JP2010209868A - Ignition control device of engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンに供給される混合気の着火性を向上させる着火制御装置に関する。 The present invention relates to an ignition control device that improves the ignitability of an air-fuel mixture supplied to an engine.
特許文献1には、非平衡プラズマ放電(低温プラズマ放電又はコロナ放電ともいう。)によってラジカルを生成することで、混合気の着火を促進させる非平衡プラズマ放電式エンジンの着火制御装置が開示されている。ラジカルは、反応性の高い活性化学種である。 Patent Document 1 discloses an ignition control device for a non-equilibrium plasma discharge engine that promotes ignition of an air-fuel mixture by generating radicals by non-equilibrium plasma discharge (also referred to as low-temperature plasma discharge or corona discharge). Yes. Radicals are highly reactive active species.
ところで、上記した非平衡プラズマ放電式エンジンの着火制御装置では、吸気行程等において空気中に非平衡プラズマ放電を行う場合、非平衡プラズマ放電により発生した高エネルギ電子が酸素分子へ衝突することで酸素ラジカルが生成される。この酸素ラジカルが混合気の酸化連鎖反応を促進して、混合気の着火性を向上させる。 By the way, in the above-described ignition control device for a non-equilibrium plasma discharge type engine, when non-equilibrium plasma discharge is performed in the air during an intake stroke or the like, high-energy electrons generated by the non-equilibrium plasma discharge collide with oxygen molecules. Radicals are generated. This oxygen radical promotes the oxidation chain reaction of the air-fuel mixture and improves the ignitability of the air-fuel mixture.
しかしながら、混合気の着火促進に寄与するラジカルは、酸素ラジカル以外にも存在し、エンジンに供給される燃料の燃料分子の解離反応によって生成される水素ラジカル及び炭化水素ラジカルも混合気の着火促進に寄与する。したがって、酸素ラジカルに加えて、水素ラジカルや炭化水素ラジカルを生成させることが、混合気の着火促進を効率的に行う上で望ましい。 However, radicals that contribute to the promotion of ignition of the air-fuel mixture exist in addition to oxygen radicals, and hydrogen radicals and hydrocarbon radicals generated by the dissociation reaction of the fuel molecules of the fuel supplied to the engine also promote the ignition of the air-fuel mixture. Contribute. Therefore, it is desirable to generate hydrogen radicals or hydrocarbon radicals in addition to oxygen radicals in order to efficiently promote ignition of the air-fuel mixture.
そこで、本発明は、種々のラジカルを生成することによって混合気の着火性を向上させることができるエンジンの着火制御装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an ignition control device for an engine that can improve the ignitability of an air-fuel mixture by generating various radicals.
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。 The present invention solves the above problems by the following means. In addition, in order to make an understanding easy, although the code | symbol corresponding to embodiment of this invention is attached | subjected, it is not limited to this.
本発明は、ラジカルを供給することで混合気の着火を促進させるエンジン(100)の着火制御装置において、燃焼室(13)内又は吸気通路(30)内に臨むように設けられた放電室(55)において非平衡プラズマ放電を発生させてラジカルを供給する供給装置(50)と、噴射された燃料の一部が放電室(55)に供給されるように燃料を噴射する燃料噴射弁(32)と、吸気行程中に非平衡プラズマ放電するように供給装置(50)を制御し、非平衡プラズマ放電中に放電室(55)内に燃料が供給されるように燃料噴射弁(32)を制御する制御手段(70)と、を備えることを特徴とする。 The present invention provides an ignition control device for an engine (100) that promotes ignition of an air-fuel mixture by supplying radicals, and a discharge chamber (13) provided to face a combustion chamber (13) or an intake passage (30). 55), a supply device (50) for generating a non-equilibrium plasma discharge to supply radicals, and a fuel injection valve (32) for injecting fuel so that a part of the injected fuel is supplied to the discharge chamber (55). ) And the supply device (50) to control the non-equilibrium plasma discharge during the intake stroke, and the fuel injection valve (32) to supply fuel into the discharge chamber (55) during the non-equilibrium plasma discharge. And control means (70) for controlling.
