JP2002038981A - Internal combustion engine - Google Patents

Internal combustion engine

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JP2002038981A
JP2002038981A JP2000228763A JP2000228763A JP2002038981A JP 2002038981 A JP2002038981 A JP 2002038981A JP 2000228763 A JP2000228763 A JP 2000228763A JP 2000228763 A JP2000228763 A JP 2000228763A JP 2002038981 A JP2002038981 A JP 2002038981A
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Japan
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internal combustion
combustion engine
engine
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JP2000228763A
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Japanese (ja)
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Hiroshi Komatsu
宏 小松
Hisashi Aoyama
尚志 青山
Noboru Yamauchi
昇 山内
Kazuhiko Ishiwatari
和比古 石渡
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ideal internal combustion engine for improving exhaust performance, heat efficiency or engine output by changing a composition of fuel supplied to the engine by changing the fuel modifying condition. SOLUTION: Load of the internal combustion engine is judged according to a map determined by torque estimated from the revolutions of the internal combustion engine and the accelerator pedal opening. When load is low, compression ignition combustion is performed by modified fuel containing much dimethyl ether. When load is middle, spark ignition combustion is performed by modified fuel containing much H2 and CO and methanol fuel. When load is high, spark ignition combustion is performed by methanol fuel.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料改質器を備
え、改質した燃料で機関運転を行う内燃機関に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an internal combustion engine having a fuel reformer and operating an engine using reformed fuel.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の内燃機関としては、例えば、「燃
料協会誌第65巻第12号、1986」に記載されてい
るようなものがある。これは図11に示すように、内燃
機関01の排気管02に改質器03が装着され、排気熱
を利用して改質器03により改質燃料を生成する。改質
燃料は、メタノール燃料噴射弁04から内燃機関01の
吸気管05に供給され燃焼室で燃焼される。メタノール
燃料噴射弁04は燃機関01の吸気管05に設けられて
おり、機関の運転状態に応じてメタノール燃料が内燃機
関01に供給されるように構成されている。また、機関
の排気が所定の温度よりも高くなると、バイパスバルブ
06を開け、改質器03への排気流入量を減少し、改質
器03の熱による損傷を防止するように構成されてい
る。ここで、生成された改質燃料は、メタノール燃料を
改質することによって得られた水素および一酸化炭素を
主成分とする改質燃料(MRG:metanolref
ormed gas)であるため希薄燃焼限界が高く、
希薄域でも安定した機関運転が可能である。これにより
改質器03を備えた内燃機関01は、高効率と、排気中
の窒素酸化物濃度(NOx )の低減とを同時に実現する
ものである。また、前記改質器03を備えた内燃機関0
1は図12に示すように、機関の負荷が低い領域では、
改質燃料のみの運転により排気性能と熱効率を向上し、
機関の負荷が高い領域では、メタノール燃料のみでの運
転により、高出力を得るものであり、それらの中間の運
転領域は、必要な出力を確保しつつ排気性能を向上する
ために改質燃料とメタノール燃料を併用して運転するよ
うに構成されている。
2. Description of the Related Art As a conventional internal combustion engine, there is one described in, for example, "Fuel Association, Vol. 65, No. 12, 1986". As shown in FIG. 11, a reformer 03 is mounted on an exhaust pipe 02 of an internal combustion engine 01, and reformed fuel is generated by the reformer 03 using exhaust heat. The reformed fuel is supplied from the methanol fuel injection valve 04 to the intake pipe 05 of the internal combustion engine 01 and is burned in the combustion chamber. The methanol fuel injection valve 04 is provided in the intake pipe 05 of the fuel engine 01, and is configured to supply methanol fuel to the internal combustion engine 01 according to the operating state of the engine. When the exhaust gas of the engine becomes higher than a predetermined temperature, the bypass valve 06 is opened to reduce the amount of exhaust gas flowing into the reformer 03, thereby preventing the reformer 03 from being damaged by heat. . Here, the generated reformed fuel is a reformed fuel (MRG: metanoref) mainly composed of hydrogen and carbon monoxide obtained by reforming methanol fuel.
ormed gas), the lean burn limit is high,
Stable engine operation is possible even in a lean region. Thus, the internal combustion engine 01 provided with the reformer 03 simultaneously achieves high efficiency and reduction of the nitrogen oxide concentration (NO x ) in the exhaust gas. Further, the internal combustion engine 0 having the reformer 03
1 is shown in FIG. 12, in the region where the engine load is low,
Exhaust performance and thermal efficiency are improved by running only reformed fuel,
In an area where the engine load is high, high output is obtained by operation with methanol fuel only.In the middle operation area, reformed fuel is used to improve the exhaust performance while securing the required output. It is configured to operate using methanol fuel in combination.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の内燃機関においては、機関の負荷が低い領域
において、図13(出典;「メタノール改質燃料エンジ
ンの燃焼技術の研究」KUBOTA TECHNICA
L REPORT No.33 1997)に示すよう
に空気過剰率を大きくし燃焼を希薄化するに従って、N
x の排出量は低下するものの、一酸化炭素(CO)の
排出量が増加し、排気性能が悪化すると共に熱効率を向
上できないという問題点があった。また、従来の一般的
な圧縮着火燃焼を行う内燃機関においては、機関の負荷
が高い領域において、火花点火燃焼を行う内燃機関に比
べ出力を向上できないという問題点があった。本発明は
このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、
燃料改質条件を変化させることにより機関に供給する燃
料組成を変化させ、排気性能、熱効率または機関出力を
向上する上で理想的な内燃機関を提供することを目的と
する。
However, in such a conventional internal combustion engine, FIG. 13 (source: "Research on Combustion Technology of Methanol Reformed Fuel Engine", KUBOTA TECHNICA) in a region where the engine load is low.
L REPORT No. 33, 1997, as the excess air ratio increases and the combustion becomes leaner,
Although emissions O x is reduced, increased emissions of carbon monoxide (CO), it was impossible improving the thermal efficiency with the exhaust performance deteriorates. Further, in a conventional general internal combustion engine that performs compression ignition combustion, there is a problem that the output cannot be improved in an area where the load of the engine is high as compared with an internal combustion engine that performs spark ignition combustion. The present invention has been made in view of such conventional problems,
It is an object of the present invention to provide an internal combustion engine that is ideal for improving exhaust performance, thermal efficiency, or engine output by changing fuel composition supplied to the engine by changing fuel reforming conditions.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明請求項1記載の内
燃機関は、燃料供給装置から供給された液体燃料または
ガス燃料を燃焼させて運転を行う内燃機関において、前
記内燃機関の運転状態が低負荷の場合には圧縮着火用燃
料を前記内燃機関に供給して圧縮着火によって燃焼さ
せ、前記内燃機関の運転状態が中負荷以上の場合には火
花点火用燃料を前記内燃機関に供給して火花点火によっ
て燃焼させる構成となっている。請求項2記載の内燃機
関は、請求項1記載の発明において、前記燃料供給装置
は燃料の組成を改質する燃料改質器を有するものであっ
て、前記液体燃料は炭化水素系の燃料であって、前記ガ
ス燃料は前記液体燃料を燃料改質器で改質した改質燃料
である構成となっている。請求項3記載の内燃機関は、
請求項2記載の発明において、前記炭化水素系燃料がア
ルコール系燃料であって、前記燃焼が圧縮着火による燃
焼である場合は、圧縮着火用燃料としてアルコール系燃
料を改質した高セタン価燃料を内燃機関に供給し、前記
燃焼が火花点火による燃焼である場合は、火花点火用燃
料としてアルコール系燃料を水素を主成分に改質した燃
料、またはアルコール燃料の少なくとも一方を供給する
構成となっている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an internal combustion engine which operates by burning liquid fuel or gas fuel supplied from a fuel supply device. When the load is low, compression ignition fuel is supplied to the internal combustion engine to be burned by compression ignition, and when the operation state of the internal combustion engine is medium load or higher, spark ignition fuel is supplied to the internal combustion engine. It is configured to burn by spark ignition. According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the fuel supply device has a fuel reformer for reforming a fuel composition, and the liquid fuel is a hydrocarbon-based fuel. The gas fuel is a reformed fuel obtained by reforming the liquid fuel with a fuel reformer. The internal combustion engine according to claim 3 is
In the invention according to claim 2, when the hydrocarbon-based fuel is an alcohol-based fuel and the combustion is combustion by compression ignition, a high cetane number fuel obtained by reforming the alcohol-based fuel as the compression ignition fuel is used. When the fuel is supplied to an internal combustion engine and the combustion is performed by spark ignition, at least one of a fuel obtained by reforming an alcohol-based fuel with hydrogen as a main component as a spark ignition fuel or an alcohol fuel is supplied. I have.

