WO2023189299A1 - 内燃機関 - Google Patents

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WO2023189299A1
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世界 宮本
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川崎重工業株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/12—Engines characterised by precombustion chambers with positive ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/08—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed simultaneously using pluralities of fuels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D27/00—Controlling engines characterised by their being reversible
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/22—Safety or indicating devices for abnormal conditions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D45/00—Electrical control not provided for in groups F02D41/00 - F02D43/00
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present disclosure relates to an internal combustion engine that can use multiple types of fuels with different reactivities.
  • an object of the present disclosure is to enable an internal combustion engine that can use multiple types of fuel to deal with abnormal combustion while maintaining output.
  • an internal combustion engine includes: a cylinder forming a combustion chamber inside; a piston that reciprocates within the cylinder; an intake port that supplies air to the combustion chamber; a first fuel supply passage that supplies first fuel to the combustion chamber or the intake port; a second fuel supply passage that is provided independently of the first fuel supply passage and supplies a second fuel with lower reactivity than the first fuel to the combustion chamber or the intake port; a fuel supply control device that detects abnormal combustion in the combustion chamber and controls to reduce the supply amount of the first fuel and increase the supply amount of the second fuel when abnormal combustion is detected; Equipped with
  • the internal combustion engine according to the present disclosure it is possible to deal with abnormal combustion while maintaining output in an internal combustion engine that can use multiple types of fuel.
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of an internal combustion engine according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing an example of an operating state when abnormal combustion is detected in the internal combustion engine of FIG. 1;
  • FIG. 2 is a vertical cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of an internal combustion engine according to a modified example of the embodiment of FIG. 1.
  • FIG. FIG. 1 is a vertical cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of an internal combustion engine according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing an example of an operating state when abnormal combustion is detected in the internal combustion engine of FIG. 1
  • FIG. 2 is a vertical cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of an internal combustion engine according to a modified example of the embodiment of FIG. 1.
  • FIG. 2 is a block diagram schematically showing a schematic configuration of an internal combustion engine according to a modified example of the embodiment of FIG. 1.
  • FIG. FIG. 5 is a longitudinal cross-sectional view showing an example of an operating state when abnormal combustion is detected in the internal combustion engine of FIG. 4;
  • FIG. 2 is a vertical cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of an internal combustion engine according to another embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a vertical cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of an internal combustion engine according to a modified example of the embodiment of FIG. 6.
  • FIG. 5 is a longitudinal cross-sectional view showing an example of an operating state when abnormal combustion is detected in the internal combustion engine of FIG. 4;
  • FIG. 2 is a vertical cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of an internal combustion engine according to another embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a vertical cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of an internal combustion engine according to a modified example of the embodiment of FIG.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine 1 according to an embodiment of the present disclosure.
  • This internal combustion engine 1 is an internal combustion engine that mixes and burns two types of fuel, and includes a cylinder 5 that forms a combustion chamber 3 inside, a piston 7 that reciprocates within the cylinder 5, and an intake that supplies air to the combustion chamber 3.
  • a so-called direct injection type first fuel supply passage 11 that supplies the first fuel F1 to the combustion chamber 3, and a second fuel supply passage 13 that supplies the second fuel F2 to the intake port 9. There is.
  • the second fuel supply passage 13 is provided independently of the first fuel supply passage 11.
  • the first fuel F1 is a relatively highly reactive fuel.
  • hydrogen-containing gas is used as the first fuel F1.
  • the term "hydrogen-containing gas" here includes not only fuel that is partially hydrogen gas, but also fuel that is entirely hydrogen gas.
  • the second fuel F2 is a fuel with lower reactivity than the first fuel F1.
  • natural gas is used as the second fuel F2.
  • the first fuel F1 is not limited to hydrogen-containing gas, and normal heptane can be used, for example.
  • the second fuel F2 is not limited to natural gas, and may be, for example, ammonia, alcohol such as methanol or ethanol, gasoline, heavy oil, light oil, or the like.
  • the piston 7 drives a crankshaft (not shown) via the connecting rod 15 by reciprocating within the cylinder 5.
  • An intake port 9 and an exhaust port 19 that open into the combustion chamber 3 are formed in a cylinder head 17 located above the cylinder 5 of the internal combustion engine 1 .
  • the combustion chamber 3 is defined by the inner peripheral surface of the cylinder 5, the crown surface of the piston 7, and the lower surface of the cylinder head 17.
  • the cylinder head 17 is provided with an intake valve 21 that opens and closes the portion of the intake port 9 that opens into the combustion chamber 3, and an exhaust valve 23 that opens and closes the portion of the exhaust port 19 that opens into the combustion chamber 3. Further, the cylinder head 17 is provided with an ignition plug 25 facing the combustion chamber 3. Note that in the internal combustion engine 1 according to the present embodiment, the fuel in the combustion chamber 3 is ignited using the spark plug 25, but as will be described later, it may be ignited by other methods. When igniting by another method, the spark plug 25 may be omitted.
