JP2021055661A - Fuel reforming engine - Google Patents

Abstract

To provide a fuel reforming engine capable of controlling deterioration of thermal efficiency in low-load operation.SOLUTION: A fuel reforming engine 1 comprises: a fuel reforming cylinder 2; and an output cylinder 3 which obtains engine output through combustion of reformed fuel produced in the fuel reforming cylinder 2 and supplied thereto. The fuel reforming engine enables an operation mode to be switched between a first operation mode to obtain the engine output from the output cylinder 3 and to execute fuel reforming operation in the fuel reforming cylinder 2 and a second operation mode to obtain the engine output from the output cylinder 3 without executing the fuel reforming operation in the fuel reforming cylinder 2 on the basis of at least either an operation state of the fuel reforming cylinder 2 or the operation state of the output cylinder 3.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、燃料改質気筒を有する燃料改質エンジンに関する。 The present disclosure relates to a fuel reforming engine having a fuel reforming cylinder.

特許文献１に示すように、燃料改質気筒と出力気筒とを備えた燃料改質エンジンが知られている。この種の燃料改質エンジンは、燃料改質気筒において燃料を改質する。改質後の燃料（以下、改質燃料又は改質ガスともいう）を出力気筒において燃焼させることによって機関出力を得る。 As shown in Patent Document 1, a fuel reforming engine including a fuel reforming cylinder and an output cylinder is known. This type of fuel reforming engine reforms fuel in a fuel reforming cylinder. The engine output is obtained by burning the reformed fuel (hereinafter, also referred to as reformed fuel or reformed gas) in the output cylinder.

具体的には、燃料改質気筒にガソリン、灯油、軽油又は重油等の燃料を供給し、この燃料改質気筒内において当量比の高い混合気を断熱圧縮する。これにより、高温高圧の環境下で燃料が改質され、水素、一酸化炭素、メタン等のアンチノック性の高い改質燃料（高オクタン価燃料）が生成される。この改質燃料を空気と共に出力気筒に供給し、この出力気筒内において希薄混合気の燃焼（均一希薄燃焼）が行われることにより機関出力が得られる。 Specifically, fuel such as gasoline, kerosene, light oil, or heavy oil is supplied to the fuel reforming cylinder, and the air-fuel mixture having a high equivalent ratio is adiabatically compressed in the fuel reforming cylinder. As a result, the fuel is reformed in a high temperature and high pressure environment, and a reformed fuel (high octane fuel) having high antiknock properties such as hydrogen, carbon monoxide, and methane is produced. The engine output is obtained by supplying this reformed fuel together with air to the output cylinder and burning the lean mixture (uniform lean combustion) in the output cylinder.

この種の燃料改質エンジンによれば、出力気筒内において均一希薄燃焼が行われるため、ＮＯｘ排出量の低減およびスート排出量の低減を図ることができる。また、アンチノック性の高い燃料の燃焼が行われるため、ノッキングが抑制されると共にディーゼルマイクロパイロット着火（出力気筒内に微量の燃料を供給することによる改質燃料の着火）により最適な時期での燃焼が実現できることから、熱効率の向上を図ることもできる。 According to this type of fuel reforming engine, uniform lean burn is performed in the output cylinder, so that it is possible to reduce NOx emissions and soot emissions. In addition, since fuel with high antiknock property is burned, knocking is suppressed and diesel micropilot ignition (ignition of reformed fuel by supplying a small amount of fuel into the output cylinder) at the optimum time. Since combustion can be realized, thermal efficiency can be improved.

特開２０１８−９６２６号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-9626

出力気筒の負荷率が高い場合には改質気筒は高い当量比で運転し、得られた改質燃料を適度な空気過剰率で燃焼させることで高い効率を得ることができる。 When the load factor of the output cylinder is high, the reformed cylinder is operated at a high equivalent ratio, and high efficiency can be obtained by burning the obtained reformed fuel at an appropriate excess air ratio.

しかしながら、出力気筒の負荷率が低い場合には、マスバランス上、改質気筒の当量比が低くなるため、改質効率が低下してしまう。また、出力気筒の負荷率が低い場合には、出力気筒に供給する改質ガス、予混合気の空気過剰率が高くなり、燃焼速度が低下するため、大量の未燃焼ガスを排出し熱効率が大幅に悪化してしまう。これを改善するため、出力気筒の低負荷時には出力気筒に入る空気量をスロットリングし、空気過剰量を低減することが有効であるが、過度にスロットリングするとポンプ損失が増加して熱効率が悪化してしまう。 However, when the load factor of the output cylinder is low, the equivalent ratio of the reforming cylinder is low in terms of mass balance, so that the reforming efficiency is lowered. Further, when the load factor of the output cylinder is low, the excess air ratio of the reformed gas and the premixture supplied to the output cylinder becomes high, and the combustion speed decreases, so that a large amount of unburned gas is discharged and the thermal efficiency is improved. It gets worse significantly. In order to improve this, it is effective to throttle the amount of air entering the output cylinder to reduce the excess air when the load on the output cylinder is low, but excessive throttling increases the pump loss and deteriorates the thermal efficiency. Resulting in.

本開示の目的は、低負荷時における熱効率の悪化を抑制可能な燃料改質エンジンを提供することである。 An object of the present disclosure is to provide a fuel reforming engine capable of suppressing deterioration of thermal efficiency at low load.

本開示の燃料改質エンジンは、燃料改質気筒と、前記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、前記燃料改質気筒の運転状態と前記出力気筒の運転状態との少なくともいずれか１つを検出する運転状態検出部と、を備え、前記燃料改質気筒での燃料改質運転を実行し且つ前記出力気筒から機関出力を得る第１運転モードと、前記燃料改質気筒での燃料改質運転を実行せず且つ前記出力気筒から機関出力を得る第２運転モードとを、前記燃料改質気筒の運転状態と前記出力気筒の運転状態との少なくともいずれか１つに基づき、切り換え可能に構成されている。 The fuel reforming engine of the present disclosure includes a fuel reforming cylinder, an output cylinder to which the reformed fuel generated by the fuel reforming cylinder is supplied and an engine output is obtained by burning the reformed fuel, and the fuel reforming cylinder. The fuel reforming operation is executed in the fuel reforming cylinder and the engine output is output from the output cylinder. The first operation mode for obtaining the fuel reforming cylinder and the second operation mode for obtaining the engine output from the output cylinder without executing the fuel reforming operation in the fuel reforming cylinder are the operating state of the fuel reforming cylinder and the output. It is configured to be switchable based on at least one of the operating state of the cylinder.

この構成によれば、燃料改質気筒の改質効率が低い運転状態、又は、出力気筒における燃焼速度が低い運転状態などの場合に、燃料改質気筒での燃料改質運転を諦めて出力気筒から機関出力を得る第２運転モードに切り替えるので、熱効率の悪化を抑制できる場合がある。 According to this configuration, when the reforming efficiency of the fuel reforming cylinder is low or the combustion speed of the output cylinder is low, the fuel reforming operation of the fuel reforming cylinder is given up and the output cylinder is operated. Since the mode is switched to the second operation mode in which the engine output is obtained from the engine, deterioration of thermal efficiency may be suppressed.

本実施形態の燃料改質エンジンのシステム構成を示す図The figure which shows the system configuration of the fuel reforming engine of this embodiment 燃料改質室における混合気の当量比と、燃料改質室に導入される混合気の圧縮前の初期温度と、改質反応不能域と、圧縮端ガス温度の分布との関係を示す図The figure which shows the relationship between the equivalent ratio of the air-fuel mixture in the fuel reforming chamber, the initial temperature before compression of the air-fuel mixture introduced into the fuel reforming chamber, the reforming reaction impossible region, and the distribution of the compressed end gas temperature. 燃料改質室における混合気の当量比と、燃料改質室に導入される混合気の圧縮前の初期温度と、改質反応不能域と、改質効率の分布との関係を示す図The figure which shows the relationship between the equivalent ratio of the air-fuel mixture in the fuel reforming chamber, the initial temperature before compression of the air-fuel mixture introduced into the fuel reforming chamber, the reforming reaction impossible region, and the distribution of reforming efficiency. 燃焼室における改質ガスの各成分の空気過剰率と、燃焼速度との関係を示す図The figure which shows the relationship between the excess air ratio of each component of reforming gas in a combustion chamber, and the combustion rate. 改質ガスの組成を特定する構成を示すブロック図Block diagram showing a configuration for specifying the composition of the reformed gas 出力気筒における空気過剰率と、熱効率との関係を示す図The figure which shows the relationship between the excess air ratio in an output cylinder, and thermal efficiency 最適な目標空気過剰率を算出する構成および調整弁の最適な開度を特定する構成を示すブロック図A block diagram showing a configuration for calculating the optimum target air excess rate and a configuration for specifying the optimum opening degree of the regulating valve. 改質ガスの各成分についての空気過剰率と熱効率との関係を示す図The figure which shows the relationship between the excess air ratio and the thermal efficiency for each component of a reforming gas.

