JP2000265867A - Premixed compressed self ignition engine and controlling method therefor - Google Patents

Premixed compressed self ignition engine and controlling method therefor

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JP2000265867A
JP2000265867A JP11068309A JP6830999A JP2000265867A JP 2000265867 A JP2000265867 A JP 2000265867A JP 11068309 A JP11068309 A JP 11068309A JP 6830999 A JP6830999 A JP 6830999A JP 2000265867 A JP2000265867 A JP 2000265867A
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gas
cylinder
control
timing
premixed
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JP11068309A
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Japanese (ja)
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Shoji Asada
昭治 浅田
Koji Moriya
浩二 守家
Yuji Nakamura
裕司 中村
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Osaka Gas Co Ltd
Tokyo Gas Co Ltd
Toho Gas Co Ltd
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Osaka Gas Co Ltd
Tokyo Gas Co Ltd
Toho Gas Co Ltd
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B1/00Engines characterised by fuel-air mixture compression
    • F02B1/12Engines characterised by fuel-air mixture compression with compression ignition

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make self ignition timing proper by a simple structure in a premixed compressed self ignition engine sucking fuel and gas containing oxygen for combustion within a cylinder, performing compressed self ignition for premixed gas and burning premixed gas within the cylinder and maintaining rotation of a crankshaft. SOLUTION: A structure in which timing of compressed self ignition in an engine operation cycle can be detected, premixed gas and a ratio of specific heat are different and control gas 21 non-reactive within a cylinder 3 can be supplied within the cylinder 3 is made. Based on timing of detected compressed self ignition, supply amount of control gas 21 to be supplied within the cylinder 3 is controlled and timing of compressed self ignition is controlled.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料と燃焼用酸素
含有ガスとを、シリンダ内に吸気するとともに、このシ
リンダ内において予混合気を圧縮自着火させてクランク
軸の回転を維持する予混合圧縮自着火エンジンに関する
ものであり、このようなエンジンにおいて、好ましい運
転状態を維持する技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to premixing in which fuel and oxygen-containing gas for combustion are taken into a cylinder, and premixed gas is compressed and ignited in the cylinder to maintain rotation of a crankshaft. The present invention relates to a compression ignition engine and a technique for maintaining a preferable operating state in such an engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】内燃機関であるエンジンは、大きく、火
花点火エンジン(オットーサイクルエンジン)と、圧縮
空気中に液体燃料を噴射するディーゼルエンジンに分け
られるが、都市ガスを燃料とするガスエンジンでは、従
来型のディーゼルエンジンの場合、噴射燃料の圧縮動力
が大きく、機構も複雑になる為、圧倒的多数は、火花点
火エンジン(以下SIエンジンと記す)とされる。SI
エンジンは、シリンダへ空気(燃焼用酸素含有ガスの一
例)と燃料の予混合気を送り込み、シリンダで圧縮した
後、スパークプラグで強制着火する。ところで、エンジ
ンは、圧縮比を増大させる程効率が増大することが分か
っているが、SIエンジンでは、圧縮比を増大させる
と、ノッキングが発生し、その為、通常、圧縮比は10
程度に抑えられる。ノッキングとは、火花点火された燃
焼波が、シリンダ全域に拡がる前に、未燃部が自然燃焼
して、衝撃波を発生する現象であり、この自然着火条件
の成立は、温度依存性が極めて高い。また、圧縮比を増
大させると、ノッキングが発生し易くなるのは、圧縮比
増大とともに、未燃部の温度が増大するためである。
2. Description of the Related Art Engines, which are internal combustion engines, are roughly classified into a spark ignition engine (Otto cycle engine) and a diesel engine which injects liquid fuel into compressed air. In the case of a conventional diesel engine, the compression power of the injected fuel is large and the mechanism is complicated, so the overwhelming majority is a spark ignition engine (hereinafter referred to as SI engine). SI
The engine sends air (an example of an oxygen-containing gas for combustion) and a premixed fuel of fuel to a cylinder, compresses the cylinder, and forcibly ignites with a spark plug. By the way, it is known that the efficiency of the engine increases as the compression ratio increases. However, in the case of the SI engine, when the compression ratio is increased, knocking occurs.
Can be suppressed to the extent. Knocking is a phenomenon in which an unburned portion spontaneously combusts and generates a shock wave before a spark-ignited combustion wave spreads over the entire cylinder, and the establishment of the spontaneous ignition condition is extremely temperature-dependent. . The reason why knocking is more likely to occur when the compression ratio is increased is that the temperature of the unburned portion increases as the compression ratio increases.

【0003】最近、自然着火を積極的に利用する予混合
圧縮自着火エンジンのコンセプトが話題になっている。
これは、元々、燃料噴射ディーゼルのパティキュレート
を防止する目的で考え出されたものであるが、圧縮空気
中に燃料を噴射するのではなく、主には、SIエンジン
の様に空気と燃料の予混合気をシリンダに供給し、圧縮
によって自然着火させ、回転を続ける。この手法をガス
エンジンに適用すれば、ノッキングの問題を避けつつ、
圧縮比を増大させ、高い効率を得ることが可能となる。
[0003] Recently, the concept of a homogeneous charge compression ignition engine that actively utilizes spontaneous ignition has become a hot topic.
This was originally conceived for the purpose of preventing the particulates of fuel-injected diesel, but rather than injecting the fuel into the compressed air, it mainly uses air and fuel like SI engines. The pre-mixed gas is supplied to the cylinder, spontaneously ignites by compression, and continues to rotate. By applying this method to gas engines, it is possible to avoid knocking problems,
It is possible to increase the compression ratio and obtain high efficiency.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記予混合圧縮自着火
エンジンを実現するための大きな課題の一つは、着火時
期の制御である。SIエンジンでは、火花点火時期によ
って、燃料噴射ディーゼルでは燃料噴射時期によって着
火時期を制御できるが、予混合圧縮自着火エンジンの場
合、そのままでは(着火時間の制御を適正に行わない
と)、起動からの経過時間、エンジン負荷、空気比等の
変化により、自着火の起こるタイミングが変わり運転を
継続できなくなる。従って、本発明の目的は、予混合圧
縮自着火エンジンにおいて、その自着火タイミングを適
性なものとすることができる技術を得ることにある。
One of the major problems in realizing the above-mentioned homogeneous charge compression self-ignition engine is control of the ignition timing. In the SI engine, the ignition timing can be controlled by the spark ignition timing, and in the fuel injection diesel, the ignition timing can be controlled by the fuel injection timing. Due to changes in the elapsed time, engine load, air ratio, and the like, the timing at which self-ignition occurs changes, and operation cannot be continued. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a technique capable of making the self-ignition timing appropriate in a homogeneous charge compression self-ignition engine.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明による、燃料と燃焼用酸素含有ガスとをシリン
ダ内に吸気するとともに、前記シリンダ内において予混
合気を圧縮自着火させて燃焼させ、クランク軸の回転を
維持する予混合圧縮自着火エンジンの制御方法の特徴手
段は、請求項1に記載されているように、エンジン動作
サイクルにおける前記圧縮自着火のタイミングを検出可
能、且つ前記予混合気と比熱比が異なり前記シリンダ内
において反応しないコントロールガスをシリンダ内に供
給可能な構造とし、前記検出された圧縮自着火のタイミ
ングに基づいて、前記シリンダ内に供給されるコントロ
ールガスの供給量を制御し、前記圧縮自着火のタイミン
グを制御することにある。
According to the present invention, a fuel and an oxygen-containing gas for combustion are sucked into a cylinder, and the premixed gas is compressed and ignited in the cylinder for combustion. The characteristic means of the control method of the homogeneous charge compression ignition engine for maintaining the rotation of the crankshaft is capable of detecting the timing of the compression ignition in an engine operation cycle, as described in claim 1, and A control gas having a specific heat ratio different from that of the premixed gas and not reacting in the cylinder can be supplied to the cylinder, and a control gas supplied to the cylinder is supplied based on the detected timing of the compression ignition. And controlling the timing of the compression auto-ignition.

