JP2006342772A - 副室式内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】 種々の運転条件において、副燃焼室及び主燃焼室における燃焼状態を適切なものとすることができる副室式内燃機関を提供する。
【解決手段】 副室式内燃機関１は、主燃焼室６３と、副燃焼室６１と、液相プラズマ改質装置７２と、ＥＣＵ４０とを備える。副燃焼室６１は、主燃焼室６３に連通される。液相プラズマ改質装置７２は、燃料を改質して改質気体燃料と改質液体燃料とを生成する。ＥＣＵ４０は、第１運転条件のとき、改質気体燃料を副燃焼室６１へ供給するように制御する。また、ＥＣＵ４０は、第２運転条件のとき、改質液体燃料を主燃焼室６３へ供給するように制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、副室式内燃機関に関する。

従来から、主燃焼室と、その主燃焼室に連通される副燃焼室とを備えた副室式内燃機関が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１１５１７（第１−６頁、第１−２図）

特許文献１の技術では、燃料が改質されて改質気体燃料と改質液体燃料とが生成される。そして、改質気体燃料が副燃焼室へ供給され、改質液体燃料が主燃焼室へ供給される。

しかし、特許文献１の技術では、運転条件に関わらず改質気体燃料や改質液体燃料が供給されているので、運転条件によっては副燃焼室における燃焼状態や主燃焼室における燃焼状態が適切なものとならないことがある。

本発明の課題は、種々の運転条件において、副燃焼室及び主燃焼室における燃焼状態を適切なものとすることができる副室式内燃機関を提供することにある。

本発明に係る副室式内燃機関は、主燃焼室と、副燃焼室と、改質部と、制御部とを備える。副燃焼室は、主燃焼室に連通される。改質部は、燃料を改質して改質気体燃料と改質液体燃料とを生成する。制御部は、第１運転条件のとき、改質気体燃料を副燃焼室へ供給するように制御する。また、制御部は、第２運転条件のとき、改質液体燃料を主燃焼室へ供給するように制御する。

この副室式内燃機関では、制御部は、第１運転条件のとき、改質気体燃料を副燃焼室へ供給するように制御する。これにより、例えば、副燃焼室の空燃比をリーンに制御する運転条件のとき、副燃焼室における燃焼速度の低下を抑制できる。このため、種々の運転条件において、副燃焼室における燃焼速度を適切なものとすることができる。

また、制御部は、第２運転条件のとき、改質液体燃料を主燃焼室へ供給するように制御する。これにより、例えば、主燃焼室においてノッキングが起こりやすい運転条件のとき、主燃焼室におけるノッキングの発生を低減できる。このため、種々の運転条件において、主燃焼室における着火性を適切なものとすることができる。

本発明に係る内燃機関では、種々の運転条件において、副燃焼室における燃焼速度を適切なものとすることができ、主燃焼室における着火性を適切なものとすることができる。このため、種々の運転条件において、副燃焼室及び主燃焼室における燃焼状態を適切なものとすることができる。

＜第１実施形態＞
図１に、本発明の第１実施形態に係る内燃機関１の断面図を示す。

（内燃機関の概略構成）
内燃機関１は、主として、主燃焼室６３、吸排気機構、燃料供給機構７０、副燃焼室６１、点火プラグ２９、ピストン３及びＥＣＵ（制御部）４０を備える。

主燃焼室６３は、シリンダヘッド２０，シリンダブロック１０およびピストン３に囲まれた室である。シリンダヘッド２０には、主燃焼室６３に新気空気を供給するための吸気ポート２３と、主燃焼室６３から既燃ガスを排気ガスとして排出するための排気ポート２４とが形成されている。

また、吸排気機構として、吸気ポート２３の下流には吸気バルブ２１が、排気ポート２４の上流には排気バルブ２２が配備されている。クランクシャフトの回転に連動して回転する吸気用カム軸２１ｂ／排気用カム軸２２ｂに固定された吸気用カム２１ａ／排気用カム２２ａは、吸気バルブ２１／排気バルブ２２の上方に配置されており、吸気バルブ２１／排気バルブ２２を開閉させる。

副燃焼室６１は、主燃焼室６３に隣接して設けられる室であり、副燃焼室壁６１ｃに囲まれている。具体的には、シリンダヘッド２０において吸気ポート２３と排気ポート２４との間に形成された空間に、略円筒形状の副燃焼室壁６１ｃが配置され、副燃焼室６１が形成される。また、副燃焼室壁６１ｃの膨出した半球状の底面には、主燃焼室６３と副燃焼室６１とを連通する連通路６１ｄが形成されている。

燃料供給機構７０は、副燃焼室６１及び主燃焼室６３に燃料を供給するための機構である。燃料供給機構７０では、燃料タンク（燃料貯蔵部）７１の下流にフィードポンプ８１が設けられ、フィードポンプ８１の下流に燃料噴射弁（燃料供給部）２７が設けられている。燃料噴射弁２７は、吸気ポート２３に燃料（ガソリン）を噴射する弁である。燃料噴射弁２７の先端は、吸気ポート２３に突出している。

また、燃料供給機構７０では、改質気体燃料貯蔵タンク７３の下流にコンプレッサ８２が設けられ、コンプレッサ８２の下流に改質気体噴射弁２５が設けられている。改質気体噴射弁２５は、副燃焼室６１に改質気体燃料を噴射する弁である。改質気体噴射弁２５の先端は、副燃焼室６１に突出している。

さらに、燃料供給機構７０では、改質液体燃料貯蔵タンク（改質液体貯蔵部）７４の下流にフィードポンプ８３が設けられ、フィードポンプ８３の下流に改質液体噴射弁（改質液体燃料供給部）２６が設けられている。改質液体噴射弁２６は、吸気ポート２３に改質液体燃料を噴射する弁である。改質液体噴射弁２６の先端は、吸気ポート２３に突出している。

点火プラグ２９は、副燃焼室６１の新気混合気を点火するためのプラグである。点火プラグ２９は、副燃焼室壁６１ｃを貫通するように設けられている。点火プラグ２９の先端部分２９ａは、副燃焼室６１に突出するように設けられている。

