JP2004190586A - 圧縮着火型内燃機関 - Google Patents
圧縮着火型内燃機関 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004190586A JP2004190586A JP2002360201A JP2002360201A JP2004190586A JP 2004190586 A JP2004190586 A JP 2004190586A JP 2002360201 A JP2002360201 A JP 2002360201A JP 2002360201 A JP2002360201 A JP 2002360201A JP 2004190586 A JP2004190586 A JP 2004190586A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- compression ignition
- internal combustion
- combustion engine
- type internal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels
Landscapes
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
【課題】着火制御性を向上して、高効率で運転可能な圧縮着火型内燃機関を提供することにある。
【解決手段】改質器３０によって着火性の良い燃料に改質された改質後燃料は、タンク４０に貯蔵され、さらに、燃料噴射手段５０から燃焼室１０の内部に直接噴射される。改質前の着火性の悪い燃料は、燃料噴射手段２４から吸気管１２に噴射される。燃焼室１０に噴射された燃料によって、圧縮着火される。燃焼室１０の内部への燃料噴射タイミングを制御することにより、着火時期を制御できる。
【選択図】 図１
【解決手段】改質器３０によって着火性の良い燃料に改質された改質後燃料は、タンク４０に貯蔵され、さらに、燃料噴射手段５０から燃焼室１０の内部に直接噴射される。改質前の着火性の悪い燃料は、燃料噴射手段２４から吸気管１２に噴射される。燃焼室１０に噴射された燃料によって、圧縮着火される。燃焼室１０の内部への燃料噴射タイミングを制御することにより、着火時期を制御できる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮自己着火燃焼モードを有する圧縮着火型内燃機関に係り、特に、燃料の着火性を改質する燃料改質器を備えたものに好適な圧縮着火型内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の内燃機関では、例えば、特開２００２−３８９８１号公報に記載されているように、燃料供給装置に燃料改質器を備えることにより、エンジン運転条件に応じて機関に供給する燃料組成を変化させるものが知られている。しかしながら、特開２００２−３８９８１号公報に記載のものでは、燃料改質後の成分の制御は、改質器の温度を制御することにより行うために、その制御応答性が悪く、運転条件の変化に対しての燃料組成制御が追従できないため、圧縮着火燃焼モードの運転条件の変化に対して、着火制御が追従せず、高効率運転が困難となる。
【０００３】
それに対して、例えば、特開２０００−２１３４４４号公報に記載されているように、燃料供給装置に燃料改質器を備えるとともに、燃焼改質器によって改質された改質後燃料と改質前燃料とを内燃機関に供給し、さらに、改質後燃料と改質前燃料の供給割合を制御するものが知られている。かかる方法によれば、改質器の温度制御によって燃焼組成の制御するものに比べて、制御性が向上する。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３８９８１号公報
【特許文献２】
特開２０００−２１３４４４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開２０００−２１３４４４号公報に記載されているものでは、改質後燃料と改質前燃料の供給割合を制御するものであるため、着火制御性が悪いという問題があった。したがって、適切なタイミングの着火を行えず、圧縮着火内燃機関を高効率で運転することが困難となる。
【０００６】
本発明の目的は、着火制御性を向上して、高効率で運転可能な圧縮着火型内燃機関を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、燃料の性状を改質するための燃料改質器と、燃料を吸気管内に噴射する第１の燃料噴射手段と、燃料を燃焼室内に直接噴射する第２の燃料噴射手段を有する圧縮着火型内燃機関において、上記燃料改質器によって改質された改質後燃料と、上記燃料改質器によって改質される前の改質前燃料の内、着火性の良い方の燃料を上記第２の燃料噴射手段により燃焼室内に直接噴射し、着火性の悪い方の燃料を上記第１燃料噴射手段により吸気管内に噴射するように構成したものである。
かかる構成により、着火制御性を向上して、高効率で運転可能なものとなる。
【０００８】
（２）上記（１）において、好ましくは、低負荷時には、上記第２の燃料噴射手段のみから燃料を供給して、圧縮着火する第１の圧縮着火燃焼モードとなるように制御する制御手段を備えるようにしたものである。
【０００９】
（３）上記（１）において、好ましくは、中・高負荷時であって、上記改質器の温度が所定温度範囲内である場合には、上記第１及び第２の燃料噴射手段のみから燃料を供給して、圧縮着火する第２の圧縮着火燃焼モードとなるように制御する制御手段を備えるようにしたものである。
【００１０】
（４）上記（３）において、好ましくは、上記制御手段は、上記改質器の温度が所定温度範囲外である場合には、上記改質器の温度が所定温度範囲内になるように制御するとともに、上記第１の燃料噴射手段のみから燃料を供給して、火花着火する火花点火燃焼モードとなるように制御するようにしたものである。
【００１１】
（５）上記（３）において、好ましくは、上記制御手段は、全気筒で安定燃焼されていない場合には、上記第２の燃料噴射手段による燃料噴射時期を制御するようにしたものである。
【００１２】
（６）上記（４）において、好ましくは、上記制御手段は、全気筒で安定燃焼されていない場合には、さらに、上記第２の燃料噴射手段による燃料噴射と、第１の燃料噴射手段による燃料噴射との燃料噴射割合を制御するようにしたものである。
【００１３】
（７）上記（４）において、好ましくは、上記制御手段は、全気筒で安定燃焼されていない場合には、さらに、吸排気バルブの開閉時期を制御するようにしたものである。
【００１４】
（８）上記（１）において、好ましくは、中・高負荷時であって、上記改質器によって改質された燃料の水素濃度が所定範囲内である場合には、上記第１及び第２の燃料噴射手段のみから燃料を供給して、圧縮着火する第２の圧縮着火燃焼モードとなるように制御する制御手段を備えるようにしたものである。
【００１５】
（９）上記（８）において、好ましくは、上記制御手段は、上記水素濃度が所定範囲外である場合には、上記第１の燃料噴射手段のみから燃料を供給して、火花着火する火花点火燃焼モードとなるように制御するようにしたものである。
【００１６】
（１０）上記（１）において、好ましくは、 上記燃料改質器内の触媒を加熱する熱源として、ヒータ及び排気ガスを用いるようにしたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図３を用いて、本発明の第１の実施形態による圧縮着火型内燃機関の構成及び動作について説明する。本実施形態は、内燃機関に供給する燃料として、天然ガスやメタノールのように水素に比べて着火性の悪い燃料を用いる場合に好適なものである。
最初に、図１及び図２を用いて、本実施形態による圧縮型内燃機関の全体構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による圧縮型内燃機関の全体構成を示すブロック構成図である。図２は、本発明の第１の実施形態による圧縮型内燃機関に用いる燃料改質器の構成を示すブロック構成図である。
【００１８】
燃焼室１０には、吸気管１２と排気管１４が接続されている。燃焼室１０に供給される空気量は、吸気管１２に設置されたスロットル１６にて制御される。スロットル１６の開度は、電子制御コントロールユニット（ＥＣＵ）１００によって制御される。本実施形態による内燃機関は、基本的には圧縮着火燃焼モードで運転されるが、火花点火燃焼モードで運転可能とするために、燃焼室１０には、点火プラグ２０が設けられている。点火プラグ２０の点火タイミングは、ＥＣＵ１００によって制御される。また、燃焼室１０には、燃焼室内部の圧力を検出する筒内圧センサ１１が設けられている。筒内圧センサ１１を用いて、燃焼しない部におけるノッキングの発生や燃焼状態を検出することができる。筒内圧センサ１１によって検出された筒内圧は、ＥＣＵ１００に取り込まれる。