【0006】エンジンの動作制御にあっては、圧縮自着
火のタイミングが重要である。従って、まず、エンジン
の動作サイクル中における圧縮自着火の実際のタイミン
グを検出する。即ち、エンジンは、吸気、圧縮、膨張、
排気行程を経て動作することから、このような行程を経
る時間軸上で、どのタイミングで自着火が発生している
かを検出する。実際上は、このような自着火は、圧縮行
程の最終段階、若しくは膨張行程の初期の段階におい
て、発生することが好ましい。このような検出は、例え
ば、シリンダ内の内圧若しくは温度の変化を、クランク
軸の回転角と関連付けて検出することにより、行うこと
ができる。
In controlling the operation of the engine, the timing of compression ignition is important. Therefore, first, the actual timing of the compression ignition in the operation cycle of the engine is detected. That is, the engine is used for intake, compression, expansion,
Since the operation is performed through the exhaust stroke, it is detected at which timing self-ignition occurs on a time axis passing through such a stroke. In practice, such self-ignition preferably occurs at the end of the compression stroke or at the beginning of the expansion stroke. Such detection can be performed, for example, by detecting a change in internal pressure or temperature in the cylinder in association with the rotation angle of the crankshaft.

【0007】そして、本願にあっては、予混合気と比熱
比が異なりシリンダ内において反応しないコントロール
ガスをシリンダ内に供給可能な構造とし、検出された圧
縮自着火のタイミングに基づいて、シリンダ内に供給さ
れるコントロールガスの供給量を制御することで、シリ
ンダ内の予混合気の比熱比を変化させ、断熱圧縮温度を
変化させることができ、結果的に圧縮自着火のタイミン
グを制御することができる。即ち、比熱比が予混合気よ
りも大きいコントロールガスを用いる場合は、予混合気
に供給するコントロールガスの供給量に対して、断熱圧
縮後の温度を上昇させて自着火のタイミングを早めるこ
とができ、逆に、比熱比が予混合気よりも小さい場合
は、予混合気に供給するコントロールガスの供給量に対
して、断熱圧縮後の温度を降下させて自着火のタイミン
グを遅めることができ、コントロールガスの供給量を制
御することで、例えば、好ましい圧縮自着火を実現する
ことができる。
According to the present invention, a control gas having a specific heat ratio different from that of the premixed gas and not reacting in the cylinder is configured to be supplied to the cylinder. By controlling the amount of control gas supplied to the cylinder, the specific heat ratio of the premixed gas in the cylinder can be changed, and the adiabatic compression temperature can be changed. As a result, the timing of compression ignition can be controlled. Can be. That is, when using a control gas having a specific heat ratio larger than that of the premixed gas, it is possible to increase the temperature after the adiabatic compression with respect to the supply amount of the control gas supplied to the premixed gas to advance the timing of self-ignition. Conversely, if the specific heat ratio is smaller than the premixed gas, the temperature of the control gas supplied to the premixed gas should be reduced by lowering the temperature after adiabatic compression to delay the timing of self-ignition. By controlling the supply amount of the control gas, for example, preferable compression ignition can be realized.

【0008】以上が、圧縮自着火のタイミングの制御方
法に関するものであるが、このような予混合圧縮自着火
エンジンは、請求項2に記載されているように、以下の
ように構成することが好ましい。即ち、燃料と燃焼用酸
素含有ガスとをシリンダ内に吸気するとともに、前記シ
リンダ内において予混合気を圧縮自着火させて燃焼さ
せ、クランク軸の回転を維持する予混合圧縮自着火エン
ジンを構成するに、エンジン動作サイクルにおける前記
圧縮自着火のタイミングを検出する圧縮自着火タイミン
グ検出手段を備えるとともに、前記予混合気と比熱比が
異なり前記シリンダ内において反応しないコントロール
ガスを前記シリンダ内に供給量調整を伴って供給するコ
ントロールガス供給手段を備え、前記圧縮自着火タイミ
ング検出手段によって検出された圧縮自着火のタイミン
グに基づいて、前記コントロールガス供給手段を働かせ
て、前記圧縮自着火のタイミングを制御する制御手段を
備える。
The above description relates to a method for controlling the timing of compression ignition, and such a homogeneous charge compression ignition engine may be configured as follows. preferable. That is, a premixed compression ignition engine is constructed in which fuel and oxygen-containing gas for combustion are sucked into a cylinder, and the premixed gas is compressed and ignited and burned in the cylinder to maintain the rotation of the crankshaft. A compression auto-ignition timing detection means for detecting the timing of the compression self-ignition in the engine operation cycle, and a control gas supply amount in the cylinder for supplying a control gas having a specific heat ratio different from that of the premixed gas and not reacting in the cylinder. Control gas supply means for supplying the control gas with the control gas supply means, based on the compression ignition timing detected by the compression ignition timing detection means, and controlling the compression ignition timing. The control means is provided.

【0009】この予混合圧縮自着火エンジンにあって
は、圧縮自着火タイミング検出手段により、エンジン動
作サイクル内における経時的な圧縮自着火のタイミング
が検出される。一方、予混合気と比熱比が異なり前記シ
リンダ内において反応しないコントロールガスを前記シ
リンダ内に供給量調整を伴って供給するコントロールガ
ス供給手段を備えている。さて、本願エンジンには、制
御手段が備えられ、この制御手段により前記圧縮自着火
タイミング検出手段によって検出された圧縮自着火のタ
イミングに基づいて、前記コントロールガス供給手段を
働かせて、シリンダ内の予混合気の比熱比を変化させて
断熱圧縮後の温度を変化させる。結果、圧縮自着火のタ
イミングを変更、制御することができ、例えば、これを
好ましい状態とすることができる。例えば、コントロー
ルガスとして予混合気よりも比熱比が小さくシリンダ内
において反応しないコントロールガスを用いた場合にお
いては、前記制御手段が、前記圧縮自着火タイミング検
出手段により検出される情報に従って、圧縮自着火が起
こるべきクランク軸角度タイミングに対する、実際の圧
縮自着火のタイミングの遅れ若しくは早まりを検出し、
前記実際の圧縮自着火のタイミングに遅れがある場合
に、前記シリンダ内に供給される前記コントロールガス
の供給量を減少側に制御し、前記実際の圧縮自着火のタ
イミングに早まりがある場合に、前記シリンダ内に供給
される前記コントロールガスの供給量を増加側に制御す
ることが好ましい。
In this homogeneous charge compression ignition engine, the compression ignition timing detecting means detects the compression ignition timing over time in the engine operation cycle. On the other hand, there is provided a control gas supply means for supplying a control gas having a specific heat ratio different from that of the premixed gas and not reacting in the cylinder with supply amount adjustment in the cylinder. The engine of the present application is provided with control means. Based on the compression ignition timing detected by the compression ignition timing detection means, the control gas supply means is actuated to control the pre-charge in the cylinder. The temperature after adiabatic compression is changed by changing the specific heat ratio of the air-fuel mixture. As a result, the timing of compression self-ignition can be changed and controlled, and for example, this can be set to a preferable state. For example, when a control gas having a specific heat ratio smaller than that of the pre-mixed gas and not reacting in the cylinder is used as the control gas, the control means controls the compression ignition to perform in accordance with the information detected by the compression ignition timing detection means. Detect the delay or advance of the actual compression ignition timing with respect to the crankshaft angle timing at which
When there is a delay in the timing of the actual compression ignition, the supply amount of the control gas supplied into the cylinder is controlled to decrease, and when there is an advance in the actual compression ignition timing, It is preferable that the supply amount of the control gas supplied into the cylinder is controlled to increase.

