JP4677996B2 - Internal combustion engine using hydrogen - Google Patents

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Description

この発明は、水素利用内燃機関、特に、水素化燃料を水素と脱水素燃料とに分離する機能を有する水素利用内燃機関に関する。   The present invention relates to a hydrogen-utilizing internal combustion engine, and more particularly to a hydrogen-utilizing internal combustion engine having a function of separating hydrogenated fuel into hydrogen and dehydrogenated fuel.

従来、例えば、特開2005−147124号公報には、触媒を用いて有機ハイドライドを含む水素化燃料を脱水素反応させることにより、水素リッチガスと脱水素燃料とを生成するシステムが開示されている。このシステムによれば、有機ハイドライドを含む水素化燃料だけを給油することにより、車両上で、水素リッチガス、脱水素燃料、および水素化燃料の3種の燃料を内燃機関の作動に供する燃料として使用することができる。   Conventionally, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-147124 discloses a system that generates a hydrogen-rich gas and a dehydrogenated fuel by dehydrogenating a hydrogenated fuel containing an organic hydride using a catalyst. According to this system, by supplying only hydrogenated fuel containing organic hydride, three kinds of fuels, hydrogen rich gas, dehydrogenated fuel, and hydrogenated fuel, are used as fuel for operating the internal combustion engine on the vehicle. can do.

特開2005−147124号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2005-147124 特開2004−189585号公報JP 2004-189585 A 特開2005−299501号公報JP 2005-299501 A 特開2005−299497号公報JP 2005-299497 A

ところで、上記従来のシステムによれば、車両上で生成された水素を脱水素燃料等のガソリンに添加して使用することで、内燃機関のリーンバーン領域を拡大することができ、燃費の向上やNOx発生量の低減といった顕著な効果を得ることができる。   By the way, according to the above-described conventional system, the lean burn region of the internal combustion engine can be expanded by adding hydrogen generated on the vehicle to gasoline such as dehydrogenated fuel, thereby improving fuel consumption. A significant effect such as a reduction in the amount of NOx generated can be obtained.

しかしながら、水素の生成に排熱を利用するシステムでは、内燃機関の冷間時等、水素を生成することができない場合があり、貯留タンクの容量によっては、時として水素が不足する事態も考えられる。そこで、水素化燃料を内燃機関の燃料として使用することが考えられるが、水素化燃料は通常のガソリンとは異なる特性を有するため、これらの特性を考慮した上で、最適な運転領域および運転方法等を選択する必要がある。この点、上記従来の技術においては、水素化燃料を内燃機関の燃料として使用するための具体的な手法が開示されておらず、改善の余地があった。   However, a system that uses exhaust heat to generate hydrogen may not be able to generate hydrogen, such as when the internal combustion engine is cold. Depending on the capacity of the storage tank, there may be a situation where hydrogen is sometimes insufficient. . Therefore, it is conceivable to use hydrogenated fuel as a fuel for an internal combustion engine. However, since hydrogenated fuel has characteristics different from those of ordinary gasoline, the optimum operating region and method are considered in consideration of these characteristics. Etc. need to be selected. In this regard, the above-described conventional technology does not disclose a specific method for using hydrogenated fuel as fuel for an internal combustion engine, and there is room for improvement.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、水素化燃料を水素と脱水素燃料とに分離する機能を有する水素利用内燃機関に関し、水素化燃料を内燃機関の燃料として使用しつつ、高効率且つ低エミッションを実現できるようにすることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and relates to a hydrogen-utilized internal combustion engine having a function of separating hydrogenated fuel into hydrogen and dehydrogenated fuel, and uses the hydrogenated fuel as fuel for the internal combustion engine. It is intended to achieve high efficiency and low emission while being used.

第1の発明は、上記の目的を達成するため、水素利用内燃機関であって、
圧縮自着火運転と火花点火運転とが可能な水素利用内燃機関において、
有機ハイドライドを含む水素化燃料を、水素と脱水素燃料とに分離する燃料分離手段と、
前記水素化燃料、前記水素、および前記脱水素燃料の何れかを選択的に、或いは複数を組み合わせて前記内燃機関に供給するための燃料供給手段と、
前記水素化燃料を燃料として圧縮自着火拡散燃焼による運転を行う制御手段と、
を備え
前記制御手段は、前記内燃機関が所定の運転領域で運転されているときには、前記水素化燃料を燃料として圧縮自着火拡散燃焼による運転を行い、前記内燃機関が前記所定運転領域よりも低負荷域で運転されるときには、前記脱水素燃料と前記水素とを燃料として火花点火燃焼による運転を行うことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a hydrogen-utilizing internal combustion engine,
In a hydrogen-based internal combustion engine capable of compression self-ignition operation and spark ignition operation,
Fuel separation means for separating hydrogenated fuel containing organic hydride into hydrogen and dehydrogenated fuel;
Fuel supply means for supplying the internal combustion engine selectively or in combination with any one of the hydrogenated fuel, the hydrogen, and the dehydrogenated fuel;
Control means for performing operation by compression auto-ignition diffusion combustion using the hydrogenated fuel as fuel;
Equipped with a,
When the internal combustion engine is operating in a predetermined operating region, the control means performs an operation by compression auto-ignition diffusion combustion using the hydrogenated fuel as a fuel, and the internal combustion engine is in a lower load region than the predetermined operating region. When the operation is performed with the above, the operation is performed by spark ignition combustion using the dehydrogenated fuel and the hydrogen as fuel .

また、第の発明は、第の発明において、
前記制御手段は、前記内燃機関が前記脱水素燃料と前記水素とを燃料として運転を行う運転領域よりもさらに低負荷域で運転されるときには、前記水素化燃料を燃料として圧縮自着火拡散燃焼による運転を行うことを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
When the internal combustion engine is operated in a lower load region than the operation region where the internal combustion engine is operated using the dehydrogenated fuel and the hydrogen as fuel, the control means is based on compression auto-ignition diffusion combustion using the hydrogenated fuel as a fuel. It is characterized by performing driving.

また、第の発明は、第1または第2の発明において、
前記内燃機関の水温を取得する水温取得手段を更に備え、
前記制御手段は、前記水温が判定値以下であり、且つ、前記内燃機関が圧縮自着火燃焼による運転領域で運転されるときには、燃料である前記水素化燃料の供給に先立って、前記内燃機関に前記水素を供給すると共に、燃焼室内に配置された着火装置を作動させることを特徴とする。
The third invention is the first or second invention, wherein
Water temperature acquisition means for acquiring the water temperature of the internal combustion engine,
When the water temperature is equal to or lower than a determination value and the internal combustion engine is operated in an operation region based on compression auto-ignition combustion, the control means applies the internal combustion engine to the internal combustion engine prior to supplying the hydrogenated fuel that is fuel. While supplying the said hydrogen, the ignition device arrange | positioned in a combustion chamber is operated, It is characterized by the above-mentioned.

第1の発明によれば、水素化燃料を燃料とする圧縮自着火拡散燃焼が行われることになる。水素化燃料は通常のガソリン(脱水素燃料)に比較してオクタン価が低いため、自着火性が良好である。このため、本発明によれば、水素化燃料の圧縮自着火燃焼により、良好な燃費と出力とを両立することができる。また、水素化燃料は耐ノッキング性が悪いが、本発明によれば、圧縮行程の後期に燃料が噴射される拡散燃料が行われるため、ノッキングの発生を完全に払拭し、排気エミッションの悪化を防止することができる。
また、本発明によれば、内燃機関が比較的高負荷で運転されているときには、水素化燃料を燃料とする圧縮自着火拡散燃焼が行われることになる。内燃機関が高負荷で運転されているときには自着火性が良好なため、脱水素燃料と水素とを燃料とする予混合火花点火燃焼による運転よりも高効率な運転が可能となる。このため、本発明によれば、水素化燃料の圧縮自着火燃焼により、高効率且つ低エミッションを実現することができる。
According to the first invention, compression autoignition diffusion combustion using hydrogenated fuel as fuel is performed. Since hydrogenated fuel has a lower octane number than ordinary gasoline (dehydrogenated fuel), it has good self-ignitability. For this reason, according to the present invention, it is possible to achieve both good fuel efficiency and output by compression self-ignition combustion of hydrogenated fuel. Further, hydrogenated fuel has poor knock resistance, but according to the present invention, diffusion fuel is injected at the latter stage of the compression stroke, so that knocking is completely wiped out and exhaust emission is deteriorated. Can be prevented.
Further, according to the present invention, when the internal combustion engine is operated at a relatively high load, compression auto-ignition diffusion combustion using hydrogenated fuel as fuel is performed. Since the self-ignitability is good when the internal combustion engine is operated at a high load, the operation can be performed more efficiently than the operation by premixed spark ignition combustion using dehydrogenated fuel and hydrogen as fuel. For this reason, according to the present invention, high efficiency and low emission can be realized by compression auto-ignition combustion of hydrogenated fuel.

の発明によれば、内燃機関が比較的低負荷で運転されているときには、水素化燃料を燃料とする圧縮自着火拡散燃焼が行われることになる。内燃機関が低負荷で運転されているときには、吸気の無絞り運転が可能となる。このため、本発明によれば、脱水素燃料と水素燃料ポンピング損失を低減することができ、脱水素燃料と水素とを燃料とする予混合火花点火燃焼による運転よりも高効率な運転が可能となる。また、冷却損失が小さいので、燃費を向上させることもできる。 According to the second aspect of the invention, when the internal combustion engine is operated at a relatively low load, compression auto-ignition diffusion combustion using hydrogenated fuel as fuel is performed. When the internal combustion engine is operated at a low load, the intake air can be throttled. For this reason, according to the present invention, it is possible to reduce the dehydrogenation fuel and hydrogen fuel pumping loss, and it is possible to operate more efficiently than the operation by premixed spark ignition combustion using dehydrogenated fuel and hydrogen as fuel. Become. In addition, since the cooling loss is small, fuel consumption can be improved.

また、内燃機関の暖機が完了していない冷間始動時等は自着火燃焼し難い。第の発明によれば、かかる状況において、水素化燃料の供給に先立って微量の水素が燃焼されるので、燃焼室内の温度を効果的に上昇させることができる。このため、本発明によれば、内燃機関の冷間始動時においても、水素化燃料を燃料とする圧縮自着火拡散燃焼を確実に行うことができる。 In addition, when the internal combustion engine is not warmed up, it is difficult to perform self-ignition combustion during a cold start. According to the third invention, in such a situation, since a small amount of hydrogen is combusted prior to the supply of the hydrogenated fuel, the temperature in the combustion chamber can be effectively increased. For this reason, according to the present invention, even when the internal combustion engine is cold-started, it is possible to reliably perform compression auto-ignition diffusion combustion using hydrogenated fuel as fuel.

以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   Several embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted. The present invention is not limited to the following embodiments.

実施の形態1.
[実施の形態1の構成]
図1は、本発明の実施形態1のシステム構成を説明するための図である。図1に示すとおり、本実施の形態のシステムは、内燃機関(以下、「エンジン」とも称す)10を備えている。本実施の形態にかかる内燃機関10は火花点火式の4ストロークエンジンであり、エンジン本体2に形成された燃焼室4に点火プラグ22を備えている。この内燃機関10は、燃料混合気に点火プラグ22で点火することで実現される火炎伝播燃焼に加え、圧縮行程後期において、高圧の燃焼室4に燃料が噴射されることで自着火し、燃料が空気と拡散混合しながら燃焼する圧縮自着火拡散燃焼(以下、「ディーゼル燃焼」とも称す)を実現可能な構成を有している。より具体的には、吸気バルブ、或いは吸気/排気バルブに可変動弁機構(図示せず)を有し、バルブオーバーラップや吸気バルブの閉タイミングを制御することで、実質的な圧縮比を変更可能に構成されている。燃焼形式として、火炎伝播燃焼を選択する場合には、可変動弁機構の設定が低圧縮比側に設定され、燃焼形式としてディーゼル燃焼を選択する場合には設定が高圧縮比に変更されるようになっている。
Embodiment 1 FIG.
[Configuration of Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram for explaining a system configuration according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the system of the present embodiment includes an internal combustion engine (hereinafter also referred to as “engine”) 10. The internal combustion engine 10 according to the present embodiment is a spark ignition type four-stroke engine, and includes a spark plug 22 in a combustion chamber 4 formed in the engine body 2. The internal combustion engine 10 self-ignites by injecting fuel into the high-pressure combustion chamber 4 in the later stage of the compression stroke in addition to flame propagation combustion realized by igniting the fuel mixture with the spark plug 22. Has a configuration capable of realizing compression auto-ignition diffusion combustion (hereinafter also referred to as “diesel combustion”) in which combustion is performed while diffusing and mixing with air. More specifically, a variable valve mechanism (not shown) is provided in the intake valve or intake / exhaust valve, and the substantial compression ratio is changed by controlling the valve overlap and intake valve closing timing. It is configured to be possible. When flame propagation combustion is selected as the combustion type, the setting of the variable valve mechanism is set to the low compression ratio side, and when diesel combustion is selected as the combustion type, the setting is changed to the high compression ratio. It has become.

