WO2020122107A1 - 内燃機関システム、車両および燃料供給方法 - Google Patents

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義文 長島
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いすゞ自動車株式会社
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    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the present disclosure relates to an internal combustion engine system, a vehicle, and a fuel supply method.
  • CNG compressed natural gas
  • ⁇ CNG is stored in a high-pressure gas tank installed in the vehicle.
  • CNG is introduced from the high-pressure gas tank to the fuel supply system, decompressed, and supplied into the intake manifold.
  • the supplied CNG is mixed with intake air that has flowed into the intake manifold, is introduced into each cylinder, and is ignited and combusted by the spark plug (see, for example, Patent Document 1).
  • the CNG engine for example, has the same combustion cycle (Otto cycle) as the gasoline engine.
  • the Otto cycle engine has an intake throttle valve for load adjustment.
  • An object of the present disclosure is to provide an internal combustion engine system, a vehicle, and a fuel supply method capable of preventing occurrence of knocking and improving fuel efficiency while reducing pumping loss.
  • the internal combustion engine system in the present disclosure In an internal combustion engine system that supplies compressed natural gas as fuel to a cylinder and burns it, A fuel supply unit capable of supplying fuel of different temperatures to the cylinder; The temperature of the fuel supplied to the cylinder when the internal combustion engine is at the first load is set to be higher than the temperature of the fuel supplied to the cylinder when the internal combustion engine is at the second load that is higher than the first load. A control unit for controlling the fuel supply unit, Equipped with.
  • the vehicle in the present disclosure is The above internal combustion engine system is provided.
  • the fuel supply method in the present disclosure is A fuel supply method for supplying compressed natural gas as a fuel to a cylinder of an internal combustion engine,
  • the temperature of the fuel supplied to the cylinder when the internal combustion engine is at the first load is made higher than the temperature of the fuel supplied to the cylinder when the internal combustion engine is at the second load that is higher than the first load. ..
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of an internal combustion engine system according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the engine speed and load and the open/closed states of the high temperature cutoff valve and the low temperature cutoff valve.
  • FIG. 3 is a flowchart showing an example of the fuel supply method.
  • FIG. 4 is a block diagram schematically showing the configuration of the internal combustion engine system in the modification of the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of an internal combustion engine system 100 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the internal combustion engine system 100 includes a CNG engine 10 (hereinafter, engine).
  • the cylinder block 11 of the engine 10 is provided with a piston (not shown) for each cylinder 11c.
  • the piston moves up and down according to the rotation of the crankshaft (not shown).
  • the cylinder head 15 on the cylinder block 11 is provided with an ignition plug 16 for each cylinder 11c.
  • the internal combustion engine system 100 includes an intake air supply unit 20, a fuel supply unit 30, a control unit 50 (engine control unit), a turbocharger 60 (supercharger) that supercharges intake air, and an exhaust gas from the exhaust side.
  • An exhaust gas recirculation device 70 (hereinafter referred to as an EGR device) called an EGR (Exhaust Gas Recirculation) that takes out a part and returns it to the intake side is provided.
  • the exhaust gas returned to the intake side is referred to as EGR gas.
  • the turbocharger 60 includes a turbine 61 that is driven by exhaust gas, and a compressor 62 that is driven by the driving force of the turbine 61 and that compresses intake air.
  • the EGR device 70 is provided in the exhaust gas recirculation passage 71 (hereinafter, EGR passage) that connects the exhaust side and the intake side of the engine 10, and the exhaust gas recirculation cooler 72 (hereinafter, referred to as the EGR gas) that is provided in the EGR passage 71.
  • EGR gas exhaust gas recirculation cooler 72
  • An EGR cooler and an exhaust gas recirculation valve 73 provided in the EGR passage 71 for adjusting an exhaust gas recirculation amount (hereinafter, EGR amount).
  • the intake supply unit 20 includes an intake pipe 21, an intake throttle valve 22 (corresponding to the “intake supply switching unit” of the present disclosure), an intercooler 23, and an intake throttle valve 24.
  • the intake pipe 21 connects the compressor 62 and the intake manifold 25.
  • the intake pipe 21 has a cooling passage 21a (corresponding to the "low temperature intake supply path” of the present disclosure) and a bypass passage 21b (corresponding to the "high temperature intake supply path” of the present disclosure).
  • the pressure of the intake air to the engine 10 is increased by the compressor 62. As a result, the intake air temperature rises.
  • the intake air whose temperature has risen in the compressor 62 passes through the cooling passage 21a or the bypass passage 21b.
  • the intake air that has flowed into the intake manifold 25 is mixed with fuel from a fuel injector 26 provided for each cylinder 11c, is introduced into the cylinder 11c, and is ignited and burned by the ignition plug 16.
  • the cooling passage 21a is provided with an intercooler 23 that cools intake air whose temperature has risen by the compressor 62.
  • the bypass passage 21b is arranged in parallel with the cooling passage 21a.
  • the intake throttle valve 22 adjusts the intake amount of the bypass passage 21b.
  • the intake air whose temperature has risen in the compressor 62 is sent to the cooling passage 21a by the intake throttle valve 22 closing the bypass passage 21b, cooled by the intercooler 23, and flows into the intake manifold 25. Further, the intake air whose temperature has risen in the compressor 62 is sent to the bypass passage 21b by opening the bypass passage 21b by the intake throttle valve 22 and flows into the intake manifold 25 without being cooled by the intercooler 23.
  • the intake throttle valve 24 is provided downstream of the confluence position of the cooling passage 21a and the bypass passage 21b in the intake pipe 21 and upstream of the intake manifold 25.
  • the intake throttle valve 24 adjusts the amount of intake air flowing into the intake manifold 25.
