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JP2023031379A - engine system - Google Patents

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JP2023031379A
JP2023031379A JP2021136818A JP2021136818A JP2023031379A JP 2023031379 A JP2023031379 A JP 2023031379A JP 2021136818 A JP2021136818 A JP 2021136818A JP 2021136818 A JP2021136818 A JP 2021136818A JP 2023031379 A JP2023031379 A JP 2023031379A
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Japan
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air ratio
excess air
concentration
control
fuel
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Application number
JP2021136818A
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Japanese (ja)
Inventor
孝弘 佐古
Takahiro Sako
良胤 ▲高▼島
Yoshitsugu Takashima
新吾 薬師寺
Shingo Yakushiji
秀明 前嶋
Hideaki Maejima
護 鈴木
Mamoru Suzuki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Industries Corp
Osaka Gas Co Ltd
Original Assignee
Toyota Industries Corp
Osaka Gas Co Ltd
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Publication date
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  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

Figure 2023031379000001

【課題】過濃混合気を部分酸化反応させて改質ガスを生成する改質気筒を有するものであって、エンジンの給気温度や給気湿度等の外的環境が変動した場合にも、改質気筒と通常気筒とを含む全体での正味熱効率を極大点近傍に維持する。
【解決手段】改質気筒40dにて生成された改質ガスKにおける任意のガス成分の濃度であるガス成分濃度を測定する改質ガス成分濃度測定部Sと、改質気筒40dにおける空気過剰率を改質ガスKが生成される所定の範囲で制御する空気過剰率制御を実行する制御装置50を備え、制御装置50は、空気過剰率制御において、改質ガス成分濃度測定部Sにて測定されたガス成分濃度に基づいて、改質気筒40dにおける空気過剰率を制御する。
【選択図】図1

Figure 2023031379000001

An object of the present invention is to provide a reforming cylinder that partially oxidizes an excessively rich air-fuel mixture to generate a reformed gas, and even if the external environment such as the intake air temperature and the intake air humidity of the engine fluctuates, To maintain the net thermal efficiency of the whole including reforming cylinders and normal cylinders near a maximum point.
A reformed gas component concentration measuring unit (S) for measuring a gas component concentration, which is the concentration of an arbitrary gas component in a reformed gas (K) generated in a reforming cylinder (40d), and an excess air ratio in the reforming cylinder (40d). within a predetermined range in which the reformed gas K is generated. The excess air ratio in the reforming cylinder 40d is controlled based on the determined gas component concentration.
[Selection drawing] Fig. 1

Description

本発明は、複数の気筒のうち少なくとも一部を、燃料と燃焼用空気とを含む混合気の少なくとも一部を部分酸化反応させて燃料よりも燃焼速度の速い燃焼促進性ガスを含む改質ガスへ改質する改質気筒として働かせ、複数の前記気筒の残部を、前記改質気筒にて改質された前記改質ガスが導かれる通常気筒として働かせることが可能なエンジンシステムに関する。 The present invention is a reformed gas containing a combustion-promoting gas having a faster burning speed than fuel by partially oxidizing at least part of a mixture containing fuel and combustion air in at least part of a plurality of cylinders. The present invention relates to an engine system capable of operating as reformed cylinders for reforming to , and operating the remainder of a plurality of cylinders as normal cylinders to which the reformed gas reformed in the reforming cylinders is guided.

従来、エンジンシステムとして、燃料と燃焼用空気とを含む混合気を燃焼する燃焼室を有する通常気筒を少なくとも1つ備えると共に、混合気の少なくとも一部を燃焼室にて部分酸化反応させて燃料よりも燃焼速度の速い燃焼促進性ガスを含む改質ガスへ改質する改質気筒を少なくとも一つ備え、改質気筒にて改質された改質ガスを、少なくとも通常気筒へ導くものが知られている(特許文献1を参照)。
改質気筒では、例えば、メタンを主成分とする燃料を含む過濃混合気を部分酸化反応させることで、水素等の燃焼速度の速い燃焼促進性ガスを含む改質ガスを生成することができる。そして、当該改質ガスを通常気筒へ導くことで、例えば、通常気筒の燃焼室での火花伝播速度を上昇させ、失火や燃焼変動を低下できると共に、燃焼促進性ガスの燃焼による熱効率の向上が期待できる。
一方で、従来、エンジンを所望の熱効率にて運転するべく、排気路を通流する排ガスの酸素濃度を計測するラムダセンサを有し、当該ラムダセンサの出力を用いて、燃焼室での空気過剰率が所定の空気過剰率となるよう制御するエンジンシステムが知られている(特許文献2を参照)。
Conventionally, as an engine system, at least one normal cylinder having a combustion chamber for burning an air-fuel mixture containing fuel and combustion air is provided, and at least part of the air-fuel mixture undergoes a partial oxidation reaction in the combustion chamber to reduce the amount of fuel. It is known that the reformed gas reformed in the reforming cylinder is provided with at least one reforming cylinder for reforming into a reformed gas containing a combustion-promoting gas with a high combustion speed, and the reformed gas is led to at least a normal cylinder. (See Patent Document 1).
In the reforming cylinder, for example, a reformed gas containing a combustion promoting gas with a high burning rate such as hydrogen can be generated by causing a partial oxidation reaction of a rich air-fuel mixture containing fuel whose main component is methane. . By guiding the reformed gas to the normal cylinder, for example, the spark propagation speed in the combustion chamber of the normal cylinder can be increased, misfires and combustion fluctuations can be reduced, and the thermal efficiency can be improved by burning the combustion-promoting gas. I can expect it.
On the other hand, conventionally, in order to operate the engine at a desired thermal efficiency, it has a lambda sensor that measures the oxygen concentration of the exhaust gas flowing through the exhaust passage, and the output of the lambda sensor is used to detect excess air in the combustion chamber. An engine system is known that controls the air ratio to a predetermined excess air ratio (see Patent Document 2).

特開2016-94930号公報JP 2016-94930 A 特開2007-278070号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-278070

上記特許文献1に開示のエンジンシステムにおいて、エンジンを所望の熱効率で運転するには、例えば、上記特許文献2に開示の技術の如く、複数の気筒からの燃焼排ガスが通流する排気路にラムダセンサを設け、当該ラムダセンサの計測結果に基づいて、エンジンの運転を制御する構成が考えられる。しかしながら、上記特許文献1に開示のエンジンシステムにおいては、改質気筒では燃焼促進性ガスを含む改質ガスを生成するため、空気過剰率が1より小さく設定されており、当該改質気筒からの改質ガスをラムダセンサにて計測しても、雰囲気の温度や湿度の変化に伴う改質ガスとしての水素等の濃度の変化を的確に捉えることが難しく、当該値に基づいてエンジンの運転を制御することが困難であった。このため、上記特許文献1に開示のエンジンシステムを、高い熱効率で運転するための新たな技術の開発が望まれていた。
特に、上述の如く、改質気筒を備えたエンジンシステムにおいて、エンジンの給気温度や給気湿度等の外的環境が変動した場合にも、エンジンの熱効率を高い値に維持する技術については、開示も示唆もされておらず改善の余地があった。
In the engine system disclosed in Patent Document 1, in order to operate the engine at a desired thermal efficiency, for example, as in the technology disclosed in Patent Document 2, a lambda is placed in an exhaust passage through which combustion exhaust gases from a plurality of cylinders flow. A configuration is conceivable in which a sensor is provided and the operation of the engine is controlled based on the measurement result of the lambda sensor. However, in the engine system disclosed in Patent Document 1, the reformed cylinder generates the reformed gas containing the combustion promoting gas, so the excess air ratio is set to be smaller than 1, and the air from the reformed cylinder is set to be less than 1. Even if the reformed gas is measured with a lambda sensor, it is difficult to accurately capture changes in the concentration of hydrogen, etc., as the reformed gas due to changes in the temperature and humidity of the atmosphere. It was difficult to control. Therefore, it has been desired to develop a new technique for operating the engine system disclosed in Patent Document 1 with high thermal efficiency.
In particular, as described above, in an engine system equipped with a reformed cylinder, even when the external environment such as the intake air temperature and humidity of the engine fluctuates, the technology to maintain the thermal efficiency of the engine at a high value is There was room for improvement as neither disclosure nor suggestion was made.

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、過濃混合気を部分酸化反応させて改質ガスを生成する改質気筒を有するものであって、エンジンの給気温度や給気湿度等の外的環境が変動した場合にも、改質気筒と通常気筒とを含む全体での正味熱効率を極大点近傍に維持可能なエンジンシステムを提供する。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a reforming cylinder that causes a partial oxidation reaction of a rich air-fuel mixture to generate a reformed gas. To provide an engine system capable of maintaining the net thermal efficiency of the whole including reformed cylinders and normal cylinders near the maximum point even when the external environment such as temperature and supply air humidity fluctuates.

上記目的を達成するためのエンジンシステムは、複数の気筒のうち少なくとも一部を、燃料と燃焼用空気とを含む混合気の少なくとも一部を部分酸化反応させて燃料よりも燃焼速度の速い燃焼促進性ガスを含む改質ガスへ改質する改質気筒として働かせ、複数の前記気筒の残部を、前記改質気筒にて改質された前記改質ガスが導かれる通常気筒として働かせることが可能なエンジンシステムであって、その特徴構成は、
前記改質気筒にて生成された前記改質ガスにおける前記燃焼促進性ガス及び未燃炭化水素のうちの少なくとも一つのガス成分の濃度であるガス成分濃度を測定する改質ガス成分濃度測定部と、
前記改質気筒における空気過剰率を前記改質ガスが生成される所定の範囲で制御する空気過剰率制御を実行する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記空気過剰率制御において、前記改質ガス成分濃度測定部にて測定された前記ガス成分濃度に基づいて、前記改質気筒における前記空気過剰率を制御する点にある。
In order to achieve the above object, an engine system promotes combustion at a faster combustion speed than fuel by partially oxidizing at least a portion of an air-fuel mixture containing fuel and combustion air in at least a portion of a plurality of cylinders. It is possible to operate the cylinders as reforming cylinders for reforming into a reformed gas containing a volatile gas, and to operate the remaining cylinders as normal cylinders to which the reformed gas reformed in the reforming cylinders is guided. An engine system characterized by:
a reformed gas component concentration measuring unit for measuring a gas component concentration, which is the concentration of at least one of the combustion promoting gas and the unburned hydrocarbon in the reformed gas generated in the reforming cylinder; ,
a control device for executing excess air ratio control for controlling the excess air ratio in the reforming cylinder within a predetermined range in which the reformed gas is generated;
In the excess air ratio control, the control device controls the excess air ratio in the reforming cylinder based on the gas component concentration measured by the reformed gas component concentration measuring section.

