(57)【要約】【課題】機関負荷が低い時に、燃焼用の燃料である圧縮天然ガスの燃焼性を向上させることができる内燃機関システムを提供すること。【解決手段】軽油と圧縮天然ガスとを燃焼室で混合燃焼させる内燃機関システムであって、吸気通路と前記燃焼室との間に設けられた吸気弁と、前記吸気弁の開閉タイミングを内燃機関の機関負荷に応じて制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記内燃機関の機関負荷が予め定められた所定の機関負荷以下の場合には、前記機関負荷が前記所定の機関負荷より高い場合よりも、前記吸気弁を閉じるタイミングを遅くする、内燃機関システム。【選択図】図２
2020084767.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軽油と圧縮天然ガスとを燃焼室で混合燃焼させる内燃機関システムであって、
吸気通路と前記燃焼室との間に設けられた吸気弁と、
前記吸気弁の開閉タイミングを内燃機関の機関負荷に応じて制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記内燃機関の機関負荷が予め定められた所定の機関負荷以下の場合には、前記機関負荷が前記所定の機関負荷より高い場合よりも、前記吸気弁を閉じるタイミングを遅くする、
内燃機関システム。
【請求項２】
前記制御部は、
前記機関負荷が前記所定の機関負荷より高い場合には、前記吸気弁を、排気行程において前記燃焼室と排気通路との間に設けられた排気弁が開いている間に開き、かつ、圧縮行程において前記内燃機関のピストンが下死点から上死点に至る途中で閉じるように制御し、
前記機関負荷が前記所定の機関負荷以下の場合には、前記吸気弁を、吸気行程において前記排気弁が閉じた後に開き、かつ、前記圧縮行程において前記機関負荷が前記所定の機関負荷より高い場合よりも遅いタイミングで閉じるように制御する、
請求項１に記載の内燃機関システム。
【請求項３】
前記圧縮天然ガスを前記吸気通路内に噴射する第１のインジェクタと、前記軽油を前記燃焼室内に噴射する第２のインジェクタと、を備え、
前記制御部は、前記排気行程の途中から終了まで前記第１のインジェクタから前記圧縮天然ガスを噴射させ、前記圧縮行程において前記吸気弁が閉じているタイミングで前記第２のインジェクタから前記軽油を噴射させる、
請求項２に記載の内燃機関システム。
【請求項４】
前記圧縮天然ガスを前記燃焼室内に噴射する第３のインジェクタと、前記軽油を前記燃焼室内に噴射する第４のインジェクタと、を備え、
前記制御部は、前記機関負荷が前記所定の機関負荷以下である場合、前記吸気行程において前記吸気弁が開く前のタイミングで前記第３のインジェクタから前記圧縮天然ガスを噴射させ、前記圧縮行程において前記吸気弁が閉じているタイミングで前記第４のインジェクタから前記軽油を噴射させた後、燃焼行程で再び前記第３のインジェクタから前記圧縮天然ガスを噴射させる、
請求項２に記載の内燃機関システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、圧縮天然ガス（ＣＮＧ：Compressed Natural Gas）を燃料として用いる内燃機関システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＮＧを燃料として用いる内燃機関が知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１には、着火用の燃料である軽油を筒内に噴射して着火させ、燃焼用の燃料であるＣＮＧを燃焼させる内燃機関が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１４９５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の内燃機関では、機関負荷が低い時に、燃焼用の燃料であるＣＮＧを確実に燃焼させることができず、燃費の悪化および不燃燃料の排出等を招くという問題があった。なお、このような問題に対処するために、機関負荷が低い時に、着火用の燃料を燃焼に用いる手法が考えられるが、このような手法は、燃費の面で改善の余地がある。
【０００５】
本開示の目的は、機関負荷が低い時に、燃焼用の燃料である圧縮天然ガスの燃焼性を向上させることができる内燃機関システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様に係る内燃機関システムは、軽油と圧縮天然ガスとを燃焼室で混合燃焼させる内燃機関システムであって、吸気通路と前記燃焼室との間に設けられた吸気弁と、前記吸気弁の開閉タイミングを内燃機関の機関負荷に応じて制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記内燃機関の機関負荷が予め定められた所定の機関負荷以下の場合には、前記機関負荷が前記所定の機関負荷より高い場合よりも、前記吸気弁を閉じるタイミングを遅くする、内燃機関システムである。
