JP4305826B2 - Bi-fuel engine and control method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はバイフューエルエンジン、および、その制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、自動車等においては、大気汚染抑制および省資源の観点からガソリンや軽油等の液体燃料に替えて圧縮天然ガス(CNG:Compressed Natural Gas)等の気体燃料が注目されている。しかし、CNGの場合は、ガソリン等に比べてそのエネルギー密度が小さい(ガソリンの20〜30%程度)ので、CNGを使用するエンジンを搭載した車両は、ガソリンを使用するエンジンを搭載した車両に比べて航続距離が短い。また、インフラ整備の遅れから、その充填ステーションの数も十分ではなく、長距離の移動に不安が残っている。そこで、かかる気体燃料と液体燃料との少なくとも一方をエンジンに供給可能な二元燃料、すなわち、バイフューエルエンジンが提案されている。
【0003】
かかるバイフューエルエンジンとしては、例えば、特許文献1に記載のものが知られている。このバイフューエルエンジンは、ガソリンとLPGとのいずれかに燃料を切替える燃料切替えスイッチの操作に連動させて、燃料を切替えるようにしている。そして、LPG燃料選択時には、ガソリン燃料に比べ点火時期を所定量進角させている。
【0004】
また、特許文献2に記載のバイフューエルエンジンの供給燃料制御装置においては、気体燃料の残量が第1の設定値以下のときは供給燃料を液体燃料に切替えると共に、液体燃料に切替えたときのエンジン出力を制限するようにしている。そして、このようにして、運転者に気体燃料の補給を促すとしている。
【0005】
さらに、特許文献3に記載のバイフューエルエンジンにおいては、高負荷域でCNG燃料を吸気ポートに供給する気体燃料噴射弁と、低負荷域でガソリン燃料を供給するキャブレタとを備え、負荷の大きさに対応して燃料を切替え供給するようにしている。
【0006】
【特許文献1】
特開2000−120519号公報
【特許文献2】
特開2002−38986号公報
【特許文献3】
実願平5−58584号マイクロフィルム(実開平7−30344号公報)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、バイフューエルエンジンにおいて、CNG等の気体を燃料として用いる際に、その特性を有効に利用して航続距離を拡大するためには、高圧縮比化を図ると共に、CNGを直接気筒内に噴射供給して成層燃焼させることが好ましい。このために、通常、CNGの容器内充填圧力(例えば、20MPa)は、気筒内に直接噴射できるようにレギュレータにより制御噴射可能な圧力(例えば、5MPa)にまで減圧されて用いられている。この容器内残圧が20〜5MPaでの範囲では問題なく気筒内直接噴射が可能であり、成層燃焼による超希薄燃焼でのCO2の低減が期待できる。なお、成層燃焼とは、燃焼室内に濃混合気と希薄混合気とを層状に形成し、まず、濃混合気の部分に着火し、その火炎によって希薄混合気の部分も燃焼させることにより、不完全燃焼および失火を回避しつつ全体として希薄な混合気を燃焼させて燃料消費率(以下、燃費と称す)の向上を図るものである。
【0008】
しかしながら、従来技術で述べたバイフューエルエンジンの如く、単に、特許文献1に記載のように、燃料切替えスイッチの操作に連動させて燃料を切替えたり、特許文献2に記載のように、気体燃料の圧力に応じて燃料を切替えたり、また、特許文献3に記載のように、負荷の大きさに対応して燃料を切替えたりするのみでは、必ずしも効率的な燃焼を行わせることができないという問題がある。というのも、上記のような単純な切替では、気体燃料の特性を充分に生かし得る成層燃焼運転を行うことができないからである。
【0009】
また、バイフューエルエンジンといえども、運転状況に応じて、その運転モードの切替えがユーザの好みに応じて可能であれば、その利便性が向上する。
【0010】
そこで、本発明の課題は、気体燃料による成層燃焼のみならず液体燃料による成層燃焼をも可能とし、バイフューエルエンジンの出力の向上および燃費の低減を図り、その搭載車両の航続距離を延長することができ、併せて、利便性の向上を図ることのできるバイフューエルエンジンおよびその制御方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の一形態に係るバイフューエルエンジンは、気体燃料または液体燃料のいずれでも運転可能なバイフューエルエンジンにおいて、吸気ポートまたは筒内に液体燃料を噴射する液体燃料噴射弁と、筒内に気体燃料を噴射する気体燃料噴射弁とを備え、ユーザの指定が可能である、前記エンジンの運転状態に基き最適な燃料を選択し、該最適な燃料を前記液体燃料噴射弁または前記気体燃料噴射弁から供給して運転する自動運転モードと、前記液体燃料噴射弁から液体燃料を噴射して運転する液体燃料運転モードと、前記気体燃料噴射弁から気体燃料を噴射して運転する気体燃料運転モードとの3つの運転モードを有するように構成されていることを特徴とする。
【0012】
この構成によれば、3つの運転モードを有するように構成されているので、ユーザの利便性が向上する。なお、自動運転モードが指定されると、エンジンの運転状態に基き最適な燃料が選択されるので、エンジンの運転状態に応じた最適な燃焼を実現することができる。
【0013】
ここで、前記自動運転モードでは、エンジン負荷とエンジン回転数とにより定められる領域に対応させて最適な燃料が選択されるように構成されていることが好ましい。
【0014】
このようにすると、エンジン負荷とエンジン回転数とにより定められる領域に対応して最適な燃料が選択されるので、最も効率的な燃焼が行われ出力の向上や燃費の低減が図れる。
【0015】
なお、前記領域のうち、低負荷・低回転領域では気体燃料による成層燃焼、中負荷かつ低・中回転領域および低負荷かつ中回転領域では液体燃料による成層燃焼、高負荷かつ低・中回転領域および高回転領域では液体燃料による均質燃焼が行なわれるように構成されていてもよい。
