JP6752185B2 - 内燃機関 - Google Patents
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Description
吸入ガス温度Tiniは、は、前記吸入ガス温度センサ103からの出力信号に基づいて算出される。ここで算出される吸入ガス温度Tiniは、燃料改質気筒吸気通路42に対する燃料改質気筒EGR通路71の連通部分よりも下流側の吸入ガス温度である。
燃料改質気筒2の有効圧縮比εは、燃料改質気筒2における吸気バルブ26が閉弁した時点での燃料改質室23の容積と、ピストン22が圧縮上死点に達した時点での燃料改質室23の容積の比として算出される。なお、後述する圧縮端ガス温度の制御を、有効圧縮比の制御により実施しない場合は、燃料改質気筒2の有効圧縮比εを、ピストン22が下死点にある時点での燃料改質室23の容積とピストン22が上死点にある時点での燃料改質室23の容積の比によって簡易的に求めるようにしてもよい。
ポリトロープ数κは、燃料改質室23内でのガスの圧縮行程における定圧比熱と定積比熱との比で定義される。吸入ガスの全量が空気であり、シリンダ壁面への熱流出がない場合にはκ=1.4程度となる。しかしながら、燃料改質室23における吸入ガスの実際のポリトロープ数κは、全量が空気である場合や熱流出がない場合とは異なっているため、以下の如く適宜修正が行われる。
前記ポリトロープ数κは熱損失量に応じて変化する。前述したように、シリンダブロックには、冷却水通路13が形成されており、この冷却水通路13を流れる冷却水に向けての熱流出が存在する。このため、前記冷却水センサ106からの出力に基づいて冷却水の温度を算出する。冷却水温度は熱損失を生じさせるパラメータでありことから、冷却水温度をパラメータとする空気のポリトロープ数κから減算すべき修正ポリトロープ数Δκを求めるマップを予め実験やシミュレーション等によって定めておく。これにより、冷却水温度に応じた修正ポリトロープ数Δκを求めることができる。
燃料改質室23内のガス組成によってもポリトロープ数κは変化する。上記したように、吸入ガスの全量が空気である場合、吸入ガスの大部分は2原子分子であるため、ポリトロープ数κは1.4程度である。これに対し、吸入ガス中に既燃ガス(CO2、H2O)や燃料(本実施形態では改質ガス)が含まれていると、前記2原子分子の割合が低下することで、ポリトロープ数κも低下する。
また、燃料改質室23内の当量比を推定し、この当量比からポリトロープ数κを補正演算することも可能である。
改質反応に伴う温度上昇分の補正係数Creactは、ピストン22が圧縮端ガス温度上死点に達する前に改質反応開始された場合、部分酸化反応によるガス温度の上昇分だけ圧縮端ガス温度を補正するためのものである。運転条件に対する改質反応の開始時期や部分酸化反応による発熱量を実験等によって求めておくことで、この温度上昇分補正係数Creactを前記ROMに記憶しておき、実際の運転条件に応じた温度上昇分補正係数Creact
を読み出すことができる。
まず、当量比を調整することにより圧縮端ガス温度を調整する制御について説明する。当量比を調整することによる圧縮端ガス温度を制御する際、要求される出力を満たすために、燃料改質室23に供給される燃料供給量を変更することは好ましくない。よって、当量比を調整することにより圧縮端ガス温度を調整する場合は、燃料改質気筒2に供給される燃料以外の吸入ガスの割合を変化させて、酸素濃度を変化させることにより圧縮端ガス温度を調整する。
燃料改質気筒2に導入される吸入ガスの温度を調整する際に寄与するパラメータは、EGRガスの温度である。このEGRガスの温度による圧縮端ガス温度の制御は、前記バイパス量調整弁75の開度を制御することで行われる。具体的には、EGRガスクーラ72をバイパスするEGRガス量を調整し、これによって燃料改質気筒吸気通路42に導入されるEGRガスの温度を調整するものである。
