JP2020133517A - Engine system - Google Patents

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Abstract

To provide, in a configuration in which a modified gas from a modification cylinder is guided to a normal cylinder, a further improvement in efficiency of an engine system and expansion of output upper limit (expansion of torque upper limit) while satisfying a constraint of fuel supply amount and the supply amount of combustion air based on a stroke volume of a normal cylinder or a modification cylinder.SOLUTION: The present invention is configured such that a total stroke volume which is a sum of the stroke volumes of all normal cylinders 40a, 40b, 40c into which the modified gas is guided is larger than a total stroke volume which is a sum of the stroke volumes of all modification cylinders 40d. Based on the stroke volume ratio in which a total stroke volume of all normal cylinders 40a, 40b, 40c into which the modified gas K is guided is divided by a total stroke volume of the modification cylinder 40d, the stroke number ratio which is the value in which the stroke number of the normal cylinders 40a, 40b, 40c is divided by the stroke number of the modification cylinder 40d is 1 or more.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、燃料と燃焼用空気とを含む混合気の少なくとも一部を部分酸化反応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、当該改質気筒とは別に通常気筒を備え、前記改質気筒へ導かれる燃料を供給する第1燃料供給部を備え、前記改質気筒にて改質された改質ガスを、少なくとも前記通常気筒へ導くように構成されているエンジンシステム、
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部分酸化反応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1つ備えた改質エンジンを有すると共に、当該改質気筒とは別に通常気筒を備える外部出力エンジンを有し、前記改質気筒へ導かれる燃料を供給する第1燃料供給部を備え、前記改質気筒にて改質された改質ガスを、少なくとも前記通常気筒へ導くように構成されたエンジンシステムに関する。
The present invention provides at least one reforming cylinder that partially oxidizes at least a part of the air-fuel mixture containing fuel and combustion air to reform it into a reforming gas containing a combustion-promoting gas having a faster combustion rate than the fuel. In addition to the reformed cylinder, a normal cylinder is provided, and a first fuel supply unit for supplying fuel guided to the reformed cylinder is provided, and at least the reformed gas reformed by the reformed cylinder is provided. An engine system configured to lead to the normal cylinder,
Also equipped with at least one reforming cylinder that partially oxidizes at least a part of the air-fuel mixture containing fuel and combustion air to reform the mixture into a reforming gas containing a combustion-promoting gas having a faster combustion rate than the fuel. In addition to having a reforming engine, an external output engine having a normal cylinder in addition to the reforming cylinder is provided, and a first fuel supply unit for supplying fuel guided to the reforming cylinder is provided. It relates to an engine system configured to guide the reformed reformed gas to at least the normal cylinder.

従来、エンジンシステムとして、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部分酸化反応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ものが知られている(特許文献1を参照)。
改質気筒では、例えば、メタンを主成分とする燃料を含む過濃混合気を部分酸化反応させることで、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、通常気筒の燃焼室での火花伝播速度を上昇させ、失火や燃焼変動を低下し、燃焼の安定性を改善できる。
特許文献1に開示の技術では、通常気筒の出力に応じて改質気筒の回転速度を変更する点が開示されている。
Conventionally, as an engine system, 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 partially oxidized in the combustion chamber to be compared with the fuel. It is also known that a reforming cylinder that reforms into a reforming gas containing a combustion-promoting gas having a high combustion speed is provided, and the reforming gas reformed by the reforming cylinder is guided to at least a normal cylinder. (See Patent Document 1).
In the reforming cylinder, for example, a reformed gas containing a combustion-promoting gas having a high combustion rate such as hydrogen can be generated by partially oxidizing a rich mixture containing a fuel containing methane as a main component. .. Then, by guiding the reformed gas to the normal cylinder, for example, the spark propagation velocity in the combustion chamber of the normal cylinder can be increased, misfire or combustion fluctuation can be reduced, and combustion stability can be improved.
The technique disclosed in Patent Document 1 discloses that the rotation speed of the reforming cylinder is changed according to the output of the normal cylinder.

特許第6323911号公報Japanese Patent No. 6323911

これまで説明してきたエンジンシステムにあっては、通常気筒及び改質気筒への燃料供給状態や各気筒の行程容積が特定の条件を満たすときには、通常気筒又は改質気筒の行程容積に基づいて燃料供給量や燃焼用空気の供給量に制約が発生する場合があるが、上記特許文献1に開示の技術にあっては、この点につき検討がなされておらず、エンジンシステム(通常気筒)の更なる効率の向上及び出力上限の拡大(トルク上限の拡大)を図る上で、改善の余地があった。 In the engine system described so far, when the fuel supply state to the normal cylinder and the reforming cylinder and the stroke volume of each cylinder satisfy specific conditions, the fuel is based on the stroke volume of the normal cylinder or the reforming cylinder. There may be restrictions on the supply amount and the supply amount of combustion air, but the technology disclosed in Patent Document 1 above has not been examined in this regard, and the engine system (normal cylinder) has been changed. There was room for improvement in improving efficiency and expanding the output upper limit (increasing the torque upper limit).

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、改質気筒からの改質ガスを通常気筒に導く構成において、通常気筒又は改質気筒の行程容積に基づく燃料供給量や燃焼用空気の供給量の制約を満たしながらも、更なる効率向上及びトルク上限の拡大(出力上限の拡大)を図り得るエンジンシステムを提供することになる。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a fuel supply amount based on the stroke volume of the normal cylinder or the reformed cylinder in a configuration in which the reformed gas from the reformed cylinder is guided to the normal cylinder. It is possible to provide an engine system capable of further improving efficiency and expanding the upper limit of torque (increasing the upper limit of output) while satisfying the restrictions on the supply amount of combustion air.

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部分酸化反応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、当該改質気筒とは別に通常気筒を備え、
前記改質気筒へ導かれる燃料を供給する第1燃料供給部を備え、
前記改質気筒にて改質された改質ガスを、少なくとも前記通常気筒へ導くように構成されているエンジンシステムであって、その特徴構成は、
改質ガスが導かれるすべての前記通常気筒の行程容積の和である総行程容積が、すべての前記改質気筒の行程容積の和である総行程容積より大きい構成であり、
改質ガスが導かれるすべての前記通常気筒の前記総行程容積を前記改質気筒の前記総行程容積で除算した行程容積比に基づいて、前記通常気筒のストローク数を前記改質気筒のストローク数で除算した値であるストローク数比を1以上で変動制御するストローク数比制御を実行可能な制御装置を備える点にある。
The engine system to achieve the above purpose is
It is provided with at least one reforming cylinder that partially oxidizes at least a part of the air-fuel mixture containing fuel and combustion air to reform it into a reforming gas containing a combustion-promoting gas having a faster combustion rate than the fuel. Equipped with a normal cylinder in addition to the reformed cylinder
A first fuel supply unit for supplying fuel guided to the reforming cylinder is provided.
An engine system configured to guide the reformed gas reformed in the reformed cylinder to at least the normal cylinder, and the characteristic configuration thereof is.
The total stroke volume, which is the sum of the stroke volumes of all the normal cylinders to which the reformed gas is guided, is larger than the total stroke volume, which is the sum of the stroke volumes of all the reformed cylinders.
The number of strokes of the normal cylinder is the number of strokes of the reforming cylinder based on the stroke volume ratio obtained by dividing the total stroke volume of all the normal cylinders to which the reforming gas is guided by the total stroke volume of the reforming cylinder. The point is that a control device capable of performing stroke number ratio control that fluctuates and controls the stroke number ratio, which is a value divided by, is provided.

燃料と燃焼用空気とを含む混合気の少なくとも一部を部分酸化反応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1つ備えた改質エンジンを有すると共に、当該改質気筒とは別に通常気筒を備える外部出力エンジンを有し、
前記改質気筒へ導かれる燃料を供給する第1燃料供給部を備え、
前記改質気筒にて改質された改質ガスを、少なくとも前記通常気筒へ導くように構成されたエンジンシステムであって、その特徴構成は、
改質ガスが導かれるすべての前記通常気筒の行程容積の和である総行程容積が、すべての前記改質気筒の行程容積の和である総行程容積より大きい構成であり、
改質ガスが導かれるすべての前記通常気筒の前記総行程容積を前記改質気筒の前記総行程容積で除算した行程容積比に基づいて、前記通常気筒のストローク数を前記改質気筒のストローク数で除算した値であるストローク数比を1以上で変動制御するストローク数比制御を実行可能な制御装置を備える点にある。
A modification equipped with at least one reforming cylinder that partially oxidizes at least a part of the air-fuel mixture containing fuel and combustion air to reform it into a reformed gas containing a combustion-promoting gas whose combustion speed is faster than that of fuel. It has a quality engine and an external output engine equipped with a normal cylinder in addition to the reformed cylinder.
A first fuel supply unit for supplying fuel guided to the reforming cylinder is provided.
An engine system configured to guide the reformed gas reformed in the reformed cylinder to at least the normal cylinder, and its characteristic configuration is:
The total stroke volume, which is the sum of the stroke volumes of all the normal cylinders to which the reformed gas is guided, is larger than the total stroke volume, which is the sum of the stroke volumes of all the reformed cylinders.
The number of strokes of the normal cylinder is the number of strokes of the reforming cylinder based on the stroke volume ratio obtained by dividing the total stroke volume of all the normal cylinders to which the reforming gas is guided by the total stroke volume of the reforming cylinder. The point is that a control device capable of performing stroke number ratio control that fluctuates and controls the stroke number ratio, which is a value divided by, is provided.

本発明の発明者らは、改質気筒への総燃料供給量に対する通常気筒への総燃料供給量の比である燃料比を低下して燃料比を零にする制御、又は燃料を改質気筒のみに供給する制御により、通常気筒に改質ガスのみを燃料として供給することで、エンジンの高効率化及び低NOx化を図ることができることを見出した。
しかしながら、上述の如く、通常気筒に改質ガスのみを燃料として供給する場合、構成によっては、通常気筒又は改質気筒の行程容積による燃料供給量や燃焼用空気の供給量に制約が発生してくる場合がある。
例えば、燃料をメタンを主とした都市ガス13Aとして改質気筒の空気過剰率を0.6に制御すると共に通常気筒の空気過剰率を1.0に制御している状態で、改質気筒への総燃料供給量に対する通常気筒への総燃料供給量の比である燃料比を低下して燃料比を零にする制御を実行する場合、改質気筒の気体の体積(NL)と通常気筒の気体の給気量(NL)との体積比を考える。ここで、体積としては、温度が0℃、圧力が大気圧、相対湿度が0%である学術的な標準状態にて換算したノルマルリットルを用いるものとする。
The inventors of the present invention control the fuel ratio to be zero by lowering the fuel ratio, which is the ratio of the total fuel supply amount to the normal cylinder to the total fuel supply amount to the reformed cylinder, or the reformed cylinder. It has been found that it is possible to improve the efficiency and reduce the NOx of the engine by supplying only the reformed gas as fuel to the normal cylinder by controlling the supply only to the normal cylinder.
However, as described above, when only the reformed gas is supplied to the normal cylinder as fuel, the fuel supply amount and the combustion air supply amount due to the stroke volume of the normal cylinder or the reformed cylinder are restricted depending on the configuration. It may come.
For example, when the fuel is city gas 13A mainly composed of methane, the excess air ratio of the reforming cylinder is controlled to 0.6, and the excess air ratio of the normal cylinder is controlled to 1.0. When performing control to reduce the fuel ratio, which is the ratio of the total fuel supply to the normal cylinder to the total fuel supply, to make the fuel ratio zero, the gas volume (NL) of the reforming cylinder and the normal cylinder Consider the volume ratio of the gas to the amount of air supply (NL). Here, as the volume, it is assumed that a normal liter converted in an academic standard state where the temperature is 0 ° C., the pressure is atmospheric pressure, and the relative humidity is 0% is used.

〔表1〕に示すように、改質気筒の空気過剰率を0.6とした場合、改質気筒への燃料供給量を1.0NLとすると、改質気筒への燃焼用空気の供給量は6.48NLとなり、その合計は7.48NLとなり、実験により当該7.48NLのおおよそ1.12倍が通常気筒に導かれる改質ガスとなるとわかっていることから、体積は8.38NLとなる。全気筒に供給した空気量を、全気筒に供給した燃料を完全燃焼するのに必要な空気量で除した空気比(以下、「通常気筒空気過剰率」または「総空気過剰率」という。以下の表中で改質ガスを燃焼する通常気筒の空気過剰率を示しているものも同様である)を1.0とすると、通常気筒への燃焼用空気の供給量は4.32NLとなり、改質気筒の給気量と通常気筒の給気量との体積比は、およそ、1.0:1.7となる。
このため、改質気筒を1気筒とし、通常気筒を2気筒とすると、改質気筒1気筒の給気量と通常気筒1気筒の給気量との比は、1.0:0.85となり、体積的にはほぼ均衡が取れた状態となり、通常気筒への燃焼用空気を供給するときにスロットルを開放できポンプ損失を抑制できる。
これに対し、行程容積が等しい(等排気量)4気筒の内燃機関において、1気筒を改質気筒とし、3気筒を通常気筒として、改質気筒への総燃料供給量に対する通常気筒への総燃料供給量の比である燃料比を低下して燃料比を零にする制御を実行すると、体積的な均衡が大きくそれてしまい、通常気筒に燃焼用空気を供給するスロットルを閉じ側へ制御する必要が生じ、通常気筒におけるポンプ損失が増大してしまう。
As shown in [Table 1], when the excess air ratio of the reforming cylinder is 0.6 and the fuel supply amount to the reforming cylinder is 1.0NL, the supply amount of combustion air to the reforming cylinder is set to 1.0NL. Is 6.48 NL, and the total is 7.48 NL. Since it is known from experiments that about 1.12 times the 7.48 NL is the reformed gas guided to the normal cylinder, the volume is 8.38 NL. .. The air ratio obtained by dividing the amount of air supplied to all cylinders by the amount of air required to completely burn the fuel supplied to all cylinders (hereinafter referred to as "normal cylinder excess air ratio" or "total air excess ratio". The same applies to the one showing the excess air ratio of the normal cylinder that burns the reformed gas in the table), and the amount of combustion air supplied to the normal cylinder is 4.32 NL. The volume ratio of the air supply amount of the quality cylinder to the air supply amount of the normal cylinder is approximately 1.0: 1.7.
Therefore, assuming that the reformed cylinder is one cylinder and the normal cylinder is two cylinders, the ratio of the air supply amount of one reformed cylinder to the air supply amount of one normal cylinder is 1.0: 0.85. The volume is almost balanced, and the throttle can be opened when the combustion air is normally supplied to the cylinder, and the pump loss can be suppressed.
On the other hand, in a 4-cylinder internal combustion engine with the same stroke volume (equal displacement), 1 cylinder is a reforming cylinder, 3 cylinders are normal cylinders, and the total amount of fuel supplied to the reforming cylinders is the total to the normal cylinders. If the control to reduce the fuel ratio, which is the ratio of the fuel supply amount, to zero is executed, the volume balance will be greatly deviated, and the throttle that normally supplies combustion air to the cylinder will be controlled to the closed side. The need arises and the pump loss in the normal cylinder increases.

