JP2008115794A - 内燃機関の点火装置 - Google Patents
内燃機関の点火装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008115794A JP2008115794A JP2006300616A JP2006300616A JP2008115794A JP 2008115794 A JP2008115794 A JP 2008115794A JP 2006300616 A JP2006300616 A JP 2006300616A JP 2006300616 A JP2006300616 A JP 2006300616A JP 2008115794 A JP2008115794 A JP 2008115794A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- internal combustion
- combustion engine
- ignition device
- supply
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Abstract
【課題】効果的に着火性能を向上させることができる内燃機関の点火装置を提供する。
【解決手段】空気と燃料との混合気が燃焼可能な燃焼室と、燃焼室又は該燃焼室に連通する吸気ポートに燃料を供給可能な燃料供給手段と、対向する電極9g、9h間で放電可能な放電部9aを有し混合気に着火可能な点火手段9と、燃料供給手段とは別系統に設けられ放電部9aにナノ粒子を供給可能なナノ粒子供給手段51とを備えるので、効果的に着火性能を向上させることができる。
【選択図】図1
【解決手段】空気と燃料との混合気が燃焼可能な燃焼室と、燃焼室又は該燃焼室に連通する吸気ポートに燃料を供給可能な燃料供給手段と、対向する電極9g、9h間で放電可能な放電部9aを有し混合気に着火可能な点火手段9と、燃料供給手段とは別系統に設けられ放電部9aにナノ粒子を供給可能なナノ粒子供給手段51とを備えるので、効果的に着火性能を向上させることができる。
【選択図】図1
Description
本発明は、点火装置に関し、特に、燃焼室内の燃料に点火することにより燃焼させる内燃機関の点火装置に関するものである。
近年の内燃機関では、排出ガスのさらなる浄化や燃費向上のため、燃焼時の空気に対する燃料の量を低減し、理論空燃比よりもリーン(希薄)な空燃比で混合気を燃焼させる、いわゆるリーン燃焼(希薄燃焼)を行う内燃機関が提案され、実用化されている。内燃機関において、このようにリーン燃焼を行うことにより、燃焼時の燃料の量が低減するため燃費の向上を図ることができ、CO2等の排気ガス成分を低減することができる。
しかしながら、このようなリーン燃焼を行う内燃機関では、燃焼室に取り込まれた混合気中の燃料の密度が小さいため、燃焼時の火炎伝播速度が低下する傾向にある。そしてリーン燃焼では火炎伝播速度が低下するため、所定の混合比以上に燃料を薄くすることができず、リーンリミット(リーン限界)が決定されてしまうという問題がある。また、燃料密度の低下は、着火性能を悪化させ、安定して混合気に着火ができないことから燃焼の不安定性を招き、結果としてリーン燃焼中に生成されるNOxを低減することができないという問題もある。
なお、このような問題に対して、ナノ結晶性のセリウム酸化物を添加剤として燃料に添加することで燃焼性を向上する技術が下記の特許文献1、2が開示されている。
なお、このような問題に対して、ナノ結晶性のセリウム酸化物を添加剤として燃料に添加することで燃焼性を向上する技術が下記の特許文献1、2が開示されている。
ところで、上記のようなリーン燃焼の際でも一旦着火すれば適正な燃焼が起こることから、例えば、着火性能向上のため点火プラグにおける点火エネルギーを上げ初期燃焼の改善を図ったものもあるが、この場合、点火エネルギーを上げすぎると点火プラグが早期に磨耗・損傷したり、内燃機関の別の部分に火花が飛んでしまったりするおそれがあり、また、点火エネルギーを上げることで放電の際の電気負荷が増加し、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もある。このため、内燃機関の信頼性、耐久性が低下してしまうおそれがあった。
また、上記の特許文献1、特許文献2に記載されている燃料添加剤が添加された燃料を燃焼に用いた場合、仮に燃焼性が向上したとしても、混合気に確実に着火できなければ結局は燃費の向上やCO2等の排気ガス成分の低減等を達成することはできない。
また、上記の特許文献1、特許文献2に記載されている燃料添加剤が添加された燃料を燃焼に用いた場合、仮に燃焼性が向上したとしても、混合気に確実に着火できなければ結局は燃費の向上やCO2等の排気ガス成分の低減等を達成することはできない。
