JP2014169685A - 予混合圧縮着火式エンジン及びその運転制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】予混合圧縮着火式エンジンにおいて、高回転領域などの過酷な運転状態においても、自己着火時期を適切な時期に維持しながら、サイクル変動の悪化を抑制することができる技術を提供する。
【解決手段】自己着火時期を検出する自己着火時期検出手段５１を備えると共に、自己着火時期を調整可能な自己着火時期調整手段Ｙ１，Ｙ２を備え、サイクル変動の悪化を検出するサイクル変動検出手段５２を備えると共に、エタンの含有率を調整可能なエタン含有率調整手段Ｘを備え、自己着火時期が目標自己着火時期範囲内に維持されるように自己着火時期調整手段Ｙ１，Ｙ２を制御する自己着火時期制御を実行すると共に、サイクル変動の悪化が抑制されるようにエタン含有率調整手段Ｘを制御するサイクル変動抑制制御を実行する制御手段５３を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼室に吸気される新気に炭化水素系の主燃料を混合して混合気を形成し、当該混合気を燃焼室で圧縮して自己着火させ燃焼させる予混合圧縮着火式エンジン及びその運転制御方法に関する。

低公害且つ高効率を実現し得るエンジンとして、空気と燃料とを予め混合した予混合気を燃焼室に導入し、その予混合気をピストンの断熱圧縮により自己着火させて燃焼させる所謂予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ：Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）燃焼を行う予混合圧縮着火式エンジンが知られている（例えば、特許文献１及び２を参照。）。
かかる予混合圧縮着火式エンジンは、圧縮比を増加させて効率の向上が可能であると共に、燃料を希薄状態で燃焼させ低ＮＯｘ化が可能となり、特に、高圧噴射が困難でディーゼルエンジン用燃料としては不向きな天然ガス系都市ガス等の気体燃料を用いても、容易に予混合気を圧縮着火させて燃焼させることができるというメリットを有する。

予混合圧縮着火式エンジンでは、安定した運転を維持し更には効率を向上させるために、燃焼室において予混合気を上死点近傍の適切な時期に自己着火させることが重要である。例えば、吸気温度が高すぎると、自己着火時期が過剰に進角化してノッキング等が発生し、逆に、吸気温度が低すぎると、自己着火時期が過剰に遅角化して熱効率低下や失火等が発生するという問題がある。
そこで、上記特許文献１及び２に記載の予混合圧縮着火式エンジンは、燃焼室に供給されるメタンを主成分とする天然ガス等の主燃料とは別に、当該主燃料よりも発火点が低い軽油やブタンなどの補助燃料を、添加量制御を伴って添加することで、自己着火時期を目標自己着火時期範囲内に維持するように構成されていた。

特開２０１２−０５７４７０号公報 特開２０００−２７４２８５号公報

上記従来の予混合圧縮着火式エンジンの自己着火時期の制御では、何れも、主燃料よりも発火点の低い補助燃料を利用していたが、特にエンジン回転速度が非常に高くなる高回転領域において、発火点が低い補助燃料の添加量を増加させても、燃焼室における混合気が十分に着火せずに失火が発生してしまうことがある。そして、かかる失火は、燃焼状態を不安定にしてエンジンのサイクル変動の悪化につながる。
本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、予混合圧縮着火式エンジンにおいて、高回転領域などの過酷な運転状態においても、自己着火時期を適切な時期に維持しながら、サイクル変動の悪化を抑制することができる技術を提供する点にある。

この目的を達成するための本発明に係る予混合圧縮着火式エンジンは、
燃焼室に吸気される新気に炭化水素系の主燃料を混合して混合気を形成し、当該混合気を燃焼室で圧縮して自己着火させ燃焼させる予混合圧縮着火式エンジンであって、
その第１特徴構成は、
燃焼室における混合気の自己着火時期を検出する自己着火時期検出手段を備えると共に、燃焼室における混合気の自己着火時期を調整可能な自己着火時期調整手段を備え、
サイクル変動の悪化を検出するサイクル変動検出手段を備えると共に、燃焼室における混合気のエタンの含有率を調整可能なエタン含有率調整手段を備え、
前記自己着火時期検出手段で検出される自己着火時期が目標自己着火時期範囲内に維持されるように前記自己着火時期調整手段を制御する自己着火時期制御を実行すると共に、前記サイクル変動検出手段で検出されるサイクル変動の悪化が抑制されるように前記エタン含有率調整手段を制御するサイクル変動抑制制御を実行する制御手段を備えた点にある。

