JP2016194292A - Engine system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料と燃焼用空気とを含む混合気を燃焼する燃焼室を有する通常気筒を少なくとも一つ備えると共に、混合気を燃焼室にて燃焼させて燃料よりも燃焼速度の速い燃焼促進性ガスを含む改質ガスへ改質する改質気筒を少なくとも一つ備え、前記改質気筒にて改質された改質ガスを、少なくとも前記通常気筒へ導くエンジンシステム、及び燃料と燃焼用空気とを含む混合気の少なくとも一部を不完全燃焼させて燃料よりも燃焼速度の速い燃焼促進性ガスを含む改質ガスへ改質する改質気筒を少なくとも一つ備えた改質エンジンを有するエンジンシステムに関する。 The present invention includes at least one normal cylinder having a combustion chamber for burning an air-fuel mixture containing fuel and combustion air, and burns the air-fuel mixture in the combustion chamber so that the combustion acceleration is faster than the fuel. An engine system that includes at least one reforming cylinder that reforms gas into reformed gas, guides the reformed gas reformed in the reforming cylinder to at least the normal cylinder, and fuel and combustion air; ENGINE SYSTEM HAVING A REFORMING ENGINE PROVIDED WITH AT LEAST ONE REFORMING Cylinder for Incomplete Combustion of at least a Part of an Air-fuel Mixture Containing Gas to Reform to a Reforming Gas Containing a Combustion-Promoting Gas Faster than Fuel About.
多気筒エンジンにおいて、燃料と燃焼用空気とを含む混合気を燃焼する燃焼室を有する通常気筒を少なくとも1つ備えると共に、混合気の少なくとも一部を燃焼室にて不完全燃焼させて燃料よりも燃焼速度の速い燃焼促進性ガスを含む改質ガスへ改質する改質気筒を少なくとも一つ備え、改質気筒にて改質された改質ガスを、少なくとも通常気筒へ導くエンジンが知られている(特許文献1を参照)。尚、当該エンジンにおいては、改質気筒へ供給される混合気を燃料過濃状態に設定するべく、通常、改質気筒へ混合気を導く改質気筒用吸気管へ燃料を追加供給する燃料噴射手段を備えた構成が採用されている。
改質気筒において、例えば、メタンを主成分とする燃料を含む過濃混合気を不完全燃焼させることで、水素等の燃焼速度の速い燃焼促進性ガスを含む改質ガスを生成することができる。そして、当該改質ガスを通常気筒へ導くことで、例えば、エンジンが低負荷域で回転数が低く安定性が十分に確保し難い場合に、通常気筒の燃焼室での火花伝播速度を上昇させ、燃焼の安定性を改善できることが知られている。
In a multi-cylinder engine, at least one normal cylinder having a combustion chamber for burning an air-fuel mixture containing fuel and combustion air is provided, and at least a part of the air-fuel mixture is incompletely combusted in the combustion chamber to make it more than fuel. There is known an engine that has at least one reforming cylinder that reforms to a reformed gas containing a combustion promoting gas having a high combustion speed and guides the reformed gas reformed in the reforming cylinder to at least a normal cylinder. (See Patent Document 1). In this engine, in order to set the air-fuel mixture supplied to the reforming cylinder in a fuel rich state, fuel injection is usually performed to additionally supply fuel to the reforming cylinder intake pipe that guides the air-fuel mixture to the reforming cylinder. A configuration provided with means is employed.
In the reforming cylinder, for example, a reformed gas containing a combustion promoting gas having a high combustion speed such as hydrogen can be generated by incomplete combustion of a rich mixture containing a fuel mainly composed of methane. . Then, by introducing the reformed gas to the normal cylinder, for example, when the engine is low in the low load range and the rotation speed is low and it is difficult to ensure sufficient stability, the spark propagation speed in the combustion chamber of the normal cylinder is increased. It is known that combustion stability can be improved.
上記特許文献1に開示の多気筒型エンジンでは、燃焼安定性の改善等を目的として、複数の気筒のうち一部の気筒を、混合気を改質ガスへ改質する改質気筒とする。このため、複数の気筒のすべてを通常気筒とする場合に比べ、出力域によっては、その出力が低くなる場合がある。このため、通常気筒及び改質気筒の双方へ過給した混合気を供給する過給機を備える構成を採用し、出力を補うことが1つの選択肢として考えられる。
過給機を備えた構成においては、改質気筒へ導かれる混合気の圧力が、過給機のコンプレッサ出口の過給圧(例えば、50kPa〜200kPa程度)まで昇圧するため、改質気筒用吸気支管にて燃料を追加供給する燃料噴射手段による燃料噴射圧は、当該過給圧よりも高くする必要がある。しかしながら、特に、一般の家庭に備えられるような小型のコジェネレーションシステムやガスヒートポンプシステムなどの原動機用として用いられる小型のエンジンでは、経済性や設置スペースの関係で、燃料供給手段たとえば燃料噴射弁から噴射する燃料を昇圧する圧縮機等の昇圧装置を備えることはできなかった。このため、上述した改質気筒を有する多気筒型エンジンにおいて、コンプレッサにて過給圧まで昇圧した混合気が通流する通常気筒用吸気支管に対し、圧縮機等の昇圧装置を用いない構成で、改質気筒用吸気支管へ燃料を追加するものは知られていなかった。
In the multi-cylinder engine disclosed in Patent Document 1, a part of a plurality of cylinders is a reforming cylinder that reforms an air-fuel mixture into a reformed gas for the purpose of improving combustion stability. For this reason, the output may be lower depending on the output region than when all of the plurality of cylinders are normal cylinders. For this reason, it is conceivable as one option to employ a configuration including a supercharger that supplies an air-fuel mixture that has been supercharged to both the normal cylinder and the reforming cylinder to supplement the output.
In the configuration provided with the supercharger, the pressure of the air-fuel mixture guided to the reforming cylinder is increased to the supercharging pressure (for example, about 50 kPa to 200 kPa) at the compressor outlet of the supercharger. The fuel injection pressure by the fuel injection means for additionally supplying fuel through the branch pipe needs to be higher than the supercharging pressure. However, in particular, in a small engine used for a prime mover such as a small cogeneration system or a gas heat pump system that is provided in a general household, the fuel supply means such as a fuel injection valve is used due to economy and installation space. It has not been possible to provide a booster such as a compressor for boosting the fuel to be injected. For this reason, in the multi-cylinder engine having the above-described reforming cylinder, the booster such as a compressor is not used for the normal cylinder intake branch pipe through which the air-fuel mixture that has been boosted to the boost pressure by the compressor flows. No one has been known to add fuel to the intake cylinder for the reforming cylinder.
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、通常気筒と当該通常気筒へ供給する改質ガスを生成する改質気筒との双方を少なくとも1つ以上備え、過給機を備える構成において、簡易な構成を維持しつつも、改質気筒へ通常気筒よりも空気過剰率の低い混合気を供給可能なエンジンシステムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide at least one normal cylinder and at least one reforming cylinder that generates reformed gas to be supplied to the normal cylinder. An object of the present invention is to provide an engine system capable of supplying an air-fuel mixture having a lower excess air ratio than a normal cylinder to a reforming cylinder while maintaining a simple structure.
