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JP2009041474A - Internal combustion engine, internal combustion engine system, and control method for internal combustion engine - Google Patents

Internal combustion engine, internal combustion engine system, and control method for internal combustion engine Download PDF

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JP2009041474A
JP2009041474A JP2007208148A JP2007208148A JP2009041474A JP 2009041474 A JP2009041474 A JP 2009041474A JP 2007208148 A JP2007208148 A JP 2007208148A JP 2007208148 A JP2007208148 A JP 2007208148A JP 2009041474 A JP2009041474 A JP 2009041474A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
injection
internal combustion
combustion engine
fuel oil
top dead
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007208148A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiko Suzuki
和彦 鈴木
Hiroshi Uchikawa
啓 内川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Idemitsu Kosan Co Ltd
Original Assignee
Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Idemitsu Kosan Co Ltd filed Critical Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority to JP2007208148A priority Critical patent/JP2009041474A/en
Publication of JP2009041474A publication Critical patent/JP2009041474A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

【課題】灯油を燃料油として排ガス性状の悪化を防止しつつ燃費向上および騒音低減を改善できるディーゼルエンジンを提供する。
【解決手段】燃料油の全噴射量に占めるパイロット噴射量比を5%以上25%以下、好ましくは5%以上20%以下とする。燃料油の噴射時期を噴霧燃料油の中心線がシリンダー筒内壁に接しない時点から上死点前20°まで、好ましくは上死点前40°から上死点前25°までとする。シリンダー筒内の熱発生率から得られた燃料油の5%が燃焼する時点を、クランク角で上死点前5°から上死点後5°までとする。
【選択図】図1
Disclosed is a diesel engine that can improve fuel consumption and noise while preventing deterioration of exhaust gas properties using kerosene as fuel oil.
The ratio of the pilot injection amount to the total injection amount of fuel oil is 5% to 25%, preferably 5% to 20%. The fuel oil injection timing is from the time when the center line of the sprayed fuel oil does not contact the cylinder cylinder inner wall to 20 ° before top dead center, preferably from 40 ° before top dead center to 25 ° before top dead center. The time at which 5% of the fuel oil obtained from the heat generation rate in the cylinder burns is defined as the crank angle from 5 ° before top dead center to 5 ° after top dead center.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、灯油を燃料油として用いる内燃機関、内燃機関システムおよび内燃機関の制御方法に関する。   The present invention relates to an internal combustion engine that uses kerosene as fuel oil, an internal combustion engine system, and a control method for the internal combustion engine.

灯油ヒートポンプは、住宅地域に設置されるので燃料消費率(燃費)向上や騒音低減を図る必要がある。
しかしながら、現状の灯油ヒートポンプは燃料油の一段噴射が行われているために、灯油中の軽質分の急激な燃焼により圧力上昇の増加、引いては騒音の増加になる。
この燃焼を改善し、圧力上昇を抑制して騒音の抑制を図る必要がある。
Since kerosene heat pumps are installed in residential areas, it is necessary to improve fuel consumption (fuel consumption) and reduce noise.
However, since the current kerosene heat pump performs a single-stage injection of fuel oil, the rapid increase in pressure due to the rapid combustion of light components in kerosene, which in turn increases noise.
It is necessary to improve this combustion and suppress noise by suppressing pressure rise.

一方、ディーゼルエンジンは、燃焼効率が良く、自動車、船舶、建設機械、発電機などに搭載され、広く社会に普及している。
しかしながら、ディーゼルエンジンの排出ガス中には、窒素酸化物(NOx)、粒子状物質(Particulate Matter:PM)、全炭化水素(Total Hydro Carbon:THC)などの環境汚染物質が多く含まれている。
そこで、環境汚染物質の低減を目的として、各種対策が講じられている(例えば、特許文献1ないし特許文献3参照)。
Diesel engines, on the other hand, have good combustion efficiency and are installed in automobiles, ships, construction machinery, generators, etc., and are widely used in society.
However, exhaust gas from diesel engines contains many environmental pollutants such as nitrogen oxides (NO x ), particulate matter (Particulate Matter: PM), and total hydrocarbons (Total Hydro Carbon: THC). .
Therefore, various measures have been taken for the purpose of reducing environmental pollutants (for example, see Patent Document 1 to Patent Document 3).

特許文献1に記載のものは、特にセタン価もしくはセタン指数が45以下で、特に90容量%留出温度が270℃〜360℃のディーゼルエンジン用燃料油を用いて、多段噴射機構付ディーゼルエンジンのパイロット噴射量比を30%以下にすると、燃費や排ガスが浄化されることが示されている。
しかしながら、この特許文献1では灯油などの軽質燃料油に対応した最適な運転方法が示されていない。
The one described in Patent Document 1 is a diesel engine with a multi-stage injection mechanism, particularly using a diesel engine fuel oil having a cetane number or cetane index of 45 or less and a 90 vol% distillation temperature of 270 ° C to 360 ° C. It is shown that when the pilot injection amount ratio is 30% or less, fuel consumption and exhaust gas are purified.
However, Patent Document 1 does not show an optimum operation method corresponding to light fuel oil such as kerosene.

特許文献2に記載のものは、燃焼室の中央に円柱状もしくは円錐上の突起がある燃焼室を設けて主燃料油を噴霧させずに突起先端に当てて、環状溝に燃料油を拡散させることを目的としている。このパイロット噴射の目的は、燃焼室の突起物に燃料油を噴霧させ、液分散による主噴射の着火遅れにより低騒音・低NOxを実現することとしている。
しかしながら、この特許文献2では実施例が記載されていないので不明であるが、通常は燃料油が燃焼壁に接すると燃焼温度が低下し燃焼不良が生じると言われている。
Patent Document 2 discloses that a combustion chamber having a cylindrical or conical protrusion is provided in the center of the combustion chamber, and the fuel oil is diffused into the annular groove by spraying the main fuel oil without spraying the main fuel oil. The purpose is that. The purpose of this pilot injection, the fuel oil is sprayed on the projections of the combustion chamber, it is set to be realized low noise and low NO x by the ignition delay of the main injection by the liquid dispersion.
However, since the example is not described in Patent Document 2, it is unclear, but it is generally said that when the fuel oil comes into contact with the combustion wall, the combustion temperature is lowered and combustion failure occurs.

特許文献3に記載のものは、パイロット噴射時期を上死点前80°(80°BTDC)から上死点後40°(40°ATDC)が望ましいとしている。従来のパイロット噴射時期が上死点前10°(10°BTDC)から上死点後(10°ATDC)で行われているが、この方法ではメイン噴射の着火が抑制され、急激な筒内圧力上昇が抑えられ、振動騒音が抑制される。しかしながら、この方法ではパイロット噴射による燃焼が生じている時期にメイン噴射を行うので酸素不足によりスモークの増加を招くという欠点がある。そこで、特許文献3では、好ましい噴射条件を提案している。
しかしながら、単一噴射ノズルで、請求範囲の噴射時期範囲で燃料油を噴射するとシリンダー内壁に燃料油が当たり、スカッフィングやラッカリングの原因となる。
また、二つの噴射ノズルを用いて、パイロット噴射とメイン噴射とを区別して行えば可能であるが、機器が複雑となる欠点を有している。
In the device described in Patent Document 3, the pilot injection timing is preferably 80 ° before top dead center (80 ° BTDC) to 40 ° after top dead center (40 ° ATDC). Although the conventional pilot injection timing is performed from 10 ° before top dead center (10 ° BTDC) to after top dead center (10 ° ATDC), this method suppresses ignition of main injection and causes rapid in-cylinder pressure. The rise is suppressed and vibration noise is suppressed. However, this method has a drawback that smoke is increased due to lack of oxygen because main injection is performed at the time when combustion by pilot injection occurs. Therefore, Patent Document 3 proposes a preferable injection condition.
However, when fuel oil is injected with a single injection nozzle in the injection timing range as claimed, the fuel oil hits the inner wall of the cylinder, causing scuffing and lacquering.
In addition, although it is possible to distinguish between pilot injection and main injection using two injection nozzles, there is a disadvantage that the equipment becomes complicated.

