JP5035088B2 - engine - Google Patents
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Description
本発明は、予混合圧縮着火燃焼を行うエンジンに関する。 The present invention relates to an engine that performs premixed compression ignition combustion.
火花点火型のエンジンにおいて、低負荷時に混合気を希薄化することで、熱効率を向上させて燃料消費量を抑制することが知られている。燃焼安定性の観点から混合気の希薄化には限界があり、この限界を超えて混合気を希薄化すると、失火により燃焼が不安定となってエミッションが悪化する。 In a spark ignition type engine, it is known to dilute an air-fuel mixture at low load to improve thermal efficiency and suppress fuel consumption. There is a limit to the dilution of the air-fuel mixture from the viewpoint of combustion stability. If the air-fuel mixture is diluted beyond this limit, the combustion becomes unstable due to misfire and the emission deteriorates.
これまでにおいても、混合気の希薄燃焼域を低負荷側に拡大させるための多くの技術開発が進められてきた。近年においては、その1つとして、混合気をピストンの圧縮作用により自着火させる予混合圧縮着火燃焼(自着火燃焼)を採用したエンジンの開発、実用化が待たれている。この自着火燃焼については、上死点近傍での着火の制御や急峻な熱発生に起因する燃焼騒音の抑制等、実用化に至るまでに依然多くの技術的課題が残されている。 In the past, many technological developments have been made to expand the lean combustion region of the air-fuel mixture to the low load side. In recent years, as one of them, development and practical use of an engine employing premixed compression ignition combustion (self-ignition combustion) in which an air-fuel mixture is self-ignited by a compression action of a piston are awaited. With regard to this self-ignition combustion, many technical problems still remain until practical use, such as control of ignition near the top dead center and suppression of combustion noise caused by rapid heat generation.
ここで、自着火燃焼に関する着火性の問題を解消するための技術として、特許文献1に記載のエンジンが知られている。
Here, an engine described in
特許文献1に記載のエンジンでは、燃焼室内にガソリンの均質な混合気を形成するとともに、圧縮行程の上死点付近で比較的にオクタン価が高く自着火しにくい水素ガスを噴射して、点火プラグの周辺に水素ガスの混合気塊を形成する。そして、点火プラグによりこの混合気塊に点火して燃焼させる。この燃焼膨張によって、燃焼室内の未燃領域の混合気は圧縮され自着火する。
特許文献1に記載のエンジンでは、混合気を自着火させることができるだけでなく、点火プラグによって点火時期を調整することで自着火燃焼の時期を制御することができるという利点がある。
The engine described in
しかしながら、特許文献1に記載のエンジンでは、点火プラグの周辺に水素ガスを局所的に分布させるため、エミッションに関して次のような問題がある。
However, in the engine described in
すなわち、水素ガスの混合気塊を希薄なものとするには、点火プラグによる着火を確実なものとするうえで限界がある。このため混合気塊における水素ガスの濃度は比較的に高く設定する必要があり、その結果高温になる水素ガスの燃焼においてNOxの生成が避けられず、エミッションが悪化する。また、未燃領域における混合気の圧縮が局所的に分布させた水素ガスの燃焼膨張によりなされるため、発火点に達した箇所から順次自着火が生じ、燃焼室全体で同時的に自着火を生じさせることが困難である。特に低負荷時においては、壁面近傍の領域で自着火を生じさせることができず、未燃成分の排出量を増大させてしまう。 That is, there is a limit in ensuring ignition by the spark plug in order to make the hydrogen gas mixture lean. For this reason, it is necessary to set the concentration of hydrogen gas in the air-fuel mixture to be relatively high. As a result, NOx generation is unavoidable in the combustion of hydrogen gas at a high temperature, and the emission deteriorates. In addition, since the compression of the air-fuel mixture in the unburned region is performed by the combustion expansion of locally distributed hydrogen gas, self-ignition occurs sequentially from the point where the ignition point is reached, and self-ignition occurs simultaneously in the entire combustion chamber. It is difficult to produce. In particular, when the load is low, self-ignition cannot be caused in the region near the wall surface, and the amount of unburned components discharged increases.
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、自着火燃焼の促進による高い熱効率の実現と、エミッションの低減とを両立できるエンジンを提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made paying attention to such problems, and an object thereof is to provide an engine that can achieve both high thermal efficiency by promoting self-ignition combustion and reduction of emissions.
本発明のエンジンは、ガソリンよりも自着火性の高い第1燃料と、ガソリンよりも燃焼速度の速い第2燃料と、第1燃料よりも自着火性が低く第2燃料よりも燃焼速度が遅い第3燃料とを含んだ混合気を燃焼室内に形成するように燃料を供給する供給手段と、混合気に点火する点火手段と、供給手段と点火手段を制御する制御手段と、を備え、制御手段は、点火された混合気が火炎伝播燃焼した後に自着火燃焼するように各燃料の供給割合を調整し、燃焼室内の混合気に点火手段によって点火することを特徴とする。 The engine of the present invention includes a first fuel having a higher self-ignition property than gasoline, a second fuel having a higher combustion rate than gasoline, a lower self-ignition property than the first fuel, and a lower combustion rate than the second fuel. A supply means for supplying fuel so as to form an air-fuel mixture containing the third fuel in the combustion chamber; an ignition means for igniting the air-fuel mixture; and a control means for controlling the supply means and the ignition means. The means is characterized in that the supply ratio of each fuel is adjusted so that the ignited air-fuel mixture undergoes self-ignition combustion after flame propagation combustion, and the air-fuel mixture in the combustion chamber is ignited by the ignition means .
本発明によれば、混合気が火炎伝播燃焼した後に自着火燃焼するように、自着火性の高い第1燃料と燃焼速度の速い第2燃料との供給割合を調整するので、従来手法のように混合気塊を形成することなく自着火燃焼させることができ、高い熱効率を実現することができる。そのため、混合気塊の形成に伴うエミッションの悪化を抑制できる。 According to the present invention, the supply ratio of the first fuel having high self-ignitability and the second fuel having a high combustion speed is adjusted so that the air-fuel mixture is self-ignited and combusted after flame propagation combustion. In addition, self-ignition combustion can be performed without forming an air-fuel mixture, and high thermal efficiency can be realized. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the emission accompanying the formation of the air-fuel mixture.
また、本発明によれば、燃焼膨張による圧縮作用を燃焼室全体で速やかに生じさせることができる。そのため、第1燃料の作用による混合気の自着火を燃焼室全体で生じさせることができ、壁面近傍の領域からの未燃成分の排出を抑制することができる。 Further, according to the present invention, the compression action due to the combustion expansion can be quickly generated in the entire combustion chamber. Therefore, the self-ignition of the air-fuel mixture due to the action of the first fuel can be caused in the entire combustion chamber, and the discharge of unburned components from the region near the wall surface can be suppressed.
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態のエンジンの概略構成図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine according to the first embodiment.
