JP2009185752A - Premixed compression ignition internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、予混合圧縮着火内燃機関に関するものである。 The present invention relates to a premixed compression ignition internal combustion engine.
近年、空気等の酸素含有気体とガソリン等の燃料とを吸気ポートで予め混合し、得られた混合気を燃焼室内に導入して圧縮することにより、該燃料に自着火させる予混合圧縮着火内燃機関が検討されている。前記予混合圧縮着火内燃機関では、希薄な混合気を高圧縮比で圧縮して自着火燃焼させるので、前記燃焼室に供給された全燃料がほぼ同時に燃焼する。この結果、前記予混合圧縮着火内燃機関によれば、所定時間当たりの燃料消費量を低減して高い熱効率を達成することができる一方、排ガス中の有害物質を低減することができる。 In recent years, an oxygen-containing gas such as air and a fuel such as gasoline are premixed at an intake port, and the obtained air-fuel mixture is introduced into a combustion chamber and compressed, whereby the fuel is self-ignited and premixed compression ignition internal combustion Institutions are being considered. In the premixed compression ignition internal combustion engine, since the lean air-fuel mixture is compressed at a high compression ratio and self-ignited and combusted, all the fuel supplied to the combustion chamber burns almost simultaneously. As a result, according to the premixed compression ignition internal combustion engine, fuel consumption per predetermined time can be reduced to achieve high thermal efficiency, while harmful substances in the exhaust gas can be reduced.
ところが、前記予混合圧縮着火内燃機関は、前記混合気の着火を自着火により行っているため、着火タイミングを任意に制御することが難しく、ノッキング等の異常燃焼または失火の原因となるという問題がある。前記着火タイミングを調整するために、吸気温度を変更したり、燃焼後の排ガスを吸気に再循環させる制御方法が知られているが、このような制御方法では、前記予混合圧縮着火内燃機関の要求負荷が急激に変化したときに、対応することが困難であるとの問題がある。 However, since the premixed compression ignition internal combustion engine performs ignition of the air-fuel mixture by self-ignition, it is difficult to arbitrarily control the ignition timing, which causes abnormal combustion such as knocking or misfire. is there. In order to adjust the ignition timing, a control method for changing the intake air temperature or recirculating the exhaust gas after combustion to the intake air is known. In such a control method, the premixed compression ignition internal combustion engine There is a problem that it is difficult to cope with a sudden change in required load.
そこで、着火性の高い第1の燃料と、着火性の低い第2の燃料とを備え、要求負荷に応じて第1の燃料と第2の燃料との供給量を変化させるようにした前記予混合圧縮着火内燃機関が知られている(特許文献1参照)。 In view of this, the first fuel having high ignitability and the second fuel having low ignitability are provided, and the supply amount of the first fuel and the second fuel is changed according to the required load. A mixed compression ignition internal combustion engine is known (see Patent Document 1).
前記第1の燃料と第2の燃料とを備える前記予混合圧縮着火内燃機関によれば、要求負荷に応じて第1の燃料の供給量と第2の燃料の供給量とを変化させることにより、着火タイミングを任意に制御することができ、また、該内燃機関の要求負荷の急激な変化に広い範囲で容易に対応することができると考えられる。 According to the premixed compression ignition internal combustion engine including the first fuel and the second fuel, by changing the supply amount of the first fuel and the supply amount of the second fuel according to the required load, It is considered that the ignition timing can be arbitrarily controlled, and that it is possible to easily cope with a sudden change in the required load of the internal combustion engine in a wide range.
しかしながら、前記予混合圧縮着火内燃機関では、要求負荷により第1の燃料の供給量と第2の燃料の供給量との割合が決まってしまい、該割合を回避する手段がないため、第1の燃料と第2の燃料とのどちらか一方を多量に供給する状態が続いてどちらか一方の残量が無くなると運転を継続することができなくなることがある。
本発明は、かかる事情に鑑み、着火性の異なる2種の燃料をそれぞれの残量に応じて効率よく使い分けることができる予混合圧縮着火内燃機関を提供することを目的とする。 In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a premixed compression ignition internal combustion engine that can efficiently use two types of fuels having different ignitability in accordance with their respective remaining amounts.
