專利名稱：動(dòng)力裝置及其燃料供給方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及向內(nèi)燃機(jī)供給燃料的內(nèi)燃機(jī)的燃料供給裝置，特別是涉及具 備燃料轉(zhuǎn)換裝置的內(nèi)燃機(jī)的燃料供給裝置。
背景技術(shù)：
如專利文獻(xiàn)1所示，提案有如下內(nèi)燃機(jī)，其利用從外部供給到燃料箱的 改性前的燃料箱供給燃料(環(huán)己烷)，通過(guò)脫氫改性反應(yīng)而生成氫和高辛烷值 燃料(笨環(huán))，將其供給發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒，由此，實(shí)現(xiàn)了使用氮的稀 薄燃燒而產(chǎn)生的低負(fù)荷燃耗性能的改善、和使用高辛烷值燃料的高壓縮比化 而產(chǎn)生的高負(fù)荷輸出性能的提高。專利文獻(xiàn)1:(日本國(guó))特開(kāi)2005-147124號(hào)公報(bào)但是，在應(yīng)用所述的燃料改性系統(tǒng)的燃料供給裝置中，在改性前的原燃 料(燃料箱供給燃料)只由環(huán)己烷等環(huán)烴類炭化氫構(gòu)成的情況下，可將原燃 料的絕大部分作為改性燃料供給，但實(shí)際上在市場(chǎng)上可得到的原燃料(例如 氣油)的情況下，由于不能將全部的燃料成分改性，所以需要原燃料自身也 被供給到發(fā)動(dòng)機(jī)，使其在發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒。因此，應(yīng)用所述的燃料改性系統(tǒng)的 燃料供給裝置，雖然在使用沸點(diǎn)較低的燃料(例如氣油)作為原燃料時(shí)是有 效的，但例如在使用輕油等沸點(diǎn)較高的燃料等作為原燃料時(shí)，由于進(jìn)氣口或 燃燒室壁面的燃燒壁流，會(huì)出現(xiàn)未燃燒HC增大及PD等問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種動(dòng)力裝置，其包括內(nèi)燃機(jī)、和將供給到內(nèi)燃機(jī)的'辨料從 轉(zhuǎn)換前燃料轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換后燃料的燃料轉(zhuǎn)換裝置。轉(zhuǎn)換前燃料由第一燃料供給 裝置供給向燃料轉(zhuǎn)換裝置。由燃料轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換后的轉(zhuǎn)換后燃料通過(guò)第二燃 料供給裝置向內(nèi)燃機(jī)供給。此外，動(dòng)力裝置包括與內(nèi)燃機(jī)、燃料轉(zhuǎn)換裝置、 第一燃料供給裝置、第二燃料供給裝置連接的控制器。該控制器利用第一燃 料供給裝置將轉(zhuǎn)換前燃料向燃料轉(zhuǎn)換裝置供給。將燃料轉(zhuǎn)換裝置的溫度控制在第一溫度范圍，使轉(zhuǎn)換前燃料蒸發(fā)，轉(zhuǎn)換成第一轉(zhuǎn)換后燃料，將燃料轉(zhuǎn)換 裝置的溫度控制在第二溫度范圍，將轉(zhuǎn)換前燃料改性，轉(zhuǎn)換成第二轉(zhuǎn)換后燃 料。利用第二燃料供給裝置將轉(zhuǎn)換后燃料向內(nèi)燃機(jī)供給。根據(jù)本發(fā)明，由于用一個(gè)燃料轉(zhuǎn)換裝置生成蒸發(fā)燃料和改性燃料，且自 外部供給的燃料作為蒸發(fā)燃料向內(nèi)燃機(jī)供給，因此，即使在自外部供給的燃 料使用輕油等沸點(diǎn)較高的燃料的情況下，也能夠抑制燃料壁流。


圖1是本發(fā)明第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖；圖2是燃料轉(zhuǎn)換裝置的詳細(xì)圖；圖3是冷凝裝置的詳細(xì)圖；圖4是同上的第一實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)的詳細(xì)圖；圖5是表示蒸發(fā)特性和改性特性及第一、第二溫度范圍的關(guān)系的圖；圖6是說(shuō)明燃料轉(zhuǎn)換控制動(dòng)作的流程圖；圖7是表示用于進(jìn)行燃料轉(zhuǎn)換裝置的溫度范圍切換控制的燃料供給狀態(tài) 及空氣供給狀態(tài)的圖；圖8是表示同上的第 一 實(shí)施方式的駕駛條件下的燃料供給控制映像的圖；圖9是本發(fā)明第二實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖；圖IO是同上的第二實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)的詳細(xì)圖；圖11是表示同上的第二實(shí)施方式的駕駛條件下的燃料供給控制映像的具體實(shí)施方式
