JP2009191732A - Plasma jet ignition internal combustion engine - Google Patents

Plasma jet ignition internal combustion engine Download PDF

Info

Publication number
JP2009191732A
JP2009191732A JP2008033277A JP2008033277A JP2009191732A JP 2009191732 A JP2009191732 A JP 2009191732A JP 2008033277 A JP2008033277 A JP 2008033277A JP 2008033277 A JP2008033277 A JP 2008033277A JP 2009191732 A JP2009191732 A JP 2009191732A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cylinder
mixture
plasma jet
fuel
internal combustion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2008033277A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tatsuo Kobayashi
辰夫 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2008033277A priority Critical patent/JP2009191732A/en
Publication of JP2009191732A publication Critical patent/JP2009191732A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • 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
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To sufficiently improve ignitability of air-fuel mixture by extending flying distance of plasma jet further in a plasma jet ignition internal combustion engine. <P>SOLUTION: This engine is provided with an ignition device 1 arranged around a cylinder upper part. The ignition device injects plasma 1a toward a side where the ignition device is not positioned in the cylinder. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、プラズマジェット点火内燃機関に関する。   The present invention relates to a plasma jet ignition internal combustion engine.

点火プラグは、気筒内の混合気を一点で着火させるものであるために、それほど高い着火性を有していない。これに対して、プラズマを噴射する点火装置は、プラズマジェットにより気筒内の混合気を多点で着火させることができるために、点火プラグに比較して高い着火性を有している。   Since the spark plug ignites the air-fuel mixture in the cylinder at a single point, it does not have a very high ignitability. In contrast, an ignition device that injects plasma can ignite an air-fuel mixture in a cylinder at multiple points by a plasma jet, and therefore has higher ignitability than an ignition plug.

このような点火装置を備えるプラズマジェット点火内燃機関において、点火装置を気筒上部略中心に配置し、混合気の点火に際して斜め下方向にシリンダボアへ向けてプラズマを噴射することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。   In a plasma jet ignition internal combustion engine provided with such an ignition device, it has been proposed that the ignition device is disposed substantially at the center of the upper part of the cylinder and that plasma is injected obliquely downward toward the cylinder bore when the air-fuel mixture is ignited (for example, , See Patent Document 1).

特開２００５−３３７１０９JP 2005-337109 A 特開平６−６６２３６JP-A-6-66236 特開平６−６８９５２JP-A-6-68952 特開２００７−１４１７８５JP2007-141785A

プラズマジェットは、気筒内を飛行中に接触する混合気を良好に着火させることができるが、ピストン又はシリンダボアのような接地部位に衝突すると、プラズマ中の電子が吸収されると共にプラズマ自身が冷却されるために、混合気の着火性が著しく低下する。   The plasma jet can ignite the air-fuel mixture in contact with the inside of the cylinder during flight, but when it collides with a grounded part such as a piston or cylinder bore, the electrons in the plasma are absorbed and the plasma itself is cooled. For this reason, the ignitability of the air-fuel mixture is significantly reduced.

前述のプラズマジェット点火内燃機関は、圧縮行程末期の点火時期における接地部位までのプラズマジェットの飛行距離を、気筒上部略中心の点火装置からシリンダボアまでとしているために、点火装置から略真下にピストン頂面に向けてプラズマを噴射する場合に比較して長くすることができ、その分、混合気の着火性を向上させることができる。しかしながら、プラズマジェットの飛行距離は、それほど長くはなっておらず、混合気の着火性を十分に向上させることはできない。   In the above-described plasma jet ignition internal combustion engine, since the flight distance of the plasma jet to the ground contact portion at the ignition timing at the end of the compression stroke is from the ignition device at the center of the upper part of the cylinder to the cylinder bore, the piston top is almost directly below the ignition device. This can be made longer than in the case of injecting plasma toward the surface, and the ignitability of the air-fuel mixture can be improved accordingly. However, the flight distance of the plasma jet is not so long, and the ignitability of the air-fuel mixture cannot be improved sufficiently.

従って、本発明の目的は、プラズマジェット点火内燃機関において、プラズマジェットの飛行距離をさらに延長して混合気の着火性を十分に向上させることである。   Accordingly, an object of the present invention is to further improve the ignitability of the air-fuel mixture by further extending the flight distance of the plasma jet in a plasma jet ignition internal combustion engine.

本発明による請求項１に記載のプラズマジェット点火内燃機関は、気筒上部周囲に配置された点火装置を具備し、前記点火装置は、気筒内の前記点火装置が位置していない側へ向けてプラズマを噴射することを特徴とする。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a plasma jet ignition internal combustion engine comprising an ignition device disposed around an upper part of a cylinder, wherein the ignition device is directed toward a side of the cylinder where the ignition device is not located. It is characterized by injecting.

本発明による請求項２に記載のプラズマジェット点火内燃機関は、請求項１に記載のプラズマジェット点火内燃機関において、前記点火装置は、気筒上部周囲の吸気弁側に配置され、気筒内の排気弁側へ向けてプラズマを噴射することを特徴とする。   A plasma jet ignition internal combustion engine according to a second aspect of the present invention is the plasma jet ignition internal combustion engine according to the first aspect, wherein the ignition device is disposed on an intake valve side around a cylinder upper portion, and an exhaust valve in the cylinder. It is characterized by injecting plasma toward the side.

