JP4951592B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
内燃機関の制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4951592B2 JP4951592B2 JP2008176939A JP2008176939A JP4951592B2 JP 4951592 B2 JP4951592 B2 JP 4951592B2 JP 2008176939 A JP2008176939 A JP 2008176939A JP 2008176939 A JP2008176939 A JP 2008176939A JP 4951592 B2 JP4951592 B2 JP 4951592B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- pressure
- fuel
- premixed
- supply
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels
Landscapes
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Description
HCCI燃焼とは、ガソリンエンジンのように吸気管で空気と燃料を均一に混合させて燃焼室に送り込み、燃焼は圧縮自己着火でさせるという考え方である。
着火時期は、従来のディーゼルエンジンよりも10〜15°遅れることで、ある程度希薄化した予混合気を圧縮着火させ、低温でNOxの発生が無く、且つ、PMの少ない燃焼となる。
破線Yに示すように、従来の拡散燃焼では、不均一な噴霧燃料を圧縮着火させることで、PMの生成領域及びNOxの生成領域の両方にわたって燃焼する。一方、実線Xで示すように、PCCI燃焼は、希薄化した予混合気を圧縮着火することで、従来の拡散燃焼に対して燃料の過濃な領域や高温の領域が少なく、PM及びNOxの生成量を低減することができる。
この課題に対して、高セタン価燃料を用いたり、燃料の噴射時期を内燃機関の標準時期よりも遅らせたりすることで、ある程度の改善ができるものの、燃料噴射時期を遅らせる手法では、燃費や、着火及び燃焼の安定性が大幅に悪化することも知られている。PCCI燃焼方式の内燃機関では、中高負荷運転領域において前記したような課題があるため、現状ではPCCI燃焼方式は、低負荷領域のみに限定された燃焼方式である。
特に、水素は、気筒の内壁に付着することは無く、又、水素の火炎の伝播速度は、比較的他の天然ガスやプロパンガスの火炎の伝播速度よりも速く、例えば、主燃料の供給時期を内燃機関の標準時期よりも遅延させた場合であっても、着火遅れを短縮しつつ燃焼を緩慢にし、又、騒音及び振動も低減できる。
特に、内燃機関起動時からガス生成手段における予混合ガスの生成遅れを生じても、それに関係なく、前回運転時に蓄圧タンク内に貯留した予混合ガスを用いて予混合圧縮着火燃焼を内燃機関の起動直後から実現できる。
図1を参照して本実施形態における内燃機関の制御装置の概要について説明する。
図1は、本実施形態の内燃機関の制御装置の概略機能構成図である。
内燃機関(以下、エンジンと称する)1は、気筒11に形成された燃焼室13内で、ピストン12により圧縮した高温の吸気内に燃料を噴射して自己着火させるディーゼルエンジンである。ちなみに、エンジン1は、吸気弁16、排気弁17をシリンダヘッドに設けた4ストロークディーゼルエンジンである。
なお、図1には、エンジン1の複数の気筒11のうち1つのみを代表的に図示している。このエンジン1の制御装置であるエンジン制御装置(内燃機関の制御装置)100には、主燃料を供給する主燃料供給系(主燃料供給手段)20と、主燃料から水素又は水素を含む改質ガスを生成して予混合ガスとして供給するガス生成供給系30と、を備えている。
ここで、主燃料としては、軽油又は軽油とその他の燃料との混合燃料等が用いられる。また、前記したその他の燃料としては、バイオ燃料や、天然ガスから合成した液体燃料であるGTL(Gas to Liquids)燃料等が用いられる。軽油及びGTL燃料には、アルカン類、アルケン類、アルキン類、芳香族化合物、アルコール類、アルデヒド類、エステル類等の炭化水素類が含まれる。また、バイオ燃料には、エタノール、脂肪酸メチルエステル等の炭化水素類が含まれる。
ここで、改質触媒における改質反応は、例えば、水蒸気改質法、部分酸化法、炭酸ガス改質法、並びに、水蒸気改質法及び部分酸化法を組み合わせたオートサーマル法よりなる中から選ばれた1種の反応である。
ガス圧縮機33で昇圧された予混合ガスは、蓄圧タンク34に貯留され、蓄圧タンク34の下流側に配置された予混合ガス圧力調整弁35を経由してヘッダ管36に至り、ヘッダ管36から各気筒11に分岐する予混合ガス供給管37により前記ガスインジェクタ32に供給される。