下面，基于

本發(fā)明的實(shí)施方式。 圖1是表示本發(fā)明的動(dòng)力裝置的第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖。 圖1中，發(fā)動(dòng)機(jī)1經(jīng)由進(jìn)氣歧管2與進(jìn)氣收集器3連接。在發(fā)動(dòng)機(jī)1的 排氣歧管4上，在其集合部設(shè)有排氣凈化催化劑5,且在其下游的排氣管6 外周設(shè)有燃料轉(zhuǎn)換裝置7，該燃料轉(zhuǎn)換裝置7利用作為內(nèi)燃機(jī)廢熱的排氣能 量、例如來(lái)自排氣管6的排氣熱，將液體供給燃料轉(zhuǎn)換為蒸發(fā)燃料、改性燃 料。圖2詳細(xì)表示燃料轉(zhuǎn)換裝置7。燃料轉(zhuǎn)換裝置7包圍排氣管6而形成環(huán)狀空間，在蜂窩狀的芯部(〕一 f 二，<卜)配置有載持白金類催化劑的改性催化劑8，且在改性催化劑8 的入口側(cè)配置有供給轉(zhuǎn)換用的液體燃料、即轉(zhuǎn)換前燃料的燃料噴射閥9(第一 燃料供給裝置)。此外，在改性催化劑8的入口側(cè)設(shè)有空氣導(dǎo)入口 10,其可導(dǎo) 入空氣，并且可利用空氣導(dǎo)入閥29 (空氣量(氣體量)調(diào)節(jié)裝置)控制導(dǎo)入 的空氣量，進(jìn)而，可利用空氣流量計(jì)11測(cè)量導(dǎo)入空氣量。此外，在燃料轉(zhuǎn)換 裝置7上，為進(jìn)行溫度檢測(cè)，面對(duì)改性催化劑8作為溫度傳感器設(shè)有例如熱 電偶12。在此，燃料轉(zhuǎn)換裝置7是利用發(fā)動(dòng)機(jī)1的廢熱進(jìn)行燃料蒸發(fā)或燃料改性 的結(jié)構(gòu)，如圖5所示，其能夠有選擇地被切換控制為第一溫度范圍和第二溫的蒸發(fā)器起作用，燃料蒸發(fā)比例大致為100%,第二溫度范圍的溫度高于第一 溫度范圍，其作為進(jìn)行主要利用脫氫反應(yīng)來(lái)將液體供給燃料改性的燃料改性 的燃料改性器起作用，其燃料改性效率大致為100%。而且，該溫度范圍的切 換如下進(jìn)行，如圖7所示，通過(guò)改變每單位時(shí)間的燃料供給量、改變每單位 時(shí)間的空氣量來(lái)調(diào)節(jié)空燃比、或并用所述兩種方法而進(jìn)行。由此，利用燃料 的氣化潛熱及顯熱或空氣導(dǎo)入引起的氧化反應(yīng)可容易地進(jìn)行燃料轉(zhuǎn)換裝置7 的溫度控制。例如在從第一溫度范圍向第二溫度范圍進(jìn)行切換時(shí)，從圖7中虛線所示 的燃料供給特性向圖7中實(shí)線所示的燃料供給特性進(jìn)行切換，減少燃料供給 量，由此抑制燃料帶來(lái)的冷卻效果，此外，在排氣溫度低的范圍，將空氣量 增大，使空燃比稀化(高空氣燃料混合比化)，使氧化反應(yīng)活躍，從而使溫度 上升。即，在將燃料轉(zhuǎn)換裝置的溫度控制為第二溫度范圍來(lái)將轉(zhuǎn)換前燃料改 性時(shí)，在排氣溫度低的范圍，內(nèi)燃機(jī)的廢熱量越少，向所述燃料轉(zhuǎn)換裝置供 給的每單位時(shí)間的空氣量越多。相反，在從第二溫度范圍向第一溫度范圍切換時(shí)，從實(shí)線的燃料供給特性向虛線的燃料供給特性進(jìn)行切換，增大燃料供 給量，提高燃料的冷卻效果。此外，停止空氣的導(dǎo)入，使空燃比極端濃化(低 空氣燃料混合比化)，抑制氧化反應(yīng)，從而降低溫度。此外，在到達(dá)控制目標(biāo)的溫度范圍后并維持在該溫度范圍的情況下，如 圖7所示，根據(jù)排氣溫度，按照實(shí)線或虛線所示的燃料供給特性或空燃比特 性改變?nèi)剂狭炕蚩諝饬?。例如，在維持在第一溫度范圍的情況下，根據(jù)排氣溫度，按照?qǐng)D7中虛線所示的燃料供給特性改變?nèi)剂瞎┙o量。內(nèi)燃機(jī)的廢熱 量越多，向燃料轉(zhuǎn)換裝置供給的每單位時(shí)間的轉(zhuǎn)換前燃料量越多。在維持在高溫的第二溫度范圍的情況下，按照?qǐng)D7中實(shí)線所示的燃料供給特性和空燃比特性，根據(jù)排氣溫度改變?nèi)剂瞎┙o量和空氣量，由此通過(guò)利用氧化反應(yīng)補(bǔ) 償排氣溫度的降低，從而可容易地維持高溫的第二溫度范圍。內(nèi)燃機(jī)的廢熱 量越多，向燃料轉(zhuǎn)換裝置供給的每單位時(shí)間的轉(zhuǎn)換前燃^f量越多，將燃料轉(zhuǎn) 換裝置的溫度控制在第二溫度范圍(將轉(zhuǎn)換前燃料改性)時(shí)的每單位時(shí)間的 轉(zhuǎn)換前燃料量、比將燃料轉(zhuǎn)換裝置的溫度控制在第一溫度范圍(使轉(zhuǎn)換前燃 料蒸發(fā))時(shí)的每單位時(shí)間的轉(zhuǎn)換前燃料量少。