JP2005083253A - Internal combustion engine - Google Patents

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Kazuhiko Shiratani
和彦 白谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology which can stratify a mixture gas of fuel satisfactorily while maintaining a good ignitability. <P>SOLUTION: An internal combustion engine charges the fuel 16 injected from a fuel injection valve 1, distributes the charged particles 13 of the same polarity as the charged fuel 7 in a predetermined region in a cylinder of the internal combustion engine, and stratifies the mixture gas of the fuel in the cylinder by utilizing an electrostatic repulsive force generated between the charged fuel 7 and the distributed charged particles 13. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、内燃機関に関し、特に燃料噴射弁から噴射された燃料を帯電させ、燃料の混合気の成層化を促進する内燃機関に関する。   The present invention relates to an internal combustion engine, and more particularly, to an internal combustion engine that charges fuel injected from a fuel injection valve and promotes stratification of a fuel mixture.

従来の内燃機関においては、気筒内の点火栓近傍にのみ燃料の混合気を分布させて成層化を促進するため、種々の技術が提案されている。例えば、燃料噴射弁から噴射された燃料を帯電させ、一方で、点火栓を、帯電された燃料（以下、「帯電燃料」という）と異極に帯電させることにより、点火栓の直近に燃料を集中させて燃料の成層化を図る技術などを例示することができる。（例えば、特許文献１参照。）。   In conventional internal combustion engines, various techniques have been proposed to promote stratification by distributing a fuel mixture only in the vicinity of a spark plug in a cylinder. For example, by charging the fuel injected from the fuel injection valve, while charging the spark plug to a different polarity from the charged fuel (hereinafter referred to as “charged fuel”), the fuel is placed in the immediate vicinity of the spark plug. For example, a technique for stratifying fuel by concentrating the fuel can be exemplified. (For example, refer to Patent Document 1).

しかし、上記の従来技術においては、点火栓を帯電燃料と異極に帯電させ、燃料を点火栓直近に吸引して集中させているため、点火栓付近の燃料の密度が過度に高くなり、点火栓近傍の酸素が不足することにより着火性が低下してしまうなどの問題が生じていた。
実開昭５９−１３５３７０号公報 特開昭５５−９６３５６号公報 特開平５７−１９３７６３号公報 特開平５−６００３６号公報 特開平５−８７０２６号公報 特開昭６４−３６９１６号公報 However, in the above prior art, the spark plug is charged differently from the charged fuel, and the fuel is sucked and concentrated near the spark plug, so the density of the fuel near the spark plug becomes excessively high and the ignition There has been a problem that the ignitability is lowered due to the lack of oxygen in the vicinity of the stopper.
Japanese Utility Model Publication No.59-135370 JP-A-55-96356 JP-A-57-193663 JP-A-5-60036 JP-A-5-87026 JP-A-64-36916

本発明の目的とするところは、燃料の混合気を良好に成層化できる技術を提供することである。   An object of the present invention is to provide a technique capable of satisfactorily stratifying a fuel-air mixture.

本発明においては、燃料噴射弁から噴射された燃料を帯電させ、一方で、内燃機関の気筒内の所定の領域に、帯電燃料と同極の荷電粒子を分布させ、帯電燃料と、分布した荷電粒子との間に発生する静電斥力を利用して、気筒内における燃料の混合気の成層化を図ることを最大の特徴とする。   In the present invention, the fuel injected from the fuel injection valve is charged, while charged particles having the same polarity as the charged fuel are distributed in a predetermined region in the cylinder of the internal combustion engine, and the charged fuel and the distributed charge are distributed. The greatest feature is that the mixture of fuel in the cylinder is stratified by utilizing electrostatic repulsion generated between the particles.

より詳しくは、燃料を噴射することによって内燃機関の気筒内に燃料を供給する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁によって噴射された燃料に荷電粒子を供給することにより、前記燃料を帯電させるための燃料帯電手段と、
前記気筒内の所定部分に前記帯電燃料と同極の荷電粒子を分布させ、該荷電粒子と前記帯電燃料との間に静電斥力を働かせることにより、前記気筒内に燃料の所定の濃度分布を形成させる燃料分布形成手段と、
を備えることを特徴とする。 More specifically, a fuel injection valve that supplies fuel into a cylinder of the internal combustion engine by injecting fuel;
Fuel charging means for charging the fuel by supplying charged particles to the fuel injected by the fuel injection valve;
By distributing charged particles having the same polarity as the charged fuel in a predetermined portion in the cylinder and applying an electrostatic repulsive force between the charged particles and the charged fuel, a predetermined concentration distribution of fuel in the cylinder is obtained. Fuel distribution forming means to be formed;
It is characterized by providing.

本発明によれば、静電引力によって、帯電燃料を所定箇所に集中させる場合とは異なり、帯電燃料を過度に集中させることなく分布させることができる。従って、着火性の低下を抑制しつつ、良好に成層化することができる。   According to the present invention, unlike the case where the charged fuel is concentrated at a predetermined position by electrostatic attraction, the charged fuel can be distributed without being excessively concentrated. Therefore, it is possible to satisfactorily stratify while suppressing a decrease in ignitability.

また、本発明においては、燃料分布形成手段は、内燃機関の気筒におけるピストン頂面のうち所定面積に、燃料帯電手段によって帯電された燃料と同極の荷電粒子を分布させるようにするとよい。   In the present invention, the fuel distribution forming means may distribute charged particles having the same polarity as the fuel charged by the fuel charging means over a predetermined area of the piston top surface in the cylinder of the internal combustion engine.

これにより、燃料噴射弁により噴射され、燃料帯電手段によって帯電された帯電燃料と、ピストン頂面のうち所定面積に分布した同極の荷電粒子との間に静電斥力が発生する。従って燃料噴射弁により噴射され燃料帯電手段によって帯電された帯電燃料が、ピストン頂面に付着することを抑制することができる。   As a result, electrostatic repulsive force is generated between the charged fuel injected by the fuel injection valve and charged by the fuel charging means, and charged particles of the same polarity distributed in a predetermined area on the piston top surface. Therefore, the charged fuel injected by the fuel injection valve and charged by the fuel charging means can be prevented from adhering to the piston top surface.

