JP2016056704A

JP2016056704A - エンジン

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Publication number: JP2016056704A
Application number: JP2014181794A
Authority: JP
Inventors: 豪朝井; Takeshi Asai
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2014-09-05
Filing date: 2014-09-05
Publication date: 2016-04-21
Anticipated expiration: 2034-09-05
Also published as: JP6323907B2

Abstract

【課題】噴射された燃料と吸気や排気とを急速に過不足なく予混合することができる燃料改質装置である改質用気筒１５を備えたエンジン１の提供を目的とする。
【解決手段】改質用シリンダ１７に内装された改質用ピストン１８の往復動作によって燃料を改質する燃料改質装置である改質用気筒１５を備えるエンジン１であって、改質用気筒１５に改質用ピストン１８の往復動作によってその容積が変化する膨張室２３と、容積が一定の反応室２４と、が構成され、膨張室２３と反応室２４とが連通されている。
【選択図】図１

Description

本発明はエンジンに関する。詳しくは燃料改質装置を備えたエンジンに関する。

従来、液体燃料に吸気（給気）や排気を予め混合して加圧することで改質したガス燃料を混合気として供給する予混合エンジンが知られている。予混合エンジンは、液体燃料を希薄状態で燃焼可能なガス燃料に改質して燃焼させることで低スモーク化及び低ＮＯｘ化を実現するものである。例えば、特許文献１に記載の如くである。

特許文献１に記載のエンジンは、複数の気筒のうち一の気筒を燃料改質装置である燃料改質用気筒とし、液体燃料と吸気や排気とを混合して圧縮することで燃料を改質している。液体燃料の改質には、所定の割合で液体燃料と吸気や排気とを均一かつ希薄に混合させる必要がある。

しかし、燃料改質用気筒に濃度の高い液体燃料を微粒化するために高圧で噴射した場合、液体燃料の一部が改質用気筒のシリンダ内壁に付着する。付着した液体燃料は、蒸発して吸気や排気と混合し、改質反応が起こるまでにピストンリングによって掻き落とされている。すなわち、燃料改質用気筒による改質は、噴射された液体燃料の一部が改質されずにオイルパンに排出されているため改質反応の効率が低下する点で不利であった。

特開２００７−３３２８９１号公報

本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、噴射された燃料と吸気や排気とを急速に過不足なく予混合することができる燃料改質装置を備えたエンジンの提供を目的とする。

即ち、本発明においては、シリンダに内装されたピストンの往復動作によって燃料を改質する燃料改質装置を備えるエンジンであって、燃料改質装置にピストンの往復動作によってその容積が変化する膨張室と、容積が一定の反応室と、が構成され、膨張室と反応室とが連通されているものである。

本発明においては、前記膨張室に吸気または排気のうち少なくとも一つが供給され、前記反応室に燃料が供給されるものである。

本発明においては、前記反応室の中心からずれた位置に向かって前記膨張室から吸気または排気のうち少なくとも一つが供給されるものである。

本発明においては、前記膨張室と前記反応室との連通が前記ピストンの往復動作で遮断されないように構成されるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

即ち、本発明においては、給気の断熱圧縮と燃料の改質とが異なる空間で行われる。これにより、噴射された燃料と吸気や排気とを急速に過不足なく予混合することができる。

本発明においては、膨張室に燃料が供給されないのでピストンに燃料が掻き落とされることなく全ての燃料が改質される。これにより、噴射された燃料と吸気や排気とを急速に過不足なく予混合することができる。

本発明においては、反応室の内部に渦流が発生している状態で燃料が供給される。これにより、噴射された燃料と吸気や排気とを急速に過不足なく予混合することができる。

本発明においては、ピストンの上死点位置の設定に制限がないので圧縮時の膨張室の容積をできるだけ小さく設定することで膨張室の内部に残留する吸気や排気の量が減少し、断熱膨張時の改質燃料の酸化が抑制される。これにより、噴射された燃料と吸気や排気とを急速に過不足なく予混合することができる。