本発明の発明者らは、鋭意研究により、炭化水素のうち、エタンが、プロパンやブタンなどの他の炭化水素と比較して、炭素数が小さく発火点が高いものの、着火に至るまでの着火過程の後期においてＯＨラジカルの生成速度が高まって温度上昇速度が加速される傾向にあることを発見し、更には、予混合圧縮着火式エンジンにおけるサイクル変動の悪化のメカニズムが、このエタンの含有率が大きく関連していることを発見し、本発明を完成するに至った。
即ち、上記第１特徴構成によれば、上記自己着火時期制御を実行することにより、同時に実行される後述のサイクル変動抑制制御において燃焼室における混合気のエタンの含有率が変化して混合気の着火性が変化した場合でも、燃焼室における混合気の自己着火時期が適切な目標自己着火時期範囲内に維持されることになる。同時に、サイクル変動抑制制御を実行することにより、燃焼室における混合気のエタンの含有率が適切なものに制御されて、サイクル変動の悪化が抑制される。

要するに、これら自己着火時期制御とサイクル変動抑制制御とを同時に実行することで、燃焼室における混合気のエタンの含有率が許容範囲内でできるだけ増加して着火過程後期の温度上昇速度が高く維持されて失火によるサイクル変動の悪化が抑制されるのと同時に、そのエタンの含有率の増加に伴う自己着火時期の過剰な変化が適度に抑制されて当時自己着火時期が適切な目標自己着火時期範囲内に維持されることになる。
従って、本発明により、高回転領域などの過酷な運転状態においても、自己着火時期を適切な時期に維持しながら、サイクル変動の悪化を抑制することができる予混合圧縮着火エンジンを実現することができる。

本発明に係る予混合圧縮着火式エンジンの第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、
複数の燃焼室を配置した多気筒型に構成され、
前記自己着火時期調整手段が、複数の燃焼室の夫々の自己着火時期を一斉に調整可能な全体自己着火時期調整手段と、複数の燃焼室の夫々の自己着火時期を個別に調整可能な個別自己着火時期調整手段とからなる点にある。

上記第２特徴構成によれば、本発明に係る予混合圧縮自着火式エンジンを多気筒型に構成する場合において、上記全体自己着火時期調整手段と上記個別自己着火時期調整手段との両方を備えることで、複数の燃焼室の夫々の自己着火時期を、高精度且つ迅速に目標自己着火時期範囲内に調整することができる。
即ち、複数の燃焼室の夫々の自己着火時期が、サイクル変動抑制制御によるエタンの含有率の調整により目標自己着火時期範囲から乖離した場合において、先ずは、上記全体自己着火時期調整手段により全ての自己着火時期を目標自己着火時期範囲に近いものに調整し、次に、上記個別自己着火時期調整手段により夫々の自己着火時期を個別に目標自己着火時期範囲内に調整することができる。

本発明に係る予混合圧縮着火式エンジンの第３特徴構成は、上記第１乃至第２特徴構成の何れかに加えて、
前記エタン含有率調整手段が、燃焼室に対して添加量調整を伴ってエタンを添加可能なエタン添加手段である点にある。

上記第３特徴構成によれば、上記エタン添加手段により、燃焼室に対してエタンを添加すると共にその添加量を調整する形態で、燃焼室における混合気のエタンの含有率を調整することができる。