【発明の効果】
【０００７】
本開示に係る内燃機関システムによれば、機関負荷が低い時に、燃焼用の燃料である圧縮天然ガスの燃焼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１実施形態に係る内燃機関システムを示す図である。
【図２】図２は、制御部の動作を示すフローチャートである。
【図３】図３は、吸気弁、排気弁、およびインジェクタの動作を示すタイムチャートである。
【図４】図４は、第２実施形態に係る内燃機関システムを示す図である。
【図５】図５は、制御部の動作を示すフローチャートである。
【図６】図６は、吸気弁、排気弁、およびインジェクタの動作を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は一例であり、本開示はこの実施形態により限定されるものではない。
【００１０】
（第１実施形態）
図１を参照して、第１実施形態に係る内燃機関システム１について説明する。図１は、第１実施形態に係る内燃機関システム１を示す図である。内燃機関システム１は、内燃機関１０と、その燃料供給系および吸排気系とを含む。
【００１１】
内燃機関１０のシリンダブロック１１には、複数の気筒１２が設けられている。なお、図１では、ひとつの気筒１２のみが示されている。気筒１２には、ピストン１３が設けられている。ピストン１３は、クランク軸にコンロッドを介して連結されており、クランク軸の回転に応じて気筒１２内を上下動する。シリンダブロック１１の上部を覆うシリンダヘッド１４には、気筒１２ごとに、インジェクタ１５、吸気弁１６および排気弁１７が設けられている。
【００１２】
インジェクタ１５は、例えばピエゾ式のインジェクタであり、着火用の燃料である軽油を気筒１２内に噴射する。インジェクタ１５からの軽油の噴射は、制御部７０（後述する）によって制御される。
【００１３】
吸気弁１６は、可変バルブタイミング機構を備えている。吸気弁１６の開弁タイミングおよび閉弁タイミングは、制御部７０によって制御される。排気弁１７は、可変バルブタイミング機構を備えている。排気弁１７の開弁タイミングおよび閉弁タイミングは、制御部７０によって制御される。気筒１２の内壁１８、ピストン１３およびシリンダヘッド１４に囲まれた空間により、燃焼室１９が形成される。
【００１４】
内燃機関１０に供給される空気は、エアクリーナ（不図示）を通り、インテークマニホルド（「吸気管」の一例）２０内においてＣＮＧと混合されて混合気を形成する。混合気は、吸気弁１６を介して気筒１２内に導入される。気筒１２内に導入された混合気は、気筒１２内において圧縮される。この状態でインジェクタ１５から軽油が噴射されると、当該軽油が着火元となって、ＣＮＧが燃焼する。内燃機関１０からの排気は、排気弁１７を介してエキゾーストマニホルド３０に排出され、排気浄化装置、消音装置等（不図示）を通って外部に排出される。
【００１５】
ＣＮＧは、タンク４０から供給経路５０を通ってインテークマニホルド２０内に供給される。供給経路５０は、配管５１、レギュレータ５２、配管５３、および、インジェクタ５４を含む。配管５１は、タンク４０とレギュレータ５２とを接続する。配管５１の第一端は、タンク４０に接続されている。配管５１の第二端は、レギュレータ５２に接続されている。タンク４０に貯留されたＣＮＧは、配管５１内を通ってレギュレータ５２に供給される。
【００１６】
レギュレータ５２は、タンク４０から供給されたＣＮＧの圧力を所定の圧力に減少させる。配管５３は、レギュレータ５２とインジェクタ５４とを接続する。配管５３の第一端は、レギュレータ５２に接続されている。配管５３の第二端は、インジェクタ５４に接続されている。レギュレータ５２で所定の圧力に減圧されたＣＮＧは、配管５３内を通ってインジェクタ５４に供給される。
【００１７】
インジェクタ５４は、レギュレータ５２から供給されたＣＮＧを、インテークマニホルド２０内に噴射する。インジェクタ５４からのＣＮＧの噴射は、制御部７０によって制御される。なお、インジェクタ５４は、ＣＮＧをインテークマニホルド２０内に噴射するものであるが、インテークマニホルド２０は燃焼室１９と接続されているため、インテークマニホルド２０内に噴射されたＣＮＧは燃焼室１９に供給される。すなわち、インジェクタ５４は、ＣＮＧを燃焼室１９に供給している。
【００１８】
内燃機関システム１は、制御部７０を備える。制御部７０は、ハードウェアとして、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を有する。以下において説明する制御部７０の各機能は、ＣＰＵがＲＯＭから読み出したコンピュータプログラムをＲＡＭ上で実行することにより実現される。
