JP2005247672A - Fuel reformer and its operation method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel reformer capable of precisely setting an air-fuel ratio of a hydrocarbon fuel and air of a reforming catalyst at a desired value and its operation method. <P>SOLUTION: An internal combustion engine 1 is equipped with a fuel reformer 20 where a gaseous mixture of a hydrocarbon fuel and air is reformed by a reforming catalyst, and ECU (electronic control unit) 30. The fuel reformer 20 has a reforming reaction part 23 in which a reforming catalyst is placed and a CO<SB>2</SB>sensor Sc detecting CO<SB>2</SB>concentration contained in a fluid flowing out from the reforming reaction part 23. ECU 30 controls a ratio of oxygen atom in air vs. carbon atom in the hydrocarbon fuel fed into the reforming reaction part 23, i.e. O/C, to be within a range from about 1 to a value slightly more than 1 by correcting the feeding amount of the hydrocarbon fuel to the reforming reaction part 23 so that the CO<SB>2</SB>concentration detected by the CO<SB>2</SB>sensor Sc is within a specified range. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、改質触媒を有し、当該改質触媒により炭化水素系燃料と空気との混合気を改質する燃料改質装置およびその運転方法に関する。   The present invention relates to a fuel reformer having a reforming catalyst and reforming a mixture of hydrocarbon fuel and air by the reforming catalyst, and an operation method thereof.

従来から、炭化水素系燃料と空気との混合気を改質して所定の燃料成分(例えばCOやH)を含む改質ガスを生成する改質装置を備えた内燃機関が知られている(例えば、特許文献1参照。)。この内燃機関では、改質ガス中の燃料成分(COやH)の収率を高めるために、改質装置の改質触媒の温度が所定温度(600℃)に達した段階で、改質触媒における燃料および空気の空燃比を5付近に設定される。また、この種の内燃機関に適用される改質装置では、触媒の劣化による改質性能の低下を防止し、副生成物の発生を抑制すると共に、改質装置周辺への熱の影響を低減させる上で、改質触媒の温度(触媒床温)を適正に管理することも重要となる。このため、改質触媒の温度を制御する手法として、改質触媒に供給される燃料および空気の空燃比と改質触媒の到達温度との相関関係を用いて改質触媒における空燃比を制御することにより、改質触媒の温度を適正に設定する技術も知られている(例えば、特許文献2参照。)。 2. Description of the Related Art Conventionally, an internal combustion engine having a reformer that reforms a mixture of a hydrocarbon fuel and air to generate a reformed gas containing a predetermined fuel component (for example, CO or H 2 ) is known. (For example, refer to Patent Document 1). In this internal combustion engine, in order to increase the yield of fuel components (CO and H 2 ) in the reformed gas, reforming is performed when the temperature of the reforming catalyst of the reformer reaches a predetermined temperature (600 ° C.). The air-fuel ratio of fuel and air in the catalyst is set to around 5. In addition, in a reformer applied to this type of internal combustion engine, deterioration of the reforming performance due to catalyst deterioration is prevented, generation of by-products is suppressed, and the influence of heat around the reformer is reduced. Therefore, it is also important to appropriately manage the temperature of the reforming catalyst (catalyst bed temperature). Therefore, as a method for controlling the temperature of the reforming catalyst, the air-fuel ratio in the reforming catalyst is controlled using the correlation between the air-fuel ratio of the fuel and air supplied to the reforming catalyst and the temperature reached by the reforming catalyst. Thus, a technique for appropriately setting the temperature of the reforming catalyst is also known (see, for example, Patent Document 2).

特開平9−21362号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-21362 特開2002−1790405号公報JP 2002-1790405 A

上述のように、改質ガス中の燃料成分の収率を高めるためには、改質触媒における炭化水素系燃料および空気の空燃比を理論空燃比である5付近に設定することが好ましいが、改質触媒における空燃比を所望の値に精度よく設定することは必ずしも容易ではない。この場合、上述の改質触媒における空燃比と改質触媒の到達温度との相関関係を利用して、改質触媒の温度に基づいて改質触媒における空燃比を設定することも考えられる。   As described above, in order to increase the yield of the fuel component in the reformed gas, it is preferable to set the air-fuel ratio of the hydrocarbon fuel and air in the reforming catalyst around 5 which is the theoretical air-fuel ratio. It is not always easy to accurately set the air-fuel ratio in the reforming catalyst to a desired value. In this case, it is conceivable to set the air-fuel ratio in the reforming catalyst based on the temperature of the reforming catalyst using the correlation between the air-fuel ratio in the reforming catalyst and the temperature reached by the reforming catalyst.

しかしながら、改質触媒の温度は、供給される空気や燃料の温度や、供給される燃料の成分の影響を受けるものである。また、改質触媒における空燃比が理論空燃比(およそ5)付近にある場合、改質触媒の温度は当該空燃比に対して動的には非線形に変化するものの、一旦活性化した改質触媒は、燃料および空気の空燃比が理論空燃比から逸脱してもさほど温度変化しないことから、動的に改質触媒の温度に基づいて改質触媒における燃料および空気の空燃比を設定するのは困難である。   However, the temperature of the reforming catalyst is affected by the temperature of the supplied air and fuel and the components of the supplied fuel. Further, when the air-fuel ratio in the reforming catalyst is in the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio (approximately 5), the reforming catalyst once activated, although the temperature of the reforming catalyst dynamically changes nonlinearly with respect to the air-fuel ratio. Because the temperature does not change much even if the air-fuel ratio of fuel and air deviates from the stoichiometric air-fuel ratio, the air-fuel ratio of fuel and air in the reforming catalyst is dynamically set based on the temperature of the reforming catalyst. Have difficulty.

そこで、本発明は、改質触媒における炭化水素系燃料および空気の空燃比を所望の値に精度よく設定可能とする燃料改質装置およびその運転方法の提供を目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel reforming apparatus and an operating method thereof capable of accurately setting the air-fuel ratio of the hydrocarbon fuel and air in the reforming catalyst to desired values.

本発明による燃料改質装置は、改質触媒を有し、当該改質触媒により炭化水素系燃料と空気との混合気を改質する燃料改質装置において、改質触媒を流出した流体に含まれるCOおよびHOの少なくとも何れか一方の濃度を検出する濃度検出手段と、濃度検出手段の検出値に基づいて改質触媒における炭化水素系燃料および空気の空燃比を設定する制御手段とを備えることを特徴とする。 A fuel reforming apparatus according to the present invention includes a reforming catalyst, and the reforming catalyst includes a reforming catalyst, and the reforming catalyst includes a fluid that flows out of the reforming catalyst. Concentration detecting means for detecting the concentration of at least one of CO 2 and H 2 O, and control means for setting the air-fuel ratio of the hydrocarbon fuel and air in the reforming catalyst based on the detection value of the concentration detecting means; It is characterized by providing.

一般に、改質触媒により炭化水素系燃料と空気とを反応させ、部分酸化反応を進行させて燃料成分を得る場合、改質触媒に対して供給される炭化水素系燃料中の炭素原子に対する空気中の酸素原子の比O/Cが適正値(およそ1)付近にある場合、改質触媒を流出した流体中のCOやHOの濃度は、上記O/Cに対して概ね線形に変化する。一方、改質触媒に対して供給される炭化水素系燃料中の炭素原子に対する空気中の酸素原子の比O/Cが1を多少超えたあたりから、酸素過多となって完全酸化反応が進行し、改質触媒を流出した流体中のCOやHOの濃度が著しく高まる。 In general, when hydrocarbon fuel and air are reacted with a reforming catalyst and a partial oxidation reaction proceeds to obtain a fuel component, in the air with respect to carbon atoms in the hydrocarbon fuel supplied to the reforming catalyst When the oxygen atom ratio O / C is close to an appropriate value (approximately 1), the concentration of CO 2 and H 2 O in the fluid flowing out of the reforming catalyst changes almost linearly with respect to the O / C. To do. On the other hand, since the ratio O / C of oxygen atoms in the air to carbon atoms in the hydrocarbon-based fuel supplied to the reforming catalyst slightly exceeds 1, oxygen is excessive and a complete oxidation reaction proceeds. The concentration of CO 2 and H 2 O in the fluid flowing out of the reforming catalyst is significantly increased.

これらの点に鑑みて、本発明の燃料改質装置では、改質触媒を流出した流体に含まれるCOおよびHOの少なくとも何れか一方の濃度が検出され、当該濃度に基づいて改質触媒における炭化水素系燃料および空気の空燃比が設定(補正)される。すなわち、上記特性を踏まえて、濃度検出手段により検出される濃度が所定範囲内に含まれるように改質触媒に対する炭化水素系燃料や空気の供給量を補正することにより、上記O/Cを適正な値である1付近に保つことができる。そして、改質触媒を流出した流体に含まれるCOやHOの濃度は、改質触媒における反応状況を直ちに反映することから、当該濃度を用いれば、改質触媒での反応状況に応じた適切な空燃比制御を実行することができる。この結果、本発明の燃料改質装置では、改質触媒における炭化水素系燃料および空気の空燃比を所望の値に精度よく設定することが可能となる。 In view of these points, in the fuel reformer of the present invention, the concentration of at least one of CO 2 and H 2 O contained in the fluid flowing out of the reforming catalyst is detected, and reforming is performed based on the concentration. The air-fuel ratio of the hydrocarbon fuel and air in the catalyst is set (corrected). That is, based on the above characteristics, the O / C is appropriately adjusted by correcting the amount of hydrocarbon fuel and air supplied to the reforming catalyst so that the concentration detected by the concentration detecting means is within a predetermined range. It can be kept near 1 which is a small value. Since the concentration of CO 2 or H 2 O contained in the fluid that has flowed out of the reforming catalyst immediately reflects the reaction status in the reforming catalyst, if the concentration is used, it depends on the reaction status in the reforming catalyst. In addition, appropriate air-fuel ratio control can be executed. As a result, in the fuel reformer of the present invention, it is possible to accurately set the air-fuel ratio of the hydrocarbon fuel and air in the reforming catalyst to desired values.

この場合、制御手段は、濃度検出手段により検出される濃度が所定範囲内に含まれるように改質触媒に対する炭化水素系燃料および空気の供給量の少なくとも何れか一方を補正し、上記所定範囲は、改質触媒に対して供給される炭化水素系燃料中の炭素原子に対する空気中の酸素原子の比O/Cがおよそ1から1をわずかに上回る値までの範囲に含まれるように定められると好ましい。   In this case, the control unit corrects at least one of the supply amount of the hydrocarbon-based fuel and air to the reforming catalyst so that the concentration detected by the concentration detection unit is within the predetermined range, and the predetermined range is When the ratio O / C of oxygen atoms in the air to carbon atoms in the hydrocarbon-based fuel supplied to the reforming catalyst is determined to fall within a range from about 1 to a value slightly higher than 1. preferable.

このように、改質触媒に対して供給される炭化水素系燃料中の炭素原子に対する空気中の酸素原子の比O/Cがおよそ1から1をわずかに上回る値までの範囲に含まれるようにすれば、燃料改質装置における未改質燃料を減少させることが可能となる。   Thus, the ratio O / C of oxygen atoms in the air to carbon atoms in the hydrocarbon-based fuel supplied to the reforming catalyst is included in a range from approximately 1 to a value slightly exceeding 1. By doing so, it becomes possible to reduce the unreformed fuel in the fuel reformer.

