JP2007332891A - Internal combustion engine - Google Patents

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誠 小池
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To increase a comprehensive fuel calorific amount as a result of modifying autoexhaust (combustion gases) to make use of the modified gases obtained as fuel. <P>SOLUTION: Among a plurality of cylinders, a cylinder injection valve 54 is provided in a modifying cylinder 42 equipped with an autoexhaust modifying function and then the modified gases are supplied from an exhaust side of the modifying cylinder 42 to intake sides of cylinders 44 other than the modifying cylinder 42. In the modifying cylinder 42, after having combusted fuel supplied in the modifying cylinder and an air-fuel mixture containing air, during a period of time elapsed till emissions of the combustion gases from an inside of the cylinder are completed, a modifying fuel from an ent-cylinder injection valve 54 is subjected to injection. Thereby, an air-fuel mixture of a combustion gas (exhaust gases) and fuel is produced to practice a modifying reaction. Consequently, a calorific quantity of the combustion gases within the cylinder can be directly made use of for the modifying reaction that is an endoergic reaction, so that high-efficiency modification becomes possible, thus contributing an improvement in thermal efficiency of an internal combustion engine. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

燃料改質機能を備えた内燃機関に関する。   The present invention relates to an internal combustion engine having a fuel reforming function.

内燃機関の燃焼効率の向上等の観点から、燃料を改質して得られた水素ガスなどを燃料と共に燃焼室に供給し、燃焼させる内燃機関が提案されている。例えば、下記特許文献1では、燃料と水を蒸発器で気化させた後に改質器に送って改質し、さらに、水素透過膜を通過させることで改質ガスとして水素ガスを取り出し、この水素ガスを気筒の吸気ポートに供給する構成が採用されている。水素ガスは、他の可燃ガスよりも反応性が高いため、水素を燃料の一部として用いることで、希薄燃焼限界を拡大でき、燃焼を安定化させて失火を防止し、また同時に排気ガスに含まれるハイドロカーボンの減少を可能としている。   From the viewpoint of improving the combustion efficiency of an internal combustion engine, etc., an internal combustion engine has been proposed in which hydrogen gas obtained by reforming fuel is supplied to a combustion chamber together with the fuel and burned. For example, in Patent Document 1 below, fuel and water are vaporized by an evaporator, then sent to a reformer for reforming, and hydrogen gas is taken out as reformed gas by passing through a hydrogen permeable membrane. A configuration is employed in which gas is supplied to the intake port of the cylinder. Because hydrogen gas is more reactive than other combustible gases, using hydrogen as part of the fuel can expand the lean burn limit, stabilize combustion and prevent misfires, and at the same time into exhaust gas It is possible to reduce the contained hydrocarbon.

また、非特許文献1、2には、多気筒の内燃機関において、多気筒のうちの1つの気筒で過濃混合気を燃焼させ、この気筒からの排気ガスを触媒に供給し、得られたCOや、水素を他の気筒に分配して希薄燃焼を行なわせることが提案されている。   Non-Patent Documents 1 and 2 were obtained in a multi-cylinder internal combustion engine, in which a rich mixture was burned in one of the multi-cylinders, and exhaust gas from this cylinder was supplied to the catalyst. It has been proposed to perform lean combustion by distributing CO and hydrogen to other cylinders.

特許文献2では、排気ガスを改質して得られた改質ガスを気筒の吸気側へ環流させることが提案されており、排気管から排気ガス改質用の導管を分岐させ、この改質用導管で排気ガスに燃料を混合して排気ガスを改質している。   In Patent Document 2, it is proposed that the reformed gas obtained by reforming the exhaust gas is circulated to the intake side of the cylinder, and an exhaust gas reforming conduit is branched from the exhaust pipe. The exhaust gas is reformed by mixing the fuel with the exhaust gas in the conduit for use.

特開2002−339772号公報JP 2002-339772 A 特開2006−37879号公報JP 2006-37879 A David P. Meyers, John T. Kubesh,「The Hybrid Rich-burn/lean-burn engine」, ASME 1994, ICE-Vol. 24, Natural Gas and Alternative Fuels for EnginesDavid P. Meyers, John T. Kubesh, `` The Hybrid Rich-burn / lean-burn engine '', ASME 1994, ICE-Vol. 24, Natural Gas and Alternative Fuels for Engines Jack A. Smith, Dan Podnar, David P. Meyers,「The Hybrid Rich-Burn/Lean Burn Engine, Part 2」, ASME 1996, ICE-Vol.27 - 4, 1996 Fall Technical Conference Volume 4Jack A. Smith, Dan Podnar, David P. Meyers, "The Hybrid Rich-Burn / Lean Burn Engine, Part 2", ASME 1996, ICE-Vol.27-4, 1996 Fall Technical Conference Volume 4

特許文献1のように燃料を改質するためには、燃料と水をそれぞれ気化させるための熱交換器が必要となる。また、燃料と水による改質は吸熱反応となるため、排気ガスの熱を改質器に移すための熱交換器等を必要とし、エンジンの複雑化、大型化を招く。   In order to reform the fuel as in Patent Document 1, a heat exchanger for vaporizing the fuel and water is required. Further, since reforming with fuel and water becomes an endothermic reaction, a heat exchanger or the like for transferring the heat of the exhaust gas to the reformer is required, which leads to complication and enlargement of the engine.

次に、特許文献2、非特許文献1,2において、これらに開示された排気ガスの改質も吸熱反応である。そこで、特許文献2では、改質のために必要とされる熱を排気ガスから得るための熱交換機構を設けている。非特許文献1,2では、熱交換機構について特に開示はないが、吸熱反応に必要な熱を得ることは原理上必須であり、熱交換器や、ヒータ等が必要となる。したがって、上記特許文献1と同様、エンジンの複雑化、大型化が避けられない。   Next, in Patent Document 2 and Non-Patent Documents 1 and 2, the reforming of exhaust gas disclosed therein is also an endothermic reaction. Therefore, in Patent Document 2, a heat exchange mechanism for obtaining heat necessary for reforming from exhaust gas is provided. Non-Patent Documents 1 and 2 do not particularly disclose a heat exchange mechanism. However, obtaining heat necessary for an endothermic reaction is essential in principle, and a heat exchanger, a heater, and the like are required. Therefore, as in the case of Patent Document 1, the engine is complicated and large.

また、熱交換器の効率は良くても70〜80%であり、排気ガスの熱利用には限界がある。一方で、炭化水素燃料の改質は温度が高いほうが改質率が高いため、熱交換器の効率がエンジン性能に直接的に影響を与えることになり、エンジン性能の向上の妨げとなる。   Further, the efficiency of the heat exchanger is at most 70 to 80%, and there is a limit to the heat utilization of the exhaust gas. On the other hand, the reforming of the hydrocarbon fuel has a higher reforming rate at a higher temperature. Therefore, the efficiency of the heat exchanger directly affects the engine performance, which hinders the improvement of the engine performance.