ＥＣＵ４０は、改質気体噴射弁２５、改質液体噴射弁２６、燃料噴射弁２７、点火プラグ２９などに電気的に接続されている。

（内燃機関の概略動作）
内燃機関１では、吸気行程において、フィードポンプ８１で加圧された燃料が燃料噴射弁２７に供給され、フィードポンプ８３で加圧された改質液体燃料が改質液体噴射弁２６に供給される。燃料噴射弁２７は、吸気ポート２３に導入された新気空気に、燃料を噴射する。あるいは、改質液体噴射弁２６は、吸気ポート２３に導入された新気空気に、改質液体燃料を噴射する。これにより、新気混合気が生成される。そして、吸気行程において、吸気用カム２１ａにより吸気バルブ２１は開状態とされ、新気混合気は吸気ポート２３から主燃焼室６３へ導入される。

圧縮行程においては、主燃焼室６３で新気混合気が圧縮されるとともに、主燃焼室６３の新気混合気の一部が、連通路６１ｄを介して主燃焼室６３から副燃焼室６１へ導入される。

ここで、後述の第１運転条件であると判断される場合、改質気体噴射弁２５は、コンプレッサ８２で加圧された改質気体燃料の供給を受ける。改質気体噴射弁２５は、副燃焼室６１に改質気体燃料を噴射する。そして、主燃焼室６３から導入された新気混合気と、副燃焼室６１に噴射された改質気体燃料とが、副燃焼室６１で混合されて副燃焼室６１の新気混合気となる。このとき、燃焼速度の大きな気体成分である水素が改質気体燃料に含まれているので、副燃焼室６１の新気混合気も水素が含まれており燃焼性が改質されたものとなっている。

点火プラグ２９により、副燃焼室６１の新気混合気は所定のタイミングで着火され燃焼する。副燃焼室６１の燃焼ガス（火炎）は、連通路６１ｄを介して主燃焼室６３へトーチ状に放射され、主燃焼室６３の均質な新気混合気を燃焼させる。

膨張行程では、新気混合気が燃焼して発生した燃焼圧力によって、ピストン３が押し下げられる。

排気行程では、排気用カム２２ａにより排気バルブ２２は開状態とされ、主燃焼室６３で燃焼された既燃ガスが、排気ガスとして排気ポート２４へ排出される。

ＥＣＵ４０は、改質気体噴射弁２５、改質液体噴射弁２６、燃料噴射弁２７、点火プラグ２９などに対して、制御の信号を供給し各種の制御を行う。ＥＣＵ４０は、各種の制御を行うためのロジックを実行する。例えば、ＥＣＵ４０は、所定のロジックを、電気回路的に、ソフト的に又はその両方により実行する。

（燃料供給機構の詳細構成）
燃料供給機構７０は、図２に示すように、主として、燃料タンク７１，液相プラズマ改質装置（改質部）７２， 改質気体燃料貯蔵タンク７３，改質液体燃料貯蔵タンク７４，フィードポンプ８１，コンプレッサ８２，フィードポンプ８３，燃料第１配管３１，燃料第２配管３２，燃料第３配管３３，燃料第４配管３４，燃料第５配管３５，燃料第６配管３６，燃料第７配管３７，燃料第８配管３８，燃料第９配管３９，改質気体噴射弁２５，改質液体噴射弁２６及び燃料噴射弁２７を備える。

燃料タンク７１は、燃料第１配管３１を介してフィードポンプ８１に接続されている。このフィードポンプ８１は、燃料第２配管３２を介して燃料噴射弁２７（図１参照）に接続されている。燃料噴射弁２７の先端は、吸気ポート２３に突出している。ここで、吸気ポート２３がシリンダヘッド２０において気筒数分（図２では４個）設けられているので、燃料噴射弁２７も気筒数分設けられている。それに対応して、燃料第２配管３２は、気筒数分に分岐して燃料噴射弁２７に接続されている。

また、燃料タンク７１は、燃料第３配管３３を介して液相プラズマ改質装置７２に接続されている。この液相プラズマ改質装置７２は、燃料第４配管３４を介して改質液体燃料貯蔵タンク７４に接続され、燃料第５配管３５を介して改質気体燃料貯蔵タンク７３に接続されている。

改質液体燃料貯蔵タンク７４は、燃料第６配管３６を介してフィードポンプ８３に接続されている。このフィードポンプ８３は、燃料第７配管３７を介して改質液体噴射弁２６（図１参照）に接続されている。改質液体噴射弁２６の先端は、吸気ポート２３に突出している。ここで、吸気ポート２３がシリンダヘッド２０において気筒数分（図２では４個）設けられているので、改質液体噴射弁２６も気筒数分設けられている。それに対応して、燃料第７配管３７は、気筒数分に分岐して改質液体噴射弁２６に接続されている。

改質気体燃料貯蔵タンク７３は、燃料第８配管３８を介してコンプレッサ８２に接続されている。このコンプレッサ８２は、燃料第９配管３９を介して改質気体噴射弁２５（図１参照）に接続されている。改質気体噴射弁２５の先端は、副燃焼室６１に突出している。ここで、副燃焼室６１がシリンダヘッド２０において気筒数分（図２では４個）設けられているので、改質気体噴射弁２５も気筒数分設けられている。それに対応して、燃料第９配管３９は、気筒数分に分岐して改質気体噴射弁２５に接続されている。

なお、新気空気が導入される第１吸気管９３には、コレクタ９２が接続されている。コレクタ９２とシリンダヘッド２０との間には、各吸気ポート２３に対応して気筒数分の吸気マニホルド９１が接続されている。また、各排気ポート２４に対応して接続されている排気マニホルド９４は、合流するように第１排気管９５に接続されている。

（燃料供給機構の詳細動作）
燃料タンク７１に貯蔵された燃料の一部は、燃料第１配管３１を介してフィードポンプ８１に供給され、フィードポンプ８１で加圧される。フィードポンプ８１で加圧された燃料は、燃料第２配管３２を介して燃料噴射弁２７（図１参照）に供給される。燃料噴射弁２７は、ＥＣＵ４０から受けた制御の信号に応じて、所定のタイミングで燃料を吸気ポート２３へ噴射する。