本発明は、燃焼室に混合気を案内する吸気ポートと、該吸気ポートに第1の燃料を噴射する第1のインジェクタと、該第1の燃料よりも着火性の低い第2の燃料を該燃焼室に直接噴射する第2のインジェクタとを備え、両インジェクタから供給された燃料を含む燃料混合気を圧縮して自着火せしめる予混合圧縮着火内燃機関を前提とするものである。かかる予混合圧縮着火内燃機関については、本出願人が既に提案している(特許文献2参照)。 The present invention provides an intake port for guiding an air-fuel mixture to a combustion chamber, a first injector for injecting a first fuel into the intake port, and a second fuel having a lower ignitability than the first fuel. This premise is a premixed compression ignition internal combustion engine that includes a second injector that directly injects into a combustion chamber and compresses and self-ignites a fuel mixture containing fuel supplied from both injectors. The applicant has already proposed such a premixed compression ignition internal combustion engine (see Patent Document 2).
本発明は、前記予混合圧縮着火内燃機関において、該第2の燃料の残量に対して該第1の燃料の残量の方が少ない場合は、該第2の燃料の供給割合を増加させると共に、該第2の燃料の噴射時期を遅らせ、該第1の燃料の残量に対して該第2の燃料の残量の方が少ない場合は、該第2の燃料の供給割合を減少させると共に、該第2の燃料の噴射時期を早める制御手段を備えることを特徴とする。 In the premixed compression ignition internal combustion engine, when the remaining amount of the first fuel is smaller than the remaining amount of the second fuel, the supply ratio of the second fuel is increased. At the same time, the injection timing of the second fuel is delayed, and when the remaining amount of the second fuel is smaller than the remaining amount of the first fuel, the supply ratio of the second fuel is decreased. And a control means for advancing the injection timing of the second fuel.
本発明の予混合圧縮着火内燃機関では、前記第2のインジェクタにより、前記第2の燃料を前記燃焼室に直接噴射する時期を遅くすることは、前記第1の燃料の供給割合を増加させることと同様の効果がある。そこで、本発明の予混合圧縮着火内燃機関では、前記第2の燃料の残量に対して前記第1の燃料の残量の方が少ない場合は、該第2の燃料の供給割合を増加させると共に、該第2の燃料の噴射時期を遅らせることにより、該第1の燃料を消費する場合と同様の効果を得ながら、該第1の燃料の消費を抑制することができる。 In the premixed compression ignition internal combustion engine of the present invention, delaying the timing of directly injecting the second fuel into the combustion chamber by the second injector increases the supply ratio of the first fuel. Has the same effect. Therefore, in the premixed compression ignition internal combustion engine of the present invention, when the remaining amount of the first fuel is smaller than the remaining amount of the second fuel, the supply ratio of the second fuel is increased. At the same time, by delaying the injection timing of the second fuel, it is possible to suppress the consumption of the first fuel while obtaining the same effect as the case of consuming the first fuel.
また、本発明の予混合圧縮着火内燃機関では、前記第2のインジェクタにより、前記第2の燃料を前記燃焼室に直接噴射する時期を早くすることは、該第2の燃料の供給割合を増加させることと同様の効果がある。そこで、本発明の予混合圧縮着火内燃機関では、前記第1の燃料の残量に対して前記第2の燃料の残量の方が少ない場合は、該第2の燃料の供給割合を減少させると共に、該第2の燃料の噴射時期を早めることにより、該第2の燃料を消費する場合と同様の効果を得ながら、該第2の燃料の消費を抑制することができる。 Further, in the premixed compression ignition internal combustion engine of the present invention, by using the second injector to advance the timing of directly injecting the second fuel into the combustion chamber, the supply ratio of the second fuel is increased. Has the same effect as Therefore, in the premixed compression ignition internal combustion engine of the present invention, when the remaining amount of the second fuel is smaller than the remaining amount of the first fuel, the supply ratio of the second fuel is decreased. At the same time, by accelerating the injection timing of the second fuel, it is possible to suppress the consumption of the second fuel while obtaining the same effect as the case of consuming the second fuel.
従って、本発明によれば、相対的に着火性の高い前記第1の燃料と、相対的に着火性の低い前記第2の燃料とを、それぞれの残量に応じて効率よく使い分けることができる。 Therefore, according to the present invention, the first fuel having a relatively high ignitability and the second fuel having a relatively low ignitability can be efficiently used in accordance with the respective remaining amounts. .
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は本実施形態の予混合圧縮内燃機関の主要構成を示すシステム構成図である。 Next, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a system configuration diagram showing the main configuration of the premixed compression internal combustion engine of the present embodiment.
