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JP2009138695A - Internal combustion engine - Google Patents

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JP2009138695A
JP2009138695A JP2007318252A JP2007318252A JP2009138695A JP 2009138695 A JP2009138695 A JP 2009138695A JP 2007318252 A JP2007318252 A JP 2007318252A JP 2007318252 A JP2007318252 A JP 2007318252A JP 2009138695 A JP2009138695 A JP 2009138695A
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JP
Japan
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exhaust gas
fuel
airflow
exhaust
air flow
Prior art date
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Pending
Application number
JP2007318252A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Daisuke Uchida
大輔 内田
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 Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an internal combustion engine controlling an air flow in order to set an exhaust gas temperature at which the exhaust gas is reformed according to an air flow condition, and optimally reforming exhaust gas. <P>SOLUTION: This internal combustion engine includes an alcohol concentration detection step (step S11) of detecting an alcohol concentration in fuel, a step (step S12) of determining the presence or absence of abnormality of a reforming catalyst, a step (step S13) of determining respective areas of air flow areas A, B, C and D according to the alcohol concentration detected in step S11 when the reforming catalyst is normal, and a step (step S14) of switching to a map representing distribution of the air flow areas A, B, C and D with respective air flow areas determined in step S13. The air flow areas A, B, C and D are determined according to the presence or absence of abnormality of the reforming catalyst and the alcohol concentration, and strength and weakness of the air flow is determined, thereby controlling the air flow in order to set the exhaust temperature at which the exhaust gas is reformed according to the air flow condition and efficiently reforming the exhaust gas. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料改質器を搭載した内燃機関に関し、特に、排気ガスの一部の還流ガスに燃料を供給した後に熱で改質して改質ガスを生成し、この改質ガスを吸気通路に供給するようにした内燃機関に関する。   The present invention relates to an internal combustion engine equipped with a fuel reformer, and in particular, supplies fuel to a part of the recirculation gas of exhaust gas and then reforms it with heat to generate reformed gas. The present invention relates to an internal combustion engine supplied to a passage.

従来、内燃機関の排気ガスの一部を取り出し、これを吸気通路に還流ガスとして供給し、この還流ガスを吸気に混合させることで燃焼時の最高温度を下げ、排気ガス中の窒素酸化物(NOX)を低減する排気ガス再循環(EGR)システムがある。また、このEGRシステムを改良したシステムとして、近年、還流ガスに燃料の一部を加え、排気ガスに燃料が混合された混合ガスを排気ガスの熱を利用して加熱すると共に改質触媒を通すことで、この混合ガスに吸熱改質反応を行わせ、混合ガスから水素(H2)や一酸化炭素(CO)を含む改質ガス(リフォーマガス)を生成し、このリフォーマガスを吸気通路に供給することにより、効率の良い排気熱の回収、燃費の向上を図ったものが提案されている。 Conventionally, a part of the exhaust gas of the internal combustion engine is taken out, supplied to the intake passage as a recirculation gas, and the recirculation gas is mixed with the intake air to lower the maximum temperature during combustion, so that nitrogen oxides in the exhaust gas ( NO X) is an exhaust gas recirculation (EGR) system to reduce. As a system improved from this EGR system, in recent years, a part of the fuel is added to the reflux gas, and the mixed gas in which the fuel is mixed with the exhaust gas is heated using the heat of the exhaust gas and the reforming catalyst is passed. Thus, the mixed gas is subjected to an endothermic reforming reaction, a reformed gas (reformer gas) containing hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) is generated from the mixed gas, and the reformer gas is sucked into the reformed gas. Proposals have been made for efficient exhaust heat recovery and fuel efficiency improvement by supplying to the passage.

このような従来の内燃機関の排気リフォーマシステムでは、吸気ポートに燃料噴射弁が設けられると共に、排気管から分岐した還流管に別の燃料噴射弁と改質触媒とリフォームガス制御弁が設けられている。そして、従来の内燃機関の排気リフォーマシステムでは、還流管に燃料を噴射し、排気ガスに燃料が混合された混合ガスを改質触媒で吸熱改質反応により改質ガスを生成し、この生成した改質ガスを燃焼室に導入している。   In such a conventional exhaust reformer system for an internal combustion engine, a fuel injection valve is provided in the intake port, and another fuel injection valve, a reforming catalyst, and a reforming gas control valve are provided in a reflux pipe branched from the exhaust pipe. ing. In a conventional internal combustion engine exhaust reformer system, fuel is injected into the recirculation pipe, and a reformed gas is generated by an endothermic reforming reaction with the reformed catalyst from the mixed gas mixed with the exhaust gas. The reformed gas is introduced into the combustion chamber.

このように、従来の内燃機関の排気リフォーマシステムでは、通常時は、リフォームガス制御弁を閉止し、吸気ポートに燃料を噴射して混合気を燃焼室に導入する一方、改質時は、リフォームガス制御弁を開放し、還流管に燃料を噴射して改質触媒で生成したリフォーマガスを燃焼室に導入し、燃焼させるようにしている。   Thus, in the conventional exhaust reformer system for an internal combustion engine, the reform gas control valve is normally closed and fuel is injected into the intake port to introduce the air-fuel mixture into the combustion chamber, while during reforming, The reforming gas control valve is opened, fuel is injected into the reflux pipe, and reformer gas generated by the reforming catalyst is introduced into the combustion chamber and burned.

また、吸気ポートに燃料を供給する燃料通路にはタイミングコントロールバルブのような高速電磁弁(Timing Controll Valve:以下、「TCV」という。)が設けられている。そして、内燃機関の吸気行程でシリンダー内に発生する縦渦のタンブル又は横渦のスワール等の混合気の旋回流である気流をTCVにより強めて燃焼時間を短くすることで耐EGR性を向上させ、燃費の向上を図っている(特許文献1、2)。   Further, a high-speed electromagnetic valve (Timing Control Valve: hereinafter referred to as “TCV”) such as a timing control valve is provided in a fuel passage for supplying fuel to the intake port. The EGR resistance is improved by strengthening the airflow, which is the swirling flow of the mixture, such as the vertical vortex tumble or the horizontal vortex swirl generated in the cylinder during the intake stroke of the internal combustion engine, by shortening the combustion time by TCV. The improvement of fuel consumption is aimed at (patent documents 1, 2).

また、近年、燃料として、ガソリンだけでなく、このガソリンにアルコールを混合した燃料を使用可能とした多様燃料車(FFV:Flexible Fuel Vehicles)が利用されている。   In recent years, not only gasoline but also various fuel vehicles (FFV: Flexible Fuel Vehicles) that can use a fuel in which alcohol is mixed with gasoline have been used.

このFFVでは、低速低負荷領域においてアルコールとガソリンとの混合燃料からアルコールを分離して改質した燃料を吸気に供給するようにしている。   In this FFV, in the low speed and low load region, the alcohol is separated from the mixed fuel of alcohol and gasoline and the reformed fuel is supplied to the intake air.

特開2004−92520号公報JP 2004-92520 A 特開2001−271685号公報JP 2001-271585 A

ここで、排気ガスに燃料が混合された混合ガスを改質触媒に通すことで行われる改質反応は、吸熱反応であるため、排気温度がある程度高いことが要求される。   Here, since the reforming reaction performed by passing the mixed gas in which the exhaust gas is mixed with fuel through the reforming catalyst is an endothermic reaction, the exhaust temperature is required to be high to some extent.

しかしながら、TCVで筒内の気流を強めた状態で排気ガスの改質を行なうと、気流を強めることで燃焼時間が短縮し、気流が弱い状態の時と同一回転、負荷の状態と比較すると排気温度が低下し、改質に必要な排気温度が確保できないため、気流が弱い状態で排気ガスの改質を行なう場合と比較して排気ガスの改質の可能な領域が狭くなる、という問題がある。   However, when the exhaust gas is reformed with the TCV in a state where the airflow in the cylinder is strengthened, the combustion time is shortened by strengthening the airflow, and the exhaust gas is compared with the same rotation and load conditions as when the airflow is weak. As the temperature decreases and the exhaust temperature required for reforming cannot be secured, there is a problem that the region where the exhaust gas can be reformed becomes narrower than when the exhaust gas is reformed with a weak airflow. is there.

このため、FFVにおいて、TCVにより筒内の気流を制御するような場合、TCVの制御により排気温度が変化するため、排気ガスの改質を効率的に行なうことができない、という問題がある。   For this reason, when the air flow in the cylinder is controlled by the TCV in the FFV, there is a problem that the exhaust gas cannot be efficiently reformed because the exhaust temperature is changed by the TCV control.

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、気流状態に応じて排気ガスの改質が可能となる排気温度となるように気流を制御し、排気ガスの最適な改質を行うことを可能とする内燃機関を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above problem, and controls the air flow so as to achieve an exhaust temperature that enables the exhaust gas to be reformed according to the air flow state, thereby performing the optimal reforming of the exhaust gas. An object of the present invention is to provide an internal combustion engine that makes it possible.

上記の目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、外気を燃焼室に導入する吸気通路と、該吸気通路または前記燃焼室にアルコールとガソリンとを単独でまたは混合した燃料を供給する第1燃料供給手段と、前記燃焼室から排出された排気ガスを外部に排出する排気通路と、該排気通路を流れる排気ガスの一部を分流する排気ガス分流通路と、該排気ガス分流通路に前記燃料を供給する第2燃料供給手段と、前記排気ガス分流通路を流れる排気ガスに前記第2燃料供給手段から前記燃料が供給された混合ガスを改質触媒により改質ガスを生成する改質器と、該改質器で生成された改質ガスを前記吸気通路に導入する改質ガス導入通路と、前記排気ガスのガス温度を検知する排気ガス温度検知手段と、前記吸気通路に前記燃焼室内の気流の強さを制御する気流制御手段とを備え、前記排気ガス温度検知手段により検出された排気ガスのガス温度に応じて前記気流制御手段により排気ガスの改質が可能な排気温度となるように燃焼室内の気流を制御することを特徴とする。   In order to achieve the above object, an internal combustion engine according to the present invention supplies an intake passage for introducing outside air into a combustion chamber, and supplies a fuel in which alcohol and gasoline are used alone or mixed to the intake passage or the combustion chamber. A first fuel supply means; an exhaust passage for exhausting exhaust gas discharged from the combustion chamber to the outside; an exhaust gas diversion passage for diverting a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage; and the exhaust gas distribution A second fuel supply means for supplying the fuel to the passage; and a mixed gas in which the fuel is supplied from the second fuel supply means to the exhaust gas flowing through the exhaust gas diversion passage to generate a reformed gas by a reforming catalyst A reformer that performs, a reformed gas introduction passage that introduces the reformed gas generated in the reformer into the intake passage, an exhaust gas temperature detection means that detects a gas temperature of the exhaust gas, and the intake passage The air flow in the combustion chamber An air flow control means for controlling the strength, and combustion is performed so that the exhaust gas can be reformed by the air flow control means according to the gas temperature of the exhaust gas detected by the exhaust gas temperature detection means It is characterized by controlling the airflow in the room.

