JP2017172508A - 二元燃料内燃機関のデポジット堆積防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼室内に主燃料を供給すると共に燃料噴射弁より燃焼室内に着火補助燃料を噴射する内燃機関において、燃料噴射弁の噴孔部へのデポジットの堆積を抑制することができる二元燃料内燃機関のデポジット堆積防止装置を提供する。
【解決手段】デポジット堆積防止装置２８は、軽油インジェクタ１１からの軽油噴射時における燃焼室５内の温度を求める筒内温度求め部２５と、軽油インジェクタ１１からの軽油噴射量を含む噴射情報を取得する噴射情報取得部２４と、軽油噴射時における燃焼室５内の温度、軽油噴射時における燃焼室５内の圧力、軽油噴射量及び軽油噴射圧力に基づいて、軽油噴射量の低下率を推定する噴射量低下率推定部２６と、軽油噴射量の低下率が閾値以上のときに、軽油インジェクタ１１の噴孔部１１ａへのデポジットの堆積を抑制するための制御を行う不活性ガス噴射制御部２７とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、二元燃料内燃機関のデポジット堆積防止装置に関する。

従来、天然ガス等の気体燃料を主燃料とすると共に軽油等の液体燃料を着火補助燃料とする二元燃料ディーゼルエンジンが知られている。二元燃料ディーゼルエンジンは、圧縮工程において気体燃料と空気を燃焼室内に供給すると共に、燃料噴射弁より少量の液体燃料を燃焼室内に噴射することで、液体燃料の自己着火を着火源として気体燃料と空気の混合気を燃焼させるエンジンである。

二元燃料ディーゼルエンジンとしては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。特許文献１に記載の技術は、液体燃料（軽油）の噴射終わりから着火までの着火遅れ期間を十分に確保することで、液体燃料の予混合化を促進して、液体燃料の燃焼に起因するＮＯｘ生成の低減を図るものである。

特開２０１５−１７５３１１号公報

ところで、上記のような二元燃料ディーゼルエンジンでは、一般的なディーゼルエンジンに比較して燃焼室内に噴射される液体燃料の噴射量が少量であることから、燃料噴射弁の噴孔部を通過する燃料の貫徹力が小さく、かつ、燃料による燃料噴射弁先端の冷却効果も小さいため、燃料噴射弁の噴孔部にデポジットが堆積しやすいという問題がある。燃料噴射弁の噴孔部に多量のデポジットが堆積すると、噴孔部において燃料が通過する開口面積が小さくなって燃料噴射弁からの燃料噴射量が減少したり、燃料噴射弁から噴射される燃料がデポジットと干渉して燃料の噴霧形状が変化し、燃焼状態が悪化したりする虞がある。そのため、液体燃料を噴射する燃料噴射弁の噴孔部へのデポジット堆積量が大きくなり過ぎないようにする必要がある。

本発明の目的は、燃焼室内に主燃料を供給すると共に燃料噴射弁より燃焼室内に着火補助燃料を噴射する二元燃料内燃機関において、燃料噴射弁の噴孔部へのデポジットの堆積を抑制することができる二元燃料内燃機関のデポジット堆積防止装置を提供することである。

本発明の一態様は、燃焼室内に主燃料を供給する主燃料供給ユニットと、燃焼室内に着火補助燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えた二元燃料内燃機関のデポジット堆積防止装置であって、燃料噴射弁からの着火補助燃料の噴射時における燃焼室内の温度を求める筒内温度求め部と、燃焼室内の圧力を検出する筒内圧力検出部と、燃料噴射弁からの着火補助燃料の噴射量を含む噴射情報を取得する噴射情報取得部と、燃料噴射弁からの着火補助燃料の噴射圧力を検出する噴射圧力検出部と、着火補助燃料の噴射時における燃焼室内の温度、着火補助燃料の噴射時における燃焼室内の圧力、着火補助燃料の噴射量及び着火補助燃料の噴射圧力に基づいて、着火補助燃料の噴射量の低下率を推定する噴射量低下率推定部と、噴射量低下率推定部により推定された着火補助燃料の噴射量の低下率が閾値以上のときに、燃料噴射弁の噴孔部へのデポジットの堆積を抑制するための制御を行う制御部とを備えることを特徴とする。

このように本発明に係る二元燃料内燃機関のデポジット堆積防止装置においては、着火補助燃料の噴射時における燃焼室内の温度、着火補助燃料の噴射時における燃焼室内の圧力、着火補助燃料の噴射量及び着火補助燃料の噴射圧力に基づいて、着火補助燃料の噴射量の低下率を推定し、その着火補助燃料の噴射量の低下率が閾値以上のときに、燃料噴射弁の噴孔部へのデポジットの堆積を抑制するための制御を行うことにより、燃料噴射弁の噴孔部へのデポジットの堆積を抑制することができる。

