JP6402412B2

JP6402412B2 - エンジン

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Publication number: JP6402412B2
Application number: JP2014197367A
Authority: JP
Inventors: 豪朝井
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2014-09-26
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2018-10-10
Anticipated expiration: 2034-09-26
Also published as: JP2016070100A

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。

従来、液体燃料に吸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および低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。

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。また、特許文献１に記載のエンジンは、改質反応を促進させるために添加剤を供給するように構成されている。添加剤は、適切な時期に気筒内に供給されることで改質反応を促進させる。しかし、特許文献に記載の技術では、添加剤が適切な時期に供給されても気筒内の燃料や混合気の量に対して適切な量でない場合、添加剤によって改質反応が十分に促進されない点で不利であった。

特開２００７−３３２８９１号公報

本発明は、以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、改質反応を促進するために適切な量の添加剤を供給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。

即ち、本発明においては、出力用気筒と改質用気筒とを備え、改質用気筒内に供給された燃料を改質するエンジンであって、
前記改質用気筒に、外部からの吸気を供給する吸気管と前記出力用気筒からの排気を供給するＥＧＲ管とが接続され、
前記改質用気筒に供給される吸気と排気との混合気に燃料を供給する燃料噴射装置と、供給される燃料量および混合気量に基づいて添加剤を供給する添加剤噴射装置と、が設けられ、前記添加剤として水を使用し、前記添加剤の貯留量が基準値未満になると、前記改質用気筒に供給される吸気の吸気量、前記改質用気筒に供給される排気の還流率、前記出力用気筒に供給される燃料量および前記改質用気筒に供給される燃料量のうち少なくとも一つを増減させて、吸気と排気とから前記改質用気筒に供給される水分量を増加させるものである。

本発明においては、前記改質用気筒に供給される燃料量から改質反応が最も促進される水量を算出し、前記改質用気筒に供給される吸気の吸気量および絶対湿度と前記改質用気筒に供給される排気の還流率と前記出力用気筒に供給される燃料量とから吸気中の水分量を算出し、前記出力用気筒に供給される燃料量と前記改質用気筒に供給される排気の還流率とから排気中の水分量を算出し、改質反応が最も促進される水量から吸気中の水分量と排気中の水分量とを除いた水量の水分を前記添加剤噴射装置から添加剤として供給するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

即ち、本発明においては、供給される添加剤の量が供給される燃料や吸気と排気との混合気の量に応じて変更される。これにより、改質反応を促進するために適切な量の添加剤を供給することができる。

本発明においては、エンジンの運転状態や運転環境によって変動する吸気や排気に含まれる水分量を考慮して添加剤噴射装置から供給される水量が変更される。これにより、改質反応を促進するために適切な量の添加剤を供給することができる。

本発明においては、吸気や排気に含まれる水分の活用により添加剤噴射装置から供給しなければならない水量が抑制される。これにより、改質反応を促進するために適切な量の添加剤を供給することができる。

本発明に係るエンジンの一実施形態の構成を示す概略図。本発明に係るエンジンの一実施形態における制御構成を示す概略図。本発明に係るエンジンの一実施形態における添加剤の量を算出する制御構成を示す概略図。本発明に係るエンジンの一実施形態における改質用気筒のクランク位置における反応室内の状態を表すグラフを示す図。

以下に、図１から図３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。

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および制御装置である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。

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および出力用コンロッド５、および副燃料噴射装置６を具備する。

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。

出力用クランク軸７には、出力用クランク角検出センサ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。

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。

燃料改質装置である改質用気筒１５は、軽油等の高級炭化水素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（以下、単に「給気」と記す）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、主燃料噴射装置２０および添加剤噴射装置２４を具備する。

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。

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の端面とから反応室２３が構成されている。反応室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。反応室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。反応室２３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。

主燃料噴射装置２０は、反応室２３の内部に燃料を供給するものである。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、反応室２３の内部に燃料を任意の時期に任意の量で供給可能に構成されている。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。

添加剤噴射装置２４は、反応室２３の内部に添加剤である水を供給するものである。添加剤噴射装置２４は、改質用シリンダヘッド１６に設けられている。添加剤噴射装置２４は、反応室２３の内部に添加剤である水を任意の時期に任意の量で供給可能に構成されている。添加剤噴射装置２４は、図示しない添加剤噴射ポンプを介して添加剤貯留タンク２５に接続されている。添加剤貯留タンク２５には、添加剤残量センサ２５ａが設けられている。添加剤噴射装置２４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。なお、本実施形態において、添加剤噴射装置２４は、改質用シリンダヘッド１６から反応室２３の内部に向けて設けられているがこれに限定するものではなく、供給管２８の内部に水を噴射するように設けてもよい。

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の反応室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、改質された低級炭化水素燃料（以下、単に「改質燃料」と記す）が反応室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。

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、出力用吸気流量Ａ１を変更するものである。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、出力用吸気流量Ａ１を変更することができるものであればよい。また、吸気管１１には、供給管２８の接続位置よりも上流側に吸気検出センサ１１ａが設けられている。吸気検出センサ１１ａは、外気の総吸入流量である吸気流量Ａ０と吸気の絶対湿度Ｈとを検出する。

