JP2018132050A

JP2018132050A - Internal combustion engine

Info

Publication number: JP2018132050A
Application number: JP2017028389A
Authority: JP
Inventors: 宏朗尾井; Hiroo Oi
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2017-02-17
Filing date: 2017-02-17
Publication date: 2018-08-23

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an internal combustion engine that can form an EGR gas layer in a combustion chamber without changing structure requirements of the internal combustion engine.SOLUTION: An internal combustion engine 1 comprises a combustion chamber 10, an ignition plug 2 exposed to the combustion chamber 10, and an exhaust gas recirculation mechanism 5 including an EGR passage 50 that returns a portion of exhaust gas discharged from the combustion chamber 10 as EGR gas 5g to an intake system, and also comprises a charging mechanism 6 provided in the EGR passage 50 to charge the EGR gas 5g, and an ignition control mechanism 7 that ignites the ignition plug 2 after charging it with the same polarity as that of the EGR gas 5g.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、排気ガス再循環機構を備える内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine having an exhaust gas recirculation mechanism.

近年、ＮＯｘ生成量を低減する技術として、排気ガス再循環機構（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：ＥＧＲ）が注目されている。排気ガス再循環機構は、燃焼室から排出された排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に戻すＥＧＲ通路を備える。燃焼室にＥＧＲガスを導入することで、燃焼室の酸素量が減り、燃焼温度が低下するので、ＮＯｘの生成量が低減される。 In recent years, an exhaust gas recirculation mechanism (EGR) has attracted attention as a technique for reducing the amount of NOx produced. The exhaust gas recirculation mechanism includes an EGR passage that returns a part of the exhaust gas discharged from the combustion chamber to the intake system as EGR gas. By introducing EGR gas into the combustion chamber, the amount of oxygen in the combustion chamber is reduced and the combustion temperature is lowered, so that the amount of NOx produced is reduced.

しかし、ＥＧＲガスには殆ど酸素が含まれていないため、点火プラグの近傍にＥＧＲガスが多く分布すると、失火する恐れがある。このような問題点に鑑み、例えば特許文献１では、二つの吸気ポートのうち、一方の吸気ポートにのみＥＧＲ通路を繋げ、ＥＧＲガスが点火プラグから離れた位置に導入されるようにし、燃焼室内における点火プラグから離隔した領域にＥＧＲガス層を形成している。ＥＧＲガス層が点火プラグから離隔しているため、失火が抑制される。 However, since the EGR gas contains almost no oxygen, if a large amount of EGR gas is distributed in the vicinity of the spark plug, there is a risk of misfire. In view of such a problem, for example, in Patent Document 1, an EGR passage is connected to only one of the two intake ports so that EGR gas is introduced at a position away from the spark plug. An EGR gas layer is formed in a region separated from the spark plug. Since the EGR gas layer is separated from the spark plug, misfire is suppressed.

特開２０１１−２２６３３５号公報JP 2011-226335 A

しかし、特許文献１の構成は、吸気ポートの構造によってＥＧＲガス層を形成しており、内燃機関の設計の自由度が低くなる欠点がある。そのため、車両の構造によっては、特許文献１の構成を採用できない場合がある。 However, the configuration of Patent Document 1 has a drawback that the EGR gas layer is formed by the structure of the intake port, and the degree of freedom in designing the internal combustion engine is reduced. Therefore, depending on the structure of the vehicle, the configuration of Patent Document 1 may not be adopted.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、内燃機関の構造要件を変更することなく燃焼室にＥＧＲガス層を形成できる内燃機関を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and one of its purposes is to provide an internal combustion engine capable of forming an EGR gas layer in a combustion chamber without changing the structural requirements of the internal combustion engine.

本発明の一形態に係る内燃機関は、
燃焼室と、前記燃焼室に露出する点火プラグと、前記燃焼室から排出された排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に戻すＥＧＲ通路を有する排気ガス再循環機構と、を備える内燃機関であって、
前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記ＥＧＲガスを帯電させる帯電機構と、
前記点火プラグを前記ＥＧＲガスと同じ極性に帯電させてから点火を行う点火制御機構と、を備える。 An internal combustion engine according to one aspect of the present invention is
An internal combustion engine comprising: a combustion chamber; an ignition plug exposed to the combustion chamber; and an exhaust gas recirculation mechanism having an EGR passage for returning a part of the exhaust gas discharged from the combustion chamber to the intake system as EGR gas There,
A charging mechanism provided in the EGR passage for charging the EGR gas;
An ignition control mechanism that performs ignition after charging the spark plug to the same polarity as the EGR gas.

