JP2008051007A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】オゾンの供給量を抑えつつ効果的にノッキングを回避することができる内燃機関を提供する。
【解決手段】燃焼室と、燃焼室に連通する吸気ポート６及び排気ポート７と、燃焼室内の圧力を検出する筒内圧検出手段５２と、燃焼室内の吸気ポート６側にオゾンを供給可能な吸気側噴射手段２２と、燃焼室内の排気ポート７側にオゾンを供給可能な排気側噴射手段２３と、燃焼室内の吸気ポート６側と排気ポート７側との中間にオゾンを供給可能な中間噴射手段２４とを有するオゾン供給手段２０と、筒内圧検出手段５２が検出する筒内圧に応じてオゾン供給手段２０を制御してオゾンの供給位置を変更する制御手段５０とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関に関し、特に、オゾンを燃焼室に供給可能な内燃機関に関するものである。

従来から内燃機関では、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ことでノッキングが発生することが知られている。そして、このようなノッキングの発生を抑制するため、強い酸化作用を有するオゾンを混合気に添加し、燃焼速度を速め、自己着火する前に火炎を燃焼室全体に伝播させることで、ノッキングの抑制を図った技術が知られている。

このような内燃機関としては、例えば、特許文献１に記載のように、燃料噴射弁に接続された燃料配管に他の燃料噴射弁から噴射された燃料とオゾンを添加した空気とを混合する混合気室を介装し、該混合気室内の混合気を改質燃料として、燃料噴射弁から筒内に噴射することで、着火性を高めたものがある。

特開２００３−９０２３９号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載されている筒内直接噴射式内燃機関では、ノッキングを回避することができたとしても、例えば、オゾン発生装置により放電を行ってオゾンを生成する際に消費される電気負荷が増加し、機関に対する負荷が増大し、結果的に燃費が悪化してしまうおそれがある。

そこで本発明は、オゾンの供給量を抑えつつ効果的にノッキングを回避することができる内燃機関を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による内燃機関は、燃焼室と、前記燃焼室に連通する吸気ポート及び排気ポートと、前記燃焼室内の圧力を検出する筒内圧検出手段と、前記燃焼室内の前記吸気ポート側にオゾンを供給可能な吸気側噴射手段と、前記燃焼室内の前記排気ポート側にオゾンを供給可能な排気側噴射手段と、前記燃焼室内の前記吸気ポート側と前記排気ポート側との中間にオゾンを供給可能な中間噴射手段とを有するオゾン供給手段と、前記筒内圧検出手段が検出する圧力に応じて前記オゾン供給手段を制御してオゾンの供給位置を変更する制御手段とを備えることを特徴とする。

請求項２に係る発明による内燃機関では、前記制御手段は、前記筒内圧検出手段により検出される圧力が予め設定された高圧側閾値以上である場合に前記排気側噴射手段を制御して該排気側噴射手段からオゾンを供給することを特徴とする。

請求項３に係る発明による内燃機関では、前記制御手段は、前記筒内圧検出手段により検出される圧力が予め設定された低圧側閾値以下である場合に前記吸気側噴射手段を制御して該吸気側噴射手段からオゾンを供給することを特徴とする。

請求項４に係る発明による内燃機関では、前記制御手段は、前記筒内圧検出手段により検出される圧力が予め設定された高圧側閾値と該高圧側閾値よりも低い値で設定される低圧側閾値との間にある場合に前記中間噴射手段を制御して該中間噴射手段からオゾンを供給することを特徴とする。

請求項５に係る発明による内燃機関では、前記排気側噴射手段によるオゾン供給量が前記中間噴射手段によるオゾン供給量よりも少なく、且つ、前記吸気側噴射手段によるオゾン供給量が前記中間噴射手段によるオゾン供給量よりも多くなるように前記排気側噴射手段、前記吸気側噴射手段及び前記中間噴射手段を制御することを特徴とする。

請求項６に係る発明による内燃機関では、前記中間噴射手段は、前記燃焼室の壁面であって前記吸気ポート側と前記排気ポート側との間で対向する壁面の近傍に各々オゾンを供給可能であることを特徴とする。