本実施の形態の内燃機関10は、その燃料として、ガソリンと水素とを利用することができる水素利用内燃機関である。本実施の形態では、一方の燃料であるガソリンは、外部(例えば、ガソリンステーション等の給油設備)から供給されるのに対して、他方の燃料である水素はシステム内で生成されるようになっている。より具体的には、以下に説明する構成によってガソリンから水素が生成されるようになっている。   The internal combustion engine 10 of the present embodiment is a hydrogen-based internal combustion engine that can use gasoline and hydrogen as its fuel. In the present embodiment, gasoline as one fuel is supplied from the outside (for example, a fueling facility such as a gasoline station), whereas hydrogen as the other fuel is generated in the system. ing. More specifically, hydrogen is generated from gasoline by the configuration described below.

図1に示すとおり、内燃機関10の燃焼室4には、吸気管12および排気管14が連通している。吸気管12には、吸入空気量を制御するためのスロットルバルブ16が配置されている。スロットルバルブ16の下流には、水素噴射弁18が配置されている。また、水素噴射弁18の下流には、ガソリン噴射弁20が配置されている。   As shown in FIG. 1, an intake pipe 12 and an exhaust pipe 14 communicate with the combustion chamber 4 of the internal combustion engine 10. A throttle valve 16 for controlling the intake air amount is disposed in the intake pipe 12. A hydrogen injection valve 18 is disposed downstream of the throttle valve 16. A gasoline injection valve 20 is disposed downstream of the hydrogen injection valve 18.

水素噴射弁18には、後述するように、水素リッチガスが所定の圧力で供給されている。水素噴射弁18は、外部から供給される駆動信号を受けて開弁することにより、その開弁時間に応じた量の水素リッチガスを吸気管12の内部に噴射することができる。   The hydrogen injector 18 is supplied with hydrogen-rich gas at a predetermined pressure, as will be described later. The hydrogen injection valve 18 is opened in response to a drive signal supplied from the outside, so that an amount of hydrogen rich gas corresponding to the valve opening time can be injected into the intake pipe 12.

ガソリン噴射弁20には、後述するように、ガソリンが所定の圧力で供給されている。ガソリン噴射弁20は、外部から供給される駆動信号を受けて開弁することにより、その開弁時間に応じた量のガソリンを吸気管12の内部に噴射することができる。   As will be described later, gasoline is supplied to the gasoline injection valve 20 at a predetermined pressure. The gasoline injection valve 20 is opened in response to a drive signal supplied from the outside, so that an amount of gasoline corresponding to the valve opening time can be injected into the intake pipe 12.

排気管14の途中には、脱水素反応器24が配置されている。脱水素反応器24の内部には、熱交換器26および脱水素触媒28が配置されている。この脱水素反応器24は、水素化燃料である水素化ガソリンを脱水素反応させることにより、水素とガソリンに分離させる装置である。脱水素触媒28は、脱水素反応器24内において、更に筒状のケーシングに収納されている。脱水素触媒28の近傍には、脱水素触媒28の温度THCを検出する温度センサ80が設置されている。   A dehydrogenation reactor 24 is arranged in the middle of the exhaust pipe 14. Inside the dehydrogenation reactor 24, a heat exchanger 26 and a dehydrogenation catalyst 28 are arranged. The dehydrogenation reactor 24 is an apparatus that separates hydrogen and gasoline by dehydrogenating hydrogenated gasoline that is a hydrogenated fuel. The dehydrogenation catalyst 28 is further accommodated in a cylindrical casing in the dehydrogenation reactor 24. A temperature sensor 80 that detects the temperature THC of the dehydrogenation catalyst 28 is installed in the vicinity of the dehydrogenation catalyst 28.

また、熱交換器26は、排気管14を流通する排気ガスが脱水素反応器24内を通過するときに排気ガスの熱を吸収し、かかる熱を利用して脱水素触媒28を加熱することができる装置である。これにより、脱水素触媒28は、脱水素反応が可能な温度(例えば300℃以上)に加熱にされる。   The heat exchanger 26 absorbs the heat of the exhaust gas when the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 14 passes through the dehydrogenation reactor 24, and heats the dehydrogenation catalyst 28 using the heat. It is a device that can. Thereby, the dehydrogenation catalyst 28 is heated to a temperature at which dehydrogenation reaction is possible (for example, 300 ° C. or more).

本実施の形態における水素化ガソリンとは、一般的なガソリンに比して有機ハイドライドを多量に含むものである。ここで、「有機ハイドライド」とは、300℃程度の温度で脱水素反応を起こす炭化水素成分であり、具体的には、デカリンやシクロヘキサンがこれに該当する。水素化ガソリンは、例えばガソリンから生成することができる。すなわち、通常のガソリン(LFT−1C)には、トルエンが40%程度含まれている。トルエンを水素化すると、有機ハイドライドであるメチルシクロヘキサン(C14)を生成することができる。つまり、通常のガソリンを原料として、その中に含まれるトルエンを水素化することにより、メチルシクロヘキサンを40%程度含有する水素化ガソリンを生成することができる。 The hydrogenated gasoline in the present embodiment contains a large amount of organic hydride as compared with general gasoline. Here, the “organic hydride” is a hydrocarbon component that causes a dehydrogenation reaction at a temperature of about 300 ° C., and specifically, decalin and cyclohexane correspond to this. Hydrogenated gasoline can be produced, for example, from gasoline. That is, ordinary gasoline (LFT-1C) contains about 40% of toluene. When toluene is hydrogenated, methylcyclohexane (C 7 H 14 ), which is an organic hydride, can be produced. That is, hydrogenated gasoline containing about 40% methylcyclohexane can be produced by hydrogenating toluene contained in ordinary gasoline as a raw material.

上述した水素化ガソリンを脱水素反応させると、水素リッチガスと通常のガソリンとが生成される。本実施の形態では、説明の便宜上、水素化燃料として上述した組成を有する水素化ガソリンが使用されることとし、本実施の形態における「ガソリン」とは、水素化ガソリンの脱水素反応により生成された脱水素燃料に相当するものとする。   When the hydrogenated gasoline described above is dehydrogenated, hydrogen-rich gas and normal gasoline are generated. In the present embodiment, for convenience of explanation, hydrogenated gasoline having the above-described composition is used as the hydrogenated fuel, and “gasoline” in the present embodiment is generated by a dehydrogenation reaction of hydrogenated gasoline. Equivalent to dehydrogenated fuel.

図1に示すとおり、脱水素触媒28の上部には、水素化ガソリン噴射弁30が配置されている。水素化ガソリン噴射弁30は、後述するように、所定の圧力で、水素化ガソリンの供給を受けており、外部から受ける駆動信号を受けて開弁することにより、その開弁時間に応じた量の水素化ガソリンを脱水素触媒28に供給することができる。   As shown in FIG. 1, a hydrogenated gasoline injection valve 30 is disposed above the dehydrogenation catalyst 28. As will be described later, the hydrogenated gasoline injection valve 30 is supplied with hydrogenated gasoline at a predetermined pressure, and is opened by receiving a drive signal received from the outside, so that an amount corresponding to the valve opening time is obtained. The hydrogenated gasoline can be supplied to the dehydrogenation catalyst 28.

また、内燃機関10には、燃焼室4内に水素化ガソリンを噴射するための筒内水素化ガソリン噴射弁32が配置されている。筒内水素化ガソリン噴射弁32には、上述した水素化ガソリンが所定の圧力で供給されている。筒内水素化ガソリン噴射弁32は、外部から供給される駆動信号を受けて開弁することにより、その開弁時間に応じた量の水素化ガソリンを筒内に噴射することができる。   The internal combustion engine 10 is provided with an in-cylinder hydrogenated gasoline injection valve 32 for injecting hydrogenated gasoline into the combustion chamber 4. The above-described hydrogenated gasoline is supplied to the in-cylinder hydrogenated gasoline injection valve 32 at a predetermined pressure. The in-cylinder hydrogenated gasoline injection valve 32 is opened in response to a drive signal supplied from the outside, so that an amount of hydrogenated gasoline corresponding to the valve opening time can be injected into the cylinder.

本実施の形態のシステムは、水素化ガソリンを貯留する水素化ガソリンタンク34を備えている。水素化ガソリンタンク34には、上述した水素化ガソリンが給油される。水素化ガソリンタンク34には、水素化ガソリン供給管36が連通している。水素化ガソリン供給管36は、その途中にポンプ(図示せず)を備え、その端部において水素化ガソリン噴射弁30および筒内水素化ガソリン噴射弁32に連通している。水素化ガソリンタンク34内の水素化ガソリンは、内燃機関10の運転中に、ポンプにより汲み上げられて、所定の圧力で水素化ガソリン噴射弁30または筒内水素化ガソリン噴射弁32に供給される。これにより、水素化ガソリンタンク34内の水素化ガソリンを、水素化ガソリン噴射弁30から噴射することもできるし、また、筒内水素化ガソリン噴射弁32から噴射することもできる。   The system of the present embodiment includes a hydrogenated gasoline tank 34 that stores hydrogenated gasoline. The hydrogenated gasoline tank 34 is supplied with the hydrogenated gasoline described above. A hydrogenated gasoline supply pipe 36 communicates with the hydrogenated gasoline tank 34. The hydrogenated gasoline supply pipe 36 includes a pump (not shown) in the middle thereof, and communicates with the hydrogenated gasoline injection valve 30 and the in-cylinder hydrogenated gasoline injection valve 32 at the end thereof. The hydrogenated gasoline in the hydrogenated gasoline tank 34 is pumped up by a pump during operation of the internal combustion engine 10 and supplied to the hydrogenated gasoline injection valve 30 or the in-cylinder hydrogenated gasoline injection valve 32 at a predetermined pressure. Thereby, the hydrogenated gasoline in the hydrogenated gasoline tank 34 can be injected from the hydrogenated gasoline injection valve 30 or can be injected from the in-cylinder hydrogenated gasoline injection valve 32.

脱水素触媒28の下部には、管路38の一端が接続されている。管路38の他端は、分離装置40に連通している。脱水素触媒28において生成された水素リッチガスとガソリンとの混合物は、管路38を通って分離装置40に流入する。   One end of a pipe line 38 is connected to the lower part of the dehydrogenation catalyst 28. The other end of the pipe line 38 communicates with the separation device 40. The mixture of the hydrogen-rich gas and gasoline generated in the dehydrogenation catalyst 28 flows into the separation device 40 through the pipe line 38.

分離装置40は、脱水素触媒28から供給される高温の水素リッチガスおよびガソリンを冷却して、それらを分離する機能を有している。分離装置40は、内燃機関10と同様に冷却水の循環により水冷されている。このため、分離装置40は、効率よく水素リッチガスおよびガソリンを冷却することができる。   The separation device 40 has a function of cooling the high-temperature hydrogen-rich gas and gasoline supplied from the dehydrogenation catalyst 28 and separating them. Similar to the internal combustion engine 10, the separation device 40 is water-cooled by circulating cooling water. For this reason, the separator 40 can cool hydrogen-rich gas and gasoline efficiently.

分離装置40の底部には、冷却されることにより液化したガソリンを貯留しておくための液体貯留スペースが設けられている。また、その貯留スペースの上方には、気体のまま残存する水素リッチガスを貯留するための気体貯留スペースが確保されている。分離装置40には、液体貯留スペースに連通するように、ガソリン管路42が連通していると共に、気体貯留スペースに連通するように、水素管路44が連通している。   A liquid storage space for storing gasoline liquefied by being cooled is provided at the bottom of the separation device 40. Further, a gas storage space for storing the hydrogen-rich gas remaining as a gas is secured above the storage space. The separator 40 is connected with a gasoline pipe line 42 so as to communicate with the liquid storage space, and with a hydrogen pipe line 44 so as to communicate with the gas storage space.

ガソリン管路42は、ガソリンタンク48に連通している。ガソリンタンク48には、ガソリン供給管50が連通している。ガソリン供給管50は、その途中にポンプ(図示せず)を備え、その端部においてガソリン噴射弁20に連通している。ガソリンタンク内のガソリンは、内燃機関10の運転中に、ポンプにより汲み上げられて、所定の圧力でガソリン噴射弁20に供給される。   The gasoline pipeline 42 communicates with the gasoline tank 48. A gasoline supply pipe 50 communicates with the gasoline tank 48. The gasoline supply pipe 50 is provided with a pump (not shown) in the middle thereof, and communicates with the gasoline injection valve 20 at its end. Gasoline in the gasoline tank is pumped up by a pump during operation of the internal combustion engine 10 and supplied to the gasoline injection valve 20 at a predetermined pressure.

