JP5556792B2 - Combustion system - Google Patents

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Description

本発明は、改質した燃料を内燃機関の燃焼室で燃焼させる燃焼システムに関する。   The present invention relates to a combustion system that burns reformed fuel in a combustion chamber of an internal combustion engine.

従来より、燃料の性状を改質器の触媒上で改質させ、その改質した燃料を吸気管に噴射して燃焼室で燃焼させる技術が知られている(特許文献1)。これによれば、燃焼エネルギを増加させることができ、燃費向上(燃料消費率の低下)を図ることができる。   Conventionally, a technique is known in which the properties of fuel are reformed on a catalyst of a reformer, the reformed fuel is injected into an intake pipe and burned in a combustion chamber (Patent Document 1). According to this, combustion energy can be increased and fuel consumption can be improved (decrease in fuel consumption rate).

この特許文献1記載の従来発明は、点火式のエンジンを用いることを前提とし、燃焼が不安定となる始動時には燃料をポート噴射して点火燃焼させている。そして、始動時以外の時には、自着火性が向上するように燃料を改質し、その改質燃料を燃焼室へ直接噴射して圧縮自着火させるとともに、改質していない非改質燃料もポート噴射して、改質燃料と非改質燃料を同時に燃焼させている。   The conventional invention described in Patent Document 1 is based on the premise that an ignition engine is used, and at the time of starting when combustion becomes unstable, fuel is port-injected and ignited and burned. At times other than the starting time, the fuel is reformed so as to improve the self-ignitability, and the reformed fuel is directly injected into the combustion chamber to cause compression auto-ignition. Port injection is used to simultaneously burn reformed fuel and non-reformed fuel.

特開2004−190586号公報JP 2004-190586 A

上記従来発明では、自着火性を向上させるように燃料の性状を改質することを前提としている。これに対し本発明者は、単位量当りの燃料から出力される燃焼エネルギを増大させるように燃料の性状を改質して、燃費向上(燃料消費率の低下)を図ることを検討した。   In the above-described conventional invention, it is assumed that the properties of the fuel are reformed so as to improve the self-ignitability. On the other hand, the present inventor examined reforming the properties of the fuel so as to increase the combustion energy output from the fuel per unit amount, thereby improving the fuel consumption (decreasing the fuel consumption rate).

例えば、メタノールやエタノール等のアルコール燃料(CH−OH)を触媒上で水(HO)と反応させることで、水素(H)と一酸化炭素(CO)に変換させ、これらの水素および一酸化炭素を改質燃料として燃焼させることが、上記改質の具体例として挙げられる。 For example, by reacting alcohol fuel (CH 3 —OH) such as methanol or ethanol with water (H 2 O) on a catalyst, it is converted into hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO), and these hydrogen Combusting carbon monoxide as a reformed fuel is a specific example of the reforming.

しかしながら、この種の改質(燃焼エネルギを増大させる改質)を実施すると、改質前の燃料に比べて自着火性が低下してしまい、改質燃料を圧縮自着火燃焼させることが困難になるとの知見を本発明者は得た。   However, when this type of reforming (reforming that increases combustion energy) is performed, the self-ignitability is reduced compared to the fuel before reforming, and it becomes difficult to perform compression auto-ignition combustion of the reformed fuel. The present inventor has obtained the following knowledge.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、燃焼エネルギを増大させるように燃料を改質するにあたり、自着火性低下の問題を解消し、さらには、燃焼熱がシリンダ壁面から逃げていくことによる熱損失を低減できるようにした燃焼システムを提供することにある。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems. The object of the present invention is to eliminate the problem of reduced self-ignitability when reforming a fuel so as to increase combustion energy. An object of the present invention is to provide a combustion system that can reduce heat loss due to escape from the cylinder wall surface.

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。   Hereinafter, means for solving the above-described problems and the operation and effects thereof will be described.

第1の発明では、燃焼温度の低下および自着火性の低下を招きつつも単位量当りの燃料から出力される燃焼エネルギが増加するよう、燃料の性状を触媒上で改質する改質器を備え、前記改質器で改質された改質燃料および改質されていない非改質燃料を、内燃機関の燃焼室で同時に燃焼させる燃焼システムにおいて、前記改質燃料は前記内燃機関のシリンダ内周面に沿って環状に分布され、その環状の中央部分に前記非改質燃料が分布されるよう構成し、かつ、前記非改質燃料は圧縮自着火燃焼し、前記改質燃料は前記非改質燃料の燃焼を火種として着火燃焼するよう構成したことを特徴とする。 In the first invention, there is provided a reformer for reforming the properties of the fuel on the catalyst so as to increase the combustion energy output from the fuel per unit amount while causing a decrease in the combustion temperature and a decrease in the autoignition property. A combustion system in which a reformed fuel reformed by the reformer and an unreformed non-reformed fuel are simultaneously burned in a combustion chamber of an internal combustion engine, wherein the reformed fuel is in a cylinder of the internal combustion engine The non-reformed fuel is configured to be distributed annularly along a circumferential surface, and the non-reformed fuel is distributed in a central portion of the ring. It is characterized in that the combustion of the reformed fuel is ignited and combusted.

上記発明によれば、非改質燃料を圧縮自着火燃焼させ、その燃焼を火種として改質燃料を着火燃焼させるので、自着火性が低下した改質燃料を確実に燃焼させることができるので、改質による自着火性低下の問題を解消できる。   According to the above invention, non-reformed fuel is subjected to compression self-ignition combustion, and the reformed fuel is ignited and combusted using the combustion as a fire type, so that the reformed fuel with reduced self-ignitability can be reliably burned. The problem of reduced self-ignitability due to reforming can be solved.

さらに上記発明では、改質燃料の燃焼温度が非改質燃料よりも低くなることを利用して、燃焼熱がシリンダ壁面から逃げていくことによる熱損失の低減を図っている。すなわち、改質燃料はシリンダ内周面に沿って環状に分布させるので、改質燃料による低温燃焼はシリンダ内周面近傍で生じ(図4(c)中の網点ハッチ参照)、その一方で、非改質燃料による高温燃焼はシリンダ内周面から離れた位置で生じる(図4(c)中の斜線ハッチ参照)ことになる。したがって、シリンダ内周面近傍で高温燃焼させる場合に比べて上記熱損失を低減できる。   Further, in the above invention, the loss of heat loss due to the escape of combustion heat from the cylinder wall surface is achieved by utilizing the fact that the combustion temperature of the reformed fuel is lower than that of the non-reformed fuel. That is, the reformed fuel is distributed in an annular shape along the inner circumferential surface of the cylinder, so that low-temperature combustion by the reformed fuel occurs in the vicinity of the inner circumferential surface of the cylinder (see the halftone dot hatching in FIG. 4C). The high-temperature combustion by the non-reformed fuel occurs at a position away from the inner peripheral surface of the cylinder (see the hatched hatching in FIG. 4C). Therefore, the heat loss can be reduced as compared with the case where high temperature combustion is performed in the vicinity of the cylinder inner peripheral surface.

第2の発明では、前記内燃機関の吸気行程の時に、前記内燃機関の排気バルブにより開閉される排気口または前記内燃機関の吸気バルブにより開閉される吸気口から、前記改質燃料を前記燃焼室へ流入させるように構成したことを特徴とする。 In the second invention, during the intake stroke of the internal combustion engine, the reformed fuel is supplied to the combustion chamber from an exhaust port that is opened and closed by an exhaust valve of the internal combustion engine or an intake port that is opened and closed by the intake valve of the internal combustion engine. It is characterized in that it is configured to flow into.

ここで、吸気行程時に排気バルブを開弁させると、燃焼室内の負圧によって排気口近傍で流速の速い気流が生じる。また、吸気行程時には吸気口近傍で流速の速い気流が生じる。この点を鑑みた上記発明では、流速の速い気流に乗せて改質燃料を燃焼室内に流入させることになるので、改質燃料をシリンダ内周面に沿って環状に行き渡るようにすることの確実性を向上できる。   Here, when the exhaust valve is opened during the intake stroke, an air flow having a high flow velocity is generated in the vicinity of the exhaust port due to the negative pressure in the combustion chamber. Also, during the intake stroke, an air flow having a high flow velocity is generated in the vicinity of the intake port. In the above-mentioned invention in view of this point, the reformed fuel is caused to flow into the combustion chamber by being put on an air flow having a high flow velocity. Therefore, it is ensured that the reformed fuel is annularly distributed along the inner peripheral surface of the cylinder. Can be improved.

第3の発明では、前記改質燃料を、前記内燃機関の排気経路に噴射して前記排気口から前記燃焼室へ流入させるように構成したことを特徴とする。 According to a third aspect of the invention, the reformed fuel is injected into the exhaust path of the internal combustion engine and flows into the combustion chamber from the exhaust port.

