JP2020114991A - Technology for promoting ignition and combustion of engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンの着火を促進し燃焼を促進する技術に関し、特に、誘電体バリア放電を用いたエンジンおよびその点火方法に関する。 The present invention relates to a technique for promoting ignition and combustion of an engine, and more particularly to an engine using a dielectric barrier discharge and an ignition method thereof.
省エネルギー化および環境対策のため、エンジンの燃費改善や窒素酸化物の排出低減が進められている。その一つの解決策として、燃料および空気からなる混合気を希薄化しても動作するエンジンの開発が行われている。希薄化した混合気を使用した場合、混合気の着火や燃焼の安定性が懸念される。 In order to save energy and take environmental measures, improvements in engine fuel efficiency and reduction of nitrogen oxide emissions are being promoted. As one solution to this problem, an engine that operates even when a mixture of fuel and air is diluted is being developed. When a diluted mixture is used, there is concern about the ignition and combustion stability of the mixture.
吸気管内でプラズマ処理した混合気を燃焼室に導入し、ピストンの圧縮行程により混合気を断熱圧縮して高温化して着火する予混合圧縮着火エンジンが知られている(例えば、特許文献1参照。)。また、吸気管に設けたスワール制御弁の下流に、還流排気導入部を設け、還流した排気を燃焼室中央の混合気濃度の高い部分に排気を分布させ点火プラグで点火することで燃焼性を確保する技術が知られている(例えば、特許文献2参照。)。 A premixed compression ignition engine is known in which a gas mixture subjected to plasma treatment in an intake pipe is introduced into a combustion chamber, and the gas mixture is adiabatically compressed by a compression stroke of a piston to raise its temperature and ignite (see, for example, Patent Document 1). ). In addition, a recirculation exhaust gas introduction section is provided downstream of the swirl control valve provided in the intake pipe, and the recirculated exhaust gas is distributed to the portion of the center of the combustion chamber where the mixture concentration is high and the ignition plug is ignited to improve combustibility A technique for securing is known (for example, refer to Patent Document 2).
希薄化した混合気には、点火プラグによる着火が困難で不安定になり、エンジンが運転できないという問題があり、また、着火時期の高精度の制御が必要になるという問題がある。 The diluted air-fuel mixture has a problem that ignition by the spark plug is difficult and unstable, and thus the engine cannot operate, and there is also a problem that highly accurate control of ignition timing is required.
本発明は、上述した問題を解決するもので、新規で有用な着火および燃焼を促進するエンジンおよびエンジンの点火方法を提供する。 The present invention solves the above-mentioned problems and provides a new and useful engine and method for igniting the engine that promotes ignition and combustion.
本発明の一態様によれば、シリンダ内壁に設けられ、燃焼室に非熱プラズマを発生して、空気と燃料とを含む混合気を改質可能なプラズマ発生部であって、そのプラズマ発生部は、燃焼室に露出する第1の電極と、その第1の電極と対向し誘電体材料に覆われた第2の電極とを有し、上記シリンダ内壁に埋め込まれてなる、プラズマ発生部と、
上記シリンダ内壁に設けられ、放電により上記改質された混合気に点火する点火部と、
を備える、エンジンが提供される。
According to one aspect of the present invention, a plasma generation unit that is provided on an inner wall of a cylinder and that can generate non-thermal plasma in a combustion chamber to reform a gas mixture containing air and fuel. Has a first electrode exposed to the combustion chamber and a second electrode facing the first electrode and covered with a dielectric material, and is embedded in the cylinder inner wall. ,
An ignition unit provided on the inner wall of the cylinder for igniting the reformed air-fuel mixture by electric discharge;
An engine is provided, which comprises:
上記態様によれば、混合気が燃焼室でプラズマ発生部によって発生した非熱プラズマにより改質され、改質された混合気に点火部により点火される。プラズマ発生部はシリンダ内壁に埋め込まれており、燃料室内側に突出していないので、それによる混合気の流れの乱れが低減される。これにより、非熱プラズマにより改質された混合気に着火が容易になるとともに安定して着火が可能となり、さらに燃焼速度を高めることができる。 According to the above aspect, the air-fuel mixture is reformed by the non-thermal plasma generated by the plasma generation unit in the combustion chamber, and the reformed air-fuel mixture is ignited by the ignition unit. Since the plasma generating portion is embedded in the inner wall of the cylinder and does not project to the inside of the fuel chamber, turbulence of the flow of the air-fuel mixture due to it is reduced. This facilitates ignition of the air-fuel mixture reformed by the non-thermal plasma, enables stable ignition, and further increases the combustion speed.
本発明の他の態様によれば、燃焼室に非熱プラズマを発生するステップであって、空気と燃料とを含む混合気に該非熱プラズマを接触させる、該非熱プラズマを発生するステップと、
前記非熱プラズマに接触した混合気に放電により点火するステップと、
を含み、
前記非熱プラズマは、シリンダ内壁に設けられ前記燃焼室に露出する第1の電極と、該第1の電極と対向し誘電体材料に覆われた第2の電極とを有し、該シリンダ内壁に埋め込まれてなるプラズマ発生部によって発生される、エンジンの点火方法が提供される。
According to another aspect of the present invention, a step of generating non-thermal plasma in the combustion chamber, the step of bringing the non-thermal plasma into contact with a mixture containing air and fuel, the step of generating the non-thermal plasma,
Igniting by discharge an air-fuel mixture in contact with the non-thermal plasma,
Including
The non-thermal plasma has a first electrode provided on the inner wall of the cylinder and exposed to the combustion chamber, and a second electrode facing the first electrode and covered with a dielectric material. There is provided a method of igniting an engine generated by a plasma generator embedded in.
上記態様によれば、本実施形態に係るエンジンの点火方法によれば、非熱プラズマSPに接触した混合気に点火プラグの放電により点火するので、確実に着火し、着火のタイミングも安定する。さらに、燃焼速度が高まる。プラズマ発生部がシリンダ内壁に埋め込まれているので第2の電極を覆う誘電体材料の表面に非熱プラズマが発生し、プラズマ発生部が燃料室内側に突出していないので、それによる混合気の流れの乱れを低減する。それにより非熱プラズマが混合気に接触して改質するため、改質された混合気への点火がいっそう確実になると考えられる。 According to the above aspect, according to the engine ignition method of the present embodiment, the air-fuel mixture in contact with the non-thermal plasma SP is ignited by the discharge of the ignition plug, so that the ignition is reliably performed and the ignition timing is stable. In addition, the burning rate is increased. Since the plasma generation part is embedded in the inner wall of the cylinder, non-thermal plasma is generated on the surface of the dielectric material covering the second electrode, and the plasma generation part does not project to the inside of the fuel chamber. Reduce turbulence. As a result, the non-thermal plasma comes into contact with the air-fuel mixture and reforms it, so that it is considered that ignition of the reformed air-fuel mixture becomes more reliable.
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。なお、図面間において共通する要素については同じ符号を付し、その要素の詳細な説明の繰り返しを省略する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that elements common to the drawings are given the same reference numerals, and detailed description of the elements will not be repeated.
図1は、本発明の一実施形態に係るエンジンの概略構成を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an engine according to an embodiment of the present invention.
