JP2002339772A - エンジンシステム - Google Patents

エンジンシステム

Info

Publication number
JP2002339772A
JP2002339772A JP2001142094A JP2001142094A JP2002339772A JP 2002339772 A JP2002339772 A JP 2002339772A JP 2001142094 A JP2001142094 A JP 2001142094A JP 2001142094 A JP2001142094 A JP 2001142094A JP 2002339772 A JP2002339772 A JP 2002339772A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hydrogen
fuel
catalyst
exhaust
engine system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001142094A
Other languages
English (en)
Inventor
Katsuyuki Osawa
克幸 大澤
Susumu Nagano
進 長野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Central R&D Labs Inc
Priority to JP2001142094A priority Critical patent/JP2002339772A/ja
Publication of JP2002339772A publication Critical patent/JP2002339772A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2006Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating
    • F01N3/2033Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating using a fuel burner or introducing fuel into exhaust duct
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01BBOILING; BOILING APPARATUS ; EVAPORATION; EVAPORATION APPARATUS
    • B01B1/00Boiling; Boiling apparatus for physical or chemical purposes ; Evaporation in general
    • B01B1/005Evaporation for physical or chemical purposes; Evaporation apparatus therefor, e.g. evaporation of liquids for gas phase reactions
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/101Three-way catalysts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/02Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/10Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture adding acetylene, non-waterborne hydrogen, non-airborne oxygen, or ozone
    • F02M25/12Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture adding acetylene, non-waterborne hydrogen, non-airborne oxygen, or ozone the apparatus having means for generating such gases
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M31/00Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture
    • F02M31/02Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating
    • F02M31/16Other apparatus for heating fuel
    • F02M31/18Other apparatus for heating fuel to vaporise fuel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/04Adding substances to exhaust gases the substance being hydrogen
