JP2006233864A

JP2006233864A - 圧縮着火内燃機関の制御方法

Info

Publication number: JP2006233864A
Application number: JP2005049508A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Hashimoto; 公太郎橋本; Kojiro Aimoto; 康次郎相本; Fumiaki Ikegawa; 史晃池川; Takahiro Gunji; 貴浩郡司
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2005-02-24
Filing date: 2005-02-24
Publication date: 2006-09-07
Also published as: US20060185625A1; US7165512B2

Abstract

【課題】単一の燃料により、広い範囲の要求負荷に対して容易に対処できる圧縮着火内燃機関の制御方法を提供する。
【解決手段】圧縮着火内燃機関１に、着火性向上剤を含む燃料２を備え、機関の要求負荷が高くなるに伴って、燃料２に含まれる該着火性向上剤の一部を熱分解して燃料２の着火性を低下させ、着火性の低下した燃料を圧縮着火内燃機関１に供給する。前記着火性向上剤として有機過酸化物であるジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシド、硝酸エステルである２−エチルヘキシルナイトレート、亜硝酸エステルであるｎ−ペンチルナイトライト、アゾ化合物である２，２−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）から選ばれる１種の化合物を含む燃料２を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮着火内燃機関の制御方法に関するものである。

近年、内燃機関の燃費、排出物を低減するために、予混合圧縮着火内燃機関に代表される圧縮着火内燃機関が検討されている。ところが、前記圧縮着火内燃機関は、火花点火方式の内燃機関と異なり着火のタイミングを制御することが難しい。また、前記圧縮着火内燃機関は、着火性の高い燃料を用いると該機関の要求負荷が高くなったときにノッキングを起こしやすく、着火性の低い燃料を用いると前記要求負荷が低くなったときに失火しやすく、運転領域が狭いとの問題がある。

前記問題を解決するために、従来、着火性の高い燃料と、着火性の低い燃料とを備え、両燃料を混合して該機関に供給する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。前記技術によれば、前記圧縮着火内燃機関の要求負荷に対応して、両燃料の混合比を調整することにより、広い範囲の要求負荷に対して安定して運転することができる。しかし、前記技術では、着火性の高い燃料と、着火性の低い燃料とをそれぞれ別に収容しておくために、複数のタンクが必要になる。

これに対して、単一の燃料を用い、前記圧縮着火内燃機関の要求負荷が高くなったときには、該燃料の一部を部分酸化して着火性抑制物質を生成させる技術も知られている（例えば特許文献２参照）。前記技術は、具体的には、軽油等の炭化水素系燃料の一部を部分酸化してホルムアルデヒド等の着火性抑制物質を生成させるものであり、燃料タンクが１つで済むという利点がある。

しかしながら、前記軽油等の炭化水素を部分酸化してホルムアルデヒドを生成させるには、高温で長時間の反応が必要になるという不都合がある。
特開２００１−３５５４７１号公報特開２０００−２１３４４４号公報

本発明は、かかる不都合を解消して、単一の燃料により、広い範囲の要求負荷に対して容易に対処することができる圧縮着火内燃機関の制御方法を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明は、酸素含有気体と圧縮自着火可能な燃料とをシリンダー内に導入し、圧縮して自着火させる圧縮着火内燃機関の制御方法であって、該圧縮着火内燃機関に、着火性向上剤を含む燃料を備え、該圧縮着火内燃機関の要求負荷が高くなるに伴って、該燃料に含まれる該着火性向上剤の一部を熱分解して該燃料の着火性を低下させ、着火性の低下した燃料を該圧縮着火内燃機関に供給することを特徴とする。

本発明の方法では、前記燃料は前記着火性向上剤を含んでいるので、着火性が高く、前記圧縮着火内燃機関の要求負荷が低くなったときにも、失火等を起こすことなく、該圧縮着火内燃機関を安定して運転することができる。

一方、前記圧縮着火内燃機関の要求負荷が高くなったときには、本発明の方法では、前記着火性向上剤の一部を熱分解する。前記着火性向上剤は、炭化水素の部分酸化等のように高温で長時間反応させる必要がなく、加熱により、短時間で分解される。

前記着火性向上剤が分解されると、前記燃料は該着火性向上剤を含有しているときに比較して相対的に着火性が低下する。そこで、前記着火性向上剤が熱分解されて着火性が相対的に低下した燃料を前記圧縮着火内燃機関に供給することにより、該圧縮着火内燃機関の要求負荷が高くても、ノッキング等を起こすことなく、該圧縮着火内燃機関を安定して運転することができる。

