JP2020084767A - Internal combustion engine system - Google Patents

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義文 長島
Yoshibumi Nagashima
義文 長島
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Abstract

To provide an internal combustion engine system capable of improving combustibility of compressed natural gas that is fuel for combustion when an engine load is low.SOLUTION: An internal combustion engine system for mixing and burning light oil and compressed natural gas in a combustion chamber includes: an intake valve provided between an intake passage and the combustion chamber; and a control section controlling opening/closing timing of the intake valve in accordance with an engine load of an internal combustion engine. In the internal combustion engine system, when the engine load of the internal combustion engine is equal to or lower than a predetermined engine load, the control section delays timing of closing the intake valve compared to when the engine load is higher than the predetermined engine load.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本開示は、圧縮天然ガス(CNG:Compressed Natural Gas)を燃料として用いる内燃機関システムに関する。 The present disclosure relates to an internal combustion engine system that uses compressed natural gas (CNG) as a fuel.

従来、CNGを燃料として用いる内燃機関が知られている(例えば、特許文献1を参照)。特許文献1には、着火用の燃料である軽油を筒内に噴射して着火させ、燃焼用の燃料であるCNGを燃焼させる内燃機関が開示されている。 BACKGROUND ART Conventionally, an internal combustion engine that uses CNG as fuel has been known (for example, see Patent Document 1). Patent Document 1 discloses an internal combustion engine that injects light oil, which is a fuel for ignition, into a cylinder to ignite it, and burns CNG, which is a fuel for combustion.

特開2012−149537号公報JP2012-149537A

しかしながら、特許文献1に記載の内燃機関では、機関負荷が低い時に、燃焼用の燃料であるCNGを確実に燃焼させることができず、燃費の悪化および不燃燃料の排出等を招くという問題があった。なお、このような問題に対処するために、機関負荷が低い時に、着火用の燃料を燃焼に用いる手法が考えられるが、このような手法は、燃費の面で改善の余地がある。 However, the internal combustion engine described in Patent Document 1 has a problem that when the engine load is low, CNG, which is a fuel for combustion, cannot be reliably burned, resulting in deterioration of fuel consumption and discharge of non-burnable fuel. It was In order to deal with such a problem, a method of using ignition fuel for combustion when the engine load is low can be considered, but such a method has room for improvement in terms of fuel consumption.

本開示の目的は、機関負荷が低い時に、燃焼用の燃料である圧縮天然ガスの燃焼性を向上させることができる内燃機関システムを提供することである。 An object of the present disclosure is to provide an internal combustion engine system that can improve the combustibility of compressed natural gas, which is a fuel for combustion, when the engine load is low.

本開示の一態様に係る内燃機関システムは、軽油と圧縮天然ガスとを燃焼室で混合燃焼させる内燃機関システムであって、吸気通路と前記燃焼室との間に設けられた吸気弁と、前記吸気弁の開閉タイミングを内燃機関の機関負荷に応じて制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記内燃機関の機関負荷が予め定められた所定の機関負荷以下の場合には、前記機関負荷が前記所定の機関負荷より高い場合よりも、前記吸気弁を閉じるタイミングを遅くする、内燃機関システムである。 An internal combustion engine system according to an aspect of the present disclosure is an internal combustion engine system in which light oil and compressed natural gas are mixed and burned in a combustion chamber, and an intake valve provided between an intake passage and the combustion chamber, A control unit that controls the opening/closing timing of the intake valve in accordance with the engine load of the internal combustion engine; and the control unit, when the engine load of the internal combustion engine is a predetermined engine load or less, An internal combustion engine system that delays the timing of closing the intake valve as compared with the case where the engine load is higher than the predetermined engine load.

本開示に係る内燃機関システムによれば、機関負荷が低い時に、燃焼用の燃料である圧縮天然ガスの燃焼性を向上させることができる。 According to the internal combustion engine system of the present disclosure, it is possible to improve the combustibility of compressed natural gas that is a fuel for combustion when the engine load is low.

図1は、第1実施形態に係る内燃機関システムを示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an internal combustion engine system according to the first embodiment. 図2は、制御部の動作を示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the control unit. 図3は、吸気弁、排気弁、およびインジェクタの動作を示すタイムチャートである。FIG. 3 is a time chart showing the operation of the intake valve, the exhaust valve, and the injector. 図4は、第2実施形態に係る内燃機関システムを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an internal combustion engine system according to the second embodiment. 図5は、制御部の動作を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the control unit. 図6は、吸気弁、排気弁、およびインジェクタの動作を示すタイムチャートである。FIG. 6 is a time chart showing the operation of the intake valve, the exhaust valve, and the injector.

以下、本開示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、以下に説明する実施形態は一例であり、本開示はこの実施形態により限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. The embodiment described below is an example, and the present disclosure is not limited to this embodiment.

(第1実施形態)
図1を参照して、第1実施形態に係る内燃機関システム1について説明する。図1は、第1実施形態に係る内燃機関システム1を示す図である。内燃機関システム1は、内燃機関10と、その燃料供給系および吸排気系とを含む。
(First embodiment)
An internal combustion engine system 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing an internal combustion engine system 1 according to the first embodiment. The internal combustion engine system 1 includes an internal combustion engine 10 and its fuel supply system and intake/exhaust system.

内燃機関10のシリンダブロック11には、複数の気筒12が設けられている。なお、図1では、ひとつの気筒12のみが示されている。気筒12には、ピストン13が設けられている。ピストン13は、クランク軸にコンロッドを介して連結されており、クランク軸の回転に応じて気筒12内を上下動する。シリンダブロック11の上部を覆うシリンダヘッド14には、気筒12ごとに、インジェクタ15、吸気弁16および排気弁17が設けられている。 The cylinder block 11 of the internal combustion engine 10 is provided with a plurality of cylinders 12. Note that FIG. 1 shows only one cylinder 12. A piston 13 is provided in the cylinder 12. The piston 13 is connected to the crankshaft via a connecting rod, and moves up and down in the cylinder 12 according to the rotation of the crankshaft. An injector 15, an intake valve 16 and an exhaust valve 17 are provided for each cylinder 12 in a cylinder head 14 that covers the upper portion of the cylinder block 11.

インジェクタ15は、例えばピエゾ式のインジェクタであり、着火用の燃料である軽油を気筒12内に噴射する。インジェクタ15からの軽油の噴射は、制御部70(後述する)によって制御される。 The injector 15 is, for example, a piezo-type injector, and injects light oil, which is a fuel for ignition, into the cylinder 12. Injection of light oil from the injector 15 is controlled by the control unit 70 (described later).

吸気弁16は、可変バルブタイミング機構を備えている。吸気弁16の開弁タイミングおよび閉弁タイミングは、制御部70によって制御される。排気弁17は、可変バルブタイミング機構を備えている。排気弁17の開弁タイミングおよび閉弁タイミングは、制御部70によって制御される。気筒12の内壁18、ピストン13およびシリンダヘッド14に囲まれた空間により、燃焼室19が形成される。 The intake valve 16 includes a variable valve timing mechanism. The opening timing and closing timing of the intake valve 16 are controlled by the control unit 70. The exhaust valve 17 includes a variable valve timing mechanism. The opening timing and the closing timing of the exhaust valve 17 are controlled by the control unit 70. A combustion chamber 19 is formed by a space surrounded by the inner wall 18 of the cylinder 12, the piston 13 and the cylinder head 14.

内燃機関10に供給される空気は、エアクリーナ(不図示)を通り、インテークマニホルド(「吸気管」の一例)20内においてCNGと混合されて混合気を形成する。混合気は、吸気弁16を介して気筒12内に導入される。気筒12内に導入された混合気は、気筒12内において圧縮される。この状態でインジェクタ15から軽油が噴射されると、当該軽油が着火元となって、CNGが燃焼する。内燃機関10からの排気は、排気弁17を介してエキゾーストマニホルド30に排出され、排気浄化装置、消音装置等(不図示)を通って外部に排出される。 The air supplied to the internal combustion engine 10 passes through an air cleaner (not shown) and is mixed with CNG in an intake manifold (an example of an “intake pipe”) 20 to form a mixture. The air-fuel mixture is introduced into the cylinder 12 via the intake valve 16. The air-fuel mixture introduced into the cylinder 12 is compressed in the cylinder 12. When light oil is injected from the injector 15 in this state, the light oil serves as an ignition source and the CNG burns. Exhaust gas from the internal combustion engine 10 is exhausted to the exhaust manifold 30 via the exhaust valve 17, and is exhausted to the outside through an exhaust purification device, a silencer, etc. (not shown).