図1を参照するに、本発明の一実施形態に係るエンジンは、シリンダヘッド部11に、吸気ポート20と、誘電体バリア放電(Dielectric Barrier Discharge)プラグ30(以下、「DBDプラグ」と称する。)と、点火プラグ50と、点火電源60と、高周波電源61と、制御部62とを有している。なお、シリンダヘッド部11に少なくとも一つの排気ポートおよび排気バルブ等の排気系が設けられるが、図示を省略する。
Referring to FIG. 1, an engine according to an embodiment of the present invention includes a
吸気ポート20は、シリンダヘッド部11の内壁11aに設けられ、吸気管21が接続される。吸気管21には、燃料を気化して空気と混合し、混合気を形成する気化器(不図示)が接続される。混合気は、吸気管21を介して吸気バルブ22の開動作およびピストン13の下降により吸気ポート20から燃焼室12に供給される。なお、気化器の代わりに吸気管21内に燃料を噴射するポート噴射法を用いて混合気を形成してもよい。
The
点火プラグ50は、シリンダヘッド部11の内壁11aに、中心電極52と接地電極53とを有する点火部51が燃焼室12に露出して設けられる。中心電極52および接地電極53は、耐熱性に優れた導電材料からなる。中心電極52は、点火電源60に電気的に接続され、接地電極53は接地される。点火電源60から電圧パルスが供給される。これにより、中心電極52と接地電極53との間に点火火花が発生する。点火時期は、点火電源60に信号通信可能に接続される制御部62によって制御される。制御部62は、例えば、ピストン13と連動するクランク14のクランク角検出部63からのクランク角の情報を取得して点火時期を制御する。
The
DBDプラグ30はシリンダヘッド部11に設けられ、そのプラズマ発生部31がシリンダヘッド部11の内壁11aに設けられる。DBDプラグ30は、高周波電源61から高周波あるいはパルスの高電圧信号が供給され、プラズマ発生部31が燃焼室12に非熱プラズマを発生する。プラズマ発生部31は、シリンダ10の側壁10aにピストン13に干渉しない位置に設けられてもよい。
The
図2は、本発明の一実施形態に係るエンジンのDBDプラグの(a)断面および(b)燃焼室に臨むプラズマ発生部を示す図である。 FIG. 2 is a view showing a (a) cross section of a DBD plug of an engine according to an embodiment of the present invention and (b) a plasma generating portion facing a combustion chamber.
図2(a)および(b)を参照するに、DBDプラグ30は、シリンダヘッド部11に配置されており、図3(a)の紙面下側が燃焼室12である。図3(b)は燃焼室12の内側からシリンダヘッド部11の内壁11aに設けられたプラズマ発生部31を視た図である。
With reference to FIGS. 2A and 2B, the
DBDプラグ30は、仮想線である軸線Xに対して回転体の形状を有している。DBDプラグ30は、支持金具32と、中心電極33と、誘電体部材34とを有する。
The DBD plug 30 has a shape of a rotating body with respect to an axis line X which is an imaginary line. The DBD plug 30 has a support fitting 32, a
支持金具32は、導電材料からなり、例えば、ステンレス鋼、炭素鋼を用いることができ、点火プラグ50の中心電極52と同様の耐熱性の高い材料を用いることができる。支持金具32は、燃焼室12に露出する先端面に円環状電極32aを有する。円環状電極32aはプラズマ発生部31の第1の電極となる。支持金具32はシリンダヘッド部11に電気的に接続されエンジンブロックを介して接地される。
The support fitting 32 is made of a conductive material, for example, stainless steel or carbon steel can be used, and a material having high heat resistance similar to that of the
中心電極33は、軸上に伸びる導電材料からなり、その先端に円盤状電極33aを有する。円盤状電極33aはプラズマ発生部31の第2の電極となる。中心電極33は後端部に高周波電源61が接続され、高周波またはパルスの高電圧信号が中心電極33を介して円盤状電極33aに印加される。
The
誘電体部材34は、その外周面が支持金具32に保持され、中心電極33を覆うように形成され、円盤状部材33aが燃焼室12に露出しないように、円盤状部材33aを覆うように形成されており、円盤状部材33aの表面から誘電体部材34の表面までの厚さは、例えば、数百μm〜数mmである。誘電体部材34は、誘電体材料からなり、複数の誘電体材料を組み合わせてもよい。誘電体部材34は、円盤状電極33aを覆う部分は、アルミナセラミック、サファイヤ等の融点の高い材料を用いることが好ましい。
The outer peripheral surface of the
プラズマ発生部31は、シリンダヘッド部11の内壁11aに埋め込まれており、燃焼室12に突出していない。これにより、プラズマ発生部31による混合気の流れの乱れを低減できる。さらに、プラズマ発生部31は、シリンダヘッド部11の内壁11aに段差なく、フラッシュマウント化されていることが好ましい。これにより、プラズマ発生部31による混合気の流れの乱れをいっそう低減しつつ、効率良く非熱プラズマを混合気に接触可能である。
The
図2(b)を参照するに、プラズマ発生部31は、円環状電極32aの内側に、誘電体部材34が充填され、円盤状電極33aが、円環状電極32aの内側に設けられる。円盤状電極33aは、円環状電極32aの内径と同一の外径あるいはそれよりも小さい外径を有することが好ましい。これにより、効率良く非熱プラズマを発生できる。
With reference to FIG. 2B, in the
プラズマ発生部31は、図3(a)に示すように、円環状電極32aの内周部から円盤状電極33aの外周部に近い誘電体部材34の表面に非熱プラズマSPを発生し、例えば、円環状電極32aの内周部に沿って環状に形成される。
As shown in FIG. 3A, the
図1に戻り、制御部62は、吸気行程から圧縮行程に亘って、吸気ポート20から導入された混合気に対して、高周波電源61から高周波またはパルスの高圧電圧を供給させてプラズマ発生部31に非熱プラズマを発生させ、混合気に非熱プラズマを接触させて混合気を改質する。制御部62は、さらに、非熱プラズマの発生中に点火部51により改質された混合気に点火させるように制御する。変形例として、制御部62は、非熱プラズマの発生を停止した後に、点火部51により改質された混合気に点火させるように制御してもよい。非熱プラズマにより改質された混合気は、混合気の成分のラジカルや部分酸化物やオゾンを含み、オゾンはさらにラジカルに変化すると考えられる。改質された混合気は、後述する実施例において説明するが、比較的長い間(40ms、あるいはそれよりも長い時間)易着火状態を維持することが可能であると推察される。
Returning to FIG. 1, the
本実施形態に係るエンジンによれば、混合気が燃焼室12でプラズマ発生部31によって発生した非熱プラズマにより改質され、改質された混合気に点火部51により点火される。プラズマ発生部31は、円環状電極32a(第1の電極)と円盤状電極33a(第2の電極)とがヘッドシリンダ部11の内壁11aに埋め込まれているので、プラズマ発生部31による混合気の流れの乱れを低減する。これにより、非熱プラズマにより改質された混合気に着火が容易になるとともに安定して着火が可能となり、さらに燃焼速度を高めることができる。
According to the engine of this embodiment, the air-fuel mixture is reformed by the non-thermal plasma generated by the
図3は、本発明の一実施形態に係る他のエンジンの概略構成を示す図である。図3を参照するに、エンジン150は、吸気ポート20から空気を導入し、シリンダの側壁に燃料噴射弁を設け燃料を燃料室に噴射して混合気を形成する(直接燃料噴射法)。燃料噴射弁は、制御部によって燃料の噴射のタイミングが制御される、エンジン150は、その他の構成要素は図1に示したエンジン100と同様の構成および効果を有している。以下では、説明の便宜のため、混合気が燃焼室に導入される場合を例に挙げる。しかしながら、このことは、直接燃料噴射法の実施形態を排除するものではないことを理解されたい。
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of another engine according to the embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3,
図4は、本発明の他の実施形態に係るエンジンのシリンダの概略構成を示す図であり、吸気ポートとプラズマ発生部と点火部の配置を示した図である。図4(a)は、シリンダの斜視図であり、図4(b)は、シリンダヘッド部を燃焼室側から視た図である。 FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a cylinder of an engine according to another embodiment of the present invention, and is a diagram showing an arrangement of an intake port, a plasma generation part, and an ignition part. FIG. 4A is a perspective view of the cylinder, and FIG. 4B is a view of the cylinder head portion viewed from the combustion chamber side.
