JP2008038843A - Multi-fuel internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、性状の異なる少なくとも2種類の燃料の内の少なくとも1種類を燃焼室に導いて又は当該少なくとも2種類の燃料からなる混合燃料を燃焼室に導いて運転される多種燃料内燃機関に関する。 The present invention relates to a multi-fuel internal combustion engine that is operated by introducing at least one of at least two types of fuels having different properties into a combustion chamber or guiding a mixed fuel composed of the at least two types of fuel into the combustion chamber.
従来、性状の異なる複数種類の燃料を用いて運転される所謂多種燃料内燃機関が知られている。例えば、下記の特許文献1にはガソリンと軽油の混合燃料を用いて運転される多種燃料内燃機関について開示されている。この多種燃料内燃機関は、機関始動時に着火性の高い軽油の混合割合を高くし、これにより生成された高着火性の混合燃料を用いて機関始動時の拡散燃焼運転を実現させている。 Conventionally, so-called multi-fuel internal combustion engines that are operated using a plurality of types of fuels having different properties are known. For example, Patent Document 1 below discloses a multi-fuel internal combustion engine that is operated using a mixed fuel of gasoline and light oil. This multi-fuel internal combustion engine increases the mixing ratio of light oil with high ignitability at the time of engine start, and realizes diffusion combustion operation at the time of engine start using the highly ignitable mixed fuel generated thereby.
このように、上記特許文献1に開示された多種燃料内燃機関は、機関始動時に着火性の高い混合燃料を使用することによって燃焼室内における燃料への着火性を向上させ、機関始動時の拡散燃焼を可能にしている。しかしながら、一般に拡散燃焼時における燃焼室内の燃焼温度は低いので、冷間始動時等の如く排気触媒装置が活性化されていないときには、触媒の暖機に時間がかかり、排気ガス中の有害成分をそのまま大気に放出してしまう。 As described above, the multifuel internal combustion engine disclosed in Patent Document 1 improves the ignitability of the fuel in the combustion chamber by using the mixed fuel having high ignitability at the time of starting the engine, and diffusion combustion at the time of starting the engine. Is possible. However, since the combustion temperature in the combustion chamber during diffusion combustion is generally low, when the exhaust catalyst device is not activated, such as during cold start, it takes time to warm up the catalyst and removes harmful components in the exhaust gas. It will be released to the atmosphere as it is.
そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、排気触媒装置が活性化されていないときのエミッション性能の悪化を抑え得る多種燃料内燃機関を提供することを、その目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a multi-fuel internal combustion engine that can improve the disadvantages of the conventional example and suppress the deterioration of the emission performance when the exhaust catalyst device is not activated.
上記目的を達成する為、請求項1記載の発明では、性状の異なる少なくとも2種類の燃料の内の少なくとも1種類が燃焼室に導かれ又は当該少なくとも2種類の燃料からなる混合燃料が燃焼室に導かれて運転される多種燃料内燃機関において、排気触媒装置の触媒が不活性状態にあれば、燃焼室内における高着火性燃料の含有割合を予混合火花点火火炎伝播燃焼モードの燃料混合比率のときよりも増やして圧縮自着火拡散燃焼モードで始動させ、その後燃焼室内における高蒸発性燃料の含有割合を圧縮自着火拡散燃焼モードの燃料混合比率のときよりも増やして予混合火花点火火炎伝播燃焼モード運転に切り替えさせる制御装置を設けている。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, at least one of at least two types of fuels having different properties is led to the combustion chamber, or a mixed fuel composed of the at least two types of fuel is supplied to the combustion chamber. In a multi-fuel internal combustion engine that is led and operated, if the catalyst of the exhaust catalyst device is in an inactive state, the content of highly ignitable fuel in the combustion chamber is the fuel mixture ratio in the premixed spark ignition flame propagation combustion mode Start with the compression auto-ignition diffusion combustion mode and then increase the content of highly evaporative fuel in the combustion chamber more than the fuel mixture ratio of the compression auto-ignition diffusion combustion mode, and then premix spark ignition flame propagation combustion mode A control device for switching to operation is provided.
この請求項1記載の多種燃料内燃機関においては、燃焼室内に導かれる燃料の着火性を機関始動時に高くしているので、圧縮自着火拡散燃焼モードでの始動性が向上する。そして、この多種燃料内燃機関は、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードへと切り替わるまでの間、高着火性燃料の含有割合を増やして圧縮自着火拡散燃焼させるので、HCやNOxの発生を抑えることができる。一方、その後、この多種燃料内燃機関は、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードへと切り替わったことにより燃焼室内の燃焼温度が圧縮自着火拡散燃焼モード運転時よりも高くなるので、より高温の排気ガスによって排気触媒装置の触媒温度を急速に上昇させ、予混合火花点火火炎伝播燃焼モード運転によって発生したHCやNOxの浄化が可能になる。 In the multifuel internal combustion engine according to the first aspect, since the ignitability of the fuel introduced into the combustion chamber is increased at the time of engine start, the startability in the compression autoignition diffusion combustion mode is improved. And this multi-fuel internal combustion engine increases the content ratio of highly ignitable fuel until it switches to the premixed spark ignition flame propagation combustion mode, so that the compression self-ignition diffusion combustion is performed, so that the generation of HC and NOx is suppressed. Can do. On the other hand, since this multi-fuel internal combustion engine subsequently switched to the premixed spark ignition flame propagation combustion mode, the combustion temperature in the combustion chamber becomes higher than that in the compression auto-ignition diffusion combustion mode operation, so the higher temperature exhaust gas As a result, the catalyst temperature of the exhaust catalyst device is rapidly increased, and the HC and NOx generated by the premixed spark ignition flame propagation combustion mode operation can be purified.
また、上記目的を達成する為、請求項2記載の発明では、上記請求項1記載の多種燃料内燃機関において、排気ガス中のPMを捕集するPM捕集装置を排気通路上に配備している。 In order to achieve the above object, according to a second aspect of the present invention, in the multifuel internal combustion engine according to the first aspect, a PM collecting device for collecting PM in the exhaust gas is provided on the exhaust passage. Yes.
ここで、圧縮自着火拡散燃焼モード運転時には、燃焼室内に導かれる燃料の着火性が高くなるにつれてPMやスモークが発生してしまう。従って、この請求項2記載の多種燃料内燃機関のようにPM捕集装置を排気通路上に設けることによって、そのPMやスモークの大気への放出を抑えることができるようになる。 Here, during the compression self-ignition diffusion combustion mode operation, PM and smoke are generated as the ignitability of the fuel guided into the combustion chamber increases. Therefore, by providing the PM trapping device on the exhaust passage as in the multifuel internal combustion engine according to the second aspect, it is possible to suppress the release of the PM and smoke into the atmosphere.
本発明に係る多種燃料内燃機関は、高着火性燃料の含有割合を増やした圧縮自着火拡散燃焼モード運転によって、始動性を向上させると共に、排気触媒装置の触媒が不活性状態にあるときのエミッション性能を向上させている。また、この多種燃料内燃機関においては、その後高蒸発性燃料の含有割合を増やした予混合火花点火火炎伝播燃焼モード運転によって排気触媒装置の触媒温度を急速に上昇させ、エミッション性能の早期向上を図っている。これが為、この本発明に係る多種燃料内燃機関によれば、排気触媒装置が活性化されていないときのエミッション性能の悪化を可能な限り抑えることができる。 The multi-fuel internal combustion engine according to the present invention improves the startability by the compression auto-ignition diffusion combustion mode operation in which the content ratio of highly ignitable fuel is increased, and also emits when the catalyst of the exhaust catalyst device is in an inactive state Improves performance. Also, in this multi-fuel internal combustion engine, the catalyst temperature of the exhaust catalyst device is rapidly increased by the premixed spark ignition flame propagation combustion mode operation in which the content ratio of highly evaporative fuel is increased thereafter, thereby improving the emission performance early. ing. For this reason, according to the multifuel internal combustion engine of the present invention, it is possible to suppress deterioration of the emission performance when the exhaust catalyst device is not activated as much as possible.