  • the first fuel F1 supplied through the first fuel supply passage 11 is injected into the combustion chamber 3 by the first fuel injection valve 27.
  • the second fuel F2 supplied through the second fuel supply passage 13 is injected into the combustion chamber 3 by the second fuel injection valve 29.
  • the internal combustion engine 1 according to the present embodiment can be operated using only the first fuel F1, using both the first fuel F1 and the second fuel F2, or using only the second fuel F2. .
  • the internal combustion engine 1 may be an internal combustion engine that can operate using both fuels F1 and F2, or only one of these fuels F1 and F2.
  • the use of the internal combustion engine 1 is not particularly limited, and for example, it may be used to drive a vehicle, it may be used to drive industrial equipment such as an unmanned drone, a lawn mower, a chainsaw, etc., and it may be used for power generation. Good too.
  • the internal combustion engine 1 further includes a fuel supply control device 30 that controls the supply of each of the fuels F1 and F2.
  • the fuel supply control device 30 detects abnormal combustion in the combustion chamber 3, and when the occurrence of abnormal combustion is detected, controls the supply amount of the first fuel F1 to be reduced and the supply amount of the second fuel F2 to be increased.
  • the fuel supply control device 30 includes a fuel supply amount control section 31 that controls the supply amount of each fuel F1 and F2, and an abnormal combustion detection section 33 that detects abnormal combustion in the combustion chamber 3. .
  • the abnormal combustion detection unit 33 in this embodiment is configured to, for example, detect combustion pressure in the combustion chamber 3, detect ion current, detect vibrations in the internal combustion engine 1, detect internal pressure in the intake port 9, and detect internal pressure in the exhaust port 19. The occurrence of abnormal combustion is detected through detection, etc.
  • Combustion pressure is detected using a combustion pressure sensor.
  • a combustion pressure sensor is a sensor element that transmits the combustion pressure received by a metal diaphragm to an internal force detection element as a compressive force, and outputs a voltage signal corresponding to the combustion pressure using the piezoresistance effect of silicon.
  • the ionic current is detected by applying a voltage to an electrode placed within the flame of the combustion chamber 3 and measuring the ionic current caused by the ions present within the flame.
  • the vibrations of the internal combustion engine 1 can be detected by, for example, a knock sensor provided in the cylinder 5 of the internal combustion engine 1 or a crankcase (not shown), or a knock sensor built into the components of the internal combustion engine 1 such as the spark plug 25 or the fuel injection valves 27 and 29. This is done using a vibration sensor.
  • Detection of the pressure inside the intake port 9 and the detection of the pressure inside the exhaust port 19 are performed using pressure detection sensors arranged inside the intake port 9 and inside the exhaust port 19.
  • backfire which is flame blowing back into the intake port 9
  • the internal pressure of the exhaust port 19 afterfire, which is a phenomenon in which flame blows through to the exhaust port 19, can be detected.
  • the abnormal combustion detection unit 33 may detect abnormal combustion by a method other than the above-mentioned examples, such as temperature detection or residual oxygen concentration detection.
  • the abnormal combustion detection unit 33 includes a sensor element that detects a physical quantity to be detected (pressure, current, vibration, etc.), various circuits that perform necessary processing such as signal conversion processing and arithmetic processing on the obtained detected quantity, and these. Equipped with a memory for storing information necessary for processing, a power supply circuit for receiving power supply from a power supply element such as a battery or an external source, a transmission circuit for transmitting output signals to the outside by wire or wirelessly, etc. .
  • the fuel supply amount control section 31 controls the first fuel F1 as shown in FIG. control is performed to reduce the supply amount of the second fuel F2 and increase the supply amount of the second fuel F2. Specifically, the fuel supply amount control unit 31 controls the supply amount of the first fuel F1 and the second fuel F2 by adjusting the opening degrees of the first fuel injection valve 27 and the second fuel injection valve 29, respectively. control. Note that in this specification, reducing the supply amount of the first fuel F1 by the fuel supply amount control unit 31 includes stopping the supply of the first fuel F1.
  • the supply amount of each of the fuels F1 and F2 may be controlled by a method other than adjusting the opening degrees of the fuel injection valves 27 and 29 described above.
  • the amount of each fuel F1, F2 supplied to each fuel supply passage 11, 13 can be adjusted by adjusting the opening degree of the supply valve from the fuel tank, fuel injection pressure, fuel injection time, etc.
  • the supply amount may be controlled.
  • the first fuel supply passage 11 and the second fuel supply passage 13 are formed independently of each other, so that the amount of the first fuel F1 and the second fuel F2 supplied to the internal combustion engine 1 is increased. It becomes easy to control each separately. Utilizing such a configuration, when the occurrence of abnormal combustion is detected, the supply amount of the first fuel F1 is reduced and the supply amount of the second fuel F2 is increased, thereby controlling the internal combustion engine 1. It becomes possible to deal with abnormal combustion while maintaining output.
  • the fuel supply control device 30 performs different fuel supply amount controls depending on the detected abnormal combustion mode, that is, early ignition, self-ignition, knocking, flashback, and afterfire. good.