本発明によれば、供給装置の放電室に空気と燃料とからなる混合気を導入するので、酸素ラジカルに加えて、水素ラジカル及び炭化水素ラジカルを生成することができる。また、放電室内のガス交換量が増加する吸気行程中に非平衡プラズマ放電するので、ラジカルの生成効率を高めることができる。これにより混合気の着火性を効率的に向上させることができる。 According to the present invention, since an air-fuel mixture composed of air and fuel is introduced into the discharge chamber of the supply device, hydrogen radicals and hydrocarbon radicals can be generated in addition to oxygen radicals. Further, since non-equilibrium plasma discharge is performed during the intake stroke in which the amount of gas exchange in the discharge chamber increases, radical generation efficiency can be increased. Thereby, the ignitability of the air-fuel mixture can be improved efficiently.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は、車両用のエンジン100の概略構成図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an
図1に示すエンジン100は、非平衡プラズマ放電式の4ストロークレシプロエンジンである。エンジン100は、シリンダブロック10と、シリンダブロック10の上側に配置されるシリンダヘッド20とを備える。
An
シリンダブロック10には、シリンダ11が形成される。シリンダ11には、ピストン12が摺動自在に嵌合する。シリンダ11の壁面と、ピストン12の冠面と、シリンダヘッド20の下面とによって燃焼室13が形成される。
A
シリンダヘッド20には、燃焼室13に吸気を流す吸気通路30と、燃焼室13からの排気を流す排気通路40とが形成される。
The
吸気通路30には、吸気弁31が設けられる。吸気弁31は、吸気カムシャフトに一体形成されるカムによって駆動される。吸気弁31は、ピストン12の上下動に応じて吸気通路30を開閉する。吸気弁31のバルブタイミングは、吸気側可変動弁装置によって調整される。
An
また、吸気通路30には、燃料噴射弁32と放電装置50とが上流から順に設置される。
A
放電装置50は、放電室55内に非平衡プラズマ放電を発生させ、この非平衡プラズマ放電を用いてラジカルを生成する。放電装置50は、高電圧高周波発生器60に接続される。高電圧高周波発生器60は、エンジン運転状態に応じた交流電圧を放電装置50に印加する。
The
なお、放電装置50の電源としては、高電圧高周波発生器60以外にも、直流電圧電源や多重パルス電圧電源を適用できる。
In addition to the high-voltage and high-
燃料噴射弁32は、エンジン運転状態に応じて吸気通路30内に燃料を噴射して混合気を形成する。燃料噴射弁32は、噴射された燃料の一部が放電装置50の放電室55を指向するように構成される。
The
一方、排気通路40には、排気弁41が設けられる。排気弁41は、排気カムシャフトに一体形成されるカムによって駆動される。排気弁41は、ピストン12の上下動に応じて排気通路40を開閉する。排気弁41のバルブタイミングは、排気側可変動弁装置によって調整される。
On the other hand, an
吸気通路30と排気通路40との間であって、シリンダ軸心上のシリンダヘッド20には、スパークプラグ33が設けられる。スパークプラグ33は、着火部分が燃焼室13内に臨むように配置される。スパークプラグ33は、エンジン運転状態に応じて燃焼室13内の混合気を着火して火炎伝播燃焼させる。
A
燃料噴射弁32、スパークプラグ33及び高電圧高周波発生器60は、コントローラ70によって制御される。コントローラ70はCPU、ROM、RAM及びI/Oインタフェースを備える。コントローラ70には、エンジン回転速度を検出するクランク角センサ71と、アクセルペダルの踏込み量を検出するアクセルペダルセンサ72とからの検出データがそれぞれ信号として入力する。コントローラ70は、これら信号に基づいて燃料噴射弁32の燃料噴射時期やスパークプラグ33の着火時期、高電圧高周波発生器60の交流電圧の電圧値、交流周波数、印加時期を調整する。
The
また、コントローラ70は、エンジン運転状態に応じて自着火燃焼モードと火炎伝播燃焼モードとを切り換える。自着火燃焼モードでは、スパークプラグ33を使用せずに、ピストン12の圧縮作用を利用して混合気を自着火させて燃焼させる。火炎伝播燃焼モードでは、スパークプラグ33によって混合気を着火させ火炎伝播燃焼させる。
Further, the
図2(A)は放電装置50の側面図であり、図2(B)は図2(A)のB−B断面図である。
2A is a side view of the
図2(A)及び図2(B)に示すように、放電装置50は、中心電極51と、円筒電極52と、絶縁部53と、主体金具54とを備える。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
放電装置50は、絶縁部53の軸方向中央に設けられた主体金具54によって吸気通路30に設置される。
The