本発明に係る内燃機関においては、前記改質触媒が異常であると判断された場合には、前記気流制御手段に代えて第1燃料供給手段及び第2燃料供給手段に燃料を供給する燃料供給管に設けた高速電磁弁により燃焼室内の気流を制御することを特徴とする。   In the internal combustion engine according to the present invention, when it is determined that the reforming catalyst is abnormal, the fuel supply for supplying fuel to the first fuel supply means and the second fuel supply means instead of the air flow control means The air flow in the combustion chamber is controlled by a high-speed solenoid valve provided in the pipe.

本発明に係る内燃機関においては、前記燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段を有し、前記アルコール濃度検出手段により検出されたアルコール濃度に応じて気流の強さを制御することを特徴とする。   The internal combustion engine according to the present invention has alcohol concentration detection means for detecting the alcohol concentration of the fuel, and controls the strength of the airflow according to the alcohol concentration detected by the alcohol concentration detection means. To do.

本発明によれば、排気ガスのガス温度を検知する排気ガス温度検知手段と、吸気通路に燃焼室内の気流を制御する気流制御手段とを備え、前記排気ガス温度検知手段により検出された排気ガスのガス温度に応じて前記気流制御手段により、気流状態に応じて排気ガスの改質が可能となる排気温度となるように燃焼室内の気流を制御することができる。   According to the present invention, the exhaust gas temperature detecting means for detecting the gas temperature of the exhaust gas, and the air flow control means for controlling the air flow in the combustion chamber in the intake passage, the exhaust gas detected by the exhaust gas temperature detecting means. Depending on the gas temperature, the air flow control means can control the air flow in the combustion chamber so that the exhaust gas temperature can be changed according to the air flow state.

これにより、排気ガスの改質時に筒内の気流を強めることで排気ガスの温度が改質の可能な温度を下回る場合には、筒内の気流を弱めて排気ガスの温度が改質の可能な温度に上げることができる。   As a result, if the exhaust gas temperature is lower than the temperature at which reforming is possible by strengthening the airflow in the cylinder during reforming of the exhaust gas, the airflow in the cylinder can be weakened and the exhaust gas temperature can be reformed Temperature can be increased.

この結果、気流状態に応じて排気ガスの改質が可能となる排気温度となるように気流の制御を行うことで、排気ガスの最適な改質を行うことができる。   As a result, the exhaust gas can be optimally reformed by controlling the air flow so that the exhaust gas temperature can be adjusted according to the state of the air flow.

また、前記改質触媒が異常であると判断された場合には、前記気流制御手段に代えて第1燃料供給手段及び第2燃料供給手段に燃料を供給する燃料供給管に設けた高速電磁弁により燃焼室内の気流を制御することで、前記改質触媒の異常状態に合わせて排気ガスの改質を行うことができる。   Further, when it is determined that the reforming catalyst is abnormal, a high-speed solenoid valve provided in a fuel supply pipe for supplying fuel to the first fuel supply means and the second fuel supply means instead of the air flow control means By controlling the air flow in the combustion chamber, the exhaust gas can be reformed in accordance with the abnormal state of the reforming catalyst.

また、前記排気ガスのアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段を設け、アルコール濃度が高いほどより低温で排気ガスの改質が可能となるため、前記アルコール濃度検出手段により検出されたアルコール濃度と気流状態から排気ガスの改質が可能となる排気温度となるように気流の強さを制御することができ、排気ガスの最適な改質を行うことができる。   Further, an alcohol concentration detection means for detecting the alcohol concentration of the exhaust gas is provided, and the higher the alcohol concentration, the lower the temperature of the exhaust gas can be modified. Therefore, the alcohol concentration and airflow detected by the alcohol concentration detection means The strength of the airflow can be controlled so that the exhaust gas temperature can be changed from the state so that the exhaust gas can be reformed, and the exhaust gas can be optimally reformed.

以下に、本発明に係る内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。   Embodiments of an internal combustion engine according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this Example.

図1は、本発明の一実施例に係る内燃機関を表す概略構成図である。
本実施例の内燃機関は、燃料として、ガソリンだけでなく、このガソリンにエタノールを混合した燃料を使用可能とした多様燃料を使用可能な内燃機関であって、多様燃料車(FFV)に適用されるものである。
図1に示すように、本実施例の内燃機関において、この内燃機関としてのエンジン11はポート噴射式の4気筒型であって、シリンダブロック上にシリンダヘッドが締結されており、複数のシリンダボアにピストンがそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロックの下部にクランクケースが締結され、このクランクケース内にクランクシャフトが回転自在に支持されており、各ピストンはコネクティングロッドを介してこのクランクシャフトにそれぞれ連結されている。
尚、エンジン11は4気筒エンジンに限定されるものではなく、他の気筒エンジンに用いるようにしてもよい。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
The internal combustion engine of the present embodiment is an internal combustion engine that can use not only gasoline but also various fuels that can use a fuel obtained by mixing ethanol with gasoline, and is applied to various fuel vehicles (FFV). Is.
As shown in FIG. 1, in the internal combustion engine of the present embodiment, the engine 11 as the internal combustion engine is a port injection type four-cylinder type, and a cylinder head is fastened on a cylinder block, and a plurality of cylinder bores are connected. The pistons are fitted so as to be movable up and down. A crankcase is fastened to the lower part of the cylinder block, a crankshaft is rotatably supported in the crankcase, and each piston is connected to the crankshaft via a connecting rod.
The engine 11 is not limited to a four-cylinder engine and may be used for other cylinder engines.

シリンダブロックとシリンダヘッドとピストンにより4つの気筒に対応して燃焼室12がそれぞれ構成されており、この各燃焼室12は、上部に吸気ポート13及び排気ポート14が対向してそれぞれ形成されており、この各吸気ポート13及び排気ポート14は、図示しない吸気弁及び排気弁によって開閉可能となっている。   Combustion chambers 12 are formed by cylinder blocks, cylinder heads, and pistons corresponding to four cylinders, and each combustion chamber 12 is formed with an intake port 13 and an exhaust port 14 facing each other at the top. The intake port 13 and the exhaust port 14 can be opened and closed by an intake valve and an exhaust valve (not shown).

そして、吸気管(吸気通路)15の下流端部がインテークマニホールド16を介して各吸気ポート13に連結されており、この吸気管15の上流端部にはエアクリーナ17が取付けられている。そして、このエアクリーナ17の下流側にスロットル弁18を有する電子スロットル装置19が設けられている。また、インテークマニホールド16には、各燃焼室12に対応した吸気ポート13に燃料を供給可能な第1インジェクタ(第1燃料供給手段)20が装着されている。この第1インジェクタ20は、デリバリパイプ21に連結され、デリバリパイプ21には、燃料供給管22により燃料タンク23内の燃料ポンプ24に連結されている。また、燃料供給管22にはタイミングコントロールバルブ(Timing Controll Valve:以下、「TCV」という。)のような高速電磁弁38が設けられている。なお、図示しないが、各燃焼室12には、混合気に着火する点火プラグが装着されている。   The downstream end of the intake pipe (intake passage) 15 is connected to each intake port 13 via an intake manifold 16, and an air cleaner 17 is attached to the upstream end of the intake pipe 15. An electronic throttle device 19 having a throttle valve 18 is provided on the downstream side of the air cleaner 17. Further, the intake manifold 16 is provided with a first injector (first fuel supply means) 20 capable of supplying fuel to the intake port 13 corresponding to each combustion chamber 12. The first injector 20 is connected to a delivery pipe 21, and the delivery pipe 21 is connected to a fuel pump 24 in a fuel tank 23 by a fuel supply pipe 22. The fuel supply pipe 22 is provided with a high-speed solenoid valve 38 such as a timing control valve (hereinafter referred to as “TCV”). Although not shown, each combustion chamber 12 is equipped with a spark plug that ignites the air-fuel mixture.

一方、各排気ポート14には、エキゾーストマニホールド25を介して排気管(排気通路)26が連結されており、この排気管26には、改質器27と三元触媒28aが充填されている三元触媒装置28とマフラー29が装着されている。この改質器27は、後述するように、二重管構造になっており、三元触媒30が充填されているガス浄化部27aと、その回りに改質触媒31が充填されている改質室27bとからなり、排気ガスの一部に燃料を供給した後、排気熱を利用して改質触媒31により混合ガスを改質して改質ガスを生成するものである。また、三元触媒28a、30は、排気ガス中に含まれる炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、NOXの有害物質を同時に浄化処理することができるものであり、空燃比が理論空燃比(ストイキ)近傍にあるときに、排気ガス中の有害物質を浄化することができる。また、三元触媒28a、30により浄化された排気ガスはマフラー29を介して大気中に排出される。 On the other hand, an exhaust pipe (exhaust passage) 26 is connected to each exhaust port 14 via an exhaust manifold 25. The exhaust pipe 26 is filled with a reformer 27 and a three-way catalyst 28a. The original catalyst device 28 and the muffler 29 are mounted. As will be described later, the reformer 27 has a double-pipe structure, and a gas purification unit 27a filled with a three-way catalyst 30 and a reformer filled with a reforming catalyst 31 around it. The chamber 27b is configured to supply a fuel to a part of the exhaust gas and then reform the mixed gas by the reforming catalyst 31 using the exhaust heat to generate a reformed gas. Further, the three-way catalyst 28a, 30 are hydrocarbons contained in the exhaust gas (HC), carbon monoxide (CO), are those capable of simultaneously purifying process of harmful substances NO X, the air-fuel ratio is stoichiometric When in the vicinity of the air-fuel ratio (stoichiometric), harmful substances in the exhaust gas can be purified. Further, the exhaust gas purified by the three-way catalysts 28 a and 30 is discharged into the atmosphere through the muffler 29.

ここで、改質器27について詳細に説明する。この改質器27は、熱交換構造になっており、排気管26と連結される改質器27のガス浄化部27aには三元触媒30が充填され、ガス浄化部27aの回りには改質室27bが設けられ、この改質室27bには改質触媒31が充填されている。改質触媒31としては、例えば、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、ロジウム(Rh)、白金(Pt)等が用いられる。   Here, the reformer 27 will be described in detail. The reformer 27 has a heat exchange structure, and the gas purification unit 27a of the reformer 27 connected to the exhaust pipe 26 is filled with the three-way catalyst 30, and the gas purification unit 27a is modified around the gas purification unit 27a. A quality chamber 27b is provided, and the reforming chamber 27b is filled with a reforming catalyst 31. As the reforming catalyst 31, for example, cobalt (Co), nickel (Ni), rhodium (Rh), platinum (Pt) or the like is used.

排気管26における改質器27の上流側に、排気ガス分流管(排気ガス分流通路)32が分岐して設けられ、この排気ガス分流管32の下流側端部が改質器27における改質室27bの一端部に連結されている。そして、この排気ガス分流管32には、排気管26から排気ガス分流管32に分流された排気ガスの一部に対して燃料を噴射する第2インジェクタ(第2燃料供給手段)33が設けられている。この第2インジェクタ33は、第1インジェクタ20と同様に、燃料供給管22により燃料タンク23内の燃料ポンプ24に連結されている。   An exhaust gas branch pipe (exhaust gas branch passage) 32 is branched from the upstream side of the reformer 27 in the exhaust pipe 26, and the downstream end of the exhaust gas branch pipe 32 is modified in the reformer 27. It is connected to one end of the mass chamber 27b. The exhaust gas branch pipe 32 is provided with a second injector (second fuel supply means) 33 for injecting fuel to a part of the exhaust gas branched from the exhaust pipe 26 to the exhaust gas branch pipe 32. ing. Similar to the first injector 20, the second injector 33 is connected to the fuel pump 24 in the fuel tank 23 by a fuel supply pipe 22.