  • An intake pressure sensor 41 for detecting the pressure of intake air is arranged at a confluence position of the cooling passage 21a and the bypass passage 21b in the intake pipe 21.
  • An intake air temperature sensor 42 that detects the temperature of intake air is arranged between the intake manifold 25 and the intake throttle valve 24 in the intake pipe 21.
  • An intake pressure sensor 43 that detects the pressure of intake air is arranged in the intake manifold 25. The detection values of these sensors 41, 42, 43 are input to the control unit 50.
  • Exhaust gas from the cylinder 11c is exhausted to the exhaust manifold 27 via an exhaust valve (not shown).
  • a part of the exhaust gas discharged to the exhaust manifold 27 flows into the EGR passage 71, and the rest is supplied to the exhaust pipe 28 via the turbine 61.
  • the exhaust gas is supplied from the exhaust pipe 28 to the three-way catalyst 29, and the three-way catalyst 29 purifies carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), and nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas, and a silencer ( It is discharged to the atmosphere through (not shown).
  • the exhaust pipe 28 is provided with a waste gate 29a that adjusts the amount of exhaust gas flowing into the turbine 61 by diverting a part of the exhaust gas discharged from the exhaust manifold 27.
  • an air-fuel ratio sensor 46 (random sensor) that detects an air-fuel ratio based on the oxygen concentration of the exhaust gas discharged from the exhaust manifold 27 is arranged in the exhaust pipe 28.
  • the detection value of the air-fuel ratio sensor 46 is input to the control unit 50.
  • the control unit 50 performs the air-fuel ratio control based on the detection value of the air-fuel ratio sensor 46 so that the combustion becomes stable.
  • the fuel supply unit 30 includes a CNG supply path 31, a high pressure regulator 32 (pressure reducing device), and a fuel supply path switching unit 33.
  • the high pressure regulator 32 reduces the pressure of CNG stored in a high pressure gas tank (not shown) to a constant pressure.
  • the high pressure regulator 32 decompresses and expands CNG to a low temperature.
  • the CNG supply path 31 has a high temperature fuel supply path 31a and a low temperature fuel supply path 31b.
  • the fuel decompressed by the high-pressure regulator 32 is sent to the common rail 34 through the high-temperature fuel supply path 31a or the low-temperature fuel supply path 31b, and is supplied to the intake manifold 25 by the fuel injector 26.
  • the supplied fuel is mixed with the intake air flowing into the intake manifold 25, introduced into each cylinder 11c, and ignited and burned by the spark plug 16.
  • the high temperature fuel supply path 31a has a heat exchanger 35.
  • the heat exchanger 35 exchanges heat between the fuel and the cooling water of the engine 10.
  • the cooling water is sent to the heat exchanger 35 from the downstream side of the engine 10 via the introduction pipe 36.
  • the cooling water is sent from the heat exchanger 35 to the inlet side of the water pump (not shown) via the outlet pipe 37.
  • the fuel receives the heat from the cooling water. As a result, the temperature of the fuel rises.
  • the low temperature fuel supply path 31b is arranged in parallel with the high temperature fuel supply path 31a.
  • the fuel supply path switching unit 33 has a high temperature cutoff valve 33a and a low temperature cutoff valve 33b.
  • the high temperature cutoff valve 33a opens and closes the high temperature fuel supply path 31a.
  • the low temperature cutoff valve 33b opens and closes the low temperature fuel supply path 31b.
  • the fuel whose temperature has risen by the heat exchanger 35 (high temperature fuel) is sent to the common rail 34.
  • high temperature fuel fuel whose temperature has risen by the heat exchanger 35
  • low temperature fuel fuel that does not rise in temperature
  • the high temperature cutoff valve 33a and the low temperature cutoff valve 33b are in the open state, the high temperature fuel and the low temperature fuel are mixed to have an intermediate temperature, and the intermediate temperature fuel is sent to the common rail 34.
  • a fuel temperature sensor 47 that detects the temperature of the fuel is arranged on the common rail 34.
  • the control unit 50 performs various controls such as fuel supply control based on the engine speed and load, and includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), an input port, Equipped with output ports and so on.
  • the various functions of the control unit 50 are realized by the CPU of the control unit 50 expanding the fuel supply control program and the like stored in the ROM in the RAM and executing the program.
  • the engine speed is detected by a crank angle sensor (not shown).
  • the fuel injection time (ms) per stroke is used as the load.
  • the fuel injection time per stroke is obtained based on the intake air amount of the engine 10 and the fuel amount calculated from the injector coefficient.
  • the intake amount of the engine 10 is, for example, the intake pressure detected by the intake pressure sensor 43, the intake temperature detected by the intake temperature sensor 42, the air pressure detected by an atmospheric pressure sensor (not shown) provided in the control unit 50. , And the engine speed.
  • FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the engine speed and load and the open/closed states of the high temperature cutoff valve 33a and the low temperature cutoff valve 33b.
  • the engine speed (rpm) is shown in the column direction
  • the fuel injection time (ms) per stroke is shown in the row direction.
  • “0” indicates that the high temperature cutoff valve 33a is open and the low temperature cutoff valve 33b is closed.
  • “1” indicates that the high temperature cutoff valve 33a and the low temperature cutoff valve 33b are in the open state.
  • “2” indicates a case where the high temperature cutoff valve 33a is closed and the low temperature cutoff valve 33b is open.
  • the relationship shown in FIG. 2 is stored as a map in the ROM of the control unit 50, for example. The map can be created by experimental results or simulation.
  • the control unit 50 controls the high temperature cutoff valve 33a and the low temperature cutoff valve 33b based on the engine speed and the fuel injection time per stroke so that the open/close state shown in the map of FIG. 2 is achieved.
  • the fuel injection times t 1 , t 2 , t 3 ,..., T n (t 1 ⁇ t 2 ⁇ t 3 ⁇ ... ⁇ t n ) (n is a natural number) are shown.