前記圧縮自着火可能な燃料としては、例えば、軽油、灯油、ガソリン等の既存燃料、ジメチルエーテル、ヘプタン等の合成燃料等の炭化水素系燃料を挙げることができる。特に、前記ヘプタンは、天然ガスの液体化（ＧＴＬ：gas to liquid）プロセスにより得られるナフサ留分に含まれ、低沸点で合成しやすく、圧縮着火内燃機関用の燃料に適している。

前記燃料に対する前記着火性向上剤としては、例えば、有機過酸化物であるジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシド、硝酸エステルである２−エチルヘキシルナイトレート、亜硝酸エステルであるｎ−ペンチルナイトライト、アゾ化合物である２，２−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）から選ばれる１種の化合物を挙げることができる。

次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は本実施形態の制御方法を示すブロック図であり、図２乃至図４は他の実施形態の制御方法を示すブロック図である。

本実施形態の制御方法は、図１に示す圧縮着火内燃機関１により実施することができる。圧縮着火内燃機関１は、着火性向上剤を含む燃料を収容した燃料タンク２を備え、燃料タンク２は供給導管３、４を介して圧縮着火内燃機関１に接続されている。供給導管３は圧縮着火内燃機関１に接続されており、供給導管４は途中に前記着火性向上剤を熱分解する熱分解装置５が介装されている。また、供給導管３，４には燃料タンク２側（供給導管４においては燃料タンク２と熱分解装置５との間）に流量調整弁６，７が設けられている。

燃料タンク２に収容される燃料としては、例えばヘプタン（Ｃ₇Ｈ₁₆）等の炭化水素が、前記着火性向上剤として、有機過酸化物であるジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシド、硝酸エステルである２−エチルヘキシルナイトレート、亜硝酸エステルであるｎ−ペンチルナイトライト、アゾ化合物である２，２−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）から選ばれる１種の化合物を含むものを挙げることができる。また、熱分解装置５としては、電気炉等を用いることができる。

本実施形態の制御方法では、まず、圧縮着火内燃機関１の要求負荷が低いときには、流量調整弁７を閉じ、流量調整弁６のみを開いて、燃料タンク１に収容されている前記燃料を供給導管３から直接圧縮着火内燃機関１に供給する。このとき、前記燃料は前記着火性向上剤を含んでいるので着火性が向上されており、失火等を起こすことなく、圧縮着火内燃機関１を安定して運転することができる。

次に、圧縮着火内燃機関１の要求負荷が高いときには、該要求負荷の高さに対応して、流量調整弁７を所定の割合で開き、燃料タンク１に収容されている前記燃料の一部を熱分解装置５を介して圧縮着火内燃機関１に供給する。前記燃料は、熱分解装置５内で加熱されることにより前記着火性向上剤が分解されるので、該着火性向上剤を含有する燃料に比較して着火性が低下する。

この結果、供給導管３からは前記着火性向上剤を含み着火性の向上された燃料が圧縮着火内燃機関１に供給され、供給導管４からは前記着火性向上剤が熱分解されて着火性の低下した燃料が供給される。そこで、流量調整弁６，７の開度を調整して、着火性の向上された燃料と着火性の低下した燃料との割合を適宜調整することにより、圧縮着火内燃機関１に供給される燃料の着火性を、圧縮着火内燃機関１の要求負荷の高さに対応して低くすることができる。従って、圧縮着火内燃機関１の要求負荷が高いときにも、ノッキング等を起こすことなく、圧縮着火内燃機関１を安定して運転することができる。

図１の圧縮着火内燃機関１は、供給導管３，４に流量調整弁６，７を設けて、着火性の向上された燃料と着火性の低下した燃料との割合を調整するようにしているが、図２に示すように、燃料タンク２と熱分解装置５との間に、主供給導管８を介して燃料タンク２に接続される流量調整装置９を設け、流量調整装置９から供給導管３，４を分岐させるようにしてもよい。図２に示す圧縮着火内燃機関１によれば、流量調整装置９により着火性の向上された燃料と着火性の低下した燃料との割合が調整される。

また、図３に示すように、熱分解装置５と圧縮着火内燃機関１との間に供給導管３，４が接続される混合調整装置１０を設け、混合調整装置１０を主供給導管８を介して圧縮着火内燃機関１に接続するようにしてもよい。図３に示す圧縮着火内燃機関１によれば、混合調整装置１０により着火性の向上された燃料と着火性の低下した燃料とが所定の割合で混合されて、圧縮着火内燃機関１に供給される。

