KR20180116431A - 내연 기관의 제어 장치 및 내연 기관의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

연료 개질 기통 (2) 에 있어서 피스톤 (22) 이 압축 상사점에 도달하는 시점에 있어서의 연료 개질실 (23) 의 가스 온도가, 개질 반응 가능 온도의 하한치에 기초하여 설정된 개질 운전 허가 하한 가스 온도에 도달하지 않는 것으로 추정된 경우, 연료 개질 기통 (2) 에서의 연료 개질 운전을 비실행으로 한다. 예를 들어, 연료 개질실 (23) 내의 당량비가 1 미만이 되도록 인젝터 (25) 로부터 연료 공급을 실시한다. 또는, 인젝터 (25) 로부터의 연료 공급을 정지한다. 이로써, 개질되어 있지 않은 연료가 연료 개질 기통 (2) 으로부터 출력 기통 (3) 에 공급되어 버린다는 상황을 회피할 수 있고, 출력 기통 (3) 에서의 노킹의 발생을 회피할 수 있다.

Description

내연 기관의 제어 장치 및 내연 기관의 제어 방법
본 발명은 내연 기관의 제어 장치 및 내연 기관의 제어 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 연료 개질 장치로서 기능하는 것이 가능한 연료 개질 기통을 구비한 내연 기관에 적용되는 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
종래, 연료 개질 기통과 출력 기통을 구비한 내연 기관이 알려져 있다 (예를 들어 특허문헌 1). 이 종류의 내연 기관은, 연료 개질 기통에 있어서 연료를 개질한다. 그리고, 그 개질 후의 연료 (이하, 개질 연료라고 한다) 를 출력 기통에 있어서 연소시킴으로써 기관 출력을 얻는다.
구체적으로는, 연료 개질 기통에 경유나 중유 등의 연료를 공급하고, 이 연료 개질 기통 내에 있어서 당량비가 높은 혼합기를 단열 압축한다. 이로써, 고온 고압의 환경 하에서 연료가 개질되어, 수소, 일산화탄소, 메탄 등의 안티노크성이 높은 개질 연료 (고옥탄가 연료) 가 생성된다. 그리고, 이 개질 연료를 공기와 함께 출력 기통에 공급하고, 이 출력 기통 내에 있어서 희박 혼합기의 연소 (균일 희박 연소) 가 실시됨으로써 기관 출력이 얻어진다.
이 종류의 내연 기관에 의하면, 출력 기통 내에 있어서 균일 희박 연소가 실시되기 때문에, NOx 배출량의 저감 및 수트 배출량의 저감을 도모할 수 있다. 또, 안티노크성이 높은 연료의 연소가 실시되기 때문에, 노킹이 억제됨과 함께 디젤 마이크로 파일럿 착화 (출력 기통 내에 미량의 연료를 공급하는 것에 의한 개질 연료의 착화) 에 의해 최적의 시기에서의 연소를 실현할 수 있으므로, 연소 효율의 향상을 도모할 수도 있다.
일본 공개특허공보 「특개 2014-136978호 공보」
그런데, 상기 연료 개질 기통 내에서 연료의 개질 반응을 실시하기 위해서는, 이 연료 개질 기통 내의 가스 온도가 소정 온도 (개질 반응을 가능하게 하는 온도) 에 도달하고 있을 필요가 있다. 예를 들어, 연료 개질 기통이 피스톤 크랭크 기구로 이루어지는 레시프로케이팅형인 경우, 피스톤이 압축 상사점에 도달한 시점에서의 연료 개질 기통 내의 가스 온도가 상기 소정 온도에 도달하고 있을 필요가 있다. 요컨대, 이 시점에 있어서, 연료 개질 기통 내의 가스 온도가 상기 소정 온도에 도달하고 있지 않은 경우에는, 연료 개질 기통 내에서의 연료의 개질 반응이 불가능해지거나, 개질 반응이 충분히 실시되지 않게 되거나 한다. 예를 들어, 내연 기관의 냉간 시동 직후나, 외기 온도가 낮은 환경 하나, 고지 등인 경우에는, 이와 같은 상황을 초래하기 쉬워진다.
개질 반응이 불가능해지면, 안티노크성이 낮은 연료가 출력 기통에 공급되게 되어, 이 출력 기통에서의 노킹의 발생이 우려되는 상황이 되어 버린다. 또, 비점이 높은 연료를 사용한 경우에는, 개질 기통 출구에서 재응축되어, 연소에 기여하지 않고 배출될 가능성도 있다.
본 발명은, 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 연료 개질 기통 및 출력 기통을 구비한 내연 기관에 대해, 개질되어 있지 않은 연료가 연료 개질 기통으로부터 출력 기통에 공급되어 버린다는 상황을 회피할 수 있는 내연 기관의 제어 장치 및 내연 기관의 제어 방법을 제공하는 것에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 해결 수단은, 연료 개질 장치로서 기능하는 것이 가능한 연료 개질 기통과, 이 연료 개질 기통에서 생성된 개질 연료가 공급되어 당해 개질 연료의 연소에 의해 기관 출력을 얻는 출력 기통을 구비한 내연 기관에 적용되는 제어 장치를 전제로 한다. 그리고, 이 내연 기관의 제어 장치는, 주기적으로 변화되는 상기 연료 개질 기통 내의 가스 온도가 최고 온도에 도달하는 시점에 있어서의 당해 가스 온도가, 개질 반응 가능 온도의 하한치에 기초하여 설정된 개질 운전 허가 하한 가스 온도에 도달하지 않는 것으로 추정된 경우, 상기 연료 개질 기통에서의 연료 개질 운전을 비실행으로 하는 개질 운전 제어부를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
이 특정 사항에 의해, 주기적으로 변화되는 연료 개질 기통 내의 가스 온도가 최고 온도에 도달하는 시점에 있어서의 당해 가스 온도가, 개질 운전 허가 하한 가스 온도에 도달하지 않는 것으로 추정된 경우, 개질 운전 제어부는, 연료 개질 기통에서의 연료 개질 운전을 비실행으로 한다. 이로써, 상기 가스 온도가 낮은 것에 기인하여 개질되어 있지 않은 연료가 연료 개질 기통으로부터 출력 기통에 공급되어 버린다는 상황을 회피할 수 있다. 이 때문에, 안티노크성이 낮은 연료가 출력 기통에 공급되는 경우는 없어져, 출력 기통에서의 노킹의 발생을 회피할 수 있다.
또, 상기 연료 개질 기통은, 실린더 내에서 피스톤이 왕복동하는 레시프로케이팅형으로 구성되어 있고, 상기 개질 운전 제어부는, 상기 연료 개질 기통에 있어서 상기 피스톤이 압축 상사점에 도달하는 시점에 있어서의 상기 연료 개질 기통 내의 가스 온도가, 상기 개질 운전 허가 하한 가스 온도에 도달하지 않는 것으로 추정된 경우, 상기 연료 개질 기통에서의 연료 개질 운전을 비실행으로 하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
일반적으로, 피스톤이 압축 상사점에 도달하는 시점에 있어서 연료 개질 기통 내의 가스는 가장 압축된 상태가 되고, 이 시점의 가스 온도는 1 사이클 중에 있어서 최고 온도가 된다. 이 때문에, 이 피스톤이 압축 상사점에 도달하는 시점에 있어서의 연료 개질 기통 내의 가스 온도가, 개질 운전 허가 하한 가스 온도에 도달하는지의 여부를 판정함으로써, 그 사이클에 있어서 연료의 개질 반응이 가능한지의 여부를 정확하게 판단할 수 있다. 그 결과, 연료 개질 기통에서의 연료 개질 운전을 실행해야 하는지의 여부를 정확하게 판단하는 것이 가능해진다.
또, 상기 개질 운전 허가 하한 가스 온도는, 상기 연료 개질 기통 내의 당량비가 높을수록 높게 설정되는 것이 바람직하다.
연료 개질 기통 내에 있어서 연료의 개질 반응을 가능하게 하기 위해서는, 연료 개질 기통 내의 당량비가 높을수록, 연료 개질 기통 내의 가스 온도를 높게 할 필요가 있다. 이 때문에, 개질 운전 허가 하한 가스 온도로서도, 연료 개질 기통 내의 당량비가 높을수록 높게 설정해 둔다. 이로써, 연료 개질 기통 내의 당량비가 변동해도, 연료 개질 기통에서의 연료 개질 운전을 실행해야 하는지의 여부를 정확하게 판단하는 것이 가능해진다. 그 결과, 개질되어 있지 않은 연료가 연료 개질 기통으로부터 출력 기통에 공급되어 버린다는 상황을 회피할 수 있다.
이 경우에, 개질 운전 허가 하한 가스 온도는, 상기 연료 개질 기통 내에 공급되는 연료의 종류에 따라 보정된 것인 것이 바람직하다.
개질 반응 가능 온도의 하한치는, 연료 개질 기통 내의 당량비뿐만 아니라, 연료의 종류에 따라서도 변동한다. 예를 들어, 연료 중의 탄소와 수소의 비나 그 결합 구조에 따라 연료의 반응성이 변동하기 때문에, 연료의 종류에 따라 개질 반응 가능 온도의 하한치는 변동한다. 이것에 대응하기 위해, 본 해결 수단에서는, 연료 개질 기통 내에 공급되는 연료의 종류에 따라 개질 운전 허가 하한 가스 온도를 보정하도록 하고 있다. 이로써, 개질 운전 허가 하한 가스 온도를 적정한 값으로 설정하는 것이 가능해진다.
상기 연료 개질 기통 내의 가스 온도가 최고 온도에 도달한 시점에 있어서의 당해 가스 온도에 상관없이, 내연 기관의 시동 초기시에 실행되는 시동 모드 운전 및 내연 기관의 정지시에 실행되는 정지 모드 운전에서는, 상기 연료 개질 기통에서의 연료 개질 운전을 비실행으로 하는 것이 바람직하다.
