JP6471041B2 - Injection controller for spark ignition engine - Google Patents
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Description
本発明は、火花点火機関の燃料噴射制御装置に関する。 The present invention relates to a fuel injection control device for a spark ignition engine.
液体燃料と気体燃料を筒内で混合して燃焼させる火花点火機関が広く知られており、例えば特開平07−063076号公報(特許文献1)などが開示されている。このように2種類の燃料を混ぜて燃焼させるエンジンはデュアルフューエルエンジンと呼ばれる。 A spark ignition engine in which liquid fuel and gaseous fuel are mixed and burned in a cylinder is widely known. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-063076 (Patent Document 1) is disclosed. An engine that mixes and burns two types of fuel in this way is called a dual fuel engine.
火花点火機関では燃料と空気の混合比を空気過剰にする所謂リーンバーンや排ガス再循環、所謂EGRの導入によって燃費が向上できる。しかしリーンバーンやEGR燃焼では、空気や排ガスで希釈された混合気への着火性が低下するため、燃焼が不安定になる虞がある。この課題に対して、例えば前記公報においては、吸入行程で吸入空気中に圧縮天然ガス(CNG)を供給するキャブレターを設けるとともに、点火前にピストン上面上の点火プラグに対向する部分に向けて点火用の液体燃料を噴射する液体燃料噴射手段を設け、点火時に点火プラグの周囲に十分にリッチな混合気を形成して強い火種を形成するようにした。これによって強い火種で燃焼伝播が円滑に行われ、燃料リーンな混合気であっても安定した燃焼が行われるようにした。 In a spark ignition engine, fuel consumption can be improved by introducing so-called lean burn, exhaust gas recirculation, or so-called EGR, in which the mixture ratio of fuel and air is excessive. However, in lean burn or EGR combustion, the ignitability of the air-fuel mixture diluted with air or exhaust gas is reduced, and there is a risk that the combustion becomes unstable. In response to this problem, for example, in the above-mentioned publication, a carburetor for supplying compressed natural gas (CNG) to the intake air in the intake stroke is provided, and ignition is performed toward a portion facing the ignition plug on the piston upper surface before ignition. The liquid fuel injection means for injecting the liquid fuel is provided, and a sufficiently rich air-fuel mixture is formed around the spark plug at the time of ignition to form a strong fire type. As a result, combustion propagation is performed smoothly with a strong fire type, and stable combustion is performed even with a fuel lean mixture.
一般に、デュアルフューエルエンジンでは、2つの燃料の比率は種々に選択できる。すると、点火プラグの周囲に形成する混合気の燃料成分は種々に変化するため、火花点火によって円滑な燃焼を行うには、点火プラグ周囲の燃料成分に応じて最適な混合気を形成する必要がある。しかし、従来の技術において、このような混合気形成については考慮されていなかった。 In general, in a dual fuel engine, the ratio of the two fuels can be variously selected. Then, since the fuel component of the air-fuel mixture formed around the spark plug changes variously, in order to perform smooth combustion by spark ignition, it is necessary to form an optimal air-fuel mixture according to the fuel component around the spark plug. is there. However, in the prior art, such mixture formation has not been considered.
そこで本発明では、デュアルフューエルエンジンにおいて2つの燃料の比率が種々に変化する場合にも、リーンバーンやEGR燃焼を良好に行うことが可能な火花点火機関の噴射制御装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an injection control device for a spark ignition engine that can perform lean burn and EGR combustion satisfactorily even when the ratio of two fuels varies in a dual fuel engine. To do.
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。即ち、本発明は、液体燃料を噴射する第1のインジェクタと、ガス燃料を噴射する第2のインジェクタとを備える火花点火機関の噴射制御を行う噴射制御装置において、前記第1のインジェクタもしくは前記第2のインジェクタが点火用の噴射を行い、前記点火用の噴射に先行して、前記第1のインジェクタもしくは前記第2のインジェクタもしくは、前記第1のインジェクタと前記第2のインジェクタが主燃焼用の噴射を行うように構成され、前記主燃焼用の噴射による燃料中の液体燃料比率が高くなるに伴って、点火プラグ周りの当量比を高くすることを特徴とする。
In order to solve the above problems, for example, the configuration described in the claims is adopted. That is, the present invention provides an injection control device that performs injection control of a spark ignition engine that includes a first injector that injects liquid fuel and a second injector that injects gas fuel, the first injector or the
本発明によれば、デュアルフューエルエンジンにおいて2つの燃料の比率が種々に変化する場合にも、リーンバーンやEGR燃焼を良好に行うことができる。 According to the present invention, lean burn and EGR combustion can be performed satisfactorily even when the ratio of two fuels varies in a dual fuel engine.
