ディーゼルタイプの二元燃料内燃機関の操作方法、並びに該方法に従い操作可能なディーゼルタイプの二元燃料内燃機関
本発明は、ディーゼルタイプの二元燃料内燃機関を操作する方法に関し、該内燃機関は、ピストンにより少なくとも部分的に画定される燃焼室と、該燃焼室及び／又はその吸込みポート内に配置される第１燃料の第１燃料供給装置と、第２燃料の第２燃料供給装置とを含む。前記方法は、前記燃焼室及び／又は前記吸込みポートにおいて前記第１燃料を予混合するステップと、前記第１燃料を含む装入材料を、前記第２燃料の自己着火を可能にする条件まで圧縮するステップと、前記燃焼室への前記第２燃料の第１噴射を実施して、前記第２燃料の自己着火を開始することにより、前記第１燃料を着火し、これによって、前記第１燃料の予混合火炎伝播燃焼の条件を開始するステップとを含み、さらに、少なくとも１回の後続噴射を実施するが、該後続噴射によって追加の運動エネルギーを燃焼過程に供給し、これにより、乱流の強度及び前記火炎の伝播速度を高め、及び／又は燃焼室における後期混合を強化して、燃焼中の後期酸化を改善するステップを含む。さらに本発明は、ディーゼルタイプの二元燃料内燃機関に関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルタイプの二元燃料内燃機関の操作方法、並びに該方法に従い操作可能なディーゼルタイプの二元燃料内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルタイプの二元燃料内燃機関は、一般に、ピストンにより少なくとも部分的に画定される燃焼室と、燃焼室又はその吸込みポート内に配置される第１燃料の第１燃料供給装置と、第２燃料の第２燃料供給装置とを含む。
【０００３】
前述のように内燃機関を操作する公知の方法は、
− 燃焼室及び／又は吸込みポートにおいて第１燃料を予混合するステップと、
− 第１燃料を含む装入材料を、第２燃料の自己着火を可能にする条件まで圧縮するステップと、
− 第２燃料の噴射及び自己着火によって、燃焼室内の第1燃料を着火させ、これにより、予混合火炎伝播燃焼の条件を開始するステップとを含む。
【０００４】
このような方法は、一般に、予混合火炎伝播燃焼によって識別される操作モードとして記載される。簡潔にするため、以下ではこの方法を「火炎伝播モード」とも呼ぶ。
【０００５】
本発明は、ディーゼルタイプの二元燃料内燃機関、特に、高負荷に好適なエンジンに関する。
【０００６】
このようなエンジンの適用分野の１つは、トラック、貨物自動車及びバスなどの車両である。他の適用分野としては、船舶及びボート、あるいは、内燃機関を用いた発電がある。
【０００７】
大型エンジンには、一般に、燃料としてディーゼル油が用いられている。従って、設計及び機能が高負荷用に最適化された膨大な数のディーゼルエンジンがある。しかし、現在、大型エンジンを別の燃料、例えば天然ガス又はバイオガスで動作させることできるようにすることに大きな関心が寄せられている。
【０００８】
本発明は、ディーゼルタイプのエンジンであって、ディーゼル油以外の燃料を用いた使用に適応させたエンジンに関する。従って、ここで、ディーゼルタイプのエンジンとは、より広義に、従来のディーゼル燃料で満足に機能する同タイプのエンジンを意味する。
【０００９】
そのため、多数の二元燃料内燃機関が提案されている。例えば、ディーゼルエンジンにおいて主要燃料として天然ガスを用いることが提案されている。天然ガスをディーゼルエンジンに主要燃料として用いる場合には、天然ガスを最初に空気と予混合し、その後、第２燃料のパイロット噴射を用いて着火をトリガする。続いて、燃焼室内で予混合火炎伝播燃焼を実施する。
【００１０】
特許文献１は、二元燃料内燃機関が燃料油供給装置及び燃料ガス供給装置を含む、二元燃料内燃機関システムを記載している。燃料油供給装置とエンジンとの間に接続される手段が少量のディーゼル燃料をエンジンに噴射する。ディーゼル燃料の噴射は、パイロット噴射量にのみ限定される。
【００１１】
前述したタイプのエンジンに伴う問題は、こうしたエンジンがノックの問題を被りうることである。これは、火炎に先立つ未燃燃料の制御されない自己着火によるものと考えられ、この問題は、小型エンジンと比較して、燃焼室容積が大きく、かつエンジン回転数が低いために、また、予混合操作用に設計されたエンジン（例えば、ガソリンタイプのエンジン）と比較して、局所火炎伝播速度が低いために、大型エンジンにおいて深刻化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第４，９５５，３２６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、大型車に好適なディーゼルタイプの二元燃料内燃機関を操作するための改善された方法を提供することである。
【００１４】
好ましくは、本方法は、従来技術のエンジンに見られたようなノックの問題を軽減し、その結果、燃料効率を高め、好ましくは未燃炭化水素及びＣＯの排出を低減するものである。
【００１５】
好ましくは、本方法は、従来のディーゼルエンジンと同等の燃料効率を可能にするものである。
【００１６】
本方法は、概して、すす及びＮＯｘ排出が低い燃焼を可能にすることが望ましい。
【００１７】
以上のことを考慮すると、前述したような方法を実施するためのディーゼルタイプの二元燃料内燃機関も必要であることが理解されよう。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前述した目的は、添付した独立請求項に記載する本発明によって達成される。従属請求項は、本発明の有利な別の形態、実施形態、改良形態及び好ましい別の発展形態を含む。
【００１９】
本発明に従い、ディーゼルタイプの二元燃料内燃機関を操作する方法が提供され、該内燃機関は、ピストンにより少なくとも部分的に画定される燃焼室と、燃焼室及び／又はその吸込みポート内に配置される第１燃料の第１燃料供給装置と、第２燃料の第２燃料供給装置とを含み、
該方法は、
● 燃焼室及び／又は吸込みポートにおいて第１燃料を予混合するステップと、
● 第１燃料を含む装入材料を、第２燃料の自己着火を可能にする条件まで圧縮するステップと、
● 燃焼室内への第２燃料の第１噴射を実施して、第１燃料を着火させるために第２燃料の自己着火を開始し、これにより、第１燃料の予混合火炎伝播燃焼の条件を開始するステップとを含む。
【００２０】
さらに、本方法は、少なくとも１回の後続噴射を実施するステップを含み、この後続噴射は、追加の運動エネルギーを燃焼過程に供給し、これにより、乱流の強度及び火炎の伝播速度を高め、及び／又は燃焼室における後期混合を強化して、残留燃料の燃焼中の後期酸化を改善する、上記ステップを含む。
【００２１】
従って、本発明によれば、少なくとも１回の後続噴射を用いて、燃焼過程に運動エネルギーを追加できる。後続噴射により供給される追加の運動エネルギーを用いて、燃焼室内の火炎の領域における追加の小規模乱流を形成することができ、これが、火炎の伝播速度を高めることになる。従って、火炎前面はより迅速に発達し、追加乱流がない場合より短い時間で燃焼室に到達して、所定時間経過後に、より好都合の燃焼室圧力形成を達成し、これによって、エンジンの（燃料）効率を高めると同時に、追加乱流のない従来の二元燃料燃焼過程と比較して、ノックの危険性が低くなる。
【００２２】
追加乱流を形成するための後続噴射に代わり、又は加えて、本方法は、燃焼中に最終的酸化を改善するように、燃焼室における後期混合を強化するために、後続噴射を実施する追加のステップを含んでもよい。こうした後続噴射は、「後噴射」と呼ばれることもある。後噴射タイプの後続噴射の目的は、上述の後続噴射の目的と同様に、燃焼過程に運動エネルギーを追加することである。しかし、後噴射によって追加される運動エネルギーは、本来、火炎速度を高めるために使用されるわけではない。そうではなく、後噴射からの運動エネルギーは、燃焼サイクルのより後期の段階で乱流を形成し、これによって燃焼室内に残るガスの後期の全体及び局所混合を強化することによって、残留燃料の燃焼中の後期酸化を改善する。