以下に、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings.

＜燃料改質エンジン１のシステム構成＞
図１は、本実施形態の燃料改質エンジン１のシステム構成を示す図である。図１に示すように、燃料改質エンジン１は、燃料改質気筒２および出力気筒３を有する。燃料改質エンジン１は、燃料改質気筒２や出力気筒３に対し、ガスの供給（導入）またはガスの排出（導出）を行うための配管系として、吸気系４、改質燃料供給系５、排気系６、ＥＧＲ系７、および、出力気筒バイパス系８を有する。 <System configuration of fuel reforming engine 1>
FIG. 1 is a diagram showing a system configuration of the fuel reforming engine 1 of the present embodiment. As shown in FIG. 1, the fuel reforming engine 1 has a fuel reforming cylinder 2 and an output cylinder 3. The fuel reforming engine 1 has an intake system 4 and a reformed fuel supply system 5 as a piping system for supplying (introducing) gas or discharging (exhausting) gas to the fuel reforming cylinder 2 and the output cylinder 3. , Exhaust system 6, EGR system 7, and output cylinder bypass system 8.

［燃料改質気筒および出力気筒］
燃料改質気筒２および出力気筒３は、レシプロ型である。具体的には、各気筒２、３は、シリンダブロック（非図示）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及びシリンダヘッド（非図示）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及びシリンダヘッド（非図示）によって燃焼室３３が形成されている。 [Fuel reforming cylinder and output cylinder]
The fuel reforming cylinder 2 and the output cylinder 3 are reciprocating type. Specifically, each of the cylinders 2 and 3 is configured such that the pistons 22 and 32 are reciprocally housed in the cylinder bores 21 and 31 formed in the cylinder block (not shown). In the fuel reforming cylinder 2, the fuel reforming chamber 23 is formed by the cylinder bore 21, the piston 22, and the cylinder head (not shown). In the output cylinder 3, the combustion chamber 33 is formed by the cylinder bore 31, the piston 32, and the cylinder head (not shown).

本実施形態に係る燃料改質エンジン１は、シリンダブロックに４つの気筒が備えられ、そのうちの１つの気筒が燃料改質気筒２として構成されており、他の３つの気筒が出力気筒３として構成されている。そして、燃料改質気筒２で生成された改質燃料が各出力気筒３それぞれに供給される構成となっている。各気筒２、３の数はこれに限定されるものではない。例えば、シリンダブロックに６つの気筒が備えられ、そのうちの２つの気筒が燃料改質気筒２として構成されており、他の４つの気筒が出力気筒３として構成されていてもよい。 In the fuel reforming engine 1 according to the present embodiment, the cylinder block is provided with four cylinders, one of which is configured as the fuel reforming cylinder 2 and the other three cylinders are configured as the output cylinder 3. Has been done. Then, the reformed fuel produced by the fuel reforming cylinder 2 is supplied to each output cylinder 3. The number of each cylinder 2, 3 is not limited to this. For example, the cylinder block may be provided with six cylinders, two of which may be configured as the fuel reforming cylinder 2 and the other four cylinders may be configured as the output cylinder 3.

各気筒２、３のピストン２２、３２はそれぞれコネクティングロッド２４、３４を介してクランクシャフト１１に連結されている。これにより、ピストン２２、３２の往復運動とクランクシャフト１１の回転運動との間で運動が変換されるようになっている。クランクシャフト１１は、クラッチ機構（非図示）を介して出力軸に連結可能となっている。燃料改質気筒２のピストン２２と出力気筒３のピストン３２とはコネクティングロッド２４、３４およびクランクシャフト１１を介して互いに連結されている。このため、これら気筒２、３間での動力伝達や、これら気筒２、３から出力された動力の出力軸への伝達等が可能となっている。 The pistons 22 and 32 of the cylinders 2 and 3 are connected to the crankshaft 11 via connecting rods 24 and 34, respectively. As a result, the motion is converted between the reciprocating motion of the pistons 22 and 32 and the rotational motion of the crankshaft 11. The crankshaft 11 can be connected to the output shaft via a clutch mechanism (not shown). The piston 22 of the fuel reforming cylinder 2 and the piston 32 of the output cylinder 3 are connected to each other via connecting rods 24 and 34 and a crankshaft 11. Therefore, it is possible to transmit the power between the cylinders 2 and 3 and to transmit the power output from the cylinders 2 and 3 to the output shaft.

燃料改質気筒２には、燃料改質室２３に改質前の燃料として例えばガソリン、灯油、軽油又は重油等の燃料を供給するインジェクタ２５が備えられている。この燃料改質室２３では、インジェクタ２５から燃料が供給されることにより、当量比の高い混合気が断熱圧縮される。これにより、高温高圧の環境下で燃料が改質し、水素、一酸化炭素、メタン等のアンチノック性の高い改質燃料が生成される。 The fuel reforming cylinder 2 is provided with an injector 25 that supplies fuel such as gasoline, kerosene, light oil, or heavy oil as fuel before reforming to the fuel reforming chamber 23. In the fuel reforming chamber 23, the fuel is supplied from the injector 25, so that the air-fuel mixture having a high equivalent ratio is adiabatically compressed. As a result, the fuel is reformed in a high temperature and high pressure environment, and a reformed fuel having high antiknock properties such as hydrogen, carbon monoxide, and methane is produced.

出力気筒３には、燃焼室３３に例えばガソリン、灯油、軽油又は重油等の燃料を供給するインジェクタ３５が備えられている。この燃焼室３３では、燃料改質気筒２で生成された改質燃料が空気と共に供給され、この燃焼室３３で希薄混合気の希薄予混合燃焼が行われる。これにより、ピストン３２の往復動に伴ってクランクシャフト１１が回転し、機関出力が得られる。 The output cylinder 3 is provided with an injector 35 that supplies fuel such as gasoline, kerosene, light oil, or heavy oil to the combustion chamber 33. In the combustion chamber 33, the reformed fuel produced by the fuel reforming cylinder 2 is supplied together with air, and the lean premixed combustion of the lean mixture is performed in the combustion chamber 33. As a result, the crankshaft 11 rotates with the reciprocating movement of the piston 32, and an engine output is obtained.

（吸気系）
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。 (Intake system)
The intake system 4 introduces air (fresh air) into each of the fuel reforming chamber 23 of the fuel reforming cylinder 2 and the combustion chamber 33 of the output cylinder 3.

吸気系４は、メイン吸気通路４１、メイン吸気通路４１が分岐したうちの１系統である燃料改質気筒吸気通路４２および出力気筒吸気通路４３を備えている。メイン吸気通路４１には、ターボチャージャ１２のコンプレッサホイール１２ａが備えられている。また、メイン吸気通路４１には吸気冷却器４４（インタクーラ）が備えられている。燃料改質気筒吸気通路４２は燃料改質気筒２の吸気ポートに連通している。吸気ポートと燃料改質気筒２の燃料改質室２３との間には吸気バルブ２６が開閉可能に配設されている。また、燃料改質気筒吸気通路４２には開度調整可能な吸気量調整弁４５が備えられている。出力気筒吸気通路４３は出力気筒３の吸気ポートに連通している。吸気ポートと出力気筒３の燃焼室３３との間には吸気バルブ３６が開閉可能に配設されている。 The intake system 4 includes a main intake passage 41, a fuel reforming cylinder intake passage 42, which is one of the branches of the main intake passage 41, and an output cylinder intake passage 43. The main intake passage 41 is provided with a compressor wheel 12a of the turbocharger 12. Further, the main intake passage 41 is provided with an intake cooler 44 (intercooler). The fuel reforming cylinder intake passage 42 communicates with the intake port of the fuel reforming cylinder 2. An intake valve 26 is arranged so as to be openable and closable between the intake port and the fuel reforming chamber 23 of the fuel reforming cylinder 2. Further, the fuel reforming cylinder intake passage 42 is provided with an intake amount adjusting valve 45 whose opening degree can be adjusted. The output cylinder intake passage 43 communicates with the intake port of the output cylinder 3. An intake valve 36 is arranged so as to be openable and closable between the intake port and the combustion chamber 33 of the output cylinder 3.

（改質燃料供給系）
改質燃料供給系５ は、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。 (Reformed fuel supply system)
The reformed fuel supply system 5 supplies the reformed fuel produced by the reformed fuel cylinder 2 toward the combustion chamber 33 of the output cylinder 3.