向燃料轉(zhuǎn)換裝置7的燃料噴射閥9供給自外部供油后的燃料箱13內(nèi)的液 體燃料。在本實(shí)施方式中，作為液體供給燃料，使用比氣油的沸點(diǎn)高且辛烷 值低的例如輕油等低辛烷值燃料。而且，向燃料轉(zhuǎn)換裝置7供給的液體燃料， 在改性催化劑8未活性化的圖5所示的第一溫度范圍由于排氣熱量而蒸發(fā)， 被轉(zhuǎn)換為蒸發(fā)燃料。此外，在改性催化劑8為活性化狀態(tài)的所述第二溫度范 圍，接收排氣熱，例如通過(guò)以下式那樣的脫氫反應(yīng)為主的改性反應(yīng)，將輕油 代表成分改性為沸點(diǎn)較低的高辛烷值燃料和氬氣。蒸發(fā)燃料或改性燃料為轉(zhuǎn) 換后燃料。月充氫改性反應(yīng)正十六烷(C,6H34) —2、 3-二甲基-2-戊烯(C7H14) +3、 5、 5-三曱基-2-己烷(C9H18) +氫(H2)(脫氬+環(huán)化)改性反應(yīng) 正十六烷(C16H34)—苯(2C6H6) +1、 3-丁二烯(C4H6) +氫(8H2)(脫氫+分解)改性反應(yīng)正十六烷(C16H34)—乙烯(8C2H4) +氫(H2)此外，燃料轉(zhuǎn)換裝置7的燃料改性不限于脫氬反應(yīng)，例如，也可以通過(guò) 下式那樣的異構(gòu)化反應(yīng)及部分氧化反應(yīng)進(jìn)行的燃料改性。 異構(gòu)化改性反應(yīng)正十六烷(C16H34) —2、 6、 10-三曱基十三烷(C16H34) 部分氧化改性反應(yīng)正十六烷(C16H34)—?dú)?17H2) +—氧化碳(16CO) 在異構(gòu)化改性反應(yīng)的燃料改性中，可生成辛烷值更高的改性液體燃料。此外，在部分氧化改性反應(yīng)中，燃料改性時(shí)不易受到燃料成分的影響，可得 到更多的改性燃料。由燃料轉(zhuǎn)換裝置7得到的蒸發(fā)燃料和改性氣體燃料通過(guò)氣體壓縮機(jī)14被 導(dǎo)入冷凝裝置15。冷凝裝置15為具備將燃料從燃料轉(zhuǎn)換裝置7導(dǎo)入的第一冷 凝器16、和從屬連接于第一冷凝器16的第二冷凝器17的多級(jí)結(jié)構(gòu)。在第一 及第二冷凝器16、 17上設(shè)有冷卻水循環(huán)通路20,該冷卻水循環(huán)通路20利用 水泵19將來(lái)自散熱器18的冷卻水從第二冷凝器17側(cè)向第一冷凝器16側(cè)循 環(huán)供給。由此，第一冷凝器16可將揮發(fā)性較低的燃料液化分離，第二冷凝器 17可將揮發(fā)性較高的燃料液化分離。冷凝裝置15的內(nèi)部如圖3那樣構(gòu)成。即，在第一及第二冷凝器16、 17 的內(nèi)部設(shè)有冷卻水循環(huán)通路20。在將蒸發(fā)燃料導(dǎo)入第一冷凝器16時(shí)，將蒸發(fā) 燃料冷卻，而分離成沸點(diǎn)較低的成分和沸點(diǎn)較高的成分，沸點(diǎn)較高的成分液 化后，從下部出口返回燃料箱13，沸點(diǎn)較低的成分從上部出口作為蒸發(fā)燃料 經(jīng)由三通閥21、 22被貯留在蒸發(fā)燃料箱23內(nèi)。此外，在將改性氣體燃料導(dǎo) 入第一冷凝器16時(shí)，若改性氣體燃料中存在有沸點(diǎn)高的未改性燃料成分，則 在第一冷凝器16將改性氣體燃料中沸點(diǎn)高的未改性燃料成分液化分離，然后， 將使改性氣體燃料在第二冷凝器17冷卻，由此將其分離成沸點(diǎn)比燃料箱13 內(nèi)的燃料低的高辛烷值的改性液體燃料、和富有氫的改性氣體燃料，改性液 體燃料通過(guò)下部出口被貯留在改性液體燃料箱24中，并且改性氣體燃料從上 部出口經(jīng)由三通閥21 、 22被貯留在改性氣體燃料箱25內(nèi)。這樣，在生成蒸發(fā)燃料時(shí)，只使用冷凝裝置15的第一冷凝器16，生成由 沸點(diǎn)較低的成分組成的低辛烷值的蒸發(fā)燃料。在生成改性燃料時(shí)，使用冷凝 裝置15的第一及第二冷凝器16、 17，將未改性燃料成分分離，生成純度高的 高辛烷值的改性液體燃料和改性氣體燃料。而且，通過(guò)切換控制兩個(gè)三通閥 21、 22來(lái)進(jìn)行只使用第一冷凝器16的情況(生成蒸發(fā)燃料時(shí))、和使用第一 及第二冷凝器16、 17的情況(生成改性燃料時(shí))的切換。而且，蒸發(fā)燃料箱23內(nèi)的蒸發(fā)燃料和改性氣體燃料箱25內(nèi)的改性氣體 燃料從各個(gè)噴射閥26、 27 (第二燃料供給裝置)向進(jìn)氣收集器3噴射，噴射 燃料與進(jìn)氣收集器3內(nèi)的空氣混合后，經(jīng)由進(jìn)氣歧管2被吸入各氣缸。