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンの燃焼を改善すると共に、排気ガス
を効率的に低減する。 【解決手段】 蒸発器41は、内部の熱交換パイプ41
aを通っている混合液体に排気熱を吸収させて混合液体
をガス化し、パイプ42を介して、改質器43に混合ガ
スを供給する。改質器43は、触媒によって混合ガスの
水蒸気改質を行い、水素、二酸化炭素及び若干の一酸化
炭素が混合した混合ガスを生成し、改質ガス配管44を
介して改質ガスを水素分離器45に供給する。水素分離
器45は、改質ガスから水素を分離して、水素供給管4
6、水素供給弁50を介して、吸気管21に供給する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンシステム
に係り、特に燃料の改質を行って生じた改質ガスを用い
ることにより、燃焼の改善をしたり触媒の活性を向上さ
せるエンジンシステムに関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】現在、
燃料と空気の混合状態や燃焼の制御を行い、リーン限界
を伸ばして燃費向上を図る直噴エンジンが開発されてい
る。一方、特開2000−291499号公報では、燃
料、水及び空気の供給を受けて、燃料を水蒸気改質反応
及び部分酸化反応により改質し、リーン限界を伸ばすこ
とができる燃料改質装置付き内燃機関(以下「従来技
術」という。)が提案されている。
【0003】従来技術によると、改質ガスの中には、水
素以外では一酸化炭素、二酸化炭素及び炭化水素(ハイ
ドロカーボン)が含まれている。水素は反応性が高いの
に対して、一酸化炭素や二酸化炭素は反応性が低くなっ
ている。したがって、従来技術を用いたとしても、エン
ジンの燃焼を改善するのには不十分であったため、失火
が生じたり、排気ガスに主に炭化水素が多く含まれてい
る問題があった。
【0004】また、排気ガスを低減するために、様々な
排気触媒が開発されている。しかし、排気触媒は、所定
の温度(約250度)以上にならないと活性が高くなら
ず、排気ガスを効率的に低減することができないという
問題もあった。
【0005】本発明は、上述した課題を解決するために
提案されたものであり、エンジンの燃焼を改善すると共
に、排気ガスを効率的に低減することができるエンジン
システムを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
燃焼室に燃料を供給する燃料供給手段と、排気熱により
燃料の改質を行い、水素を含む改質ガスを発生する燃料
改質手段と、前記燃料改質手段で発生した改質ガスから
水素を分離する水素分離手段と、前記水素分離手段で分
離された水素を、前記燃焼室及び排気触媒の上流側の少
なくとも一方に供給する水素供給手段と、を備えてい
る。
【0007】燃料改質手段は、燃料を排気ガスの排気熱
によりガス化して、さらに高圧下で改質して、水素を含
む改質ガスを発生する。燃料改質手段は、燃料と水とか
らなる混合液体を排気熱によりガス化して改質する水蒸
気改質法、または酸素を少量混ぜて燃料の一部を酸化し
てその熱を利用して改質を行う部分酸化改質法のいずれ
を用いてもよい。なお、改質ガスは、水素の他に、二酸
化炭素や一酸化炭素を含んでいる。
【0008】水素分離手段は、改質ガスから水素を分離
する。水素分離手段としては、水素を透過する水素透過
膜を組み込んだ反応器、メンブレンリアクタを用いるの
が好ましい。ここで、水素透過膜としては、例えばパラ
ジウムやパラジウム合金からなる金属膜、多孔質ガラス
やセラミックからなる多孔質膜、ポリイミド等の非多孔
質合成高分子膜、プロトン導電体からなる固体電解質膜
のいずれであってもよく、特に限定されるものではな
い。
【0009】水素供給手段は、水素分離手段で分離され
た水素を、燃焼室及び排気触媒の上流側の少なくとも一
方に供給する。水素を燃焼室に供給する場合、燃焼室に
直接水素を供給するだけでなく、吸気管に水素を供給
し、吸気管を介して燃焼室に水素を供給してもよい。水
素は、他の可燃ガスよりも反応性が高い性質を有する。
したがって、水素が燃焼室に供給されると、リーン限界
が広くなり、燃焼が安定するので、失火を防止すること
ができると共に主に排気ガスに含まれるハイドロカーボ
ンを減少することができる。一方、水素を排気触媒の上
流に供給する場合、排気触媒は水素によって触媒反応の
活性が上がる。したがって、排気触媒は、触媒の活性状
態が低い場合であっても、従来に比べて排気ガスを低減
することができる。
【0010】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明において、前記水素供給手段は、前記水素分離手段で
分離された水素を貯蔵する水素貯蔵手段と、前記水素貯
蔵手段に貯蔵された水素をエンジン始動時又は暖気過程
のときに供給する制御を行う制御手段と、を備えたこと
を特徴とする。
【0011】冷間時にエンジンを始動したり、エンジン