中心電極51は、棒状の導電体からなり、先端が主体金具54から吸気通路30側に突出するように形成される。中心電極51は、誘電体からなる絶縁部53によって覆われる。中心電極51の後端には、後端側端子51Aが設けられる。この後端側端子51Aには、高電圧高周波発生器60が接続される。
The
円筒電極52は、円筒形状の導電体であって、絶縁部53を取り囲みかつ中心電極51に対向するように形成される。円筒電極52と絶縁部53との間には、吸気通路30に臨む放電室55が設けられる。円筒電極52の先端部は開口端として形成され、円筒電極52の側壁部には吸気通路30と放電室55とを連通する複数のスリット52Aが形成される。
The
円筒電極52にスリット52Aを形成することで、吸気通路30を流れる吸気の一部が放電室55を通過するようになり、放電室55におけるガス交換量が多くなる。その結果ラジカル生成量を増加させることが可能となり、着火性をより向上させることができる。
By forming the
放電装置50に交流電圧を印加すると、中心電極51と円筒電極52との間に絶縁部53があることによりアーク放電に遷移することが抑制され、放電室55内に複数のストリーマ(非平衡プラズマ)が形成される。このような非平衡プラズマ放電で生成される高エネルギ電子が吸気中の酸素分子等と衝突して分子解離を誘発し、高反応性のラジカルが生成される。
When an AC voltage is applied to the
ところで、吸気通路30内の空気中において放電装置50によって非平衡プラズマ放電を行うと、酸素ラジカルが生成される。この酸素ラジカルを燃焼室13に供給すれば、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、混合気の着火促進に寄与するラジカルは、酸素ラジカル以外にも存在し、エンジンに供給される燃料に起因して生成される水素ラジカル及び炭化水素ラジカルも混合気への着火促進に寄与する。混合気の着火促進を効率的に行うためには、酸素ラジカルに加えて、水素ラジカルや炭化水素ラジカル等の種々のラジカルを生成させることが望ましい。
By the way, when non-equilibrium plasma discharge is performed by the
そこで、本実施形態では、放電装置50及び燃料噴射弁32が以下のように制御される。
Therefore, in the present embodiment, the
放電装置50は、吸気弁31の開弁後の吸気行程中に非平衡プラズマ放電するように制御される。
The
燃料噴射弁32は、非平衡プラズマ放電開始前に燃料噴射を開始し、少なくとも非平衡プラズマ放電中に燃料が放電装置50の放電室55内に到達するように燃料を噴射する。
The
上記のように燃料噴射弁32及び放電装置50を制御するので、空気と燃料からなる混合気を放電装置50の放電室55内に導入することができ、放電室55内での非平衡プラズマ放電によって酸素ラジカルや水素ラジカル、炭化水素ラジカルを生成することができる。
Since the
エンジン100では、自着火燃焼モードを実行する運転領域の少なくとも一部において、放電装置50によって酸素ラジカル、水素ラジカル及び炭化水素ラジカルを生成し、混合気の着火性を高める。また、自着火燃焼モードを実行する運転領域より高負荷側において火炎伝播燃焼モードを実行し、火炎伝播燃焼モードを実行する領域の少なくとも一部においても、放電装置50によって上記した3つのラジカルを生成し、混合気の着火性を高める。
In
以上により、第1実施形態のエンジン100の着火制御装置では、下記の効果を得ることができる。
As described above, the ignition control device for the
吸気弁開弁後の吸気行程中に非平衡プラズマ放電するように放電装置50を制御し、非平衡プラズマ放電中に燃料が放電室55内に到達するように燃料噴射弁32を制御して、放電室55内に混合気を導入するので、放電装置50において酸素ラジカルに加えて、水素ラジカル及び炭化水素ラジカルを生成することができる。また、放電室55内のガス交換量が増加する吸気行程中に非平衡プラズマ放電するので、ラジカルの生成効率を高めることができる。これにより混合気の着火性を効率的に向上させることができる。
Controlling the
放電装置50を吸気通路30に設け、吸気弁開弁後の吸気行程中に非平衡プラズマ放電するように放電装置50を制御するので、放電装置50の放電室55におけるガス交換量をさらに多くすることができ、ラジカル生成量をより増加させることが可能となる。
Since the
燃料噴射弁32の下流側の吸気通路30に放電装置50を設置するので、放電室55内に混合気が導入されやすく、放電装置50での酸素ラジカル、水素ラジカル及び炭化水素ラジカルの生成効率が高くなる。
Since the
(第2実施形態)
図3は、第2実施形態におけるエンジン100の概略構成図である。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the
第2実施形態におけるエンジン100は、第1実施形態とほぼ同様の構成であるが、放電装置50の設置位置及び燃料噴射弁32の設置位置において相違する。以下に、その相違点を中心に説明する。
The
図3に示すように、放電装置50は、燃料噴射弁32よりも上流側の吸気通路30に設置される。放電装置50は、吸気通路30の下側に設けられる。
As shown in FIG. 3, the
燃料噴射弁32は、噴射された燃料の一部が上流側に配置された放電装置50の放電室55を指向するように構成される。
The
上記のように構成したエンジン100の着火制御装置においても、放電装置50の放電室55に混合気が導入されるので、酸素ラジカル、水素ラジカル及び炭化水素ラジカルを生成することができ、第1実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
