特許 5972180 エンジン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5972180

(24)【登録日】2016年7月22日

(45)【発行日】2016年8月17日

(54)【発明の名称】エンジン

(51)【国際特許分類】

   F02D 19/08 20060101AFI20160804BHJP

   F02D 21/08 20060101ALI20160804BHJP

   F02D 41/02 20060101ALI20160804BHJP

   F02D 43/00 20060101ALI20160804BHJP

   F02M 25/00 20060101ALI20160804BHJP

   F02M 26/00 20160101ALI20160804BHJP

   F02M 31/20 20060101ALI20160804BHJP

【ＦＩ】

   F02D19/08 B

   F02D21/08 301B

   F02D21/08 301D

   F02D41/02 385

   F02D43/00 301N

   F02D43/00 301J

   F02M25/00 G

   F02M25/00 K

   F02M25/00 R

   F02M26/00 311

   F02M31/20 B

【請求項の数】5

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-4699(P2013-4699)

(22)【出願日】2013年1月15日

(65)【公開番号】特開2014-136978(P2014-136978A)

(43)【公開日】2014年7月28日

【審査請求日】2015年3月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006781

【氏名又は名称】ヤンマー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100080621

【弁理士】

【氏名又は名称】矢野 寿一郎

(72)【発明者】

【氏名】朝井 豪

【審査官】 藤村 泰智

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−２５１２７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０３７８７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２７８１９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０８８７２９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｄ １９／０８

Ｆ０２Ｄ ２１／０８

Ｆ０２Ｄ ４１／００ 〜 ４５／００

Ｆ０２Ｍ ２５／００

Ｆ０２Ｍ ２６／００

Ｆ０２Ｍ ３１／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料改質装置を備えるエンジンであって、
前記燃料改質装置は、供給管を介して吸気管とＥＧＲ管とが接続され、排出管を介して吸気管に接続され、
前記供給管を介して燃料改質装置に供給される吸気と排気との混合気に対して燃料を噴射する主燃料噴射装置が設けられ、
前記燃料改質装置は、燃料が噴射された混合気を改質用ピストンの往復運動により断熱圧縮する改質用気筒から構成され、
前記主燃料噴射装置は、前記改質用気筒内に配置され、吸気の吸入行程又は圧縮行程の前半に燃料を噴射するように制御される
エンジン。

【請求項2】

燃料改質装置を備えるエンジンであって、
前記燃料改質装置は、供給管を介して吸気管とＥＧＲ管とが接続され、排出管を介して吸気管に接続され、
前記供給管を介して燃料改質装置に供給される吸気と排気との混合気に対して燃料を噴射する主燃料噴射装置が設けられ、
前記燃料改質装置は、燃料が噴射された混合気を改質用ピストンの往復運動により断熱圧縮する改質用気筒から構成され、
前記主燃料噴射装置は、前記供給管に配置され、前記燃料改質用気筒に吸気と排気との混合気が供給される際に燃料を噴射するように制御される
エンジン。

【請求項3】

前記エンジンの出力用気筒に副燃料噴射装置が設けられ、
前記副燃料噴射装置は、前記エンジンの出力用気筒の断熱圧縮行程又は膨張行程前半に燃料を噴射するように制御される
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンジン。

【請求項4】

燃料改質装置を備えるエンジンであって、
前記燃料改質装置は、供給管を介して吸気管とＥＧＲ管とが接続され、排出管を介して吸気管に接続され、
前記供給管を介して燃料改質装置に供給される吸気と排気との混合気に対して燃料を噴射する主燃料噴射装置が設けられ、
前記エンジンの出力用気筒に副燃料噴射装置が設けられ、
前記副燃料噴射装置は、前記エンジンの出力用気筒の断熱圧縮行程又は膨張行程前半に燃料を噴射するように制御される
エンジン。

【請求項5】

前記排出管に燃料改質装置から排出される混合気を冷却する改質燃料用インタークーラーが設けられる
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のエンジン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はエンジンに関する。詳しくは予混合圧縮自着火エンジンに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、燃料を希薄状態で高圧縮して自己着火燃焼させることで低スモーク化及び低ＮＯｘ化を実現するエンジンとして、予混合圧縮着火エンジンが知られている。予混合圧縮着火エンジンは、空気と燃料との混合気を燃焼室において高圧縮して自己着火燃焼させるように構成されている。