噴射量低下率推定部は、Ａ×（着火補助燃料の噴射時における燃焼室内の温度×着火補助燃料の噴射時における燃焼室内の圧力）−Ｂ×（１サイクルにおける着火補助燃料の噴射量の合計値×着火補助燃料の噴射圧力）＋Ｃという計算式（Ａ，Ｂ，Ｃは係数）を用いて、着火補助燃料の噴射量の低下率を算出してもよい。この場合には、着火補助燃料の噴射量の低下率の推定を簡単な計算処理で実現することができる。

デポジット堆積防止装置は、燃焼室内への吸入空気量を検出する空気量検出部を更に備え、噴射情報は、燃料噴射弁からの着火補助燃料の噴射タイミングを更に含み、筒内温度求め部は、燃焼室内への吸入空気量、主燃料供給ユニットによる主燃料の供給量、着火補助燃料の噴射量及び着火補助燃料の噴射タイミングに基づいて、着火補助燃料の噴射時における燃焼室内の温度を求めてもよい。この場合には、マップまたは既知の計算式を用いて着火補助燃料の噴射時における燃焼室内の温度を簡単に求めることができる。

デポジット堆積防止装置は、燃料噴射弁の噴孔部に向けて不活性ガスを噴射する不活性ガス噴射弁を更に備え、制御部は、着火補助燃料の噴射量の低下率が閾値以上のときに、不活性ガスを噴射させるように不活性ガス噴射弁を制御してもよい。この場合には、燃料噴射弁の噴孔部内への燃焼ガスの侵入が抑えられるため、噴孔部内の温度上昇が抑えられる。これにより、燃料噴射弁の噴孔部へのデポジットの堆積を確実に抑制することができる。

デポジット堆積防止装置は、燃焼室の排気側と燃焼室の吸気側とを接続するＥＧＲ経路から分岐し、ＥＧＲ経路を流れるＥＧＲガスを取り出すＥＧＲガス取出経路と、ＥＧＲガス取出経路に接続され、ＥＧＲガスを燃料噴射弁の噴孔部に向けて噴射するＥＧＲガス噴射弁とを更に備え、制御部は、着火補助燃料の噴射量の低下率が閾値以上のときに、ＥＧＲガスを噴射させるようにＥＧＲガス噴射弁を制御してもよい。この場合には、燃料噴射弁の噴孔部内への燃焼ガスの侵入が抑えられるため、噴孔部内の温度上昇が抑えられる。これにより、燃料噴射弁の噴孔部へのデポジットの堆積を確実に抑制することができる。

本発明によれば、燃焼室内に主燃料を供給すると共に燃料噴射弁より燃焼室内に着火補助燃料を噴射する内燃機関において、燃料噴射弁の噴孔部へのデポジットの堆積を抑制することができる二元燃料内燃機関のデポジット堆積防止装置が提供される。

本発明の一実施形態に係るデポジット堆積防止装置を備えた二元燃料ディーゼルエンジンを示す概略構成図である。 図１に示されたＥＣＵの機能ブロックを含む二元燃料ディーゼルエンジンの制御系の構成図である。 熱発生率波形の一例を軽油噴射パターンと共に示すグラフである。 図２に示されたＥＣＵにより実行されるデポジット堆積防止制御処理の手順の詳細を示すフローチャートである。 軽油噴射時における燃焼室内の温度（筒内温度）と軽油噴射量の低下率との関係の一例を示すグラフである。 本発明の他の実施形態に係るデポジット堆積防止装置を備えた二元燃料内燃機関として二元燃料ディーゼルエンジンを示す概略構成図である。 図６に示されたＥＣＵの機能ブロックを含む二元燃料ディーゼルエンジンの制御系の構成図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係るデポジット堆積防止装置を備えた二元燃料ディーゼルエンジンを示す概略構成図である。図１において、本実施形態に係る二元燃料内燃機関である二元燃料ディーゼルエンジン１は、２種類の燃料として天然ガス及び軽油を使用する多気筒（例えば４気筒）直列型ディーゼルエンジンである。なお、図１では、１気筒のみを示している。

二元燃料ディーゼルエンジン１は、シリンダブロック２と、このシリンダブロック２の上面に固定されたシリンダヘッド３と、シリンダブロック２の内部に往復昇降可能に配置されたピストン４とを備えている。シリンダブロック２とシリンダヘッド３とピストン４とで囲まれる空間は、燃焼室５を画成している。