一方で、トルク上限の低下(出力上限の低下)が生じる場合も存在する。
まず、行程容積が等しい4気筒の内燃機関において、4気筒を通常気筒とし、1気筒の行程容積を60NLとし、全気筒を空気過剰率1.5で運転する場合、〔表2〕に示すように、全気筒の夫々において、燃料の供給量を3.49NL、燃焼用空気の供給量を56.51NL、各気筒への気体充填率を100%となる。
On the other hand, there are cases where the upper limit of torque is lowered (the upper limit of output is lowered).
First, in a 4-cylinder internal combustion engine having the same stroke volume, when the 4-cylinder is a normal cylinder, the stroke volume of one cylinder is 60 NL, and all cylinders are operated with an excess air ratio of 1.5, as shown in [Table 2]. In addition, in each of all cylinders, the fuel supply amount is 3.49 NL, the combustion air supply amount is 56.51 NL, and the gas filling rate to each cylinder is 100%.

これに対し、行程容積が等しい4気筒の内燃機関において、3気筒を通常気筒とし、1気筒を改質気筒とし、通常気筒の空気過剰率を1.0、改質気筒の空気過剰率を0.6として、改質気筒への総燃料供給量に対する通常気筒への総燃料供給量の比である燃料比を低下して燃料比を零にする制御を実行する場合、改質気筒へ投入可能な燃料量の上限は、改質気筒の空気過剰率の下限に依存する。当該改質気筒の空気過剰率の下限を、例えば、0.6とする場合、〔表3〕に示すように、改質気筒への燃料と燃焼用空気の合計供給量の体積である60NLを1.12倍した改質ガスを通常気筒へ導くことができ、それが3等分され通常気筒の夫々へ導かれる。当該通常気筒では、通常気筒空気過剰率を1.0にするべく、夫々の通常気筒に燃焼用空気が11.55NL供給され、夫々の通常気筒への燃料と燃焼用空気の合計供給量は、33.95NLとなり、通常気筒への気体充填率は56.6%となり、4気筒の気体充填率の平均は67.4%となり、上述の4気筒を通常気筒として空気過剰率を1.5で運転する場合の気体充填率100%に比べ低くなり、もし両者の正味熱効率が同等だとした場合に、充填可能な燃料量が57.5%(=8.02/13.96×100)となってしまうことから、トルク上限も低下することになる。 On the other hand, in a 4-cylinder internal combustion engine having the same stroke volume, 3 cylinders are normal cylinders, 1 cylinder is a reforming cylinder, the excess air ratio of the normal cylinder is 1.0, and the excess air ratio of the reforming cylinder is 0. As 6.6, when the control to reduce the fuel ratio, which is the ratio of the total fuel supply amount to the normal cylinder to the total fuel supply amount to the reforming cylinder, to make the fuel ratio zero is executed, it can be input to the reforming cylinder. The upper limit of the amount of fuel depends on the lower limit of the excess air rate of the reforming cylinder. When the lower limit of the excess air ratio of the reformed cylinder is, for example, 0.6, 60 NL, which is the volume of the total supply amount of fuel and combustion air to the reformed cylinder, is set as shown in [Table 3]. The reformed gas multiplied by 1.12 can be guided to the normal cylinder, which is divided into three equal parts and guided to each of the normal cylinders. In the normal cylinder, 11.55 NL of combustion air is supplied to each normal cylinder in order to make the excess air ratio of the normal cylinder 1.0, and the total amount of fuel and combustion air supplied to each normal cylinder is. It becomes 33.95 NL, the gas filling rate to the normal cylinder is 56.6%, the average gas filling rate of the four cylinders is 67.4%, and the above-mentioned four cylinders are used as the normal cylinder and the excess air rate is 1.5. It is lower than the gas filling rate of 100% when operating, and if the net thermal efficiencies of both are the same, the amount of fuel that can be filled is 57.5% (= 8.02 / 13.96 x 100). Therefore, the upper limit of torque is also lowered.

そこで、本発明にあっては、通常気筒と改質気筒の気体の体積的な均衡(改質気筒への気体充填率と通常気筒への気体充填率)を保ちつつ、トルクの上限を拡大(出力の上限を拡大)するべく、改質ガスが導かれるすべての通常気筒の行程容積の和である総行程容積が、すべての改質気筒の行程容積の和である総行程容積より大きい構成において、制御装置が、改質ガスが導かれるすべての通常気筒の総行程容積を改質気筒の総行程容積で除算した行程容積比に基づいて、通常気筒のストローク数を改質気筒のストローク数で除算した値であるストローク数比を1以上で変動制御するストローク数比制御を実行するのである。
上記特徴構成によれば、例えば、行程容積が等しい4気筒の内燃機関において、3気筒を通常気筒とし、1気筒を改質気筒とし、通常気筒空気過剰率を1.0、改質気筒の空気過剰率を0.6として、改質気筒への総燃料供給量に対する通常気筒への総燃料供給量の比である燃料比を低下して燃料比を零にする制御を実行する場合、制御装置が、行程容積比に基づいてストローク数比制御を実行して、例えば、改質気筒を2ストロークサイクルで燃焼させ、通常気筒を4ストロークサイクルで燃焼させることができる。これにより、〔表4〕に示すように、改質気筒での4ストローク分(通常気筒の1サイクル分)での気筒の行程容積が60NLの2倍となるため、4ストローク(通常気筒の1サイクル)で改質気筒へ投入できる燃料量が14.18NLまで増加でき、通常気筒へ供給できる改質ガス量が増加し、通常気筒の充填効率を約100%にでき、充填可能な燃料量が101.6%(=14.18/13.96×100)とななり、トルク上限も向上できる。
Therefore, in the present invention, the upper limit of the torque is expanded while maintaining the volumetric balance of the gas between the normal cylinder and the reforming cylinder (the gas filling rate to the reforming cylinder and the gas filling rate to the normal cylinder). In order to increase the upper limit of the output), the total stroke volume, which is the sum of the stroke volumes of all the normal cylinders to which the reforming gas is guided, is larger than the total stroke volume, which is the sum of the stroke volumes of all the reforming cylinders. , The control device divides the total stroke volume of all normal cylinders to which the reforming gas is guided by the total stroke volume of the reforming cylinder, and divides the stroke number of the normal cylinder by the stroke number of the reforming cylinder. The stroke number ratio control that fluctuates and controls the stroke number ratio, which is the divided value, by 1 or more is executed.
According to the above characteristic configuration, for example, in a 4-cylinder internal combustion engine having the same stroke volume, 3 cylinders are normal cylinders, 1 cylinder is a reformed cylinder, a normal cylinder excess air ratio is 1.0, and air in the reformed cylinders. When performing control to reduce the fuel ratio, which is the ratio of the total fuel supply amount to the normal cylinder to the total fuel supply amount to the reforming cylinder, to make the fuel ratio zero, with the excess rate set to 0.6, the control device. However, the stroke number ratio control can be executed based on the stroke volume ratio, and for example, the reforming cylinder can be burned in a 2-stroke cycle, and the normal cylinder can be burned in a 4-stroke cycle. As a result, as shown in [Table 4], the stroke volume of the cylinder in the reformed cylinder for 4 strokes (1 cycle of the normal cylinder) becomes twice that of 60NL, so that the stroke volume is 4 strokes (1 of the normal cylinder). The amount of fuel that can be charged into the reformed cylinder can be increased to 14.18 NL in the cycle), the amount of reformed gas that can be supplied to the normal cylinder increases, the filling efficiency of the normal cylinder can be increased to about 100%, and the amount of fuel that can be filled It becomes 101.6% (= 14.18 / 13.96 × 100), and the upper limit of torque can be improved.

結果、改質気筒と通常気筒との体積的な均衡(改質気筒への気体充填率と通常気筒への気体充填率)を保つことができ、ポンプロスを低減して効率向上を図ることができつつ、通常気筒の充填効率を、上述の4気筒を通常気筒として空気過剰率を1.5で運転する場合の充填効率と同等にでき、トルク上限の拡大(出力上限の拡大)することができるエンジンシステムを提供できる。 As a result, the volume balance between the reforming cylinder and the normal cylinder (gas filling rate to the reforming cylinder and gas filling rate to the normal cylinder) can be maintained, pump loss can be reduced, and efficiency can be improved. On the other hand, the filling efficiency of the normal cylinder can be made equal to the filling efficiency when the above-mentioned four cylinders are used as normal cylinders and the excess air ratio is 1.5, and the torque upper limit can be expanded (the output upper limit can be expanded). Can provide an engine system.

尚、これまで説明してきたようなストローク数比制御を実行する制御装置を設けることなく、改質ガスが導かれるすべての前記通常気筒の前記総行程容積を前記改質気筒の前記総行程容積で除算した行程容積比に基づいて、前記通常気筒のストローク数を前記改質気筒のストローク数で除算した値であるストローク数比を1以上とした構成を採用しても構わない。 It should be noted that the total stroke volume of all the normal cylinders to which the reforming gas is guided is calculated by the total stroke volume of the reforming cylinder without providing a control device for executing the stroke number ratio control as described above. A configuration may be adopted in which the stroke number ratio, which is the value obtained by dividing the stroke number of the normal cylinder by the stroke number of the reforming cylinder, is 1 or more based on the divided stroke volume ratio.

エンジンシステムの更なる特徴構成は、
前記制御装置は、改質ガスが導かれるすべての前記通常気筒の前記総行程容積を前記改質気筒の前記総行程容積で除算した行程容積比が大きいほど、前記ストローク数比制御における前記ストローク数比を大きく制御する点にある。
Further features of the engine system
In the control device, the larger the stroke volume ratio obtained by dividing the total stroke volume of all the normal cylinders to which the reforming gas is guided by the total stroke volume of the reforming cylinder, the more the stroke number in the stroke number ratio control. The point is to control the ratio greatly.

上記特徴構成によれば、制御装置は、改質ガスが導かれるすべての通常気筒の総行程容積を改質気筒の総行程容積で除算した行程容積比が大きいほど、ストローク数比制御におけるストローク数比を大きく制御するから、例えば、通常気筒の数と改質気筒の数を変更して運転するときに、行程容積比に応じて、最適なストローク比に変更制御して、効率向上を図ると共にトルクの上限の拡大を図ることができる。 According to the above characteristic configuration, in the control device, the larger the stroke volume ratio obtained by dividing the total stroke volume of all the normal cylinders to which the reforming gas is guided by the total stroke volume of the reforming cylinder, the more strokes in the stroke number ratio control. Since the ratio is largely controlled, for example, when operating by changing the number of normal cylinders and the number of reforming cylinders, the stroke ratio is changed to the optimum stroke ratio according to the stroke volume ratio to improve efficiency. The upper limit of torque can be expanded.

エンジンシステムの更なる特徴構成は、
少なくとも前記通常気筒へ導かれる燃料を供給する第2燃料供給部と、前記改質気筒へ導かれる燃料を供給する前記第1燃料供給部とを各別に備え、
前記制御装置は、前記第1燃料供給部による燃料供給量を調整して前記改質気筒における空気過剰率を、改質ガスを生成する所定の範囲で変動制御する空気過剰率変動制御を実行している状態で、
前記第1燃料供給部によるすべての前記改質気筒への総燃料供給量に対する前記第2燃料供給部によるすべての前記通常気筒への総燃料供給量の比である燃料比を低下する燃料比低下制御を実行する点にある。
Further features of the engine system
At least a second fuel supply unit that supplies fuel guided to the normal cylinder and a first fuel supply unit that supplies fuel guided to the reforming cylinder are separately provided.
The control device executes air excess rate fluctuation control that adjusts the fuel supply amount by the first fuel supply unit and fluctuates the air excess rate in the reforming cylinder within a predetermined range for generating reformed gas. In the state of
Fuel ratio reduction that reduces the fuel ratio, which is the ratio of the total fuel supply amount to all the normal cylinders by the second fuel supply unit to the total fuel supply amount to all the reforming cylinders by the first fuel supply unit. The point is to execute control.

更に、前記制御装置は、前記空気過剰率変動制御を実行している状態で、前記燃料比低下制御による前記燃料比を0.0以上0.50以下に制御することが好ましい。 Further, it is preferable that the control device controls the fuel ratio by the fuel ratio reduction control to 0.0 or more and 0.50 or less while the air excess rate fluctuation control is being executed.

これまで説明してきたように、上記特徴構成の如く、燃料比低減制御をして、燃料比を零に近づけることで、熱効率の向上及び低NOx化を図ることができる。
ただし、上述したように、当該燃料比低減制御を実行すると、通常気筒と改質気筒との体積比の均衡が大きく崩れてポンプ損失が拡大する場合があると共に、通常気筒のトルク上限が大幅に制限される場合が発生する。
そこで、本発明におけるストローク数比制御と共に当該燃料比低減制御を実行することで、燃料比低減制御のメリットを享受しつつ、ポンプ損失の低減を図り更なる熱効率の向上を見込めると共に、トルク上限の拡大を良好に図ることができるエンジンシステムが達成される。
As described above, the thermal efficiency can be improved and the NOx can be reduced by controlling the fuel ratio reduction to bring the fuel ratio closer to zero as in the above-mentioned characteristic configuration.
However, as described above, when the fuel ratio reduction control is executed, the balance of the volume ratio between the normal cylinder and the modified cylinder may be greatly disturbed and the pump loss may increase, and the torque upper limit of the normal cylinder may be significantly increased. There may be restrictions.
Therefore, by executing the fuel ratio reduction control together with the stroke number ratio control in the present invention, it is expected that the pump loss can be reduced and the thermal efficiency can be further improved while enjoying the merits of the fuel ratio reduction control and the torque upper limit. An engine system that can be expanded well is achieved.

エンジンシステムの更なる特徴構成は、
前記制御装置は、前記第1燃料供給部による燃料供給量、又は前記改質気筒に供給される空気量、又はその両方を調整して前記改質気筒における空気過剰率を、改質ガスを生成する所定の範囲で変動制御する空気過剰率変動制御を実行している状態で、前記通常気筒へ前記燃料として改質ガスのみを導く改質ガス運転を実行する点にある。
Further features of the engine system
The control device adjusts the amount of fuel supplied by the first fuel supply unit, the amount of air supplied to the reformed cylinder, or both to generate a reformed gas at an excess air ratio in the reformed cylinder. The point is to execute a reformed gas operation that guides only the reformed gas as the fuel to the normal cylinder while executing the air excess rate fluctuation control that fluctuates and controls the fluctuation within a predetermined range.

当該特徴構成についても、これまで説明してきたように、通常気筒へ燃料として改質ガスのみを導く改質ガス運転をして、燃料比を零に近づけることで、熱効率の向上及び低NOx化を図ることができる。
ただし、上述したように、当該改質ガス運転を実行すると、通常気筒と改質気筒との体積比の均衡が大きく崩れてポンプ損失が拡大する場合があると共に、通常気筒のトルク上限が大幅に制限される場合が発生する。
そこで、本発明におけるストローク数比制御と共に当該改質ガス運転を実行することで、改質ガス運転のメリットを享受しつつ、ポンプ損失の低減を図り更なる熱効率の向上を見込めると共に、トルク上限の拡大を良好に図ることができるエンジンシステムが達成される。
As described above, the characteristic configuration is also improved in thermal efficiency and reduced in NOx by operating the reformed gas that guides only the reformed gas as fuel to the normal cylinder and bringing the fuel ratio close to zero. Can be planned.
However, as described above, when the reformed gas operation is executed, the balance of the volume ratio between the normal cylinder and the reformed cylinder may be greatly disturbed and the pump loss may increase, and the torque upper limit of the normal cylinder may be significantly increased. There may be restrictions.
Therefore, by executing the reformed gas operation together with the stroke number ratio control in the present invention, it is expected that the pump loss is reduced and the thermal efficiency is further improved while enjoying the merits of the reformed gas operation, and the torque upper limit is increased. An engine system that can be expanded well is achieved.