特開2005−290041号公報JP 2005-290041 A 特開平10−252476号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-252476 特開2004−176593号公報JP 2004-176593 A

上述したように、従来の特許文献1ないし特許文献3に記載のような方法では、軽質燃料油である灯油を用いる場合、排ガス性状を悪化させずに燃費向上と騒音低減とが十分に改善されていないのが現状である。   As described above, in the conventional methods as described in Patent Documents 1 to 3, when using kerosene which is a light fuel oil, fuel consumption improvement and noise reduction are sufficiently improved without deteriorating exhaust gas properties. The current situation is not.

本発明は、このような状況を考慮して、灯油を燃料油として排ガス性状の悪化を防止して燃費向上および騒音低減が得られる内燃機関、内燃機関システムおよび内燃機関の制御方法を提供することを目的とする。   In view of such circumstances, the present invention provides an internal combustion engine, an internal combustion engine system, and a control method for an internal combustion engine that can improve fuel efficiency and reduce noise by using kerosene as fuel oil to prevent deterioration of exhaust gas properties. With the goal.

本発明に記載の内燃機関は、灯油を燃料油として用いる内燃機関であって、メイン噴射前に多段の燃料油噴射を行う直噴式であり、前記燃料油噴射は、1つの多噴口噴射ノズルを用いて多段噴射をするコモンレール方式を有したことを特徴とする。
この発明では、灯油を燃料油としてメイン噴射前に多段の燃料油噴射を行う直噴式で、燃料油噴射として、コモンレール方式で1つの多噴口噴射ノズルを用いて多段噴射をする。
このことにより、軽質燃料油である灯油を内燃機関の燃料油として用いても、排ガス性状の悪化を防止して燃費向上および騒音低減を図ることができる。
The internal combustion engine according to the present invention is an internal combustion engine that uses kerosene as fuel oil, and is a direct injection type in which multistage fuel oil injection is performed before main injection, and the fuel oil injection includes one multi-injection nozzle. It is characterized by having a common rail system that uses multistage injection.
In the present invention, the direct injection type in which kerosene is used as fuel oil and multistage fuel oil injection is performed before main injection, and multistage injection is performed as fuel oil injection using a single multi-injection nozzle in a common rail system.
As a result, even if kerosene, which is a light fuel oil, is used as a fuel oil for an internal combustion engine, it is possible to prevent deterioration of exhaust gas properties and improve fuel consumption and noise.

そして、本発明では、請求項1に記載の内燃機関であって、前記多噴口噴射ノズルが4つ以上の噴口を有すディーゼルエンジンである構成とすることが好ましい。
この発明では、多噴口噴射ノズルとして、4つ以上、好ましくは6つ以上13個以下の噴口を有するディーゼルエンジンに適用する。
このことにより、ディーゼルエンジンとしての燃焼効率が良く広く社会に普及して製造技術の転用が容易である有益な点を維持して、排ガス性状の悪化を防止しつつ燃費向上および騒音低減の改善が得られる。
ここで、噴口が4つより少なくなると噴口数が少なく均一噴霧が得られにくくなるおそれがある。なお、噴口が13個より多くなると構成の煩雑化によりコストが増大するおそれがある。このため、多噴口噴射ノズルとして、4つ以上、好ましくは6つ以上13個以下の噴口を有するディーゼルエンジンに適用することが好ましい。
And in this invention, it is preferable that it is the internal combustion engine of Claim 1, Comprising: It is set as the structure which is a diesel engine in which the said multi-injection nozzle has four or more injection nozzles.
In the present invention, the present invention is applied to a diesel engine having four or more nozzles, preferably 6 or more and 13 nozzles or less as a multi-hole nozzle.
As a result, the combustion efficiency as a diesel engine is good and widely spread to society, maintaining the beneficial point that the manufacturing technology can be easily transferred, and improving the fuel efficiency and noise reduction while preventing the deterioration of exhaust gas properties. can get.
Here, if the number of nozzle holes is less than four, the number of nozzle holes may be small and it may be difficult to obtain uniform spray. If there are more than 13 nozzles, the cost may increase due to the complexity of the configuration. For this reason, it is preferable to apply to the diesel engine which has 4 or more, preferably 6 or more and 13 or less injection holes as a multi-injection nozzle.

また、本発明では、請求項1または請求項2に記載の内燃機関であって、パイロット噴射機構を備え、前記燃料油の全噴射量に占めるパイロット噴射量比は5%以上25%以下であり、前記燃料油の噴射時期は噴霧される前記燃料油の中心線がシリンダー筒内壁に接しない時点から上死点前20°までに設定された構成とすることが好ましい。
この発明では、パイロット噴射機構における燃料油の全噴射量に占めるパイロット噴射量比を5%以上25%以下、好ましくは5%以上20%以下とし、燃料油の噴射時期を噴霧される燃料油の中心線がシリンダー筒内壁に接しない時点から上死点前20°までとしている。
このことにより、軽質燃料油である灯油を燃料油として用いても、排ガス性状の悪化を防止して燃費向上および騒音低減が得られる。
ここで、燃料油の全噴射量に占めるパイロット噴射量比が5%より少なくなると、パイロット噴射の効果が低減し、メイン一段噴射の効果のみという不都合が生じるおそれがある。一方、パイロット噴射量比が25%より多くなると、高負荷運転時に予混合気の急激な燃焼が生じ、騒音が大きくなるという不都合が生じるおそれがある。このため、パイロット噴射量比を5%以上25%以下、好ましくは5%以上20%以下とする。
また、燃料油の噴射時期が噴霧される燃料油の中心線がシリンダー筒内壁に接しない時点より進角化、すなわち早期化、すなわち燃料油がディーゼルエンジンの燃焼室からはみ出る程に過早噴射を行うと、燃料油がシリンダー筒内壁に当たり、スカッフィングやラッカリングが発生してシリンダーを損傷させるおそれがある。一方、燃料油の噴霧時期が上死点前20°より遅角化、すなわち遅くなると、パイロット噴射による予混合化が十分に行われないおそれがある。このため、燃料油の噴霧時期を、噴霧される燃料油の中心線がシリンダー筒内壁に接しない時点から上死点前20°までとすることが好ましい。
According to the present invention, the internal combustion engine according to claim 1 or 2 is provided with a pilot injection mechanism, and a pilot injection amount ratio in a total injection amount of the fuel oil is 5% or more and 25% or less. The fuel oil injection timing is preferably set from the time when the center line of the fuel oil to be sprayed does not contact the inner wall of the cylinder cylinder to 20 ° before top dead center.
In the present invention, the ratio of the pilot injection amount in the total injection amount of the fuel oil in the pilot injection mechanism is 5% or more and 25% or less, preferably 5% or more and 20% or less. The time from the time when the center line does not contact the inner wall of the cylinder to 20 ° before the top dead center.
As a result, even if kerosene, which is a light fuel oil, is used as the fuel oil, deterioration of exhaust gas properties can be prevented, and fuel efficiency can be improved and noise can be reduced.
Here, when the ratio of the pilot injection amount to the total injection amount of the fuel oil is less than 5%, the effect of the pilot injection is reduced, and there is a possibility that the disadvantage of only the effect of the main one-stage injection may occur. On the other hand, if the pilot injection amount ratio is more than 25%, there is a possibility that the premixed gas suddenly burns during high load operation, resulting in inconvenience that noise increases. For this reason, the pilot injection amount ratio is set to 5% to 25%, preferably 5% to 20%.
In addition, the fuel oil injection timing is advanced from the time when the center line of the fuel oil to be sprayed does not contact the inner wall of the cylinder cylinder, that is, earlier, that is, the fuel oil protrudes from the combustion chamber of the diesel engine. If this is done, the fuel oil may hit the inner wall of the cylinder, causing scuffing and lacquering, which may damage the cylinder. On the other hand, if the spray timing of the fuel oil is retarded, that is, delayed from 20 ° before top dead center, premixing by pilot injection may not be sufficiently performed. For this reason, it is preferable that the spraying timing of the fuel oil is from the time when the center line of the fuel oil to be sprayed does not contact the inner wall of the cylinder to 20 ° before the top dead center.