蓄圧タンク34に貯められた予混合ガスは、ECU40に制御される予混合ガス圧力調整弁35により、ヘッダ管36に設けられた圧力センサ(予混合ガス圧力センサ)SPgの信号にもとづいて所定の噴射圧力に減圧してから、ヘッダ管36から各気筒に分岐する予混合ガス供給管37を経由し、各気筒11の吸気管14の吸気ポート近くに配置されたガスインジェクタ32の図示しない噴射孔から吸気中に噴射される。
ガスインジェクタ32は、ECU40から出力される予混合ガス噴射指令信号にもとづいてアクチュエータ32aが動作して予混合ガスを噴射する。
更に、前記した各種センサの他に、ガス生成供給系30には、蓄圧タンク34の圧力(蓄圧タンク圧力)Paを検出する蓄圧タンク圧センサSPa(図2参照)、前記ヘッダ管36の圧力(ヘッダ圧力)Pgを検出する圧力センサSPg(図2参照)、ヘッダ管36の水素濃度vHを検出する水素濃度センサSH(図2参照)が設けられ、それらの電気信号がECU40に入力されている。
ちなみに、クランク角度位置センサは、特定の気筒の所定のクランク角度位置で気筒識別パルスを生成して、ECU40に供給し、各気筒の圧縮行程の上死点位置のクランク角度をECU40が判別できるようにしている。これが、図1におけるECU40に供給される「気筒判別情報」のことである。
なお、低圧ポンプ3Aや、高圧燃料供給系21に含まれる高圧ポンプ3B(図2参照)やガス圧縮機33を駆動する図示省略のモータの駆動回路を、ECU40が含んでも良いし、ECU40の外部に別個設けても良い。
燃料供給制御部41及び水素供給制御部42の詳細については後記する。
以下、図2にしたがって、各構成を詳細に説明する。
《主燃料供給系》
先ず、主燃料供給系20について説明する。
本実施形態のエンジン制御装置100の前記した主燃料供給系20は、燃料タンク2と、ECU40の燃料供給制御部41により電子制御されるモータ3aによって駆動される低圧ポンプ3A(フィードポンプとも呼ばれる)及びエンジン1のクランク軸から取り出された駆動力で機械的に駆動される高圧ポンプ3B(サプライポンプとも呼ばれる)と、この高圧ポンプ3Bから高圧の主燃料が供給されるコモンレール(燃料蓄圧部)4と、コモンレール4から各気筒11に分岐した高圧燃料供給管(燃料供給管)25を経由してエンジン1の燃焼室13内に高圧の主燃料を噴射供給する燃料インジェクタ22と、燃料供給制御部41により電子制御される燃料インジェクタ22に内蔵のアクチュエータ22aを含んで構成される。
ここで、低圧ポンプ3A及び高圧ポンプ3Bは請求項に記載の「燃料ポンプ」に対応する。
低圧ポンプ3Aの吐出側と高圧ポンプ3Bの吸い込み側との間の低圧燃料供給配管62にはストレーナ64、逆止弁69aを内蔵した流量調整弁69Aが直列に配置されている。
ストレーナ64には、図示省略の差圧センサが設けられ、その信号がECU40に入力されて、ECU40が低圧ポンプ3Aやフィルタ60やストレーナ64の異常(低圧燃料供給量低)を検出できるようになっている。
低圧燃料供給配管62のストレーナ64と流量調整弁69Aとの中間から分岐した戻り配管65が、調圧弁67を経由して低圧ポンプ3Aの過剰な主燃料の供給を燃料タンク2に戻すようになっている。
高圧ポンプ3Bには、吐出される燃料温度を検出する燃料温度センサSTが設けられ、その信号をECU40に出力している。
本実施形態の燃料インジェクタ22の構造は、周知のものと同様であり、詳細な説明を省略する。
このとき、燃料供給制御部41は、予混合圧縮着火燃焼条件(以下、「PCCI燃焼条件」と称する)に適合するように、気筒判別情報とクランク角度にもとづいて、予めECU40のメモリに格納された、例えば、要求トルクTqとエンジン回転速度Neをパラメータとした主燃料噴射時期を参照して、各気筒11に対し中高負荷領域においてもPCCI燃焼を実現するために、主燃料噴射時期(供給時期)は、標準時期(例えば、上死点(TDC))よりも遅延させて、前記決定した主燃料の噴射量を噴射できるように噴射時間幅(供給期間)を設定して噴射を行わせる。その噴射時期を以下、「ATDC(After Top Dead Center)噴射」と称する。
この主燃料のATDC噴射の制御の作用効果については図13から図20の説明において後記する。
次に、ガス生成供給系30について説明する。
本実施形態のエンジン制御装置100の前記したガス生成供給系30は、燃料タンク2と、ECU40の燃料供給制御部41により電子制御されるモータ3aによって駆動される低圧ポンプ3Aと、純水を貯留する水タンク51と、ECU40の水素供給制御部42により電子制御されるモータ53aによって駆動される給水ポンプ53と、ECU40の水素供給制御部42により制御されて、給水ポンプ53により供給された純水と低圧ポンプ3Aにより供給された主燃料から水素を含む改質ガス(予混合ガス)に分解する燃料改質器31と、水素供給制御部42により制御されるガス圧縮機33と、ガス圧縮機33により昇圧された予混合ガスを蓄圧状態に貯留する蓄圧タンク34と、予混合ガス圧力調整弁35と、ヘッダ管36と、ヘッダ管36から気筒ごとに分岐してガスインジェクタ32に導く予混合ガス供給管37と、ガスインジェクタ32と、水素供給制御部42により電子制御されるガスインジェクタ32に内蔵のアクチュエータ32a等を含んで構成される。
