JP2011122531A - Control device for dual-fuel engine - Google Patents

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Hirobumi Nishimura
博文 西村
Masaaki Kashimoto
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a required engine output while suppressing abnormal combustion in middle and high rotation areas where a supercharging effect is expected and also to ensure combustion stability even in an extremely low load area (b2) when using gasoline, in a dual-fuel engine 1 including a supercharger 20 supercharging intake air and an intercooler 12 cooling the supercharged intake air, and selectively using the gasoline and hydrogen fuel. <P>SOLUTION: When the gasoline is used in the middle and high rotation areas of the engine 1, the effective compression ratio of an operation chamber is reduced by a Miller cycle or the like in almost the whole operation area (b1), thereby providing the required engine output while suppressing the abnormal combustion in conjunction with supercharging and cooling of the intake air. In this regard, however in the extremely low load area (b2), the effective compression ratio is relatively increased, thereby ensuring ignitability of an air-fuel mixture and combustion stability. Meanwhile, when the hydrogen fuel is used, the effective compression ratio is reduced in the whole area (a1) of the middle and high rotation areas. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば水素のような気体燃料と、ガソリンのような液体燃料とを切り替えて運転することのできるエンジン（バイフューエル、デュアルフューエルエンジンという）の制御装置に関し、特に、燃料性状の違いに着目した有効圧縮比の可変制御に係る。   The present invention relates to a control device for an engine (referred to as a bi-fuel or dual-fuel engine) that can be operated by switching between a gaseous fuel such as hydrogen and a liquid fuel such as gasoline. It relates to the variable control of the effective compression ratio.

近年、原油価格の上昇傾向や地球環境への関心の高まりとともに、種々の代替燃料を使用するエンジンに注目が集まっており、中でも排気のクリーンな水素エンジンには多大な期待が寄せられている。しかし、水素のような気体燃料を空気と共に気筒へ充填しようとすると、その充填効率が低くなってしまい、ガソリンに比べて出力が不足し易い。   In recent years, along with the rising trend of crude oil prices and increasing interest in the global environment, attention has been focused on engines using various alternative fuels, and in particular, there is great expectation for clean hydrogen engines. However, when a gaseous fuel such as hydrogen is filled into the cylinder together with air, the filling efficiency is lowered, and the output is likely to be insufficient as compared with gasoline.

この点につき、エンジン出力の向上のために気筒への吸気を過給して充填効率を高めることは従来より広く行われており、例えば特許文献１には、ＣＮＧ（気体燃料）とガソリン（液体燃料）とを切替えて使用するバイフューエルエンジンにおいて、排気ターボ過給機を利用することが記載されている。   With respect to this point, in order to improve engine output, supercharging intake air to the cylinder to increase the charging efficiency has been widely performed. For example, Patent Document 1 discloses CNG (gaseous fuel) and gasoline (liquid It is described that an exhaust turbocharger is used in a bi-fuel engine that is used by switching to a fuel.

同文献に記載の排気ターボ過給機は、エンジンの中、高回転域においてウエストゲート弁の作動する最大限界過給圧、即ち過給圧の上限値を変更可能なものであり、この最大限界過給圧をガソリンの使用時にはＣＮＧの使用時に比べて低くするようにしている。こうすれば、ガソリンの使用時とＣＮＧの使用時とでエンジンの最大出力の差が小さくなり、また、ガソリン使用時の出力過多によるエンジンの耐久性低下を防ぐことができる。   The exhaust turbocharger described in the same document is capable of changing the maximum limit supercharging pressure at which the wastegate valve operates in the middle and high engine speed range, that is, the upper limit value of the supercharging pressure. The supercharging pressure is made lower when using gasoline than when using CNG. In this way, the difference in maximum engine output between when using gasoline and when using CNG is reduced, and the durability of the engine due to excessive output when using gasoline can be prevented.

特開２００６−３２９１６５号公報JP 2006-329165 A

ところで、前記従来例のように過給によってエンジン出力を高めようとすると、圧縮行程で気筒内の温度が過度に高くなってしまい、異常燃焼が誘発されるという問題がある。すなわち、前記ウエストゲート弁によって制限する過給圧の上限値を高く設定するほど、吸気の充填効率が高くなってエンジンの最大出力も高くなるが、過給圧が高くなるほど吸気温度も高くなって、圧縮行程における混合気の自着火、異常燃焼が起こり易くなるのである。   However, if the engine output is increased by supercharging as in the conventional example, the temperature in the cylinder becomes excessively high in the compression stroke, and there is a problem that abnormal combustion is induced. That is, the higher the upper limit value of the supercharging pressure limited by the waste gate valve, the higher the intake charging efficiency and the maximum engine output, but the higher the supercharging pressure, the higher the intake air temperature. In the compression stroke, self-ignition of the air-fuel mixture and abnormal combustion are likely to occur.

また、そのような異常燃焼を抑制するために、排気ターボ過給機を備えたエンジンでは気筒の幾何学的な圧縮比を低めに設定することが多いが、こうすると、気筒への吸気の充填効率が低くなる極低負荷域においては混合気の着火性が低下してしまい、燃焼安定性の低下が懸念される。   In addition, in order to suppress such abnormal combustion, an engine equipped with an exhaust turbocharger often sets the cylinder's geometric compression ratio to a low value. In the extremely low load region where the efficiency is low, the ignitability of the air-fuel mixture is lowered, and there is a concern that the combustion stability is lowered.

斯かる諸点に鑑みて本発明の目的は、過給効果の高まるエンジンの中、高回転域において異常燃焼を抑制しながら、エンジン出力を高めるとともに、極低負荷域の燃焼安定性を確保することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION In view of these points, an object of the present invention is to increase engine output and ensure combustion stability in an extremely low load range while suppressing abnormal combustion in a high rotation range in an engine with an increased supercharging effect. It is in.

前記の目的を達成するために本発明に係る制御装置では、公知のミラーサイクル化等の手法を用い、エンジンの中、高回転域において、使用する燃料の性状に応じて気筒の有効圧縮比を適宜、変更するようにしたものである。   In order to achieve the above object, the control device according to the present invention uses a known method such as Miller cycle, and sets the effective compression ratio of the cylinder in the middle and high rotation range of the engine according to the properties of the fuel used. This is changed as appropriate.

すなわち、請求項１の発明は、吸気を過給する過給機と、過給された吸気を冷却するインタークーラとを備えるとともに、液体燃料と、これに比べて燃焼速度の高い気体燃料とを選択的に使用可能なデュアルフューエルエンジンの制御装置を対象として、エンジン回転数が設定回転数以上の中、高回転域において前記液体燃料を使用するときに、所定の極低負荷域以外では該極低負荷域よりも有効圧縮比を低下させる一方、前記気体燃料を使用するときには前記中、高回転域の全域で、前記液体燃料使用時の極低負荷域よりも気筒の有効圧縮比を低下させる、有効圧縮比制御手段を備えている。   That is, the invention of claim 1 includes a supercharger that supercharges intake air and an intercooler that cools the supercharged intake air, and includes a liquid fuel and a gaseous fuel that has a higher combustion speed than this. Targeting a dual fuel engine control device that can be used selectively, when the liquid fuel is used in a high engine speed range where the engine speed is equal to or higher than a set engine speed, the pole is used except in a predetermined extremely low load range. While reducing the effective compression ratio from the low load range, when using the gaseous fuel, the effective compression ratio of the cylinder is reduced from the extremely low load range at the time of using the liquid fuel in the middle and high rotation range. And an effective compression ratio control means.

尚、気筒の有効圧縮比を変更するための手法は種々、知られているが、慣用されているのは吸気ポートの閉じ時期を変更することである。この明細書ではそれ以外にも、気筒の圧縮行程で一旦、閉じた吸気ポートを再び開いたり、或いは排気ポートを開いたり、さらには別途、設けた専用のポートを開いて、これらのポートが開かれている期間の圧縮ストロークをデッドストロークとするような手法を便宜上、ミラーサイクル化と呼ぶ。   Various methods for changing the effective compression ratio of the cylinder are known, but what is commonly used is to change the closing timing of the intake port. In this specification, in addition to this, the closed intake port is reopened or the exhaust port is opened again in the compression stroke of the cylinder, or a dedicated port provided separately is opened to open these ports. For convenience, the method of making the compression stroke during the period of time a dead stroke is called mirror cycle.