また、制御手段は、濃度検出手段により検出される濃度が上記所定範囲内に含まれる場合に、改質触媒に対する炭化水素系燃料の供給量を増加させるか、または、改質触媒に対する空気の供給量を減少させると好ましい。   Further, the control means increases the supply amount of hydrocarbon fuel to the reforming catalyst or supplies air to the reforming catalyst when the concentration detected by the concentration detection means falls within the predetermined range. It is preferable to reduce the amount.

すなわち、改質触媒に対して供給される炭化水素系燃料中の炭素原子に対する空気中の酸素原子の比O/Cがおよそ1から1をわずかに上回る値までの範囲に含まれている場合、更に、改質触媒に対する炭化水素系燃料の供給量を僅かに増加させるか、または、改質触媒に対する空気の供給量を僅かに減少させることにより、改質触媒における上記O/Cを1により一層近づけることが可能となる。これにより、燃料改質装置に対する燃料供給量を適正にすることができる。   That is, when the ratio O / C of oxygen atoms in the air to carbon atoms in the hydrocarbon-based fuel supplied to the reforming catalyst is included in a range from about 1 to a value slightly higher than 1, Furthermore, by slightly increasing the amount of hydrocarbon fuel supplied to the reforming catalyst or slightly decreasing the amount of air supplied to the reforming catalyst, the O / C in the reforming catalyst is further increased by 1. It becomes possible to approach. Thereby, the amount of fuel supplied to the fuel reformer can be made appropriate.

更に、本発明による燃料改質装置は、濃度検出手段により検出される濃度が所定値以上である場合に、装置に何らかの異常が発生していると判断する手段を更に備えると好ましい。   Furthermore, the fuel reforming apparatus according to the present invention preferably further comprises means for determining that some abnormality has occurred in the apparatus when the concentration detected by the concentration detecting means is equal to or greater than a predetermined value.

本発明による燃料改質装置の運転方法は、改質触媒を有し、当該改質触媒により炭化水素系燃料と空気との混合気を改質する燃料改質装置の運転方法において、改質触媒を流出した流体に含まれるCOおよびHOの少なくとも何れか一方の濃度を検出し、当該濃度に基づいて改質触媒における炭化水素系燃料および空気の空燃比を設定することを特徴とする。 An operation method of a fuel reformer according to the present invention includes a reforming catalyst, and the reforming catalyst is an operation method of a fuel reformer that reforms a mixture of hydrocarbon-based fuel and air by the reforming catalyst. And detecting the concentration of at least one of CO 2 and H 2 O contained in the fluid flowing out of the fuel, and setting the air-fuel ratio of the hydrocarbon fuel and air in the reforming catalyst based on the concentration .

本発明によれば、改質触媒における炭化水素系燃料および空気の空燃比を所望の値に精度よく設定可能とする燃料改質装置およびその運転方法の実現が可能となる。   According to the present invention, it is possible to realize a fuel reforming apparatus and an operation method thereof capable of accurately setting the air-fuel ratio of hydrocarbon fuel and air in a reforming catalyst to desired values.

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

〔第1実施形態〕
図1は、本発明の第1実施形態に係る燃料改質装置を備えた内燃機関を示す概略構成図である。同図に示される内燃機関1は、例えば車両の走行用駆動源として用いられると好適なものである。内燃機関1は、シリンダブロック2に形成された燃焼室3の内部で燃料成分を含む混合気を燃焼させ、燃焼室3内でピストン4を往復移動させることにより動力を発生する。なお、図1には、1気筒のみが示されるが、本実施形態の内燃機関1は、多気筒エンジンとして構成される。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an internal combustion engine provided with a fuel reformer according to a first embodiment of the present invention. The internal combustion engine 1 shown in the figure is preferably used as a driving source for driving a vehicle, for example. The internal combustion engine 1 generates power by burning an air-fuel mixture containing a fuel component inside a combustion chamber 3 formed in the cylinder block 2 and reciprocating a piston 4 in the combustion chamber 3. Although only one cylinder is shown in FIG. 1, the internal combustion engine 1 of the present embodiment is configured as a multi-cylinder engine.

各燃焼室3の吸気ポートは、吸気マニホールド5を構成する吸気管5aにそれぞれ接続され、各燃焼室3の排気ポートは、排気マニホールド6を構成する排気管6aにそれぞれ接続されている。また、内燃機関1のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Viと、排気ポートを開閉する排気弁Veとが燃焼室3ごとに配設されている。各吸気弁Viおよび各排気弁Veは、例えば、可変バルブタイミング機能等を有する動弁機構7によって開閉させられる。更に、内燃機関1のシリンダヘッドには、点火プラグ8が燃焼室3ごとに配設されている。また、排気マニホールド6には、各燃焼室3からの排気ガスの空燃比を検出する排気空燃比センサ(Oセンサ)SAFが設置されている。そして、排気マニホールド6は、それぞれ排気浄化触媒を含む排気浄化装置としての前段触媒装置9aおよび後段触媒装置9bに接続されている。 The intake port of each combustion chamber 3 is connected to an intake pipe 5 a constituting the intake manifold 5, and the exhaust port of each combustion chamber 3 is connected to an exhaust pipe 6 a constituting the exhaust manifold 6. In addition, an intake valve Vi that opens and closes the intake port and an exhaust valve Ve that opens and closes the exhaust port are disposed in the cylinder head of the internal combustion engine 1 for each combustion chamber 3. Each intake valve Vi and each exhaust valve Ve are opened and closed by, for example, a valve mechanism 7 having a variable valve timing function or the like. Further, a spark plug 8 is provided for each combustion chamber 3 in the cylinder head of the internal combustion engine 1. The exhaust manifold 6 is provided with an exhaust air-fuel ratio sensor (O 2 sensor) SAF for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas from each combustion chamber 3. The exhaust manifold 6 is connected to a front catalyst device 9a and a rear catalyst device 9b as exhaust gas purification devices each including an exhaust gas purification catalyst.

図1に示されるように、吸気マニホールド5を構成する各吸気管5aは、サージタンク10に接続されており、サージタンク10には、給気管L1が接続されている。これらの吸気マニホールド5(各吸気管5a)、サージタンク10および給気管L1は、内燃機関1の吸気路を構成する。給気管L1は、エアクリーナ11を介して図示されない空気取入口に接続されており、給気管L1の中途(サージタンク10とエアクリーナ11との間)には、スロットルバルブ(本実施形態では、電子制御式スロットルバルブ)12が組み込まれている。また、サージタンク10には、圧力センサSPが設けられており、圧力センサSPは、サージタンク10の内部圧力を検出する。   As shown in FIG. 1, each intake pipe 5 a constituting the intake manifold 5 is connected to a surge tank 10, and an air supply pipe L <b> 1 is connected to the surge tank 10. The intake manifold 5 (each intake pipe 5a), the surge tank 10, and the supply pipe L1 constitute an intake path of the internal combustion engine 1. The air supply pipe L1 is connected to an air intake port (not shown) via the air cleaner 11, and a throttle valve (in the present embodiment, electronic control) is provided in the middle of the air supply pipe L1 (between the surge tank 10 and the air cleaner 11). Type throttle valve) 12 is incorporated. The surge tank 10 is provided with a pressure sensor SP, and the pressure sensor SP detects the internal pressure of the surge tank 10.

更に、給気管L1には、エアクリーナ11とスロットルバルブ12との間に位置するように第1エアフローメータAFM1が設置されている。そして、給気管L1からは、スロットルバルブ12と第1エアフローメータAFM1との間(スロットルバルブ12の上流側)に定められた分岐部BPにおいてバイパス管(改質空気供給路)L2が分岐されている。バイパス管L2は、中途に、エアポンプAP、第2エアフローメータAFM2、流量調整弁14および開閉弁15を分岐部BP側からこの順番で含み、その先端(分岐部BP側の端部と反対側の端部)は、燃料改質装置20に接続されている。なお、エアポンプAP、第2エアフローメータAFM2、流量調整弁14および開閉弁15の配置順序は、この順序に限られるものではなく、エアポンプAPが流量調整弁14および開閉弁15の上流側に配置されていれば、それ以外の順序は任意に定めることができる。   Further, a first air flow meter AFM1 is installed in the supply pipe L1 so as to be positioned between the air cleaner 11 and the throttle valve 12. A bypass pipe (reformed air supply path) L2 is branched from the supply pipe L1 at a branching portion BP defined between the throttle valve 12 and the first air flow meter AFM1 (upstream side of the throttle valve 12). Yes. The bypass pipe L2 includes an air pump AP, a second air flow meter AFM2, a flow rate adjustment valve 14 and an on-off valve 15 in this order from the branching part BP side, and its tip (on the side opposite to the end part on the branching part BP side). The end portion is connected to the fuel reformer 20. The arrangement order of the air pump AP, the second air flow meter AFM2, the flow rate adjustment valve 14 and the on-off valve 15 is not limited to this order, and the air pump AP is arranged upstream of the flow rate adjustment valve 14 and the on-off valve 15. If so, the other orders can be determined arbitrarily.

燃料改質装置20は、両端が閉鎖された概ね筒状の本体21を有し、本体21の内部には、上述のバイパス管L2が接続される空燃混合部22と、空燃混合部22に隣接する改質反応部23とが画成されている。空燃混合部22には、バイパス管L2に加えて、改質用燃料噴射弁16が接続されている。改質用燃料噴射弁16は、燃料ポンプ17を介して燃料タンク18に接続されており、ガソリン等の炭化水素系燃料(液体燃料)を空燃混合部22内に噴射可能なものである。また、改質反応部23には、例えばジルコニアにロジウムを担持させた改質触媒が配置されると共に、改質触媒を予熱するための電気式プレヒータ24が配置されている。   The fuel reformer 20 has a substantially cylindrical main body 21 whose both ends are closed. Inside the main body 21, an air / fuel mixing unit 22 to which the above-described bypass pipe L2 is connected, and an air / fuel mixing unit 22 are provided. And a reforming reaction section 23 adjacent to. In addition to the bypass pipe L2, the reforming fuel injection valve 16 is connected to the air-fuel mixing unit 22. The reforming fuel injection valve 16 is connected to a fuel tank 18 via a fuel pump 17 and can inject hydrocarbon-based fuel (liquid fuel) such as gasoline into the air-fuel mixing unit 22. In the reforming reaction section 23, for example, a reforming catalyst in which rhodium is supported on zirconia is disposed, and an electric preheater 24 for preheating the reforming catalyst is disposed.

