JP6073067B2 - Engine and fuel supply method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、給気路の燃焼室への接続部位である給気ポートへ燃料を噴射する高圧燃料噴射手段を備えたエンジン及びその燃料供給方法に関する。 The present invention relates to an engine provided with a high-pressure fuel injection means for injecting fuel into an air supply port which is a connection portion of a supply air passage to a combustion chamber, and a fuel supply method thereof.
従来、コジェネレーションシステム等で、都市ガス等の気体燃料が供給されるエンジンにおいては、上流側から中供給圧で供給される燃料を、膨張弁15等により膨張させ、低供給圧の燃料として供給するように構成されているものが知られている(特許文献1を参照)。即ち、当該エンジンにおいては、中供給圧の燃料を低供給圧に減圧して、ガスエンジンに供給している。
一方、燃料を燃焼室へ直接噴射するエンジンEとして、高供給圧で燃料を燃焼室23へ噴射することにより、燃焼室23における燃焼サイクルに合わせる形態で、所望のタイミングで所望の量の燃料を供給するものが知られている(特許文献2を参照)。
当該特許文献2に記載の技術について、説明を追加すると、燃焼用空気を燃焼室23へ供給する給気ポート32を備えると共に、エンジンEの軸出力にて圧縮空気を生成するエアコンプレッサ100を備え、燃料を高圧で燃焼室Eへ噴射すべく、当該エアコンプレッサ100にて発生された圧縮空気を燃料と共に燃焼室Eへ噴射する燃料噴射弁17を備えたものが知られている。
Conventionally, in an engine that is supplied with gas fuel such as city gas in a cogeneration system, etc., fuel supplied at an intermediate supply pressure from the upstream side is expanded by an
On the other hand, as an engine E that directly injects fuel into the combustion chamber, by injecting fuel into the
When the description of the technique described in Patent Document 2 is added, the air supply port 32 that supplies combustion air to the
しかしながら、上記特許文献1に開示の技術では、燃料を中供給圧から低供給圧として供給しているため、必ずしも、燃料の元圧(中供給圧)が有効に利用されてないという問題があった。
一方、上記特許文献2に開示の技術では、高供給圧で燃料を燃焼室へ噴射すべく、エンジンEの軸出力にてエアコンプレッサ100を駆動し、当該エアコンプレッサ100にて生成した圧縮空気と共に燃料を噴射する必要があった。このため、エンジンEの実質的な軸出力は、当該エアコンプレッサ100を駆動させる分だけ低下するという問題があった。
本発明は、この点に着目してなされたものであり、その目的は、燃料の供給圧を有効に利用して、エンジンの実質的な軸出力を維持しながらも、高圧の燃料を噴射可能なエンジン及びエンジンの燃料供給方法を提供する点にある。
However, the technique disclosed in Patent Document 1 supplies the fuel from the medium supply pressure to the low supply pressure, and thus has a problem that the fuel original pressure (medium supply pressure) is not always effectively used. It was.
On the other hand, in the technique disclosed in Patent Document 2, the
The present invention has been made paying attention to this point, and its purpose is to enable high-pressure fuel injection while maintaining the substantial shaft output of the engine by effectively using the supply pressure of the fuel. And a fuel supply method for the engine.
上記目的を達成するためのエンジンは、
給気路の燃焼室への接続部位である給気ポートへ燃料を噴射する高圧燃料噴射手段を備えたエンジンであって、その特徴構成は、
上流側燃料流路から導かれる燃料の一部が通流する第1燃料流路に設けられると共に当該燃料の一部を膨張させる膨張タービンと、燃料の残部が通流する第2燃料流路に設けられ、前記膨張タービンにより回転駆動されて当該燃料の残部を圧縮する圧縮機とを備え、
前記膨張タービンにて膨張された燃料が前記第1燃料流路にて導かれる低圧燃料供給手段が、前記給気ポートの上流側の前記給気路に備えられ、
前記圧縮機にて圧縮された燃料の残部を前記第2燃料流路にて前記高圧燃料噴射手段へ導くように構成され、
前記燃焼室の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段が設けられ、
前記燃焼状態判定手段による燃焼状態の判定結果に基づいて、前記高圧燃料噴射手段による燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御手段が設けられ、
前記燃焼室は、一のクランク軸に対して複数併設されると共に、
前記高圧燃料噴射手段は、複数の前記燃焼室に接続される複数の前記給気ポートの夫々に設けられ、
前記燃焼状態判定手段が、複数の前記燃焼室の燃焼状態を各別に又は群毎に判定可能に設けられ、
前記燃料噴射量制御手段は、前記燃焼状態判定手段による前記燃焼室の燃焼状態の判定結果に基づいて、前記燃焼室に対応する前記高圧燃料噴射手段による燃料噴射量を、前記燃焼室毎に各別に又は群毎に制御可能に構成されている点にある。
The engine to achieve the above purpose is
An engine having high-pressure fuel injection means for injecting fuel into an air supply port which is a connection site to a combustion chamber of an air supply path,
An expansion turbine that expands a part of the fuel and a second fuel flow path through which the remaining fuel flows are provided in the first fuel flow path through which a part of the fuel guided from the upstream fuel flow path flows. And a compressor that is rotationally driven by the expansion turbine and compresses the remainder of the fuel,
Low-pressure fuel supply means for guiding the fuel expanded by the expansion turbine through the first fuel flow path is provided in the air supply path upstream of the air supply port;