【0010】一般に、予混合圧縮自着火エンジンにおい
ては、クランク軸の回転角との関係で、圧縮自着火のタ
イミングとして好ましいタイミングが特定される。即
ち、ピストンが上死点にあるタイミングの近傍に、圧縮
自着火のタイミングがきていることが好ましく、このよ
うな理想的なタイミングは、エンジンの仕様、動作状態
が特定されると、ほぼ一意的に決まる。これが、圧縮自
着火が起こるべきクランク軸回転角度タイミングであ
る。よって、このような情報を予め求めておき、制御手
段により、このタイミングに対して、実際の圧縮自着火
のタイミングの遅れ若しくは早まりを、検出することが
可能であり、これを、好ましいタイミングに持っていこ
うとすると、制御手段による制御を働かせて、シリンダ
内に供給されるコントロールガスの供給量を増加側に制
御したり、コントロールガスの供給量を減少側に制御す
ることにより、好ましいタイミングとすることができ
る。
Generally, in a homogeneous charge compression ignition engine, a preferable timing for compression ignition is specified in relation to the rotation angle of the crankshaft. That is, it is preferable that the compression ignition timing is near the timing at which the piston is at the top dead center. Such an ideal timing is almost unique when the specifications and operating conditions of the engine are specified. Is decided. This is the crankshaft rotation angle timing at which compression ignition should occur. Therefore, it is possible to obtain such information in advance, and to detect the delay or advance of the actual compression ignition timing with respect to this timing by the control means. In this case, by controlling the control means to control the supply amount of the control gas supplied into the cylinder to the increasing side or to control the supply amount of the control gas to the decreasing side, a preferable timing is obtained. be able to.

【0011】さて、予混合圧縮自着火エンジンは上記の
構成でほぼ好ましい運転状態を確保できるが、自着火の
タイミングは、例えば、エンジンの運転開始からの経過
時間、エンジン負荷、空気比、あるいは環境温湿度気圧
等の動作条件の変化に対して直接自着火のタイミングを
適切に設定してエンジンの運転状態を良好なものに維持
することが好ましい場合がある。この場合は以下の構成
を採用することができる。このような動作条件の変化に
対して、コントロールガスの供給量を適切に調整して、
好ましい動作状態を得ようとする提案が以下のものであ
る。
The homogeneous charge compression ignition engine can secure a substantially preferable operating state with the above configuration. The timing of the self ignition can be determined, for example, by the elapsed time from the start of operation of the engine, the engine load, the air ratio, or the environment. In some cases, it is preferable to appropriately set the timing of self-ignition directly in response to changes in operating conditions such as temperature, humidity, and atmospheric pressure, and to maintain a favorable operating state of the engine. In this case, the following configuration can be adopted. In response to such changes in operating conditions, adjust the control gas supply amount appropriately,
Proposals for obtaining a favorable operating state are as follows.

【0012】即ち、燃料と燃焼用酸素含有ガスとをシリ
ンダ内に吸気するとともに、前記シリンダ内において予
混合気を圧縮自着火させて燃焼させ、クランク軸の回転
を維持する予混合圧縮自着火エンジンを構成するに、請
求項3に記載されているように、エンジンの動作条件を
検出する動作条件検出手段を備えるとともに、前記予混
合気と比熱比が異なり前記シリンダ内において反応しな
いコントロールガスを前記シリンダ内に供給量調整を伴
って供給するコントロールガス供給手段を備え、前記動
作条件検出手段によって検出された動作条件に基づい
て、前記コントロールガス供給手段を働かせて、前記圧
縮自着火のタイミングを制御する制御手段を備える。
That is, a premixed compression ignition engine in which fuel and oxygen-containing gas for combustion are sucked into a cylinder, and the premixed gas is compressed and ignited and burned in the cylinder to maintain rotation of a crankshaft. As described in claim 3, the apparatus further comprises operating condition detecting means for detecting operating conditions of the engine, and the control gas having a specific heat ratio different from the premixed gas and not reacting in the cylinder is used as the control gas. Control gas supply means for supplying a supply amount in the cylinder with adjustment of the supply amount, based on the operating condition detected by the operating condition detecting means, the control gas supply means is operated to control the timing of the compression ignition. Control means for performing the operation.

【0013】この構成にあっては、動作条件検出手段に
より、自着火タイミングに影響を及ぼすと考えられる動
作条件が検出される。このような動作条件とは、先に示
したような、エンジンの運転開始からの経過時間、エン
ジン負荷、空気比、あるいは環境温湿度気圧等である。
一方、これまで説明してきた例と同様に、予混合気と比
熱比が異なりシリンダ内において反応しないコントロー
ルガスを前記シリンダ内に供給量調整を伴って供給する
コントロールガス供給手段を備えていることにより、コ
ントロールガスをシリンダ内に供給することが可能とな
っている。そして、制御手段は、前記動作条件検出手段
によって検出された動作条件に基づいて、前記コントロ
ールガス供給手段を働かせて、圧縮自着火のタイミング
を制御することができる。即ち、制御手段には、例え
ば、動作条件に従った、あるいはこのような動作条件の
変化傾向に対応して、コントロールガスの供給量の設定
あるいはその変化傾向を設定するための情報が予め収納
されており、このような予め得られている規範情報に従
って、コントロールガスのシリンダ内への供給量を制御
する。このようにすることで、動作条件に適合して、あ
るいは動作条件の変化に対応して、コントロールガスの
供給量の調整を伴って、好ましい運転状態を確保でき
る。
In this configuration, the operating condition detecting means detects an operating condition which is considered to affect the self-ignition timing. Such operating conditions are, for example, the elapsed time from the start of operation of the engine, the engine load, the air ratio, the ambient temperature, the humidity, and the atmospheric pressure, as described above.
On the other hand, as in the example described so far, by providing a control gas supply means for supplying a control gas having a specific heat ratio different from that of the premixed gas and not reacting in the cylinder with supply amount adjustment in the cylinder. The control gas can be supplied into the cylinder. The control means can control the timing of the compression ignition by operating the control gas supply means based on the operating condition detected by the operating condition detecting means. That is, for example, the control means stores in advance information for setting the control gas supply amount or setting the change tendency in accordance with the operation condition or in response to such a change tendency of the operation condition. The control amount of the control gas supplied into the cylinder is controlled according to such reference information obtained in advance. In this way, a favorable operation state can be ensured in accordance with the operating conditions or in response to a change in the operating conditions, together with the adjustment of the control gas supply amount.

【0014】更に、請求項4に記載されているように、
前記コントロールガスが炭酸ガス、窒素ガス、水蒸気、
アルゴンガス、若しくはヘリウムガスであることが好ま
しい。コントロールガスとして炭酸ガス、窒素ガス、水
蒸気、アルゴンガス、若しくはヘリウムガスを使用する
ことができる。天然ガスを主成分とするエンジンにおい
ては、炭酸ガス及び水蒸気は予混合気よりも比熱比が小
さいコントロールガスとして使用でき、アルゴンガス及
びヘリウムガスは予混合気よりも比熱比が大きいコント
ロールガスとして使用できる。
Further, as described in claim 4,
The control gas is carbon dioxide gas, nitrogen gas, water vapor,
It is preferable to use argon gas or helium gas. Carbon dioxide gas, nitrogen gas, water vapor, argon gas, or helium gas can be used as the control gas. In engines mainly composed of natural gas, carbon dioxide gas and water vapor can be used as control gases having a lower specific heat ratio than the premixed gas, and argon gas and helium gas can be used as control gases having a higher specific heat ratio than the premixed gas. it can.

【0015】これらの予混合圧縮自着火エンジンにおい
て、請求項5に記載されているように、前記シリンダか
ら排出される排ガスを分離してコントロールガスを得る
分離装置を備えることが好ましい。この構成において、
排ガスを分離する分離装置を備え、予混合気と比熱比が
異なりシリンダ内において反応しないコントロールガス
として炭酸ガスや水蒸気を得ることができる。コントロ
ールガス供給手段によって、排ガスから得たコントロー
ルガスのシリンダ内への供給量を制御することができ、
圧縮自着火のタイミングを制御することができる。
It is preferable that the premixed compression ignition engine be provided with a separating device for separating the exhaust gas discharged from the cylinder to obtain a control gas. In this configuration,
A separation device for separating exhaust gas is provided, and it is possible to obtain carbon dioxide gas or water vapor as a control gas having a specific heat ratio different from that of the premixed gas and not reacting in the cylinder. By the control gas supply means, it is possible to control the supply amount of the control gas obtained from the exhaust gas into the cylinder,
The timing of compression ignition can be controlled.

