JP4600316B2 - Internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、炭化水素系燃料等の所定の燃料を改質して生成した改質燃料で運転可能な内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine that can be operated with a reformed fuel produced by reforming a predetermined fuel such as a hydrocarbon-based fuel.
一般に、内燃機関においては、多くの場合、機関始動時等の機関冷間時に排気浄化装置が活性温度に達していないので、炭化水素系燃料による運転時に排気ガス中のHC成分等の有害成分を排気浄化装置で浄化することができない。 In general, in an internal combustion engine, in many cases, the exhaust purification device does not reach the activation temperature when the engine is cold, such as when the engine is started, so harmful components such as HC components in the exhaust gas are removed during operation with hydrocarbon fuel. It cannot be purified with an exhaust purification device.
そこで、従来、例えば下記の特許文献1に開示されているが如く、機関始動時に一部の気筒をリッチ燃焼させる一方で他の気筒をリーン燃焼させることによって、そのリッチ燃焼気筒の排気ガス中の未燃炭化水素系燃料とリーン燃焼気筒の排気ガス中の空気とを排気ポート又は排気浄化装置で燃焼させ、これにより排気浄化装置の触媒担体温度を早期に上昇させる技術が知られている。
Therefore, conventionally, as disclosed in, for example,
尚、例えば下記の特許文献2に開示されているが如く、燃料改質装置で所定の燃料から生成した改質ガスを機関始動時に燃焼室へと供給し、その改質ガスで運転することによって排気ガス中の有害成分の低減を図る内燃機関が知られている。
For example, as disclosed in
また、下記の特許文献3には、排気系のNOxトラップ触媒にトラップされているNOxを水素ガスで効率良く脱離浄化させるべく、排気通路に水素タンク内の水素ガスを供給してNOxトラップ触媒へと送り込む技術が開示されている。 Further, in Patent Document 3 below, in order to efficiently desorb and purify NOx trapped in the NOx trap catalyst of the exhaust system with hydrogen gas, the hydrogen gas in the hydrogen tank is supplied to the exhaust passage and the NOx trap catalyst is supplied. A technique for sending to a device is disclosed.
しかしながら、上記特許文献1に開示された技術においては、かかる制御によってリッチ燃焼気筒から大量の未燃HC成分が排出されてしまい、たとえ排気浄化装置を活性化させるまでの時間が短縮されたとしても、それまでの間はかかる制御が為されないとき以上に大量の有害成分が大気へと放出されてしまい、エミッション性能を大幅に悪化させてしまう。
However, in the technique disclosed in
そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、エミッション性能の悪化を抑制しつつ早期に排気浄化装置を活性化させる内燃機関を提供することを、その目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an internal combustion engine that improves the disadvantages of the conventional example and activates the exhaust purification device at an early stage while suppressing the deterioration of the emission performance.
上記目的を達成する為、請求項1記載の発明では、燃料改質装置で所定の燃料から生成した改質ガスを燃料にして運転可能な複数の気筒を備えた内燃機関において、その各気筒の内の一部の気筒に対しての点火動作を停止させる制御手段を設けている。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, in an internal combustion engine having a plurality of cylinders that can be operated using a reformed gas generated from a predetermined fuel by a fuel reformer as a fuel, Control means for stopping the ignition operation for some of the cylinders is provided.
この請求項1記載の内燃機関においては、点火動作が停止させられた気筒から改質ガスと空気の混合気がそのまま排気経路に排出される。これが為、この排気経路においては、その改質ガス(水素ガス及び一酸化炭素ガス)と空気中の酸素が排気ポートや排気マニホルド又は排気浄化装置で燃焼反応を起こす。また、改質ガス中の一酸化炭素ガスは、排気浄化装置で触媒反応を起こす。従って、その排気浄化装置においては、排気ポート等での燃焼反応に伴って温度上昇した排気ガスの流入又は触媒担体での直接の燃焼反応や一酸化炭素ガスの触媒反応によって触媒担体温度が早期に上昇する。 In the internal combustion engine according to the first aspect, the air-fuel mixture of the reformed gas and air is directly discharged to the exhaust path from the cylinder whose ignition operation has been stopped. For this reason, in this exhaust path, the reformed gas (hydrogen gas and carbon monoxide gas) and oxygen in the air cause a combustion reaction in the exhaust port, the exhaust manifold or the exhaust purification device. Further, the carbon monoxide gas in the reformed gas causes a catalytic reaction in the exhaust purification device. Therefore, in the exhaust gas purification device, the catalyst carrier temperature is increased early by the inflow of exhaust gas that has increased in temperature due to the combustion reaction at the exhaust port or the like, or the direct combustion reaction at the catalyst carrier or the catalytic reaction of carbon monoxide gas. To rise.
また、上記目的を達成する為、請求項2記載の発明では、上記請求項1記載の内燃機関において、生成した改質ガスの供給量が気筒毎に調節できるよう燃料改質装置を構成し、点火動作を停止させる気筒への改質ガスの供給量が他の気筒よりも多くなるように燃料改質装置の制御を行うべく制御手段を構成している。
In order to achieve the above object, in the invention according to
この請求項2記載の内燃機関においては、更に多量の改質ガスを排気経路上に排出させて燃焼反応や触媒反応を起こさせるので、より効率良く且つより早期に排気浄化装置を活性温度まで上昇させることができる。
In the internal combustion engine according to
また、上記目的を達成する為、請求項3記載の発明では、燃料改質装置で所定の燃料から生成した改質ガスを燃料にして運転可能な複数の気筒を備えた内燃機関において、その各気筒の内の一部の気筒への改質ガスと空気の混合気を他の気筒の混合気に対して過濃側に制御する制御手段を設けている。 In order to achieve the above object, according to a third aspect of the present invention, in an internal combustion engine having a plurality of cylinders operable with a reformed gas generated from a predetermined fuel by a fuel reformer as a fuel, Control means is provided for controlling the mixture of reformed gas and air to some cylinders of the cylinders to the rich side with respect to the mixture of other cylinders.