本発明に係るエンジンの一実施形態の構成を示す概略図。本発明に係るエンジンの改質用気筒のピストンに反応室を配置した実施形態の構成を示す概略図。本発明に係るエンジンの改質用気筒のシリンダブロックに反応室を配置した実施形態の構成を示す概略図。本発明に係るエンジンの一実施形態における制御構成を示す概略図。本発明に係るエンジンの一実施形態における改質用気筒のクランク位置と燃料噴射時期との関係を表すグラフを示す図。本発明に係るエンジンの一実施形態における反応室での給気の流れを示す概略図。

以下に、図１から図４を用いて、本発明に係るエンジンの第一実施形態であるエンジン１について説明する。

図１に示すように、エンジン１は、軽油若しくは重油を燃料とするディーゼルエンジンである。エンジン１は、主に出力用気筒２、過給機１４、燃料改質装置である改質用気筒１５、吸気用インタークーラー３５、改質燃料用インタークーラー３６、ＥＧＲガス用インタークーラー３７及び制御装置であるＥＣＵ３８を具備する。なお、本実施形態において、エンジン１をディーゼルエンジンとしたがこれに限定するものではない。

出力用気筒２は、燃料の燃焼により動力を発生させて出力軸に伝達するものである。出力用気筒２は、出力用シリンダ３、出力用ピストン４、出力用コンロッド５、及び副燃料噴射装置６を具備する。

出力用気筒２は、出力用シリンダ３の内部に出力用ピストン４が摺動自在に内装されている。出力用シリンダ３は、一側が図示しないシリンダヘッドによって閉塞され、他側が開放するように構成されている。開放出力用ピストン４は、出力用コンロッド５によって出力軸である出力用クランク軸７に連結されている。出力用気筒２の圧縮率は、早期着火や失火の発生を考慮して１３以上（例えば１３〜１８程度）に設定されている。

出力用クランク軸７には、出力用クランク角検出センサー８が設けられている。出力用気筒２には、出力用シリンダ３の内壁と出力用ピストン４の端面とから燃焼室９が構成されている。出力用気筒２は、燃焼室９に燃料を噴射可能な副燃料噴射装置６が設けられている。副燃料噴射装置６は、ホールタイプのノズルを有するインジェクタから構成されている。出力用気筒２には、出力用吸気弁１０を介して吸気管１１が接続され、出力用排気弁１２を介して排気管１３が接続されている。なお、本実施形態において、出力用気筒２は、単数であっても複数であってもよい。

過給機１４は、外気を断熱圧縮して出力用気筒２の燃焼室９に供給するものである。過給機１４は、タービン１４ａとコンプレッサー１４ｂとを具備する。タービン１４ａには、排気管１３が接続され、燃焼室９からの排気が供給可能に構成されている。コンプレッサー１４ｂには、吸気管１１が接続され、外気を吸引して吸気として燃焼室９に供給可能に構成されている。つまり、過給機１４は、排気の圧力をタービン１４ａによって回転動力に変換してコンプレッサー１４ｂに伝達し、コンプレッサー１４ｂによって外気を吸引し、断熱圧縮可能に構成されている。

燃料改質装置である改質用気筒１５は、軽油等の燃料を低級炭化水素燃料（例えばメタン）に改質し、過早着火を抑制するものである。改質用気筒１５は、吸気と排気（ＥＧＲガス）との混合気に燃料を噴射したものを断熱圧縮することで燃料を改質する。改質用気筒１５は、改質用シリンダヘッド１６、改質用シリンダ１７、改質用ピストン１８、改質用コンロッド１９、反応室２４及び主燃料噴射装置２０を具備する。

改質用気筒１５は、改質用シリンダ１７の一側が改質用シリンダヘッド１６によって閉塞され、内部に改質用ピストン１８が摺動自在に内装されている。改質用ピストン１８は、改質用コンロッド１９によって改質用クランク軸２１に連結されている。改質用クランク軸２１には、改質用クランク角検出センサー２２が設けられる。改質用気筒１５の改質用ピストン１８は、出力用クランク軸７と連動連結されている改質用クランク軸２１からの動力によって往復動作可能に構成されている。なお、本実施形態において、改質用気筒１５は、出力用クランク軸７からの動力が伝達されている構成としたがこれに限定されているものではなく、独立した動力源からの動力でもよい。また、改質用気筒１５は、出力用気筒２毎にあってもよく、複数の出力用気筒２に対して１つであってもよい。また、出力用気筒２と改質用気筒１５とを兼用することも可能である。