【0005】請求項4記載の内燃機関は、請求項2記載
の発明において、前記炭化水素系燃料が軽油燃料であっ
て、前記燃焼が圧縮着火による燃焼である場合は、圧縮
着火用燃料として軽油燃料を内燃機関に供給し、前記燃
焼が火花点火による燃焼である場合は、火花点火用燃料
として軽油燃料を水素を主成分に改質した燃料、または
高オクタン価燃料に改質した燃料の少なくとも一方を供
給する構成となっている。請求項5記載の内燃機関は、
請求項2から4のいずれかに記載の発明において、前記
燃料改質器が予め設定した改質条件を満たさない場合に
は、改質前燃料を内燃機関に供給する構成となってい
る。請求項6記載の内燃機関は、請求項2から5のいず
れかに記載の発明において、前記燃料改質器内の改質温
度を制御することにより、改質燃料の組成を制御する構
成となっている。請求項7記載の内燃機関は、請求項2
から6のいずれかに記載の発明において、機関の吸気管
に吸入空気量を調整する流量調整弁を備えるとともに、
この流量調整弁の開度を燃焼形態の切替えに応じて制御
する構成となっている。
According to a fourth aspect of the present invention, when the hydrocarbon-based fuel is light oil fuel and the combustion is compression ignition combustion, light oil is used as the compression ignition fuel. When the fuel is supplied to the internal combustion engine and the combustion is combustion by spark ignition, at least one of a fuel obtained by reforming light oil fuel with hydrogen as a main component or a fuel obtained by reforming the fuel into a high octane number fuel as a fuel for spark ignition. Is supplied. The internal combustion engine according to claim 5 is
In the invention according to any one of claims 2 to 4, when the fuel reformer does not satisfy a preset reforming condition, the fuel before reforming is supplied to the internal combustion engine. According to a sixth aspect of the present invention, in the internal combustion engine according to any one of the second to fifth aspects, the composition of the reformed fuel is controlled by controlling a reforming temperature in the fuel reformer. ing. An internal combustion engine according to a seventh aspect is the second aspect.
The invention according to any one of the above-mentioned items, wherein the engine includes a flow control valve for adjusting an intake air amount in an intake pipe of the engine,
The opening degree of the flow control valve is controlled in accordance with the switching of the combustion mode.

【0006】[0006]

【発明の効果】本発明請求項1記載の内燃機関による
と、内燃機関の負荷に適した組成の燃料と燃焼により、
排気性能や熱効率および出力を向上できる。請求項2記
載の発明によると、燃料供給装置に備えた燃料改質器に
より燃料の組成を変化させ、内燃機関の負荷に適した組
成の燃料を内燃機関に供給できる。請求項3記載の発明
によると、アルコール系燃料において、圧縮着火による
燃焼時は窒素酸化物および一酸化炭素の排出量を低減す
ると同時に熱効率を向上することができ、火花点火によ
る燃焼時は排気性能または機関出力を確保することがで
きる。請求項4記載の発明によると、軽油燃料におい
て、圧縮着火による燃焼時は熱効率の高い運転を行うこ
とができ、火花点火による燃焼時は排気性能または機関
出力を向上することができる。請求項5記載の発明によ
ると、燃料改質器が予め設定した改質条件を満たさない
場合には、改質前燃料を内燃機関に供給することにより
安定した内燃機関の運転ができる。請求項6記載の発明
によると、改質温度を変えることによって、組成の異な
る燃料を生成できる。請求項7記載の発明によると、圧
縮着火による燃焼と火花点火による燃焼の燃焼形態を切
替える際のトルク段差を解消できる。
According to the internal combustion engine according to the first aspect of the present invention, the fuel and the combustion having the composition suitable for the load of the internal combustion engine can be used.
Exhaust performance, thermal efficiency and output can be improved. According to the second aspect of the present invention, the composition of the fuel can be changed by the fuel reformer provided in the fuel supply device, and the fuel having a composition suitable for the load of the internal combustion engine can be supplied to the internal combustion engine. According to the third aspect of the invention, in the case of alcohol fuel, the thermal efficiency can be improved while reducing the emission of nitrogen oxides and carbon monoxide at the time of combustion by compression ignition, and the exhaust performance can be improved at the time of combustion by spark ignition. Alternatively, engine output can be secured. According to the fourth aspect of the invention, in the case of light oil fuel, operation with high thermal efficiency can be performed during combustion by compression ignition, and exhaust performance or engine output can be improved during combustion by spark ignition. According to the fifth aspect of the invention, when the fuel reformer does not satisfy the preset reforming condition, the internal combustion engine can be stably operated by supplying the fuel before reforming to the internal combustion engine. According to the sixth aspect of the invention, by changing the reforming temperature, fuels having different compositions can be generated. According to the seventh aspect of the present invention, it is possible to eliminate a torque step when switching the combustion mode between combustion by compression ignition and combustion by spark ignition.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】炭化水素系燃料のうちアルコール
系燃料での一例としてメタノール燃料、炭化水素系燃料
の一例として軽油燃料を例にとり、本発明の基本概念を
図1に示す。図1(a)に示すように、燃料がメタノー
ルの場合であって、機関の運転状態が低負荷の場合に
は、ジメチルエーテルを多く含む、例えばセタン価40
程度かそれ以上の高セタン価の改質燃料により圧縮着火
による燃焼(以下、圧縮着火燃焼)を行い、中負荷の場
合にはH2 ,COを多く含む改質燃料とメタノール燃料
により火花点火による燃焼(以下、火花点火燃焼)を行
い、高負荷の場合には、例えばオクタン価100程度か
それ以上の高オクタン価のメタノール燃料により火花点
火燃焼を行う。また、図1(b)に示すように、燃料が
軽油の場合であって、機関の運転状態が低負荷の場合に
は、例えば、セタン価40程度かそれ以上の高セタン価
の軽油燃料により圧縮着火燃焼を行い、中負荷の場合に
は、軽油を改質したH2 ,COを多く含む改質燃料と高
オクタン価の燃料による火花点火燃焼を行い、高負荷の
場合には、軽油を改質した例えばオクタン価100程度
かそれ以上の高オクタン価の燃料により火花点火燃焼を
行う。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The basic concept of the present invention is shown in FIG. 1 by taking methanol fuel as an example of an alcohol fuel among hydrocarbon fuels and light oil fuel as an example of a hydrocarbon fuel. As shown in FIG. 1A, when the fuel is methanol and the operating state of the engine is a low load, the fuel contains a large amount of dimethyl ether, for example, a cetane number of 40.
Combustion by compression ignition (hereinafter referred to as compression ignition combustion) is performed with a high or higher cetane number reformed fuel, and in the case of a medium load, spark ignition is performed by a reformed fuel containing a large amount of H 2 and CO and methanol fuel. Combustion (hereinafter, spark ignition combustion) is performed. In the case of a high load, spark ignition combustion is performed using methanol fuel having a high octane number of, for example, about 100 or more. Further, as shown in FIG. 1B, when the fuel is light oil and the operation state of the engine is a low load, for example, a light oil fuel having a high cetane number of about 40 or more is used. Compression ignition combustion is performed. In the case of a medium load, spark ignition combustion is performed with a reformed fuel containing a large amount of H 2 and CO reformed from light oil and a high octane number fuel. Spark ignition combustion is performed by using high quality octane number fuel having an octane number of about 100 or more.

【0008】以下、上記基本概念に基づく本発明の実施
の形態を詳細に説明する。 <実施の形態1>図2は本発明の内燃機関の実施の形態
1の構成図である。本実施の形態は、炭化水素系燃料と
してメタノール燃料を使用している。内燃機関1の排気
管2に改質器3を装着し、排気熱を利用して燃料の改質
を行う。バイパスバルブ4は改質器3への排気ガス流入
量を調整するように、改質器3をバイパスする排気管2
に構成されている。燃料タンク5より燃料ポンプ6で圧
送したメタノール燃料は、改質器3により改質され、改
質された燃料は改質温度に応じて、切替えバルブ7を切
替えることにより、貯蔵器a,貯蔵器bに供給され、運
転条件に応じて、切替えバルブ8を切替えることによ
り、貯蔵器a,貯蔵器bの改質燃料をレギュレータ9を
介し、改質燃料噴射弁10から内燃機関1の筒内に供給
するように構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention based on the above basic concept will be described in detail. <First Embodiment> FIG. 2 is a configuration diagram of an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention. In this embodiment, methanol fuel is used as the hydrocarbon fuel. The reformer 3 is mounted on the exhaust pipe 2 of the internal combustion engine 1 and reforms the fuel using the exhaust heat. The bypass valve 4 controls the exhaust pipe 2 that bypasses the reformer 3 so that the amount of exhaust gas flowing into the reformer 3 is adjusted.
Is configured. The methanol fuel pumped from the fuel tank 5 by the fuel pump 6 is reformed by the reformer 3, and the reformed fuel is switched by switching the switching valve 7 in accordance with the reforming temperature, thereby storing the reservoirs a and the reservoirs. b, and the switching valve 8 is switched in accordance with the operating conditions, so that the reformed fuel in the reservoirs a and b is supplied from the reformed fuel injection valve 10 into the cylinder of the internal combustion engine 1 via the regulator 9. It is configured to supply.

