JP2001159349A - Premix compression self-ignition engine and operating method therefor - Google Patents
Premix compression self-ignition engine and operating method thereforInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、シリンダとピスト
ンによって包囲された燃焼室で、燃料と燃焼用酸素含有
ガスとの予混合気を圧縮自着火させて燃焼させ、クラン
ク軸の回転を維持する予混合圧縮自着火エンジン及びそ
の予混合圧縮自着火エンジンの運転方法に関す。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a combustion chamber surrounded by a cylinder and a piston, in which a premixed mixture of fuel and oxygen-containing gas for combustion is compressed and ignited to burn, thereby maintaining rotation of a crankshaft. The present invention relates to a homogeneous charge compression ignition engine and an operation method of the homogeneous charge compression ignition engine.
【０００２】[0002]
【従来の技術】内燃機関であるエンジンは、空気（酸素
含有ガスの一例）と燃料との予混合気を燃焼室へ供給
し、ピストンを上昇させて圧縮した後に点火プラグより
火花点火して運転する火花点火式エンジン（オットーサ
イクルエンジン）と、圧縮空気中に液体燃料を噴射して
自着火燃焼させて運転するディーゼルエンジンに大きく
分けられるが、天然ガス等の気体燃料を利用するガスエ
ンジンでは、従来型のディーゼルエンジンを構成する場
合、気体燃料を圧縮して噴射するために大きな動力が必
要となり、機構も複雑になる為、圧倒的多数は、火花点
火式エンジンとされている。2. Description of the Related Art An engine, which is an internal combustion engine, is operated by supplying a premixed gas of air (an example of an oxygen-containing gas) and fuel to a combustion chamber, raising a piston, compressing the piston, and then igniting a spark from a spark plug. A spark-ignited engine (Otto-cycle engine) and a diesel engine that operates by injecting liquid fuel into compressed air and self-igniting and burning, but gas engines that use gaseous fuel such as natural gas, When a conventional diesel engine is configured, a large amount of power is required to compress and inject gaseous fuel, and the mechanism becomes complicated. Therefore, the overwhelming majority of the engines are spark ignition engines.
【０００３】ところで、エンジンは、圧縮比を増大させ
る程効率が増大することが分かっているが、火花点火エ
ンジンでは、圧縮比を増大させると、ノッキングが発生
し、その為、通常、圧縮比は１０程度に抑えられる。ノ
ッキングとは、火花点火された燃焼波が、シリンダ全域
に拡がる前に、未燃部が自然着火して燃焼して、衝撃波
を発生する現象であり、この自然着火条件の成立は、温
度依存性が極めて高い。また、圧縮比を増大させると、
ノッキングが発生し易くなるのは、圧縮比増大ととも
に、未燃部の温度が増大するためである。It is known that the efficiency of an engine increases as the compression ratio increases. However, in a spark ignition engine, when the compression ratio is increased, knocking occurs. It can be suppressed to about 10. Knocking is a phenomenon in which an unburned portion spontaneously ignites and burns before a spark-ignited combustion wave spreads over the entire cylinder to generate a shock wave. Is extremely high. Also, when the compression ratio is increased,
Knocking is likely to occur because the temperature of the unburned portion increases as the compression ratio increases.
【０００４】最近、自然着火を積極的に利用する予混合
圧縮自着火エンジンのコンセプトが話題になっている。
これは、元々、燃料噴射ディーゼルのパティキュレート
を防止する目的で考え出されたものであるが、ディーゼ
ルエンジンのように燃焼室の圧縮空気中に燃料を噴射す
るのではなく、主には、火花点火エンジンのように空気
と燃料の予混合気をシリンダに供給し、燃焼室の予混合
気を圧縮して昇温させ、自然着火燃焼させて、クランク
軸の回転を維持する。この手法をガスエンジンに適用す
れば、ノッキングの問題を避けつつ、圧縮比を増大さ
せ、高い効率を得ることが可能となる。[0004] Recently, the concept of a homogeneous charge compression ignition engine that actively utilizes spontaneous ignition has become a hot topic.
This was originally conceived for the purpose of preventing the particulates of fuel-injected diesel.However, instead of injecting fuel into the compressed air in the combustion chamber as in a diesel engine, it mainly uses sparks. Like an ignition engine, a premixed air / fuel mixture is supplied to a cylinder, and the premixed air in a combustion chamber is compressed and heated to spontaneously ignite to maintain the rotation of the crankshaft. If this technique is applied to a gas engine, it is possible to increase the compression ratio and obtain high efficiency while avoiding the problem of knocking.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上記予混合圧縮自着火
エンジンを実現するための大きな課題の一つは、圧縮着
火のタイミングの制御である。火花点火エンジンでは、
火花点火時期によって、燃料噴射ディーゼルエンジンで
は燃料噴射時期によって着火のタイミングを制御できる
が、予混合圧縮自着火エンジンの場合、そのままでは
（圧縮自着火のタイミングの制御を適正に行わない
と）、燃焼室に吸気される予混合気の温度、シリンダの
温度、エンジンの負荷等の変化により、自着火が起こる
タイミングが変わり運転を継続できなくなる。従って、
本発明の目的は、予混合圧縮自着火エンジンにおいて、
その圧縮自着火のタイミングを適性なものとして、安定
した運転状態を得ることができる技術を得ることにあ
る。One of the major problems in realizing the above-mentioned homogeneous charge compression ignition engine is control of compression ignition timing. In spark ignition engines,
The ignition timing can be controlled by the fuel injection timing in the fuel injection diesel engine by the spark ignition timing. However, in the case of the homogeneous charge compression ignition engine, the combustion is performed as it is (if the compression ignition timing is not properly controlled). Due to changes in the temperature of the premixed air taken into the room, the temperature of the cylinder, the load on the engine, and the like, the timing at which self-ignition occurs changes and the operation cannot be continued. Therefore,
An object of the present invention is to provide a homogeneous charge compression ignition engine,
An object of the present invention is to provide a technique capable of obtaining a stable operation state by setting the timing of the compression self-ignition to an appropriate timing.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の、本発明に係る第１の特徴構成は、シリンダとピスト
ンによって包囲された燃焼室で、燃料と燃焼用酸素含有
ガスとの予混合気を圧縮自着火させて燃焼させ、クラン
ク軸の回転を維持する予混合圧縮自着火エンジンの運転
方法に関し、請求項１に記載されているように、前記予
混合気に混合され前記圧縮自着火前に蒸発する液体に、
前記予混合気よりも比熱比が小さく前記燃焼室において
燃焼しない非燃焼性ガスを溶解したコントロール液体
を、混合量制御を伴って前記予混合気に混合して、前記
圧縮自着火のタイミングを制御する点にある。To achieve this object, a first feature of the present invention is to provide a combustion chamber surrounded by a cylinder and a piston in which a fuel and a combustion oxygen-containing gas are premixed. 2. A method for operating a premixed compression ignition engine in which air is compressed and ignited to burn and maintain rotation of a crankshaft, as described in claim 1, wherein the compression ignition is mixed with the premixed gas. To the liquid that evaporates before,
A control liquid in which a non-combustible gas having a specific heat ratio smaller than that of the premixed gas and not combusting in the combustion chamber is mixed with the premixed gas with a control of a mixing amount to control the timing of the compression ignition. Is to do.
【０００７】予混合圧縮自着火エンジンの運転にあって
は、圧縮自着火のタイミングが重要である。即ち、ピス
トンが上死点付近にある、圧縮行程の最終段階、若しく
は膨張行程の初期段階において、このような圧縮自着火
が発生するのが好ましい。本手法にあっては、上記のよ
うにコントロール液体を生成して、予混合気に混合する
ように構成されている。コントロール液体の主成分であ
る液体は、予混合気に混合されて圧縮自着火前に蒸発す
るので、この液体を予混合気内で蒸発させてその潜熱に
より予混合気を冷却して、圧縮自着火のタイミングを遅
らせることができ、その供給量を制御することで、圧縮
自着火のタイミングを制御することができる。さらに、
コントロール液体に混合された非燃焼性ガスは、コント
ロール液体が蒸発することによって予混合気に混合さ
れ、予混合気よりも比熱比が小さいので、燃焼室に供給
され圧縮自着火する予混合気全体としての比熱比を小さ
くすることができ、燃焼室において圧縮時の昇温を抑制
して、圧縮自着火のタイミングを遅らせることができ、
その供給量を制御することで、圧縮自着火のタイミング
を制御することができる。In the operation of a homogeneous charge compression ignition engine, the timing of compression ignition is important. That is, it is preferable that such compression self-ignition occur in the final stage of the compression stroke or the initial stage of the expansion stroke in which the piston is near the top dead center. In this method, the control liquid is generated as described above, and is mixed with the premixed gas. Since the liquid, which is the main component of the control liquid, is mixed with the premixed gas and evaporates before the compression ignition, the liquid is evaporated in the premixed gas to cool the premixed gas by the latent heat, and the compressed gas is cooled. The ignition timing can be delayed, and the compression self-ignition timing can be controlled by controlling the supply amount. further,
The non-combustible gas mixed with the control liquid is mixed into the premixed gas by evaporation of the control liquid, and has a lower specific heat ratio than the premixed gas. As a result, the specific heat ratio can be reduced, the temperature rise during compression in the combustion chamber can be suppressed, and the timing of compression ignition can be delayed,
The compression ignition timing can be controlled by controlling the supply amount.