以下、実施例を図面を用いて説明する。 Hereinafter, examples will be described with reference to the drawings.
本発明の一実施形態によるエンジンシステム、エンジン構成を図1を用いて説明する。 An engine system and an engine configuration according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図1は、エンジン構成の概略を示す。本実施例の4サイクルエンジンは、エンジンヘッド1、シリンダブロック2、ピストン3、吸気弁7、排気弁8によって燃焼室10が形成されている。ガソリン用の燃料噴射弁100がシリンダブロック2に設けられ、その噴射ノズルは燃焼室10に貫通しており、所謂、筒内直接噴射式エンジンを構成している。また吸気ポート11には天然ガス用の燃料噴射弁101が設けられている。このようにガソリンを筒内直接噴射で供給することで、ガソリン気化による燃焼室内の混合気冷却が可能となり、高負荷運転時のノッキング抑制や高出力化の利点がある。また一般にガス燃料は噴射貫徹力が弱いため空気と混合することが難しい。しかし、天然ガスをポート噴射により供給することで混合距離、混合時間を長くできるため空気と天然ガスとの混合が良好になる利点がある。
FIG. 1 shows an outline of the engine configuration. In the four-cycle engine of this embodiment, a
ピストン3はコンロッド17を介してクランク軸18と連結されており、クランク軸18にはクランク角度とエンジン回転数を検出可能なクランク角センサ19が設置されている。シリンダブロック2には冷却水の温度を検出する水温センサ20が設置されている。
The
吸気管5には吸入する空気量を調節可能な絞り弁23が設けられており、その上流には吸入する空気量を検出可能なエアフローセンサ(図示しない)が設けられている。 The intake pipe 5 is provided with a throttle valve 23 capable of adjusting the amount of air to be sucked, and an air flow sensor (not shown) capable of detecting the amount of air to be sucked is provided upstream thereof.
排気管6には三元触媒14を備えており、その上流側には空燃比センサ15を、下流にはO2センサ16が設けられている。
The
アクセルペダル21には運転者の踏み込み量を検出するアクセル開度センサ22を備えている。
The accelerator pedal 21 is provided with an
ガソリンタンク25内に充填されたガソリンは、高圧燃料ポンプ27によって約5〜30MPaに加圧され、ガソリン用燃料噴射弁100に送られる。
The gasoline filled in the
また圧縮天然ガス(CNG)タンク28に約20MPaの圧力で充填された天然ガスは、レギュレータ29によって300kPa程度に減圧され天然ガス用燃料噴射弁101に送られる。
The natural gas filled in the compressed natural gas (CNG)
ECU120は、設定されたプログラムに従って演算処理を実行する中央処理装置(CPU)30、制御プログラムや演算に必要なデータを記憶しているリードオンリーメモリ(ROM)31、演算結果を一時的に格納するためのランダムアクセスメモリ(RAM)32と、各センサからの信号を受信する入力回路33、演算結果から各装置に信号を送信する出力回路34等で構成されている。ECU120は、アクセル開度センサ22、冷却水温センサ20、空燃比センサ15、O2センサ16など、各センサの検出値を基に、ガソリン用燃料噴射弁100および天然ガス用燃料噴射弁101の噴射タイミング、噴射期間、点火プラグ4の点火タイミング、スロットル弁23の開度等を決定し、これら各装置に制御信号を送信し、エンジンを所定の運転条件に設定する。
The ECU 120 temporarily stores a central processing unit (CPU) 30 that executes arithmetic processing according to a set program, a read-only memory (ROM) 31 that stores a control program and data necessary for the calculation, and a calculation result. A random access memory (RAM) 32, an
ガソリン用燃料噴射弁100は駆動回路121によって駆動される。より具体的には、ECU120から駆動回路121に噴射指令値123が送られ、駆動回路121ではガソリン用燃料噴射弁100を噴射指令値123に対応したタイミング及び期間、開弁可能な駆動電流をガソリン用燃料噴射弁100に出力する。
The gasoline
また、天然ガス用燃料噴射弁101は駆動回路122によって駆動される。より具体的には、ECU120から駆動回路122に噴射指令値124が送られ、駆動回路122では天然ガス用燃料噴射弁101を噴射指令値124に対応したタイミング及び期間、開弁可能な駆動電流を天然ガス用燃料噴射弁101に出力する。
The natural gas
次に図2を用いて、本実施例における火花点火機関の運転モードについて説明する。 Next, the operation mode of the spark ignition engine in the present embodiment will be described with reference to FIG.
