JP2006037817A - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気ガスと当該排気ガス中に添加した燃料とから生成された改質ガスを吸気経路に供給し得る内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine capable of supplying a reformed gas generated from exhaust gas and fuel added to the exhaust gas to an intake passage.
従来、排気ガス中に燃料を添加し、これを改質器に担持された改質用触媒で改質反応させて改質ガスを生成する。そして、この改質ガスを吸気経路に供給して混合気と共に燃焼室で燃焼させる内燃機関が知られている。例えば、この種の内燃機関は、下記の特許文献1,2に開示されている。 Conventionally, fuel is added to exhaust gas, and this is reformed by a reforming catalyst supported on a reformer to generate reformed gas. An internal combustion engine is known in which this reformed gas is supplied to an intake passage and burned in a combustion chamber together with an air-fuel mixture. For example, this type of internal combustion engine is disclosed in Patent Documents 1 and 2 below.
ところで、排気ガス中に燃料を添加し、これを改質器で改質反応(水蒸気改質や脱水素反応(分解反応))させて改質ガス(水素ガス)を取り出す為には、その排気ガスの空気過剰率λがλ≦1であることが好ましく、λ>1であると多量の燃料を添加しなければならないので好ましくない。 By the way, in order to take out the reformed gas (hydrogen gas) by adding fuel to the exhaust gas and performing a reforming reaction (steam reforming or dehydrogenation reaction (decomposition reaction)) with a reformer, the exhaust gas The excess air ratio λ of the gas is preferably λ ≦ 1, and if λ> 1, a large amount of fuel must be added, which is not preferable.
即ち、空気過剰率λがλ≦1となるストイキオメトリ(以下、「ストイキ」という。)又はリッチの排気ガスであれば、添加した燃料の全てを改質反応に使用することができるが、λ>1となるリーンの排気ガスの場合、その排気ガス中に酸素が残存しているので、その酸素との酸化反応を行わせて改質器を無酸素の状態にする為の燃料と所望量の改質ガス(水素ガス)を生成させる為の燃料とを要することとなり、余分な燃料を添加する必要があった。 That is, if the stoichiometry (hereinafter referred to as “stoichi”) or the rich exhaust gas in which the excess air ratio λ becomes λ ≦ 1, all of the added fuel can be used for the reforming reaction. In the case of lean exhaust gas satisfying λ> 1, since oxygen remains in the exhaust gas, a fuel and a desired fuel for making the reformer oxygen-free by performing an oxidation reaction with the oxygen This requires a fuel for generating a quantity of reformed gas (hydrogen gas), and it is necessary to add extra fuel.
これが為、リーン空燃比での希薄燃焼を行う内燃機関においては、改質ガスを生成する為に余分な燃料も排気ガス中に添加しなければならず、これにより、燃料消費率の低減を図らんとする希薄燃焼の利点を大きく損なってしまう。 For this reason, in an internal combustion engine that performs lean combustion at a lean air-fuel ratio, excess fuel must be added to the exhaust gas to generate reformed gas, thereby reducing the fuel consumption rate. The advantage of the lean burn is greatly impaired.
そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、リーン運転を行いつつも、適量な燃料の供給量で改質ガスを生成し得る内燃機関を提供することを、その目的とする。 Therefore, the object of the present invention is to provide an internal combustion engine that improves the disadvantages of the conventional example and can generate reformed gas with an appropriate amount of fuel supply while performing lean operation.
上記目的を達成する為、請求項1記載の発明では、第1燃焼パターンで燃焼を行う少なくとも一つの第1燃焼パターン気筒と、第2燃焼パターンで燃焼を行う少なくとも一つの第2燃焼パターン気筒と、その第1及び第2の燃焼パターン気筒から排出された夫々の排気ガスを集合させる排気マニホルド及び当該排気マニホルドを経て前記排気ガスを外部に排気させる排気通路を具備する排気経路と、その第2燃焼パターン気筒から排出された排気ガスの内の少なくとも一部を前記排気マニホルドの分流通路から分流させる排気ガス分流経路と、排気経路上に配置されると共に排気ガス分流経路に連通し、排気ガスと燃料とから改質ガスを生成する改質器と、この改質器で生成した前記改質ガスを吸気経路に導入する改質ガス導入経路と、前記第1燃焼パターン気筒をリーン燃焼させる一方、前記第2燃焼パターン気筒をリッチ燃焼させる制御装置とを備えている。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, at least one first combustion pattern cylinder that performs combustion in the first combustion pattern, and at least one second combustion pattern cylinder that performs combustion in the second combustion pattern; An exhaust path having an exhaust manifold for collecting the exhaust gases discharged from the first and second combustion pattern cylinders, an exhaust passage for exhausting the exhaust gas to the outside through the exhaust manifold, and a second thereof An exhaust gas diversion path for diverting at least a part of the exhaust gas discharged from the combustion pattern cylinder from the diversion passage of the exhaust manifold; and an exhaust gas diversion path disposed on the exhaust path and in communication with the exhaust gas diversion path. A reformer for generating a reformed gas from the fuel and fuel, a reformed gas introduction path for introducing the reformed gas generated by the reformer into an intake path, and While for lean burn one combustion pattern cylinder, and a control device for rich combustion to the second combustion pattern cylinder.
