JP4229795B2 - Premixed compression ignition engine and operation control method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、燃焼室に吸気された混合気を圧縮して自己着火燃焼させる予混合圧縮着火エンジン及びその運転制御方法に関する。   The present invention relates to a premixed compression ignition engine that compresses an air-fuel mixture taken into a combustion chamber and performs self-ignition combustion and an operation control method thereof.

燃料を希薄状態で高圧縮して自己着火燃焼させることで高効率化及び低NOx化を実現可能なエンジンとして、燃料の自己着火を積極的に利用する予混合圧縮着火エンジンがある。
かかる予混合圧縮着火エンジンは、ディーゼルエンジンのように圧縮空気中に燃料を噴射するのではなく、火花点火エンジンのように空気と燃料との混合気を燃焼室に供給し、その混合気を高圧縮し混合気の自己着火温度まで昇温させて、自己着火燃焼させるように構成されている。また、このような予混合圧縮着火エンジンは、ディーゼルエンジンのように燃料を高圧縮して燃焼室に噴射する必要がないので、天然ガス等の気体燃料を用いたガスエンジンに簡単に適用することができる。
There is a premixed compression ignition engine that actively uses self-ignition of fuel as an engine that can achieve high efficiency and low NOx by high-compression and self-ignition combustion of fuel in a lean state.
Such a premixed compression ignition engine does not inject fuel into compressed air as in a diesel engine, but supplies a mixture of air and fuel to a combustion chamber as in a spark ignition engine to increase the mixture. The compressor is configured to compress and raise the temperature to the self-ignition temperature of the air-fuel mixture to cause self-ignition combustion. Also, such a premixed compression ignition engine does not need to be highly compressed and injected into the combustion chamber like a diesel engine, so it can be easily applied to a gas engine using a gaseous fuel such as natural gas. Can do.

上記予混合圧縮着火エンジンを実現するための大きな課題の一つは、自己着火タイミングの制御である。
SIエンジンでは、火花点火時期を調整することによって、燃料噴射ディーゼルでは燃料噴射時期を調整することによって、自己着火タイミングを適正なタイミングに制御できるが、予混合圧縮着火エンジンの場合、混合気を高圧縮し混合気の自己着火温度まで昇温させて自己着火燃焼させるので、起動運転開始時からの経過時間、エンジン負荷、空気比等の変化により、自己着火タイミングが変化しやすく、自己着火の起こる自己着火タイミングの制御を適正に行わないと、ノッキングや失火が発生したり、更には、運転を継続できなくなる場合がある。
特に、多気筒型の予混合圧縮着火エンジンでは、各気筒におけるシリンダ内温度や圧力履歴などの条件が若干異なることから、各気筒毎に自己着火タイミングが異なり、各気筒において各別に自己着火タイミングを適正な状態とする必要がある。
One of the major issues for realizing the premixed compression ignition engine is the control of the self-ignition timing.
In the SI engine, the self-ignition timing can be controlled to an appropriate timing by adjusting the spark ignition timing, and in the fuel-injection diesel by adjusting the fuel injection timing. However, in the case of the premixed compression ignition engine, the air-fuel ratio is increased. Because it compresses and raises the temperature to the self-ignition temperature of the air-fuel mixture and self-ignition combustion, the self-ignition timing is likely to change due to changes in elapsed time, engine load, air ratio, etc. from the start of start-up operation, and self-ignition occurs If the self-ignition timing is not properly controlled, knocking or misfire may occur, and furthermore, the operation may not be continued.
In particular, in a multi-cylinder type premixed compression ignition engine, conditions such as in-cylinder temperature and pressure history in each cylinder are slightly different, so the self-ignition timing differs for each cylinder. It needs to be in an appropriate state.

そして、このように自己着火タイミング等の燃焼状態を適正な状態とする技術として、主に用いられる天然ガス等の主燃料と、その燃料よりも着火性が高いn−ブタン等のコントロール燃料とを準備し、主燃料とコントロール燃料とを混合したものを、燃焼室に供給すると共に、上記コントロール燃料の燃焼室への供給量を調整することで、燃焼室における混合気の自己着火タイミングを制御するものが知られている(例えば、特許文献1を参照。)。   As a technique for making the combustion state such as the self-ignition timing into an appropriate state in this way, main fuel such as natural gas mainly used and control fuel such as n-butane having higher ignitability than that fuel are used. Prepare and mix the main fuel and control fuel into the combustion chamber and adjust the amount of control fuel supplied to the combustion chamber to control the self-ignition timing of the air-fuel mixture in the combustion chamber There are known (see, for example, Patent Document 1).