내연 기관의 시동 모드 운전이 실시되고 있을 때에는, 내연 기관의 회전 속도가 낮은 것에 기인하여 연료 개질 기통에서의 연료의 개질 반응을 기대할 수 없는 상황에 있다. 한편, 내연 기관의 정지 모드 운전이 실시되고 있을 때에는, 연료 개질 기통으로의 연료 공급은 정지해야 할 상황에 있다. 이 때문에, 이들 시동 모드 운전 및 정지 모드 운전에서는, 연료 개질 기통에서의 연료 개질 운전을 비실행으로 하도록 되어 있다.
또, 상기 연료 개질 기통에서의 연료 개질 운전을 비실행으로 하는 경우에는, 상기 연료 개질 기통 내에서의 연료의 연소를 가능하게 하는 범위로서 상기 연료 개질 기통 내의 당량비를 1 미만으로 하는 연료량을, 상기 연료 개질 기통 내에 공급하는 것이 바람직하다.
이 경우, 연료 개질 기통 내에서의 연료의 연소에 의해 당해 연료 개질 기통의 난기 (暖機) 가 촉진되어, 비교적 단시간 내에, 연료 개질 기통 내의 가스 온도가 개질 운전 허가 하한 가스 온도에 도달하게 된다. 이 때문에, 연료 개질 운전을 조기에 개시시키는 것이 가능해진다.
또, 상기 연료 개질 기통에서의 연료 개질 운전을 비실행으로 하는 경우에는, 상기 연료 개질 기통 내로의 연료의 공급을 정지함과 함께, 상기 출력 기통 내에서의 연료의 연소를 가능하게 하는 연료량을, 상기 출력 기통 내에 공급하도록 해도 된다.
이것에 의하면, 연료 개질 기통 내의 가스 온도가 낮은 상황에 있어서, 개질되어 있지 않은 연료가 연료 개질 기통으로부터 출력 기통에 공급되어 버리는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 또, 출력 기통 내에서의 연료의 연소에 의해 기관 출력을 얻을 수 있다.
또, 전술한 각 해결 수단에 관련된 내연 기관의 제어 장치에 의해 실시되는 내연 기관의 제어 방법도 본 발명의 기술적 사상의 범주이다. 요컨대, 연료 개질 장치로서 기능하는 것이 가능한 연료 개질 기통과, 이 연료 개질 기통에서 생성된 개질 연료가 공급되어 당해 개질 연료의 연소에 의해 기관 출력을 얻는 출력 기통을 구비한 내연 기관에 적용되는 제어 방법을 전제로 한다. 그리고, 이 내연 기관의 제어 방법은, 주기적으로 변화되는 상기 연료 개질 기통 내의 가스 온도가 최고 온도에 도달하는 시점에 있어서의 당해 가스 온도가, 개질 반응 가능 온도의 하한치에 기초하여 설정된 개질 운전 허가 하한 가스 온도에 도달하지 않는 것으로 추정된 경우, 상기 연료 개질 기통에서의 연료 개질 운전을 비실행으로 하는 것을 특징으로 한다.
이 제어 방법에 의해서도, 전술한 바와 같이, 상기 가스 온도가 낮은 것에 기인하여 개질되어 있지 않은 연료가 연료 개질 기통으로부터 출력 기통에 공급되어 버린다는 상황을 회피할 수 있다. 이 때문에, 안티노크성이 낮은 연료가 출력 기통에 공급되는 경우는 없어져, 출력 기통에서의 노킹의 발생을 회피할 수 있다.
본 발명에서는, 주기적으로 변화되는 연료 개질 기통 내의 가스 온도가 최고 온도에 도달하는 시점에 있어서의 당해 가스 온도가, 개질 운전 허가 하한 가스 온도에 도달하지 않는 것으로 추정된 경우, 연료 개질 기통에서의 연료 개질 운전을 비실행으로 하도록 되어 있다. 이 때문에, 가스 온도가 낮은 것에 기인하여 개질되어 있지 않은 연료가 연료 개질 기통으로부터 출력 기통에 공급되어 버린다는 상황을 회피할 수 있다. 그 결과, 안티노크성이 낮은 연료가 출력 기통에 공급되는 경우는 없어져, 출력 기통에서의 노킹의 발생을 회피할 수 있다.
도 1 은, 실시형태에 관련된 내연 기관의 시스템 구성을 나타내는 도면이다.
도 2 는, 내연 기관의 제어계의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 3 은, 당량비 및 압축단 가스 온도와 개질 반응 가능역의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4 는, 냉각수 온도에 따른 수정 폴리트로프 수의 연산 로직을 나타내는 블록도이다.
도 5 는, 당량비에 따른 수정 폴리트로프 수의 연산 로직을 나타내는 블록도이다.
도 6 은, 개질 운전 허가 하한 가스 온도의 연산 로직을 나타내는 블록도이다.
도 7 은, 연료 개질 운전의 실행과 비실행을 전환하기 위한 제어 순서를 나타내는 플로 차트도이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다. 본 실시형태에서는, 선박용의 내연 기관에 본 발명을 적용했을 경우에 대해 설명한다.
-내연 기관의 시스템 구성-
도 1 은 본 실시형태에 관련된 내연 기관의 시스템 구성을 나타내는 도면이다.
이 도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 내연 기관 (1) 은, 연료 개질 기통 (2) 및 출력 기통 (3) 을 구비하고 있다. 또, 이 내연 기관 (1) 은, 상기 연료 개질 기통 (2) 이나 상기 출력 기통 (3) 에 대해, 가스의 공급(도입) 또는 가스의 배출 (도출) 을 실시하기 위한 배관계로서, 흡기계 (4), 개질 연료 공급계 (5), 배기계 (6), EGR 계 (7), 및, 출력 기통 바이패스계 (8) 를 구비하고 있다.
(연료 개질 기통 및 출력 기통)
연료 개질 기통 (2) 및 출력 기통 (3) 은, 모두 레시프로케이팅형으로 구성되어 있다. 구체적으로, 각 기통 (2, 3) 은, 실린더 블록 (도시 생략) 에 형성된 실린더 보어 (21, 31) 내에 피스톤 (22, 32) 이 자유롭게 왕복동할 수 있도록 수용되어 구성되어 있다. 연료 개질 기통 (2) 에서는, 실린더 보어 (21), 피스톤 (22), 도시되지 않은 실린더 헤드에 의해 연료 개질실 (23) 이 형성되어 있다. 출력 기통 (3) 에서는, 실린더 보어 (31), 피스톤 (32), 도시되지 않은 실린더 헤드에 의해 연소실 (33) 이 형성되어 있다.
본 실시형태에 관련된 내연 기관 (1) 은, 실린더 블록에 4 개의 기통이 구비되고, 그 중의 하나의 기통이 연료 개질 기통 (2) 으로서 구성되어 있고, 다른 3 개의 기통이 출력 기통 (3) 으로서 구성되어 있다. 그리고, 연료 개질 기통 (2) 에서 생성된 개질 연료가 각 출력 기통 (3) 각각에 공급되는 구성으로 되어 있다. 각 기통 (2, 3) 의 수는 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 실린더 블록에 6 개의 기통이 구비되고, 그 중의 2 개의 기통이 연료 개질 기통 (2) 으로서 구성되어 있고, 다른 4 개의 기통이 출력 기통 (3) 으로서 구성되어 있어도 된다.
각 기통 (2, 3) 의 피스톤 (22, 32) 은 각각 커넥팅 로드 (24, 34) 를 개재하여 크랭크 샤프트 (11) 에 연결되어 있다. 이로써, 피스톤 (22, 32) 의 왕복 운동과 크랭크 샤프트 (11) 의 회전 운동 사이에서 운동이 변환되도록 되어 있다. 크랭크 샤프트 (11) 는, 클러치 기구 (도시 생략) 를 개재하여 선박의 스크루 축과 연결 가능하게 되어 있다. 연료 개질 기통 (2) 의 피스톤 (22) 과 출력 기통 (3) 의 피스톤 (32) 은 상기 커넥팅 로드 (24, 34) 및 크랭크 샤프트 (11) 를 개재하여 서로 연결되어 있다. 이 때문에, 이들 기통 (2, 3) 사이에서의 동력 전달이나, 이들 기통 (2, 3) 으로부터 출력된 동력의 스크루 축으로의 전달 등이 가능하게 되어 있다.
연료 개질 기통 (2) 에는, 연료 개질실 (23) 에 개질 전의 연료로서 예를 들어 경유 등의 연료를 공급하는 인젝터 (25) 가 구비되어 있다. 이 연료 개질실 (23) 에서는, 인젝터 (25) 로부터 연료가 공급됨으로써, 당량비가 높은 혼합기가 단열 압축된다. 이로써, 고온 고압의 환경 하에서 연료가 개질되어, 수소, 일산화탄소, 메탄 등의 안티노크성이 높은 개질 연료가 생성된다.
출력 기통 (3) 에는, 연소실 (33) 에 예를 들어 경유 등의 연료를 공급하는 인젝터 (35) 가 구비되어 있다. 이 연소실 (33) 에서는, 상기 연료 개질 기통 (2) 에서 생성된 개질 연료가 공기와 함께 공급되고, 이 연소실 (33) 에서 희박 혼합기의 희박 예혼합 연소가 실시된다. 이로써, 피스톤 (32) 의 왕복동에 수반하여 크랭크 샤프트 (11) 가 회전하여, 기관 출력이 얻어진다.
(흡기계)
흡기계 (4) 는, 연료 개질 기통 (2) 의 연료 개질실 (23) 및 출력 기통 (3) 의 연소실 (33) 각각에 공기 (신기 (新氣)) 를 도입하는 것이다.