また、燃料タンク７１に貯蔵された燃料の別の一部は、燃料第３配管３３を介して液相プラズマ改質装置７２に供給される。この液相プラズマ改質装置７２は、燃料（液体のガソリン）の中でプラズマ放電して、燃料を改質する。そして、液相プラズマ改質装置７２は、改質気体燃料と改質液体燃料とを生成する。ここで、改質気体燃料は、水素を主成分とする燃料であり、燃焼性が改質された燃料である。改質液体燃料は、燃料よりもオクタン価が高く、耐ノック性が改質された燃料である。なお、図２では、燃料の流れが実線で示されている。

液相プラズマ改質装置７２が生成した改質気体燃料は、燃料第５配管３５を介して改質気体燃料貯蔵タンク７３に供給される。この改質気体燃料貯蔵タンク７３は、その改質気体燃料を貯蔵する。改質気体燃料貯蔵タンク７３に貯蔵された改質気体燃料は、燃料第８配管３８を介してコンプレッサ８２に供給され、コンプレッサ８２で加圧される。コンプレッサ８２で加圧された改質気体燃料は、燃料第９配管３９を介して改質気体噴射弁２５（図１参照）に供給される。改質気体噴射弁２５は、ＥＣＵ４０から受けた制御の信号に応じて、所定のタイミングで改質気体燃料を副燃焼室６１へ噴射する。なお、図２では、改質気体燃料の流れが破線で示されている。

一方、液相プラズマ改質装置７２が生成した改質液体燃料は、燃料第４配管３４を介して改質液体燃料貯蔵タンク７４に供給される。この改質液体燃料貯蔵タンク７４は、その改質液体燃料を貯蔵する。改質液体燃料貯蔵タンク７４に貯蔵された改質液体燃料は、燃料第６配管３６を介してフィードポンプ８３に供給され、フィードポンプ８３で加圧される。フィードポンプ８３で加圧された改質液体燃料は、燃料第７配管３７を介して改質液体噴射弁２６（図１参照）に供給される。改質液体噴射弁２６は、ＥＣＵ４０から受けた制御の信号に応じて、所定のタイミングで改質液体燃料を吸気ポート２３へ噴射する。なお、図２では、改質液体燃料の流れが一点鎖線で示されている。

（ＥＣＵの詳細構成）
ＥＣＵ４０は、主として、負荷演算部４１，速度演算部４２，燃料噴射制御部４３，改質気体噴射制御部４４，改質液体噴射制御部４５，点火時期制御部４６，記憶部（図示せず）及び入出力インターフェース（図示せず）を備える。負荷演算部４１，速度演算部４２，燃料噴射制御部４３，改質気体噴射制御部４４，改質液体噴射制御部４５及び点火時期制御部４６は、ＣＰＵなどである。記憶部は、ＲＯＭ，ＲＡＭなどであり、プログラムやマップ情報（図２参照）などを記憶している。入出力インターフェースは、外部から信号を受ける場合や外部へ信号を供給する場合にインターフェースとなる部分である。

ＥＣＵ４０は、各種の制御を行うためのロジックを実行するだけでなく、改質気体噴射弁２５，改質液体噴射弁２６及び燃料噴射弁２７を制御するためのロジックを実行する。

（ＥＣＵの詳細動作）
ＥＣＵ４０には、クランク角センサ５１で検出されたクランク角信号、水温センサ５２で検出された冷却水温信号、アクセル開度センサ５３で検出されたアクセル開度信号などが、入出力インターフェースを介して入力される。負荷演算部４１及び速度演算部４２は、これらの信号を入出力インターフェースから受け取る。負荷演算部４１は、これらの信号に基づいて、機関負荷を演算する。速度演算部４２は、これらの信号に基づいて、機関速度を演算する。

燃料噴射制御部４３は、機関負荷の情報を負荷演算部４１から受け取り、機関速度の情報を速度演算部４２から受け取る。また、燃料噴射制御部４３は、記憶部を参照し、マップ情報（図４参照）を記憶部から受け取る。燃料噴射制御部４３は、機関負荷の情報及び機関速度の情報とマップ情報となどに基づいて、燃料噴射量制御信号を生成する。これにより、燃料噴射弁２７は、燃料噴射量制御信号に基づいて、所定の噴射量で燃料を吸気ポート２３へ噴射する。

改質気体噴射制御部４４は、機関負荷の情報を負荷演算部４１から受け取り、機関速度の情報を速度演算部４２から受け取る。また、改質気体噴射制御部４４は、記憶部を参照し、マップ情報（図３参照）を記憶部から受け取る。改質気体噴射制御部４４は、機関負荷の情報及び機関速度の情報とマップ情報となどに基づいて、改質気体噴射量制御信号を生成する。これにより、改質気体噴射弁２５は、改質気体噴射量制御信号に基づいて、所定の噴射量で改質気体燃料を副燃焼室６１へ噴射する。

改質液体噴射制御部４５は、機関負荷の情報を負荷演算部４１から受け取り、機関速度の情報を速度演算部４２から受け取る。また、改質液体噴射制御部４５は、記憶部を参照し、マップ情報（図４参照）を記憶部から受け取る。改質液体噴射制御部４５は、機関負荷の情報及び機関速度の情報とマップ情報となどに基づいて、改質液体噴射量制御信号を生成する。これにより、改質液体噴射弁２６は、改質液体噴射量制御信号に基づいて、所定の噴射量で改質液体燃料を吸気ポート２３へ噴射する。

点火時期制御部４６は、機関負荷の情報を負荷演算部４１から受け取り、機関速度の情報を速度演算部４２から受け取り、機関負荷の情報及び機関速度の情報などに基づいて、点火時期制御信号を生成する。これにより、点火プラグ２９は、点火時期制御信号に基づいて所定のタイミングでスパークを発生させる。