この請求項1記載の発明によれば、改質器にリッチの排気ガスが導入され、その排気ガスと当該排気ガス中の未燃燃料とから改質ガスが生成される。また、改質ガスの生成を行いながら、リーン運転を行うことができる。 According to the first aspect of the present invention, rich exhaust gas is introduced into the reformer, and reformed gas is generated from the exhaust gas and unburned fuel in the exhaust gas. Further, the lean operation can be performed while generating the reformed gas.
また、上記目的を達成する為、請求項2記載の発明では、上記請求項1記載の内燃機関において、前記第1燃焼パターン気筒からの排気ガスが流れる前記排気マニホルドの分流通路と前記第2燃焼パターン気筒からの排気ガスが流れる前記排気マニホルドの分流通路とを連通状態と閉塞状態との間で可変し得る流路開閉手段を設け、前記制御装置に、改質ガスを生成する際に前記夫々の分流通路の間における流路を絞る又は閉塞するよう前記流路開閉手段を動作させる機能を設けている。 In order to achieve the above object, according to a second aspect of the present invention, in the internal combustion engine of the first aspect, the shunt passage of the exhaust manifold through which the exhaust gas from the first combustion pattern cylinder flows and the second When the reforming gas is generated in the control device, a flow path opening / closing means capable of changing between a communicating state and a closed state is provided for the branch passage of the exhaust manifold through which the exhaust gas from the combustion pattern cylinder flows. A function of operating the flow path opening / closing means is provided so as to narrow or close the flow path between the respective diversion paths.
この請求項2記載の内燃機関によれば、改質器にリッチの排気ガスが確実に導入されるので、効率良く改質ガスを生成することができる。 According to the internal combustion engine of the second aspect, since the rich exhaust gas is reliably introduced into the reformer, the reformed gas can be generated efficiently.
本発明に係る内燃機関は、リーン運転を行いつつ、改質器にて効率良く改質ガスを生成することができるので、燃料消費率を向上させることができる。 Since the internal combustion engine which concerns on this invention can produce | generate reformed gas efficiently in a reformer, performing lean operation, it can improve a fuel consumption rate.
以下に、本発明に係る内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of an internal combustion engine according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments.
本発明に係る内燃機関の実施例1について説明する。 Example 1 of an internal combustion engine according to the present invention will be described.
最初に、本実施例1における内燃機関の構成について図1を用いて詳述する。 First, the configuration of the internal combustion engine in the first embodiment will be described in detail with reference to FIG.
本実施例1の内燃機関は、内燃機関本体1と、この内燃機関本体1における第1から第4の気筒1a〜1dに空気を導入する吸気経路2と、その第1から第4の気筒1a〜1dから排出された排気ガスを外部に排出する排気経路3と、燃焼制御を行う電子制御装置(以下「ECU」という。)4とを備えている。
The internal combustion engine of the first embodiment includes an internal combustion engine main body 1, an intake passage 2 for introducing air into the first to fourth cylinders 1a to 1d in the internal combustion engine main body 1, and the first to fourth cylinders 1a. The
先ず、上記吸気経路2は、外部から空気を導入する吸気通路2Aと、この吸気通路2Aの空気を第1から第4の気筒1a〜1dに分流させる吸気マニホルド2Bとを備えている。
First, the intake passage 2 includes an
その吸気通路2Aには、吸入空気量を計測するエアフロメータ5と、第1から第4の気筒1a〜1dへの空気の流入量を調節するスロットルバルブ6と、このスロットルバルブ6を動作させるスロットルバルブアクチュエータ6aとが設けられている。ここで、そのエアフロメータ5の計測信号はECU4に出力され、このECU4にて吸入空気量やこれに基づき負荷が算出される。更に、そのスロットルバルブアクチュエータ6aは、ECU4により動作制御される。
In the
また、上記吸気マニホルド2Bにおける夫々の分流通路は、内燃機関本体1に形成された第1から第4の気筒1a〜1dへの各吸気ポート(図示略)と連通しており、その夫々の吸気ポートには、燃料ポンプ7で圧送された燃料タンク8の燃料を噴射する第1から第4の燃料噴射装置9a〜9dが設けられている。ここで、これら第1から第4の燃料噴射装置9a〜9dは、ECU4により夫々の燃料の噴射量が制御される。尚、図1においては、図示の便宜上、吸気マニホルド2Bの夫々の分流通路に第1から第4の燃料噴射装置9a〜9dを配備している。
Each branch passage in the
続いて、上記排気経路3は、第1から第4の気筒1a〜1dから排出された排気ガスを夫々第1から第4の分流通路3A1〜3A4を経て最終的に一つの流路に集合させる所謂4−1タイプの排気マニホルド3Aと、その集合した排気ガスを外部へと排出する排気通路3Bとを備えている。
Subsequently, the
ここで、本実施例1にあっては上記排気通路3BにA/Fセンサ10が設けられており、このA/Fセンサ10の出力信号がECU4による第1から第4の気筒1a〜1dの空燃比制御に用いられる。
Here, in the first embodiment, an A /
更に、上記排気通路3Bには、触媒装置11と、改質用触媒(例えばロジウム系のもの)を担持した改質器12とが設けられている。本実施例1にあっては、改質器12が図1に示す如く排気通路3Bにおける触媒装置11の上流側に配置されている。