【0016】これらのコントロールガスのうちでシリン
ダから排出される排ガスに含まれている炭酸ガスは、排
ガスを圧力スイング法(PSA法)や加熱再生法(TS
A法)を用いた分離装置によって分離して得ることがで
き、これをコントロールガスとしてコントロールガス供
給手段によってシリンダへの供給量制御を伴って供給
し、圧縮自着火のタイミングを制御することができる。
前述の排ガスの分離方法はそれぞれ吸着剤を使用して、
吸着・脱離によって物質を分離する方法であり、PSA
法は、吸着過程では常温加圧下で操業して比吸着成分を
吸着し、脱離過程では大気圧又はそれ以下に減圧して比
吸着成分を脱離させる方法であり、TSA法は、吸着過
程では低温下で操業して比吸着成分を吸着し、脱離過程
では、加熱して比吸着成分を脱離する方法である。本願
の圧縮自着火エンジンにおいて、TSA法を用いて排ガ
スを分離する分離装置を備え、コントロールガスとして
炭酸ガスを得るように構成する場合においては、分離装
置の熱源として、排ガスの熱エネルギを利用することが
でき、燃焼に伴って発生する排ガスを熱源として分離装
置に供給し、分離装置が供給される前記排ガスを使用し
て排ガスの分離を行うように構成することもできる。
Among these control gases, carbon dioxide contained in the exhaust gas discharged from the cylinder is obtained by subjecting the exhaust gas to a pressure swing method (PSA method) or a heat regeneration method (TS
A) can be obtained by separation using a separation device using method A), and this can be supplied as control gas with control of the supply amount to the cylinder by control gas supply means, and the timing of compression ignition can be controlled. .
Each of the aforementioned exhaust gas separation methods uses an adsorbent,
PSA is a method of separating substances by adsorption and desorption.
In the adsorption process, the specific adsorption component is adsorbed by operating under normal temperature and pressure, and in the desorption process, the specific adsorption component is desorbed by reducing the pressure to atmospheric pressure or lower. In this method, a specific adsorption component is adsorbed by operating at a low temperature, and in the desorption process, the specific adsorption component is desorbed by heating. When the compression ignition engine of the present application is provided with a separation device for separating exhaust gas by using the TSA method and configured to obtain carbon dioxide gas as a control gas, heat energy of the exhaust gas is used as a heat source of the separation device. Alternatively, the exhaust gas generated by the combustion may be supplied as a heat source to the separation device, and the exhaust gas may be separated using the exhaust gas supplied to the separation device.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】〔実施例1〕本願の予混合圧縮自
着火エンジン100の構造を図1に基づいて説明する。
エンジン100は、天然ガスを燃料とするエンジンであ
り、吸気弁1及び排気弁2を備えたシリンダ3と、この
シリンダ3内に収納されるピストン4を備えたエンジン
本体5を備えて構成されている。ピストン4は連接棒8
によってクランク軸9に接続されており、ピストン4の
往復動に従ってクランク軸9に回転出力を得られる。こ
の構成により、天然ガスと空気の予混合気は、吸気路1
3、吸気弁1を介し、シリンダ3内へ導かれ、圧縮・膨
張行程を経た後、排気弁2、排気路14を介して排気側
へ排気される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 The structure of a homogeneous charge compression ignition engine 100 according to the present invention will be described with reference to FIG.
The engine 100 is an engine using natural gas as a fuel, and includes a cylinder 3 having an intake valve 1 and an exhaust valve 2, and an engine body 5 having a piston 4 housed in the cylinder 3. I have. Piston 4 is connecting rod 8
Thus, a rotational output is obtained from the crankshaft 9 according to the reciprocating motion of the piston 4. With this configuration, the premixed gas of natural gas and air is supplied to the intake passage 1
3. The gas is guided into the cylinder 3 via the intake valve 1, passes through the compression / expansion process, and is then exhausted to the exhaust side via the exhaust valve 2 and the exhaust path 14.

【0018】エンジンの動作サイクルは、吸気行程、圧
縮行程、膨張行程、排気行程を経て、一サイクルを完了
する。通常、前記吸気行程においては、吸気弁1のみが
開状態とされて、予混合気の吸入が行われる。圧縮行程
においては、吸気弁1及び排気弁2が共に閉状態とされ
ピストン4がシリンダ3内空間を減少させる方向に移動
し、シリンダ3内のガスの圧縮が起こる。この圧縮が完
了する状態におけるピストン4の位置が、上死点と呼ば
れ、本願における圧縮自着火は、この位置の近傍にピス
トン4があるタイミングで起こることが好ましい。膨張
行程は、燃焼によって発生する高圧ガスによりピストン
4がシリンダ内空間を増加する方向に移動する行程であ
る。この行程にあっても、吸気弁1及び排気弁2が共に
閉状態とされる。更に、排気行程においては、排気弁2
のみが開状態とされ、ピストン4のシリンダ3内空間を
減少させる方向への移動に伴ってシリンダ3内の排ガス
が排出される。以上の行程は、4サイクルエンジンが普
通に備える行程であり、基本的に予混合圧縮自着火エン
ジンも、着火が、圧縮に伴って発生される熱によって起
こる以外、他のエンジンと変わるところはない。
One cycle of the operation cycle of the engine is completed through an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke. Normally, in the intake stroke, only the intake valve 1 is opened, and suction of premixed air is performed. In the compression stroke, the intake valve 1 and the exhaust valve 2 are both closed, the piston 4 moves in a direction to reduce the space in the cylinder 3, and the gas in the cylinder 3 is compressed. The position of the piston 4 in a state where the compression is completed is called a top dead center, and the compression ignition in the present application preferably occurs at a timing when the piston 4 is located near this position. The expansion stroke is a stroke in which the piston 4 moves in a direction to increase the space in the cylinder due to the high-pressure gas generated by the combustion. Even during this process, the intake valve 1 and the exhaust valve 2 are both closed. Further, in the exhaust stroke, the exhaust valve 2
Only the open state is set, and the exhaust gas in the cylinder 3 is discharged as the piston 4 moves in the direction to reduce the space in the cylinder 3. The above strokes are the ones that a four-stroke engine normally has. Basically, a homogeneous charge compression ignition engine is no different from other engines except that ignition is caused by heat generated by compression. .

【0019】以下 本願の特徴構成に関して説明する。
図1に示すエンジン100の吸気路13において、燃料
である都市ガスよりも比熱比が小さいコントロールガス
21として炭酸ガスを吸気路13に供給可能なコントロ
ールガス供給装置22を備えている。この構成により、
シリンダ3内へ供給される予混合気にコントロールガス
21を混合することができる。一方、シリンダ3内の内
圧を検出するための内圧センサ10が備えられるととも
に、クランク軸9の角度を検出するためのクランク角セ
ンサ11が備えられている。内圧センサ10からの出力
情報は予め設定されている設定値と比較され、その比較
結果、及び検出されたクランク角が、エンジンに備えら
れる制御装置12に送られる。従って、制御装置12に
おいては、各時点において、クランク角と設定値に対し
てシリンダ内の内圧がどのような状態にあるかの情報を
得ることができる。シリンダ内圧が設定値を越えるタイ
ミングが実際の自着火のタイミングである。このよう
に、エンジンの動作サイクルにおける圧縮自着火のタイ
ミングを検出する手段を、圧縮自着火タイミング検出手
段Aと呼ぶ。ここで、この圧縮自着火タイミング検出手
段Aにおいては、クランク軸角度が動作サイクルの時間
軸に代わる情報として認識され、クランク軸角がどの角
度にあるタイミングで、圧縮自着火が起こったかを検出
して、自着火のタイミングが特定される。
Hereinafter, the characteristic configuration of the present application will be described.
In the intake passage 13 of the engine 100 shown in FIG. 1, a control gas supply device 22 capable of supplying carbon dioxide gas to the intake passage 13 as a control gas 21 having a specific heat ratio smaller than that of city gas as fuel is provided. With this configuration,
The control gas 21 can be mixed with the premixed gas supplied into the cylinder 3. On the other hand, an internal pressure sensor 10 for detecting an internal pressure in the cylinder 3 is provided, and a crank angle sensor 11 for detecting an angle of the crankshaft 9 is provided. The output information from the internal pressure sensor 10 is compared with a preset set value, and the comparison result and the detected crank angle are sent to the control device 12 provided in the engine. Therefore, the control device 12 can obtain information on the state of the internal pressure in the cylinder with respect to the crank angle and the set value at each time point. The timing at which the cylinder internal pressure exceeds the set value is the actual self-ignition timing. The means for detecting the timing of compression ignition in the operation cycle of the engine in this way is referred to as compression ignition timing detection means A. Here, the compression ignition timing detecting means A recognizes the crankshaft angle as information replacing the time axis of the operation cycle, and detects at what timing the crankshaft angle is at which compression ignition occurs. Thus, the timing of self-ignition is specified.