本発明に係る内燃機関によれば、燃焼室内の吸気ポート側にオゾンを供給可能な吸気側噴射手段と、燃焼室内の排気ポート側にオゾンを供給可能な排気側噴射手段と、燃焼室内の吸気ポート側と排気ポート側との中間にオゾンを供給可能な中間噴射手段とを有するオゾン供給手段と、筒内圧検出手段が検出する圧力に応じてオゾン供給手段を制御してオゾンの供給位置を変更する制御手段とを備えるので、オゾンの供給量を抑えつつ効果的にノッキングを回避することができる。

以下に、本発明に係る内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本発明の実施例に係るエンジンの燃焼室側から見たシリンダヘッドの模式的正面図、図２は、本発明の実施例に係るエンジンの模式的断面図、図３は、本発明の実施例に係るエンジンのノッキング発生時における燃焼速度と最大筒内圧との関係を示す線図、図４は、本発明の実施例に係るエンジンのオゾン供給制御を説明するフローチャートである。

図２に示すように、実施例に係る内燃機関としてのエンジン１は、乗用車、トラックなどの車両に搭載されるエンジンであり、シリンダボア２に往復運動可能に設けられるピストン３が２往復する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行う、いわゆる４サイクルエンジンである。

このエンジン１は、シリンダボア２を往復移動可能なピストン３と、空気と燃料との混合気が燃焼可能であると共にピストン３の移動方向の一方側に設けられる燃焼室４と、ピストン３の移動方向の他方側に設けられるクランク室５を備える。ここで、ピストン３の移動方向は、円筒形状に形成されるシリンダボア２の軸線方向である。つまり、ピストン３を挟んでこのシリンダボア２の軸線方向の一方側に燃焼室４、他方側にクランク室５が設けられる。また、このエンジン１は、シリンダボア２、ピストン３、燃焼室４、クランク室５をそれぞれ複数備える。なお、以下の説明では、複数ある気筒のうちの１つについて説明する。

さらに、エンジン１は、燃焼室４に連通する吸気ポート６及び排気ポート７と、吸気ポート６内に燃料を噴射することが可能なインジェクタ８と、燃焼室４の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ９と、ピストン３の往復運動に連動して回転可能なクランクシャフト１０を備える。さらに、エンジン１は、シリンダヘッド１１、シリンダブロック１２及びクランクケース１３を備える。

シリンダヘッド１１は、シリンダブロック１２上に締結され、クランクケース１３は、シリンダブロック１２の下部に締結される。シリンダブロック１２は、内部に上述した円筒形状のシリンダボア２が形成される。このシリンダブロック１２は、複数のシリンダボア２を形成するボア壁面２ａと、複数のクランク室５を形成するクランク室壁面５ａを有し、このボア壁面２ａとクランク室壁面５ａとは、ボア壁面２ａの下端部、クランク室壁面５ａの上端部において連続している。

ピストン３は、このシリンダボア２に上下移動自在に嵌合する。クランク室５は、シリンダボア２に各々連通する。クランクケース１３は、内部に潤滑油（オイル）を貯留する。クランクシャフト１０は、複数のクランク室５を貫通して回転自在に支持される。上述のピストン３は、それぞれコネクティングロッド１４を介してこのクランクシャフト１０に連結される。また、クランクシャフト１０は、その軸周りにカウンタウェイト１５を有する。各ピストン３の往復運動は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１０に伝えられ、ここで回転運動に変換されて、エンジン１の出力として取り出される。

燃焼室４は、ピストン３を挟んでクランク室５の反対側に設けられる。この燃焼室４は、複数のシリンダボア２に対応して複数形成され、シリンダヘッド１１の下面としての筒内天井部１１ａ、シリンダボア２のボア壁面２ａ及びピストン３の他方の端面である頂面３ａにより画成される。

