特許第6036208号(P6036208)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(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】6036208
(24)【登録日】2016年11月11日
(45)【発行日】2016年11月30日
(54)【発明の名称】多気筒内燃機関
(51)【国際特許分類】
   F02M 27/02 20060101AFI20161121BHJP
   F02D 41/02 20060101ALI20161121BHJP
   F02M 26/00 20160101ALI20161121BHJP
   F02D 41/04 20060101ALI20161121BHJP
   F02D 45/00 20060101ALI20161121BHJP
   F02D 41/20 20060101ALI20161121BHJP
   F02D 19/08 20060101ALI20161121BHJP
   F02D 21/08 20060101ALI20161121BHJP
   F02M 26/01 20160101ALI20161121BHJP
   F02D 41/34 20060101ALI20161121BHJP
【FI】
   F02M27/02 J
   F02D41/02 330Z
   F02D41/02 335
   F02M26/00
   F02D41/04 335C
   F02D45/00 301M
   F02D45/00 301F
   F02D45/00 312H
   F02D41/20 335
   F02D45/00 312Z
   F02D19/08 B
   F02D21/08 301C
   F02M26/01
   F02D41/34 F
   F02D45/00 301C
【請求項の数】4
【全頁数】8
(21)【出願番号】特願2012-252846(P2012-252846)
(22)【出願日】2012年11月19日
(65)【公開番号】特開2014-101772(P2014-101772A)
(43)【公開日】2014年6月5日
【審査請求日】2015年9月28日
(73)【特許権者】
【識別番号】000003997
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100086232
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 博通
(74)【代理人】
【識別番号】100092613
【弁理士】
【氏名又は名称】富岡 潔
(74)【代理人】
【識別番号】100096459
【弁理士】
【氏名又は名称】橋本 剛
(72)【発明者】
【氏名】芦田 耕一
(72)【発明者】
【氏名】祐谷 昌彦
(72)【発明者】
【氏名】新城 崇
(72)【発明者】
【氏名】前田 洋史
【審査官】 北村 亮
(56)【参考文献】
【文献】 特開2006−037817(JP,A)
【文献】 特開2007−332891(JP,A)
【文献】 特開2009−097465(JP,A)
【文献】 特開2013−092137(JP,A)
【文献】 特開昭52−113423(JP,A)
【文献】 特開2007−263039(JP,A)
【文献】 特開2008−095516(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F02M 27/02
F02D 19/08
F02D 21/08
F02D 41/02
F02D 41/04
F02D 41/20
F02D 41/34
F02D 45/00
F02M 26/00
F02M 26/01
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
排気の一部を吸気通路に還流するEGR通路と、上記EGR通路に介装された燃料改質器と、上記EGR通路を流れるEGR量を制御するEGR制御弁と、を含んで構成される排気還流部と、筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、を有し、上記燃料改質器により上記EGR通路内を流れる燃料成分を改質する筒内直接噴射式の多気筒内燃機関において、
上記内燃機関の気筒のうち少なくとも1つの気筒からなる燃料改質気筒からの排気の全てが上記燃料改質器に流入する状態となるように上記排気還流部内の排気流路を切り替え、上記燃料改質気筒の燃料噴射弁から所定のタイミングで燃料を噴射することにより上記燃料改質器で改質される燃料を供給し、
上記燃料改質器で改質される燃料を上記燃料改質気筒の燃料噴射弁から噴射するタイミングは、高負荷になるほど遅くなることを特徴とする多気筒内燃機関。
【請求項2】
上記燃料改質器で改質される燃料は、膨張行程から排気行程の間に上記燃料改質気筒の燃料噴射弁から噴射されることを特徴とする請求項1に記載の多気筒内燃機関。
