(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体状の第一の燃料及び自己着火性の第二の燃料が、エンジンの少なくとも一つの燃焼室（４）に供給されることを特徴とし、且つ前記少なくとも一つの燃焼室（４）のノック信号が検出されることを特徴とする二元燃料エンジン（１）を制御する方法であって、
−少なくとも第一の強度のノックを示すノック信号の発生時に、前記エンジン（１）の前記少なくとも一つの燃焼室（４）に供給される前記第一の燃料の量を増加させ、前記第一の燃料の量の増加に伴う増加した動力を、対応する前記第二の燃料の動力への寄与の削減により補償し、
および、
−前記第一の強度よりも大きい、少なくとも第二の強度のノックを示すノック信号の発生時に、前記エンジンを作動させるために前記少なくとも一つの燃焼室（４）に供給される前記第一の燃料の量が削減されること、
を特徴とする方法。
【請求項２】
前記第二の燃料の動力への寄与の削減は、導入される前記第二の燃料の量の削減、および／または前記第二の燃料を導入する時点の遅延、および／または前記第二の燃料の噴射特性の変更によって行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第一の燃料は空気と混合され、前記第一の燃料の量を増加させるために、前記空気と前記第一の燃料との混合気の温度を低下させることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第一の燃料の量を増加させるために、前記第一の燃料のチャージ圧力を増加させることを特徴とする請求項１から３の少なくとも１項に記載の方法。
【請求項５】
前記第一の燃料は空気と混合され、前記第一の燃料の量を増加させるために、第一の燃料と空気との混合比率を増加させることを特徴とする請求項１から４のすくなくとも１項に記載の方法。
【請求項６】
前記第一の燃料の量の増加の程度は、前記ノック信号の強度の大きさに依存することを
特徴とする請求項１から５の少なくとも１項に記載の方法。
【請求項７】
前記第二の燃料の動力への寄与の削減が、前記第二の燃料の噴射特性の変更によって行われ、
前記噴射特性は、前記第二の燃料の噴射量の大部分を、噴射事象中の後の時点で噴射するように変更すること、
を特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記第二の燃料は間隔を空けて複数回噴射されることを特徴とする請求項１から７の少なくとも１項に記載の方法。
【請求項９】
気体状の第一の燃料及び自己着火性の第二の燃料を供給する少なくとも一つの燃焼室を有する二元燃料エンジン（１）であって、ノックセンサ（６）が提供されており、当該ノックセンサ（６）によって前記少なくとも一つの燃焼室（４）のノック信号が、前記エンジンの開ループ制御または閉ループ制御の制御装置（７）に供給されることを特徴とし、
前記開ループ制御または閉ループ制御の制御装置（７）が、
−少なくとも第一の強度のノックを示すノック信号の発生時に、前記エンジン（１）の前記少なくとも一つの燃焼室（４）に供給される第一の燃料の量を増加させ、前記第一の燃料の量の増加に伴う増加した動力を、対応する前記第二の燃料の動力への寄与の削減により補償し、
−前記第一の強度よりも大きい、少なくとも第二の強度のノックを示すノック信号の発生時に、前記エンジンを作動させるために前記少なくとも一つの燃焼室（４）に供給される前記第一の燃料の量を削減するように構成されていることを特徴とする二元燃料エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分の特徴を有する二元燃料エンジン（デュアルフューエルエンジン、二系統燃料のエンジン）の制御方法、および、請求項１０の前提部分の特徴を有する二元燃料エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な種類として示されるエンジンは、純粋なディーゼル油または重油モード、または、いわゆる二元燃料モードで運転されてもよく、この二元燃料モードでは、普及している種類の燃料はガスであり、ディーゼル油または重油は点火を補助するためだけに使用される。この種類の内燃エンジンは、米国特許第８，６７１，９１１号で見ることができる。
【０００３】
この公報はノックセンサの配置構造を提供し、この配置構造によってノックの発生が検出できる。制御ユニットは、検出信号に依存して、内燃エンジンの燃焼室への気体燃料および液体燃料の量を制御できる。
【０００４】