  • the fuel supply control device 30 includes various circuits that perform the processes necessary for the above-mentioned control, a memory for storing information necessary for these processes, a power supply element such as a battery, or a power supply for receiving power supply from an external source. It includes a circuit, a receiving circuit for receiving an input signal from the outside by wire or wirelessly, a transmitting circuit for transmitting an output signal to the outside by wire or wirelessly, and the like.
  • the fuel supply amount control section 31 and the abnormal combustion detection section 33 are provided as separate hardware, but the fuel supply control device 30 may be configured as an integrated hardware.
  • the fuel supply control device 30 is installed in, for example, a control device 41 for controlling the entire equipment in which the internal combustion engine 1 is used, such as an ECU. In that case, the fuel supply control device 30 may be provided as hardware integrated with the control device 41.
  • first fuel F1 is supplied into the combustion chamber 3 and the second fuel F2 is supplied into the intake port 9.
  • these fuels are supplied between the combustion chamber 3 and the intake port 9. It may be supplied to either.
  • the internal combustion engine 1 includes the spark plug 25 that ignites within the combustion chamber 3, but instead of the spark plug, as shown in a modified example in FIG. (Hereinafter, referred to as "ignition fuel.") FI is injected into the combustion chamber 3 via the ignition fuel supply path 43 and the ignition fuel injection valve 45, and the ignition fuel FI is ignited by itself. It's okay.
  • the ignition fuel FI a highly ignitable fuel such as diesel fuel such as light oil, heavy oil, or biodiesel fuel can be used.
  • the operation of the internal combustion engine 1 can be continued using the ignition fuel FI even in an emergency or when the first fuel F1 and the second fuel F2 are exhausted.
  • the internal combustion engine 1 may be a multi-cylinder type having a plurality of cylinders 5, for example, a 10-cylinder type as shown in the figure.
  • the fuel supply control device 30 supplies the first fuel only to the specific cylinder 5 in which abnormal combustion has been detected by the abnormal combustion detection device 33, in the illustrated example, the upper left cylinder 5A. Control is performed to reduce the supply amount and increase the supply amount of the second fuel F2. Note that in FIGS. 4 and 5, connection lines between the cylinders 5 other than the cylinder 5A, the fuel supply amount control section 31, and the abnormal combustion detection device 33 are not shown.
  • the fuel supply control device 30 controls the fuel supply.
  • the quantity control may be performed only on a group of the plurality of cylinders 5 including at least the cylinder 5A in which abnormal combustion has occurred.
  • the internal combustion engine 1 may be of a pre-chamber type.
  • the internal combustion engine 1 shown in FIG. It includes a subchamber 37 and a subchamber fuel supply path 39 that supplies subchamber fuel FB to the subchamber 37.
  • the subchamber 37 is provided in the cylinder head 17.
  • the diluted first fuel F1 is supplied to the combustion chamber 3, which is the main chamber, and the second fuel F2 is supplied to the intake port 9. Further, the sub-chamber fuel FB is supplied to the sub-chamber 37, and the sub-chamber fuel FB in the sub-chamber 37 is ignited and combusted to form a torch flame from the nozzle hole 35 toward the combustion chamber 3.
  • the first fuel F1 in No. 3 is combusted.
  • the sub-chamber fuel supply passage 39 is provided independently of the first fuel supply passage 11 and the second fuel supply passage 13. Also in the internal combustion engine 1 according to this modification, when the fuel supply control device 30 detects abnormal combustion, that is, in this example, the abnormal combustion detection device 33 detects abnormal combustion, and the abnormal combustion detection device 33 outputs an output signal. When the fuel supply amount control unit 31 receives the abnormal combustion detection signal, the fuel supply amount control unit 31 controls to reduce the supply amount of the first fuel F1 and increase the supply amount of the second fuel F2.
  • the third fuel F3, which is different from the first fuel F1 and the second fuel F2, is used as the pre-chamber fuel FB.
  • a fuel having higher ignitability than the first fuel F1 and the second fuel F2 for example, diesel fuel such as light oil, heavy oil, biodiesel fuel, etc. can be used.
  • the pre-chamber fuel FB is not limited to this, and the first fuel F1, the second fuel F2, or a mixed fuel of the first fuel F1 and the second fuel F2 can be used.
  • an ignition fuel FI is used.
  • the fuel FI may be ignited by injecting it into the subchamber 3 through the subchamber ignition fuel supply path 47 and the subchamber ignition fuel injection valve 49 and causing the ignition fuel FI to self-ignite.
  • the supply amount of the first fuel F1 is reduced and the supply amount of the second fuel F2 is increased. By controlling it, it becomes possible to deal with abnormal combustion while maintaining the output of the internal combustion engine 1.
  • the internal combustion engine 1 includes a plurality of cylinders 5, a first fuel supply passage 11 provided in each of the plurality of cylinders 5, and a second fuel supply passage provided in each of the plurality of cylinders 5. It may be a multi-cylinder type including a passage 13.