図2は、本実施例における火花点火機関の運転マップを示す図である。エンジン回転数とエンジントルクが所定より低い場合は、筒内混合気の当量比が1よりも小さい、所謂リーンバーンモードで運転する。また、それ以外のエンジン回転数、エンジントルク領域では、筒内混合気の当量比を1とした、所謂ストイキ燃焼を実行する。 FIG. 2 is a diagram showing an operation map of the spark ignition engine in the present embodiment. When the engine speed and the engine torque are lower than a predetermined value, the engine is operated in a so-called lean burn mode in which the equivalence ratio of the in-cylinder mixture is smaller than 1. In other engine speed and engine torque regions, so-called stoichiometric combustion is performed with an equivalent ratio of in-cylinder air-fuel mixture of 1.
一般に火花点火機関では、エンジン負荷が小さい場合には、スロットル弁の絞りによるポンプロスによって燃費が悪化するが、前記のように低負荷領域をリーンバーンモードで運転することによって、スロットル開度を大きくしてポンプ損失を低減することができる。 In general, in a spark ignition engine, when the engine load is small, the fuel efficiency deteriorates due to the pump loss caused by the throttle valve throttle. However, as described above, the throttle opening is increased by operating the low load region in the lean burn mode. Pump loss can be reduced.
次に図3を用いて、本実施例における火花点火機関の燃料噴射方法について説明する。 Next, the fuel injection method for the spark ignition engine in this embodiment will be described with reference to FIG.
図3は、本実施例における火花点火機関のリーンバーン運転時の燃料噴射タイミングを示したチャートである。図3では一定負荷運転における(a)から(d)までの4つの噴射パターンの例を示している。本実施例では、排気行程から吸気行程において、天然ガスまたはガソリン、または天然ガスとガソリンがそれぞれの燃料噴射弁から供給され、圧縮行程においてガソリン用燃料噴射弁からガソリンが噴射された後、点火プラグによる点火が実行される。 FIG. 3 is a chart showing the fuel injection timing during the lean burn operation of the spark ignition engine in the present embodiment. FIG. 3 shows an example of four injection patterns from (a) to (d) in a constant load operation. In the present embodiment, natural gas or gasoline, or natural gas and gasoline are supplied from the respective fuel injection valves in the exhaust stroke to the intake stroke, and after the gasoline is injected from the gasoline fuel injection valve in the compression stroke, the ignition plug Ignition by is executed.
以降、排気行程から吸気行程における噴射を主燃焼用噴射、圧縮行程における点火前の噴射を点火アシスト用噴射と定義する。点火アシスト用噴射の量は、1行程内に噴射される全燃料量に対して、例えば10〜20%程度である。(a)から(b)の噴射パターンで示されるように、主燃焼用噴射では天然ガスとガソリンの噴射量比率が種々に設定される。この天然ガスとガソリンの噴射量比率は、例えば、機関の燃料消費量やエミッション排出量が最小になるよう、機関の負荷などに応じて最適値が予め決められている。そしてECUによって適切な比率になるように天然ガス用燃料噴射弁とガソリン用燃料噴射弁の噴射タイミングと噴射期間が制御される。 Hereinafter, injection from the exhaust stroke to the intake stroke is defined as main combustion injection, and injection before ignition in the compression stroke is defined as ignition assist injection. The amount of ignition assist injection is, for example, about 10 to 20% with respect to the total amount of fuel injected in one stroke. As shown by the injection patterns (a) to (b), in the main combustion injection, various injection ratios of natural gas and gasoline are set. The injection ratio of the natural gas and gasoline is determined in advance according to the engine load or the like so that the fuel consumption and emission emission of the engine are minimized. Then, the injection timing and the injection period of the natural gas fuel injection valve and the gasoline fuel injection valve are controlled by the ECU so as to obtain an appropriate ratio.
一方、点火アシスト用噴射に関しては、図4に示されるように、主燃焼用噴射におけるガソリン噴射量の比率が高くなるほど点火アシスト用噴射の量が多くなるように、ECUによってガソリン用燃料噴射弁の噴射期間が設定される。 On the other hand, with respect to the ignition assist injection, as shown in FIG. 4, the ECU controls the gasoline fuel injection valve so that the ignition assist injection amount increases as the ratio of the gasoline injection amount in the main combustion injection increases. An injection period is set.