Further, the
本実施例1の改質器12は、排気ガスを排気マニホルド3A側から流入させて下流の触媒装置11側に排出させる筒体12aと、この筒体12a内に配備され、内部に改質用触媒が担持された改質室12bとを備えたものであって、この改質室12b内で排気ガスと燃料とから改質ガスを生成するものである。これが為、その改質室12bの中には排気ガスと燃料を導く必要がある。
The
ここで、本実施例1のECU4は、前述したが如く内燃機関の燃焼制御を行う。この燃焼制御の中には第1から第4の気筒1a〜1dへと流入させる混合気についての空燃比の制御があり、この空燃比制御によって内燃機関本体1が種々の燃焼パターンで燃焼を行う。この燃焼パターンの代表的なものとしては、理論空燃比(A/F≒14.7)の混合気によるストイキ燃焼,その理論空燃比よりも希薄な空燃比(例えばA/F≧20)の混合気によるリーン燃焼,その理論空燃比よりも濃い空燃比(例えばA/F≦12)の混合気によるリッチ燃焼がある。 Here, the ECU 4 of the first embodiment performs combustion control of the internal combustion engine as described above. In this combustion control, there is control of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture flowing into the first to fourth cylinders 1a to 1d, and the internal combustion engine body 1 burns in various combustion patterns by this air-fuel ratio control. . Typical combustion patterns include stoichiometric combustion with an air-fuel mixture having a stoichiometric air-fuel ratio (A / F≈14.7), and a mixture with an air-fuel ratio that is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio (for example, A / F ≧ 20). There are lean combustion by air and rich combustion by air-fuel mixture having an air-fuel ratio (for example, A / F ≦ 12) that is richer than the stoichiometric air-fuel ratio.
そして、夫々の燃焼パターンによる燃焼後の排気ガスは、ストイキ燃焼においては空気過剰率λ=1となり、リーン燃焼においては空気過剰率λ>1となり、リッチ燃焼においては空気過剰率λ<1となる。即ち、ストイキ燃焼においては酸素成分も燃料成分も残存していない排気ガスが排出され、リーン燃焼においては酸素成分が残存している排気ガスが排出され、リッチ燃焼においては未燃燃料成分が残存している排気ガスが排出される。 The exhaust gas after combustion according to each combustion pattern has an excess air ratio λ = 1 in stoichiometric combustion, an excess air ratio λ> 1 in lean combustion, and an excess air ratio λ <1 in rich combustion. . That is, exhaust gas in which neither oxygen component nor fuel component remains is exhausted in stoichiometric combustion, exhaust gas in which oxygen component remains is discharged in lean combustion, and unburned fuel component remains in rich combustion. Exhaust gas is discharged.
そこで、本実施例1にあっては、ECU4が内燃機関本体1をリッチ燃焼させ、その燃焼後のリッチの排気ガスを改質室12bへと導くことによって、排気ガスと未燃燃料を改質室12bの中に導入して改質ガスを生成させる。
Therefore, in the first embodiment, the ECU 4 causes the internal combustion engine body 1 to perform rich combustion, and guides the rich exhaust gas after the combustion to the reforming
本実施例1にあっては、排気マニホルド3Aにおける第1から第4の分流通路3A1〜3A4の内の少なくとも何れか一つを流れる排気ガスの全部又は一部を分流させ、これを改質室12bへと導くように構成する。
In the first embodiment, divert all or part of the exhaust gas flowing through the at least any one of the first to the fourth
ところで、改質ガスを生成する際に第1から第4の気筒1a〜1dの全てをリッチ燃焼させることは燃料消費率の観点から好ましくない。これが為、本実施例1にあっては、改質ガスの生成時に、第1から第3の気筒1a〜1cをリーン燃焼させ、第4気筒1dをリッチ燃焼させるようECU4に制御機能を設ける。即ち、本実施例1にあっては、改質ガスを生成する際に、一つの内燃機関本体1において二種類の燃焼パターンでの燃焼を行っており、第1から第3の気筒1a〜1cが第1燃焼パターン(ここではリーン燃焼)を行う第1燃焼パターン気筒となり、第4気筒1dが第2燃焼パターン(ここではリッチ燃焼)を行う第2燃焼パターン気筒となっている。 By the way, it is not preferable from the viewpoint of fuel consumption rate to perform rich combustion of all of the first to fourth cylinders 1a to 1d when generating the reformed gas. For this reason, in the first embodiment, when the reformed gas is generated, the ECU 4 is provided with a control function so that the first to third cylinders 1a to 1c are lean burned and the fourth cylinder 1d is richly burned. That is, in the first embodiment, when the reformed gas is generated, combustion is performed in two types of combustion patterns in one internal combustion engine body 1, and the first to third cylinders 1a to 1c are performed. Is the first combustion pattern cylinder that performs the first combustion pattern (here, lean combustion), and the fourth cylinder 1d is the second combustion pattern cylinder that performs the second combustion pattern (here, rich combustion).