また、改質器27における改質室27bの他端部には、この改質器27で生成された改質ガスを吸気管15に導入する改質ガス導入管(改質ガス導入通路)34の一端部が接続されており、この改質ガス導入管34の他端部は、吸気管15における電子スロットル装置19の下流側に連結されている。そして、この改質ガス導入管34には、吸気管15に導入する改質ガス量を制御する流量調整弁35と、この流量調整弁35を動作させるアクチュエータ35aとが設けられている。   A reformed gas introduction pipe (reformed gas introduction passage) 34 for introducing the reformed gas generated by the reformer 27 into the intake pipe 15 is provided at the other end of the reforming chamber 27 b in the reformer 27. The other end of the reformed gas introduction pipe 34 is connected to the downstream side of the electronic throttle device 19 in the intake pipe 15. The reformed gas introduction pipe 34 is provided with a flow rate adjusting valve 35 that controls the amount of reformed gas introduced into the intake pipe 15 and an actuator 35 a that operates the flow rate adjusting valve 35.

また、改質ガス導入通路34に冷却装置36を設け、改質器27から排出された改質ガスや排気ガスを冷却させている。改質器27から排出された改質ガスや改質反応が行われなかった排気ガスは高温状態にあり、これらがそのまま吸気通路15へ導入されると、外部から吸入した空気が温められて燃焼室12内の各気筒への充填効率が悪化する。そこで、冷却装置36により、改質器27から排出された改質ガスを冷却させることで、燃焼室12内の各気筒への改質ガスや排気ガスの充填効率の悪化を抑えることができる。   In addition, a cooling device 36 is provided in the reformed gas introduction passage 34 to cool the reformed gas and exhaust gas discharged from the reformer 27. The reformed gas discharged from the reformer 27 and the exhaust gas that has not undergone the reforming reaction are in a high temperature state, and when these are introduced into the intake passage 15 as they are, the air sucked from the outside is warmed and burned. The charging efficiency of each cylinder in the chamber 12 is deteriorated. Therefore, by cooling the reformed gas discharged from the reformer 27 by the cooling device 36, it is possible to suppress deterioration of the charging efficiency of the reformed gas and exhaust gas into each cylinder in the combustion chamber 12.

なお、本実施例のエンジン11では、第1インジェクタ20により吸気ポート13を流れる吸気に対して燃料噴射したり、第2インジェクタ33により排気ガス分流管32を流れる排気ガスに対して燃料を噴射するものであり、第1インジェクタ20による燃料噴射を吸気燃料噴射、第2インジェクタ33による燃料噴射を排気燃料噴射と称して区別する。   In the engine 11 of this embodiment, fuel is injected into the intake air flowing through the intake port 13 by the first injector 20, and fuel is injected into the exhaust gas flowing through the exhaust gas branch pipe 32 by the second injector 33. The fuel injection by the first injector 20 is referred to as intake fuel injection, and the fuel injection from the second injector 33 is referred to as exhaust fuel injection.

従って、流量調整弁35が開放された状態では、排気管26を流れる排気ガスの一部が排気ガス分流管32に分流され、この排気ガスに対して、第2インジェクタ33が燃料噴射(排気燃料噴射)を行う。燃料と排気ガスとが混合した混合ガスは、改質器27の改質室27bに流れ、排気管26から改質器27のガス浄化部27aを流れる排気ガスの熱により加熱される。この結果、この混合ガスは蒸発が促進されて気化すると共に、この気化した混合ガスが吸熱反応を起こして改質され、水素(H2)や一酸化炭素(CO)などを含む改質ガスが生成される。 Therefore, in a state where the flow rate adjustment valve 35 is opened, a part of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 26 is diverted to the exhaust gas branch pipe 32, and the second injector 33 performs fuel injection (exhaust fuel) to the exhaust gas. Injection). The mixed gas in which the fuel and the exhaust gas are mixed flows into the reforming chamber 27b of the reformer 27, and is heated by the heat of the exhaust gas flowing from the exhaust pipe 26 through the gas purification unit 27a of the reformer 27. As a result, this mixed gas is vaporized by promoting evaporation, and the vaporized mixed gas undergoes an endothermic reaction to be reformed, and a reformed gas containing hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO), and the like is formed. Generated.

例えば、排気ガスが「7.6CO2+6.8H2O+40.8N2」で、そのガソリン燃料が「C7.613.6」である場合の吸熱反応は、
1.56(7.6CO2+6.8H2O+40.8N2)+3(C7.613.6)+984.8kcal→31H2+34.7CO+63.6N2
で表される。
即ち、このときの吸熱反応によれば、3モルのガソリン燃料から31モルの水素(H2)ガスと34.7モルの一酸化炭素(CO)ガスが生成される。
For example, when the exhaust gas is “7.6 CO 2 + 6.8H 2 O + 40.8N 2 ” and the gasoline fuel is “C 7.6 H 13.6 ”, the endothermic reaction is
1.56 (7.6 CO 2 +6.8 H 2 O + 40.8 N 2 ) +3 (C 7.6 H 13.6 ) +984.8 kcal → 31 H 2 +34.7 CO + 63.6 N 2
It is represented by
That is, according to the endothermic reaction at this time, 31 mol of hydrogen (H 2 ) gas and 34.7 mol of carbon monoxide (CO) gas are generated from 3 mol of gasoline fuel.

改質器27で生成された改質ガスは、改質室27bから改質ガス導入管34に流れ、流量調整弁35の開度によりその供給量が調整され、吸気管15を流れる吸気に対して供給される。そして、吸気と改質ガスとが混合した混合ガスがインテークマニホールド16から吸気ポート13を通って燃焼室12に導入され、点火プラグにより着火して爆発し、排気弁の開放時に、排気ガスが排気ポート14から排気管26に排出される。この場合、改質ガスが水素を含んでいるため、燃焼室12での燃焼効率が良く、燃費を向上することができると共に、NOXの発生を抑制して排気浄化効率を向上することができる。 The reformed gas generated in the reformer 27 flows from the reforming chamber 27 b to the reformed gas introduction pipe 34, the supply amount thereof is adjusted by the opening degree of the flow rate adjusting valve 35, and the intake gas flowing through the intake pipe 15 is adjusted. Supplied. A mixed gas obtained by mixing the intake air and the reformed gas is introduced from the intake manifold 16 through the intake port 13 into the combustion chamber 12 and ignited by the spark plug to explode. When the exhaust valve is opened, the exhaust gas is exhausted. The gas is discharged from the port 14 to the exhaust pipe 26. In this case, since the reformed gas contains hydrogen, combustion efficiency in the combustion chamber 12 is good, fuel efficiency can be improved, and NO x generation can be suppressed and exhaust purification efficiency can be improved. .

また、各第1インジェクタ20には、燃料タンク23に貯留された燃料が燃料供給管22と、燃料供給管22に接続されているデリバリパイプ21とを介して供給される。エンジン11は、燃料としてアルコールとガソリンとをそれぞれ単独でまたは混合して使用可能に構成されているので、燃料タンク23には、所定のアルコール濃度を有する燃料が貯留される。この燃料は、ガソリン100%の場合や、メタノール、エタノール等のアルコールがガソリンに混合された混合燃料の場合、更にはアルコール100%の場合もある。   Further, the fuel stored in the fuel tank 23 is supplied to each first injector 20 via a fuel supply pipe 22 and a delivery pipe 21 connected to the fuel supply pipe 22. Since the engine 11 is configured so that alcohol and gasoline can be used alone or in combination as fuel, fuel having a predetermined alcohol concentration is stored in the fuel tank 23. This fuel may be 100% gasoline, a mixed fuel in which alcohol such as methanol or ethanol is mixed with gasoline, or even 100% alcohol.

また、各吸気ポート13には燃焼室12内の気流を制御する気流制御手段である気流制御バルブ37を設けている。図2は、気流制御バルブの構成の一例を示す図である。図2に示すように、気流制御バルブ37の開閉で燃焼室12内に発生する気流の強さを変化させている。燃焼室12内に発生する気流としては、タンブル、スワールがある。
本実施例では、タンブル、スワールの何れか一方又は両方を制御するようにしている。
また、タンブルとは、内燃機関の吸気行程でシリンダー内に発生する混合気の縦渦をいう。スワールとは、エンジンの吸気行程でシリンダー内に発生する混合気の渦巻き(横渦)をいう。
Each intake port 13 is provided with an airflow control valve 37 that is an airflow control means for controlling the airflow in the combustion chamber 12. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of the airflow control valve. As shown in FIG. 2, the strength of the airflow generated in the combustion chamber 12 is changed by opening and closing the airflow control valve 37. Examples of the airflow generated in the combustion chamber 12 include tumble and swirl.
In the present embodiment, either or both of tumble and swirl are controlled.
The tumble refers to a vertical vortex of the air-fuel mixture generated in the cylinder during the intake stroke of the internal combustion engine. A swirl is a swirl of air-fuel mixture (lateral vortex) generated in a cylinder during the intake stroke of the engine.

車両には電子制御ユニット(ECU)41が搭載されており、このECU41は、第1インジェクタ20、第2インジェクタ33、点火プラグなどを駆動制御することで、燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを制御可能となっている。即ち、吸気管15の上流側にはエアフローセンサ42が装着されており、計測した吸入空気量をECU41に出力している。また、電子スロットル装置19はスロットルポジションセンサ43を有しており、現在のスロットル開度をECU41に出力している。更に、クランク角センサ44は、検出した各気筒のクランク角度をECU41に出力し、このECU41は検出したクランク角度に基づいて各気筒における吸気、圧縮、膨張(爆発)、排気の各行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出している。   An electronic control unit (ECU) 41 is mounted on the vehicle, and the ECU 41 controls the drive of the first injector 20, the second injector 33, the spark plug, and the like, so that the fuel injection amount, the injection timing, the ignition timing, etc. Can be controlled. That is, an air flow sensor 42 is mounted on the upstream side of the intake pipe 15 and outputs the measured intake air amount to the ECU 41. The electronic throttle device 19 has a throttle position sensor 43 and outputs the current throttle opening to the ECU 41. Further, the crank angle sensor 44 outputs the detected crank angle of each cylinder to the ECU 41, and the ECU 41 determines each stroke of intake, compression, expansion (explosion), and exhaust in each cylinder based on the detected crank angle. At the same time, the engine speed is calculated.

従って、ECU41は、検出した吸入空気量、スロットル開度(または、アクセル開度)、エンジン回転数などのエンジン運転状態に基づいて、全体の燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを決定している。この場合、全体の燃料噴射量とは、第1インジェクタ20及び第2インジェクタ33が噴射する燃料噴射量の合計である。   Accordingly, the ECU 41 determines the overall fuel injection amount, injection timing, ignition timing, and the like based on the detected intake air amount, throttle opening (or accelerator opening), engine operating state such as engine speed. Yes. In this case, the total fuel injection amount is the sum of the fuel injection amounts injected by the first injector 20 and the second injector 33.

