JPWO2015186682A1 - Injector unit - Google Patents
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Abstract
【課題】 既存のディーゼルエンジンにおいてCNG等の気体燃料を使用可能とする。【解決手段】第1容量の燃焼室を有する圧縮着火内燃機関のシリンダヘッドに設けられた軽油インジェクタを挿入するための貫通孔に挿入可能なインジェクタユニットであり、第1容量よりも小さい第2容量の燃焼室用に設計された気体燃料インジェクタと、気体燃料を着火する着火手段と、気体燃料インジェクタと着火手段を収納する収納部材とを有し、気体燃料インジェクタからの噴射時間が、第2容量の燃焼室で使用される場合よりも長く設定される。【選択図】図3PROBLEM TO BE SOLVED: To use a gas fuel such as CNG in an existing diesel engine. An injector unit that can be inserted into a through hole for inserting a light oil injector provided in a cylinder head of a compression ignition internal combustion engine having a combustion chamber of a first capacity, and has a second capacity smaller than the first capacity. A gas fuel injector designed for the combustion chamber of the first gas, an ignition means for igniting the gaseous fuel, a storage member for accommodating the gaseous fuel injector and the ignition means, and an injection time from the gaseous fuel injector is the second capacity It is set longer than that used in the combustion chamber. [Selection] Figure 3
Description
本発明は、インジェクタユニットに関する。特に、既存のディーゼルエンジンにおいて圧縮天然ガス(CNG:Compressed Natural Gas)等の気体燃料を使用可能とするためのインジェクタユニットに関する。 The present invention relates to an injector unit. In particular, the present invention relates to an injector unit for making it possible to use gaseous fuel such as compressed natural gas (CNG) in an existing diesel engine.
ディーゼル排ガスを減らすための一手法として、レトロフィット技術がある。レトロフィット技術とは、既存のエンジンに対して部品を変更・追加することによりエンジンの排気性能を改善するものである。例えば、アメリカ合衆国環境保護庁(EPA:Environmental Protection Agency)が推奨している(非特許文献1)。 One method for reducing diesel exhaust is retrofit technology. Retrofit technology improves engine exhaust performance by changing or adding parts to an existing engine. For example, it is recommended by the United States Environmental Protection Agency (EPA) (Non-Patent Document 1).
また、ディーゼル排ガスを減らす方法として、燃料を軽油からCNGに変更することも有効である。そこで、軽油用インジェクタをCNG用インジェクタに交換することも考えられる。 It is also effective to change the fuel from light oil to CNG as a method of reducing diesel exhaust gas. Therefore, it is conceivable to replace the light oil injector with a CNG injector.
しかし、CNGは軽油よりも着火温度が高いので、単にインジェクタを交換するだけでは着火することができない。そこで、軽油をパイロットとして使用するか、点火プラグ等の着火手段を併用することが考えられる(非特許文献2)。前者の例としては特許文献1が、後者の例として特許文献2、3がある。
However, since CNG has an ignition temperature higher than that of light oil, it cannot be ignited by simply replacing the injector. Therefore, it is conceivable to use light oil as a pilot or to use ignition means such as a spark plug (Non-patent Document 2). Patent Document 1 is an example of the former, and
しかし、特許文献1の構成を採用した場合、自動車に軽油用タンクと天然ガス用タンクの両方を搭載する必要があり、自動車の重量が大きくなったり、メンテナンス負担が増大する。また、軽油の給油と天然ガスの給油の両方を考慮する必要があり、運転手には煩雑である。 However, when the configuration of Patent Document 1 is adopted, it is necessary to mount both a light oil tank and a natural gas tank on the automobile, which increases the weight of the automobile and increases the maintenance burden. Moreover, it is necessary to consider both light oil supply and natural gas supply, which is complicated for the driver.
特許文献2に記載の構成では、吸気マニフォルド側に別途インジェクタを設ける必要があり、インジェクタ挿入用の孔を加工する必要がある。したがって、レトロフィット技術には適さない。
In the configuration described in
特許文献3に記載の構成を採用した場合、マニフォルドに孔を設ける必要は無いが、構造が複雑であり高価なため、レトロフィット技術には適さない。
When the configuration described in
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものである。 The present invention has been made in view of this point.