  • the control unit 50 causes the high temperature cutoff valve 33a to be open and the low temperature cutoff valve 33b to be closed.
  • the high temperature cutoff valve 33a and the low temperature cutoff valve 33b are controlled so as to be in the state.
  • the temperature of the fuel which has been reduced in pressure by the high-pressure regulator 32 and reduced in temperature, rises in temperature in the heat exchanger 35 and is sent to the common rail 34.
  • the control unit 50 controls the intake throttle valve 22 so that the intake air passes through the bypass passage 21b.
  • the intake air whose temperature has risen in the compressor 62 is supplied to the intake manifold 25 without being cooled by the intercooler 23.
  • the density of the intake air supplied to the intake manifold 25 becomes low.
  • the intake throttle valve 24 when the fuel density and the intake air density are low opens more than the intake throttle valve 24 when the fuel density and the intake air density are high, so that pumping loss can be reduced. it can. This can improve fuel economy.
  • the control unit 50 controls the high temperature cutoff valve 33a to be in the closed state and the low temperature cutoff valve.
  • the high temperature cutoff valve 33a and the low temperature cutoff valve 33b are controlled so that the opening 33b is opened.
  • the fuel whose pressure has been reduced and expanded by the high-pressure regulator 32 to have a low temperature is sent to the common rail 34 without the temperature rising in the heat exchanger 35.
  • the controller 50 also controls the intake throttle valve 22 so that the intake air passes through the cooling passage 21a.
  • the intake air whose temperature has risen in the compressor 62 is cooled by the intercooler 23 and supplied to the intake manifold 25.
  • the temperature of the fuel and the temperature of the intake air do not rise, so that knocking can be prevented from occurring. This can improve fuel economy.
  • the control unit 50 causes the high temperature cutoff valve 33a and the low temperature cutoff valve 33b to open.
  • the high temperature cutoff valve 33a and the low temperature cutoff valve 33b are controlled.
  • the fuel whose temperature has risen in the heat exchanger 35 high-temperature fuel
  • the fuel whose temperature has been reduced and expanded by the high-pressure regulator 32 to become low temperature low-temperature fuel
  • the medium temperature fuel is sent to the common rail 34.
  • the density of the medium temperature fuel sent to the common rail 34 becomes lower than the density of the low temperature fuel.
  • control unit 50 controls the intake throttle valve 22 so that the intake air passes through the bypass passage 21b.
  • the intake air is supplied to the intake manifold 25 without being cooled by the intercooler 23.
  • the density of the intake air supplied to the intake manifold 25 becomes low.
  • the intake throttle valve 24 when the fuel density and the intake air density are low opens more than the intake throttle valve 24 when the fuel density and the intake air density are high, so that pumping loss can be reduced. it can.
  • the engine 10 has a medium load, the medium temperature fuel and the high temperature intake air are mixed and the temperature of the intake air does not rise, so that knocking can be prevented. As a result, fuel efficiency can be improved.
  • FIG. 3 is a flowchart showing an example of the fuel supply method. This flow is started by the starting operation of the engine 10.
  • step S100 the control unit 50 acquires the engine speed.
  • step S110 the control unit 50 acquires the fuel injection time.
  • step S120 the control unit 50 determines whether or not the engine 10 has a low load, based on the engine speed and the fuel injection time.
  • step S120: YES the process proceeds to step S130.
  • step S120: NO the process proceeds to step S150.
  • step S130 the control unit 50 controls the high temperature cutoff valve 33a and the low temperature cutoff valve 33b so that the high temperature cutoff valve 33a is opened and the low temperature cutoff valve 33b is closed.
  • step S140 the control unit 50 determines whether or not the engine 10 has been stopped. If the engine 10 has been stopped (step S140: YES), the process shown in FIG. 3 ends. If the engine 10 has not been stopped (step S140: NO), the process returns to the step before step S100.
  • step S150 the control unit 50 determines whether or not the engine 10 has a high load based on the engine speed and the fuel injection time.
  • step S150: YES the process proceeds to step S160.
  • step S150: NO the process proceeds to step S170.
  • step S160 the control unit 50 controls the high temperature cutoff valve 33a and the low temperature cutoff valve 33b so that the high temperature cutoff valve 33a is closed and the low temperature cutoff valve 33b is opened. Then, a process transfers to step S140.
  • step S170 the control unit 50 controls the high temperature cutoff valve 33a and the low temperature cutoff valve 33b so that the high temperature cutoff valve 33a and the low temperature cutoff valve 33b are opened. Then, a process transfers to step S140.
  • the fuel supply unit 30 that can supply the fuels having different temperatures to the cylinder 11c, and the temperature of the fuel supplied to the cylinder 11c when the engine 10 has a low load.
  • a control unit 50 that controls the fuel supply unit 30 so that the temperature is higher than the temperature of the fuel supplied to the cylinder 11c when the engine 10 has a high load.
  • the intake unit 20 that can supply intake air having different temperatures mixed with fuel to the cylinder 11c is provided.
  • the intake air supply unit 20 is controlled so that the temperature of the intake air supplied to the cylinder 11c when the load is low is higher than the temperature of the intake air that is supplied to the cylinder 11c when the engine 10 has a high load.
  • the temperature of intake air rises and the density of intake air decreases, so that the intake throttle valve 24 opens more, so that pumping loss can be reduced.
  • the engine 10 has a high load, the temperature of the intake air does not rise, so that knocking can be prevented.
  • FIG. 4 is a block diagram schematically showing the configuration of the internal combustion engine system in the modification of the present embodiment.
  • configurations different from the above-described embodiment will be mainly described, and the same configurations will be denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
  • the fuel supply unit 30 in the modified example includes a cooling water amount adjustment valve 33c and a CNG flow rate adjustment valve 33d.