【0003】

予混合圧縮着火エンジンは、燃料と吸気とを均一かつ希薄に混合させる必要がある。また、空気と燃料とを均一に希薄混合しても、起動運転開始時からの経過時間、エンジン負荷、空燃比等の変化によりノッキングや失火が発生する可能性が高い。このような予混合圧縮着火エンジンにおいて、吸気に排気（ＥＧＲガス）をエンジンの運転状態に基づいて所定のタイミングで混合させることで、ノッキングや失火の発生を抑制して燃焼状態を適正に制御するものが知られている。
例えば、特許文献１に記載の如くである。

【0004】

しかし、特許文献１に記載の予混合圧縮着火エンジンにおいて、燃料に混合されるＥＧＲガスは、エンジンの運転状態によりその温度やＥＧＲガスの成分構成が大きく変動する。従って、ＥＧＲガスを混合するタイミング（量又は濃度）のみではノッキングや失火の発生を抑制することが難しい場合がある点で不利であった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００５−１０５９４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、ノッキングや失火の発生を抑制して予混合圧縮自着火による運転を可能とするエンジンの提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

請求項１においては、燃料改質装置を備えるエンジンであって、前記燃料改質装置は、供給管を介して吸気管とＥＧＲ管とが接続され、排出管を介して吸気管に接続され、前記供給管を介して燃料改質装置に供給される吸気と排気との混合気に対して燃料を噴射する主燃料噴射装置が設けられ、前記燃料改質装置は、燃料が噴射された混合気を改質用ピストンの往復運動により断熱圧縮する改質用気筒から構成され、前記主燃料噴射装置は、前記改質用気筒内に配置され、吸気の吸入行程又は圧縮行程の前半に燃料を噴射するように制御されるものである。

【0008】

請求項２においては、燃料改質装置を備えるエンジンであって、前記燃料改質装置は、供給管を介して吸気管とＥＧＲ管とが接続され、排出管を介して吸気管に接続され、前記供給管を介して燃料改質装置に供給される吸気と排気との混合気に対して燃料を噴射する主燃料噴射装置が設けられ、前記燃料改質装置は、燃料が噴射された混合気を改質用ピストンの往復運動により断熱圧縮する改質用気筒から構成され、前記主燃料噴射装置は、前記供給管に配置され、前記燃料改質用気筒に吸気と排気との混合気が供給される際に燃料を噴射するように制御されるものである。

【0009】

請求項３においては、前記エンジンの出力用気筒に副燃料噴射装置が設けられ、前記副燃料噴射装置は、前記エンジンの出力用気筒の断熱圧縮行程又は膨張行程前半に燃料を噴射するように制御されるものである。

【0010】

請求項４においては、燃料改質装置を備えるエンジンであって、前記燃料改質装置は、供給管を介して吸気管とＥＧＲ管とが接続され、排出管を介して吸気管に接続され、前記供給管を介して燃料改質装置に供給される吸気と排気との混合気に対して燃料を噴射する主燃料噴射装置が設けられ、前記エンジンの出力用気筒に副燃料噴射装置が設けられ、前記副燃料噴射装置は、前記エンジンの出力用気筒の断熱圧縮行程又は膨張行程前半に燃料を噴射するように制御されるものである。

【0011】

請求項５においては、前記排出管に燃料改質装置から排出される混合気を冷却する改質燃料用インタークーラーが設けられるものである。

【発明の効果】

【0012】

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

【0013】

即ち、請求項１に記載の発明によれば、ＥＧＲガスの特性を利用して燃料をノッキングが発生し難い低級炭化水素燃料に改質するとともに、吸気に混合することで燃料と吸気とが均一かつ希薄に混合される。これにより、ノッキングや失火の発生を抑制して予混合圧縮自着火による運転を可能とする。
また、燃料の噴射から断熱圧縮が開始されるまでの間にＥＧＲガスと燃料とが均一に混合するので効率よく燃料が改質される。これにより、ノッキングや失火の発生を抑制して予混合圧縮自着火による運転を可能とする。