（内燃機関の制御）
内燃機関１の制御を、図３及び図４を参照して説明する。

ＥＣＵ４０の燃料噴射制御部４３及び改質液体噴射制御部４５が参照するマップ情報を図３に示し、改質気体噴射制御部４４が参照するマップ情報を図４に示す。図３及び図４に示すマップ情報には、機関負荷や機関速度と制御領域との関係が示されている。すなわち、制御領域は、第１制御領域Ａ１，第２制御領域Ａ２及び第３制御領域Ａ３に分けられている。第１制御領域Ａ１は、比較的低速低負荷側の領域である。第１制御領域Ａ１における運転条件は、第１運転条件であり、主燃焼室６３の空燃比が理論空燃比よりもリーンに制御される運転条件である。第２制御領域Ａ２は、比較的低速高負荷側の領域である。第２制御領域Ａ２における運転条件は、第２運転条件であり、主燃焼室６３でノッキングが起こりやすい運転条件である。第３制御領域Ａ３は、第１制御領域Ａ１及び第２制御領域Ａ２以外の制御領域である。

より詳細には、機関負荷や機関速度と改質気体燃料の噴射量との関係が図３のマップ情報に示され、機関負荷や機関速度と改質液体燃料の噴射量との関係が図４のマップ情報に示されている。

（（第１制御領域における制御））
ＥＣＵ４０は、運転条件が第１制御領域Ａ１に属する（第１運転条件である）と判断する場合に、改質気体燃料を副燃焼室６１へ供給するように制御する。これにより、改質気体噴射弁２５は、改質気体噴射量制御信号に基づいて、所定のタイミングで所定量の改質気体燃料を副燃焼室６１へ噴射する。具体的には、ＥＣＵ４０は、第１運転条件のとき、機関負荷が低い場合に副燃焼室６１へ供給する改質気体燃料の量を、機関負荷が高い場合よりも多くする（図３参照）。これにより、機関負荷が低い場合に副燃焼室６１における燃焼速度の低下が抑えられるので、副燃焼室６１から連通路６１ｄを介して主燃焼室６３へ放射される火炎の強さの低下も抑えられる。このため、主燃焼室６３におけるリーンな新気混合気が点火されるので、主燃焼室６３におけるリーン限界が拡大する。

また、ＥＣＵ４０は、運転条件が第１制御領域Ａ１に属する（第１運転条件である）と判断する場合に、第２状態になるように制御する。ここで、第２状態は、燃料噴射弁２７が（改質される前の）燃料を吸気ポート２３経由で主燃焼室６３へ供給する状態である。これにより、燃料噴射弁２７は、燃料噴射量制御信号に基づいて、所定のタイミングで所定量の燃料を吸気ポート２３へ噴射する。また、改質液体噴射弁２６は、改質液体制御信号に基づいて、改質液体燃料を吸気ポート２３へ噴射しない。このため、主燃焼室６３における着火性が必要以上に抑えられることは低減されるので、主燃焼室６３の新気混合気が未燃のまま排出されることが低減される。

（（第２制御領域における制御））
ＥＣＵ４０は、運転条件が第２制御領域Ａ２に属する（第２運転条件である）と判断する場合に、改質気体燃料を副燃焼室６１へ供給しないように制御する。これにより、改質気体噴射弁２５は、改質気体噴射量制御信号に基づいて、改質気体燃料を副燃焼室６１へ噴射しない。このため、副燃焼室６１における燃焼速度が過度に増加することは低減されるので、副燃焼室６１から連通路６１ｄ経由で主燃焼室６３へ放射される火炎の強さが過度に強められることも抑えられる。この結果、主燃焼室６３の燃焼速度が過度に速められることが低減されるので、主燃焼室６３において燃焼騒音が発生することは低減される。

また、ＥＣＵ４０は、運転条件が第２制御領域Ａ２に属する（第２運転条件である）と判断する場合に、第１状態になるように制御する。ここで、第１状態は、改質液体噴射弁２６が改質液体燃料を吸気ポート２３経由で主燃焼室６３へ供給する状態である。これにより、燃料噴射弁２７は、燃料噴射量制御信号に基づいて、燃料を吸気ポート２３へ噴射しない。また、改質液体噴射弁２６は、改質液体制御信号に基づいて、所定のタイミングで所定量の改質液体燃料を吸気ポート２３へ噴射する。具体的には、ＥＣＵ４０は、第２運転条件のとき、機関速度が遅い場合に主燃焼室６３へ供給する改質液体燃料の量を、機関速度が速い場合よりも多くする（図４参照）。このため、機関速度が遅い場合に主燃焼室６３におけるノッキングの発生は低減される。また、ＥＣＵ４０は、第２運転条件のとき、機関負荷が高い場合に主燃焼室６３へ供給する改質液体燃料の量を、機関負荷が低い場合よりも多くする（図４参照）。このため、機関負荷が高い場合に主燃焼室６３におけるノッキングの発生は低減される。

（（第３制御領域における制御））
ＥＣＵ４０は、運転条件が第３制御領域Ａ３に属すると判断する場合に、改質気体燃料を副燃焼室６１へ供給しないように制御する。これにより、改質気体噴射弁２５は、改質気体噴射量制御信号に基づいて、改質気体燃料を副燃焼室６１へ噴射しない。このため、副燃焼室６１における燃焼速度が過度に増加することは低減される。

また、ＥＣＵ４０は、運転条件が第３制御領域Ａ３に属すると判断する場合に、第２状態になるように制御する。ここで、第２状態は、燃料噴射弁２７が（改質される前の）燃料を吸気ポート２３経由で主燃焼室６３へ供給する状態である。これにより、燃料噴射弁２７は、燃料噴射量制御信号に基づいて、所定のタイミングで所定量の燃料を吸気ポート２３へ噴射する。また、改質液体噴射弁２６は、改質液体制御信号に基づいて、改質液体燃料を吸気ポート２３へ噴射しない。このため、主燃焼室６３における着火性が必要以上に抑えられることは低減される。