上記構成によれば、ＥＧＲガスを帯電させ、点火プラグをＥＧＲガスと同じ極性に帯電させることで、点火プラグからＥＧＲガスを離隔させることができる。そのため、点火プラグから離隔した位置にＥＧＲガス層を形成することができるので、失火を抑制できる。 According to the above configuration, the EGR gas can be separated from the spark plug by charging the EGR gas and charging the spark plug with the same polarity as the EGR gas. Therefore, since the EGR gas layer can be formed at a position separated from the spark plug, misfire can be suppressed.

上記構成では、吸気ポートなどの構造要件を変更することなく、既存の内燃機関に帯電機構と点火制御機構を追加するだけで構成することができる。 The above configuration can be configured only by adding a charging mechanism and an ignition control mechanism to an existing internal combustion engine without changing structural requirements such as an intake port.

実施形態１に係る内燃機関の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine according to a first embodiment. 帯電機構の概略構成図である。It is a schematic block diagram of a charging mechanism. 燃焼室にＥＧＲガス層が形成される様子を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows a mode that an EGR gas layer is formed in a combustion chamber. 実施形態２に係る内燃機関の概略説明図である。FIG. 3 is a schematic explanatory diagram of an internal combustion engine according to a second embodiment.

以下、本発明の内燃機関の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明は、これらの例示に限定されず、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 Hereinafter, an embodiment of an internal combustion engine of the present invention will be described based on the drawings. In addition, this invention is not limited to these illustrations, is shown by the claim, and it is intended that all the changes within the meaning and range equivalent to a claim are included.

＜実施形態１＞
図１の概略構成図に示すように、内燃機関１は、燃焼室１０で混合気を燃焼させることで、シリンダブロック９内でピストン９０を往復させ、そのピストン９０の往復運動を図示しないクランクシャフトで回転運動に変換する。この内燃機関１は、燃焼室１０の内部に混合気を導入する吸気ポート３と、混合気に点火する点火プラグ２と、燃焼室１０から排気ガスを排出する排気ポート４と、を備える。吸気ポート３と排気ポート４にはそれぞれ、吸気バルブ３０と排気バルブ４０が設けられている。吸気ポート３には、燃料を噴射するインジェクタ３１が設けられている。インジェクタ３１は、燃焼室１０に設けられていても良い。本例の内燃機関１はさらに、排気ガスの一部を吸気系に戻す排気ガス再循環機構（ＥＧＲ）５を備える。 <Embodiment 1>
As shown in the schematic configuration diagram of FIG. 1, the internal combustion engine 1 burns the air-fuel mixture in the combustion chamber 10 to reciprocate the piston 90 in the cylinder block 9, and the reciprocating motion of the piston 90 is not shown. To convert to rotational motion. The internal combustion engine 1 includes an intake port 3 that introduces an air-fuel mixture into the combustion chamber 10, an ignition plug 2 that ignites the air-fuel mixture, and an exhaust port 4 that exhausts exhaust gas from the combustion chamber 10. The intake port 3 and the exhaust port 4 are provided with an intake valve 30 and an exhaust valve 40, respectively. The intake port 3 is provided with an injector 31 for injecting fuel. The injector 31 may be provided in the combustion chamber 10. The internal combustion engine 1 of this example further includes an exhaust gas recirculation mechanism (EGR) 5 that returns a part of the exhaust gas to the intake system.

排気ガス再循環機構５は、ＥＧＲ通路５０とＥＧＲバルブ５１とを備える。ＥＧＲ通路５０は、排気ポート４と吸気ポート３とに連通され、燃焼室１０から排出された排気ガスの一部をＥＧＲガス５ｇとして吸気系に戻す。ＥＧＲバルブ５１は、吸気系に導入するＥＧＲガス５ｇの量を調整する。ここで、ＥＧＲガス５ｇには酸素が殆ど含まれていないため、燃焼室１０内の点火プラグ２近傍におけるＥＧＲガス５ｇの濃度が高いと失火の恐れがある。本例の内燃機関１は、そのような問題を解決するために、点火プラグ２近傍からＥＧＲガス５ｇを遠ざけ、点火プラグ２から離隔した位置にＥＧＲガス５ｇの層（以下、ＥＧＲガス層）を形成する構成を備える。以下、ＥＧＲガス層を形成するための構成を中心に説明を行なう。 The exhaust gas recirculation mechanism 5 includes an EGR passage 50 and an EGR valve 51. The EGR passage 50 communicates with the exhaust port 4 and the intake port 3, and returns a part of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 10 to the intake system as EGR gas 5g. The EGR valve 51 adjusts the amount of EGR gas 5g introduced into the intake system. Here, since the EGR gas 5g contains almost no oxygen, there is a risk of misfire if the concentration of the EGR gas 5g in the vicinity of the spark plug 2 in the combustion chamber 10 is high. In order to solve such a problem, the internal combustion engine 1 of the present example moves the EGR gas 5g away from the vicinity of the spark plug 2 and places a layer of EGR gas 5g (hereinafter referred to as an EGR gas layer) at a position separated from the spark plug 2. The structure to form is provided. Hereinafter, description will be made focusing on the configuration for forming the EGR gas layer.