本発明の発明者らは、鋭意研究した結果、図3に示すように、上述の空気過剰率制御を実行した場合、改質気筒の空気過剰率を1から所定のピーク空気過剰率(図3では、λαで示される範囲に含まれる値)まで減少させるのに従って、改質ガスにおける燃焼促進性ガスとしての水素及び一酸化炭素の濃度が徐々に上昇し、所定のピーク空気過剰率を超えて減少させると、改質ガスにおける燃焼促進性ガスとしての水素及び一酸化炭素の濃度が徐々に減少するという知見を得た。
更に、図5に示すように、改質気筒を含むエンジンの正味熱効率は、改質気筒の空気過剰率を1から所定のピーク空気過剰率近傍まで減少させるのに従って徐々に上昇し、所定のピーク空気過剰率近傍を超えて減少させると徐々に減少するという知見を得た。
即ち、図3、5に示される結果から、改質気筒において空気過剰率を変化させたときに、改質気筒を含むエンジンの正味熱効率は、改質気筒にて生成される燃焼促進性ガスの濃度と、正の相関を有すると推定される。
尚、当該実験では、通常気筒及び改質気筒のストロークボア比(ストローク/ボア)、排気量、機関回転速度は、通常のエンジンにて一般的に用いられる値に調整した。
As a result of extensive research, the inventors of the present invention have found that, as shown in FIG. , the concentration of hydrogen and carbon monoxide as combustion-promoting gases in the reformed gas gradually increases, exceeding a predetermined peak excess air ratio. It has been found that the concentrations of hydrogen and carbon monoxide, which serve as combustion-promoting gases in the reformed gas, gradually decrease as the amount is decreased.
Furthermore, as shown in FIG. 5, the net thermal efficiency of the engine including the reformed cylinders gradually increases as the excess air ratio of the reformed cylinders is decreased from 1 to the vicinity of the predetermined peak excess air ratio. It was found that the excess air ratio gradually decreased when it was decreased beyond the vicinity of the excess air ratio.
That is, from the results shown in FIGS. 3 and 5, when changing the excess air ratio in the reformed cylinder, the net thermal efficiency of the engine including the reformed cylinder is the amount of the combustion promoting gas generated in the reformed cylinder. It is estimated to have a positive correlation with concentration.
In the experiment, the stroke-bore ratio (stroke/bore) of the normal cylinder and the reformed cylinder, the displacement, and the engine speed were adjusted to values generally used in a normal engine.

上記特徴構成によれば、制御装置は、改質気筒における空気過剰率を改質ガスが生成される所定の範囲で制御する空気過剰率制御において、改質ガス成分濃度測定部にて測定されたガス成分濃度に基づいて、改質気筒における空気過剰率を制御するから、例えば、制御装置は、エンジンの正味熱効率と高い相関を有すると推定される改質ガス成分濃度(例えば、水素、一酸化炭素等の濃度)が高くなるようフィードバック制御することで、エンジンの正味熱効率を、改質気筒での空気過剰率の制御による極大点に維持しながら運転し得る。
特に、当該制御は、給気温度や給気湿度等のエンジンの外的環境が変化した場合であっても、当該外的環境の変化を反映した改質ガス成分濃度に基づいた制御を実行して、エンジンの正味熱効率を極大点に維持することができるから、エンジンの外的環境の変化に強い制御となる。
According to the above characteristic configuration, the control device controls the excess air ratio in the reformed cylinder within a predetermined range in which the reformed gas is generated, and the ratio measured by the reformed gas component concentration measurement unit is Since the excess air ratio in the reforming cylinder is controlled based on the gas component concentration, for example, the control device controls the reformed gas component concentration (e.g., hydrogen, monoxide Concentration of carbon, etc.) is feedback-controlled so that the net thermal efficiency of the engine can be maintained at a maximum point by controlling the excess air ratio in the reforming cylinder.
In particular, even if the external environment of the engine such as supply air temperature and humidity changes, the control is executed based on the reformed gas component concentration that reflects the change in the external environment. As a result, the net thermal efficiency of the engine can be maintained at a local maximum, resulting in control that is robust against changes in the external environment of the engine.

以上より、過濃混合気を部分酸化反応させて改質ガスを生成する改質気筒を有するものであって、エンジンの給気温度や給気湿度等の外的環境が変動した場合にも、改質気筒と通常気筒とを含む全体での正味熱効率を極大点近傍に維持する制御を実行可能なエンジンシステムを提供できる。 As described above, the engine has a reforming cylinder that partially oxidizes an excessively rich air-fuel mixture to generate a reformed gas. It is possible to provide an engine system capable of executing control that maintains the net thermal efficiency of the whole including the reforming cylinder and the normal cylinder in the vicinity of the maximum point.

エンジンシステムの更なる特徴構成は、
前記改質ガス成分濃度測定部として、前記改質ガスにおける前記燃焼促進性ガスの濃度を測定する燃焼促進性ガス濃度測定部を備え、
前記制御装置は、前記空気過剰率制御において、前記燃焼促進性ガス濃度測定部にて測定された前記燃焼促進性ガスの濃度が最大化するように、前記改質気筒における前記空気過剰率を制御する点にある。
Further features of the engine system are:
As the reformed gas component concentration measurement unit, a combustion-promoting gas concentration measuring unit for measuring the concentration of the combustion-promoting gas in the reformed gas,
In the excess air ratio control, the control device controls the excess air ratio in the reforming cylinder so as to maximize the concentration of the combustion-promoting gas measured by the combustion-promoting gas concentration measuring section. It is in the point to do.

上記特徴構成の如く、制御装置が、空気過剰率制御において、燃焼促進性ガス測定部にて測定された燃焼促進性ガスの濃度が最大化するように、改質気筒における空気過剰率を制御することで、図3、5に示すように、改質ガスにおける燃焼促進性ガスの濃度を増加させ、当該燃焼促進性ガスの濃度と正の相関を有する通常気筒での正味熱効率を極大点で運転し得る。 As in the above characteristic configuration, the control device controls the excess air ratio in the reforming cylinder so as to maximize the concentration of the combustion-promoting gas measured by the combustion-promoting gas measurement unit in the excess air ratio control. 3 and 5, the concentration of the combustion-promoting gas in the reformed gas is increased, and the net thermal efficiency in the normal cylinder, which has a positive correlation with the concentration of the combustion-promoting gas, is operated at a maximum point. can.

エンジンシステムの更なる特徴構成は、
前記空気過剰率制御は、前記改質気筒の前記空気過剰率を、任意に変更可能な基準空気過剰率に追従する形態で制御するものであり、
前記制御装置は、前記基準空気過剰率から所定の判定変化量の前記空気過剰率を減少する空気過剰率減少制御を実行可能に構成され、
前記制御装置は、前記空気過剰率減少制御を実行する前後での前記燃焼促進性ガス濃度測定部にて測定される前記燃焼促進性ガスの濃度変化量が正である場合に、前記基準空気過剰率を減少制御し、前記燃焼促進性ガスの前記濃度変化量が負である場合に、前記基準空気過剰率を増加制御する点にある。
Further features of the engine system are:
The excess air ratio control controls the excess air ratio of the reforming cylinder in a form that follows an arbitrarily changeable reference excess air ratio,
The control device is configured to be capable of executing excess air ratio reduction control for reducing the excess air ratio by a predetermined determination change amount from the reference excess air ratio,
When the amount of change in concentration of the combustion-promoting gas measured by the combustion-promoting gas concentration measuring unit before and after executing the excess air ratio reduction control is positive, the control device controls the reference excess air ratio. and increasing the reference excess air ratio when the amount of change in the concentration of the combustion-promoting gas is negative.

エンジンシステムの更なる特徴構成は、
前記空気過剰率制御は、前記改質気筒の前記空気過剰率を、任意に変更可能な基準空気過剰率に追従する形態で制御するものであり、
前記制御装置は、前記基準空気過剰率から所定の判定変化量の前記空気過剰率を増加する空気過剰率増加制御を実行可能に構成され、
前記制御装置は、前記空気過剰率増加制御を実行する前後での前記燃焼促進性ガス濃度測定部にて測定される前記燃焼促進性ガスの濃度変化量が正である場合に、前記基準空気過剰率を増加制御し、前記燃焼促進性ガスの前記濃度変化量が負である場合に、前記基準空気過剰率を減少制御する点にある。
Further features of the engine system are:
The excess air ratio control controls the excess air ratio of the reforming cylinder in a form that follows an arbitrarily changeable reference excess air ratio,
The control device is configured to be capable of executing excess air ratio increase control for increasing the excess air ratio by a predetermined determination change amount from the reference excess air ratio,
When the concentration change amount of the combustion-promoting gas measured by the combustion-promoting gas concentration measuring unit before and after executing the excess air ratio increasing control is positive, the control device controls the reference excess air ratio. and controlling the reference excess air ratio to decrease when the amount of change in the concentration of the combustion-promoting gas is negative.

上記特徴構成の如く、基準空気過剰率から判定変化量の空気過剰率を減少する空気過剰率減少制御、又は基準空気過剰率から判定変化量の空気過剰率を増加する空気過剰率増加制御を実行することで、実行時点において空気過剰率を変動させたときの燃焼促進性ガスの濃度変化傾向が把握できるから、当該濃度変化傾向に基づいて基準空気過剰率を変更することで、当該基準空気過剰率を、燃焼促進性ガスの濃度を最大化するピーク空気過剰率に近づけることができる。
そして、空気過剰率減少制御又は空気過剰率増加制御を、所定時間毎に連続して実行することで、基準空気過剰率を、燃焼促進性ガスの濃度を最大化するピーク空気過剰率に維持することができ、これにより、エンジンの正味熱効率を極大化する運転を継続できる。
As in the above characteristic configuration, excess air ratio decrease control for decreasing the excess air ratio of the judgment change amount from the reference excess air ratio or excess air ratio increase control for increasing the excess air ratio of the judgment change amount from the reference excess air ratio is executed. By doing so, it is possible to grasp the concentration change trend of the combustion-promoting gas when the excess air ratio is changed at the time of execution, so by changing the reference excess air ratio based on the concentration change trend, The ratio can approach the peak excess air ratio that maximizes the concentration of pro-combustible gases.
The reference excess air ratio is maintained at the peak excess air ratio that maximizes the concentration of the combustion-promoting gas by continuously executing the excess air ratio reduction control or the excess air ratio increase control at predetermined time intervals. This allows continued operation to maximize the net thermal efficiency of the engine.