以下に、本発明に係る多種燃料内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a multi-fuel internal combustion engine according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments.
本発明に係る多種燃料内燃機関の実施例1を図1から図3に基づいて説明する。この多種燃料内燃機関とは、性状の異なる少なくとも2種類の燃料の内の少なくとも1種類を燃焼室に導いて又は当該少なくとも2種類の燃料からなる混合燃料を燃焼室に導いて運転される内燃機関である。本実施例1にあっては、後者の多種燃料内燃機関を例に挙げて説明する。 A multifuel internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This multi-fuel internal combustion engine is an internal combustion engine that is operated by introducing at least one of at least two types of fuels having different properties into the combustion chamber or by introducing a mixed fuel composed of the at least two types of fuel into the combustion chamber. It is. In the first embodiment, the latter multi-fuel internal combustion engine will be described as an example.
この多種燃料内燃機関は、図1に示す電子制御装置(ECU)1によって燃焼制御等の各種制御動作が実行される。その電子制御装置1は、図示しないCPU(中央演算処理装置),所定の制御プログラム等を予め記憶しているROM(Read Only Memory),そのCPUの演算結果を一時記憶するRAM(Random Access Memory),予め用意された情報等を記憶するバックアップRAM等で構成されている。 In this multifuel internal combustion engine, various control operations such as combustion control are executed by an electronic control unit (ECU) 1 shown in FIG. The electronic control unit 1 includes a CPU (Central Processing Unit) (not shown), a ROM (Read Only Memory) that stores a predetermined control program and the like, and a RAM (Random Access Memory) that temporarily stores the calculation result of the CPU. , And a backup RAM for storing information prepared in advance.
最初に、ここで例示する多種燃料内燃機関の構成について図1に基づき説明を行う。尚、その図1においては1気筒のみを図示しているが、本発明は、これに限らず、多気筒の多種燃料内燃機関にも適用可能である。本実施例1においては、複数の気筒を具備しているものとして説明する。 First, the configuration of the multi-fuel internal combustion engine exemplified here will be described with reference to FIG. Although only one cylinder is shown in FIG. 1, the present invention is not limited to this, and can be applied to a multi-cylinder multifuel internal combustion engine. In the first embodiment, description will be made assuming that a plurality of cylinders are provided.
この多種燃料内燃機関には、燃焼室CCを形成するシリンダヘッド11,シリンダブロック12及びピストン13が備えられている。ここで、そのシリンダヘッド11とシリンダブロック12は図1に示すヘッドガスケット14を介してボルト等で締結されており、これにより形成されるシリンダヘッド11の下面の凹部11aとシリンダブロック12のシリンダボア12aとの空間内にピストン13が往復移動可能に配置される。そして、上述した燃焼室CCは、そのシリンダヘッド11の凹部11aの壁面とシリンダボア12aの壁面とピストン13の頂面13aとで囲まれた空間によって構成される。
The multifuel internal combustion engine is provided with a
本実施例1の多種燃料内燃機関は、機関回転数や機関負荷等の運転条件及び燃焼モードに従って空気と燃料を燃焼室CCに送り込み、その運転条件等に応じた燃焼制御を実行する。その空気については、図1に示す吸気通路21とシリンダヘッド11の吸気ポート11bを介して外部から吸入される。一方、その燃料については、図1に示す燃料供給装置50を用いて供給される。
The multifuel internal combustion engine of the first embodiment sends air and fuel into the combustion chamber CC according to the operating conditions such as the engine speed and engine load and the combustion mode, and executes combustion control according to the operating conditions. The air is sucked from the outside through the
先ず、空気の供給経路について説明する。本実施例1の吸気通路21上には、外部から導入した空気に含まれる塵埃等の異物を除去するエアクリーナ22と、外部からの吸入空気量を検出するエアフロメータ23と、が設けられている。この多種燃料内燃機関においては、そのエアフロメータ23の検出信号が電子制御装置1へと送られ、その検出信号に基づいて電子制御装置1が吸入空気量や機関負荷等を算出する。
First, the air supply path will be described. On the
また、その吸気通路21上におけるエアフロメータ23よりも下流側には、燃焼室CC内への吸入空気量を調節するスロットルバルブ24と、このスロットルバルブ24を開閉駆動するスロットルバルブアクチュエータ25と、が設けられている。本実施例1の電子制御装置1は、そのスロットルバルブアクチュエータ25を運転条件及び燃焼モードに従って駆動制御し、その運転条件等に応じた弁開度(換言すれば、吸入空気量)となるようにスロットルバルブ24の開弁角度を調節させる。例えば、そのスロットルバルブ24は、運転条件や燃焼モードに応じた空燃比を成す為に必要な吸入空気量の空気が燃焼室CCに吸入されるよう調節される。この多種燃料内燃機関においては、そのスロットルバルブ24の弁開度を検出し、その検出信号を電子制御装置1に送信するスロットル開度センサ26が設けられている。
A
更に、吸気ポート11bはその一端が燃焼室CCに開口しており、その開口部分に当該開口を開閉させる吸気バルブ31が配設されている。その開口の数量は1つでも複数でもよく、その開口毎に吸気バルブ31が配備される。従って、この多種燃料内燃機関においては、その吸気バルブ31を開弁させることによって吸気ポート11bから燃焼室CC内に空気が吸入される一方、その吸気バルブ31を閉弁させることによって燃焼室CC内への空気の流入が遮断される。
Further, one end of the
ここで、その吸気バルブ31としては、例えば、図示しない吸気側カムシャフトの回転と弾性部材(弦巻バネ)の弾発力に伴って開閉駆動されるものがある。この種の吸気バルブ31においては、その吸気側カムシャフトとクランクシャフト15の間にチェーンやスプロケット等からなる動力伝達機構を介在させることによってその吸気側カムシャフトをクランクシャフト15の回転に連動させ、予め設定された開閉時期に開閉駆動させる。本実施例1の多種燃料内燃機関においては、このようなクランクシャフト15の回転に同期して開閉駆動される吸気バルブ31を適用する。
Here, as the
但し、この多種燃料内燃機関は、その吸気バルブ31の開閉時期やリフト量を変更可能な所謂可変バルブタイミング&リフト機構等の可変バルブ機構を具備してもよく、これにより、その吸気バルブ31の開閉時期やリフト量を運転条件及び燃焼モードに応じた好適なものへと可変させることができるようになる。更にまた、この多種燃料内燃機関においては、かかる可変バルブ機構と同様の作用効果を得るべく、電磁力を利用して吸気バルブ31を開閉駆動させる所謂電磁駆動弁を利用してもよい。
However, this multi-fuel internal combustion engine may be provided with a variable valve mechanism such as a so-called variable valve timing & lift mechanism that can change the opening / closing timing and lift amount of the
続いて、燃料供給装置50について説明する。この燃料供給装置50は、性状の異なる複数種類の燃料を燃焼室CCに導くものである。本実施例1にあっては、性状の異なる2種類の燃料(第1燃料タンク41Aに貯留された第1燃料F1と第2燃料タンク41Bに貯留された第2燃料F2)を予め所定の燃料混合比率で混合して、その混合燃料を燃焼室CC内に直接噴射させるべく構成したものについて例示する。
Next, the
具体的に、この燃料供給装置50は、第1燃料F1を第1燃料タンク41Aから吸い上げて第1燃料通路51Aに送出する第1フィードポンプ52Aと、第2燃料F2を第2燃料タンク41Bから吸い上げて第2燃料通路51Bに送出する第2フィードポンプ52Bと、その第1及び第2の燃料通路51A,51Bから各々送られてきた第1及び第2の燃料F1,F2を混ぜ合わせる燃料混合手段53と、この燃料混合手段53にて生成された混合燃料を加圧して高圧燃料通路54に圧送する高圧燃料ポンプ55と、その高圧燃料通路54の混合燃料を夫々の気筒に分配するデリバリ通路56と、このデリバリ通路56から供給された混合燃料を燃焼室CC内に噴射する各気筒の燃料噴射弁57と、を備える。
Specifically, the
