JPWO2017082300A1 - 着火促進方法、着火促進装置およびエンジン - Google Patents
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Abstract
Description
点火プラグにより着火するエンジン内の構成は、シリンダー内燃焼室に着火手段として点火プラグのみ設けたものである(例えば(非特許文献1参照)。その着火の作用は、点火プラグによる、混合気圧縮工程で空中スパーク(火花)を起こして着火する。
ディーゼルエンジンは、点火プラグ等は設けていない。燃料インジェクターを設けた構成である(例えば非特許文献1参照)。着火作用は、高い断熱圧縮(加圧)で、高温化した空気に燃料噴射して着火する。ディーゼルエンジンは、拡散燃焼なので予混合燃焼方式のエンジンとは別の形式のエンジンである。
特許文献3には、シリンダー内燃焼室に非熱プラズマを発生する発生手段のみで、点火プラグ等は設けていない構成の混合燃焼方式のエンジン着火技術が開示されている。ただし、非熱プラズマ中のイオン温度はスパークよりはるかに低い温度である。非熱プラズマは低温プラズマ、非熱平衡プラズマともいうことがある。非熱プラズマには、誘電体バリア放電、ストリーマ、マイクロ波等放電などがある。
本願発明者は、先願技術として特願2015−542682を出願した。この先願技術は、シリンダー内燃焼室に点火プラグが設けてある通常の予混合燃焼方式の内燃機関であるが、吸気ポートに到るまでの混合気供給系統に非熱平衡プラズマ発生装置を設けた構成である。
(1)予混合燃料を用いるエンジンの混合気圧縮工程のシリンダー内の点火プラグの付近、又はプラグを含む領域に非熱プラズマを発生させ、非熱プラズマ被処理混合気が易燃焼状態を保つ時間帯の、易燃焼状態の混合気が筒内流動の後に点火プラグに到達するタイミングまたは易燃焼状態の混合気が点火プラグの電極の周囲に存在するタイミングで点火プラグの放電で点火することを特徴とする火花放電着火促進方法である。
(2)上記非熱プラズマの発生する位置が、プラグからシリンダー半径の1/2以下であることを特徴とする火花放電着火促進方法である。
(3)上記非熱プラズマのシリンダーにおける発生する面積が、1cm2以上から10cm2以下であることを特徴とする火花放電着火促進方法である。
(4)上記筒内流動が、ピストン運動および/または非熱プラズマ誘起流による流動であることを特徴とする火花放電着火促進方法である。
(5)上記非熱プラズマの発生からプラグ点火の時間が0.1ms以上から20ms以下であることを特徴とする火花放電着火促進方法である。
(6)非熱プラズマ発生手段によりシリンダー内に非熱プラズマ発生させ、当該非熱プラズマによる被処理混合気が易燃焼状態を保つ時間帯に、筒内流動の後に点火プラグに到達するまたは点火プラグの電極の周囲に存在する位置に、当該非熱プラズマ発生手段を設け、当該非熱プラズマ被処理混合気が易燃焼状態を保つ時間帯の、易燃焼状態の混合気が筒内流動の後に点火プラグに到達するタイミングまたは易燃焼状態の混合気が点火プラグの電極の周囲に存在するタイミングで点火プラグの放電により点火することを特徴とする火花放電着火促進装置である。
(7)上記プラズマ発生手段が、プラグからシリンダー半径の1/2以下の距離の位置に設けたことを特徴とする火花放電着火促進装置である。
(8)上記非熱プラズマ部が、非熱プラズマのシリンダーにおける発生する面積が1cm2以上から10cm2以下であることを特徴とする火花放電着火促進装置である。
(9)上記筒内流動が、ピストン運動および/または非熱プラズマ誘起流による流動であることを特徴とする火花放電着火促進装置である。
(10)上記非熱プラズマ被処理混合気が易燃焼状態を保つ時間帯で、筒内流動の後に点火プラグに到達するタイミングまたは易燃焼状態の混合気が点火プラグの電極の周囲に存在するタイミングで点火プラグの放電で点火する時間が、非熱プラズマの発生から0.1ミリ秒以上20ミリ秒以下であることを特徴とする火花放電着火促進装置である。
(11)火花放電着火促進装置が、上記(6)〜(10)のいずれかに記載の火花放電着火促進装置を備えたエンジンであることを特徴とする火花放電着火促進装置付きエンジンである。
(1)混合気の希薄化ないし超希薄化でも、確実にかつ安定して着火することができる。
(2)省エネルギーにて着火することができる。
(3)装置を長寿命化することができる。
(4)装置を低コストにて実現することができる。
(1)非熱プラズマ発生部によりシリンダー内に非熱プラズマ発生させ、当該非熱プラズマによる被処理混合気が易燃焼状態を保つ時間帯に、筒内流動の後に点火プラグに到達する、または点火プラグの電極の周囲に存在するために、(時間を遡ってプラズマが存在する)位置に非熱プラズマを発生するための当該非熱プラズマ発生部を設け、易燃焼状態の混合気が点火プラグの電極に到達、或いは点火プラグの電極の周囲に存在するタイミングで点火プラグにより点火しないと、非熱プラズマで処理しても混合気の易着火性は十分ではなく、希薄/希釈混合気の安定した着火はできない。
実施例1のエンジンで非熱プラズマ発生手段を作動せず運転を行う場合、通常の点火プラグのみの着火で運転となり、従来エンジンと同様の運転となる。
本願発明者による先願技術特願2015−542682は、シリンダー内燃焼室に点火プラグが設けてある通常の予混合燃焼方式の内燃機関であるが、吸気ポートに到るまでの混合気供給系統に非熱平衡プラズマ発生装置を設けた構成である。