The remainder of the fuel compressed by the compressor is configured to be guided to the high pressure fuel injection means in the second fuel flow path ,
Combustion state determination means for determining the combustion state of the combustion chamber is provided,
Fuel injection amount control means for controlling the fuel injection amount by the high-pressure fuel injection means based on the determination result of the combustion state by the combustion state determination means;
A plurality of the combustion chambers are provided for one crankshaft,
The high-pressure fuel injection means is provided in each of the plurality of air supply ports connected to the plurality of combustion chambers,
The combustion state determination means is provided to be able to determine the combustion states of the plurality of combustion chambers separately or for each group,
The fuel injection amount control means sets the fuel injection amount by the high-pressure fuel injection means corresponding to the combustion chamber for each combustion chamber based on the determination result of the combustion state of the combustion chamber by the combustion state determination means. It exists in the point which is comprised so that control is possible separately or for every group .
上記特徴構成によれば、燃料の一部を膨張タービンにて膨張させ、当該膨張に伴って発生する動力にて圧縮機を働かせて、燃料の残部を圧縮し、当該圧縮された燃料の残部を高圧燃料噴射手段へ導くことで、当該高圧燃料噴射手段から給気ポートへ高供給圧の燃料を噴射できる。即ち、燃料の供給圧を利用してその燃料を圧縮することになるから、エンジンの軸出力を用いて燃料を圧縮させる場合に比べ、エンジンの実質的な軸出力の低下を抑制できる。
結果、上記特徴構成によれば、エンジンの実質的な軸出力を維持しながらも、高供給圧の燃料を給気ポートへ噴射できるエンジンを実現できる。
尚、上記特徴構成においては、膨張タービンにて膨張された低供給圧の燃料の供給先は限定していないが、当該低供給圧の燃料は、例えば、給気ポートの上流側の給気路へ供給できる。また、当該低供給圧の燃料は、別に当該エンジン以外の燃焼機器へ供給する構成を採用することも可能である。
According to the above characteristic configuration, a part of the fuel is expanded by the expansion turbine, the compressor is operated by the power generated by the expansion, the remaining part of the fuel is compressed, and the remaining part of the compressed fuel is By guiding to the high-pressure fuel injection means, high supply pressure fuel can be injected from the high-pressure fuel injection means to the air supply port. That is, since the fuel is compressed using the supply pressure of the fuel, a decrease in the substantial shaft output of the engine can be suppressed as compared with the case where the fuel is compressed using the shaft output of the engine.
As a result, according to the above characteristic configuration, it is possible to realize an engine capable of injecting fuel at a high supply pressure into the air supply port while maintaining a substantial shaft output of the engine.
In the above-described characteristic configuration, the supply destination of the low supply pressure fuel expanded by the expansion turbine is not limited, but the low supply pressure fuel may be, for example, the supply passage upstream of the supply port. Can supply. In addition, it is possible to adopt a configuration in which the low supply pressure fuel is supplied to combustion equipment other than the engine.
さらに、上記特徴構成によれば、低圧燃料供給手段にて低供給圧の燃料を給気路へ導いて、給気路にて燃料と燃焼用空気との予混合状態を実現でき、例えば、燃焼室にて、予混合圧縮自着火燃焼を実行できる。
また、上記特徴構成によれば、低圧燃料供給手段にて低供給圧の燃料を給気路へ供給しながらも、高圧燃料供給手段にて高供給圧の燃料を給気ポートへ噴射できるから、例えば、燃焼室が正常燃焼状態にある場合には、低供給圧の燃料を給気路へ供給して正常燃焼を維持すると共に、燃焼室が失火等の異常燃焼状態にある場合には、高圧燃料噴射手段にて高供給圧で燃料を給気ポートへ噴射できるから、適切な供給タイミングで適切な流量だけ燃料を燃焼室へ供給でき、燃焼室を異常燃焼状態から正常燃焼状態へ戻すことができる。結果、例えば、エンジンとして多気筒型のものを採用する場合、各気筒間の燃焼状態のバラツキを抑制できる。
Further, according to the above characteristic configuration, the low pressure fuel supply means can guide the low supply pressure fuel to the supply passage, and a premixed state of the fuel and the combustion air can be realized in the supply passage. Premixed compression auto-ignition combustion can be performed in the chamber.