この請求項3記載の内燃機関においては、過濃化された気筒から燃焼しきれなかった改質ガスがそのまま排気経路に排出される。これが為、この排気経路においては、その改質ガス(水素ガス及び一酸化炭素ガス)が燃焼反応や触媒反応を起こす。従って、この請求項3記載の排気浄化装置においても、上述した請求項1の排気浄化装置と同様に触媒担体温度を早期に上昇させることができる。 In the internal combustion engine according to the third aspect, the reformed gas that could not be combusted from the over-concentrated cylinder is directly discharged to the exhaust path. Therefore, in this exhaust path, the reformed gas (hydrogen gas and carbon monoxide gas) causes a combustion reaction or a catalytic reaction. Therefore, also in the exhaust gas purification apparatus according to the third aspect, the catalyst carrier temperature can be raised early as in the exhaust gas purification apparatus according to the first aspect.
例えば、請求項4記載の発明の如く、その請求項3記載の内燃機関において、生成した改質ガスの供給量が気筒毎に調節できるよう燃料改質装置を構成し、制御手段に、過濃化される気筒への改質ガスの供給量が他の気筒よりも多くなるように燃料改質装置を制御させる。 For example, as in the invention according to claim 4, in the internal combustion engine according to claim 3, the fuel reformer is configured so that the supply amount of the generated reformed gas can be adjusted for each cylinder. The fuel reformer is controlled so that the amount of reformed gas supplied to the cylinders to be increased is larger than that of the other cylinders.
ここで、その制御手段は、請求項5記載の発明の如く、上記請求項3又は4に記載の内燃機関において、過濃化される気筒以外の他の気筒の混合気を希薄側に制御させるよう構成することが好ましい。 Here, as in the invention described in claim 5, the control means controls the air-fuel mixture of other cylinders other than the cylinder to be enriched to the lean side in the internal combustion engine described in claim 3 or 4. It is preferable to configure as described above.
この請求項5記載の内燃機関によれば、他の気筒からの排気ガス中には酸素が存在しているので、この酸素を用いて改質ガスの燃焼反応や触媒反応を促進させることができる。 According to the internal combustion engine of the fifth aspect, since oxygen is present in the exhaust gas from the other cylinders, the combustion reaction and catalytic reaction of the reformed gas can be promoted using this oxygen. .
本発明に係る内燃機関は、排気経路上における排気浄化装置よりも上流に改質ガスを供給することができるので、その改質ガスの燃焼反応や触媒反応を利用して排気浄化装置の触媒担体温度を上昇させることができる。これが為、この内燃機関よれば、その触媒担体温度を排気ガスのみで昇温させるよりも早く上昇させることができるので、その排気浄化装置を早期に活性化させることができる。また、その際に改質ガスが排気経路に送出されるが、その改質ガス中にはHC成分が殆ど存在していないので、エミッション性能が悪化しない。従って、この本発明に係る内燃機関においては、早い段階からエミッション性能を確保しつつ炭化水素系燃料での燃焼が可能になるので、所望の運転条件等に応じた最適な燃焼制御を実行することができるようになる。 The internal combustion engine according to the present invention can supply the reformed gas upstream of the exhaust gas purification device on the exhaust path, and therefore, the catalyst carrier of the exhaust gas purification device utilizing the combustion reaction or catalytic reaction of the reformed gas. The temperature can be raised. For this reason, according to this internal combustion engine, the temperature of the catalyst carrier can be raised faster than the temperature of the catalyst carrier can be raised only by the exhaust gas, so that the exhaust purification device can be activated early. Further, at that time, the reformed gas is sent to the exhaust path, but since the HC component is hardly present in the reformed gas, the emission performance is not deteriorated. Therefore, in the internal combustion engine according to the present invention, combustion with a hydrocarbon-based fuel can be performed while ensuring emission performance from an early stage, and therefore, optimal combustion control according to desired operating conditions and the like is executed. Will be able to.
以下に、本発明に係る内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of an internal combustion engine according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments.