そこで本発明は、効果的に着火性能を向上させることができる内燃機関の点火装置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の点火装置は、空気と燃料との混合気が燃焼可能な燃焼室と、前記燃焼室又は該燃焼室に連通する吸気ポートに燃料を供給可能な燃料供給手段と、対向する電極間で放電可能な放電部を有し前記混合気に着火可能な点火手段と、前記放電部にナノ粒子を供給可能なナノ粒子供給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の点火装置では、前記ナノ粒子供給手段は、前記ナノ粒子が添加された液体を貯留する貯留手段を有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の点火装置では、前記ナノ粒子供給手段は、前記放電部に向けて前記ナノ粒子を噴射可能な噴射ノズルと、前記貯留手段と前記噴射ノズルとを連通する供給流路と、前記噴射ノズルに前記供給流路を介して前記液体を圧送可能な圧送手段と、前記供給流路を開閉可能な開閉手段を有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の点火装置では、前記ナノ粒子供給手段は、前記噴射ノズルと前記開閉手段との間の前記供給流路に設けられると共に前記供給流路内の前記液体を加熱することで前記噴射ノズルから前記液体を噴射可能なヒータを有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の点火装置では、前記噴射ノズルは、前記点火手段のハウジングに前記放電部と対向して組みつけられ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の点火装置では、前記噴射ノズルは、前記放電部の電極と兼用されることを特徴とする。
請求項7に係る発明による内燃機関の点火装置では、前記ナノ粒子供給手段は、前記液体を微粒化する微粒化手段を有することを特徴とする。
請求項8に係る発明による内燃機関の点火装置では、前記貯留手段は、前記ナノ粒子が添加された燃料を貯留することを特徴とする。
請求項9に係る発明による内燃機関の点火装置では、前記内燃機関の運転状態がリーン燃焼領域である場合において前記放電部が放電する際に、前記ナノ粒子供給手段を制御して前記ナノ粒子を前記放電部に供給する制御手段を備えることを特徴とする。
請求項10に係る発明による内燃機関の点火装置では、前記ナノ粒子の供給タイミングは、前記放電部による放電時期前であることを特徴とする。
本発明に係る内燃機関の点火装置によれば、放電部にナノ粒子を供給可能なナノ粒子供給手段を備えるので、効果的に着火性能を向上させることができる。
以下に、本発明に係る内燃機関の点火装置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1に係る内燃機関の点火装置の概略構成を示す模式的側面図、図2は、本発明の実施例1に係る内燃機関の点火装置の平面図、図3は、本発明の実施例1に係る内燃機関の点火装置が適用されたエンジンを示す概略構成図である。
図3に示すように、本実施例では本発明に係る内燃機関の点火装置50を内燃機関としてのエンジン1に適用して説明する。このエンジン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複数のクランク室5を備える。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、燃焼室4内に燃料を直接噴射することが可能な燃料供給手段としてのインジェクタ8と、燃焼室4の上方に位置して混合気に着火する点火手段としての点火プラグ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。インジェクタ8、点火プラグ9は、制御手段としての電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit、以下単に「ECU」という)30に電気的に接続されている。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が形成されると共にシリンダボア2の下方にクランク室5が形成される。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。クランクシャフト10は、クランク室5内に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13を介してこのクランクシャフト10に連結される。ピストン3の往復運動は、コネクティングロッド13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、シリンダボア2の壁面及びピストン3の頂面により画成される。この燃焼室4の上部、つまり、シリンダヘッド11の下面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14及び排気弁15が設けられる。この吸気弁14及び排気弁15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吸気マニホールドを介して空気を導入する吸気通路としての吸気管16が接続され、排気ポート7は、燃焼室4から排気ガスを排出し、その排気方向下流側に排気マニホールドを介してこの燃焼室4内の排気ガスを排出する排気通路としての排気管17が接続される。
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るECU30により運転状態に応じて各部の駆動が制御されている。すなわち、ECU30は、種々のセンサが検出する吸入空気量、吸気温度、吸気圧、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数、エンジン冷却水温などのエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量(燃料噴射時間)、噴射時期、点火時期などを決定し、インジェクタ8及び点火プラグ9を駆動して燃料噴射及び点火を実行する。また、ECU30には、排気管17に設けられるA/Fセンサ18が電気的に接続されている。このA/Fセンサ18は排気ガスの空燃比を検出するものであり、ECU30はA/Fセンサ18の検出結果をフィードバックし、通常、空燃比がストイキ(理論空燃比)となるように燃料噴射量を補正している。
