JP2001241364A - Internal combustion engine with fuel reforming device - Google Patents

Internal combustion engine with fuel reforming device

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JP2001241364A
JP2001241364A JP2000054109A JP2000054109A JP2001241364A JP 2001241364 A JP2001241364 A JP 2001241364A JP 2000054109 A JP2000054109 A JP 2000054109A JP 2000054109 A JP2000054109 A JP 2000054109A JP 2001241364 A JP2001241364 A JP 2001241364A
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JP
Japan
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reformer
fuel
exhaust
reforming
amount
Prior art date
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Application number
JP2000054109A
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Japanese (ja)
Inventor
Hisashi Aoyama
尚志 青山
Hiroshi Komatsu
宏 小松
Masayuki Munekiyo
正幸 宗清
Kazuhiko Ishiwatari
和比古 石渡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To maintain a good reforming condition and to realize high heat efficiency when a reformer 8 is arranged in an exhaust passage 7. SOLUTION: The internal combustion engine is provided with a bypass passage 18 bypassing a reformer 8 in an exhaust passage 7 and a change-over valve 19 capable of changing over an exhaust flow passage between a side of the reformer 8 and a side of the bypass passage 18. By estimating a recoverable quantity Qe of an exhaust heat quantity to the reformer 8, when Qe is not greater than 0, a supply quantity of fuel, water and air to the reformer 8 is controlled by a reforming raw material flow controller 15 so that while an exhausted gas is guided to the side of the bypass passage 18, a heating value obtained by partial oxidation reaction between the fuel and the air in the reformer 8, is equal to an endothermic quantity obtained by vapor reforming reacting between the fuel and vapor. When Qe is beyond 0, a supply quantity of the fuel, the water, and the air to the reformer 8 is controlled such that while an exhausted gas is guided to the reformer 8, the ratio of the vapor reforming reaction to the partial oxidation reaction is increased.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、炭化水素系の燃料
を改質触媒により改質する改質器を有して、改質ガスを
機関に供給する燃料改質装置付き内燃機関に関し、特に
改質状態を良好に維持し、高いシステム効率を実現する
ための技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an internal combustion engine equipped with a fuel reformer having a reformer for reforming a hydrocarbon-based fuel with a reforming catalyst and supplying a reformed gas to the engine. The present invention relates to a technique for maintaining a reforming state well and achieving high system efficiency.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ガソリン、軽油、メタノールとい
った炭化水素系の燃料と、水蒸気とを高温雰囲気下で水
蒸気改質反応を行わせ、水素、一酸化炭素、メタン、低
級炭化水素、含酸素物等のガス燃料とし、該改質ガスを
機関に供給することで、機関運転を行わせ、機関からの
有害排気成分を抑制したり、機関の熱効率を向上させる
ことが提案されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a steam-based reforming reaction between a hydrocarbon fuel such as gasoline, light oil, and methanol and steam in a high-temperature atmosphere has been carried out to produce hydrogen, carbon monoxide, methane, lower hydrocarbons, and oxygenated materials. It has been proposed to use such a gaseous fuel and supply the reformed gas to the engine to operate the engine, suppress harmful exhaust components from the engine, and improve the thermal efficiency of the engine.

【0003】一方、上記水蒸気改質反応は、吸熱反応で
あるため、高温の雰囲気を維持するために何らかの手段
で改質反応場に熱量を供給する必要がある。その手段と
しては、電気ヒータを用いたり、機関の排気の熱量を回
収したり、燃焼バーナーを別途設ける等が行われてい
る。
On the other hand, since the steam reforming reaction is an endothermic reaction, it is necessary to supply heat to the reforming reaction field by some means in order to maintain a high temperature atmosphere. As such means, an electric heater is used, the calorie of the exhaust gas of the engine is recovered, and a combustion burner is separately provided.

【0004】また、特開昭50−75602号公報にお
いては、炭化水素系の燃料と空気とを触媒によって反応
させて、高温生成ガスを発生させ、この高温生成ガスを
燃料改質触媒層に流入させることで、水蒸気改質反応の
ための熱源とし、反応の開始と持続とを行うことが提案
されている。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 50-75602, a hydrocarbon-based fuel and air are reacted by a catalyst to generate a high-temperature product gas, which flows into a fuel reforming catalyst layer. By doing so, it has been proposed to use the heat as a heat source for the steam reforming reaction to start and maintain the reaction.

【0005】すなわち、燃料と空気との第1反応層及び
燃料と水蒸気との第2反応層を機関の排気通路中に配置
し、排気温度が充分に高い時においては、燃料及び水蒸
気のみを第2反応層に供給して、水蒸気改質反応のみを
行い、排気温度が低下した時には、燃料と空気とを第1
反応層に供給して高温生成ガスを燃料及び水蒸気と共に
第2反応層に導入し、水蒸気改質反応に要求される熱量
を供給するための熱源としている。
That is, a first reaction layer between fuel and air and a second reaction layer between fuel and water vapor are arranged in an exhaust passage of an engine, and when the exhaust temperature is sufficiently high, only the fuel and water vapor are discharged. 2 is supplied to the reaction layer to perform only the steam reforming reaction.
The high-temperature product gas is supplied to the reaction layer and introduced into the second reaction layer together with the fuel and the steam, and is used as a heat source for supplying the heat required for the steam reforming reaction.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記公
報に記載の従来技術においては、燃料と空気の第1反応
層及び燃料と水蒸気との第2反応層を含む改質器を、機
関の排気通路中に配置しているため、排気温度が低い場
合に、燃料と空気の反応によって発生した熱の一部が排
気に取られるため、水蒸気改質反応に要求される熱量以
上に燃料と空気との発熱反応による発生熱量が必要とな
り、燃料が持つ発熱量が無駄に消費されることになるた
め、システムトータルとしての熱効率が低下することに
なるという問題点があった。
However, in the prior art described in the above publication, a reformer including a first reaction layer of fuel and air and a second reaction layer of fuel and steam is provided in an exhaust passage of an engine. When the exhaust gas temperature is low, part of the heat generated by the reaction between the fuel and air is taken by the exhaust gas. The amount of heat generated by the exothermic reaction is required, and the amount of heat generated by the fuel is wasted, so that there is a problem that the thermal efficiency as a whole system is reduced.