【0014】

請求項２に記載の発明によれば、断熱圧縮が開始されるまでの間にＥＧＲガスと燃料とが均一に混合するので効率よく燃料が改質される。これにより、ノッキングや失火の発生を抑制して予混合圧縮自着火による運転を可能とする。

【0015】

請求項３に記載の発明によれば、出力用気筒において着火性が低い状態の場合、着火が補助される。これにより、ノッキングや失火の発生を抑制して予混合圧縮自着火による運転を可能とする。

【0016】

請求項４に記載の発明によれば、出力用気筒において着火性が低い状態の場合、着火が補助される。これにより、ノッキングや失火の発生を抑制して予混合圧縮自着火による運転を可能とする。

【0017】

請求項５に記載の発明によれば、改質燃料から余分な熱量が除去される。これにより、ノッキングや失火の発生を抑制して予混合圧縮自着火による運転を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明に係るエンジンの第一実施形態における構成を示した概略図。

【図2】本発明に係るエンジンの第一実施形態及び第二実施形態における制御構成を概略図。

【図3】本発明に係るエンジンの第一実施形態における改質用気筒のクランク位置と燃料噴射時期との関係を表すグラフを示す図。

【図4】本発明に係るエンジンの第一実施形態及び第二実施形態における改質用気筒の初期温度と等量比とから燃料の改質可能領域を表すグラフを示す図。

【図5】本発明に係るエンジンの第一実施形態及び第二実施形態における出力用気筒の空気過剰率とＮＯｘ生成量との関係を表すグラフを示す図。

【図6】本発明に係るエンジンの第二実施形態における構成を示した概略図。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下に、図１及び図２を用いて、本発明の第一実施形態に係るエンジン１について説明する。

【0020】

図１に示すように、エンジン１は、軽油若しくは重油を燃料とするディーゼルエンジンである。エンジン１は、主に出力用気筒２、過給機１５、燃料改質装置である改質用気筒１６、吸気用インタークーラー３２、改質燃料用インタークーラー３３、ＥＧＲガス用インタークーラー３４及び制御装置であるＥＣＵ３６を具備する。

【0021】

出力用気筒２は、燃料の燃焼により動力を発生させて出力軸に伝達するものである。出力用気筒２は、出力用シリンダ３、出力用ピストン４、出力用コンロッド５、及び副燃料噴射装置６を具備する。

【0022】

出力用気筒２は、出力用シリンダ３の内部に出力用ピストン４が摺動自在に挿入される。出力用シリンダ３は、一側が図示しないシリンダヘッドによって閉塞され、他側が開放するように構成される。開放出力用ピストン４は、出力用シリンダ３の他側が出力用コンロッド５によって出力軸である出力用クランク軸７に連結される。出力用気筒２の圧縮率は、早期着火や失火の発生を考慮して１３以上（例えば１３〜１８程度）に設定される。

【0023】

出力用シリンダ３には、出力用シリンダ温度検出センサー８が設けられる。出力用クランク軸７には、出力用クランク角検出センサー９が設けられる。出力用気筒２には、出力用シリンダ３の内壁と出力用ピストン４の端面とから燃焼室１０が構成される。出力用気筒２は、燃焼室１０に燃料を噴射可能な副燃料噴射装置６が設けられる。副燃料噴射装置６は、ホールタイプのノズルを有するインジェクタから構成される。出力用気筒２には、出力用吸気弁１１を介して吸気管１２が接続され、出力用排気弁１３を介して排気管１４が接続される。なお、本実施形態において、出力用気筒２は、単数であっても複数であってもよい。

【0024】

過給機１５は、外気を断熱圧縮して出力用気筒２の燃焼室１０に供給するものである。過給機１５は、タービン１５ａとコンプレッサー１５ｂとを具備する。タービン１５ａには、排気管１４が接続され、燃焼室１０からの排気が供給可能に構成される。コンプレッサー１５ｂには、吸気管１２が接続され、外気を吸引して吸気として燃焼室１０に供給可能に構成される。つまり、過給機１５は、排気の圧力をタービン１５ａによって回転動力に変換してコンプレッサー１５ｂに伝達し、コンプレッサー１５ｂによって外気を吸引し、断熱圧縮可能に構成される。

