JP2002038981A

JP2002038981A - 内燃機関

Info

Publication number: JP2002038981A
Application number: JP2000228763A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Komatsu; 宏小松; Hisashi Aoyama; 尚志青山; Noboru Yamauchi; 昇山内; Kazuhiko Ishiwatari; 和比古石渡
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2002-02-06

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料改質条件を変化させることにより、機関
に供給する燃料組成を変化させ、排気性能、熱効率また
は機関出力を向上する上で理想的な内燃機関を提供する
こと。【解決手段】内燃機関の回転数、アクセルペダル開度
から推定したトルクにより定められたマップに従って内
燃機関の負荷を判断し、低負荷の場合にはジメチルエー
テルを多く含む改質燃料で圧縮着火燃焼を行い、中負荷
の場合にはＨ₂ ，ＣＯを多く含む改質燃料とメタノール
燃料で火花点火燃焼を行うとともに、高負荷の場合には
メタノール燃料で火花点火燃焼を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料改質器を備
え、改質した燃料で機関運転を行う内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の内燃機関としては、例えば、「燃
料協会誌第６５巻第１２号、１９８６」に記載されてい
るようなものがある。これは図１１に示すように、内燃
機関０１の排気管０２に改質器０３が装着され、排気熱
を利用して改質器０３により改質燃料を生成する。改質
燃料は、メタノール燃料噴射弁０４から内燃機関０１の
吸気管０５に供給され燃焼室で燃焼される。メタノール
燃料噴射弁０４は燃機関０１の吸気管０５に設けられて
おり、機関の運転状態に応じてメタノール燃料が内燃機
関０１に供給されるように構成されている。また、機関
の排気が所定の温度よりも高くなると、バイパスバルブ
０６を開け、改質器０３への排気流入量を減少し、改質
器０３の熱による損傷を防止するように構成されてい
る。ここで、生成された改質燃料は、メタノール燃料を
改質することによって得られた水素および一酸化炭素を
主成分とする改質燃料（ＭＲＧ：ｍｅｔａｎｏｌｒｅｆ
ｏｒｍｅｄｇａｓ）であるため希薄燃焼限界が高く、
希薄域でも安定した機関運転が可能である。これにより
改質器０３を備えた内燃機関０１は、高効率と、排気中
の窒素酸化物濃度（ＮＯ_x ）の低減とを同時に実現する
ものである。また、前記改質器０３を備えた内燃機関０
１は図１２に示すように、機関の負荷が低い領域では、
改質燃料のみの運転により排気性能と熱効率を向上し、
機関の負荷が高い領域では、メタノール燃料のみでの運
転により、高出力を得るものであり、それらの中間の運
転領域は、必要な出力を確保しつつ排気性能を向上する
ために改質燃料とメタノール燃料を併用して運転するよ
うに構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の内燃機関においては、機関の負荷が低い領域
において、図１３（出典；「メタノール改質燃料エンジ
ンの燃焼技術の研究」ＫＵＢＯＴＡＴＥＣＨＮＩＣＡ
ＬＲＥＰＯＲＴＮｏ．３３１９９７）に示すよう
に空気過剰率を大きくし燃焼を希薄化するに従って、Ｎ
Ｏ_x の排出量は低下するものの、一酸化炭素（ＣＯ）の
排出量が増加し、排気性能が悪化すると共に熱効率を向
上できないという問題点があった。また、従来の一般的
な圧縮着火燃焼を行う内燃機関においては、機関の負荷
が高い領域において、火花点火燃焼を行う内燃機関に比
べ出力を向上できないという問題点があった。本発明は
このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、
燃料改質条件を変化させることにより機関に供給する燃
料組成を変化させ、排気性能、熱効率または機関出力を
向上する上で理想的な内燃機関を提供することを目的と
する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明請求項１記載の内
燃機関は、燃料供給装置から供給された液体燃料または
ガス燃料を燃焼させて運転を行う内燃機関において、前
記内燃機関の運転状態が低負荷の場合には圧縮着火用燃
料を前記内燃機関に供給して圧縮着火によって燃焼さ
せ、前記内燃機関の運転状態が中負荷以上の場合には火
花点火用燃料を前記内燃機関に供給して火花点火によっ
て燃焼させる構成となっている。請求項２記載の内燃機
関は、請求項１記載の発明において、前記燃料供給装置
は燃料の組成を改質する燃料改質器を有するものであっ
て、前記液体燃料は炭化水素系の燃料であって、前記ガ
ス燃料は前記液体燃料を燃料改質器で改質した改質燃料
である構成となっている。請求項３記載の内燃機関は、
請求項２記載の発明において、前記炭化水素系燃料がア
ルコール系燃料であって、前記燃焼が圧縮着火による燃
焼である場合は、圧縮着火用燃料としてアルコール系燃
料を改質した高セタン価燃料を内燃機関に供給し、前記
燃焼が火花点火による燃焼である場合は、火花点火用燃
料としてアルコール系燃料を水素を主成分に改質した燃
料、またはアルコール燃料の少なくとも一方を供給する
構成となっている。

