JPS60113020A - 改質ガスエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、燃料の一部を改質して水素リッチの改質ガス
に変換し、この改質ガスを燃料の一部としてエンジンに
供給する改質ガスエンジンの改良に関する。

（従来技術） 燃料を改質することによって得られる水素リッチの改質
ガスはオクタン価が高く燃焼性が良好であるのでこれを
燃料の一部としてエンジンに供給するこ去により、燃料
の着火性を改善することができ、これによって失火ある
いはｎ常燃焼を防止することができるとともに排ガス中
の有害成分、特にＮＯｘを低減することができる。改質
ガスを使用するエンジンはこのような利点を有するもの
ではあるが１体積効率が未改質燃料よりも劣るため、望
ましい出力を得るために未改質燃料と一緒に使用するこ
とが一般に行なわれている。しかし、改質ガスと未改質
燃料とを一緒圧して燃焼室に導入すゐど燃焼室内で両者
がミキシングされて上述の改質ガスの利点を十分に発揮
させることができないという問題がある。特公昭５２−
２７９１８号公報には、アルコールを含む燃料と該燃料
を改質して得られた改質ガスを使用するエンジンに副燃
焼室と主燃焼室とを形成し、副燃焼室に点火プラグを設
けるとともに、改質ガスだけを導入し、主燃焼室には未
改質燃料を導入することにより層状吸気を行ない、着火
性、燃焼性を向上させるとともに所望の出力を得るよう
にしたエンジンが開示されている。この装置は、所期の
目的を達成し得るものではあるが、層状吸気を行なうた
めに副燃焼室を形成することが要件となるため、装置が
複雑になるという問題がある。

（本発明の目的） 従って、本発明は簡単な構成で未改質燃料を含む吸気と
＆貧ガスを含む吸気のミキシングを抑制して着火性、燃
焼性を改善することができるとともに所望の出力を得る
ことができる改質エンジンを提供することを目的とする
。

Ｃ本発明の構成） 本発明は、上記目的を達成するため以下のように構成さ
れる。すなわち１本発明の改質エン・シンは、燃料を改
質して水素リッチの改質ガスに変換し該改質ガスをエン
ジンに供給する改質ガス供給手段と、エンジン燃焼室の
ほぼ中央に配置された点火プラグと、前記燃焼室に開口
する２つの吸気ポートと、吸気スワールを生成するスワ
ール生成手段とを備え、前記吸気ポートの一方に連通ず
る吸気通路には前記改質ガス供給手段が設けられており
、他方の吸気ポートからは低負荷時におい身も所要望気
量の一部の９気が供給されるようになったことを特徴と
する。本発明によれば、吸気通路は２つ設けられており
、その一方の通路からのみ改質ガスが導入されるように
なっている。また。

他の吸気通路からは全運転領域において９気が導入され
るようになっている。そして、これらの吸気通路から吸
気はスワールがそれぞれ同一の方向に、生成するように
導入される。吸気スワールを生成する手段としては、吸
気が燃焼室の接線方向に入るように吸気通路を構成して
も良いし、シリンダヘッド内壁に案内壁を設けても良く
、マたシュラウドバルブを使用して本良い。

Ｃ本発明の効果） 本発明によれば、改質ガスが噴射された吸気と未改質燃
料が噴射された吸気とは別々の通路からスワールを形成
するように燃焼室に導入される。

これによって未改質燃料を含む吸気と、改質ガスを含む
吸気とのミキシングが抑制されるとともに比重の軽い改
質ガスが燃焼室中央上部すなわち、点火ブラダ付近に集
中する。従って、水素リッチの雰囲気下で点火が行なわ
れるため１着火性、燃焼性が向上する。

（実施例の説明） 以下図面を参照しつつ本発明の実施例につき説明する。

第１図を際照すれば、エンジンｌＯは内部をピストン１
２が摺動するシリンダ１４を備えており。

該シリンダ１４の上部には、燃焼室１６が設けられてい
る。燃焼室のほぼ中央上部には点火プラグ１８が配置さ
れている。第２図を併わせて参照すれば、点火プラグ１
８を囲むように＠１吸気ポート２０．第２吸気ポート２
１及び排気ポート２２が開口している。そして、早１吸
気Ｊ　−ト２０には第１吸気パルプ２４が、第２吸気、
？？−）２１には第２吸気パルプ２５が、及び排気、ｅ
−ト２２には排気パルプ２６がそれぞれ組み合わさｉす
る。第１吸気ポート２０には改質ガスを噴射する改質ガ
スノズル４２が設けられた第１＠気通路２８が連通して
おり、第２吸気ｙＪ？−４２１には未改質燃料を噴射す
る未改質燃料ノズル４０とその後流に開閉弁２３が配置
された第２吸気通路２９が連通している。これら第１吸
気通路２８及び第２吸気通路２９は共に前流側でサージ
タンク３８に接続されている。サージタンク３８は主吸
気通路３１の一部を成しており、該主吸気通路３１の前
端にはエアクリーナ３０が設けられている。エアクリー
ナ３０の後流側には燃焼室１６への９気＋？ｉを計喰す
るエアフローメータ３２が設けられ、さらにその後流に
はアクセルペダル３４の踏み込み惜に応じて開度が変化
しこれによって吸気通路２８の流路面積を変化させるス
ロットル弁３６が設けられている。