さらに、改質のための機構(改質触媒、蒸発器等)は、上述のように排気管側に設けられており、燃焼が行われる気筒から離れている。したがって、気筒からの排気ガスが改質部に到達するまでの間に温度が低下することは避けられず、改質に最適な熱量を排気ガスから得ることが難しいという問題がある。   Further, the reforming mechanism (reforming catalyst, evaporator, etc.) is provided on the exhaust pipe side as described above, and is separated from the cylinder in which combustion is performed. Therefore, it is inevitable that the temperature decreases until the exhaust gas from the cylinder reaches the reforming section, and there is a problem that it is difficult to obtain an optimal amount of heat from the exhaust gas for reforming.

本発明は、複数の気筒を備える内燃機関であって、前記複数の気筒のうち、少なくとも一つの気筒は排気ガス改質機能を備えた改質用気筒であって筒内噴射弁を備え、前記複数の気筒のうち、少なくとも前記改質用気筒以外の気筒に、前記改質用気筒の排気管を経て改質ガスを供給するための改質ガス供給手段を備え、前記改質用気筒にて、該気筒内に供給された燃料及び空気を含む混合気を燃焼させた後、気筒内からの燃焼ガス排気完了までの期間において、前記気筒内へ前記筒内噴射弁から改質用燃料を噴射して前記排気ガスと改質用燃料の混合気体を作成する。   The present invention is an internal combustion engine having a plurality of cylinders, wherein at least one of the plurality of cylinders is a reforming cylinder having an exhaust gas reforming function, and includes an in-cylinder injection valve, Among the plurality of cylinders, at least a cylinder other than the reforming cylinder is provided with reformed gas supply means for supplying reformed gas through an exhaust pipe of the reforming cylinder, and the reforming cylinder includes The fuel for reforming is injected into the cylinder from the in-cylinder injection valve in the period from the combustion of the air-fuel mixture containing fuel and air supplied into the cylinder to the completion of exhaust of the combustion gas from the cylinder. Thus, a mixed gas of the exhaust gas and the reforming fuel is prepared.

本発明の他の態様では、前記複数の気筒では、それぞれ燃料と空気との混合気が供給されて燃焼が行われ、該燃焼の後、前記改質用気筒においてのみ前記改質用燃料が筒内噴射され、前記排気ガスと燃料との混合気体が作成される。   In another aspect of the present invention, in each of the plurality of cylinders, a mixture of fuel and air is supplied to perform combustion, and after the combustion, the reforming fuel is cylindered only in the reforming cylinder. Internally injected, a mixed gas of the exhaust gas and fuel is created.

本発明の他の態様では、前記改質用気筒にて、前記燃料と空気を含む混合気を燃焼させた後、前記改質用燃料を噴射する前における前記改質用気筒内での燃料ガスが当量比1以上となるように制御されている。   In another aspect of the present invention, the fuel gas in the reforming cylinder after injecting the reforming fuel after burning the air-fuel mixture containing the fuel and air in the reforming cylinder. Is controlled to have an equivalent ratio of 1 or more.

本発明の他の態様では、上記内燃機関において、少なくとも前記改質用気筒以外の気筒における排気ガスの当量比が1となるように制御される。   In another aspect of the present invention, in the internal combustion engine, the exhaust gas equivalence ratio is controlled to be 1 at least in cylinders other than the reforming cylinder.

本発明の他の態様では、該改質用気筒の排気管には、前記排気ガスと前記改質用燃料の混合気体の改質反応を進行させる改質触媒が設けられている。   In another aspect of the present invention, a reforming catalyst for advancing a reforming reaction of the mixed gas of the exhaust gas and the reforming fuel is provided in the exhaust pipe of the reforming cylinder.

本発明では、排気ガス(燃焼ガス)を改質し、得られた改質ガスを燃料として利用するので、総合的な燃料発熱量を増加させることができる。よって、一層の燃費向上を図ることができる。また、得られる改質ガスには、水素が多く含まれ、このような改質ガスを用いることで気筒内での燃焼が速やかに行なわれる。また、改質ガスに含まれる水素、一酸化炭素のオクタン価は高いので、圧縮比を高めることができ、内燃機関の熱効率を向上することができる。   In the present invention, exhaust gas (combustion gas) is reformed, and the resulting reformed gas is used as fuel, so that the total fuel heating value can be increased. Therefore, further improvement in fuel consumption can be achieved. Further, the obtained reformed gas contains a large amount of hydrogen, and by using such a reformed gas, combustion in the cylinder is quickly performed. Moreover, since the octane number of hydrogen and carbon monoxide contained in the reformed gas is high, the compression ratio can be increased, and the thermal efficiency of the internal combustion engine can be improved.

さらに、排気ガス(燃焼ガス)から改質ガスを得ることができ、この改質ガスを内燃機関の気筒の吸気側に供給するので、内燃機関として作動ガス体積が増加する。したがって、部分負荷時のガス交換損失を減少させることができる。   Further, the reformed gas can be obtained from the exhaust gas (combustion gas), and this reformed gas is supplied to the intake side of the cylinder of the internal combustion engine, so that the working gas volume of the internal combustion engine increases. Therefore, the gas exchange loss at the partial load can be reduced.

本発明によれば、燃料と空気との混合気を燃焼させ、この燃焼ガスを排気するまでの間に、筒内で改質用の燃料噴射を行うため、燃焼ガスの熱を燃料の気化及び燃焼ガスの改質反応に非常に有効に利用することができる。また、改質用の燃料は、混合気の燃料と同様の燃料を採用できる。また、筒内で改質用燃料を噴射するため、燃焼ガスの膨張とこれに伴うピストンの移動等により、筒内で燃焼ガスと燃料との撹拌、混合が進む。また、気筒の排気弁から排気ガスが排出される際の高速流及び乱れによっても、燃焼ガス(排気ガス)と改質用燃料とが混合する。したがって、非常に高い改質効率を実現することが可能となる。   According to the present invention, the fuel mixture for fuel and air is combusted and the fuel for reforming is injected in the cylinder before the combustion gas is exhausted. It can be used very effectively for the reforming reaction of combustion gas. Further, as the reforming fuel, the same fuel as the fuel of the air-fuel mixture can be adopted. Further, since the reforming fuel is injected in the cylinder, the combustion gas and the fuel are agitated and mixed in the cylinder due to the expansion of the combustion gas and the accompanying movement of the piston. The combustion gas (exhaust gas) and the reforming fuel are also mixed by high-speed flow and turbulence when the exhaust gas is discharged from the exhaust valve of the cylinder. Therefore, very high reforming efficiency can be realized.

また、排気ガスから改質に必要な熱を得るための熱交換器や、改質用燃料の気化のための蒸発器等の構成を省略することができ、内燃機関の小型化に非常に有利となる。   Further, the configuration of a heat exchanger for obtaining heat necessary for reforming from exhaust gas and an evaporator for vaporizing reforming fuel can be omitted, which is very advantageous for downsizing of an internal combustion engine. It becomes.