【０００５】請求項４記載の内燃機関は、請求項２記載
の発明において、前記炭化水素系燃料が軽油燃料であっ
て、前記燃焼が圧縮着火による燃焼である場合は、圧縮
着火用燃料として軽油燃料を内燃機関に供給し、前記燃
焼が火花点火による燃焼である場合は、火花点火用燃料
として軽油燃料を水素を主成分に改質した燃料、または
高オクタン価燃料に改質した燃料の少なくとも一方を供
給する構成となっている。請求項５記載の内燃機関は、
請求項２から４のいずれかに記載の発明において、前記
燃料改質器が予め設定した改質条件を満たさない場合に
は、改質前燃料を内燃機関に供給する構成となってい
る。請求項６記載の内燃機関は、請求項２から５のいず
れかに記載の発明において、前記燃料改質器内の改質温
度を制御することにより、改質燃料の組成を制御する構
成となっている。請求項７記載の内燃機関は、請求項２
から６のいずれかに記載の発明において、機関の吸気管
に吸入空気量を調整する流量調整弁を備えるとともに、
この流量調整弁の開度を燃焼形態の切替えに応じて制御
する構成となっている。

【０００６】

【発明の効果】本発明請求項１記載の内燃機関による
と、内燃機関の負荷に適した組成の燃料と燃焼により、
排気性能や熱効率および出力を向上できる。請求項２記
載の発明によると、燃料供給装置に備えた燃料改質器に
より燃料の組成を変化させ、内燃機関の負荷に適した組
成の燃料を内燃機関に供給できる。請求項３記載の発明
によると、アルコール系燃料において、圧縮着火による
燃焼時は窒素酸化物および一酸化炭素の排出量を低減す
ると同時に熱効率を向上することができ、火花点火によ
る燃焼時は排気性能または機関出力を確保することがで
きる。請求項４記載の発明によると、軽油燃料におい
て、圧縮着火による燃焼時は熱効率の高い運転を行うこ
とができ、火花点火による燃焼時は排気性能または機関
出力を向上することができる。請求項５記載の発明によ
ると、燃料改質器が予め設定した改質条件を満たさない
場合には、改質前燃料を内燃機関に供給することにより
安定した内燃機関の運転ができる。請求項６記載の発明
によると、改質温度を変えることによって、組成の異な
る燃料を生成できる。請求項７記載の発明によると、圧
縮着火による燃焼と火花点火による燃焼の燃焼形態を切
替える際のトルク段差を解消できる。

【０００７】

【発明の実施の形態】炭化水素系燃料のうちアルコール
系燃料での一例としてメタノール燃料、炭化水素系燃料
の一例として軽油燃料を例にとり、本発明の基本概念を
図１に示す。図１（ａ）に示すように、燃料がメタノー
ルの場合であって、機関の運転状態が低負荷の場合に
は、ジメチルエーテルを多く含む、例えばセタン価４０
程度かそれ以上の高セタン価の改質燃料により圧縮着火
による燃焼（以下、圧縮着火燃焼）を行い、中負荷の場
合にはＨ₂ ，ＣＯを多く含む改質燃料とメタノール燃料
により火花点火による燃焼（以下、火花点火燃焼）を行
い、高負荷の場合には、例えばオクタン価１００程度か
それ以上の高オクタン価のメタノール燃料により火花点
火燃焼を行う。また、図１（ｂ）に示すように、燃料が
軽油の場合であって、機関の運転状態が低負荷の場合に
は、例えば、セタン価４０程度かそれ以上の高セタン価
の軽油燃料により圧縮着火燃焼を行い、中負荷の場合に
は、軽油を改質したＨ₂ ，ＣＯを多く含む改質燃料と高
オクタン価の燃料による火花点火燃焼を行い、高負荷の
場合には、軽油を改質した例えばオクタン価１００程度
かそれ以上の高オクタン価の燃料により火花点火燃焼を
行う。

【０００８】以下、上記基本概念に基づく本発明の実施
の形態を詳細に説明する。＜実施の形態１＞図２は本発明の内燃機関の実施の形態
１の構成図である。本実施の形態は、炭化水素系燃料と
してメタノール燃料を使用している。内燃機関１の排気
管２に改質器３を装着し、排気熱を利用して燃料の改質
を行う。バイパスバルブ４は改質器３への排気ガス流入
量を調整するように、改質器３をバイパスする排気管２
に構成されている。燃料タンク５より燃料ポンプ６で圧
送したメタノール燃料は、改質器３により改質され、改
質された燃料は改質温度に応じて、切替えバルブ７を切
替えることにより、貯蔵器ａ，貯蔵器ｂに供給され、運
転条件に応じて、切替えバルブ８を切替えることによ
り、貯蔵器ａ，貯蔵器ｂの改質燃料をレギュレータ９を
介し、改質燃料噴射弁１０から内燃機関１の筒内に供給
するように構成されている。