エンジンシステムの更なる特徴構成は、
前記制御装置は、起動時に、前記改質ガス運転に先立って、前記改質気筒での出力を一時的に高くする改質気筒高出力運転を実行する点にある。
Further features of the engine system
At startup, the control device executes a reformed cylinder high output operation in which the output in the reformed cylinder is temporarily increased prior to the reformed gas operation.

上記特徴構成の如く、通常気筒へ直接燃料を供給しない構成にあっては、起動時は、セルモータによるアシスト運転をする構成が考えられるが、例えば、改質気筒へ導かれる新気の流量を増加することで、改質気筒の出力の一時的な増大を図ることで、起動時のエンジンシステムの安定性をより向上させることができる。 In the configuration where fuel is not directly supplied to the cylinder as in the above characteristic configuration, a configuration in which assist operation is performed by a starter motor at startup can be considered. For example, the flow rate of fresh air guided to the reforming cylinder is increased. By doing so, the stability of the engine system at the time of starting can be further improved by temporarily increasing the output of the reforming cylinder.

本発明の第1実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図Schematic block diagram of the engine system according to the first embodiment of the present invention 改質気筒及び通常気筒の2ストロークサイクル運転を説明するための概念図Conceptual diagram for explaining two-stroke cycle operation of modified cylinder and normal cylinder 改質気筒及び通常気筒の4ストロークサイクル運転を説明するための概念図Conceptual diagram for explaining 4-stroke cycle operation of modified cylinder and normal cylinder 改質気筒及び通常気筒の6ストロークサイクル運転を説明するための概念図Conceptual diagram for explaining 6-stroke cycle operation of modified cylinder and normal cylinder 改質気筒及び通常気筒の8ストロークサイクル運転を説明するための概念図Conceptual diagram for explaining 8-stroke cycle operation of modified cylinder and normal cylinder 本発明の第2実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図Schematic block diagram of the engine system according to the second embodiment of the present invention 本発明の第3実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図Schematic block diagram of the engine system according to the third embodiment of the present invention 本発明の第4実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図Schematic block diagram of the engine system according to the fourth embodiment of the present invention

本発明の実施形態に係るエンジンシステム100は、改質気筒からの改質ガスを通常気筒に導く構成において、通常気筒又は改質気筒の行程容積に基づく燃料供給量や燃焼用空気の供給量の制約を満たしながらも、更なる効率向上及びトルク上限の拡大(出力上限の拡大)を図り得るものに関する。
以下、図面に基づいて、当該エンジンシステム100の構成について説明する。
The engine system 100 according to the embodiment of the present invention has a configuration in which the reformed gas from the reformed cylinder is guided to the normal cylinder, and the fuel supply amount and the combustion air supply amount based on the stroke volume of the normal cylinder or the reformed cylinder. The present invention relates to a system capable of further improving efficiency and expanding the upper limit of torque (increasing the upper limit of output) while satisfying the restrictions.
Hereinafter, the configuration of the engine system 100 will be described with reference to the drawings.

〔第1実施形態〕
第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(燃料の一例)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部分酸化反応させて燃料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、通常気筒40a、40b、40cへ導かれる燃料を供給する第2燃料供給部と、改質気筒40dへ導かれる燃料を供給する第1燃料供給部とを各別に備え、改質気筒40dにて改質された改質ガスKを、少なくとも通常気筒40a、40b、40cへ導く(当該第1実施形態では通常気筒40a、40b、40cのみへ導く)ものである。
[First Embodiment]
As shown in FIG. 1, the engine system 100 according to the first embodiment usually burns an air-fuel mixture M containing fuel F such as city gas 13A (an example of fuel) and combustion air A in the engine body 40. The cylinders 40a, 40b, and 40c are provided with a reforming cylinder 40d that partially oxidizes at least a part of the air-fuel mixture M and reforms it into a reforming gas K containing a combustion-promoting gas having a combustion speed faster than that of the fuel F. A second fuel supply unit that supplies fuel guided to the normal cylinders 40a, 40b, and 40c and a first fuel supply unit that supplies fuel guided to the reforming cylinder 40d are separately provided, and the reforming cylinder 40d is provided. The reformed reformed gas K is guided to at least the normal cylinders 40a, 40b, 40c (in the first embodiment, it is guided only to the normal cylinders 40a, 40b, 40c).

当該第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(当該第1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(当該第1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。 The engine system 100 of the first embodiment is configured as a turbocharged engine, and has at least one (three in the first embodiment) normal cylinders 40a, 40b, 40c and at least one or more. It is provided with a modified cylinder 40d (one in the first embodiment). Furthermore, an engine control unit consisting of a hardware group and a software group that control the operation of a turbocharged engine based on the input signal of measurement results of a sensor or the like that detects the operating state of the engine. (Hereinafter referred to as a control device 50).

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、給気本管20から通常気筒40a、40b、40cの燃焼室(図示せず)へ給気弁(図示せず)を介して給気した新気を、ピストンの上昇により圧縮した状態で点火プラグ(図示せず)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、給気本管20から供給される燃焼用空気Aは、改質気筒用給気支管20dを通じて改質気筒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を介して給気本管20へ戻され、通常気筒40a、40b、40cへ導かれることとなる。
Although detailed illustration is omitted, this type of engine system 100 supplies air from the air supply main 20 to the combustion chambers (not shown) of the normal cylinders 40a, 40b, 40c via an air supply valve (not shown). By igniting sparks with an ignition plug (not shown) in a state where the fresh air is compressed by the rise of the piston and burning and expanding it, the piston is pushed down and rotational power is output from the rotating shaft (not shown). At the same time, the exhaust gas E generated by combustion is pushed out from the combustion chambers of the normal cylinders 40a, 40b, and 40c to the exhaust passage 27 via an exhaust valve (not shown) and discharged to the outside.
Although the details will be described later, the combustion air A supplied from the air supply main pipe 20 is also supplied to the reforming cylinder 40d through the reforming cylinder air supply branch pipe 20d, and the piston is pushed down even in the reforming cylinder 40d. Outputs rotational power from the rotating shaft. However, all of the reformed gas K generated as exhaust gas in the reformed cylinder 40d is returned to the air supply main 20 via the reformed gas passage 28 without being discharged to the outside. It will be guided to the normal cylinders 40a, 40b, 40c.

給気本管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、開度調整により通常気筒40a、40b、40cへの混合気Mの給気量を調整可能な通常気筒用スロットル弁23が、その上流側から記載の順に設けられている。
即ち、給気本管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、通常気筒用スロットル弁23を介して所定の流量に調整されて、通常気筒40a、40b、40cの燃焼室へ導入される。
The air supply main 20 includes an air cleaner 21 that purifies the combustion air A, a Venturi type mixer 14 that mixes the fuel F with the combustion air A at an appropriate ratio (air-fuel ratio), and a normal cylinder 40a by adjusting the opening degree. Throttle valves 23 for normal cylinders capable of adjusting the amount of air supplied to the air-fuel mixture M to 40b and 40c are provided in the order described from the upstream side thereof.
That is, in the air supply main 20, the air-fuel mixture M generated by mixing the fuel F and the combustion air A with the mixer 14 is adjusted to a predetermined flow rate via the throttle valve 23 for the normal cylinder, and is usually It is introduced into the combustion chambers of the cylinders 40a, 40b and 40c.

給気本管20からミキサ14の上流側で分岐する改質気筒用給気支管20dには、燃焼用空気A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燃焼用空気Aを冷却するインタークーラ22、開度調整により改質気筒40dへの混合気Mの給気量を調整可能な改質気筒用スロットル弁25、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16が、その上流側から記載の順に設けられている。 The air supply branch pipe 20d for the reforming cylinder, which branches from the air supply main 20 to the upstream side of the mixer 14, has a compressor 31 as a supercharger 30 for compressing the combustion air A, and the temperature is raised by boosting the pressure of the compressor 31. An intercooler 22 that cools the combustion air A, a throttle valve 25 for the reforming cylinder that can adjust the amount of air supply of the air-fuel mixture M to the reforming cylinder 40d by adjusting the opening degree, and an appropriate fuel F for the combustion air A. Ventury type mixers 16 that mix at a ratio (air-fuel ratio) are provided in the order described from the upstream side thereof.

ミキサ14に燃料Fを導く第2燃料供給路11には、ミキサ14の上流側の給気本管20における燃焼用空気Aの圧力と第2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の燃焼室へ供給される燃料Fの供給量を調整する第2燃料流量制御弁13が設けられている。即ち、第2燃料供給路11、差圧レギュレータ12、ミキサ14、及び第2燃料流量制御弁13が、第2燃料供給部として機能する。 In the second fuel supply path 11 that guides the fuel F to the mixer 14, the pressure difference between the pressure of the combustion air A in the air supply main 20 on the upstream side of the mixer 14 and the fuel F in the second fuel supply path 11 is made constant. A second fuel flow control valve 13 for adjusting the supply amount of fuel F supplied to the combustion chambers of the normal cylinders 40a, 40b, and 40c via the differential pressure regulator 12 and the mixer 14 to be maintained is provided. That is, the second fuel supply path 11, the differential pressure regulator 12, the mixer 14, and the second fuel flow rate control valve 13 function as the second fuel supply unit.

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改質気筒用給気支管20dに設けられるコンプレッサ31により、改質気筒40dの燃焼室に給気される混合気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の回転力により改質気筒用給気支管20dを通流する燃焼用空気Aを圧縮して、改質気筒40dの燃焼室へ供給する、所謂、過給を行う。
つまり、当該第1実施形態においては、過給機30は、改質気筒40dへ導かれる燃焼用空気Aのみを過給する。
The supercharger 30 supplies the exhaust gas E discharged from the normal cylinders 40a, 40b, 40c to the turbine 32 provided in the exhaust passage 27 connected to the normal cylinders 40a, 40b, 40c, and is connected to the turbine 32. It is configured as a turbocharger 30 that compresses the air-fuel mixture M supplied to the combustion chamber of the reforming cylinder 40d by a compressor 31 provided in the reforming cylinder air supply branch pipe 20d in this state. That is, the supercharger 30 rotates the turbine 32 by the kinetic energy of the exhaust gas E passing through the exhaust passage 27, and the combustion air passing through the air supply branch pipe 20d for the reforming cylinder by the rotational force of the turbine 32. So-called supercharging is performed in which A is compressed and supplied to the combustion chamber of the reforming cylinder 40d.
That is, in the first embodiment, the supercharger 30 supercharges only the combustion air A guided to the reforming cylinder 40d.

給気本管20は、エアクリーナ21の下流側において、通常気筒40a、40b、40cの夫々へ燃焼用空気A2を導く複数の通常気筒用給気支管20a、20b、20cに接続される給気本管20と、改質気筒40dへ燃焼用空気Aを導く改質気筒用給気支管20dに分岐されている。
改質気筒40dは、自身の燃焼室において、新気の一部を部分酸化反応させて、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。
そこで、当該第1実施形態にあっては、改質気筒40dの燃料室において燃料過濃状態で混合気を燃焼させるべく、改質気筒40dへ新気を供給する改質気筒用給気支管20dに、ベンチュリー式のミキサ16を介する形態で燃料Fを供給する第1燃料供給路29が接続されており、当該第1燃料供給路29には、燃料Fの流量を制御する第1燃料流量制御弁15が設けられている。第1燃料供給路29の第1燃料流量制御弁15の上流側には、燃料Fの供給圧を給気本管20のコンプレッサ31出口の過給圧まで昇圧するべく、圧縮機(図示せず)等が設けられている。
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、給気本管20の通常気筒用スロットル弁23の下流側に接続されている。即ち、当該第1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に導かれるように構成されている。
制御装置50は、改質気筒40dへの新気の空気過剰率が1より小さくなるように、第1燃料流量制御弁15の開度を制御する。つまり、第1燃料供給路29、ミキサ16、及び第1燃料流量制御弁15が、第1燃料供給部として機能する。
The air supply main 20 is connected to a plurality of normal cylinder air supply branch pipes 20a, 20b, 20c that guide combustion air A2 to each of the normal cylinders 40a, 40b, 40c on the downstream side of the air cleaner 21. It is branched into a pipe 20 and an air supply branch pipe 20d for a reforming cylinder that guides combustion air A to the reforming cylinder 40d.
The reformed cylinder 40d partially oxidizes a part of the fresh air in its own combustion chamber, and the reformed gas K containing a combustion-promoting gas such as hydrogen, which has a faster combustion rate than the fuel F (for example, methane). Is configured to generate. Here, it is known that when hydrogen is burned by mixing methane and air, the amount of hydrogen generated has a peak in the fuel enrichment region where the excess air ratio is less than 1.
Therefore, in the first embodiment, the air supply branch pipe 20d for the reforming cylinder that supplies fresh air to the reforming cylinder 40d in order to burn the air-fuel mixture in the fuel chamber of the reforming cylinder 40d in a fuel-rich state. A first fuel supply path 29 for supplying the fuel F is connected to the first fuel supply path 29 via a venturi-type mixer 16, and a first fuel flow rate control for controlling the flow rate of the fuel F is connected to the first fuel supply path 29. A valve 15 is provided. On the upstream side of the first fuel flow rate control valve 15 of the first fuel supply path 29, a compressor (not shown) is used to increase the supply pressure of the fuel F to the supercharging pressure at the outlet of the compressor 31 of the air supply main 20. ) Etc. are provided.
Further, the reformed gas passage 28 through which the reformed gas K reformed by the reformed cylinder 40d flows is connected to the reformed cylinder 40d, and is downstream of the reformed gas passage 28. The end is connected to the downstream side of the normal cylinder throttle valve 23 of the air supply main 20. That is, in the first embodiment, all of the reformed gas K is configured to be guided to the normal cylinders 40a, 40b, 40c.
The control device 50 controls the opening degree of the first fuel flow rate control valve 15 so that the excess air ratio of fresh air to the reforming cylinder 40d is smaller than 1. That is, the first fuel supply path 29, the mixer 16, and the first fuel flow rate control valve 15 function as the first fuel supply unit.