特開2000−274285号公報JP 2000-274285 A

しかし、上記特許文献1の予混合圧縮着火エンジンでは、上記コントロール燃料を主燃料とは別に貯え供給する機構、若しくは、主燃料を改質して上記コントロール燃料を生成し供給する機構を備える必要がある。そして、このような機構を備えた予混合圧縮着火エンジンは、装置構成が煩雑且つ大型化し、特に家庭用コージェネレーションシステムの発電機駆動用に採用する場合において、問題となる。   However, the premixed compression ignition engine of Patent Document 1 needs to include a mechanism for storing and supplying the control fuel separately from the main fuel, or a mechanism for reforming the main fuel to generate and supply the control fuel. is there. The premixed compression ignition engine having such a mechanism is complicated and large in size, and becomes a problem particularly when it is used for driving a generator of a home cogeneration system.

更に、予混合圧縮着火エンジンでは、燃焼室において混合気は多点着火するので、混合気の当量比を増加させ出力を増加させようとすると、ノッキングが発生しやすくなるため、そのノッキングを回避できなければ、出力調整範囲が狭い範囲に制限されてしまう。   Furthermore, in a premixed compression ignition engine, the air-fuel mixture is ignited at multiple points in the combustion chamber. Therefore, if the equivalent ratio of the air-fuel mixture is increased to increase the output, knocking is likely to occur, so that knocking can be avoided. Otherwise, the output adjustment range is limited to a narrow range.

更に、予混合圧縮着火エンジンでは、燃焼室において混合気を圧縮して自己着火温度まで昇温させて自己着火させる必要があるが、例えば、燃料としてセタン価が低い天然ガスを使用した場合や、シリンダ温度が比較的低い起動運転時などにおいては、混合気をそのまま圧縮しても自己着火温度まで昇温させることが困難であり、失火等の発生により安定した運転維持することができないことがある。   Further, in the premixed compression ignition engine, it is necessary to compress the air-fuel mixture in the combustion chamber and raise the temperature to the self-ignition temperature to self-ignite, for example, when natural gas having a low cetane number is used as the fuel, During start-up operation where the cylinder temperature is relatively low, it is difficult to raise the temperature to the self-ignition temperature even if the air-fuel mixture is compressed as it is, and stable operation may not be maintained due to the occurrence of misfire, etc. .

従って、本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単且つ小型化が可能な構成で燃焼状態を適正な状態とすることが可能、適正な燃焼状態を維持しつつ広い出力調整範囲で運転可能、更には、適正な燃焼状態を維持しつつ安定して起動可能な予混合圧縮着火エンジンの運転制御技術を実現することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to make it possible to make the combustion state an appropriate state with a simple and miniaturizable configuration, and to maintain an appropriate combustion state. It is another object of the present invention to realize an operation control technique for a premixed compression ignition engine that can be operated in a wide output adjustment range and can be stably started while maintaining an appropriate combustion state.

上記目的を達成するための本発明に係る予混合圧縮着火エンジンは、燃焼室に吸気された混合気を圧縮して自己着火燃焼させる予混合圧縮着火エンジンであって、その第1特徴構成は、前記燃焼室に発生する新気流の大きさを調整することで、前記燃焼室における自己着火タイミングを調整可能な新気流調整手段と、
前記燃焼室における自己着火タイミングを燃焼状態として検出する燃焼状態検出手段と、
前記自己着火タイミングを早める場合には前記新気流の大きさを減少させ、前記自己着火タイミングを遅める場合には前記新気流の大きさを増加させる形態で、前記自己着火タイミングが適正なタイミングになるように、前記新気流の大きさを制御する運転制御手段とを備えた点にある。
In order to achieve the above object, a premixed compression ignition engine according to the present invention is a premixed compression ignition engine that compresses an air-fuel mixture sucked into a combustion chamber and performs self-ignition combustion. A new air flow adjusting means capable of adjusting the self-ignition timing in the combustion chamber by adjusting the size of the new air flow generated in the combustion chamber;
Combustion state detection means for detecting self-ignition timing in the combustion chamber as a combustion state;
When the self-ignition timing is advanced, the size of the new airflow is decreased, and when the self-ignition timing is delayed, the size of the new airflow is increased. The operation control means for controlling the size of the new airflow is provided.

