JP2011157940A

JP2011157940A - 圧縮着火内燃機関

Info

Publication number: JP2011157940A
Application number: JP2010022528A
Authority: JP
Inventors: Taku Kondo; 近藤　　卓; Kotaro Hashimoto; 公太郎橋本
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】運転状況の変化に即応して最適な時期に着火させることができる圧縮着火内燃機関を提供する。
【解決手段】圧縮着火内燃機関１は、吸気ポート６と、より着火性の低い第１の燃料を吸気ポート６に噴射する第１の燃料噴射手段１０と、より着火性の高い第２の燃料を該燃焼室５に直接噴射する第２の燃料噴射手段１２とを備え、両燃料噴射手段１０，１２から供給された燃料を含む燃料混合気を圧縮して自着火せしめる。オゾン発生手段１３と、オゾン発生手段１３により発生されたオゾンを吸気ポート６に供給するオゾン供給手段１４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮着火内燃機関に関するものである。

従来、例えば軽油等の高セタン価燃料を、吸気ポートを介して高圧空気が充填された燃焼室内に供給し、圧縮することにより自着火させる圧縮着火内燃機関が知られている。ところが、前記圧縮着火内燃機関では、燃焼室に供給された前記高セタン価燃料が空気と十分に混合する前に自着火するので、パティキュレートの発生量が増大するという問題がある。

前記問題を解決するために、ガソリン等の低セタン価燃料を、吸気ポートを介して燃焼室内に噴射し、圧縮して自着火させると共に、該吸気ポート中で前記低セタン価燃料にオゾンを混入させる圧縮着火内燃機関が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１記載の圧縮着火内燃機関によれば、オゾンを混入させることにより前記低セタン価燃料の着火性を改善して確実に自着火させることができると共に、パティキュレートの発生量を低減することができるとされている。

一方、ガソリン等の低セタン価燃料を、吸気ポートを介して燃焼室内に供給し、該低セタン価燃料と空気との混合気に点火プラグを用いて点火するプラグ点火式の内燃機関が知られている。前記プラグ点火式の内燃機関では、点火時期を自由に制御できるため、燃料噴射の時期と点火時期とを自由に制御でき、排気特性を比較的容易に制御することができる。

ところが、前記プラグ点火式の内燃機関では、前記混合気に点火したときに、前記点火プラグを起点として、前記燃焼室の周縁部に向かって火炎が伝播する。このとき、燃焼室の周縁部には未燃の混合気（末端ガス）が存在しており、該末端ガスが前記点火プラグから拡がる火炎の圧力波によって圧縮されると、該火炎が該燃焼室の周縁部に到達する前に自着火することがある。前記末端ガスの自着火はノッキングと呼ばれ、異音の発生や、エンジンの耐久性低下等といった問題を生じさせる。

前記問題を解決するために、ガソリン等の低セタン価燃料を、吸気ポートを介して燃焼室内に供給すると共に、軽油等の高セタン価燃料を該燃焼室に直接噴射し、両燃料を含む燃料混合気を圧縮して自着火せしめる圧縮着火内燃機関が提案されている（例えば特許文献２参照）。このような圧縮着火内燃機関によれば、ガソリン等の低セタン価燃料の混合気が、軽油等の高セタン価燃料の作用により自着火し、燃焼するので、前記ノッキングの発生が解消されると共に、パティキュレートの発生量も低減することができる。ディーゼルエンジン特有の問題である排気特性の悪化も解消される。

特開平１０−２０５３９８号公報特開２００４−３０８４２３号公報

しかしながら、ガソリン等の燃料を吸気ポートを介して燃焼室に供給すると共に、軽油等の燃料を該燃焼室に直接噴射する前記圧縮着火内燃機関は、両燃料を含む燃料混合気を自着火させる時期を高精度で制御することが難しいという不都合がある。

前記不都合を解消するために、例えば、前記圧縮着火内燃機関の負荷または回転数に応じて前記両燃料の供給量を調整することが考えられるが、十分な効果は得られない。

また、前記不都合を解消するために、燃焼後の排気ガスを吸気に再循環させる方法（ＥＧＲ）を用いて吸気温度及び吸気中の酸素量を調整することも考えられる。しかし、前記ＥＧＲを用いる方法では、運転状況の変化に即応して、最適な時期に着火させることが難しい。