【０００８】このように本手法においては、予混合気に
供給され、その供給量に対応して圧縮自着火のタイミン
グを遅らせることができる液体及び非燃焼性ガスの両方
を含有するコントロール液体を、予混合圧縮自着火エン
ジンの燃焼室に供給される予混合気に混合するので、液
体若しくは非燃焼性ガスの単独を混合する場合と比べ
て、広範囲且つ容易に圧縮自着火のタイミングを変化さ
せることができ、適切な圧縮自着火タイミングよりも早
いタイミングで自着火している予混合気に対して、コン
トロール液体を混合し、予混合気を冷却することで、自
着火のタイミングを好ましいタイミングにすることがで
きる。また本手法において、このようなコントロール液
体を生成するべく、予混合気に混合され圧縮自着火前に
蒸発する液体に、予混合気よりも比熱比が小さく前記燃
焼室において燃焼しない非燃焼性ガスを溶解してコント
ロール液体を生成するように構成することもできる。As described above, in the present method, the control liquid containing both the liquid and the non-combustible gas which is supplied to the premixed gas and which can delay the timing of the compression self-ignition in accordance with the supplied amount, Since the premixed gas supplied to the combustion chamber of the premixed compression ignition engine is mixed with the premixed gas, the timing of the compression ignition can be changed over a wider range and easily than in the case of mixing a liquid or a noncombustible gas alone. The control liquid is mixed with the premixed gas that has ignited earlier than the appropriate compression ignition timing, and the premixed gas is cooled to make the self-ignition timing preferable. be able to. Further, in the present method, in order to generate such a control liquid, the non-combustible gas which is mixed with the premixed gas and evaporated before the compression ignition, has a specific heat ratio smaller than that of the premixed gas and does not burn in the combustion chamber. Can be dissolved to produce a control liquid.
【０００９】また、本発明に係る第２の特徴構成は、請
求項２に記載されているように、上記第１の特徴構成に
加えて、エンジン動作サイクルにおける前記圧縮自着火
のタイミングを検出可能な構造とし、前記検出された圧
縮自着火のタイミングに基づいて、前記予混合気に混合
される前記コントロール液体の混合量を制御する点にあ
る。According to a second aspect of the present invention, in addition to the first aspect, it is possible to detect the timing of the compression ignition in an engine operation cycle. And controlling the mixing amount of the control liquid mixed with the premixed gas based on the detected compression ignition timing.
【００１０】まず、エンジンの動作サイクル中における
圧縮自着火の実際のタイミングを検出する、即ち、エン
ジンの動作サイクルにおける時間軸上で、どのタイミン
グで自着火が発生しているかを検出する。このような検
出は、例えば、燃焼室の内圧の変化を、クランク軸の角
度に関連付けて検出することにより、行うことができ
る。そして本願にあっては、検出される自着火のタイミ
ングに基づいて、このコントロール液体の混合量を調整
して、圧縮自着火のタイミングを調整し、常に自着火の
タイミングを望ましいものに調整することができる。ま
た、コントロール液体の混合量の調整は、例えば、吸気
路若しくは燃焼室に設けた噴霧ノズル等でコントロール
液体を供給して、その供給量を調整することで可能とな
る。First, the actual timing of compression self-ignition during the operation cycle of the engine is detected, that is, at which timing self-ignition occurs on the time axis in the operation cycle of the engine. Such detection can be performed, for example, by detecting a change in the internal pressure of the combustion chamber in association with the angle of the crankshaft. And in the present application, based on the detected self-ignition timing, the control liquid mixing amount is adjusted, the compression self-ignition timing is adjusted, and the self-ignition timing is always adjusted to a desirable one. Can be. The mixing amount of the control liquid can be adjusted by, for example, supplying the control liquid by a spray nozzle or the like provided in an intake passage or a combustion chamber, and adjusting the supply amount.
【００１１】さらに、上記の目的を達成する為の、本発
明に係る第３の特徴構成は、上記第１の特徴構成による
予混合圧縮自着火エンジンの運転方法を実施可能な予混
合圧縮自着火エンジンに関し、請求項３に記載されてい
るように、シリンダとピストンによって包囲された燃焼
室で、燃料と燃焼用酸素含有ガスとの予混合気を圧縮自
着火させて燃焼させ、クランク軸の回転を維持する予混
合圧縮自着火エンジンにおいて、前記予混合気に混合さ
れ前記圧縮自着火前に蒸発する液体に、前記予混合気よ
りも比熱比が小さく前記燃焼室において燃焼しない非燃
焼性ガスを溶解したコントロール液体を、混合量制御を
伴って前記予混合気に混合するコントロール液体混合手
段を備えた点にある。Further, a third aspect of the present invention for achieving the above object is a premixed compression auto-ignition capable of implementing the operation method of the premixed compression auto-ignition engine according to the first aspect. As for the engine, as described in claim 3, in a combustion chamber surrounded by a cylinder and a piston, a premixed mixture of fuel and oxygen-containing gas for combustion is compressed and ignited to burn, and the rotation of a crankshaft is performed. In the premixed compression ignition engine, the non-combustible gas which is mixed with the premixed gas and evaporated before the compression ignition ignites, has a specific heat ratio smaller than that of the premixed gas and does not burn in the combustion chamber. Control liquid mixing means for mixing the dissolved control liquid into the premixed gas with control of the mixing amount is provided.
【００１２】このように構成することにより、例えば、
予混合気に混合され圧縮自着火前に蒸発する液体に、予
混合気よりも比熱比が小さく燃焼室において燃焼しない
非燃焼性ガスを溶解してコントロール液体を生成するコ
ントロール液体生成手段を備え、このように生成された
コントロール液体を、コントロール液体混合手段によ
り、適切な圧縮自着火タイミングよりも早いタイミング
で自着火する予混合気に混合し、その混合量を制御する
ことで、広範囲で圧縮自着火のタイミングを制御するこ
とができるので、容易に圧縮自着火のタイミングを好ま
しいものとすることができる予混合圧縮自着火エンジン
を構成することができる。さらに、この特徴構成によ
り、上記の第１の特徴構成の本発明に係る予混合圧縮自
着火エンジンの運転方法を実施することができるため、
上記第１の特徴構成の作用効果を発揮することができ
る。With such a configuration, for example,
Control liquid generating means for mixing a premixed gas and evaporating before compression ignition, dissolving a non-combustible gas having a lower specific heat ratio than the premixed gas and not burning in the combustion chamber to generate a control liquid, The control liquid thus generated is mixed with the premixed gas that ignites at an earlier timing than the appropriate compression ignition timing by the control liquid mixing means, and the amount of the mixture is controlled to control the compression ignition over a wide range. Since the ignition timing can be controlled, a homogeneous charge compression ignition engine that can easily set the compression ignition timing to be preferable can be configured. Further, with this characteristic configuration, the operation method of the premixed compression ignition engine according to the first aspect of the present invention can be performed.
The operation and effect of the first characteristic configuration can be exhibited.
【００１３】また、本発明に係る第４の特徴構成は、上
記第２の特徴構成による予混合圧縮自着火エンジンの運
転方法を実施可能な予混合圧縮自着火エンジンに関し、
請求項４に記載されているように、上記第３の特徴構成
に加えて、エンジン動作サイクルにおける前記圧縮自着
火のタイミングを検出する圧縮自着火タイミング検出手
段と、前記圧縮自着火タイミング検出手段の検出結果に
基づいて、前記コントロール液体混合手段を働かせ、前
記予混合気に混合される前記コントロール液体の混合量
を制御する制御手段を備える点にある。A fourth aspect of the present invention relates to a premixed compression ignition engine capable of implementing the operation method of the premixed compression ignition engine according to the second aspect.