シリンダヘッド３には、燃焼室５と連通された吸気ポート６及び排気ポート７が設けられている。吸気ポート６には吸気マニホールド８が接続され、排気ポート７には排気マニホールド９が接続されている。

また、二元燃料ディーゼルエンジン１は、吸気マニホールド８内に主燃料としての天然ガスを噴射する天然ガスインジェクタ１０と、燃焼室５内に着火補助燃料としての軽油を噴射する軽油インジェクタ１１とを備えている。天然ガスインジェクタ１０は、燃焼室５内に主燃料を供給する主燃料供給ユニットである。軽油インジェクタ１１は、燃焼室５内に着火補助燃料を噴射する燃料噴射弁である。

天然ガスインジェクタ１０から噴射された天然ガスは、空気と混合されて燃焼室５内に送られる。軽油インジェクタ１１は、シリンダヘッド３に取り付けられている。軽油インジェクタ１１は、軽油を高圧状態で貯留するコモンレール１２と接続されている。ピストン４の圧縮行程において、軽油インジェクタ１１から噴射された軽油が自己着火することで、天然ガスと空気との混合気が燃焼する。二元燃料ディーゼルエンジン１の出力トルクは、天然ガスの噴射量によって決まる。

また、二元燃料ディーゼルエンジン１は、燃焼室５の排気側の排気マニホールド９と燃焼室５の吸気側の吸気マニホールド８とを接続するＥＧＲ経路１３を備えている。ＥＧＲ経路１３は、燃焼室５内で発生した排気ガスの一部をＥＧＲ（排気再循環）ガスとして燃焼室５内に還流させるための経路である。

また、二元燃料ディーゼルエンジン１は、軽油インジェクタ１１の噴孔部１１ａに向けて不活性ガスＦを噴射する不活性ガスインジェクタ１４（不活性ガス噴射弁）を備えている。不活性ガスインジェクタ１４は、シリンダヘッド３に取り付けられている。不活性ガスインジェクタ１４は、不活性ガスＦを高圧状態で貯蔵するガスボンベ１５と接続されている。不活性ガスＦは、軽油インジェクタ１１の噴孔部１１ａ内への燃焼ガスの侵入を防ぐための常温のガスである。

さらに、二元燃料ディーゼルエンジン１は、エンジン回転数センサ１６と、アクセル開度センサ１７と、エアフローメータ１８と、筒内圧力センサ１９と、噴射圧力センサ２０と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２１とを備えている。

エンジン回転数センサ１６は、二元燃料ディーゼルエンジン１の回転数（エンジン回転数）を検出する。アクセル開度センサ１７は、アクセル開度を二元燃料ディーゼルエンジン１の負荷（エンジン負荷）として検出する。エアフローメータ１８は、吸気マニホールド８に取り付けられ、燃焼室５内への吸入空気量を検出する空気量検出部である。筒内圧力センサ１９は、シリンダヘッド３に取り付けられ、燃焼室５内の圧力（筒内圧力）を検出する筒内圧力検出部である。噴射圧力センサ２０は、コモンレール１２に取り付けられ、軽油インジェクタ１１からの軽油の噴射時（以下、軽油噴射時）における軽油の噴射圧力（以下、軽油噴射圧力）を検出する噴射圧力検出部である。

ＥＣＵ２１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び入出力インターフェース等により構成されている。ＥＣＵ２１は、エンジン回転数センサ１６、アクセル開度センサ１７、エアフローメータ１８、筒内圧力センサ１９及び噴射圧力センサ２０の検出値を入力し、所定の処理を行い、天然ガスインジェクタ１０、軽油インジェクタ１１及び不活性ガスインジェクタ１４を制御する。

図２は、ＥＣＵ２１の機能ブロックを含む二元燃料ディーゼルエンジン１の制御系の構成図である。図２において、ＥＣＵ２１は、天然ガス噴射制御部２２と、軽油噴射制御部２３と、噴射情報取得部２４と、筒内温度求め部２５と、噴射量低下率推定部２６と、不活性ガス噴射制御部２７（制御部）とを有している。

天然ガス噴射制御部２２は、エンジン回転数センサ１６及びアクセル開度センサ１７の検出値に基づいて天然ガスの噴射量（以下、天然ガス噴射量）を決定し、その天然ガス噴射量に応じて天然ガスを噴射させるように天然ガスインジェクタ１０を制御する。このとき、天然ガス噴射制御部２２は、ピストン４が圧縮上死点（ＴＤＣ）に到達する時点よりも十分に前に天然ガスの噴射を開始させるように天然ガスインジェクタ１０を制御する。なお、天然ガス噴射量は、燃焼室５内への天然ガスの供給量である。