CNGは、タンク40から供給経路50を通ってインテークマニホルド20内に供給される。供給経路50は、配管51、レギュレータ52、配管53、および、インジェクタ54を含む。配管51は、タンク40とレギュレータ52とを接続する。配管51の第一端は、タンク40に接続されている。配管51の第二端は、レギュレータ52に接続されている。タンク40に貯留されたCNGは、配管51内を通ってレギュレータ52に供給される。 CNG is supplied from the tank 40 into the intake manifold 20 through the supply path 50. The supply path 50 includes a pipe 51, a regulator 52, a pipe 53, and an injector 54. The pipe 51 connects the tank 40 and the regulator 52. The first end of the pipe 51 is connected to the tank 40. The second end of the pipe 51 is connected to the regulator 52. The CNG stored in the tank 40 is supplied to the regulator 52 through the inside of the pipe 51.

レギュレータ52は、タンク40から供給されたCNGの圧力を所定の圧力に減少させる。配管53は、レギュレータ52とインジェクタ54とを接続する。配管53の第一端は、レギュレータ52に接続されている。配管53の第二端は、インジェクタ54に接続されている。レギュレータ52で所定の圧力に減圧されたCNGは、配管53内を通ってインジェクタ54に供給される。 The regulator 52 reduces the pressure of CNG supplied from the tank 40 to a predetermined pressure. The pipe 53 connects the regulator 52 and the injector 54. The first end of the pipe 53 is connected to the regulator 52. The second end of the pipe 53 is connected to the injector 54. The CNG depressurized to a predetermined pressure by the regulator 52 is supplied to the injector 54 through the inside of the pipe 53.

インジェクタ54は、レギュレータ52から供給されたCNGを、インテークマニホルド20内に噴射する。インジェクタ54からのCNGの噴射は、制御部70によって制御される。なお、インジェクタ54は、CNGをインテークマニホルド20内に噴射するものであるが、インテークマニホルド20は燃焼室19と接続されているため、インテークマニホルド20内に噴射されたCNGは燃焼室19に供給される。すなわち、インジェクタ54は、CNGを燃焼室19に供給している。 The injector 54 injects the CNG supplied from the regulator 52 into the intake manifold 20. The injection of CNG from the injector 54 is controlled by the control unit 70. The injector 54 injects CNG into the intake manifold 20, but since the intake manifold 20 is connected to the combustion chamber 19, the CNG injected into the intake manifold 20 is supplied to the combustion chamber 19. It That is, the injector 54 supplies CNG to the combustion chamber 19.

内燃機関システム1は、制御部70を備える。制御部70は、ハードウェアとして、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等を有する。以下において説明する制御部70の各機能は、CPUがROMから読み出したコンピュータプログラムをRAM上で実行することにより実現される。 The internal combustion engine system 1 includes a control unit 70. The control unit 70 has, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like as hardware. Each function of the control unit 70 described below is realized by the CPU executing the computer program read from the ROM on the RAM.

制御部70には、クランク角センサ71およびアクセル開度センサ72が電気的に接続されている。クランク角センサ71は、内燃機関10のクランク角を検出する。アクセル開度センサ72は、内燃機関10が搭載された車両のアクセル開度を検出する。制御部70には、クランク角センサ71からのクランク角信号と、アクセル開度センサ72からのアクセル開度信号が入力される。制御部70は、クランク角信号に基づいて内燃機関10の機関回転数NEを算出する。また、制御部70は、アクセル開度信号に基づいて内燃機関10の機関負荷QEを算出する。 A crank angle sensor 71 and an accelerator opening sensor 72 are electrically connected to the control unit 70. The crank angle sensor 71 detects the crank angle of the internal combustion engine 10. The accelerator opening sensor 72 detects the accelerator opening of the vehicle in which the internal combustion engine 10 is mounted. The crank angle signal from the crank angle sensor 71 and the accelerator opening signal from the accelerator opening sensor 72 are input to the control unit 70. The control unit 70 calculates the engine speed NE of the internal combustion engine 10 based on the crank angle signal. The control unit 70 also calculates the engine load QE of the internal combustion engine 10 based on the accelerator opening signal.

また、制御部70には、インジェクタ15、吸気弁16、排気弁17、およびインジェクタ54が電気的に接続されている。制御部70は、インジェクタ15からの軽油の噴射、吸気弁16の開閉、排気弁17の開閉、および、インジェクタ54からのCNGの噴射を制御する。 The injector 15, the intake valve 16, the exhaust valve 17, and the injector 54 are electrically connected to the control unit 70. The control unit 70 controls injection of light oil from the injector 15, opening/closing of the intake valve 16, opening/closing of the exhaust valve 17, and injection of CNG from the injector 54.

インジェクタ15、吸気弁16、排気弁17、およびインジェクタ54は、内燃機関10の機関回転数NEおよび機関負荷QEに基づいて、制御部70が有する記憶部に予め記憶された制御マップに従って制御される。 The injector 15, the intake valve 16, the exhaust valve 17, and the injector 54 are controlled based on the engine speed NE and the engine load QE of the internal combustion engine 10 according to a control map stored in advance in a storage unit included in the control unit 70. ..

内燃機関10の機関負荷が低い場合、インジェクタ15から噴射される軽油の量が少ない。そのため、気筒12内でCNGを十分に燃焼させることが困難となる。そこで、本実施形態では、内燃機関10の機関負荷が低い場合と、低くない場合とで、吸気弁16の開閉タイミングを変更するようにしている。これにより、内燃機関10の機関負荷が低い時に、燃焼用の燃料である圧縮天然ガスの燃焼性を向上させる。 When the engine load of the internal combustion engine 10 is low, the amount of light oil injected from the injector 15 is small. Therefore, it becomes difficult to burn CNG sufficiently in the cylinder 12. Therefore, in the present embodiment, the opening/closing timing of the intake valve 16 is changed depending on whether the engine load of the internal combustion engine 10 is low or not. Thereby, when the engine load of the internal combustion engine 10 is low, the combustibility of the compressed natural gas that is the fuel for combustion is improved.

図2を参照して、制御部70の動作について説明する。図2は、制御部70の動作を示すフローチャートである。図2に示すフローチャートは、所定の周期で繰り返し実行される。 The operation of the control unit 70 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the control unit 70. The flowchart shown in FIG. 2 is repeatedly executed at a predetermined cycle.

ステップS1で、制御部70は、クランク角センサ71から入力されたクランク角信号に基づいて、内燃機関10の機関回転数NEを算出する。また、制御部70は、アクセル開度センサ72から入力されたアクセル開度信号に基づいて、内燃機関10の機関負荷QEを算出する。 In step S1, the control unit 70 calculates the engine speed NE of the internal combustion engine 10 based on the crank angle signal input from the crank angle sensor 71. Further, the control unit 70 calculates the engine load QE of the internal combustion engine 10 based on the accelerator opening signal input from the accelerator opening sensor 72.

ステップS1に続くステップS2で、制御部70は、機関負荷QEが所定の機関負荷QE以下か否かを判定する。なお、所定の機関負荷QEは、CNGを確実に燃焼させるための制御を実行するか否かを判断するための閾値として、実験、シミュレーション等により予め求められ、制御部70が有する記憶部に記憶されている。 In step S2 following step S1, the control unit 70 determines whether the engine load QE is equal to or less than a predetermined engine load QE 0 . The predetermined engine load QE 0 is a threshold for determining whether or not to execute the control for reliably burning CNG, and is obtained in advance by experiments, simulations, etc., and stored in the storage unit of the control unit 70. Remembered

ステップS2で、機関負荷QEが所定の機関負荷QE以下であると判定された場合(ステップS2:YES)、処理はステップS3に進む。そして、ステップS3において、制御部70は、吸気弁16の開閉パターンを第1開閉パターンに設定して、処理を終了する。 When it is determined in step S2 that the engine load QE is less than or equal to the predetermined engine load QE 0 (step S2: YES), the process proceeds to step S3. Then, in step S3, the control unit 70 sets the opening/closing pattern of the intake valve 16 to the first opening/closing pattern, and ends the process.

ステップS2で、機関負荷QEが所定の機関負荷QE以下でないと判定された場合(ステップS2:NO)、処理はステップS4に進む。そして、ステップS4において、制御部70は、吸気弁16の開閉パターンを第2開閉パターンに設定して、処理を終了する。 When it is determined in step S2 that the engine load QE is not equal to or less than the predetermined engine load QE 0 (step S2: NO), the process proceeds to step S4. Then, in step S4, the control unit 70 sets the opening/closing pattern of the intake valve 16 to the second opening/closing pattern, and ends the process.