本発明に係る内燃機関の実施例1を図1から図3に基づいて説明する。 A first embodiment of an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図1の符号1は本実施例1の内燃機関を示す。この内燃機関1は、第1から第4の気筒11a〜11dを有する機関本体10と、その第1から第4の気筒11a〜11dの燃焼室に外部からの空気を供給する吸気経路20と、その夫々の燃焼室で燃焼させる燃料(ここでは、ガソリン等の炭化水素系燃料)を各々噴射する第1から第4の燃料噴射装置30a〜30dと、その夫々の燃焼室から排出された排気ガスを大気へと放出する排気経路40と、改質燃料を生成して吸気経路20へと供給する燃料改質装置50と、を備えている。
先ず、本実施例1の内燃機関1の吸気経路20には、外部から空気を吸入して導く吸気通路21と、その導入した空気から塵埃等の異物を除去するエアクリーナ22と、外部からの吸入空気量を検出するエアフロメータ23と、第1から第4の気筒11a〜11dの燃焼室への吸入空気量を調節するスロットルバルブ24と、このスロットルバルブ24を開閉駆動するスロットルバルブアクチュエータ25と、そのスロットルバルブ24の開度を検出するスロットル開度センサ26と、そのスロットルバルブ24で調節された空気を第1から第4の気筒11a〜11dの燃焼室に導く吸気マニホルド27と、が設けられている。
First, in the
ここで、そのエアフロメータ23やスロットル開度センサ26の検出信号は、制御手段たる電子制御装置(ECU)60に送信される。従って、この電子制御装置60においては、エアフロメータ23の検出信号に基づいて外部からの吸入空気量が算出され、スロットル開度センサ26の検出信号に基づいてスロットルバルブ24の開度が検出される。
Here, detection signals from the
更に、その電子制御装置60は、スロットルバルブアクチュエータ25に対してスロットルバルブ24の開弁角度の制御指令を行い、その開弁角度に応じた所望の量の空気を第1から第4の気筒11a〜11dの燃焼室内へと吸入させるべくスロットルバルブ24を開閉駆動させる。
Further, the
また、本実施例1にあっては、上述した第1から第4の燃料噴射装置30a〜30dを機関本体10における第1から第4の気筒11a〜11dの夫々の吸気ポートに各々配設する。これが為、この内燃機関1においては、その第1から第4の燃料噴射装置30a〜30dから噴射された各吸気ポートの燃料が空気と共に第1から第4の気筒11a〜11dの燃焼室に各々吸入された後、その夫々の混合気に対して第1から第4の点火プラグ12a〜12dから点火される。ここで、本実施例1の電子制御装置60は、その第1から第4の燃料噴射装置30a〜30dの燃料噴射時期等を制御すると共に第1から第4の点火プラグ12a〜12dの点火時期を制御する。尚、その第1から第4の燃料噴射装置30a〜30dについては、第1から第4の気筒11a〜11dの燃焼室に夫々直接燃料を噴射させるべく配置してもよい。
In the first embodiment, the first to fourth
この内燃機関1においては、その点火後の筒内ガスが機関本体10における第1から第4の気筒11a〜11dの夫々の排気ポートを介して排気経路40へと排出される。
In the
本実施例1の排気経路40は、その夫々の排気ポートに排出された排気ガスを一経路に纏める排気マニホルド41と、その排気ガス中の有害成分を浄化する三元触媒等の排気浄化装置42と、を備えている。
The
ところで、一般に、内燃機関においては、水素を燃焼時の燃料として使用することで、炭化水素系燃料を燃焼させるよりも排気ガス中におけるCO(一酸化炭素)成分,CO2(二酸化炭素)成分やHC(炭化水素)成分等の有害成分を大幅に低減できることが知られている。これ故、排気浄化装置42の触媒担体温度が活性温度に達していないが為に排気ガス中の有害成分を浄化し難い状況下においては、その有害成分の排出それ自体を抑えることのできる水素による燃焼がエミッション性能を向上させる上で効果的である。そのような状況下としては、機関始動時等の機関冷間時が代表的であるが、一旦活性化された排気浄化装置42が例えば軽負荷運転等によって活性温度よりも低くなってしまったときも含まれる。
By the way, in general, in an internal combustion engine, by using hydrogen as a fuel at the time of combustion, a CO (carbon monoxide) component, a CO 2 (carbon dioxide) component, It is known that harmful components such as HC (hydrocarbon) components can be greatly reduced. Therefore, in a situation where it is difficult to purify the harmful components in the exhaust gas because the catalyst carrier temperature of the
従って、本実施例1にあっては、その排気浄化装置42が活性化していない状況下において、上述した燃料改質装置50で改質燃料としての水素ガスを生成し、これを燃焼時の燃料にして運転が行えるように構成する。本実施例1においては、炭化水素系燃料を改質反応させることによって水素ガスを生成させる。この燃料改質装置50は当該技術分野における周知の構成により構築し得るものであり、例えば、本実施例1にあっては、炭化水素系燃料と酸素の混合気を水素ガス及び一酸化炭素ガスを主成分とした改質ガスへと改質し、これが吸気経路20に供給される以下に示す構成の燃料改質装置50を適用する。以下に、本実施例1の燃料改質装置50について詳述する。
Therefore, in the first embodiment, hydrogen gas as reformed fuel is generated by the
本実施例1の燃料改質装置50は、炭化水素系燃料と空気(酸素)を混合させる混合部51aと、その炭化水素系燃料と空気(酸素)の混合気を改質反応させて水素ガス及び一酸化炭素ガスが主成分の改質ガスを生成する燃料改質触媒51bと、を備えた燃料改質手段51を有している。ここで、その燃料改質触媒51bは、ヒータ等の加熱手段(図示略)が具備された電気加熱式の改質触媒であり、改質反応可能な所定の温度まで昇温された後に改質ガスを生成し始める。
The
また、この燃料改質装置50には、上記の混合部51aに炭化水素系燃料を供給する燃料供給手段52が設けられている。その燃料供給手段52としては、例えば、混合部51aに炭化水素系燃料を噴射させる所謂燃料噴射弁を用いる。この燃料供給手段52は、燃料改質触媒51bが所定の改質反応可能な温度に達した際に電子制御装置60によって動作が制御され、改質ガスの生成量に応じた供給量で燃料を噴射させる。
The