また、上記目的を達成するための本発明に係る予混合圧縮着火エンジンの運転制御方法の特徴構成は、前記燃焼室に発生する新気流の大きさを調整することで、前記燃焼室における自己着火タイミングを調整可能とし、前記燃焼室における自己着火タイミングを燃焼状態として検出して、前記自己着火タイミングを早める場合には前記新気流の大きさを減少させ、前記自己着火タイミングを遅める場合には前記新気流の大きさを増加させる形態で、前記自己着火タイミングが適正なタイミングになるように、前記新気流の大きさを制御する燃焼状態が適正な状態となるように、前記燃焼室に発生する新気流の大きさを制御する点にある。 Further, the characteristic configuration of the operation control method of the premixed compression ignition engine according to the present invention for achieving the above object is that self-ignition in the combustion chamber is achieved by adjusting the size of a new air flow generated in the combustion chamber. When the timing can be adjusted, the self-ignition timing in the combustion chamber is detected as a combustion state, and when the self-ignition timing is advanced, the size of the new airflow is reduced and the self-ignition timing is delayed Is a mode of increasing the size of the new airflow, and in the combustion chamber so that the combustion state for controlling the size of the new airflow is appropriate so that the self-ignition timing is appropriate. The point is to control the size of the new airflow generated.

つまり、本発明者らは、燃焼室に吸気された混合気を圧縮して自己着火燃焼させる予混合圧縮着火エンジンにおいて、燃焼室に発生するスワール流等の新気流の大きさを変化させると、新気流が大きいほど自己着火タイミングが遅くなる状態で、燃焼室における燃焼状態が変化するという新知見を見出し、本発明を完成するに至った。
また、予混合圧縮着火エンジンにおいて、新気流の大きさが燃焼状態に影響を与える理由は、新気流の大きさが変化することにより、燃焼室におけるガスの混合状態(燃料と空気との混合状態、或いは、混合気と再循環排ガスとの混合状態等)が変化することや、燃焼室の平均ガス温度が変化することに加えて燃焼室壁面の温度境界層の厚みが変化するなとが考えられる。また、新気流が大きいほど自己着火タイミングが遅くなる理由は、新気流が大きいほど燃焼室壁面による混合気の冷却損失が増加して燃焼室の平均ガス温度が低下することや、新気流が大きいほど混合気の混合が促進されることなどにより混合気の濃度及び温度が均質化し、燃焼室の最高濃度及び最高温度が低下することなどが考えられる。
That is, the present inventors changed the size of a new air flow such as a swirl flow generated in the combustion chamber in a premixed compression ignition engine that compresses the air-fuel mixture sucked into the combustion chamber and performs self-ignition combustion. The present inventors have found a new finding that the combustion state in the combustion chamber changes in a state where the self-ignition timing is delayed as the new air flow is larger, and the present invention has been completed.
In addition, in premixed compression ignition engines, the reason why the size of the new airflow affects the combustion state is that the gas mixture in the combustion chamber (mixed state of fuel and air) changes as the size of the new airflow changes. Or the mixed state of the air-fuel mixture and the recirculated exhaust gas) and the thickness of the temperature boundary layer of the combustion chamber wall surface in addition to the change of the average gas temperature of the combustion chamber. It is done. The reason why the self-ignition timing is delayed as the new airflow increases is that the larger the new airflow, the more the cooling loss of the air-fuel mixture due to the wall of the combustion chamber increases and the average gas temperature in the combustion chamber decreases. It is conceivable that the concentration and temperature of the air-fuel mixture are homogenized due to the accelerated mixing of the air-fuel mixture and the maximum concentration and temperature of the combustion chamber are lowered.

即ち、上記予混合圧縮着火エンジンの第1特徴構成及びその制御方法によれば、上記運転制御手段により、燃焼状態検出手段の検出結果に基づいて前記新気流調整手段を働かせて新気流の大きさを制御することで、起動からの経過時間、エンジン負荷、空気比等が変化しても、燃焼室における燃焼状態を適正な状態に維持することができる。
また、燃焼状態に基づいて新気流の大きさを制御することで、適正な燃焼状態を維持することができるので、高出力運転時に発生しやすいノッキングや低出力運転時に発生しやすい失火等を良好に抑制することができ、広い出力調整範囲で運転可能となる。
That is, according to the first characteristic configuration of the premixed compression ignition engine and the control method thereof, the operation control means operates the new airflow adjusting means based on the detection result of the combustion state detecting means, so that the size of the new airflow is increased. By controlling the above, the combustion state in the combustion chamber can be maintained in an appropriate state even if the elapsed time from startup, the engine load, the air ratio, and the like change.
In addition, by controlling the size of the new airflow based on the combustion state, it is possible to maintain an appropriate combustion state, so that knocking that tends to occur during high-power operation and misfire that tends to occur during low-power operation are good. And can be operated in a wide output adjustment range.