【0016】
このようにすると、低負荷・低回転領域と中負荷かつ低・中回転領域および低負荷かつ中回転領域とでの成層燃焼により燃費の低減が図れ、高負荷かつ低・中回転領域および高回転領域での出力向上が図れる。
【0017】
上記課題を解決する本発明の他の形態に係るバイフューエルエンジンの制御方法は、エンジンの運転状態に基き、気体燃料または液体燃料を切替えて供給するバイフューエルエンジンの制御方法において、液体燃料を供給し均質燃焼を行わせる運転領域のうちのノック発生領域において、またはノック発生時に、前記液体燃料に対し気体燃料を添加して供給する工程を含むことを特徴とする。
【0018】
この構成によると、液体燃料に高オクタン価の気体燃料を添加して供給するので、液体燃料の均質燃焼時のノック回避のために従来一般的に行われている点火時期遅角制御に起因する出力性能の低下を伴うことなく、ノックの発生を効果的に抑制できる。
【0019】
ここで、前記気体燃料を添加して供給するノック発生領域は、高負荷かつ低・中回転領域であり、高回転領域においてはノックセンサの検出に基く点火時期制御を行う工程を含むようにしてもよい。
【0020】
このようにすると、高回転領域では点火時期遅角制御に起因する出力性能の低下が少ないのでノックセンサの検出に基く点火時期制御が行われる。そして、気体燃料を添加して供給する運転領域が限定されるので、より効率的な燃焼を行わせることができる。
【0021】
また、上記課題を解決する本発明のさらに他の形態に係るバイフューエルエンジンの制御方法は、エンジンの運転状態に基き、気体燃料または液体燃料を切替えて供給するバイフューエルエンジンの制御方法において、液体燃料噴射弁を筒内の排気ポート側に配設すると共に、気体燃料噴射弁を吸気ポートまたは筒内に配設し、エンジンの高温再始動時においては、前記気体燃料噴射弁から気体燃料を供給して始動させ、その後、液体燃料による運転に切替える工程を含むことを特徴とする。
【0022】
この構成によれば、高温再始動時は燃料温度が高くなるので、筒内の排気ポート側に配設された液体燃料噴射弁で気泡が発生する可能性があるが、気体燃料が供給されて始動されるので、始動性の悪化が防止される。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
【0024】
まず、図1を参照して、本発明が適用されるバイフューエルエンジン100の概要を説明する。101はエンジン本体、102はシリンダブロック、103はシリンダヘッド、104はピストン、105は燃焼室、106は吸気ポート、107は排気ポート、108Iは吸気弁、108Eは排気弁、109は点火プラグをそれぞれ示している。吸気ポート106は吸気マニフォルド110を介してサージタンク111に接続され、サージタンク111は吸気ダクト112を介してエアクリーナ113に接続されている。吸気ダクト112内にはステップモータ114により駆動されるスロットル弁115が配置されている。一方、排気ポート107は排気マニフォルド116および排気管117を介してNOx吸蔵触媒コンバータ118に接続されている。
【0025】
図1のエンジン100は気体燃料供給系と液体燃料供給系とを具備しており、気体燃料としてCNGを用い、液体燃料としてガソリンを用いている。気体燃料供給系はCNG噴射弁120を具備し、このCNG噴射弁120はCNG供給管122を介し車載された気体燃料容器としてのCNGボンベ124に接続されている。なお、CNG供給管122内には図示しない燃料遮断弁およびレギュレータ126が配置されている。CNGボンベ124内に充填圧力(例えば、20MPa)で充填されているCNGは、レギュレータ126により一定の設定圧(例えば、5MPa)まで減圧され、通常のエンジン制御状態では、この設定圧PRでもってCNG噴射弁120から気筒内に噴射される。
【0026】
同様に、液体燃料供給系はガソリン噴射弁130を具備し、このガソリン噴射弁130は、本実施形態ではCNG噴射弁120と同様に筒内に噴射可能に配置され、ガソリン供給管132を介し車載された液体燃料容器としてのガソリンタンク134に接続されている。なお、ガソリン供給管132内には図示しない燃料ポンプが配置されている。これらのCNG噴射弁120およびガソリン噴射弁130はそれぞれ電子制御ユニット300からの出力信号に基づいて制御される。
【0027】
さらに、燃焼室構造について説明すると、本実施形態においては、図4に拡大して示すように、上述の点火プラグ109が吸気ポート106と排気ポート107との間の燃焼室105の上部中央に配設されている。そして、気体燃料噴射弁としてのCNG噴射弁120および液体燃料噴射弁としてのガソリン噴射弁130が共に吸気ポート106側に吸気ポート106を挟む態様で並行して配設されている。さらに、ピストン104の上部には、CNG噴射弁120およびガソリン噴射弁130に対応する共通のピストンキャビティ104Cが、吸気ポート106側にオフセットされて形成されている。なお、このピストンキャビティ104CはCNG噴射弁120およびガソリン噴射弁130からの噴霧流が回り込んで点火プラグ109のギャップに到達するように吸気ポート106側にオフセットされた舟底状に形成されている。また、CNG噴射弁120およびガソリン噴射弁130のピストンキャビティ104Cに対する噴霧角および噴霧形状は、共通のピストンキャビティ104CでCNGおよびガソリンのいずれの燃料でも成層燃焼可能なように、同一に設定されている。
【0028】
電子制御ユニット300はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス310を介して相互に接続されたROM(リードオンリメモリ)320、RAM(ランダムアクセスメモリ)330、CPU(マイクロプロセッサ)340、常時電源に接続されているB−RAM(バックアップRAM)350、入力ポート360、および出力ポート370を具備している。
【0029】
