JP6323907B2 - engine - Google Patents
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Description
本発明はエンジンに関する。詳しくは燃料改質装置を備えたエンジンに関する。 The present invention relates to an engine. Specifically, the present invention relates to an engine equipped with a fuel reformer.
従来、液体燃料に吸気(給気)や排気を予め混合して加圧することで改質したガス燃料を混合気として供給する予混合エンジンが知られている。予混合エンジンは、液体燃料を希薄状態で燃焼可能なガス燃料に改質して燃焼させることで低スモーク化及び低NOx化を実現するものである。例えば、特許文献1に記載の如くである。 2. Description of the Related Art Conventionally, a premixed engine is known that supplies gas fuel that has been reformed by mixing and pressurizing liquid fuel with intake air (supply air) or exhaust gas in advance. A premixed engine achieves low smoke and low NOx by reforming and burning liquid fuel into gas fuel that can be burned in a lean state. For example, as described in Patent Document 1.
特許文献1に記載のエンジンは、複数の気筒のうち一の気筒を燃料改質装置である燃料改質用気筒とし、液体燃料と吸気や排気とを混合して圧縮することで燃料を改質している。液体燃料の改質には、所定の割合で液体燃料と吸気や排気とを均一かつ希薄に混合させる必要がある。 The engine described in Patent Document 1 uses one of a plurality of cylinders as a fuel reforming cylinder as a fuel reformer, and reforms the fuel by mixing and compressing liquid fuel, intake air, and exhaust gas. doing. For reforming liquid fuel, it is necessary to mix liquid fuel and intake air and exhaust gas uniformly and leanly at a predetermined ratio.
しかし、燃料改質用気筒に濃度の高い液体燃料を微粒化するために高圧で噴射した場合、液体燃料の一部が改質用気筒のシリンダ内壁に付着する。付着した液体燃料は、蒸発して吸気や排気と混合し、改質反応が起こるまでにピストンリングによって掻き落とされている。すなわち、燃料改質用気筒による改質は、噴射された液体燃料の一部が改質されずにオイルパンに排出されているため改質反応の効率が低下する点で不利であった。 However, when high-concentration liquid fuel is injected into the fuel reforming cylinder at a high pressure in order to atomize it, part of the liquid fuel adheres to the cylinder inner wall of the reforming cylinder. The adhering liquid fuel is evaporated and mixed with intake air and exhaust gas, and is scraped off by a piston ring until a reforming reaction occurs. That is, the reforming by the fuel reforming cylinder is disadvantageous in that the efficiency of the reforming reaction is reduced because part of the injected liquid fuel is discharged to the oil pan without being reformed.
本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、噴射された燃料と吸気や排気とを急速に過不足なく予混合することができる燃料改質装置を備えたエンジンの提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above situation, and an object thereof is to provide an engine including a fuel reforming device capable of rapidly premixing injected fuel and intake air or exhaust gas without excess or deficiency. To do.
即ち、本発明においては、シリンダに内装されたピストンの往復動作によって燃料を改質する燃料改質装置を備えるエンジンであって、燃料改質装置にピストンの往復動作によってその容積が変化する膨張室と、容積が一定の反応室と、が構成され、膨張室と反応室とが連通されているものである。 That is, in the present invention, an engine including a fuel reforming device that reforms fuel by a reciprocating motion of a piston built in a cylinder, and an expansion chamber whose volume changes by the reciprocating motion of the piston in the fuel reforming device. And a reaction chamber having a constant volume, and the expansion chamber and the reaction chamber communicate with each other.
本発明においては、前記膨張室に吸気または排気のうち少なくとも一つが供給され、前記反応室に燃料が供給されるものである。 In the present invention, at least one of intake air and exhaust gas is supplied to the expansion chamber, and fuel is supplied to the reaction chamber.
本発明においては、前記反応室の中心からずれた位置に向かって前記膨張室から吸気または排気のうち少なくとも一つが供給されるものである。 In the present invention, at least one of intake air and exhaust gas is supplied from the expansion chamber toward a position shifted from the center of the reaction chamber.
本発明においては、前記膨張室と前記反応室との連通が前記ピストンの往復動作で遮断されないように構成されるものである。 In the present invention, the communication between the expansion chamber and the reaction chamber is configured not to be blocked by the reciprocating motion of the piston.
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。 As effects of the present invention, the following effects can be obtained.