しかも、上記新気流調整手段により新気流の大きさを調整することで、予混合圧縮着火エンジンにおいて直接的には調整することが困難であった上記自己着火タイミングを、例えば出力等の運転条件や燃焼室における燃焼状態等に応じて、簡単な構成で調整することができる。 Moreover, by adjusting the size of the new airflow by the new airflow adjusting means, the self-ignition timing, which is difficult to adjust directly in the premixed compression ignition engine, It can be adjusted with a simple configuration according to the combustion state in the combustion chamber.

さらに、上記燃焼状態検出手段により、直接的又はノッキングや失火状態により間接的に、燃焼状態としての自己着火タイミングを検出し、新気流が大きいほど自己着火タイミングが遅くなる傾向にあることにより、上記運転制御手段により、自己着火タイミングを早める場合には新気流を減少させ、逆に、自己着火タイミングを遅める場合には新気流を増加させる形態で、新気流を制御することで、自己着火タイミングを確実に適正なタイミングに維持することができる。 Furthermore, the combustion state detection means detects the self-ignition timing as a combustion state directly or indirectly by knocking or misfire state, and the self-ignition timing tends to be delayed as the new airflow increases. When the self-ignition timing is advanced by the operation control means, the new airflow is reduced, and conversely, when the self-ignition timing is delayed, the new airflow is increased to control self-ignition. The timing can be reliably maintained at an appropriate timing.

本発明に係る予混合圧縮着火エンジンの第特徴構成は、上記第1特徴構成に加えて、起動運転時には、前記新気流調整手段により前記新気流の大きさを最小とするように構成されている点にある。 In addition to the first characteristic configuration, the second characteristic configuration of the premixed compression ignition engine according to the present invention is configured to minimize the size of the new air flow by the new air flow adjusting means during start-up operation. There is in point.

上記第特徴構成によれば、起動運転開始時或いはそれから一定時間が経過するまでの起動運転時においては、シリンダ温度が比較的低い状態であり混合気が自己着火しにくい状態であることから、上記運転制御手段により、その起動運転時には、新気流を最小に設定して確実に混合気を自己着火させ、その後、新気流の大きさを、起動運転時から変化する燃焼状態に基づいて制御して、安定した運転にスムーズに移行することができる。
尚、新気流を最小とするとは、新気流を発生させない状態とすることも含まれる。
According to the second characteristic configuration, at the start of the start-up operation or at the start-up operation until a predetermined time has elapsed, the cylinder temperature is in a relatively low state, and the air-fuel mixture is not easily ignited. By the above operation control means, during the start-up operation, the new airflow is set to the minimum and the air-fuel mixture is surely self-ignited, and then the size of the new airflow is controlled based on the combustion state changing from the start-up operation. Therefore, it is possible to smoothly shift to a stable operation.
Note that minimizing the new airflow includes a state in which the new airflow is not generated.

本発明に係る予混合圧縮着火エンジンの第特徴構成は、上記第1又は2特徴構成に加えて、前記新気流調整手段が、前記新気流としてのスワール流の大きさを調整する手段である点にある。 The third characteristic configuration of the premixed compression ignition engine according to the present invention is a means for adjusting the magnitude of the swirl flow as the new airflow, in addition to the first or second characteristic configuration. In the point.

上記第特徴構成によれば、上記新気流調整手段を、新気流としてのスワール流の大きさを調整するスワール調整弁等として構成することにより、簡単且つ迅速にスワール流の大きさを制御して、燃焼室における燃焼状態等を確実に適正な状態とすることができる。
本発明に係る予混合圧縮着火エンジンの第4特徴構成は、前記新気流調整手段として、吸気路から前記燃焼室への新気の流入方向を調整することで、前記燃焼室に発生する新気流の大きさを調整する調整弁が設けられている点にある。
According to the third characteristic configuration, the size of the swirl flow is controlled easily and quickly by configuring the new air flow adjusting means as a swirl adjusting valve or the like for adjusting the size of the swirl flow as the new air flow. Thus, the combustion state in the combustion chamber can be surely set to an appropriate state.
The 4th characteristic structure of the premixed compression ignition engine which concerns on this invention is the new airflow which generate | occur | produces in the said combustion chamber by adjusting the inflow direction of the fresh air from an intake passage to the said combustion chamber as said new airflow adjustment means. The adjustment valve which adjusts the magnitude | size of is in the point provided.

本発明に係る予混合圧縮着火エンジン100の実施の形態を図1に基づいて説明する。   An embodiment of a premixed compression ignition engine 100 according to the present invention will be described with reference to FIG.