【0020】一方、前述のコントロールガス供給装置2
2に関して説明すると、コントロールガス供給装置22
は都市ガスの予混合気よりも比熱比が小さい炭酸ガスを
コントロールガス21として備えており、流路23を介
して吸気路13にコントロールガス21を供給できるよ
うに構成されている。コントロールガス21の供給量は
設定可能であり、制御装置12の出力信号に基づいて、
所定量のコントロールガス21を予混合気に供給する。
このように、予混合気に供給され得るコントロールガス
21の量を設定し、予混合気に供給する手段をコントロ
ールガス供給手段Bと呼ぶ。
On the other hand, the aforementioned control gas supply device 2
2 will be described.
The control gas 21 is provided with a carbon dioxide gas having a specific heat ratio smaller than that of the premixed gas of city gas as the control gas 21, and is configured to be able to supply the control gas 21 to the intake passage 13 through the flow path 23. The supply amount of the control gas 21 can be set, and based on an output signal of the control device 12,
A predetermined amount of control gas 21 is supplied to the premixed gas.
In this way, the means for setting the amount of the control gas 21 that can be supplied to the premixed gas and supplying the gas to the premixed gas is referred to as control gas supply means B.

【0021】図2に示すように、コントロールガス21
として、予混合気よりも比熱比が小さくシリンダ内で反
応しない炭酸ガスを予混合気に供給した場合において
は、予混合気の比熱比は、その炭酸ガスの供給量に比例
して減少し、炭酸ガスの供給量を増加させると予混合気
の比熱比は減少する方向に変化する。よって、コントロ
ールガス21の量を調整することで、断熱圧縮後の温度
を変更させることができる。即ち、図3に示すように、
炭酸ガスのように都市ガスの予混合気よりも比熱比が小
さいコントロールガス21を増やすと、断熱圧縮後の温
度は低くなり、圧縮自着火のタイミングが遅くなる。こ
のことを利用して、予混合気に供給されるコントロール
ガス21の量を変化させることで、圧縮自着火のタイミ
ングを変化させ、好ましい自着火タイミングとすること
ができるのである。
As shown in FIG. 2, the control gas 21
As, when the premixed gas is supplied with a carbon dioxide gas having a specific heat ratio smaller than that of the premixed gas and not reacting in the cylinder, the specific heat ratio of the premixed gas decreases in proportion to the supply amount of the carbon dioxide gas, When the supply amount of carbon dioxide gas is increased, the specific heat ratio of the premixed gas changes in a decreasing direction. Therefore, the temperature after adiabatic compression can be changed by adjusting the amount of the control gas 21. That is, as shown in FIG.
When the control gas 21 having a specific heat ratio smaller than that of the premixed gas of the city gas, such as carbon dioxide, is increased, the temperature after the adiabatic compression becomes low, and the timing of the compression self-ignition is delayed. By utilizing this fact, by changing the amount of the control gas 21 supplied to the premixed gas, it is possible to change the timing of the compression self-ignition and to achieve a preferable self-ignition timing.

【0022】上記構成により、制御装置12には、エン
ジン100の一動作サイクル内における実際の自着火の
タイミング情報(実際は、各クランク角においてシリン
ダ内圧力が設定値に対して、これを越えたクランク角情
報)が、入力される。一方、この制御装置12は、内部
に記憶手段120を備えており、運転条件に対応して、
圧縮自着火が起こるべきタイミング(特定のクランク
角)情報を備えている。このような好ましい自着火のタ
イミングは、エンジンの仕様が固定されている場合、経
験的に判明しており、予め記憶しておくことができる。
そして、制御装置12内では、エンジン動作時におけ
る、圧縮自着火タイミング検出手段Aによって検出され
た実際の自着火タイミング(シリンダ内圧が前記設定値
を越えるシリンダ角)と、前記好ましい自着火のタイミ
ング(好ましいシリンダ角)との、比較を行う。このよ
うにすることで、実際の自着火のタイミングの遅れ若し
くは早まりを判断する。この結果に基づいて、制御装置
12にあっては、予め記憶させておいたコントロールガ
ス21の予混合気に対する供給量を決定し、コントロー
ルガス供給手段Bを働かせ、コントロールガス供給装置
22によりコントロールガス21を圧縮自着火前の予混
合気に供給する。
With the above configuration, the control device 12 provides the self-ignition timing information (actually, the crank pressure exceeding the set value at each crank angle to the set value at each crank angle) to the control device 12. Corner information) is input. On the other hand, the control device 12 includes a storage unit 120 therein, and according to the operating conditions,
Information on the timing (specific crank angle) at which compression ignition should occur is provided. Such a preferred timing of self-ignition is known empirically when the specification of the engine is fixed, and can be stored in advance.
In the control device 12, the actual self-ignition timing (cylinder angle at which the cylinder internal pressure exceeds the set value) detected by the compression self-ignition timing detection means A during the operation of the engine and the preferable self-ignition timing ( (Preferable cylinder angle). In this way, the delay or advance of the actual self-ignition timing is determined. Based on the result, the control device 12 determines the supply amount of the control gas 21 to the premixed gas stored in advance, activates the control gas supply means B, and controls the control gas supply device 22 to control the control gas. 21 is supplied to the premixture before compression ignition.

【0023】このように、圧縮自着火タイミング検出手
段Aにより検出される情報に従って、実際の圧縮自着火
のタイミングの遅れ若しくは早まりを検出し、コントロ
ールガス供給手段Bを働かせ、圧縮自着火前の予混合気
に供給するコントロールガス21の量を制御する手段を
制御手段Cと呼び、この制御手段Cにより、予混合気の
比熱比が好ましい状態で圧縮自着火するものとなり、圧
縮自着火のタイミングを適切なタイミングとすることが
できる。
As described above, according to the information detected by the compression ignition timing detection means A, the delay or advance of the actual compression ignition timing is detected, the control gas supply means B is operated, and the pre-compression ignition timing is determined. The means for controlling the amount of the control gas 21 supplied to the air-fuel mixture is referred to as control means C. With this control means C, compression self-ignition is performed in a state where the specific heat ratio of the pre-air-fuel mixture is favorable, and the timing of compression self-ignition is set Appropriate timing can be set.