Further, according to the above-described characteristic configuration, the low-pressure fuel supply means can inject the low supply pressure fuel to the supply passage, while the high-pressure fuel supply means can inject the high supply pressure fuel to the supply port. For example, when the combustion chamber is in a normal combustion state, low-pressure fuel is supplied to the air supply passage to maintain normal combustion, and when the combustion chamber is in an abnormal combustion state such as misfire, Since the fuel injection means can inject fuel into the supply port at a high supply pressure, fuel can be supplied to the combustion chamber at an appropriate flow rate at an appropriate supply timing, and the combustion chamber can be returned from the abnormal combustion state to the normal combustion state. it can. As a result, for example, when a multi-cylinder engine is used, variations in the combustion state between the cylinders can be suppressed.
更に、上記特徴構成によれば、例えば、燃焼状態判定手段にて燃焼室で失火等の異常燃焼が発生していると判定された場合には、例えば、異常燃焼状態にある燃焼室に接続される給気ポートに設けられる高圧燃料噴射手段による燃料噴射量を安定的に増加させることができる。これにより、燃焼室での燃焼状態を、異常燃焼状態から正常燃焼状態へ戻すことができる。結果、例えば、エンジンとして多気筒型のものを採用する場合、各気筒間の燃焼状態のバラツキを抑制できる。 Further, according to the above characteristic configuration, for example, when it is determined by the combustion state determination means that abnormal combustion such as misfire has occurred in the combustion chamber, for example, the combustion chamber is connected to the combustion chamber in the abnormal combustion state. The fuel injection amount by the high-pressure fuel injection means provided in the air supply port can be increased stably. Thereby, the combustion state in the combustion chamber can be returned from the abnormal combustion state to the normal combustion state. As a result, for example, when a multi-cylinder engine is used, variations in the combustion state between the cylinders can be suppressed.
また、燃焼室が一のクランク軸に対して複数併設されているエンジン、即ち、多気筒型のエンジンにあっては、各気筒間における燃焼状態にバラツキが生じる場合がある。例えば、一の気筒では正常燃焼状態が維持されており、他の気筒では失火等の異常燃焼状態が生じる場合がある。
さらに、上記特徴構成によれば、燃焼状態判定手段が複数の燃焼室夫々における燃焼状態を各別に又は群毎に判定し、当該判定結果に基づいて、複数の燃焼室夫々に対応する高圧燃料噴射手段が各別に又は群毎に燃料噴射量を制御可能となっているから、例えば、複数の燃焼室のうち、異常燃焼状態となっている燃焼室に対応する高圧燃料噴射手段を働かせて、異常燃焼状態となっている燃焼室の燃焼状態を制御できる。
即ち、複数の燃焼室を有する多気筒型のエンジンにおいて、各気筒毎に、燃焼状態の判定、制御が実行できる。結果、各気筒間の燃焼状態のバラツキを抑制できる。
In addition, in an engine in which a plurality of combustion chambers are provided for one crankshaft, that is, a multi-cylinder engine, there may be variations in the combustion state between the cylinders. For example, a normal combustion state may be maintained in one cylinder, and an abnormal combustion state such as misfire may occur in another cylinder.
Further, according to the above characteristic configuration, the combustion state determination means determines the combustion state in each of the plurality of combustion chambers separately or for each group, and based on the determination result, the high pressure fuel injection corresponding to each of the plurality of combustion chambers Since the means can control the fuel injection amount separately or for each group, for example, among the plurality of combustion chambers, the high-pressure fuel injection means corresponding to the combustion chamber that is in an abnormal combustion state is operated to cause an abnormality. The combustion state of the combustion chamber in the combustion state can be controlled.
That is, in a multi-cylinder engine having a plurality of combustion chambers, it is possible to determine and control the combustion state for each cylinder. As a result, variation in the combustion state between the cylinders can be suppressed.
本発明のエンジンの更なる特徴構成は、
前記燃焼状態判定手段は、複数の前記燃焼室夫々の内圧に基づいて、複数の前記燃焼室の燃焼状態を各別に又は群毎に判定可能に構成されており、
前記燃焼状態判定手段は、前記燃焼室の内圧が異常燃焼判定圧力よりも低い場合に、前記燃焼室の燃焼状態が異常燃焼状態であると判定する点にある。
Further features of the engine of the present invention are as follows:
The combustion state determination means is configured to be able to determine the combustion state of the plurality of combustion chambers separately or for each group based on the internal pressure of each of the plurality of combustion chambers.
The combustion state determining means is configured to determine that the combustion state of the combustion chamber is an abnormal combustion state when the internal pressure of the combustion chamber is lower than the abnormal combustion determination pressure.