図4(a)および(b)を参照するに、吸気ポート20から導入される混合気は、公知の構造または手法により、燃焼室において、シリンダ110の周方向CFの流れ、つまり、スワール流SWを形成するように構成されている。スワール流SWは、吸気行程から圧縮行程においてその慣性により流れる方向が維持されると考えられる。
Referring to FIGS. 4A and 4B, the air-fuel mixture introduced from the
DBDプラグ30および点火プラグ50は、吸気ポート20に対して、シリンダヘッド部111の周方向CFに配置される。プラズマ発生部31および点火部51は、吸気ポート20に対して、シリンダヘッド部111の内壁111aに周方向CFに配置され、すなわち、吸気ポート20とプラズマ発生部31と点火部51とが互いにシリンダヘッド部111の内壁111aに周方向CFに配置される。
The DBD plug 30 and the
図4(b)に示すように、混合気のスワール流SWは、燃焼室12側からシリンダヘッド部111の内壁111aを視ると、時計回りに流れている。吸気ポート20の位置から時計回りに、プラズマ発生部31および点火部51がこの順に配置されることが好ましい。すなわち、プラズマ発生部31は、点火部51に対して、スワール流SWの上流に配置されることが好ましい。これにより、プラズマ発生部31で発生した非熱プラズマによって改質された混合気に点火部51で短時間に点火が可能になる。なお、ここで説明しない事項は、図1〜図3を用いて説明した事項と同様である。
As shown in FIG. 4B, the swirl flow SW of the air-fuel mixture flows clockwise when the
なお、吸気ポート20が一つのシリンダヘッド部111の内壁111aに複数設けられた場合でも、少なくとも一つの吸気ポート20が本実施形態の構成を有していればその効果が生じる。さらに、例えば、2つの吸気ポートが一つのシリンダヘッド部111の内壁111aに設けられている場合、2つの吸気ポートが互いに周方向CFに配置されていることが好ましく、2つの吸気ポートとプラズマ発生部31と点火部51とが互いにシリンダヘッド部111の内壁111aに周方向CFに配置されることが好ましい。
Even when a plurality of
図5は、本発明の一実施形態に係るその他のエンジンのシリンダの概略構成を示す図であり、吸気ポートとプラズマ発生部と点火部の配置を示した図である。図5(a)は、シリンダの斜視図であり、図5(b)は、シリンダヘッド部を燃焼室側から視た図である。 FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a cylinder of another engine according to the embodiment of the present invention, and is a diagram showing an arrangement of an intake port, a plasma generation unit, and an ignition unit. 5A is a perspective view of the cylinder, and FIG. 5B is a view of the cylinder head portion viewed from the combustion chamber side.
図5(a)および(b)を参照するに、吸気ポート20から導入される混合気は、公知の構造または手法により、燃焼室において、シリンダ210の径方向RD1の流れ、つまり、タンブル流TB1を形成するように構成されている。タンブル流TB1は、シリンダ210の軸方向に対して垂直方向の軸の周りに形成される。吸気行程から圧縮行程においてその慣性により流れる方向が維持されると考えられる。
5A and 5B, the air-fuel mixture introduced from the
DBDプラグ30および点火プラグ50は、吸気ポート20に対して、シリンダヘッド部11の径方向RD1に配置される。プラズマ発生部31および点火部51は、吸気ポート20に対して、シリンダヘッド部211の内壁211aにシリンダ210の径方向RD1に配置される。すなわち、吸気ポート20とプラズマ発生部31と点火部51とが互いにシリンダヘッド部211の内壁211aに径方向RD1に配置される。
The DBD plug 30 and the
図5(b)に示すように、混合気のタンブル流TB1は、燃焼室12側からシリンダヘッド部211の内壁211aを視ると、径方向RD1に右斜め下から左斜め上に流れている。吸気ポートの位置からタンブル流TB1に沿って、径方向RD1に斜め下から斜め上に、プラズマ発生部31および点火部51がこの順に配置されることが好ましい。すなわち、プラズマ発生部31は、点火部51に対して、タンブル流TB1の上流に配置されることが好ましい。これにより、プラズマ発生部31で発生した非熱プラズマによって改質された混合気に点火部51で短時間に点火が可能になる。なお、ここで説明しない事項は、図1〜図3を用いて説明した事項と同様である。
As shown in FIG. 5B, when the
なお、吸気ポート20が一つのシリンダヘッド部211の内壁211aに複数設けられた場合でも、少なくとも一つの吸気ポート20が本実施形態の構成を有していればその効果が生じる。さらに、例えば、2つの吸気ポートが一つのシリンダヘッド部211の内壁211aに設けられている場合、2つの吸気ポートが互いに径方向RD1に配置されていることが好ましく、すなわち、2つの吸気ポートとプラズマ発生部31と点火部51とが互いにシリンダヘッド部211の内壁211aに径方向RD1に配置されることが好ましい。
Even when a plurality of
変形例としては、図示を省略するが、2つの吸気ポートが一つのシリンダヘッド部211の内壁211aに設けられている場合、2つの吸気ポートが互いに径方向RD1に対して直交する方向に互いに隣接して配置してもよい。これにより、2つの吸気ポートが略平行な径方向のタンブル流を形成し、2つの吸気ポートとプラズマ発生部31および点火部51とがシリンダヘッド部211の内壁211aに径方向に配置される。
As a modification, although not shown, when two intake ports are provided on the
図6は、本発明のその他の実施形態に係るエンジンのシリンダの変形例の概略構成を示す図であり、吸気ポートとプラズマ発生部と点火部の配置を示した図である。図6(a)は、シリンダの斜視図であり、図6(b)は、シリンダヘッド部を燃焼室側から視た図である。図6に示すシリンダは、図5の場合の変形例であり、タンブル流の向きが逆になっている。 FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a modified example of the cylinder of the engine according to another embodiment of the present invention, and is a diagram showing an arrangement of an intake port, a plasma generation part, and an ignition part. FIG. 6A is a perspective view of the cylinder, and FIG. 6B is a view of the cylinder head portion viewed from the combustion chamber side. The cylinder shown in FIG. 6 is a modification of the case of FIG. 5, and the directions of the tumble flows are reversed.