また、本発明においては、燃料分布形成手段は、前記内燃機関の気筒において、前記燃料帯電手段によって帯電された燃料に点火する点火栓を有し、前記燃料分布形成手段は、前記点火栓から、前記燃料帯電手段によって帯電された燃料と異極の荷電粒子を発生させることを禁止するようにするのがよい。   Further, in the present invention, the fuel distribution forming means has a spark plug for igniting the fuel charged by the fuel charging means in the cylinder of the internal combustion engine, and the fuel distribution forming means includes the spark plug, It is preferable that generation of charged particles having a polarity different from that of the fuel charged by the fuel charging means is prohibited.

すなわち、前述のように燃料帯電手段によって帯電された燃料に点火する点火栓から、帯電燃料と異極の荷電粒子が発生した場合には、帯電燃料は、発生した荷電粒子との間に静電引力が発生するために、点火栓の直近に過度に集中することになる。その結果点火栓直近の酸素の量が不足し、着火性が低下するという不具合を生じる。   That is, when charged particles different from the charged fuel are generated from the spark plug that ignites the fuel charged by the fuel charging means as described above, the charged fuel is electrostatically charged between the generated charged particles. Since the attractive force is generated, it is excessively concentrated in the immediate vicinity of the spark plug. As a result, there is a problem that the amount of oxygen in the immediate vicinity of the spark plug is insufficient and the ignitability is lowered.

しかし、本発明によれば、点火栓から、燃料帯電手段によって帯電された燃料と異極の荷電粒子を発生させることを禁止するので、帯電燃料が過度に点火栓の近傍に集中することがなく、上記したような不具合を起こすことを抑制することができる。   However, according to the present invention, it is prohibited to generate charged particles having a different polarity from the fuel charged by the fuel charging means from the spark plug, so that the charged fuel is not excessively concentrated in the vicinity of the spark plug. It is possible to suppress the occurrence of the above problems.

また、本発明においては、燃料分布形成手段は、逆に、点火栓から、燃料帯電手段によって帯電された燃料と同極の荷電粒子を発生させるようにするとよい。   In the present invention, the fuel distribution forming means may, on the contrary, generate charged particles having the same polarity as the fuel charged by the fuel charging means from the spark plug.

こうすれば、点火栓から発生した荷電粒子と、帯電燃料との間に静電斥力が発生するために、帯電燃料は、点火栓を中心に、燃料噴射弁の燃料の噴霧角を広角にした場合と同様の燃料分布を形成することが可能となる。その結果、燃焼効率を向上させることができる。   In this way, an electrostatic repulsive force is generated between the charged particles generated from the spark plug and the charged fuel, so that the charged fuel has a wide spray angle of the fuel injection valve centering on the spark plug. It becomes possible to form a fuel distribution similar to the case. As a result, combustion efficiency can be improved.

また、本発明においては、燃料分布形成手段は、燃料帯電手段によって帯電された燃料と同極の荷電粒子を、ピストン頂面において分布させる面積を変更する帯電面積変更手段を有するようにするとよい。   In the present invention, the fuel distribution forming means may include a charged area changing means for changing an area in which charged particles having the same polarity as the fuel charged by the fuel charging means are distributed on the piston top surface.

こうすれば、帯電面積変更手段によって、ピストン頂面において、燃料帯電手段により帯電された燃料と同極に帯電した領域の面積を変化させることができ、点火栓から発生する荷電粒子の発生角度に併せて、帯電燃料の分布を変更することができる。このことにより、点火栓から発生する荷電粒子の状態に応じて、帯電燃料を最適に成層化することができ、燃焼効率をさらに向上させることができる。   In this way, the charged area changing means can change the area of the area charged to the same polarity as the fuel charged by the fuel charging means on the piston top surface, and the generation angle of charged particles generated from the spark plug can be changed. In addition, the distribution of the charged fuel can be changed. Thus, the charged fuel can be optimally stratified according to the state of the charged particles generated from the spark plug, and the combustion efficiency can be further improved.

ここで、本発明においては、燃料分布形成手段は、燃料帯電手段によって帯電された燃料と同極の荷電粒子を照射する荷電粒子照射手段を有し、
燃料分布形成手段は、該荷電粒子照射手段によって前記ピストン頂面のうち所定面積に前記荷電粒子を照射することにより、ピストン頂面のうち所定面積に前記燃料帯電手段によって帯電された燃料と同極の荷電粒子を分布させ、
帯電面積変更手段は、荷電粒子照射手段による荷電粒子の照射角度を変化させることにより、燃料帯電手段によって帯電された燃料と同極の荷電粒子を、ピストン頂面において分布させる面積を変更するようにするのがよい。 Here, in the present invention, the fuel distribution forming means has charged particle irradiation means for irradiating charged particles having the same polarity as the fuel charged by the fuel charging means,
The fuel distribution forming means irradiates a predetermined area of the piston top surface with the charged particles by the charged particle irradiation means, thereby having the same polarity as the fuel charged to the predetermined area of the piston top surface by the fuel charging means. Distribute the charged particles of
The charging area changing means changes the area in which charged particles having the same polarity as the fuel charged by the fuel charging means are distributed on the piston top surface by changing the irradiation angle of the charged particles by the charged particle irradiation means. It is good to do.

すなわち、荷電粒子照射手段によって、帯電燃料と同極の荷電粒子をピストン頂面に照射することによって、ピストン頂面に帯電燃料と同極の荷電粒子を分布させる。そして、帯電面積変更手段は、荷電粒子照射手段に対する電圧の印加レベルを制御することによって、荷電粒子照射手段から照射される荷電粒子の照射角を変更し、ピストン頂面に帯電燃料と同極の荷電粒子が分布する面積を変更する。このことにより、簡単な構成で、ピストン頂面に帯電燃料と同極の荷電粒子が分布する面積を変更することができる。   That is, charged particles having the same polarity as the charged fuel are distributed on the top surface of the piston by irradiating the top surface of the piston with charged particles having the same polarity as the charged fuel. The charged area changing means changes the irradiation angle of the charged particles irradiated from the charged particle irradiation means by controlling the voltage application level to the charged particle irradiation means, and has the same polarity as the charged fuel on the piston top surface. Change the area where charged particles are distributed. This makes it possible to change the area in which charged particles having the same polarity as the charged fuel are distributed on the top surface of the piston with a simple configuration.