【００１９】
制御部７０には、クランク角センサ７１およびアクセル開度センサ７２が電気的に接続されている。クランク角センサ７１は、内燃機関１０のクランク角を検出する。アクセル開度センサ７２は、内燃機関１０が搭載された車両のアクセル開度を検出する。制御部７０には、クランク角センサ７１からのクランク角信号と、アクセル開度センサ７２からのアクセル開度信号が入力される。制御部７０は、クランク角信号に基づいて内燃機関１０の機関回転数ＮＥを算出する。また、制御部７０は、アクセル開度信号に基づいて内燃機関１０の機関負荷ＱＥを算出する。
【００２０】
また、制御部７０には、インジェクタ１５、吸気弁１６、排気弁１７、およびインジェクタ５４が電気的に接続されている。制御部７０は、インジェクタ１５からの軽油の噴射、吸気弁１６の開閉、排気弁１７の開閉、および、インジェクタ５４からのＣＮＧの噴射を制御する。
【００２１】
インジェクタ１５、吸気弁１６、排気弁１７、およびインジェクタ５４は、内燃機関１０の機関回転数ＮＥおよび機関負荷ＱＥに基づいて、制御部７０が有する記憶部に予め記憶された制御マップに従って制御される。
【００２２】
内燃機関１０の機関負荷が低い場合、インジェクタ１５から噴射される軽油の量が少ない。そのため、気筒１２内でＣＮＧを十分に燃焼させることが困難となる。そこで、本実施形態では、内燃機関１０の機関負荷が低い場合と、低くない場合とで、吸気弁１６の開閉タイミングを変更するようにしている。これにより、内燃機関１０の機関負荷が低い時に、燃焼用の燃料である圧縮天然ガスの燃焼性を向上させる。
【００２３】
図２を参照して、制御部７０の動作について説明する。図２は、制御部７０の動作を示すフローチャートである。図２に示すフローチャートは、所定の周期で繰り返し実行される。
【００２４】
ステップＳ１で、制御部７０は、クランク角センサ７１から入力されたクランク角信号に基づいて、内燃機関１０の機関回転数ＮＥを算出する。また、制御部７０は、アクセル開度センサ７２から入力されたアクセル開度信号に基づいて、内燃機関１０の機関負荷ＱＥを算出する。
【００２５】
ステップＳ１に続くステップＳ２で、制御部７０は、機関負荷ＱＥが所定の機関負荷ＱＥ０以下か否かを判定する。なお、所定の機関負荷ＱＥ０は、ＣＮＧを確実に燃焼させるための制御を実行するか否かを判断するための閾値として、実験、シミュレーション等により予め求められ、制御部７０が有する記憶部に記憶されている。
【００２６】
ステップＳ２で、機関負荷ＱＥが所定の機関負荷ＱＥ０以下であると判定された場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、処理はステップＳ３に進む。そして、ステップＳ３において、制御部７０は、吸気弁１６の開閉パターンを第１開閉パターンに設定して、処理を終了する。
【００２７】
ステップＳ２で、機関負荷ＱＥが所定の機関負荷ＱＥ０以下でないと判定された場合（ステップＳ２：ＮＯ）、処理はステップＳ４に進む。そして、ステップＳ４において、制御部７０は、吸気弁１６の開閉パターンを第２開閉パターンに設定して、処理を終了する。
【００２８】
図３を参照して、第１開閉パターンおよび第２開閉パターンについて説明する。まず、第２開閉パターンについて説明する。第２開閉パターンは、上述のとおり、機関負荷ＱＥが所定の機関負荷ＱＥ０以下でないと判定された場合に設定される。
【００２９】
排気弁１７は、燃焼行程において、ピストン１３が下死点に至るよりも前のタイミング（時刻ｔ１）で開かれる。排気弁１７は、排気行程では開かれたままとされ、吸気行程において、ピストン１３が上死点から下降し始めた直後のタイミング（時刻ｔ５）で閉じられる。
【００３０】
吸気弁１６は、排気行程において、ピストン１３が上死点に至る前のタイミング（時刻ｔ３）で開かれる。よって、時刻ｔ３から時刻ｔ５までは、吸気弁１６および排気弁１７の両方が開いた状態となる。吸気弁１６は、吸気行程では開かれたままとされ、圧縮行程において、ピストン１３が下死点から上昇し始めた後のタイミング（時刻ｔ６）で閉じられる。
【００３１】
インジェクタ５４は、排気行程において、吸気弁１６が開かれる直前のタイミング（時刻ｔ２）から、ピストン１３が上死点に至るタイミング（時刻ｔ４）まで、ＣＮＧをインテークマニホルド２０内に噴射する。インテークマニホルド２０内に噴射されたＣＮＧは、空気と混合されて混合気を形成する。混合気は、ピストン１３の下降に伴って、吸気弁１６を介して気筒１２内に導入される。ピストン１３が下死点に達した後、上述のとおり吸気弁１６が閉じられ、ピストン１３の上昇に伴って、燃焼室１９内の混合気は圧縮される。
【００３２】
