JP2014098351A - Supercharging internal combustion engine system - Google Patents

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正顕 河野
Motomasa Iizuka
基正 飯塚
Takashi Mizobuchi
剛史 溝渕
Yuichi Takemura
優一 竹村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve supercharging effect performed by a gas fuel during driving and achieve higher effect than conventional systems in a supercharging internal combustion engine system including a turbocharger which operates supercharging operation by exhaust energy.SOLUTION: A supercharging internal combustion engine system (10) of the invention includes: an internal combustion engine (11); a turbocharger (14); and a gaseous fuel injection valve (168). The gaseous fuel injection valve is provided at intake passages (121, 122) so as to jet a gas fuel toward a compressor wheel (142) of the turbocharger.

Description

本発明は、排気エネルギによって過給動作を行うターボチャージャを備えた、過給内燃機関システムに関する。   The present invention relates to a supercharged internal combustion engine system including a turbocharger that performs a supercharging operation with exhaust energy.

近年、排気中の有害成分を低減する等の観点から、内燃機関用燃料として、圧縮天然ガス(Compressed Natural Gas:以下「CNG」と略称する)等の気体燃料が注目されている。そこで、この種のシステムとして、気体燃料を利用可能なものが従来種々提案されている(例えば、特開2006−329165号公報等参照。)。   In recent years, gaseous fuel such as compressed natural gas (Compressed Natural Gas: hereinafter abbreviated as “CNG”) has attracted attention as a fuel for internal combustion engines from the viewpoint of reducing harmful components in exhaust gas. Various types of systems that can use gaseous fuel have been proposed in the past (see, for example, JP-A-2006-329165).

特開2006−329165号公報JP 2006-329165 A

ところで、ガソリン等の液体燃料と比較すると、CNG等の気体燃料においては、燃焼温度が低く、このため排気エネルギもまた低くなる。よって、従来のこの種のシステムにおいては、気体燃料による運転中には、過給効果が低かった。本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものである。   By the way, compared with liquid fuels, such as gasoline, in gaseous fuels, such as CNG, combustion temperature is low and, therefore, exhaust energy also becomes low. Therefore, in the conventional system of this type, the supercharging effect was low during operation with gaseous fuel. The present invention has been made in view of such problems.

本発明の過給内燃機関システムは、内燃機関と、ターボチャージャと、を備えている。前記内燃機関は、内部に気筒を有している。この内燃機関には、前記気筒内に導入される吸入空気が通流する吸気通路が接続されているとともに、前記気筒から排出される排気が通流する排気通路が接続されている。前記ターボチャージャは、タービンホイールと、コンプレッサホイールと、を備えている。前記タービンホイールは、前記排気通路を通流する排気のエネルギによって回転駆動されるように、前記排気通路に設けられている。前記コンプレッサホイールは、前記タービンホイールの回転に伴って回転駆動されるように、当該タービンホイールと連結されている。また、前記コンプレッサホイールは、前記タービンホイールの回転に伴って回転駆動されることで吸入空気を加圧するように、前記吸気通路に設けられている。   The supercharged internal combustion engine system of the present invention includes an internal combustion engine and a turbocharger. The internal combustion engine has a cylinder inside. The internal combustion engine is connected to an intake passage through which intake air introduced into the cylinder flows and an exhaust passage through which exhaust discharged from the cylinder flows. The turbocharger includes a turbine wheel and a compressor wheel. The turbine wheel is provided in the exhaust passage so as to be rotationally driven by the energy of exhaust gas flowing through the exhaust passage. The compressor wheel is coupled to the turbine wheel so as to be rotationally driven as the turbine wheel rotates. Further, the compressor wheel is provided in the intake passage so as to pressurize the intake air by being driven to rotate as the turbine wheel rotates.

本発明の特徴は、前記過給内燃機関システムが、前記コンプレッサホイールに向けて気体燃料を噴射するように前記吸気通路に設けられた、気体燃料噴射弁を備えたことにある。具体的には、この気体燃料噴射弁は、噴射された前記気体燃料の噴流が前記コンプレッサホイールに衝突するように設けられている。なお、本明細書において、気体燃料とは、常温常圧にて気体状態の燃料をいう(CNG、液化天然ガス、液化石油ガス、水素、等。)。一方、常温常圧にて液体状態の燃料は、液体燃料という(ガソリン、軽油、ジメチルエーテル、アルコール、等。)。   A feature of the present invention resides in that the supercharged internal combustion engine system includes a gaseous fuel injection valve provided in the intake passage so as to inject gaseous fuel toward the compressor wheel. Specifically, the gaseous fuel injection valve is provided so that the jet of the injected gaseous fuel collides with the compressor wheel. In this specification, gaseous fuel refers to fuel in a gaseous state at normal temperature and pressure (CNG, liquefied natural gas, liquefied petroleum gas, hydrogen, etc.). On the other hand, fuel in a liquid state at normal temperature and pressure is called liquid fuel (gasoline, light oil, dimethyl ether, alcohol, etc.).