この燃料供給装置50においては、その第1フィードポンプ52A,第2フィードポンプ52B及び燃料混合手段53を電子制御装置1の燃料混合制御手段に駆動制御させ、これにより、所定の燃料混合比率の混合燃料が燃料混合手段53で生成されるように構成する。例えば、この燃料供給装置50は、その第1フィードポンプ52Aと第2フィードポンプ52Bの夫々の吐出量を電子制御装置1の燃料混合制御手段に加減させることによって混合燃料の燃料混合比率を調節してもよく、その燃料混合制御手段の指示に従って燃料混合手段53に第1及び第2の燃料F1,F2の夫々の混合割合を増減させて混合燃料の燃料混合比率を調節してもよい。ここで、その燃料混合比率は、予め設定されている一定値であってもよく、運転条件や燃焼モードに応じて変わる変動値であってもよい。
In the
また、この燃料供給装置50は、その高圧燃料ポンプ55及び燃料噴射弁57を電子制御装置1の燃料噴射制御手段に駆動制御させ、これにより、所望の燃料噴射量,燃料噴射時期及び燃料噴射期間等の燃料噴射条件で上記の生成された混合燃料が噴射されるように構成する。例えば、その電子制御装置1の燃料噴射制御手段には、その混合燃料を高圧燃料ポンプ55から圧送させ、運転条件や燃焼モード等に応じた燃料噴射条件で燃料噴射弁57に噴射を実行させる。
In addition, the
そのようにして燃焼室CCに供給された混合燃料は、上述した空気と相俟って燃焼モードに対応する着火モードの着火動作によって燃焼させられる。そして、その燃焼された後の筒内ガス(燃焼ガス)は、燃焼室CCから図1に示す排気ポート11cへと排出される。ここで、この排気ポート11cには、燃焼室CCとの間の開口を開閉させる排気バルブ61が配設されている。その開口の数量は1つでも複数でもよく、その開口毎に上述した排気バルブ61が配備される。従って、この多種燃料内燃機関においては、その排気バルブ61を開弁させることによって燃焼室CC内から排気ポート11cに燃焼ガスが排出され、その排気バルブ61を閉弁させることによって燃焼ガスの排気ポート11cへの排出が遮断される。
The mixed fuel thus supplied to the combustion chamber CC is burned by the ignition operation in the ignition mode corresponding to the combustion mode in combination with the air described above. The in-cylinder gas (combustion gas) after the combustion is discharged from the combustion chamber CC to the
ここで、その排気バルブ61としては、上述した吸気バルブ31と同様に、動力伝達機構を介在させたもの、所謂可変バルブタイミング&リフト機構等の可変バルブ機構を具備したものや所謂電磁駆動弁を適用することができる。
Here, as the exhaust valve 61, as in the
また、本実施例1の多種燃料内燃機関においては、その排気ポート11cに排出された燃焼ガス(以下、「排気ガス」という。)が図1に示す排気通路71を介して大気に放出される。ここで、その排気通路71上には、排気ガス中の有害成分の浄化を行う排気触媒装置72が配設されている。ここでは、排気ガス中の炭化水素(HC),一酸化炭素(CO)及び窒素酸化物(NOx)の浄化作用を有する三元触媒をその排気触媒装置72として例示する。
Further, in the multi-fuel internal combustion engine of the first embodiment, the combustion gas discharged to the
ところで、内燃機関においては、一般に、拡散燃焼モードと火炎伝播燃焼モードとに燃焼モードが大別され、その夫々に対応する着火モードとして圧縮自着火モードと予混合火花点火モードとが用意される。以下においては、それらを一括して燃焼モードと総称し、各々圧縮自着火拡散燃焼モード、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードと称する。 By the way, in an internal combustion engine, combustion modes are generally divided into a diffusion combustion mode and a flame propagation combustion mode, and a compression auto-ignition mode and a premixed spark ignition mode are prepared as ignition modes corresponding to the combustion modes. Hereinafter, they are collectively referred to as a combustion mode, and are respectively referred to as a compression autoignition diffusion combustion mode and a premixed spark ignition flame propagation combustion mode.
先ず、圧縮自着火拡散燃焼モードとは、圧縮行程の燃焼室CC内で形成された高温の圧縮空気の中に高圧の燃料を噴射することによって燃料の一部を自己着火させ、その燃料と空気を拡散混合させながら燃焼を進行させる燃焼形態のことである。ここで、燃焼室CC内の圧縮空気と燃料は瞬時に混合され難いので、燃料の噴射開始直後においては、所々で空燃比に濃淡が生じてしまう。一方、拡散燃焼させる際には一般的に下記の如き着火性に優れた燃料を使用することが好ましく、そのような着火性の良好な燃料は、全噴射量が噴射し終わるのを待つことなく、燃焼に適した空燃比の部分において自ら発火してしまう。これが為、この圧縮自着火拡散燃焼モードにおいては、燃焼に適した空燃比の部分の燃料が先に自己着火し、これにより形成された火炎が残りの燃料と空気を巻き込みながら徐々に燃焼を進行させる。 First, the compression self-ignition diffusion combustion mode is a method in which a part of fuel is self-ignited by injecting high-pressure fuel into high-temperature compressed air formed in the combustion chamber CC in the compression stroke, and the fuel and air Is a combustion mode in which combustion proceeds while diffusing and mixing. Here, since the compressed air in the combustion chamber CC and the fuel are difficult to be mixed instantaneously, immediately after the start of fuel injection, the air-fuel ratio varies in some places. On the other hand, it is generally preferable to use a fuel having excellent ignitability as described below when performing diffusion combustion, and such a fuel with good ignitability does not have to wait for the entire injection amount to be injected. It will ignite by itself at the air fuel ratio suitable for combustion. For this reason, in this compression self-ignition diffusion combustion mode, the fuel of the air-fuel ratio part suitable for combustion self-ignites first, and the flame formed thereby gradually advances the combustion while entraining the remaining fuel and air. Let
この圧縮自着火拡散燃焼モードで運転させる為には、通常、発火点が圧縮空気の圧縮熱よりも低い着火性の良好な燃料が必要とされる。例えば、その着火性の良い燃料としては、軽油やジメチルエーテルなどが考えられる。更に、近年、軽油の代替燃料としてGTL(Gas To Liquids)燃料が注目されており、このGTL燃料は、所望の性状のものとして生成し易い。これが為、着火性の良い燃料には、着火性を高めるべく生成されたGTL燃料を使用することもできる。このような着火性の良好な燃料は、圧縮自着火拡散燃焼を可能にするだけでなく、圧縮自着火拡散燃焼モードで運転する際にNOxの発生量を減少させ、更に、燃焼時の騒音や振動を抑えることができる。 In order to operate in this compressed self-ignition diffusion combustion mode, a fuel with good ignitability whose ignition point is lower than the compression heat of compressed air is usually required. For example, light oil or dimethyl ether can be considered as the fuel with good ignitability. Further, in recent years, GTL (Gas To Liquids) fuel has attracted attention as an alternative fuel for light oil, and this GTL fuel is easily produced in a desired property. For this reason, the GTL fuel produced | generated in order to improve ignitability can also be used for fuel with good ignitability. Such a fuel with good ignitability not only enables compression auto-ignition diffusion combustion, but also reduces the amount of NOx generated when operating in the compression auto-ignition diffusion combustion mode. Vibration can be suppressed.