エンジン本体40の回転軸(図示せず)には、運転状態検出部41として、回転軸(図示せず)の回転数を計測する回転数センサが設けられている。
更に、エンジン本体40の回転軸(図示せず)には、運転状態検出部41として、当該回転軸のトルクを計測するトルク計測センサが設けられており、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2燃料流量制御弁13、第1燃料流量制御弁15、通常気筒用スロットル弁23、並びに改質気筒用スロットル弁25の開度を制御する。
すべての通常気筒40a、40b、40c、及び改質気筒40dには、運転状態検出部41として、筒内圧力を検出する筒内圧力センサ(図示せず)が設けられており、制御装置50は、当該筒内圧力センサの計測結果に基づいて、後述する各種制御を実行する。また、制御装置50は、給気温度を計測する給気温度センサ(図示せず)の計測結果を取得可能に構成されており、当該給気温度センサの計測結果に基づいて、後述する各種制御を実行する。
The rotation shaft (not shown) of the engine body 40 is provided with a rotation speed sensor for measuring the rotation speed of the rotation shaft (not shown) as an operating state detection unit 41.
Further, the rotation shaft (not shown) of the engine body 40 is provided with a torque measurement sensor for measuring the torque of the rotation shaft as an operating state detection unit 41, and the control device 50 is, for example, a rotation speed sensor. The second fuel flow control valve 13 and the first fuel flow control valve so that the engine output calculated based on the engine speed measured by the torque measurement sensor and the torque measured by the torque measurement sensor becomes the target output. 15. Controls the opening degree of the throttle valve 23 for a normal cylinder and the throttle valve 25 for a reforming cylinder.
All the normal cylinders 40a, 40b, 40c, and the reformed cylinder 40d are provided with an in-cylinder pressure sensor (not shown) for detecting the in-cylinder pressure as an operating state detection unit 41, and the control device 50 , Various controls described later are executed based on the measurement result of the in-cylinder pressure sensor. Further, the control device 50 is configured to be able to acquire the measurement result of the supply air temperature sensor (not shown) that measures the supply air temperature, and various controls to be described later based on the measurement result of the supply air temperature sensor. To execute.

さて、当該実施形態に係るエンジンシステム100は、通常気筒40a、40b、40cと改質気筒40dとを備えたエンジンシステムにおいて、熱効率を向上させると共に排ガス性状を改善させるべく、以下の制御を実行する。
制御装置50は、第1燃料供給部としての第1燃料流量制御弁15による燃料供給量を調整して改質気筒40dにおける空気過剰率を、改質ガスKを生成する所定の範囲で変動制御する空気過剰率変動制御を実行している状態で、第1燃料供給部としての第1燃料流量制御弁15によるすべての改質気筒40d(当該第1実施形態では1気筒)への総燃料供給量に対する第2燃料供給部としての第2燃料流量制御弁13によるすべての通常気筒40a、40b、40c(当該第1実施形態では3気筒)への総燃料供給量の比である燃料比を低下する燃料比低下制御を実行する。
By the way, the engine system 100 according to the embodiment executes the following control in order to improve the thermal efficiency and the exhaust gas properties in the engine system including the normal cylinders 40a, 40b, 40c and the reformed cylinder 40d. ..
The control device 50 adjusts the fuel supply amount by the first fuel flow rate control valve 15 as the first fuel supply unit to control the excess air ratio in the reforming cylinder 40d within a predetermined range for generating the reforming gas K. Total fuel supply to all reforming cylinders 40d (1 cylinder in the first embodiment) by the first fuel flow control valve 15 as the first fuel supply unit while executing the air excess rate fluctuation control. Decrease the fuel ratio, which is the ratio of the total fuel supply amount to all the normal cylinders 40a, 40b, 40c (three cylinders in the first embodiment) by the second fuel flow control valve 13 as the second fuel flow control valve 13 to the amount. Perform fuel ratio reduction control.

尚、空気過剰率変動制御では、燃料としてメタンを主成分とする炭化水素ガスを用いる場合、通常気筒40a、40b、40cと改質気筒40dとの総空気過剰率を1.0以上1.5以下に調整すると共に、第1燃料供給部としての第1燃料流量制御弁15による燃料供給量又は改質気筒用スロットル弁25の開度或いはその両方を調整して改質気筒40dにおける空気過剰率を0.5以上0.9以下(より好ましくは、0.55以上0.8以下)の範囲で変動制御することが好ましい。
そして、燃料比低減制御にて制御される燃料比は、0.0以上0.50以下に制御されることが好ましい。
これにより、通常気筒40a、40b、40cから排出される排ガスEのNOx濃度を目標値(自主基準として定める目標値で例えば、150ppm)以下に維持すると共にシステム全体の効率の向上を図ることができる。
In the air excess rate fluctuation control, when a hydrocarbon gas containing methane as a main component is used as the fuel, the total air excess rate of the normal cylinders 40a, 40b, 40c and the reformed cylinder 40d is 1.0 or more and 1.5. The excess air rate in the reformed cylinder 40d is adjusted as follows, and the fuel supply amount by the first fuel flow control valve 15 as the first fuel supply unit and / or the opening degree of the reforming cylinder throttle valve 25 are adjusted. It is preferable to control the fluctuation in the range of 0.5 or more and 0.9 or less (more preferably 0.55 or more and 0.8 or less).
The fuel ratio controlled by the fuel ratio reduction control is preferably controlled to 0.0 or more and 0.50 or less.
As a result, the NOx concentration of the exhaust gas E discharged from the normal cylinders 40a, 40b, 40c can be maintained below the target value (for example, 150 ppm at the target value set as a voluntary standard), and the efficiency of the entire system can be improved. ..

更に、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、改質ガスKが導かれるすべての通常気筒40a、40b、40cの総行程容積(総排気量)を改質気筒40dの総行程容積で除算した行程容積比に基づいて、通常気筒40a、40b、40cのストローク数を改質気筒40dのストローク数で除算した値であるストローク数比を1以上で変動制御するストローク数比制御を実行可能に構成されている。 Further, in the engine system 100 according to the first embodiment, the control device 50 reduces the total stroke volume (total displacement) of all the normal cylinders 40a, 40b, 40c to which the reforming gas K is guided. A stroke that fluctuates and controls the stroke number ratio, which is the value obtained by dividing the stroke numbers of the normal cylinders 40a, 40b, and 40c by the stroke number of the modified cylinder 40d, based on the stroke volume ratio divided by the total stroke volume of 40d. It is configured to enable number ratio control.

説明を追加すると、当該第1実施形態においては、特に、通常気筒40a、40b、40c及び改質気筒40dに対し、夫々の気筒に設けられる吸気弁(図示せず)と排気弁(図示せず)との開閉タイミングを設定するカムのカム軸(図示せず)とエンジン本体40の回転軸(図示せず)との間のギヤ比を変更可能な動弁機構を備えている。
即ち、制御装置50は、動弁機構を制御して、図2に示すように、吸気行程と圧縮行程と膨張行程と排気行程との夫々を上死点(TDC)と下死点(BDC)との間の1ストロークで実行する4ストロークサイクルと、図3に示すように、膨張、排気、吸気、圧縮を2ストロークで実行する2ストロークサイクルと、図4、5に示すように、4ストロークサイクルに対して吸気行程と圧縮行程との間に燃焼を伴わないで吸気弁と排気弁との双方を閉じて、改質気筒40d、40b、40c及び改質気筒40dのピストンを往復運動させる一対の休止行程を少なくとも1つ以上追加するストロークサイクル(図4は6ストロークサイクルを、図5は8ストロークサイクルを、夫々例示)とを、各別に実行する形態で、ストローク数比制御を実行可能に構成されている。
ただし、通常気筒通常気筒40a、40b、40cでは、2ストロークサイクルは実行しないものとする。
上述した4ストロークサイクル、2ストロークサイクル、及び6、8ストロークサイクルの夫々につき、動弁機構による吸気弁と排気弁との開閉状態の一例について説明すると、4ストロークサイクルにおいて、動弁機構は、図2に示すように、吸気弁をに開放状態とすると共に圧縮行程と膨張行程と排気行程とで閉状態とし、排気弁を排気行程に開放状態とすると共に吸気行程と圧縮行程と膨張行程とで閉状態とする。
6ストロークサイクルにおいて、動弁機構は、図4に示すように、吸気弁を吸気行程に開放状態とすると共に一対の休止行程(密閉上昇行程と密閉下降行程)と圧縮行程と膨張行程と排気行程とで閉状態とし、排気弁を排気行程に開放状態とすると共に吸気行程と一対の休止行程(密閉上昇行程と密閉下降行程)と圧縮行程と膨張行程とで閉状態とする。
8ストロークサイクルにおいて、動弁機構は、図5に示すように、吸気弁を吸気行程に開放状態とすると共に二対の休止行程(密閉上昇行程と密閉下降行程と密閉上昇行程と密閉下降行程)と圧縮行程と膨張行程と排気行程とで閉状態とし、排気弁を排気行程に開放状態とすると共に吸気行程と二対の休止行程(密閉上昇行程と密閉下降行程と密閉上昇行程と密閉下降行程)と圧縮行程と膨張行程とで閉状態とする。
2ストロークサイクルにおいて、動弁機構は、図3に示すように、上死点を基準として、吸気弁を135°ATDC〜270°ATDCで開放状態とし、0°ATDC〜135°ATDCと270°ATDC〜360°ATDCにおいて閉止状態とし、排気弁を90°ATDC〜270°ATDCで開放状態とし、0°ATDC〜90°ATDCと270°ATDC〜360°ATDCで閉止状態とする。
To add a description, in the first embodiment, the intake valve (not shown) and the exhaust valve (not shown) provided in each of the normal cylinders 40a, 40b, 40c and the modified cylinder 40d are particularly provided. ) Is provided with a valve operating mechanism capable of changing the gear ratio between the camshaft (not shown) of the cam for setting the opening / closing timing and the rotating shaft (not shown) of the engine body 40.
That is, the control device 50 controls the valve operating mechanism, and as shown in FIG. 2, sets the intake stroke, the compression stroke, the expansion stroke, and the exhaust stroke as top dead center (TDC) and bottom dead center (BDC), respectively. A 4-stroke cycle that executes 1 stroke between the two strokes, a 2-stroke cycle that executes expansion, exhaust, intake, and compression in 2 strokes as shown in FIG. 3, and 4 strokes as shown in FIGS. A pair that closes both the intake valve and the exhaust valve without burning between the intake stroke and the compression stroke for the cycle, and reciprocates the pistons of the reforming cylinders 40d, 40b, 40c and the reforming cylinder 40d. The stroke number ratio control can be executed in a form in which at least one or more stroke cycles (6 stroke cycles in FIG. 4 and 8-stroke cycles in FIG. 5 are exemplified) are executed separately. It is configured.
However, it is assumed that the two-stroke cycle is not executed in the normal cylinders normal cylinders 40a, 40b and 40c.
An example of the open / closed state of the intake valve and the exhaust valve by the valve operating mechanism for each of the above-mentioned 4-stroke cycle, 2-stroke cycle, and 6- and 8-stroke cycle will be described. In the 4-stroke cycle, the valve operating mechanism is shown in FIG. As shown in 2, the intake valve is opened and the compression stroke, the expansion stroke and the exhaust stroke are closed, and the exhaust valve is opened to the exhaust stroke and the intake stroke, the compression stroke and the expansion stroke. Closed.
In the 6-stroke cycle, as shown in FIG. 4, the valve operating mechanism opens the intake valve to the intake stroke, and also has a pair of rest strokes (sealed ascending stroke and sealed descending stroke), compression stroke, expansion stroke, and exhaust stroke. The exhaust valve is closed in the exhaust stroke, and the intake stroke, a pair of pause strokes (sealed ascending stroke and sealed descending stroke), compression stroke, and expansion stroke are closed.
In the 8-stroke cycle, as shown in FIG. 5, the valve operating mechanism opens the intake valve to the intake stroke and two pairs of rest strokes (sealed ascending stroke, sealed descending stroke, sealed ascending stroke, and sealed descending stroke). The compression stroke, expansion stroke, and exhaust stroke are closed, the exhaust valve is opened to the exhaust stroke, and the intake stroke and two pairs of pause strokes (sealed ascending stroke, sealed descending stroke, sealed ascending stroke, and sealed descending stroke). ), The compression stroke and the expansion stroke are closed.
In the two-stroke cycle, as shown in FIG. 3, the valve operating mechanism opens the intake valve at 135 ° ATDC to 270 ° ATDC with reference to the top dead center, and 0 ° ATDC to 135 ° ATDC and 270 ° ATDC. The closed state is set at ~ 360 ° ATDC, the exhaust valve is opened at 90 ° ATDC to 270 ° ATDC, and the closed state is set at 0 ° ATDC to 90 ° ATDC and 270 ° ATDC to 360 ° ATDC.

尚、当該第1実施形態にあっては、2ストロークサイクル、4ストロークサイクル、6ストロークサイクル、及び8ストロークサイクルの何れにあっても、制御装置50は、圧縮行程において60°BTDC〜10°ATDCの間に改質気筒40dの点火時期を設定するように構成されている。 In the first embodiment, the control device 50 has a compression stroke of 60 ° BTDC to 10 ° ATDC in any of the 2-stroke cycle, 4-stroke cycle, 6-stroke cycle, and 8-stroke cycle. It is configured to set the ignition timing of the reforming cylinder 40d between.

上述の如くストローク数比制御を実行することで、〔課題を解決するための手段〕にて説明したように、改質気筒40dへの気体充填率と通常気筒40a、40b、40cへの気体充填率との均衡を保つことができ、ポンプ損失を低減して効率向上を図ることができつつ、通常気筒40a、40b、40cでのトルクの上限の拡大(出力の上限の拡大)を図ることができる。 By executing the stroke number ratio control as described above, as described in [Means for Solving the Problem], the gas filling rate of the reforming cylinder 40d and the gas filling of the normal cylinders 40a, 40b, 40c It is possible to maintain a balance with the rate, reduce pump loss and improve efficiency, while expanding the upper limit of torque (increasing the upper limit of output) in the normal cylinders 40a, 40b, 40c. it can.

因みに、当該第1実施形態の如く、通常気筒40a、40b、40cを3気筒、改質気筒40dを1気筒備える構成において、改質気筒40dの空気過剰率を0.6とし通常気筒40a、40b、40cの総空気過剰率を1.0に制御すると共に、上述の燃料比低減制御にて燃料比を0.0に制御する場合、改質気筒40dを2ストロークサイクルで燃焼させると共に、通常気筒40a、40b、40cを4ストロークサイクルで燃焼させることで、上述の〔表4〕に示すように、改質気筒40dの気体充填率と通常気筒40a、40b、40cの気体充填率をほぼ均衡に保つことができる。このとき、改質気筒40dを2ストロークサイクルで燃焼すると、燃料Fの一部が改質気筒40dで燃焼されない状況となるが、当該未燃燃料は、改質ガスKと共に通常気筒40a、40b、40cで適切に燃焼される。 Incidentally, as in the first embodiment, in a configuration in which the normal cylinders 40a, 40b, 40c are provided with three cylinders and the reforming cylinder 40d is provided with one cylinder, the excess air ratio of the reforming cylinder 40d is set to 0.6, and the normal cylinders 40a, 40b , When the total excess air ratio of 40c is controlled to 1.0 and the fuel ratio is controlled to 0.0 by the above-mentioned fuel ratio reduction control, the reformed cylinder 40d is burned in a 2-stroke cycle and the normal cylinder. By burning 40a, 40b, and 40c in a 4-stroke cycle, as shown in [Table 4] above, the gas filling rate of the reforming cylinder 40d and the gas filling rate of the normal cylinders 40a, 40b, 40c are almost balanced. Can be kept. At this time, if the reformed cylinder 40d is burned in a two-stroke cycle, a part of the fuel F is not burned in the reformed cylinder 40d, but the unburned fuel is the normal cylinders 40a and 40b together with the reformed gas K. It is properly burned at 40c.