上記特徴構成によれば、燃焼室の燃焼状態を判定する一つの指標として燃焼室の内圧を測定し、当該内圧が異常燃焼判定圧力よりも低い状態である場合、燃焼室にて失火等の異常燃焼が発生していると判定するから、比較的簡易な構成にて、燃焼室の異常燃焼状態を判定できる。
尚、本願にあっては、異常燃焼判定圧力とは、複数の燃焼室の内圧のうち、最も高い圧力の80%以下の圧力であるとする。
According to the above characteristic configuration, when the internal pressure of the combustion chamber is measured as one index for determining the combustion state of the combustion chamber, and the internal pressure is lower than the abnormal combustion determination pressure, an abnormality such as misfire in the combustion chamber. Since it is determined that combustion has occurred, the abnormal combustion state of the combustion chamber can be determined with a relatively simple configuration.
In the present application, the abnormal combustion determination pressure is assumed to be 80% or less of the highest pressure among the internal pressures of the plurality of combustion chambers.
上記目的を達成するためのエンジンの運転方法は、
給気路の燃焼室への接続部位である給気ポートへ燃料を噴射するエンジンの燃料供給方法であって、その特徴構成は、
中供給圧で供給される燃料の一部を低供給圧に膨張させ、膨張した燃料の一部を前記給気ポートの上流側の前記給気路へ供給すると共に、当該膨張により生じたエネルギーにより、中供給圧で供給される燃料の残部を高供給圧に圧縮し、当該高供給圧の燃料を前記給気ポートへ噴射し、
前記燃焼室の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段による燃焼状態の判定結果に基づいて、前記高供給圧の燃料噴射量を制御し、
一のクランク軸に対して複数併設される前記燃焼室に接続される複数の前記給気ポートの夫々に前記高供給圧の燃料を噴射し、
前記燃焼状態判定手段が複数の前記燃焼室の燃焼状態を各別に又は群毎に判定し、
前記燃焼状態判定手段による前記燃焼室の燃焼状態の判定結果に基づいて、前記燃焼室に対応する前記高供給圧の燃料噴射量を、前記燃焼室毎に各別に又は群毎に制御する点にある。
The engine operation method for achieving the above object is as follows:
A fuel supply method for an engine that injects fuel to an air supply port that is a connection part of a supply passage to a combustion chamber,
A part of the fuel supplied at the medium supply pressure is expanded to a low supply pressure, a part of the expanded fuel is supplied to the air supply path upstream of the air supply port, and the energy generated by the expansion is used. , Compress the remainder of the fuel supplied at the medium supply pressure to a high supply pressure, and inject the fuel at the high supply pressure into the supply port ;
Based on the determination result of the combustion state by the combustion state determination means for determining the combustion state of the combustion chamber, the fuel injection amount of the high supply pressure is controlled,
Injecting the fuel of the high supply pressure into each of the plurality of air supply ports connected to the combustion chamber provided in a plurality with respect to one crankshaft;
The combustion state determination means determines the combustion state of the plurality of combustion chambers separately or for each group,
Based on the determination result of the combustion state of the combustion chamber by the combustion state determination means, the fuel injection amount of the high supply pressure corresponding to the combustion chamber is controlled separately for each combustion chamber or for each group. is there.
上記燃料供給方法によれば、中供給圧(2kPa〜10kPa程度)で供給される燃料の一部を低供給圧(大気圧〜2kPa程度)に膨張させ、膨張した燃料の一部を前記給気ポートの上流側の前記給気路へ供給すると共に、当該膨張により生じたエネルギーにより、中供給圧で供給される燃料の残部を高供給圧(10kPa〜20kPa程度)に圧縮し、当該高供給圧の燃料を給気ポートへ噴射するので、燃料を圧縮するのにエンジンの軸出力を用いる必要がなくなる。これにより、エンジンの実質的な軸出力を維持しながらも、高供給圧の燃料を噴射できる。 According to the fuel supply method, a part of the fuel supplied at a medium supply pressure (about 2 kPa to 10 kPa) is expanded to a low supply pressure (atmospheric pressure to about 2 kPa), and a part of the expanded fuel is supplied to the air supply While supplying the air supply path upstream of the port, the remaining fuel supplied at the medium supply pressure is compressed to a high supply pressure (about 10 kPa to 20 kPa) by the energy generated by the expansion, and the high supply pressure The fuel is injected into the air supply port, so that it is not necessary to use the shaft output of the engine to compress the fuel. As a result, high supply pressure fuel can be injected while maintaining a substantial shaft output of the engine.