軽油噴射制御部２３は、予め設定された少量の軽油を噴射させるように軽油インジェクタ１１を制御する。軽油噴射量は、天然ガス噴射量よりも少ない。このとき、軽油噴射制御部２３は、図３に示されるように、１段噴射を行う場合は、ピストン４が圧縮上死点に到達する時点よりも十分に前に軽油を噴射させるように軽油インジェクタ１１を制御する。軽油噴射制御部２３は、図３に示されるように、２段噴射を行う場合は、ピストン４が圧縮上死点に到達する時点よりも十分に前の段階とピストン４が圧縮上死点に到達する時点の段階とに軽油を噴射させるように軽油インジェクタ１１を制御する。なお、軽油の噴射開始時期は、天然ガスの噴射開始時期よりも後である。

このように軽油を噴射することにより、図３に示されるように、ピストン４が圧縮上死点に達する前後で軽油が着火し、その軽油の着火エネルギーによって天然ガスと空気との混合気が燃焼する。そして、その燃焼は、ピストン４が圧縮上死点に達した後に熱発生率のピークが現れるように制御される。

噴射情報取得部２４は、天然ガスインジェクタ１０からの天然ガスの噴射及び軽油インジェクタから１１の軽油の噴射に関する噴射情報を取得する。具体的には、噴射情報取得部２４は、天然ガス噴射制御部２２により決定された天然ガス噴射量と、予め設定された軽油の噴射量（以下、軽油噴射量）及び軽油の噴射タイミング（以下、軽油噴射タイミング）とを取得する。

筒内温度求め部２５は、エアフローメータ１８により検出された燃焼室５内への吸入空気量と、噴射情報取得部２４により取得された天然ガス噴射量、軽油噴射量及び軽油噴射タイミングとに基づいて、軽油インジェクタ１１からの軽油噴射時における燃焼室５内の温度（筒内温度）を求める。

噴射量低下率推定部２６は、筒内温度求め部２５により求められた軽油噴射時における燃焼室５内の温度、筒内圧力センサ１９により検出された軽油噴射時における燃焼室５内の圧力（筒内圧力）、噴射情報取得部２４により取得された軽油噴射量及び噴射圧力センサ２０により検出された軽油噴射圧力に基づいて、軽油噴射量の低下率を推定する。軽油噴射量の低下率の推定手法については、後で詳述する。

不活性ガス噴射制御部２７は、噴射量低下率推定部２６により推定された軽油噴射量の低下率が閾値以上のときに、不活性ガスを噴射させるように不活性ガスインジェクタ１４を制御することにより、軽油インジェクタ１１の噴孔部１１ａへのデポジットの堆積を抑制するための制御を行う。

本実施形態のデポジット堆積防止装置２８は、軽油インジェクタ１１の噴孔部１１ａへのデポジットの堆積を防止する装置である。デポジット堆積防止装置２８は、不活性ガスインジェクタ１４と、ガスボンベ１５と、エアフローメータ１８と、筒内圧力センサ１９と、噴射圧力センサ２０と、噴射情報取得部２４と、筒内温度求め部２５と、噴射量低下率推定部２６と、不活性ガス噴射制御部２７とを備えている。

図４は、ＥＣＵ２１により実行されるデポジット堆積防止制御処理の手順の詳細を示すフローチャートである。なお、本処理は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程という１サイクル毎に実行される。

図４において、ＥＣＵ２１は、まずエアフローメータ１８により検出された燃焼室５内への吸入空気量、天然ガスインジェクタ１０からの天然ガス噴射量、軽油インジェクタ１１からの軽油噴射量及び軽油噴射タイミングを取得する（手順Ｓ１０１）。

そして、ＥＣＵ２１は、吸入空気量、天然ガス噴射量、軽油噴射量及び軽油噴射タイミングに基づいて、軽油インジェクタ１１からの軽油噴射時における燃焼室５内の温度（筒内温度）を求める（手順Ｓ１０２）。このとき、ＥＣＵ２１は、吸入空気量、天然ガス噴射量、軽油噴射量及び軽油噴射タイミングと燃焼室５内の温度との関係を表した筒内温度マップを予め用意しておき、その筒内温度マップから軽油噴射時における燃焼室５内の温度を求めてもよいし、或いは例えば熱力学から得られる既知の計算式を用いて軽油噴射時における燃焼室５内の温度を算出してもよい。また、ＥＣＵ２１は、２段噴射を行う場合（図３参照）は、２段目の軽油噴射時における燃焼室５内の温度を求める。