エンジンシステムの更なる特徴構成は、
前記改質ガス成分濃度測定部として、前記改質ガスにおける前記未燃炭化水素の濃度を測定する未燃炭化水素濃度測定部を備え、
前記空気過剰率制御は、前記改質気筒の前記空気過剰率を、任意に変更可能な基準空気過剰率に追従する形態で制御するものであり、
前記制御装置は、前記基準空気過剰率から所定の判定変化量の前記空気過剰率を減少する空気過剰率減少制御、又は前記基準空気過剰率から所定の判定変化量の前記空気過剰率を増加する空気過剰率増加制御を実行可能に構成され、
前記制御装置は、前記空気過剰率減少制御又は前記空気過剰率増加制御を実行する前後での前記未燃炭化水素濃度測定部にて測定される前記未燃炭化水素の濃度変化量の絶対値が所定の判定濃度変化量を超えている場合に前記基準空気過剰率を増加制御し、前記未燃炭化水素の前記濃度変化量の絶対値が所定の前記判定濃度変化量以下の場合に、前記基準空気過剰率を減少制御する点にある。
Further features of the engine system are:
As the reformed gas component concentration measurement unit, an unburned hydrocarbon concentration measurement unit that measures the concentration of the unburned hydrocarbons in the reformed gas,
The excess air ratio control controls the excess air ratio of the reforming cylinder in a form that follows an arbitrarily changeable reference excess air ratio,
The control device performs excess air ratio reduction control for decreasing the excess air ratio by a predetermined determination change amount from the reference excess air ratio, or increases the excess air ratio by a predetermined determination change amount from the reference excess air ratio. configured to be able to execute excess air ratio increase control,
The control device determines that the absolute value of the amount of change in the concentration of unburned hydrocarbons measured by the unburned hydrocarbon concentration measuring unit before and after executing the excess air ratio reduction control or the excess air ratio increase control is The reference excess air ratio is controlled to be increased when the amount of change in concentration of unburned hydrocarbons exceeds a predetermined determination amount of change in concentration, and when the absolute value of the amount of change in concentration of unburned hydrocarbons is equal to or less than the predetermined amount of change in concentration of determination, the reference The point is that the excess air ratio is controlled to decrease.

発明者らは、図4に示すように、空気過剰率制御により、改質気筒の空気過剰率を変動させた場合、空気過剰率が減少するのに従って、改質ガスにおける未燃炭化水素の濃度が徐々に増加し、特に、図5も併せると、改質ガスにおける未燃炭化水素の濃度は、エンジンの正味熱効率が最大化する空気過剰率よりも小さい側にて、その濃度変化率(空気過剰率の変化に対する未燃炭化水素の濃度変化量)が大きく増大していることがわかる。
当該知見に基づく上記特徴構成によれば、制御装置が、制御装置は、空気過剰率減少制御又は空気過剰率増加制御を実行する前後での未燃炭化水素濃度測定部にて測定される未燃炭化水素の濃度変化量の絶対値が所定の判定濃度変化量を超えている場合に基準空気過剰率を増加制御し、未燃炭化水素の濃度変化量の絶対値が所定の判定濃度変化量以下の場合に、基準空気過剰率を減少制御することで、所定の判定変化量だけ空気過剰率を変化させたときの所定の判定濃度変化量を適切に設定することで、基準空気過剰率を、エンジンの正味熱効率を極大化する空気過剰率に設定することができる。
As shown in FIG. 4, the inventors found that when the excess air ratio of the reforming cylinder is varied by controlling the excess air ratio, the concentration of unburned hydrocarbons in the reformed gas increases as the excess air ratio decreases. 5 gradually increases, and in particular, when combined with FIG. It can be seen that the amount of change in the concentration of unburned hydrocarbons with respect to the change in the excess ratio increases greatly.
According to the characteristic configuration based on the knowledge, the control device measures the unburned hydrocarbon concentration measured by the unburned hydrocarbon concentration measurement unit before and after executing the excess air ratio reduction control or the excess air ratio increase control. Control is performed to increase the reference excess air ratio when the absolute value of the concentration change amount of hydrocarbons exceeds a predetermined determination concentration change amount, and the absolute value of the unburned hydrocarbon concentration change amount is equal to or less than the predetermined determination concentration change amount. In the case of , by controlling the reference excess air ratio to decrease, by appropriately setting a predetermined determination concentration change amount when the air excess ratio is changed by a predetermined determination change amount, The excess air ratio can be set to maximize the net thermal efficiency of the engine.

エンジンシステムの更なる特徴構成は、
少なくとも前記通常気筒へ導かれる燃料を供給する第1燃料供給部と、前記改質気筒へ導かれる燃料を供給する第2燃料供給部とを各別に備え、
前記制御装置は、前記第2燃料供給部による燃料供給量を調整して前記改質気筒における前記空気過剰率を、前記改質ガスが生成される所定の範囲で制御する前記空気過剰率制御を実行している状態で、前記第2燃料供給部によるすべての前記改質気筒への総燃料供給量に対する前記第1燃料供給部によるすべての前記通常気筒への総燃料供給量の比である燃料比を低下する燃料比低下制御を実行しているときに、
前記空気過剰率制御において、前記改質ガス成分濃度測定部にて測定された前記ガス成分濃度に基づいて、前記改質気筒における前記空気過剰率を制御する点にある。
Further features of the engine system are:
A first fuel supply unit that supplies fuel guided to at least the normal cylinder and a second fuel supply unit that supplies fuel guided to the reforming cylinder are separately provided,
The controller adjusts the amount of fuel supplied by the second fuel supply unit to control the excess air ratio in the reforming cylinder within a predetermined range in which the reformed gas is generated. Fuel that is the ratio of the total amount of fuel supplied to all the normal cylinders by the first fuel supply unit to the total amount of fuel supplied to all the reforming cylinders by the second fuel supply unit in the running state When executing fuel ratio decrease control that decreases the ratio,
In the excess air ratio control, the excess air ratio in the reforming cylinder is controlled based on the gas component concentration measured by the reformed gas component concentration measuring section.

本発明の発明者らは、改質気筒への総燃料供給量に対するすべての通常気筒への総燃料供給量の比である燃料比を低下する、即ち、通常気筒の燃料として改質ガス由来のものを増加することで、エンジンの正味熱効率を向上できることを見出している。
そこで、上記特徴構成によれば、燃料比低下制御に基づく正味熱効率の向上に加え、改質ガス成分濃度測定部にて測定されたガス成分濃度に基づく改質気筒における空気過剰率の制御により、正味熱効率の向上を図り得るので、より一層のエンジンの正味熱効率の向上を期待できる。
The inventors of the present invention reduce the fuel ratio, which is the ratio of the total amount of fuel supplied to all normal cylinders to the total amount of fuel supplied to the reforming cylinders, i.e. It has been found that by increasing the net thermal efficiency of the engine can be improved.
Therefore, according to the above characteristic configuration, in addition to improving the net thermal efficiency based on the fuel ratio reduction control, by controlling the excess air ratio in the reforming cylinder based on the gas component concentration measured by the reformed gas component concentration measuring section, Since the net thermal efficiency can be improved, a further improvement in the net thermal efficiency of the engine can be expected.

エンジンシステムの更なる特徴構成は、
前記制御装置は、前記空気過剰率制御において、前記改質ガス成分濃度測定部にて測定された前記ガス成分濃度に基づいて、前記改質気筒における前記空気過剰率を制御している状態で、前記通常気筒へ前記燃料として前記改質ガスのみを導く改質ガス運転を実行する点にある。
Further features of the engine system are:
In the excess air ratio control, the control device controls the excess air ratio in the reforming cylinder based on the gas component concentration measured by the reformed gas component concentration measurement unit, A reformed gas operation is executed in which only the reformed gas is introduced as the fuel into the normal cylinder.

上述したように、通常気筒の燃料として改質ガス(燃焼促進性ガス)の割合を増加することで、エンジンの正味熱効率を向上できるので、上記特徴構成の如く、通常気筒へ燃料として改質ガスのみを導く改質ガス運転を実行することで、エンジンの正味熱効率を向上できることに加え、改質ガス成分濃度測定部にて測定されたガス成分濃度に基づく改質気筒における空気過剰率の制御を実行することによっても、エンジンの正味熱効率の向上を図り得るから、より一層のエンジンの正味熱効率の向上を期待できる。 As described above, the net thermal efficiency of the engine can be improved by increasing the ratio of the reformed gas (combustion promoting gas) as the fuel for the normal cylinders. In addition to improving the net thermal efficiency of the engine, the excess air ratio in the reforming cylinder can be controlled based on the gas component concentration measured by the reformed gas component concentration measurement unit. Since the net thermal efficiency of the engine can also be improved by executing this, further improvement of the net thermal efficiency of the engine can be expected.

エンジンシステムの更なる特徴構成は、
複数の前記気筒として少なくとも1つの前記改質気筒を備える改質エンジンと、複数の前記気筒として前記通常気筒を備える外部出力エンジンとを備える点にある。
Further features of the engine system are:
The present invention is provided with a reforming engine including at least one reforming cylinder as the plurality of cylinders, and an external output engine including the normal cylinder as the plurality of cylinders.

本発明のエンジンシステムは、上記特徴構成の如く、改質気筒を備える改質エンジンと、当該改質気筒から改質ガスが導かれる通常気筒を備える外部出力エンジンとを各別に備える構成であっても、これまで説明してきた効果を好適に発揮する。 The engine system of the present invention, as in the above-described characteristic configuration, is configured to separately include a reforming engine having a reforming cylinder and an external output engine having a normal cylinder into which reformed gas is guided from the reforming cylinder. also preferably exhibits the effects described above.

実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an engine system according to an embodiment; FIG. 正味熱効率の極大点追従制御の制御を示すフロー図である。FIG. 4 is a flow chart showing control of local maximum point tracking control of net thermal efficiency; 改質気筒での空気過剰率毎の改質ガスにおける水素・一酸化炭素の濃度を示すグラフ図である。FIG. 4 is a graph showing the concentrations of hydrogen and carbon monoxide in the reformed gas for each excess air ratio in the reforming cylinder. 改質気筒での空気過剰率毎の改質ガスにおける未燃炭化水素・メタンの濃度を示すグラフ図である。FIG. 4 is a graph showing concentrations of unburned hydrocarbons and methane in reformed gas for each excess air ratio in a reforming cylinder. 改質気筒での空気過剰率毎のエンジン全体での正味熱効率を示すグラフ図である。FIG. 4 is a graph showing the net thermal efficiency of the entire engine for each excess air ratio in a reforming cylinder;

本発明の実施形態に係るエンジンシステム100は、過濃混合気を部分酸化反応させて改質ガスを生成する改質気筒を有するものであって、エンジンの給気温度や給気湿度等の外的環境が変動した場合にも、改質気筒と通常気筒とを含む全体での正味熱効率を極大点近傍に維持可能なものに関する。
以下、当該エンジンシステム100について、図面に基づいて説明する。
An engine system 100 according to an embodiment of the present invention has a reforming cylinder that partially oxidizes a rich air-fuel mixture to produce a reformed gas. To maintain the net thermal efficiency of the whole including reforming cylinders and normal cylinders in the vicinity of the maximum point even when the thermal environment fluctuates.
The engine system 100 will be described below with reference to the drawings.