〔第2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2実施形態に係るエンジンシステム200は、図6に示すように、混合気Mを改質して改質ガスKを生成するための改質気筒40dを有する改質エンジン200aに加えて、改質エンジン200aにて生成された改質ガスKが導かれる通常気筒80a、80b、80c、80dを有する外部出力エンジン200bを備えて構成されている。
[Second Embodiment]
In the engine system 100 according to the first embodiment, there is a configuration example in which the reformed gas K reformed by the reformed cylinder 40d is guided to the normal cylinders 40a, 40b, 40c in a single multi-cylinder engine. Indicated.
As shown in FIG. 6, the engine system 200 according to the second embodiment is in addition to the reforming engine 200a having a reforming cylinder 40d for reforming the air-fuel mixture M to generate the reforming gas K. It is configured to include an external output engine 200b having normal cylinders 80a, 80b, 80c, 80d to which the reformed gas K generated by the reforming engine 200a is guided.

尚、当該エンジンシステム200は、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。即ち、当該第2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ではなく外部出力エンジン200bの運転状態を積極的に検出するように構成されている。
第2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では、第1実施形態に係るエンジンシステム100における通常気筒40a、40b、40cを、非改質気筒40d、40b、40cとし、通常気筒用給気支管20a、20b、20cを、非改質気筒用給気支管20a、20b、20cとする。
更に、当該第2実施形態に係るエンジンシステム200では、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の給気本管20に戻さない構成、即ち、非改質気筒用給気支管20a、20b、20c、及びそれらが連結される非改質気筒40d、40b、40cには、改質ガスKが導かれない構成とする。
更に、当該第2実施形態に係るエンジンシステム200では、第2燃料供給路11、差圧レギュレータ12、ミキサ14、及び第2燃料流量制御弁13を介して供給される燃料Fは、非改質気筒40d、40b、40cに加え、改質気筒40dへも導く構成とする。尚、上記第1実施形態では、当該第2燃料供給路11、差圧レギュレータ12、ミキサ14、及び第2燃料流量制御弁13が、第2燃料供給部として働くとしたが、当該第2実施形態では、第2燃料供給部は、後述する別の構成にて実現されるものとする。
In the engine system 200, measurement results of a sensor or the like for detecting the operating state of the external output engine 200b are input, and the hardware group and the software group that control the operation of the external output engine 200b based on the input signal are used. It includes an engine control unit (hereinafter, referred to as a control device 50) that is configured. That is, the engine system 200 according to the second embodiment is configured to positively detect the operating state of the external output engine 200b instead of the reforming engine 200a.
In the modified engine 200a in the engine system 200 according to the second embodiment, the normal cylinders 40a, 40b, 40c in the engine system 100 according to the first embodiment are set to non-modified cylinders 40d, 40b, 40c, and the supply for the normal cylinder is provided. The bronchial tubes 20a, 20b, 20c are designated as non-reforming cylinder supply bronze tubes 20a, 20b, 20c.
Further, in the engine system 200 according to the second embodiment, the reformed gas K generated in the reformed cylinder 40d is not returned to the air supply main 20 of the reformed engine 200a, that is, the non-reformed cylinder. The reformed gas K is not guided to the air supply branch pipes 20a, 20b, 20c, and the non-reformed cylinders 40d, 40b, 40c to which they are connected.
Further, in the engine system 200 according to the second embodiment, the fuel F supplied via the second fuel supply path 11, the differential pressure regulator 12, the mixer 14, and the second fuel flow rate control valve 13 is unmodified. In addition to the cylinders 40d, 40b, and 40c, it is configured to lead to the reforming cylinder 40d. In the first embodiment, the second fuel supply path 11, the differential pressure regulator 12, the mixer 14, and the second fuel flow rate control valve 13 act as the second fuel supply unit, but the second embodiment. In the embodiment, the second fuel supply unit is realized by another configuration described later.

当該第2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、以上の点を除き、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200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。
Except for the above points, the modified engine 200a in the engine system 200 according to the second embodiment has substantially the same configuration as the engine system 100 according to the first embodiment described above, and has the same control. Execute.
Hereinafter, the configuration and control different from those of the engine system 200 according to the first embodiment will be described with emphasis, and the detailed description of the same configuration and control may be omitted.

外部出力エンジン200bは、図6に示すように、給気本管70から通常気筒80a、80b、80c、80dの燃焼室(図示せず)へ給気弁(図示せず)を介して給気した新気を、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. 6, the external output engine 200b supplies air from the air supply main 70 to the combustion chambers (not shown) of the normal cylinders 80a, 80b, 80c, 80d via an air supply valve (not shown). By igniting sparks with an ignition plug in a state where the fresh air is compressed by the rise of the piston and burning and expanding it, the piston is pushed down and rotational power is output from the rotating shaft (not shown), and it is generated by combustion. The exhaust gas E is normally pushed out from the combustion chambers of the cylinders 80a, 80b, 80c, and 80d to the exhaust passage through an exhaust valve (not shown) and discharged to the outside.

給気本管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、開度調整により通常気筒80a、80b、80c、80dへの混合気Mの給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、給気本管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、通常気筒80a、80b、80c、80dの燃焼室へ導入される。
The air supply main 70 includes an air cleaner 71 that purifies the combustion air A, a Venturi type mixer 64 that mixes the fuel F with the combustion air A at an appropriate ratio (air-fuel ratio), and a normal cylinder 80a by adjusting the opening degree. Throttle valves 73 capable of adjusting the amount of air supplied to the air-fuel mixture M to 80b, 80c, and 80d are provided in the order described from the upstream side thereof.
That is, in the air supply main 70, the air-fuel mixture M generated by mixing the fuel F and the combustion air A with the mixer 64 is adjusted to a predetermined flow rate via the throttle valve 73, and the normal cylinders 80a and 80b are used. , 80c, 80d introduced into the combustion chamber.

ミキサ64に燃料Fを導く第3燃料供給路61には、ミキサ64の上流側の給気本管70における燃焼用空気Aの圧力と第3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を介して通常気筒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。
つまり、第3燃料供給路61、ミキサ64、及び第3燃料流量制御弁63が、第2燃料供給部として機能する。
In the third fuel supply path 61 that guides the fuel F to the mixer 64, the pressure difference between the pressure of the combustion air A in the air supply main 70 on the upstream side of the mixer 64 and the fuel F in the third fuel supply path 61 is made constant. A third fuel flow control valve 63 for adjusting the supply amount of the fuel F supplied to the combustion chambers of the normal cylinders 80a, 80b, 80c, and 80d via the differential pressure regulator 62 and the mixer 64 is provided.
That is, the third fuel supply path 61, the mixer 64, and the third fuel flow rate control valve 63 function as the second fuel supply unit.

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、運転状態検出部81として、回転軸(図示せず)の回転数を計測する回転数センサが設けられており、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、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、運転状態検出部81として、当該回転軸のトルクを計測するトルク計測センサが設けられており、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15、第3燃料流量制御弁63、通常気筒用スロットル弁23、及びスロットル弁73の開度を制御する。
すべての通常気筒80a、80b、80c、80dには、運転状態検出部81として、筒内圧力を検出する筒内圧力センサが設けられており、制御装置50は、当該筒内圧力センサの計測結果に基づいて、後述する各種制御を実行する。また、制御装置50は、給気温度(外部出力エンジン200bの給気温度、又は改質エンジン200aの給気温度)を計測する給気温度センサ(図示せず)の計測結果を取得可能に構成されており、当該給気温度センサの計測結果に基づいて、後述する各種制御を実行する。
The rotation shaft (not shown) of the engine body 80 of the external output engine 200b is provided with a rotation speed sensor for measuring the rotation speed of the rotation shaft (not shown) as an operating state detection unit 81, and is a control device. 50 controls the opening degree of the throttle valve 73 based on the measurement result of the rotation speed sensor in order to maintain the engine rotation speed measured by the rotation speed sensor at the target rotation speed.
Further, the rotation shaft (not shown) of the engine body 80 of the external output engine 200b is provided with a torque measurement sensor for measuring the torque of the rotation shaft as an operating state detection unit 81, and the control device 50 is provided with a torque measurement sensor. For example, the first fuel flow control valve 15, the first, so that the engine rotation speed measured by the rotation speed sensor and the engine output calculated based on the torque measured by the torque measurement sensor become the target output. 3 The opening degree of the fuel flow control valve 63, the throttle valve 23 for a normal cylinder, and the throttle valve 73 is controlled.
All the normal cylinders 80a, 80b, 80c, 80d are provided with an in-cylinder pressure sensor for detecting the in-cylinder pressure as an operating state detection unit 81, and the control device 50 is a measurement result of the in-cylinder pressure sensor. Based on the above, various controls described later are executed. Further, the control device 50 is configured to be able to acquire the measurement result of the supply air temperature sensor (not shown) that measures the supply air temperature (the supply air temperature of the external output engine 200b or the supply air temperature of the reforming engine 200a). Based on the measurement result of the supply air temperature sensor, various controls described later are executed.

給気本管70は、スロットル弁73の下流側において、通常気筒80a、80b、80c、80dへ混合気Mを導く複数の給気支管70a、70b、70c、70dに接続されている。
当該給気本管70でスロットル弁73の下流側で、複数の給気支管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、上述の給気支管70a、70b、70c、70dのすべてに対して、改質ガスKが大凡同一流量で通流することになる。
The air supply main pipe 70 is connected to a plurality of air supply branch pipes 70a, 70b, 70c, 70d that guide the air-fuel mixture M to the normal cylinders 80a, 80b, 80c, 80d on the downstream side of the throttle valve 73.
On the downstream side of the throttle valve 73 in the air supply main 70, and on the upstream side of the plurality of air supply branch pipes 70a, 70b, 70c, 70d, the reformed gas generated by the reforming cylinder 40d of the reforming engine 200a The reformed gas flow path 28 through which K passes is communicated and connected. With this configuration, the reformed gas K flows through all of the above-mentioned air supply branch pipes 70a, 70b, 70c, and 70d at substantially the same flow rate.

以上の如く構成されたエンジンシステム200にあっては、熱効率を向上させると共に排ガス性状を改善させるべく、以下の制御を実行する。
制御装置50は、第1燃料供給部としての第1燃料流量制御弁15による燃料供給量を調整して改質気筒40dにおける空気過剰率を、改質ガスKを生成する所定の範囲で変動制御する空気過剰率変動制御を実行している状態で、第1燃料供給部としての第1燃料流量制御弁15によるすべての改質気筒40d(当該第2実施形態では1気筒)への総燃料供給量に対する第2燃料供給部としての第3燃料流量制御弁63によるすべての通常気筒80a、80b、80c、80d(当該第2実施形態では4気筒)への総燃料供給量の比である燃料比を低下する燃料比低下制御を実行すると共に、改質ガスKが導かれるすべての通常気筒80a、80b、80c、80dの総行程容積(総排気量)を改質気筒40dの総行程容積で除算した行程容積比に基づいて、通常気筒80a、80b、80c、80dのストローク数を改質気筒40dのストローク数で除算した値であるストローク数比を1以上で変動制御するストローク数比制御を実行する。
尚、空気過剰率変動制御、燃料比低下制御、及びストローク数比制御の詳細については、上記第1実施形態に係るエンジンシステム100と同一であるので、ここではその詳細な説明は割愛する。
In the engine system 200 configured as described above, the following control is executed in order to improve the thermal efficiency and the exhaust gas properties.
The control device 50 adjusts the fuel supply amount by the first fuel flow rate control valve 15 as the first fuel supply unit to control the excess air ratio in the reforming cylinder 40d within a predetermined range for generating the reforming gas K. Total fuel supply to all reforming cylinders 40d (1 cylinder in the second embodiment) by the first fuel flow rate control valve 15 as the first fuel supply unit while executing the air excess rate fluctuation control. The fuel ratio, which is the ratio of the total fuel supply amount to all the normal cylinders 80a, 80b, 80c, 80d (4 cylinders in the second embodiment) by the third fuel flow rate control valve 63 as the second fuel supply unit to the amount. The total stroke volume (total displacement) of all the normal cylinders 80a, 80b, 80c, 80d to which the reforming gas K is guided is divided by the total stroke volume of the reforming cylinder 40d while executing the fuel ratio reduction control to reduce the fuel ratio. Based on the stroke volume ratio, the stroke number ratio control that fluctuates and controls the stroke number ratio, which is the value obtained by dividing the stroke numbers of the normal cylinders 80a, 80b, 80c, and 80d by the stroke number of the modified cylinder 40d, is executed. To do.
The details of the excess air ratio fluctuation control, the fuel ratio reduction control, and the stroke number ratio control are the same as those of the engine system 100 according to the first embodiment, and therefore the detailed description thereof will be omitted here.

〔第3実施形態〕
第3実施形態に係るエンジンシステム100は、図7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の少なくとも一部を部分酸化反応させて燃料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を少なくとも1つ備え、当該改質気筒40dとは別に通常気筒40a、40b、40cを備え、改質気筒40dへ導かれる燃料を供給する第1燃料供給部を備え、改質気筒40dにて改質された改質ガスKを、少なくとも通常気筒40a、40b、40cへ導く(当該第3実施形態では通常気筒40a、40b、40cのみへ導く)ものである。
[Third Embodiment]
In the engine system 100 according to the third embodiment, as shown in FIG. 7, at least a part of the air-fuel mixture M containing the fuel F such as city gas 13A and the combustion air A is partially oxidized in the engine body 40. It is provided with at least one reforming cylinder 40d for reforming into reforming gas K containing combustion promoting gas having a combustion speed faster than that of fuel F, and is provided with normal cylinders 40a, 40b, 40c in addition to the reforming cylinder 40d. A first fuel supply unit for supplying fuel guided to the reforming cylinder 40d is provided, and the reformed gas K reformed by the reforming cylinder 40d is guided to at least the normal cylinders 40a, 40b, 40c (the third). In the embodiment, it usually leads only to the cylinders 40a, 40b, 40c).

以下、図7に基づいて、第3実施形態に係るエンジンシステム100について説明する。
当該第3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(当該第3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(当該第3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。
Hereinafter, the engine system 100 according to the third embodiment will be described with reference to FIG. 7.
The engine system 100 of the third embodiment is configured as a turbocharged engine, and has at least one (three in the third embodiment) normal cylinders 40a, 40b, 40c and at least one or more. It is provided with a modified cylinder 40d (one in the third embodiment). Furthermore, an engine control unit consisting of a hardware group and a software group that control the operation of a turbocharged engine based on the input signal of measurement results of a sensor or the like that detects the operating state of the engine. (Hereinafter referred to as a control device 50).