Also in the ignition control device for
(第3実施形態)
図4(A)は、第3実施形態におけるエンジン100の概略構成図である。図4(B)は吸気通路長手方向の放電装置50の断面図であり、図4(C)は吸気通路径方向の放電装置50の断面図である。
(Third embodiment)
FIG. 4A is a schematic configuration diagram of the
第3実施形態におけるエンジン100は、第1実施形態とほぼ同様の構成であるが、放電装置50の構成において相違する。以下に、その相違点を中心に説明する。
The
図4(A)に示すように、放電装置50は、燃料噴射弁32よりも下流側の吸気通路30に設けられる。放電装置50は、高電圧短パルス電源61に接続される。高電圧短パルス電源61は、エンジン運転状態に応じた直流電圧を放電装置50に印加する。
As shown in FIG. 4A, the
コントローラ70は、高電圧短パルス電源61の直流電圧の電圧値、パルス幅、パルス繰り返し周波数、印加時期を調整する。
The
図4(B)及び図4(C)に示すように、放電装置50は、中心電極51と、管状電極56と、絶縁部53と、主体金具54とを備える。
As shown in FIGS. 4B and 4C, the
管状電極56は、パイプ状の導電体であって、吸気を流すように吸気通路30の途中に設けられる。管状電極56の内側が放電室55となる。管状電極56の軸方向中央の上側には、棒状の絶縁部53が主体金具54を介して設置される。
The
中心電極51は、棒状の導電体であって、絶縁部53を軸方向に貫通するように形成される。中心電極51の先端は、絶縁部53の先端部から放電室55側に突出する。中心電極51の後端は絶縁部53の後端部から突出し、中心電極51の後端には後端側端子51Aが設けられる。この後端側端子51Aには、高電圧短パルス電源61が接続される。
The
上記した放電装置50に直流電圧を印加すると、中心電極51の先端と管状電極56の下側内壁との間で非平衡プラズマ放電して、放電室55内にラジカルが生成される。
When a DC voltage is applied to the above-described
ところで、放電装置50の管状電極56を通過するガスの流速は、吸気行程中における吸気弁31の中間リフト量から最大リフト量までの間に最大となる。
By the way, the flow rate of the gas passing through the
そこで、本実施形態では、放電装置50の非平衡プラズマ放電期間を、吸気弁31のリフト量が中間リフトから最大リフトである間であって、ガス流速が最大となる時を含むように設定する。管状電極56を通過するガスの流速が増大すると放電室55におけるガス交換量が多くなり、ラジカル生成量を増加させることができるからである。
Therefore, in the present embodiment, the non-equilibrium plasma discharge period of the
なお、燃料噴射弁32は、噴射した燃料の一部が管状電極56の内側の放電室55を指向するように構成されている。燃料噴射弁32は、非平衡プラズマ放電開始前に燃料噴射を開始し、少なくとも非平衡プラズマ放電中に燃料が放電装置50の放電室55内に到達するように燃料を噴射する。
The
以上により、第3実施形態のエンジン100の着火制御装置では、下記の効果を得ることができる。
As described above, the ignition control device for the
吸気弁開弁後の吸気行程中に非平衡プラズマ放電するように放電装置50を制御し、非平衡プラズマ放電中に燃料が放電室55内に到達するように燃料噴射弁32を制御して、管状電極56内の放電室55に混合気を導入するので、放電装置50において酸素ラジカルに加えて、水素ラジカル及び炭化水素ラジカルを生成することができる。また、放電室55内のガス交換量が増加する吸気行程中に非平衡プラズマ放電するので、ラジカルの生成効率を高めることができる。これにより第1実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
Controlling the
放電装置50の非平衡プラズマ放電期間を、吸気弁31のリフト量が中間リフトから最大リフトである間であって、ガス流速が最大となる時を含むように設定するので、酸素ラジカル、水素ラジカル及び炭化水素ラジカルの生成量を増加させることができ、第1実施形態よりも混合気の着火性を向上させることが可能となる。
Since the non-equilibrium plasma discharge period of the
(第4実施形態)
図5は、第4実施形態におけるエンジン100の概略構成図である。
(Fourth embodiment)
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the
第4実施形態におけるエンジン100は、第3実施形態とほぼ同様の構成であるが、放電装置50の設置位置及び燃料噴射弁32の設置位置において相違する。以下に、その相違点を中心に説明する。
The
図4に示すように、放電装置50は、燃料噴射弁32よりも上流側の吸気通路30に設置される。
As shown in FIG. 4, the
燃料噴射弁32は、噴射された燃料の一部が上流側に配置された放電装置50の管状電極56内の放電室55に指向するように構成される。
The
上記のように構成したエンジン100の着火制御装置においても、第3実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
Also in the ignition control device for
(第5実施形態)