そこで、本発明は、かかる不都合を解消して、運転状況の変化に即応して最適な時期に着火させることができる圧縮着火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、本発明は、燃焼室に混合気を案内する吸気ポートと、より着火性の低い第１の燃料を該吸気ポートに噴射する第１の燃料噴射手段と、より着火性の高い第２の燃料を該燃焼室に直接噴射する第２の燃料噴射手段とを備え、両燃料噴射手段から供給された燃料を含む燃料混合気を圧縮して自着火せしめる圧縮着火内燃機関において、空気を原料としてオゾンを発生するオゾン発生手段と、該オゾン発生手段により発生されたオゾンを第１の燃料噴射手段の上流側の該吸気ポートに供給するオゾン供給手段とを備えることを特徴とする。

本発明の圧縮着火内燃機関において、前記第１の燃料としては、例えばガソリンを用いることができ、前記第２の燃料としては、例えば軽油を用いることができる。

本発明の圧縮着火内燃機関は、前記オゾン発生手段を備えており、該オゾン発生手段により発生されたオゾンを、前記オゾン供給手段を介して第１の燃料噴射手段の上流側の該吸気ポートに供給する。この結果、前記ガソリン等のより着火性の低い第１の燃料に前記オゾンを混合して、着火性を改善することができる。

このとき、前記オゾン供給手段によるオゾンの供給は、前記圧縮着火内燃機関の運転状況の変化に即応することができるので、該圧縮着火内燃機関にとって最適な時期に前記燃料混合気を着火させることができる。

そこで、本発明の圧縮着火内燃機関において、前記オゾン発生手段は前記圧縮着火内燃機関の運転状況に応じてオゾンを発生することが好ましい。前記オゾン発生手段がオゾンを発生する運転状況としては、前記圧縮着火内燃機関の負荷が所定より低いとき、又は回転数の高いとき等の着火を早めたい場合を挙げることができる。前記オゾン発生手段は、例えば、前記圧縮着火内燃機関の負荷が所定より低いときにのみオゾンを発生するものであってもよい。

本発明の圧縮着火内燃機関において、前記オゾン供給手段により供給されるオゾンは、該オゾン供給手段から前記吸気ポートに供給される気体の全量に対し２．５〜１０．５ｐｐｍの範囲の濃度であることが好ましい。前記オゾンの濃度が２．５ｐｐｍ未満であるときには、前記ガソリン等のより着火性の低い第１の燃料の着火性を改善する効果を得ることができない。また、前記オゾンの濃度は１０．５ｐｐｍを超えてもそれ以上の効果を得ることができない。

本発明の圧縮着火内燃機関の一構成例を示す説明的断面図。オゾン濃度による着火時期の変化を示すグラフ。

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、本実施形態の圧縮着火内燃機関１は、シリンダ２と、シリンダヘッド３と、シリンダ２の内壁に沿って摺動するピストン４とにより画成される燃焼室５を備えている。シリンダヘッド３には、燃焼室５の上部に連通する吸気ポート６と、排気ポート７とが接続されており、吸気ポート６及び排気ポート７はそれぞれ吸気弁８と排気弁９とにより開閉自在とされている。

圧縮着火内燃機関１は、ガソリン等のより着火性の低い第１の燃料を吸気ポート６に噴射する第１インジェクタ１０を、吸気ポート６のスロットル弁１１の下流側に備えている。また、軽油等のより着火性の高い第２の燃料を燃焼室５に直接噴射する第２インジェクタ１２をシリンダヘッド３の中心部に備えている。

さらに、圧縮着火内燃機関１は、オゾン発生装置１３と、オゾン発生装置１３により発生されたオゾンを第１インジェクタ１０の上流側の吸気ポート６に供給するオゾン供給装置１４を備えている。オゾン発生装置１３としては、例えば、常温の空気を原料として、該空気を平行電極間に供給し、両極間に交流高電圧を印加して無声放電を生じさせることによりオゾンを発生させる装置（例えば、株式会社ワコーシステムコントロール製）等を用いることができる。

