堆積すると、燃焼室内での燃料の挙動が変動し、内燃機関の性能に大きな影響を及ぼす。その結果、エミッションが悪化するおそれがある。 In the combustion chamber of an internal combustion engine, unburned fuel may cause deposits (carbon-based compounds) due to chemical reactions other than combustion. When deposits accumulate in the combustion chamber, the behavior of the fuel in the combustion chamber fluctuates, greatly affecting the performance of the internal combustion engine. As a result, emissions may be deteriorated.
この問題に対して、エアアシスト式の燃料噴射弁を使用して、燃料を噴射する機能と、その燃料に空気を吹きかける機能を有する噴孔部にデポジットを溜める技術が開示されている(特許文献1参照)。すなわち、噴孔部出口側の噴射燃料に吹き付ける空気を供給するエアアシスト通路に、デポジットの溜り代としての溝を設けている。 To solve this problem, a technique is disclosed in which deposits are accumulated in an injection hole portion having a function of injecting fuel and a function of blowing air to the fuel using an air assist type fuel injection valve (Patent Document). 1). That is, a groove as a deposit accumulation is provided in an air assist passage for supplying air to be sprayed to the injected fuel on the outlet side of the nozzle hole.
また、噴孔部周りにフルオロアルキル基などを含む撥液膜を形成し、デポジットの付着を抑制する技術が開示されている(特許文献2参照)。なお、撥液膜を噴孔の表面に形成する方法としては、例えばゾルーゲル方法により撥液膜を焼成してその表面に撥液性を持たせている。
しかし、特許文献1による技術では、デポジットをある程度溜めるのみであるため、比較的大量のデポジットが生成されると取り除かれることなく噴孔部に蓄積され、内燃機関の性能に影響を及ぼすおそれがある。また、特許文献2による技術では、噴孔部の表面とデポジットの付着を弱める方法であるため、撥液膜が形成された噴孔部であったとしても、長期間の運転あるいは比較的高温な燃焼ガス等に繰り返し被爆されることで、付着抑制の効果が薄れるおそれがある。
However, since the technique according to
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、内燃機関の燃焼室内に付着する未燃燃料やデポジット等の炭素系の化合物などの堆積、蓄積の抑制を図ることができる内燃機関の浄化装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an internal combustion engine capable of suppressing accumulation and accumulation of unburned fuel and carbon-based compounds such as deposits adhering to the combustion chamber of the internal combustion engine. An object is to provide a purification device for an engine.
本発明の内燃機関の浄化装置は、内燃機関の燃焼室を区画するピストンにレーザ光を照射するレーザ光照射手段を備えることを特徴とする。そして、前記レーザ光照射手段が照射する前記レーザ光により、前記ピストン付近に存在する未燃燃料を蒸発気化させることができる。さらに、前記レーザ光により、前記ピストンに付着したデポジットなどの炭素系の化合物などを焼却することができる。特に、レーザ光照射手段により照射されるレーザ光の焦点位置をピストンの頂面に合わせることにより、より確実にピストンの頂面付近に存在する未燃燃料を蒸発気化でき、ピストンの頂面に付着した上記炭素系の化合物などを焼却することができる。このように、本発明によれば、ピストンに炭素系の化合物が堆積、蓄積することを抑制できる。その結果、炭素系の化合物がピストンに堆積することにより生じる燃焼室内での燃料の挙動の変動、エミッションが悪化を抑制することができる。 The purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention is characterized by comprising laser light irradiation means for irradiating a piston that divides a combustion chamber of the internal combustion engine with laser light. And the unburned fuel which exists in the vicinity of the piston can be evaporated by the laser beam emitted by the laser beam irradiation means. Furthermore, carbon-based compounds such as deposits attached to the piston can be incinerated by the laser light. In particular, by aligning the focal point of the laser beam irradiated by the laser beam irradiation means with the top surface of the piston, the unburned fuel existing near the top surface of the piston can be evaporated more securely and attached to the top surface of the piston. The above carbon-based compounds can be incinerated. Thus, according to this invention, it can suppress that a carbon-type compound accumulates and accumulate | stores in a piston. As a result, it is possible to suppress fluctuations in the behavior of the fuel in the combustion chamber caused by the carbon-based compound depositing on the piston and the deterioration of the emission.
