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JP2007064037A - Ignition system for internal combustion engine - Google Patents

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JP2007064037A
JP2007064037A JP2005248708A JP2005248708A JP2007064037A JP 2007064037 A JP2007064037 A JP 2007064037A JP 2005248708 A JP2005248708 A JP 2005248708A JP 2005248708 A JP2005248708 A JP 2005248708A JP 2007064037 A JP2007064037 A JP 2007064037A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
combustion chamber
photocatalyst
ignition system
internal combustion
combustion engine
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.)
Pending
Application number
JP2005248708A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yusuke Niwa
勇介 丹羽
Masaharu Matsumoto
政春 松本
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.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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 Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
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Priority to PCT/JP2006/316308 priority patent/WO2007026558A1/en
Priority to CN2006800302791A priority patent/CN101243253B/en
Priority to US12/064,504 priority patent/US7793631B2/en
Priority to EP06796571A priority patent/EP1930583A1/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ignition system for an internal combustion engine, which can ignite the lean air fuel mixture with a remarkably small amount of light energy. <P>SOLUTION: The ignition system for the internal combustion engine ignites the air fuel mixture by a photocatalyst using the light energy emitted from a light generating device. The ignition system for the internal combustion engine is provided with a combustion chamber, the photocatalyst set in the combustion chamber, and the light generating device to irradiate the photocatalyst with the light energy. The ignition system for the internal combustion engine ignites the air fuel mixture with the photocatalyst using the light energy emitted from the light generating device. The ignition system for the internal combustion engine is provided with the combustion chamber, the photocatalyst set in the combustion chamber, and the light generating device to flatly irradiate the photocatalyst with the light energy. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関用点火システムに係り、更に詳細には、光発生装置から照射される光エネルギーを利用して、光触媒により混合気を点火する内燃機関用点火システムに関する。   The present invention relates to an ignition system for an internal combustion engine, and more particularly to an ignition system for an internal combustion engine that ignites an air-fuel mixture by a photocatalyst using light energy emitted from a light generator.

燃費を向上させるための手段としては、熱効率を向上させることがその一つとして挙げられる。そして、正味の熱効率を向上させる手段としては、例えば混合気の高圧縮比化や希薄化などが挙げられる。
混合気の希薄化に関しては、希薄化するにしたがって、燃焼の安定性が悪くなるため、燃焼室内にスワールやタンブルなどの強力なガス流動を発生させて、火炎伝播速度を向上させることにより、燃焼期間を短縮し、燃焼を安定させている。
また、点火プラグに関しても、点火の安定性を確保するために、電極放電部を細径化すると共に耐消耗性向上のためにイリジウムを使用している。
One means for improving fuel efficiency is to improve thermal efficiency. Examples of means for improving the net thermal efficiency include increasing the compression ratio and dilution of the air-fuel mixture.
As for the dilution of the air-fuel mixture, the stability of combustion deteriorates as the mixture is diluted. Therefore, by generating a strong gas flow such as swirl and tumble in the combustion chamber and improving the flame propagation speed, It shortens the period and stabilizes combustion.
As for the spark plug, iridium is used to reduce the diameter of the electrode discharge part and improve wear resistance in order to ensure ignition stability.

多点点火により火炎伝播距離を短縮して燃焼を安定化することも行なわれている。
多点点火に関しては、従来の点火プラグではなく、強力なガス流動に対しても安定に点火が可能なレーザーを用いる技術が報告されている(特許文献1及び2参照。)。
特開昭58−195074号公報 特開昭63−173852号公報
The combustion is stabilized by shortening the flame propagation distance by multi-point ignition.
Regarding multi-point ignition, a technique using a laser that can stably ignite a strong gas flow instead of a conventional spark plug has been reported (see Patent Documents 1 and 2).
JP 58-195074 A Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-173852

しかしながら、上記特許文献1及び2に記載された点火装置は、いずれも空間における混合気の点火であるため、高エネルギー密度の光ビームを焦点を結んで照射させる必要があった。
また、ビームスプリッタを用いる場合には、その内部に点火する箇所の分だけ反射鏡を設置する必要があると共に、集光レンズも同数必要であり、システムが大きくなるという問題点があった。
更に、吸排気バルブが存在するために、光発生装置の設置可能な箇所には限界があるという問題点があった。
However, since the ignition devices described in Patent Documents 1 and 2 both ignite an air-fuel mixture in a space, it is necessary to irradiate with a high energy density light beam in focus.
Further, when the beam splitter is used, it is necessary to install the reflecting mirrors for the portion to be ignited inside, and the same number of condensing lenses is necessary, which causes a problem that the system becomes large.
Furthermore, since there is an intake / exhaust valve, there is a problem that there is a limit to the location where the light generator can be installed.

