JP6669602B2 - 内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法 - Google Patents
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Description
図1は本実施形態に係る内燃機関のシステム構成を示す図である。
燃料改質気筒2および出力気筒3は、共にレシプロ型で構成されている。具体的に、各気筒2,3は、シリンダブロック(図示省略)に形成されたシリンダボア21,31内にピストン22,32が往復動自在に収容されて構成されている。燃料改質気筒2では、シリンダボア21、ピストン22、図示しないシリンダヘッドによって燃料改質室23が形成されている。出力気筒3では、シリンダボア31、ピストン32、図示しないシリンダヘッドによって燃焼室33が形成されている。
吸気系4は、燃料改質気筒2の燃料改質室23および出力気筒3の燃焼室33それぞれに空気(新気)を導入するものである。
改質燃料供給系5は、前記燃料改質気筒2で生成された改質燃料を出力気筒3の燃焼室33に向けて供給するものである。
排気系6は、前記出力気筒3で発生した排気ガスを排出するものである。この排気系6は排気通路61を備えている。この排気通路61には、ターボチャージャ12のタービンホイール12bが備えられている。排気通路61は出力気筒3の排気ポートに連通している。この排気ポートと出力気筒3の燃焼室33との間には排気バルブ37が開閉可能に配設されている。
EGR系7は、燃料改質気筒EGR系7Aと出力気筒EGR系7Bとを備えている。
出力気筒バイパス系8は、前記燃料改質気筒2から排出されたガスを出力気筒3に供給することなく(出力気筒3をバイパスさせて)、前記排気通路61に導入するためのものである。この出力気筒バイパス系8は出力気筒バイパス通路81を備えている。この出力気筒バイパス通路81は、上流端が改質燃料供給通路51における改質燃料冷却器52の上流側に、下流端が出力気筒EGR通路76におけるEGRガス冷却器77の上流側(排気通路61側)にそれぞれ連通されている。また、この出力気筒バイパス通路81にはバイパス量調整弁82が備えられている。
図2は、内燃機関1の制御系の概略構成を示す図である。内燃機関1には、この内燃機関1に備えられた各種アクチュエータを制御するための制御装置に相当するECU(Electronic Control Unit)100が備えられている。このECU100は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)およびバックアップRAM等を備えている。
次に、前述の如く構成された内燃機関1の基本動作について説明する。
次に、燃料改質気筒2の燃料改質室23において改質反応を可能にするための条件について説明する。この改質反応を可能にするためには、燃料改質室23における混合気の当量比および燃料改質室23の温度(ガス温度)が共に、改質反応を可能にする範囲内にあることが必要である。また、燃料改質室23における混合気の当量比に応じて、燃料が改質反応を行うのに必要なガス温度は異なっており、改質反応を可能にするためには、混合気の当量比に応じた燃料改質室23の温度(改質反応を可能にする最低温度以上の温度)が必要となる。
次に、本実施形態の特徴である出力気筒3の出力調整動作について説明する。前述したように、燃料改質室23において改質燃料を生成する場合、この燃料改質室23内の当量比を高くすることにより、改質燃料への変換効率を高めることができる。しかしながら、燃料改質室23内の当量比を高くすることは、この燃料改質室23内での酸化反応量(燃焼量)を減少させることになる。この酸化反応はトルクに寄与するものであることから、前記当量比を高くして酸化反応量を減少させることは、燃料改質気筒2で発生するトルク(出力)を小さくすることに繋がる。そして、燃料改質室23内での改質反応は吸熱反応を伴うものであることから、運転条件によっては、燃料改質気筒2からのトルクが負の値となる場合がある。つまり、出力気筒3からのトルクによって燃料改質気筒3が駆動(ピストン22が往復動)される状態となる場合がある。このような運転状態にあっては、負荷等に応じた機関要求出力を満たしながらも燃料改質気筒2を駆動させる必要があるため、それに応じたトルクが出力気筒3から出力されていることが必要である。
定常運転時の出力調整動作としては、燃料改質気筒2の出力算出動作、出力気筒3の目標出力算出動作が順に行われる。以下、各動作について説明する。
先ず、燃料改質気筒2の出力算出動作について説明する。この燃料改質気筒2の出力算出動作は、燃料改質気筒2の正味出力を算出するものである。この正味出力は、燃料改質気筒2の1サイクル当たりの仕事量の積算値であって、燃料改質気筒2の図示出力から、この燃料改質気筒2の駆動に伴う機械損失分を減算することで得られる。
次に、出力気筒3の目標出力算出動作について説明する。前述したように、本実施形態では、燃料改質気筒2からの出力と出力気筒3からの出力との和が機関要求出力に一致または略一致するように、出力気筒3からの出力を調整するようにしている。このため、出力気筒3の目標出力(出力気筒3の1気筒当たりが出力すべき正味出力)としては、以下の式(1)によって機関要求出力を規定し、この式(1)を以下の式(2)に変換することによって算出することができる。
次に、過渡運転時の出力調整動作について説明する。機関負荷の増大や機関負荷の遮断等によって機関要求出力が変化した場合(前記機関要求出力Poutが変化した場合)、それに応じて燃料改質気筒2の正味出力を急速に変化させると、内燃機関1の回転速度の急変を招くなどして運転の安定性に支障を来す可能性がある。このため、本実施形態では、過渡運転時、例えば、機関要求出力の上昇時には、先ず、インジェクタ35から各出力気筒3の燃焼室33への燃料供給量を増量して、出力気筒3の正味出力を、前記機関要求出力の上昇分だけ増加させる。その後、インジェクタ25から燃料改質室23への燃料供給量を徐々に増量させると共に、インジェクタ35から各燃焼室33への燃料供給量を徐々に減量していく。つまり、燃料改質室23での改質燃料の生成量を徐々に増量させながら、各燃焼室33内に直接的に供給される燃料の量を減量していく。これにより、出力気筒3の正味出力(機関要求出力の変化に応じた正味出力;燃料改質気筒2からの出力と出力気筒3からの出力との和を機関要求出力に一致または略一致させるための正味出力)を得ながら、この出力気筒3の正味出力を得るための熱源を、インジェクタ35により供給される燃料から、燃料改質室23から供給される改質燃料に遷移させていく。