エンジンノックに対する対処の仕方として遅角点火を行うことは周知の技術である。しかしながら、当業者にはよく知られているように、遅角点火はエンジン性能を低下させる可能性がある。さらに、ノックは様々な理由から発生する可能性があるので、少なくともいくつかのエンジンのノック状況により適した制御を提供するための追加的な対策が必要とされる。例えば、米国特許第８，６７１，９１１号では、導入されるガス量を減らすことが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第８，６７１，９１１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、許容限界でのノック量を保ち、可能な最大比率の第１の燃料で動作することを可能にする、二元燃料エンジンを制御する方法及び二元燃料エンジンを提供することである。また、燃焼室の全体の動力は、二元燃料エンジンの動作サイクル中、一定に保つことを目的とする。
【０００７】
この目的は、請求項１の特徴を有する方法と、請求項１０の特徴を有する二元燃料エンジンによって達成される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
これまでの最新技術の状況とは異なり、エンジンの燃焼室に供給される第１の気体燃料の量はノックが発生するとすぐに減じられることはない。それどころか、本発明では、（二元燃料エンジンの動作サイクルに関連して）第１の気体燃料の量を（場合によっては、より高い閾値を超えるか、またはノックが消滅するまで）最初に、増加させる。本開示に関して、第１の燃料の気体凝集状態（ｇａｓｅｏｕｓ  ａｇｇｒｅｇａｔｅ  ｓｔａｔｅ）は、燃焼時、最初に発生しなければならないことに留意すべきである。
【０００９】
動作サイクルの間、燃焼室の総出力を一定に保つために、第２の燃料によって生じた動力への寄与（ｐｏｗｅｒ  ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）は、例えば、導入される第２の燃料の量の削減、および／または第２の燃料を導入する時点の遅延、および／または第２の燃料の噴射特性の変更、の実施によって、相応に削減される。導入される第２の燃料の量は、準備的な量（口火の量、ｐｉｌｏｔ  ａｍｏｕｎｔ）で、導入されるエネルギー量に関して、パイロット量は燃料の形式で導入されるエネルギー総量の５％以下である。
【００１０】
言い換えると、少なくとも１つの燃焼室での燃焼は、許容限界でのノック量を保つために抑制される。従って、動作点におけるエンジンは、可能な最大比率の第１の燃料で動作することが許容される。これは一方で経済的な配慮の点で望ましく、他方、排出技術の利点でもある。
【００１１】
有利な実施形態は、従属する請求項で定義される。
【００１２】
ノック信号の強度（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）は、ノック事象の頻度、およびノック事象の激しさ（ｓｔｒｅｎｇｔｈ）から決定される。高強度のノックは、例えば、高い頻度のライトノックおよび低い頻度のヘビーノックと同様に発生する可能性がある。
【００１３】
噴射特性という用語は、時間に依存した、噴射された燃料の質量流量の分布図（ｐｒｏｆｉｌｅ、分析結果、特徴）の輪郭形状を表すために使用される。分布図の下側の領域は、噴射された燃料の総量に対応しており、たとえば分布図の輪郭形状の変更といった事項によって必ずしも変更する必要はない。噴射特性の変更は、第２の燃料の量の大部分の噴射を後に行うようなものであってもよい。「後に、後で（ｌａｔｅｒ）」という用語は、噴射事象の中の、後の時点を意味するために使用される。噴射特性のばらつきは、当業者に知られている。
【００１４】
噴射特性は、場合によっては、質量流量の分布図の輪郭を変化させることなく、噴射開始が後に起こるように、さらに変更されてもよい。言い換えると、噴射事象全体が後に行われる。
【００１５】
第１の燃料は、少なくとも１つの燃焼室に導入される前に、空気と混合されることがとりわけ好ましい。代替的には、第１の燃料と空気の混合は、実際の燃焼の前に、少なくとも１つの燃焼室で行われてもよい。
【００１６】
少なくとも１つの燃焼室の前に、第１の燃料と空気の予混合が行われる場合、少なくとも１つの燃焼室に供給される第１の燃料の量は、例えば、圧力（チャージ圧力）の変化を発生させることなく、空気および第１の燃料の混合物の温度を低下させるような方法によって、増加させることができる。当然、供給される第１の燃料の量の増加は、圧力（チャージ圧力）の増加によって行うこともまたできる。
【００１７】