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、大幅に少ない光エネルギー量で希薄な混合気を点火させ得る内燃機関用点火システムを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to provide an ignition system for an internal combustion engine that can ignite a lean air-fuel mixture with a significantly small amount of light energy. There is to do.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、光発生装置から光エネルギーを光触媒に照射し、該光触媒を活性化させ、混合気の点火に必要なラジカルを生成させることなどとしたため、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive research to achieve the above object, the present inventors irradiate the photocatalyst with light energy from the light generator, activate the photocatalyst, and generate radicals necessary for ignition of the air-fuel mixture. Therefore, the present inventors have found that the above object can be achieved and have completed the present invention.

即ち、本発明の内燃機関用点火システムは、光発生装置から照射される光エネルギーを利用して、光触媒により混合気を点火する内燃機関用点火システムであって、燃焼室と、該燃焼室に設けられた光触媒と、該光触媒に対して光エネルギーを照射する光発生装置と、を備えたことを特徴とする。   That is, an ignition system for an internal combustion engine according to the present invention is an ignition system for an internal combustion engine that ignites an air-fuel mixture by a photocatalyst using light energy emitted from a light generator, and includes a combustion chamber and a combustion chamber. It is provided with the provided photocatalyst and the light generator which irradiates light energy with respect to this photocatalyst.

また、本発明の内燃機関用点火システムの好適形態は、上記光発生装置が、上記光触媒に対して光エネルギーを面状に照射することを特徴とする。   In a preferred embodiment of the ignition system for an internal combustion engine of the present invention, the light generator irradiates the photocatalyst with light energy in a planar shape.

本発明によれば、光発生装置から光エネルギーを光触媒に照射し、該光触媒を活性化させ、混合気の点火に必要なラジカルを光触媒反応を利用して生成させることなどとしたため、大幅に少ない光エネルギー量で希薄な混合気を点火させ得る内燃機関用点火システム、更には希薄燃焼によって燃費を向上させ得る内燃機関用点火システムを提供することができる。   According to the present invention, the photocatalyst is irradiated with light energy from the light generator, the photocatalyst is activated, and radicals necessary for ignition of the air-fuel mixture are generated using the photocatalytic reaction. It is possible to provide an ignition system for an internal combustion engine that can ignite a lean air-fuel mixture with an amount of light energy, and further an ignition system for an internal combustion engine that can improve fuel efficiency by lean combustion.

以下、本発明の内燃機関用点火システムについて説明する。
上述の如く、本発明の内燃機関用点火システムは、光発生装置から照射される光エネルギーを利用して、光触媒により混合気を点火するものであって、燃焼室と、該燃焼室に設けられた光触媒と、該光触媒に対して光エネルギーを照射する光発生装置と、を備えたものである。
このような構成とすることにより、光触媒反応を利用して例えばHCやOラジカルなどを生成することができ、大幅に少ない光エネルギー照射量で混合気の点火が可能となる。
また、希薄燃焼によって燃費を向上させ得る内燃機関用点火システムを提供することができる。
Hereinafter, an ignition system for an internal combustion engine of the present invention will be described.
As described above, the ignition system for an internal combustion engine of the present invention ignites an air-fuel mixture by a photocatalyst using light energy emitted from a light generator, and is provided in a combustion chamber and the combustion chamber. A photocatalyst and a light generator for irradiating the photocatalyst with light energy.
With such a configuration, for example, HC and O 2 radicals can be generated using a photocatalytic reaction, and the mixture can be ignited with a significantly small amount of light energy.
In addition, it is possible to provide an ignition system for an internal combustion engine that can improve fuel efficiency by lean combustion.

また、本発明においては、備える光発生装置が、備える光触媒に対して光エネルギーを面状に照射することが望ましい。
本システムでは、光触媒に光を照射して光触媒表面で電子と正孔を生成し、これらが混合気と反応することによりラジカルが生成され混合気が点火する。このため、従来のレーザー点火のように焦点を結ぶ必要がないでの、光エネルギーを面状に照射して、光エネルギーが照射された光触媒により形成される点火箇所を増やすことができる。その結果、燃焼をより安定させることができる。
また、光エネルギーを面状に照射させることができるため、上述したように点火箇所を増やして多点点火するに当たり、必ずしも光発生装置を複数必要とせず、また、必ずしもビームスプリッタや集光レンズを必要とせずシステムを小型化できるという利点がある。
なお、「面状に照射する」とは、光発生装置により照射された光エネルギーが燃焼室内において焦点を結ばないように照射することをいう。
Moreover, in this invention, it is desirable for the light generator provided with to irradiate light energy with respect to the photocatalyst with which it is provided planarly.
In this system, the photocatalyst is irradiated with light to generate electrons and holes on the surface of the photocatalyst, and these react with the air-fuel mixture to generate radicals and ignite the air-fuel mixture. For this reason, it is not necessary to focus as in the conventional laser ignition, and it is possible to increase the number of ignition points formed by the photocatalyst irradiated with light energy by irradiating light energy in a planar shape. As a result, combustion can be made more stable.
In addition, since light energy can be irradiated in a planar shape, it is not always necessary to use a plurality of light generators to increase the number of ignition points and perform multi-point ignition as described above. There is an advantage that the system can be reduced in size without being required.
Note that “irradiating in a planar manner” means irradiating so that the light energy irradiated by the light generator is not focused in the combustion chamber.