図1を参照すると、エンジン100はシリンダブロック11と、シリンダヘッド12とを備える。
Referring to FIG. 1, the
シリンダブロック11には、シリンダ19が形成される。ピストン13は、シリンダ内に摺動自在に挿入される。そして、シリンダ19の壁面と、ピストン13と、シリンダヘッド12の下面とによって燃焼室14が形成される。
A
シリンダヘッド12には、燃焼室14の一側に連通する吸気通路15の吸気ポート15Aが形成される。吸気ポート15Aには、吸気弁16が設けられる。吸気弁16が開弁した時に、エアクリーナにより粉塵等が除去された空気が燃焼室14内に吸入される。
The
また、シリンダヘッド12には、燃焼室14の他側に連通する排気通路17の排気ポート17Aが形成される。排気ポート17Aには、排気弁18が設けられる。排気弁18が開弁した時に、燃焼後の排気が燃焼室14から排出される。
Further, the
上記した吸気弁16及び排気弁18は、動弁装置161、181によってそれぞれ開閉される。この動弁装置161、181は、クランクシャフトに対する角位相が固定されたカムシャフトとして構成される。
The
そして、シリンダヘッド12には、気筒中心線に近い中央部に燃料噴射弁21が設置され、燃料噴射弁21に隣接するように点火プラグ25が設置される。エンジン100では、燃料を供給するための手段として、燃料噴射弁21の他に、燃料噴射弁22、23が設けられる。これら燃料噴射弁22、23は、いずれも吸気ポート内に燃料を噴射するようにシリンダヘッド12に配置される。
In the
燃料噴射弁21〜23には、それぞれ異なる性状の燃料が供給される。これら燃料噴射弁21〜23のうち、燃焼室14から最も離れた位置に配置される燃料噴射弁22には、第1燃料として自着火性の高いノルマルパラフィン(以下「n−パラフィン」という。)が供給される。また、燃料噴射弁22よりも燃焼室14に近い位置に配置される燃料噴射弁23には、第2燃料として燃焼速度の速い水素ガスが供給される。そして、シリンダヘッド12の中央部に配置された燃料噴射弁21には、第3燃料としてオクタン価の高いガソリンが供給される。燃焼速度は水素ガスが最も早く、ガソリン及びn−パラフィンではほぼ同等である。また、自着火性は、n−パラフィンが最も高く、ガソリン、水素ガスの順で低くなる。
The
エンジン100では、n−パラフィン及び水素ガスはいずれもガソリンを原燃料として得られる。ガソリンは、燃料タンク31に貯蔵される。燃料タンク31には、低圧燃料ポンプ32が設けられる。燃料タンク内のガソリンは、低圧燃料ポンプ32により吸い上げられ、燃料分離器33に供給される。
In the
燃料分離器33では、ガソリン中のn−パラフィン成分が膜分離される。分離されたn−パラフィン成分は、燃料改質器34に供給される。
In the
燃料改質器34は、触媒による脱水素反応によりn−パラフィン成分から水素を取り出す装置として構成される。燃料改質器34に供給されたn−パラフィン成分のうち、一部がこの脱水素反応に用いられ、それ以外は燃料改質器34を通過して燃料噴射弁22に供給される。燃料改質器34では、供給されたn−パラフィン成分の一部から水素が分離され、水素ガスが取り出される。水素ガスは、ガス燃料ポンプ35により燃料噴射弁23に供給される。脱水素反応に用いられたn−パラフィン成分は、水素が分離されることによりアロマ成分に代表される自着火性の低い燃料に変質する。脱水素反応後のアロマ成分は、燃料分離器33に戻され、n−パラフィン成分が膜分離された残りのガソリンとともに高圧燃料ポンプ36により燃料噴射弁21に供給される。
The
上記した燃料噴射弁21〜23及び点火プラグ25の動作は、エンジン制御ユニット(以下「ECU」という)41からの信号によって制御される。ECU41には、エンジン運転状態を示す検出信号として、運転者によるアクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサ51からの信号、クランク角センサ52からの基準クランク角及び単位クランク角毎の信号、及びエンジン冷却水の温度を検出する温度センサ53からの信号等が入力される。ECU41は、入力した各種の信号に基づいてエンジン制御に関する所定の演算を実行するとともに、燃料噴射弁21〜23及び点火プラグ25を含む各種のエンジン制御デバイスに対し、これらの動作を制御するための指令信号を出力する。
The operations of the
ECU41の動作について、図2を参照して説明する。図2は、ECU41による燃料噴射制御を示すフローチャートである。
The operation of the
ステップS101では、ECU41は、エンジン運転状態としてアクセル開度APO、エンジン回転数Ne及び冷却水温度Twを読み込む。アクセル開度APOは、アクセルセンサ51によって検出されたアクセルペダルの操作量に基づいて算出される。また、エンジン回転数Neは、クランク角センサ52からの信号に基づいて算出される。
In step S101, the
ステップS102では、ECU41は、読み込んだ運転状態に基づいてエンジン運転状態が属する領域を判定する。この判定は、図3に示すような運転領域マップを参照して行う。この運転領域マップは、実験等の結果に基づいて予め作成してECU41に記憶させたものである。エンジン運転状態が低負荷・低回転速度域の領域Aにあるときは、3つの燃料噴射弁21〜23を使用して希薄な均質混合気を燃焼室内に形成する。均質な混合気を形成するために、燃料噴射弁21は吸気行程中にガソリンを噴射し、燃料噴射弁22、23は排気行程中にn−パラフィン、水素ガスを噴射する。これに対して、エンジン運転状態が高負荷又は高回転速度域の領域Bにあるときは、吸気行程中に燃料噴射弁21によりガソリンを燃焼室内に直接噴射し、理論空燃比の均質混合気を燃焼室内に形成する。
In step S102, the
図2に戻り、ステップS103では、ECU41は、燃料噴射弁22によるn−パラフィンの噴射量Qf1をエンジン運転状態に応じて演算する。エンジン運転状態が領域Bにある場合は、ガソリンを供給する燃料噴射弁21以外の燃料噴射弁22、23の作動を停止させるため、噴射量Qf1はゼロに設定される。
Returning to FIG. 2, in step S <b> 103, the
ステップS104では、ECU41は、燃料噴射弁23による水素ガスの噴射量Qf2をエンジン運転状態に応じて演算する。エンジン運転状態が領域Bにある場合は、ステップS103の場合と同じ理由から、噴射量Qf2はゼロに設定される。
In step S104, the
ステップS105では、ECU41は、燃料噴射弁21によるガソリンの噴射量Qf3をエンジン運転状態に応じて演算する。
In step S105, the
ステップS106では、ECU41は、燃料噴射弁22を排気行程や吸気行程中の所定時期に駆動して噴射量Qf1のn−パラフィンを吸気ポート内に噴射させる。
In step S106, the
ステップS107では、ECU41は、燃料噴射弁23を排気行程や吸気行程中の所定時期に駆動して噴射量Qf2の水素ガスを吸気ポート内に噴射させる。
In step S107, the
ステップS108では、ECU41は、燃料噴射弁21を吸気行程中の所定時期に駆動して噴射量Qf3のガソリンを燃焼室内に噴射させる。
In step S108, the
次に、図4及び図5を参照して、低負荷・低回転速度域の領域Aにおいて燃料噴射弁21〜23から噴射された各燃料によって形成される混合気について説明する。
Next, the air-fuel mixture formed by the fuels injected from the
図4(A)は、エンジン100に供給される燃料の総噴射量Qtotalにおけるn−パラフィン、水素ガス及びガソリンの各発熱量(J)の比率(供給割合)Ffracを示す。また、図4(B)は、エンジン負荷Ldと、混合気全体としての空気過剰率Lamdとの関係を示す。
FIG. 4A shows the ratio (supply ratio) Ffrac of each calorific value (J) of n-paraffin, hydrogen gas and gasoline in the total injection amount Qtotal of fuel supplied to the
エンジン100では、図4(B)に示すように、エンジン負荷Ldが低下するほど、空気過剰率Lamdを増大させて、より希薄な均質混合気を燃焼室内に形成する。各燃料の比率Ffracについては、図4(A)に示すように、エンジン負荷Ldが低下するほど、n−パラフィン及び水素ガスの比率を増大させるとともに、ガソリンの比率を減少させる。
In the
例えば、エンジン負荷Ldが低負荷Ld1の時は、空気過剰率Lamdが3となるように燃料の総噴射量が決定される。この場合には、水素ガスの供給割合Ffracが0.4に設定され、n−パラフィンの供給割合Ffracが0.6に設定される。これに対して、エンジン負荷Ldが高負荷Ld2の時は、空気過剰率Lamdが2となるように燃料の総噴射量が決定される。この場合には、水素ガスの供給割合Ffracが0.3、n−パラフィンの供給割合Ffracが0.21、ガソリンの供給割合Ffracが0.49に設定される。 For example, when the engine load Ld is the low load Ld1, the total fuel injection amount is determined so that the excess air ratio Lamd is 3. In this case, the hydrogen gas supply ratio Ffrac is set to 0.4, and the n-paraffin supply ratio Ffrac is set to 0.6. In contrast, when the engine load Ld is the high load Ld2, the total fuel injection amount is determined so that the excess air ratio Lamd is 2. In this case, the hydrogen gas supply rate Ffrac is set to 0.3, the n-paraffin supply rate Ffrac is set to 0.21, and the gasoline supply rate Ffrac is set to 0.49.