【0009】また、本実施の形態では、前記燃料供給系
と別系統の燃料供給系を備え、燃料タンク5より燃料ポ
ンプ6で圧送されたメタノール燃料がレギュレータ11
を介し、内燃機関1の吸気管12に設けられたメタノー
ル燃料噴射弁13により、運転状況に応じて内燃機関1
に供給されるように構成されている。コントローラ14
は、イグニッションスイッチ15からの始動情報、内燃
機関回転検出器16からの回転数情報、内燃機関水温セ
ンサ17からの温度情報、改質器内温度センサ18から
の温度情報、アクセルペダル開度センサ19からの開度
情報、圧力センサ20,21による貯蔵器a,bの圧力
情報が入力されるとともに、燃料ポンプ6、点火プラグ
22、改質燃料噴射弁10、メタノール燃料噴射弁1
3、バイパスバルブ4および吸気管12に取り付けられ
た電制スロットル23、および切替えバルブ7,8に制
御信号を出力する。これにより、コントローラ14は、
内燃機関1の運転状態に応じて燃料組成の異なる燃料を
供給すると共に、圧縮着火燃焼と火花点火燃焼とを切替
え、内燃機関を運転するように構成されている。
In this embodiment, the fuel supply system is provided separately from the fuel supply system, and methanol fuel pumped from the fuel tank 5 by the fuel pump 6 is supplied to the regulator 11.
Via a methanol fuel injection valve 13 provided in an intake pipe 12 of the internal combustion engine 1 in accordance with an operating condition.
Is configured to be supplied. Controller 14
Are the start information from the ignition switch 15, the rotation speed information from the internal combustion engine rotation detector 16, the temperature information from the internal combustion engine water temperature sensor 17, the temperature information from the temperature sensor 18 in the reformer, the accelerator pedal opening sensor 19 , The pressure information of the reservoirs a and b by the pressure sensors 20 and 21 and the fuel pump 6, the spark plug 22, the reformed fuel injection valve 10, and the methanol fuel injection valve 1.
3. Output control signals to the bypass valve 4, the electronically controlled throttle 23 attached to the intake pipe 12, and the switching valves 7, 8. Thereby, the controller 14
The engine is configured to supply fuel having a different fuel composition according to the operation state of the internal combustion engine 1 and to switch between compression ignition combustion and spark ignition combustion to operate the internal combustion engine.

【0010】次に、メタノール燃料を改質した改質燃料
による圧縮着火燃焼について説明する。図3に燃料がメ
タノール燃料である場合の、改質温度と改質燃料組成の
関係を示す。改質温度が高い場合には、改質燃料の組成
は、主にH2 とCOとで構成されるが、改質温度が低く
一定の範囲内のある場合にはジメチルエーテルを多く含
む改質燃料で構成される。ここでジメチルエーテルはセ
タン価が高いため、ジメチルエーテルを多く含む改質燃
料もセタン価が向上する。本実施の形態では、機関の運
転状態が低負荷の場合にジメチルエーテルを多く含む改
質燃料(以下改質燃料Aと称す)を機関に供給して圧縮
着火燃焼を行い、機関の運転状態が中負荷の場合には、
2 ,COを多く含む改質燃料(以下改質燃料Bと称
す)とメタノール燃料とを機関に供給して火花点火燃焼
を行い、機関の運転状態が高負荷の場合には、メタノー
ル燃料を機関に供給して火花点火燃焼を行うよう構成さ
れている。
Next, the compression ignition combustion using the reformed fuel obtained by reforming the methanol fuel will be described. FIG. 3 shows the relationship between the reforming temperature and the reformed fuel composition when the fuel is methanol fuel. When the reforming temperature is high, the composition of the reformed fuel is mainly composed of H 2 and CO, but when the reforming temperature is low and within a certain range, the reformed fuel containing a large amount of dimethyl ether It consists of. Since dimethyl ether has a high cetane number, reformed fuel containing a large amount of dimethyl ether also has an improved cetane number. In the present embodiment, when the operating state of the engine is low load, reformed fuel containing a large amount of dimethyl ether (hereinafter referred to as reformed fuel A) is supplied to the engine to perform compression ignition combustion, and the operating state of the engine is medium. In the case of load,
A reformed fuel containing a large amount of H 2 and CO (hereinafter referred to as “reformed fuel B”) and methanol fuel are supplied to the engine to perform spark ignition combustion, and when the operating state of the engine is high, the methanol fuel is supplied. The engine is configured to be supplied to the engine to perform spark ignition combustion.

【0011】ここで、前述のように機関の運転状態が低
負荷の場合においては、改質燃料Aによって圧縮着火燃
焼を行うが、圧縮着火燃焼は自己着火燃焼であるため、
火花点火燃焼に比べ着火点が多く、火花点火燃焼の火炎
伝播燃焼のように火炎が伝播しきれなくなり一酸化炭素
が燃え残る現象はないため、一酸化炭素排出量を大幅に
低減することができる。このため、圧縮着火燃焼を行う
ことで、一酸化炭素排出量が低減でき、同時に一酸化炭
素排出量の増加により制限されていた改質燃料による希
薄燃焼域が拡大できるため、従来よりも希薄燃焼が可能
になり、機関の熱効率を向上できる。また、圧縮着火燃
焼は、着火性を表す指標であるセタン価の高い燃料を使
用することによって行うことができる。
Here, when the operating state of the engine is low load as described above, the compression ignition combustion is performed by the reformed fuel A. However, since the compression ignition combustion is the self-ignition combustion,
The ignition point is higher than that of spark ignition combustion, and there is no phenomenon that the flame cannot be completely propagated and carbon monoxide remains unburned as in the flame propagation combustion of spark ignition combustion, so that the amount of carbon monoxide emission can be significantly reduced. Therefore, by performing compression ignition combustion, the amount of carbon monoxide emission can be reduced, and at the same time, the lean burn range of reformed fuel, which has been limited by the increase in carbon monoxide emission, can be expanded. And the thermal efficiency of the engine can be improved. Further, compression ignition combustion can be performed by using a fuel having a high cetane number, which is an index indicating ignitability.

【0012】また、機関の運転状態が中負荷の場合に
は、H2 ,COを多く含む改質燃料Bとメタノール燃料
による火花点火燃焼を行うことにより、NOx 排出量を
低減して、排気性能を向上することができ、機関の運転
状態が高負荷の場合には、メタノール燃料による火花点
火燃焼を行うことにより、機関が要求する高出力を確保
することができる。なお、メタノール燃料は高オクタン
価燃料であるため、改質燃料による圧縮着火燃焼で機関
が高い圧縮比で構成されても、ノッキングすることなく
安定した火花点火燃焼が可能である。
When the operating state of the engine is a medium load, spark ignition combustion is carried out with a reformed fuel B containing a large amount of H 2 and CO and a methanol fuel to reduce NO x emissions and reduce exhaust gas. The performance can be improved, and when the operating state of the engine is high load, high output required by the engine can be secured by performing spark ignition combustion with methanol fuel. Since methanol fuel is a high octane fuel, even if the engine is configured with a high compression ratio by compression ignition combustion using reformed fuel, stable spark ignition combustion is possible without knocking.

【0013】次に、本実施の形態において、改質器3に
よる燃料生成と、圧縮着火燃焼と火花点火燃焼との切替
えを行うコントローラ14の制御方法を図4に示すフロ
ーチャートにより説明する。図4に示すフローチャート
においてステップ10(図中にはS10と記す。以下同
様)ではメタノール燃料による機関の始動に備え初期化
処理を行う。すなわち、イグニッションスイッチ15の
ONに連動して、改質燃料噴射弁10を閉とし、燃料ポ
ンプ6をONにし、内燃機関水温センサ17から内燃機
関1の水温を計測し、温度に応じてメタノール燃料噴射
弁13の始動時の噴射期間および噴射時期を設定し、点
火プラグ22の点火時期を設定する。また、始動後に改
質器3の温度を早く上昇させるため、バイパスバルブ4
を全閉にする。この状態でスタータをONにして、メタ
ノール燃料を噴射し、点火プラグ22を点火して始動す
る。ステップ20では、メタノール燃料を継続して供給
し、機関の運転を行う。ここでは、貯蔵器a,b内の改
質燃料が、機関に供給できる状態になければ機関の負荷
に関わらずメタノール燃料で火花点火燃焼を行う。ステ
ップ21では、貯蔵器内の圧力制御を行う以下に続くス
テップに備えて、貯蔵器a,b内の圧力を計測し、それ
ぞれPa1、Pb1として記憶する。ステップ22で
は、内燃機関停止(イグニッションスイッチOFF)を
判定し、内燃機関停止でない場合にはステップ40へ進
む。内燃機関停止の場合には、ステップ23で、メタノ
ール燃料噴射弁13および、改質燃料噴射弁10を閉と
し、燃料ポンプ6をOFFにする等の停止処理を行い、
制御を終了する。
Next, in this embodiment, a control method of the controller 14 for performing fuel generation by the reformer 3 and switching between compression ignition combustion and spark ignition combustion will be described with reference to a flowchart shown in FIG. In the flowchart shown in FIG. 4, in step 10 (referred to as S10 in the figure, the same applies hereinafter), an initialization process is performed in preparation for starting the engine with methanol fuel. That is, in conjunction with the turning on of the ignition switch 15, the reforming fuel injection valve 10 is closed, the fuel pump 6 is turned on, the water temperature of the internal combustion engine 1 is measured from the water temperature sensor 17 of the internal combustion engine, and methanol fuel is measured in accordance with the temperature. The injection period and the injection timing at the time of starting the injection valve 13 are set, and the ignition timing of the ignition plug 22 is set. Further, in order to quickly raise the temperature of the reformer 3 after the start, the bypass valve 4
Is fully closed. In this state, the starter is turned on, methanol fuel is injected, and the ignition plug 22 is ignited to start. In step 20, the engine is operated by continuously supplying methanol fuel. Here, if the reformed fuel in the reservoirs a and b is not in a state where it can be supplied to the engine, spark ignition combustion is performed with methanol fuel regardless of the load on the engine. In step 21, the pressures in the reservoirs a and b are measured and stored as Pa1 and Pb1, respectively, in preparation for the following step of performing pressure control in the reservoirs. In step 22, it is determined that the internal combustion engine is stopped (ignition switch OFF). If the internal combustion engine is not stopped, the process proceeds to step 40. In the case of stopping the internal combustion engine, in step 23, stop processing such as closing the methanol fuel injection valve 13 and the reformed fuel injection valve 10 and turning off the fuel pump 6 is performed.
The control ends.