【0025】

燃料改質装置は、軽油等の燃料を低級炭化水素燃料（例えばメタン）に改質し、過早着火を抑制するものである。燃料改質装置は、改質用気筒１６から構成される。改質用気筒１６は、吸気と排気（ＥＧＲガス）との混合気に燃料を噴射したものを断熱圧縮することで燃料を改質する。改質用気筒１６は、改質用シリンダ１７、改質用ピストン１８、改質用コンロッド１９、及び主燃料噴射装置２０を具備する。

【0026】

改質用気筒１６は、改質用シリンダ１７の内部に改質用ピストン１８が摺動自在に挿入される。改質用シリンダ１７は、一側が図示しないシリンダヘッドによって閉塞され、他側が開放するように構成される。改質用ピストン１８は、改質用シリンダ１７の一側が改質用コンロッド１９によって改質用クランク軸２１に連結される。改質用クランク軸２１には、改質用クランク角検出センサー２２が設けられる。改質用気筒１６には、改質用シリンダ１７の内壁と改質用ピストン１８の端面とから改質室２３が構成される。改質用気筒１６は、改質室２３に燃料を噴射可能な主燃料噴射装置２０が設けられる。主燃料噴射装置２０は、ピントル型ノズル、スワールインジェクタ、エアアシストインジェクタ等のノズルから構成される。

【0027】

改質用気筒１６は、出力用クランク軸７と連動連結される改質用クランク軸２１からの動力によって改質用ピストン１８が往復運動可能に構成される。改質用気筒１６の圧縮率は、熱損失を考慮して１５以上（例えば１５〜２０程度）に設定される。なお、本実施形態において、改質用気筒１６は、出力用クランク軸７からの動力が伝達される構成としたがこれに限定されるものではない。また、改質用気筒１６は、出力用気筒２毎にあってもよく、複数の出力用気筒２に対して１つであってもよい。また、出力用気筒２と改質用気筒１６とを兼用することも可能である。

【0028】

改質用気筒１６には、改質用吸気弁２４を介して供給管２５が接続され、改質用排気弁２６を介して排出管２８が接続される。供給管２５は、吸気管１２に接続される。つまり、供給管２５には、吸気管１２から吸気の一部が供給可能に構成される。また、供給管２５は、ＥＧＲ管２７を介して排気管１４と接続される。つまり、供給管２５には、出力用気筒２の燃焼室１０からの排気の一部がＥＧＲ管２７を通じてＥＧＲガスとして供給可能に構成される。従って、改質用気筒１６の改質室２３には、供給管２５から吸気とＥＧＲガスの混合気とが供給可能に構成される。排出管２８は、ミキサー２８ａを介して供給管２５よりも下流側の吸気管１２に接続される。また、改質用気筒１６は、混合気が改質された低級炭化水素燃料（以下、単に「改質燃料」と記す）が改質室２３から排出管２８を介して吸気管１２に排出可能に構成される。

【0029】

吸気管１２には、供給管２５の接続位置よりも下流側であって排出管２８の接続位置よりも上流側に第１吸気調量弁２９が設けられる。第１吸気調量弁２９は、電磁式流量制御弁から構成される。第１吸気調量弁２９は、後述の制御装置であるＥＣＵ３６からの信号を取得して第１吸気調量弁２９の開度を変更することができる。なお、本実施形態において、第１吸気調量弁２９を電磁式流量制御弁から構成しているが、吸気の流量を変更することができるものであればよい。

【0030】

供給管２５には、ＥＧＲ管２７の接続位置よりも上流側に第２吸気調量弁３０が設けられる。第２吸気調量弁３０は、電磁式流量制御弁から構成される。第２吸気調量弁３０は、後述のＥＣＵ３６からの信号を取得して第２吸気調量弁３０の開度を変更することができる。なお、本実施形態において、第２吸気調量弁３０を電磁式流量制御弁から構成しているが、吸気の流量を変更することができるものであればよい。

【0031】

ＥＧＲ管２７には、ＥＧＲガス調量弁３１が設けられる。ＥＧＲガス調量弁３１は、電磁式流量制御弁から構成される。ＥＧＲガス調量弁３１は、後述のＥＣＵ３６からの信号を取得してＥＧＲガス調量弁３１の開度を変更することができる。なお、本実施形態において、ＥＧＲガス調量弁３１を電磁式流量制御弁から構成しているが、吸気の流量を変更することができるものであればよい。

