JP4192930B2 - 内燃機関 - Google Patents
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Description
内燃機関の燃焼室にて水素を燃焼させ、その燃焼に伴って発生した熱により酸素よりも比熱比の大きい不活性ガスを膨張させて同内燃機関から動力を取り出すとともに、同燃焼室に連通した排気ポートから同燃焼室に連通した吸気ポートへとガスを循環させる閉じられた循環路を備え、同燃焼室から同排気ポートを通して排出された燃焼後のガス中に含まれる不活性ガスを同循環路及び同吸気ポートを通して同燃焼室に再び供給する作動ガス循環型内燃機関であって、水素酸素供給手段と、作動ガス量調整手段と、を備える。
内燃機関の燃焼室にて水素を燃焼させ、その燃焼に伴って発生した熱により酸素よりも比熱比の大きい不活性ガスを膨張させて同内燃機関から動力を取り出すとともに、同燃焼室に連通した排気ポートから同燃焼室に連通した吸気ポートへとガスを循環させる閉じられた循環路を備え、同燃焼室から同排気ポートを通して排出された燃焼後のガス中に含まれる不活性ガスを同循環路及び同吸気ポートを通して同燃焼室に再び供給する作動ガス循環型内燃機関であって、水素供給手段と、酸素供給手段と、作動ガス量調整手段と、を備える。
燃焼室に水素と酸素と酸素よりも比熱比の大きい不活性ガスとを供給し、同水素を燃焼させることに伴って発生した熱により同不活性ガスを膨張させて同内燃機関から動力を取り出すとともに、同燃焼室に連通した排気ポートから同燃焼室に連通した吸気ポートへとガスを循環させる閉じられた循環路を備え、同燃焼室から同排気ポートを通して排出された燃焼後のガス中に含まれる不活性ガスを同循環路及び同吸気ポートを通して同燃焼室に再び供給する作動ガス循環型内燃機関であって、燃焼状態指標値取得手段と、作動ガス量調整手段と、を備えている。
以下、本発明による内燃機関(多気筒内燃機関)の各実施形態について図面を参照しながら説明する。図2は、本発明の第1実施形態に係る内燃機関10の概略構成図である。図2は、内燃機関10の特定気筒の断面のみを示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。この内燃機関10は、燃焼室にて水素を燃焼させ、その燃焼に伴って発生した熱により不活性ガスである作動ガスを膨張させて同内燃機関から動力を取り出すとともに、同燃焼室から排出された燃焼後のガス中に含まれる作動ガスを同燃焼室に再び供給する作動ガス循環型内燃機関(水素燃焼クローズドサイクルエンジン)である。
サージタンク44は、水素ガス噴射時に水素ガス通路42内に発生する脈動を低減するようになっている。
筒内噴射弁46は、駆動信号に応答して燃焼室21内(気筒内)に水素ガスを直接噴射するようにシリンダヘッド11に配設されている。
内燃機関の燃焼室21にて水素を燃焼させ、その燃焼に伴って発生した熱により酸素よりも比熱比の大きい不活性ガスである作動ガス(例えば、アルゴン)を膨張させて同内燃機関から動力を取り出すとともに、同燃焼室から排出された燃焼後のガス中に含まれる作動ガスを同燃焼室に再び供給する作動ガス循環型内燃機関であって、
前記内燃機関に要求されるトルクである要求トルクに応じたトルクを同内燃機関が発生するように前記燃焼室に供給される水素及び酸素のそれぞれの量を決定するとともに(図3のステップ305乃至ステップ315)、同決定された量の水素及び同決定された量の酸素を同燃焼室に供給する水素酸素供給手段(水素供給部40、酸素供給部50、及び、図6と図7のルーチンを実行する電気制御装置80)と、
前記要求トルクに応じて前記燃焼室に供給される作動ガスの量を決定するとともに(図3のステップ320)、同決定された量の作動ガスが同燃焼室に供給されるように同燃焼室に供給される作動ガスの量を調整する作動ガス量調整手段(アルゴン供給量調整部70、及び、図3のステップ325乃至ステップ350のうちの適当なステップを実行する電気制御装置80)と、
を備えた内燃機関である。
水素供給手段は、前記内燃機関に要求されるトルクである要求トルクに基づいて前記燃焼室に供給される水素の量を決定するとともに(図3のステップ310)、同決定された量の水素を同燃焼室に供給する(水素供給部40、及び、図6のルーチンを実行する電気制御装置80)。