この燃焼室４の上部、つまり、シリンダヘッド１１の筒内天井部１１ａに上述した吸気ポート６及び排気ポート７が各々２つずつ形成される。この吸気ポート６及び排気ポート７の開口には吸気弁１６及び排気弁１７が設けられる。この吸気弁１６及び排気弁１７は、吸気ポート６及び排気ポート７をそれぞれ開閉可能とし、吸気ポート６と燃焼室４、燃焼室４と排気ポート７とをそれぞれ連通することができる。吸気ポート６は、その吸気方向上流側に空気を導入する吸気通路（吸気管）１８が接続され、排気ポート７は、その排気方向下流側に排気ガスを排出する排気通路（排気管）１９が接続される。

インジェクタ８は、上述したように吸気ポート６内に装着されこの吸気ポート６内に燃料噴霧を噴射する。点火プラグ９は、燃焼室４の天井部分、すなわち、シリンダヘッド１１の筒内天井部１１ａの吸気ポート６と排気ポート７の間に装着される。

さらに、このエンジン１は、マイクロコンピュータを中心として構成され、エンジン１の各部を制御可能な制御手段としての電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５０を備える。ＥＣＵ５０には、エンジン１の各部を駆動する不図示の駆動回路及び各種センサが接続されており、ＥＣＵ５０は、これらの駆動回路、センサ等との間で信号の入出力を行なう。また、ＥＣＵ５０には、エンジン１のノッキングを検出するノックセンサ５１と、燃焼室４内の圧力、すなわち、筒内圧を検出する筒内圧検出手段としての筒内圧センサ５２が電気的に接続されている。ノックセンサ５１は、エンジン１におけるノッキングの発生を例えばシリンダブロック１２の振動により電圧が変化する圧電素子に基づいて検出し、検出結果をＥＣＵ５０に出力するものである。筒内圧センサ５２は、筒内圧を例えば印加圧力に応じて抵抗値が変化する検知素子に基づいて検出し、検出結果をＥＣＵ５０に出力するものである。なお、ノックセンサ５１、筒内圧センサ５２は、ノッキングの発生、筒内圧を検出できるものであれば他の形式のセンサを用いてもよい。

このエンジン１では、インジェクタ８から噴射される燃料と吸気通路１８、吸気ポート６を介して吸入される空気とが混合して混合気を形成し、ピストン３がシリンダボア２内を下降することで、燃焼室４内にこの混合気が吸入される（吸気行程）。そして、このピストン３が吸気行程下死点を経てシリンダボア２内を上昇することで混合気が圧縮され（圧縮行程）、ピストン３が圧縮行程上死点付近に近づくと点火プラグ９により混合気に点火され、該混合気が燃焼し、その燃焼圧力によりピストン３を下降させる（膨張行程）。燃焼後の混合気は、ピストン３が膨張行程下死点を経て吸気行程上死点に向かって再び上昇することで排気ポート７、排気通路１９を介して排気ガスとして放出される（排気行程）。このピストン３のシリンダボア２内での往復運動は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１０に伝えられ、ここで回転運動に変換され、出力として取り出されると共に、このピストン３は、カウンタウェイト１５、クランクシャフト１０が慣性力によりさらに回転することで、このクランクシャフト１０の回転に伴ってシリンダボア２内を往復する。このクランクシャフト１０が２回転することで、ピストン３はシリンダボア２を２往復し、この間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行い、燃焼室４内で１回の爆発が行われる。

ところで、本実施例のエンジン１では、強い酸化作用を有するオゾンを混合気に添加し、燃焼速度を速め、自己着火する前に火炎を燃焼室４全体に伝播させることで、ノッキングの抑制を図っている。

具体的には、エンジン１は、図１に示すように、オゾン供給手段としてのオゾン供給装置２０を備える。このオゾン供給装置２０は、オゾンを発生させるオゾン発生装置２１と、このオゾン発生装置２１で生成されるオゾンを燃焼室４内の吸気ポート６側に供給可能な吸気側噴射手段としての吸気側オゾン噴射弁２２及びポンプ２２ｐと、燃焼室４内の排気ポート７側に供給可能な排気側噴射手段としての排気側オゾン噴射弁２３及びポンプ２３ｐと、燃焼室４内の吸気ポート６側と排気ポート７側との中間に供給可能な中間噴射手段としての中間オゾン噴射弁２４及びポンプ２４ｐを有している。