【００１９】
燃料タンク２０には、燃料が貯蔵されている。本実施形態では、内燃機関に供給する燃料として、天然ガスやメタノールのように水素に比べて着火性の悪い燃料を用いている。天然ガスやメタノール等の着火性の悪い燃料は、後述する燃料改質器３０によって、着火性の良い燃料である水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）に改質される。
【００２０】
燃料タンク２０に貯蔵されている燃料は、レギュレータのような調圧手段２２によって所定の燃料圧力に調整された後、燃料噴射手段２４によって微粒化された上で、吸気管１２に供給される。燃料噴射手段２４による燃料噴射量，燃料噴射タイミングは、ＥＣＵ１００によって制御される。
【００２１】
また、燃料タンク２０に貯蔵されている燃料は、流量制御可能な流量制御手段２６を介して、燃料改質器３０に供給される。燃料改質器３０には、吸気管１２から分岐した配管１３により、流量制御可能な流量制御手段２８を介して、空気が供給される。燃料改質器３０に供給される燃料と空気の割合は、ＥＵＣ１００が流量制御手段２６，２８のそれぞれの流量を制御することで調整可能である。燃料と空気の割合を適正に制御することで、煤の発生を防止することができる。また、燃料改質器３０には、排気管１４から分岐した配管１５により、高温な排気ガスが供給され、供給された排気ガスは、配管１７を介して、排気管１４に戻される。燃料改質器３０に供給される排気ガスの流量は、ＥＣＵ１００によって制御される流量制御手段１９によって調整される。燃料改質器３０の内部では、排気ガス等による高温に保持された触媒の作用により、燃料が空気を反応して着火性の良い燃料に改質される。改質された燃料は、タンク４０に貯蔵される。
【００２２】
ここで、図２を用いて、燃焼改質器３０の構成について説明する。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００２３】
燃料改質器３０の内部には、触媒ＣＡＴが充填されている。燃料改質器３０には、図１にて説明したように配管１５から排気ガスが供給され、触媒ＣＡＴを活性化温度まで昇温する。また、燃料改質器３０の内部には、ヒータやバーナなどの熱源３２も備えられ、触媒ＣＡＴを活性化温度まで昇温可能となっている。触媒ＣＡＴの加熱手段としては、排気ガス及びヒータ，バーナのいずれか一方でもよいものである。活性化された触媒ＣＡＴに燃料及び空気が供給されると、触媒ＣＡＴの作用により、燃料と空気が反応して、着火性の良い燃料に改質される。なお、空気に代えて、水蒸気を供給するようにしてもよいものである。寝量として天然ガスを用いるときは、空気の代わりに水蒸気を用いた方が煤の発生を低減することができる。燃料改質器３０の内部には、熱電対のような温度検出手段３４が設けられている。温度検出手段３４によって、改質器３０の内部の触媒の活性状態を検出することができる。
【００２４】
燃料改質器３０によって改質された燃料は、タンク４０に貯蔵される。タンク４０の内部には、改質後燃料の水素濃度を測定する水素検知器４２が設けられている。改質器３０によって改質前の燃料が完全に分離されると、水素濃度は８０％となり、一酸化炭素濃度が２０％となる。改質が不十分な場合には、ガス状の燃料が残るため、水素濃度は８０％よりも低下する。
【００２５】
図１に示すように、熱源３２の温度は、ＥＣＵ１００によって制御される。また、温度検出手段３４によって検出された温度は、ＥＣＵ１００に取り込まれる。同様にして、水素検知器４２に検出された水素濃度は、ＥＣＵ１００に取り込まれる。
【００２６】
タンク４０に貯蔵された改質後燃料は、レギュレータのような調圧手段５２によって所定の燃料圧力に調整された後、燃料噴射手段５０によって燃焼室１０の内部に直接噴射される。燃料噴射手段５０による改質後燃料の噴射量，噴射タイミングは、ＥＣＵ１００によって制御される。燃料噴射手段５０から燃焼室１０の内部に噴射される燃料は、燃料改質器３０によって改質された着火性の向上した燃料である。したがって、この改質後燃料の噴射タイミングを適切に制御することにより、圧縮着火時の着火タイミングを制御することが可能である。噴射タイミングの制御性はよいため、着火制御性が向上し、圧縮着火内燃機関を高効率で運転することが可能となる。
【００２７】
なお、改質器４０の触媒が活性化される温度域外では、改質後燃料の組成を安定して供給できないため、ピストン圧縮によって混合気を自己着火させる圧縮着火燃焼モードを適正に行うことは困難であるので、改質前燃料のみを燃焼室内に供給し、点火プラグ１８による火花点火燃焼モードで運転する。また、燃焼室１０内の雰囲気状態をより詳細に制御するために、吸排気バルブ６０Ａ，６０Ｂの開閉タイミングを制御するバルブ開閉機構６２Ａ，６２Ｂを備えている。バルブ開閉機構６２Ａ，６２Ｂによる吸排気バルブ６０Ａ，６０Ｂの開閉タイミングは、ＥＣＵ１００によって制御される。
【００２８】
次に、図３を用いて、本実施形態による圧縮型内燃機関の制御方法について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態による圧縮型内燃機関の制御内容を示すフローチャートである。
【００２９】
ステップｓ１０において、ＥＣＵ１００は、エンジン運転状態やユーザ意図を読み込む。エンジン運転状態としては、キースイッチ・イグニッションスイッチの状態，エンジンの回転数，スロットル１６の開度，エンジン冷却水の水温，吸入空気量などがある。ユーザ意図としては、アクセルペダルの踏込み量や、ブレーキペダルの踏込み量などがある。
【００３０】
ステップｓ１５において、ＥＣＵ１００は、ステップｓ１０において読み込まれたエンジン運転状態やユーザ意図に基づいて、エンジンの燃焼モードを判定する。イグニッションスイッチがオンとなっている場合や冷却水温が低い場合には、始動時と判定し、ステップｓ２０において、通常の火花点火燃焼モードにてエンジンを制御する。このとき、ＥＣＵ１００は、燃焼噴射手段２４から改質前の燃料を吸気管１２に供給し、予混合吸気を燃焼室１０の内部に吸入し、点火プラグ１８を用いて予混合気に着火する通常の火花点火燃焼を実行する。したがって、燃料噴射手段５０からの改質後燃料の燃焼室１０の内部への直噴は行われない。
【００３１】
また、ステップｓ１５の判定で、低負荷時と判定されると、ステップｓ２５において、ＥＣＵ１００は、第１圧縮着火燃焼モードにてエンジンを制御する。低負荷時の判定は、エンジンの回転数，スロットル１６の開度，吸入空気量，アクセルペダルの踏込み量等によって判定される。第１圧縮着火燃焼モードとは、改質後の燃料を燃料噴射手段５０を用いて、燃焼室１０の内部へ直接噴射し、圧縮着火させる燃焼モードである。
【００３２】
さらに、ステップｓ１５の判定で、中・高負荷時と判定されると、ステップｓ３０において、ＥＣＵ１００は、温度検出器３４によって検出された燃料改質器３０の温度データを読み込む。
【００３３】
次に、ステップｓ３５において、ＥＣＵ１００は、読み込まれた温度が予め設定した温度範囲内にあるか否かを判定する。ここで、予め設定された温度範囲とは、燃料改質器３０の内部の触媒が活性化している温度であり、例えば、６５０℃〜７５０℃の範囲のように設定されている。改質器の温度が設定範囲内にないときは、ステップｓ４０において、ＥＣＵ１００は、改質器３０の熱源３２を制御して、温度を制御し、また、流量調整手段１９を制御して、改質器３０に供給する排気ガスの流量を可変制御する。そして、ステップｓ２０において、上述した火花点火燃焼モードを実行する。
【００３４】
一方、改質器の温度が設定範囲内である場合には、ステップｓ４５において、ＥＣＵ１００は、第２圧縮着火燃焼モードにてエンジンを制御する。中・高負荷時の判定は、エンジンの回転数，スロットル１６の開度，吸入空気量，アクセルペダルの踏込み量等によって判定される。第２圧縮着火燃焼モードとは、燃焼噴射手段２４から改質前の燃料を吸気管１２に供給し、予混合吸気を燃焼室１０の内部に吸入するとともに、改質後の燃料を燃料噴射手段５０を用いて、燃焼室１０の内部へ直接噴射し、圧縮着火させる燃焼モードである。
【００３５】
次に、ステップｓ５０において、ＥＣＵ１００は、筒内圧センサ１９を用いて筒内燃焼状態を読み込む。そして、ステップｓ５５において、ＥＣＵ１００は、全気筒で安定燃焼が行われているか否かを判定する。すなわち、安定燃焼が行われていない状態とは、ノッキングは発生していたり、失火が発生している状態である。筒内圧センサ１９によって検出された筒内圧力が異常に高い場合には、ノッキングが発生していると判断され、異常に低い場合には、失火が発生していると判断することができる。ステップｓ５５の判定で、全気筒で安定燃焼が行われていると判断されると、ステップｓ４５における第２圧縮着火燃焼モードを継続する。