【００２３】
有利には、第１燃料は、例えば、空気及び／又は再利用排気ガスと予混合して、第１燃料を含む装入材料を形成する。
【００２４】
燃焼室への第２燃料の第１噴射は、着火を開始するのに十分であり、従って、予混合した火炎伝播燃焼を開始するのに十分である。対照的に、後続噴射（第２燃料の第１噴射後に実施）の目的は、伝播火炎の領域における追加的小規模乱流を開始する運動エネルギー、又は燃料室内での気体の混合を強化する運動エネルギーを追加することである。従って、後続噴射は、必ずしも燃焼過程に燃料を追加することを必要としない。噴射によって運動エネルギーを伝達することができ、しかも燃焼過程を妨害しないものであれば、どんな気体又は液体材料を用いてもよい。
【００２５】
供給される運動エネルギーの必要量及び噴射の実施は、一般に、気体材料の噴射より、液体の方が達成しやすいことから、後続噴射の液体を噴射するのが好ましい。このことを考慮すると、燃焼過程を妨害しない任意の液体、例えば、水を噴射できる。しかし、液体の噴射は、該物質が、噴射の正にその瞬間に液相であることを意味する。いったん噴射されると、液体は、一般的な条件の場合、燃焼室の状態、噴射方法及び液体の特性に応じて異なる速度で、気相に移行する。従って、後続噴射が液体噴射である場合でも、運動エネルギーの大きな部分が伝達され、物質が気相にある間は、乱流の大きな部分が噴射物質の衝撃によって形成される。
【００２６】
しかし、実用的な目的のためには、後続噴射は燃料の噴射であることが好ましい。最も好ましくは、後続の液体噴射は、第１噴射と同じ燃料、すなわち第２燃料からなる。従って、後続噴射のために追加の構造的又はエンジン設計構成は必要ない。
【００２７】
好ましくは、少なくとも１回の後続噴射によって供給される追加の運動エネルギーの量は、可変である。
【００２８】
前述したように、少なくとも１回の後続噴射を含む燃焼サイクルを使用することが想定されるが、複数回の後続噴射を用いてもよい。
【００２９】
有利には、後続噴射によって供給される追加の運動エネルギーの量は、後続噴射の回数、後続噴射の噴射圧力、後続噴射の持続時間、又は後続噴射同士の間の停止時間のうち少なくとも１つを変更することによって、可変である。これに関して、供給される追加の運動エネルギーの量は、同じ燃焼サイクルの後続噴射同士で変動してもよく、且つ／又は別の燃焼サイクルに属する後続噴射同士の間で変動してもよい。
【００３０】
有利には、後続噴射によって供給される運動エネルギーの量は、燃焼過程、燃料、並びにそのパラメーター、例えば温度、圧力、時間、燃料の品質などのうち少なくとも１つを感知する少なくとも１つのセンサーから供給されるフィードバック、及び／又は燃焼過程の結果（限定するものではないが、燃焼過程により生成され、エンジンの排気ガスに含まれる化学化合物）に応じて変動する。次に、入力としてのセンサーからのフィードバックを用いて、少なくとも１つの後続噴射の制御を実施できる。従って、燃焼過程を連続的に観測して、後続噴射を連続的に制御することにより、燃焼過程を改善できる。有利には、始動段階では、後続噴射について選択した開始パラメーターを用いて、１回の第１燃焼サイクル又は複数回の第１燃焼サイクルを運転し、その後、センサーを用いて、１回の第１燃焼サイクル又は複数回の第１燃焼サイクルを評価し、エンジンの正常な操作段階において続く燃焼サイクルについての後続噴射の調節のための入力を提供する。従って、燃焼過程は、特定の状況に合わせて調整できる。さらに、これによって、万一エンジンの連続的操作中に条件が変わった場合でも、それに合わせて後続噴射も調整できるため、より頑健な燃焼過程が可能になる。
【００３１】
後続噴射について選択した開始パラメーターを用いて１回の第１燃焼サイクル又は複数回の第１燃焼サイクルを開始する以外にも、始動段階においては、後続噴射を一切実施せずに、１回の第１燃焼サイクル又は複数回の第１燃焼サイクルを運転させることもできる。
【００３２】
センサーは、例えば、供給燃料の品質を感知する、好ましくはオクタン価を感知するセンサーであるのが有利である。こうしたセンサーは、例えば、燃料タンク又は燃料供給系に設置できる。
【００３３】
あるいは、燃料の品質センサーに加えて、又はこれと組み合わせて、本方法では、燃焼の質を感知するセンサーを用いてもよい。各種のセンサーが適用可能である。公知のタイプのセンサーの１つとして、いわゆるノックセンサーがある。好ましくは、燃焼室圧力を感知する装置を、熱放出の迅速な評価（サイクル対サイクルに基づく）のための方法と組み合わせて用いることができる。
【００３４】
好ましくは、第１燃料は、オクタン価が高い、好ましくは９０以上の燃料である。有利には、第１燃料は気体燃料、好ましくは天然ガス又はバイオガスである。
【００３５】
好ましくは、第２燃料は、セタン価が高い、好ましくは４０以上の燃料である。有利には、第２燃料は液体燃料、好ましくはディーゼル油、バイオディーゼル若しくはＤＭＥ（ジメチルエーテル）である。
【００３６】
有利には、第１燃料は、空気及び／又は再利用排気ガスと予混合する。
【００３７】
本発明の第２の態様では、ディーゼルタイプの二元燃料内燃機関が提供され、該内燃機関は、
− ピストンにより少なくとも部分的に画定される燃焼室と、
− 燃焼室及び／又はその吸込みポート内に配置される第１燃料の第１燃料供給装置と、
− 第２燃料の第２燃料供給装置と、
− 燃焼室及び／又は吸込みポートにおいて予混合される第１燃料と、
− 第１燃料を含む装入材料を、第２燃料の自己着火を可能にする条件まで圧縮する少なくとも１つの装置と、
− 燃焼室内への第２燃料の第１噴射を実施して、第１燃料を着火するために第２燃料の自己着火を開始し、これにより、第１燃料の予混合火炎伝播燃焼の条件を開始する少なくとも１つの噴射装置とを含み、
追加の運動エネルギーを燃焼過程に供給するように、少なくとも１回の後続（好ましくは液体）噴射を実施する少なくとも１つの噴射装置が、乱流の強度及び火炎の伝播速度を高め、及び／又は燃焼室における後期混合を強化して、残留燃料の燃焼中の後期酸化を改善する。
【００３８】
好ましくは、二元燃料内燃機関は、燃焼過程からのフィードバックを提供する少なくとも１つのセンサーを含み、該センサーからの出力が、少なくとも１回の後続（好ましくは液体）噴射の制御に用いられる。
【００３９】
好ましくは、二元燃料内燃機関は、燃焼の質、又は供給燃料の品質を感知するセンサーを含む。
【００４０】
本方法に関して前述したその他の態様及び利点は、本発明の二元燃料内燃機関にも同様に適用される。
【００４１】
添付の図面を参照しながら、本発明について以下に記載する非制限的実施例により詳細を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の方法の実施形態の噴射に関して、時間の関数としての熱放出速度曲線を概略的に示す図である。
【図２】予混合火炎伝播燃焼操作モード（「火炎伝播モード」）にある燃焼室における火炎伝播を概略的に示す図である。
【図３】均質着火及び燃焼によって区別される操作モード（「均質燃焼モード」とも呼ばれる）にある燃焼室における燃焼過程を概略的に示す図であり、該モードは、参照として本明細書に含まれる。
【図４】本発明の好ましい実施形態による方法及び二元燃料内燃機関を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
前述のように、本発明に従い、ディーゼルタイプの二元燃料内燃機関を操作する方法が提供され、該内燃機関は、ピストンにより少なくとも部分的に画定される燃焼室と、燃焼室又はその吸込みポート内に配置される第１燃料の第１燃料供給装置と、第２燃料の第２燃料供給装置とを含み、
該方法は、
− 燃焼室及び／又は吸込みポートにおいて第１燃料を予混合するステップと、
− 第１燃料を含む装入材料を、第２燃料の自己着火を可能にする条件まで圧縮するステップと、