本発明による請求項３に記載のプラズマジェット点火内燃機関は、請求項２に記載のプラズマジェット点火内燃機関において、吸気ポートから供給される吸気によって気筒内に吸気弁側を下降して排気弁側を上昇する縦旋回流を形成し、前記縦旋回流によって前記点火装置を冷却することを特徴とする。   The plasma jet ignition internal combustion engine according to claim 3 according to the present invention is the plasma jet ignition internal combustion engine according to claim 2, wherein the intake valve side is lowered into the cylinder by the intake air supplied from the intake port. A vertical swirling flow rising up is formed, and the ignition device is cooled by the vertical swirling flow.

本発明による請求項４に記載のプラズマジェット点火内燃機関は、請求項１に記載のプラズマジェット点火内燃機関において、気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁を具備し、気筒内に形成されている均質混合気内へ圧縮行程後半において前記燃料噴射弁により燃料を噴射して気筒内の一部に成層混合気を形成し、前記成層混合気を前記点火装置により噴射するプラズマによって着火させ、前記成層混合気の燃焼により圧力及び温度を上昇させて前記均質混合気を自着火燃焼させることを特徴とする。   A plasma jet ignition internal combustion engine according to a fourth aspect of the present invention is the plasma jet ignition internal combustion engine according to the first aspect, comprising a fuel injection valve for directly injecting fuel into the cylinder, and formed in the cylinder. In the latter half of the compression stroke, fuel is injected by the fuel injection valve to form a stratified mixture in a part of the cylinder, and the stratified mixture is ignited by plasma injected by the ignition device. The homogeneous mixture is self-ignited and burned by increasing the pressure and temperature by burning the stratified mixture.

本発明による請求項５に記載のプラズマジェット点火内燃機関は、請求項１に記載のプラズマジェット点火内燃機関において、気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁を具備し、気筒内に形成されている均質混合気内へ圧縮行程後半において前記燃料噴射弁により燃料を噴射して気筒内の一部に成層混合気を形成し、前記均質混合気の一部を前記点火装置により噴射するプラズマによって着火させ、前記均質混合気の一部の燃焼により圧力及び温度を上昇させて前記成層混合気を自着火燃焼させ、前記均質混合気の一部及び前記成層混合気の燃焼により圧力及び温度を上昇させて前記均質混合気の残りを自着火燃焼させることを特徴とする。   A plasma jet ignition internal combustion engine according to a fifth aspect of the present invention is the plasma jet ignition internal combustion engine according to the first aspect, further comprising a fuel injection valve that injects fuel directly into the cylinder, and is formed in the cylinder. In the latter half of the compression stroke, fuel is injected by the fuel injection valve to form a stratified mixture in a part of the cylinder, and a part of the homogeneous mixture is injected by the ignition device The stratified mixture is self-ignited and combusted by increasing the pressure and temperature by combustion of a part of the homogeneous mixture, and the pressure and temperature are increased by combustion of a part of the homogeneous mixture and the stratified mixture. It raises and self-ignition combustion of the remainder of the said homogeneous mixture is characterized by the above-mentioned.

本発明による請求項１に記載のプラズマジェット点火内燃機関によれば、気筒上部周囲に配置された点火装置を具備し、点火装置は、気筒内の点火装置が位置していない側へ向けてプラズマを噴射するようになっている。それにより、気筒上部周囲の点火装置からピストン頂面又はシリンダボアまでのプラズマジェットの飛行距離は十分に長くなり、混合気の着火性を十分に向上させることができる。   According to the plasma jet ignition internal combustion engine of the first aspect of the present invention, the internal combustion engine includes an ignition device arranged around the upper part of the cylinder, and the ignition device is plasma toward the side where the ignition device in the cylinder is not located. Is supposed to be injected. Thereby, the flight distance of the plasma jet from the ignition device around the cylinder top to the piston top surface or the cylinder bore is sufficiently long, and the ignitability of the air-fuel mixture can be sufficiently improved.

本発明による請求項２に記載のプラズマジェット点火内燃機関によれば、請求項１に記載のプラズマジェット点火内燃機関において、点火装置は、気筒上部周囲の吸気弁側に配置され、気筒内の排気弁側へ向けてプラズマを噴射するようになっている。それにより、比較的高温度の着火し易い気筒内排気弁側の混合気をプラズマジェットにより着火させることができ、混合気の着火性をさらに向上させることができる。   According to the plasma jet ignition internal combustion engine according to claim 2 of the present invention, in the plasma jet ignition internal combustion engine according to claim 1, the ignition device is disposed on the intake valve side around the upper part of the cylinder, and the exhaust in the cylinder Plasma is injected toward the valve side. As a result, the air-fuel mixture on the side of the cylinder exhaust valve that is easily ignited at a relatively high temperature can be ignited by the plasma jet, and the ignitability of the air-fuel mixture can be further improved.

