JP5838730B2 - Abnormal combustion prevention system for diesel engine - Google Patents
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Description
本発明は、ディーゼルエンジンの異常燃焼防止システムに関し、更に詳しくは、液化ガスを燃料とするディーゼルエンジンにおける燃焼室内への燃料リークによるエンジン始動時の異常燃焼の発生を、低コストで防止することができるディーゼルエンジンの異常燃焼防止システムに関する。 The present invention relates to a system for preventing abnormal combustion of a diesel engine. More specifically, the present invention can prevent the occurrence of abnormal combustion at the time of engine start due to fuel leakage into a combustion chamber in a diesel engine using liquefied gas as fuel. The present invention relates to a system for preventing abnormal combustion of diesel engines.
ディーゼルエンジンの排ガスによる大気汚染の対策として、従来からの燃料である軽油の代わりに、ジメチルエーテル(DME)などの液化ガスを使用することが検討されている(例えば、特許文献1を参照)。 As a countermeasure against air pollution caused by exhaust gas from a diesel engine, use of a liquefied gas such as dimethyl ether (DME) instead of light oil, which is a conventional fuel, has been studied (for example, see Patent Document 1).
この液化ガスは、燃焼室内に燃料を噴射する噴射ノズルのシート部からガス状となって外部へリークしやすいという性質がある。更に、液化ガスは軽油よりも粘度が低いので、噴射ノズルのシート部が摩耗しやすくなるため、外部へのリークが助長されることになる。 This liquefied gas is in the form of gas from the seat portion of the injection nozzle that injects fuel into the combustion chamber, and tends to leak to the outside. Furthermore, since the liquefied gas has a lower viscosity than that of light oil, the sheet portion of the injection nozzle is likely to be worn out, which promotes leakage to the outside.
特に、エンジン停止時においては、噴射ノズル内に残留した液化ガスが、圧力の低下により気化することで、シート部から燃焼室内へのリークが発生する。このようにエンジン停止時に液化ガスの燃料リークが発生すると、エンジン始動時に初爆で異常燃焼を起こして、最悪の場合にはシリンダライナやピストンリングが破損するおそれがある。このことは、高圧で燃料を噴射するコモンレール式の噴射装置を用いた場合に一層顕著になる。 In particular, when the engine is stopped, the liquefied gas remaining in the injection nozzle is vaporized due to a decrease in pressure, thereby causing a leak from the seat portion to the combustion chamber. Thus, when a fuel leak of liquefied gas occurs when the engine is stopped, abnormal combustion may occur at the first explosion when the engine is started, and in the worst case, the cylinder liner or the piston ring may be damaged. This becomes more prominent when a common rail type injection device that injects fuel at a high pressure is used.
このような問題を解決するためには、エンジン始動時に吸排気バルブを開閉させて燃焼室内に滞留する液化ガスを掃気することが考えられるが、可変動弁機構の追加やそれを制御する制御ロジックが必要となるため、エンジンの構成が複雑となってコストが大幅に増加することになる。 In order to solve such problems, it is conceivable to open and close the intake and exhaust valves when starting the engine to scavenge liquefied gas that remains in the combustion chamber. However, the addition of a variable valve mechanism and control logic that controls it Therefore, the configuration of the engine is complicated and the cost is greatly increased.
そのため、液化ガスを燃料とするディーゼルエンジンについて、エンジン始動時の異常燃焼の発生を、低コストで防止することができるシステムが求められている。 Therefore, for a diesel engine using liquefied gas as a fuel, there is a demand for a system that can prevent the occurrence of abnormal combustion at the time of engine start at a low cost.
本発明の目的は、液化ガスを燃料とするディーゼルエンジンにおけるエンジン始動時の異常燃焼の発生を、低コストで防止することができるディーゼルエンジンの異常燃焼防止システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a system for preventing abnormal combustion of a diesel engine that can prevent the occurrence of abnormal combustion at the time of engine start in a diesel engine using liquefied gas as a fuel at low cost.
