JP5528141B2

JP5528141B2 - 圧縮着火内燃機関

Info

Publication number: JP5528141B2
Application number: JP2010022529A
Authority: JP
Inventors: 近藤　　卓; 公太郎橋本
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2010-02-03
Filing date: 2010-02-03
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2030-02-03
Also published as: JP2011157941A

Description

本発明は、圧縮着火内燃機関に関する。

近年、熱効率が高く、公害性が低いことから、予混合圧縮着火内燃機関に代表される圧縮着火内燃機関が提案されている。前記圧縮着火内燃機関は、酸素含有気体と圧縮自着火可能な燃料との混合気を燃焼室内に導入して圧縮することにより、該燃料に自着火させるものである。

ところが、前記圧縮着火内燃機関は、火花点火方式の内燃機関と異なり前記混合気の着火を自着火により行うため、着火タイミングを制御することが難しい。また、前記圧縮着火内燃機関は、高負荷のときには前記燃料の濃度が高くなってノッキングを起こしやすくなる一方、低負荷のときには該燃料の濃度が希薄になるために着火しにくく、失火しやすいという問題がある。

そこで、前記着火タイミングを制御するために吸気温度制御や、排気を吸気に再循環させる制御（ＥＧＲ）が行われている。また、着火性の異なる２種類の燃料として、ガソリンと軽油とを用いる圧縮着火内燃機関も知られている。

前記ガソリンと軽油とを用いる圧縮着火内燃機関は、吸気ポートにガソリンを噴射する一方、燃焼室内に軽油を直接噴射するものである。このような圧縮着火内燃機関によれば、高負荷時には着火性の高い燃料（軽油）に対する着火性の低い燃料（ガソリン）の割合を高くし、低負荷時には着火性の低い燃料（ガソリン）に対する着火性の高い燃料（軽油）の割合を高くする。このようにすることにより、ある程度の着火時期の調整が可能であるとされている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００５−９８１３２号公報特開２００５−８３３３５号公報

しかしながら、着火性の異なる２種類の燃料を用いる圧縮着火内燃機関では、負荷に応じて着火性の高い燃料と着火性の低い燃料との割合を変えるだけでは着火性を十分に調整することが難しいという不都合がある。

そこで、本発明は、かかる不都合を解消して、着火性の異なる２種類の燃料を用い、機関の運転状態の変化に対応して、広い範囲で着火タイミングを制御することができる圧縮着火内燃機関を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明は、着火性の異なる２種類の燃料のうち、他方より着火性の低い第１の燃料を貯留する第１の燃料貯留手段と、他方より着火性の高い第２の燃料を貯留する第２の燃料貯留手段と、該第１の燃料貯留手段に貯留されている該第１の燃料を吸気ポートに噴射する第１の燃料噴射手段と、該第２の燃料貯留手段に貯留されている該第２の燃料を燃焼室内に直接噴射する第２の燃料噴射手段とを備える圧縮着火内燃機関において、該第１の燃料貯留手段に貯留されている該第１の燃料を該第２の燃料噴射手段に供給する供給手段と、該第２の燃料噴射手段により噴射される該第１の燃料と該第２の燃料との体積比を制御する燃料噴射制御手段と、前記第１の燃料を前記第２の燃料噴射手段に供給する第１の燃料ポンプと、前記第２の燃料を前記第２の燃料噴射手段に供給する第２の燃料ポンプとを備え、前記燃料噴射制御手段は、前記第２の燃料噴射手段により噴射される前記第１の燃料と前記第２の燃料との体積比を、該第１の燃料ポンプと該第２の燃料ポンプとの駆動力のみにより制御することを特徴とする。

着火性の異なる２種類の燃料を用いる圧縮着火内燃機関では、まず、前記燃焼室内に直接噴射される着火性の高い燃料の酸化反応が始まり、その発熱と膨張により、吸気ポートから該燃焼室に導入される着火性の低い燃料の自着火が誘発され、燃焼が進行する。

本発明の圧縮着火内燃機関では、前記燃料噴射制御手段により、前記第２の燃料噴射手段に前記第１の燃料と前記第２の燃料とを供給すると共に、両燃料の体積比を制御する。この結果、前記燃焼室内に直接噴射される燃料の着火性は、前記第１の燃料の着火性と前記第２の燃料の着火性との中間的なものとなる。