さらに、改質用気筒では、燃料と空気との混合気を燃焼させてから改質のための追加の燃料噴射を実行しており、この改質実行前に、混合気の燃焼によってトルクを得ることができ、その分、内燃機関の熱効率を向上することができる。   Further, in the reforming cylinder, an air-fuel mixture of fuel and air is burned, and then additional fuel injection for reforming is executed. Before the reforming, torque is obtained by combustion of the air-fuel mixture. Therefore, the thermal efficiency of the internal combustion engine can be improved accordingly.

また、本発明において、多気筒の内燃機関を採用し、そのうちの一部の気筒を改質用気筒として採用し、ここで得られる改質ガスを残りの気筒に供給した場合には、改質ガスと内燃機関から排気するガスとを分配する機構が不要であり、構成の簡略化を図ることができる。   Further, in the present invention, when a multi-cylinder internal combustion engine is employed, and some of the cylinders are employed as reforming cylinders, and the reformed gas obtained here is supplied to the remaining cylinders, A mechanism for distributing the gas and the gas exhausted from the internal combustion engine is unnecessary, and the configuration can be simplified.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態(以下、実施形態という)について説明する。     Hereinafter, embodiments of the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.

図1は、本実施形態に係る内燃機関の概要を示している。本実施形態に係る内燃機関100は、複数の気筒を備えるいわゆる多気筒エンジンを採用し、複数の気筒40のうち、少なくとも一つの気筒を筒内噴射弁54を備えた改質用気筒42として用い、他の気筒44に改質用気筒42で得た改質ガスを供給し、燃料と併用している。また、改質用気筒42は、改質のみを実行するのではなく、他の気筒44と同様にガソリンなどの燃料と空気との混合気の燃焼を行う。燃焼後、エンジン制御部(ECU)200等の制御により、燃焼ガスが全て気筒から排気されるまでの間(膨張行程から排気行程の間)に、筒内噴射弁54から改質用に燃料を噴射し、燃焼ガスと改質用燃料との混合気体を形成する。なお、詳しくは後述するが、改質は吸熱反応であり、その反応に必要な熱を燃焼ガスの持つ熱を利用することができ、改質反応を気筒内で行うことができる。   FIG. 1 shows an outline of an internal combustion engine according to this embodiment. The internal combustion engine 100 according to the present embodiment employs a so-called multi-cylinder engine having a plurality of cylinders, and at least one of the plurality of cylinders 40 is used as the reforming cylinder 42 having the in-cylinder injection valve 54. The reformed gas obtained in the reforming cylinder 42 is supplied to the other cylinders 44 and used in combination with fuel. Further, the reforming cylinder 42 does not only perform reforming, but combusts a mixture of fuel such as gasoline and air in the same manner as the other cylinders 44. After combustion, under the control of the engine control unit (ECU) 200 or the like, fuel for reforming is supplied from the in-cylinder injection valve 54 until all the combustion gas is exhausted from the cylinder (between the expansion stroke and the exhaust stroke). It injects to form a mixed gas of combustion gas and reforming fuel. Although details will be described later, the reforming is an endothermic reaction, and the heat necessary for the reaction can be utilized by the heat of the combustion gas, and the reforming reaction can be performed in the cylinder.

改質用気筒42の排気ポートの付近には、改質用触媒62が設けられ、改質用気筒42から排出される排気ガス(燃焼ガスと改質用燃料の混合気体及び改質反応によって得られた改質ガス)がこの改質用触媒62に流入する。改質用触媒62は、省略することもできるが、排気側に設けることで改質効率が向上する。この改質用触媒62は、排気ガスと燃料との混合気体から改質反応を実行する機能を備え、また、気筒内で開始された改質反応をさらに進行させる機能を備えており、未反応の燃料を分解し、改質反応の化学平衡を改質ガス生成方向に進める。   A reforming catalyst 62 is provided in the vicinity of the exhaust port of the reforming cylinder 42, and exhaust gas discharged from the reforming cylinder 42 (obtained by a mixture gas of combustion gas and reforming fuel and a reforming reaction). The reformed gas) flows into the reforming catalyst 62. Although the reforming catalyst 62 can be omitted, the reforming efficiency is improved by providing it on the exhaust side. This reforming catalyst 62 has a function of executing a reforming reaction from a mixed gas of exhaust gas and fuel, and also has a function of further advancing the reforming reaction started in the cylinder. The fuel is decomposed, and the chemical equilibrium of the reforming reaction is advanced in the direction of reformed gas generation.

改質用触媒62からは、CO、H2を多く含むガス(改質ガス)が流出し、得られた改質ガスは排気管60を経て冷却器66に供給され、冷却された後、改質ガス供給手段52から、複数の気筒40のうち、少なくとも改質用気筒42以外の通常の気筒44に対して供給されている。 A gas containing a large amount of CO and H 2 (reformed gas) flows out from the reforming catalyst 62, and the obtained reformed gas is supplied to the cooler 66 through the exhaust pipe 60, cooled, and then reformed. The quality gas supply means 52 supplies at least a normal cylinder 44 other than the reforming cylinder 42 among the plurality of cylinders 40.

改質ガス供給手段52は、図1のように各気筒44の吸気ポートに改質ガス供給管64を連通し、各吸気ポートに設けられた改質ガスノズル53を備える。この場合、改質用気筒42の排気行程を経て排気管60に排出され、改質用触媒62及び冷却器66を経て改質ガス供給管64に出力される改質ガスが、自動的に各吸気管30に供給されることとなる。なお、各吸気管30に均等に改質ガスを供給するために、図1では、3つの気筒用の全吸気管30に対して共通の改質ガス収容部(改質ガスギャラリ)51を設け、この収容部51から各ノズル53を介して気筒44の各吸気ポートに改質ガスを供給する。改質用気筒の排気管60と気筒44の吸気管30との間の連結経路、具体的には、改質ガス収容部51内または改質ガス供給管64中に流量調整弁を設けることができ、この調整弁により各吸気ポートへの改質ガス供給量を必要に応じて制御することができる。なお、改質ガスの気筒44の吸気側への供給は、上記のようなノズル53には限られず、改質ガス噴射弁を設けてもよい。ガス噴射弁を採用することで、改質ガスの噴射タイミング等を正確に制御することができる。各気筒44に筒内噴射弁を設け、この筒内噴射弁から適切な圧力にて改質ガスを筒内に供給しても良い。   As shown in FIG. 1, the reformed gas supply means 52 includes a reformed gas nozzle 53 provided at each intake port, with the reformed gas supply pipe 64 communicating with the intake port of each cylinder 44. In this case, the reformed gas discharged to the exhaust pipe 60 through the exhaust stroke of the reforming cylinder 42 and output to the reformed gas supply pipe 64 through the reforming catalyst 62 and the cooler 66 is automatically supplied to the reforming cylinder 42. It will be supplied to the intake pipe 30. In order to supply the reformed gas evenly to the intake pipes 30, in FIG. 1, a common reformed gas storage part (reformed gas gallery) 51 is provided for all the intake pipes 30 for the three cylinders. Then, the reformed gas is supplied from the accommodating portion 51 to each intake port of the cylinder 44 through each nozzle 53. A flow rate adjusting valve may be provided in the connecting path between the exhaust pipe 60 of the reforming cylinder and the intake pipe 30 of the cylinder 44, specifically, in the reformed gas storage unit 51 or in the reformed gas supply pipe 64. In addition, the amount of reformed gas supplied to each intake port can be controlled as necessary by this adjusting valve. The supply of the reformed gas to the intake side of the cylinder 44 is not limited to the nozzle 53 as described above, and a reformed gas injection valve may be provided. By adopting the gas injection valve, it is possible to accurately control the injection timing of the reformed gas and the like. Each cylinder 44 may be provided with an in-cylinder injection valve, and the reformed gas may be supplied into the cylinder from the in-cylinder injection valve with an appropriate pressure.