【0014】ステップ40、ステップ60、ステップ8
0およびステップ90は内燃機関1に改質燃料を安定し
て供給できるように、改質燃料を生成して貯蔵器a,b
内に改質燃料を貯蔵するためのものである。すなわち、
ステップ40で貯蔵器内圧力Pa,Pbが上限値以下の
場合には、ステップ60でバイパスバルブ4の開度を制
御して、改質温度Trが設定値1から設定値2の範囲に
なるようにして、改質燃料Aを生成し貯蔵器aに供給
し、同様に設定値3から設定値4の範囲になるようにし
て改質燃料Bを生成し貯蔵器bに供給し、貯蔵器a,b
内の圧力が共に上限値以下、下限値以上になるように改
質燃料の生成を制御する。ステップ90では、改質燃料
の圧力が下限値以上であれば、機関に燃料を供給できる
状態であるので、ステップ100へ進み、改質燃料を生
成しながら機関の負荷に応じて改質燃料を供給する。ま
た、ステップ80では、貯蔵器内圧力が上限値以上の場
合には改質燃料を生成せず、ステップ100へ進む。な
お、ステップ60での改質燃料の生成制御については後
述する。
Step 40, Step 60, Step 8
0 and step 90 generate reformed fuel and store the reservoirs a and b so that the reformed fuel can be stably supplied to the internal combustion engine 1.
For storing reformed fuel therein. That is,
If the pressures Pa and Pb in the reservoirs are equal to or lower than the upper limit values in step 40, the opening degree of the bypass valve 4 is controlled in step 60 so that the reforming temperature Tr falls within the range from the set value 1 to the set value 2. Then, the reformed fuel A is generated and supplied to the storage a, and similarly, the reformed fuel B is generated so as to be in the range of the set value 3 to the set value 4, and is supplied to the storage b. , B
The generation of the reformed fuel is controlled so that the pressures inside are both below the upper limit and above the lower limit. In step 90, if the pressure of the reformed fuel is equal to or higher than the lower limit value, the fuel can be supplied to the engine. Supply. In step 80, if the pressure in the storage is equal to or higher than the upper limit, the process proceeds to step 100 without generating reformed fuel. The generation control of the reformed fuel in step 60 will be described later.

【0015】ステップ100では、内燃機関1の負荷
が、低負荷か中負荷か高負荷かを判断し、低負荷の場合
にはステップ110で改質燃料Aで圧縮着火燃焼を行
い、中負荷の場合には、ステップ120へ進み改質燃料
Bとメタノール燃料で火花点火燃焼を行う。高負荷の場
合には、ステップ130へ進みメタノール燃料で火花点
火燃焼を行う。ここで、ステップ100では、内燃機関
1の回転数、アクセルペダル開度から推定したトルクに
より定められたマップによって負荷を判断する。ステッ
プ110では、火花点火燃焼から圧縮着火燃焼に切替え
る場合があるので、内燃機関1のトルク段差が発生しな
いように電制スロットル開度を制御する。すなわち、同
一負荷において、圧縮着火燃焼時はスロットル開度が大
きく、火花点火燃焼時はスロットル開度が絞られている
ため、要求される空気量に大きな差が生じており、圧縮
着火燃焼と火花点火燃焼の燃焼形態切替え時の大きなト
ルク段差を解消するため、スロットル開度を修正する。
ここでは、内燃機関1の運転状態と、燃焼形態により定
められたマップによりスロットル開度を読み取り、燃焼
形態を切替える際にスロットル開度を切替え、トルク段
差を解消する。
In step 100, it is determined whether the load of the internal combustion engine 1 is low load, medium load or high load. If the load is low, compression ignition combustion is performed with the reformed fuel A in step 110, In this case, the routine proceeds to step 120, where spark ignition combustion is performed using the reformed fuel B and the methanol fuel. If the load is high, the routine proceeds to step 130, where spark ignition combustion is performed with methanol fuel. Here, in step 100, the load is determined based on a map determined based on the rotational speed of the internal combustion engine 1 and the torque estimated from the accelerator pedal opening. In step 110, since there is a case where the mode is switched from spark ignition combustion to compression ignition combustion, the electronically controlled throttle opening is controlled so that a torque step of the internal combustion engine 1 does not occur. That is, at the same load, the throttle opening is large during compression ignition combustion, and the throttle opening is narrowed during spark ignition combustion. The throttle opening is modified to eliminate a large torque step when switching the combustion mode of ignition combustion.
Here, the throttle opening is read based on a map determined by the operating state of the internal combustion engine 1 and the combustion mode, and the throttle opening is switched when the combustion mode is switched to eliminate the torque step.

【0016】また、前記制御に続きステップ110で
は、改質燃料Aを機関に供給するために、切替えバルブ
8を切替え、メタノール燃料噴射弁13を閉じると同時
に改質燃料噴射弁10を開き、改質燃料Aを内燃機関1
内に供給して圧縮着火燃焼により機関運転を行う。ここ
で、改質燃料噴射弁10は内燃機関1の運転状態に応じ
た噴射期間で改質燃料を供給する。以上により低負荷時
に高セタン価の改質燃料A(セタン価40以上)を供給
し、圧縮着火燃焼を行うことができる。ステップ12
0、ステップ130においても、ステップ110と同様
の理由で、燃焼形態を切替える際に内燃機関1のトルク
段差が発生しないように、スロットル開度を制御する。
また、ステップ120では、改質燃料Bとメタノール燃
料を機関に供給するために、切替えバルブ8を切替え、
改質燃料噴射弁10とメタノール燃料噴射弁13を同時
に開き、改質燃料Bとメタノール燃料を内燃機関1内に
供給して火花点火燃焼により機関運転を行う。ここで、
改質燃料噴射弁10とメタノール燃料噴射弁13とは内
燃機関1の運転状態に応じた噴射量および、噴射期間で
改質燃料を供給すると同時に、点火プラグ22は内燃機
関1の運転状態に応じた点火時期で点火する。以上によ
り中負荷時に改質燃料Bとメタノール燃料を供給し、火
花点火燃焼を行うことができる。
In step 110 following the above control, in order to supply the reformed fuel A to the engine, the switching valve 8 is switched, the methanol fuel injection valve 13 is closed, and at the same time the reformed fuel injection valve 10 is opened. High quality fuel A to internal combustion engine 1
The engine is operated by compression ignition combustion. Here, the reformed fuel injection valve 10 supplies the reformed fuel in an injection period according to the operation state of the internal combustion engine 1. As described above, the reformed fuel A having a high cetane number (cetane number 40 or more) can be supplied at a low load to perform compression ignition combustion. Step 12
0, also in step 130, for the same reason as in step 110, the throttle opening is controlled so that a torque step of the internal combustion engine 1 does not occur when switching the combustion mode.
In step 120, the switching valve 8 is switched to supply the reformed fuel B and the methanol fuel to the engine,
The reformed fuel injection valve 10 and the methanol fuel injection valve 13 are simultaneously opened, the reformed fuel B and the methanol fuel are supplied into the internal combustion engine 1 and the engine is operated by spark ignition combustion. here,
The reformed fuel injection valve 10 and the methanol fuel injection valve 13 supply the injection amount according to the operation state of the internal combustion engine 1 and the reformed fuel during the injection period, and the ignition plug 22 operates according to the operation state of the internal combustion engine 1. Ignition at the ignition timing. As described above, the reformed fuel B and the methanol fuel can be supplied at the time of medium load, and spark ignition combustion can be performed.