図1に示す予混合圧縮着火エンジン100には、シリンダ3の内面とピストン4の頂面とで規定される燃焼室10と、燃焼室10に吸気弁1を介して接続された吸気路13と、燃焼室10に排気弁2を介して接続された排気路14とが設けられている。   A premixed compression ignition engine 100 shown in FIG. 1 includes a combustion chamber 10 defined by an inner surface of a cylinder 3 and a top surface of a piston 4, and an intake passage 13 connected to the combustion chamber 10 via an intake valve 1. An exhaust passage 14 connected to the combustion chamber 10 via the exhaust valve 2 is provided.

ピストン4は連結棒8に揺動自在に連結されており、ピストン4の往復動は連結棒8によって1つのクランク軸9の回転運動として得られ、このような構成は通常のエンジンと変わるところがない。   The piston 4 is swingably connected to the connecting rod 8, and the reciprocating motion of the piston 4 is obtained as a rotational movement of one crankshaft 9 by the connecting rod 8, and such a configuration is not different from a normal engine. .

天然ガス系都市ガスの燃料と空気とは、ミキサ21において混合され、その混合気は、過給機22によって加圧された状態で吸気路13を流通し、新気として燃焼室10に吸気される。   The fuel and air of the natural gas city gas are mixed in the mixer 21, and the mixture is circulated through the intake passage 13 while being pressurized by the supercharger 22, and is taken into the combustion chamber 10 as fresh air. The

そして、予混合圧縮着火エンジン100は、燃焼室10に吸気された混合気を、ピストン4の上昇により圧縮して自己着火温度まで昇温させることで、その混合気を自己着火燃焼させるように構成されている。   The premixed compression ignition engine 100 is configured to compress the air-fuel mixture sucked into the combustion chamber 10 by raising the piston 4 and raise the temperature to the self-ignition temperature, so that the air-fuel mixture is self-ignited and combusted. Has been.

コンピュータからなる制御装置40は、ミキサ21により空気への燃料供給量を制御して、燃焼室10に吸気される混合気の当量比が目標出力に合った当量比に設定するように構成されている。   The control device 40 comprising a computer is configured to control the amount of fuel supplied to the air by the mixer 21 so that the equivalent ratio of the air-fuel mixture sucked into the combustion chamber 10 is set to an equivalent ratio that matches the target output. Yes.

このような予混合圧縮着火エンジン100は、燃焼室10において混合気を圧縮して自己着火燃焼させるため、例えば圧縮比を21程度と高く設定することができるため高効率であり、更に混合気の当量比を例えば火炎伝播下限以下と希薄状態で燃焼させることができるため低NOxを実現することができる。   Such a premixed compression ignition engine 100 compresses the air-fuel mixture in the combustion chamber 10 and performs self-ignition combustion. Therefore, for example, the compression ratio can be set as high as about 21 and is highly efficient. Since the equivalent ratio can be burned in a lean state, for example, below the flame propagation lower limit, low NOx can be realized.

予混合圧縮着火エンジン100には、燃焼室10の圧力を測定することにより燃焼状態としての実際の自己着火タイミングを検出可能な圧力センサ17、燃焼状態としてのノッキングの発生を検出可能なノッキングセンサ18、クランク軸9の回転角度を測定することにより燃焼状態としてのクランク軸9の回転数を検出可能なクランク角センサ19等が、燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段Aとして設けられている。   The premixed compression ignition engine 100 includes a pressure sensor 17 that can detect the actual self-ignition timing as a combustion state by measuring the pressure in the combustion chamber 10, and a knock sensor 18 that can detect the occurrence of knocking as a combustion state. A crank angle sensor 19 or the like capable of detecting the rotational speed of the crankshaft 9 as a combustion state by measuring the rotation angle of the crankshaft 9 is provided as the combustion state detection means A for detecting the combustion state.

また、予混合圧縮着火エンジン100には、燃焼室10に発生する新気流の大きさを調整する新気流調整手段Bとして、図2も参照して、吸気路13から燃焼室10への新気の流入方向を調整することで、燃焼室10に発生するスワール流の大きさを調整するスワール調整弁20が設けられている。尚、このスワール調整弁20としては、公知の構成のものを利用することができ、更に、複数の吸気ポートの内、スワール流を発生させるスワールポートに流入する新気の量を調整することで、スワール流の大きさを調整する構成のものも利用することができる。   Further, in the premixed compression ignition engine 100, as a new air flow adjusting means B for adjusting the size of the new air flow generated in the combustion chamber 10, referring to FIG. A swirl adjustment valve 20 is provided for adjusting the magnitude of the swirl flow generated in the combustion chamber 10 by adjusting the inflow direction of. In addition, as this swirl adjustment valve 20, a well-known thing can be utilized, and also by adjusting the quantity of the fresh air which flows into the swirl port which generates a swirl flow among several intake ports. A configuration that adjusts the size of the swirl flow can also be used.