改質用気筒１５には、改質用シリンダヘッド１６、改質用シリンダ１７および改質用ピストン１８の端面とから膨張室２３が構成されている。従って、膨張室２３は、改質用ピストン１８の往復動作によりその容積が変化するように構成されている。膨張室２３は、その容積の変化により給気と燃料とを断熱圧縮するものである。

さらに、改質用気筒１５には、改質用シリンダヘッド１６に反応室２４が形成されている。反応室２４は、給気と燃料とを予混合し、改質反応を起させる空間である。改質用シリンダヘッド１６の反応室２４は、略球形に形成されている。なお、反応室２４の形状は、略球形に限定するものではなく、楕円形など渦流を発生させることができる形状であればよい。反応室２４には、主燃料噴射装置２０が設けられている。主燃料噴射装置２０は、反応室２４の内部にのみ燃料を噴射するように構成されている。従って、主燃料噴射装置２０は、噴射した燃料が連通孔２５を通じて膨張室２３の内部に到達しない位置に設けられている。主燃料噴射装置２０は、ピントル型ノズル、スワールインジェクタ、エアアシストインジェクタ等のノズルから構成されている。

改質用シリンダヘッド１６には、膨張室２３と反応室２４とをつなぐ連通孔２５が形成されている。連通孔２５は、反応室２４の一方に偏った位置に開口し、その軸線が反応室２４の中心を通過しないように構成されている。これにより、改質用気筒１５は、膨張室２３から連通孔２５を通じて反応室２４に流入した気体が反応室２４の内部で旋回して渦流を発生させるように構成されている。また、連通孔２５は、改質用ピストン１８の端面に対向するように形成されている。これにより、膨張室２３と反応室２４とは、改質用ピストン１８の上死点の位置に関わらず連通状態が維持される。つまり、改質用気筒１５は、改質用ピストン１８の上死点位置を任意に設定することができる。なお、本実施形態において、連通孔２５は一つとしたがこれに限定されるものではなく、反応室２４の内部に渦流を発生させるものであれば複数あってもよい。

改質用気筒１５の圧縮率は、熱損失を考慮して１５以上（例えば１５〜２０程度）に設定されている。また、改質用気筒１５は、改質用ピストン１８が上死点の位置にあり、膨張室２３の容積が最も小さくなった際の膨張室２３に対する反応室２４の容積比が３：７以上になるように構成されている。これにより、改質用気筒１５は、反応室２４で改質された燃料が膨張室２３で断熱膨張される際に改質燃料が膨張室２３に残留している未反応の給気中の酸素によって酸化される量を抑制することができる。

本実施形態において、反応室２４は改質用シリンダヘッド１６に形成されているがこれに限定されるものではない。例えば、図２に示すように、改質用ピストン１８の内部に反応室２４を形成してもよい。改質用ピストン１８の反応室２４は、略球形に形成されている。改質用ピストン１８には、膨張室２３と反応室２４とをつなぐ連通孔２５が形成されている。連通孔２５は、反応室２４の一方に偏った位置に開口し、その軸線が反応室２４の中心を通過しないように構成されている。これにより、改質用気筒１５は、膨張室２３から反応室２４に流入した気体が反応室２４の内部で旋回して渦流を発生させるように構成されている。この実施形態において、主燃料噴射装置２０は改質用シリンダヘッド１６に設けられている。主燃料噴射装置２０は、改質用ピストン１８に形成されている連通孔２５を介して反応室２４の内部に燃料を噴射するように構成されている。これにより、改質用気筒１５は、往復動作する改質用ピストン１８に反応室２４が形成されていても反応室２４の内部で給気と燃料とを予混合することができる。