改質燃料供給系５は改質燃料供給通路５１を備えている。改質燃料供給通路５１には改質燃料冷却器５２が備えられている。改質燃料供給通路５１の上流端は燃料改質気筒２の排気ポートに連通している。排気ポートと燃料改質気筒２の燃料改質室２３との間には排気バルブ２７が開閉可能に配設されている。また、改質燃料供給通路５１の下流端は出力気筒吸気通路４３に連通している。このため、燃料改質気筒２で生成された改質燃料は、出力気筒吸気通路４３を流れる空気と混合されて出力気筒３の燃焼室３３に供給されることになる。 The reformed fuel supply system 5 includes a reformed fuel supply passage 51. The reformed fuel supply passage 51 is provided with a reformed fuel cooler 52. The upstream end of the reformed fuel supply passage 51 communicates with the exhaust port of the reformed fuel cylinder 2. An exhaust valve 27 is arranged so as to be openable and closable between the exhaust port and the fuel reforming chamber 23 of the fuel reforming cylinder 2. Further, the downstream end of the reformed fuel supply passage 51 communicates with the output cylinder intake passage 43. Therefore, the reformed fuel generated in the fuel reforming cylinder 2 is mixed with the air flowing through the output cylinder intake passage 43 and supplied to the combustion chamber 33 of the output cylinder 3.

（排気系）
排気系６は、出力気筒３で発生した排気ガスを排出するものである。排気系６は排気通路６１を備えている。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。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。 (Exhaust system)
The exhaust system 6 discharges the exhaust gas generated in the output cylinder 3. The exhaust system 6 includes an exhaust passage 61. The exhaust passage 61 is provided with a turbine wheel 12b of a turbocharger 12. The exhaust passage 61 communicates with the exhaust port of the output cylinder 3. An exhaust valve 37 is arranged so as to be openable and closable between the exhaust port and the combustion chamber 33 of the output cylinder 3.

（ＥＧＲ系）
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。 (EGR system)
The EGR system 7 includes a fuel reforming cylinder EGR system 7A and an output cylinder EGR system 7B.

燃料改質気筒ＥＧＲ系７Ａは、排気通路６１を流れる排気ガスの一部を燃料改質気筒２の燃料改質室２３に向けて供給するものである。燃料改質気筒ＥＧＲ系７Ａは燃料改質気筒ＥＧＲ通路７１を備えている。燃料改質気筒ＥＧＲ通路７１は、上流端が排気通路６１に、下流端が燃料改質気筒吸気通路４２における吸気量調整弁４５の下流側にそれぞれ連通されている。燃料改質気筒ＥＧＲ通路７１にはＥＧＲガス冷却器７２が備えられている。また、燃料改質気筒ＥＧＲ通路７１におけるＥＧＲガス冷却器７２よりも下流側（燃料改質気筒吸気通路４２側）にはＥＧＲガス量調整弁７３が備えられている。また、燃料改質気筒ＥＧＲ系７Ａには、ＥＧＲガス冷却器７２をバイパスしてＥＧＲガスを流すためのクーラバイパス通路７４が設けられている。クーラバイパス通路７４にはバイパス量調整弁７５が備えられている。 The fuel reforming cylinder EGR system 7A supplies a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 61 toward the fuel reforming chamber 23 of the fuel reforming cylinder 2. The fuel reforming cylinder EGR system 7A includes a fuel reforming cylinder EGR passage 71. The upstream end of the fuel reforming cylinder EGR passage 71 is communicated with the exhaust passage 61, and the downstream end is communicated with the downstream side of the intake amount adjusting valve 45 in the fuel reforming cylinder intake passage 42. The fuel reforming cylinder EGR passage 71 is provided with an EGR gas cooler 72. Further, an EGR gas amount adjusting valve 73 is provided on the downstream side (the fuel reforming cylinder intake passage 42 side) of the fuel reforming cylinder EGR passage 71 with respect to the EGR gas cooler 72. Further, the fuel reforming cylinder EGR system 7A is provided with a cooler bypass passage 74 for bypassing the EGR gas cooler 72 and allowing the EGR gas to flow. The cooler bypass passage 74 is provided with a bypass amount adjusting valve 75.

出力気筒ＥＧＲ系７Ｂは、排気通路６１を流れる排気ガスの一部を出力気筒３の燃焼室３３に戻すものである。出力気筒ＥＧＲ系７Ｂは出力気筒ＥＧＲ通路７６を備えている。出力気筒ＥＧＲ通路７６は、上流端が排気通路６１に、下流端が出力気筒吸気通路４３における改質燃料供給通路５１との合流部の下流側にそれぞれ連通されている。出力気筒ＥＧＲ通路７６にはＥＧＲガス冷却器７７が備えられている。また、出力気筒ＥＧＲ通路７６におけるＥＧＲガス冷却器７７よりも下流側（出力気筒吸気通路４３側）にはＥＧＲガス量調整弁７８が備えられている。 The output cylinder EGR system 7B returns a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 61 to the combustion chamber 33 of the output cylinder 3. The output cylinder EGR system 7B includes an output cylinder EGR passage 76. The output cylinder EGR passage 76 communicates with the exhaust passage 61 at the upstream end and to the downstream side of the confluence with the reformed fuel supply passage 51 in the output cylinder intake passage 43 at the downstream end. The output cylinder EGR passage 76 is provided with an EGR gas cooler 77. Further, an EGR gas amount adjusting valve 78 is provided on the downstream side (the output cylinder intake passage 43 side) of the output cylinder EGR passage 76 with respect to the EGR gas cooler 77.

（出力気筒バイパス系）
出力気筒バイパス系８は、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）、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。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、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。 (Output cylinder bypass system)
The output cylinder bypass system 8 is for introducing the gas discharged from the fuel reforming cylinder 2 into the exhaust passage 61 without supplying the gas to the output cylinder 3 (bypassing the output cylinder 3). The output cylinder bypass system 8 includes an output cylinder bypass passage 81. The output cylinder bypass passage 81 has an upstream end on the upstream side of the reformed fuel cooler 52 in the reformed fuel supply passage 51 and a downstream end on the upstream side of the EGR gas cooler 77 in the output cylinder EGR passage 76 (exhaust passage 61 side). ) Are communicated with each other. Further, the output cylinder bypass passage 81 is provided with a bypass amount adjusting valve 82.

なお、前述した各系に備えられている冷却器４４、５２、７２、７７は、ガスを冷却するための冷熱源として、エンジン冷却水または海水等が使用される。また、これら冷却器４４、５２、７２、７７は空冷式のものであってもよい。 The coolers 44, 52, 72, 77 provided in each of the above-mentioned systems use engine cooling water, seawater, or the like as a cooling heat source for cooling the gas. Further, these coolers 44, 52, 72 and 77 may be air-cooled.

＜燃料改質エンジン１の動作＞
次に、上記燃料改質エンジン１の動作について説明する。本実施形態の燃料改質エンジン１は、燃料改質気筒２での燃料改質運転を伴う第１運転モードと、燃料改質気筒２での燃料改質運転を伴わない第２運転モードとを実行可能である。第１運転モードは、燃料改質気筒２での燃料改質運転を実行し且つ出力気筒３から機関出力を得る運転である。第２運転モードは、燃料改質気筒２での燃料改質運転を実行せず且つ出力気筒３から機関出力を得る運転である。燃料改質気筒２での燃料改質運転を非実行にするためには、燃料改質気筒２を出力気筒３と同様に機関出力を得るための気筒として機能させるか、インジェクタ２５からの燃料改質気筒２への燃料供給を停止するか、吸気量調整弁４５及びＥＧＲガス量調整弁７３を閉めて燃料改質気筒２への吸気を停止することが挙げられる。 <Operation of fuel reforming engine 1>
Next, the operation of the fuel reforming engine 1 will be described. The fuel reforming engine 1 of the present embodiment has a first operation mode with fuel reforming operation in the fuel reforming cylinder 2 and a second operation mode without fuel reforming operation in the fuel reforming cylinder 2. It is feasible. The first operation mode is an operation in which the fuel reforming operation in the fuel reforming cylinder 2 is executed and the engine output is obtained from the output cylinder 3. The second operation mode is an operation in which the fuel reforming operation in the fuel reforming cylinder 2 is not executed and the engine output is obtained from the output cylinder 3. In order to discontinue the fuel reforming operation in the fuel reforming cylinder 2, the fuel reforming cylinder 2 may function as a cylinder for obtaining engine output in the same manner as the output cylinder 3, or the fuel reforming from the injector 25 may be performed. The fuel supply to the quality cylinder 2 may be stopped, or the intake air amount adjusting valve 45 and the EGR gas amount adjusting valve 73 may be closed to stop the intake air to the fuel reforming cylinder 2.