本例のエンジン１０では、吸気は燃焼室１６に対して接
線方向に導入され、これによって図の矢印の方向にスワ
・ルが生成し未改質燃料成分及び望見よりも比重の軽い
改質ガス４４は燃焼室１６の中心部すなわち１点火プラ
グ付近に集中する。

第２吸気通路２９の通路面積を変化させる開閉弁２３は
ダイヤフラム装置３３によって作動させられるようにな
っている。ダイヤフラム装置３３はケーシング３５を備
えており、このケーシング３５の内部空間はリンク３７
によって開閉弁２３に接続されたダイヤフラム３９によ
って二つに仕切られ大気に連通ずる大気室４１とスロッ
トル弁３６下流の負圧が導入される負圧室４３が形成さ
れる。負王室４３にはさらにダイヤフラム３９と負圧室
底面との間にバネ４５が配置されるとともに、底面には
ダイヤフラム３９の変位置を規制するストツノ臂４７が
配置されている。スロットル弁３６後流の負圧が増大す
ると、すなわち、スロットル弁３６の開度が小さくなる
と負圧室４３内の負圧が大きくなってダイヤフラム３９
はバネ４５のバネ力に抗して図において下方Ｋｆ位し開
閉弁の開度は小さくなる。これによって＆第２吸気通路
２９から燃焼室１６内に導入される吸気量は減少する。

さらにスロットル弁３６の開度が減少して、スロットル
弁３６後流の負圧が増大すると。

ダイヤフラム装置３３の負圧室４３内の負圧がさらに増
大しついにはダイヤフラム３９ｔｉストツパ４７に当っ
てその動きは規制される。すなわち、開閉弁２３の開度
は低負荷時に卦いてスロットル弁３６の後流の負圧が最
大になって本、全閉にはならず、第２吸気通路２９を通
じて常に所要望見最の一部の９気が燃焼室１６に導入さ
れる。エンジンｌＯからの燃焼廃ガスは排気ボート２２
がら排気通路４６を通じて排出されるようになって卦り
、その途中には、排気ガス中の不完全燃焼成分を酸化す
る酸化触媒４８が配置されている。酸化触媒４８の後流
には燃料を改質して水素リッチにする触媒を充填したリ
フオーマ５０が配置されている。燃料の一部は燃料タン
ク５２がら燃料ポンプ５４によ抄加工され、燃料供給通
路５６を通じて未改質ノズル４２から直接吸気通路２８
内に噴射供給される。さらに一部の燃料は、途中に燃料
ポンプ５８を有する別の燃料供給通路６ｏを桶じてリフ
オーマ５０に供給され、このリフオーマ５０内で改質さ
れ改質ガスに変換される。リフオーマ５０で発生したガ
スは−たんリザーブタンク６２に貯溜された後プレッシ
ャレギュレータタンク６４に送られ、適当な圧力に訓整
されて供給通路６６を通じて改質ガスノズル４２に供給
され。

そして吸気通路２８内に噴射される。さらに、未改質燃
料及び改質ガスの噴射量を制御するためれコントロール
ユニット６８が設ケラレる。該コン）　ｏ　−Ａ／　ユ
ニッ）６８１Ｃ１ｊ：アクセルイダル３４の踏み込み量
を検出する踏み込み量センサ７ｏからの信号、エアフロ
ーメータ３２からの空気量を表わす信号、エンジン回転
数を検出する回転数センサ７２からの信号がそれぞれ入
力される。コントロールユニット６８はこれらの信号を
演算して、未改質燃料及び改質が気量に対する信号を未
改質燃料ノズル４０及び改質ガスノズル４２にそれぞれ
出力する。

第３図、第４図、第５図、第６図及び第７図を参照して
、コントロールユニット６８の制御例について述べる。

第６図を参照すると、エアフローメータ３２からの９気
流量Ｑを表わす信号及び回転数センサー７２からのエン
ジン回転数Ｎを表わす信号はコントロールユニット６８
内の第１パルス中設定器７４、及び第２ノ臂ルス巾設定
器７６にそれぞれ入力される。第１パルス巾設定器７４
は、改質ガス噴射のためのパルス巾を設定する回路であ
り、この回路７４で１サイクル当たりのを気量Ｑ／Ｎが
演算され、・第４図にチャートで示すようｈ改質ガス噴
射量に対応する／４ルス巾が演算値Ｑ／Ｎの値に応じて
決定され、１サイクル当たりの噴射パルス巾信号Ｔ１　
が発生する。第２パルス巾設定回路７６は、未改質燃料
噴射量に対する噴射パルス中を設定する回路であり、第
１゛ノ臂ルス巾設定回路７４と同様に空気ＪＩＱ／Ｎを
演算し、これに基づき、第５図に示すような未改質燃料
噴射量に対応するノ４ルス巾を演算値Ｑ／Ｎの値に応じ
て決定し。