オゾン発生装置２１は、反応容器となっており、コロナ放電式、紫外線照射方式、アーク放電方式、電子線、或いはＸ線照射方式等によって、当該オゾン発生装置２１内を通る空気の一部をオゾンに変化させることにより、オゾンを生成することができる。また、このオゾン発生装置２１には、高電圧電源が接続されており、高電圧電源から供給される電気によって、オゾン発生装置２１はオゾンを発生させることができる。オゾン発生装置２１と吸気側オゾン噴射弁２２、排気側オゾン噴射弁２３、中間オゾン噴射弁２４とはそれぞれ配管により接続されており、その配管の途中にそれぞれのポンプ２２ｐ、２３ｐ、２４ｐが設けられている。

吸気側オゾン噴射弁２２と排気側オゾン噴射弁２３とは、共にシリンダヘッド１１に装着されており、シリンダボア２の径方向に互いに対向するように設けられる。吸気側オゾン噴射弁２２は、吸気ポート６側から燃焼室４の中心側に向けてオゾンを噴射可能である一方、排気側オゾン噴射弁２３は、排気ポート７側から燃焼室４の中心側に向けてオゾンを噴射可能である。また、中間オゾン噴射弁２４は、吸気ポート６側と排気ポート７側との中間から燃焼室４の中心側に向けてオゾンを噴射可能な第１中間オゾン噴射弁２４ａ及び第２中間オゾン噴射弁２４ｂにより構成されている。この第１中間オゾン噴射弁２４ａと第２中間オゾン噴射弁２４ｂとは、共にシリンダヘッド１１に装着されており、シリンダボア２の径方向に互いに対向するように設けられる。すなわち、第１中間オゾン噴射弁２４ａと第２中間オゾン噴射弁２４ｂとによって燃焼室４の壁面であって吸気ポート側６と排気ポート側７との間で対向する壁面の近傍に各々オゾンを供給可能である。

また、吸気側オゾン噴射弁２２、排気側オゾン噴射弁２３、第１中間オゾン噴射弁２４ａ、第２中間オゾン噴射弁２４ｂは、ほぼ等しい高さ（シリンダボア２の軸方向に対してほぼ等しい位置）に設けられると共に、シリンダボア２の軸線を中心としてほぼ等角度間隔（９０度程度）で位置している。さらに、吸気側オゾン噴射弁２２、排気側オゾン噴射弁２３、第１中間オゾン噴射弁２４ａ、第２中間オゾン噴射弁２４ｂは、吸気ポート６及び排気ポート７よりも外側に設けられる。

オゾン供給装置２０のオゾン発生装置２１、吸気側オゾン噴射弁２２、排気側オゾン噴射弁２３、第１中間オゾン噴射弁２４ａ、第２中間オゾン噴射弁２４ｂ及びポンプ２２ｐ、２３ｐ、２４ｐは、制御手段としてのＥＣＵ５０にそれぞれ電気的に接続されており、このＥＣＵ５０によりその駆動が制御されている。ＥＣＵ５０がポンプ２２ｐ、２３ｐ、２４ｐを作動すると、オゾン供給装置２０で発生したオゾンは、このポンプ２２ｐ、２３ｐ、２４ｐにより配管を介して吸気側オゾン噴射弁２２、排気側オゾン噴射弁２３、第１中間オゾン噴射弁２４ａ、第２中間オゾン噴射弁２４ｂに圧送される。そして、ＥＣＵ５０がこの吸気側オゾン噴射弁２２、排気側オゾン噴射弁２３、第１中間オゾン噴射弁２４ａ、第２中間オゾン噴射弁２４ｂを開弁制御することで、オゾンは燃焼室４内に供給される。また、ＥＣＵ５０は、吸気側オゾン噴射弁２２、排気側オゾン噴射弁２３、第１中間オゾン噴射弁２４ａ、第２中間オゾン噴射弁２４ｂの開度を調節したり、開弁期間を調節したりすることでオゾンの供給量を調節することができると共にポンプ２２ｐ、２３ｐ、２４ｐを制御することで吸気側オゾン噴射弁２２、排気側オゾン噴射弁２３、第１中間オゾン噴射弁２４ａ、第２中間オゾン噴射弁２４ｂから噴射されるオゾンの噴射圧をそれぞれ調節することができる。