ここで、燃料タンク2、低圧ポンプ3A、水タンク51、給水ポンプ53、燃料改質器31は、請求項に記載の「ガス生成手段」を構成し、ガス圧縮機33、蓄圧タンク34、予混合ガス圧力調整弁35、ヘッダ管36、予混合ガス供給管37、ガスインジェクタ32は、請求項に記載の「ガス供給手段」を構成する。
給水ポンプ53の吐出側と燃料改質器31の純水入口ポートとの間には、逆止弁54aを内蔵した流量調整弁54が直列に配置されている。流量調整弁54は、水素供給制御部42に制御され、燃料改質器31に供給する純水の流量を制御する。
なお、流量調整弁54,69Bは、水素供給制御部42に制御される燃料改質器31における改質ガス(予混合ガス)の単位時間当たりの生成量(出力レベル)に見合うように協調制御される。
給水ポンプ53と流量調整弁54との中間から分岐した戻り配管56が、調圧弁55を経由して給水ポンプ53の過剰な純水供給を水タンク51に戻すようになっている。
ヘッダ管36の容積及び各気筒11のガスインジェクタ32までの予混合ガス供給管37の容積の合計は、エンジン1の各気筒11に1回ずつ噴射する分、例えば、4気筒のエンジンなら、4回の噴射量の最大値程度である。
ガスインジェクタ32のアクチュエータ32aは、例えば、ソレノイド式又はピエゾ式である。
次に、図3及び図4を参照しながらガス生成供給系30の運転制御、特に、蓄圧タンク34の圧力制御の方法について説明する。図3は、ガス生成供給系の蓄圧タンク圧力制御の流れを示すフローチャートである。
図4の(a)は、エンジン回転速度Neに応じて設定される蓄圧タンク目標圧力PTaのエンジン回転速度Neに対する相関関係を示す図であり、(b)は、蓄圧タンク目標圧力PTaに対するアクセル開度θthによる補正係数K1の相関関係を示す図である。
この制御はECU40の水素供給制御部42においてなされる。
ステップS03では、ガス圧縮機33を起動し、燃料改質器31で生成した水素を含む改質ガス、つまり、予混合ガスを、逆止弁38を経由して蓄圧タンク34に圧入を開始する。
具体的には、エンジン回転速度Neにもとづき、図4の(a)に従い、蓄圧タンク目標圧力PTaを求める。この相関関係は、図4の(a)に示すようにエンジン回転速度Neが所定値以下では、蓄圧タンク目標圧力PTaは所定の閾値に設定され、エンジン回転速度Neが増加するとそれに応じて単調に蓄圧タンク目標圧力PTaは増加する。
エンジン回転速度Neが所定値以下において、蓄圧タンク目標圧力PTaは所定の閾値に設定する目的は、エンジン回転速度Neが小さく、予混合ガスの単位時間当たりのエンジン1への供給量が少なくても、先にステップS01,S02で説明したように、燃料改質器31は起動直後から速やかに予混合ガスを生成できないので、車両の走行開始のしばらくの時間、つまり、エンジン1の運転開始後のしばらくの時間、前回の走行時に蓄圧タンク34に貯留しておいた予混合ガスを用いて走行するために、このように設定するものである。
なお、最終的な蓄圧タンク目標圧力を設定する蓄圧タンク目標圧力PTa及び補正係数K1の設定は、車両の定常走行状態からアクセル開度θthが操作されて、エンジン回転速度Neが増加した場合の後記する要求予混合ガス量Rgの増加に即応できるように、余裕をもって設定する。
ちなみに、図4の(a),(b)に示すようなデータは、予めECU40を構成する前記したマイクロコンピュータのROM等のメモリに格納されている。
このような蓄圧タンク目標圧力P* Taの設定方法によれば、蓄圧タンク圧力Paの変動が少なく、エンジン回転速度Neの急激な増大に対しても、蓄圧タンク34に貯留された予混合ガスにより容易に要求予混合ガス量Rgに対応することができる。
このεは正の値で、ヘッダ圧力Pgに減圧するものである。蓄圧タンク圧力Paの制御が前記したように緩慢な制御に対して、ヘッダ圧力Pgは、ガスインジェクタ32の噴射圧そのものであり、エンジン回転速度Neやアクセル開度θthに即応して要求予混合ガス量Rgを所定の後記する噴射時間許容最大値Tmax内に噴射できるように予混合ガス圧力調整弁35により制御される。この予混合ガス圧力調整弁35の詳細な制御については、後記する図5のフローチャートで説明するが、蓄圧タンク圧力Paは前記したように保守的に高めに設定制御されるので、通常は蓄圧タンク圧力Paが高めに設定されている分だけ圧力を下げるように制御する。
このεの値は、蓄圧タンク目標圧力P* Taの設定や蓄圧タンク34の容量にもとづいて実験的に予め設定する。
ステップS09では、給水ポンプ53を含む燃料改質器31、ガス圧縮機33を停止する。IG OFFにしてもエンジン1の停止の蓄圧タンク目標圧力P* Taは、ゼロではないので、逆止弁38が機能して所定の圧力で予混合ガスが蓄圧タンク34に貯留され、次回のエンジン1の起動時に、エンジン1の運転開始から予混合ガスを供給できようにする。