図5は、図4(A)に示した各燃料の供給割合Ffracを、発熱量(J)に相関する燃料噴射量Qfに換算したものである。 FIG. 5 is obtained by converting the supply ratio Ffrac of each fuel shown in FIG. 4A to a fuel injection amount Qf that correlates with the heat generation amount (J).
エンジン負荷Ldが低下するほど空気過剰率Lamdを増大させることから、燃料の総噴射量Qtotalは、図5に示す発熱量に相関する燃料噴射量Qfから分かるように、エンジン負荷Ldの低下に伴って減少する。しかしながら、エンジン負荷Ldの低下に対してn−パラフィン及び水素ガスの供給割合を増大させるため、これら噴射量Qf1、Qf2はエンジン負荷Ldの低下によらず増大する。領域Aでは燃焼特性の異なる3種類の燃料の供給割合を調整するので、全体としての燃料の濃度を維持しながら、換言すればエンジン出力を維持しながら、混合気の自着火性や燃焼速度を調整でき、所望の特性の燃焼を実現することが可能となる。 Since the excess air ratio Lamd increases as the engine load Ld decreases, the total fuel injection amount Qtotal increases with a decrease in the engine load Ld, as can be seen from the fuel injection amount Qf correlated with the heat generation amount shown in FIG. Decrease. However, in order to increase the supply ratio of n-paraffin and hydrogen gas with respect to the decrease in engine load Ld, these injection amounts Qf1 and Qf2 increase regardless of the decrease in engine load Ld. In region A, the supply ratios of three types of fuels with different combustion characteristics are adjusted, so that while maintaining the fuel concentration as a whole, in other words, maintaining the engine output, It can be adjusted, and combustion with desired characteristics can be realized.
なお、図5に示すように、エンジン負荷Ldが増大するほどn−パラフィンの噴射量Qf1を減少させることで、ノッキングの発生が抑制される。また、エンジン負荷Ldが増大すると、燃料の総噴射量Qtotalも増大するので、水素ガスによらずとも着火を安定させることが可能となるため、エンジン負荷Ldの増大に対して水素ガスの噴射量Qf2を減少させる。そのため領域Aでは、エンジン負荷Ldの増大に応じ、自着火燃焼を促進させた形態の燃焼から火花点火燃焼に徐々に移行することとなる。 As shown in FIG. 5, the occurrence of knocking is suppressed by decreasing the injection amount Qf1 of n-paraffin as the engine load Ld increases. Further, when the engine load Ld increases, the total fuel injection amount Qtotal also increases. Therefore, it is possible to stabilize the ignition regardless of the hydrogen gas, so that the hydrogen gas injection amount with respect to the increase in the engine load Ld. Decrease Qf2. Therefore, in the region A, as the engine load Ld increases, the combustion in the form of promoting the self-ignition combustion gradually shifts to the spark ignition combustion.
低負荷・低回転速度域の領域Aにおいて燃焼室内に形成された混合気の燃焼は、次のように達成される。 Combustion of the air-fuel mixture formed in the combustion chamber in the low load / low rotational speed region A is achieved as follows.
エンジン運転状態が領域Aにある場合には、自着火性の高いn−パラフィンと燃焼速度の速い水素ガスとが、ガソリンとともに燃焼室14全体に拡散され、均質な混合気が形成される。この均質混合気は、自着火性が高くかつ燃焼速度の速いものとなる。この均質混合気が点火プラグ25によって点火されると、燃焼速度の速い水素ガスの作用によって混合気は希薄状態にあっても火炎伝播燃焼し、燃焼室内の混合気に火炎が拡大する。このように火炎伝播燃焼している間に、未燃部分の混合気は燃焼膨張によって圧縮され、自着火性の高いn−パラフィンの作用によって自着火燃焼に至る。このようにエンジン100では、燃焼室内の均質な混合気は燃焼前半において火炎伝播燃焼し、燃焼後半において自着火燃焼するのである。
When the engine operating state is in the region A, n-paraffin having a high autoignition property and hydrogen gas having a high combustion speed are diffused together with gasoline throughout the
エンジン運転状態が高負荷又は高回転速度域の領域Bにある場合には、燃焼室内に形成された理論空燃比の均質混合気は、点火プラグ25によって点火されて火炎伝播燃焼する。
When the engine operating state is in a high load or high rotation speed region B, the stoichiometric air-fuel ratio homogeneous mixture formed in the combustion chamber is ignited by the
以上により、本実施形態のエンジン100では、下記の効果を得ることができる。
As described above, in the
エンジン100では、自着火性の高いn−パラフィンと、燃焼速度の速い水素ガスとを含んだ均質な混合気を、点火された混合気が火炎伝播燃焼した後に自着火燃焼するようなn−パラフィンと水素ガスの供給割合に調整した上で形成する。この均質混合気に対して点火プラグ25により外部エネルギーを供給し、水素ガスの作用によって混合気を火炎伝播燃焼させ、燃焼膨張により混合気を圧縮して、自着火性の高いn−パラフィンの作用によって混合気を自着火させる。このように混合気の自着火燃焼を促進するので、低負荷時においても安定して自着火燃焼させることができ、高い熱効率を実現することができる。
In the
また、エンジン100では、点火プラグ25によって希薄な均質混合気に点火するが、水素ガスはガソリンと比較して燃焼速度の速い燃料であるので、水素ガスの作用によって、混合気を失火させることなく燃焼させることができる。そのため、従来手法のように燃料の濃い混合気塊を形成して自着火させる必要がなく、エミッションの悪化を抑制できる。
Further, in the
さらに、燃焼速度の速い水素ガスの作用によって、燃焼した混合気の火炎が燃焼室全体に速やかに拡大する。そのため燃焼膨張による圧縮作用を、燃焼室14の壁面に近い領域を含め燃焼室全体で速やかに得ることができる。これにより、燃焼室全体で混合気を自着火燃焼させることができ、未燃成分の排出を抑制することができる。
Furthermore, the flame of the burned air-fuel mixture quickly expands throughout the combustion chamber by the action of hydrogen gas having a high combustion speed. Therefore, the compression action by the combustion expansion can be quickly obtained in the entire combustion chamber including the region close to the wall surface of the
なお、燃料の総噴射量Qtotalにおけるn−パラフィン及び水素ガスの供給割合Ffracは、冷却水温度Twに応じて変更してもよい。図4(A)の二点鎖線に示すように冷却水温度Twが低い冷機時は、実線で示す暖機完了後の場合よりもn−パラフィン及び水素ガスの供給割合Ffracを増大させる。これにより、エンジン100の暖機状態によらず、混合気の燃焼速度及び自着火性を維持し、燃焼を安定させることができる。