前記の構成により、まず、エンジン回転数が設定回転数以上で、所期の過給効果が期待できる中、高回転域においては、過給機により圧縮された吸気がインタークーラで冷却された後に気筒へ充填されることで、吸気温度の上昇を抑制しつつ充填効率を十分に高くすることができる。その上で前記のミラーサイクル化の手法により気筒の有効圧縮比を低下させれば、圧縮上死点近傍における気筒内温度の上昇を抑えて、異常燃焼を抑制することができる。   With the above configuration, first, while the engine speed is equal to or higher than the set speed and the expected supercharging effect can be expected, in the high speed range, after the intake air compressed by the supercharger is cooled by the intercooler By filling the cylinder, the charging efficiency can be sufficiently increased while suppressing an increase in the intake air temperature. Then, if the effective compression ratio of the cylinder is reduced by the above-described mirror cycle method, an increase in the cylinder temperature near the compression top dead center can be suppressed, and abnormal combustion can be suppressed.

そうして吸気の充填効率を高めつつ異常燃焼を抑制できることから、その分、過給圧の上限は高めに設定することが可能になって、効率良く排気エネルギを回収できるとともに、過給とミラーサイクルとの相乗効果で吸気損失が非常に少なくなり、燃費の低減が図られる。尚、吸気損失の低減という観点から特に好ましいのは、エンジンが複数の気筒を有するものである場合に前記有効圧縮比制御手段として、圧縮行程にあるいずれかの気筒を吸気行程にある他の気筒に連通する構成とすることである（請求項４）。   Since abnormal combustion can be suppressed while increasing the charging efficiency of the intake air, the upper limit of the supercharging pressure can be set higher, and exhaust energy can be efficiently recovered, and supercharging and mirroring can be performed. The synergistic effect with the cycle significantly reduces intake air loss and reduces fuel consumption. It is particularly preferable from the viewpoint of reducing the intake loss that when the engine has a plurality of cylinders, as the effective compression ratio control means, any cylinder in the compression stroke is set to another cylinder in the intake stroke. (Claim 4).

但し、そうして有効圧縮比を低下させると、たとえ過給効果の高い中、高回転域であっても、例えばコースティング状態のように負荷の非常に低い運転状態、即ち極低負荷域においては、吸気の充填効率が低くなりその流動も弱くなってしまうため、液体燃料の混合気形成に遅れが生じることも相俟って着火性が低下し、燃焼安定性も低下することが懸念される。   However, if the effective compression ratio is reduced in this way, even in the high rotation range with a high supercharging effect, for example, in a driving state with a very low load such as a coasting state, that is, in an extremely low load range. However, since the charging efficiency of the intake air becomes low and its flow becomes weak, there is a concern that the ignitability will be reduced due to the delay in the formation of the mixture of liquid fuel, and the combustion stability will also be reduced. The

そこで、前記のように中、高回転域において液体燃料を使用するときに有効圧縮比を低下させるのは、前記の極低負荷域以外とする。換言すれば極低負荷域では有効圧縮比が相対的に高くなるようにすることで、混合気の着火性、燃焼安定性を確保するのである。尚、前記したように有効圧縮比の低下によって異常燃焼を抑制できることから、過給エンジンであっても気筒の幾何学的な圧縮比をあまり低く設定する必要がなく、このことも極低負荷域における混合気の着火性の確保には有利になる。   Therefore, as described above, when the liquid fuel is used in the middle and high rotation range, the effective compression ratio is reduced except for the extremely low load range. In other words, the ignitability and combustion stability of the air-fuel mixture are ensured by making the effective compression ratio relatively high in the extremely low load range. As described above, since abnormal combustion can be suppressed by reducing the effective compression ratio, it is not necessary to set the geometric compression ratio of the cylinder so low even in a supercharged engine, which is also an extremely low load region. This is advantageous for ensuring the ignitability of the air-fuel mixture.

また、一方で気体燃料を使用するときには、前記中、高回転域の全域において前記のようにミラーサイクル化の手法により気筒の有効圧縮比を低下させることにより、前記液体燃料の使用時と同様に過給、吸気冷却及びミラーサイクル化の組合せによって吸気温度の上昇を抑制しながら、充填効率は高くすることができ、これにより、異常燃焼を誘発することなく高出力を得ることができる。尚、気体燃料であれば混合気形成が速く、特に水素燃料であれば着火性が高いことも相俟って燃焼安定性は十分に確保できる。   On the other hand, when using gaseous fuel, the effective compression ratio of the cylinder is reduced by the mirror cycle method as described above in the whole middle and high rotation range, as in the case of using the liquid fuel. The combination of supercharging, intake air cooling, and mirror cycling can suppress the rise in intake air temperature and increase the charging efficiency, thereby obtaining a high output without inducing abnormal combustion. Combustion stability can be sufficiently ensured in combination with gas fuel when the mixture is formed quickly, and particularly with hydrogen fuel, the ignitability is high.

好ましいのは、吸気の過給圧が所定の上限値以下になるよう、例えばウエストゲート弁のような過給圧制限手段によって過給機の作動を制限するとともに、その過給圧制限手段は過給圧の上限値を変更調整可能なものとして、前記液体燃料使用時の前記過給圧の上限値を前記気体燃料使用時に比べて低めに設定することである（請求項２）。こうすれば、気体燃料の使用時と液体燃料の使用時とでエンジンの最大トルクの差が小さくなり、乗員の違和感を軽減できる。   Preferably, the operation of the supercharger is restricted by a supercharging pressure limiting means such as a wastegate valve so that the supercharging pressure of the intake air is not more than a predetermined upper limit value. The upper limit value of the supercharging pressure when the liquid fuel is used is set lower than that when the gaseous fuel is used, assuming that the upper limit value of the supply pressure can be changed and adjusted (Claim 2). By doing so, the difference in the maximum torque of the engine between the use of gaseous fuel and the use of liquid fuel is reduced, and the passenger's discomfort can be reduced.

また、好ましいのは、前記の中、高回転域において液体燃料を使用しているときに、前記の極低負荷域からそれ以外の負荷域へ移行すれば、反対に該極低負荷域へそれ以外の負荷域から移行したときに比べて、有効圧縮比の変化を遅くすることである（請求項３）。すなわち、極低負荷域からそれ以外の負荷域、つまり高負荷側へ移行時に車両は、加速状態にあるので、このときには過渡的に有効圧縮比が高めの状態とすることで、エンジン出力を高めて加速応答性を向上できる。尚、高負荷側に移行した直後は気筒内の温度状態があまり高くないので、異常燃焼の起きる心配はない。   In addition, it is preferable that when liquid fuel is used in the middle and high rotation ranges, if the load shifts from the extremely low load range to other load ranges, the low load range is reversed. The change in the effective compression ratio is delayed as compared with the case of shifting from a load range other than (Claim 3). In other words, the vehicle is in an accelerated state when shifting from an extremely low load region to another load region, that is, a high load side. At this time, the engine output is increased by transiently setting the effective compression ratio to a high state. Acceleration response can be improved. Immediately after shifting to the high load side, the temperature state in the cylinder is not so high, so there is no fear of abnormal combustion.

以上、説明したように本発明に係るデュアルフューエルエンジンの制御装置によると、まず、所期の過給効果が期待できる中、高回転域では過給により吸気の充填効率を高めつつ、インタークーラにより冷却して吸気温度の上昇を抑制し、さらに気筒の有効圧縮比を低下させることによって、異常燃焼を抑制しながら所要の出力を確保することができる。つまり、気体燃料の使用時に液体燃料に遜色ない出力を確保できるとともに、元々、出力に余裕のある液体燃料の使用時においても吸気損失の低減によって、燃費を低減することができる。   As described above, according to the control apparatus for a dual fuel engine according to the present invention, first, while the expected supercharging effect can be expected, in the high speed range, the charging efficiency of the intake air is increased by supercharging, and the intercooler is used. By cooling and suppressing an increase in the intake air temperature, and further reducing the effective compression ratio of the cylinder, a required output can be secured while suppressing abnormal combustion. That is, an output comparable to liquid fuel can be secured when using gaseous fuel, and fuel consumption can be reduced by reducing intake air loss even when using liquid fuel with sufficient output.

一方で、過給効果の期待できる中、高回転域であってもコースティング状態等の極低負荷域において、気体燃料に比べて混合気形成の難しい液体燃料を使用する場合には、相対的に有効圧縮比を高くすることによって混合気の着火性、燃焼安定性を確保することができる。   On the other hand, when the supercharging effect can be expected, even when using a liquid fuel that is difficult to form an air-fuel mixture compared to a gaseous fuel in an extremely low load region such as a coasting state even in a high rotation region, In addition, by increasing the effective compression ratio, the ignitability and combustion stability of the air-fuel mixture can be ensured.