As described in claim 4, in addition to the third characteristic configuration, the compression self-ignition timing detection means for detecting the timing of the compression self-ignition in the engine operation cycle, and the compression self-ignition timing detection means The control liquid mixing means is operated based on the detection result to provide a control means for controlling a mixing amount of the control liquid mixed with the premixed gas.
【００１４】即ち、本発明の予混合圧縮自着火エンジン
において、圧縮自着火タイミング検出手段により、エン
ジン動作サイクル内における経時的な圧縮自着火のタイ
ミングが検出され、制御手段に出力される。一方、コン
トロール液体混合手段により予混合気に混合されるコン
トロール液体は、気化することで予混合気の潜熱を奪
い、さらに予混合気よりも比熱比が小さく燃焼室におい
て燃焼しない非燃焼性ガスの作用により圧縮行程におけ
る予混合気の昇温が抑制されるので、結果として圧縮自
着火のタイミングを遅らせることができる。よって、制
御手段において、検出される自着火のタイミングに基づ
いて、コントロール液体混合手段を働かせ、コントロー
ル液体の混合量を調整することで、圧縮後の予混合気の
温度を制御することができ、結果的に、自着火のタイミ
ングを望ましいものとすることもできる予混合圧縮自着
火エンジンを構成することができる。さらに、この特徴
構成により、上記の第２の特徴構成の本発明に係る予混
合圧縮自着火エンジンの運転方法を実施することができ
るため、上記第２の特徴構成の作用効果を発揮すること
ができる。That is, in the homogeneous charge compression ignition engine of the present invention, the compression ignition timing detecting means detects the compression ignition timing with time in the engine operation cycle and outputs it to the control means. On the other hand, the control liquid mixed with the premixed gas by the control liquid mixing means deprives the latent heat of the premixed gas by vaporization, and further has a specific heat ratio smaller than that of the premixed gas, and is a non-combustible gas which does not burn in the combustion chamber. Since the operation suppresses the temperature rise of the premixed gas in the compression stroke, the timing of compression self-ignition can be delayed as a result. Therefore, in the control means, based on the detected self-ignition timing, by operating the control liquid mixing means, by adjusting the mixing amount of the control liquid, it is possible to control the temperature of the premixed gas after compression, As a result, a homogeneous charge compression ignition engine that can also make the timing of self-ignition desirable can be configured. Further, according to this characteristic configuration, the operation method of the homogeneous charge compression ignition engine according to the present invention having the above-described second characteristic configuration can be performed, so that the operation and effect of the second characteristic configuration can be exhibited. it can.
【００１５】また、本発明に係る第５の特徴構成は、請
求項５に記載されているように、上記第３又は第４の特
徴構成に加えて、前記制御手段が、前記圧縮自着火タイ
ミング検出手段により検出される情報に従って、圧縮自
着火が起こるべきクランク軸角度タイミングに対する、
実際の圧縮自着火のタイミングの遅れ若しくは早まりを
検出し、前記実際の圧縮自着火のタイミングに遅れがあ
る場合に、前記コントロール液体の前記混合量を減少側
に制御し、前記実際の圧縮自着火のタイミングに早まり
がある場合に、前記コントロール液体の前記混合量を増
加側に制御する手段である点にある。According to a fifth aspect of the present invention, in addition to the third or fourth aspect, the control means may control the compression ignition timing. According to the information detected by the detection means, the crankshaft angle timing at which compression ignition should occur,
A delay or advance of the actual compression ignition timing is detected, and if there is a delay in the actual compression ignition timing, the mixing amount of the control liquid is controlled to decrease, and the actual compression ignition is performed. In the case where the timing of (1) is advanced, the mixing amount of the control liquid is controlled to increase.
【００１６】さて、本発明の予混合圧縮自着火エンジン
には、制御手段が備えられ、この制御手段により前記圧
縮自着火タイミング検出手段によって検出された圧縮自
着火のタイミングに基づいて、コントロール液体混合手
段から予混合気へのコントロール液体の混合量を制御し
て、圧縮自着火のタイミングを変更、制御することがで
き、例えば、これを好ましい状態とすることができる。The premixed compression ignition engine of the present invention is provided with control means. The control means mixes the control liquid mixture based on the compression ignition timing detected by the compression ignition timing detection means. By controlling the mixing amount of the control liquid from the means to the premixed gas, the timing of the compression self-ignition can be changed and controlled, and for example, this can be set to a preferable state.
【００１７】即ち、予混合圧縮自着火エンジンにおいて
は、クランク軸の角度との関係で、圧縮自着火のタイミ
ングとして好ましいタイミングが、特定される。即ち、
ピストンが上死点にあるタイミングの近傍に、圧縮自着
火のタイミングが来ていることが好ましく、このような
理想的なタイミングは、エンジンの仕様、動作状態が特
定されると、ほぼ一意的に決まる。これが、圧縮自着火
が起こるべきクランク軸角度タイミングである。よっ
て、このような情報を予め求めておき、制御手段によ
り、このタイミングに対して、実際の圧縮自着火のタイ
ミングの遅れ若しくは早まりを検出することが可能であ
り、これを、好ましいタイミングに持っていこうとする
と、制御手段による制御を働かせて、実際の圧縮自着火
のタイミングの遅れに対しては、予混合気に混合するコ
ントロール液体の混合量を減少側に制御し、実際の圧縮
自着火のタイミングの早まりに対しては、圧縮自着火前
の予混合気に混合するコントロール液体の混合量を増加
側に制御することで、理想的な圧縮自着火のタイミング
を維持するように制御することができる。That is, in the homogeneous charge compression ignition engine, a preferable timing for the compression ignition is specified in relation to the angle of the crankshaft. That is,
It is preferable that the compression ignition timing is near the timing at which the piston is at the top dead center, and such ideal timing is almost uniquely determined when the specification and operating state of the engine are specified. Decided. This is the crankshaft angle timing at which compression ignition should occur. Therefore, it is possible to obtain such information in advance, and it is possible for the control means to detect a delay or advance of the actual compression ignition timing with respect to this timing. In this case, the control by the control means is activated to control the mixing amount of the control liquid mixed with the premixed gas on the decreasing side with respect to the delay of the timing of the actual compression ignition. For early timing, it is possible to control to maintain the ideal timing of compression ignition by controlling the amount of control liquid mixed with the premixture before compression ignition to increase. it can.
【００１８】また、本発明に係る第６の特徴構成は、請
求項６に記載されているように、上記第３から第５の何
れかの特徴構成に加えて、前記液体が、水、メタノー
ル、エタノール、軽油、ジメチルエーテル、若しくはプ
ロピルアルコールである点にある。According to a sixth aspect of the present invention, in addition to any one of the third to fifth aspects, the liquid is water, methanol, or the like. , Ethanol, light oil, dimethyl ether, or propyl alcohol.
【００１９】上記の液体は、予混合気に混合され気化し
予混合気の潜熱を奪いやすいので、本発明の予混合圧縮
自着火エンジンにおけるコントロール液体を構成する液
体に利用することで、好適に予混合気の冷却ができ、圧
縮自着火のタイミングを遅らせることができ、適正な圧
縮自着火のタイミングに制御できる予混合圧縮自着火エ
ンジンを簡単に構成することができる。Since the above liquid is easily mixed with the premixed gas and vaporized to take away the latent heat of the premixed gas, it is preferably used as a control liquid in the premixed compression ignition engine of the present invention. The premixed gas can be cooled, the timing of the compression ignition can be delayed, and the premixed compression ignition engine that can be controlled to the appropriate compression ignition timing can be simply configured.
【００２０】また、本発明に係る第７の特徴構成は、請
求項７に記載されているように、上記第３から第６の何
れかの特徴構成に加えて、前記非燃焼性ガスが、炭酸ガ
ス若しくは水蒸気である点にある。According to a seventh aspect of the present invention, in addition to any one of the third to sixth aspects, the non-combustible gas further comprises: It is carbon dioxide gas or water vapor.