また、改質用気筒42の吸気管10と、それ以外の通常の気筒44の吸気管30には、その吸気ポート付近に、ガソリンなどの燃料を噴射する燃料噴射弁50がそれぞれ設けられている。なお、この噴射弁50から吸気ポートには、燃料タンク20から低圧ポンプ22で汲み上げた燃料が噴射されるが、筒内噴射弁を採用して、各気筒内に直接燃料を噴射することも可能である。   Further, the intake pipe 10 of the reforming cylinder 42 and the other intake pipe 30 of the normal cylinder 44 are respectively provided with fuel injection valves 50 for injecting fuel such as gasoline near the intake ports. . The fuel pumped from the fuel tank 20 by the low-pressure pump 22 is injected from the injection valve 50 to the intake port. However, it is also possible to directly inject fuel into each cylinder by using an in-cylinder injection valve. It is.

改質用気筒42以外の気筒44の吸気管30には、各気筒44への空気供給量を共通して制御するためのスロットルバルブ32が設けられ、改質用気筒42の吸気管10には、このスロットルバルブ32とは独立して改質用気筒42への空気供給を制御するスロットルバルブ12が設けられている。なお、各スロットルバルブ32,12の周辺には、このスロットルを通過する空気流量を測定するためのセンサが取り付けられている。   The intake pipe 30 of the cylinders 44 other than the reforming cylinder 42 is provided with a throttle valve 32 for commonly controlling the air supply amount to each cylinder 44. A throttle valve 12 for controlling the air supply to the reforming cylinder 42 is provided independently of the throttle valve 32. A sensor for measuring the flow rate of air passing through the throttle is attached around the throttle valves 32 and 12.

改質用気筒42以外の通常の気筒44の排気管70には、排気ガスを浄化するための三元触媒などが用いられた排気浄化触媒72が設けられている。排気浄化触媒72として、三元触媒を用いる場合、この三元触媒で浄化処理が確実に実行できるようにするためには、気筒44から排気される排気ガスが三元触媒で処理可能な量論比、つまり当量比1であることが好適である。この場合、各気筒44の排気管70の集合部付近には、図1に示すように、O2センサ74を設け、排気ガスに含まれる酸素量を検出し、エンジン制御部200が、検出値に応じてスロットルバルブ32の開度や燃料噴射弁50からの噴射量などを制御することが好適である。 An exhaust pipe 70 of a normal cylinder 44 other than the reforming cylinder 42 is provided with an exhaust purification catalyst 72 using a three-way catalyst for purifying exhaust gas. When a three-way catalyst is used as the exhaust purification catalyst 72, in order to ensure that the purification process can be executed with this three-way catalyst, the stoichiometry that allows the exhaust gas exhausted from the cylinder 44 to be processed by the three-way catalyst. It is preferable that the ratio, that is, the equivalent ratio is 1. In this case, as shown in FIG. 1, an O 2 sensor 74 is provided in the vicinity of the collection portion of the exhaust pipe 70 of each cylinder 44 to detect the amount of oxygen contained in the exhaust gas, and the engine control unit 200 detects the detected value. It is preferable to control the opening degree of the throttle valve 32 and the injection amount from the fuel injection valve 50 according to the above.

以下、本実施形態の内燃機関の構成と動作についてより詳細に説明する。   Hereinafter, the configuration and operation of the internal combustion engine of the present embodiment will be described in more detail.

本実施形態の内燃機関100は、多気筒であるが、図1の例では、気筒番号#1、#2、#3、#4から成る4気筒列型エンジンである。各気筒には、吸気バルブ46を2個、排気バルブ48を2個、それぞれその気筒上部(シリンダヘッド)に設けており、クランク軸と同期して1/2回転で回転するカムによってバルブの開閉を行なうようになっている。シリンダヘッドのほぼ中央には点火プラグ45があり、各気筒の吸気ポートに、上記のように燃料(ガソリン)を噴射するための噴射弁50が設けられている。さらに、4気筒のうち#2、#3、#4の3気筒は、上述の改質用気筒以外の通常の気筒44であり、その排気ポートが排気浄化触媒72に連通しており、排気ガスは消音器を介して大気に排出される。   The internal combustion engine 100 of this embodiment is a multi-cylinder engine, but in the example of FIG. 1, it is a four-cylinder row type engine composed of cylinder numbers # 1, # 2, # 3, and # 4. Each cylinder is provided with two intake valves 46 and two exhaust valves 48 at the upper part of the cylinder (cylinder head). The valves are opened and closed by a cam that rotates in half rotation in synchronization with the crankshaft. Is supposed to do. An ignition plug 45 is provided in the approximate center of the cylinder head, and an injection valve 50 for injecting fuel (gasoline) as described above is provided at the intake port of each cylinder. Further, of the four cylinders, three cylinders # 2, # 3, and # 4 are normal cylinders 44 other than the above-described reforming cylinders, and their exhaust ports communicate with the exhaust purification catalyst 72. Is discharged to the atmosphere through a silencer.

#1気筒は、改質用の燃料をシリンダ内に噴射できる筒内噴射弁54が設けられた改質用気筒42であり、この#1気筒の排気管60は他の気筒の排気管70とは連通せず、吸気側に配管64で導かれ、#2、#3、#4の吸気管30に連通されている。   The # 1 cylinder is a reforming cylinder 42 provided with an in-cylinder injection valve 54 capable of injecting fuel for reforming into the cylinder. The exhaust pipe 60 of this # 1 cylinder is connected to the exhaust pipe 70 of another cylinder. Are not communicated but are led to the intake side by a pipe 64 and communicated to the intake pipes 30 of # 2, # 3, and # 4.