冷却水が十分に暖まっていないときは、燃焼変動が発生
しやすい。また、排気触媒は、所定温度まで上昇しない
と触媒活性が高くならず、排気ガスを十分に低減するこ
とができない。
【0012】そこで、制御手段は、このようなときに、
水素貯蔵手段に貯蔵された水素を供給する。これによ
り、燃焼変動が生じやすい場合であっても、燃焼が安定
するので、失火を防止することができると共に、有害な
排気ガスを減少することができる。また、制御手段は、
排気触媒の活性が低い場合には、水素を排気触媒の上流
に供給することで、排気触媒の活性を上げて、排気ガス
の低減を図っている。
【0013】請求項3記載の発明は、請求項2記載の発
明において、前記制御手段は、前記排気触媒が所定温度
になったときに、前記水素分離手段で分離された水素を
前記排気触媒の上流側に供給するように制御することを
特徴とする。
【0014】排気触媒は、低温時は活性が低く、所定温
度まで上昇すると触媒反応を開始して、排気ガスの低減
を行う。したがって、制御手段は、排気触媒が所定温度
になったときに、前記水素分離手段で分離された水素を
前記排気触媒の上流側に供給することで、排気ガスの低
減を効率的に行うことができる。
【0015】請求項4記載の発明は、請求項2記載の発
明において、前記排気触媒は、NOx吸蔵還元触媒で構
成され、前記制御手段は、前記NOx吸蔵還元触媒の還
元時に、前記水素分離手段で分離された水素を前記NO
x吸蔵還元触媒の上流側に供給するように制御すること
を特徴とする。
【0016】排気触媒がNOx吸蔵還元触媒の場合、制
御手段は、前記水素貯蔵手段に貯蔵された水素を、リッ
チスパイク時に前記排気触媒の上流に供給する制御を行
う。すなわち、NOx吸蔵還元触媒の還元動作に合わせ
て水素を供給する。水素はリッチスパイクガスの中で最
も還元性が高いため、NOxの還元効率が高まり、NO
xの浄化効率を向上させることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【0018】[第1の実施の形態]第1の実施の形態に
係るエンジンシステムは、図1に示すように、燃料を貯
蔵する燃料タンク11と、燃料を汲み上げる燃料ポンプ
12と、水を貯蔵する水タンク13と、水を汲み上げる
水ポンプ14と、燃料及び水を混合するミキサ15と、
燃料及び水が混合された混合液体を供給する混合液体供
給管16と、燃料供給管18を介して供給される燃料を
噴射する燃料インジェクタ19とを備えている。
【0019】また、エンジンシステムは、吸入された吸
気を通す吸入管21と、吸入量を制御するスロットルバ
ルブ22と、燃焼室30内の燃焼により生じた排気ガス
を通す排気管31と、3元触媒からなる三元触媒32
と、を備えている。
【0020】さらに、エンジンシステムは、混合液体を
ガス化する蒸発器41と、水蒸気改質により改質ガスを
発生する改質器43、改質ガス管44を介して供給され
る改質ガスから水素を分離する水素分離器45と、水素
供給管46から供給される水素を貯蔵する水素貯蔵タン
ク48と、水素の圧力を計測する圧力計49と、所定の
タイミングで水素を噴射する水素供給弁50と、一酸化
炭素等の炭素酸化物を吸気管21に供給する炭素酸化物
供給配管51と、エンジン冷却水の温度を計測する水温
センサ55と、全体を制御する電子制御ユニット(以下
「ECU」という。)60とを備えている。
【0021】なお、ECU60は、燃料ポンプ12、水
ポンプ14、ミキサ15、燃料インジェクタ19、スロ
ットルバルブ22にそれぞれ接続されているが、図1で
は本実施の形態に直接関係する部分の接続関係のみ示し
た。
【0022】燃料ポンプ12は、燃料タンク11に貯蔵
された燃料を取り込んで、ミキサ15に供給する。水ポ
ンプ14は、水タンク13に貯蔵された水を取り込ん
で、ミキサ15に供給する。ミキサ15は、燃料ポンプ
12からの燃料と水ポンプ14からの水とを混合して混
合液体を生成し、混合液体供給管16を介して蒸発器4
1に供給する。なお、混合液体供給管16には、混合液
体がミキサ15に逆流するのを防止するためのチェック
バルブ17が設けられている。
【0023】さらに、燃料ポンプ12は、燃料タンク1
1に貯蔵された燃料を、燃料供給管18を介して燃料イ
ンジェクタ19に供給する。燃料インジェクタ19は、
ECU60の制御に従って、燃料を所定量及び所定時間
噴射する。
【0024】蒸発器41は、内部の熱交換パイプ41a
を通っている混合液体に排気熱を吸収させて混合液体を
ガス化し、パイプ42を介して、改質器43に混合ガス
を供給する。改質器43は、触媒によって混合ガスの水
蒸気改質を行い、水素、二酸化炭素及び若干の一酸化炭
素が混合した混合ガスを生成し、改質ガス配管44を介
して改質ガスを水素分離器45に供給する。
【0025】水素分離器45は、混合ガスから水素を分
離するための水素透過膜45aを有している。水素透過
膜45aは、パラジウムやパラジウム合金からなる金属
膜、多孔質ガラスやセラミックからなる多孔質膜、ポリ
イミド等の非多孔質合成高分子膜、プロトン導電体から
なる固体電解質膜のいずれで構成されてもよい。
【0026】特に、水素の分離において最も選択透過性