本発明に係る予混合圧縮着火式エンジンの第４特徴構成は、上記第１乃至第３特徴構成の何れかに加えて、
前記主燃料がメタンを主成分とする天然ガスである点にある。

上記第４特徴構成によれば、エタンはメタンに対して発火点が低い上に着火過程後期における温度上昇速度が大幅に高いことから、燃焼室に供給される主燃料がそのメタンを主成分とする天然ガスの場合には、上記サイクル変動抑制制御において、燃焼室における混合気のエタンの含有率を調整するだけで、混合気の燃焼安定性を迅速かつ大幅に調整することができ、サイクル変動の悪化を一層確実に抑制することができる。

この目的を達成するための本発明に係る予混合圧縮着火式エンジンの運転制御方法は、
燃焼室に吸気される新気に炭化水素系の主燃料を混合して混合気を形成し、当該混合気を燃焼室で圧縮して自己着火させ燃焼させる予混合圧縮着火式エンジンの運転制御方法であって、
その特徴構成は、
燃焼室における混合気の自己着火時期を検出する自己着火時期検出手段を備えると共に、燃焼室における混合気の自己着火時期を調整可能な自己着火時期調整手段を備え、
サイクル変動の悪化を検出するサイクル変動検出手段を備えると共に、燃焼室における混合気のエタンの含有率を調整可能なエタン含有率調整手段を設け、
前記自己着火時期検出手段で検出される自己着火時期が目標自己着火時期範囲内に維持されるように前記自己着火時期調整手段を制御する自己着火時期制御を実行すると共に、前記サイクル変動検出手段で検出されるサイクル変動の悪化が抑制されるように前記エタン含有率調整手段を制御するサイクル変動抑制制御を実行する点にある。

上記予混合圧縮着火式エンジンの運転制御方法によれば、上述した本発明に係る予混合圧縮着火式エンジンと同様に、自己着火時期調整手段とエタン含有率調整手段とを設けた上で、自己着火時期制御とサイクル変動抑制制御とを実行するので、当該本発明に係る予混合圧縮着火式エンジンで説明したものと同様の作用効果を奏することができる。

予混合圧縮着火式エンジンの概略構成図 炭化水素系燃料の着火遅れ期間を示すグラフ図

本発明に係る予混合圧縮着火式エンジン及びその運転制御方法の実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１に示す予混合圧縮着火式エンジン（以下、単に「エンジン」と略称する。）１は、複数の燃焼室１０を配置した多気筒型に構成さている。夫々の燃焼室１０は、詳細な図示は省略するが、シリンダの内面と、シリンダの上部に連結されたシリンダヘッドの下面と、シリンダ内において連結棒を介しクランク軸６に連結されて往復移動自在に収容されたピストンの頂面とで形成されている。
そして、燃焼室１０には、吸気路２１及び排気路３１が開口され、燃焼室１０の吸気路２１側には吸気弁２０が、燃焼室１０の排気路３１側には排気弁３０が設けられている。

エンジン１の吸気路２１には、吸気路２１を流通する空気に、外部から供給されたメタンを主成分とする天然ガス系都市ガスである主燃料を、燃料供給弁２４による供給量調整を伴って混合して、混合気Ｍを形成するミキサ２３が設けられている。また、吸気路２１におけるミキサ２３の下流側には、開度調整により燃焼室１０への混合気Ｍの吸気量を調整可能なスロットル弁２２が設けられている。また、吸気路２１におけるスロットル弁２２の下流側には、燃焼室１０へ吸気される混合気Ｍを比較的高温（例えば８０℃）のエンジン冷却水との熱交換により加熱する熱交換器２５が設けられている。そして、この熱交換器２５を通過した混合気Ｍが、夫々の燃焼室１０に分配される。

