JP2006299831A - Internal combustion engine and control device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排ガスと燃料との混合気を改質して得られた改質ガスを還流させる内燃機関及び内燃機関の運転制御装置に関するものである。 The present invention relates to an internal combustion engine that recirculates a reformed gas obtained by reforming an air-fuel mixture of exhaust gas and fuel, and an operation control device for the internal combustion engine.
内燃機関の排ガス中に燃料を添加し、両者の混合気を改質触媒で改質した改質ガスを、還流管を通して前記内燃機関の吸気管に供給するものが知られている(例えば特許文献1)。 There is known a technique in which fuel is added to exhaust gas of an internal combustion engine, and a reformed gas obtained by reforming a mixture of the two with a reforming catalyst is supplied to an intake pipe of the internal combustion engine through a reflux pipe (for example, Patent Documents). 1).
しかし、改質ガスは還流通路及び吸気管を通って内燃機関の燃焼室へ到達するので、改質ガスの還流を開始しても、直ちに燃焼室へ還流ガスが供給される訳ではない。したがって、改質ガスの還流を開始してから改質ガスが燃焼室へ到達するまでの期間において、改質ガスが還流到達したものとして内燃機関を運転すると、燃焼状態が不安定となる結果、内燃機関が適切に動作しないおそれがある。特許文献1は、かかる点については何ら言及されておらず、前記期間における燃焼状態を改善する余地がある。
However, since the reformed gas reaches the combustion chamber of the internal combustion engine through the recirculation passage and the intake pipe, the recirculation gas is not immediately supplied to the combustion chamber even when the recirculation of the reformed gas is started. Therefore, when the internal combustion engine is operated assuming that the reformed gas has reached the recirculation in the period from the start of the recirculation of the reformed gas until the reformed gas reaches the combustion chamber, the combustion state becomes unstable. The internal combustion engine may not operate properly.
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、改質ガスの還流を開始してから改質ガスが燃焼室へ到達するまでの期間における燃焼状態を安定させることができる内燃機関及び内燃機関の運転制御装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above, and is an internal combustion engine capable of stabilizing the combustion state in a period from when the reformed gas starts to recirculate until the reformed gas reaches the combustion chamber. And an operation control device for an internal combustion engine.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、吸気通路から供給される空気と燃料との混合気に点火手段で着火して、燃焼室内で燃焼させることにより駆動する内燃機関であって、燃料と、前記内燃機関から排出される排ガスとの改質用混合気を改質触媒により改質して、水素を含む改質ガスを生成し、前記改質ガスを前記燃焼室へ還流させる改質手段と、前記改質ガスが前記燃焼室に到達したか否かを判別する改質ガス到達判定手段と、前記改質ガスが前記燃焼室に到達した後においては、改質ガス還流時の値の運転パラメータで前記内燃機関を運転する運転パラメータ変更手段と、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, an internal combustion engine according to the present invention ignites an air-fuel mixture supplied from an intake passage by an ignition means and burns it in a combustion chamber. An internal combustion engine to be driven, wherein a reforming mixture of fuel and exhaust gas discharged from the internal combustion engine is reformed by a reforming catalyst to generate a reformed gas containing hydrogen, and the reformed gas Reforming means for recirculating gas to the combustion chamber, reformed gas arrival determining means for determining whether the reformed gas has reached the combustion chamber, and after the reformed gas has reached the combustion chamber Includes an operation parameter changing means for operating the internal combustion engine with the operation parameter having a value when the reformed gas is recirculated.
この内燃機関は、改質ガスが燃焼室に到達したか否かを判定し、改質ガスが燃焼室に到達してから、改質ガスの還流時における運転パラメータで運転する。これによって、改質ガスが確実に燃焼室内へ導入されてから、改質ガス還流時に適した運転パラメータで運転できる。その結果、改質ガスの還流開始から改質ガスが燃焼室に到達する期間において安定した燃焼が得られる。 This internal combustion engine determines whether or not the reformed gas has reached the combustion chamber, and operates with operating parameters when the reformed gas is recirculated after the reformed gas reaches the combustion chamber. Thus, after the reformed gas is reliably introduced into the combustion chamber, the operation can be performed with the operation parameters suitable for the reformed gas recirculation. As a result, stable combustion is obtained during the period in which the reformed gas reaches the combustion chamber from the start of the reformed gas recirculation.
次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記運転パラメータは、前記点火手段の点火時期であり、前記運転パラメータ変更手段は、前記改質ガスが前記燃焼室に到達したと前記改質ガス到達判定手段が判断したときに、前記点火手段による点火時期を、前記改質ガスが前記燃焼室に到達する前よりも遅角させることを特徴とする。 In the internal combustion engine according to the next aspect of the present invention, in the internal combustion engine, the operation parameter is an ignition timing of the ignition means, and the operation parameter change means changes the reforming gas when the reformed gas reaches the combustion chamber. When the quality gas arrival determination means determines, the ignition timing by the ignition means is delayed more than before the reformed gas reaches the combustion chamber.
次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記改質ガス到達判定手段は、前記燃焼室内における燃焼状態を判定することにより、前記改質ガスの到達を判定することを特徴とする。 The internal combustion engine according to the present invention is characterized in that, in the internal combustion engine, the reformed gas arrival determination means determines the arrival of the reformed gas by determining a combustion state in the combustion chamber. .
次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記内燃機関の燃焼室内における燃焼状態は、前記燃焼室内の燃焼イオン電流、又は前記燃焼室内の燃焼圧力のうち少なくとも一方を、燃焼状態を判定するための燃焼状態判定パラメータとして用いて判定されることを特徴とする。 In the internal combustion engine according to the next invention, in the internal combustion engine, the combustion state in the combustion chamber of the internal combustion engine is at least one of a combustion ion current in the combustion chamber and a combustion pressure in the combustion chamber. It is determined by using as a combustion state determination parameter for determination.
次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記運転パラメータ変更手段は、前記改質手段を動作させて前記改質ガスの還流を開始した後に、前記燃焼室内における燃焼状態が一旦悪化してから、前記改質ガスの還流を開始する前よりも前記燃焼室内における前記混合気の燃焼状態が改善した後に、前記運転パラメータを変更することを特徴とする。 In the internal combustion engine according to the next aspect of the present invention, after the operating parameter changing means operates the reforming means and starts recirculation of the reformed gas, the combustion state in the combustion chamber once deteriorates. Then, the operating parameter is changed after the combustion state of the air-fuel mixture in the combustion chamber is improved than before the recirculation of the reformed gas is started.
次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記運転パラメータ変更手段は、前記燃焼状態判定パラメータが、所定の閾値よりも大きくなったときに、前記改質ガスが前記燃焼室に到達したと判定することを特徴とする。 In the internal combustion engine according to the next aspect of the present invention, in the internal combustion engine, the operation parameter changing means is configured so that the reformed gas reaches the combustion chamber when the combustion state determination parameter becomes larger than a predetermined threshold value. It is characterized by determining that it has been.
次の本発明に係る内燃機関の運転制御装置は、吸気通路から供給される空気と燃料との混合気に点火手段で着火して、燃焼室内で燃焼させることにより駆動され、かつ、燃料と、内燃機関から排出される排ガスとの改質用混合気を改質触媒により改質して、水素を含む改質ガスを生成し、前記改質ガスを前記燃焼室へ還流させる改質手段と、を備える内燃機関を制御するものであり、前記改質ガスが前記燃焼室に到達したか否かを判別するガス到達判定部と、前記改質ガスが前記燃焼室に到達した後においては改質ガス還流時における運転パラメータで前記内燃機関を運転できるように、前記運転パラメータを変更する運転パラメータ変更部と、を含むことを特徴とする。 An internal combustion engine operation control apparatus according to the present invention is driven by igniting an air-fuel mixture of air and fuel supplied from an intake passage by an ignition means and combusting in a combustion chamber, and fuel, A reforming means for reforming a reforming gas mixture with exhaust gas discharged from an internal combustion engine by a reforming catalyst to generate a reformed gas containing hydrogen and recirculating the reformed gas to the combustion chamber; An internal combustion engine comprising: a gas arrival determination unit for determining whether or not the reformed gas has reached the combustion chamber; and reforming after the reformed gas has reached the combustion chamber And an operation parameter changing unit that changes the operation parameter so that the internal combustion engine can be operated with the operation parameter at the time of gas recirculation.
この内燃機関の運転制御装置は、改質ガスが燃焼室に到達したか否かを判定し、改質ガスが燃焼室に到達してから、改質ガス還流時の運転パラメータで内燃機関を運転する。これによって、改質ガスが確実に燃焼室内へ導入されてから、改質ガス還流時に適した運転パラメータで内燃機関を運転できる。その結果、改質ガスの還流開始から改質ガスが燃焼室に到達する期間において安定した燃焼が得られる。 This internal combustion engine operation control device determines whether or not the reformed gas has reached the combustion chamber, and after the reformed gas has reached the combustion chamber, operates the internal combustion engine with the operating parameters when the reformed gas recirculates. To do. Thus, after the reformed gas is reliably introduced into the combustion chamber, the internal combustion engine can be operated with operating parameters suitable for the reformed gas recirculation. As a result, stable combustion is obtained during the period in which the reformed gas reaches the combustion chamber from the start of the reformed gas recirculation.