本発明による請求項３に記載のプラズマジェット点火内燃機関は、請求項２に記載のプラズマジェット点火内燃機関において、吸気ポートから供給される吸気によって気筒内に吸気弁側を下降して排気弁側を上昇する縦旋回流を形成し、この縦旋回流によって気筒内周囲の吸気弁側に配置された点火装置を冷却するようになっている。それにより、点火装置は、吸気ポートから気筒内へ供給された直後の低温の吸気により良好に冷却されるために、プレイグニッションを確実に防止することができると共に点火装置の電極の消耗を抑制することができる。   The plasma jet ignition internal combustion engine according to claim 3 according to the present invention is the plasma jet ignition internal combustion engine according to claim 2, wherein the intake valve side is lowered into the cylinder by the intake air supplied from the intake port. A vertical swirling flow is formed, and the ignition device disposed on the side of the intake valve around the cylinder is cooled by the vertical swirling flow. Thereby, the ignition device is cooled well by the low-temperature intake immediately after being supplied into the cylinder from the intake port, so that pre-ignition can be surely prevented and consumption of the electrodes of the ignition device can be suppressed. be able to.

本発明による請求項４に記載のプラズマジェット点火内燃機関によれば、請求項１に記載のプラズマジェット点火内燃機関において、気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁を具備し、気筒内に形成されている均質混合気内へ圧縮行程後半において燃料噴射弁により燃料を噴射して気筒内の一部に成層混合気を形成し、成層混合気を点火装置により噴射するプラズマによって着火させ、成層混合気の燃焼により圧力及び温度を上昇させて均質混合気を自着火燃焼させるようになっている。このように、プラズマジェットの飛行経路上の均質混合気に加えて、均質混合気よりリッチ側の空燃比となる成層混合気をプラズマジェットにより良好に着火燃焼させることができるために、残りの均質混合気の圧力及び温度を十分に上昇させることができ、均質混合気をＮＯX生成量の少ない比較的大きなリーン空燃比としても、多点着火により燃焼速度の速い自着火燃焼を、燃焼時期を制御して効率的に実現することができる。 According to the plasma jet ignition internal combustion engine according to claim 4 of the present invention, the plasma jet ignition internal combustion engine according to claim 1, further comprising a fuel injection valve for directly injecting fuel into the cylinder, In the latter half of the compression stroke, fuel is injected by a fuel injection valve to form a stratified mixture in a part of the cylinder, and the stratified mixture is ignited by plasma injected by an ignition device, The homogeneous mixture is self-ignited and combusted by increasing the pressure and temperature by burning the stratified mixture. In this way, in addition to the homogeneous mixture on the flight path of the plasma jet, the stratified mixture having an air-fuel ratio on the richer side of the homogeneous mixture can be ignited and burned more favorably by the plasma jet. Even if the pressure and temperature of the air-fuel mixture can be raised sufficiently and the homogeneous air-fuel mixture is made to have a relatively large lean air-fuel ratio with a small amount of NO x generated, self-ignition combustion with a fast combustion speed by multi-point ignition can be performed. It can be realized efficiently by controlling.

本発明による請求項５に記載のプラズマジェット点火内燃機関によれば、請求項１に記載のプラズマジェット点火内燃機関において、気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁を具備し、気筒内に形成されている均質混合気内へ圧縮行程後半において燃料噴射弁により燃料を噴射して気筒内の一部に成層混合気を形成し、均質混合気の一部を点火装置により噴射するプラズマによって着火させ、均質混合気の一部の燃焼により圧力及び温度を上昇させて成層混合気を自着火燃焼させ、均質混合気の一部及び成層混合気の燃焼により圧力及び温度を上昇させて均質混合気の残りを自着火燃焼させるようになっている。このように、プラズマジェットの飛行経路上の均質混合気を良好に着火燃焼させることができ、それにより、均質混合気よりリッチ側の空燃比となる成層混合気の温度及び圧力を上昇させて自着火燃焼させ、残りの均質混合気の圧力及び温度を十分に上昇させることができ、均質混合気をＮＯX生成量の少ない比較的大きなリーン空燃比としても、多点着火により燃焼速度の速い自着火燃焼を、燃焼時期を制御して効率的に実現することができる。また、成層混合気の空燃比によっては成層混合気をプラズマジェットにより着火燃焼させると、比較的多くのＮＯXが生成されることがあるが、成層混合気を自着火させることにより燃焼温度が低くなってＮＯXの生成量を低減することができる。 According to the plasma jet ignition internal combustion engine according to claim 5 of the present invention, the plasma jet ignition internal combustion engine according to claim 1 is provided with a fuel injection valve that directly injects fuel into the cylinder. In the latter half of the compression stroke, fuel is injected into the homogeneous mixture formed in the fuel by a fuel injection valve to form a stratified mixture in a part of the cylinder, and a part of the homogeneous mixture is injected by plasma that is injected by an ignition device Ignition and increase the pressure and temperature by combustion of a part of the homogeneous mixture to self-ignite the stratified mixture, and increase the pressure and temperature by combustion of part of the homogeneous mixture and the stratified mixture The rest of the ki is ignited and burned. In this way, the homogeneous mixture on the flight path of the plasma jet can be ignited and burned satisfactorily, and as a result, the temperature and pressure of the stratified mixture, which becomes the air-fuel ratio on the richer side than the homogeneous mixture, are increased, thereby The ignition and combustion can sufficiently raise the pressure and temperature of the remaining homogeneous mixture, and even if the homogeneous mixture is set to a relatively large lean air-fuel ratio with a small amount of NO x generation, the combustion speed is high due to the multipoint ignition. Ignition combustion can be efficiently realized by controlling the combustion timing. Also, depending on the air-fuel ratio of the stratified mixture, when the stratified mixture is ignited and combusted with a plasma jet, a relatively large amount of NO x may be generated, but the combustion temperature is lowered by self-igniting the stratified mixture. Thus, the amount of NO x produced can be reduced.