インジェクタ１５は、圧縮行程において、ピストン１３が上死点に至る直前のタイミング（時刻ｔ７〜ｔ８）で、軽油を気筒１２内に噴射する。気筒１２内に噴射された軽油が着火元となり、ＣＮＧが燃焼する。そして、上述のとおり、燃焼行程の終盤において排気弁１７が開かれ、ピストン１３の上昇に伴って、排気は排気弁１７を介して気筒１２内から排出される。
【００３３】
次に、第１開閉パターンについて説明する。第１開閉パターンは、上述のとおり、機関負荷ＱＥが所定の機関負荷ＱＥ０以下であると判定された場合に設定される。
【００３４】
排気弁１７の開閉タイミングは、第２開閉パターンと同様である。すなわち、排気弁１７は、燃焼行程において、ピストン１３が下死点に至るよりも前のタイミング（時刻ｔ１）で開かれ、吸気行程において、ピストン１３が上死点から下降し始めた直後のタイミング（時刻ｔ５）で閉じられる。
【００３５】
吸気弁１６は、吸気行程において、排気弁１７が閉じられてから所定時間経過後のタイミング（時刻ｔ９）で開かれる。吸気弁１６は、圧縮行程において、ピストン１３が下死点と上死点との略中間位置に達したタイミング（時刻ｔ１１）で閉じられる。
【００３６】
インジェクタ５４からのＣＮＧの噴射タイミングは、第２開閉パターンと同様である。すなわち、インジェクタ５４は、排気行程において、吸気弁１６が開かれる直前のタイミング（時刻ｔ２）から、ピストン１３が上死点に至るタイミング（時刻ｔ４）まで、ＣＮＧをインテークマニホルド２０内に噴射する。インテークマニホルド２０内に噴射されたＣＮＧは、空気と混合されて混合気を形成する。
【００３７】
混合気は、吸気弁１６が開かれた後、ピストン１３の下降に伴って、吸気弁１６を介して気筒１２内に導入される。気筒１２内に導入された混合気の温度は、ピストン１３および内壁１８との熱交換によって上昇する（図３における「熱交換行程」）。
【００３８】
上述のとおり、第１開閉パターンでは、吸気弁１６は、圧縮行程においてピストン１３が下死点と上死点との略中間位置に達したタイミング（時刻ｔ１１）までは開かれたままである。そのため、ピストン１３が下死点に達したタイミング（時刻ｔ１０）から、ピストン１３が下死点と上死点との略中間位置に達するタイミング（時刻ｔ１１）までの間、混合気はインテークマニホルド２０内に戻される（図３における「吸気戻し行程」）。インテークマニホルド２０内に戻されず、燃焼室１９内に残った混合気は、吸気弁１６が閉じられ、ピストン１３が上昇することで圧縮される。
【００３９】
インジェクタ１５からの軽油の噴射タイミングは、第２開閉パターンと同様である。すなわち、圧縮行程において、ピストン１３が上死点に至る直前のタイミング（時刻ｔ７〜ｔ８）で、軽油を気筒１２内に噴射する。気筒１２内に噴射された軽油が着火元となり、ＣＮＧが燃焼する。そして、上述のとおり、燃焼行程の終盤において排気弁１７が開かれ、ピストン１３の上昇に伴って、排気は排気弁１７を介して気筒１２内から排出される。
【００４０】
インテークマニホルド２０内に戻された高温の混合気は、他の気筒において行われる吸気行程において気筒１２内に導入され、燃焼に用いられる。このようにして、ｎ回目の圧縮行程でインテークマニホルド２０内に戻された高温の混合気を、ｎ＋１回目の燃焼に用いることで、機関負荷が低い時に、圧縮天然ガスの燃焼性を向上させることができる。なお、ｎは自然数である。
【００４１】
以上説明したように、第１実施形態に係る内燃機関システム１は、軽油と圧縮天然ガスとを燃焼室１９で混合燃焼させる内燃機関システム１であって、インテークマニホルド２０と燃焼室１９との間に設けられた吸気弁１６と、吸気弁１６の開閉タイミングを内燃機関１０の機関負荷に応じて制御する制御部７０と、を備え、制御部７０は、内燃機関１０の機関負荷が予め定められた所定の機関負荷ＱＥ０以下の場合には、機関負荷が所定の機関負荷ＱＥ０より高い場合よりも、吸気弁１６を閉じるタイミングを遅くする、内燃機関システム１である。
【００４２】
これにより、燃焼室１９内でピストン１３および内壁１８との熱交換により高温となった混合気をインテークマニホルド２０内に戻すことができる。
【００４３】
そのため、ｎ回目の圧縮行程でインテークマニホルド２０内に戻された高温の混合気を、他の気筒におけるｎ＋１回目の燃焼に用いることができ、機関負荷が低い時に、圧縮天然ガスの燃焼性を向上させることができる。
【００４４】
また、第１実施形態では、制御部７０は、機関負荷が所定の機関負荷ＱＥ０より高い場合には、吸気弁１６を、排気行程において燃焼室１９とエキゾーストマニホルド３０との間に設けられた排気弁１７が開いている間に開き、かつ、圧縮行程においてピストン１３が下死点から上死点に至る途中で閉じるように制御し、機関負荷が所定の機関負荷ＱＥ０以下の場合には、吸気弁１６を、吸気行程において排気弁１７が閉じた後に開き、かつ、圧縮行程において機関負荷が所定の機関負荷ＱＥ０より高い場合よりも遅いタイミングで閉じるように制御する。
