JP4730252B2 - ガス燃料内燃機関 - Google Patents
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
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Description
前記内燃機関の運転条件・状態に基づいて、前記内燃機関の自着火時期を推定する自着火時期推定手段と、
前記内燃機関の運転条件・状態に基づいて、ガス燃料の噴射期間を算出する噴射期間算出手段と、
前記自着火時期と前記噴射期間とに基づいて、ガス燃料の噴射開始時期を決定する噴射開始時期決定手段と、
を備えることを特徴とする。
前記内燃機関は、ガス燃料として、水素ガスを使用する水素内燃機関であることを特徴とする。
前記噴射開始時期決定手段は、
前記噴射期間が短いほど、前記噴射開始時期が遅い時期となるように特定することを特徴とする。
前記内燃機関の圧縮比を調整する圧縮比調整手段と、
前記内燃機関の運転条件・状態に基づいて、前記内燃機関の自着火目標時期を算出する自着火目標時期算出手段と、
前記自着火時期が前記自着火目標時期となるように、前記圧縮比調整手段を操作する制御手段と、
を更に備えることを特徴とする。
前記制御手段は、
前記自着火時期と前記自着火目標時期とを比較する第1比較手段を含み、
前記自着火時期が前記自着火目標時期よりも遅い場合に、前記圧縮比が大きくなるように前記圧縮比調整手段を操作することを特徴とする。
前記制御手段は、
前記自着火時期と前記自着火目標時期とを比較する第1比較手段を含み、
前記自着火時期が前記自着火目標時期よりも早い場合に、前記圧縮比が小さくなるように前記圧縮比調整手段を操作することを特徴とする。
前記内燃機関の燃焼室に配置された着火補助装置と、
前記内燃機関の運転条件・状態に基づいて、前記内燃機関の自着火許容時期を算出する自着火許容時期算出手段と、
前記自着火許容時期までに自着火しない場合に、前記着火補助装置を作動させる着火補助手段と、
を更に備えることを特徴とする。
前記着火補助手段は、
前記自着火時期と前記自着火許容時期とを比較する第2比較手段を含み、
前記自着火時期が前記自着火許容時期よりも遅い場合に、前記着火補助装置を作動させることを特徴とする。
前記着火補助手段は、
前記内燃機関の筒内圧を取得する筒内圧取得手段と、
前記筒内圧に基づいて、自着火有無を判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする。
[ハードウェア構成]
図1は、本発明の実施の形態の構成を説明するための図である。図1に示すように、本実施形態のガス燃料内燃機関10は、ガス燃料として水素を使用する水素エンジンである。水素エンジン10は、内部にピストン12が配置されたシリンダブロック14と、シリンダブロック14に組み付けられたシリンダヘッド16を備えている。シリンダブロック14およびシリンダヘッド16の内壁とピストン12の上面とで囲まれる空間は、燃焼室18を形成している。尚、図1では一つの燃焼室18のみを示しているが、水素エンジン10は複数の燃焼室18を有する多気筒エンジンとして構成されている。
次に、本実施の形態1の動作について説明する。本実施の形態の水素エンジン10は、水素を燃料として使用し、混合気を自着火により燃焼させることのできるエンジンである。当該水素エンジン10の燃焼形態は、予混合燃焼と拡散燃焼とから成り立っている。具体的には、先ず、筒内噴射弁40から噴射された水素が燃焼室18内で空気と混合され、可燃混合気が生成される。燃焼室18内の可燃混合気が圧縮されて自着火温度に到達すると、該可燃混合気の数ヶ所でほぼ同時に自着火が起こり、可燃混合気が急速に燃焼する予混合燃焼が行われる。次いで、予混合燃焼の後には、燃焼中の火炎に水素ガスが継続的に噴射されるので、水素が空気と拡散混合しながら燃焼する拡散燃焼が行われる。
噴射開始クランク角θs=自着火温度到達クランク角θai−進角量Δθ・・・(1)
次に、図3を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図3は、ECU70が水素エンジン10に水素ガスを供給するための処理を実行するルーチンのフローチャートである。
[実施の形態2の特徴]
次に、図4を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。本実施の形態のシステムは、図1に示すハードウェア構成を用いて、ECU70に後述する図4に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
次に、図4を参照して、本実施の形態2において実行する処理の具体的内容について説明する。図4は、ECU70が水素エンジン10に水素ガスを供給するための処理を実行するルーチンのフローチャートである。
[実施の形態3の特徴]
次に、図5および6を参照して、本発明の実施の形態3について説明する。本実施の形態のシステムは、図5に示すハードウェア構成を用いて、ECU70に後述する図6に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
