>[0061]圖9是用于對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的天然氣燃料的正常著火和燃燒狀態(tài)進(jìn)行說(shuō)明的圖。
[0062]圖10是用于對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的天然氣燃料的爆燃(異常燃燒)進(jìn)行說(shuō)明的圖。
[0063]圖11是用于對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的并用輕油燃料的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料的著火和燃燒狀態(tài)進(jìn)行說(shuō)明的圖。
[0064]圖12是示意地表示天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮壓力與通常的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮壓力的比較的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0065]以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)以及天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法進(jìn)行說(shuō)明。圖1以及圖4所示的本發(fā)明的實(shí)施方式的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)10為，在發(fā)動(dòng)機(jī)主體11的進(jìn)氣歧管(進(jìn)氣系統(tǒng)通路)lla上連接有進(jìn)氣通路(進(jìn)氣系統(tǒng)通路)12，在排氣歧管(排氣系統(tǒng)通路)Ilb上連接有排氣通路(排氣系統(tǒng)通路)13，并且設(shè)置有連接排氣通路13和進(jìn)氣通路12的EGR通路14。
[0066]此外，設(shè)置有渦輪式增壓器(渦輪增壓器)15。將該渦輪式增壓器15的渦輪機(jī)15a設(shè)置于排氣通路13、將壓縮機(jī)15b設(shè)置于進(jìn)氣通路12，通過(guò)將渦輪機(jī)15a與壓縮機(jī)15b進(jìn)行連結(jié)的軸15c，將通過(guò)廢氣G的排氣能量進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)15a的旋轉(zhuǎn)傳遞至壓縮機(jī)15b，通過(guò)該壓縮機(jī)15b對(duì)吸入空氣A進(jìn)行壓縮。
[0067]在吸入空氣A所通過(guò)的進(jìn)氣通路12上設(shè)置有壓縮機(jī)15b、中間冷卻器16以及進(jìn)氣節(jié)氣門(進(jìn)氣節(jié)流閥)17，吸入空氣A由壓縮機(jī)15b壓縮，由中間冷卻器16冷卻而空氣密度上升，由進(jìn)氣節(jié)氣門17進(jìn)行流量調(diào)整，而導(dǎo)入圖4所示的氣缸70內(nèi)的燃燒室64。
[0068]此外，如圖1所示，在輕油燃料f和天然氣燃料C進(jìn)行燃燒而產(chǎn)生的廢氣G所通過(guò)的排氣通路13上，設(shè)置有渦輪機(jī)15a、以及由三元催化劑18a、氧化催化劑18b、帶催化劑的DPF (柴油顆粒過(guò)濾器:第一 DPF) 18c等構(gòu)成的廢氣凈化裝置(后處理裝置)18。此外，在渦輪機(jī)15a與廢氣凈化裝置18之間設(shè)置有排氣節(jié)氣門(排氣節(jié)流閥)42。并且，根據(jù)需要而廢氣G的一部分被作為EGR氣體Ge導(dǎo)入EGR通路14，剩余的廢氣G在驅(qū)動(dòng)了渦輪機(jī)15a之后由廢氣凈化裝置18凈化而朝大氣排放。
[0069]此外，在EGR氣體Ge所通過(guò)的EGR通路14上，設(shè)置有對(duì)EGR氣體Ge進(jìn)行冷卻的EGR冷卻器19和對(duì)EGR氣體Ge的流量進(jìn)行調(diào)整的EGR閥20，EGR氣體Ge在從排氣通路13分支之后由EGR冷卻器19冷卻，并由EGR閥20調(diào)整流量而向進(jìn)氣通路12再循環(huán)。