即ち、本発明においては、給気の断熱圧縮と燃料の改質とが異なる空間で行われる。これにより、噴射された燃料と吸気や排気とを急速に過不足なく予混合することができる。 That is, in the present invention, the adiabatic compression of the supply air and the reforming of the fuel are performed in different spaces. As a result, the injected fuel and the intake and exhaust can be rapidly premixed without excess or deficiency.
本発明においては、膨張室に燃料が供給されないのでピストンに燃料が掻き落とされることなく全ての燃料が改質される。これにより、噴射された燃料と吸気や排気とを急速に過不足なく予混合することができる。 In the present invention, since no fuel is supplied to the expansion chamber, all the fuel is reformed without being scraped off by the piston. As a result, the injected fuel and the intake and exhaust can be rapidly premixed without excess or deficiency.
本発明においては、反応室の内部に渦流が発生している状態で燃料が供給される。これにより、噴射された燃料と吸気や排気とを急速に過不足なく予混合することができる。 In the present invention, fuel is supplied in a state where a vortex is generated inside the reaction chamber. As a result, the injected fuel and the intake and exhaust can be rapidly premixed without excess or deficiency.
本発明においては、ピストンの上死点位置の設定に制限がないので圧縮時の膨張室の容積をできるだけ小さく設定することで膨張室の内部に残留する吸気や排気の量が減少し、断熱膨張時の改質燃料の酸化が抑制される。これにより、噴射された燃料と吸気や排気とを急速に過不足なく予混合することができる。 In the present invention, since there is no restriction on the setting of the top dead center position of the piston, setting the volume of the expansion chamber at the time of compression as small as possible reduces the amount of intake air and exhaust gas remaining in the expansion chamber, and adiabatic expansion. Oxidation of the reformed fuel at the time is suppressed. As a result, the injected fuel and the intake and exhaust can be rapidly premixed without excess or deficiency.
以下に、図1から図4を用いて、本発明に係るエンジンの第一実施形態であるエンジン1について説明する。 Below, the engine 1 which is 1st embodiment of the engine which concerns on this invention is demonstrated using FIGS. 1-4.
図1に示すように、エンジン1は、軽油若しくは重油を燃料とするディーゼルエンジンである。エンジン1は、主に出力用気筒2、過給機14、燃料改質装置である改質用気筒15、吸気用インタークーラー35、改質燃料用インタークーラー36、EGRガス用インタークーラー37及び制御装置であるECU38を具備する。なお、本実施形態において、エンジン1をディーゼルエンジンとしたがこれに限定するものではない。
As shown in FIG. 1, the engine 1 is a diesel engine using light oil or heavy oil as fuel. The engine 1 is mainly an output cylinder 2, a
出力用気筒2は、燃料の燃焼により動力を発生させて出力軸に伝達するものである。出力用気筒2は、出力用シリンダ3、出力用ピストン4、出力用コンロッド5、及び副燃料噴射装置6を具備する。
The output cylinder 2 generates power by combustion of fuel and transmits it to the output shaft. The output cylinder 2 includes an