更にまた、この燃料改質装置50には、その混合部51aに空気を供給する空気供給手段53が設けられている。本実施例1の空気供給手段53としては、吸気通路21の空気を分流して混合部51aへと導く分流通路を用いる。本実施例1にあっては、吸気通路21上のスロットルバルブ24よりも上流側と混合部51aとを連通させるべく分流通路を配置して空気供給手段53を構成する。尚、この空気供給手段53は、空気を圧送するポンプと、このポンプから吐出された空気を混合部51aへと導く空気供給路と、この空気供給路上に配備され、混合部51aへの空気供給量を調節する空気供給量調節弁と、で構成してもよく、その際には、そのポンプ及び空気供給量調節弁を電子制御装置60で制御して改質ガスの生成量に応じた供給量の空気を混合部51aに供給させる。
Furthermore, the
更に、この燃料改質装置50には、燃料改質手段51で生成された改質ガスを吸気経路20へと導く改質ガス供給路54と、その改質ガスの吸気経路20への流入量を調節する改質ガス流量調節手段55と、が配備されている。その改質ガス供給路54は、吸気経路20上におけるスロットルバルブ24の下流側で連通させる。本実施例1にあっては、吸気マニホルド27の集合部分に改質ガスが供給されるよう改質ガス供給路54の一端を連通させる。また、改質ガス流量調節手段55としては、例えば、改質ガス供給路54と吸気経路20との間の連通状態を電子制御装置60の指示により全閉状態から全開状態まで無段階又は所定の段階で可変させて、改質ガスの流入量を適宜調節可能な改質ガス流量調節弁を用いる。尚、この改質ガス流量調節手段55としては、改質ガス供給路54と吸気経路20との間を全閉状態と全開状態とに切り替え可能な開閉弁を用いてもよい。
Further, the
このような構成からなる本実施例1の内燃機関1においては、その燃料改質装置50を作動させて改質ガスで運転することによって、排気ガス中の有害成分を大幅に低減させることができる。これが為、排気浄化装置42が活性化していない状況下においては、かかる改質ガスでの運転を実行させることによって良好なエミッション性能を確保することができるようになる。
In the
ここで、かかる状況下であっても、例えば運転者が望む運動性能等の運転条件や走行環境などによっては、改質ガスでの運転よりも炭化水素系燃料で運転させる方が好ましい場合がある。しかしながら、近年においては年を追う毎に排気ガス規制が強化されていく傾向にあり、かかる状況下においてエミッション性能を犠牲にしてまで炭化水素系燃料で運転させることは望ましくない。その一方で、炭化水素系燃料での運転が望まれているにも拘わらず改質ガスで運転し続けることも好ましくはなく、かかる状況を早く解消して可能な限り早く炭化水素系燃料で運転させることが望ましい。 Here, even under such circumstances, for example, depending on driving conditions such as athletic performance desired by the driver and driving environment, it may be preferable to operate with a hydrocarbon-based fuel rather than driving with reformed gas. . However, in recent years, exhaust gas regulations tend to be tightened every year. Under such circumstances, it is not desirable to operate with hydrocarbon fuels until the emission performance is sacrificed. On the other hand, it is not preferable to continue to operate with reformed gas even though operation with hydrocarbon fuel is desired. This situation is resolved quickly and operation with hydrocarbon fuel as soon as possible. It is desirable to make it.
また、仮に炭化水素系燃料が燃料改質装置50で改質しきれずに残った場合には、その未改質燃料が燃焼室で燃焼されて有害成分を生成してしまう。これが為、排気浄化装置42が活性化していない状況下において未改質燃料が発生したときには、その燃焼に伴って生成された有害成分を排気浄化装置42で浄化させることができず、エミッション性能を悪化させてしまう。
Further, if the hydrocarbon-based fuel remains without being reformed by the
そこで、本実施例1にあっては、早い段階で排気浄化装置42を活性化させるべく、排気経路40上の排気浄化装置42よりも上流側に改質ガスを供給して燃焼させ、その燃焼反応により発生した熱を利用して排気浄化装置42の触媒担体温度を昇温させる。この排気浄化装置42の暖機制御については電子制御装置60に実行させる。
Therefore, in the first embodiment, in order to activate the
具体的に、本実施例1の電子制御装置60は、一部の気筒(第1から第4の気筒11a〜11dの内の少なくとも1気筒)の点火動作を停止させ、その点火動作の停止気筒に吸入された改質ガスと空気の混合気がそのまま排気経路40へと排出されるよう構成する。尚、本実施例1の内燃機関1においては、かかる暖機制御を行う際に第1から第4の燃料噴射装置30a〜30dから炭化水素系燃料を噴射させず、改質ガスのみを燃料にして運転させる。
Specifically, the
ここで、本実施例1の電子制御装置60には、その排気浄化装置42の暖機制御を所定の条件(以下、「暖機制御実行条件」という。)と合致した際に開始させる。その暖機制御実行条件としては種々の条件が考えられる。
Here, the
例えば、かかる排気浄化装置42の暖機制御を実行させる(排気経路40で改質ガスを燃焼させる)為には排気熱を利用する必要があり、内燃機関1が始動しているか否かを知ることで排気熱の有無を把握することができる。従って、本実施例1にあっては、その内燃機関1の始動を暖機制御実行条件として設定する。この機関始動については、電子制御装置60の点火指示信号等から判別することができる。本実施例1にあっては、この機関始動を暖機制御実行条件として設定することによって、排気経路40上の改質ガスを大気へと放出させることなく確実に燃焼させることができるので、効率の良い排気浄化装置42の早期活性化が可能になる。また、その改質ガス中の一酸化炭素ガスの大気への放出を防げるので、エミッション性能を悪化させずとも済む。
For example, in order to execute the warm-up control of the exhaust purification device 42 (combusting the reformed gas in the exhaust path 40), it is necessary to use the exhaust heat, and know whether or not the