図１は本発明によるプラズマジェット点火内燃機関の実施形態を示す縦断面図である。同図において、１は高温のプラズマ１ａを噴射する点火装置である。２は一対の吸気弁３を介して気筒内へ通じる一対の吸気ポートであり、４は一対の排気弁５を介して気筒内へ通じる一対の排気ポートである。６は一方の吸気ポート２へ燃料を噴射する燃料噴射弁であり、７はピストンである。   FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of a plasma jet ignition internal combustion engine according to the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes an ignition device for injecting high-temperature plasma 1a. Reference numeral 2 denotes a pair of intake ports that lead into the cylinder via a pair of intake valves 3, and 4 denotes a pair of exhaust ports that lead to the cylinder via a pair of exhaust valves 5. 6 is a fuel injection valve for injecting fuel into one intake port 2, and 7 is a piston.

本内燃機関は、燃料噴射弁６により吸気同期又は吸気非同期として噴射された燃料を吸気行程において気筒内へ供給して気筒内に理論空燃比又はリーン空燃比（例えば２５）の均質混合気を形成し、圧縮行程末期の点火時期において点火装置１により高温のプラズマ１ａを噴射することにより均質混合気を多点位置で着火し、燃焼速度の速い良好な均質燃焼を実現することが意図されている。   The internal combustion engine supplies the fuel injected by the fuel injection valve 6 as intake-synchronized or intake-asynchronous into the cylinder in the intake stroke to form a homogeneous air-fuel mixture having a stoichiometric or lean air-fuel ratio (for example, 25) in the cylinder. At the end of the compression stroke, the ignition device 1 injects a high-temperature plasma 1a to ignite the homogeneous mixture at multiple points to achieve good homogeneous combustion with a high combustion speed. .

プラズマジェット１ａは、ピストン頂面又はシリンダボア等の接地部位に衝突すると、プラズマ中の電子が吸収されると共にプラズマ自身が冷却されるために、混合気の着火性が著しく低下する。それにより、点火時期におけるプラズマジェットの接地部位までの飛行距離を長くすれば、その分、混合気の着火性を向上することができる。本実施形態においては、点火装置１を気筒上部周囲に配置し、点火装置１は、気筒内の点火装置１が位置していない側へ向けてプラズマを噴射するようになっている。それにより、気筒上部周囲の点火装置１からピストン頂面又はシリンダボアまでのプラズマジェット１ａの飛行距離は、平面視において少なくともシリンダボアの半径より長くなり、混合気の着火性を十分に向上させることができる。   When the plasma jet 1a collides with a grounded part such as a piston top surface or a cylinder bore, electrons in the plasma are absorbed and the plasma itself is cooled, so that the ignitability of the air-fuel mixture is remarkably lowered. Accordingly, if the flight distance to the grounded portion of the plasma jet at the ignition timing is increased, the ignitability of the air-fuel mixture can be improved accordingly. In the present embodiment, the ignition device 1 is arranged around the upper part of the cylinder, and the ignition device 1 injects plasma toward the side where the ignition device 1 in the cylinder is not located. Thereby, the flight distance of the plasma jet 1a from the ignition device 1 around the cylinder top to the piston top surface or the cylinder bore becomes longer than the radius of the cylinder bore in a plan view, and the ignitability of the air-fuel mixture can be sufficiently improved. .

特に、本実施形態において、点火装置１は、気筒上部周囲の吸気弁側（例えば、一対の吸気弁３の間）に配置され、気筒内の排気弁側へ向けてプラズマを噴射するようになっている。それにより、比較的高温度の着火し易い気筒内排気弁側の混合気をプラズマジェット１ａにより着火させることができ、混合気の着火性をさらに向上させることができる。   In particular, in the present embodiment, the ignition device 1 is arranged on the intake valve side (for example, between the pair of intake valves 3) around the upper part of the cylinder, and injects plasma toward the exhaust valve side in the cylinder. ing. As a result, the air-fuel mixture on the cylinder exhaust valve side that is easily ignited at a relatively high temperature can be ignited by the plasma jet 1a, and the ignitability of the air-fuel mixture can be further improved.

図２は本発明によるプラズマジェット点火内燃機関のもう一つの実施形態を示す縦断面図である。図１に示す実施形態との違いについてのみ以下に説明する。本実施形態において、一対の吸気ポート２’は、シリンダボアの吸気弁側に沿って下降する吸気Ａを主流として気筒内へ供給するように形成され、それにより、吸気行程において、吸気弁側を下降して排気弁側を上昇する縦旋回流Ｔが気筒内に形成される。   FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the plasma jet ignition internal combustion engine according to the present invention. Only differences from the embodiment shown in FIG. 1 will be described below. In the present embodiment, the pair of intake ports 2 ′ is formed so as to supply the intake air A that descends along the intake valve side of the cylinder bore as a main flow into the cylinder, thereby lowering the intake valve side in the intake stroke. Thus, a longitudinal swirling flow T rising on the exhaust valve side is formed in the cylinder.