かかる構成を有する、本発明の過給内燃機関システムにおいては、前記気体燃料が前記コンプレッサホイールに向けて噴射される。これにより、吸入空気中への前記気体燃料の供給が行われると同時に、前記コンプレッサホイールの回転がアシストされる。したがって、本発明によれば、前記気体燃料による運転中における過給効果を従来よりも良好に向上させることができる。   In the supercharged internal combustion engine system of the present invention having such a configuration, the gaseous fuel is injected toward the compressor wheel. Thereby, the gaseous fuel is supplied to the intake air, and at the same time, the rotation of the compressor wheel is assisted. Therefore, according to the present invention, the supercharging effect during operation with the gaseous fuel can be improved better than before.

本発明の一実施形態に係る過給内燃機関システムの概略構成図。1 is a schematic configuration diagram of a supercharged internal combustion engine system according to an embodiment of the present invention. 図1におけるコンプレッサホイール近傍の拡大図。The enlarged view of the compressor wheel vicinity in FIG. 図1に示されたコンプレッサホイールと気体燃料噴射弁との距離についての説明のためのグラフ。The graph for description about the distance of the compressor wheel and gaseous fuel injection valve which were shown by FIG. 図2に示されたコンプレッサホイール近傍の構成の一変形例を示す図。The figure which shows the modification of a structure of the compressor wheel vicinity shown by FIG. 図1に示された過給内燃機関システムの一変形例を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows the modification of the supercharged internal combustion engine system shown by FIG.

以下、本発明を具体化した一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、変形例は、当該実施形態の説明中に挿入されると首尾一貫した一実施形態の説明の理解が妨げられるので、末尾にまとめて記載されている。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings. In addition, since a modification will prevent understanding of description of one consistent embodiment, if it is inserted during the description of the said embodiment, it is described collectively at the end.

<実施形態の装置構成>
図1を参照すると、本実施形態に係る過給内燃機関システム10は、内燃機関11と、吸気系統12と、排気系統13と、ターボチャージャ14と、液体燃料噴射弁15と、気体燃料供給部16と、を備えている。本実施形態においては、過給内燃機関システム10は、液体燃料としてのガソリンと、気体燃料としてのCNGとを利用可能に構成されている。すなわち、本実施形態の過給内燃機関システム10は、いわゆる「バイフューエル」エンジンシステムとして構築されている。
<Apparatus Configuration of Embodiment>
Referring to FIG. 1, a supercharged internal combustion engine system 10 according to this embodiment includes an internal combustion engine 11, an intake system 12, an exhaust system 13, a turbocharger 14, a liquid fuel injection valve 15, and a gaseous fuel supply unit. 16. In the present embodiment, the supercharged internal combustion engine system 10 is configured to be able to use gasoline as liquid fuel and CNG as gaseous fuel. That is, the supercharged internal combustion engine system 10 of this embodiment is constructed as a so-called “bi-fuel” engine system.

内燃機関11の本体部分を構成するエンジンブロック111の内部には、気筒112が設けられている。気筒112内には、ピストン113が、気筒112の中心軸線に沿って(すなわち図1における上下方向に)往復移動可能に収容されている。また、エンジンブロック111の内部であって、気筒112の周囲には、冷却水の通路であるウォータージャケット114が形成されている。   A cylinder 112 is provided inside an engine block 111 that constitutes a main body portion of the internal combustion engine 11. A piston 113 is accommodated in the cylinder 112 so as to be capable of reciprocating along the central axis of the cylinder 112 (that is, in the vertical direction in FIG. 1). A water jacket 114 that is a passage of cooling water is formed inside the engine block 111 and around the cylinder 112.

エンジンブロック111には、吸気ポート115及び排気ポート116が形成されている。吸気ポート115には、吸気系統12が接続されている。排気ポート116には、排気系統13が接続されている。また、エンジンブロック111には、吸気ポート115を開閉する吸気弁117と、排気ポート116を開閉する排気弁118とが設けられている。   An intake port 115 and an exhaust port 116 are formed in the engine block 111. An intake system 12 is connected to the intake port 115. An exhaust system 13 is connected to the exhaust port 116. Further, the engine block 111 is provided with an intake valve 117 for opening and closing the intake port 115 and an exhaust valve 118 for opening and closing the exhaust port 116.