ところで、そのような機関始動を示す要件としての排気熱に着眼してみると、機関始動後か否かについては排気熱の温度変化から把握することができるので、例えば排気経路40上の排気温センサ43から検出した排気温度(これについて推定可能な点火回数や積算吸入空気量等でもよい)の温度変化を暖機制御実行条件として使用してもよい。即ち、電子制御装置60は、排気温度が高温側へと温度変化したときに機関始動後であると判断できるので、例えば、所定の数値(閾値)以上の温度変化が生じた際に排気浄化装置42の暖機制御を実行してもよい。その閾値は、水温や外気温等によって異なる値になるので、予めこれらのパラメータを加味した実験やシミュレーションを行って設定しておく。
By the way, when focusing on the exhaust heat as a requirement for starting the engine, whether or not the engine is started can be grasped from the temperature change of the exhaust heat. A change in temperature of the exhaust temperature detected from the sensor 43 (which may be the number of ignitions that can be estimated or an integrated intake air amount, etc.) may be used as the warm-up control execution condition. That is, the
更に、排気温度が把握できれば排気浄化装置42の触媒担体温度を推定することができるので、電子制御装置60には、例えば、その排気温度が排気浄化装置42の活性温度に対応した所定の排気ガス温度(閾値)よりも低いときに排気浄化装置42の暖機制御を実行させてもよい。これにより、排気浄化装置42が既に活性温度に達している再始動時等において無用な制御を行わずとも済む。ここで、電子制御装置60には、温度センサ(図示略)の検出信号から排気浄化装置42の触媒担体温度を直接検出させ、これが活性温度よりも低いときに排気浄化装置42の暖機制御を実行させてもよい。
Furthermore, if the exhaust gas temperature can be grasped, the catalyst carrier temperature of the exhaust
また、本実施例1の電子制御装置60には、その排気浄化装置42の暖機制御を所定の条件(以下、「暖機制御終了条件」という。)と合致した際に終了させる。その暖機制御終了条件としては、排気浄化装置42の触媒担体温度が活性温度に達したとき、又は排気温センサ43から検出した排気温度(これについて推定可能な点火回数や積算吸入空気量等でもよい)が排気浄化装置42の活性温度に対応する所定の排気ガス温度(閾値)以上になったときを設定する。これにより、排気経路40上で必要以上に改質ガスの燃焼反応や触媒反応が起こらなくなるので、排気浄化装置42の過熱による劣化や故障を防ぐことができる。ここで、その閾値については、暖機制御実行条件のときと同様に水温や外気温等によって異なる値になるので、予めこれらのパラメータを加味した実験やシミュレーションを行って設定しておく。
Further, the
次に、本実施例1の内燃機関1の動作について図2のフローチャートに基づき説明する。
Next, the operation of the
先ず、本実施例1の電子制御装置60は、排気浄化装置42の暖機制御実行条件か否か判断する(ステップST1)。
First, the
ここで、この電子制御装置60は、暖機制御実行条件であるとの判断を為した場合、燃料改質装置50を作動させて改質ガスを生成し、これを吸気経路20に供給する(ステップST2)。具体的に、その際に電子制御装置60は、加熱手段を作動させて燃料改質触媒51bを加熱し、その改質触媒担体温度が改質反応可能な所定温度以上になったときに改質ガス流量調節手段55を開弁させると共に燃料供給手段52を駆動させる。これにより、この燃料改質装置50においては、炭化水素系燃料と空気が混合部51aに供給され、その混合気が燃料改質触媒51bに送られて水素ガス及び一酸化炭素ガスを主成分とする改質ガスが生成される。そして、その改質ガスは、改質ガス供給路54を介して吸気マニホルド27の集合部分に供給される。
Here, when the
続いて、この電子制御装置60は、その改質ガスと吸気経路20上の空気との混合気が希薄空燃比となるように制御する(ステップST3)。その混合気は、予め設定されている希薄空燃比に制御してもよく、運転状態等に応じて適宜設定した希薄空燃比に制御してもよい。ここで、このステップST3においては、スロットルバルブアクチュエータ25と改質ガス流量調節手段55の双方又は何れか一方を駆動制御することによって所望の空燃比へと混合気の調節を行う。尚、本実施例1にあっては上記ステップST2で改質ガスの流量を改質ガス流量調節手段55の駆動制御によって既に設定しているので、その改質ガスの流量に関しては、そのステップST2の設定値をそのまま利用してもよく(即ち、ステップST3にて改質ガス流量調節手段55を駆動制御せずともよく)、また、このステップST3で新たに設定してもよい。
Subsequently, the
このように第1から第4の気筒11a〜11dに吸入される混合気を希薄化することによって、排気経路40上における酸素量が増加し、後の改質ガスの燃焼反応が促進される。尚、このステップST3においては上記の如く混合気の希薄化を図ることが最も好ましいが、その混合気については、排気経路40上の改質ガスの過多を抑制可能な理論空燃比から希薄空燃比の間であれば何れに制御してもよい。
By diluting the air-fuel mixture sucked into the first to
このようにして希薄空燃比の混合気を生成した後、この電子制御装置60は、第1から第4の気筒11a〜11dの内の一部の気筒の点火動作を停止させる(ステップST4)。ここでは、第1から第4の気筒11a〜11dの内の1気筒の点火動作を停止させる。
After generating the lean air-fuel mixture in this way, the
これにより、その点火動作を停止した気筒からは吸入した改質ガスと空気の混合気がそのまま排気経路40に排出され、この排気経路40において、その改質ガス(水素ガス及び一酸化炭素ガス)と空気中の酸素が排気ポートや排気マニホルド41又は排気浄化装置42で燃焼反応を起こす。ここで、その改質ガス中の水素ガスは、可燃範囲が広くて着火し易い。また、改質ガス中の一酸化炭素ガスは、酸素存在下で燃焼すると共に、低温でも排気浄化装置42で触媒反応が始まって二酸化炭素に浄化される。従って、排気浄化装置42においては、その排気ポート等での燃焼反応に伴って温度上昇した排気ガスの流入又は触媒担体での直接の燃焼反応や一酸化炭素ガスの触媒反応によって触媒担体温度が早期に上昇する。
As a result, the air-fuel mixture of the introduced reformed gas and air is directly discharged to the
続いて、この電子制御装置60は、排気浄化装置42の暖機制御終了条件か否か判断する(ステップST5)。
Subsequently, the