このような縦旋回流Ｔが圧縮行程後半においてピストン７により押し潰されると、気筒内には乱れが発生して均質燃焼の燃焼速度を速めることができる。また、このような構成によって、点火装置１は、吸気ポート２’から気筒内へ供給された直後の低温の吸気により良好に冷却されるために、プレイグニッションを確実に防止することができると共に点火装置１の電極の消耗を抑制することができる。   When such a longitudinal swirl flow T is crushed by the piston 7 in the latter half of the compression stroke, turbulence occurs in the cylinder, and the combustion speed of homogeneous combustion can be increased. Further, with such a configuration, the ignition device 1 is cooled well by the low-temperature intake immediately after being supplied into the cylinder from the intake port 2 ′, so that preignition can be reliably prevented and ignition is performed. The consumption of the electrode of the apparatus 1 can be suppressed.

図３は本発明によるプラズマジェット点火内燃機関のもう一つの実施形態を示す縦断面図である。図１に示す実施形態との違いについてのみ以下に説明する。本実施形態において、プラズマを噴射する点火装置１’は、気筒上部周囲の排気弁側（例えば、一対の排気弁５の間）に配置されている。気筒上部周囲の吸気弁側（例えば、一対の吸気弁３の間）には、気筒内へ直接的に燃料を噴射するためのもう一つの燃料噴射弁８が配置されている。このように、燃料噴射弁８を気筒内の比較的低温度の吸気弁側に配置することにより、燃料噴射弁８内での燃料ベーパの発生を抑制することができる。   FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the plasma jet ignition internal combustion engine according to the present invention. Only differences from the embodiment shown in FIG. 1 will be described below. In the present embodiment, the ignition device 1 ′ for injecting plasma is arranged on the exhaust valve side (for example, between the pair of exhaust valves 5) around the upper part of the cylinder. On the intake valve side around the upper part of the cylinder (for example, between the pair of intake valves 3), another fuel injection valve 8 for directly injecting fuel into the cylinder is disposed. Thus, by arranging the fuel injection valve 8 on the side of the intake valve having a relatively low temperature in the cylinder, generation of fuel vapor in the fuel injection valve 8 can be suppressed.

本実施形態のプラズマジェット点火内燃機関は、吸気ポート２の燃料噴射弁６により吸気同期又は吸気非同期として噴射された燃料（例えば必要燃料量の９０％）を吸気行程において気筒内へ供給し、気筒内に例えば３０から３５のリーン空燃比の均質混合気を形成する。次いで、圧縮行程後半において、気筒内に形成されている均質混合気内へもう一つの燃料噴射弁８により燃料（例えば必要燃料量の１０％）を噴射して気筒内の一部に成層混合気を形成し、この成層混合気を点火装置１’により噴射するプラズマによって着火させるようになっている。   The plasma jet ignition internal combustion engine of the present embodiment supplies the fuel (for example, 90% of the required fuel amount) injected in the intake-synchronization or intake-asynchronization by the fuel injection valve 6 of the intake port 2 into the cylinder in the intake stroke. A homogeneous air-fuel mixture with a lean air-fuel ratio of, for example, 30 to 35 is formed inside. Next, in the latter half of the compression stroke, fuel (for example, 10% of the required fuel amount) is injected into the homogeneous mixture formed in the cylinder by another fuel injection valve 8 to stratify the mixture in a part of the cylinder. And the stratified mixture is ignited by plasma injected by the ignition device 1 ′.

本実施形態において、気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁８の燃料噴射時期は、点火時期と同時期とされ、又は、点火時期直前とされ、気筒内の平面図である図４に示すように、燃料噴射弁８から噴射される燃料と点火装置１’により噴射されるプラズマジェット１ａ’とがほぼ気筒中央部おいて衝突するようになっている。燃料噴射弁８から圧縮行程末期に噴射される液状燃料Ｆは、高温高圧の吸気との摩擦によって気筒中央部へ到達する時にはほぼ気化し、気筒中央部に着火性の良好な例えば１８から２０のリーン空燃比の成層混合気Ｍを形成する。   In the present embodiment, the fuel injection timing of the fuel injection valve 8 that injects fuel into the cylinder is the same as the ignition timing or just before the ignition timing, and is a plan view in the cylinder as shown in FIG. In addition, the fuel injected from the fuel injection valve 8 and the plasma jet 1a ′ injected by the ignition device 1 ′ collide substantially at the center of the cylinder. The liquid fuel F injected from the fuel injection valve 8 at the end of the compression stroke is almost vaporized when it reaches the center of the cylinder due to friction with the high-temperature and high-pressure intake, and the center of the cylinder has good ignitability, for example, 18 to 20 A lean air-fuel ratio stratified mixture M is formed.