上記発明に反して、改質燃料を吸気経路に噴射して吸気口から流入させるように構成すると、改質燃料を吸気管まで導く配管内で改質燃料は冷却され、しかも、改質燃料は吸気管内で新気と混合することでさらに温度低下する。そのため、外気温度が低い場合等、改質器へ供給される燃料が低温であり点火着火性が悪くなっている場合には、前記温度低下により着火性悪化が促進されてしまうとの問題が生じる。   Contrary to the above-described invention, when the reformed fuel is injected into the intake passage and flows from the intake port, the reformed fuel is cooled in a pipe that leads the reformed fuel to the intake pipe, and the reformed fuel is The temperature further decreases by mixing with fresh air in the intake pipe. For this reason, when the temperature of the fuel supplied to the reformer is low and the ignition ignitability is deteriorated, such as when the outside air temperature is low, there arises a problem that the ignitability deterioration is promoted by the temperature decrease. .

この問題に対し、上記発明によれば、改質燃料を排気経路に噴射し、排気口から燃焼室へ流入させるので、改質燃料の排気口までの流通経路が、雰囲気温度の高い排気管の近傍に位置することになる。よって、その流通経路内で改質燃料が冷却されることを抑制できる。しかも、改質燃料は燃焼室へ流入するまでの間に新気と混合することがないので、新気により改質燃料が冷却されることを回避できる。以上により、改質器へ供給される燃料が低温であり点火着火性悪化が懸念される状況の場合において、改質燃料がさらに冷却されてしまうことを抑制でき、点火着火性悪化の懸念を軽減できる。   In order to solve this problem, according to the above invention, the reformed fuel is injected into the exhaust path and flows into the combustion chamber from the exhaust port. Therefore, the flow path to the reformed fuel exhaust port is an exhaust pipe having a high ambient temperature. It will be located in the vicinity. Therefore, it is possible to suppress the reformed fuel from being cooled in the flow path. In addition, since the reformed fuel does not mix with fresh air before flowing into the combustion chamber, it is possible to avoid the reformed fuel from being cooled by the fresh air. As described above, in a situation where the fuel supplied to the reformer is at a low temperature and there is a concern about deterioration of ignition ignitability, it is possible to suppress further cooling of the reformed fuel, and to reduce the concern about deterioration of ignition ignitability. it can.

さらに上記発明では、排気口から改質燃料を流入させるので、改質燃料は排気と混合した状態で燃焼する。つまり、排気は新気に比べて酸素濃度が低いため、改質燃料は新気と混合した場合に比べてリーンの状態で燃焼することになる。そのため、新気と燃焼させる場合に比べて改質燃料の燃焼温度低下を促進できる。よって、シリンダ壁面から逃げていく熱損失の低減効果を向上できる。しかも、燃料にアルコールを採用した場合、改質燃料(一酸化炭素および水素)は非改質燃料(アルコール)よりもリーンの状態で燃焼が可能となる。よって、改質燃料をより一層リーン状態で燃焼させることを実現でき、上述した熱損失低減効果の向上を促進できる。   Further, in the above invention, since the reformed fuel is introduced from the exhaust port, the reformed fuel burns in a state mixed with the exhaust. That is, since the exhaust gas has a lower oxygen concentration than fresh air, the reformed fuel burns in a leaner state than when mixed with fresh air. Therefore, it is possible to promote a reduction in the combustion temperature of the reformed fuel as compared with the case of burning with fresh air. Therefore, the effect of reducing the heat loss that escapes from the cylinder wall surface can be improved. Moreover, when alcohol is employed as the fuel, the reformed fuel (carbon monoxide and hydrogen) can be burned in a leaner state than the non-reformed fuel (alcohol). Therefore, it is possible to burn the reformed fuel in a leaner state, and the improvement of the heat loss reduction effect described above can be promoted.

第4の発明では、1つの前記燃焼室に対して前記排気口が複数設けられた内燃機関に適用され、前記改質燃料を前記燃焼室へ流入させる時には、複数の前記排気口のうちの1つを開弁させるように構成したことを特徴とする。 In a fourth aspect of the invention, the present invention is applied to an internal combustion engine in which a plurality of exhaust ports are provided for one combustion chamber, and when the reformed fuel flows into the combustion chamber, one of the plurality of exhaust ports. One of the features is that the valve is opened.

上記発明では、吸気行程時に1つの排気口を開弁させるので、複数の排気口を開弁させた場合に比べて排気口近傍での気流の速度を速くできる。よって、改質燃料をシリンダ内周面に沿って環状に行き渡るようにすることの確実性を向上できる。   In the above invention, since one exhaust port is opened during the intake stroke, the velocity of the airflow in the vicinity of the exhaust port can be increased compared to the case where a plurality of exhaust ports are opened. Therefore, it is possible to improve the certainty that the reformed fuel is distributed in an annular shape along the inner circumferential surface of the cylinder.

第5の発明では、前記排気口および前記吸気口のうち前記改質燃料を流入させる口を改質導入口と呼び、前記排気口および前記吸気口を形成するシリンダヘッドのうち、前記改質導入口へ前記改質燃料を導く経路を形成するポートを導入ポートと呼ぶ場合において、前記導入ポートのうち前記改質導入口に隣接する部分を、前記シリンダ内周面のうち前記改質導入口に隣接する部分の接線方向に延びる形状に形成したことを特徴とする。 In a fifth aspect of the invention, a port through which the reformed fuel flows into the exhaust port and the intake port is referred to as a reforming introduction port, and the reforming introduction among the cylinder heads forming the exhaust port and the intake port. When a port that forms a path for guiding the reformed fuel to the port is referred to as an introduction port, a portion of the introduction port adjacent to the reforming introduction port is connected to the reforming introduction port of the cylinder inner peripheral surface. It is characterized by being formed in a shape extending in the tangential direction of adjacent portions.

上記発明によれば、改質導入口から燃焼室へ改質燃料が流入する時の流入方向(図4(b)中の矢印Y1参照)を、改質導入口近傍におけるシリンダ内周面の接線方向(図4(b)中の一点鎖線L1参照)と同じにできる。そのため、改質導入口から燃焼室へ流入した直後の改質燃料がシリンダ内周面に衝突した後、そのままシリンダ内周面に沿って環状に流れることを促進できる。よって、改質燃料がシリンダ内周面に沿って環状に分布することの確実性を向上できる。   According to the above invention, the inflow direction (see arrow Y1 in FIG. 4B) when the reformed fuel flows into the combustion chamber from the reforming inlet is tangent to the cylinder inner peripheral surface in the vicinity of the reforming inlet. It can be made the same as the direction (see the dashed line L1 in FIG. 4B). Therefore, it can be promoted that the reformed fuel immediately after flowing into the combustion chamber from the reforming inlet collides with the inner peripheral surface of the cylinder and then flows in an annular shape along the inner peripheral surface of the cylinder. Therefore, it is possible to improve the certainty that the reformed fuel is distributed annularly along the cylinder inner peripheral surface.

第6の発明では、前記排気口および前記吸気口のうち前記改質燃料を流入させる口を改質導入口と呼ぶ場合において、1回の前記吸気行程で、前記改質導入口を複数回開閉させることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, when the port through which the reformed fuel flows in among the exhaust port and the intake port is called a reforming introduction port, the reforming introduction port is opened and closed a plurality of times in one intake stroke. It is characterized by making it.

上記発明に反し、1回の吸気行程で改質導入口を1回開弁させた場合、燃焼室へ流入した改質燃料をシリンダ内周面に沿って流すことができたとしても、改質燃料の流入量が不足している場合には、図5(a)中の網点ハッチに例示するように、改質燃料の燃焼を環状に分布させることができなくなる。   Contrary to the above-described invention, when the reforming inlet is opened once in one intake stroke, the reformed fuel that has flowed into the combustion chamber can flow along the inner circumferential surface of the cylinder. When the inflow amount of fuel is insufficient, the combustion of the reformed fuel cannot be distributed in an annular shape, as exemplified by the halftone hatching in FIG.

この点を鑑みた上記発明では、1回の吸気行程で改質導入口を複数回開閉させるので、改質燃料の流入量が不足している場合であっても、図5(b)中の網点ハッチに例示するように改質燃料の燃焼を環状に分布させることを促進できる。よって、非改質燃料による高温燃焼をシリンダ内周面から離れた位置で生じさせることの確実性を、向上できる。   In the above invention in view of this point, since the reforming inlet is opened and closed several times in one intake stroke, even when the inflow amount of reformed fuel is insufficient, the reforming inlet in FIG. As illustrated in the halftone hatch, it is possible to promote the annular distribution of the reformed fuel combustion. Therefore, it is possible to improve the certainty that the high temperature combustion by the non-reformed fuel is generated at a position away from the cylinder inner peripheral surface.

第7の発明では、前記排気口および前記吸気口のうち前記改質燃料を流入させる口を改質導入口と呼び、前記排気口および前記吸気口を形成するシリンダヘッドのうち、前記吸気口へ新気を導く経路を形成するポートを吸気ポートと呼ぶ場合において、前記吸気ポートのうち前記吸気口に隣接する部分を、前記改質導入口から外れた向きに延びる形状に形成したことを特徴とする。 In a seventh aspect of the invention, a port through which the reformed fuel flows into the exhaust port and the intake port is referred to as a reforming introduction port, and among the cylinder heads forming the exhaust port and the intake port, to the intake port When a port forming a path for introducing fresh air is called an intake port, a portion of the intake port adjacent to the intake port is formed in a shape extending in a direction away from the reforming introduction port, To do.

