WO2016021735A1 - 内燃機関 - Google Patents

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WO2016021735A1
WO2016021735A1 PCT/JP2015/072627 JP2015072627W WO2016021735A1 WO 2016021735 A1 WO2016021735 A1 WO 2016021735A1 JP 2015072627 W JP2015072627 W JP 2015072627W WO 2016021735 A1 WO2016021735 A1 WO 2016021735A1
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injector
fuel
combustion engine
internal combustion
combustion chamber
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PCT/JP2015/072627
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Inventor
池田　裕二
Original Assignee
イマジニアリング株式会社
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B43/00—Engines characterised by operating on gaseous fuels; Plants including such engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M37/00—Apparatus or systems for feeding liquid fuel from storage containers to carburettors or fuel-injection apparatus; Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M57/06—Fuel-injectors combined or associated with other devices the devices being sparking plugs
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    • F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine, and more particularly to an internal combustion engine employing a direct injection type injector using air fuel such as CNG.
  • CNG Compressed Natural Gas
  • Patent Documents 1 and 2 direct-injection CNG injectors have been developed. Moreover, in the diesel injector, the structure which returns the surplus fuel which is not injected into a combustion chamber by the objectives, such as cooling of an injector, is returned to a fuel tank. A similar configuration has been devised in the CNG injector (Patent Document 3).
  • Patent Document 3 surplus fuel of the CNG injector is returned to the tank without passing through the pressure reducer. This is because Patent Document 3 targets a CNG injector, and there is no need to inject fuel at a high pressure unlike the direct injection type. Therefore, the above problems are not pointed out.
  • Patent Documents 1 and 2 relating to the direct injection CNG injector do not particularly refer to returning the surplus fuel to the fuel tank.
  • the present invention has been made in view of the above points.
  • An internal combustion engine of the present invention includes a combustion chamber, an intake port that performs intake to the combustion chamber, a direct injection injector that injects gaseous fuel into the combustion chamber, a storage unit that stores the gaseous fuel, and a fuel in the storage unit A first flow path for transmitting the fuel to the injector; a compressor provided in the first flow path for compressing gaseous fuel; and a second flow path for transmitting surplus fuel from the injector to the intake port.
  • surplus fuel can be efficiently processed and used in an internal combustion engine that uses a direct-injection type gaseous fuel injector.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional front view showing the configuration of the injector unit 1.
  • FIG. 1 is a diagram showing an outline of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
  • the injector unit 1 is mounted on a cylinder head 21 of a diesel engine 2 that is a kind of compression ignition type engine.
  • the injector unit 1 has an injection function for injecting fuel into the combustion chamber 28 and an ignition function for assisting ignition. Since CNG has an ignition temperature higher than that of light oil, compression self-ignition is difficult. Therefore, the injector unit 1 includes means for assisting ignition.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional front view showing the configuration of the injector unit 1.
  • the injector unit 1 includes an injector 12, an igniter 13, and a casing 14 that houses these.
  • the injector 12 is a direct injection injector that injects CNG, which is a kind of gaseous fuel.
  • CNG stored in the fuel tank 31 is supplied to the injector 12 through the first fuel flow path 32.
  • the first fuel flow path 32 is provided with a compressor 33 for increasing the pressure of CNG. That is, CNG is stored in the fuel tank 31 at a pressure lower than the injection pressure of the injector 12.
  • surplus fuel in the injector 12 is transmitted to the intake port 23 via the second fuel flow path 41. That is, outside air and excess fuel are injected into the combustion chamber 28 from the intake port 23.
  • a valve 42 is provided in the fuel flow path 41, and the valve 42 is opened and closed according to the operation of the piston 27 and the intake valve 24, the injection timing of excess fuel, or the like.
  • the intake port may refer to the intake port of the combustion chamber in a narrow sense, but in this specification, an intake pipe portion leading to the intake port is also included.
  • the fuel flowing through the second fuel flow path 41 merges with the outside air in the intake pipe at a position before the intake port of the combustion chamber, and this merge point is also included in the intake port in the present application.
  • the igniter 13 is a kind of ignition means for igniting the CNG.
  • the igniter 13 may be, for example, a small spark plug or a corona discharge plug (for example, EcoFlash (registered trademark) of BorgWarner) or an MDI developed by the applicant (Microwave Discharge Ignitor, pending trademark application). it can.
  • MDI is a type of spark plug that discharges by generating a high voltage by boosting with a resonant structure. By this discharge, electrons are emitted from the gas molecules in the vicinity thereof to generate non-equilibrium plasma, thereby igniting the fuel. Details of the MDI are described in application specifications such as Japanese Patent Application Nos. 2014-160899 and 2013-171781 filed by the present application.
  • the surplus fuel is transmitted to the intake port 23 and the surplus fuel is injected into the combustion chamber 28 together with the outside air.
  • route for returning CNG to the tank 31, a decompressor, a cooling device, etc. become unnecessary.
  • the igniter 13 having a structure integrated with the injector 12 is shown as the ignition means.
  • a hole for inserting a glow plug or a spark plug into the cylinder head 21 may be provided separately from the injector insertion hole, and these may be used as ignition means.
  • CNG is taken as an example of gaseous fuel
  • other types of gaseous fuel such as biogas may be used.