≪帯電機構≫
ＥＧＲガス層を形成する一つ目の構成として、本例の内燃機関１は帯電機構６を備える。帯電機構６は、ＥＧＲ通路５０に設けられ、ＥＧＲガス５ｇを正または負に帯電させる。帯電機構６は、図２に示すように、電極６０と絶縁体６１と外筒６２とを備える。電極６０は、その一端がＥＧＲ通路５０内に露出し、他端が後述する印加機構８（図１）に繋がっている。外筒６２は、帯電機構６をＥＧＲ通路５０に固定する支持体であり、絶縁体６１は、電極６０とＥＧＲ通路５０とを絶縁する。 ≪Charging mechanism≫
As a first configuration for forming the EGR gas layer, the internal combustion engine 1 of this example includes a charging mechanism 6. The charging mechanism 6 is provided in the EGR passage 50 and charges the EGR gas 5g positively or negatively. As shown in FIG. 2, the charging mechanism 6 includes an electrode 60, an insulator 61, and an outer cylinder 62. One end of the electrode 60 is exposed in the EGR passage 50, and the other end is connected to an application mechanism 8 (FIG. 1) described later. The outer cylinder 62 is a support that fixes the charging mechanism 6 to the EGR passage 50, and the insulator 61 insulates the electrode 60 from the EGR passage 50.

図１に示すように、帯電機構６には印加機構８が繋がっている。印加機構８は、電源８０と、ＤＣ−ＤＣコンバータ８１と、Ｈブリッジ８２と、昇圧トランス８３とを備える。本例の電源８０は、車両に搭載されるバッテリである。ＤＣ−ＤＣコンバータ８１は、電源８０が提供する直流電圧を昇圧し、Ｈブリッジ８２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ８１が出力する直流を交流に変換する。昇圧トランス８３は、Ｈブリッジ８２が出力する交流を昇圧する。 As shown in FIG. 1, an application mechanism 8 is connected to the charging mechanism 6. The application mechanism 8 includes a power supply 80, a DC-DC converter 81, an H bridge 82, and a step-up transformer 83. The power source 80 in this example is a battery mounted on the vehicle. The DC-DC converter 81 boosts the DC voltage provided by the power supply 80, and the H bridge 82 converts the DC output from the DC-DC converter 81 into AC. The step-up transformer 83 boosts the alternating current output from the H bridge 82.

昇圧トランス８３から延びる配線の一つは、上述した帯電機構６に繋がっている。当該配線にはダイオード８４が設けられており、図２に示すように、帯電機構６によってＥＧＲ通路５０を通過するＥＧＲガス５ｇに正または負の電荷を帯電させることができる。本例では、ＥＧＲガス５ｇに負の電荷を帯電させている。 One of the wires extending from the step-up transformer 83 is connected to the charging mechanism 6 described above. The wiring is provided with a diode 84, and as shown in FIG. 2, the charging mechanism 6 can charge the EGR gas 5g passing through the EGR passage 50 with a positive or negative charge. In this example, the EGR gas 5g is charged with a negative charge.

昇圧トランス８３から延びるもう一つの配線は、スイッチ８５とダイオード８６を介して、点火プラグ２の電極に繋がっている。ダイオード８６の向きは、帯電機構６に繋がるダイオード８４の向きと同じである。そのため、ＥＧＲガス５ｇと同じ極性に点火プラグ２を帯電させることができる。 Another wiring extending from the step-up transformer 83 is connected to the electrode of the spark plug 2 via a switch 85 and a diode 86. The direction of the diode 86 is the same as the direction of the diode 84 connected to the charging mechanism 6. Therefore, the spark plug 2 can be charged with the same polarity as the EGR gas 5g.

