JP2008291725A

JP2008291725A - 6 cycle engine

Info

Publication number: JP2008291725A
Application number: JP2007137548A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Morimoto; 一彦森本; Chitose Morimoto; 千歳森本
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2007-05-24
Filing date: 2007-05-24
Publication date: 2008-12-04

Abstract

【課題】この発明は、６サイクルエンジンにおいて、吸気行程中の着火によるバックファイヤを防止し、均一な混合気を生成することを目的とする。
【解決手段】この発明は、エンジンの動作サイクルが、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程、冷却吸気行程、冷却排気行程からなる６サイクルエンジンにおいて、エンジン負荷量に応じて、水素を前記吸気行程で吸気弁より上流側へ噴射するように燃料噴射手段を制御する噴射制御手段と、前記燃料噴射手段により噴射された水素と吸入空気とが、予混合された状態で燃焼室に吸入されるように前記吸気弁の開度を制御する吸気弁制御手段とを備えていることを特徴とする。
【選択図】図１An object of the present invention is to prevent backfire due to ignition during an intake stroke and generate a uniform air-fuel mixture in a 6-cycle engine.
In a six-cycle engine in which an engine operation cycle includes an intake stroke, a compression stroke, a combustion stroke, an exhaust stroke, a cooling intake stroke, and a cooling exhaust stroke, hydrogen is added according to the engine load. Injection control means for controlling the fuel injection means so as to inject upstream of the intake valve in the intake stroke, and hydrogen and intake air injected by the fuel injection means are sucked into the combustion chamber in a premixed state. And an intake valve control means for controlling the opening degree of the intake valve.
[Selection] Figure 1

Description

この発明は６サイクルエンジンに係り、特に、レシプロエンジンの燃料に水素を用い、予混合吸気において最適な運転を可能とする６サイクルエンジンに関する。 The present invention relates to a 6-cycle engine, and more particularly, to a 6-cycle engine that uses hydrogen as a fuel for a reciprocating engine and enables optimal operation in premixed intake.

車両の動力源であるエンジンには、燃料としてガソリンや軽油以外に、水素を燃料とするものがある。水素を燃料とするエンジンには、低出力運転時には水素と空気を予め混合して生成した予混合気を点火栓により着火燃焼させて出力を得て、高出力運転時には既に着火した予混合気中に水素を噴射して予混合気を火種として着火燃焼させて出力を得るものがある。
特開平７−１３３７３１号公報 Some engines, which are power sources for vehicles, use hydrogen as fuel in addition to gasoline and light oil. For engines that use hydrogen as fuel, premixed gas generated by premixing hydrogen and air during low-power operation is ignited and burned by a spark plug to obtain output. In some cases, hydrogen is injected to ignite and burn with a premixed gas as a fire type to obtain output.
Japanese Patent Laid-Open No. 7-133731

また、水素を燃料とし、予混合気を吸気するエンジンでは、負荷が高くなると、燃焼室内の温度が上がって過早着火が起こりやすくなり、吸気行程中に吸気管側へ逆火するバックファイヤを起こす問題がある。そのため、水素を燃料とするエンジンには、吸気、圧縮、燃焼、排気行程の４サイクルに、冷却吸気行程、冷却排気行程からなる２サイクルを加えて、動作サイクルを６サイクルとしたエンジンがある。
特開平４−３２５７２３号公報特開平６−２５５８号公報特許第２９１８４０３号公報 Also, in an engine that uses hydrogen as fuel and intakes a premixed gas, when the load increases, the temperature in the combustion chamber rises and pre-ignition tends to occur, and backfire that backfires to the intake pipe side during the intake stroke is performed. There is a problem to cause. Therefore, an engine using hydrogen as a fuel includes an engine in which two cycles including a cooling intake stroke and a cooling exhaust stroke are added to four cycles of intake, compression, combustion, and exhaust stroke, and the operation cycle is six.
JP-A-4-325723 JP-A-6-2558 Japanese Patent No. 2918403

さらに、水素を燃料とする６サイクルエンジンには、動作サイクルを６サイクルとしながら、吸気管側に水素が残らないように、水素を筒内に直接噴射することでバックファイヤを防止するものがある。
特開２０００−１７０５５９号公報特開２００１−３３６４３５号公報 Furthermore, in a 6-cycle engine using hydrogen as a fuel, there is an engine that prevents backfire by directly injecting hydrogen into a cylinder so that hydrogen does not remain on the intake pipe side while the operation cycle is 6 cycles. .
JP 2000-170559 A JP 2001-336435 A