【請求項3】
上記排気還流部内の排気流路は、上記燃料改質気筒からの排気の全てが上記燃料改質器に流入する状態と、上記燃料改質気筒からの排気の一部が上記燃料改質器に流入する状態と、全気筒からの排気が上記燃料改質器に流入しない状態と、のいずれかに切り替え可能に構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の多気筒内燃機関。
【請求項4】
上記燃料改質器での改質用に噴射される燃料量は、EGR率が大きくなるほど多くなることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の多気筒内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、EGR通路上の燃料改質器にて燃料改質を行う筒内直接噴射式の多気筒内燃機関に関する。
【背景技術】
【0002】
内燃機関の燃焼を改善するために、内燃機関の燃料を触媒を利用して改質し、内燃機関の吸気に添加するようにした技術が従来から知られている。
【0003】
例えば、特許文献1には、EGR通路上に燃料改質用触媒と改質用燃料を噴射する改質用燃料噴射弁とを設け、燃料改質用触媒上で改質用燃料を改質して、吸気通路に供給する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2008−95516号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、この特許文献1のように、EGR通路上に改質用燃料噴射弁を設ける場合、高温となる燃料改質触媒付近に設置されることになるため、改質用燃料噴射弁に冷却対策を施す必要がある。すなわち、改質用燃料噴射弁として高温対策がなされた高価な噴射弁を採用したり、冷却水が内部を通流するようなホルダで改質用燃料噴射弁を冷却するなど、高価な冷却対策を施す必要があり、製造コストが増大してしまうという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、排気の一部を吸気通路に還流するEGR通路と、上記EGR通路に介装された燃料改質器と、上記EGR通路を流れるEGR量を制御するEGR制御弁と、を含んで構成される排気還流部を有し、上記燃料改質器によりEGR通路内を流れる燃料成分を改質する筒内直接噴射式の多気筒内燃機関において、上記内燃機関の気筒のうち少なくとも1つの気筒からなる燃料改質気筒からの排気の全てが上記燃料改質器に流入する状態となるように上記排気還流部内の排気流路を切り替え、上記燃料改質気筒の燃料噴射弁から所定のタイミングで燃料を噴射することにより上記燃料改質器で改質される燃料を供給し、上記燃料改質器で改質される燃料を上記燃料改質気筒の燃料噴射弁から噴射するタイミングは、高負荷になるほど遅くなることを特徴としている。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁から噴射された燃料を燃料改質器に供給することが可能となるので、EGR通路上に燃料改質器へ燃料を供給する噴射弁を別途設ける必要がなく、EGR通路上で燃料改質を行う内燃機関の製造コストを総じて低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1】本発明に係る多気筒内燃機関のシステム構成図。
図2】本発明の係る多気筒内燃機関における制御の流れの一例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明を直列4気筒の筒内直接噴射式内燃機関に適用した場合を示したシステム構成図である。
【0010】
内燃機関1は、自動車等の車両に搭載されるものであって、各気筒2の燃焼室3に、吸気分岐通路4と、排気分岐通路5が、それぞれ接続されている。図1の上方側から順に、第1気筒2a、第2気筒2b、第3気筒2c、第4気筒2dとすると、第1気筒2aの燃焼室3aには、吸気分岐通路4aと排気分岐通路5aが接続され、第2気筒2bの燃焼室3bには、吸気分岐通路4bと排気分岐通路5bが接続され、第3気筒2cの燃焼室3cには、吸気分岐通路4cと排気分岐通路5cが接続され、第4気筒2dの燃焼室3dには、吸気分岐通路4dと排気分岐通路5dが接続されている。また、各気筒2毎に、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁6a〜6dがそれぞれ設けられている。
【0011】
吸気分岐通路4a〜4dは、吸気通路7から分岐するものであり、吸気通路7内の吸気を各気筒に分配する。
【0012】
排気分岐通路5a〜5dは、各気筒から排気を排出するものであり、第2〜第4気筒2b〜2dの燃焼室3b〜3dに接続された排気分岐通路5b〜5dは、下流側で合流して排気通路8となっている。
【0013】
この排気通路8には、排気の一部を吸気通路7側に還流させるEGR通路9が接続されている。
【0014】