− 燃焼室への第２燃料の第１噴射を実施して、第２燃料の自己着火を開始することにより、第１燃料を着火し、これによって、第１燃料の予混合火炎伝播燃焼の条件を開始するステップとを含み、
本方法はさらに、
− 少なくとも１回の後続噴射を実施するが、これによって、追加の運動エネルギーを燃焼過程に供給し、これにより、乱流の強度及び火炎の伝播速度を高め、及び／又は燃焼室における後期混合を強化して、残留燃料の燃焼中の後期酸化を改善するステップを含む。
【００４４】
図１は、第２燃料の第１噴射のタイミングと、熱放出の速度に関する後続噴射のタイミングを概略的に（簡略化して）示す。図１では、水平次元は、燃焼サイクル中の時間、又はクランク角間隔を表す。垂直次元は、（ｉ）熱放出曲線４の速度に関する場合、燃焼過程の熱放出の速度を、また（ｉｉ）噴射１、２、３に関する場合、噴射燃料材料の流量を表している。
【００４５】
噴射１、２、３（噴射１）の最初のものは、第２燃料の噴射及び自己着火によって第１燃料を着火させるために用いられる第２燃料の「第１噴射」である。従って、第２燃料の第１噴射１は、火炎の伝播をトリガするのに寄与する。これによって、熱放出の速度は、第１噴射１の後すぐに急速に上昇する。初期熱放出のわずかな部分が第１噴射１で噴射される第２燃料の燃焼に相当する。
【００４６】
続く２回の噴射は、「後続噴射」２であり、これらは、乱流の強度及び火炎の伝播速度を高めるように、燃焼過程に追加の運動エネルギーを供給する。従って、後続噴射は、第２燃料からなるものでよいが、必ずしもそうである必要はない。図１に示すように、後続噴射２は、燃焼過程中に起こる。特に、この場合、後続噴射は、熱放出曲線４の速度のピーク前に実施する。「後続」噴射パルスの選択された数ｎ：ｎ＝２（図１では２と示す）は一例に過ぎない。すなわち、このような噴射パルスの数は、個々のケースの状況又は個別の状態に応じて変動しうるものであり、１以上の任意の自然数でよく、例えば、ｎ＝１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０などでよい。
【００４７】
後続噴射２の目的は、火炎伝播の速度を高めるように、乱流強度を増大することであるため、一般に、火炎が燃焼室壁まで伝播する前に、後続噴射を実施するのが望ましいであろう。
【００４８】
図示の実施例では、もう１回の後続噴射３（後噴射タイプのもの）が、熱放出が低下し始めるとき、熱放出曲線４のピーク後に実施される。後噴射３の目的は、最初に隙き間容積内に閉じ込められた燃料、あるいは、壁冷却若しくはその他の作用のために燃焼室内で部分的にしか酸化していない化合物の後期混合を高め、これによって、燃焼中の後期酸化を改善することである。従って、後噴射の結果、熱放出にわずかな増加が起こるが、これは熱放出曲線４の「こぶ」としてみとめられ、それ以外は下降している。
【００４９】
後続噴射の数及び正確なタイミングを変更してもよいことは理解されたい。既に述べたように、少なくとも１回の後続噴射を実施すべきである。有利には、少なくとも２回の後続噴射があってよい。好ましくは、後続噴射の回数は、１０以下である。１〜１０回、好ましくは２〜５回の後続噴射が特に有用であると考えられる。
【００５０】
さらに、図１では、図示した第１噴射１、後続噴射２、３（初期後続噴射２と後噴射３を含む）はすべて、同じ高さ及び時間を有する。すなわち、噴射はすべて同じ量の燃料を含む。これはもちろん必須というわけではない。そうではなく、噴射の外観は、本発明の概要で既述したように変わりうる。初期後続噴射２は、例えば、第１噴射及び／又は最終後続噴射３（後噴射）とは異なる。さらにまた、初期後続噴射２も同じである必要はない。
【００５１】
図２ａ〜図２ｃは、燃焼室内での燃焼過程の（単純化）概略図である。水平軸は、燃焼室内での空間位置を示し、０は燃焼室の中央軸を示し、また＋／−ｒは、燃焼室の横方向末端壁を示す。鉛直軸は、局所燃焼過程の完全性の度合いを示し、０は、局所燃焼がないことに一致し、１は、完全な局所燃焼に一致する。
【００５２】
図２ａは、本発明の方法を用いた着火時の状況を示す図である。説明及び簡略化のために、燃焼過程は、１次元で起こるように説明する（実際の燃焼室は、複雑な３次元の形状である）。好ましくは、着火及び初期燃焼は、燃焼室の中央部分で起こる。
【００５３】
後続火炎伝播を図２ａ及び図２ｂに矢印で示す。火炎が燃焼室内の特定の位置を通って伝播したら、局所燃焼過程の完全度は０（局所燃焼なし）から１（完全な局所燃焼）へと移行する。最終的に、図２ｃに示すように、燃焼は、火炎が燃焼室の横壁まで伝播を完了すると、燃焼室の全部分において完全となる。
【００５４】
従って、図２ａ〜図２ｃは、予混合火炎伝播燃焼が、本発明が関連する燃焼方法であることを示す。（予混合火炎伝播燃焼は、ガソリンタイプのエンジンにおける典型的燃焼過程である）。
【００５５】
参照のみを目的とするものとして、図３ａ〜図３ｃを参照されたい。これらの図は、別のタイプの燃焼、すなわち、第１燃料を含む装入材料が、第１燃料の均質圧縮着火（ＨＣＣＩ）に近い条件まで圧縮される、燃焼を（単純化して）示す。このような燃焼方法は、均質着火及び燃焼とは区別されるものとして記載され、「均質燃焼」タイプの燃焼と呼ばれることもある。水平軸は、燃焼室における空間位置を示すが、０は燃焼室の中央軸を示し、また＋／−ｒは、その横末端壁を示す。鉛直軸は、局所燃焼過程の完全性の度合いを示すものであり、その範囲は、０（局所燃焼なし）から１（完全な局所燃焼）までである。
【００５６】
図３ａからわかるように、着火時の状況は、図２ａにおけるものと類似している。好ましくは、着火と初期燃焼は、燃焼室の中央部分で起こる。しかし、均質燃焼タイプの燃焼では、図３ｂに示すように、未燃燃料を含む燃焼室の全部分で自己着火が起こるまで、火炎はわずかにしか伝播しない。図３ｃに示すように、最終的に、燃焼室の全部分で燃焼が完全となる。
【００５７】
均質着火及び燃焼は、不都合なノックを引き起こしうる非制御の自己着火とは対照的に、制御される有利な自己着火過程の１タイプとして引用されることがある。典型的には、図３ａ〜図３ｃに示すように、均質燃焼タイプの燃焼を用いる場合、燃焼室の全部分での完全燃焼は、図２ａ〜図２ｃの予混合火炎伝播燃焼実施例より速く到達する。
【００５８】
本発明は、前述した火炎伝播燃焼モードを用いた方法である。しかし、ディーゼルタイプの二元燃料内燃機関を操作する方法であって、ピストンにより少なくとも部分的に画定される燃焼室と、燃焼室又はその吸込みポート内に配置される第１燃料の第１燃料供給装置と、第２燃料の第２燃料供給装置とを含み、該操作方法は、火炎伝播モードと均質燃焼タイプの燃焼モードの間で切り換えが可能である、上記方法が提供されることは理解されたであろう。
【００５９】
操作モード同士の切り換えは、操作モードの選択が達成されるように、第２燃料の自己着火後に燃焼室温度及び圧力を制御すべく、燃焼室への第２燃料の第１噴射中の第２燃料の量及び／又は第２燃料の第１噴射のタイミングを調節することによって達成できる。
【００６０】
例えば、火炎伝播モードを維持するために、第２燃料の第１（着火）噴射は、比較的少量の燃料を用いて実施すべきである。第２燃料の第１噴射において第２燃料の量が閾値量まで上昇したり、あるいは、閾値を超えて、第２燃料の量がそれより多くなったりすると、燃焼室内の燃焼過程が変更されて、均質燃焼モードに達する。同様に、均質燃焼モードでエンジンを作動させる場合に、第２燃料の第１噴射中の第２燃料の量が閾値量まで減少したり、あるいは、閾値を超えて第２燃料の量がそれより少なくなったりすると、燃焼室の燃焼過程が変更されて、均質燃焼モードに達する。従って、第１噴射中の第２燃料の量は、両モード間のスイッチとして用いることができる。
【００６１】
この機能は、それ自体、上記の適用に関して、前述したような後続噴射（第２燃料又は別の液体若しくは気体材料の噴射であってよい）が存在するかしないかとは無関係である。しかし、このような方法と組み合わせると特に有利であることは理解されよう。
【００６２】