シリンダー内比熱プラズマ発生面積を稼ぐには一体化したプラグ周辺のセラミック製の電気絶縁管部材を太くするおよび/または長くする必要があるが、エンジンシリンダーへの取り付けはほぼ通常の点火プラグと同様で、取り付け、交換が容易で、保守点検が容易な構成である。
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
2 スパークプラグ
3 着火促進装置
3a 誘電体
3b 埋め込み電極
3c 露出電極
4 吸気バルブ
5 排気バルブ
6 パルス電圧印加装置
7 制御装置
8 RCEMライナー
9 石英窓
10 RCEMピストン
11 燃焼室
12 パルスYAGレーザー光
13 リアクタ
Claims (14)
- 予混合燃料を用いるエンジンの混合気圧縮工程のシリンダー内の点火プラグの付近、または点火プラグを含む領域に非熱プラズマを発生させ、非熱プラズマ被処理混合気が易燃焼状態を保つ時間帯の、易燃焼状態の混合気が筒内流動の後に点火プラグに到達するタイミングまたは易燃焼状態の混合気が点火プラグの電極の周囲に存在するタイミングにて点火プラグの放電で点火する、火花放電着火促進方法。
- 請求項1記載の火花放電促進方法において、
前記非熱プラズマの発生する位置は、点火プラグからシリンダー半径の1/2以下である、火花放電着火促進方法。 - 請求項1または2記載の火花放電着火促進方法において、
前記非熱プラズマのシリンダーにおける発生する面積は、1cm2以上から10cm2以下である、火花放電着火促進方法。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の火花放電着火促進方法において、
前記筒内流動は、ピストン運動および/または非熱プラズマ誘起流による流動である、火花放電着火促進方法。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の火花放電着火促進方法において、
前記非熱プラズマの発生からプラグ点火の時間は、0.1ms以上から20ms以下である、火花放電着火促進方法。 - 非熱プラズマ発生部によりシリンダー内に非熱プラズマを発生させ、前記非熱プラズマによる被処理混合気が易燃焼状態を保つ時間帯に筒内流動の後に点火プラグに到達するまたは点火プラグの電極の周囲に存在する位置に当該非熱プラズマ発生部を設け、前記非熱プラズマによる被処理混合気が易燃焼状態を保つ時間帯の、易燃焼状態の混合気が筒内流動の後に点火プラグに到達するタイミングまたは易燃焼状態の混合気が点火プラグの電極の周囲に存在するタイミングで点火プラグの放電により点火する、火花放電着火促進装置。
- 請求項6記載の火花放電着火促進装置において、
前記非熱プラズマ発生部は、点火プラグからシリンダー半径の1/2以下の距離の位置に設ける、火花放電着火促進装置。 - 請求項6または7記載の火花放電着火促進装置において、
前記非熱プラズマ発生部は、非熱プラズマのシリンダーにおける発生する面積が1cm2以上から10cm2以下である、火花放電着火促進装置。 - 請求項6〜8のいずれか1項に記載の火花放電着火促進装置において、
前記筒内流動は、ピストン運動および/または非熱プラズマ誘起流による流動である、火花放電着火促進装置。 - 請求項6記載の火花放電着火促進装置において、
前記非熱プラズマ被処理による混合気が易燃焼状態を保つ時間帯で、筒内流動の後に点火プラグに到達するタイミングまたは易燃焼状態の混合気が点火プラグの電極の周囲に存在するタイミングで点火プラグの放電で点火する時間が、前記非熱プラズマの発生から0.1ms秒以上20ms秒以下である、放電着火促進装置。 - 請求項6〜10のいずれか1項に記載の火花放電着火促進装置において、
前記非熱プラズマ発生部は、シリンダーに装着された点火プラグの周囲に埋め込まれた埋め込み電極および前記埋め込み電極に対向する露出電極からなり、
エンジンの圧縮行程時、点火プラグの点火タイミングに先立って、前記埋め込み電極と前記露出電極の間にRF高電圧を印加することによりプラズマ放電を行い、燃焼室内において、ラジカルおよび部分酸化物の成分を含むとともに、プラズマ中に形成されるイオンや励起状態のエネルギー緩和によって急速な温度上昇がもたらされた誘起流を点火プラグに向けて生成し、点火タイミングにおいて、点火プラグの中心電極付近に易着火燃焼領域を形成する、火花放電着火促進装置。 - 請求項6〜10のいずれか1項に記載の火花放電着火促進装置において、
前記非熱プラズマ発生部は、円環状の埋め込み電極、前記埋め込み電極の外径よりも大きい内径を有する露出電極、および円環状の前記埋め込み電極を嵌着する誘電体を有する、火花放電着火促進装置。 - 請求項11または12記載の火花放電着火促進装置において、
前記非熱プラズマ発生部の露出電極をシリンダヘッド、シリンダブロックを介してアースし、前記埋め込み電極にRF高電圧を印加し、
前記RF高電圧を印加するタイミング、印加時間、および印加電圧を制御装置により制御する、火花放電着火促進装置。 - 請求項6〜13のいずれか1項に記載の火花放電着火促進装置を有するエンジンである火花放電着火促進装置付きエンジン。
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