ところで、従来の水素を燃料とするエンジンにおいては、バックファイヤを発生させないようなものとして、前記特許文献５及び６のように水素を筒内に直接噴射する６サイクルエンジン以外に、ロータリーエンジンがある。
これは、ロータリーエンジンの吸気行程を行う部屋と、燃焼を行う部屋とが、別々になっている構造を利用したものであるが、ロータリーエンジンそのものが特殊なエンジンであるため、レシプロ式のエンジンに適用することができない問題がある。また、水素を筒内に直接噴射するエンジンでは、筒内において均一な混合気を得ることができない問題がある。 By the way, in a conventional engine using hydrogen as a fuel, there is a rotary engine other than a six-cycle engine in which hydrogen is directly injected into a cylinder as described in Patent Documents 5 and 6 so as not to generate backfire. .
This is because the rotary engine intake chamber and the combustion chamber are separate structures, but the rotary engine itself is a special engine, so it is a reciprocating engine. There are problems that cannot be applied. Further, in an engine that directly injects hydrogen into a cylinder, there is a problem that a uniform air-fuel mixture cannot be obtained in the cylinder.

さらに、燃料を水素とするエンジンの燃焼成生物は、水と、空気中の酸素と窒素が反応してできるＮＯｘ、および潤滑油が燃焼した結果の極めて僅かな（ほぼ無視できる）ＣＯ、Ｃ０２、ＨＣなどである。ＮＯｘについては、水素の燃焼状態が良ければ良いほど、高濃度で発生する。基本は、ＮＯｘが発生しないほどの希薄混合気状態で運転を可能にすることが望ましい。
しかしながら、燃料を水素とするエンジンは、全運転域で希薄混合気運転をすることは困難なため、従来は排気系にＮＯｘ吸蔵触媒を増設し、ＮＯｘを吸着している。ＮＯｘ吸蔵触媒が一定レベルのＮＯｘを吸着した場合は、どの運転領域にあろうとも、空燃比を濃混合気化（λ＜１．Ｏ）し、ＮＯｘ吸蔵触媒を還元反応させてＮＯｘを分解する。ＮＯｘから外した酸素は、水素と酸化反応させて水になる。このため、燃料を水素とするエンジンにおいては、ＮＯｘ吸蔵触媒の増設を必要とし、また、ＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘを開放する運転を必要とする問題があった。 Furthermore, combustion products of engines that use hydrogen as fuel include NOx produced by the reaction of water, oxygen and nitrogen in the air, and very little (almost negligible) CO, C02, as a result of combustion of the lubricating oil. HC and the like. NOx is generated at a higher concentration as the combustion state of hydrogen is better. Basically, it is desirable to enable operation in a lean air-fuel mixture state in which NOx is not generated.
However, since it is difficult for an engine using hydrogen as a fuel to operate in a lean mixture in the entire operation region, a NOx storage catalyst is conventionally added to the exhaust system to adsorb NOx. When the NOx storage catalyst adsorbs a certain level of NOx, the air-fuel ratio is concentrated and vaporized (λ <1.0) regardless of the operation region, and the NOx storage catalyst is reduced to decompose NOx. Oxygen removed from NOx is oxidized with hydrogen to become water. For this reason, in an engine using hydrogen as a fuel, there is a problem that an additional NOx storage catalyst is required and an operation for releasing NOx from the NOx storage catalyst is required.

この発明は、６サイクルエンジンにおいて、吸気行程中の着火によるバックファイヤを防止し、均一な混合気を生成することを目的とする。 An object of the present invention is to prevent backfire due to ignition during an intake stroke in a 6-cycle engine and to generate a uniform air-fuel mixture.

この発明は、エンジンの動作サイクルが、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程、冷却吸気行程、冷却排気行程からなる６サイクルエンジンにおいて、エンジン負荷量に応じて、水素を前記吸気行程で吸気弁より上流側へ噴射するように燃料噴射手段を制御する噴射制御手段と、前記燃料噴射手段により噴射された水素と吸入空気とが、予混合された状態で燃焼室に吸入されるように前記吸気弁の開度を制御する吸気弁制御手段とを備えていることを特徴とする。 According to the present invention, in a six-cycle engine in which an engine operation cycle includes an intake stroke, a compression stroke, a combustion stroke, an exhaust stroke, a cooling intake stroke, and a cooling exhaust stroke, hydrogen is taken into the intake stroke according to the engine load. Injection control means for controlling the fuel injection means so as to inject upstream from the valve; and the hydrogen and intake air injected by the fuel injection means are sucked into the combustion chamber in a premixed state. Intake valve control means for controlling the opening of the intake valve is provided.