図1に示すように、本実施形態の予混合圧縮内燃機関1は、燃焼室としてのシリンダ2を備え、シリンダ2は内部にピストン3を備えると共に、頂部(シリンダヘッド)に設けられた吸気弁(図示せず)を介してシリンダ2に連通する吸気ポート4と、頂部に設けられた排気弁(図示せず)を介してシリンダ2に連通する排気ポート5とを備えている。吸気ポート4には、第1の燃料を噴射する第1のインジェクタ6が備えられおり、シリンダ2の頂部中央には第2の燃料を噴射する第2のインジェクタ7が備えられている。そして、予混合圧縮内燃機関1は、インジェクタ6,7による各燃料の供給量及び噴射時期を制御する制御装置8を備えている。
As shown in FIG. 1, a premixed compression internal combustion engine 1 of this embodiment includes a
本実施形態の予混合圧縮着火内燃機関1において、前記第1の燃料は、相対的に着火性の高い燃料であり、例えば、リサーチオクタン価が70以下の燃料を用いることができる。このような第1の燃料として、例えば、ヘプタン、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル等を挙げることができる。 In the premixed compression ignition internal combustion engine 1 of the present embodiment, the first fuel is a fuel having a relatively high ignitability, and for example, a fuel having a research octane number of 70 or less can be used. Examples of such a first fuel include heptane, dimethyl ether, diethyl ether and the like.
また、前記第2の燃料は、相対的に着火性の低い燃料であり、例えば、エタノール等のアルコールを挙げることができる。前記エタノールとしては、植物性物質、例えばサトウキビ、トウモロコシ等の農作物の発酵、蒸留により得たバイオエタノールを用いることができる。前記植物性物質は、原料となる植物自体が既に二酸化炭素を吸収しているので、係る植物性物質から得られたエタノールを燃焼させたとしても、排出される二酸化炭素の量は前記植物自体が吸収した二酸化炭素の量に等しい。即ち、総計としての二酸化炭素の排出量は理論的にはゼロになるという所謂カーボンニュートラル効果を得ることができる。従って、前記バイオエタノールを燃料に用いることにより、二酸化炭素の排出量を削減し、地球の温暖化防止に寄与することができる。 The second fuel is a fuel having relatively low ignitability, and examples thereof include alcohols such as ethanol. As said ethanol, the bioethanol obtained by fermentation and distillation of plant substances, for example, agricultural products, such as sugarcane and corn, can be used. Since the plant substance as a raw material has already absorbed carbon dioxide, the amount of carbon dioxide emitted by the plant itself is the same even when ethanol obtained from the plant substance is burned. Equal to the amount of carbon dioxide absorbed. That is, it is possible to obtain a so-called carbon neutral effect in which the total amount of carbon dioxide emission is theoretically zero. Therefore, by using the bioethanol as fuel, it is possible to reduce carbon dioxide emissions and contribute to the prevention of global warming.
本実施形態の予混合圧縮着火内燃機関1では、前記第1の燃料として例えばヘプタンを第1のインジェクタ6により吸気ポート4に噴射すると共に、前記第2の燃料として例えばエタノールを第2のインジェクタ7によりシリンダ2内に直接噴射する。このようにすることにより、シリンダ2内に、前記第1の燃料、第2の燃料と、空気との混合気が形成される。
In the premixed compression ignition internal combustion engine 1 of the present embodiment, heptane, for example, is injected as the first fuel into the intake port 4 by the first injector 6, and ethanol, for example, is used as the second fuel as the second injector 7. To directly inject into the
前記混合気は、シリンダ2内でピストン3により圧縮されることにより、自着火する。このとき、着火性の高い前記第1の燃料は、低温酸化反応発熱(冷炎)を持ち、主燃焼の前に燃焼室内の温度上昇を引き起こして着火を促進する。一方、着火性の低い前記第2の燃料は、前記低温酸化反応を抑制する。
The air-fuel mixture is self-ignited by being compressed by the
そこで、予混合圧縮着火内燃機関1では、制御装置8により、前記第1の燃料と前記第2の燃料との供給量を制御することにより、要求負荷の変化に対応することができる。制御装置8による前記制御は、具体的には、低負荷時には前記第1の燃料の供給量を多くし、高負荷時には前記第2の燃料の供給量を多くする。
Therefore, in the premixed compression ignition internal combustion engine 1, the
また、制御装置8による前記制御は、低負荷時には第1の燃料のみを使用し、負荷の上昇に伴って前記第2の燃料の使用割合を増加させるようにしてもよい。このようにすることにより、制御装置8は、前記第1の燃料の供給量を変えることなく、前記第2の燃料の供給割合を変化させるだけの単純な制御で、要求負荷の変化に対応することができる。
Further, the control by the
ところで、予混合圧縮着火内燃機関1では、前記第1の燃料は、吸気ポート4内で予め空気と混合された上でシリンダ2内に案内されるので、シリンダ2内に均一に分布する。一方、前記第2の燃料は、シリンダ2内に直接噴射されるので、シリンダ2の軸に沿って中央ほど高濃度になり、軸から周縁部に近づくに従って低濃度になる分布を形成する。また、前記第2の燃料がシリンダ2の軸から周縁部方向にどこまで拡散するかは、第2の燃料の噴射時期に関わり、噴射時期が早いほど遠くまで拡散し、噴射時期が遅いほど拡散が少なくなる。