  • the CNG flow rate adjusting valve 33d adjusts the flow rate of fuel supplied to the common rail 34.
  • the cooling water amount adjustment valve 33c adjusts the flow rate of the cooling water of the engine 10 flowing into the heat exchanger 35.
  • the control unit 50 adjusts the valve opening degree of the cooling water amount adjustment valve 33c according to the load of the engine 10 (for example, fuel injection time) and the engine speed. Specifically, when the engine 10 has a low load, the control unit 50 controls the cooling water amount adjustment valve 33c so that the valve opening degree increases. As a result, the amount of heat exchanged between the fuel and the cooling water increases, the temperature of the fuel that has been reduced in temperature by the high-pressure regulator 32 to a low temperature rises, and the temperature of the fuel rises. Further, when the engine 10 has a high load, the control unit 50 controls the valve cooling water amount adjustment valve 33c so that the valve opening degree becomes small. As a result, the amount of heat exchanged between the fuel and the cooling water is reduced, the temperature rise of the fuel that has been reduced in temperature by the high-pressure regulator 32 to a low temperature is suppressed, and the temperature of the fuel is kept low.
  • the load of the engine 10 for example, fuel injection time
  • the control unit 50 controls the cooling water amount adjustment valve 33c so
  • the temperature of the fuel supplied to the cylinder 11c is finely controlled by finely controlling the valve opening degree of the valve cooling water amount adjustment valve 33c from 0% to 100%. It becomes possible to adjust.
  • the present disclosure is suitably used for a vehicle including an internal combustion engine system that is required to prevent knocking and improve fuel efficiency while reducing pumping loss.
  • Engine 20 Intake Supply Unit 21 Intake Pipe 21a Cooling Passage 21b Bypass Passage 22 Intake Throttle Valve 30 Fuel Supply Unit 31 CNG Supply Route 31a High Temperature Fuel Supply Route 31b Low Temperature Fuel Supply Route 33 Fuel Supply Route Switching Unit 35 Heat Exchanger 50 Control Unit 60 turbocharger 70 EGR device 100 internal combustion engine system

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Abstract

ポンピングロスを低減しつつ、ノッキングの発生を防止して、燃費を向上させることが可能な内燃機関システム、車両および燃料供給方法を提供する。内燃機関システムは、圧縮天然ガスを燃料として気筒に供給して燃焼させる内燃機関システムにおいて、相異なる複数の温度の燃料を前記気筒に供給可能な燃料供給部と、内燃機関が第１の負荷である場合に気筒に供給する燃料の温度を、内燃機関が第１の負荷より高い第２の負荷である場合に気筒に供給する燃料の温度より高くするように、燃料供給部を制御する制御部と、を備える。

Description

内燃機関システム、車両および燃料供給方法
　本開示は、内燃機関システム、車両および燃料供給方法に関する。
　従来、圧縮天然ガス（Compressed Natural Gas :CNG）を減圧し、これを燃料として用いるＣＮＧエンジンが知られている。