【００４５】
これにより、燃焼室１９内でピストン１３および内壁１８との熱交換により高温となった混合気は、ピストン１３が下死点に達したタイミング（時刻ｔ１０）から、ピストン１３が下死点と上死点との略中間位置に達するタイミング（時刻ｔ１１）までの間、インテークマニホルド２０内に戻される。
【００４６】
そのため、高温の混合気をインテークマニホルド２０内により確実に戻すことができ、機関負荷が低い時に、圧縮天然ガスの燃焼性をより向上させることができる。
【００４７】
なお、第１実施形態では、内燃機関１０の機関負荷に応じて吸気弁１６の開閉タイミングを変更するものを例に説明を行ったが、これに限定されない。吸気弁１６の開閉タイミングの変更に加えて、排気弁１７の開閉タイミング、インジェクタ１５からの軽油の噴射タイミング、またはインジェクタ５４からのＣＮＧの噴射タイミング等を変更してもよい。
【００４８】
（第２実施形態）
図４を参照して、第２実施形態に係る内燃機関システム１０１について説明する。図４は、第２実施形態に係る内燃機関システム１０１を示す図である。内燃機関システム１０１は、内燃機関１１０と、その燃料供給系および吸排気系とを含む。
【００４９】
内燃機関１１０のシリンダブロック１１１には、複数の気筒１１２が設けられている。なお、図４では、ひとつの気筒１１２のみが示されている。気筒１１２には、ピストン１１３が設けられている。ピストン１１３は、クランク軸にコンロッドを介して連結されており、クランク軸の回転に応じて気筒１１２内を上下動する。シリンダブロック１１１の上部を覆うシリンダヘッド１１４には、気筒１１２ごとに、インジェクタ１１５、インジェクタ１５４、吸気弁１１６および排気弁１１７が設けられている。
【００５０】
インジェクタ１１５は、例えばピエゾ式のインジェクタであり、着火用の燃料である軽油を気筒１１２内に噴射する。インジェクタ１１５からの軽油の噴射は、制御部１７０（後述する）によって制御される。
【００５１】
吸気弁１１６は、可変バルブタイミング機構を備えている。吸気弁１１６の開弁タイミングおよび閉弁タイミングは、制御部１７０によって制御される。排気弁１１７は、可変バルブタイミング機構を備えている。排気弁１１７の開弁タイミングおよび閉弁タイミングは、制御部１７０によって制御される。気筒１１２の内壁１１８、ピストン１１３およびシリンダヘッド１１４に囲まれた空間により、燃焼室１１９が形成される。
【００５２】
内燃機関１１０に供給される空気は、エアクリーナおよびインテークマニホルド（「吸気管」の一例）を通り、吸気弁１１６を介して気筒１１２内に導入される。気筒１１２内に導入された空気は、気筒１１２内においてインジェクタ１５４から噴射されたＣＮＧと混合されて混合気を形成する。混合気は、気筒１１２内において圧縮される。この状態でインジェクタ１１５から軽油が噴射されると、当該軽油が着火元となって、ＣＮＧが燃焼する。内燃機関１１０からの排気は、排気弁１１７を介してエキゾーストマニホルド１３０に排出され、排気浄化装置、消音装置等（不図示）を通って外部に排出される。
【００５３】
ＣＮＧは、タンク１４０から供給経路１５０を通って気筒１１２内に供給される。供給経路１５０は、配管１５１、レギュレータ１５２、配管１５３、および、インジェクタ１５４を含む。配管１５１は、タンク１４０とレギュレータ１５２とを接続する。配管１５１の第一端は、タンク１４０に接続されている。配管１５１の第二端は、レギュレータ１５２に接続されている。タンク１４０に貯留されたＣＮＧは、配管１５１内を通ってレギュレータ１５２に供給される。
【００５４】
レギュレータ１５２は、タンク１４０から供給されたＣＮＧの圧力を所定の圧力に減少させる。配管１５３は、レギュレータ１５２とインジェクタ１５４とを接続する。配管１５３の第一端は、レギュレータ１５２に接続されている。配管１５３の第二端は、インジェクタ１５４に接続されている。レギュレータ１５２で所定の圧力に減圧されたＣＮＧは、配管１５３内を通ってインジェクタ１５４に供給される。
【００５５】
インジェクタ１５４は、レギュレータ１５２から供給されたＣＮＧを、気筒１１２内に噴射する。すなわち、インジェクタ１５４は、ＣＮＧを燃焼室１１９に供給している。インジェクタ１５４からのＣＮＧの噴射は、制御部１７０によって制御される。
【００５６】
なお、本実施形態では、軽油をインジェクタ１１５から気筒１１２内に噴射し、かつ、圧縮天然ガスをインジェクタ１５４から気筒１１２内に噴射するものを例に説明を行うが、これに限定されない。例えば、軽油および圧縮天然ガスを共通のインジェクタから気筒１１２内に噴射するものでもよい。
【００５７】