次の本発明に係る内燃機関の運転制御装置は、前記内燃機関の運転制御装置において、前記運転パラメータは、前記点火手段の点火時期であり、前記運転パラメータ変更部は、前記改質ガスが前記燃焼室に到達したと前記ガス到達判定部が判断したときに、前記点火手段による点火時期を、前記改質ガスが前記燃焼室に到達する前よりも遅角させることを特徴とする。 The internal combustion engine operation control apparatus according to the present invention is the internal combustion engine operation control apparatus, wherein the operation parameter is an ignition timing of the ignition means, and the operation parameter changing unit is configured such that the reformed gas contains the reformed gas. When the gas arrival determination unit determines that it has reached the combustion chamber, the ignition timing by the ignition means is retarded from before the reformed gas reaches the combustion chamber.
次の本発明に係る内燃機関の運転制御装置は、前記内燃機関の運転制御装置において、前記ガス到達判定部は、前記燃焼室内における燃焼状態を判別することにより、前記改質ガスの到達を判定することを特徴とする。 In the internal combustion engine operation control apparatus according to the next aspect of the present invention, in the operation control apparatus for the internal combustion engine, the gas arrival determination unit determines arrival of the reformed gas by determining a combustion state in the combustion chamber. It is characterized by doing.
次の本発明に係る内燃機関の運転制御装置は、前記内燃機関の運転制御装置において、前記ガス到達判定部は、前記混合気が前記燃焼室内で燃焼するときの燃焼イオン電流、又は前記燃焼室内の圧力のうち少なくとも一方を、燃焼状態を判定するための燃焼状態判定パラメータとして、前記内燃機関の燃焼室内における燃焼状態を判定することを特徴とする。 The internal combustion engine operation control apparatus according to the present invention is characterized in that, in the internal combustion engine operation control apparatus, the gas arrival determination unit is configured such that a combustion ion current when the air-fuel mixture burns in the combustion chamber, or the combustion chamber The combustion state in the combustion chamber of the internal combustion engine is determined using at least one of the pressures as a combustion state determination parameter for determining the combustion state.
次の本発明に係る内燃機関の運転制御装置は、前記内燃機関の運転制御装置において、前記運転パラメータ変更部は、前記改質手段を動作させて前記改質ガスの還流を開始した後に、前記燃焼室内における燃焼状態が一旦悪化してから、前記改質ガスの還流を開始する前よりも前記燃焼室内における燃焼状態が改善した後に、前記運転パラメータを変更することを特徴とする。 The internal combustion engine operation control apparatus according to the next aspect of the present invention is the internal combustion engine operation control apparatus, wherein the operation parameter change unit operates the reforming unit and starts recirculation of the reformed gas, The operating parameter is changed after the combustion state in the combustion chamber is once deteriorated and after the combustion state in the combustion chamber is improved compared to before the recirculation of the reformed gas is started.
次の本発明に係る内燃機関の運転制御装置は、前記内燃機関の運転制御装置において、前記運転パラメータ変更部は、前記燃焼状態判定パラメータが、予め定めた所定の閾値以上になったときに、前記改質ガスが前記燃焼室に到達したと判定することを特徴とする。 In the internal combustion engine operation control apparatus according to the next aspect of the present invention, in the operation control apparatus for the internal combustion engine, the operation parameter changing unit is configured such that when the combustion state determination parameter is equal to or greater than a predetermined threshold value. It is determined that the reformed gas has reached the combustion chamber.
この発明に係る内燃機関及び内燃機関の運転制御装置は、改質ガスの還流を開始してから改質ガスが燃焼室へ到達するまでの期間における燃焼状態を安定させることができる。 The internal combustion engine and the operation control device for the internal combustion engine according to the present invention can stabilize the combustion state in the period from the start of the recirculation of the reformed gas until the reformed gas reaches the combustion chamber.
以下、この発明につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。また、本発明は、特に乗用車やバス、あるいはトラック等の車両に搭載される内燃機関に対して好ましく適用できる。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the best mode for carrying out the invention. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art or those that are substantially the same. The present invention can be preferably applied particularly to an internal combustion engine mounted on a vehicle such as a passenger car, a bus, or a truck.
この実施例は、改質用燃料と、内燃機関から排出される排ガスとの改質用混合気を改質触媒により改質して生成した改質ガスを、内燃機関の燃焼室へ還流させるものである。そして、改質ガスが燃焼室に到達したことを判定して、その後に、改質ガス還流時の運転パラメータで内燃機関を運転する点に特徴がある。 In this embodiment, a reformed gas generated by reforming a reforming mixture of reforming fuel and exhaust gas discharged from an internal combustion engine with a reforming catalyst is recirculated to a combustion chamber of the internal combustion engine. It is. Then, it is characterized in that it is determined that the reformed gas has reached the combustion chamber, and then the internal combustion engine is operated with the operation parameters when the reformed gas is recirculated.
図1は、この実施例に係る内燃機関の全体構成図である。図1を用いて、この実施例に係る内燃機関の構成について説明する。この実施例に係る内燃機関1は、改質手段である改質器20に内燃機関1から排出される排ガスExの一部を導き、この排ガスExに炭化水素(HC)を含む燃料を供給することによって水素(H2)を生成する。そして、改質器20は、この改質反応によって得られた水素を含むガス(以下改質ガスという)Exrを、内燃機関1に還流させる。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an internal combustion engine according to this embodiment. The configuration of the internal combustion engine according to this embodiment will be described with reference to FIG. The
この実施例に係る内燃機関1は、4個の気筒が直列に配置されているが、気筒数及び気筒配置はこれに限られるものではない。また、内燃機関1は、いわゆるロータリー式の内燃機関であってもよい。内燃機関1に供給される燃料Fは、燃料タンク70内のフィードポンプ71によってポート噴射弁6に供給される。そして、ポート噴射弁6から吸気通路3内に噴射され、吸気通路3を通る空気Aと燃焼用混合気を形成する。この燃焼用混合気は、吸気通路を構成するインテークマニホールド71〜74を通って各気筒1S1〜1S4内の燃焼室へ導入される。燃焼用混合気は、各気筒1S1〜1S4に取り付けられる点火プラグSP1〜SP4(添え字は気筒番号、図2−2参照)により点火されて燃焼する。
Although the
なお、この実施例においては、単独のポート噴射弁6により内燃機関1の各気筒へ燃料Fを供給するが、ポート噴射弁6を気筒数分用意して、各気筒1S1〜1S4のインテークマニホールド71〜74へそれぞれ独立して燃料Fを噴射してもよい。また、ポート噴射弁6の代わりに、気筒内へ直接燃料を噴射する、いわゆる直噴噴射弁を用いて、内燃機関1へ燃料Fを供給してもよい。さらに、ポート噴射弁と直噴噴射弁との両方を備え、内燃機関1の運転条件に応じて両者の燃料噴射割合を変更して、内燃機関1へ燃料を供給してもよい。
Incidentally, in this embodiment, supplying fuel F to each cylinder of the
内燃機関1に供給される空気Aは、吸気通路3の入口に取り付けられるエアクリーナ13でごみ等が除去されてから、内燃機関1へ送られる。内燃機関1へ供給される空気Aは、吸気通路3に設けられるスロットル弁4によって流量が調整される。スロットル弁4の開度は、アクセル17と連動する。この実施例において、アクセル17の開度はアクセル開度センサ47で検出されて、機関ECU(Electronic Control Unit)50に取り込まれる。そして、アクセル開度センサ47からのアクセル開度情報を基に、機関ECU50はスロットル弁4の開度を調整する。