　ＣＮＧは、車両に備えられた高圧ガスタンクに貯蔵される。ＣＮＧは、高圧ガスタンクから燃料供給系統へ導かれ、減圧されてインテークマニホールド内へ供給される。供給されたＣＮＧは、インテークマニホールドに流入した吸気と混合されて各気筒内に導入され、点火プラグにより発火燃焼される（例えば、特許文献１を参照）。
　ＣＮＧエンジンには、例えば、ガソリンエンジンと同じ燃焼サイクル（オットーサイクル）が採用されている。
日本国特開２０１１－２１４５４２号公報
　ところで、オットーサイクルエンジンでは、負荷調整のために吸気スロットルバルブが設けられている。
　エンジンが低負荷である場合では、吸気スロットルバルブが閉じているか、またはわずかに開いている状態であるため、シリンダー内に負圧が生じる。これにより、ポンピングロスが発生し、燃費の悪化につながる。
　また、エンジンが高負荷である場合においては、吸気の温度や燃料の温度が高くなると、ノッキングが発生しやすい。ノッキングを発生させないために点火タイミングを遅角させると、燃費の悪化を招くという問題点があった。
　本開示の目的は、ポンピングロスを低減しつつ、ノッキングの発生を防止して、燃費を向上させることが可能な内燃機関システム、車両および燃料供給方法を提供することである。
　上記の目的を達成するため、本開示における内燃機関システムは、
　圧縮天然ガスを燃料として気筒に供給して燃焼させる内燃機関システムにおいて、
　相異なる複数の温度の燃料を前記気筒に供給可能な燃料供給部と、
　内燃機関が第１の負荷である場合に前記気筒に供給する燃料の温度を、内燃機関が第１の負荷より高い第２の負荷である場合に前記気筒に供給する燃料の温度より高くするように、前記燃料供給部を制御する制御部と、
　を備える。
　本開示における車両は、
　上記内燃機関システムを備える。
　本開示における燃料供給方法は、
　圧縮天然ガスを燃料として内燃機関の気筒に供給する燃料供給方法であって、
　内燃機関が第１の負荷である場合に前記気筒に供給する燃料の温度を、内燃機関が前記第１の負荷より高い第２の負荷である場合に前記気筒に供給する燃料の温度より高くする。
　本開示によれば、ポンピングロスを低減しつつ、ノッキングの発生を防止して、燃費を向上させることができる。
図１は、本開示の実施の形態における内燃機関システムの構成を概略的に示すブロック図である。 図２は、エンジン回転数および負荷と、高温用遮断弁および低温用遮断弁の開閉状態との関係を示す図である。 図３は、燃料供給方法の一例を示すフローチャートである。 図４は、本開示の実施の形態の変形例における内燃機関システムの構成を概略的に示すブロック図である。
　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
　図１は、本開示の実施の形態における内燃機関システム１００の構成を概略的に示すブロック図である。
　図１に示すように、内燃機関システム１００は、ＣＮＧエンジン１０（以下、エンジン）を備える。エンジン１０のシリンダブロック１１には、気筒１１ｃ毎にピストン（不図示）が設けられている。ピストンは、クランク軸（不図示）の回転に応じて上下動する。シリンダブロック１１上のシリンダヘッド１５には、気筒１１ｃ毎に点火プラグ１６が設けられている。
　また、内燃機関システム１００は、吸気供給部２０と、燃料供給部３０と、制御部５０（エンジンコントロールユニット）と、吸気を過給するターボチャージャ６０（過給器）と、排気側から排気の一部を取り出し、吸気側へ戻すＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）と呼ばれる排気再循環装置７０（以下、ＥＧＲ装置）とを備える。なお、吸気側へ戻される排気を、ＥＧＲガスをいう。
　ターボチャージャ６０は、排気で駆動されるタービン６１と、タービン６１の駆動力で駆動され吸気を圧縮するコンプレッサ６２とを備える。
　ＥＧＲ装置７０は、エンジン１０の排気側と吸気側とを接続する排気再循環通路７１（以下、ＥＧＲ通路）と、ＥＧＲ通路７１に設けられ、ＥＧＲガスを冷却する排気再循環クーラ７２（以下、ＥＧＲクーラ）と、ＥＧＲ通路７１に設けられ、排気再循環量（以下、ＥＧＲ量）を調整するための排気再循環バルブ７３（以下、ＥＧＲバルブ）とを備える。
　吸気供給部２０は、吸気管２１、吸気スロットルバルブ２２（本開示の「吸気供給切換部」に対応）、インタークーラー２３、および、吸気スロットルバルブ２４を備えている。吸気管２１は、コンプレッサ６２とインテークマニホールド２５とを接続する。吸気管２１は、冷却通路２１ａ（本開示の「低温吸気供給経路」に対応）およびバイパス通路２１ｂ（本開示の「高温吸気供給経路」に対応）を有する。エンジン１０への吸気の圧力はコンプレッサ６２で上昇する。その結果、吸気の温度は上昇する。コンプレッサ６２で温度上昇した吸気は、冷却通路２１ａ又はバイパス通路２１ｂを通過する。冷却通路２１ａ又はバイパス通路２１ｂを通過した吸気は、インテークマニホールド２５に流入する。インテークマニホールド２５に流入した吸気は、気筒１１ｃ毎に設けられたフューエルインジェクタ２６からの燃料と混合されて気筒１１ｃ内に導入され、点火プラグ１６により発火燃焼される。
　冷却通路２１ａには、コンプレッサ６２で温度上昇した吸気を冷却するインタークーラー２３が設けられる。バイパス通路２１ｂは、冷却通路２１ａと並列に配置される。吸気スロットルバルブ２２は、バイパス通路２１ｂの吸気量を調整する。コンプレッサ６２で温度上昇した吸気は、吸気スロットルバルブ２２によりバイパス通路２１ｂが閉じられることで、冷却通路２１ａに送られ、インタークーラー２３により冷却されて、インテークマニホールド２５に流入する。また、コンプレッサ６２で温度上昇した吸気は、吸気スロットルバルブ２２によりバイパス通路２１ｂが開かれることで、バイパス通路２１ｂに送られ、インタークーラー２３により冷却されることなく、インテークマニホールド２５に流入する。
　吸気スロットルバルブ２４は、吸気管２１における冷却通路２１ａとバイパス通路２１ｂとの合流位置より下流側に、かつ、インテークマニホールド２５より上流側に設けられている。吸気スロットルバルブ２４は、インテークマニホールド２５に流入する吸気量を調整する。