予混合圧縮着火エンジン100において、上記のように、スワール調整弁20により燃焼室10に発生するスワール流の大きさを変化させると、スワール流が大きいほど燃焼室10における混合気の自己着火タイミングが遅くなる状態で、燃焼室10における混合気の燃焼状態が変化することが実験により確認することができ、更に、このようなスワール流の増加による自己着火タイミングの遅角化の影響は、混合気の当量比が低いほど、即ち、混合気が希薄なほど、大きくなることも確認することができる。   In the premixed compression ignition engine 100, when the size of the swirl flow generated in the combustion chamber 10 is changed by the swirl adjustment valve 20 as described above, the self-ignition timing of the air-fuel mixture in the combustion chamber 10 increases as the swirl flow increases. It can be confirmed by experiment that the combustion state of the air-fuel mixture in the combustion chamber 10 changes in a slow state, and the effect of retarding the self-ignition timing due to the increase in swirl flow is It can also be confirmed that the lower the equivalent ratio is, that is, the smaller the mixture is, the larger the mixture becomes.

即ち、上記スワール調整弁20により、燃焼室10におけるスワール流の大きさを調整することで、予混合圧縮着火エンジン100の自己着火タイミングを調整することができる。
即ち、スワール流を減少させることにより、自己着火タイミングを進角側に調整することができ、逆に、スワール流を増加させることにより、自己着火タイミングを遅角側に調整することができる。
In other words, the self-ignition timing of the premixed compression ignition engine 100 can be adjusted by adjusting the magnitude of the swirl flow in the combustion chamber 10 by the swirl adjusting valve 20.
That is, by reducing the swirl flow, the self-ignition timing can be adjusted to the advance side, and conversely, by increasing the swirl flow, the self-ignition timing can be adjusted to the retard side.

また、予混合圧縮着火エンジン100の制御装置40は、上記燃焼状態検出手段Aの検出結果に基づいて、上記スワール調整弁20により燃焼室10におけるスワール流の大きさを制御する運転制御手段Cとして機能するように構成されている。   Further, the control device 40 of the premixed compression ignition engine 100 serves as operation control means C for controlling the swirl flow magnitude in the combustion chamber 10 by the swirl adjustment valve 20 based on the detection result of the combustion state detection means A. Configured to work.

即ち、圧力センサ17で検出された実際の自己着火タイミングが、適正な自己着火タイミングでない場合には、上記制御装置40は、圧力センサ17で検出された実際の自己着火タイミングが適正な自己着火タイミングとなるように、上記スワール調整弁20により燃焼室10におけるスワール流の大きさを制御する。   That is, when the actual self-ignition timing detected by the pressure sensor 17 is not an appropriate self-ignition timing, the control device 40 determines that the actual self-ignition timing detected by the pressure sensor 17 is an appropriate self-ignition timing. Thus, the swirl control valve 20 controls the magnitude of the swirl flow in the combustion chamber 10.

また、制御装置40は、ノッキングセンサ18の検出結果によりノッキングの発生を認識した場合には、上記スワール調整弁20により燃焼室10におけるスワール流を増加させて、自己着火タイミングを遅角側に調整することにより、ノッキングを回避することができる。   Further, when the control device 40 recognizes the occurrence of knocking from the detection result of the knocking sensor 18, the control device 40 increases the swirl flow in the combustion chamber 10 by the swirl adjusting valve 20 to adjust the self-ignition timing to the retard side. By doing so, knocking can be avoided.

また、制御装置40は、クランク角センサ19により検出されるクランク軸9の回転数や出力のトルク変動、又は、圧力センサ17の検出結果により、燃焼室10における失火の発生を認識した場合には、上記スワール調整弁20により燃焼室10におけるスワール流を減少させて、自己着火タイミングを進角側に調整することにより、失火を回避することができる。   Further, when the control device 40 recognizes the occurrence of misfire in the combustion chamber 10 based on the rotation speed of the crankshaft 9 detected by the crank angle sensor 19, the output torque fluctuation, or the detection result of the pressure sensor 17. The misfire can be avoided by reducing the swirl flow in the combustion chamber 10 by the swirl adjusting valve 20 and adjusting the self-ignition timing to the advance side.