ここで、上記発明に反して吸気ポートのうち吸気口に隣接する部分を、改質導入口に向けて延びる形状に形成すると、吸気口から燃焼室に流入した新気の流れが、改質導入口から流入した改質燃料の流れに衝突する。すると、改質燃料が燃焼室内で拡散してしまい、シリンダ内周面に沿って改質燃料を環状に分布させることの妨げとなる。   Here, contrary to the above-described invention, if the portion of the intake port adjacent to the intake port is formed in a shape extending toward the reforming introduction port, the flow of fresh air flowing from the intake port into the combustion chamber Colliding with the flow of reformed fuel flowing in from the mouth. Then, the reformed fuel diffuses in the combustion chamber, which hinders the reformed fuel from being distributed annularly along the inner circumferential surface of the cylinder.

この点を鑑みた上記発明では、吸気ポートのうち吸気口に隣接する部分を、改質導入口から外れた向きに延びる形状に形成するので、改質燃料の流れに新気が衝突して拡散させることを抑制できる。よって、シリンダ内周面に沿って改質燃料を環状に分布させることを促進できる。   In view of this point, in the above invention, the portion of the intake port adjacent to the intake port is formed in a shape extending in a direction away from the reforming introduction port, so that fresh air collides with the flow of the reformed fuel and diffuses. Can be suppressed. Therefore, it is possible to promote the annular distribution of the reformed fuel along the cylinder inner peripheral surface.

本発明の第1実施形態にかかる燃焼システムを示す図。The figure which shows the combustion system concerning 1st Embodiment of this invention. 図1に示す改質器のハード構成を詳細に説明する図。The figure explaining in detail the hardware constitutions of the reformer shown in FIG. 図1に示す供給バルブの開閉弁タイミング、および排気バルブの開閉弁タイミングを説明する図。The figure explaining the on-off valve timing of the supply valve shown in FIG. 1, and the on-off valve timing of an exhaust valve. 図3の如くバルブを開閉させた場合における燃焼室内の状態を表す図であって、(a)は排気の流れを表す図、(b)は吸気および改質燃料の流れを表す図、(c)は改質燃料および非改質燃料の燃焼分布を表す図。FIG. 4 is a diagram illustrating a state in the combustion chamber when the valve is opened and closed as illustrated in FIG. 3, where (a) illustrates a flow of exhaust, (b) illustrates a flow of intake air and reformed fuel, and (c) ) Is a diagram showing the combustion distribution of reformed fuel and non-reformed fuel. 本発明の第2実施形態にかかる燃焼分布を説明する図。The figure explaining the combustion distribution concerning 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態にかかる燃焼システムを示す図。The figure which shows the combustion system concerning 3rd Embodiment of this invention.

以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。   Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are denoted by the same reference numerals in the drawings, and the description of the same reference numerals is used.

(第1実施形態)
以下に説明する燃焼システムは、定置式の内燃機関に適用されることを想定したものであり、例えば、発電機を駆動させる駆動源として設置された定置式内燃機関が具体例として挙げられる。
(First embodiment)
The combustion system described below is assumed to be applied to a stationary internal combustion engine. For example, a stationary internal combustion engine installed as a drive source for driving a generator is given as a specific example.

図1に示す内燃機関は複数の気筒を有した多気筒エンジンであり、これらの気筒は、シリンダブロック10にシリンダヘッド20を組み付けて構成されている。シリンダブロック10はピストン11を収容して燃焼室12を形成する。また、シリンダブロック10およびシリンダヘッド20にはウォータジャケット10w,20wが形成されており、ウォータポンプ30から吐出される冷却水が、これらのウォータジャケット10w,20wを循環して、シリンダブロック10およびシリンダヘッド20を冷却している。なお、ウォータポンプ30は内燃機関の駆動力により回転駆動させる機械式であってもよいし、電動モータにより回転駆動させる電気式であってもよい。   The internal combustion engine shown in FIG. 1 is a multi-cylinder engine having a plurality of cylinders, and these cylinders are configured by assembling a cylinder head 20 to a cylinder block 10. The cylinder block 10 accommodates the piston 11 and forms a combustion chamber 12. Further, water jackets 10w and 20w are formed in the cylinder block 10 and the cylinder head 20, and the cooling water discharged from the water pump 30 circulates through the water jackets 10w and 20w, so that the cylinder block 10 and the cylinder head 20 are circulated. The head 20 is cooled. The water pump 30 may be a mechanical type that is driven to rotate by the driving force of the internal combustion engine, or an electric type that is driven to rotate by an electric motor.

シリンダヘッド20には吸気ポート21および排気ポート22が形成されており、吸気ポート21の吸気口21aは吸気バルブ31により開閉され、排気ポート22の排気口22aは排気バルブ32により開閉される。吸気ポート21には、新気を各気筒に分配するインテークマニホールド33が接続されている。   An intake port 21 and an exhaust port 22 are formed in the cylinder head 20. An intake port 21 a of the intake port 21 is opened and closed by an intake valve 31, and an exhaust port 22 a of the exhaust port 22 is opened and closed by an exhaust valve 32. An intake manifold 33 that distributes fresh air to each cylinder is connected to the intake port 21.

排気ポート22には、エキゾーストマニホールド34(排気管)が接続されている。但し、シリンダヘッド20の排気ポート22とエキゾーストマニホールド34との間には、断熱材34aを介在させている。また、エキゾーストマニホールド34の下流側には、各気筒からの排ガスを集合して排出させる集合排気管35(排気管)が接続されており、この集合排気管35には、排ガス中のNOx、HC、CO等を浄化する浄化装置36が取り付けられている。   An exhaust manifold 34 (exhaust pipe) is connected to the exhaust port 22. However, a heat insulating material 34 a is interposed between the exhaust port 22 of the cylinder head 20 and the exhaust manifold 34. A collective exhaust pipe 35 (exhaust pipe) that collects and exhausts exhaust gas from each cylinder is connected to the downstream side of the exhaust manifold 34. The collective exhaust pipe 35 is connected to NOx and HC in the exhaust gas. A purification device 36 for purifying CO and the like is attached.

また、シリンダヘッド20には燃料噴射弁37が取り付けられている。そして、燃料タンク38に貯蔵された液体燃料が燃料ポンプ39により燃料噴射弁37へ圧送され、燃料噴射弁37を開弁作動させると液体燃料が燃焼室12へ直接噴射される。なお、上記液体燃料にはアルコール(例えばメタノールCH3−OH)が用いられている。さらに、燃料ポンプ39から圧送される燃料の一部は、後に詳述する改質器40により改質され、排気ポート22内に噴射された後、排気口22aから燃焼室12へ流入されるよう構成されている。   A fuel injection valve 37 is attached to the cylinder head 20. The liquid fuel stored in the fuel tank 38 is pumped to the fuel injection valve 37 by the fuel pump 39, and when the fuel injection valve 37 is opened, the liquid fuel is directly injected into the combustion chamber 12. In addition, alcohol (for example, methanol CH3-OH) is used for the liquid fuel. Further, a part of the fuel pumped from the fuel pump 39 is reformed by a reformer 40, which will be described in detail later, and injected into the exhaust port 22, and then flows into the combustion chamber 12 from the exhaust port 22a. It is configured.

以上により、燃料噴射弁37から噴射された非改質燃料(改質器40で改質されていないアルコール燃料)と、吸気口21aから流入する新気との混合気が、燃焼室12にて断熱圧縮されて自着火燃焼する。一方、排気口22aから流入する改質燃料と吸気口21aから流入する新気との混合気は、非改質燃料の自着火燃焼を火種として着火し、燃焼する。要するに、非改質燃料は、改質燃料に比べて自着火温度が低いため自着火しやすい。その一方で、点火による着火に必要な最小エネルギは、改質燃料の方が非改質燃料よりも小さい。そこで本実施形態では、先ず非改質燃料を自着火させ、その燃焼を火種として改質燃料を燃焼させている。   As described above, an air-fuel mixture of non-reformed fuel (alcohol fuel not reformed by the reformer 40) injected from the fuel injection valve 37 and fresh air flowing from the intake port 21a is generated in the combustion chamber 12. Adiabatic compression and self-ignition combustion. On the other hand, the mixture of the reformed fuel flowing in from the exhaust port 22a and the fresh air flowing in from the intake port 21a is ignited by using the self-ignition combustion of the non-reformed fuel as a fire type and burns. In short, non-reformed fuel tends to self-ignite because its self-ignition temperature is lower than that of reformed fuel. On the other hand, the minimum energy required for ignition by ignition is smaller for reformed fuel than for non-reformed fuel. Therefore, in this embodiment, first, the non-reformed fuel is self-ignited, and the reformed fuel is combusted using the combustion as a fire type.

改質器40は、エキゾーストマニホールド34の内部に配置されており、以下、改質器40の構造について、図2を用いて説明する。   The reformer 40 is disposed inside the exhaust manifold 34. Hereinafter, the structure of the reformer 40 will be described with reference to FIG.