ところで、エンジン１で発生するノッキングはその運転状態に応じて燃焼室４内での発生位置が相違している。図３は、エンジン１でのノッキング発生時における混合気の燃焼速度と最大筒内圧との相関関係を表すグラフである。ここで、このようなエンジン１でのノッキング発生時において、燃焼速度が遅く筒内圧が極端に低い場合、燃焼室４内の吸気ポート６側でノッキングが発生する一方、燃焼速度が速く筒内圧が極端に高い場合、燃焼室４内の排気ポート７側でノッキングが発生し、その中間では吸気ポート６側と排気ポート７側と中間部分でノッキングが発生することが見出された。

そこで、本実施例のエンジン１では、ＥＣＵ５０は、筒内圧センサ５２が検出する筒内圧に応じてオゾン供給装置２０の吸気側オゾン噴射弁２２、排気側オゾン噴射弁２３、第１中間オゾン噴射弁２４ａ及び第２中間オゾン噴射弁２４ｂを制御して燃焼室４内におけるオゾンの供給位置を変更することで、オゾンの供給量を抑えつつ効果的にノッキングを回避している。

具体的には、ＥＣＵ５０による制御によって筒内圧が予め設定された高圧側閾値以上である場合に排気側オゾン噴射弁２３からオゾンを供給し、筒内圧が予め設定された低圧側閾値以下である場合に吸気側オゾン噴射弁２２からオゾンを供給し、筒内圧が高圧側閾値と該高圧側閾値よりも低い値で設定される低圧側閾値との間にある場合に第１中間オゾン噴射弁２４ａ及び第２中間オゾン噴射弁２４ｂからオゾンを供給している。

以下、図４のフローチャートに基づいて本実施例のエンジン１によるオゾン供給制御について詳細に説明する。以下の動作は、主としてＥＣＵ５０により実行される。

まず、ＥＣＵ５０は、ノックセンサ５１が燃焼室４内でのノッキングの発生を検出したか否かを判定する（Ｓ１００）。ノッキングの発生を検出していない場合（Ｓ１００：Ｎｏ）、Ｓ１００に戻って以降の処理を繰り返す。ノッキングの発生を検出した場合（Ｓ１００：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、筒内圧センサ５２が検出する筒内圧が高圧側閾値以上であるか否かを判定する（Ｓ１０２）。ここで、高圧側閾値（図３参照）は、現在の筒内圧が極端に高いか否かを判定するために筒内圧に対して設定される値であり、エンジン１の仕様等に応じて適宜設定すればよい。

筒内圧センサ５２が検出する筒内圧が高圧側閾値以上である場合（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、次のサイクルでの圧縮工程後半で排気側オゾン噴射弁２３を制御して燃焼室４内の排気ポート７側にオゾンを供給して（Ｓ１０４）、Ｓ１００に戻って以降の処理を繰り返す。これにより、筒内圧が極端に高く、燃焼室４内の排気ポート７側でノッキングが発生しやすい状態において、この燃焼室４内の排気ポート７側の混合気に対して強い酸化作用を有するオゾンを供給することで、排気ポート７側の混合気の火炎伝播が速くなり、この結果、自己着火する前に火炎が燃焼室４全体に伝播する。

筒内圧センサ５２が検出する筒内圧が高圧側閾値よりも低い場合（Ｓ１０２：Ｎｏ）、ＥＣＵ５０は、筒内圧センサ５２が検出する筒内圧が低圧側閾値以下であるか否かを判定する（Ｓ１０６）。ここで、低圧側閾値（図３参照）は、現在の筒内圧が極端に低いか否かを判定するために筒内圧に対して高圧側閾値よりも低い値で設定される値であり、高圧側閾値と同様、エンジン１の仕様等に応じて適宜設定すればよい。