さらに、（少なくとも１つの燃焼室の前で）第１の燃料が空気と混合され、第１の燃料の量を増加させるために、第１の燃料と空気の比率を増加させてもよい。この手段は、（ポート噴射バルブを用いた）ポート噴射エンジンの場合、および（ガス計量装置を用いた）混合給気エンジンの両方で実行できる。
【００１８】
第１の気体燃料は、例えばメタン主体（ｍｅｔｈａｎｅ−ｄｏｍｉｎａｔｅｄ）の燃料（例えば天然ガス）、バイオガス、プロパンガス（ＬＰＧ）、気化した液化天然ガス（ＬＮＧ）、気化した液化ガス、または気化したガソリンなどであってもよい。第２の燃料は、例えばディーゼル、植物油、または重油であってもよい。
【００１９】
本発明では、それ自体が、複数回噴射（ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）を含むディーゼルまたは重油の導入で知られるこれまでの最新技術の概念が、噴射特性の制御に使用されてもよい。この場合、第２の燃料は第二の燃料は間隔を空けて複数回噴射される。好ましくは、ノック信号が発生した場合にこの概念が採用され、ノック信号は、第１の強度および第２の強度の間の強度のノックを示す。
【００２０】
上記のとおり、本発明に従って、燃焼室の全体の動力は、二元燃料エンジンの動作サイクル中、一定に保たれなければならない。それゆえ、第２の燃料によって生じた動力への寄与は、二元燃料エンジンの動作サイクルを通して、適切に削減され、統合される。ただし、全ての動力への寄与が十分に低いことが保証される限りは、例えば、相応に低効率の燃焼で、残りの噴射量を適切に後で導入することで、より多くの第２の燃料がより早いクランクシャフト角で噴射されてもよい。
【００２１】
本発明のさらなる詳細は、以下の図面を参照して、例示の目的で論じられる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は概略的なフロー図で、第１の実施形態の方法を示している。
【図２】図２は概略的フロー図で、更なる実施形態の方法を示している。
【図３】図３は置換率に関連するラムダについてのグラフを示している。
【図４】図４は二元燃焼エンジンの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は概略的なフロー図の形式で、第１の実施形態の方法を示している。２つのノックが発生する場合の違いが描かれている。第２の分岐では、ノック強度は第１の閾値よりも明らかに大きいが（つまり、第１の強度よりも大きいノックを示しているノック信号が検出される）、第２の閾値よりも小さい（つまり、第２の強度よりも小さいノックを示しているノック信号が検出される）。その結果、燃焼室に供給される第１の燃料の量が増やされる。続いて、第１の燃料の量の増加によって引き起こされる動力の供給増加は、第２の燃料の動力への寄与の削減により相殺される。
【００２４】
第２の燃料の動力への寄与を削減するために発生する可能な調整（ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎ）は、例えば（個別に、または組み合わせにより）、第２の燃料の量の削減、第２の燃料の噴射時間の遅延、第２の燃料の噴射率の変化、および第２の燃料の複数回の噴射などである。さらに、シリンダ充填（ｃｙｌｉｎｄｅｒ  ｃｈａｒｇｅ）の温度の低下、またはチャージ圧力の増加などの、第２の燃料の動力への寄与に間接的に影響を与えるために可能な方法もまた存在する。
【００２５】
ノック強度が第２の閾値を超える場合、少なくとも１つの燃焼室に供給される第１の燃料の量の削減により影響を打ち消される（ｃｏｕｎｔｅｒａｃｔ）。このことは、図１の第３の分岐に示されている。続いて、いずれに分岐した場合も、ノック検出ユニットへ再度戻る。ノックが検出されない場合、エンジンの管理は、これまでの最新技術に対応する通常の動力制御器によって支配されるため、ここに殊更に詳述される必要はない。本実施形態によれば、それゆえ動力制御器は、ノック制御回路と並列に配置される。ノック制御回路は、ノックが検出された場合のみ、動作を始める。
【００２６】
代替的な実施形態が、図２に示されている。本実施形態では、動力制御回路がノック制御回路に直列に接続されている。これは、図１を参照して記載される制御の調整の実行後、ノックが発生する場合に、このループが動力制御器へ直接導くことを意味する。よって、ノック検出は、動力制御器の一部としてみなされる。動力制御器は、ノックが検出された場合のみ、動作状態となる。ノック信号が発生しない場合、図１の「開始」点と同様の制御が実行される。
【００２７】