本発明のある態様は、第1容量の燃焼室を有する圧縮着火内燃機関のシリンダヘッドに設けられた軽油インジェクタを挿入するための貫通孔に挿入可能なインジェクタユニットであって、第1容量よりも小さい第2容量の燃焼室用に設計された気体燃料インジェクタと、気体燃料を着火する着火手段と、気体燃料インジェクタと着火手段を収納する収納部材とを有し、気体燃料インジェクタからの噴射時間が、第2容量の燃焼室で使用される場合よりも長く設定される。 An aspect of the present invention is an injector unit that can be inserted into a through hole for inserting a light oil injector provided in a cylinder head of a compression ignition internal combustion engine having a combustion chamber of a first capacity. A gas fuel injector designed for a combustion chamber having a small second capacity, an ignition means for igniting the gaseous fuel, a storage member for accommodating the gaseous fuel injector and the ignition means, and an injection time from the gaseous fuel injector; It is set longer than when used in the combustion chamber of the second capacity.
本発明のインジェクタユニットによれば、既存のディーゼルエンジンにおいてCNG等の気体燃料を使用可能とする。 According to the injector unit of the present invention, gaseous fuel such as CNG can be used in an existing diesel engine.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the following embodiment is a preferable illustration, Comprising: It does not intend restrict | limiting the range of this invention, its application thing, or its use.
本発明の実施形態に係るインジェクタユニット1の説明を行う前に、インジェクタユニット1が取付けられるディーゼルエンジン10の構成を先に説明する。
Before describing the injector unit 1 according to the embodiment of the present invention, the configuration of the
図1及び図2は、圧縮着火内燃機関の一例であるディーゼルエンジン10の構成を示す断面図である。図1はシリンダヘッド6の貫通孔11に軽油インジェクタ20が挿入された状態、図2は軽油インジェクタ20が挿入されていない状態を示す図である。
1 and 2 are cross-sectional views showing a configuration of a
これらの図を参照して、ディーゼルエンジン10は、シリンダヘッド6と、シリンダヘッド6に接合されるシリンダライナ7と、シリンダライナ7に摺接するピストン8を有する。これらの部材により取り囲まれた空間が燃焼室となる。
With reference to these drawings, the
シリンダヘッド6には、吸気ポートと排気ポートとが設けられている。吸気ポートと燃焼室の境界部には吸気バルブ9Aが配置される。排気ポートと燃焼室の境界部には排気バルブ9Bが配置される。
The cylinder head 6 is provided with an intake port and an exhaust port. An
シリンダヘッド6には、貫通孔11が設けられている。この貫通孔11は、本来は軽油を噴射する軽油インジェクタ20を取付けるための孔である。
The cylinder head 6 is provided with a through hole 11. This through-hole 11 is a hole for attaching the
次に本実施形態に係るインジェクタユニット1の構成を説明する。図3はインジェクタユニット1の断面図である。図4は、インジェクタユニット1の他の断面であり、図3のA−A断面図である。図5は、図3のB−B断面図である。 Next, the configuration of the injector unit 1 according to this embodiment will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view of the injector unit 1. FIG. 4 is another cross section of the injector unit 1, and is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
これらの図を参照して、インジェクタユニット1は、気体燃料の一種であるCNGを噴射するCNGインジェクタ2と、着火手段であるイグナイタ3と、これらを収納するケーシング4からなる。
With reference to these drawings, the injector unit 1 includes a
ケーシング4の外径D1、CNGインジェクタ2の外径D2、イグナイタ3の外径D3を図6のように定義した場合、一例として、D11=30mm、D12=20mm、D2=10mm、D3=5mmである。ケーシング4はシリンダヘッド6の貫通孔11に合致する大きさである。図7に示すようにインジェクタユニット1はシリンダヘッド6にケーシング4ごと挿入することができる。これにより、軽油インジェクタ20からの交換作業が容易になる。なお、CNGインジェクタ2、イグナイタ3の放熱の関係上、ケーシング4は熱伝導率の高い金属を採用するのが好ましい。
When the outer diameter D1 of the
ディーゼルエンジン10の燃焼室の容量はピストン8の上下動により変化するが、ピストン8が下死点に達した場合の容量は2リットルである。
The capacity of the combustion chamber of the