このエンジン1では、ピストン3がシリンダボア2内を下降することで、吸気管16および吸気ポート6を介して燃焼室4内に空気が吸入され(吸気行程)、この空気とインジェクタ8から燃焼室4内へ噴射される燃料とが混合して混合気を形成する。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、排気管17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13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、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。
ここで、このエンジン1は、排出ガスのさらなる浄化や燃費向上のため、燃焼時の空気に対する燃料の量を低減し、理論空燃比よりもリーン(希薄)な空燃比で混合気を燃焼させる、いわゆるリーン燃焼(希薄燃焼)を行う場合がある。すなわち、このエンジン1は、吸気行程で燃焼室4内に取り入れる混合気は運転状態に応じて、空気に対する燃料の割合が、理論空燃比の燃料の割合より低い混合気である希薄混合気を取り入れる場合があり、燃焼行程ではいわゆるリーン燃焼を行う場合がある。これにより、燃焼時の燃料の量が低減するため燃費の向上を図ることができ、CO2等の燃焼ガスを低減することができる。
しかしながら、このようなリーン燃焼を行う場合、燃焼室4に取り込まれた混合気中の燃料の密度が小さいため、燃焼時の火炎伝播速度が低下する傾向にある。そしてリーン燃焼では火炎伝播速度が低下するため、所定の混合比以上に燃料を薄くすることができず、リーンリミット(リーン限界)が決定されてしまうという問題がある。また、燃料密度の低下は、着火性能を悪化させ、安定して混合気に着火ができないことから燃焼の不安定性を招き、結果としてリーン燃焼中に生成されるNOxを低減することができないおそれがある。なお、このリーンリミットとは、燃料と空気とを混合させた混合気を燃焼させる際に、空気の量に対して燃料の量を減少させていった場合に、失火することなく正常に燃焼させることのできる空燃比の限界をいう。
そこで、本実施例のエンジン1では、図1又は図2に示すように、点火装置50に点火手段としての点火プラグ9の放電部9aにナノ粒子を供給可能なナノ粒子供給手段としてのナノ粒子供給装置51を設けることで、着火性能を向上させ初期燃焼の改善を図っている。
まず、この点火プラグ9は、ハウジング9bと、そのハウジング9bに組み込まれた碍子9cとを備える。碍子9cは、ハウジング9bを長手方向に貫通して延設され、碍子9cには中軸9dが組み込まれている。この中軸9dは、その一端に外部電極9eが設けられる。この外部電極9eには、外部の電源装置31から延びる電源コードが接続される。この電源装置31は、ECU30に電気的に接続されており、このECU30により駆動が制御されている。そして、点火プラグ9はその先端に、互いに対向する電極間で放電可能な上述の放電部9aを有する。この放電部9aは、中心電極9gと接地電極9hとを有し、この中心電極9gと接地電極9hとが所定の間隙9fをあけて対向している。中心電極9gは、高電圧が印加される電極であり、接地電極9hは、中心電極よりも電位差が非常に低く、例えば接地されている電極である。
接地電極9hは、基端部がハウジング9bと一体に形成されると共に先端部が折り曲げられたL字型の形状をなす。中心電極9gは、碍子9cの先端から突出するように設けられる。そして、この中心電極9gの突出した部分が接地電極9hの折り曲げられた先端部と対向する。この中心電極9gと中軸9dとは、碍子9cの内部において導電性を有する材料を介して互いに電気的に接続される。接地電極9hと中心電極9gとは、碍子9cにより互いに絶縁される。ハウジング9bは、その先端に雄ネジ9iが形成されており、点火プラグ9は、この雄ネジ9iがエンジン1のシリンダヘッド11(図3参照)に設けられた所定のネジ孔に螺合されることでこのシリンダヘッド11に装着される。
この点火プラグ9がシリンダヘッド11に装着された状態で、電源装置31から外部電極9e及びハウジング9bの間に高電圧が印加されることにより、中心電極9g及び接地電極9hの間に高電圧が供給される。この中心電極9g及び接地電極9hとの間に電位差が生じると、この高電圧に基づき、中心電極9g及び接地電極9hの間、すなわち、間隙9fで火花放電が起きるようになっている。
ナノ粒子供給装置51は、この点火プラグ9の放電部9aにナノ粒子を供給するものであり、空気中よりも自由電子を多く有する物質を放電部9aに供給することで上記の放電による火花を強化する。ここで、ナノ粒子供給装置51が供給するナノ粒子は、空気中に浮遊し比較的小さく軽量で、燃焼室4内での混合気の燃焼に伴って燃え尽きる物質を用いる。本実施例においてナノ粒子は、例えば、粒径が数十nm(ナノメータ)の金属や炭素の粒子を用いることができる。