サージタンク111にはサージタンク111内の絶対圧に比例した出力電圧を発生する圧力センサ140が取り付けられている。CNGボンベ124の出口のCNG供給管122内にはCNGボンベ124内の残存CNG量、すなわち残圧に比例した出力電圧を発生するCNG残圧センサ141が配置され、ガソリンタンク134にはガソリンタンク134内の残存ガソリン量に比例した出力電圧を発生するガソリン残量センサ142が配置されている。これらセンサ140、141および142の出力電圧はそれぞれ対応するAD変換器380を介して入力ポート360に入力される。また、入力ポート360にはエンジン回転数Nを表す出力パルスを発生する回転数センサ143および運転モード切替スイッチ144が接続されている。一方、出力ポート370はそれぞれ対応する駆動回路390を介して点火プラグ109、ステップモータ114、CNG噴射弁120、およびガソリン噴射弁130に接続されている。
【0030】
上記構成になる本発明の実施形態に係るバイフューエルエンジン100に対しては、例えば、以下に説明する形態で燃料が供給される。すなわち、図2(A)に示すように、通常時の運転においては、燃焼の形式が、エンジン100の運転状態、例えば、エンジン負荷を表すサージタンク111内の絶対圧とエンジン回転数とに対応させて、低・中回転かつ低・中負荷領域の成層燃焼を行わせる領域(I)および低・中回転かつ高負荷領域と高回転領域との均質燃焼を行わせる領域(II)に切り分けられている。そしてさらに、図2(B)に示すように、燃料の最適特性を考慮して同じ成層燃焼領域(I)内でも、低負荷かつ低回転領域のCNGによる成層燃焼領域(I−1)と、中負荷かつ低・中回転領域および低負荷かつ中回転領域のガソリンによる成層燃焼領域(I−2)とに切り分けられている。均質燃焼領域(II)内も高負荷かつ低・中回転領域のガソリンにCNGを添加する均質燃焼領域(II−1)と高回転領域のガソリンのみの均質燃焼領域(II−2)とに切り分けられている。
【0031】
そして、いずれの燃料についても、CNG噴射弁120およびガソリン噴射弁130から噴射される燃料の噴射時期および噴射時間に関するデータおよび燃焼を成立させる各パラメータ(点火時期、VVT開度、スロットル開度、EGR開度等)が、上述のエンジン100の負荷と回転数とで示されるエンジン運転状態の関数として、マップの形で予めROM320内に記憶されている。このCNGの噴射時間は、レギュレータ126で減圧設定される設定圧PRの下で、要求量だけCNGを気筒内に噴射させるのに必要な時間である。また、ガソリンの噴射時間は、燃料ポンプで昇圧された一定圧の下で、要求量だけガソリンを気筒内に噴射させるのに必要な時間である。
【0032】
この本発明の実施形態では、例えば、図3に示す燃料噴射制御ルーチンに従って、エンジン100に燃料が供給される。この制御ルーチンは予め定められた設定クランク角毎の割込みによって実行される。まず、ステップS301において、どの運転モードが選択されているかがユーザの操作による運転モード切替スイッチ144からの入力に基づいて判断される。
【0033】
「CNG運転モード」
そこで、気体燃料運転モードとしてのCNG運転モードが選択されている場合には、ステップS302に進み、CNGの残量がチェックされる。すなわち、CNG残圧センサ141により検出されたCNGボンベ124内の残圧が圧縮行程で気筒内噴射が可能な圧力である通常噴射圧より高い(残量が十分)か否かが判断される。YESの場合にはステップS303に進み、全運転領域においてCNGでの運転が行われる。CNGでの運転モードでは、そのときの運転状態に対応する噴射時期および噴射時間で必要量のCNGがCNG噴射弁120から圧縮行程または吸入行程において、ピストンキャビティ104Cに向けて噴射される。なお、ステップS302におけるCNGの残量チェックで、残量が十分でないときはステップS304に進み、残量が十分でない旨の警告を行い、後述のステップS305に進む。
【0034】
「ガソリン運転モード」
ステップS301における判断で、液体燃料運転モードとしてのガソリン運転モードが選択されている場合には、ステップS305に進み、ガソリンの残量がチェックされる。すなわち、ガソリン残量センサ142により検出されたガソリンタンク134内の残存ガソリン量が所定量より多いか否かが判断される。YESの場合にはステップS306に進み、全運転領域においてガソリンでの運転が行われる。ガソリンでの運転モードでは、そのときの運転状態に対応する噴射時期および噴射時間で必要量のガソリンがガソリン噴射弁130から圧縮行程または吸入行程において、ピストンキャビティ104Cに向けて噴射される。ステップS305においてNOの場合には、ステップS307に進み、補給を促すべく警告を発した後、前述のステップS302に進む。
【0035】
上述のCNG運転モードおよびガソリン運転モードにおいて、選択された運転モードに使用されるべき燃料の残量が十分でない場合には、補給を促すべく警告を発した後、残存する燃料でもって運転が行われる。
【0036】
「AUTOモード」
ステップS301における判断で、自動運転モードとしてのAUTOモードが選択されている場合にはステップS308に進み、ここでCNG燃料による運転が効率的に行われる領域か否かが判断される。YESの場合にはステップS309に進み、CNGの残量がチェックされる。すなわち、上述のステップS302と同様にCNG残圧センサ141により検出されたCNGボンベ124内の残圧が圧縮行程で気筒内噴射が可能な圧力である通常噴射圧より高い(残量が十分)か否かが判断される。そして、YESの場合にはステップS310に進み、CNGでの運転が行われる。このCNGでの運転モードでは、上述のCNG成層燃焼領域(Iー1)の運転状態に対応する噴射時期および噴射時間で必要量のCNGがCNG噴射弁120から圧縮行程において、ピストンキャビティ104Cに向けて噴射される。噴射されたCNGは気筒内での噴速も速く、ガソリンのように気化する必要もないので、容易に空気を取込み成層混合気が容易に形成され、点火プラグ109により着火されることによる成層燃焼が行われる。なお、ステップS309におけるCNGの残量チェックで、残量が十分でないときはステップS311に進み、残量が十分でない旨の警告を行い、後述のステップS312に進む。
【0037】