上記の目的を達成する本発明のディーゼルエンジンの異常燃焼防止システムは、液化ガスを燃料とするディーゼルエンジンの気筒に設置された噴射ノズルから燃焼室内への燃料リークに起因する異常燃焼を防止するディーゼルエンジンの異常燃焼防止システムであって、前記燃焼室に配管を通じて連通するループ管と、前記ループ管の周方向に沿って同じ向きになるように取り付けられた2個の逆止弁と、前記配管を開閉する逃がし弁と、前記逃がし弁を操作する開閉手段と、前記開閉手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記ディーセルエンジンの始動要求を受けると、スタータでクランク軸を回転駆動させるとともに、前記気筒が少なくとも圧縮行程及び膨張行程にあるときに前記開閉手段により前記逃がし弁を開弁し、所定の期間後に常時閉弁する制御を行うことを特徴とするものである。 A system for preventing abnormal combustion of a diesel engine according to the present invention that achieves the above object is a diesel engine that prevents abnormal combustion caused by fuel leakage from an injection nozzle installed in a cylinder of a diesel engine using liquefied gas as a fuel into a combustion chamber. An abnormal combustion prevention system for an engine, comprising: a loop pipe communicating with the combustion chamber through a pipe; two check valves attached in the same direction along a circumferential direction of the loop pipe; and the pipe A release valve that opens and closes the release valve, an opening and closing means that operates the relief valve, and a control means that controls the opening and closing means. The control means rotates the crankshaft with a starter when receiving a start request for the diesel engine. Driving and opening the relief valve by the opening and closing means when the cylinder is at least in a compression stroke and an expansion stroke, It is characterized in performing control to closed at all times after the constant time period.
上記のディーゼルエンジンの異常燃焼防止システムは、燃料リーク検知手段を有し、制御手段は、その燃料リーク検知手段が液化ガスの燃料リークを検知した場合にのみ、気筒が少なくとも圧縮行程及び膨張行程にあるときに前記開閉手段により前記逃がし弁を開弁し、所定の期間後に常時閉弁する制御を行うことで、ディーゼルエンジンの始動が遅れるのを防ぐことができる。 The above-described abnormal combustion prevention system for a diesel engine has a fuel leak detection means, and the control means detects that the fuel leak of the liquefied gas is detected only when the fuel leak detection means detects that the cylinder is at least in the compression stroke and the expansion stroke. In some cases, the opening and closing means is used to open the relief valve, and the valve is always closed after a predetermined period of time, thereby preventing delay in starting the diesel engine.
また、制御手段は、排気行程においては逃がし弁を閉弁することで、ループ管内に待避された液化ガスの予混合気を効率的に処理して、次回のエンジン始動時におけるディーゼルエンジンの異常燃焼防止システムの機能を妨げないようにすることができる。 In addition, the control means efficiently processes the premixed mixture of liquefied gas that has been evacuated in the loop pipe by closing the relief valve in the exhaust stroke, and the abnormal combustion of the diesel engine at the next engine start-up The function of the prevention system can be prevented.
更に、制御手段は、逃がし弁を気筒の2〜3サイクル後に常時閉弁することで、燃料リークにより燃焼室内に貯留する液化ガスの予混合気を完全に掃気できるとともに、始動後のディーゼルエンジンの運転に影響を与えないようにすることができる。 Furthermore, the control means always closes the relief valve after 2 to 3 cycles of the cylinder, so that the premixed gas of the liquefied gas stored in the combustion chamber can be completely scavenged due to fuel leak, and the diesel engine after the start It is possible not to affect driving.
ループ管の容積を、圧縮行程において逃がし弁を開弁した際に、気筒内の気体の圧縮比が9以下となる大きさにすることで、確実に異常燃焼の発生を防止することができる。 By setting the volume of the loop pipe so that the compression ratio of the gas in the cylinder is 9 or less when the relief valve is opened in the compression stroke, the occurrence of abnormal combustion can be reliably prevented.
本発明のディーゼルエンジンの異常燃焼防止システムは、液化ガスを燃料とする一般の内燃機関に好適に用いられる。 The abnormal combustion prevention system for a diesel engine according to the present invention is suitably used for a general internal combustion engine using liquefied gas as fuel.