以下、吸気系統12の構成について説明する。吸気管121は、吸気ポート115を介して気筒112に吸入空気を供給するように、吸気マニホールド122を介して内燃機関11に接続されている。すなわち、吸気管121及び吸気マニホールド122によって、気筒112内に導入される吸入空気が通流する本発明の「吸気通路」が構成されている。吸気管121の吸気通流方向における下流側の位置には、気筒112内に導入される吸入空気量を調整するためのスロットル弁123が装着されている。吸気管121における、ターボチャージャ14とスロットル弁123との間の位置には、ターボチャージャ14によって過給された吸入空気を冷却するためのインタークーラ124が装着されている。また、吸気マニホールド122には、液体燃料噴射弁15が装着されている。液体燃料噴射弁15は、その先端の燃料噴射口が吸気マニホールド122内に露出することで、吸気ポート115に向けて液体燃料を噴射するように設けられている。   Hereinafter, the configuration of the intake system 12 will be described. The intake pipe 121 is connected to the internal combustion engine 11 via the intake manifold 122 so as to supply intake air to the cylinder 112 via the intake port 115. That is, the intake pipe 121 and the intake manifold 122 constitute the “intake passage” of the present invention through which the intake air introduced into the cylinder 112 flows. A throttle valve 123 for adjusting the amount of intake air introduced into the cylinder 112 is mounted at a position downstream of the intake pipe 121 in the intake air flow direction. An intercooler 124 for cooling the intake air supercharged by the turbocharger 14 is mounted at a position in the intake pipe 121 between the turbocharger 14 and the throttle valve 123. A liquid fuel injection valve 15 is mounted on the intake manifold 122. The liquid fuel injection valve 15 is provided so as to inject liquid fuel toward the intake port 115 when the fuel injection port at the tip thereof is exposed in the intake manifold 122.

以下、排気系統13の構成について説明する。排気管131の、排気通流方向における上流側の端部は、排気マニホールド132を介して排気ポート116に接続されている。すなわち、排気管131及び排気マニホールド132によって、気筒112から排出される排気が通流する本発明の「排気通路」が構成されている。   Hereinafter, the configuration of the exhaust system 13 will be described. The upstream end of the exhaust pipe 131 in the exhaust flow direction is connected to the exhaust port 116 via the exhaust manifold 132. In other words, the exhaust pipe 131 and the exhaust manifold 132 constitute the “exhaust passage” of the present invention through which the exhaust discharged from the cylinder 112 flows.

以下、ターボチャージャ14の構成について説明する。ターボチャージャ14は、排気管131を通流する排気のエネルギによって、吸気管121を通流する吸入空気を加圧するように構成されている。具体的には、ターボチャージャ14は、タービンホイール141と、コンプレッサホイール142と、を備えている。タービンホイール141は、排気管131を通流する排気のエネルギによって回転駆動されるように、排気管131側に設けられている。コンプレッサホイール142は、タービンホイール141の回転に伴って回転駆動されるように、連結シャフト143を介してタービンホイール141と連結されている。また、コンプレッサホイール142は、タービンホイール141の回転に伴って回転駆動されることで吸入空気を加圧するように、吸気管121側に設けられている。   Hereinafter, the configuration of the turbocharger 14 will be described. The turbocharger 14 is configured to pressurize the intake air flowing through the intake pipe 121 by the energy of the exhaust flowing through the exhaust pipe 131. Specifically, the turbocharger 14 includes a turbine wheel 141 and a compressor wheel 142. The turbine wheel 141 is provided on the exhaust pipe 131 side so as to be rotationally driven by the energy of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 131. The compressor wheel 142 is coupled to the turbine wheel 141 via the coupling shaft 143 so as to be rotationally driven as the turbine wheel 141 rotates. In addition, the compressor wheel 142 is provided on the intake pipe 121 side so as to pressurize the intake air by being driven to rotate as the turbine wheel 141 rotates.