更に、本体21の内部には、改質反応部23の下流側に改質燃料分配室25が画成されている。改質燃料分配室25には、改質燃料供給管26の基端が接続されており、改質燃料供給管26の先端側は、各燃焼室3に向けて分岐されている。改質燃料供給管26の各先端部には、改質燃料供給ノズル27が装着されており、各改質燃料供給ノズル27は、対応する燃焼室3の吸気ポート近傍に配置されている。なお、各改質燃料供給ノズル27と改質燃料分配室25とを個別に連絡するように、複数の改質燃料供給管26が燃焼室3ごとに設けられてもよい。また、内燃機関1は、改質燃料供給管26内の改質燃料を冷却するための熱交換器28を有している。熱交換器28の冷却媒体としては、例えばエンジン冷却水が用いられる。更に、燃料改質装置20の改質燃料分配室25には、その内部の流体のCO濃度を検出するためのCOセンサScが備えられている。COセンサScとしては、赤外光式センサや、半導体センサ等を採用することができる。 Further, a reformed fuel distribution chamber 25 is defined in the main body 21 on the downstream side of the reforming reaction section 23. A base end of a reformed fuel supply pipe 26 is connected to the reformed fuel distribution chamber 25, and a tip end side of the reformed fuel supply pipe 26 is branched toward each combustion chamber 3. A reformed fuel supply nozzle 27 is attached to each tip of the reformed fuel supply pipe 26, and each reformed fuel supply nozzle 27 is disposed in the vicinity of the corresponding intake port of the combustion chamber 3. A plurality of reformed fuel supply pipes 26 may be provided for each combustion chamber 3 so as to communicate each reformed fuel supply nozzle 27 and the reformed fuel distribution chamber 25 individually. The internal combustion engine 1 also has a heat exchanger 28 for cooling the reformed fuel in the reformed fuel supply pipe 26. As the cooling medium of the heat exchanger 28, for example, engine cooling water is used. Further, the reformed fuel distribution chamber 25 of the fuel reformer 20 is provided with a CO 2 sensor Sc for detecting the CO 2 concentration of the fluid inside. As the CO 2 sensor Sc, an infrared light sensor, a semiconductor sensor, or the like can be employed.

加えて、内燃機関1は、各吸気管5a(各吸気ポート)に装備された通常燃料噴射弁160を有しており、燃料改質装置20を作動させた状態、または、燃料改質装置20に対する空気および燃料の供給を停止させた状態で、各通常燃料噴射弁160から上記燃料ポンプ17により圧送されるガソリン等の炭化水素系燃料を各吸気管5a(吸気ポート)内に噴射させて動力を得ることが可能である。なお、通常燃料噴射弁160は、対応する燃焼室3内に炭化水素系燃料を直接噴射するものであってもよい。   In addition, the internal combustion engine 1 has a normal fuel injection valve 160 provided in each intake pipe 5a (each intake port), and the fuel reformer 20 is operated, or the fuel reformer 20 In a state where the supply of air and fuel to the engine is stopped, hydrocarbon fuel such as gasoline pumped by the fuel pump 17 from each normal fuel injection valve 160 is injected into each intake pipe 5a (intake port). It is possible to obtain The normal fuel injection valve 160 may directly inject hydrocarbon-based fuel into the corresponding combustion chamber 3.

図2は、上述の内燃機関1の制御ブロック図である。同図に示されるように、内燃機関1は、制御手段として機能する電子制御ユニット(以下「ECU」という)30を有している。ECU30は、CPU、ROM、RAM、入出力ポート、および、各種情報やマップ等が記憶されるメモリを含む。そして、このECU30の入出力ポートには、上述の動弁機構7、点火プラグ(イグナイタ)8、スロットルバルブ12、流量調整弁14、開閉弁15、改質用燃料噴射弁16、通常燃料噴射弁160、電気式プレヒータ24、エアポンプAP、更には、スタータ19等が適宜制御回路等を介して接続されている。   FIG. 2 is a control block diagram of the internal combustion engine 1 described above. As shown in the figure, the internal combustion engine 1 has an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 30 that functions as a control means. The ECU 30 includes a CPU, a ROM, a RAM, an input / output port, and a memory in which various information and maps are stored. The input / output port of the ECU 30 includes the valve operating mechanism 7, the ignition plug (igniter) 8, the throttle valve 12, the flow rate adjusting valve 14, the on-off valve 15, the reforming fuel injection valve 16, and the normal fuel injection valve. 160, an electric preheater 24, an air pump AP, and a starter 19 and the like are appropriately connected via a control circuit or the like.

また、ECU30の入出力ポートには、各種センサ類、すなわち、上述のエアフローメータAFM1およびAFM2、COセンサSc、圧力センサSP、排気空燃比センサSAF等が接続されている。第1エアフローメータAFM1は、空気取入口から給気管L1に取り入れられた空気の総流量(全燃焼室3に供給される空気の総量)を検出し、検出値を示す信号をECU30に与える。また、第2エアフローメータAFM2は、バイパス管L2を流通する空気の流量を検出し、検出値を示す信号をECU30に与える。COセンサSc、圧力センサSPおよび排気空燃比センサSAFも、それぞれ検出値を示す信号をECU30に与える。 Further, the input and output ports of the ECU 30, various sensors, namely an air flow meter AFM1 and AFM2 above, CO 2 sensor Sc, a pressure sensor SP, form exhaust air-fuel ratio sensor SAF and the like are connected. The first air flow meter AFM1 detects the total flow rate of air taken into the supply pipe L1 from the air intake port (total amount of air supplied to all the combustion chambers 3), and gives a signal indicating the detected value to the ECU 30. The second air flow meter AFM2 detects the flow rate of the air flowing through the bypass pipe L2, and gives a signal indicating the detected value to the ECU 30. The CO 2 sensor Sc, the pressure sensor SP, and the exhaust air / fuel ratio sensor SAF also each provide a signal indicating the detected value to the ECU 30.

更に、ECU30の入出力ポートには、イグニッションスイッチ31、アクセル位置センサ32、クランク角センサ33、水温センサSWおよびシフトポジションセンサSSP等が接続されている。アクセル位置センサ32は、図示されないアクセルペダルの踏込量を示す信号をECU30に与え、クランク角センサ33は、内燃機関1のクランク角を示す信号をECU30に与え、水温センサSWは、内燃機関1の冷却系統を流通する冷却水の温度を示す信号をECU30に与え、シフトポジションセンサSSPは、図示されない変速機のシフト位置を示す信号をECU30に与える。ECU30は、エアフローメータAFM1,AFM2、アクセル位置センサ32、クランク角センサ33、シフトポジションセンサSSP等からの信号等に基づいて、スロットルバルブ12や流量調整弁14の開度、改質用燃料噴射弁16や通常燃料噴射弁160による燃料噴射量、点火プラグ8による点火タイミング、吸気弁Viおよび排気弁Veの開閉タイミング等を制御する。   Further, an ignition switch 31, an accelerator position sensor 32, a crank angle sensor 33, a water temperature sensor SW, a shift position sensor SSP, and the like are connected to an input / output port of the ECU 30. The accelerator position sensor 32 gives a signal indicating the amount of depression of an accelerator pedal (not shown) to the ECU 30, the crank angle sensor 33 gives a signal showing the crank angle of the internal combustion engine 1 to the ECU 30, and the water temperature sensor SW is used for the internal combustion engine 1. A signal indicating the temperature of the cooling water flowing through the cooling system is provided to the ECU 30, and the shift position sensor SSP provides the ECU 30 with a signal indicating the shift position of the transmission (not shown). The ECU 30 determines the degree of opening of the throttle valve 12 and the flow rate adjustment valve 14 and the reforming fuel injection valve based on signals from the air flow meters AFM1, AFM2, the accelerator position sensor 32, the crank angle sensor 33, the shift position sensor SSP, and the like. 16, the fuel injection amount by the normal fuel injection valve 160, the ignition timing by the spark plug 8, the opening / closing timing of the intake valve Vi and the exhaust valve Ve, and the like are controlled.

さて、例えば機関始動時や低負荷時等、所定条件の下で上述の内燃機関1を作動させる場合、燃料改質装置20の空燃混合部22に対して、ECU30によって制御されるエアポンプAPや流量調整弁14等を含むバイパス管L2を介して空気が導入されると共に、ECU30によって制御される改質用燃料噴射弁16からガソリン等の炭化水素系燃料が噴射される。ガソリン等の炭化水素系燃料は、空燃混合部22にて気化すると共にバイパス管L2からの空気と混ざり合い、改質反応部23へと流れ込む。改質反応部23では、改質触媒により炭化水素系燃料と空気とが反応させられ、次の(1)式にて表わされる部分酸化反応が進行する。
+(m/2)O → mCO+(n/2)H …(1)
When the internal combustion engine 1 described above is operated under predetermined conditions, such as when the engine is started or when the load is low, for example, an air pump AP controlled by the ECU 30 with respect to the air / fuel mixing unit 22 of the fuel reformer 20 Air is introduced through the bypass pipe L2 including the flow rate adjusting valve 14 and the like, and a hydrocarbon-based fuel such as gasoline is injected from the reforming fuel injection valve 16 controlled by the ECU 30. A hydrocarbon-based fuel such as gasoline is vaporized in the air-fuel mixing unit 22, mixed with air from the bypass pipe L 2, and flows into the reforming reaction unit 23. In the reforming reaction section 23, the hydrocarbon-based fuel and air are reacted by the reforming catalyst, and a partial oxidation reaction represented by the following formula (1) proceeds.
C m H n + (m / 2) O 2 → mCO + (n / 2) H 2 (1)

そして、上記(1)式の反応が進行することにより、燃料成分であるCOおよびHを含む改質ガス(改質燃料)が生成され、得られた改質ガスは、燃料改質装置20から改質燃料供給管26および改質燃料供給ノズル27を介して各燃焼室3の吸気ポートに供給される。また、各燃焼室3の吸気ポートには、ECU30によって開度調整される給気管L1のスロットルバルブ12を介して空気が導入される。従って、燃料改質装置20から各吸気ポートに導入された改質ガスは、更に空気と混ざり合った後、各燃焼室3内に吸入される。そして、所定のタイミングで各点火プラグ8が点火されると、各燃焼室3内で燃料成分であるCOおよびHが燃焼してピストン4を往復移動させ、これにより、内燃機関1から所望の動力を得ることができる。 Then, as the reaction of the above formula (1) proceeds, a reformed gas (reformed fuel) containing CO and H 2 as fuel components is generated, and the obtained reformed gas is supplied to the fuel reformer 20. To the intake port of each combustion chamber 3 through the reformed fuel supply pipe 26 and the reformed fuel supply nozzle 27. Air is introduced into the intake port of each combustion chamber 3 via the throttle valve 12 of the supply pipe L1 whose opening is adjusted by the ECU 30. Therefore, the reformed gas introduced from the fuel reformer 20 into each intake port is further mixed with air and then sucked into each combustion chamber 3. When each spark plug 8 is ignited at a predetermined timing, the fuel components CO and H 2 burn in each combustion chamber 3 to reciprocate the piston 4. Power can be obtained.

ところで、上述のように、改質ガスを用いて内燃機関1を運転するに際しては、燃料改質装置20における改質反応が良好に進行して所望の燃料成分が得られるように、改質反応部23における改質効率を高く維持する必要がある。また、改質反応部23における改質効率は、改質反応部23(改質触媒)における炭化水素系燃料および空気の空燃比と相関関係を有しており、改質ガス中のCOやHといった燃料成分の収率(改質効率)を高めるためには、改質反応部23における炭化水素系燃料中の炭素原子に対する空気中の酸素原子の比O/Cを1付近に設定することが好ましい。 By the way, as described above, when the internal combustion engine 1 is operated using the reformed gas, the reforming reaction is performed so that the reforming reaction in the fuel reformer 20 proceeds well and a desired fuel component is obtained. It is necessary to keep the reforming efficiency in the section 23 high. Further, the reforming efficiency in the reforming reaction section 23 has a correlation with the air-fuel ratio of the hydrocarbon fuel and air in the reforming reaction section 23 (reforming catalyst), and CO and H in the reformed gas are correlated. In order to increase the yield (reforming efficiency) of the fuel component such as 2, the ratio O / C of oxygen atoms in the air to carbon atoms in the hydrocarbon-based fuel in the reforming reaction section 23 should be set to around 1. Is preferred.