出力用気筒2は、出力用シリンダ3の内部に出力用ピストン4が摺動自在に内装されている。出力用シリンダ3は、一側が図示しないシリンダヘッドによって閉塞され、他側が開放するように構成されている。開放出力用ピストン4は、出力用コンロッド5によって出力軸である出力用クランク軸7に連結されている。出力用気筒2の圧縮率は、早期着火や失火の発生を考慮して13以上(例えば13〜18程度)に設定されている。
The output cylinder 2 includes an output piston 4 that is slidable inside the
出力用クランク軸7には、出力用クランク角検出センサー8が設けられている。出力用気筒2には、出力用シリンダ3の内壁と出力用ピストン4の端面とから燃焼室9が構成されている。出力用気筒2は、燃焼室9に燃料を噴射可能な副燃料噴射装置6が設けられている。副燃料噴射装置6は、ホールタイプのノズルを有するインジェクタから構成されている。出力用気筒2には、出力用吸気弁10を介して吸気管11が接続され、出力用排気弁12を介して排気管13が接続されている。なお、本実施形態において、出力用気筒2は、単数であっても複数であってもよい。
The output crankshaft 7 is provided with an output crank angle detection sensor 8. In the output cylinder 2, a combustion chamber 9 is constituted by the inner wall of the
過給機14は、外気を断熱圧縮して出力用気筒2の燃焼室9に供給するものである。過給機14は、タービン14aとコンプレッサー14bとを具備する。タービン14aには、排気管13が接続され、燃焼室9からの排気が供給可能に構成されている。コンプレッサー14bには、吸気管11が接続され、外気を吸引して吸気として燃焼室9に供給可能に構成されている。つまり、過給機14は、排気の圧力をタービン14aによって回転動力に変換してコンプレッサー14bに伝達し、コンプレッサー14bによって外気を吸引し、断熱圧縮可能に構成されている。
The
燃料改質装置である改質用気筒15は、軽油等の燃料を低級炭化水素燃料(例えばメタン)に改質し、過早着火を抑制するものである。改質用気筒15は、吸気と排気(EGRガス)との混合気に燃料を噴射したものを断熱圧縮することで燃料を改質する。改質用気筒15は、改質用シリンダヘッド16、改質用シリンダ17、改質用ピストン18、改質用コンロッド19、反応室24及び主燃料噴射装置20を具備する。
The reforming
改質用気筒15は、改質用シリンダ17の一側が改質用シリンダヘッド16によって閉塞され、内部に改質用ピストン18が摺動自在に内装されている。改質用ピストン18は、改質用コンロッド19によって改質用クランク軸21に連結されている。改質用クランク軸21には、改質用クランク角検出センサー22が設けられる。改質用気筒15の改質用ピストン18は、出力用クランク軸7と連動連結されている改質用クランク軸21からの動力によって往復動作可能に構成されている。なお、本実施形態において、改質用気筒15は、出力用クランク軸7からの動力が伝達されている構成としたがこれに限定されているものではなく、独立した動力源からの動力でもよい。また、改質用気筒15は、出力用気筒2毎にあってもよく、複数の出力用気筒2に対して1つであってもよい。また、出力用気筒2と改質用気筒15とを兼用することも可能である。
In the reforming
改質用気筒15には、改質用シリンダヘッド16、改質用シリンダ17および改質用ピストン18の端面とから膨張室23が構成されている。従って、膨張室23は、改質用ピストン18の往復動作によりその容積が変化するように構成されている。膨張室23は、その容積の変化により給気と燃料とを断熱圧縮するものである。
In the reforming
さらに、改質用気筒15には、改質用シリンダヘッド16に反応室24が形成されている。反応室24は、給気と燃料とを予混合し、改質反応を起させる空間である。改質用シリンダヘッド16の反応室24は、略球形に形成されている。なお、反応室24の形状は、略球形に限定するものではなく、楕円形など渦流を発生させることができる形状であればよい。反応室24には、主燃料噴射装置20が設けられている。主燃料噴射装置20は、反応室24の内部にのみ燃料を噴射するように構成されている。従って、主燃料噴射装置20は、噴射した燃料が連通孔25を通じて膨張室23の内部に到達しない位置に設けられている。主燃料噴射装置20は、ピントル型ノズル、スワールインジェクタ、エアアシストインジェクタ等のノズルから構成されている。
Further, the reforming