なお、前記レーザ光照射手段は、特に、前記ピストンの頂面に形成されるキャビティに前記レーザ光を照射するようにするとよい。ピストンの頂面に形成されるキャビティは、燃焼室内における燃料の挙動に大きく影響を及ぼす部分である。このピストンのキャビティにデポジット等の炭素系の化合物が付着すると、燃焼室内における燃料の挙動が変化するおそれがある。そこで、このキャビティにレーザ光を照射することで、キャビティ付近に存在する未燃燃料を蒸発気化でき、さらにはキャビティに付着したデポジット等の炭素系の化合物を焼却することができる。これにより、燃焼室内における燃料の挙動に大きく影響を及ぼす部分であるピストンのキャビティに炭素系の化合物が付着することを抑制できる。 In addition, the laser beam irradiation means may be configured to irradiate the laser beam to a cavity formed on the top surface of the piston. The cavity formed on the top surface of the piston is a part that greatly affects the behavior of the fuel in the combustion chamber. If a carbon-based compound such as deposit adheres to the piston cavity, the behavior of the fuel in the combustion chamber may change. Therefore, by irradiating the cavity with laser light, the unburned fuel existing in the vicinity of the cavity can be evaporated and further, carbon-based compounds such as deposits attached to the cavity can be incinerated. Thereby, it can suppress that a carbon-type compound adheres to the cavity of the piston which is a part which has a big influence on the behavior of the fuel in a combustion chamber.
次に、実施形態を挙げ、図面を参照して本発明をより詳しく説明する。図1は、本実施形態の内燃機関の浄化装置を示す図である。図1に示すように、内燃機関の浄化装置は、内燃機関1と、レーザ光照射手段としてのレーザ光照射装置2と、制御装置(ECU)とから構成される。
Next, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a purification device for an internal combustion engine according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the internal combustion engine purification apparatus includes an
図1に示すように、内燃機関1は、シリンダブロック11と、吸気弁12aおよび排気弁12cを有するシリンダヘッド12と、シリンダブロック11の内周壁を往復移動するピストン13と、可燃混合気もしくは燃料等に着火する点火装置14と、燃料噴射弁15とを備える周知の内燃機関である。なお、シリンダブロック11の内周壁、ピストン13の頂面、およびシリンダヘッド12の天井内壁により、内燃機関1の燃焼室3を区画している。
As shown in FIG. 1, an
シリンダヘッド12は、吸入空気が流れる通路を形成する吸気管に接続し吸入空気が導かれる吸気ポート12bと、燃焼ガス等が流れる通路を形成する排気管に接続し排気を排出する排気ポート12dとを備えている。そして、吸気ポート12bには吸気弁12aが開閉可能に配置され、排気ポート12dには排気弁12cが開閉可能に配置されている。すなわち、吸気弁12aは、吸気管から吸気ポート12bに導かれた吸入空気の燃焼室3への流れを遮断および許容する。排気弁12cは、燃焼室3内に生成された燃焼ガスの排気ポート12dへ流れを遮断および許容する。
The
点火装置14は、例えば点火プラグなどから構成される周知の点火装置である。燃料噴射弁15は、シリンダヘッド12の天井壁側に設けられ、燃料を燃焼室3内に直接噴射する。具体的には、燃料噴射弁15は、燃焼室3内のうちピストン13の頂面に形成されるキャビティ13aに向けて燃料を噴射供給する。
The ignition device 14 is a well-known ignition device including, for example, an ignition plug. The
レーザ光照射装置2は、シリンダヘッド12の天井壁側に設けられている。このレーザ光照射装置2は、レーザ光を照射口から光発散し、その光発散する広角もしくは狭角度合いに応じて照射予定領域に熱エネルギーを放射する。具体的には、レーザ光照射装置2は、レーザ光を発生するレーザ発生装置と、レーザ光を照射口から光発散あるいは光集光させるための光学的装置と、レーザ光をレーザ発生装置から光学的装置まで比較的伝送損失なく伝送可能な光ファイバとを有する周知のレーザ発信装置である。なお、光ファイバは、シリンダヘッド12の天井壁に固定された略円筒状のケーシング内に保持され、光ファイバの照射口が燃焼室3内に向けられるようにされている。さらに詳細には、光ファイバの照射口が、燃焼室3を区画するピストン13に形成されるキャビティ13aに向けられるように固定されている。光学的装置は、照射口から出射するレーザ光を発散あるいは集光させるようなレンズまたはレンズ群が設けられている。そして、この光学的装置は、燃焼室3内に照射されるレーザ光の焦点位置が、ピストン13に形成されるキャビティ13aに合うようにされている。なお、この光学的装置は、レーザ発生装置からレーザ光を導くためにミラー等のビームスプリッタを設けていてもよい。