一方、改質触媒により炭化水素系燃料と空気とを反応させ、上記(1)式の部分酸化反応を進行させて燃料成分を得る場合、改質触媒に対して供給される炭化水素系燃料中の炭素原子に対する空気中の酸素原子の比O/Cが適正値である1付近にある場合(例えば、図3において、1.0から値aまでの範囲)、改質触媒を流出した流体中のCOやHOの濃度は、図3に示されるように、O/Cに対して概ね線形に変化する。また、上記O/Cが1を多少超えたあたりから(例えば、O/C=1.05位から)、酸素過多となって例えば次の(2)の完全酸化反応が進行し、図3に示されるように改質触媒を流出した流体中のCOやHOの濃度が著しく高まる。
CH1.869+1.467・O → CO+0.935・HO +596.5〔kJ〕…(2)
On the other hand, when a fuel component is obtained by reacting a hydrocarbon-based fuel and air with a reforming catalyst and advancing the partial oxidation reaction of the above formula (1), in the hydrocarbon-based fuel supplied to the reforming catalyst When the ratio O / C of oxygen atoms in the air to carbon atoms is in the vicinity of 1 which is an appropriate value (for example, in the range from 1.0 to the value a in FIG. 3), in the fluid that has flowed out of the reforming catalyst As shown in FIG. 3, the concentrations of CO 2 and H 2 O vary substantially linearly with respect to O / C. In addition, since the O / C slightly exceeds 1 (for example, from O / C = 1.05), oxygen is excessive and, for example, the following complete oxidation reaction (2) proceeds, and FIG. As shown, the concentration of CO 2 and H 2 O in the fluid flowing out of the reforming catalyst is significantly increased.
CH 1.869 + 1.467 · O 2 → CO 2 + 0.935 · H 2 O +596.5 [kJ] (2)

これらの点に鑑みて、本実施形態の燃料改質装置20では、改質反応部23におけるO/Cを1付近に設定するために、制御手段としてのECU30によって図4に示される改質制御ルーチンが実行される。この場合、ECU30は、まず、運転条件フラグの値を確認し(S10)、運転条件フラグが「0」である場合、アクセル位置センサ32等の検出値に基づいて内燃機関1の運転条件(例えば、目標トルク)を読み込む(S12)。更に、ECU30は、所定のマップを用いて、S12にて読み込んだ機関運転条件に対応した燃料改質装置20への空気供給量(以下、適宜「改質空気供給量」という)を求めると共に、求めた改質空気供給量との関係で、改質反応部23(改質触媒)における混合気のO/Cが1になるように改質用燃料噴射弁16からの燃料噴射量を算出する(S14)。   In view of these points, in the fuel reformer 20 of the present embodiment, the reforming control shown in FIG. 4 is performed by the ECU 30 as the control means in order to set the O / C in the reforming reaction unit 23 to around 1. The routine is executed. In this case, the ECU 30 first checks the value of the operating condition flag (S10), and if the operating condition flag is “0”, the operating condition of the internal combustion engine 1 (for example, based on the detected value of the accelerator position sensor 32 or the like) , Target torque) is read (S12). Further, the ECU 30 obtains an air supply amount (hereinafter referred to as “reformed air supply amount” as appropriate) to the fuel reformer 20 corresponding to the engine operating condition read in S12 using a predetermined map, The fuel injection amount from the reforming fuel injection valve 16 is calculated so that the O / C of the air-fuel mixture in the reforming reaction section 23 (reforming catalyst) becomes 1 in relation to the obtained reformed air supply amount. (S14).

S14にて改質空気供給量と燃料噴射量とを設定すると、ECU30は、S14にて定めた量の空気と、S14に定めた量の炭化水素系燃料とが燃料改質装置20に供給されるように、流量調整弁14および改質用燃料噴射弁16を制御する(S16)。なお、ECU30は、S16の処理に先立って、S14にて定められる改質空気供給量と燃料噴射量とを踏まえた上で、各燃焼室3に吸入される混合気の空燃比を所望の値にするためのスロットルバルブ12の開度をS12で読み込んだ機関運転条件に応じて算出しており、S16では、流量調整弁14および改質用燃料噴射弁16に加えて、スロットルバルブ12の開度をも制御する。   When the reformed air supply amount and the fuel injection amount are set in S14, the ECU 30 supplies the fuel reformer 20 with the amount of air determined in S14 and the amount of hydrocarbon fuel determined in S14. Thus, the flow rate adjusting valve 14 and the reforming fuel injection valve 16 are controlled (S16). Prior to the processing of S16, the ECU 30 sets the air-fuel ratio of the air-fuel mixture sucked into each combustion chamber 3 to a desired value in consideration of the reformed air supply amount and the fuel injection amount determined in S14. Is calculated according to the engine operating conditions read in S12. In S16, in addition to the flow rate adjustment valve 14 and the reforming fuel injection valve 16, the throttle valve 12 is opened. Also control the degree.

S16の処理の後、ECU30は、COセンサScからの信号に基づいて、改質触媒の下流側、すなわち、改質反応部23から改質燃料分配室25へと流出した改質ガスに含まれるCOの濃度Vを取得し(S18)、まず、CO濃度Vが予め定められた閾値VHHを下回っているか否か判定する(S20)。閾値VHHは、O/Cが1より充分に大きいときの改質ガス中のCO濃度であり(図3参照)、S20にてCO濃度Vが閾値VHH以上であると判断される場合には、燃料改質装置20に何らかのトラブルが発生していると想定される。このため、ECU30は、S20で否定判断を行った場合、燃料改質装置20に何らかの故障が発生しているとみなし、図示されない所定の警告灯を点灯させるなどして警報を発生させた上で(S21)、改質制御ルーチンを一旦終了させる。このように、図3に示される特性を利用すれば、改質ガス中のCO濃度Vに基づいて、燃料改質装置20の故障判定を実行することができる。 After the process of S16, the ECU 30 is included in the reformed gas that has flowed out of the reforming catalyst, that is, from the reforming reaction section 23 to the reformed fuel distribution chamber 25, based on the signal from the CO 2 sensor Sc. get the concentration V of CO 2 that is (S18), first, it is determined whether the CO 2 concentration V is smaller than the threshold value V HH predetermined (S20). The threshold value V HH is the CO 2 concentration in the reformed gas when O / C is sufficiently larger than 1 (see FIG. 3), and it is determined in S20 that the CO 2 concentration V is equal to or higher than the threshold value V HH. In such a case, it is assumed that some trouble has occurred in the fuel reformer 20. For this reason, if the ECU 30 makes a negative determination in S20, the ECU 30 regards the fuel reformer 20 as having some sort of failure and generates an alarm by turning on a predetermined warning lamp (not shown). (S21), the reforming control routine is temporarily terminated. In this way, if the characteristics shown in FIG. 3 are used, the failure determination of the fuel reformer 20 can be executed based on the CO 2 concentration V in the reformed gas.

S20にてCO濃度Vが閾値VHHを下回っていると判断した場合(S20で肯定判断を行った場合)、ECU30は、更に、S18にて取得したCO濃度Vが予め定められた閾値V以上であるか否か判定する(S22)。本実施形態では、閾値Vの値は、図3に示されるように、改質触媒に対して供給される炭化水素系燃料中の炭素原子に対する空気中の酸素原子の比O/Cが1.0である場合の改質ガス中のCOの濃度とされる。また、S22にてCO濃度Vが閾値V以上であると判断した場合、ECU30は、S18にて取得したCO濃度Vが予め定められた閾値Vを上回っているか否か判定する(S24)。本実施形態では、閾値Vの値は、図3に示されるように、改質触媒に対して供給される炭化水素系燃料中の炭素原子に対する空気中の酸素原子の比O/Cが値a(a>1.0であり、例えば、a=1.02〜1.03)である場合の改質ガス中のCOの濃度とされる。 When it is determined in S20 that the CO 2 concentration V is lower than the threshold value V HH (when an affirmative determination is made in S20), the ECU 30 further determines the CO 2 concentration V acquired in S18 as a predetermined threshold value. It is determined whether or not it is equal to or higher than VL (S22). In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the threshold value V L has a ratio O / C of oxygen atoms in the air to carbon atoms in the hydrocarbon-based fuel supplied to the reforming catalyst of 1. The concentration of CO 2 in the reformed gas in the case of 0.0. When it is determined in S22 that the CO 2 concentration V is equal to or higher than the threshold value VL , the ECU 30 determines whether or not the CO 2 concentration V acquired in S18 exceeds a predetermined threshold value V H ( S24). In the present embodiment, the value of the threshold value V H is the ratio O / C of oxygen atoms in the air to carbon atoms in the hydrocarbon-based fuel supplied to the reforming catalyst, as shown in FIG. The concentration of CO 2 in the reformed gas when a (a> 1.0, for example, a = 1.02 to 1.03) is used.

ここで、S22にてCO濃度Vが閾値Vを下回っていると判断される場合、改質反応部23への燃料噴射量が過剰であるか、あるいは、改質空気供給量が不足していることにより、改質反応部23におけるO/Cが1.0を下回っている(改質反応部23内がリッチになっている)ことになる。このため、ECU30は、S22にて否定判断を行った場合、改質用燃料噴射弁16からの燃料噴射量を所定量ΔF(ただし、ΔFは正の所定値である)だけ減少させるように補正量(−ΔF)を設定する(S26)。なお、S26では改質空気供給量を所定量だけ減少させるように補正量が設定されてもよい。 Here, when it is determined in S22 that the CO 2 concentration V is lower than the threshold VL , the fuel injection amount to the reforming reaction unit 23 is excessive or the reformed air supply amount is insufficient. As a result, O / C in the reforming reaction section 23 is less than 1.0 (the interior of the reforming reaction section 23 is rich). Therefore, when the ECU 30 makes a negative determination in S22, the ECU 30 corrects the fuel injection amount from the reforming fuel injection valve 16 to be decreased by a predetermined amount ΔF (where ΔF is a positive predetermined value). An amount (−ΔF) is set (S26). In S26, the correction amount may be set so as to decrease the reformed air supply amount by a predetermined amount.

また、S22にてCO濃度Vが閾値V以上であると判断された後、S24にてCO濃度Vが予め定められた閾値Vを上回っていると判断された場合、改質反応部23への燃料噴射量が不足しているか、あるいは、改質空気供給量が過剰であることにより、改質反応部23におけるO/Cが値aを上回っている(改質反応部23内がリーンになりすぎている)ことになる。このため、ECU30は、S24にて肯定判断を行った場合、改質用燃料噴射弁16からの燃料噴射量を所定量ΔFだけ増加させるように補正量(+ΔF)を設定する(S28)。なお、S28において、改質空気供給量を所定量だけ増加させるように補正量が設定されてもよい。 If it is determined in S22 that the CO 2 concentration V is equal to or higher than the threshold value VL , and if it is determined in S24 that the CO 2 concentration V exceeds a predetermined threshold value V H , the reforming reaction is performed. O / C in the reforming reaction unit 23 exceeds the value a because the fuel injection amount to the unit 23 is insufficient or the reforming air supply amount is excessive (inside the reforming reaction unit 23) Is too lean). Therefore, when an affirmative determination is made in S24, the ECU 30 sets a correction amount (+ ΔF) so as to increase the fuel injection amount from the reforming fuel injection valve 16 by a predetermined amount ΔF (S28). In S28, the correction amount may be set so that the reformed air supply amount is increased by a predetermined amount.