（副室式内燃機関に関する特徴）
（１）
ここでは、ＥＣＵ４０は、第１運転条件のとき、改質気体燃料を副燃焼室６１へ供給するように制御する。これにより、副燃焼室６１の空燃比をリーンに制御する運転条件のとき、副燃焼室６１における燃焼速度の低下は抑制される。このため、種々の運転条件において、副燃焼室６１における燃焼速度は適切なものとなる。また、ＥＣＵ４０は、第２運転条件のとき、改質液体燃料を主燃焼室６３へ供給するように制御する。これにより、主燃焼室６３においてノッキングが起こりやすい運転条件のとき、主燃焼室６３におけるノッキングの発生は低減される。このため、種々の運転条件において、主燃焼室６３における着火性は適切なものとなる。

このように、種々の運転条件において、副燃焼室６１における燃焼速度は適切なものとなり、主燃焼室６３における着火性は適切なものとなる。このため、種々の運転条件において、副燃焼室６１及び主燃焼室６３における燃焼状態は適切なものとなる。

（２）
ここでは、第１運転条件は、機関負荷が低く機関速度が遅い運転条件である。そして、改質気体燃料は、水素を主成分とする燃料である。このため、第１運転条件において、改質気体燃料が副燃焼室６１へ供給されるように制御されるので、副燃焼室６１における燃焼速度の低下は抑制される。また、第１運転条件以外の運転条件において、改質気体燃料が副燃焼室６１へ供給されないように制御されるので、副燃焼室６１における燃焼速度が過度に増加することは低減される。これらにより、種々の運転条件において、副燃焼室６１における燃焼速度は適切なものとなる。

（３）
ここでは、ＥＣＵ４０は、第１運転条件のとき、機関負荷が低い場合に副燃焼室６１へ供給する改質気体燃料の量を、機関負荷が高い場合よりも多くする。これにより、機関負荷が低い場合に副燃焼室６１における燃焼速度の低下が抑えられる。このため、種々の運転条件において、副燃焼室６１における燃焼速度は適切なものとなる。

（４）
ここでは、改質気体燃料貯蔵タンク７３は、液相プラズマ改質装置７２が生成した改質気体燃料を貯蔵する。このため、第１運転条件のときに改質気体燃料が副燃焼室６１へ供給されるようにすることが容易になり、第１運転条件以外の運転条件のときに改質気体燃料が副燃焼室６１へ供給されないようにすることが容易になる。これらにより、種々の運転条件において、副燃焼室６１における燃焼速度は適切なものとなる。

（５）
ここでは、第２運転条件は、機関負荷が高く機関速度が遅い運転条件である。そして、改質液体燃料は、燃料よりオクタン価が高い。このため、第２運転条件において、改質液体燃料が主燃焼室６３へ供給されるように制御されるので、主燃焼室６３におけるノッキングの発生は低減される。また、第２運転条件以外の運転条件において、改質液体燃料が主燃焼室６３へ供給されないように制御されるので、主燃焼室６３における着火性が必要以上に抑えられることは低減される。これらにより、種々の運転条件において、主燃焼室６３における着火性は適切なものとなる。

（６）
ここでは、ＥＣＵ４０は、第２運転条件のとき、機関速度が遅い場合に主燃焼室６３へ供給する改質液体燃料の量を、機関速度が速い場合よりも多くする。これにより、機関負荷が高い場合に主燃焼室６３におけるノッキングの発生は低減される。このため、種々の運転条件において、主燃焼室６３におけるノッキングは抑制される。

（７）
ここでは、改質液体燃料貯蔵タンク７４は、液相プラズマ改質装置７２が生成した改質液体燃料を貯蔵する。このため、第２運転条件のときに改質液体燃料が主燃焼室６３へ供給されるようにすることが容易となり、第２運転条件以外の運転条件のときに改質液体燃料が主燃焼室６３へ供給されないようにすることが容易となる。これらにより、種々の運転条件において、主燃焼室６３における着火性は適切なものとなる。

（８）
ここでは、改質液体噴射弁２６は、改質液体燃料貯蔵タンク７４に貯蔵された改質液体燃料を吸気ポート２３経由で主燃焼室６３へ供給する。また、燃料噴射弁２７は、燃料タンク７１に貯蔵された燃料を吸気ポート２３経由で主燃焼室６３へ供給する。このため、第２運転条件のときに改質液体燃料が主燃焼室６３へ供給されるようにすることが容易となり、第２運転条件以外の運転条件のときに燃料が主燃焼室６３へ供給されるようにすることが容易となる。

（９）
ここでは、ＥＣＵ４０は、第１状態と第２状態とを切り替える。具体的には、ＥＣＵ４０は、運転条件が第２制御領域Ａ２に属する（第２運転条件である）と判断する場合に、第１状態になるように制御する。ＥＣＵ４０は、運転条件が第１制御領域Ａ１又は第３制御領域Ａ３に属すると判断する場合に、第２状態になるように制御する。このため、第２運転条件のときに改質液体燃料が主燃焼室６３へ供給されるようになり、第２運転条件以外の運転条件のときに燃料が主燃焼室６３へ供給されるようになる。

（１０）
ここでは、液相プラズマ改質装置７２は、燃料の中でプラズマ放電して、燃料を改質する。このため、燃料を改質するためのシステムは、起動性が高くなっており、低コストで構成される。

（第１実施形態の変形例）
燃料タンク７１に貯蔵された燃料の一部は、フィードポンプ８１で加圧される代わりに、吸気用カム２１ａ又は排気用カム２２ａに駆動されるポンプにより加圧されても良いし、フィードポンプ８１と同様の機能を有するものであればどのような装置によって加圧されても良い。

改質気体燃料貯蔵タンク７３に貯蔵された改質気体燃料は、コンプレッサ８２で加圧される代わりに、電動式のポンプで加圧されても良いし、コンプレッサ８２と同様の機能を有するものであればどのような装置によって加圧されても良い。

改質液体燃料貯蔵タンク７４に貯蔵された改質液体燃料は、フィードポンプ８３で加圧される代わりに、吸気用カム２１ａ又は排気用カム２２ａに駆動されるポンプにより加圧されても良いし、フィードポンプ８３と同様の機能を有するものであればどのような装置によって加圧されても良い。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る副室式内燃機関を図５に示す。なお、第１実施形態と同様の構成要素は同じ番号で示されている。