これで、一連のガス生成供給系30の蓄圧タンク圧力制御の処理が終了する。
次に、図5から図9を参照しながらECU40の水素供給制御部42によるガスインジェクタ32の予混合ガスの噴射制御について説明する。
図5、図6は、ガス生成供給系のガスインジェクタの噴射制御の流れを示すフローチャートである。
図7は、要求トルクTqに対する要求予混合ガス量Rgの相関関係を示す図であり、図8は、エンジン回転速度Ne対する要求予混合ガス量Rgの相関関係を示す図である。
図9は、ガスインジェクタの噴射時期及び噴射期間を、排気弁及び吸気弁の開閉タイミングを参照して説明する図である。
この予混合ガス噴射の制御はECU40における水素供給制御部42において行われる。
ステップS22では、アクセル開度θthにもとづいて要求トルクTqを算出する。そしてステップS23では、要求トルクTqとエンジン回転速度Neにもとづいて要求予混合ガス量Rgを算出する。
図7及び図8はそれぞれ要求トルクTqに対する要求予混合ガス量Rgの相関関係と、エンジン回転速度Neに対する要求予混合ガス量Rgの相関関係を示しており、要求トルクTqが増加してもエンジン回転速度Neが増加しても要求予混合ガス量Rgは増加する。このように要求トルクTqとエンジン回転速度Neの2つのパラメータに対する要求予混合ガス量Rgを算出する方法としては、例えば、縦軸に離散的な数値のエンジン回転速度Neをパラメータとし、横軸に離散的な数値の要求トルクTqをパラメータとした要求予混合ガス量Rgのルックアップテーブル方式が考えられる。このルックアップテーブルを予め作成して、ECU40を構成する前記したマイクロコンピュータのROM等のメモリに格納する。そして、その時点エンジン回転速度Ne、要求トルクTqに対して前記ルークアップテーブルの2つのパラメータの値を内挿してその時点のエンジン回転速度Ne、要求トルクTqに対応する要求予混合ガス量Rgを容易に算出することができる。
ここでは、例えば、閾値γ0は0.044(4.4vol%)とする。少なくとも水素の可燃限界空燃比4%に少し余裕を持たせて設定する。
ちなみに、(水素/空気)比γH−airは、基準圧力で算出された要求予混合ガス量Rgに水素濃度vHを乗じ、基準圧力換算の吸気量で除すれば容易に算出できる。
図示省略するが、基準圧力換算の補正要求混合ガス量Rcgをその時のヘッダ圧力Pgにおいてガスインジェクタ32から所期通り噴射するには、図示省略するが、例えば、横軸に補正要求混合ガス量Rcgを取り、縦軸にガスインジェクタ32に出力する予混合ガス噴射時間Tiを取り、離散的なヘッダ圧力Pg依存の相関曲線を予め実験等によって複数本設定した相関関係式を得る。そして、このヘッダ圧力Pgをパラメータとした補正要求混合ガス量Rcgから予混合ガス噴射時間幅Tiを算出する相関式をECU40を構成する前記したマイクロコンピュータのROM等のメモリに格納しておく。そうすれば、ヘッダ圧力Pgに対して相関式を内挿することにより、容易に予混合ガス噴射時間幅Tiが算出できる。
ガスインジェクタ32の噴射時期は、排気弁17が全閉した後の、吸気弁16が開状態で吸気状態が続いているときであり、図9に示すように予混合ガス噴射時間幅Tiの噴射時間許容最大値はTmaxに制限されている。
特に、排気弁17が全閉する前の吸気状態で4vol%濃度以上の水素を吸気中に含むものが排気管15から後流側に流れると、排ガス処理系において予混合ガスがバックファイアを生じ、大きな騒音を発生させるだけでなく、排ガス処理系の機器を損傷させる可能性がある。
なお、図9では、クランク角度でTmaxを表示しているが、エンジン回転速度Ne又はクランク角速度を用いて容易にクランク角度表示のTmaxを時間表示のTmaxに換算できる。
ついで、ステップS29と同様に改めて補正要求混合ガス量Rcgとヘッダ圧力Pgから予混合ガス噴射時間Tiを算出する。
ステップS33では、ガスインジェクタ32のアクチュエータ32aに予混合ガス噴射時間Tiに対応する噴射指令信号を出力して、ガスインジェクタ32を駆動する。
このとき、水素供給制御部42は、気筒判別情報とクランク角度にもとづいて、排気弁17の全閉タイミングと吸気弁16の開状態を検出して図9に示したTmax内という噴射時期と予混合ガス噴射時間Tiで噴射するようにアクチュエータ32aを駆動する。
こうして一連の予混合ガス噴射の制御を完了し、次の繰り返しの制御を行う。
また、吸気量に対する水素濃度が可燃限界空燃比以上の所定値になるように予混合ガスの燃焼室13への供給する予混合ガス噴射時間Tiが請求項に記載の予混合圧縮着火燃焼条件にもとづく「供給時間」に対応し、図9に示したTmax内という噴射時期が予混合圧縮着火燃焼条件にもとづく請求項に記載の「供給時期」に対応する。
本実施形態によれば、図10に実線x1で示すように、蓄圧タンク34に貯留された予混合ガスにより、エンジン1の始動直後からわずかの時間遅れで略必要水素供給率100%でガスインジェクタ32に供給できる。これに対し、比較例では、破線y1に示すように燃料改質器31の起動に時間を要するので、100%に達するまでに、例えば、1分以上掛かる。