更に、本発明における光触媒の配置の第1の好適例としては、備える燃焼室がシリンダヘッドとピストンヘッドによって形成されている場合に、備える光触媒が、そのピストンヘッドの冠面、即ち燃焼室の内壁面の一部であるピストンヘッドの冠面に設けられたものを挙げることができる。
具体的には、ピストンヘッドの冠面上に光触媒を塗布や蒸着するなどして光触媒層を形成する、又はピストンそのものに光触媒材料を使用することによって、光触媒反応を効率良く進行させることが可能となる。
Furthermore, as a first preferred example of the arrangement of the photocatalyst in the present invention, when the provided combustion chamber is formed by a cylinder head and a piston head, the provided photocatalyst has a crown surface of the piston head, that is, the inside of the combustion chamber. The thing provided in the crown surface of the piston head which is a part of wall surface can be mentioned.
Specifically, it is possible to efficiently advance the photocatalytic reaction by forming a photocatalyst layer by applying or depositing a photocatalyst on the crown surface of the piston head, or by using a photocatalyst material for the piston itself. Become.

更にまた、本発明においては、備える燃焼室がシリンダヘッドとピストンヘッドによって形成されている場合に、そのピストンヘッドの冠面、即ち燃焼室の内壁面の一部であるピストンヘッドの冠面において、その冠面上の混合気濃度が相対的に高い領域側に、光触媒が多く設けられたものが望ましい。
例えば、ピストンヘッドの冠面上に光触媒層を形成する際に、混合気濃度が相対的に高い領域側において、その冠面における光触媒層の被覆率を高くすることなどにより、効率良く混合気を点火することができる。
なお、ピストンヘッドの冠面上の混合気濃度は、通常、燃焼室に備えられた吸気口、つまり吸気バルブに対向する側において、相対的に高いものとなっている。
Furthermore, in the present invention, when the combustion chamber provided is formed by the cylinder head and the piston head, the crown surface of the piston head, that is, the crown surface of the piston head that is a part of the inner wall surface of the combustion chamber, It is desirable that many photocatalysts be provided on the side of the region where the air-fuel mixture concentration on the crown surface is relatively high.
For example, when the photocatalyst layer is formed on the crown surface of the piston head, the air-fuel mixture can be efficiently dispersed by increasing the coverage of the photocatalyst layer on the crown surface in the region where the gas mixture concentration is relatively high. Can be ignited.
Note that the air-fuel mixture concentration on the crown surface of the piston head is normally relatively high at the intake port provided in the combustion chamber, that is, the side facing the intake valve.

また、本発明における光触媒の配置の第2の好適例としては、備える燃焼室がシリンダヘッドとピストンヘッドによって形成されている場合に、そのシリンダヘッドが、その内壁面に凸部を有し、備える光触媒がその凸部に設けられたものを挙げることができる。
このような光触媒を設けた凸部を備えることにより、シリンダヘッド内壁面やピストンヘッド冠面のような燃焼室の内壁面近傍だけでなく、燃焼室の中央部付近においても混合気を点火することが可能となり、火炎伝播距離を短縮することができる。
この結果、より安定的に希薄燃焼を行なうことができる。
なお、「シリンダヘッドの内壁面が備える凸部」は、燃焼室内において、通常備える吸排気バルブやピストンの動きを阻害せず、急激な変動を伴った高温、高圧条件に耐え得るものであれば、その大きさや形状について特に限定されるものではないが、例えば、一端を燃料室壁に固定し、光触媒を光照射方向に設置できるようL字型の形状をした、いわゆるジグのようなものなどを挙げることができる。
Further, as a second preferred example of the arrangement of the photocatalyst in the present invention, when the provided combustion chamber is formed by the cylinder head and the piston head, the cylinder head has a convex portion on its inner wall surface, and is provided. The thing in which the photocatalyst was provided in the convex part can be mentioned.
By providing such a convex portion provided with a photocatalyst, the air-fuel mixture is ignited not only near the inner wall surface of the combustion chamber, such as the inner wall surface of the cylinder head or the crown surface of the piston head, but also near the center portion of the combustion chamber. And the flame propagation distance can be shortened.
As a result, lean combustion can be performed more stably.
Note that the “convex portion provided on the inner wall surface of the cylinder head” is not limited to the normal intake / exhaust valves and pistons in the combustion chamber and can withstand high-temperature and high-pressure conditions with sudden fluctuations. The size and shape are not particularly limited, but, for example, a so-called jig having an L-shaped shape in which one end is fixed to the fuel chamber wall and the photocatalyst can be installed in the light irradiation direction. Can be mentioned.