まず、#2、#3、#4気筒、つまり、改質用気筒42以外の通常の気筒44の動作を示す。エンジン制御部200が、シリンダ内に吸入すべき燃料と空気量について、エンジンの負荷に応じて演算し、その結果に応じて燃料噴射量と空気量を決定し、スロットルバルブ32を調整する。演算値と、実際の供給量とのずれは、バルブ32における空気流量を計測しながら調整する。これらの気筒44では、吸気バルブ46が開くと同時にクランク軸の回転によってピストンが下降し、調整された燃料と空気とがシリンダ内に吸入され、燃焼可能な混合気を形成する。吸気バルブ46が閉じるとピストンが上昇し、燃料と空気との混合気を圧縮する。   First, the operations of the # 2, # 3, and # 4 cylinders, that is, the normal cylinders 44 other than the reforming cylinder 42 are shown. The engine control unit 200 calculates the fuel and air amount to be sucked into the cylinder according to the engine load, determines the fuel injection amount and the air amount according to the result, and adjusts the throttle valve 32. The deviation between the calculated value and the actual supply amount is adjusted while measuring the air flow rate in the valve 32. In these cylinders 44, when the intake valve 46 is opened, the piston is lowered by the rotation of the crankshaft, and the adjusted fuel and air are sucked into the cylinders to form a combustible air-fuel mixture. When the intake valve 46 is closed, the piston rises and compresses the fuel / air mixture.

上死点近傍で点火プラグ45により混合気を着火し、混合気を燃焼させる。すると、これによってシリンダ内の圧力が急激に上昇し、ピストンを押し下げてトルクを発生する。クランクが回転してピストンが上昇するときに排気バルブ48を開き、燃焼ガスを排気ポートに押し出す。排気ポート内の燃焼ガスは、排気浄化触媒72で浄化された後、消音器を通って大気中に放出される。以上の動作は一般的なエンジン(燃料としてガソリンを用いた場合には、ガソリンエンジン)の動作と変わりはない。   The air-fuel mixture is ignited by the spark plug 45 near the top dead center, and the air-fuel mixture is combusted. As a result, the pressure in the cylinder rapidly increases, and the piston is pushed down to generate torque. When the crank rotates and the piston rises, the exhaust valve 48 is opened to push the combustion gas to the exhaust port. The combustion gas in the exhaust port is purified by the exhaust purification catalyst 72 and then released into the atmosphere through the silencer. The above operation is the same as that of a general engine (a gasoline engine when gasoline is used as fuel).

次に、#1気筒(改質用気筒42)の動作を説明する。スロットルバルブ12により空気量を調整し、燃料噴射弁50で燃料を調整し、シリンダ内に空気と燃料を吸入し、形成した混合気に点火して燃焼させる動作までは、上記#2、#3、#4気筒と変わりはないが、吸入した燃料の燃焼が終了した後に、筒内噴射弁54から改質用燃料を噴射する。なお、この改質用燃料は、燃料噴射弁50と同じガソリンなどの燃料を用いており、燃料タンク20から低圧用ポンプ22で汲み上げた燃料を、さらに筒内噴射に適した高圧用ポンプ28で汲み上げて噴射する。   Next, the operation of the # 1 cylinder (reforming cylinder 42) will be described. Steps # 2 and # 3 above are performed until the air amount is adjusted by the throttle valve 12, the fuel is adjusted by the fuel injection valve 50, the air and fuel are sucked into the cylinder, and the formed air-fuel mixture is ignited and burned. Although it is the same as the # 4 cylinder, after the combustion of the sucked fuel is finished, the reforming fuel is injected from the in-cylinder injection valve 54. The reforming fuel uses the same fuel such as gasoline as the fuel injection valve 50. The fuel pumped up from the fuel tank 20 by the low-pressure pump 22 is further supplied by the high-pressure pump 28 suitable for in-cylinder injection. Pump up and inject.

燃焼後、排気行程が完了するまでの期間中に、改質用燃料の筒内噴射を行った場合、筒内の燃焼ガスが冷やされ圧力が下がる。したがって、エンジンの効率を向上させる観点から、噴射時期は、膨張行程の遅い方が望ましい。噴射時期は排気行程でも良い。一例として、本実施形態では、エンジン制御部200の制御により、圧縮上死点後90度から燃料噴射を開始する。噴射した燃料は高温の既燃ガス(燃焼ガス)によって速やかに蒸発する。燃料の一部は燃焼ガス中に残った酸素と反応して燃焼し、二酸化炭素、一酸化炭素、水が生成される。しかし、燃焼ガス中の酸素は少ないので、既燃ガス成分の二酸化炭素や水と反応し、一酸化炭素、水素を生成する。クランクが回転し、排気バルブ48が開くと改質用気筒42の筒内ガスは、排気バルブ48を通って排気管60に設置した改質用触媒62に流入する。この改質用触媒62により、未反応の燃料は分解、反応し、CO、H2を多く含むガスを生成する。 When in-cylinder injection of reforming fuel is performed during the period after combustion until the exhaust stroke is completed, the combustion gas in the cylinder is cooled and the pressure is reduced. Therefore, from the viewpoint of improving the efficiency of the engine, it is desirable that the injection timing is late in the expansion stroke. The injection timing may be an exhaust stroke. As an example, in this embodiment, fuel injection is started from 90 degrees after compression top dead center under the control of the engine control unit 200. The injected fuel is quickly evaporated by the high-temperature burned gas (combustion gas). A portion of the fuel reacts with the oxygen remaining in the combustion gas and burns, producing carbon dioxide, carbon monoxide, and water. However, since there is little oxygen in the combustion gas, it reacts with the burned gas components carbon dioxide and water to produce carbon monoxide and hydrogen. When the crank rotates and the exhaust valve 48 opens, the in-cylinder gas of the reforming cylinder 42 flows into the reforming catalyst 62 installed in the exhaust pipe 60 through the exhaust valve 48. By this reforming catalyst 62, the unreacted fuel is decomposed and reacted to generate a gas containing a large amount of CO and H 2 .

理想的には、燃焼ガスは、下記反応式(1)のように、改質反応の前後で組成が変化し、係数a,n,m,cの関係は式(2)のようになる。

Figure 2007332891
Figure 2007332891
Ideally, the composition of the combustion gas changes before and after the reforming reaction as shown in the following reaction equation (1), and the relationship between the coefficients a, n, m, and c is as shown in equation (2).
Figure 2007332891
Figure 2007332891

反応式(1)における燃料組成をC714とすると、式(2)は、a=2+(2/7)cとなる。また、燃料の発熱量は約4.3MJ/molであり、反応後(右辺)の可燃ガス成分である一酸化炭素及び水素の熱量は、それぞれ、COが0.28MJ/mol、H2が0.24MJ/molである。したがって、反応後における可燃ガスの発熱量から反応前における燃料発熱量を減じた値は、以下の式(3)で表される。
(21+2c)*0.28+(21+2c)*0.24−(2+(2c/7))*4.3
=(21+2c)*0.52−(2+(2c/7))*4.3
=2.32−0.1886c ・・・(3)
When the fuel composition in the reaction formula (1) is C 7 H 14 , the formula (2) becomes a = 2 + (2/7) c. The calorific value of the fuel is about 4.3 MJ / mol, and the calorific values of carbon monoxide and hydrogen, which are combustible gas components after the reaction (right side), are 0.28 MJ / mol for CO and 0 for H 2 , respectively. .24 MJ / mol. Therefore, the value obtained by subtracting the heat value of the fuel before the reaction from the heat value of the combustible gas after the reaction is expressed by the following equation (3).
(21 + 2c) * 0.28 + (21 + 2c) * 0.24- (2+ (2c / 7)) * 4.3
= (21 + 2c) * 0.52- (2+ (2c / 7)) * 4.3
= 2.32-0.1886c (3)