【0032】

このように構成することで、エンジン１は、第１吸気調量弁２９によって吸気と改質用気筒１６の改質室２３から排出される改質燃料との混合比を変更可能に構成される。また、エンジン１は、第２吸気調量弁３０とＥＧＲガス調量弁３１とによって改質室２３に供給される吸気とＥＧＲガスとの混合比を変更可能に構成される。

【0033】

吸気用インタークーラー３２、改質燃料用インタークーラー３３及びＥＧＲガス用インタークーラー３４は、気体を冷却するものである。吸気用インタークーラー３２は、吸気管１２に設けられる。吸気用インタークーラー３２は、コンプレッサー１５ｂで断熱圧縮された吸気を冷却可能に構成される。改質燃料用インタークーラー３３は、排出管２８に設けられる。改質燃料用インタークーラー３３は、改質用気筒１６の改質室２３から排出される改質燃料を冷却可能に構成される。改質燃料用インタークーラー３３は、空気又は水を冷却媒体とする放熱器又は熱交換器から構成される。

【0034】

ＥＧＲガス用インタークーラー３４は、ＥＧＲ管２７に設けられる。ＥＧＲガス用インタークーラー３４は、燃料の燃焼により加熱された排気を冷却可能に構成される。また、ＥＧＲガス用インタークーラー３４は、図示しない冷却水流量調整弁及びＥＧＲガス温度検出センサー３５が具備される。

【0035】

制御装置であるＥＣＵ３６は、エンジン１を制御するものである。具体的には、図２に示すように、ＥＣＵ３６は、副燃料噴射装置６、主燃料噴射装置２０、第１吸気調量弁２９、第２吸気調量弁３０、ＥＧＲガス調量弁３１、ＲＧＲガス用インタークーラー３４の冷却水流量調整弁等を制御する。ＥＣＵ３６には、エンジン１の制御を行うための種々のプログラムやデータが格納される。ＥＣＵ３６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であってもよく、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であってもよい。

【0036】

ＥＣＵ３６は、燃料の噴射制御を行うための種々のプログラムや、エンジン１の目標回転数Ｎｔ及び目標出力Ｗｔに基づいて主燃料噴射量Ｑｍを算出するための主燃料噴射量マップＭ１、目標回転数Ｎｔ及び主燃料噴射量Ｑｍに基づいて出力用気筒２の燃焼室１０に供給する出力用吸気流量Ａ１を算出するための吸気流量マップＭ２、目標回転数Ｎｔ及び主燃料噴射量Ｑｍに基づいて改質用気筒１６の改質室２３に供給する改質用吸気流量Ａ２とＥＧＲガス流量Ａ３とを算出するための混合気流量マップＭ３、目標回転数Ｎｔ及び主燃料噴射量Ｑｍに基づいて燃焼室１０に噴射される着火用の副燃料噴射量Ｑｓを算出するための副燃料噴射量マップＭ４、目標回転数Ｎｔ及び主燃料噴射量Ｑｍに基づいて改質室２３に供給するＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒを算出するためのＥＧＲガス温度マップＭ５等を記憶する。