【０００９】また、本実施の形態では、前記燃料供給系
と別系統の燃料供給系を備え、燃料タンク５より燃料ポ
ンプ６で圧送されたメタノール燃料がレギュレータ１１
を介し、内燃機関１の吸気管１２に設けられたメタノー
ル燃料噴射弁１３により、運転状況に応じて内燃機関１
に供給されるように構成されている。コントローラ１４
は、イグニッションスイッチ１５からの始動情報、内燃
機関回転検出器１６からの回転数情報、内燃機関水温セ
ンサ１７からの温度情報、改質器内温度センサ１８から
の温度情報、アクセルペダル開度センサ１９からの開度
情報、圧力センサ２０，２１による貯蔵器ａ，ｂの圧力
情報が入力されるとともに、燃料ポンプ６、点火プラグ
２２、改質燃料噴射弁１０、メタノール燃料噴射弁１
３、バイパスバルブ４および吸気管１２に取り付けられ
た電制スロットル２３、および切替えバルブ７，８に制
御信号を出力する。これにより、コントローラ１４は、
内燃機関１の運転状態に応じて燃料組成の異なる燃料を
供給すると共に、圧縮着火燃焼と火花点火燃焼とを切替
え、内燃機関を運転するように構成されている。

【００１０】次に、メタノール燃料を改質した改質燃料
による圧縮着火燃焼について説明する。図３に燃料がメ
タノール燃料である場合の、改質温度と改質燃料組成の
関係を示す。改質温度が高い場合には、改質燃料の組成
は、主にＨ₂ とＣＯとで構成されるが、改質温度が低く
一定の範囲内のある場合にはジメチルエーテルを多く含
む改質燃料で構成される。ここでジメチルエーテルはセ
タン価が高いため、ジメチルエーテルを多く含む改質燃
料もセタン価が向上する。本実施の形態では、機関の運
転状態が低負荷の場合にジメチルエーテルを多く含む改
質燃料（以下改質燃料Ａと称す）を機関に供給して圧縮
着火燃焼を行い、機関の運転状態が中負荷の場合には、
Ｈ₂ ，ＣＯを多く含む改質燃料（以下改質燃料Ｂと称
す）とメタノール燃料とを機関に供給して火花点火燃焼
を行い、機関の運転状態が高負荷の場合には、メタノー
ル燃料を機関に供給して火花点火燃焼を行うよう構成さ
れている。

【００１１】ここで、前述のように機関の運転状態が低
負荷の場合においては、改質燃料Ａによって圧縮着火燃
焼を行うが、圧縮着火燃焼は自己着火燃焼であるため、
火花点火燃焼に比べ着火点が多く、火花点火燃焼の火炎
伝播燃焼のように火炎が伝播しきれなくなり一酸化炭素
が燃え残る現象はないため、一酸化炭素排出量を大幅に
低減することができる。このため、圧縮着火燃焼を行う
ことで、一酸化炭素排出量が低減でき、同時に一酸化炭
素排出量の増加により制限されていた改質燃料による希
薄燃焼域が拡大できるため、従来よりも希薄燃焼が可能
になり、機関の熱効率を向上できる。また、圧縮着火燃
焼は、着火性を表す指標であるセタン価の高い燃料を使
用することによって行うことができる。

【００１２】また、機関の運転状態が中負荷の場合に
は、Ｈ₂ ，ＣＯを多く含む改質燃料Ｂとメタノール燃料
による火花点火燃焼を行うことにより、ＮＯ_x 排出量を
低減して、排気性能を向上することができ、機関の運転
状態が高負荷の場合には、メタノール燃料による火花点
火燃焼を行うことにより、機関が要求する高出力を確保
することができる。なお、メタノール燃料は高オクタン
価燃料であるため、改質燃料による圧縮着火燃焼で機関
が高い圧縮比で構成されても、ノッキングすることなく
安定した火花点火燃焼が可能である。

【００１３】次に、本実施の形態において、改質器３に
よる燃料生成と、圧縮着火燃焼と火花点火燃焼との切替
えを行うコントローラ１４の制御方法を図４に示すフロ
ーチャートにより説明する。図４に示すフローチャート
においてステップ１０（図中にはＳ１０と記す。以下同
様）ではメタノール燃料による機関の始動に備え初期化
処理を行う。すなわち、イグニッションスイッチ１５の
ＯＮに連動して、改質燃料噴射弁１０を閉とし、燃料ポ
ンプ６をＯＮにし、内燃機関水温センサ１７から内燃機
関１の水温を計測し、温度に応じてメタノール燃料噴射
弁１３の始動時の噴射期間および噴射時期を設定し、点
火プラグ２２の点火時期を設定する。また、始動後に改
質器３の温度を早く上昇させるため、バイパスバルブ４
を全閉にする。この状態でスタータをＯＮにして、メタ
ノール燃料を噴射し、点火プラグ２２を点火して始動す
る。ステップ２０では、メタノール燃料を継続して供給
し、機関の運転を行う。ここでは、貯蔵器ａ，ｂ内の改
質燃料が、機関に供給できる状態になければ機関の負荷
に関わらずメタノール燃料で火花点火燃焼を行う。ステ
ップ２１では、貯蔵器内の圧力制御を行う以下に続くス
テップに備えて、貯蔵器ａ，ｂ内の圧力を計測し、それ
ぞれＰａ１、Ｐｂ１として記憶する。ステップ２２で
は、内燃機関停止（イグニッションスイッチＯＦＦ）を
判定し、内燃機関停止でない場合にはステップ４０へ進
む。内燃機関停止の場合には、ステップ２３で、メタノ
ール燃料噴射弁１３および、改質燃料噴射弁１０を閉と
し、燃料ポンプ６をＯＦＦにする等の停止処理を行い、
制御を終了する。