続いて、ＥＣＵ２１は、筒内圧力センサ１９により検出された軽油噴射時における燃焼室５内の圧力（筒内圧力）、軽油インジェクタ１１からの軽油噴射量及び噴射圧力センサ２０により検出された軽油噴射圧力を取得する（手順Ｓ１０３）。このとき、ＥＣＵ２１は、２段噴射を行う場合（図３参照）は、２段目の軽油噴射時における燃焼室５内の圧力を取得すると共に、１段目の軽油噴射量と２段目の軽油噴射量との合計値を取得する。なお、１段目の軽油噴射時における軽油噴射圧力と２段目の軽油噴射時における軽油噴射圧力とは等しい。

そして、ＥＣＵ２１は、手順Ｓ１０２で求められた軽油噴射時における燃焼室５内の温度と、手順Ｓ１０３で取得された軽油噴射時における燃焼室５内の圧力、軽油噴射量及び軽油噴射圧力とに基づいて、軽油噴射量の低下率を推定する（手順Ｓ１０４）。軽油噴射量の低下率は、新品時の軽油噴射量に対する新品時の軽油噴射量と現在の軽油噴射量との減算値の比率を表している。ＥＣＵ２１は、下記（１）式により軽油噴射量の低下率を算出する。

軽油噴射量の低下率＝Ａ×（軽油噴射時における燃焼室内の温度×軽油噴射時における燃焼室内の圧力）−Ｂ×（１サイクルにおける軽油噴射量の合計値×軽油噴射圧力）＋Ｃ …（１）
Ａ，Ｂ，Ｃは、重回帰分析の結果から算出された係数

なお、上記（１）式は、エンジン回転数、エンジン出力トルク及び軽油噴射回数等のデータから重回帰分析を行い、軽油噴射量の低下率に対して有意となるパラメータを見つけて得られた重回帰式である。上記（１）式の係数Ａの項は、軽油インジェクタ１１の噴孔部１１ａにデポジットを生成するエネルギーを表すデポジット生成項である。上記（１）式の係数Ｂの項は、軽油インジェクタ１１の噴孔部１１ａからデポジットを剥離するエネルギーを表すデポジット剥離項である。また、図５に示されるように、軽油噴射時の燃焼室５内の温度（筒内温度）が高くなると、軽油噴射量の低下率が増加する。

続いて、ＥＣＵ２１は、手順Ｓ１０４で推定された軽油噴射量の低下率が閾値（例えば１％）以上であるかどうかを判断する（手順Ｓ１０５）。ＥＣＵ２１は、軽油噴射量の低下率が閾値よりも低いと判断したときは、本処理を終了する。なお、閾値は、エンジン及びインジェクタ等のハードによる違い、或いは目標性能により適宜設定される。

ＥＣＵ２１は、軽油噴射量の低下率が閾値以上であると判断したときは、軽油インジェクタ１１の噴孔部１１ａに向けて不活性ガスを所定の期間だけ噴射させるように、不活性ガスインジェクタ１４を制御し（手順Ｓ１０６）、本処理を終了する。

このとき、ＥＣＵ２１は、１段噴射を行う場合（図３参照）は、燃焼ガスが軽油インジェクタ１１の噴孔部１１ａ内に侵入する前に不活性ガスを噴射させるように不活性ガスインジェクタ１４を制御する。燃焼ガスが軽油インジェクタ１１の噴孔部１１ａ内に侵入する前とは、例えば熱発生率（図３参照）が１０％に達した時点である。ＥＣＵ２１は、２段噴射を行う場合（図３参照）は、２段目の軽油噴射が終了した直後に不活性ガスを噴射させるように不活性ガスインジェクタ１４を制御する。なお、ＥＣＵ２１は、２段噴射を行う場合には、次サイクルにおいて燃焼ガスが軽油インジェクタ１１の噴孔部１１ａ内に侵入する前に不活性ガスを噴射させるように不活性ガスインジェクタ１４を制御してもよい。

以上において、噴射情報取得部２４は、上記の手順Ｓ１０１，Ｓ１０３を実行する。筒内温度求め部２５は、上記の手順Ｓ１０１，Ｓ１０２を実行する。噴射量低下率推定部２６は、上記の手順Ｓ１０３，Ｓ１０４を実行する。不活性ガス噴射制御部２７は、上記の手順Ｓ１０５，Ｓ１０６を実行する。