図3を参照して、第1開閉パターンおよび第2開閉パターンについて説明する。まず、第2開閉パターンについて説明する。第2開閉パターンは、上述のとおり、機関負荷QEが所定の機関負荷QE以下でないと判定された場合に設定される。 The first opening/closing pattern and the second opening/closing pattern will be described with reference to FIG. First, the second opening/closing pattern will be described. As described above, the second opening/closing pattern is set when it is determined that the engine load QE is not less than or equal to the predetermined engine load QE 0 .

排気弁17は、燃焼行程において、ピストン13が下死点に至るよりも前のタイミング(時刻t1)で開かれる。排気弁17は、排気行程では開かれたままとされ、吸気行程において、ピストン13が上死点から下降し始めた直後のタイミング(時刻t5)で閉じられる。 The exhaust valve 17 is opened at a timing (time t1) before the piston 13 reaches the bottom dead center in the combustion process. The exhaust valve 17 is left open during the exhaust stroke, and is closed at the timing (time t5) immediately after the piston 13 begins to descend from the top dead center during the intake stroke.

吸気弁16は、排気行程において、ピストン13が上死点に至る前のタイミング(時刻t3)で開かれる。よって、時刻t3から時刻t5までは、吸気弁16および排気弁17の両方が開いた状態となる。吸気弁16は、吸気行程では開かれたままとされ、圧縮行程において、ピストン13が下死点から上昇し始めた後のタイミング(時刻t6)で閉じられる。 The intake valve 16 is opened at the timing (time t3) before the piston 13 reaches the top dead center in the exhaust stroke. Therefore, from time t3 to time t5, both the intake valve 16 and the exhaust valve 17 are open. The intake valve 16 is kept open during the intake stroke, and is closed at the timing (time t6) after the piston 13 starts rising from the bottom dead center in the compression stroke.

インジェクタ54は、排気行程において、吸気弁16が開かれる直前のタイミング(時刻t2)から、ピストン13が上死点に至るタイミング(時刻t4)まで、CNGをインテークマニホルド20内に噴射する。インテークマニホルド20内に噴射されたCNGは、空気と混合されて混合気を形成する。混合気は、ピストン13の下降に伴って、吸気弁16を介して気筒12内に導入される。ピストン13が下死点に達した後、上述のとおり吸気弁16が閉じられ、ピストン13の上昇に伴って、燃焼室19内の混合気は圧縮される。 In the exhaust stroke, the injector 54 injects CNG into the intake manifold 20 from the timing immediately before the intake valve 16 is opened (time t2) to the timing when the piston 13 reaches the top dead center (time t4). The CNG injected into the intake manifold 20 is mixed with air to form an air-fuel mixture. The air-fuel mixture is introduced into the cylinder 12 via the intake valve 16 as the piston 13 descends. After the piston 13 reaches the bottom dead center, the intake valve 16 is closed as described above, and the air-fuel mixture in the combustion chamber 19 is compressed as the piston 13 rises.

インジェクタ15は、圧縮行程において、ピストン13が上死点に至る直前のタイミング(時刻t7〜t8)で、軽油を気筒12内に噴射する。気筒12内に噴射された軽油が着火元となり、CNGが燃焼する。そして、上述のとおり、燃焼行程の終盤において排気弁17が開かれ、ピストン13の上昇に伴って、排気は排気弁17を介して気筒12内から排出される。 In the compression stroke, the injector 15 injects light oil into the cylinder 12 at the timing (time t7 to t8) immediately before the piston 13 reaches the top dead center. The light oil injected into the cylinder 12 serves as an ignition source, and the CNG burns. Then, as described above, the exhaust valve 17 is opened in the final stage of the combustion stroke, and the exhaust gas is discharged from the inside of the cylinder 12 via the exhaust valve 17 as the piston 13 rises.

次に、第1開閉パターンについて説明する。第1開閉パターンは、上述のとおり、機関負荷QEが所定の機関負荷QE以下であると判定された場合に設定される。 Next, the first opening/closing pattern will be described. As described above, the first opening/closing pattern is set when it is determined that the engine load QE is less than or equal to the predetermined engine load QE 0 .

排気弁17の開閉タイミングは、第2開閉パターンと同様である。すなわち、排気弁17は、燃焼行程において、ピストン13が下死点に至るよりも前のタイミング(時刻t1)で開かれ、吸気行程において、ピストン13が上死点から下降し始めた直後のタイミング(時刻t5)で閉じられる。 The opening/closing timing of the exhaust valve 17 is similar to the second opening/closing pattern. That is, the exhaust valve 17 is opened at the timing (time t1) before the piston 13 reaches the bottom dead center in the combustion stroke, and at the timing immediately after the piston 13 starts to descend from the top dead center in the intake stroke. It is closed at (time t5).

吸気弁16は、吸気行程において、排気弁17が閉じられてから所定時間経過後のタイミング(時刻t9)で開かれる。吸気弁16は、圧縮行程において、ピストン13が下死点と上死点との略中間位置に達したタイミング(時刻t11)で閉じられる。 The intake valve 16 is opened at a timing (time t9) after a predetermined time has elapsed since the exhaust valve 17 was closed in the intake stroke. The intake valve 16 is closed at the timing (time t11) when the piston 13 reaches a substantially intermediate position between the bottom dead center and the top dead center in the compression stroke.

インジェクタ54からのCNGの噴射タイミングは、第2開閉パターンと同様である。すなわち、インジェクタ54は、排気行程において、吸気弁16が開かれる直前のタイミング(時刻t2)から、ピストン13が上死点に至るタイミング(時刻t4)まで、CNGをインテークマニホルド20内に噴射する。インテークマニホルド20内に噴射されたCNGは、空気と混合されて混合気を形成する。 The injection timing of CNG from the injector 54 is the same as the second opening/closing pattern. That is, the injector 54 injects CNG into the intake manifold 20 from the timing immediately before the intake valve 16 is opened (time t2) to the timing when the piston 13 reaches the top dead center (time t4) in the exhaust stroke. The CNG injected into the intake manifold 20 is mixed with air to form an air-fuel mixture.

混合気は、吸気弁16が開かれた後、ピストン13の下降に伴って、吸気弁16を介して気筒12内に導入される。気筒12内に導入された混合気の温度は、ピストン13および内壁18との熱交換によって上昇する(図3における「熱交換行程」)。 The air-fuel mixture is introduced into the cylinder 12 via the intake valve 16 as the piston 13 descends after the intake valve 16 is opened. The temperature of the air-fuel mixture introduced into the cylinder 12 rises due to heat exchange with the piston 13 and the inner wall 18 (“heat exchange step” in FIG. 3).

上述のとおり、第1開閉パターンでは、吸気弁16は、圧縮行程においてピストン13が下死点と上死点との略中間位置に達したタイミング(時刻t11)までは開かれたままである。そのため、ピストン13が下死点に達したタイミング(時刻t10)から、ピストン13が下死点と上死点との略中間位置に達するタイミング(時刻t11)までの間、混合気はインテークマニホルド20内に戻される(図3における「吸気戻し行程」)。インテークマニホルド20内に戻されず、燃焼室19内に残った混合気は、吸気弁16が閉じられ、ピストン13が上昇することで圧縮される。 As described above, in the first opening/closing pattern, the intake valve 16 is kept open until the timing (time t11) when the piston 13 reaches the substantially intermediate position between the bottom dead center and the top dead center in the compression stroke. Therefore, from the timing when the piston 13 reaches the bottom dead center (time t10) to the timing when the piston 13 reaches the substantially intermediate position between the bottom dead center and the top dead center (time t11), the air-fuel mixture enters the intake manifold 20. (Intake return stroke in FIG. 3). The air-fuel mixture remaining in the combustion chamber 19 without being returned to the intake manifold 20 is compressed by closing the intake valve 16 and moving up the piston 13.