水素管路44は、水素タンク52に連通している。また、水素管路44には、分離装置40内の水素リッチガスを水素タンク52に圧送するためのポンプ(図示せず)が組み込まれている。また、水素タンク52には、水素供給管54が連通している。水素供給管は、その途中にレギュレータ(図示せず)を備え、その端部において水素噴射弁18に連通している。このような構成によれば、水素噴射弁18には、水素タンク52に水素リッチガスが貯留されていることを条件に、レギュレータにより調圧される圧力により水素リッチガスが供給される。   The hydrogen pipe 44 communicates with the hydrogen tank 52. Further, a pump (not shown) for pumping the hydrogen rich gas in the separation device 40 to the hydrogen tank 52 is incorporated in the hydrogen pipe 44. A hydrogen supply pipe 54 communicates with the hydrogen tank 52. The hydrogen supply pipe is provided with a regulator (not shown) in the middle thereof and communicates with the hydrogen injection valve 18 at its end. According to such a configuration, the hydrogen injector 18 is supplied with the hydrogen rich gas by the pressure regulated by the regulator on the condition that the hydrogen rich gas is stored in the hydrogen tank 52.

本実施の形態のシステムは、ECU(Electronic Control Unit)70を備えている。内燃機関10の総合制御はECU70により行われる。ECU70の出力部には、上述した水素噴射弁18、ガソリン噴射弁20、水素化ガソリン噴射弁30、筒内水素化ガソリン噴射弁32の他、ポンプ等の図示しない種々の機器が接続されている。ECU70の入力部には、エンジン回転数センサ72、アクセル開度センサ74、車速センサ76、冷却水の温度を検知する温度センサ78、脱水素触媒28の温度を検知する温度センサ80等の種々のセンサ類が接続されている。これらセンサ72、74、76、78、80から入力されるエンジン回転数NE(rpm)、アクセル開度ACCP(%)、車速SPD(m/s)、水温THW(℃)、触媒温度THC(℃)は、何れもエンジン制御に係る情報として用いられる。ECU70は、入力された各種の情報に基づいて、所定のプログラムに従って各機器を駆動する。   The system according to the present embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 70. Overall control of the internal combustion engine 10 is performed by the ECU 70. In addition to the hydrogen injector 18, gasoline injector 20, hydrogenated gasoline injector 30, in-cylinder hydrogenated gasoline injector 32, various devices (not shown) such as a pump are connected to the output portion of the ECU 70. . Various inputs such as an engine speed sensor 72, an accelerator opening sensor 74, a vehicle speed sensor 76, a temperature sensor 78 that detects the temperature of the cooling water, and a temperature sensor 80 that detects the temperature of the dehydrogenation catalyst 28 are input to the ECU 70. Sensors are connected. Engine speed NE (rpm), accelerator opening ACCP (%), vehicle speed SPD (m / s), water temperature THW (° C), catalyst temperature THC (° C) input from these sensors 72, 74, 76, 78, 80 ) Is used as information related to engine control. The ECU 70 drives each device in accordance with a predetermined program based on various types of input information.

[実施の形態1における動作]
次に、本実施の形態1の動作について説明する。本実施の形態のシステムは、内燃機関10の運転状態に基づいて、水素化ガソリンのディーゼル燃焼による運転(以下、「ディーゼル燃焼運転」と称す)と、ガソリンに水素リッチガスを添加して行うリーンバーン運転(以下、水素添加リーンバーン運転)とを選択することができる。
[Operation in Embodiment 1]
Next, the operation of the first embodiment will be described. The system according to the present embodiment is based on the operation state of the internal combustion engine 10 and is operated by diesel combustion of hydrogenated gasoline (hereinafter referred to as “diesel combustion operation”) and lean burn performed by adding hydrogen rich gas to gasoline. Operation (hereinafter referred to as hydrogen addition lean burn operation) can be selected.

水素添加リーンバーン運転時には、脱水素触媒28における水素およびガソリンの生成動作と、これらの燃料の燃焼動作がそれぞれ実行される。より具体的には、本実施の形態のシステムでは、脱水素反応器24内の脱水素触媒28の温度が300℃程度になると、水素化ガソリンを水素リッチガスとガソリンに分離し得る状態となる。ECU70は、内燃機関10の始動後、温度センサ80の出力に基づいて、脱水素反応器24がその分離処理を実行しうる状態になったか否かを判断する。そして、その処理が実行可能であると判断すると、水素化ガソリン噴射弁30に適量の水素化ガソリンを噴射させ始める。   During the hydrogen addition lean burn operation, hydrogen and gasoline production operations in the dehydrogenation catalyst 28 and combustion operations of these fuels are executed. More specifically, in the system of the present embodiment, when the temperature of the dehydrogenation catalyst 28 in the dehydrogenation reactor 24 reaches about 300 ° C., the hydrogenated gasoline can be separated into hydrogen-rich gas and gasoline. After starting the internal combustion engine 10, the ECU 70 determines whether or not the dehydrogenation reactor 24 is ready to perform the separation process based on the output of the temperature sensor 80. When it is determined that the process can be performed, the hydrogenated gasoline injection valve 30 starts to inject an appropriate amount of hydrogenated gasoline.

このようにして水素化ガソリンの噴射が開始されると、脱水素反応器24の底部から、水素リッチガスとガソリンとが混じり合った高温のガスが流出し始める。この高温のガスが分離装置40で冷却されることにより、ガソリン管路42にはガソリンが、また、水素管路44には水素リッチガスがそれぞれ流通し始める。これにより、ガソリンおよび水素リッチガスが、それぞれガソリンタンク48、および水素タンク52に供給される。   When injection of hydrogenated gasoline is started in this way, high-temperature gas in which hydrogen-rich gas and gasoline are mixed begins to flow out from the bottom of the dehydrogenation reactor 24. When this high-temperature gas is cooled by the separator 40, gasoline starts to flow through the gasoline pipe 42 and hydrogen-rich gas starts to flow through the hydrogen pipe 44. Thereby, gasoline and hydrogen rich gas are supplied to the gasoline tank 48 and the hydrogen tank 52, respectively.

また、水素添加リーンバーン運転時には、水素供給管54を介して水素タンク52内の水素リッチガスが水素噴射弁18へ供給される。同時に、ガソリン供給管50を介してガソリンタンク48に貯留されていたガソリンがガソリン噴射弁20へ供給される。そして、ガソリン噴射弁20の作動によりガソリンが吸気管12内に噴射されるとともに、水素噴射弁18の作動によって水素リッチガスが吸気管12内に噴射される。吸気管12内に噴射された水素リッチガスおよびガソリンは、空気と混合しながら燃焼室4内に吸入され、点火プラグ22によって点火されることで燃焼(火炎伝播燃焼)する。   Further, during the hydrogen addition lean burn operation, the hydrogen rich gas in the hydrogen tank 52 is supplied to the hydrogen injection valve 18 through the hydrogen supply pipe 54. At the same time, gasoline stored in the gasoline tank 48 is supplied to the gasoline injection valve 20 through the gasoline supply pipe 50. Gasoline is injected into the intake pipe 12 by the operation of the gasoline injection valve 20, and hydrogen rich gas is injected into the intake pipe 12 by the operation of the hydrogen injection valve 18. The hydrogen-rich gas and gasoline injected into the intake pipe 12 are sucked into the combustion chamber 4 while being mixed with air, and burned (flame propagation combustion) by being ignited by the spark plug 22.

一方、ディーゼル燃焼運転時には、水素化ガソリン供給管36を介して水素化ガソリンタンク34内に貯留されていた水素化ガソリンが筒内水素化ガソリン噴射弁32へ供給される。そして、ディーゼル燃焼運転時には、筒内水素化ガソリン噴射弁32のみが作動し、圧縮行程の後期に水素化ガソリンが燃焼室4内に噴射される。メチルシクロヘキサン等のナフテン系炭化水素を主成分とする水素化ガソリンは、トルエン等のアロマ系炭化水素を主成分とするガソリンよりもオクタン価が低く、より低温で着火しやすいため、ディーゼル燃焼には適している。圧縮行程の後期は燃焼室4内が高温高圧となっている。このため、燃焼室4内に噴射された水素化ガソリンは、自己着火して燃焼を開始し、該水素化ガソリンが継続的に噴射されることにより、水素化ガソリンが空気と拡散混合しながら燃焼する。   On the other hand, during diesel combustion operation, hydrogenated gasoline stored in the hydrogenated gasoline tank 34 is supplied to the in-cylinder hydrogenated gasoline injection valve 32 via the hydrogenated gasoline supply pipe 36. During the diesel combustion operation, only the in-cylinder hydrogenated gasoline injection valve 32 operates, and hydrogenated gasoline is injected into the combustion chamber 4 at the latter stage of the compression stroke. Hydrogenated gasolines based on naphthenic hydrocarbons such as methylcyclohexane are suitable for diesel combustion because they have lower octane numbers and are easier to ignite at lower temperatures than gasolines based on aromatic hydrocarbons such as toluene. ing. In the latter stage of the compression stroke, the inside of the combustion chamber 4 is at high temperature and pressure. For this reason, the hydrogenated gasoline injected into the combustion chamber 4 self-ignites and starts combustion, and the hydrogenated gasoline is continuously injected, so that the hydrogenated gasoline burns while being diffusely mixed with air. To do.

本実施の形態にかかるエンジンにおいて実行可能な2つの運転方法のうち、水素添加リーンバーン運転によれば、燃焼性に優れた水素リッチガスが添加されることで、ガソリンのみを燃料とするリーンバーン運転に比較して空燃比をよりリーン化することが可能となって、更なる燃費の向上とNOx発生量の低減とが可能になる。   Of the two operation methods that can be executed in the engine according to the present embodiment, according to the hydrogen-added lean burn operation, the lean burn operation using only gasoline as fuel is performed by adding a hydrogen-rich gas with excellent combustibility. As a result, the air-fuel ratio can be made leaner, and the fuel consumption can be further improved and the amount of NOx generated can be reduced.

しかしながら、水素添加リーンバーン運転においては、高負荷域におけるノッキングが発生する可能性があり、かかる場合に燃費や排気エミッションの悪化が懸念される。また、水素添加リーンバーン運転を行うには、当然のことながら水素リッチガスが必要であり、水素リッチガスの不足する状況では、水素添加リーンバーン運転を実行することができない。本実施の形態のように、水素化ガソリンを脱水素反応させることで水素リッチガスを生成するシステムの場合、エンジンの排熱が少なく脱水素触媒28を十分に加熱することができない低負荷域では、水素添加リーンバーン運転に必要な量の水素リッチガスを生成することができないおそれがある。   However, in the hydrogen addition lean burn operation, there is a possibility that knocking in a high load region may occur, and in such a case, there is a concern about deterioration of fuel consumption and exhaust emission. In addition, in order to perform the hydrogen addition lean burn operation, naturally, a hydrogen rich gas is required, and in a situation where the hydrogen rich gas is insufficient, the hydrogen addition lean burn operation cannot be performed. In the case of a system that generates hydrogen rich gas by dehydrogenating hydrogenated gasoline as in the present embodiment, in a low load region where the exhaust heat of the engine is low and the dehydrogenation catalyst 28 cannot be heated sufficiently, There is a possibility that an amount of hydrogen rich gas necessary for the hydrogen addition lean burn operation cannot be generated.

一方、ディーゼル燃焼運転によれば、自着火性に優れた水素化燃料が使用されることで、高負荷域においてもノッキングを完全に払拭することができるので、良好な燃費と出力とを両立することができる。また、低負荷域では吸気の無絞り運転が可能となるため、ポンピング損失や冷却損失の低減が可能となり、燃費を向上させることができる。   On the other hand, according to the diesel combustion operation, knocking can be completely wiped out even in a high load region by using hydrogenated fuel excellent in self-ignitability, so that both good fuel consumption and output can be achieved. be able to. In addition, since the intake air can be throttled in the low load range, the pumping loss and the cooling loss can be reduced, and the fuel efficiency can be improved.

そこで、本実施の形態におけるシステムでは、図2のマップに従いエンジンの運転領域に応じてエンジンの運転方法を選択することとする。図2のマップは、エンジン負荷とエンジン回転数を軸とする多次元マップであり、エンジンの運転領域のうち低負荷域および高負荷域は、ディーゼル燃焼運転を行う領域に設定され、中負荷域は水素添加リーンバーン運転を行う領域に設定されている。   Therefore, in the system according to the present embodiment, the engine operation method is selected according to the engine operation region according to the map of FIG. The map of FIG. 2 is a multi-dimensional map with the engine load and the engine speed as axes, and the low load region and the high load region of the engine operation region are set as regions where diesel combustion operation is performed, and the medium load region Is set in the region where the hydrogen addition lean burn operation is performed.

図2のマップにおいて、低負荷のディーゼル燃焼運転が選択される運転領域と、水素添加リーンバーン運転が選択される運転領域との境界は、低負荷のディーゼル燃焼運転が水素添加リーンバーン運転よりも効率がよい限界負荷を意味している。また、高負荷のディーゼル燃焼運転が選択される運転領域と、水素添加リーンバーン運転が選択される運転領域との境界は、高負荷のディーゼル燃焼運転が水素添加リーンバーン運転よりも効率がよい限界負荷を意味している。   In the map of FIG. 2, the boundary between the operation region in which the low load diesel combustion operation is selected and the operation region in which the hydrogen addition lean burn operation is selected indicates that the low load diesel combustion operation is more effective than the hydrogen addition lean burn operation. It means a limit load with high efficiency. In addition, the boundary between the operation range in which high-load diesel combustion operation is selected and the operation region in which hydrogen-added lean burn operation is selected is the limit that high-load diesel combustion operation is more efficient than hydrogen-added lean burn operation. Means load.