The air A supplied to the
アクセル17の開度が大きくなるとスロットル弁4の開度は大きくなり、アクセル17の開度が小さくなるとスロットル弁4の開度は小さくなる。内燃機関1へ供給される空気Aは、吸気通路3であってスロットル弁4の上流に設けられるエアフローセンサ42で流量が計測される。その計測値は機関ECU50に取り込まれる。機関ECU50は、エアフローセンサ42により計測された吸入空気量Gaと、回転数センサ43で計測される内燃機関1の機関回転数Neとから、内燃機関1に対する燃料供給量を決定する。
When the opening of the accelerator 17 is increased, the opening of the
内燃機関1の各気筒1S1〜1S4で燃焼した混合気は、排ガスExとなってエキゾーストマニホールド8へ排出される。この排ガスExは、排気通路9を通って改質器20の排気通路22へ導入され、排ガスExを改質するための熱を与える。改質器20から排出された排ガスExは、浄化触媒16で浄化された後、大気中へ放出される。なお、浄化触媒16は、改質器20と内燃機関1との間に配置してもよい。排気通路9には、A/F(Air/Fuel:空燃比)センサ45が取り付けられており、排ガスExの空燃比を計測する。そして、排ガスExの空燃比から内燃機関1の燃焼状態を判定し、所定の空燃比から外れた場合には、機関ECU50で決定される、内燃機関1に対する燃料供給量を補正する。
The air-fuel mixture combusted in each of the
排気通路9からは改質用導管11が分岐しており、改質用導管11は、改質器20の改質室21と接続されている。改質用導管11には、改質用燃料供給手段である改質用燃料噴射弁24が取り付けられており、この改質用燃料噴射弁24から、改質用導管11へ導かれた排ガスExへ改質用燃料Frが噴射される。改質用燃料噴射弁24には、燃料タンク70内のフィードポンプ71から燃料が供給される。なお、改質用燃料噴射弁24の出口に蒸発器を設け、改質用燃料の蒸発を促進してもよい。
A reforming
改質器20は、改質室21と排気通路22とで構成される。改質室21の内壁面には改質用触媒が担持されており、排気通路22を流れる排ガスExの熱により改質用触媒が加熱されて、活性温度θa以上に保持される。改質器20は、複数の改質室21を備え、各改質室21はそれぞれ連通しており、排ガスExと改質用燃料Frとの混合気(改質用混合気)Gmrは、改質室21を通過する間に改質される。ここで、改質用触媒には、例えばジルコニア系の触媒や、ロジウム系の触媒が用いられる。
The
改質器20には、改質触媒の温度を測定するため、改質触媒床温度センサ44が取り付けられる。改質触媒そのものの温度を測定することは困難であるため、改質触媒を担持する触媒床の温度を測定して、改質触媒温度とする。改質触媒温度が低い場合、改質ガスExr中の水素濃度は低く、改質触媒温度が高くなるほど改質ガスExr中の水素濃度は高くなる。このため、改質触媒温度が活性温度θa以上になってから排ガスExの改質を開始するように、改質触媒床温度センサ44により改質触媒の温度を監視する。なお、ロジウム系の改質触媒を用いる場合、活性温度θaは600℃程度である。
A reforming catalyst
改質室21の出口21oには、改質室21と、吸気通路3とを接続する、ガス還流通路10が取り付けられている。ガス還流通路10は、排ガスEx又は改質ガスExrを、内燃機関1の吸気側、すなわち吸気通路3へ還流させる機能を持つ。ガス還流通路10には、冷却器12が設けられており、改質室21で改質された排ガス(改質ガスExr)を冷却する。また、冷却器12とガス還流通路10の出口10oとの間には、還流流量調整手段である還流流量調整弁5が設けられており、機関ECU50からの指令により、吸気通路3へ還流させる改質ガスExrの流量を調整する。
A
排気通路9から改質用導管11へ導かれた排ガスExは、改質用燃料噴射弁24から改質用燃料Frが噴射される。改質用燃料Frは、内燃機関1の各気筒1S1〜1S4へ供給される燃料Fの一部であり、内燃機関1の運転条件に応じて改質用燃料Frの供給量が決定される。改質用燃料Frと排ガスExとの改質用混合気Gmrは、改質用導管11から改質室21へ導入され、改質室21の内壁面に担持された改質触媒により、式(1)に示す改質反応により改質されて改質ガスExrとなる。
1.56(7.6CO2+6.8H2O+40.8N2)+3C7.6H13.6+4122kJ→31H2+34.7CO+63.6N2・・・(1)
The exhaust gas Ex led from the
1.56 (7.6CO 2 + 6.8H 2 O + 40.8N 2) + 3C 7.6 H 13.6 +
ここで、左辺第1項が排ガスEx、左辺第2項が燃料(炭化水素CHであり、この実施例ではガソリン)、右辺が改質ガスExrを示す。右辺の改質ガスExrに含まれる水素は、全改質ガスの体積に対して24vol%である。また、この改質反応は吸熱反応であり、これにより排ガスExの熱エネルギを回収することになる。このように、吸熱反応により排ガスExが改質されるため、内燃機関1に供給する燃料の量が同一であっても、排ガスExの熱を吸収した分だけ内燃機関1での燃焼における発熱量が増加する。
Here, the first term on the left side represents the exhaust gas Ex, the second term on the left side represents fuel (hydrocarbon CH, gasoline in this embodiment), and the right side represents the reformed gas Exr. Hydrogen contained in the reformed gas Exr on the right side is 24 vol% with respect to the total reformed gas volume. Further, this reforming reaction is an endothermic reaction, whereby the thermal energy of the exhaust gas Ex is recovered. Thus, since the exhaust gas Ex is reformed by the endothermic reaction, even if the amount of fuel supplied to the
また、水素(H2)の発熱量は241.7kJ/molであり、ガソリン(CH1.869)の発熱量は596.5kJ/molである。しかし、式(1)の改質反応により、3モルのガソリン(燃料)から31モルの水素が発生する。したがって、前記発熱量と、式(1)の改質によるモル数変化とを乗ずると、ガソリン単独を燃焼させる場合と比較して、改質ガスExrの発熱量は大幅に増加する。これにより、内燃機関1の出力トルクが増加し、また燃料消費は低減される。
The calorific value of hydrogen (H 2 ) is 241.7 kJ / mol, and the calorific value of gasoline (CH 1.869 ) is 596.5 kJ / mol. However, the reforming reaction of the formula (1) generates 31 moles of hydrogen from 3 moles of gasoline (fuel). Therefore, when the calorific value is multiplied by the change in the number of moles due to the reforming of the formula (1), the calorific value of the reformed gas Exr is significantly increased as compared with the case where gasoline alone is combusted. As a result, the output torque of the
改質室21で生成された改質ガスExrは、ガス還流通路10を通って、吸気通路3へ導入される。改質ガスExrは、700℃前後の高温になるため、ガス還流通路10の途中に設けられた冷却器12で冷却されてから吸気通路3へ導入される。吸気通路3へ導入される改質ガスExrの流量(還流流量)は、還流流量調整弁5で制御される。吸気通路3へ導入される改質ガスExrの流量は、内燃機関1の運転条件に基づき、当該運転条件における最大限の改質ガスを内燃機関1に導入できるように決定される。この場合、改質ガスExrに含まれる水素、一酸化炭素(CO)の量を考慮し、ポート噴射弁6の燃料噴射量を低減して空燃比A/Fを最適化する。
The reformed gas Exr generated in the reforming
改質ガスExrに含まれる水素(H2)は、ガソリンと比較して最大点火エネルギが1/10程度であり、最大燃焼速度が10倍弱である。このため、水素はガソリンと比較して急速燃焼する。上記改質反応によって得られた水素を含む改質ガスExrを内燃機関1に供給すると、改質ガスExr中の水素により、燃焼改善効果が得られる。
Hydrogen (H 2 ) contained in the reformed gas Exr has a maximum ignition energy of about 1/10 as compared with gasoline, and a maximum combustion rate of slightly less than 10 times. For this reason, hydrogen burns faster than gasoline. When the reformed gas Exr containing hydrogen obtained by the reforming reaction is supplied to the
内燃機関1の運転においては、排ガスExを吸気側に還流させる、いわゆるEGR(Exhaust Gas Recirculation)を実行することがある。内燃機関1が軽負荷で運転されているときにEGRを実行すると、ポンプロスが低減されて燃料消費を低減できるが、排ガスExの環流量(EGR量)が多すぎると燃焼速度が遅くなって燃焼が悪化する。その結果、内燃機関1の出力トルクが低下し、ドライバビリティが悪化する。この実施例に係る内燃機関1は、水素を含む改質ガスExrを内燃機関1に還流させるので、改質ガスExrの還流量を増加させた場合でも、水素が急速燃焼することで、燃焼悪化が抑制される。その結果、燃焼悪化に起因する出力トルクの低下を抑制して、ドライバビリティの悪化を抑えることができる。
In the operation of the
また、内燃機関1が高負荷(例えばWOT領域での運転や負荷率で80%程度を超える領域での運転)においてEGRを実行すると、燃焼室の温度を低下させることができるので、ストイキ(λ=1)で運転できる領域が拡大する。しかし、EGRにより燃焼が悪化して、出力トルクが低下し、ドライバビリティを悪化させることがある。この実施例に係る内燃機関1は、排ガスExだけではなく、水素を含む改質ガスExrを内燃機関1に還流させるので、改質ガスExr中の水素が急速燃焼することで燃焼悪化が抑制される。また、水素の急速燃焼によりノッキングを改善できるので、点火時期を進角させて、内燃機関1の出力トルクを向上させることができる。その結果、燃焼悪化に起因する出力トルクの低下を抑制して、ドライバビリティの悪化を抑えることができる。
Further, when the EGR is executed when the
この内燃機関1は、各気筒1S1〜1S4内の燃焼室に改質ガスExrが到達したか否かを判定する機能を有する。この実施例に係る内燃機関1では、各気筒1S1〜1S4内の燃焼室における燃焼状態を判定することにより、燃焼室に改質ガスExrが到達したか否かを判定する。すなわち、改質を開始しても、改質ガスExrが燃焼室へ到達するまでには時間を要する。このため、改質を開始しても、改質ガスExrが燃焼室へ到達するまでは燃焼状態は改善しない。そして、改質ガスExrが燃焼室へ到達すると、燃焼状態が改善する。この燃焼状態の変化を利用することによって、改質ガスExrが燃焼室へ到達したか否かを判定することができる。
The
この実施例に係る内燃機関1では、燃焼室内の燃焼イオン電流によって燃焼室内の燃焼状態を判定する。図2−1は、燃焼イオン電流を検出する装置構成を示す説明図である。図2−2は、複数の気筒を備える内燃機関において燃焼イオン電流を検出する装置構成を示す説明図である。燃焼イオン電流検出装置63は、ダイレクトイグニッション60内に組み込まれており、点火プラグSPを燃焼イオン電流検出センサ(燃焼状態検出手段)として用いることにより、気筒1S内の燃焼室1b内における燃焼イオン電流を検出する。この実施例では、点火プラグSPと、燃焼イオン電流検出装置63とにより燃焼状態検出手段が構成される。なお、点火プラグSPとは別個に、点火プラグSPの近傍へ燃焼イオン電流検出用プローブを設け、これにより燃焼室1b内の燃焼状態を判定してもよい。また、燃焼イオン電流検出装置63は、ダイレクトイグニッション60とは別個に用意してもよい。