本発明のディーゼルエンジンの異常燃焼防止システムによれば、エンジン始動時において、少なくとも気筒の圧縮行程及び膨張行程において燃焼室をループ管に連通させるようにしたので、燃料リークによりシリンダ内に貯留している液化ガスの予混合気が、ループ管内で放熱して圧縮による温度上昇が抑制されて圧縮着火に至らなくなるため、異常燃焼の発生を防止することができるとともに、その液化ガスの予混合気をエンジン外部へ掃気してディーゼルエンジンの運転に影響を与えないようにすることができる。また、異常燃焼防止システムの構成及び機能が簡易であるため、コストの増加を抑えることができる。 According to the abnormal combustion prevention system for a diesel engine of the present invention, since the combustion chamber is communicated with the loop pipe at least during the compression stroke and the expansion stroke of the cylinder at the time of starting the engine, it is stored in the cylinder due to fuel leak. The premixed gas of liquefied gas dissipates heat in the loop pipe and the temperature rise due to compression is suppressed and compression ignition does not occur, so that abnormal combustion can be prevented and the premixed gas of liquefied gas can be removed. It is possible to scavenge outside the engine so that it does not affect the operation of the diesel engine. Moreover, since the structure and function of the abnormal combustion prevention system are simple, an increase in cost can be suppressed.
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1、2は、本発明の第1の実施形態からなるディーゼルエンジンの異常燃焼防止システムを示す。 1 and 2 show an abnormal combustion prevention system for a diesel engine according to a first embodiment of the present invention.
このディーゼルエンジンの異常燃焼防止システム(以下、「異常燃焼防止システム」という。)が装備されるディーゼルエンジン1では、ジメチルエーテル(DME)などの液化ガス2が、高圧ポンプ(図示せず)によりコモンレール3内で蓄圧され、ECU(エンジンコントロールユニット)4により制御された噴射ノズル5を通じて気筒6の燃焼室7内の圧縮空気中に噴射されて燃焼・膨張することで、シリンダ8内のエンジンピストン9を往復動させるようになっている。燃焼後のガスは、排気弁10の開放時に燃焼室7から排気管11へ送られて大気中へ放出される。その一方で、吸気弁12の開放時に吸気管13から燃焼室7内へ空気が導入されてエンジンピストン9により圧縮される。
In a
エンジン始動時においては、スタータ14のセルモータ15により回転駆動されたピニオン16が、リングギア17に向けて伸長して嵌合することで、クランク軸18を回転させてクランキングを行うようになっている。
When the engine is started, the
異常燃焼防止システムは、シリンダ8のヘッド部に配管19を通じて連通するループ管20と、その配管19に取り付けられて開閉手段21により操作される逃がし弁22と、制御手段23とから構成される。
The abnormal combustion prevention system includes a
ループ管20の途中には、所定の距離をおいて2つの逆止弁24、25が、ループ管20の長手方向に沿って同じ向きになるように取り付けられている。図2の例では、ループ管20内を気体が時計回りに流れるような向きに、2つの逆止弁24、25を取り付けている。逆止弁24、25の取付位置は特に限定するものではないが、配管19との接続部近傍にそれぞれ取り付けることが好ましい。なお、図2では、逆止弁24、25の形式としてボールキャッチ式を例示しているが、これに限るものではない。
In the middle of the
逃がし弁22の開閉手段21としては、油圧又は空圧を利用したアクチュエーターやモータなどが例示される。
Examples of the opening / closing means 21 of the
制御手段23は、記憶部を備えたCPU(中央演算処理装置)から構成され、開閉手段21、スタータ14、気筒6の行程状態を検知する回転位置センサー26及びECU4のそれぞれに信号線27a〜27dを通じて接続している。
The control means 23 is composed of a CPU (Central Processing Unit) provided with a storage unit.
なお、図1の構成では、制御手段23とECU4とを別体としているが、ECU4に制御手段23の機能を持たせて一体化するようにしてもよい。
In the configuration of FIG. 1, the
このような構成を有する異常燃焼防止システムの機能を、図3に示すフロー図を基に以下に説明する。 The function of the abnormal combustion prevention system having such a configuration will be described below based on the flowchart shown in FIG.