一方、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードとは、燃料と空気を予め混ぜ合わせた燃焼室CC内の予混合気に火花点火にて火種を与え、その火種を中心にして火炎を伝播させながら燃焼を進行させる燃焼形態のことである。この予混合火花点火火炎伝播燃焼モードには、均質に混ぜ合わされた予混合気に対して点火を行う均質燃焼や、点火手段の周囲に濃度の高い予混合気を形成すると共に更にその周囲に希薄予混合気を形成し、その濃い予混合気に対して点火を行う成層燃焼などの燃焼形態も含む。 On the other hand, in the premixed spark ignition flame propagation combustion mode, the premixed gas in the combustion chamber CC in which fuel and air are mixed in advance is given a spark by spark ignition, and combustion is performed while propagating the flame around the fire type. It is a combustion form that advances the. In this premixed spark ignition flame propagation combustion mode, homogeneous combustion for igniting a homogeneously mixed premixed gas or a highly concentrated premixed gas is formed around the ignition means, and further, a lean mixture is formed around the premixed spark ignition flame propagation combustion mode. It includes a combustion mode such as stratified combustion in which a premixed gas is formed and ignition is performed on the rich premixed gas.
この予混合火花点火火炎伝播燃焼モードに適している燃料としては、一般に、ガソリンに代表される蒸発性の高い燃料が考えられる。ここで、蒸発性の高い燃料は、空気と混合され易いので、圧縮自着火拡散燃焼させる際の燃料の過濃領域を減少させ、PMやスモーク、NOxや未燃HCの抑制に寄与する。このような蒸発性の高い燃料としては、ガソリン以外に、蒸発性の高い性状のものとして生成されたGTL燃料やジメチルエーテルなどが知られている。 As a fuel suitable for the premixed spark ignition flame propagation combustion mode, a highly evaporative fuel represented by gasoline is generally considered. Here, since highly evaporable fuel is easily mixed with air, it reduces the excessively concentrated region of fuel when performing compression auto-ignition diffusion combustion, and contributes to suppression of PM, smoke, NOx, and unburned HC. As such highly evaporable fuel, in addition to gasoline, GTL fuel produced as a highly evaporable property, dimethyl ether, and the like are known.
本実施例1の多種燃料内燃機関は、その双方の燃焼モードでの運転を可能にすべく構成する。従って、本実施例1の多種燃料内燃機関には、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードでの運転を可能にする為、予混合気に対して火花点火させる図1に示す点火プラグ81を配設する。この点火プラグ81は、電子制御装置1の指示に従い、予混合火花点火火炎伝播燃焼モード時の運転条件に応じた点火時期になると火花点火を実行する。
The multifuel internal combustion engine of the first embodiment is configured to enable operation in both combustion modes. Accordingly, the multifuel internal combustion engine of the first embodiment is provided with the
また、本実施例1の電子制御装置1には、燃焼モードを設定する燃焼モード設定手段が用意されている。ここで例示する燃焼モード設定手段には、運転条件(機関回転数Ne及び機関負荷Kl)をパラメータにした図2に示す如き燃焼モードマップデータを利用して、運転条件に応じた最適な燃焼モードを選択させる。例えば、この燃焼モードマップデータは、中高負荷・低回転や高負荷・高回転等の運転条件のときに圧縮自着火拡散燃焼モードで運転させ、低負荷・低回転や低中負荷・高回転等の運転条件のときに予混合火花点火火炎伝播燃焼モードで運転させるように、予め実験やシミュレーションに基づき設定されたものである。その機関回転数Neについては、図1に示すクランク角センサ16の検出信号から把握することができる。このクランク角センサ16は、クランクシャフト15の回転角度を検出するセンサである。一方、機関負荷Klについては、上述したエアフロメータ23の検出信号から把握することができる。
In addition, the electronic control device 1 of the first embodiment is provided with combustion mode setting means for setting the combustion mode. The combustion mode setting means exemplified here uses the combustion mode map data as shown in FIG. 2 with the operating conditions (engine speed Ne and engine load Kl) as parameters, and the optimal combustion mode according to the operating conditions. To select. For example, this combustion mode map data can be operated in the compression auto-ignition diffusion combustion mode when operating conditions such as medium / high load / low rotation, high load / high rotation, etc., and low load / low rotation, low medium load / high rotation, etc. This is set in advance based on experiments and simulations so as to operate in the premixed spark ignition flame propagation combustion mode under the above operating conditions. The engine speed Ne can be grasped from the detection signal of the
ここで、圧縮自着火拡散燃焼モードにおいては、圧縮空気中に燃料が噴射されるので蒸発性の低い燃料を使用した場合には燃料と空気の混合状態が均一になり難く、更に、拡散燃焼期間と後燃え期間で燃焼室CC内の温度と圧力が低下する為に、不完全燃焼を引き起こしてPMやスモークが発生され易くなってしまう。特に、そのPMやスモークの発生量は、燃料の蒸発性が低ければ低いほど増加していく。これが為、この圧縮自着火拡散燃焼モードで運転させる際には、高い着火性だけでなく高い蒸発性も有している燃料を使用すればよく、これにより、燃焼室CC内に導かれる燃料の蒸発性が高まって空気との混合が促進されるので、燃料の過濃領域が減少されてPMやスモークの発生量を減少させることができる。 Here, in the compressed self-ignition diffusion combustion mode, since fuel is injected into the compressed air, the use of low evaporative fuel makes it difficult for the fuel and air to be mixed uniformly. Since the temperature and pressure in the combustion chamber CC decrease during the afterburning period, incomplete combustion is likely to occur and PM and smoke are likely to be generated. In particular, the amount of PM and smoke generated increases as the fuel evaporability decreases. For this reason, when operating in this compression auto-ignition diffusion combustion mode, it is only necessary to use a fuel that has not only high ignitability but also high evaporability, so that the fuel introduced into the combustion chamber CC can be used. Since evaporability is enhanced and mixing with air is promoted, the fuel rich region can be reduced, and the amount of PM and smoke generated can be reduced.