CNGインジェクタ2は、2リットルではなく、0.5リットルの燃焼室用に設計されたものである。2リットル用のCNGインジェクタだと体積が大きいため、イグナイタ3を貫通孔11に収めることができない。そこで、本実施形態では、このようなインジェクタを採用している。
The
但し、0.5リットルのエンジンと比較し、2リットルのエンジンでは多くの燃料を要する。単純には4倍程度の燃料が必要になると考えられる。しかし、0.5リットル用インジェクタでは、噴射レートが低いため、通常の噴射時間では2リットルのエンジンの動作に必要な量の燃料を噴射することができない。従って、CNGインジェクタ2の噴射時間は、通常の噴射時間よりも長い時間に設定される。尚、CNGインジェクタ2の噴射制御は図示しないECU等の制御回路により実行される。
However, a 2 liter engine requires more fuel than a 0.5 liter engine. Simply, it is thought that about four times as much fuel is required. However, since the injection rate for the 0.5 liter injector is low, the amount of fuel necessary for the operation of the 2 liter engine cannot be injected during the normal injection time. Therefore, the injection time of the
イグナイタ3は、CNG燃料を着火するためのものである。上述のように、CNGは軽油よりも着火温度が高く、単なる圧縮着火では着火できない。そこで、イグナイタ3が設けられている。イグナイタ3としては、スパークプラグ、コロナ放電プラグ(例えばボルグワーナー社のEcoFlash(米国登録商標))、又はマイクロ波放電プラグ等を用いることができる。
The
マイクロ波放電プラグは、本願の出願人が開発した、2.45GHz帯のマイクロ波の共振構造によるプラグである。このプラグの構成については、本出願人による日本特許出願(特願2014−111755、及び特願2013−171781)でも説明されているが、本願でも簡単に説明する。 The microwave discharge plug is a plug having a 2.45 GHz band microwave resonance structure developed by the applicant of the present application. The configuration of the plug is also described in Japanese patent applications (Japanese Patent Application Nos. 2014-111755 and 2013-171781) filed by the present applicant, but will be briefly described here.
図8を参照して、マイクロ波放電プラグ(イグナイタ3)は、大きくはケース51、中心電極、及びケース部と中心電極の間に設けられ、これらを絶縁する絶縁体59からなる。ケース51の先端部には接地電極51aが形成される。中心電極の先端部には放電電極55aが形成される。放電電極55aと接地電極51a間には電位差を発生させ、これにより放電をさせるようにしている。
Referring to FIG. 8, the microwave discharge plug (igniter 3) is mainly composed of a
中心電極は入力側電極53、結合部電極54、及び出力側電極55に分かれる。
The center electrode is divided into an
出力側電極55は、放電電極55a、軸部55bを有しており、結合部電極54と電気的に結合される。結合部電極54は有底の筒状である。入力側電極53は、インジェクタユニット1の外部に設けられた発振回路MWに入力端52を介して電気的に接続される。
The
図9は、イグナイタ3の等価回路を示す図である。発振回路MWから入力される交流信号(電圧V1、周波数2.45GHz)は容量C1を介して、容量C3、リアクタンスL、容量C2からなる直列共振回路に接続される(尚、ここではC1はC2、C3に比して十分に小さいと仮定している)。また、容量C3と並列に放電部が設けられる。
FIG. 9 is a diagram showing an equivalent circuit of the
ここで、C1は結合容量に相当し、結合部電極54及び入力側電極53の形状、間隙により決まり、発振回路とイグナイタ3のインピーダンス整合を行うための部分である。入力側電極53は軸芯方向に移動可能であり、これによりインピーダンスの調整ができる。
Here, C1 corresponds to a coupling capacitance, is determined by the shapes and gaps of the
容量C2は、結合部電極54とケース51によって形成される接地容量である。これは電極54の形状、ケース51との間隙及び絶縁体59cの誘電率によって決まる。
The capacitor C <b> 2 is a grounded capacitor formed by the
リアクタンスLは、出力側電極55の軸部55bのコイル成分に相当する。
The reactance L corresponds to a coil component of the
容量C3は、出力側電極55とケース51によって形成される放電容量である。これは、放電電極55a及び軸部55bの形状、出力側電極55とケース51との間隙、絶縁体59cの厚みや誘電率等で決まる。C3>>C2に設計すれば、容量C3の両端の電位差をV1よりも十分に大きくすることができ、その結果、放電部(放電電極55aと接地電極51a間のギャップ)に高電位を発生させることができる。
The capacity C3 is a discharge capacity formed by the
上述のように、結合容量C1が十分に小さいと看做せる場合、容量C3、リアクタンスL、容量C2は直列共振回路をなし、共振周波数fは数式1で表現できる。
)As described above, when it can be considered that the coupling capacitance C1 is sufficiently small, the capacitance C3, the reactance L, and the capacitance C2 form a series resonance circuit, and the resonance frequency f can be expressed by Equation 1.