そして、これに伴って、本実施例1にあっては、排気マニホルド3Aの第4分流通路3A4からリッチの排気ガスを改質室12bへと導くよう、その第4分流通路3A4の中間部分と改質室12bの入口側とを連通させて、第4分流通路3A4を流れる排気ガスの一部が分流される排気ガス分流通路(排気ガス分流経路)13を設ける。
Then, along with this, in the first embodiment, so that leads the fourth shunt rich exhaust gas from the
ここで、改質室12bに担持された改質用触媒は、所定の活性温度(例えば600℃)よりも低温になると改質反応が鈍くなり、所望量の改質ガス(水素ガス)を生成することができない。
Here, when the reforming catalyst supported in the reforming
そこで、本実施例1の改質室12bは、相互に連通する複数の部屋で構成し、その夫々に改質用触媒を担持すると共に夫々の部屋を筒体12a内で所定の間隔を設けて配置することにより、その部屋同士の外壁面の間に排気通路3Bからの排気ガスが流れる排気通路12cを形成している。
Therefore, the reforming
即ち、本実施例1の改質器12は、高温の排気ガスの熱を利用して(換言すれば高温の排気ガスの熱と熱交換させて)改質用触媒の昇温を図り、これにより改質反応の活性化を図る構造となっている。
That is, the
また、本実施例1にあっては、その改質器12にて生成された改質ガスを第1から第4の気筒1a〜1dに導入する改質ガス導入経路を設けている。本実施例1の改質ガス導入経路としては、改質室12bの出口側と吸気通路2Aにおけるスロットルバルブ6の下流側との間を連通させる改質ガス導入通路14が設けられている。
In the first embodiment, the reformed gas introduction path for introducing the reformed gas generated by the
この改質ガス導入通路14には、吸気通路2Aへの改質ガスの導入量を調節する流量調整弁15と、この流量調整弁15を動作させる弁アクチュエータ15aとが設けられている。この弁アクチュエータ15aは、ECU4により動作制御される。
The reformed
ここで、改質器12から排出された改質ガスや改質反応が行われなかった排気ガスは高温状態にあり、これらがそのまま吸気通路2Aへ導入されると、外部から吸入した空気が温められて第1から第4の気筒1a〜1dへの充填効率が悪化する。
Here, the reformed gas discharged from the
そこで、図1に示す如く改質ガス導入通路14に冷却装置16を設け、これにより、改質器12から排出された改質ガスや排気ガスを冷却させる。例えば、その冷却装置16は、ECU4によりON/OFF制御されるのみならず、その温度がECU4により適宜可変され得るものであってもよい。
Therefore, a
以下、上述した如く構成された内燃機関の動作について説明する。 Hereinafter, the operation of the internal combustion engine configured as described above will be described.
本実施例1のECU4は、スロットルバルブアクチュエータ6a,第1から第4の燃料噴射装置9a〜9d及び弁アクチュエータ15aを制御して、第1から第4の気筒1a〜1dへ流入させる混合気の空燃比を設定する。
The ECU 4 according to the first embodiment controls the
かかる場合、このECU4は、第1から第3の気筒1a〜1cへの混合気がリーン空燃比(例えばA/F≧20)となるよう第1から第3の燃料噴射装置9a〜9cの燃料噴射量を調節する。一方、このECU4は、第4気筒1dへ流入する混合気がリッチ空燃比(例えばA/F≦12)となるよう第4燃料噴射装置9dの燃料噴射量を調節する。更に、この内燃機関はポート噴射式の内燃機関である為、ECU4は、バルブオーバーラップ時に第1から第4の燃料噴射装置9a〜9dから燃料を噴射させる。
In this case, the ECU 4 uses the fuel of the first to third
これにより、第1から第3の気筒1a〜1cにおいてはリーン燃焼が行われ、第4気筒1dにおいてはリッチ燃焼が行われる。 Thereby, lean combustion is performed in the first to third cylinders 1a to 1c, and rich combustion is performed in the fourth cylinder 1d.