また、制御装置40は、予混合圧縮着火エンジン100の起動運転時においては、スワール調整弁20によりスワール流を最小にするように構成されており、このように、起動運転時にスワール流が最小とされると、シリンダ3温度が比較的低い状態であっても、混合気を確実に自己着火させることができる。
また、このように予混合圧縮着火エンジン100の起動運転を行った後には、これまで説明してきたように、燃焼室10における燃焼状態に基づいてスワール流の大きさを制御することにより、適正な燃焼状態が維持され、更に、シリンダ3の温度が上昇するのに従ってスワール流の大きさが徐々に増加されて、ポンピングロスが抑制された良好な運転に移行されることになる。
The control device 40 is configured to minimize the swirl flow by the swirl control valve 20 during the start-up operation of the premixed compression ignition engine 100. Thus, the swirl flow is minimized during the start-up operation. Then, even when the temperature of the cylinder 3 is relatively low, the air-fuel mixture can be surely self-ignited.
In addition, after performing the start-up operation of the premixed compression ignition engine 100 in this way, as described above, by controlling the magnitude of the swirl flow based on the combustion state in the combustion chamber 10, an appropriate The combustion state is maintained, and further, as the temperature of the cylinder 3 increases, the magnitude of the swirl flow is gradually increased, and the operation is shifted to a good operation in which the pumping loss is suppressed.

〔別実施の形態〕
次に、本発明の別の実施の形態を説明する。
〈1〉上記実施の形態で説明した予混合圧縮着火エンジン100の新気流調整手段Bは、スワール流以外の新気流の大きさを調整するように構成しても構わない。例えば、新気流としてタンブル流を調整するべく、複数の吸気ポートの内、タンブル流を発生させるタンブルポートに流入する新気の量を調整することで、タンブル流の大きさを調整するようにも構成することができる。
[Another embodiment]
Next, another embodiment of the present invention will be described.
<1> The new airflow adjusting means B of the premixed compression ignition engine 100 described in the above embodiment may be configured to adjust the size of the new airflow other than the swirl flow. For example, in order to adjust the tumble flow as a new air flow, the size of the tumble flow can be adjusted by adjusting the amount of fresh air flowing into the tumble port that generates the tumble flow among the plurality of intake ports. Can be configured.

〈2〉上記実施の形態では、本発明に係る予混合圧縮着火エンジンを単気筒型に構成した例を説明したが、別に、多気筒型の予混合圧縮着火エンジンに対しても本発明を実施することができる。 <2> In the above embodiment, an example in which the premixed compression ignition engine according to the present invention is configured as a single cylinder type has been described. However, the present invention is also applied to a multicylinder type premixed compression ignition engine. can do.

〈3〉上記実施の形態で説明した予混合圧縮着火エンジン100の燃焼状態検出手段Aは、燃焼室10に設けられた一対の電極間におけるイオン電流の発生状態に基づいて、燃焼室2における自己着火タイミングの燃焼状態を検出するように構成しても構わない。また、この一対の電極として、燃焼室10に設けられた点火プラグの電極を利用することができ、このような点火プラグは、理論当量比等の混合気を火花点火して燃焼させる火花点火運転のために用いられ、この火花点火運転は、予混合圧縮着火エンジン100の起動運転時等における暖機のために実施される。 <3> The combustion state detection means A of the premixed compression ignition engine 100 described in the above embodiment is based on the generation state of the ionic current between the pair of electrodes provided in the combustion chamber 10. it may be configured to detect a combustion state of the ignition timing. In addition, an electrode of an ignition plug provided in the combustion chamber 10 can be used as the pair of electrodes, and such an ignition plug is a spark ignition operation in which an air-fuel mixture having a theoretical equivalent ratio or the like is spark-ignited and burned. The spark ignition operation is performed for warm-up in the start-up operation of the premixed compression ignition engine 100 or the like.

〉本願発明の予混合圧縮着火エンジンにおいては、天然ガス、ガソリン、メタノール、水素、軽油等の任意の炭化水素系燃料を使用することができる。 < 4 > In the premixed compression ignition engine of the present invention, any hydrocarbon fuel such as natural gas, gasoline, methanol, hydrogen, light oil, etc. can be used.

〉予混合圧縮着火エンジンにおいて、燃料の燃焼のための酸素含有ガスとしては、空気を用いるのが一般的であるが、空気の代わりに、酸素成分含有割合が空気に対して高い酸素富化ガス等を用いることもできる。 < 5 > In a premixed compression ignition engine, air is generally used as the oxygen-containing gas for fuel combustion. However, instead of air, oxygen-rich content is high in oxygen content. A gas or the like can also be used.