)
つまり、f=2.45GHzとした場合に、数式1の関係を満たすような放電容量C3、コイルリアクタンスL、及び接地容量C2となるようにイグナイタ3は設計される。
That is, when f = 2.45 GHz, the
また、イグナイタ3は、上記構成を採用することにより、コンパクトにすることができる。
Further, the
また、上述のようにイグナイタ3では放電電極と接地電極間に高電圧が発生し、高電圧により放電が生じる。この放電により、その近辺のガス分子から電子が放出されて非平衡プラズマが生成され、燃料が点火しやすくなる。このようにしてイグナイタ3は着火手段として機能する。
Further, as described above, in the
以上、本発明の実施形態について説明した。本発明の範囲はあくまでも特許請求の範囲に記載された発明に基づいて定められるものであり、上記実施形態に限定されるべきものではない。 The embodiment of the present invention has been described above. The scope of the present invention is determined based on the invention described in the claims, and should not be limited to the above embodiment.
1 インジェクタユニット
2 インジェクタ
3 イグナイタ
4 ケーシング
6 シリンダヘッド
7 シリンダライナ
8 ピストン
9A 吸気バルブ
9B 排気バルブ
10 ディーゼルエンジン
11 貫通孔DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
第1容量よりも小さい第2容量の燃焼室用に設計された気体燃料インジェクタと、
気体燃料を着火する着火手段と、
気体燃料インジェクタと着火手段を収納する収納部材とを有し、
気体燃料インジェクタからの噴射時間が、第2容量の燃焼室で使用される場合よりも長く設定されている
ことを特徴とするインジェクタユニット。An injector unit insertable into a through hole for inserting a light oil injector provided in a cylinder head of a compression ignition internal combustion engine having a first capacity combustion chamber,
A gaseous fuel injector designed for a combustion chamber of a second volume smaller than the first volume;
Ignition means for igniting gaseous fuel;
A gas fuel injector and a storage member for storing the ignition means;
An injector unit characterized in that the injection time from the gaseous fuel injector is set to be longer than that used in the combustion chamber of the second capacity.
中心電極は、マイクロ波を入力する第1電極と、第1電極に容量結合する第2電極と、放電を生じさせる放電部を含む第3電極を有し、
第1電極と第2電極を用いてマイクロ波のインピーダンス整合を行い、
第2電極とケース部で定まる接地容量、第3電極のコイルリアクタンス成分、及び第3電極とケース部で定まる放電容量からなる直列回路がマイクロ波と共振するように構成されることを特徴とする、請求項1記載のインジェクタユニット。
The ignition means has a case portion, a center electrode, and an insulator that insulates the case portion and the center electrode,
The center electrode has a first electrode for inputting microwaves, a second electrode capacitively coupled to the first electrode, and a third electrode including a discharge part for generating discharge,
Perform microwave impedance matching using the first and second electrodes,
A series circuit including a ground capacitance determined by the second electrode and the case portion, a coil reactance component of the third electrode, and a discharge capacity determined by the third electrode and the case portion is configured to resonate with the microwave. The injector unit according to claim 1.
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