本発明の実施形態に係るエンジン制御装置を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the engine control apparatus which concerns on embodiment of this invention. 連通ポートによるミラーサイクル化についての説明図である。It is explanatory drawing about mirror cycle-ization by a communication port. 水素運転時(a)及びガソリン運転時(b)の各々における連通制御弁の制御と、これによる過給圧及びエンジントルクの変化とを示すイメージ図である。It is an image figure which shows the control of the communication control valve in each of hydrogen operation (a) and gasoline operation (b), and the change of the supercharging pressure and engine torque by this. 過給及びミラーサイクル化による吸気温度、圧縮端温度の変化を示すグラフ図である。It is a graph which shows the change of the intake air temperature by compression and Miller cycle, and compression end temperature. 連通制御弁の制御手順を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the control procedure of a communication control valve.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the following description of preferable embodiment is only an illustration essentially, and is not intending restrict | limiting this invention, its application thing, or its use.

（エンジン及び制御装置の構成）
図１は、本発明の実施形態に係るエンジン制御装置の概略構成を示し、図の例ではエンジン１は自動車等の車両に搭載され、燃料としての性状が互いに異なる水素燃料（気体燃料）及びガソリン（液体燃料）を切換えて使用可能なものである。 (Configuration of engine and control device)
FIG. 1 shows a schematic configuration of an engine control apparatus according to an embodiment of the present invention. In the example shown in the figure, the engine 1 is mounted on a vehicle such as an automobile, and hydrogen fuel (gaseous fuel) and gasoline having different properties as fuel. (Liquid fuel) can be switched and used.

また、この実施形態ではエンジン１は所謂ヴァンケル・ロータリエンジンであり、図１に模式的に示すように、トロコイド内周面を有する繭状のロータハウジング２とサイドハウジング３とに囲まれたロータ収容室Ｒには概略三角形状のロータ４が収容されていて、その外周側に３つの作動室（気筒）が形成されている。尚、図の例ではエンジン１は、２つのロータハウジング２を３つのサイドハウジング３の間に挟み込むようにして一体化し、その間に形成される２つのロータ収容室Ｒにそれぞれロータ４を収容した２ロータタイプのものであり、図には２つのロータ収容室Ｒを展開した状態で示している。   In this embodiment, the engine 1 is a so-called Wankel rotary engine. As schematically shown in FIG. 1, the rotor housing is surrounded by a bowl-shaped rotor housing 2 having a trochoid inner peripheral surface and a side housing 3. The chamber R accommodates a substantially triangular rotor 4, and three working chambers (cylinders) are formed on the outer peripheral side thereof. In the example shown in the figure, the engine 1 is integrated such that the two rotor housings 2 are sandwiched between the three side housings 3, and the rotor 4 is housed in two rotor housing chambers R formed therebetween. This is a rotor type, and in the drawing, two rotor accommodating chambers R are shown in a developed state.

図示のようにそれぞれのロータ収容室Ｒにおいてロータ４は、サイドハウジング３を貫通するエキセントリックシャフト５に対し遊星回転運動をするように支持されている。すなわち、ロータ４は、その外周の３つの頂部にそれぞれ配設されたシール部が各々ロータハウジング２のトロコイド内周面に摺接しつつ、エキセントリックシャフト５の偏心輪の周りを自転しながら、該エキセントリックシャフト５の軸心の周りを図の時計回りに公転する。   As shown in the figure, in each rotor accommodating chamber R, the rotor 4 is supported so as to make a planetary rotational movement with respect to the eccentric shaft 5 penetrating the side housing 3. In other words, the rotor 4 rotates while rotating around the eccentric wheel of the eccentric shaft 5 while the seal portions respectively disposed at the three tops of the outer periphery thereof are in sliding contact with the inner surface of the trochoid of the rotor housing 2. The shaft 5 revolves clockwise around the axis.

そうしてロータ４が１回転（公転）する間に、ロータ４の各頂部間にそれぞれ形成された３つの作動室は各々周方向に、即ち該ロータ４の周りに図の時計回りに移動しながら、吸気、圧縮、膨張（燃焼）及び排気の４つの行程からなる燃焼サイクルを行い、これにより発生する回転力がロータ４を介してエキセントリックシャフト５から出力される。   Thus, while the rotor 4 makes one revolution (revolution), the three working chambers respectively formed between the tops of the rotor 4 move in the circumferential direction, that is, around the rotor 4 in the clockwise direction in the figure. However, a combustion cycle comprising four strokes of intake, compression, expansion (combustion) and exhaust is performed, and the rotational force generated thereby is output from the eccentric shaft 5 via the rotor 4.

詳しくは、図の左側に示すフロント側のロータ４の周りでは、図２の上段に示すようにエキセントリックシャフト５の回転角（以下、エキセン角と略称する）で１０８０°、即ち３回転の間にロータ４が１回転（公転）し、３回の燃焼サイクルが行われる。また、同図の下段に示すようにリヤ側のロータ４の周りでも、エキセントリックシャフト５が３回転する間（図ではエキセン角で１８０〜１２６０°）にロータ４が１回転し、３回の燃焼サイクルが行われる。   Specifically, around the front side rotor 4 shown on the left side of the figure, as shown in the upper part of FIG. 2, the rotational angle of the eccentric shaft 5 (hereinafter abbreviated as the eccentric angle) is 1080 °, that is, between three rotations. The rotor 4 makes one revolution (revolution), and three combustion cycles are performed. Also, as shown in the lower part of the figure, the rotor 4 rotates once and rotates three times around the rear rotor 4 while the eccentric shaft 5 rotates three times (in the figure, the eccentric angle is 180 to 1260 °). A cycle is performed.

そして、フロント側、リヤ側の２つのロータ４，４の位相が相互に１８０度ずれているため、この実施形態のような２ロータタイプのロータリエンジンでは、エキセントリックシャフト５の１回転につき２回の爆発が等間隔（エキセン角で１８０°間隔）で行われることになる。図１に戻って左側のフロント側ロータ４の周りでは、右上側の作動室が圧縮行程に、また、右下側の作動室が膨張行程にあり、左側の狭い作動室は、圧縮行程から吸気行程に移行する途中、即ち吸気上死点（吸ＴＤＣ）の直前にある。   Since the phases of the two rotors 4 and 4 on the front side and the rear side are shifted from each other by 180 degrees, in the two-rotor type rotary engine as in this embodiment, the rotation of the eccentric shaft 5 is twice. Explosions will occur at regular intervals (180 ° intervals at the eccentric angle). Returning to FIG. 1, around the left front rotor 4, the upper right working chamber is in the compression stroke, the lower right working chamber is in the expansion stroke, and the left narrow working chamber is inhaled from the compression stroke. On the way to the stroke, that is, immediately before the intake top dead center (suction TDC).

同様に、図の右側に位置するリヤ側ロータ４の周りでは、左上側の作動室が吸気行程にあり、左下側の作動室が排気行程にあり、右端の狭い作動室は圧縮上死点（圧ＴＤＣ）の直前にある。そして、その圧縮上死点近傍の作動室において混合気に点火するように、各ロータ収容室Ｒにはロータハウジング２の短軸近傍に２つの点火プラグ６，６が並んで設けられている。   Similarly, around the rear rotor 4 located on the right side of the figure, the upper left working chamber is in the intake stroke, the lower left working chamber is in the exhaust stroke, and the narrow right working chamber is the compression top dead center ( Just before the pressure TDC). Then, two ignition plugs 6, 6 are provided side by side in the vicinity of the minor axis of the rotor housing 2 in each rotor housing chamber R so that the air-fuel mixture is ignited in the working chamber near the compression top dead center.

一方でロータハウジング２の長軸近傍には、図外の水素燃料タンクから供給される水素燃料を吸気から圧縮行程にかけて作動室に噴射するように水素燃料用の噴射弁７（以下、水素噴射弁）が設けられている。また、各ロータ収容室Ｒには、吸気行程にある作動室に臨んで開口するように吸気ポート８が、また、排気行程にある作動室に臨んで開口するように排気ポート９が、それぞれサイドハウジング３に形成されている。   On the other hand, in the vicinity of the long axis of the rotor housing 2, a hydrogen fuel injection valve 7 (hereinafter referred to as a hydrogen injection valve) is injected so that hydrogen fuel supplied from a hydrogen fuel tank (not shown) is injected into the working chamber from the intake to the compression stroke. ) Is provided. Each rotor accommodating chamber R has an intake port 8 that opens toward the working chamber in the intake stroke, and an exhaust port 9 that opens toward the working chamber in the exhaust stroke. It is formed in the housing 3.