この発明の６サイクルエンジンは、冷却吸気行程、冷却排気行程によって燃焼室内の温度が下がるので、吸気行程中に燃料の水素に着火することがなくり、バックファイヤを防止することができる。また、この発明の６サイクルエンジンは、吸気弁の上流側で水素と空気を混合しているので、均一な混合気が生成できる。 In the 6-cycle engine of the present invention, the temperature in the combustion chamber is lowered by the cooling intake stroke and the cooling exhaust stroke, so that the fuel hydrogen is not ignited during the intake stroke, and backfire can be prevented. Further, in the 6-cycle engine of the present invention, since hydrogen and air are mixed on the upstream side of the intake valve, a uniform air-fuel mixture can be generated.

以下図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１〜４は、この発明の実施例を示すものである。図１は６サイクルエンジンのシステム構成図、図２はバルブタイミング及び噴射タイミングを示す図、図３はエンジン負荷及びエンジン回転数により設定した負荷量域の空気過剰率を示す図、図４はバルブタイミングの変形例を示す図である。
図１において、１は６サイクルエンジン、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５はコネクティングロッド、６はクランク軸、７は燃焼室である。６サイクルエンジン１は、シリンダヘッド３に燃焼室７に連通する吸気ポート８と排気ポート９とを設け、吸気ポート８と排気ポート９とを夫々開閉する吸気弁１０と排気弁１１とを設けている。シリンダヘッド３には、吸気管１２を接続して吸気ポート８に吸気通路１３を連通し、排気管１４を接続して排気ポート９に排気通路１５を連通している。
６サイクルエンジン１は、シリンダヘッド３に、クランク軸６に同期して回転する吸気カム軸１６と排気カム軸１７とを軸支している。吸気カム軸１６は、吸気カム１８により吸気弁１０を開閉駆動する。排気カム軸１７は、排気カム１９により排気弁１１を開閉駆動する。吸気カム軸１６は、吸気弁可変動弁機構２０を備えている。吸気弁可変動弁機構２０は、クランク軸６に対する吸気カム軸１６の位相を変化させて、吸気弁１０の開閉時期を変更する。排気カム軸１７は、排気弁可変動弁機構２１を備えている。排気弁可変動弁機構２１は、クランク軸６に対する排気カム軸１７の位相を変化させて、排気弁１１の開閉時期を変更する
この６サイクルエンジン１は、シリンダヘッド３に燃料噴射手段であるインジェクタ２２を設けている。インジェクタ２２は、燃料である水素を吸気弁１０より上流側の吸気ポート８へ噴射する。燃料の水素は、燃料タンクに高圧状態で貯蔵し、レギュレータ（調圧弁）で所定圧力により調整してインジェクタ２２から噴射する。６サイクルエンジン１は、シリンダヘッド３に点火手段である点火プラグ２３を取り付けている。点火プラグ２３は、イグニションコイル２４により飛び火し、燃焼室７の混合気に点火する。
また、６サイクルエンジン１は、排気ガスを再循環する排気ガス再循環手段として、排気通路１５に上端側端を開口し、下端側端を吸気通路１３に開口する排気ガス再循環通路２５を設け、この排気ガス再循環通路２５の途中に排気ガスの再循環量（ＥＧＲ量）を制御する排気ガス再循環制御弁（ＥＧＲ量制御弁）２６を設けている。さらに、６サイクルエンジン１は、過給手段として過給機２７を備えている。過給機２７は、排気ガスにより駆動して吸気を圧送する。
この６サイクルエンジン１は、エンジンの動作サイクルが、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程、冷却吸気行程、冷却排気行程からなり、吸気行程において水素と吸入空気との混合気を燃焼室７に吸気し、圧縮行程において混合気を圧縮し、圧縮行程終期に点火プラグ２３により着火した混合気を燃焼行程において燃焼し、排気行程において排気ガスを排出し、冷却吸気行程において吸入空気を燃焼室７に吸気して冷却し、冷却排気行程において燃焼室７を冷却した排気ガスを排出する。 1 to 4 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a system configuration diagram of a six-cycle engine, FIG. 2 is a diagram showing valve timing and injection timing, FIG. 3 is a diagram showing an excess air ratio in a load amount range set by engine load and engine speed, and FIG. It is a figure which shows the modification of timing.
In FIG. 1, 1 is a 6-cycle engine, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a connecting rod, 6 is a crankshaft, and 7 is a combustion chamber. The 6-cycle engine 1 is provided with an intake port 8 and an exhaust port 9 that communicate with the combustion chamber 7 in the cylinder head 3, and an intake valve 10 and an exhaust valve 11 that open and close the intake port 8 and the exhaust port 9, respectively. Yes. An intake pipe 12 is connected to the cylinder head 3 to connect an intake passage 13 to the intake port 8, and an exhaust pipe 14 is connected to connect the exhaust passage 15 to the exhaust port 9.
In the six-cycle engine 1, an intake cam shaft 16 and an exhaust cam shaft 17 that rotate in synchronization with the crankshaft 6 are pivotally supported on the cylinder head 3. The intake camshaft 16 drives the intake valve 10 to open and close by the intake cam 18. The exhaust cam shaft 17 drives the exhaust valve 11 to open and close by the exhaust cam 19. The intake camshaft 16 includes an intake valve variable valve mechanism 20. The intake valve variable valve mechanism 20 changes the opening / closing timing of the intake valve 10 by changing the phase of the intake camshaft 16 with respect to the crankshaft 6. The exhaust camshaft 17 includes an exhaust valve variable valve mechanism 21. The exhaust valve variable valve mechanism 21 changes the opening / closing timing of the exhaust valve 11 by changing the phase of the exhaust camshaft 17 with respect to the crankshaft 6. The six-cycle engine 1 is an injector serving as fuel injection means in the cylinder head 3. 22 is provided. The injector 22 injects fuel, which is hydrogen, into the intake port 8 upstream of the intake valve 10. The hydrogen of the fuel is stored in a fuel tank in a high pressure state, and is adjusted by a regulator (pressure regulating valve) with a predetermined pressure and injected from the injector 22. In the six-cycle engine 1, a spark plug 23 as an ignition means is attached to the cylinder head 3. The spark plug 23 ignites by the ignition coil 24 and ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber 7.
Further, the 6-cycle engine 1 is provided with an exhaust gas recirculation passage 25 having an upper end side end opened in the exhaust passage 15 and a lower end end opened in the intake passage 13 as exhaust gas recirculation means for recirculating exhaust gas. An exhaust gas recirculation control valve (EGR amount control valve) 26 for controlling the exhaust gas recirculation amount (EGR amount) is provided in the middle of the exhaust gas recirculation passage 25. Furthermore, the 6-cycle engine 1 includes a supercharger 27 as supercharging means. The supercharger 27 is driven by exhaust gas and pumps intake air.
In the six-cycle engine 1, the engine operation cycle includes an intake stroke, a compression stroke, a combustion stroke, an exhaust stroke, a cooling intake stroke, and a cooling exhaust stroke. In the intake stroke, a mixture of hydrogen and intake air is supplied to the combustion chamber 7. In the compression stroke, the air-fuel mixture is compressed in the compression stroke. The air-fuel mixture ignited by the spark plug 23 at the end of the compression stroke is burned in the combustion stroke. The exhaust gas is discharged in the exhaust stroke. 7 is sucked and cooled, and exhaust gas that has cooled the combustion chamber 7 in the cooling exhaust stroke is discharged.