ここで示す「燃焼室CC内に導かれる燃料」とは、本実施例1の多種燃料内燃機関のように燃料混合手段53で混合された各燃料F1,F2の混合燃料が燃焼室CCへと送られる形態を採っているときにはその混合燃料のことをいう。ここでは、第1燃料タンク41Aに着火性が高く蒸発性の低い燃料(第1燃料F1)を貯留させ、第2燃料タンク41Bに着火性が低く蒸発性の高い燃料(第2燃料F2)を貯留させた場合について例示する。例えば、その第1燃料F1として軽油が貯留され、その第2燃料F2としてガソリンが貯留されている。かかる場合、夫々の燃料F1,F2の様々な燃料特性を総合して勘案しなければならないが、燃焼室CC内に導かれる燃料は、一般に、第1燃料F1の燃料混合割合が多ければ着火性が良好で蒸発性に劣る燃料特性となり、第2燃料F2の燃料混合割合が多ければ着火性に劣り蒸発性が良好な燃料特性となる。尚、後述する図5に示す多種燃料内燃機関のように各燃料F1,F2が個別に燃焼室CCへと供給される形態を採っている場合には、その供給された各燃料F1,F2の全体のことを「燃焼室CC内に導かれる燃料」という。かかる場合には、第1燃料F1の供給割合が多ければ着火性が良好で蒸発性に劣る燃料特性となり、第2燃料F2の供給割合が多ければ着火性に劣り蒸発性が良好な燃料特性となる。
The “fuel introduced into the combustion chamber CC” shown here means that the mixed fuel of the fuels F1 and F2 mixed by the fuel mixing means 53 as in the multifuel internal combustion engine of the first embodiment enters the combustion chamber CC. When taking the form that is sent, it refers to the mixed fuel. Here, fuel with high ignitability and low evaporability (first fuel F1) is stored in the
一方、圧縮自着火拡散燃焼モードで運転する際には、燃焼室CC内に導かれる燃料の蒸発性が高くなるにつれてHCの発生量を増大させてしまう、という弊害が生じ、更に、その燃料の着火性の低下に伴う急峻な燃焼によってNOxの発生量の増大についても懸念される。通常、そのHCやNOxについては、排気ガスと共に排気通路71へ排出され、上述した排気触媒装置72で浄化されて大気への放出が抑制される。しかしながら、その排気触媒装置72がHC等の浄化作用を発揮する為には触媒温度が活性温度に達していなければならず、この場合には、そのHC等が浄化されずにそのまま大気へと放出されてしまう。
On the other hand, when operating in the compression auto-ignition diffusion combustion mode, there is an adverse effect that the amount of HC generated increases as the evaporability of the fuel guided into the combustion chamber CC increases. There is also concern about an increase in the amount of NOx generated due to the steep combustion accompanying the decrease in ignitability. Normally, the HC and NOx are discharged together with the exhaust gas to the
このように、排気触媒装置72の触媒が不活性状態にあるときの圧縮自着火拡散燃焼モード選択時には、燃焼室CC内における第1燃料F1の含有割合を増加させれば、HC及びNOxの発生が抑えられる反面、PM及びスモークの発生量が増大されてしまう一方で、第2燃料F2の含有割合を増加させれば、PM及びスモークの発生が抑えられる反面、HC及びNOxの発生量が増大されてしまう。
Thus, when the compression auto-ignition diffusion combustion mode is selected when the catalyst of the
ところで、近年においては、そのPMやスモークの大気への放出を抑えることが可能なDPF(Diesel Particulate Filter)というPM捕集装置が存在しており、蒸発性の高い第2燃料F2の含有割合を増加させることなくPM等の大気への放出を抑制することができる。これが為、本実施例1の多種燃料内燃機関においては、そのPM捕集装置を車載してPMやスモークの大気への放出を抑制させるものとする。例えば、そのPM捕集装置は、排気触媒装置72の内部に包含させたPM捕集装置付きの排気触媒装置72として用意する。
By the way, in recent years, there is a PM trapping device called DPF (Diesel Particulate Filter) that can suppress the release of PM and smoke into the atmosphere, and the content ratio of the highly fuelable second fuel F2 has been increased. It is possible to suppress the release of PM or the like into the atmosphere without increasing it. For this reason, in the multifuel internal combustion engine of the first embodiment, the PM trapping device is mounted on the vehicle to suppress the release of PM and smoke into the atmosphere. For example, the PM collection device is prepared as an
従って、この多種燃料内燃機関においては、排気触媒装置72の触媒が不活性状態でも、着火性の高い第1燃料F1の含有割合を増やして圧縮自着火拡散燃焼させれば、HCやNOxの発生自体を低く抑えることができるようになる。しかしながら、このようにしたとしてもHCやNOxの発生量を皆無にすることはできず、排気触媒装置72の触媒温度如何では、その僅かながら発生したHCやNOxが排気ガスと共に大気へと放出されてしまう。特に、冷間始動後においては、その触媒温度を活性温度まで上昇させる為に時間がかかるので、HCやNOxの大気への排出量が累積されて多くなる。これが為、その僅かながらでも発生しているHC等を大気へと放出させない為には、排気触媒装置72の触媒温度を早期に活性温度まで上昇させる必要がある。
Therefore, in this multi-fuel internal combustion engine, even if the catalyst of the
ここで、一般には、圧縮自着火拡散燃焼時よりも予混合火花点火火炎伝播燃焼時の方が燃焼室CC内の燃焼温度が高くなる。これが為、排気触媒装置72の触媒温度の早期上昇を図る為には、多種燃料内燃機関を予混合火花点火火炎伝播燃焼モードで運転させる方が好ましい。
Here, in general, the combustion temperature in the combustion chamber CC is higher during premixed spark ignition flame propagation combustion than during compression self-ignition diffusion combustion. Therefore, in order to increase the catalyst temperature of the
そこで、本実施例1においては、排気触媒装置72の触媒が不活性状態にあれば、着火性の高い第1燃料F1の含有割合を予混合火花点火火炎伝播燃焼モードの燃料混合比率のときよりも増加して、圧縮自着火拡散燃焼モードで機関始動させ、その後蒸発性の高い第2燃料F2の含有割合を圧縮自着火拡散燃焼モードの燃料混合比率のときよりも増加して、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードで運転させる。以下、そのような運転形態のことを通常運転モードに対して「触媒暖機運転モード」という。従って、本実施例1においては、排気触媒装置72の触媒が活性状態か否かに応じて通常運転モードと触媒暖機運転モードを使い分けるように電子制御装置1を構成する。尚、その通常運転モードとは、例えば、上述した図2の燃焼モードマップデータを利用して行われる運転モードのことを指す。
Therefore, in the first embodiment, if the catalyst of the
ここで、排気触媒装置72の触媒が活性状態か否かについては、触媒温度や触媒担体温度を温度センサ(図示略)で直接検出して判断させてもよいが、ここでは水温センサ17から検出した冷却水温度Twを利用して判断させる。例えば、排気ガスの温度や燃焼室CC内の壁面温度は燃焼室CC内の燃焼温度の上昇又は下降に呼応して変化するものであり、その排気ガスの温度変化に応じて排気触媒装置72の触媒温度が変化する一方、その燃焼室CC内の壁面温度変化に応じて冷却水温度Twが変化する。これが為、その排気触媒装置72の触媒温度と冷却水温度Twとの間には相関関係を見いだすことができ、冷却水温度Twが把握できれば排気触媒装置72の触媒温度を類推することができる。従って、ここでは、新たに温度センサを設けずとも既存の水温センサ17から得ることのできる冷却水温度Twを利用し、これと閾値Tw0とを比較して排気触媒装置72の触媒が活性状態か否かを判断する。尚、その閾値Tw0は、排気触媒装置72の触媒における活性状態と不活性状態との境界温度に対応している冷却水温度を設定する。
Here, whether or not the catalyst of the
以下に、本実施例1の多種燃料内燃機関の動作の一例を図3のフローチャートに基づき説明する。 An example of the operation of the multifuel internal combustion engine of the first embodiment will be described below based on the flowchart of FIG.