The supply ratio Ffrac of n-paraffin and hydrogen gas in the total fuel injection amount Qtotal may be changed according to the cooling water temperature Tw. When the cooling water temperature Tw is low as indicated by the two-dot chain line in FIG. 4A, the supply ratio Ffrac of n-paraffin and hydrogen gas is increased as compared with the case after the completion of warming indicated by the solid line. Thereby, regardless of the warm-up state of
また、各燃料の供給割合Ffracは、エンジン負荷Ldの低下に対して直線的に増加させるばかりでなく、図6(A)及び図6(B)に示すように二次関数的に増加させてもよい。図6(A)は、n−パラフィン及び水素ガスのそれぞれの供給割合において、エンジン100の負荷Ldが低下するほど、エンジン負荷Ldの単位変化量当たりの増加量を増大させたものである。
Further, the fuel supply ratio Ffrac is not only increased linearly with a decrease in the engine load Ld, but is also increased in a quadratic function as shown in FIGS. 6 (A) and 6 (B). Also good. FIG. 6A shows an increase in the increase amount per unit change amount of the engine load Ld as the load Ld of the
(第2実施形態)
図7は、第2実施形態のエンジン100の概略構成図である。第2実施形態のエンジン100の構成は、第1実施形態とほぼ同様である。ここでは、第1実施形態と異なる部分又は部品について説明する。共通の部分等については、同一の符合を付して説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of the
第2実施形態のエンジン100は、燃焼室及び燃料系の構成において、第1実施形態と相違する。
The
すなわち、エンジン100では、シリンダヘッド12とピストン13とにより隔てられる主燃焼室141と、この主燃焼室141と噴孔142a以外の部分で隔てられた容積が一定の副燃焼室142とが形成される。副燃焼室142は、副燃焼室内の混合気の燃焼により、噴孔142aから主燃焼室141内に噴出する火炎トーチを形成するためのものである。
That is, in the
また、エンジン100では、燃料を供給するための手段として、気筒中心線に近いシリンダヘッド12の中央部に燃料噴射弁23が設置される。この燃料噴射弁23は、副燃焼室142に燃焼速度の速い水素ガスを噴射する。また、燃料噴射弁21、22は、いずれも吸気通路15の吸気ポート内に燃料を噴射するようにシリンダヘッド12に配置される。
燃料噴射弁21は、オクタン価の高いガソリンを噴射する。燃料噴射弁22は、自着火性の高いn−パラフィンを噴射する。
Further, in the
The
なお、n−パラフィン及び水素ガスはいずれもガソリンを原燃料として得られるものであり、原燃料としてのガソリンが燃料タンク31に貯蔵されていることは、第1実施形態と同様である。
Both n-paraffin and hydrogen gas are obtained using gasoline as a raw fuel, and the gasoline as the raw fuel is stored in the
図8は、ECU41による燃料噴射制御を示すフローチャートである。
FIG. 8 is a flowchart showing fuel injection control by the
ステップS201では、ECU41は、エンジン運転状態としてアクセル開度APO、エンジン回転数Ne及び冷却水温度Twを読み込む。
In step S201, the
ステップS202では、ECU41は、読み込んだ運転状態に基づいてエンジン運転状態が属する領域を判定する。
In step S202, the
エンジン運転状態が図3の低負荷・低回転速度域の領域Aにあるときは、燃料噴射弁21、22を使用して主燃焼室内にガソリンとn−パラフィンを含む希薄な均質混合気を形成するとともに、燃料噴射弁23によって副燃焼室内に水素ガスを噴射する。圧縮行程において、ピストン13の上昇に伴って主燃焼室141に形成された希薄な均質混合気が副燃焼室内に流入するので、副燃焼室内にはn−パラフィンとガソリンと水素ガスの混合気が形成される。
When the engine operating state is in the low load / low rotational speed region A of FIG. 3, the
これに対して、エンジン運転状態が高負荷又は高回転速度域の領域Bにあるときは、燃料噴射弁21のみを使用して理論空燃比の均質混合気を主燃焼室内に形成する。
In contrast, when the engine operating state is in the high load or high rotational speed region B, only the
ステップS203では、ECU41は、燃料噴射弁22によるn−パラフィンの噴射量Qf4をエンジン運転状態に応じて演算する。なお、エンジン運転状態が領域Bにある場合は、噴射量Qf4はゼロに設定される。
In step S203, the
ステップS204では、ECU41は、燃料噴射弁23による水素ガスの噴射量Qf5をエンジン運転状態に応じて演算する。なお、エンジン運転状態が領域Bにある場合は、噴射量Qf5はゼロに設定される。
In step S204, the
ステップS205では、ECU41は、燃料噴射弁21によるガソリンの噴射量Qf6をエンジン運転状態に応じて演算する。
In step S205, the
ステップS206では、ECU41は、燃料噴射弁22を排気行程や吸気行程中の所定時期に駆動して噴射量Qf4のn−パラフィンを吸気ポート内に噴射させる。
In step S206, the
ステップS207では、ECU41は、燃料噴射弁23を圧縮行程中の所定時期に駆動して噴射量Qf5の水素ガスを副燃焼室内に噴射させる。
In step S207, the
ステップS208では、ECU41は、燃料噴射弁21を排気行程や吸気行程中の所定時期に駆動して噴射量Qf6のガソリンを吸気ポート内に噴射させる。
In step S208, the
次に、図9及び図10を参照して、領域Aにおいて、燃料噴射弁21、22から噴射されたガソリン及びn−パラフィンによって主燃焼室内に形成される混合気について説明する。また、図11を参照して、副燃焼室内に噴射される水素ガスについて説明する。
Next, with reference to FIGS. 9 and 10, the air-fuel mixture formed in the main combustion chamber in the region A by the gasoline and n-paraffin injected from the
図9(A)は、エンジン100に供給されるn−パラフィン及びガソリンの総噴射量Qtotalにおける各燃料の供給割合(発熱量の比率)Ffracを示す。また、図9(B)は、エンジン負荷Ldと混合気全体としての空気過剰率Lamdとの関係を示す。
FIG. 9A shows a supply ratio (a ratio of heat generation amount) Ffrac of each fuel in a total injection amount Qtotal of n-paraffin and gasoline supplied to the
エンジン100では、図9(B)に示すように、エンジン負荷Ldが低下するほど空気過剰率Lamdを増大させる。これにより、希薄な均質混合気による燃焼を行わせる。この混合気において、n−パラフィンの供給割合Ffracは、図9(A)に示すように、エンジン負荷Ldが低下するほど増大させる。これとは逆にガソリンの供給割合Ffracは、エンジン負荷Ldが低下するほど減少させる。例えば、高負荷時Ld2には、n−パラフィンの供給割合Ffracが0.3、ガソリンの供給割合Ffracが0.7に設定される。これに対して低負荷時Ld1には、n−パラフィンの供給割合Ffracが1.0、ガソリンの供給割合Ffracが0に設定される。
In the
図10は、図9(A)に示す各燃料の供給割合Ffracを、発熱量に相関する燃料噴射量Qfに換算したものである。 FIG. 10 is obtained by converting the fuel supply ratio Ffrac shown in FIG. 9A to a fuel injection amount Qf correlated with the heat generation amount.