図6(a)および(b)を参照するに、吸気ポート20から導入される混合気は、公知の構造または手法により、燃焼室12において、シリンダの径方向RD2の流れ、つまり、タンブル流TB2を形成するように構成されている。タンブル流TB2は、図5の場合と流れの向きが逆になっている。
Referring to FIGS. 6A and 6B, the air-fuel mixture introduced from the
DBDプラグ30のプラズマ発生部31はシリンダ310の側壁310aに、ピストン13の上死点よりもシリンダヘッド部311側に設けられる。点火プラグ50の点火部51はシリンダヘッド部311の内壁311aに設けられる。プラズマ発生部31および点火部51は、吸気ポート20に対して、燃焼室内のシリンダの径方向RD2に配置される。
The
図6(b)に示すように、混合気のタンブル流TB2は、燃焼室12側からシリンダヘッド部311の内壁311aを視ると、径方向RD2に左斜め上から右斜め下に流れている。シリンダヘッド部311を燃焼室12側から視た場合、吸気ポート20の位置から径方向RD2に、タンブル流TB2の方向に沿ってプラズマ発生部31および点火部51がこの順に配置されることが好ましい。すなわち、プラズマ発生部31は、点火部51に対して、タンブル流TB2の上流に配置されることが好ましい。これにより、プラズマ発生部31で発生した非熱プラズマによって改質された混合気に点火部51で短時間に点火が可能になる。なお、ここで説明しない事項は、図1〜図3を用いて説明した事項と同様である。
As shown in FIG. 6B, the tumble flow TB2 of the air-fuel mixture flows in the radial direction RD2 from diagonally upper left to diagonally lower right when the
なお、吸気ポート20が一つのシリンダヘッド部311の内壁311aに複数設けられた場合でも、少なくとも一つの吸気ポート20が本実施形態の構成を有していればその効果が生じる。さらに、例えば、2つの吸気ポートが一つのシリンダヘッド部311の内壁311aに設けられている場合、2つの吸気ポートが互いに径方向RD2に配置されていることが好ましく、2つの吸気ポートとプラズマ発生部31と点火部51とが互いに燃焼室内のシリンダの径方向RD2に配置されることが好ましい。
Even when a plurality of
変形例としては、図示を省略するが、2つの吸気ポートが一つのシリンダヘッド部311の内壁311aに設けられている場合、2つの吸気ポートが互いに径方向RD2に対して直交する方向に互いに隣接して配置してもよい。これにより、2つの吸気ポートが略平行な径方向のタンブル流を形成し、2つの吸気ポートとプラズマ発生部31および点火部51とが互いに燃焼室内のシリンダの径方向RD2に配置される。
As a modification, although not shown, when two intake ports are provided in the
図7は、本発明の一実施形態に係るエンジンの他の誘電体バリア放電プラグの(a)断面および(b)燃焼室に臨むプラズマ発生部を示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing (a) a cross section of another dielectric barrier discharge plug of an engine according to an embodiment of the present invention and (b) a plasma generating portion facing a combustion chamber.
図7(a)および(b)を参照するに、DBDプラグ130は、点火プラグ50を囲むように設けられている。DBDプラグ130のプラズマ発生部131は、燃焼室に露出する第1円環状電極132と、第2円環状電極133と、第2円環状電極133を覆う誘電体部材134とを有する。
Referring to FIGS. 7A and 7B, the
第1円環状電極132は、図3に示した支持金具32(あるいは、円環状電極32a)と同様の導電材料を用いることができる。第1円環状電極132は、点火プラグ50の中心軸Xを中心とする円環状としてもよい。第1円環状電極132は、プラズマ発生部131の第1の電極となり、電気的に接地される。第1円環状電極132は、シリンダヘッド部11と電気的に導通するように設けられてもよく、その場合は、エンジンブロックを介して接地される。
The first
第2円環状電極133は、導電材料からなる。第2円環状電極133はプラズマ発生部131の第2の電極となり、高周波電源に電気的に接続され(接続線は不図示)、高周波またはパルスの高電圧信号が第2円環状電極133に印加される。第2円環状電極133は、燃焼室12側から視た場合、誘電体部材134の奥に第1円環状電極133の内側に設けられる。第2円環状電極133は、第1円環状電極132の内径と同一の外径あるいはそれよりも小さい外径を有することが好ましい。これにより、非熱プラズマが第1円環状電極132の内周部の表面から第2円環状電極133を覆う誘電体部材134の表面に効率良く形成される。
The second
誘電体部材134は、第2円環状電極133を覆うように形成される。誘電体部材は、図3に示した誘電体部材と同様の材料を用いることができる。
The
プラズマ発生部131は、シリンダヘッド部11の内壁11aに埋め込まれており、非熱プラズマSPが内壁11aの表面に発生する。プラズマ発生部131が燃焼室12側に突出している場合は、混合気の流れに乱れを生じさせる原因となるが、シリンダヘッド部11の内壁11aに埋め込まれることによってこの乱れを低減できる。これにより、点火プラグ50の中心電極52の先端部と接地電極53とからなる点火部51に、非熱プラズマSPによって改質した混合気を円滑に供給できる。さらに、プラズマ発生部131は、シリンダヘッド部11の内壁11aに段差なくフラッシュマウント化されていることが好ましい。これにより、混合気の流れの乱れをいっそう低減しつつ、非熱プラズマSPを混合気に接触させて効率良く改質できる。
The
なお、点火プラグ50は、中心電極52と接地電極53とこれらを電気的に絶縁するア絶縁部材54をし、中心電極52の先端部と接地電極53とから点火部51を構成するが、公知の構造の点火プラグを用いてもよい。
The
変形例として、第1円環状電極132および第2円環状電極133は、それぞれ、複数の電極片が円環状に配置され、第1円環状電極132の電極片と第2円環状電極133の電極片が対向するように構成されてもよい。
As a modified example, the first
図8は、本発明の一実施形態に係るエンジンの点火方法のフローチャートである。以下、図8を参照しつつ、本発明の一実施形態に係るエンジンの点火方法を説明する。 FIG. 8 is a flowchart of an engine ignition method according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, an ignition method for an engine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
最初に、吸気ポート20から燃焼室12に混合気を導入する(S100)。なお、変形例として、直接噴射方式の場合は、S100の代わりに吸気ポートから燃料室に空気を導入し(S102)、燃料噴射弁160によって燃料室で燃料を噴射して混合気を形成してもよい。なお、いずれの場合も、混合気は、吸気ポート20の形状や公知の構成または公知の手法によってスワール流(SW)またはタンブル流(TB1またはTB2)を形成するようにしてもよい。
First, the air-fuel mixture is introduced from the
次いで、シリンダ10の燃焼室12に非熱プラズマSPを発生し、導入した混合気に非熱プラズマSPを接触させる(S110)。具体的には、DBDプラグ30のプラズマ発生部31に高周波電源61から高周波あるいはパルスの高電圧信号を印加することでヘッドシリンダ部11の内壁11aに非熱プラズマSPを発生する。プラズマ発生部31は、ヘッドシリンダ部11の内壁11aに露出する円環状電極32aと、円環状電極32aに対向し誘電体部材34に覆われた円盤状電極33aとを有し、ヘッドシリンダ部11の内壁11aに埋め込まれている。円環状電極32aの内周部から円盤状電極33aに向かう誘電体部材34の表面に非熱プラズマSPが発生し、混合気に非熱プラズマSPが接触する。さらに、混合気がシリンダ内壁の表面に沿って流れるので、改質された混合気が点火部51に接触し易くなり、点火が確実になると考えられる。
Next, non-thermal plasma SP is generated in the
次いで、非熱プラズマSPに接触した混合気に放電により点火する(S120)。具体的には、混合気に放電により点火するタイミングは、非熱プラズマSPの発生中に行う。S110における非熱プラズマSPの発生の開始タイミングによって、非熱プラズマSPで改質された混合気の広がりを制御することができる.過度に拡散してしまう前に点火することで、後述するように、燃焼速度も高まる。 Then, the air-fuel mixture in contact with the non-thermal plasma SP is ignited by discharge (S120). Specifically, the timing of igniting the air-fuel mixture by discharge is performed while the non-thermal plasma SP is being generated. The spread of the air-fuel mixture reformed by the non-thermal plasma SP can be controlled by the start timing of the generation of the non-thermal plasma SP in S110. By igniting the gas before it is excessively diffused, as will be described later. , Burning rate also increases.