ナノ粒子供給装置51は、ナノ粒子を噴射可能な噴射ノズル52と、ナノ粒子を貯留する貯留手段としてのタンク53と、噴射ノズル52とタンク53とを連通する供給流路54と、供給流路54に設けられる圧送手段としてのポンプ55、開閉手段としての電磁弁56及び微粒化手段としてのヒータ57を備える。このヒータ57は、噴射ノズル52からナノ粒子を噴射する噴射手段でもある。
タンク53は、その内部にナノ粒子が添加された液体(以下、特に断りのない限り「ナノ粒子溶液」という。)を貯留する。ここでは、ナノ粒子が添加される液体として燃料を用いる。このように、ナノ粒子を液体に添加した状態でタンク53内に貯留することでナノ粒子の固化を防止することができる。また、ナノ粒子は、極めて軽量であることから液中に浮遊し、沈殿することはない。このため、ナノ粒子溶液を攪拌する手段を設ける必要はとくにはない。
噴射ノズル52は、先端部がL字型に折り曲げられ、この先端部の開口52aが上述の放電部9aの間隙9fに対向するように設けられる(図2参照)。開口52aは、微小径、例えば、数十μm(マイクロメータ)で形成される。したがって、噴射ノズル52は、放電部9aの間隙9fに向けて微量のナノ粒子溶液を供給可能である。
供給流路54は、噴射ノズル52とタンク53とを連通する。この供給流路54は、上述した燃料供給手段としてのインジェクタ8(図3参照)に燃料を供給する燃料供給系統から独立して別個に設けられる流路であり、すなわち、ナノ粒子供給装置51は、インジェクタ8とは別系統に設けられる。また、上述したように、噴射ノズル52の開口52aは極微小径であり、放電部9に供給されるナノ粒子溶液の量は極めて微量であり、このナノ粒子溶液中の燃料量はあくまでもナノ粒子を保存するために必要な極微量に過ぎないので、燃焼室4内で燃焼する混合気の空燃比にはほとんど影響は与えない。このため、触媒による排気ガスの浄化性能を低下させてしまうおそれもない。
この供給流路54には、タンク53側から順にポンプ55、電磁弁56及びヒータ57が設けられる。ポンプ55は、タンク53に貯留されたナノ粒子溶液を噴射ノズル52に供給流路54を介して圧送可能である。電磁弁56は、この供給流路54を開閉可能である。ヒータ57は、噴射ノズル52と電磁弁56との間に設けられ、供給流路54内のナノ粒子溶液を加熱可能である。そして、ヒータ57は、このナノ粒子溶液を加熱することで微粒化することができると共に、後述するように、この微粒化したナノ粒子溶液を噴射ノズル52から噴射することができる。ポンプ55、電磁弁56及びヒータ57は、ECU30に電気的に接続されており、このECU30により各々その駆動が制御されている。
なお、点火プラグ9は、このナノ粒子供給装置51の一部を含んで構成される。すなわち、供給流路54の一部、電磁弁56及びヒータ57は、点火プラグ9のハウジング9bの内部に組み込まれており一体となっている。そして、噴射ノズル52は、このハウジング9bから放電部9a側に突出することで、この放電部9aに対向するように組みつけられている。これにより、ナノ粒子供給装置51を点火プラグ9と共にエンジン1のシリンダヘッド11に取り付けることが可能となる。
上記のように構成されるエンジン1の点火装置50では、まず、ECU30は、ポンプ55を作動させ、タンク53に貯留されるナノ粒子溶液を供給流路54に圧送し、電磁弁56を駆動して供給流路54を所定時間だけ開放し、この電磁弁56と噴射ノズル52の開口52aとの間の供給流路54をナノ粒子溶液で満たす。このとき、燃焼室4内の圧力、つまり、筒内圧が上昇しても、この電磁弁56が供給流路54を閉鎖していることから、ナノ粒子溶液が噴射ノズル52側からタンク53側に逆流することはない。
その後、ECU30は、電源装置31を駆動し中心電極9gに高電圧を印加する直前にヒータ57を通電し、電磁弁56と噴射ノズル52の開口52aとの間の供給流路54内を満たしているナノ粒子溶液を加熱する。すると、ヒータ57により加熱されたナノ粒子溶液は、粒状に微粒化されつつ、膨張した気泡により噴射ノズル52から放電部9aに向けて噴射される。すなわち、ナノ粒子溶液は、放電部9aによる放電時期前のタイミングで供給される。ヒータ57により加熱されたナノ粒子溶液の液滴(数十μm)は、燃焼室4内の高温ガスに接触し、ただちに蒸発し、この結果、放電部9aの間隙9f近傍にナノ粒子が浮遊する。
その後、中心電極9gに高電圧を印加すると、中心電極9gと接地電極9hとの間の間隙9fに強い電界が付与され、この電界により空気中の初期電子が加速される。その加速された電子が、間隙9fに存在する気体分子に衝突し、その分子から電子を電離させる。電離した電子は同様に加速され、更に別の気体分子に衝突して電子を電離させる。このように、気体分子から電子を二次的に電離させ、その電離を雪崩的に増殖することにより、やがて両電極の間に火花放電が起きる。
このとき、上述したように放電部9aの間隙9f近傍に浮遊するナノ粒子は、放電エネルギーにより励起され、数千度の高温になり、イオン化され自由電子を大量に放出する。この結果、間隙9fにおける自由電子が増加し、そのプラズマ状態が強化され、このため、燃焼初期の火炎核が大きく発達し、その結果、着火性能が向上し、初期燃焼が改善される。この場合、例えば、中心電極9gに印加する電圧を高くし、点火エネルギーを上げ初期燃焼の改善を図った場合と比較して、点火エネルギーの上げすぎによる点火プラグ9の早期の磨耗・損傷を防止することができ、エンジン1の別の部分に火花が飛んでしまったりすることを抑制することができる。また、点火エネルギーを低く抑えたまま着火性能を向上させることができることから、放電の際の電気負荷を抑制することができ、この結果、機関に対する負荷も抑制され、燃費の悪化を防止することができる。このため、エンジン1の信頼性、耐久性も向上する。