このように、式(3)は、燃焼ガス中に残存する酸素の係数cの一次関数になる。よって、c<12.3を満たせば、反応後の発熱量は増加する。残存酸素量が増加すると、燃料がCOに酸化されることによる発熱量の減少がCO2やH2Oを還元して発熱量を増加させる効果を打ち消すために、発熱量の利得は減少する。 Thus, Equation (3) is a linear function of the coefficient c of oxygen remaining in the combustion gas. Therefore, if c <12.3 is satisfied, the calorific value after the reaction increases. When the residual oxygen amount increases, the decrease in the calorific value due to the oxidation of the fuel to CO counteracts the effect of reducing the CO 2 and H 2 O and increasing the calorific value, so the calorific value gain decreases.

ここで、最も大きい発熱量利得が得られるのは、c=0、すなわち、量論比(理論空燃比)で燃焼したガスに燃料(改質用燃料)を加える条件であり、この場合、改質ガスの発熱量は、燃料の127%弱まで増加する。理論空燃比で燃焼させたガス(燃焼ガス)の成分は、燃焼反応に対して当量比1となり、燃料も酸素も残存しないことになる。このため、反応式(1)に示されるように、改質用に追加するaモルの燃料から、aモルより多いモル数の一酸化炭素及び水素を得ることができる。具体的には、n(1+a)モルのCO、m(1+a)/2モルのH2を得ることができる。したがって、#1の気筒42の点火燃焼時の空燃比が量論比になるように制御することが、より高い熱効率を実現する上で有効であり、そのためには、気筒42への吸入空気量を他の気筒44とは独立して制御することが望ましい。図1のように気筒42の吸気管10にスロットルバルブ12を設け、また流量を計測するための流量計14を設けることが好適である。さらに、理論空燃比となるように吸気量及び燃料供給量を制御し、気筒42内で燃焼して得られた燃焼ガス(本実施形態において、改質のための燃料噴射前の混合気)の当量比を1以上として残存酸素がないように制御することが好適である。さらに好ましくは、不完全燃焼が少ない当量比1となるように制御する。 Here, the largest heating value gain is obtained when c = 0, that is, a condition in which fuel (reforming fuel) is added to gas burned at a stoichiometric ratio (theoretical air-fuel ratio). The calorific value of the gas increases to just under 127% of the fuel. The component of the gas burned at the stoichiometric air-fuel ratio (combustion gas) has an equivalent ratio of 1 with respect to the combustion reaction, and neither fuel nor oxygen remains. For this reason, as shown in the reaction formula (1), carbon monoxide and hydrogen having a mole number larger than a mole can be obtained from a mole fuel added for reforming. Specifically, n (1 + a) mol of CO and m (1 + a) / 2 mol of H 2 can be obtained. Therefore, controlling the air-fuel ratio at the time of ignition combustion of the # 1 cylinder 42 to be a stoichiometric ratio is effective in realizing higher thermal efficiency. For this purpose, the intake air amount to the cylinder 42 is Is desirably controlled independently of the other cylinders 44. As shown in FIG. 1, it is preferable to provide a throttle valve 12 in the intake pipe 10 of the cylinder 42 and a flow meter 14 for measuring the flow rate. Further, the intake air amount and the fuel supply amount are controlled so that the stoichiometric air-fuel ratio is obtained, and the combustion gas obtained by burning in the cylinder 42 (in this embodiment, the mixture before fuel injection for reforming) It is preferable to control the equivalence ratio to be 1 or more so that there is no residual oxygen. More preferably, control is performed so that the equivalent ratio is 1 with less incomplete combustion.

#1の気筒42の排気管60は、上述のように、#2〜#4の気筒44の吸気管30と連結されており、燃料(吸気ポートへの噴射の場合)及び新気と混ざって気筒44の筒内に吸入され、点火・燃焼後に排気される。エンジン制御部200は、気筒44への吸入量を上流に設けたスロットルバルブ32によって流量調整し、また改質ガス量は、気筒42のスロットルバルブ12、流量計14により間接的に調整し、燃料の噴射量は、燃料噴射弁50からの噴射量などを制御する。このようにして、#2〜#4の気筒44からの排気ガスは、当量比が1となるように制御し、排気浄化触媒72での浄化反応を確実に実行させることが可能とする。   As described above, the exhaust pipe 60 of the cylinder # 1 is connected to the intake pipe 30 of the cylinders # 2 to # 4, and is mixed with fuel (in the case of injection into the intake port) and fresh air. It is sucked into the cylinder 44 and exhausted after ignition and combustion. The engine control unit 200 adjusts the flow rate of the intake amount into the cylinder 44 by the throttle valve 32 provided upstream, and the reformed gas amount is indirectly adjusted by the throttle valve 12 and the flow meter 14 of the cylinder 42, The amount of fuel injection controls the amount of fuel injected from the fuel injection valve 50 and the like. In this way, the exhaust gas from the cylinders # 2 to # 4 is controlled so that the equivalence ratio becomes 1, so that the purification reaction at the exhaust purification catalyst 72 can be executed reliably.

以上の動作により、エンジンそのものの熱効率が変わらない場合でも、燃料の発熱量が増加するため、システム全体の熱効率が向上する。また、#1の気筒42における排気ガス改質に必要なCO2、H2Oは、上記反応式(1)の左辺(燃焼ガス成分)から理解できるように、エンジン燃焼によって得ることができる。また、同時にこの気筒42でエンジン燃焼を実行しているので、動力を取り出すことが可能となっている。 With the above operation, even when the thermal efficiency of the engine itself does not change, the amount of heat generated by the fuel increases, so that the thermal efficiency of the entire system is improved. Further, CO 2 and H 2 O necessary for exhaust gas reforming in the # 1 cylinder 42 can be obtained by engine combustion, as can be understood from the left side (combustion gas component) of the reaction formula (1). At the same time, the engine combustion is executed in the cylinder 42, so that power can be taken out.

また、本実施形態では、改質用気筒42において排気ガス(燃焼ガス)から得た改質ガスを他の気筒44に供給する。このように排気ガスから改質ガスを得ることができるので、他の気筒44での作動ガス体積を増加させることが可能となる。特に、この改質ガスとして、CO、H2を得ることができ、上述のようにモル数が増加するので、作動ガス体積の増加の効果が大きい。さらに、当量比が一定となるように制御するので、供給燃料が少ない部分負荷状態において、吸入空気量を減らす必要があるが、改質ガスにより作動ガス量を増やすことができるので、気筒44において吸入に必要なエネルギ、すなわち、部分負荷時のガス交換損失を減少させることができる。 In the present embodiment, the reformed gas obtained from the exhaust gas (combustion gas) in the reforming cylinder 42 is supplied to the other cylinders 44. Since the reformed gas can be obtained from the exhaust gas in this way, the working gas volume in the other cylinders 44 can be increased. In particular, CO and H 2 can be obtained as the reformed gas, and the number of moles increases as described above, so the effect of increasing the working gas volume is great. Further, since the equivalence ratio is controlled to be constant, it is necessary to reduce the intake air amount in a partial load state where the supplied fuel is small. However, since the working gas amount can be increased by the reformed gas, Energy required for inhalation, that is, gas exchange loss at partial load can be reduced.