そして、暖機制御終了条件でなければ上記ステップST3に戻って暖機制御を継続させ、暖機制御終了条件であれば、上記ステップST3,ST4にて設定した混合気の空燃比と第1から第4の気筒11a〜11dの点火時期をリセットし(ステップST6)、通常の空燃比制御と点火制御に切り替える(ステップST7)。
If the warm-up control end condition is not satisfied, the process returns to step ST3 to continue the warm-up control. If the warm-up control end condition is satisfied, the air-fuel ratio of the air-fuel ratio set in steps ST3 and ST4 The ignition timings of the
ここで、この電子制御装置60は、上記ステップST1において暖機制御実行条件ではないと判断したときに、上記ステップST7に進んで、通常の空燃比制御と点火制御を実行させる。
Here, when the
以上示した如く、本実施例1の内燃機関1によれば、一部の気筒の点火動作を停止させることにより排気経路40上に改質ガスを供給して、その排気経路40上で改質ガスを燃焼反応又は触媒反応させている。これが為、この内燃機関1においては、排気浄化装置42の触媒担体温度を排気ガスのみで昇温させる場合よりも早く上昇させることができるので、その排気浄化装置42の早期活性化が図れる。また、その際に改質ガスが排気経路40に送出されるが、その改質ガス中にはHC成分が殆ど存在していないので、エミッション性能が悪化しない。従って、この内燃機関1においては、早い段階からエミッション性能を確保しつつ炭化水素系燃料での燃焼が可能になるので、所望の運転条件等に応じた最適な燃焼制御を実行することができるようになる。
As described above, according to the
ところで、特定の気筒のみの点火動作を停止させ続けるとその気筒の暖機が他の気筒に対して遅くなるので、その気筒においては、排気浄化装置42の暖機制御を終えた後に暖機不足に伴う燃焼不良等が発生する虞がある。また、この内燃機関1においては、特定の気筒でだけ点火されないので、トルク変動が生じる虞もある。
By the way, if the ignition operation of only a specific cylinder is continuously stopped, the warm-up of the cylinder is delayed with respect to the other cylinders. Therefore, in that cylinder, the warm-up is insufficient after the warm-up control of the
そこで、排気浄化装置42の暖機制御実行中の点火動作停止気筒については、所定の間隔毎(例えば、1サイクル毎)に変更する。その点火動作停止気筒は、通常の点火制御時の点火順序等を考慮し、トルク変動等の起こり得ない均衡の取れた順番で変更していくことが望ましい。
Therefore, the ignition operation stop cylinders during the warm-up control of the
これにより、機関全体の暖機が均等に行われるようになるので、燃焼不良等を起こす気筒が無くなってトルク変動等を抑制することができる。また、排気ポートや排気マニホルド41の分流通路においての燃焼反応が各気筒11a〜11dで均等に行われるようになるので、この排気ポート等を均等に暖機させることができる。また、仮に各気筒11a〜11dから排出された排気浄化装置42を流れる夫々の排気ガスの流動箇所に偏りがあったとしても、その排気浄化装置42を均等に暖機させることができるようになる。
As a result, the entire engine is warmed up evenly, and therefore, there is no cylinder causing combustion failure and the like, and torque fluctuations can be suppressed. Further, since the combustion reaction in the exhaust port and the branch passage of the
ここで、本実施例1の排気浄化装置42の暖機制御は、上述した図1の内燃機関1だけでなく、例えば、図3に示す内燃機関100へも適用することができる。
Here, the warm-up control of the exhaust
この図3の内燃機関100は、図1の内燃機関1において、上述した燃料改質装置50を図3に示す燃料改質装置150へと変更したものであり、それ以外は図1の内燃機関1と同様に構成されている。
The
この図3に示す燃料改質装置150は、上述した燃料改質装置50と同様の混合部51a及び燃料改質触媒51bを有する燃料改質手段51と、燃料供給手段52と、空気供給手段53と、を備えている。従って、この燃料改質装置150においても、炭化水素系燃料と空気を改質反応させて水素ガス及び一酸化炭素ガスが主成分の改質ガスを生成させる。
The
一方、この燃料改質装置150においては、第1から第4の気筒11a〜11dへと個別に改質ガスを供給させるべく、燃料改質手段51で生成された改質ガスを吸気マニホルド27における第1から第4の気筒11a〜11dの分流通路に各々導く第1から第4の改質ガス供給路54a〜54dと、これら第1から第4の改質ガス供給路54a〜54dからの改質ガスの流入量を夫々調節する第1から第4の改質ガス流量調節手段55a〜55dと、が配備されている。その第1から第4の改質ガス流量調節手段55a〜55dとしては、図1の改質ガス流量調節手段55と同様に、改質ガス流量調節弁や全閉状態と全開状態とを切り替え可能な開閉弁を用いる。
On the other hand, in the
このように構成した内燃機関100においても、第1から第4の改質ガス供給路54a〜54dから各々同量の改質ガスを供給し、上述した図1の内燃機関1と同様の制御を実行することによって、その内燃機関1と同様の効果を奏することができる。
Also in the
また、この内燃機関100においては、排気経路40上に存在し得る酸素量に応じて点火動作停止気筒への改質ガスの供給量を増加してもよい。これにより、更に多量の改質ガスが排気経路40上で燃焼反応や触媒反応を起こすので、より効率良く且つより早期に排気浄化装置42を活性温度まで上昇させることができる。
In the
次に、本発明に係る内燃機関の実施例2を図3及び図4に基づいて説明する。 Next, a second embodiment of the internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施例2は、実施例1にて例示した図3の内燃機関100において排気経路40への改質ガスの供給手法を変更したものである。本実施例2にあっては、電子制御装置60に一部の気筒(第1から第4の気筒11a〜11dの内の少なくとも1気筒)への改質ガスと空気からなる混合気を他の気筒の混合気に対して過濃側に制御させ、その過濃混合気が供給された気筒の改質ガスが燃焼室内で燃焼しきれずにそのまま排気経路40に排出されるよう構成する。