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Abstract

【課題】　直噴型の気体燃料インジェクタを利用する内燃機関において、余剰燃料を効率的に処理し利用する。 【解決手段】　内燃機関は、燃焼室と、燃焼室への吸気を行う吸気ポートと、燃焼室へ気体燃料を噴射する直噴型のインジェクタと、気体燃料を貯蔵する貯蔵部と、貯蔵部の燃料をインジェクタへ伝送する第１流路と、第１流路に設けられ、気体燃料を圧縮する圧縮機と、インジェクタの余剰燃料を吸気ポートへ伝送するための第２流路を備える。

Description

内燃機関
　本発明は、内燃機関に関し、特にＣＮＧ等の空気燃料を用いた直噴型のインジェクタを採用した内燃機関に関する。
　近年、低エミッション、高燃費の観点から圧縮天然ガス（ＣＮＧ：Compressed Natural Gas）が注目されている。また、既存のディーゼルエンジンをＣＮＧにより燃焼させる技術の開発が盛んに行われている。
　その一環として、直噴型のＣＮＧインジェクタが開発されている（特許文献１、２）。また、ディーゼルインジェクタでは、インジェクタの冷却等の目的により燃焼室に噴射しない余剰燃料を燃料タンクに戻す構成が用いられている。ＣＮＧインジェクタにおいても、同様の構成が考案されている（特許文献３）。
米国特許７４５１９４２号公報 米国特許６０７３８６２号公報 特開２００３－７４４１５号公報
　しかし、直噴型ＣＮＧインジェクタでは高噴射圧で燃料を噴射する必要性から、燃料タンクの気体燃料（ＣＮＧ）をコンプレッサにより圧縮してインジェクタに供給している。従って、余剰燃料をタンクに戻す場合、高圧燃料を減圧するための減圧器を設ける必要がある。更に、減圧器に高温燃料が流入することを防ぐために、冷却装置を減圧器の前段に設ける必要もある。
　なお、特許文献３では、ＣＮＧインジェクタの余剰燃料を、減圧器を介すことなくタンクに戻している。これは、特許文献３がＣＮＧインジェクタを対象としており、直噴型のように高圧で燃料を噴射する必要が無い。従って、上記問題点が指摘されていない。
　また、直噴型ＣＮＧインジェクタに関する特許文献１、２では、余剰燃料を燃料タンクに戻すことについて、特に言及していない。
　本発明は、以上の点に鑑みてなされたものである。
　本発明の内燃機関は、燃焼室と、燃焼室への吸気を行う吸気ポートと、燃焼室へ気体燃料を噴射する直噴型のインジェクタと、気体燃料を貯蔵する貯蔵部と、貯蔵部の燃料をインジェクタへ伝送する第１流路と、第１流路に設けられ、気体燃料を圧縮する圧縮機と、インジェクタの余剰燃料を吸気ポートへ伝送するための第２流路を備えることを特徴とする。
　本発明によれば、直噴型の気体燃料インジェクタを利用する内燃機関において、余剰燃料を効率的に処理し利用することができる。
本発明の一実施形態に係る内燃機関の概要を示す図である。 インジェクタユニット１の構成を示す一部断面の正面図である。
　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。
　図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の概要を示す図である。インジェクタユニット１は、圧縮着火方式エンジンの一種であるディーゼルエンジン２のシリンダヘッド２１に装着される。インジェクタユニット１は、燃料を燃焼室２８に噴射するインジェクション機能と、着火をアシストするイグニション機能を有する。ＣＮＧは軽油よりも着火温度が高いため、圧縮自着火が困難である。そこで、インジェクタユニット１は着火をアシストする手段を備える。
　図２は、インジェクタユニット１の構成を示す一部断面の正面図である。インジェクタユニット１は、インジェクタ１２と、イグナイタ１３と、これらを収納するケーシング１４からなる。
　インジェクタ１２は、気体燃料の一種であるＣＮＧを噴射する、直噴式のインジェクタである。燃料タンク３１に貯蔵されたＣＮＧは、第１燃料流路３２により、インジェクタ１２に供給される。第１燃料流路３２には、ＣＮＧを更に高圧にするためのコンプレッサ３３が設けられる。つまり、燃料タンク３１には、インジェクタ１２の噴射圧力よりも低い圧力にてＣＮＧが貯蔵される。一方、インジェクタ１２の余剰燃料は、第２燃料流路４１を介して、吸気ポート２３へ伝送される。つまり、吸気ポート２３からは、外気と余剰燃料とが燃焼室２８に注入される。燃料流路４１内にはバルブ４２が設けられ、ピストン２７や吸気バルブ２４の動作、或いは余剰燃料の注入タイミング等に応じてバルブ４２が開閉される。
