JP2005247672A - Fuel reformer and its operation method - Google Patents
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Abstract
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H2)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H2)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).
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CO2およびH2O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CO2やH2O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CO2やH2O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CO2およびH2O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CO2やH2O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CO2およびH2O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(O2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
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
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
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
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CO2濃度を検出するためのCO2センサScが備えられている。CO2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
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
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
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、CO2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。CO2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
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
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。
CmHn+(m/2)O2 → mCO+(n/2)H2 …(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
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H2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H2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
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H2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
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CO2やH2O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CO2やH2Oの濃度が著しく高まる。
CH1.869+1.467・O2 → CO2+0.935・H2O +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
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
S16の処理の後、ECU30は、CO2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CO2の濃度Vを取得し(S18)、まず、CO2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CO2濃度であり(図3参照)、S20にてCO2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CO2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
S20にてCO2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CO2濃度Vが予め定められた閾値VL以上であるか否か判定する(S22)。本実施形態では、閾値VL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CO2の濃度とされる。また、S22にてCO2濃度Vが閾値VL以上であると判断した場合、ECU30は、S18にて取得したCO2濃度Vが予め定められた閾値VHを上回っているか否か判定する(S24)。本実施形態では、閾値VH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CO2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
ここで、S22にてCO2濃度Vが閾値VL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
また、S22にてCO2濃度Vが閾値VL以上であると判断された後、S24にてCO2濃度Vが予め定められた閾値VH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
一方、S22にてCO2濃度Vが閾値VL以上であると判断された後、S24にてCO2濃度Vが予め定められた閾値VH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
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
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
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
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、CO2センサScにより検出されるCO2濃度VがVLからVH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
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CO2やH2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、CO2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
また、本実施形態では、CO2濃度VがVLからVH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
なお、改質燃料分配室25にCO2センサScを設ける代わりに、H2O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、H2O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H2Oの濃度を検出し、H2O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VLおよびVH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
〔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
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
S46の処理の後、ECU30は、CO2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CO2の濃度Vを取得し(S48)、取得したCO2濃度Vが予め定められた閾値VL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VL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CO2の濃度とされる。
After the processing of S46, the
また、S50にてCO2濃度Vが閾値VL以上であると判断した場合、ECU30は、S48にて取得したCO2濃度Vが予め定められた閾値VH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VH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CO2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
本実施形態において、S50にてCO2濃度Vが閾値VL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
また、S50にてCO2濃度Vが閾値VL以上であると判断された後、S52にてCO2濃度Vが予め定められた閾値VH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
更に、S50にてCO2濃度Vが閾値VL以上であると判断した後、S52にてCO2濃度Vが予め定められた閾値VH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
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
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
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
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
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
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
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
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、CO2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CO2の濃度Vを取得し(S108)、取得したCO2濃度Vが予め定められた閾値VR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VR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CO2濃度とされる。
Then, the
S110にてCO2濃度Vが閾値VR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
一方、S110にてCO2濃度Vが閾値VR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
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
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
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
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
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 CO2センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal combustion engine 3
Claims (5)
前記改質触媒を流出した流体に含まれるCO2およびH2O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.
前記改質触媒を流出した流体に含まれるCO2およびH2O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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