以下、気体燃料供給部16の構成について説明する。気体燃料タンク161には、気体燃料としてのCNGが、圧縮状態(例えば約20MPa)で貯留されている。気体燃料タンク161と第一気体燃料配管162との接続部には、第一開閉弁163が装着されている。気体燃料の通流方向における下流側の、第一気体燃料配管162の端部は、レギュレータ164に接続されている。第一気体燃料配管162とレギュレータ164との接続部には、第二開閉弁165が装着されている。レギュレータ164は、気体燃料タンク161から供給された高圧の気体燃料を、所定圧力(例えば0.4MPa)まで減圧して、第二気体燃料配管166に供給するようになっている。第一開閉弁163及び第二開閉弁165は、気体燃料タンク161からレギュレータ164への気体燃料の供給状態を調整可能に設けられている。   Hereinafter, the configuration of the gaseous fuel supply unit 16 will be described. In the gaseous fuel tank 161, CNG as gaseous fuel is stored in a compressed state (for example, about 20 MPa). A first opening / closing valve 163 is attached to a connection portion between the gaseous fuel tank 161 and the first gaseous fuel pipe 162. The end of the first gas fuel pipe 162 on the downstream side in the flow direction of the gaseous fuel is connected to the regulator 164. A second opening / closing valve 165 is attached to a connection portion between the first gaseous fuel pipe 162 and the regulator 164. The regulator 164 depressurizes the high-pressure gaseous fuel supplied from the gaseous fuel tank 161 to a predetermined pressure (for example, 0.4 MPa) and supplies it to the second gaseous fuel pipe 166. The first on-off valve 163 and the second on-off valve 165 are provided so that the supply state of the gaseous fuel from the gaseous fuel tank 161 to the regulator 164 can be adjusted.

気体燃料の通流方向における上流側の、第二気体燃料配管166の端部は、レギュレータ164に接続されている。第二気体燃料配管166には、気体燃料加熱部167が設けられている。気体燃料加熱部167は、レギュレータ164から気体燃料噴射弁168に向けて供給される気体燃料を、内燃機関11の運転によって発生した廃熱によって加熱するように構成されている。具体的には、気体燃料加熱部167は、気体燃料と冷却水あるいは排気との熱交換を行うように、ウォータージャケット114と接続された冷却水流路、あるいは、排気管131等の排気系統13に装着されている。   An end of the second gaseous fuel pipe 166 on the upstream side in the flow direction of the gaseous fuel is connected to the regulator 164. A gas fuel heating unit 167 is provided in the second gas fuel pipe 166. The gaseous fuel heating unit 167 is configured to heat the gaseous fuel supplied from the regulator 164 toward the gaseous fuel injection valve 168 with waste heat generated by the operation of the internal combustion engine 11. Specifically, the gaseous fuel heating unit 167 is provided in the cooling water flow path connected to the water jacket 114 or the exhaust system 13 such as the exhaust pipe 131 so as to exchange heat between the gaseous fuel and the cooling water or the exhaust. It is installed.

気体燃料噴射弁168は、コンプレッサホイール142に向けて気体燃料を噴射することで、噴射された気体燃料の噴流のエネルギによってコンプレッサホイール142の回転がアシストされるように、吸気管121の吸気通流方向におけるコンプレッサホイール142よりも上流側に装着されている。すなわち、気体燃料噴射弁168は、噴射した気体燃料の噴流が充分な貫徹力を有するうちにコンプレッサホイール142に衝突するように設けられている。   The gaseous fuel injection valve 168 injects the gaseous fuel toward the compressor wheel 142, so that the rotation of the compressor wheel 142 is assisted by the energy of the injected gaseous fuel jet. It is mounted upstream of the compressor wheel 142 in the direction. That is, the gaseous fuel injection valve 168 is provided so as to collide with the compressor wheel 142 while the jet of the injected gaseous fuel has a sufficient penetration force.

具体的には、図2を参照すると、気体燃料噴射弁168は、コンプレッサホイール142に向かって流入する吸入空気の流れ(図中白抜きの矢印参照)に沿って気体燃料を噴射するように設けられている(噴射された気体燃料の噴流の様子は黒塗り矢印で示されている)。また、気体燃料噴射弁168は、当該気体燃料噴射弁168における気体燃料を噴射する先端部168aとコンプレッサホイール142との、気体燃料が噴射される方向(図中一点鎖線参照)における最短距離Dが、50mm以下となるように設けられている。   Specifically, referring to FIG. 2, the gaseous fuel injection valve 168 is provided so as to inject gaseous fuel along the flow of intake air flowing toward the compressor wheel 142 (see the white arrow in the figure). (The state of the jet of injected gaseous fuel is indicated by a black arrow). Further, the gas fuel injection valve 168 has a shortest distance D in the direction (refer to the alternate long and short dash line in the figure) between the tip portion 168a that injects the gas fuel in the gas fuel injection valve 168 and the compressor wheel 142. , 50 mm or less.