また、上述のステップS308における判断で、CNG燃料による運転が効率的に行われる領域ではないと判断されると、ステップS312に進み、ガソリンの残量がチェックされる。すなわち、上述のようにガソリン残量センサ142により検出されたガソリンタンク134内の残存ガソリン量が所定量より多いか否かが判断される。NOの場合には、ステップS313に進み残量が十分でない旨の警告を行い、前述のステップS309に進む。
【0038】
ステップS312での判断において、ガソリンの残量が十分であるときには、ステップS314に進み、運転状態が高負荷かつ低・中回転領域の「ノック発生領域」にあるか否かが判断される。ここで、NOの場合にはステップS315に進みガソリンでの運転が行われる。このガソリンでの運転モードでは、そのときの運転状態に対応する噴射時期および噴射時間で必要量のガソリンがガソリン噴射弁130から、ピストンキャビティ104Cに向けて噴射される。なお、この噴射は、ガソリン成層燃焼領域(Iー2)の場合には圧縮行程にて行われ、ガソリン均質燃焼領域(IIー2)の場合には吸入行程で行われる。
【0039】
一方、ステップS314において、「ノック発生領域」にあると判断されたときには、ステップS316に進み、再度、CNGの残量が十分であるか否かが判断される。十分に残存しているときはステップS317に進み、ガソリンにCNGを添加した運転が行われる。すなわち、この場合には、ガソリン噴射弁130からのガソリン噴射に加えて、CNG噴射弁120からピストンキャビティ104Cに向けてCNGが噴射される。CNGはオクタン価が高くノック抑制作用を有するので、点火プラグ109の点火時期を遅角させることなくノックを防ぎ、性能低下を防止することができる。
【0040】
なお、ステップS316での判断で、CNGの残量が十分でない場合には、上述のCNG添加ができないので、ステップS318における警告の後、ステップS319における通常のノックコントロールセンサ(KCS)の検出に基づく進角(遅角)制御、すなわち、KCS制御が実施されつつ、ステップS315のガソリンでの運転モードが行われることになる。
【0041】
また、上述のステップS314の判断で「ノック発生領域」にないとされ、ステップS315のガソリンでの運転が行われる場合にも、高回転領域では、通常のノックコントロールセンサ(KCS)の検出に基づくKCS制御が実施される。この領域では、点火時期遅角制御に起因する出力性能の低下が少ないので、ノックセンサの検出に基く点火時期制御でも十分であり、その分CNGの節約が可能となる。
【0042】
なお、上述の説明においては、運転状態が「ノック発生領域」にあり、CNG残量が十分である限りCNGを添加するようにしたが、これに限られることはない。すなわち、上述のノックコントロールセンサ(KCS)によるノックの検出に対応させて、ノック発生時にのみCNG噴射弁120からCNGを噴射するようにしてもよい。このようにすると、上述のように、その分CNGの節約が可能となる。
【0043】
次に、本発明の他の実施形態を図5に示す。この実施形態においては、点火プラグ109を吸気ポート106と排気ポート107との間の燃焼室105上部中央に配設すると共に、CNG噴射弁120を吸気ポート106側に配設し、ガソリン噴射弁130を排気ポート107側に配設している。そして、CNGおよびガソリンのいずれの燃料でも成層燃焼可能なように、CNG噴射弁120に対応するピストンキャビティ104Ccが吸気ポート106側に、ガソリン噴射弁130に対応するピストンキャビティ140Cgが排気ポート107側にそれぞれオフセットされて形成されている。
【0044】
この実施形態に係る燃焼室構造によれば、CNG噴射弁120から噴射されるCNGの燃焼に適切な形状のピストンキャビティ104Ccおよびガソリン噴射弁130から噴射されるガソリンの燃焼に適切な形状のピストンキャビティ104Cgをそれぞれ設定できるので、CNG噴射弁120およびガソリン噴射弁130について各々独立に噴霧角や噴霧形状の設定が可能であり、それぞれの噴射燃料圧力等の最適化が可能である。
【0045】
この本発明の他の実施形態においても、通常の運転状態においては、前実施形態と同様に、図3に示す燃料噴射制御ルーチンに従って、エンジン100に燃料が供給され得る。ところで、CNG噴射弁120が吸気ポート106側に配設され、ガソリン噴射弁130が排気ポート107側に配設されていることから、排気ポート107側の温度が高くなり、ガソリンの気化が促進される結果として、均質燃焼性が向上すると共に、エンジン低温時において必要な増量の割合が減少され、且つ潤滑用オイルの希釈作用が軽減される等のメリットを有する。しかしながら、背反事項として、高温再始動時等においては、ガソリン内に気泡が発生する可能性があるので、このような場合に対処すべく、本発明の他の実施形態では、高温再始動時等において、まず、CNGを用いて始動を行って所定時間経過後に、ガソリンに切替えるようにしている。
【0046】
なお、上述した実施形態では、CNG噴射弁120およびガソリン噴射弁130の両者共、筒内の燃焼室105に直接に燃料の噴射が可能なように配置されているが、成層燃焼を要求しない等の条件次第によっては、CNG噴射弁120および/またはガソリン噴射弁130は吸気ポート106に配置するようにしてもよい。
【0047】
さらに、これまで述べてきた実施態様では気体燃料としてCNGを用い、液体燃料としてガソリンを用いた例につき説明した。しかしながら、気体燃料として、例えば、一次燃料である天然ガスおよび石油ガス、或いは二次燃料である石炭転換ガスおよび石油転換ガスを用いることができる。また、液体燃料としてイソオクタン、ヘキサン、ヘプタン、軽油、灯油のような炭化水素、或いは液体の状態で保存しうるブタン、プロパンのような炭化水素、或いはメタノールを用いることができることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るバイフューエルエンジンの実施形態の概要を示すブロック線図である。
【図2】バイフューエルエンジンにおける(A)燃焼の切り分け、および(B)燃焼・燃料の切り分けの例を示すグラフである。
【図3】本発明に係るバイフューエルエンジンの実施形態の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図4】本発明に係るバイフューエルエンジンの噴射弁配置の一例を示す断面図である。