In the
ダイレクトイグニッション60は、イグナイター部62と、イグニッションコイル部61とで構成される。機関ECU50は、内燃機関1の運転条件や運転状態から、内燃機関1への点火時期を決定する。ダイレクトイグニッション60は、機関ECU50からの点火指令を受けて、点火プラグSPから火花を発生させて、燃焼室1b内の混合気へ点火する。
The
燃焼イオン電流検出装置63は、検出回路64と、反転回路66と、V−I変換回路65とで構成される。検出回路64は、イグニッションコイル部61を構成する2次コイル61sに接続されている。燃焼室1b内の混合気が燃焼すると、燃焼室1b内には燃焼イオンが発生する。この燃焼イオンに起因して、点火プラグSPの中心電極SPcと側方電極SPsとの間に燃焼イオン電流Iが流れる。検出回路64は、この燃焼イオン電流Iを検出する。検出された燃焼イオン電流Iの電気信号は、反転回路66、V−I変換回路65を経て機関ECU50に取り込まれる。
The combustion ion
内燃機関1が複数の気筒1S1〜1S4を備える場合、各気筒1S1〜1S4の点火プラグSP1〜SP2に対してダイレクトイグニッション601〜604、燃焼イオン電流検出装置631〜634が設けられる。これにより、各気筒1S1〜1S4に対して、燃焼状態を判定する。
When the
図3は、燃焼イオン電流の波形の一例を示す説明図である。図3は、燃焼イオン電流検出装置63で検出され、機関ECU50に取り込まれる前における燃焼イオン電流の波形の一例を示している。図3に示すように、機関ECU50がイグナイター部62に点火信号を与えると、この点火信号に応じて点火プラグSPの中心電極SPcと側方電極SPsとの間に火花が発生する。そして、この火花が燃焼室1b内の混合気に着火し、これを燃焼させる。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of the waveform of the combustion ion current. FIG. 3 shows an example of the waveform of the combustion ion current detected by the combustion ion
混合気の燃焼により、燃焼室1b内に発生する実際の燃焼イオン電流は、図3の破線で示すようになる。しかし、イグニッションコイルを用いる点火装置においては、浮遊容量Cf(図2−1参照)とイグニッションコイル部61とによるLC共振ノイズが発生する。このLC共振ノイズの影響により、燃焼イオン電流検出装置63で検出される燃焼イオン電流Iは、図3の実線で示すようになる。そして、燃焼イオン電流Iの最大値が、Imaxとなる。燃焼状態が向上すると、燃焼イオン電流Iの値は大きくなり、最大燃焼イオン電流Imaxも大きくなる。この実施例では、最大燃焼イオン電流Imaxの時間変化から、燃焼室1b内の燃焼状態を判定する。なお、LC共振ノイズを避けるため、点火時期TFからTdの遅れ時間経過後に、燃焼イオン電流Iは取得される。
The actual combustion ion current generated in the
次に、この実施例に係る内燃機関の運転制御装置について説明する。図4は、この実施例に係る内燃機関の運転制御装置を示す説明図である。この実施例に係る内燃機関の運転制御は、この実施例に係る内燃機関の運転制御装置30によって実現できる。図2に示すように、内燃機関の運転制御装置30は、機関ECU50に組み込まれて構成されている。機関ECU50は、CPU(Central Processing Unit:中央演算装置)50pと、記憶部50mと、入力及び出力ポート55、56と、入力及び出力インターフェイス57、58とから構成される。
Next, an internal combustion engine operation control apparatus according to this embodiment will be described. FIG. 4 is an explanatory view showing an operation control apparatus for an internal combustion engine according to this embodiment. The operation control of the internal combustion engine according to this embodiment can be realized by the
なお、機関ECU50とは別個に、この実施例に係る内燃機関の運転制御装置30を用意し、これを機関ECU50に接続してもよい。そして、この実施例に係る内燃機関の運転制御を実現するにあたっては、機関ECU50が備える内燃機関1の制御機能を、前記内燃機関の運転制御装置30が利用できるように構成してもよい。
Separately from the
内燃機関の運転制御装置30は、ガス到達判定部31と、運転パラメータ変更部32と、改質制御部33とを含んで構成される。これらが、この実施例に係る内燃機関の運転制御方法を実行する部分となる。なお、ガス到達判定部31が、この実施例に係る内燃機関が備えるガス到達判定手段に相当し、運転パラメータ変更部32が、この実施例に係る内燃機関1が備える運転パラメータ変更手段に相当する。
The
この実施例において、内燃機関の運転制御装置30は、機関ECU50を構成するCPU(Central Processing Unit:中央演算装置)50pの一部として構成される。この他に、CPU50pには、内燃機関1の運転を制御する制御部53が含まれている。CPU50pと、記憶部50mとは、バス541〜543を介して、入力ポート55及び出力ポート56を介して接続される。
In this embodiment, the
これにより、内燃機関の運転制御装置30を構成するガス到達判定部31と運転パラメータ変更部32と改質制御部33とは、相互に制御データをやり取りしたり、一方に命令を出したりできるように構成される。また、内燃機関の運転制御装置30は、機関ECU50が有する内燃機関1の負荷率KLや機関回転数Neその他の内燃機関の運転制御データを取得したり、内燃機関の運転制御装置30の制御を機関ECU50の内燃機関の運転制御ルーチンに割り込ませたりすることができる。
As a result, the gas
入力ポート55には、入力インターフェイス57が接続されている。入力インターフェイス57には、エアフローセンサ42、回転数センサ43、改質触媒床温度センサ44、A/Fセンサ45、冷却水温センサ46、アクセル開度センサ47、燃焼イオン電流検出装置631〜634(添え字は燃焼室番号)、燃焼室内燃焼室内圧力センサ481〜484(添え字は燃焼室番号)その他の、内燃機関1の運転制御に必要な情報を取得するセンサ類が接続されている。これらのセンサ類から出力される信号は、入力インターフェイス57内のA/Dコンバータ57aやディジタルバッファ57dにより、CPU50pが利用できる信号に変換されて入力ポート55へ送られる。これにより、CPU50pは、燃料供給制御や内燃機関1の運転制御に必要な情報を取得することができる。
An
出力ポート56には、出力インターフェイス58が接続されている。出力インターフェイス58には、還流流量調整弁5、単独のポート噴射弁6、改質用燃料噴射弁24、イグナイター部62その他の、内燃機関1の運転制御に必要な制御対象が接続されている。出力インターフェイス58は、制御回路581、582等を備えており、CPU50pで演算された制御信号に基づき、前記制御対象を動作させる。このような構成により、前記センサ類からの出力信号に基づき、機関ECU50のCPU50pは、内燃機関1の運転を制御することができる。
An
記憶部50mには、この実施例に係る内燃機関の運転制御の処理手順を含むコンピュータプログラムや制御マップ、あるいは内燃機関1の運転制御に用いる燃料噴射量のデータマップ等が格納されている。ここで、記憶部50mは、RAM(Random Access Memory)のような揮発性のメモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。
The
上記コンピュータプログラムは、CPU50pへすでに記録されているコンピュータプログラムとの組み合わせによって、この実施例に係る内燃機関の運転制御の処理手順を実現できるものであってもよい。また、この内燃機関の運転制御装置30は、前記コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、ガス到達判定部31、運転パラメータ変更部32及び改質制御部33の機能を実現するものであってもよい。次に、この実施例に係る内燃機関の運転制御について説明する。この説明においては、適宜図1〜図4を参照されたい。
The computer program may be capable of realizing the processing procedure of the operation control of the internal combustion engine according to this embodiment, in combination with the computer program already recorded in the
図5は、この実施例に係る内燃機関の運転制御を実行している場合における燃焼イオン電流の時間変化を示す説明図である。図5は、内燃機関1の1サイクル中における最大の燃焼イオン電流(以下単に燃焼イオン電流という)の時間変化を示している。図6は、この実施例に係る内燃機関の運転制御の手順を説明するフローチャートである。この実施例に係る内燃機関の運転制御においては、燃焼状態を判定するための燃焼状態判定パラメータとして燃焼イオン電流を用いる。この実施例に係る内燃機関の運転制御を実行するにあたり、内燃機関の運転制御装置(以下運転制御装置)30が備える改質制御部33は、改質ガスの還流を開始するか否かを判定する(ステップS101)。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the change over time of the combustion ion current when the operation control of the internal combustion engine according to this embodiment is being executed. FIG. 5 shows the time change of the maximum combustion ion current (hereinafter simply referred to as combustion ion current) during one cycle of the
改質ガスの還流を開始するか否かは、内燃機関1に取り付けられるエアフローセンサ42、回転数センサ43、冷却水温センサ46、改質触媒床温度センサ44その他の各種センサからの情報を基に、改質制御部33が判定する。改質ガスの還流を開始しない場合には(ステップS101:No)、STARTに戻り、運転制御装置30は内燃機関1の監視を継続する。
Whether or not to start the recirculation of the reformed gas is determined based on information from an
改質ガスの還流を開始する場合(ステップS101:Yes)、改質制御部33は内燃機関1の機関回転数Ne及び吸入空気量Gaから還流させる改質ガスExrの量や改質用燃料噴射弁24から改質器20へ供給する改質用燃料Frの供給量を決定する。そして、決定された値に基づき、改質制御部33は改質用燃料噴射弁24から改質用燃料Frを噴射させ、また還流流量調整弁5を開く(図5の時間t1)。
When the recirculation of the reformed gas is started (step S101: Yes), the reforming
運転制御装置30のガス到達判定部31は、燃焼状態を判定するため、燃焼イオン電流検出装置631〜634(図2−2、図4)から内燃機関1の燃焼室内における燃焼イオン電流Iを取得する(ステップS102)。この実施例に係る内燃機関1のように、複数の気筒1S1〜1S4内にそれぞれ燃焼室を備える場合には、それぞれの燃焼室に対応する燃焼イオン電流検出装置631〜634(図2−2、図4)から、燃焼状態を判定する燃焼室に対する燃焼イオン電流Iを取得する。
The gas
改質を開始する前(図5のt1よりも前)は、ある空燃比A/F(例えばストイキ)で内燃機関1は運転されている。このとき、改質ガスExrが還流していなくとも、改質器20の排気通路22内やガス還流通路10(いずれも図1参照)内には、内燃機関1の排ガスExに近い成分のガスが存在する。改質を開始して還流流量調整弁5が開かれると、前記ガス還流通路10内等に存在する排ガスExに近い成分のガスが内燃機関1の燃焼室に最初に還流する(図5のt1〜t2)。そして、その後、徐々に改質ガスExrが内燃機関1の燃焼室に還流し始める(図5のt2以降)。