【0024】さて、制御装置12には、上記のような内
圧センサ10及びクランク角センサ11からの検出情報
の他に、エンジンに係る負荷情報、及びエンジンの周囲
環境の温湿度情報が入力されるようにシステムが構成さ
れていてもよく、これらの入力情報に基づいて、コント
ロールガス供給手段Bを働かせ、予混合気に供給するコ
ントロールガス21の量を制御、即ち、予混合気の比熱
比を制御し、自着火タイミングの制御を行うこともでき
る。この構成に関して、以下に説明する。エンジン負荷
に関しては、エンジンの必要回転数等をモニターするエ
ンジン負荷検出センサ17(手段の一例)が備えられる
構成が採用されており、検出される負荷の変動に対して
制御装置12は、エンジン負荷検出手段17により検出
されるエンジン負荷が増大する場合には予混合気よりも
比熱比が小さいコントロールガス21の供給量を増加側
に制御して、断熱圧縮後のシリンダ内温度を低め、エン
ジン負荷が減少する場合には予混合気よりも比熱比が小
さいコントロールガス21の供給量を減少側に制御し
て、断熱圧縮後のシリンダ内温度を高めることができ
る。結果、エンジン負荷に対しても本願の自着火エンジ
ンは良好に対応できる。更に環境温度に関しては、環境
温度を検出する温度センサ18(環境温度検出手段の一
例)が備えられており、この環境温度検出手段18によ
り検出される環境温度が上昇する場合は、予混合気に供
給される予混合気よりも比熱比が小さいコントロールガ
ス21を増加側に制御し、環境温度が下降する場合は、
減少側に制御することができる。結果、環境温度等の変
動に対しても、自着火のタイミングを好ましいタイミン
グに設定することができる。ここで、負荷センサ17や
環境温度センサ18のような、エンジンの動作条件を検
出する手段を、動作条件検出手段Dと称する。
Now, in addition to the detection information from the internal pressure sensor 10 and the crank angle sensor 11 as described above, load information on the engine and temperature and humidity information on the environment around the engine are input to the control device 12. The control gas supply means B may be operated based on the input information to control the amount of the control gas 21 supplied to the premixed gas, that is, the specific heat ratio of the premixed gas may be adjusted. It can also control the self-ignition timing. This configuration will be described below. With respect to the engine load, a configuration is employed in which an engine load detection sensor 17 (an example of means) for monitoring the required number of revolutions of the engine and the like is provided. When the engine load detected by the detecting means 17 increases, the supply amount of the control gas 21 having a specific heat ratio smaller than that of the premixed gas is controlled to the increasing side to lower the cylinder temperature after adiabatic compression, thereby reducing the engine load. Is reduced, the supply amount of the control gas 21 having a specific heat ratio smaller than that of the pre-mixed gas is controlled to a reduced side, so that the temperature in the cylinder after the adiabatic compression can be increased. As a result, the self-ignition engine of the present invention can well cope with the engine load. Further, with respect to the environmental temperature, a temperature sensor 18 (an example of an environmental temperature detecting means) for detecting the environmental temperature is provided, and when the environmental temperature detected by the environmental temperature detecting means 18 rises, the pre-mixed gas is detected. When the control gas 21 having a specific heat ratio smaller than that of the supplied premixed gas is controlled to increase, and the environmental temperature decreases,
It can be controlled to decrease. As a result, the timing of self-ignition can be set to a preferable timing even with respect to fluctuations in environmental temperature and the like. Here, means for detecting the operating condition of the engine, such as the load sensor 17 and the environmental temperature sensor 18, is referred to as operating condition detecting means D.

【0025】〔実施例2〕以下に、別の実施の形態とし
て、図4に天然ガスを主成分とした都市ガスを主燃料と
し、シリンダ3から排出される排ガスを分離し、コント
ロールガスとして炭酸ガスを得るエンジン100の構成
を示す。本実施例において、主燃料として、都市ガスで
ある13Aを使用する。炭酸ガスは都市ガスよりも比熱
比が小さい炭酸ガスを上述のコントロールガスとして都
市ガスに供給することで圧縮自着火のタイミングを変更
することができる。エンジン100は、排気路14に流
通する排ガスから炭酸ガスを分離する分離装置30と、
分離装置30によって分離された炭酸ガスを貯蔵する貯
蔵タンク31を備える。分離装置30は、排ガスを前述
のTSA法によって分離する装置であり、シリンダ3か
ら排出された排ガスを分離装置30に備えられた熱交換
部32に流通させることにより排ガスの熱エネルギを熱
源として利用可能となっている。熱交換部32から排気
路15に排出された排ガスはクーラ33によって更に冷
却された後に分離装置30に供給され、TSA法によっ
て炭酸ガスを抽出された後に排気路16に排出される。
排ガスから分離された炭酸ガスはコントロールガス21
として流路17を介して貯蔵タンク31に一時貯蔵され
る。これらの構成により、排ガスから予混合気よりも比
熱比が小さい炭酸ガスを抽出することができ、貯蔵タン
ク31によりこの炭酸ガスをコントロールガス21とし
て流路27を介して吸気路13内に、貯蔵タンク32に
備えられた流量制御弁(図示されていない)による供給
量調整を伴って供給することで、予混合気の比熱比を変
化させて、好適な自着火タイミングとなる比熱比とする
ことができる。抽出されたコントロールガス21は流路
27を介して吸気路13に供給可能であり、制御装置1
2からの出力信号に基づいて、供給量の調節を伴って、
コントロールガス21を吸気路13に供給する。このよ
うに、予混合気に供給され得るコントロールガスの量を
設定し、予混合気に供給する手段をコントロールガス供
給手段Bと呼ぶ。このような構成によって、前述の実施
例と同様に、制御手段Cは、圧縮自着火タイミング検出
手段Aにより検出される情報に従って、コントロールガ
ス供給手段Bを働かせ、シリンダ内に供給するコントロ
ールガス21の供給量を制御し、予混合気の断熱圧縮後
の温度を好ましい状態で圧縮自着火させ、圧縮自着火の
タイミングを適切なタイミングとすることができる。
[Embodiment 2] As another embodiment, FIG. 4 shows a case where city gas containing natural gas as a main component is used as a main fuel, an exhaust gas discharged from a cylinder 3 is separated, and carbon dioxide is used as a control gas. 1 shows a configuration of an engine 100 for obtaining gas. In this embodiment, 13A which is city gas is used as a main fuel. By supplying the carbon dioxide gas having a lower specific heat ratio than the city gas to the city gas as the control gas, the timing of the compression ignition can be changed. The engine 100 includes a separation device 30 that separates carbon dioxide from exhaust gas flowing through the exhaust passage 14,
A storage tank 31 for storing the carbon dioxide gas separated by the separation device 30 is provided. The separation device 30 is a device that separates the exhaust gas by the TSA method described above, and uses the heat energy of the exhaust gas as a heat source by flowing the exhaust gas discharged from the cylinder 3 to a heat exchange unit 32 provided in the separation device 30. It is possible. The exhaust gas discharged from the heat exchange section 32 to the exhaust path 15 is further cooled by the cooler 33 and then supplied to the separation device 30, and after extracting carbon dioxide by the TSA method, is discharged to the exhaust path 16.
The carbon dioxide separated from the exhaust gas is the control gas 21
Is temporarily stored in the storage tank 31 via the flow path 17. With these configurations, carbon dioxide gas having a specific heat ratio smaller than that of the premixed gas can be extracted from the exhaust gas, and this carbon dioxide gas is stored as a control gas 21 by the storage tank 31 in the intake passage 13 through the flow path 27. The specific heat ratio of the premixed gas is changed by adjusting the specific heat ratio of the premixed gas by supplying the supply gas with the supply amount adjusted by a flow control valve (not shown) provided in the tank 32, so that the specific heat ratio becomes a suitable self-ignition timing. Can be. The extracted control gas 21 can be supplied to the intake path 13 via the flow path 27 and the control device 1
Based on the output signal from 2, with the adjustment of the supply amount,
The control gas 21 is supplied to the intake path 13. The means for setting the amount of control gas that can be supplied to the premixed gas and supplying the control gas to the premixed gas is referred to as control gas supply means B. With such a configuration, the control means C activates the control gas supply means B in accordance with the information detected by the compression ignition timing detection means A, and controls the control gas 21 to be supplied into the cylinder, as in the above-described embodiment. It is possible to control the supply amount, perform the compression self-ignition in a preferable state after the temperature of the premixed air after the adiabatic compression, and set the timing of the compression self-ignition to an appropriate timing.

