JP2007285157A - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料改質器を搭載した内燃機関に関し、特に、排気ガスの一部の還流ガスに燃料を供給した後に熱で改質して改質ガスを生成し、この改質ガスを吸気通路に供給するようにした内燃機関に関するものである。 The present invention relates to an internal combustion engine equipped with a fuel reformer, and in particular, supplies fuel to a part of the recirculation gas of exhaust gas and then reforms it with heat to generate reformed gas. The present invention relates to an internal combustion engine supplied to a passage.
従来、内燃機関の排気ガスの一部を取り出し、これを吸気通路に還流ガスとして供給し、この還流ガスを吸気に混合させることで燃焼時の最高温度を下げ、排気ガス中のNOxを低減する排気ガス再循環(EGR)システムがある。また、このEGRシステムを改良したシステムとして、近年、還流ガスに燃料の一部を加え、排気ガスに燃料が混合された混合ガスを排気ガスの熱を利用して加熱すると共に改質触媒を通すことで、この混合ガスに吸熱改質反応を行わせ、混合ガスから水素(H2)や一酸化炭素(CO)を含む改質ガスを生成し、このリフォーマガスを吸気通路に供給することにより、効率の良い排気熱の回収、燃費の向上を図ったものが提案されている。 Conventionally, a part of the exhaust gas of an internal combustion engine is taken out and supplied to the intake passage as a recirculation gas, and this recirculation gas is mixed with the intake air, thereby lowering the maximum temperature during combustion and reducing NOx in the exhaust gas. There is an exhaust gas recirculation (EGR) system. Further, as an improved system of this EGR system, in recent years, a part of fuel is added to the recirculated gas, and the mixed gas in which the fuel is mixed with the exhaust gas is heated using the heat of the exhaust gas and the reforming catalyst is passed. Thus, an endothermic reforming reaction is performed on the mixed gas, a reformed gas containing hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) is generated from the mixed gas, and the reformer gas is supplied to the intake passage. Thus, an efficient exhaust heat recovery and fuel efficiency improvement has been proposed.
このような内燃機関の排気リフォーマシステムとしては、下記特許文献1に記載されたものがある。この特許文献1に記載された内燃機関の排気リフォーマシステムでは、吸気ポートに燃料噴射弁が設けられると共に、排気管から分岐した還流管に別の燃料噴射弁と燃料蒸発器と改質触媒とリフォーマガス制御弁が設けられており、通常時は、リフォーマガス制御弁を閉止し、吸気ポートに燃料を噴射して混合気を燃焼室に導入する一方、改質時は、リフォーマガス制御弁を開放し、還流管に燃料を噴射して改質触媒で生成したリフォーマガスを燃焼室に導入し、燃焼させるようにしている。 An example of such an exhaust reformer system for an internal combustion engine is described in Patent Document 1 below. In the exhaust reformer system of the internal combustion engine described in Patent Document 1, a fuel injection valve is provided in the intake port, and another fuel injection valve, a fuel evaporator, a reforming catalyst, and a recirculation pipe branched from the exhaust pipe are provided. A reformer gas control valve is provided. Normally, the reformer gas control valve is closed and fuel is injected into the intake port to introduce the air-fuel mixture into the combustion chamber. The control valve is opened, fuel is injected into the reflux pipe, and reformer gas generated by the reforming catalyst is introduced into the combustion chamber and burned.
上述した従来の内燃機関の排気リフォーマシステムにあっては、還流管に燃料を噴射し、排気ガスに燃料が混合された混合ガスを改質触媒で吸熱改質反応により改質ガスを生成し、この生成した改質ガスを燃焼室に導入している。 In the above-described conventional exhaust reformer system for an internal combustion engine, fuel is injected into the recirculation pipe, and the reformed gas is generated by the endothermic reforming reaction with the reformed catalyst using the mixed gas mixed with the exhaust gas. The generated reformed gas is introduced into the combustion chamber.
ところで、改質器に担持された改質触媒は、その床温が所定の活性温度(例えば、600℃)以上になると、混合ガスの改質反応が促進されて改質ガスを生成することができる。ところが、内燃機関の始動時や軽負荷運転時には、排気ガスの熱により改質触媒を十分に加熱することができず、この改質触媒が所定の活性温度まで上昇しておらず、改質反応が鈍くなるために改質ガスの生成が不十分となってしまう。すると、燃焼室に十分な量の改質ガスを導入することができず、効率の良い排気熱の回収や燃費の向上を図ることができなくなってしまう。 By the way, when the bed temperature of the reforming catalyst supported on the reformer becomes a predetermined active temperature (for example, 600 ° C.) or higher, the reforming reaction of the mixed gas is promoted to generate the reformed gas. it can. However, when the internal combustion engine is started or operated at a light load, the reforming catalyst cannot be sufficiently heated by the heat of the exhaust gas, and the reforming catalyst has not risen to a predetermined activation temperature, and the reforming reaction is not performed. As a result, the generation of the reformed gas becomes insufficient. Then, a sufficient amount of reformed gas cannot be introduced into the combustion chamber, and efficient exhaust heat recovery and fuel efficiency improvement cannot be achieved.