そうしてサイドハウジング３に形成された吸気ポート８の上流端は、吸気通路１０に連通している。図の例では吸気通路１０の下流側が２つに分岐して、それぞれ吸気ポート８に連通する一方、上流側では一つに合流しており、そこには後述のタービン１７により駆動されるコンプレッサ１１と、このコンプレッサ１１により圧縮された吸気を冷却するインタークーラ１２とが、上流側から順に配設されている。尚、コンプレッサ１１の上流側にはエアクリーナやエアフローセンサも配設されている。   Thus, the upstream end of the intake port 8 formed in the side housing 3 communicates with the intake passage 10. In the example shown in the drawing, the downstream side of the intake passage 10 is branched into two and each communicates with the intake port 8, while the upstream side merges into one, and there is a compressor 11 driven by a turbine 17 described later. An intercooler 12 that cools the intake air compressed by the compressor 11 is disposed in order from the upstream side. An air cleaner and an air flow sensor are also arranged on the upstream side of the compressor 11.

また、前記のように吸気通路１０が分岐する直前には、ステッピングモータ等のアクチュエータにより駆動されるスロットル弁１３が配設されており、これにより吸気の流れを絞ってその流量を調節することができる。さらに、分岐した後の吸気通路１０の下流端から吸気ポート８にかけて各ロータ収容室Ｒ毎に、図外のガソリン燃料タンクから供給されるガソリンを噴射するためのガソリン噴射弁１４が配設されている。   Further, just before the intake passage 10 branches as described above, a throttle valve 13 driven by an actuator such as a stepping motor is provided, so that the flow of intake air can be reduced to adjust the flow rate. it can. Further, a gasoline injection valve 14 for injecting gasoline supplied from a gasoline fuel tank (not shown) is arranged for each rotor accommodating chamber R from the downstream end of the branched intake passage 10 to the intake port 8 after branching. Yes.

一方、吸気ポート８と同じくサイドハウジング３に形成された排気ポート９の下流端は、排気通路１５に連通している。この排気通路１５のうち、各ロータ収容室Ｒ毎の分岐通路は排気マニホルドとして構成され、その集合部の下流側には、排気流を受けて回転されるタービン１７と、このタービン１７をバイパスする通路１８と、ウエストゲート弁１９とを備えた排気ターボ過給機２０が配設されている。   On the other hand, the downstream end of the exhaust port 9 formed in the side housing 3 as well as the intake port 8 communicates with the exhaust passage 15. Of the exhaust passage 15, a branch passage for each rotor accommodating chamber R is configured as an exhaust manifold, and a turbine 17 that is rotated by receiving an exhaust flow is bypassed on the downstream side of the collecting portion. An exhaust turbocharger 20 having a passage 18 and a wastegate valve 19 is disposed.

前記ウエストゲート弁１９は周知の如くばね力と過給圧とのバランスで開閉され、過給圧が予め設定した上限値（所謂最高過給圧）になるとバイパス通路１８を開放して、排気の流れをバイパスさせるようにしたものである。特にこの実施形態では、アクチュエータによりばね力を調整することで、前記過給圧の上限値を変更調整可能な可変式ウエストゲート弁を用いている。このウエストゲート弁１９が、過給圧が所定の上限値以下になるように排気ターボ過給機２０の作動を制限するとともに、その過給圧の上限値を変更調整可能な過給圧制限手段である。   As is well known, the waste gate valve 19 is opened and closed in a balance between spring force and supercharging pressure, and when the supercharging pressure reaches a preset upper limit value (so-called maximum supercharging pressure), the bypass passage 18 is opened and exhaust gas is discharged. The flow is bypassed. In particular, in this embodiment, a variable waste gate valve is used in which the upper limit value of the supercharging pressure can be changed and adjusted by adjusting the spring force with an actuator. The wastegate valve 19 restricts the operation of the exhaust turbocharger 20 so that the supercharging pressure is equal to or lower than a predetermined upper limit value, and is capable of changing and adjusting the upper limit value of the supercharging pressure. It is.

さらに、この実施形態のエンジン１では固有の構造として、２つのロータ収容室Ｒの中間のサイドハウジング３（インターミディエイトハウジングともいう）に、両者を連通するように連通ポート２１が形成されている。図１に示すように連通ポート２１は、吸気ポート８よりもロータ４の回転方向前側（リーディング側）寄りに開口しており、そのロータ４の回転に伴い吸気行程においては吸気ポート８よりも遅角側で開かれ且つ圧縮行程において、より遅角側で閉じられる。   Furthermore, as an inherent structure in the engine 1 of this embodiment, a communication port 21 is formed in the side housing 3 (also referred to as an intermediate housing) in the middle of the two rotor accommodating chambers R so as to communicate both. As shown in FIG. 1, the communication port 21 opens closer to the front side (leading side) in the rotation direction of the rotor 4 than the intake port 8, and the intake stroke is slower than the intake port 8 as the rotor 4 rotates. Opened on the corner side and closed on the more retarded side in the compression stroke.

また、連通ポート２１にはこれを開閉可能な蝶弁からなる連通制御弁２２が設けられており、この連通制御弁２２が開くと、フロント側、リヤ側のいずれか一方のロータ収容室Ｒにおいて圧縮行程にある作動室が、他方のロータ収容室Ｒにおいて吸気行程にある作動室に連通され、図では左側の圧縮行程の作動室から吸気の一部が押し出されて、図では右側の吸気行程の作動室へと送られるようになっている。   Further, the communication port 21 is provided with a communication control valve 22 composed of a butterfly valve that can be opened and closed. When the communication control valve 22 is opened, either the front side or the rear side of the rotor accommodating chamber R is provided. The working chamber in the compression stroke communicates with the working chamber in the intake stroke in the other rotor accommodating chamber R, and a part of the intake air is pushed out from the working chamber in the left compression stroke in the drawing, and the right intake stroke in the drawing. To the working room.

すなわち、図２を参照して上述したように２つのロータ４，４の位相は相互に１８０度ずれているから、フロント側（若しくはリヤ側）の３つの作動室のいずれかが圧縮行程の後半にあるときには、これに対応してリヤ側（若しくはフロント側）のいずれかの作動室が吸気行程の前半にあって、同図に矢印で示すように、その吸気行程の作動室に圧縮行程の作動室から吸気が送り込まれるのである。   That is, as described above with reference to FIG. 2, the phases of the two rotors 4 and 4 are shifted from each other by 180 degrees, so that any one of the three working chambers on the front side (or rear side) is in the latter half of the compression stroke. Corresponding to this, one of the working chambers on the rear side (or front side) is in the first half of the intake stroke, and as shown by the arrow in FIG. Intake air is sent from the working chamber.

このことは、連通制御弁２２が閉じるまでの圧縮ストロークが、デッドストロークになって有効圧縮比が低下するということであり、レシプロエンジンにおいて慣用されているように、吸気弁の閉じる時期を遅角させるのと同様に所謂ミラーサイクル化がなされる。これに併せてスロットル弁１３の開度を大きめにすれば吸気損失の低減が図られ、さらに、前記のように圧縮行程の作動室から吸気行程の作動室に吸気が供給されることによっても、吸気損失が低減される。   This means that the compression stroke until the communication control valve 22 is closed becomes a dead stroke and the effective compression ratio is lowered. As is commonly used in reciprocating engines, the timing for closing the intake valve is retarded. The so-called mirror cycle is made in the same manner as the above. In conjunction with this, if the opening of the throttle valve 13 is increased, the intake loss can be reduced. Further, as described above, the intake air is supplied from the compression stroke working chamber to the intake stroke working chamber. Intake loss is reduced.

（エンジンの制御）
以上の如き構成のエンジン１において点火プラグ６、水素及びガソリンの各噴射弁７，１４、スロットル弁１３、連通制御弁２２等は、パワートレインコントロールモジュール２５（以下、ＰＣＭ２５と呼ぶ）によって制御される。すなわち、図１の(b)に模式的に示すように、ＰＣＭ２５には少なくとも、吸気通路１０のエアフローセンサ２６や吸気圧センサ２７からの信号と、エキセン角を検出する回転センサ２８からの信号とが入力される他、車両の乗員によるアクセルペダルの操作量を検出するアクセル開度センサ２９からの信号と、乗員によって操作される燃料選択スイッチ（燃料選択ＳＷ）３０からの信号とが入力される。 (Engine control)
In the engine 1 configured as described above, the spark plug 6, the hydrogen and gasoline injection valves 7 and 14, the throttle valve 13, the communication control valve 22 and the like are controlled by a powertrain control module 25 (hereinafter referred to as PCM 25). . That is, as schematically shown in FIG. 1B, the PCM 25 includes at least a signal from the air flow sensor 26 and the intake pressure sensor 27 in the intake passage 10 and a signal from the rotation sensor 28 that detects the eccentric angle. In addition, a signal from the accelerator opening sensor 29 that detects the amount of operation of the accelerator pedal by the vehicle occupant and a signal from the fuel selection switch (fuel selection SW) 30 that is operated by the occupant are input. .