次いで、非熱プラズマSPの発生を停止する(S125)。この後に、圧縮行程により燃焼室内の圧力が上昇し、混合気の燃焼が起こる。 Then, the generation of non-thermal plasma SP is stopped (S125). After this, the pressure in the combustion chamber rises due to the compression stroke, and combustion of the air-fuel mixture occurs.
なお、変形例として、非熱プラズマSPの発生(S110)の後に、非熱プラズマSPの発生を停止(S115)し、その後に、放電により点火(S120)してもよい。後述する実験により、改質された混合気の寿命が40msよりも長いと推察されるため、非熱プラズマSPの発生停止後にも点火が確実に行われる。 As a modified example, after the non-thermal plasma SP is generated (S110), the generation of the non-thermal plasma SP may be stopped (S115), and thereafter, the spark may be ignited (S120). Since the life of the reformed air-fuel mixture is estimated to be longer than 40 ms by an experiment described later, ignition is reliably performed even after the generation of the non-thermal plasma SP is stopped.
また、混合気がスワール流SWまたはタンブル流TBを形成している場合は、それぞれの上流で非熱プラズマSPの発生を行い、その下流で点火部51により点火を行うようにしてもよい。これにより、非熱プラズマによって改質された混合気のスワール流SWまたはタンブル流TBが過度に拡散しないうちにその下流において確実に短時間で点火が可能になる。
Further, when the air-fuel mixture forms the swirl flow SW or the tumble flow TB, the non-thermal plasma SP may be generated upstream of each of them and the
本実施形態に係るエンジンの点火方法によれば、非熱プラズマSPに接触した混合気に点火プラグの放電により点火するので、確実に着火し、着火のタイミングも安定し、さらに、燃焼速度が高まる。プラズマ発生部31がヘッドシリンダ部11の内壁11aに埋め込まれているので誘電体部材34の表面に非熱プラズマSPが発生し、混合気を乱すことなく接触して改質するため、改質された混合気への点火がいっそう確実になると考えられる。
According to the engine ignition method of the present embodiment, the air-fuel mixture in contact with the non-thermal plasma SP is ignited by the discharge of the spark plug, so that the ignition is reliably performed, the ignition timing is stabilized, and the combustion speed is increased. .. Since the
次に、誘電体バリア放電による混合気の改質処理の効果確認実験について説明する。 Next, the effect confirmation experiment of the reforming process of the air-fuel mixture by the dielectric barrier discharge will be described.
図9は、本発明の実施形態の効果確認実験に使用した急速圧縮膨張装置の概略構成を示す図である。図9を参照するに、急速圧縮膨張装置400は、シリンダ410に、点火プラグ50およびDBDプラグ130が設けられる。点火プラグ50およびDBDプラグ130は、図7に示した構成と同様の構成を有し、点火プラグ50の周囲に、DBDプラグ130のプラズマ発生部131の第1円環状電極132および第2円環状電極132が配置されている。急速圧縮膨張装置400は、混合気の流動を形成するために、燃焼室412に多数の孔を形成した多孔流動形成板416を設けた。ピストン413の圧縮行程において、混合気が多孔流動形成板416の孔を通過することで、混合気の所望の流動が形成される。急速圧縮膨張装置400は、シリンダヘッド部に石英窓417が設けられ、燃焼時の火炎の広がりを観察できるようになっている。
FIG. 9: is a figure which shows schematic structure of the rapid compression expansion device used for the effect confirmation experiment of embodiment of this invention. Referring to FIG. 9, in the rapid
図10は、効果確認実験におけるプラズマ発生と点火プラグによる点火のタイミングを示す図である。 FIG. 10 is a diagram showing the timing of plasma generation and ignition by the spark plug in the effect confirmation experiment.
[実施例1]
図10(a)を参照するに、実施例1では、点火プラグによる点火に先立って、DBDプラグによって非熱プラズマを13.4ミリ秒(ms)の時間期間発生させた。非熱プラズマの発生停止後、40ms後に点火プラグによって点火した。点火プラグによる点火の時点から非熱プラズマの発生停止までの時間をΔtで表す(以下同様である)。実施例1の場合は、Δtはマイナス値になる。この条件で1回実験を行った。
[Example 1]
With reference to FIG. 10A, in Example 1, non-thermal plasma was generated by the DBD plug for a period of 13.4 milliseconds (ms) prior to ignition by the spark plug. Ignition was performed by a
[実施例2]
図10(b)を参照するに、実施例1では、点火プラグによる点火に先立って、DBDプラグによって非熱プラズマの発生を開始し、13.4msの時間期間発生させた。非熱プラズマの発生中に、点火プラグによって点火した。点火プラグによる点火の時点から非熱プラズマの発生停止までの時間Δtが、−2ms、5msの条件で各1回、−5msの条件で2回実験を行った。
[Example 2]
With reference to FIG. 10B, in Example 1, the generation of non-thermal plasma was started by the DBD plug prior to ignition by the spark plug, and was generated for a time period of 13.4 ms. It was ignited by a spark plug during the generation of non-thermal plasma. The experiment was performed once under the condition that the time Δt from the time of ignition by the spark plug to the stop of the non-thermal plasma generation was −2 ms and 5 ms, and twice under the condition of −5 ms.
[比較例1]
図10(c)を参照するに、比較例1では、点火プラグによる点火を行った後でDBDプラグによって非熱プラズマの発生を開始し、13.4msの時間期間発生させた。点火プラグによる点火の時点から非熱プラズマの発生停止までの時間Δtが15msの条件で1回実験を行った。
[Comparative Example 1]
With reference to FIG. 10C, in Comparative Example 1, after the ignition by the ignition plug, the generation of non-thermal plasma was started by the DBD plug and was generated for the time period of 13.4 ms. The experiment was performed once under the condition that the time Δt from the time of ignition by the spark plug to the stop of the generation of non-thermal plasma was 15 ms.