＜燃料改質エンジン１の動作；第１運転モード＞
第１運転モードについて説明する。燃料改質エンジン１の暖機が完了している状態（燃料改質室２３での燃料の改質反応が可能となっている状態）での基本動作として、メイン吸気通路４１に導入される空気は、ターボチャージャ１２のコンプレッサホイール１２ａによって加圧される。加圧された空気は、燃料改質気筒吸気通路４２および出力気筒吸気通路４３に分流される。この際、燃料改質気筒吸気通路４２を流れる吸気の流量は吸気量調整弁４５によって調整される。また、燃料改質気筒吸気通路４２には、燃料改質気筒ＥＧＲ系７Ａを流れたＥＧＲガスが導入される。この際、燃料改質気筒吸気通路４２に導入されるＥＧＲガス量はＥＧＲガス量調整弁７３によって調整される。また、燃料改質気筒吸気通路４２に導入されるＥＧＲガスの温度はバイパス量調整弁７５の開度に応じてＥＧＲガス冷却器７２をバイパスするＥＧＲガス量によって調整される。これにより、燃料改質気筒２の燃料改質室２３には、空気およびＥＧＲガスが導入されることになる。この際、燃料改質気筒吸気通路４２に至る新気（吸気）の流量及びＥＧＲガスの流量、温度は、燃料改質室２３での当量比が高くなり且つ燃料改質室２３のガス温度が燃料の改質を良好に行うことができる温度を確保できるように調整される。新気（吸気）の流量は吸気量調整弁４５の開度によって調整される。ＥＧＲガスの流量はＥＧＲガス量調整弁７３の開度によって調整される。ＥＧＲガスの温度はバイパス量調整弁７５の開度によって調整される。具体的には、吸気量調整弁４５、ＥＧＲガス量調整弁７３およびバイパス量調整弁７５の開度は、後述するようにインジェクタ２５から燃料改質室２３に燃料が供給された際における燃料改質室２３での当量比を例えば２．５以上（好ましくは４．０以上）に設定し、且つ燃料改質室２３のガス温度が改質反応可能温度の下限値以上の値となるように、予め実験やシミュレーションに基づいて作成された開度設定マップに従って設定される。 <Operation of fuel reforming engine 1; 1st operation mode>
The first operation mode will be described. Air introduced into the main intake passage 41 as a basic operation in a state where the warm-up of the fuel reforming engine 1 is completed (a state in which the fuel reforming reaction is possible in the fuel reforming chamber 23). Is pressurized by the compressor wheel 12a of the turbocharger 12. The pressurized air is diverted to the fuel reforming cylinder intake passage 42 and the output cylinder intake passage 43. At this time, the flow rate of the intake air flowing through the fuel reforming cylinder intake passage 42 is adjusted by the intake amount adjusting valve 45. Further, the EGR gas flowing through the fuel reforming cylinder EGR system 7A is introduced into the fuel reforming cylinder intake passage 42. At this time, the amount of EGR gas introduced into the fuel reforming cylinder intake passage 42 is adjusted by the EGR gas amount adjusting valve 73. Further, the temperature of the EGR gas introduced into the fuel reforming cylinder intake passage 42 is adjusted by the amount of EGR gas bypassing the EGR gas cooler 72 according to the opening degree of the bypass amount adjusting valve 75. As a result, air and EGR gas are introduced into the fuel reforming chamber 23 of the fuel reforming cylinder 2. At this time, the flow rate of fresh air (intake air) reaching the fuel reforming cylinder intake passage 42, the flow rate of the EGR gas, and the temperature have a high equivalent ratio in the fuel reforming chamber 23, and the gas temperature in the fuel reforming chamber 23 is high. It is adjusted to ensure a temperature at which fuel reforming can be performed well. The flow rate of fresh air (intake) is adjusted by the opening degree of the intake amount adjusting valve 45. The flow rate of EGR gas is adjusted by the opening degree of the EGR gas amount adjusting valve 73. The temperature of the EGR gas is adjusted by the opening degree of the bypass amount adjusting valve 75. Specifically, the opening degree of the intake amount adjusting valve 45, the EGR gas amount adjusting valve 73, and the bypass amount adjusting valve 75 is adjusted when fuel is supplied from the injector 25 to the fuel reforming chamber 23 as described later. The equivalent ratio in the pawn chamber 23 is set to, for example, 2.5 or more (preferably 4.0 or more), and the gas temperature in the fuel reforming chamber 23 is set to a value equal to or higher than the lower limit of the reformable reactionable temperature. , It is set according to the opening setting map created in advance based on experiments and simulations.

このようにして燃料改質気筒２の燃料改質室２３に、空気およびＥＧＲガスが導入された状態で、インジェクタ２５から燃料改質室２３に燃料が供給される。インジェクタ２５からの燃料供給量は、基本的には機関要求出力に応じて設定される。具体的には、インジェクタ２５に供給されている燃料圧力に応じ、目標とする燃料供給量が得られるように、インジェクタ２５の開弁期間が設定される。また、インジェクタ２５の開弁タイミングは、燃料改質気筒２の吸気行程が終了するまでの間に目標とする燃料供給量の噴射が完了するように設定されることが望ましいが、ピストン２２が圧縮上死点付近に到達する前に混合気が均一に混合可能である場合には、圧縮行程途中まで燃料噴射期間が継続されてもよい。これにより、ピストン２２が圧縮上死点に達するまでに、燃料改質室２３において均質な混合気（当量比の高い混合気）が生成されることになる。 In this way, fuel is supplied from the injector 25 to the fuel reforming chamber 23 with air and EGR gas introduced into the fuel reforming chamber 23 of the fuel reforming cylinder 2. The fuel supply amount from the injector 25 is basically set according to the engine required output. Specifically, the valve opening period of the injector 25 is set so that a target fuel supply amount can be obtained according to the fuel pressure supplied to the injector 25. Further, it is desirable that the valve opening timing of the injector 25 is set so that the injection of the target fuel supply amount is completed by the time the intake stroke of the fuel reforming cylinder 2 is completed, but the piston 22 is compressed. If the air-fuel mixture can be mixed uniformly before reaching near top dead center, the fuel injection period may be continued until the middle of the compression stroke. As a result, a homogeneous air-fuel mixture (air-fuel mixture having a high equivalent ratio) is generated in the fuel reforming chamber 23 by the time the piston 22 reaches the compression top dead center.

ピストン２２が圧縮上死点に向かって移動する間に、燃料改質室２３の圧力および温度が上昇し、燃料改質室２３では、当量比の高い混合気（例えば４．０以上の当量比の混合気）が断熱圧縮される。これにより、高温高圧の環境下で、燃料の脱水素反応、部分酸化反応、水蒸気改質反応、熱解離反応が行われて、燃料が改質され、水素、一酸化炭素、メタン等のアンチノック性の高い改質燃料が生成される。 While the piston 22 moves toward the compression top dead center, the pressure and temperature of the fuel reforming chamber 23 rise, and in the fuel reforming chamber 23, an air-fuel mixture having a high equivalent ratio (for example, an equivalent ratio of 4.0 or more) Air-fuel mixture) is adiabatically compressed. As a result, the fuel is reformed by dehydrogenation reaction, partial oxidation reaction, steam reforming reaction, and thermal dissociation reaction in a high temperature and high pressure environment, and anti-knocking of hydrogen, carbon monoxide, methane, etc. Highly reformed fuel is produced.

燃料改質室２３から排出された改質燃料は、改質燃料供給通路５１を流れる際に改質燃料冷却器５２において冷却される。冷却により、出力気筒吸気通路４３や燃焼室３３での改質燃料の過早着火が抑制される。冷却された改質燃料は、出力気筒吸気通路４３を流れる空気と混合され、出力気筒３の燃焼室３３に供給される。また、必要に応じて、ＥＧＲガス量調整弁７８が開放され、出力気筒ＥＧＲ通路７６を経てＥＧＲガスが出力気筒３の燃焼室３３に導入される。 The reformed fuel discharged from the fuel reforming chamber 23 is cooled in the reformed fuel cooler 52 as it flows through the reformed fuel supply passage 51. Cooling suppresses premature ignition of the reformed fuel in the output cylinder intake passage 43 and the combustion chamber 33. The cooled reformed fuel is mixed with the air flowing through the output cylinder intake passage 43 and supplied to the combustion chamber 33 of the output cylinder 3. Further, if necessary, the EGR gas amount adjusting valve 78 is opened, and the EGR gas is introduced into the combustion chamber 33 of the output cylinder 3 through the output cylinder EGR passage 76.

このようにして、出力気筒３の燃焼室３３には、空気、改質燃料、ＥＧＲガスがそれぞれ導入され、燃焼室３３内の当量比が０．１〜０．８程度に調整される。 In this way, air, reformed fuel, and EGR gas are introduced into the combustion chamber 33 of the output cylinder 3, and the equivalent ratio in the combustion chamber 33 is adjusted to about 0.1 to 0.8.