そして、それらの信号に基づいてＰＣＭ２５は、エンジン１に要求されるトルクを演算し、この要求トルクが得られるようにスロットル弁１３の開度を制御して、各作動室への吸気充填量を調整するとともに、これに対して適切な空燃比となるようにいずれかの噴射弁７，１４による燃料の噴射量を制御し、さらに各作動室毎に適切な時期（点火時期）に点火プラグ６へ通電する。   Based on these signals, the PCM 25 calculates the torque required for the engine 1, controls the opening of the throttle valve 13 so as to obtain this required torque, and sets the intake charge amount to each working chamber. In addition to the adjustment, the fuel injection amount by one of the injection valves 7 and 14 is controlled so that the air-fuel ratio becomes appropriate, and the spark plug 6 is set at an appropriate timing (ignition timing) for each working chamber. Energize to.

加えて、この実施形態でＰＣＭ２５は、前記要求トルクとエンジン回転数とに基づいて連通制御弁２２を開いたり、閉じたりすることによって、前記のように作動室の有効圧縮比を変化させる（ミラーサイクル化）とともに、これによるエンジントルクの変化を相殺するようにスロットル開度を補正するようにしている。   In addition, in this embodiment, the PCM 25 changes the effective compression ratio of the working chamber as described above by opening or closing the communication control valve 22 based on the required torque and the engine speed (mirror). In addition, the throttle opening is corrected so as to offset the change in engine torque caused by this.

−水素燃料による運転時−
具体的に、水素燃料による運転時には図３(a)に示すように、設定回転数Ｎｅ１以上で所期の過給効果を期待できる運転域(a1)において連通制御弁２２を開き、ミラーサイクル化するとともに、スロットル弁１３の開度は相対的に大きめにする。このような相対的に高回転側の運転域では、排気ターボ過給機２０のタービン１７の回転数が高くなり、過給圧が所定以上に高くなるので、ミラーサイクル化しても吸気の充填効率は十分に高くすることができる。 -During operation with hydrogen fuel-
Specifically, during operation with hydrogen fuel, as shown in FIG. 3 (a), the communication control valve 22 is opened in the operation region (a1) where the desired supercharging effect can be expected at a set rotational speed Ne1 or more, and a mirror cycle is realized. At the same time, the opening of the throttle valve 13 is made relatively large. In such an operation region on the relatively high rotation side, the rotational speed of the turbine 17 of the exhaust turbocharger 20 becomes high and the supercharging pressure becomes higher than a predetermined value. Can be high enough.

しかも、そうして排気ターボ過給機２０のタービン１７により圧縮された吸気が、インタークーラ２１で冷却された後に作動室に充填されるようになるので、その温度の上昇幅が小さくなり、さらにミラーサイクル化によって有効圧縮比を低下させれば、異常燃焼を効果的に抑制しながら十分な高出力を得ることができる。特に水素燃料の場合はガソリンに比べて燃焼速度が高いことから、ノッキングの起きる心配もない。   In addition, since the intake air compressed by the turbine 17 of the exhaust turbocharger 20 is cooled by the intercooler 21, the working chamber is filled. If the effective compression ratio is lowered by mirror cycle, a sufficiently high output can be obtained while effectively suppressing abnormal combustion. In particular, hydrogen fuel has a higher combustion rate than gasoline, so there is no risk of knocking.

図４には、前記のように吸気を過給（外部圧縮）し且つ冷却するとともに、ミラーサイクル化したときの吸気温度上昇のシミュレーション結果を示す。ミラーサイクル化に伴う充填効率の低下を相殺すべく同図(a)に示すように過給圧を高めると、インタークーラで冷却していても吸気温度はやや高くなるものの（図(b)）有効圧縮比が低下しているため、圧縮上死点近傍での作動室の温度（圧縮端温度）は図(c)のように大幅に低下し（図例では約１５℃低下）、異常燃焼は効果的に抑制される。   FIG. 4 shows the simulation result of the intake air temperature rise when the intake air is supercharged (external compression) and cooled as described above, and is mirror cycled. If the supercharging pressure is increased as shown in Fig. (A) to offset the decrease in filling efficiency due to the mirror cycle, the intake air temperature will be slightly higher even if it is cooled by the intercooler (Fig. (B)). Since the effective compression ratio is decreasing, the temperature of the working chamber (compression end temperature) near the compression top dead center is greatly reduced as shown in Fig. (C) (in the example shown, it is reduced by about 15 ° C), and abnormal combustion Is effectively suppressed.

図３(a)に戻って、水素燃料の使用時に前記設定回転数Ｎｅ１未満の低回転域(a2)においては、連通制御弁２２を閉じて本来の圧縮比、即ち中、高回転域(a1)に比べて高い有効圧縮比となるようにし、出力を確保する。水素のように燃焼速度の高い燃料を使用する場合、有効圧縮比が高くてもノッキングの心配はない。また、過給圧の低い低回転域では過早着火も起こり難い。   Returning to FIG. 3 (a), when hydrogen fuel is used, in the low speed range (a2) less than the set speed Ne1, the communication control valve 22 is closed and the original compression ratio, that is, the middle and high speed range (a1). ) To ensure a high effective compression ratio. When using a fuel having a high combustion rate such as hydrogen, there is no risk of knocking even if the effective compression ratio is high. Also, pre-ignition is unlikely to occur in a low rotation range where the supercharging pressure is low.

上述したように相対的に高回転側の運転域(a1)では吸気の過給、冷却及びミラーサイクルの組合せによって異常燃焼を抑制できることから、この実施形態のエンジン１では、従来一般的な過給エンジンのように幾何学的な圧縮比を低めに設定する必要がなく、あまり過給効果の得られない状態であってもエンジン出力を確保し易い。   As described above, abnormal combustion can be suppressed by a combination of intake air supercharging, cooling, and mirror cycle in the relatively high engine speed operating range (a1). It is not necessary to set a low geometric compression ratio like an engine, and it is easy to ensure engine output even in a state where the supercharging effect is not obtained so much.

尚、前記の設定回転数Ｎｅ１は、エンジン全負荷で過給圧が最高過給圧に達してウエストゲート弁１９が開く回転数Ｎｅ２（所謂インターセプト回転数）に比べて、低回転側に設定している。これは、過給圧があまり高くなる前に前記のようにミラーサイクル化して圧縮端温度を低下させるためであり、こうすることで、着火性の高い水素燃料の使用時における過早着火の防止が図られている。   The set rotational speed Ne1 is set to a lower rotational speed than the rotational speed Ne2 (so-called intercept rotational speed) at which the boost gate pressure 19 opens when the supercharging pressure reaches the maximum supercharging pressure at the full engine load. ing. This is because the compression cycle temperature is lowered as described above before the supercharging pressure becomes too high, thereby reducing the compression end temperature. By using this, premature ignition is prevented when using highly ignitable hydrogen fuel. Is planned.

−ガソリンによる運転時−
前記のような水素燃料による運転時に対してガソリンによる運転時には、図３(b)に符号(b1)として示すように低回転から高回転までの殆ど全回転域で連通制御弁２２を開き、ミラーサイクル化することを基本とする。これは、ガソリンによる運転時は水素燃料に比べてノッキングが起き易いことを考慮して、過給圧の低い低回転域でも有効圧縮比を低下させ、圧縮行程における作動室内温度の上昇を抑えるためである。 -During operation with gasoline-
When operating with gasoline as compared with the operation with hydrogen fuel as described above, the communication control valve 22 is opened in almost all the rotation ranges from low to high as shown by reference numeral (b1) in FIG. Basically, it should be cycled. In consideration of the fact that knocking is more likely to occur during operation with gasoline than with hydrogen fuel, the effective compression ratio is lowered even in a low rotation range where the boost pressure is low, and the increase in the temperature in the working chamber during the compression stroke is suppressed. It is.

また、中、高回転域では前記水素燃料の使用時と同じく、吸気の過給、冷却及びミラーサイクルの組合せによって異常燃焼を抑制しつつ、所要のエンジン出力を確保することができ、しかも、過給及びミラーサイクル化の相乗効果で吸気損失が大幅に低減され、燃費の低減が図られる。   Also, in the middle and high engine speed ranges, as in the case of using hydrogen fuel, the required engine output can be ensured while suppressing abnormal combustion by a combination of intake air supercharging, cooling, and mirror cycle. The intake air loss is greatly reduced by the synergistic effect of the supply and the mirror cycle, and the fuel consumption is reduced.

但し、そうして有効圧縮比を低下させると負荷の低い状態では、前記のように過給圧の低い低回転域は勿論のこと、たとえ過給圧の高い中、高回転域であっても、燃焼安定性が低下する虞れがある。すなわち、アイドルやコースティング状態のようにエンジン負荷の非常に低い状態では自ずと吸気の充填効率がかなり低くなる上に、吸気の流動も弱くなるので、混合気の形成に時間がかかるガソリンの使用時には、その着火性が低下してしまい、燃焼安定性も損なわれるのである。   However, if the effective compression ratio is reduced in this way, in the low load state, not only the low rotation range where the boost pressure is low as described above, even if the boost pressure is high or the high rotation range. , Combustion stability may be reduced. In other words, when the engine load is very low, such as when the engine is idle or coasting, the charging efficiency of the intake air is considerably low and the flow of the intake air is weakened. The ignitability is lowered, and the combustion stability is also impaired.