【００２１】例えば、天然ガスを主成分とするエンジン
においては、炭酸ガス及び水蒸気は予混合気よりも比熱
比が小さく前記燃焼室において燃焼しない非燃焼性ガス
として使用でき、さらに、このような炭酸ガス及び水蒸
気は、エンジンの排ガス中に存在しているので、上記液
体中に排ガスを流通させることで、液体に上記非燃焼性
ガスを溶解させることができ、別に非燃焼性ガスを用意
すること無く、効率よく圧縮自着火タイミングを制御す
ることができる予混合圧縮自着火エンジンを構成するこ
とができる。For example, in an engine mainly composed of natural gas, carbon dioxide gas and water vapor can be used as a non-combustible gas which has a lower specific heat ratio than the premixed gas and does not burn in the combustion chamber. Since gas and water vapor are present in the exhaust gas of the engine, the non-flammable gas can be dissolved in the liquid by flowing the exhaust gas in the liquid, and the non-flammable gas is separately prepared. Thus, a homogeneous charge compression ignition engine that can efficiently control the compression ignition timing can be configured.
【００２２】また、本発明に係る第８の特徴構成は、請
求項８に記載されているように、上記第３から第７の何
れかの特徴構成に加えて、前記コントロール液体混合手
段が、前記燃焼室に前記コントロール液体を直接供給す
る手段であり、前記コントロール液体の供給時期が、圧
縮行程中の前記クランク軸角度が３０°ＢＴＤＣ以前の
時期に設定されている点にある。According to an eighth aspect of the present invention, in addition to any one of the third to seventh aspects, the control liquid mixing means further comprises: A means for directly supplying the control liquid to the combustion chamber, wherein the supply timing of the control liquid is set such that the crankshaft angle during the compression stroke is before 30 ° BTDC.
【００２３】このように、例えば燃焼室内に噴射弁等の
コントロール液体混合手段を備え、コントロール液体を
直接燃焼室に供給するように構成することで、予混合気
にコントロール液体を混合することができ、上記のよう
に圧縮行程中、所謂吸気弁や吸気ポートが閉状態となっ
ている間で予混合気が自着火するまでの間に、このコン
トロール液体を供給することで、コントロール液体は、
燃焼室外部に流れ出ることが無いので、供給するコント
ロール液体すべてを効率よく予混合気に混合することが
でき、さらに、上記のように、クランク軸角が３０°Ｂ
ＴＤＣまでは、燃焼室内は比較的低圧であるので、コン
トロール液体混合手段は、コントロール液体を高圧で噴
射する必要が無く、低圧のままで供給することができ
る。As described above, by providing the control liquid mixing means such as an injection valve in the combustion chamber and supplying the control liquid directly to the combustion chamber, the control liquid can be mixed with the premixed gas. By supplying this control liquid during the compression stroke as described above, while the so-called intake valve or intake port is in a closed state and before the premixed gas self-ignites, the control liquid is
Since it does not flow out of the combustion chamber, all of the supplied control liquid can be efficiently mixed with the premixed gas, and, as described above, the crankshaft angle is 30 ° B
Since the pressure in the combustion chamber is relatively low until TDC, the control liquid mixing means does not need to inject the control liquid at a high pressure, and can supply the control liquid at a low pressure.
【００２４】[0024]
【発明の実施の形態】本願の予混合圧縮自着火エンジン
１００の構造を図１に基づいて説明する。エンジン１０
０は、吸気弁１及び排気弁２を備えたシリンダ３と、こ
のシリンダ３内に収納されるピストン４を備えたエンジ
ン本体５を備えて構成されている。ピストン４は連接棒
８によってクランク軸９に接続されており、ピストン４
の往復動に従ってクランク軸９に回転出力を得られる。
この構成により、燃料として天然ガスと空気との予混合
気ｍは、吸気路１３、吸気弁１を介し、シリンダ３に包
囲される燃焼室３０へ導かれ、圧縮・膨張行程を経た
後、排気弁２、排気路１４を介して排気側へ排気され
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The structure of a homogeneous charge compression ignition engine 100 according to the present invention will be described with reference to FIG. Engine 10
Reference numeral 0 denotes a cylinder provided with an intake valve 1 and an exhaust valve 2, and an engine body 5 provided with a piston 4 housed in the cylinder 3. The piston 4 is connected to a crankshaft 9 by a connecting rod 8.
The rotational output can be obtained from the crankshaft 9 according to the reciprocating motion.
With this configuration, a premixed gas m of natural gas and air as fuel is guided to the combustion chamber 30 surrounded by the cylinder 3 via the intake passage 13 and the intake valve 1, and after passing through a compression / expansion stroke, is discharged. The gas is exhausted to the exhaust side via the valve 2 and the exhaust path 14.
【００２５】エンジンの動作サイクルは、吸気行程、圧
縮行程、膨張行程、排気行程を経て、一サイクルを完了
する。通常、前記吸気行程においては、吸気弁１のみが
開状態とされて、予混合気ｍの吸気が行われる。圧縮行
程においては、吸気弁１及び排気弁２が共に閉状態とさ
れピストン４が燃焼室３０の容積を減少させる方向に移
動し、燃焼室３０のガスの圧縮が起こる。この圧縮が完
了する状態におけるピストン４の位置が、上死点位置
（ＴＤＣ）と呼ばれ、本願における圧縮自着火は、この
位置の近傍にピストン４があるタイミングで起こること
が好ましい。膨張行程は、燃焼によって発生する高圧ガ
スによりピストン４が燃焼室３０の容積を増加する方向
に移動する行程である。この行程にあっても、吸気弁１
及び排気弁２が共に閉状態とされる。さらに、排気行程
においては、排気弁２のみが開状態とされ、ピストン４
の燃焼室３０の容積を減少させる方向への移動に伴って
燃焼室３０の排ガスｅが排出される。以上の行程は、４
サイクルエンジンが普通に備える行程であり、基本的に
予混合圧縮自着火エンジンも、着火が、圧縮に伴って発
生される熱によって起こる以外、他のエンジンと変わる
ところはない。One cycle of the operation cycle of the engine is completed through an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke. Normally, in the intake stroke, only the intake valve 1 is opened, and intake of the premixed air m is performed. In the compression stroke, the intake valve 1 and the exhaust valve 2 are both closed, the piston 4 moves in a direction to reduce the volume of the combustion chamber 30, and the gas in the combustion chamber 30 is compressed. The position of the piston 4 in a state where the compression is completed is called a top dead center position (TDC), and the compression ignition in the present application preferably occurs at a timing when the piston 4 is located near this position. The expansion stroke is a stroke in which the piston 4 moves in a direction to increase the volume of the combustion chamber 30 by high-pressure gas generated by combustion. Even during this process, the intake valve 1
And the exhaust valve 2 are both closed. Further, in the exhaust stroke, only the exhaust valve 2 is opened, and the piston 4
The exhaust gas e from the combustion chamber 30 is discharged with the movement in the direction in which the volume of the combustion chamber 30 decreases. The above process is 4
This is a process normally provided in a cycle engine. Basically, a homogeneous charge compression ignition engine is the same as other engines except that ignition is caused by heat generated by compression.
【００２６】以下 本願の特徴構成に関して説明する。
図１に示すエンジン１００には、燃焼室３０の内圧を検
出するための内圧センサ１０が備えられるとともに、ク
ランク軸９の角度を検出するためのクランク角センサ１
１が備えられている。内圧センサ１０からの出力情報は
予め設定されている設定値と比較され、その比較結果、
及び検出されたクランク角が、エンジンに備えられる制
御装置１２に送られる。従って、制御装置１２において
は、各時点において、クランク角と設定値に対して燃焼
室３０の内圧がどのような状態にあるかの情報を得るこ
とができる。燃焼室３０の内圧が設定値を越えるタイミ
ングが実際の自着火のタイミングである。このように、
エンジンの動作サイクルにおける圧縮自着火のタンミン
グを検出する手段を、圧縮自着火タイミング検出手段Ａ
と呼ぶ。ここで、この圧縮自着火タイミング検出手段Ａ
においては、クランク軸角度が動作サイクルの時間軸に
代わる情報として認識され、クランク軸角がどの角度に
あるタイミングで、圧縮自着火が起こったかを検出し
て、自着火のタイミングが特定される。Hereinafter, the characteristic configuration of the present application will be described.
Engine 100 shown in FIG. 1 includes an internal pressure sensor 10 for detecting an internal pressure of combustion chamber 30 and a crank angle sensor 1 for detecting an angle of crankshaft 9.