吸気弁２０を開動作させた状態でピストンが上死点から下降することにより、吸気路２１から燃焼室１０に混合気Ｍを吸気する吸気行程が行われ、次に、吸気弁２０を閉動作させた状態でピストンが上昇することにより、燃焼室１０の混合気Ｍを圧縮する圧縮行程が行われる。
この圧縮行程の後期では、混合気Ｍが断熱圧縮により昇温して、主燃料の酸化反応が進み、温度が連鎖分岐反応の発生する主燃料の着火温度まで上昇すると、自己着火が発生し混合気Ｍが燃焼する、所謂ＨＣＣＩ燃焼が行われる。
そして、圧縮行程に続く膨張行程では、排気弁３０を開動作させた状態でピストンが上昇することにより、燃焼室１０の排ガスＥを排気路３１に排出する排気行程が行われる。
このようにして、エンジン１は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の順に各行程を行う一連の動作を繰り返し行うように構成されている。

また、吸気路２１に設けられた熱交換器２５へのエンジン冷却水の供給量を調整可能な冷却水供給量調整弁２６が設けられている。この冷却水供給量調整弁２６は、熱交換器２５への冷却水の供給量を調整して熱交換器２５の混合気Ｍに対する加熱能力を調整することで、複数の燃焼室１０に新気として吸気される混合気Ｍの温度を調整する新気温度調整手段として機能する。
更に、この冷却水供給量調整弁２６により燃焼室１０へ吸気される混合気Ｍの温度を調整することで、複数の燃焼室１０において圧縮される混合気Ｍの温度を一斉に変化させることができることから、この冷却水供給量調整弁２６は、複数の燃焼室１０の夫々における混合気Ｍの自己着火時期を一斉に調整する全体自己着火時期調整手段Ｙ１として機能することになる。

エンジン１には、一般的なＨＣＣＩ式エンジンと同様に、各種センサとして、燃焼室１０の圧力（以下「筒内圧力」と呼ぶ。）を検出する筒内圧力センサ８や、クランク軸６の角度（以下「クランク角」と呼ぶ。）を検出するクランク角センサ７等が設けられている。

夫々の燃焼室１０には、火花を発生可能な点火プラグ１１が設けられており、この点火プラグ１１は、ＥＣＵ５０が制御する点火回路１２により電圧が印加されることで、燃焼室１ａにて圧縮された混合気Ｍ中で火花を発生させて、混合気Ｍの自着火を誘発（アシスト）することができる。
また、この火花発生時期は混合気Ｍの自己着火時期に影響を与えることから、この点火回路１２は、複数の燃焼室１０の夫々に設けられた点火プラグ１１による火花発生時期を個別に調整することで、複数の燃焼室１０の夫々における混合気Ｍの自己着火時期を個別に調整する個別自己着火時期調整手段Ｙ２として機能することになる。

エンジン１の各種制御は、ＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）５０によって行われ、かかるＥＣＵ５０は、所定のコンピュータープログラムを実行することにより、燃焼室１０における混合気Ｍの自己着火時期を検出する自己着火時期検出手段５１、サイクル変動の悪化を検出するサイクル変動検出手段５２、エンジン１の運転制御を実行する制御手段５３等として機能する。

上記自己着火時期検出手段５１は、クランク角センサ７で検出されるクランク角を参照しながら筒内圧力センサ８で検出された筒内圧力の変化状態を分析して、燃焼質量割合５０％時期（５０％の燃料の燃焼が完了した時期）や熱発生率の重心時期又は最大熱発生時期などの燃焼時期に関する状況を求め、かかる状況から混合気Ｍの自己着火時期を検出する。

上記サイクル変動検出手段５２は、クランク角センサ７で検出されるクランク角を参照しながら筒内圧力センサ８で検出された筒内圧力を分析して、図示平均有効圧力を算出し、その図示平均有効圧力の標準偏差を同圧力の平均値で除算した値を、所定のサイクル数における変動係数ＣＯＶとして求め、その変動係数ＣＯＶが許容範囲を超えて増大した状態を、サイクル変動の悪化として検出する。

制御手段５３は、後述する自己着火時期制御とサイクル変動抑制制御とを同時に実行すると共に、酸素センサ３２で検出された排ガスＥの酸素濃度に基づいて燃料供給弁２４の開度を制御することによって、ミキサ２３で生成される混合気Ｍの空燃比をＨＣＣＩ燃焼に適した燃料リーンな所望の目標空燃比に維持する空燃比制御や、クランク角センサ７の検出結果から求められるクランク軸６の回転速度が所望の回転速度に維持されるようにスロットル弁２２の開度を制御する回転速度維持制御などの各種制御を実行するように構成されている。