が大きいのはパラジウム金属膜又はパラジウム合金膜で
ある。また、水素透過膜45aは、熱的に安定なことが
要求されるので、例えば多孔質バイコールガラスのよう
な多孔質体のセラミックス膜、パラジウムやパラジウム
合金が好ましい。
【0027】水素分離器45は、改質器43から供給さ
れた改質ガスを、水素透過膜45aを用いて、水素と水
素以外のガスである一酸化炭素及び二酸化炭素とに分離
する。そして、水素分離器45は、水素供給管46を介
して、混合ガスから分離された水素を水素貯蔵タンク4
8に供給する。なお、水素供給管46には、水素貯蔵タ
ンク48の水素が水素分離器45に逆流しないようにす
るためのチェックバルブ47が設けられている。また、
水素分離器45は、混合ガスに含まれていた一酸化炭素
及び二酸化炭素を、炭素酸化物供給配管51を介して吸
気管21に供給する。なお、炭素酸化物供給配管51に
は、一酸化炭素及び二酸化炭素が水素分離器45に逆流
しないようにするためのチェックバルブ52が設けられ
ている。
【0028】水素貯蔵タンク48は、水素供給管46か
ら供給された水素を貯蔵すると共に、水素供給弁50の
開閉に応じて水素を噴射する。圧力計49は、水素貯蔵
タンク48に貯蔵された水素の圧力を測定することで、
水素貯蔵タンク48内の水素貯蔵量を検出する。
【0029】水素供給弁50は、ECU60によって開
閉が制御されており、開になると水素貯蔵タンク48に
貯蔵されている水素を吸気管21に噴射し、閉になると
水素の噴射を停止する。また、ECU60は、水温セン
サ55によって検出される冷却水の温度等に基づいて、
水素供給弁50の開閉のタイミングを制御する。
【0030】以上のように構成されたエンジンシステム
において、ドライバーが図示しないイグニションスイッ
チをオンにすると、ECU60は、図2に示すステップ
ST1以下の処理を行って、水素供給弁50を制御す
る。
【0031】ステップST1において、ECU60は、
エンジンが始動したか、つまりエンジン回転数が所定値
以上になったかを判定し、エンジンが始動するまではス
テップST1に待機する。そして、エンジンが始動した
と判定すると、ステップST2に移行する。
【0032】ステップST2において、ECU60は、
燃料インジェクタ19による燃料噴射量の始動後増量補
正を行うか、暖気増量補正を行うか、いずれも行わない
かを判定する。
【0033】ここで、エンジンの低温始動直後の場合、
燃料の気化が悪く、吸気弁やシリンダ内壁部に燃料が付
着し、燃焼に関与する混合気の空燃比がリーンになるの
で、燃料の増量が必要になる。このような場合は、始動
後増量補正を行う。また、冷却水温度が低いときは、冷
間時の運転性を確保するために、冷却水温度が所定値に
なるまで暖気増量補正を行う。
【0034】そこで、ECU60は、水温センサ55に
よって検出される冷却水温度、エンジン回転数等に基づ
いて上述した判定を行い、始動後増量補正を行うときは
ステップST3に移行し、暖気増量補正を行うときはス
テップST4に移行し、いずれも行わないときは処理を
終了する。
【0035】ステップST3において、ECU60は、
燃料の始動後増量補正を行うと共に、水素供給弁50の
開閉を制御する。具体的には、ECU60は、始動後の
エンジン回転数を安定させるために、エンジン完爆後数
十秒間は冷却水温度及びエンジン回転数に応じて噴射量
を増量する。基本噴射量に対する増量比は、始動時が最
大であり、完爆後からの経過時間又はエンジン回転数の
増加の割合に応じて減少する。ECU60は、このよう
な噴射量の増量に応じて水素供給弁50を開弁して、吸
気管21に水素を噴射させる。
【0036】この結果、燃焼変動が発生しやすい低温始
動直後であっても、燃焼室30に反応性の高い水素を供
給することができるので、リーン限界を広くして、燃焼
を安定させると共に失火を防止することができる。な
お、水素供給量は、燃料噴射量の増量比の減少に対応し
て、減少してもよい。そして、ECU60は、始動後増
量補正の終了と同時に水素供給弁50を閉弁して、処理
を終了する。
【0037】一方、ステップST2で暖気増量補正を行
うと判定したときのステップST4において、ECU6
0は、水素供給弁50を開弁して、水素を吸気管21に
噴射して、ステップST5に移行する。これにより、燃
焼変動が発生しやすい暖気過程であっても、燃焼室30
に反応性の高い水素を供給することができるので、リー
ン限界範囲を広くして、燃焼を安定させると共に失火を
防止することができる。
【0038】ステップST5において、ECU60は、
水温センサ55により検出される冷却水温度が所定値ま
で上がったかを判定し、所定値になるまでステップST
5に待機し、所定値になるとステップST6に移行す
る。
【0039】ステップST6において、ECU60は、
水素供給弁50を閉弁して、吸気管21に対する水素の
噴射を停止して、処理を終了する。
【0040】以上のように、第1の実施の形態に係るエ
ンジンシステムは、排気熱を用いて生成された改質ガス
を水素と水素以外のガスとに分離し、反応性が高い水素
をエンジンの吸気側に供給することによって、リーン限