さらに、本発明では、請求項3に記載の内燃機関であって、前記燃料油の噴射時期は、上死点前40°から上死点前25°までに設定された構成とすることが好ましい。
この発明では、燃料油の噴射時期を、上死点前40°から上死点前25°までとしている。
このことにより、軽質燃料油である灯油を燃料油として用いても、排ガス性状の悪化を防止して燃費向上および騒音低減が得られる。
ここで、燃料油の噴射時期が上死点前40°より進角化、すなわち早期化すると、燃料油がシリンダー筒内壁に当たり、スカッフィングやラッカリングが発生してシリンダーを損傷させるおそれがある。一方、燃料油の噴霧時期が上死点前25°より遅角化すると、パイロット噴射による予混合化が十分に行われないおそれがある。このため、燃料油の噴射時期を、上死点前40°から上死点前25°までとすることが好ましい。
Furthermore, in the present invention, the internal combustion engine according to claim 3, wherein the fuel oil injection timing is preferably set from 40 ° before top dead center to 25 ° before top dead center. .
In the present invention, the fuel oil injection timing is from 40 ° before top dead center to 25 ° before top dead center.
As a result, even if kerosene, which is a light fuel oil, is used as the fuel oil, deterioration of the exhaust gas properties can be prevented, and fuel consumption can be improved and noise can be reduced.
Here, if the fuel oil injection timing is advanced, that is, advanced from 40 ° before top dead center, the fuel oil may hit the inner wall of the cylinder, and scuffing or lacquering may occur, damaging the cylinder. On the other hand, if the spray timing of the fuel oil is retarded from 25 ° before the top dead center, premixing by pilot injection may not be sufficiently performed. For this reason, it is preferable to set the fuel oil injection timing from 40 ° before top dead center to 25 ° before top dead center.

そしてさらに、本発明では、請求項3または請求項4に記載の内燃機関であって、シリンダー筒内の熱発生率から得られた前記燃料油の5%が燃焼する時点が、クランク角で上死点前5°から上死点後5°までの範囲に設定された構成とすることが好ましい。
この発明では、シリンダー筒内の熱発生率から得られた燃料油の5%が燃焼する時点を、クランク角で上死点前5°から上死点後5°までの範囲としている。
このことにより、軽質燃料油である灯油を燃料油として用いても、排ガス性状の悪化を防止して燃費向上および騒音低減が得られる。
ここで、熱発生率から得られた燃料油の5%が燃焼する時点がクランク角で上死点前5°より進角化、また上死点後5°より遅角化すると、燃料消費率が悪化するおそれがある。このため、熱発生率から得られた燃料油の5%が燃焼する時点を、クランク角で上死点前5°から上死点後5°までとすることが好ましい。
Still further, in the present invention, the internal combustion engine according to claim 3 or claim 4, wherein the time at which 5% of the fuel oil obtained from the heat generation rate in the cylinder cylinder burns is increased by a crank angle. It is preferable to set it as the range set to 5 degrees before a dead center to 5 degrees after a top dead center.
In the present invention, the time at which 5% of the fuel oil obtained from the heat generation rate in the cylinder is burned is in the range from 5 ° before top dead center to 5 ° after top dead center at the crank angle.
As a result, even if kerosene, which is a light fuel oil, is used as the fuel oil, deterioration of the exhaust gas properties can be prevented, and fuel consumption can be improved and noise can be reduced.
Here, when 5% of the fuel oil obtained from the heat generation rate burns, the crank angle is advanced from 5 ° before top dead center and retarded from 5 ° after top dead center. May get worse. For this reason, it is preferable that the time at which 5% of the fuel oil obtained from the heat generation rate burns is from 5 ° before top dead center to 5 ° after top dead center at the crank angle.

また、本発明では、請求項3ないし請求項5のいずれかに記載の内燃機関であって、前記パイロット噴射機構は、前記パイロット噴射量比が以下の式(1)にて算出される条件に設定された構成とすることが好ましい。
パイロット噴射量比
=(パイロット噴射の噴口開口時間)/
((パイロット噴射とメイン噴射との全噴口開口時間)×100)……(1)
この発明では、上記式(1)で算出される条件にパイロット噴射量比を設定する。
このことにより、軽質燃料油である灯油を燃料油として用いても、排ガス性状の悪化を防止して燃費向上および騒音低減が得られる。
According to the present invention, there is provided the internal combustion engine according to any one of claims 3 to 5, wherein the pilot injection mechanism has a condition that the pilot injection amount ratio is calculated by the following expression (1). It is preferable to have a set configuration.
Pilot injection amount ratio = (Pilot injection opening time) /
((All nozzle opening times for pilot injection and main injection) x 100) …… (1)
In the present invention, the pilot injection amount ratio is set to the condition calculated by the above equation (1).
As a result, even if kerosene, which is a light fuel oil, is used as the fuel oil, deterioration of the exhaust gas properties can be prevented, and fuel consumption can be improved and noise can be reduced.

そして、本発明では、請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の内燃機関であって、前記灯油は、JIS K 2203に準拠するものである構成とすることが好ましい。
この発明では、JIS K 2203に準拠する灯油を燃料油として用いる。
このことにより、軽質燃料油である灯油でも、上記構成により、排ガス性状の悪化を防止して燃費向上および騒音低減が得られる。
And in this invention, it is an internal combustion engine in any one of Claim 1 thru | or 6, Comprising: It is preferable that the said kerosene is set as the structure based on JISK2203.
In the present invention, kerosene conforming to JIS K 2203 is used as fuel oil.
As a result, even with kerosene, which is a light fuel oil, the above configuration can prevent deterioration of exhaust gas properties and improve fuel consumption and noise.

本発明に記載の内燃機関システムは、請求項3ないし請求項7のいずれかに記載の内燃機関と、前記内燃機関の出力軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記出力軸の回転負荷を検出する回転負荷検出手段と、前記内燃機関のメイン噴射およびパイロット噴射の各噴射時期に関する噴射時期データとメイン噴射およびパイロット噴射の各噴射量に関する噴射量データとを1つの制御データとして関連付けて複数記憶する記憶手段と、前記出力軸の回転速度および回転負荷に応じて前記噴射時期および噴射量を設定する制御手段と、を具備したことを特徴とする。
この発明では、記憶手段に、請求項3ないし請求項7のいずれかに記載の内燃機関のメイン噴射およびパイロット噴射の各噴射時期に関する噴射時期データとメイン噴射およびパイロット噴射の各噴射量に関する噴射量データとを1つの制御データとして関連付けて複数記憶しておく。回転速度検出手段にて内燃機関の出力軸の回転速度を検出し、回転負荷検出手段にて内燃機関の出力軸の回転負荷を検出する。そして、制御手段により、記憶手段に記憶された制御データに基づいて、検出した回転速度および回転負荷に応じて内燃機関の噴射時期および噴射量を設定し、内燃機関の動作制御をする。
このことにより、軽質燃料油である灯油でも、排ガス性状の悪化を防止して、内燃機関の運転状態に応じてより効率的な燃費向上および騒音低減が得られる。
An internal combustion engine system according to the present invention includes an internal combustion engine according to any one of claims 3 to 7, a rotational speed detection means for detecting a rotational speed of an output shaft of the internal combustion engine, and rotation of the output shaft. The rotational load detection means for detecting the load, the injection timing data relating to the injection timings of the main injection and the pilot injection of the internal combustion engine, and the injection amount data relating to the injection amounts of the main injection and the pilot injection are associated as one control data. A plurality of storage means, and a control means for setting the injection timing and the injection amount in accordance with the rotational speed and rotational load of the output shaft are provided.
In the present invention, the storage means stores the injection timing data relating to the main injection and pilot injection timings of the internal combustion engine according to any one of claims 3 to 7 and the injection quantity relating to the main injection and pilot injection amounts. A plurality of data are stored in association with each other as one control data. The rotational speed detecting means detects the rotational speed of the output shaft of the internal combustion engine, and the rotational load detecting means detects the rotational load of the output shaft of the internal combustion engine. Then, the control means sets the injection timing and the injection amount of the internal combustion engine according to the detected rotational speed and rotational load based on the control data stored in the storage means, and controls the operation of the internal combustion engine.
As a result, even with kerosene, which is a light fuel oil, it is possible to prevent deterioration of exhaust gas properties and to improve fuel efficiency and reduce noise more efficiently according to the operating state of the internal combustion engine.