そして、このEGR通路9には、燃料改質気筒である第1気筒2aの燃焼室3aに接続された排気分岐通路5aがEGR制御弁10を介して接続されていると共に、このEGR制御弁10よりも排気が還流する方向で下流側となる位置に燃料改質器11及びEGRクーラ12が介装されている。
【0015】
EGR制御弁10は、車載のECU(エンジンコントロールユニット)13により制御されている。このEGR制御弁10は、第1気筒2aから燃料改質器11へ流入する排気量を制御することでEGR率を制御している。
【0016】
燃料改質器11は、例えばコージェライトからなるハニカム担体に、ロジウムを担持させ改質触媒であって、排気中の水蒸気及び二酸化炭素を利用した改質反応や、排気中の酸素の酸化を利用した改質反応により、後述する改質用燃料から水素を生成するものである。燃料改質器11で生成された水素は、吸気通路7を経て各気筒2の燃焼室3内で燃焼することになり、内燃機関1の燃費向上や燃焼安定性に寄与することになる。
【0017】
EGRクーラ12は、吸気通路7に還流するEGRガス(排気還流ガス)を冷却するものであって、燃料改質器11よりも排気が還流する方向で下流側に位置している。
【0018】
そして、本実施例の内燃機関1は、EGR通路9、EGR制御弁10及び燃料改質器11とを含んで構成される排気還流部14の排気流路が、後述する第1〜第3のいずれかの状態に切り替えられるように構成されている。
【0019】
すなわち、排気還流部14は、全気筒からの排気が燃料改質器11に流入しない第1の状態と、燃料改質気筒である第1気筒2aからの排気の一部が燃料改質器11に流入する第2の状態と、燃料改質気筒である第1気筒2aからの排気の全てが燃料改質器11に流入する第3の状態と、のいずれかに上記排気流路を切り替え可能に構成されている。
【0020】
つまり、ECU13でEGR制御弁10を制御することにより、排気還流部14内の排気流路が、上記第1〜第3の状態のうちのいずれかの状態に切り替え可能となっている。なお、本実施例では、上記第2、3の状態において、燃料改質気筒ではない第2〜第4気筒2b〜2dからの排気が燃料改質器11に流入しないように排気還流部14内の排気流路が切り替えられる。
【0021】
ECU13は、マイクロコンピュータを内蔵し、内燃機関1の種々の制御を行うものであって、各種のセンサからの信号を基に処理を行うようになっている。このECU13には、運転者に操作されるアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ20、機関回転速度を検出可能なクランク角センサ21、内燃機関1の冷却水の温度を検出する水温センサ22、燃料改質器11内の触媒温度を検出する温度センサ23等の各種のセンサからの信号が入力されている。
【0022】
そして、燃料改質器11に改質用燃料を供給する際には、EGR制御弁10を制御して、排気還流部14を上記第3の状態に切り替えて、第1気筒2aが排気行程の間に、第1気筒2aの燃料噴射弁6aから燃料を噴射する。つまり、燃料改質器11に改質用燃料を供給する場合、第1気筒2aの燃料噴射弁6aは、燃焼室3a内での燃焼のために吸入行程から圧縮行程の間に行う燃料噴射の他に、排気行程にも燃料噴射を実施する。
【0023】
表1は、本実施例における排気還流部14の切り替え状態をまとめたものである。
【0024】
【表1】
【0025】
本実施例では、目標とするEGR率が「0」の場合、燃料改質器11での燃料改質が実施されない(燃料改質OFF)ように内燃機関1が制御される。すなわち、第1気筒2aの燃料噴射弁6aは、排気行程での燃料噴射を停止する。また、EGR制御弁10は、全気筒の排気が燃料改質器11へ通流しないようすると共に、第1気筒2aからの排気が排気通路8側へ通流するように制御される(第1の状態)。
【0026】
また、第1気筒2aの排気を全て吸気通路7側へ還流させた場合のEGR率(所定値X)よりも目標とするEGR率が小さい場合、燃料改質器11での燃料改質は実施されない(燃料改質OFF)ように内燃機関1が制御される。すなわち、第1気筒2aの燃料噴射弁6aは、排気行程での燃料噴射を停止する。また、EGR制御弁10は、第1気筒2aからの排気の一部が燃料改質器11に流入するとともに、残りが排気通路8側に流入し、かつ第2〜第4気筒2b〜2dの排気が燃料改質器11に流入しないように制御される(第2の状態)。
【0027】
そして、目標とするEGR率が上記所定値X以上の場合、燃料改質器11での燃料改質が実施される(燃料改質ON)ように内燃機関1が制御される。すなわち、第1気筒2aの燃料噴射弁6aは、排気行程での燃料噴射を実施する。また、EGR制御弁10は、第1気筒2aからの排気が全て燃料改質器11に流入し、かつ第2〜第4気筒2b〜2dの排気が燃料改質器11に流入しないように制御される(第3の状態)。
【0028】
このように、燃料改質気筒である第1気筒2aの筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁6aを用いて、燃料改質器11に燃料を供給することが可能となるので、燃料改質器11へ燃料を供給するためだけの噴射弁をEGR通路9等に別途設ける必要がなくなる。