以上がエンジン１の基本構成であるが、更に、エンジン１は、高回転領域などの過酷な運転状態においても、自己着火時期を適切な時期に維持しながら、サイクル変動の悪化を抑制するための構成として、燃焼室１０における混合気Ｍのエタンの含有率を調整可能なエタン含有率調整手段Ｘを備えると共に、ＥＣＵ５０が機能する制御手段５３が、全体自己着火時期調整手段Ｙ１と個別自己着火時期調整手段Ｙ２とからなる自己着火時期調整手段Ｙ１，Ｙ２を制御する自己着火時期制御を実行すると共に、エタン含有率調整手段Ｘを制御するサイクル変動抑制制御を実行するように構成されている。
以下、その詳細構成について説明を加える。

本実施形態のエンジン１においては、ＥＣＵ５０が機能する制御手段５３は、自己着火時期制御を実行するにあたり、自己着火時期検出手段５１で検出される自己着火時期が所定の目標自己着火時期範囲内に維持されるように自己着火時期調整手段Ｙ１，Ｙ２を制御する。
具体的に、自己着火時期検出手段５１で検出された複数の燃焼室１０における夫々の自己着火時期が、上死点近傍の目標自己着火時期範囲（例えば、６°ＡＴＤＣ〜１０°ＡＴＤＣの範囲）に対して進角側に乖離した場合には、全体自己着火時期調整手段Ｙ１として機能する冷却水供給量調整弁２６の開度を縮小させて、複数の燃焼室１０に吸気される混合気Ｍの温度を低下させる。すると、混合気Ｍの温度低下により、複数の燃焼室１０における夫々の自己着火時期が一斉に遅角側に移行して上記目標自己着火時期範囲内に復帰することになる。
逆に、自己着火時期検出手段５１で検出された複数の燃焼室１０における夫々の自己着火時期が、上記目標自己着火時期範囲に対して遅角側に乖離した場合には、冷却水供給量調整弁２６の開度を拡大させて、複数の燃焼室１０に吸気される混合気Ｍの温度を上昇させる。すると、混合気Ｍの温度上昇により、複数の燃焼室１０における夫々の自己着火時期が一斉に進角側に移行して上記目標自己着火時期範囲内に復帰することになる。
また、上記全体自己着火時期調整手段Ｙ１により複数の燃焼室１０における夫々の自己着火時期を調整しても、一部の燃焼室１０における自己着火時期が目標自己着火時期範囲内に復帰しない場合には、当該一部の燃焼室１０に対してのみ、個別自己着火時期調整手段Ｙ２として機能する点火回路１２を制御して点火プラグ１１の火花発生時期を調整することで、自己着火時期を目標自己着火時期範囲内に復帰させる。

エタン含有率調整手段Ｘは、燃焼室１０に対して添加量調整を伴ってエタンを添加可能なエタン添加部（エタン添加手段の一例）６０で構成されている。
具体的に、天然ガスの蒸留過程などで得られたエタンが可搬式の高圧ガス容器６３に加圧状態で蓄えられており、このエタン添加部６０は、その高圧ガス容器６３に貯留されているエタンを、ミキサ２３に供給される主燃料に対して、エタン添加量調整弁６１による添加量調整を伴って混合するように構成されている。