また、図３に示すように、改質用シリンダ１７が形成されているシリンダブロック２６に反応室２４を形成してもよい。シリンダブロック２６の反応室２４は、略球形に形成されている。シリンダブロック２６には、膨張室２３と反応室２４とをつなぐ連通孔２５が形成されている。連通孔２５は、反応室２４の一方に偏った位置に開口し、その軸線が反応室２４の中心を通過しないように構成されている。これにより、改質用気筒１５は、膨張室２３から反応室２４に流入した気体が反応室２４の内部で旋回して渦流を発生させるように構成されている。この実施形態において、主燃料噴射装置２０は、反応室２４に設けられている。

図１に示すように、改質用気筒１５には、改質用吸気弁２７を介して供給管２８が接続され、改質用排気弁２９を介して排出管３０が接続されている。排出管３０は、吸気管１１に接続されている。つまり、供給管２８には、吸気管１１から吸気の一部が供給可能に構成されている。また、供給管２８は、ＥＧＲ管３１を介して排気管１３に接続されている。つまり、供給管２８には、出力用気筒２の燃焼室９からの排気の一部がＥＧＲ管３１を通じてＥＧＲガスとして供給可能に構成されている。従って、改質用気筒１５の膨張室２３には、供給管２８から吸気とＥＧＲガスとの混合気（以下、単に「給気」と記す）とが供給可能に構成されている。排出管３０は、ミキサー３０ａを介して供給管２８よりも下流側の吸気管１１に接続されている。また、改質用気筒１５は、混合気が改質された低級炭化水素燃料（以下、単に「改質燃料」と記す）が膨張室２３から排出管３０を介して吸気管１１に排出可能に構成されている。

吸気管１１には、供給管２８の接続位置よりも下流側であって、排出管３０の接続位置よりも上流側に第１吸気調量弁３２が設けられる。第１吸気調量弁３２は、電磁式流量制御弁から構成されている。第１吸気調量弁３２は、後述の制御装置であるＥＣＵ３８からの信号を取得して第１吸気調量弁３２の開度を変更することができる。なお、本実施形態において、第１吸気調量弁３２を電磁式流量制御弁から構成しているが、吸気の流量を変更することができるものであればよい。

供給管２８には、ＥＧＲ管３１の接続位置よりも上流側に第２吸気調量弁３３が設けられる。第２吸気調量弁３３は、電磁式流量制御弁から構成されている。第２吸気調量弁３３は、後述のＥＣＵ３８からの信号を取得して第２吸気調量弁３３の開度を変更することができる。なお、本実施形態において、第２吸気調量弁３３を電磁式流量制御弁から構成しているが、吸気の流量を変更することができるものであればよい。

ＥＧＲ管３１には、ＥＧＲガス調量弁３４が設けられる。ＥＧＲガス調量弁３４は、電磁式流量制御弁から構成されている。ＥＧＲガス調量弁３４は、後述のＥＣＵ３８からの信号を取得してＥＧＲガス調量弁３４の開度を変更することができる。なお、本実施形態において、ＥＧＲガス調量弁３４を電磁式流量制御弁から構成しているが、ＥＧＲガスの流量を変更することができるものであればよい。

このように構成することで、エンジン１は、吸気と改質用気筒１５の膨張室２３から排出されている改質燃料との混合比を第１吸気調量弁３２によって変更可能に構成されている。また、エンジン１は、膨張室２３に供給されている吸気とＥＧＲガスとの混合比を第２吸気調量弁３３とＥＧＲガス調量弁３４とによって変更可能に構成されている。

吸気用インタークーラー３５、改質燃料用インタークーラー３６及びＥＧＲガス用インタークーラー３７は、気体を冷却するものである。吸気用インタークーラー３５は、吸気管１１に設けられる。吸気用インタークーラー３５は、コンプレッサー１４ｂで断熱圧縮された吸気を冷却可能に構成されている。改質燃料用インタークーラー３６は、排出管３０に設けられる。改質燃料用インタークーラー３６は、改質用気筒１５の膨張室２３から排出されている改質燃料を冷却可能に構成されている。改質燃料用インタークーラー３６は、空気又は水を冷却媒体とする放熱器又は熱交換器から構成されている。ＥＧＲガス用インタークーラー３７は、ＥＧＲ管３１に設けられる。ＥＧＲガス用インタークーラー３７は、燃料の燃焼により加熱された排気を冷却可能に構成されている。