【0029】
例えば、EGR通路9に燃料改質器11へ燃料を供給するための噴射弁を設ける場合、高温となる燃料改質器11付近に設置されるため、高温対策がなされた高価な噴射弁を採用したり、冷却水が内部を通流するホルダで噴射弁を冷却する等の高価な冷却対策を施す必要がある。
【0030】
しかしながら、本実施例では、筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁6aとは別に、燃料改質器11へ燃料を供給するためだけの噴射弁を設ける必要がないので、EGR通路9上に高温対策がなされた高価な噴射弁を設けたり、EGR通路9上に設けた噴射弁を冷却するための高価な冷却対策を省略することができ、EGR通路9上で燃料改質を行う内燃機関1の製造コストを総じて低減することができる。
【0031】
また、燃料改質を実施する場合には、燃料改質気筒である第1気筒2aの排気が排気通路8側へ流入することがないようにEGR制御弁10が制御され、排気還流部14内の排気流路が上記第3の状態に切り替えられるので、第1気筒2aで排気行程に噴射した燃料が排気通路8から外部に排出されることもない。
【0032】
図2は、上述した本実施例の制御の流れを示すフローチャートである。S1では、内燃機関1の冷却水温度が所定温度以上であるか否かを判定し、冷却水温度が所定温度以上(例えば50〜60℃以上)であればS2へ進み、冷却水温度が所定温度よりも低ければS6へ進む。
【0033】
S2では、機関回転数及び要求トルク(要求負荷)を読み込む。要求トルクは、例えば、アクセル開度センサの検出値から算出される。
【0034】
S3では、機関回転数と要求トルクから目標とするEGR率を算出する。目標とするEGR率は、例えば機関回転数と要求トルクに対応してEGR率が割り付けられた算出マップ等を用いて算出される。
【0035】
S4では、S3で算出されたEGR率が「0」よりも大きいか否かを判定し、目標EGR率が「0」よりも大きい場合にはS5に進み、そうでない場合にはS6へ進む。
【0036】
S6では、EGRが実施されず、EGR通路9を排気が還流することはないため、第1気筒2aにおける排気行程での燃料噴射を停止する。また、EGR制御弁10は、排気還流部14内の排気流路が上記第1の状態となるように制御される。
【0037】
S5では、EGR率と燃料改質器11の温度から燃料改質の実施の可否を判定する。すなわち、S3で算出されたEGR率が所定値X以上で、燃料改質器11内の触媒温度が所定温度(例えば400℃以上)以上であればS7へ進み、そうでなければS8へ進む。
【0038】
S7では、EGRが実施されると共に、燃料改質器11において燃料改質が実施されるため、第1気筒2aにおける排気行程での燃料噴射が実施される。また、EGR制御弁10は、排気還流部14内の排気流路が上記第3の状態となるように制御される。
【0039】
S8では、EGRが実施されるものの、燃料改質器11において燃料改質は実施されないため、第1気筒2aにおける排気行程での燃料噴射を停止する。また、EGR制御弁10は、排気還流部14内の排気流路が上記第2の状態となるように制御される。
【0040】
なお、本実施例では、燃料改質器11で燃料改質が実施される場合、第1気筒2aの燃料噴射弁6aは、燃料改質器11で燃料改質するための燃料を排気行程に噴射しているが、燃料改質器11で燃料改質するための燃料は、第1気筒2aの膨張行程から排気行程が終了するまでの間に噴射するようにしてもよい。
【0041】
また、内燃機関1の負荷が高くなるほど燃焼温度が高くなるので、燃料改質器11で燃料改質するための燃料が筒内で燃焼しないよう、燃料改質器11で燃料改質するための燃料を噴射するタイミングは、高負荷になるほど相対的に遅くなるように設定される。
【0042】
そして、燃料改質器11で燃料改質が実施される場合、EGR率が大きくなるほど、燃料改質器11で燃料改質するための燃料噴射量が多くなっている。
【0043】
また、上述した実施例では、内燃機関1の1つの気筒が燃料改質気筒となっているが、内燃機関の複数の気筒が燃料改質気筒となるように構成することも可能である。この場合には、例えば、複数ある燃料改質気筒の排気分岐通路の合流部分が、EGR制御弁10を介してEGR通路9に接続されるように構成すればよい。
【0044】
そして、上記第3の状態のときに、燃料改質気筒からの排気が排気通路8へ流入することがないように排気還流部14内の排気流路を構成可能であれば、上記第3の状態のときに、燃料改質気筒以外の気筒からの排気を燃料改質器11に流入させることも可能である。
【符号の説明】
【0045】
1…内燃機関
2…気筒
3…燃焼室
4…吸気分岐通路
5…排気分岐通路
6…燃料噴射弁
7…吸気通路
8…排気通路
9…EGR通路
10…EGR制御弁
11…燃料改質器
12…EGRクーラ
13…ECU
14…排気還流部
図1
図2