更に、本発明における光触媒の配置の第3の好適例としては、備える燃焼室がシリンダヘッドとピストンヘッドによって形成されている場合に、そのピストンヘッドが、その冠面に他の凸部を有し、備える光触媒がかかる他の凸部に設けられたものを挙げることができる。
このような光触媒を設けた他の凸部を備えることにより、シリンダヘッド内壁面やピストンヘッド冠面のような燃焼室の内壁面近傍だけでなく、燃焼室の中央部付近においても混合気を点火することが可能となり、火炎伝播距離を短縮することができる。
この結果、上述したように、より安定的に希薄燃焼を行なうことができる。
なお、「ピストンヘッドの冠面が備える他の凸部」は、燃焼室内における吸排気バルブやピストンの動きを阻害せず、急激な変動を伴った高温、高圧条件に耐え得るものであれば、その大きさや形状について特に限定されるものではないが、例えば、柱状や錘状の突起物だけでなく、更にはこれらが適当な貫通孔を有し、いわゆる櫓のような形状をしたものなどを挙げることもできる。
Furthermore, as a third preferred example of the arrangement of the photocatalyst in the present invention, when the combustion chamber provided is formed by a cylinder head and a piston head, the piston head has another convex portion on the crown surface. , And a photocatalyst provided on the other convex portion.
By providing another convex part with such a photocatalyst, the mixture is ignited not only near the inner wall surface of the combustion chamber, such as the inner wall surface of the cylinder head or the crown surface of the piston head, but also near the center of the combustion chamber. And the flame propagation distance can be shortened.
As a result, as described above, lean combustion can be performed more stably.
In addition, “the other convex portion provided on the crown surface of the piston head” can prevent the intake and exhaust valves and pistons in the combustion chamber from moving, and can withstand high-temperature and high-pressure conditions with sudden fluctuations. The size and shape are not particularly limited. For example, not only columnar or spindle-shaped protrusions, but also those having appropriate through holes and having a shape like a soot. It can also be mentioned.

更にまた、本発明における光触媒の配置の第4の好適例としては、燃焼室の内部に、燃焼室の内壁面に端部が接合されたメッシュ状担体を有し、備える光触媒がそのメッシュ状担体に設けられたものを挙げることができる。
このような光触媒を設けたメッシュ状担体を備えることにより、シリンダヘッド内壁面やピストンヘッド冠面のような燃焼室の内壁面近傍だけでなく、燃焼室の中央部付近においても混合気を点火することが可能となり、火炎伝播距離を短縮することができる。
この結果、上述したように、より安定的に希薄燃焼を行なうことができる。
なお、「メッシュ状担体」は、燃焼室内における吸排気バルブやピストンの動きを阻害せず、急激な変動を伴った高温、高圧条件に耐え得るものであれば、その大きさや形状について特に限定されるものではないが、例えば、燃焼室内のガス流動を妨げにくい大きさの開口部を有するメッシュ担体などを挙げることができる。
Furthermore, as a fourth preferred example of the arrangement of the photocatalyst in the present invention, the photocatalyst is provided with a mesh carrier having an end joined to the inner wall surface of the combustion chamber inside the combustion chamber. Can be mentioned.
By providing such a mesh-shaped carrier provided with a photocatalyst, the air-fuel mixture is ignited not only near the inner wall surface of the combustion chamber, such as the inner wall surface of the cylinder head or the crown surface of the piston head, but also near the center of the combustion chamber. And the flame propagation distance can be shortened.
As a result, as described above, lean combustion can be performed more stably.
The “mesh-shaped carrier” is not particularly limited in size and shape as long as it can withstand high-temperature and high-pressure conditions with rapid fluctuations without impeding the movement of intake and exhaust valves and pistons in the combustion chamber. Although not intended, for example, a mesh carrier having an opening having a size that is difficult to hinder gas flow in the combustion chamber can be used.

また、本発明においては、燃焼室の内壁面の一部が、鏡面として機能するものを挙げることができる。
このような鏡面として機能する部位を燃焼室の内壁面に設けることにより、照射された光エネルギーが反射され、その反射された光エネルギーが他の部位に照射され、当該他の部位に光触媒を設けることにより、例えば分散した多くの箇所を点火箇所とすることができる。
これにより、火炎伝播距離を短縮することができると共に、より安定的に希薄燃焼を行なうことができる。
なお、燃焼室の内壁面の一部を鏡面として機能させるためには、例えばピストンヘッドやシリンダヘッド、吸排気バルブのヘッドに適用されるアルミニウム合金などのような金属を鏡面加工すればよいが、これに限定されるものではない。
Moreover, in this invention, a part of inner wall surface of a combustion chamber can mention what functions as a mirror surface.
By providing a part that functions as a mirror surface on the inner wall surface of the combustion chamber, the irradiated light energy is reflected, the reflected light energy is irradiated to another part, and a photocatalyst is provided at the other part. Thus, for example, many dispersed locations can be used as ignition locations.
As a result, the flame propagation distance can be shortened, and lean combustion can be performed more stably.
In order to make a part of the inner wall surface of the combustion chamber function as a mirror surface, for example, a metal such as an aluminum alloy applied to a piston head, a cylinder head, or an intake / exhaust valve head may be mirror-finished, It is not limited to this.