出力気筒３では、圧縮行程において、希薄混合ガスの断熱圧縮が行われ、ピストン３２が圧縮上死点に達した時点で、インジェクタ３５から微量の燃料噴射が行われる。これにより、燃焼室３３内の混合気が着火し、希薄予混合燃焼が行われる。なお、インジェクタ３５からの燃料噴射を行わなくても燃焼室３３の混合気が自着火（予混合圧縮自着火）する場合には、インジェクタ３５からの燃料噴射は必ずしも必要ない。 In the output cylinder 3, the dilute mixed gas is adiabatically compressed in the compression stroke, and when the piston 32 reaches the compression top dead center, a small amount of fuel is injected from the injector 35. As a result, the air-fuel mixture in the combustion chamber 33 is ignited, and lean premixed combustion is performed. If the air-fuel mixture in the combustion chamber 33 self-ignites (premixed compression self-ignition) without fuel injection from the injector 35, fuel injection from the injector 35 is not always necessary.

燃焼によって、ピストン３２が往復動し、クランクシャフト１１が回転することで機関出力が得られる。機関出力は出力軸に伝達される。また、機関出力の一部は、燃料改質気筒２におけるピストン２２の往復動の駆動源として使用される。 Due to combustion, the piston 32 reciprocates and the crankshaft 11 rotates to obtain an engine output. The engine output is transmitted to the output shaft. Further, a part of the engine output is used as a drive source for the reciprocating movement of the piston 22 in the fuel reforming cylinder 2.

なお、燃料改質エンジン１の緊急停止時等であって、出力気筒３への改質燃料の供給を停止させる際には、バイパス量調整弁８２が開放される。これにより、改質燃料は、出力気筒バイパス通路８１を経て排気通路６１に導入されることになり、出力気筒３への改質燃料の供給は停止される。 The bypass amount adjusting valve 82 is opened when the supply of the reformed fuel to the output cylinder 3 is stopped, such as during an emergency stop of the fuel reforming engine 1. As a result, the reformed fuel is introduced into the exhaust passage 61 via the output cylinder bypass passage 81, and the supply of the reformed fuel to the output cylinder 3 is stopped.

上記燃料改質エンジン１によれば、出力気筒３内において希薄混合気の燃焼（均一希薄燃焼）が行われるため、ＮＯｘ排出量の低減およびスート排出量の低減を図ることができる。これにより、排気ガスを浄化するための後処理装置を不要またはその容量を大幅に小型化することが可能である。また、アンチノック性の高い燃料の燃焼が行われるため、ノッキングが抑制されると共にディーゼルマイクロパイロット着火により最適な時期での燃焼が実現できることから、熱効率の向上を図ることもできる。 According to the fuel reforming engine 1, since the lean mixture is burned (uniform lean burn) in the output cylinder 3, it is possible to reduce the NOx emission amount and the soot emission amount. As a result, it is possible to eliminate the need for an aftertreatment device for purifying the exhaust gas or to significantly reduce its capacity. In addition, since fuel with high antiknock property is burned, knocking is suppressed and combustion can be realized at an optimum time by diesel micropilot ignition, so that thermal efficiency can be improved.

＜燃料改質運転について＞
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。図２は、燃料改質室２３における混合気の当量比（横軸）と、燃料改質室２３に導入される混合気の圧縮前の初期温度（縦軸）と、改質反応不能域と、燃料改質気筒２においてピストン２２が圧縮上死点に達した時点での燃料改質室２３内のガス温度（以下、圧縮端ガス温度ともいう）の分布との関係を示す図である。図２に示すように、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。燃料改質室２３において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として所定値以上（例えば２以上）の当量比が必要であり、且つその当量比が高いほど、改質反応を行うために必要な圧縮端ガス温度は高くなっている。つまり、燃料改質室２３において改質反応を行うためには、燃料改質室２３における混合気の当量比が高いほど、圧縮端ガス温度を高くする必要がある。 <About fuel reforming operation>
Next, the conditions for enabling the reforming reaction in the fuel reforming chamber 23 of the fuel reforming cylinder 2 will be described. FIG. 2 shows the equality ratio of the air-fuel mixture in the fuel reforming chamber 23 (horizontal axis), the initial temperature of the air-fuel mixture introduced into the fuel reforming chamber 23 before compression (vertical axis), and the reforming reaction impossible region. It is a figure which shows the relationship with the distribution of the gas temperature (hereinafter, also referred to as a compression end gas temperature) in a fuel reforming chamber 23 at the time when a piston 22 reaches a compression top dead center in a fuel reforming cylinder 2. As shown in FIG. 2, in order to enable the reforming reaction, both the equivalent ratio of the air-fuel mixture in the fuel reforming chamber 23 and the gas temperature in the fuel reforming chamber 23 are within the range in which the reforming reaction is possible. Must be in. Further, the gas temperature required for the fuel to carry out the reforming reaction differs depending on the equality ratio of the air-fuel mixture in the fuel reforming chamber 23, and the equivalent amount of the air-fuel mixture is required to enable the reforming reaction. The temperature of the fuel reforming chamber 23 (the temperature equal to or higher than the minimum temperature that enables the reforming reaction) according to the ratio is required. In order to enable the reforming reaction in the fuel reforming chamber 23, an equivalent ratio of a predetermined value or more (for example, 2 or more) is required as the equivalent ratio of the air-fuel mixture in the fuel reforming chamber 23, and the equivalent ratio is The higher the value, the higher the temperature of the compressed end gas required to carry out the reforming reaction. That is, in order to carry out the reforming reaction in the fuel reforming chamber 23, it is necessary to raise the compressed end gas temperature as the equivalent ratio of the air-fuel mixture in the fuel reforming chamber 23 is higher.

図３は、燃料改質室２３における混合気の当量比（横軸）と、燃料改質室２３に導入される混合気の圧縮前の初期温度（縦軸）と、改質反応不能域と、改質効率の分布との関係を示す図である。図３に示すように、燃料改質室２３における混合気の当量比が２．０を下回る場合には、燃料の大部分が完全燃焼してしまい、改質ガスが生成されず、二酸化炭素や水が生成されるため、改質効率が大幅に低下する。よって、改質効率を最低限確保するためには、燃料改質室２３における混合気の当量比として所定値以上（例えば２．０以上） の当量比が必要であり、且つその当量比が高いほど、改質反応を行うために必要な圧縮端ガス温度は高くなっている。 FIG. 3 shows the equivalent ratio of the air-fuel mixture in the fuel reforming chamber 23 (horizontal axis), the initial temperature of the air-fuel mixture introduced into the fuel reforming chamber 23 before compression (vertical axis), and the reforming reaction impossible region. , It is a figure which shows the relationship with the distribution of reforming efficiency. As shown in FIG. 3, when the equivalent ratio of the air-fuel mixture in the fuel reforming chamber 23 is less than 2.0, most of the fuel is completely burned, reformed gas is not generated, and carbon dioxide and carbon dioxide are not generated. Since water is generated, the reforming efficiency is significantly reduced. Therefore, in order to secure the minimum reforming efficiency, the equivalent ratio of the air-fuel mixture in the fuel reforming chamber 23 needs to be an equivalent ratio of a predetermined value or more (for example, 2.0 or more), and the equivalent ratio is high. The higher the temperature of the compressed end gas required to carry out the reforming reaction.

＜出力気筒３での燃焼条件＞
図４は、燃焼室３３における改質ガスの各成分の空気過剰率（横軸）と、燃焼速度（縦軸）との関係を示す図である。図４に示すように、各成分の燃焼速度が適度となる空気過剰率１．５〜２．０で燃焼させることで高い効率を得ることができる。しかし、空気過剰率が２．５を超えると、どのガス成分であっても燃焼速度が低下してしまうため、短時間で燃焼を完了させることができず、等容度が低下し、熱効率が低下してしまう。 <Combustion conditions in output cylinder 3>
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the excess air ratio (horizontal axis) of each component of the reformed gas in the combustion chamber 33 and the combustion rate (vertical axis). As shown in FIG. 4, high efficiency can be obtained by burning each component at an appropriate excess air ratio of 1.5 to 2.0. However, if the excess air ratio exceeds 2.5, the combustion rate of any gas component will decrease, so combustion cannot be completed in a short time, the capacity will decrease, and the thermal efficiency will decrease. It will drop.