[0070]并且，在該天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)10中，與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)同樣地構(gòu)成為，具備用于將輕油燃料f朝發(fā)動(dòng)機(jī)主體11的氣缸內(nèi)噴射的輕油燃料供給管路(未圖示)。由此，與通常的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)相同，如圖4所示那樣，從輕油燃料噴射器(輕油燃料噴射裝置)69朝氣缸70內(nèi)噴射輕油燃料f。
[0071]并且，在本發(fā)明中，關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)主體11、燃料噴射系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等，構(gòu)成為具備通常的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)成，并且在這些構(gòu)成的基礎(chǔ)上，如圖1所示那樣，構(gòu)成為具備天然氣供給系統(tǒng)30，該天然氣供給系統(tǒng)30由天然氣罐(CNG罐)31、電磁閥32、調(diào)壓裝置(調(diào)節(jié)器)33、腔室34、配置于進(jìn)氣通路12的比進(jìn)氣節(jié)氣門17靠下游側(cè)的CNG噴射器(天然氣燃料噴射裝置)35、以及對(duì)這些進(jìn)行連接的CNG配管36構(gòu)成。
[0072]通過(guò)該天然氣供給系統(tǒng)30，貯存于天然氣罐31的天然氣燃料C通過(guò)CNG配管36，在經(jīng)由電磁閥32而由調(diào)壓裝置(調(diào)節(jié)器)33調(diào)整了壓力之后，通過(guò)CNG噴射器35在控制噴射量和噴射正時(shí)的同時(shí)朝進(jìn)氣系統(tǒng)通路65 (在圖1中為進(jìn)氣通路12)內(nèi)噴射。
[0073]并且，在本發(fā)明中構(gòu)成為，在天然氣燃料C的著火時(shí)，不使用火花點(diǎn)火系統(tǒng)，而通過(guò)噴射至氣缸70內(nèi)的燃燒室64的輕油燃料f的壓縮著火使天然氣燃料C燃燒。與此同時(shí)，構(gòu)成為具備朝進(jìn)氣行程中的氣缸70內(nèi)導(dǎo)入廢氣G的排氣導(dǎo)入機(jī)構(gòu)(未圖不)。
[0074]作為該排氣導(dǎo)入機(jī)構(gòu)，在使圖4所示的排氣閥68工作的排氣凸輪中，對(duì)于在通常的排氣行程中使排氣閥68開閥的通常的凸輪輪廓、追加形成具有大致90°的相位角的排氣導(dǎo)入凸輪輪廓，能夠根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)使該排氣導(dǎo)入凸輪輪廓工作。由此，如圖4以及圖5所示，能夠采用如下構(gòu)成:在進(jìn)氣行程中使排氣閥68提升Imm?3mm程度而使其開閥，由此使氣缸70內(nèi)與排氣系統(tǒng)通路67 (在圖1中為排氣通路13)連通，而向進(jìn)氣行程中導(dǎo)入廢氣G。
[0075]此外，設(shè)置通過(guò)與排氣閥68不同的電磁螺線管進(jìn)行開閉閥的工作的排氣導(dǎo)入閥，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)對(duì)該電磁螺線管賦予驅(qū)動(dòng)信號(hào)。由此，還能夠采用如下構(gòu)成:在圖5所示那樣的正時(shí)，在進(jìn)氣行程中使排氣導(dǎo)入閥提升而使其開閥，由此使氣缸70內(nèi)與排氣系統(tǒng)通路67 (排氣通路13)連通，而向進(jìn)氣行程中導(dǎo)入廢氣G。
[0076]通過(guò)該排氣導(dǎo)入機(jī)構(gòu)的工作，能夠使氣缸70內(nèi)的輕油燃料f、天然氣燃料C、吸入空氣A以及廢氣G的混合氣的溫度上升，因此即便通過(guò)少量的輕油燃料f也能夠穩(wěn)定地進(jìn)行壓縮燃燒，而能夠穩(wěn)定地進(jìn)行天然氣燃料C的燃燒，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的燃燒。結(jié)果，燃燒效率變得良好，用于著火的輕油燃料f的量降低，因此通過(guò)少量的輕油燃料f即可。此外，作為整體，由于燃料f、C的燃燒而產(chǎn)生的熱量變少，因此作為結(jié)果，朝排氣通路13流動(dòng)的熱量減少，熱損傷減少而耐久性提高。
[0077]此外，即便在天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)10成為低溫的起動(dòng)時(shí)，也能夠使氣缸內(nèi)溫度迅速地升溫，因此起動(dòng)性變得良好。此外，在起動(dòng)時(shí)能夠通過(guò)少量的輕油燃料f進(jìn)行起動(dòng)，因此由起動(dòng)引起的不發(fā)火以及未燃烴的排出量也大幅度減少。此外，能夠使氣缸內(nèi)溫度迅速地升溫，因此能夠進(jìn)行順暢的加速。