此外， 改性液體燃料箱24內(nèi)的改性液體燃料從與進(jìn)氣歧管2連接的安裝在圖4所示 的進(jìn)氣口 36的四個(gè)噴射閥28噴射，與從進(jìn)氣收集器3經(jīng)由進(jìn)氣歧管2被吸入到發(fā)動(dòng)機(jī)l的各氣缸內(nèi)的空氣混合，并被吸入到各氣缸內(nèi)。圖4表示發(fā)動(dòng)機(jī)1的結(jié)構(gòu)。發(fā)動(dòng)機(jī)1的各氣缸通過(guò)氣缸蓋30、氣缸體31、活塞32、進(jìn)氣閥33、排 氣閥34形成燃燒室35。進(jìn)氣閥33將與進(jìn)氣歧管2連接的進(jìn)氣口 36和燃燒室 35連通或隔斷。噴射改性液體燃料的噴射閥28設(shè)于進(jìn)氣口 36。排氣閥34將 與排氣歧管4連接的排氣口 37和燃燒室35連通或隔斷，進(jìn)氣閥33通過(guò)進(jìn)氣 閥用凸輪38在全開(kāi)位置和全閉位置之間周期性地往復(fù)動(dòng)作，排氣閥34通過(guò) 排氣閥用凸輪39在全開(kāi)位置和全閉位置之間周期性地往復(fù)動(dòng)作。在氣缸蓋30 設(shè)有對(duì)燃燒室35內(nèi)的混合氣體點(diǎn)火的火花塞40。利用如上結(jié)構(gòu)，從空氣濾清器通過(guò)的吸入空氣經(jīng)由收集器3、進(jìn)氣歧管2、 進(jìn)氣口 36及進(jìn)氣閥33被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)1的燃燒室35。該過(guò)程中，在進(jìn)氣收集 器3內(nèi)，根據(jù)駕駛條件自噴射閥26噴射蒸發(fā)燃料，自噴射閥27噴射改性氣 體燃料。此外，改性液體燃料自噴射閥28被噴射到進(jìn)氣口 36內(nèi)。通過(guò)在活塞32的壓縮行程的后半或膨脹行程的前半利用火花塞40對(duì)這 樣在燃燒室35內(nèi)生成的混合氣體點(diǎn)火，使混合氣體燃燒，通過(guò)燃燒壓力使活 塞32進(jìn)行往復(fù)動(dòng)作。各噴射閥9、 26、 27、 28的燃料噴射時(shí)刻和噴射期間及火花塞40的點(diǎn)火 時(shí)刻，根據(jù)從由微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(下面稱作ECU ) 50輸出 的指令信號(hào)進(jìn)行調(diào)整。向燃料轉(zhuǎn)換裝置7導(dǎo)入空氣的空氣導(dǎo)入閥的開(kāi)度、三 通閥21、 22的切換也由ECU50控制。此外，燃料轉(zhuǎn)換裝置7中的燃料蒸發(fā) 工序和燃料改性工序的切換由ECU50控制。在此，ECU50具備溫度切換裝置 的功能。為進(jìn)行所述控制，向ECU50分別信號(hào)輸入來(lái)自如下部分的檢測(cè)數(shù)據(jù)，即， 來(lái)自檢測(cè)向改性催化劑8的空氣流量的空氣流量計(jì)11、檢測(cè)改性催化別8的 溫度的熱電偶12、檢測(cè)蒸發(fā)燃料箱23內(nèi)的燃料壓力的壓力傳感器51、檢測(cè) 改性液體燃料箱24的液面高度的液面高度傳感器52、檢測(cè)改性氣體燃料箱 25內(nèi)的壓力的壓力傳感器53、檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)l的曲柄角度和轉(zhuǎn)速的曲柄角度傳 感器54、檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水溫的水溫傳感器55、及檢測(cè)車輛所具備的油門 踏板的踏下量(油門踏板開(kāi)度)的踏板開(kāi)度傳感器56的檢測(cè)數(shù)據(jù)。其次，參照?qǐng)D6的流程圖，說(shuō)明燃料轉(zhuǎn)換裝置7的燃料轉(zhuǎn)換工序的切換 控制。在步驟1 (圖中用Sl表示，以下相同)，根據(jù)來(lái)自液面高度傳感器52和 壓力傳感器51的檢測(cè)信號(hào)讀取改性液體燃料箱24內(nèi)的改性液體燃料量和蒸 發(fā)燃料箱23內(nèi)的蒸發(fā)燃料量。此外，改性液體燃料量和蒸發(fā)燃料量的讀取不 限于液面高度傳感器和壓力傳感器，只要是能夠推定各燃料量的方法，可以 是任何方法。在步驟2，判定改性液體燃料是否為規(guī)定量以上，若為規(guī)定量以上，則判 定為"是"，進(jìn)入步驟3，若不足規(guī)定量，則進(jìn)入后述的步驟5。在步驟3，判定蒸發(fā)燃料是否為規(guī)定量以上，若為規(guī)定量以上，則進(jìn)入步 驟4,若不足規(guī)定量，則進(jìn)入后述的步驟7。在步驟4，將燃料轉(zhuǎn)換裝置7控制為圖5所示的第二溫度范圍。在步驟2的判定為"否"而進(jìn)入步驟5的情況下，將燃料轉(zhuǎn)換裝置7控 制為圖5所示的第二溫度范圍，進(jìn)行燃料改性，生成改性液體燃料。