本発明のエンジン100及びその燃料供給方法は、図1に示すように、エンジン100の軸出力を用いることなく、燃料Gの一部を圧縮して給気ポート14へ供給する構成、及び燃料供給方法に特徴がある。以下、本発明に係るエンジン100及びその燃料供給方法の実施形態を、図面に基づいて説明する。
As shown in FIG. 1, the
本発明のエンジン100は、図1に示すように、複数の気筒10a、10b、10c(当該実施形態では3気筒)を有する多気筒型のエンジンとして構成されている。複数の気筒10a、10b、10cの夫々には燃焼室(図示せず)が設けられ、当該燃焼室にて燃料G及び燃焼用空気Aからなる混合気を圧縮して燃焼させることにより、一のクランク軸12の回転を維持するように構成されている。このような構成は、通常の多気筒型のエンジンと変るところがない。
尚、上記エンジン100は、そのクランク軸12が発電機13に連結され、その軸出力にて発電機13を駆動自在となっており、発電機13にて発電された電力は、電力負荷に供給可能に構成されている。
As shown in FIG. 1, the
The
燃焼用空気Aを通流する給気路15には、燃焼用空気Aに燃料Gを混合する混合器30が備えられると共に、エンジン100の出力を調整するためのスロットルバルブ52が備えられ、その下流側にて、上記複数の気筒10a、10b、10cに設けられる燃焼室の夫々に接続する給気ポート14a、14b、14cが設けられている。
The
本願にあっては、燃料Gを、エンジン100の駆動力を用いることなく圧縮して、給気ポート14a、14b、14cへ供給すべく、以下の如く構成されている。
燃料Gを流通する燃料流路は、上流側にて中供給圧の燃料Gを流通する上流側燃料流路20と、当該上流側燃料流路20の下流側にて、燃料Gの一部を通流する第1燃料流路21と、燃料Gの残部を通流する第2燃料流路22とから成る。
In the present application, the fuel G is compressed as follows without using the driving force of the
The fuel flow path for flowing the fuel G includes an upstream
第1燃料流路21は、燃料Gの一部を膨張させる膨張タービン23を備えると共に、当該膨張タービン23にて膨張させた低供給圧の燃料Gを上記給気路15の燃焼用空気Aと混合する混合器30(低圧燃料供給手段の一例)に接続されている。尚、第1燃料流路21には、膨張タービン23の下流側で混合器30の上流側において、当該第1燃料流路21を通流する燃料Gの流量を計測する流量計50が設けられると共に、当該第1燃料流路21を通流する燃料Gの流量を調整する流量調整弁51が設けられており、後述する制御装置40が、流量計50の計測結果に基づいて、流量調整弁51の開度を制御するように構成されている。
The first
第2燃料流路22は、膨張タービン23にて回転駆動される圧縮機24を備えると共に、当該圧縮機24にて燃料Gの残部を圧縮した高供給圧の燃料Gを、給気ポート14a、14b、14cの夫々に供給する高圧燃料噴射弁32a、32b、32c(高圧燃料噴射手段の一例)に接続されている。
The second
以上の構成を採用することにより、中供給圧(5kPa〜10kPa程度)の燃料Gのうち、膨張された低供給圧(2kPa〜5kPa程度)の燃料Gは、給気路15の混合器30にて燃焼用空気Aと混合されると共に、圧縮された高供給圧(10kPa〜20kPa程度)の燃料Gは、給気ポート14a、14b、14cの夫々へ供給されることとなる。
即ち、本願にあっては、燃料Gのうち、一部の燃料Gを膨張させると共に、当該膨張に伴うエネルギーにて、残部の燃料Gを圧縮し高供給圧の燃料Gを生成している。つまり、燃料Gの圧縮にエンジン100の軸出力を用いず、エンジン100の実質的な軸出力を維持している。
By adopting the above configuration, among the fuel G having a medium supply pressure (approximately 5 kPa to 10 kPa), the expanded fuel G having a low supply pressure (approximately 2 kPa to 5 kPa) is supplied to the
That is, in the present application, a part of the fuel G is expanded, and the remaining fuel G is compressed by the energy accompanying the expansion to generate a high supply pressure fuel G. That is, the shaft output of the
因みに、圧縮された後の燃料Gの高供給圧P2は、以下の式にて導出できる。
P2=ΔP×R×E+P0
ただし、
ΔP:上流側燃料流路20と第2燃料流路22との間における燃料供給圧の減圧幅
R:第1燃料流路21の燃料流量に対する第2燃料流路22の燃料流量の流量比
E:膨張タービン23及び圧縮機24による燃料供給圧の変換効率
P0:上流側燃料流路20における燃料供給圧
Incidentally, the high supply pressure P2 of the fuel G after being compressed can be derived by the following equation.
P2 = ΔP × R × E + P0
However,
ΔP: Depressurization width of the fuel supply pressure between the upstream
ここで、上記夫々の値を、以下のように仮定すると、P2は、16.2kPa程度となる。
P0:5kPa
ΔP:P0−〔第2燃料流路22での燃料供給圧〕:5kPa−1kPa:4kPa
R:4
E:0.7
Here, assuming each of the above values as follows, P2 is about 16.2 kPa.