[0078]并且，通過(guò)利用使氣缸內(nèi)溫度提高的排氣導(dǎo)入機(jī)構(gòu)，由此能夠?qū)飧變?nèi)溫度維持在輕油燃料f容易著火的溫度，并能夠通過(guò)較少的輕油量得到穩(wěn)定的著火，即便在輕負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，也能夠通過(guò)少量的燃料f、C進(jìn)行穩(wěn)定的燃燒，因此能夠減少發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)而提高乘坐舒適性(操縱性能)。此外，能夠降低輕負(fù)載狀態(tài)的廢氣量。
[0079]此外，在本發(fā)明中構(gòu)成為，在排氣通路13的渦輪機(jī)15a的下游側(cè)配置λ (空氣過(guò)量系數(shù))傳感器41，能夠測(cè)定廢氣G中的空氣過(guò)量系數(shù)λ。
[0080]并且，設(shè)置有被稱作發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(EOT)的控制裝置51，其構(gòu)成為，被輸入來(lái)自油門傳感器52、設(shè)置于發(fā)動(dòng)機(jī)主體11的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器53、冷卻水溫度傳感器(未圖示)、設(shè)置于進(jìn)氣通路12的進(jìn)氣量傳感器(MAF:未圖示)、設(shè)置于排氣通路的λ傳感器41、廢氣溫度傳感器(未圖示)、NOx傳感器(未圖示)等各種傳感器的信號(hào)，對(duì)輕油燃料噴射器69、CNG噴射器35、渦輪式增壓器15的渦輪機(jī)15a、進(jìn)氣節(jié)氣門17、以及EGR閥20等進(jìn)行控制。
[0081]另外，在圖1的構(gòu)成中，設(shè)置對(duì)排氣通路13進(jìn)行迂回的旁通通路13a，在該旁通通路13a上配置載持有氧化催化劑的DPF、或者氧化催化劑裝置與DPF的組合等的構(gòu)成的小容量、小型的連續(xù)再生式DPF(第二 DPF) 18d，并且在與旁通通路13a并行的部分的排氣通路13上，設(shè)置有用于將廢氣G的流動(dòng)切換成朝向旁通通路13a的情況和不朝向旁通通路13a的情況的排氣流路切換閥(排氣通路切換機(jī)構(gòu))43。該排氣流路切換閥43由控制裝置51控制，在開閥的狀態(tài)下廢氣G通過(guò)排氣通路13，在閉閥的狀態(tài)下廢氣G通過(guò)旁通通路13a而通過(guò)小型的DPF18d。
[0082]接著，對(duì)上述天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)10中的本發(fā)明的實(shí)施方式的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法進(jìn)行說(shuō)明。
[0083]該天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法是如下的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)10中的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，該天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)10構(gòu)成為，將天然氣燃料C朝進(jìn)氣通路12噴射，將著火源的輕油燃料f朝氣缸70內(nèi)噴射，在天然氣燃料C的著火時(shí)不使用火花點(diǎn)火系統(tǒng)，而通過(guò)噴射至氣缸70內(nèi)的輕油燃料f的壓縮著火使天然氣燃料C燃燒，并且具備朝進(jìn)氣行程中的氣缸70內(nèi)導(dǎo)入廢氣G的排氣導(dǎo)入機(jī)構(gòu)，在該運(yùn)轉(zhuǎn)方法中，進(jìn)行通過(guò)排氣導(dǎo)入機(jī)構(gòu)朝進(jìn)氣行程中的氣缸70內(nèi)導(dǎo)入廢氣G，而促進(jìn)輕油燃料f的著火的控制。