上述した実施の形態1では、クランク角が自着火温度到達クランク角θaiに到達したときに自着火が開始されることを前提に、噴射開始クランク角θsを特定することとしている。しかしながら、運転状態等によっては、自着火温度になかなか到達せず、θaiが非常に遅角側となる場合も考えられる。かかる場合においては、自着火しない場合が想定され、また、仮に自着火したとしても、燃焼時期が遅角側にずれることにより、燃焼圧の低下による燃焼効率低下が問題となる。
次に、図6を参照して、本実施の形態3において実行する処理の具体的内容について説明する。図6は、ECU70が水素エンジン60に水素ガスを供給するための処理を実行するルーチンのフローチャートである。
[実施の形態4の特徴]
次に、図7を参照して、本発明の実施の形態4について説明する。本実施の形態のシステムは、図5に示すハードウェア構成を用いて、ECU70に後述する図7に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
次に、図7を参照して、本実施の形態4において実行する処理の具体的内容について説明する。図7は、ECU70が水素エンジン60に水素ガスを供給するための処理を実行するルーチンのフローチャートである。
12 ピストン
14 シリンダブロック
16 シリンダヘッド
18 燃焼室
20 吸気通路
22 エアクリーナ
24 スロットル
26 エアフロメータ
28 吸気バルブ
30 排気通路
32 浄化触媒
34 酸素センサ
36 排気バルブ
40 筒内噴射弁
42 水素供給装置
44 水素供給管
46 ポンプ
48 クランク角センサ
50 水温センサ
52 筒内圧センサ
60 水素エンジン
62 点火プラグ
Af 噴射期間
Ne 機関回転数
Qf 噴射量
Qp 噴射圧
Re EGR率
Ti 吸気温
Tw 水温
Δθ 進角量
ε 実圧縮比
εt 目標圧縮比
θai 自着火温度到達クランク角
θaiD 自着火許容最遅角クランク角
θaiR 自着火温度到達目標クランク角
θs 噴射開始クランク角
TDC(Top Dead Center) 上死点
Claims (9)
- ガス燃料の圧縮自着火運転が可能なガス燃料内燃機関において、
前記内燃機関の運転条件・状態に基づいて、前記内燃機関の自着火時期を推定する自着火時期推定手段と、
前記内燃機関の運転条件・状態に基づいて、ガス燃料の噴射期間を算出する噴射期間算出手段と、
前記自着火時期と前記噴射期間とに基づいて、ガス燃料の噴射開始時期を決定する噴射開始時期決定手段と、
を備えることを特徴とするガス燃料内燃機関。 - 前記内燃機関は、ガス燃料として、水素ガスを使用する水素内燃機関であることを特徴とする請求項1記載のガス燃料内燃機関。
- 前記噴射開始時期決定手段は、
前記噴射期間が短いほど、前記噴射開始時期が遅い時期となるように特定することを特徴とする請求項1または2記載のガス燃料内燃機関。 - 前記内燃機関の圧縮比を調整する圧縮比調整手段と、
前記内燃機関の運転条件・状態に基づいて、前記内燃機関の自着火目標時期を算出する自着火目標時期算出手段と、
前記自着火時期が前記自着火目標時期となるように、前記圧縮比調整手段を操作する制御手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載のガス燃料内燃機関。 - 前記制御手段は、
前記自着火時期と前記自着火目標時期とを比較する第1比較手段を含み、
前記自着火時期が前記自着火目標時期よりも遅い場合に、前記圧縮比が大きくなるように前記圧縮比調整手段を操作することを特徴とする請求項4記載のガス燃料内燃機関。 - 前記制御手段は、
前記自着火時期と前記自着火目標時期とを比較する第1比較手段を含み、
前記自着火時期が前記自着火目標時期よりも早い場合に、前記圧縮比が小さくなるように前記圧縮比調整手段を操作することを特徴とする請求項4記載のガス燃料内燃機関。 - 前記内燃機関の燃焼室に配置された着火補助装置と、
前記内燃機関の運転条件・状態に基づいて、前記内燃機関の自着火許容時期を算出する自着火許容時期取得手段と、
前記自着火許容時期までに自着火しない場合に、前記着火補助装置を作動させる着火補助手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載のガス燃料内燃機関。 - 前記着火補助手段は、
前記自着火時期と前記自着火許容時期とを比較する第2比較手段を含み、
前記自着火時期が前記自着火許容時期よりも遅い場合に、前記着火補助装置を作動させることを特徴とする請求項7記載のガス燃料内燃機関。 - 前記着火補助手段は、
前記内燃機関の筒内圧を取得する筒内圧取得手段と、
前記筒内圧に基づいて、自着火有無を判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする請求項7記載のガス燃料内燃機関。
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