次に、今般発明者らが本願を完成するに至った新知見であるエタンの燃焼特性について、図２に基づいて以下に説明を加える。
尚、図２は、天然ガス、並びに、それに含まれるメタン（ＣＨ₄）、エタン（Ｃ₂Ｈ₆）、プロパン（Ｃ₃Ｈ₈）、イソブタン（ｉｓｏ−Ｃ₄Ｈ₁₀）、及びノルマルブタン（ｎ−Ｃ₄Ｈ₁₀）の夫々の燃料について、その燃料と空気との混合気を定容系において自己着火させた場合の着火遅れ期間を示したグラフ図である。尚、初期条件では、混合気の当量比が０．５であり、混合気の圧力が６．０８ＭＰａであり、混合気の温度が１２００Ｋである。また、図２において、着火過程前期とは、着火後において各燃料の温度が１２００Ｋから１２１０Ｋまで上昇するまでの着火過程における時間幅を示し、着火過程後期とは、各燃焼の温度が１２１０Ｋから着火までの着火過程における時間幅を示す。
エタンは、プロパン及びブタン（イソ又はノルマル）と同様に、天然ガスの主成分であるメタンと比較して発火点が低い。即ち、燃焼室１０で燃焼する混合気Ｍにおいて、エタンの含有率が低くなるほど、自己着火時期が遅角側に移行する。
しかし、エタンは、同様に発火点が低いプロパン、イソブタン、ノルマルブタンと比較して、図２に示すように、着火遅れ期間における着火過程前期の時間幅が大きいものの、着火過程後期の時間幅が最も小さい。これは、エタンは、他の炭化水素と比較して、ＯＨラジカルの生成速度が着火過程後期において高まって温度上昇速度が加速される傾向にあることに起因する。即ち、燃焼室１０で燃焼する混合気Ｍにおいて、エタンの含有率が高くなるほど、燃焼室１０における着火過程後期の連鎖分岐反応の凍結が抑制されることから、サイクル変動の悪化が抑制されることになる。

そして、本実施形態のエンジン１においては、ＥＣＵ５０が機能する制御手段５３は、上記自己着火時期制御と同時に、下記に説明するサイクル変動抑制制御を実行する。
具体的に、サイクル変動抑制制御では、上述したサイクル変動検出手段５２でサイクル変動の悪化が検出される場合に、エタン添加量調整弁６１の開度を増加させることでミキサ２３に供給される主燃料に対するエタンの添加量を増加させて、燃焼室１０における混合気Ｍのエタンの含有率を増加させる形態で、エタン含有率調整手段Ｘを制御する。
即ち、燃焼室１０における混合気Ｍのエタンの含有率が、サイクル変動の悪化を抑制できる適切な調整範囲の下限界を下回って減少することが回避されることになる。

更に、上記サイクル変動抑制制御では、サイクル変動の抑制を重視するために、自己着火時期制御により実際の自己着火時期が目標自己着火時期範囲内に維持される限度において、燃焼室１０における混合気Ｍのエタンの含有率をできるだけ大きくする。具体的には、自己着火時期制御において、冷却水供給量調整弁２６の開度調整による混合気Ｍの温度調整が限界に達するまで、サイクル変動抑制制御において、エタン添加量調整弁６１の開度を漸次拡大して、サイクル変動の抑制を図る。
尚、主燃料となる天然ガス系都市ガスは、メタンを主成分としており、そのメタンは、エタンよりも発火点が高いことから、燃焼室１０における混合気Ｍのエタンの添加率が高くなるほど、当該混合気Ｍの着火性は高くなって、自己着火時期は進角側に変移することになる。
従って、上記サイクル変動抑制制御において、そのエタン添加量調整弁６１の開度を漸次拡大してエタンの添加量を増加させた場合には、上記自己着火時期制御において、自己着火時期の進角側の変移を防止するべく、冷却水供給量調整弁２６の開度が漸次縮小されて、混合気Ｍの温度が例えば常温を限度として低下側に調整されることになる。

〔その他の実施形態〕
最後に、本発明のその他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
（１）上記実施形態では、エタン含有率調整手段Ｘを、燃焼室１０に対して添加量調整を伴ってエタンを添加可能なエタン添加部６０として構成したが、例えば、エタン含有率調整手段Ｘを、燃焼室１０に供給される燃料から分離量調整を伴ってエタンを分離することで、燃焼室における混合気のエタンの含有率の調整を行っても構わない。