図2のマップによれば、水素リッチガスの不足によって、水素添加リーンバーン運転が困難となる低負荷域を、低負荷のディーゼル燃焼によって補完することができる。また、ノッキングの発生によって、水素添加リーンバーン運転が困難となる高負荷域を、高負荷のディーゼル燃焼によって補完することができる。したがって、図2のマップに従いエンジンの運転方法を切り替えることで、水素化ガソリンを内燃機関10の燃料として使用しつつ、幅広い運転領域で高効率且つ低エミッションを実現することができる。   According to the map of FIG. 2, the low load region where the hydrogen addition lean burn operation becomes difficult due to the lack of the hydrogen rich gas can be supplemented by the low load diesel combustion. Moreover, the high load region where the hydrogen addition lean burn operation becomes difficult due to the occurrence of knocking can be supplemented by high load diesel combustion. Therefore, by switching the operation method of the engine according to the map of FIG. 2, high efficiency and low emission can be realized in a wide operation region while using hydrogenated gasoline as a fuel for the internal combustion engine 10.

[実施の形態1における具体的処理]
次に、図3を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図3は、ECU70が燃料の噴射制御を実行するルーチンのフローチャートである。
[Specific Processing in Embodiment 1]
Next, with reference to FIG. 3, the specific content of the process performed in this Embodiment is demonstrated. FIG. 3 is a flowchart of a routine in which the ECU 70 executes fuel injection control.

図3に示すルーチンでは、先ず、内燃機関10の運転状態が入力される(ステップ100)。ここでは、具体的には、回転数センサ72の回転信号から検出される機関回転数NE、アクセル開度センサ74の出力信号から検出されるアクセル開度ACCP、車速センサから検出される車速SPD、およびこれらの値から算出されるエンジン負荷、温度センサ78から検出される水温THW等が内燃機関10の運転状態として入力される。   In the routine shown in FIG. 3, first, the operating state of the internal combustion engine 10 is input (step 100). Specifically, specifically, the engine speed NE detected from the rotation signal of the rotation speed sensor 72, the accelerator opening ACCP detected from the output signal of the accelerator opening sensor 74, the vehicle speed SPD detected from the vehicle speed sensor, The engine load calculated from these values, the water temperature THW detected from the temperature sensor 78, and the like are input as the operating state of the internal combustion engine 10.

次に、各燃料の貯蔵量が入力される(ステップ102)。ここでは、具体的には、水素化ガソリンタンク34、水素タンク52、およびガソリンタンク48に設けられた液量センサの出力信号に基づいて、貯留されている燃料量がそれぞれ検出される。   Next, the storage amount of each fuel is input (step 102). Here, specifically, the stored fuel amounts are respectively detected based on the output signals of the liquid amount sensors provided in the hydrogenated gasoline tank 34, the hydrogen tank 52, and the gasoline tank 48.

次に、ガソリンの貯留量が下限値V1を超えているか否かが判定される(ステップ104)。ここでは、具体的には、上記ステップ102において入力されたガソリンの貯留量と、所定の下限値V1とが比較される。下限値V1は、水素添加リーンバーン運転を行うことができるガソリンの貯留量の最低貯留量として、予め設定された値が使用される。   Next, it is determined whether or not the amount of gasoline stored exceeds the lower limit value V1 (step 104). Specifically, the gasoline storage amount input in step 102 is compared with a predetermined lower limit value V1. As the lower limit value V1, a value set in advance is used as the minimum storage amount of gasoline that can be subjected to the hydrogen addition lean burn operation.

その結果、ガソリン貯留量>下限値V1の成立が認められない場合には、ガソリンの水素添加リーンバーン運転を実行することができないと判断され、次のステップに移行し、水素化ガソリンのディーゼル燃焼運転が行われる(ステップ106)。   As a result, if establishment of gasoline storage amount> lower limit value V1 is not confirmed, it is determined that the hydrogen-added lean burn operation of gasoline cannot be executed, and the routine proceeds to the next step, where diesel combustion of hydrogenated gasoline is performed. Operation is performed (step 106).

一方、上記ステップ104において、ガソリン貯留量>下限値V1の成立が認められた場合には、次のステップに移行し、現在の運転状態におけるエンジン負荷が高負荷のディーゼル燃焼運転領域か否かが判定される(ステップ108)。ここでは、具体的には、上記ステップ100において取得された運転状態が、図2に示すマップにおいて高負荷のディーゼル燃焼運転が選択される領域に属しているか否かが判定される。その結果、高負荷のディーゼル運転が選択される領域に属していると判定された場合には、上記ステップ106に移行し、ディーゼル燃焼運転が実行される。   On the other hand, in the above step 104, when it is recognized that the gasoline storage amount> the lower limit value V1 is established, the process proceeds to the next step, and whether or not the engine load in the current operation state is in the high load diesel combustion operation region. Determination is made (step 108). Here, specifically, it is determined whether or not the operating state acquired in step 100 belongs to a region where a high-load diesel combustion operation is selected in the map shown in FIG. As a result, when it is determined that the high-load diesel operation belongs to the region to be selected, the process proceeds to step 106, and the diesel combustion operation is executed.

一方、上記ステップ108において、高負荷のディーゼル運転が選択される領域に属していないと判定された場合には、次のステップに移行し、現在の運転状態におけるエンジン負荷が低負荷のディーゼル燃焼運転領域か否かが判定される(ステップ110)。ここでは、具体的には、上記ステップ100において取得された運転状態が、図2に示すマップにおいて低負荷のディーゼル燃焼運転が選択される領域に属しているか否かが判定される。その結果、低負荷のディーゼル運転が選択される領域に属していると判定された場合には、上記ステップ106に移行し、ディーゼル燃焼運転が実行される。一方、低負荷のディーゼル運転が選択される領域に属していないと判定された場合には、次のステップに移行し、ガソリンの水素添加リーンバーン運転が実行される(ステップ112)。   On the other hand, if it is determined in step 108 that the high load diesel operation does not belong to the selected region, the process proceeds to the next step, and the engine load in the current operation state is low load diesel combustion operation. It is determined whether it is an area (step 110). Here, specifically, it is determined whether or not the operating state acquired in step 100 belongs to a region where a low-load diesel combustion operation is selected in the map shown in FIG. As a result, when it is determined that the low-load diesel operation belongs to the selected region, the process proceeds to step 106, and the diesel combustion operation is executed. On the other hand, when it is determined that the low-load diesel operation does not belong to the selected region, the process proceeds to the next step, and the gasoline hydrogen addition lean burn operation is executed (step 112).

以上説明したとおり、本実施の形態1によれば、水素リッチガスの不足によって、水素添加リーンバーン運転が困難となる低負荷域を、低負荷のディーゼル燃焼によって補完することができる。また、ノッキングの発生によって、水素添加リーンバーン運転が困難となる高負荷域を、高負荷のディーゼル燃焼によって補完することができる。したがって、エンジンの燃料として水素化ガソリンを使用しつつ、幅広い運転領域で高効率且つ低エミッションを実現することができる。   As described above, according to the first embodiment, it is possible to supplement the low load region in which the hydrogen addition lean burn operation becomes difficult due to the lack of the hydrogen rich gas by the low load diesel combustion. Moreover, the high load region where the hydrogen addition lean burn operation becomes difficult due to the occurrence of knocking can be supplemented by high load diesel combustion. Therefore, high efficiency and low emission can be realized in a wide range of operation while using hydrogenated gasoline as fuel for the engine.

ところで、上述した実施の形態1においては、水素噴射弁18を吸気管12に配置することとしているが、その配置はこれに限定されるものではない。すなわち、水素噴射弁18は、筒内に水素を噴射できるようにエンジン本体2に組み込んでもよい。また、ガソリン噴射弁20に関しても、その配置は吸気管12に限定されず、筒内に水素を噴射できるようにエンジン本体2に組み込んでもよい。この点は、以下に説明する他の実施の形態においても同様である。   By the way, in Embodiment 1 mentioned above, it is supposed that the hydrogen injection valve 18 is arrange | positioned in the intake pipe 12, However, The arrangement | positioning is not limited to this. That is, the hydrogen injection valve 18 may be incorporated in the engine body 2 so that hydrogen can be injected into the cylinder. Further, the arrangement of the gasoline injection valve 20 is not limited to the intake pipe 12 and may be incorporated in the engine body 2 so that hydrogen can be injected into the cylinder. This also applies to other embodiments described below.

また、上述した実施の形態1においては、有機ハイドライドを含む水素化燃料としてガソリンを水素化することによって製造された水素化ガソリンを使用することとしているが、使用する水素化燃料はこれに限られない。すなわち、有機ハイドライド成分を多く含む留分を改質あるいはブレンド調製することで生成された水素化燃料でもよい。また、水素化燃料に含まれる有機ハイドライドはメチルシクロヘキサンに限定されず、デカリンやシクロヘキサンでもよい。また、水素化燃料における有機ハイドライドの含有比率に関しても、通常のガソリンよりも高いのであれば特に限定しない。この点は、以下に説明する他の実施の形態においても同様である。   In the first embodiment described above, hydrogenated gasoline produced by hydrogenating gasoline is used as the hydrogenated fuel containing organic hydride. However, the hydrogenated fuel to be used is limited to this. Absent. That is, it may be a hydrogenated fuel produced by reforming or blending a fraction containing a large amount of organic hydride components. Further, the organic hydride contained in the hydrogenated fuel is not limited to methylcyclohexane, and may be decalin or cyclohexane. Further, the content ratio of the organic hydride in the hydrogenated fuel is not particularly limited as long as it is higher than that of ordinary gasoline. This also applies to other embodiments described below.

また、上述した実施の形態1においては、中負荷域において水素添加リーンバーン運転が選択されることとしているが、かかる領域に選択される運転はリーンバーン運転に限られない。すなわち、水素添加リーンバーン運転は、エンジン負荷が高負荷になるにつれて耐ノッキング性が悪化する。このため、中負荷域における高負荷側において水素添加によるストイキあるいはリッチ運転を行い、ノッキングの発生を抑制した燃焼を行うこととしてもよい。この場合、高負荷のディーゼル燃焼運転が選択される運転領域は、高負荷のディーゼル燃焼運転が水素添加ストイキ(或いはリッチ)運転よりも高効率となる限界負荷を境界とすればよい。   In Embodiment 1 described above, the hydrogen addition lean burn operation is selected in the medium load region, but the operation selected in this region is not limited to the lean burn operation. That is, in the hydrogen addition lean burn operation, the knocking resistance deteriorates as the engine load increases. For this reason, it is good also as performing the stoichiometric or rich operation by hydrogen addition in the high load side in a middle load region, and performing the combustion which suppressed generation of knocking. In this case, the operation region in which the high-load diesel combustion operation is selected may be bounded by a limit load at which the high-load diesel combustion operation is more efficient than the hydrogen addition stoichiometric (or rich) operation.

尚、上述した実施の形態1においては、水素化ガソリンが第1の発明における「水素化燃料」に、ガソリンが第1の発明における「脱水素燃料」に、前記脱水素反応器24が前記第1の発明における「燃料分離手段」にそれぞれ相当している。また、ECU70が、上記ステップ106の処理を実行することにより、前記第1の発明における「制御手段」が実現されている。   In the first embodiment described above, hydrogenated gasoline is the “hydrogenated fuel” in the first invention, gasoline is the “dehydrogenated fuel” in the first invention, and the dehydrogenation reactor 24 is the first hydrogenated fuel. This corresponds to the “fuel separation means” in the first invention. Further, the “control means” according to the first aspect of the present invention is realized by the ECU 70 executing the processing of step 106 described above.

また、上述した実施の形態1においては、ECU70が、上記ステップ112の処理を実行することにより、前記第の発明における「制御手段」が実現されている。 In the first embodiment described above, the “control means” according to the first aspect of the present invention is implemented when the ECU 70 executes the process of step 112.

また、上述した実施の形態1においては、ECU70が、上記ステップ106の処理を実行することにより、前記第の発明における「制御手段」が実現されている。 In the first embodiment described above, the “control means” according to the second aspect of the present invention is realized by the ECU 70 executing the process of step 106.

実施の形態2.
[実施の形態2の特徴]
次に、図4を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。本実施の形態のシステムは、図1に示すハードウェア構成を用いて、ECU70に後述する図4に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
Embodiment 2. FIG.
[Features of Embodiment 2]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The system of the present embodiment can be realized by causing the ECU 70 to execute a routine shown in FIG. 4 to be described later using the hardware configuration shown in FIG.