更に、本発明においては、備える燃焼室がシリンダヘッドとピストンヘッドによって形成されている場合に、備える光発生装置が照射する光エネルギーの光軸方向が、備えるピストンヘッドの往復動方向と平行でないことが望ましい。
具体的には、上記光軸方向とピストンヘッドの冠面とのなす角が鋭角であることが望ましい。
光軸方向とピストンヘッドの往復動方向とが平行である場合、換言すれば光軸方向とピストンヘッドの冠面とのなす角が直角である場合には、ピストンヘッドの冠面以外、即ちシリンダヘッドの内壁面などを点火箇所として利用し難く、火炎伝播距離の短縮という観点からは望ましくない。
Further, in the present invention, when the provided combustion chamber is formed by the cylinder head and the piston head, the optical axis direction of the light energy emitted by the provided light generating device is not parallel to the reciprocating direction of the provided piston head. Is desirable.
Specifically, it is desirable that the angle formed by the optical axis direction and the crown surface of the piston head is an acute angle.
When the optical axis direction and the reciprocating direction of the piston head are parallel, in other words, when the angle formed by the optical axis direction and the crown surface of the piston head is a right angle, other than the crown surface of the piston head, that is, the cylinder It is difficult to use the inner wall surface of the head as an ignition point, which is not desirable from the viewpoint of shortening the flame propagation distance.

また、本発明においては、備える燃焼室がシリンダヘッドとピストンヘッドによって形成されている場合に、備える光発生装置が、そのピストンヘッドの冠面の端部に光エネルギーを照射することが望ましい。
端部に光触媒が設けられている場合には、このように光エネルギーを照射することにより、混合気を点火することができる。
一方、端部に光触媒が設けられていない場合であっても、このように光エネルギーを照射することにより、ピストンヘッドの冠面の端部は比較的低温であるため、暖機することができ、より安定的な希薄燃焼を行なうことができる。
Moreover, in this invention, when the combustion chamber with which it is provided is formed with the cylinder head and the piston head, it is desirable for the light generator provided to irradiate the light energy to the edge part of the crown surface of the piston head.
When the photocatalyst is provided at the end, the air-fuel mixture can be ignited by irradiating light energy in this way.
On the other hand, even when the photocatalyst is not provided at the end, by irradiating the light energy in this way, the end of the crown surface of the piston head is relatively low temperature, so it can be warmed up. More stable lean combustion can be performed.

更に、本発明においては、備える光発生装置が、照射位置調整手段を備えることが望ましい。
このような照射位置調整手段を備えることにより、光エネルギーを照射する位置を適宜調整することができ、より安定的な希薄燃焼を行なうことが可能となる。
Furthermore, in the present invention, it is desirable that the light generating device provided includes an irradiation position adjusting means.
By providing such an irradiation position adjusting means, the position where the light energy is applied can be adjusted as appropriate, and more stable lean combustion can be performed.

更にまた、本発明においては、備える燃焼室がシリンダヘッドとピストンヘッドによって形成され、且つ当該燃焼室の温度を検知する温度検知手段を備え、その温度検知手段が検知する温度が所定の温度以下の場合に、備える照射位置調整手段が、燃焼室の内壁面の一部であるピストンヘッドの冠面の端部に光エネルギーが照射されるように照射位置を調整することが望ましい。
このような構成とすることにより、更に効率良く、より安定的な希薄燃焼を行なうことができる。
なお、「所定の温度」は、適宜実験等などによって定めることができる。
Furthermore, in the present invention, the combustion chamber provided is formed by a cylinder head and a piston head, and further includes temperature detection means for detecting the temperature of the combustion chamber, and the temperature detected by the temperature detection means is equal to or lower than a predetermined temperature. In this case, it is desirable that the irradiation position adjusting means provided adjusts the irradiation position so that light energy is irradiated to the end portion of the crown surface of the piston head that is a part of the inner wall surface of the combustion chamber.
By adopting such a configuration, it is possible to perform lean combustion more efficiently and more stably.
The “predetermined temperature” can be appropriately determined by experiments or the like.