【0007】本発明は、このような従来の問題点に鑑
み、炭化水素系の燃料を改質触媒により改質する改質器
を有して、改質ガスを機関に供給する燃料改質装置付き
内燃機関であって、改質器を機関の排気通路中に配設し
たものにおいて、機関及び改質器の状態に応じて、排気
の流れを制御することにより、システムトータルとして
の熱効率を向上し、また、改質器に投入する燃料、水、
空気の量を一括制御することで、広い運転領域で高熱効
率でクリーンな燃料改質を実現することを目的とする。
The present invention has been made in view of such conventional problems, and has a reformer for reforming a hydrocarbon-based fuel with a reforming catalyst, and supplies a reformed gas to an engine. In an internal combustion engine equipped with a reformer in the exhaust passage of the engine, by controlling the flow of exhaust gas according to the state of the engine and the reformer, the overall thermal efficiency of the system is improved. And the fuel, water,
An object is to realize clean fuel reforming with high thermal efficiency over a wide operating range by controlling the amount of air collectively.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】このため、請求項1に係
る発明では、炭化水素系の燃料を改質触媒により改質す
る改質器を有して、改質ガスを機関に供給する燃料改質
装置付き内燃機関であって、改質器を機関の排気通路中
に配設したものにおいて、排気通路の改質器上流側と下
流側とをつないで改質器をバイパスするバイパス通路
と、排気の流路を改質器側とバイパス通路側とに切換可
能な切換弁と、改質器が排気熱量を回収できるときに排
気を改質器側に導き、改質器が排気熱量を回収できない
ときに排気をバイパス通路側に導くように、前記切換弁
を制御する切換制御手段と、を設けたことを特徴とす
る。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a reformer for reforming a hydrocarbon-based fuel with a reforming catalyst to supply a reformed gas to an engine. An internal combustion engine with a reforming device, wherein the reformer is disposed in an exhaust passage of the engine, wherein a bypass passage connecting the reformer upstream and downstream of the exhaust passage and bypassing the reformer is provided. A switching valve capable of switching the flow path of the exhaust gas between the reformer side and the bypass passage side, and guiding the exhaust gas to the reformer side when the reformer can recover the calorific value of the exhaust gas. Switching control means for controlling the switching valve so as to guide exhaust gas to the bypass passage side when recovery is not possible.

【0009】請求項2に係る発明では、炭化水素系の燃
料を改質触媒により改質する改質器を有して、改質ガス
を機関に供給する燃料改質装置付き内燃機関であって、
改質器を機関の排気通路中に配設したものにおいて、排
気通路の改質器上流側と下流側とをつないで改質器をバ
イパスするバイパス通路と、排気の流路を改質器側とバ
イパス通路側とに切換可能な切換弁と、改質器への排気
熱量の回収可能量を推定する排気熱量回収可能量推定手
段と、排気熱量の回収可能量に応じて、前記切換弁を制
御する切換制御手段と、を設けたことを特徴とする。
The invention according to claim 2 is an internal combustion engine with a fuel reformer, which has a reformer for reforming hydrocarbon-based fuel with a reforming catalyst and supplies reformed gas to the engine. ,
In a case where the reformer is disposed in the exhaust passage of the engine, a bypass passage connecting the reformer upstream and downstream of the exhaust passage and bypassing the reformer, A switching valve that can be switched to a bypass passage side, an exhaust calorie recoverable amount estimating means for estimating a recoverable amount of exhaust calorie to the reformer, and the switch valve in accordance with the recoverable amount of exhaust calorie. And switching control means for controlling.

【0010】請求項3に係る発明では、請求項2に係る
発明において、前記切換制御手段は、排気熱量の回収可
能量が0以下のときに、排気をバイパス通路側に導くよ
うに制御することを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the invention, the switching control means controls the exhaust gas to be guided to the bypass passage when the recoverable amount of the exhaust heat is 0 or less. It is characterized by.

【0011】請求項4に係る発明では、請求項3に係る
発明において、前記切換制御手段は、排気熱量の回収可
能量が0を超えるときに、排気を改質器側に導くように
制御することを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the invention, the switching control means controls the exhaust gas to be guided to the reformer when the recoverable amount of the exhaust heat exceeds 0. It is characterized by the following.

【0012】請求項5に係る発明では、請求項3又は4
に係る発明において、排気熱量の回収可能量が0以下の
ときに、改質器での燃料と空気との部分酸化反応による
発熱量と、燃料と水蒸気との水蒸気改質反応による吸熱
量とが、等しくなる方向に、改質器への燃料、水及び空
気の供給量を制御する改質原料制御手段を設けたことを
特徴とする。
According to the invention of claim 5, in claim 3 or 4,
In the invention according to the above, when the recoverable amount of the exhaust heat is 0 or less, the amount of heat generated by the partial oxidation reaction between the fuel and air in the reformer and the amount of heat absorbed by the steam reforming reaction between the fuel and steam are reduced. And a reforming raw material control means for controlling the supply amounts of fuel, water and air to the reformer in the equal direction.

【0013】請求項6に係る発明では、請求項3、4又
は5に係る発明において、排気熱量の回収可能量が0を
超えるときに、排気熱量の回収可能量が0以下のときと
比べて、改質器での燃料と空気との部分酸化反応に対す
る燃料と水蒸気との水蒸気改質反応の割合を増やすよう
に、改質器への燃料、水及び空気の供給量を制御する改
質原料制御手段を設けたことを特徴とする。
In the invention according to claim 6, in the invention according to claim 3, 4, or 5, when the recoverable amount of the exhaust heat exceeds 0, it is compared with when the recoverable amount of the exhaust heat is 0 or less. A reforming raw material that controls the supply of fuel, water and air to the reformer so as to increase the ratio of the steam and reforming reaction of fuel and steam with respect to the partial oxidation reaction of fuel and air in the reformer A control means is provided.

【0014】請求項7に係る発明では、請求項6に係る
発明において、前記改質原料制御手段は、部分酸化反応
に対する水蒸気改質反応の割合を増やすために、燃料に
対する空気の供給量を減少し、水の供給量を増大するこ
とを特徴とする。
In the invention according to claim 7, in the invention according to claim 6, the reforming raw material control means reduces the supply amount of air to the fuel in order to increase the ratio of the steam reforming reaction to the partial oxidation reaction. And increasing the supply of water.

【0015】請求項8に係る発明では、請求項2〜7に
係る発明において、前記排気熱量回収可能量推定手段
は、少なくとも、機関の作動ガス量に関連するパラメー
タと、排気温度とに基づいて、改質器への排気熱量の回
収可能量を推定することを特徴とする。
In the invention according to claim 8, in the invention according to claims 2 to 7, the exhaust heat calorie recoverable amount estimating means is based on at least a parameter related to the working gas amount of the engine and an exhaust gas temperature. And estimating a recoverable amount of exhaust heat to the reformer.

【0016】請求項9に係る発明では、請求項2〜8に
係る発明において、前記排気熱量回収可能量推定手段
は、改質器内の温度の変化率により、排気熱量の回収可
能量を学習補正することを特徴とする。
According to a ninth aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the exhaust heat calorie recoverable amount estimating means learns the exhaust calorie recoverable amount based on a temperature change rate in the reformer. It is characterized by correction.

【0017】[0017]

【発明の効果】請求項1に係る発明によれば、改質器を
バイパスするバイパス通路と、切換弁とを設けて、改質
器が排気熱量を回収できるときに排気を改質器側に導
き、改質器が排気熱量を回収できないときに排気をバイ
パス通路側に導くようにしたため、排気温度が低いとき
などに、改質器で必要とする熱量が排気に奪われて、熱
効率が低下するのを防止でき、熱効率を向上できるとい
う効果が得られる。
According to the first aspect of the present invention, the bypass passage for bypassing the reformer and the switching valve are provided, and when the reformer can recover the exhaust heat, the exhaust gas is sent to the reformer side. When the reformer cannot recover the calorific value of the exhaust gas, the exhaust gas is guided to the bypass passage side, so when the exhaust gas temperature is low, the calorie required by the reformer is taken away by the exhaust gas, lowering the thermal efficiency. Can be prevented, and the thermal efficiency can be improved.