ここで、その排気マニホルド3Aの第4分流通路3A4には排気ガス分流通路13が設けられているので、その第4分流通路3A4を流れるリッチの排気ガスは、その一部が排気ガス分流通路13に流入する。
Here, since the exhaust
一方、第1から第3の分流通路3A1〜3A3におけるリーンの排気ガスと第4分流通路3A4の残りのリッチの排気ガスは、排気通路3Bに集合した後、改質器12に流入して排気通路12cを流れ、触媒装置11側へと排出される。
On the other hand, the lean exhaust gas in the first to
これが為、その排気通路12cを流れる排気ガスにより改質室12bの改質用触媒が昇温され、活性温度以上になる。これにより、その改質室12bに流入したリッチの排気ガス(排気ガス及び未燃燃料)に吸熱反応が起こって改質ガスが生成される。
For this reason, the reforming catalyst in the reforming
例えば、その排気ガスが「7.6CO2+6.8H2O+40.8N2」で、その未燃ガソリン燃料が「C7.6H13.6」である場合の吸熱反応は、
1.56(7.6CO2+6.8H2O+40.8N2)+3(C7.6H13.6)+984.8Kcal→31H2+34.7CO+63.6N2
で表される。
For example, when the exhaust gas is “7.6 CO 2 +6.8 H 2 O + 40.8 N 2 ” and the unburned gasoline fuel is “C 7.6 H 13.6 ”, the endothermic reaction is
1.56 (7.6 CO 2 +6.8 H 2 O + 40.8 N 2 ) +3 (C 7.6 H 13.6 ) +984.8 Kcal → 31 H 2 +34.7 CO + 63.6 N 2
It is represented by
即ち、かかる場合の吸熱反応によれば、3モルの上記未燃ガソリン燃料から31モルの水素ガスと34.7モルの一酸化炭素ガスが生成される。 That is, according to the endothermic reaction in this case, 31 mol of hydrogen gas and 34.7 mol of carbon monoxide gas are generated from 3 mol of the unburned gasoline fuel.
その改質器12で生成された改質ガスは、残存した排気ガスと共に改質ガス導入通路14から吸気通路2Aに導入され、外部からの吸入空気及び第1から第4の燃料噴射装置9a〜9dの噴霧燃料からなる混合気と共に第1から第4の気筒1a〜1dに流入して燃焼する。
The reformed gas generated in the
本実施例1の内燃機関にあっては、このように改質ガスと排気ガスとを第1から第4の気筒1a〜1dに導入して燃焼させることにより種々の効果を奏することができる。 In the internal combustion engine of the first embodiment, various effects can be achieved by introducing the reformed gas and the exhaust gas into the first to fourth cylinders 1a to 1d and burning them.
即ち、排気ガスの第1から第4の気筒1a〜1dへの導入によって、ポンプ損失や冷却損失が低減され、更には比熱比が増大するので、トルクの向上や燃料消費率の低減が可能になる。 That is, introduction of exhaust gas into the first to fourth cylinders 1a to 1d reduces pump loss and cooling loss, and further increases the specific heat ratio, so that torque can be improved and fuel consumption rate can be reduced. Become.
その一方で、排気ガスの導入は、燃焼温度や燃焼速度の低下による燃焼変動を増大させるので燃料消費率を悪化させ、また、第1から第3の気筒1a〜1cと第4気筒1dとの間でトルク変動を生じさせる可能性がある。しかしながら、本実施例1にあっては排気ガスと共に改質ガス(特に水素ガス)をも導入している為、燃焼時の発熱量が増加し、急速燃焼が可能になるので、ノッキングの改善やリーン限界の拡大を図ることができる。そして、これにより燃料消費率の悪化が改善されると共に、トルク変動を低下させることができる。 On the other hand, the introduction of the exhaust gas increases the combustion fluctuation due to the decrease in the combustion temperature and the combustion speed, thereby deteriorating the fuel consumption rate, and the first to third cylinders 1a to 1c and the fourth cylinder 1d. Torque fluctuations may occur between the two. However, since the reformed gas (especially hydrogen gas) is introduced together with the exhaust gas in the first embodiment, the calorific value at the time of combustion increases and rapid combustion becomes possible. The lean limit can be expanded. As a result, the deterioration of the fuel consumption rate is improved and the torque fluctuation can be reduced.
ところで、排気ガス分流通路13の排気ガスが仮に酸素雰囲気のリーン燃焼ガスである場合、添加された燃料は、その排気ガス中の酸素によって燃焼し、その燃焼後の残りの燃料によって改質ガスが生成される。
By the way, if the exhaust gas in the exhaust
しかしながら、この本実施例1の内燃機関によれば、排気ガス分流通路13の排気ガスを酸素雰囲気とならないリッチ燃焼ガスにするよう第4気筒1dをリッチ燃焼させているので、このリッチの排気ガス中の未燃燃料を全て改質ガスの生成に使用することができる。そして、これが為、この内燃機関は、改質ガスを生成する為に別途燃料を排気ガス分流通路13へと供給せずとも済むので、燃料消費率の低減を図ることができる。
However, according to the internal combustion engine of the first embodiment, the fourth cylinder 1d is richly burned so that the exhaust gas in the exhaust
また、この内燃機関は、第1から第3の気筒1a〜1cにてリーン燃焼を行う一方で、第4気筒1dにおいてはリッチ燃焼を行っている。ここで、上述したが如く、改質ガスと排気ガスの導入により第1から第3の気筒1a〜1cのリーン限界が拡大するので、燃料消費率の低減と共に、ホットNOxやHC等の未燃ガスを効果的に低減させることができる。 The internal combustion engine performs lean combustion in the first to third cylinders 1a to 1c, while performing rich combustion in the fourth cylinder 1d. Here, as described above, the lean limit of the first to third cylinders 1a to 1c is expanded by introducing the reformed gas and the exhaust gas, so that the fuel consumption rate is reduced and unburned such as hot NOx and HC. Gas can be reduced effectively.