筒内圧センサ５２が検出する筒内圧が低圧側閾値以下である場合（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、次のサイクルでの圧縮工程後半で吸気側オゾン噴射弁２２を制御して燃焼室４内の吸気ポート６側にオゾンを供給して（Ｓ１０８）、Ｓ１００に戻って以降の処理を繰り返す。これにより、筒内圧が極端に低く、燃焼室４内の吸気ポート６側でノッキングが発生しやすい状態において、この燃焼室４内の吸気ポート６側の混合気に対して強い酸化作用を有するオゾンを供給することで、吸気ポート６側の混合気の火炎伝播が速くなり、この結果、自己着火する前に火炎が燃焼室４全体に伝播する。

筒内圧センサ５２が検出する筒内圧が低圧側閾値よりも高い場合（Ｓ１０６：Ｎｏ）、すなわち、現在の筒内圧が高圧側閾値と低圧側閾値との間にある場合、ＥＣＵ５０は、次のサイクルでの圧縮工程後半で第１中間オゾン噴射弁２４ａ、第２中間オゾン噴射弁２４ｂを制御して燃焼室４内の吸気ポート６側と排気ポート７側との中間にオゾンを供給して（Ｓ１１０）、Ｓ１００に戻って以降の処理を繰り返す。これにより、燃焼室４内の吸気ポート６側と排気ポート７側との中間部分でノッキングが発生しやすい状態において、この燃焼室４内の中間部分の混合気に対して強い酸化作用を有するオゾンを供給することで、この混合気の火炎伝播が速くなり、この結果、自己着火する前に火炎が燃焼室４全体に伝播する。

ここで、ＥＣＵ５０は、吸気側オゾン噴射弁２２、排気側オゾン噴射弁２３、第１中間オゾン噴射弁２４ａ及び第２中間オゾン噴射弁２４ｂを制御して、Ｓ１０４での排気側オゾン噴射弁２３によるオゾン供給量がＳ１１０での第１中間オゾン噴射弁２４ａ、第２中間オゾン噴射弁２４ｂによるオゾン供給量よりも少なく、且つ、Ｓ１０６での吸気側オゾン噴射弁２２によるオゾン供給量がＳ１１０での第１中間オゾン噴射弁２４ａ、第２中間オゾン噴射弁２４ｂによるオゾン供給量よりも多くなるように設定している。これは、温度が高い燃焼室４内の排気ポート７側ではもともとの火炎伝播が速いことから、少量のオゾンでも火炎伝播を十分に速くすることができる一方、燃焼室４内の吸気ポート６側では火炎伝播が相対的に遅いことから、十分な量のオゾンを供給することで確実に火炎伝播を速くし、ノッキングを抑制するためである。

以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン１によれば、ノッキング発生位置が筒内圧（燃焼速度）と相関しているという知見から、燃焼室４と、燃焼室４に連通する吸気ポート６及び排気ポート７と、筒内圧を検出する筒内圧センサ５２と、燃焼室４内の吸気ポート６側にオゾンを供給可能な吸気側オゾン噴射弁２２と、燃焼室４内の排気ポート７側にオゾンを供給可能な排気側オゾン噴射弁２３と、燃焼室４内の吸気ポート６側と排気ポート７側との中間にオゾンを供給可能な中間オゾン噴射弁２４とを有するオゾン供給装置２０と、筒内圧センサ５２が検出する筒内圧に応じてオゾン供給装置２０を制御してオゾンの供給位置を変更するＥＣＵ５０を設けている。