本発明に記載の内燃機関の制御方法は、灯油を燃料油として用い一つの多噴口噴射ノズルにより多段噴射するコモンレール方式を有する内燃機関の制御方法であって、前記燃料油の全噴射量に占めるパイロット噴射量比が5%以上25%で、前記燃料油の噴射時期は噴霧される前記燃料油の中心線がシリンダー筒内壁に接しない時点から上死点前20°までであることを特徴とする。
この発明では、燃料油の全噴射量に占めるパイロット噴射量比を5%以上25%以下とし、燃料油の噴射時期を噴霧される燃料油の中心線がシリンダー筒内壁に接しない時点から上死点前20°までとしている。
このため、軽質燃料油である灯油でも、排ガス性状の悪化を防止して、内燃機関の運転状態に応じてより効率的な燃費向上および騒音低減が得られる。
An internal combustion engine control method according to the present invention is a control method for an internal combustion engine having a common rail system in which kerosene is used as fuel oil and multistage injection is performed by a single multi-injection nozzle, and occupies the total injection amount of the fuel oil. The pilot injection ratio is 5% to 25%, and the fuel oil injection timing is from the time when the center line of the fuel oil to be sprayed does not contact the inner wall of the cylinder to 20 ° before top dead center. To do.
In the present invention, the ratio of the pilot injection amount to the total injection amount of the fuel oil is set to 5% to 25%, and the fuel oil injection timing is dead from the time when the center line of the fuel oil sprayed does not contact the inner wall of the cylinder cylinder. Up to 20 ° before the point.
For this reason, even with kerosene, which is a light fuel oil, it is possible to prevent deterioration of exhaust gas properties and to improve fuel efficiency and reduce noise more efficiently according to the operating state of the internal combustion engine.

そして、本発明では、プログラマブル・ロジック・デバイス(Programmable Logic Device:PLD)、プログラマブル・ロジック・アレイ(Programmable Logic Array:PLA)および専用制御デバイスから選ばれる少なくともいずれか一つ以上の集積回路による制御により、前記燃料油を供給する構成とすることが好ましい。
このことにより、内燃機関内における燃料油組成物の供給を上述した方法により制御しているため、内燃機関への負荷が急に変動した場合であっても、内燃機関内の燃焼を常に最適な状態に保って運転することが可能となる。このため、燃料消費率がより向上するとともに、騒音、排出ガス中のNOxやPMなどが低減して環境への悪影響をより抑制できる。
In the present invention, it is controlled by at least one integrated circuit selected from a programmable logic device (PLD), a programmable logic array (PLA), and a dedicated control device. The fuel oil is preferably supplied.
As a result, since the supply of the fuel oil composition in the internal combustion engine is controlled by the above-described method, even if the load on the internal combustion engine fluctuates suddenly, the combustion in the internal combustion engine is always optimal. It becomes possible to drive while maintaining the state. Therefore, the fuel consumption rate is improved, noise, etc. NO x and PM in the exhaust gas can be further suppressed adverse effects by reducing the environment.

以下に、本発明を実施するための最良の形態について詳述する。
なお、本実施形態において、灯油を燃料油として用いる内燃機関として、多段噴射機構を有するディーゼルエンジン、すなわちコモンレール方式の燃料噴射システムを備えたディーゼルエンジンのシステム構成を例示するが、この構成に限られない。また、本発明では、2段に限らず、複数段にも適用できる。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail.
In this embodiment, as an internal combustion engine using kerosene as fuel oil, a diesel engine having a multi-stage injection mechanism, that is, a diesel engine equipped with a common rail fuel injection system is exemplified, but the present invention is not limited to this configuration. Absent. Further, the present invention is not limited to two stages and can be applied to a plurality of stages.

〔ディーゼルエンジンシステム〕
本実施形態における内燃機関システムとしてのディーゼルエンジンシステムは、例えば、灯油を用いたヒートポンプエアコン、発電機、自動車(スウェーデンの様な所謂シティ軽油を用いる場合)、建設機械などのオフロード車などに用いられるものである。
そして、ディーゼルエンジンシステムは、内燃機関としてのディーゼルエンジンと、燃料噴射システムを構成する制御手段としての運転制御ユニットと、を備えている。
[Diesel engine system]
The diesel engine system as the internal combustion engine system in the present embodiment is used for, for example, a heat pump air conditioner using kerosene, a generator, an automobile (when using so-called city light oil like Sweden), an off-road vehicle such as a construction machine, and the like. It is
The diesel engine system includes a diesel engine as an internal combustion engine and an operation control unit as a control means constituting the fuel injection system.

ディーゼルエンジンは、多段噴射機構を有するもので、例えばパイロット噴射機構付きのエンジンである。このディーゼルエンジンは、燃料油として灯油を用いるものである。灯油は、例えばJIS K 2203に準拠するものが用いられる。なお、燃料油としては、灯油のみならず、本発明の目的および効果が妨げられない範囲において、必要に応じて各種の添加剤を適宜配合することができる。
また、ディーゼルエンジンには、燃料噴射システムを構成する、複数の燃料インジェクターと、コモンレールと、燃料ポンプと、が設けられている。
A diesel engine has a multistage injection mechanism, for example, an engine with a pilot injection mechanism. This diesel engine uses kerosene as fuel oil. As the kerosene, for example, one conforming to JIS K 2203 is used. In addition, as fuel oil, not only kerosene but various additives can be appropriately blended as necessary within a range that does not hinder the object and effect of the present invention.
The diesel engine is provided with a plurality of fuel injectors, a common rail, and a fuel pump that constitute a fuel injection system.

燃料インジェクターは、図示しないディーゼルエンジン本体のシリンダー筒に接続され、シリンダー筒内へ燃料を供給する。
コモンレールは、燃料ポンプに接続され、燃料ポンプから供給される燃料油を規定の圧力に保持する。そして、コモンレールは、複数の燃料インジェクターに接続され、規定の高い圧力の燃料油を燃料インジェクターへ供給する。
The fuel injector is connected to a cylinder cylinder of a diesel engine main body (not shown) and supplies fuel into the cylinder cylinder.
The common rail is connected to the fuel pump and holds the fuel oil supplied from the fuel pump at a predetermined pressure. The common rail is connected to a plurality of fuel injectors and supplies fuel oil at a prescribed high pressure to the fuel injectors.

運転制御ユニットは、プログラマブル・ロジック・デバイス(Programmable Logic Device:PLD)、プログラマブル・ロジック・アレイ(Programmable Logic Array:PLA)および専用制御デバイスから選ばれる少なくともいずれか一つ以上の集積回路を備えている。
この運転制御ユニットは、ディーゼルエンジンへの燃料油の供給制御をする。
具体的には、燃料油の全噴射量に占めるパイロット噴射量比を5%以上25%以下、好ましくは5%以上20%以下としている。すなわち、パイロット噴射量比は、以下の式(1)にて算出される条件に設定されている。
パイロット噴射量比
=(パイロット噴射の噴口開口時間)/
((パイロット噴射とメイン噴射との全噴口開口時間)×100)……(1)
ここで、燃料油の全噴射量に占めるパイロット噴射量比が5%より少なくなると、パイロット噴射の効果が低減し、メイン一段噴射の効果のみという不都合が生じるおそれがある。一方、パイロット噴射量比が25%より多くなると、高負荷運転時に予混合気の急激な燃焼が生じ、騒音が大きくなるという不都合が生じるおそれがある。このため、パイロット噴射量比を5%以上25%以下、好ましくは5%以上20%以下とする。
The operation control unit includes at least one integrated circuit selected from a programmable logic device (PLD), a programmable logic array (PLA), and a dedicated control device. .
This operation control unit controls the supply of fuel oil to the diesel engine.
Specifically, the pilot injection amount ratio in the total fuel oil injection amount is 5% to 25%, preferably 5% to 20%. That is, the pilot injection amount ratio is set to a condition calculated by the following equation (1).
Pilot injection amount ratio = (Pilot injection opening time) /
((All nozzle opening times for pilot injection and main injection) x 100) …… (1)
Here, when the ratio of the pilot injection amount to the total injection amount of the fuel oil is less than 5%, the effect of the pilot injection is reduced, and there is a possibility that the disadvantage of only the effect of the main one-stage injection may occur. On the other hand, if the pilot injection amount ratio is more than 25%, there is a possibility that the premixed gas suddenly burns during high load operation, resulting in inconvenience that noise increases. For this reason, the pilot injection amount ratio is set to 5% to 25%, preferably 5% to 20%.