本実施例の点火タイミングおける筒内混合気の形態を図5に示す。主燃焼用噴射によって筒内の広い範囲に主燃焼用混合気が形成され、点火アシスト用噴射によって点火プラグ4の電極周りに点火アシスト用混合気が形成される。点火アシスト用混合気は主燃焼用混合気に点火アシスト用噴射の燃料が混合して形成される。従って、点火アシスト用混合気の当量比Φiは、主燃焼用混合気の当量比Φmよりも高くなる。点火プラグ周りの当量比の高い混合気に点火することで、主燃焼用混合気が燃料希薄な混合気(Φm<1)であっても、速やかな火炎伝播が行われ安定な燃焼を行うことができる。
The form of the in-cylinder air-fuel mixture at the ignition timing of this embodiment is shown in FIG. The main combustion mixture is formed in a wide range in the cylinder by the main combustion injection, and the ignition assist mixture is formed around the electrode of the
図6は、主燃焼用混合気のガソリン比率(主燃焼用混合気中の全燃料に対するガソリンの質量比率)に対する、点火アシスト用混合気のガソリン比率(点火アシスト用混合気中の全燃料に対するガソリンの質量比率)を示した図である。点火アシスト用混合気は、主燃焼用混合気に全噴射量の10〜20%程度のガソリンが加わり形成されるため、主燃焼用混合気に対してややガソリン比率が高くなる。しかし、図6に示されるように主燃焼用混合気のガソリン比率の増加に対して、点火アシスト用混合気のガソリン比率は単調に増加する。 FIG. 6 shows the gasoline ratio of the ignition assist mixture (gasoline relative to all the fuel in the ignition assist mixture) relative to the gasoline ratio of the main combustion mixture (mass ratio of gasoline to the total fuel in the main combustion mixture). It is the figure which showed (mass ratio). The ignition assist air-fuel mixture is formed by adding about 10 to 20% of the total injection amount to the main combustion air-fuel mixture, so that the gasoline ratio is slightly higher than that of the main combustion air-fuel mixture. However, as shown in FIG. 6, the gasoline ratio of the ignition assist mixture increases monotonously with the increase in the gasoline ratio of the main combustion mixture.
図7には、天然ガス-空気混合気とガソリン-空気混合気における最小点火エネルギーの当量比依存性を示している。最小点火エネルギーは、混合気を例えば点火プラグによって点火させるための必要最小エネルギー量であり、最小点火エネルギーが小さいほど点火しやすいことを示す。図7に示されるように、最小点火エネルギーは当量比によって大きく変化し、最小点火エネルギーが最小となる当量比(以下、最適当量比と記載する)が存在する。天然ガスやプロパンなどガス燃料の最適当量比Φgは、ガソリンやアルコールなどの液体燃料の最適当量比Φlに対して小さくなることが知られている。例えば、天然ガスの最適当量比は0.9、ガソリンの最適当量比は1.8程度である。 FIG. 7 shows the equivalence ratio dependency of the minimum ignition energy in the natural gas-air mixture and the gasoline-air mixture. The minimum ignition energy is a minimum amount of energy required for igniting the air-fuel mixture with, for example, a spark plug, and indicates that the smaller the minimum ignition energy, the easier the ignition. As shown in FIG. 7, the minimum ignition energy varies greatly depending on the equivalence ratio, and there exists an equivalence ratio (hereinafter referred to as an optimal equivalence ratio) that minimizes the minimum ignition energy. It is known that the optimal equivalent ratio Φg of gas fuel such as natural gas or propane is smaller than the optimal equivalent ratio Φl of liquid fuel such as gasoline or alcohol. For example, the optimum equivalent ratio of natural gas is 0.9, and the optimum equivalent ratio of gasoline is about 1.8.
従って、ガス燃料と液体燃料が混ざった混合気においては、図8に示されるように燃料全体に占める液体燃料の比率増加に伴い、最適当量比はΦgからΦlに向かって上昇する。 Therefore, in an air-fuel mixture in which gas fuel and liquid fuel are mixed, the optimum equivalence ratio increases from Φg toward Φl as the ratio of liquid fuel occupying the entire fuel increases as shown in FIG.
