JP5900132B2 - 複合燃料内燃機関 - Google Patents
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Description
(第1実施形態)
第1実施形態による複合燃料内燃機関(以下、「エンジンシステム」という。)を図1に示す。エンジンシステム10は、機関本体11、吸気系12、排気系13、第一燃料噴射手段としての第一インジェクタ14、第二燃料噴射手段としての第二インジェクタ15、排気浄化部16、過給器17および吸気加熱部18を備えている。機関本体11は、複数の燃焼室19を形成している。具体的には、機関本体11は、図示しないシリンダブロック、シリンダヘッドおよびピストンの間に燃焼室19を形成している。本実施形態の場合、機関本体11は、ディーゼルサイクルにしたがって作動するエンジンである。なお、機関本体11は、ディーゼルサイクルに限らず、オットーサイクルで作動するものであってもよい。
制御装置50は、エンジンシステム10が運転されているとき、機関本体11の運転状態を取得する(S101)。具体的には、制御装置50は、回転数センサ65から機関本体11の回転数を取得するとともに、アクセル開度センサ66からアクセルペダルの開度を取得する。噴射量設定部51は、S101において回転数およびアクセルペダルの開度が取得されると、第一燃料および第二燃料の噴射量を設定する(S102)。第一燃料の噴射量および第二燃料の噴射量は、例えば機関本体11の回転数およびアクセルペダルの開度に基づくマップとして予め設定されている。したがって、噴射量設定部51は、取得された回転数およびアクセルペダルの開度、並びに予め設定されたマップに基づいて、第一燃料の噴射量および第二燃料の噴射量を設定する。
(低負荷領域)
機関本体11が低負荷領域にあると判断されたときのエンジンシステム10の制御の流れを、図4に基づいて説明する。
制御装置50は、図3に示すS106において機関本体11が低負荷領域にあると判断されると、第一開閉弁41により吸気バイパス通路31を開放する(S201)。そして、制御装置50は、第二開閉弁42で熱交換器25へ至る吸気通路21を閉鎖する(S202)。さらに、制御装置50は、第三開閉弁43で吸気過給器バイパス通路33を開放し(S203)、第六開閉弁46で排気バイパス通路32を開放する(S204)。これにより、図5に示すように大気から導入された吸気は、熱交換器25へ迂回して吸気バイパス通路31を流れる。そして、吸気バイパス通路31を経由した吸気は、過給器17およびインタークーラ24を迂回する吸気過給器バイパス通路33を経由して機関本体11へ流入する。
機関本体11が高負荷領域にあると判断されたときのエンジンシステム10の制御の流れを、図7に基づいて説明する。
制御装置50は、図3に示すS108において機関本体11が高負荷領域にあると判断されると、当量比φの目標となる目標当量比φdを設定する(S301)。この目標当量比φdは、図3に示すS101で取得した機関本体11の運転状態、およびS102で設定した第一燃料の燃料噴射量に基づいて設定される。機関本体11は高負荷領域にあるため、目標当量比φdは設定当量比F2より大きい。
機関本体11が特定負荷領域にあると判断されたときのエンジンシステム10の制御の流れを、図10に基づいて説明する。
制御装置50は、図3に示すS109において機関本体11が特定負荷領域にあると判断されると、当量比φの目標となる目標当量比φdを設定する(S401)。目標当量比φdは、上述の高負荷領域と同様に機関本体11の運転状態、および第一燃料の燃料噴射量に基づいて設定される。機関本体11は、特定負荷領域にあるため、目標当量比φdは可燃限界F1と設定当量比F2との間、すなわちF1≦φd≦F2である。
第1実施形態では、吸気の流れ方向において機関本体11の上流側に加熱ヒータ26を備えている。例えば排気の温度が低いときなど、特定負荷領域での運転時に熱交換器25における吸気の加熱が不足することもある。このように熱交換器25における吸気の加熱が不足するとき、吸気は加熱ヒータ26で加熱してもよい。この場合、制御装置50は、温度センサ62で検出した吸気の温度に基づいて、加熱ヒータ26への通電を制御する。これにより、機関本体11へ吸入される吸気の温度は、十分に上昇し、特定負荷領域における第一燃料の実当量比φrを確実に高めることができる。
第2実施形態によるエンジンシステムを図14に示す。