＜第１運転モードと第２運転モードとの切り換え＞
上記の通り、燃料改質気筒２における混合気の当量比が２．０を下回る場合には、燃料が完全燃焼してしまうために燃料が改質されず、改質効率が悪化する。また、出力気筒３における混合気の空気過剰率が２．５を超えると、燃焼速度が低下して、熱効率が低下しています。 <Switching between the first operation mode and the second operation mode>
As described above, when the equivalent ratio of the air-fuel mixture in the fuel reforming cylinder 2 is less than 2.0, the fuel is not reformed because the fuel is completely burned, and the reforming efficiency is deteriorated. Further, when the excess air ratio of the air-fuel mixture in the output cylinder 3 exceeds 2.5, the combustion speed decreases and the thermal efficiency decreases.

そこで、本実施形態では、燃料改質エンジン１は、燃料改質気筒２の運転状態と出力気筒３の運転状態との少なくともいずれか１つを検出する運転状態検出部を設け、燃料改質気筒２の運転状態と出力気筒３の運転状態との少なくともいずれか１つに基づき第１運転モードと第２運転モードとを切り換え可能に構成されている。運転状態検出部の少なくとも一部は、ＥＣＵで実現される。 Therefore, in the present embodiment, the fuel reforming engine 1 is provided with an operating state detection unit that detects at least one of the operating state of the fuel reforming cylinder 2 and the operating state of the output cylinder 3, and the fuel reforming cylinder. The first operation mode and the second operation mode can be switched based on at least one of the operation state of 2 and the operation state of the output cylinder 3. At least a part of the operation state detection unit is realized by the ECU.

具体的な一例として、出力気筒３の運転状態の検出及び運転モードの切り替えについて説明する。図４に示すように、出力気筒３の混合気の空気過剰率が２．５よりも大きくなると燃焼速度が非常に遅くなる。水素とアセチレンは空気過剰率が２．５でも燃焼速度を維持できており、閾値を３．０とすることも可能である。しかし、改質燃料には他のガス成分も含まれているために閾値は２．５であることが好ましい。そこで、本実施形態では、出力気筒３の運転状態は、出力気筒３における混合気の空気過剰率λ_ｐｗｒであり、混合気の空気過剰率λ_ｐｗｒが２．５を超える場合には、燃料改質気筒２での燃料改質運転を停止して第２運転モードに切り替えるように構成されている。 As a specific example, detection of the operating state of the output cylinder 3 and switching of the operating mode will be described. As shown in FIG. 4, when the excess air ratio of the air-fuel mixture of the output cylinder 3 becomes larger than 2.5, the combustion speed becomes very slow. Hydrogen and acetylene can maintain the combustion rate even if the excess air ratio is 2.5, and the threshold value can be set to 3.0. However, the threshold is preferably 2.5 because the reformed fuel also contains other gas components. Therefore, in the present embodiment, the operating state of the output cylinder 3 is the excess air ratio λ _pwr of the air-fuel mixture in the output cylinder 3, and when the excess air ratio λ _pwr of the air-fuel mixture exceeds 2.5, the fuel is modified. It is configured to stop the fuel reforming operation in the quality cylinder 2 and switch to the second operation mode.

具体的な一例として、空気過剰率の検出方法として次の方法が挙げられる。出力気筒３に接続される出力気筒吸気通路４３に取り付けたエアフローセンサ９０によって通過する新気（空気）の流量を計測する。改質ガスの流量ｍ_ｒｆｍは、式（１）に示すように、燃料改質気筒２に導入される新気流量ｍ_{ａｉｒ＿１}と、燃料改質気筒２に投入した燃料量ｍ_{ｆｕｅｌ＿１}から算出する。
ｍ_ｒｆｍ ＝ ｍ_{ａｉｒ＿１} ＋ ｍ_{ｆｕｅｌ＿１} …（１）
燃料改質気筒２に導入される新気流量ｍ_{ａｉｒ＿１}は、エアフローセンサで計測してもよいし、図１に示す温度、圧力センサ９１で検出した温度及び圧力から推定してもよい。 As a specific example, the following method can be mentioned as a method for detecting the excess air ratio. The flow rate of fresh air (air) passing through the air flow sensor 90 attached to the output cylinder intake passage 43 connected to the output cylinder 3 is measured. As shown in the formula (1), the reformed gas flow rate m _rfm is calculated from the _{fresh air flow rate major_1} introduced into the fuel reforming cylinder 2 and the fuel amount m _{fuel_1 charged into the fuel reforming cylinder 2.}
m _rfm = m _{air_1} + m _{feel_1} ... (1)
_{The fresh air flow rate major_1} introduced into the fuel reforming cylinder 2 may be measured by an air flow sensor, or may be estimated from the temperature shown in FIG. 1 and the temperature and pressure detected by the pressure sensor 91.

改質ガスの組成は、図５のブロック図で示すように、燃料改質気筒２の運転条件（例えば当量比と吸気温度）、又は、燃料改質気筒２内の最高ガス温度を入力として、予め用意された改質ガス組成マップ（成分特定部９３）から特定する。改質ガス組成マップは、予め試験ベンチで評価されて生成される。 As shown in the block diagram of FIG. 5, the composition of the reformed gas is input by the operating conditions of the fuel reformed cylinder 2 (for example, the equivalent ratio and the intake air temperature) or the maximum gas temperature in the fuel reformed cylinder 2. It is specified from the reformed gas composition map (component identification unit 93) prepared in advance. The reformed gas composition map is evaluated and generated in advance on a test bench.

改質ガスの組成が明らかになれば、式（２）に基づき、出力気筒３の空気過剰率λ_ｐｗｒが算出可能となる。

ここで、α_ｆｕｅｌは出力気筒３に供給する液体燃料の理論混合比を示し、ｍ_{ｆｕｅｌ＿２}は出力気筒３に供給する液体燃料の質量を示し、α_{ｉ＿ｒｆｍ}は改質ガスの成分ｉの理論混合比を示し、ｍ_{ｉ＿ｒｆｍ}は改質ガスの成分ｉの質量を示し、ｍ_{ａｉｒ＿２}は出力気筒３の導入される新気の質量を示す。
なお、炭酸水素燃料Ｃ_ａＨ_ｂＯ_ｃの理論混合比αは式（３）を用いて算出可能である。式（３）では、出力気筒３の排ガスのモル質量ＭＷ_ｇａｓ、燃料のモル質量ＭＷ_ｆｕｅｌ、及び、新気中のＯ２のモル分率φ_{Ｏ２＿ａｉｒ}を用いる。

Once the composition of the reformed gas is clarified, the excess air ratio λ _pwr of the output cylinder 3 can be calculated based on the equation (2).

Here, α _fuel indicates the theoretical mixing ratio of the liquid fuel supplied to the output cylinder 3, m _{fuel_2} indicates the mass of the liquid fuel supplied to the output cylinder 3, and α _{i_rfm} is the theoretical mixing ratio of the component i of the reformed gas. , _{Mi_rfm} indicates the mass of the component i of the reforming gas, and _{mir_2} indicates the mass of the fresh air introduced into the output cylinder 3.
The theoretical mixture ratio α of the hydrogen carbonate fuel C _a H _b O _c can be calculated using the equation (3). In the formula (3), the molar mass MW _gas of the exhaust gas of the output cylinder 3, the molar mass MW _{fuel of the fuel} , and the molar fraction φ _{O2_air} of O2 in fresh air are used.

出力気筒３の混合気の空気過剰率が増大しすぎないように制御することが挙げられる。すなわち、図１に示すように、出力気筒３へ導入される新規の流量を制御する新気流量制御部９２を設ける。具体的に、新気流量制御部９２は、出力気筒吸気通路４３に設けられる調整弁９２であることが好ましい。調整弁９２は、出力気筒３の空気過剰率が所定閾値を上回る場合に、新気量を抑制することで熱効率を維持する。そのため、調整弁９２の位置は、出力気筒吸気通路４３のうち、改質ガスが導入される部位（改質燃料供給通路５１との合流部位）およびＥＧＲガスが導入される部位（出力気筒ＥＧＲ通路７６との合流部位）の双方よりも上流側である必要がある。所定閾値ｔｈ１は、図６に示すように、空気過剰率２．５よりも低い値であり、出力気筒３の燃焼性能を最適化しうる空気過剰率になる。調整弁９２の開度が大きすぎると大量の新気が入るため、燃焼速度が低下して等容度が低下する。逆に、調整弁９２を絞りすぎると、ポンプ損失が増大し熱効率が悪化する。最適熱効率は、両者のバランスが取れたポイントとなる。 Controlled so that the excess air ratio of the air-fuel mixture of the output cylinder 3 does not increase too much can be mentioned. That is, as shown in FIG. 1, a fresh air flow rate control unit 92 for controlling a new flow rate introduced into the output cylinder 3 is provided. Specifically, the fresh air flow rate control unit 92 is preferably a regulating valve 92 provided in the output cylinder intake passage 43. The regulating valve 92 maintains the thermal efficiency by suppressing the amount of fresh air when the excess air ratio of the output cylinder 3 exceeds a predetermined threshold value. Therefore, the positions of the regulating valve 92 are the part where the reformed gas is introduced (the part where the reformed fuel supply passage 51 is merged) and the part where the EGR gas is introduced (the output cylinder EGR passage) in the output cylinder intake passage 43. It needs to be on the upstream side of both of the confluence with 76). As shown in FIG. 6, the predetermined threshold value th1 is a value lower than the excess air ratio 2.5, and is an excess air ratio that can optimize the combustion performance of the output cylinder 3. If the opening degree of the regulating valve 92 is too large, a large amount of fresh air enters, so that the combustion speed is lowered and the isochoricity is lowered. On the contrary, if the regulating valve 92 is throttled too much, the pump loss increases and the thermal efficiency deteriorates. Optimal thermal efficiency is a well-balanced point between the two.