図6は、第5実施形態におけるエンジン100の概略構成図である。
(Fifth embodiment)
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an
第5実施形態におけるエンジン100は、第1実施形態とほぼ同様の構成であるが、放電装置50の設置位置等において相違する。以下に、その相違点を中心に説明する。
The
図6に示すように、放電装置50は、吸気通路30と排気通路40との間であって、シリンダ軸心上のシリンダヘッド20に設置される。放電装置50は、シリンダヘッド20に形成した孔部に収装される。放電装置50は主体金具54を介してシリンダヘッド20に固定され、放電室55が燃焼室13に臨むように配置される。第1実施形態では円筒電極52は側壁部にスリット52Aを備えるが、本実施形態では放電装置50をシリンダヘッド20の孔部に収装するため、円筒電極52はスリット52Aを備えていない。
As shown in FIG. 6, the
燃料噴射弁21は、燃焼室13に向かって燃料を噴射するように、吸気通路30に設けられる。
The fuel injection valve 21 is provided in the
上記のように構成されるエンジン100は、スパークプラグ33を備えておらず、火炎伝播燃焼モードでは、圧縮行程後半から膨張行程前半の所定時期に放電装置50によって非平衡プラズマ放電を行って、混合気を着火させ火炎伝播燃焼させる。
The
図7(A)及び図7(B)を参照して、放電装置50による非平衡プラズマ放電と燃料噴射弁32による燃料噴射について説明する。
The non-equilibrium plasma discharge by the
図7(A)は、放電装置50の放電室55内のガス流れを示す。また、図7(B)は、放電装置50での非平衡プラズマ放電タイミング及び燃料噴射弁32の燃料噴射タイミングを示す。
FIG. 7A shows the gas flow in the
図7(A)に示すように、吸気弁31が開弁する吸気行程では、吸気通路30内の吸気が、破線矢印に示すように燃焼室13に流れ込む。この吸気の一部は、実線に示すように、放電装置50の放電室55内に排気通路40側から流れ込む。放電室55内に流入した吸気は、循環流れを形成し、吸気通路30側から燃焼室13に流出する。
As shown in FIG. 7A, in the intake stroke in which the
図7(B)に示すように、放電室55内に流入する吸気の速度は、吸気弁31の中間リフトから最大リフトの間に最大となる。
As shown in FIG. 7B, the speed of the intake air flowing into the
本実施形態では、放電装置50の非平衡プラズマ放電期間を、吸気弁31の中間リフトから最大リフトである間であって、ガス流速が最大となる時を含むように設定する。また、燃料噴射弁32は、噴射した燃料を吸気に乗せて非平衡プラズマ放電中の放電室55内に到達させるため、非平衡プラズマ放電開始前に燃料噴射を開始するように制御される。
In the present embodiment, the non-equilibrium plasma discharge period of the
したがって、放電装置50は、混合気が放電室55内に導入された状態で非平衡プラズマ放電を発生させるので、放電室55内に酸素ラジカル、水素ラジカル及び炭化水素ラジカルが生成される。
Therefore, the
以上により、第5実施形態のエンジン100の着火制御装置では、下記の効果を得ることができる。
As described above, the ignition control device for the
放電装置50は、放電室55が燃焼室13を臨むようにシリンダヘッド20の中心に設けられる。そして、吸気弁31のリフト量が中間リフト量から最大リフト量である間に非平衡プラズマ放電するように放電装置50を制御し、非平衡プラズマ放電開始前に燃料噴射を開始するように燃料噴射弁32を制御する。これにより放電室55内に混合気が導入され、放電装置50において酸素ラジカル、水素ラジカル及び炭化水素ラジカルを生成することができる。また、放電室55内のガス交換量が増加する吸気行程中に非平衡プラズマ放電するので、ラジカルの生成効率を高めることができる。これにより第1実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
The
また、放電装置50の非平衡プラズマ放電期間を、吸気弁31の中間リフトから最大リフトである間であって、ガス流速が最大となる時を含むように設定するので、放電室55におけるガス交換量を多くすることができ、酸素ラジカル、水素ラジカル及び炭化水素ラジカルの生成量を増加させることができ、より効率的に混合気の着火性を向上させることが可能となる。
In addition, the non-equilibrium plasma discharge period of the
(第6実施形態)
図8は、第6実施形態におけるエンジン100の概略構成図である。
(Sixth embodiment)
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of the
第6実施形態におけるエンジン100は、第5実施形態とほぼ同様の構成であるが、燃料噴射弁32の設置位置において相違する。以下に、その相違点を中心に説明する。
The
図8に示すように、燃料噴射弁32は、燃焼室13内に直接燃料を噴射するように、シリンダヘッド20の側部に設けられる。燃料噴射弁32は、噴射された燃料の一部が放電装置50の放電室55を指向するように構成される。
As shown in FIG. 8, the