また、ECU41は、第2インジェクタ33や流量調整弁35などを駆動制御することで、吸気管15に導入する改質ガス量を制御可能となっている。   In addition, the ECU 41 can control the amount of reformed gas introduced into the intake pipe 15 by drivingly controlling the second injector 33, the flow rate adjusting valve 35, and the like.

また、改質器27の改質室27bには、床温センサ45が設けられており、現在の改質室27bの温度(床温)をECU41に出力している。よって、ECU41は、検出した改質器27の床温に基づいてこの改質器27が活性温度にあるかどうかを判定する。   Further, a bed temperature sensor 45 is provided in the reforming chamber 27b of the reformer 27, and the current temperature (bed temperature) of the reforming chamber 27b is output to the ECU 41. Therefore, the ECU 41 determines whether or not the reformer 27 is at the activation temperature based on the detected bed temperature of the reformer 27.

また、ECU41は、エンジン回転数とエンジン負荷(例えば、スロットル開度)に基づいて吸気管15に還流可能な排気ガス量の上限値を算出する。そして、ECU41は、改質器27の温度が活性温度以上にあると判定したときには、吸気管15に還流可能な排気ガス量に基づいて吸気管15に導入可能な改質ガス量を算出し、流量調整弁35の開度をアクチュエータ35aにより設定すると共に、第2インジェクタ33による排気燃料噴射量を設定する。この場合、吸入空気量やエンジン回転数などに基づいて算出された全体の燃料噴射量から、ここで設定された第2インジェクタ33による排気燃料噴射量を減算することで、第1インジェクタ20が噴射する吸気燃料噴射量が設定される。   Further, the ECU 41 calculates an upper limit value of the amount of exhaust gas that can be recirculated to the intake pipe 15 based on the engine speed and the engine load (for example, throttle opening). When the ECU 41 determines that the temperature of the reformer 27 is equal to or higher than the activation temperature, the ECU 41 calculates the amount of reformed gas that can be introduced into the intake pipe 15 based on the amount of exhaust gas that can be recirculated to the intake pipe 15. The opening degree of the flow rate adjusting valve 35 is set by the actuator 35a, and the exhaust fuel injection amount by the second injector 33 is set. In this case, the first injector 20 is injected by subtracting the exhaust fuel injection amount by the second injector 33 set here from the total fuel injection amount calculated based on the intake air amount, the engine speed, and the like. The intake fuel injection amount to be set is set.

また、改質ガス導入通路34に温度センサ46を設け、改質ガス温度を検知するようにしている。また、改質ガス導入通路34に水素(H2)センサ47、COセンサ48、HCセンサ49を設け、改質ガスの成分量を検知するようにしている。 Further, a temperature sensor 46 is provided in the reformed gas introduction passage 34 so as to detect the reformed gas temperature. Further, a hydrogen (H 2 ) sensor 47, a CO sensor 48, and an HC sensor 49 are provided in the reformed gas introduction passage 34 so as to detect the component amount of the reformed gas.

よって、これらのH2センサ47、COセンサ48、HCセンサ49により検出される濃度、流量調整弁35の図示しないトルクのトルク変動等から排気ガスが改質触媒31により改質されているか否かを判断する。これにより、改質触媒31の異常が検出され、排気ガス改質システムの良否を判断する。 Therefore, whether or not the exhaust gas is being reformed by the reforming catalyst 31 based on the concentration detected by the H 2 sensor 47, the CO sensor 48, the HC sensor 49, the torque fluctuation of the torque (not shown) of the flow rate adjusting valve 35, and the like. Judging. Thereby, the abnormality of the reforming catalyst 31 is detected, and the quality of the exhaust gas reforming system is judged.

また、改質触媒31が異常状態となる場合として、例えば、触媒内に炭素が析出する状態となる場合、エンジン11の負荷が小さく、改質触媒31に加わる排気ガスからの熱量が不十分で改質触媒31で燃料の改質が行われない場合などがある。   Further, as a case where the reforming catalyst 31 is in an abnormal state, for example, when carbon is deposited in the catalyst, the load on the engine 11 is small and the amount of heat from the exhaust gas applied to the reforming catalyst 31 is insufficient. In some cases, the reforming catalyst 31 does not reform the fuel.

また、クランク角度から改質触媒31が正常か否かを判定することもできる。改質触媒31が正常状態の時に燃焼室12の気筒内の筒内圧が最大値となるクランク角度が、例えば進角側にある時、改質触媒31が異常状態の時には気筒内の筒内圧が最大値となるクランク角度が遅角側に移行する。よって、所定のクランク角度の範囲内か否かを判定し、改質触媒31が正常か否かを判定できる。   It can also be determined from the crank angle whether the reforming catalyst 31 is normal. When the crank angle at which the in-cylinder pressure in the cylinder of the combustion chamber 12 reaches the maximum value when the reforming catalyst 31 is in a normal state, for example, is on the advance side, the in-cylinder pressure in the cylinder is in the abnormal state when the reforming catalyst 31 is in an abnormal state. The maximum crank angle shifts to the retard side. Therefore, it is possible to determine whether the reforming catalyst 31 is normal by determining whether the crank angle is within a predetermined range.

また、エンジンの回転変動を検出して改質触媒31が正常か否かを判定することもできる。改質触媒31が正常状態で混合ガス中の燃料の改質割合が大きい時には、回転数変動が小さいが、改質触媒31が異常となって混合ガス中の燃料の改質割合が小さくなると、回転数変動が大きくなる。よって、エンジンの回転変動が所定値の範囲内の場合には、改質触媒31が正常と判定し、エンジンの回転変動が所定値の範囲外の場合には、改質触媒31が異常と判定し、改質触媒31が正常か否かを判定できる。   It is also possible to determine whether the reforming catalyst 31 is normal by detecting engine rotation fluctuations. When the reforming ratio of the fuel in the mixed gas is large when the reforming catalyst 31 is in a normal state, the rotational speed fluctuation is small, but when the reforming catalyst 31 becomes abnormal and the reforming ratio of the fuel in the mixed gas becomes small, Rotational speed fluctuation increases. Therefore, when the engine rotation fluctuation is within the predetermined value range, the reforming catalyst 31 is determined to be normal, and when the engine rotation fluctuation is outside the predetermined value range, the reforming catalyst 31 is determined to be abnormal. Thus, it can be determined whether or not the reforming catalyst 31 is normal.

燃料供給管22には、アルコール濃度を検出するアルコール濃度センサ50が設けられている。このアルコール濃度センサ50は、燃料の誘電率に基づいてアルコール濃度を検出する静電容量式のものが用いられているが、燃料の屈折率に基づいてアルコール濃度を検出する光学式のものを使用してもよく、その検出原理には限定されない。   The fuel supply pipe 22 is provided with an alcohol concentration sensor 50 that detects the alcohol concentration. The alcohol concentration sensor 50 is a capacitance type sensor that detects the alcohol concentration based on the dielectric constant of the fuel, but an optical sensor that detects the alcohol concentration based on the refractive index of the fuel is used. The detection principle is not limited.

また、本実施例のエンジン11は、燃料として、ガソリンだけでなく、このガソリンにエタノールを混合した燃料を使用可能であり、燃料タンク23に補給される燃料は、それまで使用していた燃料とその性状が同じものであるとは限らない。そのため、ECU41は、この空燃比センサ51が計測した排気空燃比をフィードバックし、この排気空燃比がストイキからリーン側またはリッチ側にずれたときに燃料性状が変更されたことを判別し、変更された燃料性状に合わせて制御し、全体の燃料噴射量を補正している。   Further, the engine 11 of this embodiment can use not only gasoline but also fuel obtained by mixing ethanol with gasoline as fuel, and the fuel to be replenished to the fuel tank 23 is the same as the fuel used so far. The properties are not necessarily the same. Therefore, the ECU 41 feeds back the exhaust air / fuel ratio measured by the air / fuel ratio sensor 51, and determines that the fuel property has been changed when the exhaust air / fuel ratio has shifted from the stoichiometric side to the lean side or the rich side. The total fuel injection amount is corrected by controlling according to the fuel properties.

また、排気ガスのガス温度を検知する排気ガス温度検知手段である排気温センサ52を排気管26に設けている。排気温センサ52により検出された排気ガスのガス温度に応じて気流制御バルブ37により排気ガスの改質が可能な排気温度となるように各燃焼室12内の気流の強さを制御するようにしている。   Further, an exhaust gas temperature sensor 52 which is an exhaust gas temperature detecting means for detecting the gas temperature of the exhaust gas is provided in the exhaust pipe 26. In accordance with the gas temperature of the exhaust gas detected by the exhaust temperature sensor 52, the air flow intensity in each combustion chamber 12 is controlled by the air flow control valve 37 so that the exhaust gas temperature can be modified. ing.

また、改質触媒31が異常であると判断された場合には、気流制御バルブ37に代えて燃料供給管22に設けたタイミングコントロールバルブのような高速電磁弁38により排気ガスの改質が可能な排気温度となるように各燃焼室12内の気流の強さを制御するようにしている。   When it is determined that the reforming catalyst 31 is abnormal, the exhaust gas can be reformed by a high-speed electromagnetic valve 38 such as a timing control valve provided in the fuel supply pipe 22 instead of the airflow control valve 37. The strength of the airflow in each combustion chamber 12 is controlled so that the exhaust temperature becomes a proper exhaust temperature.

[運転制御方法]
つぎに、本実施例の内燃機関における運転制御方法について図3のフローチャートに基づいて図1、2を参照しつつ具体的に説明する。
ここでは、気流としてタンブルを用いて説明する。
図3は、本実施例に係る内燃機関における運転制御方法を示すフローチャートである。
本実施例に係る内燃機関における運転制御方法は、燃料のアルコール濃度の検出と、改質触媒31の異常の有無の判定と、改質触媒31の異常の有無と得られた燃料のアルコール濃度に応じて各気流領域の分布を示すマップを決定し、決定された各気流領域の分布を示すマップへの切替えを実行し、各気流領域に応じた気流制御を行うものである。
[Operation control method]
Next, the operation control method in the internal combustion engine of the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS.
Here, a description will be given using tumble as the airflow.
FIG. 3 is a flowchart showing an operation control method in the internal combustion engine according to this embodiment.
The operation control method in the internal combustion engine according to the present embodiment is based on the detection of the alcohol concentration of the fuel, the determination of whether or not the reforming catalyst 31 is abnormal, the presence or absence of the abnormality of the reforming catalyst 31 and the alcohol concentration of the obtained fuel. Accordingly, a map indicating the distribution of each airflow region is determined, switching to a map indicating the determined distribution of each airflow region is performed, and airflow control corresponding to each airflow region is performed.