エンジン負荷Ldが低下するほど空気過剰率Lamdを増大させることから、燃料の総噴射量Qtotalは、図10に示すようにエンジン負荷Ldの低下に対して減少させる。しかしながら、エンジン負荷Ldの低下に対してn−パラフィンの比率を増大させることから、n−パラフィンの噴射量Qf4は、エンジン負荷Ldが低下するほど増大する。これにより主燃焼室141に形成される均質混合気では、n−パラフィンの作用により得られる自着火性を調整することができる。
Since the excess air ratio Lamd is increased as the engine load Ld is decreased, the total fuel injection amount Qtotal is decreased with respect to the decrease in the engine load Ld as shown in FIG. However, since the ratio of n-paraffin to the decrease in engine load Ld is increased, the injection amount Qf4 of n-paraffin increases as the engine load Ld decreases. Thereby, in the homogeneous air-fuel mixture formed in the
副燃焼室142に噴射される水素ガスの噴射量Qf5は、図11に示すようにエンジン負荷Ldに応じて調整される。水素ガスの噴射量Qf5は、エンジン負荷Ldが低下するほど増大させる。この水素ガスの作用によって、副燃焼室に形成される混合気の燃焼速度を調整することができる。
The injection amount Qf5 of hydrogen gas injected into the
本実施形態のエンジン100では、次のように燃焼が達成される。
In the
エンジン運転状態が領域Aにある場合は、自着火性の高いn−パラフィンがガソリンとともに主燃焼室全体に拡散され、均質な混合気が形成される。圧縮行程において、ピストン13の上昇に伴って主燃焼室内の混合気が噴孔142aを介して副燃焼室に流入する。副燃焼室142に流入する主燃焼室内の混合気が希薄であることから、着火性を確保するため、副燃焼室内に燃焼速度の速い水素ガスを供給する。副燃焼室内の混合気に対して点火プラグ25により外部エネルギーが供給されると、主燃焼室141から副燃焼室142に流入する混合気が希薄であっても、水素ガスの作用によって副燃焼室内の混合気は火炎伝播燃焼する。この燃焼により、噴孔142aから主燃焼室141に噴出する火炎トーチが形成される。燃焼速度の速い水素ガスによる火炎トーチは、主燃焼室全体に速やかに拡大する。自着火性の高いn−パラフィンと燃焼速度の速い水素ガスの供給割合は、水素ガスによる火炎トーチにより主燃焼室内の混合気が火炎伝播燃焼した後に自着火燃焼するような供給割合に調整されている。したがって、主燃焼室内の均質混合気は、この火炎トーチによって点火されて火炎伝播燃焼し、燃焼膨張によって自着火燃焼する。
When the engine operating state is in the region A, n-paraffin having high self-ignitability is diffused together with gasoline throughout the main combustion chamber to form a homogeneous air-fuel mixture. In the compression stroke, the air-fuel mixture in the main combustion chamber flows into the sub-combustion chamber through the
エンジン運転状態が領域Bにある場合は、燃料噴射弁21により理論空燃比相当量のガソリンを噴射し、主燃焼室141に理論空燃比の均質混合気を形成する。圧縮行程において、この均質混合気の一部が噴孔142aを介して副燃焼室142に流入する。点火プラグ25によって副燃焼室142内の混合気に外部エネルギーを供給することで、副燃焼室内の混合気を燃焼させる。これにより、噴孔142aから主燃焼室内に火炎トーチが噴出し、この火炎トーチによって主燃焼室内の混合気が火炎伝播燃焼する。
When the engine operating state is in the region B, the
以上により、本実施形態のエンジン100では、下記の効果を得ることができる。
As described above, in the
エンジン100では、副燃焼室142の噴孔142aからの火炎トーチによって燃焼室内に形成された均質混合気に点火する。この混合気はn−パラフィンの作用によって自着火性が促進されているので、エンジン100では安定して自着火燃焼させることができ、高い熱効率を実現することができる。
In the
また、n−パラフィンは自着火性の高い燃料であるので、混合気を自着火燃焼させるために強い火炎トーチを形成する必要がない。そのため、火炎トーチによる主焼燃室内の乱れを抑制でき、冷却損失による熱効率の低下を回避できる。 Moreover, since n-paraffin is a highly self-igniting fuel, it is not necessary to form a strong flame torch in order to cause the air-fuel mixture to self-ignite and burn. Therefore, the disturbance in the main combustion chamber due to the flame torch can be suppressed, and a decrease in thermal efficiency due to cooling loss can be avoided.
さらに、副燃焼室142に燃焼速度の速い水素ガスを供給することで、副燃焼室内の混合気の着火性を向上させ、より安定した燃焼を実現することができる。エンジン負荷Ldの低下に対して水素ガスの噴射量Qf5を増大させるので、エンジン負荷Ldによらず着火性を維持でき、主燃焼室内の混合気を安定して自着火燃焼させることができる。
Furthermore, by supplying hydrogen gas having a high combustion rate to the
なお、第1実施形態と同様に、燃料の総噴射量Qtotalにおけるn−パラフィンの供給割合Ffracは、冷却水温度Twに応じて変更してもよい。図9の二点鎖線に示すように、冷却水温度Twが低い冷機時は、実線で示す暖機完了後の場合よりもn−パラフィンの供給割合Ffracを増大させる。また冷機時には、n−パラフィンの供給割合を変更することに加えて、又はこれに代えて、図11の二点鎖線に示すように水素ガスの噴射量Qf5を増大してもよい。 As in the first embodiment, the n-paraffin supply ratio Ffrac in the total fuel injection amount Qtotal may be changed according to the cooling water temperature Tw. As shown by the two-dot chain line in FIG. 9, when the cooling water temperature Tw is low, the supply rate Ffrac of n-paraffin is increased as compared with the case after the completion of warming indicated by the solid line. Further, at the time of cooling, in addition to or instead of changing the supply ratio of n-paraffin, the hydrogen gas injection amount Qf5 may be increased as shown by a two-dot chain line in FIG.
(第3実施形態)
図12は、第3実施形態のエンジン100の概略構成図である。
(Third embodiment)
FIG. 12 is a schematic configuration diagram of an
第3実施形態のエンジン100の基本構成は、第1実施形態とほぼ同様であるが、領域Aでの燃焼がより安定するように燃料噴射制御する点において相違する。つまり、混合気の燃焼状態に応じて各燃料の噴射量を補正するようにしたもので、以下にその相違点を中心に説明する。
The basic configuration of the
図12に示すように、エンジン100は、筒内圧センサ54とノックセンサ55とを備える。
As shown in FIG. 12,
筒内圧センサ54は、シリンダブロック11に設けられ、燃焼室内の圧力(筒内圧)を検出する。筒内圧センサ54の検出信号は、ECU41に入力する。
The in-
ノックセンサ55は、シリンダブロック11に設置される。ノックセンサ55は、エンジン本体に生じる振動を検出する。ノックセンサ55の検出信号は、ECU41に入力する。
The
ECU41は、筒内圧センサ54やノックセンサ55の検出信号に基づいて、低負荷・低回転速度域の領域Aでの混合気の燃焼状態を判定し、その燃焼状態に応じて各燃料の噴射量Qf1〜Qf3を補正する。そこで、領域AにおいてECU41が実行する燃料噴射量の補正制御について、図13〜図15を参照して説明する。
The
図13は、ECU41が実行する燃料噴射量の補正制御を示すフローチャートである。この制御は、エンジン運転状態が領域Aにある時に、一定周期、例えば10ミリ秒周期で実施される。
FIG. 13 is a flowchart showing the fuel injection amount correction control executed by the
ステップS301では、ECU41は、エンジン運転状態として筒内圧Pと、ノックレベルNを読み込む。筒内圧Pは、筒内圧センサ54からの検出信号に基づいて算出される。また、ノックレベルNは、ノックセンサ55によって検出された振動量に基づいて算出される。算出された筒内圧PとノックレベルNは、例えば時間に対する値(波形)として記憶しておき、後述の各ステップでは、火炎伝播燃焼している時期や自着火燃焼している時期の筒内圧PとノックレベルNが読み込まれる。
In step S301, the
ステップS302では、ECU41は、燃焼室内の混合気が火炎伝播燃焼しているときの筒内圧PAが基準圧力P1よりも小さいか否かを判定する。そして、筒内圧PAが基準圧力P1よりも小さい場合には、燃焼前半における火炎伝播燃焼が失火していると判定して、処理をステップS303に移行する。これに対して、筒内圧PAが基準圧力P1よりも大きい場合には、火炎伝播燃焼していると判定して、処理をステップS304に移行する。
At step S302,
なお、火炎伝播燃焼しているときの筒内圧PAとしては、膨張行程におけるピストン上死点近傍の筒内圧を検出する。 As the cylinder pressure P A in the case that the flame propagation combustion, for detecting the cylinder pressure in the piston near the top dead center in the expansion stroke.