次に、前述した出力気筒3の出力調整動作の手順について、図5のフローチャートに沿って説明する。このフローチャートは、内燃機関1の始動後、例えば、燃料改質気筒2の1サイクル毎にECU100において実行される。
上述した出力調整動作が行われる場合、燃料改質気筒2にあっては、改質反応が正常に行われていることが好ましい。例えば、インジェクタ25から燃料改質室23への燃料供給量を制御することで、燃料改質気筒2からの出力と出力気筒3からの出力との和を機関要求出力に一致させる場合に、燃料改質気筒2おいて改質反応が正常に行われていなければ、前記出力の和を機関要求出力に一致させることが困難になる。このため、前記改質反応が正常に行われていることが好ましい。
なお、前記実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、前記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
2 燃料改質気筒(燃料改質装置)
3 出力気筒
25,35 インジェクタ
100 ECU
107 筒内圧センサ
108 クランクポジションセンサ
Claims (6)
- 燃料改質装置として機能することが可能な燃料改質気筒と、この燃料改質気筒で生成された改質燃料が供給され当該改質燃料の燃焼によって機関出力を得る出力気筒とを備え、前記燃料改質気筒と前記出力気筒とが互いに動力伝達可能に連結された内燃機関に適用される制御装置において、
前記燃料改質気筒からの出力を求め、この燃料改質気筒からの出力と前記出力気筒からの出力との和が機関要求出力に一致または略一致するように、前記出力気筒からの出力を調整する出力調整動作を行う出力調整部を備えており、
前記各気筒は、それぞれ気筒内に燃料を供給するインジェクタを備えており、
前記出力調整部は、前記機関要求出力が増大する過渡運転時、前記出力気筒内への前記インジェクタからの燃料供給量を増量して、この出力気筒からの出力を増大させることにより、この出力気筒からの出力と前記燃料改質気筒からの出力との和が前記機関要求出力に一致または略一致するようにし、その後、前記出力気筒からの出力と前記燃料改質気筒からの出力との和が前記機関要求出力に一致または略一致する状態を維持するように、前記燃料改質気筒内へのインジェクタからの燃料供給量を増量し、且つ前記出力気筒内へのインジェクタからの燃料供給量を減量するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項1記載の内燃機関の制御装置において、
前記出力気筒は複数備えられており、
前記出力調整部は、前記機関要求出力から、前記燃料改質気筒からの出力を減算し、その減算結果の値を前記出力気筒の気筒数で除算することによって各出力気筒それぞれの目標出力を決定し、この決定した目標出力が得られるように前記出力調整動作を行うよう構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項1または2記載の内燃機関の制御装置において、
前記燃料改質気筒からの出力は、この燃料改質気筒の筒内圧力および燃料改質気筒の回転速度に基づいて求められる、または、前記燃料改質気筒で改質反応が行われる際の燃料改質気筒の回転速度に基づいて求められることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項1、2または3記載の内燃機関の制御装置において、
前記燃料改質気筒からの出力が、この燃料改質気筒での改質反応が正常に行われていると仮定した場合の出力に比べて所定量以上下回った場合に、前記改質反応を促進するための改質反応促進動作を行う改質反応促進部を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項4記載の内燃機関の制御装置において、
前記改質反応促進部による前記改質反応促進動作は、前記燃料改質気筒内の当量比を1に近付ける、または、前記燃料改質気筒内のガス温度を上昇させるものであることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 燃料改質装置として機能することが可能な燃料改質気筒と、この燃料改質気筒で生成された改質燃料が供給され当該改質燃料の燃焼によって機関出力を得る出力気筒とを備え、前記燃料改質気筒と前記出力気筒とが互いに動力伝達可能に連結された内燃機関に適用される制御方法であって、
前記燃料改質気筒からの出力を求め、この燃料改質気筒からの出力と前記出力気筒からの出力との和が機関要求出力に一致または略一致するように、前記出力気筒からの出力を調整する出力調整動作を行うと共に、前記各気筒は、それぞれ気筒内に燃料を供給するインジェクタを備えており、前記出力調整動作において、前記機関要求出力が増大する過渡運転時、前記出力気筒内への前記インジェクタからの燃料供給量を増量して、この出力気筒からの出力を増大させることにより、この出力気筒からの出力と前記燃料改質気筒からの出力との和が前記機関要求出力に一致または略一致するようにし、その後、前記出力気筒からの出力と前記燃料改質気筒からの出力との和が前記機関要求出力に一致または略一致する状態を維持するように、前記燃料改質気筒内へのインジェクタからの燃料供給量を増量し、且つ前記出力気筒内へのインジェクタからの燃料供給量を減量することを特徴とする内燃機関の制御方法。
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