上記目的を達成するためのエンジンシステムは、
燃料と燃焼用空気とを含む混合気を燃焼する通常気筒を少なくとも一つ備えると共に、混合気の少なくとも一部を不完全燃焼させて燃料よりも燃焼速度の速い燃焼促進性ガスを含む改質ガスへ改質する改質気筒を少なくとも一つ備え、前記改質気筒にて改質された改質ガスを少なくとも前記通常気筒へ導くエンジンシステムであって、その特徴構成は、
前記通常気筒及び前記改質気筒へ導かれる混合気を通流する吸気本管において混合気を圧縮するコンプレッサを有する過給機を備え、
前記吸気本管において前記コンプレッサの上流側に燃料を供給する燃料供給部を備え、
前記吸気本管から分岐され前記改質気筒へ導かれる混合気を通流する改質気筒用吸気支管へ燃料を供給する第1エジェクタ装置と、前記吸気本管から分岐され前記通常気筒へ導かれる混合気を通流する通常気筒用吸気支管へ燃焼用空気を供給する第2エジェクタ装置とのうち、何れか一方から成るエジェクタ機構を備え、
前記エジェクタ機構と前記燃料供給部とを働かせて、前記改質気筒での混合気の空気過剰率を1より小さく設定し、且つ前記通常気筒での混合気の空気過剰率を前記改質気筒での混合気の空気過剰率よりも高く設定する空気過剰率制御手段を備える点にある。
An engine system for achieving the above object is as follows:
A reformed gas comprising at least one normal cylinder for burning an air-fuel mixture including fuel and combustion air, and including a combustion promoting gas having a combustion speed higher than that of fuel by incompletely combusting at least a part of the air-fuel mixture An engine system that includes at least one reforming cylinder that reforms into the reforming cylinder and guides the reformed gas reformed in the reforming cylinder to at least the normal cylinder.
A supercharger having a compressor for compressing the air-fuel mixture in the intake main pipe through which the air-fuel mixture led to the normal cylinder and the reforming cylinder flows;
A fuel supply section for supplying fuel to the upstream side of the compressor in the intake main pipe;
A first ejector device for supplying fuel to a reforming cylinder intake branch pipe through which an air-fuel mixture branched from the intake main pipe and led to the reforming cylinder; and branched from the intake main pipe and led to the normal cylinder An ejector mechanism comprising any one of a second ejector device for supplying combustion air to a normal cylinder intake branch pipe through which an air-fuel mixture flows;
By operating the ejector mechanism and the fuel supply unit, the excess air ratio of the air-fuel mixture in the reforming cylinder is set to be smaller than 1, and the excess air ratio of the air-fuel mixture in the normal cylinder is set in the reforming cylinder. The excess air ratio control means is set to be higher than the excess air ratio of the air-fuel mixture.
上記特徴構成によれば、吸気本管から分岐され改質気筒へ導かれる混合気を通流する改質気筒用吸気支管へ燃料を供給する第1エジェクタ装置と、吸気本管から分岐され通常気筒へ導かれる混合気を通流する通常気筒用吸気支管へ燃焼用空気を供給する第2エジェクタ装置とのうち、少なくとも何れか一方から成るエジェクタ機構を備えているから、エジェクタ機構として第1エジェクタ装置を採用する場合には、コンプレッサにて過給圧まで昇圧した混合気が通流する改質気筒用吸気支管に対し、燃料を吸引する形態で良好に供給でき、エジェクタ機構として第2エジェクタ装置を採用する場合には、コンプレッサにて過給圧まで昇圧した混合気が通流する通常気筒用吸気支管に対し、燃焼用空気を吸引する形態で良好に供給できる。
これにより、特に、一般の家庭に備えられるような小型のコジェネレーションシステムやガスヒートポンプシステムの原動機用として用いられる小型の多気筒型のエンジンで、出力を過給機にて補う構成を採用している場合に、燃料又は燃焼用空気を過給圧まで昇圧して供給するための圧縮機等を設けない比較的簡易な構成を維持しながらも、過給機としてのコンプレッサが設けられる吸気本管の下流側に、燃料又は燃焼用空気を良好に供給できる。
結果、空気過剰率制御手段は、エジェクタ機構と燃料供給部とを働かせて、改質気筒での混合気の空気過剰率を1より小さく設定し、且つ通常気筒での混合気の空気過剰率を改質気筒での混合気の空気過剰率よりも高く設定でき、改質気筒にて良好に改質ガスを生成しながらも、生成した改質ガスを通常気筒へ導いて、通常気筒での燃焼安定性を改善する等の効果を良好に発揮できる。
According to the above characteristic configuration, the first ejector device that supplies fuel to the reforming cylinder intake branch pipe that flows from the intake main pipe and flows through the air-fuel mixture that is led to the reforming cylinder, and the normal cylinder branched from the intake main pipe The first ejector device as the ejector mechanism is provided with an ejector mechanism comprising at least one of the second ejector device for supplying combustion air to the normal cylinder intake branch pipe through which the air-fuel mixture led to Can be satisfactorily supplied in a form in which fuel is sucked into the reforming cylinder intake branch pipe through which the air-fuel mixture that has been raised to the supercharging pressure by the compressor flows, and the second ejector device can be used as the ejector mechanism. When employed, the combustion air can be satisfactorily supplied to the normal cylinder intake branch through which the air-fuel mixture that has been boosted to the boost pressure by the compressor flows.
As a result, a small multi-cylinder engine used for the prime mover of a small cogeneration system and gas heat pump system, which is provided in general homes, is used to supplement the output with a supercharger. An intake main that is provided with a compressor as a supercharger while maintaining a relatively simple configuration in which a compressor or the like for boosting and supplying fuel or combustion air to the supercharging pressure is not provided. The fuel or combustion air can be satisfactorily supplied to the downstream side.
As a result, the excess air ratio control means sets the excess air ratio of the air-fuel mixture in the reforming cylinder to be smaller than 1 by operating the ejector mechanism and the fuel supply unit, and sets the excess air ratio of the air-fuel mixture in the normal cylinder. The excess air ratio of the air-fuel mixture in the reforming cylinder can be set higher, and while the reforming gas is generated well in the reforming cylinder, the generated reforming gas is guided to the normal cylinder and burned in the normal cylinder. The effect of improving the stability can be satisfactorily exhibited.
本発明のエンジンシステムの更なる特徴構成は、
前記エジェクタ機構は、前記第1エジェクタ装置のみから構成されている点にある。
A further characteristic configuration of the engine system of the present invention is as follows.
The ejector mechanism is composed of only the first ejector device.
上記特徴構成によれば、エジェクタ機構は、吸気本管から分岐され改質気筒へ導かれる混合気を通流する改質気筒用吸気支管へ燃料を供給する第1エジェクタ装置から構成している。これにより、例えば、エジェクタ機構を、吸気本管から分岐され通常気筒へ導かれる混合気を通流する通常気筒用吸気支管へ燃焼用空気を供給する第2エジェクタ装置から構成する場合に比べ、エジェクタ機構を介して吸気支管へ吸引供給する流体(燃料又は燃焼用空気)の流量を少なくでき、当該エジェクタ機構での圧力損失を低減できる。 According to the above characteristic configuration, the ejector mechanism includes the first ejector device that supplies fuel to the reforming cylinder intake branch pipe through which the air-fuel mixture branched from the intake main pipe and guided to the reforming cylinder flows. As a result, for example, the ejector mechanism can be compared with a case where the ejector mechanism is configured by a second ejector device that supplies combustion air to the normal cylinder intake branch pipe through which the air-fuel mixture branched from the intake main pipe and guided to the normal cylinder flows. The flow rate of the fluid (fuel or combustion air) sucked and supplied to the intake branch pipe via the mechanism can be reduced, and the pressure loss in the ejector mechanism can be reduced.