【００１４】ステップ４０、ステップ６０、ステップ８
０およびステップ９０は内燃機関１に改質燃料を安定し
て供給できるように、改質燃料を生成して貯蔵器ａ，ｂ
内に改質燃料を貯蔵するためのものである。すなわち、
ステップ４０で貯蔵器内圧力Ｐａ，Ｐｂが上限値以下の
場合には、ステップ６０でバイパスバルブ４の開度を制
御して、改質温度Ｔｒが設定値１から設定値２の範囲に
なるようにして、改質燃料Ａを生成し貯蔵器ａに供給
し、同様に設定値３から設定値４の範囲になるようにし
て改質燃料Ｂを生成し貯蔵器ｂに供給し、貯蔵器ａ，ｂ
内の圧力が共に上限値以下、下限値以上になるように改
質燃料の生成を制御する。ステップ９０では、改質燃料
の圧力が下限値以上であれば、機関に燃料を供給できる
状態であるので、ステップ１００へ進み、改質燃料を生
成しながら機関の負荷に応じて改質燃料を供給する。ま
た、ステップ８０では、貯蔵器内圧力が上限値以上の場
合には改質燃料を生成せず、ステップ１００へ進む。な
お、ステップ６０での改質燃料の生成制御については後
述する。

【００１５】ステップ１００では、内燃機関１の負荷
が、低負荷か中負荷か高負荷かを判断し、低負荷の場合
にはステップ１１０で改質燃料Ａで圧縮着火燃焼を行
い、中負荷の場合には、ステップ１２０へ進み改質燃料
Ｂとメタノール燃料で火花点火燃焼を行う。高負荷の場
合には、ステップ１３０へ進みメタノール燃料で火花点
火燃焼を行う。ここで、ステップ１００では、内燃機関
１の回転数、アクセルペダル開度から推定したトルクに
より定められたマップによって負荷を判断する。ステッ
プ１１０では、火花点火燃焼から圧縮着火燃焼に切替え
る場合があるので、内燃機関１のトルク段差が発生しな
いように電制スロットル開度を制御する。すなわち、同
一負荷において、圧縮着火燃焼時はスロットル開度が大
きく、火花点火燃焼時はスロットル開度が絞られている
ため、要求される空気量に大きな差が生じており、圧縮
着火燃焼と火花点火燃焼の燃焼形態切替え時の大きなト
ルク段差を解消するため、スロットル開度を修正する。
ここでは、内燃機関１の運転状態と、燃焼形態により定
められたマップによりスロットル開度を読み取り、燃焼
形態を切替える際にスロットル開度を切替え、トルク段
差を解消する。

【００１６】また、前記制御に続きステップ１１０で
は、改質燃料Ａを機関に供給するために、切替えバルブ
８を切替え、メタノール燃料噴射弁１３を閉じると同時
に改質燃料噴射弁１０を開き、改質燃料Ａを内燃機関１
内に供給して圧縮着火燃焼により機関運転を行う。ここ
で、改質燃料噴射弁１０は内燃機関１の運転状態に応じ
た噴射期間で改質燃料を供給する。以上により低負荷時
に高セタン価の改質燃料Ａ（セタン価４０以上）を供給
し、圧縮着火燃焼を行うことができる。ステップ１２
０、ステップ１３０においても、ステップ１１０と同様
の理由で、燃焼形態を切替える際に内燃機関１のトルク
段差が発生しないように、スロットル開度を制御する。
また、ステップ１２０では、改質燃料Ｂとメタノール燃
料を機関に供給するために、切替えバルブ８を切替え、
改質燃料噴射弁１０とメタノール燃料噴射弁１３を同時
に開き、改質燃料Ｂとメタノール燃料を内燃機関１内に
供給して火花点火燃焼により機関運転を行う。ここで、
改質燃料噴射弁１０とメタノール燃料噴射弁１３とは内
燃機関１の運転状態に応じた噴射量および、噴射期間で
改質燃料を供給すると同時に、点火プラグ２２は内燃機
関１の運転状態に応じた点火時期で点火する。以上によ
り中負荷時に改質燃料Ｂとメタノール燃料を供給し、火
花点火燃焼を行うことができる。

