JP2008157037A - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃焼室に燃料噴射弁を挿し込んで燃料を直接噴射するタイプの内燃機関、いわゆる直噴型の内燃機関に関する。特に、燃料噴射弁の噴孔に付着するデポジット抑制を考慮した内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine of a type in which a fuel injection valve is inserted into a combustion chamber to directly inject fuel, a so-called direct injection internal combustion engine. In particular, the present invention relates to an internal combustion engine that takes into account the suppression of deposits adhering to the injection hole of a fuel injection valve.
ガソリンエンジンなどの内燃機関では、空気と燃料とを混ぜ合わせた混合気を燃焼室内で燃焼させて出力を得ている。ここで、使用する燃料は、反応性を高くして燃焼室内で燃焼させるのが望ましい。このような燃料を使用すれば、完全燃焼を促進して燃費向上や排気改善を図ることができる。特許文献1は、このような観点からの改善技術を提案している。特許文献1は、内燃機関で使用する燃料や還元剤をプラズマ処理する装置について開示している。この装置は、ガスをプラズマ化するプラズマトーチと、プラズマが供給される領域に燃料等を噴射するインジェクタとを備えている。特許文献1で開示する技術を採用する内燃機関は、噴射された燃料がプラズマ化したガスと接触することで成分が分解(クラッキング)される。このような燃料は微粒化され活性が高い状態であるので、これを燃焼室で燃焼させると燃費向上や排気改善を図ることができる。 In an internal combustion engine such as a gasoline engine, an output is obtained by burning an air-fuel mixture obtained by mixing air and fuel in a combustion chamber. Here, it is desirable that the fuel to be used has high reactivity and is combusted in the combustion chamber. If such a fuel is used, complete combustion can be promoted to improve fuel consumption and exhaust. Patent Document 1 proposes an improvement technique from such a viewpoint. Patent document 1 is disclosing about the apparatus which plasma-processes the fuel and reducing agent which are used with an internal combustion engine. This apparatus includes a plasma torch that converts gas into plasma, and an injector that injects fuel or the like into a region to which plasma is supplied. In an internal combustion engine that employs the technology disclosed in Patent Document 1, components are decomposed (cracked) when the injected fuel comes into contact with plasmaized gas. Since such fuel is atomized and has a high activity state, when it is burned in the combustion chamber, it is possible to improve fuel consumption and exhaust.
ところで、近年、燃費向上などの点から燃焼室内に燃料を直接に噴射する、直噴型と称される内燃機関が注目されている。特許文献1の技術を直噴型の内燃機関に適用すれば、燃料の気化や反応性を高めて効率の良い燃焼を実現することを期待できる。 By the way, in recent years, attention has been focused on an internal combustion engine called a direct injection type in which fuel is directly injected into a combustion chamber from the viewpoint of improving fuel efficiency. If the technique of Patent Document 1 is applied to a direct injection internal combustion engine, it can be expected that fuel vaporization and reactivity are enhanced to realize efficient combustion.
しかしながら、直噴型の内燃機関の場合、継続的な運転でインジェクタの燃料噴射口(噴孔)にデポジットが付着(堆積)することが知られている。ここでデポジットとは、内燃機関の内部で燃料や潤滑油などが燃え残った煤状の物質であり、カーボンデポジットとも称される。インジェクタの噴孔にデポジットが付着すると、燃料の流量低下、噴霧形状の変形原因となり内燃機関の始動性や加速性の悪化、また排出ガスの増加などの要因となる。そこで、インジェクタに付着するデポジットを抑制することについてへの配慮が必要である。しかし、特許文献1は、このような点にまで配慮していないのでデポジット抑制という観点からの改善が望まれる。 However, in the case of a direct injection type internal combustion engine, it is known that deposits are deposited (deposited) on the fuel injection port (injection hole) of the injector through continuous operation. Here, the deposit is a soot-like substance in which fuel or lubricating oil remains unburned inside the internal combustion engine, and is also referred to as a carbon deposit. If deposits adhere to the injector nozzle holes, the fuel flow rate decreases, the spray shape is deformed, and the startability and acceleration of the internal combustion engine deteriorate, and the exhaust gas increases. Therefore, consideration must be given to suppressing deposits adhering to the injector. However, since Patent Document 1 does not consider such points, an improvement from the viewpoint of deposit suppression is desired.