ステップS303では、ECU41は、火炎伝播燃焼の失火を抑制するために火炎伝播燃焼失火時制御を実行する。この火炎伝播燃焼失火時制御については、図14(A)を参照して後述する。
In step S303, the
ステップS304では、ECU41は、燃焼室内の混合気が自着火燃焼しているときの筒内圧PBが基準圧力P2よりも小さいか否かを判定する。基準圧力P2は、上記した基準圧力P1よりも大きい値である。そして、筒内圧PBが基準圧力P2よりも小さい場合には、燃焼後半における自着火燃焼が失火していると判定して、処理をステップS305に移行する。これに対して、筒内圧PBが基準圧力P2よりも大きい場合には、自着火燃焼していると判定して、処理をステップS306に移行する。
In step S304, the
なお、自着火燃焼しているときの筒内圧PBとしては、膨張行程におけるピストン上死点後15°近傍の筒内圧を検出する。 Note that as the in-cylinder pressure P B during self-ignition combustion, the in-cylinder pressure in the vicinity of 15 ° after the piston top dead center in the expansion stroke is detected.
ステップS305では、ECU41は、自着火燃焼の失火を抑制するために自着火燃焼失火時制御を実行する。この自着火燃焼失火時制御については、図14(B)を参照して後述する。
In step S305, the
ステップ306及びステップS307では、ECU41は、ノッキング発生状態について判定する。
In step 306 and step S307, the
ステップS306では、ECU41は、ノックレベルNが基準値N1よりも小さいか否かを判定する。ノックレベルNが基準値N1よりも小さい場合には、ノッキングが発生していないと判定し、処理を終了する。これに対して、ノックレベルNが基準値N1よりも大きい場合には、ノッキングが発生していると判定し、処理をステップS307に移行する。
At step S306,
ステップS307では、ECU41は、ノックレベルNが基準値N2よりも小さいか否かを判定する。基準値N2は、上記した基準値N1よりも大きい値である。そして、ノックレベルNが基準値N2よりも小さい場合には、弱ノッキングが発生していると判定し、処理をステップS308に移行する。これに対して、ノックレベルNが基準値N2よりも大きい場合には弱ノッキングよりも強いノッキングが発生していると判定し、処理をステップS309に移行する。
At step S307,
ステップS308では、ECU41は、弱ノッキングの発生を抑制するために弱ノッキング時制御を実行する。この弱ノッキング時制御については、図15(A)を参照して後述する。
In step S308, the
ステップS309では、ECU41は、強ノッキングの発生を抑制するために強ノッキング時制御を実行する。この強ノッキング時制御については、図15(B)を参照して後述する。
In step S309, the
失火抑制時にECU41が実行する各燃料噴射量の補正制御について、図14を参照して説明する。図14(A)は、火炎伝播燃焼失火時制御を示す。また、図14(B)は、自着火燃焼失火時制御を示す。
Correction control of each fuel injection amount executed by the
エンジン100において火炎伝播燃焼が失火していると判定された場合には、図14(A)に示すように火炎伝播燃焼失火時制御が実行される。
When it is determined that the flame propagation combustion is misfiring in the
ステップS331では、ECU41は、n−パラフィンの噴射量Qf1に補正値dQf1Aを加えて増量補正する。
In step S331, the
ステップS332では、ECU41は、水素ガスの噴射量Qf2に補正値dQf2Aを加えて増量補正する。
At step S332,
ステップS333では、ECU41は、ガソリンの噴射量Qf3から補正値dQf3Aを減らして減量補正する。この補正値dQf3Aは、n−パラフィン及び水素ガスを増量補正しても、混合気燃焼時の総発熱量が変化しないような値として設定される。
At step S333,
混合気の燃焼前半における火炎伝播燃焼が失火した場合には、水素ガス噴射量を増量補正して混合気の燃焼速度を速めるとともに、n−パラフィン噴射量を増量補正して混合気の自着火性を高める。これにより火炎伝播燃焼を安定させることができ、より確実に自着火燃焼させることができる。 When flame propagation combustion in the first half of the combustion of the air-fuel mixture is misfired, the hydrogen gas injection amount is corrected to increase to increase the combustion speed of the air-fuel mixture, and the n-paraffin injection amount is increased to correct the self-ignitability of the air-fuel mixture. To increase. Thereby, flame propagation combustion can be stabilized and self-ignition combustion can be performed more reliably.
ECU41は、火炎伝播燃焼の失火が抑制されるまでステップS331〜S333の制御を繰り返すように構成されるが、筒内圧PAの値に応じて各燃料の補正値dQf1A〜dQf3Aを設定するように構成してもよい。 ECU41 is constituted to repeat the control of steps S331~S333 until misfires flame propagation combustion can be suppressed, and sets the correction value dQf1 A ~dQf3 A of the fuel in accordance with the value of the cylinder pressure P A You may comprise as follows.
一方、エンジン100において自着火燃焼が失火していると判定された場合には、図14(B)に示すように自着火燃焼失火時制御が実行される。
On the other hand, when it is determined that self-ignition combustion is misfiring in
ステップS351では、ECU41は、n−パラフィンの噴射量Qf1に補正値dQf1Bを加えて増量補正する。
In step S351, the
ステップS352では、ECU41は、ガソリンの噴射量Qf3から補正値dQf3Bを減らして減量補正する。この補正値dQf3Bは、n−パラフィン噴射量を増量補正しても、混合気燃焼時の総発熱量が変化しないような値として設定される。
In step S352, the
自着火燃焼が失火した場合には、n−パラフィン噴射量を増量補正し、混合気の自着火性を高めるので、自着火燃焼が失火するのを抑制することができる。 When the self-ignition combustion is misfired, the n-paraffin injection amount is corrected to be increased, and the self-ignition property of the air-fuel mixture is improved, so that the self-ignition combustion can be prevented from misfiring.
ECU41は、自着火燃焼の失火が抑制されるまでステップS351、S352の制御を繰り返すように構成されるが、筒内圧PBの値に応じて補正値dQf1B、dQf3Bを設定するように構成してもよい。
The
ノッキング発生時にECU41が実行する各燃料噴射量の補正制御について、図15を参照して説明する。図15(A)は、弱ノッキング時制御を示す。また、図15(B)は、強ノッキング時制御を示す。
Correction control of each fuel injection amount executed by the
エンジン100において弱ノッキングが発生していると判定された場合には、図15(A)に示すように弱ノッキング時制御が実行される。
When it is determined that weak knocking has occurred in
ステップS381では、ECU41は、水素ガスの噴射量Qf2に補正値dQf2Cを加えて増量補正する。
At step S381,
ステップS382では、ECU41は、ガソリンの噴射量Qf3から補正値dQf3Cを減らして減量補正する。この補正値dQf3Cは、水素ガス噴射量を増量補正しても、混合気燃焼時の総発熱量が変化しないような値として設定される。
At step S382,
弱ノッキングが発生している場合には、水素ガス噴射量を増量補正し、混合気の燃焼速度を速めるので、混合気の燃焼期間を短縮でき、弱ノッキングの発生を抑制することができる。 When weak knocking occurs, the hydrogen gas injection amount is corrected to increase and the combustion speed of the air-fuel mixture is increased, so the combustion period of the air-fuel mixture can be shortened and the occurrence of weak knocking can be suppressed.