改質器40は、排気通路41aを形成する壁体41と、燃料通路42aを形成する配管42を備えている。配管42の内面には触媒が担持されている。壁体41には、金属製に比べて保温性能の高い材質(例えばセラミック)が採用されている。点線矢印に示す如く排気通路41aを流通する排ガスは、触媒を加熱して活性化温度以上にするとともに、実線矢印に示す如く燃料通路42aを流通する燃料を加熱する。   The reformer 40 includes a wall body 41 that forms an exhaust passage 41a, and a pipe 42 that forms a fuel passage 42a. A catalyst is supported on the inner surface of the pipe 42. The wall body 41 is made of a material (for example, ceramic) having a higher heat retention performance than that made of metal. The exhaust gas flowing through the exhaust passage 41a as shown by the dotted arrow heats the catalyst to the activation temperature or higher and heats the fuel flowing through the fuel passage 42a as shown by the solid arrow.

さらに改質器40は、複数本の燃料通路42aへ燃料を分配するヘッダパイプ43と、複数本の燃料通路42aを流通した燃料を集合させるフッダパイプ44とを備えている。なお、改質器40は気筒毎に設けられており、気筒毎に設けられた改質器40のヘッダパイプ43へ分配配管60から燃料が分配供給される。   The reformer 40 further includes a header pipe 43 that distributes the fuel to the plurality of fuel passages 42a, and a footer pipe 44 that collects the fuel that has passed through the plurality of fuel passages 42a. The reformer 40 is provided for each cylinder, and fuel is distributed and supplied from the distribution pipe 60 to the header pipe 43 of the reformer 40 provided for each cylinder.

ヘッダパイプ43には、排ガスを流入させる流入口43aが形成されており、この流入口43aにはリードバルブ43b(逆止弁)が取り付けられている。これにより、ヘッダパイプ43内の燃料に排ガスが混合される。そして、配管42内面の触媒上で、ヘッダパイプ43から供給される液体燃料(メタノールCH−OH)は、排ガス中に含まれる水と反応し、水素(H)と一酸化炭素(CO)に変換(改質)される。つまり、これらの水素および一酸化炭素が改質燃料であり、排気口22aから燃焼室12へ流入して燃焼することとなる。 The header pipe 43 is formed with an inlet 43a through which exhaust gas flows, and a reed valve 43b (check valve) is attached to the inlet 43a. Thereby, exhaust gas is mixed with the fuel in the header pipe 43. Then, on the catalyst on the inner surface of the pipe 42, the liquid fuel (methanol CH 3 —OH) supplied from the header pipe 43 reacts with water contained in the exhaust gas, and hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO). Is converted (modified). That is, these hydrogen and carbon monoxide are the reformed fuel, and flow into the combustion chamber 12 from the exhaust port 22a and burn.

フッダパイプ44には、改質燃料を排気口22aの近傍まで流通させる改質燃料配管45が接続されている。改質燃料配管45の一部は、シリンダヘッド20に挿入配置され、改質燃料配管45の下流開口部45aは、排気ポート22のうち排気口22aの近傍部分に位置している。したがって、改質器40で改質された燃料は、改質燃料配管45を流通して、排気口22aの近傍部分へ噴射されることとなる。   A reformed fuel pipe 45 for allowing the reformed fuel to flow to the vicinity of the exhaust port 22a is connected to the footer pipe 44. A part of the reformed fuel pipe 45 is inserted into the cylinder head 20, and the downstream opening 45 a of the reformed fuel pipe 45 is located in the vicinity of the exhaust port 22 a in the exhaust port 22. Therefore, the fuel reformed by the reformer 40 flows through the reformed fuel pipe 45 and is injected into the vicinity of the exhaust port 22a.

図1に示すように、燃料ポンプ39から圧送された燃料は、分岐管61を流通し、分配配管60に取り付けられた供給バルブ62に供給される。したがって、供給バルブ62を開弁作動させると、燃料ポンプ39から圧送された燃料は、分岐管61→供給バルブ62→分配配管60→ヘッダパイプ43→配管42→フッダパイプ44→改質燃料配管45を順に流通して下流開口部45aから排気ポート22内に噴射される。   As shown in FIG. 1, the fuel pumped from the fuel pump 39 flows through the branch pipe 61 and is supplied to a supply valve 62 attached to the distribution pipe 60. Therefore, when the supply valve 62 is opened, the fuel pumped from the fuel pump 39 passes through the branch pipe 61 → the supply valve 62 → the distribution pipe 60 → the header pipe 43 → the pipe 42 → the footer pipe 44 → the reformed fuel pipe 45. It flows in order and is injected in the exhaust port 22 from the downstream opening part 45a.

また、改質燃料配管45および分岐管61には熱交換器46(図1参照)が取り付けられており、熱交換器46により、改質前の燃料と改質燃料とが熱交換する。つまり、改質器40内部で排ガスにより温度上昇した改質燃料は、改質前の燃料により冷却される。換言すれば、改質前の燃料は改質燃料により加熱される。   Further, a heat exchanger 46 (see FIG. 1) is attached to the reformed fuel pipe 45 and the branch pipe 61, and the heat exchanger 46 exchanges heat between the fuel before reforming and the reformed fuel. That is, the reformed fuel whose temperature has been raised by the exhaust gas inside the reformer 40 is cooled by the fuel before reforming. In other words, the fuel before reforming is heated by the reformed fuel.

さらに改質燃料配管45の一部は、排気ポート22のウォータジャケット20w内に配置されている。これにより改質燃料と冷却水とが熱交換する。つまり、改質器40内部で排ガスにより温度上昇した改質燃料は、ウォータジャケット20wを循環する冷却水により冷却される。   Further, a part of the reformed fuel pipe 45 is disposed in the water jacket 20 w of the exhaust port 22. As a result, the reformed fuel and the cooling water exchange heat. That is, the reformed fuel whose temperature has been raised by the exhaust gas inside the reformer 40 is cooled by the cooling water circulating in the water jacket 20w.

供給バルブ62および燃料噴射弁37の開弁作動は、電子制御装置(ECU70)により制御される。以下、ECU70による供給バルブ62の開弁時期制御について、図3を用いて説明する。   The valve opening operation of the supply valve 62 and the fuel injection valve 37 is controlled by an electronic control unit (ECU 70). Hereinafter, the valve opening timing control of the supply valve 62 by the ECU 70 will be described with reference to FIG.

図3の最上段は、任意の気筒におけるピストン11の上死点および下死点のタイミングを、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程および排気行程と区別して示す。また、(a)は吸気バルブ31の開閉弁タイミングを示し、(b)は排気バルブ32の開閉弁タイミングを示す。なお、これらの吸気バルブ31および排気バルブ32は、内燃機関のクランク軸により回転駆動するカム軸により開閉されるものであり、カム軸に取り付けられたカムのプロフィールにより開閉弁タイミングは特定される。   The uppermost stage in FIG. 3 shows the timing of the top dead center and the bottom dead center of the piston 11 in an arbitrary cylinder separately from the intake stroke, the compression stroke, the combustion stroke, and the exhaust stroke. Further, (a) shows the opening / closing valve timing of the intake valve 31, and (b) shows the opening / closing valve timing of the exhaust valve 32. The intake valve 31 and the exhaust valve 32 are opened and closed by a camshaft that is rotationally driven by a crankshaft of the internal combustion engine, and the opening / closing valve timing is specified by the profile of the cam attached to the camshaft.

排気バルブ32は、排気行程の終了に伴いt1時点で一旦閉弁される。その後、その排気行程の直後における吸気行程の期間中において、t2時点で再度開弁し、その後のt3時点で再度閉弁する。つまり、1燃焼サイクル中の排気行程と吸気行程で1回ずつ計2回、排気バルブ32を開弁させている。そして、排気バルブ32を吸気行程で開弁させる直前の閉弁期間t1〜t2に、改質器40へ燃料を供給する供給バルブ62を開弁させる。   The exhaust valve 32 is once closed at time t1 with the end of the exhaust stroke. Thereafter, during the intake stroke immediately after the exhaust stroke, the valve is opened again at time t2, and then closed again at time t3. That is, the exhaust valve 32 is opened twice, once in the exhaust stroke and in the intake stroke in one combustion cycle. Then, the supply valve 62 that supplies fuel to the reformer 40 is opened during the valve closing period t1 to t2 immediately before the exhaust valve 32 is opened in the intake stroke.

図4は、図3の如く各バルブ31,32,62を開閉作動させた場合における、燃焼室12内の状態を表す図である。なお、図4では、1つの燃焼室12に対して2つの吸気口21a,21bおよび2つの排気口22a,22bがシリンダヘッド20に設けられていることを想定しており、符号22bに示す排気口を形成する排気ポート22には、改質燃料配管45からの改質燃料は噴射されない。そのため、排気口22aを開閉する排気バルブ32は、図3(b)に示すように吸気行程時のt2時点で再度開弁させるのに対し、排気口22bを開閉する排気バルブ32は、吸気行程時に再度開弁させることのないよう、カムのプロフィールを設定している。   FIG. 4 is a diagram showing the state in the combustion chamber 12 when the valves 31, 32, 62 are opened and closed as shown in FIG. In FIG. 4, it is assumed that two intake ports 21 a and 21 b and two exhaust ports 22 a and 22 b are provided in the cylinder head 20 for one combustion chamber 12, and the exhaust indicated by reference numeral 22 b. The reformed fuel from the reformed fuel pipe 45 is not injected into the exhaust port 22 forming the mouth. Therefore, the exhaust valve 32 that opens and closes the exhaust port 22a is opened again at time t2 in the intake stroke as shown in FIG. 3B, whereas the exhaust valve 32 that opens and closes the exhaust port 22b is opened. The cam profile is set to prevent the valve from opening again at times.

