特開 2022-117033 デュアルフューエルエンジン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022117033

(43)【公開日】2022-08-10

(54)【発明の名称】デュアルフューエルエンジン

(51)【国際特許分類】

   F02D 19/08 20060101AFI20220803BHJP

   F02M 21/02 20060101ALI20220803BHJP

   F02D 21/08 20060101ALI20220803BHJP

   F02M 26/00 20160101ALI20220803BHJP

【ＦＩ】

F02D19/08 C

F02M21/02 311F

F02D21/08 301C

F02M26/00 301

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021013509

(22)【出願日】2021-01-29

(71)【出願人】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100128509

【弁理士】

【氏名又は名称】絹谷 晴久

(74)【代理人】

【識別番号】100119356

【弁理士】

【氏名又は名称】柱山 啓之

(72)【発明者】

【氏名】後藤 操

【テーマコード（参考）】

3G062

3G092

【Ｆターム（参考）】

3G062BA04

3G062FA01

3G062FA08

3G062FA10

3G062GA01

3G062GA07

3G092AA08

3G092AA17

3G092AB03

3G092AB08

3G092AB12

3G092DE01

3G092EA05

3G092EA06

3G092EA07

3G092EC01

(57)【要約】

【課題】エンジン出力が変化しても空燃比をストイキに維持する事が出来るデュアルフューエルエンジンを提供する。
【解決手段】ＥＧＲガス量が調整可能なＥＧＲ装置１０１を備え、天然ガスと軽油とを燃料とするデュアルフューエルエンジン１００において、ＥＧＲ装置１０１では、空燃比に応じてＥＧＲガス量が調整される事によって課題を解決する事が出来る。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＥＧＲガス量が調整可能なＥＧＲ装置を備え、天然ガスと軽油とを燃料とするデュアルフューエルエンジンにおいて、
前記ＥＧＲ装置では、空燃比に応じてＥＧＲガス量が調整される
事を特徴とするデュアルフューエルエンジン。

【請求項2】

前記ＥＧＲ装置では、空燃比がストイキとなる様にＥＧＲガス量が調整される
請求項１に記載のデュアルフューエルエンジン。

【請求項3】

前記ＥＧＲ装置では、排気中の酸素濃度を基にＥＧＲガス量が調整される
請求項２に記載のデュアルフューエルエンジン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

デュアルフューエルエンジンに関する。

【背景技術】

【0002】

デュアルフューエルエンジンは、天然ガスと軽油とを燃料とするもので、天然ガスと空気との混合気をシリンダ内で圧縮する事で高温とし、当該混合気に軽油を添加し、当該軽油を自己着火させる事で混合気を燃焼させる（例えば、特許文献１及び２を参照）。

【0003】

デュアルフューエルエンジンでは、混合気中の天然ガス量を増減する事でエンジン出力を制御する。具体的には、混合気中の天然ガス量を増やすとエンジン出力が大きくなるのでエンジン負荷も高くなり、混合気中の天然ガス量を減らすとエンジン出力が小さくなるのでエンジン負荷も低くなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４－１０９１９８号公報

【特許文献2】特開２０１４－１０９１９９号公報

【特許文献3】特開２０１８－２０４４７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

混合気中の天然ガス量を増やすと空燃比がリッチ（過濃）側に変化し、混合気中の天然ガス量を減らすと空燃比がリーン（希薄）側に変化するので、エンジン出力が変化すると空燃比も変化する。

【0006】

排気を浄化する為に三元触媒を使用する事が出来れば酸化触媒や脱硝触媒が不要となるので排気後処理装置を簡略化する事が出来るが、三元触媒では、空燃比がリッチであると一酸化炭素と炭化水素の浄化率が低下し、空燃比がリーンであると窒素酸化物の浄化率が低下するので、三元触媒を使用する為には空燃比をストイキ（理論空燃比）に維持する必要がある。

【0007】

しかしながら、デュアルフューエルエンジンでは、エンジン出力が変化すると空燃比も変化するので、空燃比をストイキに維持する事が出来ず、三元触媒を使用する事が出来ない。

【0008】

以上の事情に鑑み、エンジン出力が変化しても空燃比をストイキに維持する事が出来るデュアルフューエルエンジンを提供する事を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガス量が調整可能なＥＧＲ装置を備え、天然ガスと軽油とを燃料とするデュアルフューエルエンジンにおいて、前記ＥＧＲ装置では、空燃比に応じてＥＧＲガス量が調整されるデュアルフューエルエンジンを提供する。

【0010】

前記ＥＧＲ装置では、空燃比がストイキとなる様にＥＧＲガス量が調整される事が望ましい。

【0011】

前記ＥＧＲ装置では、排気中の酸素濃度を基にＥＧＲガス量が調整される事が望ましい。

【発明の効果】

【0012】

エンジン出力が変化しても空燃比をストイキに維持する事が出来るデュアルフューエルエンジンを提供する事が出来る。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施の形態に係るデュアルフューエルエンジンを説明する図である。

【図2】Ｏ₂センサのＺ特性を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

図１に示す様に、デュアルフューエルエンジン１００は、ＥＧＲガス量が調整可能なＥＧＲ装置１０１を備え、天然ガス（例えば、ＣＮＧ（Compressed Natural Gas）やＬＮＧ（Liquefied Natural Gas））と軽油とを燃料とするものである。

【0015】

デュアルフューエルエンジン１００では、天然ガスと空気との混合気を所定の行程容積を有するシリンダ１０２内で圧縮する事で高温とし、当該混合気に軽油を添加し、当該軽油を自己着火させる事で混合気を燃焼させるので、混合気中の軽油量は混合気中の天然ガス量と比較すると僅かである。