本発明のエンジンシステムの更なる特徴構成は、
前記第1エジェクタ装置は、前記改質気筒用吸気支管の上流側から供給される混合気を下流側へ噴射するノズルと、当該ノズルから噴射された混合気を受け入れて前記改質気筒用吸気支管の下流側へ分散供給するディフューザと、ノズルとディフューザとの間で燃料供給管から供給される燃料を吸引する吸引口と、前記燃料供給管を通流する燃料の流量を調整する燃料流量制御弁とを備え、
前記空気過剰率制御手段は、前記燃料流量制御弁の開度を制御する形態で、前記改質気筒での混合気の空気過剰率を1より小さく設定する点にある。
A further characteristic configuration of the engine system of the present invention is as follows.
The first ejector device includes a nozzle for injecting an air-fuel mixture supplied from an upstream side of the reforming cylinder intake branch pipe to the downstream side, and an air-fuel mixture injected from the nozzle to receive the reformed cylinder intake branch pipe A diffuser that supplies the fuel to the downstream side of the fuel, a suction port that sucks fuel supplied from the fuel supply pipe between the nozzle and the diffuser, and a fuel flow rate control valve that adjusts the flow rate of the fuel flowing through the fuel supply pipe And
The excess air ratio control means controls the degree of opening of the fuel flow rate control valve and sets the excess air ratio of the air-fuel mixture in the reforming cylinder to be smaller than 1.
上記特徴構成によれば、第1エジェクタ装置は、ノズルとディフューザと吸引口に加えて、吸引口に接続される燃料供給管を通流する燃料の流量を調整する燃料流量制御弁を備え、当該燃料流量制御弁の開度を制御するという比較的簡易な構成により、改質気筒への混合気の空気過剰率を調整できる。これにより、改質気筒にて生成される改質ガスに含まれる燃焼促進性ガスの含有量を比較的簡単に制御することができる。
結果、通常気筒へ供給される燃焼促進性ガスの供給量も制御することができる。これにより、例えば、通常気筒において、失火等が発生している場合には、燃焼促進性ガスの供給量を増加することで、通常気筒の燃焼室での火炎伝搬速度を速めて、燃焼の安定性を向上でき、通常気筒において、ノッキングが発生している場合には、燃焼促進性ガスの供給量を増加あるいは減少することで、ノッキングの発生を抑制できる。
According to the above characteristic configuration, the first ejector device includes the fuel flow rate control valve for adjusting the flow rate of the fuel flowing through the fuel supply pipe connected to the suction port, in addition to the nozzle, the diffuser, and the suction port. The air excess ratio of the air-fuel mixture to the reforming cylinder can be adjusted with a relatively simple configuration of controlling the opening degree of the fuel flow control valve. Thereby, the content of the combustion promoting gas contained in the reformed gas generated in the reforming cylinder can be controlled relatively easily.
As a result, the supply amount of the combustion promoting gas supplied to the normal cylinder can also be controlled. Thereby, for example, when misfire or the like occurs in the normal cylinder, the flame propagation speed in the combustion chamber of the normal cylinder is increased by increasing the supply amount of the combustion promoting gas, thereby stabilizing the combustion. When knocking occurs in the normal cylinder, the occurrence of knocking can be suppressed by increasing or decreasing the supply amount of the combustion promoting gas.
本発明のエンジンシステムの更なる特徴構成は、
前記第2エジェクタ装置は、前記通常気筒用吸気支管の上流側から供給される混合気を下流側へ噴射するノズルと、当該ノズルから噴射された混合気を受け入れて前記通常気筒用吸気管の下流側へ分散供給するディフューザと、前記ノズルと前記ディフューザとの間で燃焼用空気供給管から供給される燃焼用空気を吸引する吸引口と、前記燃焼用空気供給管を通流する燃焼用空気の流量を制御する燃焼用空気流量制御弁とを備え、
前記空気過剰率制御手段は、前記燃料供給部を制御する形態で、前記改質気筒での混合気の空気過剰率を1より小さく設定する点にある。
A further characteristic configuration of the engine system of the present invention is as follows.
The second ejector device includes a nozzle that injects an air-fuel mixture supplied from the upstream side of the normal cylinder intake branch pipe to the downstream side, and a downstream of the normal cylinder intake pipe that receives the air-fuel mixture injected from the nozzle. A diffuser that supplies the air to the side, a suction port that sucks in combustion air supplied from a combustion air supply pipe between the nozzle and the diffuser, and combustion air that flows through the combustion air supply pipe A combustion air flow rate control valve for controlling the flow rate,
The excess air ratio control means controls the fuel supply unit and sets the excess air ratio of the air-fuel mixture in the reforming cylinder to be smaller than 1.
上記特徴構成によれば、第2エジェクタ装置は、ノズルとディフューザと吸引口に加えて、吸引口に接続される燃焼用空気供給管を通流する燃焼用空気の流量を調整する燃焼用空気流量制御弁を備え、当該燃焼用空気流量制御弁の開度を制御するという比較的簡易な構成により、通常気筒に導かれる混合気の空気過剰率を例えば1以上として、通常気筒での熱効率を高めることができる。
一方、空気過剰率制御手段は、吸気本管へ燃料を供給する燃料供給部を制御する形態で、改質気筒へ導かれる混合気の空気過剰率を、通常気筒へ導かれる混合気の空気過剰率とは別に調整できる。これにより、改質気筒にて生成される改質ガスに含まれる燃焼促進性ガスの含有量を制御できる。
結果、通常気筒へ供給される燃焼促進性ガスの供給量も制御することができる。これにより、例えば、通常気筒において、失火等が発生している場合には、燃焼促進性ガスの供給量を増加することで、通常気筒の燃焼室での火炎伝搬速度を速めて、燃焼の安定性を向上でき、通常気筒において、ノッキングが発生している場合には、燃焼促進性ガスの供給量を増加あるいは減少することで、ノッキングの発生を抑制できる。
According to the above characteristic configuration, the second ejector device adjusts the flow rate of the combustion air that flows through the combustion air supply pipe connected to the suction port in addition to the nozzle, the diffuser, and the suction port. With a relatively simple configuration that includes a control valve and controls the opening degree of the combustion air flow rate control valve, the excess air ratio of the air-fuel mixture introduced to the normal cylinder is set to, for example, 1 or more, and the thermal efficiency in the normal cylinder is increased. be able to.
On the other hand, the excess air ratio control means controls the fuel supply section that supplies fuel to the intake main pipe, and the excess air ratio of the mixture introduced to the reforming cylinder is changed to the excess air ratio of the mixture introduced to the normal cylinder. It can be adjusted separately from the rate. Thereby, the content of the combustion promoting gas contained in the reformed gas generated in the reforming cylinder can be controlled.
As a result, the supply amount of the combustion promoting gas supplied to the normal cylinder can also be controlled. Thereby, for example, when misfire or the like occurs in the normal cylinder, the flame propagation speed in the combustion chamber of the normal cylinder is increased by increasing the supply amount of the combustion promoting gas, thereby stabilizing the combustion. When knocking occurs in the normal cylinder, the occurrence of knocking can be suppressed by increasing or decreasing the supply amount of the combustion promoting gas.