点火装置１’から噴射されるプラズマジェット１ａ’は、その飛行経路上の均質混合気に加えて、均質混合気よりリッチ側の空燃比となる成層混合気Ｍを良好に着火燃焼させるために、これらの燃焼によって残りの均質混合気の圧力及び温度を十分に上昇させることができ、均質混合気をＮＯX生成量の少ない比較的大きなリーン空燃比（例えば３０から３５）としても、多点着火により燃焼速度の速い自着火燃焼をさせることができる。また、自着火燃焼は、燃焼時期の制御が困難であるが、このように、成層混合気をプラズマジェットにより所望時期に確実に着火燃焼させることにより、均質混合気の自着火時期を確実に制御して熱効率の高い燃焼を実現することができる。 In order to ignite and burn the stratified mixture M, which has an air-fuel ratio richer than the homogeneous mixture, in addition to the homogeneous mixture on the flight path, the plasma jet 1a ′ injected from the ignition device 1 ′ These combustions can sufficiently raise the pressure and temperature of the remaining homogeneous mixture, and even if the homogeneous mixture has a relatively large lean air-fuel ratio (for example, 30 to 35) with a small amount of NO x generation, multipoint ignition is possible. Thus, self-ignition combustion with a high combustion speed can be performed. In self-ignition combustion, it is difficult to control the combustion timing. In this way, the ignited mixture is reliably ignited and combusted by the plasma jet at the desired time, so that the self-ignition timing of the homogeneous mixture can be controlled reliably. Thus, combustion with high thermal efficiency can be realized.

本実施形態の内燃機関は、一般的な内燃機関と同様に、気筒上壁がペントルーフ型となっており、それにより、ピストン頂面から気筒上壁までの高さは、気筒中央部において気筒周辺部吸気弁側及び排気弁側より高いために、気筒中央部における成層混合気Ｍの燃焼火炎は、気筒上壁に接触して冷却され難いために、良好に均質混合気の圧力及び温度を高めることができる。   In the internal combustion engine of the present embodiment, the cylinder upper wall is a pent roof type, as in a general internal combustion engine, so that the height from the piston top surface to the cylinder upper wall is around the cylinder at the center of the cylinder. Since the combustion flame of the stratified mixture M in the central part of the cylinder is difficult to be cooled by being in contact with the upper wall of the cylinder because it is higher than the side intake valve side and the exhaust valve side, the pressure and temperature of the homogeneous mixture are increased satisfactorily. be able to.

また、燃料噴射弁８に換えて、図１に一点鎖線で示すように、気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁８’を気筒上部略中心に配置すると共にピストン頂面にキャビティ７ａを形成し、圧縮行程後半に燃料噴射弁８’からキャビティ７ａ内に燃料を噴射して、キャビティ７ａ内に着火性の良好な例えば１８から２０のリーン空燃比の成層混合気を形成するようにしても良い。   Further, in place of the fuel injection valve 8, as shown by a one-dot chain line in FIG. 1, a fuel injection valve 8 ′ for directly injecting fuel into the cylinder is arranged at the substantially upper center of the cylinder and a cavity 7a is formed on the piston top surface. In the latter half of the compression stroke, fuel is injected into the cavity 7a from the fuel injection valve 8 'so as to form a stratified mixture with a good air-fuel ratio, for example, 18 to 20, in the cavity 7a. May be.

キャビティ７ａの位置は、点火装置１が位置していない側となるように、気筒上部周囲の吸気弁側に位置する点火装置１に対してはピストン頂面の排気弁側とされる。それにより、点火時期において、点火装置１は、キャビティ７ａへ向けてプラズマを噴射することにより、プラズマジェットの飛行距離は、平面視において少なくともシリンダボアの半径より長くなり、飛行経路上の均質混合気を良好に着火燃焼させると共に、キャビティ７ａ内の混合気も良好に着火燃焼させ、これらの燃焼によって残りの均質混合気の圧力及び温度を十分に上昇させることができる。こうして、比較的大きなリーン空燃比（例えば３０から３５）の均質混合気であっても、多点着火により燃焼速度の速い自着火燃焼をさせることができる。   The position of the cavity 7a is on the exhaust valve side of the piston top surface with respect to the ignition device 1 located on the intake valve side around the upper part of the cylinder so that the ignition device 1 is not located. Thus, at the ignition timing, the ignition device 1 injects plasma toward the cavity 7a, so that the flight distance of the plasma jet is longer than the radius of the cylinder bore in a plan view, and the homogeneous mixture on the flight path is generated. While igniting and burning well, the air-fuel mixture in the cavity 7a is also ignited and combusted, and these combustions can sufficiently raise the pressure and temperature of the remaining homogeneous air-fuel mixture. Thus, even with a relatively large homogeneous air-fuel ratio (for example, 30 to 35), self-ignition combustion with a high combustion speed can be achieved by multipoint ignition.

このようにプラズマジェットにより着火燃焼させる成層混合気をキャビティ７ａ内に形成することにより、成層混合気の分散が抑制され、燃料噴射弁８’によって必要以上の燃料を噴射することなくキャビティ７ａ内の成層混合気を所望空燃比とすることができる。   By forming the stratified mixture to be ignited and combusted by the plasma jet in this manner in the cavity 7a, the dispersion of the stratified mixture is suppressed, and the fuel injection valve 8 ′ does not inject more fuel than necessary and the inside of the cavity 7a. The stratified mixture can have a desired air-fuel ratio.