これに代わり、あるいは第２燃料の第１噴射中に噴射される燃料の量の変動と組み合わせて、第２燃料の第１噴射のタイミング（すなわち、噴射が開始する時点と、その持続時間）を変更して、２つの燃焼操作モードのうち一方を選択できる。均質燃焼タイプの操作モードの選択は、エンジンのピストンが上死点付近にあるとき第２燃料の自己着火が起こるように設計することによって（すなわち、噴射のタイミングを選択することによって）、実施できる。また、火炎伝播モードの選択は、エンジンのピストンが上死点から離れたとき、第２燃料の自己着火が起こるように設計することによって実施できる。
【００６３】
操作モード間の切り換えは、燃焼室のラムダ値（正規化された空気／燃料比）で実施するのが有利であり、この値は１〜３の間、好ましくは１．５〜２．５の間、最も好ましくは約２である。
【００６４】
図４は、本発明の方法及び二元燃料内燃機関の機能を概略的に示すブロック図である。
【００６５】
制御装置４００は、燃焼サイクル開始１００、並びに任意で、二元燃料内燃機関の燃焼過程２００のためのいずれかの後続噴射５００を制御するように設計される。燃焼サイクル開始１００は、第２燃料の自己着火を開始するための内燃機関の燃焼室への第１燃料の噴射と第２燃料の第１噴射を含み、これによって、火炎伝播モードの条件を開始するものであり、この開始１００と、（任意の）後続噴射５００が、燃焼過程２００に影響を与える。前述したように、燃焼過程２００は、１以上のセンサー３００を用いて評価できる。センサー３００は、制御装置４００にフィードバックを供給し、制御装置４００は、フィードバックに応じて、燃焼サイクル開始１００及び／又は後続噴射５００を調節しうる。
【００６６】
図示した例では、燃焼過程の機能の測度を提供するセンサー３００の１つが描かれている。しかし、既述したように、１つ又は複数のセンサー３００は、燃料が燃焼室に到達する前の燃料の品質、あるいは燃焼過程の他の関連パラメーターを測定するために設置することもできる。
【００６７】
さらに、複数のセンサー３００を設置して、これらを後続噴射５００の制御のために評価してもよいことは理解されよう。
【００６８】
燃焼サイクル開始１００は、エンジンの火炎伝播モードと均質燃焼モード間の選択を行うために、第２燃料の第１噴射を制御するように任意で設定することもできる。
【００６９】
多数の実施形態及び別の態様が、添付の特許請求の範囲に包含されることは理解すべきである。さらに、本方法は、二元燃料を用いたディーゼルタイプの内燃機関を操作する方法に関するが、このような方法は、別の周期中に単一燃料でも動作しうるディーゼルエンジンにおいて周期的に用いてもよいことは理解されよう。単一燃料をエンジンに用いる場合には、本明細書に記載するもの以外の内燃機関を操作するいずれかの方法を用いてもよい。従って、本明細書で提案される方法は、同じエンジンにおいて用いられるいくつかの操作方法のうちの１つであってもよい。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルタイプの二元燃料内燃機関の操作方法、並びに該方法に従い操作可能なディーゼルタイプの二元燃料内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルタイプの二元燃料内燃機関は、一般に、ピストンにより少なくとも部分的に画定される燃焼室と、燃焼室又はその吸込みポート内に配置される第１燃料の第１燃料供給装置と、第２燃料の第２燃料供給装置とを含む。
【０００３】
前述のように内燃機関を操作する公知の方法は、
− 燃焼室及び／又は吸込みポートにおいて第１燃料を予混合するステップと、
− 第１燃料を含む装入材料を、第２燃料の自己着火を可能にする条件まで圧縮するステップと、
− 第２燃料の噴射及び自己着火によって、燃焼室内の第1燃料を着火させ、これにより、予混合火炎伝播燃焼の条件を開始するステップとを含む。
【０００４】
このような方法は、一般に、予混合火炎伝播燃焼によって識別される操作モードとして記載される。簡潔にするため、以下ではこの方法を「火炎伝播モード」とも呼ぶ。
【０００５】
本発明は、ディーゼルタイプの二元燃料内燃機関、特に、高負荷に好適なエンジンに関する。
【０００６】
このようなエンジンの適用分野の１つは、トラック、貨物自動車及びバスなどの車両である。他の適用分野としては、船舶及びボート、あるいは、内燃機関を用いた発電がある。
【０００７】
大型エンジンには、一般に、燃料としてディーゼル油が用いられている。従って、設計及び機能が高負荷用に最適化された膨大な数のディーゼルエンジンがある。しかし、現在、大型エンジンを別の燃料、例えば天然ガス又はバイオガスで動作させることできるようにすることに大きな関心が寄せられている。
【０００８】
本発明は、ディーゼルタイプのエンジンであって、ディーゼル油以外の燃料を用いた使用に適応させたエンジンに関する。従って、ここで、ディーゼルタイプのエンジンとは、より広義に、従来のディーゼル燃料で満足に機能する同タイプのエンジンを意味する。
【０００９】
そのため、多数の二元燃料内燃機関が提案されている。例えば、ディーゼルエンジンにおいて主要燃料として天然ガスを用いることが提案されている。天然ガスをディーゼルエンジンに主要燃料として用いる場合には、天然ガスを最初に空気と予混合し、その後、第２燃料のパイロット噴射を用いて着火をトリガする。続いて、燃焼室内で予混合火炎伝播燃焼を実施する。
【００１０】
特許文献１は、二元燃料内燃機関が燃料油供給装置及び燃料ガス供給装置を含む、二元燃料内燃機関システムを記載している。燃料油供給装置とエンジンとの間に接続される手段が少量のディーゼル燃料をエンジンに噴射する。ディーゼル燃料の噴射は、パイロット噴射量にのみ限定される。
【００１１】
前述したタイプのエンジンに伴う問題は、こうしたエンジンがノックの問題を被りうることである。これは、火炎に先立つ未燃燃料の制御されない自己着火によるものと考えられ、この問題は、小型エンジンと比較して、燃焼室容積が大きく、かつエンジン回転数が低いために、また、予混合操作用に設計されたエンジン（例えば、ガソリンタイプのエンジン）と比較して、局所火炎伝播速度が低いために、大型エンジンにおいて深刻化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第４，９５５，３２６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、大型車に好適なディーゼルタイプの二元燃料内燃機関を操作するための改善された方法を提供することである。
【００１４】
好ましくは、本方法は、従来技術のエンジンに見られたようなノックの問題を軽減し、その結果、燃料効率を高め、好ましくは未燃炭化水素及びＣＯの排出を低減するものである。
【００１５】
好ましくは、本方法は、従来のディーゼルエンジンと同等の燃料効率を可能にするものである。
【００１６】
本方法は、概して、すす及びＮＯｘ排出が低い燃焼を可能にすることが望ましい。
【００１７】
以上のことを考慮すると、前述したような方法を実施するためのディーゼルタイプの二元燃料内燃機関も必要であることが理解されよう。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前述した目的は、添付した独立請求項に記載する本発明によって達成される。従属請求項は、本発明の有利な別の形態、実施形態、改良形態及び好ましい別の発展形態を含む。
【００１９】
本発明に従い、ディーゼルタイプの二元燃料内燃機関を操作する方法が提供され、該内燃機関は、ピストンにより少なくとも部分的に画定される燃焼室と、燃焼室及び／又はその吸込みポート内に配置される第１燃料の第１燃料供給装置と、第２燃料の第２燃料供給装置とを含み、
該方法は、
● 燃焼室及び／又は吸込みポートにおいて第１燃料を予混合するステップと、
● 第１燃料を含む装入材料を、第２燃料の自己着火を可能にする条件まで圧縮するステップと、
● 燃焼室内への第２燃料の第１噴射を実施して、第１燃料を着火させるために第２燃料の自己着火を開始し、これにより、第１燃料の予混合火炎伝播燃焼の条件を開始するステップとを含む。