一方、S22にてCO濃度Vが閾値V以上であると判断された後、S24にてCO濃度Vが予め定められた閾値V以下である判断された場合、改質反応部23への燃料噴射量や改質空気供給量が概ね適正であり、改質反応部23におけるO/Cが1.0から値aまでの範囲に含まれていることになる。この場合、基本的には、改質反応部23におけるO/Cが改質ガス中の燃料成分の収率(改質効率)を高める1付近に保たれていることになるが、O/Cが1.0から値aの範囲内にある場合、若干の酸素過剰状態(リーン状態)となる。 On the other hand, if it is determined in S22 that the CO 2 concentration V is equal to or higher than the threshold value VL , and it is determined in S24 that the CO 2 concentration V is equal to or lower than the predetermined threshold value V H , the reforming reaction unit 23 is performed. The fuel injection amount and the reformed air supply amount are generally appropriate, and the O / C in the reforming reaction section 23 is included in the range from 1.0 to the value a. In this case, basically, the O / C in the reforming reaction section 23 is kept near 1 which increases the yield (reforming efficiency) of the fuel component in the reformed gas. Is in the range of 1.0 to the value a, it becomes a slight oxygen excess state (lean state).

このため、本実施形態において、ECU30は、S24にて否定判断を行った場合、改質反応部23におけるO/Cを1.0により一層近づけるための補正量(ΔFm)を設定する(S30)。本実施形態では、例えば内燃機関1の回転数および吸入空気量(第1エアフローメータAFM1の検出値)に応じて燃料噴射量の増量分を上記補正量(ΔFm)として規定するマップがECU30の記憶装置に格納されており、S30にて、ECU30は、このマップから補正量(ΔFm)を読み出す。   Therefore, in this embodiment, when the ECU 30 makes a negative determination in S24, the ECU 30 sets a correction amount (ΔFm) for making the O / C in the reforming reaction unit 23 closer to 1.0 (S30). . In the present embodiment, for example, a map that defines the amount of increase in the fuel injection amount as the correction amount (ΔFm) according to the rotational speed of the internal combustion engine 1 and the intake air amount (detected value of the first air flow meter AFM1) is stored in the ECU 30. The ECU 30 reads the correction amount (ΔFm) from this map at S30.

なお、S30で用いられるマップは、例えば内燃機関1の回転数および吸入空気量に応じて、その時点の燃料噴射量に対する燃料増量分の割合を規定するものであってもよい。また、S30で用いられるマップは、例えば内燃機関1の回転数および吸入空気量に応じて、改質空気供給量の減量分またはその時点の改質空気供給量に対する減量分の割合を規定するものであってもよい。   Note that the map used in S30 may define the ratio of the fuel increase amount to the fuel injection amount at that time according to, for example, the rotational speed of the internal combustion engine 1 and the intake air amount. In addition, the map used in S30 specifies a reduction amount of the reformed air supply amount or a ratio of the reduction amount to the reformed air supply amount at that time according to, for example, the rotational speed of the internal combustion engine 1 and the intake air amount. It may be.

上述のS26,S28またはS30の処理の後、ECU30は、各種センサからの信号に基づいて、目標トルク等の機関運転条件が変動したか否か判定する(S32)。そして、ECU30は、S32にて機関運転条件が変動していないと判断した場合にのみ、上述の運転条件フラグを「1」とした上で(S34)、上述のS10以降の処理を再度実行する。   After the process of S26, S28 or S30 described above, the ECU 30 determines whether or not the engine operating conditions such as the target torque have changed based on signals from various sensors (S32). Then, only when it is determined in S32 that the engine operating condition has not changed, the ECU 30 sets the above-described operating condition flag to “1” (S34), and executes the above-described processing after S10 again. .

S10以降の処理が再度実行される際、切換開始フラグが「1」とされていれば(S10にて運転条件フラグが「0」ではないと判断された場合)、S12およびS14の処理はスキップされる。そして、S10以降の処理が再度実行される際には、S26にて補正量(−ΔF)が設定されている場合、次のS16では、設定されている燃料噴射量からΔFを差し引いた量の炭化水素系燃料が改質用燃料噴射弁16から噴射され、S28にて補正量(+ΔF)が設定されている場合、次のS16では、設定されている燃料噴射量にΔFだけ加算した量の炭化水素系燃料が改質用燃料噴射弁16から噴射される。   When the process after S10 is executed again, if the switching start flag is “1” (when it is determined that the operation condition flag is not “0” in S10), the processes of S12 and S14 are skipped. Is done. When the processing after S10 is executed again, if the correction amount (−ΔF) is set in S26, in the next S16, the amount obtained by subtracting ΔF from the set fuel injection amount. When the hydrocarbon fuel is injected from the reforming fuel injection valve 16 and the correction amount (+ ΔF) is set in S28, in the next S16, an amount obtained by adding ΔF to the set fuel injection amount. Hydrocarbon fuel is injected from the reforming fuel injection valve 16.

すなわち、本発明による燃料改質装置20では、図3に関連して説明された特性を踏まえて、COセンサScにより検出されるCO濃度VがVからVまでの範囲内に含まれるように改質反応部23に対する炭化水素系燃料の供給量が補正される。これにより、改質触媒に対して供給される炭化水素系燃料中の炭素原子に対する空気中の酸素原子の比O/Cを、およそ1から1をわずかに上回る値aまでの範囲内に精度よく設定することが可能となる。 That is, in the fuel reforming apparatus 20 according to the present invention, in light of the characteristics described in connection with FIG. 3, CO 2 concentration V detected by the CO 2 sensor Sc is included in the range from V L to V H Thus, the amount of hydrocarbon fuel supplied to the reforming reaction section 23 is corrected. Thereby, the ratio O / C of oxygen atoms in the air to carbon atoms in the hydrocarbon-based fuel supplied to the reforming catalyst is accurately within a range from about 1 to a value a slightly exceeding 1. It becomes possible to set.

この結果、燃料改質装置20では、改質反応部23における改質効率を良好に維持すると共に、燃料改質装置20における未改質燃料を減少させることが可能となる。また、改質触媒を流出した改質ガスに含まれるCOやHの濃度は、改質触媒における反応状況を直ちに反映することから、CO濃度Vを用いれば、改質触媒での反応状況に応じた適切な空燃比制御を実行することができる。更に、改質触媒の温度は、上記O/Cが例えばおよそ1.05を超えたあたりから急激に上昇することから、上述のように、O/Cを、およそ1から1をわずかに上回る値aまでの範囲内に保つことにより、改質触媒の過剰な昇温をも抑制することが可能となる。 As a result, in the fuel reformer 20, it is possible to maintain the reforming efficiency in the reforming reaction unit 23 well and to reduce the unreformed fuel in the fuel reformer 20. The concentration of CO 2 or H 2 contained in the reformed gas that has flowed out of the reforming catalyst, since it immediately reflects the reaction conditions in the reforming catalyst, the use of the CO 2 concentration V, the reaction of the reforming catalyst Appropriate air-fuel ratio control according to the situation can be executed. Furthermore, since the temperature of the reforming catalyst rises abruptly when the O / C exceeds about 1.05, for example, as described above, the value of the reforming catalyst is slightly higher than about 1 to 1. By keeping within the range up to a, it is possible to suppress an excessive temperature rise of the reforming catalyst.

また、本実施形態では、CO濃度VがVからVまでの範囲内に含まれると判断され、S30にて補正量(ΔFm)が設定されている場合、次のS16では、設定されている燃料噴射量にΔFmを加算した量の炭化水素系燃料が改質用燃料噴射弁16から噴射されることになる。このように、改質触媒に対して供給される炭化水素系燃料中の炭素原子に対する空気中の酸素原子の比O/Cがおよそ1から1をわずかに上回る値aまでの範囲に含まれている場合、更に、改質反応部23に対する炭化水素系燃料の供給量を僅かに増加させることにより、改質反応部23におけるO/Cを1.0により一層近づけることが可能となる。これにより、燃料改質装置20に対する燃料供給量を適正にすることができる。 In the present embodiment, when it is determined that the CO 2 concentration V is included in the range from VL to VH, and the correction amount (ΔFm) is set in S30, it is set in the next S16. An amount of hydrocarbon fuel obtained by adding ΔFm to the fuel injection amount is injected from the reforming fuel injection valve 16. As described above, the ratio O / C of oxygen atoms in the air to carbon atoms in the hydrocarbon-based fuel supplied to the reforming catalyst is included in a range from approximately 1 to a value a slightly exceeding 1. If so, the O / C in the reforming reaction section 23 can be made closer to 1.0 by slightly increasing the amount of hydrocarbon fuel supplied to the reforming reaction section 23. Thereby, the fuel supply amount with respect to the fuel reformer 20 can be made appropriate.

なお、改質燃料分配室25にCOセンサScを設ける代わりに、HOセンサを設置してもよい。すなわち、図3に関連して説明された特性を利用すれば、HOセンサによって改質触媒を流出した改質ガスに含まれるHOの濃度を検出し、HO濃度に基づいて改質触媒における炭化水素系燃料および空気の空燃比を設定(補正)することも可能である。また、閾値VおよびVの設定の仕方は、上述の例に限られるものではなく、改質反応部23におけるO/Cが1付近に収まる範囲内で任意に定めることができる。 Instead of providing the CO 2 sensor Sc in the reformed fuel distribution chamber 25, an H 2 O sensor may be installed. In other words, if use of the connection with the described characteristics in FIG. 3, to detect the concentration of H 2 O contained in the reformed gas that has flowed out of the reforming catalyst by H 2 O sensors, based in H 2 O concentration It is also possible to set (correct) the air-fuel ratio of the hydrocarbon fuel and air in the reforming catalyst. The method of setting the thresholds V L and V H is not limited to the above example, and can be arbitrarily determined within a range where O / C in the reforming reaction unit 23 is in the vicinity of 1.

〔第2実施形態〕
以下、図5および図6を参照しながら、本発明の第2実施形態について説明する。なお、上述の第1実施形態に関連して説明されたものと同一の要素には同一の参照符号が付され、重複する説明は省略される。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 and 6. The same elements as those described in relation to the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図5は、上述の燃料改質装置20において実行され得る他の改質制御ルーチンを説明するためのフローチャートである。図5に示される改質制御ルーチンを実行する場合も、ECU30は、まず、運転条件フラグの値を確認し(S40)、運転条件フラグが「0」である場合、アクセル位置センサ32等の検出値に基づいて内燃機関1の運転条件(例えば、目標トルク)を読み込むと共に、改質用燃料噴射弁16からの燃料噴射量の補正量ΔFを積算した値ΔFTOTをリセットする(S42)。 FIG. 5 is a flowchart for explaining another reforming control routine that can be executed in the fuel reforming apparatus 20 described above. Even when the reforming control routine shown in FIG. 5 is executed, the ECU 30 first checks the value of the operating condition flag (S40). If the operating condition flag is “0”, the ECU 30 detects the accelerator position sensor 32 or the like. Based on the value, the operating condition (for example, target torque) of the internal combustion engine 1 is read, and the value ΔF TOT obtained by integrating the correction amount ΔF of the fuel injection amount from the reforming fuel injection valve 16 is reset (S42).