In the second embodiment, the method of supplying the reformed gas to the
具体的に、本実施例2の電子制御装置60においては、一部の気筒への改質ガスの供給量を他の気筒に対して相対的に増加させることによって、その一部の気筒の混合気を他の気筒に対して過濃側に設定する。その一部の気筒へは、改質ガスが燃焼室内で燃焼しきれずに残るだけの量を供給する。
Specifically, in the
この本実施例2の内燃機関100の動作について図4のフローチャートに基づき説明する。
The operation of the
先ず、本実施例2の電子制御装置60は、実施例1と同様にして排気浄化装置42の暖機制御実行条件か否か判断する(ステップST11)。
First, the
ここで、この電子制御装置60は、暖機制御実行条件でなければ下記のステップST16に進んで通常の空燃比制御と点火制御を実行させ、暖機制御実行条件であれば、実施例1と同様にして燃料改質装置150を作動させて改質ガスの生成を行う(ステップST12)。
Here, the
続いて、この電子制御装置60は、第1から第4の気筒11a〜11dの内の一部の気筒への混合気を他の気筒の混合気に対して過濃側に制御する(ステップST13)。ここでは、第1から第4の気筒11a〜11dの内の1気筒の混合気を過濃化する。例えば、その際の電子制御装置60は、第1改質ガス流量調節手段55aの開弁量を残りの第2から第4の改質ガス流量調節手段55b〜55dの開弁量よりも大きくし、第1気筒11aへの改質ガスの供給量を残りの第2から第4の気筒11b〜11dへの供給量に対して増加させる。また、その際、第2から第4の気筒11b〜11dへと吸入される混合気が過濃空燃比や理論空燃比となる場合、電子制御装置60は、その第2から第4の気筒11b〜11dの混合気が希薄空燃比となるように第2から第4の改質ガス流量調節手段55b〜55dの開弁量を絞る。
Subsequently, the
これにより、その制御対象の気筒(第1気筒11a)においては、改質ガスの一部が燃焼しきれずに残ってそのまま排気経路40に排出される。一方、希薄空燃比の混合気に対して点火を行った残りの気筒(第2から第4の気筒11b〜11d)においては、排気経路40へと排出された排気ガス中に酸素が残存している。従って、本実施例2の排気浄化装置42においても、排気マニホルド41の集合部分よりも下流での未燃焼の改質ガス(水素ガス及び一酸化炭素ガス)の燃焼反応や一酸化炭素ガスの触媒反応によって触媒担体温度が早期に上昇する。
Thereby, in the cylinder to be controlled (
次に、この電子制御装置60は、実施例1と同様にして排気浄化装置42の暖機制御終了条件か否か判断する(ステップST14)。
Next, the
そして、暖機制御終了条件でなければ上記ステップST13に戻って暖機制御を継続させ、暖機制御終了条件であれば、上記ステップST13にて設定した第1から第4の気筒11a〜11dの夫々の混合気の空燃比をリセットし(ステップST15)、通常の空燃比制御に切り替えて、通常の空燃比制御と点火制御を実行する(ステップST16)。
If the warm-up control end condition is not satisfied, the process returns to step ST13 to continue the warm-up control. If the warm-up control end condition is satisfied, the first to
以上示した如く、本実施例2の内燃機関100によれば、一部の気筒の混合気を過濃化させることにより排気経路40上に改質ガスを供給して、その排気経路40上で改質ガスを燃焼反応又は触媒反応させている。これが為、この内燃機関100においても、実施例1の内燃機関1と同様に、排気浄化装置42の触媒担体温度を排気ガスのみで昇温させる場合よりも早く上昇させることができ、その排気浄化装置42の早期活性化が図れる。また、その排気経路40上の改質ガス中にはHC成分が殆ど存在していないので、エミッション性能が悪化しない。従って、この本実施例2の内燃機関100においても、早い段階からエミッション性能を確保しつつ炭化水素系燃料での燃焼が可能になるので、所望の運転条件等に応じた最適な燃焼制御を実行することができるようになる。
As described above, according to the
ところで、特定の気筒に対してだけ混合気を過濃化させていると、その気筒と残りの気筒との間で暖機速度が異なってしまい、排気浄化装置42の暖機制御を終えた後で暖機不足の気筒において燃焼不良等が発生する虞がある。また、この内燃機関100においては、特定の気筒でだけ混合気が他の気筒に対して過濃化されているので、トルク変動が生じる虞もある。
By the way, if the air-fuel mixture is excessively enriched only for a specific cylinder, the warm-up speed differs between that cylinder and the remaining cylinders, and after the warm-up control of the
そこで、排気浄化装置42の暖機制御実行中における過濃化制御対象の気筒については、所定の間隔毎(例えば、1サイクル毎)に変更する。その過濃化制御対象気筒は、トルク変動等の起こり得ない均衡の取れた順番で変更していくことが望ましい。
Accordingly, the cylinders subject to over-concentration control during execution of warm-up control of the
これにより、機関全体の暖機が均等に行われるようになるので、燃焼不良等を起こす気筒が無くなってトルク変動等を抑制することができる。また、排気ポートや排気マニホルド41の分流通路を均等に暖機させることができる。また、仮に各気筒11a〜11dから排出された排気浄化装置42を流れる夫々の排気ガスの流動箇所に偏りがあったとしても、その排気浄化装置42を均等に暖機させることができるようになる。
As a result, the entire engine is warmed up evenly, and therefore, there is no cylinder causing combustion failure and the like, and torque fluctuations can be suppressed. Further, the exhaust port and the branch passage of the
ここで、夫々の気筒11a〜11d毎の吸入空気量を制御可能な構成(例えば、気筒11a〜11d毎に空気の吸入量を調節可能な流量制御弁、吸気バルブの可変バルブタイミング/バルブリフト量調節機構等)が具備されている場合には、かかる構成を電子制御装置60に制御させて各気筒11a〜11dの混合気の空燃比を上記の如く調節してもよい。
Here, a configuration capable of controlling the intake air amount for each of the