≪点火制御機構≫
ＥＧＲガス層を形成する二つ目の構成として、本例の内燃機関１は点火制御機構７を備える。点火制御機構７は、従来同様、点火プラグ２に電圧を印加し、燃焼室１０内に放電火花を発生させる構成である。本例における点火制御機構７はさらに、従来とは異なり、上述したスイッチ８５のＯＮ／ＯＦＦを制御するように構成されている。そのため、点火制御機構７からの指令によってスイッチ８５をＯＮにすることで、点火プラグ２の電極をＥＧＲガス５ｇと同じ極性に帯電させることができる。 ≪Ignition control mechanism≫
As a second configuration for forming the EGR gas layer, the internal combustion engine 1 of this example includes an ignition control mechanism 7. The ignition control mechanism 7 is configured to apply a voltage to the ignition plug 2 and generate a discharge spark in the combustion chamber 10 as in the conventional case. The ignition control mechanism 7 in this example is further configured to control ON / OFF of the switch 85 described above, unlike the conventional case. Therefore, the electrode of the spark plug 2 can be charged with the same polarity as that of the EGR gas 5g by turning on the switch 85 according to a command from the ignition control mechanism 7.

≪動作手順≫
以上説明した構成を備える内燃機関１を用いて燃焼室１０にＥＧＲガス５ｇを導入する場合、図１のＥＧＲバルブ５１を空けると共に、図２に示すように帯電機構６によってＥＧＲガス５ｇに負の電荷を帯電させる。図１の吸気バルブ３０が開き、混合気と共にＥＧＲガス５ｇが燃焼室１０に導入されるタイミングで、点火制御機構７がスイッチ８５をＯＮにして、点火プラグ２を負に帯電させる。スイッチ８５をＯＮにするタイミングは、吸気バルブ３０が開く少し前でも良いし、開くと同時でも良いし、開いてから少し後でも良い。スイッチ８５をＯＮにするタイミングは、図示しないクランクシャフトの回転角度などを参照して制御すると良い。 ≪Operation procedure≫
When the EGR gas 5g is introduced into the combustion chamber 10 using the internal combustion engine 1 having the above-described configuration, the EGR valve 51 of FIG. 1 is opened, and the charging mechanism 6 causes the EGR gas 5g to be negative as shown in FIG. Charge the charge. At the timing when the intake valve 30 in FIG. 1 is opened and the EGR gas 5g is introduced into the combustion chamber 10 together with the air-fuel mixture, the ignition control mechanism 7 turns on the switch 85 to charge the spark plug 2 negatively. The timing for turning on the switch 85 may be a little before the intake valve 30 is opened, may be simultaneously with the opening, or may be a little after the opening. The timing for turning on the switch 85 may be controlled with reference to a rotation angle of a crankshaft (not shown).

点火プラグ２が負に帯電すると、図３に示すように、負に帯電したＥＧＲガス５ｇが斥力によって点火プラグ２から離隔した位置に移動する。ここで、ＥＧＲガス５ｇと共に燃焼室１０に導入された混合気は帯電していないため、混合気には斥力が作用しない。そのため、燃焼室１０において、点火プラグ２を中心に、点火プラグ２から近い位置には混合気が、遠い位置にはＥＧＲガス５ｇの層が形成される。この状態で点火プラグ２を点火すれば、酸素を殆ど含まないＥＧＲガス５ｇによって生じる失火を抑制することができる。なお、印加機構８による点火プラグ２への電圧の印加は、点火の直前まで行なうことが好ましい。 When the spark plug 2 is negatively charged, as shown in FIG. 3, the negatively charged EGR gas 5g moves to a position separated from the spark plug 2 by repulsive force. Here, since the air-fuel mixture introduced into the combustion chamber 10 together with 5 g of EGR gas is not charged, no repulsive force acts on the air-fuel mixture. Therefore, in the combustion chamber 10, the air-fuel mixture is formed at a position near the ignition plug 2 with the ignition plug 2 as the center, and a layer of EGR gas 5 g is formed at a position far from the ignition plug 2. If the spark plug 2 is ignited in this state, misfire caused by the EGR gas 5g containing almost no oxygen can be suppressed. The application of voltage to the spark plug 2 by the application mechanism 8 is preferably performed until just before ignition.

以上説明したように、実施形態１の内燃機関１によれば、吸気ポート３の向きなどの構造要件を変更することなく、ＥＧＲガス層を形成することができる。そのため、既存の内燃機関に本例の構成を適用することもできる。 As described above, according to the internal combustion engine 1 of the first embodiment, the EGR gas layer can be formed without changing the structural requirements such as the direction of the intake port 3. Therefore, the configuration of this example can be applied to an existing internal combustion engine.