ここで、噴射量の単位としては、噴射の時間率(l/s)と、そのときの圧力(MPa)を乗じたものである。
比較例は、前記図10の説明の中の比較例と同じ構成である。
比較例では燃料改質器31で生成した予混合ガスの圧力がそのままガスインジェクタ32の噴射圧となり、前記したように燃料改質器31の出力レベルの変化は緩慢であり、エンジン回転速度Neにすぐには追随できないので、応答が遅れたものになる。特に、エンジン回転速度Neが急減して要求予混合ガス量Rgが減少しても、燃料改質器31からの配管内の圧力はすぐに低減しないので、予混合ガス噴射時間Tiを大きく絞り込まないと予混合ガスが注入し過ぎとなる。ガスの噴射ではある程度予混合ガス噴射時間Tiを確保しないと流れないので、結局応答性は悪いものとなる。
本実施形態のようにガス圧縮機33と蓄圧タンク34とを有している構成では、通常の運転においてエンジン1が最大必要水素量(l/s)で運転される時間、例えば、登り勾配が急な高速道路の連続している区間長さを想定して、その期間の通常の平地走行や一般道路の登板時等における必要水素量(l/s)よりも必要水素量が多い分は、蓄圧タンク34に貯留された水素で賄うこととし、燃料改質器31の能力を前記した登り勾配が急な高速道路の連続走行時の必要水素量(l/s)としないことが可能である。
図12の実線x2は、そのように燃料改質器31の改質反応容器サイズを設定した場合の曲線であり、破線y2に示す比較例は、燃料改質器31の能力を前記した登り勾配が急な高速道路の連続走行時の必要水素量(l/s)を賄うことができる改質反応器サイズとした場合である。
このように燃料改質器31の本体の改質反応器のサイズを小さくできるので、ガス生成供給系全体としてのコストと重量を小さくすることが可能となる。
これら図13、図14において、破線は比較例を示し、一点鎖線は本実施形態において2.2体積%(vol%)の水素を吸気に添加した例であり、実線は本実施形態において4.4体積%(vol%)の水素を吸気に添加した例である。
特に、図13、図14に示す例では主燃料噴射時期をクランク角度の表示でATDC+3°とした。
このように、吸気への水素添加と主燃料のATDC噴射とを組み合わせることにより、図14に示すように常用運転領域を含む中高負荷運転領域までPCCI燃焼が可能となる。
なお、(dP/dθ)maxは、エンジン1に発生する騒音及び振動の大きさの指標となる。
したがって、吸気に水素を添加した状態で、主燃料のATDC噴射をすることによりエンジン1の騒音及び振動を低減できることが分かる。
比較例では、熱効率は、主燃料の噴射時期がATDC−12°〜ATDC+0°までの範囲では略一定であるが、ATDC+0°以降は急激に減少する。一方、本実施形態では、主燃料の噴射時期に係らず略一定であり、特にATDC+0°以降では、比較例より高い熱効率を示す。
図13及び図14を参照してクランク角度依存の筒内圧の変化と熱発生率を詳細に説明したように、吸気に水素添加なしの状態で主燃料のATDC噴射を行うと、燃焼が急激になり熱効率が急激に悪化するのに対し、吸気に4.4体積%の水素添加した状態で主燃料のATDC噴射を行うと、燃焼がなだらかになり効率よく燃焼することが可能となる。
図19は、実施形態及び比較例に係るTHC排出量(未燃の炭化水素の総排出量)と主燃料の噴射時期との関係を示す図である。
図18及び図19において、主燃料の噴射時期は、クランク角度表示でATDC−12°〜ATDC+3°の範囲で変化させており、白丸○のデータ点は比較例の場合を示し、黒丸●のデータ点は本実施形態において4.4体積%の水素を吸気に対して添加した例の場合を示す。
特に、水素は、気筒の内壁に付着することは無く、又、水素の火炎の伝播速度は、比較的他の天然ガスやプロパンガスの火炎の伝播速度よりも速く、例えば、主燃料の供給時期を通常の拡散燃焼のディーゼルエンジンにおける標準時期よりも遅延させた場合であっても、着火遅れを短縮しつつ燃焼を緩慢にし、又、騒音及び振動も低減できる。
これにより、エンジン1の中高負荷の運転領域に対しても、主燃料のATDCの噴射と組み合わせて、PCCI燃焼を維持できる。
2 燃料タンク(主燃料供給手段、ガス生成手段)
3A 低圧ポンプ(主燃料供給手段、ガス生成手段、燃料ポンプ)
3B 高圧ポンプ(主燃料供給手段、燃料ポンプ)
3a モータ(主燃料供給手段、ガス生成手段、燃料ポンプ)
4 コモンレール(主燃料供給手段、燃料蓄圧部)
11 気筒
12 ピストン
13 燃焼室
14 吸気管
15 排気管
16 吸気弁
17 排気弁
20 主燃料供給系(主燃料供給手段)
21 高圧燃料供給系(主燃料供給手段)
22 燃料インジェクタ(主燃料供給手段、燃料噴射弁)
22a アクチュエータ
25 高圧燃料供給管(主燃料供給手段、燃料供給管)
26 ドレーン通路(主燃料供給手段)
30 ガス生成供給系(ガス生成手段、ガス供給手段)
31 燃料改質器(ガス生成手段)
32 ガスインジェクタ(ガス供給手段、ガス噴射弁)