したがって、排気行程時においては図4(a)中の矢印に示すように2つの排気口22a,22bから排ガスが排出されるのに対し、吸気行程のうち排気口22aを開弁させているt2〜t3期間においては、図4(b)中の矢印Y1に示すように、排気口22aから改質燃料が燃焼室12へ流入する。   Therefore, during the exhaust stroke, exhaust gas is discharged from the two exhaust ports 22a and 22b as shown by the arrows in FIG. 4A, whereas t2 that opens the exhaust port 22a in the intake stroke. In the period t3, the reformed fuel flows into the combustion chamber 12 from the exhaust port 22a as indicated by an arrow Y1 in FIG.

ここで、排気口22aから流入した改質燃料は、図4(b)中の矢印Y2に示すようにシリンダ内周面10aに沿って環状に流れるように構成されている(この構成の詳細は後述する)。これに対し、燃料噴射弁37から噴射される非改質燃料は、環状に流れる改質燃料の中央に向けて噴射されるように構成されている。具体的には、非改質燃料を噴射する燃料噴射弁37は、燃焼室12の上方視中央部分に配置され、燃焼室12の中央に向けて非改質燃料を噴射するように構成されている。   Here, the reformed fuel that has flowed in from the exhaust port 22a is configured to flow annularly along the cylinder inner peripheral surface 10a as indicated by an arrow Y2 in FIG. Will be described later). On the other hand, the non-reformed fuel injected from the fuel injection valve 37 is configured to be injected toward the center of the reformed fuel flowing in an annular shape. Specifically, the fuel injection valve 37 that injects non-reformed fuel is disposed in the center portion of the combustion chamber 12 as viewed from above, and is configured to inject non-reformed fuel toward the center of the combustion chamber 12. Yes.

そのため、燃焼行程時には、改質燃料による燃焼はシリンダ内周面10aの近傍(図4(c)中の網点ハッチ部分)で生じ、非改質燃料による燃焼はシリンダ内周面10aから離れた燃焼室12の中央位置(図4(c)中の斜線ハッチ部分)で生じることになる。   Therefore, during the combustion stroke, combustion by the reformed fuel occurs in the vicinity of the cylinder inner peripheral surface 10a (the halftone dot hatched portion in FIG. 4C), and combustion by the non-reformed fuel is separated from the cylinder inner peripheral surface 10a. This occurs at the center position of the combustion chamber 12 (shaded hatched portion in FIG. 4C).

次に、改質燃料をシリンダ内周面10aに沿って環状に流すための具体的な構成について、詳細に説明する。   Next, a specific configuration for allowing the reformed fuel to flow annularly along the cylinder inner peripheral surface 10a will be described in detail.

以下の説明では、2つの排気口22a,22bのうち改質燃料を流入させる口を改質導入口22aと呼ぶ。シリンダヘッド20に形成された排気ポート22のうち、改質導入口22aへ改質燃料を導く経路を形成するポートを導入ポートと呼ぶ。図4(b)中の一点鎖線L1は、シリンダ内周面10aのうち改質導入口22aに隣接する部分の接線を示す。   In the following description, a port through which the reformed fuel flows in the two exhaust ports 22a and 22b is referred to as a reforming introduction port 22a. Of the exhaust ports 22 formed in the cylinder head 20, a port that forms a path for guiding the reformed fuel to the reforming introduction port 22a is referred to as an introduction port. An alternate long and short dash line L1 in FIG. 4B indicates a tangent of a portion of the cylinder inner peripheral surface 10a adjacent to the reforming introduction port 22a.

そして、導入ポート22のうち改質導入口22aに隣接する部分(図4(b)中の符号22Pに示す部分)を、上述した接線L1の方向に延びる形状に形成する。これによれば、改質導入口22aから燃焼室12へ改質燃料が流入する時の流入方向(図4(b)中の矢印Y1参照)を、改質導入口22aに最も近い部分におけるシリンダ内周面10aの接線方向(図4中の一点鎖線L1参照)と同じにできる。そのため、改質導入口22aから燃焼室12へ流入した直後の改質燃料がシリンダ内周面10aに衝突した後、そのままシリンダ内周面に沿って環状に流れることを促進できる。よって、改質燃料をシリンダ内周面10aに沿って環状に分布することの確実性を向上できる。   Then, a portion of the introduction port 22 adjacent to the reforming introduction port 22a (portion indicated by reference numeral 22P in FIG. 4B) is formed in a shape extending in the direction of the tangent L1 described above. According to this, the cylinder in the portion closest to the reforming inlet 22a in the inflow direction (see arrow Y1 in FIG. 4B) when the reformed fuel flows into the combustion chamber 12 from the reforming inlet 22a. This can be the same as the tangential direction of the inner peripheral surface 10a (see the one-dot chain line L1 in FIG. 4). Therefore, it can be promoted that the reformed fuel immediately after flowing into the combustion chamber 12 from the reforming inlet 22a collides with the cylinder inner peripheral surface 10a and then flows in an annular shape as it is along the cylinder inner peripheral surface. Therefore, it is possible to improve the certainty that the reformed fuel is annularly distributed along the cylinder inner peripheral surface 10a.

また、一方の排気口22a(改質導入口)を開弁させて改質燃料を燃焼室12へ流入させる時には、他方の排気口22bを閉弁させる。そのため、両方の排気口22a,22bを開弁させた場合に比べて、改質導入口22a近傍での気流の速度を速くできる。よって、改質燃料をシリンダ内周面10aに沿って環状に行き渡るようにすることの確実性を向上できる。   Further, when the one exhaust port 22a (reforming introduction port) is opened to allow the reformed fuel to flow into the combustion chamber 12, the other exhaust port 22b is closed. Therefore, compared with the case where both the exhaust ports 22a and 22b are opened, the speed of the airflow in the vicinity of the reforming introduction port 22a can be increased. Therefore, it is possible to improve the certainty that the reformed fuel is distributed in an annular shape along the cylinder inner peripheral surface 10a.

さらに、吸気ポート21のうち吸気口21aに隣接する部分(図4(b)中の符号21Pに示す部分)を、排気口22a(改質導入口)から外れた向きに延びる形状に形成する。つまり、吸気ポート21の前記部分21Pの中心線L3上に改質導入口22aが位置しないように形成する。そのため、吸気口21aから燃焼室12に流入した新気の流れ(図4(b)中の矢印Y3参照)が、改質導入口22aから流入した改質燃料の流れ(図4(b)中の矢印Y1参照)に衝突することを回避できるので、シリンダ内周面10aに沿って改質燃料を環状に分布させることを促進できる。   Further, a portion of the intake port 21 adjacent to the intake port 21a (a portion indicated by reference numeral 21P in FIG. 4B) is formed in a shape extending in a direction away from the exhaust port 22a (reforming introduction port). That is, the reforming introduction port 22a is not positioned on the center line L3 of the portion 21P of the intake port 21. Therefore, the flow of fresh air flowing into the combustion chamber 12 from the intake port 21a (see arrow Y3 in FIG. 4B) is the flow of reformed fuel flowing in from the reforming inlet 22a (in FIG. 4B). (See arrow Y1) can be avoided, so that it is possible to promote the annular distribution of the reformed fuel along the cylinder inner peripheral surface 10a.

さらに、導入ポート22のうち改質導入口22aに隣接する部分(図4(b)中の符号22Pに示す部分)が、上方視においてシリンダ内周面10aに隣接することとなるように、導入ポート22を配置する。そのため、改質導入口22aから燃焼室12へ流入した改質燃料が、シリンダ内周面10aに衝突することにより流速低下することを抑制できる。よって、改質燃料がシリンダ内周面10aに沿って環状に行き渡るようにすることの確実性を向上できる。   Further, the introduction port 22 is introduced so that the portion adjacent to the reforming introduction port 22a (the portion indicated by reference numeral 22P in FIG. 4B) is adjacent to the cylinder inner peripheral surface 10a when viewed from above. Port 22 is arranged. Therefore, it is possible to suppress a reduction in the flow rate due to the reformed fuel flowing into the combustion chamber 12 from the reforming inlet 22a colliding with the cylinder inner peripheral surface 10a. Therefore, it is possible to improve the certainty that the reformed fuel is distributed in an annular shape along the cylinder inner peripheral surface 10a.