従って、本発明の圧縮着火内燃機関によれば、前記燃料噴射制御手段を介して前記第２の燃料噴射手段に供給される前記第１の燃料と前記第２の燃料との体積比を制御することにより、広い範囲で着火タイミングを制御することができる。
また、燃料噴射制御手段は、第２の燃料噴射手段により噴射される前記第１の燃料と前記第２の燃料との体積比を、第１の燃料ポンプと第２の燃料ポンプとの駆動力のみにより制御することで、燃料混合比率制御手段の簡易化及び燃料混合の効率化を実現することができる。

また、本発明の圧縮着火内燃機関において、前記燃料噴射制御手段は、前記第２の燃料噴射手段により噴射される前記第１の燃料と前記第２の燃料との体積比を、機関の負荷が低くなるほど前記第２の燃料の割合を高くし、機関の負荷が高くなるほど前記第１の燃料の割合を高くすることが好ましい。このようにすることにより、本発明の圧縮内燃機関によれば、機関の運転状態の変化に対応して、広い範囲で着火タイミングを制御することができる。

また、本発明の圧縮着火内燃機関において、前記第１の燃料は、前記２種類の燃料のうち他方より着火性の低い燃料であればどのような燃料であってもよいが、例えばガソリンを用いることができる。また、本発明の圧縮着火内燃機関において、前記第２の燃料は、前記２種類の燃料のうち他方より着火性の高い燃料であればどのような燃料であってもよいが、例えば軽油を用いることができる。

本発明の圧縮着火内燃機関の構成を示す説明的断面図。本発明の圧縮着火内燃機関において、第１の燃料と第２の燃料との体積比を変えたときのクランク角度と熱発生率との関係を示すグラフ。

次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。

図１に示すように、本実施形態の圧縮着火内燃機関１は、円筒状の燃焼室２と、燃焼室２の内壁に沿って摺動自在のピストン３とを備えており、燃焼室２の上部には吸気ポート４と、排気ポート５とが連通している。尚、燃焼室２の内壁とピストン３との間には図示しないピストンリングが介装されており、該ピストンリングが燃焼室２の内壁に摺接するようになっている。

吸気ポート４は吸気弁４ａにより開閉自在とされており、排気ポート５は排気弁５ａにより開閉自在とされている。吸気ポート４には、吸気ポート４内に第１の燃料としてのガソリンを噴射する第１燃料噴射手段６が配設されており、第１燃料噴射手段６は第１燃料導管７を介してガソリンタンク８に接続されている。また、燃焼室２の上部の略中央部には、燃焼室２内に第２の燃料としての軽油を直接噴射する第２燃料噴射手段９が配設されており、第２燃料噴射手段９は第２燃料導管１０を介して軽油タンク１１に接続されている。

第１燃料導管７の途中からは接続導管１２が分岐しており、第１燃料ポンプ１３を介して第２燃料導管１０に接続されている。また、第２燃料導管１０には、接続導管１２との接続部の上流側に第２燃料ポンプ１４が配設されている。

また、圧縮着火内燃機関１は、第１燃料噴射手段６、第２燃料噴射手段９、第１燃料ポンプ１３、第２燃料ポンプ１４の作動を制御する制御装置１５を備えている。制御装置１５は、図示しないアクセルセンサ、トルクセンサからの出力信号、回転数、クランク角度、燃焼室２内の温度等を検知して、第１燃料噴射手段６、第２燃料噴射手段９、第１燃料ポンプ１３、第２燃料ポンプ１４の作動を制御する。

次に、本実施形態の圧縮着火内燃機関１の作動について説明する。

圧縮着火内燃機関１では、圧縮行程において、制御装置１５が第１燃料噴射手段６を介して吸気ポート４に第１の燃料としてのガソリンを噴射すると共に、吸気弁４ａを開弁してガソリンを燃焼室２内に導入する。また、同時に制御装置１５が第２燃料噴射手段９を介して、第１の燃料より着火性の高い燃料を燃焼室２内に直接噴射する。