内燃機関システム１０１は、制御部１７０を備える。制御部１７０は、ハードウェアとして、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を有する。以下において説明する制御部１７０の各機能は、ＣＰＵがＲＯＭから読み出したコンピュータプログラムをＲＡＭ上で実行することにより実現される。
【００５８】
制御部１７０には、クランク角センサ１７１およびアクセル開度センサ１７２が電気的に接続されている。クランク角センサ１７１は、内燃機関１１０のクランク角を検出する。アクセル開度センサ１７２は、内燃機関１１０が搭載された車両のアクセル開度を検出する。制御部１７０には、クランク角センサ１７１からのクランク角信号と、アクセル開度センサ１７２からのアクセル開度信号が入力される。制御部１７０は、クランク角信号に基づいて内燃機関１１０の機関回転数ＮＥを算出する。また、制御部１７０は、アクセル開度信号に基づいて内燃機関１１０の機関負荷ＱＥを算出する。
【００５９】
また、制御部１７０には、インジェクタ１１５、吸気弁１１６、排気弁１１７、およびインジェクタ１５４が電気的に接続されている。制御部１７０は、インジェクタ１１５からの軽油の噴射、吸気弁１１６の開閉、排気弁１１７の開閉、および、インジェクタ１５４からのＣＮＧの噴射を制御する。
【００６０】
インジェクタ１１５、吸気弁１１６、排気弁１１７、およびインジェクタ１５４は、内燃機関１１０の機関回転数ＮＥおよび機関負荷ＱＥに基づいて、制御部１７０が有する記憶部に予め記憶された制御マップに従って制御される。
【００６１】
内燃機関１１０の機関負荷が低い場合、インジェクタ１１５から噴射される軽油の量が少ない。そのため、気筒１１２内でＣＮＧを十分に燃焼させることが困難となる。そこで、本実施形態では、内燃機関１１０の機関負荷が低い場合と、低くない場合とで、吸気弁１１６の開閉タイミング、インジェクタ１１５から軽油を噴射するタイミング、および、インジェクタ１５４から圧縮天然ガスを噴射するタイミングを変更するようにしている。これにより、内燃機関１１０の機関負荷が低い時に、燃焼用の燃料である圧縮天然ガスの燃焼性を向上させる。
【００６２】
図５を参照して、制御部１７０の動作について説明する。図５は、制御部１７０の動作を示すフローチャートである。図５に示すフローチャートは、所定の周期で繰り返し実行される。
【００６３】
ステップＳ１１で、制御部１７０は、クランク角センサ１７１から入力されたクランク角信号に基づいて、内燃機関１１０の機関回転数ＮＥを算出する。また、制御部１７０は、アクセル開度センサ１７２から入力されたアクセル開度信号に基づいて、内燃機関１１０の機関負荷ＱＥを算出する。
【００６４】
ステップＳ１１に続くステップＳ１２で、制御部１７０は、機関負荷ＱＥが所定の機関負荷ＱＥ０以下か否かを判定する。なお、所定の機関負荷ＱＥ０は、ＣＮＧを確実に燃焼させるための制御を実行するか否かを判断するための閾値として、実験、シミュレーション等により予め求められ、制御部１７０が有する記憶部に記憶されている。
【００６５】
ステップＳ１２で、機関負荷ＱＥが所定の機関負荷ＱＥ０以下であると判定された場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１３に進む。そして、ステップＳ１３において、制御部１７０は、吸気弁１１６の開閉パターンを第３開閉パターンに設定する。
【００６６】
ステップＳ１３に続くステップＳ１４において、制御部１７０は、インジェクタ１１５からの軽油の噴射およびインジェクタ１５４からのＣＮＧの噴射のパターンを、第１噴射パターンに設定する。ステップＳ１４の処理の後、処理は終了する。
【００６７】
ステップＳ１２で、機関負荷ＱＥが所定の機関負荷ＱＥ０以下でないと判定された場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、処理はステップＳ１５に進む。そして、ステップＳ１５において、制御部１７０は、吸気弁１１６の開閉パターンを第４開閉パターンに設定する。
【００６８】
ステップＳ１５に続くステップＳ１６において、制御部１７０は、インジェクタ１１５からの軽油の噴射およびインジェクタ１５４からのＣＮＧの噴射のパターンを、第２噴射パターンに設定する。ステップＳ１６の処理の後、処理は終了する。
【００６９】
図６を参照して、第３開閉パターン、第４開閉パターン、第１噴射パターンおよび第２噴射パターンについて説明する。まず、第４開閉パターンおよび第２噴射パターンについて説明する。第４開閉パターンおよび第２噴射パターンは、上述のとおり、機関負荷ＱＥが所定の機関負荷ＱＥ０以下でないと判定された場合に設定される。
【００７０】
排気弁１１７は、燃焼行程において、ピストン１１３が下死点に至るよりも前のタイミング（時刻ｔ２１）で開かれる。排気弁１１７は、排気行程では開かれたままとされ、吸気行程において、ピストン１１３が上死点から下降し始めた直後のタイミング（時刻ｔ２３）で閉じられる。