即ち、図3に示すように、本実施例に係る内燃機関における運転制御方法は、アルコール濃度センサ50において燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出工程(ステップS11)と、改質触媒31の異常の有無を判定する工程(ステップS12)と、改質触媒31が正常の場合、即ち、排気ガス改質システムが良好の場合、ステップS11で検出されたアルコール濃度に応じて後述する気流領域A、B、C、Dの各領域を決定する工程(ステップS13)と、ステップS13で各気流領域が決定された気流領域A、B、C、Dの分布を示すマップに切換える工程(ステップS14)とからなるものである。
また、改質触媒31が異常の場合、即ち、排気ガス改質システムが不良の場合、ステップS11で検出されたアルコール濃度に応じて後述する気流領域E、Fの気流領域を決定する工程(ステップS15)と、ステップS15で決定された気流領域E、Fの分布を示すマップに切換える工程(ステップS16)とからなるものである。
That is, as shown in FIG. 3, the operation control method in the internal combustion engine according to the present embodiment includes an alcohol concentration detection step (step S <b> 11) in which the alcohol concentration sensor 50 detects the alcohol concentration of the fuel, and an abnormality in the reforming catalyst 31. When the reforming catalyst 31 is normal, that is, when the exhaust gas reforming system is good, the air flow region A, which will be described later, according to the alcohol concentration detected in step S11, A step of determining each region of B, C, and D (step S13), and a step of switching to a map showing the distribution of the airflow regions A, B, C, and D in which the airflow regions are determined in step S13 (step S14); It consists of
Further, when the reforming catalyst 31 is abnormal, that is, when the exhaust gas reforming system is defective, a step of determining airflow regions of airflow regions E and F (described later) according to the alcohol concentration detected in step S11 (step) S15) and a step (step S16) of switching to a map showing the distribution of the airflow regions E and F determined in step S15.

まず、図3において、ステップS11では、アルコール濃度センサ50において燃料のアルコール濃度を検出する。即ち、燃料はガソリン、アルコール、又はこれらの混合燃料であり、アルコール濃度センサ50により燃料のアルコール濃度を読み込む。そして、ステップS11において燃料のアルコール濃度を読み込んだ後、ステップS12へ移行する。   First, in FIG. 3, in step S11, the alcohol concentration sensor 50 detects the alcohol concentration of the fuel. That is, the fuel is gasoline, alcohol, or a mixed fuel thereof, and the alcohol concentration sensor 50 reads the alcohol concentration of the fuel. Then, after reading the alcohol concentration of the fuel in step S11, the process proceeds to step S12.

ステップS12では、改質触媒31の異常の有無、即ち、排気ガス改質システムが良好に動作しているか否かを判定する。改質触媒31の異常状態となる場合として、上述のように、例えば、触媒内に炭素が析出する状態となる場合、エンジン11の負荷が小さく、改質触媒31に加わる排気ガスからの熱量が不十分で改質触媒31で燃料の改質が行われない場合がある。改質触媒31が異常か否かは、H2センサ47、COセンサ48、HCセンサ49により検出される濃度、流量調整弁35の図示しないトルクのトルク変動等から判断される。また、所定のクランク角度の範囲内か否か、エンジンの回転変動が所定値の範囲内か否かからも改質触媒31が正常か否かを判定することができる。 In step S12, it is determined whether there is an abnormality in the reforming catalyst 31, that is, whether the exhaust gas reforming system is operating well. As described above, when the reforming catalyst 31 is in an abnormal state, for example, when carbon is deposited in the catalyst, the load on the engine 11 is small, and the amount of heat from the exhaust gas applied to the reforming catalyst 31 is small. In some cases, the reforming catalyst 31 is not sufficient to reform the fuel. Whether or not the reforming catalyst 31 is abnormal is determined from the concentration detected by the H 2 sensor 47, the CO sensor 48, and the HC sensor 49, the torque fluctuation of the torque (not shown) of the flow rate adjustment valve 35, and the like. Further, whether or not the reforming catalyst 31 is normal can also be determined based on whether or not the crank angle is within a predetermined range and whether or not the engine rotation fluctuation is within a predetermined value range.

そして、ステップS12において改質触媒31が正常である、即ち、排気ガス改質システムが良好と判定された場合(ステップS12:No)には、ステップS13へ移行する。   If the reforming catalyst 31 is normal in step S12, that is, if it is determined that the exhaust gas reforming system is good (step S12: No), the process proceeds to step S13.

そして、ステップS13では、改質触媒31が正常である場合、ステップS11で検出されたアルコール濃度に応じて後述する気流領域A、B、C、Dの各領域を決定する。   In step S13, when the reforming catalyst 31 is normal, air flow regions A, B, C, and D, which will be described later, are determined according to the alcohol concentration detected in step S11.

ここで、気流領域を決定する方法について説明する。   Here, a method for determining the airflow region will be described.

気流領域は、排気ガスの改質に可能な排気温度に応じて気流の強弱を決定する領域である。
また、燃料として、ガソリンだけでなく、このガソリンにアルコールを混合した燃料を使用可能であるが、燃料のアルコール濃度が0%の場合について説明する。
図4は、改質触媒が正常の時の各気流領域の分布を示す図である。
図4中、気流領域Aが、気流を強弱何れの場合でも排気温度が改質可能な排気ガス基準温度に到達していない領域である。
また、気流領域Bが、気流を強くした状態では排気温度が改質可能な基準温度に達しないが、気流を弱くした状態では排気温度が改質可能な基準温度を超える領域である。
また、気流領域Cが、気流を強くした状態で排気温度が改質可能な基準温度を超える領域である。
また、気流領域Dが、気流が強い状態の時よりも弱い状態の時の方が燃費が向上する領域である。
The airflow region is a region in which the strength of the airflow is determined according to the exhaust temperature capable of reforming the exhaust gas.
Further, not only gasoline but also fuel obtained by mixing alcohol with gasoline can be used as fuel, and the case where the alcohol concentration of fuel is 0% will be described.
FIG. 4 is a diagram showing the distribution of each airflow region when the reforming catalyst is normal.
In FIG. 4, the airflow region A is a region where the exhaust temperature does not reach the exhaust gas reference temperature at which the exhaust temperature can be reformed regardless of whether the airflow is strong or weak.
Further, the airflow region B is a region where the exhaust temperature does not reach the reference temperature at which reformation is possible when the airflow is strengthened, but the exhaust temperature exceeds the reference temperature at which reformation is possible when the airflow is weakened.
Further, the airflow region C is a region where the exhaust temperature exceeds a reference temperature at which the exhaust temperature can be reformed in a state where the airflow is strengthened.
Further, the fuel efficiency is improved when the airflow region D is weaker than when the airflow is strong.

また、排気ガスの改質が可能な排気ガス基準温度をT0、排気ガス温度をT、タンブルが弱い時の排気ガス温度をT1、タンブルが強い時の排気ガス温度をT2とする。
このとき、図4中、境界線a(図4中、太い破線)は、排気ガス基準温度T0とタンブルが弱い時の排気ガス温度T1とでのエンジン回転数とトルクとが同じになる線である。
また、境界線b(図4中、太い実線)は、排気ガス基準温度T0とタンブルが強い時の排気ガス温度T2とでのエンジン回転数とトルクとが同じになる線である。
また、c線(図4中、細い破線)は、気流が弱い時の燃費が気流が強い時の燃費よりも大きくなる時でのエンジン回転数とトルクとが同じになる線である。
Further, the exhaust gas reference temperature at which the exhaust gas can be reformed is T0, the exhaust gas temperature is T, the exhaust gas temperature when the tumble is weak is T1, and the exhaust gas temperature when the tumble is strong is T2.
At this time, in FIG. 4, the boundary line a (thick broken line in FIG. 4) is a line where the engine speed and torque are the same at the exhaust gas reference temperature T0 and the exhaust gas temperature T1 when the tumble is weak. is there.
Further, the boundary line b (thick solid line in FIG. 4) is a line where the engine speed and the torque are the same at the exhaust gas reference temperature T0 and the exhaust gas temperature T2 when the tumble is strong.
Further, line c (thin broken line in FIG. 4) is a line where the engine speed and the torque become the same when the fuel efficiency when the air current is weak becomes larger than the fuel efficiency when the air current is strong.

このとき、気流領域Aでは、タンブルが弱い時の排気ガス温度T1は排気ガス基準温度T0より低く、タンブルが強い時の排気ガス温度T2も排気ガス基準温度T0より低くなっている。
また、気流領域Bでは、タンブルが弱い時の排気ガス温度T1は排気ガス基準温度T0以上であり、タンブルが強い時の排気ガス温度T2は排気ガス基準温度T0より低くなっている。
また、気流領域Cでは、タンブルが弱い時の排気ガス温度T1は排気ガス基準温度T0以上であり、タンブルが強い時の排気ガス温度T2も排気ガス基準温度T0以上である。
At this time, in the airflow region A, the exhaust gas temperature T1 when the tumble is weak is lower than the exhaust gas reference temperature T0, and the exhaust gas temperature T2 when the tumble is strong is also lower than the exhaust gas reference temperature T0.
In the airflow region B, the exhaust gas temperature T1 when the tumble is weak is equal to or higher than the exhaust gas reference temperature T0, and the exhaust gas temperature T2 when the tumble is strong is lower than the exhaust gas reference temperature T0.
In the airflow region C, the exhaust gas temperature T1 when the tumble is weak is equal to or higher than the exhaust gas reference temperature T0, and the exhaust gas temperature T2 when the tumble is strong is also equal to or higher than the exhaust gas reference temperature T0.

図4に示すように、気流領域Aの状態、即ち、気流を強弱何れの場合でも排気温度が改質可能な排気ガス基準温度T0に到達していない領域の状態の場合には、タンブルを強めるようにする。この気流領域Aでタンブルを強めることで、燃焼が速くなり、耐EGR性、耐リーンバーン性が向上し、燃費を向上させることができる。   As shown in FIG. 4, in the state of the airflow region A, that is, in the state of the region where the exhaust temperature does not reach the reformable exhaust gas reference temperature T0 regardless of whether the airflow is strong or weak, the tumble is strengthened. Like that. By strengthening the tumble in the airflow region A, the combustion becomes faster, the EGR resistance and the lean burn resistance are improved, and the fuel efficiency can be improved.

また、気流領域Bの状態、即ち、気流を強くした状態では排気温度が改質可能な排気ガス基準温度T0に達しないが、気流を弱くした状態では排気温度が改質可能な排気ガス基準温度T0を超える領域の状態の場合には、タンブルを弱めて排気ガスの改質を行なうようにする。この気流領域Bでタンブルを弱めることで、排気ガス温度が上昇するため、排気ガスの改質を行なうことができる。排気ガスを改質することにより、発熱量の増大、耐EGR性を更に向上させることができるため、燃費を向上させることができる。これにより、タンブルが強い状態で排気ガスの改質を行わない時、即ち、温度が低く改質が行えない状態よりも燃費を向上させることができる。   Further, in the state of the airflow region B, that is, in the state where the airflow is strengthened, the exhaust gas temperature does not reach the exhaust gas reference temperature T0 that can be reformed, but in the state where the airflow is weakened, the exhaust gas reference temperature that can be reformed. In the case of a region exceeding T0, the tumble is weakened to reform the exhaust gas. By weakening the tumble in the airflow region B, the exhaust gas temperature rises, so that the exhaust gas can be reformed. By reforming the exhaust gas, it is possible to further increase the calorific value and the EGR resistance, thereby improving the fuel efficiency. Thereby, when the exhaust gas is not reformed in a strong tumble state, that is, when the temperature is low and the reforming cannot be performed, the fuel efficiency can be improved.