インジェクタ15からの軽油の噴射タイミングは、第2開閉パターンと同様である。すなわち、圧縮行程において、ピストン13が上死点に至る直前のタイミング(時刻t7〜t8)で、軽油を気筒12内に噴射する。気筒12内に噴射された軽油が着火元となり、CNGが燃焼する。そして、上述のとおり、燃焼行程の終盤において排気弁17が開かれ、ピストン13の上昇に伴って、排気は排気弁17を介して気筒12内から排出される。 The injection timing of the light oil from the injector 15 is the same as the second opening/closing pattern. That is, in the compression stroke, light oil is injected into the cylinder 12 at the timing (time t7 to t8) immediately before the piston 13 reaches the top dead center. The light oil injected into the cylinder 12 serves as an ignition source, and the CNG burns. Then, as described above, the exhaust valve 17 is opened in the final stage of the combustion stroke, and the exhaust gas is discharged from the inside of the cylinder 12 via the exhaust valve 17 as the piston 13 rises.

インテークマニホルド20内に戻された高温の混合気は、他の気筒において行われる吸気行程において気筒12内に導入され、燃焼に用いられる。このようにして、n回目の圧縮行程でインテークマニホルド20内に戻された高温の混合気を、n+1回目の燃焼に用いることで、機関負荷が低い時に、圧縮天然ガスの燃焼性を向上させることができる。なお、nは自然数である。 The high-temperature air-fuel mixture returned to the intake manifold 20 is introduced into the cylinder 12 in the intake stroke performed in another cylinder and used for combustion. In this way, by using the high temperature mixture returned to the intake manifold 20 in the nth compression stroke for the (n+1)th combustion, the combustibility of the compressed natural gas is improved when the engine load is low. You can Note that n is a natural number.

以上説明したように、第1実施形態に係る内燃機関システム1は、軽油と圧縮天然ガスとを燃焼室19で混合燃焼させる内燃機関システム1であって、インテークマニホルド20と燃焼室19との間に設けられた吸気弁16と、吸気弁16の開閉タイミングを内燃機関10の機関負荷に応じて制御する制御部70と、を備え、制御部70は、内燃機関10の機関負荷が予め定められた所定の機関負荷QE以下の場合には、機関負荷が所定の機関負荷QEより高い場合よりも、吸気弁16を閉じるタイミングを遅くする、内燃機関システム1である。 As described above, the internal combustion engine system 1 according to the first embodiment is the internal combustion engine system 1 in which light oil and compressed natural gas are mixed and burned in the combustion chamber 19, and between the intake manifold 20 and the combustion chamber 19. And a control unit 70 that controls the opening/closing timing of the intake valve 16 according to the engine load of the internal combustion engine 10. The control unit 70 determines the engine load of the internal combustion engine 10 in advance. and when a predetermined engine load QE 0 or less, than when the engine load is higher than a predetermined engine load QE 0, slowing the intake valve 16 closes timing, an internal combustion engine system 1.

これにより、燃焼室19内でピストン13および内壁18との熱交換により高温となった混合気をインテークマニホルド20内に戻すことができる。 As a result, the air-fuel mixture that has become hot due to heat exchange with the piston 13 and the inner wall 18 in the combustion chamber 19 can be returned to the intake manifold 20.

そのため、n回目の圧縮行程でインテークマニホルド20内に戻された高温の混合気を、他の気筒におけるn+1回目の燃焼に用いることができ、機関負荷が低い時に、圧縮天然ガスの燃焼性を向上させることができる。 Therefore, the high temperature air-fuel mixture returned to the intake manifold 20 in the n-th compression stroke can be used for the (n+1)-th combustion in the other cylinders, and the combustibility of the compressed natural gas is improved when the engine load is low. Can be made

また、第1実施形態では、制御部70は、機関負荷が所定の機関負荷QEより高い場合には、吸気弁16を、排気行程において燃焼室19とエキゾーストマニホルド30との間に設けられた排気弁17が開いている間に開き、かつ、圧縮行程においてピストン13が下死点から上死点に至る途中で閉じるように制御し、機関負荷が所定の機関負荷QE以下の場合には、吸気弁16を、吸気行程において排気弁17が閉じた後に開き、かつ、圧縮行程において機関負荷が所定の機関負荷QEより高い場合よりも遅いタイミングで閉じるように制御する。 Further, in the first embodiment, when the engine load is higher than the predetermined engine load QE 0 , the control unit 70 has the intake valve 16 provided between the combustion chamber 19 and the exhaust manifold 30 in the exhaust stroke. When the exhaust valve 17 is opened, the piston 13 is controlled so as to be closed during the compression stroke from the bottom dead center to the top dead center. When the engine load is equal to or lower than the predetermined engine load QE 0, The intake valve 16 is controlled to be opened after the exhaust valve 17 is closed in the intake stroke and closed at a timing later than when the engine load is higher than the predetermined engine load QE 0 in the compression stroke.

これにより、燃焼室19内でピストン13および内壁18との熱交換により高温となった混合気は、ピストン13が下死点に達したタイミング(時刻t10)から、ピストン13が下死点と上死点との略中間位置に達するタイミング(時刻t11)までの間、インテークマニホルド20内に戻される。 As a result, the air-fuel mixture that has become hot due to heat exchange with the piston 13 and the inner wall 18 in the combustion chamber 19 moves from the timing when the piston 13 reaches the bottom dead center (time t10) to when the piston 13 reaches the bottom dead center. It is returned to the inside of the intake manifold 20 until the timing (time t11) when it reaches a position approximately midway from the dead point.

そのため、高温の混合気をインテークマニホルド20内により確実に戻すことができ、機関負荷が低い時に、圧縮天然ガスの燃焼性をより向上させることができる。 Therefore, the hot air-fuel mixture can be reliably returned to the inside of the intake manifold 20, and the combustibility of the compressed natural gas can be further improved when the engine load is low.

なお、第1実施形態では、内燃機関10の機関負荷に応じて吸気弁16の開閉タイミングを変更するものを例に説明を行ったが、これに限定されない。吸気弁16の開閉タイミングの変更に加えて、排気弁17の開閉タイミング、インジェクタ15からの軽油の噴射タイミング、またはインジェクタ54からのCNGの噴射タイミング等を変更してもよい。 In the first embodiment, the case where the opening/closing timing of the intake valve 16 is changed according to the engine load of the internal combustion engine 10 has been described as an example, but the present invention is not limited to this. In addition to changing the opening/closing timing of the intake valve 16, the opening/closing timing of the exhaust valve 17, the injection timing of light oil from the injector 15, the injection timing of CNG from the injector 54, and the like may be changed.

(第2実施形態)
図4を参照して、第2実施形態に係る内燃機関システム101について説明する。図4は、第2実施形態に係る内燃機関システム101を示す図である。内燃機関システム101は、内燃機関110と、その燃料供給系および吸排気系とを含む。
(Second embodiment)
An internal combustion engine system 101 according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram showing an internal combustion engine system 101 according to the second embodiment. The internal combustion engine system 101 includes an internal combustion engine 110, and a fuel supply system and an intake/exhaust system thereof.

内燃機関110のシリンダブロック111には、複数の気筒112が設けられている。なお、図4では、ひとつの気筒112のみが示されている。気筒112には、ピストン113が設けられている。ピストン113は、クランク軸にコンロッドを介して連結されており、クランク軸の回転に応じて気筒112内を上下動する。シリンダブロック111の上部を覆うシリンダヘッド114には、気筒112ごとに、インジェクタ115、インジェクタ154、吸気弁116および排気弁117が設けられている。 The cylinder block 111 of the internal combustion engine 110 is provided with a plurality of cylinders 112. In addition, in FIG. 4, only one cylinder 112 is shown. A piston 113 is provided in the cylinder 112. The piston 113 is connected to the crankshaft via a connecting rod, and moves up and down in the cylinder 112 according to the rotation of the crankshaft. An injector 115, an injector 154, an intake valve 116, and an exhaust valve 117 are provided for each cylinder 112 in a cylinder head 114 that covers the upper portion of the cylinder block 111.

インジェクタ115は、例えばピエゾ式のインジェクタであり、着火用の燃料である軽油を気筒112内に噴射する。インジェクタ115からの軽油の噴射は、制御部170(後述する)によって制御される。 The injector 115 is, for example, a piezo-type injector, and injects light oil, which is a fuel for ignition, into the cylinder 112. The injection of light oil from the injector 115 is controlled by the control unit 170 (described later).

吸気弁116は、可変バルブタイミング機構を備えている。吸気弁116の開弁タイミングおよび閉弁タイミングは、制御部170によって制御される。排気弁117は、可変バルブタイミング機構を備えている。排気弁117の開弁タイミングおよび閉弁タイミングは、制御部170によって制御される。気筒112の内壁118、ピストン113およびシリンダヘッド114に囲まれた空間により、燃焼室119が形成される。 The intake valve 116 includes a variable valve timing mechanism. The opening timing and the closing timing of the intake valve 116 are controlled by the control unit 170. The exhaust valve 117 includes a variable valve timing mechanism. The opening timing and closing timing of the exhaust valve 117 are controlled by the control unit 170. A combustion chamber 119 is formed by a space surrounded by the inner wall 118 of the cylinder 112, the piston 113, and the cylinder head 114.