1 is provided. The output information from the internal pressure sensor 10 is compared with a preset value, and the comparison result is as follows:
The detected crank angle is sent to the control device 12 provided in the engine. Therefore, the control device 12 can obtain information on the state of the internal pressure of the combustion chamber 30 with respect to the crank angle and the set value at each time point. The timing at which the internal pressure of the combustion chamber 30 exceeds the set value is the actual self-ignition timing. in this way,
A means for detecting the timing of compression ignition in the operating cycle of the engine is referred to as compression ignition timing detection means A.
Call. Here, the compression ignition timing detection means A
In, the crankshaft angle is recognized as information replacing the time axis of the operation cycle, and at which timing the crankshaft angle is at which compression autoignition has occurred, the timing of autoignition is specified.
【００２７】一方、本発明に係るエンジン１００には、
排気路１４にコントロール液体生成装置２１が備えら
れ、コントロール液体生成装置２１は、予混合気ｍに混
合され、圧縮自着火前に蒸発する液体としてジメチルエ
ーテル（以下、ＤＭＥ）２５に、排気路１４中の排ガス
ｅ中に存在するＣ０２及び水蒸気等の、天然ガスと空気
との予混合気ｍよりも比熱比が低く燃焼室３０において
燃焼しない非燃焼性ガスを溶解させて、この溶解された
ＤＭＥをコントロール液体２４として排出するように構
成されており、このようにして生成されたコントロール
液体２４は一旦貯蔵タンク２３に貯蔵される。また、２
０℃大気圧の環境下において、ＤＭＥ２５の量と、それ
に溶解させることができるＣＯ2の量の関係を図２に示
すが、このように、ＤＭＥ２５は容易にＣＯ2を溶解さ
せることができ、このように、ＣＯ2を効率よくＤＭＥ
２５に溶解させる為には、排ガスｅを冷却器（図示せ
ず）等によって冷却した後に、コントロール液体生成装
置２１に供給するように構成することが好ましい。コン
トロール液体生成装置２１のように、予混合気ｍに混合
され、圧縮自着火前に蒸発するＤＭＥ２５に、予混合気
ｍよりも比熱比が小さく燃焼室３０において燃焼しない
非燃焼性ガスのＣＯ2若しくは水蒸気を溶解してコント
ロール液体２４を生成する手段をコントロール液体生成
手段と呼ぶ。On the other hand, the engine 100 according to the present invention includes:
The exhaust passage 14 is provided with a control liquid generator 21. The control liquid generator 21 is mixed with the premixed gas m and is supplied to a dimethyl ether (hereinafter, DME) 25 as a liquid that evaporates before the compression ignition, in the exhaust passage 14. The non-combustible gas having a specific heat ratio lower than that of the premixed gas m of natural gas and air, such as C02 and steam present in the exhaust gas e, which does not burn in the combustion chamber 30, is dissolved. The control liquid 24 is configured to be discharged as the control liquid 24, and the control liquid 24 thus generated is temporarily stored in the storage tank 23. Also, 2
In an environment of 0 ℃ atmospheric pressure, the amount of DME25, although Figure 2 shows the amount of relationship of CO 2 can be dissolved in it, thus, DME25 can be easily dissolved CO 2, Thus, CO 2 can be efficiently converted to DME
In order to dissolve the exhaust gas into the exhaust gas e, it is preferable that the exhaust gas e be cooled by a cooler (not shown) or the like and then supplied to the control liquid generation device 21. As in the control liquid generator 21, the non-combustible gas CO 2 which is mixed with the premixture m and evaporates before the compression ignition, has a lower specific heat ratio than the premixture m and does not burn in the combustion chamber 30. Alternatively, a unit that dissolves water vapor to generate the control liquid 24 is referred to as a control liquid generation unit.
【００２８】さらに、本発明に係るエンジン１００に
は、燃焼室３０に噴霧ノズル２０を有す噴霧器２２を備
えており、この噴霧器２２は、燃焼室３０の圧縮自着火
前の予混合気ｍに、貯蔵タンク２３にあるコントロール
液体２４を混合するために、コントロール液体２４を噴
霧ノズル２０を介して直接燃焼室３０に供給量設定を伴
って供給するように構成されており、その供給量は制御
装置１２により制御される。噴霧器２２のように、コン
トロール液体２４を、混合量制御を伴って予混合気ｍに
混合する手段をコントロール液体混合手段と呼ぶ。さら
に、このコントロール液体２４の燃焼室３０へ供給する
供給時期は、制御装置１２によって、圧縮行程中の吸気
弁１が閉状態となっている間で、クランク軸角が３０°
ＢＴＤＣ以前の時期に設定されている。このような時期
は、燃焼室３０が比較的低圧であるのでコントロール液
体２４を低圧で燃焼室３０に供給することができ、さら
に、燃焼室３０が密閉されているので、効率よくコント
ロール液体２４を予混合気ｍに供給することができる。Further, the engine 100 according to the present invention is provided with a sprayer 22 having a spray nozzle 20 in a combustion chamber 30. The sprayer 22 converts the premixed gas m in the combustion chamber 30 before compression ignition. In order to mix the control liquid 24 in the storage tank 23, the control liquid 24 is configured to be directly supplied to the combustion chamber 30 via the spray nozzle 20 with the supply amount set, and the supply amount is controlled. It is controlled by the device 12. Means for mixing the control liquid 24 with the premixed gas m with control of the mixing amount, such as the atomizer 22, is referred to as control liquid mixing means. Further, when the control device 12 supplies the control liquid 24 to the combustion chamber 30, the crankshaft angle is set to 30 ° while the intake valve 1 is closed during the compression stroke.
It is set at a time before BTDC. In such a period, the control liquid 24 can be supplied to the combustion chamber 30 at a low pressure because the combustion chamber 30 is at a relatively low pressure. Further, since the combustion chamber 30 is sealed, the control liquid 24 can be efficiently supplied. It can be supplied to the premixture m.
【００２９】以上のような構成によって、予混合気ｍに
混合されたコントロール液体２４中のＤＭＥ２５を圧縮
自着火までに蒸発させて、その潜熱により予混合気ｍを
冷却することができ、予混合気ｍの圧縮自着火のタイミ
ングを遅らせることができる。さらに、コントロール液
体２４に溶解された非燃焼性ガスのＣＯ2等は、コント
ロール液体２４が予混合気ｍ内で蒸発することによって
予混合気ｍに混合され、この非燃焼性ガスは予混合気ｍ
よりも比熱比が小さいので、燃焼室３０に供給され圧縮
自着火する予混合気ｍの比熱比を小さくすることがで
き、燃焼室３０において圧縮時の昇温を抑制し、圧縮自
着火のタイミングを遅らせることができる。With the above-described structure, the DME 25 in the control liquid 24 mixed with the premixed gas m can be evaporated by the compression ignition, and the premixed gas m can be cooled by the latent heat thereof. The timing of the compression self-ignition of the gas m can be delayed. Further, the non-flammable gas such as CO 2 dissolved in the control liquid 24 is mixed with the pre-mixed gas m by the control liquid 24 evaporating in the pre-mixed gas m. m
Since the specific heat ratio is smaller than the specific heat ratio, the specific heat ratio of the premixture m supplied to the combustion chamber 30 and compressed and ignited can be reduced, the temperature rise during compression in the combustion chamber 30 is suppressed, and the timing of compression ignition is performed. Can be delayed.
【００３０】このように、コントロール液体２４は、予
混合気ｍに供給され、供給量に対応して圧縮自着火のタ
イミングを遅らせることができる液体及び非燃焼性ガス
の両方を含んでおり、噴霧器２２を調整してコントロー
ル液体２４の供給量を変化させることで、広範囲且つ容
易に圧縮自着火のタイミングを変化させることができ、
適切な圧縮自着火タイミングよりも早いタイミングで自
着火している予混合気ｍに対して、コントロール液体２
４を混合し、予混合気ｍを冷却することで、自着火のタ
イミングを好ましいタイミングにすることができる。As described above, the control liquid 24 is supplied to the premixed gas m, and contains both the liquid and the non-combustible gas capable of delaying the timing of the compression self-ignition in accordance with the supplied amount. By adjusting the control liquid 22 and changing the supply amount of the control liquid 24, the timing of the compression ignition can be easily changed over a wide range,
The control liquid 2 is applied to the premixed gas m that has been ignited earlier than the appropriate compression ignition timing.