【図5】本発明に係るバイフューエルエンジンの噴射弁配置の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
100 バイフューエルエンジン
103 シリンダヘッド
103C シリンダヘッドキャビティ
104C ピストンキャビティ
104Cc ピストンキャビティ(CNG用)
104Cg ピストンキャビティ(ガソリン用)
105 燃焼室
106 吸気ポート
107 排気ポート
109 点火プラグ
120 CNG噴射弁
124 CNGボンベ
130 ガソリン噴射弁
134 ガソリンタンク
141 CNG残圧センサ
142 ガソリン残量センサ
300 電子制御ユニット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a bi-fuel engine and a control method thereof.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Recently, in automobiles and the like, gaseous fuel such as compressed natural gas (CNG) is attracting attention in place of liquid fuel such as gasoline and light oil from the viewpoint of air pollution control and resource saving. However, in the case of CNG, its energy density is lower than gasoline etc. (about 20-30% of gasoline), so vehicles equipped with engines that use CNG are compared to vehicles equipped with engines that use gasoline. The cruising range is short. In addition, due to delays in infrastructure development, the number of filling stations is not sufficient, and there are concerns about long-distance movement. Therefore, a dual fuel that can supply at least one of the gaseous fuel and the liquid fuel to the engine, that is, a bi-fuel engine has been proposed.
[0003]
As such a bi-fuel engine, for example, the one described in
[0004]
In the bifuel engine supply fuel control device described in Patent Document 2, when the remaining amount of the gaseous fuel is equal to or less than the first set value, the supply fuel is switched to the liquid fuel, and at the same time the liquid fuel is switched to the liquid fuel. The engine output is limited. In this way, the driver is urged to replenish gaseous fuel.
[0005]
Furthermore, the bi-fuel engine described in
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2000-120519 A [Patent Document 2]
JP 2002-38986 A [Patent Document 3]
No. 5-58584 microfilm (Japanese Utility Model Publication No. 7-30344)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when a gas such as CNG is used as fuel in a bi-fuel engine, in order to increase the cruising distance by effectively using the characteristics, a high compression ratio is achieved and CNG is directly injected into the cylinder. It is preferable to supply and stratify combustion. For this reason, normally, the CNG filling pressure (for example, 20 MPa) of CNG is reduced to a pressure (for example, 5 MPa) that can be controlled and injected by a regulator so that it can be directly injected into the cylinder. When the residual pressure in the container is in the range of 20 to 5 MPa, direct in-cylinder injection is possible without any problem, and