ここで、ピストン頂面に荷電粒子を分布させる場合には、ピストン頂面に絶縁層を形成する必要がある。さもないと、ピストン頂面に照射された荷電粒子がピストン及び、ピストンと連結されたコンロッドなどの導体を通じて移動し、ピストン頂面から消失してしまうからである。この絶縁層を形成する材料としては、その体積抵抗率が、３００℃以下の温度条件下において１×１０１１Ω・ｃｍ以上であることが望ましい。内燃機関の運転時における高温下でも、充分な絶縁性能を有する材質によって絶縁層を形成する必要があるからである。 Here, when the charged particles are distributed on the top surface of the piston, it is necessary to form an insulating layer on the top surface of the piston. Otherwise, the charged particles irradiated on the piston top surface move through the piston and a conductor such as a connecting rod connected to the piston and disappear from the piston top surface. The material forming this insulating layer preferably has a volume resistivity of 1 × 10 11 Ω · cm or more under a temperature condition of 300 ° C. or less. This is because it is necessary to form an insulating layer with a material having sufficient insulating performance even at high temperatures during operation of the internal combustion engine.

また、燃料帯電手段及び、荷電粒子照射手段については、荷電粒子を放出する荷電電極を有する構造が一般的であるが、これらの荷電電極についても、その体積抵抗率が、３００℃以下の温度条件下において１×１０１１Ω・ｃｍ以上であることが望ましい。このことにより、内燃機関の運転時における高温下でも、効率的に荷電粒子を放出させることができる。
なお、上記で説明した課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて用いることができる。 In addition, the fuel charging means and the charged particle irradiation means generally have a structure having a charged electrode that discharges charged particles. However, the temperature resistivity of these charged electrodes is a temperature condition of 300 ° C. or less. The lower limit is preferably 1 × 10 11 Ω · cm or more. As a result, charged particles can be efficiently released even at high temperatures during operation of the internal combustion engine.
Note that the means for solving the problems described above can be used in combination as much as possible.

本発明にあっては、燃料の混合気を良好に成層化することが可能となる。   In the present invention, the fuel-air mixture can be stratified satisfactorily.

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be exemplarily described in detail below with reference to the drawings.

図１は、本実施例に係る内燃機関の気筒内の概略構成を示す図である。図１に示す燃料噴射弁１は、図１には示さないシリンダヘッドに固定され、気筒内に直接燃料を噴射するように配置されている。   FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration in a cylinder of the internal combustion engine according to the present embodiment. A fuel injection valve 1 shown in FIG. 1 is fixed to a cylinder head not shown in FIG. 1 and is arranged so as to inject fuel directly into the cylinder.

この燃料噴射弁１の外郭には、絶縁層３によって絶縁された燃料帯電ピン２が固定されている。この燃料帯電ピン２の接続部２ｂは、第１の燃料噴射同期スイッチ４を介して第１の高圧電源５と接続されている。この第１の高圧電源５の電圧は、例えば１６ＫＶ程度に設定されている。また、燃料帯電ピン２の先端部２ａは、燃料噴射弁１から噴射される燃料１６の方向に向けられており、燃料噴射弁１の先端方向から見ると、燃料噴射弁１の周囲に略９０度毎に４本配置されている。ここで、燃料噴射弁１による燃料１６の噴射と同期して、第１の燃料噴射同期スイッチ４はＯＮされ、燃料帯電ピン２には、第１の高圧電源５の電圧が印加される。そして、そのことにより、本実施例においては、燃料帯電ピン２の先端部２ａからは、プラス電荷を有する荷電粒子が放出される。   A fuel charging pin 2 insulated by an insulating layer 3 is fixed to the outer shell of the fuel injection valve 1. The connecting portion 2 b of the fuel charging pin 2 is connected to the first high-voltage power supply 5 via the first fuel injection synchronous switch 4. The voltage of the first high-voltage power supply 5 is set to about 16 KV, for example. Further, the tip end portion 2 a of the fuel charging pin 2 is directed in the direction of the fuel 16 injected from the fuel injection valve 1. When viewed from the tip end direction of the fuel injection valve 1, approximately 90 around the fuel injection valve 1. Four are arranged for each degree. Here, in synchronization with the injection of the fuel 16 by the fuel injection valve 1, the first fuel injection synchronization switch 4 is turned ON, and the voltage of the first high-voltage power supply 5 is applied to the fuel charging pin 2. As a result, in the present embodiment, charged particles having a positive charge are released from the tip 2a of the fuel charging pin 2.

また、本実施例における気筒には、点火栓１４が配置されている。この点火栓１４は、所定時期にスパークを発生させることにより、燃料噴射弁１から噴射され、燃焼室内に分布する燃料に点火して燃焼させる。また、この点火栓１４は、放電電極１４ａが、プラスに帯電するように設定されており、この点火栓１４の放電電極１４ａからは、プラスの電荷を持つ荷電粒子が放出される。また、点火栓１４の、燃料噴射弁１に対して反対側には、照射ピン１２が備えられている。この照射ピン１２は、第２の燃料噴射同期スイッチ１１を介して、第２の高圧電源１０と電気的に接続されており、第２の燃料噴射同期スイッチ１１が、燃料噴射弁１による燃料噴射と同期してＯＮしたときには、後述するピストン８に対して、プラス電荷を有する荷電粒子を照射する。   Further, a spark plug 14 is arranged in the cylinder in this embodiment. The spark plug 14 generates a spark at a predetermined time, thereby igniting and burning the fuel injected from the fuel injection valve 1 and distributed in the combustion chamber. The ignition plug 14 is set so that the discharge electrode 14a is positively charged, and charged particles having a positive charge are emitted from the discharge electrode 14a of the ignition plug 14. An irradiation pin 12 is provided on the side of the spark plug 14 opposite to the fuel injection valve 1. The irradiation pin 12 is electrically connected to the second high-voltage power supply 10 via the second fuel injection synchronization switch 11, and the second fuel injection synchronization switch 11 is configured to perform fuel injection by the fuel injection valve 1. When the power is turned on in synchronism with the above, charged particles having a positive charge are irradiated onto a piston 8 described later.