  • the fuel supply control device 30 reduces the supply amount of the first fuel and increases the supply amount of the second fuel F2 to at least the minimum number of cylinders 5 including the cylinder 5A in which abnormal combustion has been detected. to control. According to this configuration, even in a multi-cylinder internal combustion engine 1 that can obtain high output, it is possible to cope with abnormal combustion while maintaining the output of the internal combustion engine 1.
  • the internal combustion engine 1 may further include an ignition fuel supply path 43 that injects an ignition fuel FI different from the first fuel F1 and the second fuel F2 into the combustion chamber 3. According to this configuration, even in an emergency or when the first fuel F1 and the second fuel F2 are exhausted, the operation of the internal combustion engine 1 can be continued using the ignition fuel FI.
  • the internal combustion engine 1 includes an auxiliary chamber 37 that is provided adjacent to the combustion chamber 3 and communicates with the combustion chamber 3 via a nozzle hole 35, a first fuel supply passage 11, and a second fuel supply passage 13.
  • the sub-chamber type internal combustion engine 1 may further include a sub-chamber fuel supply passage 39 that is provided independently from the sub-chamber 37 and supplies sub-chamber fuel FB to the sub-chamber 37. According to this configuration, it is possible to lower the combustion temperature, reduce the amount of NOx emissions, and suppress the occurrence of abnormal combustion. Moreover, high combustion efficiency can be obtained.
  • the pre-chamber fuel FB may be a third fuel F3 different from the first fuel F1 and the second fuel F2. Furthermore, a sub-chamber ignition fuel supply path 47 for injecting ignition fuel FI different from the first fuel F1 and the second fuel F2 into the sub-chamber 37 may be further provided.
  • the first fuel F1 may be a hydrogen-containing gas. According to this configuration, the amount of carbon dioxide emitted from the internal combustion engine 1 can be reduced.

Abstract

内側に燃焼室（３）を形成するシリンダ（５）と、シリンダ（５）内を往復するピストン（７）と、燃焼室（３）に空気を供給する吸気ポート（９）と、燃焼室（３）または吸気ポート（９）に第１燃料（Ｆ１）を供給する第１燃料供給通路（１１）と、第１燃料供給通路（１１）と独立に設けられて、燃焼室（３）または吸気ポート（９）に第１燃料（Ｆ１）よりも反応性の低い第２燃料（Ｆ２）を供給する第２燃料供給通路（１３）とを備える内燃機関（１）において、燃焼室（３）における異常燃焼を検出する異常燃焼検出装置（３３）と、異常燃焼検出装置（３３）によって異常燃焼が検出された場合に、第１燃料（Ｆ１）の供給量を減らし、第２燃料（Ｆ２）の供給量を増やすように制御する燃料供給制御装置（３１）とを設ける。