実施形態に係るエンジンシステム100は、図1に示すように、エンジン本体40に、都市ガス13A等(メタンを主成分とする炭化水素ガスの一例)の燃料Fと燃焼用空気Aとを含む新気(混合気M)を燃焼する通常気筒40a、40b、40cと、混合気Mの少なくとも一部を部分酸化反応させて燃料Fよりも燃焼速度の速い燃焼促進性ガスを含む改質ガスKへ改質する改質気筒40dとを備え、通常気筒40a、40b、40cへ導かれる燃料を供給する第1燃料供給部と、改質気筒40dへ導かれる燃料を供給する第2燃料供給部とを各別に備え、改質気筒40dにて改質された改質ガスKを、少なくとも通常気筒40a、40b、40cへ導く(当該実施形態では通常気筒40a、40b、40cのみへ導く)ものである。
尚、改質気筒40dでは、以下の〔式1〕にて示される水蒸気改質や、〔式2〕にて示される水性ガスシフト反応も進行する。
The engine system 100 according to the embodiment, as shown in FIG. and a reformed gas K containing a combustion-promoting gas having a faster burning speed than the fuel F by partially oxidizing at least a part of the mixture M. A reforming cylinder 40d for reforming, a first fuel supply unit supplying fuel guided to the normal cylinders 40a, 40b, and 40c, and a second fuel supply unit supplying fuel guided to the reforming cylinder 40d. Each is separately provided, and the reformed gas K reformed in the reforming cylinder 40d is led to at least the normal cylinders 40a, 40b, and 40c (in this embodiment, it is led only to the normal cylinders 40a, 40b, and 40c).
Incidentally, in the reforming cylinder 40d, the steam reforming represented by [Equation 1] below and the water gas shift reaction represented by [Equation 2] also proceed.

CH+H0→CO+3H・・・〔式1〕 CH 4 +H 2 0→CO+3H 2 [Formula 1]

CO+H0→CO+H・・・・〔式2〕 CO+H 2 0→CO 2 +H 2 [Formula 2]

以下、図1に基づいて、実施形態に係るエンジンシステム100について説明する。
当該実施形態のエンジンシステム100は、ターボ過給式エンジンとして構成されており、少なくとも1つ以上(当該実施形態では3つ)の通常気筒40a、40b、40cと、少なくとも1つ以上(当該実施形態では1つ)の改質気筒40dとを備えている。更には、エンジンの運転状態を検出するセンサ等の測定結果が入力され、その入力信号に基づいてターボ過給式エンジンの運転を制御するハードウェア群とソフトウェア群とから構成されているエンジンコントロールユニット(以下、制御装置50と呼ぶ)を備えている。
An engine system 100 according to an embodiment will be described below with reference to FIG.
The engine system 100 of this embodiment is configured as a turbocharged engine, and includes at least one or more (three in this embodiment) normal cylinders 40a, 40b, and 40c and at least one or more (this embodiment 1) reforming cylinder 40d. Furthermore, the engine control unit is composed of a hardware group and a software group for controlling the operation of the turbo-supercharged engine based on the input signals of the measurement results of sensors that detect the operating state of the engine. (hereinafter referred to as a control device 50).

この種のエンジンシステム100は、詳細な図示は省略するが、給気本管20から通常気筒40a、40b、40cの燃焼室(図示せず)へ給気弁(図示せず)を介して給気した混合気Mを、ピストンの上昇により圧縮した状態で点火プラグ(図示せず)にて火花点火して燃焼・膨張させることで、ピストンを押し下げて回転軸(図示せず)から回転動力を出力すると共に、燃焼により発生した排ガスEは、通常気筒40a、40b、40cの燃焼室から排気弁(図示せず)を介して排気路27に押し出され、外部へ排出される。
尚、詳細については後述するが、給気本管20から供給される燃焼用空気Aは、改質気筒用給気支管20dを通じて改質気筒40dにも供給され、改質気筒40dでもピストンを押し下げて回転軸から回転動力を出力する。ただし、当該改質気筒40dにて排ガスとして生成される改質ガスKは、外部へ排出されることなく、そのすべてが改質ガス通流路28を介して給気本管20へ戻され、通常気筒40a、40b、40cへ導かれることとなる。
Although not shown in detail, this type of engine system 100 supplies air from an intake main pipe 20 to combustion chambers (not shown) of normal cylinders 40a, 40b, and 40c through intake valves (not shown). The air-fuel mixture M is compressed by the upward movement of the piston, and is spark-ignited by a spark plug (not shown) to be burned and expanded, thereby pushing down the piston and generating rotational power from the rotating shaft (not shown). Along with the output, the exhaust gas E generated by combustion is pushed out from the combustion chambers of the normal cylinders 40a, 40b, and 40c to the exhaust passage 27 via the exhaust valve (not shown) and discharged to the outside.
Although the details will be described later, the combustion air A supplied from the air supply main pipe 20 is also supplied to the reforming cylinder 40d through the reforming cylinder supply branch pipe 20d, and the reforming cylinder 40d also pushes down the piston. output rotational power from the rotating shaft. However, the reformed gas K generated as exhaust gas in the reforming cylinder 40d is not discharged to the outside, and all of it is returned to the supply main pipe 20 through the reformed gas passage 28. It will be led to the normal cylinders 40a, 40b, and 40c.

給気本管20には、燃焼用空気Aを浄化するエアクリーナ21、燃焼用空気Aに燃料Fを適切な比率(空燃比)で混合するベンチュリー式のミキサ14、開度調整により通常気筒40a、40b、40cへの混合気Mの給気量を調整可能な通常気筒用スロットル弁23が、その上流側から記載の順に設けられている。
即ち、給気本管20において、ミキサ14で燃料Fと燃焼用空気Aとを混合して生成された混合気Mは、通常気筒用スロットル弁23を介して所定の流量に調整されて、通常気筒40a、40b、40cの燃焼室へ導入される。
The air supply main pipe 20 includes an air cleaner 21 for purifying the combustion air A, a venturi mixer 14 for mixing the combustion air A with the fuel F at an appropriate ratio (air-fuel ratio), a normal cylinder 40a by adjusting the opening, A normal cylinder throttle valve 23 capable of adjusting the amount of air-fuel mixture M supplied to 40b and 40c is provided in the order described from the upstream side.
That is, in the air supply main pipe 20, the mixture M produced by mixing the fuel F and the combustion air A in the mixer 14 is adjusted to a predetermined flow rate via the normal cylinder throttle valve 23, and is normally It is introduced into the combustion chambers of cylinders 40a, 40b and 40c.

給気本管20からミキサ14の上流側で分岐する改質気筒用給気支管20dには、燃焼用空気Aを圧縮する過給機30としてのコンプレッサ31、当該コンプレッサ31の昇圧により昇温した燃焼用空気Aを冷却するインタークーラ22、開度調整により改質気筒40dへの混合気Mの給気量を調整可能な改質気筒用スロットル弁25、燃焼用空気Aに燃料Fを適切な比率(空燃比)で混合するベンチュリー式のミキサ16が、その上流側から記載の順に設けられている。 A compressor 31 serving as a supercharger 30 for compressing the combustion air A is provided in a reforming cylinder supply branch pipe 20d branching from the main supply pipe 20 on the upstream side of the mixer 14. An intercooler 22 that cools the combustion air A, a reforming cylinder throttle valve 25 that can adjust the amount of air-fuel mixture M supplied to the reforming cylinder 40d by adjusting the opening, and an appropriate amount of fuel F to the combustion air A. A venturi type mixer 16 for mixing at a ratio (air-fuel ratio) is provided in the order described from the upstream side.

ミキサ14に燃料Fを導く第1燃料供給路11には、ミキサ14の上流側の給気本管20における燃焼用空気Aの圧力と第1燃料供給路11における燃料Fの圧力差を一定に保つ差圧レギュレータ12、ミキサ14を介して通常気筒40a、40b、40cの燃焼室へ供給される燃料Fの供給量を調整する第1燃料流量制御弁13が設けられている。即ち、第1燃料供給路11、差圧レギュレータ12、ミキサ14、及び第1燃料流量制御弁13が、第1燃料供給部として機能する。 In the first fuel supply passage 11 that guides the fuel F to the mixer 14, the pressure difference between the combustion air A in the air supply main pipe 20 on the upstream side of the mixer 14 and the fuel F in the first fuel supply passage 11 is kept constant. A first fuel flow rate control valve 13 for adjusting the amount of fuel F supplied to the combustion chambers of the normal cylinders 40a, 40b, and 40c via a differential pressure regulator 12 and a mixer 14 is provided. That is, the first fuel supply path 11, differential pressure regulator 12, mixer 14, and first fuel flow rate control valve 13 function as a first fuel supply section.

過給機30は、通常気筒40a、40b、40cに接続される排気路27に設けられるタービン32に、通常気筒40a、40b、40cから排出される排ガスEを供給し、タービン32に連結される状態で改質気筒用給気支管20dに設けられるコンプレッサ31により、改質気筒40dの燃焼室に給気される混合気Mを圧縮するターボ式の過給機30として構成されている。即ち、当該過給機30は、排気路27を通流する排ガスEの運動エネルギによりタービン32を回転させ、当該タービン32の回転力により改質気筒用給気支管20dを通流する燃焼用空気Aを圧縮して、改質気筒40dの燃焼室へ供給する、所謂、過給を行う。
つまり、当該実施形態においては、過給機30は、改質気筒40dへ導かれる燃焼用空気Aのみを過給する。
The turbocharger 30 supplies exhaust gas E discharged from the normal cylinders 40a, 40b, 40c to a turbine 32 provided in an exhaust passage 27 connected to the normal cylinders 40a, 40b, 40c, and is connected to the turbine 32. A turbocharger 30 compresses the air-fuel mixture M supplied to the combustion chamber of the reforming cylinder 40d by means of a compressor 31 provided in the reforming cylinder supply pipe 20d. That is, the turbocharger 30 rotates the turbine 32 by the kinetic energy of the exhaust gas E flowing through the exhaust passage 27, and the rotational force of the turbine 32 causes combustion air to flow through the reforming cylinder supply air branch pipe 20d. A is compressed and supplied to the combustion chamber of the reforming cylinder 40d, so-called supercharging.
That is, in this embodiment, the supercharger 30 supercharges only the combustion air A guided to the reforming cylinder 40d.