Prior to the start of reforming (before t 1 in FIG. 5), the
内燃機関1の燃焼室へ排ガスExに近い成分のガスが還流すると、図5に示すように、それまでよりも燃焼イオン電流Iは低下する(図5のt1)。すなわち、燃焼は悪化する。そして、改質ガスExrが内燃機関1の燃焼室へ還流し始めると、燃焼イオン電流Iは最小値Iminとなって、その後上昇に転ずる(図5のt2)。すなわち、改質ガスExr中の水素によって燃焼が改善される。そして、t4で、改質ガスExrのみが内燃機関1の燃焼室へ還流される。
When a gas having a component close to the exhaust gas Ex is recirculated into the combustion chamber of the
排ガスEx、あるいは排ガスExに近い成分のガスが燃焼室へ還流すると燃焼が緩慢になるので、運転パラメータである点火時期をより進角側にしないと、燃焼が不安定となりドライバビリティが低下する。一方、改質ガスExrは水素を含むので、通常の運転時、すなわちEGRを実行しないとき(排ガスExを還流させないとき)よりも燃焼速度は速くなる。この場合、点火時期を遅角させないと、内燃機関1の出力トルクが減少する。このため、改質ガスExrが還流するときと、排ガスEx、あるいは排ガスExに近い成分のガスが還流するときとで、点火時期は異なることになる。
When the exhaust gas Ex or a gas having a component close to the exhaust gas Ex returns to the combustion chamber, the combustion becomes slow. Therefore, unless the ignition timing, which is an operation parameter, is set to a more advanced side, the combustion becomes unstable and drivability is reduced. On the other hand, since the reformed gas Exr contains hydrogen, the combustion speed becomes faster than during normal operation, that is, when EGR is not executed (when the exhaust gas Ex is not recirculated). In this case, the output torque of the
したがって、改質ガスの還流を開始して、排ガスExに近い成分のガスが最初に燃焼室へ還流しているときに、改質ガスExrが還流したときの点火時期をそれまでよりも遅角側に変更すると、燃焼が不安定となる。その結果、ドライバビリティの低下を招く。このため、この実施例では、燃焼状態から改質ガスExrが燃焼室へ還流しているか否かを判定して、改質ガスExrが燃焼室へ到達してから、改質ガスExrを還流させたときに適した時期、すなわち遅角側に点火時期を変更する。すなわち、燃焼イオン電流Iから燃焼室内の燃焼状態を判定し、燃焼イオン電流Iが所定の閾値Isよりも大きくなった場合に、改質ガスExrが十分に燃焼室へ還流したと判定して、点火時期を改質ガス還流時の点火時期、すなわち遅角側へ変更する。なお、「改質ガスExrが燃焼室へ到達する」とは、燃焼の促進が十分に認められる状態をいい、例えば、ガス還流通路10の出口10oにおける全ガスにおいて、改質器20で改質された改質ガスExrの比率が50%程度以上になった状態である。このような状態では、通常、改質ガスExrの還流を開始した後において、改質ガスExrの還流を開始する前よりも燃焼が改善する。
Therefore, when the reformed gas starts to be recirculated, and the gas of the component close to the exhaust gas Ex is first recirculated to the combustion chamber, the ignition timing when the reformed gas Exr is recirculated is delayed more than before. If changed to the side, combustion becomes unstable. As a result, drivability is reduced. Therefore, in this embodiment, it is determined whether or not the reformed gas Exr is recirculated to the combustion chamber from the combustion state, and the reformed gas Exr is recirculated after the reformed gas Exr reaches the combustion chamber. The ignition timing is changed to a suitable timing, that is, a retarded side. That is, the combustion state in the combustion chamber is determined from the combustion ion current I, and when the combustion ion current I becomes larger than the predetermined threshold Is, it is determined that the reformed gas Exr has sufficiently returned to the combustion chamber, The ignition timing is changed to the ignition timing when the reformed gas recirculates, that is, to the retard side. Note that “the reformed gas Exr reaches the combustion chamber” means a state in which combustion is sufficiently promoted. For example, all the gas at the outlet 10o of the
ガス到達判定部31は、ステップS102で取得した内燃機関1の燃焼室内における燃焼イオン電流Iを、所定の閾値Isと比較する(ステップS103)。所定の閾値Isは、改質ガスExrが燃焼室内へ到達して、運転パラメータである点火時期を改質ガス還流時における値に変更してもよいか否かの判定に用いられる。上述したように、改質ガスExrが燃焼室へ還流すると、改質ガスExrが還流していない状態と比較して燃焼が改善する。すなわち、改質ガスExrが燃焼室へ還流すると、改質ガスExrの還流を開始する前(図5のt1よりも前)よりも燃焼は改善する。したがって、燃焼イオン電流Iが改質ガスExrの還流を開始する前よりも大きくなった場合には、改質ガスExrが燃焼室へ還流していると判定して、運転パラメータ(この例では点火時期)を変更できる。
The gas
かかる観点から、燃焼イオン電流Iを用いて燃焼室へ改質ガスExrが還流しているか否かを判定する際の前記閾値Isは、少なくとも改質ガスExrの還流を開始する前(図5のt1よりも前)の燃焼イオン電流I1の値とする。そして、改質ガスExrの還流を開始する前の燃焼イオン電流I1よりもある程度大きい値とすることが好ましい。このようにすれば、燃焼イオン電流Iの検出ばらつきや改質のばらつきが発生した場合でも、確実に改質ガスExrが燃焼室へ還流している状態で、点火時期を改質ガス還流時の点火時期に変更できる。ここで、燃焼イオン電流Iの値は、内燃機関1の運転条件によっても変化するので、改質ガスExrの還流を開始する前の燃焼状態、すなわち、改質ガスExrの還流を開始する前における燃焼イオン電流の値に基づいて、所定の閾値Isを設定することが好ましい。
From this point of view, the threshold Is when determining whether or not the reformed gas Exr is recirculated to the combustion chamber using the combustion ion current I is at least before the recirculation of the reformed gas Exr is started (in FIG. 5). the value of the combustion ion current I 1 above) than t 1. And it is preferable to make it a value somewhat larger than the combustion ion current I 1 before starting the recirculation of the reformed gas Exr. In this way, even when a variation in the detection of the combustion ion current I or a variation in the reforming occurs, the ignition timing is set to the same as that at the time of the reforming gas recirculation while the reformed gas Exr reliably recirculates to the combustion chamber. It can be changed to the ignition timing. Here, since the value of the combustion ion current I also changes depending on the operating conditions of the
前記閾値Isは、例えば、改質ガスExrの還流を開始する前における燃焼イオン電流(I=I1)に、所定の閾値補正値ΔIを加算することにより設定してもよい。このとき、閾値補正値ΔIは、内燃機関1の運転条件や改質条件等に応じて変更してもよい。例えば、改質条件によっては、燃焼状態の改善度合いが低い場合もあるが、このような場合に閾値補正値ΔIが大きすぎると、改質ガスExrが燃焼室に還流しているにも関わらず、改質ガスExrは燃焼室に還流していないと判定されるおそれもある。内燃機関1の運転条件や改質条件等に応じて閾値補正値を変更すれば、このような不具合を解消して、より確実に改質ガスExrの還流を検知できる。
The threshold Is may be set, for example, by adding a predetermined threshold correction value ΔI to the combustion ion current (I = I 1 ) before starting the recirculation of the reformed gas Exr. At this time, the threshold correction value ΔI may be changed according to the operating conditions, reforming conditions, and the like of the
燃焼イオン電流Iと所定の閾値Isとを比較した結果、I≦Isの場合には(ステップS103:No、図5のt1〜t4までの期間)、改質ガスExrが燃焼室に還流していないと判定する。この場合は、改質ガスExrが燃焼室に還流するまで待機する。I>Isの場合には(ステップS103:Yes、図5のt=t4以降)、改質ガスExrが燃焼室に還流していると判定する。この場合、運転制御装置30の運転パラメータ変更部32は、点火時期(運転パラメータ)を、改質ガス還流時の点火時期、すなわちより遅角側へ変更する(ステップS104、図5のt=t5)。そして、運転パラメータ変更部32は、変更された点火時期を制御部53に与え、変更された点火時期で制御部53に内燃機関1を運転させる(ステップS105)。