이 흡기계 (4) 는, 메인 흡기 통로 (41), 이 메인 흡기 통로 (41) 가 2 계통으로 분기되어 이루어지는 연료 개질 기통 흡기 통로 (42) 및 출력 기통 흡기 통로 (43) 를 구비하고 있다. 메인 흡기 통로 (41) 에는, 터보 차저 (12) 의 컴프레서 휠 (12a) 이 구비되어 있다. 연료 개질 기통 흡기 통로 (42) 는 연료 개질 기통 (2) 의 흡기 포트에 연통되어 있다. 이 흡기 포트와 연료 개질 기통 (2) 의 연료 개질실 (23) 사이에는 흡기 밸브 (26) 가 개폐 가능하게 배치 형성되어 있다. 또, 이 연료 개질 기통 흡기 통로 (42) 에는 개도 조정 가능한 흡기량 조정 밸브 (45) 가 구비되어 있다. 출력 기통 흡기 통로 (43) 는 출력 기통 (3) 의 흡기 포트에 연통되어 있다. 이 흡기 포트와 출력 기통 (3) 의 연소실 (33) 사이에는 흡기 밸브 (36) 가 개폐 가능하게 배치 형성되어 있다. 또, 이 출력 기통 흡기 통로 (43) 에는 흡기 냉각기 (인터쿨러) (44) 가 구비되어 있다.
(개질 연료 공급계)
개질 연료 공급계 (5) 는, 상기 연료 개질 기통 (2) 에서 생성된 개질 연료를 출력 기통 (3) 의 연소실 (33) 을 향하여 공급하는 것이다.
이 개질 연료 공급계 (5) 는 개질 연료 공급 통로 (51) 를 구비하고 있다. 이 개질 연료 공급 통로 (51) 에는 개질 연료 냉각기 (52) 가 구비되어 있다. 개질 연료 공급 통로 (51) 의 상류단은 연료 개질 기통 (2) 의 배기 포트에 연통되어 있다. 이 배기 포트와 연료 개질 기통 (2) 의 연료 개질실 (23) 사이에는 배기 밸브 (27) 가 개폐 가능하게 배치 형성되어 있다. 또, 개질 연료 공급 통로 (51) 의 하류단은 출력 기통 흡기 통로 (43) 에 연통되어 있다. 이 개질 연료 공급 통로 (51) 와 출력 기통 흡기 통로 (43) 의 연통 부분에는 믹서 (53) 가 형성되어 있다. 이 때문에, 연료 개질 기통 (2) 에서 생성된 개질 연료는, 이 믹서 (53) 에 있어서, 출력 기통 흡기 통로 (43) 를 흐르는 공기와 혼합되어 출력 기통 (3) 의 연소실 (33) 에 공급되게 된다.
(배기계)
배기계 (6) 는, 상기 출력 기통 (3) 에서 발생한 배기 가스를 배출하는 것이다. 이 배기계 (6) 는 배기 통로 (61) 를 구비하고 있다. 이 배기 통로 (61) 에는, 터보 차저 (12) 의 터빈 휠 (12b) 이 구비되어 있다. 배기 통로 (61) 는 출력 기통 (3) 의 배기 포트에 연통되어 있다. 이 배기 포트와 출력 기통 (3) 의 연소실 (33) 사이에는 배기 밸브 (37) 가 개폐 가능하게 배치 형성되어 있다.
(EGR 계)
EGR 계 (7) 는, 연료 개질 기통 EGR 계 (7A) 와 출력 기통 EGR 계 (7B) 를 구비하고 있다.
연료 개질 기통 EGR 계 (7A) 는, 상기 배기 통로 (61) 를 흐르는 배기 가스의 일부를 연료 개질 기통 (2) 의 연료 개질실 (23) 을 향하여 공급하는 것이다. 이 연료 개질 기통 EGR 계 (7A) 는 연료 개질 기통 EGR 통로 (71) 를 구비하고 있다. 이 연료 개질 기통 EGR 통로 (71) 는, 상류단이 배기 통로 (61) 에, 하류단이 연료 개질 기통 흡기 통로 (42) 에 있어서의 흡기량 조정 밸브 (45) 의 하류측에 각각 연통되어 있다. 연료 개질 기통 EGR 통로 (71) 에는 EGR 가스 냉각기 (72) 가 구비되어 있다. 또, 연료 개질 기통 EGR 통로 (71) 에 있어서의 EGR 가스 냉각기 (72) 보다 하류측 (연료 개질 기통 흡기 통로 (42) 측) 에는 EGR 가스량 조정 밸브 (73) 가 구비되어 있다. 또, 이 연료 개질 기통 EGR 계 (7A) 에는, EGR 가스 냉각기 (72) 를 바이패스하여 EGR 가스를 흘리기 위한 쿨러 바이패스 통로 (74) 가 형성되어 있다. 이 쿨러 바이패스 통로 (74) 에는 바이패스량 조정 밸브 (75) 가 구비되어 있다.
한편, 출력 기통 EGR 계 (7B) 는, 상기 배기 통로 (61) 를 흐르는 배기 가스의 일부를 출력 기통 (3) 의 연소실 (33) 로 되돌리는 것이다. 이 출력 기통 EGR 계 (7B) 는 출력 기통 EGR 통로 (76) 를 구비하고 있다. 이 출력 기통 EGR 통로 (76) 는, 상류단이 배기 통로 (61) 에, 하류단이 출력 기통 흡기 통로 (43) 에 있어서의 믹서 (53) 의 하류측에 각각 연통되어 있다. 출력 기통 EGR 통로 (76) 에는 EGR 가스 냉각기 (77) 가 구비되어 있다. 또, 출력 기통 EGR 통로 (76) 에 있어서의 EGR 가스 냉각기 (77) 보다 하류측 (출력 기통 흡기 통로 (43) 측) 에는 EGR 가스량 조정 밸브 (78) 가 구비되어 있다.
(출력 기통 바이패스계)
출력 기통 바이패스계 (8) 는, 상기 연료 개질 기통 (2) 으로부터 배출된 가스를 출력 기통 (3) 에 공급하지 않고 (출력 기통 (3) 을 바이패스시켜), 상기 배기 통로 (61) 에 도입하기 위한 것이다. 이 출력 기통 바이패스계 (8) 는 출력 기통 바이패스 통로 (81) 를 구비하고 있다. 이 출력 기통 바이패스 통로 (81) 는, 상류단이 개질 연료 공급 통로 (51) 에 있어서의 개질 연료 냉각기 (52) 의 상류측에, 하류단이 출력 기통 EGR 통로 (76) 에 있어서의 EGR 가스 냉각기 (77) 의 상류측 (배기 통로 (61) 측) 에 각각 연통되어 있다. 또, 이 출력 기통 바이패스 통로 (81) 에는 바이패스량 조정 밸브 (82) 가 구비되어 있다.
또한, 전술한 각 계에 구비되어 있는 냉각기 (44, 52, 72, 77) 는, 가스를 냉각시키기 위한 냉열원으로서, 엔진 냉각수 또는 해수 등이 사용된다. 또, 이들 냉각기 (44, 52, 72, 77) 는 공랭식의 것이어도 된다.
-내연 기관의 제어계-
도 2 는, 내연 기관 (1) 의 제어계의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 내연 기관 (1) 에는, 이 내연 기관 (1) 에 구비된 각종 액추에이터를 제어하기 위한 제어 장치에 상당하는 ECU (Electronic Control Unit) (100) 가 구비되어 있다. 이 ECU (100) 는, CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory) 및 백업 RAM 등을 구비하고 있다.
ROM 에는, 각종 제어 프로그램이나, 그것들 각종 제어 프로그램을 실행할 때에 참조되는 맵 등이 기억되어 있다. CPU 는, ROM 에 기억된 각종 제어 프로그램이나 맵에 기초하여 연산 처리를 실행한다. 또, RAM 은 CPU 에서의 연산 결과나 각 센서로부터 입력된 데이터 등을 일시적으로 기억하는 메모리이다. 또, 백업 RAM 은 시스템 정지시 등에 있어서 보존해야 할 데이터 등을 기억하는 불휘발성의 메모리이다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 내연 기관 (1) 에는, 흡기 유량 센서 (101), 흡입 가스 압력 센서 (102), 흡입 가스 온도 센서 (103), 흡입 가스 O2 센서 (104), 배기 압력 센서 (105), 수온 센서 (106) 등이 구비되어 있다.
흡기 유량 센서 (101) 는, 상기 메인 흡기 통로 (41) 를 흐르는 흡기 (공기)의 유량에 따른 출력 신호를 ECU (100) 에 송신한다.
흡입 가스 압력 센서 (102) 는, 연료 개질 기통 흡기 통로 (42) 를 흐르는 흡입 가스의 압력에 따른 출력 신호를 ECU (100) 에 송신한다. 구체적으로는, 연료 개질 기통 흡기 통로 (42) 에 대한 연료 개질 기통 EGR 통로 (71) 의 연통 부분보다 하류측의 흡입 가스 압력에 따른 출력 신호를 ECU (100) 에 송신한다.
흡입 가스 온도 센서 (103) 는, 연료 개질 기통 흡기 통로 (42) 를 흐르는 흡입 가스의 온도에 따른 출력 신호를 ECU (100) 에 송신한다. 구체적으로는, 연료 개질 기통 흡기 통로 (42) 에 대한 연료 개질 기통 EGR 통로 (71) 의 연통 부분보다 하류측의 흡입 가스 온도에 따른 출력 신호를 ECU (100) 에 송신한다.
흡입 가스 O2 센서 (104) 는, 연료 개질 기통 흡기 통로 (42) 를 흐르는 흡입 가스 중의 산소 농도에 따른 출력 신호를 ECU (100) 에 송신한다. 구체적으로는, 연료 개질 기통 흡기 통로 (42) 에 대한 연료 개질 기통 EGR 통로 (71) 의 연통 부분보다 하류측의 흡입 가스 중 산소 농도에 따른 출력 신호를 ECU (100) 에 송신한다.