副室式内燃機関１００は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるが、燃料供給機構７０の代わりに燃料供給機構１７０を備える点で第１実施形態と異なる。燃料供給機構１７０は、液相プラズマ改質装置７２の代わりにレーザー改質装置（改質部）１７２を備える。

燃料タンク７１に貯蔵された燃料の一部は、燃料第３配管３３を介してレーザー改質装置１７２に供給される。レーザー改質装置１７２は、燃料の中にレーザー光を照射して、燃料を改質する。そして、レーザー改質装置１７２は、改質気体燃料と改質液体燃料とを生成する。ここで、改質気体燃料は、水素を主成分とする燃料であり、燃焼性が改質された燃料である。改質液体燃料は、燃料よりもオクタン価が高く、耐ノック性が改質された燃料である。なお、図５では、燃料の流れが実線で示されている。

レーザー改質装置１７２が生成した改質気体燃料は、燃料第５配管３５を介して改質気体燃料貯蔵タンク７３に供給される。一方、レーザー改質装置１７２が生成した改質液体燃料は、燃料第４配管３４を介して改質液体燃料貯蔵タンク７４に供給される。なお、図５では、改質気体燃料の流れが破線で示され、改質液体燃料の流れが一点鎖線で示されている。

種々の運転条件において、副燃焼室６１における燃焼速度は適切なものとなり、主燃焼室６３における着火性は適切なものとなる点は、第１実施形態と同様である。したがって、このような副室式内燃機関１００によっても、種々の運転条件において、副燃焼室６１及び主燃焼室６３における燃焼状態は適切なものとなる。

また、ここでは、レーザー改質装置１７２は、燃料の中にレーザー光を照射して、燃料を改質する。このため、燃料を改質するためのシステムは、起動性が高くなっており、レイアウト自由度も高くなっている。

＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態に係る副室式内燃機関を図６に示す。なお、第１実施形態と同様の構成要素は同じ番号で示されている。

副室式内燃機関２００は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるが、燃料供給機構７０の代わりに燃料供給機構２７０を備える点と、第２吸気管２９６をさらに備える点と、で第１実施形態と異なる。燃料供給機構２７０は、液相プラズマ改質装置７２の代わりに部分酸化改質システム（改質部）２７２を備える。部分酸化改質システム２７２は、主として、燃料気化器２７５，部分酸化改質装置（部分酸化改質部）２７６，凝縮装置（凝縮部）２７７，燃料第１１配管２８８及び燃料第１２配管２８９を有する。一方、第２吸気管２９６は、第１吸気管９３から分岐して部分酸化改質装置２７６に接続されている。

燃料タンク７１は、燃料第３配管３３を介して燃料気化器２７５に接続されている。この燃料気化器２７５は、燃料第１１配管２８８を介して部分酸化改質装置２７６に接続されている。さらに、部分酸化改質装置２７６は、燃料第１２配管２８９を介して凝縮装置２７７に接続されている。部分酸化改質装置２７６の下流に設けられている凝縮装置２７７は、燃料第４配管３４を介して改質液体燃料貯蔵タンク７４に接続され、燃料第５配管３５を介して改質気体燃料貯蔵タンク７３に接続されている。

燃料タンク７１に貯蔵された燃料の一部は、燃料第３配管３３を介して燃料気化器２７５に供給される。燃料気化器２７５は、燃料を気化する。気化された燃料は、燃料第１１配管２８８を介して部分酸化改質装置２７６に供給される。また、部分酸化改質装置２７６には、第２吸気管２９６を介して第１吸気管９３から新気空気が供給される。そして、部分酸化改質装置２７６は、触媒を用いた部分酸化改質反応で、気化された燃料と新気空気とを反応させて、第１気体と改質気体燃料とを生成する。ここで、第１気体は、改質液体燃料が気体状態になっているものである。改質液体燃料は、燃料よりもオクタン価が高く、耐ノック性が改質された燃料である。改質気体燃料は、水素を主成分とする燃料であり、燃焼性が改質された燃料である。なお、図６では、燃料の流れが実線で示されている。

部分酸化改質装置２７６が生成した第１気体と改質気体燃料とは、燃料第１２配管２８９を介して凝縮装置２７７に供給される。この凝縮装置２７７は、第１気体を凝縮して改質液体燃料に変えるとともに、改質気体燃料と改質液体燃料とを分離する。凝縮装置２７７が分離した改質気体燃料は、燃料第５配管３５を介して改質気体燃料貯蔵タンク７３に供給される。一方、凝縮装置２７７が分離した改質液体燃料は、燃料第４配管３４を介して改質液体燃料貯蔵タンク７４に供給される。なお、図６では、改質気体燃料の流れが破線で示され、改質液体燃料の流れが一点鎖線で示されている。

種々の運転条件において、副燃焼室６１における燃焼速度は適切なものとなり、主燃焼室６３における着火性は適切なものとなる点は、第１実施形態と同様である。したがって、このような副室式内燃機関２００によっても、種々の運転条件において、副燃焼室６１及び主燃焼室６３における燃焼状態は適切なものとなる。

また、ここでは、部分酸化改質システム２７２の部分酸化改質装置２７６は、燃料と新気空気とを部分酸化改質反応で反応させて、第１気体と改質気体燃料とを生成する。そして、凝縮装置２７７は、第１気体を凝縮して改質液体燃料に変える。このため、部分酸化改質システム２７２の信頼性は高くなっている。

＜第４実施形態＞
本発明の第４実施形態に係る副室式内燃機関を図７に示す。なお、第１実施形態と同様の構成要素は同じ番号で示されている。

副室式内燃機関３００は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるが、燃料供給機構７０の代わりに燃料供給機構３７０を備える点と、第２排気管３９７をさらに備える点と、で第１実施形態と異なる。燃料供給機構３７０は、液相プラズマ改質装置７２の代わりに排気ガス改質システム（改質部）３７２を備える。排気ガス改質システム３７２は、主として、燃料気化器３７５，排気ガス改質装置（排気ガス改質部）３７６，凝縮装置（凝縮部）３７７，燃料第１１配管３８８及び燃料第１２配管３８９を有する。一方、第２排気管３９７は、第１排気管９５から分岐して排気ガス改質装置３７６に接続されている。