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、給気本管20から通常気筒40a、40b、40cの燃焼室(図示せず)へ給気弁(図示せず)を介して給気した新気を、ピストンの上昇により圧縮した状態で点火プラグ(図示せず)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、給気本管20から供給される燃焼用空気Aは、改質気筒用給気支管20dを通じて改質気筒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を介して給気本管20へ戻され、通常気筒40a、40b、40cへ導かれることとなる。
Although detailed illustration is omitted, this type of engine system 100 supplies air from the air supply main 20 to the combustion chambers (not shown) of the normal cylinders 40a, 40b, 40c via an air supply valve (not shown). By igniting sparks with an ignition plug (not shown) in a state where the fresh air is compressed by the rise of the piston and burning and expanding it, the piston is pushed down and rotational power is output from the rotating shaft (not shown). At the same time, the exhaust gas E generated by combustion is pushed out from the combustion chambers of the normal cylinders 40a, 40b, and 40c to the exhaust passage 27 via an exhaust valve (not shown) and discharged to the outside.
Although the details will be described later, the combustion air A supplied from the air supply main pipe 20 is also supplied to the reforming cylinder 40d through the reforming cylinder air supply branch pipe 20d, and the piston is pushed down even in the reforming cylinder 40d. Outputs rotational power from the rotating shaft. However, all of the reformed gas K generated as exhaust gas in the reformed cylinder 40d is returned to the air supply main 20 via the reformed gas passage 28 without being discharged to the outside. It will be guided to the normal cylinders 40a, 40b, 40c.

給気本管20には、燃焼用空気Aを浄化するエアクリーナ21が設けられている。
給気本管20は、エアクリーナ21の下流側において、通常気筒40a、40b、40cの夫々へ燃焼用空気A2を導く複数の通常気筒用給気支管20a、20b、20cに接続される給気本管20と、改質気筒40dへ燃焼用空気Aを導く改質気筒用給気支管20dに分岐されている。
給気本管20からエアクリーナ21の下流側で分岐する改質気筒用給気支管20dには、燃焼用空気A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燃焼用空気Aを冷却するインタークーラ22、開度調整により改質気筒40dへの混合気Mの給気量を調整可能な改質気筒用スロットル弁25、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16が、その上流側から記載の順に設けられている。
The air supply main 20 is provided with an air cleaner 21 that purifies the combustion air A.
The air supply main 20 is connected to a plurality of normal cylinder air supply branch pipes 20a, 20b, 20c that guide combustion air A2 to each of the normal cylinders 40a, 40b, 40c on the downstream side of the air cleaner 21. It is branched into a pipe 20 and an air supply branch pipe 20d for a reforming cylinder that guides combustion air A to the reforming cylinder 40d.
The air supply branch pipe 20d for the reforming cylinder, which branches from the air supply main 20 to the downstream side of the air cleaner 21, has a compressor 31 as a supercharger 30 for compressing the combustion air A, and the temperature is raised by boosting the pressure of the compressor 31. An intercooler 22 that cools the combustion air A, a throttle valve 25 for the reforming cylinder that can adjust the amount of air supply of the air-fuel mixture M to the reforming cylinder 40d by adjusting the opening degree, and an appropriate fuel F for the combustion air A. Ventury type mixers 16 that mix at a ratio (air-fuel ratio) are provided in the order described from the upstream side thereof.

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改質気筒用給気支管20dに設けられるコンプレッサ31により、改質気筒40dの燃焼室に給気される混合気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の回転力により改質気筒用給気支管20dを通流する燃焼用空気Aを圧縮して、改質気筒40dの燃焼室へ供給する、所謂、過給を行う。
つまり、当該第3実施形態においては、過給機30は、改質気筒40dへ導かれる燃焼用空気Aのみを過給する。
The supercharger 30 supplies the exhaust gas E discharged from the normal cylinders 40a, 40b, 40c to the turbine 32 provided in the exhaust passage 27 connected to the normal cylinders 40a, 40b, 40c, and is connected to the turbine 32. It is configured as a turbocharger 30 that compresses the air-fuel mixture M supplied to the combustion chamber of the reforming cylinder 40d by a compressor 31 provided in the reforming cylinder air supply branch pipe 20d in this state. That is, the supercharger 30 rotates the turbine 32 by the kinetic energy of the exhaust gas E passing through the exhaust passage 27, and the combustion air passing through the air supply branch pipe 20d for the reforming cylinder by the rotational force of the turbine 32. So-called supercharging is performed in which A is compressed and supplied to the combustion chamber of the reforming cylinder 40d.
That is, in the third embodiment, the supercharger 30 supercharges only the combustion air A guided to the reforming cylinder 40d.

改質気筒40dは、自身の燃焼室において、新気の一部を部分酸化反応させて、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。
そこで、当該第3実施形態にあっては、改質気筒40dの燃料室において燃料過濃状態で混合気を燃焼させるべく、改質気筒40dへ新気を供給する改質気筒用給気支管20dに、ベンチュリー式のミキサ16を介する形態で燃料Fを供給する第1燃料供給路29が接続されており、当該第1燃料供給路29には、燃料Fの流量を制御する第1燃料流量制御弁15が設けられている。第1燃料供給路29の第1燃料流量制御弁15の上流側には、燃料Fの供給圧を給気本管20のコンプレッサ31出口の過給圧まで昇圧するべく、圧縮機(図示せず)等が設けられている。
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、給気本管20の通常気筒用スロットル弁23の下流側に接続されている。即ち、当該第3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に導かれるように構成されている。
制御装置50は、改質気筒40dへの新気の空気過剰率が1より小さくなるように、第1燃料流量制御弁15の開度を制御する。つまり、第1燃料供給路29、ミキサ16、及び第1燃料流量制御弁15が、第1燃料供給部として機能する。
The reformed cylinder 40d partially oxidizes a part of the fresh air in its own combustion chamber, and the reformed gas K containing a combustion-promoting gas such as hydrogen, which has a faster combustion rate than the fuel F (for example, methane). Is configured to generate. Here, it is known that when hydrogen is burned by mixing methane and air, the amount of hydrogen generated has a peak in the fuel enrichment region where the excess air ratio is less than 1.
Therefore, in the third embodiment, the air supply branch pipe 20d for the reforming cylinder that supplies fresh air to the reforming cylinder 40d in order to burn the air-fuel mixture in the fuel chamber of the reforming cylinder 40d in a fuel-rich state. A first fuel supply path 29 for supplying the fuel F is connected to the first fuel supply path 29 via a venturi-type mixer 16, and a first fuel flow rate control for controlling the flow rate of the fuel F is connected to the first fuel supply path 29. A valve 15 is provided. On the upstream side of the first fuel flow rate control valve 15 of the first fuel supply path 29, a compressor (not shown) is used to increase the supply pressure of the fuel F to the supercharging pressure at the outlet of the compressor 31 of the air supply main 20. ) Etc. are provided.
Further, the reformed gas passage 28 through which the reformed gas K reformed by the reformed cylinder 40d flows is connected to the reformed cylinder 40d, and is downstream of the reformed gas passage 28. The end is connected to the downstream side of the normal cylinder throttle valve 23 of the air supply main 20. That is, in the third embodiment, all of the reformed gas K is configured to be guided to the normal cylinders 40a, 40b, 40c.
The control device 50 controls the opening degree of the first fuel flow rate control valve 15 so that the excess air ratio of fresh air to the reforming cylinder 40d is smaller than 1. That is, the first fuel supply path 29, the mixer 16, and the first fuel flow rate control valve 15 function as the first fuel supply unit.

エンジン本体40の回転軸(図示せず)には、運転状態検出部41として、回転軸(図示せず)の回転数を計測する回転数センサが設けられている。
更に、エンジン本体40の回転軸(図示せず)には、運転状態検出部41として、当該回転軸のトルクを計測するトルク計測センサが設けられており、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15、通常気筒用スロットル弁23、並びに改質気筒用スロットル弁25の開度を制御する。
すべての通常気筒40a、40b、40c、及び改質気筒40dには、運転状態検出部41として、筒内圧力を検出する筒内圧力センサ(図示せず)が設けられており、制御装置50は、当該筒内圧力センサの計測結果に基づいて、後述する各種制御を実行する。また、制御装置50は、給気温度を計測する給気温度センサ(図示せず)の計測結果を取得可能に構成されており、当該給気温度センサの計測結果に基づいて、後述する各種制御を実行する。
The rotation shaft (not shown) of the engine body 40 is provided with a rotation speed sensor for measuring the rotation speed of the rotation shaft (not shown) as an operating state detection unit 41.
Further, the rotation shaft (not shown) of the engine body 40 is provided with a torque measurement sensor for measuring the torque of the rotation shaft as an operating state detection unit 41, and the control device 50 is, for example, a rotation speed sensor. The first fuel flow control valve 15 and the throttle valve for normal cylinder 23 so that the engine output calculated based on the engine speed measured by the torque measurement sensor and the torque measured by the torque measurement sensor becomes the target output. , And control the opening degree of the throttle valve 25 for the reforming cylinder.
All the normal cylinders 40a, 40b, 40c, and the reformed cylinder 40d are provided with an in-cylinder pressure sensor (not shown) for detecting the in-cylinder pressure as an operating state detection unit 41, and the control device 50 , Various controls described later are executed based on the measurement result of the in-cylinder pressure sensor. Further, the control device 50 is configured to be able to acquire the measurement result of the supply air temperature sensor (not shown) that measures the supply air temperature, and various controls to be described later based on the measurement result of the supply air temperature sensor. To execute.

さて、当該実施形態に係るエンジンシステム100は、通常気筒40a、40b、40cと改質気筒40dとを備えたエンジンシステムにおいて、熱効率を向上させると共に排ガス性状を改善させるべく、以下の制御を実行する。
制御装置50は、第1燃料供給部による燃料供給量を調整して改質気筒40dにおける空気過剰率を、改質ガスKを生成する所定の範囲で変動制御する空気過剰率変動制御を実行している状態で、通常気筒40a、40b、40cへ燃料として改質ガスKのみを導く改質ガス運転を実行する。即ち、当該第3実施形態においては、第1燃料供給部としての第1燃料流量制御弁15によるすべての改質気筒40d(当該第1実施形態では1気筒)への総燃料供給量に対するすべての通常気筒40a、40b、40c(当該第3実施形態では3気筒)への総燃料供給量の比である燃料比が0.0に維持された状態で、改質ガス運転が実行されることになる。
ただし、起動時にあっては、エンジンの運転を安定させるため、セルモータによるアシストを行うと共に、制御装置50は、改質ガス運転に先立って、改質気筒40dでの出力を一時的に高くする改質気筒高出力運転を実行することが好ましい。
By the way, the engine system 100 according to the embodiment executes the following control in order to improve the thermal efficiency and the exhaust gas properties in the engine system including the normal cylinders 40a, 40b, 40c and the reformed cylinder 40d. ..
The control device 50 executes air excess rate fluctuation control that adjusts the fuel supply amount by the first fuel supply unit and fluctuates and controls the air excess rate in the reforming cylinder 40d within a predetermined range for generating the reformed gas K. In this state, the reformed gas operation for guiding only the reformed gas K as fuel to the normal cylinders 40a, 40b, 40c is executed. That is, in the third embodiment, all the fuel supply amount to all the reforming cylinders 40d (one cylinder in the first embodiment) by the first fuel flow rate control valve 15 as the first fuel supply unit. The reformed gas operation is executed in a state where the fuel ratio, which is the ratio of the total fuel supply amount to the normal cylinders 40a, 40b, 40c (three cylinders in the third embodiment) is maintained at 0.0. Become.
However, at the time of starting, in order to stabilize the operation of the engine, the cell motor assists and the control device 50 temporarily increases the output in the reforming cylinder 40d prior to the reforming gas operation. It is preferable to perform quality cylinder high output operation.

尚、空気過剰率変動制御では、燃料としてメタンを主成分とする炭化水素ガスを用いる場合、通常気筒40a、40b、40cと改質気筒40dとの総空気過剰率を1.0以上1.5以下に調整すると共に、改質気筒40dにおける空気過剰率を0.50以上0.90以下(より好ましくは、0.55以上0.80以下)の範囲で変動制御することが好ましい。
これにより、通常気筒40a、40b、40cから排出される排ガスEのNOx濃度を目標値(自主基準として定める目標値で例えば、150ppm)以下に維持すると共にシステム全体の効率の最大化を図ることができる。
In the air excess rate fluctuation control, when a hydrocarbon gas containing methane as a main component is used as the fuel, the total air excess rate of the normal cylinders 40a, 40b, 40c and the reformed cylinder 40d is 1.0 or more and 1.5. It is preferable to adjust as follows and to control the fluctuation of the excess air ratio in the reformed cylinder 40d in the range of 0.50 or more and 0.90 or less (more preferably 0.55 or more and 0.80 or less).
As a result, the NOx concentration of the exhaust gas E discharged from the normal cylinders 40a, 40b, 40c can be maintained below the target value (for example, 150 ppm at the target value set as a voluntary standard), and the efficiency of the entire system can be maximized. it can.

更に、制御装置50は、改質ガスKが導かれるすべての通常気筒40a、40b、40cの総行程容積(総排気量)を改質気筒40dの総行程容積で除算した行程容積比に基づいて、通常気筒40a、40b、40cのストローク数を改質気筒40dのストローク数で除算した値であるストローク数比を1以上で変動制御するストローク数比制御を実行する。当該ストローク数比制御の詳細については、上記第1実施形態に係るエンジンシステム100と同一であるので、ここではその詳細な説明は割愛する。 Further, the control device 50 is based on the stroke volume ratio obtained by dividing the total stroke volume (total displacement) of all the normal cylinders 40a, 40b, 40c into which the reforming gas K is guided by the total stroke volume of the reforming cylinder 40d. , The stroke number ratio control that fluctuates and controls the stroke number ratio, which is a value obtained by dividing the stroke numbers of the normal cylinders 40a, 40b, and 40c by the stroke number of the modified cylinder 40d, is executed by 1 or more. Since the details of the stroke number ratio control are the same as those of the engine system 100 according to the first embodiment, the detailed description thereof will be omitted here.

〔第4実施形態〕
上記第3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4実施形態に係るエンジンシステム200は、図8に示すように、混合気Mを改質して改質ガスKを生成するための改質気筒40dを有する改質エンジン200aに加えて、改質エンジン200aにて生成された改質ガスKが導かれる通常気筒80a、80b、80c、80dを有する外部出力エンジン200bを備えて構成されている。
[Fourth Embodiment]
In the engine system 100 according to the third embodiment, in a single multi-cylinder engine, a configuration example in which the reformed gas K reformed by the reformed cylinder 40d is guided to the normal cylinders 40a, 40b, 40c. Indicated.
As shown in FIG. 8, the engine system 200 according to the fourth embodiment is in addition to the reforming engine 200a having a reforming cylinder 40d for reforming the air-fuel mixture M to generate the reforming gas K. It is configured to include an external output engine 200b having normal cylinders 80a, 80b, 80c, 80d to which the reformed gas K generated by the reforming engine 200a is guided.