ここで、光エネルギーを照射する位置(領域)を調整する照射位置調整手段を備えた光発生装置の一例を図面を用いて説明する。
図1は、照射位置調整手段を備えた光発生装置の一例である照射位置可変ユニット付きレーザー発振器の概略的な断面形状を示す説明図である。
同図に示すように、照射位置可変ユニット付きレーザー発振器50は、共振部分52と、光学系の一例である照射位置可変ユニット54とから構成され、照射位置可変ユニット54は、前後一対の透明ガラス(54a、54b)と、これらに間に配設した凹レンズ54cと、これらを結合するロット54dと、集光レンズ54eと、を備える。
そして、共振部分52から取り出された光Lは、透明ガラス54a、凹レンズ54c、透明ガラス54b、集光レンズ54eの順に透過して、図示しない光触媒に照射される。
そして、凹レンズ54cを図示しないアクチュエータによってロット54dに沿う方向に前後移動することにより、レーザー発振器50は光エネルギーの照射領域を制御することができる。
なお、図1においては、照射位置可変ユニット54の近傍に共振部分52を配設しているが、図示しないが例えば光ファイバーなどによりレーザー光を伝送することが可能であるため、双方を離して配設することも可能であり、その配設する際の位置関係は任意である。
Here, an example of a light generation apparatus provided with an irradiation position adjusting means for adjusting a position (region) where light energy is irradiated will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic cross-sectional shape of a laser oscillator with an irradiation position variable unit, which is an example of a light generation apparatus provided with an irradiation position adjusting means.
As shown in the figure, a laser oscillator 50 with an irradiation position variable unit includes a resonance portion 52 and an irradiation position variable unit 54 which is an example of an optical system. The irradiation position variable unit 54 includes a pair of front and rear transparent glasses. (54a, 54b), a concave lens 54c disposed between them, a lot 54d for coupling them, and a condenser lens 54e.
The light L extracted from the resonance portion 52 is transmitted through the transparent glass 54a, the concave lens 54c, the transparent glass 54b, and the condenser lens 54e in this order, and is irradiated to a photocatalyst (not shown).
The laser oscillator 50 can control the light energy irradiation region by moving the concave lens 54c back and forth in the direction along the lot 54d by an actuator (not shown).
In FIG. 1, the resonance portion 52 is disposed in the vicinity of the irradiation position variable unit 54, but although not shown, it is possible to transmit laser light using, for example, an optical fiber, so that both are arranged apart from each other. It is also possible to provide them, and the positional relationship when they are arranged is arbitrary.

また、図2に、照射位置可変ユニット付きレーザー発振器を用いて、光触媒層を形成したピストンヘッド冠面に対して、光エネルギーを照射する様子を示す。
同図(a)は、焦点を結んで一点に光エネルギーを照射した場合を示し、同図(b)は、焦点を結ばずに面状に光エネルギーを照射した場合を示す。
照射位置可変ユニット付きレーザー発振器50から、取り出された光Lは、ピストンヘッド冠面に設けられた光触媒Cに照射される。
なお、同図(a)中のθは、光エネルギーの光軸方向とピストンヘッドの冠面とのなす角を示す。また、同図(b)中のAは、照射領域を示す。
FIG. 2 shows a state in which light energy is irradiated onto the crown surface of the piston head on which the photocatalyst layer is formed using a laser oscillator with an irradiation position variable unit.
FIG. 4A shows a case where light energy is irradiated at one point with a focus, and FIG. 4B shows a case where light energy is irradiated in a planar shape without focusing.
The extracted light L from the laser oscillator 50 with the irradiation position variable unit is irradiated to the photocatalyst C provided on the crown surface of the piston head.
In addition, (theta) in the figure (a) shows the angle | corner which the optical axis direction of optical energy and the crown surface of a piston head make. Moreover, A in the figure (b) shows an irradiation area | region.

また、ここで、本発明の内燃機関用点火システムを構成する具体的な要素について説明する。
まず、本発明の点火システムに適用する内燃機関は、混合気を燃焼することにより動力が得られればよく、燃料、作動方式、サイクル、シリンダー数、シリンダー形式、冷却方式、バルブ機構、バルブ数などは特に限定されるものではない。更に、ロータリーエンジンにも適用可能である。
Here, specific elements constituting the internal combustion engine ignition system of the present invention will be described.
First, the internal combustion engine applied to the ignition system of the present invention only needs to obtain power by burning the air-fuel mixture, such as fuel, operation system, cycle, number of cylinders, cylinder type, cooling system, valve mechanism, number of valves, etc. Is not particularly limited. Furthermore, it is applicable also to a rotary engine.

次に、本発明の内燃機関用点火システムに用いる光触媒は、例えばポーラスなチタン系酸化物、亜鉛系酸化物、ニオブ系酸化物、タンタル系酸化物又はスズ系酸化物及びこれらを任意に組合わせたものなどを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。   Next, the photocatalyst used for the internal combustion engine ignition system of the present invention is, for example, a porous titanium oxide, zinc oxide, niobium oxide, tantalum oxide or tin oxide, and any combination thereof. However, it is not limited to these.

次に、本発明の内燃機関用点火システムに適用する混合気は、特に限定されるものではないが、代表的には、燃料ガス(ガソリン、軽油、天然ガス、アルコールなど)と空気を任意に配合して得られる。   Next, the air-fuel mixture applied to the internal combustion engine ignition system of the present invention is not particularly limited, but typically, fuel gas (gasoline, light oil, natural gas, alcohol, etc.) and air are arbitrarily selected. It is obtained by blending.