【００３６】
ステップｓ５５の判定で、全気筒で安定燃焼が行われていないと判断されると、ステップｓ６０において、ＥＣＵ１００は、ステップｓ５０で読み込まれた筒内燃焼状態から着火時期を推定する。具体的には、燃焼室１０の内部において混合気に着火すると急激に筒内圧が高まるため、例えば、筒内圧センサ１９によって検出された筒内圧力の微分値から着火時期を推定することができる。
【００３７】
次に、ステップｓ６５において、ＥＣＵ１００は、燃料噴射手段５０による燃焼室１０の内部への直接噴射の時期を制御する。例えば、ステップｓ５５の判定でノッキングが発生していると判断された場合には、ＥＣＵ１００は、噴射時期を遅らせることによって、着火時期を遅らせることができる。一方、失火が発生していると判断された場合には、ＥＣＵ１００は、噴射時期を早めることによって、着火時期を早めることができる。
【００３８】
また、噴射時期を遅らせたり、早めたりできる範囲には制限があるため、噴射時期の制御だけでは、安定燃焼を行えないと判断されるとき、さらに、ステップｓ７０において、ＥＣＵ１００は、燃料噴射手段２４から吸気管１２に供給される改質前燃料と、燃料噴射手段５０から燃焼室１０の内部に直接噴射される改質後燃料の供給割合を制御する。具体的には、ノッキングが発生している場合には、燃料噴射手段２４から吸気管１２に供給される改質前燃料を増加し、燃料噴射手段５０から燃焼室１０の内部に直接噴射される改質後燃料を減少する。燃焼室１０の内部に供給する燃料量は必要とされるトルクによって予め決まっているため、燃焼室１０の内部に供給される燃料量は変えることなく、供給する改質前と改質後の燃料割合を変える。また、失火が発生している場合には、燃料噴射手段２４から吸気管１２に供給される改質前燃料を減少し、燃料噴射手段５０から燃焼室１０の内部に直接噴射される改質後燃料を増加する。
【００３９】
また、さらに、ステップｓ７５において、ＥＣＵ１００は、バルブ開閉機構６２Ａ，６２Ｂを制御して、吸気弁６０Ａの開閉タイミングや排気弁６２Ｂの開閉タイミングを制御する。具体的には、ノッキングが発生している場合には、排気弁が閉じてから吸気弁が開くまでの時間が短くなるように、吸気弁６２Ａ，排気弁６２Ｂの開閉タイミングを制御する。また、失火が発生している場合には、排気弁が閉じてから吸気弁が開くまでの時間が長くなるように、吸気弁６２Ａ，排気弁６２Ｂの開閉タイミングを制御する。
【００４０】
次に、ステップｓ６５〜ｓ７５に示すような制御を実行した上で、ＥＣＵ１００は、全気筒で安定な燃焼が行われているか否かを筒内圧センサ１９によって検出されている筒内圧から判断する。安定な燃焼が行われている場合には、そのまま第２圧縮着火燃焼モードを継続し、安定な燃焼が行われていない場合には、ステップｓ２０に進み、火花点火燃焼モードを実行する。すなわち、第２圧縮着火燃焼モードによって安定な燃焼が行えないと判断すると、第２圧縮着火燃焼モードを禁止して、火花点火着火モードに切り替えるようにしている。
【００４１】
以上のようにして、燃焼噴射手段２４から改質前の燃料を吸気管１２に供給し、予混合吸気を燃焼室１０の内部に吸入するとともに、改質後の燃料を燃料噴射手段５０を用いて、燃焼室１０の内部へ直接噴射し、圧縮着火させる第２圧縮着火燃焼モードを実行することにより、ＨＣの発生を低減でき、また、ＮＯｘの発生を低減することができる。しかも、第２圧縮着火燃焼モードが安定に行われていない場合には、筒内に直接噴射する着火性の良い改質後燃料の噴射時期を制御することで、圧縮着火時期を制御性よく制御できるため、圧縮着火燃焼を用いて高効率で運転することができる。
【００４２】
なお、ステップｓ３０では、改質器３０の内部の温度を検出して、所定温度範囲内の場合に、第２燃焼モードを実行するようにしているが、改質器内部の温度に代えて、タンク４０の内部に貯蔵された改質後の燃料の水素濃度を用いることもできる。水素濃度検出器４２によって検出される水素濃度は、改質器による改質が十分に行われると８０％であるので、例えば、水素濃度が６０〜８０％の範囲内にあるときは、ステップｓ４５の第２圧縮着火燃焼モードを実行するようにすることもできる。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態によれば、筒内に直接噴射する着火性の良い改質後燃料の噴射時期を制御することで、圧縮着火時期を制御性よく制御でき、着火制御性を向上して、圧縮着火型内燃機関を高効率で運転できるものとなる。
【００４４】
次に、図４を用いて、本発明の第２の実施形態による圧縮着火型内燃機関の構成及び動作について説明する。本実施形態は、内燃機関に供給する燃料として、軽油のように水素に比べて着火性の良い燃料を用いる場合に好適なものである。
図４は、本発明の第２の実施形態による圧縮型内燃機関の全体構成を示すブロック構成図である。なお、図４と同一符号は、同一部分を示している。
【００４５】
本実施形態による圧縮型内燃機関の構成部品は、図１に示したものと同様であるが、配置が異なっている。本実施形態による内燃機関は、基本的には圧縮着火燃焼モードで運転されるが、火花点火燃焼モードでも運転可能である。
【００４６】
燃料タンク２０に貯蔵されている燃料は、軽油のように水素に比べて着火性の良い燃料である。軽油等の着火性の良い燃料は、燃料改質器３０によって、軽油よりも着火性の悪い燃料である水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）に改質される。
【００４７】
燃料タンク２０に貯蔵されている燃料は、レギュレータのような調圧手段５２によって所定の燃料圧力に調整された後、燃料噴射手段５０によって微粒化された上で、燃焼室１０の内部に直接噴射される。燃料噴射手段５０による燃料噴射量，燃料噴射タイミングは、ＥＣＵ１００によって制御される。燃料噴射手段５０から燃焼室１０の内部に噴射される燃料は、着火性の良い燃料である。したがって、この改質前燃料の噴射タイミングを適切に制御することにより、圧縮着火時の着火タイミングを制御することが可能である。噴射タイミングの制御性はよいため、着火制御性が向上し、圧縮着火内燃機関を高効率で運転することが可能となる。
【００４８】
また、燃料タンク２０に貯蔵されている燃料は、流量制御可能な流量制御手段２６を介して、燃料改質器３０に供給される。燃料改質器３０の内部では、排気ガス等による高温に保持された触媒の作用により、燃料が空気を反応して軽油に比べて着火性の悪い燃料に改質される。改質された燃料は、タンク４０に貯蔵される。
【００４９】
タンク４０に貯蔵された改質後燃料は、レギュレータのような調圧手段２２によって所定の燃料圧力に調整された後、燃料噴射手段２４によって吸気管１２に供給される。燃料噴射手段２４による改質後燃料の噴射量，噴射タイミングは、ＥＣＵ１００によって制御される。
【００５０】
本実施形態による圧縮型内燃機関の制御方法は、図３に示したフローチャートの内容と同様である。以下、異なる点について説明する。
【００５１】
ステップｓ１５の判定において、始動時と判定されると、ＥＣＵ１００は、ステップｓ２０において、通常の火花点火燃焼モードにてエンジンを制御する。このとき、ＥＣＵ１００は、燃焼噴射手段２４から改質後の燃料を吸気管１２に供給し、予混合吸気を燃焼室１０の内部に吸入し、点火プラグ１８を用いて予混合気に着火する通常の火花点火燃焼を実行する。したがって、燃料噴射手段５０からの改質前燃料の燃焼室１０の内部への直噴は行われない。
【００５２】
また、ステップｓ１５の判定で、低負荷時と判定されると、ステップｓ２５において、ＥＣＵ１００は、第１圧縮着火燃焼モードにてエンジンを制御する。第１圧縮着火燃焼モードでは、改質前の燃料を燃料噴射手段５０を用いて、燃焼室１０の内部へ直接噴射し、圧縮着火させる。
【００５３】
さらに、ステップｓ１５の判定で、中・高負荷時と判定され、ステップｓ３５において改質器の温度が設定範囲内である場合には、ステップｓ４５において、ＥＣＵ１００は、第２圧縮着火燃焼モードにてエンジンを制御する。第２圧縮着火燃焼モードでは、燃焼噴射手段２４から改質後の燃料を吸気管１２に供給し、予混合吸気を燃焼室１０の内部に吸入するとともに、改質前の燃料を燃料噴射手段５０を用いて、燃焼室１０の内部へ直接噴射し、圧縮着火させる燃焼モードである。
【００５４】