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、改質用吸気流量Ａ２を変更するものである。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、改質用吸気流量Ａ２を変更することができるものであればよい。

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、ＥＧＲガス流量Ａ３を変更するものである。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ガス流量Ａ３を変更することができるものであればよい。

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の反応室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、反応室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。

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および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の反応室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。

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、添加剤噴射装置２４、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。

図２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、使用される燃料における単位燃料当たりの熱分解反応を最も促進できる添加剤（本実施形態では水）の量、エンジン１の目標回転数Ｎｔおよび目標出力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ＱｍマップＭ１、目標回転数Ｎｔおよび主燃料噴射量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および主燃料噴射量Ｑｍに基づいて改質用気筒１５の反応室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および主燃料噴射量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。

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。

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。

ＥＣＵ３８は、添加剤噴射装置２４に接続され、添加剤噴射装置２４の添加剤噴射を制御することが可能である。

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。

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。

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。

ＥＣＵ３８は、出力用クランク角検出センサ８に接続され、出力用クランク角検出センサ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。

ＥＣＵ３８は、改質用クランク角検出センサ２２に接続され、改質用クランク角検出センサ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。

ＥＣＵ３８は、吸気検出センサ１１ａに接続され、吸気検出センサ１１ａが検出する吸気流量Ａ０と吸気の絶対湿度Ｈとを取得することが可能である。

ＥＣＵ３８は、添加剤残量センサ２５ａに接続され、添加剤残量センサ２５ａが検出する添加剤貯留タンク２５の添加剤の残量についての信号を取得することが可能である。

以下では、図１から図４を用いて、本発明の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。

始めに、エンジン１における吸気およ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の反応室２３に供給される。

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および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の反応室２３に供給される。

反応室２３に供給された給気（吸気とＥＧＲガス）は、反応室２３内に噴射された燃料と添加剤である水とともに改質用ピストン１８によって断熱圧縮される。給気と改質燃料とは、改質用ピストン１８の移動により断熱膨張する。そして、給気と改質燃料とは、改質用ピストン１８の移動による圧縮により反応室２３から排出され、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。

次に、ＥＣＵ３８における各種所定量の算出について説明する。図２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および目標出力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。

ＥＣＵ３８は、目標回転数Ｎｔおよび主燃料噴射量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。

ＥＣＵ３８は、目標回転数Ｎｔおよび主燃料噴射量Ｑｍに基づいて混合気流量マップＭ３から改質用気筒１５の反応室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。

ＥＣＵ３８は、目標回転数Ｎｔおよび主燃料噴射量Ｑｍに基づいて着火用燃料噴射量マップＭ４から出力用気筒２の燃焼室９に供給される着火用燃料の副燃料噴射量Ｑｓを算出する。

ＥＣＵ３８は、出力用クランク角検出センサ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および改質用気筒１５の行程を算出する。

また、図３に示すように、ＥＣＵ３８は、主燃料噴射量Ｑｍおよび使用される単位燃料当たりの改質反応を最も促進できる添加剤（本実施形態では水）の量Ｗｂに基づいて、改質用気筒１５に主燃料噴射量Ｑｍだけ供給された燃料の改質反応を最も促進させる水の水量Ｗｓｕを算出する。

ＥＣＵ３８は、主燃料噴射量Ｑｍおよび改質用吸気流量Ａ２とＥＧＲガス流量Ａ３とに基づく排気の還流率ψから改質用気筒１５の反応室２３に供給されるＥＧＲガスに含まれる水分量Ｗｅｘを算出する。

ＥＣＵ３８は、改質用吸気流量Ａ２および吸気検出センサ１１ａが検出する絶対湿度Ｈから改質用気筒１５の反応室２３に供給する吸気に含まれる水分量Ｗｉｎを算出する。

ＥＣＵ３８は、主燃料噴射量Ｑｍだけ供給された燃料の改質反応を最も促進させる水の水分量Ｗｓｕ、ＥＧＲガスに含まれる水分量Ｗｅｘおよび反応室２３に供給する吸気に含まれる水分量Ｗｉｎから反応室２３に添加剤噴射装置２４を介して供給する水量Ｗａｄを以下に示す数１に基づいて算出する。

次に、図４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。

図４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。このため、改質用気筒１５の反応室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、反応室２３に給気と排気とを供給するため改質用給気弁２７が開弁するように構成されている。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）、に低下した内部圧力を利用して改質用気筒１５の反応室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の反応室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、反応室２３には、燃料を改質するために適した酸素濃度で給気が供給される（図４における給気吸引）。

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の反応室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、反応室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。改質用気筒１５は、給気を断熱圧縮することで、反応室２３の内部を高温、高圧の状態にする。

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２３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、高圧の状態の反応室２３の内部に燃料が噴射される（図４における燃料噴射）。反応室２３には、反応室２３に供給されている給気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。

さらに、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２３に上述の数１に基づいて算出した水量Ｗａｄだけ添加剤である水が供給されるように添加剤噴射装置２４を制御する。