また、気流領域Cの状態、即ち、気流を強くした状態で排気温度が改質可能な排気ガス基準温度T0を超える領域の状態の場合には、タンブルを強めて排気ガスの改質を行なうようにする。この気流領域Cでタンブルを強めて排気ガスの改質を行なうことで、上述の気流領域Aと同様に、燃焼が速くなり、耐EGR性、耐リーンバーン性が向上し、燃費を向上させることができる。   Further, in the state of the airflow region C, that is, in the region where the exhaust temperature exceeds the exhaust gas reference temperature T0 that can be reformed with the airflow strengthened, the tumble is strengthened to reform the exhaust gas. To. By improving the exhaust gas by strengthening the tumble in the airflow region C, the combustion becomes faster, the EGR resistance and the lean burn resistance are improved, and the fuel efficiency is improved as in the airflow region A described above. Can do.

また、気流領域Dの状態、即ち、気流が強い状態の時よりも弱い状態の時の方が燃費が向上する領域の状態の場合には、タンブルを弱めて排気ガスの改質を行なうようにする。この気流領域Dでタンブルを弱めて排気ガスの改質を行なうことで、上述の気流領域Bと同様に、排気ガス温度が上昇し、排気ガスの改質により、発熱量の増大、耐EGR性を更に向上させることができるため、燃費を向上させることができる。   Further, in the state of the airflow region D, that is, in the state of the region where the fuel efficiency is improved when the airflow is weaker than when the airflow is strong, the tumble is weakened to reform the exhaust gas. To do. By performing the exhaust gas reforming by weakening the tumble in the airflow region D, the exhaust gas temperature rises as in the airflow region B described above, and the reforming of the exhaust gas increases the calorific value and the EGR resistance. Since the fuel consumption can be further improved, fuel consumption can be improved.

このように、気流状態に応じて排気ガスの改質が可能となる排気温度となるように気流の制御を行うことで、排気ガスの最適な改質を行うことができる。
また気流としてタンブルを用いて説明したが、スワールにおいても同様である。
As described above, the exhaust gas can be optimally reformed by controlling the air flow so that the exhaust gas temperature can be adjusted according to the air flow state.
Moreover, although it demonstrated using the tumble as an airflow, it is the same also in a swirl.

<燃費比較>
また、図4に示すような気流領域A、B、C、Dの分布を示す図に従って気流制御を行う実施例1と従来に示すような気流の強弱だけの二つの領域だけに基づいて気流制御を行う比較例1との燃費を比較した結果を示す。
図5は、トルクと燃料消費率との関係を示す図である。
図5中、太線が、図4に示すような気流領域A、B、C、Dの分布を示す図に従って気流制御を行う実施例1を示す。
また、図5中、細線が、従来のような気流の強弱だけの二つの領域だけに基づいて気流制御を行う比較例1を示す。
図5に示すように、図4に示すような気流領域A、B、C、Dの分布を示す図に従って気流制御を行う実施例1のように、気流領域A〜Dで気流の強弱を決定し、気流制御を行う方が、従来のような気流の強弱だけの二つの領域だけに基づいて気流制御を行う比較例1よりも燃料消費率が低減することが確認された。
<Fuel consumption comparison>
Further, the air flow control is based on only the two regions of the first embodiment in which the air flow control is performed according to the diagram showing the distribution of the air flow regions A, B, C, and D as shown in FIG. The result of having compared the fuel consumption with the comparative example 1 which performs is shown.
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between torque and fuel consumption rate.
In FIG. 5, the bold lines indicate Example 1 in which airflow control is performed according to a diagram showing the distribution of airflow regions A, B, C, and D as shown in FIG. 4.
Moreover, in FIG. 5, the thin line | wire shows the comparative example 1 which performs airflow control only based on only two area | regions with only the strength of airflow like the past.
As shown in FIG. 5, the strength of the airflow is determined in the airflow regions A to D as in the first embodiment in which the airflow control is performed according to the diagram showing the distribution of the airflow regions A, B, C, and D as shown in FIG. In addition, it was confirmed that the fuel consumption rate is reduced when the airflow control is performed as compared with the comparative example 1 in which the airflow control is performed based only on the two regions of the airflow strength and the weakness as in the related art.

よって、本発明のように、気流状態に応じて排気ガスの改質が可能となる排気温度となる気流領域A〜Dで気流の強弱を決定し、気流制御することで、従来よりも排気ガスの改質を効率的に実施することができ、燃費を低減できることが確認された。   Therefore, as in the present invention, the strength of the airflow is determined in the airflow regions A to D at which the exhaust gas can be reformed according to the airflow state, and the exhaust gas is controlled by controlling the airflow. It was confirmed that this reforming can be carried out efficiently and fuel consumption can be reduced.

<改質の有無と気流の強弱とによるEGR率と燃料消費率とへの影響>
また、排気ガスを改質触媒31により改質した時と、気流の強弱とをそれぞれ組み合わせた時のEGR率とその時の燃料消費率との関係について説明する。
ここで、EGR率とは、排気ガス分流管32に分留され、吸気管15に循環される排気ガス量が排気ガスの全ガス量に対して占める割合であり、排気ガス分流管32に分留される排気ガス量をエンジン11に流入する吸気と排気ガス量と合わせたガス量で割った値をいう。
図6は、EGR率と燃料消費率との関係を示す図である。
図6中、細い実線が、排気ガスの改質を行なわず気流が弱い状態の時である。
また、細い破線が、排気ガスの改質を行なわず気流が強い状態の時である。
また、太い実線が、排気ガスの改質を行なうと共に気流が弱い状態の時である。
また、太い破線が、排気ガスの改質を行なうと共に気流が強い状態の時である。
<Effects of EGR rate and fuel consumption rate due to the presence or absence of reforming and air flow strength>
The relationship between the EGR rate when the exhaust gas is reformed by the reforming catalyst 31 and the strength of the airflow and the fuel consumption rate at that time will be described.
Here, the EGR rate is a ratio of the exhaust gas amount fractionated in the exhaust gas distribution pipe 32 and circulated to the intake pipe 15 to the total amount of exhaust gas, and is divided into the exhaust gas distribution pipe 32. It means a value obtained by dividing the amount of exhaust gas retained by the amount of gas combined with the amount of intake air and exhaust gas flowing into the engine 11.
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the EGR rate and the fuel consumption rate.
In FIG. 6, a thin solid line is when the airflow is weak without reforming the exhaust gas.
A thin broken line is when the exhaust gas is not reformed and the airflow is strong.
A thick solid line is when the exhaust gas is reformed and the airflow is weak.
A thick broken line is when the exhaust gas is reformed and the airflow is strong.

図6に示すように、気流を弱い状態から強い状態にすることで、燃焼が速くなるため、耐EGR性が向上し、燃費を向上させることができる。   As shown in FIG. 6, by changing the airflow from a weak state to a strong state, the combustion becomes faster, so that the EGR resistance can be improved and the fuel efficiency can be improved.

また、排気ガスを改質触媒31により改質した改質ガスを利用することで発熱量を増加させると共に、改質ガス中の水素により燃焼が更に速くなるため、耐EGR性も向上させることができる。   In addition, by using the reformed gas obtained by reforming the exhaust gas with the reforming catalyst 31, the calorific value is increased, and the combustion is further accelerated by hydrogen in the reformed gas, so that the EGR resistance can be improved. it can.

<気流の強弱による燃焼期間と排気温度への影響>
また、気流を強めた時の燃焼期間と排気温度との関係について説明する。
図7は、気流を強めた時の燃焼期間と排気温度との関係を示す図である。
図7中、上側図に示すように、タンブル比が大きくなることで、火炎伝播速度が速くなり燃焼が早期に終了する。また、図7中、下側図に示すように、燃焼が早期に終了するため、排気バルブを開くときの筒内ガス温度が低下しているため、排気ガス温度も低下することになる。
<Influence on combustion period and exhaust temperature due to airflow strength>
The relationship between the combustion period and the exhaust temperature when the airflow is strengthened will be described.
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the combustion period and the exhaust gas temperature when the airflow is strengthened.
In FIG. 7, as the tumble ratio increases, the flame propagation speed increases and combustion ends early as shown in the upper diagram. In addition, as shown in the lower diagram in FIG. 7, since combustion ends early, the in-cylinder gas temperature when the exhaust valve is opened is lowered, so that the exhaust gas temperature is also lowered.

よって、気流を強くし筒内の気流の乱れが強くなるほど燃焼期間は短くなり、排気温度も低下することになる。   Therefore, the stronger the air flow and the stronger the turbulence in the cylinder, the shorter the combustion period and the lower the exhaust temperature.

<気流強度による改質可能領域への影響>
また、気流強度による改質可能領域について説明する。
図8は、気流が弱い状態の時のエンジン回転数と負荷との関係を示す図であり、図9は気流が強い状態の時のエンジン回転数と負荷との関係を示す図である。
図8に示すように、気流が弱いときに排気ガスの改質可能な領域と改質不可能な領域とに分かれるが、気流を強くすると、上述のように、排気温度が低下するため、図8に示すような排気ガスの改質可能な領域が、図9に示すように排気ガスの改質可能な領域より狭くなり、新たに排気ガスの改質不可能な領域(図9中、斜線部分)が増大することになる。
<Influence on reformable area by airflow strength>
Further, the reformable region based on the airflow strength will be described.
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between engine speed and load when the airflow is weak, and FIG. 9 is a diagram showing the relationship between engine speed and load when the airflow is strong.
As shown in FIG. 8, when the airflow is weak, it is divided into a region where the exhaust gas can be reformed and a region where the exhaust gas cannot be reformed. However, if the airflow is strengthened, the exhaust temperature decreases as described above. As shown in FIG. 9, the region where the exhaust gas can be reformed becomes narrower than the region where the exhaust gas can be modified as shown in FIG. Part) will increase.

よって、気流を強くすると排気ガスの改質可能な領域が狭くなるため、排気ガスの改質を行なうことができず、耐EGR性が低下することになる。   Therefore, if the air flow is strengthened, the region where the exhaust gas can be reformed becomes narrow, so that the exhaust gas cannot be reformed, and the EGR resistance decreases.

このように、気流を弱い状態から強い状態にすることで、耐EGR性が向上し、燃費を向上させることができ、排気ガスを改質触媒31により改質した改質ガスを利用することで発熱量を増加させると共に、耐EGR性も向上させることができる。しかし、気流を強くすることで、燃焼期間は短くなり、排気温度も低下するため、排気ガスの改質可能な領域が狭くなる。   Thus, by changing the airflow from a weak state to a strong state, the EGR resistance can be improved, the fuel consumption can be improved, and the reformed gas obtained by reforming the exhaust gas with the reforming catalyst 31 can be used. While increasing the calorific value, the EGR resistance can also be improved. However, by strengthening the airflow, the combustion period is shortened and the exhaust temperature is also lowered, so that the region where the exhaust gas can be reformed is narrowed.

そこで、例えば、図4に示す気流領域Bの状態のように、排気ガスの改質時に筒内のタンブルを強めることで排気ガスの温度が改質の可能な温度を下回る場合には、筒内のタンブルを弱めることで、排気ガスの温度が改質の可能な温度に上げ、排気ガスの改質を行なうことができる。従って、排気ガスの改質が可能となる排気温度となるように気流を制御することで、排気ガスの最適な改質を行うことができる。   Therefore, for example, when the exhaust gas temperature is lower than the temperature at which reforming is possible by strengthening the tumble in the cylinder during reforming of the exhaust gas, as in the state of the airflow region B shown in FIG. By weakening the tumble, the exhaust gas temperature can be raised to a temperature at which reforming is possible, and the exhaust gas can be reformed. Therefore, the exhaust gas can be optimally reformed by controlling the air flow so that the exhaust gas temperature becomes an exhaust gas temperature at which the exhaust gas can be reformed.