　吸気管２１における冷却通路２１ａとバイパス通路２１ｂとの合流位置には、吸気の圧力を検出する吸気圧力センサ４１が配置されている。吸気管２１におけるインテークマニホールド２５と吸気スロットルバルブ２４との間には、吸気の温度を検出する吸気温度センサ４２が配置されている。インテークマニホールド２５には、吸気の圧力を検出する吸気圧力センサ４３が配置されている。これらセンサ４１，４２，４３の検出値は、制御部５０に入力される。
　気筒１１ｃからの排気は、排気弁（不図示）を介してエキゾーストマニホールド２７に排出される。エキゾーストマニホールド２７に排出された排気の一部は、ＥＧＲ通路７１に流入し、残りは、タービン６１を介して、排気管２８に供給される。排気は、排気管２８から三元触媒２９に供給され、三元触媒２９で、排気中の一酸化炭素（ＣＯ），炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化し、消音器（不図示）を通して大気に排出される。
　排気管２８には、エキゾーストマニホールド２７から排出された排気の一部を分流させることにより排気のタービン６１への流入量を調整するウエストゲート２９ａが設けられている。
　また、排気管２８には、エキゾーストマニホールド２７から排出された排気の酸素濃度に基づいて空燃比を検出する空燃比センサ４６（ランダムセンサ）が配置される。空燃比センサ４６の検出値が制御部５０に入力される。制御部５０は、空燃比センサ４６の検出値に基づいて、燃焼が安定するように空燃比制御を行う。
　燃料供給部３０は、ＣＮＧ供給経路３１、高圧レギュレータ３２（減圧装置）、燃料供給経路切換部３３を備えている。
　高圧レギュレータ３２は、高圧ガスタンク（不図示）に貯蔵されるＣＮＧを一定の圧力に減圧する。ＣＮＧは、高圧レギュレータ３２で減圧膨張して低温となる。
　ＣＮＧ供給経路３１は、高温燃料供給経路３１ａと低温燃料供給経路３１ｂとを有する。高圧レギュレータ３２で減圧された燃料は、高温燃料供給経路３１ａ又は低温燃料供給経路３１ｂを通って、コモンレール３４に送られ、フューエルインジェクタ２６にてインテークマニホールド２５に供給される。供給された燃料は、インテークマニホールド２５に流入した吸気と混合されて各気筒１１ｃ内に導入され、点火プラグ１６により発火燃焼される。
　高温燃料供給経路３１ａは、熱交換器３５を有している。熱交換器３５は、燃料とエンジン１０の冷却水との間で熱交換を行う。例えば、冷却水は、エンジン１０の下流側から導入管３６を介して熱交換器３５へ送り込まれる。また、冷却水は、熱交換器３５から導出管３７を介してウオーターポンプ（不図示）の入口側へ送り出される。燃料と冷却水との間の熱交換において、燃料は、冷却水からの熱を受熱する。これにより、燃料の温度は上昇する。
　低温燃料供給経路３１ｂは、高温燃料供給経路３１ａと並列に配置される。
　燃料供給経路切換部３３は、高温用遮断弁３３ａおよび低温用遮断弁３３ｂを有する。
　高温用遮断弁３３ａは、高温燃料供給経路３１ａを開閉する。低温用遮断弁３３ｂは、低温燃料供給経路３１ｂを開閉する。
　高温用遮断弁３３ａが開状態であり、かつ、低温用遮断弁３３ｂが閉状態である場合、熱交換器３５により温度上昇した燃料（高温の燃料）がコモンレール３４に送られる。高温用遮断弁３３ａが閉状態であり、かつ、低温用遮断弁３３ｂが開状態である場合、温度上昇しない燃料（低温の燃料）がコモンレール３４に送られる。また、高温用遮断弁３３ａおよび低温用遮断弁３３ｂが開状態の場合、高温の燃料と低温の燃料とが混合されて中温となり、中温の燃料がコモンレール３４に送られる。コモンレール３４には、燃料の温度を検出する燃料温度センサ４７が配置されている。
　制御部５０は、エンジン回転数および負荷に基づいて、燃料供給制御等の各種制御を行うもので、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入力ポート、出力ポート等を備えている。制御部５０の各種機能は、制御部５０のＣＰＵがＲＯＭに記憶された燃料供給制御プログラム等をＲＡＭに展開して、実行することにより実現される。本実施の形態では、エンジン回転数はクランクアングルセンサー（不図示）から検出される。負荷には、１ストローク当たりの燃料噴射時間（ｍｓ）が用いられる。１ストローク当たりの燃料噴射時間は、エンジン１０の吸気量とインジェクター係数から計算された燃料量に基づいて求められる。エンジン１０の吸気量は、例えば、吸気圧力センサ４３により検出される吸気圧力、吸気温度センサ４２により検出される吸気温度、制御部５０に設けられた大気圧センサー（不図示）により検出される空気圧、および、エンジン回転数に基づいて求められる。
　図２は、エンジン回転数および負荷と、高温用遮断弁３３ａおよび低温用遮断弁３３ｂの開閉状態との関係を示す図である。図２の列方向にエンジン回転数（ｒｐｍ）を示し、行方向に１ストローク当たりの燃料噴射時間（ｍｓ）を示す。ここで、“０”は、高温用遮断弁３３ａが開状態であり、かつ、低温用遮断弁３３ｂが閉状態である場合を示す。“１”は、高温用遮断弁３３ａおよび低温用遮断弁３３ｂが開状態である場合を示す。“２”は、高温用遮断弁３３ａが閉状態であり、かつ、低温用遮断弁３３ｂが開状態である場合を示す。図２に示す関係は、マップとして、例えば、制御部５０のＲＯＭに記憶される。マップは、実験結果や、シミュレーションにより作成することが可能である。
　制御部５０は、エンジン回転数および１ストローク当たりの燃料噴射時間に基づき、図２に示すマップに表された開閉状態になるように、高温用遮断弁３３ａおよび低温用遮断弁３３ｂを制御する。なお、図２に、エンジン回転数Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，…，Ｎｍ－１，Ｎｍ（Ｎ１＜Ｎ２＜Ｎ３＜…＜Ｎｍ－１＜Ｎｍ）（ｍは自然数）を示す。また、燃料噴射時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，…，ｔｎ（ｔ１＜ｔ２＜ｔ３＜…＜ｔｎ）（ｎは自然数）を示す。