次に、本実施形態の圧縮着火内燃機関１の作動について説明する。

通常、圧縮着火内燃機関１では、第１インジェクタ１０からガソリン等のより着火性の低い第１の燃料が吸気ポート６に噴射され、該第１の燃料が吸気ポート６を介して燃焼室５に供給される。これと同時に、第２インジェクタ１２から軽油等のより着火性の高い第２の燃料が燃焼室５に噴射される。第１及び第２の燃料は、燃焼室５内で混合気を形成し、該混合気がピストン４により燃焼室５内で圧縮されることにより、自着火する。

ところで、圧縮着火内燃機関１の運転状況によっては、前記混合気が自着火する時期を精密に制御することが望まれる。前記自着火する時期を精密に制御することが必要とされる運転状況としては、圧縮着火内燃機関１の負荷が低い場合、又は回転数が高い場合を挙げることができる。

圧縮着火内燃機関１では、前記自着火する時期を精密に制御することが必要とされる運転状況下では、オゾン発生装置１３によりオゾンを発生させ、該オゾンをオゾン供給装置１４から吸気ポート６に供給する。このようにすると、吸気ポート６内で、前記ガソリン等のより着火性の低い第１の燃料にオゾンが混合され、該第１の燃料の着火性を改善することができる。

具体的には、前記第１の燃料に混合されるオゾン濃度を、オゾン供給装置１４から前記吸気ポートに供給される気体の全量に対し２．５〜１０．５ｐｐｍの範囲で、高濃度とするほど前記自着火する時期が進角化される。従って、前記第１の燃料に混合されるオゾン濃度を前記範囲で調整することにより、前記自着火する時期を精密に制御することができる。

次に、前記第１の燃料としてガソリンを用い、第２の燃料として軽油を用いると共に、圧縮着火内燃機関１の回転数１５００ｒｐｍ、負荷３５０ｋＰａの条件下で、ガソリンに混合されるオゾン濃度を変量して、クランク角度に対する熱発生速度の変化を測定した。結果を図２に示す。図２において、熱発生速度のピークが自着火の時期を示す。

図２から、圧縮着火内燃機関１では、ガソリンに混合されるオゾン濃度を、オゾン供給装置１４から前記吸気ポートに供給される気体の全量に対し２．５〜１０．５ｐｐｍの範囲で、高濃度とするほど前記自着火する時期が進角化されることが明らかである。

１…圧縮着火内燃機関、５…燃焼室、６…吸気ポート、１０…第１インジェクタ、１２…第２インジェクタ、１３…オゾン発生装置、１４…オゾン供給装置。

Claims

燃焼室に混合気を案内する吸気ポートと、より着火性の低い第１の燃料を該吸気ポートに噴射する第１の燃料噴射手段と、より着火性の高い第２の燃料を該燃焼室に直接噴射する第２の燃料噴射手段とを備え、両燃料噴射手段から供給された燃料を含む燃料混合気を圧縮して自着火せしめる圧縮着火内燃機関において、
空気を原料としてオゾンを発生するオゾン発生手段と、該オゾン発生手段により発生されたオゾンを第１の燃料噴射手段の上流側の該吸気ポートに供給するオゾン供給手段とを備えることを特徴とする圧縮着火内燃機関。
請求項１記載の圧縮着火内燃機関において、前記第１の燃料がガソリンであり、前記第２の燃料が軽油であることを特徴とする圧縮着火内燃機関。
請求項１または請求項２記載の圧縮着火内燃機関において、前記オゾン発生手段は前記圧縮着火内燃機関の運転状況に応じてオゾンを発生することを特徴とする圧縮着火内燃機関。
請求項３記載の圧縮着火内燃機関において、前記オゾン発生手段は前記圧縮着火内燃機関の負荷が所定より低いときにのみオゾンを発生することを特徴とする圧縮着火内燃機関。
請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の圧縮着火内燃機関において、前記オゾン供給手段により供給されるオゾンは、該オゾン供給手段から前記吸気ポートに供給される気体の全量に対し２．５〜１０．５ｐｐｍの範囲の濃度であることを特徴とする圧縮着火内燃機関。