燃料タンク７１は、燃料第３配管３３を介して燃料気化器３７５に接続されている。この燃料気化器３７５は、燃料第１１配管３８８を介して排気ガス改質装置３７６に接続されている。さらに、排気ガス改質装置３７６は、燃料第１２配管３８９を介して凝縮装置３７７に接続されている。排気ガス改質装置３７６の下流に設けられている凝縮装置３７７は、燃料第４配管３４を介して改質液体燃料貯蔵タンク７４に接続され、燃料第５配管３５を介して改質気体燃料貯蔵タンク７３に接続されている。

燃料タンク７１に貯蔵された燃料の一部は、燃料第３配管３３を介して燃料気化器３７５に供給される。燃料気化器３７５は、燃料を気化する。気化された燃料は、燃料第１１配管３８８を介して排気ガス改質装置３７６に供給される。また、排気ガス改質装置３７６には、第２排気管３９７を介して第１排気管９５から排気ガスが供給される。そして、排気ガス改質装置３７６は、触媒を用いた排気ガス改質反応で、気化された燃料と排気ガスとを反応させて、第１気体と改質気体燃料とを生成する。ここで、第１気体は、改質液体燃料が気体状態になっているものである。改質液体燃料は、燃料よりもオクタン価が高く、耐ノック性が改質された燃料である。改質気体燃料は、水素を主成分とする燃料であり、燃焼性が改質された燃料である。なお、図７では、燃料の流れが実線で示されている。

排気ガス改質装置３７６が生成した第１気体と改質気体燃料とは、燃料第１２配管３８９を介して凝縮装置３７７に供給される。この凝縮装置３７７は、第１気体を凝縮して改質液体燃料に変えるとともに、改質気体燃料と改質液体燃料とを分離する。凝縮装置３７７が分離した改質気体燃料は、燃料第５配管３５を介して改質気体燃料貯蔵タンク７３に供給される。一方、凝縮装置３７７が分離した改質液体燃料は、燃料第４配管３４を介して改質液体燃料貯蔵タンク７４に供給される。なお、図７では、改質気体燃料の流れが破線で示され、改質液体燃料の流れが一点鎖線で示されている。

種々の運転条件において、副燃焼室６１における燃焼速度は適切なものとなり、主燃焼室６３における着火性は適切なものとなる点は、第１実施形態と同様である。したがって、このような副室式内燃機関３００によっても、種々の運転条件において、副燃焼室６１及び主燃焼室６３における燃焼状態は適切なものとなる。

また、ここでは、排気ガス改質システム３７２の排気ガス改質装置３７６は、燃料と排気ガスとを排気ガス改質反応で反応させて、第１気体と改質気体燃料とを生成する。そして、凝縮装置３７７は、第１気体を凝縮して改質液体燃料に変える。このため、排気ガスの熱エネルギーは効率的に利用されている。

＜第５実施形態＞
本発明の第５実施形態に係る副室式内燃機関を図８に示す。なお、第１実施形態と同様の構成要素は同じ番号で示されている。

副室式内燃機関４００は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるが、燃料供給機構７０の代わりに燃料供給機構４７０を備える点と、第２吸気管４９６及び第２排気管４９７をさらに備える点と、で第１実施形態と異なる。燃料供給機構４７０は、液相プラズマ改質装置７２の代わりにオートサーマル改質システム（改質部）４７２を備える。オートサーマル改質システム４７２は、主として、燃料気化器４７５，オートサーマル改質装置（オートサーマル改質部）４７６，凝縮装置（凝縮部）４７７，燃料第１１配管４８８及び燃料第１２配管４８９を有する。一方、第２吸気管４９６は、第１吸気管９３から分岐してオートサーマル改質装置４７６に接続されている。第２排気管４９７は、第１排気管９５から分岐してオートサーマル改質装置４７６に接続されている。

燃料タンク７１は、燃料第３配管３３を介して燃料気化器４７５に接続されている。この燃料気化器４７５は、燃料第１１配管４８８を介してオートサーマル改質装置４７６に接続されている。さらに、オートサーマル改質装置４７６は、燃料第１２配管４８９を介して凝縮装置４７７に接続されている。オートサーマル改質装置４７６の下流に設けられている凝縮装置４７７は、燃料第４配管３４を介して改質液体燃料貯蔵タンク７４に接続され、燃料第５配管３５を介して改質気体燃料貯蔵タンク７３に接続されている。

燃料タンク７１に貯蔵された燃料の一部は、燃料第３配管３３を介して燃料気化器４７５に供給される。燃料気化器４７５は、燃料を気化する。気化された燃料は、燃料第１１配管４８８を介してオートサーマル改質装置４７６に供給される。また、オートサーマル改質装置４７６には、第２吸気管４９６を介して第１吸気管９３から新気空気が供給され、第２排気管４９７を介して第１排気管９５から排気ガスが供給される。そして、オートサーマル改質装置４７６は、触媒を用いたオートサーマル改質反応で、気化された燃料と排気ガスと新気空気とを反応させて、第１気体と改質気体燃料とを生成する。ここで、第１気体は、改質液体燃料が気体状態になっているものである。改質液体燃料は、燃料よりもオクタン価が高く、耐ノック性が改質された燃料である。改質気体燃料は、水素を主成分とする燃料であり、燃焼性が改質された燃料である。なお、図８では、燃料の流れが実線で示されている。

オートサーマル改質装置４７６が生成した第１気体と改質気体燃料とは、燃料第１２配管４８９を介して凝縮装置４７７に供給される。この凝縮装置４７７は、第１気体を凝縮して改質液体燃料に変えるとともに、改質気体燃料と改質液体燃料とを分離する。凝縮装置４７７が分離した改質気体燃料は、燃料第５配管３５を介して改質気体燃料貯蔵タンク７３に供給される。一方、凝縮装置４７７が分離した改質液体燃料は、燃料第４配管３４を介して改質液体燃料貯蔵タンク７４に供給される。なお、図８では、改質気体燃料の流れが破線で示され、改質液体燃料の流れが一点鎖線で示されている。