The laser
そして、レーザ光照射装置2により発生されるレーザ光は、燃料に比べて比較的難燃性のデポジットを焼却可能な熱エネルギーを有している。従って、レーザ光照射装置2により発生されるレーザ光は、燃料を加熱して蒸発気化可能な熱エネルギー以上の熱エネルギーを有していることになる。
The laser light generated by the laser
ECU(図示せず)は、燃料噴射弁15、吸気弁12a、排気弁12cおよびレーザ光照射装置2に接続されている。このECUは、燃料噴射弁15のコイルへの通電開始および通電停止を行うことで、燃料噴射弁15への通電期間を制御する。そして、ECUによる燃料噴射弁15への通電期間の制御により、燃焼室3内へ噴射供給される燃料の量を制御している。また、ECUは、吸気弁12aの開閉、および、排気弁12cの開閉の制御を行っている。このように、ECUによる吸気弁12aの開閉の制御により、燃焼室3内に吸入される吸入空気量を制御している。ECUによる排気弁12cの開閉の制御により、燃焼室3から排気ポート12dへ排気ガスを排気する制御を行っている。さらに、ECUは、レーザ光照射装置2により照射されるレーザ光の照射タイミングおよび照射強度を制御している。なお、ECUによる制御は、内燃機関1の運転状態、例えば、スロットル開度、クランクシャフトの回転角度位置、冷却水温などに応じて適宜変更される。
The ECU (not shown) is connected to the
このように構成される内燃機関の浄化装置の動作について説明する。まず、内燃機関1の動作について説明する。内燃機関1は、吸気弁12aが開放されることにより吸気ポート12bを通じて燃焼室3内に吸入空気が導かれる。さらに、燃料噴射弁15から燃焼室3内のピストン13に形成されたキャビティ13aに向けて燃料が噴射供給される。そして、点火装置14が点火することで、燃焼室3内に導かれた吸入空気と燃料噴射弁15により噴射供給された燃料とからなる可燃混合気を着火燃焼させる。そうすると、ピストン13が往復移動して、内燃機関1の出力軸であるクランクシャフトが回転する。そして、燃焼後の燃焼ガスは、排気弁12cが開放されることにより燃焼室3内から排気ポート12dへ排気される。
The operation of the purification apparatus for an internal combustion engine configured as described above will be described. First, the operation of the
次に、レーザ光照射装置2の動作について説明する。レーザ光照射装置2は、ECUからの制御信号に基づきレーザ光を発生させ、燃焼室3内にレーザ光を照射させる。具体的には、レーザ光照射装置2は、燃焼室3を区画するピストン13に形成されるキャビティ13aにレーザ光の焦点位置が合うように照射される。ただし、ピストン13は往復移動しているので、レーザ光照射装置2は、ピストン13の往復移動位置に対応するクランクシャフトの回転角度位置に応じてレーザ光の照射タイミングが制御されている。
Next, operation | movement of the laser
そして、レーザ光照射装置2により燃焼室3内に照射されるレーザ光の熱エネルギーは、燃料を加熱して蒸発気化可能なエネルギーより大きいので、ピストン13の頂面付近に存在する未燃燃料が蒸発気化することになる。さらに、レーザ光照射装置2により燃焼室3内に照射されるレーザ光の熱エネルギーは、デポジットを焼却可能なエネルギーを有している。そのため、ピストン13のうち特にキャビティ13aに付着したデポジットにレーザ光が照射されることにより、デポジットが焼却する。
And since the thermal energy of the laser beam irradiated into the
ここで、レーザ光によるデポジットの焼却の過程について説明する。説明の容易化のために、デポジットなどの炭素系の化合物を炭素(C)として、炭素の燃焼式について説明する。炭素の燃焼式は、炭素(C)+酸素(O2)→CO2で表される。この左辺から右辺へ移行する速度は、反応速度定数Kで表され、K=Ae-E/RTとなる。ここで、Aは濃度などで決まる定数、Eは活性化に要するエネルギー、Tは温度を示している。レーザ光を照射すると、炭素(C)つまり炭素系の化合物からなるデポジットは、レーザ光エネルギーの集光による温度上昇および活性化により、燃焼反応が促進される。換言すると、レーザ光の照射による活性化効果等により、デポジットの従来の着火する温度より比較的低い温度で着火し焼却が可能となる。 