先ず、本実施例1の電子制御装置1には、水温センサ17の検出信号が送られて多種燃料内燃機関の冷却水温度Twが入力される(ステップST1)。そして、この電子制御装置1は、その冷却水温度Twと閾値Tw0とを比較し(ステップST2)、その結果に応じて運転モードの選択を行う。
First, the detection signal of the
ここで、冷却水温度Twが閾値Tw0よりも低温であれば、電子制御装置1は、排気触媒装置72の触媒が活性状態にないと判断して触媒暖機運転モードを選択し(ステップST3)、機関始動後t1秒以内か否か(換言すれば、機関始動前から機関始動直後までの間であるか否か)を判定する(ステップST4)。例えば、その所定時間t1秒については、多種燃料内燃機関を始動させることに重きを置いて、始動し終えるまでの一瞬の時間であってもよいが、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードへの切り替え後のエミッション性能を考慮して、排気触媒装置72の触媒温度がある程度活性温度に近づくまでの時間を設定することが好ましい。ここでは、その後者の時間を実験結果やシミュレーションの結果に基づき所定時間t1秒として予め設定しておく。尚、その後者の理由からすれば、ここでの比較判断対象としては、そのような所定時間t1秒ではなく、これに対応する排気触媒装置72の触媒温度や冷却水温度Twを利用することも可能である。
Here, if the coolant temperature Tw is lower than the threshold value Tw0, the electronic control unit 1 determines that the catalyst of the
そのステップST4において機関始動後t1秒以内であると判定された場合、この電子制御装置1の燃料混合制御手段は、燃焼室CC内で着火性の高い第1燃料F1の含有割合(混合割合)が多くなるように第1フィードポンプ52A,第2フィードポンプ52B及び燃料混合手段53を駆動制御する(ステップST5)。そして、この電子制御装置1の燃焼モード設定手段は、圧縮自着火拡散燃焼モードを選択する(ステップST6)。これらステップST5,ST6は、上記ステップST2又は上記ステップST4で否定判定が為されるまで繰り返される。
When it is determined in step ST4 that it is within t1 seconds after the engine is started, the fuel mixing control means of the electronic control unit 1 includes the content ratio (mixing ratio) of the first fuel F1 having high ignitability in the combustion chamber CC. The
ここで、その第1燃料F1の含有割合は、少なくとも混合燃料が圧縮空気中で自己着火でき且つその後拡散燃焼し得るだけの着火性を有するように設定すればよく、最大100%まで増やしてもよい。従って、ここでは第2燃料F2の含有割合よりも第1燃料F1の含有割合の方が多くなるようにしているが、良好な圧縮自着火拡散燃焼が可能であるならば、第1燃料F1の含有割合を予混合火花点火火炎伝播燃焼モードの燃料混合比率のときよりも増加した結果第2燃料F2の含有割合の方が多くなったとしてもよい。 Here, the content ratio of the first fuel F1 may be set so that at least the mixed fuel can be ignited in compressed air and then has an ignitability sufficient to allow diffusion combustion, and even if it is increased to a maximum of 100%. Good. Therefore, here, the content ratio of the first fuel F1 is made larger than the content ratio of the second fuel F2, but if good compression autoignition diffusion combustion is possible, the first fuel F1 As a result of increasing the content ratio compared to the fuel mixture ratio in the premixed spark ignition flame propagation combustion mode, the content ratio of the second fuel F2 may be increased.
これにより、機関始動時であれば、高着火性燃料(第1燃料F1)の含有割合が多く着火性の高い混合燃料を用いて圧縮自着火拡散燃焼モードで機関始動され、機関始動直後であれば、その着火性の高い混合燃料を用いて圧縮自着火拡散燃焼モードで運転される。これが為、その際の燃焼室CCにおいては、HCやNOxの発生が抑えられる。他方、その際には、使用される混合燃料の蒸発性が低くなっているので、PMやスモークの発生量が増えてしまうが、このPM等については大気放出前に上述したPM捕集装置で捕集される。従って、本実施例1の多種燃料内燃機関は、始動性が向上すると共に、機関始動時から機関始動直後までの間における排気ガス中の有害成分の大気への排出を抑制することができる。 As a result, when the engine is started, the engine is started in the compression auto-ignition diffusion combustion mode using a mixed fuel having a high content of highly ignitable fuel (first fuel F1) and high ignitability. For example, the fuel cell is operated in the compression auto-ignition diffusion combustion mode using the highly ignitable mixed fuel. Therefore, generation of HC and NOx is suppressed in the combustion chamber CC at that time. On the other hand, since the evaporability of the mixed fuel used is low at that time, the amount of PM and smoke generated increases. It is collected. Therefore, the multifuel internal combustion engine of the first embodiment has improved startability and can suppress emission of harmful components in the exhaust gas to the atmosphere during the period from the start of the engine to immediately after the start of the engine.
一方、上記ステップST4において機関始動後t1秒を超えていると判定された場合、この電子制御装置1は、機関始動後t2(>t1)秒以内か否かを判定する(ステップST7)。例えば、その所定時間t2秒については、排気触媒装置72の触媒温度が活性温度に達するまでの時間を設定することが好ましい。この所定時間t2秒は、実験結果やシミュレーションの結果に基づいて予め設定しておく。尚、上述した所定時間t1秒の場合と同様に、ここでの比較判断対象としては、そのような所定時間t2秒ではなく、これに対応する排気触媒装置72の触媒温度や冷却水温度Twを利用することも可能である。
On the other hand, when it is determined in step ST4 that t1 seconds have elapsed after engine startup, the electronic control unit 1 determines whether it is within t2 (> t1) seconds after engine startup (step ST7). For example, for the predetermined time t2 seconds, it is preferable to set the time until the catalyst temperature of the
そして、そのステップST7において機関始動後t2秒以内であると判定された場合、この電子制御装置1の燃料混合制御手段は、燃焼室CC内で蒸発性の高い第2燃料F2の含有割合(混合割合)が多くなるように第1フィードポンプ52A,第2フィードポンプ52B及び燃料混合手段53を駆動制御する(ステップST8)。そして、この電子制御装置1の燃焼モード設定手段は、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードを選択する(ステップST9)。これらステップST8,ST9は、上記ステップST2又は上記ステップST7で否定判定が為されるまで繰り返される。
If it is determined in step ST7 that it is within t2 seconds after the engine is started, the fuel mixing control means of the electronic control unit 1 contains the content ratio (mixing) of the second fuel F2 having high evaporability in the combustion chamber CC. The
ここで、その第2燃料F2の含有割合は、例えば、着火されて発生した火炎核を伝播させ得るだけの蒸発性を有するように設定すればよく、最大100%まで増やしてもよい。従って、ここでは第1燃料F1の含有割合よりも第2燃料F2の含有割合の方が多くなるようにしているが、良好な予混合火花点火火炎伝播燃焼が可能であるならば、第2燃料F2の含有割合を圧縮自着火拡散燃焼モードの燃料混合比率のときよりも増加した結果第1燃料F1の含有割合の方が多くなったとしてもよい。 Here, the content ratio of the second fuel F <b> 2 may be set so as to have evaporability that can propagate the flame kernel generated by ignition, for example, and may be increased to a maximum of 100%. Therefore, here, the content ratio of the second fuel F2 is larger than the content ratio of the first fuel F1, but if the premixed spark ignition flame propagation combustion is possible, the second fuel F2 As a result of increasing the content ratio of F2 compared to the fuel mixture ratio in the compression auto-ignition diffusion combustion mode, the content ratio of the first fuel F1 may be increased.