この６サイクルエンジン１は、制御装置２８によって運転状態を制御される。制御装置２８には、前記吸気弁可変動弁機構２０と排気弁可変動弁機構２１とインジェクタ２２とイグニションコイル２４と排気ガス再循環制御弁２６とを接続し、また、エンジン負荷量を算出するためのエンジン運転状態を示す情報（例えば、吸気圧、吸気流量、吸気温度、エンジン回転速度、アクセル開度等）を入力する運転状態情報入力手段２９を接続している。制御装置２８は、噴射制御手段３０と吸気弁制御手段３１と排気弁制御手段３２と排気ガス再循環制御手段３３とを備えている。
前記噴射制御手段３０は、エンジン負荷量に応じて、水素を吸気行程で吸気弁１０より上流側の吸気ポート８へ噴射するように燃料噴射手段であるインジェクタ２２を制御し、また、希薄燃焼にて、少なくとも一部の負荷領域が運転されるようにインジェクタ２２を制御する。前記吸気弁制御手段３１は、インジェクタ２２により噴射された水素と吸入空気とが、予混合された状態で燃焼室７に吸入されるように吸気弁１０の開度を吸気弁可変動弁機構２０により制御する。前記排気弁制御手段３２は、排気行程における排気弁１１の閉止時期を早くするように排気弁１１の開度を排気弁可変動弁機構２１により制御する。排気ガス再循環制御手段３３は、排気行程時、及び冷却排気行程時に排気通路１５に排出される排気ガスを吸気通路１３に再循環するように排気ガス再循環手段の排気ガス再循環制御弁２６を制御する。 The operation state of the six-cycle engine 1 is controlled by the control device 28. The control device 28 is connected to the intake valve variable valve mechanism 20, the exhaust valve variable valve mechanism 21, the injector 22, the ignition coil 24, and the exhaust gas recirculation control valve 26, and calculates the engine load. The operation state information input means 29 for inputting information (for example, intake pressure, intake flow rate, intake air temperature, engine speed, accelerator opening, etc.) indicating the engine operation state is connected. The control device 28 includes an injection control means 30, an intake valve control means 31, an exhaust valve control means 32, and an exhaust gas recirculation control means 33.
The injection control means 30 controls the injector 22 which is a fuel injection means so as to inject hydrogen into the intake port 8 upstream of the intake valve 10 in the intake stroke according to the engine load amount. Thus, the injector 22 is controlled so that at least a part of the load region is operated. The intake valve control means 31 adjusts the opening of the intake valve 10 so that the hydrogen injected by the injector 22 and the intake air are sucked into the combustion chamber 7 in a premixed state. Control by. The exhaust valve control means 32 controls the opening degree of the exhaust valve 11 by the exhaust valve variable valve mechanism 21 so that the closing timing of the exhaust valve 11 in the exhaust stroke is advanced. The exhaust gas recirculation control means 33 is configured to recirculate the exhaust gas discharged to the exhaust passage 15 during the exhaust stroke and during the cooling exhaust stroke to the intake passage 13. To control.