4, and the premixed gas m is cooled, so that the self-ignition timing can be set to a preferable timing.
【００３１】上記構成により、制御装置１２には、エン
ジン１００の一動作サイクル内における実際の自着火の
タイミング情報（実際は、各クランク角においてシリン
ダ内圧力が設定値に対して、これを越えたクランク角情
報）が、入力される。一方、この制御装置１２は、内部
に記憶手段１２０を備えており、運転条件に対応して、
圧縮自着火が起こるべきタイミング（特定のクランク
角）情報を備えている。このような好ましい自着火のタ
イミングは、エンジンの仕様が固定されている場合、経
験的に判明しており、予め記憶しておくことができる。
そして、制御装置１２内では、エンジン動作時におけ
る、圧縮自着火タイミング検出手段Ａによって検出され
た実際の自着火タイミング（シリンダ内圧が前記設定値
を越えるシリンダ角）と、前記好ましい自着火のタイミ
ング（好ましいシリンダ角）との、比較をおこなう。こ
のようにすることで、実際の自着火のタイミングの遅れ
若しくは早まりを判断する。この結果に基づいて、制御
装置１２にあっては、予め記憶させておいたコントロー
ル液体２４の供給量を決定し、混合手段Ｂを働かせ、噴
霧ノズル２０よりコントロール液体２４を圧縮自着火前
の予混合気ｍに噴霧して混合する。外気温度が４０℃の
環境下において、コントロール液体２４の燃焼室３０へ
の供給量と、圧縮自着火のタイミングの変化量の関係を
図３に示す。このように、コントロール液体２４を０〜
２５０ｍｌ程度の範囲で調整して噴霧することで、圧縮
自着火のタイミングをクランク軸の角度で２５°程度の
広範囲で調整できる。With the above configuration, the control device 12 provides the actual self-ignition timing information in one operation cycle of the engine 100 (actually, the crank pressure exceeding the set value at each crank angle to the set value). Corner information) is input. On the other hand, the control device 12 includes a storage unit 120 therein, and according to the operating conditions,
Information on the timing (specific crank angle) at which compression ignition should occur is provided. Such a preferred timing of self-ignition is known empirically when the specification of the engine is fixed, and can be stored in advance.
In the control device 12, the actual self-ignition timing (cylinder angle at which the cylinder internal pressure exceeds the set value) detected by the compression self-ignition timing detection means A during the operation of the engine and the preferable self-ignition timing ( (Preferable cylinder angle). In this way, the delay or advance of the actual self-ignition timing is determined. Based on this result, the control device 12 determines the supply amount of the control liquid 24 stored in advance, activates the mixing means B, and presses the control liquid 24 from the spray nozzle 20 before the compression self-ignition. The mixture is sprayed onto the mixture m. FIG. 3 shows the relationship between the supply amount of the control liquid 24 to the combustion chamber 30 and the amount of change in the timing of compression ignition in an environment where the outside air temperature is 40 ° C. Thus, the control liquid 24 is
By performing the spraying while adjusting in the range of about 250 ml, the timing of the compression ignition can be adjusted in a wide range of about 25 ° by the crankshaft angle.
【００３２】このように、圧縮自着火タイミング検出手
段Ａにより検出される情報に従って、実際の圧縮自着火
のタイミングの遅れ若しくは早まりを検出し、噴霧器２
２を働かせ、圧縮自着火前の予混合気ｍに噴霧するコン
トロール液体２４の噴霧量を制御する手段を制御手段Ｂ
と呼び、この制御手段Ｂにより、圧縮自着火前の予混合
気ｍが好ましい状態で圧縮自着火する温度となり、圧縮
自着火のタイミングを適切なタイミングとすることがで
きる。Thus, the delay or advance of the actual compression ignition timing is detected according to the information detected by the compression ignition timing detection means A,
The control means B controls the spray amount of the control liquid 24 to be sprayed on the premixture m before the compression auto-ignition.
By the control means B, the temperature of the premixed gas m before the compression self-ignition becomes a temperature at which the compression self-ignition is performed in a preferable state, and the timing of the compression self-ignition can be set to an appropriate timing.
【００３３】さて、制御装置１２には、上記のような内
圧センサ１０及びクランク角センサ１１からの検出情報
の他に、エンジンに係る負荷情報、及びエンジンの周囲
環境の温度情報が入力されるようにシステムが構成され
ている。そして、これらの入力情報に基づいて、噴霧器
２２を働かせ、予混合気ｍに対するコントロール液体２
４の混合量を制御して、圧縮自着火のタイミングの制御
が行える構造が採用されている。この構成に関して、以
下に説明する。エンジン負荷に関しては、エンジンの必
要回転数等をモニターするエンジン負荷検出センサ１７
（手段の一例）が備えられる構成が採用されており、検
出される負荷の変動に対して制御装置１２は、エンジン
負荷検出手段１７により検出されるエンジン負荷が増大
する場合にはコントロール液体２４の混合量を増加側に
制御して、圧縮自着火のタイミングを遅らせ、エンジン
負荷が減少する場合には混合量を減少側に制御して圧縮
自着火のタイミングを早める構成が採用されている。結
果、エンジン負荷に対しても本願の自着火エンジンは良
好に対応できる。さらに環境温度に関しては、環境温度
を検出する温度センサ１８（環境温度検出手段の一例）
が備えられている。この環境温度検出手段１８により検
出される環境温度が上昇する場合にはコントロール液体
２４の混合量を増加側に制御して圧縮自着火のタイミン
グを遅らせ、環境温度が下降する場合には混合量を減少
側に制御して圧縮自着火のタイミングを早める構成が採
用されており、詳しくは、図４に示すように予め記憶手
段１２０に記憶している、環境温度と、自着火タイミン
グを上死点位置に制御する為のコントロール液体２４の
供給量との関係に基づいて、コントロール液体２４の混
合量を決定し、噴霧器２２を働かせて、決定された混合
量のコントロール液体２４を燃焼室３０に供給する。結
果、環境温度等の変動に対しても、自着火のタイミング
を好ましいタイミングに設定することができる。ここ
で、負荷センサや環境温度センサのような、エンジンの
動作条件を検出する手段を、動作条件検出手段Ｃと称す
る。Now, in addition to the detection information from the internal pressure sensor 10 and the crank angle sensor 11 as described above, load information on the engine and temperature information on the environment around the engine are input to the control device 12. The system is configured. Then, based on these input information, the atomizer 22 is operated to control the control liquid 2 with respect to the premixed gas m.
The structure in which the timing of compression ignition can be controlled by controlling the mixing amount of No. 4 is adopted. This configuration will be described below. Regarding the engine load, an engine load detection sensor 17 for monitoring the required number of revolutions of the engine, etc.
(An example of means) is adopted, and the control device 12 responds to the fluctuation of the detected load by controlling the control liquid 24 when the engine load detected by the engine load detecting means 17 increases. A configuration is adopted in which the amount of mixing is controlled to increase to delay the timing of compression ignition, and when the engine load decreases, the amount of mixing is controlled to decrease to advance the timing of compression ignition. As a result, the self-ignition engine of the present invention can well cope with the engine load. Further, regarding the environmental temperature, a temperature sensor 18 for detecting the environmental temperature (an example of the environmental temperature detecting means)
Is provided. When the environmental temperature detected by the environmental temperature detecting means 18 rises, the mixing amount of the control liquid 24 is controlled to the increasing side to delay the timing of the compression ignition, and when the environmental temperature falls, the mixing amount is reduced. A configuration is adopted in which the timing of compression auto-ignition is advanced by controlling to the decreasing side. More specifically, the environmental temperature and the auto-ignition timing stored in the storage means 120 in advance as shown in FIG. The mixing amount of the control liquid 24 is determined based on the relationship with the supply amount of the control liquid 24 for controlling the position, and the atomizer 22 is operated to supply the control liquid 24 having the determined mixing amount to the combustion chamber 30. I do. As a result, the timing of self-ignition can be set to a preferable timing even with respect to fluctuations in environmental temperature and the like. Here, means for detecting an operating condition of the engine, such as a load sensor or an environmental temperature sensor, is referred to as operating condition detecting means C.