【0026】〔別実施の形態〕 (イ) 本願の予混合圧縮自着火エンジンに使用できる
燃料としては、都市ガス等が好適であるが、ガソリン、
プロパン、メタノール、水素等、任意の燃料を使用する
ことができる。 (ロ) 予混合気を生成するにあたっては、燃料とこの
燃料の燃焼のための酸素を含有するガスとを混合すれば
よいが、例えば、燃焼用酸素含有ガスとして空気を使用
することが一般的である。しかしながら、このようなガ
スとしては、例えば、酸素成分含有量が空気に対して高
い酸素富化ガス等を使用することが可能である。 (ハ) 上記の別実施の形態例において、主燃料として
都市ガスを使用し、その都市ガスの予混合気と比熱比が
小さい炭酸ガスをコントロールガスとして使用した例を
示したが、予混合気と比熱比が異なりシリンダ内におい
て反応しない気体をコントロールガスとして使用するこ
とで本発明に係るエンジンを構成することができ、例え
ば、予混合気に対して比熱比が大きいものとしては窒素
ガス、アルゴンガス、若しくはヘリウムガス等があり、
都市ガスに対して比熱比が小さいものとしては炭酸ガス
以外に水蒸気等がある。 (ニ) 上記の実施の形態例において、自着火のタイミ
ングの検出にあたっては、シリンダ内圧が所定の設定値
を越えるタイミングとして捕らえたが、このようなタイ
ミングの検出は、温度、振動を基準とする、更に、自着
火の発光を検出するフォトセンサによる方法もあり、更
に、ノッキングセンサをシリンダに取りつけておいて、
このセンサの信号から検出するようにしてもよい。更
に、動作サイクルにおけるタイミングの特定は、クラン
ク軸角との関係で特定したが、時間軸において、このタ
イミングを特定してもよい。 (ホ) 上記の実施の形態例においては、エンジンの動
作条件として、エンジン負荷、環境温度の場合を主に説
明したが、これら、自着火に影響を与える動作条件とし
ては、環境湿度、環境気圧、起動からの経過時間、空気
比、過給圧、燃料ガス組成等もある。従って、これらの
状態を検出するセンサを設け、このセンサの出力に従っ
て制御をすることが好ましい。例えば、環境湿度の上昇
に対してはコントロールガスの供給量を減少させ、環境
湿度の降下に対してはコントロールガスの供給量を増加
させる。起動からの経過時間に関しては、同じく、予混
合気よりも比熱比が小さいコントロールガスを使用する
場合、この経過時間が短い場合はコントロールガスの供
給量を比較的減少させて維持し、経過時間が所定の定常
運転時間に達した段階で、初期におけるコントロールガ
スの供給量より増加側に調整するように構成することが
好ましい。また、空気比に関しては、同じく、予混合気
よりも比熱比が小さいコントロールガスを使用する場
合、空気比の上昇に対してはコントロールガスの供給量
を減少させ、空気比の下降に対してはコントロールガス
の供給量を増加させる。ここで、空気比は、圧縮自着火
エンジンの場合2〜6の範囲内に設定されることが多
く、この程度の範囲における上昇・下降の変化に対応す
る。 (ヘ) 上記の実施の形態例においては、所謂、4サイ
クルエンジンに関連して、説明したが、本願は、2サイ
クルエンジンにおいても適応可能である。 (ト) 上記の実施の形態及び別実施の形態において、
コントロールガスとして予混合気よりも比熱比が小さい
コントロールガスを用いた場合の制御方法を示してきた
が、予混合気よりも比熱比が大きい場合においては、小
さい場合と逆の制御方法、即ち、圧縮自着火タイミング
を早めたいときは、コントロールガスの供給量を増加さ
せて、断熱圧縮後の温度を高め、圧縮自着火タイミング
を遅めたいときは、コントロールガスの供給量を減少さ
せて、断熱圧縮後の温度を低めることができる。 (チ) 上記の実施の形態例においては、燃料と燃焼用
酸素含有ガスとの予混合気である予混合気をシリンダ内
に吸入する構造のものを示したが、燃料及び燃焼酸素含
有ガスを別々に、例えば、圧縮行程の初期段階でシリン
ダ内に供給して、予混合気を形成して、これを圧縮・自
着火する構造のものにおいても、本願の発明は適応でき
る。この場合は燃料の流路、空気の流路、若しくはシリ
ンダ内にコントロールガス供給手段を設けることで可能
である。
Alternative Embodiment (a) As a fuel that can be used for the homogeneous charge compression ignition engine of the present application, city gas or the like is suitable.
Any fuel, such as propane, methanol, hydrogen, etc., can be used. (B) In generating the premixed gas, the fuel may be mixed with a gas containing oxygen for combustion of the fuel. For example, it is common to use air as the oxygen-containing gas for combustion. It is. However, as such a gas, it is possible to use, for example, an oxygen-enriched gas having an oxygen component content higher than that of air. (C) In the above-described another embodiment, an example was shown in which city gas was used as the main fuel, and carbon dioxide gas having a small specific heat ratio with the premixed gas of the city gas was used as the control gas. The engine according to the present invention can be configured by using a gas having a specific heat ratio different from the specific heat ratio and not reacting in the cylinder as a control gas. Gas or helium gas, etc.
Water vapor and the like having a specific heat ratio smaller than that of city gas include carbon dioxide gas. (D) In the above-described embodiment, the timing of self-ignition is detected as a timing at which the cylinder internal pressure exceeds a predetermined set value, but such timing detection is based on temperature and vibration. Also, there is a method using a photo sensor for detecting light emission of self-ignition, and further, a knocking sensor is attached to a cylinder,
It may be detected from the signal of this sensor. Further, although the timing in the operation cycle is specified in relation to the crankshaft angle, the timing may be specified on the time axis. (E) In the above-described embodiment, the case where the engine load and the environmental temperature are mainly described as the operating conditions of the engine has been described. However, the operating conditions that affect the self-ignition include the environmental humidity and the atmospheric pressure. , The elapsed time from the start, the air ratio, the supercharging pressure, the fuel gas composition, and the like. Therefore, it is preferable to provide a sensor for detecting these states and perform control according to the output of this sensor. For example, the supply amount of the control gas is decreased when the environmental humidity increases, and the supply amount of the control gas is increased when the environmental humidity decreases. Regarding the elapsed time from the start, similarly, when using a control gas having a specific heat ratio smaller than that of the premixed gas, if the elapsed time is short, the supply amount of the control gas is relatively reduced and maintained. It is preferable to adjust the supply amount of the control gas in the initial stage to an increase side when a predetermined steady operation time is reached. Similarly, when using a control gas having a specific heat ratio smaller than that of the premixed gas, the supply amount of the control gas is reduced for an increase in the air ratio, and the control gas is reduced for a decrease in the air ratio. Increase the control gas supply. Here, the air ratio is often set in the range of 2 to 6 in the case of the compression ignition engine, and corresponds to a change in ascent / descent in this range. (F) In the above embodiment, the description has been given in relation to a so-called four-cycle engine. However, the present application is applicable to a two-cycle engine. (G) In the above embodiment and another embodiment,
Although the control method has been described in the case of using a control gas having a specific heat ratio smaller than that of the premixed gas as the control gas, when the specific heat ratio is larger than the premixed gas, the control method is the reverse of the case where the specific heat ratio is smaller, that is, If you want to advance the compression ignition timing, increase the control gas supply to increase the temperature after adiabatic compression, and if you want to delay the compression ignition timing, decrease the control gas supply to increase the insulation. The temperature after compression can be reduced. (H) In the above-described embodiment, the structure in which the premixed gas that is the premixed gas of the fuel and the oxygen-containing gas for combustion is sucked into the cylinder has been described. The invention of the present application is also applicable to a structure in which the premixed gas is separately supplied, for example, into a cylinder at an initial stage of a compression stroke to form a premixed gas, and the mixture is compressed and self-ignited. In this case, it is possible to provide the control gas supply means in the fuel flow path, the air flow path, or the cylinder.

【0027】[0027]

【発明の効果】従って、上記手法によりコストをあまり
かけずに、予混合圧縮自着火エンジンを実現できる。
Thus, the above-mentioned method can realize a homogeneous charge compression ignition engine at a low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本願の予混合圧縮自着火エンジンシステムの構
成を示す図
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a homogeneous charge compression ignition engine system of the present application.

【図2】コントロールガスとしての炭酸ガスの供給量と
予混合気の比熱比の変化の関係を示す図
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a supply amount of carbon dioxide gas as a control gas and a change in a specific heat ratio of a premixed gas.

