JP2011157930A

JP2011157930A - 内燃機関

Info

Publication number: JP2011157930A
Application number: JP2010022325A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Kubo; 康之久保; Junichi Kamio; 純一神尾
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2010-02-03
Filing date: 2010-02-03
Publication date: 2011-08-18

Abstract

【課題】ガソリンとアルコールとを燃料とし、アルコールを吸気ポートに噴射しても十分な出力が得られる内燃機関を提供する。
【解決手段】内燃機関１は、ガソリンを吸気ポート４に噴射するか又は燃焼室２内に直接噴射する第１の燃料噴射手段６と、アルコールを吸気ポート４に噴射する第２の燃料噴射手段８とを備える。第２の燃料噴射手段８は、ノズル内径Ｄに対するノズル長さＬの比Ｌ／Ｄが６以上であり、ノズル内径Ｄが１．０ｍｍ以下のノズルを備え、該ノズルから該アルコールを噴射して、液体状態で吸気弁４ａまたは吸気ポート４壁面に直接衝突させた後、燃焼室２内に流入させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガソリンとアルコールとを燃料とする内燃機関に関する。

従来、ガソリンとアルコールとを燃料とする内燃機関が知られている。このような内燃機関として、例えば、ガソリンを燃焼室内に直接噴射する第１インジェクタと、エタノールを吸気ポートに噴射する第２インジェクタとを備える火花点火式内燃機関が知られている（例えば特許文献１参照）。

前記エタノールとしては、植物性物質、例えば、サトウキビ、トウモロコシ等の農作物、又はイナワラ、ムギワラ等のセルロースを含むバイオマスの醗酵により得たエタノールを用いることができる。前記植物性物質は、原料となる植物自体が既に光合成により二酸化炭素を吸収しているので、かかる植物性物質から得られたエタノールを燃焼させたとしても、排出される二酸化炭素の量は前記植物自体が吸収した二酸化炭素の量に等しい。即ち、総計としての二酸化炭素の排出量は理論的にはゼロになるという所謂カーボンニュートラル効果を得ることができ、二酸化炭素排出量を削減して地球温暖化防止に寄与することができる。

前記エタノールは、ガソリン等の液体炭化水素との混合燃料として供給されるが、該混合燃料に水を添加して混合することにより、ガソリンとエタノール−水混合液とに容易に分離することができる。

また、前記エタノール等のアルコールは、ガソリンに比較してオクタン価が高いので、前記ガソリンとアルコールとを燃料とする内燃機関では、ガソリンとアルコールとの割合を調整することにより、広い範囲の機関負荷に対応することができる。また、前記内燃機関では、高負荷になるほどアルコールの割合を高くすることにより、ノッキングを防止することができる。

特開昭６１−１６４０３７号公報

しかしながら、前記内燃機関では、アルコールを吸気ポートに噴射すると該アルコールが直ちに気化して体積が増加するため、十分な量の空気を吸入することができず、出力が低下するという不都合がある。

本発明は、かかる不都合を解消して、ガソリンとアルコールとを燃料とすると共に、アルコールを吸気ポートに噴射しても十分な出力を得ることができる内燃機関を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明の内燃機関は、ガソリンを吸気ポートに噴射するか又は燃焼室内に直接噴射する第１の燃料噴射手段と、アルコールを吸気ポートに噴射する第２の燃料噴射手段とを備える内燃機関において、第２の燃料噴射手段は、ノズル内径Ｄに対するノズル長さＬの比Ｌ／Ｄが６以上であり、ノズル内径Ｄが１．０ｍｍ以下のノズルを備え、該ノズルから該アルコールを噴射して、液体状態で吸気弁または吸気ポート壁面に直接衝突させた後、該燃焼室内に流入させることを特徴とする。

本発明の内燃機関によれば、前記第２の燃料噴射手段により、前記アルコールを液体状態で吸気弁または吸気ポート壁面に直接衝突させることができ、十分な量の空気を吸入することができる。従って、アルコールを吸気ポートに噴射しても出力が低下することなく、十分な出力を得ることができる。

本発明の内燃機関では、前記吸気弁または前記吸気ポート壁面に直接衝突させられた前記アルコールは、そのまま液体状態で前記燃焼室内に流入させられてもよく、該吸気弁または該吸気ポート壁面に直接衝突させられて気化した後、該燃焼室内に流入させられてもよい。

また、本発明の内燃機関では、前記アルコールとして、例えばエタノールを用いることができる。前記エタノールが植物性物質の醗酵により得られたものであるときには、カーボンニュートラル効果により、二酸化炭素の排出を削減することができる。