上述した実施の形態1では、所定の運転領域において、水素化ガソリンのディーゼル燃焼による運転を行うこととしている。実施の形態1において上述したとおり、メチルシクロヘキサン等のナフテン系炭化水素を主成分とする水素化ガソリンは、トルエン等のアロマ系炭化水素を主成分とするガソリンよりもオクタン価が低く、より低温で着火しやすい特性を有している。しかしながら、エンジンの冷間始動時等の運転条件においては、燃焼室4内が水素化ガソリンが自己着火しうる圧力および温度まで到達せず、失火によりエミッションが悪化する事態が想定される。   In the first embodiment described above, the operation by diesel combustion of hydrogenated gasoline is performed in a predetermined operation region. As described above in Embodiment 1, hydrogenated gasoline mainly composed of naphthenic hydrocarbons such as methylcyclohexane has a lower octane number than gasoline mainly composed of aromatic hydrocarbons such as toluene and ignites at a lower temperature. It has the characteristic that it is easy to do. However, under operating conditions such as when the engine is cold started, it is assumed that the combustion chamber 4 does not reach the pressure and temperature at which hydrogenated gasoline can self-ignite, and the emission deteriorates due to misfire.

そこで、本実施の形態2においては、内燃機関10の冷間始動時に、燃焼サイクルにおける水素化ガソリンの噴射に先立って、微量の水素リッチガスを燃焼室4内で燃焼させる自着火アシストを実行することとする。具体的には、先ず、水素タンク52に貯留されている水素リッチガスが、水素供給管54を介して水素噴射弁18に供給される。そして、吸気行程において、水素噴射弁18の極短時間の作動により、微量の水素リッチガスが吸気管12内に噴射される。吸気管12内に噴射された水素リッチガスは、空気と混合しながら燃焼室4内に吸入される。そして、圧縮行程の前期に点火プラグ22の点火によって、燃焼性に優れた水素リッチガスが燃焼する。これにより、燃焼室4内の温度を上昇させることができる。   Therefore, in the second embodiment, at the time of cold start of the internal combustion engine 10, prior to the injection of hydrogenated gasoline in the combustion cycle, self-ignition assistance is performed in which a small amount of hydrogen rich gas is combusted in the combustion chamber 4. And Specifically, first, the hydrogen rich gas stored in the hydrogen tank 52 is supplied to the hydrogen injection valve 18 through the hydrogen supply pipe 54. In the intake stroke, a very small amount of hydrogen rich gas is injected into the intake pipe 12 by the operation of the hydrogen injection valve 18 for a very short time. The hydrogen-rich gas injected into the intake pipe 12 is sucked into the combustion chamber 4 while being mixed with air. Then, in the first half of the compression stroke, the ignition of the spark plug 22 burns hydrogen-rich gas with excellent combustibility. Thereby, the temperature in the combustion chamber 4 can be raised.

圧縮行程の後期には、筒内水素化ガソリン噴射弁32のみが作動し、水素化ガソリンが高圧の燃焼室4内に噴射される。この際、直前の水素リッチガスの燃焼により、燃焼室4内の温度は上昇している。このため、噴射された水素化ガソリンを確実に自己着火させることができ、失火によるエミッション悪化を効果的に抑制することができる。   In the latter half of the compression stroke, only the in-cylinder hydrogenated gasoline injection valve 32 operates, and hydrogenated gasoline is injected into the high-pressure combustion chamber 4. At this time, the temperature in the combustion chamber 4 has increased due to the combustion of the hydrogen-rich gas immediately before. For this reason, the injected hydrogenated gasoline can be surely self-ignited, and emission deterioration due to misfire can be effectively suppressed.

[実施の形態2における具体的処理]
次に、図4を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図4は、ディーゼル燃焼運転が実行される場合に、ECU70が燃料の噴射制御を実行するルーチンのフローチャートである。
[Specific Processing in Second Embodiment]
Next, with reference to FIG. 4, the specific content of the process performed in this Embodiment is demonstrated. FIG. 4 is a flowchart of a routine in which the ECU 70 performs fuel injection control when the diesel combustion operation is executed.

図4に示すルーチンでは、先ず、内燃機関10の運転状態が入力される(ステップ200)。次に、各燃料の貯蔵量が入力される(ステップ202)。ここでは、具体的には、上記ステップ100および102と同様の処理が実行される。   In the routine shown in FIG. 4, first, the operating state of the internal combustion engine 10 is input (step 200). Next, the storage amount of each fuel is input (step 202). Here, specifically, the same processing as in steps 100 and 102 is executed.

次に、冷却水温THWが、判定値T1よりも小さいか否かが判定される(ステップ204)。ここでは、具体的には、上記ステップ200において入力された冷却水温THWと、内燃機関10の暖機状態を判定するための判定値T1との大小が比較される。判定値T1は、内燃機関10の暖機が完了する水温として予め設定された値が使用される。   Next, it is determined whether or not the coolant temperature THW is smaller than a determination value T1 (step 204). Specifically, the magnitude of the coolant temperature THW input in step 200 is compared with the determination value T1 for determining the warm-up state of the internal combustion engine 10. As the determination value T1, a value set in advance as a water temperature at which the warm-up of the internal combustion engine 10 is completed is used.

その結果、水温THW<判定値T1の成立が認められた場合には、次のステップに移行し、水素の燃焼による自着火アシストを伴うディーゼル燃焼が実行される(ステップ206)。一方、上記ステップ204において、水温THW<判定値T1の成立が認められない場合には、内燃機関10の暖機が完了しており、自着火のアシストは必要ないと判断され、次のステップに移行し、通常の水素化ガソリンのディーゼル燃焼が実行される(ステップ208)。   As a result, when the establishment of the water temperature THW <the determination value T1 is recognized, the process proceeds to the next step, and diesel combustion with self-ignition assistance by hydrogen combustion is executed (step 206). On the other hand, if the establishment of the water temperature THW <determination value T1 is not recognized in step 204, it is determined that the internal combustion engine 10 has been warmed up and that self-ignition assistance is not required, and the next step is performed. The routine proceeds to normal hydrogenated gasoline diesel combustion (step 208).

以上説明したとおり、本実施の形態2によれば、水素化ガソリンのディーゼル燃焼において、内燃機関10の冷間始動時等の自着火しにくい運転条件であっても、確実に自着火させることができる。これにより、失火による効率低下、エミッション悪化を効果的に抑制することができる。   As described above, according to the second embodiment, in the diesel combustion of hydrogenated gasoline, even if it is an operation condition that is difficult to self-ignite, such as at the time of cold start of the internal combustion engine 10, it is possible to surely self-ignite. it can. Thereby, the efficiency fall and emission deterioration by misfire can be suppressed effectively.

ところで、上述した実施の形態2においては、水素添加による自着火アシスト燃焼時に、水素リッチガスに着火する着火装置として点火プラグ22を利用しているが、専用の着火装置を点火プラグ22とは別に備える構成としてもよい。   In the second embodiment described above, the ignition plug 22 is used as an ignition device for igniting the hydrogen-rich gas at the time of self-ignition assist combustion by hydrogen addition, but a dedicated ignition device is provided separately from the ignition plug 22. It is good also as a structure.

尚、上述した実施の形態2においては、水素化ガソリンが第1の発明における「水素化燃料」に、ガソリンが第1の発明における「脱水素燃料」に、脱水素反応器24が前記第1の発明における「燃料分離手段」にそれぞれ相当している。また、ECU70が、上記ステップ206または208の処理を実行することにより、前記第1の発明における「制御手段」が実現されている。   In the second embodiment described above, hydrogenated gasoline is the “hydrogenated fuel” in the first invention, gasoline is the “dehydrogenated fuel” in the first invention, and the dehydrogenation reactor 24 is the first hydrogenated fuel. This corresponds to the “fuel separation means” in the present invention. Further, the “control means” according to the first aspect of the present invention is realized by the ECU 70 executing the processing of step 206 or 208 described above.

また、上述した実施の形態1においては、点火プラグ22が前記第1の発明における「着火装置」に、温度センサ78が前記第の発明における「水温取得手段」にそれぞれ相当している。また、ECU70が、上記ステップ206の処理を実行することにより、前記第の発明における「制御手段」が実現されている。 In the first embodiment described above, the spark plug 22 corresponds to the “ignition device” in the first invention, and the temperature sensor 78 corresponds to the “water temperature acquisition means” in the third invention. Further, the “control means” according to the third aspect of the present invention is realized by the ECU 70 executing the process of step 206 described above.

実施の形態3.
[実施の形態3の特徴]
次に、図5および6を参照して、本発明の実施の形態3について説明する。本実施の形態のシステムは、図1に示すハードウェア構成を用いて、ECU70に後述する図6に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。但し、本実施の形態の内燃機関10は低圧縮比の火花点火式4ストロークエンジンであり、燃料混合気に点火プラグ22で点火することで実現される火炎伝播燃焼のみを実現可能な構成を有している。
Embodiment 3 FIG.
[Features of Embodiment 3]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The system of the present embodiment can be realized by causing the ECU 70 to execute a routine shown in FIG. 6 to be described later using the hardware configuration shown in FIG. However, the internal combustion engine 10 of the present embodiment is a low compression ratio spark ignition type four-stroke engine, and has a configuration capable of realizing only flame propagation combustion realized by igniting a fuel mixture with an ignition plug 22. is doing.

本実施の形態のシステムは、内燃機関10の運転状態に基づいて、水素化ガソリンの火炎伝播燃焼による運転(以下、「水素化ガソリン運転」と称す)と、ガソリンの火炎伝播燃焼による運転(以下、「ガソリン運転」と称す)と、ガソリンに水素リッチガスを添加して行う水素添加リーンバーン運転とを選択することができる。   The system of the present embodiment is based on the operation state of the internal combustion engine 10 based on the operation of hydrogenated gasoline by flame propagation combustion (hereinafter referred to as “hydrogenated gasoline operation”) and the operation of gasoline by flame propagation combustion (hereinafter referred to as “hydrogenated gasoline operation”). , "Gasoline operation") and hydrogen-added lean burn operation performed by adding a hydrogen rich gas to gasoline.

水素添加リーンバーン運転時には、水素供給管54を介して水素タンク52内の水素リッチガスが水素噴射弁18へ供給される。同時に、ガソリン供給管50を介してガソリンタンク48に貯留されていたガソリンがガソリン噴射弁20へ供給される。そして、ガソリン噴射弁20の作動によりガソリンが吸気管12内に噴射されるとともに、水素噴射弁18の作動によって水素リッチガスが吸気管12内に噴射される。吸気管12内に噴射された水素リッチガスおよびガソリンは、空気と混合しながら燃焼室4内に吸入され、点火プラグ22によって点火されることで燃焼(火炎伝播燃焼)する。   During the hydrogen addition lean burn operation, the hydrogen rich gas in the hydrogen tank 52 is supplied to the hydrogen injector 18 through the hydrogen supply pipe 54. At the same time, gasoline stored in the gasoline tank 48 is supplied to the gasoline injection valve 20 through the gasoline supply pipe 50. Gasoline is injected into the intake pipe 12 by the operation of the gasoline injection valve 20, and hydrogen rich gas is injected into the intake pipe 12 by the operation of the hydrogen injection valve 18. The hydrogen-rich gas and gasoline injected into the intake pipe 12 are sucked into the combustion chamber 4 while being mixed with air, and burned (flame propagation combustion) by being ignited by the spark plug 22.

一方、水素化ガソリン運転時には、水素化ガソリン供給管36を介して水素化ガソリンタンク34内に貯留されていた水素化ガソリンが筒内水素化ガソリン噴射弁32へ供給される。そして、水素化ガソリン運転時には、筒内水素化ガソリン噴射弁32のみが作動し、吸気行程の早い時期に水素化ガソリンが燃焼室4内に噴射される。噴射された水素化ガソリンは燃焼室4内で空気と混合し、点火プラグ22によって点火されることで燃焼(火炎伝播燃焼)する。   On the other hand, during the hydrogenated gasoline operation, the hydrogenated gasoline stored in the hydrogenated gasoline tank 34 is supplied to the in-cylinder hydrogenated gasoline injection valve 32 via the hydrogenated gasoline supply pipe 36. During the hydrogenated gasoline operation, only the in-cylinder hydrogenated gasoline injection valve 32 operates, and hydrogenated gasoline is injected into the combustion chamber 4 at an early stage of the intake stroke. The injected hydrogenated gasoline is mixed with air in the combustion chamber 4 and burned (flame propagation combustion) by being ignited by the spark plug 22.

さらに、ガソリン運転時には、ガソリン供給管50を介してガソリンタンク48内に貯留されていたガソリンがガソリン噴射弁20へ供給される。そして、ガソリン運転時には、ガソリン噴射弁20のみが作動し、ガソリンが吸気管12内に噴射される。吸気管12内に噴射されたガソリンは、空気と混合しながら燃焼室4内に吸入され、点火プラグ22によって点火されることで燃焼(火炎伝播燃焼)する。   Further, during gasoline operation, gasoline stored in the gasoline tank 48 is supplied to the gasoline injection valve 20 through the gasoline supply pipe 50. During gasoline operation, only the gasoline injection valve 20 operates and gasoline is injected into the intake pipe 12. The gasoline injected into the intake pipe 12 is sucked into the combustion chamber 4 while being mixed with air, and burned (flame propagation combustion) by being ignited by the spark plug 22.