Description

内燃機関 関連出願
　この出願は、２０２２年３月３１日出願の特願２０２２－０６０４１９の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
　本開示は、反応性の異なる複数の種類の燃料を使用可能な内燃機関に関する。
　従来から、反応性の異なる複数の種類の燃料、例えば水素ガスと炭化水素系燃料とを燃料として利用する内燃機関が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
　このような内燃機関では、一般的に、複数種類の燃料を混合したうえで、混合ガスを燃焼室または吸気ポートに供給する。
特開２００７－２７８１５１号公報
　上記の内燃機関では、燃焼室内でノッキング、過早着火、逆火、アフターファイヤといった異常燃焼が生じた場合、混合された燃料の供給量を減らすか供給を停止することによって対処せざるを得ず、内燃機関の出力低下や運転停止を回避できなかった。
　そこで、本開示の目的は、上記の課題を解決するために、複数の種類の燃料を使用可能な内燃機関において、出力を維持しながら異常燃焼への対処を可能にすることにある。
　上記の課題を解決するために、本開示に係る内燃機関は、
　内側に燃焼室を形成するシリンダと、
　前記シリンダ内を往復するピストンと、
　前記燃焼室に空気を供給する吸気ポートと、
　前記燃焼室または前記吸気ポートに第１燃料を供給する第１燃料供給通路と、
　前記第１燃料供給通路と独立に設けられて、前記燃焼室または前記吸気ポートに前記第１燃料よりも反応性の低い第２燃料を供給する第２燃料供給通路と、
　前記燃焼室における異常燃焼を検出し、異常燃焼を検出した場合に、前記第１燃料の供給量を減らし、前記第２燃料の供給量を増やすように制御する燃料供給制御装置と、
を備える。
　以上のように、本開示に係る内燃機関によれば、複数の種類の燃料を使用可能な内燃機関において、出力を維持しながら異常燃焼に対処することが可能になる。
　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本開示に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本開示に含まれる。
　本開示は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明からより明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、本開示の範囲を定めるために利用されるべきでない。本開示の範囲は添付のクレーム（請求の範囲）によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の部品番号は、同一部分を示す。
本開示の一実施形態に係る内燃機関の概略構成を模式的に示す縦断面図である。 図１の内燃機関における異常燃焼検出時の運用状態の一例を示す縦断面図である。 図１の実施形態の一変形例に係る内燃機関の概略構成を模式的に示す縦断面図である。 図１の実施形態の一変形例に係る内燃機関の概略構成を模式的に示すブロック図である。 図４の内燃機関における異常燃焼検出時の運用状態の一例を示す縦断面図である。 本開示の他の実施形態に係る内燃機関の概略構成を模式的に示す縦断面図である。 図６の実施形態の一変形例に係る内燃機関の概略構成を模式的に示す縦断面図である。
　以下、本開示に係る実施形態を図面に従って説明するが、本開示は本実施形態に限定されるものではない。
　図１に、本開示の一実施形態に係る内燃機関１を示す。この内燃機関１は、２種類の燃料を混合燃焼させる内燃機関であり、内側に燃焼室３を形成するシリンダ５と、シリンダ５内を往復するピストン７と、燃焼室３に空気を供給する吸気ポート９と、燃焼室３に第１燃料Ｆ１を供給する、いわゆる直噴型の第１燃料供給通路１１と、吸気ポート９に第２燃料Ｆ２を供給する第２燃料供給通路１３とを備えている。第２燃料供給通路１３は第１燃料供給通路１１と独立に設けられている。
　第１燃料Ｆ１は、比較的反応性の高い燃料である。本実施形態では、第１燃料Ｆ１として水素含有ガスを使用する。ここでの「水素含有ガス」には、一部が水素ガスである燃料のみならず、全部が水素ガスである燃料も含まれる。第２燃料Ｆ２は、第１燃料Ｆ１よりも反応性の低い燃料である。本実施形態では、第２燃料Ｆ２として天然ガスを用いている。第１燃料Ｆ１は、水素含有ガスに限定されず、例えばノルマルヘプタンを使用することができる。第２燃料Ｆ２は、天然ガスに限定されず、例えばアンモニア、メタノールやエタノールといったアルコール、ガソリン、重油、軽油等を用いることができる。
　ピストン７は、シリンダ５内を往復することにより、コネクティングロッド１５を介してクランク軸（図示せず）を駆動する。内燃機関１のシリンダ５の上方に位置するシリンダヘッド１７には、燃焼室３に開口する吸気ポート９および排気ポート１９が形成されている。燃焼室３は、シリンダ５の内周面、ピストン７の冠面、およびシリンダヘッド１７の下面によって画されている。