（２）上記実施形態では、エタン添加部６０は、高圧ガス容器６３に蓄えられたエタンを添加するように構成したが、主燃料即ち天然ガスの一部を取り出し、その天然ガスから、公知の酸化カップリング法（例えば特開平０５−０７０３７２号公報参照）や、膜分離法及び加圧凝縮法などの精製法（例えば特開２００９−１６７４１１号公報参照）などによりエタンを分離して、エタン添加部６０に供給するように構成しても構わない。
また、主燃料以外の原料を外部から供給し、その原料を合成してエタンを得るように構成しても構わない。尚、この場合、原料としてのエチレンの水素化反応によりエタンを得ることができ、更に、そのエチレンをエタノールの脱水処理により得ることもできる。
また、エタン添加部６０から供給されるエタンは、必ずしもエタン１００％でなくてもよく、例えば主燃料よりもエタンの濃度が高く、それを燃焼室１０に添加することで当該燃焼室１０における混合気のエタンの含有率を上昇せる程度にエタンを含むものであればよい。

（３）上記実施形態では、主燃料を、エタンよりも発火点が高いメタンを主成分とする天然ガスとしたが、天然ガス以外に、ガソリンや軽油などの他の炭化水素系燃料を主燃料としても構わない。
尚、エタンよりも発火点が低い炭化水素を主成分とする燃料を主燃料とした場合には、上記サイクル変動抑制制御において、そのエタン添加量調整弁６１の開度を漸次拡大してエタンの添加量を増加させた場合に、上記自己着火時期制御において、自己着火時期の遅角側の変移を防止するべく、冷却水供給量調整弁２６の開度が漸次拡大されて、混合気Ｍの温度が上昇側に調整されることになる。また、この場合において、混合気Ｍの温度の上昇側の限度は、冷却水供給量調整弁２６の開度を全開とした時点となり、例えば８０℃程度となる。

（４）上記実施形態では、複数の燃焼室１０に新気として吸気される混合気Ｍの温度を調整するにあたり、熱交換器２５において比較的高温のエンジン冷却水との熱交換により混合気Ｍを加熱し、その加熱量を調整するように構成したが、例えば混合気Ｍの温度が例えば過給などにより比較的高温である場合には、その混合気を比較的低温の冷却水との熱交換により冷却し、その冷却量を調整するように構成しても構わない。

（５）上記実施形態では、複数の燃焼室１０の夫々の自己着火時期を一斉に調整可能な全体自己着火時期調整手段Ｙ１として、吸気路２１に設けられた熱交換器２５へのエンジン冷却水の供給量を調整可能な冷却水供給量調整弁２６のように、複数の燃焼室１０に新気として吸気される混合気Ｍの温度を調整する新気温度調整手段を設けたが、別の構成で複数の燃焼室１０の夫々の自己着火時期を一斉に調整しても構わない。例えば、全体自己着火時期調整手段Ｙ１としては、複数の燃焼室に新気として吸気される混合気の圧力を調整する新気圧力調整手段、複数の燃焼室に対する排ガスの還流率（ＥＧＲ率）を調整するＥＧＲ率調整手段、同混合気の空燃比を調整する空燃比調整手段、複数の燃焼室における有効圧縮比を調整する有効圧縮比調整手段などを採用することができる。尚、夫々の手段はその目的に応じて公知の構成を採用することができる。
また、この全体自己着火時期調整手段Ｙ１は適宜省略しても構わない。

（６）上記実施形態では、複数の燃焼室１０の夫々の自己着火時期を個別に調整可能な個別自己着火時期調整手段Ｙ２として、複数の燃焼室１０の夫々に設けられた点火プラグ１１による火花発生時期を個別に調整する点火回路１２を設けたが、別の構成で複数の燃焼室１０の夫々の自己着火時期を個別に調整しても構わない。例えば、個別自己着火時期調整手段Ｙ２としては、複数の燃焼室の夫々の吸気ポートに配置した燃料噴射弁を採用することができる。即ち、夫々の燃料噴射弁により夫々の吸気ポートにおける燃料噴射量を個別に調整して、複数の燃焼室における混合気の空燃比を個別に調整することで、複数の燃焼室の夫々の自己着火時期を個別に調整することができる。
また、この個別自己着火時期調整手段Ｙ２は適宜省略しても構わない。