本発明の内燃機関の一構成例を示す説明的断面図。エタノールを噴射するインジェクタの構成を示す説明的断面図。インジェクタから噴射されるエタノールの撒布界を示す説明図。本発明の内燃機関の他の構成例の一部を切り欠いて示す説明的断面図。本発明の内燃機関のさらに他の構成例の一部を切り欠いて示す説明的断面図。本発明の内燃機関と従来の内燃機関とで吸入される空気量の比較を示すグラフ。本発明の内燃機関と従来の内燃機関とで最大負荷（出力）の比較を示すグラフ。

次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。

図１に示すように、本実施形態の内燃機関１は、圧縮着火内燃機関であり、円筒状の燃焼室２と、燃焼室２の内壁に沿って摺動自在のピストン３とを備えており、燃焼室２の上部には吸気ポート４と、排気ポート５とが連通している。吸気ポート４は吸気弁４ａにより開閉自在とされており、排気ポート５は排気弁５ａにより開閉自在とされている。

燃焼室２の上部の略中央部には、燃焼室２内にガソリンを直接噴射する第１の燃料噴射手段としての第１インジェクタ６が配設されており、第１インジェクタ６はガソリンタンク７に接続されている。また、吸気ポート４には、吸気ポート４内にエタノールを噴射する第２の燃料噴射手段としての第２インジェクタ８が配設されており、第２インジェクタ８はエタノールタンク９に接続されている。

内燃機関１は、エタノールが所定の割合で混合されたガソリンからなる混合燃料が供給されるメインタンク（図示せず）を備えており、該メインタンクから抽出された混合燃料に水を添加、攪拌することにより、該混合燃料をガソリンとエタノール−水混合溶液とに分離する。そして、前記混合燃料から分離された前記ガソリンがガソリンタンク７に貯留され、前記エタノール−水混合溶液が前記エタノールとして前記エタノールタンク９に貯留されている。

また、内燃機関１は、第１インジェクタ６、第２インジェクタ８の作動を制御する制御装置１０を備えている。制御装置１０は、図示しないアクセルセンサ、トルクセンサからの出力信号、回転数、クランク角度、燃焼室２内の温度等を検知して、第１インジェクタ６、第２インジェクタ８の作動を制御する。

次に、本実施形態の内燃機関１の作動について説明する。

内燃機関１では、まず圧縮行程において、制御装置１０が第１インジェクタ６を介して燃焼室２内にガソリンを直接噴射すると共に、第２インジェクタ８を介して吸気ポート４にエタノールを噴射する。このとき、制御装置１０は、検出した機関負荷に応じて第１インジェクタ６から噴射されるガソリンと、第２インジェクタ８から噴射されるエタノールとの割合を調整する。具体的には、制御装置１０は、機関負荷が高くなるほどエタノールの割合を高くし、機関負荷が低くなるほどガソリンの割合を高くする。

また、内燃機関１では、第２インジェクタ８は噴射したエタノールが液体の状態で吸気弁４ａの傘部に直接衝突し、その後燃焼室２内に流入するようにする。前記エタノールは、液体の状態のまま燃焼室２内に流入させられてもよく、吸気弁４ａに衝突することにより気化してから燃焼室２内に流入させられてもよい。

エタノールは吸気ポート４内で気化して体積が増加すると、空気の吸入を妨げることになる。しかし、本実施形態の内燃機関１では、上述のように第２インジェクタ８から噴射されたエタノールが液体の状態で吸気弁４ａに直接衝突するので、空気の吸入を妨げることがない。

本実施形態では、第２インジェクタ８から噴射されたエタノールが液体の状態で吸気弁４ａに直接衝突するようにするために、第２インジェクタ８は、図２に示すように、ノズル内径Ｄに対するノズル長さＬの比Ｌ／Ｄが６以上であり、ノズル内径Ｄは１．０ｍｍ以下となっている。

この結果、第２インジェクタ８から噴射されたエタノールは、ノズル８ａの先端から１００ｍｍの距離における撒布界の直径Ｒが１０ｍｍ未満になり、液体の状態で吸気弁４ａに直接衝突することができる。第２インジェクタ８は、前記撒布界を得るために、ノズル８ａの軸方向の中心線に対する噴射角θが３°以下になるようにしてエタノールを噴射する。

従って、前記ガソリン及びエタノールは、気化した後、燃焼室２内で十分な量の空気と混合されて混合気を形成し、該混合気が燃焼室２内でさらに圧縮されて自着火することにより、十分な出力を得ることができる。