32a アクチュエータ
33 ガス圧縮機(ガス供給手段)
34 蓄圧タンク(ガス供給手段)
35 予混合ガス圧力調整弁(ガス供給手段)
36 ヘッダ管(ガス供給手段)
37 予混合ガス供給管(ガス供給手段、ガス供給管)
40 ECU
41 燃料供給制御部(主燃料供給制御手段)
42 水素供給制御部(ガス供給制御手段)
51 水タンク(ガス生成手段)
52 フィルタ
53 給水ポンプ(ガス生成手段)
53a モータ(ガス生成手段)
54 流量調整弁(ガス生成手段)
55 調圧弁(ガス生成手段)
56 戻り配管
60 フィルタ
61 吸込み管(主燃料供給手段)
62 低圧燃料供給配管(主燃料供給手段)
63 吐出配管(主燃料供給手段)
64 ストレーナ(主燃料供給手段)
65 戻り配管(主燃料供給手段)
66 低圧燃料供給配管(ガス生成手段)
67 調圧弁(主燃料供給手段)
69A 流量調整弁(主燃料供給手段)
69B 流量調整弁(ガス生成手段)
71 戻り配管(主燃料供給手段)
72 圧力調整弁(主燃料供給手段)
73 戻り燃料配管(主燃料供給手段)
100 エンジン制御装置
SH 水素濃度センサ
ST 燃料温度センサ
SPc コモンレール圧センサ
SPa 蓄圧タンク圧センサ
SPg 圧力センサ
Claims (9)
- 軽油又は軽油とその他の燃料との混合燃料を主燃料とし、燃焼室内でこの主燃料を圧縮着火させる内燃機関の制御装置において、
主燃料を前記内燃機関の各気筒に供給する主燃料供給手段と、
前記主燃料から水素又は水素を含む改質ガスを予混合ガスとして生成するガス生成手段と、
前記予混合ガスを前記内燃機関に供給するガス供給手段と、
前記内燃機関の予混合圧縮着火燃焼条件にもとづいて、前記主燃料供給手段による主燃料の各気筒への供給時期及び供給期間を制御する主燃料供給制御手段と、
前記内燃機関の予混合圧縮着火燃焼条件にもとづいて、前記ガス供給手段による前記予混合ガスの各気筒への供給時期及び供給期間を制御するガス供給制御手段と、
を備え、
前記ガス供給手段は、
前記生成された予混合ガスを圧縮するガス圧縮機と、
前記圧縮された前記予混合ガスを蓄圧状態に貯留する蓄圧タンクと、
前記蓄圧タンクの前記予混合ガスを、前記内燃機関の各気筒に向けて分岐したガス供給管を通じて供給されて噴射するガス噴射弁と、
を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記ガス供給手段は、更に、
前記蓄圧タンクから前記ガス噴射弁までの間を連通する前記ガス供給管に、前記予混合ガス圧を調整する予混合ガス圧力調整弁と、前記予混合ガス圧を検出する予混合ガス圧力センサとをこの順に配置して有し、
前記ガス供給制御手段は、前記予混合ガス圧力センサにより検出された予混合ガス圧にもとづいて前記ガス噴射弁に供給する前記予混合ガス圧を調整することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。 - ガス供給制御手段は、前記予混合ガスの前記供給期間の算出を、前記内燃機関の予混合圧縮着火燃焼条件にもとづく要求予混合ガス量にもとづいて算出することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記ガス供給制御手段は、
前記蓄圧タンクより下流側の予混合ガス圧を前記予混合ガス圧力センサで検出するとともに、水素ガスセンサで水素濃度を検出し、
前記予混合圧縮着火燃焼条件にもとづく要求予混合ガス量が、吸入空気量に対する水素濃度で所定の濃度範囲となるように制御する水素濃度制御手段を有し、
前記水素濃度制御手段により制御された前記要求予混合ガス量にもとづいて前記予混合ガスの前記供給期間の算出をすることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記ガス供給制御手段は、吸気弁が開状態で、排気弁が閉状態である、バックファイアを起こさないタイミングを検出し、この期間内に前記予混合ガスを各気筒の吸気に噴射することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記ガス供給制御手段は、前記蓄圧タンクの圧力を、少なくともエンジン回転速度に応じて予め設定された圧力に制御することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記主燃料供給手段は、燃料ポンプによって送り出された前記主燃料を蓄圧状態に貯留する燃料蓄圧部、該燃料蓄圧部から内燃機関の各気筒に向けて分岐した燃料供給管を通じて供給される前記主燃料を前記内燃機関の各気筒に噴射する燃料噴射弁、を有し、