[比較例2]
比較例2では、図示を省略したが、DBDプラグによって非熱プラズマの発生を行わず、点火プラグによる点火を行った。この条件で3回実験を行った。
[Comparative example 2]
In Comparative Example 2, although not shown, non-thermal plasma was not generated by the DBD plug, but ignition was performed by the spark plug. Experiments were performed three times under these conditions.
この効果確認実験における条件は以下の通りである。燃料:n(ノルマル)−ヘプタン、圧縮比:7.5、圧縮端温度:600K、当量比:0.56。 The conditions in this effect confirmation experiment are as follows. Fuel: n (normal)-heptane, compression ratio: 7.5, compression end temperature: 600K, equivalence ratio: 0.56.
図11は、効果確認実験における燃焼室の圧力変化を示す図である。図11の横軸は、時間を示し、左端が点火プラグによる点火した時間であり、縦軸は圧縮行程から膨張行程における燃焼室の圧力変化を示す。 FIG. 11 is a diagram showing a pressure change in the combustion chamber in the effect confirmation experiment. The horizontal axis of FIG. 11 represents time, the left end is the time when ignition is performed by the spark plug, and the vertical axis represents the pressure change of the combustion chamber from the compression stroke to the expansion stroke.
図11を参照するに、実施例1および実施例2は、比較例1や比較例2の3つのデータ曲線に対して、ほぼ同時に圧力が立ち上がり、急激に上昇していることが分かる。一方、比較例2の3つのデータ曲線は、圧力の立ち上がりのタイミングにばらつきが多く、着火が安定しないことが分かる。これらのことから、実施例1および実施例2の場合は、非熱プラズマによって改質処理された混合気は、着火が安定し、着火が促進されたことが分かる。さらに、実施例1および実施例2の場合は、非熱プラズマによる改質処理によって、燃焼速度が高まり、最大圧力までの時間が短縮されたことが分かる。 With reference to FIG. 11, it can be seen that in Example 1 and Example 2, the pressure rises and increases sharply almost simultaneously with respect to the three data curves of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. On the other hand, in the three data curves of Comparative Example 2, it can be seen that the ignition timing is not stable because there are many variations in the timing of pressure rise. From these, it can be seen that in the cases of Example 1 and Example 2, the ignition of the air-fuel mixture modified by the non-thermal plasma was stable and the ignition was promoted. Further, in the cases of Example 1 and Example 2, it is understood that the combustion rate was increased and the time to the maximum pressure was shortened by the reforming treatment by the non-thermal plasma.
図12は、効果確認実験における燃焼割合を説明する図である。図12の横軸は点火プラグによる点火からの経過時間(ms)であり、縦軸は図10に示す圧力変化から推定した燃焼割合を示す。なお、比較例2のデータは、図11において最も速く圧力が立ち上がったデータを使用している。 FIG. 12 is a diagram for explaining the combustion ratio in the effect confirmation experiment. The horizontal axis of FIG. 12 represents the elapsed time (ms) from ignition by the spark plug, and the vertical axis represents the combustion ratio estimated from the pressure change shown in FIG. As the data of Comparative Example 2, the data in which the pressure rises fastest in FIG. 11 is used.
図12を参照するに、実施例1および実施例2は、比較例1および比較例2と比較して、燃焼割合が速く立ち上がり、燃焼割合の曲線の傾きも大きいことが分かる。このことから、上述したように、実施例1および実施例2の場合は、着火が促進され燃焼速度が高まり、最大圧力までの時間が短縮されたことが分かる。これにより、エンジンの出力を向上できることが分かる。 With reference to FIG. 12, it can be seen that in Examples 1 and 2, the combustion ratio rises faster and the slope of the curve of the combustion ratio is larger than in Comparative Examples 1 and 2. From this, as described above, in the cases of Example 1 and Example 2, it was found that ignition was promoted, the combustion speed was increased, and the time to the maximum pressure was shortened. As a result, it can be seen that the output of the engine can be improved.
図13は、効果確認実験における非熱プラズマの有効維持時間を示す図である。図13の横軸は、点火プラグによる点火から非熱プラズマの発生停止までの時間Δt(ms)を示し、縦軸は、誘電体バリア放電による混合気の改質処理効果として、点火プラグによる点火から燃焼室の圧力が20barになるまでの時間(ms)である。なお、実施例2のΔtが−5msの場合は2回の実験のデータがほぼ重なっている。 FIG. 13 is a diagram showing the effective maintenance time of the non-thermal plasma in the effect confirmation experiment. The horizontal axis of FIG. 13 shows the time Δt (ms) from the ignition by the spark plug to the stop of the generation of the non-thermal plasma, and the vertical axis shows the reforming effect of the air-fuel mixture by the dielectric barrier discharge as the ignition by the spark plug. Is the time (ms) from when the pressure in the combustion chamber reaches 20 bar. In addition, when Δt of Example 2 is −5 ms, the data of the two experiments are almost overlapped.
図13を参照するに実施例1は、非熱プラズマの発生停止から点火プラグによる点火まで40msあるのにも拘わらず、実施例2とほぼ同じ時間で20barに到達した。このことから、誘電体バリア放電による改質された混合気は、数十msの比較的長い時間、易着火の状態を維持し、点火プラグによる点火によって確実に着火して燃焼速度が高まることが分かる。 Referring to FIG. 13, Example 1 reached 20 bar in almost the same time as Example 2 even though it took 40 ms from the stop of non-thermal plasma generation to the ignition by the spark plug. From this, the air-fuel mixture reformed by the dielectric barrier discharge maintains an easily ignited state for a relatively long time of several tens of ms, and the ignition by the ignition by the spark plug surely ignites to increase the combustion speed. I understand.
一方、比較例1は、20barになるまでの時間が24msであり、非熱プラズマの発生を行わなかった比較例2と同様の結果になった。このことから、点火プラグによる点火は、非熱プラズマの発生を予め行うか、非熱プラズマの発生中に行うことが好ましいことが分かる。 On the other hand, in Comparative Example 1, the time until reaching 20 bar was 24 ms, and the result was the same as that of Comparative Example 2 in which non-thermal plasma was not generated. From this, it is understood that the ignition by the spark plug is preferably performed in advance of non-thermal plasma generation or during the generation of non-thermal plasma.
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範囲内において、種々の変形・変更が可能である。上述した実施形態は互いに組み合わせることができ、例えば、シリンダとDBDプラグとを互いに組み合わせることができる。また、エンジンの点火方法の実施形態の説明では、主に、図13に示したエンジンおよびシリンダの実施形態を例に説明したが、エンジンの点火方法の実施形態は、図4〜図7に示した、シリンダあるいはDBDプラグに適用可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above in detail, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications and changes are made within the scope of the present invention described in the claims. Is possible. The embodiments described above can be combined with each other, for example a cylinder and a DBD plug can be combined with each other. Further, in the description of the embodiment of the engine ignition method, the embodiment of the engine and the cylinder shown in FIG. 13 was mainly described as an example, but the embodiment of the engine ignition method is shown in FIGS. 4 to 7. It is also applicable to cylinders or DBD plugs.