배기 압력 센서 (105) 는, 상기 배기 통로 (61) 를 흐르는 배기의 압력에 따른 출력 신호를 ECU (100) 에 송신한다. 구체적으로는, 배기 통로 (61) 에 대한 연료 개질 기통 EGR 통로 (71) 의 연통 부분보다 상류측의 배기 압력에 따른 출력 신호를 ECU (100) 에 송신한다.
수온 센서 (106) 는, 실린더 블록에 형성된 냉각수 통로 (13) 내를 흐르는 냉각수의 온도에 따른 출력 신호를 ECU (100) 에 송신한다. 구체적으로는, 연료 개질 기통 (2) 의 주위에 형성되어 있는 냉각수 통로 (13) 내를 흐르는 냉각수의 온도에 따른 출력 신호를 ECU (100) 에 송신한다.
또, ECU (100) 에는, 상기 각 인젝터 (25, 35), 각 조정 밸브 (45, 73, 75, 78, 82) 등이 전기적으로 접속되어 있다. 또, 연료 개질 기통 (2) 의 흡기 밸브 (26) 및 배기 밸브 (27) 각각에는 가변동 밸브 장치 (28, 29) 가 구비되어 있고, 각 밸브 (26, 27) 의 개폐 타이밍을 조정하는 것이 가능하게 되어 있다. ECU (100) 는, 이 가변동 밸브 장치 (28, 29) 에도 전기적으로 접속되어 있다. ECU (100) 는, 상기한 각종 센서 (101 ∼ 106) 의 출력 신호 등에 기초하여, 상기 각 인젝터 (25, 35) 의 연료 분사 제어 (인젝터 (25, 35) 의 개폐 제어), 각 조정 밸브 (45, 73, 75, 78, 82) 의 개폐 제어 (가스 유량 제어), 및, 가변동 밸브 장치 (28, 29) 에 의한 각 밸브 (26, 27) 의 개폐 타이밍 제어를 실시한다.
-내연 기관의 기본 동작-
다음으로, 전술한 바와 같이 구성된 내연 기관 (1) 의 기본 동작에 대해 설명한다.
내연 기관 (1) 의 난기가 완료되어 있는 상태 (연료 개질실 (23) 에서의 연료의 개질 반응이 가능하게 되어 있는 상태) 에서의 기본 동작으로서, 메인 흡기 통로 (41) 에 도입되는 공기는, 터보 차저 (12) 의 컴프레서 휠 (12a) 에 의해 가압된다. 그리고, 이 공기는, 연료 개질 기통 흡기 통로 (42) 및 출력 기통 흡기 통로 (43) 로 분류 (分流) 된다. 이 때, 연료 개질 기통 흡기 통로 (42) 를 흐르는 흡기의 유량은 흡기량 조정 밸브 (45) 에 의해 조정된다. 또, 연료 개질 기통 흡기 통로 (42) 에는, 연료 개질 기통 EGR 계 (7A) 를 흐른 EGR 가스가 도입된다. 이 때, 연료 개질 기통 흡기 통로 (42) 에 도입되는 EGR 가스량은 EGR 가스량 조정 밸브 (73) 에 의해 조정된다. 또, 연료 개질 기통 흡기 통로 (42) 에 도입되는 EGR 가스의 온도는 바이패스량 조정 밸브 (75) 의 개도에 따라 EGR 가스 냉각기 (72) 를 바이패스하는 EGR 가스량에 의해 조정된다. 이로써, 연료 개질 기통 (2) 의 연료 개질실 (23) 에는, 공기 및 EGR 가스가 도입되게 된다. 이 때, 흡기량 조정 밸브 (45) 의 개도에 의해 조정되는 흡기의 유량, EGR 가스량 조정 밸브 (73) 의 개도에 의해 조정되는 EGR 가스의 유량, 및, 바이패스량 조정 밸브 (75) 의 개도에 의해 조정되는 EGR 가스의 온도는, 연료 개질실 (23) 에서의 당량비를 높게 설정하고, 또, 연료의 개질을 양호하게 실시할 수 있는 연료 개질실 (23) 의 가스 온도를 확보할 수 있도록 조정된다. 구체적으로는, 흡기량 조정 밸브 (45), EGR 가스량 조정 밸브 (73) 및 바이패스량 조정 밸브 (75) 의 개도는, 후술하는 바와 같이 인젝터 (25) 로부터 연료 개질실 (23) 에 연료가 공급되었을 때에 있어서의 연료 개질실 (23) 에서의 당량비를 예를 들어 2.5 이상 (바람직하게는 4.0 이상) 으로 설정하고, 또한 연료 개질실 (23) 의 가스 온도가 후술하는 개질 반응 가능 온도의 하한치 이상의 값이 되도록, 미리 실험이나 시뮬레이션에 기초하여 작성된 개도 설정 맵에 따라 설정된다.
이와 같이 하여 연료 개질 기통 (2) 의 연료 개질실 (23) 에, 공기 및 EGR 가스가 도입된 상태에서, 인젝터 (25) 로부터 연료 개질실 (23) 에 연료가 공급된다. 이 인젝터 (25) 로부터의 연료 공급량은, 기본적으로는 기관 요구 출력에 따라 설정된다. 구체적으로는, 인젝터 (25) 에 공급되고 있는 연료 압력에 따라, 목표로 하는 연료 공급량이 얻어지도록, 인젝터 (25) 의 밸브 개방 기간이 설정된다. 또, 이 때의 인젝터 (25) 의 밸브 개방 타이밍은, 연료 개질 기통 (2) 의 흡기 행정이 종료될 때까지의 동안에 상기 목표로 하는 연료 공급량의 분사가 완료되도록 설정되는 것이 바람직하지만, 피스톤 (22) 이 압축 상사점 부근에 도달하기 전에 혼합기가 균일하게 혼합 가능한 경우에는, 압축 행정 도중까지 연료 분사 기간이 계속되어도 된다. 이로써, 피스톤 (22) 이 압축 상사점에 도달할 때까지, 연료 개질실 (23) 에 있어서 균질한 혼합기 (당량비가 높은 혼합기) 가 생성되게 된다.
피스톤 (22) 이 압축 상사점을 향해 이동하는 동안에, 연료 개질실 (23) 의 압력 및 온도가 상승하고, 이 연료 개질실 (23) 에서는, 당량비가 높은 혼합기 (예를 들어 4.0 이상의 당량비의 혼합기) 가 단열 압축된다. 이로써, 고온 고압의 환경 하에서, 연료의 탈수소 반응, 부분 산화 반응, 수증기 개질 반응, 열 해리 반응이 실시되고, 연료가 개질되어, 수소, 일산화탄소, 메탄 등의 안티노크성이 높은 개질 연료가 생성된다.
연료 개질실 (23) 로부터 배출된 개질 연료는, 개질 연료 공급 통로 (51) 를 흐를 때에 개질 연료 냉각기 (52) 에 있어서 냉각된다. 이 냉각에 의해, 출력 기통 흡기 통로 (43) 나 연소실 (33) 에서의 개질 연료의 과조 (過早) 착화가 억제된다. 그리고, 이 냉각된 개질 연료는, 믹서 (53) 에 있어서, 출력 기통 흡기 통로 (43) 를 흐르는 공기와 혼합되어, 출력 기통 (3) 의 연소실 (33) 에 공급된다. 또, 필요에 따라, EGR 가스량 조정 밸브 (78) 가 개방되어, 출력 기통 EGR 통로 (76) 를 거쳐 EGR 가스가 출력 기통 (3) 의 연소실 (33) 에 도입된다.
이와 같이 하여, 출력 기통 (3) 의 연소실 (33) 에는, 공기, 개질 연료, EGR 가스가 각각 도입되고, 이 연소실 (33) 내의 당량비가 0.1 ∼ 0.8 정도로 조정된다.
출력 기통 (3) 에서는, 압축 행정에 있어서, 희박 혼합 가스의 단열 압축이 실시되고, 피스톤 (32) 이 압축 상사점에 도달한 시점에서, 인젝터 (35) 로부터 미량의 연료 분사가 실시된다. 이로써, 연소실 (33) 내의 혼합기가 착화되어, 희박 예혼합 연소가 실시된다. 또한, 인젝터 (35) 로부터의 연료 분사를 실시하지 않아도 연소실 (33) 의 혼합기가 자착화 (예혼합 압축 자착화) 되는 경우에는, 이 인젝터 (35) 로부터의 연료 분사는 반드시 필요한 것은 아니다.
상기 연소에 의해, 피스톤 (32) 이 왕복동하여, 크랭크 샤프트 (11) 가 회전함으로써 기관 출력이 얻어진다. 이 기관 출력은 상기 스크루 축에 전달된다. 또, 이 기관 출력의 일부는, 연료 개질 기통 (2) 에 있어서의 피스톤 (22) 의 왕복동의 구동원으로서 사용된다.
또한, 내연 기관 (1) 의 긴급 정지시 등으로서, 출력 기통 (3) 으로의 개질 연료의 공급을 정지시킬 때에는, 바이패스량 조정 밸브 (82) 가 개방된다. 이로써, 개질 연료는, 출력 기통 바이패스 통로 (81) 를 거쳐 배기 통로 (61) 에 도입되게 되어, 출력 기통 (3) 으로의 개질 연료의 공급은 정지된다.
이 내연 기관 (1) 에 의하면, 출력 기통 (3) 내에 있어서 희박 혼합기의 연소 (균일 희박 연소) 가 실시되기 때문에, NOx 배출량의 저감 및 수트 배출량의 저감을 도모할 수 있다. 이로써, 배기 가스를 정화하기 위한 후처리 장치를 불필요 또는 그 용량을 대폭 소형화하는 것이 가능하다. 또, 안티노크성이 높은 연료의 연소가 실시되기 때문에, 노킹이 억제됨과 함께 디젤 마이크로 파일럿 착화에 의해 최적인 시기에서의 연소를 실현할 수 있으므로, 연소 효율의 향상을 도모할 수도 있다.