As a result of comparing the combustion ion current I with the predetermined threshold Is, if I ≦ Is (step S103: No, the period from t 1 to t 4 in FIG. 5), the reformed gas Exr is returned to the combustion chamber. Judge that it is not. In this case, the process waits until the reformed gas Exr returns to the combustion chamber. In the case of I> Is (step S103: Yes, t = t 4 later in FIG. 5) determines that the reformed gas Exr is refluxed into the combustion chamber. In this case, the operation
なお、改質ガスExrが燃焼室に到達してから、変更した、すなわち改質ガス還流時に適した点火時期(運転パラメータ)で内燃機関1を運転すればよい。したがって、点火時期(運転パラメータ)の変更は、改質ガスExrが燃焼室に到達する前でもよい(以下同様)。
The
なお、この実施例に係る内燃機関1のように複数の燃焼室を備える場合、前記閾値を超えた燃焼室順に点火時期を変更する。すなわち、改質ガスExrの還流を開始した後、燃焼状態が一旦悪化してから、改質ガスExrの還流を開始する前よりも燃焼状態が改善したら、改質ガスExrが燃焼室に還流していると判定して、点火時期を遅角する。
In addition, when providing a some combustion chamber like the
なお、改質ガスExrが燃焼室に還流している状態(図5のt4以降)において、改質を開始する前の点火時期で点火すると、過進角の状態となる。過進角の状態では、燃焼は改善されるため燃焼イオン電流Iは上昇するが(図5のt=t4〜t5)、内燃機関1の出力トルクは低下する。したがって、t=t5の時点で、点火時期を、改質ガスExrが還流している状態において最適な点火時期、すなわち、改質を開始する前の点火時期よりも遅角側へ変更する。図5のt=t5で点火時期を改質ガス還流時の点火時期に変更すると、燃焼が最適化されて内燃機関1の出力トルクは向上し、燃焼イオン電流Iはやや低下する(t=t6)。
In the state where the reformed gas Exr is recirculated to the combustion chamber (after t 4 in FIG. 5), if it is ignited at the ignition timing before the reforming is started, it becomes an over-advanced state. In the over-advance state, combustion is improved and the combustion ion current I increases (t = t 4 to t 5 in FIG. 5 ), but the output torque of the
図5中のt=t4の時点で、改質ガスExrは燃焼室に還流しているので、t=t4以降であれば点火時期を改質ガス還流時の点火時期に変更してもよい。なお、この実施例のように、改質ガスExrが燃焼室に還流したとき(t=t4)からある程度の時間が経過してから点火時期を変更すると、より確実に改質ガスExrが還流した状態で、点火時期を変更することができ、燃焼が不安定になるおそれをより確実に低減できる。 Since the reformed gas Exr is recirculated to the combustion chamber at the time t = t 4 in FIG. 5, if t = t 4 or later, the ignition timing is changed to the ignition timing at the reformed gas recirculation. Good. As in this embodiment, when the ignition timing is changed after a certain period of time has elapsed since the reformed gas Exr recirculated to the combustion chamber (t = t 4 ), the reformed gas Exr is more reliably recirculated. In this state, the ignition timing can be changed, and the risk of unstable combustion can be more reliably reduced.
ここで、例えば、改質器20が備える改質触媒がS(硫黄)被毒したり改質触媒にコーキングが発生したりした場合には、改質を停止してS被毒等から改質触媒を回復させる。また、内燃機関1の運転条件によっては、改質ガスExrを還流しない場合もある。このように、改質ガスの還流を停止した場合における内燃機関1の運転制御について説明する。図7は、改質ガスの還流を停止した場合の運転制御を実行している場合における燃焼イオン電流の時間変化を示す説明図である。図8は、改質ガスの還流を停止した場合の運転制御の手順を示すフローチャートである。
Here, for example, when the reforming catalyst included in the
まず、運転制御装置30が備える改質制御部33は、改質ガスの還流を停止するか否かを判定する(ステップS201)。改質ガスの還流を停止しない場合には(ステップS201:No)、STARTに戻り、運転制御装置30は内燃機関1の監視を継続する。改質ガスの還流を停止する場合(ステップS201:Yes)、改質制御部33は改質用燃料噴射弁24からの改質用燃料Frの噴射を停止するとともに、還流流量調整弁5を閉じる(図7の時間t1)。
First, the reforming
次に、運転制御装置30のガス到達判定部31は、燃焼状態を判定するため、燃焼イオン電流検出装置631〜634(図2−2、図4)から内燃機関1の燃焼室内における燃焼イオン電流Iを取得する(ステップS202)。そして、ガス到達判定部31は、ステップS202で取得した内燃機関1の燃焼室内における燃焼イオン電流Iを、所定の下限値Islと比較する(ステップS203)。改質ガスExrの還流を停止すると、吸気通路3から導入される空気Aと内燃機関用燃料Feとの混合気が内燃機関1の燃焼室に導入されて、この混合気(燃焼混合気)が燃焼することにより内燃機関1が駆動する。
Next, in order to determine the combustion state, the gas
前記燃焼混合気は、水素を含有する改質ガスExrよりも燃焼速度が遅いので、改質ガスExrを還流させる場合よりも点火時期を進角側に変更しないと、燃焼状態が不安定となり、ドライバビリティ等に影響を及ぼす。前記所定の下限値Islは、かかる観点から定められるものであり、燃焼状態の悪化が許容できる範囲で最小限の値に設定する。なお、燃焼イオン電流Iの値は、内燃機関1の運転条件によっても変化するので、改質ガスExrの還流を停止する前の燃焼状態、すなわち、改質ガスExrの還流を停止する前の燃焼イオン電流Iの値に基づいて、所定の下限値Islを設定することが好ましい。
Since the combustion mixture has a combustion speed slower than that of the reformed gas Exr containing hydrogen, the combustion state becomes unstable unless the ignition timing is changed to the advance side as compared with the case where the reformed gas Exr is recirculated. Affects drivability. The predetermined lower limit value Isl is determined from such a viewpoint, and is set to a minimum value within a range in which deterioration of the combustion state is allowable. Since the value of the combustion ion current I also changes depending on the operating conditions of the
燃焼イオン電流Iと所定の下限値Islとを比較した結果、I>Islの場合には(ステップS203:No、図7のt1〜t2までの期間)、燃焼状態は許容範囲にあると判定する。この場合は、点火時期を変更しないで内燃機関1を運転する。I≦Islの場合には(ステップS203:Yes、図7のt=t2以降)、燃焼状態は許容できないと判定する。この場合、運転制御装置30の運転パラメータ変更部32は、点火時期(運転パラメータ)を、改質ガス還流時の点火時期よりも進角側へ変更する(ステップS204、図7のt=t2)。そして、制御部53は、変更された点火時期(運転パラメータ)で内燃機関1を運転する(ステップS205)。これによって、燃焼用混合気に適した燃焼状態となるので、改質ガスExrの還流停止前に対してドライバビリティが低下することを抑制できる。
As a result of comparing the combustion ion current I with the predetermined lower limit value Isl, if I> Isl (step S203: No, the period from t 1 to t 2 in FIG. 7), the combustion state is within the allowable range. judge. In this case, the
(変形例)
この変形例は、上記実施例と略同様の構成であるが、燃焼状態の判定に、燃焼室内における燃焼圧力(以下燃焼室内圧力)の変化を用いる点が異なる。すなわち、燃焼状態を判定するための燃焼状態判定パラメータとして燃焼室内圧力を用いる点が異なる。他の構成は上記実施例と同様である。内燃機関と電動機とを組み合わせる、いわゆるハイブリッド(以下HV)駆動装置では、スロットル弁の開度を一定として、内燃機関のトルクの過不足は電動機や蓄電池等を含む電気系によって吸収することができる。このように、スロットル弁の開度を一定とすれば、改質ガスExrの還流量が増加すると燃焼状態が改善し、その結果として最大燃焼室内圧力が大きくなる。この変形例では、これを利用して、改質ガスが燃焼室内に到達したか否かを判定する。
(Modification)
This modification has substantially the same configuration as that of the above embodiment, but differs in that a change in combustion pressure in the combustion chamber (hereinafter referred to as “combustion chamber pressure”) is used to determine the combustion state. That is, the difference is that the pressure in the combustion chamber is used as a combustion state determination parameter for determining the combustion state. Other configurations are the same as in the above embodiment. In a so-called hybrid (hereinafter referred to as HV) drive device that combines an internal combustion engine and an electric motor, the torque of the internal combustion engine can be absorbed by an electric system including an electric motor and a storage battery while the throttle valve opening is kept constant. Thus, if the opening degree of the throttle valve is kept constant, the combustion state improves as the recirculation amount of the reformed gas Exr increases, and as a result, the maximum pressure in the combustion chamber increases. In this modification, this is used to determine whether the reformed gas has reached the combustion chamber.