内燃機関110に供給される空気は、エアクリーナおよびインテークマニホルド(「吸気管」の一例)を通り、吸気弁116を介して気筒112内に導入される。気筒112内に導入された空気は、気筒112内においてインジェクタ154から噴射されたCNGと混合されて混合気を形成する。混合気は、気筒112内において圧縮される。この状態でインジェクタ115から軽油が噴射されると、当該軽油が着火元となって、CNGが燃焼する。内燃機関110からの排気は、排気弁117を介してエキゾーストマニホルド130に排出され、排気浄化装置、消音装置等(不図示)を通って外部に排出される。 Air supplied to the internal combustion engine 110 passes through an air cleaner and an intake manifold (an example of an “intake pipe”) and is introduced into the cylinder 112 via an intake valve 116. The air introduced into the cylinder 112 is mixed with the CNG injected from the injector 154 in the cylinder 112 to form an air-fuel mixture. The air-fuel mixture is compressed in the cylinder 112. When light oil is injected from the injector 115 in this state, the light oil serves as an ignition source and the CNG burns. Exhaust gas from the internal combustion engine 110 is discharged to the exhaust manifold 130 via the exhaust valve 117, and is discharged to the outside through an exhaust gas purification device, a silencer device (not shown), and the like.

CNGは、タンク140から供給経路150を通って気筒112内に供給される。供給経路150は、配管151、レギュレータ152、配管153、および、インジェクタ154を含む。配管151は、タンク140とレギュレータ152とを接続する。配管151の第一端は、タンク140に接続されている。配管151の第二端は、レギュレータ152に接続されている。タンク140に貯留されたCNGは、配管151内を通ってレギュレータ152に供給される。 CNG is supplied from the tank 140 into the cylinder 112 through the supply path 150. The supply path 150 includes a pipe 151, a regulator 152, a pipe 153, and an injector 154. The pipe 151 connects the tank 140 and the regulator 152. The first end of the pipe 151 is connected to the tank 140. The second end of the pipe 151 is connected to the regulator 152. The CNG stored in the tank 140 is supplied to the regulator 152 through the inside of the pipe 151.

レギュレータ152は、タンク140から供給されたCNGの圧力を所定の圧力に減少させる。配管153は、レギュレータ152とインジェクタ154とを接続する。配管153の第一端は、レギュレータ152に接続されている。配管153の第二端は、インジェクタ154に接続されている。レギュレータ152で所定の圧力に減圧されたCNGは、配管153内を通ってインジェクタ154に供給される。 The regulator 152 reduces the pressure of CNG supplied from the tank 140 to a predetermined pressure. The pipe 153 connects the regulator 152 and the injector 154. The first end of the pipe 153 is connected to the regulator 152. The second end of the pipe 153 is connected to the injector 154. The CNG depressurized to a predetermined pressure by the regulator 152 is supplied to the injector 154 through the inside of the pipe 153.

インジェクタ154は、レギュレータ152から供給されたCNGを、気筒112内に噴射する。すなわち、インジェクタ154は、CNGを燃焼室119に供給している。インジェクタ154からのCNGの噴射は、制御部170によって制御される。 The injector 154 injects the CNG supplied from the regulator 152 into the cylinder 112. That is, the injector 154 supplies CNG to the combustion chamber 119. The injection of CNG from the injector 154 is controlled by the controller 170.

なお、本実施形態では、軽油をインジェクタ115から気筒112内に噴射し、かつ、圧縮天然ガスをインジェクタ154から気筒112内に噴射するものを例に説明を行うが、これに限定されない。例えば、軽油および圧縮天然ガスを共通のインジェクタから気筒112内に噴射するものでもよい。 In addition, in the present embodiment, an example is described in which light oil is injected from the injector 115 into the cylinder 112 and compressed natural gas is injected from the injector 154 into the cylinder 112, but the present invention is not limited to this. For example, light oil and compressed natural gas may be injected into the cylinder 112 from a common injector.

内燃機関システム101は、制御部170を備える。制御部170は、ハードウェアとして、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等を有する。以下において説明する制御部170の各機能は、CPUがROMから読み出したコンピュータプログラムをRAM上で実行することにより実現される。 The internal combustion engine system 101 includes a control unit 170. The control unit 170 has, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like as hardware. Each function of the control unit 170 described below is realized by the CPU executing the computer program read from the ROM on the RAM.

制御部170には、クランク角センサ171およびアクセル開度センサ172が電気的に接続されている。クランク角センサ171は、内燃機関110のクランク角を検出する。アクセル開度センサ172は、内燃機関110が搭載された車両のアクセル開度を検出する。制御部170には、クランク角センサ171からのクランク角信号と、アクセル開度センサ172からのアクセル開度信号が入力される。制御部170は、クランク角信号に基づいて内燃機関110の機関回転数NEを算出する。また、制御部170は、アクセル開度信号に基づいて内燃機関110の機関負荷QEを算出する。 A crank angle sensor 171 and an accelerator opening sensor 172 are electrically connected to the control unit 170. The crank angle sensor 171 detects the crank angle of the internal combustion engine 110. The accelerator opening sensor 172 detects the accelerator opening of the vehicle in which the internal combustion engine 110 is mounted. The crank angle signal from the crank angle sensor 171 and the accelerator opening signal from the accelerator opening sensor 172 are input to the control unit 170. The control unit 170 calculates the engine speed NE of the internal combustion engine 110 based on the crank angle signal. The control unit 170 also calculates the engine load QE of the internal combustion engine 110 based on the accelerator opening signal.

また、制御部170には、インジェクタ115、吸気弁116、排気弁117、およびインジェクタ154が電気的に接続されている。制御部170は、インジェクタ115からの軽油の噴射、吸気弁116の開閉、排気弁117の開閉、および、インジェクタ154からのCNGの噴射を制御する。 The injector 115, the intake valve 116, the exhaust valve 117, and the injector 154 are electrically connected to the control unit 170. The control unit 170 controls injection of light oil from the injector 115, opening/closing of the intake valve 116, opening/closing of the exhaust valve 117, and injection of CNG from the injector 154.

インジェクタ115、吸気弁116、排気弁117、およびインジェクタ154は、内燃機関110の機関回転数NEおよび機関負荷QEに基づいて、制御部170が有する記憶部に予め記憶された制御マップに従って制御される。 The injector 115, the intake valve 116, the exhaust valve 117, and the injector 154 are controlled based on the engine speed NE and the engine load QE of the internal combustion engine 110 according to a control map stored in advance in a storage unit included in the control unit 170. ..

内燃機関110の機関負荷が低い場合、インジェクタ115から噴射される軽油の量が少ない。そのため、気筒112内でCNGを十分に燃焼させることが困難となる。そこで、本実施形態では、内燃機関110の機関負荷が低い場合と、低くない場合とで、吸気弁116の開閉タイミング、インジェクタ115から軽油を噴射するタイミング、および、インジェクタ154から圧縮天然ガスを噴射するタイミングを変更するようにしている。これにより、内燃機関110の機関負荷が低い時に、燃焼用の燃料である圧縮天然ガスの燃焼性を向上させる。 When the engine load of the internal combustion engine 110 is low, the amount of light oil injected from the injector 115 is small. Therefore, it becomes difficult to burn CNG sufficiently in the cylinder 112. Therefore, in the present embodiment, the opening/closing timing of the intake valve 116, the timing of injecting light oil from the injector 115, and the injection of compressed natural gas from the injector 154 depending on whether the engine load of the internal combustion engine 110 is low or not. I am trying to change the timing. As a result, when the engine load of the internal combustion engine 110 is low, the combustibility of the compressed natural gas that is the fuel for combustion is improved.

図5を参照して、制御部170の動作について説明する。図5は、制御部170の動作を示すフローチャートである。図5に示すフローチャートは、所定の周期で繰り返し実行される。 The operation of the controller 170 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the control unit 170. The flowchart shown in FIG. 5 is repeatedly executed at a predetermined cycle.