さらに、図４に示すように、供給導管４の熱分解装置５と圧縮着火内燃機関１との間に、着火性の低下した燃料を貯留する補助タンク１１を設け、補助タンク１１と圧縮着火内燃機関１との間に、流量調整弁７を設けるようにしてもよい。図４に示す圧縮着火内燃機関１によれば、予め補助タンク１１に貯留された着火性の低下した燃料を流量調整弁７を介して圧縮着火内燃機関１に供給することにより、圧縮着火内燃機関１の要求負荷の高くなったときに迅速に対処することができる。尚、着火性の向上された燃料と着火性の低下した燃料との割合を調整は、流量調整弁６，７の開度を調整することにより行う。

本実施形態の制御方法では、燃料タンク２に収容される燃料として、例えば主燃料としてのヘプタン９８重量％と、着火性向上剤としてのジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシド２重量％とを含有する燃料を用いることができる。次に、前記燃料について、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシドが分解されていない場合（燃料Ａ）と、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシドを熱分解した場合（燃料Ｂ）とで、着火性を比較した。ジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシドを熱分解した燃料Ｂは、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシドが分解されていない燃料Ａを、熱分解装置５に流通させ、２８０℃の温度の熱分解装置５内に１秒間滞留させて熱分解した後、冷却して液化させることにより調製した。前記条件で調製した燃料Ｂについて、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシドの熱分解率をガスクロマトグラフィーにより測定したところ、全てのジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシドが熱分解されており、熱分解率は１００％であることが確認された。

前記着火性は、圧力２ＭＰａ、温度５００℃の燃焼室に、各燃料Ａ，Ｂを噴射した後、圧力が０．０２ＭＰａ上昇するまでの時間を着火遅れ時間として測定し、該着火遅れ時間により比較した。前記着火遅れ時間は、短いほど着火性が高いことを示している。結果を、表１に示す。

尚、比較のために、ヘプタンのみからなる燃料Ｃについて、前記と同一にして着火遅れ時間を測定した。結果を併せて表１に示す。

表１から、燃料Ａは、主燃料としてのヘプタン９８重量％と着火性向上剤としてのジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシド２重量％とを含有することにより、ヘプタンのみからなる燃料Ｃに対して着火遅れ時間が短く、着火性を向上する効果が得られることが明らかである。

また、燃料Ｂは、燃料Ａに含まれるジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシドを熱分解することにより、ヘプタンのみからなる燃料Ｃとほぼ同等の着火遅れ時間となり、着火性が低くなることが明らかである。

尚、本実施形態では、主燃料としてのヘプタン９８重量％と着火性向上剤としてのジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシド２重量％とを含有する燃料について説明しているが、着火性向上剤は、硝酸エステルである２−エチルヘキシルナイトレート、亜硝酸エステルであるｎ−ペンチルナイトライト、アゾ化合物である２，２−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）のいずれか１種であってもよい。また、前記主燃料と前記着火性向上剤との割合は、該着火性向上剤を含むことにより着火性を向上する効果が得られる範囲であればよく、前記割合に限定されるものではない。

また、本実施形態では、前記着火性向上剤を２８０℃の熱分解装置５内に１秒間滞留させることにより熱分解しているが、熱分解の条件は該着火性向上剤を実用的な時間で熱分解できるものであればよく、前記温度、時間に限定されるものではない。

本発明の圧縮着火内燃機関の制御方法の一実施形態を示すブロック図。本発明の圧縮着火内燃機関の制御方法の他の実施形態を示すブロック図。本発明の圧縮着火内燃機関の制御方法の他の実施形態を示すブロック図。本発明の圧縮着火内燃機関の制御方法の他の実施形態を示すブロック図。

符号の説明

１…圧縮着火内燃機関、２…燃料、５…熱分解装置。

Claims

酸素含有気体と圧縮自着火可能な燃料とをシリンダー内に導入し、圧縮して自着火させる圧縮着火内燃機関の制御方法であって、
該圧縮着火内燃機関に、着火性向上剤を含む燃料を備え、
該圧縮着火内燃機関の要求負荷が高くなるに伴って、該燃料に含まれる該着火性向上剤の一部を熱分解して該燃料の着火性を低下させ、着火性の低下した燃料を該圧縮着火内燃機関に供給することを特徴とする圧縮着火内燃機関の制御方法。
前記着火性向上剤として、有機過酸化物であるジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシド、硝酸エステルである２−エチルヘキシルナイトレート、亜硝酸エステルであるｎ−ペンチルナイトライト、アゾ化合物である２，２−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）から選ばれる１種の化合物を含む燃料を用いることを特徴とする請求項１記載の圧縮着火内燃機関の制御方法。