-개질 반응 가능역-
다음으로, 연료 개질 기통 (2) 의 연료 개질실 (23) 에 있어서 개질 반응을 가능하게 하기 위한 조건에 대해 설명한다. 이 개질 반응을 가능하게 하기 위해서는, 연료 개질실 (23) 에 있어서의 혼합기의 당량비 및 연료 개질실 (23) 의 온도 (가스 온도) 가 모두, 개질 반응을 가능하게 하는 범위 내에 있는 것이 필요하다. 또, 연료 개질실 (23) 에 있어서의 혼합기의 당량비에 따라, 연료가 개질 반응을 실시하는 데에 필요한 가스 온도는 상이하고, 개질 반응을 가능하게 하기 위해서는, 혼합기의 당량비에 따른 연료 개질실 (23) 의 온도 (개질 반응을 가능하게 하는 최저 온도 이상의 온도) 가 필요하게 된다.
도 3 은, 연료 개질실 (23) 에 있어서의 혼합기의 당량비 (가로축), 및, 연료 개질 기통 (2) 에 있어서 피스톤 (22) 이 압축 상사점에 도달한 시점에서의 연료 개질실 (23) 내의 가스 온도 (이하, 압축단 가스 온도라고 한다 ; 세로축) 와, 개질 반응 가능역의 관계를 나타내는 도면이다. 이 도 3 에 나타내는 바와 같이, 연료 개질실 (23) 에 있어서 개질 반응을 가능하게 하기 위해서는, 연료 개질실 (23) 에 있어서의 혼합기의 당량비로서 소정치 이상 (예를 들어 2 이상) 의 당량비가 필요하고, 또한 그 당량비가 높을수록, 개질 반응을 실시하기 위해서 필요한 압축단 가스 온도는 높아지고 있다. 요컨대, 연료 개질실 (23) 에 있어서 개질 반응을 실시하기 위해서는, 연료 개질실 (23) 에 있어서의 혼합기의 당량비가 높을수록, 압축단 가스 온도를 높게 할 필요가 있다.
-연료 개질 운전의 제어-
다음으로, 본 실시형태의 특징인 연료 개질 운전의 제어에 대해 설명한다. 전술한 바와 같이, 연료 개질실 (23) 에 있어서 개질 반응을 실시하기 위해서는, 연료 개질실 (23) 에 있어서의 혼합기의 당량비가 높을수록, 압축단 가스 온도를 높게 할 필요가 있다. 요컨대, 혼합기의 당량비에 따라, 개질 반응을 가능하게하기 위한 압축단 가스 온도 (이하, 개질 반응 가능 온도라고 하는 경우도 있다) 에는 하한치가 존재하고 있다. 이 때문에, 혼합기의 당량비에 따른 개질 반응 가능 온도의 하한치보다 압축단 가스 온도가 낮은 경우에는, 인젝터 (25) 로부터 연료 개질실 (23) 에 연료를 공급했다고 해도, 연료 개질실 (23) 에서의 연료의 개질 반응이 불가능해지거나, 개질 반응이 충분히 실시되지 않게 되거나 한다. 예를 들어, 내연 기관 (1) 의 냉간 시동 직후나, 외기 온도가 낮은 환경 하나, 고지 등인 경우에는, 이와 같은 상황을 초래하기 쉬워진다.
그리고, 개질 반응이 불가능해지면, 안티노크성이 낮은 연료 (상기 경유 등)가 출력 기통 (3) 에 공급되게 되어, 이 출력 기통 (3) 에서의 노킹의 발생이 우려되는 상황이 되어 버린다.
본 실시형태는, 이 점을 감안하여, 혼합기의 당량비에 따른 상기 개질 반응 가능 온도의 하한치에 기초하여 개질 운전 허가 하한 가스 온도를 설정해 둔다. 그리고, 연료 개질 기통 (2) 에 있어서 피스톤 (22) 이 압축 상사점에 도달하는 시점 (본 발명에서 말하는, 주기적으로 변화되는 연료 개질 기통 내의 가스 온도가 최고 온도에 도달하는 시점) 에 있어서의 연료 개질실 (23) 의 가스 온도 (압축단 가스 온도) 가, 이 개질 운전 허가 하한 가스 온도에 도달하지 않는 것으로 추정된 경우에는, 연료 개질 기통 (2) 에서의 연료 개질 운전을 비실행으로 하도록 되어 있다. 이하, 구체적으로 설명한다.
본 실시형태에 있어서의 연료 개질 운전의 제어에서는, 추정되는 실제의 압축단 가스 온도와, 상기 개질 운전 허가 하한 가스 온도를 비교한다.
그리고, 실제의 압축단 가스 온도가 개질 운전 허가 하한 가스 온도 이상인 것으로 추정된 경우에는, 그 사이클에 있어서, 연료 개질 기통 (2) 에서의 연료 개질 운전을 허가 (실행) 한다. 요컨대, 인젝터 (25) 로부터 연료 개질실 (23) 로의 연료의 공급 (상기 개질 반응을 실시하기 위해 연료 개질실 (23) 내의 당량비를 높게 설정하는 연료의 공급) 을 실행한다.
한편, 실제의 압축단 가스 온도가 개질 운전 허가 하한 가스 온도 미만인 것으로 추정된 경우에는, 그 사이클에 있어서, 연료 개질 기통 (2) 에서의 연료 개질 운전을 금지 (비실행) 한다. 이와 같이 연료 개질 기통 (2) 에서의 연료 개질 운전을 금지하는 경우, 이 연료 개질 기통 (2) 을 출력 기통 (3) 과 마찬가지로 기관 출력을 얻기 위한 기통으로서 기능시킨다. 또는, 이 연료 개질 기통 (2) 의 연료 개질실 (23) 로의 연료 공급의 정지 (인젝터 (25) 로부터의 연료 공급의 정지) 를 실시한다.
이하, 실제의 압축단 가스 온도의 산출 동작 (추정 동작), 개질 운전 허가 하한 가스 온도 (개질 반응 가능 온도의 하한치에 기초하여 설정되는 개질 운전 허가 하한 가스 온도) 의 설정 동작, 및, 이들 실제의 압축단 가스 온도 및 개질 운전 허가 하한 가스 온도를 이용한 연료 개질 운전의 제어에 대해 순서대로 설명한다.
(압축단 가스 온도의 산출 동작)
먼저, 실제의 압축단 가스 온도의 산출 동작 (추정 동작) 에 대해 설명한다.
연료 개질실 (23) 에서의 실제의 압축단 가스 온도는 이하의 식 (1) 에 의해 산출 (추정) 하는 것이 가능하다.
Figure pct00001
이 식 (1) 에 있어서, TTDC 는 압축단 가스 온도이고, Tini 는 압축 전의 가스 온도 즉 흡입 가스 온도이며, ε 은 연료 개질 기통 (2) 의 유효 압축비이고, κ 는 연료 개질실 (23) 내의 흡입 가스의 폴리트로프 수이다.
이하, 식 (1) 에 있어서의 각 파라미터의 산출에 대해 설명한다.
(흡입 가스 온도 (Tini))
흡입 가스 온도 (Tini) 는 상기 흡입 가스 온도 센서 (103) 로부터의 출력 신호에 기초하여 산출된다. 여기서 산출되는 흡입 가스 온도 (Tini) 는, 연료 개질 기통 흡기 통로 (42) 에 대한 연료 개질 기통 EGR 통로 (71) 의 연통 부분보다 하류측의 흡입 가스 온도이다.
또, 흡입 가스 온도 (Tini) 로는, 연료 개질 기통 흡기 통로 (42) 를 흐르는 흡입 가스의 온도 대신에, 연료 개질 기통 (2) 의 흡기 포트를 흐르는 흡입 가스의 온도를 채용하도록 해도 된다. 또는, 피스톤 (22) 이 흡입 하사점에 도달한 시점에서의 연료 개질실 (23) 의 가스 온도나, 흡기 밸브 (26) 가 밸브 폐쇄한 시점에서의 연료 개질실 (23) 의 가스 온도를 검출 또는 추정하고, 이것을 흡입 가스 온도 (Tini) 로서 채용하도록 해도 된다.
(연료 개질 기통의 유효 압축비 (ε))
연료 개질 기통 (2) 의 유효 압축비 (ε) 는, 연료 개질 기통 (2) 에 있어서의 흡기 밸브 (26) 가 밸브 폐쇄된 시점에서의 연료 개질실 (23) 의 용적과, 피스톤 (22) 이 압축 상사점에 도달한 시점에서의 연료 개질실 (23) 의 용적의 비로서 산출된다. 또한, 이 연료 개질 기통 (2) 의 유효 압축비 (ε) 는, 피스톤 (22) 이 하사점에 있는 시점에서의 연료 개질실 (23) 의 용적과 피스톤 (22) 이 상사점에 있는 시점에서의 연료 개질실 (23) 의 용적의 비 (외관의 압축비) 에 의해 간이적으로 구하도록 해도 된다.
(폴리트로프 수 (κ))
폴리트로프 수 (κ) 는, 연료 개질실 (23) 내에서의 가스의 압축 행정에 있어서의 정압 비열과 정적 비열의 비로 정의된다. 흡입 가스의 전체량이 공기이고, 실린더 벽면으로의 열 유출이 없는 경우에는 κ = 1.4 정도가 된다. 그러나, 연료 개질실 (23) 에 있어서의 흡입 가스의 실제의 폴리트로프 수는, 전체량이 공기인 경우나 열 유출이 없는 경우와는 상이하므로, 이하와 같은 수정이 실시된다.