本実施例では、図4に示したように、主燃焼用噴射におけるガソリン噴射量の比率が高くなるほど点火アシスト用噴射の量が多くなるように、ECUによってガソリン用燃料噴射弁の噴射期間が設定される。これによって、図19に示すように、点火アシスト用混合気中の燃料に占めるガソリン比率が高くなるほど、点火プラグ周りの当量比が高くなる。 In this embodiment, as shown in FIG. 4, the injection period of the gasoline fuel injection valve is set by the ECU so that the amount of ignition assist injection increases as the ratio of the gasoline injection amount in the main combustion injection increases. Is done. Accordingly, as shown in FIG. 19, the equivalent ratio around the spark plug increases as the gasoline ratio in the fuel in the ignition assist mixture increases.
前述したように、ガス燃料、液体燃料、空気から成る混合気では、燃料中の液体燃料比率が高いほど、最適当量比、即ち火花点火で点火しやすい当量比は高くなる(図8)。従って、主燃焼用噴射におけるガソリン噴射量の比率が高くなるほど点火アシスト用噴射の量が多くなるようにガソリン用燃料噴射弁の噴射期間を設定することで、点火プラグ周りに着火しやすい当量比の混合気が形成され、容易に混合気に着火できるようになる。点火プラグで着火された高温の初期火炎はその周囲の主燃焼用混合気に大きな熱エネルギーを与えるため、主燃焼用混合気がリーンであっても速やかな火炎伝播が行われる。これによって安定性の高いリーンバーン運転を行うことができる。また大量にEGRを導入する場合においても、上記と同様に噴射制御を行うことで、液体燃料とガス燃料の比率に応じて点火しやすい濃度の混合気が点火プラグ周りに形成され、安定性の高いEGR運転を行うことができる。リーンバーンやEGR燃焼が安定化することでリーン限界やEGR限界を伸ばすことができるので、燃費やエミッションを低減することができる。 As described above, in the air-fuel mixture composed of gas fuel, liquid fuel, and air, the higher the liquid fuel ratio in the fuel, the higher the optimal equivalent ratio, that is, the equivalent ratio that is easy to ignite with spark ignition (FIG. 8). Therefore, by setting the injection period of the fuel injection valve for gasoline so that the amount of ignition assist injection increases as the ratio of the gasoline injection amount in the main combustion injection increases, the equivalent ratio that easily ignites around the spark plug is set. A mixture is formed, and the mixture can be easily ignited. Since the high-temperature initial flame ignited by the spark plug gives large thermal energy to the surrounding main combustion mixture, rapid flame propagation is performed even if the main combustion mixture is lean. As a result, highly stable lean burn operation can be performed. In addition, even when a large amount of EGR is introduced, by performing injection control in the same manner as described above, an air-fuel mixture with a concentration that easily ignites according to the ratio of liquid fuel to gas fuel is formed around the spark plug. High EGR operation can be performed. Since the lean burn and EGR combustion are stabilized, the lean limit and the EGR limit can be extended, so that fuel consumption and emission can be reduced.
上記実施例では、点火アシスト用噴射量を変えることによって、点火アシスト用混合気の当量比を制御する例を示したが、点火アシスト用噴射のタイミングを変えることでも同様の効果を得ることができる。 In the above embodiment, an example in which the equivalence ratio of the ignition assist mixture is controlled by changing the ignition assist injection amount has been shown, but the same effect can be obtained by changing the timing of the ignition assist injection. .
図9には点火アシスト用噴射のタイミングを変えた実施例を示す。エンジンの構成は前記実施例と同様である。本実施例では、主燃焼用噴射におけるガソリン噴射量の比率が大きくなるに伴い、点火アシスト用噴射のタイミングを遅角化する。噴射を遅角化することにより、噴射から点火までの時間が短縮されるため、点火アシスト用に噴射された燃料の分散が小さくなり、点火アシスト用混合気の当量比は高くなる。その結果、液体燃料とガス燃料の比率に応じて点火しやすい濃度の混合気が点火プラグ周りに形成され、安定性の高いリーンバーン運転やEGR運転を行うことができる。 FIG. 9 shows an embodiment in which the timing of ignition assist injection is changed. The configuration of the engine is the same as in the above embodiment. In the present embodiment, the timing of ignition assist injection is retarded as the ratio of the gasoline injection amount in the main combustion injection increases. By retarding the injection, the time from injection to ignition is shortened, so the dispersion of the fuel injected for ignition assist is reduced and the equivalence ratio of the ignition assist mixture is increased. As a result, an air-fuel mixture having a concentration that is easily ignited according to the ratio of liquid fuel and gas fuel is formed around the spark plug, and a highly stable lean burn operation and EGR operation can be performed.