【0037】

ＥＣＵ３６は、副燃料噴射装置６に接続され、副燃料噴射装置６の燃料噴射を制御することが可能である。

【0038】

ＥＣＵ３６は、主燃料噴射装置２０に接続され、主燃料噴射装置２０の燃料噴射を制御することが可能である。

【0039】

ＥＣＵ３６は、第１吸気調量弁２９に接続され、第１吸気調量弁２９の開閉を制御することが可能である。

【0040】

ＥＣＵ３６は、第２吸気調量弁３０に接続され、第２吸気調量弁３０の開閉を制御することが可能である。

【0041】

ＥＣＵ３６は、ＥＧＲガス調量弁３１に接続され、ＥＧＲガス調量弁３１の開閉を制御することが可能である。

【0042】

ＥＣＵ３６は、ＲＧＲガス用インタークーラー３４の図示しない冷却水流量調整弁に接続され、図示しない冷却水流量調整弁の開閉を制御することが可能である。

【0043】

ＥＣＵ３６は、出力用シリンダ温度検出センサー８に接続され、出力用シリンダ温度検出センサー８が検出する出力用シリンダ温度Ｔ１を取得することが可能である。

【0044】

ＥＣＵ３６は、出力用クランク角検出センサー９に接続され、出力用クランク角検出センサー９が検出する出力用クランク軸角度θ１を取得することが可能である。

【0045】

ＥＣＵ３６は、改質用クランク角検出センサー２２に接続され、改質用クランク角検出センサー２２が検出する改質用クランク軸角度θ２を取得することが可能である。

【0046】

以下では、図１から図５を用いて、本発明の第一実施形態に係るエンジン１の各部の動作態様について説明する。

【0047】

始めに、エンジン１における吸気及び排気の経路について説明する。図１に示すように、過給機１５のコンプレッサー１５ｂによって吸引された外気は、吸気として断熱圧縮された状態で吸気管１２に排出される。吸気は、吸気用インタークーラー３２で冷却された後、吸気管１２を介して出力用気筒２の燃焼室１０に供給される。吸気の一部は、吸気管１２に接続される供給管２５を介して改質用気筒１６の改質室２３に供給される。

【0048】

出力用気筒２の燃焼室１０からの排気は、排気管１４を介して過給機１５のタービン１５ａを回転させた後、外部に排出される。排気の一部は、ＥＧＲ管２７及びＥＧＲ管２７が接続されている供給管２５を介してＥＧＲガスとして改質用気筒１６の改質室２３に供給される。改質室２３から排出された改質燃料は、排出管２８を介して吸気管１２に還流して燃焼室１０に供給される。

【0049】

次に、図２を用いて、ＥＣＵ３６における各種所定量の算出について説明する。ＥＣＵ３６は、図示しない操作具の操作量等から定まるエンジン１の目標回転数Ｎｔ及び目標出力Ｗｔに基づいて燃料噴射量マップＭ１から主燃料噴射量Ｑｍを算出する。

【0050】

ＥＣＵ３６は、目標回転数Ｎｔ及び主燃料噴射量Ｑｍに基づいて吸気流量マップＭ２から出力用気筒２の燃焼室１０に供給する出力用吸気流量Ａ１を算出する。

【0051】

ＥＣＵ３６は、目標回転数Ｎｔ及び主燃料噴射量Ｑｍに基づいて混合気流量マップＭ３から改質用気筒１６の改質室２３に供給する改質用吸気流量Ａ２とＥＧＲガス流量Ａ３とを算出する。

【0052】

ＥＣＵ３６は、目標回転数Ｎｔ及び主燃料噴射量Ｑｍに基づいて着火用燃料噴射量マップＭ４から出力用気筒２の燃焼室１０に噴射される着火用燃料の副燃料噴射量Ｑｓを算出する。

【0053】

ＥＣＵ３６は、目標回転数Ｎｔ及び主燃料噴射量Ｑｍに基づいてＥＧＲガス温度マップＭ５から改質用気筒１６の改質室２３に供給するＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒを算出する。

【0054】

ＥＣＵ３６は、出力用クランク角検出センサー９が検出する出力用クランク軸角度θ１、改質用クランク角検出センサー２２が検出する改質用クランク軸角度θ２を取得し、出力用気筒２及び改質用気筒１６の行程を算出する。

【0055】

次に、改質用気筒１６の動作態様について説明する。ＥＣＵ３６は、算出した改質用吸気流量Ａ２だけ吸気が改質用気筒１６の改質室２３に供給されるように第２吸気調量弁３０の開閉を制御する。さらに、ＥＣＵ３６は、算出したＥＧＲガス流量Ａ３だけＥＧＲガスが改質室２３に供給されるようにＥＧＲガス調量弁３１の開閉を制御する。これにより、改質室２３に供給される吸気とＥＧＲガスとの混合気は、燃料を改質するために適した酸素濃度に設定される。

【0056】

また、ＥＣＵ３６は、ＥＧＲガスの温度が算出したＥＧＲガス温度ＴｅｇｒになるようにＥＧＲガス用インタークーラー３４の図示しない冷却水流量調整弁の開閉を制御する。これにより、改質用気筒１６の改質室２３に供給される吸気とＥＧＲガスとの混合気は、燃料を改質するために適した温度、かつ改質用気筒１６が熱によって損傷を受けない温度に設定される。加えて、ＥＧＲガスの熱を燃料の改質に利用することでエンジン１の熱効率が改善される。