　シリンダヘッド１７には、吸気ポート９の燃焼室３に開口する部分を開閉する吸気弁２１と、排気ポート１９の燃焼室３に開口する部分を開閉する排気弁２３が設けられている。さらに、シリンダヘッド１７には、燃焼室３に臨む点火プラグ２５が設けられている。なお、本実施形態に係る内燃機関１では、点火プラグ２５を用いて燃焼室３の燃料に着火するが、後述するように、他の方法で着火してもよい。他の方法で着火する場合、点火プラグ２５を省略してもよい。
　第１燃料供給通路１１を介して供給される第１燃料Ｆ１は、第１燃料噴射弁２７によって燃焼室３内に噴射される。第２燃料供給通路１３を介して供給される第２燃料Ｆ２は、第２燃料噴射弁２９によって燃焼室３内に噴射される。本実施形態に係る内燃機関１は、第１燃料Ｆ１のみでの運転、第１燃料Ｆ１と第２燃料Ｆ２の両方を用いた運転、および第２燃料Ｆ２のみでの運転のいずれも可能である。もっとも、内燃機関１は、両方の燃料Ｆ１，Ｆ２を用いた運転と、これらの燃料Ｆ１，Ｆ２のいずれか一方のみでの運転とが可能な内燃機関であってもよい。内燃機関１の用途は特に限定されず、例えば、乗り物の駆動用であってもよく、無人ドローン、芝刈り機、チェーンソー等の産業用機器の駆動用であってもよく、発電用であってもよい。
　内燃機関１は、さらに、各燃料Ｆ１，Ｆ２の供給を制御する燃料供給制御装置３０を備えている。燃料供給制御装置３０は、燃焼室３における異常燃焼を検出し、異常燃焼の発生を検出した場合に、第１燃料Ｆ１の供給量を減らし、第２燃料Ｆ２の供給量を増やすように制御する。図示の例では、燃料供給制御装置３０は、各燃料Ｆ１，Ｆ２の供給量を制御する燃料供給量制御部３１と、燃焼室３における異常燃焼を検出する異常燃焼検出部３３とを備えている。
　本実施形態における異常燃焼検出部３３は、例えば、燃焼室３内の燃焼圧力の検知、イオン電流の検知、内燃機関１の振動の検知、吸気ポート９内圧力の検知、排気ポート１９内圧力の検知等によって異常燃焼の発生を検出する。
　燃焼圧力の検知は、燃焼圧センサを用いて行う。燃焼圧センサは、金属ダイアフラムで受けた燃焼圧力を内部の力検知素子に圧縮力として伝達し、シリコンのピエゾ抵抗効果を利用して燃焼圧力に対応した電圧信号を出力するセンサ素子である。イオン電流の検知は、燃焼室３の火炎内に配置した電極に電圧を印加し、火炎内に存在するイオンに起因するイオン電流を測定することにより行う。内燃機関１の振動の検知は、例えば内燃機関１のシリンダ５や図示しないクランクケースに設けられたノックセンサや、点火プラグ２５や燃料噴射弁２７，２９といった内燃機関１の構成機器に内蔵された振動センサを用いて行う。これらの手法により、燃焼室３内における早期着火、自着火、ノッキングを検出することができる。
　吸気ポート９内圧力の検出および排気ポート１９内圧力の検出は、吸気ポート９内および排気ポート１９内に配置した圧力検知センサを用いて行う。吸気ポート９内圧力の検出により、吸気ポート９内への火炎の吹き戻しである逆火を検出することができる。排気ポート１９内圧力の検知により、火炎が排気ポート１９へ吹き抜ける現象であるアフターファイヤを検出することができる。
　これらの異常燃焼を検出する手法は、いずれか１つのみを用いてもよいし、２つ以上を併用してもよい。また、異常燃焼検出部３３は、例示した上記以外の方法、例えば温度検知や残存酸素濃度検知等で異常燃焼を検出してもよい。
　なお、異常燃焼検出部３３は、検知対象の物理量（圧力，電流，振動等）を検知するセンサ素子、取得した検知量に対して信号変換処理、演算処理等必要な処理を行う各種回路、これらの処理に必要な情報を格納するためのメモリ、電池等の電源素子または外部から電源供給を受けるための電源回路、出力信号を有線または無線で外部へ送信するための送信回路等を備えている。
　燃料供給量制御部３１は、異常燃焼検出部３３が異常燃焼を検出し、異常燃焼検出部３３から出力された異常燃焼検出信号を受け取った場合に、図２に示すように、第１燃料Ｆ１の供給量を減らし、第２燃料Ｆ２の供給量を増やすように制御する。具体的には、燃料供給量制御部３１は、例えば、第１燃料噴射弁２７および第２燃料噴射弁２９の開度をそれぞれ調節することにより、第１燃料Ｆ１および第２燃料Ｆ２の供給量を制御する。なお、本明細書において、燃料供給量制御部３１によって第１燃料Ｆ１の供給量を減らすことには、第１燃料Ｆ１の供給を停止することが含まれる。各燃料Ｆ１，Ｆ２の供給量の制御は、上述した燃料噴射弁２７，２９の開度の調節以外の方法で行ってもよい。例えば、各燃料供給通路１１，１３への各燃料Ｆ１，Ｆ２の供給量を、燃料タンクからの供給弁の開度、燃料噴射圧力、燃料噴射時間等を調整することにより、各燃料Ｆ１，Ｆ２の供給量を制御してもよい。
　本実施形態に係る内燃機関１では、第１燃料供給通路１１と第２燃料供給通路１３とを互いに独立に形成したことにより、第１燃料Ｆ１および第２燃料Ｆ２の内燃機関１への供給量を各別に制御することが容易になる。このような構成を利用して、異常燃焼の発生が検出された場合に、第１燃料Ｆ１の供給量を減らし、第２燃料Ｆ２の供給量を増やすように制御することにより、内燃機関１の出力を維持しながら異常燃焼に対処することが可能になる。
　本実施形態において、燃料供給制御装置３０は、検出した異常燃焼モード、すなわち、早期着火、自着火、ノッキング、逆火、アフターファイヤの違いに応じて、異なる燃料供給量制御を行うものであってよい。