ところで、高温の燃焼ガスが軽油インジェクタの噴孔部内に侵入すると、燃焼ガスに含まれる炭素化合物がデポジットとして軽油インジェクタの噴孔部に堆積しやすくなる。特に本実施形態のように、燃料として天然ガス及び軽油を使用する二元燃料ディーゼルエンジンでは、燃料として軽油のみを使用する通常のディーゼルエンジンと比較して、燃焼室内に噴射される軽油の噴射量が少量であることから、軽油インジェクタの噴孔部を通過する軽油の貫徹力が小さく、かつ軽油による軽油インジェクタ先端の冷却効果も小さいため、燃焼ガスが軽油インジェクタの噴孔部内に侵入しやすくなる。燃焼ガスが軽油インジェクタの噴孔部内に侵入すると、噴孔部に堆積するデポジットの量が多くなる。すると、軽油インジェクタからの軽油噴射量が低下してしまう。

これに対し本実施形態においては、軽油噴射時における燃焼室５内の温度、軽油噴射時における燃焼室５内の圧力、軽油噴射量及び軽油噴射圧力に基づいて、軽油噴射量の低下率を推定し、その軽油噴射量の低下率が閾値以上のときに、軽油インジェクタ１１の噴孔部１１ａへのデポジットの堆積を抑制するための制御を行うことにより、軽油インジェクタ１１の噴孔部１１ａへのデポジットの堆積を防止するために、軽油インジェクタ１１の噴孔部１１ａを冷却する冷却構造等を軽油インジェクタ１１に設けなくて済む。これにより、軽油インジェクタ１１の構造を複雑化することなく、軽油インジェクタ１１の噴孔部１１ａへのデポジットの堆積を抑制することができる。その結果、軽油インジェクタ１１からの軽油噴射量が減少すること、及び軽油インジェクタ１１からの軽油噴射時間が長くなること等の不具合を防ぐことが可能となる。また、軽油の噴霧形状の変化を抑制し、燃焼状態の悪化を防ぐことが可能となる。

また、本実施形態では、Ａ×（軽油噴射時における燃焼室内の温度×軽油噴射時における燃焼室内の圧力）−Ｂ×（１サイクルにおける軽油噴射量の合計値×軽油噴射圧力）＋Ｃという計算式（Ａ，Ｂ，Ｃは係数）を用いて、軽油噴射量の低下率を算出することにより、軽油噴射量の低下率の推定を簡単な計算処理で実現することができる。

また、本実施形態では、マップまたは既知の計算式を用いて、燃焼室５内への吸入空気量、天然ガス噴射量、軽油噴射量及び軽油噴射タイミングに基づいて軽油噴射時の燃焼室５内の温度を簡単に求めることができる。

また、本実施形態では、軽油噴射量の低下率が閾値以上のときに、軽油インジェクタ１１の噴孔部１１ａに向けて不活性ガスを噴射させるように不活性ガスインジェクタ１４を制御することにより、軽油インジェクタ１１の噴孔部１１ａ内への燃焼ガスの侵入が抑えられるため、噴孔部１１ａ内の温度上昇が抑えられる。これにより、軽油インジェクタ１１の噴孔部１１ａへのデポジットの堆積を確実に抑制することができる。

図６は、本発明の他の実施形態に係るデポジット堆積防止装置を備えた二元燃料内燃機関として二元燃料ディーゼルエンジンを示す概略構成図であり、図１に対応する図である。図６において、本実施形態に係る二元燃料ディーゼルエンジン１は、ＥＧＲ経路１３から分岐し、ＥＧＲ経路１３を流れるＥＧＲガスを取り出すＥＧＲガス取出経路３０と、このＥＧＲガス取出経路３０の先端に接続され、ＥＧＲガスＳを軽油インジェクタ１１の噴孔部１１ａに向けて噴射するＥＧＲガスインジェクタ３１（ＥＧＲガス噴射弁）とを備えている。本実施形態に係る二元燃料ディーゼルエンジン１は、上記実施形態における不活性ガスインジェクタ１４を備えていない。

ＥＧＲガス取出経路３０には、上流側（ＥＧＲ経路１３側）から下流側（ＥＧＲガスインジェクタ３１側）に向けてコンプレッサ３２及びクーラ３３が順に配設されている。コンプレッサ３２は、ＥＧＲ経路１３から取り出されたＥＧＲガスを加圧する。クーラ３３は、コンプレッサ３２により加圧されたＥＧＲガスを冷却する。従って、ＥＧＲガスインジェクタ３１は、クーラ３３により冷却されたＥＧＲガスＳを軽油インジェクタ１１の噴孔部１１ａに向けて噴射する。冷却されたＥＧＲガスＳは、軽油インジェクタ１１の噴孔部１１ａ内への燃焼ガスの侵入を防ぐためのガスである。ＥＧＲガスインジェクタ３１は、上記のＥＣＵ２１によって制御される。