【0018】請求項2に係る発明によれば、改質器をバ
イパスするバイパス通路と、切換弁とを設ける一方、改
質器への排気熱量の回収可能量を推定し、この排気熱量
の回収可能量に応じて、切換弁を制御する構成としたた
め、排気熱量の回収可能量を基準として、排気の流れを
制御することで、熱効率を向上することができる。
According to the second aspect of the present invention, while providing a bypass passage for bypassing the reformer and a switching valve, the amount of exhaust heat that can be recovered to the reformer is estimated, and this exhaust heat is recovered. Since the switching valve is controlled according to the possible amount, the heat efficiency can be improved by controlling the flow of the exhaust based on the recoverable amount of the exhaust heat.

【0019】請求項3に係る発明によれば、排気熱量の
回収可能量が0以下のときに、排気をバイパス通路側に
導くように制御する構成としたため、改質器で必要とす
る熱量が排気に奪われて、熱効率が低下するのを確実に
防止できるという効果が得られる。
According to the third aspect of the present invention, when the recoverable amount of the exhaust heat is equal to or less than 0, the exhaust gas is controlled to be guided to the bypass passage side. An effect is obtained that the heat efficiency can be reliably prevented from being reduced by the exhaust gas.

【0020】請求項4に係る発明によれば、排気熱量の
回収可能量が0を超えるときに、排気を改質器側に導く
ように制御する構成としたため、排気熱量を少しでも回
収可能なときは、これを用いて、熱効率を向上すること
ができる。
According to the fourth aspect of the invention, when the recoverable amount of exhaust heat exceeds 0, the exhaust gas is controlled to be guided to the reformer side, so that the exhaust heat can be recovered even a little. In some cases, this can be used to improve thermal efficiency.

【0021】請求項5に係る発明によれば、排気熱量の
回収可能量が0以下のときに、排気をバイパス通路側に
導くことを前提として、改質器での燃料と空気との部分
酸化反応による発熱量と、燃料と水蒸気との水蒸気改質
反応による吸熱量とが、ほぼ等しくなるように、改質器
への燃料、水及び空気の供給量を制御する構成としたた
め、外部から熱を供給することなく、自立運転が可能と
なる。
According to the fifth aspect of the present invention, the partial oxidation of fuel and air in the reformer is performed on the premise that the exhaust gas is guided to the bypass passage when the recoverable amount of exhaust heat is 0 or less. Since the amount of fuel, water, and air supplied to the reformer is controlled so that the calorific value of the reaction and the heat absorption by the steam reforming reaction between the fuel and steam are substantially equal, external heat Independent operation can be performed without supplying the power.

【0022】請求項6に係る発明によれば、排気熱量の
回収可能量が0を超えるときに、排気を改質器側に導く
ことを前提として、排気熱量の回収可能量が0以下のと
きと比べて、改質器での燃料と空気との部分酸化反応に
対する燃料と水蒸気との水蒸気改質反応の割合を増やす
ように、改質器への燃料、水及び空気の供給量を制御す
る構成としたため、水蒸気改質反応の割合を増やすこと
で、高発熱量の改質ガスを得て、高効率な運転が可能と
なる。
According to the sixth aspect of the present invention, when the recoverable amount of the exhaust heat is less than 0, the exhaust gas is guided to the reformer when the recoverable amount of the exhaust heat exceeds 0. The amount of fuel, water and air supplied to the reformer is controlled so as to increase the ratio of the steam and reforming reaction of fuel and steam with respect to the partial oxidation reaction of fuel and air in the reformer. With this configuration, by increasing the rate of the steam reforming reaction, a reformed gas having a high calorific value can be obtained, and highly efficient operation can be performed.

【0023】請求項7に係る発明によれば、部分酸化反
応に対する水蒸気改質反応の割合を増やすために、燃料
に対する空気の供給量を減少し、水の供給量を増大する
ことで、水蒸気改質反応の割合を確実に増やすことがで
き、これにより高発熱量の改質ガスを得ることができ
る。
According to the seventh aspect of the present invention, in order to increase the ratio of the steam reforming reaction to the partial oxidation reaction, the supply amount of air to the fuel is reduced and the supply amount of water is increased, so that the steam reforming is performed. Therefore, the reforming gas having a high calorific value can be obtained.

【0024】請求項8に係る発明によれば、改質器への
排気熱量の回収可能量の推定を、機関の作動ガス量と排
気温度とに基づいて行うことで、簡単にして十分な推定
精度を得ることができる。
According to the eighth aspect of the present invention, the recoverable amount of the exhaust heat to the reformer is estimated based on the working gas amount of the engine and the exhaust temperature, so that a simple and sufficient estimation can be performed. Accuracy can be obtained.

【0025】請求項9に係る発明によれば、推定誤差に
より、改質器内の温度が変化することから、その温度の
変化率により、排気熱量の回収可能量を学習補正するこ
とで、より推定精度を高めることができる。
According to the ninth aspect of the present invention, since the temperature inside the reformer changes due to the estimation error, the recoverable amount of the exhaust heat can be learned and corrected by the change rate of the temperature. The estimation accuracy can be improved.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図1は本発明の一実施形態を示す
燃料改質装置付き内燃機関のシステム図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a system diagram of an internal combustion engine with a fuel reformer showing one embodiment of the present invention.

【0027】内燃機関(エンジン)1の吸気通路2に
は、上流端にエアクリーナ3が設けられ、その下流側に
アクセルペダル4に機械的に連動又はその開度等に基づ
いてモータ駆動されるスロットル弁5が設けられ、更に
スロットル弁5下流側に改質ガス供給手段としてのガス
燃料噴射弁6が設けられている。
An air cleaner 3 is provided at an upstream end of an intake passage 2 of an internal combustion engine (engine) 1, and a throttle that is mechanically interlocked with an accelerator pedal 4 or driven by a motor based on its opening degree is provided downstream thereof. A valve 5 is provided, and a gas fuel injection valve 6 as a reformed gas supply means is provided downstream of the throttle valve 5.

【0028】エンジン1の排気通路7の途中には、その
内部に、燃料改質を行う改質器8が設けられている。改
質すべき原燃料であるガソリンに代表される炭化水素燃
料は、燃料タンク9より燃料ポンプ10を介して、水
は、水タンク11より水ポンプ12を介して、空気は、
吸気通路2より分岐した空気通路13より空気ポンプ1
4を介して、改質原料流量制御器15に送られる。
In the middle of the exhaust passage 7 of the engine 1, a reformer 8 for performing fuel reforming is provided. Hydrocarbon fuel represented by gasoline, which is a raw fuel to be reformed, is supplied from a fuel tank 9 via a fuel pump 10, water is supplied from a water tank 11 via a water pump 12, and air is supplied from
Air pump 1 from air passage 13 branched from intake passage 2
4, is sent to the reforming raw material flow controller 15.

【0029】改質原料流量制御器15は、燃料、水及び
空気の各流量を制御して、これらを気化混合器16に送
る。気化混合器16は、図示しない熱交換器を介して改
質器8にて生成された改質ガス、若しくはその他の熱源
より熱を供給されて、燃料及び水の気化と空気の予熱と
を行いつつ、3流体の混合を行い、混合された3流体を
改質器8に送る。
The reforming raw material flow controller 15 controls the flow rates of fuel, water and air, and sends them to the vaporizer 16. The vaporization mixer 16 is supplied with heat from the reformed gas generated in the reformer 8 or another heat source via a heat exchanger (not shown) to vaporize fuel and water and preheat air. While mixing the three fluids, the mixed three fluids are sent to the reformer 8.