また、水素添加リーンバーン運転時およびガソリン運転時には、これらの燃料の燃焼動作に加え、脱水素触媒28における水素およびガソリンの生成動作が実行される。尚、かかる動作に関しては、実施の形態1において上述した動作と同様のため、その詳細な説明を省略する。   Further, during the hydrogen-added lean burn operation and the gasoline operation, in addition to the combustion operation of these fuels, the operation of generating hydrogen and gasoline in the dehydrogenation catalyst 28 is executed. Since this operation is the same as that described in the first embodiment, detailed description thereof is omitted.

本実施の形態にかかるエンジンにおいて実行可能な3つの運転方法のうち、水素添加リーンバーン運転によれば、燃焼性に優れた水素リッチガスが添加されることで、ガソリンのみを燃料とするリーンバーン運転に比較して空燃比をよりリーン化することが可能となって、更なる燃費の向上とNOx発生量の低減とが可能になる。しかしながら、水素添加リーンバーン運転を行うには、当然のことながら水素リッチガスが必要であり、水素リッチガスの不足する状況では、水素添加リーンバーン運転を実行することができない。本実施の形態のように、水素化ガソリンを脱水素反応させることで水素リッチガスを生成するシステムの場合、エンジンの排熱が少なく脱水素触媒28を十分に加熱することができない低負荷域では、水素添加リーンバーン運転に必要な量の水素リッチガスを生成することができないおそれがある。   Among the three operation methods that can be executed in the engine according to the present embodiment, according to the hydrogen addition lean burn operation, the lean burn operation using only gasoline as fuel is performed by adding a hydrogen rich gas with excellent combustibility. As a result, the air-fuel ratio can be made leaner, and the fuel consumption can be further improved and the amount of NOx generated can be reduced. However, in order to perform the hydrogen-added lean burn operation, naturally, a hydrogen-rich gas is required, and the hydrogen-added lean burn operation cannot be performed in a situation where the hydrogen-rich gas is insufficient. In the case of a system that generates hydrogen rich gas by dehydrogenating hydrogenated gasoline as in the present embodiment, in a low load region where the exhaust heat of the engine is low and the dehydrogenation catalyst 28 cannot be heated sufficiently, There is a possibility that an amount of hydrogen rich gas necessary for the hydrogen addition lean burn operation cannot be generated.

一方、水素化ガソリン運転によれば、水素リッチガスやガソリンが不足している状況においても水素化ガソリンを燃焼させて運転することができる。しかしながら、メチルシクロヘキサン等のナフテン系炭化水素を主成分とする水素化ガソリンは、トルエン等のアロマ系炭化水素を主成分とするガソリンよりもオクタン価が低く、より低温で着火しやすいため、耐ノッキング性が悪い。このため、水素化ガソリン運転においては、高負荷域におけるノッキングが発生する可能性があり、かかる場合に燃費や排気エミッションの悪化が懸念される。   On the other hand, according to hydrogenated gasoline operation, hydrogenated gasoline can be burned and operated even in a situation where hydrogen rich gas or gasoline is insufficient. However, hydrogenated gasolines based on naphthenic hydrocarbons such as methylcyclohexane have a lower octane number and are easier to ignite at lower temperatures than gasolines based on aromatic hydrocarbons such as toluene. Is bad. For this reason, in hydrogenated gasoline operation, there is a possibility of knocking in a high load region, and in such a case, there is a concern about deterioration of fuel consumption and exhaust emission.

そこで、本実施の形態におけるシステムでは、図5のマップに従いエンジンの運転領域に応じてエンジンの運転方法を選択することとする。図5のマップは、エンジン負荷とエンジン回転数を軸とする多次元マップであり、エンジンの運転領域のうち低負荷域は水素化ガソリン運転を行う領域に設定され、中負荷域はガソリン運転を行う領域に設定され、高負荷域は水素添加リーンバーン運転を行う領域に設定されている。   Therefore, in the system according to the present embodiment, an engine operation method is selected according to the engine operation region according to the map of FIG. The map in FIG. 5 is a multi-dimensional map with the engine load and the engine speed as axes. The low load range is set as the hydrogenated gasoline operation range and the medium load range is the gasoline operation range. The high load region is set to the region where the hydrogen addition lean burn operation is performed.

図5のマップにおいて、低負荷の水素化ガソリン運転が選択される運転領域と、ガソリン運転が選択される運転領域との境界は、ノッキングの発生により水素化ガソリンによる火炎伝播燃焼が困難となる限界負荷を意味している。また、中負荷のガソリン燃焼運転が選択される運転領域と、高負荷の水素添加リーンバーン運転が選択される運転領域との境界は、高負荷の水素添加リーンバーン運転がガソリン運転よりも効率がよい限界負荷を意味している。   In the map of FIG. 5, the boundary between the operation region in which low-load hydrogenated gasoline operation is selected and the operation region in which gasoline operation is selected is the limit at which flame propagation combustion with hydrogenated gasoline becomes difficult due to occurrence of knocking. Means load. In addition, the boundary between the operation range in which medium-load gasoline combustion operation is selected and the operation region in which high-load hydrogen addition lean burn operation is selected indicates that the high load hydrogen addition lean burn operation is more efficient than gasoline operation. It means a good limit load.

図5のマップによれば、ノッキングが発生しない範囲で水素化ガソリンを最大限に使用することができる。したがって、図5のマップに従いエンジンの運転方法を切り替えることで、水素化ガソリンを使用しつつ、幅広い運転領域で高効率且つ低エミッションを実現することができる。   According to the map of FIG. 5, hydrogenated gasoline can be used to the maximum extent that knocking does not occur. Therefore, by switching the engine operation method according to the map of FIG. 5, it is possible to achieve high efficiency and low emission in a wide range of operation while using hydrogenated gasoline.

[実施の形態3における具体的処理]
次に、図6を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図6は、ECU70が燃料の噴射制御を実行するルーチンのフローチャートである。
[Specific Processing in Embodiment 3]
Next, with reference to FIG. 6, the specific content of the process performed in this Embodiment is demonstrated. FIG. 6 is a flowchart of a routine in which the ECU 70 executes fuel injection control.

図6に示すルーチンでは、先ず、内燃機関10の運転状態が入力される(ステップ300)。ここでは、具体的には、上記ステップ100と同様の処理が実行される。次に、現在の運転状態におけるエンジン負荷が水素化ガソリン運転領域か否かが判定される(ステップ302)。ここでは、具体的には、上記ステップ300において取得された運転状態が、図5に示すマップにおいて水素化ガソリン運転が選択される領域に属しているか否かが判定される。その結果、水素化ガソリン運転が選択される領域に属していると判定された場合には、次のステップに移行し、水素化ガソリン運転が実行される(ステップ304)。   In the routine shown in FIG. 6, first, the operating state of the internal combustion engine 10 is input (step 300). Here, specifically, the same processing as in step 100 is executed. Next, it is determined whether or not the engine load in the current operating state is in the hydrogenated gasoline operating region (step 302). Here, specifically, it is determined whether or not the operating state acquired in step 300 belongs to a region in which hydrogenated gasoline operation is selected in the map shown in FIG. As a result, when it is determined that the hydrogenated gasoline operation belongs to the selected region, the process proceeds to the next step, and the hydrogenated gasoline operation is executed (step 304).

一方、上記ステップ302において、水素化ガソリン運転が選択される領域に属していないと判定された場合には、次のステップに移行し、現在の運転状態におけるエンジン負荷が水素添加リーンバーン運転領域か否かが判定される(ステップ306)。ここでは、具体的には、上記ステップ300において取得された運転状態が、図5に示すマップにおいて水素添加リーンバーン運転が選択される領域に属しているか否かが判定される。その結果、水素添加リーンバーン運転が選択される領域に属していると判定された場合には、次のステップに移行し、ガソリンの水素添加リーンバーン運転が実行される(ステップ308)。一方、上記ステップ306において、水素添加リーンバーン運転が選択される領域に属していないと判定された場合には、次のステップに移行し、ガソリン運転が実行される(ステップ310)。   On the other hand, if it is determined in step 302 that the hydrogenated gasoline operation does not belong to the selected region, the process proceeds to the next step, where the engine load in the current operation state is the hydrogenated lean burn operation region. It is determined whether or not (step 306). Specifically, it is determined whether or not the operating state acquired in step 300 belongs to a region where the hydrogen addition lean burn operation is selected in the map shown in FIG. As a result, when it is determined that the hydrogen addition lean burn operation belongs to the selected region, the process proceeds to the next step and the gasoline hydrogen addition lean burn operation is executed (step 308). On the other hand, if it is determined in step 306 that the hydrogen addition lean burn operation does not belong to the selected region, the process proceeds to the next step and the gasoline operation is executed (step 310).

以上説明したとおり、本実施の形態3によれば、水素化ガソリンによりノッキングが発生する領域では、水素化ガソリン運転が禁止されガソリンを使用した予混合火花点火燃焼が行われるため、ノッキングの発生を効果的に防止することができる。また、水素リッチガスの不足によって、水素添加リーンバーン運転が困難となる低負荷域を、水素化ガソリンによる火炎伝播燃焼によって補完することができる。したがって、水素化ガソリンをエンジンの燃料として使用しつつ、幅広い運転領域で高効率且つ低エミッションを実現することができる。   As described above, according to the third embodiment, in a region where knocking occurs due to hydrogenated gasoline, hydrogenated gasoline operation is prohibited and premixed spark ignition combustion using gasoline is performed. It can be effectively prevented. Moreover, the low load region in which the hydrogen addition lean burn operation becomes difficult due to the lack of the hydrogen rich gas can be supplemented by flame propagation combustion with hydrogenated gasoline. Therefore, high efficiency and low emission can be realized in a wide range of operation while using hydrogenated gasoline as engine fuel.

ところで、上述した実施の形態3においては、燃焼室4内に水素化ガソリンを直接噴射できるように筒内水素化ガソリン噴射弁32をエンジン本体2に組み込むこととしているが、その配置はこれに限定されるものではない。すなわち、筒内水素化ガソリン噴射弁32を吸気管12に配置し、水素化ガソリンを吸気管12内に噴射して、空気と混合しながら燃焼室4内に吸入される構成としてもよい。   Incidentally, in Embodiment 3 described above, the in-cylinder hydrogenated gasoline injection valve 32 is incorporated in the engine body 2 so that hydrogenated gasoline can be directly injected into the combustion chamber 4, but the arrangement is limited to this. Is not to be done. That is, the in-cylinder hydrogenated gasoline injection valve 32 may be disposed in the intake pipe 12 so that hydrogenated gasoline is injected into the intake pipe 12 and is sucked into the combustion chamber 4 while being mixed with air.

また、上述した実施の形態3においては、水素化ガソリン運転領域以外の領域では、ガソリンの水素添加リーンバーン運転、或いはガソリン運転が実行されることとしているが、選択される運転はこれに限られない。すなわち、水素化ガソリン運転よりも耐ノッキング性を向上させることができるのであれば、運転状態に応じて他の運転を選択して実行することとしてもよい。   In the above-described third embodiment, the hydrogenated lean burn operation or gasoline operation of gasoline is executed in a region other than the hydrogenated gasoline operation region, but the selected operation is limited to this. Absent. That is, as long as the knocking resistance can be improved as compared with the hydrogenated gasoline operation, another operation may be selected and executed according to the operation state.

実施の形態4.
[実施の形態4の特徴]
次に、図7および8を参照して、本発明の実施の形態4について説明する。本実施の形態のシステムは、図1に示すハードウェア構成を用いて、ECU70に後述する図8に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。但し、本実施の形態の内燃機関10は、燃料混合気に点火プラグ22で点火することで、実現される火炎伝播燃焼に加え、火炎伝播よらないHCCI(Homogeneous Change Compression Ignition)燃焼も実現可能な構成を有している。より具体的には、吸気バルブ、或いは吸気/排気バルブに可変動弁機構(図示せず)を有し、バルブオーバーラップや吸気バルブの閉タイミングを制御することで、実質的な圧縮比を変更可能に構成されている。燃焼形式として、火炎伝播燃焼を選択する場合には、可変動弁機構の設定が低圧縮比側に設定され、燃焼形式としてHCCI燃焼を選択する場合には設定が高圧縮比に変更されるようになっている。
Embodiment 4 FIG.
[Features of Embodiment 4]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The system of the present embodiment can be realized by causing the ECU 70 to execute a routine shown in FIG. 8 to be described later using the hardware configuration shown in FIG. However, the internal combustion engine 10 according to the present embodiment can realize HCCI (Homogeneous Change Compression Ignition) combustion not based on flame propagation in addition to flame propagation combustion realized by igniting the fuel mixture with the spark plug 22. It has a configuration. More specifically, a variable valve mechanism (not shown) is provided in the intake valve or intake / exhaust valve, and the substantial compression ratio is changed by controlling the valve overlap and intake valve closing timing. It is configured to be possible. When flame propagation combustion is selected as the combustion type, the setting of the variable valve mechanism is set to the low compression ratio side, and when HCCI combustion is selected as the combustion type, the setting is changed to the high compression ratio. It has become.