Here, the process of incineration of the deposit by laser light will be described. For ease of explanation, the carbon combustion formula will be described assuming that carbon (C) is a carbon-based compound such as deposit. The combustion formula of carbon is represented by carbon (C) + oxygen (O 2 ) → CO 2 . The speed of shifting from the left side to the right side is represented by a reaction rate constant K, and K = Ae −E / RT . Here, A is a constant determined by the concentration, E is energy required for activation, and T is temperature. When the laser beam is irradiated, the carbon (C), that is, a deposit made of a carbon-based compound, promotes a combustion reaction due to a temperature rise and activation due to condensing of the laser beam energy. In other words, it is possible to ignite and incinerate at a relatively lower temperature than the conventional ignition temperature of the deposit due to the activation effect of the laser light irradiation.
上述したように、レーザ光照射装置2によりピストン13付近に存在する未燃燃料を蒸発気化させることができるので、ピストン13へデポジットが堆積、蓄積することを抑制することができる。仮に、ピストン13へデポジットが堆積、蓄積した後であっても、このデポジットを焼却することができる。これにより、燃焼室3内での燃料の挙動の変動を抑制できるので、内燃機関1の性能を維持することができる。さらに、エミッションを良好にすることができる。
As described above, since the unburned fuel existing in the vicinity of the
なお、上記実施形態においては、レーザ光照射装置2により照射されるレーザ光の焦点位置をピストン13に形成されるキャビティ13aに合わせるようにしたが、これに限られるものではない。レーザ光の焦点位置がピストン13の頂面の何れかの位置に合うようにすれば、ピストン13の頂面付近に存在する未燃燃料の蒸発気化、および、ピストン13の頂面に付着したデポジットの焼却が可能となる。ただし、ピストン13のキャビティ13aは、燃焼室3内における燃料の挙動、さらには内燃機関の性能に大きく影響を及ぼす部分であるので、特にピストン13のキャビティ13aにレーザ光の焦点位置を合わせることの効果は大きい。
In the above embodiment, the focal position of the laser beam irradiated by the laser
1:内燃機関、 2:レーザ光照射装置、 11:シリンダブロック、 12:シリンダヘッド、 12a:吸気弁、 12b:吸気ポート、 12c:排気弁、 12d:排気ポート、 13:ピストン、 13a:キャビティ、 14:点火装置、 15:燃料噴射弁、 3:燃焼室
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Internal combustion engine 2: Laser beam irradiation apparatus 11: Cylinder block 12:
Claims (3)
The internal combustion engine purification device according to claim 1 or 2, wherein the laser light irradiation means irradiates the laser beam to a cavity formed on a top surface of the piston.
Priority Applications (1)
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JP2005056422A JP2006242042A (en) | 2005-03-01 | 2005-03-01 | Purifying device for internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
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JP (1) | JP2006242042A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104121133A (en) * | 2013-04-25 | 2014-10-29 | 福特环球技术公司 | Laser ignition safety interlock system and method |
-
2005
- 2005-03-01 JP JP2005056422A patent/JP2006242042A/en not_active Withdrawn
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CN104121133A (en) * | 2013-04-25 | 2014-10-29 | 福特环球技术公司 | Laser ignition safety interlock system and method |
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