噴射パルス巾信号Ｔ２　を発生する。噴射パルス中信号
Ｔ１．Ｔ２は改質ガスノズル４２用のト９ライパー回路
７８及び未改質燃料ノズル４０用のドライバー回路８０
にそれぞれ入力される。各ドライバー回路７８．８０は
各ノズル４０％　４２に対し。

所定のタイミングで、決定されたパルス巾Ｔ１゜Ｔ２　
に対応したノズル開命令信号を出力する。第４図から明
らかなように１改質ガスに対する／ｅルス巾は９気量Ｑ
／Ｎにほぼ比例して増大し、空気量Ｑ／Ｎが所定値へに
達した後は、やや勾配の緩やかな線に沿って増大する。

また、第５図から明らかなように未改質燃料に対する・
ぐルス巾Ｔ２　は９気量Ｑ／Ｎが所定値ＡＫａするまで
は、０であり、所定値Ａに達した後は、空気−ＪＩＱ　
／Ｎにほぼ比例して増大する。従って、燃料噴射量は、
第６図に示すように空気量Ｑの比較的少い領域、すなわ
ちアクセルペダル３４の踏み込み量の小さい比較的軽負
荷領域では、未改質燃料は噴射されず改質ガスだけが噴
射され、その噴射量は空気量の増大に応じて増大する。

アクセルペダル３４の踏み込み量が増大して、すなわち
、負荷が増大して空気量Ｑが所定値Ａ、になると、未改
質燃料も導入され始めその量は空気量Ｑの増大に対応し
て増大する。一方、改質ガス噴射量は、空気量が所定値
Ａ１　を越えると、増加勾配が緩やかになる。従って、
所定値Ａ１　を越えて空気量Ｑが増大するときは、全供
給燃料量に対する未改質燃料比率は増大することになる
。この場合、バルブタイミングは第７図に示すように第
２吸気バルブ２５が第１吸気パルプよりも僅かに早く開
くようになっており。

これによって上方に改質ガスが集中するのが促進される
。

以上のように１本例では、未改質燃料及び改質ガスに対
する吸気通路を別々に設けるとともに。

吸気スワールが生成するように吸気を燃焼室に導入する
ことにより、改質ガスを含む吸気と未改質燃料を含む吸
気との混合を抑制して成層化することができ、これによ
って点火プラグ付近に改質ガスを集中させることができ
、所期の目的を達成することができる。さらに１本例で
はエンジンの低負荷時においても第２吸気通路２９から
の吸気のスワールを生じさせる操作を行っているので全
運転領域において良好な着火性、燃焼性を確保すること
ができる８ 未改質燃料の例としてメタノールが挙げられ。

この場合１反応式ＣＨ３０Ｈ→２Ｈ２キＣＯで示される
ようにメタノールが改質され水素リッチの改質ガスが得
られる。そして、このような改質ガスは。

燃焼性が良いのでこれを燃料の一部に使用することＫよ
シ着火性を改善することができる。なお本例では、排気
通路４６にリフオーマ５ｏを配置しているが、その理由
は上述の改質反応が吸熱反応であり、高温下で行う方が
効率が良いためである。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明に係る改質エンジンの全体概−路図、
第２図は、燃焼室付近の平面図、第５図はコントロール
ユニットの制御回路図、第４図及び第５図は燃料噴射パ
ルス巾のグラフ、第６図は。 燃料量と吸入空気量との関係を示すグラフ、第７図は、
バルブタイミングを示すグラフである。 符号の説明 １０・・・エンジン、１２・・・ピストン％　１８・・
・点火プラグ％　２０・・・第１吸気ノ々ルプ、２１・
・・第２吸気パルプ、２２・・・排気バルブ、２３・・
・開閉弁、３３・・・ダイヤフラム装置、３４・・・ア
クセルｄ　／　Ａ／、３６・・・スロットル弁、４０・
・・未改質燃料ノズル。 ４２・・・改質ガスノズル、５０・・・リフオーマ、６
８・・・コントロールユニット。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 燃料を改質して水素リッチの改質ガスに変換し該改質ガ
   スをエンジンに供給する改質ガス供給手段と、エンジン
   燃焼室のほぼ中央に配置された点火プラグと、前記燃焼
   室に開口する２つの吸気ポートと、吸気スワールを生成
   するスワール生成手段とを備え、前記吸気ポートの一方
   に連通ずる吸気通路に前記改質ガス供給手段が設けられ
   ており。 他方の吸気ポートからは低負荷時においても所要空気量
   の一部の空気が供給されるようになったことを特徴とす
   る改質ガスエンジン。