制御装置であるＥＣＵ３８は、エンジン１を制御するものである。具体的には、ＥＣＵ３８は、副燃料噴射装置６、主燃料噴射装置２０、第１吸気調量弁３２、第２吸気調量弁３３、ＥＧＲガス調量弁３４等を制御する。ＥＣＵ３８には、エンジン１の制御を行うための種々のプログラムやデータが格納されている。ＥＣＵ３８は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続されている構成であってもよく、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であってもよい。

図４に示すように、ＥＣＵ３８は、燃料の噴射制御を行うための種々のプログラムや、エンジン１の目標回転数Ｎｔ及び目標出力Ｗｔに基づいて主燃料噴射量Ｑｍを算出するための主燃料噴射量マップＭ１、目標回転数Ｎｔ及び主燃料噴射量Ｑｍに基づいて出力用気筒２の燃焼室９に供給する出力用吸気流量Ａ１を算出するための吸気流量マップＭ２、目標回転数Ｎｔ及び主燃料噴射量Ｑｍに基づいて改質用気筒１５の膨張室２３に供給する改質用吸気流量Ａ２とＥＧＲガス流量Ａ３とを算出するための混合気流量マップＭ３、目標回転数Ｎｔ及び主燃料噴射量Ｑｍに基づいて燃焼室９に噴射されている着火用燃料の副燃料噴射量Ｑｓを算出するための副燃料噴射量マップＭ４等を記憶する。

図１に示すように、ＥＣＵ３８は、副燃料噴射装置６に接続され、副燃料噴射装置６の燃料噴射を制御することが可能である。

ＥＣＵ３８は、主燃料噴射装置２０に接続され、主燃料噴射装置２０の燃料噴射を制御することが可能である。

ＥＣＵ３８は、第１吸気調量弁３２に接続され、第１吸気調量弁３２の開閉を制御することが可能である。

ＥＣＵ３８は、第２吸気調量弁３３に接続され、第２吸気調量弁３３の開閉を制御することが可能である。

ＥＣＵ３８は、ＥＧＲガス調量弁３４に接続され、ＥＧＲガス調量弁３４の開閉を制御することが可能である。

ＥＣＵ３８は、出力用クランク角検出センサー８に接続され、出力用クランク角検出センサー８が検出する出力用クランク軸角度θ１を取得することが可能である。

ＥＣＵ３８は、改質用クランク角検出センサー２２に接続され、改質用クランク角検出センサー２２が検出する改質用クランク軸角度θ２を取得することが可能である。

以下では、図１、図４図５を用いて、本発明の第一実施形態に係るエンジン１の各部の動作態様について説明する。

始めに、エンジン１における吸気及び排気の経路について説明する。
図１に示すように、過給機１４のコンプレッサー１４ｂによって吸引された外気は、吸気として断熱圧縮された状態で吸気管１１に排出される。吸気は、吸気用インタークーラー３５で冷却された後、吸気管１１を介して出力用気筒２の燃焼室９に供給される。吸気の一部は、吸気管１１に接続されている供給管２８、改質用吸気弁２７を介して改質用気筒１５の膨張室２３に供給される。

出力用気筒２の燃焼室９からの排気は、排気管１３を介して過給機１４のタービン１４ａを回転させた後、外部に排出される。排気の一部は、ＥＧＲ管３１及びＥＧＲ管３１が接続されている供給管２８を介してＥＧＲガスとして改質用気筒１５の膨張室２３に供給される。

膨張室２３に供給された給気（吸気とＥＧＲガス）は、連通孔２５を通じて反応室２４に供給される。反応室２４内で給気とともに改質された燃料は、改質用ピストン１８の移動による吸引により反応室２４から膨張室２３に排出される。改質用ピストン１８の移動による圧縮により膨張室２３から排出された改質燃料は、改質用排気弁２９、排出管３０を介して吸気管１１に還流して燃焼室９に供給される。

次に、ＥＣＵ３８における各種所定量の算出について説明する。図４に示すように、ＥＣＵ３８は、図示しない操作具の操作量等から定まるエンジン１の目標回転数Ｎｔ及び目標出力Ｗｔに基づいて燃料噴射量マップＭ１から主燃料噴射量Ｑｍを算出する。