ECU41は、弱ノッキングが抑制されるまでステップS381、S382の制御を繰り返すように構成されるが、ノックレベルNの値に応じて補正値dQf2C、補正値dQf3Cを設定するように構成してもよい。
The
一方、エンジン100において強ノッキングが発生していると判定された場合には、図15(B)に示すように強ノッキング時制御が実行される。
On the other hand, when it is determined that strong knocking has occurred in
ステップS391では、ECU41は、n−パラフィンの噴射量Qf1から補正値dQf1Dを減らして減量補正する。
At step S391,
ステップS392では、ECU41は、水素ガスの噴射量Qf2に補正値dQf2Dを加えて増量補正する。
At step S392,
ステップS393では、ECU41は、ガソリンの噴射量Qf3から補正値dQf3Cを減らして減量補正する。この補正値dQf3Cは、n−パラフィン噴射量を減量補正し水素ガス噴射量を増量補正しても、混合気燃焼時の総発熱量が変化しないような値として設定される。
At step S393,
強ノッキングが発生している場合には、水素ガス噴射量を増量補正して混合気の燃焼速度を速めるとともに、n−パラフィン噴射量を減量補正して混合気の自着火性を低下させる。これにより混合気の燃焼期間を短縮しつつ、混合気の自着火を抑制することができるので、強ノッキングの発生を抑制できる。 When strong knocking has occurred, the hydrogen gas injection amount is corrected to increase to increase the combustion speed of the air-fuel mixture, and the n-paraffin injection amount is corrected to decrease to reduce the self-ignitability of the air-fuel mixture. Thus, the self-ignition of the air-fuel mixture can be suppressed while shortening the combustion period of the air-fuel mixture, so that the occurrence of strong knocking can be suppressed.
ECU41は、強ノッキングが抑制されるまでステップS391〜S393の制御を繰り返すように構成されるが、ノックレベルNの値に応じて各燃料の補正値dQf1D〜dQf3Dを設定するように構成してもよい。
The
以上により、本実施形態のエンジン100は下記の効果を得ることができる。
As described above, the
エンジン100では、エンジン運転状態が領域Aにある場合に、混合気の燃焼状態に応じて各燃料の噴射量を補正するので、混合気の燃焼状態を安定させることが可能となる。
In
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea.
第1実施形態では、n−パラフィンを燃料噴射弁22によって、水素ガスを燃料噴射弁23によっていずれも吸気通路内に噴射することとしたが、これらの燃料は燃焼室内に直接噴射するようにしてもよい。n−パラフィンを直接噴射することで、その予混合が充分に進行しないうちに自着火が生じることを回避することができる。また、水素ガスを直接噴射することで、吸気通路15に向けた逆火の発生を防止することができる。
In the first embodiment, n-paraffin is injected into the intake passage by the
第2実施形態では、専用の部材又は部品を設置して副燃焼室142を形成するようにしたが、シリンダブロック11又はシリンダヘッド12に窪みを設け、この窪みにより副燃焼室142を形成するようにしてもよい。
In the second embodiment, the
第3実施形態では、ノックセンサ55の検出値に基づいてノッキング判定するようにしたが、筒内圧センサ54の検出値に基づいてノックキング判定をするようにしてもよい。この場合には、ノッキング特有の周波数帯域の筒内圧力波形における筒内圧の振幅Mが、基準値M1よりも大きく基準値M2よりも小さい場合には弱ノッキングが発生していると判定し、基準値M2よりも大きい場合には強ノッキングが発生していると判定する。
In the third embodiment, the knocking determination is performed based on the detection value of the
第3実施形態では、筒内圧センサ54によって検出された筒内圧と基準圧力とを比較することで失火判定するようにしたが、検出された筒内圧から燃焼時の発熱量を算出し、この発熱量に基づいて失火判定するようにしてもよい。そして、混合気が火炎伝播燃焼する期間の筒内圧Pに基づいて算出された発熱量QAが基準発熱量Q1よりも小さい場合には、火炎伝播燃焼が失火していると判定する。また、自着火燃焼する期間の筒内圧Pに基づいて算出された発熱量QBが基準発熱量Q2よりも小さい場合には、自着火燃焼が失火していると判定する。
In the third embodiment, the misfire determination is made by comparing the in-cylinder pressure detected by the in-
また、失火時にはクランクシャフトの角速度変化量が通常時よりも小さくなるため、この角速度変化量に基づいて失火判定するようにしてもよい。角速度変化量は、クランク角センサ52の検出値に基づいて算出できる。そして、混合気が火炎伝播燃焼する期間の角速度変化量ΔwAが基準変化量Δw1よりも小さい場合には、火炎伝播燃焼が失火していると判定する。また、自着火燃焼する期間の角速度変化量ΔwBが基準変化量Δw2よりも小さい場合には、自着火燃焼が失火していると判定する。
Further, since the amount of change in the angular velocity of the crankshaft is smaller than that in the normal state at the time of misfire, the misfire may be determined based on this amount of change in angular velocity. The amount of change in angular velocity can be calculated based on the detection value of the
さらに、点火プラグ25にイオン電流センサを設け、混合気燃焼時のイオン電流に基づいて失火判定をしてもよい。混合気が燃焼すると、その燃焼状態に応じて陽イオンが発生するので、イオン電流センサはこの陽イオンに起因して生じるイオン電流を検出する。そして、混合気が火炎伝播燃焼する期間のイオン電流IAが基準電流値I1よりも小さい場合には、火炎伝播燃焼が失火していると判定する。また、自着火燃焼する期間のイオン電流IBが基準電流値I2よりも小さい場合には、自着火燃焼が失火していると判定する。
Furthermore, an ion current sensor may be provided in the
第1実施形態から第3実施形態では、吸気弁16を可変動弁機構によって駆動するようにしてもよい。この場合には、図16に示すように、エンジン負荷Ldの低下に対して吸気弁16の閉弁時期IVCをピストン下死点側に進角させる。これによりエンジンの有効圧縮比が増大するので、n−パラフィンの自着火性を高めることができ、混合気の自着火燃焼を安定させることができる。
In the first to third embodiments, the
第1実施形態から第3実施形態では、図1、図7、図12に示すように機械圧縮比を可変制御する圧縮比可変機構71を設けるようにしてもよい。この場合には、図17に示すように、エンジン負荷Ldの低下に対してエンジン100の機械圧縮比CRを高めることで、n−パラフィンの自着火性の作用を高めることができ、混合気の自着火燃焼を安定させることができる。機械圧縮比の可変制御によれば、自着火を安定させることに加え、機械圧縮比の増大による熱効率向上の効果を得ることができる。
In the first to third embodiments, a compression
第1実施形態から第3実施形態では、性状の異なる複数の燃料を個別に供給し、所定の自着火性及び燃焼速度が達成されるように構成した。しかしながら、所定の自着火性及び燃焼速度が得られるように予め調合した異なる組成の複数の燃料を、個別に設けられた燃料タンクに貯蔵し、エンジン100に対し、これらを運転状態に応じて切り換えて供給するようにしてもよい。
In the first to third embodiments, a plurality of fuels having different properties are individually supplied to achieve predetermined autoignition properties and combustion rates. However, a plurality of fuels of different compositions prepared in advance so as to obtain a predetermined autoignition property and combustion speed are stored in individually provided fuel tanks, and these are switched to the
第1実施形態から第3実施形態では、ガソリンを蓄える燃料タンク31の他に、n−パラフィンを蓄える燃料タンクと水素ガスを蓄える燃料タンクとを備え、それら各燃料タンクに蓄えられた燃料を各燃料噴射弁に供給してもよい。
In the first to third embodiments, in addition to the
第1燃料としてはn−パラフィンのほか、軽油、ジメチルエーテル又はジエチルエーテル等、セタン価が高いものとして分類される燃料を採用することができる。 As the first fuel, in addition to n-paraffin, a fuel classified as having a high cetane number, such as light oil, dimethyl ether or diethyl ether, can be used.