次に作用を説明する。
６サイクルエンジン１は、図２に示すように、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程、冷却吸気行程、冷却排気行程の動作サイクルを有し、制御装置２８の吸気弁制御手段３１及び排気弁制御手段３２によりエンジン負荷量に応じて、吸気弁１０及び排気弁１１の開度を制御し、噴射制御手段３０によりエンジン負荷量に応じて、増減した水素を吸気行程で吸気弁１０より上流側の吸気ポート８へ噴射するようにインジェクタ２２を制御する。
水素は、吸気弁１０より上流側の吸気ポート８へ噴射されて空気と混合され、予混合気となって燃焼室７に流入する。このとき、吸気弁制御手段３１は、インジェクタ２２により噴射された水素と吸入空気とが、予混合された状態で燃焼室７に吸入されるように吸気弁１０の開度を制御する。噴射制御手段３０による水素の噴射タイミングは、水素を吹き抜けさせず、かつ吸気管１２内に残さないように、吸気行程開始直後から吸気弁１０の閉止直前までである。
これにより、この６サイクルエンジン１は、冷却吸気行程、冷却排気行程によって燃焼室７内の温度が下がるので、吸気行程中に燃料の水素に着火することがなくり、バックファイヤを防止することができる。また、この６サイクルエンジン１は、吸気弁１０の上流側で水素と空気を予め混合しているので、均一な混合気が生成できる。さらに、この６サイクルエンジン１は、インジェクタ２２を吸気ポート８に露出する予混合を前提にすれば、バックファイヤ防止のために、水素供給用のインジェクタ２２を燃焼室７に露出させる必要がないので、従来の圧縮天然ガス（ＣＮＧ）エンジンに利用されているノズル先端にゴムや樹脂などを用いたシール部を持つガス用インジェクタを、そのまま流用することが可能となる。
なお、噴射される水素の流量調整は、下記の方法がある。
１．水素供給圧力一定のもと、インジェクタ２２をデューティ制御する。
２．インジェクタ２２直前のレギュレータ（調圧弁）を電子制御にて圧力調整する。
３．上記、１および２の組合せで圧力、時間を調整する。
水素は、高圧圧縮されて燃料タンクに蓄えられ、第１のレギュレータで所定の圧力まで減圧され、その後、第２のレギュレータ（必要に応じて第３のレギュレータ）でインジェクタ２２ヘの供給圧力まで減圧される。このとき、インジェクタ２２直前のレギュレータを電子制御可変式とすることで、２．の方法とすることができる。 Next, the operation will be described.
As shown in FIG. 2, the 6-cycle engine 1 has operation cycles of an intake stroke, a compression stroke, a combustion stroke, an exhaust stroke, a cooling intake stroke, and a cooling exhaust stroke. The valve control means 32 controls the opening degree of the intake valve 10 and the exhaust valve 11 according to the engine load amount, and the injection control means 30 increases or decreases the hydrogen according to the engine load amount upstream of the intake valve 10 in the intake stroke. The injector 22 is controlled to inject into the intake port 8 on the side.
Hydrogen is injected into the intake port 8 upstream of the intake valve 10, mixed with air, and flows into the combustion chamber 7 as a premixed gas. At this time, the intake valve control means 31 controls the opening degree of the intake valve 10 so that the hydrogen injected by the injector 22 and the intake air are sucked into the combustion chamber 7 in a premixed state. The injection timing of hydrogen by the injection control means 30 is from immediately after the start of the intake stroke to immediately before the intake valve 10 is closed so that hydrogen is not blown through and not left in the intake pipe 12.
As a result, the temperature in the combustion chamber 7 of the six-cycle engine 1 is lowered by the cooling intake stroke and the cooling exhaust stroke, so that fuel hydrogen is not ignited during the intake stroke, and backfire is prevented. it can. In addition, since the 6-cycle engine 1 preliminarily mixes hydrogen and air on the upstream side of the intake valve 10, a uniform air-fuel mixture can be generated. Further, in this 6-cycle engine 1, it is not necessary to expose the injector 22 for supplying hydrogen to the combustion chamber 7 in order to prevent backfire if the premixing that exposes the injector 22 to the intake port 8 is assumed. In addition, a gas injector having a seal portion using rubber or resin at the tip of a nozzle used in a conventional compressed natural gas (CNG) engine can be used as it is.
The flow rate of injected hydrogen is adjusted by the following method.
1. The injector 22 is duty controlled under a constant hydrogen supply pressure.
2. The regulator (pressure regulating valve) immediately before the injector 22 is pressure-controlled by electronic control.
3. The pressure and time are adjusted by the combination of 1 and 2 above.
The hydrogen is compressed in high pressure and stored in the fuel tank, and the pressure is reduced to a predetermined pressure by the first regulator. Thereafter, the pressure is reduced to the supply pressure to the injector 22 by the second regulator (a third regulator if necessary). Is done. At this time, the regulator just before the injector 22 is made an electronically controlled variable type. The method can be