したがって、燃焼室４内の吸気ポート６側にオゾンを供給可能な吸気側オゾン噴射弁２２と、燃焼室４内の排気ポート７側にオゾンを供給可能な排気側オゾン噴射弁２３と、燃焼室４内の吸気ポート６側と排気ポート７側との中間にオゾンを供給可能な中間オゾン噴射弁２４を設け、ＥＣＵ５０により筒内圧に応じてこの吸気側オゾン噴射弁２２、排気側オゾン噴射弁２３、中間オゾン噴射弁２４を制御してオゾンの供給位置を変更することから、運転状態に応じてノッキングが発生しやすい位置に強い酸化作用を有するオゾンが効率的に供給されるので、オゾンの供給量を抑えつつ効果的にノッキングを回避することができる。この結果、オゾン発生装置２１により生成するオゾンの量を少なく押さえることができることから、オゾン生成のために消費される電気負荷が減少し、このため機関に対する負荷も減少し、燃費の悪化も抑制することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン１によれば、ＥＣＵ５０は、筒内圧センサ５２により検出される筒内圧が予め設定された高圧側閾値以上である場合に排気側オゾン噴射弁２３を制御してこの排気側オゾン噴射弁２３からオゾンを供給する。したがって、筒内圧が高くなり、燃焼室４内の排気ポート７側でノッキングが発生しやすい状態において、この燃焼室４内の排気ポート７側の混合気に対してオゾンを供給することで、排気ポート７側の混合気の火炎伝播が速くなり、この結果、自己着火する前に火炎が燃焼室４全体に伝播するので、燃焼室４内の排気ポート７側でのノッキングの発生を確実に抑制することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン１によれば、ＥＣＵ５０は、筒内圧センサ５２により検出される筒内圧が予め設定された低圧側閾値以下である場合に吸気側オゾン噴射弁２２を制御してこの吸気側オゾン噴射弁２２からオゾンを供給する。したがって、筒内圧が低くなり、燃焼室４内の吸気ポート６側でノッキングが発生しやすい状態において、この燃焼室４内の吸気ポート６側の混合気に対してオゾンを供給することで、吸気ポート６側の混合気の火炎伝播が速くなり、この結果、自己着火する前に火炎が燃焼室４全体に伝播するので、燃焼室４内の吸気ポート６側でのノッキングの発生を確実に抑制することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン１によれば、ＥＣＵ５０は、筒内圧センサ５２により検出される筒内圧が高圧側閾値とこの高圧側閾値よりも低い値で設定される低圧側閾値との間にある場合に中間オゾン噴射弁２４を制御してこの中間オゾン噴射弁２４からオゾンを供給する。したがって、燃焼室４内の吸気ポート６側と排気ポート７側との中間部分でノッキングが発生しやすい状態において、この燃焼室４内の中間部分の混合気に対して強い酸化作用を有するオゾンを供給することで、この混合気の火炎伝播が速くなり、この結果、自己着火する前に火炎が燃焼室４全体に伝播するので、吸気ポート６側と排気ポート７側との中間部分でのノッキングの発生を確実に抑制することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン１によれば、ＥＣＵ５０は、排気側オゾン噴射弁２３によるオゾン供給量が中間オゾン噴射弁２４によるオゾン供給量よりも少なく、且つ、吸気側オゾン噴射弁２２によるオゾン供給量が中間オゾン噴射弁２４によるオゾン供給量よりも多くなるように排気側オゾン噴射弁２３、吸気側オゾン噴射弁２２及び中間オゾン噴射弁２４を制御する。したがって、もともとの火炎伝播が速い燃焼室４内の排気ポート７側にオゾンを供給する際には少量のオゾンでも火炎伝播を十分に速くすることができることから、無駄なオゾンの消費を防止し、オゾンを節約することができる。さらに、火炎伝播が相対的に遅い燃焼室４内の吸気ポート６側にオゾンを供給する際には十分な量のオゾンを供給することで火炎伝播を速くし、確実にノッキングを抑制することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン１によれば、中間オゾン噴射弁２４は、第１中間オゾン噴射弁２４ａ、第２中間オゾン噴射弁２４ｂによって、燃焼室４の壁面であって吸気ポート６側と排気ポート７側との間で対向する壁面の近傍に各々オゾンを供給可能である。したがって、燃焼室４内の吸気ポート６側と排気ポート７側との中間部分にオゾンを供給する際に、この中間部分の両側からオゾンを供給することができるので確実にノッキングを抑制することができる。