このように、本実施例1の内燃機関によれば、リーン運転を行いつつ、改質器12にて効率良く改質ガスを生成することができるので、燃料消費率を向上させることができる。
Thus, according to the internal combustion engine of the first embodiment, the
以上示した本実施例1の内燃機関においては第4気筒1dのみをリッチ燃焼させているが、他の気筒においてもリッチ燃焼させてもよい。但し、前述したが如く燃料消費率の向上を図る為には、本実施例1の如く少数の気筒にのみリッチ燃焼させることが好ましい。 In the internal combustion engine of the first embodiment described above, only the fourth cylinder 1d is richly burned, but rich combustion may be carried out also in other cylinders. However, as described above, in order to improve the fuel consumption rate, it is preferable to perform rich combustion only in a small number of cylinders as in the first embodiment.
ここで、本実施例1の内燃機関における排気ガスの浄化作用について例示する。 Here, the exhaust gas purification action in the internal combustion engine of the first embodiment will be exemplified.
前述したが如く、本実施例1の内燃機関においては、改質ガス生成時に、第1から第3の気筒1a〜1cにてリーン燃焼を行い、第4気筒1dにてリッチ燃焼を行う。これが為、その第1から第4の気筒1a〜1d夫々の空燃比如何では、排気通路3Bを流れる排気ガスがストイキ,リーン及びリッチの三態様になる。
As described above, in the internal combustion engine of the first embodiment, when the reformed gas is generated, lean combustion is performed in the first to third cylinders 1a to 1c, and rich combustion is performed in the fourth cylinder 1d. For this reason, depending on the air-fuel ratio of each of the first to fourth cylinders 1a to 1d, the exhaust gas flowing through the
そこで、触媒装置11に三元触媒,吸着還元型NOx触媒及び酸化触媒を担持させる。そして、排気通路3Bにストイキの排気ガスが流れるときには三元触媒で浄化させ、リーンの排気ガスが流れるときには吸着還元型NOx触媒で浄化させ、リッチの排気ガスが流れるときには酸化触媒で浄化させる。
Therefore, the catalyst device 11 carries a three-way catalyst, an adsorption reduction type NOx catalyst, and an oxidation catalyst. When the stoichiometric exhaust gas flows into the
例えば、触媒装置11の中に別個独立した三つの流路(図示略)を設け、その夫々に三元触媒,吸着還元型NOx触媒,酸化触媒を担持させる。そして、その夫々の流路の上流側に開閉弁(図示略)を設け、排気通路3Bを流れる排気ガスの空気過剰率λに応じてECU4に開閉弁の開閉動作を行わせる。即ち、ECU4は、その空気過剰率λを排気通路3Bに設けたA/Fセンサ10の出力信号から求め、排気通路3Bを流れる排気ガスがストイキ,リーン又はリッチの何れであるかを判断し、その排気ガスに対応する触媒が担持された流路の開閉弁を開いて浄化を行う。
For example, three independent flow paths (not shown) are provided in the catalyst device 11, and each of them supports a three-way catalyst, an adsorption reduction type NOx catalyst, and an oxidation catalyst. Then, an opening / closing valve (not shown) is provided on the upstream side of each flow path, and the ECU 4 is caused to open / close the opening / closing valve in accordance with the excess air ratio λ of the exhaust gas flowing through the
次に、本発明に係る内燃機関の実施例2について説明する。 Next, a second embodiment of the internal combustion engine according to the present invention will be described.
本実施例2の内燃機関は、前述した実施例1の内燃機関において以下の構成を追加した点が異なり、その他の構成や動作については実施例1と同様である。 The internal combustion engine of the second embodiment is different from the internal combustion engine of the first embodiment described above in that the following configuration is added, and other configurations and operations are the same as those of the first embodiment.