ここで、上述したように、本実施例ではナノ粒子を添加する液体として燃料を用いていることから、放電部9aに向けて噴射されたナノ粒子溶液が蒸発すると、放電部9a周りに燃料の濃い(リッチ)混合気が形成されるため、着火性能はさらに向上する。すなわち、放電部9a近傍の極微小な領域のみにおいてリッチな空燃比で混合気を燃焼させ、他の大部分の領域ではリーンな空燃比で混合気を燃焼させることが可能となり、このため、着火性能をさらに向上させつつ、適正なリーン燃焼を行うことができる。
なお、本実施例では、ECU30は、エンジン1の運転状態がリーン燃焼領域である際に、ナノ粒子供給装置51を制御してナノ粒子を放電部9aに供給する。すなわち、ECU30は、A/Fセンサ18により検出される空燃比に応じてこの空燃比がリーンである際にヒータ57を通電し、放電部9aの間隙fに向けてナノ粒子溶液を供給する。このように、リーン燃焼の際に、ナノ粒子を放電部9aに供給して着火性能を向上させ、初期燃焼を改善することで、着火性悪化による失火が改善され、リーン燃焼で運転できる空燃比の範囲、すなわち、リーンリミット(リーン燃焼で運転できる空燃比の上限)を拡大することができる。その結果、さらなる燃費及びNOx排出量の低減及びエミッションの改善を実現することができる。さらに、着火性能のよいリッチ燃焼、ストイキ燃焼ではナノ粒子の供給を停止することで、電気消費量を抑制でき、電気負荷を低減することができる。
以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン1の点火装置50によれば、空気と燃料との混合気が燃焼可能な燃焼室4と、燃焼室4に燃料を供給可能なインジェクタ8と、対向する中心電極9g、接地電極9h間で放電可能な放電部9aを有し混合気に着火可能な点火プラグ9と、放電部9aにナノ粒子を供給可能なナノ粒子供給装置51とを備える。
したがって、放電部9aに向けてナノ粒子を供給可能なナノ粒子供給装置51を設けることで、放電の際に中心電極9gと接地電極9hとの間隙9fに存在する自由電子が増加
し、そのプラズマ状態が強化されるので、点火エネルギーを低く抑えたまま、効果的に着火性能を向上させることができる。
し、そのプラズマ状態が強化されるので、点火エネルギーを低く抑えたまま、効果的に着火性能を向上させることができる。
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の点火装置50によれば、ナノ粒子供給装置51は、ナノ粒子が添加された液体を貯留するタンク53を有する。したがって、ナノ粒子が液体に添加された状態でタンク53に貯留されることで、ナノ粒子の固化を防止することができる。
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の点火装置50によれば、ナノ粒子供給装置51は、放電部9aに向けてナノ粒子溶液を噴射可能な噴射ノズル52と、タンク53と噴射ノズル52とを連通する供給流路54と、噴射ノズル52に供給流路54を介して液体を圧送可能なポンプ55と、供給流路54を開閉可能な電磁弁56を有する。したがって、ポンプ55を作動させ、電磁弁56により供給流路54を開放することで、ナノ粒子溶液を噴射ノズル52から噴射可能であると共に、電磁弁56により供給流路54を閉鎖することで、燃焼室4の筒内圧が上昇してもナノ粒子溶液が噴射ノズル52側からタンク53側に逆流することを防止することができる。
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の点火装置50によれば、ナノ粒子供給装置51は、噴射ノズル52と電磁弁56との間の供給流路54に設けられると共に供給流路54内のナノ粒子溶液を加熱することで噴射ノズル52からナノ粒子溶液を噴射可能なるヒータ57を有する。したがって、ヒータ57により供給流路54内のナノ粒子溶液を加熱することで、このナノ粒子溶液を微粒化することができると共に膨張した気泡により噴射ノズル52から放電部9aに向けてナノ粒子溶液を噴射することができる。また、ナノ粒子溶液が放電部9aに向けて噴射される前にヒータ57により加熱され昇温していることから、ナノ粒子が添加されている液体をすばやく蒸発させることができる。さらに、例えば、電磁弁等と比較的してよりコンパクトなヒータ57の駆動によりナノ粒子溶液の噴射及び停止を行うことで、噴射ノズル52の開口52aに比較的近い位置にヒータ57を設けることができ、より正確にナノ粒子溶液の噴射及び停止を実行することができる。また、この点火装置50の放電部9a、噴射ノズル52近傍の構成をより小さくすることができることから、点火装置50の設置位置に高い汎用性を持たせることができる。
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の点火装置50によれば、ナノ粒子供給装置51は、ナノ粒子溶液を微粒化する微粒化手段としのヒータ57を有する。すなわち、ここでは、ナノ粒子溶液を加熱することで噴射ノズル52からナノ粒子溶液を噴射可能なヒータ57が本発明の微粒化手段を兼ねる。したがって、ヒータ57によりナノ粒子溶液を微粒化することで、ナノ粒子溶液を適切な大きさの液滴として放電部9aに供給することができ、ナノ粒子が添加されている液体を効率的に蒸発させることができ、ナノ粒子を確実に放電部9aに供給することができる。