なお、上述した本発明の実施例に係るエンジンは、上述した実施例に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。以上の説明では、エンジン１は、ポート噴射型エンジンとして説明したが燃料を燃焼室４に直接噴射する直噴型エンジンでもよい。以上の説明では、吸気ポート６及び排気ポート７は各々２つずつ設けるものとして説明したが、各々１つずつでもよいし、３つ以上ずつ設けてもよい。また、例えば、中間オゾン噴射弁２４を排気側中間オゾン噴射弁、吸気側中間オゾン噴射弁というようにすることで、オゾンの供給位置をさらに細分化して設けるようにしてもよい。

以上のように、本発明に係る内燃機関は、オゾンの供給量を抑えつつ効果的にノッキングを回避することができるものであり、種々の内燃機関に用いて好適である。

本発明の実施例に係るエンジンの燃焼室側から見たシリンダヘッドの模式的正面図である。 本発明の実施例に係るエンジンの模式的断面図である。 本発明の実施例に係るエンジンのノッキング発生時における燃焼速度と最大筒内圧との関係を示す線図である。 本発明の実施例に係るエンジンのオゾン供給制御を説明するフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン
２ シリンダボア
３ ピストン
４ 燃焼室
５ クランク室
６ 吸気ポート
７ 排気ポート
８ インジェクタ
９ 点火プラグ
１０ クランクシャフト
１１ シリンダヘッド
１２ シリンダブロック
１３ クランクケース
１４ コネクティングロッド
１５ カウンタウェイト
１６ 吸気弁
１７ 排気弁
１８ 吸気通路
１９ 排気通路
２０ オゾン供給装置（オゾン供給手段）
２１ オゾン発生装置
２２ 吸気側オゾン噴射弁（吸気側噴射手段）
２２ｐ、２３ｐ、２４ｐ ポンプ
２３ 排気側オゾン噴射弁（排気側噴射手段）
２４ 中間オゾン噴射弁（中間噴射手段）
２４ａ 第１中間オゾン噴射弁
２４ｂ 第２中間オゾン噴射弁
５０ ＥＣＵ（制御手段）
５１ ノックセンサ
５２ 筒内圧センサ（筒内圧検出手段）

Claims (6)

1. 燃焼室と、
   前記燃焼室に連通する吸気ポート及び排気ポートと、
   前記燃焼室内の圧力を検出する筒内圧検出手段と、
   前記燃焼室内の前記吸気ポート側にオゾンを供給可能な吸気側噴射手段と、前記燃焼室内の前記排気ポート側にオゾンを供給可能な排気側噴射手段と、前記燃焼室内の前記吸気ポート側と前記排気ポート側との中間にオゾンを供給可能な中間噴射手段とを有するオゾン供給手段と、
   前記筒内圧検出手段が検出する圧力に応じて前記オゾン供給手段を制御してオゾンの供給位置を変更する制御手段とを備えることを特徴とする、
   内燃機関。
2. 前記制御手段は、前記筒内圧検出手段により検出される圧力が予め設定された高圧側閾値以上である場合に前記排気側噴射手段を制御して該排気側噴射手段からオゾンを供給することを特徴とする、
   請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記制御手段は、前記筒内圧検出手段により検出される圧力が予め設定された低圧側閾値以下である場合に前記吸気側噴射手段を制御して該吸気側噴射手段からオゾンを供給することを特徴とする、
   請求項１に記載の内燃機関。
4. 前記制御手段は、前記筒内圧検出手段により検出される圧力が予め設定された高圧側閾値と該高圧側閾値よりも低い値で設定される低圧側閾値との間にある場合に前記中間噴射手段を制御して該中間噴射手段からオゾンを供給することを特徴とする、
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の内燃機関。
5. 前記制御手段は、前記排気側噴射手段によるオゾン供給量が前記中間噴射手段によるオゾン供給量よりも少なく、且つ、前記吸気側噴射手段によるオゾン供給量が前記中間噴射手段によるオゾン供給量よりも多くなるように前記排気側噴射手段、前記吸気側噴射手段及び前記中間噴射手段を制御することを特徴とする、
   請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の内燃機関。
6. 前記中間噴射手段は、前記燃焼室の壁面であって前記吸気ポート側と前記排気ポート側との間で対向する壁面の近傍に各々オゾンを供給可能であることを特徴とする、
   請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の内燃機関。

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