また、運転制御ユニットは、燃料油の噴射時期を噴霧される燃料油の中心線がシリンダー筒内壁に接しない時点から上死点前20°まで、好ましくは上死点前40°から上死点前25°までとしている。
ここで、燃料油の噴射時期が噴霧される燃料油の中心線がシリンダー筒内壁に接しない時点より進角化、すなわち燃料油がディーゼルエンジンのシリンダー内に区画される燃焼室からはみ出る程に過早噴射を行うと、燃料油がシリンダー筒内壁に当たり、スカッフィングやラッカリングが発生してシリンダーを損傷させるおそれがある。一方、燃料油の噴霧時期が上死点前20°より遅角化、すなわち遅くなると、パイロット噴射による予混合化が十分に行われないおそれがある。このため、燃料油の噴霧時期を、噴霧される燃料油の中心線がシリンダー筒内壁に接しない時点から上死点前20°まで、好ましくは上死点前40°から上死点前25°までとする。
In addition, the operation control unit may be configured such that the center line of the fuel oil sprayed at the fuel oil injection timing does not contact the inner wall of the cylinder cylinder to 20 ° before the top dead center, preferably 40 ° before the top dead center. Up to 25 ° front.
Here, the injection timing of the fuel oil is advanced from the time when the center line of the fuel oil to be sprayed does not contact the inner wall of the cylinder cylinder, that is, the fuel oil protrudes beyond the combustion chamber partitioned in the cylinder of the diesel engine. If early injection is performed, fuel oil may hit the inner cylinder wall, causing scuffing and lacquering, which may damage the cylinder. On the other hand, if the spray timing of the fuel oil is retarded, that is, delayed from 20 ° before top dead center, premixing by pilot injection may not be sufficiently performed. For this reason, the fuel oil spraying time is changed from the time when the center line of the fuel oil to be sprayed does not contact the cylinder inner wall to 20 ° before the top dead center, preferably from 40 ° before the top dead center to 25 ° before the top dead center. Up to.

さらに、運転制御ユニットは、シリンダー筒内の熱発生率から得られた燃料油の5%が燃焼する時点を、クランク角で上死点前5°から上死点後5°までの範囲に設定している。
熱発生率から得られた燃料油の5%が燃焼する時点がクランク角で上死点前5°より進角化、また上死点後5°より遅角化すると、燃料消費率が悪化するおそれがある。このため、熱発生率から得られた燃料油の5%が燃焼する時点を、クランク角で上死点前5°から上死点後5°までとすることが好ましい。
Furthermore, the operation control unit sets the time when 5% of the fuel oil obtained from the heat generation rate in the cylinder burns to a range of 5 ° before top dead center and 5 ° after top dead center at the crank angle. is doing.
The fuel consumption rate deteriorates when 5% of the fuel oil obtained from the heat release rate burns when the crank angle is advanced from 5 ° before top dead center and from 5 ° after top dead center There is a fear. For this reason, it is preferable that the time at which 5% of the fuel oil obtained from the heat generation rate burns is from 5 ° before top dead center to 5 ° after top dead center at the crank angle.

また、運転制御ユニットは、ディーゼルエンジンの運転状況、すなわちディーゼルエンジンの図示しない出力軸の回転速度および回転負荷に応じて燃料油の供給を制御する。
具体的には、運転制御ユニットは、ディーゼルエンジンの出力軸の回転速度を検出する回転速度検出手段としての例えば回転速度センサと、出力軸の回転負荷を検出する回転負荷検出手段としての例えば回転負荷センサとから、それぞれ出力される検出信号に基づいて、出力軸の回転速度および回転負荷を認識する。
また、運転制御ユニットは、ディーゼルエンジンのメイン噴射およびパイロット噴射の各噴射時期に関する噴射時期データとメイン噴射およびパイロット噴射の各噴射量に関する噴射量データとを1つの制御データとして関連付けて複数記憶するテーブル構造の図示しない記憶手段を備えている。
そして、運転制御ユニットは、記憶手段に記憶された複数の制御データに基づいて、検出信号から認識した出力軸の回転速度および回転負荷に応じて、噴射時期および噴射量を設定する。
The operation control unit controls the supply of fuel oil according to the operation status of the diesel engine, that is, the rotational speed and rotational load of an output shaft (not shown) of the diesel engine.
Specifically, the operation control unit includes, for example, a rotation speed sensor as a rotation speed detection unit that detects the rotation speed of the output shaft of the diesel engine, and a rotation load detection unit as a rotation load detection unit that detects the rotation load of the output shaft. Based on the detection signals output from the sensors, the rotational speed and rotational load of the output shaft are recognized.
The operation control unit also stores a plurality of injection timing data relating to the injection timings of the main injection and pilot injection of the diesel engine and injection amount data relating to the injection amounts of the main injection and pilot injection as a single piece of control data. Storage means (not shown) of the structure is provided.
Then, the operation control unit sets the injection timing and the injection amount according to the rotation speed and the rotation load of the output shaft recognized from the detection signal based on the plurality of control data stored in the storage means.

〔ディーゼルエンジンの運転制御〕
次に、運転制御ユニットにおけるディーゼルエンジンの運転制御を実施するための、制御プログラムの設定動作について、図面を参照して説明する。
図1は、運転制御プログラムの設定動作を示すフローチャートである。
[Diesel engine operation control]
Next, a setting operation of a control program for carrying out operation control of the diesel engine in the operation control unit will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a flowchart showing an operation control program setting operation.

まず、燃料油を指定する(ステップS1)。すなわち、JIS K 2203に準拠する灯油であるJIS1号灯油を設定する。
そして、噴射ノズルであるコモンレールの噴口からの噴射量を定める推算プログラムを作成する(ステップS2)。例えば、利用用途やディーゼルエンジンの特性などに応じて、噴射圧や噴射時間などに基づいて、噴射量を算出する演算プログラムを設定する。
First, fuel oil is designated (step S1). That is, JIS No. 1 kerosene, which is kerosene based on JIS K 2203, is set.
And the estimation program which determines the injection quantity from the nozzle outlet of the common rail which is an injection nozzle is created (step S2). For example, an arithmetic program for calculating the injection amount is set based on the injection pressure, the injection time, and the like according to the use application and the characteristics of the diesel engine.

この後、ディーゼルエンジンの運転方法のマップを作成する(ステップS3)。すなわち、運転制御内容を設定する対象のディーゼルエンジンの出力軸の回転速度と回転負荷とを適宜変更し、最適運転条件を設定する処理をする。
具体的には、ディーゼルエンジンの出力軸の回転速度と回転負荷とを、特定の運転状態に設定する(ステップS31)。そして、一段噴射で好適なメイン噴射条件である噴射量および噴射時間を設定する(ステップS32)。
この後、ステップS32で設定された好適なメイン噴射条件に基づいて、好適なパイロット噴射条件を設定する(ステップS33)。なお、このパイロット噴射条件の設定の際、メイン噴射量およびパイロット噴射量の実測値と推算値とが合致しない場合、噴射時間比で噴射量比を代替する。
そして、ステップS33で設定された好適なパイロット噴射条件から、好適なメイン噴射条件近傍を探索する(ステップS34)。
これらステップS32〜S34を繰り返すことで、特定の回転速度および回転負荷における最適のメイン噴射条件およびパイロット噴射条件が設定される(ステップS35)。このように、回転速度および回転負荷を適宜設定して同様に最適のメイン噴射条件およびパイロット噴射条件を設定することで、ディーゼルエンジンの運転条件に応じた、最適な燃料油の噴射条件がマップ状に設定される。この設定されたマップを運転制御ユニットの記憶手段に記憶させる。
Thereafter, a map of the diesel engine operation method is created (step S3). That is, the process of setting the optimum operation condition by appropriately changing the rotation speed and the rotation load of the output shaft of the diesel engine for which the operation control content is set is performed.
Specifically, the rotational speed and rotational load of the output shaft of the diesel engine are set to a specific operation state (step S31). Then, the injection amount and the injection time, which are the main injection conditions suitable for the one-stage injection, are set (step S32).
Thereafter, a suitable pilot injection condition is set based on the suitable main injection condition set in step S32 (step S33). When setting the pilot injection conditions, if the measured values of the main injection amount and the pilot injection amount do not match the estimated values, the injection amount ratio is substituted with the injection time ratio.
And the suitable main injection condition vicinity is searched from the suitable pilot injection conditions set by step S33 (step S34).
By repeating these steps S32 to S34, optimum main injection conditions and pilot injection conditions at a specific rotational speed and rotational load are set (step S35). In this way, by setting the rotation speed and the rotation load as appropriate and similarly setting the optimum main injection conditions and pilot injection conditions, the optimum fuel oil injection conditions corresponding to the operating conditions of the diesel engine are displayed in a map form. Set to This set map is stored in the storage means of the operation control unit.