改質用シリンダヘッド16には、膨張室23と反応室24とをつなぐ連通孔25が形成されている。連通孔25は、反応室24の一方に偏った位置に開口し、その軸線が反応室24の中心を通過しないように構成されている。これにより、改質用気筒15は、膨張室23から連通孔25を通じて反応室24に流入した気体が反応室24の内部で旋回して渦流を発生させるように構成されている。また、連通孔25は、改質用ピストン18の端面に対向するように形成されている。これにより、膨張室23と反応室24とは、改質用ピストン18の上死点の位置に関わらず連通状態が維持される。つまり、改質用気筒15は、改質用ピストン18の上死点位置を任意に設定することができる。なお、本実施形態において、連通孔25は一つとしたがこれに限定されるものではなく、反応室24の内部に渦流を発生させるものであれば複数あってもよい。
The reforming
改質用気筒15の圧縮率は、熱損失を考慮して15以上(例えば15〜20程度)に設定されている。また、改質用気筒15は、改質用ピストン18が上死点の位置にあり、膨張室23の容積が最も小さくなった際の膨張室23に対する反応室24の容積比が3:7以上になるように構成されている。これにより、改質用気筒15は、反応室24で改質された燃料が膨張室23で断熱膨張される際に改質燃料が膨張室23に残留している未反応の給気中の酸素によって酸化される量を抑制することができる。
The compression ratio of the reforming
本実施形態において、反応室24は改質用シリンダヘッド16に形成されているがこれに限定されるものではない。例えば、図2に示すように、改質用ピストン18の内部に反応室24を形成してもよい。改質用ピストン18の反応室24は、略球形に形成されている。改質用ピストン18には、膨張室23と反応室24とをつなぐ連通孔25が形成されている。連通孔25は、反応室24の一方に偏った位置に開口し、その軸線が反応室24の中心を通過しないように構成されている。これにより、改質用気筒15は、膨張室23から反応室24に流入した気体が反応室24の内部で旋回して渦流を発生させるように構成されている。この実施形態において、主燃料噴射装置20は改質用シリンダヘッド16に設けられている。主燃料噴射装置20は、改質用ピストン18に形成されている連通孔25を介して反応室24の内部に燃料を噴射するように構成されている。これにより、改質用気筒15は、往復動作する改質用ピストン18に反応室24が形成されていても反応室24の内部で給気と燃料とを予混合することができる。
In the present embodiment, the
また、図3に示すように、改質用シリンダ17が形成されているシリンダブロック26に反応室24を形成してもよい。シリンダブロック26の反応室24は、略球形に形成されている。シリンダブロック26には、膨張室23と反応室24とをつなぐ連通孔25が形成されている。連通孔25は、反応室24の一方に偏った位置に開口し、その軸線が反応室24の中心を通過しないように構成されている。これにより、改質用気筒15は、膨張室23から反応室24に流入した気体が反応室24の内部で旋回して渦流を発生させるように構成されている。この実施形態において、主燃料噴射装置20は、反応室24に設けられている。
As shown in FIG. 3, the
図1に示すように、改質用気筒15には、改質用吸気弁27を介して供給管28が接続され、改質用排気弁29を介して排出管30が接続されている。排出管30は、吸気管11に接続されている。つまり、供給管28には、吸気管11から吸気の一部が供給可能に構成されている。また、供給管28は、EGR管31を介して排気管13に接続されている。つまり、供給管28には、出力用気筒2の燃焼室9からの排気の一部がEGR管31を通じてEGRガスとして供給可能に構成されている。従って、改質用気筒15の膨張室23には、供給管28から吸気とEGRガスとの混合気(以下、単に「給気」と記す)とが供給可能に構成されている。排出管30は、ミキサー30aを介して供給管28よりも下流側の吸気管11に接続されている。また、改質用気筒15は、混合気が改質された低級炭化水素燃料(以下、単に「改質燃料」と記す)が膨張室23から排出管30を介して吸気管11に排出可能に構成されている。
As shown in FIG. 1, a
吸気管11には、供給管28の接続位置よりも下流側であって、排出管30の接続位置よりも上流側に第1吸気調量弁32が設けられる。第1吸気調量弁32は、電磁式流量制御弁から構成されている。第1吸気調量弁32は、後述の制御装置であるECU38からの信号を取得して第1吸気調量弁32の開度を変更することができる。なお、本実施形態において、第1吸気調量弁32を電磁式流量制御弁から構成しているが、吸気の流量を変更することができるものであればよい。
The
供給管28には、EGR管31の接続位置よりも上流側に第2吸気調量弁33が設けられる。第2吸気調量弁33は、電磁式流量制御弁から構成されている。第2吸気調量弁33は、後述のECU38からの信号を取得して第2吸気調量弁33の開度を変更することができる。なお、本実施形態において、第2吸気調量弁33を電磁式流量制御弁から構成しているが、吸気の流量を変更することができるものであればよい。
A second intake metering valve 33 is provided on the