また、図１において、燃料噴射弁１と対向する位置には、ピストン８が配置されている。このピストン８の頂面には、誘電体層９が形成されており、照射ピン１２から、ピストン８に照射された荷電粒子が、この誘電体層９上に分布し、誘電体層９を帯電させる構成となっている。なお、この誘電体層９は、３００℃の温度条件下でも、１×１０１１Ω・ｃｍ以上の体積抵抗率を有する高抵抗材料によって形成されている。具体的にはボロンと窒化珪素をほぼ同等に配合、焼結したＢＮＸ−ＳiＮＸが用いられている。 In FIG. 1, a piston 8 is disposed at a position facing the fuel injection valve 1. A dielectric layer 9 is formed on the top surface of the piston 8, and charged particles irradiated on the piston 8 from the irradiation pin 12 are distributed on the dielectric layer 9 to charge the dielectric layer 9. It is the composition which makes it. The dielectric layer 9 is formed of a high resistance material having a volume resistivity of 1 × 10 11 Ω · cm or more even under a temperature condition of 300 ° C. Specifically, BN X -SiN X in which boron and silicon nitride are mixed and sintered almost equally is used.

なお、気筒内温度が高温にならない場合には、誘電体層９の材料としてＰＴＦＴ（ポリテトラフルオロエチレン）を用いても良い。この材料は、２００℃以下の温度条件下では、充分な体積抵抗率を有する。また、誘電体層９と、ピストン８の間には、線膨張係数が両者の中間の値を示す緩衝層（図示せず）を設けることが望ましい。この緩衝層を設けることにより、気筒内の温度変化による誘電体層９の割れなどを抑制することができる。   Note that PTFT (polytetrafluoroethylene) may be used as the material of the dielectric layer 9 when the in-cylinder temperature does not become high. This material has a sufficient volume resistivity under a temperature condition of 200 ° C. or less. Further, it is desirable to provide a buffer layer (not shown) between the dielectric layer 9 and the piston 8 whose linear expansion coefficient has an intermediate value between the two. By providing this buffer layer, cracking of the dielectric layer 9 due to a temperature change in the cylinder can be suppressed.

なお、本実施例において、燃料帯電手段は、燃料帯電ピン２、第１の燃料噴射同期スイッチ４及び、第１の高圧電源５を含んで構成され、荷電粒子照射手段は、照射ピン１２、第２の燃料噴射同期スイッチ１１及び、第２の高圧電源１０を含んで構成される。また、特に燃料帯電ピン２及び、照射ピン１２は、荷電電極として機能する。   In the present embodiment, the fuel charging means includes a fuel charging pin 2, a first fuel injection synchronous switch 4, and a first high-voltage power supply 5. The charged particle irradiation means includes an irradiation pin 12, 2 fuel injection synchronous switches 11 and a second high-voltage power supply 10. In particular, the fuel charging pin 2 and the irradiation pin 12 function as charging electrodes.

次に、図２を用いて、上記の燃料噴射弁１によって燃料１６が噴射されてからの作用について説明する。図２は、本実施例において燃料噴射弁１から噴射された燃料１６の挙動について説明した図である。   Next, the operation after the fuel 16 is injected by the fuel injection valve 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram for explaining the behavior of the fuel 16 injected from the fuel injection valve 1 in the present embodiment.

本実施例において、燃料噴射弁１から燃料１６が噴射されると、その燃料噴射と同期して、第１の燃料噴射同期スイッチ４がＯＮする。そして、第１の高圧電源５の電圧が燃料帯電ピン２に印加されることにより、先端部２ａからプラス電荷を有する荷電粒子６が放出される。そして、その荷電粒子６は噴射された燃料１６に供給され、噴射された燃料１６は図２（ａ）に示すようにプラスに帯電する。ここで、ガソリン及び、軽油などの燃料は、１×１０１３Ω・ｃｍ程度の高い体積抵抗率を有するので、容易に帯電される。 In this embodiment, when the fuel 16 is injected from the fuel injection valve 1, the first fuel injection synchronization switch 4 is turned on in synchronization with the fuel injection. Then, when the voltage of the first high-voltage power supply 5 is applied to the fuel charging pin 2, charged particles 6 having a positive charge are released from the tip 2a. The charged particles 6 are supplied to the injected fuel 16, and the injected fuel 16 is positively charged as shown in FIG. Here, fuel such as gasoline and light oil has a high volume resistivity of about 1 × 10 13 Ω · cm, and is easily charged.

帯電した燃料粒子７（以下、「帯電燃料７」とする）は、上記のようにプラスに帯電しているため、帯電燃料７同士の間に静電斥力が作用し、図２（ｂ）に示すように、直近の帯電燃料７同士が衝突し合う。そして、このことにより帯電燃料７の微粒子化が促進される。   Since the charged fuel particles 7 (hereinafter referred to as “charged fuel 7”) are positively charged as described above, an electrostatic repulsive force acts between the charged fuels 7, and FIG. As shown, the latest charged fuels 7 collide with each other. This promotes the formation of fine particles of the charged fuel 7.