制御手段23は、停止状態にあるディーゼルエンジン1に対して始動要求が発せられたことをECU4から入力されると(S10)、スタータ14のセルモータ15でピニオン16を回転駆動するとともに、そのピニオン16をリングギア17へ向けて伸長して嵌合させることでクランク軸18を回転させる(S20)。なお、このとき逃がし弁22は閉弁している。
When the control means 23 receives from the
次に、各気筒6の行程を回転位置センサー26から検知し(S30)、気筒6が圧縮行程にあるときに、図4に示すように、開閉手段21により逃がし弁22を開弁する(S40)。これにより、エンジン停止時に噴射ノズル5から燃焼室7内に液化ガス2の燃料リークがあった場合には、燃焼室7内に滞留する液化ガス2の予混合気の少なくとも一部が、配管19を通じて一方の逆止弁24を通過してループ管20へ流れる。このとき、他方の逆止弁25は閉止しているため、予混合気はループ管20内に一時的に貯留することになる。
Next, the stroke of each
次に、気筒6の膨張行程においても、図5に示すように、引き続き逃がし弁22を開弁状態にする(S50)。これにより、ループ管20内に一時的に待避された予混合気は、ピストン9が下がることによるシリンダ8内の圧力低下によって、他方の逆止弁25を通過して配管19からシリンダ8内へ吸引される。このとき、一方の逆止弁24は閉弁しているため、ループ管20内の予混合気はスムーズにシリンダ8内へ吸引される。最後に、所定の期間後に逃がし弁22を常時閉弁した状態にする(S60)。
Next, also in the expansion stroke of the
このように、エンジン始動時の圧縮行程において、逃がし弁22を開弁してループ管20を燃焼室7に連通させるようにしたので、外部との接触表面積が大きくなるループ管20内で予混合気が放熱して圧縮による温度上昇が抑制されて圧縮着火に至らなくなるため、異常燃焼の発生を防止することができる。なお、このときには、シリンダ8内の圧縮比の一時的な低下による予混合気の圧縮着火の抑制も期待できる。また、その圧縮行程に続く膨張行程でも逃がし弁22を開弁するようにしたので、その後の排気行程でループ管20内に待避された液化ガス2の予混合気をエンジン外部へ掃気して、ディーゼルエンジン1の運転に影響を与えないようにすることができる。更に、異常燃焼防止システムの構成及び機能が簡易であるため、コストの増加を抑えることができる。
Thus, in the compression stroke at the time of starting the engine, the
なお、燃焼室7にリークした液化ガス2の予混合気は、上記ステップS50〜S60の間に、逃がし弁22を圧縮行程及び膨張行程以外の行程においても適宜開閉弁することで処理される。例えば、圧縮行程及び膨張行程に続く排気行程で逃がし弁22を閉弁することにより、液化ガス2の予混合気が、燃焼室7及び排気管11を通じてシリンダ9外へ排出されるので、ループ管20内に待避された液化ガス2の予混合気を効率的に処理して、次回のエンジン始動時における異常燃焼防止システムの機能を妨げないようにすることができる。
Note that the premixed gas of the liquefied gas 2 leaking into the combustion chamber 7 is processed by appropriately opening and closing the
特に、エンジン始動時の全ての行程において逃がし弁22を開弁する場合には、開閉手段21の制御を簡単な機構で容易に行うことが可能になる。
In particular, when the
逃がし弁22を常時閉弁するまでの所定の期間は、エンジン始動開始から気筒6の2〜3サイクルとすることが望ましい。そのようにすることで、燃料リークにより燃焼室7内に貯留する液化ガス2の予混合気を完全に掃気できるとともに、ディーゼルエンジン1の運転に影響を与えないようにすることができる。
The predetermined period until the
また、確実に異常燃焼の発生を防止するためには、ループ管20の容積は、圧縮行程において逃がし弁22が開弁した際に、燃料リークにより貯留している液化ガス2の予混合気の温度が、圧縮着火を引き起こす温度よりも低い温度となるような大きさにする必要がある。具体的には、圧縮行程において逃がし弁22が開弁した際の圧縮比が9以下、好ましくは5以下となるような大きさにするのがよい。
Further, in order to reliably prevent the occurrence of abnormal combustion, the volume of the
図6は、本発明の第2の実施形態からなるディーゼルエンジンの異常燃焼防止システムを示す。 FIG. 6 shows an abnormal combustion prevention system for a diesel engine according to the second embodiment of the present invention.
この異常燃焼防止システムは、図1に示す実施形態について、各気筒6に連通する吸気管13及び排気管11のそれぞれに燃料リーク検知手段である酸素センサー28を取り付けて、制御手段23と信号線27eで接続したものである。
In the embodiment shown in FIG. 1, this abnormal combustion prevention system has an
このような構成を有する異常燃焼防止システムの機能を、図7に示すフロー図を基に以下に説明する。 The function of the abnormal combustion prevention system having such a configuration will be described below based on the flowchart shown in FIG.