次に、本発明の内燃機関用点火システムに用いる光発生装置としては、例えばレーザー発振器を用いることができる。
かかるレーザー発振器としては、燃焼させる混合気や光触媒の種類などにより異なるが、固体レーザー、気体レーザー、半導体レーザー、エキシマレーザー、自由電子レーザーなどを単独で又は適宜組合わせて利用することができる。
また、かかるレーザー発振器の光学系装置としては、従来公知のものを使用することができる。なお、混合気を点火するに当たり、少ない光エネルギー量で点火することができるため、必ずしも焦点を結ぶ必要がなく、そのため必ずしも集光レンズを必要としないなどの理由から、光学系装置をより小型化することが可能である。
Next, as a light generator used in the internal combustion engine ignition system of the present invention, for example, a laser oscillator can be used.
As such a laser oscillator, a solid laser, a gas laser, a semiconductor laser, an excimer laser, a free electron laser, or the like can be used alone or in combination as appropriate, although it varies depending on the type of gas mixture or photocatalyst to be burned.
Moreover, a conventionally well-known thing can be used as an optical system apparatus of this laser oscillator. Note that when igniting the air-fuel mixture, it is possible to ignite with a small amount of light energy, so it is not always necessary to focus, and therefore a condensing lens is not necessarily required. Is possible.

以下、本発明を若干の実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to some examples, but the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
図3は、本例の内燃機関用点火システムの概略的な断面形状を示す説明図である。
同図に示すように、本例の内燃機関用点火システム1は、シリンダヘッド12とピストンヘッド14によって形成された燃焼室10と、燃焼室10のピストンヘッド14の冠面に設けられた光触媒20と、その光触媒20に対して光エネルギーを照射する光発生装置の一例であるレーザー発振器30と、を備える。
また、シリンダヘッド12は、窓12aを有しており、レーザー発振器30より照射された光エネルギーは窓12aを通過して、図2(b)に示すように光触媒20に照射され、光エネルギーが照射された光触媒20は点火箇所となり、燃焼室10内の混合気を点火する。
なお、混合気は、吸気ポート12bに設けられたインジェクション12cから供給される燃料と吸入された空気から得られ、吸気バルブ12dが開くことにより燃焼室10に供給される。また、混合気が燃焼した後は、排気バルブ12eが開き、排気ポート12fから燃焼ガスとして排気される。
Example 1
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a schematic cross-sectional shape of the ignition system for the internal combustion engine of the present example.
As shown in the figure, the internal combustion engine ignition system 1 of this example includes a combustion chamber 10 formed by a cylinder head 12 and a piston head 14, and a photocatalyst 20 provided on the crown surface of the piston head 14 of the combustion chamber 10. And a laser oscillator 30 which is an example of a light generator that irradiates the photocatalyst 20 with light energy.
The cylinder head 12 has a window 12a, and the light energy irradiated from the laser oscillator 30 passes through the window 12a and is irradiated to the photocatalyst 20 as shown in FIG. The irradiated photocatalyst 20 becomes an ignition location and ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber 10.
The air-fuel mixture is obtained from the fuel supplied from the injection 12c provided in the intake port 12b and the intake air, and is supplied to the combustion chamber 10 by opening the intake valve 12d. Further, after the air-fuel mixture burns, the exhaust valve 12e is opened and exhausted as combustion gas from the exhaust port 12f.

このように、光触媒を用いて、従来よりも少ない光エネルギーで点火可能となったため、より広い領域で点火することができる。
その結果、燃焼が安定して、希薄燃焼が可能となり、希薄燃焼領域が拡大した。
Thus, since it became possible to ignite with less light energy than before using the photocatalyst, it is possible to ignite in a wider area.
As a result, combustion became stable, lean combustion became possible, and the lean combustion region was expanded.

照射位置可変ユニット付きレーザー発振器の概略的な断面形状を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic cross-sectional shape of a laser oscillator with an irradiation position variable unit. 照射位置可変ユニットを用いて、光触媒層を形成したピストンヘッド冠面に対して、光エネルギーを照射する様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode that light energy is irradiated with respect to the piston head crown surface in which the photocatalyst layer was formed using the irradiation position variable unit. 実施例1の内燃機関用点火システムの概略的な断面形状を示す説明図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic cross-sectional shape of an internal combustion engine ignition system according to a first embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 内燃機関用点火システム
10 燃焼室
12 シリンダヘッド
12a 窓
12b 吸気ポート
12c インジェクション
12d 吸気バルブ
12e 排気バルブ
12f 排気ポート
14 ピストンヘッド
20 光触媒
30 レーザー発振器
50 照射位置可変ユニット付きレーザー発振器
52 共振部分
54 照射位置可変ユニット
54a,b 透明ガラス
54c 凹レンズ
54d ロット
54e 集光レンズ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ignition system for internal combustion engines 10 Combustion chamber 12 Cylinder head 12a Window 12b Intake port 12c Injection 12d Intake valve 12e Exhaust valve 12f Exhaust port 14 Piston head 20 Photocatalyst 30 Laser oscillator 50 Laser oscillator with irradiation position variable unit 52 Resonant part 54 Irradiation position Variable unit 54a, b Transparent glass 54c Concave lens 54d Lot 54e Condensing lens

Claims (12)