P0: 5 kPa
ΔP: P0− [fuel supply pressure in the second fuel flow path 22]: 5 kPa-1 kPa: 4 kPa
R: 4
E: 0.7
本発明の多気筒型のエンジン100は、これまで説明してきたエンジン100の構成にて、以下の制御を実行することにより、気筒間における燃焼状態のバラツキを抑制するように構成されている。
制御装置40は、複数の気筒10a、10b、10cにおける燃焼室の内圧を測定する圧力センサ(図示せず)にて計測された圧力に基づいて、各気筒10a、10b、10cにおける燃焼室の燃焼状態が、正常な燃焼を行っている正常燃焼状態か、失火等の異常な燃焼状態である異常燃焼状態であるかを、各燃焼室毎に判定する燃焼状態判定手段40aとして働くように構成されている。
さらに、制御装置40は、複数の気筒10a、10b、10cにおける燃焼室のうち、何れかの燃焼室が異常燃焼状態にあると判定した場合、当該燃焼室に対応する高圧燃料噴射弁32a、32b、32cの燃料噴射量を、各高圧燃料噴射弁32a、32b、32c毎に、増加する燃料噴射量制御手段40bとして働くように構成されている。
具体的には、制御装置40は、以下に示す燃焼状態判定に係る制御、及び燃料噴射量に係る制御を実行する。
The
The
Further, when the
Specifically, the
図2に示すように、第1気筒10a、第2気筒10b、第3気筒10cを備えたエンジン100において、第1気筒10aの内圧が最も高い圧力(図2で(a)に示す状態)であり、第2気筒10bの内圧が当該最も高い圧力より低い圧力(図2で(b)に示す状態)であり、第3気筒10cの内圧が第2気筒10bの内圧よりさらに低い圧力(図2で(c)に示す状態)であるとする。
制御装置40は、エンジン100の始動後で所定時間経過した後(図2の例では、1分後)において、各気筒10a、10b、10cの燃焼室のうち、その内圧が異常燃焼判定圧力よりも低いものがある場合、当該内圧を示す燃焼室が異常燃焼状態にあると判定する。
ここで、異常燃焼判定圧力とは、複数の燃焼室の内圧のうち、最も高い圧力の80%以下の圧力であるとする。
例えば、制御装置40は、図2に示す例において、3つの気筒のうち、最も高い圧力Paを示している第1気筒10aの内圧の80%を、異常燃焼判定圧力とする。そして、当該異常燃焼判定圧力を下回る内圧を示す第3気筒10cが、異常燃焼状態にあると判定する。
As shown in FIG. 2, in the
After a predetermined time has elapsed after the
Here, it is assumed that the abnormal combustion determination pressure is a pressure that is 80% or less of the highest pressure among the internal pressures of the plurality of combustion chambers.
For example, in the example shown in FIG. 2, the
制御装置40は、第1気筒10a、第2気筒10b、第3気筒10cの夫々の燃焼室の何れかが異常燃焼状態である場合、即ち、最も高い圧力を示す燃焼室(第1気筒10aに対応する燃焼室)の内圧Paと、低い圧力を示す燃焼室(第2気筒10b或いは第3気筒10cに対応する燃焼室)の内圧との圧力差のうち最大の圧力差ΔPcが、最も高い圧力を示す燃焼室(第1気筒10aに対応する燃焼室)の内圧Paの20%以上である場合、各気筒間の燃焼状態にバラツキがあると判定する。
そして、制御装置40は、最も高い圧力を示す燃焼室(第1気筒10aに対応する燃焼室)の内圧Paへ、低い圧力を示す燃焼室(第2気筒10b、第3気筒10cに対応する燃焼室)の内圧が近づくように、低い圧力を示す燃焼室に接続される給気ポート14b、14cへ高供給圧の燃料Gを噴射する高圧燃料噴射弁32の燃料噴射量を増加側へ制御する。
When any one of the combustion chambers of the
Then, the
当該高圧燃料噴射弁32a、32b、32cによる燃料噴射量制御につき、説明を加える。
制御装置40は、エンジン100の始動時においては、図3(a)に示すように、すべての高圧燃料噴射弁32a、32b、32cを同じ閉タイミングとして、その燃料噴射量が同じになるように制御する。
一方、燃料噴射量制御時においては、図3(b)に示すように、最も高い内圧を示す第1気筒10aに対応する高圧燃料噴射弁32aの閉タイミングを維持し、中圧を示す第2気筒10bに対応する高圧燃料噴射弁の32bの閉タイミングを遅くしてその燃料噴射量を増加させ、低圧を示す第3気筒10cに対応する高圧燃料噴射弁32cの閉タイミングを、中圧を示す第2気筒10bに対応する高圧燃料噴射弁32bよりも、さらに遅くしてその燃料噴射量をさらに増加させる形態で、制御する。