このように噴射タイミングを変えることで点火アシスト用混合気の当量比を制御するようにすると、液体燃料とガス燃料の比率変化に対して点火アシスト用噴射の量を一定となり、エンジンの制御が容易となる利点がある。即ち点火アシスト用噴射の量が変わると、その噴射量の変化によるエンジントルク変動分を考慮して、主燃焼用の噴射量を補正する必要がある。しかし噴射タイミングで点火アシスト用混合気の当量比を制御すると、点火アシスト用噴射量は変化しないので主燃焼用の噴射量を補正する必要がなくなる。 If the equivalence ratio of the ignition assist mixture is controlled by changing the injection timing in this manner, the amount of ignition assist injection becomes constant with respect to the change in the ratio of liquid fuel to gas fuel, and the engine is easily controlled. There is an advantage to become. In other words, when the amount of ignition assist injection changes, it is necessary to correct the injection amount for main combustion in consideration of the engine torque fluctuation due to the change in the injection amount. However, if the equivalence ratio of the ignition assist mixture is controlled at the injection timing, the ignition assist injection amount does not change, so it is not necessary to correct the main combustion injection amount.
更に、図10に示すように、点火アシスト用噴射の噴射量と噴射タイミングの双方を主燃焼用噴射におけるガソリン噴射量の比率に応じて変更してもよい。例えば、点火アシスト用噴射の量が多いと点火までの燃料気化が不十分になる虞がある。また点火アシスト用噴射のタイミングが遅いと、燃料がピストンに付着する虞がある。これらは、エンジンのエミッションや燃費を悪化させる原因となる。しかし、図10に示すように、点火アシスト用噴射の噴射量と噴射タイミングの双方を制御することで、噴射量、噴射タイミングの変化量をそれぞれ小さく抑えることができ、燃料気化の不足やピストンへの燃料付着の課題を軽減し、エンジンのエミッションや燃費の悪化を抑制できる。 Furthermore, as shown in FIG. 10, both the injection amount and the injection timing of the ignition assist injection may be changed according to the ratio of the gasoline injection amount in the main combustion injection. For example, if the amount of ignition assist injection is large, fuel vaporization until ignition may be insufficient. Further, if the timing of ignition assist injection is late, fuel may adhere to the piston. These cause engine emissions and fuel consumption to deteriorate. However, as shown in FIG. 10, by controlling both the injection amount and the injection timing of the ignition assist injection, the amount of change in the injection amount and the injection timing can be suppressed to be small. This reduces the problem of fuel adhesion and suppresses engine emissions and deterioration of fuel consumption.
これまでに示した実施例では、天然ガスをポート噴射で供給し、ガソリンを筒内直接噴射で供給するエンジン構成における例を示したが、本発明における燃料の供給方法はこれに限定するものではない。 In the embodiments shown so far, an example of an engine configuration in which natural gas is supplied by port injection and gasoline is supplied by in-cylinder direct injection has been shown, but the fuel supply method in the present invention is not limited to this. Absent.
例えば、図11に示すように、ガソリン用の燃料噴射弁100をポート噴射式、天然ガス用の燃料噴射弁101を筒内直接噴射式になるように取りつけてもよい。このような構成のエンジンにおいては、主燃焼用噴射は、ガソリン用の燃料噴射弁100と天然ガス用の燃料噴射弁101のそれぞれ、もしくは両方で行い、点火アシスト用噴射は天然ガス用の燃料噴射弁101で実施する。これにより点火アシスト用として噴射された天然ガスと主燃焼用混合気が混合し、点火プラグの周りに燃料リッチな点火アシスト用混合気が形成される。
For example, as shown in FIG. 11, the
天然ガスを筒内直接噴射で供給すると、ガス燃料は燃焼室壁面に付着しないので、燃料の壁面付着による煤や未燃炭化水素の排出が無くなる。またガソリンをポートから噴射することで、燃料の噴射圧を例えば300kPa程度に低くすることができるので、ガソリンを加圧するための高圧燃料ポンプが不要となり、ポンプ駆動損失による燃費悪化が無くなる、コストが安くなるなどの利点がある。 When natural gas is supplied by direct in-cylinder injection, the gas fuel does not adhere to the wall surface of the combustion chamber, so that no soot and unburned hydrocarbons are discharged due to the fuel wall surface adhesion. In addition, by injecting gasoline from the port, the fuel injection pressure can be lowered to about 300 kPa, for example, so that a high-pressure fuel pump for pressurizing gasoline is not required, and fuel consumption deterioration due to pump drive loss is eliminated. There are advantages such as being cheap.