EGR管31には、EGRガス調量弁34が設けられる。EGRガス調量弁34は、電磁式流量制御弁から構成されている。EGRガス調量弁34は、後述のECU38からの信号を取得してEGRガス調量弁34の開度を変更することができる。なお、本実施形態において、EGRガス調量弁34を電磁式流量制御弁から構成しているが、EGRガスの流量を変更することができるものであればよい。
The
このように構成することで、エンジン1は、吸気と改質用気筒15の膨張室23から排出されている改質燃料との混合比を第1吸気調量弁32によって変更可能に構成されている。また、エンジン1は、膨張室23に供給されている吸気とEGRガスとの混合比を第2吸気調量弁33とEGRガス調量弁34とによって変更可能に構成されている。
With this configuration, the engine 1 is configured so that the mixing ratio between the intake air and the reformed fuel discharged from the
吸気用インタークーラー35、改質燃料用インタークーラー36及びEGRガス用インタークーラー37は、気体を冷却するものである。吸気用インタークーラー35は、吸気管11に設けられる。吸気用インタークーラー35は、コンプレッサー14bで断熱圧縮された吸気を冷却可能に構成されている。改質燃料用インタークーラー36は、排出管30に設けられる。改質燃料用インタークーラー36は、改質用気筒15の膨張室23から排出されている改質燃料を冷却可能に構成されている。改質燃料用インタークーラー36は、空気又は水を冷却媒体とする放熱器又は熱交換器から構成されている。EGRガス用インタークーラー37は、EGR管31に設けられる。EGRガス用インタークーラー37は、燃料の燃焼により加熱された排気を冷却可能に構成されている。
The
制御装置であるECU38は、エンジン1を制御するものである。具体的には、ECU38は、副燃料噴射装置6、主燃料噴射装置20、第1吸気調量弁32、第2吸気調量弁33、EGRガス調量弁34等を制御する。ECU38には、エンジン1の制御を行うための種々のプログラムやデータが格納されている。ECU38は、CPU、ROM、RAM、HDD等がバスで接続されている構成であってもよく、あるいはワンチップのLSI等からなる構成であってもよい。
The
図4に示すように、ECU38は、燃料の噴射制御を行うための種々のプログラムや、エンジン1の目標回転数Nt及び目標出力Wtに基づいて主燃料噴射量Qmを算出するための主燃料噴射量マップM1、目標回転数Nt及び主燃料噴射量Qmに基づいて出力用気筒2の燃焼室9に供給する出力用吸気流量A1を算出するための吸気流量マップM2、目標回転数Nt及び主燃料噴射量Qmに基づいて改質用気筒15の膨張室23に供給する改質用吸気流量A2とEGRガス流量A3とを算出するための混合気流量マップM3、目標回転数Nt及び主燃料噴射量Qmに基づいて燃焼室9に噴射されている着火用燃料の副燃料噴射量Qsを算出するための副燃料噴射量マップM4等を記憶する。
As shown in FIG. 4, the
図1に示すように、ECU38は、副燃料噴射装置6に接続され、副燃料噴射装置6の燃料噴射を制御することが可能である。
As shown in FIG. 1, the
ECU38は、主燃料噴射装置20に接続され、主燃料噴射装置20の燃料噴射を制御することが可能である。
The
ECU38は、第1吸気調量弁32に接続され、第1吸気調量弁32の開閉を制御することが可能である。
The
ECU38は、第2吸気調量弁33に接続され、第2吸気調量弁33の開閉を制御することが可能である。
The
ECU38は、EGRガス調量弁34に接続され、EGRガス調量弁34の開閉を制御することが可能である。
The
ECU38は、出力用クランク角検出センサー8に接続され、出力用クランク角検出センサー8が検出する出力用クランク軸角度θ1を取得することが可能である。
The
ECU38は、改質用クランク角検出センサー22に接続され、改質用クランク角検出センサー22が検出する改質用クランク軸角度θ2を取得することが可能である。
The
以下では、図1、図4図5を用いて、本発明の第一実施形態に係るエンジン1の各部の動作態様について説明する。 Below, the operation | movement aspect of each part of the engine 1 which concerns on 1st embodiment of this invention is demonstrated using FIG. 1, FIG. 4 FIG.
始めに、エンジン1における吸気及び排気の経路について説明する。
図1に示すように、過給機14のコンプレッサー14bによって吸引された外気は、吸気として断熱圧縮された状態で吸気管11に排出される。吸気は、吸気用インタークーラー35で冷却された後、吸気管11を介して出力用気筒2の燃焼室9に供給される。吸気の一部は、吸気管11に接続されている供給管28、改質用吸気弁27を介して改質用気筒15の膨張室23に供給される。
First, intake and exhaust paths in the engine 1 will be described.