〔実施形態の作用効果〕
上記実施の形態によれば、上述したように、灯油を燃料油として、メイン噴射前に多段の燃料油噴射を行う直噴式で、燃料油噴射として、コモンレール方式で1つの多噴口噴射ノズルを用いて多段噴射をする構成としている。
このため、軽質燃料油である灯油を燃料油として用いても、排ガス性状の悪化を防止して燃費向上および騒音低減を図ることができる。
特に、多噴口噴射ノズルとして、4つ以上、好ましくは6つ以上13個以下の噴口を有するディーゼルエンジンに適用することが好適である。
そして、上述した所定のパイロット噴射条件に設定することで、灯油を燃料油としても、確実に排ガス性状の悪化を防止しつつ燃費向上および騒音低減が得られる。
特に、プログラマブル・ロジック・デバイス(Programmable Logic Device:PLD)、プログラマブル・ロジック・アレイ(Programmable Logic Array:PLA)および専用制御デバイスから選ばれる少なくともいずれか一つ以上の集積回路を備えた運転制御ユニットを用い、燃料油の噴射条件を制御する構成としている。
[Effects of the embodiment]
According to the above-described embodiment, as described above, kerosene is used as fuel oil, a direct injection type in which multistage fuel oil injection is performed before main injection, and a single rail injection nozzle is used as fuel oil injection in a common rail system. The multi-stage injection is used.
For this reason, even if kerosene, which is light fuel oil, is used as fuel oil, it is possible to prevent deterioration of exhaust gas properties and improve fuel consumption and noise.
In particular, it is suitable to apply to a diesel engine having 4 or more, preferably 6 or more and 13 or less injection holes as a multi-injection nozzle.
By setting the above-described predetermined pilot injection conditions, even if kerosene is used as fuel oil, it is possible to improve fuel efficiency and reduce noise while reliably preventing deterioration of exhaust gas properties.
In particular, an operation control unit including at least one integrated circuit selected from a programmable logic device (PLD), a programmable logic array (PLA), and a dedicated control device. The fuel oil injection conditions are controlled.

〔実施の形態の変形例〕
なお、以上に説明した態様は、本発明の一態様を示したものであって、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的および効果を達成できる範囲内での変形や改良が、本発明の内容に含まれるものであることはいうまでもない。また、本発明を実施する際における具体的な構造および形状などは、本発明の目的および効果を達成できる範囲内において、他の構造や形状などとしても問題はない。
[Modification of Embodiment]
The aspect described above shows one aspect of the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, and within the scope of achieving the objects and effects of the present invention. Needless to say, the modifications and improvements are included in the contents of the present invention. In addition, the specific structure and shape in carrying out the present invention may be used as other structures and shapes within the scope of achieving the object and effect of the present invention.

次に、実施例および比較例を挙げて、本発明をさらに詳しく説明する。
なお、本発明は、これらの実施例などの記載内容に何ら制限されるものではない。
Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples.
In addition, this invention is not restrict | limited at all to description content, such as these Examples.

〔実施例1〜7、比較例1〜7〕
以下、灯油を燃料油に用いたディーゼルエンジン200の燃料噴射条件を確認する実験について図面を参照して説明する。
[Examples 1-7, Comparative Examples 1-7]
Hereinafter, an experiment for confirming the fuel injection condition of the diesel engine 200 using kerosene as fuel oil will be described with reference to the drawings.

(ディーゼルエンジン)
実験用のエンジンとして、コモンレール方式の多段噴射式機構を備えたAVL社単気筒エンジンを用いた。燃料油としては、JIS1号灯油を用いた。
(エンジンの仕様)
シリンダ直径×ピストン工程:105mm×115mm
排気容積 :996cm3
圧縮比 :18.6
最大燃料噴射圧力 :135MPa
そして、このエンジンのコモンレール式燃料噴射装置の噴射ノズルは、孔径0.12mmの噴孔を6個設けている。また、燃料室は、図2に示すように、中央に略円錐状の突起201を有している。そして、図2は、上死点前40°での噴射ノズルからの燃料噴射方向を合わせて示す。上死点前40°までは、噴孔から噴霧される燃料油の中心線Lが燃焼室内に収まっていることを示す。
(diesel engine)
As an experimental engine, an AVL single-cylinder engine equipped with a common rail multistage injection mechanism was used. As fuel oil, JIS No. 1 kerosene was used.
(Engine specifications)
Cylinder diameter x piston process: 105mm x 115mm
Exhaust volume: 996 cm 3
Compression ratio: 18.6
Maximum fuel injection pressure: 135 MPa
And the injection nozzle of the common rail type fuel injection device of this engine is provided with six injection holes with a hole diameter of 0.12 mm. Further, as shown in FIG. 2, the fuel chamber has a substantially conical protrusion 201 at the center. FIG. 2 also shows the fuel injection direction from the injection nozzle at 40 ° before top dead center. Up to 40 ° before the top dead center indicates that the center line L of the fuel oil sprayed from the nozzle hole is within the combustion chamber.

(実験)
シリンダー筒内圧を圧力センサ(AVL LIST GMBH社製 商品:QC33C)で計測し、燃焼圧解析を行った。
また、燃料油流量は、流量計(小野測器社製 商品名:DF-2410)で計測するとともに、重量秤(AND社製 商品名:GP-12KR)にて供給重量を確認した。
排ガスは、分析計(堀場製作所製 商品名:MEXA-9100DEGR)で計測した。
騒音は、騒音計(日本科学工業株式会社昭和63年製造、普通騒音計型式承認第S-15-1号)で計測した。
(Experiment)
The cylinder pressure was measured with a pressure sensor (Product: QC33C, manufactured by AVL LIST GMBH), and combustion pressure analysis was performed.
The fuel oil flow rate was measured with a flow meter (trade name: DF-2410, manufactured by Ono Sokki Co., Ltd.), and the supplied weight was confirmed with a weight scale (trade name, GP-12KR, manufactured by AND).
The exhaust gas was measured with an analyzer (trade name: MEXA-9100DEGR manufactured by Horiba Seisakusho).
Noise was measured with a sound level meter (manufactured by Nippon Kagaku Kogyo Co., Ltd., 1988, normal sound level type approval No. S-15-1).

そして、上述した実施形態におけるディーゼルエンジンの運転条件を設定する動作に従って、燃料油の噴射条件を設定した。なお、パイロット噴射量比は、噴射ノズルの時間割合から設定した。
ここで、電子制御を行う際には、上記の様な方法を用いてエンジンの回転速度と回転負荷とに応じて定めたパイロット噴射およびメイン噴射の噴射時期と、各々の噴射量を定めた表を組み込んだプログラムから、所望の回転速度と回転負荷に応じた好適な噴射時期や噴射量を内挿か外挿により定めて運転する。プログラム自体は、汎用品のINCAソフトウェアを用いて制御した。
And according to the operation | movement which sets the operating condition of the diesel engine in embodiment mentioned above, the injection condition of fuel oil was set. The pilot injection amount ratio was set from the time ratio of the injection nozzle.
Here, when performing electronic control, a table in which the injection timing of pilot injection and main injection determined according to the rotational speed and rotational load of the engine using the method as described above, and each injection amount is determined. From the program incorporating, a suitable injection timing and injection amount corresponding to a desired rotational speed and rotational load are determined by interpolation or extrapolation. The program itself was controlled by using a general-purpose INCA software.