上記目的を達成するためのエンジンシステムは、
燃料と燃焼用空気とを含む混合気の少なくとも一部を不完全燃焼させて燃料よりも燃焼速度の速い燃焼促進性ガスを含む改質ガスへ改質する改質気筒を少なくとも一つ備えた改質エンジンを有するエンジンシステムであって、その特徴構成は、
燃料と燃焼用空気とを含む混合気を燃焼する外部出力気筒を備えた外部出力エンジンを備え、
前記改質気筒にて改質された改質ガスを、少なくとも前記外部出力気筒へ導くように構成され、
前記改質気筒以外の前記改質エンジンの気筒である通常気筒及び前記改質気筒へ導かれる混合気を通流する吸気本管において混合気を圧縮するコンプレッサを有する過給機を備え、
前記吸気本管において前記コンプレッサの上流側に燃料を供給する燃料供給部を備え、
前記吸気本管から分岐され前記改質気筒へ導かれる混合気を通流する改質気筒用吸気支管へ燃料を供給する第1エジェクタ装置と、前記吸気本管から分岐され前記通常気筒へ導かれる混合気を通流する通常気筒用吸気支管へ燃焼用空気を供給する第2エジェクタ装置とのうち、何れか一方から成るエジェクタ機構を備え、
前記エジェクタ機構と前記燃料供給部とを働かせて、前記改質気筒での混合気の空気過剰率を1より小さく設定し、且つ前記通常気筒での混合気の空気過剰率を前記改質気筒での混合気の空気過剰率よりも高く設定する空気過剰率制御手段を備える点にある。
An engine system for achieving the above object is as follows:
At least one reforming cylinder having at least one reforming cylinder that reforms at least a part of an air-fuel mixture including fuel and combustion air into a reformed gas including a combustion-promoting gas having a combustion speed faster than that of the fuel. An engine system having a quality engine,
An external output engine having an external output cylinder for burning an air-fuel mixture including fuel and combustion air;
The reformed gas reformed in the reforming cylinder is configured to guide at least the external output cylinder,
A turbocharger having a compressor that compresses the air-fuel mixture in a normal cylinder that is a cylinder of the reforming engine other than the reforming cylinder and an intake main pipe through which the air-fuel mixture led to the reforming cylinder flows;
A fuel supply section for supplying fuel to the upstream side of the compressor in the intake main pipe;
A first ejector device for supplying fuel to a reforming cylinder intake branch pipe through which an air-fuel mixture branched from the intake main pipe and led to the reforming cylinder; and branched from the intake main pipe and led to the normal cylinder An ejector mechanism comprising any one of a second ejector device for supplying combustion air to a normal cylinder intake branch pipe through which an air-fuel mixture flows;
By operating the ejector mechanism and the fuel supply unit, the excess air ratio of the air-fuel mixture in the reforming cylinder is set to be smaller than 1, and the excess air ratio of the air-fuel mixture in the normal cylinder is set in the reforming cylinder. The excess air ratio control means is set to be higher than the excess air ratio of the air-fuel mixture.
即ち、本発明のエンジンシステムとしては、改質ガスを生成するための改質エンジンとは別に、外部出力用の外部出力エンジンを備える構成をも権利範囲に含むものである。
改質エンジンと外部出力エンジンとを備えるエンジンシステムであっても、これまで説明してきたエジェクタ機構及び燃料供給部を働かせて、改質気筒での混合気の空気過剰率を1より小さく設定し、且つ通常気筒での混合気の空気過剰率を改質気筒での混合気の空気過剰率よりも高く設定する空気過剰率制御を、良好に実行できる。
In other words, the engine system of the present invention includes a configuration including an external output engine for external output in addition to the reforming engine for generating the reformed gas.
Even in an engine system including a reforming engine and an external output engine, the excess air ratio of the air-fuel mixture in the reforming cylinder is set to be smaller than 1 by using the ejector mechanism and the fuel supply unit described so far. In addition, the excess air ratio control in which the excess air ratio of the air-fuel mixture in the normal cylinder is set higher than the excess air ratio of the air-fuel mixture in the reforming cylinder can be executed satisfactorily.
即ち、改質エンジンと外部出力エンジンとを備えるエンジンシステムは、
前記第2エジェクタ装置が、前記通常気筒用吸気支管の上流側から供給される混合気を下流側へ噴射するノズルと、当該ノズルから噴射された混合気を受け入れて前記通常気筒用吸気管の下流側へ分散供給するディフューザと、前記ノズルと前記ディフューザとの間で燃焼用空気供給管から供給される燃焼用空気を吸引する吸引口と、前記燃焼用空気供給管を通流する燃焼用空気の流量を制御する燃焼用空気流量制御弁とを備え、
前記空気過剰率制御手段は、前記燃料供給部を制御する形態で、前記改質気筒での混合気の空気過剰率を1より小さく設定する点を、更なる特徴構成としている。
That is, an engine system including a reforming engine and an external output engine
The second ejector device injects the air-fuel mixture supplied from the upstream side of the normal cylinder intake branch pipe to the downstream side, and receives the air-fuel mixture injected from the nozzle downstream of the normal cylinder intake pipe. A diffuser that supplies the air to the side, a suction port that sucks in combustion air supplied from a combustion air supply pipe between the nozzle and the diffuser, and combustion air that flows through the combustion air supply pipe A combustion air flow rate control valve for controlling the flow rate,
The excess air ratio control means controls the fuel supply unit and further sets the excess air ratio of the air-fuel mixture in the reforming cylinder to be smaller than 1.
また、改質エンジンと外部出力エンジンとを備えるエンジンシステムは、
前記エジェクタ機構は、前記第1エジェクタ装置のみから構成されている点を、更なる特徴構成としている。
An engine system including a reforming engine and an external output engine
The ejector mechanism is further characterized in that it is composed of only the first ejector device.
また、改質エンジンと外部出力エンジンとを備えるエンジンシステムは、
前記第1エジェクタ装置が、前記改質気筒用吸気支管の上流側から供給される混合気を下流側へ噴射するノズルと、当該ノズルから噴射された混合気を受け入れて前記改質気筒用吸気支管の下流側へ分散供給するディフューザと、前記ノズルと前記ディフューザとの間で燃料供給管から供給される燃料を吸引する吸引口と、前記燃料供給管を通流する燃料の流量を調整する燃料流量制御弁とを備え、
前記空気過剰率制御手段は、前記燃料流量制御弁の開度を制御する形態で、前記改質気筒での混合気の空気過剰率を1より小さく設定する点を、更なる特徴構成としている。
An engine system including a reforming engine and an external output engine
The first ejector device injects an air-fuel mixture supplied from the upstream side of the reforming cylinder intake branch pipe to the downstream side, and receives the air-fuel mixture injected from the nozzle, and the reforming cylinder intake branch pipe A diffuser that supplies the fuel to the downstream side of the fuel, a suction port that sucks fuel supplied from the fuel supply pipe between the nozzle and the diffuser, and a fuel flow rate that adjusts the flow rate of the fuel flowing through the fuel supply pipe A control valve,
The excess air ratio control means controls the opening degree of the fuel flow rate control valve, and further sets the excess air ratio of the air-fuel mixture in the reforming cylinder to be smaller than 1.