給気本管20は、エアクリーナ21の下流側において、通常気筒40a、40b、40cの夫々へ燃焼用空気Aを導く複数の通常気筒用給気支管20a、20b、20cに接続される給気本管20と、改質気筒40dへ燃焼用空気Aを導く改質気筒用給気支管20dに分岐されている。
改質気筒40dは、自身の燃焼室Nにおいて、混合気Mの一部を部分酸化反応させて、燃料F(例えば、メタン)よりも燃焼速度の速い水素及び一酸化炭素等の燃焼促進性ガスを含む改質ガスKを生成するように構成されている。ここで、水素及び一酸化炭素は、メタン及び空気を混合して燃焼する場合、空気過剰率が1より小さい燃料過濃領域(例えば、図3ではλαで示す空気過剰率領域)に、その発生量のピークがあることが知られている。
そこで、当該実施形態にあっては、改質気筒40dの燃料室において燃料過濃状態で混合気Mを燃焼させるべく、改質気筒40dへ混合気Mを供給する改質気筒用給気支管20dに、ベンチュリー式のミキサ16を介する形態で燃料Fを供給する第2燃料供給路29が接続されており、当該第2燃料供給路29には、燃料Fの流量を制御する第2燃料流量制御弁15が設けられている。第2燃料供給路29の第2燃料流量制御弁15の上流側には、燃料Fの供給圧を給気本管20のコンプレッサ31出口の過給圧まで昇圧するべく、圧縮機(図示せず)等が設けられている。
更に、改質気筒40dには、改質気筒40dにて改質された改質ガスKを通流する改質ガス通流路28が接続されており、当該改質ガス通流路28の下流端が、給気本管20の通常気筒用スロットル弁23の下流側に接続されている。即ち、当該実施形態にあっては、改質ガスKは、そのすべてが通常気筒40a、40b、40cに導かれるように構成されている。
制御装置50は、改質気筒40dにおける空気過剰率が改質ガスKが生成される所定の範囲となるように、即ち、改質気筒40dでの混合気Mの空気過剰率が1より小さくなるように、第2燃料流量制御弁15の開度を制御する空気過剰率制御を実行する。つまり、第2燃料供給路29、ミキサ16、及び第2燃料流量制御弁15が、第2燃料供給部として機能する。
The air supply main pipe 20 is connected downstream of the air cleaner 21 to a plurality of normal cylinder supply branch pipes 20a, 20b, and 20c that guide the combustion air A to the normal cylinders 40a, 40b, and 40c, respectively. It is branched into a pipe 20 and a reforming cylinder supply branch pipe 20d that guides the combustion air A to the reforming cylinder 40d.
The reforming cylinder 40d partially oxidizes the air-fuel mixture M in its own combustion chamber N to produce hydrogen and carbon monoxide, which burn faster than the fuel F (e.g., methane). is configured to generate a reformed gas K containing Here, when methane and air are mixed and burned, hydrogen and carbon monoxide are generated in a fuel-rich region where the excess air ratio is less than 1 (for example, the excess air ratio region indicated by λα in FIG. 3). It is known that there is a volume peak.
Therefore, in this embodiment, in order to burn the air-fuel mixture M in a fuel rich state in the fuel chamber of the reforming cylinder 40d, the reforming cylinder supply pipe 20d for supplying the fuel mixture M to the reforming cylinder 40d is provided. is connected to a second fuel supply passage 29 for supplying fuel F via a venturi mixer 16, and a second fuel flow rate control for controlling the flow rate of fuel F is connected to the second fuel supply passage 29. A valve 15 is provided. On the upstream side of the second fuel flow rate control valve 15 in the second fuel supply path 29, a compressor (not shown) is provided to increase the supply pressure of the fuel F to the boost pressure at the outlet of the compressor 31 of the air supply main pipe 20. ), etc. are provided.
Further, the reforming cylinder 40d is connected to a reformed gas passage 28 through which the reformed gas K reformed in the reforming cylinder 40d flows. The end is connected to the downstream side of the normal cylinder throttle valve 23 of the intake main pipe 20 . That is, in this embodiment, all of the reformed gas K is guided to the normal cylinders 40a, 40b, and 40c.
The control device 50 controls the excess air ratio in the reforming cylinder 40d to be within a predetermined range in which the reformed gas K is generated, that is, the excess air ratio of the air-fuel mixture M in the reforming cylinder 40d becomes less than 1. Excess air ratio control for controlling the degree of opening of the second fuel flow rate control valve 15 is executed as described above. That is, the second fuel supply path 29, the mixer 16, and the second fuel flow rate control valve 15 function as a second fuel supply section.

エンジン本体40の回転軸(図示せず)には、運転状態検出部41として、回転軸(図示せず)の回転数を計測する回転数センサが設けられている。
更に、エンジン本体40の回転軸(図示せず)には、運転状態検出部41として、当該回転軸のトルクを計測するトルク計測センサが設けられており、制御装置50は、例えば、回転数センサにて計測されるエンジン回転数と、トルク計測センサにて計測されるトルクに基づいて計算されるエンジン出力が、目標出力となるように、第1燃料流量制御弁13、第2燃料流量制御弁15、通常気筒用スロットル弁23、並びに改質気筒用スロットル弁25の開度を制御する。
A rotating shaft (not shown) of the engine main body 40 is provided with a rotational speed sensor as an operating state detection unit 41 for measuring the rotating speed of the rotating shaft (not shown).
Furthermore, a torque measurement sensor that measures the torque of the rotation shaft is provided as the operating state detection unit 41 on the rotation shaft (not shown) of the engine main body 40, and the control device 50 includes, for example, a rotation speed sensor The first fuel flow control valve 13, the second fuel flow control valve so that the engine output calculated based on the torque measured by the torque measurement sensor becomes the target output. 15, controls the opening degrees of the normal cylinder throttle valve 23 and the reforming cylinder throttle valve 25;

本発明の発明者らは、鋭意研究した結果、図3に示すように、上述の空気過剰率制御を実行した場合、改質気筒40dの空気過剰率を1から所定のピーク空気過剰率(図3では、λαで示される範囲に含まれる値)まで減少させるのに従って、改質ガスKにおける燃焼促進性ガスとしての水素及び一酸化炭素の濃度が徐々に上昇し、ピーク空気過剰率を超えて減少させると、改質ガスKにおける燃焼促進性ガスとしての水素及び一酸化炭素の濃度が徐々に減少するという知見を得た。
更に、図5に示すように、改質気筒40dを含むエンジン本体40の正味熱効率は、改質気筒40dの空気過剰率を1からピーク空気過剰率近傍まで減少させるのに従って徐々に上昇し、ピーク空気過剰率近傍を超えて減少させると徐々に減少するという知見を得た。
即ち、図3、5に示される結果から、改質気筒40dにおいて空気過剰率を変化させたときに、改質気筒40dを含むエンジン本体40の正味熱効率は、改質気筒40dにて生成される燃焼促進性ガスの濃度と、正の相関を有すると推定される。
As a result of extensive research, the inventors of the present invention have found that, as shown in FIG. 3, the concentration of hydrogen and carbon monoxide as combustion-promoting gases in the reformed gas K gradually increases, exceeding the peak excess air ratio. It has been found that the concentrations of hydrogen and carbon monoxide, which serve as combustion-promoting gases in the reformed gas K, gradually decrease as they are decreased.
Furthermore, as shown in FIG. 5, the net thermal efficiency of the engine body 40 including the reforming cylinder 40d gradually increases as the excess air ratio of the reforming cylinder 40d is decreased from 1 to near the peak excess air ratio, and reaches a peak. It was found that the excess air ratio gradually decreased when it was decreased beyond the vicinity of the excess air ratio.
That is, from the results shown in FIGS. 3 and 5, when the excess air ratio is changed in the reforming cylinder 40d, the net thermal efficiency of the engine body 40 including the reforming cylinder 40d is generated by the reforming cylinder 40d. It is presumed to have a positive correlation with the concentration of combustion promoting gas.

そこで、当該実施形態に係るエンジンシステム100は、改質気筒40dと通常気筒40a、40b、40cとを含む全体での正味熱効率を極大点近傍に維持するべく、以下の構成を備えている。
当該エンジンシステム100は、改質気筒40dにて生成された改質ガスKにおける燃焼促進性ガスである水素の濃度を測定する水素センサS(改質ガス成分濃度測定部、燃焼促進性ガス濃度測定部の一例)を改質ガス通流路28で改質気筒40dの出口に備え、制御装置50は、空気過剰率制御において、水素センサSにて測定された水素濃度に基づいて、改質気筒40dにおける空気過剰率を制御するものであり、換言すると、当該制御装置50は、空気過剰率制御において、水素センサSにて測定された水素の濃度が最大化するように、改質気筒40dにおける空気過剰率を制御する形態で、エンジン本体40の正味熱効率を、改質気筒40dの空気過剰率の制御による極大点に維持するものである。
Therefore, the engine system 100 according to this embodiment has the following configuration in order to maintain the overall net thermal efficiency including the reforming cylinder 40d and the normal cylinders 40a, 40b, and 40c near the maximum point.
The engine system 100 includes a hydrogen sensor S (reformed gas component concentration measurement unit, combustion promoting gas concentration measurement unit) that measures the concentration of hydrogen, which is a combustion promoting gas, in the reformed gas K generated in the reforming cylinder 40d. part) is provided at the outlet of the reforming cylinder 40d in the reformed gas passage 28, and the control device 50 controls the reforming cylinder based on the hydrogen concentration measured by the hydrogen sensor S in the excess air ratio control. In other words, the control device 50 controls the excess air ratio in the reforming cylinder 40d so that the concentration of hydrogen measured by the hydrogen sensor S is maximized in the excess air ratio control. In the form of controlling the excess air ratio, the net thermal efficiency of the engine body 40 is maintained at the maximum point by controlling the excess air ratio of the reforming cylinder 40d.