更に、ECU30は、所定のマップを用いて、S42にて読み込んだ機関運転条件に対応した改質空気供給量を求めると共に、求めた改質空気供給量との関係で、改質反応部23(改質触媒)における混合気のO/Cが1になるように改質用燃料噴射弁16からの燃料噴射量を算出する(S44)。そして、ECU30は、S44にて定めた量の空気と、S44に定めた量の炭化水素系燃料とが燃料改質装置20に供給されるように、流量調整弁14および改質用燃料噴射弁16を制御する(S46)。なお、ECU30は、S46にて、各燃焼室3に吸入される混合気の空燃比が所望の値になるように、スロットルバルブ12の開度をも制御する。   Further, the ECU 30 obtains the reformed air supply amount corresponding to the engine operating condition read in S42 by using a predetermined map, and the reforming reaction unit 23 ( The fuel injection amount from the reforming fuel injection valve 16 is calculated so that the O / C of the air-fuel mixture in the reforming catalyst) becomes 1 (S44). Then, the ECU 30 controls the flow rate adjusting valve 14 and the reforming fuel injection valve so that the amount of air determined in S44 and the amount of hydrocarbon fuel determined in S44 are supplied to the fuel reformer 20. 16 is controlled (S46). In S46, the ECU 30 also controls the opening of the throttle valve 12 so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture sucked into each combustion chamber 3 becomes a desired value.

S46の処理の後、ECU30は、COセンサScからの信号に基づいて、改質触媒の下流側、すなわち、改質反応部23から改質燃料分配室25へと流出した改質ガスに含まれるCOの濃度Vを取得し(S48)、取得したCO濃度Vが予め定められた閾値V以上であるか否か判定する(S50)。本実施形態においても、閾値Vの値は、図3に示されるように、改質触媒に対して供給される炭化水素系燃料中の炭素原子に対する空気中の酸素原子の比O/Cが1.0である場合の改質ガス中のCOの濃度とされる。 After the processing of S46, the ECU 30 is included in the reformed gas flowing out from the reforming catalyst, that is, from the reforming reaction section 23 to the reformed fuel distribution chamber 25, based on the signal from the CO 2 sensor Sc. The obtained CO 2 concentration V is acquired (S48), and it is determined whether or not the acquired CO 2 concentration V is equal to or higher than a predetermined threshold VL (S50). Also in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the value of the threshold value V L is the ratio O / C of oxygen atoms in the air to carbon atoms in the hydrocarbon-based fuel supplied to the reforming catalyst. The concentration of CO 2 in the reformed gas is 1.0.

また、S50にてCO濃度Vが閾値V以上であると判断した場合、ECU30は、S48にて取得したCO濃度Vが予め定められた閾値Vを上回っているか否か判定する(S52)。本実施形態においても、閾値Vの値は、図3に示されるように、改質触媒に対して供給される炭化水素系燃料中の炭素原子に対する空気中の酸素原子の比O/Cが値a(a>1.0であり、例えば、a=1.02〜1.03)である場合の改質ガス中のCOの濃度とされる。 Further, when it is determined in S50 that the CO 2 concentration V is equal to or higher than the threshold value VL , the ECU 30 determines whether or not the CO 2 concentration V acquired in S48 exceeds a predetermined threshold value V H ( S52). Also in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the value of the threshold value V H is equal to the ratio O / C of oxygen atoms in the air to carbon atoms in the hydrocarbon-based fuel supplied to the reforming catalyst. The value a (a> 1.0, for example, a = 1.02 to 1.03) is used as the concentration of CO 2 in the reformed gas.

本実施形態において、S50にてCO濃度Vが閾値Vを下回っていると判断される場合、改質反応部23への燃料噴射量が過剰であるが、あるいは、改質空気供給量が不足していることにより、改質反応部23におけるO/Cが1.0を下回っている(改質反応部23内がリッチになっている)ことになる。このため、ECU30は、S50にて否定判断を行った場合、改質用燃料噴射弁16からの燃料噴射量を所定量ΔF(ただし、ΔFは正の所定値である)だけ減少させるように補正量(−ΔF)を設定すると共に、ΔFTOT=ΔFTOT−ΔFとする補正量ΔFの積算処理を実行する(S54)。 In this embodiment, when it is determined in S50 that the CO 2 concentration V is lower than the threshold value VL , the fuel injection amount to the reforming reaction unit 23 is excessive, or the reformed air supply amount is Due to the shortage, O / C in the reforming reaction section 23 is less than 1.0 (the interior of the reforming reaction section 23 is rich). Therefore, if the ECU 30 makes a negative determination in S50, the ECU 30 corrects the fuel injection amount from the reforming fuel injection valve 16 so as to decrease by a predetermined amount ΔF (where ΔF is a positive predetermined value). The amount (−ΔF) is set, and the integration process of the correction amount ΔF such that ΔF TOT = ΔF TOT −ΔF is executed (S54).

また、S50にてCO濃度Vが閾値V以上であると判断された後、S52にてCO濃度Vが予め定められた閾値Vを上回っていると判断された場合、改質反応部23への燃料噴射量が不足しているか、あるいは、改質空気供給量が過剰であることにより、改質反応部23におけるO/Cが値aを上回っている(改質反応部23内がリーンになりすぎている)ことになる。このため、ECU30は、S52にて肯定判断を行った場合、改質用燃料噴射弁16からの燃料噴射量を所定量ΔFだけ増加させるように補正量(+ΔF)を設定すると共に、ΔFTOT=ΔFTOT+ΔFとする補正量ΔFの積算処理を実行する(S56)。 Further, if it is determined in S50 that the CO 2 concentration V is equal to or higher than the threshold value VL , and it is determined in S52 that the CO 2 concentration V exceeds the predetermined threshold value V H , the reforming reaction is performed. O / C in the reforming reaction unit 23 exceeds the value a because the fuel injection amount to the unit 23 is insufficient or the reforming air supply amount is excessive (inside the reforming reaction unit 23) Is too lean). Therefore, when the ECU 30 makes an affirmative determination in S52, the ECU 30 sets the correction amount (+ ΔF) so as to increase the fuel injection amount from the reforming fuel injection valve 16 by a predetermined amount ΔF, and ΔF TOT = Integration processing of the correction amount ΔF, which is ΔF TOT + ΔF, is executed (S56).

更に、S50にてCO濃度Vが閾値V以上であると判断した後、S52にてCO濃度Vが予め定められた閾値V以下である判断した場合、ECU30は、改質反応部23におけるO/Cを1.0により一層近づけるための補正量(ΔFm)を設定する(S58)。本実施形態においても、例えば内燃機関1の回転数および吸入空気量に応じて燃料噴射量の増量分を上記補正量(ΔFm)として規定するマップがECU30の記憶装置に格納されており、S30にて、ECU30は、このマップから補正量(ΔFm)を読み出す。 Further, when it is determined in S50 that the CO 2 concentration V is equal to or higher than the threshold value VL , and in S52, when it is determined that the CO 2 concentration V is equal to or lower than the predetermined threshold value V H , the ECU 30 A correction amount (ΔFm) for setting the O / C at 23 closer to 1.0 is set (S58). Also in the present embodiment, for example, a map that defines the amount of increase in the fuel injection amount as the correction amount (ΔFm) according to the rotational speed of the internal combustion engine 1 and the intake air amount is stored in the storage device of the ECU 30, and in S30 The ECU 30 reads the correction amount (ΔFm) from this map.

そして、本実施形態では、S54またはS56の処理を実行した場合、ECU30は、補正量ΔFの積算値ΔFTOTの絶対値が所定値αを上回っているか否か判定する(S58)。ここで、ΔFTOTの絶対値が所定値αを上回るということは、炭化水素系燃料の増量補正または減量補正の何れかがある程度行われたとしても、改質反応部23におけるO/Cが所定範囲内(本実施形態では、1.0から値aまでの範囲)に収まらないということを意味するから、燃料改質装置20に何らかのトラブルが発生している可能性が高いものと想定される。このため、ECU30は、S60で肯定判断を行った場合、燃料改質装置20に何らかの故障が発生しているとみなし、図示されない所定の警告灯を点灯させるなどして警報を発生させた上で(S62)、改質制御ルーチンを一旦終了させる。このように、燃料改質装置20の故障判定は、改質触媒における炭化水素系燃料および空気の空燃比(O/C)を設定するための補正量ΔFの積算値ΔFTOTに基づいて実行されてもよい。 In the present embodiment, when the process of S54 or S56 is executed, the ECU 30 determines whether or not the absolute value of the integrated value ΔF TOT of the correction amount ΔF exceeds a predetermined value α (S58). Here, the fact that the absolute value of ΔF TOT exceeds the predetermined value α means that the O / C in the reforming reaction section 23 is predetermined even if either increase correction or decrease correction of hydrocarbon fuel is performed to some extent. This means that it does not fall within the range (in this embodiment, the range from 1.0 to the value a), so it is assumed that there is a high possibility that some trouble has occurred in the fuel reformer 20. . For this reason, if the ECU 30 makes an affirmative determination in S60, the ECU 30 considers that a failure has occurred in the fuel reformer 20, and generates an alarm by turning on a predetermined warning lamp (not shown). (S62), the reforming control routine is temporarily terminated. As described above, the failure determination of the fuel reformer 20 is executed based on the integrated value ΔF TOT of the correction amount ΔF for setting the air-fuel ratio (O / C) of the hydrocarbon fuel and air in the reforming catalyst. May be.

S60にて否定判断がなされた場合、または、S30の処理の後、ECU30は、各種センサからの信号に基づいて、目標トルク等の機関運転条件が変動したか否か判定する(S64)。そして、ECU30は、S64にて機関運転条件が変動していないと判断した場合にのみ、上述の運転条件フラグを「1」とした上で(S66)、上述のS40以降の処理を再度実行する。   When a negative determination is made in S60, or after the processing of S30, the ECU 30 determines whether or not the engine operating conditions such as the target torque have changed based on signals from various sensors (S64). The ECU 30 sets the above-mentioned operating condition flag to “1” only when it is determined in S64 that the engine operating condition has not changed (S66), and executes the processes after S40 described above again. .

S40以降の処理が再度実行される際、切換開始フラグが「1」とされていれば、S42およびS44の処理はスキップされる。そして、S40以降の処理が再度実行される際には、S54にて補正量(−ΔF)が設定されている場合、次のS46では、設定されている燃料噴射量からΔFを差し引いた量の炭化水素系燃料が改質用燃料噴射弁16から噴射され、S56にて補正量(+ΔF)が設定されている場合、次のS46では、設定されている燃料噴射量にΔFだけ加算した量の炭化水素系燃料が改質用燃料噴射弁16から噴射される。これにより、改質触媒に対して供給される炭化水素系燃料中の炭素原子に対する空気中の酸素原子の比O/Cを、およそ1から1をわずかに上回る値aまでの範囲内に精度よく設定することが可能となり、改質反応部23における改質効率を良好に維持し、改質触媒の過剰な昇温を抑制すると共に、燃料改質装置20における未改質燃料を減少させることができる。   When the process after S40 is executed again, if the switching start flag is set to “1”, the processes of S42 and S44 are skipped. When the processing after S40 is executed again, if the correction amount (−ΔF) is set in S54, in the next S46, the amount obtained by subtracting ΔF from the set fuel injection amount. When the hydrocarbon fuel is injected from the reforming fuel injection valve 16 and the correction amount (+ ΔF) is set in S56, in the next S46, an amount obtained by adding ΔF to the set fuel injection amount. Hydrocarbon fuel is injected from the reforming fuel injection valve 16. Thereby, the ratio O / C of oxygen atoms in the air to carbon atoms in the hydrocarbon-based fuel supplied to the reforming catalyst is accurately within a range from about 1 to a value a slightly exceeding 1. The reforming reaction unit 23 can maintain good reforming efficiency, suppress excessive temperature rise of the reforming catalyst, and reduce unreformed fuel in the fuel reformer 20. it can.