　図２に示すように、エンジン１０が低負荷（燃料噴射時間ｔ１，ｔ２）である場合、制御部５０は、高温用遮断弁３３ａが開状態に、かつ、低温用遮断弁３３ｂが閉状態になるように、高温用遮断弁３３ａおよび低温用遮断弁３３ｂを制御する。これにより、高圧レギュレータ３２で減圧膨張されて低温となった燃料は、熱交換器３５で温度上昇し、コモンレール３４に送られる。結果的に、コモンレール３４に送られる燃料の密度は低くなる。また、制御部５０は、吸気がバイパス通路２１ｂを通るように吸気スロットルバルブ２２を制御する。これにより、コンプレッサ６２で温度上昇した吸気は、インタークーラー２３により冷やされることなく、インテークマニホールド２５に供給される。結果的に、インテークマニホールド２５に供給される吸気の密度は、低くなる。同じ出力であれば、燃料の密度および吸気の密度が低い場合における吸気スロットルバルブ２４は、燃料の密度および吸気の密度が高い場合における吸気スロットルバルブ２４より、開くため、ポンピングロスを低減することができる。これにより、燃費を向上することができる。
　これに対して、図２に示すように、エンジン１０が高負荷（燃料噴射時間ｔｎ等）である場合、制御部５０は、高温用遮断弁３３ａが閉状態に、かつ、低温用遮断弁３３ｂが開状態になるように、高温用遮断弁３３ａおよび低温用遮断弁３３ｂを制御する。これにより、高圧レギュレータ３２で減圧膨張されて低温となった燃料は、熱交換器３５で温度上昇することなく、コモンレール３４に送られる。また、制御部５０は、吸気が冷却通路２１ａを通るように吸気スロットルバルブ２２を制御する。これにより、コンプレッサ６２で温度上昇した吸気は、インタークーラー２３により冷却されて、インテークマニホールド２５に供給される。以上のように、エンジン１０が高負荷である場合、燃料の温度および吸気の温度が高くならないため、ノッキングの発生を防止することができる。これにより、燃費を向上することができる。
　また、図２に示すように、エンジン１０が中負荷（燃料噴射時間ｔ３等）である場合、制御部５０は、高温用遮断弁３３ａおよび低温用遮断弁３３ｂが開状態になるように、高温用遮断弁３３ａおよび低温用遮断弁３３ｂを制御する。これにより、熱交換器３５で温度上昇した燃料（高温の燃料）と、高圧レギュレータ３２で減圧膨張されて低温となった燃料（低温の燃料）とが混合されて中温となる。中温の燃料がコモンレール３４に送られる。その結果、コモンレール３４に送られる中温の燃料の密度は、低温の燃料の密度より低くなる。また、制御部５０は、吸気がバイパス通路２１ｂを通るように吸気スロットルバルブ２２を制御する。これにより、吸気は、インタークーラー２３により冷やされることなく、インテークマニホールド２５に供給される。その結果、インテークマニホールド２５に供給される吸気の密度は低くなる。同じ出力であれば、燃料の密度および吸気の密度が低い場合における吸気スロットルバルブ２４は、燃料の密度および吸気の密度が高い場合における吸気スロットルバルブ２４より、開くため、ポンピングロスを低減することができる。また、エンジン１０が中負荷である場合、中温の燃料と高温の吸気とが混合されて、吸気の温度が高くならないため、ノッキングの発生を防止することができる。これにより、燃費を向上することができる。
　次に、燃料供給方法について図３を参照して説明する。図３は、燃料供給方法の一例を示すフローチャートである。本フローは、エンジン１０の始動操作により開始される。
　先ず、ステップＳ１００において、制御部５０は、エンジン回転数を取得する。
　次に、ステップＳ１１０において、制御部５０は、燃料噴射時間を取得する。
　次に、ステップＳ１２０において、制御部５０は、エンジン回転数および燃料噴射時間に基づいて、エンジン１０が低負荷であるか否かについて判定する。エンジン１０が低負荷である場合（ステップＳ１２０：ＹＥＳ）、処理は、ステップＳ１３０に遷移する。エンジン１０が低負荷でない場合（ステップＳ１２０：ＮＯ）、処理は、ステップＳ１５０に遷移する。
　ステップＳ１３０において、制御部５０は、高温用遮断弁３３ａが開状態に、かつ、低温用遮断弁３３ｂが閉状態になるように、高温用遮断弁３３ａおよび低温用遮断弁３３ｂを制御する。
　次に、ステップＳ１４０において、制御部５０は、エンジン１０の停止操作がされたか否かについて判断する。エンジン１０の停止操作がされた場合（ステップＳ１４０：ＹＥＳ）、図３に示す処理は終了する。エンジン１０の停止操作がさない場合（ステップＳ１４０：ＮＯ）、処理は、ステップＳ１００の前に戻る。
　次に、ステップＳ１５０において、制御部５０は、エンジン回転数および燃料噴射時間に基づいて、エンジン１０が高負荷であるか否かについて判定する。エンジン１０が高負荷である場合（ステップＳ１５０：ＹＥＳ）、処理は、ステップＳ１６０に遷移する。エンジン１０が高負荷でない場合（ステップＳ１５０：ＮＯ）、処理は、ステップＳ１７０に遷移する。
　ステップＳ１６０において、制御部５０は、高温用遮断弁３３ａが閉状態に、かつ、低温用遮断弁３３ｂが開状態になるように、高温用遮断弁３３ａおよび低温用遮断弁３３ｂを制御する。その後、処理は、ステップＳ１４０に遷移する。
　ステップＳ１７０において、制御部５０は、高温用遮断弁３３ａおよび低温用遮断弁３３ｂが開状態になるように、高温用遮断弁３３ａおよび低温用遮断弁３３ｂを制御する。その後、処理は、ステップＳ１４０に遷移する。
　上記実施の形態における内燃機関システム１００によれば、相異なる複数の温度の燃料を気筒１１ｃに供給可能な燃料供給部３０と、エンジン１０が低負荷である場合に気筒１１ｃに供給する燃料の温度を、エンジン１０が高負荷である場合に気筒１１ｃに供給する燃料の温度より高くするように、燃料供給部３０を制御する制御部５０と、を備える。これにより、エンジン１０が低負荷である場合、燃料の温度が上昇し、燃料の密度が低くなることで、吸気スロットルバルブ２４がより開くため、ポンピングロスを低減することが可能となる。また、エンジン１０が高負荷である場合、燃料の温度が高くならないことで、ノッキングの発生を防止することが可能となる。