この６サイクルエンジン１は、エンジン負荷量に応じて、水素を噴射するインジェクタ２２を備え、噴射制御手段３０によって、希薄燃焼にて、少なくとも一部の負荷領域が運転されるようにインジェクタ２２を制御する。噴射制御手段３０には、図３に示すように、空気過剰率（λ）＝１．０（理論混合比）とすると、低負荷領域ではλ＝２．５〜３．０以上の超希薄混合気運転、中負荷領域ではλ＝１．５〜２．０程度の薄混合気運転、高負荷領域ではλ＝１．０または０．７程度までの濃混合気運転とする。
これにより、この６サイクルエンジン１は、有害排出成分であるＮＯｘを限りなく減少させることが可能である。特に、この６サイクルエンジン１は、燃料が水素なので、燃焼生成物は基本的に水とＮＯｘのみとなり、予混合で均一な混合気が得られ、かつ可燃範囲の広い（４〜７５％）水素で超希薄混合気運転をすることで、「触媒なし」の運転が可能となる。また、この６サイクルエンジン１は、ディーゼルエンジンのスロットルレスに近い運転ができ、効率が上がる。 The six-cycle engine 1 includes an injector 22 that injects hydrogen in accordance with the engine load, and the injector 22 is controlled by the injection control means 30 so that at least a part of the load region is operated by lean combustion. To do. As shown in FIG. 3, when the excess air ratio (λ) = 1.0 (theoretical mixing ratio), the injection control means 30 has an ultra-lean mixing of λ = 2.5 to 3.0 or more in the low load region. In the air operation and the medium load region, a thin mixture operation with λ = 1.5 to 2.0 is performed, and in the high load region, the mixture operation is performed with λ = 1.0 or approximately 0.7.
As a result, the six-cycle engine 1 can reduce NOx, which is a harmful emission component, as much as possible. Particularly, in this 6-cycle engine 1, since the fuel is hydrogen, the combustion products are basically only water and NOx, and a uniform mixture can be obtained by premixing, and hydrogen having a wide flammable range (4-75%). In this case, the operation without a catalyst becomes possible by operating the ultra lean mixture. Further, the 6-cycle engine 1 can be operated close to the throttleless of a diesel engine, and the efficiency is improved.

この６サイクルエンジン１は、排気ガスにより駆動する過給機２７を備え、吸入空気を過給している。自然吸気の場合、体積比での理論空燃比が小さく、そのままの比率でいけばリーン化の余裕が小さい。水素は、理論空燃比（質量比）こそ大きいが（水素の質量比：約３４．３、ガソリンの質量比：約１４．７）、ガスの容積で考えると、自然吸気では吸気系内で占有容積が増大し、結果として水素が空気を押し退けるので、充分な希薄化ができなくなる。そこで、この６サイクルエンジン１は、過給機２７で吸入空気を過給することにより、燃焼室７に流入する吸気の空気量を増やしてリーン可能範囲を広げることが可能となる。過給運転は、基本的に過給可能であれはすべての運転領域で行う。
これにより、この６サイクルエンジン１は、過給機２７により空気量を増加させることができるので、リーン度合いを大きくした状態での運転、あるいはリーン状態での運転領域を拡大させることが可能である。 The six-cycle engine 1 includes a supercharger 27 that is driven by exhaust gas, and supercharges intake air. In the case of natural intake, the theoretical air-fuel ratio in the volume ratio is small, and if it is as it is, the margin for leaning is small. Hydrogen has a large theoretical air-fuel ratio (mass ratio) (hydrogen mass ratio: about 34.3, gasoline mass ratio: about 14.7), but considering the gas volume, natural intake occupies the intake system. The volume increases and as a result hydrogen pushes air away, so that it cannot be fully diluted. In view of this, in the six-cycle engine 1, the intake air is supercharged by the supercharger 27, thereby increasing the amount of intake air flowing into the combustion chamber 7 and expanding the leanable range. Supercharging operation is basically performed in all operating areas if supercharging is possible.
As a result, the six-cycle engine 1 can increase the amount of air by means of the supercharger 27, so that it is possible to increase the range of operation in a lean state or in a lean state. .