ステップｓ５５の判定で、全気筒で安定燃焼が行われていないと判断された場合、その後のステップｓ７０において、ＥＣＵ１００は、燃料噴射手段２４から吸気管１２に供給される改質後燃料と、燃料噴射手段５０から燃焼室１０の内部に直接噴射される改質前燃料の供給割合を制御する。具体的には、ノッキングが発生している場合には、燃料噴射手段２４から吸気管１２に供給される改質後燃料を増加し、燃料噴射手段５０から燃焼室１０の内部に直接噴射される改質前燃料を減少する。また、失火が発生している場合には、燃料噴射手段２４から吸気管１２に供給される改質後燃料を減少し、燃料噴射手段５０から燃焼室１０の内部に直接噴射される改質前燃料を増加する。
【００５５】
以上のようにして、燃焼噴射手段２４から改質後の燃料を吸気管１２に供給し、予混合吸気を燃焼室１０の内部に吸入するとともに、改質前の燃料を燃料噴射手段５０を用いて、燃焼室１０の内部へ直接噴射し、圧縮着火させる第２圧縮着火燃焼モードを実行することにより、ＨＣの発生を低減でき、また、ＮＯｘの発生を低減することができる。しかも、第２圧縮着火燃焼モードが安定に行われていない場合には、筒内に直接噴射する着火性の良い改質前燃料の噴射時期を制御することで、圧縮着火時期を制御性よく制御できるため、圧縮着火燃焼を用いて高効率で運転することができる。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態によれば、筒内に直接噴射する着火性の良い改質前燃料の噴射時期を制御することで、圧縮着火時期を制御性よく制御でき、着火制御性を向上して、圧縮着火型内燃機関を高効率で運転できるものとなる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、着火制御性を向上して、高効率で運転可能な圧縮着火型内燃機関を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による圧縮型内燃機関の全体構成を示すブロック構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による圧縮型内燃機関に用いる燃料改質器の構成を示すブロック構成図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による圧縮型内燃機関の制御内容を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２の実施形態による圧縮型内燃機関の全体構成を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
１０…燃焼室
１１…圧力検出器
１２…吸気管
１３，１５，１７…配管
１４…排気管
１６…スロットル
１８…点火プラグ
１９，２６，２８…流量制御手段
２０…燃料タンク
２２，５２…調圧手段
２４，５０…燃料噴射手段
３０…改質器
３２…熱源
３４…温度検出手段
４０…貯蔵庫
４２…水素検知器
６０Ａ…吸気バルブ
６０Ｂ…排気バルブ
６２Ａ，６２Ｂ…可変バルブ機構
１００…電子制御コントロールユニット（ＥＣＵ）
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮自己着火燃焼モードを有する圧縮着火型内燃機関に係り、特に、燃料の着火性を改質する燃料改質器を備えたものに好適な圧縮着火型内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の内燃機関では、例えば、特開２００２−３８９８１号公報に記載されているように、燃料供給装置に燃料改質器を備えることにより、エンジン運転条件に応じて機関に供給する燃料組成を変化させるものが知られている。しかしながら、特開２００２−３８９８１号公報に記載のものでは、燃料改質後の成分の制御は、改質器の温度を制御することにより行うために、その制御応答性が悪く、運転条件の変化に対しての燃料組成制御が追従できないため、圧縮着火燃焼モードの運転条件の変化に対して、着火制御が追従せず、高効率運転が困難となる。
【０００３】
それに対して、例えば、特開２０００−２１３４４４号公報に記載されているように、燃料供給装置に燃料改質器を備えるとともに、燃焼改質器によって改質された改質後燃料と改質前燃料とを内燃機関に供給し、さらに、改質後燃料と改質前燃料の供給割合を制御するものが知られている。かかる方法によれば、改質器の温度制御によって燃焼組成の制御するものに比べて、制御性が向上する。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３８９８１号公報
【特許文献２】
特開２０００−２１３４４４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開２０００−２１３４４４号公報に記載されているものでは、改質後燃料と改質前燃料の供給割合を制御するものであるため、着火制御性が悪いという問題があった。したがって、適切なタイミングの着火を行えず、圧縮着火内燃機関を高効率で運転することが困難となる。
【０００６】
本発明の目的は、着火制御性を向上して、高効率で運転可能な圧縮着火型内燃機関を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、燃料の性状を改質するための燃料改質器と、燃料を吸気管内に噴射する第１の燃料噴射手段と、燃料を燃焼室内に直接噴射する第２の燃料噴射手段を有する圧縮着火型内燃機関において、上記燃料改質器によって改質された改質後燃料と、上記燃料改質器によって改質される前の改質前燃料の内、着火性の良い方の燃料を上記第２の燃料噴射手段により燃焼室内に直接噴射し、着火性の悪い方の燃料を上記第１燃料噴射手段により吸気管内に噴射するように構成したものである。
かかる構成により、着火制御性を向上して、高効率で運転可能なものとなる。
【０００８】
（２）上記（１）において、好ましくは、低負荷時には、上記第２の燃料噴射手段のみから燃料を供給して、圧縮着火する第１の圧縮着火燃焼モードとなるように制御する制御手段を備えるようにしたものである。
【０００９】
（３）上記（１）において、好ましくは、中・高負荷時であって、上記改質器の温度が所定温度範囲内である場合には、上記第１及び第２の燃料噴射手段のみから燃料を供給して、圧縮着火する第２の圧縮着火燃焼モードとなるように制御する制御手段を備えるようにしたものである。
【００１０】
（４）上記（３）において、好ましくは、上記制御手段は、上記改質器の温度が所定温度範囲外である場合には、上記改質器の温度が所定温度範囲内になるように制御するとともに、上記第１の燃料噴射手段のみから燃料を供給して、火花着火する火花点火燃焼モードとなるように制御するようにしたものである。
【００１１】
（５）上記（３）において、好ましくは、上記制御手段は、全気筒で安定燃焼されていない場合には、上記第２の燃料噴射手段による燃料噴射時期を制御するようにしたものである。
【００１２】
（６）上記（４）において、好ましくは、上記制御手段は、全気筒で安定燃焼されていない場合には、さらに、上記第２の燃料噴射手段による燃料噴射と、第１の燃料噴射手段による燃料噴射との燃料噴射割合を制御するようにしたものである。
【００１３】
（７）上記（４）において、好ましくは、上記制御手段は、全気筒で安定燃焼されていない場合には、さらに、吸排気バルブの開閉時期を制御するようにしたものである。
【００１４】
（８）上記（１）において、好ましくは、中・高負荷時であって、上記改質器によって改質された燃料の水素濃度が所定範囲内である場合には、上記第１及び第２の燃料噴射手段のみから燃料を供給して、圧縮着火する第２の圧縮着火燃焼モードとなるように制御する制御手段を備えるようにしたものである。
【００１５】
（９）上記（８）において、好ましくは、上記制御手段は、上記水素濃度が所定範囲外である場合には、上記第１の燃料噴射手段のみから燃料を供給して、火花着火する火花点火燃焼モードとなるように制御するようにしたものである。
【００１６】
（１０）上記（１）において、好ましくは、 上記燃料改質器内の触媒を加熱する熱源として、ヒータ及び排気ガスを用いるようにしたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図３を用いて、本発明の第１の実施形態による圧縮着火型内燃機関の構成及び動作について説明する。本実施形態は、内燃機関に供給する燃料として、天然ガスやメタノールのように水素に比べて着火性の悪い燃料を用いる場合に好適なものである。
最初に、図１及び図２を用いて、本実施形態による圧縮型内燃機関の全体構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による圧縮型内燃機関の全体構成を示すブロック構成図である。図２は、本発明の第１の実施形態による圧縮型内燃機関に用いる燃料改質器の構成を示すブロック構成図である。
【００１８】