このようなエンジン構成において、前記実施例と同様に、主燃焼用噴射におけるガソリン噴射量の比率が高くなるほど、点火アシスト用天然ガス噴射の量が多くなるように、もしくは点火アシスト用天然ガスの噴射タイミングが遅くなるように天然ガス用の燃料噴射弁を制御する。その結果、液体燃料とガス燃料の比率に応じて点火しやすい濃度の混合気が点火プラグ周りに形成され、安定性の高いリーンバーン運転やEGR運転を行うことができる。 In such an engine configuration, as in the above-described embodiment, as the ratio of the gasoline injection amount in the main combustion injection increases, the amount of ignition assist natural gas injection increases or the injection of natural gas for ignition assist increases. The fuel injection valve for natural gas is controlled so that the timing is delayed. As a result, an air-fuel mixture having a concentration that is easily ignited according to the ratio of liquid fuel and gas fuel is formed around the spark plug, and a highly stable lean burn operation and EGR operation can be performed.
更に、図12もしくは図13に示すように、ガソリン用の燃料噴射弁100及び天然ガス用の燃料噴射弁101の両方を筒内直接噴射式になるように取りつけてもよい。このような構成の場合、点火プラグ4に近い方の燃料噴射弁を用いて点火アシスト用の燃料を噴射すると、点火プラグ周りに燃料リッチな点火アシスト用混合気を作り易い。例えば、図12に示すエンジン構成においては天然ガス用燃料噴射弁101を用いて点火アシスト用の燃料を噴射するのが良い。また図13に示すエンジン構成においてはガソリン用燃料噴射弁100を用いて点火アシスト用の燃料を噴射するのが良い。
Furthermore, as shown in FIG. 12 or FIG. 13, both the
このようにガソリン用の燃料噴射弁と天然ガス用の燃料噴射弁の両方を筒内直接噴射とすると、筒内の混合気の分布を種々に変えて燃焼状態を制御することが可能となる。 Thus, if both the gasoline fuel injection valve and the natural gas fuel injection valve are in-cylinder direct injection, it is possible to control the combustion state by changing the distribution of the air-fuel mixture in the cylinder in various ways.
さらに、図14及び図15に示すように、ガソリン用の燃料噴射弁と天然ガス用の燃料噴射弁の両方をポート噴射式にしても良い。図14はガソリン用の燃料噴射弁と天然ガス用の燃料噴射弁の両方をポート噴射式に構成したエンジンの平面図、図15はそのエンジンの縦断面図を示す。本実施例のエンジンでは、吸気ポートの下流側に天然ガス用の燃料噴射弁101、吸気ポートの上流側にガソリン用の燃料噴射弁100が設けられている。2つの燃料噴射弁は吸気ポートの軸方向に向かって直列に配置されている。天然ガス用燃料噴射弁101からは天然ガスが単一のコーン形状で噴射される。そしてそのコーンの中心がエンジン気筒の中心を指向するように天然ガス用燃料噴射弁101の噴射方向が決められている。一方、ガソリン用燃料噴射弁100からはガソリン噴霧が2つの分離したコーン形状で噴射される。そして、それぞれのコーン形状噴霧の中心が概ね吸気バルブ7の中心を指向するようにガソリン用燃料噴射弁100の噴射方向が決められている。このような燃料噴射弁の配置及び噴射燃料の形態を有するエンジンにおいて、リーンバーン運転時に図16に示すような燃料噴射制御を行う。即ち排気行程において、主燃焼用噴射が天然ガス用燃料噴射弁101、もしくはガソリン用燃料噴射弁100、もしくは双方によって行われる。引き続いて点火アシスト用噴射が吸気行程において天然ガス用燃料噴射弁101によって行われる。そして圧縮行程の後期に点火プラグによって混合気への点火が行われる。
Further, as shown in FIGS. 14 and 15, both the fuel injection valve for gasoline and the fuel injection valve for natural gas may be port injection type. FIG. 14 is a plan view of an engine in which both a fuel injection valve for gasoline and a fuel injection valve for natural gas are configured as a port injection type, and FIG. 15 is a longitudinal sectional view of the engine. In the engine of this embodiment, a
このようにして形成された筒内混合気の形態を図17に示す。排気行程に噴射されたガソリン及び天然ガスは燃焼室内に広く分散し、主燃焼用混合気を形成する。一方、吸気行程に噴射された天然ガスは燃焼室の中心断面付近に留まり、燃焼室の中心断面付近の主燃焼用混合気と混合して、点火プラグ4の周りに点火アシスト用混合気が形成される。点火アシスト用混合気の当量比Φiは主燃焼用混合気の当量比Φmよりも高くなる。