また、本実施例2にあっては、改質ガスと反応させる酸素を排気経路40上へと供給する為に、過濃化制御対象気筒以外の残りの気筒の混合気を希薄化している。しかしながら、その残りの気筒については必ずしも混合気を希薄化させる必要はなく、例えば、排気経路40上の排気浄化装置42の上流側に酸素を供給する酸素供給手段を設けてもよい。例えば、かかる酸素供給手段としては、所謂2次空気供給装置等が考えられる。そして、このような酸素供給手段を設ける場合には、上記と同様に一部の気筒のみを過濃化させても同様の効果を奏することができるが、全ての気筒11a〜11dの混合気を過濃化させることによって更に多量の改質ガスを反応させることができるので、より早期の排気浄化装置42の活性化が実現される。
Further, in the second embodiment, in order to supply oxygen to be reacted with the reformed gas onto the
尚、上述した各実施例1,2においては4つの気筒11a〜11dを備えた内燃機関1,100を例に挙げて説明したが、本発明に係る内燃機関は、複数の気筒を備えたものであれば何れにも適用することができる。
In each of the first and second embodiments described above, the
また、上述した各実施例1,2においては炭化水素系燃料と酸素からなる混合気を改質して水素ガス及び一酸化炭素ガスを主成分とする改質ガスを生成させる燃料改質装置50,150について例示したが、この燃料改質装置50,150は、炭化水素系燃料と酸素と水蒸気からなる混合気から水素ガス及び一酸化炭素ガスを主成分とする改質ガスを生成させるべく構成してもよい。
Further, in each of the first and second embodiments described above, a
以上のように、本発明に係る内燃機関は、エミッション性能の悪化を抑制しながらも排気浄化装置を早期に活性化させる技術に適している。 As described above, the internal combustion engine according to the present invention is suitable for a technique for activating the exhaust purification device at an early stage while suppressing deterioration of emission performance.
1,100 内燃機関
11a〜11d 第1から第4の気筒
12a〜12d 第1から第4の点火プラグ
20 吸気経路
21 吸気通路
27 吸気マニホルド
40 排気経路
41 排気マニホルド
42 排気浄化装置
43 排気温センサ
50,150 燃料改質装置
54 改質ガス供給路
54a〜54d 第1から第4の改質ガス供給路
55 改質ガス流量調節手段
55a〜55d 第1から第4の改質ガス流量調節手段
60 電子制御装置
1,100
Claims (5)
前記各気筒の内の一部の気筒に対しての点火動作を停止させる制御手段を設けたことを特徴とする内燃機関。 In an internal combustion engine having a plurality of cylinders that can be operated using a reformed gas generated from a predetermined fuel in a fuel reformer as a fuel,
An internal combustion engine comprising control means for stopping an ignition operation for a part of the cylinders.
前記制御手段は、点火動作を停止させる前記気筒への改質ガスの供給量が他の気筒よりも多くなるように前記燃料改質装置の制御を行うべく構成したことを特徴とする請求項1記載の内燃機関。 The fuel reformer is configured so that the supply amount of the generated reformed gas can be adjusted for each cylinder,
2. The control device according to claim 1, wherein the control means is configured to control the fuel reformer so that a supply amount of reformed gas to the cylinder for stopping the ignition operation is larger than that of the other cylinders. The internal combustion engine described.
前記各気筒の内の一部の気筒への改質ガスと空気の混合気を他の気筒の混合気に対して過濃側に制御する制御手段を設けたことを特徴とする内燃機関。 In an internal combustion engine having a plurality of cylinders that can be operated using a reformed gas generated from a predetermined fuel in a fuel reformer as a fuel,
An internal combustion engine comprising a control means for controlling an air-fuel mixture of reformed gas and air to some cylinders of each of the cylinders to a rich side with respect to an air-fuel mixture of other cylinders.
前記制御手段は、過濃化される前記気筒への改質ガスの供給量が他の気筒よりも多くなるように前記燃料改質装置の制御を行うべく構成したことを特徴とする請求項3記載の内燃機関。 The fuel reformer is configured so that the supply amount of the generated reformed gas can be adjusted for each cylinder,
The said control means is comprised so that control of the said fuel reformer may be performed so that the supply amount of the reformed gas to the said cylinder to be over-concentrated may become larger than another cylinder. The internal combustion engine described.
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