さらに、2つの排気口22a,22bのうち一方の排気口である改質導入口22aの開口面積を、他方の排気口22bの開口面積よりも小さく設定する。そのため、改質導入口22a近傍での気流の速度が速くなるので、改質燃料をシリンダ内周面10aに沿って環状に行き渡るようにすることの確実性を向上できる。   Furthermore, the opening area of the reforming introduction port 22a, which is one of the two exhaust ports 22a and 22b, is set smaller than the opening area of the other exhaust port 22b. As a result, the speed of the airflow in the vicinity of the reforming inlet 22a is increased, so that it is possible to improve the certainty that the reformed fuel is distributed in an annular shape along the cylinder inner peripheral surface 10a.

ここで、本実施形態にかかる改質器40でアルコール燃料を改質させると、当該改質による改質燃料(CO,H)の燃焼温度は、非改質燃料(CH−OH)の燃焼温度よりも低くなる。そして、本実施形態によれば、上述したように、改質燃料をシリンダ内周面10aに沿って環状に分布させ、その環状の中央部分に非改質燃料を分布させるので、燃焼室12内のうち中央位置では非改質燃料が圧縮自着火燃焼し、その自着火燃焼を火種としてシリンダ内周面10aの近傍では改質燃料が着火して燃焼(点火燃焼)する。つまり、シリンダ内周面10aから離れた中央位置にて高温の自着火燃焼が為され、シリンダ内周面10aの近傍位置にて低温の点火燃焼が為される。 Here, when the alcohol fuel is reformed by the reformer 40 according to the present embodiment, the combustion temperature of the reformed fuel (CO, H 2 ) by the reforming is that of the non-reformed fuel (CH 3 —OH). It becomes lower than the combustion temperature. According to the present embodiment, as described above, the reformed fuel is distributed annularly along the cylinder inner peripheral surface 10a, and the non-reformed fuel is distributed in the annular central portion. Of these, the non-reformed fuel undergoes compression self-ignition combustion at the center position, and the reformed fuel is ignited and combusted (ignition combustion) in the vicinity of the cylinder inner peripheral surface 10a using the self-ignition combustion as a fire type. That is, high temperature self-ignition combustion is performed at a central position away from the cylinder inner peripheral surface 10a, and low temperature ignition combustion is performed at a position near the cylinder inner peripheral surface 10a.

したがって、本実施形態によれば、シリンダ内周面10aの近傍で高温の自着火燃焼が為される場合に比べて、燃焼熱がシリンダブロック10へ逃げていくことによる熱損失を低減できる。   Therefore, according to the present embodiment, it is possible to reduce heat loss due to the combustion heat escaping to the cylinder block 10 as compared with the case where high-temperature self-ignition combustion is performed in the vicinity of the cylinder inner peripheral surface 10a.

しかも、排気口22aから改質燃料を流入させるので、改質燃料は酸素濃度の低い排気と混合した状態(リーン状態)で燃焼する。そのため、改質燃料の燃焼温度低下を促進できるので、燃焼熱がシリンダブロック10へ逃げていくことによる熱損失の低減を促進できる。なお、本実施形態では、改質燃料はストイキよりもリーンの状態で燃焼させ、非改質燃料はストイキまたはリーンの状態で燃焼させており、改質燃料は非改質燃料よりもリーンの状態になるように設定している。   In addition, since the reformed fuel is introduced from the exhaust port 22a, the reformed fuel burns in a state (lean state) mixed with the exhaust having a low oxygen concentration. Therefore, since the combustion temperature reduction of the reformed fuel can be promoted, reduction of heat loss due to the combustion heat escaping to the cylinder block 10 can be promoted. In this embodiment, the reformed fuel is burned in a leaner state than stoichiometric, the non-reformed fuel is burned in a stoichiometric or lean state, and the reformed fuel is leaner than the non-reformed fuel. It is set to become.

さらに、以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果も得られるようになる。すなわち、改質燃料を排気ポート22内に噴射し、排気口22aから燃焼室12へ流入させるので、改質燃料の流通経路(改質燃料配管45)が、雰囲気温度の高い排気管(エキゾーストマニホールド34)の近傍に位置することになる。よって、その流通経路内で改質燃料が冷却されることを抑制できる。しかも、改質燃料は燃焼室12へ流入するまでの間に新気と混合することがないので、新気により改質燃料が冷却されることを回避できる。以上により、改質器40へ供給される燃料が低温であり着火性悪化が懸念される状況の場合において、改質燃料がさらに冷却されてしまうことを抑制でき、着火性悪化の懸念を軽減できる。   Furthermore, according to the embodiment described above in detail, the following effects can be obtained. That is, the reformed fuel is injected into the exhaust port 22 and flows into the combustion chamber 12 from the exhaust port 22a, so that the reformed fuel flow path (reformed fuel pipe 45) is an exhaust pipe (exhaust manifold) having a high ambient temperature. 34). Therefore, it is possible to suppress the reformed fuel from being cooled in the flow path. In addition, since the reformed fuel is not mixed with fresh air before flowing into the combustion chamber 12, it is possible to avoid the reformed fuel from being cooled by the fresh air. As described above, in a situation where the fuel supplied to the reformer 40 is at a low temperature and there is a concern about deterioration of ignitability, the reformed fuel can be further prevented from being cooled, and the concern about deterioration of ignitability can be reduced. .

ここで、直噴燃料の自着火燃焼を火種として改質燃料を着火させることを想定しているが、改質燃料が排ガスにより過剰に高温になると、想定に反して自着火することが懸念されるようになる。これに対し本実施形態では、改質燃料配管45内の改質燃料を、改質前の燃料および冷却水により冷却させるので、点火燃焼させることを想定した改質燃料が自着火燃焼してしまうことを回避できる。さらに、熱交換器46により改質前の燃料が改質燃料により加熱されるので、触媒上での改質効率を向上できる。   Here, it is assumed that the reformed fuel is ignited using the self-ignition combustion of the direct injection fuel as a fire type. However, if the reformed fuel becomes excessively hot due to the exhaust gas, there is a concern that self-ignition may occur contrary to the assumption. Become so. On the other hand, in the present embodiment, the reformed fuel in the reformed fuel pipe 45 is cooled by the fuel before reforming and the cooling water, so that the reformed fuel assumed to be ignited and burned is self-ignited and combusted. You can avoid that. Furthermore, since the fuel before reforming is heated by the reforming fuel by the heat exchanger 46, the reforming efficiency on the catalyst can be improved.

改質器40を排気管(エキゾーストマニホールド34)の内部に配置するので、改質器40が有する触媒の温度を活性化温度以上にすることを、排ガス温度を利用して実現できるので、電気ヒータ等の加熱手段を用いることなく触媒温度を容易に昇温できる。さらに、改質器内での燃料温度を上昇させて改質効率を向上させることを容易に実現できる。   Since the reformer 40 is disposed inside the exhaust pipe (exhaust manifold 34), the temperature of the catalyst of the reformer 40 can be increased to the activation temperature or higher by using the exhaust gas temperature. The catalyst temperature can be easily raised without using a heating means such as the above. Furthermore, it is possible to easily improve the reforming efficiency by raising the fuel temperature in the reformer.

シリンダヘッド20と排気管(エキゾーストマニホールド34)との間に断熱材34aを介在させるので、改質器40の温度上昇を促進でき、改質効率の向上を図ることができる。なお、排ガス温度は改質器40と熱交換することで低下するので、浄化装置36へ流入する排ガス温度は低下する。よって、断熱材34aを介在させても、浄化装置36が上限値を超えて高温になり損傷することは回避できる。   Since the heat insulating material 34a is interposed between the cylinder head 20 and the exhaust pipe (exhaust manifold 34), the temperature rise of the reformer 40 can be promoted and the reforming efficiency can be improved. Since the exhaust gas temperature is lowered by exchanging heat with the reformer 40, the exhaust gas temperature flowing into the purification device 36 is lowered. Therefore, even if the heat insulating material 34a is interposed, it is possible to avoid that the purifier 36 exceeds the upper limit value and becomes hot and damaged.

改質器40のうち排気通路41aを形成する壁体41に蓄熱材(例えばセラミック)を採用しているので、改質器40を高温状態に維持させて改質効率を向上させることを促進できる。   Since a heat storage material (for example, ceramic) is employed for the wall body 41 forming the exhaust passage 41a in the reformer 40, it is possible to promote improvement of reforming efficiency by maintaining the reformer 40 in a high temperature state. .

吸気行程以外の時期には供給バルブ62の開弁を禁止させているので、排気経路(排気ポート22)へ噴射された改質燃料が、排気口22aから流入することなく排ガスとともにエキゾーストマニホールド34へ排出されることを回避できる。   Since the opening of the supply valve 62 is prohibited at times other than the intake stroke, the reformed fuel injected into the exhaust path (exhaust port 22) does not flow into the exhaust manifold 34 together with the exhaust gas without flowing from the exhaust port 22a. It is possible to avoid being discharged.