前記主燃料供給制御手段によって前記燃料噴射弁からの主燃料の噴射圧と、前記供給時期及び供給期間に対応する噴射時期と噴射期間が制御されることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記ガス生成手段は、水蒸気改質法、部分酸化法、炭酸ガス改質法、並びに、水蒸気改質法及び部分酸化法を組み合わせたオートサーマル法のうちの1つの改質反応により、水素を含むガスを生成することを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記ガス生成手段による主燃料の改質反応は、燃焼排出ガス、空気、酸素富化空気、窒素富化空気、酸素、窒素、二酸化炭素及び水蒸気のいずれかの雰囲気下で行われることを特徴とする請求項8に記載の内燃機関の制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008176939A JP4951592B2 (ja) | 2008-07-07 | 2008-07-07 | 内燃機関の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008176939A JP4951592B2 (ja) | 2008-07-07 | 2008-07-07 | 内燃機関の制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010014085A JP2010014085A (ja) | 2010-01-21 |
JP4951592B2 true JP4951592B2 (ja) | 2012-06-13 |
Family
ID=41700400
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008176939A Expired - Fee Related JP4951592B2 (ja) | 2008-07-07 | 2008-07-07 | 内燃機関の制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4951592B2 (ja) |
Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4848024B2 (ja) | 2009-04-21 | 2011-12-28 | 本田技研工業株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
US8001934B2 (en) * | 2010-04-08 | 2011-08-23 | Ford Global Technologies, Llc | Pump control for reformate fuel storage tank |
CN102121418B (zh) * | 2011-01-21 | 2012-11-07 | 北京工业大学 | 一种重整气-汽油混合燃料内燃机及控制方法 |
US9440851B2 (en) * | 2012-05-23 | 2016-09-13 | Herng Shinn Hwang | Flex-fuel hydrogen generator for IC engines and gas turbines |
JP6318000B2 (ja) * | 2014-05-20 | 2018-04-25 | 株式会社日立製作所 | エタノールエンジンシステム |
CN106168172B (zh) * | 2016-07-12 | 2019-06-21 | 大连理工大学 | 一种在线燃料重整可变燃烧模式发动机及控制方法 |
CN106499546A (zh) * | 2016-12-26 | 2017-03-15 | 重庆金之川动力机械有限公司 | 一种清洁能源动力系统及驱动方法 |
JP2018193915A (ja) * | 2017-05-17 | 2018-12-06 | マツダ株式会社 | ディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法及び燃料噴射制御装置 |
JP6983088B2 (ja) * | 2018-03-08 | 2021-12-17 | 大阪瓦斯株式会社 | 燃料ガス供給装置 |
JP7278544B2 (ja) * | 2019-04-26 | 2023-05-22 | 国立大学法人東海国立大学機構 | 燃料改質装置及び燃料改質方法 |
JP2023116072A (ja) * | 2022-02-09 | 2023-08-22 | 三菱重工エンジン&ターボチャージャ株式会社 | エンジン及びエンジンの制御方法 |
CN114658531B (zh) * | 2022-02-24 | 2023-03-21 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种预燃室气体发动机、工作方法及车辆、发电系统 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3969918B2 (ja) * | 1999-01-21 | 2007-09-05 | 大阪瓦斯株式会社 | 予混合圧縮自着火エンジンとその制御方法 |
JP2003193874A (ja) * | 2001-12-26 | 2003-07-09 | Nippon Ekosu Kk | ガス燃料を併用する二元燃料ディーゼルエンジン |