【００７１】
吸気弁１１６は、排気行程において、ピストン１１３が上死点に至る前のタイミング（時刻ｔ２２）で開かれる。よって、時刻ｔ２２から時刻ｔ２３までは、吸気弁１１６および排気弁１１７の両方が開いた状態となる。吸気弁１１６は、吸気行程では開かれたままとされ、圧縮行程において、ピストン１１３が下死点から上昇し始めた後のタイミング（時刻ｔ２４）で閉じられる。
【００７２】
インジェクタ１５４は、圧縮行程において、ピストン１１３が下死点から上死点に至る途中であり、かつ、吸気弁１１６および排気弁１１７がともに閉じた状態であるタイミング（時刻ｔ２５）から、燃焼行程の途中のタイミング（時刻ｔ２８）まで、ＣＮＧを気筒１１２内に噴射する。空気が圧縮された状態で気筒１１２内に噴射されたＣＮＧは、空気と混合されて混合気を形成する。また、圧縮行程においてピストン１１３が下死点から上死点に至る途中のタイミング（時刻ｔ２６〜ｔ２７）で軽油がインジェクタ１１５から噴射されることで、軽油を着火元としてＣＮＧが燃焼する。
【００７３】
次に、第３開閉パターンおよび第１噴射パターンについて説明する。第３開閉パターンおよび第１噴射パターンは、上述のとおり、機関負荷ＱＥが所定の機関負荷ＱＥ０以下であると判定された場合に設定される。
【００７４】
排気弁１１７の開閉タイミングは、第４開閉パターンと同様である。すなわち、排気弁１１７は、燃焼行程において、ピストン１１３が下死点に至るよりも前のタイミング（時刻ｔ２１）で開かれ、吸気行程において、ピストン１１３が上死点から下降し始めた直後のタイミング（時刻ｔ２３）で閉じられる。
【００７５】
吸気弁１１６は、吸気行程において、排気弁１１７が閉じられてから所定時間経過後のタイミング（時刻ｔ２９）で開かれる。吸気弁１１６は、圧縮行程において、ピストン１１３が下死点と上死点との略中間位置に達したタイミング（時刻ｔ３１）で閉じられる。
【００７６】
第１噴射パターンでは、インジェクタ１５４からのＣＮＧの噴射は、２回に分けて行われる。インジェクタ１５４は、吸気行程において、ピストン１１３が上死点から下降し始めたタイミング（時刻ｔ３２）から、吸気弁１１６が開かれる直前のタイミング（時刻ｔ３３）まで、気筒１１２内にＣＮＧの１回目の噴射を行う。
【００７７】
気筒１１２内に噴射されたＣＮＧは、吸気弁１１６が開かれることで気筒１１２内に導入される空気と混合されて混合気を形成する。さらに、混合気の温度は、ピストン１１３および内壁１１８との熱交換によって上昇する（図６における「熱交換行程」）。
【００７８】
上述のとおり、第３開閉パターンでは、吸気弁１１６は、圧縮行程においてピストン１１３が下死点と上死点との略中間位置に達したタイミング（時刻ｔ３１）までは開かれたままである。そのため、ピストン１１３が下死点に達したタイミング（時刻ｔ３０）から、ピストン１１３が下死点と上死点との略中間位置に達するタイミング（時刻ｔ３１）までの間、混合気はインテークマニホルド１２０内に戻される（図６における「吸気戻し行程」）。インテークマニホルド１２０内に戻されず、燃焼室１１９内に残った混合気は、吸気弁１１６が閉じられ、ピストン１１３が上昇することで圧縮される。
【００７９】
インジェクタ１１５は、圧縮行程において、ピストン１１３が上死点に至る直前のタイミング（時刻ｔ３４〜ｔ３５）で、軽油を気筒１１２内に噴射する。気筒１１２内に噴射された軽油が着火元となり、ＣＮＧが燃焼する。
【００８０】
さらに、軽油が気筒１１２内に噴射された後、燃焼行程において、ピストン１１３が上死点から下降し始めた直後のタイミング（時刻ｔ３６〜ｔ３７）で、インジェクタ１５４からＣＮＧが噴射される。これにより、噴射されたＣＮＧが燃焼する。そして、上述のとおり、燃焼行程の終盤において排気弁１１７が開かれ、ピストン１１３の上昇に伴って、排気は排気弁１１７を介して気筒１１２内から排出される。
【００８１】
インテークマニホルド１２０内に戻された高温の混合気は、他の気筒において行われる吸気行程において気筒１１２内に導入され、燃焼に用いられる。このようにして、ｎ回目の圧縮行程でインテークマニホルド１２０内に戻された高温の混合気を、ｎ＋１回目の燃焼に用いることで、機関負荷が低い時に、圧縮天然ガスの燃焼性を向上させることができる。
【００８２】
また、ＣＮＧを気筒１１２内に直接噴射する第２実施形態では、インテークマニホルド１２０内に混合気を戻した後、吸気弁１１６が閉じている状態で、燃焼室１１９内に再びＣＮＧを噴射することができる。そのため、高温の混合気をインテークマニホルド１２０内に戻しつつ、燃焼に用いられるＣＮＧの量を十分に確保することができる。
【００８３】