燃焼室１０には、吸気管１２と排気管１４が接続されている。燃焼室１０に供給される空気量は、吸気管１２に設置されたスロットル１６にて制御される。スロットル１６の開度は、電子制御コントロールユニット（ＥＣＵ）１００によって制御される。本実施形態による内燃機関は、基本的には圧縮着火燃焼モードで運転されるが、火花点火燃焼モードで運転可能とするために、燃焼室１０には、点火プラグ２０が設けられている。点火プラグ２０の点火タイミングは、ＥＣＵ１００によって制御される。また、燃焼室１０には、燃焼室内部の圧力を検出する筒内圧センサ１１が設けられている。筒内圧センサ１１を用いて、燃焼しない部におけるノッキングの発生や燃焼状態を検出することができる。筒内圧センサ１１によって検出された筒内圧は、ＥＣＵ１００に取り込まれる。
【００１９】
燃料タンク２０には、燃料が貯蔵されている。本実施形態では、内燃機関に供給する燃料として、天然ガスやメタノールのように水素に比べて着火性の悪い燃料を用いている。天然ガスやメタノール等の着火性の悪い燃料は、後述する燃料改質器３０によって、着火性の良い燃料である水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）に改質される。
【００２０】
燃料タンク２０に貯蔵されている燃料は、レギュレータのような調圧手段２２によって所定の燃料圧力に調整された後、燃料噴射手段２４によって微粒化された上で、吸気管１２に供給される。燃料噴射手段２４による燃料噴射量，燃料噴射タイミングは、ＥＣＵ１００によって制御される。
【００２１】
また、燃料タンク２０に貯蔵されている燃料は、流量制御可能な流量制御手段２６を介して、燃料改質器３０に供給される。燃料改質器３０には、吸気管１２から分岐した配管１３により、流量制御可能な流量制御手段２８を介して、空気が供給される。燃料改質器３０に供給される燃料と空気の割合は、ＥＵＣ１００が流量制御手段２６，２８のそれぞれの流量を制御することで調整可能である。燃料と空気の割合を適正に制御することで、煤の発生を防止することができる。また、燃料改質器３０には、排気管１４から分岐した配管１５により、高温な排気ガスが供給され、供給された排気ガスは、配管１７を介して、排気管１４に戻される。燃料改質器３０に供給される排気ガスの流量は、ＥＣＵ１００によって制御される流量制御手段１９によって調整される。燃料改質器３０の内部では、排気ガス等による高温に保持された触媒の作用により、燃料が空気を反応して着火性の良い燃料に改質される。改質された燃料は、タンク４０に貯蔵される。
【００２２】
ここで、図２を用いて、燃焼改質器３０の構成について説明する。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００２３】
燃料改質器３０の内部には、触媒ＣＡＴが充填されている。燃料改質器３０には、図１にて説明したように配管１５から排気ガスが供給され、触媒ＣＡＴを活性化温度まで昇温する。また、燃料改質器３０の内部には、ヒータやバーナなどの熱源３２も備えられ、触媒ＣＡＴを活性化温度まで昇温可能となっている。触媒ＣＡＴの加熱手段としては、排気ガス及びヒータ，バーナのいずれか一方でもよいものである。活性化された触媒ＣＡＴに燃料及び空気が供給されると、触媒ＣＡＴの作用により、燃料と空気が反応して、着火性の良い燃料に改質される。なお、空気に代えて、水蒸気を供給するようにしてもよいものである。寝量として天然ガスを用いるときは、空気の代わりに水蒸気を用いた方が煤の発生を低減することができる。燃料改質器３０の内部には、熱電対のような温度検出手段３４が設けられている。温度検出手段３４によって、改質器３０の内部の触媒の活性状態を検出することができる。
【００２４】
燃料改質器３０によって改質された燃料は、タンク４０に貯蔵される。タンク４０の内部には、改質後燃料の水素濃度を測定する水素検知器４２が設けられている。改質器３０によって改質前の燃料が完全に分離されると、水素濃度は８０％となり、一酸化炭素濃度が２０％となる。改質が不十分な場合には、ガス状の燃料が残るため、水素濃度は８０％よりも低下する。
【００２５】
図１に示すように、熱源３２の温度は、ＥＣＵ１００によって制御される。また、温度検出手段３４によって検出された温度は、ＥＣＵ１００に取り込まれる。同様にして、水素検知器４２に検出された水素濃度は、ＥＣＵ１００に取り込まれる。
【００２６】
タンク４０に貯蔵された改質後燃料は、レギュレータのような調圧手段５２によって所定の燃料圧力に調整された後、燃料噴射手段５０によって燃焼室１０の内部に直接噴射される。燃料噴射手段５０による改質後燃料の噴射量，噴射タイミングは、ＥＣＵ１００によって制御される。燃料噴射手段５０から燃焼室１０の内部に噴射される燃料は、燃料改質器３０によって改質された着火性の向上した燃料である。したがって、この改質後燃料の噴射タイミングを適切に制御することにより、圧縮着火時の着火タイミングを制御することが可能である。噴射タイミングの制御性はよいため、着火制御性が向上し、圧縮着火内燃機関を高効率で運転することが可能となる。
【００２７】
なお、改質器４０の触媒が活性化される温度域外では、改質後燃料の組成を安定して供給できないため、ピストン圧縮によって混合気を自己着火させる圧縮着火燃焼モードを適正に行うことは困難であるので、改質前燃料のみを燃焼室内に供給し、点火プラグ１８による火花点火燃焼モードで運転する。また、燃焼室１０内の雰囲気状態をより詳細に制御するために、吸排気バルブ６０Ａ，６０Ｂの開閉タイミングを制御するバルブ開閉機構６２Ａ，６２Ｂを備えている。バルブ開閉機構６２Ａ，６２Ｂによる吸排気バルブ６０Ａ，６０Ｂの開閉タイミングは、ＥＣＵ１００によって制御される。
【００２８】
次に、図３を用いて、本実施形態による圧縮型内燃機関の制御方法について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態による圧縮型内燃機関の制御内容を示すフローチャートである。
【００２９】
ステップｓ１０において、ＥＣＵ１００は、エンジン運転状態やユーザ意図を読み込む。エンジン運転状態としては、キースイッチ・イグニッションスイッチの状態，エンジンの回転数，スロットル１６の開度，エンジン冷却水の水温，吸入空気量などがある。ユーザ意図としては、アクセルペダルの踏込み量や、ブレーキペダルの踏込み量などがある。
【００３０】
ステップｓ１５において、ＥＣＵ１００は、ステップｓ１０において読み込まれたエンジン運転状態やユーザ意図に基づいて、エンジンの燃焼モードを判定する。イグニッションスイッチがオンとなっている場合や冷却水温が低い場合には、始動時と判定し、ステップｓ２０において、通常の火花点火燃焼モードにてエンジンを制御する。このとき、ＥＣＵ１００は、燃焼噴射手段２４から改質前の燃料を吸気管１２に供給し、予混合吸気を燃焼室１０の内部に吸入し、点火プラグ１８を用いて予混合気に着火する通常の火花点火燃焼を実行する。したがって、燃料噴射手段５０からの改質後燃料の燃焼室１０の内部への直噴は行われない。
【００３１】
また、ステップｓ１５の判定で、低負荷時と判定されると、ステップｓ２５において、ＥＣＵ１００は、第１圧縮着火燃焼モードにてエンジンを制御する。低負荷時の判定は、エンジンの回転数，スロットル１６の開度，吸入空気量，アクセルペダルの踏込み量等によって判定される。第１圧縮着火燃焼モードとは、改質後の燃料を燃料噴射手段５０を用いて、燃焼室１０の内部へ直接噴射し、圧縮着火させる燃焼モードである。
【００３２】
さらに、ステップｓ１５の判定で、中・高負荷時と判定されると、ステップｓ３０において、ＥＣＵ１００は、温度検出器３４によって検出された燃料改質器３０の温度データを読み込む。
【００３３】
次に、ステップｓ３５において、ＥＣＵ１００は、読み込まれた温度が予め設定した温度範囲内にあるか否かを判定する。ここで、予め設定された温度範囲とは、燃料改質器３０の内部の触媒が活性化している温度であり、例えば、６５０℃〜７５０℃の範囲のように設定されている。改質器の温度が設定範囲内にないときは、ステップｓ４０において、ＥＣＵ１００は、改質器３０の熱源３２を制御して、温度を制御し、また、流量調整手段１９を制御して、改質器３０に供給する排気ガスの流量を可変制御する。そして、ステップｓ２０において、上述した火花点火燃焼モードを実行する。
【００３４】
一方、改質器の温度が設定範囲内である場合には、ステップｓ４５において、ＥＣＵ１００は、第２圧縮着火燃焼モードにてエンジンを制御する。中・高負荷時の判定は、エンジンの回転数，スロットル１６の開度，吸入空気量，アクセルペダルの踏込み量等によって判定される。第２圧縮着火燃焼モードとは、燃焼噴射手段２４から改質前の燃料を吸気管１２に供給し、予混合吸気を燃焼室１０の内部に吸入するとともに、改質後の燃料を燃料噴射手段５０を用いて、燃焼室１０の内部へ直接噴射し、圧縮着火させる燃焼モードである。