＜実施形態２＞
点火プラグ２は、その先端に中心電極（図３のＬ字型の部分に囲まれる部分）と接地電極（図３のＬ字型の部分）とが設けられている。中心電極と接地電極との間は離隔しており、両電極間の電位差が大きくなり、当該電位差が放電電圧に達した時点で放電火花が生じる。この点火プラグにおける電位差が増大する過程を利用して、ＥＧＲガス層を形成する内燃機関１を図４に基づいて説明する。なお、実施形態２における実施形態１と同様の構成には図１と同一の符号を付して、その説明を省略する。 <Embodiment 2>
The spark plug 2 is provided with a center electrode (a portion surrounded by the L-shaped portion in FIG. 3) and a ground electrode (L-shaped portion in FIG. 3) at the tip thereof. The center electrode and the ground electrode are separated from each other, and the potential difference between the two electrodes becomes large, and a discharge spark is generated when the potential difference reaches the discharge voltage. The internal combustion engine 1 that forms an EGR gas layer using the process of increasing the potential difference in the spark plug will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol as FIG. 1 is attached | subjected to the structure similar to Embodiment 1 in Embodiment 2, and the description is abbreviate | omitted.

図４に示すように、実施形態２の内燃機関１では、昇圧トランス８３から延びる配線の内、一方がＥＧＲ通路５０に設けられる帯電機構６に繋がり、他方が接地されている。本例の構成でも、実施形態１と同様に、ＥＧＲガス５ｇは負に帯電される。 As shown in FIG. 4, in the internal combustion engine 1 of the second embodiment, one of the wires extending from the step-up transformer 83 is connected to the charging mechanism 6 provided in the EGR passage 50, and the other is grounded. Also in the configuration of this example, the EGR gas 5g is negatively charged as in the first embodiment.

この構成では、点火プラグ２を負電圧で放電するように構成する。そうすることで、燃焼室１０に流入した負電荷のＥＧＲガス５ｇが、点火プラグ２の電位差が増大する過程で、図３と同様に点火プラグ２から離隔した位置に移動される。その結果、点火プラグ２が放電電圧に達したときに、点火プラグ２から離隔した位置にＥＧＲガス層が形成され、ＥＧＲガス５ｇによる失火を抑制することができる。 In this configuration, the spark plug 2 is configured to discharge with a negative voltage. By doing so, the negatively charged EGR gas 5g flowing into the combustion chamber 10 is moved to a position separated from the spark plug 2 in the process of increasing the potential difference of the spark plug 2. As a result, when the spark plug 2 reaches the discharge voltage, an EGR gas layer is formed at a position separated from the spark plug 2, and misfire due to the EGR gas 5g can be suppressed.

１内燃機関１０燃焼室
２点火プラグ
３吸気ポート３０吸気バルブ３１インジェクタ
４排気ポート４０排気バルブ
５排気ガス再循環機構５０ＥＧＲ通路５１ＥＧＲバルブ５ｇＥＧＲガス
６帯電機構６０電極６１絶縁体６２外筒
７点火制御機構
８印加機構
８０電源８１ＤＣ−ＤＣコンバータ８２Ｈブリッジ８３昇圧トランス
８４，８６ダイオード８５スイッチ
９シリンダブロック９０ピストン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal combustion engine 10 Combustion chamber 2 Spark plug 3 Intake port 30 Intake valve 31 Injector 4 Exhaust port 40 Exhaust valve 5 Exhaust gas recirculation mechanism 50 EGR passage 51 EGR valve 5g EGR gas 6 Charging mechanism 60 Electrode 61 Insulator 62 Outer cylinder 7 Ignition control mechanism 8 Application mechanism 80 Power supply 81 DC-DC converter 82 H bridge 83 Step-up transformer 84,86 Diode 85 Switch 9 Cylinder block 90 Piston

Claims

An internal combustion engine comprising: a combustion chamber; an ignition plug exposed to the combustion chamber; and an exhaust gas recirculation mechanism having an EGR passage for returning a part of the exhaust gas discharged from the combustion chamber to the intake system as EGR gas There,
A charging mechanism provided in the EGR passage for charging the EGR gas;
An internal combustion engine comprising: an ignition control mechanism that performs ignition after charging the spark plug to the same polarity as the EGR gas.