　なお、燃料供給制御装置３０は、上述した制御に必要な処理を行う各種回路、これらの処理に必要な情報を格納するためのメモリ、電池等の電源素子または外部から電源供給を受けるための電源回路、外部からの入力信号を有線または無線で受信するための受信回路出力信号を有線または無線で外部へ送信するための送信回路等を備えている。本実施形態では、燃料供給量制御部３１と異常燃焼検出部３３とは別個のハードウエアとして設けられているが、一体のハードウエアとして燃料供給制御装置３０を構成してしてもよい。また、燃料供給制御装置３０は、例えば、内燃機関１が使用される機器全体を制御するための制御装置４１、例えばＥＣＵに搭載される。その場合、燃料供給制御装置３０は制御装置４１と一体のハードウエアとして設けられてもよい。
　なお、本実施形態では、第１燃料Ｆ１を燃焼室３内に供給し、第２燃料Ｆ２を吸気ポート９内に供給する例について説明したが、これらの燃料は燃焼室３と吸気ポート９のいずれに供給してもよい。
　また、本実施形態では、内燃機関１が燃焼室３内で点火する点火プラグ２５を備える例を示したが、点火プラグの代わりに、図３に変形例として示すように、点火源となる燃料（以下、「点火用燃料」という。）ＦＩを、点火用燃料供給路４３および点火用燃料噴射弁４５を介して燃焼室３内に噴射し、点火用燃料ＦＩを自着火させることによって点火してもよい。点火用燃料ＦＩとしては、着火性の高い燃料、例えば軽油、重油、バイオディーゼル燃料等のディーゼル燃料を使用することができる。点火用燃料供給路４３を設けることにより、非常時や第１燃料Ｆ１および第２燃料Ｆ２が枯渇した場合にも、点火用燃料ＦＩを利用して内燃機関１の運転を継続することができる。
　また、本実施形態に係る内燃機関１は、図４に示すように、シリンダ５を複数備える多気筒型、例えば同図に示す１０気筒型であってよい。多気筒型の内燃機関１を採用することにより、高出力を得ることができる。この場合の各シリンダ５の構成は図１から図３と共に説明した実施形態と同様である。燃料供給制御装置３０は、図５に示すように、異常燃焼検出装置３３によって異常燃焼が検出された特定のシリンダ５、図示の例では図中左上のシリンダ５Ａのみに対して、第１燃料の供給量を減らし、第２燃料Ｆ２の供給量を増やす制御を行う。なお、図４，図５ではシリンダ５Ａ以外のシリンダ５と燃料供給量制御部３１，異常燃焼検出装置３３との接続ラインは図示を省略している。
　なお、多気筒型の内燃機関１において、例えば燃料供給系統や排気系統がバンク毎等、複数のシリンダ５のグループに対して共通に構成されている場合には、燃料供給制御装置３０による燃料供給量の制御は、少なくとも異常燃焼が発生したシリンダ５Ａを含む当該複数のシリンダ５のグループのみを対象として行われてもよい。
　また、図６に他の実施形態として示すように、内燃機関１は副室式であってもよい。この実施形態に係る内燃機関１は、図１に示した内燃機関１の構成に加えて、燃焼室３に隣接して設けられ、噴孔３５を介して主室である燃焼室３に連通する副室３７と、副室３７に副室燃料ＦＢを供給する副室燃料供給路３９とを備えている。図示の例では、副室３７はシリンダヘッド１７に設けられている。
　この副室式の内燃機関１では、希薄化した第１燃料Ｆ１を主室である燃焼室３に供給すると共に、吸気ポート９に第２燃料Ｆ２を供給する。また、副室３７に副室燃料ＦＢを供給して、この副室３７内の副室燃料ＦＢに点火して燃焼させ、噴孔３５から燃焼室３へ向けてトーチ火炎を形成して燃焼室３内の第１燃料Ｆ１を燃焼させる。燃焼室３内において希薄化した燃料を燃焼させることにより、燃焼温度を低下させ、ＮＯｘ排出量を低減するとともに、異常燃焼の発生を抑制することができる。また、高い燃焼効率を得ることができる。なお、トーチ火炎によって燃焼させる燃料は、第２燃料Ｆ２または第１燃料Ｆ１と第２燃料Ｆ２の混合燃料であってもよい。
　副室燃料供給路３９は、第１燃料供給通路１１および第２燃料供給通路１３と独立に設けられている。この変形例に係る内燃機関１においても、燃料供給制御装置３０は、異常燃焼を検出した場合、すなわちこの例では、異常燃焼検出装置３３が異常燃焼を検出し、異常燃焼検出装置３３から出力された異常燃焼検出信号を燃料供給量制御部３１が受け取った場合に、第１燃料Ｆ１の供給量を減らし、第２燃料Ｆ２の供給量を増やすように制御する。
　本実施形態では、副室燃料ＦＢとして、第１燃料Ｆ１および第２燃料Ｆ２と異なる種類の第３燃料Ｆ３を用いている。第３燃料Ｆ３としては、第１燃料Ｆ１および第２燃料Ｆ２よりも着火性の高い燃料、例えば軽油、重油、バイオディーゼル燃料等のディーゼル燃料を使用することができる。着火性の高い燃料を第３燃料として用いることにより、着火の安定性を高めることができる。もっとも、副室燃料ＦＢはこれに限らず、第１燃料Ｆ１，第２燃料Ｆ２，または第１燃料Ｆ１と第２燃料Ｆ２の混合燃料を用いることができる。
　また、本実施形態では、内燃機関１が副室３７内で点火する点火プラグ２５を備える例を示したが、点火プラグの代わりに、図７に変形例として示すように、点火用燃料ＦＩを、副室点火用燃料供給路４７および副室点火用燃料噴射弁４９を介して副室３内に噴射し、点火用燃料ＦＩを自着火させることによって点火してもよい。
