JP2007198273A - ガス燃料内燃機関 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃焼室内に筒内噴射弁を配置し、筒内噴射弁から噴射されるガス燃料の噴流の方向に着火装置を配置する。この配置によれば、ガス燃料の噴流に直接着火することができ、着火により形成された火炎に次々とガス燃料を噴射していくことで、ガス燃料を拡散燃焼させることができる。また、ガス燃料を空気と十分に混合させてから着火することで、ガス燃料を予混合燃焼させることもできる。内燃機関の負荷が所定の運転領域を超えるまでは、内燃機関の運転としてガス燃料をリーン空燃比で予混合燃焼させる希薄予混合燃焼運転を選択し、内燃機関の負荷が前記所定運転領域を超えるときには、内燃機関の運転を希薄予混合燃焼運転からガス燃料を拡散燃焼させる拡散燃焼運転へ切り替える。
【選択図】図4
Description
燃焼室内に直接ガス燃料を噴射する筒内噴射弁と、
前記筒内噴射弁から噴射されるガス燃料の噴流の方向に配置された着火装置と、
前記着火装置の作動タイミング及び前記筒内噴射弁の作動タイミングを制御することで、前記筒内噴射弁から噴射されるガス燃料の燃焼形態を予混合燃焼から拡散燃焼へ、或いは拡散燃焼から予混合燃焼へ切り替え可能な制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記内燃機関が所定の運転領域で運転されるときには、前記内燃機関の運転方法としてガス燃料をリーン空燃比で予混合燃焼させる希薄予混合燃焼運転を選択し、前記内燃機関が前記所定運転領域よりも高負荷側の運転領域で運転されるときには、前記内燃機関の運転方法を前記希薄予混合燃焼運転からガス燃料を拡散燃焼させる拡散燃焼運転へ切り替えることを特徴としている。
前記内燃機関はガス燃料として水素ガスを使用する水素内燃機関であることを特徴としている。
前記制御手段は、空気過剰率を略2以上に保つことができる運転領域では前記希薄予混合燃焼運転を選択し、前記空気過剰率を略2以上に保つことができない運転領域では前記拡散燃焼運転を選択することを特徴としている。
空気過剰率を取得する手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記希薄予混合燃焼運転の実行時に前記空気過剰率が所定の基準値を下回ったときには、前記内燃機関の運転方法を前記希薄予混合燃焼運転から前記拡散燃焼運転に切り替えることを特徴としている。
燃焼室内のガス圧の上昇率を取得する手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記希薄予混合燃焼運転の実行時に前記上昇率が所定の基準値を上回ったときには、前記内燃機関の運転方法を前記希薄予混合燃焼運転から前記拡散燃焼運転に切り替えることを特徴としている。
前記制御手段は、前記拡散燃焼運転の実行時、要求負荷から決まる量のガス燃料の一部をパイロット噴射し、パイロット噴射されたガス燃料が空気と混合した雰囲気中で拡散燃焼のためのメイン噴射を行うことを特徴としている。
前記制御手段は、パイロット噴射の実行後、メイン噴射に先立って前記着火装置を作動させることを特徴としている。
前記制御手段は、前記拡散燃焼運転の実行時、ガス燃料の噴射期間に応じてガス燃料の噴射中に前記着火装置を追加作動させることを特徴としている。
前記筒内噴射弁から噴射されるガス燃料の噴流に沿って複数の着火装置が配置され、
前記制御手段は、前記拡散燃焼運転の実行時、前記複数の着火装置を同時に或いは前記筒内噴射弁に近い順に位相差をつけて作動させることを特徴としている。
前記筒内噴射弁は複数方向にガス燃料を噴射可能に構成され、
前記着火装置は前記筒内噴射弁の各噴射方向に配置されていることを特徴としている。
前記制御手段は、前記希薄予混合燃焼運転を行う運転領域のうち低負荷側の運転領域では、吸気バルブが閉じる前に前記筒内噴射弁からガス燃料を噴射し、高負荷側の運転領域では、前記吸気バルブが閉じた直後に前記筒内噴射弁からガス燃料を噴射することを特徴としている。
吸気ポートにガス燃料を噴射するポート噴射弁をさらに備え、
前記制御手段は、前記希薄予混合燃焼運転を行う運転領域のうち低負荷側の運転領域では、吸気バルブが閉じる前に前記ポート噴射弁からガス燃料を噴射し、高負荷側の運転領域では、前記吸気バルブが閉じた直後に前記筒内噴射弁からガス燃料を噴射することを特徴としている。
前記制御手段は、前記希薄予混合燃焼運転を行う運転領域のうち極低負荷域では、前記筒内噴射弁により圧縮行程中にガス燃料を噴射することでガス燃料を成層燃焼させ、前記極低負荷域を超える運転領域では、吸気行程中若しくは圧縮行程初期にガス燃料を噴射することでガス燃料を均質燃焼させることを特徴としている。
以下、図1乃至図13を参照して、本発明の実施の形態1について説明する。
次に、図14を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。
次に、図15を参照して、本発明の実施の形態3について説明する。
次に、図16を参照して、本発明の実施の形態4について説明する。
次に、図17乃至図19を参照して、本発明の実施の形態5について説明する。
次に、図20乃至図22を参照して、本発明の実施の形態6について説明する。
次に、図23乃至図25を参照して、本発明の実施の形態7について説明する。
次に、図26乃至図29を参照して、本発明の実施の形態8について説明する。
次に、図30を参照して、本発明の実施の形態9について説明する。