実施形態に係るエンジンシステム100は、図1に示すように、エンジン本体40に、都市ガス13A等の燃料Fと燃焼用空気Aとを含む混合気Mを燃焼する通常気筒40a、40b、40cと、混合気Mの少なくとも一部を不完全燃焼させて燃料Fよりも燃焼速度の速い燃焼促進性ガスを含む改質ガスKへ改質する改質気筒40dとを備え、改質気筒40dにて改質された改質ガスKを通常気筒40a、40b、40cへ導くエンジンシステムに関するものであり、更に、過給機を備える構成において、簡易な構成を維持しつつも、改質気筒40dへ通常気筒40a、40b、40cよりも空気過剰率の低い混合気Mを供給可能なエンジンシステムに関するものである。
As shown in FIG. 1, the
〔第1実施形態〕
以下、図1に基づいて、第1実施形態に係るエンジンシステム100について説明する。
第1実施形態のエンジンシステム100は、ターボ過給式エンジンとして構成されており、少なくとも1つ以上(当該実施形態では3つ)の通常気筒40a、40b、40cと、少なくとも1つ以上(当該実施形態では1つ)の改質気筒40dとを備えている。更には、エンジンの運転状態を検出するセンサ等の測定結果が入力され、その入力信号に基づいてターボ過給式エンジンの運転を制御するハードウェア群とソフトウェア群とから構成されているエンジンコントロールユニット(以下、制御装置50と呼ぶ)を備えている。
[First Embodiment]
Hereinafter, based on FIG. 1, the
The
この種のエンジンシステム100は、詳細な図示は省略するが、吸気本管20から通常気筒40a、40b、40cの燃焼室(図示せず)へ吸気弁(図示せず)を介して吸気した新気を、ピストンの上昇により圧縮した状態で点火プラグにて火花点火して燃焼・膨張させることで、ピストンを押し下げて回転軸(図示せず)から回転動力を出力すると共に、燃焼により発生した排ガスEは、通常気筒40a、40b、40cの燃焼室から排気弁(図示せず)を介して排気路27(排気本管の一例)に押し出され、外部へ排出される。
尚、詳細については後述するが、吸気本管20から供給される新気は、改質気筒40dにも供給され、改質気筒40dでもピストンを押し下げて回転軸から回転動力を出力する。ただし、当該改質気筒40dにて排ガスとして生成される改質ガスKは、外部へ排出されることなく、そのすべてが改質ガス通流路28を介して吸気本管20へ戻され、通常気筒40a、40b、40c、及び改質気筒40dへ導かれることとなる。
Although this type of
Although details will be described later, the fresh air supplied from the intake
吸気本管20には、燃焼用空気Aを浄化するエアクリーナ21、燃焼用空気Aに燃料Fを適切な比率(空燃比)で混合するベンチュリー式のミキサ14、及びミキサ14にて混合された混合気Mを圧縮する過給機30としてのコンプレッサ31、当該コンプレッサ31の昇圧により昇温した混合気Mを冷却するインタークーラ22、開度調整により通常気筒40a、40b、40c及び改質気筒40dへの混合気Mの吸気量を調整可能なスロットル弁23が、その上流側から記載の順に設けられている。
即ち、吸気本管20において、ミキサ14で燃料Fと燃焼用空気Aとを混合して生成された混合気Mは、過給機30としてのコンプレッサ31にて圧縮された後に、インタークーラ22にて冷却され、スロットル弁23を介して所定の流量に調整されて、通常気筒40a、40b、40c、及び改質気筒40dの燃焼室へ導入される。
The intake
That is, in the intake
ミキサ14に燃料Fを導く第1燃料供給路11には、ミキサ14の上流側の吸気本管20における燃焼用空気Aの圧力と第1燃料供給路11における燃料Fの圧力差を一定に保つ差圧レギュレータ12、ミキサ14を介して通常気筒40a、40b、40c及び改質気筒40dの燃焼室へ供給される燃料Fの供給量を調整する第1燃料流量制御弁13が設けられている。即ち、第1燃料供給路11、差圧レギュレータ12、ミキサ14、及び第1燃料流量制御弁13が、燃料供給部として機能する。
In the first
過給機30は、通常気筒40a、40b、40cに接続される排気路27に設けられるタービン32に、通常気筒40a、40b、40cから排出される排ガスEを供給し、タービン32に連結される状態で吸気本管20に設けられるコンプレッサ31により、通常気筒40a、40b、40c及び改質気筒40dの燃焼室に吸気される混合気Mを圧縮するターボ式の過給機30として構成されている。即ち、当該過給機30は、排気路27を通流する排ガスEの運動エネルギによりタービン32を回転させ、当該タービン32の回転力により吸気本管20を通流する新気としての混合気Mを圧縮して、通常気筒40a、40b、40c及び改質気筒40dの燃焼室へ供給する、所謂、過給を行う。
The
エンジン本体40の回転軸(図示せず)には、当該回転軸(図示せず)の回転数を計測する回転数センサ(図示せず)が設けられており、制御装置50は、当該回転数センサにて計測されるエンジン回転数を目標回転数に維持するべく、当該回転数センサの計測結果に基づいてスロットル弁23の開度を制御する。
更に、エンジン本体40の回転軸(図示せず)には、当該回転軸のトルクを計測するトルク計測センサ(図示せず)が設けられており、制御装置50は、例えば、回転数センサにて計測されるエンジン回転数と、トルク計測センサにて計測されるトルクに基づいて計算されるエンジン出力が、目標出力となるように、第1燃料流量制御弁13やスロットル弁23の開度を制御する。
The rotation shaft (not shown) of the
Further, a torque measuring sensor (not shown) for measuring the torque of the rotating shaft is provided on the rotating shaft (not shown) of the
吸気本管20は、スロットル弁23の下流側において、通常気筒40a、40b、40cの夫々へ混合気Mを導く複数の通常気筒用吸気支管20a、20b、20cに接続されると共に、改質気筒40dへ混合気Mを導く改質気筒用吸気支管20dに接続されている。
改質気筒40dは、自身の燃焼室において、新気を不完全燃焼させて、燃料F(例えば、メタン)よりも燃焼速度の速い水素等の燃焼促進性ガスを含む改質ガスKを生成するように構成されている。ここで、水素は、メタン及び空気を混合して燃焼する場合、空気過剰率が1より小さい燃料過濃領域に、その発生量のピークがあることが知られている(「燃焼の基礎と応用(共立出版株式会社)」の第2章を参照)。
The intake
The reforming
尚、通常のエンジンにあっては、熱効率を高める観点から、通常気筒40a、40b、40cへ導かれる混合気Mの空気過剰率は1より大きい値(例えば、1.0〜1.6程度の値)に設定されており、当該第1実施形態に係るエンジンシステム100にあっても、ミキサ14にて混合された混合気Mの空気過剰率は、1より大きい値となるように、制御装置50が、第1燃料流量制御弁13の開度を制御している。
このような状態において、改質気筒40dへ導かれる混合気Mの空気過剰率を1より小さい値にする場合、改質気筒用吸気支管20dに燃料Fを追加で供給する必要があり、過給圧(例えば、50〜200kPa程度の圧力)の混合気Mが通流する改質気筒用吸気支管20dに燃料Fを追加するためには、圧縮機(図示せず)等で過給圧まで昇圧した燃料Fを供給する必要がある。
しかしながら、本発明のエンジンシステム100は、家庭用のコジェネレーションシステムに適用する小型のものであるため、圧縮機を設けることはできない。
そこで、当該第1実施形態のエンジンシステム100にあっては、改質気筒用吸気支管20dに、上流側から供給される混合気Mを下流側へ噴射するノズル24aと、当該ノズル24aから噴射された混合気を受け入れるディフューザ24bと、ノズル24aとディフューザ24bとの間で燃料供給管29から供給され燃料Fを吸引する吸引口24cと、燃料供給管29を通流する燃料Fの流量を制御する第2燃料流量制御弁25(燃料流量制御弁の一例)とを有する第1エジェクタ装置24(エジェクタ機構の一例)を備えている。
当該第1エジェクタ装置24を備えることにより、圧縮機等を設けることのない簡易な構成を維持しつつ、改質気筒用吸気支管20dへ、燃料供給管29から燃料Fを引き込む形態で、改質気筒40dへ導かれる混合気Mの空気過剰率を1より小さい値に設定できる。
In a normal engine, from the viewpoint of increasing thermal efficiency, the excess air ratio of the air-fuel mixture M led to the
In such a state, when the excess air ratio of the mixture M guided to the reforming
However, since the
Therefore, in the
By providing the
つまり、制御装置50は、第1燃料流量制御弁13の弁開度と第2燃料流量制御弁25の弁開度との双方を制御する形態で、改質気筒40dでの混合気Mの空気過剰率を1より小さく設定し、且つ通常気筒40a、40b、40cでの混合気Mの空気過剰率を改質気筒40dでの混合気Mの空気過剰率よりも高く設定する空気過剰率制御手段として機能する。
尚、当該第1実施形態に係るエンジンシステム100にあっては、制御装置50は、第2燃料流量制御弁25の開度を制御することにより、改質気筒40dへ導かれる混合気Mの空気過剰率を制御する。
That is, the
In the
更に、改質気筒40dには、改質気筒40dにて改質された改質ガスKを通流する改質ガス通流路28が接続されており、当該改質ガス通流路28の下流端が、吸気本管20のスロットル弁23の下流側に接続されている。即ち、当該実施形態にあっては、改質ガスKは、そのすべてが通常気筒40a、40b、40c及び改質気筒40dに導かれるように構成されている。