排気バルブ32を吸気行程で開弁させる直前の閉弁期間t1〜t2に、改質器40へ燃料を供給する供給バルブ62を開弁させる。そのため、改質器40へ供給した燃料が改質器40の燃料通路42aで滞留する時間を長くでき、改質効率を向上できる。また、供給バルブ62から供給された液体燃料が、排気口22aから流入されるまでの滞留時間を長くできるので、液体燃料を十分に気化させることができる。   The supply valve 62 for supplying fuel to the reformer 40 is opened during the valve closing period t1 to t2 immediately before the exhaust valve 32 is opened in the intake stroke. Therefore, it is possible to lengthen the time that the fuel supplied to the reformer 40 stays in the fuel passage 42a of the reformer 40, and to improve the reforming efficiency. Moreover, since the residence time until the liquid fuel supplied from the supply valve 62 flows into the exhaust port 22a can be increased, the liquid fuel can be sufficiently vaporized.

(第2実施形態)
上記第1実施形態では、吸気行程中に改質導入口22aを1回だけ開弁させている(図3(b)参照)。すると、供給バルブ62から改質器40への燃料供給量が不足することに起因して、燃焼室12へ流入する改質燃料が不足している場合には、改質燃料をシリンダ内周面10aに沿って流すことができたとしても、図5(a)中の網点ハッチWに例示するように、改質燃料の燃焼を環状に分布させることができなくなる。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the reforming inlet 22a is opened only once during the intake stroke (see FIG. 3B). Then, when the amount of fuel supplied from the supply valve 62 to the reformer 40 is insufficient and the reformed fuel flowing into the combustion chamber 12 is insufficient, the reformed fuel is removed from the cylinder inner peripheral surface. Even if the fuel can flow along 10a, the combustion of the reformed fuel cannot be distributed in an annular shape as illustrated by the halftone hatch W in FIG.

この問題に対し本実施形態では、1回の吸気行程中に改質導入口22aを複数回開閉させるよう、排気バルブ32のカムのプロフィールを設定している。そのため、改質燃料が断続的に燃焼室12へ流入することとなるので、改質燃料の流入量が不足している場合であっても、図5(b)中の網点ハッチWに例示するように改質燃料の燃焼を環状に分布させることができる。したがって、非改質燃料による高温燃焼をシリンダ内周面10aから離れた位置で生じさせることの確実性を、向上できる。   In this embodiment, the cam profile of the exhaust valve 32 is set so that the reforming inlet 22a is opened and closed a plurality of times during one intake stroke. For this reason, the reformed fuel intermittently flows into the combustion chamber 12, so even if the reformed fuel inflow amount is insufficient, the halftone hatch W in FIG. Thus, the combustion of the reformed fuel can be distributed annularly. Therefore, it is possible to improve the certainty of causing the high temperature combustion by the non-reformed fuel to occur at a position away from the cylinder inner peripheral surface 10a.

(第3実施形態)
上記第1実施形態では、排気口22a,22bが複数設けられた内燃機関を対象としているが、本実施形態では、排気口220a(改質導入口)が1つの内燃機関を対象としている。そして、本実施形態では、導入ポート220のうち改質導入口220aに隣接する部分(図6中の符号220Pに示す部分)を、燃焼室12の中心から外れた向きに延びる形状に形成する。換言すれば、導入ポート220の前記部分220Pの中心線L20が、燃焼室12の中心から外れるように形成する。
(Third embodiment)
In the first embodiment, the internal combustion engine provided with a plurality of exhaust ports 22a and 22b is targeted. However, in the present embodiment, the exhaust port 220a (reforming introduction port) is targeted for one internal combustion engine. In the present embodiment, a portion of the introduction port 220 adjacent to the reforming introduction port 220a (a portion indicated by reference numeral 220P in FIG. 6) is formed in a shape extending in a direction away from the center of the combustion chamber 12. In other words, the center line L20 of the portion 220P of the introduction port 220 is formed so as to deviate from the center of the combustion chamber 12.

これによれば、改質導入口220aから燃焼室12へ流入した改質燃料が、シリンダ内周面10aに正面衝突しないようにできる。よって、改質導入口220aから燃焼室12へ流入した直後の改質燃料(矢印Y1参照)がシリンダ内周面10aに衝突した後、そのままシリンダ内周面10aに沿って環状に流れる(矢印Y2参照)ことを促進できる。よって、排気口220aが1つの内燃機関であっても、改質燃料をシリンダ内周面10aに沿って環状に分布することを実現できる。   According to this, the reformed fuel that has flowed into the combustion chamber 12 from the reforming inlet 220a can be prevented from colliding frontally with the cylinder inner peripheral surface 10a. Therefore, after the reformed fuel (see arrow Y1) immediately after flowing into the combustion chamber 12 from the reforming inlet 220a collides with the cylinder inner peripheral surface 10a, it flows in an annular shape along the cylinder inner peripheral surface 10a (arrow Y2). See). Therefore, even if the exhaust port 220a is one internal combustion engine, it can be realized that the reformed fuel is distributed in an annular shape along the cylinder inner peripheral surface 10a.

また、下流開口部45aを、前記中心線L20よりもシリンダ内周面10aに近い側に偏心して配置する。これによれば、下流開口部45aから導入ポート220内に噴射された改質燃料が、シリンダ内周面10aに沿って環状に流れることを促進できる。   Further, the downstream opening 45a is eccentrically arranged on the side closer to the cylinder inner peripheral surface 10a than the center line L20. According to this, it can accelerate | stimulate that the reformed fuel injected in the introductory port 220 from the downstream opening part 45a flows cyclically | annularly along the cylinder internal peripheral surface 10a.

(他の実施形態)
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the description of the above embodiment, and may be modified as follows. Moreover, you may make it combine the characteristic structure of each embodiment arbitrarily, respectively.

・上記各実施形態では、改質器40へ供給する燃料に排ガスを混合させることで、改質に必要な水成分を燃料に混合させているが、燃料タンク38に貯蔵させておく燃料に、予め水を混入させておき、上述した排ガスの混合を廃止するようにしてもよい。要するに、燃料タンク38にアルコールを貯蔵することに替え、アルコール水を貯蔵させるようにしてもよい。これによれば、リードバルブ43bを廃止できるが、その一方で、燃料タンク38の大型化を招く。   In each of the above embodiments, the water component necessary for reforming is mixed with the fuel by mixing the exhaust gas with the fuel supplied to the reformer 40, but the fuel stored in the fuel tank 38 is Water may be mixed in advance and the above-described exhaust gas mixing may be abolished. In short, instead of storing alcohol in the fuel tank 38, alcohol water may be stored. According to this, the reed valve 43b can be eliminated, but on the other hand, the fuel tank 38 is increased in size.

・上記各実施形態では、排気経路中の排気ポート22の部分に改質後燃料を噴射しているが、本発明は排気ポート22への噴射に限定されるものではなく、例えば、エキゾーストマニホールド34や集合排気管35に噴射してもよい。但し、改質器40よりも排気口22aに近い部分に噴射することが望ましい。また、排気口22aに近い部分であるほど、下流開口部45aから噴射された改質後燃料が排気口22aから流入されずに残留するおそれを低減できる点で望ましい。   In each of the above embodiments, the reformed fuel is injected into the portion of the exhaust port 22 in the exhaust path. However, the present invention is not limited to the injection into the exhaust port 22, and for example, the exhaust manifold 34 Or may be injected into the collective exhaust pipe 35. However, it is desirable to inject to the portion closer to the exhaust port 22a than the reformer 40. Further, the portion closer to the exhaust port 22a is desirable in that the possibility that the reformed fuel injected from the downstream opening 45a remains without flowing from the exhaust port 22a can be reduced.

・上記各実施形態では、改質燃料配管45を排気ポート22に接続し、排気口22a,220aから改質燃料を流入させているが、改質燃料配管45を吸気ポート21に接続し、吸気口21aから改質燃料を流入させるようにしてもよい。この場合、改質燃料がリーンの状態で燃焼することとなるよう、改質燃料の噴射量を調整することが望ましい。   In each of the above embodiments, the reformed fuel pipe 45 is connected to the exhaust port 22 and the reformed fuel is introduced from the exhaust ports 22a and 220a. However, the reformed fuel pipe 45 is connected to the intake port 21 and You may make it make reformed fuel flow in from the opening | mouth 21a. In this case, it is desirable to adjust the injection amount of the reformed fuel so that the reformed fuel burns in a lean state.

・上記各実施形態では、改質燃料配管45を排気ポート22に接続し、排気口22a,220aから改質燃料を流入させているが、改質燃料配管45を燃焼室12に接続し、改質燃料を燃焼室12へ直接流入させるようにしてもよい。   In each of the above embodiments, the reformed fuel pipe 45 is connected to the exhaust port 22 and the reformed fuel is allowed to flow from the exhaust ports 22a and 220a, but the reformed fuel pipe 45 is connected to the combustion chamber 12 and modified. The quality fuel may be allowed to flow directly into the combustion chamber 12.

・上記各実施形態では、改質器40を、エキゾーストマニホールド34(排気管)の内部に配置しているが、集合排気管35(排気管)の内部に配置してもよい。この場合、1つの改質器40から複数の気筒に改質後燃料を分配する配管が必要となるが、気筒毎に改質器40を設けることを廃止して、1つの改質器40を共用できるようになる。また、改質器40を排気管34,35の外部に配置してもよい。   In each of the above embodiments, the reformer 40 is disposed inside the exhaust manifold 34 (exhaust pipe), but may be disposed inside the collective exhaust pipe 35 (exhaust pipe). In this case, piping for distributing the reformed fuel from one reformer 40 to a plurality of cylinders is necessary. However, the provision of the reformer 40 for each cylinder is abolished, and one reformer 40 is provided. It can be shared. Further, the reformer 40 may be disposed outside the exhaust pipes 34 and 35.