이하에 서술하는 냉각수 온도에 따른 폴리트로프 수의 수정, 가스 조성에 따른 폴리트로프 수의 수정 및 당량비에 따른 폴리트로프 수의 수정은, 어느 하나를 실시하여 상기 식 (1) 의 폴리트로프 수 (κ) 에 적용하도록 해도 되고, 2 개 이상을 조합하여 수정을 실시하여 상기 식 (1) 의 폴리트로프 수 (κ) 에 적용하도록 해도 된다.
·냉각수 온도에 따른 폴리트로프 수의 수정
상기 폴리트로프 수 (κ) 는 열 손실량에 따라 변화된다. 전술한 바와 같이 실린더 블록에는 냉각수 통로 (13) 가 형성되어 있고, 이 냉각수 통로 (13) 를 흐르는 냉각수를 향한 열 유출이 존재하고 있다. 이 때문에, 상기 수온 센서 (106) 로부터의 출력에 기초하여 냉각수의 온도를 산출함으로써, 열 손실량을 예측하는 것이 가능하다. 또는, 냉각수 온도와 열 손실량의 관계를 미리 파악해 둠으로써, 이 냉각수 온도로부터 열 손실량을 추정하는 것이 가능하다.
도 4 는, 이 냉각수 온도에 따른 수정 폴리트로프 수의 연산 로직을 나타내는 블록도이다. 이 도 4 에 나타내는 바와 같이, 수온 센서 (106) 로부터의 출력에 기초하여 산출된 냉각수의 온도로부터, 폴리트로프 수의 저하량 (Δκ) 을 구하고, 이것을 공기의 폴리트로프 수로부터 감산함으로써, 냉각수 온도에 따른 (열 손실량에 따른) 수정 폴리트로프 수를 구할 수 있다. 냉각수 온도와 폴리트로프 수의 저하량 (Δκ) 의 관계는 미리 실험이나 시뮬레이션에 의해 구해지고 있다.
·가스 조성에 따른 폴리트로프 수의 수정
연료 개질실 (23) 내의 가스 조성에 따라서도 폴리트로프 수 (κ) 는 변화된다. 요컨대, 흡입 가스의 전체량이 공기인 경우, 흡입 가스의 대부분은 2 원자 분자이기 때문에, 폴리트로프 수 (κ) 는 「1.4」정도가 된다. 이것에 대해, 흡입 가스 중에 기연 (旣燃) 가스 (CO2 나 H2O) 나 연료가 함유되어 있으면, 상기 2 원자 분자의 비율이 저하됨으로써, 폴리트로프 수 (κ) 도 저하되게 된다.
이 때문에, 상기 흡입 가스 O2 센서 (104) 로부터의 출력 신호에 기초하여, 흡입 가스 중의 산소의 몰 분율을 기초로, 흡입 가스 중의 이산화탄소의 몰 분율을 계산하고, 각 가스 성분의 몰 분율에 기초하여 폴리트로프 수를 추정한다.
예를 들어, 먼저, 이하의 식 (2) 에 의해 흡입 가스의 정압 몰 비열을 구한다.
Figure pct00002
이 식 (2) 에 있어서, Cp_intake 는 흡입 가스의 정압 몰 비열이고, Ψi 는 각 가스 성분 각각의 몰 분율이며, Cp_i 는 각 가스 성분 각각의 정압 몰 비열이다.
이로써, 이하의 식 (3) 에 의해, 흡입 가스의 폴리트로프 수 (κ) 를 산출할 수 있다.
Figure pct00003
이와 같이 하여 가스 조성에 따른 수정 폴리트로프 수를 구할 수 있다.
·당량비에 따른 폴리트로프 수의 수정
또, 연료 개질실 (23) 내의 당량비를 추정하고, 이 당량비로부터 폴리트로프 수 (κ) 를 보정 연산하는 것도 가능하다.
도 5 는, 이 당량비에 따른 수정 폴리트로프 수의 연산 로직을 나타내는 블록도이다. 이 도 5 에 나타내는 바와 같이, 당량비로부터, 폴리트로프 수의 저하량 (Δκ) 을 구하고, 이것을 공기의 폴리트로프 수로부터 감산함으로써, 당량비에 따른 수정 폴리트로프 수를 구할 수 있다. 당량비와 폴리트로프 수의 저하량 (Δκ) 의 관계는 미리 실험이나 시뮬레이션에 의해 구해지고 있다.
이 경우에 있어서의 당량비의 산출 수법으로는, 상기 흡기 유량 센서 (101)로부터의 출력 신호에 기초하여 흡기의 유량을 산출한다. 또, 흡입 가스 압력 센서 (102) 로부터의 출력 신호에 기초하여 산출된 흡입 가스의 압력과, 배기 압력 센서 (105) 로부터의 출력 신호에 기초하여 산출된 배기의 압력의 차로부터 EGR 가스량 (연료 개질 기통 (2) 에 도입되는 EGR 가스량) 을 산출한다. 그리고, 상기 흡기의 유량, 상기 EGR 가스량, 연료 개질실 (23) 로의 연료 공급량 (인젝터 (25) 에 대한 분사 지령치로부터 구해지는 연료 공급량) 으로부터 당량비를 산출한다. 또, EGR 가스량을 고려하지 않는 경우에는, 흡기 유량 센서 (101) 로부터의 출력 신호에 기초하여 산출된 흡기의 유량과, 연료 개질실 (23) 로의 연료 공급량의 비로부터 당량비를 산출하도록 해도 된다.
(개질 운전 허가 하한 가스 온도의 설정 동작)
다음으로, 상기 개질 운전 허가 하한 가스 온도 (본 실시형태에서는 개질 반응 가능 온도의 하한치에 거의 일치) 의 설정 동작에 대해 설명한다. 전술한 바와 같이, 개질 운전 허가 하한 가스 온도는, 혼합기의 당량비 등에 따라 설정된다. 요컨대, 도 3 으로부터도 분명한 바와 같이 혼합기의 당량비가 높을수록 개질 반응 가능 온도의 하한치는 높아지므로, 개질 운전 허가 하한 가스 온도로서도, 연료 개질실 (23) 내의 혼합기의 당량비가 높을수록 높은 값으로 하여 설정된다. 또, 개질 반응 가능 온도의 하한치는, 혼합기의 당량비뿐만 아니라, 연료의 종류에 따라서도 변동한다. 예를 들어, 연료 중의 탄소와 수소의 비가 상이하면 연료의 반응성은 크게 변화된다. 또, 연료 분자 중에 산소 원자를 함유하는 산소 함유 연료 등의 경우도, 그 양에 따라 연료의 반응성은 크게 변화된다. 이 때문에, 개질 운전 허가 하한 가스 온도도, 연료의 종류에 따라 설정된다.
도 6 은, 개질 운전 허가 하한 가스 온도의 연산 로직을 나타내는 블록도이다. 이 도 6 에 나타내는 바와 같이, 혼합기의 당량비로부터, 개질 운전 허가 하한 가스 온도의 베이스치 (Tmin) 를 구하고, 이것에 연료의 종류에 기초하는 보정 팩터를 곱함으로써, 상기 개질 운전 허가 하한 가스 온도의 베이스치 (Tmin) 를 보정하고, 이로써, 혼합기의 당량비 및 연료의 종류에 따른 개질 운전 허가 하한 가스 온도 (Tmin_cor) 를 구한다.
혼합기의 당량비와 개질 운전 허가 하한 가스 온도의 베이스치 (Tmin) 의 관계는 미리 실험이나 시뮬레이션에 의해 구해지고 있다. 구체적으로, 이 혼합기의 당량비와 개질 운전 허가 하한 가스 온도의 베이스치 (Tmin) 의 관계로는, 도 3 으로부터도 알 수 있는 바와 같이 혼합기의 당량비가 높을수록 상기 베이스치 (Tmin) 는 높은 값으로서 구해진다. 그 결과, 상기 개질 운전 허가 하한 가스 온도 (Tmin_cor) 는, 연료 개질실 (23) 의 당량비가 높을수록 높은 값으로서 구해지게 된다.
또, 전술한 바와 같이, 개질 반응 가능 온도의 하한치는 연료의 종류에 따라서도 변동하므로, 이 연료의 종류에 따른 개질 운전 허가 하한 가스 온도의 베이스치 (Tmin) 의 보정을 실시하기 위해서, 이 개질 운전 허가 하한 가스 온도의 베이스치 (Tmin) 에, 연료의 종류에 기초하는 보정 팩터를 곱하여, 사용하는 연료의 종류에 따른 개질 운전 허가 하한 가스 온도 (Tmin_cor) 를 구하도록 하고 있다. 이 연료의 종류에 기초하는 보정 팩터의 값으로는, 미리 실험이나 시뮬레이션에 의해, 연료의 종류와 보정 팩터의 값의 관계를 파악해 둔다. 그리고, 사용하는 연료의 종류에 따른 보정 팩터의 값을, 도 6 의 연산 로직에 적용한다. 또한, 상기 연료의 종류에 기초하는 보정 팩터의 값으로는, 도시되지 않은 연료 탱크에 급유되는 연료의 종류에 따라 미리 ECU (100) 에 입력되어 있다.
(연료 개질 운전의 제어)
다음으로, 상기 압축단 가스 온도 (TTDC) 및 개질 운전 허가 하한 가스 온도 (Tmin_cor) 를 이용한 연료 개질 운전의 제어에 대해 설명한다.
도 7 은, 연료 개질 운전의 실행과 비실행을 전환하기 위한 제어 순서를 나타내는 플로 차트도이다.
먼저, 스텝 ST1 에 있어서, 내연 기관 (1) 의 운전 모드가 시동 모드 중인지의 여부를 판정한다. 이 시동 모드는, 내연 기관 (1) 의 시동 직후에 실시되는 모드이다. 요컨대, 기동 스위치가 ON 조작되거나 하여 내연 기관 (1) 이 기동된 경우에는 시동 모드가 되어, 소정 시간만큼, 이 시동 모드가 계속된다.