具體而言，控制三通閥21、 22,將從第二冷凝器17的上部出口到改性氣 體燃料箱25的燃料配管連通，并將第一冷凝器16的上部出口與蒸發(fā)燃料箱 23的入口分別隔斷。然后，如上所述，按照?qǐng)D7中實(shí)線所示的特性，根據(jù)排 氣溫度適當(dāng)控制來(lái)自噴射閥9的每單位時(shí)間的燃料噴射量及燃料轉(zhuǎn)換裝置7 內(nèi)的空燃比。例如在改性催化劑8的溫度低時(shí)，通過(guò)減小燃料噴射量來(lái)降低 氣化潛熱等帶來(lái)的冷卻效果、或增大空氣導(dǎo)入量來(lái)將空燃比控制在稀方向而 利用氧化燃燒反應(yīng)(圖7中實(shí)線的空燃比特性，排氣溫度越低越稀化的部分)、 或者并用所述兩種操作，從而使改性催化劑8的溫度上升到第二溫度范圍。 相反，在改性催化劑8的溫度高時(shí)，通過(guò)增大燃料噴射量來(lái)增大氣化潛熱等 帶來(lái)的冷卻效果、或停止空氣導(dǎo)入來(lái)將空燃比控制在極端濃的狀態(tài)(圖7中 實(shí)線的空燃比特性，在排氣溫度較高的范圍為最濃的部分)，從而使改性催化 劑8的溫度降低到第二溫度范圍。這樣，當(dāng)將燃料轉(zhuǎn)換裝置7內(nèi)的改性催化 劑8控制在第二溫度范圍時(shí)，燃料轉(zhuǎn)換裝置7作為燃料改性器起作用，生成 包含高辛烷值燃料和氫氣的改性氣體。生成的改性氣體被導(dǎo)入冷凝裝置15的 第一冷凝器16，如果改性氣體中包含高沸點(diǎn)的未改性成分，則其在第一冷凝 器16被冷凝分離，返回燃料箱13。之后，改性氣體被導(dǎo)入第二冷凝器17， 被分離成高辛烷值的改性液體燃料和富含氫氣的改性氣體燃料，改性液體燃 料被貯留在改性液體燃料箱24中，且改性氣體燃料經(jīng)由三通閥21、 22被貯 留于改性氣體燃料箱25中。在步驟6，判定改性液體燃料是否為規(guī)定量以上，直到達(dá)到規(guī)定量以上，將燃料轉(zhuǎn)換裝置7控制在第二溫度范圍，繼續(xù)改性液體燃料的生成。若步驟6 的判定為"是"，則例如停止來(lái)自噴射閥9的燃料噴射，停止燃料改性工序， 結(jié)束燃料轉(zhuǎn)換裝置7的燃料轉(zhuǎn)換動(dòng)作。此外，在步驟3的判定為"否"而進(jìn)入步驟7的情況下，將'辨枓轉(zhuǎn)換裝 置7控制在圖5所示的第一溫度范圍，進(jìn)行燃料蒸發(fā)，生成蒸發(fā)燃料。具體而言，控制三通閥21、 22,將從第一冷凝器16的上部出口到蒸發(fā)燃 料箱23的燃料配管連通，并將第二冷凝器17的上部出口與改性氣體燃料箱 25的入口分別隔斷。然后，如上所述，按照?qǐng)D7中虛線所示的特性，根據(jù)排 氣溫度適當(dāng)控制來(lái)自噴射閥9的每單位時(shí)間的燃料噴射量。例如，在改性催 化劑8的溫度低時(shí)，通過(guò)減小燃料噴射量來(lái)降低氣化潛熱等帶來(lái)的冷卻效果， 使改性催化劑8的溫度上升到第一溫度范圍。相反，在改性催化劑8的溫度 高時(shí)，通過(guò)增大燃料噴射量來(lái)增大氣化潛熱等帶來(lái)的冷卻效果、使改村借化 劑8的溫度降低到第一溫度范圍。此外，在第一溫度范圍，由于溫度低，氧 化反應(yīng)幾乎不進(jìn)行，故空燃比維持在極端濃的狀態(tài)。這樣，當(dāng)將燃料轉(zhuǎn)換裝 置7控制在第一溫度范圍時(shí)，燃料轉(zhuǎn)換裝置7作為蒸發(fā)器起作用，在燃料轉(zhuǎn) 換裝置7生成蒸發(fā)燃料。生成的蒸發(fā)燃料被導(dǎo)入冷凝裝置15的第一冷凝器16， 蒸發(fā)燃料中沸點(diǎn)較高的成分被冷凝分離，而返回燃料箱13,將沸點(diǎn)較低的成 分作為蒸發(fā)燃料經(jīng)由三通閥21、 22貯留到蒸發(fā)燃料箱23內(nèi)。此外，在將燃料轉(zhuǎn)換裝置7控制在第一溫度范圍來(lái)生成蒸發(fā)燃料時(shí)，也 可以導(dǎo)入例如空氣作為稀釋用氣體將燃料稀釋，以使空氣量相對(duì)于供給燃料 量的比例達(dá)到預(yù)先設(shè)定的規(guī)定比例。由此，由于可降低因共沸效果而在燃料 轉(zhuǎn)換裝置7生成的蒸發(fā)燃料的實(shí)質(zhì)的沸點(diǎn)，因此，可防止蒸發(fā)燃料箱23及燃 料配管等中的蒸發(fā)燃料的冷凝。在第一溫度范圍，由于改性催化劑8的溫度 低，故即使將空氣導(dǎo)入燃料轉(zhuǎn)換裝置7,也不會(huì)進(jìn)行氧化反應(yīng)，從而不會(huì)使燃 料轉(zhuǎn)換裝置7內(nèi)的溫度過(guò)度上升。此外，也可以導(dǎo)入回流排放氣體(EGR)作為稀釋用氣體來(lái)取代空氣。在步驟8，判定蒸發(fā)燃料是否為規(guī)定量以上，直到達(dá)到規(guī)定量以上，將燃 料轉(zhuǎn)換裝置7控制在第一溫度范圍，繼續(xù)蒸發(fā)燃料的生成。