ここで、前述した実施例1の内燃機関において、排気マニホルド3Aの第4分流通路3A4を流れるリッチの排気ガスは、その一部が排気ガス分流通路13に流入し、残りが排気通路3Bに流入する。
Here, in the internal combustion engine of the first embodiment described above, a part of the rich exhaust gas flowing through the
しかしながら、そのリッチの排気ガスの残りが排気通路3Bに流入することにより、排気ガス分流通路13における排気ガスの圧力が低下し、その排気ガスの改質室12bへの流入量の減少や、生成された改質ガスの第1から第4の気筒1a〜1dへの導入量の減少が懸念される。
However, when the remaining rich exhaust gas flows into the
一方、第1から第3の気筒1a〜1cから排出されたリーンの排気ガスは、第1から第3の分流通路3A1〜3A3を経て排気通路3Bに流入するが、その一部が第4分流通路3A4のリッチの排気ガスとの圧力差により第4分流通路3A4へと流入してしまうことも考えられる。仮にかかる事象が生じたとすると、リッチとリーンの排気ガスの混合気が改質室12bに流入して酸化反応(燃焼)を起こすので、改質ガスの生成量が減少してしまい好ましくない。
On the other hand, the lean exhaust gas discharged from the first to third cylinders 1a to 1c flows into the
そこで、本実施例2の内燃機関においては、第3分流通路3A3と第4分流通路3A4との境界部分の流路を連通状態と閉塞状態との間で可変し得る流路開閉手段を設けて上記不都合の解消を図る。
Therefore, in the internal combustion engine of the second embodiment, the flow path opening / closing that can change the flow path at the boundary between the third
本実施例2の流路開閉手段としては、図2に示す如く、その境界部分の流路を連通状態から閉塞状態に無段階で可変し得る弁を備えた流路開閉弁17と、この流路開閉弁17を動作させる弁アクチュエータ17aとが設けられている。この弁アクチュエータ17aは、ECU4により動作制御される。
As the flow path opening / closing means of the second embodiment, as shown in FIG. 2, a flow path opening / closing
例えば、排気ガス分流通路13における排気ガスの圧力低下が見受けられる場合、ECU4は、弁アクチュエータ17aを制御して流路開閉弁17を絞る又は閉じる。これにより第4分流通路3A4の圧力が上昇し、この第4分流通路3A4を流れるリッチの排気ガスは、全て排気ガス分流通路13へと流入する。これが為、そのリッチの排気ガスが確実に改質室12bへと流入して改質ガスが生成される。一方、その生成された改質ガスは、上記の圧力上昇に伴って第1から第4の気筒1a〜1dへと確実に圧送される。
For example, when the exhaust gas pressure drop in the exhaust
かかる場合、ECU4は、第1から第4の気筒1a〜1dへの改質ガスや残存排気ガスの導入量から排気ガス分流通路13における排気ガスの圧力低下を判断できる。具体的には、第1から第4の気筒1a〜1dに流入する混合気全体の空燃比に対してA/Fセンサ10の出力信号から求めた排気ガスの空燃比が大きくなっていれば、第1から第4の気筒1a〜1dへの改質ガスや残存排気ガスの導入量が減少したことが判り、排気ガス分流通路13における排気ガスの圧力が低下したと判断し得る。そこで、第1から第4の気筒1a〜1dへの混合気全体の空燃比とA/Fセンサ10による排気ガスの空燃比とをECU4に比較させ、排気ガスの圧力低下を判断させる。
In this case, the ECU 4 can determine the pressure drop of the exhaust gas in the exhaust
また、リーンの排気ガスの第4分流通路3A4への流入が見受けられる場合についても、ECU4は、弁アクチュエータ17aを制御して流路開閉弁17を絞る又は閉じる。これにより、リッチの排気ガスのみが改質室12bに導入されるので、無駄なく改質ガスを生成することができる。
In addition, even when lean exhaust gas flows into the fourth branch passage 3A4, the ECU 4 controls the
かかる場合、ECU4は、第1から第3の気筒1a〜1cへの混合気の空燃比とA/Fセンサ10の出力信号から求めた排気ガスの空燃比とを比較することにより、リーンの排気ガスの第4分流通路3A4への流入を判断できる。具体的には、リーンの排気ガスが第4分流通路3A4に流入している場合、A/Fセンサ10による排気ガスの空燃比が第1から第3の気筒1a〜1cへの混合気の空燃比と同一になるので、これによりリーンの排気ガスの第4分流通路3A4への流入が判断し得る。そこで、第1から第3の気筒1a〜1cへの混合気の空燃比とA/Fセンサ10による排気ガスの空燃比とをECU4に比較させ、リーンの排気ガスの第4分流通路3A4への流入を判断させる。
In such a case, the ECU 4 compares the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to the first to third cylinders 1a to 1c with the air-fuel ratio of the exhaust gas obtained from the output signal of the A /
ここで、ECU4は、改質ガスを生成する際に、一律に流路開閉弁17を絞らせる又は閉じさせるよう設定してもよい。
Here, the ECU 4 may be configured to uniformly throttle or close the flow path opening / closing
このように、本実施例2の内燃機関によれば、流路開閉弁17の開閉動作により効率良く改質ガスを生成することができる。
Thus, according to the internal combustion engine of the second embodiment, the reformed gas can be efficiently generated by the opening / closing operation of the flow path opening / closing
ところで、内燃機関によっては過給器が具備されることがある。そして、このような過給器付き内燃機関においては、排気圧を絞ることにより機関出力の低下が起こり得る。しかしながら、本実施例2にあっては1気筒のみを流路開閉弁17により絞るので、排気圧が大きく低下することが無く、機関出力の低下にも影響は無い。
By the way, depending on the internal combustion engine, a supercharger may be provided. In such an internal combustion engine with a supercharger, the engine output can be reduced by reducing the exhaust pressure. However, in the second embodiment, since only one cylinder is throttled by the flow path opening / closing
ここで、上述した各実施例1,2においては、ポート噴射式の内燃機関について例示した為、ECU4がバルブオーバーラップ時に第1から第4の燃料噴射装置9a〜9dから燃料を噴射させている。しかしながら、筒内直噴式の内燃機関において上述したが如くして改質ガスを生成させる場合には、排気行程で第1から第4の燃料噴射装置9a〜9dから燃料を噴射させるようECU4を構成する。
Here, in each of the first and second embodiments described above, since the port injection type internal combustion engine is illustrated, the ECU 4 injects fuel from the first to fourth
また、上述した各実施例1,2においては4つの気筒を具備する内燃機関本体1を例示したが、必ずしもこれに限定するものではない。 Further, in each of the first and second embodiments described above, the internal combustion engine body 1 having four cylinders is illustrated, but the present invention is not necessarily limited thereto.