[0084]根據(jù)該天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，通過(guò)排氣導(dǎo)入機(jī)構(gòu)的工作，能夠使氣缸70內(nèi)的輕油燃料f、天然氣燃料C、吸入空氣A以及廢氣G的混合氣的溫上升，因此即便通過(guò)少量的輕油燃料f也能夠穩(wěn)定地進(jìn)行壓縮燃燒，而能夠穩(wěn)定地進(jìn)行天然氣燃料C的燃燒，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的燃燒。結(jié)果，燃燒效率變得良好，用于著火的輕油燃料f的量降低，因此通過(guò)少量的輕油燃料f即可，此外，作為整體，由于燃料f、C的燃燒而產(chǎn)生的熱量變少，因此作為結(jié)果，朝排氣通路13流動(dòng)的熱量減少，熱損傷減少而耐久性提高。
[0085]此外，進(jìn)一步如圖6所示那樣，進(jìn)行如下控制:在天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)10的除了起動(dòng)時(shí)以外的全部運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域，將朝氣缸內(nèi)噴射的輕油燃料f的量mf設(shè)為怠速運(yùn)轉(zhuǎn)用的輕油燃料量mfa，并通過(guò)天然氣燃料C的量的增減來(lái)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的增減。
[0086]根據(jù)該運(yùn)轉(zhuǎn)方法，在具備該排氣導(dǎo)入機(jī)構(gòu)的并用輕油燃料f的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)10中，在怠速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下能夠維持穩(wěn)定的燃燒，因此通過(guò)將該輕油燃料f的燃燒使用于天然氣燃料C的著火，由此當(dāng)與根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)來(lái)變更輕油燃料f與天然氣燃料C的比例那樣的控制相比較時(shí)，能夠通過(guò)輕油燃料量恒定(mf = mfa)這種非常簡(jiǎn)單的控制，使天然氣燃料C以最小的吸入空氣量來(lái)燃燒效率良好地燃燒。因此，相對(duì)于燃料f、C的量的比例，能夠提高廢氣溫度，因此能夠提高設(shè)置于排氣通路13的廢氣處理裝置18的廢氣凈化性能。另外，對(duì)廢氣G的空燃比、空氣過(guò)量系數(shù)λ、氧濃度進(jìn)行計(jì)測(cè)，以成為理論燃燒的方式進(jìn)行理論比判斷，而對(duì)該情況下的進(jìn)氣節(jié)氣門17的閥開度進(jìn)行控制。
[0087]此外，在排氣導(dǎo)入機(jī)構(gòu)的工作中，當(dāng)并用基于設(shè)置于進(jìn)氣通路12的進(jìn)氣節(jié)氣門17的進(jìn)氣節(jié)流控制、以及基于設(shè)置于排氣通路13的排氣節(jié)氣門42的排氣節(jié)流控制時(shí)，能夠更高效地使廢氣G向氣缸70內(nèi)回流，能夠使氣缸內(nèi)溫度進(jìn)一步上升，能夠進(jìn)一步提高燃燒效率。
[0088]并且，在本發(fā)明中，通過(guò)控制裝置(ECT) 51，在天然氣燃料不足的情況下、在天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)10的起動(dòng)時(shí)，以及在天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)10的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)處于高負(fù)載區(qū)域的情況下、在天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)10的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)為低負(fù)載區(qū)域時(shí)，進(jìn)行如下的運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0089]首先，在成為朝進(jìn)氣通路12噴射的天然氣燃料C不足的狀態(tài)的情況下，控制為，停止朝進(jìn)氣通路12噴射天然氣燃料C，僅通過(guò)輕油燃料f以基于柴油燃燒用數(shù)據(jù)的燃料量和噴射正時(shí)，進(jìn)行氣缸內(nèi)燃燒噴射而使天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)10運(yùn)轉(zhuǎn)。