JP4461948B2 (ja) * | 2004-08-04 | 2010-05-12 | トヨタ自動車株式会社 | 水素添加内燃機関 |
JP4572278B2 (ja) * | 2005-05-26 | 2010-11-04 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 燃料供給方法及び燃料供給装置 |
-
2008
- 2008-07-07 JP JP2008176939A patent/JP4951592B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2010014085A (ja) | 2010-01-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4951592B2 (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
US8396644B2 (en) | Control device for internal combustion engine | |
JP4928512B2 (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
JP4837694B2 (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
JP4033160B2 (ja) | 予混合圧縮自着火運転が可能な内燃機関の制御装置 | |
AU2006246954B2 (en) | Direct-injection gaseous-fuelled engine system, and method of controlling fuel injection pressure | |
US7463967B2 (en) | Direct injection gaseous-fuelled engine and method of controlling fuel injection pressure | |
AU2011291406B2 (en) | Gaseous-fuelled stoichiometric compression ignition internal combustion engine | |
JP4199674B2 (ja) | 内燃機関内への燃料噴射の方法及び装置 | |
JP4983468B2 (ja) | 内燃機関の燃焼制御装置 | |
US8370049B1 (en) | Control system of internal combustion engine | |
US20090043479A1 (en) | Internal combustion engine | |
JP2004036538A (ja) | 混合気を圧縮自着火させる内燃機関、および内燃機関の制御方法 | |
JP2007198135A (ja) | 予混合圧縮自着火燃焼機関の制御装置 | |
EP2412961A1 (en) | Controller for internal combustion engine | |
JP2000213444A (ja) | エンジンの着火時期制御装置および方法 | |
JP2009085168A (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
JP5551964B2 (ja) | 内燃機関システム | |
JP2010196517A (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
JP3812292B2 (ja) | 内燃機関 | |
JP5313185B2 (ja) | 圧縮着火内燃機関 | |
JP2004353542A (ja) | 多種燃料エンジンおよび多種燃料エンジンの運転方法 | |
CN111108281B (zh) | 内燃机 | |
JP5528141B2 (ja) | 圧縮着火内燃機関 | |
JP2011157940A (ja) | 圧縮着火内燃機関 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20101125 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20111227 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120228 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120312 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150316 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |