JP2008215322A - Engine system - Google Patents

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Yuichi Oteru
祐一 大輝
Susumu Nagano
進 長野
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively use hydrocarbon included in water separated from reformed gas. <P>SOLUTION: This engine system is provided with a fuel reforming part 106 for heating and reforming hydrocarbon fuel and moisture; a condensation part 110 for producing moisture-separated reformed gas by condensing moisture included in reformed gas from the fuel reforming part 106 and removing the moisture as condensed water and for storing the condensed water in a condensed water tank 120; and a condensed water supply part 122 for feeding the condensed water from the condensed water tank 120 to a combustion chamber 10 to burn the condensed water together with the moisture-separated reformed gas. Based on the concentration of hydrocarbon dissolved in the condensed water stored in the condensed water tank 120, supply of the condensed water from the condensed water tank 120 to the combustion chamber 10 is controlled. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、炭化水素燃料を改質して得られる改質ガスを燃焼させるエンジンシステムに関する。   The present invention relates to an engine system for burning a reformed gas obtained by reforming a hydrocarbon fuel.

炭化水素ガスに水分を加えて、加熱して改質したうえで燃焼させるエンジンシステムが開発されている。   Engine systems have been developed in which moisture is added to hydrocarbon gas, which is heated and reformed before being burned.

例えば、特許文献1には、排気ガスで駆動されるターボチャージャの後ろに、燃料を改質する燃料改質装置、高温蒸気を発生させる熱交換器、排気ガスから二酸化炭素を分離する分離装置、及び、排気ガスの一部をEGRガスとして取り込む制御弁とを備えたエンジンシステムが開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses a fuel reformer that reforms fuel behind a turbocharger that is driven by exhaust gas, a heat exchanger that generates high-temperature steam, a separator that separates carbon dioxide from exhaust gas, And the engine system provided with the control valve which takes in a part of exhaust gas as EGR gas is disclosed.

また、特許文献2には、燃料改質装置に水素分離装置を取り付け、燃料改質装置内でメタンガスと水蒸気との反応によって生成された水素ガスを水素分離装置によって分離抽出するガスエンジンシステムが開示されている。   Patent Document 2 discloses a gas engine system in which a hydrogen separator is attached to a fuel reformer, and hydrogen gas generated by the reaction of methane gas and water vapor in the fuel reformer is separated and extracted by the hydrogen separator. Has been.

特開2001−152846号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-152846 特開2002−221098号公報JP 2002-221098 A

ところで、従来のエンジンシステムでは、生成される改質ガスをいかに効率良く燃焼させるか、又は、エンジンシステムの熱効率を向上させることに着目されており、改質ガスから水分を取り除く際に、水分に溶け込んでいる炭化水素は無駄に排出されていた。   By the way, in the conventional engine system, attention is focused on how efficiently the generated reformed gas is combusted or the thermal efficiency of the engine system is improved. The dissolved hydrocarbon was wasted.

そこで、本発明は、改質ガスから分離された水分に残留する炭化水素を有効に利用することを可能とするエンジンシステムを提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an engine system that can effectively use hydrocarbons remaining in water separated from reformed gas.

本発明は、炭化水素燃料と水分とを加熱して改質する燃料改質部と、前記燃料改質部からの改質ガスに含まれる水分を凝縮させて凝縮水として取り除き水分分離改質ガスを生成する凝縮部と、前記凝縮部で取り除かれた凝縮水を蓄える凝縮水タンクと、前記凝縮水を前記水分分離改質ガスと共に燃焼させるために、前記凝縮水タンクから燃焼室へ凝縮水を送り込む凝縮水供給部と、を備え、前記凝縮水タンクに蓄えられている凝縮水に溶解している炭化水素濃度に基づいて前記凝縮水タンクから前記燃焼室への凝縮水の供給を制御することを特徴とするエンジンシステムである。   The present invention relates to a fuel reforming unit that heats and reforms a hydrocarbon fuel and moisture, and moisture contained in the reformed gas from the fuel reforming unit is condensed and removed as condensed water. And a condensate tank for storing the condensate removed by the condensing unit, and for condensing the condensate from the condensate tank to the combustion chamber in order to burn the condensate with the moisture separation reforming gas. A condensate supply unit for feeding, and controlling the supply of the condensate from the condensate tank to the combustion chamber based on the concentration of hydrocarbons dissolved in the condensate stored in the condensate tank. It is an engine system characterized by.

ここで、前記燃料改質部において改質処理された炭化水素燃料と水分との全重量に対する、前記燃料改質部において所定温度より低い温度で改質処理された炭化水素燃料と水分との重量の割合、として表される低温改質割合に基づいて、前記凝縮水タンクから前記燃焼室への凝縮水の供給を制御することが好適である。   Here, the weight of the hydrocarbon fuel and moisture reformed at a temperature lower than a predetermined temperature in the fuel reforming portion relative to the total weight of the hydrocarbon fuel and moisture reformed in the fuel reforming portion. It is preferable to control the supply of condensed water from the condensed water tank to the combustion chamber based on a low temperature reforming ratio expressed as

例えば、前記低温改質割合が所定の割合以上である場合には、エンジンの運転条件に関わらず改質ガスを理想空燃比において燃焼させるストイキメトリ燃焼条件で前記水分分離改質ガスを前記燃焼室へ供給しつつ、前記凝縮水タンクから前記燃焼室へ凝縮水を供給し、前記低温改質割合が所定の割合より低い場合には、エンジンの運転条件に合わせて前記ストイキメトリ燃焼条件又は前記ストイキメトリ燃焼条件より改質ガスを希釈させた希薄燃焼条件で前記水分分離改質ガスを前記燃焼室へ供給しつつ、前記凝縮水タンクから前記燃焼室へ凝縮水を供給する。   For example, when the low temperature reforming ratio is equal to or higher than a predetermined ratio, the moisture separation reformed gas is supplied to the combustion chamber under stoichiometric combustion conditions in which the reformed gas is burned at an ideal air-fuel ratio regardless of engine operating conditions. When condensate is supplied from the condensate tank to the combustion chamber and the low temperature reforming ratio is lower than a predetermined ratio, the stoichiometric combustion condition or the stoichiometric condition is adjusted according to the engine operating conditions. Condensed water is supplied from the condensate tank to the combustion chamber while the moisture separation reformed gas is supplied to the combustion chamber under a lean combustion condition in which the reformed gas is diluted from the metrics combustion condition.

また、前記凝縮水タンクに蓄えられている凝縮水の量を測定する水量センサを備え、前記水量センサによって前記凝縮水タンクに蓄えられている凝縮水の量が所定の基準水量を超えた場合に前記凝縮水タンクから前記燃焼室へ凝縮水を供給するものとしてもよい。   A water amount sensor that measures the amount of condensed water stored in the condensed water tank, and the amount of condensed water stored in the condensed water tank by the water amount sensor exceeds a predetermined reference water amount; The condensed water may be supplied from the condensed water tank to the combustion chamber.

ここで、前記凝縮水タンクから前記燃焼室へ供給される凝縮水の量は、エンジンの回転数及び出力トルクに基づいて決定してもよい。また、前記凝縮水タンクから前記燃焼室へ供給される凝縮水の量は、前記燃焼室内の圧力の時間変化が所定の変動範囲に収まるようにフィードバック制御してもよい。   Here, the amount of condensed water supplied from the condensed water tank to the combustion chamber may be determined based on the engine speed and output torque. Further, the amount of condensed water supplied from the condensed water tank to the combustion chamber may be feedback controlled so that the time change of the pressure in the combustion chamber falls within a predetermined fluctuation range.

また、前記燃焼室においてノッキングが生ずる条件である場合に前記凝縮水タンクから前記燃焼室へ凝縮水を供給するものとしてもよい。例えば、前記燃焼室で発生するノッキングを検出するノッキング検出センサを備え、前記ノッキング検出センサによってノッキングが検出された場合に前記凝縮水タンクから前記燃焼室へ凝縮水を供給するものとする。また、前記凝縮水タンクから前記燃焼室へ供給される凝縮水の量は、エンジンの回転数及び出力トルクに基づいて決定してもよい。   The condensed water may be supplied from the condensed water tank to the combustion chamber when knocking occurs in the combustion chamber. For example, a knocking detection sensor for detecting knocking generated in the combustion chamber is provided, and condensed water is supplied from the condensed water tank to the combustion chamber when knocking is detected by the knocking detection sensor. The amount of condensed water supplied from the condensed water tank to the combustion chamber may be determined based on the engine speed and output torque.

また、本発明におけるエンジンシステムにおいて、前記凝縮水タンクに蓄えられている凝縮水の全量に対して所定の割合以上に前記凝縮水タンクの上部に蓄えられている凝縮水を前記燃焼室へ供給する場合、エンジンの運転条件に関わらず改質ガスを理想空燃比において燃焼させるストイキメトリ燃焼条件で前記水分分離改質ガスを前記燃焼室へ供給しつつ、前記凝縮水タンクから前記燃焼室へ凝縮水を供給し、前記凝縮水タンクに蓄えられている凝縮水の全量に対して所定の割合より前記凝縮水タンクの下部に蓄えられている凝縮水を前記燃焼室へ供給する場合、エンジンの運転条件に合わせて前記ストイキメトリ燃焼条件又は前記ストイキメトリ燃焼条件より改質ガスを希釈させた希薄燃焼条件で前記水分分離改質ガスを前記燃焼室へ供給しつつ、前記凝縮水タンクから前記燃焼室へ凝縮水を供給することが好適である。   In the engine system according to the present invention, the condensed water stored in the upper part of the condensed water tank is supplied to the combustion chamber at a predetermined ratio or more with respect to the total amount of condensed water stored in the condensed water tank. In this case, condensate water is supplied from the condensate tank to the combustion chamber while supplying the moisture separation reformed gas to the combustion chamber under stoichiometric combustion conditions in which the reformed gas is burned at an ideal air-fuel ratio regardless of engine operating conditions. When the condensed water stored in the lower part of the condensed water tank is supplied to the combustion chamber at a predetermined ratio with respect to the total amount of condensed water stored in the condensed water tank, the operating conditions of the engine The moisture separation reformed gas is supplied to the combustion chamber under the lean combustion condition in which the reformed gas is diluted based on the stoichiometric combustion condition or the stoichiometric combustion condition. And while, it is preferable to supply the condensed water to the combustion chamber from the condensed water tank.

ここで、前記凝縮水タンクに設けられた複数の出口の各々にバルブを備え、前記バルブを制御することによって、前記凝縮水タンクから前記燃焼室へ供給される凝縮水の前記凝縮水タンクにおける取り出し位置を制御するものとしてもよい。より具体的には、前記凝縮水タンクに蓄えられている凝縮水の全量に基づいて前記バルブを制御することによって、前記凝縮水タンクから前記燃焼室へ供給される凝縮水の前記凝縮水タンクにおける取り出し位置を制御するものとしてもよい。   Here, each of the plurality of outlets provided in the condensed water tank is provided with a valve, and by controlling the valve, the condensed water supplied from the condensed water tank to the combustion chamber is extracted from the condensed water tank. The position may be controlled. More specifically, in the condensed water tank supplied from the condensed water tank to the combustion chamber by controlling the valve based on the total amount of condensed water stored in the condensed water tank. The take-out position may be controlled.

なお、本発明におけるエンジンシステムの前記燃料改質部は、前記燃焼室からの排ガスの熱を利用して炭化水素燃料と水分とを改質することが好適である。ただし、前記燃料改質部は、加熱ヒータを備え、前記熱ヒータの熱を利用して炭化水素燃料と水分とを改質するものであってもよい。   In the engine system according to the present invention, it is preferable that the fuel reforming unit reforms hydrocarbon fuel and moisture using heat of exhaust gas from the combustion chamber. However, the fuel reforming unit may include a heater and reform the hydrocarbon fuel and moisture using the heat of the heat heater.

また、前記燃料改質部は、Rh,Pt,Pd,Cu,Ru,Niの少なくとも1つを含む金属触媒を備えることが好適である。   The fuel reforming section preferably includes a metal catalyst containing at least one of Rh, Pt, Pd, Cu, Ru, and Ni.

また、前記凝縮水タンクには入口及び出口に開閉弁を設け、エンジンシステムが停止した場合に前記開閉弁を閉じることによって前記凝縮水タンクを密閉できるようにすることも好適である。   It is also preferable that the condensed water tank is provided with opening / closing valves at the inlet and the outlet, and the condensed water tank can be sealed by closing the opening / closing valve when the engine system is stopped.

本発明によれば、改質ガスから分離された水に含まれる炭化水素を有効に利用することができる。また、炭化水素成分の外気への放出量を低減することができ、外部環境への影響をより抑制することができる。   According to the present invention, it is possible to effectively use hydrocarbons contained in water separated from the reformed gas. Moreover, the amount of hydrocarbon components released to the outside air can be reduced, and the influence on the external environment can be further suppressed.

[第1の実施の形態]
本発明の第1の実施の形態におけるエンジンシステム100は、図1に示すように、エンジン102、排気清浄部104、燃料改質部106、蒸発器108、凝縮部110、改質ガス貯蔵機構部112、改質ガスタンク114、改質ガス供給部116、凝縮水貯蔵機構部118、凝縮水タンク120、凝縮水供給部122、燃料供給部124、水供給部126及び電子制御部(ECU)128を含んで構成される。
[First Embodiment]
As shown in FIG. 1, an engine system 100 according to the first embodiment of the present invention includes an engine 102, an exhaust purification unit 104, a fuel reforming unit 106, an evaporator 108, a condensing unit 110, and a reformed gas storage mechanism unit. 112, a reformed gas tank 114, a reformed gas supply unit 116, a condensed water storage mechanism unit 118, a condensed water tank 120, a condensed water supply unit 122, a fuel supply unit 124, a water supply unit 126, and an electronic control unit (ECU) 128. Consists of including.

エンジン102は、燃焼室10、吸気管12、吸気バルブ14、排気管16、排気バルブ18、スロットルバルブ20、点火プラグ22、エアフローセンサ24及び燃焼室圧力センサ26を含んで構成される。エンジン102は、ECU128によって統合的に制御される。エンジン102の燃焼室10には、コンプレッサ(図示しない)等を用いて吸気管12へと供給される空気、及び、改質ガス供給部116に含まれる改質ガス噴射部54から吸気管12へと噴射される水分分離改質ガスが供給される。また、条件によって、凝縮水供給部122に含まれる凝縮水噴射部62から吸気管12へと噴射される凝縮水がエンジン102の燃焼室10に供給される。吸気管12へ送り込まれる空気の量はエアフローセンサ24により測定され、エアフローセンサ24の測定値に基づいてECU128によってスロットルバルブ20を制御することによって吸気管12へ送り込まれる空気の量がフィードバック制御される。空気及び水分分離改質ガス、又は、空気、水分分離改質ガス及び凝縮水は、吸気管12と燃焼室10との間に設けられた吸気バルブ14の開閉を制御することによって、所定のタイミングで燃焼室10内へと送り込まれる。燃焼室10にはピストンが設けられており、ピストンにより圧縮された状態で点火プラグ22により送り込まれた空気及び水分分離改質ガス、又は、空気、水分分離改質ガス及び凝縮水が燃焼させられる。この燃焼の圧力によりピストンが燃焼室10内を往復することによって駆動軸を回転させる。燃焼室10内の排気ガスは、燃焼室10と排気管16との間に設けられた排気バルブ18の開閉を制御することによって、所定のタイミングで排気清浄部104へと排気される。また、燃焼室圧力センサ26によって燃焼室10内の圧力が測定され、その測定値がECU128へ送信される。   The engine 102 includes a combustion chamber 10, an intake pipe 12, an intake valve 14, an exhaust pipe 16, an exhaust valve 18, a throttle valve 20, a spark plug 22, an air flow sensor 24, and a combustion chamber pressure sensor 26. The engine 102 is integrally controlled by the ECU 128. In the combustion chamber 10 of the engine 102, air supplied to the intake pipe 12 using a compressor (not shown) or the like, and the reformed gas injection unit 54 included in the reformed gas supply unit 116 to the intake pipe 12. The water separation reformed gas injected is supplied. Further, depending on conditions, condensed water injected from the condensed water injection unit 62 included in the condensed water supply unit 122 to the intake pipe 12 is supplied to the combustion chamber 10 of the engine 102. The amount of air sent to the intake pipe 12 is measured by the airflow sensor 24, and the amount of air sent to the intake pipe 12 is feedback controlled by controlling the throttle valve 20 by the ECU 128 based on the measured value of the airflow sensor 24. . The air and moisture separation reformed gas, or air, moisture separation reformed gas and condensed water are controlled at a predetermined timing by controlling the opening and closing of the intake valve 14 provided between the intake pipe 12 and the combustion chamber 10. Is fed into the combustion chamber 10. The combustion chamber 10 is provided with a piston, and air and moisture separation reformed gas or air, moisture separation reformed gas and condensed water sent by the spark plug 22 in a state compressed by the piston are combusted. . The piston reciprocates in the combustion chamber 10 by this combustion pressure, thereby rotating the drive shaft. The exhaust gas in the combustion chamber 10 is exhausted to the exhaust purification unit 104 at a predetermined timing by controlling opening and closing of an exhaust valve 18 provided between the combustion chamber 10 and the exhaust pipe 16. Further, the pressure in the combustion chamber 10 is measured by the combustion chamber pressure sensor 26, and the measured value is transmitted to the ECU 128.

エンジン102における燃焼条件は、改質ガスを理想空燃比において燃焼させるストイキメトリ燃焼条件と、ストイキメトリ燃焼条件より改質ガスを希釈させた希薄燃焼条件とに分けられる。理想空燃比とは、燃料ガスと空気とを完全に燃焼させるために理論的に必要な最小の空気と燃料との量の重量比のことをいう。図2は、通常運転時におけるエンジン102の回転数及び出力トルクと燃焼条件との関係を示す図である。通常運転時においては、エンジン102の出力トルクが低い領域ではエンジン102の回転数の全域において希薄燃焼条件で運転し、エンジン102の出力トルクが高まるにつれてストイキメトリ燃焼条件に移行する。また、ストイキメトリ燃焼条件においてエンジン102の回転数が低い運転条件、及び、希薄燃焼条件においてエンジン102の回転数が低い一部の運転条件ではエンジン102においてノッキングが発生し易いノック条件となる。   The combustion conditions in the engine 102 are classified into stoichiometric combustion conditions in which the reformed gas is burned at an ideal air-fuel ratio, and lean combustion conditions in which the reformed gas is diluted from the stoichiometric combustion conditions. The ideal air-fuel ratio refers to the weight ratio of the minimum amount of air and fuel that is theoretically necessary for completely burning fuel gas and air. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the rotational speed and output torque of the engine 102 and combustion conditions during normal operation. During normal operation, in a region where the output torque of the engine 102 is low, the engine 102 is operated in a lean combustion condition over the entire rotation speed of the engine 102, and shifts to a stoichiometric combustion condition as the output torque of the engine 102 increases. Further, knocking conditions in which knocking is likely to occur in the engine 102 become a driving condition in which the engine 102 has a low rotation speed under the stoichiometric combustion condition and a part of the driving condition in which the engine 102 has a low rotation speed under the lean combustion condition.

排気清浄部104は、排気触媒28及び酸素センサ30を含んで構成される。排気ガスには、一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOx)等の有害物質が含まれている。排気清浄部104では、プラチナ、パラジウム、ロジウム等の貴金属を組み合わせた排気触媒28に排気ガスを接触させることによって、一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)等を酸素と結合させて二酸化炭素(CO2)や水(H2O)に変換し、窒素酸化物(NOx)から酸素を切り離して窒素(N2)に変換する。酸素センサ30は、排気触媒28を通った後の排気ガス中の酸素濃度を測定しECU128へ出力する。ECU128では、酸素センサ30で測定された酸素濃度により排気清浄部104における処理後の排気ガスの清浄度をモニタすることができる。排気清浄部104から排出された排気ガスは、燃料改質部106及び蒸発器108を介して大気中に排出される。 The exhaust purification unit 104 includes an exhaust catalyst 28 and an oxygen sensor 30. Exhaust gas contains harmful substances such as carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), and nitrogen oxides (NOx). The exhaust purification unit 104 combines carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), etc. with oxygen by bringing exhaust gas into contact with an exhaust catalyst 28 that combines noble metals such as platinum, palladium, rhodium, etc. It is converted into (CO 2 ) or water (H 2 O), and oxygen is separated from nitrogen oxide (NOx) and converted into nitrogen (N 2 ). The oxygen sensor 30 measures the oxygen concentration in the exhaust gas after passing through the exhaust catalyst 28 and outputs it to the ECU 128. The ECU 128 can monitor the cleanliness of the exhaust gas after processing in the exhaust purification unit 104 based on the oxygen concentration measured by the oxygen sensor 30. The exhaust gas discharged from the exhaust cleaning unit 104 is discharged into the atmosphere via the fuel reforming unit 106 and the evaporator 108.

燃料供給部124は、燃料タンク32、ポンプ34及び流量制御弁36を含んで構成される。燃料供給部124は、ECU128により制御される。燃料タンク32には、炭化水素燃料が蓄えられている。炭化水素燃料とは、ガソリン、軽油、メタン、メタノール、エタノール等の炭化水素化合物を含む燃料をいう。炭化水素燃料は、ポンプ34により燃料タンク32から蒸発器108へ送り込まれる。このとき、ポンプ34及び流量制御弁36をECU128により制御することによって、蒸発器108へ送り込まれる炭化水素燃料の単位時間当りの量を制御することができる。流量制御弁36は、通過する炭化水素燃料の単位時間当りの流量をセンシングしてECU128へ出力する。   The fuel supply unit 124 includes a fuel tank 32, a pump 34, and a flow rate control valve 36. The fuel supply unit 124 is controlled by the ECU 128. Hydrocarbon fuel is stored in the fuel tank 32. The hydrocarbon fuel refers to a fuel containing a hydrocarbon compound such as gasoline, light oil, methane, methanol, and ethanol. The hydrocarbon fuel is sent from the fuel tank 32 to the evaporator 108 by the pump 34. At this time, the amount of hydrocarbon fuel fed into the evaporator 108 per unit time can be controlled by controlling the pump 34 and the flow rate control valve 36 by the ECU 128. The flow rate control valve 36 senses the flow rate per unit time of the passing hydrocarbon fuel and outputs it to the ECU 128.

水供給部126は、水タンク38、ポンプ40及び流量制御弁42を含んで構成される。水供給部126は、ECU128により制御される。水タンク38には、水が蓄えられている。水は、ポンプ40により水タンク38から蒸発器108へ送り込まれる。このとき、ポンプ40及び流量制御弁42をECU128により制御することによって、蒸発器108へ送り込まれる水の単位時間当りの量を制御することができる。流量制御弁42は、通過する水の単位時間当りの流量をセンシングしてECU128へ出力する。   The water supply unit 126 includes a water tank 38, a pump 40, and a flow rate control valve 42. The water supply unit 126 is controlled by the ECU 128. Water is stored in the water tank 38. Water is pumped from the water tank 38 to the evaporator 108 by the pump 40. At this time, by controlling the pump 40 and the flow rate control valve 42 by the ECU 128, the amount of water fed into the evaporator 108 per unit time can be controlled. The flow rate control valve 42 senses the flow rate of the passing water per unit time and outputs it to the ECU 128.

蒸発器108は、熱交換器を形成しており、排気清浄部104及び燃料改質部106を介して排出された排気ガスの熱を利用して、燃料供給部124及び水供給部126から供給される炭化水素燃料及び水を気化させる。気化された炭化水素燃料及び水は燃料改質部106へ供給される。   The evaporator 108 forms a heat exchanger, and is supplied from the fuel supply unit 124 and the water supply unit 126 using the heat of the exhaust gas discharged through the exhaust purification unit 104 and the fuel reforming unit 106. Vaporize hydrocarbon fuel and water. The vaporized hydrocarbon fuel and water are supplied to the fuel reforming unit 106.

燃料改質部106は、改質触媒44を含んで構成される。改質触媒44は、例えば、ルテニウム(Ru)、プラチナ(Pt)、ニッケル(Ni)等の金属触媒とすることができる。燃料改質部106は、熱交換器を形成しており、排気清浄部104から排出された排気ガスの熱を利用して、蒸発器108から供給されてくる炭化水素燃料及び水を改質触媒44の触媒作用により改質する。改質により生成される改質ガスは、一般的に、水素(H2)、メタン(CH4)、二酸化炭素(CO2)、一酸化炭素(CO)及び水蒸気を含む。また、これらの成分の他に高沸点の炭化水素成分も含む。改質ガスは、凝縮部110へ送られる。また、改質触媒44に温度センサを設け(図示しない)、その温度センサにより改質触媒44の温度を測定してECU128へ出力するものとしてもよい。 The fuel reforming unit 106 includes a reforming catalyst 44. The reforming catalyst 44 can be a metal catalyst such as ruthenium (Ru), platinum (Pt), nickel (Ni), for example. The fuel reforming unit 106 forms a heat exchanger, and utilizes the heat of the exhaust gas discharged from the exhaust purification unit 104 to convert the hydrocarbon fuel and water supplied from the evaporator 108 into a reforming catalyst. It is reformed by the catalytic action of 44. The reformed gas generated by the reforming generally contains hydrogen (H 2 ), methane (CH 4 ), carbon dioxide (CO 2 ), carbon monoxide (CO), and water vapor. In addition to these components, high-boiling hydrocarbon components are also included. The reformed gas is sent to the condensing unit 110. Further, a temperature sensor (not shown) may be provided on the reforming catalyst 44, and the temperature of the reforming catalyst 44 may be measured by the temperature sensor and output to the ECU 128.

図3は、例として、ガソリンを改質した場合における改質触媒温度と改質ガス中の主要成分の割合を示すグラフである。図3に示すように、ガソリンを改質した場合、改質触媒44の温度が高くなるにつれて、水蒸気、メタン(CH4)、二酸化炭素(CO2)の量は減少し、水素(H2)及び一酸化炭素(CO)の量が増加する。 FIG. 3 is a graph showing the reforming catalyst temperature and the ratio of main components in the reformed gas when gasoline is reformed as an example. As shown in FIG. 3, when gasoline is reformed, the amount of water vapor, methane (CH 4 ), carbon dioxide (CO 2 ) decreases as the temperature of the reforming catalyst 44 increases, and hydrogen (H 2 ). And the amount of carbon monoxide (CO) increases.

凝縮部110は、コンプレッサ等を含んで構成される。凝縮部110は、燃料改質部106から供給される改質ガスを凝縮させて、改質ガスから水分を分離する。水分を取り除かれた改質ガス(以下、水分分離改質ガスという)は、改質ガス貯蔵機構部112を介して、改質ガスタンク114に蓄積される。また、改質ガスから分離された凝縮水は、凝縮水貯蔵機構部118を介して、凝縮水タンク120に蓄積される。   The condensing unit 110 includes a compressor and the like. The condensing unit 110 condenses the reformed gas supplied from the fuel reforming unit 106 to separate moisture from the reformed gas. The reformed gas from which moisture has been removed (hereinafter referred to as moisture separation reformed gas) is accumulated in the reformed gas tank 114 via the reformed gas storage mechanism 112. Further, the condensed water separated from the reformed gas is accumulated in the condensed water tank 120 via the condensed water storage mechanism 118.

改質ガス貯蔵機構部112は、ポンプ46及び入口弁48を含んで構成される。改質ガス貯蔵機構部112は、ECU128によって制御される。改質ガス貯蔵機構部112は、凝縮部110から水分分離改質ガスが供給されると、入口弁48を開にし、ポンプ46によって凝縮部110から改質ガスタンク114へ水分分離改質ガスを送り込む。また、改質ガス貯蔵機構部112は、凝縮部110からの水分分離改質ガスの供給が停止されると、入口弁48を閉にし、ポンプ46を停止させる。改質ガスタンク114は、改質ガス貯蔵機構部112により送り込まれてきた水分分離改質ガスを蓄える。改質ガス供給部116は、出口弁50、ポンプ52、改質ガス噴射部54を含んで構成される。改質ガス供給部116は、ECU128によって制御される。ECU128から改質ガスの供給指令を受けると、改質ガス供給部116は、出口弁50を開にし、改質ガスタンク114に蓄えられている水分分離改質ガスをポンプ52により圧力を与え、改質ガス噴射部54から水分分離改質ガスを吸気管12内へ噴射させる。   The reformed gas storage mechanism 112 includes a pump 46 and an inlet valve 48. The reformed gas storage mechanism 112 is controlled by the ECU 128. When the water separation reformed gas is supplied from the condensing unit 110, the reformed gas storage mechanism unit 112 opens the inlet valve 48 and sends the water separation reformed gas from the condensing unit 110 to the reformed gas tank 114 by the pump 46. . Further, when the supply of the water separation reformed gas from the condensing unit 110 is stopped, the reformed gas storage mechanism unit 112 closes the inlet valve 48 and stops the pump 46. The reformed gas tank 114 stores the water separation reformed gas that has been sent by the reformed gas storage mechanism 112. The reformed gas supply unit 116 includes an outlet valve 50, a pump 52, and a reformed gas injection unit 54. The reformed gas supply unit 116 is controlled by the ECU 128. When the reformed gas supply command is received from the ECU 128, the reformed gas supply unit 116 opens the outlet valve 50, applies the pressure to the water separation reformed gas stored in the reformed gas tank 114 by the pump 52, and modifies the reformed gas. The moisture separation reformed gas is injected from the quality gas injection unit 54 into the intake pipe 12.

凝縮水貯蔵機構部118は、入口弁を含んで構成される。凝縮水貯蔵機構部118は、ECU128によって制御される。凝縮水貯蔵機構部118は、凝縮部110から凝縮水が供給されると、入口弁を開にし、凝縮部110から凝縮水タンク120へ凝縮水を送り込む。また、凝縮水貯蔵機構部118は、凝縮部110からの凝縮水の供給が停止されると、入口弁を閉にする。凝縮水タンク120は、凝縮水タンク120に送り込まれてきた凝縮水を蓄える。凝縮水タンク120には、水位センサ56が設けられている。凝縮水タンク120に蓄積されている凝縮水の量(水位)は水位センサ56で測定されて、その測定結果がECU128へ入力される。凝縮水供給部122は、出口弁58、ポンプ60、凝縮水噴射部62を含んで構成される。ECU128は、凝縮水供給部122を制御して、凝縮水タンク120に蓄えられている凝縮水を吸気管12内へ噴射させる。ECU128から凝縮水の供給指令を受けると、凝縮水供給部122は、出口弁58を開にし、凝縮水タンク120に蓄えられている凝縮水へポンプ60により圧力を与え、凝縮水噴射部62から凝縮水を吸気管12内へ噴射させる。   The condensed water storage mechanism 118 includes an inlet valve. The condensed water storage mechanism 118 is controlled by the ECU 128. When the condensed water is supplied from the condensing unit 110, the condensed water storage mechanism unit 118 opens the inlet valve and sends the condensed water from the condensing unit 110 to the condensed water tank 120. The condensed water storage mechanism 118 closes the inlet valve when the supply of condensed water from the condenser 110 is stopped. The condensed water tank 120 stores the condensed water that has been sent to the condensed water tank 120. A water level sensor 56 is provided in the condensed water tank 120. The amount of condensed water (water level) accumulated in the condensed water tank 120 is measured by the water level sensor 56, and the measurement result is input to the ECU 128. The condensed water supply unit 122 includes an outlet valve 58, a pump 60, and a condensed water injection unit 62. The ECU 128 controls the condensed water supply unit 122 to inject the condensed water stored in the condensed water tank 120 into the intake pipe 12. When the condensate supply command is received from the ECU 128, the condensate supply unit 122 opens the outlet valve 58, applies pressure to the condensate stored in the condensate tank 120 by the pump 60, and the condensate injection unit 62 The condensed water is injected into the intake pipe 12.

電子制御部(ECU)128は、エンジンシステム100を統合的に制御する。ECU128は、マイクロコンピュータを含んだ電子回路であり、エアフローセンサ24,燃焼室圧力センサ26,酸素センサ30、流量制御弁36,42及び水位センサ56からセンシング値を受けて、エンジンシステム100の各部を制御することによってエンジンシステム100の制御を行う。   An electronic control unit (ECU) 128 controls the engine system 100 in an integrated manner. The ECU 128 is an electronic circuit including a microcomputer, receives sensing values from the air flow sensor 24, the combustion chamber pressure sensor 26, the oxygen sensor 30, the flow control valves 36 and 42, and the water level sensor 56, and controls each part of the engine system 100. The engine system 100 is controlled by controlling.

本実施の形態では、吸気管12内への水分分離改質ガス及び凝縮水の供給の制御に特徴があるので、図4のフローチャートを参照しつつ以下に説明する。以下の説明では、エンジンシステム100は既に起動されており、改質ガスタンク114及び凝縮水タンク120には水分分離改質ガス及び凝縮水がそれぞれ蓄えられているものとする。   Since the present embodiment is characterized by the control of the supply of water separation reformed gas and condensed water into the intake pipe 12, it will be described below with reference to the flowchart of FIG. In the following description, it is assumed that the engine system 100 has already been started, and the water separation reformed gas and the condensed water are stored in the reformed gas tank 114 and the condensed water tank 120, respectively.

ステップS10では、凝縮水タンク120の凝縮水の量が測定される。ECU128は、水位センサ56から凝縮水タンク120に蓄えられている凝縮水の量を受信する。   In step S10, the amount of condensed water in the condensed water tank 120 is measured. The ECU 128 receives the amount of condensed water stored in the condensed water tank 120 from the water level sensor 56.

ステップS12では、凝縮水タンク120に蓄えられている凝縮水の量が所定の基準量を超えているか否かが判断される。凝縮水の量が所定の基準量以下である場合にはステップS14へ処理を移行させ、所定の基準量を超えている場合にはステップS16へ処理を移行させる。   In step S12, it is determined whether or not the amount of condensed water stored in the condensed water tank 120 exceeds a predetermined reference amount. If the amount of condensed water is less than or equal to the predetermined reference amount, the process proceeds to step S14, and if it exceeds the predetermined reference amount, the process proceeds to step S16.

ステップS14では、凝縮水を燃焼室10へ供給することなく、水分分離改質ガス及び空気を燃焼室10へ供給して燃焼させる。ECU128は、エアフローセンサ24、酸素センサ30並びに要求される出力トルク及びエンジン回転数に基づいて、スロットルバルブ20の開度並びに出口弁50、ポンプ52及び改質ガス噴射部54による水分分離改質ガスの噴射量を調整して、図2に示した燃焼条件に一致するように水分分離改質ガス及び空気の混合比を制御しつつ燃焼室10へ供給して燃焼させる。ステップS14での処理が終了すると、処理をステップS10へ戻す。   In step S <b> 14, moisture separation reformed gas and air are supplied to the combustion chamber 10 for combustion without supplying condensed water to the combustion chamber 10. The ECU 128 determines the opening degree of the throttle valve 20 and the water separation reformed gas by the outlet valve 50, the pump 52, and the reformed gas injection unit 54 based on the air flow sensor 24, the oxygen sensor 30, and the required output torque and engine speed. 2 is adjusted and supplied to the combustion chamber 10 for combustion while controlling the mixing ratio of the moisture separation reformed gas and air so as to match the combustion conditions shown in FIG. When the process in step S14 ends, the process returns to step S10.

例えば、エンジン102の出力トルクが低い領域ではエンジン102の回転数の全域において希薄燃焼条件となるように水分分離改質ガス及び空気の混合比を制御する。エンジン102の出力トルクが高まるにつれて、ストイキメトリ燃焼条件となるように水分分離改質ガス及び空気の混合比を制御する。   For example, in the region where the output torque of the engine 102 is low, the mixing ratio of the moisture separation reformed gas and air is controlled so that the lean combustion condition is obtained over the entire rotation speed of the engine 102. As the output torque of the engine 102 increases, the mixing ratio of the moisture separation reformed gas and air is controlled so that the stoichiometric combustion condition is satisfied.

ステップS16では、凝縮水タンク120に蓄えられている凝縮水に溶解されている炭化水素量の推定が行われる。水に溶け込む可溶性炭化水素の重量割合は、図5に示すように、改質触媒44の温度が低くなるほど多くなる傾向を示す。   In step S16, the amount of hydrocarbons dissolved in the condensed water stored in the condensed water tank 120 is estimated. As shown in FIG. 5, the weight ratio of soluble hydrocarbons dissolved in water tends to increase as the temperature of the reforming catalyst 44 decreases.

そこで、本実施の形態では、低温改質割合により凝縮水に溶解されている炭化水素量の評価を行う。低温改質割合とは、燃料改質部106において改質処理された炭化水素燃料と水分との全重量に対する、燃料改質部106において所定の基準温度Taより低い温度で改質処理された炭化水素燃料と水分との重量の割合をいう。具体的には、(低温改質割合)=(基準温度Ta以下で改質触媒に供給した炭化水素燃料と水の合計量)/(改質触媒に供給した炭化水素燃料と水の総量)で定義することができる。   Therefore, in this embodiment, the amount of hydrocarbons dissolved in the condensed water is evaluated based on the low temperature reforming ratio. The low temperature reforming ratio refers to carbonization reformed at a temperature lower than a predetermined reference temperature Ta in the fuel reforming unit 106 with respect to the total weight of the hydrocarbon fuel and moisture reformed in the fuel reforming unit 106. The ratio of the weight of hydrogen fuel and moisture. Specifically, (low temperature reforming ratio) = (total amount of hydrocarbon fuel and water supplied to the reforming catalyst at the reference temperature Ta or lower) / (total amount of hydrocarbon fuel and water supplied to the reforming catalyst) Can be defined.

ここで、基準温度Taは、使用する炭化水素燃料の種類や混合割合、改質触媒44の種類、改質触媒44に供給する炭化水素燃料と水の重量等の条件に基づいて設定することが好ましい。例えば、炭化水素燃料としてガソリンを用いた場合には基準温度Taは500℃程度とし、炭化水素燃料としてエタノールを用いた場合には基準温度Taは400℃程度とすることが好適である。   Here, the reference temperature Ta can be set based on conditions such as the type and mixing ratio of the hydrocarbon fuel to be used, the type of the reforming catalyst 44, the weight of the hydrocarbon fuel and water supplied to the reforming catalyst 44, and the like. preferable. For example, when gasoline is used as the hydrocarbon fuel, the reference temperature Ta is preferably about 500 ° C., and when ethanol is used as the hydrocarbon fuel, the reference temperature Ta is preferably about 400 ° C.

ECU128は、流量制御弁36及び流量制御弁42からそれぞれ出力される炭化水素燃料の流量及び水の流量、及び、燃料改質部106に設けられた温度センサから改質触媒44の温度を受けて、所定時間毎の低温改質割合を算出する。   ECU 128 receives the flow rate of hydrocarbon fuel and the flow rate of water output from flow rate control valve 36 and flow rate control valve 42, respectively, and the temperature of reforming catalyst 44 from a temperature sensor provided in fuel reforming unit 106. Then, the low temperature reforming ratio for each predetermined time is calculated.

ステップS18では、低温改質割合に基づいて制御の切替判断を行う。ECU128は、低温改質割合が所定の基準重量比Ra以上であれば処理をステップS20へ移行させ、そうでなければ処理をステップS22へ移行させる。ここで、基準重量比Raは、使用する炭化水素燃料の種類や混合割合、改質触媒44の種類、改質触媒44に供給する炭化水素燃料と水の重量等の条件に基づいて設定することが好ましい。ここでは、例示として、基準重量比Raは50wt%とする。   In step S18, control switching determination is performed based on the low temperature reforming ratio. The ECU 128 shifts the process to step S20 if the low temperature reforming ratio is equal to or higher than the predetermined reference weight ratio Ra, and shifts the process to step S22 if not. Here, the reference weight ratio Ra is set based on conditions such as the type and mixing ratio of the hydrocarbon fuel to be used, the type of the reforming catalyst 44, and the weight of the hydrocarbon fuel and water supplied to the reforming catalyst 44. Is preferred. Here, as an example, the reference weight ratio Ra is 50 wt%.

ステップS20では、低温改質割合が所定の基準重量比Ra以上である場合の処理を行う。ECU128は、スロットルバルブ20の開度並びに出口弁50、ポンプ52及び改質ガス噴射部54による水分分離改質ガスの噴射量を調整して、水分分離改質ガス及び空気の混合比を理想空燃比において燃焼させるストイキメトリ条件となるように制御する。さらに、ECU128は、凝縮水供給部122を制御して、凝縮水タンク120に蓄えられている凝縮水を吸気管12内へ噴射させる。すなわち、水分分離改質ガス及び空気をエンジンの運転条件に関わらずストイキメトリ条件となるように混合しつつ、さらに凝縮水を混合して燃焼室10へ供給して燃焼させる。   In step S20, processing is performed when the low-temperature reforming ratio is equal to or greater than a predetermined reference weight ratio Ra. The ECU 128 adjusts the opening ratio of the throttle valve 20 and the injection amount of the water separation reformed gas by the outlet valve 50, the pump 52, and the reformed gas injection unit 54, and sets the mixing ratio of the water separation reformed gas and air to the ideal air. Control is performed so that the stoichiometry condition for combustion at the fuel ratio is satisfied. Further, the ECU 128 controls the condensed water supply unit 122 to inject the condensed water stored in the condensed water tank 120 into the intake pipe 12. That is, while mixing the moisture separation reformed gas and air so as to satisfy the stoichiometry condition regardless of the operating conditions of the engine, the condensed water is further mixed and supplied to the combustion chamber 10 for combustion.

ステップS22では、低温改質割合が所定の基準重量比Raより低い場合の処理を行う。ECU128は、エアフローセンサ24、酸素センサ30並びに要求される出力トルク及びエンジン回転数に基づいて、スロットルバルブ20の開度並びに出口弁50、ポンプ52及び改質ガス噴射部54による水分分離改質ガスの噴射量を調整して、図2に示した燃焼条件に一致するように水分分離改質ガス及び空気の混合比を制御する。さらに、ECU128は、凝縮水供給部122を制御して、凝縮水タンク120に蓄えられている凝縮水を吸気管12内へ噴射させる。すなわち、水分分離改質ガス及び空気をエンジンの運転条件に合わせて混合しつつ、さらに凝縮水を混合して燃焼室10へ供給して燃焼させる。   In step S22, processing is performed when the low-temperature reforming ratio is lower than a predetermined reference weight ratio Ra. The ECU 128 determines the opening degree of the throttle valve 20 and the water separation reformed gas by the outlet valve 50, the pump 52, and the reformed gas injection unit 54 based on the air flow sensor 24, the oxygen sensor 30, and the required output torque and engine speed. Is adjusted to control the mixing ratio of the water separation reformed gas and the air so as to match the combustion conditions shown in FIG. Further, the ECU 128 controls the condensed water supply unit 122 to inject the condensed water stored in the condensed water tank 120 into the intake pipe 12. That is, while the moisture separation reformed gas and air are mixed in accordance with the engine operating conditions, the condensed water is further mixed and supplied to the combustion chamber 10 for combustion.

例えば、エンジン102の出力トルクが低い領域ではエンジン102の回転数の全域において希薄燃焼条件となるように水分分離改質ガス及び空気の混合比を制御しつつ、さらに凝縮水を混合して燃焼室10へ供給して燃焼させる。また、エンジン102の出力トルクが高まるにつれて、ストイキメトリ燃焼条件となるように水分分離改質ガス及び空気の混合比を制御しつつ、さらに凝縮水を混合して燃焼室10へ供給して燃焼させる。   For example, in the region where the output torque of the engine 102 is low, while controlling the mixing ratio of the moisture separation reformed gas and air so that the lean combustion condition is achieved over the entire rotation speed of the engine 102, the condensed water is further mixed to the combustion chamber 10 to be burned. Further, as the output torque of the engine 102 increases, while controlling the mixing ratio of the moisture separation reformed gas and air so that the stoichiometric combustion condition is satisfied, the condensed water is further mixed and supplied to the combustion chamber 10 for combustion. .

ステップS20及びステップS22における凝縮水の噴射量は、エンジン102の回転数及び出力トルクに基づいて設定することが好適である。例えば、図6に示すように、エンジン102の回転数及び出力トルクの組み合わせ(図中、破線のマスで示す)に対して予め設定された凝縮水の噴射量のマップをECU128の内部メモリに格納しておき、凝縮水の噴射量のマップから実際のエンジン102の回転数及び出力トルクに対応する凝縮水の噴射量を求める。また、エンジン102の回転数及び出力トルクを変数とする凝縮水の噴射量の算出関数を予め決めておき、その算出関数に実際のエンジン102の回転数及び出力トルクを導入することによって凝縮水の噴射量を求めてもよい。   The amount of condensed water injection in step S20 and step S22 is preferably set based on the rotational speed of engine 102 and the output torque. For example, as shown in FIG. 6, a map of the condensate injection amount set in advance for the combination of the rotational speed of the engine 102 and the output torque (indicated by a broken-line square in the figure) is stored in the internal memory of the ECU 128. In addition, the condensate injection amount corresponding to the actual engine speed and output torque is obtained from the map of condensate injection amount. In addition, a calculation function of the injection amount of condensed water using the rotation speed and output torque of the engine 102 as variables is determined in advance, and the actual rotation speed and output torque of the engine 102 are introduced into the calculation function to thereby generate the condensed water. The injection amount may be obtained.

また、図7は1サイクル毎における凝縮水の噴射量と燃焼室10内の温度との関係、図8は凝縮水の噴射量と点火時期での燃焼室10内の温度との関係を示す。燃焼安定性はこれらの温度と相関が高いので、凝縮水を多量に噴射することは燃焼サイクルの安定性を低下させる原因となる。そこで、燃焼室圧力センサ26によって燃焼室10内の圧力を測定し、その圧力に基づいてサイクル毎の仕事量の変動を算出し、各サイクルにおける仕事量の変動が所定の設定基準値以下となるように凝縮水の噴射量をフィードバック制御することも好ましい。   FIG. 7 shows the relationship between the amount of condensed water injected in each cycle and the temperature in the combustion chamber 10, and FIG. 8 shows the relationship between the amount of condensed water injected and the temperature in the combustion chamber 10 at the ignition timing. Since combustion stability has a high correlation with these temperatures, injecting a large amount of condensed water causes a decrease in the stability of the combustion cycle. Therefore, the pressure in the combustion chamber 10 is measured by the combustion chamber pressure sensor 26, and the fluctuation of the work amount for each cycle is calculated based on the pressure, and the fluctuation of the work amount in each cycle becomes equal to or less than a predetermined set reference value. It is also preferable to feedback control the amount of condensed water injection.

[第2の実施の形態]
第2の実施の形態ではエンジン102のノッキングの状態により凝縮水の噴射の制御を行う例について説明する。
[Second Embodiment]
In the second embodiment, an example of controlling the injection of condensed water according to the knocking state of the engine 102 will be described.

図9のフローチャートを参照しつつ、第2の実施の形態について以下に説明する。以下の説明では、エンジンシステム100は既に起動されており、改質ガスタンク114及び凝縮水タンク120には水分分離改質ガス及び凝縮水がそれぞれ蓄えられているものとする。なお、ステップS14〜S22までは第1の実施の形態と同様の処理を行うので説明を省略する。   The second embodiment will be described below with reference to the flowchart of FIG. In the following description, it is assumed that the engine system 100 has already been started, and the water separation reformed gas and the condensed water are stored in the reformed gas tank 114 and the condensed water tank 120, respectively. Steps S14 to S22 are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

ステップS30では、エンジン102の運転状態がノッキングが発生し易いノック条件となっているか否かを判定する。ECU128は、要求される出力トルク及びエンジン回転数に基づいて、エンジン102の運転状態が図2に示した燃焼条件におけるノック条件となっているか否かを判定する。エンジン102の運転状態がノック条件となっていれば処理をステップS14に移行させ、そうでなければステップS16へ移行させる。   In step S30, it is determined whether or not the operating state of the engine 102 is in a knocking condition where knocking is likely to occur. The ECU 128 determines whether or not the operating state of the engine 102 is the knock condition in the combustion condition shown in FIG. 2 based on the required output torque and engine speed. If the operating state of engine 102 is the knock condition, the process proceeds to step S14, and if not, the process proceeds to step S16.

(変形例)
本実施の形態では、図10に示すように、エンジン102の燃焼室10にノッキングセンサ70を設けたエンジンシステム200としてもよい。
(Modification)
In the present embodiment, as shown in FIG. 10, an engine system 200 in which a knocking sensor 70 is provided in the combustion chamber 10 of the engine 102 may be used.

この場合、ステップS30では、ノッキングセンサ70によりエンジン102の運転状態がノッキング状態となっているか否かに基づいて制御を行う。ECU128は、ノッキングセンサ70からの出力信号を受けて、エンジン102がノッキング状態であれば処理をステップS16に移行させ、そうでなければステップS14へ移行させる。   In this case, in step S30, control is performed based on whether or not the operating state of the engine 102 is in the knocking state by the knocking sensor 70. The ECU 128 receives the output signal from the knocking sensor 70 and shifts the process to step S16 if the engine 102 is in the knocking state, and shifts to step S14 if not.

なお、変形例では、ステップS20及びステップS22における凝縮水の噴射量は、エンジン102のノッキングセンサ70の出力に基づいて設定することが好適である。すなわち、エンジン102のノッキングが極端に酷くならないように、ノッキングセンサ70からの信号に応じて凝縮水の噴射量をフィードバック制御することも好ましい。   In the modification, it is preferable to set the injection amount of the condensed water in step S20 and step S22 based on the output of the knocking sensor 70 of the engine 102. That is, it is also preferable to feedback-control the amount of condensed water injection according to a signal from the knocking sensor 70 so that knocking of the engine 102 does not become extremely severe.

[第3の実施の形態]
第1及び第2の実施の形態では凝縮水タンク120には1つの凝縮水供給部122のみを設けたが、第3の実施の形態におけるエンジンシステム300では、図11に示すように、凝縮水タンク120に複数の凝縮水供給部122a,122bを設ける例について説明する。
[Third Embodiment]
In the first and second embodiments, only one condensed water supply unit 122 is provided in the condensed water tank 120. However, in the engine system 300 according to the third embodiment, as shown in FIG. An example in which a plurality of condensed water supply units 122a and 122b are provided in the tank 120 will be described.

凝縮水供給部122bの凝縮水取り入れ口は凝縮水タンク120の上部に設けられており、凝縮水供給部122aの凝縮水取り入れ口は凝縮水供給部122bの凝縮水取り入れ口よりも下部に設けられている。   The condensed water inlet of the condensed water supply part 122b is provided in the upper part of the condensed water tank 120, and the condensed water inlet of the condensed water supply part 122a is provided below the condensed water inlet of the condensed water supply part 122b. ing.

第3の実施の形態では、図4又は図9のフローチャートにおけるステップS20において、ECU128は、スロットルバルブ20の開度並びに出口弁50、ポンプ52及び改質ガス噴射部54による水分分離改質ガスの噴射量を調整して、水分分離改質ガス及び空気の混合比を理想空燃比において燃焼させるストイキメトリ条件となるように制御する。さらに、ECU128は、凝縮水供給部122bを制御して、凝縮水タンク120の上部に蓄えられている凝縮水を吸気管12内へ噴射させる。   In the third embodiment, in step S20 in the flowchart of FIG. 4 or FIG. 9, the ECU 128 controls the opening degree of the throttle valve 20 and the water separation reformed gas generated by the outlet valve 50, the pump 52, and the reformed gas injection unit 54. By adjusting the injection amount, the mixing ratio of the moisture separation reformed gas and air is controlled so as to satisfy the stoichiometry condition for burning at the ideal air-fuel ratio. Further, the ECU 128 controls the condensed water supply unit 122 b to inject condensed water stored in the upper part of the condensed water tank 120 into the intake pipe 12.

水の比重1.0に対して多くの炭化水素の比重は0.6〜0.8程度であるので、凝縮水タンク120の上部には炭化水素濃度の高い凝縮水が、下部には炭化水素濃度の低い凝縮水が蓄えられる。すなわち、ステップS20では、水分分離改質ガス及び空気をエンジンの運転条件に関わらずストイキメトリ条件となるように混合しつつ、さらに凝縮水を混合する際に、炭化水素濃度の高い凝縮水を優先的に燃焼室10へ供給して燃焼させる。   Since the specific gravity of many hydrocarbons is about 0.6 to 0.8 relative to the specific gravity of water, 1.0, the condensed water having a high hydrocarbon concentration is present in the upper portion of the condensed water tank 120 and the hydrocarbon is present in the lower portion. Condensed water with low concentration is stored. That is, in step S20, when mixing the condensed water with the water separation reformed gas and the air so as to satisfy the stoichiometry condition regardless of the engine operating conditions, the condensed water with a high hydrocarbon concentration is given priority. Thus, it is supplied to the combustion chamber 10 and burned.

一方、図4又は図9のステップS22では、ECU128は、エアフローセンサ24、酸素センサ30並びに要求される出力トルク及びエンジン回転数に基づいて、スロットルバルブ20の開度並びに出口弁50、ポンプ52及び改質ガス噴射部54による水分分離改質ガスの噴射量を調整して、図2に示した燃焼条件に一致するように水分分離改質ガス及び空気の混合比を制御する。さらに、ECU128は、凝縮水供給部122aを制御して、凝縮水タンク120の下部に蓄えられている凝縮水を吸気管12内へ噴射させる。   On the other hand, in step S22 of FIG. 4 or FIG. 9, the ECU 128 determines the degree of opening of the throttle valve 20, the outlet valve 50, the pump 52, and the air flow sensor 24, the oxygen sensor 30, and the required output torque and engine speed. The amount of moisture separation reformed gas injected by the reformed gas injection unit 54 is adjusted to control the mixing ratio of the moisture separation reformed gas and air so as to match the combustion conditions shown in FIG. Further, the ECU 128 controls the condensed water supply unit 122 a to inject condensed water stored in the lower part of the condensed water tank 120 into the intake pipe 12.

(変形例1)
本実施の形態では、図11に示すように、凝縮水タンク120に完全に独立した複数の凝縮水供給部122a,122bを設ける例を示したが、図12に示すように、複数の凝縮水供給部122a,122bにおいてポンプ60や凝縮水噴射部62を共通にしてもよい。この場合、ECU128は、出口弁58a,58bの開閉を制御することによって凝縮水の取り出し位置を変更する。
(Modification 1)
In the present embodiment, as shown in FIG. 11, an example in which a plurality of condensed water supply units 122a and 122b that are completely independent is provided in the condensed water tank 120 is shown. However, as shown in FIG. You may make the pump 60 and the condensed water injection part 62 common in supply part 122a, 122b. In this case, the ECU 128 controls the opening and closing of the outlet valves 58a and 58b to change the condensed water take-out position.

(変形例2)
また、図13に示すように、3つ以上の凝縮水供給部122a,122b・・・122n(nは3以上の整数)を設けてもよい。この場合、凝縮水タンク120に設けられている水位センサ56により凝縮水タンク120に蓄積されている凝縮水の水位を測定し、その水位に基づいて凝縮水供給部122a,122b・・・122nを上部と下部に割り当てることが好適である。
(Modification 2)
Moreover, as shown in FIG. 13, you may provide the 3 or more condensed water supply parts 122a, 122b ... 122n (n is an integer greater than or equal to 3). In this case, the level of the condensed water accumulated in the condensed water tank 120 is measured by the water level sensor 56 provided in the condensed water tank 120, and the condensed water supply units 122a, 122b,. It is preferable to assign to the upper part and the lower part.

例えば、図13に示すように、凝縮水タンク120に蓄積されている水位に基づいて、その水位の半分以下の位置に取り出し口が設けられている凝縮水供給部122を下部に割り当て、その水位の半分より高い位置に取り出し口が設けられている凝縮水供給部122を上部に割り当てて吸気管12内へ供給する凝縮水の取り出し位置を制御する。   For example, as shown in FIG. 13, based on the water level accumulated in the condensed water tank 120, the condensed water supply unit 122 provided with an outlet at a position below half the water level is assigned to the lower part, and the water level The condensate supply unit 122 provided with a takeout port at a position higher than half of the above is assigned to the upper part to control the takeout position of the condensed water supplied into the intake pipe 12.

[第4の実施の形態]
第1から第3の実施の形態では燃料改質部106及び蒸発器108は排気ガスの熱を利用して燃料の改質を行う構成としたが、第4の実施の形態におけるエンジンシステム400では、図14に示すように、燃料改質部130及び蒸発器132に加熱ヒータ72,74を用いる構成とする。
[Fourth Embodiment]
In the first to third embodiments, the fuel reforming unit 106 and the evaporator 108 are configured to reform the fuel by using the heat of the exhaust gas. However, in the engine system 400 in the fourth embodiment, As shown in FIG. 14, the heaters 72 and 74 are used for the fuel reforming unit 130 and the evaporator 132.

このように、排気ガスの熱を利用するのではなく、加熱ヒータ72,74を用いることによって燃料改質部130及び蒸発器132における温度制御性が高くなり、エンジンシステム400の動作安定性を高めることができる。   As described above, by using the heaters 72 and 74 rather than using the heat of the exhaust gas, the temperature controllability in the fuel reforming unit 130 and the evaporator 132 is improved, and the operational stability of the engine system 400 is improved. be able to.

なお、第1から第4の実施の形態において、エンジンシステムを停止させる際に凝縮水タンク120の入口弁及び出口弁を総て閉じることが好ましい。これにより、凝縮水タンク120に蓄積されている凝縮水に溶解している炭化水素が気化して周囲に放出されることを防ぐことができる。   In the first to fourth embodiments, it is preferable to close all the inlet valves and outlet valves of the condensed water tank 120 when stopping the engine system. Thereby, it is possible to prevent hydrocarbons dissolved in the condensed water accumulated in the condensed water tank 120 from being vaporized and released to the surroundings.

以上のように、改質ガスから分離された水に含まれる炭化水素を有効に利用することができる。また、炭化水素成分の外気への放出量を低減することができ、外部環境への影響をより抑制することができる。   As described above, the hydrocarbons contained in the water separated from the reformed gas can be used effectively. Moreover, the amount of hydrocarbon components released to the outside air can be reduced, and the influence on the external environment can be further suppressed.

本発明の第1の実施の形態におけるエンジンシステムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the engine system in the 1st Embodiment of this invention. エンジンシステムの燃焼条件を示す図である。It is a figure which shows the combustion conditions of an engine system. ガソリンを改質した場合の生成物の割合の温度依存性を示す図である。It is a figure which shows the temperature dependence of the ratio of the product at the time of reforming gasoline. 本発明の第1の実施の形態におけるエンジンシステムの制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows control of the engine system in the 1st Embodiment of this invention. 改質触媒の温度と可溶性の炭化水素の量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the temperature of a reforming catalyst, and the quantity of soluble hydrocarbon. 凝縮水の供給量を求めるためのマップを示す図である。It is a figure which shows the map for calculating | requiring the supply amount of condensed water. 凝縮水の供給量と燃焼室内のガス温度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the supply amount of condensed water, and the gas temperature in a combustion chamber. 凝縮水の供給量と点火時の燃焼室内のガス温度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the supply amount of condensed water, and the gas temperature in the combustion chamber at the time of ignition. 本発明の第2の実施の形態におけるエンジンシステムの制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows control of the engine system in the 2nd Embodiment of this invention. 第2の実施の形態の変形例におけるエンジンシステムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the engine system in the modification of 2nd Embodiment. 本発明の第3の実施の形態におけるエンジンシステムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the engine system in the 3rd Embodiment of this invention. 第3の実施の形態の変形例1におけるエンジンシステムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the engine system in the modification 1 of 3rd Embodiment. 第3の実施の形態の変形例2におけるエンジンシステムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the engine system in the modification 2 of 3rd Embodiment. 第4の実施の形態におけるエンジンシステムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the engine system in 4th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10 燃焼室、12 吸気管、14 吸気バルブ、16 排気管、18 排気バルブ、20 スロットルバルブ、22 点火プラグ、24 エアフローセンサ、26 燃焼室圧力センサ、28 排気触媒、30 酸素センサ、32 燃料タンク、34 ポンプ、36 流量制御弁、38 水タンク、40 ポンプ、42 流量制御弁、44 改質触媒、46 ポンプ、48 入口弁、50 出口弁、52 ポンプ、54 改質ガス噴射部、56 水位センサ、58(58a,58b) 出口弁、60 ポンプ、62 凝縮水噴射部、70 ノッキングセンサ、72,74 加熱ヒータ、100,200,300,400 エンジンシステム、102 エンジン、104 排気清浄部、106 燃料改質部、108 蒸発器、110 凝縮部、112 改質ガス貯蔵機構部、114 改質ガスタンク、116 改質ガス供給部、118 凝縮水貯蔵機構部、120 凝縮水タンク、122(122a,122b・・・122n) 凝縮水供給部、124 燃料供給部、126 水供給部、130 燃料改質部、132 蒸発器。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Combustion chamber, 12 Intake pipe, 14 Intake valve, 16 Exhaust pipe, 18 Exhaust valve, 20 Throttle valve, 22 Spark plug, 24 Air flow sensor, 26 Combustion chamber pressure sensor, 28 Exhaust catalyst, 30 Oxygen sensor, 32 Fuel tank, 34 pump, 36 flow control valve, 38 water tank, 40 pump, 42 flow control valve, 44 reforming catalyst, 46 pump, 48 inlet valve, 50 outlet valve, 52 pump, 54 reformed gas injection section, 56 water level sensor, 58 (58a, 58b) outlet valve, 60 pump, 62 condensate injection unit, 70 knocking sensor, 72, 74 heater, 100, 200, 300, 400 engine system, 102 engine, 104 exhaust purification unit, 106 fuel reforming Part, 108 evaporator, 110 condensing part, 112 reformed gas storage mechanism , 114 reformed gas tank, 116 reformed gas supply unit, 118 condensed water storage mechanism unit, 120 condensed water tank, 122 (122a, 122b... 122n) condensed water supply unit, 124 fuel supply unit, 126 water supply unit, 130 Fuel reformer, 132 Evaporator.

Claims (16)

炭化水素燃料と水分とを加熱して改質する燃料改質部と、
前記燃料改質部からの改質ガスに含まれる水分を凝縮させて凝縮水として取り除き水分分離改質ガスを生成する凝縮部と、
前記凝縮部で取り除かれた凝縮水を蓄える凝縮水タンクと、
前記凝縮水を前記水分分離改質ガスと共に燃焼させるために、前記凝縮水タンクから燃焼室へ凝縮水を送り込む凝縮水供給部と、を備え、
前記凝縮水タンクに蓄えられている凝縮水に溶解している炭化水素濃度に基づいて前記凝縮水タンクから前記燃焼室への凝縮水の供給を制御することを特徴とするエンジンシステム。
A fuel reforming section for reforming by heating hydrocarbon fuel and moisture;
A condensing unit for condensing moisture contained in the reformed gas from the fuel reforming unit and removing it as condensed water to generate a water separation reformed gas;
A condensed water tank for storing condensed water removed by the condensing unit;
In order to burn the condensed water together with the moisture separation reformed gas, a condensed water supply unit that sends condensed water from the condensed water tank to a combustion chamber, and
An engine system that controls the supply of condensed water from the condensed water tank to the combustion chamber based on the concentration of hydrocarbons dissolved in the condensed water stored in the condensed water tank.
請求項1に記載のエンジンシステムであって、
前記燃料改質部において改質処理された炭化水素燃料と水分との全重量に対する、前記燃料改質部において所定温度より低い温度で改質処理された炭化水素燃料と水分との重量の割合、として表される低温改質割合に基づいて、前記凝縮水タンクから前記燃焼室への凝縮水の供給を制御することを特徴とするエンジンシステム。
The engine system according to claim 1,
The ratio of the weight of hydrocarbon fuel and moisture reformed at a temperature lower than a predetermined temperature in the fuel reforming portion to the total weight of hydrocarbon fuel and moisture reformed in the fuel reforming portion, An engine system that controls supply of condensed water from the condensed water tank to the combustion chamber based on a low temperature reforming ratio expressed as:
請求項2に記載のエンジンシステムであって、
前記低温改質割合が所定の割合以上である場合には、エンジンの運転条件に関わらず改質ガスを理想空燃比において燃焼させるストイキメトリ燃焼条件で前記水分分離改質ガスを前記燃焼室へ供給しつつ、前記凝縮水タンクから前記燃焼室へ凝縮水を供給し、
前記低温改質割合が所定の割合より低い場合には、エンジンの運転条件に合わせて前記ストイキメトリ燃焼条件又は前記ストイキメトリ燃焼条件より改質ガスを希釈させた希薄燃焼条件で前記水分分離改質ガスを前記燃焼室へ供給しつつ、前記凝縮水タンクから前記燃焼室へ凝縮水を供給することを特徴とするエンジンシステム。
The engine system according to claim 2,
When the low temperature reforming ratio is equal to or higher than a predetermined ratio, the moisture separation reformed gas is supplied to the combustion chamber under stoichiometric combustion conditions in which the reformed gas is burned at an ideal air-fuel ratio regardless of engine operating conditions. While supplying the condensed water from the condensed water tank to the combustion chamber,
When the low-temperature reforming ratio is lower than a predetermined ratio, the moisture separation reforming is performed under the stoichiometric combustion condition or the lean combustion condition in which the reformed gas is diluted based on the stoichiometric combustion condition in accordance with engine operating conditions. An engine system that supplies condensed water from the condensed water tank to the combustion chamber while supplying gas to the combustion chamber.
請求項3に記載のエンジンシステムであって、
前記凝縮水タンクに蓄えられている凝縮水の量を測定する水量センサを備え、
前記水量センサによって前記凝縮水タンクに蓄えられている凝縮水の量が所定の基準水量を超えた場合に前記凝縮水タンクから前記燃焼室へ凝縮水を供給することを特徴とするエンジンシステム。
The engine system according to claim 3,
A water amount sensor for measuring the amount of condensed water stored in the condensed water tank;
An engine system for supplying condensed water from the condensed water tank to the combustion chamber when the amount of condensed water stored in the condensed water tank by the water amount sensor exceeds a predetermined reference water amount.
請求項3又は4に記載のエンジンシステムであって、
前記凝縮水タンクから前記燃焼室へ供給される凝縮水の量は、エンジンの回転数及び出力トルクに基づいて決定することを特徴とするエンジンシステム。
The engine system according to claim 3 or 4,
The amount of condensed water supplied from the condensed water tank to the combustion chamber is determined based on the engine speed and output torque.
請求項3又は4に記載のエンジンシステムであって、
前記凝縮水タンクから前記燃焼室へ供給される凝縮水の量は、前記燃焼室内の圧力の時間変化が所定の変動範囲に収まるようにフィードバック制御することを特徴とするエンジンシステム。
The engine system according to claim 3 or 4,
The engine system is characterized in that the amount of condensed water supplied from the condensed water tank to the combustion chamber is feedback-controlled so that the temporal change in pressure in the combustion chamber is within a predetermined fluctuation range.
請求項3に記載のエンジンシステムであって、
前記燃焼室においてノッキングが生ずる条件である場合に前記凝縮水タンクから前記燃焼室へ凝縮水を供給することを特徴とするエンジンシステム。
The engine system according to claim 3,
An engine system that supplies condensed water from the condensed water tank to the combustion chamber when knocking occurs in the combustion chamber.
請求項7に記載のエンジンシステムであって、
前記燃焼室で発生するノッキングを検出するノッキング検出センサを備え、
前記ノッキング検出センサによってノッキングが検出された場合に前記凝縮水タンクから前記燃焼室へ凝縮水を供給することを特徴とするエンジンシステム。
The engine system according to claim 7,
A knocking detection sensor for detecting knocking generated in the combustion chamber;
An engine system that supplies condensed water from the condensed water tank to the combustion chamber when knocking is detected by the knocking detection sensor.
請求項7又は8に記載のエンジンシステムであって、
前記凝縮水タンクから前記燃焼室へ供給される凝縮水の量は、エンジンの回転数及び出力トルクに基づいて決定することを特徴とするエンジンシステム。
The engine system according to claim 7 or 8,
The amount of condensed water supplied from the condensed water tank to the combustion chamber is determined based on the engine speed and output torque.
請求項1に記載のエンジンシステムであって、
前記凝縮水タンクに蓄えられている凝縮水の全量に対して所定の割合以上に前記凝縮水タンクの上部に蓄えられている凝縮水を前記燃焼室へ供給する場合、エンジンの運転条件に関わらず改質ガスを理想空燃比において燃焼させるストイキメトリ燃焼条件で前記水分分離改質ガスを前記燃焼室へ供給しつつ、前記凝縮水タンクから前記燃焼室へ凝縮水を供給し、
前記凝縮水タンクに蓄えられている凝縮水の全量に対して所定の割合より前記凝縮水タンクの下部に蓄えられている凝縮水を前記燃焼室へ供給する場合、エンジンの運転条件に合わせて前記ストイキメトリ燃焼条件又は前記ストイキメトリ燃焼条件より改質ガスを希釈させた希薄燃焼条件で前記水分分離改質ガスを前記燃焼室へ供給しつつ、前記凝縮水タンクから前記燃焼室へ凝縮水を供給することを特徴とするエンジンシステム。
The engine system according to claim 1,
When supplying the condensed water stored in the upper part of the condensed water tank to the combustion chamber at a predetermined ratio or more with respect to the total amount of condensed water stored in the condensed water tank, regardless of the operating conditions of the engine While supplying the moisture separation reformed gas to the combustion chamber under stoichiometric combustion conditions for combusting the reformed gas at an ideal air-fuel ratio, supplying condensed water from the condensed water tank to the combustion chamber,
When supplying the condensed water stored in the lower part of the condensed water tank to the combustion chamber at a predetermined ratio with respect to the total amount of condensed water stored in the condensed water tank, Supply condensed water from the condensate tank to the combustion chamber while supplying the moisture separation reformed gas to the combustion chamber under stoichiometric combustion conditions or lean combustion conditions in which the reformed gas is diluted according to the stoichiometric combustion conditions An engine system characterized by
請求項10に記載のエンジンシステムであって、
前記凝縮水タンクに設けられた複数の出口の各々にバルブを備え、
前記バルブを制御することによって、前記凝縮水タンクから前記燃焼室へ供給される凝縮水の前記凝縮水タンクにおける取り出し位置を制御することを特徴とするエンジンシステム。
The engine system according to claim 10, wherein
A valve is provided at each of the plurality of outlets provided in the condensed water tank,
An engine system that controls a take-out position of the condensed water supplied from the condensed water tank to the combustion chamber by controlling the valve.
請求項11に記載のエンジンシステムであって、
前記凝縮水タンクに蓄えられている凝縮水の全量に基づいて前記バルブを制御することによって、前記凝縮水タンクから前記燃焼室へ供給される凝縮水の前記凝縮水タンクにおける取り出し位置を制御することを特徴とするエンジンシステム。
The engine system according to claim 11, wherein
By controlling the valve based on the total amount of condensate stored in the condensate tank, the position of the condensed water supplied from the condensate tank to the combustion chamber is controlled. An engine system characterized by
請求項1〜12のいずれか1つに記載のエンジンシステムであって、
前記燃料改質部は、前記燃焼室からの排ガスの熱を利用して炭化水素燃料と水分とを改質することを特徴とするエンジンシステム。
An engine system according to any one of claims 1 to 12,
The engine system, wherein the fuel reforming unit reforms hydrocarbon fuel and moisture using heat of exhaust gas from the combustion chamber.
請求項1〜12のいずれか1つに記載のエンジンシステムであって、
前記燃料改質部は、加熱ヒータを備え、前記熱ヒータの熱を利用して炭化水素燃料と水分とを改質することを特徴とするエンジンシステム。
An engine system according to any one of claims 1 to 12,
The engine system, wherein the fuel reforming unit includes a heater and reforms hydrocarbon fuel and moisture using heat of the heat heater.
請求項1〜14のいずれか1つに記載のエンジンシステムであって、
前記燃料改質部は、Rh,Pt,Pd,Cu,Ru,Niの少なくとも1つを含む金属触媒を備えることを特徴とするエンジンシステム。
The engine system according to any one of claims 1 to 14,
The engine system, wherein the fuel reforming unit includes a metal catalyst containing at least one of Rh, Pt, Pd, Cu, Ru, and Ni.
請求項1〜15のいずれか1つに記載のエンジンシステムであって、
前記凝縮水タンクには入口及び出口に開閉弁が設けられており、
エンジンシステムが停止した場合に前記開閉弁を閉じることによって前記凝縮水タンクは密閉されることを特徴とするエンジンシステム。
The engine system according to any one of claims 1 to 15,
The condensate tank is provided with on / off valves at the inlet and outlet,
The engine system is characterized in that the condensed water tank is sealed by closing the on-off valve when the engine system is stopped.
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