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の点火装置50によれば、噴射ノズル52は、点火プラグ9のハウジング9bに放電部9aと対向して組みつけられる。したがって、点火プラグ9は、ナノ粒子供給装置51を含んで構成され、供給流路54の一部、電磁弁56及びヒータ57が点火プラグ9のハウジング9bの内部に組み込まれ、一体となっていることで、ナノ粒子供給装置51を容易にエンジン1のシリンダヘッド11に取り付けることができ、このため、製造コストを削減することができる。また、放電部9aと噴射ノズル52との位置あわせも精度よく行うことができる。
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の点火装置50によれば、タンク53は、ナノ粒子が添加された燃料を貯留する。したがって、ナノ粒子が添加される液体として燃料を用いることで、ナノ粒子の固化を防止することができると共に放電部9aに向けて噴射されたナノ粒子溶液が蒸発すると、放電部9a周りに燃料の濃い(リッチ)混合気が形成されるため、着火性能をさらに向上することができる。
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の点火装置50によれば、エンジン1の運転状態がリーン燃焼領域である場合において放電部9aが放電する際に、ナノ粒子供給装置51を制御してナノ粒子を放電部9aに供給するECU30を備える。したがって、リーン燃焼の際にナノ粒子を放電部9aに供給することで、着火性能を向上し、初期燃焼を改善することができ、効果的にリーンリミット(リーン燃焼で運転できる空燃比の上限)を拡大することができる。その結果、さらなる燃費及びNOx排出量の低減及びエミッションの改善を実現することができる。
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の点火装置50によれば、ナノ粒子溶液の供給タイミングは、放電部9aによる放電時期前、ここでは、直前である。したがって、放電部9aが放電する時点において、中心電極9gと接地電極9hとの間隙9fに確実にナノ粒子が存在するので、確実に安定した着火を実現することができる。
図4は、本発明の実施例2に係る内燃機関の点火装置の放電部を示す部分側面図である。実施例2に係る内燃機関の点火装置は、実施例1に係る内燃機関の点火装置と略同様の構成であるが、放電部の構成が実施例1に係る内燃機関の点火装置とは異なる。その他、上述した実施例と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、同一の符号を付す。
実施例2に係るエンジン1の点火装置250は、図4に示すように、噴射ノズル兼用接地電極209hを備えている。この噴射ノズル兼用接地電極209hは、実施例1における接地電極9h(図1参照)と噴射ノズル52(図1参照)とを兼用したものであり、接地電極9hの内部を中空とし、この中空部分を供給流路54(図1参照)とすることで構成される。すなわち、この噴射ノズル兼用接地電極209hは、放電部209aに向けてナノ粒子を噴射可能な本発明の噴射ノズルに相当すると共に対向する電極間で放電可能な放電部209aのうちの一方の電極に相当する。噴射ノズル兼用接地電極209hは、開口252aと中心電極9gと間に間隙9fを形成すると共にこの開口252aからこの間隙9fに向けて直接ナノ粒子溶液を供給する。したがって、確実に放電部209aの間隙9fにナノ粒子を供給可能となる。
以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン1の点火装置250によれば、本発明の噴射ノズルは、放電部209aの接地電極と兼用される噴射ノズル兼用接地電極209hにより構成する。したがって、噴射ノズル兼用接地電極209hにより接地電極を構成すると共に噴射ノズルを構成することで、噴射ノズル兼用接地電極209hの開口252aが放電部209aの間隙9fに面するため、確実にナノ粒子溶液を間隙9fに供給可能となり、この結果、ナノ粒子溶液の供給量を最小限に抑えることができる。
なお、上述した本発明の実施例に係る内燃機関の点火装置は、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、本発明の点火装置50、250を筒内噴射式の多気筒エンジンに適用して説明したが、この形式のエンジンに限らず、直列型またはV型エンジンに適用することもでき、また、吸気ポートに燃料を供給可能な燃料供給手段を備えるポート噴射式エンジン等に適用しても同様の作用効果を奏することができる。
また、以上の説明では、放電部に供給されるナノ粒子溶液の量は極めて微量であることから、ナノ粒子が添加される液体として燃料を用いても、燃焼室4内で燃焼する混合気の空燃比にはほとんど影響は与えないと説明した。このため、以上の説明では、ナノ粒子溶液の供給量に応じて空燃比を制御する構成とはしていないが、ナノ粒子溶液の供給量に応じて空燃比すなわち、インジェクタ8による燃料噴射量を制御してもよい。また、以上の説明では、ナノ粒子が添加される液体として燃料を用いるものとして説明したが、他の液体、例えば、水などであってもよい。また、ナノ粒子を液体に添加せずそのまま放電部に供給するようにしてもよい。この場合、例えば、放電部のクリーニング効果も奏することが可能な場合がある。