以下、当該制御の具体的制御の流れに関し、図2の制御フローに基づいて説明を追加する。当該制御は、改質気筒40dの空気過剰率を、改質ガスKにおける水素の濃度が最大となる値に維持して、エンジン本体40の正味熱効率の極大点に維持するものである。 Hereinafter, a description will be added based on the control flow of FIG. 2 regarding the specific control flow of the control. This control maintains the excess air ratio of the reforming cylinder 40d at a value that maximizes the concentration of hydrogen in the reformed gas K, and maintains the net thermal efficiency of the engine body 40 at the maximum point.

当該制御では、エンジン本体40が所定の目標出力で運転されている場合において、制御装置50は、まず、改質気筒40dの空気過剰率を任意に設定可能な基準空気過剰率に追従する形態で制御するものとする。
制御装置50は、まずもって、第2燃料供給部を制御して改質気筒40dの空気過剰率を所定の任意の基準空気過剰率(当該ステップでは、例えば、1未満の最大値(例えば、0.95))に設定する(#01)。
In this control, when the engine main body 40 is operated at a predetermined target output, the control device 50 first adjusts the excess air ratio of the reforming cylinder 40d to follow a reference excess air ratio that can be arbitrarily set. shall be controlled.
First, the control device 50 controls the second fuel supply unit to set the excess air ratio of the reforming cylinder 40d to a predetermined arbitrary reference excess air ratio (in this step, for example, a maximum value less than 1 (for example, 0 .95)) (#01).

制御装置50は、改質気筒40dの空気過剰率が、当該基準空気過剰率に設定されている時点、即ち、後述する空気過剰率減少制御が実行される前の時点において、水素センサSにて水素(燃焼促進性ガスの一例)の濃度λC1を測定し記憶する。(#02)。
次に、制御装置50は、基準空気過剰率に設定される改質気筒40dの空気過剰率を、所定の判定変化量λJ(例えば、0.05程度の値)だけ減少する空気過剰率減少制御を実行し(#03)、当該空気過剰率減少制御の後の時点において、水素センサSにて水素(燃焼促進性ガスの一例)の濃度λC2を測定し記憶する(#04)。
When the excess air ratio of the reforming cylinder 40d is set to the reference excess air ratio, i.e., before the excess air ratio reduction control described below is executed, the control device 50 detects that the hydrogen sensor S The concentration λC1 of hydrogen (an example of combustion promoting gas) is measured and stored. (#02).
Next, the control device 50 performs excess air ratio reduction control to reduce the excess air ratio of the reformed cylinder 40d, which is set to the reference excess air ratio, by a predetermined determination change amount λJ (for example, a value of about 0.05). (#03), and after the excess air ratio reduction control, the hydrogen sensor S measures and stores the concentration λC2 of hydrogen (an example of a combustion promoting gas) (#04).

次に、制御装置50は、空気過剰率減少制御を実行する前後での水素の濃度変化量が負である場合(λC2-λC1<0:#05)、基準空気過剰率を減少制御量Δλ(例えば、0.05程度の値)だけ増加し(#06)、空気過剰率減少制御を実行する前後での水素の濃度変化量が正である場合(λC2-λC1>0:#07)、基準空気過剰率を減少制御量Δλ(例えば、0.05程度の値)だけ減少する(#08)。 Next, when the hydrogen concentration change amount before and after executing the excess air ratio reduction control is negative (λC2−λC1<0: #05), the control device 50 reduces the reference excess air ratio by the reduction control amount Δλ( For example, a value of about 0.05) (#06), and when the hydrogen concentration change amount before and after executing the excess air ratio reduction control is positive (λC2-λC1>0: #07), the reference The excess air ratio is decreased by a decrease control amount Δλ (for example, a value of about 0.05) (#08).

ここで、減少制御量Δλ(絶対値)は、上述の所定の判定変化量λJ(絶対値)以下に設定される。 Here, the decrease control amount Δλ (absolute value) is set to be equal to or less than the predetermined determination change amount λJ (absolute value).

#02~#08の処理を所定の時間毎に連続して実行することにより、改質ガスKにおける水素濃度が最大となるよう、改質気筒40dの空気過剰率(基準空気過剰率)が制御され、当該改質気筒40dでの空気過剰率制御に基づくエンジン本体40の全体での正味熱効率を最大点に維持することができる。 The excess air ratio (reference excess air ratio) of the reforming cylinder 40d is controlled so that the hydrogen concentration in the reformed gas K is maximized by continuously executing the processes #02 to #08 at predetermined time intervals. Thus, the net thermal efficiency of the entire engine body 40 based on the excess air ratio control in the reforming cylinder 40d can be maintained at the maximum point.

更に、本願の発明者らは、空気過剰率制御を実行している状態で、すべての改質気筒40dへの総燃料供給量に対するすべての通常気筒40a、40b、40cへの総燃料供給量の比である燃料比を低下する燃料比低下制御において、燃料比を低下するほどエンジン本体40の正味熱効率が向上するという知見を得ている。
そこで、制御装置50は、第2燃料供給部による燃料供給量を調整して改質気筒40dにおいて空気過剰率制御を実行している状態で、第2燃料供給部によるすべての改質気筒40dへの総燃料供給量に対する第1燃料供給部によるすべての通常気筒40a、40b、40cへの総燃料供給量の比である燃料比を低下する燃料比低下制御を実行しているときに、水素センサSにて測定される水素濃度に基づいて、改質気筒40dの空気過剰率を制御する。
当該制御により、燃料比低下制御に基づく正味熱効率の向上に加え、水素センサSにて測定された水素濃度に基づく改質気筒40dにおける空気過剰率の制御により、正味熱効率の向上を図ることができるから、より一層のエンジンの正味熱効率の向上を期待できる。
Furthermore, the inventors of the present application found that the total amount of fuel supplied to all the normal cylinders 40a, 40b, and 40c with respect to the total amount of fuel supplied to all the reforming cylinders 40d while performing excess air ratio control. In the fuel ratio reduction control for reducing the fuel ratio, which is the fuel ratio, it has been found that the net thermal efficiency of the engine main body 40 is improved as the fuel ratio is reduced.
Therefore, the control device 50 adjusts the amount of fuel supplied by the second fuel supply unit and controls the excess air ratio in the reforming cylinders 40d. When executing fuel ratio reduction control for reducing the fuel ratio, which is the ratio of the total fuel supply amount to all the normal cylinders 40a, 40b, and 40c by the first fuel supply unit to the total fuel supply amount of the hydrogen sensor Based on the hydrogen concentration measured at S, the excess air ratio of the reforming cylinder 40d is controlled.
Through this control, in addition to improving the net thermal efficiency based on the fuel ratio reduction control, it is possible to improve the net thermal efficiency by controlling the excess air ratio in the reforming cylinder 40d based on the hydrogen concentration measured by the hydrogen sensor S. Therefore, a further improvement in the net thermal efficiency of the engine can be expected.

〔別実施形態〕
(1)上記実施形態では、改質ガス成分濃度測定部として、改質ガスKにおける燃焼促進性ガスとしての水素の濃度を測定する水素センサSを備える構成例を示したが、燃焼促進性ガスとしての一酸化炭素の濃度を測定する一酸化炭素センサを備える構成を採用しても構わない。更には、改質ガス成分濃度測定部として、改質ガスKにおける燃焼促進性ガスの濃度ではなく、メタン等の未燃炭化水素の濃度を測定する未燃炭化水素センサを備える構成を採用しても構わない。
また、水素センサ、一酸化炭素センサ、未燃炭化水素センサのうち、複数を備える構成を採用しても構わない。
[Another embodiment]
(1) In the above-described embodiment, the reformed gas component concentration measuring unit is provided with a hydrogen sensor S for measuring the concentration of hydrogen as the combustion-promoting gas in the reformed gas K. A configuration including a carbon monoxide sensor that measures the concentration of carbon monoxide may be employed. Furthermore, as the reformed gas component concentration measuring unit, a configuration is adopted in which an unburned hydrocarbon sensor that measures the concentration of unburned hydrocarbons such as methane in the reformed gas K instead of the concentration of the combustion promoting gas is adopted. I don't mind.
Moreover, a configuration including a plurality of sensors out of the hydrogen sensor, the carbon monoxide sensor, and the unburned hydrocarbon sensor may be employed.

(2)上記実施形態において、エンジン本体40の正味熱効率の極大点に維持する制御に関し、制御装置50は、基準空気過剰率に設定される改質気筒40dの空気過剰率を、所定の判定変化量λJ(例えば、0.05程度の値)だけ減少する空気過剰率減少制御を実行する構成例を示したが、空気過剰率を増加する空気過剰率増加制御を実行する構成であっても、本発明の目的を良好に達成できる。
即ち、制御装置50は、基準空気過剰率から所定の判定変化量の空気過剰率を増加する空気過剰率増加制御を実行可能に構成され、制御装置50は、空気過剰率増加制御を実行する前後での水素センサSにて測定される水素の濃度変化量が正である場合に、基準空気過剰率を増加制御し、水素の濃度変化量が負である場合に、基準空気過剰率を減少制御する構成であっても構わない。
(2) In the above embodiment, regarding the control to maintain the net thermal efficiency of the engine body 40 at the local maximum point, the control device 50 changes the excess air ratio of the reforming cylinder 40d set to the reference excess air ratio to a predetermined determination change. Although an example of configuration for executing excess air ratio reduction control that decreases by an amount λJ (for example, a value of about 0.05) has been shown, even in a configuration that executes excess air ratio increase control for increasing the excess air ratio, The object of the present invention can be satisfactorily achieved.
That is, the control device 50 is configured to be capable of executing excess air ratio increase control for increasing the excess air ratio by a predetermined determination change amount from the reference excess air ratio. When the hydrogen concentration change amount measured by the hydrogen sensor S in is positive, the reference excess air ratio is controlled to increase, and when the hydrogen concentration change amount is negative, the reference excess air ratio is controlled to decrease. It does not matter if the configuration is such that