【００１７】また、ステップ１３０では、メタノール燃
料を機関に供給するために、改質燃料噴射弁１０を閉じ
ると同時にメタノール燃料噴射弁１３を開き、メタノー
ル燃料を内燃機関１内に供給して火花点火燃焼により機
関運転を行う。ここで、メタノール燃料噴射弁１３は内
燃機関１の運転状態に応じた噴射量および、噴射期間で
改質燃料を供給すると同時に、点火プラグ２２は内燃機
関１の運転状態に応じた点火時期で点火する。以上によ
り高負荷時に高オクタン価（オクタン価１２０程度）の
メタノール燃料を供給し、火花点火燃焼を行うことがで
きる。

【００１８】ここで、ステップ６０での、改質燃料Ａ，
Ｂの生成制御方法の一例を図５の制御サブフローチャー
トに基づき説明する。改質燃料Ａ，Ｂの貯蔵量が十分で
なく、貯蔵器ａ，ｂの圧力が上限に満たない場合には、
貯蔵器圧力が低い方の貯蔵器から順に改質燃料の供給を
行う。ここで、どちらかの貯蔵器で一度改質を始めれ
ば、貯蔵器の圧力が、改質を始める前に計測した圧力に
対して、一定の圧力だけ上昇するか、または上限値に達
するまで改質を続ける。どちらか一方が満たされれば、
再び貯蔵器圧力が低い方の貯蔵器から、改質燃料の供給
を繰り返し、貯蔵器ａ，ｂ内に改質燃料が常に貯蔵され
るようにしておく。具体的には、ステップ４０で改質燃
料Ａ，Ｂの貯蔵量が十分でなく、貯蔵器ａ，ｂの圧力が
上限に満たない場合には、ステップ６２で貯蔵器圧力が
低い方の貯蔵器へ、改質燃料の供給を行うべく進む。こ
こで、例えば貯蔵器ａの圧力の方が低い場合にはステッ
プ６３へ進み、バイパスバルブ４の開度を調整し、ステ
ップ６４で改質温度Ｔｒを、図３に示す設定値１ａと２
ａとの間に制御できた場合には、ステップ６５へ進み、
改質燃料Ａを生成する。ここでバルブ開度を調整しても
改質温度が設定値内に制御できなかった場合にはステッ
プ６６へ進み、改質燃料を生成せずにステップ６７へ進
む。

【００１９】ステップ６７では、改質を始める前に図４
のステップ２１で計測した圧力Ｐａ１が一定の圧力ΔＰ
だけ上昇するまで、または貯蔵器内の圧力が上限値に達
するまで図４に示すメインフローチャートで繰り返し制
御を続け、どちらか一方の条件が満たされれば、ステッ
プ６２へ戻り、再び貯蔵器圧力が低い方の貯蔵器へ改質
燃料の供給をするように制御する。ここでステップ６８
では、ステップ２１で記憶した圧力Ｐａ１を更新して記
憶する。

【００２０】一方、貯蔵器ｂの圧力の方が低かった場合
にはステップ７３から７８によって同様の制御を行い、
貯蔵器ａ，ｂ内に改質燃料が常に貯蔵されるようにして
おく。なお、改質燃料の生成制御方法は、本実施の形態
に限らない。すなわち、ステップ７４にて、図３に示す
設定値３ａと４ａとの間に制御できた場合には、ステッ
プ７５へ進み、改質燃料Ｂを生成する。

【００２１】以上のように、コントローラ１４で燃焼形
態切替え制御と低負荷時に高セタン価の改質燃料Ａを供
給し、中負荷時には改質燃料Ｂとメタノール燃料を供給
し、高負荷時には、高オクタン価のメタノール燃料を供
給する制御ができる。これまで説明してきたように、機
関の運転状態が低負荷の場合には高セタン価のジメチル
エーテルを多く含む改質燃料による圧縮着火燃焼によっ
て、排気性能および熱効率の大幅な向上が達成でき、機
関の運転状態が中負荷の場合には、Ｈ ₂ ，ＣＯを多く含
む改質燃料とメタノール燃料による火花点火燃焼を行う
ことにより、ＮＯ_x 排出量を低減して排気性能を向上す
ることができ、機関の運転状態が高負荷の場合には高オ
クタン価のメタノール燃料による火花点火燃焼によっ
て、機関が要求する高い出力を得ることができる。

【００２２】＜実施の形態２＞図６は本発明の内燃機関
の実施の形態２の構成図である。本実施の形態は、内燃
機関に供給する炭化水素系燃料として軽油燃料を使用し
ている。なお、本実施の形態において実施の形態１と同
一構成のものには同一の符号を付してその説明は省略す
る。本実施の形態の構成が実施の形態１と異なる点は、
燃料タンク５内の燃料が軽油であり、軽油から生成され
た改質燃料は、改質温度に応じて切替えバルブ７を切替
えることにより、貯蔵器ｃ、貯蔵器ｄに供給され、運転
条件に応じて、改質燃料を、レギュレータ２４，２５を
介して改質燃料噴射弁２６，２７から供給し、内燃機関
１で火花点火燃焼を行えるように構成している点であ
る。さらに、本実施の形態では、別系統の燃料供給系と
して、軽油燃料がレギュレータ２８を介し、軽油燃料噴
射弁２９から内燃機関１の筒内に供給され、圧縮着火燃
焼を行えるように構成されている。その他の構成は実施
の形態１と同等である。