【0030】改質器8は、上流側に部分酸化反応用の改
質触媒を充填した部分酸化反応層8Aを持ち、下流側に
水蒸気改質反応用の改質触媒を充填した水蒸気改質反応
層8Bとを持つ構造として、部分酸化反応による発熱と
水蒸気改質反応による吸熱との熱のやり取りをロス無く
行える構造としてある。もちろん、同一反応層内にて水
蒸気改質反応と部分酸化反応とを行わせるようにしても
よい。
The reformer 8 has a partial oxidation reaction layer 8A on the upstream side filled with a reforming catalyst for a partial oxidation reaction, and a downstream side filled with a reforming catalyst for a steam reforming reaction. As a structure having the layer 8B, heat exchange between heat generated by the partial oxidation reaction and heat absorption by the steam reforming reaction can be performed without loss. Of course, the steam reforming reaction and the partial oxidation reaction may be performed in the same reaction layer.

【0031】従って、改質器8に送られた3流体の混合
気は、改質器8の温度、3流体の混合比率に応じて改質
が行われ、水素、一酸化炭素、メタン、低級炭化水素等
の改質ガスに改質される。
Accordingly, the mixture of the three fluids sent to the reformer 8 is reformed in accordance with the temperature of the reformer 8 and the mixing ratio of the three fluids, and hydrogen, carbon monoxide, methane, and lower It is reformed into a reformed gas such as hydrocarbon.

【0032】改質器8にて生成された改質ガスは、改質
ガス供給通路17により、必要により、途中で改質前の
燃料、水、空気との熱交換により温度低下させ、また図
示しない貯蔵タンクに一時的に蓄えて供給変動を防止し
つつ、ガス燃料噴射弁6に送る。そして、ガス燃料噴射
弁6から、エンジン1の吸気通路2内に噴射供給して、
運転を行わせる。
The temperature of the reformed gas generated in the reformer 8 is reduced by heat exchange with fuel, water and air before reforming, if necessary, in the reformed gas supply passage 17. The gas is sent to the gas fuel injection valve 6 while temporarily storing it in a storage tank not to prevent supply fluctuation. Then, the fuel is injected from the gas fuel injection valve 6 into the intake passage 2 of the engine 1 to supply the fuel.
Driving is performed.

【0033】ここにおいて、排気通路7の改質器8上流
側と下流側とをつないで改質器8をバイパスするバイパ
ス通路18を設け、その改質器8上流側の分岐部には、
改質器8側(排気の主通路側)又はバイパス通路18側
のいずれか一方を閉止して、排気の流路を改質器8側と
バイパス通路18側とのいずれかに切換える切換弁19
を設けてある。尚、図中20は排気浄化用の触媒コンバ
ータである。
Here, a bypass passage 18 that connects the upstream side and the downstream side of the reformer 8 of the exhaust passage 7 and bypasses the reformer 8 is provided.
A switching valve 19 that closes one of the reformer 8 side (main exhaust gas passage side) and the bypass passage 18 side and switches the exhaust gas flow path to either the reformer 8 side or the bypass passage 18 side.
Is provided. In the figure, reference numeral 20 denotes a catalytic converter for purifying exhaust gas.

【0034】ガス燃料噴射弁6の他、切換弁19及び改
質原料流量制御器15は、コントロールユニット21に
より制御され、このコントロールユニット21には、エ
ンジン回転数Ne検出用のクランク角センサ22、アク
セル開度APO検出用のアクセル開度センサ23、スロ
ットル開度TVO検出用のスロットルセンサ24、エン
ジン冷却水温度Tw検出用の水温センサ25の他、改質
器8上流側にて排気温度Texを検出する排気温度センサ
26、改質器8内の温度Trを検出する改質温度センサ
27等から、信号が入力されている。
The switching valve 19 and the reforming material flow rate controller 15 in addition to the gas fuel injection valve 6 are controlled by a control unit 21. The control unit 21 includes a crank angle sensor 22 for detecting the engine speed Ne, The accelerator opening sensor 23 for detecting the accelerator opening APO, the throttle sensor 24 for detecting the throttle opening TVO, the water temperature sensor 25 for detecting the engine cooling water temperature Tw, and the exhaust gas temperature Tex on the upstream side of the reformer 8. Signals are input from an exhaust temperature sensor 26 for detecting, a reforming temperature sensor 27 for detecting the temperature Tr in the reformer 8, and the like.

【0035】次に本発明での制御について説明する。炭
化水素燃料の水蒸気改質反応は概ね次式によって表され
る。 Cm n +mH2 O→(m+n/2)H2 +mCO ・・・(1) 同時に、 3H2 +CO→CH4 +H2 O ・・・(2) 2H2 +2CO→CH4 +CO2 ・・・(3) 等の反応も行われる。
Next, the control in the present invention will be described. The steam reforming reaction of hydrocarbon fuel is generally represented by the following equation. C m H n + mH 2 O → (m + n / 2) H 2 + mCO ··· (1) At the same time, 3H 2 + CO → CH 4 + H 2 O ··· (2) 2H 2 + 2CO → CH 4 + CO 2 ··· A reaction such as (3) is also performed.

【0036】改質雰囲気が高温に維持されている時は、
主に(1)の反応が行われ、図2に示すように、改質ガ
ス中の水素、一酸化炭素濃度が増加する。低温時におい
ては、(2),(3)の反応の割合が増加し、改質ガス
中の水素、一酸化炭素濃度が減少し、逆にメタン、水な
どの濃度が増加する。
When the reforming atmosphere is maintained at a high temperature,
The reaction (1) is mainly performed, and as shown in FIG. 2, the concentrations of hydrogen and carbon monoxide in the reformed gas increase. At a low temperature, the ratio of the reactions (2) and (3) increases, the concentrations of hydrogen and carbon monoxide in the reformed gas decrease, and conversely, the concentrations of methane and water increase.

【0037】また、(1)の反応は吸熱反応であり、反
応を維持するためには何らかの手段で熱を与える必要が
ある。その一方、(1)の反応は吸熱反応であるため
に、改質後のガスが持つ発熱量は改質前の炭化水素燃料
が持つ発熱量よりも増加する利点がある。
The reaction (1) is an endothermic reaction, and it is necessary to apply heat by some means to maintain the reaction. On the other hand, since the reaction (1) is an endothermic reaction, there is an advantage that the calorific value of the gas after reforming is greater than the calorific value of the hydrocarbon fuel before reforming.

【0038】一方、炭化水素燃料と空気とにより、概ね
次式の部分酸化反応が起こる。 Cm n +(m/2)O2 →(n/2)H2 +mCO ・・・(4) この反応は、発熱反応であり、(1)の反応とは逆に改
質後のガスが持つ発熱量は改質前の炭化水素燃料が持つ
発熱量よりも減少する。
On the other hand, the hydrocarbon fuel and the air cause a partial oxidation reaction substantially in the following equation. C m H n + (m / 2) O 2 → (n / 2) H 2 + mCO (4) This reaction is an exothermic reaction, and the gas after reforming is contrary to the reaction of (1). Has a lower calorific value than the hydrocarbon fuel before reforming.

【0039】図3に改質器に投入する水の量と空気の量
とを変化させ、改質器内の温度(改質温度)を所望の温
度Tr0に維持できたとする時の、改質後のガスが持つ
発熱量と、改質器に投入した炭化水素燃料が持つ発熱量
との比(発熱量比=改質ガス発熱量/原燃料発熱量)を
示す。
FIG. 3 shows that the amount of water and the amount of air to be introduced into the reformer are changed so that the temperature (reforming temperature) in the reformer can be maintained at a desired temperature Tr0. The ratio of the calorific value of the subsequent gas to the calorific value of the hydrocarbon fuel supplied to the reformer (calorific value ratio = reformed gas calorific value / raw fuel calorific value) is shown.

【0040】図3からわかるように、水の量を多くし、
空気の量を少なくするほど、言い換えれば水蒸気改質反
応の割合を多くし、部分酸化反応の割合を少なくするほ
ど、改質後のガスが持つ発熱量は多くなる。このこと
は、改質後のガスをエンジンに供給する改質ガスシステ
ムにおいては、同じエンジン出力を発生させるために必
要な炭化水素燃料の量は少なくて済むことを意味する。
As can be seen from FIG. 3, the amount of water is increased,
As the amount of air is reduced, in other words, the rate of the steam reforming reaction is increased, and as the rate of the partial oxidation reaction is reduced, the calorific value of the reformed gas is increased. This means that in the reformed gas system that supplies the reformed gas to the engine, the amount of the hydrocarbon fuel required to generate the same engine output is small.

【0041】一方、同条件において改質温度をTr0に
維持するために、外部から供給すべき熱量(改質要求熱
量)Qrを図4に示す。図4からわかるように、水の量
を多くし、空気の量を少なくするほど、改質要求熱量Q
rは多くなる。また、ここで水、空気の量を最適に制御
すると、部分酸化反応による発熱量と水蒸気改質反応に
よる吸熱量が等しくなり、改質要求熱量Qrが0になる
組み合わせが存在する。
On the other hand, FIG. 4 shows the amount of heat (reformation required heat amount) Qr to be supplied from the outside in order to maintain the reforming temperature at Tr0 under the same conditions. As can be seen from FIG. 4, as the amount of water is increased and the amount of air is decreased, the required heat quantity of reforming Q
r increases. If the amounts of water and air are controlled optimally, there is a combination in which the amount of heat generated by the partial oxidation reaction becomes equal to the amount of heat absorbed by the steam reforming reaction, and the required heat amount of reforming Qr becomes zero.

【0042】本発明においては、外部から改質器に熱量
を供給するのはエンジンの排気からの熱量回収によって
いる。エンジンの排気から熱量を回収するための前提と
しては、排気温度Texが改質温度Tr0より高いこと、
排気熱量の回収可能量Qeが改質要求熱量Qrより多い
ことが必要である。よって、Tex>Tr0且つQe>Q
rであり、排気から改質器に熱を受け渡す熱交換器の熱
交換効率がηhe、排気熱量がQexであるとすると、排
気熱量の回収可能量Qeは、概ねQe=Qex×ηheと
なる。当然に、Qeが0以下においては、排気から熱回
収することはできない。
In the present invention, the supply of heat to the reformer from the outside is based on the recovery of heat from the exhaust gas of the engine. The precondition for recovering heat from the exhaust gas of the engine is that the exhaust gas temperature Tex is higher than the reforming temperature Tr0,
It is necessary that the recoverable amount of exhaust heat Qe is larger than the required reforming heat Qr. Therefore, Tex> Tr0 and Qe> Q
r, and if the heat exchange efficiency of the heat exchanger that transfers heat from the exhaust gas to the reformer is ηhe and the exhaust heat amount is Qex, the recoverable amount Qe of the exhaust heat amount is approximately Qe = Qex × ηhe. . Naturally, when Qe is 0 or less, heat cannot be recovered from exhaust gas.

【0043】従って、本発明においては、改質器が排気
熱量を回収できるときと、できないときとで、詳しく
は、エンジン運転状態から排気熱量回収可能量Qeを推
定し、Qeに応じて、排気の流路を切換える。
Therefore, in the present invention, when the reformer can and cannot recover the exhaust heat, in detail, the exhaust heat recoverable amount Qe is estimated from the operating state of the engine, and the exhaust gas is recovered in accordance with Qe. Is switched.

【0044】具体的には、Qeが0以下の場合は、切換
弁19により、排気の流路をバイパス通路18側に切換
え、改質器8から排気へ熱量が流れることを防止するこ
とによって回収可能な熱量を0とした上で、改質原料流
量制御器15により、改質器8に投入する燃料、水、空
気の量を部分酸化反応による発熱量と水蒸気改質反応に
よる吸熱量とが等しくなるように制御することで、改質
温度をTr0に維持する。
More specifically, when Qe is 0 or less, the switching valve 19 switches the flow path of the exhaust gas to the bypass passage 18 to prevent heat from flowing from the reformer 8 to the exhaust gas, thereby recovering the exhaust gas. After setting the possible calorific value to 0, the reforming raw material flow controller 15 adjusts the amounts of fuel, water, and air to be supplied to the reformer 8 by the amount of heat generated by the partial oxidation reaction and the amount of heat absorbed by the steam reforming reaction. By controlling them to be equal, the reforming temperature is maintained at Tr0.

【0045】Qeが0を超える場合は、切換弁19によ
り、排気の流路を改質器8側に切換え、改質器8によっ
て排気熱量の回収を図るため、改質原料流量制御器15
により、燃料、水、空気の改質器8への投入量を制御
し、改質器8へ供給すべき改質要求熱量Qrを排気熱量
回収可能量Qeによって補うことで、改質温度をTr0
に維持する。これにより、エンジン運転状態によらず高
効率なシステムを提供することを可能にする。すなわ
ち、Qeが0を超える場合においては、部分酸化反応時
の発熱量の一部もしくは全部をQeで補うことで、熱効
率的に有利である水蒸気改質反応の割合を多くし、部分
酸化反応の割合を減らす方向へ改質形態を移行するので
ある。
When Qe exceeds 0, the flow path of the exhaust gas is switched to the reformer 8 by the switching valve 19, and the reforming material 8 is used to recover the exhaust heat.
By controlling the amounts of fuel, water, and air fed into the reformer 8, the required reforming heat amount Qr to be supplied to the reformer 8 is supplemented by the exhaust heat calorie recoverable amount Qe, so that the reforming temperature is Tr0.
To maintain. This makes it possible to provide a highly efficient system regardless of the engine operating state. That is, when Qe exceeds 0, part or all of the calorific value during the partial oxidation reaction is supplemented with Qe to increase the rate of the steam reforming reaction that is advantageous in terms of thermal efficiency, and increase the partial oxidation reaction. The reformed form is shifted in the direction of decreasing the ratio.