よって、本発明の目的は、デポジットも抑制できるプラズマ処理機能を備えた直噴型の内燃機関を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a direct injection type internal combustion engine having a plasma processing function capable of suppressing deposits.
上記目的は、ガスをプラズマ化するプラズマ発生部と燃料を噴射する燃料噴射部とを備えている燃料噴射装置を、燃焼室に臨むように配備して、プラズマ処理した燃料を燃焼可能としている内燃機関であって、前記プラズマ発生部に、前記ガスとして空気及び排気ガスを再循環させたEGRガスを供給し、前記燃料噴射部へのデポジット付着が予想される場合に、前記プラズマ発生部への空気の導入量を増加させる制御手段を備えることを特徴とする内燃機関により達成できる。 An object of the present invention is to provide an internal combustion engine in which a fuel injection device including a plasma generation unit that converts gas into plasma and a fuel injection unit that injects fuel is disposed so as to face the combustion chamber so that the plasma-treated fuel can be combusted. When an EGR gas obtained by recirculating air and exhaust gas as the gas is supplied to the plasma generation unit, and deposit adhesion to the fuel injection unit is expected, the engine is supplied to the plasma generation unit. This can be achieved by an internal combustion engine comprising control means for increasing the amount of air introduced.
本発明によると、制御手段が燃料噴射部へのデポジット付着が予想される状況で、プラズマ発生部への空気の導入量を増加させるので局所的にオゾンを発生させて効率良くデポジットの除去或いはデポジットの発生を予防できる。よって、デポジットも抑制できるプラズマ処理機能を備えた直噴型の内燃機関を提供できる。 According to the present invention, when the control means is expected to deposit deposits on the fuel injection section, the amount of air introduced into the plasma generation section is increased, so ozone is generated locally to efficiently remove or deposit deposits. Can be prevented. Therefore, it is possible to provide a direct injection internal combustion engine having a plasma processing function capable of suppressing deposits.
そして、前記制御手段は、前記燃料噴射部の噴孔付近の温度が所定温度以上となる運転領域にあることに基づいて、前記デポジット付着を予想するようにしてもよい。 And the said control means may be made to estimate the said deposit adhesion based on being in the operation area | region where the temperature of the nozzle hole of the said fuel injection part becomes more than predetermined temperature.
また、前記燃焼室へ吸気を供給する吸気通路の途中に、燃料を噴射する燃料噴射弁を更に備え、前記制御手段は、前記燃料噴射装置の燃料噴射部からの燃料噴射を停止して、前記燃料噴射弁から燃料を噴射するときに、前記デポジット付着を予想するようにしてもよい。 And a fuel injection valve for injecting fuel in the middle of an intake passage for supplying intake air to the combustion chamber, wherein the control means stops fuel injection from a fuel injection portion of the fuel injection device, and When the fuel is injected from the fuel injection valve, the deposit adhesion may be predicted.