そこで、ガソリンによる運転時には前記のように連通制御弁２２を開いて、ミラーサイクル化することを基本としつつ、図３(b)のように予め設定した極低負荷域（b2)においては連通制御弁２２を閉じるようにしている。これによりエンジン１の作動室は本来の圧縮比（幾何学的な圧縮比）で、即ち極低負荷域（b2)以外の運転域(b1)に比べて高い有効圧縮比で作動するようになり、混合気の着火性、燃焼安定性の確保が図られる。   Therefore, during operation with gasoline, as described above, the communication control valve 22 is opened and the mirror cycle is performed. However, in the extremely low load region (b2) set in advance as shown in FIG. The valve 22 is closed. As a result, the working chamber of the engine 1 operates at the original compression ratio (geometric compression ratio), that is, at a higher effective compression ratio than the operating range (b1) other than the extremely low load range (b2). The ignitability and combustion stability of the air-fuel mixture can be ensured.

尚、そうして連通制御弁２２を閉じる極低負荷域(b2)とそれ依りも高負荷側の運転荷域(b1)との境界線は、低回転側から高回転側に向かって緩やかな右下がりになっていて、低回転側ほど、より高負荷側まで連通制御弁２２を閉じるようにしている。これは、過給効果の低い低回転側ほど、より高負荷側まで混合気の着火性が低下しやすいためである。   The boundary line between the extremely low load region (b2) that closes the communication control valve 22 and the operating load region (b1) on the high load side is therefore gentle from the low rotation side to the high rotation side. The communication control valve 22 is closed to the higher load side as the rotation speed is lower. This is because the ignitability of the air-fuel mixture is likely to be lowered to the higher load side as the low rotation side has a lower supercharging effect.

−選択燃料に応じた有効圧縮比の制御−
以下に、ＰＣＭ２５による連通制御弁２２の制御の具体的な手順を、図５のフローチャートを参照しながら説明する。まず、スタート後のステップＳＡ１では、エアフローセンサ２６、吸気圧センサ２７、回転センサ２８、アクセル開度センサ２９、及び燃料切換えスイッチ３０等からの信号を入力して、吸気量、過給圧、エンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度、現在、選択されている燃料等の情報を読み込む。 -Control of effective compression ratio according to selected fuel-
Below, the specific procedure of control of the communication control valve 22 by PCM25 is demonstrated, referring the flowchart of FIG. First, in step SA1 after the start, signals from the air flow sensor 26, the intake pressure sensor 27, the rotation sensor 28, the accelerator opening sensor 29, the fuel changeover switch 30, and the like are input, and the intake air amount, the boost pressure, the engine Information such as the rotational speed Ne, the accelerator opening, and the currently selected fuel is read.

続いてステップＳＡ２において水素燃料が選択されているかどうか判定し、ＮＯでガソリンが選択されているのであれば、後述するガソリン使用時の制御ルーチン（ＳＡ８〜ＳＡ１３）へ進む一方、水素燃料が選択されているＹＥＳであれば、ステップＳＡ３に進んで今度はエンジン回転数Ｎｅが設定回転数Ｎｅ１以上かどうか判定する。この判定がＮＯで設定回転数Ｎｅ１未満の低回転域にあれば、ステップＳＡ４に進んで連通制御弁２２が全閉かどうか確認し、全閉でなければ（ＮＯ）ステップＳＡ５で全閉にした後に、リターンする。   Subsequently, in step SA2, it is determined whether or not hydrogen fuel is selected. If NO is selected and gasoline is selected, the routine proceeds to a gasoline use routine (SA8 to SA13) described later, while hydrogen fuel is selected. If YES, the routine proceeds to step SA3, where it is determined whether the engine speed Ne is equal to or higher than the set speed Ne1. If this determination is NO and the engine speed is in a low rotation speed range less than the set speed Ne1, the process proceeds to step SA4 to check whether the communication control valve 22 is fully closed or not (NO). Return later.

つまり、水素燃料による運転時には、あまり過給効果を期待できない設定回転数Ｎｅ１未満の低回転域においてミラーサイクル化は行わず、作動室を本来の幾何学的な圧縮比で作動させることによって、エンジン出力を確保する。   That is, when operating with hydrogen fuel, the engine chamber is operated at the original geometric compression ratio without performing the mirror cycle in the low rotational speed range below the set rotational speed Ne1 where a supercharging effect cannot be expected so much. Secure output.

一方、設定回転数Ｎｅ１以上の中、高回転域にあれば（ＹＥＳ）ステップＳＡ６に進んで連通制御弁２２が全開かどうか確認し、全開であれば（ＹＥＳ）リターンする一方、全開でなければ（ＮＯ）ステップＳＡ７に進んで連通制御弁２２を、エンジン回転数の上昇に応じて徐々に開放して、しかる後にリターンする（連通制御弁を徐々に開く）。   On the other hand, if the rotational speed is Ne1 or higher and in the high rotational speed range (YES), the process proceeds to step SA6 to check whether the communication control valve 22 is fully opened. If fully open (YES), the process returns. (NO) Proceeding to step SA7, the communication control valve 22 is gradually opened in accordance with the increase in the engine speed, and then returned (the communication control valve is gradually opened).

つまり、水素燃料による運転時に所期の過給効果を期待できる中、高回転域であれば、連津制御弁２２を開いてミラーサイクル化することにより、吸気の過給及び冷却と併せて異常燃焼を抑制しながら、十分に高いエンジン出力が得られる。   In other words, while the expected supercharging effect can be expected during operation with hydrogen fuel, if it is in the high speed range, the continuous cycle control valve 22 is opened and the mirror cycle is performed, so that abnormalities are combined with supercharging and cooling of the intake air. A sufficiently high engine output can be obtained while suppressing combustion.

尚、前記ステップＳＡ６においてＮＯと判定するのは、低回転域(a2)から中、高回転域(a1)に移行した直後で大体、設定回転数Ｎｅ１からインターセプト回転数Ｎｅ２までの回転域にあると考えられる。このときには連通制御弁２２を一気に開くのではなく、エンジン回転数の上昇に応じて徐々に開放することで、過給圧が徐々に高くなるのに対応するよう徐々に有効圧縮比を低下させることができ、これにより落ち込みの少ない自然なトルク特性が得られる。   Note that NO is determined in step SA6 in the rotation range from the set rotation speed Ne1 to the intercept rotation speed Ne2 after the transition from the low rotation range (a2) to the middle and high rotation range (a1). it is conceivable that. At this time, instead of opening the communication control valve 22 all at once, the effective compression ratio is gradually lowered so that the supercharging pressure gradually increases by gradually opening the communication control valve 22 as the engine speed increases. As a result, a natural torque characteristic with less depression can be obtained.

これに対し、前記ステップＳＡ２においてガソリンが選択されている（ＮＯ）と判定して進んだステップＳＡ８ではウエストゲート弁１９のアクチュエータを作動させ、排気ターボ過給機２０の最高過給圧を、水素燃料の使用時に比べて低い値に設定する（最高過給圧を低めに設定）。こうすると、水素燃料の使用時とガソリンの使用時とでエンジン１の最大トルクの差を小さくすることができる。   On the other hand, in step SA8, which proceeds after determining that gasoline is selected (NO) in step SA2, the actuator of the wastegate valve 19 is operated, and the maximum supercharging pressure of the exhaust turbocharger 20 is set to hydrogen. Set to a lower value than when using fuel (set the highest boost pressure lower). In this way, the difference in maximum torque of the engine 1 can be reduced when hydrogen fuel is used and when gasoline is used.

続いてステップＳＡ９では、予め設定した極低負荷域(b2)にあるかどうか判定し、この判定がＹＥＳで極低負荷域にあれば、ステップＳＡ１０に進んで連通制御弁２２が全閉かどうか確認して、全閉でなければ（ＮＯ）ステップＳＡ１１で全閉にした後に、リターンする。つまり、ガソリンによる運転時にも極低負荷域(b2)においては、前記水素燃料による運転時の低回転域(a2)と同様に相対的に高い有効圧縮比とすることで、混合気の着火性、燃焼安定性を確保する。   Subsequently, in step SA9, it is determined whether or not it is in a preset extremely low load region (b2). If this determination is YES and the extremely low load region is present, the process proceeds to step SA10 and whether or not the communication control valve 22 is fully closed. If it is confirmed that it is not fully closed (NO), it is fully closed in step SA11, and then the process returns. In other words, even in the operation with gasoline, in the extremely low load region (b2), the ignitability of the air-fuel mixture can be achieved by setting a relatively high effective compression ratio in the same manner as the low rotation region (a2) during operation with hydrogen fuel. , Ensure combustion stability.