図７は、ＥＣＵ２１の機能ブロックを含む二元燃料ディーゼルエンジン１の制御系の構成図であり、図２に対応する図である。図７において、ＥＣＵ２１は、上記実施形態における不活性ガス噴射制御部２７に代えて、ＥＧＲガス噴射制御部３４（制御部）を有している。ＥＧＲガス噴射制御部３４は、噴射量低下率推定部２６により推定された軽油噴射量の低下率が閾値以上のときに、軽油インジェクタ１１の噴孔部１１ａに向けてＥＧＲガスを噴射させるようにＥＧＲガスインジェクタ３１を制御することにより、軽油インジェクタ１１の噴孔部１１ａ内へのデポジットの堆積を抑制するための制御を行う。

本実施形態のデポジット堆積防止装置３５は、ＥＧＲガス取出経路３０と、ＥＧＲガスインジェクタ３１と、コンプレッサ３２と、クーラ３３と、エアフローメータ１８と、筒内圧力センサ１９と、噴射圧力センサ２０と、噴射情報取得部２４と、筒内温度求め部２５と、噴射量低下率推定部２６と、ＥＧＲガス噴射制御部３４とを備えている。

このような本実施形態においても、軽油噴射量の低下率が閾値以上のときに、軽油インジェクタ１１の噴孔部１１ａへのデポジットの堆積を抑制するための制御を行うので、上記実施形態と同様に、軽油インジェクタ１１の構造を複雑化することなく、軽油インジェクタ１１の噴孔部１１ａへのデポジットの堆積を抑制することができる。

また、本実施形態では、軽油噴射量の低下率が閾値以上のときに、軽油インジェクタ１１の噴孔部１１ａに向けてＥＧＲガスを噴射させるようにＥＧＲガスインジェクタ３１を制御することにより、軽油インジェクタ１１の噴孔部１１ａ内への燃焼ガスの侵入が抑えられるため、噴孔部１１ａ内の温度上昇が抑えられる。これにより、軽油インジェクタ１１の噴孔部１１ａへのデポジットの堆積を確実に抑制することができる。

また、本実施形態では、ＥＧＲ経路１３の途中からＥＧＲガスを取り出し、そのＥＧＲガスをＥＧＲガスインジェクタ３１より軽油インジェクタ１１の噴孔部１１ａに向けて噴射させるので、ガスボンベが不要となる。従って、ガスボンベを交換したり、ガスボンベにガスを充填するといった作業を行わなくて済む。

また、本実施形態では、ＥＧＲ経路１３から取り出されたＥＧＲガスを加圧するので、燃焼室５内の圧力が高い条件下でも、燃焼室５内にＥＧＲガスを噴射させることができる。

なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば、上記実施形態では、軽油噴射量の低下率が閾値以上のときに、軽油インジェクタ１１の噴孔部１１ａに向けて不活性ガスを噴射させるように不活性ガスインジェクタ１４を制御するか、或いは軽油インジェクタ１１の噴孔部１１ａに向けてＥＧＲガスを噴射させるようにＥＧＲガスインジェクタ３１を制御することにより、軽油インジェクタ１１の噴孔部１１ａへのデポジットの堆積を抑制するための制御を行っているが、特にその形態には限られない。例えば、軽油噴射量の低下率が閾値以上のときは、次サイクルにおいて、軽油噴射量を多くしたり軽油噴射圧力を高くするように軽油インジェクタ１１を制御してもよい。この場合には、上記（１）式のデポジット剥離項から明らかなように、軽油インジェクタ１１の噴孔部１１ａに堆積したデポジットが剥離されやすくなる。従って、軽油インジェクタ１１の噴孔部１１ａへのデポジットの堆積を抑制することができる。

また、上記実施形態では、Ａ×（軽油噴射時における燃焼室内の温度×軽油噴射時における燃焼室内の圧力）−Ｂ×（１サイクルにおける軽油噴射量の合計値×軽油噴射圧力）＋Ｃという計算式（Ａ，Ｂ，Ｃは係数）を用いて、軽油噴射量の低下率を算出しているが、特にその形態には限られず、例えば軽油噴射時における燃焼室内の温度、軽油噴射時における燃焼室内の圧力、１サイクルにおける軽油噴射量の合計値及び軽油噴射圧力に個別に補正係数を掛けてもよい。