reduction of CO 2 in super lean combustion by stratified combustion can be expected. Note that stratified combustion is a process in which a rich mixture and a lean mixture are formed in layers in a combustion chamber, and first a portion of the rich mixture is ignited and the portion of the lean mixture is burned by the flame. A lean mixture as a whole is burned while avoiding complete combustion and misfire, thereby improving the fuel consumption rate (hereinafter referred to as fuel efficiency).
[0008]
However, just like the bi-fuel engine described in the prior art, as described in
[0009]
Moreover, even if it is a bi-fuel engine, if the switching of the operation mode is possible according to the user's preference according to the driving situation, the convenience is improved.
[0010]
Accordingly, an object of the present invention is to enable not only stratified combustion with gas fuel but also stratified combustion with liquid fuel, to improve the output of the bi-fuel engine and reduce fuel consumption, and to extend the cruising distance of the vehicle on which it is mounted. In addition, it is an object of the present invention to provide a bi-fuel engine and a control method thereof that can improve convenience.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A bi-fuel engine according to an embodiment of the present invention that solves the above problem is a bi-fuel engine that can be operated with either gaseous fuel or liquid fuel, a liquid fuel injection valve that injects liquid fuel into an intake port or a cylinder, and A gas fuel injection valve for injecting gaseous fuel into the cylinder, and the user can designate an optimum fuel based on the operating state of the engine, and the optimum fuel is selected from the liquid fuel injection valve or the An automatic operation mode in which operation is performed by supplying from a gaseous fuel injection valve, a liquid fuel operation mode in which operation is performed by injecting liquid fuel from the liquid fuel injection valve, and a gas in operation by injecting gaseous fuel from the gaseous fuel injection valve It is configured to have three operation modes including a fuel operation mode.
[0012]
According to this structure, since it is comprised so that it may have three operation modes, a user's convenience improves. When the automatic operation mode is designated, the optimum fuel is selected on the basis of the engine operating state, so that the optimum combustion according to the engine operating state can be realized.
[0013]
Here, in the automatic operation mode, it is preferable that the optimum fuel is selected corresponding to a region determined by the engine load and the engine speed.