また、６サイクルエンジン１は、排気通路１５と吸気通路１３とを連通する排気ガス再循環通路２５の途中に排気ガス再循環制御弁２６を設け、排気ガス再循環制御手段３３によって、排気行程時、及び冷却排気行程時に排気通路１５に排出される排気ガスを吸気通路１３に再循環するように排気ガス再循環制御弁２６を制御している。
排気ガス再循環制御弁２６によって再循環される水素燃料による排気ガスには、水蒸気が大量に含まれているため、燃焼室７に還流される排気ガスが多量の「水」を含み、特に、６サイクルによる冷却排気行程になると冷たい排気も出てくるので、これにより、前工程で排気された水蒸気が結露して微細な水滴となり循環されることから、再循環による冷却効果を顕著に増幅することができる。
これにより、この６サイクルエンジン１は、多量の水分を含んだ排気ガスを還流するため、燃焼室７の温度を低減することが可能である。このため、この６サイクルエンジン１は、ＮＯｘの排出量低減に貢献できる。 Further, the 6-cycle engine 1 is provided with an exhaust gas recirculation control valve 26 in the middle of the exhaust gas recirculation passage 25 that communicates the exhaust passage 15 and the intake passage 13, and the exhaust gas recirculation control means 33 is used during the exhaust stroke. The exhaust gas recirculation control valve 26 is controlled so that the exhaust gas discharged to the exhaust passage 15 during the cooling exhaust stroke is recirculated to the intake passage 13.
Since the exhaust gas from hydrogen fuel recirculated by the exhaust gas recirculation control valve 26 contains a large amount of water vapor, the exhaust gas recirculated to the combustion chamber 7 contains a large amount of “water”. In the 6-cycle cooling exhaust stroke, cold exhaust also comes out, so that the water vapor exhausted in the previous process is condensed and circulated as fine water droplets, so that the cooling effect by recirculation is significantly amplified. be able to.
Thereby, since this 6-cycle engine 1 recirculates the exhaust gas containing a large amount of moisture, the temperature of the combustion chamber 7 can be reduced. For this reason, this 6-cycle engine 1 can contribute to the reduction of NOx emissions.

なお、この実施例の６サイクルエンジン１は、排気ガス再循環制御手段３３によって、排気行程時、及び冷却排気行程時に排気通路１５に排出される排気ガスを吸気通路１３に再循環するように排気ガス再循環制御弁２６を制御しているが、図４に破線で示すように、排気弁制御手段３２によって、排気行程における排気弁１１の閉止時期を早くするように排気弁１１の開度を排気弁可変動弁機構２１により制御することもできる。
これにより、この６サイクルエンジン１は、排気行程において充分に排気が行われないため、次行程の冷却吸気行程において、燃焼室７に残存した排気中に含まれる燃焼で生成されたＨ２Ｏが結露して微細な水滴状態となり、燃焼室７の壁面を冷却することが可能になる。このため、この６サイクルエンジン１は、さらに燃焼室７の温度を下げることができ、吸気行程中に燃料の水素に着火することがなくり、バックファイヤを防止することができる。
また、この実施例においては、吸気弁１０及び排気弁１１を吸気カム軸１６及び排気カム軸１７により駆動したが、吸気弁１０及び排気弁１１を電磁石駆動式とすることで、より効果的な開閉時期の制御を行うことができる。さらに、この実施例においては、排気ガスにより駆動される過給機２７を設けたが、エンジンの出力トルクにより駆動する過給機とすることもできる。 The six-cycle engine 1 of this embodiment is exhausted by the exhaust gas recirculation control means 33 so that the exhaust gas discharged to the exhaust passage 15 during the exhaust stroke and the cooling exhaust stroke is recirculated to the intake passage 13. Although the gas recirculation control valve 26 is controlled, as shown by a broken line in FIG. 4, the exhaust valve control means 32 controls the opening degree of the exhaust valve 11 so as to advance the closing timing of the exhaust valve 11 in the exhaust stroke. The exhaust valve variable valve mechanism 21 can also be controlled.
As a result, the 6-cycle engine 1 is not exhausted sufficiently in the exhaust stroke, and therefore, H2O generated by the combustion contained in the exhaust gas remaining in the combustion chamber 7 is condensed in the cooling intake stroke of the next stroke. As a result, it becomes possible to cool the wall surface of the combustion chamber 7. For this reason, this 6-cycle engine 1 can further lower the temperature of the combustion chamber 7, and does not ignite hydrogen of the fuel during the intake stroke, thereby preventing backfire.
In this embodiment, the intake valve 10 and the exhaust valve 11 are driven by the intake camshaft 16 and the exhaust camshaft 17. However, the intake valve 10 and the exhaust valve 11 are more effectively driven by an electromagnetic drive type. The opening / closing timing can be controlled. Further, in this embodiment, the supercharger 27 driven by the exhaust gas is provided, but a supercharger driven by the output torque of the engine may be used.