これにより、本実施例1の多種燃料内燃機関においては、圧縮自着火拡散燃焼モードの運転よりも燃焼温度の高い予混合火花点火火炎伝播燃焼モードに切り替えて運転されるので、より高温の排気ガスが排気触媒装置72に流入して触媒温度を素早く上昇させる。従って、その排気触媒装置72は、触媒が急速に活性温度まで上昇するので、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードの運転によって燃焼室CC内で発生したHCやNOxの浄化が可能になる。
Thereby, in the multi-fuel internal combustion engine of the first embodiment, the operation is performed by switching to the premixed spark ignition flame propagation combustion mode having a higher combustion temperature than the operation in the compression auto-ignition diffusion combustion mode. Flows into the
ところで、本実施例1の電子制御装置1は、上記ステップST2にて冷却水温度Twが閾値Tw0以上の高温である場合又は上記ステップST7にて機関始動後t2秒を超えていると判定された場合、排気触媒装置72の触媒が活性状態に達していると判断して通常運転モードを選択し(ステップST10)、これに従って運転させる。
By the way, the electronic control unit 1 of the first embodiment is determined in step ST2 that the cooling water temperature Tw is a high temperature equal to or higher than the threshold value Tw0 or in step ST7 that it has exceeded t2 seconds after the engine is started. In this case, it is determined that the catalyst of the
このように、本実施例1の多種燃料内燃機関においては、高着火性燃料(第1燃料F1)の含有割合を多くした圧縮自着火拡散燃焼モード運転によって、始動性を向上させると共に、排気触媒装置72の触媒が不活性状態にあるときのエミッション性能を向上させている。また、この多種燃料内燃機関においては、その後高蒸発性燃料(第2燃料F2)の含有割合を多くした予混合火花点火火炎伝播燃焼モード運転によって排気触媒装置72の触媒温度を急速に上昇させ、エミッション性能の早期向上を図っている。
As described above, in the multifuel internal combustion engine of the first embodiment, the startability is improved and the exhaust catalyst is improved by the compression auto-ignition diffusion combustion mode operation in which the content ratio of the highly ignitable fuel (first fuel F1) is increased. The emission performance when the catalyst of the
ここで、この多種燃料内燃機関は、排気触媒装置72の触媒が活性温度に達するまでの間においても、予混合火花点火火炎伝播燃焼モード運転に伴ってHCやNOxを発生させている。しかしながら、その排気触媒装置72の触媒は、必ずしも活性温度に達していなければ何ら排気ガス中の有害成分を浄化できないわけではなく、ある程度まで活性温度に近づいていれば多少弱くとも浄化作用を発揮することができる。これが為、本実施例1の多種燃料内燃機関においては、その間に発生したHCやNOxを可能な限り排気触媒装置72の触媒で浄化することができる。
Here, the multifuel internal combustion engine generates HC and NOx along with the premixed spark ignition flame propagation combustion mode operation until the catalyst of the
従って、本実施例1の多種燃料内燃機関によれば、不活性状態にある排気触媒装置72の触媒が活性状態になるまでの間のエミッションの悪化を最小限に抑えることができる。
Therefore, according to the multifuel internal combustion engine of the first embodiment, it is possible to minimize the deterioration of the emission until the catalyst of the
ところで、本実施例1の多種燃料内燃機関は冷間始動時の制御態様について例示したが、これと同等の制御については、例えば、通常運転時に排気触媒装置72の触媒温度が活性温度よりも低下してしまった場合等に適用してもよい。
By the way, although the multifuel internal combustion engine of the first embodiment has been illustrated with respect to the control mode at the time of cold start, for example, the catalyst temperature of the
次に、本発明に係る多種燃料内燃機関の実施例2を図4に基づいて説明する。 Next, a second embodiment of the multifuel internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to FIG.
前述した実施例1では第1燃料F1と第2燃料F2の混合燃料を燃焼室CCに直接噴射させる所謂筒内直接噴射式の多種燃料内燃機関について例示したが、本実施例2においては、その混合燃料を燃焼室CC内だけでなく吸気ポート11bへも噴射させるよう構成した多種燃料内燃機関について例示する。例えば、この種の多種燃料内燃機関は、その実施例1の多種燃料内燃機関において燃料供給装置50を図4に示す燃料供給装置150へと置き換えることによって構成することができる。
In the first embodiment described above, a so-called in-cylinder direct injection multi-fuel internal combustion engine that directly injects the mixed fuel of the first fuel F1 and the second fuel F2 into the combustion chamber CC is illustrated. An example of a multi-fuel internal combustion engine configured to inject mixed fuel not only into the combustion chamber CC but also into the
その図4に示す燃料供給装置150は、実施例1における燃料供給装置50の各種構成部品に加えて、燃料混合手段53で生成された混合燃料を燃料通路154に吐出する燃料ポンプ155と、その燃料通路154の混合燃料を夫々の気筒に分配するデリバリ通路156と、このデリバリ通路156から供給された混合燃料を夫々の気筒の吸気ポート11bに噴射する各気筒の燃料噴射弁157と、を設けたものである。
The
例えば、この多種燃料内燃機関においては、圧縮自着火拡散燃焼モードで運転する際に燃料噴射弁57を駆動制御して混合燃料を燃焼室CC内へと噴射させ、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードで運転する際に燃料噴射弁157を駆動制御して混合燃料を吸気ポート11bへと噴射させるものとする。従って、本実施例2の多種燃料内燃機関においては、排気触媒装置72の触媒が不活性状態のときに、高着火性燃料(第1燃料F1)の含有割合を多くした混合燃料を燃料噴射弁57から燃焼室CC内に直接噴射させ、圧縮自着火拡散燃焼モードで始動させる。一方、その後、この多種燃料内燃機関においては、高蒸発性燃料(第2燃料F2)の含有割合を多くした混合燃料を燃料噴射弁157から吸気ポート11bに噴射させ、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードで運転させる。そして、これにより、本実施例2の多種燃料内燃機関は、前述した実施例1と同様に、不活性状態にある排気触媒装置72の触媒が活性状態になるまでの間のエミッションの悪化を最小限に抑えることができる。尚、圧縮自着火拡散燃焼モード運転時に発生したPMやスモークは、実施例1と同様に、排気触媒装置72が有するPM捕集装置で大気放出前に捕集される。
For example, in this multi-fuel internal combustion engine, when operating in the compression auto-ignition diffusion combustion mode, the
次に、本発明に係る多種燃料内燃機関の実施例3を図5に基づいて説明する。 Next, a third embodiment of the multifuel internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to FIG.
前述した実施例1では予め燃料混合手段53で混合しておいた第1燃料F1と第2燃料F2の混合燃料を燃料噴射弁57から燃焼室CC内へと噴射させる多種燃料内燃機関について例示し、また、前述した実施例2ではその混合燃料を2本の燃料噴射弁57,157から各々燃焼室CC内と吸気ポート11bに噴射させる多種燃料内燃機関について例示したが、本実施例3においては、その燃料混合手段53を用いることなく第1燃料F1と第2燃料F2を個別に噴射させるよう構成した多種燃料内燃機関について例示する。例えば、この種の多種燃料内燃機関は、その実施例1の多種燃料内燃機関において燃料供給装置50を図5に示す燃料供給装置250へと置き換えることによって構成することができる。
In the first embodiment described above, a multi-fuel internal combustion engine in which the mixed fuel of the first fuel F1 and the second fuel F2 previously mixed by the fuel mixing means 53 is injected from the
その図5に示す燃料供給装置250は、燃焼室CC内に第1燃料F1(着火性が高く蒸発性の低い燃料)を直接噴射する第1燃料供給手段と、吸気ポート11bに第2燃料F2(蒸発性が高く着火性の低い燃料)を噴射する第2燃料供給手段と、を備えている。その第1燃料供給手段は、第1燃料F1を第1燃料タンク41Aから吸い上げて第1燃料通路251Aに送出する第1フィードポンプ252Aと、その第1燃料通路251Aの第1燃料F1を高圧燃料通路254Aに圧送する高圧燃料ポンプ255Aと、その高圧燃料通路254Aの第1燃料F1を夫々の気筒に分配する第1デリバリ通路256Aと、この第1デリバリ通路256Aから供給された第1燃料F1を燃焼室CC内に噴射する各気筒の燃料噴射弁257Aと、を備える。一方、第2燃料供給手段は、第2燃料F2を第2燃料タンク41Bから吸い上げて第2燃料通路251Bに送出する第2フィードポンプ252Bと、その第2燃料通路251Bの第2燃料F2を夫々の気筒に分配する第2デリバリ通路256Bと、この第2デリバリ通路256Bから供給された第2燃料F2を吸気ポート11bに噴射する各気筒の燃料噴射弁257Bと、を備える。
The
例えば、この多種燃料内燃機関においては、圧縮自着火拡散燃焼モードで運転する際に燃料噴射弁257Aのみ又は双方の燃料噴射弁257A,257Bを駆動制御して燃料を燃焼室CC内へと導き、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードで運転する際に燃料噴射弁257Bのみ又は双方の燃料噴射弁257A,257Bを駆動制御して燃料を燃焼室CC内へと導く。その際、この多種燃料内燃機関においては、設定された燃料混合比率となるように夫々の燃料噴射弁257A,257Bを駆動制御させる。従って、本実施例3の多種燃料内燃機関においては、排気触媒装置72の触媒が不活性状態のときに、高着火性燃料(第1燃料F1)の含有割合が多くなるよう燃料噴射弁257Aのみ又は双方の燃料噴射弁257A,257Bから燃料噴射させ、圧縮自着火拡散燃焼モードで始動させる。一方、その後、この多種燃料内燃機関においては、高蒸発性燃料(第2燃料F2)の含有割合が多くなるよう燃料噴射弁257Bのみ又は双方の燃料噴射弁257A,257Bから燃料噴射させ、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードで運転させる。そして、これにより、本実施例3の多種燃料内燃機関は、前述した実施例1,2と同様に、不活性状態にある排気触媒装置72の触媒が活性状態になるまでの間のエミッションの悪化を最小限に抑えることができる。尚、圧縮自着火拡散燃焼モード運転時に発生したPMやスモークは、実施例1と同様に、排気触媒装置72が有するPM捕集装置で大気放出前に捕集される。
For example, in this multi-fuel internal combustion engine, when operating in the compression auto-ignition diffusion combustion mode, only the
次に、本発明に係る多種燃料内燃機関の実施例4について説明する。 Next, a fourth embodiment of the multifuel internal combustion engine according to the present invention will be described.