【0017】また、ステップ130では、メタノール燃
料を機関に供給するために、改質燃料噴射弁10を閉じ
ると同時にメタノール燃料噴射弁13を開き、メタノー
ル燃料を内燃機関1内に供給して火花点火燃焼により機
関運転を行う。ここで、メタノール燃料噴射弁13は内
燃機関1の運転状態に応じた噴射量および、噴射期間で
改質燃料を供給すると同時に、点火プラグ22は内燃機
関1の運転状態に応じた点火時期で点火する。以上によ
り高負荷時に高オクタン価(オクタン価120程度)の
メタノール燃料を供給し、火花点火燃焼を行うことがで
きる。
In step 130, in order to supply methanol fuel to the engine, the reformed fuel injection valve 10 is closed and the methanol fuel injection valve 13 is opened at the same time to supply methanol fuel into the internal combustion engine 1 and spark ignition. The engine is operated by combustion. Here, the methanol fuel injection valve 13 supplies the reforming fuel during the injection period and the injection amount according to the operation state of the internal combustion engine 1, and the ignition plug 22 ignites at the ignition timing according to the operation state of the internal combustion engine 1. I do. As described above, at high load, methanol fuel having a high octane number (about 120 octane number) can be supplied to perform spark ignition combustion.

【0018】ここで、ステップ60での、改質燃料A,
Bの生成制御方法の一例を図5の制御サブフローチャー
トに基づき説明する。改質燃料A,Bの貯蔵量が十分で
なく、貯蔵器a,bの圧力が上限に満たない場合には、
貯蔵器圧力が低い方の貯蔵器から順に改質燃料の供給を
行う。ここで、どちらかの貯蔵器で一度改質を始めれ
ば、貯蔵器の圧力が、改質を始める前に計測した圧力に
対して、一定の圧力だけ上昇するか、または上限値に達
するまで改質を続ける。どちらか一方が満たされれば、
再び貯蔵器圧力が低い方の貯蔵器から、改質燃料の供給
を繰り返し、貯蔵器a,b内に改質燃料が常に貯蔵され
るようにしておく。具体的には、ステップ40で改質燃
料A,Bの貯蔵量が十分でなく、貯蔵器a,bの圧力が
上限に満たない場合には、ステップ62で貯蔵器圧力が
低い方の貯蔵器へ、改質燃料の供給を行うべく進む。こ
こで、例えば貯蔵器aの圧力の方が低い場合にはステッ
プ63へ進み、バイパスバルブ4の開度を調整し、ステ
ップ64で改質温度Trを、図3に示す設定値1aと2
aとの間に制御できた場合には、ステップ65へ進み、
改質燃料Aを生成する。ここでバルブ開度を調整しても
改質温度が設定値内に制御できなかった場合にはステッ
プ66へ進み、改質燃料を生成せずにステップ67へ進
む。
Here, the reformed fuels A,
An example of the generation control method of B will be described based on the control sub-flowchart of FIG. When the storage amounts of the reformed fuels A and B are not enough and the pressures of the storages a and b are less than the upper limit,
The reformed fuel is supplied in order from the lower reservoir pressure. Here, once reforming is started in either of the reservoirs, the pressure in the reservoir rises by a certain pressure relative to the pressure measured before the reforming is started, or until the pressure reaches the upper limit. Continue quality. If either one is satisfied,
The supply of the reformed fuel is repeated from the lower reservoir pressure of the reservoir again so that the reformed fuel is always stored in the reservoirs a and b. More specifically, if the storage amounts of the reformed fuels A and B are not sufficient at step 40 and the pressures of the storages a and b are less than the upper limit, the storage at the lower storage pressure is determined at step 62. To proceed to supply reformed fuel. Here, for example, when the pressure of the reservoir a is lower, the process proceeds to step 63, where the opening degree of the bypass valve 4 is adjusted, and in step 64, the reforming temperature Tr is set to the set values 1a and 2 shown in FIG.
If it is possible to control the distance to a, the process proceeds to step 65,
The reformed fuel A is generated. If the reforming temperature cannot be controlled within the set value even if the valve opening is adjusted, the process proceeds to step 66, and proceeds to step 67 without generating reformed fuel.

【0019】ステップ67では、改質を始める前に図4
のステップ21で計測した圧力Pa1が一定の圧力ΔP
だけ上昇するまで、または貯蔵器内の圧力が上限値に達
するまで図4に示すメインフローチャートで繰り返し制
御を続け、どちらか一方の条件が満たされれば、ステッ
プ62へ戻り、再び貯蔵器圧力が低い方の貯蔵器へ改質
燃料の供給をするように制御する。ここでステップ68
では、ステップ21で記憶した圧力Pa1を更新して記
憶する。
In step 67, before starting reforming, FIG.
The pressure Pa1 measured in step 21 is a constant pressure ΔP
Until the pressure in the reservoir reaches the upper limit value, the control is repeatedly performed in the main flowchart shown in FIG. 4. If either one of the conditions is satisfied, the process returns to step 62, and the reservoir pressure is again reduced. Control to supply reformed fuel to the other reservoir. Here step 68
Then, the pressure Pa1 stored in step 21 is updated and stored.

【0020】一方、貯蔵器bの圧力の方が低かった場合
にはステップ73から78によって同様の制御を行い、
貯蔵器a,b内に改質燃料が常に貯蔵されるようにして
おく。なお、改質燃料の生成制御方法は、本実施の形態
に限らない。すなわち、ステップ74にて、図3に示す
設定値3aと4aとの間に制御できた場合には、ステッ
プ75へ進み、改質燃料Bを生成する。
On the other hand, if the pressure in the storage b is lower, the same control is performed in steps 73 to 78,
The reformed fuel is always stored in the storages a and b. The method of controlling the generation of the reformed fuel is not limited to the present embodiment. That is, if the control can be performed between the set values 3a and 4a shown in FIG. 3 in step 74, the process proceeds to step 75, and the reformed fuel B is generated.

【0021】以上のように、コントローラ14で燃焼形
態切替え制御と低負荷時に高セタン価の改質燃料Aを供
給し、中負荷時には改質燃料Bとメタノール燃料を供給
し、高負荷時には、高オクタン価のメタノール燃料を供
給する制御ができる。これまで説明してきたように、機
関の運転状態が低負荷の場合には高セタン価のジメチル
エーテルを多く含む改質燃料による圧縮着火燃焼によっ
て、排気性能および熱効率の大幅な向上が達成でき、機
関の運転状態が中負荷の場合には、H 2 ,COを多く含
む改質燃料とメタノール燃料による火花点火燃焼を行う
ことにより、NOx 排出量を低減して排気性能を向上す
ることができ、機関の運転状態が高負荷の場合には高オ
クタン価のメタノール燃料による火花点火燃焼によっ
て、機関が要求する高い出力を得ることができる。
As described above, the combustion type is controlled by the controller 14.
Supply of high-cetane number reformed fuel A at low load
Supply, reformed fuel B and methanol fuel at medium load
At high loads, high octane methanol fuel is supplied.
Supply control. As explained so far,
When the operating condition of the Seki is low load, high cetane number dimethyl
Compression ignition combustion with a reformate containing a lot of ether
Exhaust performance and thermal efficiency can be greatly improved.
If the operation state of the Seki is medium load, H Two , CO-rich
Performs spark ignition combustion with reformed fuel and methanol fuel
NOx Improve exhaust performance by reducing emissions
When the engine is under heavy load,
Spark ignition combustion using methanol fuel with butane number
As a result, a high output required by the engine can be obtained.

【0022】<実施の形態2>図6は本発明の内燃機関
の実施の形態2の構成図である。本実施の形態は、内燃
機関に供給する炭化水素系燃料として軽油燃料を使用し
ている。なお、本実施の形態において実施の形態1と同
一構成のものには同一の符号を付してその説明は省略す
る。本実施の形態の構成が実施の形態1と異なる点は、
燃料タンク5内の燃料が軽油であり、軽油から生成され
た改質燃料は、改質温度に応じて切替えバルブ7を切替
えることにより、貯蔵器c、貯蔵器dに供給され、運転
条件に応じて、改質燃料を、レギュレータ24,25を
介して改質燃料噴射弁26,27から供給し、内燃機関
1で火花点火燃焼を行えるように構成している点であ
る。さらに、本実施の形態では、別系統の燃料供給系と
して、軽油燃料がレギュレータ28を介し、軽油燃料噴
射弁29から内燃機関1の筒内に供給され、圧縮着火燃
焼を行えるように構成されている。その他の構成は実施
の形態1と同等である。
<Embodiment 2> FIG. 6 is a block diagram of an internal combustion engine according to Embodiment 2 of the present invention. In the present embodiment, light oil fuel is used as the hydrocarbon fuel supplied to the internal combustion engine. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The difference between the configuration of the present embodiment and the first embodiment is that
The fuel in the fuel tank 5 is light oil, and the reformed fuel generated from the light oil is supplied to the storage c and the storage d by switching the switching valve 7 according to the reforming temperature, and according to the operating conditions. Thus, the reforming fuel is supplied from the reforming fuel injection valves 26 and 27 via the regulators 24 and 25 so that the internal combustion engine 1 can perform spark ignition combustion. Further, in the present embodiment, as a separate fuel supply system, light oil fuel is supplied from the light oil fuel injection valve 29 into the cylinder of the internal combustion engine 1 via the regulator 28, so that compression ignition combustion can be performed. I have. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

【0023】コントローラ14は、実施の形態1におけ
るメタノール噴射弁13、改質燃料噴射弁10に代り、
改質燃料噴射弁26,27、軽油燃料噴射弁29に制御
信号を出力する。また、コントローラ14は、切替えバ
ルブ7、改質燃料噴射弁26,27に制御信号を出力す
る以外の構成は基本的には実施の形態1と同等であり、
内燃機関1の運転状態に応じて燃料組成の異なる燃料を
供給すると共に、圧縮着火燃焼と火花点火燃焼を切替え
内燃機関1を運転するように構成されている。
The controller 14 replaces the methanol injection valve 13 and the reformed fuel injection valve 10 in the first embodiment.
Control signals are output to the reformed fuel injection valves 26 and 27 and the light oil fuel injection valve 29. The configuration of the controller 14 other than outputting control signals to the switching valve 7 and the reforming fuel injection valves 26 and 27 is basically the same as that of the first embodiment.
The system is configured to supply fuel having a different fuel composition in accordance with the operating state of the internal combustion engine 1 and to switch between compression ignition combustion and spark ignition combustion to operate the internal combustion engine 1.