第2実施形態では、開閉弁の構成が第1実施形態と異なる。第2実施形態の場合、エンジンシステム10は、図14に示すように三方弁71、三方弁72および三方弁73を備えている。三方弁71は、吸気の流れ方向において熱交換器25の上流側に設けられ、吸気の経路を熱交換器25側または吸気バイパス通路31側へ切り換える。また、三方弁72は、排気の流れ方向において熱交換器25の上流側に設けられ、排気の経路を熱交換器25側または排気バイパス通路32側へ切り換える。同様に、三方弁73は、排気の流れ方向において熱交換器25の下流側に設けられ、排気の経路を熱交換器25側または排気バイパス通路32側へ切り換える。
第2実施形態では、三方弁71、72、73を用いることにより、弁の設置数を低減することができ、構造をより簡略化することができる。
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
例えば、吸気を加熱する加熱手段は、熱交換器に限らない。すなわち、熱交換器に代えて、図15に示すように吸気通路21に加熱ヒータ80を設ける構成としてもよい。この場合、加熱ヒータ80は、図1に示す熱交換器25に相当する位置に設けてもよく、図1に示す加熱ヒータ26に相当する位置に設けてもよい。
Claims (3)
- 複数の燃焼室(19)を形成する機関本体(11)と、
前記機関本体(11)に接続する吸気通路(21)を流れる吸気に自ら着火しない天然ガスを予め供給する天然ガス噴射手段(14)と、
前記燃焼室(19)に吸入された吸気へ自ら着火する軽油を供給する軽油噴射手段(15)と、
前記吸気通路(21)を流れる吸気に対する前記天然ガスの当量比の目標値が、前記燃焼室(19)における前記天然ガスの燃焼に十分な可燃限界以上であるか否かを判断する可燃限界判断手段(52)と、
前記可燃限界判断手段(52)において前記天然ガスの当量比の目標値が前記可燃限界以上であると判断すると、前記天然ガス噴射手段(14)を駆動して前記吸気へ前記天然ガスを供給する駆動手段(53)と、
前記機関本体(11)の負荷を取得して、前記機関本体(11)が予め設定された特定負荷領域にあるか否かを判断する負荷領域判断手段(55)と、
前記吸気通路(21)を流れる吸気と前記機関本体(11)に接続する排気通路(22)を流れる排気との間で熱交換するとともに、前記排気通路(22)における排気の流れ方向において前記排気を酸化する酸化触媒(23)よりも下流側に設けられ、前記駆動手段(53)により前記吸気へ前記天然ガスを供給するとき、前記負荷領域判断手段(55)で前記機関本体(11)が前記特定負荷領域にあると判断されると、前記吸気通路(21)を経由して前記燃焼室(19)へ吸入される吸気を加熱する吸気加熱手段(18)と、を備え、
前記吸気通路(21)は、前記吸気加熱手段(18)を迂回する吸気バイパス通路(31)を有し、
前記排気通路(22)は、前記吸気加熱手段(18)を迂回する排気バイパス通路(32)を有し、
前記吸気加熱手段(18)は、前記吸気通路(21)における吸気の流れ方向において前記機関本体(11)の上流側に、通電によって吸気を加熱するヒータ(26、80)を有するとともに、
前記負荷領域判断手段(55)で判断された前記機関本体(11)の負荷に応じて、前記吸気バイパス通路(31)を開閉する吸気バイパス開閉手段(41)と、前記排気バイパス通路(32)を開閉する排気バイパス開閉手段(46)と、を備える複合燃料内燃機関。 - 前記機関本体(11)に接続する排気通路(22)を流れる排気を、前記吸気通路(21)を流れる吸気に混合する排気混合手段(36)をさらに備える請求項1記載の複合燃料内燃機関。
- 前記機関本体(11)に接続する排気通路(22)における排気の流れによって前記吸気通路(21)を流れる吸気を加圧する過給器(17)と、
前記吸気通路(21)において前記過給器(17)を迂回する過給器バイパス通路(33)と、
前記過給器バイパス通路(33)を開閉可能であって、前記吸気加熱手段(18)で前記燃焼室(19)へ吸入される吸気を加熱するとき、前記過給器バイパス通路(33)を開放して前記吸気加熱手段(18)で加熱された吸気を前記過給器バイパス通路(33)へ導入する開閉手段(43)と、
をさらに備える請求項1または2記載の複合燃料内燃機関。
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