【００２０】
さらに、本方法は、少なくとも１回の後続噴射を実施するステップを含み、この後続噴射は、追加の運動エネルギーを燃焼過程に供給し、これにより、乱流の強度及び火炎の伝播速度を高め、及び／又は燃焼室における後期混合を強化して、残留燃料の燃焼中の後期酸化を改善する、上記ステップを含む。
【００２１】
従って、本発明によれば、少なくとも１回の後続噴射を用いて、燃焼過程に運動エネルギーを追加できる。後続噴射により供給される追加の運動エネルギーを用いて、燃焼室内の火炎の領域における追加の小規模乱流を形成することができ、これが、火炎の伝播速度を高めることになる。従って、火炎前面はより迅速に発達し、追加乱流がない場合より短い時間で燃焼室に到達して、所定時間経過後に、より好都合の燃焼室圧力形成を達成し、これによって、エンジンの（燃料）効率を高めると同時に、追加乱流のない従来の二元燃料燃焼過程と比較して、ノックの危険性が低くなる。
【００２２】
追加乱流を形成するための後続噴射に代わり、又は加えて、本方法は、燃焼中に最終的酸化を改善するように、燃焼室における後期混合を強化するために、後続噴射を実施する追加のステップを含んでもよい。こうした後続噴射は、「後噴射」と呼ばれることもある。後噴射タイプの後続噴射の目的は、上述の後続噴射の目的と同様に、燃焼過程に運動エネルギーを追加することである。しかし、後噴射によって追加される運動エネルギーは、本来、火炎速度を高めるために使用されるわけではない。そうではなく、後噴射からの運動エネルギーは、燃焼サイクルのより後期の段階で乱流を形成し、これによって燃焼室内に残るガスの後期の全体及び局所混合を強化することによって、残留燃料の燃焼中の後期酸化を改善する。
【００２３】
有利には、第１燃料は、例えば、空気及び／又は再利用排気ガスと予混合して、第１燃料を含む装入材料を形成する。
【００２４】
燃焼室への第２燃料の第１噴射は、着火を開始するのに十分であり、従って、予混合した火炎伝播燃焼を開始するのに十分である。対照的に、後続噴射（第２燃料の第１噴射後に実施）の目的は、伝播火炎の領域における追加的小規模乱流を開始する運動エネルギー、又は燃料室内での気体の混合を強化する運動エネルギーを追加することである。従って、後続噴射は、必ずしも燃焼過程に燃料を追加することを必要としない。噴射によって運動エネルギーを伝達することができ、しかも燃焼過程を妨害しないものであれば、どんな気体又は液体材料を用いてもよい。
【００２５】
供給される運動エネルギーの必要量及び噴射の実施は、一般に、気体材料の噴射より、液体の方が達成しやすいことから、後続噴射の液体を噴射するのが好ましい。このことを考慮すると、燃焼過程を妨害しない任意の液体、例えば、水を噴射できる。しかし、液体の噴射は、該物質が、噴射の正にその瞬間に液相であることを意味する。いったん噴射されると、液体は、一般的な条件の場合、燃焼室の状態、噴射方法及び液体の特性に応じて異なる速度で、気相に移行する。従って、後続噴射が液体噴射である場合でも、運動エネルギーの大きな部分が伝達され、物質が気相にある間は、乱流の大きな部分が噴射物質の衝撃によって形成される。
【００２６】
しかし、実用的な目的のためには、後続噴射は燃料の噴射であることが好ましい。最も好ましくは、後続の液体噴射は、第１噴射と同じ燃料、すなわち第２燃料からなる。従って、後続噴射のために追加の構造的又はエンジン設計構成は必要ない。
【００２７】
好ましくは、少なくとも１回の後続噴射によって供給される追加の運動エネルギーの量は、可変である。
【００２８】
前述したように、少なくとも１回の後続噴射を含む燃焼サイクルを使用することが想定されるが、複数回の後続噴射を用いてもよい。
【００２９】
有利には、後続噴射によって供給される追加の運動エネルギーの量は、後続噴射の回数、後続噴射の噴射圧力、後続噴射の持続時間、又は後続噴射同士の間の停止時間のうち少なくとも１つを変更することによって、可変である。これに関して、供給される追加の運動エネルギーの量は、同じ燃焼サイクルの後続噴射同士で変動してもよく、且つ／又は別の燃焼サイクルに属する後続噴射同士の間で変動してもよい。
【００３０】
有利には、後続噴射によって供給される運動エネルギーの量は、燃焼過程、燃料、並びにそのパラメーター、例えば温度、圧力、時間、燃料の品質などのうち少なくとも１つを感知する少なくとも１つのセンサーから供給されるフィードバック、及び／又は燃焼過程の結果（限定するものではないが、燃焼過程により生成され、エンジンの排気ガスに含まれる化学化合物）に応じて変動する。次に、入力としてのセンサーからのフィードバックを用いて、少なくとも１つの後続噴射の制御を実施できる。従って、燃焼過程を連続的に観測して、後続噴射を連続的に制御することにより、燃焼過程を改善できる。有利には、始動段階では、後続噴射について選択した開始パラメーターを用いて、１回の第１燃焼サイクル又は複数回の第１燃焼サイクルを運転し、その後、センサーを用いて、１回の第１燃焼サイクル又は複数回の第１燃焼サイクルを評価し、エンジンの正常な操作段階において続く燃焼サイクルについての後続噴射の調節のための入力を提供する。従って、燃焼過程は、特定の状況に合わせて調整できる。さらに、これによって、万一エンジンの連続的操作中に条件が変わった場合でも、それに合わせて後続噴射も調整できるため、より頑健な燃焼過程が可能になる。
【００３１】
後続噴射について選択した開始パラメーターを用いて１回の第１燃焼サイクル又は複数回の第１燃焼サイクルを開始する以外にも、始動段階においては、後続噴射を一切実施せずに、１回の第１燃焼サイクル又は複数回の第１燃焼サイクルを運転させることもできる。
【００３２】
センサーは、例えば、供給燃料の品質を感知する、好ましくはオクタン価を感知するセンサーであるのが有利である。こうしたセンサーは、例えば、燃料タンク又は燃料供給系に設置できる。
【００３３】
あるいは、燃料の品質センサーに加えて、又はこれと組み合わせて、本方法では、燃焼の質を感知するセンサーを用いてもよい。各種のセンサーが適用可能である。公知のタイプのセンサーの１つとして、いわゆるノックセンサーがある。好ましくは、燃焼室圧力を感知する装置を、熱放出の迅速な評価（サイクル対サイクルに基づく）のための方法と組み合わせて用いることができる。
【００３４】
好ましくは、第１燃料は、オクタン価が高い、好ましくは９０以上の燃料である。有利には、第１燃料は気体燃料、好ましくは天然ガス又はバイオガスである。
【００３５】
好ましくは、第２燃料は、セタン価が高い、好ましくは４０以上の燃料である。有利には、第２燃料は液体燃料、好ましくはディーゼル油、バイオディーゼル若しくはＤＭＥ（ジメチルエーテル）である。
【００３６】
有利には、第１燃料は、空気及び／又は再利用排気ガスと予混合する。
【００３７】
本発明の第２の態様では、ディーゼルタイプの二元燃料内燃機関が提供され、該内燃機関は、
− ピストンにより少なくとも部分的に画定される燃焼室と、
− 燃焼室及び／又はその吸込みポート内に配置される第１燃料の第１燃料供給装置と、
− 第２燃料の第２燃料供給装置と、
− 燃焼室及び／又は吸込みポートにおいて予混合される第１燃料と、
− 第１燃料を含む装入材料を、第２燃料の自己着火を可能にする条件まで圧縮する少なくとも１つの装置と、
− 燃焼室内への第２燃料の第１噴射を実施して、第１燃料を着火するために第２燃料の自己着火を開始し、これにより、第１燃料の予混合火炎伝播燃焼の条件を開始する少なくとも１つの噴射装置とを含み、
追加の運動エネルギーを燃焼過程に供給するように、少なくとも１回の後続（好ましくは液体）噴射を実施する少なくとも１つの噴射装置が、乱流の強度及び火炎の伝播速度を高め、及び／又は燃焼室における後期混合を強化して、残留燃料の燃焼中の後期酸化を改善する。
【００３８】
好ましくは、二元燃料内燃機関は、燃焼過程からのフィードバックを提供する少なくとも１つのセンサーを含み、該センサーからの出力が、少なくとも１回の後続（好ましくは液体）噴射の制御に用いられる。