このとき、制御装置１５は、第２燃料導管１０中の軽油に、第１燃料導管７から接続導管１２を介してガソリンを混入し、前記第２の燃料としてガソリンと軽油との混合物を第２燃料噴射手段９に供給する。ガソリンと軽油との混合は、制御装置１５により第１燃料ポンプ１３及び第２燃料ポンプ１４の駆動力を制御することにより、ガソリンと軽油と所定の体積比となるように行う。前記ガソリンと軽油との混合は、具体的には、制御装置１５が前記アクセルセンサ、トルクセンサ等からの出力信号により機関負荷を検出し、該機関負荷が低くなるほど軽油の割合を高くし、該機関負荷が高くなるほどガソリンの割合が高くなるようにする。尚、前記機関負荷が低いときには、第２燃料噴射手段９に供給される燃料は実質的に軽油のみであってもよい。

前記ガソリン及び軽油は、燃焼室２内で気化すると共に、燃焼室２内の空気と混合気を形成し、さらに圧縮されることにより自着火する。ここで、前記自着火は、まず、燃焼室２内に直接噴射される着火性の高い燃料の酸化反応により始まる。そして、前記着火性の高い燃料の発熱と膨張により、吸気ポート４から燃焼室２に導入される着火性の低い燃料としてのガソリンの自着火が誘発される。

圧縮着火内燃機関１では、前述のように、燃焼室２内に直接噴射される着火性の高い燃料が前記ガソリンと軽油との混合物であり、機関負荷に応じて両者の体積比が変えられている。従って、燃焼室２内に直接噴射される着火性の高い燃料は、ガソリンの着火性と軽油の着火性との間の中間的な着火性を備えるものとなっており、圧縮着火内燃機関１の運転状態の変化に対応して、広い範囲で着火タイミングを制御することができる。

次に、圧縮着火内燃機関１の回転数１５００ｐｐｍ、機関負荷３５０ｋＰａの条件下で、着火性の高い燃料として前記ガソリンと軽油との混合物の体積比を変えて、該混合物を燃焼室２内に直接噴射したの着火タイミングの変化を調べた。結果を、クランク角度に対する熱発生率の変化として、図２に示す。

図２から、軽油に対するガソリンの混合割合（体積比）が増加するに従って、着火タイミングが遅角化することが明らかである。

１…圧縮着火内燃機関、２…燃焼室、４…吸気ポート、４ａ…吸気弁、５ａ…排気弁、６…第１燃料噴射手段、８…ガソリンタンク、９…第２燃料噴射手段、１１…軽油タンク、１３…第１燃料ポンプ、１４…第２燃料ポンプ、１５…制御装置。

Claims

着火性の異なる２種類の燃料のうち、他方より着火性の低い第１の燃料を貯留する第１の燃料貯留手段と、
他方より着火性の高い第２の燃料を貯留する第２の燃料貯留手段と、
該第１の燃料貯留手段に貯留されている該第１の燃料を吸気ポートに噴射する第１の燃料噴射手段と、
該第２の燃料貯留手段に貯留されている該第２の燃料を燃焼室内に直接噴射する第２の燃料噴射手段とを備える圧縮着火内燃機関において、
該第１の燃料貯留手段に貯留されている該第１の燃料を該第２の燃料噴射手段に供給する供給手段と、
該第２の燃料噴射手段により噴射される該第１の燃料と該第２の燃料との体積比を制御する燃料噴射制御手段と、
前記第１の燃料を前記第２の燃料噴射手段に供給する第１の燃料ポンプと、
前記第２の燃料を前記第２の燃料噴射手段に供給する第２の燃料ポンプとを備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記第２の燃料噴射手段により噴射される前記第１の燃料と前記第２の燃料との体積比を、該第１の燃料ポンプと該第２の燃料ポンプとの駆動力のみにより制御することを特徴とする圧縮着火内燃機関。
請求項１記載の圧縮内燃機関において、前記燃料噴射制御手段は、前記第２の燃料噴射手段により噴射される前記第１の燃料と前記第２の燃料との体積比を、機関の負荷が低くなるほど前記第２の燃料の割合を高くし、機関の負荷が高くなるほど前記第１の燃料の割合を高くすることを特徴とする圧縮着火内燃機関。
請求項１記載の圧縮着火内燃機関において、第１の燃料はガソリンであり、第２の燃料は軽油であることを特徴とする圧縮着火内燃機関。