내연 기관 (1) 의 운전 모드가 시동 모드 중인 경우에는 스텝 ST1 에서 YES 판정되고, 스텝 ST2 로 이동하여 시동 모드에서의 운전이 계속된다.
구체적으로, 이 시동 모드에서는, 도시되지 않은 스타터에 의해 크랭크 샤프트 (11) 가 회전 (크랭킹) 되고, 연료 개질 기통 (2) 및 출력 기통 (3) 각각의 인젝터 (25, 35) 로부터 소정량의 연료 분사가 실시된다. 이 때의 연료 분사는, 연료 개질실 (23) 및 연소실 (33) 각각에 있어서의 당량비가 1 미만의 값이 되도록 설정된다. 이로써, 연료 개질실 (23) 및 연소실 (33) 에서는, 각각 연소가 실시된다. 상기 스타터에 의한 크랭킹은, 각 기통 (2, 3) 각각이 자립 운전 가능해질 때까지 계속된다. 각 기통 (2, 3) 각각에서 자립 운전이 실시되는 상황이 되면 시동 모드는 종료된다. 이것은, 시동 모드 중에는, 내연 기관 (1) 의 회전 속도가 낮은 것에 기인하여 연료 개질 기통 (2) 에서의 연료의 개질 반응을 기대할 수 없는 상황이 되어 있으므로, 연료 개질 운전을 비실행으로 하기 위함이다.
내연 기관 (1) 의 운전 모드가 시동 모드가 아니어서, 스텝 ST1 에서 NO 판정된 경우에는, 스텝 ST3 으로 이동하여, 내연 기관 (1) 의 운전 모드가 정지 모드 중인지의 여부를 판정한다. 이 정지 모드는, 내연 기관 (1) 이 정지될 때에 실시되는 모드이다. 요컨대, 정지 스위치가 ON 조작되거나 하여 내연 기관 (1) 에 정지 지시가 이루어진 경우에는 정지 모드가 되어, 스텝 ST3 에서 YES 판정되고, 스텝 ST4 로 이동하여 정지 모드에서의 운전이 실시된다.
구체적으로, 이 정지 모드에서는, 연료 개질 기통 (2) 의 인젝터 (25) 로부터의 연료 분사가 정지된다. 이로써, 연료 개질실 (23) 에서의 연료의 개질 반응도 정지하여, 연소실 (33) 로의 개질 연료의 공급이 정지됨으로써 내연 기관 (1) 이 정지되게 된다. 이것은, 정지 모드 중에는, 연료 개질 기통 (2) 으로의 연료 공급은 정지해야 할 상황에 있기 때문에, 연료 개질 기통 (2) 에서의 연료 개질 운전을 비실행으로 하기 위함이다.
이와 같이, 운전 모드가 시동 모드인 경우나 정지 모드인 경우에는, 압축단 가스 온도 (TTDC) 에 상관없이, 연료 개질 기통 (2) 에서의 연료 개질 운전을 비실행으로 하도록 되어 있다.
내연 기관 (1) 이 정지 모드가 아니어서, 스텝 ST3 에서 NO 판정된 경우에는, 스텝 ST5 로 이동하여, 상기 식 (1) 에 의해 압축단 가스 온도 (TTDC) 의 산출 (추정) 을 실시한다. 요컨대, 전술한 흡입 가스 온도 (Tini) 의 산출, 연료 개질 기통 (2) 의 유효 압축비 (ε) 의 산출, 폴리트로프 수 (κ) 의 산출이 실시되고, 이것들을 상기 식 (1) 에 적용시킴으로써 압축단 가스 온도 (TTDC) 의 산출을 실시한다. 또한, 흡기 밸브 (26) 의 밸브 폐쇄 타이밍이 고정되어 있는 경우에는, 유효 압축비 (ε) 의 산출을 실시할 필요는 없어, 이 유효 압축비 (ε) 는 고정치가 된다.
이와 같이 하여 압축단 가스 온도 (TTDC) 의 산출을 실시한 후, 스텝 ST6 으로 이동하고, 이 압축단 가스 온도 (TTDC) 와 상기 개질 운전 허가 하한 가스 온도 (Tmin_cor) 의 비교에 의해, 개질 반응이 가능한지의 여부의 판정을 실시한다. 구체적으로는, 압축단 가스 온도 (TTDC) 가 개질 운전 허가 하한 가스 온도 (Tmin_cor) 이상의 값이 되어 있는지의 여부의 판정을 실시한다.
여기서는, 압축단 가스 온도 (TTDC) 가 개질 운전 허가 하한 가스 온도 (Tmin_cor) 이상의 값이 되어 있는 경우에는 개질 반응이 가능한 것으로 판정하여, 스텝 ST6 에서 YES 판정된다. 한편, 압축단 가스 온도 (TTDC) 가 개질 운전 허가 하한 가스 온도 (Tmin_cor) 미만의 값인 경우에는 개질 반응이 불가능한 것으로 판정하여, 스텝 ST6 에서 NO 판정된다.
개질 반응이 가능하여, 스텝 ST6 에서 YES 판정된 경우에는, 스텝 ST7 에 있어서 연료 개질 운전을 실행한다. 요컨대, 내연 기관 (1) 의 운전 모드로는 연료 개질 운전 모드가 된다. 이 연료 개질 운전 모드에서는, 상기 내연 기관 (1) 의 기본 동작에서 설명한 바와 같이, 인젝터 (25) 로부터 연료 개질실 (23) 로의 연료의 공급 (상기 개질 반응을 실시하기 위해 연료 개질실 (23) 내의 당량비를 높게 설정하는 연료의 공급) 이 실행된다.
한편, 개질 반응이 불가능하여, 스텝 ST6 에서 NO 판정된 경우에는, 스텝 ST8 에 있어서 연료 개질 운전을 비실행으로 한다. 요컨대, 내연 기관 (1) 의 운전 모드로는 연료 개질 운전 비실행 모드가 된다. 이 연료 개질 운전 비실행 모드에서는, 상기 시동 모드의 경우와 마찬가지로, 연료 개질 기통 (2) 및 출력 기통 (3) 각각의 인젝터 (25, 35) 로부터 소정량의 연료 분사가 실시된다. 이 때의 연료 분사는, 연료 개질실 (23) 및 연소실 (33) 각각에 있어서의 당량비가 1 미만의 값이 되도록 설정된다. 요컨대, 연료 개질실 (23) 및 연소실 (33) 각각에 있어서 연료의 연소를 가능하게 하는 범위로서, 당량비를 1 미만으로 하는 연료량을 인젝터 (25, 35) 로부터 공급한다.
이로써, 연료 개질 기통 (2) 의 연료 개질실 (23) 및 출력 기통 (3) 의 연소실 (33) 에서는, 각각 연소가 실시된다. 이로써, 연료 개질 기통 (2) 및 출력 기통 (3) 각각으로부터 기관 출력이 얻어지게 된다. 각 기통 (2, 3) 에 있어서의 인젝터 (25, 35) 로부터의 연료 분사량은, 각 기통 (2, 3) 으로부터의 기관 출력의 합산이, 기관 요구 출력이 되도록 설정된다.
이와 같이, 연료 개질 기통 (2) 은, 출력 기통 (3) 과 마찬가지로 기관 출력을 얻기 위한 기통으로서 기능하는 것이 가능하고, 또, 전술한 바와 같이 연료 개질 장치로서 기능하는 것이 가능하게 되어 있다.
이와 같이, 연료 개질 운전 비실행 모드에서는, 연료 개질실 (23) 에서의 혼합기의 연소가 실시되기 때문에, 연료 개질 기통 (2) 의 난기가 촉진되고, 비교적 단시간 내에, 압축단 가스 온도 (TTDC) 가 개질 운전 허가 하한 가스 온도 (Tmin_cor) 에 도달하는 상황이 되어, 조기에 연료 개질 운전 비실행 모드로부터 연료 개질 운전 모드로 이행시키는 것이 가능해진다.
또, 이 스텝 ST8 에 있어서 연료 개질 운전을 비실행으로 할 때 (운전 모드로서 연료 개질 운전 비실행 모드로 할 때) 에는, 연료 개질실 (23) 로의 연료의 공급을 정지하도록 해도 된다. 요컨대, 압축단 가스 온도 (TTDC) 가 개질 운전 허가 하한 가스 온도 (Tmin_cor) 에 도달할 때까지, 연료 개질실 (23) 로의 연료의 공급을 정지한다. 이 경우, 출력 기통 (3) 의 인젝터 (35) 로부터는 기관 요구 출력에 따른 양의 연료 분사가 실시된다. 이로써, 출력 기통 (3) 으로부터 기관 출력이 얻어지게 된다.
이와 같은 동작이 반복됨으로써, 예를 들어 시동 모드가 해제되었다고 해도, 압축단 가스 온도 (TTDC) 가 개질 운전 허가 하한 가스 온도 (Tmin_cor) 에 도달하고 있지 않은 경우에는 연료 개질 운전을 비실행으로 한다 (연료 개질 운전 비실행 모드로 한다). 또, 압축단 가스 온도 (TTDC) 가 개질 운전 허가 하한 가스 온도 (Tmin_cor) 에 도달함으로써 연료 개질 운전이 실행되었을 경우 (연료 개질 운전 모드가 된 경우) 라도, 압축단 가스 온도 (TTDC) 가 개질 운전 허가 하한 가스 온도 (Tmin_cor) 미만으로 저하된 경우에는 연료 개질 운전을 비실행으로 하게 (연료 개질 운전 비실행 모드로 하게) 된다.
상기 스텝 ST6 ∼ 스텝 ST8 의 동작이, 본 발명에서 말하는 「개질 운전 제어부에 의한 동작으로서, 주기적으로 변화되는 연료 개질 기통 내의 가스 온도가 최고 온도에 도달하는 시점 (연료 개질 기통에 있어서 피스톤이 압축 상사점에 도달하는 시점) 에 있어서의 당해 가스 온도가, 개질 반응 가능 온도의 하한치에 기초하여 설정된 개질 운전 허가 하한 가스 온도에 도달하지 않는 것으로 추정된 경우, 연료 개질 기통에서의 연료 개질 운전을 비실행으로 하는 동작」에 상당한다.