即ち、燃料Gは高供給圧で導かれているから、上述の如く高圧燃料噴射弁32a、32b、32cの閉タイミングを制御することで、燃焼室に対して、所望のタイミングで所望の量の燃料Gを供給できる。
The fuel injection amount control by the high pressure
When the
On the other hand, during the fuel injection amount control, as shown in FIG. 3B, the closing timing of the high-pressure
That is, since the fuel G is guided at a high supply pressure, by controlling the closing timing of the high pressure
制御装置40は、以上の燃料噴射量制御により、最も高い圧力を示す燃焼室(第1気筒10aに対応する燃焼室)の内圧Paと、低い圧力の燃焼室(第2気筒10b、第3気筒10cに対応する燃焼室)の内圧との圧力差の最大の圧力差ΔPbが、最も高い圧力を示す燃焼室(第1気筒10aに対応する燃焼室)の内圧Paの10%以下となった場合、即ち、各気筒10a、10b、10cの燃焼室の圧力差が所定の圧力差以内(図2においては、10%以内)となった場合、高圧燃料噴射弁32a、32b、32cの閉タイミングをそのタイミングで固定し、夫々の高圧燃料噴射弁32a、32b、32cにて夫々の燃料噴射量を維持する。
The
制御装置40は、上述した燃焼状態判定制御、及び燃料噴射量制御を、繰り返すことで、各気筒間の燃焼状態のバラツキを抑制する。
The
(1)上記実施形態においては、制御装置40が、複数の気筒10a、10b、10cにおける燃焼室夫々の内圧に基づいて、その燃焼室における燃焼状態を判定する例を示したが、制御装置40は、燃焼室や当該燃焼室の夫々に接続される排気ポート(図示せず)の温度等により、燃焼状態を判定するように構成しても構わない。
( 1 ) In the above embodiment, the
(2)上記実施形態においては、制御装置40は、複数の気筒10a、10b、10cの燃焼室の何れかが異常燃焼状態にある場合、正常燃焼状態であり最大圧力を示している燃焼室(第1気筒10aに対応する燃焼室)の内圧に、低い圧力を示す燃焼室(第2気筒10b及び第3気筒10cに対応する燃焼室)の内圧が近づくように、高圧燃料噴射弁32a、32b、32cによる燃料噴射量を制御した。
しかしながら、例えば、制御装置40は、異常燃焼状態にある燃焼室(第3気筒10cに対応する燃焼室)に対応する高圧燃料噴射弁32のみの燃料噴射量を制御するように構成しても構わない。
( 2 ) In the above-described embodiment, the
However, for example, the
(3)このような燃焼状態の判定は、燃焼室毎に行う他、複数設けられている燃焼室を所定複数の群に区分けし、群毎に燃焼状態の判定を行い、高圧の燃料供給を群毎に行ってもよい。
( 3 ) In addition to performing the determination of the combustion state for each combustion chamber, the plurality of combustion chambers are divided into a plurality of predetermined groups, the combustion state is determined for each group, and high-pressure fuel supply is performed. You may go for every group.
本発明のエンジン及びその燃料供給方法は、燃料の供給圧を有効に利用して、エンジンの実質的な軸出力を維持しながらも、給気ポートへ供給される燃料を圧縮可能なエンジン及びその燃料供給方法として、有効に利用可能である。 An engine and a fuel supply method thereof according to the present invention are an engine capable of compressing fuel supplied to an air supply port while effectively maintaining a substantial shaft output of the engine by effectively using a fuel supply pressure, and the engine It can be effectively used as a fuel supply method.