<動作説明>
以下、上述の構成を有する本実施形態の過給内燃機関システム10の動作について、その作用・効果とともに、図面を適宜参照しつつ説明する。
<Description of operation>
Hereinafter, the operation of the supercharged internal combustion engine system 10 according to the present embodiment having the above-described configuration will be described together with the functions and effects with reference to the drawings as appropriate.

本実施形態の過給内燃機関システム10においては、運転状態に応じて、気筒112に対する燃料供給モードが、液体燃料を供給する液体燃料供給モード、及び気体燃料を供給する気体燃料供給モード、の中から選択(決定)されるとともに、状況に応じて両者の間の切り替えが行われる。   In the supercharged internal combustion engine system 10 of the present embodiment, the fuel supply mode for the cylinder 112 is selected from among a liquid fuel supply mode for supplying liquid fuel and a gas fuel supply mode for supplying gaseous fuel, depending on the operating state. Is selected (determined) from and is switched between the two depending on the situation.

ここで、気体燃料供給モードにおいては、液体燃料供給モードに比べて、排気エネルギが低くなる。このため、ターボチャージャ14を排気エネルギのみで駆動したのでは、気体燃料供給モードにおいては、過給圧が充分には上がらず、過給効果(過給による出力向上効果)が充分には得られない、という懸念が生じる。   Here, in the gaseous fuel supply mode, the exhaust energy is lower than in the liquid fuel supply mode. For this reason, when the turbocharger 14 is driven only by the exhaust energy, the supercharging pressure does not sufficiently increase in the gaseous fuel supply mode, and the supercharging effect (output improvement effect by supercharging) is sufficiently obtained. Concern is raised.

この点、本実施形態の構成においては、気体燃料噴射弁168がコンプレッサホイール142に向けて気体燃料を噴射することで、噴射された気体燃料の噴流のエネルギによってコンプレッサホイール142の回転がアシストされる。これにより、気体燃料供給モードにおいても、過給効果が良好に得られるようになる。なお、本発明者は、気体燃料噴射弁168がターボチャージャ14よりも吸気通流方向における下流側の吸気管121に装着されている場合に比べて、本実施形態の構成によれば、充填効率が最大5%向上するとともに軸トルクが最大5%向上するという効果が得られたことを、実験により確認済みである。   In this regard, in the configuration of the present embodiment, the gaseous fuel injection valve 168 injects the gaseous fuel toward the compressor wheel 142, so that the rotation of the compressor wheel 142 is assisted by the energy of the injected gaseous fuel jet. . Thereby, the supercharging effect can be obtained satisfactorily even in the gaseous fuel supply mode. The present inventor found that the charging efficiency is higher according to the configuration of the present embodiment than when the gaseous fuel injection valve 168 is attached to the intake pipe 121 downstream of the turbocharger 14 in the intake air flow direction. It has been confirmed by experiments that the effect of improving the shaft torque by 5% at the same time is improved by 5% at the maximum.

ところで、空気噴射による過給アシストの例(実開昭61−186742号公報や特開2008−286093号公報等参照)が従来知られている。しかしながら、かかる従来例においては、アシスト用の空気を蓄圧器に所定量蓄積するために所定時間を要していた。このため、かかる従来例においては、蓄圧器内のアシスト用の空気の量に不足が生じることで、必要な時期に過給アシストを行うことができず過給効果も得られなくなる場合が生じる、という問題があった。これに対し、本実施形態の構成においては、内燃機関11の運転(気筒112内での燃焼行程)のために用いられるものであって気体燃料タンク161に多量に貯留されている気体燃料を用いて、過給アシストが行われる。したがって、本実施形態によれば、必要な時期に過給アシストを良好に行うことができる。すなわち、良好なレスポンスで過給アシストを行うことができる。   By the way, examples of supercharging assistance by air injection (see Japanese Utility Model Laid-Open No. 61-186742 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-286093) are conventionally known. However, in this conventional example, a predetermined time is required to accumulate a predetermined amount of assisting air in the pressure accumulator. For this reason, in such a conventional example, a shortage occurs in the amount of air for assisting in the pressure accumulator, so that supercharging assistance cannot be performed at a necessary time and a supercharging effect may not be obtained. There was a problem. On the other hand, in the configuration of the present embodiment, gaseous fuel that is used for the operation of the internal combustion engine 11 (combustion stroke in the cylinder 112) and stored in a large amount in the gaseous fuel tank 161 is used. Thus, supercharging assistance is performed. Therefore, according to the present embodiment, supercharging assistance can be performed satisfactorily at a necessary time. That is, supercharging assistance can be performed with a good response.