また、図３に示す実施形態の変形例として、気筒内の平面図である図５に示すように、燃料噴射弁８から噴射される燃料と点火装置１’により噴射されるプラズマジェット１ａ’とが衝突しないように、気筒内を互いに略平行に進行するようにする。本変形例において、燃料噴射弁８から点火時期又は点火時期直前に噴射される液状燃料Ｆは、平面視においてシリンダボアの半径より長く気筒内を飛行する間に高温高圧の吸気との摩擦によってほぼ気化し、気筒内の一部に例えば１８から２０のリーン空燃比の成層混合気Ｍを形成する。   As a modification of the embodiment shown in FIG. 3, as shown in FIG. 5 which is a plan view in the cylinder, the fuel injected from the fuel injection valve 8 and the plasma jet 1a ′ injected by the ignition device 1 ′ So that they do not collide with each other, the cylinders are made to travel substantially parallel to each other. In the present modification, the liquid fuel F injected from the fuel injection valve 8 or just before the ignition timing is substantially gasified by friction with high-temperature and high-pressure intake air while flying in the cylinder longer than the cylinder bore radius in plan view. For example, a stratified mixture M having a lean air-fuel ratio of 18 to 20 is formed in a part of the cylinder.

点火時期において点火装置１’により噴射されるプラズマジェット１ａ’は、飛行経路上の気筒内の均質混合気の一部を良好に燃焼させ、この燃焼により成層混合気Ｍの圧力及び温度が上昇し、成層混合気Ｍは自着火燃焼する。次いで、均質混合気の一部及び成層混合気Ｍの燃焼により圧力及び温度を上昇させて均質混合気の残りを自着火燃焼させる。このように、均質混合気をＮＯX生成量の少ない比較的大きなリーン空燃比としても、多点着火により燃焼速度の速い自着火燃焼を、燃焼時期を制御して効率的に実現することができる。 The plasma jet 1a ′ injected by the ignition device 1 ′ at the ignition timing favorably burns a part of the homogeneous mixture in the cylinder on the flight path, and this combustion increases the pressure and temperature of the stratified mixture M. The stratified mixture M is self-ignited and combusted. Next, the pressure and temperature are increased by combustion of a part of the homogeneous mixture and the stratified mixture M, and the remainder of the homogeneous mixture is self-ignited and combusted. As described above, even when the homogeneous air-fuel mixture is set to a relatively large lean air-fuel ratio with a small amount of NO x generated, self-ignition combustion with a high combustion speed by multi-point ignition can be efficiently realized by controlling the combustion timing. .

成層混合気Ｍは、燃焼によって均質混合気の温度及び圧力を自着火するまで確実に上昇させなければならず、比較的多くの燃焼熱を発生するように、あまりリーン空燃比とすることはできない。それにより、プラズマジェットにより着火燃焼させると、比較的多くのＮＯXが生成されることがある。ＮＯXの生成を抑制するために、成層混合気Ｍを理論空燃比又はリッチ空燃比としても良いが、これでは、比較的多くのＨＣ及びＣＯが生成されてしまう。本変形例においては、成層混合気Ｍを自着火燃焼させるようになっているために、プラズマジェットにより着火燃焼させる場合に比較して燃焼温度が低くなり、ＮＯXの生成を抑制することができる。 The stratified mixture M must be reliably increased by combustion until the temperature and pressure of the homogeneous mixture are self-ignited by combustion, and cannot have a very lean air-fuel ratio so as to generate a relatively large amount of combustion heat. . As a result, a relatively large amount of NO x may be generated when ignited and combusted with a plasma jet. In order to suppress the generation of NO x , the stratified mixture M may be set to a stoichiometric air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio, but this generates a relatively large amount of HC and CO. In the present modification, the stratified mixture M is self-ignited and combusted, so that the combustion temperature is lower than when igniting and combusting with a plasma jet, and the generation of NO x can be suppressed. .

本発明によるプラズマジェット点火内燃機関の実施形態を示す縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of a plasma jet ignition internal combustion engine according to the present invention. 本発明によるプラズマジェット点火内燃機関のもう一つの実施形態を示す縦断面図である。FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the plasma jet ignition internal combustion engine according to the present invention. 本発明によるプラズマジェット点火内燃機関のさらにもう一つの実施形態を示す縦断面図である。FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing still another embodiment of the plasma jet ignition internal combustion engine according to the present invention. 図３のプラズマジェット点火内燃機関の気筒内平面図である。FIG. 4 is an in-cylinder plan view of the plasma jet ignition internal combustion engine of FIG. 3. 図３のプラズマジェット点火内燃機関の変形例を示す気筒内平面図である。FIG. 4 is a plan view in a cylinder showing a modification of the plasma jet ignition internal combustion engine of FIG. 3.