また、以上の説明では、開閉手段として電磁弁56を用いるものとして説明したが、電磁弁56の代わりに逆支弁を用いることで、ナノ粒子溶液の逆流を防止するようにしてもよい。また、以上の説明では、噴射手段としてヒータ57を駆動して噴射ノズルからナノ粒子溶液を噴射するものとして説明したが、他の構成、例えば、単純にポンプ55及び電磁弁56の駆動だけでナノ粒子溶液を噴射するようにしてもよい。また、本発明の微粒化手段はヒータ57であるものとして説明したが、ナノ粒子溶液を微粒化できればなんでもよい。また、以上の説明では、し中心電極に高電圧を印加する直前にナノ粒子溶液を放電部に供給するものとして説明したが、放電の際において放電部の間隙にナノ粒子が存在していればほぼ同時であってもよい。また、以上の説明では、エンジン1の運転状態がリーン燃焼領域である際にナノ粒子溶液を放電部に供給するものとして説明したが、リッチ燃焼流域、ストイキ燃焼領域の際にも供給す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の点火装置は、効果的に着火性能を向上させるものであり、燃焼室内の燃料に点火することにより燃焼させる種々の内燃機関に用いて好適である。
1 エンジン(内燃機関)
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(燃料供給手段)
9 点火プラグ(点火手段)
9a、209a 放電部
9b ハウジング
9c 碍子
9f 間隙
9g 中心電極(電極)
9h 接地電極(電極)
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 コネクティングロッド
18 A/Fセンサ
30 ECU(制御手段)
50、250 点火装置
51 ナノ粒子供給装置(ナノ粒子供給手段)
52a、252a 開口
52 噴射ノズル
53 タンク(貯留手段)
54 供給流路
55 ポンプ(圧送手段)
56 電磁弁(開閉手段)
57 ヒータ(微粒化手段)
209h 噴射ノズル兼用接地電極(噴射ノズル、電極)
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(燃料供給手段)
9 点火プラグ(点火手段)
9a、209a 放電部
9b ハウジング
9c 碍子
9f 間隙
9g 中心電極(電極)
9h 接地電極(電極)
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 コネクティングロッド
18 A/Fセンサ
30 ECU(制御手段)
50、250 点火装置
51 ナノ粒子供給装置(ナノ粒子供給手段)
52a、252a 開口
52 噴射ノズル
53 タンク(貯留手段)
54 供給流路
55 ポンプ(圧送手段)
56 電磁弁(開閉手段)
57 ヒータ(微粒化手段)
209h 噴射ノズル兼用接地電極(噴射ノズル、電極)
Claims (10)
- 空気と燃料との混合気が燃焼可能な燃焼室と、
前記燃焼室又は該燃焼室に連通する吸気ポートに燃料を供給可能な燃料供給手段と、
対向する電極間で放電可能な放電部を有し前記混合気に着火可能な点火手段と、
前記放電部にナノ粒子を供給可能なナノ粒子供給手段とを備えることを特徴とする、
内燃機関の点火装置。 - 前記ナノ粒子供給手段は、前記ナノ粒子が添加された液体を貯留する貯留手段を有することを特徴とする、
請求項1に記載の内燃機関の点火装置。 - 前記ナノ粒子供給手段は、前記放電部に向けて前記ナノ粒子を噴射可能な噴射ノズルと、前記貯留手段と前記噴射ノズルとを連通する供給流路と、前記噴射ノズルに前記供給流路を介して前記液体を圧送可能な圧送手段と、前記供給流路を開閉可能な開閉手段を有することを特徴とする、
請求項2に記載の内燃機関の点火装置。 - 前記ナノ粒子供給手段は、前記噴射ノズルと前記開閉手段との間の前記供給流路に設けられると共に前記供給流路内の前記液体を加熱することで前記噴射ノズルから前記液体を噴射可能なヒータを有することを特徴とする、
請求項3に記載の内燃機関の点火装置。 - 前記噴射ノズルは、前記点火手段のハウジングに前記放電部と対向して組みつけられることを特徴とする、
請求項3又は請求項4に記載の内燃機関の点火装置。 - 前記噴射ノズルは、前記放電部の電極と兼用されることを特徴とする、
請求項3乃至請求項5のいずれか1項に記載の内燃機関の点火装置。 - 前記ナノ粒子供給手段は、前記液体を微粒化する微粒化手段を有することを特徴とする、
請求項2乃至請求項6のいずれか1項に記載の内燃機関の点火装置。 - 前記貯留手段は、前記ナノ粒子が添加された燃料を貯留することを特徴とする、
請求項2乃至請求項7のいずれか1項に記載の内燃機関の点火装置。 - 前記内燃機関の運転状態がリーン燃焼領域である場合において前記放電部が放電する際に、前記ナノ粒子供給手段を制御して前記ナノ粒子を前記放電部に供給する制御手段を備えることを特徴とする、
請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の内燃機関の点火装置。 - 前記ナノ粒子の供給タイミングは、前記放電部による放電時期前であることを特徴とする、