更に、本実施形態では、S58にて補正量(ΔFm)が設定されている場合、次のS46では、設定されている燃料噴射量にΔFmを加算した量の炭化水素系燃料が改質用燃料噴射弁16から噴射されることになる。これにより、改質反応部23におけるO/Cを1.0により一層近づけることが可能となり、燃料改質装置20に対する燃料供給量を適正にすることができる。なお、本実施形態において、S54では改質空気供給量を所定量だけ減少させるように補正量が設定されてもよく、S56では改質空気供給量を所定量だけ増加させるように補正量が設定されてもよい。そして、S54やS56にて改質空気供給量の補正量を積算し、当該積算値に基づいて燃料改質装置20の故障判定を実行してもよい。   Further, in the present embodiment, when the correction amount (ΔFm) is set in S58, in the next S46, an amount of hydrocarbon fuel obtained by adding ΔFm to the set fuel injection amount is the reforming fuel. The fuel is injected from the injection valve 16. As a result, the O / C in the reforming reaction section 23 can be made closer to 1.0, and the amount of fuel supplied to the fuel reformer 20 can be made appropriate. In this embodiment, the correction amount may be set to decrease the reformed air supply amount by a predetermined amount in S54, and the correction amount is set to increase the reformed air supply amount by a predetermined amount in S56. May be. Then, the correction amount of the reformed air supply amount may be integrated in S54 or S56, and the failure determination of the fuel reformer 20 may be executed based on the integrated value.

また、図5のS42,S54,S56およびS60で用いられる補正量ΔFの積算値ΔFTOTは、図6に示されるように、改質触媒における炭化水素系燃料および空気の空燃比(O/C)を設定するための補正量を設定した回数の積算値nで置き換えられてもよい。すなわち、図6の改質制御ルーチンにおいて、ECU30は、S55にて、改質用燃料噴射弁16からの燃料噴射量を所定量ΔFだけ減少させるように補正量(−ΔF)を設定すると、それと同時に補正回数の積算値nを1だけディクリメントする。また、ECU30は、S57にて、改質用燃料噴射弁16からの燃料噴射量を所定量ΔFだけ増加させるように補正量(+ΔF)を設定すると、それと同時に補正回数の積算値nを1だけインクリメントする。 Further, the integrated value ΔF TOT of the correction amount ΔF used in S42, S54, S56 and S60 in FIG. 5 is the air-fuel ratio (O / C) of the hydrocarbon-based fuel and air in the reforming catalyst, as shown in FIG. ) May be replaced with the integrated value n of the set number of times. That is, in the reforming control routine of FIG. 6, when the ECU 30 sets the correction amount (−ΔF) so as to decrease the fuel injection amount from the reforming fuel injection valve 16 by the predetermined amount ΔF in S55, At the same time, the correction value integrated value n is decremented by one. In S57, the ECU 30 sets the correction amount (+ ΔF) so as to increase the fuel injection amount from the reforming fuel injection valve 16 by a predetermined amount ΔF. Increment.

そして、ECU30は、S55またはS57の処理の後、S61にて補正回数の積算値nの絶対値が所定値βを上回っているか否か判定する。ここで、補正回数の積算値nが所定値βを上回るということは、炭化水素系燃料の増量補正または減量補正の何れかがある程度の回数だけ行われても、改質反応部23におけるO/Cが所定範囲内(本実施形態では、1.0から値aまでの範囲)に収まらないということを意味するから、燃料改質装置20に何らかのトラブルが発生している可能性が高いものと想定される。このため、ECU30は、S61で肯定判断を行った場合、燃料改質装置20に何らかの故障が発生しているとみなし、図示されない所定の警告灯を点灯させるなどして警報を発生させた上で(S62)、改質制御ルーチンを一旦終了させる。   Then, after the process of S55 or S57, the ECU 30 determines in S61 whether or not the absolute value of the integrated value n of the number of corrections exceeds a predetermined value β. Here, that the integrated value n of the number of corrections exceeds the predetermined value β means that the O / O in the reforming reaction unit 23 is maintained even if the increase or decrease of the hydrocarbon-based fuel is performed a certain number of times. This means that C does not fall within a predetermined range (in the present embodiment, a range from 1.0 to value a), and therefore it is highly likely that some trouble has occurred in the fuel reformer 20. is assumed. For this reason, if the ECU 30 makes an affirmative determination in S61, the ECU 30 considers that a failure has occurred in the fuel reformer 20, and generates an alarm by turning on a predetermined warning lamp (not shown). (S62), the reforming control routine is temporarily terminated.

このような図6の改質制御ルーチンを採用しても、図5の改質制御ルーチンを採用した場合と同様の作用効果を得ることができる。なお、図6の改質制御ルーチンでは、S40にて運転条件フラグが「0」であると判断された場合に、機関運転条件の読込みと共に、補正回数の積算値nのリセットが実行されることになる(S43)。   Even if such a reforming control routine of FIG. 6 is employed, the same operation and effect as when the reforming control routine of FIG. 5 is employed can be obtained. In the reforming control routine of FIG. 6, when it is determined in S40 that the operating condition flag is “0”, the correction value integrated value n is reset along with the reading of the engine operating condition. (S43).

〔第3実施形態〕
以下、図7を参照しながら、本発明の第3実施形態について説明する。なお、上述の第1実施形態等に関連して説明されたものと同一の要素には同一の参照符号が付され、重複する説明は省略される。
[Third Embodiment]
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same elements as those described in relation to the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図7は、上述の燃料改質装置20において実行され得る更に他の改質制御ルーチンを説明するためのフローチャートである。図7に示される改質制御ルーチンを実行する場合、ECU30は、まず、運転条件フラグの値を確認し(S100)、運転条件フラグが「0」である場合、アクセル位置センサ32等の検出値に基づいて内燃機関1の運転条件(例えば、目標トルク)を読み込む(S102)。更に、ECU30は、所定のマップを用いて、S102にて読み込んだ機関運転条件に対応した改質空気供給量を求めると共に、求めた改質空気供給量との関係で、改質反応部23(改質触媒)における混合気のO/Cが1になるように改質用燃料噴射弁16からの燃料噴射量を算出する(S104)。   FIG. 7 is a flowchart for explaining yet another reforming control routine that can be executed in the fuel reforming apparatus 20 described above. When the reforming control routine shown in FIG. 7 is executed, the ECU 30 first checks the value of the operating condition flag (S100), and if the operating condition flag is “0”, the detected value of the accelerator position sensor 32 or the like. Based on the operation condition (for example, target torque) of the internal combustion engine 1 is read (S102). Further, the ECU 30 obtains the reformed air supply amount corresponding to the engine operating condition read in S102 by using a predetermined map, and the reforming reaction unit 23 ( The fuel injection amount from the reforming fuel injection valve 16 is calculated so that the O / C of the air-fuel mixture in the reforming catalyst) becomes 1 (S104).

そして、ECU30は、S104にて定めた量の空気と、S104に定めた量の炭化水素系燃料とが燃料改質装置20に供給されるように、流量調整弁14および改質用燃料噴射弁16を制御する(S106)。なお、ECU30は、S106にて、各燃焼室3に吸入される混合気の空燃比が所望の値になるように、スロットルバルブ12の開度をも制御する。S106の処理の後、ECU30は、COセンサScからの信号に基づいて、改質触媒の下流側、すなわち、改質反応部23から改質燃料分配室25へと流出した改質ガスに含まれるCOの濃度Vを取得し(S108)、取得したCO濃度Vが予め定められた閾値Vを下回っているか否か判定する(S110)。本実施形態において、閾値Vの値は、例えば、改質触媒に対して供給される炭化水素系燃料中の炭素原子に対する空気中の酸素原子の比O/Cが1.0である場合の改質ガス中のCO濃度とされる。 Then, the ECU 30 controls the flow rate adjusting valve 14 and the reforming fuel injection valve so that the amount of air determined in S104 and the amount of hydrocarbon fuel determined in S104 are supplied to the fuel reformer 20. 16 is controlled (S106). In S106, the ECU 30 also controls the opening degree of the throttle valve 12 so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture sucked into each combustion chamber 3 becomes a desired value. After the process of S106, the ECU 30 is included in the reformed gas that has flowed out of the reforming catalyst, that is, from the reforming reaction section 23 to the reformed fuel distribution chamber 25, based on the signal from the CO 2 sensor Sc. get the concentration V of CO 2 that (S108), and determines whether the obtained CO 2 concentration V is smaller than the threshold value V R to a predetermined (S110). In the present embodiment, the threshold value V R is, for example, when the ratio O / C of oxygen atoms in the air to carbon atoms of the hydrocarbon-based fuel supplied to the reforming catalyst is 1.0 The CO 2 concentration in the reformed gas is used.

S110にてCO濃度Vが閾値Vを下回っていると判断される場合、改質反応部23への燃料噴射量が過剰であるか、あるいは、改質空気供給量が不足していることにより、改質反応部23におけるO/Cが1.0を下回っている(改質反応部23内がリッチになっている)ことになる。このため、ECU30は、S110にて肯定判断を行った場合、改質用燃料噴射弁16からの燃料噴射量を所定量ΔFS(ただし、ΔFSは正の所定値である)だけ減少させるように補正量(−ΔFS)を設定する(S112)。 If S110 in CO 2 concentration V is determined to be below the threshold value V R, or the amount of fuel injected into the reformer 23 is excessive, or that the reforming air supply quantity is insufficient Thus, the O / C in the reforming reaction section 23 is less than 1.0 (the interior of the reforming reaction section 23 is rich). Therefore, when the ECU 30 makes an affirmative determination in S110, the ECU 30 corrects the fuel injection amount from the reforming fuel injection valve 16 so as to decrease by a predetermined amount ΔFS (where ΔFS is a positive predetermined value). An amount (−ΔFS) is set (S112).

一方、S110にてCO濃度Vが閾値V以上であると判断される場合、改質反応部23への燃料噴射量が不足しているか、あるいは、改質空気供給量が過剰であることにより、改質反応部23におけるO/Cが1.0以上となっている(改質反応部23内がリーンになっている)ことになる。このため、ECU30は、S110にて否定判断を行った場合、改質用燃料噴射弁16からの燃料噴射量を所定量ΔFL(ただし、ΔFLは正の所定値である)だけ増加させるように補正量(−ΔFL)を設定する(S114)。ここで、改質用燃料噴射弁16からの燃料噴射量を減少させるべくS112にて設定される補正量ΔFSは、改質用燃料噴射弁16からの燃料噴射量を増加させるべくS114にて設定される補正量ΔFLよりも大きい値とされており、本実施形態では、例えば、ΔFS=3×ΔFLとされる。 On the other hand it, if the CO 2 concentration V in S110 is determined to be equal to or larger than the threshold value V R, or the amount of fuel injected into the reformer 23 is insufficient, or reforming air supply amount is excessive As a result, the O / C in the reforming reaction section 23 is 1.0 or more (the interior of the reforming reaction section 23 is lean). Therefore, if the ECU 30 makes a negative determination in S110, the ECU 30 corrects the fuel injection amount from the reforming fuel injection valve 16 to increase by a predetermined amount ΔFL (where ΔFL is a positive predetermined value). An amount (−ΔFL) is set (S114). Here, the correction amount ΔFS set in S112 to decrease the fuel injection amount from the reforming fuel injection valve 16 is set in S114 to increase the fuel injection amount from the reforming fuel injection valve 16. In this embodiment, for example, ΔFS = 3 × ΔFL.