光発生装置から照射される光エネルギーを利用して、光触媒により混合気を点火する内燃機関用点火システムであって、
燃焼室と、該燃焼室に設けられた光触媒と、該光触媒に対して光エネルギーを照射する光発生装置と、を備えたことを特徴とする内燃機関用点火システム。
An internal combustion engine ignition system for igniting an air-fuel mixture with a photocatalyst using light energy emitted from a light generator,
An internal combustion engine ignition system comprising: a combustion chamber; a photocatalyst provided in the combustion chamber; and a light generator that irradiates the photocatalyst with light energy.
上記光発生装置が、上記光触媒に対して光エネルギーを面状に照射することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関用点火システム。   The ignition system for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the light generator irradiates the photocatalyst with light energy in a planar shape. 上記燃焼室が、シリンダヘッドとピストンヘッドによって形成されており、上記光触媒が、該ピストンヘッドの冠面に設けられたことを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関用点火システム。   The internal combustion engine ignition system according to claim 1 or 2, wherein the combustion chamber is formed by a cylinder head and a piston head, and the photocatalyst is provided on a crown surface of the piston head. 上記燃焼室が、シリンダヘッドとピストンヘッドによって形成されており、該ピストンヘッドの冠面において、該冠面上の混合気濃度が相対的に高い領域側に、上記光触媒が多く設けられたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つの項に記載の内燃機関用点火システム。   The combustion chamber is formed by a cylinder head and a piston head, and a large amount of the photocatalyst is provided on the crown side of the piston head on the region side where the mixture concentration on the crown surface is relatively high. The ignition system for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3. 上記燃焼室が、シリンダヘッドとピストンヘッドによって形成されており、該シリンダヘッドは、その内壁面に凸部を有し、上記光触媒が該凸部に設けられたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つの項に記載の内燃機関用点火システム。   The combustion chamber is formed by a cylinder head and a piston head, the cylinder head has a convex portion on its inner wall surface, and the photocatalyst is provided on the convex portion. 5. The ignition system for an internal combustion engine according to any one of 4 above. 上記燃焼室が、シリンダヘッドとピストンヘッドによって形成されており、該ピストンヘッドは、その冠面に他の凸部を有し、上記光触媒が該他の凸部に設けられたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つの項に記載の内燃機関用点火システム。   The combustion chamber is formed by a cylinder head and a piston head, the piston head has another convex portion on a crown surface thereof, and the photocatalyst is provided on the other convex portion. The ignition system for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5. 上記燃焼室の内部に、上記燃焼室の内壁面に端部が接合されたメッシュ状担体を有し、上記光触媒が、該メッシュ状担体に設けられたことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つの項に記載の内燃機関用点火システム。   The inside of the said combustion chamber has a mesh-shaped support | carrier by which the edge part was joined to the inner wall face of the said combustion chamber, The said photocatalyst was provided in this mesh-shaped support | carrier. An ignition system for an internal combustion engine according to any one of the items. 上記燃焼室の内壁面の一部が、鏡面として機能することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つの項に記載の内燃機関用点火システム。   The ignition system for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7, wherein a part of the inner wall surface of the combustion chamber functions as a mirror surface. 上記燃焼室が、シリンダヘッドとピストンヘッドによって形成されており、上記光発生装置が照射する光エネルギーの光軸方向が、上記ピストンヘッドの往復動方向と平行でないことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つの項に記載の内燃機関用点火システム。   The combustion chamber is formed by a cylinder head and a piston head, and an optical axis direction of light energy emitted by the light generator is not parallel to a reciprocating direction of the piston head. 9. The ignition system for an internal combustion engine according to any one of items 8 to 9. 上記燃焼室が、シリンダヘッドとピストンヘッドによって形成されており、上記光発生装置が、該ピストンヘッドの冠面の端部に光エネルギーを照射することを特徴とする請求項1〜9のいずれか1つの項に記載の内燃機関用点火システム。   10. The combustion chamber according to claim 1, wherein the combustion chamber is formed by a cylinder head and a piston head, and the light generator irradiates light energy to an end portion of a crown surface of the piston head. An ignition system for an internal combustion engine according to one item. 上記光発生装置が、照射位置調整手段を備えたことを特徴とする請求項1〜10のいずれか1つの項に記載の内燃機関用点火システム。   The ignition system for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 10, wherein the light generation device includes an irradiation position adjusting unit. 上記燃焼室が、シリンダヘッドとピストンヘッドによって形成されており、且つ当該燃焼室の温度を検知する温度検知手段を備え、該温度検知手段が検知する温度が所定の温度以下の場合に、上記照射位置調整手段が、該ピストンヘッドの冠面の端部に光エネルギーが照射されるように照射位置を調整することを特徴とする請求項11に記載の内燃機関用点火システム。   When the combustion chamber is formed by a cylinder head and a piston head and includes a temperature detection means for detecting the temperature of the combustion chamber, the irradiation is performed when the temperature detected by the temperature detection means is equal to or lower than a predetermined temperature. The ignition system for an internal combustion engine according to claim 11, wherein the position adjusting means adjusts the irradiation position so that light energy is irradiated to an end of the crown surface of the piston head.
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