ここで、上述の説明では、#2〜#4の気筒44について、燃料噴射弁50を設け燃料タンク20からの燃料と、改質ガスとを混合気燃焼の燃料として併用しているが、#2〜#4の気筒44の燃料を全て改質ガスとすることも可能である。この場合、図1に示す気筒44用の燃料噴射弁50を省略する。このように、改質ガスのみを気筒44の燃料とする場合、改質ガス供給手段としては、少なくとも噴射時期と噴射量を制御可能な改質ガス噴射弁を気筒44の吸気ポート付近、又は気筒44の筒内に設けることが好適である。このように気筒44の燃料を全て改質ガスとすることで、本実施形態の内燃機関100は、最も高い効率を達成することができる。一方で、図1のように#2〜#4気筒の吸気ポートあるいは筒内に燃料噴射弁を備け、さらに、負荷変化(トルク要求)に応じて、高負荷(トルク要求大)の時に、改質ガス以外のガソリンなどの燃料を併用しても良い。   Here, in the above description, for the cylinders # 2 to # 4, the fuel injection valve 50 is provided and the fuel from the fuel tank 20 and the reformed gas are used together as the fuel for the mixture combustion. It is also possible to use all the fuel in the cylinders 2 to # 4 as reformed gas. In this case, the fuel injection valve 50 for the cylinder 44 shown in FIG. 1 is omitted. As described above, when only the reformed gas is used as the fuel for the cylinder 44, the reformed gas supply means includes a reformed gas injection valve that can control at least the injection timing and the injection amount in the vicinity of the intake port of the cylinder 44 or the cylinder. It is preferable to provide in 44 cylinders. Thus, the internal combustion engine 100 of this embodiment can achieve the highest efficiency by using all the fuel in the cylinder 44 as the reformed gas. On the other hand, as shown in FIG. 1, the fuel injection valves are provided in the intake ports or cylinders of the # 2 to # 4 cylinders, and in response to a load change (torque request), when the load is high (torque request is large), A fuel such as gasoline other than the reformed gas may be used in combination.

(変形例1)
図2は、上記実施形態に係る内燃機関の変形例1を示す。変形例1に係る内燃機関110の図1の内燃機関100との相違は、改質用気筒42の水噴射用の筒内噴射弁56を設け、改質用気筒内に水タンク24からポンプ26で汲み上げた水を噴射することである。他の点については、上述の通りであり説明を省略する。水を噴射することで、改質反応における水性ガス反応を起きやすくするとともに、炭素の析出を抑制する。上述の反応式(1)に示すように燃焼ガスの改質反応において、燃焼ガス中の水(水蒸気)は、改質ガス成分の水素の材料となる。そして、改質反応の左辺(材料)に存在する水を、気筒内に供給することにより改質反応を反応式の右辺に進めることが可能となり、燃料消費量を増加させることなく、改質反応性を高め内燃機関110全体の熱効率を向上することが可能となる。
(Modification 1)
FIG. 2 shows a first modification of the internal combustion engine according to the embodiment. 1 differs from the internal combustion engine 100 of FIG. 1 in that an in-cylinder injection valve 56 for water injection of the reforming cylinder 42 is provided, and the water tank 24 to the pump 26 are provided in the reforming cylinder. It is to inject the water pumped up. About another point, it is as the above-mentioned, and abbreviate | omits description. By injecting water, water gas reaction in the reforming reaction is easily caused and carbon deposition is suppressed. As shown in the above reaction formula (1), in the reforming reaction of the combustion gas, water (steam) in the combustion gas becomes a hydrogen material of the reformed gas component. Then, by supplying the water present in the left side (material) of the reforming reaction into the cylinder, the reforming reaction can be advanced to the right side of the reaction formula, and the reforming reaction can be performed without increasing the fuel consumption. It becomes possible to improve the heat efficiency of the internal combustion engine 110 as a whole.

ここで、水の噴射は、上記のように炭素の析出抑制の他、改質反応を進めるために用いており、改質のための燃料噴射タイミングと同様に、燃焼後、排気行程完了までの間、より具体的には、膨張行程のできるだけ後か、排気行程において実行することが好適である。エンジン制御部200が、改質のための燃料噴射タイミングの制御と共にこの水噴射タイミングを制御することで、適切な時期に、燃焼ガスと改質用燃料の混合気体にさらに水を添加することができる。このような燃焼後の排気完了までの期間に水を噴射すれば、燃焼ガスの熱により、噴射された水は直ちに水蒸気となり、効率的に反応の進行に寄与することができる。なお、燃料と水の筒内噴射はどちらが先でも良いが、筒内温度の急激な低下を緩和する観点からは、同時に噴射するよりも、ずらして実行することが好適である。   Here, the water injection is used to advance the reforming reaction in addition to the suppression of carbon deposition as described above. Similar to the fuel injection timing for reforming, after the combustion, the exhaust stroke is completed. In the meantime, more specifically, it is preferable to carry out the exhaust stroke as much as possible after the expansion stroke. By controlling the water injection timing together with the fuel injection timing for reforming, the engine control unit 200 can add water to the mixed gas of combustion gas and reforming fuel at an appropriate time. it can. If water is injected during the period until completion of exhaust after such combustion, the injected water immediately becomes water vapor due to the heat of the combustion gas, and can contribute to the progress of the reaction efficiently. In-cylinder injection of fuel and water may be performed first, but from the viewpoint of alleviating a rapid drop in the in-cylinder temperature, it is preferable to perform the incline rather than injecting simultaneously.

(変形例2)
図3は、上記実施形態に係る内燃機関の他の変形例2を示す。図1の内燃機関100と相違する点は、変形例2の内燃機関120では、#1の気筒42の筒内噴射弁58から、水と燃料(改質用燃料)のエマルジョンを噴射することである。また、燃料タンク20の他に水タンク24を備え、水タンク24から低圧ポンプ26で汲み上げた水と、燃料タンク20から低圧ポンプ22で汲み上げた燃料を高圧ポンプ28で汲み上げることでエマルジョン状態を形成し、この高圧ポンプ28から筒内噴射弁58に水と燃料のエマルジョンを供給している。エマルジョン状態で燃料と水とを筒内に供給することにより、筒内で燃料と水とが分離して存在することを防止できる。
(Modification 2)
FIG. 3 shows another modification 2 of the internal combustion engine according to the above embodiment. A difference from the internal combustion engine 100 of FIG. 1 is that in the internal combustion engine 120 of the second modification, an emulsion of water and fuel (reforming fuel) is injected from the in-cylinder injection valve 58 of the cylinder 42 of # 1. is there. In addition to the fuel tank 20, a water tank 24 is provided, and the water pumped from the water tank 24 by the low pressure pump 26 and the fuel pumped from the fuel tank 20 by the low pressure pump 22 are pumped by the high pressure pump 28 to form an emulsion state. The high-pressure pump 28 supplies water and fuel emulsion to the in-cylinder injection valve 58. By supplying fuel and water into the cylinder in an emulsion state, it is possible to prevent the fuel and water from being separated in the cylinder.