(3)上記実施形態において、改質ガス成分濃度測定部として、メタン等の未燃炭化水素の濃度を測定する未燃炭化水素センサ(未燃炭化水素濃度測定部の一例:図示せず)を備える場合、エンジン本体40の正味熱効率を極大点に維持するべく、上記実施形態の正味熱効率の極大点制御に替えて、以下の制御を実行することが好ましい。
即ち、空気過剰率制御は、改質気筒40dの空気過剰率を、任意に変更可能な基準空気過剰率に追従する形態で制御するものであり、制御装置50は、基準空気過剰率から、所定の判定変化量の空気過剰率を減少する空気過剰率減少制御、又は所定の判定変化量の空気過剰率を増加する空気過剰率増加制御を実行可能に構成される。
そして、制御装置50は、空気過剰率減少制御又は空気過剰率増加制御を実行する前後での未燃炭化水素濃度センサにて測定される未燃炭化水素の濃度変化量の絶対値が所定の判定濃度変化量を超えている場合に基準空気過剰率を増加制御し、未燃炭化水素の濃度変化量の絶対値が所定の判定濃度変化量以下の場合に、基準空気過剰率を減少制御する。
当該制御は、発明者らが、未燃炭化水素センサにより計測される改質ガスKにおける未燃炭化水素の濃度変化量の絶対値が、図4、5に示されるように、エンジン本体40の正味熱効率が最大点近傍になる付近において、急激に大きくなることに鑑みて、完成したものである。
(3) In the above embodiment, an unburned hydrocarbon sensor (an example of an unburned hydrocarbon concentration measuring unit: not shown) for measuring the concentration of unburned hydrocarbons such as methane is used as the reformed gas component concentration measuring unit. When provided, it is preferable to perform the following control instead of the control of the maximum point of the net thermal efficiency of the above embodiment in order to maintain the net thermal efficiency of the engine body 40 at the maximum point.
That is, the excess air ratio control controls the excess air ratio of the reforming cylinder 40d so as to follow an arbitrarily changeable reference excess air ratio. or excess air ratio increase control for increasing the excess air ratio by a predetermined determination change amount.
Then, the control device 50 determines the absolute value of the amount of change in the concentration of unburned hydrocarbons measured by the unburned hydrocarbon concentration sensor before and after executing the excess air ratio reduction control or the excess air ratio increase control. When the concentration change amount is exceeded, the reference excess air ratio is controlled to increase, and when the absolute value of the concentration change amount of unburned hydrocarbons is equal to or less than a predetermined determination concentration change amount, the reference excess air ratio is controlled to decrease.
In this control, the inventors have determined that the absolute value of the amount of change in the concentration of unburned hydrocarbons in the reformed gas K measured by the unburned hydrocarbon sensor, as shown in FIGS. It was completed in view of the sudden increase in the net thermal efficiency near the maximum point.

(4)上記実施形態において、改質ガス成分濃度測定部としての水素センサSは、改質ガス通流路28の改質気筒40dの出口に設けられるものとしたが、改質ガス通流路28に改質ガスKの改質を促進する触媒(図示せず)を設ける場合、水素センサSは当該触媒の下流側に設けることが好ましい。 (4) In the above embodiment, the hydrogen sensor S as the reformed gas component concentration measuring unit is provided at the outlet of the reforming cylinder 40d of the reformed gas passage 28. When a catalyst (not shown) for promoting reforming of the reformed gas K is provided in 28, the hydrogen sensor S is preferably provided downstream of the catalyst.

(5)上記実施形態において、通常気筒の数は、1つ以上であればいくつであっても構わないし、改質気筒の数も、1つ以上であればいくつであっても、本発明の機能を良好に発揮できる。 (5) In the above embodiment, the number of normal cylinders may be one or more, and the number of reforming cylinders may be one or more. It can perform well.

(6)上記実施形態では、一のエンジン本体40に対して、改質気筒40dと、当該改質気筒40dにて生成された改質ガスKが導かれる通常気筒40a、40b、40cとを設ける構成例を示した。
当該構成に変えて、図示は省略するが、少なくとも1の改質気筒を備える改質エンジンと、当該改質エンジンの改質気筒にて生成された改質ガスが導かれる通常気筒を有する外部出力エンジンとを備える構成を採用することができる。
当該構成にあっても、上記実施形態にて説明した制御装置50が実行する各種制御を実行して、その効果を良好に発揮できる。
(6) In the above embodiment, one engine main body 40 is provided with the reforming cylinder 40d and the normal cylinders 40a, 40b, and 40c to which the reformed gas K generated in the reforming cylinder 40d is introduced. A configuration example is shown.
Instead of this configuration, although not shown, there is a reforming engine having at least one reforming cylinder, and an external output having a normal cylinder to which the reformed gas generated in the reforming cylinder of the reforming engine is guided. A configuration including an engine can be adopted.
Even with this configuration, the various controls executed by the control device 50 described in the above embodiment can be executed, and the effects thereof can be satisfactorily exhibited.

(7)制御装置50は、燃料比低減制御において、酸素含有ガス供給制御を実行している状態で、燃料比を零として通常気筒へ40a、40b、40cへ燃料として改質ガスKのみを導く改質ガス運転を実行することもできる。
この場合、第1燃料供給部としての第1燃料供給路11、差圧レギュレータ12、第1燃料流量制御弁13、ミキサ14は、省略することができる。
(7) In the fuel ratio reduction control, the control device 50 sets the fuel ratio to zero while conducting the oxygen-containing gas supply control, and guides only the reformed gas K as fuel to the normal cylinders 40a, 40b, and 40c. Reformed gas operation can also be performed.
In this case, the first fuel supply path 11, the differential pressure regulator 12, the first fuel flow control valve 13, and the mixer 14 as the first fuel supply section can be omitted.

(8)改質ガス通流路28は、改質気筒40dの排気ポート28aと、通常気筒40a、40b、40cに新気を供給する通常気筒用給気支管20a、20b、20cの少なくとも1つ以上に接続される構成を採用しても構わない。 (8) The reformed gas flow path 28 is at least one of the exhaust port 28a of the reforming cylinder 40d and the normal cylinder supply branch pipes 20a, 20b, 20c that supply fresh air to the normal cylinders 40a, 40b, 40c. A configuration connected as above may be adopted.

(9)上記実施形態では、エンジンシステム100が過給機30を備える例を示したが、当該過給機30を備えない構成であっても、本発明の目的は良好に達成される。
尚、上述の如く、過給機30を設けない構成にあっては、改質気筒用給気支管20dは、過給圧まで昇圧されていないため、第2燃料供給部としてミキサ16に供給される燃料Fの圧力を昇圧する必要がなく、昇圧のための圧縮機等を備えない簡易でコンパクトな構成にすることができる。ちなみに、この場合、ミキサ16から改質気筒用給気支管20dへ供給される燃料Fの圧力は、通常の給気圧力に設定される。
更に、上記実施形態では、過給機30として、ターボ式のものを備える例を示したが、スーパーチャージャ式のものとしても構わない。
また、上記実施形態では、過給機30として、単一のコンプレッサ31と単一のタービン32とを備える、所謂、一段過給の例を示したが、別に、二段以上の多段過給としても構わない。
(9) In the above-described embodiment, the engine system 100 includes the supercharger 30, but the object of the present invention can be satisfactorily achieved even if the configuration does not include the supercharger 30.
As described above, in a configuration in which the supercharger 30 is not provided, the reforming cylinder supply branch pipe 20d is not pressurized to the supercharging pressure. Since there is no need to increase the pressure of the fuel F, the configuration can be simple and compact without a compressor or the like for increasing the pressure. Incidentally, in this case, the pressure of the fuel F supplied from the mixer 16 to the reforming cylinder supply pipe 20d is set to the normal supply pressure.
Furthermore, in the above-described embodiment, an example in which a turbocharger is provided as the supercharger 30 is shown, but a supercharger may be used.
Further, in the above-described embodiment, an example of so-called single-stage supercharging, in which the supercharger 30 includes a single compressor 31 and a single turbine 32, is shown. I don't mind.

(10)上記実施形態にあっては、燃料Fは、都市ガス13Aとしたが、本発明の本質的意味からは、ガス燃料に限らずガソリン等の液体燃料であっても構わない。 (10) In the above embodiment, the fuel F is the city gas 13A, but from the essential meaning of the present invention, it is not limited to the gas fuel, and may be a liquid fuel such as gasoline.

(11)上記実施形態では、燃料Fは、ベンチュリー式にて供給される構成を示したが、改質気筒用給気支管20dへ噴射する構成や、改質気筒40dへ直接噴射する構成を採用することができる。この場合、燃料Fの噴射量を調整して空気過剰率を制御できる。 (11) In the above embodiment, the fuel F is supplied by the venturi system, but a configuration in which it is injected into the reforming cylinder supply pipe 20d or a configuration in which it is directly injected into the reforming cylinder 40d is adopted. can do. In this case, the excess air ratio can be controlled by adjusting the injection amount of the fuel F.

尚、上記実施形態(別実施形態を含む、以下同じ)で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。 It should be noted that the configurations disclosed in the above embodiments (including other embodiments, the same shall apply hereinafter) can be applied in combination with configurations disclosed in other embodiments as long as there is no contradiction. The embodiments disclosed in this specification are exemplifications, and the embodiments of the present invention are not limited thereto, and can be modified as appropriate without departing from the object of the present invention.

本発明のエンジンシステムは、過濃混合気を部分酸化反応させて改質ガスを生成する改質気筒を有するものであって、エンジンの給気温度や給気湿度等の外的環境が変動した場合にも、改質気筒と通常気筒とを含む全体での正味熱効率を極大点近傍に維持可能なものとして、有効に利用可能である。 The engine system of the present invention has a reforming cylinder that partially oxidizes an over-rich air-fuel mixture to produce a reformed gas. Even in this case, the net thermal efficiency of the whole including the reforming cylinder and the normal cylinder can be maintained in the vicinity of the maximum point, and can be effectively used.