ステップS11で、制御部170は、クランク角センサ171から入力されたクランク角信号に基づいて、内燃機関110の機関回転数NEを算出する。また、制御部170は、アクセル開度センサ172から入力されたアクセル開度信号に基づいて、内燃機関110の機関負荷QEを算出する。 In step S11, the control unit 170 calculates the engine speed NE of the internal combustion engine 110 based on the crank angle signal input from the crank angle sensor 171. Further, the control unit 170 calculates the engine load QE of the internal combustion engine 110 based on the accelerator opening signal input from the accelerator opening sensor 172.

ステップS11に続くステップS12で、制御部170は、機関負荷QEが所定の機関負荷QE以下か否かを判定する。なお、所定の機関負荷QEは、CNGを確実に燃焼させるための制御を実行するか否かを判断するための閾値として、実験、シミュレーション等により予め求められ、制御部170が有する記憶部に記憶されている。 In step S12 following the step S11, the control unit 170, the engine load QE determines whether a predetermined engine load QE 0 or less. It should be noted that the predetermined engine load QE 0 is a threshold value for determining whether or not to execute the control for reliably burning CNG, and is obtained in advance by experiments, simulations, etc., and stored in the storage unit of the control unit 170. Remembered

ステップS12で、機関負荷QEが所定の機関負荷QE以下であると判定された場合(ステップS12:YES)、処理はステップS13に進む。そして、ステップS13において、制御部170は、吸気弁116の開閉パターンを第3開閉パターンに設定する。 When it is determined in step S12 that the engine load QE is less than or equal to the predetermined engine load QE 0 (step S12: YES), the process proceeds to step S13. Then, in step S13, control unit 170 sets the opening/closing pattern of intake valve 116 to the third opening/closing pattern.

ステップS13に続くステップS14において、制御部170は、インジェクタ115からの軽油の噴射およびインジェクタ154からのCNGの噴射のパターンを、第1噴射パターンに設定する。ステップS14の処理の後、処理は終了する。 In step S14 subsequent to step S13, the control unit 170 sets the pattern of light oil injection from the injector 115 and the injection of CNG from the injector 154 to the first injection pattern. The process ends after the process of step S14.

ステップS12で、機関負荷QEが所定の機関負荷QE以下でないと判定された場合(ステップS12:NO)、処理はステップS15に進む。そして、ステップS15において、制御部170は、吸気弁116の開閉パターンを第4開閉パターンに設定する。 When it is determined in step S12 that the engine load QE is not equal to or less than the predetermined engine load QE 0 (step S12: NO), the process proceeds to step S15. Then, in step S15, control unit 170 sets the opening/closing pattern of intake valve 116 to the fourth opening/closing pattern.

ステップS15に続くステップS16において、制御部170は、インジェクタ115からの軽油の噴射およびインジェクタ154からのCNGの噴射のパターンを、第2噴射パターンに設定する。ステップS16の処理の後、処理は終了する。 In step S16 subsequent to step S15, the control unit 170 sets the pattern of light oil injection from the injector 115 and the injection of CNG from the injector 154 to the second injection pattern. The process ends after the process of step S16.

図6を参照して、第3開閉パターン、第4開閉パターン、第1噴射パターンおよび第2噴射パターンについて説明する。まず、第4開閉パターンおよび第2噴射パターンについて説明する。第4開閉パターンおよび第2噴射パターンは、上述のとおり、機関負荷QEが所定の機関負荷QE以下でないと判定された場合に設定される。 The third opening/closing pattern, the fourth opening/closing pattern, the first injection pattern, and the second injection pattern will be described with reference to FIG. 6. First, the fourth opening/closing pattern and the second injection pattern will be described. As described above, the fourth opening/closing pattern and the second injection pattern are set when it is determined that the engine load QE is not equal to or less than the predetermined engine load QE 0 .

排気弁117は、燃焼行程において、ピストン113が下死点に至るよりも前のタイミング(時刻t21)で開かれる。排気弁117は、排気行程では開かれたままとされ、吸気行程において、ピストン113が上死点から下降し始めた直後のタイミング(時刻t23)で閉じられる。 The exhaust valve 117 is opened at a timing (time t21) before the piston 113 reaches the bottom dead center in the combustion stroke. The exhaust valve 117 is kept open during the exhaust stroke, and is closed at the timing (time t23) immediately after the piston 113 starts descending from the top dead center during the intake stroke.

吸気弁116は、排気行程において、ピストン113が上死点に至る前のタイミング(時刻t22)で開かれる。よって、時刻t22から時刻t23までは、吸気弁116および排気弁117の両方が開いた状態となる。吸気弁116は、吸気行程では開かれたままとされ、圧縮行程において、ピストン113が下死点から上昇し始めた後のタイミング(時刻t24)で閉じられる。 The intake valve 116 is opened at the timing (time t22) before the piston 113 reaches the top dead center in the exhaust stroke. Therefore, from time t22 to time t23, both the intake valve 116 and the exhaust valve 117 are open. The intake valve 116 is kept open during the intake stroke, and is closed at the timing (time t24) after the piston 113 starts rising from the bottom dead center in the compression stroke.

インジェクタ154は、圧縮行程において、ピストン113が下死点から上死点に至る途中であり、かつ、吸気弁116および排気弁117がともに閉じた状態であるタイミング(時刻t25)から、燃焼行程の途中のタイミング(時刻t28)まで、CNGを気筒112内に噴射する。空気が圧縮された状態で気筒112内に噴射されたCNGは、空気と混合されて混合気を形成する。また、圧縮行程においてピストン113が下死点から上死点に至る途中のタイミング(時刻t26〜t27)で軽油がインジェクタ115から噴射されることで、軽油を着火元としてCNGが燃焼する。 The injector 154 starts the combustion stroke from the timing (time t25) when the piston 113 is in the process of reaching from the bottom dead center to the top dead center in the compression stroke and the intake valve 116 and the exhaust valve 117 are both closed. CNG is injected into the cylinder 112 until an intermediate timing (time t28). The CNG injected into the cylinder 112 in a state where air is compressed is mixed with air to form an air-fuel mixture. Further, the light oil is injected from the injector 115 at the timing (time t26 to t27) in the middle of the piston 113 from the bottom dead center to the top dead center in the compression stroke, so that the CNG is burned with the light oil as the ignition source.

次に、第3開閉パターンおよび第1噴射パターンについて説明する。第3開閉パターンおよび第1噴射パターンは、上述のとおり、機関負荷QEが所定の機関負荷QE以下であると判定された場合に設定される。 Next, the third opening/closing pattern and the first injection pattern will be described. As described above, the third opening/closing pattern and the first injection pattern are set when the engine load QE is determined to be equal to or less than the predetermined engine load QE 0 .

排気弁117の開閉タイミングは、第4開閉パターンと同様である。すなわち、排気弁117は、燃焼行程において、ピストン113が下死点に至るよりも前のタイミング(時刻t21)で開かれ、吸気行程において、ピストン113が上死点から下降し始めた直後のタイミング(時刻t23)で閉じられる。 The opening/closing timing of the exhaust valve 117 is similar to the fourth opening/closing pattern. That is, the exhaust valve 117 is opened at the timing (time t21) before the piston 113 reaches the bottom dead center in the combustion stroke, and at the timing immediately after the piston 113 starts descending from the top dead center in the intake stroke. It is closed at (time t23).

吸気弁116は、吸気行程において、排気弁117が閉じられてから所定時間経過後のタイミング(時刻t29)で開かれる。吸気弁116は、圧縮行程において、ピストン113が下死点と上死点との略中間位置に達したタイミング(時刻t31)で閉じられる。 The intake valve 116 is opened at a timing (time t29) after a predetermined time has elapsed since the exhaust valve 117 was closed in the intake stroke. The intake valve 116 is closed at the timing (time t31) when the piston 113 reaches a substantially intermediate position between the bottom dead center and the top dead center in the compression stroke.

第1噴射パターンでは、インジェクタ154からのCNGの噴射は、2回に分けて行われる。インジェクタ154は、吸気行程において、ピストン113が上死点から下降し始めたタイミング(時刻t32)から、吸気弁116が開かれる直前のタイミング(時刻t33)まで、気筒112内にCNGの1回目の噴射を行う。 In the first injection pattern, the injection of CNG from the injector 154 is performed twice. In the injector 154, the injector 154 receives the first CNG in the cylinder 112 from the timing (time t32) when the piston 113 starts to descend from the top dead center to the timing (time t33) immediately before the intake valve 116 is opened. Inject.