【0046】従って、コントロールユニット21は、図
5に示すように、排気熱量回収可能量推定手段としての
機能、切換弁19の制御により排気の流路を切換える切
換制御手段としての機能、改質原料流量制御器15の制
御により改質器8への燃料、水、空気の供給量を制御す
る改質原料制御手段としての機能を、ソフトウエア的に
備えることになる。
Therefore, as shown in FIG. 5, the control unit 21 functions as a means for estimating the recoverable amount of exhaust heat, a function as a switching control means for switching the flow path of the exhaust gas by controlling the switching valve 19, The function as reforming material control means for controlling the supply amounts of fuel, water, and air to the reformer 8 under the control of the flow rate controller 15 is provided as software.

【0047】コントロールユニット21により実行され
る制御の具体例を図6のフローチャートにより説明す
る。ステップ1(図にはS1と記す。以下同様)では、
各種センサからの信号を基に、排気熱量回収可能量Qe
を推定する。具体的推定方法については後述する。
A specific example of the control executed by the control unit 21 will be described with reference to the flowchart of FIG. In step 1 (referred to as S1 in the figure, the same applies hereinafter),
Based on signals from various sensors, recoverable amount of exhaust heat Qe
Is estimated. A specific estimation method will be described later.

【0048】ステップ2では、排気熱量回収可能量Qe
を0と比較し、Qe≦0か、Qe>0かを判定する。Q
e≦0の場合は、ステップ3へ進み、バイパス通路18
側に排気が流れるように切換弁19を切換えることによ
って、回収可能な熱量を0とする。そして、ステップ4
へ進み、改質原料流量制御器15により改質器8への燃
料、水、空気の投入量(燃料に対する空気の比率A/F
及び燃料に対する水の比率S/F)を、発熱量と吸熱量
とがバランスして、改質要求熱量Qr=0となるよう
に、制御する。より具体的には、このような関係となる
ように予め定めたA/F、S/Fに制御する。
In step 2, the exhaust heat calorie recoverable amount Qe
Is compared with 0 to determine whether Qe ≦ 0 or Qe> 0. Q
If e ≦ 0, the process proceeds to step 3 where the bypass passage 18
By switching the switching valve 19 so that exhaust gas flows to the side, the amount of heat that can be recovered is set to zero. And step 4
To the reforming raw material flow controller 15 to feed the fuel, water, and air to the reformer 8 (the ratio of air to fuel A / F).
And the ratio of water to fuel (S / F) is controlled so that the calorific value and the heat absorption amount are balanced so that the required reforming heat amount Qr = 0. More specifically, A / F and S / F are controlled so as to have such a relationship.

【0049】Qe>0の場合は、ステップ5へ進み、改
質器8側に排気が流れるように切換弁19を切換える。
そして、ステップ6へ進み、改質原料流量制御器15に
より改質器8への燃料、水、空気の投入量(燃料に対す
る空気の比率A/F及び燃料に対する水の比率S/F)
を、改質要求熱量Qr=Qeとなるように、言い換えれ
ば、排気熱量回収可能量Qeに応じて水蒸気改質反応の
割合が増加する方向に、制御する。
If Qe> 0, the routine proceeds to step 5, where the switching valve 19 is switched so that exhaust gas flows to the reformer 8 side.
Then, the process proceeds to step 6, where the reforming raw material flow controller 15 inputs the amounts of fuel, water, and air to the reformer 8 (the ratio of air to fuel A / F and the ratio of water to fuel S / F).
Is controlled so that the required reforming heat quantity Qr = Qe, in other words, the proportion of the steam reforming reaction increases according to the exhaust heat calorie recoverable quantity Qe.

【0050】より具体的には、燃料に対する空気の比率
A/Fと、燃料に対する水の比率S/Fとをパラメータ
として、図7に示すように、単位燃料当たりの改質要求
熱量qrが定まるので、排気熱量回収可能量Qeが0以
上の場合においては、Qr=qr×Gf1(但し、Gf
1は燃料の投入量)で求めた改質要求熱量Qrと、排気
熱量回収可能量Qeとが等しくなるように、A/FとS
/Fとを決定し、改質器8に投入する燃料、水、空気の
量を決定する。
More specifically, using the ratio A / F of air to fuel and the ratio S / F of water to fuel as parameters, the required reforming heat quantity qr per unit fuel is determined as shown in FIG. Therefore, when the exhaust heat calorie recoverable amount Qe is 0 or more, Qr = qr × Gf1 (where Gf
A / F and S are set so that the required reforming heat amount Qr obtained by (1 is the fuel input amount) and the exhaust heat calorie recoverable amount Qe are equal.
/ F, and the amounts of fuel, water, and air to be charged into the reformer 8 are determined.

【0051】実用的には、Qr=Qeの関係で、燃料の
投入量Gf1から、単位燃料当たりの改質要求熱量qr
=Qr/Gf=Qe/Gf1を算出し、単位燃料当たり
の改質要求熱量qrに対応させて、空気の比率A/Fと
水の比率S/Fとの最適な組み合わせを予め定めたテー
ブルより、A/F、S/Fを検索することで、決定すれ
ばよい。
Practically, in the relationship of Qr = Qe, the required reforming heat quantity qr per unit fuel is calculated from the fuel input amount Gf1.
= Qr / Gf = Qe / Gf1 and, based on a predetermined table, an optimal combination of the air ratio A / F and the water ratio S / F in correspondence with the required reforming heat quantity qr per unit fuel. , A / F and S / F may be determined.

【0052】尚、Qeが0以下の場合は、図7のqr=
0のところで、A/F、S/Fを決定すればよいが、q
r=0となる複数の組み合わせのうち、予め定めた最適
な組み合わせとする。
When Qe is 0 or less, qr =
A / F and S / F may be determined at 0, but q
Of a plurality of combinations where r = 0, a predetermined optimal combination is set.

【0053】次に排気熱量回収可能量Qeの推定方法に
ついて、図8のフローチャートにより説明する。ステッ
プ11では、エンジン回転数Neと、エンジン回転数N
eよりテーブルを参照して求めた体積効率(充填効率)
ηvと、エンジン排気量Vin(一定値)とから、作動ガ
ス量Gsを算出する。但し、吸気温、吸気圧及び改質ガ
ス温度(吸入空気中ヘの噴射時温度)で補正する。尚、
エンジンの吸気通路中にエアフローメータを配置し、そ
の信号を基に作動ガス量Gsを算出してもよい。
Next, a method for estimating the recoverable amount of exhaust heat Qe will be described with reference to the flowchart of FIG. In step 11, the engine speed Ne and the engine speed N
Volumetric efficiency (filling efficiency) obtained by referring to the table from e
The working gas amount Gs is calculated from ηv and the engine exhaust amount Vin (constant value). However, the correction is made based on the intake air temperature, the intake pressure, and the reformed gas temperature (the temperature at the time of injection into the intake air). still,
An air flow meter may be arranged in the intake passage of the engine, and the working gas amount Gs may be calculated based on the signal.

【0054】ステップ12では、エンジン負荷よりエン
ジンに供給する改質ガス量Gfを算出する。ステップ1
3では、作動ガス量Gsと改質ガス量Gfとから、排気
組成を算出し、排気ガスボリュームVexと排気比熱Cex
とを求める。
In step 12, the amount of reformed gas Gf supplied to the engine from the engine load is calculated. Step 1
In 3, the exhaust gas composition is calculated from the working gas amount Gs and the reformed gas amount Gf, and the exhaust gas volume Vex and the exhaust specific heat Cex are calculated.
And ask.