一方、前記ステップＳＡ９においてＮＯ、即ち極低負荷域(b2)以外にあると判定されればステップＳＡ１２に進み、ここでは連通制御弁２２が全開かどうか確認して、全開であれば（ＹＥＳ）リターンする。一方、全開でなければ（ＮＯ）ステップＳＡ１３に進んで、前記ステップＳＡ１１において全閉にするときよりも遅い動作速度で、連通制御弁２２を全開になるまで開作動させて、しかる後にリターンする（連通制御弁を徐々に開く）。   On the other hand, if it is determined NO in step SA9, that is, if it is outside the extremely low load range (b2), the process proceeds to step SA12. Here, it is confirmed whether the communication control valve 22 is fully open, and if it is fully open (YES). Return. On the other hand, if it is not fully open (NO), the process proceeds to step SA13, where the communication control valve 22 is opened until it is fully opened at a lower operating speed than when it is fully closed in step SA11. Gradually open the communication control valve).

つまり、ガソリンによる運転時には、過給圧の高くなる中、高回転域において前記水素燃料による運転時と同じく過給、吸気冷却及びミラーサイクル化の組合せによって、異常燃焼を抑制しながら所要のエンジン出力を確保し、且つ燃費の低減を図る。また、ガソリンによる運転時には低回転域でも高負荷側ではミラーサイクル化し、ノッキングの抑制を図る。   In other words, during operation with gasoline, while the supercharging pressure becomes high, the required engine output is suppressed while suppressing abnormal combustion by a combination of supercharging, intake air cooling, and mirror cycle in the high rotation range as in the operation with hydrogen fuel. And to reduce fuel consumption. In addition, when using gasoline, a mirror cycle is used on the high load side even in the low speed range to suppress knocking.

さらに、前記ステップＳＡ１２においてＮＯと判定するのは、極低負荷転(b2)からそれ以外の運転域(b1)に移行した直後であり、このときには車両が発進、或いは加速状態にあると考えられる。このときには前記のように連通制御弁２２の開作動を遅くすることによって過渡的に有効圧縮比を高めの状態に保ち、エンジン１の出力を高めるのである。   Further, NO is determined in step SA12 immediately after the transition from the extremely low load rotation (b2) to the other operation range (b1). At this time, the vehicle is considered to be in a start or acceleration state. . At this time, by delaying the opening operation of the communication control valve 22 as described above, the effective compression ratio is kept transiently high, and the output of the engine 1 is increased.

前記したフローのステップＳＡ６，ＳＡ７，ＳＡ９〜ＳＡ１３により、エンジン回転数Ｎｅが設定回転数Ｎｅ１以上の中、高回転域においてガソリンを使用するときに、所定の極低負荷域(b2)以外では該極低負荷域(b2)よりも有効圧縮比を低下させる一方、水素燃料を使用するときには前記中、高回転域の全域で、前記ガソリン使用時の極低負荷域(b2)よりも有効圧縮比を低下させる、有効圧縮比制御手段２５ａが構成されている。   According to the steps SA6, SA7, SA9 to SA13 of the flow described above, when gasoline is used in the high rotation range when the engine rotation speed Ne is equal to or higher than the set rotation speed Ne1, the flow is not in the predetermined extremely low load range (b2). While reducing the effective compression ratio than the extremely low load range (b2), when using hydrogen fuel, the effective compression ratio is higher than the extremely low load range (b2) when using gasoline in the middle and high rotation range. The effective compression ratio control means 25a is configured to reduce the.

特にステップＳＡ１３の手順から、前記有効圧縮比制御手段２５ａは、前記中、高回転域においてガソリンを使用していて且つ前記極低負荷域(b2)からそれ以外の負荷域(b1)へ移行したときには、反対に該極低負荷域(b2)へそれ以外の負荷域(b1)から移行したときに比べて、有効圧縮比の変化が遅くなるように制御するものである。   In particular, from the procedure of step SA13, the effective compression ratio control means 25a uses gasoline in the middle and high rotation range and shifts from the extremely low load range (b2) to the other load range (b1). In some cases, on the contrary, control is performed so that the change in the effective compression ratio is delayed as compared with the case of shifting from the other load range (b1) to the extremely low load range (b2).

また、ステップＳＡ８によって、水素燃料による運転時に排気ターボ過給機２０の最高過給圧がガソリンによる運転時よりも低くなるように、ウエストゲート弁１９を制御する過給圧制御手段２５ｂが構成されている。   Further, by step SA8, the supercharging pressure control means 25b for controlling the wastegate valve 19 is configured so that the maximum supercharging pressure of the exhaust turbocharger 20 becomes lower during operation with hydrogen fuel than during operation with gasoline. ing.

それら有効圧縮比制御手段２５ａ及び過給圧制御手段２５ｂは、前記図５の制御プログラムをＰＣＭ２５のＣＰＵが実行することによって実現されるものであり、この意味で、ＰＣＭ２５がソフトウエアプログラムの形態で各手段を備えていると言える。   These effective compression ratio control means 25a and supercharging pressure control means 25b are realized by the CPU of the PCM 25 executing the control program of FIG. 5, and in this sense, the PCM 25 is in the form of a software program. It can be said that each means is provided.

（作用効果）
したがって、この実施形態に係るデュアルフューエルエンジンの制御装置によると、まず、出力の確保が課題となる水素燃料による運転時に、所期の過給効果が期待できる中、高回転域(a1)においては、過給された吸気をインタークーラ１２により冷却して作動室に充填することにより、吸気温度の上昇を抑制しつつ充填効率を十分に高くすることができ、さらにミラーサイクル化によって有効圧縮比を低下させることで異常燃焼を抑制しながら、十分な高出力を得ることができる。 (Function and effect)
Therefore, according to the control apparatus for a dual fuel engine according to this embodiment, first, during operation with hydrogen fuel where securing of output is a problem, the expected supercharging effect can be expected, and in the high rotation range (a1) By cooling the supercharged intake air by the intercooler 12 and filling the working chamber, it is possible to sufficiently increase the charging efficiency while suppressing an increase in the intake air temperature. A sufficiently high output can be obtained while suppressing abnormal combustion.

そうして吸気の充填効率を高めつつ異常燃焼を抑制できることから、その分、高めに最高過給圧を設定でき、排気エネルギの利用効率が高くなるとともに、過給とミラーサイクルとの相乗効果で吸気損失が非常に少なくなり、燃費の低減が図られる。特に、この実施形態では、フロント側及びリヤ側のロータ収容室Ｒ同士を連通するポート２１を設けて、これにより圧縮行程にある作動室から吸気の一部を吸気行程にある作動室へ送り込むようにしており、このことによっても吸気損失の低減が図られる。   As a result, abnormal combustion can be suppressed while increasing the charging efficiency of the intake air, so the maximum supercharging pressure can be set higher, and the exhaust energy utilization efficiency increases, and the synergistic effect of supercharging and the mirror cycle increases. Intake loss is greatly reduced, and fuel consumption is reduced. In particular, in this embodiment, a port 21 that communicates the front and rear rotor accommodating chambers R is provided so that a part of the intake air is sent from the working chamber in the compression stroke to the working chamber in the intake stroke. This also reduces intake loss.

また、あまり過給効果の期待できない低回転域(a2)においてはミラーサイクル化を行わず、作動室本来の幾何学的な圧縮比、即ち前記中、高回転域(a1)に比べて高い有効圧縮比とすることで、エンジン出力を確保する。前記のように中、高回転域でもミラーサイクル化によって異常燃焼を抑制できることから、この実施形態のエンジン１では作動室の幾何学的圧縮比を低めに設定する必要がなく、過給効果の期待できない低回転域(a2)においてもエンジン出力を確保し易い。   Also, in the low rotation range (a2) where the supercharging effect cannot be expected so much, mirror cycle is not performed, and the geometric compression ratio inherent in the working chamber, that is, high effectiveness compared to the middle and high rotation range (a1). By setting the compression ratio, engine output is secured. As described above, abnormal combustion can be suppressed by mirror cycle even in the middle and high rotation range, so that the engine 1 of this embodiment does not need to set a low geometric compression ratio of the working chamber, and expects a supercharging effect. It is easy to secure engine output even in the low rotation range (a2) where it is impossible.