【００３４】〔別実施の形態〕 （イ） 本願の予混合圧縮自着火エンジンに使用できる
燃料としては、都市ガス等が好適であるが、ガソリン、
プロパン、メタノール、水素等、任意の燃料を使用する
ことができる。 （ロ） 予混合気を生成するにあたっては、燃料とこの
燃料の燃焼のための酸素を含有するガスとを混合すれば
よいが、例えば、燃焼用酸素含有ガスとして空気を使用
することが一般的である。しかしながら、このようなガ
スとしては、例えば、酸素成分含有量が空気に対して高
い酸素富化ガス等を使用することが可能である。 （ハ） 上記の実施の形態において、好適な実施例とし
て予混合気に混合する液体にＤＭＥ（ジメチルエーテ
ル）を使用した例を示したが、ＤＭＥ（ジメチルエーテ
ル）の他に、水、メタノール、エタノール、軽油、若し
くはプロピルアルコール等の予混合気に混合されて気化
して予混合気の潜熱を奪う液体であれば本発明に係るエ
ンジンを構成することが可能である。また、上記の実施
の形態において、燃料として天然ガスを使用し、その天
然ガスの予混合気よりも比熱比が小さく燃焼室において
燃焼しない非燃焼性ガスとして、排ガス中のＣＯ2若し
くは水蒸気を利用する構成を示したが、予混合気よりも
比熱比が小さく燃焼室内において燃焼しない非燃焼性ガ
スを使用することで本発明に係るエンジンを構成するこ
とができる。 （ニ） 上記の実施の形態例において、自着火のタイミ
ングの検出にあたっては、燃焼室内圧が所定の設定値を
越えるタイミングとして捕らえたが、自着火の発光を検
出するフォトセンサによる方法もあり、さらに、ノッキ
ングセンサをシリンダに取りつけておいて、このセンサ
の信号から検出するようにしてもよい。さらに、動作サ
イクルにおけるタイミングの特定は、クランク軸角との
関係で特定したが、時間軸において、このタイミングを
特定してもよい。 （ホ） 上記の実施の形態例においては、エンジンの動
作条件として、エンジン負荷、環境温度の場合を主に説
明したが、これら、自着火に影響を与える動作条件とし
ては、環境湿度、環境気圧、起動からの経過時間、空気
比、過給圧、燃料ガス組成等もある。従って、これらの
状態を検出するセンサを設け、このセンサの出力に従っ
て制御をすることが好ましい。例えば、環境湿度の上昇
に対してはコントロール液体の混合量を減少させ、環境
湿度の降下に対してはコントロール液体の混合量を増加
させる。起動からの経過時間に関しては、この経過時間
が短い場合はコントロール液体の混合量を比較的減少さ
せて維持し、経過時間が所定の定常運転時間に達した段
階で、初期におけるコントロール液体の混合量より増加
側に調整するように構成することが好ましい。 （ヘ） 上記の実施の形態例においては、所謂、４サイ
クルエンジンに関連して、説明したが、本願は、２サイ
クルエンジンにおいても適応可能である。 （ト） 上記の実施の形態例においては、図１に示すよ
うにコントロール液体混合手段として噴霧器２２を燃焼
室３０に直接設けた構成を示したが、この噴霧器２２を
吸気路１３に設け、吸気路１３中の予混合気ｍにコント
ロール液体を供給することもできる。 （チ） 上記の実施の形態例においては、燃料と燃焼用
酸素含有ガスとの予混合気である予混合気を燃焼室内に
吸気する構造のものを示したが、燃料及び燃焼酸素含有
ガスを別々に、例えば、圧縮行程の初期段階で燃焼室内
に供給して、予混合気を形成して、これを圧縮自着火す
る構造のものにおいても、本願の発明は適応できる。こ
の場合は燃料酸素含有ガスの流路又は燃焼室内にコント
ロール液体混合手段として噴霧器等をを設置することで
可能である。[Other Embodiments] (A) As a fuel that can be used for the premixed compression ignition engine of the present application, city gas or the like is preferable.
Any fuel, such as propane, methanol, hydrogen, etc., can be used. (B) In generating the premixed gas, the fuel may be mixed with a gas containing oxygen for combustion of the fuel. For example, it is common to use air as the oxygen-containing gas for combustion. It is. However, as such a gas, it is possible to use, for example, an oxygen-enriched gas having an oxygen component content higher than that of air. (C) In the above embodiment, an example in which DME (dimethyl ether) is used as a liquid to be mixed with the premixed gas is shown as a preferred example. In addition to DME (dimethyl ether), water, methanol, ethanol, The engine according to the present invention can be configured as long as it is a liquid that is mixed with a premixed gas such as light oil or propyl alcohol and vaporized to remove latent heat of the premixed gas. In the above embodiment, natural gas is used as fuel, and CO 2 or steam in exhaust gas is used as a non-combustible gas having a specific heat ratio smaller than that of the premixed gas of the natural gas and not burning in the combustion chamber. However, the engine according to the present invention can be configured by using a non-combustible gas that has a smaller specific heat ratio than the premixed gas and does not burn in the combustion chamber. (D) In the above embodiment, the timing of the self-ignition was detected as a timing at which the pressure in the combustion chamber exceeded a predetermined set value. However, there is also a method using a photosensor for detecting the light emission of the self-ignition, Further, a knocking sensor may be attached to the cylinder, and the knocking sensor may be detected from a signal of this sensor. Furthermore, although the timing in the operation cycle is specified in relation to the crankshaft angle, the timing may be specified on the time axis. (E) In the above-described embodiment, the case where the engine load and the environmental temperature are mainly described as the operating conditions of the engine has been described. However, the operating conditions that affect the self-ignition include the environmental humidity and the atmospheric pressure. , The elapsed time from the start, the air ratio, the supercharging pressure, the fuel gas composition, and the like. Therefore, it is preferable to provide a sensor for detecting these states and perform control according to the output of this sensor. For example, the mixing amount of the control liquid is decreased when the environmental humidity increases, and the mixing amount of the control liquid is increased when the environmental humidity decreases. Regarding the elapsed time from the start, when the elapsed time is short, the mixing amount of the control liquid is relatively reduced and maintained, and when the elapsed time reaches a predetermined steady operation time, the mixing amount of the control liquid in the initial stage is increased. It is preferable to configure so as to adjust to an increasing side. (F) In the above embodiment, the description has been given in relation to a so-called four-cycle engine. However, the present application is applicable to a two-cycle engine. (G) In the above embodiment, as shown in FIG. 1, the configuration in which the atomizer 22 is provided directly as the control liquid mixing means in the combustion chamber 30 is shown. A control liquid can also be supplied to the premixture m in the passage 13. (H) In the above-described embodiment, the structure in which the premixed gas, which is the premixed gas of the fuel and the oxygen-containing gas for combustion, is sucked into the combustion chamber is shown. The invention of the present application is also applicable to a structure in which the premixed gas is separately supplied to the combustion chamber at an early stage of the compression stroke to form a premixed gas and the mixture is self-ignited. In this case, it is possible to install an atomizer or the like as a control liquid mixing means in the flow path of the fuel oxygen-containing gas or the combustion chamber.
【００３５】[0035]
【発明の効果】従って、上記手法により、簡単な構成で
予混合圧縮自着火エンジンを実現できる。Thus, the above-mentioned method can realize a homogeneous charge compression ignition engine with a simple structure.
【図１】実施の形態における予混合圧縮自着火エンジン
の構成を示す図FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a homogeneous charge compression ignition engine according to an embodiment;
【図２】ＤＭＥに対するＣＯ2の溶解量を示すグラフ図FIG. 2 is a graph showing the amount of CO 2 dissolved in DME.