ＥＣＵ３８は、目標回転数Ｎｔ及び主燃料噴射量Ｑｍに基づいて吸気流量マップＭ２から出力用気筒２の燃焼室９に供給する出力用吸気流量Ａ１を算出する。

ＥＣＵ３８は、目標回転数Ｎｔ及び主燃料噴射量Ｑｍに基づいて混合気流量マップＭ３から改質用気筒１５の膨張室２３に供給する改質用吸気流量Ａ２とＥＧＲガス流量Ａ３とを算出する。

ＥＣＵ３８は、目標回転数Ｎｔ及び主燃料噴射量Ｑｍに基づいて副燃料噴射量マップＭ４から出力用気筒２の燃焼室９に噴射されている着火用燃料の副燃料噴射量Ｑｓを算出する。

ＥＣＵ３８は、出力用クランク角検出センサー８が検出する出力用クランク軸角度θ１、改質用クランク角検出センサー２２が検出する改質用クランク軸角度θ２を取得し、出力用気筒２及び改質用気筒１５の行程を算出する。

次に、図５と図６とを用いて改質用気筒１５における燃料の改質の態様について説明する。

図５に示すように、改質用気筒１５の吸引行程において、改質用気筒１５は、改質用ピストン１８が上死点から下死点にむかって移動する。つまり、改質用気筒１５の膨張室２３は、改質用ピストン１８の移動により容積が増大することによって内部圧力が低下する。また、改質用気筒１５の吸引行程において、改質用気筒１５は、給気を供給するため改質用吸気弁２７が開弁するように構成されている。従って、ＥＣＵ３８は、取得した改質用クランク軸角度θ２に基づいて、改質用気筒１５の行程が吸引行程の間（例えば改質用ピストン１８が下死点付近のとき）、に改質用気筒１５の膨張室２３に算出した改質用吸気流量Ａ２だけ吸気が供給されるように第２吸気調量弁３３の開閉を制御する。合わせてＥＣＵ３８は、改質用気筒１５の膨張室２３に算出したＥＧＲガス流量Ａ３だけＥＧＲガスが供給されるようにＥＧＲガス調量弁３４の開閉を制御する。これにより、膨張室２３には、燃料を改質するために適した酸素濃度で給気（吸気とＥＧＲガスと）が吸引される（図５における給気吸引）。

改質用気筒１５の圧縮行程において、改質用気筒１５は、改質用ピストン１８が下死点から上死点にむかって移動する。つまり、改質用気筒１５の膨張室２３は、改質用ピストン１８の移動により容積が減少することによって内部圧力が増大する。これにより、膨張室２３に供給された給気は、改質用ピストン１８によって断熱圧縮される。そして、図６に示すように、断熱圧縮された膨張室２３の内部の給気は、連通孔２５を通じて反応室２４の内部に高速で流入される（図５における給気流入）。この際、給気は、反応室２４と連通孔２５の位置関係から反応室２４の内部で高速の渦流を形成する。改質用気筒１５は、給気を断熱圧縮することで、反応室２４の内部を高温、高圧の状態にする。

図５に示すように、改質用気筒１５の圧縮行程において、ＥＣＵ３８は、取得した改質用クランク軸角度θ２に基づいて、改質用気筒１５の反応室２４に算出した主燃料噴射量Ｑｍだけ燃料が供給されるように主燃料噴射装置２０を制御する。これにより、改質用気筒１５は、高温、高圧の状態で高速の渦流が発生している反応室２４の内部に燃料が噴射される（図５における燃料噴射）。反応室２４には、膨張室２３に供給されている吸気の改質用吸気流量Ａ２とＥＧＲガスのＥＧＲガス流量Ａ３とを用いて低級炭化水素燃料に改質させるために必要な当量比の燃料が供給される。

反応室２４の内部に噴射された燃料は、噴射された燃料の拡散と、高温、高圧の反応室２４の状態および高速の渦流の流れとの相乗効果によって給気と急速に混合（予混合）され、蒸発する。反応室２４の内部に噴射された燃料の一部は、反応室２４の内壁に付着するが、膨張室２３の改質用ピストン１８のように反応室２４の内壁を摺動するものがない。従って、反応室２４の内壁に付着した燃料は、高温、高圧の状態で高速の渦流にさらされることで蒸発し、給気と混合される。