（７）上記実施形態では、本発明に係る予混合圧縮着火エンジンを、多気筒型に構成したが、当然単気筒型に構成しても構わない。

本発明は、燃焼室に吸気される新気に炭化水素系の主燃料を混合して混合気を形成し、当該混合気を燃焼室で圧縮して自己着火させ燃焼させる予混合圧縮着火式エンジン及びその運転制御方法として好適に利用可能である。

１ ：予混合圧縮着火エンジン
７ ：クランク角センサ
８ ：筒内圧力センサ
１０ ：燃焼室
２１ ：吸気路
２３ ：ミキサ
２４ ：燃料供給弁
２５ ：熱交換器
２６ ：冷却水供給量調整弁（新気温度調整手段）
３１ ：排気路
５１ ：自己着火時期検出手段
５２ ：サイクル変動検出手段
５３ ：制御手段
６０ ：エタン添加部（エタン添加手段）
６１ ：エタン添加量調整弁
Ｍ ：混合気
Ｘ ：エタン含有率調整手段
Ｙ１、Ｙ２：自己着火時期調整手段

Claims (5)

1. 燃焼室に吸気される新気に炭化水素系の主燃料を混合して混合気を形成し、当該混合気を燃焼室で圧縮して自己着火させ燃焼させる予混合圧縮着火式エンジンであって、
   燃焼室における混合気の自己着火時期を検出する自己着火時期検出手段を備えると共に、燃焼室における混合気の自己着火時期を調整可能な自己着火時期調整手段を備え、
   サイクル変動の悪化を検出するサイクル変動検出手段を備えると共に、燃焼室における混合気のエタンの含有率を調整可能なエタン含有率調整手段を備え、
   前記自己着火時期検出手段で検出される自己着火時期が目標自己着火時期範囲内に維持されるように前記自己着火時期調整手段を制御する自己着火時期制御を実行すると共に、前記サイクル変動検出手段で検出されるサイクル変動の悪化が抑制されるように前記エタン含有率調整手段を制御するサイクル変動抑制制御を実行する制御手段を備えた予混合圧縮着火式エンジン。
2. 複数の燃焼室を配置した多気筒型に構成され、
   前記自己着火時期調整手段が、複数の燃焼室の夫々の自己着火時期を一斉に調整可能な全体自己着火時期調整手段と、複数の燃焼室の夫々の自己着火時期を個別に調整可能な個別自己着火時期調整手段とからなる請求項１に記載の予混合圧縮着火式エンジン。
3. 前記エタン含有率調整手段が、燃焼室に対して添加量調整を伴ってエタンを添加可能なエタン添加手段である請求項１又は２に記載の予混合圧縮着火式エンジン。
4. 前記主燃料がメタンを主成分とする天然ガスである請求項１〜３の何れか１項に記載の予混合圧縮着火式エンジン。
5. 燃焼室に吸気される新気に炭化水素系の主燃料を混合して混合気を形成し、当該混合気を燃焼室で圧縮して自己着火させ燃焼させる予混合圧縮着火式エンジンの運転制御方法であって、
   燃焼室における混合気の自己着火時期を検出する自己着火時期検出手段を備えると共に、燃焼室における混合気の自己着火時期を調整可能な自己着火時期調整手段を備え、
   サイクル変動の悪化を検出するサイクル変動検出手段を備えると共に、燃焼室における混合気のエタンの含有率を調整可能なエタン含有率調整手段を設け、
   前記自己着火時期検出手段で検出される自己着火時期が目標自己着火時期範囲内に維持されるように前記自己着火時期調整手段を制御する自己着火時期制御を実行すると共に、前記サイクル変動検出手段で検出されるサイクル変動の悪化が抑制されるように前記エタン含有率調整手段を制御するサイクル変動抑制制御を実行する予混合圧縮着火式エンジンの運転制御方法。

Images