【0055】ステップ14では、そして、排気ガスボリ
ュームVexと排気比熱Cexと排気温度Texとから、排気
熱量Qex=f(Vex,Cex,Tex)を求める。ステップ
15では、排気熱量Qexと、排気と改質器との熱交換性
能を決定する定数(熱通過率)Hと、熱交換面積Aと、
排気温度Texと改質温度Trとの温度差ΔT=Tex−T
rとから、排気熱量回収可能量Qe=Qex×H×A×Δ
T×C1を算出する。ここで、C1は学習補正係数であ
る。
In step 14, the exhaust heat quantity Qex = f (Vex, Cex, Tex) is determined from the exhaust gas volume Vex, the exhaust specific heat Cex, and the exhaust temperature Tex. In step 15, the exhaust heat quantity Qex, a constant (heat passage rate) H for determining the heat exchange performance between the exhaust gas and the reformer, the heat exchange area A,
Temperature difference ΔT between exhaust temperature Tex and reforming temperature Tr = Tex−T
r, the amount of exhaust heat recoverable Qe = Qex × H × A × Δ
Calculate T × C1. Here, C1 is a learning correction coefficient.

【0056】次に前記学習補正係数C1による学習補正
について説明する。排気熱量回収可能量Qeが0以上
で、Qeと改質要求熱量Qrとが等しくなるように、改
質器8に投入する燃料、水、空気の量を決定して制御す
る場合、改質温度Trはほぼ一定に保たれる。
Next, the learning correction by the learning correction coefficient C1 will be described. When the amount of fuel, water, and air to be supplied to the reformer 8 is determined and controlled so that the exhaust heat calorie recoverable amount Qe is equal to or more than 0 and Qe is equal to the reforming required heat amount Qr, the reforming temperature Tr is kept almost constant.

【0057】しかし、改質器8の性能が低下すること
で、推定したQeに誤差が生じたり、改質触媒の性能が
変化し、反応形態が吸熱反応側若しくは発熱反応側にず
れることにより、推定したQrに誤差が生じた場合、改
質温度Trに変化が生じる。
However, when the performance of the reformer 8 decreases, an error occurs in the estimated Qe, or the performance of the reforming catalyst changes, and the reaction mode shifts to the endothermic reaction side or the exothermic reaction side. When an error occurs in the estimated Qr, a change occurs in the reforming temperature Tr.

【0058】具体的には、Qe<Qrであれば、改質温
度Trが上昇し、Qe>Qrであれば、改質温度Trが
低下する。従って、改質温度Trが上昇したときは、Q
eの推定値を増大させる方向に、学習補正係数C1を増
大側に書換える。これにより、Qeに対応してQrを大
きくするように、水蒸気改質反応の割合が増えて、改質
温度Trを低下させることができる。
Specifically, if Qe <Qr, the reforming temperature Tr increases, and if Qe> Qr, the reforming temperature Tr decreases. Therefore, when the reforming temperature Tr rises, Q
The learning correction coefficient C1 is rewritten toward the increasing side so as to increase the estimated value of e. Thereby, the rate of the steam reforming reaction is increased so that Qr is increased in accordance with Qe, and the reforming temperature Tr can be lowered.

【0059】逆に、改質温度Trが低下したときは、Q
eの推定値を減少させる方向に、学習補正係数C1を減
少側に書換える。これにより、Qeに対応してQrを小
さくするように、部分酸化反応の割合が増えて、改質温
度Trを上昇させることができる。
Conversely, when the reforming temperature Tr drops, Q
The learning correction coefficient C1 is rewritten in the direction of decreasing the estimated value of e. Thereby, the rate of the partial oxidation reaction is increased so that Qr is reduced corresponding to Qe, and the reforming temperature Tr can be increased.

【0060】図9は学習補正のフローチャートである。
ステップ21では、所定の学習条件が成立しているか否
かを判定する。所定の学習条件とは、少なくとも、排気
熱量回収可能量Qeが0以上で、Qeと改質要求熱量Q
rとが等しくなるように、改質器8に投入する燃料、
水、空気の量を決定して制御している場合である。
FIG. 9 is a flowchart of the learning correction.
In step 21, it is determined whether a predetermined learning condition is satisfied. The predetermined learning condition is that, at least, the exhaust heat calorie recoverable amount Qe is 0 or more, and Qe and the required reforming heat amount Q
fuel to be supplied to the reformer 8 so that r is equal to
This is the case where the amounts of water and air are determined and controlled.

【0061】学習条件が成立している場合は、ステップ
22へ進み、改質温度Trの変化率ΔTrを計測する。
計測後、ステップ23で、温度変化率ΔTrが+側所定
値を超えた(温度上昇)か否かを判定し、超えた場合
は、ステップ24で学習補正係数C1を増大側に書換え
る。
If the learning condition is satisfied, the routine proceeds to step 22, where the rate of change ΔTr of the reforming temperature Tr is measured.
After the measurement, in step 23, it is determined whether or not the temperature change rate ΔTr has exceeded a predetermined value on the + side (temperature rise). If it has exceeded, the learning correction coefficient C1 is rewritten to an increasing side in step 24.

【0062】また、ステップ25で、温度変化率ΔTr
が−側所定値を超えた(温度低下)か否かを判定し、超
えた場合は、ステップ26で学習補正係数C1を減少側
に書換える。
In step 25, the temperature change rate ΔTr
It is determined whether or not exceeds a predetermined value on the negative side (temperature drop). If it does, the learning correction coefficient C1 is rewritten to a decreasing side in step 26.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の一実施形態を示す燃料改質装置付き
内燃機関のシステム図
FIG. 1 is a system diagram of an internal combustion engine with a fuel reformer showing one embodiment of the present invention.

【図2】 改質温度と改質ガス組成との関係を示す図FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a reforming temperature and a reformed gas composition.

【図3】 水及び空気の投入量と発熱量比との関係を示
す図
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the input amounts of water and air and the calorific value ratio.

【図4】 水及び空気の投入量と改質要求熱量との関係
を示す図
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between input amounts of water and air and a required calorific value of reforming.

【図5】 基本制御のブロック図FIG. 5 is a block diagram of basic control.

【図6】 基本制御のフローチャートFIG. 6 is a flowchart of basic control.

【図7】 A/F,S/F制御のための特性図FIG. 7 is a characteristic diagram for A / F and S / F control.

【図8】 排気熱量回収可能量推定のフローチャートFIG. 8 is a flowchart of estimating the recoverable amount of exhaust heat.