符号の説明Explanation of symbols

１ 点火装置
３ 吸気弁
５ 排気弁
７ ピストン 1 Ignition device 3 Intake valve 5 Exhaust valve 7 Piston

Claims (5)

気筒上部周囲に配置された点火装置を具備し、前記点火装置は、気筒内の前記点火装置が位置していない側へ向けてプラズマを噴射することを特徴とするプラズマジェット点火内燃機関。   A plasma jet ignition internal combustion engine comprising an ignition device disposed around a cylinder upper portion, wherein the ignition device injects plasma toward a side of the cylinder where the ignition device is not located. 前記点火装置は、気筒上部周囲の吸気弁側に配置され、気筒内の排気弁側へ向けてプラズマを噴射することを特徴とする請求項１に記載のプラズマジェット点火内燃機関。   2. The plasma jet ignition internal combustion engine according to claim 1, wherein the ignition device is disposed on an intake valve side around a cylinder upper portion and injects plasma toward an exhaust valve side in the cylinder. 吸気ポートから供給される吸気によって気筒内に吸気弁側を下降して排気弁側を上昇する縦旋回流を形成し、前記縦旋回流によって前記点火装置を冷却することを特徴とする請求項２に記載のプラズマジェット点火内燃機関。   3. The longitudinal swirling flow that descends the intake valve side and rises the exhaust valve side is formed in the cylinder by intake air supplied from the intake port, and the ignition device is cooled by the longitudinal swirl flow. 2. A plasma jet ignition internal combustion engine according to 1. 気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁を具備し、気筒内に形成されている均質混合気内へ圧縮行程後半において前記燃料噴射弁により燃料を噴射して気筒内の一部に成層混合気を形成し、前記成層混合気を前記点火装置により噴射するプラズマによって着火させ、前記成層混合気の燃焼により圧力及び温度を上昇させて前記均質混合気を自着火燃焼させることを特徴とする請求項１に記載のプラズマジェット点火内燃機関。   A fuel injection valve for directly injecting fuel into the cylinder is provided, and fuel is injected into the homogeneous mixture formed in the cylinder by the fuel injection valve in the latter half of the compression stroke to form a part of the cylinder. A mixture is formed, the stratified mixture is ignited by plasma injected by the ignition device, and pressure and temperature are increased by combustion of the stratified mixture to cause the homogeneous mixture to self-ignite and burn. The plasma jet ignition internal combustion engine according to claim 1. 気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁を具備し、気筒内に形成されている均質混合気内へ圧縮行程後半において前記燃料噴射弁により燃料を噴射して気筒内の一部に成層混合気を形成し、前記均質混合気の一部を前記点火装置により噴射するプラズマによって着火させ、前記均質混合気の一部の燃焼により圧力及び温度を上昇させて前記成層混合気を自着火燃焼させ、前記均質混合気の一部及び前記成層混合気の燃焼により圧力及び温度を上昇させて前記均質混合気の残りを自着火燃焼させることを特徴とする請求項１に記載のプラズマジェット点火内燃機関。   A fuel injection valve for directly injecting fuel into the cylinder is provided, and fuel is injected into the homogeneous mixture formed in the cylinder by the fuel injection valve in the latter half of the compression stroke to form a part of the cylinder. A mixture is formed, a part of the homogeneous mixture is ignited by plasma injected by the ignition device, and a pressure and temperature are increased by combustion of a part of the homogeneous mixture, and the stratified mixture is self-ignited and combusted. 2. The plasma jet ignition internal combustion engine according to claim 1, wherein pressure and temperature are increased by combustion of a part of the homogeneous mixture and the stratified mixture, and the rest of the homogeneous mixture is self-ignited and combusted. organ.
JP2008033277A 2008-02-14 2008-02-14 Plasma jet ignition internal combustion engine Withdrawn JP2009191732A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008033277A JP2009191732A (en) 2008-02-14 2008-02-14 Plasma jet ignition internal combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008033277A JP2009191732A (en) 2008-02-14 2008-02-14 Plasma jet ignition internal combustion engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009191732A true JP2009191732A (en) 2009-08-27

Family

ID=41073976

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008033277A Withdrawn JP2009191732A (en) 2008-02-14 2008-02-14 Plasma jet ignition internal combustion engine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009191732A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4501950B2 (en) Combustion control device for internal combustion engine
CA2767247C (en) Apparatus and method for igniting a gaseous fuel in a direct injection internal combustion engine
JP2013217335A (en) 2-cycle gas engine
JP2008267267A (en) Internal combustion engine
JP5765819B2 (en) 2-cycle gas engine
JP4657187B2 (en) Internal combustion engine
JP6206364B2 (en) Internal combustion engine
JP6069032B2 (en) Ignition engine
JP2016089747A (en) Control device of internal combustion engine
JP6337877B2 (en) Combustion chamber structure of internal combustion engine
KR20220047528A (en) Method for operating a hydrogen fuelled combustion engine
JP3952710B2 (en) Compression self-ignition internal combustion engine
JP2009191734A (en) Combustion control device of internal combustion engine and control method thereof
JP4586765B2 (en) In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine
JP2005232988A (en) Subsidiary chamber type engine
JP2008184970A (en) Control device of gasoline engine
JP2008106737A (en) Premixed compression selfignition gasoline engine
JP2009121251A (en) Cylinder injection type spark ignition internal combustion engine
JP2016223313A (en) Injection control device of spark ignition engine
JP2006052686A (en) Control device of internal combustion engine
JP2008014244A (en) Cylinder injection type spark ignition internal combustion engine
JP4803050B2 (en) Fuel injection device for in-cylinder injection engine
JP2004211633A (en) Subsidiary chamber type engine
KR20140052146A (en) A pre-chamber arrangement for piston engine
JP2016006325A (en) Two-cycle gas engine and fuel gas injection system for two-cycle gas engine

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20110510