<アルコール濃度による気流領域への影響>
また、燃料として、ガソリンにアルコールを混合したアルコール燃料を使用する場合について説明する。
図4に示すような気流領域A、B、C、Dの分布を示すマップは図3に示すステップS11において検出されるアルコール濃度に応じて各領域を変化させる。これは、アルコール濃度が高くなるほど、排気ガスの改質が可能となる排気ガス基準温度が低くなるため、アルコール濃度に応じて気流領域を変化させる必要があるためである。
<Influence on air flow area by alcohol concentration>
Moreover, the case where the alcohol fuel which mixed alcohol with gasoline is used as a fuel is demonstrated.
A map showing the distribution of airflow regions A, B, C, and D as shown in FIG. 4 changes each region according to the alcohol concentration detected in step S11 shown in FIG. This is because the higher the alcohol concentration is, the lower the exhaust gas reference temperature at which the exhaust gas can be reformed. Therefore, it is necessary to change the air flow region in accordance with the alcohol concentration.

図10〜図12は、アルコール濃度とアルコール濃度に応じた各気流領域間の気流領域補正係数との関係を示す図である。図10は、アルコール濃度と気流領域AB間の気流領域補正係数との関係を示す図である。図11は、アルコール濃度と気流領域BC間の気流領域補正係数との関係を示す図である。図12は、アルコール濃度と気流領域CD間の気流領域補正係数との関係を示す図である。
図4に示すような気流領域A、B、C、Dの各気流領域は、アルコール濃度に応じて図10〜図12に示すような各気流領域間の気流領域補正係数を乗じて負荷領域を変更する。即ち、図10〜図12中の各々の異なる各気流領域間の気流領域補正係数(例えば、図10〜図12中の実線、破線)は、アルコール濃度が0%に値に近づくほどアルコール濃度が0%の時の気流領域補正係数の値に漸近する。
FIGS. 10-12 is a figure which shows the relationship between the airflow area correction coefficient between each airflow area according to alcohol concentration and alcohol concentration. FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the alcohol concentration and the airflow region correction coefficient between the airflow regions AB. FIG. 11 is a diagram illustrating the relationship between the alcohol concentration and the airflow region correction coefficient between the airflow regions BC. FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the alcohol concentration and the airflow region correction coefficient between the airflow regions CD.
Each airflow region of airflow regions A, B, C, and D as shown in FIG. 4 is multiplied by an airflow region correction coefficient between the airflow regions as shown in FIGS. change. That is, the air flow region correction coefficient (for example, the solid line and the broken line in FIGS. 10 to 12) between the different air flow regions in FIGS. 10 to 12 indicates that the alcohol concentration becomes closer to 0%. Asymptotically approaches the value of the airflow region correction coefficient at 0%.

よって、アルコール燃料を用いる場合、図10〜図12に示すような気流領域補正係数を使用することで、図4に示すような気流領域A、B、C、Dの各領域を変更することができる。   Therefore, when alcohol fuel is used, each region of the airflow regions A, B, C, and D as shown in FIG. 4 can be changed by using the airflow region correction coefficient as shown in FIGS. it can.

例えば、図13は、アルコール濃度に応じて図4に示す気流領域A、B、C、Dの各領域を変更した図である。
図13中、境界線a’、b’、c’は、図4に示す境界線a、b、cがそれぞれ燃料中のアルコール濃度に応じて変化したものである。
図13に示すように、例えば燃料中のアルコール濃度が高くなると、低い温度で改質が可能となるため、気流領域Aは範囲は狭くなり、気流を強める気流領域を狭くすることができる。
For example, FIG. 13 is a diagram in which the airflow regions A, B, C, and D shown in FIG. 4 are changed according to the alcohol concentration.
In FIG. 13, boundary lines a ′, b ′, and c ′ are obtained by changing the boundary lines a, b, and c shown in FIG. 4 in accordance with the alcohol concentration in the fuel.
As shown in FIG. 13, for example, when the alcohol concentration in the fuel is high, reforming is possible at a low temperature, so the airflow region A is narrow and the airflow region that strengthens the airflow can be narrowed.

よって、燃料中のアルコール濃度によって、排気ガス温度T及び排気ガス基準温度T0が変化するため、燃料中のアルコール濃度に応じて気流の強弱の気流領域を変更することで、排気ガスの最適な改質を行うことができ、燃費を向上させることができる。   Therefore, since the exhaust gas temperature T and the exhaust gas reference temperature T0 vary depending on the alcohol concentration in the fuel, the optimal modification of the exhaust gas can be achieved by changing the air flow region of the air flow in accordance with the alcohol concentration in the fuel. Quality can be improved and fuel consumption can be improved.

そして、図3に示すステップS13において、図4に示すようなアルコール濃度に応じた気流領域A、B、C、Dの分布を示すマップを決定した後、ステップS14へ移行する。   Then, in step S13 shown in FIG. 3, after determining a map showing the distribution of airflow regions A, B, C, and D according to the alcohol concentration as shown in FIG. 4, the process proceeds to step S14.

そして、図3に示すステップS14において、図4に示すようなアルコール濃度に応じた気流領域A、B、C、Dの分布を示すマップへの切換えを実行した後、運転制御を終了する。そして、ステップS14で切換えた気流領域A、B、C、Dの分布を示すマップに基づいて各気流領域に応じた気流制御を実施する。   Then, in step S14 shown in FIG. 3, after switching to the map showing the distribution of the airflow regions A, B, C, and D according to the alcohol concentration as shown in FIG. 4, the operation control is finished. And airflow control according to each airflow area is implemented based on the map which shows distribution of airflow area A, B, C, D switched by step S14.

一方、図3に示すステップS12において、改質触媒31が異常状態である、即ち、排気ガス改質システムが不良であると判定された場合(ステップS12:Yes)には、ステップS15へ移行する。   On the other hand, when it is determined in step S12 shown in FIG. 3 that the reforming catalyst 31 is in an abnormal state, that is, the exhaust gas reforming system is defective (step S12: Yes), the process proceeds to step S15. .

そして、ステップS15では、改質触媒31が異常状態である場合、ステップS11で検出されたアルコール濃度に応じて気流領域を決定する。   In step S15, when the reforming catalyst 31 is in an abnormal state, an airflow region is determined according to the alcohol concentration detected in step S11.

図14は、改質触媒が異常の時の各気流領域の分布を示す図である。
図14中、気流領域Eが気流を強弱何れの場合でも排気温度が改質可能な排気ガス基準温度T0に到達していない領域である。
また、気流領域Fが気流が強い時よりも弱い状態の方が燃費が向上する領域である。
また、境界線dが、燃料のアルコール濃度が0%の時の気流領域E、Fの境界線(図14中、実線)であり、境界線eが、燃料のアルコール濃度が100%の時の気流領域E、Fの境界線(図14中、破線)である。
FIG. 14 is a diagram showing the distribution of each airflow region when the reforming catalyst is abnormal.
In FIG. 14, the airflow region E is a region where the exhaust gas temperature does not reach the reducible exhaust gas reference temperature T0 regardless of whether the airflow is strong or weak.
Moreover, the state where the airflow region F is weaker than when the airflow is strong is a region where fuel efficiency is improved.
Further, the boundary line d is the boundary line of the airflow regions E and F when the alcohol concentration of the fuel is 0% (solid line in FIG. 14), and the boundary line e is when the alcohol concentration of the fuel is 100%. It is the boundary line (broken line in FIG. 14) of the airflow regions E and F.

図14に示すように、気流領域Eの状態、即ち、気流を強弱何れの場合でも排気温度が改質可能な排気ガス基準温度T0に到達していない領域の状態の場合には、気流を強めるようにする。この気流領域Eで気流を強めることで、燃焼が速くなり、耐EGR性、耐リーンバーン性が向上し、燃費を向上させることができる。   As shown in FIG. 14, in the state of the airflow region E, that is, in the state of the region where the exhaust temperature does not reach the reformable exhaust gas reference temperature T0 regardless of whether the airflow is strong or weak, the airflow is strengthened. Like that. By strengthening the airflow in the airflow region E, the combustion becomes faster, the EGR resistance and the lean burn resistance are improved, and the fuel efficiency can be improved.

また、気流領域Fの状態、即ち、気流が強い時よりも弱い状態の方が燃費が向上する領域の状態の場合には、気流を弱めて排気ガスの改質を行なうようにする。この気流領域Fで気流を弱めて排気ガスの改質を行なうことで、排気ガス温度が上昇し、排気ガスの改質により発熱量の増大、耐EGR性を更に向上させることができるため、燃費を向上させることができる。   Further, when the state of the air flow region F, that is, the state where the weak air flow is stronger than when the air flow is strong is the state where the fuel consumption is improved, the air flow is weakened to reform the exhaust gas. By reducing the airflow in the airflow region F and reforming the exhaust gas, the exhaust gas temperature rises, and the reforming of the exhaust gas can further increase the heat generation amount and further improve the EGR resistance. Can be improved.

また、図14に示すような気流領域E、Fは図3に示すステップS11において検出されるアルコール濃度に応じて領域を変化させている。
図15は、アルコール濃度とアルコール濃度に応じた気流領域EF間の気流領域補正係数との関係を示す図である。
図14に示すような気流領域E、Fの気流領域は、アルコール濃度に応じて図14に示すような気流領域EF間の気流領域補正係数を乗じて負荷領域を変更する。
Further, the airflow regions E and F as shown in FIG. 14 are changed in accordance with the alcohol concentration detected in step S11 shown in FIG.
FIG. 15 is a diagram illustrating the relationship between the alcohol concentration and the airflow region correction coefficient between the airflow regions EF corresponding to the alcohol concentration.
The airflow regions E and F as shown in FIG. 14 change the load region by multiplying the airflow region correction coefficient between the airflow regions EF as shown in FIG. 14 according to the alcohol concentration.

即ち、改質触媒31が異常状態であり、排気ガス改質システムが不良であると判定された場合には、排気ガス温度を考慮しなくてもよい。また、燃料中のアルコール濃度が高い場合には、燃焼速度が速くなるため、耐EGR性が向上する。このため、燃料中のアルコール濃度が高い場合には、図14に示すような境界線dを境界線eとし、気流領域Eを燃料のアルコール濃度が0%の時よりも広げることで、EGR領域を拡大することができるため、燃費向上領域を拡大することができる。   That is, if it is determined that the reforming catalyst 31 is in an abnormal state and the exhaust gas reforming system is defective, the exhaust gas temperature need not be taken into consideration. Further, when the alcohol concentration in the fuel is high, the combustion rate is increased, and thus the EGR resistance is improved. For this reason, when the alcohol concentration in the fuel is high, the boundary line d as shown in FIG. 14 is set as the boundary line e, and the airflow region E is expanded more than when the alcohol concentration of the fuel is 0%, thereby providing an EGR region. Therefore, the fuel efficiency improvement area can be expanded.