【図３】コントロール液体の混合量に対する圧縮自着火
のタイミングの変化量を示すグラフ図FIG. 3 is a graph showing the amount of change in timing of compression auto-ignition with respect to the amount of control liquid mixed;
【図４】環境温度に対する自着火タイミングを上死点位
置に制御する為のコントロール液体の混合量を示すグラ
フ図FIG. 4 is a graph showing the mixing amount of a control liquid for controlling the self-ignition timing with respect to the environmental temperature to a top dead center position;
３ シリンダ ４ ピストン ９ クランク軸 １２ 制御装置 ２０ 噴霧ノズル ２１ コントロール液体生成装置 ２２ 噴霧器（コントロール液体混合手段） ２５ ＤＭＥ（液体） ２４ コントロール液体 ３０ 燃焼室 １００ 圧縮自着火エンジン ｍ 予混合気 Ａ 圧縮自着火タイミング検出手段 Ｂ 制御手段 Ｃ 動作条件検出手段 3 Cylinder 4 Piston 9 Crankshaft 12 Controller 20 Spray Nozzle 21 Control Liquid Generator 22 Sprayer (Control Liquid Mixing Means) 25 DME (Liquid) 24 Control Liquid 30 Combustion Chamber 100 Compression Ignition Engine m Premixture A Compression Ignition Timing detecting means B Control means C Operating condition detecting means
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 21/06 Ｆ０２Ｄ 21/06 41/02 ３０１ 41/02 ３０１Ｋ ３５１ ３５１ 45/00 ３４５ 45/00 ３４５Ｂ ３６２ ３６２Ａ ３６８ ３６８Ｓ ３６８Ａ Ｆ０２Ｍ 21/02 Ｆ０２Ｍ 21/02 Ｌ 25/00 25/00 Ａ Ｓ Ｔ 25/022 37/00 ３４１Ｃ 37/00 ３４１ ３４１Ｈ 25/02 Ｅ Ｆターム(参考） 3G023 AA06 AA18 AB05 AC04 AC06 AC07 AC08 AD10 AD14 AF02 3G084 AA01 BA13 BA15 DA27 DA38 EA07 EA11 EC02 EC03 FA02 FA12 FA14 FA18 FA21 FA25 FA36 FA38 3G092 AA02 AA03 AA05 AA06 AB02 AB03 AB05 AB07 AB08 AB09 AB15 AB17 AB20 BA08 DE03S DE17S DF03 EA01 EA02 EA17 EC01 HA04Z HA05Z HA11Z HA16Z HB02X HB05X HC01Z HC02Z HC05Z HE03Z HE06Z 3G301 HA02 HA21 HA22 HA23 HA24 JA22 JB09 MA11 MA19 NA08 NE01 NE06 NE23 PA10Z PA16Z PA17Z PB02Z PC00Z PC01Z PC08Z PE03Z PF16Z──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) F02D 21/06 F02D 21/06 41/02 301 41/02 301K 351 351 45/00 345 45/00 345B 362 362A 368 368S 368A F02M 21/02 F02M 21/02 L 25/00 25/00 AS T 25/022 37/00 341C 37/00 341 341H 25/02 EF term (reference) 3G023 AA06 AA18 AB05 AC04 AC06 AC07 AC08 AD10 AD14 AF02 3G084 AA01 BA13 BA15 DA27 DA38 EA07 EA11 EC02 EC03 FA02 FA12 FA14 FA18 FA21 FA25 FA36 FA38 3G092 AA02 AA03 AA05 AA06 AB02 AB03 AB05 AB07 AB08 AB09 AB15 AB17 AB20 BA08 DE03S DE17S02X03 EA03 EC02 HC01Z HC02Z HC05Z HE03Z HE06Z 3G301 HA02 HA21 HA22 HA23 HA24 JA22 JB09 MA11 MA19 NA08 NE01 NE06 NE23 PA10Z PA16Z PA17Z PB02Z PC00Z PC01Z PC08Z PE03Z PF16Z
Claims (8)
燃焼室で、燃料と燃焼用酸素含有ガスとの予混合気を圧
縮自着火させて燃焼させ、クランク軸の回転を維持する
予混合圧縮自着火エンジンの運転方法であって、 前記予混合気に混合され前記圧縮自着火前に蒸発する液
体に、前記予混合気よりも比熱比が小さく前記燃焼室に
おいて燃焼しない非燃焼性ガスを溶解したコントロール
液体を、混合量制御を伴って前記予混合気に混合して、
前記圧縮自着火のタイミングを制御する予混合圧縮自着
火エンジンの運転方法。1. A premixed compression ignition engine in which a premixed mixture of fuel and combustion oxygen-containing gas is compressed and ignited and burned in a combustion chamber surrounded by a cylinder and a piston to maintain rotation of a crankshaft. The control method, wherein a non-combustible gas having a specific heat ratio smaller than that of the premixed gas and not combusting in the combustion chamber is dissolved in a liquid mixed with the premixed gas and evaporated before the compression ignition. Is mixed with the premixed gas with mixing amount control,
A method of operating a homogeneous charge compression ignition engine for controlling the timing of the compression ignition.
自着火のタイミングを検出可能な構造とし、 前記検出された圧縮自着火のタイミングに基づいて、前
記予混合気に混合される前記コントロール液体の混合量
を制御する請求項１に記載の予混合圧縮自着火エンジン
の運転方法。2. A structure capable of detecting the timing of the compression ignition in an engine operation cycle, and based on the detected timing of the compression ignition, determines a mixing amount of the control liquid mixed with the premixed gas. The method for operating a homogeneous charge compression ignition engine according to claim 1, wherein the engine is controlled.
燃焼室で、燃料と燃焼用酸素含有ガスとの予混合気を圧
縮自着火させて燃焼させ、クランク軸の回転を維持する
予混合圧縮自着火エンジンであって、 前記予混合気に混合され前記圧縮自着火前に蒸発する液
体に、前記予混合気よりも比熱比が小さく前記燃焼室に
おいて燃焼しない非燃焼性ガスを溶解したコントロール
液体を、混合量制御を伴って前記予混合気に混合するコ
ントロール液体混合手段を備えた予混合圧縮自着火エン
ジン。3. A premixed compression ignition engine in which a premixed mixture of fuel and a combustion oxygen-containing gas is compressed and ignited and burned in a combustion chamber surrounded by a cylinder and a piston to maintain rotation of a crankshaft. A control liquid obtained by dissolving a non-combustible gas having a specific heat ratio smaller than that of the premixed gas and not burning in the combustion chamber is mixed with the liquid mixed with the premixed gas and evaporating before the compression ignition. A premixed compression ignition engine having control liquid mixing means for mixing the premixed gas with the premixed gas with an amount control.
自着火のタイミングを検出する圧縮自着火タイミング検
出手段と、 前記圧縮自着火タイミング検出手段の検出結果に基づい
て、前記コントロール液体混合手段を働かせ、前記予混
合気に混合される前記コントロール液体の混合量を制御
する制御手段を備えた請求項３に記載の予混合圧縮自着
火エンジン。4. A compression self-ignition timing detecting means for detecting a timing of the compression self-ignition in an engine operation cycle, and the control liquid mixing means is operated based on a detection result of the compression self-ignition timing detection means, 4. The premixed compression ignition engine according to claim 3, further comprising control means for controlling a mixing amount of the control liquid mixed with the air-fuel mixture.
ング検出手段により検出される情報に従って、圧縮自着
火が起こるべきクランク軸角度タイミングに対する、実
際の圧縮自着火のタイミングの遅れ若しくは早まりを検
出し、 前記実際の圧縮自着火のタイミングに遅れがある場合
に、前記コントロール液体の前記混合量を減少側に制御
し、前記実際の圧縮自着火のタイミングに早まりがある
場合に、前記コントロール液体の前記混合量を増加側に
制御する手段である請求項４に記載の予混合圧縮自着火
エンジン。5. The control means detects a delay or advance of an actual compression ignition timing with respect to a crankshaft angle timing at which compression ignition occurs according to information detected by the compression ignition timing detection means. When there is a delay in the timing of the actual compression auto-ignition, the mixing amount of the control liquid is controlled to decrease, and when the actual compression auto-ignition timing is advanced, 5. The premixed compression ignition engine according to claim 4, wherein the engine is a means for controlling the mixing amount to an increasing side.
ル、軽油、ジメチルエーテル、若しくはプロピルアルコ
ールである請求項３から５の何れか１項に記載の予混合
圧縮自着火エンジン。6. The premixed compression ignition engine according to claim 3, wherein the liquid is water, methanol, ethanol, light oil, dimethyl ether, or propyl alcohol.
水蒸気である請求項３から６の何れか１項に記載の予混
合圧縮自着火エンジン。7. The homogeneous charge compression ignition engine according to claim 3, wherein the non-combustible gas is carbon dioxide gas or steam.
燃焼室に前記コントロール液体を直接供給する手段であ
り、前記コントロール液体の供給時期が、圧縮行程中の
前記クランク軸角度が３０°ＢＴＤＣ以前の時期に設定
されている請求項３から６の何れか１項に記載の予混合
圧縮自着火エンジン。8. The control liquid mixing means is a means for directly supplying the control liquid to the combustion chamber, and the control liquid is supplied when the crankshaft angle during compression stroke is before 30 ° BTDC. The homogeneous charge compression ignition engine according to any one of claims 3 to 6, wherein:
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