次に、図31を参照して、本発明の実施の形態10について説明する。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、ある実施の形態にかかる特徴的構成或いは制御を、他の実施の形態にかかる特徴的構成或いは制御と組み合わせてもよい。具体例を挙げると、実施の形態6にかかるパイロット噴射付プラグアシスト水素拡散燃焼と、実施の形態7にかかる複数回点火とは組み合わせることができる。その場合、パイロット噴射後にメイン噴射に先立って一回点火を行い、メイン噴射中にも複数回点火を行うようにする。これによれば、最初の点火によってパイロット噴射された水素が燃焼し、燃焼室内に高温雰囲気が作りだされる。この高温雰囲気の中でメイン噴射を行うことで、少ない点火回数でも確実に着火することが可能になり、その分、点火に用いるエネルギーを節約することができる。
10 燃焼室
12 吸気バルブ
14 排気バルブ
16,54,56,58,60,62,64,66,68 点火プラグ
20 吸気通路
30 排気通路
40 筒内噴射弁
42 水素供給装置
44 ポンプ
46 水素供給管
50 ポート噴射弁
70 ECU(Electronic Control Unit)
Claims (13)
- ガス燃料による運転が可能なガス燃料内燃機関において、
燃焼室内に直接ガス燃料を噴射する筒内噴射弁と、
前記筒内噴射弁から噴射されるガス燃料の噴流の方向に配置された着火装置と、
前記着火装置の作動タイミング及び前記筒内噴射弁の作動タイミングを制御することで、前記筒内噴射弁から噴射されるガス燃料の燃焼形態を予混合燃焼から拡散燃焼へ、或いは拡散燃焼から予混合燃焼へ切り替え可能な制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記内燃機関が所定の運転領域で運転されるときには、前記内燃機関の運転方法としてガス燃料をリーン空燃比で予混合燃焼させる希薄予混合燃焼運転を選択し、前記内燃機関が前記所定運転領域よりも高負荷側の運転領域で運転されるときには、前記内燃機関の運転方法を前記希薄予混合燃焼運転からガス燃料を拡散燃焼させる拡散燃焼運転へ切り替えることを特徴とするガス燃料内燃機関。 - 前記内燃機関はガス燃料として水素ガスを使用する水素内燃機関であることを特徴とする請求項1記載のガス燃料内燃機関。
- 前記制御手段は、空気過剰率を略2以上に保つことができる運転領域では前記希薄予混合燃焼運転を選択し、前記空気過剰率を略2以上に保つことができない運転領域では前記拡散燃焼運転を選択することを特徴とする請求項2記載のガス燃料内燃機関。
- 空気過剰率を取得する手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記希薄予混合燃焼運転の実行時に前記空気過剰率が所定の基準値を下回ったときには、前記内燃機関の運転方法を前記希薄予混合燃焼運転から前記拡散燃焼運転に切り替えることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載のガス燃料内燃機関。 - 燃焼室内のガス圧の上昇率を取得する手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記希薄予混合燃焼運転の実行時に前記上昇率が所定の基準値を上回ったときには、前記内燃機関の運転方法を前記希薄予混合燃焼運転から前記拡散燃焼運転に切り替えることを特徴とする請求項4記載のガス燃料内燃機関。 - 前記制御手段は、前記拡散燃焼運転の実行時、要求負荷から決まる量のガス燃料の一部をパイロット噴射し、パイロット噴射されたガス燃料が空気と混合した雰囲気中で拡散燃焼のためのメイン噴射を行うことを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載のガス燃料内燃機関。
- 前記制御手段は、パイロット噴射の実行後、メイン噴射に先立って前記着火装置を作動させることを特徴とする請求項6記載のガス燃料内燃機関。
- 前記制御手段は、前記拡散燃焼運転の実行時、ガス燃料の噴射期間に応じてガス燃料の噴射中に前記着火装置を追加作動させることを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載のガス燃料内燃機関。
- 前記筒内噴射弁から噴射されるガス燃料の噴流に沿って複数の着火装置が配置され、
前記制御手段は、前記拡散燃焼運転の実行時、前記複数の着火装置を同時に或いは前記筒内噴射弁に近い順に位相差をつけて作動させることを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載のガス燃料内燃機関。 - 前記筒内噴射弁は複数方向にガス燃料を噴射可能に構成され、
前記着火装置は前記筒内噴射弁の各噴射方向に配置されていることを特徴とする請求項1乃至9の何れか1項に記載のガス燃料内燃機関。 - 前記制御手段は、前記希薄予混合燃焼運転を行う運転領域のうち低負荷側の運転領域では、吸気バルブが閉じる前に前記筒内噴射弁からガス燃料を噴射し、高負荷側の運転領域では、前記吸気バルブが閉じた直後に前記筒内噴射弁からガス燃料を噴射することを特徴とする請求項1乃至10の何れか1項に記載のガス燃料内燃機関。
- 吸気ポートにガス燃料を噴射するポート噴射弁をさらに備え、
前記制御手段は、前記希薄予混合燃焼運転を行う運転領域のうち低負荷側の運転領域では、吸気バルブが閉じる前に前記ポート噴射弁からガス燃料を噴射し、高負荷側の運転領域では、前記吸気バルブが閉じた直後に前記筒内噴射弁からガス燃料を噴射することを特徴とする請求項1乃至10の何れか1項に記載のガス燃料内燃機関。 - 前記制御手段は、前記希薄予混合燃焼運転を行う運転領域のうち極低負荷域では、前記筒内噴射弁により圧縮行程中にガス燃料を噴射することでガス燃料を成層燃焼させ、前記極低負荷域を超える運転領域では、吸気行程中若しくは圧縮行程初期にガス燃料を噴射することでガス燃料を均質燃焼させることを特徴とする請求項1乃至10の何れか1項に記載のガス燃料内燃機関。
Priority Applications (9)
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