ここでは、改質ガスの組成に関係なく、画一的に所定閾値ｔｈ１を設定することが可能である。しかし、図７に示すように、改質ガスの組成から目標となる空気過剰率を設定し、それを実現するような最適な調整弁９２の開度を演算することが好ましい。すなわち、最適（目標）空気過剰率がガス予混合気の組成によって異なることに着目している。燃料ガスがそれぞれ固有の理論混合比があり、燃焼特性もガス成分によって大きく異なるため、ガス組成に応じた最適空気過剰率の設定が求められる。図８は、最適空気過剰率の一例を示す。同図のようにメタン、一酸化炭素、水素の中ではメタンの最適空気過剰率が最も低く、次いで一酸化炭素となり、最適空気過剰率が最も高いのは水素である。したがって、図７に示す目標空気過剰率マップにおいて、水素の濃度が他のガスの濃度に比べて最も高い場合には目標空気過剰率が高く、メタン又はエチレンの濃度が他のガスの濃度に比べて最も高い場合には目標空気過剰率が低い値となることが好ましい。このように、図５に示す改質ガスの組成を特定する方法を用いて、改質ガスの組成を特定できるのであれば、改質ガス燃焼時の最適空気過剰率を算出でき、算出した最適空気過剰率に応じた調整弁９２（吸気スロットル）の開度を設定することが可能となる。よって、幅広い運転領域で熱効率を最大化することが可能となる。 Here, it is possible to uniformly set the predetermined threshold value th1 regardless of the composition of the reformed gas. However, as shown in FIG. 7, it is preferable to set a target excess air ratio from the composition of the reformed gas and calculate the optimum opening degree of the regulating valve 92 to realize it. That is, we are paying attention to the fact that the optimum (target) excess air ratio differs depending on the composition of the gas premixture. Since each fuel gas has its own theoretical mixing ratio and the combustion characteristics also differ greatly depending on the gas component, it is necessary to set the optimum air excess ratio according to the gas composition. FIG. 8 shows an example of the optimum excess air ratio. As shown in the figure, among methane, carbon monoxide, and hydrogen, methane has the lowest optimum air excess rate, followed by carbon monoxide, and hydrogen has the highest optimum air excess rate. Therefore, in the target air excess rate map shown in FIG. 7, when the hydrogen concentration is the highest compared to the concentration of other gases, the target air excess rate is high, and the concentration of methane or ethylene is compared with the concentration of other gases. In the highest case, the target air excess rate is preferably a low value. In this way, if the composition of the reformed gas can be specified by using the method for specifying the composition of the reformed gas shown in FIG. 5, the optimum air excess rate at the time of combustion of the reformed gas can be calculated, and the calculated optimum It is possible to set the opening degree of the adjusting valve 92 (intake throttle) according to the excess air ratio. Therefore, it is possible to maximize the thermal efficiency in a wide operating range.

燃料改質気筒２の運転状態の検出及び運転モードの切り替えについて説明する。
図３に示すように燃料改質気筒２における当量比が２．０を下回る場合には、改質効率が低下する。そこで、本実施形態では、燃料改質気筒２の運転状態は、燃料改質気筒２における混合気の当量比φ_ｒｆｍであり、混合気の当量比φ_ｒｆｍが２．０を下回る場合には、燃料改質気筒２での燃料改質運転を停止して第２運転モードに切り替えるように構成されている。 The detection of the operating state of the fuel reforming cylinder 2 and the switching of the operating mode will be described.
As shown in FIG. 3, when the equivalent ratio in the fuel reforming cylinder 2 is less than 2.0, the reforming efficiency is lowered. Therefore, in the present embodiment, the operating state of the fuel reforming cylinder 2 is the equivalent ratio φ _rfm of the air-fuel mixture in the fuel reforming cylinder 2, and when the equivalent ratio φ _{rfm of the} air-fuel mixture is less than 2.0, It is configured to stop the fuel reforming operation in the fuel reforming cylinder 2 and switch to the second operation mode.

具体的には、図示しない制御部（ＥＣＵ）において、燃料改質気筒２における混合気の当量比φ_ｒｆｍを式（４）に基づき算出する。ここでは、燃料改質気筒２に導入される新気の質量ｍ_{ａｉｒ＿１}、燃料改質気筒２に供給する燃料の質量ｍ_{ｆｕｅｌ＿１}、及び、出力気筒３に供給する液体燃料の理論混合比α_ｆｕｅｌを用いる。ここでの制御は、燃料改質気筒２の当量比φ_ｒｆｍを演算し、改質効率が大幅に低下する当量比が２．０を下回る場合には、改質運転が不適切であると判定し、燃料改質気筒２での燃料改質運転を停止して第２運転モードへ切り替える。

Specifically, in a control unit (ECU) (not shown), the equivalent ratio φ _rfm of the air-fuel mixture in the fuel reforming cylinder 2 is calculated based on the equation (4). Here, the fuel reforming cylinder 2 fresh air mass _{m Air_1} introduced into the fuel reforming cylinder 2 to supply fuel mass _{m Fuel_1,} and, a stoichiometric alpha _Fuel liquid fuel supplied to the output cylinder 3 Use. _{The control here calculates the equivalent ratio φ rfm} of the fuel reforming cylinder 2, and if the equivalent ratio at which the reforming efficiency drops significantly is less than 2.0, it is determined that the reforming operation is inappropriate. Then, the fuel reforming operation in the fuel reforming cylinder 2 is stopped and switched to the second operation mode.

以上のように、本実施形態の燃料改質エンジン１は、燃料改質気筒２と、燃料改質気筒２で生成された改質燃料が供給され改質燃料の燃焼によって機関出力を得る出力気筒３と、燃料改質気筒２の運転状態と出力気筒３の運転状態との少なくともいずれか１つを検出する運転状態検出部と、を備え、燃料改質気筒２での燃料改質運転を実行し且つ出力気筒３から機関出力を得る第１運転モードと、燃料改質気筒２での燃料改質運転を実行せず且つ出力気筒３から機関出力を得る第２運転モードとを、燃料改質気筒２の運転状態と出力気筒３の運転状態との少なくともいずれか１つに基づき、切り換え可能に構成されている。 As described above, the fuel reforming engine 1 of the present embodiment is an output cylinder to which the fuel reforming cylinder 2 and the reformed fuel generated by the fuel reforming cylinder 2 are supplied and the engine output is obtained by burning the reformed fuel. 3 and an operating state detection unit for detecting at least one of the operating state of the fuel reforming cylinder 2 and the operating state of the output cylinder 3 are provided, and the fuel reforming operation in the fuel reforming cylinder 2 is executed. The fuel reforming is performed in the first operation mode in which the engine output is obtained from the output cylinder 3 and the second operation mode in which the fuel reforming operation in the fuel reforming cylinder 2 is not executed and the engine output is obtained from the output cylinder 3. It is configured to be switchable based on at least one of the operating state of the cylinder 2 and the operating state of the output cylinder 3.

この構成によれば、燃料改質気筒２の改質効率が低い運転状態、又は、出力気筒３における燃焼速度が低い運転状態などの場合に、燃料改質気筒２での燃料改質運転を停止して出力気筒３から機関出力を得る第２運転モードに切り替えるので、熱効率の悪化を抑制できる場合がある。 According to this configuration, the fuel reforming operation in the fuel reforming cylinder 2 is stopped when the reforming efficiency of the fuel reforming cylinder 2 is low or the combustion speed in the output cylinder 3 is low. Then, the mode is switched to the second operation mode in which the engine output is obtained from the output cylinder 3, so that deterioration of thermal efficiency may be suppressed.