また、本実施形態においては、気体燃料噴射弁168によって噴射された気体燃料の噴流が、充分な貫徹力(エネルギ)を有するうちに、コンプレッサホイール142に衝突する。具体的には、本実施形態においては、図2に示されているように、コンプレッサホイール142に向かって流入する吸入空気の流れに沿って、気体燃料が噴射されている。また、気体燃料噴射弁168の先端部168aとコンプレッサホイール142との、気体燃料が噴射される方向における最短距離Dが、50mm以下に設定されている。したがって、噴射された気体燃料の噴流のエネルギによる、コンプレッサホイール142の回転アシストが、極めて良好に行われる。   In the present embodiment, the gaseous fuel jet injected by the gaseous fuel injection valve 168 collides with the compressor wheel 142 while having sufficient penetrating force (energy). Specifically, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, gaseous fuel is injected along the flow of intake air that flows toward the compressor wheel 142. Further, the shortest distance D in the direction in which the gaseous fuel is injected between the tip 168a of the gaseous fuel injection valve 168 and the compressor wheel 142 is set to 50 mm or less. Therefore, the rotation assist of the compressor wheel 142 by the energy of the jet flow of the injected gaseous fuel is performed extremely well.

図3は、ある条件下で燃圧(気体燃料噴射弁168に供給された気体燃料の圧力)を変化させたときの、有効貫徹距離(気体燃料の噴流の貫徹力が減衰を開始する位置と噴孔との間の距離)の変化を示すグラフである。なお、この図3に示されているグラフを得るための実験は、以下のようにして行ったものである:市販の気体燃料用インジェクタと、気体燃料としての都市ガス13Aとを用い、常温常圧の空気雰囲気(28℃,0.1MPa,平均流速6.8m/s)下で、空気流(流束)の方向に対してガス噴流の方向が45度の角度をなすようにガス噴射を行った。噴射されたガス噴流の流速が噴孔直後の位置における値の90%となった位置と噴孔との間の距離を、有効貫徹距離として求めた。図中の菱形で示されたプロットが、実験点である。   FIG. 3 shows the effective penetration distance (the position at which the penetration force of the gaseous fuel jet starts to attenuate and the injection when the fuel pressure (pressure of the gaseous fuel supplied to the gaseous fuel injection valve 168) is changed under certain conditions. It is a graph which shows the change of the distance between holes. The experiment for obtaining the graph shown in FIG. 3 was carried out as follows: a commercially available gaseous fuel injector and city gas 13A as the gaseous fuel were used at normal temperature. In a pressurized air atmosphere (28 ° C., 0.1 MPa, average flow velocity 6.8 m / s), gas injection is performed so that the direction of the gas jet makes an angle of 45 degrees with respect to the direction of the air flow (flux). went. The distance between the position where the flow velocity of the injected gas jet was 90% of the value immediately after the nozzle hole and the nozzle hole was determined as the effective penetration distance. The plots indicated by diamonds in the figure are experimental points.

図3に示されているように、燃圧をある一定値と仮定すると、図2における最短距離Dが、当該燃圧によって定まる所定値(図中の実線のグラフ上の点に相当する値)以下であれば、吸入空気の流れの影響によって貫徹力が大きく減衰されてしまう前に、気体燃料の噴流をコンプレッサホイール142に衝突させることができる。この点、本実施形態の構成においては、レギュレータ164が設けられているため、このように燃圧を一定に制御することは一応可能である。ここで、実験結果をもとに、燃圧対有効貫徹距離のグラフを、燃圧0の位置まで外挿すると、燃圧0における有効貫徹距離の値は概ね50mmとなる。なお、この傾向は、実験条件を変えても同様である。したがって、図2における最短距離Dを50mm以下とすることで、仮に気体燃料供給モードによる運転が可能な範囲内で燃圧が変動しても、過給アシストのために充分な貫徹力を有する気体燃料の噴流を、コンプレッサホイール142に衝突させることができることになる。   As shown in FIG. 3, when the fuel pressure is assumed to be a certain value, the shortest distance D in FIG. 2 is less than or equal to a predetermined value determined by the fuel pressure (a value corresponding to a point on the solid line graph in the figure). If so, the jet of gaseous fuel can collide with the compressor wheel 142 before the penetration force is greatly attenuated by the influence of the flow of the intake air. In this regard, in the configuration of the present embodiment, since the regulator 164 is provided, it is possible to control the fuel pressure to be constant in this way. Here, if the graph of fuel pressure vs. effective penetration distance is extrapolated to the position of fuel pressure 0 based on the experimental results, the value of effective penetration distance at fuel pressure 0 is approximately 50 mm. This tendency is the same even if the experimental conditions are changed. Therefore, by setting the shortest distance D in FIG. 2 to 50 mm or less, even if the fuel pressure fluctuates within a range where the operation in the gaseous fuel supply mode is possible, the gaseous fuel having sufficient penetration force for supercharging assistance. Can be made to collide with the compressor wheel 142.