実施形態に係る内燃機関の概略を説明する図である。It is a figure explaining the outline of the internal-combustion engine concerning an embodiment. 変形例1に係る内燃機関の概略を説明する図である。It is a figure explaining the outline of the internal combustion engine which concerns on the modification 1. FIG. 変形例2に係る内燃機関の概略を説明する図である。It is a figure explaining the outline of the internal combustion engine which concerns on the modification 2. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10,30 吸気管、12,32 スロットルバルブ、14 流量計、20 燃料タンク、22,26 低圧ポンプ、28 高圧ポンプ、40 気筒、42 改質用気筒(#1)、44 改質用以外の通常の気筒(#2〜#4)、45 点火プラグ、46 吸気バルブ、48 排気バルブ、50 燃料噴射弁、51 改質ガス収容部(改質ガスギャラリ)、52 改質ガス供給手段、53 改質ガスノズル、54 筒内(燃料)噴射弁、56 水噴射弁、58 筒内噴射弁、60,70 排気管、62 改質用触媒、64 改質ガス供給管、66 冷却器、72 排気浄化触媒、200 エンジン制御部。   10, 30 Intake pipe, 12, 32 Throttle valve, 14 Flow meter, 20 Fuel tank, 22, 26 Low pressure pump, 28 High pressure pump, 40 cylinder, 42 Reforming cylinder (# 1), 44 Other than for reforming Cylinders (# 2 to # 4), 45 spark plug, 46 intake valve, 48 exhaust valve, 50 fuel injection valve, 51 reformed gas container (reformed gas gallery), 52 reformed gas supply means, 53 reformed Gas nozzle, 54 In-cylinder (fuel) injection valve, 56 Water injection valve, 58 In-cylinder injection valve, 60, 70 Exhaust pipe, 62 Reforming catalyst, 64 Reformed gas supply pipe, 66 Cooler, 72 Exhaust purification catalyst, 200 Engine control unit.

Claims (8)

複数の気筒を備える内燃機関であって、
前記複数の気筒のうち、少なくとも一つの気筒は排気ガス改質機能を備えた改質用気筒であって筒内噴射弁を備え、
前記複数の気筒のうち、少なくとも前記改質用気筒以外の気筒に、前記改質用気筒の排気管を経て改質ガスを供給するための改質ガス供給手段を備え、
前記改質用気筒にて、該気筒内に供給された燃料及び空気を含む混合気を燃焼させた後、気筒内からの燃焼ガス排気完了までの期間において、前記気筒内へ前記筒内噴射弁から改質用燃料を噴射して前記排気ガスと改質用燃料の混合気体を作成することを特徴とする内燃機関。
An internal combustion engine having a plurality of cylinders,
Among the plurality of cylinders, at least one cylinder is a reforming cylinder having an exhaust gas reforming function and includes an in-cylinder injection valve,
A reformed gas supply means for supplying a reformed gas to at least a cylinder other than the reforming cylinder among the plurality of cylinders via an exhaust pipe of the reforming cylinder;
In the cylinder for reforming, the in-cylinder injection valve is injected into the cylinder in the period from the combustion of the air-fuel mixture containing fuel and air supplied into the cylinder to the completion of exhaust of the combustion gas from the cylinder. An internal combustion engine characterized by injecting reforming fuel from a gas to create a mixed gas of the exhaust gas and reforming fuel.
請求項1に記載の内燃機関において、
前記複数の気筒では、それぞれ燃料と空気との混合気が供給されて燃焼が行われ、
該燃焼の後、前記改質用気筒においてのみ前記改質用燃料が筒内噴射され、前記排気ガスと燃料との混合気体が作成されることを特徴とする内燃機関。
The internal combustion engine according to claim 1,
In the plurality of cylinders, an air-fuel mixture of fuel and air is supplied, and combustion is performed.
After the combustion, the internal combustion engine is characterized in that the reforming fuel is injected into the cylinder only in the reforming cylinder to create a mixed gas of the exhaust gas and the fuel.
請求項1又は請求項2に記載の内燃機関において、
前記改質用気筒において、前記燃料と空気を含む混合気を燃焼させた後、前記改質用燃料を噴射する前における前記改質用気筒内での燃料ガスが当量比1以上となるように制御されていることを特徴とする内燃機関。
The internal combustion engine according to claim 1 or 2,
In the reforming cylinder, the fuel gas in the reforming cylinder is equal to or greater than 1 after injecting the reforming fuel after burning the mixture containing the fuel and air. An internal combustion engine that is controlled.
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の内燃機関において、
少なくとも前記改質用気筒以外の気筒における排気ガスの当量比が1となるように制御されることを特徴とする内燃機関。
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3,
An internal combustion engine controlled so that an equivalence ratio of exhaust gas at least in a cylinder other than the reforming cylinder is 1.
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の内燃機関において、
前記改質用気筒の前記筒内噴射弁は複数あり、少なくともその一つが、水を含む液体を噴射する噴射弁であることを特徴とする内燃機関。
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4,
An internal combustion engine characterized in that there are a plurality of in-cylinder injection valves of the reforming cylinder, at least one of which is an injection valve that injects a liquid containing water.
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の内燃機関において、
前記改質用気筒の前記筒内噴射弁は、水を含む改質用燃料を噴射する噴射弁であることを特徴とする内燃機関。
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4,
The internal combustion engine, wherein the in-cylinder injection valve of the reforming cylinder is an injection valve that injects reforming fuel containing water.
請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の内燃機関において、
前記改質用気筒の排気管は、該改質用気筒以外の気筒の吸気管に連結され、連結経路には、改質ガス流量を調整する流量調整弁を備えることを特徴とする内燃機関。
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6,
The internal combustion engine, wherein an exhaust pipe of the reforming cylinder is connected to an intake pipe of a cylinder other than the reforming cylinder, and a connecting path includes a flow rate adjusting valve for adjusting a reformed gas flow rate.
請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の内燃機関において、
該改質用気筒の排気管には、前記排気ガスと前記改質用燃料の混合気体の改質反応を進行させる改質触媒が設けられていることを特徴とする内燃機関。
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7,
An internal combustion engine characterized in that a reforming catalyst for advancing a reforming reaction of a mixed gas of the exhaust gas and the reforming fuel is provided in an exhaust pipe of the reforming cylinder.
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