図１および図２において、動力制御回路はこれまでの最新技術に準じて設計される。（例えば発電セットの）定置二元燃料エンジンの場合、例えば、トルクや回転速度のような形式で、動力のプリセット（ｐｏｗｅｒ  ｐｒｅｓｅｔｔｉｎｇ）を実行することができる。自動車の二元燃料エンジンの場合、動力プリセットは例えば速度要求の形式で行われ
る。
【００２８】
図３は、第２の燃料の割合に依存した、空燃比ラムダを図示したグラフで、動力への寄与に対する百分率で表されている。グラフの原点で、第２の燃料は「ゼロ」である。異なるチャージ圧力用にセットとなった曲線が２組示されている。実線および点線で構成される下方の曲線の組はより低いチャージ圧力の場合を、上方の曲線の組はより高いチャージ圧力の場合を表す。
【００２９】
実線は、全体のラムダ（ｇｌｏｂａｌ  ｌａｍｂｄａ）、つまり、両方の燃料に関する空気の比率を表す。第１の燃料に関するラムダは点線で示される。より大きなラムダは希薄な混合気を表す。第２の燃料の動力への寄与における変更があったとしても、全体のラムダ、すなわち全体の混合気組成は、燃焼空気に対する理論混合比（ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃ  ｒａｔｉｏ、ストイキ比）に関する限り一定を保つ。これは、第２の燃料の割合を増加させると共に、（点線で示される）第１の燃料のラムダを増加させることで実現される。実際のところ、ラムダの増加は、より高い割合での希釈、すなわち、混合気の希薄化（ｗｅａｋｅｎｉｎｇ）を示す。このグラフは、第２の燃料の割合が変化したとしても、どのようにして全体の空燃比を一定に保つことが可能かを明確に図示している。
【００３０】
図４は、本発明に準じた二元燃料エンジン１の燃焼室を概略的に示している。燃焼室は吸気側および排気側を有する。給気マニホールド２（インテークマニホールド２）を経由して、燃料のＱ１ｓｔｆｕｅｌ量が単位時間内に燃焼室４に供給される。これはすなわち
、第１の燃料（１ｓｔ  ｆｕｅｌ）の「Ｑ点」、
【数１】
0006684492.tif 000002
である。化学エネルギーとしての動力である、単位で表されたものが、単位時間内に導入される。空気の質量流量（時間当たりの質量）もまた、燃焼室に導入され、図中では、これは、
【数２】
0006684492.tif 000003
で識別される。燃料のそれぞれの動力への寄与は、本出願に関連して極めて重要であるため、燃料の動力への寄与のために、典型的には容量分析または重量測定法で計測された最終的な供給燃料の量だけでは適正でないことをここで強調すべきである。それ自体が公知の方法により、燃焼室の燃料供給量の動力展開（ｐｏｗｅｒ  ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ）は変化してもよい。ひとつの例は点火時間の変更である。噴射特性の変更などの別の方法は、明細書で論じられている。このように、供給量は、対応する動力への寄与と等しくされているわけではなく、むしろ動力展開を変更するために可能性がある実施される方法も、同様に考慮される。
【００３１】
第１の燃料と空気の、給気マニホールド２への供給は、黒色の矢印で明確に示されている。図はさらに、噴射ユニット５を示しており、それを経由して第２の燃料（２ｎｄ  ｆｕｅｌ）は燃焼室に導入されることが可能である。単位時間当たりの第２の燃料の量は、    
【数３】
0006684492.tif 000004
として図で特定されている。さらに、第２の燃料の供給は黒い矢印で示されている。また、図はノックセンサ６を示し、これにより少なくとも１つの燃焼室４の代表的なノック信号（ｎｏｃｋ  ｓｉｇｎａｌ  ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ）が二元燃料エンジン１の開ループまたは閉ループ制御装置７に供給されることが可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１  二元燃料エンジン
２  給気マニホールド
３  排気マニホールド
４  燃焼室
５  噴射ユニット
６  ノックセンサ
７  開ループまたは閉ループ制御装置
λ  空燃比  ラムダ
【図１】
0006684492.tif 000005
【図２】
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【図３】
0006684492.tif 000007
【図４】
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