本実施形態のように、運転状態検出部は、燃料改質気筒２の運転状態として燃料改質気筒２における混合気の当量比を検出し、混合気の当量比が２．０を下回る場合には、燃料改質気筒２での燃料改質運転を停止して第２運転モードに切り替えるように構成されていることが好ましい。 As in the present embodiment, the operating state detection unit detects the equivalence ratio of the air-fuel mixture in the fuel reforming cylinder 2 as the operating state of the fuel reforming cylinder 2, and when the equivalence ratio of the air-fuel mixture is less than 2.0. Is preferably configured to stop the fuel reforming operation in the fuel reforming cylinder 2 and switch to the second operation mode.

この構成によれば、燃料改質気筒２における混合気の当量比が２．０を下回り、改質効率が大幅に低下する場合には、改質運転が不適切であるとして、燃料改質気筒２での燃料改質運転を停止して第２運転モードへ切り替わるので、熱効率の悪化を抑制可能となる。 According to this configuration, when the equivalent ratio of the air-fuel mixture in the fuel reforming cylinder 2 is less than 2.0 and the reforming efficiency is significantly lowered, it is considered that the reforming operation is inappropriate and the fuel reforming cylinder Since the fuel reforming operation in No. 2 is stopped and the mode is switched to the second operation mode, deterioration of thermal efficiency can be suppressed.

本実施形態のように、運転状態検出部は、出力気筒３の運転状態として出力気筒３における混合気の空気過剰率を検出し、混合気の空気過剰率が２．５を超える場合には、燃料改質気筒２での燃料改質運転を停止して第２運転モードに切り替えるように構成されていることが好ましい。 As in the present embodiment, the operating state detection unit detects the excess air ratio of the air-fuel mixture in the output cylinder 3 as the operating state of the output cylinder 3, and when the excess air ratio of the air-fuel mixture exceeds 2.5, It is preferable that the fuel reforming operation in the fuel reforming cylinder 2 is stopped and switched to the second operation mode.

この構成によれば、出力気筒３における混合気の空気過剰率が２．５を超えて大きくなり、出力気筒３における燃焼速度が低下して熱効率が低下する場合には、燃料改質気筒２での燃料改質運転を停止して第２運転モードへ切り替わるので、熱効率の悪化を抑制可能となる。 According to this configuration, when the excess air ratio of the air-fuel mixture in the output cylinder 3 becomes larger than 2.5 and the combustion speed in the output cylinder 3 decreases and the thermal efficiency decreases, the fuel reforming cylinder 2 is used. Since the fuel reforming operation is stopped and the mode is switched to the second operation mode, deterioration of thermal efficiency can be suppressed.

本実施形態のように、出力気筒３へ導入される新気の流量を制御する新気流量制御部９２を備え、出力気筒３における混合気の空気過剰率が、２．５よりも低い値である所定閾値ｔｈ１よりも大きい場合に、新気流量制御部９２を介して新気の流量を抑制することが好ましい。 As in the present embodiment, the fresh air flow rate control unit 92 for controlling the flow rate of fresh air introduced into the output cylinder 3 is provided, and the excess air ratio of the air-fuel mixture in the output cylinder 3 is lower than 2.5. When it is larger than a certain predetermined threshold value th1, it is preferable to suppress the flow rate of fresh air via the fresh air flow rate control unit 92.

この構成によれば、出力気筒３における混合気の空気過剰率が２．５を超えて大きくなり、出力気筒３における燃焼速度が低下して熱効率が低下する場合には、新規の流量を抑制して空気過剰率を下げるので、熱効率の悪化を抑制可能となる。 According to this configuration, when the excess air ratio of the air-fuel mixture in the output cylinder 3 becomes larger than 2.5 and the combustion speed in the output cylinder 3 decreases and the thermal efficiency decreases, a new flow rate is suppressed. As a result, the excess air rate is reduced, so that deterioration of thermal efficiency can be suppressed.

本実施形態のように、前記改質燃料の成分を特定する成分特定部を備え、改質燃料中におけるメタン又はエチレンの濃度が所定の濃度よりも高い場合の所定閾値ｔｈ１は、改質燃料中における水素の濃度が所定の濃度よりも高い場合の所定閾値ｔｈ１に比べて低く設定されることが好ましい。 As in the present embodiment, a component specifying unit for specifying the components of the reformed fuel is provided, and a predetermined threshold th1 when the concentration of methane or ethylene in the reformed fuel is higher than a predetermined concentration is set in the reformed fuel. It is preferable that the concentration of hydrogen in the above is set lower than the predetermined threshold th1 when the concentration is higher than the predetermined concentration.

以上、本開示の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに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。 Although the embodiments of the present disclosure have been described above with reference to the drawings, it should be considered that the specific configuration is not limited to these embodiments. The scope of the present disclosure is shown not only by the description of the above-described embodiment but also by the scope of claims, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

１ 燃料改質エンジン
２ 燃料改質気筒
３ 出力気筒
９２ 調整弁（新気流量制御部）

1 Fuel reforming engine 2 Fuel reforming cylinder 3 Output cylinder 92 Control valve (fresh air flow rate control unit)

Claims (5)

燃料改質気筒と、
前記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、
前記燃料改質気筒の運転状態と前記出力気筒の運転状態との少なくともいずれか１つを検出する運転状態検出部と、を備え、
前記燃料改質気筒での燃料改質運転を実行し且つ前記出力気筒から機関出力を得る第１運転モードと、前記燃料改質気筒での燃料改質運転を実行せず且つ前記出力気筒から機関出力を得る第２運転モードとを、前記燃料改質気筒の運転状態と前記出力気筒の運転状態との少なくともいずれか１つに基づき、切り換え可能に構成されている、燃料改質エンジン。 With fuel reforming cylinder
An output cylinder to which the reformed fuel generated by the reformed fuel is supplied and the engine output is obtained by combustion of the reformed fuel.
It is provided with an operating state detection unit that detects at least one of the operating state of the fuel reforming cylinder and the operating state of the output cylinder.
The first operation mode in which the fuel reforming operation in the fuel reforming cylinder is executed and the engine output is obtained from the output cylinder, and the engine without executing the fuel reforming operation in the fuel reforming cylinder and the engine from the output cylinder. A fuel reforming engine configured so that the second operation mode for obtaining an output can be switched based on at least one of the operating state of the fuel reforming cylinder and the operating state of the output cylinder. 前記運転状態検出部は、前記燃料改質気筒の運転状態として前記燃料改質気筒における混合気の当量比を検出し、前記混合気の当量比が２．０を下回る場合には、前記燃料改質気筒での燃料改質運転を停止して前記第２運転モードに切り替えるように構成されている、請求項１に記載の燃料改質エンジン。 The operating state detection unit detects the equivalence ratio of the air-fuel mixture in the fuel reforming cylinder as the operating state of the fuel reforming cylinder, and when the equivalence ratio of the air-fuel mixture is less than 2.0, the fuel modification The fuel reforming engine according to claim 1, which is configured to stop the fuel reforming operation in the quality cylinder and switch to the second operation mode. 前記運転状態検出部は、前記出力気筒の運転状態として前記出力気筒における混合気の空気過剰率を検出し、前記混合気の空気過剰率が２．５を超える場合には、前記燃料改質気筒での燃料改質運転を停止して前記第２運転モードに切り替えるように構成されている、請求項１又は２に記載の燃料改質エンジン。 The operating state detection unit detects the excess air ratio of the air-fuel mixture in the output cylinder as the operating state of the output cylinder, and when the excess air ratio of the air-fuel mixture exceeds 2.5, the fuel reforming cylinder. The fuel reforming engine according to claim 1 or 2, which is configured to stop the fuel reforming operation in the above-mentioned second operation mode and switch to the second operation mode. 前記出力気筒へ導入される新気の流量を制御する新気流量制御部を備え、
前記出力気筒における混合気の空気過剰率が、２．５よりも低い値である所定閾値よりも大きい場合に、前記新気流量制御部を介して前記新気の流量を抑制する、請求項３に記載の燃料改質エンジン。 It is equipped with a fresh air flow rate control unit that controls the flow rate of fresh air introduced into the output cylinder.
3. A claim 3 in which the flow rate of fresh air is suppressed via the fresh air flow rate control unit when the excess air ratio of the air-fuel mixture in the output cylinder is larger than a predetermined threshold value which is a value lower than 2.5. The fuel reforming engine described in. 前記改質燃料の成分を特定する成分特定部を備え、
前記改質燃料中におけるメタン又はエチレンの濃度が所定の濃度よりも高い場合の前記所定閾値は、前記改質燃料中における水素の濃度が所定の濃度よりも高い場合の前記所定閾値に比べて低く設定される、請求項４に記載の燃料改質エンジン。

A component specifying unit for specifying the components of the reformed fuel is provided.
The predetermined threshold when the concentration of methane or ethylene in the reformed fuel is higher than the predetermined concentration is lower than the predetermined threshold when the concentration of hydrogen in the reformed fuel is higher than the predetermined concentration. The fuel reforming engine according to claim 4, which is set.

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