【００３５】
次に、ステップｓ５０において、ＥＣＵ１００は、筒内圧センサ１９を用いて筒内燃焼状態を読み込む。そして、ステップｓ５５において、ＥＣＵ１００は、全気筒で安定燃焼が行われているか否かを判定する。すなわち、安定燃焼が行われていない状態とは、ノッキングは発生していたり、失火が発生している状態である。筒内圧センサ１９によって検出された筒内圧力が異常に高い場合には、ノッキングが発生していると判断され、異常に低い場合には、失火が発生していると判断することができる。ステップｓ５５の判定で、全気筒で安定燃焼が行われていると判断されると、ステップｓ４５における第２圧縮着火燃焼モードを継続する。
【００３６】
ステップｓ５５の判定で、全気筒で安定燃焼が行われていないと判断されると、ステップｓ６０において、ＥＣＵ１００は、ステップｓ５０で読み込まれた筒内燃焼状態から着火時期を推定する。具体的には、燃焼室１０の内部において混合気に着火すると急激に筒内圧が高まるため、例えば、筒内圧センサ１９によって検出された筒内圧力の微分値から着火時期を推定することができる。
【００３７】
次に、ステップｓ６５において、ＥＣＵ１００は、燃料噴射手段５０による燃焼室１０の内部への直接噴射の時期を制御する。例えば、ステップｓ５５の判定でノッキングが発生していると判断された場合には、ＥＣＵ１００は、噴射時期を遅らせることによって、着火時期を遅らせることができる。一方、失火が発生していると判断された場合には、ＥＣＵ１００は、噴射時期を早めることによって、着火時期を早めることができる。
【００３８】
また、噴射時期を遅らせたり、早めたりできる範囲には制限があるため、噴射時期の制御だけでは、安定燃焼を行えないと判断されるとき、さらに、ステップｓ７０において、ＥＣＵ１００は、燃料噴射手段２４から吸気管１２に供給される改質前燃料と、燃料噴射手段５０から燃焼室１０の内部に直接噴射される改質後燃料の供給割合を制御する。具体的には、ノッキングが発生している場合には、燃料噴射手段２４から吸気管１２に供給される改質前燃料を増加し、燃料噴射手段５０から燃焼室１０の内部に直接噴射される改質後燃料を減少する。燃焼室１０の内部に供給する燃料量は必要とされるトルクによって予め決まっているため、燃焼室１０の内部に供給される燃料量は変えることなく、供給する改質前と改質後の燃料割合を変える。また、失火が発生している場合には、燃料噴射手段２４から吸気管１２に供給される改質前燃料を減少し、燃料噴射手段５０から燃焼室１０の内部に直接噴射される改質後燃料を増加する。
【００３９】
また、さらに、ステップｓ７５において、ＥＣＵ１００は、バルブ開閉機構６２Ａ，６２Ｂを制御して、吸気弁６０Ａの開閉タイミングや排気弁６２Ｂの開閉タイミングを制御する。具体的には、ノッキングが発生している場合には、排気弁が閉じてから吸気弁が開くまでの時間が短くなるように、吸気弁６２Ａ，排気弁６２Ｂの開閉タイミングを制御する。また、失火が発生している場合には、排気弁が閉じてから吸気弁が開くまでの時間が長くなるように、吸気弁６２Ａ，排気弁６２Ｂの開閉タイミングを制御する。
【００４０】
次に、ステップｓ６５〜ｓ７５に示すような制御を実行した上で、ＥＣＵ１００は、全気筒で安定な燃焼が行われているか否かを筒内圧センサ１９によって検出されている筒内圧から判断する。安定な燃焼が行われている場合には、そのまま第２圧縮着火燃焼モードを継続し、安定な燃焼が行われていない場合には、ステップｓ２０に進み、火花点火燃焼モードを実行する。すなわち、第２圧縮着火燃焼モードによって安定な燃焼が行えないと判断すると、第２圧縮着火燃焼モードを禁止して、火花点火着火モードに切り替えるようにしている。
【００４１】
以上のようにして、燃焼噴射手段２４から改質前の燃料を吸気管１２に供給し、予混合吸気を燃焼室１０の内部に吸入するとともに、改質後の燃料を燃料噴射手段５０を用いて、燃焼室１０の内部へ直接噴射し、圧縮着火させる第２圧縮着火燃焼モードを実行することにより、ＨＣの発生を低減でき、また、ＮＯｘの発生を低減することができる。しかも、第２圧縮着火燃焼モードが安定に行われていない場合には、筒内に直接噴射する着火性の良い改質後燃料の噴射時期を制御することで、圧縮着火時期を制御性よく制御できるため、圧縮着火燃焼を用いて高効率で運転することができる。
【００４２】
なお、ステップｓ３０では、改質器３０の内部の温度を検出して、所定温度範囲内の場合に、第２燃焼モードを実行するようにしているが、改質器内部の温度に代えて、タンク４０の内部に貯蔵された改質後の燃料の水素濃度を用いることもできる。水素濃度検出器４２によって検出される水素濃度は、改質器による改質が十分に行われると８０％であるので、例えば、水素濃度が６０〜８０％の範囲内にあるときは、ステップｓ４５の第２圧縮着火燃焼モードを実行するようにすることもできる。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態によれば、筒内に直接噴射する着火性の良い改質後燃料の噴射時期を制御することで、圧縮着火時期を制御性よく制御でき、着火制御性を向上して、圧縮着火型内燃機関を高効率で運転できるものとなる。
【００４４】
次に、図４を用いて、本発明の第２の実施形態による圧縮着火型内燃機関の構成及び動作について説明する。本実施形態は、内燃機関に供給する燃料として、軽油のように水素に比べて着火性の良い燃料を用いる場合に好適なものである。
図４は、本発明の第２の実施形態による圧縮型内燃機関の全体構成を示すブロック構成図である。なお、図４と同一符号は、同一部分を示している。
【００４５】
本実施形態による圧縮型内燃機関の構成部品は、図１に示したものと同様であるが、配置が異なっている。本実施形態による内燃機関は、基本的には圧縮着火燃焼モードで運転されるが、火花点火燃焼モードでも運転可能である。
【００４６】
燃料タンク２０に貯蔵されている燃料は、軽油のように水素に比べて着火性の良い燃料である。軽油等の着火性の良い燃料は、燃料改質器３０によって、軽油よりも着火性の悪い燃料である水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）に改質される。
【００４７】
燃料タンク２０に貯蔵されている燃料は、レギュレータのような調圧手段５２によって所定の燃料圧力に調整された後、燃料噴射手段５０によって微粒化された上で、燃焼室１０の内部に直接噴射される。燃料噴射手段５０による燃料噴射量，燃料噴射タイミングは、ＥＣＵ１００によって制御される。燃料噴射手段５０から燃焼室１０の内部に噴射される燃料は、着火性の良い燃料である。したがって、この改質前燃料の噴射タイミングを適切に制御することにより、圧縮着火時の着火タイミングを制御することが可能である。噴射タイミングの制御性はよいため、着火制御性が向上し、圧縮着火内燃機関を高効率で運転することが可能となる。
【００４８】
また、燃料タンク２０に貯蔵されている燃料は、流量制御可能な流量制御手段２６を介して、燃料改質器３０に供給される。燃料改質器３０の内部では、排気ガス等による高温に保持された触媒の作用により、燃料が空気を反応して軽油に比べて着火性の悪い燃料に改質される。改質された燃料は、タンク４０に貯蔵される。
【００４９】
タンク４０に貯蔵された改質後燃料は、レギュレータのような調圧手段２２によって所定の燃料圧力に調整された後、燃料噴射手段２４によって吸気管１２に供給される。燃料噴射手段２４による改質後燃料の噴射量，噴射タイミングは、ＥＣＵ１００によって制御される。
【００５０】
本実施形態による圧縮型内燃機関の制御方法は、図３に示したフローチャートの内容と同様である。以下、異なる点について説明する。
【００５１】
ステップｓ１５の判定において、始動時と判定されると、ＥＣＵ１００は、ステップｓ２０において、通常の火花点火燃焼モードにてエンジンを制御する。このとき、ＥＣＵ１００は、燃焼噴射手段２４から改質後の燃料を吸気管１２に供給し、予混合吸気を燃焼室１０の内部に吸入し、点火プラグ１８を用いて予混合気に着火する通常の火花点火燃焼を実行する。したがって、燃料噴射手段５０からの改質前燃料の燃焼室１０の内部への直噴は行われない。
【００５２】
また、ステップｓ１５の判定で、低負荷時と判定されると、ステップｓ２５において、ＥＣＵ１００は、第１圧縮着火燃焼モードにてエンジンを制御する。第１圧縮着火燃焼モードでは、改質前の燃料を燃料噴射手段５０を用いて、燃焼室１０の内部へ直接噴射し、圧縮着火させる。
【００５３】