第2燃料としては水素のほか、エチレン又はアセチレン等、層流燃焼速度の高い燃料を採用することができる。 As the second fuel, in addition to hydrogen, a fuel having a high laminar combustion speed such as ethylene or acetylene can be used.
13 ピストン
14 燃焼室
141 主燃焼室
142 副燃焼室
142a 噴孔
16 吸気弁
161 動弁装置(バルブタイミング制御手段)
21 燃料噴射弁(供給手段)
22 燃料噴射弁(供給手段)
23 燃料噴射弁(供給手段)
25 点火プラグ(点火手段)
31 燃料タンク
33 燃料分離器
34 燃料改質器
41 エンジン制御ユニット(制御手段)
51 アクセルセンサ
52 クランク角センサ
53 冷却水温度センサ
54 筒内圧センサ
55 ノックセンサ
71 圧縮比可変機構
ステップS302 火炎伝播燃焼失火判定手段
ステップS303 自着火燃焼失火判定手段
ステップS306 ノッキング判定手段
ステップS307 ノッキング強度判定手段
13
21 Fuel injection valve (supply means)
22 Fuel injection valve (supply means)
23 Fuel injection valve (supply means)
25 Spark plug (ignition means)
31
51
Claims (18)
混合気に点火する点火手段と、
前記供給手段と前記点火手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、点火された混合気が火炎伝播燃焼した後に自着火燃焼するように各燃料の供給割合を調整し、前記燃焼室内の混合気に前記点火手段によって点火することを特徴とするエンジン。 Including a first fuel having a higher self-ignition property than gasoline, a second fuel having a faster combustion rate than gasoline, and a third fuel having a lower self-ignition property than the first fuel and a slower combustion rate than the second fuel. a supply means for supplying fuel to the air-fuel mixture formed in the combustion chamber but,
Ignition means for igniting the air-fuel mixture;
Control means for controlling the supply means and the ignition means,
Wherein, engine ignited air-fuel mixture by adjusting the feed rate of the fuel to self-ignition combustion after a flame propagation combustion, characterized in that it ignited by the ignition means in the air-fuel mixture in the combustion chamber .
前記制御手段は、エンジンが冷機状態にあると判定された場合に、暖機時よりも第1燃料及び第2燃料の供給割合を増大させ、第3燃料の供給割合を減少させることを特徴とする請求項2に記載のエンジン。 Further comprising cold state determination means for determining whether the engine is in a cold state,
When it is determined that the engine is in a cold state, the control means increases the supply ratio of the first fuel and the second fuel and decreases the supply ratio of the third fuel than when warming up. The engine according to claim 2 .
前記制御手段は、火炎伝播燃焼が失火している場合に、第1燃料及び第2燃料の供給割合を増大し、第3燃料の供給割合を減少させることを特徴とする請求項2から請求項4のいずれか一つに記載のエンジン。 Flame propagation combustion misfire determination means for determining whether flame propagation combustion is misfired,
Wherein, when the flame propagation combustion misfire has occurred, the supply proportions of the first fuel and the second fuel increases, claim claim 2, characterized in that to reduce the feed rate of the third fuel 4. The engine according to any one of 4 .
前記制御手段は、自着火燃焼が失火している場合に、第1燃料の供給割合を増大し、第3燃料の供給割合を減少させることを特徴とする請求項2から請求項5のいずれか一つに記載のエンジン。 A self-ignition combustion misfire determination means for determining whether the self-ignition combustion is misfiring,
Wherein, when the self-ignition combustion misfire has occurred, and increases the supply proportions of the first fuel, any of the preceding claims 2, characterized in that to reduce the feed rate of the third fuel The engine according to one.
前記制御手段は、ノッキングが発生している場合に、第2燃料の供給割合を増大し、第3燃料の供給割合を減少させることを特徴とする請求項2から請求項6のいずれか一つに記載のエンジン。 A knocking judging means for judging whether knocking has occurred or not,
Wherein, when the knocking is occurring, any one of claims 6 claims 2 to increase the feed rate of the second fuel, and wherein the reducing the feed rate of the third fuel Engine described in.
前記制御手段は、基準値よりも強いノッキングが発生している場合に、第2燃料の供給割合を増大し、第1燃料及び第3燃料の供給割合を減少させることを特徴とする請求項7に記載のエンジン。 A knocking strength judging means for judging the strength of knocking when knocking occurs,
Wherein when strong knocking than a reference value has occurred, according to claim 7 to increase the feed rate of the second fuel, and wherein the reducing the supply proportions of the first fuel and the third fuel Engine described in.
容積が一定で主燃焼室と噴孔を介して連通する副燃焼室と、
ガソリンよりも自着火性の高い第1燃料を含んだ混合気を前記主燃焼室内に形成するとともに、ガソリンよりも燃焼速度の速い第2燃料を含んだ混合気を前記副燃焼室内に形成するように燃料を供給する供給手段と、
前記副燃焼室内に形成された第2燃料を含んだ均質混合気に点火する点火手段と、
前記供給手段と前記点火手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記点火手段によって点火された前記副燃焼室内の混合気の燃焼による火炎トーチに基づき前記主燃焼室内の混合気が火炎伝播燃焼した後に自着火燃焼するように、第1燃料と第2燃料の供給割合を調整することを特徴とするエンジン。 A main combustion chamber whose volume changes as the piston moves;
A sub-combustion chamber having a constant volume and communicating with the main combustion chamber via the nozzle hole ;
An air-fuel mixture containing a first fuel having a higher autoignition property than gasoline is formed in the main combustion chamber, and an air-fuel mixture containing a second fuel having a higher combustion speed than gasoline is formed in the sub-combustion chamber. Supply means for supplying fuel to
Ignition means for igniting a homogeneous mixture containing the second fuel formed in the auxiliary combustion chamber ;
Control means for controlling the supply means and the ignition means,
The control means includes a first fuel and a first fuel so that the air-fuel mixture in the main combustion chamber undergoes self-ignition combustion after flame propagation combustion based on a flame torch caused by combustion of the air-fuel mixture in the sub-combustion chamber ignited by the ignition means. An engine characterized by adjusting a supply ratio of the second fuel.
前記制御手段は、エンジンが冷機状態にあると判定された場合に、暖機時よりも第1燃料の供給割合を増大させ、第3燃料の供給割合を減少させることを特徴とする請求項10から請求項12のいずれか一つに記載のエンジン。 Further comprising cold state determination means for determining whether the engine is in a cold state,
Wherein, when the engine is determined to be in the cold state than during the warm-up increases the supply proportions of the first fuel, claim, characterized in that to reduce the feed rate of the third fuel 10 The engine according to claim 12 .
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