【0016】

ＥＧＲ装置１０１は、エンジン本体１０３の排気の一部（ＥＧＲガス）を排気流路１０４から吸気流路１０５に環流させるＥＧＲパイプ１０６と、ＥＧＲパイプ１０６に設置され、ＥＧＲガス量を調整するＥＧＲバルブ１０７と、ＥＧＲパイプ１０６に設置され、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１０８と、を備える。

【0017】

ＥＧＲバルブ１０７は、ＥＣＵ（Electronic(or Engine) Control Unit）１０９で開度が調整される。ＥＣＵ１０９は、エンジン回転数とアクセル開度とを基に天然ガスインジェクタ１１０で噴射すべき天然ガスの噴射量と軽油インジェクタ１１１で噴射すべき軽油の噴射量とを決定し、当該噴射量を指示値として天然ガスインジェクタ１１０と軽油インジェクタ１１１とを制御する。

【0018】

エンジン回転数はエンジン回転数センサ１１２で検出され、アクセル開度はアクセル開度センサ１１３で検出される。エンジン回転数が高いほど、アクセル開度が大きいほど、天然ガスと軽油の噴射量は多くなる。逆に、エンジン回転数が低いほど、アクセル開度が小さいほど、天然ガスと軽油の噴射量は少なくなる。

【0019】

排気流路１０４は、エンジン本体１０３に接続された排気マニホールド１１４と、排気マニホールド１１４に接続された排気パイプ１１５と、で構成される。排気マニホールド１１４にＯ₂センサ１１６が設置され、Ｏ₂センサ１１６で検出された排気中の酸素濃度がＥＣＵ１０９に入力される。

【0020】

Ｏ₂センサ１１６は、図２に示す様に、ストイキを境に出力電圧が急変するＺ特性を有するので、排気中の酸素濃度を検出するのみならず、Ｚ特性を利用する事で空燃比がリーン、ストイキ、リッチの何れかであるのかを判定する事が出来る。

【0021】

デュアルフューエルエンジン１００では、混合気中の天然ガス量を増やすと空燃比がリッチ側に変化し、混合気中の天然ガス量を減らすと空燃比がリーン側に変化するので、何もしなければ、エンジン出力が変化すると空燃比も変化する。空燃比は混合気中の空気質量を混合気中の燃料質量で除したもので、燃料質量は混合気中の天然ガス質量と軽油質量との和である。

【0022】

例えば、エンジン出力が大きくエンジン負荷が高い高負荷運転領域では、混合気中の天然ガス量が多く空燃比がストイキとなる場合でも、エンジン出力が小さくエンジン負荷が低い低負荷運転領域では、混合気中の天然ガス量が少なく空燃比がストイキとならないという事態が生じ得る。

【0023】

即ち、行程容積は一定であり、過給機等の搭載を考慮しなければ、混合気中の新規空気（大気中から新しく取り込まれる空気）量の最大値を増やす事は出来ないので、通常は混合気中の天然ガス量が多くなる高負荷運転領域で空燃比がストイキとなる様に設計されるが、そうすると、低負荷運転領域では、混合気中の天然ガス量が少なくなるので、空燃比がリーンとなり、空燃比がストイキとならない。

【0024】

従って、ＥＧＲ装置１０１では、空燃比に応じてＥＧＲガス量が調整される。即ち、空燃比がストイキとなる様に、排気中の酸素濃度を基にＥＧＲガス量が調整（フィードバック制御）される。ＥＧＲガス量は、ＥＣＵ１０９が排気中の酸素濃度がストイキ時の酸素濃度に維持される様にＥＧＲバルブ１０７の開度を調整する事で調整される。

【0025】

具体的には、混合気中の天然ガス量が増えると空燃比がリッチ側に変化するので排気中の酸素濃度が減り、混合気中の天然ガス量が減ると空燃比がリーン側に変化するので排気中の酸素濃度が増える。

【0026】

排気中の酸素濃度がストイキ時の酸素濃度よりも減った場合には、ＥＧＲバルブ１０７の開度を小さくする事でＥＧＲガス量を減らし、混合気中の新規空気量を増やす事で空燃比をリーン側に変化させる。

【0027】

排気中の酸素濃度がストイキ時の酸素濃度よりも増えた場合には、ＥＧＲバルブ１０７の開度を大きくする事でＥＧＲガス量を増やし、混合気中の新規空気量を減らす事で空燃比をリッチ側に変化させる。

【0028】

即ち、空燃比がリッチである場合は空燃比がストイキとなるまでＥＧＲガス量を減らし、空燃比がリーンである場合は空燃比がストイキとなるまでＥＧＲガス量を増やす事によって、空燃比をストイキに維持する。

【0029】

以上に説明した様に、デュアルフューエルエンジン１００では、ＥＧＲ装置１０１でＥＧＲガス量が調整される事でエンジン出力が変化しても空燃比がストイキに維持されるので、排気を浄化する為に三元触媒を使用する事が可能であり、排気後処理装置を簡略化する事が出来る。

【符号の説明】

【0030】

１００ デュアルフューエルエンジン
１０１ ＥＧＲ装置
１０２ シリンダ
１０３ エンジン本体
１０４ 排気流路
１０５ 吸気流路
１０６ ＥＧＲパイプ
１０７ ＥＧＲバルブ
１０８ ＥＧＲクーラ
１０９ ＥＣＵ
１１０ 天然ガスインジェクタ
１１１ 軽油インジェクタ
１１２ エンジン回転数センサ
１１３ アクセル開度センサ
１１４ 排気マニホールド
１１５ 排気パイプ
１１６ Ｏ₂センサ

【図1】

【図2】