さらに、ステップｓ１５の判定で、中・高負荷時と判定され、ステップｓ３５において改質器の温度が設定範囲内である場合には、ステップｓ４５において、ＥＣＵ１００は、第２圧縮着火燃焼モードにてエンジンを制御する。第２圧縮着火燃焼モードでは、燃焼噴射手段２４から改質後の燃料を吸気管１２に供給し、予混合吸気を燃焼室１０の内部に吸入するとともに、改質前の燃料を燃料噴射手段５０を用いて、燃焼室１０の内部へ直接噴射し、圧縮着火させる燃焼モードである。
【００５４】
ステップｓ５５の判定で、全気筒で安定燃焼が行われていないと判断された場合、その後のステップｓ７０において、ＥＣＵ１００は、燃料噴射手段２４から吸気管１２に供給される改質後燃料と、燃料噴射手段５０から燃焼室１０の内部に直接噴射される改質前燃料の供給割合を制御する。具体的には、ノッキングが発生している場合には、燃料噴射手段２４から吸気管１２に供給される改質後燃料を増加し、燃料噴射手段５０から燃焼室１０の内部に直接噴射される改質前燃料を減少する。また、失火が発生している場合には、燃料噴射手段２４から吸気管１２に供給される改質後燃料を減少し、燃料噴射手段５０から燃焼室１０の内部に直接噴射される改質前燃料を増加する。
【００５５】
以上のようにして、燃焼噴射手段２４から改質後の燃料を吸気管１２に供給し、予混合吸気を燃焼室１０の内部に吸入するとともに、改質前の燃料を燃料噴射手段５０を用いて、燃焼室１０の内部へ直接噴射し、圧縮着火させる第２圧縮着火燃焼モードを実行することにより、ＨＣの発生を低減でき、また、ＮＯｘの発生を低減することができる。しかも、第２圧縮着火燃焼モードが安定に行われていない場合には、筒内に直接噴射する着火性の良い改質前燃料の噴射時期を制御することで、圧縮着火時期を制御性よく制御できるため、圧縮着火燃焼を用いて高効率で運転することができる。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態によれば、筒内に直接噴射する着火性の良い改質前燃料の噴射時期を制御することで、圧縮着火時期を制御性よく制御でき、着火制御性を向上して、圧縮着火型内燃機関を高効率で運転できるものとなる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、着火制御性を向上して、高効率で運転可能な圧縮着火型内燃機関を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による圧縮型内燃機関の全体構成を示すブロック構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による圧縮型内燃機関に用いる燃料改質器の構成を示すブロック構成図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による圧縮型内燃機関の制御内容を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２の実施形態による圧縮型内燃機関の全体構成を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
１０…燃焼室
１１…圧力検出器
１２…吸気管
１３，１５，１７…配管
１４…排気管
１６…スロットル
１８…点火プラグ
１９，２６，２８…流量制御手段
２０…燃料タンク
２２，５２…調圧手段
２４，５０…燃料噴射手段
３０…改質器
３２…熱源
３４…温度検出手段
４０…貯蔵庫
４２…水素検知器
６０Ａ…吸気バルブ
６０Ｂ…排気バルブ
６２Ａ，６２Ｂ…可変バルブ機構
１００…電子制御コントロールユニット（ＥＣＵ）
Claims (10)
- 燃料の性状を改質するための燃料改質器と、燃料を吸気管内に噴射する第１の燃料噴射手段と、燃料を燃焼室内に直接噴射する第２の燃料噴射手段を有する圧縮着火型内燃機関において、
上記燃料改質器によって改質された改質後燃料と、上記燃料改質器によって改質される前の改質前燃料の内、着火性の良い方の燃料を上記第２の燃料噴射手段により燃焼室内に直接噴射し、着火性の悪い方の燃料を上記第１燃料噴射手段により吸気管内に噴射するように構成したことを特徴とする圧縮着火型内燃機関。 - 請求項１記載の圧縮着火型内燃機関において、
低負荷時には、上記第２の燃料噴射手段のみから燃料を供給して、圧縮着火する第１の圧縮着火燃焼モードとなるように制御する制御手段を備えたことを特徴とする圧縮着火型内燃機関。 - 請求項１記載の圧縮着火型内燃機関において、
中・高負荷時であって、上記改質器の温度が所定温度範囲内である場合には、上記第１及び第２の燃料噴射手段のみから燃料を供給して、圧縮着火する第２の圧縮着火燃焼モードとなるように制御する制御手段を備えたことを特徴とする圧縮着火型内燃機関。 - 請求項３記載の圧縮着火型内燃機関において、
上記制御手段は、上記改質器の温度が所定温度範囲外である場合には、上記改質器の温度が所定温度範囲内になるように制御するとともに、上記第１の燃料噴射手段のみから燃料を供給して、火花着火する火花点火燃焼モードとなるように制御することを特徴とする圧縮着火型内燃機関。 - 請求項３記載の圧縮着火型内燃機関において、
上記制御手段は、全気筒で安定燃焼されていない場合には、上記第２の燃料噴射手段による燃料噴射時期を制御することを特徴とする圧縮着火型内燃機関。 - 請求項４記載の圧縮着火型内燃機関において、
上記制御手段は、全気筒で安定燃焼されていない場合には、さらに、上記第２の燃料噴射手段による燃料噴射と、第１の燃料噴射手段による燃料噴射との燃料噴射割合を制御することを特徴とする圧縮着火型内燃機関。 - 請求項４記載の圧縮着火型内燃機関において、
上記制御手段は、全気筒で安定燃焼されていない場合には、さらに、吸排気バルブの開閉時期を制御することを特徴とする圧縮着火型内燃機関。 - 請求項１記載の圧縮着火型内燃機関において、
中・高負荷時であって、上記改質器によって改質された燃料の水素濃度が所定範囲内である場合には、上記第１及び第２の燃料噴射手段のみから燃料を供給して、圧縮着火する第２の圧縮着火燃焼モードとなるように制御する制御手段を備えたことを特徴とする圧縮着火型内燃機関。 - 請求項８記載の圧縮着火型内燃機関において、
上記制御手段は、上記水素濃度が所定範囲外である場合には、上記第１の燃料噴射手段のみから燃料を供給して、火花着火する火花点火燃焼モードとなるように制御することを特徴とする圧縮着火型内燃機関。 - 請求項１記載の圧縮着火型内燃機関において、
上記燃料改質器内の触媒を加熱する熱源として、ヒータ及び排気ガスを用いることを特徴とする圧縮着火型内燃機関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002360201A JP2004190586A (ja) | 2002-12-12 | 2002-12-12 | 圧縮着火型内燃機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002360201A JP2004190586A (ja) | 2002-12-12 | 2002-12-12 | 圧縮着火型内燃機関 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004190586A true JP2004190586A (ja) | 2004-07-08 |
Family
ID=32759337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002360201A Pending JP2004190586A (ja) | 2002-12-12 | 2002-12-12 | 圧縮着火型内燃機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004190586A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007113461A (ja) * | 2005-10-19 | 2007-05-10 | Fuji Seratekku Kk | 燃料の着火性を向上させたガスエンジン |
| JP2007321624A (ja) * | 2006-05-31 | 2007-12-13 | Iseki & Co Ltd | エンジンの電子部品確認装置 |
| JP2009216041A (ja) * | 2008-03-12 | 2009-09-24 | Honda Motor Co Ltd | 内燃機関の制御装置 |
| JP2010038012A (ja) * | 2008-08-04 | 2010-02-18 | Honda Motor Co Ltd | 内燃機関の制御装置 |
| JP2010121630A (ja) * | 2010-02-01 | 2010-06-03 | Hitachi Ltd | エンジンシステム |