By the way, in the premixed compression ignition internal combustion engine 1, the first fuel is preliminarily mixed with air in the intake port 4 and then guided into the
この結果、前記混合気は、シリンダ2内でピストン3により圧縮されて自着火する際に、前記第2の燃料の濃度が希薄な部分ほど、高温になり、最も温度の高い部分で最初に着火する。そして、その後、温度の高い部分から順に着火する。
As a result, when the air-fuel mixture is compressed by the
そこで、予混合圧縮着火内燃機関1では、制御装置8により前記第2の燃料の噴射時期を制御して、該噴射時期を遅らせることにより、前記第1の燃料の供給割合を増加させることと同様の効果を得ることができる。また、予混合圧縮着火内燃機関1では、制御装置8により前記第2の燃料の噴射時期を制御して、該噴射時期を早めることにより、前記第2の燃料の供給割合を増加させることと同様の効果を得ることができる。
Therefore, in the premixed compression ignition internal combustion engine 1, the
予混合圧縮着火内燃機関1では、制御装置8により前述のように前記第2の燃料の噴射時期を制御することにより、前記第1の燃料と該第2の燃料との使い分けを行う。次に、前記第1の燃料と前記第2の燃料との使い分けについて説明する。
In the premixed compression ignition internal combustion engine 1, the
まず、制御装置8は、予混合圧縮着火内燃機関1において、前記第2の燃料の残量に対して前記第1の燃料の残量の方が少ない場合は、該第2の燃料の供給割合を増加させると共に、該第2の燃料の噴射時期を遅らせる。このようにすると、前記第2の燃料の供給量が増加する一方で、前記第1の燃料を消費する場合と同様の効果を得ながら、該第1の燃料の消費を抑制することができる。
First, in the premixed compression ignition internal combustion engine 1, when the remaining amount of the first fuel is smaller than the remaining amount of the second fuel, the
また、制御装置8は、予混合圧縮着火内燃機関1において、前記第1の燃料の残量に対して前記第2の燃料の残量の方が少ない場合は、該第2の燃料の供給割合を減少させると共に、該第2の燃料の噴射時期を早くする。このようにすると、前記第2の燃料の供給量が減少するにも関わらず、該第2の燃料を消費する場合と同様の効果を得て、該第2の燃料の消費を抑制することができる。
Further, in the premixed compression ignition internal combustion engine 1, when the remaining amount of the second fuel is smaller than the remaining amount of the first fuel, the
1…予混合圧縮着火内燃機関、 2…燃焼室、 4…吸気ポート、 6…第1のインジェクタ、 7…第2のインジェクタ、 8…制御手段。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Premixed compression ignition internal combustion engine, 2 ... Combustion chamber, 4 ... Intake port, 6 ... 1st injector, 7 ... 2nd injector, 8 ... Control means.
Claims (1)
該第2の燃料の残量に対して該第1の燃料の残量の方が少ない場合は、該第2の燃料の供給割合を増加させると共に、該第2の燃料の噴射時期を遅らせ、該第1の燃料の残量に対して該第2の燃料の残量の方が少ない場合は、該第2の燃料の供給割合を減少させると共に、該第2の燃料の噴射時期を早める制御手段を備えることを特徴とする予混合圧縮着火内燃機関。 An intake port that guides the air-fuel mixture to the combustion chamber, a first injector that injects the first fuel into the intake port, and a second fuel that is less ignitable than the first fuel is directly supplied to the combustion chamber. A premixed compression ignition internal combustion engine comprising a second injector for injection, and compressing and self-igniting a fuel mixture containing fuel supplied from both injectors;
When the remaining amount of the first fuel is smaller than the remaining amount of the second fuel, the supply ratio of the second fuel is increased and the injection timing of the second fuel is delayed, When the remaining amount of the second fuel is smaller than the remaining amount of the first fuel, the control to reduce the supply ratio of the second fuel and advance the injection timing of the second fuel A premixed compression ignition internal combustion engine comprising means.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008028594A JP2009185752A (en) | 2008-02-08 | 2008-02-08 | Premixed compression ignition internal combustion engine |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110662893A (en) * | 2017-05-31 | 2020-01-07 | 马自达汽车株式会社 | Compression ignition engine and control method thereof |
-
2008
- 2008-02-08 JP JP2008028594A patent/JP2009185752A/en not_active Withdrawn
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