本発明によれば、デポジットも抑制できるプラズマ処理機能を備えた直噴型の内燃機関を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the direct injection type internal combustion engine provided with the plasma processing function which can also suppress a deposit can be provided.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る内燃機関について説明する。 Hereinafter, an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、実施例1に係る内燃機関1Aの概略構成を模式的に示した図である。この内燃機関1Aは従来の内燃機関と同様に、シリンダ2内にピストン3が上下動自在に配置されている。ピストン3の上面には凹部3aが形成され、その上方が燃焼室4となっている。この燃焼室4に臨むように点火プラグ5が配備されている。さらに、燃焼室4に吸気を供給する吸気ポート10及び燃焼室4で発生した排気ガスを排出するための排気ポート12がそれぞれ接続されている。そして、吸気ポート10の燃焼室4側の開口部には吸気弁11、また排気ポート12には排気弁13がそれぞれ配備されている。上記吸気ポート10は吸気通路の一部であり、その上流側にはエアクリーナ、エアフロメータ、スロットルバルブなどが適宜に配置されているが、ここでは図示を省略している。
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a schematic configuration of an
この内燃機関1Aは燃焼室4内に燃料を直接に噴射する直噴型である。よって、燃料を噴射する燃料噴射装置20が燃焼室4に臨むように配置されている。この燃料噴射装置20は、燃焼室4内に燃料FEを単に噴射するだけでなく、噴霧された燃料をプラズマ処理する機能を備えている。さらに、燃料噴射装置20周辺の構成について説明する。
This
燃料噴射装置20は、燃料を燃焼室4内に噴射させるための構造である燃料噴射弁(以下、インジェクタと称する)を本体として、噴射した燃料の微粒化等を促進するためのプラズマを生成させるプラズマ装置が付加された構造となっている。すなわち、燃料噴射装置20は燃料を噴射する燃料噴射部とプラズマ発生部とを備えている複合型の燃料噴射装置として構成されている。
The
図示しているように、燃料噴射装置20は油圧ポンプ9を介して燃料タンク8に接続されていると共に、プラズマ発生に用いるパルス電源7にも接続されている。そして、燃料噴射装置20は燃料をプラズマ処理するときに使用するガス(キャリアガス)として、空気及びEGR(Exhaust Gas Recirculation)ガスを使用できるように設計してある。よって、内燃機関1Aは空気及びEGRガスを供給するガス供給構造15を備えている。このガス供給構造15は、空気(外気)及び排気ガスを再循環させたEGRガスを燃料噴射装置20へ供給するための構造体であればよく、適宜に設定すればよい。例えば、ガス供給構造15は吸気通路から分岐した空気導入管16と排気ポート12から排気ガスを還流する還流管17とを単に集合させた構造でもよい。ガス供給構造15の下流側には、燃料噴射装置20へ供給する空気とEGRガスとを切替えるガス切替バルブ18及びガスを燃料噴射装置20へ圧送するガスポンプ19が配備されている。なお、ガス切替バルブ18は、空気又はEGRガスを択一的に切替える構造でもよいし、弁体の開度に応じて空気とEGRガスとの混合比を変更できる構造であってもよい。
As shown in the figure, the
なお、ここでプラズマ化するガスとして採用する空気及びEGRガスは、適度な水分を含有している。この水分はプラズマ化されるとOHラジカル、Oラジカルを発生させる。これらのラジカルは、燃料のクラッキング、軽質化を促進し、またプラズマによって切断された燃料の分子鎖の末端に結合して、不飽和炭化水素の生成を防いでデポジットの生成を抑制する。さらに、EGRガスは比較的酸素濃度が低いのでプラズマ化したときに燃料を酸化させる傾向が低い点においても好ましい。 Note that air and EGR gas employed as gas to be converted into plasma here contain appropriate moisture. When this moisture is converted into plasma, OH radicals and O radicals are generated. These radicals promote cracking and lightening of the fuel, and bind to the end of the molecular chain of the fuel cleaved by plasma to prevent the formation of unsaturated hydrocarbons and suppress the formation of deposits. Furthermore, since the EGR gas has a relatively low oxygen concentration, it is preferable in that it has a low tendency to oxidize fuel when it is made into plasma.
図2は、図1で示す燃料噴射装置20の主要構成を模式的に示している図である。前述したように、燃料噴射装置20は燃料噴射部として機能するインジェクタを本体した燃料噴射装置で、噴射した燃料をプラズマ処理するプラズマ部を備えている。燃料噴射装置20のプラズマ発生部は、例えば放電プラズマを利用するものである。プラズマ化されるガスPGを流通させる導電性の円筒状導管22の中央にインジェクタ25が配備されている。このインジェクタ25のノズルボディ26が放電電極として機能するように設計されている。
FIG. 2 is a diagram schematically showing the main configuration of the