上記のように構成したエンジン100の着火制御装置では、放電装置50の放電室55内に燃料を確実に導くことができる。これにより放電装置50によって酸素ラジカル、水素ラジカル及び炭化水素ラジカルを生成することができ、第5実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
In the ignition control device for
(第7実施形態)
図9は、第7実施形態におけるエンジン100の概略構成図である。
(Seventh embodiment)
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of an
第7実施形態におけるエンジン100は、第5実施形態とほぼ同様の構成であるが、ピストン12の構成及び燃料噴射弁32の設置位置において相違する。以下に、その相違点を中心に説明する。
The
図9に示すように、燃料噴射弁32は、燃焼室13内に直接燃料を噴射するように、シリンダヘッド20の側部に設けられる。燃料噴射弁32は、ピストン12のピストン冠面に向かって燃料を噴射する。
As shown in FIG. 9, the
ピストン12は、ピストン冠面の一部を窪ませて形成したキャビティ12Aを備える。キャビティ12Aは、燃料噴射弁32から噴射された燃料を放電装置50の放電室55に向けて偏向する。
The
燃料噴射は吸気行程中に設定されるが、吸気行程中は筒内圧力が圧縮行程中と比較して低いので、燃料噴射弁32から噴射された燃料を、キャビティ12Aを介して放電室55内に導入することができる。
Although fuel injection is set during the intake stroke, the in-cylinder pressure is lower during the intake stroke than during the compression stroke, so that the fuel injected from the
上記のように構成したエンジン100の着火制御装置では、放電装置50の放電室55内に燃料を確実に導くことができる。これにより放電装置50によって酸素ラジカル、水素ラジカル及び炭化水素ラジカルを生成することができ、第5実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
In the ignition control device for
(第8実施形態)
図10は、第8実施形態におけるエンジン100の概略構成図である。
(Eighth embodiment)
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of an
第8実施形態におけるエンジン100は、第6実施形態とほぼ同様の構成であるが、排気弁41及び吸気弁31のバルブタイミングや放電装置50の非平衡プラズマ放電タイミング、燃料噴射弁32の燃料噴射タイミングにおいて相違する。以下に、その相違点を中心に説明する。
The
本実施形態では、混合気の着火性を向上させる必要があるエンジン運転状態の場合に、排気弁41及び吸気弁31は、図10に示すようなバルブタイミングに設定される。
In the present embodiment, the
排気弁41は、膨張下死点前に開弁して、排気上死点前に閉弁するようにバルブタイミングが設定される。一方、吸気弁31は、排気上死点後に開弁して、吸気下死点後に閉弁するようにバルブタイミングが設定される。
The valve timing is set so that the
このように排気弁41及び吸気弁31のバルブタイミングは、排気弁41の開弁時期と吸気弁31の開弁時期とがオーバラップしない、いわゆるマイナスオーバラップとなるように設定される。
As described above, the valve timings of the
放電装置50はマイナスオーバラップ期間中に非平衡プラズマ放電するように制御され、非平衡プラズマ放電期間は排気上死点を跨ぐように設定される。
The
燃料噴射弁32は、排気弁41の閉弁後であって、非平衡プラズマ放電開始前に燃料噴射を開始するように制御される。
The
次に、図11(A)及び図11(B)を参照して、放電装置50によって生成されるラジカルについて説明する。図11(A)はピストン12が排気上死点に向かって上昇している場合を示し、図11(B)はピストン12が排気上死点から下降している場合を示す。
Next, with reference to FIG. 11 (A) and FIG. 11 (B), the radical produced | generated by the
図11(A)に示すように、燃料噴射弁32は、排気弁41の閉弁後に燃焼室13内に燃料を噴射する。また、排気弁41及び吸気弁31のバルブタイミングは図10のように設定されているので、排気弁41の閉弁後には燃焼室13内に前サイクルの排気の一部が内部EGRガスとして残留する。
As shown in FIG. 11A, the
マイナスオーバラップ中においてピストン12が排気上死点に向かって上昇すると、噴射された燃料からなる混合気と、内部EGRガスとがピストン12の圧縮作用によって放電装置50の放電室55内に導入される。その後放電装置50における非平衡プラズマ放電によって、混合気と内部EGRガスから酸素ラジカル、水素ラジカル及び炭化水素ラジカルが生成される。非平衡プラズマ放電期間は、放電室55内に導入されるガスの流入速度が最大となる排気上死点を跨ぐように設定されているので、効率的にラジカルを生成することができる。
When the
図11(B)に示すように、ピストン12が排気上死点を過ぎて下降し始めると、吸気弁31が閉弁している間はピストン12の下降するほど筒内圧力が低下する。そのためピストン12の下降によって、放電装置50の放電室55内に生成した酸素ラジカル、水素ラジカル及び炭化水素ラジカルを燃焼室13側に流出し、燃焼室13内に拡散する。