　以上説明したように、本実施形態に係る内燃機関１によれば、異常燃焼の発生が検出された場合に、第１燃料Ｆ１の供給量を減らし、第２燃料Ｆ２の供給量を増やすように制御することにより、内燃機関１の出力を維持しながら異常燃焼に対処することが可能になる。
　本実施形態に係る内燃機関１は、複数のシリンダ５と、複数のシリンダ５の各々に設けられた第１燃料供給通路１１と、複数の前記シリンダ５の各々に設けられた前記第２燃料供給通路１３とを備える多気筒型であってよい。この場合、燃料供給制御装置３０は、少なくとも異常燃焼が検出されたシリンダ５Ａを含む必要最少限のシリンダ５に対して、第１燃料の供給量を減らし、第２燃料Ｆ２の供給量を増やすように制御する。この構成によれば、高出力が得られる多気筒型の内燃機関１においても、内燃機関１の出力を維持しながら異常燃焼に対処することが可能になる。
　本実施形態に係る内燃機関１は、燃焼室３に、第１燃料Ｆ１および第２燃料Ｆ２と異なる点火用燃料ＦＩを噴射する点火用燃料供給路４３をさらに備えていてもよい。この構成によれば、非常時や第１燃料Ｆ１および第２燃料Ｆ２が枯渇した場合にも、点火用燃料ＦＩを利用して内燃機関１の運転を継続することができる。
　本実施形態に係る内燃機関１は、燃焼室３に隣接して設けられ、噴孔３５を介して燃焼室３に連通する副室３７と、第１燃料供給通路１１および第２燃料供給通路１３と独立に設けられて、副室３７に副室燃料ＦＢを供給する副室燃料供給路３９とをさらに備える副室式の内燃機関１であってよい。この構成によれば、燃焼温度を低下させ、ＮＯｘ排出量を低減するとともに、異常燃焼の発生を抑制することができる。また、高い燃焼効率を得ることができる。
　内燃機関１が上述の副室式である場合、副室燃料ＦＢが第１燃料Ｆ１および第２燃料Ｆ２と異なる第３燃料Ｆ３であってよい。また、副室３７に第１燃料Ｆ１および第２燃料Ｆ２と異なる点火用燃料ＦＩを噴射する副室点火用燃料供給路４７がさらに設けられてもよい。これらの構成によっても、燃焼温度を低下させ、ＮＯｘ排出量を低減するとともに、異常燃焼の発生を抑制することができる。また、高い燃焼効率を得ることができる。
　本実施形態に係る内燃機関１において、第１燃料Ｆ１は水素含有ガスであってよい。この構成によれば、内燃機関１から排出される二酸化炭素の量を低減することができる。
　以上のとおり、図面を参照しながら本開示の好適な実施形態を説明したが、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本開示の範囲内に含まれる。
１　内燃機関
３　燃焼室
５　シリンダ
７　ピストン
９　吸気ポート
１１　第１燃料供給通路
１３　第２燃料供給通路
３０　燃料供給制御装置
３１　燃料供給量制御部
３３　異常燃焼検出部
３７　副室
Ｆ１　第１燃料
Ｆ２　第２燃料

Claims (7)

  1. 　内側に燃焼室を形成するシリンダと、
    　前記シリンダ内を往復するピストンと、
    　前記燃焼室に空気を供給する吸気ポートと、
    　前記燃焼室または前記吸気ポートに第１燃料を供給する第１燃料供給通路と、
    　前記第１燃料供給通路と独立に設けられて、前記燃焼室または前記吸気ポートに前記第１燃料よりも反応性の低い第２燃料を供給する第２燃料供給通路と、
    　前記燃焼室における異常燃焼を検出し、異常燃焼を検出した場合に、前記第１燃料の供給量を減らし、前記第２燃料の供給量を増やすように制御する燃料供給制御装置と、
    を備える、内燃機関。
  2. 　請求項１に記載の内燃機関において、
    　複数の前記シリンダと、
    　複数の前記シリンダの各々に設けられた前記第１燃料供給通路と、
    　複数の前記シリンダの各々に設けられた前記第２燃料供給通路と、
    を備え、
    　前記燃料供給制御装置は、少なくとも異常燃焼が検出されたシリンダに対して、前記第１燃料の供給量を減らし、前記第２燃料の供給量を増やすように制御する、
    内燃機関。
  3. 　請求項１または２に記載の内燃機関において、
    　前記燃焼室に、前記第１燃料および第２燃料と異なる点火用燃料を噴射する点火用燃料供給路をさらに備える、
    内燃機関。
  4. 　請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関において、
    　前記燃焼室に隣接して設けられ、噴孔を介して前記燃焼室に連通する副室と、
    　前記第１燃料供給通路および前記第２燃料供給通路と独立に設けられて、前記副室に、前記噴孔からトーチ火炎を形成するための副室燃料を供給する副室燃料供給路と、
    をさらに備える、
    内燃機関。
  5. 　請求項４に記載の内燃機関において、
    　前記副室燃料が、前記第１燃料および第２燃料と異なる第３燃料である、
    内燃機関。
  6. 　請求項４または５に記載の内燃機関において、
    　前記副室に前記第１燃料および第２燃料と異なる点火用燃料を噴射する副室点火用燃料供給路をさらに備える、
    内燃機関。
  7. 　請求項１から６のいずれか一項に記載の内燃機関において、
    　前記第１燃料が、水素含有ガスである、
    内燃機関。
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