　なお、吸気ポートとは、狭義には燃焼室の吸入口を指す場合もあるが、本願明細書では吸気ポートへ導く吸気パイプ部分も含むものとする。第２燃料流路４１を流れる燃料は、燃焼室の吸入口の手前の位置で吸気パイプ内の外気と合流するが、この合流箇所も本願では吸気ポートに含むものとする。
　イグナイタ１３は、ＣＮＧを着火するための着火手段の一種である。このイグナイタ１３は、例えば、小型のスパークプラグやコロナ放電プラグ（例えばボルグワーナー社のEcoFlash（米国登録商標））、或いは出願人が開発したMDI（Microwave Discharge Ignitor、商標申請中）等を用いることができる。MDIは、共振構造による昇圧により高電圧を生成して放電を行う、一　種の点火プラグである。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、これにより燃料が点火する。MDIの詳細については、本出願が出願した特願２０１４－１６０８９９、特願２０１３－１７１７８１等の出願明細書により説明されている。
　上記実施形態の内燃機関では、余剰燃料を吸気ポート２３へ伝送し、外気と共に、余剰燃料を燃焼室２８へ注入する構成としている。これにより、ＣＮＧをタンク３１に戻すための経路、減圧器、冷却装置等が不要になる。更には、余剰燃料を燃焼室２８へ注入することにより、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排気再循環）と同様、燃焼室２８の燃焼温度を下げる効果がある。また、余剰燃料が高温であることは、タンク３１に戻す場合は障害となるが、吸気ポート２３へ伝送する場合は、むしろ燃焼室２８の温度を上昇させるという好ましい効果がある。
　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。
　例えば、上記実施形態では、着火手段としてインジェクタ１２と一体化した構成のイグナイタ１３を示した。これに代えて、シリンダヘッド２１にグロープラグ又はスパークプラグを挿入するための孔をインジェクタ挿入孔と別に設け、これらを着火手段とするものであっても良い。
　また、気体燃料としてＣＮＧを例に挙げたが、バイオガスなど他の種類の気体燃料を用いるものでも良い。
１　　インジェクタユニット
　１２　インジェクタ
　１３　イグナイタ
　１４　ケーシング
２　　ディーゼルエンジン
　２１　シリンダヘッド
　２２　シリンダブロック
　２３　吸気ポート
　２４　吸気バルブ
　２５　排気ポート
　２６　排気バルブ
　２７　ピストン
　２８　燃焼室
３１　燃料タンク
３２　第１燃料流路
３３　コンプレッサ
４１　第２燃料流路
４２　バルブ

Claims (2)

  1. 　燃焼室と、
    　燃焼室への吸気を行う吸気ポートと、
    　燃焼室へ気体燃料を噴射する直噴型のインジェクタと、
    　気体燃料を貯蔵する貯蔵部と、
    　貯蔵部の燃料をインジェクタへ伝送する第１流路と、
    　第１流路に設けられ、気体燃料を圧縮する圧縮機と、
    　インジェクタの余剰燃料を吸気ポートへ伝送するための第２流路を
    備えることを特徴とする、内燃機関。
  2. 　気体燃料の着火を行うための着火手段を更に備え、
    　着火手段が、前記インジェクタと共に、該内燃機関のシリンダヘッドのインジェクタ挿入孔に挿入されることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
PCT/JP2015/072627 2014-08-08 2015-08-10 内燃機関 WO2016021735A1 (ja)

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JP2014163155 2014-08-08

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