【００３９】
好ましくは、二元燃料内燃機関は、燃焼の質、又は供給燃料の品質を感知するセンサーを含む。
【００４０】
本方法に関して前述したその他の態様及び利点は、本発明の二元燃料内燃機関にも同様に適用される。
【００４１】
添付の図面を参照しながら、本発明について以下に記載する非制限的実施例により詳細を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の方法の実施形態の噴射に関して、時間の関数としての熱放出速度曲線を概略的に示す図である。
【図２】予混合火炎伝播燃焼操作モード（「火炎伝播モード」）にある燃焼室における火炎伝播を概略的に示す図である。
【図３】均質着火及び燃焼によって区別される操作モード（「均質燃焼モード」とも呼ばれる）にある燃焼室における燃焼過程を概略的に示す図であり、該モードは、参照として本明細書に含まれる。
【図４】本発明の好ましい実施形態による方法及び二元燃料内燃機関を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
前述のように、本発明に従い、ディーゼルタイプの二元燃料内燃機関を操作する方法が提供され、該内燃機関は、ピストンにより少なくとも部分的に画定される燃焼室と、燃焼室又はその吸込みポート内に配置される第１燃料の第１燃料供給装置と、第２燃料の第２燃料供給装置とを含み、
該方法は、
− 燃焼室及び／又は吸込みポートにおいて第１燃料を予混合するステップと、
− 第１燃料を含む装入材料を、第２燃料の自己着火を可能にする条件まで圧縮するステップと、
− 燃焼室への第２燃料の第１噴射を実施して、第２燃料の自己着火を開始することにより、第１燃料を着火し、これによって、第１燃料の予混合火炎伝播燃焼の条件を開始するステップとを含み、
本方法はさらに、
− 少なくとも１回の後続噴射を実施するが、これによって、追加の運動エネルギーを燃焼過程に供給し、これにより、乱流の強度及び火炎の伝播速度を高め、及び／又は燃焼室における後期混合を強化して、残留燃料の燃焼中の後期酸化を改善するステップを含む。
【００４４】
図１は、第２燃料の第１噴射のタイミングと、熱放出の速度に関する後続噴射のタイミングを概略的に（簡略化して）示す。図１では、水平次元は、燃焼サイクル中の時間、又はクランク角間隔を表す。垂直次元は、（ｉ）熱放出曲線４の速度に関する場合、燃焼過程の熱放出の速度を、また（ｉｉ）噴射１、２、３に関する場合、噴射燃料材料の流量を表している。
【００４５】
噴射１、２、３（噴射１）の最初のものは、第２燃料の噴射及び自己着火によって第１燃料を着火させるために用いられる第２燃料の「第１噴射」である。従って、第２燃料の第１噴射１は、火炎の伝播をトリガするのに寄与する。これによって、熱放出の速度は、第１噴射１の後すぐに急速に上昇する。初期熱放出のわずかな部分が第１噴射１で噴射される第２燃料の燃焼に相当する。
【００４６】
続く２回の噴射は、「後続噴射」２であり、これらは、乱流の強度及び火炎の伝播速度を高めるように、燃焼過程に追加の運動エネルギーを供給する。従って、後続噴射は、第２燃料からなるものでよいが、必ずしもそうである必要はない。図１に示すように、後続噴射２は、燃焼過程中に起こる。特に、この場合、後続噴射は、熱放出曲線４の速度のピーク前に実施する。「後続」噴射パルスの選択された数ｎ：ｎ＝２（図１では２と示す）は一例に過ぎない。すなわち、このような噴射パルスの数は、個々のケースの状況又は個別の状態に応じて変動しうるものであり、１以上の任意の自然数でよく、例えば、ｎ＝１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０などでよい。
【００４７】
後続噴射２の目的は、火炎伝播の速度を高めるように、乱流強度を増大することであるため、一般に、火炎が燃焼室壁まで伝播する前に、後続噴射を実施するのが望ましいであろう。
【００４８】
図示の実施例では、もう１回の後続噴射３（後噴射タイプのもの）が、熱放出が低下し始めるとき、熱放出曲線４のピーク後に実施される。後噴射３の目的は、最初に隙き間容積内に閉じ込められた燃料、あるいは、壁冷却若しくはその他の作用のために燃焼室内で部分的にしか酸化していない化合物の後期混合を高め、これによって、燃焼中の後期酸化を改善することである。従って、後噴射の結果、熱放出にわずかな増加が起こるが、これは熱放出曲線４の「こぶ」としてみとめられ、それ以外は下降している。
【００４９】
後続噴射の数及び正確なタイミングを変更してもよいことは理解されたい。既に述べたように、少なくとも１回の後続噴射を実施すべきである。有利には、少なくとも２回の後続噴射があってよい。好ましくは、後続噴射の回数は、１０以下である。１〜１０回、好ましくは２〜５回の後続噴射が特に有用であると考えられる。
【００５０】
さらに、図１では、図示した第１噴射１、後続噴射２、３（初期後続噴射２と後噴射３を含む）はすべて、同じ高さ及び時間を有する。すなわち、噴射はすべて同じ量の燃料を含む。これはもちろん必須というわけではない。そうではなく、噴射の外観は、本発明の概要で既述したように変わりうる。初期後続噴射２は、例えば、第１噴射及び／又は最終後続噴射３（後噴射）とは異なる。さらにまた、初期後続噴射２も同じである必要はない。
【００５１】
図２ａ〜図２ｃは、燃焼室内での燃焼過程の（単純化）概略図である。水平軸は、燃焼室内での空間位置を示し、０は燃焼室の中央軸を示し、また＋／−ｒは、燃焼室の横方向末端壁を示す。鉛直軸は、局所燃焼過程の完全性の度合いを示し、０は、局所燃焼がないことに一致し、１は、完全な局所燃焼に一致する。
【００５２】
図２ａは、本発明の方法を用いた着火時の状況を示す図である。説明及び簡略化のために、燃焼過程は、１次元で起こるように説明する（実際の燃焼室は、複雑な３次元の形状である）。好ましくは、着火及び初期燃焼は、燃焼室の中央部分で起こる。
【００５３】
後続火炎伝播を図２ａ及び図２ｂに矢印で示す。火炎が燃焼室内の特定の位置を通って伝播したら、局所燃焼過程の完全度は０（局所燃焼なし）から１（完全な局所燃焼）へと移行する。最終的に、図２ｃに示すように、燃焼は、火炎が燃焼室の横壁まで伝播を完了すると、燃焼室の全部分において完全となる。
【００５４】
従って、図２ａ〜図２ｃは、予混合火炎伝播燃焼が、本発明が関連する燃焼方法であることを示す。（予混合火炎伝播燃焼は、ガソリンタイプのエンジンにおける典型的燃焼過程である）。
【００５５】
参照のみを目的とするものとして、図３ａ〜図３ｃを参照されたい。これらの図は、別のタイプの燃焼、すなわち、第１燃料を含む装入材料が、第１燃料の均質圧縮着火（ＨＣＣＩ）に近い条件まで圧縮される、燃焼を（単純化して）示す。このような燃焼方法は、均質着火及び燃焼とは区別されるものとして記載され、「均質燃焼」タイプの燃焼と呼ばれることもある。水平軸は、燃焼室における空間位置を示すが、０は燃焼室の中央軸を示し、また＋／−ｒは、その横末端壁を示す。鉛直軸は、局所燃焼過程の完全性の度合いを示すものであり、その範囲は、０（局所燃焼なし）から１（完全な局所燃焼）までである。
【００５６】
図３ａからわかるように、着火時の状況は、図２ａにおけるものと類似している。好ましくは、着火と初期燃焼は、燃焼室の中央部分で起こる。しかし、均質燃焼タイプの燃焼では、図３ｂに示すように、未燃燃料を含む燃焼室の全部分で自己着火が起こるまで、火炎はわずかにしか伝播しない。図３ｃに示すように、最終的に、燃焼室の全部分で燃焼が完全となる。
【００５７】
均質着火及び燃焼は、不都合なノックを引き起こしうる非制御の自己着火とは対照的に、制御される有利な自己着火過程の１タイプとして引用されることがある。典型的には、図３ａ〜図３ｃに示すように、均質燃焼タイプの燃焼を用いる場合、燃焼室の全部分での完全燃焼は、図２ａ〜図２ｃの予混合火炎伝播燃焼実施例より速く到達する。
【００５８】