一方、燃料噴射弁１からの燃料噴射に同期して、第２の燃料噴射同期スイッチ１１もＯＮし、照射ピン１２に第２の高圧電源１０の電圧が印加される。その結果、燃料噴射弁１からの燃料噴射に同期して、照射ピン１２から、プラスの電荷を持つ荷電粒子１３が発生し、ピストン８の頂面に照射される。ピストン８の頂面には、前述のように誘電体層９が設けられているので、照射ピン１２から照射された荷電粒子１３は、誘電体層９の上に分布して滞在する。   On the other hand, in synchronization with fuel injection from the fuel injection valve 1, the second fuel injection synchronization switch 11 is also turned ON, and the voltage of the second high-voltage power supply 10 is applied to the irradiation pin 12. As a result, in synchronization with the fuel injection from the fuel injection valve 1, charged particles 13 having a positive charge are generated from the irradiation pin 12 and are irradiated onto the top surface of the piston 8. Since the dielectric layer 9 is provided on the top surface of the piston 8 as described above, the charged particles 13 irradiated from the irradiation pin 12 are distributed and stay on the dielectric layer 9.

この状態で、燃料噴射弁１によって噴射され、燃料帯電ピン２からの荷電粒子６の供給を受けてプラスに帯電した帯電燃料７が、やはりプラスの荷電粒子１３が分布することによりプラスに帯電したピストン８の頂面に接近すると、ここでも静電斥力が発生し、図２（ｃ）に示すように、帯電燃料７の、ピストン８の頂面への付着が防止されるとともに、帯電燃料７は、ピストン８の頂面から離れるように移動する。その結果、帯電燃料７は、気筒内でピストン９の頂面から離れた領域に適宜集合して分布するようになり、成層化が促進される。   In this state, the charged fuel 7 injected by the fuel injection valve 1 and charged positively by the supply of the charged particles 6 from the fuel charging pin 2 is charged positively due to the distribution of the positive charged particles 13. When approaching the top surface of the piston 8, electrostatic repulsion is also generated here, and as shown in FIG. 2C, the charged fuel 7 is prevented from adhering to the top surface of the piston 8, and the charged fuel 7. Moves away from the top surface of the piston 8. As a result, the charged fuel 7 is appropriately gathered and distributed in a region away from the top surface of the piston 9 in the cylinder, and stratification is promoted.

さらに、本実施例では、点火栓１４からはプラスの電荷を持つ荷電粒子１５を発生させている。従って、上記のようにピストン８の頂面に分布した荷電粒子１３との間で発生した静電斥力によって点火栓１４に向かった帯電燃料７は、点火栓１４から発生した荷電粒子１５との間に発生する静電斥力によって、点火栓１４直近に過度に集中することはない。   Further, in the present embodiment, charged particles 15 having a positive charge are generated from the spark plug 14. Accordingly, the charged fuel 7 directed toward the spark plug 14 due to the electrostatic repulsion generated between the charged particles 13 distributed on the top surface of the piston 8 as described above is connected to the charged particles 15 generated from the spark plug 14. Due to the electrostatic repulsive force generated on the spark plug 14, it is not excessively concentrated in the immediate vicinity of the spark plug 14.

以上、説明したように、本実施例においては、燃料噴射弁１から噴射された燃料１６に、燃料帯電ピン２から荷電粒子６を供給して燃料１６を帯電させることにより、帯電燃料７同士に発生する静電斥力を利用して燃料の微粒化を促進する。   As described above, in the present embodiment, the charged particles 7 are charged to each other by supplying charged particles 6 from the fuel charging pins 2 to the fuel 16 injected from the fuel injection valve 1 to charge the fuel 16. Fuel atomization is promoted by using the generated electrostatic repulsive force.

また、ピストン８の頂面に、帯電燃料７と同極の荷電粒子１３を分布させることにより、ピストン８の頂面と帯電燃料７との間に静電斥力を発生させ、帯電燃料７のピストン８の頂面への付着を防止するとともに、ピストン８の頂面から離れた場所に帯電燃料７を適宜集合して分布させ、成層化を促進することができる。   Further, by distributing charged particles 13 having the same polarity as the charged fuel 7 on the top surface of the piston 8, an electrostatic repulsive force is generated between the top surface of the piston 8 and the charged fuel 7, and the piston of the charged fuel 7. 8 can be prevented from adhering to the top surface, and the charged fuel 7 can be appropriately gathered and distributed at a location away from the top surface of the piston 8 to promote stratification.

ここで、ピストン８の頂面への帯電燃料７の付着を抑制できる結果、ピストン８の頂面に付着した燃料が気筒内の熱によって樹脂化し、デポジットとして堆積することを抑制できる。よって、気筒内の熱伝導率が低下することが抑制され、気筒内が過度に昇温することを抑制することができる。この結果、気筒内の過度な昇温によって予定外の自着火が生じることを抑制することができる。   Here, as a result of suppressing the adhesion of the charged fuel 7 to the top surface of the piston 8, it is possible to suppress the fuel adhering to the top surface of the piston 8 from being resinized by the heat in the cylinder and being deposited as a deposit. Therefore, it can suppress that the heat conductivity in a cylinder falls, and can suppress that the temperature inside a cylinder rises too much. As a result, it is possible to suppress the occurrence of unscheduled self-ignition due to excessive temperature rise in the cylinder.

また、ピストン８の頂面に堆積したデポジットによって、気筒の実容積が変化する不具合を抑制することができる。さらに、堆積したデポジットに後から噴射された燃料が吸収されることにより燃費が悪化する不具合や、デポジットに吸収された燃料が放出されることにより始動時にエミッションが悪化するなどの不具合も抑制することができる。   In addition, the deposit accumulated on the top surface of the piston 8 can suppress a problem that the actual volume of the cylinder changes. Furthermore, it is possible to suppress problems such as fuel consumption worsening due to absorption of fuel injected later into the deposited deposit and problems such as worsening emissions at start-up due to fuel absorbed in the deposit being released. Can do.