以上説明したように、第２実施形態に係る内燃機関システム１０１は、軽油と圧縮天然ガスとを燃焼室１１９で混合燃焼させる内燃機関システム１０１であって、インテークマニホルド１２０と燃焼室１１９との間に設けられた吸気弁１１６と、吸気弁１１６の開閉タイミングを内燃機関１１０の機関負荷に応じて制御する制御部１７０と、を備え、制御部１７０は、内燃機関１１０の機関負荷が予め定められた所定の機関負荷ＱＥ０以下の場合には、機関負荷が所定の機関負荷ＱＥ０より高い場合よりも、吸気弁１１６を閉じるタイミングを遅くする、内燃機関システム１０１である。
【００８４】
これにより、燃焼室１１９内でピストン１１３および内壁１１８との熱交換により高温となった混合気をインテークマニホルド１２０内に戻すことができる。
【００８５】
そのため、ｎ回目の圧縮行程でインテークマニホルド１２０内に戻された高温の混合気を、他の気筒におけるｎ＋１回目の燃焼に用いることができ、機関負荷が低い時に、圧縮天然ガスの燃焼性を向上させることができる。
【００８６】
また、第２実施形態では、制御部１７０は、機関負荷が所定の機関負荷ＱＥ０より高い場合には、吸気弁１１６を、排気行程において燃焼室１１９とエキゾーストマニホルド１３０との間に設けられた排気弁１１７が開いている間に開き、かつ、圧縮行程においてピストン１１３が下死点から上死点に至る途中で閉じるように制御し、機関負荷が所定の機関負荷ＱＥ０以下の場合には、吸気弁１１６を、吸気行程において排気弁１１７が閉じた後に開き、かつ、圧縮行程において機関負荷が所定の機関負荷ＱＥ０より高い場合よりも遅いタイミングで閉じるように制御する。
【００８７】
これにより、燃焼室１１９内でピストン１１３および内壁１１８との熱交換により高温となった混合気は、ピストン１１３が下死点に達したタイミング（時刻ｔ３０）から、ピストン１１３が下死点と上死点との略中間位置に達するタイミング（時刻ｔ３１）までの間、インテークマニホルド１２０内に戻される。
【００８８】
そのため、高温の混合気をインテークマニホルド１２０内により確実に戻すことができ、機関負荷が低い時に、圧縮天然ガスの燃焼性をより向上させることができる。
【００８９】
また、第２実施形態では、圧縮天然ガスを燃焼室１１９内に噴射するインジェクタ１５４と、軽油を燃焼室１１９内に噴射するインジェクタ１１５と、を備え、制御部１７０は、負荷が所定の負荷ＱＥ０以下である場合、吸気行程の開始直後および燃焼行程の開始直後にインジェクタ１５４から圧縮天然ガスを噴射させ、圧縮行程の終了直前にインジェクタ１１５から軽油を噴射させる。
【００９０】
これにより、インテークマニホルド１２０内に混合気を戻した後、吸気弁１１６が閉じている状態で、燃焼室１１９内に再びＣＮＧが噴射される。
【００９１】
そのため、高温の混合気をインテークマニホルド１２０内に戻しつつ、燃焼に用いられるＣＮＧの量を十分に確保することができる。
【００９２】
なお、第２実施形態では、内燃機関１１０の機関負荷に応じて吸気弁１１６の開閉タイミング、インジェクタ１１５からの軽油の噴射タイミング、およびインジェクタ１５４からのＣＮＧの噴射タイミングを変更するものを例に説明を行ったが、これに限定されず、排気弁１１７の開閉タイミングについても変更可能である。
【００９３】
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
【００９４】
上述の各実施形態では、機関負荷に応じて、吸気弁の開閉タイミングが２つのパターンで変更されるものを例に説明を行ったが、これに限定されない。制御部は、例えば、機関負荷に応じて吸気弁の開閉タイミングを３以上の複数のパターンで変更するようにしてもよい。また、制御部は、例えば、機関負荷が低いほど、吸気弁の閉弁タイミングを遅らせるように、無段階に制御してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本開示の内燃機関システムによれば、機関負荷が低い時に、燃焼用の燃料である圧縮天然ガスの燃焼性を向上させることができ、産業上の利用可能性は多大である。
【符号の説明】
【００９６】
１、１０１  内燃機関システム
１０、１１０  内燃機関
１１、１１１  シリンダブロック
１２、１１２  気筒
１３、１１３  ピストン
１４、１１４  シリンダヘッド
１５、１１５  インジェクタ
１６、１１６  吸気弁
１７、１１７  排気弁
１８、１１８  内壁
１９、１１９  燃焼室
２０、１２０  インテークマニホルド
３０、１３０  エキゾーストマニホルド
４０、１４０  タンク
５０、１５０  供給経路
５１、５３、１５１、１５３  配管
５２、１５２  レギュレータ
５４、１５４  インジェクタ
７０、１７０  制御部
７１、１７１  クランク角センサ
７２、１７２  アクセル開度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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