As shown in FIG. 11 (B), when the
以上により、第8実施形態のエンジン100の着火制御装置では、下記の効果を得ることができる。
As described above, the ignition control device for the
マイナスオーバラップするように排気弁41及び吸気弁31のバルブタイミングを設定し、マイナスオーバラップ期間中に非平衡プラズマ放電するように放電装置50を制御し、非平衡プラズマ放電中に燃料が放電室55内に到達するように燃料噴射弁32を制御して、放電装置50の放電室55内に混合気と内部EGRガスを導入するので、酸素ラジカルや水素ラジカル、炭化水素ラジカルを生成することができ、混合気の着火性を向上させることができる。
The valve timings of the
放電装置50のラジカル放電期間は、マイナスオーバラップ中であって、放電室55内に流入するガスの速度が最大となる排気上死点を跨ぐように設定されるので、ラジカル生成量を増加させることができ、混合気の着火性を効率的に向上させることができる。
The radical discharge period of the
また、放電室55内に生成されたラジカルは、ピストン12が排気上死点から下降する時に燃焼室13側に流出して燃焼室13内に均一に拡散するので、混合気の着火性を効率的に向上させることができる。
Further, since the radicals generated in the
なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea.
上記した各実施形態では、4ストロークレシプロエンジンに適用する例について説明したが、これに限られるものではなく、例えば2ストロークエンジンについて適用することもできる。 In each of the above-described embodiments, the example applied to the 4-stroke reciprocating engine has been described. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to, for example, a 2-stroke engine.
また、上記した各実施形態では、放電装置50をマイクロ波やラジオ波等を利用して放電室内に非平衡プラズマ放電するように構成してもよい。
In each of the above-described embodiments, the
100 エンジン
10 シリンダブロック
12 ピストン
12A キャビティ
13 燃焼室
20 シリンダヘッド
21 燃料噴射弁
30 吸気通路
31 吸気弁
32 燃料噴射弁
33 スパークプラグ
40 排気通路
41 排気弁
50 放電装置(供給装置)
51 中心電極
52 円筒電極
53 絶縁部
55 放電室
56 管状電極
70 コントローラ(制御手段)
DESCRIPTION OF
51
Claims (11)
燃焼室内又は吸気通路内に臨むように設けられた放電室において非平衡プラズマ放電を発生させてラジカルを供給する供給装置と、
噴射された燃料の一部が前記放電室に供給されるように燃料を噴射する燃料噴射弁と、
吸気行程中に非平衡プラズマ放電するように前記供給装置を制御し、非平衡プラズマ放電中に前記放電室内に燃料が供給されるように前記燃料噴射弁を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とするエンジンの着火制御装置。 In an ignition control device for an engine that promotes ignition of an air-fuel mixture by supplying radicals,
A supply device for generating a non-equilibrium plasma discharge in a discharge chamber provided so as to face the combustion chamber or the intake passage, and supplying radicals;
A fuel injection valve that injects the fuel so that a part of the injected fuel is supplied to the discharge chamber;
Control means for controlling the supply device so as to perform non-equilibrium plasma discharge during an intake stroke, and for controlling the fuel injection valve so that fuel is supplied into the discharge chamber during non-equilibrium plasma discharge;
An ignition control device for an engine, comprising:
前記燃料噴射弁は、前記供給装置よりも上流側の吸気通路に設けられる、
ことを特徴とする請求項1に記載のエンジンの着火制御装置。 The supply device is provided in the intake passage so that the discharge chamber faces the intake passage,
The fuel injection valve is provided in an intake passage upstream of the supply device.