界を広げることができる。この結果、燃焼室内の燃焼が
安定して失火を防止することができると共に、排気ガス
の中に含まれるハイドロカーボンを減少させることもで
きる。
【0041】また、上記エンジンシステムは、特に燃焼
変動が発生しやすい低温始動時や暖気運転時等において
水素をエンジンの吸気側に供給することによって、燃焼
を飛躍的に安定化させることができ、失火の防止や排気
ガスに含まれるハイドロカーボンを減少させることがで
きる。
【0042】なお、本実施の形態においては、ECU6
0は、始動後増量補正と暖気増量補正を区別して処理を
実行したが、始動後増量補正と同時に暖気増量補正を行
ってもよい。この場合、ECU60は、燃料の増量比に
比例して水素供給弁50を開弁すればよい。
【0043】さらに、本実施の形態では、吸気管21に
水素を噴射するように水素供給弁50を設置したが、燃
焼室30に直接水素を噴射するように水素供給弁50を
設置することもできる。
【0044】また、本実施の形態では、三元触媒32を
用いた場合を例にして説明したが、その他の触媒、例え
ばNOx吸蔵還元触媒を用いてもよいのは勿論である。
【0045】[第2の実施の形態]つぎに、本発明の第
2の実施の形態について説明する。本実施の形態では、
第1の実施の形態と異なる点を説明すると共に、第1の
実施の形態と同一の部位については同一の符号を付し、
詳細な説明は省略する。
【0046】第2の実施の形態に係るエンジンシステム
は、図3に示すように、三元触媒32の上流側に水素供
給弁50を設けている。さらに、エンジンシステムは、
第1の実施の形態の構成に加えて、三元触媒32の上流
側に設置された酸素センサ56と、三元触媒32の下流
側に設置された排気温センサ57とを備えている。
【0047】水素供給弁50は、三元触媒32の上流側
に水素を噴射するように、排気管31に設置されてい
る。酸素センサ56は、燃焼室30から排出された排気
ガスに含まれる酸素を検出し、酸素量に応じた電圧をE
CU60に供給する。排気温センサ57は、三元触媒3
2から排出された排気ガスの温度を検出し、ECU60
に供給する。
【0048】ECU60は、酸素センサ56によって検
出される酸素濃度に基づいて、空燃比が理論空燃比を中
心とした所定範囲内に収まるように燃料インジェクタ1
9を制御して、燃料噴射量を調整する。また、ECU6
0は、排気温センサ57によって検出される排気温に基
づいて水素供給弁50の開閉も制御する。
【0049】以上のように構成されたエンジンシステム
において、ECU60は、エンジン始動時には、水素供
給弁50を開弁して、三元触媒32の上流に水素を供給
する。水素は他の可燃ガスよりも触媒反応活性が高いた
め、エンジン始動時における三元触媒32の低温活性を
向上させることができる。したがって、三元触媒32
は、エンジン始動時であっても排気ガス(HC、CO、
NOx)を低減することができる。
【0050】なお、ECU60は、エンジンの始動時だ
けでなく、三元触媒32の始動時に水素供給弁50を開
弁してもよい。三元触媒32は、低温時は活性が低く、
例えば250度になると活性が高くなって、排気ガスを
効率よく除去する。そこで、ECU60は、例えば図4
に示すステップST11以下の処理を実行する。
【0051】ステップST11において、ECU60
は、三元触媒32から排出される排気ガスの温度を排気
温センサ57により検出して、ステップST12に移行
する。
【0052】ステップST12において、ECU60
は、排気温センサ57によって排気温度が所定温度(例
えば250度)以上になったかを判定し、所定温度以上
になったときはステップST13に移行し、所定温度以
上になっていないときはステップST11に戻る。
【0053】ステップST13において、ECU60
は、水素供給弁50を開弁し、三元触媒32の上流側に
水素を噴射してステップST14に移行する。
【0054】ステップST14において、ECU60
は、水素供給弁50を開弁してから所定時間が経過した
かを判定し、所定時間経過したときは水素供給弁50を
閉弁して、処理を終了する。これにより、三元触媒32
の始動時の活性を上げて、排気ガスを低減することがで
きる。
【0055】また、ECU60は、水温センサ55によ
って検出される冷却水温度が所定値以下であって暖機運
転を行うと判定した場合も、水素供給弁50を開弁し
て、三元触媒32の上流に水素を供給する。これによ
り、冷却水温度が低い暖気過程であっても、水素を供給
することによって、三元触媒32の低温活性を向上させ
ることができる。
【0056】さらに、本実施の形態に係るエンジンシス
テムは、3元触媒32の代わりにNOx吸蔵還元触媒を
用いることもできる。このとき、ECU60は、リッチ
スパイク時に水素供給弁50を開いて、NOx吸蔵還元
触媒の上流側に水素を供給すればよい。
【0057】リッチスパイクとは、空燃比を積極的にリ
ッチにして、NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されたNOxを
排気ガスに含まれる水素、炭化水素、一酸化炭素によっ
て還元させると共に、炭化水素及び一酸化炭素自体を酸