本発明は、前述した火炎伝播燃焼モードを用いた方法である。しかし、ディーゼルタイプの二元燃料内燃機関を操作する方法であって、ピストンにより少なくとも部分的に画定される燃焼室と、燃焼室又はその吸込みポート内に配置される第１燃料の第１燃料供給装置と、第２燃料の第２燃料供給装置とを含み、該操作方法は、火炎伝播モードと均質燃焼タイプの燃焼モードの間で切り換えが可能である、上記方法が提供されることは理解されたであろう。
【００５９】
操作モード同士の切り換えは、操作モードの選択が達成されるように、第２燃料の自己着火後に燃焼室温度及び圧力を制御すべく、燃焼室への第２燃料の第１噴射中の第２燃料の量及び／又は第２燃料の第１噴射のタイミングを調節することによって達成できる。
【００６０】
例えば、火炎伝播モードを維持するために、第２燃料の第１（着火）噴射は、比較的少量の燃料を用いて実施すべきである。第２燃料の第１噴射において第２燃料の量が閾値量まで上昇したり、あるいは、閾値を超えて、第２燃料の量がそれより多くなったりすると、燃焼室内の燃焼過程が変更されて、均質燃焼モードに達する。同様に、均質燃焼モードでエンジンを作動させる場合に、第２燃料の第１噴射中の第２燃料の量が閾値量まで減少したり、あるいは、閾値を超えて第２燃料の量がそれより少なくなったりすると、燃焼室の燃焼過程が変更されて、均質燃焼モードに達する。従って、第１噴射中の第２燃料の量は、両モード間のスイッチとして用いることができる。
【００６１】
この機能は、それ自体、上記の適用に関して、前述したような後続噴射（第２燃料又は別の液体若しくは気体材料の噴射であってよい）が存在するかしないかとは無関係である。しかし、このような方法と組み合わせると特に有利であることは理解されよう。
【００６２】
これに代わり、あるいは第２燃料の第１噴射中に噴射される燃料の量の変動と組み合わせて、第２燃料の第１噴射のタイミング（すなわち、噴射が開始する時点と、その持続時間）を変更して、２つの燃焼操作モードのうち一方を選択できる。均質燃焼タイプの操作モードの選択は、エンジンのピストンが上死点付近にあるとき第２燃料の自己着火が起こるように設計することによって（すなわち、噴射のタイミングを選択することによって）、実施できる。また、火炎伝播モードの選択は、エンジンのピストンが上死点から離れたとき、第２燃料の自己着火が起こるように設計することによって実施できる。
【００６３】
操作モード間の切り換えは、燃焼室のラムダ値（正規化された空気／燃料比）で実施するのが有利であり、この値は１〜３の間、好ましくは１．５〜２．５の間、最も好ましくは約２である。
【００６４】
図４は、本発明の方法及び二元燃料内燃機関の機能を概略的に示すブロック図である。
【００６５】
制御装置４００は、燃焼サイクル開始１００、並びに任意で、二元燃料内燃機関の燃焼過程２００のためのいずれかの後続噴射５００を制御するように設計される。燃焼サイクル開始１００は、第２燃料の自己着火を開始するための内燃機関の燃焼室への第１燃料の噴射と第２燃料の第１噴射を含み、これによって、火炎伝播モードの条件を開始するものであり、この開始１００と、（任意の）後続噴射５００が、燃焼過程２００に影響を与える。前述したように、燃焼過程２００は、１以上のセンサー３００を用いて評価できる。センサー３００は、制御装置４００にフィードバックを供給し、制御装置４００は、フィードバックに応じて、燃焼サイクル開始１００及び／又は後続噴射５００を調節しうる。
【００６６】
図示した例では、燃焼過程の機能の測度を提供するセンサー３００の１つが描かれている。しかし、既述したように、１つ又は複数のセンサー３００は、燃料が燃焼室に到達する前の燃料の品質、あるいは燃焼過程の他の関連パラメーターを測定するために設置することもできる。
【００６７】
さらに、複数のセンサー３００を設置して、これらを後続噴射５００の制御のために評価してもよいことは理解されよう。
【００６８】
燃焼サイクル開始１００は、エンジンの火炎伝播モードと均質燃焼モード間の選択を行うために、第２燃料の第１噴射を制御するように任意で設定することもできる。
【００６９】
多数の実施形態及び別の態様が、添付の特許請求の範囲に包含されることは理解すべきである。さらに、本方法は、二元燃料を用いたディーゼルタイプの内燃機関を操作する方法に関するが、このような方法は、別の周期中に単一燃料でも動作しうるディーゼルエンジンにおいて周期的に用いてもよいことは理解されよう。単一燃料をエンジンに用いる場合には、本明細書に記載するもの以外の内燃機関を操作するいずれかの方法を用いてもよい。従って、本明細書で提案される方法は、同じエンジンにおいて用いられるいくつかの操作方法のうちの１つであってもよい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルタイプの二元燃料内燃機関を操作する方法であって、該内燃機関は、ピストンにより少なくとも部分的に画定される燃焼室と、該燃焼室及び／又はその吸込みポート内に配置される第１燃料の第１燃料供給装置と、第２燃料の第２燃料供給装置とを含み、
前記方法は、
● 前記燃焼室及び／又は前記吸込みポートにおいて前記第１燃料を予混合するステップと、
● 前記第１燃料を含む装入材料を、前記第２燃料の自己着火を可能にする条件まで圧縮するステップと、
● 前記燃焼室への前記第２燃料の第１噴射を実施して、前記第２燃料の自己着火を開始することにより、前記第１燃料を着火し、これによって、前記第１燃料の予混合火炎伝播燃焼の条件を開始するステップとを含む、前記方法において、
● 少なくとも１回の後続噴射を実施するが、該後続噴射によって追加の運動エネルギーを燃焼過程に供給し、これにより、乱流の強度及び前記火炎の伝播速度を高め、及び／又は燃焼室における後期混合を強化して、燃焼中の後期酸化を改善するステップを含む、
ことを特徴とする前記方法。
【請求項２】
前記後続噴射が、液体、好ましくは燃料、特に第２燃料の噴射であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
供給される前記追加の運動エネルギーの量が可変であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
供給される前記追加の運動エネルギーの量が、噴射の回数、噴射の噴射圧力、噴射の持続時間、噴射同士の間の停止時間のうち少なくとも１つを変更することによって可変であることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
供給される前記追加の運動エネルギーの量が、少なくとも１つのセンサーから供給されるフィードバックに応じて変動することを特徴とする、請求項３又は４に記載の方法。
【請求項６】
前記センサーが、供給される第１燃料の品質を感知する、好ましくは、オクタン価を感知するセンサー、又は燃焼の質を感知するセンサーであることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
第１燃料が、好ましくは９０以上の高いオクタン価を有する燃料であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
第１燃料が、気体燃料、好ましくは天然ガス又はバイオガスである、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
第２燃料が、好ましくは４０以上の高いセタン価を有する燃料であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
第２燃料が、液体燃料、好ましくはディーゼルオイル、バイオディーゼル又はＤＭＥ（ジメチルエーテル）であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
第１燃料が、空気及び／又は再利用排気ガスと予混合されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
− ピストンにより少なくとも部分的に画定される燃焼室と、
− 前記燃焼室及び／又はその吸込みポートに配置される第１燃料の第１燃料供給装置と、
− 第２燃料の第２燃料供給装置と、