予混合圧縮着火エンジンの実施の形態を示す概略側断面図Schematic side sectional view showing an embodiment of a premixed compression ignition engine 図1に示す予混合圧縮着火エンジンの概略平断面図1 is a schematic cross-sectional view of the premixed compression ignition engine shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10:燃焼室
17:圧力センサ
18:ノッキングセンサ
19:クランク角センサ
20:スワール調整弁
21:ミキサ
40:制御装置
100:予混合圧縮着火エンジン
A:燃焼状態検出手段
B:新気流調整手段
C:運転制御手段

10: Combustion chamber 17: Pressure sensor 18: Knocking sensor 19: Crank angle sensor 20: Swirl adjustment valve 21: Mixer 40: Controller 100: Premixed compression ignition engine A: Combustion state detection means B: New airflow adjustment means C: Operation control means

Claims (5)

燃焼室に吸気された混合気を圧縮して自己着火燃焼させる予混合圧縮着火エンジンであって、
前記燃焼室に発生する新気流の大きさを調整することで、前記燃焼室における自己着火タイミングを調整可能な新気流調整手段と、
前記燃焼室における自己着火タイミングを燃焼状態として検出する燃焼状態検出手段と、
前記自己着火タイミングを早める場合には前記新気流の大きさを減少させ、前記自己着火タイミングを遅める場合には前記新気流の大きさを増加させる形態で、前記自己着火タイミングが適正なタイミングになるように、前記新気流の大きさを制御する運転制御手段とを備えた予混合圧縮着火エンジン。
A premixed compression ignition engine that compresses the air-fuel mixture sucked into the combustion chamber and performs self-ignition combustion,
A new air flow adjusting means capable of adjusting the self-ignition timing in the combustion chamber by adjusting the size of the new air flow generated in the combustion chamber;
Combustion state detection means for detecting self-ignition timing in the combustion chamber as a combustion state;
When the self-ignition timing is advanced, the size of the new airflow is decreased, and when the self-ignition timing is delayed, the size of the new airflow is increased. A premixed compression ignition engine comprising operation control means for controlling the size of the new airflow.
起動運転時には、前記新気流調整手段により前記新気流の大きさを最小とするように構成されている請求項1に記載の予混合圧縮着火エンジン。  The premixed compression ignition engine according to claim 1, wherein the new airflow adjusting means minimizes the size of the new airflow during start-up operation. 前記新気流調整手段が、前記新気流としてのスワール流の大きさを調整する手段である請求項1又は2に記載の予混合圧縮着火エンジン。  The premixed compression ignition engine according to claim 1 or 2, wherein the new airflow adjusting means is a means for adjusting a magnitude of a swirl flow as the new airflow. 前記新気流調整手段として、吸気路から前記燃焼室への新気の流入方向を調整することで、前記燃焼室に発生する新気流の大きさを調整する調整弁が設けられている請求項1〜3の何れか1項に記載の予混合圧縮着火エンジン。The adjustment valve which adjusts the magnitude | size of the new airflow which generate | occur | produces in the said combustion chamber by adjusting the inflow direction of the fresh air from the intake passage to the said combustion chamber as said new airflow adjustment means is provided. The premixed compression ignition engine of any one of -3. 燃焼室に吸気された混合気を圧縮して自己着火燃焼させる予混合圧縮着火エンジンの運転制御方法であって、  An operation control method for a premixed compression ignition engine that compresses a mixture gas taken into a combustion chamber and performs self-ignition combustion,
前記燃焼室に発生する新気流の大きさを調整することで、前記燃焼室における自己着火タイミングを調整可能とし、  By adjusting the size of the new airflow generated in the combustion chamber, the self-ignition timing in the combustion chamber can be adjusted,
前記燃焼室における自己着火タイミングを燃焼状態として検出して、前記自己着火タイミングを早める場合には前記新気流の大きさを減少させ、前記自己着火タイミングを遅める場合には前記新気流の大きさを増加させる形態で、前記自己着火タイミングが適正なタイミングになるように、前記新気流の大きさを制御する燃焼状態が適正な状態となるように、前記燃焼室に発生する新気流の大きさを制御する予混合圧縮着火エンジンの運転制御方法。  When the self-ignition timing in the combustion chamber is detected as a combustion state and the self-ignition timing is advanced, the size of the new airflow is decreased, and when the self-ignition timing is delayed, the size of the new airflow is increased. In the form of increasing the self-ignition timing, the size of the new airflow generated in the combustion chamber is adjusted so that the combustion state for controlling the size of the new airflow is in an appropriate state so that the self-ignition timing becomes an appropriate timing. Control method of a premixed compression ignition engine for controlling the height.
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