給気と予混合された燃料は、改質用ピストン１８が上死点付近に到達した際、すなわち、給気と燃料とが最も高温、高圧の状態で燃料の改質反応が開始される（図５における燃料改質）。この際、反応室２４の内部圧力は、改質反応が進行することにより膨張室２３の内部圧力よりも低くなるため、給気と燃料の混合気が膨張室２３に流入することがない。

改質用気筒１５の膨張行程において、改質用気筒１５は、改質用ピストン１８が上死点から下死点にむかって移動する。つまり、改質用気筒１５の膨張室２３は、改質用ピストン１８の移動により容積が増大することによって内部圧力が減少する。これにより、反応室２４の改質燃料は、膨張室２３に移動する（図５における燃料流出）。また、反応室２４から膨張室２３に流出した改質燃料は、膨張室２３の容積の増大に伴って断熱膨張される。これにより、改質燃料は、断熱膨張により冷却され、圧力が低下した状態になることで改質反応が停止する（図５における改質停止）。

改質用気筒１５の排出行程において、改質用気筒１５は、改質用ピストン１８が下死点から上死点にむかって移動する。つまり、改質用気筒１５の膨張室２３は、改質用ピストン１８の移動により容積が減少することによって内部圧力が増大する。また、改質用気筒１５の排出行程において、改質用気筒１５は、膨張室２３から改質燃料を排出するため改質用排気弁２９が開弁するように構成されている。従って、改質燃料は、膨張室２３から改質用排気弁２９を通じて排出され、排出管３０を介して吸気管１１に還流される（図５における燃料排出）。

改質燃料は、給気の熱量のうち改質時の吸熱分解反応に用いられなかった残留熱量によって高温の燃料ガスとして排出管３０に供給されている。排出管３０に供給された高温の改質燃料は、排出管３０の改質燃料用インタークーラー３６によって冷却されている。これにより、出力用気筒２における早期の自己着火が抑制されている。改質燃料用インタークーラー３６によって冷却された改質燃料は、ミキサー３０ａを介して吸気管１１に供給されている。

以上の如く、改質用気筒１５においては、給気の断熱圧縮と燃料の改質とが異なる空間で行われる。改質用気筒１５の反応室２４は、膨張室２３の改質用ピストン１８のように内壁を摺動するものがないので改質用ピストン１８に掻き落とされることなく全ての燃料が改質される。具体的には、反応室２４において所定酸素濃度の給気中に噴射された所定量の燃料は、反応室２４の内部の高温、高圧の状態における高速の渦流の作用によって全て改質用気筒１５の圧縮行程で吸熱分解されてガス化した低級炭化水素燃料に改質される。つまり、改質用気筒１５において、供給された改質用吸気流量Ａ２、ＥＧＲガス流量Ａ３及び主燃料噴射量Ｑｍが過不足なく改質燃料の生成に用いられている。また、改質用気筒１５は、改質用ピストン１８の上死点位置が任意に決定されるので、膨張室２３の内部に残留する給気量が減少し、断熱膨張時の改質燃料の酸化が抑制される。これにより、噴射された燃料と給気とを急速に過不足なく予混合することができる。

１エンジン
１５改質用気筒
１７改質用シリンダ
１８改質用ピストン
２３膨張室
２４反応室

Claims

シリンダに内装されたピストンの往復動作によって燃料を改質する燃料改質装置を備えるエンジンであって、
燃料改質装置にピストンの往復動作によってその容積が変化する膨張室と、容積が一定の反応室と、が構成され、膨張室と反応室とが連通されているエンジン。
前記膨張室に吸気または排気のうち少なくとも一つが供給され、前記反応室に燃料が供給される請求項１に記載のエンジン。
前記反応室の中心からずれた位置に向かって前記膨張室から吸気または排気のうち少なくとも一つが供給される請求項１または請求項２に記載のエンジン。
前記膨張室と前記反応室との連通が前記ピストンの往復動作で遮断されないように構成される請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のエンジン。