そして、円筒状導管22とインジェクタ25との間に絶縁材24が配置されている。また、上記円筒状導管22とインジェクタ25とは対電極となるようにして、それぞれが接地及びパルス電源7(図1参照)に接続されている。円筒状導管22とインジェクタ25とは、いずれをカソードとすることも、またアノードとすることもできる。また、円筒状導管22とインジェクタ25はいずれを接地することもできる。
An
この燃料噴射装置20のプラズマ発生部の使用においては、パルス電源7によって円筒状導管22とインジェクタ25との間に放電を発生させる。インジェクタ25と絶縁材24との間にはガス通路23が形成されている。このガス通路23は、図1で示しているガスポンプ19に接続されている。よって、このガス通路23にはガスPGとして、空気、EGRガス或いはこれらの混合気が供給されプラズマ化される。よって、図2で模式的に示すようにプラズマ化されたガスにより、インジェクタ25の先端にプラズマ領域21が形成される。
In use of the plasma generator of the
インジェクタ25のノズルボディ26に形成されている噴孔27から噴射する燃料FEをプラズマ領域21と接触させることで、プラズマ処理されて微粒化を促進し、また活性化を高めることができる。
By bringing the fuel FE injected from the
再度、図1を参照すると、以上で説明した内燃機関1Aの各部は電子制御装置(Electronic Control Unit、以下、ECU6と称する)によって全体的に制御されている。ECU6は、図示しないCPU(Central Processing Unit:中央演算処理装置)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、入出力回路などを有して構成されている。このECU6には、例えば内燃機関の回転数を検出するクランク角センサ、シリンダを冷却する冷却水温度を検出する水温センサ、アクセルペダルの踏込み量を検出するアクセルセンサなど各種のセンサから出力が供給されている。ECU6は、これらセンサの出力に基づいて、前述した吸気弁11、排気弁13の動作や燃料噴射装置20の駆動タイミング、さらには点火プラグ5の点火タイミングなどを制御して、内燃機関1を円滑に駆動させる。そのためにROMにはCPUが実行する種々の処理が記述されたプログラムが格納されている。
Referring to FIG. 1 again, each part of the
特に、本実施例のECU6は燃料をプラズマ処理する機能を備えた燃料噴射装置20を制御して、デポジット付着を抑制しながら燃費向上や排気改善を図っている。この点ついて更に説明する。図2で示している燃料噴射装置20は、図1の燃焼室4内に臨むように配置される。よって、内燃機関1Aの長期駆動して燃料噴射装置20のインジェクタ25から燃料を繰り返し噴射している間に噴孔27の周辺にデポジットDPが付着して堆積する場合がある。デポジット付着量が一定以上になると、噴孔27から噴射される燃料FEの障害となって、その流量や噴霧形状を悪化させる。
In particular, the
ところで、内燃機関1Aの運転状態でインジェクタにデポジットが付着し易い状況と、付着し難い状況とになる場合がある。例えば、内燃機関が一定時間以上で高負荷運転されているような運転状況では、燃焼室内の温度がかなり高温となるので付着していたデポジットを燃焼させて除去できる。一方、内燃機関の始動直後などの運転状況では、燃焼室内の温度はそれ程にも高くない。よって、この噴孔に付着したデポジットはそのまま、或いは更にデポジットの付着量が増加して、流量や噴霧形状を悪化させるような状況になる場合がある。インジェクタ25の先端部の温度が所定温度となるような運転状況がこれに相当する。例えば、アイドル運転時のように低回転で低負荷となるうような運転状況で、インジェクタ先端部の温度が例えば約150℃以上の場合にデポジットが発生し易い。
By the way, there are cases where deposits are likely to adhere to the injector during operation of the
内燃機関1AのECU6は、図示しないEGR装置が駆動されてEGRガスを利用できるときには、燃料をプラズマ処理するためのガスとしてEGRガスを利用する。そして、ECU6は上記のようにデポジット付着が予想される運転状況となったときは、前記ガスとして空気の導入量を増加させる。ECU6は図1のガス切替バルブ18を制御して使用するガスとして空気を選択(或いは、空気比率を増大)し、またガスポンプ19を制御して必要な流量を燃料噴射装置20へ供給する。そして、ECU6はパルス電源7を制御して空気をプラズマ化する。プラズマ化された空気は、オゾン(O3)を発生させる。このように発生させたオゾンは酸化性が強いので、炭素を主体とするデポジットの完全燃焼を促進できる。完全燃焼したデポジットは、二酸化炭素(CO2)の形態となり無毒化されて排気ガスとともに機外へ放出される。
The
上記のように、内燃機関1AのECU6は運転状況からインジェクタへのデポジット付着が予想されるときには、プラズマ化するガスとして空気を選択する。そして、インジェクタの先端部付近に局所的にオゾンを発生させてデポジットを除去する。よって、内燃機関1Aは、プラズマ処理機能を備えることで燃費向上や排気改善を図り、更にデポジット付着も抑制できる優れた内燃機関となる。
As described above, the
なお、大気環境を保護するという観点から、オゾンの放出は規制すべきである。本実施例の場合には、燃料噴射装置20のインジェクタ25先端に付着するデポジットを酸化させるため領域を限り、一時的かつ局所的にオゾンを発生させてデポジットの処理に消費するので環境保護の観点からも問題にはならない。
From the viewpoint of protecting the air environment, ozone emission should be regulated. In the case of the present embodiment, since the region adhering to the deposit attached to the tip of the