Further, the reforming
〔第2実施形態〕
第2実施形態に係るエンジンシステム100にあっては、図2に示すように、第1実施形態に係るエンジンシステム100に対して、エジェクタ機構の配置箇所、エジェクタ機構により供給するガスが異なると共に、それに伴う制御が異なる。そこで、以下では、第1実施形態と異なる構成を重点的に説明し、それ以外の構成については、説明を割愛することがある。
[Second Embodiment]
In the
第2実施形態に係るエンジンシステム100にあっては、改質気筒用吸気支管20dには、第1実施形態でいうところの第1エジェクタ装置を備えず、通常気筒用吸気支管20a、20b、20cに第2エジェクタ装置24(エジェクタ機構の一例)を備える。
詳しくは、当該第2実施形態では、吸気支管は、通常気筒用吸気支管20aと通常気筒用吸気支管20bと通常気筒用吸気支管20cと、それらの上流側に接続され、通常気筒40a、40b、40cへ導かれる混合気Mのすべてを通流する上流側通常気筒用吸気支管33とから成っている。
第2エジェクタ装置24は、当該第2実施形態に係るエンジンシステム100にあっては、当該上流側通常気筒用吸気支管33に設けられている。
つまり、第2エジェクタ装置24は、上流側通常気筒用吸気支管33の上流側から供給される混合気Mを下流側へ噴射するノズル24aと、当該ノズル24aから噴射された混合気Mを受け入れて上流側通常気筒用吸気支管33の下流側へ分散供給するディフューザ24bと、ノズル24aとディフューザ24bとの間で燃焼用空気供給管29から供給される燃焼用空気Aを吸引する吸引口24cと、燃焼用空気供給管29を通流する燃焼用空気Aの流量を制御する燃焼用空気流量制御弁25とを備えている。
In the
Specifically, in the second embodiment, the intake branch pipe is connected to the normal cylinder
In the
That is, the
当該構成にあっては、制御装置50(空気過剰率制御手段の一例)は、改質気筒40dに導かれる混合気Mの空気過剰率を1より小さい値にすべく、第1燃料流量制御弁13の開度を制御する。
これに加えて、制御装置50は、例えば、通常気筒40a、40b、40cでの熱効率を高く維持すべく、通常気筒40a、40b、40cに導かれる混合気Mの空気過剰率を、1より大きい値となるように、燃焼用空気流量制御弁25の開度を制御する。
In this configuration, the control device 50 (an example of the excess air ratio control means) uses the first fuel flow control valve so that the excess air ratio of the air-fuel mixture M guided to the reforming
In addition to this, for example, the
〔第3実施形態〕
上記第1実施形態に係るエンジンシステム100にあっては、単一の多気筒エンジンにおいて、改質気筒40dにて改質された改質ガスKを通常気筒40a、40b、40cへ導く構成例を示した。
当該第3実施形態に係るエンジンシステム200は、図3に示すように、改質気筒40dにて混合気Mを改質して改質ガスKを生成するための改質エンジン200aに加えて、改質エンジン200aにて生成された改質ガスKが導かれる外部出力エンジン200bを備えて構成されている。尚、当該エンジンシステム200には、改質エンジン200a及び外部出力エンジン200bの運転状態を検出するセンサ等の測定結果が入力され、その入力信号に基づいて外部出力エンジン200bの運転を制御するハードウェア群とソフトウェア群とから構成されているエンジンコントロールユニット(以下、制御装置50と呼ぶ)を備えている。
[Third Embodiment]
In the
In the
第3実施形態に係るエンジンシステム200における改質エンジン200aは、第1実施形態に係るエンジンシステム100における運転状態検出部41を設けず、運転状態を判定する制御を実行しない点、改質気筒40dにて生成された改質ガスKを、改質エンジン200aの吸気本管20に戻していない点を除き、上述した第1実施形態に係るエンジンシステム100と実質的に同一の構成をしており、同一の制御を実行する。
以下、上記第1実施形態に係るエンジンシステム100と異なる構成及び制御に重点をおいて説明することとし、同一の構成及び制御については、その詳細な説明を省略することがある。
The reforming
Hereinafter, description will be made with emphasis on the configuration and control different from the
外部出力エンジン200bは、図3に示すように、吸気本管70から複数の気筒80a、80b、80c、80d(外部出力気筒の一例)の燃焼室(図示せず)へ吸気弁(図示せず)を介して吸気した新気を、ピストンの上昇により圧縮した状態で点火プラグにて火花点火して燃焼・膨張させることで、ピストンを押し下げて回転軸(図示せず)から回転動力を出力すると共に、燃焼により発生した排ガスEは、複数の気筒80a、80b、80c、80dの燃焼室から排気弁(図示せず)を介して排気路に押し出され、外部へ排出される。
As shown in FIG. 3, the
吸気本管70には、燃焼用空気Aを浄化するエアクリーナ71、燃焼用空気Aに燃料Fを適切な比率(空燃比)で混合するベンチュリー式のミキサ64、開度調整により複数の気筒80a、80b、80c、80dへの混合気Mの吸気量を調整可能なスロットル弁73が、その上流側から記載の順に設けられている。
即ち、吸気本管70において、ミキサ64で燃料Fと燃焼用空気Aとを混合して生成された混合気Mは、スロットル弁73を介して所定の流量に調整されて、複数の気筒80a、80b、80c、80dの燃焼室へ導入される。
The intake
That is, in the intake
ミキサ64に燃料Fを導く第2燃料供給路61には、ミキサ64の上流側の吸気本管70における燃焼用空気Aの圧力と第2燃料供給路61における燃料Fの圧力差を一定に保つ差圧レギュレータ62、ミキサ64を介して複数の気筒80a、80b、80c、80dの燃焼室へ供給される燃料Fの供給量を調整する第3燃料流量制御弁63が設けられている。
In the second
外部出力エンジン200bのエンジン本体80の回転軸(図示せず)には、当該回転軸の回転数を計測する回転数センサ(図示せず)が設けられており、制御装置50は、当該回転数センサにて計測されるエンジン回転数を目標回転数に維持するべく、当該回転数センサの計測結果に基づいてスロットル弁73の開度を制御する。
更に、エンジン本体80の回転軸には、当該回転軸のトルクを計測するトルク計測センサ(図示せず)が設けられており、制御装置50は、例えば、回転数センサにて計測されるエンジン回転数と、トルク計測センサにて計測されるトルクに基づいて計算されるエンジン出力が、目標出力となるように、第3燃料流量制御弁63やスロットル弁73の開度を制御する。
The rotation shaft (not shown) of the
Furthermore, a torque measuring sensor (not shown) that measures the torque of the rotating shaft is provided on the rotating shaft of the engine
吸気本管70は、スロットル弁73の下流側において、複数の気筒80a、80b、80c、80dへ混合気Mを導く複数の吸気支管70a、70b、70c、70dに接続されている。
当該吸気本管70においてスロットル弁73の下流側で複数の吸気支管70a、70b、70c、70dの上流側には、改質エンジン200aの改質気筒40dにて生成された改質ガスKを通流する改質ガス通流路28が連通接続されている。当該構成により、上述の吸気支管70a、70b、70c、70dのすべてに対して、改質ガスKが略均等に通流することになる。
以上の如く構成されたエンジンシステム200にあっては、改質エンジン200aにおいて、第1実施形態にて説明した空気過剰率制御手段が第1エジェクタ装置24及び燃料供給部を働かせて第1実施形態と同一の制御を実行することで、外部出力エンジン200bの運転状態毎に発生する異常燃焼や、燃焼の不安定を改善することが可能となる。
The intake
In the intake
In the
〔別実施形態〕
(1)上記第1、2実施形態では、通常気筒40a、40b、40cを3つとし、改質気筒40dの数を1つとした。しかしながら、通常気筒の数は、1つ以上であればいくつであっても構わないし、改質気筒の数も、1つ以上であればいくつであっても、本発明の機能を良好に発揮できる。
また、上記第3実施形態でも同様に、通常気筒の数は、1つ以上であればいくつであっても構わないし、改質気筒の数も、1つ以上であればいくつであっても、本発明の機能を良好に発揮できる。
ただし、第3実施形態に係るエンジンシステム200にあっては、改質エンジン200aは、改質ガスKの生成用のエンジンであるので、改質気筒の数は、多いほうが好ましい。また、改質エンジン200aは、その軸出力を取り出して発電等に用いる構成としても良い。
[Another embodiment]
(1) In the first and second embodiments, three
Similarly, in the third embodiment, the number of normal cylinders may be any number as long as it is one or more, and the number of reforming cylinders may be any number as long as it is one or more. The function of the present invention can be exhibited well.