さらに、本実施形態においては、気体燃料噴射弁168に向けて供給される気体燃料が、気体燃料加熱部167にて、内燃機関11の運転によって生じる廃熱を有効利用することで加熱される。これにより、コンプレッサホイール142に向けて噴射される気体燃料の噴流速度が良好に向上し、以て過給アシスト効果がよりいっそう向上する。   Further, in the present embodiment, the gaseous fuel supplied toward the gaseous fuel injection valve 168 is heated by effectively using the waste heat generated by the operation of the internal combustion engine 11 in the gaseous fuel heating unit 167. Thereby, the jet velocity of the gaseous fuel injected toward the compressor wheel 142 is improved satisfactorily, and the supercharging assist effect is further improved.

<変形例>
以下、代表的な変形例について、幾つか例示する。以下の変形例の説明において、上述の実施形態にて説明されているものと同様の構成及び機能を有する部分に対しては、上述の実施形態と同様の符号が用いられ得るものとする。そして、かかる部分の説明については、技術的に矛盾しない範囲内において、上述の実施形態における説明が適宜援用され得るものとする。もっとも、言うまでもなく、変形例とて、以下に列挙されたものに限定されるものではない。また、上述の実施形態の一部、及び、複数の変形例の全部又は一部が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、複合的に適用され得る。
<Modification>
Hereinafter, some typical modifications will be exemplified. In the following description of the modified examples, the same reference numerals as those in the above embodiment can be used for portions having the same configurations and functions as those described in the above embodiment. And about description of this part, the description in the above-mentioned embodiment shall be used suitably in the range which is not technically consistent. Needless to say, the modifications are not limited to those listed below. In addition, a part of the above-described embodiment and all or a part of the plurality of modified examples can be combined appropriately as long as they are technically consistent.

液体燃料噴射弁15は、設けられていなくてもよい。すなわち、本発明の適用対象は、いわゆる「バイフューエル」エンジンシステムに限定されない。また、気体燃料噴射弁168は、ターボチャージャ14よりも吸気通流方向における下流側にも設けられていてもよい。   The liquid fuel injection valve 15 may not be provided. That is, the application target of the present invention is not limited to a so-called “bi-fuel” engine system. Further, the gaseous fuel injection valve 168 may be provided on the downstream side of the turbocharger 14 in the intake air flow direction.

上述のように、最短距離Dが50mm以上であっても、かかる最短距離Dの延長に応じて燃圧を上昇させることによって、良好な過給アシスト効果が得られる。したがって、最短距離Dは、燃圧によって定まる所定値(図3参照)以下であればよい。   As described above, even when the shortest distance D is 50 mm or more, a good supercharging assist effect can be obtained by increasing the fuel pressure according to the extension of the shortest distance D. Accordingly, the shortest distance D may be equal to or less than a predetermined value (see FIG. 3) determined by the fuel pressure.

過給アシストのための気体燃料噴射弁168の設置数は、図1や図2に示されているように1つでもよいし、図4に示されているように複数であってもよい。図4に示されているように、気体燃料噴射弁168が複数設けられることで、過給アシスト効果がよりいっそう向上するとともに、気体燃料供給モードでの、より精密な空燃比制御が可能になる。   The number of gaseous fuel injection valves 168 for supercharging assistance may be one as shown in FIGS. 1 and 2, or may be plural as shown in FIG. As shown in FIG. 4, by providing a plurality of gaseous fuel injection valves 168, the supercharging assist effect is further improved, and more precise air-fuel ratio control in the gaseous fuel supply mode becomes possible. .

本発明がいわゆる「バイフューエル」エンジンシステムである場合の適用対象は、図1に示されているような、いわゆる「ポート噴射」のガソリン機関に限定されない。すなわち、例えば、図5に示されているように、気筒112内に液体燃料を直接噴射可能な内燃機関11(ディーゼル機関を含む)に対しても、本発明は良好に適用可能である。   The object of application when the present invention is a so-called “bi-fuel” engine system is not limited to a so-called “port injection” gasoline engine as shown in FIG. That is, for example, as shown in FIG. 5, the present invention can be satisfactorily applied to an internal combustion engine 11 (including a diesel engine) that can directly inject liquid fuel into the cylinder 112.