そして、運転条件として、以下の2つの条件とした。
運転条件1
・回転速度:1500rpm
・噴射圧:600bar
・IMEP(図示平均有効圧力):8bar
運転条件2
・回転速度:2000rpm
・噴射圧:600bar
・IMEP(図示平均有効圧力):6bar
The following two conditions were set as operating conditions.
Operating condition 1
・ Rotation speed: 1500rpm
・ Injection pressure: 600bar
・ IMEP (average effective pressure shown): 8bar
Operating condition 2
・ Rotation speed: 2000rpm
・ Injection pressure: 600bar
・ IMEP (shown mean effective pressure): 6bar

(結果:運転条件1)
運転条件1による結果を表1および表2に示す。
(Result: Operating condition 1)
The results under operating condition 1 are shown in Tables 1 and 2.

Figure 2009041474
Figure 2009041474

Figure 2009041474
Figure 2009041474

なお、表1および表2において、燃料消費率比は、比較例1の燃料消費率を基準に、以下の式(2)にて定義した。
燃焼消費率比
=(実験で得られた燃料消費率−比較例1で得られた燃料消費率)×100
/(比較例1で得られた燃料消費率)……(2)
このように、燃料消費率比が小さい程、燃料消費が小さく、好ましい状態である。
また、換算NOx濃度は、排ガス中の酸素が13%になるように補正して得たNOx濃度である。
In Tables 1 and 2, the fuel consumption rate ratio was defined by the following equation (2) based on the fuel consumption rate of Comparative Example 1.
Combustion consumption rate ratio = (fuel consumption rate obtained by experiment-fuel consumption rate obtained in Comparative Example 1) x 100
/ (Fuel consumption rate obtained in Comparative Example 1) …… (2)
Thus, the smaller the fuel consumption rate ratio, the smaller the fuel consumption and the better.
The converted NO x concentration is the NO x concentration obtained by correcting so that the oxygen in the exhaust gas becomes 13%.

さらに、改善効果を明確にする為に、比較例1の評価項目を基準に以下の式で改善率を示す。なお、パイロット噴射時期と改善率との関係を図3に示す。
改善率
=(実験で得られた評価項目値−比較例1で得られた評価項目値)×100
/(比較例1で得られた評価項目値)……(3)
Furthermore, in order to clarify the improvement effect, the improvement rate is shown by the following formula based on the evaluation items of Comparative Example 1. The relationship between the pilot injection timing and the improvement rate is shown in FIG.
Improvement rate = (Evaluation item value obtained in experiment−Evaluation item value obtained in Comparative Example 1) × 100
/ (Evaluation item value obtained in Comparative Example 1) …… (3)

そして、表1に示すように、比較例1に対して、比較例2,3は各々メイン噴射時期を早期化と遅延した場合である。試験結果から、比較例1が最も図示燃焼消費率が小さく、NOx、騒音も低い。
そこで、このメイン噴射時期を基準に、パイロット噴射量比を20%とし、パイロット噴射時期を−36°ATDC〜−20°ATDC(上死点前−36°から−20°)まで変えた結果を実施例1〜3に示す(表1参照)。
その結果、概ね比較例1よりも換算NOx濃度以外は改善の方向にある。特に、図3に示すように、パイロット噴射時期が−36°ATDC〜−29°ATDCの範囲で改善効果が見られた。
And as shown in Table 1, with respect to the comparative example 1, the comparative examples 2 and 3 are cases where the main injection timing is delayed and advanced respectively. From the test results, Comparative Example 1 has the lowest illustrated combustion consumption rate, and NO x and noise are also low.
Therefore, based on the main injection timing, the pilot injection amount ratio is set to 20%, and the pilot injection timing is changed from −36 ° ATDC to −20 ° ATDC (−36 ° to −20 ° before top dead center). It shows to Examples 1-3 (refer Table 1).
As a result, other than the converted NO x concentration is generally in the direction of improvement as compared with Comparative Example 1. In particular, as shown in FIG. 3, an improvement effect was observed when the pilot injection timing was in the range of −36 ° ATDC to −29 ° ATDC.

また、パイロット噴射時期を−30°ATDCとして、パイロット噴射量比を5〜30%で変化させた結果を、実施例2と4〜6に示す。
その結果、概ね、比較例1よりも改善効果が見られるが、特にパイロット噴射量比が5〜16%の範囲では、何れの評価項目も比較例1よりも改善されていることが見出された。
なお、パイロット噴射量比と改善率との関係を図4に示す。
Examples 2 and 4 to 6 show the results of changing the pilot injection amount ratio by 5 to 30% with the pilot injection timing set to -30 ° ATDC.
As a result, although the improvement effect is generally seen as compared with Comparative Example 1, it is found that all the evaluation items are improved as compared with Comparative Example 1 particularly when the pilot injection amount ratio is in the range of 5 to 16%. It was.
The relationship between the pilot injection amount ratio and the improvement rate is shown in FIG.

そして、回転速度1500rpmにおける熱発生率とクランク角との関係を図5に示す。
この図5に示すように、比較例1は一段噴射で、軽質分の予混合燃焼により急激な圧力上昇が生じている。
一方、実施例5は、パイロット噴射量が少ないために、燃料濃度が希薄で着火遅れ時間が長くなり、急激な熱発生が抑制されている。そのため、表2にも示すように、最大圧力上昇率や騒音が抑制されていることがわかる。
なお、比較例4では、パイロット噴射量が多いために着火遅れ時間が短く予混合化による希薄燃焼にならずに急激な熱発生率を生じている。そのため、表2にも示すように、最大圧力上昇率や騒音が大きくなっている。さらに、比較例4では、燃料消費率および換算NOx濃度が、実施例4,5に比して高くなっている。これらように、パイロット噴射量比とともに、熱発生率を計測した場合には、少なくともパイロット噴射に伴う熱発生率ピーク値を、メイン噴射の熱発生率ピーク値よりも低く抑える必要があることがわかる。
FIG. 5 shows the relationship between the heat generation rate and the crank angle at a rotational speed of 1500 rpm.
As shown in FIG. 5, the comparative example 1 is a single-stage injection, and a rapid pressure increase is caused by the premixed combustion of light components.
On the other hand, in Example 5, since the pilot injection amount is small, the fuel concentration is lean, the ignition delay time is long, and rapid heat generation is suppressed. Therefore, as shown also in Table 2, it turns out that the maximum pressure increase rate and noise are suppressed.
In Comparative Example 4, since the pilot injection amount is large, the ignition delay time is short, and a rapid heat generation rate is generated without performing lean combustion by premixing. Therefore, as shown in Table 2, the maximum pressure increase rate and noise are increased. Further, in Comparative Example 4, the fuel consumption rate and the converted NO x concentration are higher than those in Examples 4 and 5. As described above, when the heat generation rate is measured together with the pilot injection amount ratio, it is understood that at least the heat generation rate peak value accompanying the pilot injection needs to be kept lower than the heat generation rate peak value of the main injection. .

(結果:運転条件2)
運転条件2による結果を表3に示す。また、回転速度2000rpmにおける熱発生率とクランク角との関係を図6に示す。
(Result: Operating condition 2)
Table 3 shows the results under operating condition 2. FIG. 6 shows the relationship between the heat generation rate and the crank angle at a rotational speed of 2000 rpm.

Figure 2009041474
Figure 2009041474

表3に示すように、回転速度2000rpmの条件でも、一段噴射に比べて、パイロット噴射時期を−30°ATDC、パイロット噴射量比を10〜20%にした条件では、燃費向上、排ガス浄化、騒音低減が見込まれる。
なお、実施例7において、燃焼で生じる最大筒内圧力上昇率は、比較例5よりも大きくなっているが、エンジン全体の騒音は低い状態であった。
さらに、エンジン筒内圧を計測している場合には、パイロット噴射による熱発生時期が上死点近傍にあることが、好適なパイロット運転条件になる。
As shown in Table 3, even under the condition of a rotational speed of 2000 rpm, fuel efficiency improvement, exhaust gas purification, noise are achieved under the conditions where the pilot injection timing is −30 ° ATDC and the pilot injection amount ratio is 10 to 20%, compared to the single-stage injection. Reduction is expected.
In Example 7, the maximum in-cylinder pressure increase rate caused by combustion was larger than that of Comparative Example 5, but the noise of the entire engine was low.
Furthermore, when the engine cylinder pressure is being measured, it is a preferable pilot operation condition that the heat generation time by pilot injection is in the vicinity of the top dead center.