[0014]
In this way, since the optimum fuel is selected corresponding to the region determined by the engine load and the engine speed, the most efficient combustion is performed, and the output can be improved and the fuel consumption can be reduced.
[0015]
Of the above-mentioned regions, stratified combustion with gaseous fuel in the low load / low rotation region, stratified combustion with liquid fuel in the medium load and low / medium rotation region and low load / medium rotation region, high load and low / medium rotation region And in the high rotation area | region, you may be comprised so that the homogeneous combustion by a liquid fuel may be performed.
[0016]
In this way, fuel consumption can be reduced by stratified combustion in the low load / low rotation range and the medium load / low / medium rotation range and the low load / medium rotation range. The output in the area can be improved.
[0017]
A bi-fuel engine control method according to another aspect of the present invention that solves the above-described problem is a bi-fuel engine control method that supplies gas fuel or liquid fuel by switching and supplying liquid fuel based on the operating state of the engine. And a step of adding gaseous fuel to the liquid fuel and supplying it in the knock generation region of the operation region in which homogeneous combustion is performed or at the time of occurrence of the knock.
[0018]
According to this configuration, since the high-octane gas fuel is added to the liquid fuel and supplied, the output resulting from the ignition timing retarding control generally performed conventionally to avoid knocking during the homogeneous combustion of the liquid fuel. It is possible to effectively suppress the occurrence of knock without deteriorating performance.
[0019]
Here, the knock generation region to which the gaseous fuel is added and supplied is a high load and low / medium rotation region, and the high rotation region may include a step of performing ignition timing control based on detection of a knock sensor. .
[0020]
By doing so, the ignition timing control based on the detection of the knock sensor is performed because there is little decrease in the output performance due to the ignition timing retardation control in the high rotation region. And since the operation area | region which adds and supplies gaseous fuel is limited, more efficient combustion can be performed.
[0021]
A bi-fuel engine control method according to still another embodiment of the present invention for solving the above-described problem is a bi-fuel engine control method for switching and supplying gaseous fuel or liquid fuel based on the operating state of the engine. A fuel injection valve is disposed on the exhaust port side in the cylinder, and a gaseous fuel injection valve is disposed in the intake port or the cylinder, and gaseous fuel is supplied from the gaseous fuel injection valve when the engine is restarted at a high temperature. And starting and then switching to operation with liquid fuel.
[0022]
According to this configuration, since the fuel temperature becomes high at the time of high temperature restart, there is a possibility that bubbles are generated in the liquid fuel injection valve disposed on the exhaust port side in the cylinder, but gaseous fuel is supplied. Since the engine is started, deterioration of startability is prevented.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[0024]
First, an outline of a
[0025]
The
[0026]
Similarly, the liquid fuel supply system includes a
[0027]
Further, the combustion chamber structure will be described. In this embodiment, as shown in an enlarged view in FIG. 4, the above-described
[0028]
The
[0029]
A
[0030]
For example, fuel is supplied in the form described below to the
[0031]
For any fuel, data relating to the injection timing and injection time of fuel injected from the
[0032]
In this embodiment of the present invention, for example, fuel is supplied to the
[0033]
"CNG operation mode"
Therefore, when the CNG operation mode as the gaseous fuel operation mode is selected, the process proceeds to step S302, and the remaining amount of CNG is checked. That is, it is determined whether or not the residual pressure in the
[0034]
"Gasoline operation mode"
If it is determined in step S301 that the gasoline operation mode as the liquid fuel operation mode is selected, the process proceeds to step S305, and the remaining amount of gasoline is checked. That is, it is determined whether or not the remaining gasoline amount in the
[0035]
In the above-described CNG operation mode and gasoline operation mode, if the remaining amount of fuel to be used in the selected operation mode is not sufficient, a warning is issued to prompt replenishment, and then the operation is performed with the remaining fuel. Is called.
[0036]
"AUTO mode"
If the AUTO mode as the automatic operation mode is selected in the determination in step S301, the process proceeds to step S308, where it is determined whether or not the region is an area where the operation with CNG fuel is efficiently performed. If YES, the process proceeds to step S309, and the remaining amount of CNG is checked. That is, whether the residual pressure in the
[0037]
Further, if it is determined in step S308 described above that the region is not efficiently operated with CNG fuel, the process proceeds to step S312 to check the remaining amount of gasoline. That is, it is determined whether or not the remaining gasoline amount in the
[0038]
If it is determined in step S312 that the remaining amount of gasoline is sufficient, the process proceeds to step S314, and it is determined whether or not the operating state is in the “knock occurrence region” of the high load and low / medium rotation region. Here, in the case of NO, the process proceeds to step S315 and operation with gasoline is performed. In this gasoline operation mode, a required amount of gasoline is injected from the
[0039]
On the other hand, when it is determined in step S314 that it is in the “knock occurrence area”, the process proceeds to step S316, and it is determined again whether or not the remaining amount of CNG is sufficient. When it remains sufficiently, the process proceeds to step S317, and an operation in which CNG is added to gasoline is performed. That is, in this case, in addition to gasoline injection from the
[0040]
In addition, when the remaining CNG amount is not sufficient in the determination in step S316, the above-described CNG addition cannot be performed, and therefore, based on the detection of the normal knock control sensor (KCS) in step S319 after the warning in step S318. The advance mode (retard angle) control, that is, the KCS control is performed, and the operation mode with gasoline in step S315 is performed.