10 :気筒
14a :給気ポート
15 :給気路
20 :上流側燃料流路
21 :第1燃料流路
22 :第2燃料流路
23 :膨張タービン
24 :圧縮機
31 :低圧燃料供給部
32 :高圧燃料噴射弁
40 :制御装置
50 :流量計
51 :流量調整弁
52 :スロットルバルブ
100 :エンジン
A :燃焼用空気
G :燃料
10:
Claims (3)
上流側燃料流路から導かれる燃料の一部が通流する第1燃料流路に設けられると共に当該燃料の一部を膨張させる膨張タービンと、燃料の残部が通流する第2燃料流路に設けられ、前記膨張タービンにより回転駆動されて燃料の残部を圧縮する圧縮機とを備え、
前記膨張タービンにて膨張された燃料が前記第1燃料流路にて導かれる低圧燃料供給手段が、前記給気ポートの上流側の前記給気路に備えられ、
前記圧縮機にて圧縮された燃料の残部を前記第2燃料流路にて前記高圧燃料噴射手段へ導くように構成され、
前記燃焼室の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段が設けられ、
前記燃焼状態判定手段による燃焼状態の判定結果に基づいて、前記高圧燃料噴射手段による燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御手段が設けられ、
前記燃焼室は、一のクランク軸に対して複数併設されると共に、
前記高圧燃料噴射手段は、複数の前記燃焼室に接続される複数の前記給気ポートの夫々に設けられ、
前記燃焼状態判定手段が、複数の前記燃焼室の燃焼状態を各別に又は群毎に判定可能に設けられ、
前記燃料噴射量制御手段は、前記燃焼状態判定手段による前記燃焼室の燃焼状態の判定結果に基づいて、前記燃焼室に対応する前記高圧燃料噴射手段による燃料噴射量を、前記燃焼室毎に各別に又は群毎に制御可能に構成されているエンジン。 An engine comprising high-pressure fuel injection means for injecting fuel into an air supply port that is a connection site to a combustion chamber of an air supply path,
An expansion turbine that expands a part of the fuel and a second fuel flow path through which the remaining fuel flows are provided in the first fuel flow path through which a part of the fuel guided from the upstream fuel flow path flows. And a compressor that is rotationally driven by the expansion turbine and compresses the remainder of the fuel,
Low-pressure fuel supply means for guiding the fuel expanded by the expansion turbine through the first fuel flow path is provided in the air supply path upstream of the air supply port;
The remainder of the fuel compressed by the compressor is configured to be guided to the high pressure fuel injection means in the second fuel flow path ,
Combustion state determination means for determining the combustion state of the combustion chamber is provided,
Fuel injection amount control means for controlling the fuel injection amount by the high-pressure fuel injection means based on the determination result of the combustion state by the combustion state determination means;
A plurality of the combustion chambers are provided for one crankshaft,
The high-pressure fuel injection means is provided in each of the plurality of air supply ports connected to the plurality of combustion chambers,
The combustion state determination means is provided to be able to determine the combustion states of the plurality of combustion chambers separately or for each group,
The fuel injection amount control means sets the fuel injection amount by the high-pressure fuel injection means corresponding to the combustion chamber for each combustion chamber based on the determination result of the combustion state of the combustion chamber by the combustion state determination means. An engine that can be controlled separately or group by group .
前記燃焼状態判定手段は、前記燃焼室の内圧が異常燃焼判定圧力よりも低い場合に、前記燃焼室の燃焼状態が異常燃焼状態であると判定する請求項1に記載のエンジン。 The combustion state determination means is configured to be able to determine the combustion state of the plurality of combustion chambers separately or for each group based on the internal pressure of each of the plurality of combustion chambers.
The engine according to claim 1 , wherein the combustion state determination means determines that the combustion state of the combustion chamber is an abnormal combustion state when an internal pressure of the combustion chamber is lower than an abnormal combustion determination pressure .
中供給圧で供給される燃料の一部を低供給圧に膨張させ、膨張した燃料の一部を前記給気ポートの上流側の前記給気路へ供給すると共に、当該膨張により生じたエネルギーにより、中供給圧で供給される燃料の残部を高供給圧に圧縮し、当該高供給圧の燃料を前記給気ポートへ噴射し、
前記燃焼室の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段による燃焼状態の判定結果に基づいて、前記高供給圧の燃料噴射量を制御し、
一のクランク軸に対して複数併設される前記燃焼室に接続される複数の前記給気ポートの夫々に前記高供給圧の燃料を噴射し、
前記燃焼状態判定手段が複数の前記燃焼室の燃焼状態を各別に又は群毎に判定し、
前記燃焼状態判定手段による前記燃焼室の燃焼状態の判定結果に基づいて、前記燃焼室に対応する前記高供給圧の燃料噴射量を、前記燃焼室毎に各別に又は群毎に制御するエンジンの燃料供給方法。 A fuel supply method for an engine that injects fuel into an air supply port that is a connection part to a combustion chamber of an air supply path,
A part of the fuel supplied at the medium supply pressure is expanded to a low supply pressure, a part of the expanded fuel is supplied to the air supply path upstream of the air supply port, and the energy generated by the expansion is used. , Compress the remainder of the fuel supplied at the medium supply pressure to a high supply pressure, and inject the fuel at the high supply pressure into the supply port;
Based on the determination result of the combustion state by the combustion state determination means for determining the combustion state of the combustion chamber, the fuel injection amount of the high supply pressure is controlled,
Injecting the fuel of the high supply pressure into each of the plurality of air supply ports connected to the combustion chamber provided in a plurality with respect to one crankshaft;
The combustion state determination means determines the combustion state of the plurality of combustion chambers separately or for each group,
Based on the determination result of the combustion state of the combustion chamber by the combustion state determination means, the fuel injection amount of the high supply pressure corresponding to the combustion chamber is controlled separately for each combustion chamber or for each group. Fuel supply method .
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