【００２３】コントローラ１４は、実施の形態１におけ
るメタノール噴射弁１３、改質燃料噴射弁１０に代り、
改質燃料噴射弁２６，２７、軽油燃料噴射弁２９に制御
信号を出力する。また、コントローラ１４は、切替えバ
ルブ７、改質燃料噴射弁２６，２７に制御信号を出力す
る以外の構成は基本的には実施の形態１と同等であり、
内燃機関１の運転状態に応じて燃料組成の異なる燃料を
供給すると共に、圧縮着火燃焼と火花点火燃焼を切替え
内燃機関１を運転するように構成されている。

【００２４】次に、軽油燃料を改質した改質燃料による
火花点火燃焼について説明する。Ｃ₁₂Ｈ₂₆で代表される
軽油燃料は、図７のパラフィン系炭化水素のアンチノッ
ク性と分子構造との関係にあるように、直鎖結合中の中
で最もＣ−Ｃ結合の弱い中央部のＣ−Ｃ結合を解くこと
で、炭素数の少ないＣ₆ Ｈ₁₄（以下Ｃ₆ と記す）で代表
される燃料にでき、アンチノック性を増加しオクタン価
を向上することができる。実際には、図８に示す軽油燃
料の場合の改質温度と改質燃料組成との関係にあるよう
に、設定値１ｂから２ｂの特定の温度範囲に改質温度を
制御することによって、前述した高オクタン価燃料（オ
クタン価１００程度）であるＣ₆ を多く生成することが
できる。また、設定値３ｂから４ｂの特定の温度範囲に
改質温度を制御することによってＨ₂ ，ＣＯを多く含む
改質燃料を生成することができる。このため本実施の形
態では、機関の運転状態が低負荷の場合に軽油燃料（セ
タン価４０以上）を機関に供給し圧縮着火燃焼を行い、
中負荷の場合には、軽油を改質したＨ₂ ，ＣＯを多く含
む改質燃料（以下改質燃料Ｃと称す）とＣ₆ を多く含む
高オクタン価の燃料を機関に供給し火花点火燃焼を行
い、機関の運転状態が高負荷の場合には、Ｃ₆ を多く含
む高オクタン価燃料（以下改質燃料Ｄと称す）を機関に
供給して火花点火燃焼を行うように、機関の運転状態に
応じて供給する燃料の組成と燃焼形態を切替えるよう構
成している。

【００２５】次に本実施の形態において、改質器３によ
る燃料生成と圧縮着火燃焼と火花点火燃料を切替える際
のコントローラ１４による制御方法を図９に示すフロー
チャートにより説明する。図９に示すフローチャートに
おいて、ステップ２１０では軽油燃料による機関の始動
に備え初期化処理を行う。すなわち、イグニッションス
イッチ１５のＯＮに連動して、改質燃料噴射弁２６，２
７を閉とし、燃料ポンプ６をＯＮにし、内燃機関水温セ
ンサ１７から内燃機関１の水温を計測し、内燃機関１の
温度に応じて軽油燃料噴射弁２９の始動時の噴射期間お
よび噴射時期を設定する。また、始動後に改質器３の温
度を早く上昇させるため、バイパスバルブ４を全閉にす
る。この状態で、スタータをＯＮにして、軽油燃料を噴
射して始動する。

【００２６】ステップ２２０では、軽油燃料を継続して
供給し、機関の運転を行う。ここでは、貯蔵器ｃ，ｄの
改質燃料が、機関に供給できる状態になければ機関の負
荷に関わらず軽油燃料で圧縮着火燃焼を行う。ステップ
２２１では、貯蔵器内の圧力制御を行う以下に続くステ
ップに備え、貯蔵器ｃ，ｄの圧力を計測し、それぞれＰ
ｃ１、Ｐｄ１として記憶する。ステップ２２２では、内
燃機関停止（イグニッションスイッチＯＦＦ）を判定
し、内燃機関停止でない場合にはステップ２４０へ進
む。内燃機関停止の場合には、ステップ２２３で、軽油
燃料噴射弁２９および、改質燃料噴射弁２６，２７を閉
とし、燃料ポンプ６をＯＦＦにする等の停止処理を行い
制御を終了する。