なお、以上の説明に関してさらに以下の付記を開示する。
(付記1)
シリンダ内壁に設けられ、前記燃焼室に非熱プラズマを発生して、空気と燃料とを含む混合気を改質可能なプラズマ発生部であって、該プラズマ発生部は、該燃焼室に露出する第1の電極と、該第1の電極と対向し誘電体材料に覆われた第2の電極とを有し、該シリンダ内壁に埋め込まれてなる、該プラズマ発生部と、
前記シリンダ内壁に設けられ、放電により前記改質された混合気に点火する点火部と、
を備える、エンジン。
(付記2) 前記燃焼室に前記混合気を導入する吸気ポートをさらに備える、付記1記載のエンジン。
(付記3) 前記燃焼室に前記空気を導入する吸気ポートと、
前記導入された空気に前記燃料を噴射する燃料噴射弁と、
を更に備える、付記1記載のエンジン。
(付記4) 前記吸気ポートは、前記燃焼室に前記混合気のスワール流を生じさせ、
前記吸気ポートと前記プラズマ発生部と前記点火部とが互いにシリンダヘッド部の周方向に配置してなる、付記2または3記載のエンジン。
(付記5) 前記吸気ポートは一つのシリンダに対して複数設けられ、
前記複数の吸気ポートの少なくとも一つが、前記燃焼室に前記混合気のスワール流を生じさせ、
前記少なくとも一つの吸気ポートと前記プラズマ発生部と前記点火部とが互いにシリンダヘッド部の周方向に配置してなる、付記2または3記載のエンジン。
(付記6) 前記吸気ポートは一つのシリンダに対して2つ設けられ、
前記2つの吸気ポートが、前記燃焼室に前記混合気のスワール流を生じさせ、
前記2つの吸気ポートと前記プラズマ発生部と前記点火部とが互いにシリンダヘッド部の周方向に配置してなる、付記2または3記載のエンジン。
(付記7) 前記プラズマ発生部は、前記点火部に対して、前記スワール流の上流に配置してなる、付記4〜6のうちいずれか一項記載のエンジン。
(付記8) 前記吸気ポートは、前記燃焼室に前記混合気のタンブル流を生じさせ、
前記吸気ポートと前記プラズマ発生部と前記点火部とが互いにシリンダの径方向に配置してなる、付記2または3記載のエンジン。
(付記9) 前記吸気ポートは一つのシリンダに対して複数設けられ、
前記複数の吸気ポートの少なくとも一つが、前記燃焼室に前記混合気のタンブル流を生じさせ、
前記少なくとも一つの吸気ポートと前記プラズマ発生部と前記点火部とが互いに前記燃焼室の径方向に配置してなる、付記2または3記載のエンジン。
(付記10) 前記吸気ポートは一つのシリンダに対して2つ設けられ、
前記2つの吸気ポートが、前記燃焼室に前記混合気のタンブル流を生じさせ、
前記2つの吸気ポートと前記プラズマ発生部と前記点火部とが互いに前記燃焼室の径方向に配置してなる、付記2または3記載のエンジン。
(付記11) 前記プラズマ発生部は、前記点火部に対して、前記タンブル流の上流に配置してなる、付記8〜10のうちいずれか一項記載のエンジン。
(付記12) 前記プラズマ発生部は、前記第1の電極が前記燃焼室に露出する円環状電極であり、前記第2の電極が該円環状電極と同一の中心を有する円盤状である、付記1〜11のいずれか一項記載のエンジン。
(付記13) 前記プラズマ発生部の第1の電極および第2の電極は、前記点火部を囲むように配置される、付記1〜3のうちいずれか一項記載のエンジン。
(付記14) 前記第1の電極および第2の電極は互い異なる半径を有する環状である、付記13記載のエンジン。
(付記15) 前記第1の電極および第2の電極は互い異なる半径位置に、互いに対向して複数配置される、付記13記載のエンジン。
(付記16) 制御部をさらに備え、
前記制御部が、前記プラズマ発生部が非熱プラズマの発生を開始して前記混合気に接触させ、該非熱プラズマの発生中に前記点火部により該混合気に点火させるように制御する、付記1〜15のうちいずれか一項記載のエンジン。
(付記17) 制御部をさらに備え、
前記制御部が、前記プラズマ発生部が非熱プラズマの発生を開始して前記混合気に接触させ、該非熱プラズマの発生を停止した後に、前記点火部により該混合気に点火させるように制御する、付記1〜15のうちいずれか一項記載のエンジン。
(付記18) 燃焼室に非熱プラズマを発生するステップであって、空気と燃料とを含む混合気に該非熱プラズマを接触させる、該非熱プラズマを発生するステップと、
前記非熱プラズマに接触した混合気に放電により点火するステップと、
を含み、
前記非熱プラズマは、シリンダ内壁に設けられ前記燃焼室に露出する第1の電極と、該第1の電極と対向し誘電体材料に覆われた第2の電極とを有し、該シリンダ内壁に埋め込まれてなるプラズマ発生部によって発生される、エンジンの点火方法。
(付記19) 前記非熱プラズマ発生するステップに先立って、前記燃焼室に前記混合気を導入するステップをさらに備える、付記18記載のエンジンの点火方法。
(付記20) 前記非熱プラズマ発生するステップに先立って、
前記燃焼室に前記空気を導入するステップと、
前記導入された空気に前記燃料を噴射して、前記混合気を形成するステップと、
を更に備える、付記18記載のエンジンの点火方法。
(付記21) 前記非熱プラズマを発生するステップにおいて前記非熱プラズマの発生を停止した後に、前記点火するステップにおいて前記混合気に放電により点火する、付記18〜20のうちいずれか一項記載のエンジンの点火方法。
(付記22) 前記非熱プラズマを発生するステップにおいて前記非熱プラズマの発生中に、前記点火するステップにおいて前記混合気に放電により点火する、付記18〜20のうちいずれか一項記載のエンジンの点火方法。
(付記23) 前記混合気はスワール流またはタンブル流を形成し、
前記非熱プラズマを発生するステップは、前記点火するステップに対して、該スワール流またはタンブル流の上流で行われる、付記18〜22のうちいずれか一項記載のエンジンの点火方法。
The following supplementary notes will be disclosed with respect to the above description.
(Appendix 1)
A plasma generation unit provided on an inner wall of a cylinder and capable of reforming a mixture containing air and fuel by generating non-thermal plasma in the combustion chamber, the plasma generation unit being exposed to the combustion chamber. The plasma generating portion having a first electrode and a second electrode facing the first electrode and covered with a dielectric material, the plasma generating portion being embedded in the inner wall of the cylinder;
An ignition unit provided on the inner wall of the cylinder for igniting the reformed air-fuel mixture by electric discharge;
Equipped with an engine.
(Appendix 2) The engine according to
(Supplementary Note 3) An intake port for introducing the air into the combustion chamber,
A fuel injection valve for injecting the fuel into the introduced air,
The engine according to
(Supplementary Note 4) The intake port causes a swirl flow of the air-fuel mixture in the combustion chamber,
The engine according to appendix 2 or 3, wherein the intake port, the plasma generating portion, and the ignition portion are arranged in the circumferential direction of the cylinder head portion.
(Supplementary Note 5) A plurality of the intake ports are provided for one cylinder,
At least one of the plurality of intake ports causes a swirl flow of the mixture in the combustion chamber,
The engine according to appendix 2 or 3, wherein the at least one intake port, the plasma generating portion, and the ignition portion are arranged in the circumferential direction of the cylinder head portion.