酸素供給手段は、前記決定された水素の量に基いて前記燃焼室に供給する酸素の量を決定するとともに(図3のステップ315)、同決定された量の酸素を同燃焼室に供給する(酸素供給部50、及び、図7のルーチンを実行する電気制御装置80)。
次に、本発明の第2実施形態に係る内燃機関について説明する。この内燃機関は、図示平均有効圧変動率(σPmi/avePmi)を、内燃機関の燃焼状態を表す値(以下、「燃焼状態指標値」と称呼する。)として取得し、取得した図示平均有効圧変動率(σPmi/avePmi)に基づいてアルゴン量を制御する。図示平均有効圧変動率(σPmi/avePmi)は、後に詳述するように、図示平均有効圧Pmiの平均値avePmiとそれぞれの図示平均有効圧Pmiとの差の絶対値を積算した値σPmiを同図示平均有効圧の平均値avePmiで除した値である。燃焼状態が悪化すれば図示平均有効圧Pmiの変動幅が大きくなるから、図示平均有効圧変動率(σPmi/avePmi)は燃焼状態の悪化に伴って単調増加する。
を更に備える点、及び、電気制御装置80のCPUが図3に代わる図9乃至図11のフローチャートにより示したルーチンを実行する点において第1実施形態に係る内燃機関10と相違している。従って、以下、係る相違点を中心として説明する。なお、筒内圧センサ83は、燃焼室21内の圧力(筒内圧)を検出し、検出した筒内圧Pcyを表す信号を電気制御装置80に出力するようになっている。
前記内燃機関の燃焼状態を表す値である燃焼状態指標値を取得する燃焼状態指標値取得手段(筒内圧センサ83及び図11のルーチンを実行する電気制御装置80)と、
前記取得された燃焼状態指標値に基づいて前記燃焼室に供給される作動ガスの量を調整する作動ガス量調整手段(アルゴン供給量調整部70、及び、図10のルーチンを実行する電気制御装置80)と、
を備えている。
なお、アルゴン濃度のフィードバック制御範囲を、より安定した燃焼状態が得られる範囲に設定すれば(即ち、図示平均有効圧変動率(σPmi/avePmi)が、例えば、値DLより小さい値から値DLまでの範囲となるようにアルゴン量をフィードバック制御すれば)、ある程度高い熱効率を維持しながら燃焼状態をより良好な状態に維持することができる。
第2実施形態の第1変形例は、CPUが図10に代わる図12のフローチャートにより示したアルゴン量フィードバック制御ルーチンを所定時間の経過毎に実行する点のみにおいて、第2実施形態の内燃機関と相違している。従って、以下、かかる相違点を中心として説明する。なお、図12において、図10と同一のステップには同一の符号が付されている。
第2実施形態の第2変形例は、そのCPUが、図9のステップ305乃至ステップ315のみからなるルーチンを図9のルーチンに代えて実行するとともに、図10のステップ1005を省略したルーチンを図10のルーチンに代えて実行するものである。これによれば、オープンループ制御が省略される。なお、同様に、CPUは、図9のステップ305乃至ステップ315のみからなるルーチンを図9のルーチンに代えて実行するとともに、図12のステップ1005を省略したルーチンを図12のルーチンに代えて実行してもよい。これによっても、オープンループ制御が省略される。
次に、本発明の第3実施形態に係る内燃機関について説明する。この内燃機関は、燃焼状態指標値として、第2実施形態の内燃機関が使用した図示平均有効圧変動率(σPmi/avePmi)に代え、エンジン回転速度変動率(σNE/aveNE)を使用する点において、第2実施形態の内燃機関と相違する。従って、以下、かかる相違点を中心として説明する。
(条件2)エンジン回転変動幅積算値σNEが前回更新されてからNサイクル以上が経過している(ステップ1505)。
条件3(ステップ1510)は、アルゴン濃度が燃焼状態に及ぼす影響のみがエンジン回転速度変動率(σNE/aveNE)に反映されるように、運転者による運転操作に基づくエンジン回転速度NEの変化をエンジン回転変動幅積算値σNEから除外するために設けられた条件であり、必ずしも必須ではない。
Claims (6)