よって、アルコール燃料を用いる場合、図14に示すような気流領域EF間の気流領域補正係数を使用することで、アルコール濃度に応じた図14に示すような気流領域E、Fを変更することができる。   Therefore, when alcohol fuel is used, the airflow regions E and F as shown in FIG. 14 according to the alcohol concentration can be changed by using the airflow region correction coefficient between the airflow regions EF as shown in FIG. it can.

よって、改質触媒31が異常状態となり、排気ガスシステムが不良の状態の場合でも、燃料中のアルコール濃度によって、排気ガス温度T、排気ガス基準温度T0が変化するため、燃料中のアルコール濃度により気流領域E、Fを変更し、気流の強弱を変更することで、燃費を向上させることができる。   Therefore, even when the reforming catalyst 31 becomes abnormal and the exhaust gas system is in a defective state, the exhaust gas temperature T and the exhaust gas reference temperature T0 change depending on the alcohol concentration in the fuel. The fuel efficiency can be improved by changing the airflow regions E and F and changing the strength of the airflow.

そして、図3に示すステップS15において、図14に示すようなアルコール濃度に応じた気流領域E、Fの分布を示すマップを決定した後、ステップS16へ移行する。   Then, in step S15 shown in FIG. 3, after determining a map showing the distribution of airflow regions E and F according to the alcohol concentration as shown in FIG. 14, the process proceeds to step S16.

そして、図3に示すステップS16において、図14に示すようなアルコール濃度に応じた気流領域E、Fの分布を示すマップへの切換えを実行した後、運転制御を終了する。そして、ステップS16で切換えた気流領域E、Fの分布を示すマップに基づいて各気流領域に応じた気流制御を実施する。   Then, in step S16 shown in FIG. 3, after switching to the map showing the distribution of the airflow regions E and F according to the alcohol concentration as shown in FIG. 14, the operation control is finished. And based on the map which shows distribution of the airflow area | regions E and F switched by step S16, the airflow control according to each airflow area | region is implemented.

このように、本実施例の内燃機関では、アルコール濃度センサ50において燃料のアルコール濃度を検知し、改質触媒31の異常の有無の判定を行なうことで、改質触媒31の異常の有無と燃料のアルコール濃度に応じた気流領域を決定し、気流の強さの制御を行なうことができる。この結果、気流状態に応じて排気ガスの改質が可能となる排気温度となるように気流を制御することで、排気ガスの最適な改質を行うことができるため、排気ガスの改質を効率的に実施することができる。   As described above, in the internal combustion engine of the present embodiment, the alcohol concentration sensor 50 detects the alcohol concentration of the fuel and determines whether the reforming catalyst 31 is abnormal or not, thereby determining whether the reforming catalyst 31 is abnormal or not. The airflow region corresponding to the alcohol concentration can be determined, and the strength of the airflow can be controlled. As a result, the exhaust gas can be optimally modified by controlling the air flow so that the exhaust gas temperature can be adjusted according to the air flow state. Can be implemented efficiently.

以上のように、本発明に係る内燃機関は、燃料のアルコール濃度の検知と改質触媒の異常の有無の判定とを行ない、改質触媒の異常の有無と燃料のアルコール濃度に応じた気流領域を決定して気流の制御を行ない、気流状態に応じて排気ガスの改質が可能となる排気温度となる気流の強弱の領域を決定することで、排気ガスの改質を効率的に実施するものであり、いずれの種類の内燃機関に用いても好適である。   As described above, the internal combustion engine according to the present invention detects the alcohol concentration of the fuel and determines whether or not the reforming catalyst is abnormal, and the airflow region according to the presence or absence of the reforming catalyst and the alcohol concentration of the fuel. The exhaust gas is efficiently reformed by controlling the air flow and determining the region of the air flow intensity at which the exhaust gas temperature can be modified according to the air flow state. It is suitable for any kind of internal combustion engine.

本発明の一実施例に係る内燃機関を表す概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram illustrating an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. 気流制御バルブの構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of an airflow control valve. 本実施例に係る内燃機関における運転制御方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation control method in the internal combustion engine which concerns on a present Example. 改質触媒が正常の時の各気流領域の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of each airflow area | region when a reforming catalyst is normal. トルクと燃料消費率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a torque and a fuel consumption rate. EGR率と燃料消費率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an EGR rate and a fuel consumption rate. 気流を強めた時の燃焼期間と排気温度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the combustion period when exhaust current is strengthened, and exhaust temperature. 気流が弱い状態の時のエンジン回転数と負荷との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an engine speed and load at the time of an air current weak state. 気流が強い状態の時のエンジン回転数と負荷との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an engine speed and load when an airflow is strong. アルコール濃度と気流領域AB間の気流領域補正係数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between alcohol concentration and the airflow area | region correction coefficient between airflow area AB. アルコール濃度と気流領域BC間の気流領域補正係数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between alcohol concentration and the airflow area | region correction coefficient between airflow area | region BC. アルコール濃度と気流領域CD間の気流領域補正係数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between alcohol concentration and the airflow area | region correction coefficient between airflow area | region CD. アルコール濃度に応じて気流領域A、B、C、Dを変更したエンジン回転数とトルクとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the engine speed and torque which changed airflow area | region A, B, C, D according to alcohol concentration. 改質触媒が異常の時の各気流領域の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of each airflow area | region when a reforming catalyst is abnormal. アルコール濃度とアルコール濃度に応じた気流領域EF間の気流領域補正係数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the airflow area correction coefficient between the airflow area EF according to alcohol concentration and alcohol concentration.

符号の説明Explanation of symbols

11 エンジン(内燃機関)
12 燃焼室
13 吸気ポート
14 排気ポート
15 吸気管(吸気通路)
16 インテークマニホールド
17 エアクリーナ
18 スロットル弁
19 電子スロットル装置
20 第1インジェクタ(第1燃料供給手段)
21 デリバリパイプ
22 燃料供給管
23 燃料タンク
24 燃料ポンプ
25 エキゾーストマニホールド
26 排気管(排気通路)
27 改質器
27a ガス浄化部
27b 改質室
28 三元触媒装置
28a、30 三元触媒
29 マフラー
31 改質触媒
32 排気ガス分流管(排気ガス分流通路)
33 第2インジェクタ(第2燃料供給手段)
34 改質ガス導入管(改質ガス導入通路)
35 流量調整弁
35a アクチュエータ
36 冷却装置
37 気流制御バルブ
38 高速電磁弁
41 電子制御ユニット、ECU(燃料噴射制御手段)
42 エアフローセンサ
43 スロットルポジションセンサ
44 クランク角センサ
45 床温センサ
46 温度センサ
47 水素(H2)センサ
48 COセンサ
49 HCセンサ
50 アルコール濃度センサ
51 空燃比センサ
52 排気温センサ
11 Engine (Internal combustion engine)
12 Combustion chamber 13 Intake port 14 Exhaust port 15 Intake pipe (intake passage)
16 Intake Manifold 17 Air Cleaner 18 Throttle Valve 19 Electronic Throttle Device 20 First Injector (First Fuel Supply Unit)
21 Delivery pipe 22 Fuel supply pipe 23 Fuel tank 24 Fuel pump 25 Exhaust manifold 26 Exhaust pipe (exhaust passage)
27 reformer 27a gas purification unit 27b reforming chamber 28 three-way catalyst device 28a, 30 three-way catalyst 29 muffler 31 reforming catalyst 32 exhaust gas branch pipe (exhaust gas branch passage)
33 Second injector (second fuel supply means)
34 Reformed gas introduction pipe (reformed gas introduction passage)
35 Flow control valve 35a Actuator 36 Cooling device 37 Airflow control valve 38 High-speed solenoid valve 41 Electronic control unit, ECU (fuel injection control means)
42 Air Flow Sensor 43 Throttle Position Sensor 44 Crank Angle Sensor 45 Bed Temperature Sensor 46 Temperature Sensor 47 Hydrogen (H 2 ) Sensor 48 CO Sensor 49 HC Sensor 50 Alcohol Concentration Sensor 51 Air-fuel Ratio Sensor 52 Exhaust Temperature Sensor

Claims (3)

外気を燃焼室に導入する吸気通路と、
該吸気通路または前記燃焼室にアルコールとガソリンとを単独でまたは混合した燃料を供給する第1燃料供給手段と、
前記燃焼室から排出された排気ガスを外部に排出する排気通路と、
該排気通路を流れる排気ガスの一部を分流する排気ガス分流通路と、
該排気ガス分流通路に前記燃料を供給する第2燃料供給手段と、
前記排気ガス分流通路を流れる排気ガスに前記第2燃料供給手段から前記燃料が供給された混合ガスを改質触媒により改質ガスを生成する改質器と、
該改質器で生成された改質ガスを前記吸気通路に導入する改質ガス導入通路と、
前記排気ガスのガス温度を検知する排気ガス温度検知手段と、
前記吸気通路に前記燃焼室内の気流の強さを制御する気流制御手段とを備え、
前記排気ガス温度検知手段により検出された排気ガスのガス温度に応じて前記気流制御手段により排気ガスの改質が可能な排気温度となるように燃焼室内の気流を制御することを特徴とする内燃機関。
An intake passage for introducing outside air into the combustion chamber;
First fuel supply means for supplying fuel, which is a mixture of alcohol and gasoline, alone or mixed to the intake passage or the combustion chamber;
An exhaust passage for exhausting exhaust gas discharged from the combustion chamber to the outside;
An exhaust gas diversion passage for diverting a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage;
Second fuel supply means for supplying the fuel to the exhaust gas diversion passage;
A reformer for generating a reformed gas by a reforming catalyst from the mixed gas in which the fuel is supplied from the second fuel supply means to the exhaust gas flowing through the exhaust gas diversion passage;
A reformed gas introduction passage for introducing the reformed gas generated in the reformer into the intake passage;
Exhaust gas temperature detecting means for detecting the gas temperature of the exhaust gas;
An airflow control means for controlling the strength of the airflow in the combustion chamber in the intake passage;
An internal combustion engine characterized in that an air flow in a combustion chamber is controlled by the air flow control means so as to achieve an exhaust temperature at which the exhaust gas can be reformed according to a gas temperature of the exhaust gas detected by the exhaust gas temperature detection means. organ.
請求項1において、
前記改質触媒が異常であると判断された場合には、
前記気流制御手段に代えて第1燃料供給手段及び第2燃料供給手段に燃料を供給する燃料供給管に設けた高速電磁弁により燃焼室内の気流を制御することを特徴とする内燃機関。
In claim 1,
When it is determined that the reforming catalyst is abnormal,
An internal combustion engine that controls an air flow in a combustion chamber by a high-speed electromagnetic valve provided in a fuel supply pipe that supplies fuel to the first fuel supply unit and the second fuel supply unit instead of the air flow control unit.
請求項1又は2において、
前記燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段を有し、
前記アルコール濃度検出手段により検出されたアルコール濃度に応じて気流の強さを制御することを特徴とする内燃機関。
In claim 1 or 2,
Alcohol concentration detecting means for detecting the alcohol concentration of the fuel;
An internal combustion engine that controls the strength of the airflow in accordance with the alcohol concentration detected by the alcohol concentration detection means.
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