さらに本実施例においては、点火栓１４から、帯電燃料７と同極の荷電粒子１５を発生するので、点火栓１４の直近に過度に帯電燃料７が集中することない。従って点火栓１４の直近に過度に帯電燃料７が集中することによる、着火性の低下を抑制することができ、スモークの発生を抑制することができる。それと同時に点火栓１４の直近に、過度に集中することなく燃料を分布させ、良好に成層化することができる。   Furthermore, in the present embodiment, since the charged particles 15 having the same polarity as the charged fuel 7 are generated from the spark plug 14, the charged fuel 7 does not excessively concentrate in the immediate vicinity of the spark plug 14. Accordingly, it is possible to suppress a decrease in ignitability due to excessive concentration of the charged fuel 7 in the immediate vicinity of the spark plug 14, and it is possible to suppress the occurrence of smoke. At the same time, fuel can be distributed in the immediate vicinity of the spark plug 14 without being excessively concentrated and stratified satisfactorily.

また、こうすれば、点火栓１４から発生する、帯電燃料７と同極の荷電粒子１５と、気筒内に分布した帯電燃料７との間に静電斥力が発生するので、点火栓１４から発生した荷電粒子１５の運動に伴って、帯電燃料７も気筒内で運動する。結果として、気筒内に静電斥力によるスワールが発生するという効果も生じる。この結果、気筒内における燃料の混合気の成層化をさらに促進することができる。   In this case, electrostatic repulsive force is generated between the charged fuel 15 having the same polarity as the charged fuel 7 and the charged fuel 7 distributed in the cylinder, which is generated from the spark plug 14. With the movement of the charged particles 15, the charged fuel 7 also moves in the cylinder. As a result, there is an effect that a swirl due to electrostatic repulsion is generated in the cylinder. As a result, stratification of the fuel-air mixture in the cylinder can be further promoted.

さらに、点火栓１４の直近に帯電燃料７が集中した場合、帯電燃料７同士の間隔が急激に狭くなることにより、逆に帯電燃料７間に急激に静電斥力が発生する場合があった。この結果、帯電燃料７が、吸引される点火栓１４の方向とは別の方向に移動して気筒の壁面に付着したり、過度に燃料の微粒化が進み逆に燃料効率が低下するなどの不具合が生じることがあった。しかし、本実施例においてはそのような不具合を抑制することができる。   Furthermore, when the charged fuel 7 is concentrated in the immediate vicinity of the spark plug 14, the interval between the charged fuels 7 is abruptly narrowed, so that an electrostatic repulsive force may be suddenly generated between the charged fuels 7. As a result, the charged fuel 7 moves in a direction different from the direction of the spark plug 14 to be sucked and adheres to the cylinder wall surface, or the atomization of the fuel progresses excessively and the fuel efficiency decreases. There was a problem. However, in this embodiment, such a problem can be suppressed.

なお、本実施例において、燃料帯電ピン２に第１の高圧電源５の電圧を印加する場合には、所定周波数の高周波を重畳させて印加してもよい。こうすることにより、燃料帯電ピン２に電流が流れる際に、その電流を高周波の交流とし、表皮効果をより効果的に利用することができる。すなわち、燃料帯電ピン２の先端部２ａにおいて、表面における電流密度をより高くすることにより、いわゆるコロナ放電を発生させ易くし、低消費電力で高密度の荷電粒子６を発生させることが可能になる。   In the present embodiment, when the voltage of the first high-voltage power supply 5 is applied to the fuel charging pin 2, a high frequency of a predetermined frequency may be superimposed and applied. By doing so, when a current flows through the fuel charging pin 2, the current can be used as a high-frequency alternating current, and the skin effect can be used more effectively. That is, by increasing the current density at the surface of the tip 2a of the fuel charging pin 2, so-called corona discharge can be easily generated, and high-density charged particles 6 can be generated with low power consumption. .

また、本実施例において、第２の高圧電源１０から照射ピン１２に印加する電圧を上昇させることにより、照射ピン１２から照射される荷電粒子１３の照射角度を広くすることができる。このことにより、ピストン８の頂面に形成された誘電体層９において荷電粒子１３が分布する面積を拡大することができる。逆に、照射ピン１２に印加する電圧を下降させることにより、誘電体層９において荷電粒子１３が分布する面積を縮小することができる。   In the present embodiment, the irradiation angle of the charged particles 13 irradiated from the irradiation pin 12 can be widened by increasing the voltage applied to the irradiation pin 12 from the second high-voltage power supply 10. As a result, the area where the charged particles 13 are distributed in the dielectric layer 9 formed on the top surface of the piston 8 can be enlarged. Conversely, by lowering the voltage applied to the irradiation pin 12, the area where the charged particles 13 are distributed in the dielectric layer 9 can be reduced.

このことにより、点火栓１４から発生する荷電粒子１５の発生角度等に併せて、帯電燃料７の分布を変更することができる。このことにより、点火栓１４から発生する荷電粒子１５の状態に応じて、帯電燃料７を最適に成層化することができ、燃焼効率をさらに向上させることができる。この場合、第２の高圧電源１０及び、照射ピン１２は、帯電面積変更手段を構成する。   Thereby, the distribution of the charged fuel 7 can be changed in accordance with the generation angle of the charged particles 15 generated from the spark plug 14. Thereby, the charged fuel 7 can be optimally stratified according to the state of the charged particles 15 generated from the spark plug 14, and the combustion efficiency can be further improved. In this case, the second high-voltage power supply 10 and the irradiation pin 12 constitute a charging area changing unit.

次に実施例２について説明する。本実施例における内燃機関の吸気弁付近の概略構成について図３に示す。ここでは、実施例１と異なる構成についてのみ説明する。実施例１と同じ構成については同じ符号を用いる。   Next, Example 2 will be described. FIG. 3 shows a schematic configuration in the vicinity of the intake valve of the internal combustion engine in the present embodiment. Here, only the configuration different from the first embodiment will be described. The same reference numerals are used for the same configurations as those in the first embodiment.