[0041]
In addition, even when the operation with gasoline in step S315 is performed in the determination in step S314 described above and the operation with gasoline in step S315 is performed, in the high rotation range, the detection is based on the normal knock control sensor (KCS). KCS control is performed. In this region, there is little decrease in output performance due to ignition timing retardation control, so ignition timing control based on the detection of the knock sensor is sufficient, and CNG can be saved correspondingly.
[0042]
In the above description, CNG is added as long as the operating state is in the “knock occurrence region” and the CNG remaining amount is sufficient, but the present invention is not limited to this. That is, CNG may be injected from the
[0043]
Next, another embodiment of the present invention is shown in FIG. In this embodiment, the
[0044]
According to the combustion chamber structure according to this embodiment, the piston cavity 104Cc having a shape suitable for combustion of CNG injected from the
[0045]
Also in this other embodiment of the present invention, fuel can be supplied to the
[0046]
In the above-described embodiment, both the
[0047]
Furthermore, in the embodiments described so far, an example in which CNG is used as the gaseous fuel and gasoline is used as the liquid fuel has been described. However, as the gaseous fuel, for example, natural gas and petroleum gas which are primary fuels, or coal conversion gas and petroleum conversion gas which are secondary fuels can be used. Needless to say, hydrocarbons such as isooctane, hexane, heptane, light oil, and kerosene, hydrocarbons such as butane and propane that can be stored in a liquid state, and methanol can be used as the liquid fuel.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an outline of an embodiment of a bi-fuel engine according to the present invention.
FIG. 2 is a graph showing an example of (A) combustion separation and (B) combustion / fuel separation in a bi-fuel engine.
FIG. 3 is a flowchart showing an example of a control routine of the embodiment of the bi-fuel engine according to the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of an injection valve arrangement of a bi-fuel engine according to the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing another example of the injection valve arrangement of the bi-fuel engine according to the present invention.
[Explanation of symbols]
100
104Cg piston cavity (for gasoline)
105
Claims (1)
筒内に液体燃料を噴射する液体燃料噴射弁と、筒内に気体燃料を噴射する気体燃料噴射弁とを備え、
ユーザの指定が可能である、前記エンジンの運転状態に基き最適な燃料を選択し、該最適な燃料を前記液体燃料噴射弁または前記気体燃料噴射弁から供給して運転する自動運転モードと、前記液体燃料噴射弁から液体燃料を噴射して運転する液体燃料運転モードと、前記気体燃料噴射弁から気体燃料を噴射して運転する気体燃料運転モードとの3つの運転モードを有するように構成され、
前記自動運転モードでは、エンジン負荷とエンジン回転数とにより定められる領域に対応させて最適な燃料が選択されるように構成され、前記領域のうち、低負荷・低回転領域では気体燃料による成層燃焼、中負荷かつ低・中回転領域および低負荷かつ中回転領域では液体燃料による成層燃焼、高負荷かつ低・中回転領域および高回転領域では液体燃料による均質燃焼が行なわれるように構成されていることを特徴とするバイフューエルエンジン。In a bi-fuel engine that can be operated with either gaseous or liquid fuel,
Comprising a liquid fuel injection valve for injecting liquid fuel into a cylinder, and a gas fuel injection valve for injecting gaseous fuel into a cylinder,
An automatic operation mode in which the user can specify an optimum fuel based on an operating state of the engine, and the optimum fuel is supplied from the liquid fuel injection valve or the gas fuel injection valve to operate. It is configured to have three operation modes: a liquid fuel operation mode that operates by injecting liquid fuel from a liquid fuel injection valve, and a gas fuel operation mode that operates by injecting gaseous fuel from the gaseous fuel injection valve ,
In the automatic operation mode, the optimum fuel is selected in accordance with the region determined by the engine load and the engine speed, and the stratified combustion by the gaseous fuel is performed in the low load / low rotation region among the regions. In the medium load and low / medium rotation region and in the low load and medium rotation region, stratified combustion with liquid fuel is performed, and in the high load and low / medium rotation region and high rotation region, homogeneous combustion with liquid fuel is performed. This is a bi-fuel engine.
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