・上記各実施形態では、本発明にかかる燃焼システムを定置式の内燃機関に適用させているが、車両に搭載された内燃機関に適用させることも可能である。この場合、内燃機関の冷間始動時においては、改質後配管45内の改質後燃料を冷却水で冷却する度合いを減らして、排気口22aから流入させることによる着火性悪化抑制の効果が妨げられないようにすることが望ましい。例えば、電動式のウォータポンプ30を採用し、冷間始動期間中はウォータポンプ30を停止させたり、ウォータポンプ30からの吐出量を低減させたりすることが望ましい。   In each of the above embodiments, the combustion system according to the present invention is applied to a stationary internal combustion engine. However, it can also be applied to an internal combustion engine mounted on a vehicle. In this case, at the time of cold start of the internal combustion engine, the effect of suppressing the deterioration of ignitability by reducing the degree of cooling the reformed fuel in the reformed pipe 45 with the cooling water and flowing it from the exhaust port 22a. It is desirable not to be disturbed. For example, it is desirable to employ an electric water pump 30 and stop the water pump 30 during the cold start period or reduce the discharge amount from the water pump 30.

なお、機械式のウォータポンプ30を採用した場合であっても、冷間始動時にはエンジン回転速度が低くなっているため、ウォータポンプ30の回転速度も低くなる。そのため、冷間始動時には冷却水の循環流量も少なくなり、改質後燃料が冷却される度合いも小さくなるので、着火性悪化抑制の効果が妨げられる懸念は低減される。   Even when the mechanical water pump 30 is adopted, the engine speed is low at the time of cold start, so the water pump 30 is also low. For this reason, at the cold start, the circulating flow rate of the cooling water is reduced and the degree of cooling of the reformed fuel is also reduced, so that the concern that the effect of suppressing the deterioration of ignitability is hindered is reduced.

・上記各実施形態では、各気筒に設けられた複数の改質器40に対して供給バルブ62を1つ設けているが、複数の改質器40の各々に対して供給バルブ62を設けるようにしてもよい。これによれば、排気バルブ32を吸気行程で開弁させる直前の閉弁期間t1〜t2に供給バルブ62を開弁させることによる先述した効果(改質効率向上および液体燃料の気化促進)が、より顕著に発揮されるようになる。   In each of the above embodiments, one supply valve 62 is provided for the plurality of reformers 40 provided in each cylinder, but a supply valve 62 is provided for each of the plurality of reformers 40. It may be. According to this, the above-described effects (improvement of reforming efficiency and promotion of vaporization of liquid fuel) by opening the supply valve 62 during the valve closing period t1 to t2 immediately before the exhaust valve 32 is opened in the intake stroke, It becomes more prominent.

・排気バルブの開弁に関し、上記実施形態では、排気行程時の開弁リフト量と吸気行程時の開弁リフト量とが同じになるよう、カム軸に取り付けられたカムのプロフィールを設定している。これに対し、吸気行程時の開弁リフト量が、排気行程時の開弁リフト量よりも小さくなるように設定してもよい。これによれば、改質後燃料が排気口22aから流入するときの流入速度を速くできるので、排気ポート22内に噴射された改質後燃料が排気口22aから流入されずに排気ポート22内に残留するおそれを低減できる。   -Regarding the opening of the exhaust valve, in the above embodiment, the profile of the cam attached to the camshaft is set so that the valve opening lift amount during the exhaust stroke and the valve opening lift amount during the intake stroke are the same. Yes. On the other hand, the valve opening lift amount during the intake stroke may be set to be smaller than the valve opening lift amount during the exhaust stroke. According to this, since the inflow speed when the reformed fuel flows in from the exhaust port 22a can be increased, the reformed fuel injected into the exhaust port 22 does not flow into the exhaust port 22a without flowing into the exhaust port 22a. The possibility of remaining on the substrate can be reduced.

10a…シリンダ内周面、21a…吸気口、22…排気ポート(排気経路、導入ポート)、22a,220a…排気口(改質導入口)、31…吸気バルブ、32…排気バルブ、40…改質器。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10a ... Inner peripheral surface of a cylinder, 21a ... Intake port, 22 ... Exhaust port (exhaust path, introduction port), 22a, 220a ... Exhaust port (reformation introduction port), 31 ... Intake valve, 32 ... Exhaust valve, 40 ... Modified A genitalia.

Claims (5)

燃焼温度の低下および自着火性の低下を招きつつも単位量当りの燃料から出力される燃焼エネルギが増加するよう、燃料の性状を触媒上で改質する改質器を備え、
前記改質器で改質された改質燃料および改質されていない非改質燃料を、内燃機関の燃焼室で同時に燃焼させる燃焼システムにおいて、
前記改質燃料は前記内燃機関のシリンダ内周面に沿って環状に分布され、その環状の中央部分に前記非改質燃料が分布されるよう構成し、
かつ、前記非改質燃料は圧縮自着火燃焼し、前記改質燃料は前記非改質燃料の燃焼を火種として着火燃焼するよう構成し
前記内燃機関の吸気行程の時に、前記内燃機関の排気バルブにより開閉される排気口または前記内燃機関の吸気バルブにより開閉される吸気口から、前記改質燃料を前記燃焼室へ流入させるように構成し、
前記排気口および前記吸気口のうち前記改質燃料を流入させる口を改質導入口と呼ぶ場合において、
1回の前記吸気行程で、前記改質導入口を複数回開閉させることを特徴とする燃焼システム。
A reformer that reforms the properties of the fuel on the catalyst so as to increase the combustion energy output from the fuel per unit amount while causing a decrease in the combustion temperature and a reduction in autoignition,
In the combustion system in which the reformed fuel reformed by the reformer and the unreformed non-reformed fuel are simultaneously burned in the combustion chamber of the internal combustion engine,
The reformed fuel is distributed in an annular shape along the inner peripheral surface of the cylinder of the internal combustion engine, and the non-reformed fuel is configured to be distributed in the annular central portion.
And, the non-reformed fuel is subjected to compression auto-ignition combustion, and the reformed fuel is configured to be ignited and combusted using the combustion of the non-reformed fuel as a fire type ,
In the intake stroke of the internal combustion engine, the reformed fuel is caused to flow into the combustion chamber from an exhaust port opened and closed by an exhaust valve of the internal combustion engine or an intake port opened and closed by an intake valve of the internal combustion engine. And
In the case where a port through which the reformed fuel flows in the exhaust port and the intake port is called a reforming introduction port,
A combustion system characterized in that the reforming inlet is opened and closed a plurality of times in one intake stroke .
前記改質燃料を、前記内燃機関の排気経路に噴射して前記排気口から前記燃焼室へ流入させるように構成したことを特徴とする請求項に記載の燃焼システム。 2. The combustion system according to claim 1 , wherein the reformed fuel is injected into an exhaust path of the internal combustion engine and flows into the combustion chamber from the exhaust port. 1つの前記燃焼室に対して前記排気口が複数設けられた内燃機関に適用され、
前記改質燃料を前記燃焼室へ流入させる時には、複数の前記排気口のうちの1つを開弁させるように構成したことを特徴とする請求項に記載の燃焼システム。
Applied to an internal combustion engine provided with a plurality of exhaust ports for one combustion chamber;
The combustion system according to claim 2 , wherein when the reformed fuel is allowed to flow into the combustion chamber, one of the plurality of exhaust ports is opened.
記排気口および前記吸気口を形成するシリンダヘッドのうち、前記改質導入口へ前記改質燃料を導く経路を形成するポートを導入ポートと呼ぶ場合において、
前記導入ポートのうち前記改質導入口に隣接する部分を、前記シリンダ内周面のうち前記改質導入口に隣接する部分の接線方向に延びる形状に形成したことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の燃焼システム。
Of the cylinder head to form a pre-Symbol exhaust port and the intake port, when calling port that forms a pathway leading to the reforming fuel to the reforming inlet and inlet port,
The portion of the introduction port adjacent to the reforming introduction port is formed in a shape extending in a tangential direction of the portion of the cylinder inner peripheral surface adjacent to the reforming introduction port . 4. The combustion system according to any one of 3 .
記排気口および前記吸気口を形成するシリンダヘッドのうち、前記吸気口へ新気を導く経路を形成するポートを吸気ポートと呼ぶ場合において、
前記吸気ポートのうち前記吸気口に隣接する部分を、前記改質導入口から外れた向きに延びる形状に形成したことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の燃焼システム。
Of the cylinder head to form a pre-Symbol exhaust port and the intake port, when calling port that forms a path for guiding the fresh air to the intake port and the intake port,
The combustion system according to any one of claims 1 to 4 , wherein a portion of the intake port adjacent to the intake port is formed in a shape extending in a direction away from the reforming introduction port.
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