化させて、排気ガスに含まれるNOx、炭化水素、一酸
化炭素を浄化することをいう。ここで、リッチスパイク
ガスの中で、水素が最も還元性が高く、一酸化炭素、炭
化水素の順に反応性が低くなっていく。したがって、水
素をNOx吸蔵還元触媒の上流に供給することによって
NOxの還元速度が速くなり、NOxの浄化効率も向上
させることができる。すなわち、NOx吸蔵還元触媒の
還元に合わせて水素を供給することで、従来よりも速く
還元を行って、NOxの排出を低減することができる。
【0058】以上のように、第2の実施の形態に係るエ
ンジンシステムは、反応性が最も高い水素を三元触媒3
2の上流側に供給することによって低温活性を向上させ
ることができ、この結果、エンジン始動時や暖気過程に
おける排気ガス(HC,CO,NOx)を低減すること
ができる。
【0059】また、上記エンジンシステムは、三元触媒
32としてNOx吸蔵還元触媒を用いた場合、還元時の
リッチスパイクガスの中で最も還元性の高い水素を、リ
ッチスパイク時にNOx吸蔵還元触媒の上流側に供給す
ることで、NOxの還元効率を高くし、この結果、NO
xの浄化効率を向上させることができる。
【0060】なお、本発明は、上述した実施の形態に記
載された内容に限定されるものではなく、例えば第1及
び第2の実施の形態の内容をそれぞれ合わせてもよい。
すなわち、本実施の形態に係るエンジンシステムは、吸
気管21に水素供給弁50を設けると共に、三元触媒3
2の上流側に別の水素供給弁50を設けることもでき
る。これにより、上記エンジンシステムは、燃焼室30
内の燃焼を安定させると共に、三元触媒32から排出さ
れる排気ガスを減少させることができる。
【0061】
【発明の効果】請求項1記載の発明は、水素を含む改質
ガスを発生し、改質ガスから水素を分離して燃焼室又は
排気触媒の上流側に供給することにより、反応性の高い
水素を燃焼室に送りリーン限界を広げて燃焼を安定させ
たり、排気触媒の活性を上げることができる。これによ
り、失火を防止することができると共に有害な排気ガス
を大幅に減少したり、排気ガスを効率的に低減すること
ができる。
【0062】請求項2記載の発明は、水素供給手段が、
水素分離手段で分離された水素を貯蔵する水素貯蔵手段
と、前記水素貯蔵手段に貯蔵された水素をエンジン始動
時又は暖気過程のときに供給する制御を行う制御手段と
を備えていることにより、燃焼室の燃焼変動の生じやす
いとき又は触媒の活性が低いときに水素を供給して、燃
焼を安定したり、排気ガスの低減を行うことができる。
【0063】請求項3記載の発明は、制御手段は排気触
媒が所定温度になったときに水素を排気触媒の上流側に
供給するように制御することにより、排気ガスの低減を
効率的に行うことができる。
【0064】請求項4記載の発明は、制御手段は、前記
NOx吸蔵還元触媒の還元時に、水素を前記NOx吸蔵
還元触媒の上流側に供給するように制御することによ
り、NOxの還元効率が高まり、NOxの浄化効率を向
上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係るエンジンシス
テムの構成を示す図である。
【図2】エンジンシステムに備えられたECUの制御手
順を示すフローチャートである。
【図3】本発明の第2の実施の形態に係るエンジンシス
テムの構成を示す図である。
【図4】エンジンシステムに備えられたECUの制御手
順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
41 蒸発器 43 改質器 45 水素分離器 48 水素貯蔵タンク 50 水素供給弁 55 水温計 60 ECU
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C01B 3/38 F01N 3/08 B 3/56 3/28 301C F01N 3/08 F02D 19/02 B 3/28 301 C F02D 19/02 41/06 330S B01D 53/36 101A 41/06 330 ZAB Fターム(参考) 3G091 AA12 AA21 AA23 AB03 AB06 BA03 BA14 BA15 CA19 DA02 DA08 EA01 EA16 EA17 EA34 FA04 FB02 GA06 HA36 3G092 AA01 AA05 AA09 AB01 AB09 AB12 AB15 AB17 BB20 DE16S DE17S DE18S DF03 DF06 DG09 EA01 EA02 EA11 EA14 EA28 EA29 FA17 FA18 GA02 HB01X HB03Z HD01Z HD05X HE01Z HE08Z 3G301 HA01 HA15 HA24 JA25 JA26 KA05 LB01 LC01 MA11 MA23 MA24 NE01 NE06 NE13 PB08Z PD02A PD11Z PE01Z PE08Z 4D048 AA06 AB02 AB07 AC01 CC61 DA01 DA02 DA06 DA10 EA04 4G040 AA29 EA03 EA06 EA07 EB03 EB42 EB44 FA02 FC01 FE01