本実施の形態のシステムは、その燃焼方法として、ガソリンに水素リッチガスを添加して行う水素添加リーンバーン運転と、ガソリンのHCCI燃焼による運転(以下、「ガソリンHCCI燃焼運転」と称す)と、水素化ガソリンのHCCI燃焼による運転(以下、「水素化ガソリンHCCI燃焼運転」と称す)と、ガソリンおよび水素化ガソリンの火炎伝播燃焼による運転(以下、「混合ガソリン運転」と称す)とを選択することができる。   The system of the present embodiment includes a hydrogen addition lean burn operation performed by adding a hydrogen rich gas to gasoline, an operation by HCCI combustion of gasoline (hereinafter referred to as “gasoline HCCI combustion operation”), hydrogen, To select the operation by HCCI combustion of hydrogenated gasoline (hereinafter referred to as “hydrogenated gasoline HCCI combustion operation”) and the operation by flame propagation combustion of gasoline and hydrogenated gasoline (hereinafter referred to as “mixed gasoline operation”). Can do.

水素添加リーンバーン運転時には、水素供給管54を介して水素タンク52内の水素リッチガスが水素噴射弁18へ供給される。同時に、ガソリン供給管50を介してガソリンタンク48に貯留されていたガソリンがガソリン噴射弁20へ供給される。そして、ガソリン噴射弁20の作動によりガソリンが吸気管12内に噴射されるとともに、水素噴射弁18の作動によって水素リッチガスが吸気管12内に噴射される。吸気管12内に噴射された水素リッチガスおよびガソリンは、空気と混合しながら燃焼室4内に吸入され、点火プラグ22によって点火されることで燃焼(火炎伝播燃焼)する。   During the hydrogen addition lean burn operation, the hydrogen rich gas in the hydrogen tank 52 is supplied to the hydrogen injector 18 through the hydrogen supply pipe 54. At the same time, gasoline stored in the gasoline tank 48 is supplied to the gasoline injection valve 20 through the gasoline supply pipe 50. Gasoline is injected into the intake pipe 12 by the operation of the gasoline injection valve 20, and hydrogen rich gas is injected into the intake pipe 12 by the operation of the hydrogen injection valve 18. The hydrogen-rich gas and gasoline injected into the intake pipe 12 are sucked into the combustion chamber 4 while being mixed with air, and burned (flame propagation combustion) by being ignited by the spark plug 22.

一方、ガソリンHCCI運転時には、ガソリン供給管50を介してガソリンタンク48内に貯留されていたガソリンがガソリン噴射弁20へ供給される。そして、ガソリンHCCI運転時には、ガソリン噴射弁20のみが作動し、ガソリンが吸気管12内に噴射される。噴射されたガソリンは空気と混合して燃焼室4内に吸入され、圧縮されることで自己着火して燃焼する。   On the other hand, during gasoline HCCI operation, gasoline stored in the gasoline tank 48 is supplied to the gasoline injection valve 20 via the gasoline supply pipe 50. During gasoline HCCI operation, only the gasoline injection valve 20 is operated, and gasoline is injected into the intake pipe 12. The injected gasoline is mixed with air, sucked into the combustion chamber 4, and compressed to self-ignite and burn.

また、水素化ガソリンHCCI運転時には、水素化ガソリン供給管36を介して水素化ガソリンタンク34内に貯留されていた水素化ガソリンが筒内水素化ガソリン噴射弁32へ供給される。そして、水素化ガソリン運転時には、筒内水素化ガソリン噴射弁32のみが作動し、吸気行程の早い時期に水素化ガソリンが燃焼室4内に噴射される。メチルシクロヘキサン等のナフテン系炭化水素を主成分とする水素化ガソリンは、トルエン等のアロマ系炭化水素を主成分とするガソリンよりもオクタン価が低く、より低温で着火しやすいため、HCCI燃焼には適している。噴射された水素化ガソリンは燃焼室4内で空気と混合し、圧縮されることで自己着火して燃焼する。   Further, during the hydrogenated gasoline HCCI operation, the hydrogenated gasoline stored in the hydrogenated gasoline tank 34 is supplied to the in-cylinder hydrogenated gasoline injection valve 32 via the hydrogenated gasoline supply pipe 36. During the hydrogenated gasoline operation, only the in-cylinder hydrogenated gasoline injection valve 32 operates, and hydrogenated gasoline is injected into the combustion chamber 4 at an early stage of the intake stroke. Hydrogenated gasoline containing naphthenic hydrocarbons such as methylcyclohexane as the main component has a lower octane number and is easier to ignite at lower temperatures than gasoline containing mainly aromatic hydrocarbons such as toluene, so it is suitable for HCCI combustion. ing. The injected hydrogenated gasoline mixes with air in the combustion chamber 4 and is compressed to self-ignite and burn.

さらに、混合ガソリン運転時には、ガソリン供給管50を介してガソリンタンク48内に貯留されていたガソリンがガソリン噴射弁20へ供給される。また、水素化ガソリン供給管36を介して水素化ガソリンタンク34内に貯留されていた水素化ガソリンが筒内水素化ガソリン噴射弁32へ供給される。そして、混合ガソリン運転時には、ガソリン噴射弁20と筒内水素化ガソリン噴射弁とが作動し、ガソリンと水素化ガソリンとが吸気管12内に噴射される。吸気管12内に噴射されたガソリンおよび水素化ガソリンは、空気と混合しながら燃焼室4内に吸入され、点火プラグ22によって点火されることで燃焼(火炎伝播燃焼)する。   Further, during the mixed gasoline operation, the gasoline stored in the gasoline tank 48 is supplied to the gasoline injection valve 20 through the gasoline supply pipe 50. Further, the hydrogenated gasoline stored in the hydrogenated gasoline tank 34 is supplied to the in-cylinder hydrogenated gasoline injection valve 32 through the hydrogenated gasoline supply pipe 36. During the mixed gasoline operation, the gasoline injection valve 20 and the in-cylinder hydrogenated gasoline injection valve are operated, and gasoline and hydrogenated gasoline are injected into the intake pipe 12. Gasoline and hydrogenated gasoline injected into the intake pipe 12 are sucked into the combustion chamber 4 while being mixed with air, and burned (flame propagation combustion) by being ignited by the spark plug 22.

また、水素添加リーンバーン運転時およびガソリンHCCI運転時には、これらの燃料の燃焼動作に加え、脱水素触媒28における水素およびガソリンの生成動作が実行される。尚、かかる動作に関しては、実施の形態1において上述した動作と同様のため、その詳細な説明を省略する。   Further, during the hydrogen addition lean burn operation and the gasoline HCCI operation, in addition to the combustion operation of these fuels, the dehydrogenation catalyst 28 generates hydrogen and gasoline. Since this operation is the same as that described in the first embodiment, detailed description thereof is omitted.

本実施の形態にかかるエンジンにおいて実行可能な4つの運転方法のうち、水素添加リーンバーン運転によれば、燃焼性に優れた水素リッチガスが添加されることで、ガソリンのみを燃料とするリーンバーン運転に比較して空燃比をよりリーン化することが可能となって、更なる燃費の向上とNOx発生量の低減とが可能になる。しかも、本実施の形態では、原燃料である水素化ガソリンではなく、オクタン価が高いガソリン(脱水素ガソリン)を使用することで、高負荷におけるより安定した燃焼が可能となる。   Of the four operating methods that can be executed in the engine according to the present embodiment, according to the hydrogen-added lean burn operation, the lean burn operation using only gasoline as fuel is performed by adding a hydrogen-rich gas with excellent combustibility. As a result, the air-fuel ratio can be made leaner, and the fuel consumption can be further improved and the amount of NOx generated can be reduced. In addition, in the present embodiment, more stable combustion at a high load is possible by using gasoline (dehydrogenated gasoline) having a high octane number instead of hydrogenated gasoline as a raw fuel.

しかしながら、水素添加リーンバーン運転においては、水素添加リーンバーン運転を行うには、当然のことながら水素リッチガスが必要であり、水素リッチガスの不足する状況では、水素添加リーンバーン運転を実行することができない。本実施の形態のように、水素化ガソリンを脱水素反応させることで水素リッチガスを生成するシステムの場合、エンジンの排熱が少なく脱水素触媒28を十分に加熱することができない低負荷域では、水素添加リーンバーン運転に必要な量の水素リッチガスを生成することができないおそれがある。   However, in the hydrogen addition lean burn operation, the hydrogen addition lean burn operation naturally requires a hydrogen rich gas, and the hydrogen addition lean burn operation cannot be executed in a situation where the hydrogen rich gas is insufficient. . In the case of a system that generates hydrogen rich gas by dehydrogenating hydrogenated gasoline as in the present embodiment, in a low load region where the exhaust heat of the engine is low and the dehydrogenation catalyst 28 cannot be heated sufficiently, There is a possibility that an amount of hydrogen rich gas necessary for the hydrogen addition lean burn operation cannot be generated.

一方、HCCI燃焼運転によれば、火炎伝播燃焼の燃焼限界を超えた超希薄混合気を燃焼させることができる。これにより、火炎伝播燃焼の一形態である水素添加リーンバーン運転よりも、NOxの生成量をさらに低く抑えることができ、より高い熱効率を実現することもできる。また、特に本実施の形態における水素化ガソリンHCCI運転では、オクタン価が低く低温で着火しやすい水素化ガソリンを燃料として使用するため、低負荷域における安定したHCCI燃焼が可能となる。   On the other hand, according to the HCCI combustion operation, an ultra-lean air-fuel mixture that exceeds the combustion limit of flame propagation combustion can be burned. Thereby, it is possible to further reduce the amount of NOx produced and to achieve higher thermal efficiency than the hydrogen addition lean burn operation which is one form of flame propagation combustion. In particular, in the hydrogenated gasoline HCCI operation in the present embodiment, hydrogenated gasoline having a low octane number and easily ignited at a low temperature is used as a fuel, so that stable HCCI combustion in a low load range is possible.

しかしながら、その一方で、HCCI燃焼はエンジン負荷が高くなってくると燃焼音の発生が顕著になっていくため、高負荷域でHCCI燃焼を実行することは難しい。また、逆にエンジン負荷が極低負荷域まで低くなってくると圧縮比が低下し自着火性が悪化するため、HCCI燃焼を実行することは難しい。   However, on the other hand, in the HCCI combustion, when the engine load becomes higher, the generation of combustion noise becomes remarkable, so that it is difficult to execute the HCCI combustion in a high load region. On the other hand, when the engine load decreases to an extremely low load range, the compression ratio decreases and the self-ignitability deteriorates, so that it is difficult to execute HCCI combustion.

そこで、本実施の形態におけるシステムでは、図7のマップに従いエンジンの運転領域に応じてエンジンの運転方法を選択することとする。図7のマップは、エンジン負荷とエンジン回転数を軸とする多次元マップであり、エンジンの運転領域の中で、設定された水素化ガソリンHCCI燃焼運転を行う領域より低負荷域は混合ガソリン運転を行う領域に設定され、高負荷域はガソリンによるHCCI燃焼運転を行う領域に設定され、さらに高負荷域は水素添加リーンバーン運転を行う領域に設定されている。   Therefore, in the system according to the present embodiment, the engine operation method is selected according to the engine operation region according to the map of FIG. The map in FIG. 7 is a multi-dimensional map with the engine load and the engine speed as axes. The engine load range is lower than the set hydrogenated gasoline HCCI combustion operation range, and the mixed gasoline operation is performed. The high load region is set as a region where HCCI combustion operation using gasoline is performed, and the high load region is set as a region where hydrogen addition lean burn operation is performed.

図7のマップにおいて、混合ガソリン運転が選択される運転領域と、水素化ガソリンHCCI燃焼運転が選択される運転領域との境界は、水素化ガソリンによるHCCI燃焼が困難となる限界負荷を意味している。また、ガソリンによるHCCI燃焼運転が選択される運転領域と、水素添加リーンバーン運転が選択される運転領域との境界は、ガソリンによるHCCI燃焼が困難となる限界負荷を意味している。また、水素化ガソリンによるHCCI燃焼運転と、ガソリンによるHCCI燃焼運転との境界は、水素化ガソリンHCCI燃焼が困難となる限界負荷を意味している。   In the map of FIG. 7, the boundary between the operation region where the mixed gasoline operation is selected and the operation region where the hydrogenated gasoline HCCI combustion operation is selected means a limit load at which HCCI combustion using hydrogenated gasoline becomes difficult. Yes. Further, the boundary between the operation region in which the HCCI combustion operation using gasoline is selected and the operation region in which the hydrogen addition lean burn operation is selected means a limit load that makes HCCI combustion using gasoline difficult. Further, the boundary between the HCCI combustion operation using hydrogenated gasoline and the HCCI combustion operation using gasoline means a limit load that makes hydrogenated gasoline HCCI combustion difficult.