若步驟8的判定 為"是"，則停止例如來(lái)自噴射閥9的燃料噴射，停止燃料蒸發(fā)工序，結(jié)束燃 料轉(zhuǎn)換裝置7的燃料轉(zhuǎn)換動(dòng)作。其次，對(duì)本實(shí)施方式的燃料供給控制進(jìn)行說(shuō)明。ECU50讀取曲柄角度傳感器54檢測(cè)到的內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速Ne和踏板開(kāi)度傳感 器56檢測(cè)到的油門踏板開(kāi)度，參照預(yù)先存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器內(nèi)的圖8所示的燃料供 給控制映像，基于內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速Ne和內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷(由氣缸內(nèi)有效壓力Pe表示) 確定蒸發(fā)燃料、改性氣體燃料及改性液體燃料的供給比例，并基于該確定驅(qū) 動(dòng)控制各噴射閥26、 27、 28，將各自的燃料向發(fā)動(dòng)機(jī)1噴射供給。如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，在內(nèi)燃機(jī)低負(fù)荷時(shí)，供給蒸發(fā)燃料和改性 氣體燃料，在內(nèi)燃機(jī)高負(fù)荷時(shí)，供給改性液體燃料。由此，通過(guò)在內(nèi)燃機(jī)低 負(fù)荷時(shí)使用辛烷值低的燃料，可實(shí)現(xiàn)高的燃耗性能，通過(guò)在內(nèi)燃機(jī)高負(fù)荷時(shí) 使用辛烷值高的燃料，可實(shí)現(xiàn)高壓縮比、高體積效率產(chǎn)生的高轉(zhuǎn)矩、輸出性 能。而且，由于可將沸點(diǎn)高的低辛烷值燃料作為蒸發(fā)燃料，以氣化的狀態(tài)供 給到發(fā)動(dòng)機(jī)l，故即使使用輕油等沸點(diǎn)高的燃料，也能夠抑制進(jìn)氣口或燃燒室 壁面的燃燒壁流。此外，在本實(shí)施方式中，由于在燃料轉(zhuǎn)換裝置7的下游設(shè) 置冷凝裝置15,分離成揮發(fā)性高的氣體燃料和揮發(fā)性低的液體燃料，故可抑 制從燃料轉(zhuǎn)換裝置7到氣體燃料的噴射閥26、 27的燃料配管及燃料箱23、 25 的燃料冷凝。此外，低負(fù)荷范圍例如可以設(shè)為最高負(fù)荷的大致1/2負(fù)荷以下的 負(fù)荷范圍。高負(fù)荷范圍例如可以設(shè)為最高負(fù)荷的大致1/2負(fù)荷以上的負(fù)荷范 圍。此外，作為揮發(fā)性高的燃料，例如是常溫、大氣壓下的氣體的燃料，作 為揮發(fā)性低的燃料，例如是同樣條件下的液體的燃料。進(jìn)而，由于生成蒸發(fā)燃料時(shí)，在第一冷凝器16將蒸發(fā)燃料中的沸點(diǎn)較高 的成分冷凝分離，且只將沸點(diǎn)較低的成分作為蒸發(fā)燃料導(dǎo)入蒸發(fā)燃料箱23內(nèi)， 故可提高蒸發(fā)燃料的純度，并且可抑制蒸發(fā)燃料箱23及燃料配管中的蒸發(fā)燃 料的冷凝。其次，參照?qǐng)D9、圖IO及圖11說(shuō)明本發(fā)明第二實(shí)施方式。此外，對(duì)于與 第一實(shí)施方式相同的要素，使用同一符號(hào)，省略說(shuō)明。圖中，發(fā)動(dòng)機(jī)l與各氣缸的燃燒室35 (下面稱作主燃燒室)相鄰，在氣 缸蓋內(nèi)具備副燃燒室41。主燃燒室35和副燃燒室41經(jīng)由形成于氣缸蓋30 上的噴孔42連通。在各氣缸的副燃燒室41分別安裝有噴射供給改性氣體燃 料的噴射閥27,可將改性氣體燃料箱25內(nèi)的改性氣體燃料供給到副燃燒室 41。此外，火花塞40設(shè)于副燃燒室41內(nèi)。在這樣的結(jié)構(gòu)中，噴射到副燃燒室41內(nèi)的改性氣體燃料由火花塞40點(diǎn)火，已點(diǎn)火的改性氣體燃料從噴孔42向主燃燒室35內(nèi)噴出大致柱狀的火焰， 使混合氣體在主燃燒室35內(nèi)燃燒。圖11表示對(duì)應(yīng)于第二實(shí)施方式的駕駛條件的燃料供給控制映像。 根據(jù)這樣的第二實(shí)施方式，與第一實(shí)施方式相同，由于將沸點(diǎn)高的低辛 烷值燃料作為蒸發(fā)燃料以氣化狀態(tài)向發(fā)動(dòng)機(jī)1供給，故即使使用輕油等沸點(diǎn) 高的燃料，也能夠抑制進(jìn)氣口或燃燒室壁面的燃燒壁流。此外，由于只是在 內(nèi)燃機(jī)低負(fù)荷時(shí)，向副燃燒室41供給改性氣體燃料，利用從噴孔42噴出的 火焰使主燃燒室35內(nèi)的蒸發(fā)燃料和空氣的混合氣體燃燒，因此，與第一實(shí)施 方式相比，能夠更進(jìn)一步提高低負(fù)荷條件下的主燃燒室35內(nèi)的混合氣體燃燒 的穩(wěn)定性。由此，可大幅度增大稀空燃比的極限，且可更進(jìn)一步改善燃耗性 能。本發(fā)明的技術(shù)方案根據(jù)2007年4月20申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)?zhí)枮樘卦?2007-111129號(hào)，要求優(yōu)先權(quán)，在此參照其全部?jī)?nèi)容。