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃焼室に燃料を供給する燃料供給手段
    と、 排気熱により燃料の改質を行い、水素を含む改質ガスを
    発生する燃料改質手段と、 前記燃料改質手段で発生した改質ガスから水素を分離す
    る水素分離手段と、 前記水素分離手段で分離された水素を、前記燃焼室及び
    排気触媒の上流側の少なくとも一方に供給する水素供給
    手段と、 を備えたエンジンシステム。
  2. 【請求項2】 前記水素供給手段は、前記水素分離手段
    で分離された水素を貯蔵する水素貯蔵手段と、前記水素
    貯蔵手段に貯蔵された水素をエンジン始動時又は暖気過
    程のときに供給する制御を行う制御手段と、を備えたこ
    とを特徴とする請求項1記載のエンジンシステム。
  3. 【請求項3】 前記制御手段は、前記排気触媒が所定温
    度になったときに、前記水素分離手段で分離された水素
    を前記排気触媒の上流側に供給するように制御すること
    を特徴とする請求項2記載のエンジンシステム。
  4. 【請求項4】 前記排気触媒は、NOx吸蔵還元触媒で
    構成され、 前記制御手段は、前記NOx吸蔵還元触媒の還元時に、
    前記水素分離手段で分離された水素を前記NOx吸蔵還
    元触媒の上流側に供給するように制御することを特徴と
    する請求項2記載のエンジンシステム。
JP2001142094A 2001-05-11 2001-05-11 エンジンシステム Pending JP2002339772A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001142094A JP2002339772A (ja) 2001-05-11 2001-05-11 エンジンシステム