つまり、図7のマップは、混合ガソリン運転よりも水素化ガソリンHCCI燃焼運転の方を優先し、また、水素添加リーンバーン運転よりもガソリンHCCI燃焼運転の方を優先することにより、可能な限り広い運転領域でHCCI燃焼運転が選択されるように作成されている。これは、HCCI燃焼運転と水素添加リーンバーン運転および混合ガソリン運転とを比較した場合に、HCCI燃焼運転の方が水素添加リーンバーン運転や混合ガソリン運転よりもさらに熱効率が高く、また、NOx発生量を極めて低レベルに抑制することができるからである。   That is, the map of FIG. 7 is as wide as possible by giving priority to the hydrogenated gasoline HCCI combustion operation over the mixed gasoline operation and giving priority to the gasoline HCCI combustion operation over the hydrogenated lean burn operation. It is created so that the HCCI combustion operation is selected in the operation region. This is because, when comparing the HCCI combustion operation with the hydrogen addition lean burn operation and the mixed gasoline operation, the HCCI combustion operation has higher thermal efficiency than the hydrogen addition lean burn operation and the mixed gasoline operation, and the amount of NOx generated This is because it can be suppressed to an extremely low level.

図7のマップによれば、圧縮比の低下によって水素化ガソリンHCCI燃焼運転が困難となる低負荷域を、混合ガソリンによる火炎伝播燃焼によって補完することができる。また、ノッキングの発生によって、水素化ガソリンHCCI燃焼運転が困難となる中負荷域を、ガソリンHCCI燃焼によって補完することができる。また、燃焼音の発生によって、ガソリンHCCI燃焼運転が困難となる高負荷域を、ガソリンHCCI燃焼によって補完することができる。したがって、図7のマップに従いエンジンの運転方法を切り替えることで、水素化ガソリンをエンジンの燃料として使用しつつ、幅広い運転領域で高効率且つ低エミッションを実現することができる。   According to the map of FIG. 7, the low load region where the hydrogenated gasoline HCCI combustion operation becomes difficult due to the decrease in the compression ratio can be supplemented by flame propagation combustion with the mixed gasoline. In addition, the intermediate load range in which hydrogenated gasoline HCCI combustion operation becomes difficult due to the occurrence of knocking can be supplemented by gasoline HCCI combustion. Moreover, the high load region where the gasoline HCCI combustion operation becomes difficult due to the generation of combustion noise can be supplemented by gasoline HCCI combustion. Therefore, by switching the engine operation method according to the map of FIG. 7, it is possible to achieve high efficiency and low emission in a wide range of operation while using hydrogenated gasoline as engine fuel.

[実施の形態4における具体的処理]
次に、図8を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図8は、ECU70が燃料の噴射制御を実行するルーチンのフローチャートである。
[Specific Processing in Embodiment 4]
Next, with reference to FIG. 8, the specific content of the process performed in this Embodiment is demonstrated. FIG. 8 is a flowchart of a routine in which the ECU 70 executes fuel injection control.

図8に示すルーチンでは、先ず、内燃機関10の運転状態が入力される(ステップ400)。ここでは、具体的には、上記ステップ100と同様の処理が実行される。次に、現在の運転状態におけるエンジン負荷が水素添加リーンバーン運転領域か否かが判定される(ステップ402)。ここでは、具体的には、上記ステップ400において取得された運転状態が、図7に示すマップにおいて水素添加リーンバーン運転が選択される領域に属しているか否かが判定される。その結果、水素添加リーンバーン運転が選択される領域に属していると判定された場合には、次のステップに移行し、水素添加リーンバーン運転が実行される(ステップ404)。   In the routine shown in FIG. 8, first, the operating state of the internal combustion engine 10 is input (step 400). Here, specifically, the same processing as in step 100 is executed. Next, it is determined whether or not the engine load in the current operation state is in the hydrogen addition lean burn operation region (step 402). Here, specifically, it is determined whether or not the operating state acquired in step 400 belongs to a region where the hydrogen addition lean burn operation is selected in the map shown in FIG. As a result, when it is determined that the hydrogen addition lean burn operation belongs to the selected region, the process proceeds to the next step, and the hydrogen addition lean burn operation is executed (step 404).

一方、上記ステップ402において、水素化ガソリン運転が選択される領域に属していないと判定された場合には、次のステップに移行し、現在の運転状態におけるエンジン負荷がガソリンHCCI燃焼運転領域か否かが判定される(ステップ406)。ここでは、具体的には、上記ステップ300において取得された運転状態が、図7に示すマップにおいてガソリンHCCI燃焼運転が選択される領域に属しているか否かが判定される。その結果、ガソリンHCCI燃焼運転が選択される領域に属していると判定された場合には、次のステップに移行し、ガソリンHCCI燃焼運転が実行される(ステップ408)。   On the other hand, when it is determined in step 402 that the hydrogenated gasoline operation does not belong to the selected region, the process proceeds to the next step, and whether or not the engine load in the current operation state is the gasoline HCCI combustion operation region. Is determined (step 406). Here, specifically, it is determined whether or not the operating state acquired in step 300 belongs to a region where the gasoline HCCI combustion operation is selected in the map shown in FIG. As a result, when it is determined that the gasoline HCCI combustion operation belongs to the selected region, the process proceeds to the next step and the gasoline HCCI combustion operation is executed (step 408).

一方、上記ステップ406において、ガソリンHCCI燃焼運転が選択される領域に属していないと判定された場合には、次のステップに移行し、現在の運転状態におけるエンジン負荷が水素化ガソリンHCCI燃焼運転領域か否かが判定される(ステップ410)。ここでは、具体的には、上記ステップ300において取得された運転状態が、図7に示すマップにおいて水素化ガソリンHCCI燃焼運転が選択される領域に属しているか否かが判定される。その結果、水素化ガソリンHCCI燃焼運転が選択される領域に属していると判定された場合には、次のステップに移行し、水素化ガソリンHCCI燃焼運転が実行される(ステップ412)。   On the other hand, when it is determined in step 406 that the gasoline HCCI combustion operation does not belong to the selected region, the process proceeds to the next step, and the engine load in the current operation state is the hydrogenated gasoline HCCI combustion operation region. Is determined (step 410). Here, specifically, it is determined whether or not the operating state acquired in step 300 belongs to a region in which the hydrogenated gasoline HCCI combustion operation is selected in the map shown in FIG. As a result, when it is determined that the hydrogenated gasoline HCCI combustion operation belongs to the selected region, the process proceeds to the next step, and the hydrogenated gasoline HCCI combustion operation is executed (step 412).

一方、上記ステップ410において、水素化ガソリンHCCI燃焼運転が選択される領域に属していないと判定された場合には、次のステップに移行し、混合ガソリン運転が実行される(ステップ414)。   On the other hand, when it is determined in step 410 that the hydrogenated gasoline HCCI combustion operation does not belong to the selected region, the process proceeds to the next step and the mixed gasoline operation is executed (step 414).

以上説明したとおり、本実施の形態4によれば、可能な限り広い運転領域でHCCI燃焼運転を実行することができる。これにより、幅広い運転領域での高効率化および低エミッション化を実現することができる。   As described above, according to the fourth embodiment, the HCCI combustion operation can be performed in the widest possible operation region. Thereby, high efficiency and low emission can be realized in a wide range of operation.

ところで、上述した実施の形態4においては、燃焼室4内に水素化ガソリンを直接噴射できるように、筒内水素化ガソリン噴射弁32をエンジン本体2に組み込むこととしているが、その配置はこれに限定されるものではない。すなわち、筒内水素化ガソリン噴射弁32を吸気管12に配置し、水素化ガソリンを吸気管12内に噴射して、空気と混合しながら燃焼室4内に吸入される構成としてもよい。   Incidentally, in Embodiment 4 described above, the in-cylinder hydrogenated gasoline injection valve 32 is incorporated in the engine main body 2 so that hydrogenated gasoline can be directly injected into the combustion chamber 4, but the arrangement thereof is here. It is not limited. That is, the in-cylinder hydrogenated gasoline injection valve 32 may be disposed in the intake pipe 12 so that hydrogenated gasoline is injected into the intake pipe 12 and is sucked into the combustion chamber 4 while being mixed with air.

本発明の実施の形態1の水素利用内燃機関の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the hydrogen utilization internal combustion engine of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1において内燃機関の運転方法の選択に用いられるマップを示す図である。It is a figure which shows the map used for selection of the operating method of an internal combustion engine in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態2において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3において内燃機関の運転方法の選択に用いられるマップを示す図である。It is a figure which shows the map used for selection of the operating method of an internal combustion engine in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 3 of the present invention. 本発明の実施の形態4において内燃機関の運転方法の選択に用いられるマップを示す図である。It is a figure which shows the map used for selection of the operating method of an internal combustion engine in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 4 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

2 エンジン本体
4 燃焼室
10 内燃機関(エンジン)
12 吸気管
14 排気管
16 スロットルバルブ
18 水素噴射弁
20 ガソリン噴射弁
22 点火プラグ
24 脱水素反応器
26 熱交換器
28 脱水素触媒
30 水素化ガソリン噴射弁
32 筒内水素化ガソリン噴射弁
34 水素化ガソリンタンク
36 水素化ガソリン供給管
38 管路
40 分離装置
42 ガソリン管路
44 水素管路
48 ガソリンタンク
50 ガソリン供給管
52 水素タンク
54 水素供給管
70 ECU(Electrical Control Unit)
72 回転数センサ
74 アクセル開度センサ
76 車速センサ
78 温度センサ
80 温度センサ
2 Engine body 4 Combustion chamber 10 Internal combustion engine (engine)
12 Intake pipe 14 Exhaust pipe 16 Throttle valve 18 Hydrogen injection valve 20 Gasoline injection valve 22 Spark plug 24 Dehydrogenation reactor 26 Heat exchanger 28 Dehydrogenation catalyst 30 Hydrogenated gasoline injection valve 32 In-cylinder hydrogenated gasoline injection valve 34 Hydrogenation Gasoline tank 36 Hydrogenated gasoline supply pipe 38 Pipe 40 Separating device 42 Gasoline pipe 44 Hydrogen pipe 48 Gasoline tank 50 Gasoline supply pipe 52 Hydrogen tank 54 Hydrogen supply pipe 70 ECU (Electrical Control Unit)
72 Speed sensor 74 Accelerator opening sensor 76 Vehicle speed sensor 78 Temperature sensor 80 Temperature sensor

Claims (3)

圧縮自着火運転と火花点火運転とが可能な水素利用内燃機関において、
有機ハイドライドを含む水素化燃料を、水素と脱水素燃料とに分離する燃料分離手段と、
前記水素化燃料、前記水素、および前記脱水素燃料の何れかを選択的に、或いは複数を組み合わせて前記内燃機関に供給するための燃料供給手段と、
前記水素化燃料を燃料として圧縮自着火拡散燃焼による運転を行う制御手段と、
を備え
前記制御手段は、前記内燃機関が所定の運転領域で運転されているときには、前記水素化燃料を燃料として圧縮自着火拡散燃焼による運転を行い、前記内燃機関が前記所定運転領域よりも低負荷域で運転されるときには、前記脱水素燃料と前記水素とを燃料として火花点火燃焼による運転を行うことを特徴とする水素利用内燃機関。
In a hydrogen-based internal combustion engine capable of compression self-ignition operation and spark ignition operation,
Fuel separation means for separating hydrogenated fuel containing organic hydride into hydrogen and dehydrogenated fuel;
Fuel supply means for supplying the internal combustion engine selectively or in combination with any one of the hydrogenated fuel, the hydrogen, and the dehydrogenated fuel;
Control means for performing operation by compression auto-ignition diffusion combustion using the hydrogenated fuel as fuel;
Equipped with a,
When the internal combustion engine is operating in a predetermined operating region, the control means performs an operation by compression auto-ignition diffusion combustion using the hydrogenated fuel as a fuel, and the internal combustion engine is in a lower load region than the predetermined operating region. A hydrogen-utilized internal combustion engine characterized by performing an operation by spark ignition combustion using the dehydrogenated fuel and the hydrogen as fuel .
前記制御手段は、前記内燃機関が前記脱水素燃料と前記水素とを燃料として運転を行う運転領域よりもさらに低負荷域で運転されるときには、前記水素化燃料を燃料として圧縮自着火拡散燃焼による運転を行うことを特徴とする請求項記載の水素利用内燃機関。 When the internal combustion engine is operated in a lower load region than the operation region where the internal combustion engine is operated using the dehydrogenated fuel and the hydrogen as fuel, the control means is based on compression auto-ignition diffusion combustion using the hydrogenated fuel as a fuel. 2. The hydrogen-utilizing internal combustion engine according to claim 1 , wherein the operation is performed. 前記内燃機関の水温を取得する水温取得手段を更に備え、
前記制御手段は、前記水温が判定値以下であり、且つ、前記内燃機関が圧縮自着火燃焼による運転領域で運転されるときには、燃料である前記水素化燃料の供給に先立って、前記内燃機関に前記水素を供給すると共に、燃焼室内に配置された着火装置を作動させることを特徴とする請求項1または2記載の水素利用内燃機関。
Water temperature acquisition means for acquiring the water temperature of the internal combustion engine,
When the water temperature is equal to or lower than a determination value and the internal combustion engine is operated in an operation region based on compression auto-ignition combustion, the control means applies the internal combustion engine to the internal combustion engine prior to supplying the hydrogenated fuel that is fuel. 3. The hydrogen-utilizing internal combustion engine according to claim 1, wherein the hydrogen is supplied and the ignition device disposed in the combustion chamber is operated. 4.
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