図9は、この実施例の変形例に係る内燃機関の運転制御を実行している場合における燃焼室内圧力の時間変化を示す説明図である。なお、図9は、内燃機関1の1サイクル中における最大燃焼室内圧力(以下単に燃焼室内圧力という)の時間変化を示している。図10は、この実施例の変形例に係る内燃機関の運転制御の手順を説明するフローチャートである。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing the change over time in the pressure in the combustion chamber when the operation control of the internal combustion engine according to the modification of this embodiment is being executed. FIG. 9 shows the time change of the maximum combustion chamber pressure (hereinafter simply referred to as the combustion chamber pressure) during one cycle of the
この変形例に係る内燃機関の運転制御では、内燃機関1の各気筒1S1〜1S4が備える燃焼室に、燃焼状態検出手段である燃焼室内圧力センサ481〜484を設け(図1参照)、これによって燃焼室内圧力を検出する。この変形例に係る内燃機関の運転制御を実行するにあたり、運転制御装置30が備える改質制御部33は、改質ガスの還流を開始するか否かを判定する(ステップS301)。改質ガスの還流を開始しない場合には(ステップS301:No)、STARTに戻り、運転制御装置30は内燃機関1の監視を継続する。
In the operation control of the internal combustion engine according to this modification, the combustion chamber each
改質ガスの還流を開始する場合(ステップS301:Yes)、改質制御部33は内燃機関1の機関回転数Ne及び吸入空気量Gaから還流させる改質ガスExrの量や改質用燃料噴射弁24から改質器20へ供給する改質用燃料Frの供給量を決定する。そして、決定された値に基づき、改質制御部33は改質用燃料噴射弁24から改質用燃料Frを噴射させ、また還流流量調整弁5を開く(図9の時間t1)。
When the recirculation of the reformed gas is started (step S301: Yes), the reforming
運転制御装置30のガス到達判定部31は、燃焼状態を判定するため、燃焼室内圧力センサ481〜484(図1)から内燃機関1の燃焼室内における燃焼室内圧力Pを取得する(ステップS302)。この実施例に係る内燃機関1のように、複数の気筒1S1〜1S4内にそれぞれ燃焼室を備える場合には、それぞれの燃焼室に対応する燃焼室内圧力センサ481〜484(図1)から、燃焼状態を判定する燃焼室に対する燃焼室内圧力Pを取得する。
The gas
ガス到達判定部31は、ステップS302で取得した燃焼室内圧力Pを、所定の閾値Pslと比較する(ステップS303)。所定の閾値Pslは、改質ガスExrが燃焼室内へ到達して、運転パラメータである点火時期を改質ガス還流時における値に変更してもよいか否かの判定に用いられる。上述したように、改質ガスExrが燃焼室へ還流すると、改質ガスExrが還流していない状態と比較して燃焼が改善する。すなわち、改質ガスExrが燃焼室へ還流すると、改質ガスExrの還流を開始する前(図5のt1よりも前)よりも燃焼は改善する。したがって、燃焼室内圧力Pが改質ガスExrの還流を開始する前よりも大きくなった場合には、改質ガスExrが燃焼室へ還流していると判定できる。
The gas
かかる観点から、燃焼室内圧力Pを用いて燃焼室へ改質ガスExrが還流しているか否かを判定する際の前記閾値Pslは、少なくとも改質ガスExrの還流を開始する前(図9のt1よりも前)の燃焼室内圧力P1の値とする。そして、改質ガスExrの還流を開始する前の燃焼室内圧力P1よりもある程度大きい値とすることが好ましい。このようにすれば、燃焼室内圧力Pの検出ばらつきや改質のばらつきが発生した場合でも、確実に改質ガスExrが燃焼室へ還流している状態で、点火時期を改質ガス還流時の点火時期に変更できる。ここで、燃焼室内圧力Pの値は、内燃機関1の運転条件によっても変化するので、改質ガスExrの還流を開始する前の燃焼状態、すなわち、改質ガスExrの還流を開始する前における燃焼室内圧力Pの値に基づいて、所定の閾値Pslを設定することが好ましい。
From this point of view, the threshold value Psl for determining whether or not the reformed gas Exr is recirculated to the combustion chamber using the combustion chamber pressure P is at least before starting the recirculation of the reformed gas Exr (FIG. 9). the value of the combustion chamber pressure P 1 before) than t 1. And it is preferable to make it a value somewhat larger than the combustion chamber pressure P 1 before starting the recirculation of the reformed gas Exr. In this way, even when a variation in the detection of the pressure P in the combustion chamber or a variation in the reforming occurs, the ignition timing is set to the same as that at the time of the reforming gas recirculation while the reformed gas Exr is reliably recirculated to the combustion chamber. It can be changed to the ignition timing. Here, since the value of the pressure P in the combustion chamber also changes depending on the operating conditions of the
燃焼室内圧力Pと所定の閾値Pslとを比較した結果、P≦Pslの場合には(ステップS303:No、図9のt1〜t4までの期間)、改質ガスExrが燃焼室に還流していないと判定する。この場合は、改質ガスExrが燃焼室に還流するまで待機する。P>Pslの場合には(ステップS303:Yes、図9のt=t4以降)、改質ガスExrが燃焼室に還流していると判定する。この場合、運転制御装置30の運転パラメータ変更部32は、点火時期(運転パラメータ)を、改質ガス還流時の点火時期、すなわちより遅角側へ変更する(ステップS304、図9のt=t5)。そして、運転パラメータ変更部32は、変更した点火時期を制御部53に与え、変更した点火時期で制御部53に内燃機関1を運転させる(ステップS305)。
As a result of comparing the pressure P in the combustion chamber with the predetermined threshold value Psl, if P ≦ Psl (step S303: No, the period from t 1 to t 4 in FIG. 9), the reformed gas Exr returns to the combustion chamber. Judge that it is not. In this case, the process waits until the reformed gas Exr returns to the combustion chamber. In the case of P> Psl (step S303: Yes, t = t 4 later in FIG. 9), it determines that the reformed gas Exr is refluxed into the combustion chamber. In this case, the operation
上述したように、燃焼状態は、上述した燃焼イオン電流や燃焼室内圧力を用いて判定することができる。この他、例えば、回転数センサ43(図1)によって検出される内燃機関1の機関回転数の変動を燃焼状態判定パラメータとして用いて燃焼状態を判定してもよい。また、改質ガスを還流させることによって内燃機関1に供給される水素の量に基づいて、点火時期を変更してもよい。例えば、そして、吸気通路3に設けられる水素濃度センサ49(図1)を用いて、内燃機関1の燃焼室に供給される水素濃度を求め、これに基づいて点火時期を変更する。なお、内燃機関1の燃焼室に導入される全ガス量に対する水素の割合に応じて予め点火時期を定めておく。なお、燃焼イオン電流は空燃比A/Fや燃焼室に還流する排ガスや改質ガスの割合に対して敏感に反応するので、燃焼状態の判定が容易になるとともに、判定精度も向上する。
As described above, the combustion state can be determined using the combustion ion current and the pressure in the combustion chamber described above. In addition, for example, the combustion state may be determined by using the fluctuation of the engine speed of the
以上、この実施例及びその変形例では、改質ガスが燃焼室に到達したことを判定して、その後に、改質ガス還流時の運転パラメータで内燃機関を運転する。これによって、改質ガスが確実に燃焼室内へ導入されてから、改質ガス還流時に適した運転パラメータ(点火時期)で内燃機関を運転できる。その結果、改質ガスの還流開始から還流ガスが燃焼室に到達する期間において安定した燃焼が得られ、ドライバビリティの低下を抑制できる。 As described above, in this embodiment and the modification thereof, it is determined that the reformed gas has reached the combustion chamber, and thereafter, the internal combustion engine is operated with the operation parameters when the reformed gas is recirculated. Thus, after the reformed gas is reliably introduced into the combustion chamber, the internal combustion engine can be operated with an operation parameter (ignition timing) suitable for the reformed gas recirculation. As a result, stable combustion is obtained in the period in which the recirculated gas reaches the combustion chamber from the start of recirculation of the reformed gas, and a decrease in drivability can be suppressed.