本実施例は、内燃機関の気筒における吸気マニホールド３０に燃料噴射弁３１及び、燃料帯電ピン３２を配置した変形例である。また、本実施例においては、燃料帯電ピン３２から発生する荷電粒子３６は、マイナス電荷を有しており、燃料噴射弁３１から噴射される燃料３８をマイナスに帯電させる。また、本実施例では、照射ピン１２及び、点火栓１４からも、マイナス電荷を有する荷電粒子を発生させる。   This embodiment is a modification in which a fuel injection valve 31 and a fuel charging pin 32 are arranged on an intake manifold 30 in a cylinder of an internal combustion engine. In this embodiment, the charged particles 36 generated from the fuel charging pin 32 have a negative charge, and charge the fuel 38 injected from the fuel injection valve 31 to a negative value. Further, in the present embodiment, charged particles having a negative charge are also generated from the irradiation pin 12 and the spark plug 14.

図３においては、燃料噴射弁３１及び、その外郭に取り付けられた燃料帯電ピン３２は、シリンダヘッド２４に取り付けられており、燃料噴射弁３１の噴口及び、燃料帯電ピン３２の先端部３２ａは吸気マニホールド３０内に突出して固定されている。また、燃料噴射弁３１の近傍のシリンダヘッド２４には、バルブステムガイド２２が固定されており、このバルブステムガイド２２には、吸気弁２０が摺動可能に取り付けられている。また、吸気弁２０の先端の弁体近傍には、吸気弁２０の閉弁動作によって密閉される、気筒への開口部を有するバルブシート２６が設けられている。   In FIG. 3, the fuel injection valve 31 and the fuel charging pin 32 attached to the outer periphery of the fuel injection valve 31 are attached to the cylinder head 24, and the injection port of the fuel injection valve 31 and the tip end portion 32 a of the fuel charging pin 32 are intake air. It protrudes into the manifold 30 and is fixed. A valve stem guide 22 is fixed to the cylinder head 24 in the vicinity of the fuel injection valve 31, and the intake valve 20 is slidably attached to the valve stem guide 22. Further, in the vicinity of the valve body at the tip of the intake valve 20, a valve seat 26 having an opening to the cylinder that is sealed by the valve closing operation of the intake valve 20 is provided.

また、本実施例においては、吸気弁２０の表面及び、吸気マニホールド３０の内壁面の、帯電燃料３７の通過する領域には、ＰＴＦＥがコートされている。このＰＴＦＥは、摩擦によってマイナスに帯電し易い材質としても知られている。本実施例においては、燃料噴射弁３１から噴射された燃料３８は、燃料帯電ピン３２から供給されたマイナス電荷を有する荷電粒子３６によってマイナスに帯電する。そして、この帯電燃料３７が、気筒内へ移動する際には、ＰＴＦＥがコートされている部分は、マイナスに帯電しているので、帯電燃料３７は、その帯電電位がさらに上昇するとともに、両者の間には静電斥力が発生する。   In the present embodiment, PTFE is coated on the surface of the intake valve 20 and the inner wall surface of the intake manifold 30 through which the charged fuel 37 passes. This PTFE is also known as a material that tends to be negatively charged by friction. In the present embodiment, the fuel 38 injected from the fuel injection valve 31 is negatively charged by the charged particles 36 having a negative charge supplied from the fuel charging pin 32. When the charged fuel 37 moves into the cylinder, the portion coated with PTFE is negatively charged, so that the charged potential of the charged fuel 37 further increases, In the meantime, electrostatic repulsion occurs.

従って、帯電燃料３７の、吸気弁２０及び、吸気マニホールド３０の内壁面への付着を抑制することができ、高い効率で気筒の燃焼室内に帯電燃料３７を導くことができる。   Accordingly, the charged fuel 37 can be prevented from adhering to the inner wall surfaces of the intake valve 20 and the intake manifold 30, and the charged fuel 37 can be guided into the combustion chamber of the cylinder with high efficiency.

本発明の実施例１における内燃機関の気筒内の概略構成について示す図である。It is a figure shown about the schematic structure in the cylinder of the internal combustion engine in Example 1 of this invention. 本発明の実施例１において燃料噴射弁から噴射された燃料の挙動につて説明した図である。It is the figure explaining the behavior of the fuel injected from the fuel injection valve in Example 1 of this invention. 本発明の実施例２における内燃機関の吸気弁付近の概略構成について示す図である。It is a figure shown about schematic structure near the intake valve of the internal combustion engine in Example 2 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１、３１・・・燃料噴射弁
２、３２・・・燃料帯電ピン
２ａ、３２ａ・・・先端部
２ｂ、３２ｂ・・・接続部
３、３３・・・絶縁層
４、３４・・・第１の燃料噴射同期スイッチ
５、３５・・・第１の高圧電源
６、３６・・・荷電粒子
７、３７・・・帯電燃料
８・・・ピストン
９・・・誘電体層
１０・・・第２の高圧電源
１１・・・第２の燃料噴射同期スイッチ
１２・・・照射ピン
１３・・・荷電粒子
１４・・・点火栓
１４ａ・・・放電電極
１５・・・荷電粒子
１６、３８・・・燃料
１８、２８・・・誘電体層
２０・・・吸気弁
２２・・・バルブステムガイド
２４・・・シリンダヘッド
２６・・・バルブシート
３０・・・吸気マニホールド
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 31 ... Fuel injection valve 2, 32 ... Fuel charging pin 2a, 32a ... Tip part 2b, 32b ... Connection part 3, 33 ... Insulating layer 4, 34 ... 1st Fuel injection synchronous switch 5, 35 ... first high-voltage power source 6, 36 ... charged particles 7, 37 ... charged fuel 8 ... piston 9 ... dielectric layer 10 ... second High voltage power source 11 ... second fuel injection synchronous switch 12 ... irradiation pin 13 ... charged particle 14 ... ignition plug 14a ... discharge electrode 15 ... charged particle 16, 38 ... Fuel 18, 28 ... Dielectric layer 20 ... Intake valve 22 ... Valve stem guide 24 ... Cylinder head 26 ... Valve seat 30 ... Intake manifold

Claims (10)