また、内燃機関の始動時や軽負荷運転時に、改質触媒が所定の活性温度まで上昇しておらず、水素(H2)や一酸化炭素(CO)まで改質が十分に進まず、炭素(C)が生成され、改質器(改質触媒)に付着するコーキングと称される問題が生じ、触媒性能が低下してしまう。 In addition, when the internal combustion engine is started or operated at a light load, the reforming catalyst has not risen to a predetermined activation temperature, and reforming does not proceed sufficiently to hydrogen (H 2 ) or carbon monoxide (CO). (C) is generated, and a problem referred to as coking that adheres to the reformer (reforming catalyst) occurs, resulting in a reduction in catalyst performance.
本発明は、このような問題を解決するためのものであって、改質触媒による改質性能の向上を図った内燃機関を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide an internal combustion engine that is improved in reforming performance by a reforming catalyst.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の内燃機関は、外気を燃焼室に導入する吸気通路と、該吸気通路または前記燃焼室に燃料を供給する第1燃料供給手段と、前記燃焼室から排出された排気ガスを外部に排出する排気通路と、該排気通路を流れる排気ガスの一部を分流する排気ガス分流通路と、該排気ガス分流通路に燃料を供給する第2燃料供給手段と、該第2燃料供給手段から燃料が供給された前記排気ガス分流通路を流れる排気ガスを流入させて改質ガスを生成する改質器と、該改質器で生成された改質ガスを前記吸気通路に導入する改質ガス導入通路と、前記第2燃料供給手段の供給燃料量が前記改質器に担持された改質触媒の床温と前記改質ガス導入通路を通して前記吸気通路に導入される改質ガス量とに基づいて設定された制御領域内となるように前記第2燃料供給手段を制御する燃料供給量制御手段とを具えたことを特徴とするものである。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an internal combustion engine of the present invention includes an intake passage for introducing outside air into a combustion chamber, and first fuel supply means for supplying fuel to the intake passage or the combustion chamber. The fuel is supplied to the exhaust passage for exhausting the exhaust gas discharged from the combustion chamber to the outside, the exhaust gas branch passage for part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage, and the exhaust gas branch passage A second fuel supply unit, a reformer for generating a reformed gas by flowing in an exhaust gas flowing through the exhaust gas diversion passage to which fuel is supplied from the second fuel supply unit, and a generator generated by the reformer A reformed gas introduction passage for introducing the reformed gas into the intake passage, a fuel supply amount of the second fuel supply means, a bed temperature of the reforming catalyst carried on the reformer, and the reformed gas introduction And the amount of reformed gas introduced into the intake passage through the passage. Is characterized in that comprises a fuel supply quantity control means for controlling said second fuel supply means so as to set control area.
本発明の内燃機関では、前記制御領域は、前記改質触媒の床温に対する第2燃料供給量/改質ガス量の割合が予め設定された所定の割合以下の領域であることを特徴としている。 In the internal combustion engine of the present invention, the control region is a region in which a ratio of the second fuel supply amount / reformed gas amount to the bed temperature of the reforming catalyst is a predetermined ratio or less. .
本発明の内燃機関では、前記制御領域は、前記改質器で生成される改質ガス中に炭素が生成されない領域であることを特徴としている。 In the internal combustion engine of the present invention, the control region is a region in which carbon is not generated in the reformed gas generated by the reformer.