本実施形態の内燃機関１は、図４に示すように、燃焼室２の天井部を形成するシリンダヘッド２ａに２つの吸気弁４１ａ，４２ａと、２つの排気弁５１ａ，５２ａとを備えるものであってもよい。この場合、２つの吸気弁４１ａ，４２ａにはそれぞれ吸気管４１，４２が接続されている。尚、説明を簡単にするために図示していないが、２つの排気弁５１ａ，５２ａにもそれぞれ排気管が接続されている。そして、各吸気管４１，４２には、それぞれ第２インジェクタ８１，８２が配設されている。

内燃機関１は、２つの吸気弁４１ａ，４２ａと吸気管４１，４２とを備える場合、吸気弁４１ａ，４２ａのいずれか一方を休止する片バルブ休止機構を備えていてもよい。また、内燃機関１は、２つの吸気弁４１ａ，４２ａと吸気管４１，４２とを備える場合、吸気管４１，４２のいずれか一方をスワールポートとしてもよい。また、吸気管４１，４２のいずれか一方をスワールポートとするときには、吸気弁４ａに直接衝突したエタノールを、スワールによる流動強化により気化させてもよい。

さらに、内燃機関１は、２つの吸気弁４１ａ，４２ａと吸気管４１，４２とを備える場合、図５に示すように吸気管４１，４２の分岐部の上流側に単一の第２インジェクタ８を設け、単一の第２インジェクタ８から各吸気管４１，４２にエタノールを噴射するようにしてもよい。

本実施形態では、第１インジェクタ６は、燃焼室２内にガソリンを直接噴射する構成となっているが、吸気ポート４にガソリンを噴射する構成としてもよい。この場合、図４に示す第２インジェクタ８１，８２の一方を第１インジェクタ６とし、他方を第２インジェクタ８としてもよい。

また、本実施形態では、アルコールとしてエタノールを用いる場合について説明しているが、エタノールに代えて他のアルコール、例えばメタノールを用いるようにしてもよい。また、本実施形態の内燃機関１は、過給機関に用いることもできる。

さらに、本実施形態では、内燃機関１が圧縮着火内燃機関である場合について説明しているが、内燃機関１はシリンダヘッド２ａに備えられた点火プラグ（図示せず）により着火される火花点火式内燃機関であってもよい。

次に、実施例を示す。

本実施例では、内燃機関１として、試験用単気筒エンジン（ボア８６ｍｍ×ストローク８６ｍｍ）を用い、回転数１５００ｒｐｍ、スロットル全開、エタノール噴射割合４０容積％の条件で運転した。このとき、第２インジェクタ８は、エタノールが液体の状態で吸気弁４ａの傘部に直接衝突するように、エタノールを噴射した。

ノズル８ａにおいて、ノズル径Ｄに対するノズル長さＬの比Ｌ／Ｄは１０であり、ノズル径Ｄは０．５ｍｍであった。また、ノズル８ａ先端と吸気弁４ａの傘部との距離は約１００ｍｍであり、ノズル先端８ａから１００ｍｍの距離におけるエタノールの撒布界の直径は１０ｍｍであった。

このとき、本実施例と吸気ポート４内でエタノールを気化させる場合（従来例）とで、燃焼室２に吸入される空気量と、最大負荷（出力）とを比較した。吸入される空気量の比較結果を図６に、最大負荷の比較結果を図７に示す。

図６から、本実施例の内燃機関１は従来例に比較して吸入される空気量が１．７％増加している。この結果、本実施例の内燃機関１は、図７に示すように、従来例に比較して最大負荷が３．０％増加することが明らかである。

１…内燃機関、２…燃焼室、４…吸気ポート、４ａ…吸気弁、６…第１インジェクタ、８…第２インジェクタ。

Claims

ガソリンを吸気ポートに噴射するか又は燃焼室内に直接噴射する第１の燃料噴射手段と、アルコールを吸気ポートに噴射する第２の燃料噴射手段とを備える内燃機関において、
該第２の燃料噴射手段は、ノズル内径Ｄに対するノズル長さＬの比Ｌ／Ｄが６以上であり、ノズル内径Ｄが１．０ｍｍ以下のノズルを備え、該ノズルから該アルコールを噴射して、液体状態で吸気弁または吸気ポート壁面に直接衝突させた後、該燃焼室内に流入させることを特徴とする内燃機関。
請求項１記載の内燃機関において、前記アルコールはエタノールであることを特徴とする内燃機関。