As shown in FIG. 1, the outside air sucked by the
出力用気筒2の燃焼室9からの排気は、排気管13を介して過給機14のタービン14aを回転させた後、外部に排出される。排気の一部は、EGR管31及びEGR管31が接続されている供給管28を介してEGRガスとして改質用気筒15の膨張室23に供給される。
Exhaust gas from the combustion chamber 9 of the output cylinder 2 is discharged to the outside after rotating the
膨張室23に供給された給気(吸気とEGRガス)は、連通孔25を通じて反応室24に供給される。反応室24内で給気とともに改質された燃料は、改質用ピストン18の移動による吸引により反応室24から膨張室23に排出される。改質用ピストン18の移動による圧縮により膨張室23から排出された改質燃料は、改質用排気弁29、排出管30を介して吸気管11に還流して燃焼室9に供給される。
The supply air (intake air and EGR gas) supplied to the
次に、ECU38における各種所定量の算出について説明する。図4に示すように、ECU38は、図示しない操作具の操作量等から定まるエンジン1の目標回転数Nt及び目標出力Wtに基づいて燃料噴射量マップM1から主燃料噴射量Qmを算出する。
Next, calculation of various predetermined amounts in the
ECU38は、目標回転数Nt及び主燃料噴射量Qmに基づいて吸気流量マップM2から出力用気筒2の燃焼室9に供給する出力用吸気流量A1を算出する。
The
ECU38は、目標回転数Nt及び主燃料噴射量Qmに基づいて混合気流量マップM3から改質用気筒15の膨張室23に供給する改質用吸気流量A2とEGRガス流量A3とを算出する。
The
ECU38は、目標回転数Nt及び主燃料噴射量Qmに基づいて副燃料噴射量マップM4から出力用気筒2の燃焼室9に噴射されている着火用燃料の副燃料噴射量Qsを算出する。
The
ECU38は、出力用クランク角検出センサー8が検出する出力用クランク軸角度θ1、改質用クランク角検出センサー22が検出する改質用クランク軸角度θ2を取得し、出力用気筒2及び改質用気筒15の行程を算出する。
The
次に、図5と図6とを用いて改質用気筒15における燃料の改質の態様について説明する。
Next, the mode of fuel reforming in the reforming
図5に示すように、改質用気筒15の吸引行程において、改質用気筒15は、改質用ピストン18が上死点から下死点にむかって移動する。つまり、改質用気筒15の膨張室23は、改質用ピストン18の移動により容積が増大することによって内部圧力が低下する。また、改質用気筒15の吸引行程において、改質用気筒15は、給気を供給するため改質用吸気弁27が開弁するように構成されている。従って、ECU38は、取得した改質用クランク軸角度θ2に基づいて、改質用気筒15の行程が吸引行程の間(例えば改質用ピストン18が下死点付近のとき)、に改質用気筒15の膨張室23に算出した改質用吸気流量A2だけ吸気が供給されるように第2吸気調量弁33の開閉を制御する。合わせてECU38は、改質用気筒15の膨張室23に算出したEGRガス流量A3だけEGRガスが供給されるようにEGRガス調量弁34の開閉を制御する。これにより、膨張室23には、燃料を改質するために適した酸素濃度で給気(吸気とEGRガスと)が吸引される(図5における給気吸引)。
As shown in FIG. 5, during the suction stroke of the reforming
改質用気筒15の圧縮行程において、改質用気筒15は、改質用ピストン18が下死点から上死点にむかって移動する。つまり、改質用気筒15の膨張室23は、改質用ピストン18の移動により容積が減少することによって内部圧力が増大する。これにより、膨張室23に供給された給気は、改質用ピストン18によって断熱圧縮される。そして、図6に示すように、断熱圧縮された膨張室23の内部の給気は、連通孔25を通じて反応室24の内部に高速で流入される(図5における給気流入)。この際、給気は、反応室24と連通孔25の位置関係から反応室24の内部で高速の渦流を形成する。改質用気筒15は、給気を断熱圧縮することで、反応室24の内部を高温、高圧の状態にする。
In the compression stroke of the reforming
図5に示すように、改質用気筒15の圧縮行程において、ECU38は、取得した改質用クランク軸角度θ2に基づいて、改質用気筒15の反応室24に算出した主燃料噴射量Qmだけ燃料が供給されるように主燃料噴射装置20を制御する。これにより、改質用気筒15は、高温、高圧の状態で高速の渦流が発生している反応室24の内部に燃料が噴射される(図5における燃料噴射)。反応室24には、膨張室23に供給されている吸気の改質用吸気流量A2とEGRガスのEGRガス流量A3とを用いて低級炭化水素燃料に改質させるために必要な当量比の燃料が供給される。
As shown in FIG. 5, in the compression stroke of the reforming