However, in the
(2)上記実施形態は、改質気筒40dの排気ポートに接続される改質ガス通流路28は、吸気本管20に接続される構成を有すると共に、改質ガスKを、通常気筒40a、40b、40cと改質気筒40dとの双方に導く例を示した。
しかしながら、例えば、改質ガス通流路28は、改質気筒40dの排気ポートと、通常気筒40a、40b、40cのみに新気を供給する通常気筒用吸気支管20a、20b、20cの夫々に接続される構成を採用しても構わない。
これにより、改質ガスKを改質気筒40dに導くことなく、通常気筒40a、40b、40cのみに導くことができ、より一層の熱効率の向上が期待できる。
(2) In the above embodiment, the reformed
However, for example, the reformed
Thus, the reformed gas K can be guided only to the
(3)上記第2実施形態において、第2エジェクタ装置24は、通常気筒用吸気支管20a、20b、20cの夫々に、備える構成を採用しても構わない。
(3) In the second embodiment, the
(4)上記実施形態では、過給機30として、ターボ式のものを備える例を示したが、スーパーチャージャ式のものとしても構わない。
第1実施形態を例にして説明を追加すると、図1に示す過給機30に替えて、図4に示すように、吸気本管20にコンプレッサ90を設けると共に、クランク軸の出力の一部が伝達されてコンプレッサ90を駆動する動力伝達手段91とを備える構成を採用しても構わない。
(4) In the above-described embodiment, an example in which the
When the description is added by taking the first embodiment as an example, a
(5)上記実施形態では、過給機30として、単一のコンプレッサ31と単一のタービン32とを備える、所謂、一段過給の例を示したが、別に、二段以上の多段過給としても構わない。
第1実施形態を例にして説明を追加すると、図1に示す過給機30に替えて、図5に示すように、排気路27に、排ガスEの流れ方向で、第2タービン32b、第1タービン32aを記載の順に備えると共に、吸気本管20に、混合気Mの流れ方向で、第1タービン32aに連結される第1コンプレッサ31aと、第2タービン32bに連結される第2コンプレッサ31bとを記載の順に備える構成を採用しても構わない。
(5) In the above-described embodiment, an example of so-called single-stage supercharging including a
When the description is added by taking the first embodiment as an example, the
(6)上記第3実施形態においては、単一の改質エンジン200aと単一の外部出力エンジン200bとを備える構成例を示したが、改質エンジン200aを複数備える構成や、外部出力エンジン200bを複数備える構成を採用することもできる。
(6) In the third embodiment, a configuration example including a single reforming
(7)上記第3実施形態において、制御装置50は、単一の制御装置として示しているが、改質エンジン200a用の制御装置と、外部出力エンジン200bの制御装置とを、各別に備えることも可能である。
(7) Although the
(8)上記第3実施形態において、外部出力エンジン200bは、多気筒エンジンとして構成しているが、別に、単気筒であってもあっても構わない。
(8) In the third embodiment, the
(8)上記第3実施形態においては、改質ガス通流路28が、吸気本管70に接続される構成例を示した。しかしながら、当該改質ガス通流路28は、吸気支管70a、70b、70c、70dの少なくとも1つ以上に接続される構成、即ち、複数の気筒80a、80b、80c、80dの少なくとも1つ以上に改質ガスKが導かれる構成を採用しても構わない。
(8) In the third embodiment, the configuration example in which the reformed
(9)上記第3実施形態に示したエンジンシステム200の如く、上記第2実施形態に示したエンジンシステム100を改質エンジンとし、当該改質エンジンとは別に外部出力用の外部出力エンジンを備える構成を採用しても構わない。
(9) Like the
(10)上記第1、2実施形態にあっては、エンジンの回転軸のトルクを直接測定する構成例を示したが、当該構成に替えて、例えば、スロットル開度やブースト圧などから回転軸のトルクを推定するトルク推定手段を備える構成を採用しても構わない。 (10) In the first and second embodiments, the configuration example in which the torque of the rotation shaft of the engine is directly measured is shown. However, instead of the configuration, for example, the rotation shaft can be determined from the throttle opening or boost pressure. You may employ | adopt the structure provided with the torque estimation means which estimates this torque.
(11)上記実施形態にあっては、燃料Fは、都市ガス13Aとしたが、本発明の本質的意味からは、ガス燃料に限らずガソリン等の液体燃料であっても構わない。 (11) In the above embodiment, the fuel F is the city gas 13A. However, from the essential meaning of the present invention, the fuel F is not limited to the gas fuel but may be a liquid fuel such as gasoline.
尚、上記実施形態(別実施形態を含む、以下同じ)で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。 The configuration disclosed in the above embodiment (including another embodiment, the same shall apply hereinafter) can be applied in combination with the configuration disclosed in the other embodiment, as long as no contradiction occurs. The embodiment disclosed in this specification is an exemplification, and the embodiment of the present invention is not limited to this. The embodiment can be appropriately modified without departing from the object of the present invention.
本発明のエンジンシステムは、通常気筒と当該通常気筒へ供給する改質ガスを生成する改質気筒との双方を少なくとも1つ以上備え、過給機を備える構成において、簡易な構成を維持しつつも、改質気筒へ通常気筒よりも空気過剰率の低い混合気を供給可能なエンジンシステムとして、有効に利用可能である。 The engine system of the present invention includes at least one normal cylinder and at least one reforming cylinder that generates reformed gas to be supplied to the normal cylinder, and maintains a simple configuration in a configuration including a supercharger. However, the present invention can be effectively used as an engine system that can supply an air-fuel mixture having a lower excess air ratio than the normal cylinder to the reforming cylinder.