尚、当該エンジンシステム200は、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。即ち、当該第4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ではなく外部出力エンジン200bの運転状態を積極的に検出するように構成されている。
第4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では、第3実施形態に係るエンジンシステム100における通常気筒40a、40b、40cを、非改質気筒40d、40b、40cとし、通常気筒用給気支管20a、20b、20cを、非改質気筒用給気支管20a、20b、20cとする。
更に、当該第4実施形態に係るエンジンシステム200では、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の給気本管20に戻さない構成、即ち、非改質気筒用給気支管20a、20b、20c、及びそれらが連結される非改質気筒40d、40b、40cには、改質ガスKが導かれない構成とする。
更に、当該第4実施形態に係るエンジンシステム200では、第2燃料供給部にて供給される燃料Fは、非改質気筒40d、40b,40cに加え、改質気筒40dへも導く構成とする。
更に、当該第4実施形態に係るエンジンシステム200では、第2燃料供給路11、差圧レギュレータ12、ミキサ14、及び第2燃料流量制御弁13を介して供給される燃料Fは、非改質気筒40d、40b、40cに加え、改質気筒40dへも導く構成とする。
当該第4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、以上の点を除き、上述した第3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3実施形態に係るエンジンシステム200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。
In the engine system 200, measurement results of a sensor or the like for detecting the operating state of the external output engine 200b are input, and the hardware group and the software group that control the operation of the external output engine 200b based on the input signal are used. It includes an engine control unit (hereinafter, referred to as a control device 50) that is configured. That is, the engine system 200 according to the fourth embodiment is configured to positively detect the operating state of the external output engine 200b instead of the reforming engine 200a.
In the reformed engine 200a in the engine system 200 according to the fourth embodiment, the normal cylinders 40a, 40b, 40c in the engine system 100 according to the third embodiment are designated as non-remodeling cylinders 40d, 40b, 40c, and the supply for the normal cylinders. The bronchial tubes 20a, 20b, 20c are designated as non-reforming cylinder supply bronze tubes 20a, 20b, 20c.
Further, in the engine system 200 according to the fourth embodiment, the reformed gas K generated in the reformed cylinder 40d is not returned to the air supply main 20 of the reformed engine 200a, that is, the non-reformed cylinder. The reformed gas K is not guided to the air supply branch pipes 20a, 20b, 20c, and the non-reformed cylinders 40d, 40b, 40c to which they are connected.
Further, in the engine system 200 according to the fourth embodiment, the fuel F supplied by the second fuel supply unit is configured to lead to the reformed cylinder 40d in addition to the non-modified cylinders 40d, 40b, 40c. ..
Further, in the engine system 200 according to the fourth embodiment, the fuel F supplied via the second fuel supply path 11, the differential pressure regulator 12, the mixer 14, and the second fuel flow rate control valve 13 is unmodified. In addition to the cylinders 40d, 40b, and 40c, it is configured to lead to the reforming cylinder 40d.
Except for the above points, the modified engine 200a in the engine system 200 according to the fourth embodiment has substantially the same configuration as the engine system 100 according to the third embodiment described above, and has the same control. Execute. Hereinafter, the description will be focused on the configuration and control different from those of the engine system 200 according to the third embodiment, and the detailed description of the same configuration and control may be omitted.

外部出力エンジン200bは、図8に示すように、給気本管70から通常気筒80a、80b、80c、80dの燃焼室(図示せず)へ給気弁(図示せず)を介して給気した新気を、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. 8, the external output engine 200b supplies air from the air supply main 70 to the combustion chambers (not shown) of the normal cylinders 80a, 80b, 80c, 80d via an air supply valve (not shown). By igniting sparks with an ignition plug in a state where the fresh air is compressed by the rise of the piston and burning and expanding it, the piston is pushed down and rotational power is output from the rotating shaft (not shown), and it is generated by combustion. The exhaust gas E is normally pushed out from the combustion chambers of the cylinders 80a, 80b, 80c, and 80d to the exhaust passage through an exhaust valve (not shown) and discharged to the outside.

給気本管70には、燃焼用空気Aを浄化するエアクリーナ71が設けられている。
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、運転状態検出部81として、回転軸(図示せず)の回転数を計測する回転数センサが設けられており、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、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、運転状態検出部81として、当該回転軸のトルクを計測するトルク計測センサが設けられており、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15、通常気筒用スロットル弁23、及びスロットル弁73の開度を制御する。
すべての通常気筒80a、80b、80c、80dには、運転状態検出部81として、筒内圧力を検出する筒内圧力センサが設けられており、制御装置50は、当該筒内圧力センサの計測結果に基づいて、後述する各種制御を実行する。また、制御装置50は、給気温度(外部出力エンジン200bの給気温度、又は改質エンジン200aの給気温度)を計測する給気温度センサ(図示せず)の計測結果を取得可能に構成されており、当該給気温度センサの計測結果に基づいて、後述する各種制御を実行する。
The air supply main pipe 70 is provided with an air cleaner 71 that purifies the combustion air A.
The rotation shaft (not shown) of the engine body 80 of the external output engine 200b is provided with a rotation speed sensor for measuring the rotation speed of the rotation shaft (not shown) as an operating state detection unit 81, and is a control device. 50 controls the opening degree of the throttle valve 73 based on the measurement result of the rotation speed sensor in order to maintain the engine rotation speed measured by the rotation speed sensor at the target rotation speed.
Further, the rotation shaft (not shown) of the engine body 80 of the external output engine 200b is provided with a torque measurement sensor for measuring the torque of the rotation shaft as an operating state detection unit 81, and the control device 50 is provided with a torque measurement sensor. For example, the first fuel flow control valve 15, usually, so that the engine rotation speed measured by the rotation speed sensor and the engine output calculated based on the torque measured by the torque measurement sensor become the target output. The opening degree of the throttle valve 23 for the cylinder and the throttle valve 73 is controlled.
All the normal cylinders 80a, 80b, 80c, 80d are provided with an in-cylinder pressure sensor for detecting the in-cylinder pressure as an operating state detection unit 81, and the control device 50 is a measurement result of the in-cylinder pressure sensor. Based on the above, various controls described later are executed. Further, the control device 50 is configured to be able to acquire the measurement result of the supply air temperature sensor (not shown) that measures the supply air temperature (the supply air temperature of the external output engine 200b or the supply air temperature of the reforming engine 200a). Based on the measurement result of the supply air temperature sensor, various controls described later are executed.

給気本管70は、スロットル弁73の下流側において、通常気筒80a、80b、80c、80dへ混合気Mを導く複数の給気支管70a、70b、70c、70dに接続されている。
当該給気本管70でスロットル弁73の下流側で、複数の給気支管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、上述の給気支管70a、70b、70c、70dのすべてに対して、改質ガスKが大凡同一流量で通流することになる。
The air supply main pipe 70 is connected to a plurality of air supply branch pipes 70a, 70b, 70c, 70d that guide the air-fuel mixture M to the normal cylinders 80a, 80b, 80c, 80d on the downstream side of the throttle valve 73.
On the downstream side of the throttle valve 73 in the air supply main 70, and on the upstream side of the plurality of air supply branch pipes 70a, 70b, 70c, 70d, the reformed gas generated by the reforming cylinder 40d of the reforming engine 200a The reformed gas flow path 28 through which K passes is communicated and connected. With this configuration, the reformed gas K flows through all of the above-mentioned air supply branch pipes 70a, 70b, 70c, and 70d at substantially the same flow rate.

以上の如く構成されたエンジンシステム200にあっては、熱効率を向上させると共に排ガス性状を改善させるべく、以下の制御を実行する。
制御装置50は、第1燃料供給部による燃料供給量を調整して改質気筒40dにおける空気過剰率を、改質ガスKを生成する所定の範囲で変動制御する空気過剰率変動制御を実行している状態で、通常気筒80a、80b、80c、80dへ燃料として改質ガスKのみを導く改質ガス運転を実行する制御装置50を備える。即ち、当該第4実施形態においては、上記第3実施形態にて説明した燃料比が0.0に維持された状態で、改質ガス運転が実行されると共に、改質ガスKが導かれるすべての通常気筒80a、80b、80c、80dの総行程容積(総排気量)を改質気筒40dの総行程容積で除算した行程容積比に基づいて、通常気筒80a、80b、80c、80dのストローク数を改質気筒40dのストローク数で除算した値であるストローク数比を1以上で変動制御するストローク数比制御を実行する。
尚、当該ストローク数比制御の詳細については、上記第1実施形態に係るエンジンシステム100と同一であるので、ここではその詳細な説明は割愛する。
In the engine system 200 configured as described above, the following control is executed in order to improve the thermal efficiency and the exhaust gas properties.
The control device 50 executes air excess rate fluctuation control that adjusts the fuel supply amount by the first fuel supply unit and fluctuates and controls the air excess rate in the reforming cylinder 40d within a predetermined range for generating the reformed gas K. In this state, a control device 50 for executing a reformed gas operation that guides only the reformed gas K as fuel to the cylinders 80a, 80b, 80c, and 80d is provided. That is, in the fourth embodiment, the reforming gas operation is executed and the reforming gas K is derived in a state where the fuel ratio described in the third embodiment is maintained at 0.0. The number of strokes of the normal cylinders 80a, 80b, 80c, 80d based on the stroke volume ratio obtained by dividing the total stroke volume (total displacement) of the normal cylinders 80a, 80b, 80c, 80d by the total stroke volume of the modified cylinder 40d. Is divided by the number of strokes of the reforming cylinder 40d, and the stroke number ratio is fluctuated and controlled by 1 or more.
Since the details of the stroke number ratio control are the same as those of the engine system 100 according to the first embodiment, the detailed description thereof will be omitted here.

〔別実施形態〕
(1)上記実施形態1、3において、空気過剰率変動制御及び燃料比低下制御を実行せず、ストローク数比制御を実行する構成であっても、運転状態によっては、通常気筒と改質気筒との体積の均衡を保つことができ、ポンプ損失を低減できる。
[Another Embodiment]
(1) In the above-described first and third embodiments, even if the configuration is such that the excess air ratio fluctuation control and the fuel ratio decrease control are not executed and the stroke number ratio control is executed, the normal cylinder and the modified cylinder may be used depending on the operating state. The volume can be balanced with and the pump loss can be reduced.

(2)上記第1〜4実施形態において、改質ガスが導かれるすべての通常気筒の行程容積の和である総行程容積が、すべての改質気筒の行程容積の和である総行程容積より大きい構成であれば、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2、4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40dの数は、多いほうが好ましい。ただし、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。
また、第4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を改質気筒のみの構成としても構わない。当該構成を採用する場合、改質気筒40dへ新気を供給する改質気筒用給気支管20dには、ベンチュリー式のミキサ16、当該ベンチュリー式のミキサ16を介する形態で燃料Fを供給する第1燃料供給路29、当該第1燃料供給路29において燃料Fの流量を制御する第1燃料流量制御弁15の何れも、設ける必要がない。
改質気筒には、第2燃料供給路11、差圧レギュレータ12、ミキサ14、及び第2燃料流量制御弁13が適切に働くことにより、燃料が供給され、改質ガスKが生成されることになる。即ち、第2燃料供給路11、差圧レギュレータ12、ミキサ14、及び第2燃料流量制御弁13が、第1燃料供給部として機能する。
また、当該構成を採用する場合には、エンジン200aからの改質ガスKはすべて外部出力エンジン200bへ導かれるため、過給機30は設けない構成が採用される。
(2) In the first to fourth embodiments, the total stroke volume, which is the sum of the stroke volumes of all the normal cylinders to which the reformed gas is guided, is more than the total stroke volume, which is the sum of the stroke volumes of all the reformed cylinders. In the case of a large configuration, the number of normal cylinders may be any number as long as it is one or more, and the number of reformed cylinders may be any number as long as it is one or more. Can be demonstrated well.
However, in the engine system 200 according to the second and fourth embodiments, since the reforming engine 200a is an engine for generating the reforming gas K, it is preferable that the number of the reforming cylinders 40d is large. However, the reforming engine 200a may be configured to take out its shaft output and use it for power generation or the like.
Further, in the engine system 200 according to the fourth embodiment, the reforming engine 200a may have only the reforming cylinder. When this configuration is adopted, the fuel F is supplied to the reforming cylinder air supply branch pipe 20d that supplies fresh air to the reforming cylinder 40d via a Venturi type mixer 16 and the Venturi type mixer 16. It is not necessary to provide either the 1 fuel supply path 29 or the 1st fuel flow rate control valve 15 for controlling the flow rate of the fuel F in the 1st fuel supply path 29.
Fuel is supplied to the reformed cylinder and reformed gas K is generated by the proper operation of the second fuel supply path 11, the differential pressure regulator 12, the mixer 14, and the second fuel flow rate control valve 13. become. That is, the second fuel supply path 11, the differential pressure regulator 12, the mixer 14, and the second fuel flow rate control valve 13 function as the first fuel supply unit.
Further, when the configuration is adopted, since all the reformed gas K from the engine 200a is guided to the external output engine 200b, a configuration in which the supercharger 30 is not provided is adopted.

(3)上記第3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、給気本管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のみに導く例を示した。
しかしながら、例えば、改質ガス通流路28は、通常気筒40a、40b、40cと改質気筒40dとの双方に新気を供給する通常気筒用給気支管20a、20b、20cの夫々に接続される構成を採用しても構わない。
また、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に新気を供給する通常気筒用給気支管20a、20b、20cの1つ以上に接続される構成を採用しても構わない。
(3) In the third embodiment, the reformed gas flow path 28 connected to the exhaust port of the reformed cylinder 40d has a configuration in which the reformed gas passage 28 is connected to the air supply main 20, and the reformed gas K is supplied. An example of leading to only the normal cylinders 40a, 40b, and 40c is shown.
However, for example, the reformed gas passage 28 is connected to each of the normal cylinder air supply branch pipes 20a, 20b, 20c that supply fresh air to both the reformed cylinders 40a, 40b, 40c and the reformed cylinder 40d. May be adopted.
Further, for example, the reformed gas passage 28 is one or more of the exhaust port of the reformed cylinder 40d and the air supply branch pipes 20a, 20b, 20c for the normal cylinders that supply fresh air to the normal cylinders 40a, 40b, 40c. You may adopt the configuration which is connected to.

(4)上記第1〜4実施形態では、エンジンシステム100、200が過給機30を備える例を示したが、別に、当該過給機30を備えない構成であっても、本発明の目的は良好に達成される。
尚、上述の如く、過給機30を設けない構成にあっては、改質気筒用給気支管20dは、過給圧まで昇圧されていないため、第1燃料供給部としてミキサ16に供給される燃料Fの圧力を昇圧する必要がなく、昇圧のための圧縮機等を備えない簡易でコンパクトな構成にすることができる。ちなみに、この場合、ミキサ16から改質気筒用給気支管20dへ供給される燃料Fの圧力は、通常の給気圧力に設定される。
更に、上記第1〜4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。
また、上記第1〜4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。
(4) In the first to fourth embodiments, the example in which the engine systems 100 and 200 are provided with the supercharger 30 is shown. However, even if the engine system 100 and 200 are not provided with the supercharger 30, the object of the present invention is Is well achieved.
As described above, in the configuration in which the supercharger 30 is not provided, the air supply branch pipe 20d for the reforming cylinder is not boosted to the boost pressure, so that it is supplied to the mixer 16 as the first fuel supply unit. It is not necessary to boost the pressure of the fuel F, and a simple and compact configuration without a compressor or the like for boosting can be achieved. Incidentally, in this case, the pressure of the fuel F supplied from the mixer 16 to the reforming cylinder air supply branch pipe 20d is set to a normal air supply pressure.
Further, in the first to fourth embodiments, the turbocharger type 30 is provided as the supercharger 30, but a supercharger type turbocharger may be used.
Further, in the first to fourth embodiments, the so-called one-stage supercharging example in which a single compressor 31 and a single turbine 32 are provided as the supercharger 30 is shown, but separately, two or more stages are shown. It may be multi-stage supercharging.