S112またはS114の処理の後、ECU30は、各種センサからの信号に基づいて、目標トルク等の機関運転条件が変動したか否か判定する(S116)。そして、ECU30は、S11にて機関運転条件が変動していないと判断した場合にのみ、上述の運転条件フラグを「1」とした上で(S118)、上述のS100以降の処理を再度実行する。   After the process of S112 or S114, the ECU 30 determines whether or not the engine operating conditions such as the target torque have changed based on signals from various sensors (S116). The ECU 30 sets the above-described operating condition flag to “1” only when it is determined in S11 that the engine operating condition has not fluctuated (S118), and again executes the processes after S100 described above. .

S100以降の処理が再度実行される際、切換開始フラグが「1」とされていれば、S102およびS104の処理はスキップされる。そして、S100以降の処理が再度実行される際には、S112にて補正量(−ΔFS)が設定されている場合、次のS106では、設定されている燃料噴射量からΔFSを差し引いた量の炭化水素系燃料が改質用燃料噴射弁16から噴射され、S114にて補正量(+ΔFL)が設定されている場合、次のS106では、設定されている燃料噴射量にΔFLだけ加算した量の炭化水素系燃料が改質用燃料噴射弁16から噴射される。   When the processing after S100 is executed again, if the switching start flag is set to “1”, the processing of S102 and S104 is skipped. When the processing after S100 is executed again, if the correction amount (−ΔFS) is set in S112, in the next S106, an amount obtained by subtracting ΔFS from the set fuel injection amount. When the hydrocarbon fuel is injected from the reforming fuel injection valve 16 and the correction amount (+ ΔFL) is set in S114, in the next S106, an amount obtained by adding ΔFL to the set fuel injection amount. Hydrocarbon fuel is injected from the reforming fuel injection valve 16.

この場合、S112にて設定される補正量ΔFSは、S114にて設定される補正量ΔFLよりも(絶対値が)大きいので、改質反応部23内がリッチ(O/C<1)である場合には、改質反応部23への炭化水素系燃料の供給量が充分に増加させられ、改質反応部23内がリッチ状態のままとされてしまうことが確実に抑制される。また、改質反応部23内がリーン(O/C>1)である場合、改質反応部23への炭化水素系燃料の供給量の減少分は比較的小さいので、改質反応部23内がリッチ状態とされてしまうことが確実に抑制される。   In this case, since the correction amount ΔFS set in S112 is larger (the absolute value) than the correction amount ΔFL set in S114, the reforming reaction unit 23 is rich (O / C <1). In this case, the supply amount of the hydrocarbon-based fuel to the reforming reaction unit 23 is sufficiently increased, and it is reliably suppressed that the inside of the reforming reaction unit 23 remains in a rich state. Further, when the reforming reaction section 23 is lean (O / C> 1), the decrease in the amount of the hydrocarbon-based fuel supplied to the reforming reaction section 23 is relatively small. Is reliably suppressed from being made rich.

従って、図7の改質制御ルーチンを採用しても、改質触媒に対して供給される炭化水素系燃料中の炭素原子に対する空気中の酸素原子の比O/Cを、およそ1から1をわずかに上回る値aまでの範囲(改質反応部23内がややリーンになる範囲)内に精度よく設定することが可能となり、改質反応部23における改質効率を良好に維持し、改質触媒の過剰な昇温を抑制すると共に、燃料改質装置20における未改質燃料を減少させることができる。   Therefore, even if the reforming control routine of FIG. 7 is adopted, the ratio O / C of oxygen atoms in the air to carbon atoms in the hydrocarbon-based fuel supplied to the reforming catalyst is set to about 1 to 1. It is possible to accurately set within a range up to a value a slightly higher (a range in which the reforming reaction section 23 becomes slightly lean), maintaining a good reforming efficiency in the reforming reaction section 23, and reforming While suppressing an excessive temperature rise of the catalyst, the unreformed fuel in the fuel reformer 20 can be reduced.

本発明の第1実施形態に係る燃料改質装置が適用された内燃機関を示す概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram showing an internal combustion engine to which a fuel reformer according to a first embodiment of the present invention is applied. 図1の内燃機関の制御ブロック図である。FIG. 2 is a control block diagram of the internal combustion engine of FIG. 1. 改質触媒に対して供給される炭化水素系燃料中の炭素原子に対する空気中の酸素原子の比O/Cと改質ガス中の各成分の濃度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between ratio O / C of the oxygen atom in the air with respect to the carbon atom in the hydrocarbon fuel supplied with respect to a reforming catalyst, and the density | concentration of each component in reformed gas. 本発明の第1実施形態に係る燃料改質装置における改質制御ルーチンを説明するためのフローチャートである。3 is a flowchart for explaining a reforming control routine in the fuel reformer according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態に係る燃料改質装置における改質制御ルーチンを説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the reforming control routine in the fuel reformer which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る燃料改質装置における改質制御ルーチンの変形例を説明するためのフローチャートである。7 is a flowchart for explaining a modification of a reforming control routine in a fuel reformer according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第3実施形態に係る燃料改質装置における改質制御ルーチンを説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the reforming control routine in the fuel reformer which concerns on 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 内燃機関
3 燃焼室
12 スロットルバルブ
14 流量調整弁
15 開閉弁
16 改質用燃料噴射弁
160 通常燃料噴射弁
17 燃料ポンプ
18 燃料タンク
20 燃料改質装置
21 本体
22 空燃混合部
23 改質反応部
24 電気式プレヒータ
25 改質燃料分配室
26 改質燃料供給管
27 改質燃料供給ノズル
Sc COセンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal combustion engine 3 Combustion chamber 12 Throttle valve 14 Flow control valve 15 On-off valve 16 Reforming fuel injection valve 160 Normal fuel injection valve 17 Fuel pump 18 Fuel tank 20 Fuel reformer 21 Main body 22 Air-fuel mixing part 23 Reforming reaction Unit 24 Electric preheater 25 Reformed fuel distribution chamber 26 Reformed fuel supply pipe 27 Reformed fuel supply nozzle Sc CO 2 sensor

Claims (5)

改質触媒を有し、当該改質触媒により炭化水素系燃料と空気との混合気を改質する燃料改質装置において、
前記改質触媒を流出した流体に含まれるCOおよびHOの少なくとも何れか一方の濃度を検出する濃度検出手段と、
前記濃度検出手段の検出値に基づいて前記改質触媒における炭化水素系燃料および空気の空燃比を設定する制御手段とを備えることを特徴とする燃料改質装置。
In a fuel reformer having a reforming catalyst and reforming a mixture of hydrocarbon fuel and air with the reforming catalyst,
Concentration detecting means for detecting the concentration of at least one of CO 2 and H 2 O contained in the fluid flowing out of the reforming catalyst;
A fuel reformer comprising: control means for setting an air-fuel ratio of hydrocarbon-based fuel and air in the reforming catalyst based on a detection value of the concentration detection means.
前記制御手段は、前記濃度検出手段により検出される濃度が所定範囲内に含まれるように前記改質触媒に対する炭化水素系燃料および空気の供給量の少なくとも何れか一方を補正し、前記所定範囲は、前記改質触媒に対して供給される炭化水素系燃料中の炭素原子に対する空気中の酸素原子の比O/Cがおよそ1から1をわずかに上回る値までの範囲に含まれるように定められることを特徴とする請求項1に記載の燃料改質装置。   The control means corrects at least one of the supply amount of hydrocarbon-based fuel and air to the reforming catalyst so that the concentration detected by the concentration detection means falls within a predetermined range, and the predetermined range is The ratio O / C of oxygen atoms in the air to carbon atoms in the hydrocarbon-based fuel supplied to the reforming catalyst is determined to be within a range of approximately 1 to a value slightly exceeding 1. The fuel reformer according to claim 1. 前記制御手段は、前記濃度検出手段により検出される濃度が前記所定範囲内に含まれる場合に、前記改質触媒に対する炭化水素系燃料の供給量を増加させるか、または、前記改質触媒に対する空気の供給量を減少させることを特徴とする請求項2に記載の燃料改質装置。   The control means increases the supply amount of hydrocarbon-based fuel to the reforming catalyst or the air to the reforming catalyst when the concentration detected by the concentration detection means falls within the predetermined range. The fuel reformer according to claim 2, wherein the supply amount of the fuel is reduced. 前記濃度検出手段により検出される濃度が所定値以上である場合に、装置に何らかの異常が発生していると判断する手段を更に備えることを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の燃料改質装置。   The apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising means for determining that some abnormality has occurred in the apparatus when the concentration detected by the concentration detection means is a predetermined value or more. Fuel reformer. 改質触媒を有し、当該改質触媒により炭化水素系燃料と空気との混合気を改質する燃料改質装置の運転方法において、
前記改質触媒を流出した流体に含まれるCOおよびHOの少なくとも何れか一方の濃度を検出し、当該濃度に基づいて前記改質触媒における炭化水素系燃料および空気の空燃比を設定することを特徴とする燃料改質装置の運転方法。
In a method for operating a fuel reformer having a reforming catalyst and reforming a mixture of hydrocarbon fuel and air with the reforming catalyst,
The concentration of at least one of CO 2 and H 2 O contained in the fluid flowing out of the reforming catalyst is detected, and the air-fuel ratio of the hydrocarbon fuel and air in the reforming catalyst is set based on the concentration. A method for operating a fuel reforming apparatus.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007113420A (en) * 2005-10-18 2007-05-10 Toyota Motor Corp Control device of internal combustion engine
WO2010128871A1 (en) * 2009-05-04 2010-11-11 Manalo Romeo L Apparatus for reforming gas vapors for an internal combustion engine
US8486166B2 (en) 2008-02-27 2013-07-16 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel reforming apparatus
JP2017053288A (en) * 2015-09-10 2017-03-16 日産自動車株式会社 Fuel reforming method and fuel reforming device
JP2017053260A (en) * 2015-09-08 2017-03-16 日産自動車株式会社 Fuel reforming method and fuel reforming device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007113420A (en) * 2005-10-18 2007-05-10 Toyota Motor Corp Control device of internal combustion engine
US8486166B2 (en) 2008-02-27 2013-07-16 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel reforming apparatus
WO2010128871A1 (en) * 2009-05-04 2010-11-11 Manalo Romeo L Apparatus for reforming gas vapors for an internal combustion engine
JP2017053260A (en) * 2015-09-08 2017-03-16 日産自動車株式会社 Fuel reforming method and fuel reforming device
JP2017053288A (en) * 2015-09-10 2017-03-16 日産自動車株式会社 Fuel reforming method and fuel reforming device

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