気筒112内に噴射されたCNGは、吸気弁116が開かれることで気筒112内に導入される空気と混合されて混合気を形成する。さらに、混合気の温度は、ピストン113および内壁118との熱交換によって上昇する(図6における「熱交換行程」)。 The CNG injected into the cylinder 112 is mixed with the air introduced into the cylinder 112 when the intake valve 116 is opened to form an air-fuel mixture. Further, the temperature of the air-fuel mixture rises due to heat exchange with the piston 113 and the inner wall 118 (“heat exchange step” in FIG. 6).

上述のとおり、第3開閉パターンでは、吸気弁116は、圧縮行程においてピストン113が下死点と上死点との略中間位置に達したタイミング(時刻t31)までは開かれたままである。そのため、ピストン113が下死点に達したタイミング(時刻t30)から、ピストン113が下死点と上死点との略中間位置に達するタイミング(時刻t31)までの間、混合気はインテークマニホルド120内に戻される(図6における「吸気戻し行程」)。インテークマニホルド120内に戻されず、燃焼室119内に残った混合気は、吸気弁116が閉じられ、ピストン113が上昇することで圧縮される。 As described above, in the third opening/closing pattern, the intake valve 116 remains open until the timing (time t31) when the piston 113 reaches the substantially intermediate position between the bottom dead center and the top dead center in the compression stroke. Therefore, from the timing (time t30) when the piston 113 reaches the bottom dead center to the timing (time t31) when the piston 113 reaches the substantially intermediate position between the bottom dead center and the top dead center, the intake air mixture 120 is discharged. (Intake return stroke in FIG. 6). The air-fuel mixture which is not returned to the intake manifold 120 and remains in the combustion chamber 119 is compressed by closing the intake valve 116 and raising the piston 113.

インジェクタ115は、圧縮行程において、ピストン113が上死点に至る直前のタイミング(時刻t34〜t35)で、軽油を気筒112内に噴射する。気筒112内に噴射された軽油が着火元となり、CNGが燃焼する。 In the compression stroke, the injector 115 injects light oil into the cylinder 112 at the timing (time t34 to t35) immediately before the piston 113 reaches the top dead center. The light oil injected into the cylinder 112 serves as an ignition source, and the CNG burns.

さらに、軽油が気筒112内に噴射された後、燃焼行程において、ピストン113が上死点から下降し始めた直後のタイミング(時刻t36〜t37)で、インジェクタ154からCNGが噴射される。これにより、噴射されたCNGが燃焼する。そして、上述のとおり、燃焼行程の終盤において排気弁117が開かれ、ピストン113の上昇に伴って、排気は排気弁117を介して気筒112内から排出される。 Further, after the light oil is injected into the cylinder 112, CNG is injected from the injector 154 at the timing (time t36 to t37) immediately after the piston 113 starts to descend from the top dead center in the combustion stroke. As a result, the injected CNG burns. Then, as described above, the exhaust valve 117 is opened in the final stage of the combustion stroke, and the exhaust gas is discharged from the inside of the cylinder 112 via the exhaust valve 117 as the piston 113 rises.

インテークマニホルド120内に戻された高温の混合気は、他の気筒において行われる吸気行程において気筒112内に導入され、燃焼に用いられる。このようにして、n回目の圧縮行程でインテークマニホルド120内に戻された高温の混合気を、n+1回目の燃焼に用いることで、機関負荷が低い時に、圧縮天然ガスの燃焼性を向上させることができる。 The high-temperature air-fuel mixture returned to the intake manifold 120 is introduced into the cylinder 112 in the intake stroke performed in another cylinder and used for combustion. In this way, by using the high temperature air-fuel mixture returned into the intake manifold 120 in the nth compression stroke for the (n+1)th combustion, the combustibility of the compressed natural gas is improved when the engine load is low. You can

また、CNGを気筒112内に直接噴射する第2実施形態では、インテークマニホルド120内に混合気を戻した後、吸気弁116が閉じている状態で、燃焼室119内に再びCNGを噴射することができる。そのため、高温の混合気をインテークマニホルド120内に戻しつつ、燃焼に用いられるCNGの量を十分に確保することができる。 In the second embodiment in which CNG is directly injected into the cylinder 112, CNG is injected again into the combustion chamber 119 with the intake valve 116 closed after returning the air-fuel mixture into the intake manifold 120. You can Therefore, the amount of CNG used for combustion can be sufficiently secured while returning the high temperature air-fuel mixture into the intake manifold 120.

以上説明したように、第2実施形態に係る内燃機関システム101は、軽油と圧縮天然ガスとを燃焼室119で混合燃焼させる内燃機関システム101であって、インテークマニホルド120と燃焼室119との間に設けられた吸気弁116と、吸気弁116の開閉タイミングを内燃機関110の機関負荷に応じて制御する制御部170と、を備え、制御部170は、内燃機関110の機関負荷が予め定められた所定の機関負荷QE以下の場合には、機関負荷が所定の機関負荷QEより高い場合よりも、吸気弁116を閉じるタイミングを遅くする、内燃機関システム101である。 As described above, the internal combustion engine system 101 according to the second embodiment is the internal combustion engine system 101 in which light oil and compressed natural gas are mixed and burned in the combustion chamber 119, and between the intake manifold 120 and the combustion chamber 119. And a control unit 170 that controls the opening/closing timing of the intake valve 116 according to the engine load of the internal combustion engine 110. The control unit 170 determines the engine load of the internal combustion engine 110 in advance. and when a predetermined engine load QE 0 or less, than when the engine load is higher than a predetermined engine load QE 0, slow the timing of closing the intake valve 116 is an internal combustion engine system 101.

これにより、燃焼室119内でピストン113および内壁118との熱交換により高温となった混合気をインテークマニホルド120内に戻すことができる。 As a result, the air-fuel mixture that has become hot due to heat exchange with the piston 113 and the inner wall 118 in the combustion chamber 119 can be returned to the intake manifold 120.

そのため、n回目の圧縮行程でインテークマニホルド120内に戻された高温の混合気を、他の気筒におけるn+1回目の燃焼に用いることができ、機関負荷が低い時に、圧縮天然ガスの燃焼性を向上させることができる。 Therefore, the high-temperature air-fuel mixture returned to the intake manifold 120 in the n-th compression stroke can be used for the (n+1)-th combustion in other cylinders, and the combustibility of the compressed natural gas is improved when the engine load is low. Can be made

また、第2実施形態では、制御部170は、機関負荷が所定の機関負荷QEより高い場合には、吸気弁116を、排気行程において燃焼室119とエキゾーストマニホルド130との間に設けられた排気弁117が開いている間に開き、かつ、圧縮行程においてピストン113が下死点から上死点に至る途中で閉じるように制御し、機関負荷が所定の機関負荷QE以下の場合には、吸気弁116を、吸気行程において排気弁117が閉じた後に開き、かつ、圧縮行程において機関負荷が所定の機関負荷QEより高い場合よりも遅いタイミングで閉じるように制御する。 Further, in the second embodiment, the control unit 170 is provided with the intake valve 116 between the combustion chamber 119 and the exhaust manifold 130 in the exhaust stroke when the engine load is higher than the predetermined engine load QE 0 . When the exhaust valve 117 is opened, the piston 113 is controlled to close during the compression stroke from the bottom dead center to the top dead center, and when the engine load is equal to or lower than the predetermined engine load QE 0. The intake valve 116 is controlled to be opened after the exhaust valve 117 is closed in the intake stroke and closed at a timing later than when the engine load is higher than a predetermined engine load QE 0 in the compression stroke.

これにより、燃焼室119内でピストン113および内壁118との熱交換により高温となった混合気は、ピストン113が下死点に達したタイミング(時刻t30)から、ピストン113が下死点と上死点との略中間位置に達するタイミング(時刻t31)までの間、インテークマニホルド120内に戻される。 As a result, the temperature of the air-fuel mixture in the combustion chamber 119, which has become high due to heat exchange between the piston 113 and the inner wall 118, causes the piston 113 to reach the bottom dead center from the timing when the piston 113 reaches the bottom dead center (time t30). It is returned to the intake manifold 120 until the timing (time t31) when it reaches a position approximately midway from the dead point.

そのため、高温の混合気をインテークマニホルド120内により確実に戻すことができ、機関負荷が低い時に、圧縮天然ガスの燃焼性をより向上させることができる。 Therefore, the hot air-fuel mixture can be reliably returned to the inside of the intake manifold 120, and the combustibility of the compressed natural gas can be further improved when the engine load is low.