(Supplementary Note 6) Two intake ports are provided for one cylinder,
The two intake ports create a swirl flow of the mixture in the combustion chamber,
The engine according to appendix 2 or 3, wherein the two intake ports, the plasma generating portion, and the ignition portion are arranged in the circumferential direction of the cylinder head portion.
(Supplementary note 7) The engine according to any one of Supplementary notes 4 to 6, wherein the plasma generation unit is arranged upstream of the swirl flow with respect to the ignition unit.
(Supplementary Note 8) The intake port causes a tumble flow of the air-fuel mixture in the combustion chamber,
4. The engine according to Appendix 2 or 3, wherein the intake port, the plasma generation unit, and the ignition unit are arranged in the radial direction of the cylinder.
(Supplementary Note 9) A plurality of the intake ports are provided for one cylinder,
At least one of the plurality of intake ports causes a tumble flow of the mixture in the combustion chamber,
4. The engine according to appendix 2 or 3, wherein the at least one intake port, the plasma generating portion, and the ignition portion are arranged in a radial direction of the combustion chamber.
(Supplementary Note 10) Two intake ports are provided for one cylinder,
The two intake ports create a tumble flow of the mixture in the combustion chamber,
The engine according to appendix 2 or 3, wherein the two intake ports, the plasma generating portion, and the ignition portion are arranged in a radial direction of the combustion chamber.
(Additional remark 11) The engine according to any one of additional remarks 8 to 10, wherein the plasma generation unit is arranged upstream of the tumble flow with respect to the ignition unit.
(Additional remark 12) In the plasma generation part, the first electrode is an annular electrode exposed to the combustion chamber, and the second electrode is a disc shape having the same center as the annular electrode. The engine according to any one of 1 to 11.
(Additional remark 13) The engine according to any one of
(Supplementary Note 14) The engine according to
(Supplementary note 15) The engine according to
(Supplementary Note 16) A control unit is further provided,
The control unit controls the plasma generation unit to start generation of non-thermal plasma to bring it into contact with the air-fuel mixture, and to ignite the air-fuel mixture by the ignition unit during generation of the non-thermal plasma. The engine according to
(Supplementary Note 17) A control unit is further provided,
The control unit controls the plasma generation unit to start the generation of non-thermal plasma to bring the mixture into contact with the air-fuel mixture, stop the generation of the non-thermal plasma, and then ignite the gas mixture by the ignition unit. , The engine according to any one of
(Supplementary note 18) A step of generating non-thermal plasma in the combustion chamber, the step of bringing the non-thermal plasma into contact with an air-fuel mixture containing air and fuel,
Igniting by discharge an air-fuel mixture in contact with the non-thermal plasma,
Including
The non-thermal plasma has a first electrode provided on the inner wall of the cylinder and exposed to the combustion chamber, and a second electrode facing the first electrode and covered with a dielectric material. A method of igniting an engine generated by a plasma generator embedded in the engine.
(Supplementary note 19) The engine ignition method according to supplementary note 18, further comprising a step of introducing the air-fuel mixture into the combustion chamber prior to the step of generating the non-thermal plasma.
(Supplementary Note 20) Prior to the step of generating the non-thermal plasma,
Introducing the air into the combustion chamber,
Injecting the fuel into the introduced air to form the air-fuel mixture;
19. The engine ignition method according to appendix 18, further comprising:
(Supplementary note 21) In any one of supplementary notes 18 to 20, wherein, in the step of generating the non-thermal plasma, after the generation of the non-thermal plasma is stopped, the mixture is ignited by discharge in the step of igniting. How to ignite the engine.
(Supplementary note 22) The engine according to any one of Supplementary notes 18 to 20, wherein during the generation of the non-thermal plasma in the step of generating the non-thermal plasma, the mixture gas is ignited by discharge in the step of igniting. Ignition method.
(Supplementary Note 23) The mixture forms a swirl flow or a tumble flow,
23. The engine ignition method according to any one of appendices 18 to 22, wherein the step of generating the non-thermal plasma is performed upstream of the swirl flow or the tumble flow with respect to the step of igniting.
10,110,210,310,410 シリンダ
10a 側壁
11,111,211,311 シリンダヘッド部
11a,111a,211a,311a 内壁
12,412 燃焼室
13,413 ピストン
20 吸気ポート
30,130 DBDプラグ
31,131 プラズマ発生部
32a 円環状電極
33a 円盤状電極
34,134 誘電体部材
50 点火プラグ
51 点火部
62 制御部
100,150 エンジン
132 第1円環状電極
133 第2円環状電極
160 燃料噴射弁
10, 110, 210, 310, 410
Claims (12)
前記シリンダ内壁に設けられ、放電により前記改質された混合気に点火する点火部と、
を備える、エンジン。 A plasma generating unit provided on an inner wall of a cylinder and capable of reforming a mixture containing air and fuel by generating non-thermal plasma in the combustion chamber, the plasma generating unit being exposed to the combustion chamber. A plasma generating part having a first electrode and a second electrode facing the first electrode and covered with a dielectric material, the plasma generating part being embedded in the inner wall of the cylinder;
An ignition unit provided on the inner wall of the cylinder for igniting the reformed air-fuel mixture by electric discharge;
Equipped with an engine.
前記導入された空気に前記燃料を噴射する燃料噴射弁と、
を更に備える、請求項1記載のエンジン。 An intake port for introducing the air into the combustion chamber,
A fuel injection valve for injecting the fuel into the introduced air,
The engine of claim 1, further comprising:
前記吸気ポートと前記プラズマ発生部と前記点火部とが互いにシリンダヘッド部の周方向に配置してなる、請求項2または3記載のエンジン。 The intake port causes a swirl flow of the mixture in the combustion chamber,
The engine according to claim 2 or 3, wherein the intake port, the plasma generation portion, and the ignition portion are arranged in a circumferential direction of a cylinder head portion.
前記吸気ポートと前記プラズマ発生部と前記点火部とが互いにシリンダの径方向に配置してなる、請求項2または3記載のエンジン。 The intake port causes a tumble flow of the air-fuel mixture in the combustion chamber,
The engine according to claim 2 or 3, wherein the intake port, the plasma generating portion, and the ignition portion are arranged in a radial direction of a cylinder.
前記非熱プラズマに接触した混合気に放電により点火するステップと、
を含み、
前記非熱プラズマは、シリンダ内壁に設けられ前記燃焼室に露出する第1の電極と、該第1の電極と対向し誘電体材料に覆われた第2の電極とを有し、該シリンダ内壁に埋め込まれてなるプラズマ発生部によって発生される、エンジンの点火方法。 A step of generating non-thermal plasma in the combustion chamber, the step of bringing the non-thermal plasma into contact with a mixture containing air and fuel, and generating the non-thermal plasma,
Igniting by discharge an air-fuel mixture in contact with the non-thermal plasma,
Including
The non-thermal plasma has a first electrode provided on the inner wall of the cylinder and exposed to the combustion chamber, and a second electrode facing the first electrode and covered with a dielectric material. A method of igniting an engine generated by a plasma generator embedded in the engine.
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