The ignition control device for an engine according to claim 1.
前記燃料噴射弁は、吸気通路に設けられる、
ことを特徴とする請求項1に記載のエンジンの着火制御装置。 The supply device is provided in the cylinder head so that the discharge chamber faces the combustion chamber,
The fuel injection valve is provided in an intake passage;
The ignition control device for an engine according to claim 1.
前記燃料噴射弁は、燃焼室内に直接燃料を噴射するようにシリンダヘッドに設けられ、噴射された燃料の一部が前記放電室を指向するように構成される、
ことを特徴とする請求項1に記載のエンジンの着火制御装置。 The supply device is provided in the cylinder head so that the discharge chamber faces the combustion chamber,
The fuel injection valve is provided in the cylinder head so as to inject fuel directly into the combustion chamber, and is configured such that a part of the injected fuel is directed to the discharge chamber.
The ignition control device for an engine according to claim 1.
前記供給装置は、前記放電室が燃焼室内に臨むようにシリンダヘッドに設けられ、
前記燃料噴射弁は、燃焼室内に直接燃料を噴射するようにシリンダヘッドに設けられ、噴射された燃料の一部が前記キャビティを指向するように構成される、
ことを特徴とする請求項1に記載のエンジンの着火制御装置。 A piston having a cavity on the piston crown surface for deflecting the injected fuel toward the discharge chamber;
The supply device is provided in the cylinder head so that the discharge chamber faces the combustion chamber,
The fuel injection valve is provided in the cylinder head so as to inject fuel directly into the combustion chamber, and is configured such that a part of the injected fuel is directed to the cavity.
The ignition control device for an engine according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1つに記載のエンジンの着火制御装置。 The control means sets the non-equilibrium plasma discharge period of the supply device so as to include a time after the intake valve is opened and the speed of the gas flowing into the discharge chamber becomes maximum.
The engine ignition control device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that:
ことを特徴とする請求項6に記載のエンジンの着火制御装置。 The control means sets the non-equilibrium plasma discharge period of the supply device while the lift amount of the intake valve becomes the maximum lift from the intermediate lift,
The engine ignition control device according to claim 6.
ことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1つに記載のエンジンの着火制御装置。 The control means controls the fuel injection valve so as to start fuel injection before the start of non-equilibrium plasma discharge.
The engine ignition control device according to any one of claims 1 to 7, wherein
吸気弁のバルブタイミングを制御する吸気動弁装置と、
排気弁のバルブタイミングを制御する排気動弁装置と、
燃焼室内に臨むように設けられた放電室において非平衡プラズマ放電を発生させラジカルを供給する供給装置と、
燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記排気弁が排気上死点前に閉弁され、前記吸気弁が排気上死点後に開弁される場合に、排気弁閉弁後から吸気弁開弁までの所定期間に非平衡プラズマ放電するように前記供給装置を制御し、非平衡プラズマ放電中に前記放電室内に燃料が供給されるように前記燃料噴射弁を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とするエンジンの着火制御装置。 In an ignition control device for an engine that promotes ignition of an air-fuel mixture by supplying radicals,
An intake valve operating device for controlling the valve timing of the intake valve;
An exhaust valve device for controlling the valve timing of the exhaust valve;
A supply device for generating a non-equilibrium plasma discharge and supplying radicals in a discharge chamber provided to face the combustion chamber;
A fuel injection valve that injects fuel directly into the combustion chamber;
When the exhaust valve is closed before exhaust top dead center and the intake valve is opened after exhaust top dead center, non-equilibrium plasma discharge occurs during a predetermined period after the exhaust valve is closed until the intake valve is opened Control means for controlling the fuel injection valve so as to control the supply device so that fuel is supplied into the discharge chamber during non-equilibrium plasma discharge;
An ignition control device for an engine, comprising:
ことを特徴とする請求項9に記載のエンジンの着火制御装置。 The control means controls the fuel injection valve so as to start fuel injection after the exhaust valve is closed and before the start of non-equilibrium plasma discharge.
The engine ignition control device according to claim 9.
ことを特徴とする請求項9又は請求項10に記載のエンジンの着火制御装置。 The control means sets the non-equilibrium plasma discharge period of the supply device so as to straddle the exhaust top dead center.
The engine ignition control device according to claim 9 or 10, characterized in that
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