【図3】コントロールガスとしての炭酸ガスの供給量と
圧縮自着火タイミングの変化の関係を示す図
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a supply amount of carbon dioxide gas as a control gas and a change in compression ignition timing.

【図4】本願の予混合圧縮自着火エンジンシステムの構
成を示す図
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a premixed compression self-ignition engine system of the present application.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3 シリンダ 9 クランク軸 12 制御装置 21 コントロールガス 22 コントロールガス供給装置 30 分離装置 100 圧縮自着火エンジン A 圧縮自着火タイミング検出手段 B コントロールガス供給手段 C 制御手段 D 動作条件検出手段 Reference Signs List 3 cylinder 9 crankshaft 12 control device 21 control gas 22 control gas supply device 30 separation device 100 compression self-ignition engine A compression self-ignition timing detection means B control gas supply means C control means D operating condition detection means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02D 45/00 301 F02D 45/00 301M F02M 25/022 F02M 25/07 570D 25/07 570 25/02 T (72)発明者 浅田 昭治 大阪府大阪市中央区平野町四丁目1番2号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 守家 浩二 大阪府大阪市中央区平野町四丁目1番2号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 中村 裕司 大阪府大阪市中央区平野町四丁目1番2号 大阪瓦斯株式会社内 Fターム(参考) 3G023 AA18 AB05 AC01 AC07 AC08 AF02 AG03 3G062 AA01 CA00 ED08 ED10 GA05 GA06 GA18 GA21 3G084 AA01 AA02 AA05 BA13 EB08 FA00 FA01 FA02 FA12 FA14 FA18 FA21 FA25 FA26 FA33 FA38 3G092 AA02 AA03 AA05 AA17 AB02 AB05 AB07 AB08 AB09 AB17 AB18 AB20 BA08 DC09 FA16 HA04Z HA05Z HA11Z HA16Z HB05Z HC01Z HC02Z HC03X HC03Z HC05Z HD07X HD07Z HE01Z HE03Z HE08Z ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) F02D 45/00 301 F02D 45/00 301M F02M 25/022 F02M 25/07 570D 25/07 570 25/02 T (72) Inventor Shoji Asada 4-1-2, Hirano-cho, Chuo-ku, Osaka City, Osaka Prefecture Inside of Osaka Gas Co., Ltd. (72) Inventor Koji Moriya 4-1-2, Hirano-cho, Chuo-ku, Osaka City, Osaka Osaka Gas Stock In-house (72) Inventor Yuji Nakamura 4-1-2, Hirano-cho, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka F-term in Osaka Gas Co., Ltd. (reference) 3G023 AA18 AB05 AC01 AC07 AC08 AF02 AG03 3G062 AA01 CA00 ED08 ED10 GA05 GA06 GA18 GA21 3G084 AA01 AA02 AA05 BA13 EB08 FA00 FA01 FA02 FA12 FA14 FA18 FA21 FA25 FA26 FA33 FA38 3G092 AA02 AA03 AA05 AA17 AB02 AB05 AB07 AB08 AB09 AB17 AB18 AB20 B A08 DC09 FA16 HA04Z HA05Z HA11Z HA16Z HB05Z HC01Z HC02Z HC03X HC03Z HC05Z HD07X HD07Z HE01Z HE03Z HE08Z

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃料と燃焼用酸素含有ガスとをシリンダ
内に吸気するとともに、前記シリンダ内において予混合
気を圧縮自着火させて燃焼させ、クランク軸の回転を維
持する予混合圧縮自着火エンジンの制御方法であって、 エンジン動作サイクルにおける前記圧縮自着火のタイミ
ングを検出可能、且つ前記予混合気と比熱比が異なり前
記シリンダ内において反応しないコントロールガスをシ
リンダ内に供給可能な構造とし、 前記検出された圧縮自着火のタイミングに基づいて、前
記シリンダ内に供給されるコントロールガスの供給量を
制御し、前記圧縮自着火のタイミングを制御する予混合
圧縮自着火エンジンの制御方法。
1. A premixed compression ignition engine that draws fuel and oxygen-containing gas for combustion into a cylinder, compresses and ignites a premixed gas in the cylinder, burns the mixture, and maintains rotation of a crankshaft. The control method of the above, wherein the timing of the compression self-ignition in the engine operation cycle can be detected, and a control gas having a specific heat ratio different from the premixed gas and not reacting in the cylinder can be supplied into the cylinder, A control method for a homogeneous charge compression ignition engine that controls a supply amount of a control gas supplied into the cylinder based on the detected timing of compression ignition and controls the timing of compression ignition.
【請求項2】 燃料と燃焼用酸素含有ガスとをシリンダ
内に吸気するとともに、前記シリンダ内において予混合
気を圧縮自着火させて燃焼させ、クランク軸の回転を維
持する予混合圧縮自着火エンジンであって、 エンジン動作サイクルにおける前記圧縮自着火のタイミ
ングを検出する圧縮自着火タイミング検出手段を備える
とともに、 前記予混合気と比熱比が異なり前記シリンダ内において
反応しないコントロールガスを前記シリンダ内に供給量
調整を伴って供給するコントロールガス供給手段を備
え、 前記圧縮自着火タイミング検出手段によって検出された
圧縮自着火のタイミングに基づいて、前記コントロール
ガス供給手段を働かせて、前記圧縮自着火のタイミング
を制御する制御手段を備えた予混合圧縮自着火エンジ
ン。
2. A premixed compression ignition engine that draws fuel and oxygen-containing gas for combustion into a cylinder, compresses and ignites a premixed gas in the cylinder, burns the mixture, and maintains rotation of a crankshaft. A compression ignition timing detecting means for detecting a timing of the compression ignition in an engine operation cycle, and supplying a control gas having a specific heat ratio different from that of the premixed gas and not reacting in the cylinder to the cylinder. Control gas supply means for supplying with control of the amount, based on the timing of compression self-ignition detected by the compression self-ignition timing detection means, actuate the control gas supply means, the timing of the compression self-ignition A homogeneous charge compression ignition engine having control means for controlling.
【請求項3】 燃料と燃焼用酸素含有ガスとをシリンダ
内に吸気するとともに、前記シリンダ内において予混合
気を圧縮自着火させて燃焼させ、クランク軸の回転を維
持する予混合圧縮自着火エンジンであって、 エンジンの動作条件を検出する動作条件検出手段を備え
るとともに、 前記予混合気と比熱比が異なり前記シリンダ内において
反応しないコントロールガスを前記シリンダ内に供給量
調整を伴って供給するコントロールガス供給手段を備
え、 前記動作条件検出手段によって検出された動作条件に基
づいて、前記コントロールガス供給手段を働かせて、前
記圧縮自着火のタイミングを制御する制御手段を備えた
予混合圧縮自着火エンジン。
3. A premixed compression ignition engine that draws fuel and oxygen-containing gas for combustion into a cylinder, compresses and ignites the premixed gas in the cylinder, burns the mixture, and maintains the rotation of the crankshaft. An operation condition detecting means for detecting an operation condition of an engine, and a control for supplying a control gas having a specific heat ratio different from that of the premixed air and not reacting in the cylinder, with a supply amount adjustment in the cylinder. A premixed compression ignition engine having gas supply means, and control means for controlling the timing of the compression self-ignition by operating the control gas supply means based on the operating conditions detected by the operation condition detection means. .
【請求項4】 前記コントロールガスが炭酸ガス、窒素
ガス、水蒸気、アルゴンガス、若しくはヘリウムガスで
ある請求項2又は3に記載の予混合圧縮自着火エンジ
ン。
4. The homogeneous charge compression ignition engine according to claim 2, wherein the control gas is carbon dioxide gas, nitrogen gas, water vapor, argon gas, or helium gas.
【請求項5】 前記シリンダから排出される排ガスを分
離してコントロールガスを得る分離装置を備えた請求項
2から4の何れか1項に記載の予混合圧縮自着火エンジ
ン。
5. The premixed compression ignition engine according to claim 2, further comprising a separation device that separates exhaust gas discharged from the cylinder to obtain a control gas.
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