| EP2246546A3 (en) * | 2009-04-21 | 2010-12-08 | Honda Motor Co., Ltd. | Control device for internal combustion engine |
| JP2010538201A (ja) * | 2007-08-30 | 2010-12-09 | エネルギー コンヴァージョン テクノロジー アクティーゼルスカブ | 圧縮点火エンジンにおいて実質的にＮＯｘを発生せずに燃料を燃焼させるエンジンシステムおよび方法 |
| JP2012102632A (ja) * | 2010-11-08 | 2012-05-31 | Honda Motor Co Ltd | 内燃機関システム |
| KR101262384B1 (ko) * | 2006-08-21 | 2013-05-08 | 현대자동차주식회사 | 가솔린 엔진의 연료 공급 및 배기 시스템 |
| JP2014152664A (ja) * | 2013-02-06 | 2014-08-25 | Denso Corp | 燃料改質システム |
| US9121370B2 (en) | 2011-11-15 | 2015-09-01 | Denso Corporation | Combustion system |
| JP2016089641A (ja) * | 2014-10-30 | 2016-05-23 | 株式会社Ihi | レシプロエンジン |
| US20220235729A1 (en) * | 2021-01-22 | 2022-07-28 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel reform apparatus |
-
2002
- 2002-12-12 JP JP2002360201A patent/JP2004190586A/ja active Pending
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007113461A (ja) * | 2005-10-19 | 2007-05-10 | Fuji Seratekku Kk | 燃料の着火性を向上させたガスエンジン |
| JP2007321624A (ja) * | 2006-05-31 | 2007-12-13 | Iseki & Co Ltd | エンジンの電子部品確認装置 |
| KR101262384B1 (ko) * | 2006-08-21 | 2013-05-08 | 현대자동차주식회사 | 가솔린 엔진의 연료 공급 및 배기 시스템 |
| US8601984B2 (en) | 2007-08-30 | 2013-12-10 | Cool Flame Technologies As | Engine system and method for substantially NOx-free combustion of a fuel in a compression ignition engine |
| JP2010538201A (ja) * | 2007-08-30 | 2010-12-09 | エネルギー コンヴァージョン テクノロジー アクティーゼルスカブ | 圧縮点火エンジンにおいて実質的にＮＯｘを発生せずに燃料を燃焼させるエンジンシステムおよび方法 |
| JP2009216041A (ja) * | 2008-03-12 | 2009-09-24 | Honda Motor Co Ltd | 内燃機関の制御装置 |
| US8151741B2 (en) | 2008-03-12 | 2012-04-10 | Honda Motor Co., Ltd | Control device of internal combustion engine |
| JP2010038012A (ja) * | 2008-08-04 | 2010-02-18 | Honda Motor Co Ltd | 内燃機関の制御装置 |
| EP2246546A3 (en) * | 2009-04-21 | 2010-12-08 | Honda Motor Co., Ltd. | Control device for internal combustion engine |
| US8396644B2 (en) | 2009-04-21 | 2013-03-12 | Honda Motor Co., Ltd. | Control device for internal combustion engine |
| JP2010121630A (ja) * | 2010-02-01 | 2010-06-03 | Hitachi Ltd | エンジンシステム |
| JP2012102632A (ja) * | 2010-11-08 | 2012-05-31 | Honda Motor Co Ltd | 内燃機関システム |
| US9121370B2 (en) | 2011-11-15 | 2015-09-01 | Denso Corporation | Combustion system |
| JP2014152664A (ja) * | 2013-02-06 | 2014-08-25 | Denso Corp | 燃料改質システム |
| JP2016089641A (ja) * | 2014-10-30 | 2016-05-23 | 株式会社Ihi | レシプロエンジン |
| US20220235729A1 (en) * | 2021-01-22 | 2022-07-28 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel reform apparatus |
| US11466647B2 (en) * | 2021-01-22 | 2022-10-11 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel reform apparatus |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4033160B2 (ja) | 予混合圧縮自着火運転が可能な内燃機関の制御装置 | |
| US8662024B2 (en) | Operating an engine with reformate | |
| US8151741B2 (en) | Control device of internal combustion engine | |
| US8464699B2 (en) | Method for operating an engine | |
| US8402928B2 (en) | Method for operating an engine with variable charge density | |
| US8613263B2 (en) | Method for operating a charge diluted engine | |
| WO2011145434A1 (ja) | アンモニア燃焼内燃機関 | |
| WO2011145435A1 (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
| JP4739906B2 (ja) | 燃料の着火性を向上させたガスエンジン | |
| JP2005530087A (ja) | 排気ガス排出物の制御方法 | |
| JP2006002637A (ja) | 圧縮自着火式内燃機関の制御装置 | |
| JP2004190586A (ja) | 圧縮着火型内燃機関 | |
| JP3975695B2 (ja) | 自己着火式エンジン | |
| JP3812292B2 (ja) | 内燃機関 | |
| JP2007187111A (ja) | 水素利用内燃機関 | |
| JP2001082229A (ja) | 圧縮自己着火ガソリン内燃機関 | |
| JP4412201B2 (ja) | 水素利用内燃機関の制御装置 | |
| JP2007138799A (ja) | 水素利用内燃機関 | |
| JP2007198274A (ja) | 水素利用内燃機関 | |
| JP3969918B2 (ja) | 予混合圧縮自着火エンジンとその制御方法 | |
| JP4730252B2 (ja) | ガス燃料内燃機関 | |
| JP2006052686A (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
| JP4470724B2 (ja) | 副室式内燃機関 | |
| JP2013133814A (ja) | 圧縮着火内燃機関の制御装置 | |
| JP4677996B2 (ja) | 水素利用内燃機関 |