この発明の６サイクルエンジンは、吸気行程中の着火によるバックファイヤを防止し、均一な混合気を生成するものであり、燃料として水素を用いる各種のエンジンに適用することができる。 The six-cycle engine of the present invention prevents backfire due to ignition during the intake stroke and generates a uniform air-fuel mixture, and can be applied to various engines that use hydrogen as a fuel.

この発明の実施例を示す６サイクルエンジンのシステム構成図である。1 is a system configuration diagram of a 6-cycle engine showing an embodiment of the present invention. バルブタイミング及び噴射タイミングを示す図である。It is a figure which shows valve timing and injection timing. エンジン負荷及びエンジン回転数により設定した負荷量域の空気過剰率を示す図である。It is a figure which shows the excess air ratio of the load amount range set with the engine load and the engine speed. バルブタイミングの変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of valve timing.

Explanation of symbols

１６サイクルエンジン
６クランク軸
７燃焼室
８吸気ポート
９排気ポート
１０吸気弁
１１排気弁
１６吸気カム軸
１７排気カム軸
２０吸気弁可変動弁機構
２１排気弁可変動弁機構
２２インジェクタ
２５排気ガス対循環通路
２６排気ガス再循環制御弁
２７過給機
２８制御装置
２９運転状態情報入力手段
３０噴射制御手段
３１吸気弁制御手段
３２排気弁制御手段
３３排気ガス再循環制御手段 1 6-cycle engine 6 Crankshaft 7 Combustion chamber 8 Intake port 9 Exhaust port 10 Intake valve 11 Exhaust valve 16 Intake camshaft 17 Exhaust camshaft 20 Intake valve variable valve mechanism 21 Exhaust valve variable valve mechanism 22 Injector 25 Exhaust gas pair Circulation passage 26 Exhaust gas recirculation control valve 27 Supercharger 28 Control device 29 Operating state information input means 30 Injection control means 31 Intake valve control means 32 Exhaust valve control means 33 Exhaust gas recirculation control means

Claims

In a 6-cycle engine in which the engine operation cycle is composed of an intake stroke, a compression stroke, a combustion stroke, an exhaust stroke, a cooling intake stroke, and a cooling exhaust stroke,
Injection control means for controlling the fuel injection means to inject hydrogen into the upstream side of the intake valve in the intake stroke in accordance with the engine load amount;
Intake valve control means for controlling the opening degree of the intake valve so that hydrogen and intake air injected by the fuel injection means are sucked into the combustion chamber in a premixed state. 6-cycle engine.

The 6-cycle engine includes the fuel injection means for injecting hydrogen in accordance with an engine load.
The six-cycle engine according to claim 1, wherein the injection control means controls the fuel injection means so that at least a part of a load region is operated by lean combustion.

The 6-cycle engine includes exhaust gas recirculation means for recirculating exhaust gas,
The exhaust gas recirculation control means for controlling the exhaust gas recirculation means so as to recirculate the exhaust gas discharged during the exhaust stroke and during the cooling exhaust stroke. The six-cycle engine according to claim 2.

The six-cycle engine according to any one of claims 1 and 2, wherein the six-cycle engine includes a supercharger that is driven by the exhaust gas or an output torque of the engine.

The said 6 cycle engine is provided with the exhaust valve control means which controls the opening degree of the said exhaust valve so that the closing timing of the exhaust valve in the said exhaust stroke may be advanced. The six-cycle engine according to any one of the above.