【0024】次に、軽油燃料を改質した改質燃料による
火花点火燃焼について説明する。C1226で代表される
軽油燃料は、図7のパラフィン系炭化水素のアンチノッ
ク性と分子構造との関係にあるように、直鎖結合中の中
で最もC−C結合の弱い中央部のC−C結合を解くこと
で、炭素数の少ないC614(以下C6 と記す)で代表
される燃料にでき、アンチノック性を増加しオクタン価
を向上することができる。実際には、図8に示す軽油燃
料の場合の改質温度と改質燃料組成との関係にあるよう
に、設定値1bから2bの特定の温度範囲に改質温度を
制御することによって、前述した高オクタン価燃料(オ
クタン価100程度)であるC6 を多く生成することが
できる。また、設定値3bから4bの特定の温度範囲に
改質温度を制御することによってH2 ,COを多く含む
改質燃料を生成することができる。このため本実施の形
態では、機関の運転状態が低負荷の場合に軽油燃料(セ
タン価40以上)を機関に供給し圧縮着火燃焼を行い、
中負荷の場合には、軽油を改質したH2 ,COを多く含
む改質燃料(以下改質燃料Cと称す)とC6 を多く含む
高オクタン価の燃料を機関に供給し火花点火燃焼を行
い、機関の運転状態が高負荷の場合には、C6 を多く含
む高オクタン価燃料(以下改質燃料Dと称す)を機関に
供給して火花点火燃焼を行うように、機関の運転状態に
応じて供給する燃料の組成と燃焼形態を切替えるよう構
成している。
Next, the spark ignition combustion using the reformed fuel obtained by reforming the diesel fuel will be described. The light oil fuel represented by C 12 H 26 has the weakest C—C bond among straight chain bonds, as shown by the relationship between the antiknock property and the molecular structure of the paraffinic hydrocarbon in FIG. By dissolving the C—C bond, a fuel represented by C 6 H 14 having a small number of carbon atoms (hereinafter referred to as C 6 ) can be obtained, and the anti-knock property can be increased and the octane value can be improved. Actually, by controlling the reforming temperature in a specific temperature range from the set value 1b to 2b so as to have a relationship between the reforming temperature and the reformed fuel composition in the case of the light oil fuel shown in FIG. can be the generated number of C 6 a high-octane fuel (approximately octane 100). Further, by controlling the reforming temperature within a specific temperature range of the set values 3b to 4b, a reformed fuel containing a large amount of H 2 and CO can be generated. Therefore, in the present embodiment, when the operating state of the engine is low load, light oil fuel (cetane number 40 or more) is supplied to the engine to perform compression ignition combustion,
In the case of a medium load, a reformed fuel containing a large amount of H 2 and CO (hereinafter referred to as “reformed fuel C”) obtained by reforming light oil and a high octane number fuel containing a large amount of C 6 are supplied to the engine to perform spark ignition combustion. When the operating state of the engine is high load, the operating state of the engine is changed so that high octane fuel containing a large amount of C 6 (hereinafter referred to as reformed fuel D) is supplied to the engine to perform spark ignition combustion. The composition and the combustion mode of the fuel to be supplied are switched accordingly.

【0025】次に本実施の形態において、改質器3によ
る燃料生成と圧縮着火燃焼と火花点火燃料を切替える際
のコントローラ14による制御方法を図9に示すフロー
チャートにより説明する。図9に示すフローチャートに
おいて、ステップ210では軽油燃料による機関の始動
に備え初期化処理を行う。すなわち、イグニッションス
イッチ15のONに連動して、改質燃料噴射弁26,2
7を閉とし、燃料ポンプ6をONにし、内燃機関水温セ
ンサ17から内燃機関1の水温を計測し、内燃機関1の
温度に応じて軽油燃料噴射弁29の始動時の噴射期間お
よび噴射時期を設定する。また、始動後に改質器3の温
度を早く上昇させるため、バイパスバルブ4を全閉にす
る。この状態で、スタータをONにして、軽油燃料を噴
射して始動する。
Next, in this embodiment, a control method by the controller 14 when switching between fuel generation, compression ignition combustion, and spark ignition fuel by the reformer 3 will be described with reference to a flowchart shown in FIG. In the flowchart shown in FIG. 9, in step 210, an initialization process is performed in preparation for starting the engine using light oil fuel. That is, in conjunction with the turning on of the ignition switch 15, the reforming fuel injection valves 26, 2
7 is closed, the fuel pump 6 is turned on, the water temperature of the internal combustion engine 1 is measured from the internal combustion engine water temperature sensor 17, and the injection period and the injection timing at the time of starting the light oil fuel injection valve 29 are determined according to the temperature of the internal combustion engine 1. Set. Further, in order to quickly raise the temperature of the reformer 3 after the start, the bypass valve 4 is fully closed. In this state, the starter is turned on, and light oil fuel is injected to start the engine.

【0026】ステップ220では、軽油燃料を継続して
供給し、機関の運転を行う。ここでは、貯蔵器c,dの
改質燃料が、機関に供給できる状態になければ機関の負
荷に関わらず軽油燃料で圧縮着火燃焼を行う。ステップ
221では、貯蔵器内の圧力制御を行う以下に続くステ
ップに備え、貯蔵器c,dの圧力を計測し、それぞれP
c1、Pd1として記憶する。ステップ222では、内
燃機関停止(イグニッションスイッチOFF)を判定
し、内燃機関停止でない場合にはステップ240へ進
む。内燃機関停止の場合には、ステップ223で、軽油
燃料噴射弁29および、改質燃料噴射弁26,27を閉
とし、燃料ポンプ6をOFFにする等の停止処理を行い
制御を終了する。
In step 220, light oil fuel is continuously supplied and the engine is operated. Here, if the reformed fuel in the storages c and d is not in a state where it can be supplied to the engine, compression ignition combustion is performed with light oil fuel regardless of the load on the engine. In step 221, the pressures in the reservoirs c and d are measured in preparation for the following step of controlling the pressure in the reservoir, and P
c1 and Pd1 are stored. In step 222, it is determined that the internal combustion engine is stopped (ignition switch OFF). If the internal combustion engine is not stopped, the process proceeds to step 240. When the internal combustion engine is stopped, in step 223, stop processing such as closing the light oil fuel injection valve 29 and the reforming fuel injection valves 26 and 27 and turning off the fuel pump 6 is performed, and the control is terminated.

【0027】ステップ240、ステップ260、ステッ
プ280およびステップ290は内燃機関1に改質燃料
を安定して供給できるように、改質燃料を生成して貯蔵
器内に改質燃料を貯蔵するためのものであり、改質温度
および生成する改質燃料の組成、貯蔵器内の設定圧力値
が異なる以外は、基本的に実施の形態1の図4のステッ
プ40からステップ90と同様である。ここでステップ
60での改質燃料C,Dの生成制御について、図10に
基づき説明する。図10におけるステップ262から2
77において、改質温度および生成する改質燃料の組
成、貯蔵機内の設定圧力値が異なる以外は基本的に実施
の形態1の図5のステップ62からステップ77と同様
である。なお、本発明の改質燃料の生成制御方法は、本
実施の形態に限定されるものではない。図9に戻って、
ステップ300では、内燃機関1の負荷が、低負荷か中
負荷か高負荷かを判断し、低負荷の場合には、ステップ
310へ進み軽油燃料で圧縮着火燃焼を行い、中負荷の
場合には、ステップ320へ進み、改質燃料Cと改質燃
料Dで火花点火燃焼を行い、高負荷の場合には、ステッ
プ330へ進み改質燃料Dで火花点火燃焼を行う。な
お、ステップ300の負荷を判断する方法は実施の形態
1の図4のステップ100と同様である。
Steps 240, 260, 280, and 290 are steps for generating the reformed fuel and storing the reformed fuel in the storage so that the reformed fuel can be stably supplied to the internal combustion engine 1. This is basically the same as Steps 40 to 90 in FIG. 4 of Embodiment 1 except that the reforming temperature, the composition of the reformed fuel to be generated, and the set pressure value in the reservoir are different. Here, the generation control of the reformed fuels C and D in step 60 will be described with reference to FIG. Steps 262 to 2 in FIG.
77 is basically the same as step 62 to step 77 in FIG. 5 of the first embodiment except that the reforming temperature, the composition of the reformed fuel to be generated, and the set pressure value in the storage device are different. Note that the reformed fuel generation control method of the present invention is not limited to the present embodiment. Returning to FIG.
In step 300, it is determined whether the load of the internal combustion engine 1 is low load, medium load, or high load. If the load is low, the process proceeds to step 310 to perform compression ignition combustion with light oil fuel. Proceeding to step 320, the spark ignition combustion is performed with the reformed fuel C and the reformed fuel D. If the load is high, the process proceeds to step 330, and the spark ignition combustion is performed with the reformed fuel D. The method of determining the load in step 300 is the same as step 100 in FIG. 4 of the first embodiment.