(5)上記第2、4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。 (5) In the second and fourth embodiments, a configuration example including a single reforming engine 200a and a single external output engine 200b has been shown, but a configuration including a plurality of reforming engines 200a and an external output It is also possible to adopt a configuration including a plurality of engines 200b.

(6)上記第2、4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。 (6) In the second and fourth embodiments, the control device 50 is shown as a single control device, but the control device for the reforming engine 200a and the control device for the external output engine 200b are separately separated. It is also possible to prepare.

(7)上記第2実施形態においては、改質ガス通流路28が、給気本管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、給気支管70a、70b、70c、70dの少なくとも1つ以上に接続される構成、即ち、通常気筒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。 (7) In the second embodiment, a configuration example in which the reformed gas flow path 28 is connected to the air supply main pipe 70 is shown. However, the reformed gas passage 28 is connected to at least one or more of the air supply branch pipes 70a, 70b, 70c, 70d, that is, at least one of the normal cylinders 80a, 80b, 80c, 80d. A configuration in which the reformed gas K is derived may be adopted.

(8)上記第1〜4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。 (8) In the first to fourth embodiments, a configuration example for directly measuring the torque of the rotating shaft of the engine has been shown. However, instead of the configuration, for example, the rotating shaft is determined from the throttle opening, boost pressure, and the like. A configuration including a torque estimation means for estimating the torque of the above may be adopted.

(9)上記第1〜4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。 (9) In the first to fourth embodiments, the fuel F is city gas 13A, but from the essential meaning of the present invention, it may be a liquid fuel such as gasoline as well as a gas fuel. Absent.

(10)上記実施形態において、制御装置50は、改質ガスKが導かれるすべての通常気筒40a、40b、40cの総行程容積を改質気筒40dの総行程容積で除算した行程容積比が大きいほど、ストローク数比制御におけるストローク数比を大きく制御するように構成しても構わない。
図示は省略するが、例えば、通常気筒用給気支管20a、20b、20cの夫々に、開閉弁(図示せず)を備え、当該開閉弁の開閉状態を要求出力等に基づいて切り換えることで、通常気筒40a、40b、40cの総行程容積を切り換える形態で、行程容積比を変更可能な構成において、行程容積比が大きいほど、ストローク数比制御におけるストローク数比を大きく制御しても構わない。
また、通常気筒40a、40b、40cの気筒数は、3より多く構成して上述の開閉弁の開閉制御により実質的な気筒数を制御しても構わない。
(10) In the above embodiment, the control device 50 has a large stroke volume ratio obtained by dividing the total stroke volume of all the normal cylinders 40a, 40b, 40c into which the reforming gas K is guided by the total stroke volume of the reforming cylinder 40d. The stroke number ratio in the stroke number ratio control may be controlled so as to be large.
Although not shown, for example, each of the air supply branch pipes 20a, 20b, and 20c for a normal cylinder is provided with an on-off valve (not shown), and the open / closed state of the on-off valve can be switched based on a required output or the like. In a configuration in which the total stroke volume of the normal cylinders 40a, 40b, and 40c is switched and the stroke volume ratio can be changed, the stroke number ratio in the stroke number ratio control may be controlled to be larger as the stroke volume ratio is larger.
Further, the number of cylinders of the normal cylinders 40a, 40b and 40c may be configured to be more than 3, and the actual number of cylinders may be controlled by the opening / closing control of the on-off valve described above.

尚、通常気筒40a、40b、40c及び改質気筒40dの気筒容積は、同一であっても構わないし、異なっていても本発明の機能を良好に発揮する。 The cylinder volumes of the normal cylinders 40a, 40b, 40c and the modified cylinder 40d may be the same, or even if they are different, the functions of the present invention are satisfactorily exhibited.

(11)上記実施形態では、制御装置50を備えて、ストローク数比制御を実行する構成を示した。
例えば、上記実施形態において、制御装置50を備えず、改質ガスが導かれるすべての通常気筒の総行程容積を改質気筒の総行程容積で除算した行程容積比に基づいて、予め、通常気筒のストローク数を改質気筒のストローク数で除算した値であるストローク数比を1以上とした構成を採用しても構わない。
(11) In the above embodiment, the configuration in which the control device 50 is provided and the stroke number ratio control is executed is shown.
For example, in the above embodiment, the normal cylinder is not provided with the control device 50, and the normal cylinder is prepared in advance based on the stroke volume ratio obtained by dividing the total stroke volume of all the normal cylinders to which the reforming gas is guided by the total stroke volume of the reforming cylinder. A configuration may be adopted in which the stroke number ratio, which is the value obtained by dividing the stroke number of the above by the stroke number of the reforming cylinder, is 1 or more.

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。 It should be noted that 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 other embodiments as long as there is no contradiction. The embodiments disclosed in the present specification are examples, and the embodiments of the present invention are not limited thereto, and 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、改質気筒からの改質ガスを通常気筒に導く構成において、通常気筒又は改質気筒の行程容積に基づく燃料供給量や燃焼用空気の供給量の制約を満たしながらも、エンジンシステムの更なる効率向上及びトルク上限の拡大(出力上限の拡大)を図り得るエンジンシステムとして、有効に利用可能である。 In the configuration in which the reforming gas from the reforming cylinder is guided to the normal cylinder, the engine system of the present invention satisfies the restrictions on the fuel supply amount and the combustion air supply amount based on the stroke volume of the normal cylinder or the reforming cylinder. , It can be effectively used as an engine system capable of further improving the efficiency of the engine system and expanding the upper limit of torque (increasing the upper limit of output).

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
13A :都市ガス
14 :ミキサ
15 :第2燃料流量制御弁
16 :ミキサ
20 :給気本管
40a、40b、40c:通常気筒
40d :改質気筒
50 :制御装置
80a、80b、80c、80d:通常気筒
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、A1 :燃焼用空気
F :燃料
K :改質ガス
M :混合気
11: 1st fuel supply path 12: Differential pressure regulator 13: 1st fuel flow control valve 13A: City gas 14: Mixer 15: 2nd fuel flow control valve 16: Mixer 20: Air supply mains 40a, 40b, 40c: Normal cylinder 40d: Remodeling cylinder 50: Control device 80a, 80b, 80c, 80d: Normal cylinder 100: Engine system 200: Engine system 200a: Remodeling engine 200b: External output engine A, A1: Combustion air F: Fuel K : Reform gas M: Air-fuel mixture

Claims (8)

燃料と燃焼用空気とを含む混合気の少なくとも一部を部分酸化反応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、当該改質気筒とは別に通常気筒を備え、
前記改質気筒へ導かれる燃料を供給する第1燃料供給部を備え、
前記改質気筒にて改質された改質ガスを、少なくとも前記通常気筒へ導くように構成されているエンジンシステムにおいて、
改質ガスが導かれるすべての前記通常気筒の行程容積の和である総行程容積が、すべての前記改質気筒の行程容積の和である総行程容積より大きい構成であり、
改質ガスが導かれるすべての前記通常気筒の前記総行程容積を前記改質気筒の前記総行程容積で除算した行程容積比に基づいて、前記通常気筒のストローク数を前記改質気筒のストローク数で除算した値であるストローク数比を1以上としたエンジンシステム。
It is provided with at least one reforming cylinder that partially oxidizes at least a part of the air-fuel mixture containing fuel and combustion air to reform it into a reforming gas containing a combustion-promoting gas having a faster combustion rate than the fuel. Equipped with a normal cylinder in addition to the reformed cylinder
A first fuel supply unit for supplying fuel guided to the reforming cylinder is provided.
In an engine system configured to guide the reformed gas reformed in the reformed cylinder to at least the normal cylinder.
The total stroke volume, which is the sum of the stroke volumes of all the normal cylinders to which the reformed gas is guided, is larger than the total stroke volume, which is the sum of the stroke volumes of all the reformed cylinders.
The number of strokes of the normal cylinder is the number of strokes of the reforming cylinder based on the stroke volume ratio obtained by dividing the total stroke volume of all the normal cylinders to which the reforming gas is guided by the total stroke volume of the reforming cylinder. An engine system in which the stroke number ratio, which is the value divided by, is 1 or more.
燃料と燃焼用空気とを含む混合気の少なくとも一部を部分酸化反応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、当該改質気筒とは別に通常気筒を備え、
前記改質気筒へ導かれる燃料を供給する第1燃料供給部を備え、
前記改質気筒にて改質された改質ガスを、少なくとも前記通常気筒へ導くように構成されているエンジンシステムにおいて、
改質ガスが導かれるすべての前記通常気筒の行程容積の和である総行程容積が、すべての前記改質気筒の行程容積の和である総行程容積より大きい構成であり、
改質ガスが導かれるすべての前記通常気筒の前記総行程容積を前記改質気筒の前記総行程容積で除算した行程容積比に基づいて、前記通常気筒のストローク数を前記改質気筒のストローク数で除算した値であるストローク数比を1以上で変動制御するストローク数比制御を実行可能な制御装置を備えるエンジンシステム。
It is provided with at least one reforming cylinder that partially oxidizes at least a part of the air-fuel mixture containing fuel and combustion air to reform it into a reforming gas containing a combustion-promoting gas having a faster combustion rate than the fuel. Equipped with a normal cylinder in addition to the reformed cylinder
A first fuel supply unit for supplying fuel guided to the reforming cylinder is provided.
In an engine system configured to guide the reformed gas reformed in the reformed cylinder to at least the normal cylinder.
The total stroke volume, which is the sum of the stroke volumes of all the normal cylinders to which the reformed gas is guided, is larger than the total stroke volume, which is the sum of the stroke volumes of all the reformed cylinders.
The number of strokes of the normal cylinder is the number of strokes of the reforming cylinder based on the stroke volume ratio obtained by dividing the total stroke volume of all the normal cylinders to which the reforming gas is guided by the total stroke volume of the reforming cylinder. An engine system including a control device capable of performing stroke number ratio control that fluctuates and controls the stroke number ratio, which is a value divided by.
燃料と燃焼用空気とを含む混合気の少なくとも一部を部分酸化反応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1つ備えた改質エンジンを有すると共に、当該改質気筒とは別に通常気筒を備える外部出力エンジンを有し、
前記改質気筒へ導かれる燃料を供給する第1燃料供給部を備え、
前記改質気筒にて改質された改質ガスを、少なくとも前記通常気筒へ導くように構成されたエンジンシステムにおいて、
改質ガスが導かれるすべての前記通常気筒の行程容積の和である総行程容積が、すべての前記改質気筒の行程容積の和である総行程容積より大きい構成であり、
改質ガスが導かれるすべての前記通常気筒の前記総行程容積を前記改質気筒の前記総行程容積で除算した行程容積比に基づいて、前記通常気筒のストローク数を前記改質気筒のストローク数で除算した値であるストローク数比を1以上で変動制御するストローク数比制御を実行可能な制御装置を備えるエンジンシステム。
A modification equipped with at least one reforming cylinder that partially oxidizes at least a part of the air-fuel mixture containing fuel and combustion air to reform it into a reformed gas containing a combustion-promoting gas whose combustion speed is faster than that of fuel. It has a quality engine and an external output engine equipped with a normal cylinder in addition to the reformed cylinder.
A first fuel supply unit for supplying fuel guided to the reforming cylinder is provided.
In an engine system configured to guide the reformed gas reformed in the reformed cylinder to at least the normal cylinder.
The total stroke volume, which is the sum of the stroke volumes of all the normal cylinders to which the reformed gas is guided, is larger than the total stroke volume, which is the sum of the stroke volumes of all the reformed cylinders.
The number of strokes of the normal cylinder is the number of strokes of the reforming cylinder based on the stroke volume ratio obtained by dividing the total stroke volume of all the normal cylinders to which the reforming gas is guided by the total stroke volume of the reforming cylinder. An engine system including a control device capable of performing stroke number ratio control that fluctuates and controls the stroke number ratio, which is a value divided by.
前記制御装置は、改質ガスが導かれるすべての前記通常気筒の前記総行程容積を前記改質気筒の前記総行程容積で除算した行程容積比が大きいほど、前記ストローク数比制御における前記ストローク数比を大きく制御する請求項2又は3に記載のエンジンシステム。 In the control device, the larger the stroke volume ratio obtained by dividing the total stroke volume of all the normal cylinders to which the reforming gas is guided by the total stroke volume of the reforming cylinder, the more the stroke number in the stroke number ratio control. The engine system according to claim 2 or 3, wherein the ratio is largely controlled. 少なくとも前記通常気筒へ導かれる燃料を供給する第2燃料供給部と、前記改質気筒へ導かれる燃料を供給する前記第1燃料供給部とを各別に備え、
前記制御装置は、前記第1燃料供給部による燃料供給量を調整して前記改質気筒における空気過剰率を、改質ガスを生成する所定の範囲で変動制御する空気過剰率変動制御を実行している状態で、
前記第1燃料供給部によるすべての前記改質気筒への総燃料供給量に対する前記第2燃料供給部によるすべての前記通常気筒への総燃料供給量の比である燃料比を低下する燃料比低下制御を実行する請求項2〜4の何れか一項に記載のエンジンシステム。
At least a second fuel supply unit that supplies fuel guided to the normal cylinder and a first fuel supply unit that supplies fuel guided to the reforming cylinder are separately provided.
The control device executes air excess rate fluctuation control that adjusts the fuel supply amount by the first fuel supply unit and fluctuates the air excess rate in the reforming cylinder within a predetermined range for generating reformed gas. In the state of
Fuel ratio reduction that reduces the fuel ratio, which is the ratio of the total fuel supply amount to all the normal cylinders by the second fuel supply unit to the total fuel supply amount to all the reforming cylinders by the first fuel supply unit. The engine system according to any one of claims 2 to 4, which executes control.
前記制御装置は、前記空気過剰率変動制御を実行している状態で、前記燃料比低下制御による前記燃料比を0.0以上0.50以下に制御する請求項5に記載のエンジンシステム。 The engine system according to claim 5, wherein the control device controls the fuel ratio to 0.0 or more and 0.50 or less by the fuel ratio decrease control while executing the air excess rate fluctuation control. 前記制御装置は、前記第1燃料供給部による燃料供給量、又は前記改質気筒に供給される空気量、又はその両方を調整して前記改質気筒における空気過剰率を、改質ガスを生成する所定の範囲で変動制御する空気過剰率変動制御を実行している状態で、前記通常気筒へ前記燃料として改質ガスのみを導く改質ガス運転を実行する請求項2〜4の何れか一項に記載のエンジンシステム。 The control device adjusts the amount of fuel supplied by the first fuel supply unit, the amount of air supplied to the reformed cylinder, or both to generate a reformed gas at an excess air ratio in the reformed cylinder. Any one of claims 2 to 4 for executing a reformed gas operation that guides only the reformed gas as the fuel to the normal cylinder while executing the air excess rate fluctuation control that controls the fluctuation within a predetermined range. The engine system described in the section. 前記制御装置は、起動時に、前記改質ガス運転に先立って、前記改質気筒での出力を一時的に高くする改質気筒高出力運転を実行する請求項7に記載のエンジンシステム。


The engine system according to claim 7, wherein the control device executes a reformed cylinder high output operation for temporarily increasing the output in the reformed cylinder prior to the reformed gas operation at the time of starting.


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