− 前記燃焼室及び／又は前記吸込みポートにおいて予混合される前記第１燃料と、
− 前記第１燃料を含む装入材料を、前記第２燃料の自己着火を可能にする条件まで圧縮する少なくとも１つの装置と、
− 前記燃焼室内への前記第２燃料の第１噴射を実施して、前記第１燃料を着火するために前記第２燃料の自己着火を開始し、これにより、前記第１燃料の予混合火炎伝播燃焼の条件を開始する少なくとも１つの噴射装置（１００）とを含む、ディーゼルタイプの二元燃料内燃機関であって、
− 追加の運動エネルギーを燃焼過程に供給するように、少なくとも１回の後続（好ましくは液体）噴射を実施することにより、乱流の強度及び前記火炎の伝播速度を高め、及び／又は燃焼室における後期混合を強化して、燃焼中の後期酸化を改善する少なくとも１つの噴射装置（５００）を含む、
ことを特徴とする、二元燃料内燃機関。
【請求項１３】
前記燃焼過程からのフィードバックを提供する少なくとも１つのセンサー（３００）を含み、少なくとも１つのセンサー（３００）からの出力が、少なくとも１回の後続（好ましくは液体）噴射の制御に用いられることを特徴とする、請求項１２に記載の二元燃料内燃機関。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのセンサー（３００）が、燃焼の質、又は供給燃料の品質を感知するセンサーであることを特徴とする、請求項１３に記載の二元燃料内燃機関。
【請求項１】
ディーゼルタイプの二元燃料内燃機関を操作する方法であって、該内燃機関は、ピストンにより少なくとも部分的に画定される燃焼室と、該燃焼室及び／又はその吸込みポート内に配置される第１燃料の第１燃料供給装置と、第２燃料の第２燃料供給装置とを含み、
前記方法は、
● 前記燃焼室及び／又は前記吸込みポートにおいて前記第１燃料を予混合するステップと、
● 前記第１燃料を含む装入材料を、前記第２燃料の自己着火を可能にする条件まで圧縮するステップと、
● 前記燃焼室への前記第２燃料の第１噴射を実施して、前記第２燃料の自己着火を開始することにより、前記第１燃料を着火し、これによって、前記第１燃料の予混合火炎伝播燃焼の条件を開始するステップとを含む、前記方法において、
● 少なくとも１回の後続噴射を実施するが、該後続噴射によって追加の運動エネルギーを燃焼過程に供給し、これにより、乱流の強度及び前記火炎の伝播速度を高め、及び／又は燃焼室における後期混合を強化して、燃焼中の後期酸化を改善するステップを含む、
ことを特徴とする前記方法。
【請求項２】
前記後続噴射が、液体、好ましくは燃料、特に第２燃料の噴射であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
供給される前記追加の運動エネルギーの量が可変であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
供給される前記追加の運動エネルギーの量が、噴射の回数、噴射の噴射圧力、噴射の持続時間、噴射同士の間の停止時間のうち少なくとも１つを変更することによって可変であることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
供給される前記追加の運動エネルギーの量が、少なくとも１つのセンサーから供給されるフィードバックに応じて変動することを特徴とする、請求項３又は４に記載の方法。
【請求項６】
前記センサーが、供給される第１燃料の品質を感知する、好ましくは、オクタン価を感知するセンサー、又は燃焼の質を感知するセンサーであることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
第１燃料が、好ましくは９０以上の高いオクタン価を有する燃料であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
第１燃料が、気体燃料、好ましくは天然ガス又はバイオガスである、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
第２燃料が、好ましくは４０以上の高いセタン価を有する燃料であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
第２燃料が、液体燃料、好ましくはディーゼルオイル、バイオディーゼル又はＤＭＥ（ジメチルエーテル）であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
第１燃料が、空気及び／又は再利用排気ガスと予混合されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
− ピストンにより少なくとも部分的に画定される燃焼室と、
− 前記燃焼室及び／又はその吸込みポートに配置される第１燃料の第１燃料供給装置と、
− 第２燃料の第２燃料供給装置と、
− 前記燃焼室及び／又は前記吸込みポートにおいて予混合される前記第１燃料と、
− 前記第１燃料を含む装入材料を、前記第２燃料の自己着火を可能にする条件まで圧縮する少なくとも１つの装置と、
− 前記燃焼室内への前記第２燃料の第１噴射を実施して、前記第１燃料を着火するために前記第２燃料の自己着火を開始し、これにより、前記第１燃料の予混合火炎伝播燃焼の条件を開始する少なくとも１つの噴射装置（１００）とを含む、ディーゼルタイプの二元燃料内燃機関であって、
− 追加の運動エネルギーを燃焼過程に供給するように、少なくとも１回の後続（好ましくは液体）噴射を実施することにより、乱流の強度及び前記火炎の伝播速度を高め、及び／又は燃焼室における後期混合を強化して、燃焼中の後期酸化を改善する少なくとも１つの噴射装置（５００）を含む、
ことを特徴とする、二元燃料内燃機関。
【請求項１３】
前記燃焼過程からのフィードバックを提供する少なくとも１つのセンサー（３００）を含み、少なくとも１つのセンサー（３００）からの出力が、少なくとも１回の後続（好ましくは液体）噴射の制御に用いられることを特徴とする、請求項１２に記載の二元燃料内燃機関。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのセンサー（３００）が、燃焼の質、又は供給燃料の品質を感知するセンサーであることを特徴とする、請求項１３に記載の二元燃料内燃機関。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２０１２−５３２２７３（Ｐ２０１２−５３２２７３Ａ）
【公表日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５１８５０９（Ｐ２０１２−５１８５０９）
【出願日】平成２１年７月３日（２００９．７．３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＳＥ２００９／０００３５２
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／００２３５３
【国際公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【出願人】（５０２１９６５１１）ボルボ テクノロジー コーポレイション (52)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月３日（２００９．７．３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＳＥ２００９／０００３５２
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／００２３５３
【国際公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【出願人】（５０２１９６５１１）ボルボ テクノロジー コーポレイション (52)
【Ｆターム（参考）】
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