制御手段23は、停止状態にあるディーゼルエンジンに対して始動要求が発せられたことをECU4から入力されると(S10)、スタータ14のセルモータ15でピニオン16を回転駆動するとともに、リングギア17へ向けてピニオン16を伸長して嵌合させることでクランク軸18を回転させる(S20)。なお、このとき逃がし弁22は閉弁している。
When the control means 23 receives from the
そして、吸気管13及び排気管11に取り付けられた酸素センサー28の測定値を比較し(S22)、その差が所定の値以上である場合には(S24)、エンジン停止中に燃焼室7内への液化ガス2の燃料リークがあったものと判断し、気筒6が圧縮行程及び膨張行程にあるときに逃がし弁22を開弁し(S30〜S50)、所定の期間後に常時閉弁する(S60)。
Then, the measured values of the
一方、酸素センサー28の測定値の差が所定の値未満である場合には(S24)、燃料リークがなかったものと判断し、逃がし弁22を常時閉弁したままにする(S60)。
On the other hand, if the difference between the measured values of the
このようにすることで、噴射ノズル5からの液化ガス2の燃料リークがなかった場合には、エンジン始動時の初爆が通常の圧縮比で正常に行われるため、ディーゼルエンジン1の始動が遅れる(もたつく)のを防ぐことができる。
By doing in this way, when there is no fuel leak of the liquefied gas 2 from the
酸素センサー28の吸気管13及び排気管11における取付位置は特に限定するものではなく、例えば、各気筒6から延びる吸気管13及び排気管11がそれぞれ1本に収束する太径部であってもよい。
The attachment positions of the
本発明の異常燃焼防止システムの用途は、上述したような自動車用のディーゼルエンジン1に限るものではなく、液化ガス2を燃料とするその他の内燃機関にも適用することができる。
The use of the abnormal combustion prevention system of the present invention is not limited to the
1 ディーゼルエンジン
2 液化ガス
3 コモンレール
4 ECU
5 噴射ノズル
6 気筒
7 燃焼室
8 シリンダ
9 エンジンピストン
10 排気弁
11 排気管
12 吸気弁
13 吸気管
14 スタータ
15 セルモータ
16 ピニオン
17 リングギア
18 クランク軸
19 配管
20 ループ管
21 開閉手段
22 逃がし弁
23 制御手段
24、25 逆止弁
26 回転位置センサー
27a〜27e 信号線
28 酸素センサー
1 Diesel engine 2 Liquefied gas 3
5
Claims (6)
前記燃焼室に配管を通じて連通するループ管と、前記ループ管の周方向に沿って同じ向きになるように取り付けられた2個の逆止弁と、前記配管を開閉する逃がし弁と、前記逃がし弁を操作する開閉手段と、前記開閉手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記ディーセルエンジンの始動要求を受けると、スタータでクランク軸を回転駆動させるとともに、前記気筒が少なくとも圧縮行程及び膨張行程にあるときに前記開閉手段により前記逃がし弁を開弁し、所定の期間後に常時閉弁する制御を行うことを特徴とするディーゼルエンジンの異常燃焼防止システム。 An abnormal combustion prevention system for a diesel engine that prevents abnormal combustion caused by fuel leakage from an injection nozzle installed in a cylinder of a diesel engine using liquefied gas as fuel, into a combustion chamber,
A loop pipe communicating with the combustion chamber through a pipe, two check valves attached so as to be in the same direction along a circumferential direction of the loop pipe, a relief valve for opening and closing the pipe, and the relief valve And an opening / closing means for controlling the opening / closing means, and a control means for controlling the opening / closing means.
When the control unit receives a request for starting the diesel engine, the control unit rotates the crankshaft with a starter, and opens the relief valve by the opening / closing unit when the cylinder is at least in a compression stroke and an expansion stroke. An abnormal combustion prevention system for a diesel engine, characterized in that control is performed to always close the valve after a predetermined period.
前記制御手段は、前記燃料リーク検知手段が前記液化ガスの燃料リークを検知した場合にのみ、前記気筒が少なくとも圧縮行程及び膨張行程にあるときに前記開閉手段により前記逃がし弁を開弁し、所定の期間後に常時閉弁する制御を行う請求項1に記載のディーゼルエンジンの異常燃焼防止システム。 The diesel engine abnormal combustion prevention system has a fuel leak detection means,
The control means opens the relief valve by the opening / closing means when the cylinder is in at least the compression stroke and the expansion stroke only when the fuel leak detection means detects the fuel leak of the liquefied gas, The abnormal combustion prevention system for a diesel engine according to claim 1, wherein control is performed so that the valve is always closed after the period.
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