이와 같은 연료 개질 운전의 제어는, 상기 ECU (100) 에 의해 실행된다. 이 때문에, 이 ECU (100) 에 있어서의, 이 제어를 실행하는 기능 부분이 본 발명에서 말하는 제어 장치에 상당한다. 또, 이 ECU (100) 에 의해 실행되는 제어의 방법이 본 발명에서 말하는 제어 방법에 상당한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 연료 개질 기통 (2) 에 있어서 피스톤 (22) 이 압축 상사점에 도달하는 시점에 있어서의 연료 개질실 (23) 의 가스 온도 (압축단 가스 온도) 가, 혼합기의 당량비 등에 따라 설정되는 개질 운전 허가 하한 가스 온도에 도달하지 않는 것으로 추정된 경우에는, 연료 개질 기통 (2) 에서의 연료 개질 운전을 비실행으로 하도록 되어 있다. 이로써, 상기 가스 온도 (압축단 가스 온도) 가 낮은 것에 기인하여 개질되어 있지 않은 연료가 연료 개질 기통 (2) 으로부터 출력 기통 (3) 에 공급되어 버린다는 상황을 회피할 수 있다. 이 때문에, 안티노크성이 낮은 연료가 출력 기통에 공급되는 경우는 없어져, 출력 기통 (3) 에서의 노킹의 발생을 회피할 수 있다.
또, 본 실시형태에서는, 압축단 가스 온도 (TTDC) 가 개질 운전 허가 하한 가스 온도 (Tmin_cor) 에 도달하지 않는 것으로 추정된 경우에, 연료 개질 기통 (2) 에서의 연료 개질 운전을 비실행으로 하도록 되어 있다. 이 때문에, 그 사이클에 있어서 연료의 개질 반응이 가능한지의 여부를 정확하게 판단할 수 있다. 그 결과, 연료 개질 기통 (2) 에서의 연료 개질 운전을 실행해야 하는지의 여부를 정확하게 판단하는 것이 가능해진다.
-다른 실시형태-
또한, 상기 실시형태는, 모든 점에서 예시로서, 한정적인 해석의 근거가 되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는, 상기한 실시형태에 의해서만 해석되는 것이 아니고, 특허 청구의 범위의 기재에 기초하여 획정된다. 또, 본 발명의 기술적 범위에는, 특허 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함된다.
예를 들어, 상기 실시형태에서는, 선박용의 내연 기관 (1) 에 본 발명을 적용한 경우에 대해 설명했지만, 그 밖의 용도 (예를 들어 발전기, 차량 등) 의 내연 기관에 대해서도 본 발명은 적용이 가능하다.
또, 상기 실시형태에서는, 각 기통 (2, 3) 에 구비되는 인젝터 (25, 35) 로는 기통 내에 직접적으로 연료를 분사하는 직분식의 것이었다. 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 각 인젝터 (25, 35) 의 양방 또는 일방을 포트 분사식의 것으로 해도 된다.
또, 상기 실시형태에서는, 연료 개질실 (23) 에 공급하는 연료를 경유로 하고 있었다. 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 중유나 가솔린 등을 연료로 하는 것도 가능하다.
또, 상기 실시형태에서는, 연료 개질 기통 (2) 과 출력 기통 (3) 이 동일 회전 속도로 운전하는 것이었다. 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 각 기통 (2, 3) 의 사이 (각 기통 (2, 3) 간의 크랭크 샤프트 (11)) 에 감속기를 개재시켜, 연료 개질 기통 (2) 의 회전 속도가 출력 기통 (3) 의 회전 속도보다 저속도가 되는 구성으로 해도 된다.
또, 상기 실시형태에서는, 출력 기통 (3) 에서 얻어지는 기관 출력의 일부를 연료 개질 기통 (2) 에 있어서의 피스톤 (22) 의 왕복동의 구동원으로서 사용하고 있었다. 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 연료 개질 기통 (2) 의 구동원을 개별적으로 형성하도록 해도 된다. 예를 들어, 연료 개질 기통 (2) 과 출력 기통 (3) 을 분리하고 (크랭크 샤프트 (11) 로 연결하지 않고), 연료 개질 기통 (2) 의 피스톤 (22) 을 전동 모터 등에 의해 왕복동시키도록 해도 된다.
또, 상기 실시형태에서는, 압축단 가스 온도 (TTDC) 와 개질 운전 허가 하한 가스 온도 (Tmin_cor) 의 비교에 의해, 개질 반응이 가능한지의 여부의 판정을 실시하도록 하고 있었다. 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 예를 들어, 흡입 가스 온도 센서 (103) 로부터의 출력 신호에 기초하여 산출되는 흡입 가스 온도 (Tini) 에 의해서만 개질 반응이 가능한지의 여부를 판정하는 것이 가능하면, 이 흡입 가스 온도 (Tini) 에만 기초하여, 연료 개질 기통 (2) 에서의 연료 개질 운전을 비실행으로 하도록 (흡입 가스 온도 (Tini) 가 소정치 미만인 경우에 연료 개질 운전을 비실행으로 하도록) 해도 된다.
또, 상기 실시형태에서는, 개질 운전 허가 하한 가스 온도 (Tmin_cor) 를, 개질 반응 가능 온도의 하한치에 거의 일치시키고 있었다. 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 개질 운전 허가 하한 가스 온도 (Tmin_cor) 를, 개질 반응 가능 온도의 하한치보다 소정치만큼 높은 온도로 설정하도록 해도 된다. 이것에 의하면, 압축단 가스 온도 (TTDC) 가 충분히 높아진 상태에서 연료 개질 운전 비실행 모드로부터 연료 개질 운전 모드에 이행시킬 수 있어, 연료 개질 기통 (2) 에서의 연료의 개질 반응의 신뢰성을 더욱 높일 수 있다.
이 출원은, 2016년 7월 14일에 일본에서 출원된 일본 특허출원 2016-139570에 기초하는 우선권을 청구한다. 이것에 언급함으로써, 그 모든 내용은 본 출원에 도입되는 것이다.
산업상 이용가능성
본 발명은, 연료 개질 기통과 출력 기통을 구비한 내연 기관의 제어에 적용 가능하다.
1 : 내연 기관
2 : 연료 개질 기통
21 : 실린더 보어
22 : 피스톤
3 : 출력 기통
100 : ECU

Claims (8)

  1. 연료 개질 장치로서 기능하는 것이 가능한 연료 개질 기통과, 이 연료 개질 기통에서 생성된 개질 연료가 공급되어 당해 개질 연료의 연소에 의해 기관 출력을 얻는 출력 기통을 구비한 내연 기관에 적용되는 제어 장치에 있어서,
    주기적으로 변화되는 상기 연료 개질 기통 내의 가스 온도가 최고 온도에 도달하는 시점에 있어서의 당해 가스 온도가, 개질 반응 가능 온도의 하한치에 기초하여 설정된 개질 운전 허가 하한 가스 온도에 도달하지 않는 것으로 추정된 경우, 상기 연료 개질 기통에서의 연료 개질 운전을 비실행으로 하는 개질 운전 제어부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 개질 기통은, 실린더 내에서 피스톤이 왕복동하는 레시프로케이팅형으로 구성되어 있고,
    상기 개질 운전 제어부는, 상기 연료 개질 기통에 있어서 상기 피스톤이 압축 상사점에 도달하는 시점에 있어서의 상기 연료 개질 기통 내의 가스 온도가, 상기 개질 운전 허가 하한 가스 온도에 도달하지 않는 것으로 추정된 경우, 상기 연료 개질 기통에서의 연료 개질 운전을 비실행으로 하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 개질 운전 허가 하한 가스 온도는, 상기 연료 개질 기통 내의 당량비가 높을수록 높게 설정되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 개질 운전 허가 하한 가스 온도는, 상기 연료 개질 기통 내에 공급되는 연료의 종류에 따라 보정된 것인 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료 개질 기통 내의 가스 온도가 최고 온도에 도달한 시점에 있어서의 당해 가스 온도에 상관없이, 내연 기관의 시동 초기시에 실행되는 시동 모드 운전 및 내연 기관의 정지시에 실행되는 정지 모드 운전에서는, 상기 연료 개질 기통에서의 연료 개질 운전을 비실행으로 하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료 개질 기통에서의 연료 개질 운전을 비실행으로 하는 경우에는, 상기 연료 개질 기통 내에서의 연료의 연소를 가능하게 하는 범위로서 상기 연료 개질 기통 내의 당량비를 1 미만으로 하는 연료량을, 상기 연료 개질 기통 내에 공급하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료 개질 기통에서의 연료 개질 운전을 비실행으로 하는 경우에는, 상기 연료 개질 기통 내로의 연료의 공급을 정지함과 함께, 상기 출력 기통 내에서의 연료의 연소를 가능하게 하는 연료량을, 상기 출력 기통 내에 공급하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
  8. 연료 개질 장치로서 기능하는 것이 가능한 연료 개질 기통과, 이 연료 개질 기통에서 생성된 개질 연료가 공급되어 당해 개질 연료의 연소에 의해 기관 출력을 얻는 출력 기통을 구비한 내연 기관에 적용되는 제어 방법으로서,
    주기적으로 변화되는 상기 연료 개질 기통 내의 가스 온도가 최고 온도에 도달하는 시점에 있어서의 당해 가스 온도가, 개질 반응 가능 온도의 하한치에 기초하여 설정된 개질 운전 허가 하한 가스 온도에 도달하지 않는 것으로 추정된 경우, 상기 연료 개질 기통에서의 연료 개질 운전을 비실행으로 하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 방법.
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