種々の運転条件において、副燃焼室６１における燃焼速度は適切なものとなり、主燃焼室６３における着火性は適切なものとなる点は、第１実施形態と同様である。したがって、このような副室式内燃機関４００によっても、種々の運転条件において、副燃焼室６１及び主燃焼室６３における燃焼状態は適切なものとなる。

また、ここでは、オートサーマル改質システム４７２のオートサーマル改質装置４７６は、燃料と排気ガスと新気空気とを排気ガス改質反応で反応させて、第１気体と改質気体燃料とを生成する。そして、凝縮装置４７７は、第１気体を凝縮して改質液体燃料に変える。このため、排気ガスの熱エネルギーは効率的に利用されている。

本発明に係る副室式内燃機関は、種々の運転条件において、副燃焼室及び主燃焼室における燃焼状態を適切なものとすることができるという効果を有し、副室式内燃機関等として有用である。

本発明の第１実施形態に係る副室式内燃機関の断面図。 第１実施形態における燃料供給機構を示す図。 第１実施形態におけるマップ情報を示す図。 第１実施形態におけるマップ情報を示す図。 第２実施形態における燃料供給機構を示す図。 第３実施形態における燃料供給機構を示す図。 第４実施形態における燃料供給機構を示す図。 第５実施形態における燃料供給機構を示す図。

符号の説明

１，１００，２００，３００，４００ 副室式内燃機関
２６ 改質液体噴射弁（改質液体燃料供給部）
２７ 燃料噴射弁（燃料供給部）
４０ ＥＣＵ（制御部）
６１ 副燃焼室
６３ 主燃焼室
７１ 燃料タンク（燃料貯蔵部）
７２ 液相プラズマ改質装置（改質部）
７４ 改質液体燃料貯蔵タンク（改質液体貯蔵部）
１７２ レーザー改質装置（改質部）
２７２ 部分酸化改質システム（改質部）
２７６ 部分酸化改質装置（部分酸化改質部）
２７７ 凝縮装置（凝縮部）
３７２ 排気ガス改質システム（改質部）
３７６ 排気ガス改質装置（排気ガス改質部）
３７７ 凝縮装置（凝縮部）
４７２ オートサーマル改質システム（改質部）
４７６ オートサーマル改質装置（オートサーマル改質部）
４７７ 凝縮装置（凝縮部）

Claims (14)

1. 主燃焼室と、
   前記主燃焼室に連通される副燃焼室と、
   燃料を改質して改質気体燃料と改質液体燃料とを生成する改質部と、
   第１運転条件のとき、前記改質気体燃料を前記副燃焼室へ供給するように制御し、第２運転条件のとき、前記改質液体燃料を前記主燃焼室へ供給するように制御する制御部と、
   を備えた、
   副室式内燃機関。
2. 前記第１運転条件は、機関負荷が低く機関速度が遅い運転条件であり、
   前記改質気体燃料は、水素を主成分とする燃料である、
   請求項１に記載の副室式内燃機関。
3. 前記制御部は、前記第１運転条件のとき、機関負荷が低い場合に前記副燃焼室へ供給する前記改質気体燃料の量を、機関負荷が高い場合よりも多くする、
   請求項２に記載の副室式内燃機関。
4. 前記改質部の下流に設けられ、前記改質部が生成した前記改質気体燃料を貯蔵する改質気体貯蔵部をさらに備えた、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の副室式内燃機関。
5. 前記第２運転条件は、機関負荷が高く機関速度が遅い運転条件であり、
   前記改質液体燃料は、改質される前の前記燃料よりオクタン価が高い、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の副室式内燃機関。
6. 前記制御部は、前記第２運転条件のとき、機関速度が遅い場合に前記主燃焼室へ供給する前記改質液体燃料の量を、機関速度が速い場合よりも多くする、
   請求項５に記載の副室式内燃機関。
7. 前記改質部の下流に設けられ、前記改質部が生成した前記改質液体燃料を貯蔵する改質液体貯蔵部をさらに備えた、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の副室式内燃機関。
8. 前記燃料を貯蔵する燃料貯蔵部と、
   前記改質液体貯蔵部に貯蔵された前記改質液体燃料を前記主燃焼室へ供給する改質液体燃料供給部と、
   前記燃料貯蔵部に貯蔵された前記燃料を前記主燃焼室へ供給する燃料供給部と、
   をさらに備えた、
   請求項７に記載の副室式内燃機関。
9. 前記制御部は、前記改質液体燃料供給部及び前記燃料供給部を制御して、前記改質液体燃料供給部が前記改質液体燃料を前記主燃焼室へ供給する第１状態と、前記燃料供給部が前記燃料を前記主燃焼室へ供給する第２状態とを切り替える、
   請求項８に記載の副室式内燃機関。
10. 前記改質部は、前記燃料の中でプラズマ放電して、前記燃料を改質する、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の副室式内燃機関。
11. 前記改質部は、前記燃料の中にレーザー光を照射して、前記燃料を改質する、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の副室式内燃機関。
12. 前記改質部は、
    前記燃料と新気空気とを部分酸化改質反応で反応させて、前記改質液体燃料が気体状態になっている第１気体と前記改質気体燃料とを生成する部分酸化改質部と、
    前記部分酸化改質部の下流に設けられ、前記第１気体を凝縮して前記改質液体燃料に変える凝縮部と、
    を有する、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の副室式内燃機関。
13. 前記改質部は、
    前記燃料と排気ガスとを排気ガス改質反応で反応させて、前記改質液体燃料が気体状態になっている第１気体と前記改質気体燃料とを生成する排気ガス改質部と、
    前記排気ガス改質部の下流に設けられ、前記第１気体を凝縮して前記改質液体燃料に変える凝縮部と、
    を有する、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の副室式内燃機関。
14. 前記改質部は、
    前記燃料と排気ガスと新気空気とをオートサーマル改質反応で反応させて、前記改質液体燃料が気体状態になっている第１気体と前記改質気体燃料とを生成するオートサーマル改質部と、
    前記オートサーマル改質部の下流に設けられ、前記第１気体を凝縮して前記改質液体燃料に変える凝縮部と、
    を有する、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の副室式内燃機関。
    

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