【図9】 学習補正のフローチャートFIG. 9 is a flowchart of learning correction.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 エンジン 2 吸気通路 6 ガス燃料噴射弁 7 排気通路 8 改質器 9 燃料タンク 10 燃料ポンプ 11 水タンク 12 水ポンプ 14 空気ポンプ 15 改質原料流量制御器 16 気化混合器 17 改質ガス供給通路 18 バイパス通路 19 切換弁 21 コントロールユニット 26 排気温度センサ 27 改質温度センサ REFERENCE SIGNS LIST 1 engine 2 intake passage 6 gas fuel injection valve 7 exhaust passage 8 reformer 9 fuel tank 10 fuel pump 11 water tank 12 water pump 14 air pump 15 reforming material flow controller 16 vaporization mixer 17 reformed gas supply passage 18 Bypass passage 19 switching valve 21 control unit 26 exhaust temperature sensor 27 reforming temperature sensor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宗清 正幸 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 (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 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Masayuki Muneyoshi 2 Takara-cho, Kanagawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Nissan Motor Co., Ltd.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】炭化水素系の燃料を改質触媒により改質す
る改質器を有して、改質ガスを機関に供給する燃料改質
装置付き内燃機関であって、改質器を機関の排気通路中
に配設したものにおいて、 排気通路の改質器上流側と下流側とをつないで改質器を
バイパスするバイパス通路と、 排気の流路を改質器側とバイパス通路側とに切換可能な
切換弁と、 改質器が排気熱量を回収できるときに排気を改質器側に
導き、改質器が排気熱量を回収できないときに排気をバ
イパス通路側に導くように、前記切換弁を制御する切換
制御手段と、 を設けたことを特徴とする燃料改質装置付き内燃機関。
1. An internal combustion engine with a fuel reforming device having a reformer for reforming a hydrocarbon-based fuel with a reforming catalyst and supplying a reformed gas to the engine. A bypass passage connecting the upstream side and the downstream side of the reformer of the exhaust passage to bypass the reformer; and a flow path of the exhaust gas passing through the reformer side and the bypass passage side. A switching valve that can be switched to the above, so that when the reformer can recover the exhaust heat, the exhaust is guided to the reformer side, and when the reformer cannot recover the exhaust heat, the exhaust is guided to the bypass passage side. An internal combustion engine with a fuel reformer, comprising: switching control means for controlling a switching valve.
【請求項2】炭化水素系の燃料を改質触媒により改質す
る改質器を有して、改質ガスを機関に供給する燃料改質
装置付き内燃機関であって、改質器を機関の排気通路中
に配設したものにおいて、 排気通路の改質器上流側と下流側とをつないで改質器を
バイパスするバイパス通路と、 排気の流路を改質器側とバイパス通路側とに切換可能な
切換弁と、 改質器への排気熱量の回収可能量を推定する排気熱量回
収可能量推定手段と、 排気熱量の回収可能量に応じて、前記切換弁を制御する
切換制御手段と、 を設けたことを特徴とする燃料改質装置付き内燃機関。
2. An internal combustion engine with a fuel reformer, comprising a reformer for reforming a hydrocarbon-based fuel with a reforming catalyst, and supplying a reformed gas to the engine. A bypass passage connecting the upstream side and the downstream side of the reformer of the exhaust passage to bypass the reformer; and a flow path of the exhaust gas passing through the reformer side and the bypass passage side. A switching valve that can be switched to an exhaust gas amount, an exhaust heat amount recoverable amount estimating means for estimating a recoverable amount of exhaust heat amount to the reformer, and a switching control means for controlling the switching valve according to the exhaust heat amount recoverable amount. An internal combustion engine with a fuel reformer, comprising:
【請求項3】前記切換制御手段は、排気熱量の回収可能
量が0以下のときに、排気をバイパス通路側に導くよう
に制御することを特徴とする請求項2記載の燃料改質装
置付き内燃機関。
3. The fuel reformer according to claim 2, wherein the switching control means controls the exhaust gas to be guided to the bypass passage when the recoverable amount of the exhaust heat is 0 or less. Internal combustion engine.
【請求項4】前記切換制御手段は、排気熱量の回収可能
量が0を超えるときに、排気を改質器側に導くように制
御することを特徴とする請求項3記載の燃料改質装置付
き内燃機関。
4. The fuel reformer according to claim 3, wherein the switching control means controls the exhaust gas to be guided to the reformer when the recoverable amount of the exhaust heat exceeds zero. With internal combustion engine.
【請求項5】排気熱量の回収可能量が0以下のときに、
改質器での燃料と空気との部分酸化反応による発熱量
と、燃料と水蒸気との水蒸気改質反応による吸熱量と
が、等しくなる方向に、改質器への燃料、水及び空気の
供給量を制御する改質原料制御手段を設けたことを特徴
とする請求項3又は請求項4記載の燃料改質装置付き内
燃機関。
5. When the recoverable amount of exhaust heat is 0 or less,
Supply of fuel, water and air to the reformer in such a direction that the calorific value by the partial oxidation reaction between fuel and air in the reformer and the heat absorption by the steam reforming reaction between fuel and steam become equal. The internal combustion engine with a fuel reformer according to claim 3 or 4, further comprising a reforming material control means for controlling the amount.
【請求項6】排気熱量の回収可能量が0を超えるとき
に、排気熱量の回収可能量が0以下のときと比べて、改
質器での燃料と空気との部分酸化反応に対する燃料と水
蒸気との水蒸気改質反応の割合を増やすように、改質器
への燃料、水及び空気の供給量を制御する改質原料制御
手段を設けたことを特徴とする請求項3〜請求項5のい
ずれか1つに記載の燃料改質装置付き内燃機関。
6. The fuel and steam for the partial oxidation reaction of fuel and air in the reformer when the recoverable amount of exhaust heat exceeds 0 compared to when the recoverable amount of exhaust heat is 0 or less. 6. A reforming raw material control means for controlling a supply amount of fuel, water and air to a reformer so as to increase a rate of a steam reforming reaction with the reforming material. An internal combustion engine with a fuel reformer according to any one of the preceding claims.
【請求項7】前記改質原料制御手段は、部分酸化反応に
対する水蒸気改質反応の割合を増やすために、燃料に対
する空気の供給量を減少し、水の供給量を増大すること
を特徴とする請求項6記載の燃料改質装置付き内燃機
関。
7. The reforming raw material control means decreases an air supply amount to a fuel and increases a water supply amount in order to increase a ratio of a steam reforming reaction to a partial oxidation reaction. An internal combustion engine with a fuel reformer according to claim 6.
【請求項8】前記排気熱量回収可能量推定手段は、少な
くとも、機関の作動ガス量に関連するパラメータと、排
気温度とに基づいて、改質器への排気熱量の回収可能量
を推定することを特徴とする請求項2〜請求項7のいず
れか1つに記載の燃料改質装置付き内燃機関。
8. An exhaust heat calorie recoverable amount estimating means for estimating a recoverable amount of exhaust heat calorie to a reformer based on at least a parameter relating to a working gas amount of an engine and an exhaust gas temperature. The internal combustion engine with a fuel reformer according to any one of claims 2 to 7, characterized in that:
【請求項9】前記排気熱量回収可能量推定手段は、改質
器内の温度の変化率により、排気熱量の回収可能量を学
習補正することを特徴とする請求項2〜請求項8のいず
れか1つに記載の燃料改質装置付き内燃機関。
9. The exhaust heat calorie recoverable amount estimating means learns and corrects the exhaust calorie recoverable amount based on a rate of change of the temperature in the reformer. An internal combustion engine with a fuel reformer according to any one of the preceding claims.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013108661A (en) * 2011-11-18 2013-06-06 Osaka Gas Co Ltd Gas mixture supply system
JP2015224146A (en) * 2014-05-26 2015-12-14 株式会社日本自動車部品総合研究所 Reformer

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013108661A (en) * 2011-11-18 2013-06-06 Osaka Gas Co Ltd Gas mixture supply system
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