【0028】ステップ310,320,330では、実
施の形態1の図4のステップ110と同様の理由で、燃
焼形態を切替える際に内燃機関のトルク段差が発生しな
いように、スロットル開度を制御する。また、前記制御
に続きステップ310では、軽油燃料を機関に供給する
ために、改質燃料噴射弁26,27を閉じると同時に軽
油燃料噴射弁29を開き、軽油燃料を内燃機関1内に供
給して圧縮着火燃焼により機関運転を行う。ここで、軽
油燃料噴射弁29は内燃機関1の運転状態に応じた噴射
量および噴射期間で軽油燃料を供給する。以上により低
負荷時に高セタン価の軽油燃料を供給し、圧縮着火燃焼
を行うことができる。
In steps 310, 320, and 330, the throttle opening is controlled so that a torque step of the internal combustion engine does not occur when the combustion mode is switched, for the same reason as step 110 in FIG. 4 of the first embodiment. . In step 310 following the above control, in order to supply light oil fuel to the engine, the reformed fuel injection valves 26 and 27 are closed and the light oil fuel injection valve 29 is simultaneously opened to supply light oil fuel into the internal combustion engine 1. The engine is operated by compression ignition combustion. Here, the light oil fuel injection valve 29 supplies light oil fuel with an injection amount and an injection period according to the operation state of the internal combustion engine 1. As described above, it is possible to supply high-cetane number light oil fuel at low load and perform compression ignition combustion.

【0029】また、ステップ320では、改質燃料Cと
改質燃料Dを機関に供給するために、改質燃料噴射弁2
6,27を開くと同時に軽油燃料噴射弁29を閉じ、改
質燃料Cと改質燃料Dを内燃機関1に供給して火花点火
燃焼により機関運転を行う。ここで、コントローラ14
は改質燃料噴射弁26,27が内燃機関1の運転状態に
応じた噴射量および、噴射期間で改質燃料C、改質燃料
Dを供給し、内燃機関1の運転状態に応じた点火時期で
点火プラグ22を点火するよう制御する。以上により中
負荷時に改質燃料Cと改質燃料Dを供給し、火花点火燃
焼を行うことができる。また、ステップ330では、改
質燃料Dを機関に供給するために、軽油燃料噴射弁29
および改質燃料噴射弁26を閉じると同時に改質燃料噴
射弁27を開き、改質燃料Dを内燃機関内に供給して火
花点火燃焼により機関運転を行う。ここで、コントロー
ラ14は改質燃料噴射弁27が内燃機関1の運転状態に
応じた噴射量および、噴射期間で改質燃料を供給すると
同時に、内燃機関1の運転状態に応じた点火時期で点火
プラグ22を点火するように制御する。以上により高負
荷時に高オクタン価のメタノール燃料を供給し、火花点
火燃焼を行うことができる。
In step 320, the reformed fuel injection valve 2 is supplied to supply the reformed fuel C and the reformed fuel D to the engine.
At the same time as opening the valves 6 and 27, the light oil fuel injection valve 29 is closed, the reformed fuel C and the reformed fuel D are supplied to the internal combustion engine 1, and the engine is operated by spark ignition combustion. Here, the controller 14
Indicates that the reforming fuel injection valves 26 and 27 supply the reforming fuel C and the reforming fuel D during the injection period according to the operating state of the internal combustion engine 1 and the ignition timing according to the operating state of the internal combustion engine 1. Is controlled to ignite the spark plug 22. As described above, the reformed fuel C and the reformed fuel D can be supplied at the time of medium load, and spark ignition combustion can be performed. In step 330, the light oil fuel injection valve 29 is supplied to supply the reformed fuel D to the engine.
At the same time as the reformed fuel injection valve 26 is closed, the reformed fuel injection valve 27 is opened, the reformed fuel D is supplied into the internal combustion engine, and the engine is operated by spark ignition combustion. Here, the controller 14 controls the reforming fuel injection valve 27 to supply the reforming fuel during the injection period and the injection amount according to the operating state of the internal combustion engine 1 and to ignite at the ignition timing according to the operating state of the internal combustion engine 1. Control is performed so that the plug 22 is ignited. As described above, high octane methanol fuel can be supplied at high load, and spark ignition combustion can be performed.

【0030】以上のように、コントローラ14により機
関の運転状態が低負荷の場合に軽油燃料を機関に供給し
圧縮着火燃焼を行い、中負荷の場合には改質燃料Cと改
質燃料Dを機関に供給して火花点火燃焼を行い、機関の
運転状態が高負荷の場合には改質燃料Dを機関に供給し
て火花点火燃焼を行うことができる。従って、本実施の
形態においては、機関の運転状態が低負荷の場合には高
セタン価の軽油燃料による圧縮着火燃焼により、排気性
能および熱効率を向上でき、機関の運転状態が中負荷の
場合には、H2 ,COを多く含む改質燃料とC6 を多く
含む高オクタン価燃料による火花点火燃焼を行うことに
より、NOx 排出量を低減して排気性能を向上すること
ができ、機関の運転状態が高負荷の場合にはC 6 を多く
含む高オクタン価燃料による火花点火燃焼によって、機
関が要求する高い出力を得ることができる。
As described above, the controller 14
Supply light oil fuel to the engine when the operating condition of the
Compression ignition combustion is performed.
Quality fuel D to the engine to perform spark ignition combustion,
When the operation state is high load, the reformed fuel D is supplied to the engine.
To perform spark ignition combustion. Therefore, this implementation
In the configuration, when the operation state of the engine is low load,
Combustion-ignition combustion with cetane number light oil fuel produces exhaust
Performance and thermal efficiency, and the engine
In case, HTwo , CO-rich reformed fuel and C6 Many
To perform spark ignition combustion with high octane fuel
Than NOx Improve exhaust performance by reducing emissions
When the engine is in a high load condition, C 6 Many
Including high-octane fuels
High output required by Seki can be obtained.

【0031】これまで、炭化水素系燃料のうちの一例と
してメタノール燃料、軽油燃料を例に実施の形態を説明
したが、メタノール燃料や軽油燃料に限らず、その他の
炭化水素系燃料である場合においても、燃料改質条件に
応じて改質燃料の組成を制御し、機関の運転状態に応じ
て燃焼形態を切替えることにより、排気性能および熱効
率または機関出力を向上することができる。なお、発明
の実施の形態の説明において、ガス燃料として液体燃料
を燃料改質器で改質した改質燃料を使用した例を説明し
てきたが、ガス燃料が燃料供給装置に設けられた燃料改
質器によって生成されるものではなく、例えば燃料供給
装置外部で生成されたガス燃料を貯蔵した燃料貯蔵器か
ら供給するように構成してもよい。
The embodiment has been described above by taking methanol fuel and light oil fuel as examples of hydrocarbon fuel. However, the present invention is not limited to methanol fuel and light oil fuel, and other hydrocarbon fuels may be used. Also, by controlling the composition of the reformed fuel according to the fuel reforming conditions and switching the combustion mode according to the operating state of the engine, it is possible to improve the exhaust performance and the thermal efficiency or the engine output. In the description of the embodiment of the invention, an example in which a reformed fuel obtained by reforming a liquid fuel by a fuel reformer as a gas fuel has been described. For example, the gas fuel may be supplied from a fuel storage device that stores gas fuel generated outside the fuel supply device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態の概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram of an embodiment of the present invention.

【図2】実施の形態1の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of the first embodiment.

【図3】メタノール燃料の改質組成と改質温度の関係を
示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a reforming composition and a reforming temperature of methanol fuel.

【図4】実施の形態1の制御メインフローチャート図で
ある。
FIG. 4 is a control main flowchart of the first embodiment.

【図5】実施の形態1の制御サブフローチャート図であ
る。
FIG. 5 is a control sub-flowchart diagram of the first embodiment.

【図6】実施の形態2の構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of a second embodiment.

【図7】パラフィン系炭化水素のアンチノック性と分子
構造との関係を示す図である。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the antiknock property and the molecular structure of paraffinic hydrocarbons.

【図8】改質温度と改質燃料の組成(軽油燃料)を示す
図である。
FIG. 8 is a diagram showing a reforming temperature and a composition of reformed fuel (light oil fuel).