The form of the in-cylinder mixture thus formed is shown in FIG. The gasoline and natural gas injected in the exhaust stroke are widely dispersed in the combustion chamber to form a main combustion air-fuel mixture. On the other hand, the natural gas injected in the intake stroke stays in the vicinity of the center cross section of the combustion chamber and mixes with the main combustion mixture near the center cross section of the combustion chamber to form an ignition assist mixture around the
点火アシスト用混合気の当量比は、点火アシスト用の噴射量を増やすことで高くできる。また点火アシスト用の噴射タイミングを吸気行程内で遅角化すると、点火アシスト用に噴射された天然ガスの燃焼室内での分散が抑えられるので、点火アシスト用混合気の当量比を高くすることができる。そこで、本実施例においては、主燃焼用噴射におけるガソリン噴射量の比率が高くなるほど、点火アシスト用天然ガス噴射の量が多くなるように、もしくは点火アシスト用天然ガスの噴射タイミングが遅くなるように天然ガス用の燃料噴射弁を制御する。その結果、液体燃料とガス燃料の比率に応じて点火しやすい濃度の混合気が点火プラグ周りに形成され、安定性の高いリーンバーン運転やEGR運転を行うことができる。 The equivalence ratio of the ignition assist mixture can be increased by increasing the ignition assist injection amount. Further, if the injection timing for ignition assist is retarded within the intake stroke, dispersion of the natural gas injected for ignition assist in the combustion chamber can be suppressed, so that the equivalence ratio of the ignition assist mixture can be increased. it can. Therefore, in the present embodiment, as the ratio of the gasoline injection amount in the main combustion injection increases, the amount of ignition assist natural gas injection increases, or the timing of ignition assist natural gas injection delays. Control the fuel injection valve for natural gas. As a result, an air-fuel mixture having a concentration that is easily ignited according to the ratio of liquid fuel and gas fuel is formed around the spark plug, and a highly stable lean burn operation and EGR operation can be performed.
なお、図14及び図15に示す実施例において、ガソリン用燃料噴射弁100と天然ガス用燃料噴射弁の配置は入れ替わっても良い。即ち図18に示すように、吸気ポート下流側にガソリン用燃料噴射弁100、吸気ポート上流側に天然ガス用燃料噴射弁101を配置しても同様の効果を得ることができる。
14 and 15, the arrangement of the gasoline
ガソリン用燃料噴射弁と天然ガス用燃料噴射弁の双方をポート噴射にすることによって、ガソリン加圧用の高圧燃料ポンプが不要となりコストが安くなる、高圧ポンプによる燃費損失が無くなるなどの利点がある。またデュアルフューエルでは、片方の燃料噴射弁からの噴射を長期間停止する場合があるため、筒内直接噴射の場合には燃料噴射弁が高温となり燃料の変質によりコーキングが発生する場合がある。しかし双方の燃料噴射弁をポート噴射にすることによって、この課題を回避できる。 By using both the fuel injection valve for gasoline and the fuel injection valve for natural gas as port injection, there is an advantage that a high-pressure fuel pump for pressurizing gasoline is not required, the cost is reduced, and fuel consumption loss due to the high-pressure pump is eliminated. In dual fuel, injection from one fuel injection valve may be stopped for a long period of time, so in the case of direct injection in a cylinder, the fuel injection valve may become hot and coking may occur due to deterioration of the fuel. However, this problem can be avoided by setting both fuel injection valves to port injection.
1…シリンダヘッド、2…エンジンブロック、4…点火プラグ、5…吸気管、6…排気管、7…吸気バルブ、8…排気バルブ、10…燃焼室、11…吸気ポート、24…スロットル弁、25…ガソリンタンク、27…高圧燃料ポンプ、28…CNGタンク、29…レギュレータ、100…ガソリン用燃料噴射弁、101…天然ガス用燃料噴射弁、120…ECU、121…ガソリン燃料噴射弁用駆動回路、122…天然ガス燃料噴射弁用駆動回路
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