次に、燃料改質気筒の有効圧縮比の変更による圧縮端ガス温度の制御について説明する。この有効圧縮比の変更による圧縮端ガス温度の制御は、燃料改質気筒2に備えられた可変動源装置28によって吸気バルブ26の開閉タイミングを調整することで実現される。つまり、上記した式(5)の有効圧縮比εを直接調整することによって圧縮端ガス温度を調整するものである。なお、可変動弁装置28としては、従来から知られているカムの位相を変更する方式のもの、カムリフトを変更する方式のもの、或いは電磁駆動式のバルブ装置等を採用することができ、可変動弁装置の構成に限定されない。
2:燃料改質気筒
3:出力気筒
4:吸気系
5:改質燃料供給系
6:排気系
7:EGR系
8:出力気筒バイパス系
11:クランクシャフト
21、31:シリンダボア
22、32:ピストン
100:ECU
120:要求ガス組成演算部
130:目標吸入ガス温度演算部
140:圧縮端ガス温度演算部
150:吸入ガス組成演算部
Claims (8)
- 内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出部と、
炭化水素を含む液体燃料が投入され、投入された前記液体燃料よりもオクタン価が高い改質燃料を生成する燃料改質部と、
前記燃料改質部により生成される前記改質燃料の組成を調整する改質燃料組成調整部と、
前記運転状態検出部によって検出された運転状態に応じて前記改質燃料組成調整部を制御することにより、前記改質燃料が正常に燃焼するように組成を調整する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記内燃機関の負荷が高いときに前記燃料改質部に導入される混合気の当量比を、前記内燃機関の負荷が低いときに前記燃料改質部に導入される混合気の当量比よりも高くなるように前記改質燃料組成調整部を制御する内燃機関。 - 前記制御装置は、前記内燃機関の負荷が低いときに前記改質燃料中に含まれる水素の割合を、前記内燃機関の負荷が高いときに前記改質燃料中に含まれる水素の割合に比べて多くなるように前記改質燃料組成調整部を制御する、請求項1に記載の内燃機関。
- 前記制御装置は、前記内燃機関の負荷が低いときに前記改質燃料中に含まれる一酸化炭素の割合を、前記内燃機関の負荷が高いときに前記改質燃料中に含まれる一酸化炭素の割合に比べて多くなるように前記改質燃料組成調整部を制御する、請求項1、又は2に記載の内燃機関。
- 前記制御装置は、前記内燃機関の負荷が高いときに前記改質燃料中に含まれるメタンの割合を、前記内燃機関の負荷が低いときに前記改質燃料中に含まれるメタンの割合に比べて多くなるように前記改質燃料組成調整部を制御する、請求項1乃至3のいずれかに記載された内燃機関。
- 前記制御装置は、前記運転状態検出部により検出された運転状態に基づいて前記内燃機関が出力すべき要求出力を算出する要求出力演算部を備え、
前記制御装置は、前記要求出力と前記燃料改質部における改質効率とにより前記改質燃料の目標発熱量を演算し、前記目標発熱量に基づき、目標とする改質燃料の組成を決定する、請求項1乃至4のいずれかに記載された内燃機関。 - 前記制御装置は、前記内燃機関の負荷が高いときに前記燃料改質部に導入される吸入ガスの温度を、前記内燃機関の負荷が低いときに前記燃料改質部に導入される吸入ガスの温度よりも高くなるように前記改質燃料組成調整部を制御する、請求項1乃至5のいずれかに記載された内燃機関。
- 前記燃料改質部は、シリンダ内でピストンが往復動する改質気筒を備えたレシプロ型機構で構成されており、
前記改質燃料組成調整部は、前記改質気筒における有効圧縮比、吸入ガス温度、当量比、および回転速度、の少なくとも1つを調整する、請求項1乃至6のいずれかに記載された内燃機関。 - 前記制御装置は、前記内燃機関の負荷が高いときの前記改質気筒の有効圧縮比を、前記内燃機関の負荷が低いときの前記改質気筒の有効圧縮比よりも高くなるように前記改質燃料組成調整部を制御する、請求項7に記載された内燃機関。
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