　また、上記実施の形態における内燃機関システム１００によれば、燃料と混合される相異なる複数の温度の吸気を、気筒１１ｃに供給可能な吸気供給部２０を備え、制御部５０は、エンジン１０が低負荷である場合に気筒１１ｃに供給する吸気の温度を、エンジン１０が高負荷である場合に気筒１１ｃに供給する吸気の温度より高くするように、吸気供給部２０を制御する。これにより、エンジン１０が低負荷である場合、吸気の温度が上昇し、吸気の密度が低くなることで、吸気スロットルバルブ２４がより開くため、ポンピングロスを低減することが可能となる。また、エンジン１０が高負荷である場合、吸気の温度が高くならないことで、ノッキングの発生を防止することが可能となる。
　次に、本実施の形態の変形例について図４を参照して説明する。図４は、本実施の形態の変形例における内燃機関システムの構成を概略的に示すブロック図である。なお、変形例においては、上記実施の形態と異なる構成について主に説明し、同じ構成については同一符号を付してその説明を省略する。
　変形例における燃料供給部３０は、図４に示すように、冷却水量調整弁３３ｃおよびＣＮＧ流量調整弁３３ｄを備えている。ＣＮＧ流量調整弁３３ｄは、コモンレール３４に供給される燃料流量を調整する。
　冷却水量調整弁３３ｃは、熱交換器３５へ流入するエンジン１０の冷却水の流量を調整する。
　制御部５０は、エンジン１０の負荷（例えば、燃料噴射時間）およびエンジン回転数に応じて、冷却水量調整弁３３ｃの弁開度を調整する。具体的には、制御部５０は、エンジン１０が低負荷である場合、弁開度が大きくなるように冷却水量調整弁３３ｃを制御する。これにより、燃料と冷却水との間で熱交換される熱量が増大し、高圧レギュレータ３２で減圧膨張して低温となった燃料の温度が上昇し、燃料の温度が高温となる。また、制御部５０は、エンジン１０が高負荷である場合、弁開度が小さくなるように弁冷却水量調整弁３３ｃを制御する。これにより、燃料と冷却水との間で熱交換される熱量が減少し、高圧レギュレータ３２で減圧膨張して低温となった燃料の温度上昇が抑えられ、燃料の温度が低温を維持する。
　変形例における内燃機関システム１００においては、弁冷却水量調整弁３３ｃの弁開度を０％から１００％までの間で、細かに制御することで、気筒１１ｃに供給される燃料の温度を、微調整することが可能となる。
　その他、上記実施の形態は、何れも本開示の実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
　本出願は、２０１８年１２月１２日付けで出願された日本国特許出願（特願２０１８－２３２３３３）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本開示は、ポンピングロスを低減しつつ、ノッキングの発生を防止して、燃費を向上させることが要求される内燃機関システムを備えた車両に好適に利用される。
　１０　エンジン
　２０　吸気供給部
　２１　吸気管
　２１ａ　冷却通路
　２１ｂ　バイパス通路
　２２　吸気スロットルバルブ
　３０　燃料供給部
　３１　ＣＮＧ供給経路
　３１ａ　高温燃料供給経路
　３１ｂ　低温燃料供給経路
　３３　燃料供給経路切換部
　３５　熱交換器
　５０　制御部
　６０　ターボチャージャ
　７０　ＥＧＲ装置
　１００　内燃機関システム

Claims (7)

  1. 　圧縮天然ガスを燃料として気筒に供給して燃焼させる内燃機関システムにおいて、
    　相異なる複数の温度の燃料を前記気筒に供給可能な燃料供給部と、
    　内燃機関が第１の負荷である場合に前記気筒に供給する燃料の温度を、内燃機関が第１の負荷より高い第２の負荷である場合に前記気筒に供給する燃料の温度より高くするように、前記燃料供給部を制御する制御部と、
    　を備える内燃機関システム。
  2. 　前記燃料と混合される相異なる複数の温度の吸気を、気筒に供給可能な吸気供給部をさらに備え、
    　前記制御部は、内燃機関が前記第１の負荷である場合に前記気筒に供給する吸気の温度を、内燃機関が前記第２の負荷である場合に前記気筒に供給する吸気の温度より高くするように、前記吸気供給部を制御する、
    　請求項１に記載の内燃機関システム。
  3. 　前記燃料供給部は、前記燃料と内燃機関の冷却水との間で熱交換可能な熱交換器を有する高温燃料供給経路と、前記高温燃料供給経路と並列に配置される低温燃料供給経路と、燃料供給経路切換部と、を備え、
    　前記制御部は、内燃機関が前記第１の負荷である場合、前記高温燃料供給経路により燃料が供給されるように、前記燃料供給経路切換部を制御し、内燃機関が前記第２の負荷である場合、前記低温燃料供給経路により燃料が供給されるように前記燃料供給経路切換部を制御する、
    　請求項１または２に記載の内燃機関システム。
  4. 　前記燃料供給部は、前記燃料と内燃機関の冷却水との間で熱交換可能な熱交換器と、前記熱交換器へ流入する前記冷却水の流量を調整する流量調整部と、を備え、
    　前記制御部は、内燃機関が前記第１の負荷である場合の前記冷却水の流量を、内燃機関が前記第２の負荷である場合の前記冷却水の流量より多くなるように、前記流量調整部を制御する、
    　請求項１または２に記載の内燃機関システム。
  5. 　前記吸気供給部は、前記吸気を冷却するインタークーラーを有する低温吸気供給経路と、前記低温吸気供給経路と並列に配置される高温吸気供給経路と、吸気供給経路切換部と、を備え、
    　前記制御部は、内燃機関が前記第１の負荷である場合、前記高温吸気供給経路により吸気が供給されるように、前記吸気供給経路切換部を制御し、内燃機関が前記第２の負荷である場合、前記低温吸気供給経路により吸気が供給されるように、前記吸気供給経路切換部を制御する、
    　請求項２に記載の内燃機関システム。
  6. 　請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関システムを備える車両。
  7. 　圧縮天然ガスを燃料として内燃機関の気筒に供給する燃料供給方法であって、
    　内燃機関が第１の負荷である場合に前記気筒に供給する燃料の温度を、内燃機関が前記第１の負荷より高い第２の負荷である場合に前記気筒に供給する燃料の温度より高くする、
    　燃料供給方法。
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