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001142094A JP2002339772A (ja) 2001-05-11 2001-05-11 エンジンシステム

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002339772A true JP2002339772A (ja) 2002-11-27

Family

ID=18988453

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001142094A Pending JP2002339772A (ja) 2001-05-11 2001-05-11 エンジンシステム

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2002339772A (ja)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006010277A2 (en) * 2004-07-29 2006-02-02 Nxtgen Emission Controls Inc. Integrated system for reducing fuel consumption and emissions in an internal combustion engine
JP2007182855A (ja) * 2006-01-10 2007-07-19 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御装置
JP2009074448A (ja) * 2007-09-21 2009-04-09 Suzuki Motor Corp 水素エンジンの排気浄化装置
JP2009108755A (ja) * 2007-10-30 2009-05-21 Denso Corp 内燃機関の排気浄化装置
EP2105601A1 (en) * 2008-03-28 2009-09-30 Hitachi Ltd. Engine system
JP2010196616A (ja) * 2009-02-26 2010-09-09 Nissan Motor Co Ltd エンジンの排気浄化装置
JP2011116652A (ja) * 2011-03-04 2011-06-16 Japan Steel Works Ltd:The 自立型低級炭化水素直接分解プロセスシステム
WO2011120935A1 (de) * 2010-03-29 2011-10-06 Chemical Trading Central Europe Gmbh Faktorplus-System Verfahren zum emissionsmindern von verbrennungskraftmaschinen und verbrennungskraftmaschine
CN105134351A (zh) * 2015-10-12 2015-12-09 上海海事大学 船舶发动机废气余热循环利用装置

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006010277A3 (en) * 2004-07-29 2007-11-08 Nxtgen Emission Controls Inc Integrated system for reducing fuel consumption and emissions in an internal combustion engine
WO2006010277A2 (en) * 2004-07-29 2006-02-02 Nxtgen Emission Controls Inc. Integrated system for reducing fuel consumption and emissions in an internal combustion engine
JP2007182855A (ja) * 2006-01-10 2007-07-19 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御装置
JP4670644B2 (ja) * 2006-01-10 2011-04-13 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
JP2009074448A (ja) * 2007-09-21 2009-04-09 Suzuki Motor Corp 水素エンジンの排気浄化装置
JP2009108755A (ja) * 2007-10-30 2009-05-21 Denso Corp 内燃機関の排気浄化装置
US8096269B2 (en) 2008-03-28 2012-01-17 Hitachi, Ltd. Engine system
EP2105601A1 (en) * 2008-03-28 2009-09-30 Hitachi Ltd. Engine system
JP2010196616A (ja) * 2009-02-26 2010-09-09 Nissan Motor Co Ltd エンジンの排気浄化装置
WO2011120935A1 (de) * 2010-03-29 2011-10-06 Chemical Trading Central Europe Gmbh Faktorplus-System Verfahren zum emissionsmindern von verbrennungskraftmaschinen und verbrennungskraftmaschine
CN102939450A (zh) * 2010-03-29 2013-02-20 化工贸易中心欧洲有限公司正因素系统 用于降低内燃机的排放的方法和内燃机
JP2011116652A (ja) * 2011-03-04 2011-06-16 Japan Steel Works Ltd:The 自立型低級炭化水素直接分解プロセスシステム
CN105134351A (zh) * 2015-10-12 2015-12-09 上海海事大学 船舶发动机废气余热循环利用装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11578686B2 (en) Engine system
CN113614348B (zh) 发动机
JP2003146614A (ja) 燃料改質システム
US11713727B2 (en) Engine system
US8015803B2 (en) Operating method for a system composed of a reformer and a catalytic exhaust gas aftertreatment device
JP2020172904A (ja) 改質システム及びエンジンシステム
US6715452B1 (en) Method and apparatus for shutting down a fuel reformer
JP2002339772A (ja) エンジンシステム
JP4625449B2 (ja) 水素に富むガスを発生させるための炭化水素の触媒による変換のための方法及び装置
KR20100070209A (ko) 개질가스를 이용한 질소산화물 저감장치 및 방법
JP2007187111A (ja) 水素利用内燃機関
JP5293879B2 (ja) 内燃機関の排気装置
JP2007113421A (ja) 内燃機関の制御装置
JP5149647B2 (ja) 燃料改質装置
JP2009144612A (ja) 内燃機関の燃料改質装置
JP4827592B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP2002180824A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP3747797B2 (ja) 燃料改質装置
JP4423727B2 (ja) 燃料改質装置付き内燃機関
JP2005105909A (ja) エンジンシステム
JP2020197211A (ja) エンジンシステム
JP2020159241A (ja) エンジンシステム
JP2009299520A (ja) 内燃機関の制御装置
JP2009108755A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP3900841B2 (ja) 燃料電池の改質装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080212

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20091030

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20091104

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091228

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20100302