また、その各実施例1,2にあっては改質器12を排気通路3Bにおける触媒装置11の上流側に配置しているが、その改質器12は触媒装置11の下流側に配置してもよい。但し、排気通路3Bの排気ガスによる改質用触媒の昇温を効率的に行う為には、その排気ガスがより高温である触媒装置11の上流側に配置することが好ましい。
In each of the first and second embodiments, the
以上のように、本発明に係る内燃機関は、リーン運転を行いつつ、効率良く改質ガスを生成し得る技術として有用であり、特に、燃料消費率の向上に適している。 As described above, the internal combustion engine according to the present invention is useful as a technique that can efficiently generate reformed gas while performing lean operation, and is particularly suitable for improving the fuel consumption rate.
1 内燃機関本体
1a 第1気筒
1b 第2気筒
1c 第3気筒
1d 第4気筒
2 吸気経路
2A 吸気通路
2B 吸気マニホルド
3 排気経路
3A 排気マニホルド
3A1 第1分流通路
3A2 第2分流通路
3A3 第3分流通路
3A4 第4分流通路
3B 排気通路
4 ECU(制御装置)
6 スロットルバルブ
6a スロットルバルブアクチュエータ
9a 第1燃料噴射装置
9b 第2燃料噴射装置
9c 第3燃料噴射装置
9d 第4燃料噴射装置
10 A/Fセンサ
11 触媒装置
12 改質器
12a 筒体
12b 改質室
12c 排気通路
13 排気ガス分流通路(排気ガス分流経路)
14 改質ガス導入通路(改質ガス導入経路)
15 流量調整弁
15a 弁アクチュエータ
16 冷却装置
17 流路開閉弁
17a 弁アクチュエータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal combustion engine main body 1a 1st cylinder 1b 2nd cylinder 1c 3rd cylinder 1d 4th cylinder 2
6
14 Reformed gas introduction passage (reformed gas introduction route)
DESCRIPTION OF
Claims (2)
第2燃焼パターンで燃焼を行う少なくとも一つの第2燃焼パターン気筒と、
前記第1及び第2の燃焼パターン気筒から排出された夫々の排気ガスを集合させる排気マニホルド及び当該排気マニホルドを経て前記排気ガスを外部に排気させる排気通路を具備する排気経路と、
前記第2燃焼パターン気筒から排出された排気ガスの内の少なくとも一部を前記排気マニホルドの分流通路から分流させる排気ガス分流経路と、
前記排気経路上に配置されると共に前記排気ガス分流経路に連通し、排気ガスと燃料とから改質ガスを生成する改質器と、
この改質器で生成した前記改質ガスを吸気経路に導入する改質ガス導入経路と、
前記第1燃焼パターン気筒をリーン燃焼させる一方、前記第2燃焼パターン気筒をリッチ燃焼させる制御装置と、
を備えたことを特徴とする内燃機関。 At least one first combustion pattern cylinder that performs combustion in a first combustion pattern;
At least one second combustion pattern cylinder that performs combustion in a second combustion pattern;
An exhaust path comprising an exhaust manifold for collecting the exhaust gases discharged from the first and second combustion pattern cylinders and an exhaust passage for exhausting the exhaust gas to the outside through the exhaust manifold;
An exhaust gas diversion path for diverting at least a part of the exhaust gas discharged from the second combustion pattern cylinder from the diversion path of the exhaust manifold;
A reformer that is disposed on the exhaust path and communicates with the exhaust gas diversion path to generate a reformed gas from the exhaust gas and fuel;
A reformed gas introduction path for introducing the reformed gas generated by the reformer into an intake path;
A control device that causes the first combustion pattern cylinder to perform lean combustion while the second combustion pattern cylinder performs rich combustion;
An internal combustion engine comprising:
前記制御装置に、改質ガスを生成する際に前記夫々の分流通路の間における流路を絞る又は閉塞するよう前記流路開閉手段を動作させる機能を設けたことを特徴とする請求項1記載の内燃機関。 The shunt passage of the exhaust manifold through which the exhaust gas from the first combustion pattern cylinder flows and the shunt passage of the exhaust manifold through which the exhaust gas from the second combustion pattern cylinder flows are communicated and closed. Provide variable channel opening and closing means,
2. The control device is provided with a function of operating the flow path opening / closing means so as to restrict or close a flow path between the respective diversion passages when generating reformed gas. The internal combustion engine described.
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