40 :エンジン本体
40a :通常気筒
40b :通常気筒
40c :通常気筒
40d :改質気筒
50 :制御装置
S :水素センサ
100 :エンジンシステム
A :燃焼用空気
E :排ガス
F :燃料
K :改質ガス
M :混合気
40: Engine body 40a: Normal cylinder 40b: Normal cylinder 40c: Normal cylinder 40d: Reforming cylinder 50: Control device S: Hydrogen sensor 100: Engine system A: Combustion air E: Exhaust gas F: Fuel K: Reformed gas M : mixture

Claims (8)

複数の気筒のうち少なくとも一部を、燃料と燃焼用空気とを含む混合気の少なくとも一部を部分酸化反応させて燃料よりも燃焼速度の速い燃焼促進性ガスを含む改質ガスへ改質する改質気筒として働かせ、複数の前記気筒の残部を、前記改質気筒にて改質された前記改質ガスが導かれる通常気筒として働かせることが可能なエンジンシステムにおいて、
前記改質気筒にて生成された前記改質ガスにおける前記燃焼促進性ガス及び未燃炭化水素のうちの少なくとも一つのガス成分の濃度であるガス成分濃度を測定する改質ガス成分濃度測定部と、
前記改質気筒における空気過剰率を前記改質ガスが生成される所定の範囲で制御する空気過剰率制御を実行する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記空気過剰率制御において、前記改質ガス成分濃度測定部にて測定された前記ガス成分濃度に基づいて、前記改質気筒における前記空気過剰率を制御するエンジンシステム。
At least part of the plurality of cylinders is reformed into a reformed gas containing a combustion promoting gas having a faster burning speed than the fuel by partially oxidizing at least part of the air-fuel mixture containing the fuel and the combustion air. In an engine system capable of operating as reforming cylinders and operating the remainder of the plurality of cylinders as normal cylinders to which the reformed gas reformed in the reforming cylinders is guided,
a reformed gas component concentration measuring unit for measuring a gas component concentration, which is the concentration of at least one of the combustion promoting gas and the unburned hydrocarbon in the reformed gas generated in the reforming cylinder; ,
a control device for executing excess air ratio control for controlling the excess air ratio in the reforming cylinder within a predetermined range in which the reformed gas is generated;
The control device controls the excess air ratio in the reformed cylinder based on the gas component concentration measured by the reformed gas component concentration measurement unit in the excess air ratio control.
前記改質ガス成分濃度測定部として、前記改質ガスにおける前記燃焼促進性ガスの濃度を測定する燃焼促進性ガス濃度測定部を備え、
前記制御装置は、前記空気過剰率制御において、前記燃焼促進性ガス濃度測定部にて測定された前記燃焼促進性ガスの濃度が最大化するように、前記改質気筒における前記空気過剰率を制御する請求項1に記載のエンジンシステム。
As the reformed gas component concentration measurement unit, a combustion-promoting gas concentration measuring unit for measuring the concentration of the combustion-promoting gas in the reformed gas,
In the excess air ratio control, the control device controls the excess air ratio in the reforming cylinder so as to maximize the concentration of the combustion-promoting gas measured by the combustion-promoting gas concentration measuring section. The engine system according to claim 1.
前記空気過剰率制御は、前記改質気筒の前記空気過剰率を、任意に変更可能な基準空気過剰率に追従する形態で制御するものであり、
前記制御装置は、前記基準空気過剰率から所定の判定変化量の前記空気過剰率を減少する空気過剰率減少制御を実行可能に構成され、
前記制御装置は、前記空気過剰率減少制御を実行する前後での前記燃焼促進性ガス濃度測定部にて測定される前記燃焼促進性ガスの濃度変化量が正である場合に、前記基準空気過剰率を減少制御し、前記燃焼促進性ガスの前記濃度変化量が負である場合に、前記基準空気過剰率を増加制御する請求項2に記載のエンジンシステム。
The excess air ratio control controls the excess air ratio of the reforming cylinder in a form that follows an arbitrarily changeable reference excess air ratio,
The control device is configured to be capable of executing excess air ratio reduction control for reducing the excess air ratio by a predetermined determination change amount from the reference excess air ratio,
When the amount of change in concentration of the combustion-promoting gas measured by the combustion-promoting gas concentration measuring unit before and after executing the excess air ratio reduction control is positive, the control device controls the reference excess air ratio. 3. The engine system according to claim 2, wherein the air ratio is controlled to decrease, and the reference excess air ratio is controlled to increase when the amount of change in concentration of the combustion promoting gas is negative.
前記空気過剰率制御は、前記改質気筒の前記空気過剰率を、任意に変更可能な基準空気過剰率に追従する形態で制御するものであり、
前記制御装置は、前記基準空気過剰率から所定の判定変化量の前記空気過剰率を増加する空気過剰率増加制御を実行可能に構成され、
前記制御装置は、前記空気過剰率増加制御を実行する前後での前記燃焼促進性ガス濃度測定部にて測定される前記燃焼促進性ガスの濃度変化量が正である場合に、前記基準空気過剰率を増加制御し、前記燃焼促進性ガスの前記濃度変化量が負である場合に、前記基準空気過剰率を減少制御する請求項2に記載のエンジンシステム。
The excess air ratio control controls the excess air ratio of the reforming cylinder in a form that follows an arbitrarily changeable reference excess air ratio,
The control device is configured to be capable of executing excess air ratio increase control for increasing the excess air ratio by a predetermined determination change amount from the reference excess air ratio,
When the concentration change amount of the combustion-promoting gas measured by the combustion-promoting gas concentration measuring unit before and after executing the excess air ratio increasing control is positive, the control device controls the reference excess air ratio. 3. The engine system according to claim 2, wherein control is performed to increase the air ratio, and control is performed to decrease the reference excess air ratio when the amount of change in concentration of the combustion promoting gas is negative.
前記改質ガス成分濃度測定部として、前記改質ガスにおける前記未燃炭化水素の濃度を測定する未燃炭化水素濃度測定部を備え、
前記空気過剰率制御は、前記改質気筒の前記空気過剰率を、任意に変更可能な基準空気過剰率に追従する形態で制御するものであり、
前記制御装置は、前記基準空気過剰率から所定の判定変化量の前記空気過剰率を減少する空気過剰率減少制御、又は前記基準空気過剰率から所定の判定変化量の前記空気過剰率を増加する空気過剰率増加制御を実行可能に構成され、
前記制御装置は、前記空気過剰率減少制御又は前記空気過剰率増加制御を実行する前後での前記未燃炭化水素濃度測定部にて測定される前記未燃炭化水素の濃度変化量の絶対値が所定の判定濃度変化量を超えている場合に前記基準空気過剰率を増加制御し、前記未燃炭化水素の前記濃度変化量の絶対値が所定の前記判定濃度変化量以下の場合に、前記基準空気過剰率を減少制御する請求項1に記載のエンジンシステム。
As the reformed gas component concentration measurement unit, an unburned hydrocarbon concentration measurement unit that measures the concentration of the unburned hydrocarbons in the reformed gas,
The excess air ratio control controls the excess air ratio of the reforming cylinder in a form that follows an arbitrarily changeable reference excess air ratio,
The control device performs excess air ratio reduction control for decreasing the excess air ratio by a predetermined determination change amount from the reference excess air ratio, or increases the excess air ratio by a predetermined determination change amount from the reference excess air ratio. configured to be able to execute excess air ratio increase control,
The control device determines that the absolute value of the amount of change in the concentration of unburned hydrocarbons measured by the unburned hydrocarbon concentration measuring unit before and after executing the excess air ratio reduction control or the excess air ratio increase control is The reference excess air ratio is controlled to be increased when the amount of change in concentration of unburned hydrocarbons exceeds a predetermined determination amount of change in concentration, and when the absolute value of the amount of change in concentration of unburned hydrocarbons is equal to or less than the predetermined amount of change in concentration of determination, the reference 2. The engine system according to claim 1, wherein the excess air ratio is controlled to decrease.
少なくとも前記通常気筒へ導かれる燃料を供給する第1燃料供給部と、前記改質気筒へ導かれる燃料を供給する第2燃料供給部とを各別に備え、
前記制御装置は、前記第2燃料供給部による燃料供給量を調整して前記改質気筒における前記空気過剰率を、前記改質ガスが生成される所定の範囲で制御する前記空気過剰率制御を実行している状態で、前記第2燃料供給部によるすべての前記改質気筒への総燃料供給量に対する前記第1燃料供給部によるすべての前記通常気筒への総燃料供給量の比である燃料比を低下する燃料比低下制御を実行しているときに、
前記空気過剰率制御において、前記改質ガス成分濃度測定部にて測定された前記ガス成分濃度に基づいて、前記改質気筒における前記空気過剰率を制御する請求項1~5の何れか一項に記載のエンジンシステム。
A first fuel supply unit that supplies fuel guided to at least the normal cylinder and a second fuel supply unit that supplies fuel guided to the reforming cylinder are separately provided,
The controller adjusts the amount of fuel supplied by the second fuel supply unit to control the excess air ratio in the reforming cylinder within a predetermined range in which the reformed gas is generated. Fuel that is the ratio of the total amount of fuel supplied to all the normal cylinders by the first fuel supply unit to the total amount of fuel supplied to all the reforming cylinders by the second fuel supply unit in the running state When executing fuel ratio decrease control that decreases the ratio,
6. The excess air ratio in the reforming cylinder is controlled based on the gas component concentration measured by the reformed gas component concentration measuring unit in the excess air ratio control. The engine system described in .
前記制御装置は、前記空気過剰率制御において、前記改質ガス成分濃度測定部にて測定された前記ガス成分濃度に基づいて、前記改質気筒における前記空気過剰率を制御している状態で、前記通常気筒へ前記燃料として前記改質ガスのみを導く改質ガス運転を実行する請求項1~6の何れか一項に記載のエンジンシステム。 In the excess air ratio control, the control device controls the excess air ratio in the reforming cylinder based on the gas component concentration measured by the reformed gas component concentration measurement unit, The engine system according to any one of claims 1 to 6, wherein a reformed gas operation is performed in which only the reformed gas is introduced as the fuel into the normal cylinders. 複数の前記気筒として少なくとも1つの前記改質気筒を備える改質エンジンと、複数の前記気筒として前記通常気筒を備える外部出力エンジンとを備える請求項1~7の何れか一項に記載のエンジンシステム。 The engine system according to any one of claims 1 to 7, comprising a reforming engine including at least one reforming cylinder as the plurality of cylinders, and an external output engine including the normal cylinder as the plurality of cylinders. .
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102024200822A1 (en) 2023-03-01 2024-09-05 Kioxia Corporation SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD FOR PRODUCING A SEMICONDUCTOR DEVICE

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58117345A (en) * 1981-12-29 1983-07-12 Nissan Motor Co Ltd Fuel-air mixture control device of reformed alcohol gas engine
JP2004339033A (en) * 2003-05-19 2004-12-02 Toyota Motor Corp Fuel reformer and operation control method thereof
JP2018009533A (en) * 2016-07-14 2018-01-18 ヤンマー株式会社 Control device of internal combustion engine, and control method of internal combustion engine
JP2020133517A (en) * 2019-02-20 2020-08-31 大阪瓦斯株式会社 Engine system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58117345A (en) * 1981-12-29 1983-07-12 Nissan Motor Co Ltd Fuel-air mixture control device of reformed alcohol gas engine
JP2004339033A (en) * 2003-05-19 2004-12-02 Toyota Motor Corp Fuel reformer and operation control method thereof
JP2018009533A (en) * 2016-07-14 2018-01-18 ヤンマー株式会社 Control device of internal combustion engine, and control method of internal combustion engine
JP2020133517A (en) * 2019-02-20 2020-08-31 大阪瓦斯株式会社 Engine system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102024200822A1 (en) 2023-03-01 2024-09-05 Kioxia Corporation SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD FOR PRODUCING A SEMICONDUCTOR DEVICE

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