反応室24の内部に噴射された燃料は、噴射された燃料の拡散と、高温、高圧の反応室24の状態および高速の渦流の流れとの相乗効果によって給気と急速に混合(予混合)され、蒸発する。反応室24の内部に噴射された燃料の一部は、反応室24の内壁に付着するが、膨張室23の改質用ピストン18のように反応室24の内壁を摺動するものがない。従って、反応室24の内壁に付着した燃料は、高温、高圧の状態で高速の渦流にさらされることで蒸発し、給気と混合される。
The fuel injected into the
給気と予混合された燃料は、改質用ピストン18が上死点付近に到達した際、すなわち、給気と燃料とが最も高温、高圧の状態で燃料の改質反応が開始される(図5における燃料改質)。この際、反応室24の内部圧力は、改質反応が進行することにより膨張室23の内部圧力よりも低くなるため、給気と燃料の混合気が膨張室23に流入することがない。
The fuel premixed with the supply air starts the reforming reaction of the fuel when the reforming
改質用気筒15の膨張行程において、改質用気筒15は、改質用ピストン18が上死点から下死点にむかって移動する。つまり、改質用気筒15の膨張室23は、改質用ピストン18の移動により容積が増大することによって内部圧力が減少する。これにより、反応室24の改質燃料は、膨張室23に移動する(図5における燃料流出)。また、反応室24から膨張室23に流出した改質燃料は、膨張室23の容積の増大に伴って断熱膨張される。これにより、改質燃料は、断熱膨張により冷却され、圧力が低下した状態になることで改質反応が停止する(図5における改質停止)。
In the expansion stroke of the reforming
改質用気筒15の排出行程において、改質用気筒15は、改質用ピストン18が下死点から上死点にむかって移動する。つまり、改質用気筒15の膨張室23は、改質用ピストン18の移動により容積が減少することによって内部圧力が増大する。また、改質用気筒15の排出行程において、改質用気筒15は、膨張室23から改質燃料を排出するため改質用排気弁29が開弁するように構成されている。従って、改質燃料は、膨張室23から改質用排気弁29を通じて排出され、排出管30を介して吸気管11に還流される(図5における燃料排出)。
In the exhaust stroke of the reforming
改質燃料は、給気の熱量のうち改質時の吸熱分解反応に用いられなかった残留熱量によって高温の燃料ガスとして排出管30に供給されている。排出管30に供給された高温の改質燃料は、排出管30の改質燃料用インタークーラー36によって冷却されている。これにより、出力用気筒2における早期の自己着火が抑制されている。改質燃料用インタークーラー36によって冷却された改質燃料は、ミキサー30aを介して吸気管11に供給されている。
The reformed fuel is supplied to the
以上の如く、改質用気筒15においては、給気の断熱圧縮と燃料の改質とが異なる空間で行われる。改質用気筒15の反応室24は、膨張室23の改質用ピストン18のように内壁を摺動するものがないので改質用ピストン18に掻き落とされることなく全ての燃料が改質される。具体的には、反応室24において所定酸素濃度の給気中に噴射された所定量の燃料は、反応室24の内部の高温、高圧の状態における高速の渦流の作用によって全て改質用気筒15の圧縮行程で吸熱分解されてガス化した低級炭化水素燃料に改質される。つまり、改質用気筒15において、供給された改質用吸気流量A2、EGRガス流量A3及び主燃料噴射量Qmが過不足なく改質燃料の生成に用いられている。また、改質用気筒15は、改質用ピストン18の上死点位置が任意に決定されるので、膨張室23の内部に残留する給気量が減少し、断熱膨張時の改質燃料の酸化が抑制される。これにより、噴射された燃料と給気とを急速に過不足なく予混合することができる。
As described above, in the reforming
1 エンジン
15 改質用気筒
17 改質用シリンダ
18 改質用ピストン
23 膨張室
24 反応室
1
Claims (4)
燃料改質装置にピストンの往復動作によってその容積が変化する膨張室と、容積が一定の反応室と、が構成され、膨張室と反応室とが連通されているエンジン。 An engine comprising a fuel reforming device that reforms fuel by reciprocating movement of a piston built in a cylinder,
An engine in which an expansion chamber whose volume is changed by a reciprocating motion of a piston in a fuel reformer and a reaction chamber having a constant volume are configured, and the expansion chamber and the reaction chamber communicate with each other.
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