權(quán)利要求
1、一種動(dòng)力裝置，包括內(nèi)燃機(jī)；燃料轉(zhuǎn)換裝置，所述燃料轉(zhuǎn)換裝置將向所述內(nèi)燃機(jī)供給的燃料從轉(zhuǎn)換前燃料轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換后燃料；第一燃料供給裝置，所述第一燃料供給裝置將所述轉(zhuǎn)換前燃料供給到所述燃料轉(zhuǎn)換裝置；第二燃料供給裝置，所述第二燃料供給裝置將由所述燃料轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換后燃料供給到所述內(nèi)燃機(jī)；以及控制器，所述控制器與所述內(nèi)燃機(jī)、所述燃料轉(zhuǎn)換裝置、所述第一燃料供給裝置、所述第二燃料供給裝置連接，所述控制器構(gòu)成為，利用所述第一燃料供給裝置將所述轉(zhuǎn)換前燃料供給到所述燃料轉(zhuǎn)換裝置，將所述燃料轉(zhuǎn)換裝置的溫度控制在第一溫度范圍，使所述轉(zhuǎn)換前燃料蒸發(fā)而轉(zhuǎn)換成第一轉(zhuǎn)換后燃料，將所述燃料轉(zhuǎn)換裝置的溫度控制在第二溫度范圍，將所述轉(zhuǎn)換前燃料改性而轉(zhuǎn)換成第二轉(zhuǎn)換后燃料，利用所述第二燃料供給裝置將所述轉(zhuǎn)換后燃料供給到所述內(nèi)燃機(jī)。
2、 如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力裝置，其特征在于， 所述燃料轉(zhuǎn)換裝置利用所述內(nèi)燃機(jī)的廢熱進(jìn)行熱交換。
3、 如權(quán)利要求2所述的動(dòng)力裝置，其特征在于， 所述第二溫度范圍比所述第一溫度范圍溫度高。
4、 如權(quán)利要求3所述的動(dòng)力裝置，其特征在于，所述內(nèi)燃機(jī)的廢熱量越多，向所述燃料轉(zhuǎn)換裝置供給的每單位時(shí)間的所 述轉(zhuǎn)換前燃料量越多。
5、 如權(quán)利要求4所述的動(dòng)力裝置，其特征在于， 在將所述燃料轉(zhuǎn)換裝置的溫度控制在所述第二溫度范圍而將所述轉(zhuǎn)換前燃料改性時(shí)，每單位時(shí)間的所述轉(zhuǎn)換前燃料量，比將所述燃料轉(zhuǎn)換裝置的 溫度控制在所述第一溫度范圍來(lái)使所述轉(zhuǎn)換前燃料蒸發(fā)時(shí)的每單位時(shí)間的所述轉(zhuǎn)換前燃料量少。
6、 如權(quán)利要求3所述的動(dòng)力裝置，其特征在于，還包括調(diào)節(jié)供給到所述燃料轉(zhuǎn)換裝置的空氣量的空氣量調(diào)節(jié)裝置， 所述控制器使向所述燃料轉(zhuǎn)換裝置供給的每單位時(shí)間的空氣量變化。
7、 如權(quán)利要求6所述的動(dòng)力裝置，其特征在于， 在將所述燃料轉(zhuǎn)換裝置的溫度控制在所述第二溫度范圍來(lái)將所述轉(zhuǎn)換前燃料改性時(shí)，所述內(nèi)燃機(jī)的廢熱量越少，向所述燃料轉(zhuǎn)換裝置供給的每單 位時(shí)間的空氣量越多。
8、 如權(quán)利要求3所述的動(dòng)力裝置，其特征在于， 還包括調(diào)節(jié)供給到所述燃料轉(zhuǎn)換裝置的氣體量的氣體量調(diào)節(jié)裝置， 在將所述燃料轉(zhuǎn)換裝置的溫度控制在所述第一溫度范圍來(lái)使所述轉(zhuǎn)換前燃料蒸發(fā)時(shí)，向所述燃料轉(zhuǎn)換裝置供給氣體，以使所生成的蒸發(fā)燃料的沸 點(diǎn)降低。
9、 如權(quán)利要求8所述的動(dòng)力裝置，其特征在于， 所述氣體為空氣。
10、 如權(quán)利要求8所述的動(dòng)力裝置，其特征在于， 所述氣體為回流排放氣體。
11、 如權(quán)利要求2所述的動(dòng)力裝置，其特征在于， 所述內(nèi)燃機(jī)的所述廢熱為排氣熱。
12、 如權(quán)利要求2所述的動(dòng)力裝置，其特征在于，在所述內(nèi)燃機(jī)低負(fù)荷范圍，向所述內(nèi)燃機(jī)供給所述蒸發(fā)燃料。