11 :第1燃料供給路
12 :差圧レギュレータ
13 :第1燃料流量制御弁
14 :ミキサ
20a、20b、20c:通常気筒用吸気支管
20d :改質気筒用吸気支管
24 :第1エジェクタ装置、第2エジェクタ装置
24a :ノズル
24b :ディフューザ
24c :吸引口
25 :燃焼用空気流量制御弁、第2燃料流量制御弁
27 :排気路
29 :燃焼用空気供給管、燃料供給管
30 :過給機
31 :コンプレッサ
32 :タービン
40a、40b、40c:通常気筒
40d :改質気筒
50 :制御装置
80a、80b、80c、80d:外部出力気筒
100 :エンジンシステム
200 :エンジンシステム
200a :改質エンジン
200b :外部出力エンジン
A :燃焼用空気
E :排ガス
F :燃料
K :改質ガス
M :混合気
11: first fuel supply path 12: differential pressure regulator 13: first fuel flow rate control valve 14:
Claims (5)
前記通常気筒及び前記改質気筒へ導かれる混合気を通流する吸気本管において混合気を圧縮するコンプレッサを有する過給機を備え、
前記吸気本管において前記コンプレッサの上流側に燃料を供給する燃料供給部を備え、
前記吸気本管から分岐され前記改質気筒へ導かれる混合気を通流する改質気筒用吸気支管へ燃料を供給する第1エジェクタ装置と、前記吸気本管から分岐され前記通常気筒へ導かれる混合気を通流する通常気筒用吸気支管へ燃焼用空気を供給する第2エジェクタ装置とのうち、何れか一方から成るエジェクタ機構を備え、
前記エジェクタ機構と前記燃料供給部とを働かせて、前記改質気筒での混合気の空気過剰率を1より小さく設定し、且つ前記通常気筒での混合気の空気過剰率を前記改質気筒での混合気の空気過剰率よりも高く設定する空気過剰率制御手段を備えるエンジンシステム。 A reformed gas comprising at least one normal cylinder for burning an air-fuel mixture including fuel and combustion air, and including a combustion promoting gas having a combustion speed higher than that of fuel by incompletely combusting at least a part of the air-fuel mixture In an engine system that includes at least one reforming cylinder that reforms into the reforming cylinder and guides the reformed gas reformed in the reforming cylinder to at least the normal cylinder.
A supercharger having a compressor for compressing the air-fuel mixture in the intake main pipe through which the air-fuel mixture led to the normal cylinder and the reforming cylinder flows;
A fuel supply section for supplying fuel to the upstream side of the compressor in the intake main pipe;
A first ejector device for supplying fuel to a reforming cylinder intake branch pipe through which an air-fuel mixture branched from the intake main pipe and led to the reforming cylinder; and branched from the intake main pipe and led to the normal cylinder An ejector mechanism comprising any one of a second ejector device for supplying combustion air to a normal cylinder intake branch pipe through which an air-fuel mixture flows;
By operating the ejector mechanism and the fuel supply unit, the excess air ratio of the air-fuel mixture in the reforming cylinder is set to be smaller than 1, and the excess air ratio of the air-fuel mixture in the normal cylinder is set in the reforming cylinder. An engine system comprising an excess air ratio control means for setting the excess air ratio of the air-fuel mixture to be higher.
燃料と燃焼用空気とを含む混合気を燃焼する外部出力気筒を備えた外部出力エンジンを備え、
前記改質気筒にて改質された改質ガスを、少なくとも前記外部出力気筒へ導くように構成され、
前記改質気筒以外の前記改質エンジンの気筒である通常気筒及び前記改質気筒へ導かれる混合気を通流する吸気本管において混合気を圧縮するコンプレッサを有する過給機を備え、
前記吸気本管において前記コンプレッサの上流側に燃料を供給する燃料供給部を備え、
前記吸気本管から分岐され前記改質気筒へ導かれる混合気を通流する改質気筒用吸気支管へ燃料を供給する第1エジェクタ装置と、前記吸気本管から分岐され前記通常気筒へ導かれる混合気を通流する通常気筒用吸気支管へ燃焼用空気を供給する第2エジェクタ装置とのうち、何れか一方から成るエジェクタ機構を備え、
前記エジェクタ機構と前記燃料供給部とを働かせて、前記改質気筒での混合気の空気過剰率を1より小さく設定し、且つ前記通常気筒での混合気の空気過剰率を前記改質気筒での混合気の空気過剰率よりも高く設定する空気過剰率制御手段を備えるエンジンシステム。 At least one reforming cylinder having at least one reforming cylinder that reforms at least a part of an air-fuel mixture including fuel and combustion air into a reformed gas including a combustion-promoting gas having a combustion speed faster than that of the fuel. In an engine system having a quality engine,
An external output engine having an external output cylinder for burning an air-fuel mixture including fuel and combustion air;
The reformed gas reformed in the reforming cylinder is configured to guide at least the external output cylinder,
A turbocharger having a compressor that compresses the air-fuel mixture in a normal cylinder that is a cylinder of the reforming engine other than the reforming cylinder and an intake main pipe through which the air-fuel mixture led to the reforming cylinder flows;
A fuel supply section for supplying fuel to the upstream side of the compressor in the intake main pipe;
A first ejector device for supplying fuel to a reforming cylinder intake branch pipe through which an air-fuel mixture branched from the intake main pipe and led to the reforming cylinder; and branched from the intake main pipe and led to the normal cylinder An ejector mechanism comprising any one of a second ejector device for supplying combustion air to a normal cylinder intake branch pipe through which an air-fuel mixture flows;
By operating the ejector mechanism and the fuel supply unit, the excess air ratio of the air-fuel mixture in the reforming cylinder is set to be smaller than 1, and the excess air ratio of the air-fuel mixture in the normal cylinder is set in the reforming cylinder. An engine system comprising an excess air ratio control means for setting the excess air ratio of the air-fuel mixture to be higher.
前記空気過剰率制御手段は、前記燃料供給部を制御する形態で、前記改質気筒での混合気の空気過剰率を1より小さく設定する請求項1又は2に記載のエンジンシステム。 The second ejector device includes a nozzle that injects an air-fuel mixture supplied from the upstream side of the normal cylinder intake branch pipe to the downstream side, and a downstream of the normal cylinder intake pipe that receives the air-fuel mixture injected from the nozzle. A diffuser that supplies the air to the side, a suction port that sucks in combustion air supplied from a combustion air supply pipe between the nozzle and the diffuser, and combustion air that flows through the combustion air supply pipe A combustion air flow rate control valve for controlling the flow rate,
The engine system according to claim 1 or 2, wherein the excess air ratio control means controls the fuel supply unit to set an excess air ratio of the air-fuel mixture in the reforming cylinder to be smaller than 1.
前記空気過剰率制御手段は、前記燃料流量制御弁の開度を制御する形態で、前記改質気筒での混合気の空気過剰率を1より小さく設定する請求項4に記載のエンジンシステム。 The first ejector device includes a nozzle for injecting an air-fuel mixture supplied from an upstream side of the reforming cylinder intake branch pipe to the downstream side, and an air-fuel mixture injected from the nozzle to receive the reformed cylinder intake branch pipe A diffuser that supplies the fuel to the downstream side of the fuel, a suction port that sucks fuel supplied from the fuel supply pipe between the nozzle and the diffuser, and a fuel flow rate that adjusts the flow rate of the fuel flowing through the fuel supply pipe A control valve,
The engine system according to claim 4, wherein the excess air ratio control means controls the opening degree of the fuel flow rate control valve, and sets the excess air ratio of the air-fuel mixture in the reforming cylinder to be smaller than 1.
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