請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の内燃機関の点火装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006300616A JP2008115794A (ja) | 2006-11-06 | 2006-11-06 | 内燃機関の点火装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006300616A JP2008115794A (ja) | 2006-11-06 | 2006-11-06 | 内燃機関の点火装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008115794A true JP2008115794A (ja) | 2008-05-22 |
Family
ID=39501934
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006300616A Pending JP2008115794A (ja) | 2006-11-06 | 2006-11-06 | 内燃機関の点火装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008115794A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010523876A (ja) * | 2007-03-30 | 2010-07-15 | スネクマ | 液体推進薬を用いるロケットエンジン用の電解式点火器 |
JP2010523877A (ja) * | 2007-03-30 | 2010-07-15 | スネクマ | 単元推進薬を用いるロケットエンジン用の電解式点火器 |
-
2006
- 2006-11-06 JP JP2006300616A patent/JP2008115794A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010523876A (ja) * | 2007-03-30 | 2010-07-15 | スネクマ | 液体推進薬を用いるロケットエンジン用の電解式点火器 |
JP2010523877A (ja) * | 2007-03-30 | 2010-07-15 | スネクマ | 単元推進薬を用いるロケットエンジン用の電解式点火器 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8104444B2 (en) | Pre-chamber igniter having RF-aided spark initiation | |
US7739985B2 (en) | Internal combustion water injection engine | |
EP1895121B1 (en) | Combustion promoting device for internal combustion engine | |
CN103925119A (zh) | 气体共轨燃料系统及使用该系统的高压缩比发动机 | |
CN110486142A (zh) | 用于内燃机的可变容积预燃室 | |
KR102027498B1 (ko) | 역화 방지 수소 엔진 | |
US20240093635A1 (en) | An internal combustion engine and ignition system with a pre-chamber | |
JPWO2006092887A1 (ja) | ディーゼルエンジンの燃料噴射装置 | |
JP2005139945A (ja) | 2種類の燃料を用いる予混合圧縮自着火運転可能な内燃機関 | |
US20090107437A1 (en) | RF igniter having integral pre-combustion chamber | |
US7201135B2 (en) | Internal combustion engine | |
JP2003206830A (ja) | 低圧直接噴射式エンジンシステム | |
JP2001317360A (ja) | ディーゼルエンジン | |
JP2008115794A (ja) | 内燃機関の点火装置 | |
JP3900210B2 (ja) | 点火装置 | |
JP2002061556A (ja) | ガソリンエンジン | |
JP2018053760A (ja) | 制御装置 | |
JP2013204455A (ja) | 燃料噴射弁 | |
US20190040814A1 (en) | Fuel Injection Valve Control Device | |
WO2009044225A1 (en) | A method of mixing in a combustion chamber of an internal combustion engine and a spark-ignition direct-injection stratified fuel-air charge internal combustion engine | |
JP6593425B2 (ja) | ガソリンエンジン | |
JP2008014199A (ja) | 燃料噴射装置及び燃料噴射方法 | |
CN101059111B (zh) | 直喷式汽油机采用点火室燃烧系统的燃油喷射方法 | |
JP2006161731A (ja) | 燃料噴射装置 | |
JP2022056174A (ja) | ディーゼル機関 |