【0057】

ＥＣＵ３６は、算出した主燃料噴射量Ｑｍだけ燃料が改質用気筒１６の改質室２３に噴射されるように主燃料噴射装置２０を制御する。これにより、改質室２３には、燃料を低級炭化水素燃料に改質させるために必要な当量比となるように燃料が噴射される。具体的には、ＥＣＵ３６は、改質用吸気流量Ａ２とＥＧＲガス流量Ａ３とに対する主燃料噴射量Ｑｍの等量比が所定値以上になるように主燃料噴射装置２０を制御する。

【0058】

また、図３に示すように、ＥＣＵ３６は、取得した改質用クランク軸角度θ２に基づいて、改質用気筒１６の行程が吸気の吸入行程又は圧縮行程の前半に燃料を噴射するように制御する。これにより、改質用気筒１６の改質室２３に噴射された燃料は、改質用ピストン１８による断熱圧縮が開始されるまでの間に混合気中に均一に分散される。

【0059】

上述のように所定温度、所定酸素濃度の混合気中に均一に分散された所定量の燃料は、改質用気筒１６の圧縮行程で吸熱分解されてガス化した低級炭化水素燃料に改質される。燃料の改質が可能な条件は、改質用吸気流量Ａ２、ＥＧＲガス流量Ａ３及び主燃料噴射量Ｑｍから決定される等量比と、改質用吸気流量Ａ２、ＥＧＲガス流量Ａ３及びＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒから決定される初期温度とから定まる。すなわち、燃料の改質可能領域は、図４に示すように、等量比と初期温度とから定まる。また、改質燃料の組成も、等量比と初期温度とから定まる。本実施形態において、吸気に対する燃料の等量比は、改質時に二酸化炭素の発生を抑制するために１．５以上（例えば１．５から１０程度）に設定される。

【0060】

改質燃料は、吸気及びＥＧＲガスの熱量のうち改質時の吸熱分解反応に用いられなかった残留熱量によって高温の燃料ガスとして排出管２８に供給される。排出管２８に供給された高温の改質燃料は、排出管２８の改質燃料用インタークーラー３３によって冷却される。これにより、出力用気筒２における早期の自己着火が抑制される。改質燃料用インタークーラー３３によって冷却された改質燃料は、ミキサー２８ａを介して吸気管１２に供給される。

【0061】

次に、出力用気筒２の動作態様について説明する。ＥＣＵ３６は、算出した出力用吸気流量Ａ１だけ吸気が出力用気筒２の燃焼室１０に供給されるように第１吸気調量弁２９の開閉を制御する。つまり、ＥＣＵ３６は、図５に示すように、主燃料噴射量Ｑｍと第１吸気調量弁２９の開度とから算出される出力用気筒２における空気過剰率λが、目標値λｔになるように第１吸気調量弁２９の開閉を制御する。具体的には、ＥＣＵ３６は、出力用気筒２における空気過剰率λの目標値λｔを１．２以上として第１吸気調量弁２９の開閉を制御する。これにより、出力用気筒２は、ＮＯｘの生成量を抑制するように制御される。

【0062】

ＥＣＵ３６は、取得した出力用シリンダ温度Ｔ１が所定温度以下の場合、又は主燃料噴射量Ｑｍと第１吸気調量弁２９の開度とから算出される出力用気筒２の空気過剰率λが上限値λｓ以上の場合に、所定量の燃料を着火支援のため出力用気筒２の燃焼室１０に噴射する。これにより、出力用シリンダ３における改質燃料の着火性が低く、所望のタイミングでの予混合圧縮自着火が難しい条件においても任意に着火時期を制御することができる。

【0063】

以上の如く、本発明の第一実施形態に係るエンジン１は、燃料改質装置である改質用気筒１６を備えるエンジン１であって、改質用気筒１６は、供給管２５を介して吸気管１２とＥＧＲ管２７とが接続され、排出管２８を介して吸気管１２に接続され、供給管２５を介して改質用気筒１６の改質室２３に供給される吸気と排気との混合気に対して燃料を噴射する主燃料噴射装置２０が設けられるものである。このように構成することにより、ＥＧＲガスの特性を利用して燃料をノッキングが発生し難い低級炭化水素燃料に改質するとともに、吸気に混合することで燃料と吸気とが均一かつ希薄に混合される。これにより、ノッキングや失火の発生を抑制して予混合圧縮自着火による運転を可能とする。