【００２７】ステップ２４０、ステップ２６０、ステッ
プ２８０およびステップ２９０は内燃機関１に改質燃料
を安定して供給できるように、改質燃料を生成して貯蔵
器内に改質燃料を貯蔵するためのものであり、改質温度
および生成する改質燃料の組成、貯蔵器内の設定圧力値
が異なる以外は、基本的に実施の形態１の図４のステッ
プ４０からステップ９０と同様である。ここでステップ
６０での改質燃料Ｃ，Ｄの生成制御について、図１０に
基づき説明する。図１０におけるステップ２６２から２
７７において、改質温度および生成する改質燃料の組
成、貯蔵機内の設定圧力値が異なる以外は基本的に実施
の形態１の図５のステップ６２からステップ７７と同様
である。なお、本発明の改質燃料の生成制御方法は、本
実施の形態に限定されるものではない。図９に戻って、
ステップ３００では、内燃機関１の負荷が、低負荷か中
負荷か高負荷かを判断し、低負荷の場合には、ステップ
３１０へ進み軽油燃料で圧縮着火燃焼を行い、中負荷の
場合には、ステップ３２０へ進み、改質燃料Ｃと改質燃
料Ｄで火花点火燃焼を行い、高負荷の場合には、ステッ
プ３３０へ進み改質燃料Ｄで火花点火燃焼を行う。な
お、ステップ３００の負荷を判断する方法は実施の形態
１の図４のステップ１００と同様である。

【００２８】ステップ３１０，３２０，３３０では、実
施の形態１の図４のステップ１１０と同様の理由で、燃
焼形態を切替える際に内燃機関のトルク段差が発生しな
いように、スロットル開度を制御する。また、前記制御
に続きステップ３１０では、軽油燃料を機関に供給する
ために、改質燃料噴射弁２６，２７を閉じると同時に軽
油燃料噴射弁２９を開き、軽油燃料を内燃機関１内に供
給して圧縮着火燃焼により機関運転を行う。ここで、軽
油燃料噴射弁２９は内燃機関１の運転状態に応じた噴射
量および噴射期間で軽油燃料を供給する。以上により低
負荷時に高セタン価の軽油燃料を供給し、圧縮着火燃焼
を行うことができる。

【００２９】また、ステップ３２０では、改質燃料Ｃと
改質燃料Ｄを機関に供給するために、改質燃料噴射弁２
６，２７を開くと同時に軽油燃料噴射弁２９を閉じ、改
質燃料Ｃと改質燃料Ｄを内燃機関１に供給して火花点火
燃焼により機関運転を行う。ここで、コントローラ１４
は改質燃料噴射弁２６，２７が内燃機関１の運転状態に
応じた噴射量および、噴射期間で改質燃料Ｃ、改質燃料
Ｄを供給し、内燃機関１の運転状態に応じた点火時期で
点火プラグ２２を点火するよう制御する。以上により中
負荷時に改質燃料Ｃと改質燃料Ｄを供給し、火花点火燃
焼を行うことができる。また、ステップ３３０では、改
質燃料Ｄを機関に供給するために、軽油燃料噴射弁２９
および改質燃料噴射弁２６を閉じると同時に改質燃料噴
射弁２７を開き、改質燃料Ｄを内燃機関内に供給して火
花点火燃焼により機関運転を行う。ここで、コントロー
ラ１４は改質燃料噴射弁２７が内燃機関１の運転状態に
応じた噴射量および、噴射期間で改質燃料を供給すると
同時に、内燃機関１の運転状態に応じた点火時期で点火
プラグ２２を点火するように制御する。以上により高負
荷時に高オクタン価のメタノール燃料を供給し、火花点
火燃焼を行うことができる。

【００３０】以上のように、コントローラ１４により機
関の運転状態が低負荷の場合に軽油燃料を機関に供給し
圧縮着火燃焼を行い、中負荷の場合には改質燃料Ｃと改
質燃料Ｄを機関に供給して火花点火燃焼を行い、機関の
運転状態が高負荷の場合には改質燃料Ｄを機関に供給し
て火花点火燃焼を行うことができる。従って、本実施の
形態においては、機関の運転状態が低負荷の場合には高
セタン価の軽油燃料による圧縮着火燃焼により、排気性
能および熱効率を向上でき、機関の運転状態が中負荷の
場合には、Ｈ₂ ，ＣＯを多く含む改質燃料とＣ₆ を多く
含む高オクタン価燃料による火花点火燃焼を行うことに
より、ＮＯ_x 排出量を低減して排気性能を向上すること
ができ、機関の運転状態が高負荷の場合にはＣ ₆ を多く
含む高オクタン価燃料による火花点火燃焼によって、機
関が要求する高い出力を得ることができる。

【００３１】これまで、炭化水素系燃料のうちの一例と
してメタノール燃料、軽油燃料を例に実施の形態を説明
したが、メタノール燃料や軽油燃料に限らず、その他の
炭化水素系燃料である場合においても、燃料改質条件に
応じて改質燃料の組成を制御し、機関の運転状態に応じ
て燃焼形態を切替えることにより、排気性能および熱効
率または機関出力を向上することができる。なお、発明
の実施の形態の説明において、ガス燃料として液体燃料
を燃料改質器で改質した改質燃料を使用した例を説明し
てきたが、ガス燃料が燃料供給装置に設けられた燃料改
質器によって生成されるものではなく、例えば燃料供給
装置外部で生成されたガス燃料を貯蔵した燃料貯蔵器か
ら供給するように構成してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の概念図である。