前述した各実施例1〜3においてはPM捕集装置付きの排気触媒装置72を具備するものとして例示したが、多種燃料内燃機関は、必ずしも排気通路71上にPM捕集装置を配備しているとは限らない。そこで、本実施例4においては、PM捕集装置を具備せずとも圧縮自着火拡散燃焼モード運転時のPMやスモークの大気への放出を抑制し得るよう構成する。
In each of the first to third embodiments described above, the
先ず、この本実施例4の多種燃料内燃機関については、PM捕集装置が存在していない点を除いて、夫々の実施例1〜3の多種燃料内燃機関と同様の構成部品で構築することができる。 First, the multi-fuel internal combustion engine of the fourth embodiment is constructed with the same components as those of the multi-fuel internal combustion engines of the first to third embodiments, except that the PM trapping device does not exist. Can do.
このような構成の多種燃料内燃機関で圧縮自着火拡散燃焼モード運転時のPMやスモークの大気への放出を抑制する為には、前述した実施例1でも説明したように、燃焼室CC内における蒸発性の高い第2燃料F2の含有割合を増やしていけばよい。しかしながら、その一方で、燃焼室CC内に導かれる燃料の着火性が低下していくので、圧縮空気中での自己着火が不可能になるか、自己着火の不可能な状態にまで至らずとも急峻な燃焼によってNOxの発生量を増大させてしまう。 In the multi-fuel internal combustion engine having such a configuration, in order to suppress the release of PM and smoke during the compression auto-ignition diffusion combustion mode operation, as described in the above-described first embodiment, What is necessary is just to increase the content rate of the 2nd fuel F2 with high evaporability. However, on the other hand, since the ignitability of the fuel guided into the combustion chamber CC decreases, self-ignition in compressed air becomes impossible or it does not reach a state where self-ignition is impossible. The amount of NOx generated increases due to steep combustion.
そこで、本実施例4においても、排気触媒装置72の触媒が不活性状態のときに、第1燃料F1の含有割合を予混合火花点火火炎伝播燃焼モードの燃料混合比率のときよりも増加させ、圧縮自着火拡散燃焼によって始動させるが、本実施例4においては、その増加度合いをPMやスモークの発生を抑え得る程度にまで下げる。そして、本実施例4においては、これにより低下した燃焼室CC内に導かれる燃料の着火性を補うべく、点火プラグ81の火花点火によって着火を補助しながら圧縮自着火拡散燃焼(以下、「スパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼」という。)させる。
Therefore, also in the fourth embodiment, when the catalyst of the
即ち、本実施例4の多種燃料内燃機関においては、排気触媒装置72の触媒が不活性状態のときに、PMやスモークの発生について考慮しつつ、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードの燃料混合比率のときよりも燃焼室CC内における高着火性燃料(第1燃料F1)の含有割合を増加させ、スパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードで始動させる。一方、その後、この多種燃料内燃機関においては、前述した各実施例1〜3の場合と同様に、高蒸発性燃料(第2燃料F2)の含有割合を増やして、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードで運転させる。これにより、本実施例4の多種燃料内燃機関は、前述した実施例1〜3と同様に、不活性状態にある排気触媒装置72の触媒が活性状態になるまでの間のエミッションの悪化を最小限に抑えることができる。
That is, in the multi-fuel internal combustion engine of the fourth embodiment, when the catalyst of the
以上のように、本発明に係る多種燃料内燃機関は、少なくとも着火性の高い燃料と蒸発性の高い燃料とを使用して運転する際に良好なエミッション性能を確保しつつ排気触媒装置72の触媒を早期活性化させる技術に有用である。
As described above, the multi-fuel internal combustion engine according to the present invention is a catalyst for the
1 電子制御装置
17 水温センサ
41A 第1燃料タンク
41B 第2燃料タンク
50,150,250 燃料供給装置
57,157,257A,257B 燃料噴射弁
72 排気触媒装置
81 点火プラグ
CC 燃焼室
F1 第1燃料
F2 第2燃料
Tw 冷却水温度
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
排気触媒装置の触媒が不活性状態にあれば、燃焼室内における高着火性燃料の含有割合を予混合火花点火火炎伝播燃焼モードの燃料混合比率のときよりも増やして圧縮自着火拡散燃焼モードで始動させ、その後燃焼室内における高蒸発性燃料の含有割合を圧縮自着火拡散燃焼モードの燃料混合比率のときよりも増やして予混合火花点火火炎伝播燃焼モード運転に切り替えさせる制御装置を設けたことを特徴とする多種燃料内燃機関。 In a multi-fuel internal combustion engine in which at least one of at least two types of fuels having different properties is led to a combustion chamber or a mixed fuel composed of the at least two types of fuel is led to a combustion chamber and operated.
If the catalyst of the exhaust catalyst system is in an inactive state, the content ratio of highly ignitable fuel in the combustion chamber is increased compared to the fuel mixture ratio in the premixed spark ignition flame propagation combustion mode, and the engine is started in the compression autoignition diffusion combustion mode. After that, a control device is provided in which the content ratio of the highly evaporative fuel in the combustion chamber is increased compared to the fuel mixture ratio in the compression auto-ignition diffusion combustion mode and the operation is switched to the premixed spark ignition flame propagation combustion mode operation. A multi-fuel internal combustion engine.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006217132A JP2008038843A (en) | 2006-08-09 | 2006-08-09 | Multi-fuel internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2006217132A JP2008038843A (en) | 2006-08-09 | 2006-08-09 | Multi-fuel internal combustion engine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| JP2008038843A true JP2008038843A (en) | 2008-02-21 |
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ID=39174145
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2006217132A Pending JP2008038843A (en) | 2006-08-09 | 2006-08-09 | Multi-fuel internal combustion engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP2008038843A (en) |
-
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- 2006-08-09 JP JP2006217132A patent/JP2008038843A/en active Pending
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