さらに、上記実施形態では、燃焼室５内への吸入空気量、天然ガス噴射量、軽油噴射量及び軽油噴射タイミングに基づいて、軽油噴射時における燃焼室５内の温度を求めているが、特にその形態には限られず、それらの情報に加えてエンジン回転数等を用いてもよい。

１…二元燃料ディーゼルエンジン（二元燃料内燃機関）、５…燃焼室、１０…天然ガスインジェクタ（主燃料供給ユニット）、１１…軽油インジェクタ（燃料噴射弁）、１３…ＥＧＲ経路、１４…不活性ガスインジェクタ（不活性ガス噴射弁）、１９…筒内圧力センサ（筒内圧力検出部）、２０…噴射圧力センサ（噴射圧力検出部）、２４…噴射情報取得部、２５…筒内温度求め部、２６…噴射量低下率推定部、２７…不活性ガス噴射制御部（制御部）、２８…デポジット堆積防止装置、３０…ＥＧＲガス取出経路、３１…ＥＧＲガスインジェクタ（ＥＧＲガス噴射弁）、３４…ＥＧＲガス噴射制御部（制御部）、３５…デポジット堆積防止装置、Ｆ…不活性ガス、Ｓ…ＥＧＲガス。

Claims (5)

1. 燃焼室内に主燃料を供給する主燃料供給ユニットと、前記燃焼室内に着火補助燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えた二元燃料内燃機関のデポジット堆積防止装置であって、
   前記燃料噴射弁からの前記着火補助燃料の噴射時における前記燃焼室内の温度を求める筒内温度求め部と、
   前記燃焼室内の圧力を検出する筒内圧力検出部と、
   前記燃料噴射弁からの前記着火補助燃料の噴射量を含む噴射情報を取得する噴射情報取得部と、
   前記燃料噴射弁からの前記着火補助燃料の噴射圧力を検出する噴射圧力検出部と、
   前記着火補助燃料の噴射時における前記燃焼室内の温度、前記着火補助燃料の噴射時における前記燃焼室内の圧力、前記着火補助燃料の噴射量及び前記着火補助燃料の噴射圧力に基づいて、前記着火補助燃料の噴射量の低下率を推定する噴射量低下率推定部と、
   前記噴射量低下率推定部により推定された前記着火補助燃料の噴射量の低下率が閾値以上のときに、前記燃料噴射弁の噴孔部へのデポジットの堆積を抑制するための制御を行う制御部とを備えることを特徴とする二元燃料内燃機関のデポジット堆積防止装置。
2. 前記噴射量低下率推定部は、Ａ×（着火補助燃料の噴射時における燃焼室内の温度×着火補助燃料の噴射時における燃焼室内の圧力）−Ｂ×（１サイクルにおける着火補助燃料の噴射量の合計値×着火補助燃料の噴射圧力）＋Ｃという計算式（Ａ，Ｂ，Ｃは係数）を用いて、前記着火補助燃料の噴射量の低下率を算出することを特徴とする請求項１記載の二元燃料内燃機関のデポジット堆積防止装置。
3. 前記燃焼室内への吸入空気量を検出する空気量検出部を更に備え、
   前記噴射情報は、前記燃料噴射弁からの前記着火補助燃料の噴射タイミングを更に含み、
   前記筒内温度求め部は、前記燃焼室内への吸入空気量、前記主燃料供給ユニットによる前記主燃料の供給量、前記着火補助燃料の噴射量及び前記着火補助燃料の噴射タイミングに基づいて、前記着火補助燃料の噴射時における前記燃焼室内の温度を求めることを特徴とする請求項１または２記載の二元燃料内燃機関のデポジット堆積防止装置。
4. 前記燃料噴射弁の噴孔部に向けて不活性ガスを噴射する不活性ガス噴射弁を更に備え、
   前記制御部は、前記着火補助燃料の噴射量の低下率が前記閾値以上のときに、前記不活性ガスを噴射させるように前記不活性ガス噴射弁を制御することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載の二元燃料内燃機関のデポジット堆積防止装置。
5. 前記燃焼室の排気側と前記燃焼室の吸気側とを接続するＥＧＲ経路から分岐し、前記ＥＧＲ経路を流れるＥＧＲガスを取り出すＥＧＲガス取出経路と、
   前記ＥＧＲガス取出経路に接続され、前記ＥＧＲガスを前記燃料噴射弁の噴孔部に向けて噴射するＥＧＲガス噴射弁とを更に備え、
   前記制御部は、前記着火補助燃料の噴射量の低下率が前記閾値以上のときに、前記ＥＧＲガスを噴射させるように前記ＥＧＲガス噴射弁を制御することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載の二元燃料内燃機関のデポジット堆積防止装置。

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