- 内燃機関の燃焼室にて水素を燃焼させ、その燃焼に伴って発生した熱により酸素よりも比熱比の大きい不活性ガスを膨張させて同内燃機関から動力を取り出すとともに、同燃焼室に連通した排気ポートから同燃焼室に連通した吸気ポートへとガスを循環させる閉じられた循環路を備え、同燃焼室から同排気ポートを通して排出された燃焼後のガス中に含まれる不活性ガスを同循環路及び同吸気ポートを通して同燃焼室に再び供給する作動ガス循環型内燃機関であって、
前記内燃機関に要求されるトルクである要求トルクに応じたトルクを同内燃機関が発生するように前記燃焼室に供給される水素及び酸素のそれぞれの量を決定するとともに、同決定された量の水素及び同決定された量の酸素を同燃焼室に供給する水素酸素供給手段と、
前記循環路を通して循環することにより前記燃焼室に再び供給される不活性ガスの量を前記要求トルクに応じて決定するとともに、同決定された量の不活性ガスが同燃焼室に供給されるように同循環路を循環する不活性ガスの量を調整する作動ガス量調整手段と、
を備えた内燃機関。 - 内燃機関の燃焼室にて水素を燃焼させ、その燃焼に伴って発生した熱により酸素よりも比熱比の大きい不活性ガスを膨張させて同内燃機関から動力を取り出すとともに、同燃焼室に連通した排気ポートから同燃焼室に連通した吸気ポートへとガスを循環させる閉じられた循環路を備え、同燃焼室から同排気ポートを通して排出された燃焼後のガス中に含まれる不活性ガスを同循環路及び同吸気ポートを通して同燃焼室に再び供給する作動ガス循環型内燃機関であって、
前記内燃機関に要求されるトルクである要求トルクに基づいて前記燃焼室に供給される水素の量を決定するとともに、同決定された量の水素を同燃焼室に供給する水素供給手段と、
前記決定された水素の量に基いて前記燃焼室に供給する酸素の量を決定するとともに、同決定された量の酸素を同燃焼室に供給する酸素供給手段と、
前記循環路を通して循環することにより前記燃焼室に再び供給される不活性ガスの量を前記要求トルクに応じて決定するとともに、同決定された量の不活性ガスが同燃焼室に供給されるように同循環路を循環する不活性ガスの量を調整する作動ガス量調整手段と、
を備えた内燃機関。 - 燃焼室に水素と酸素と酸素よりも比熱比の大きい不活性ガスとを供給し、同水素を燃焼させることに伴って発生した熱により同不活性ガスを膨張させて同内燃機関から動力を取り出すとともに、同燃焼室に連通した排気ポートから同燃焼室に連通した吸気ポートへとガスを循環させる閉じられた循環路を備え、同燃焼室から同排気ポートを通して排出された燃焼後のガス中に含まれる不活性ガスを同循環路及び同吸気ポートを通して同燃焼室に再び供給する作動ガス循環型内燃機関であって、
前記内燃機関の燃焼状態を表す値である燃焼状態指標値を取得する燃焼状態指標値取得手段と、
前記取得された燃焼状態指標値に基づいて前記循環路を循環する不活性ガスの量を調整することにより、同循環路を循環して前記燃焼室に再び供給される不活性ガスの量を調整する作動ガス量調整手段と、
を備えた内燃機関。 - 請求項3に記載の内燃機関において、
前記燃焼状態指標値取得手段は、前記内燃機関の燃焼状態が悪化するに従って単調増加又は単調減少する値を前記燃焼室指標値として取得するように構成され、
前記作動ガス量調整手段は、前記取得された燃焼状態指標値が許容できる所定の限界燃焼状態よりも良好な燃焼状態を表す値となる範囲内において前記燃焼室に供給される不活性ガスの量が最大となるように前記循環路を循環する不活性ガスの量を調整する内燃機関。 - 請求項3に記載の内燃機関において、
前記燃焼状態指標値取得手段は、前記内燃機関の燃焼状態が悪化するに従って単調増加又は単調減少する値を前記燃焼室指標値として取得するように構成され、
前記作動ガス量調整手段は、前記取得された燃焼状態指標値が所定の範囲内となるように前記循環路を循環して前記燃焼室に供給される不活性ガスの量を調整する内燃機関。 - 請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の内燃機関において、
前記作動ガス量調整手段は、不活性ガスを貯蓄する貯蓄用タンクを含み、前記循環路を通して循環することにより前記燃焼室に再び供給される不活性ガスの量を、同循環路から同貯蓄用タンクへの不活性ガスの貯蓄及び同貯蓄用タンクから同循環路への不活性ガスの供給により調整するように構成された内燃機関。
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