【図２】実施の形態１の構成図である。

【図３】メタノール燃料の改質組成と改質温度の関係を
示す図である。

【図４】実施の形態１の制御メインフローチャート図で
ある。

【図５】実施の形態１の制御サブフローチャート図であ
る。

【図６】実施の形態２の構成図である。

【図７】パラフィン系炭化水素のアンチノック性と分子
構造との関係を示す図である。

【図８】改質温度と改質燃料の組成（軽油燃料）を示す
図である。

【図９】実施の形態２の制御メインフローチャート図で
ある。

【図１０】実施の形態２の制御サブフローチャート図で
ある。

【図１１】従来の内燃機関の構成図である。

【図１２】従来の改質燃料とメタノール燃料の運転領域
を説明する図である。

【図１３】従来の改質機関の排気性能と効率を示す図で
ある。

【符号の説明】

ａ，ｂ，ｃ，ｄ貯蔵器１内燃機関２排気管３改質器４バイパスバルブ５燃料タンク６燃料ポンプ７切替えバルブ８切替えバルブ９レギュレータ１０改質燃料噴射弁１１レギュレータ１２吸気管１３メタノール燃料噴射弁１４コントローラ１５イグニッションスイッチ１６内燃機関回転検出器１７内燃機関水温センサ１８改質器内温度センサ１９アクセルペダル開度センサ２０圧力センサ２１圧力センサ２２点火プラグ２３電制スロットル２４レギュレータ２５レギュレータ２６改質燃料噴射弁２７改質燃料噴射弁２８レギュレータ２９軽油燃料噴射弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 11/10 Ｆ０２Ｄ 11/10 Ｆ 19/10 19/10 41/02 ３２５ 41/02 ３２５Ｋ３７５３７５ 41/04 ３１０ 41/04 ３１０Ｄ３２５３２５Ｃ３６０３６０Ｅ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｇ３０１Ａ３０１ＫＦ０２Ｍ 21/02 Ｆ０２Ｍ 21/02 ＫＮ 27/02 27/02 Ｐ (72)発明者石渡和比古神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3G023 AA02 AA03 AB06 AC02 AC04 AC06 AC07 AC08 AC09 AG05 3G065 CA00 CA12 CA13 DA04 EA08 EA09 GA09 GA10 GA46 JA04 JA09 JA11 KA02 3G084 AA05 BA05 BA11 BA16 CA03 CA04 DA02 DA10 EA11 EB12 EC01 EC03 FA00 FA10 FA20 FA33 3G092 AA06 AA08 AB03 AB05 AB15 BA01 BA08 DC01 DE10Y DE15Y EA09 EC01 FA15 FA24 GA03 GA05 GA06 HB00Z HB03Z HE01Z HE08Z HF08Z 3G301 HA04 HA23 HA24 JA02 JA21 KA06 KA08 KA09 LA00 LA01 LB00 ND02 PB00Z PB08Z PE01Z PF03Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料供給装置から供給された液体燃料ま
たはガス燃料を燃焼させて運転を行う内燃機関におい
て、前記内燃機関の運転状態が低負荷の場合には圧縮着火用
燃料を前記内燃機関に供給して圧縮着火によって燃焼さ
せ、前記内燃機関の運転状態が中負荷以上の場合には火
花点火用燃料を前記内燃機関に供給して火花点火によっ
て燃焼させることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】前記燃料供給装置は燃料の組成を改質す
る燃料改質器を有するものであって、前記液体燃料は炭
化水素系の燃料であって、前記ガス燃料は前記液体燃料
を燃料改質器で改質した改質燃料であることを特徴とす
る請求項１記載の内燃機関。
【請求項３】前記炭化水素系燃料がアルコール系燃料
であって、前記燃焼が圧縮着火による燃焼である場合
は、圧縮着火用燃料としてアルコール系燃料を改質した
高セタン価燃料を内燃機関に供給し、前記燃焼が火花点火による燃焼である場合は、火花点火
用燃料としてアルコール系燃料を水素を主成分に改質し
た燃料、またはアルコール燃料の少なくとも一方を供給
することを特徴とする請求項２記載の内燃機関。
【請求項４】前記炭化水素系燃料が軽油燃料であっ
て、前記燃焼が圧縮着火による燃焼である場合は、圧縮
着火用燃料として軽油燃料を内燃機関に供給し、前記燃焼が火花点火による燃焼である場合は、火花点火
用燃料として軽油燃料を水素を主成分に改質した燃料、
または高オクタン価燃料に改質した燃料の少なくとも一
方を供給することを特徴とする請求項２記載の内燃機
関。
【請求項５】前記燃料改質器が予め設定した改質条件
を満たさない場合には、改質前燃料を内燃機関に供給す
ることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の
内燃機関。
【請求項６】前記燃料改質器内の改質温度を制御する
ことにより、改質燃料の組成を制御することを特徴とす
る請求項２から５のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項７】機関の吸気管に吸入空気量を調整する流
量調整弁を備えるとともに、この流量調整弁の開度を燃
焼形態の切替えに応じて制御することを特徴とする請求
項２から６のいずれかに記載の内燃機関。