10…過給内燃機関システム、11…内燃機関、14…ターボチャージャ、141…タービンホイール、142…コンプレッサホイール。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Supercharged internal combustion engine system, 11 ... Internal combustion engine, 14 ... Turbocharger, 141 ... Turbine wheel, 142 ... Compressor wheel.

Claims (5)

内部に気筒(112)を有し、当該気筒内に導入される吸入空気が通流する吸気通路(121,122)及び当該気筒から排出される排気が通流する排気通路(131,132)に接続された、内燃機関(11)と、
前記排気通路を通流する排気のエネルギによって回転駆動されるように前記排気通路に設けられたタービンホイール(141)と、当該タービンホイールの回転に伴って回転駆動されるように当該タービンホイールと連結されているとともに回転駆動されることで吸入空気を加圧するように前記吸気通路に設けられたコンプレッサホイール(142)と、を備えた、ターボチャージャ(14)と、
前記コンプレッサホイールに向けて気体燃料を噴射するように、前記吸気通路に設けられた、気体燃料噴射弁(168)と、
を備えたことを特徴とする、過給内燃機関システム(10)。
An intake passage (121, 122) having a cylinder (112) inside and through which intake air introduced into the cylinder flows and an exhaust passage (131, 132) through which exhaust exhausted from the cylinder flows. An internal combustion engine (11) connected;
A turbine wheel (141) provided in the exhaust passage so as to be rotationally driven by the energy of the exhaust gas flowing through the exhaust passage, and connected to the turbine wheel so as to be rotationally driven as the turbine wheel rotates. A turbocharger (14) comprising a compressor wheel (142) provided in the intake passage so as to pressurize the intake air by being driven and rotated.
A gaseous fuel injection valve (168) provided in the intake passage so as to inject gaseous fuel toward the compressor wheel;
A supercharged internal combustion engine system (10) comprising:
請求項1に記載の過給内燃機関システムにおいて、
前記吸気通路内又は前記内燃機関内にて液体燃料を噴射することで、前記気筒内に前記液体燃料を供給するように設けられた、液体燃料噴射弁(15)をさらに備えたことを特徴とする、過給内燃機関システム。
The supercharged internal combustion engine system according to claim 1,
The liquid fuel injection valve (15) further provided to supply the liquid fuel into the cylinder by injecting the liquid fuel in the intake passage or the internal combustion engine. A supercharged internal combustion engine system.
請求項1又は2に記載の過給内燃機関システムであって、
前記気体燃料噴射弁は、前記コンプレッサホイールに向かって流入する吸入空気の流れに沿って前記気体燃料を噴射するように設けられたことを特徴とする、過給内燃機関システム。
The supercharged internal combustion engine system according to claim 1 or 2,
The supercharged internal combustion engine system, wherein the gaseous fuel injection valve is provided so as to inject the gaseous fuel along a flow of intake air flowing toward the compressor wheel.
請求項1〜3のうちのいずれか1項に記載の過給内燃機関システムであって、
前記気体燃料噴射弁における前記気体燃料を噴射する先端部(168a)と前記コンプレッサホイールとの、前記気体燃料が噴射される方向における最短距離が、50mm以下となるように、前記気体燃料噴射弁が設けられたことを特徴とする、過給内燃機関システム。
The supercharged internal combustion engine system according to any one of claims 1 to 3,
The gaseous fuel injection valve is arranged so that a shortest distance in a direction in which the gaseous fuel is injected between the tip (168a) for injecting the gaseous fuel in the gaseous fuel injection valve and the compressor wheel is 50 mm or less. A supercharged internal combustion engine system, characterized in that it is provided.
請求項1〜4のうちのいずれか1項に記載の過給内燃機関システムにおいて、
前記気体燃料噴射弁によって噴射される前の前記気体燃料を、前記内燃機関の運転によって発生した熱によって加熱するように設けられた、気体燃料加熱部(167)をさらに備えたことを特徴とする、過給内燃機関システム。
The supercharged internal combustion engine system according to any one of claims 1 to 4,
The gas fuel heating part (167) provided so that the gaseous fuel before being injected by the gaseous fuel injection valve may be heated by the heat generated by the operation of the internal combustion engine is further provided. Supercharged internal combustion engine system.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111336001A (en) * 2020-02-13 2020-06-26 宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司 Engine supercharging system and vehicle thereof

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