【図9】実施の形態2の制御メインフローチャート図で
ある。
FIG. 9 is a control main flowchart of the second embodiment.

【図10】実施の形態2の制御サブフローチャート図で
ある。
FIG. 10 is a control sub-flowchart diagram of Embodiment 2.

【図11】従来の内燃機関の構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram of a conventional internal combustion engine.

【図12】従来の改質燃料とメタノール燃料の運転領域
を説明する図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating an operation region of a conventional reformed fuel and methanol fuel.

【図13】従来の改質機関の排気性能と効率を示す図で
ある。
FIG. 13 is a diagram showing the exhaust performance and efficiency of a conventional reforming engine.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

a,b,c,d 貯蔵器 1 内燃機関 2 排気管 3 改質器 4 バイパスバルブ 5 燃料タンク 6 燃料ポンプ 7 切替えバルブ 8 切替えバルブ 9 レギュレータ 10 改質燃料噴射弁 11 レギュレータ 12 吸気管 13 メタノール燃料噴射弁 14 コントローラ 15 イグニッションスイッチ 16 内燃機関回転検出器 17 内燃機関水温センサ 18 改質器内温度センサ 19 アクセルペダル開度センサ 20 圧力センサ 21 圧力センサ 22 点火プラグ 23 電制スロットル 24 レギュレータ 25 レギュレータ 26 改質燃料噴射弁 27 改質燃料噴射弁 28 レギュレータ 29 軽油燃料噴射弁 a, b, c, d Storage device 1 Internal combustion engine 2 Exhaust pipe 3 Reformer 4 Bypass valve 5 Fuel tank 6 Fuel pump 7 Switching valve 8 Switching valve 9 Regulator 10 Reformed fuel injection valve 11 Regulator 12 Intake pipe 13 Methanol fuel Injection valve 14 Controller 15 Ignition switch 16 Internal combustion engine rotation detector 17 Internal combustion engine water temperature sensor 18 Reformer temperature sensor 19 Accelerator pedal opening sensor 20 Pressure sensor 21 Pressure sensor 22 Spark plug 23 Electronically controlled throttle 24 Regulator 25 Regulator 26 Modification Quality fuel injection valve 27 reformed fuel injection valve 28 regulator 29 light oil fuel injection valve

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02D 11/10 F02D 11/10 F 19/10 19/10 41/02 325 41/02 325K 375 375 41/04 310 41/04 310D 325 325C 360 360E 43/00 301 43/00 301G 301A 301K F02M 21/02 F02M 21/02 K N 27/02 27/02 P (72)発明者 石渡 和比古 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地日産自 動車株式会社内 Fターム(参考) 3G023 AA02 AA03 AB06 AC02 AC04 AC06 AC07 AC08 AC09 AG05 3G065 CA00 CA12 CA13 DA04 EA08 EA09 GA09 GA10 GA46 JA04 JA09 JA11 KA02 3G084 AA05 BA05 BA11 BA16 CA03 CA04 DA02 DA10 EA11 EB12 EC01 EC03 FA00 FA10 FA20 FA33 3G092 AA06 AA08 AB03 AB05 AB15 BA01 BA08 DC01 DE10Y DE15Y EA09 EC01 FA15 FA24 GA03 GA05 GA06 HB00Z HB03Z HE01Z HE08Z HF08Z 3G301 HA04 HA23 HA24 JA02 JA21 KA06 KA08 KA09 LA00 LA01 LB00 ND02 PB00Z PB08Z PE01Z PF03Z ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme coat ゛ (Reference) F02D 11/10 F02D 11/10 F 19/10 19/10 41/02 325 41/02 325K 375 375 41 / 04 310 41/04 310D 325 325C 360 360E 43/00 301 43/00 301G 301A 301K F02M 21/02 F02M 21/02 K N 27/02 27/02 P (72) Inventor Kazuhiko Ishiwatari Kanagawa-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture No. 2 Takaracho Nissan Motor Co., Ltd. F-term (reference) 3G023 AA02 AA03 AB06 AC02 AC04 AC06 AC07 AC08 AC09 AG05 3G065 CA00 CA12 CA13 DA04 EA08 EA09 GA09 GA10 GA46 JA04 JA09 JA11 KA02 3G084 AA05 BA10 CA11 DA04 EC01 EC03 FA00 FA10 FA20 FA33 3G092 AA06 AA08 AB03 AB05 AB15 BA01 BA08 DC01 DE10Y DE15Y EA09 EC01 FA15 FA24 GA03 G A05 GA06 HB00Z HB03Z HE01Z HE08Z HF08Z 3G301 HA04 HA23 HA24 JA02 JA21 KA06 KA08 KA09 LA00 LA01 LB00 ND02 PB00Z PB08Z PE01Z PF03Z

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃料供給装置から供給された液体燃料ま
たはガス燃料を燃焼させて運転を行う内燃機関におい
て、 前記内燃機関の運転状態が低負荷の場合には圧縮着火用
燃料を前記内燃機関に供給して圧縮着火によって燃焼さ
せ、前記内燃機関の運転状態が中負荷以上の場合には火
花点火用燃料を前記内燃機関に供給して火花点火によっ
て燃焼させることを特徴とする内燃機関。
An internal combustion engine that operates by burning liquid fuel or gas fuel supplied from a fuel supply device, wherein when the operating state of the internal combustion engine is low load, compression ignition fuel is supplied to the internal combustion engine. The internal combustion engine is supplied and burned by compression ignition, and when the operating state of the internal combustion engine is at or above a medium load, fuel for spark ignition is supplied to the internal combustion engine and burned by spark ignition.
【請求項2】 前記燃料供給装置は燃料の組成を改質す
る燃料改質器を有するものであって、前記液体燃料は炭
化水素系の燃料であって、前記ガス燃料は前記液体燃料
を燃料改質器で改質した改質燃料であることを特徴とす
る請求項1記載の内燃機関。
2. The fuel supply device according to claim 1, further comprising a fuel reformer for reforming a composition of the fuel, wherein the liquid fuel is a hydrocarbon-based fuel, and the gas fuel is the liquid fuel. 2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the internal combustion engine is a reformed fuel reformed by a reformer.
【請求項3】 前記炭化水素系燃料がアルコール系燃料
であって、前記燃焼が圧縮着火による燃焼である場合
は、圧縮着火用燃料としてアルコール系燃料を改質した
高セタン価燃料を内燃機関に供給し、 前記燃焼が火花点火による燃焼である場合は、火花点火
用燃料としてアルコール系燃料を水素を主成分に改質し
た燃料、またはアルコール燃料の少なくとも一方を供給
することを特徴とする請求項2記載の内燃機関。
3. When the hydrocarbon fuel is an alcohol fuel and the combustion is compression ignition combustion, a high cetane number fuel obtained by reforming an alcohol fuel as a compression ignition fuel is supplied to the internal combustion engine. When the combustion is combustion by spark ignition, at least one of a fuel obtained by reforming an alcohol-based fuel with hydrogen as a main component or an alcohol fuel is supplied as a spark ignition fuel. 2. The internal combustion engine according to 2.
【請求項4】 前記炭化水素系燃料が軽油燃料であっ
て、前記燃焼が圧縮着火による燃焼である場合は、圧縮
着火用燃料として軽油燃料を内燃機関に供給し、 前記燃焼が火花点火による燃焼である場合は、火花点火
用燃料として軽油燃料を水素を主成分に改質した燃料、
または高オクタン価燃料に改質した燃料の少なくとも一
方を供給することを特徴とする請求項2記載の内燃機
関。
4. When the hydrocarbon fuel is light oil fuel and the combustion is compression ignition combustion, light oil fuel is supplied to the internal combustion engine as compression ignition fuel, and the combustion is spark ignition combustion. Is a fuel obtained by reforming light oil fuel with hydrogen as a main component as a spark ignition fuel,
3. The internal combustion engine according to claim 2, wherein at least one of fuels reformed into high octane fuel is supplied.
【請求項5】 前記燃料改質器が予め設定した改質条件
を満たさない場合には、改質前燃料を内燃機関に供給す
ることを特徴とする請求項2から4のいずれかに記載の
内燃機関。
5. The fuel cell system according to claim 2, wherein when the fuel reformer does not satisfy a predetermined reforming condition, the fuel before reforming is supplied to the internal combustion engine. Internal combustion engine.
【請求項6】 前記燃料改質器内の改質温度を制御する
ことにより、改質燃料の組成を制御することを特徴とす
る請求項2から5のいずれかに記載の内燃機関。
6. The internal combustion engine according to claim 2, wherein a composition of the reformed fuel is controlled by controlling a reforming temperature in the fuel reformer.
【請求項7】 機関の吸気管に吸入空気量を調整する流
量調整弁を備えるとともに、この流量調整弁の開度を燃
焼形態の切替えに応じて制御することを特徴とする請求
項2から6のいずれかに記載の内燃機関。
7. The engine according to claim 2, further comprising a flow control valve for adjusting an intake air amount in an intake pipe of the engine, wherein an opening of the flow control valve is controlled in accordance with switching of a combustion mode. The internal combustion engine according to any one of the above.
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