燃料を噴射することによって内燃機関の気筒内に燃料を供給する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁によって噴射された燃料に荷電粒子を供給することにより、前記燃料を帯電させる燃料帯電手段と
前記気筒内の所定部分に前記帯電された燃料と同極の荷電粒子を分布させ、該荷電粒子と前記帯電した燃料との間に静電斥力を働かせることにより、前記気筒内に燃料の所定の濃度分布を形成させる燃料分布形成手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関。 A fuel injection valve for supplying fuel into a cylinder of the internal combustion engine by injecting fuel;
By supplying charged particles to the fuel injected by the fuel injection valve, fuel charging means for charging the fuel, and charged particles having the same polarity as the charged fuel are distributed in a predetermined portion in the cylinder, Fuel distribution forming means for forming a predetermined concentration distribution of fuel in the cylinder by applying an electrostatic repulsive force between charged particles and the charged fuel;
An internal combustion engine comprising: 前記燃料分布形成手段は、前記内燃機関の気筒におけるピストン頂面のうち所定面積に、前記燃料帯電手段によって帯電された燃料と同極の荷電粒子を分布させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。   2. The fuel distribution forming unit distributes charged particles having the same polarity as the fuel charged by the fuel charging unit over a predetermined area of a piston top surface in a cylinder of the internal combustion engine. Internal combustion engine. 前記燃料分布形成手段は、前記内燃機関の気筒において、前記燃料帯電手段によって帯電された燃料に点火する点火栓を有し、
前記燃料分布形成手段は、前記点火栓から、前記燃料帯電手段によって帯電された燃料と異極の荷電粒子を発生させることを禁止することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。 The fuel distribution forming means has a spark plug for igniting the fuel charged by the fuel charging means in the cylinder of the internal combustion engine,
3. The internal combustion engine according to claim 2, wherein the fuel distribution forming unit prohibits generation of charged particles having a polarity different from that of the fuel charged by the fuel charging unit from the ignition plug. 前記燃料分布形成手段は、前記内燃機関の気筒において、前記燃料帯電手段によって帯電された燃料に点火する点火栓を有し、
前記燃料分布形成手段は、前記点火栓から、前記燃料帯電手段によって帯電された燃料と同極の荷電粒子を発生させることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。 The fuel distribution forming means has a spark plug for igniting the fuel charged by the fuel charging means in the cylinder of the internal combustion engine,
The internal combustion engine according to claim 2, wherein the fuel distribution forming unit generates charged particles having the same polarity as the fuel charged by the fuel charging unit from the ignition plug. 前記燃料分布形成手段は、前記点火栓から、前記燃料帯電手段によって帯電された燃料と同極の荷電粒子を発生させることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。   The internal combustion engine according to claim 3, wherein the fuel distribution forming unit generates charged particles having the same polarity as the fuel charged by the fuel charging unit from the ignition plug. 前記燃料分布形成手段は、前記燃料帯電手段によって帯電された燃料と同極の荷電粒子を、前記ピストン頂面において分布させる面積を変更する帯電面積変更手段をさらに有することを特徴とする請求項２から５の何れかに記載の内燃機関。   3. The fuel distribution forming means further comprises a charged area changing means for changing an area in which charged particles having the same polarity as the fuel charged by the fuel charging means are distributed on the top surface of the piston. 6. An internal combustion engine according to any one of 5 to 5. 前記燃料分布形成手段は、前記燃料帯電手段によって帯電された燃料と同極の荷電粒子を照射する荷電粒子照射手段をさらに有し、
前記燃料分布形成手段は、該荷電粒子照射手段によって前記ピストン頂面のうち所定面積に前記荷電粒子を照射することにより、該ピストン頂面のうち所定面積に前記燃料帯電手段によって帯電された燃料と同極の荷電粒子を分布させ、
前記帯電面積変更手段は、前記荷電粒子照射手段による前記荷電粒子の照射角度を変化させることにより、前記燃料帯電手段によって帯電された燃料と同極の荷電粒子を、前記ピストン頂面において分布させる面積を変更することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関。 The fuel distribution forming means further includes charged particle irradiation means for irradiating charged particles having the same polarity as the fuel charged by the fuel charging means,
The fuel distribution forming means irradiates a predetermined area of the piston top surface with the charged particles by the charged particle irradiation means, whereby the fuel charged to the predetermined area of the piston top surface by the fuel charging means and Distribute charged particles of the same polarity,
The charged area changing means changes an irradiation angle of the charged particles by the charged particle irradiating means, thereby distributing charged particles having the same polarity as the fuel charged by the fuel charging means on the top surface of the piston. The internal combustion engine according to claim 6, wherein: 前記燃料分布形成手段は、前記ピストン頂面に形成された絶縁層をさらに有し、該絶縁層の体積抵抗率は、該絶縁層の温度が３００℃以下の温度条件において１×１０１１Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする請求項２から７の何れかに記載の内燃機関。 The fuel distribution forming means further includes an insulating layer formed on the top surface of the piston, and the volume resistivity of the insulating layer is 1 × 10 11 Ω · under a temperature condition where the temperature of the insulating layer is 300 ° C. or less. The internal combustion engine according to any one of claims 2 to 7, wherein the internal combustion engine is not less than cm. 前記燃料帯電手段は、荷電粒子を放出する荷電電極を有し、該荷電電極の体積抵抗率は、該荷電電極の温度が３００℃以下の温度条件において１×１０１１Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の内燃機関。 The fuel charging means has a charged electrode that emits charged particles, and the volume resistivity of the charged electrode is 1 × 10 11 Ω · cm or more under a temperature condition where the temperature of the charged electrode is 300 ° C. or less. The internal combustion engine according to claim 1, wherein: 前記荷電粒子照射手段は、荷電粒子を放出する荷電電極を有し、該荷電電極の体積抵抗率は、該荷電電極の温度が３００℃以下の温度条件において１×１０１１Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関。 The charged particle irradiation means has a charged electrode that emits charged particles, and the volume resistivity of the charged electrode is 1 × 10 11 Ω · cm or more under a temperature condition where the temperature of the charged electrode is 300 ° C. or less. The internal combustion engine according to claim 7.
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JP2016065501A (en) * 2014-09-25 2016-04-28 株式会社デンソー Fuel supply apparatus and fuel supply apparatus control method

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