13、 如權(quán)利要求2所述的動(dòng)力裝置，其特征在于，在所述內(nèi)燃機(jī)高負(fù)荷范圍，向所述內(nèi)燃機(jī)供給所述改性燃料。
14、 如權(quán)利要求2所述的動(dòng)力裝置，其特征在于，在所述燃料轉(zhuǎn)換裝置的下游還具有冷凝裝置，所述冷凝裝置將來(lái)自所述 燃料轉(zhuǎn)換裝置的燃料冷凝分離成揮發(fā)性高的氣體燃料和揮發(fā)性低的液體燃料。
15、 如權(quán)利要求14所述的動(dòng)力裝置，其特征在于， 在內(nèi)燃機(jī)低負(fù)荷范圍，利用所述冷凝裝置從在所述燃料轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行燃料蒸發(fā)時(shí)所生成的燃料分離出的所述氣體燃料被供給到所述內(nèi)燃機(jī)。
16、 如權(quán)利要求14所述的動(dòng)力裝置，其特征在于，所述冷凝裝置具有串聯(lián)的多個(gè)冷凝器，在上游側(cè)的所述冷凝器將揮發(fā)性低的燃料液化分離，在下游側(cè)的所述冷 凝器將揮發(fā)性高的燃料液化分離。
17、 如權(quán)利要求16所述的動(dòng)力裝置，其特征在于，在內(nèi)燃機(jī)低負(fù)荷范圍，將利用所述上游側(cè)的所述冷凝器從在所述燃料轉(zhuǎn) 換裝置進(jìn)行燃料蒸發(fā)時(shí)所生成的燃料分離出的氣體燃料供給到所述內(nèi)燃機(jī)。
18、 如權(quán)利要求16所述的動(dòng)力裝置，其特征在于，在內(nèi)燃機(jī)高負(fù)荷范圍，將利用所述下游側(cè)的所述冷凝器從在所述燃料轉(zhuǎn) 換裝置進(jìn)行燃料改性時(shí)所生成的燃料分離出的液體燃料供給到所述內(nèi)燃機(jī)。
19、 如權(quán)利要求16所述的動(dòng)力裝置，其特征在于， 所述內(nèi)燃機(jī)包括主燃燒室；以及副燃燒室，所述副燃燒室配置有火花塞，所述火花塞經(jīng)由噴孔與所述主 燃燒室連通，在內(nèi)燃機(jī)低負(fù)荷范圍，將利用所述下游側(cè)的所述冷凝器從在所述燃料轉(zhuǎn) 換裝置進(jìn)行燃料改性時(shí)所生成的燃料分離出的氣體燃料供給到所述副燃燒 室。
20、 如權(quán)利要求2所述的動(dòng)力裝置，其特征在于， 所述燃料改性是以脫氫反應(yīng)為主的燃料改性。
21、 如權(quán)利要求2所述的動(dòng)力裝置，其特征在于， 所述燃料改性是以部分氧化反應(yīng)為主的燃料改性。
22、 如權(quán)利要求2所述的動(dòng)力裝置，其特征在于， 所述燃料改性是以異構(gòu)化反應(yīng)為主的燃料改性。
23、 如權(quán)利要求2所述的動(dòng)力裝置，其特征在于， 所述改性燃料比供給到所述燃料轉(zhuǎn)換裝置的所述供給燃料及所述蒸發(fā)燃料辛烷值高。
24、 一種動(dòng)力裝置的控制方法，包括利用燃料轉(zhuǎn)換裝置和內(nèi)燃機(jī)的排氣熱進(jìn)行熱交換； 將轉(zhuǎn)換前燃料供給到所述燃料轉(zhuǎn)換裝置；將所述燃料轉(zhuǎn)換裝置的溫度控制在第一溫度范圍，使轉(zhuǎn)換前燃料蒸發(fā)而 將其轉(zhuǎn)換成第一轉(zhuǎn)換后燃料；將所述燃料轉(zhuǎn)換裝置的溫度控制在第二溫度范圍，將轉(zhuǎn)換前燃料改性而 將其轉(zhuǎn)換成第二轉(zhuǎn)換后燃料；以及將轉(zhuǎn)換后燃料供給到所述內(nèi)燃機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及動(dòng)力裝置及其燃料供給方法。該發(fā)明能夠減少作為內(nèi)燃機(jī)的供給燃料使用輕油等沸點(diǎn)高的燃料時(shí)的燃料壁流。將燃料轉(zhuǎn)換裝置(7)內(nèi)的溫度控制為進(jìn)行使供給燃料蒸發(fā)的燃料蒸發(fā)的第一溫度范圍、和進(jìn)行將供給燃料改性的燃料改性的第二溫度范圍，將燃料轉(zhuǎn)換裝置(7)不僅作為改性器發(fā)揮作用，而且還使其作為蒸發(fā)器發(fā)揮作用，使沸點(diǎn)高的供給燃料蒸發(fā)而作為蒸發(fā)燃料，根據(jù)駕駛條件選擇蒸發(fā)燃料和改性燃料而供給向發(fā)動(dòng)機(jī)(1)。
文檔編號(hào)F02M21/02GK101289062SQ20081009331
公開(kāi)日2008年10月22日 申請(qǐng)日期2008年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月20日
發(fā)明者南雄太郎, 堀田勇 申請(qǐng)人:日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社