【0064】

また、排出管２８に改質用気筒１６の改質室２３から排出される混合気を冷却するための改質燃料用インタークーラー３３が設けられるものである。このように構成することにより、改質燃料から余分な熱量が除去される。これにより、ノッキングや失火の発生を抑制して予混合圧縮自着火による運転を可能とする。

【0065】

また、燃料改質装置は、燃料が噴射された混合気を改質用ピストン１８の往復運動により断熱圧縮する改質用気筒１６から構成され、主燃料噴射装置２０が改質用気筒１６の改質室２３内に配置され、吸気の吸入行程又は圧縮行程の前半に燃料を噴射するように制御する制御装置であるＥＣＵ３６を更に備えるものである。このように構成することにより、燃料の噴射から断熱圧縮が開始されるまでの間にＥＧＲガスと燃料とが均一に混合するので効率よく燃料が改質される。これにより、ノッキングや失火の発生を抑制して予混合圧縮自着火による運転を可能とする。

【0066】

また、エンジンの出力用気筒２に副燃料噴射装置６が設けられ、ＥＣＵ３６によって出力用気筒２の断熱圧縮行程又は膨張行程前半に燃料を噴射するように制御されるものである。このように構成することにより、出力用気筒２において着火性が低い状態の場合、着火が補助される。これにより、ノッキングや失火の発生を抑制して予混合圧縮自着火による運転を可能とする。

【0067】

次に、図６を用いて、本発明に係るエンジン１の第二実施形態であるエンジン１について説明する。なお、以下の実施形態において、既に説明した実施形態と同様の点に関してはその具体的説明を省略し、相違する部分を中心に説明する。

【0068】

改質用気筒１６には、改質用吸気弁２４を介して供給管４０が接続され、改質用排気弁２６を介して排出管２８が接続される。供給管４０は、吸気管１２に接続される。また、供給管４０は、ＥＧＲ管２７を介して排気管１４と接続される。つまり、供給管４０には、出力用気筒２の燃焼室１０からの排気の一部がＥＧＲ管２７を通じてＥＧＲガスとして供給可能に構成される。さらに、供給管４０には、燃料を噴射可能な主燃料噴射装置２０が設けられる。排気管１４は、ミキサー２８ａを介して供給管４０よりも下流側の吸気管１２に接続される。従って、改質用気筒１６の改質室２３には、供給管４０において吸気とＥＧＲガスとの混合気に燃料が噴射されたものが供給可能に構成される。また、改質用気筒１６は、改質燃料が改質室２３から排出管２８を介して吸気管１２に排出可能に構成される。

【0069】

次に、改質用気筒１６の動作態様について説明する。ＥＣＵ３６は、算出した主燃料噴射量Ｑｍだけ燃料が供給管４０に噴射されるように主燃料噴射装置２０を制御する。これにより、供給管４０には、改質用気筒１６において燃料を改質させるために必要な当量比となるように燃料が噴射される。これにより、供給管４０に噴射された燃料は、改質用気筒１６の改質室２３内に到達して改質用ピストン１８による断熱圧縮が開始されるまでの間に混合気中に均一に分散される。

【0070】

以上の如く、本発明の第二実施形態に係るエンジン１は、燃料改質装置は、燃料が噴射された混合気を改質用ピストン１８の往復運動により断熱圧縮する改質用気筒１６から構成され、主燃料噴射装置２０が供給管４０に配置され、燃料改質用気筒１６の改質室２３に混合気が供給される際に燃料を噴射するように制御する制御装置を更に備えるものである。このように構成することにより、断熱圧縮が開始されるまでの間にＥＧＲガスと燃料とが均一に混合するので効率よく燃料が改質される。これにより、ノッキングや失火の発生を抑制して予混合圧縮自着火による運転を可能とする。

【符号の説明】

【0071】

１ エンジン
１２ 吸気管
１６ 改質用気筒
２０ 主燃料噴射装置
２５ 供給管
２７ ＥＧＲ管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】