反応室２３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２３内で給気と急速に混合（予混合）されて蒸発する。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、反応室２３の内部が最も高温、高圧の状態になると改質反応が開始される（図４における薄墨領域）。この際、高級炭化水素からなる燃料は、添加剤として添加された水によって改質反応が促進される。高級炭化水素は、高温、高圧の状態において水と反応して以下の化１に示すように一酸化炭素と水素、もしくは化２に示すように二酸化炭素と水素に改質される。改質反応により生成された水素は、高級炭化水素から炭素を分離させて低級炭化水素への改質を促進する。

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の反応室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。改質燃料は、反応室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、冷却されて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４における改質停止）。

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。このため、改質用気筒１５の反応室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、反応室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、反応室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４における燃料排出）。

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。

ＥＣＵ３８は、添加剤残量センサ２５ａから取得した信号から添加剤貯留タンク２５の添加剤である水の残量が基準値未満であると判断した場合、副燃料噴射装置６、主燃料噴射装置２０、第２吸気調量弁３３およびＥＧＲガス調量弁３４のうち一つまたは複数を制御して、副燃料噴射量Ｑｓ、主燃料噴射量Ｑｍ、改質用吸気流量Ａ２および排気の還流率ψのうち少なくとも一つを増減させる。例えば、絶対湿度Ｈが高い場合、ＥＣＵ３８は、第２吸気調量弁３３の開度を大きくし、ＥＧＲガス調量弁３４の開度を小さくするように制御することで改質用吸気流量Ａ２を増加させる。これにより、反応室２３に供給されるべき水分量Ｗｓｕは、数１に基づいて吸気に含まれる水分量Ｗｉｎの割合が増加し、添加剤噴射装置２４を介して反応室２３に供給される水量Ｗａｄが減少する。

以上の如く、給気に燃料が供給される改質用気筒１５を具備するエンジン１において、改質用気筒１５に供給される燃料量および給気量に基づいて添加剤である水が添加剤噴射装置２４から供給される。エンジン１のＥＣＵ３８は、改質用気筒１５に供給された主燃料噴射量Ｑｍの燃料の改質反応を最も促進させる水の水量Ｗｓｕ、吸気に含まれる水分量ＷｉｎおよびＥＧＲガスに含まれる水分量Ｗｅｘを算出し、改質用気筒１５内に水量Ｗｓｕの水が存在するために必要な水量Ｗａｄの水が添加剤噴射装置２４から供給されるように制御する。このように構成することで、本発明に係るエンジン１は、その運転状態や運転環境によって変動する給気に含まれる水分量を考慮して添加剤噴射装置２４から供給される水量が変更される。これにより、エンジン１は、改質反応を促進するために添加剤噴射装置２４から適切な量の添加剤である水を供給することができる。

また、エンジン１は、添加剤貯留タンク２５の貯留量が基準値未満になった場合、ＥＣＵ３８は、副燃料噴射装置６、主燃料噴射装置２０、第２吸気調量弁３３およびＥＧＲガス調量弁３４のうち一つまたは複数を制御して、副燃料噴射量Ｑｓ、主燃料噴射量Ｑｍ、改質用吸気流量Ａ２および排気の還流率ψのうち少なくとも一つを増減させる。このように構成することで、吸気や排気に含まれる水分の活用により添加剤噴射装置２４から供給しなければならない水量Ｗａｄが抑制される。これにより、改質反応を促進するために適切な量の添加剤を供給することができる。

１エンジン
２出力用気筒
１１吸気管
１５改質用気筒
１７改質用シリンダ
１８改質用ピストン
２０燃料噴射装置
２３反応室
２４添加剤噴射装置
３１ＥＧＲ管

Claims

出力用気筒と改質用気筒とを備え、改質用気筒内に供給された燃料を改質するエンジンであって、
前記改質用気筒に、外部からの吸気を供給する吸気管と前記出力用気筒からの排気を供給するＥＧＲ管とが接続され、
前記改質用気筒に供給される吸気と排気との混合気に燃料を供給する燃料噴射装置と、供給される燃料量および混合気量に基づいて添加剤を供給する添加剤噴射装置と、が設けられ、
前記添加剤として水を使用し、
前記添加剤の貯留量が基準値未満になると、前記改質用気筒に供給される吸気の吸気量、前記改質用気筒に供給される排気の還流率、前記出力用気筒に供給される燃料量および前記改質用気筒に供給される燃料量のうち少なくとも一つを増減させて、吸気と排気とから前記改質用気筒に供給される水分量を増加させる
エンジン。
前記改質用気筒に供給される燃料量から改質反応が最も促進される水量を算出し、
前記改質用気筒に供給される吸気の吸気量および絶対湿度と前記改質用気筒に供給される排気の還流率と前記出力用気筒に供給される燃料量とから吸気中の水分量を算出し、
前記出力用気筒に供給される燃料量と前記改質用気筒に供給される排気の還流率とから排気中の水分量を算出し、
改質反応が最も促進される水量から吸気中の水分量と排気中の水分量とを除いた水量の水分を前記添加剤噴射装置から添加剤として供給する
請求項１に記載のエンジン。