そして、図5,6における好適条件である実施例5と実施例6とから、熱発生率から得られた燃料油が5%燃焼時点におけるクランク角は、各々−2.89°ATDCと+0.54°ATDCであることがわかる。   5 and 6, which are preferable conditions in FIGS. 5 and 6, the crank angles at the time of 5% combustion of the fuel oil obtained from the heat generation rate are −2.89 ° ATDC and +0. It turns out that it is 54 degrees ATDC.

本発明は、灯油を用いたヒートポンプエアコン、発電機、自動車、建設機械などのオフロード車両など、灯油を燃料油に用いるいずれの内燃機関に適用できる。   The present invention can be applied to any internal combustion engine using kerosene as fuel oil, such as a heat pump air conditioner using kerosene, an off-road vehicle such as a generator, an automobile, and a construction machine.

本発明に係るディーゼルエンジンシステムにおける燃料噴射条件を設定する動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement which sets the fuel-injection conditions in the diesel engine system which concerns on this invention. 本発明に係る燃料噴射条件を確認する実験におけるシリンダー筒内壁と燃料噴射方向との関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the cylinder cylinder inner wall and fuel injection direction in the experiment which confirms the fuel-injection conditions based on this invention. 本発明に係る燃料噴射条件を確認する実験におけるパイロット噴射時期と改善率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the pilot injection timing and the improvement rate in the experiment which confirms the fuel-injection conditions which concern on this invention. 本発明に係る燃料噴射条件を確認する実験におけるパイロット噴射量比と改善率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the pilot injection quantity ratio and the improvement rate in the experiment which confirms the fuel-injection conditions based on this invention. 本発明に係る燃料噴射条件を確認する実験における回転速度1500rpmにおける熱発生率とクランク角との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the heat release rate and crank angle in the rotational speed 1500rpm in the experiment which confirms the fuel-injection conditions based on this invention. 本発明に係る燃料噴射条件を確認する実験における回転速度2000rpmにおける熱発生率とクランク角との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the heat release rate and the crank angle in the rotational speed 2000rpm in the experiment which confirms the fuel-injection conditions based on this invention.

Claims (10)

灯油を燃料油として用いる内燃機関であって、
メイン噴射前に多段の燃料油噴射を行う直噴式であり、
前記燃料油噴射は、1つの多噴口噴射ノズルを用いて多段噴射をするコモンレール方式を有した
ことを特徴とした内燃機関。
An internal combustion engine using kerosene as fuel oil,
It is a direct injection type that performs multi-stage fuel oil injection before main injection,
The internal combustion engine characterized in that the fuel oil injection has a common rail system that performs multi-stage injection using one multi-injection nozzle.
請求項1に記載の内燃機関であって、
前記多噴口噴射ノズルが4つ以上の噴口を有すディーゼルエンジンである
ことを特徴とした内燃機関。
The internal combustion engine according to claim 1,
The internal combustion engine, wherein the multi-injection nozzle is a diesel engine having four or more injection holes.
請求項1または請求項2に記載の内燃機関であって、
パイロット噴射機構を備え、
前記燃料油の全噴射量に占めるパイロット噴射量比は5%以上25%以下であり、
前記燃料油の噴射時期は噴霧される前記燃料油の中心線がシリンダー筒内壁に接しない時点から上死点前20°までに設定された
ことを特徴とした内燃機関。
The internal combustion engine according to claim 1 or 2,
Equipped with a pilot injection mechanism,
The ratio of pilot injection to the total injection amount of the fuel oil is 5% or more and 25% or less,
The internal combustion engine characterized in that the fuel oil injection timing is set from the time when the center line of the fuel oil to be sprayed does not contact the inner wall of the cylinder cylinder to 20 ° before top dead center.
請求項3に記載の内燃機関であって、
前記燃料油の噴射時期は、上死点前40°から上死点前25°までに設定された
ことを特徴とした内燃機関。
An internal combustion engine according to claim 3,
The fuel oil injection timing is set from 40 ° before top dead center to 25 ° before top dead center.
請求項3または請求項4に記載の内燃機関であって、
シリンダー筒内の熱発生率から得られた前記燃料油の5%が燃焼する時点が、クランク角で上死点前5°から上死点後5°までの範囲に設定された
ことを特徴とした内燃機関。
An internal combustion engine according to claim 3 or claim 4,
The time when 5% of the fuel oil obtained from the heat generation rate in the cylinder burns is set in the range from 5 ° before top dead center to 5 ° after top dead center at the crank angle. Internal combustion engine.
請求項3ないし請求項5のいずれかに記載の内燃機関であって、
前記パイロット噴射機構は、前記パイロット噴射量比が以下の式(1)にて算出される条件に設定された
パイロット噴射量比
=(パイロット噴射の噴口開口時間)/
((パイロット噴射とメイン噴射との全噴口開口時間)×100)……(1)
ことを特徴とした内燃機関。
An internal combustion engine according to any one of claims 3 to 5,
The pilot injection mechanism is set such that the pilot injection amount ratio is calculated by the following equation (1): Pilot injection amount ratio = (Pilot injection opening time) /
((All nozzle opening times for pilot injection and main injection) x 100) …… (1)
An internal combustion engine characterized by that.
請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の内燃機関であって、
前記灯油は、JIS K 2203に準拠するものである
ことを特徴とした内燃機関。
An internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6,
The internal combustion engine, wherein the kerosene conforms to JIS K 2203.
請求項3ないし請求項7のいずれかに記載の内燃機関と、
前記内燃機関の出力軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記出力軸の回転負荷を検出する回転負荷検出手段と、
前記内燃機関のメイン噴射およびパイロット噴射の各噴射時期に関する噴射時期データとメイン噴射およびパイロット噴射の各噴射量に関する噴射量データとを1つの制御データとして関連付けて複数記憶する記憶手段と、
前記出力軸の回転速度および回転負荷に応じて前記噴射時期および噴射量を設定する制御手段と、
を具備したことを特徴とした内燃機関システム。
An internal combustion engine according to any one of claims 3 to 7,
Rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the output shaft of the internal combustion engine;
Rotational load detecting means for detecting the rotational load of the output shaft;
Storage means for storing a plurality of injection timing data relating to each injection timing of main injection and pilot injection of the internal combustion engine and injection amount data relating to each injection amount of main injection and pilot injection as one control data;
Control means for setting the injection timing and the injection amount according to the rotational speed and rotational load of the output shaft;
An internal combustion engine system comprising:
灯油を燃料油として用い一つの多噴口噴射ノズルにより多段噴射するコモンレール方式を有する内燃機関の制御方法であって、
前記燃料油の全噴射量に占めるパイロット噴射量比が5%以上25%以下で、
前記燃料油の噴射時期は噴霧される前記燃料油の中心線がシリンダー筒内壁に接しない時点から上死点前20°までである
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
A control method for an internal combustion engine having a common rail system in which kerosene is used as fuel oil and multistage injection is performed by one multi-injection nozzle,
The ratio of pilot injection to the total injection amount of the fuel oil is 5% or more and 25% or less,
The method for controlling an internal combustion engine, characterized in that the fuel oil injection timing is from the time when the center line of the fuel oil to be sprayed does not contact the inner wall of the cylinder cylinder to 20 ° before top dead center.
請求項9に記載の内燃機関の制御方法であって、
プログラマブル・ロジック・デバイス(Programmable Logic Device:PLD)、プログラマブル・ロジック・アレイ(Programmable Logic Array:PLA)および専用制御デバイスから選ばれる少なくともいずれか一つ以上の集積回路による制御により、前記燃料油を供給する
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
A control method for an internal combustion engine according to claim 9,
The fuel oil is supplied under the control of at least one integrated circuit selected from a programmable logic device (PLD), a programmable logic array (PLA), and a dedicated control device. A control method for an internal combustion engine.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012082800A (en) * 2010-10-14 2012-04-26 Isuzu Motors Ltd Control device of internal combustion engine
JP2012530867A (en) * 2009-06-26 2012-12-06 エム・テー・ウー・フリードリッヒスハーフェン・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング Method of operating an internal combustion engine

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