以上のように、本発明に係る内燃機関及び内燃機関の運転制御装置は、排ガスに燃料を供給して、水素を含む改質ガスを生成する内燃機関に有用であり、特に、改質ガスの還流を開始してから改質ガスが燃焼室へ到達するまでの期間における燃焼状態を安定させることに適している。 As described above, the internal combustion engine and the operation control device for the internal combustion engine according to the present invention are useful for an internal combustion engine that supplies fuel to exhaust gas and generates reformed gas containing hydrogen. It is suitable for stabilizing the combustion state in the period from the start of the reflux until the reformed gas reaches the combustion chamber.
1 内燃機関
1b 燃焼室
3 吸気通路
4 スロットル弁
5 還流流量調整弁
10 ガス還流通路
11 改質用導管
20 改質器
24 改質用燃料噴射弁
30 内燃機関の運転制御装置
31 ガス到達判定部
32 運転パラメータ変更部
33 改質制御部
481〜484 燃焼室内圧力センサ
50 機関ECU
63 燃焼イオン電流検出装置
DESCRIPTION OF
63 Combustion ion current detector
Claims (12)
燃料と、前記内燃機関から排出される排ガスとの改質用混合気を改質触媒により改質して、水素を含む改質ガスを生成し、前記改質ガスを前記燃焼室へ還流させる改質手段と、
前記改質ガスが前記燃焼室に到達したか否かを判別する改質ガス到達判定手段と、
前記改質ガスが前記燃焼室に到達した後においては、改質ガス還流時の値の運転パラメータで前記内燃機関を運転する運転パラメータ変更手段と、
を含むことを特徴とする内燃機関。 An internal combustion engine that is driven by igniting an air-fuel mixture supplied from an intake passage with ignition means and burning the mixture in a combustion chamber,
A reforming mixture of fuel and exhaust gas discharged from the internal combustion engine is reformed by a reforming catalyst to produce reformed gas containing hydrogen, and the reformed gas is recirculated to the combustion chamber. Quality means,
Reformed gas arrival determining means for determining whether or not the reformed gas has reached the combustion chamber;
After the reformed gas reaches the combustion chamber, an operating parameter changing means for operating the internal combustion engine with an operating parameter having a value when the reformed gas is recirculated;
The internal combustion engine characterized by including.
前記運転パラメータ変更手段は、前記改質ガスが前記燃焼室に到達したと前記改質ガス到達判定手段が判断したときに、前記点火手段による点火時期を、前記改質ガスが前記燃焼室に到達する前よりも遅角させることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。 The operating parameter is an ignition timing of the ignition means,
When the reformed gas arrival determining means determines that the reformed gas has arrived at the combustion chamber, the operating parameter changing means determines the ignition timing by the ignition means, and the reformed gas reaches the combustion chamber. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the internal combustion engine is retarded more than before.
前記燃焼室内における燃焼状態を判定することにより、前記改質ガスの到達を判定することを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関。 The reformed gas arrival judging means is
The internal combustion engine according to claim 1, wherein arrival of the reformed gas is determined by determining a combustion state in the combustion chamber.
前記改質手段を動作させて前記改質ガスの還流を開始した後に、前記燃焼室内における燃焼状態が一旦悪化してから、前記改質ガスの還流を開始する前よりも前記燃焼室内における前記混合気の燃焼状態が改善した後に、前記運転パラメータを変更することを特徴とする請求項3又は4に記載の内燃機関。 The operation parameter changing means is
After the reforming means is operated and the reformed gas starts to be recirculated, the mixing in the combustion chamber is performed more than before the reformed gas is recirculated after the combustion state in the combustion chamber is once deteriorated. The internal combustion engine according to claim 3 or 4, wherein the operating parameter is changed after the combustion state of the gas is improved.
前記燃焼状態判定パラメータが、所定の閾値よりも大きくなったときに、前記改質ガスが前記燃焼室に到達したと判定することを特徴とする請求項4又は5に記載の内燃機関。 The operation parameter changing means is
6. The internal combustion engine according to claim 4, wherein when the combustion state determination parameter becomes larger than a predetermined threshold, it is determined that the reformed gas has reached the combustion chamber.
前記改質ガスが前記燃焼室に到達したか否かを判別するガス到達判定部と、
前記改質ガスが前記燃焼室に到達した後においては改質ガス還流時における運転パラメータで前記内燃機関を運転できるように、前記運転パラメータを変更する運転パラメータ変更部と、
を含むことを特徴とする内燃機関の運転制御装置。 An air-fuel mixture of air and fuel supplied from the intake passage is ignited by ignition means and burned in the combustion chamber. The air-fuel mixture for reforming the fuel and exhaust gas discharged from the internal combustion engine Is reformed by a reforming catalyst to generate a reformed gas containing hydrogen, and reforming means for recirculating the reformed gas to the combustion chamber, to control an internal combustion engine,
A gas arrival determination unit for determining whether or not the reformed gas has reached the combustion chamber;
After the reformed gas reaches the combustion chamber, an operating parameter changing unit that changes the operating parameter so that the internal combustion engine can be operated with the operating parameter at the time of reformed gas recirculation;
An operation control device for an internal combustion engine, comprising:
前記運転パラメータ変更部は、前記改質ガスが前記燃焼室に到達したと前記ガス到達判定部が判断したときに、前記点火手段による点火時期を、前記改質ガスが前記燃焼室に到達する前よりも遅角させることを特徴とする請求項7に記載の内燃機関の運転制御装置。 The operating parameter is an ignition timing of the ignition means,
The operating parameter changing unit is configured to determine an ignition timing by the ignition means before the reformed gas reaches the combustion chamber when the gas arrival determination unit determines that the reformed gas has reached the combustion chamber. The operation control device for an internal combustion engine according to claim 7, wherein the operation angle is retarded more than that.
前記燃焼室内における燃焼状態を判別することにより、前記改質ガスの到達を判定することを特徴とする請求項7又は8に記載の内燃機関の運転制御装置。 The gas arrival determination unit
The operation control device for an internal combustion engine according to claim 7 or 8, wherein arrival of the reformed gas is determined by determining a combustion state in the combustion chamber.
前記混合気が前記燃焼室内で燃焼するときの燃焼イオン電流、又は前記燃焼室内の圧力のうち少なくとも一方を、燃焼状態を判定するための燃焼状態判定パラメータとして、前記内燃機関の燃焼室内における燃焼状態を判定することを特徴とする請求項9に記載の内燃機関の運転制御装置。 The gas arrival determination unit
The combustion state in the combustion chamber of the internal combustion engine, using at least one of the combustion ion current when the air-fuel mixture burns in the combustion chamber or the pressure in the combustion chamber as a combustion state determination parameter for determining the combustion state The operation control device for an internal combustion engine according to claim 9, wherein:
前記改質手段を動作させて前記改質ガスの還流を開始した後に、前記燃焼室内における燃焼状態が一旦悪化してから、前記改質ガスの還流を開始する前よりも前記燃焼室内における燃焼状態が改善した後に、前記運転パラメータを変更することを特徴とする請求項10に記載の内燃機関の運転制御装置。 The operation parameter changing unit
After the reforming means is operated to start the recirculation of the reformed gas, after the combustion state in the combustion chamber is once deteriorated, the combustion state in the combustion chamber is more than before the recirculation of the reformed gas is started. The operation control device for an internal combustion engine according to claim 10, wherein the operation parameter is changed after improvement.
前記燃焼状態判定パラメータが、予め定めた所定の閾値以上になったときに、前記改質ガスが前記燃焼室に到達したと判定することを特徴とする請求項10又は11に記載の内燃機関の運転制御装置。 The operation parameter changing unit
The internal combustion engine according to claim 10 or 11, wherein when the combustion state determination parameter is equal to or greater than a predetermined threshold value, it is determined that the reformed gas has reached the combustion chamber. Operation control device.
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CN105164391B (en) * | 2013-03-21 | 2017-03-08 | 日产自动车株式会社 | The ignition control device of internal combustion engine and ignition control method |
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