一方、ガソリンによる運転時に中、高回転域においては、前記の水素燃料による運転時と同様に吸気の過給及び冷却とミラーサイクル化との組合せによって、所要の出力を確保しながら異常燃焼を抑制することができるとともに、吸気損失の低減により燃費を低減することができる。しかも、出力に余裕のあるガソリンの使用時には水素燃料の使用時に比べて最高過給圧を低めにし、最大トルクの差を小さくしているので、乗員が違和感を感じ難い。   On the other hand, during operation with gasoline, in the high rotation range, similar to the operation with hydrogen fuel, the combination of intake air supercharging, cooling and mirror cycle suppresses abnormal combustion while ensuring the required output. In addition, the fuel consumption can be reduced by reducing the intake air loss. In addition, when using gasoline with sufficient output, the maximum boost pressure is set lower than when hydrogen fuel is used, and the difference in maximum torque is reduced, making it difficult for passengers to feel uncomfortable.

また、ガソリンの使用時には低回転域においても高負荷側ではミラーサイクル化して、ノッキングを抑制する一方で、予め設定した極低負荷域(b2)ではミラーサイクル化は行わず、有効圧縮比を相対的に高くすることによって混合気の着火性、燃焼安定性を確保することができる。   In addition, when gasoline is used, even in the low rotation range, mirror cycling is performed on the high load side to suppress knocking, while mirror cycling is not performed in the preset ultra-low load range (b2), and the effective compression ratio is set to a relative value. Therefore, the ignitability and combustion stability of the air-fuel mixture can be ensured.

さらに、この実施形態では前記のように有効圧縮比の相対的に高い極低負荷域(b2)からそれ以外の運転域(b1)へ移行したとき、連通制御弁２２の開作動を遅くすることによって過渡的に有効圧縮比が高めの状態に保って、エンジン出力を高め、加速応答性を向上することができる。こうして運転域(b1)に移行した直後であれば作動室の温度状態があまり高くないので、異常燃焼の起きる心配はない。   Furthermore, in this embodiment, when the transition from the extremely low load region (b2) having a relatively high effective compression ratio to the other operation region (b1) is made as described above, the opening operation of the communication control valve 22 is delayed. As a result, the effective compression ratio can be kept transiently high, the engine output can be increased, and the acceleration response can be improved. If the temperature of the working chamber is not so high immediately after shifting to the operation range (b1) in this way, there is no fear of abnormal combustion.

尚、本発明の構成は前記の実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成も包含する。すなわち前記実施形態では、エンジン１の使用燃料としてガソリンと水素燃料とを切換え可能になっているが、これに限ったものではなく、例えば水素燃料の代わりに圧縮天然ガスを採用してもよいし、ガソリンの代わりに軽油を採用してもよい。   In addition, the structure of this invention is not limited to the said embodiment, Various other structures are also included. That is, in the above embodiment, gasoline and hydrogen fuel can be switched as the fuel used for the engine 1, but the present invention is not limited to this. For example, compressed natural gas may be used instead of hydrogen fuel. Gas oil may be used instead of gasoline.

また、前記実施形態では排気ターボ過給機２０のウエストゲート弁１９を、最高過給圧の変更調整可能な可変式のものとしているが、これは最高過給圧の固定されるものであってもよい。   In the above embodiment, the wastegate valve 19 of the exhaust turbocharger 20 is variable so that the maximum supercharging pressure can be changed, but this is a fixed maximum supercharging pressure. Also good.

さらに、エンジン１はロータリエンジンに限らず、レシプロエンジンであってもよい。この場合、ミラーサイクル化は周知の如く可変動弁機構によって行うことができる。   Furthermore, the engine 1 is not limited to a rotary engine, and may be a reciprocating engine. In this case, the mirror cycle can be performed by a variable valve mechanism as is well known.

以上、説明したように本発明は、所期の過給効果が期待できる中、高回転域において異常燃焼を抑制しつつ、所要の出力を確保し且つ燃費を低減できる上に、ガソリン使用時の極低負荷においても燃焼安定性を確保できるものなので、ガソリン及び水素燃料を使用するデュアルフューエルエンジンに好適である。   As described above, the present invention can expect the desired supercharging effect, while suppressing abnormal combustion in a high rotation range, while ensuring a required output and reducing fuel consumption, and also when using gasoline. Since combustion stability can be secured even at extremely low loads, it is suitable for a dual fuel engine using gasoline and hydrogen fuel.

１ ロータリエンジン（デュアルフューエルエンジン）
１２ インタークーラ
１９ ウエストゲート弁（過給圧制限手段）
２０ 排気ターボ過給機（過給機）
２１ 連通ポート（有効圧縮比制御手段）
２２ 連通制御弁（有効圧縮比制御手段）
２５ ＰＣＭ：パワートレインコントロールモジュール
２５ａ 有効圧縮比制御手段
２５ｂ 過給圧制御手段
Ｒ ロータ収容室 1 Rotary engine (dual fuel engine)
12 Intercooler 19 Wastegate valve (supercharging pressure limiting means)
20 Exhaust turbocharger (supercharger)
21 Communication port (effective compression ratio control means)
22 Communication control valve (effective compression ratio control means)
25 PCM: Powertrain control module 25a Effective compression ratio control means 25b Supercharging pressure control means R Rotor housing chamber

Claims (4)

吸気を過給する過給機と、過給された吸気を冷却するインタークーラとを備えるとともに、液体燃料と、これに比べて燃焼速度の高い気体燃料とを選択的に使用可能なデュアルフューエルエンジンの制御装置であって、
エンジン回転数が設定回転数以上の中、高回転域において前記液体燃料を使用するときに、所定の極低負荷域以外では該極低負荷域よりも有効圧縮比を低下させる一方、前記気体燃料を使用するときには前記中、高回転域の全域で、前記液体燃料使用時の極低負荷域よりも気筒の有効圧縮比を低下させる、有効圧縮比制御手段を備える
ことを特徴とするデュアルフューエルエンジンの制御装置。 A dual fuel engine that includes a supercharger that supercharges intake air and an intercooler that cools the supercharged intake air, and that can selectively use liquid fuel and gaseous fuel with a higher combustion speed. A control device of
When the engine speed is higher than the set speed and the liquid fuel is used in a high engine speed range, the effective fuel compression ratio is reduced from that in the extremely low load area except for a predetermined extremely low load area. A dual fuel engine comprising an effective compression ratio control means for lowering the effective compression ratio of the cylinder in the whole middle and high rotation range than when the liquid fuel is used, compared to the extremely low load range when the liquid fuel is used. Control device. 吸気の過給圧が所定の上限値以下になるように前記過給機の作動を制限するとともに、その過給圧の上限値を変更調整可能な過給圧制限手段と、
前記液体燃料使用時の前記過給圧の上限値が、前記水素燃料使用時に比べて低くなるように前記過給圧制限手段を制御する過給圧制御手段と、
を備える、請求項１に記載のデュアルフューエルエンジンの制御装置。 Limiting the operation of the supercharger so that the supercharging pressure of the intake air is below a predetermined upper limit value, and a supercharging pressure limiting means capable of changing and adjusting the upper limit value of the supercharging pressure;
A supercharging pressure control means for controlling the supercharging pressure limiting means so that an upper limit value of the supercharging pressure when using the liquid fuel is lower than when using the hydrogen fuel;
The control apparatus of the dual fuel engine of Claim 1 provided with these. 前記有効圧縮比制御手段は、前記中、高回転域において液体燃料を使用していて、且つ前記極低負荷域からそれ以外の負荷域へ移行したときには、反対に該極低負荷域へそれ以外の負荷域から移行したときに比べて、有効圧縮比の変化が遅くなるように制御するものである、請求項１に記載のデュアルフューエルエンジンの制御装置。   When the effective compression ratio control means uses liquid fuel in the middle and high rotation range and shifts from the extremely low load range to another load range, the effective compression ratio control means, on the contrary, moves to the extremely low load range. The control apparatus for a dual fuel engine according to claim 1, wherein the control is performed so that the change in the effective compression ratio is delayed as compared with the case of shifting from the load range. エンジンは複数の気筒を有するものであり、
前記有効圧縮比制御手段は、前記複数の気筒のうち、圧縮行程にあるいずれかの気筒を吸気行程にある他の気筒に連通させるものである、請求項１〜３のいずれか１つに記載のデュアルフューエルエンジンの制御装置。 The engine has a plurality of cylinders,
4. The effective compression ratio control unit according to claim 1, wherein, among the plurality of cylinders, one of the cylinders in a compression stroke communicates with another cylinder in an intake stroke. Dual fuel engine control device.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2013088886A1 (en) * 2011-12-13 2013-06-20 いすゞ自動車株式会社 Faulty combustion prevention system for diesel engine
CN106996320A (en) * 2016-01-22 2017-08-01 福特环球技术公司 Turbine cylinder

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