また、第2実施形態では、圧縮天然ガスを燃焼室119内に噴射するインジェクタ154と、軽油を燃焼室119内に噴射するインジェクタ115と、を備え、制御部170は、負荷が所定の負荷QE以下である場合、吸気行程の開始直後および燃焼行程の開始直後にインジェクタ154から圧縮天然ガスを噴射させ、圧縮行程の終了直前にインジェクタ115から軽油を噴射させる。 Further, in the second embodiment, an injector 154 for injecting compressed natural gas into the combustion chamber 119 and an injector 115 for injecting light oil into the combustion chamber 119 are provided, and the control unit 170 controls the load QE with a predetermined load. When it is 0 or less, the compressed natural gas is injected from the injector 154 immediately after the start of the intake stroke and immediately after the start of the combustion stroke, and the light oil is injected from the injector 115 immediately before the end of the compression stroke.

これにより、インテークマニホルド120内に混合気を戻した後、吸気弁116が閉じている状態で、燃焼室119内に再びCNGが噴射される。 As a result, after returning the air-fuel mixture into the intake manifold 120, CNG is again injected into the combustion chamber 119 with the intake valve 116 closed.

そのため、高温の混合気をインテークマニホルド120内に戻しつつ、燃焼に用いられるCNGの量を十分に確保することができる。 Therefore, the amount of CNG used for combustion can be sufficiently secured while returning the high temperature air-fuel mixture into the intake manifold 120.

なお、第2実施形態では、内燃機関110の機関負荷に応じて吸気弁116の開閉タイミング、インジェクタ115からの軽油の噴射タイミング、およびインジェクタ154からのCNGの噴射タイミングを変更するものを例に説明を行ったが、これに限定されず、排気弁117の開閉タイミングについても変更可能である。 In the second embodiment, an example is described in which the opening/closing timing of the intake valve 116, the injection timing of light oil from the injector 115, and the injection timing of CNG from the injector 154 are changed according to the engine load of the internal combustion engine 110. However, the present invention is not limited to this, and the opening/closing timing of the exhaust valve 117 can be changed.

以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。 Although the embodiments of the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and may be appropriately modified and implemented without departing from the spirit of the present disclosure.

上述の各実施形態では、機関負荷に応じて、吸気弁の開閉タイミングが2つのパターンで変更されるものを例に説明を行ったが、これに限定されない。制御部は、例えば、機関負荷に応じて吸気弁の開閉タイミングを3以上の複数のパターンで変更するようにしてもよい。また、制御部は、例えば、機関負荷が低いほど、吸気弁の閉弁タイミングを遅らせるように、無段階に制御してもよい。 In each of the above-described embodiments, the case where the opening/closing timing of the intake valve is changed in two patterns according to the engine load has been described as an example, but the present invention is not limited to this. The control unit may change the opening/closing timing of the intake valve in a plurality of patterns of three or more according to the engine load, for example. Further, for example, the control unit may perform stepless control so that the closing timing of the intake valve is delayed as the engine load is lower.

本開示の内燃機関システムによれば、機関負荷が低い時に、燃焼用の燃料である圧縮天然ガスの燃焼性を向上させることができ、産業上の利用可能性は多大である。 According to the internal combustion engine system of the present disclosure, when the engine load is low, the combustibility of compressed natural gas, which is a fuel for combustion, can be improved, and its industrial applicability is great.

1、101 内燃機関システム
10、110 内燃機関
11、111 シリンダブロック
12、112 気筒
13、113 ピストン
14、114 シリンダヘッド
15、115 インジェクタ
16、116 吸気弁
17、117 排気弁
18、118 内壁
19、119 燃焼室
20、120 インテークマニホルド
30、130 エキゾーストマニホルド
40、140 タンク
50、150 供給経路
51、53、151、153 配管
52、152 レギュレータ
54、154 インジェクタ
70、170 制御部
71、171 クランク角センサ
72、172 アクセル開度センサ
1, 101 Internal Combustion Engine System 10, 110 Internal Combustion Engine 11, 111 Cylinder Block 12, 112 Cylinder 13, 113 Piston 14, 114 Cylinder Head 15, 115 Injector 16, 116 Intake Valve 17, 117 Exhaust Valve 18, 118 Inner Wall 19, 119 Combustion chamber 20,120 Intake manifold 30,130 Exhaust manifold 40,140 Tank 50,150 Supply path 51,53,151,153 Piping 52,152 Regulator 54,154 Injector 70,170 Control unit 71,171 Crank angle sensor 72, 172 Accelerator opening sensor

Claims (4)

軽油と圧縮天然ガスとを燃焼室で混合燃焼させる内燃機関システムであって、
吸気通路と前記燃焼室との間に設けられた吸気弁と、
前記吸気弁の開閉タイミングを内燃機関の機関負荷に応じて制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記内燃機関の機関負荷が予め定められた所定の機関負荷以下の場合には、前記機関負荷が前記所定の機関負荷より高い場合よりも、前記吸気弁を閉じるタイミングを遅くする、
内燃機関システム。
An internal combustion engine system for mixing and burning light oil and compressed natural gas in a combustion chamber,
An intake valve provided between the intake passage and the combustion chamber,
A control unit that controls the opening/closing timing of the intake valve according to the engine load of the internal combustion engine;
When the engine load of the internal combustion engine is less than or equal to a predetermined engine load, the control unit delays the timing of closing the intake valve as compared with the case where the engine load is higher than the predetermined engine load. ,
Internal combustion engine system.
前記制御部は、
前記機関負荷が前記所定の機関負荷より高い場合には、前記吸気弁を、排気行程において前記燃焼室と排気通路との間に設けられた排気弁が開いている間に開き、かつ、圧縮行程において前記内燃機関のピストンが下死点から上死点に至る途中で閉じるように制御し、
前記機関負荷が前記所定の機関負荷以下の場合には、前記吸気弁を、吸気行程において前記排気弁が閉じた後に開き、かつ、前記圧縮行程において前記機関負荷が前記所定の機関負荷より高い場合よりも遅いタイミングで閉じるように制御する、
請求項1に記載の内燃機関システム。
The control unit is
When the engine load is higher than the predetermined engine load, the intake valve is opened during the exhaust stroke while the exhaust valve provided between the combustion chamber and the exhaust passage is open, and the compression stroke In, the piston of the internal combustion engine is controlled to close on the way from bottom dead center to top dead center,
When the engine load is equal to or lower than the predetermined engine load, the intake valve is opened after the exhaust valve is closed in the intake stroke, and the engine load is higher than the predetermined engine load in the compression stroke. Control to close at a later time,
The internal combustion engine system according to claim 1.
前記圧縮天然ガスを前記吸気通路内に噴射する第1のインジェクタと、前記軽油を前記燃焼室内に噴射する第2のインジェクタと、を備え、
前記制御部は、前記排気行程の途中から終了まで前記第1のインジェクタから前記圧縮天然ガスを噴射させ、前記圧縮行程において前記吸気弁が閉じているタイミングで前記第2のインジェクタから前記軽油を噴射させる、
請求項2に記載の内燃機関システム。
A first injector for injecting the compressed natural gas into the intake passage, and a second injector for injecting the light oil into the combustion chamber,
The control unit injects the compressed natural gas from the first injector from the middle to the end of the exhaust stroke, and injects the light oil from the second injector at a timing when the intake valve is closed in the compression stroke. Let
The internal combustion engine system according to claim 2.
前記圧縮天然ガスを前記燃焼室内に噴射する第3のインジェクタと、前記軽油を前記燃焼室内に噴射する第4のインジェクタと、を備え、
前記制御部は、前記機関負荷が前記所定の機関負荷以下である場合、前記吸気行程において前記吸気弁が開く前のタイミングで前記第3のインジェクタから前記圧縮天然ガスを噴射させ、前記圧縮行程において前記吸気弁が閉じているタイミングで前記第4のインジェクタから前記軽油を噴射させた後、燃焼行程で再び前記第3のインジェクタから前記圧縮天然ガスを噴射させる、
請求項2に記載の内燃機関システム。
A third injector for injecting the compressed natural gas into the combustion chamber, and a fourth injector for injecting the light oil into the combustion chamber,
When the engine load is equal to or less than the predetermined engine load, the control unit causes the third injector to inject the compressed natural gas at a timing before the intake valve opens in the intake stroke, and in the compression stroke. After injecting the light oil from the fourth injector at a timing when the intake valve is closed, the compressed natural gas is again injected from the third injector in a combustion stroke.
The internal combustion engine system according to claim 2.
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