図3は、実施例2に係る内燃機関1Bの概略構成を模式的に示した図である。この実施例2の説明では、図3で実施例1の内燃機関1Aと同じ部位に同一の符号を付すことで重複する説明を省略し、実施例1と異なる部分を中心に説明する。
FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a schematic configuration of the
内燃機関1Bは、吸気ポート10に第2の燃料噴射弁となるインジェクタ30が配備されている。内燃機関1Bは、前述した燃料噴射装置20のインジェクタ25及びインジェクタ30を備えるので、運転状況に応じて燃料を噴射するインジェクタを選択的に採用して効率の良い運転を行える。この実施例2でもECU6が燃料噴射装置20内のインジェクタ25及びインジェクタ30の燃料噴射タイミングを制御する。また、ECU6は必要に応じて燃料噴射装置20でプラズマ化したガスを発生させる。
In the
ECU6が内燃機関1Bの運転状況に応じて、燃料を噴射させるインジェクタを選択的に制御を実行したときに、吸気ポート10側のインジェクタ30だけから燃料噴射し、燃焼室4内の燃焼を燃料噴射装置20のプラズマ部を駆動してプラズマ処理するという状況が発生する場合も想定される。このような状況では、燃料噴射装置20のインジェクタ25から燃料噴射が行われないので噴孔27にデポジットが付着し易くなる。このデポジットを放置すると、次に燃料噴射装置20のインジェクタ25から燃料噴射するときに、前述した問題が生じることになる。
When the
そこで、内燃機関1BのECU6はインジェクタ25へ付着したデポジットの除去と付着の予防という観点から、吸気ポート10側のインジェクタ30を駆動して燃料噴射する場合で、燃料噴射装置20からは燃料噴射は行わずプラズマ処理を実行するという場合には、燃料噴射装置20へ供給するガスとして空気を使用する。或いは、使用するガスの空気とEGRガスとの比率を調整できる場合には空気の導入量を増加させる。
Therefore, from the viewpoint of removing deposits attached to the
以上で説明した実施例2の内燃機関1Bによっても、ECU6が運転状況からインジェクタ25へのデポジット付着が予想されるときには、プラズマ化するガスとして空気の導入量を増加させる。そして、インジェクタの先端部付近に局所的にオゾンを発生させてデポジットを除去或いは予防する。よって、内燃機関1Bの場合もプラズマ処理機能を備えることで燃費向上や排気改善を図り、更にデポジット付着を抑制できる内燃機関となる。
Even in the
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.
1(1A、1B) 内燃機関
2 シリンダ
4 燃焼室
7 パルス電源
6 ECU(制御手段)
10 吸気ポート
13 排気ポート
20 燃料噴射装置
25 インジェクタ(燃料噴射部)
22、26 プラズマ発生部
26 ノズルボディ
27 噴孔
30 インジェクタ(燃料噴射弁)
DP デポジット
FE 燃料
1 (1A, 1B)
DESCRIPTION OF
22, 26
DP deposit FE fuel
Claims (3)
前記プラズマ発生部に、前記ガスとして空気及び排気ガスを再循環させたEGRガスを供給し、
前記燃料噴射部へのデポジット付着が予想される場合に、前記プラズマ発生部への空気の導入量を増加させる制御手段を備える、ことを特徴とする内燃機関。 An internal combustion engine in which a fuel injection device including a plasma generation unit that converts gas into plasma and a fuel injection unit that injects fuel is disposed so as to face a combustion chamber, and the plasma-treated fuel is combustible. ,
EGR gas obtained by recirculating air and exhaust gas as the gas is supplied to the plasma generation unit,
An internal combustion engine comprising control means for increasing the amount of air introduced into the plasma generator when deposits are expected to adhere to the fuel injector.
前記制御手段は、前記燃料噴射装置の燃料噴射部からの燃料噴射を停止して、前記燃料噴射弁から燃料を噴射するときに、前記デポジット付着を予想する、ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。 A fuel injection valve for injecting fuel in the middle of an intake passage for supplying intake air to the combustion chamber;
The said control means stops the fuel injection from the fuel injection part of the said fuel injection apparatus, and predicts the said deposit adhesion when injecting fuel from the said fuel injection valve. The internal combustion engine described.
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