本発明の内燃機関によれば、排気通路を流れる排気ガスの一部を分流する排気ガス分流通路に燃料を供給する第2燃料供給手段を設け、燃料が供給された排気ガスを流入させて改質ガスを生成する改質器を設け、この改質器で生成された改質ガスを吸気通路に導入する改質ガス導入通路を設け、第2燃料供給手段の供給燃料量が改質器に担持された改質触媒の床温と改質ガス導入通路を通して吸気通路に導入される改質ガス量とに基づいて設定された制御領域内となるように第2燃料供給手段を制御する燃料供給量制御手段を設けたので、改質触媒の床温と改質ガス量とに基づいて第2燃料供給手段からの供給燃料を最適量に制御することができ、コーキングの発生を抑制することで改質器による改質性能を向上することができる。 According to the internal combustion engine of the present invention, the second fuel supply means for supplying the fuel to the exhaust gas diversion passage for diverting a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage is provided, and the exhaust gas supplied with the fuel is introduced. A reformer for generating reformed gas is provided, a reformed gas introduction passage for introducing the reformed gas generated by the reformer into the intake passage is provided, and the amount of fuel supplied from the second fuel supply means is the reformer. For controlling the second fuel supply means so as to be within a control region set based on the bed temperature of the reforming catalyst carried on the catalyst and the amount of reformed gas introduced into the intake passage through the reformed gas introduction passage Since the supply amount control means is provided, the supply fuel from the second fuel supply means can be controlled to the optimum amount based on the bed temperature of the reforming catalyst and the reformed gas amount, and the occurrence of coking can be suppressed. Thus, the reforming performance by the reformer can be improved.
以下に、本発明に係る内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。 Embodiments of an internal combustion engine according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this Example.
図1は、本発明の一実施例に係る内燃機関を表す概略構成図、図2は、改質器での燃料噴射量に対する改質ガス成分濃度を表すグラフ、図3は、改質器での触媒床温に対する改質ガス成分濃度を表すグラフ、図4は、本実施例の内燃機関における改質器の制御領域を表すグラフである。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a graph showing a reformed gas component concentration with respect to a fuel injection amount in the reformer, and FIG. 3 is a reformer. FIG. 4 is a graph showing a control region of the reformer in the internal combustion engine of the present embodiment.
本実施例の内燃機関において、図1に示すように、この内燃機関としてのエンジン11はポート噴射式の4気筒型であって、図示しないが、シリンダブロック上にシリンダヘッドが締結されており、複数のシリンダボアにピストンがそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロックの下部にクランクケースが締結され、このクランクケース内にクランクシャフトが回転自在に支持されており、各ピストンはコネクティングロッドを介してこのクランクシャフトにそれぞれ連結されている。
In the internal combustion engine of the present embodiment, as shown in FIG. 1, the
シリンダブロックとシリンダヘッドとピストンにより4つの気筒に対応して燃焼室12がそれぞれ構成されており、この各燃焼室12は、上部に吸気ポート13及び排気ポート14が対向してそれぞれ形成されており、この各吸気ポート13及び排気ポート14は、図示しない吸気弁及び排気弁によって開閉可能となっている。
そして、吸気管(吸気通路)15の下流端部がインテークマニホールド16を介して各吸気ポート13に連結されており、この吸気管15の上流端部にはエアクリーナ17が取付けられている。そして、このエアクリーナ17の下流側にスロットル弁18を有する電子スロットル装置19が設けられている。また、インテークマニホールド16には、各燃焼室12に対応した吸気ポート13に燃料を供給可能な第1インジェクタ(第1燃料供給手段)20が装着されている。この第1インジェクタ20は、燃料供給管21により燃料タンク22内の燃料ポンプ23に連結されている。なお、図示しないが、各燃焼室12には、混合気に着火する点火プラグが装着されている。この第2インジェクタ30は、第1インジェクタ20と同様に、燃料供給管21により燃料タンク22内の燃料ポンプ23に連結されている。
The downstream end of the intake pipe (intake passage) 15 is connected to each
一方、各排気ポート14には、エキゾーストマニホールド24を介して排気管(排気通路)25が連結されており、この排気管25には、改質器26と三元触媒27が装着されている。この改質器26は、後述するように、排気ガスの一部に燃料を供給した後、その混合ガスを排気熱で改質して改質ガスを生成するものである。また、三元触媒27は、排気ガス中に含まれる炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)の有害物質を同時に浄化処理することができるものであり、空燃比が理論空燃比(ストイキ)近傍にあるときに、排気ガス中の有害物質を浄化することができる。
On the other hand, an exhaust pipe (exhaust passage) 25 is connected to each
ここで、改質器26について詳細に説明する。この改質器26は、排気管25に接続される筒体26aと、この筒体26a内に相互に連通する複数の部屋をもって配置されて内部に改質触媒(例えば、Co,Ni,Rh)が担持された改質室26bと、この筒体26a内に複数の改質室26bの間に形成されたガス挿通路26cとを有している。排気管25における改質器26の上流側に、排気ガス分流管(路排気ガス分流通路)28が分岐して設けられ、この排気ガス分流管28の下流側端部が改質器26における改質室26bの一端部に連結されている。そして、この排気ガス分流管28には、排気管25から排気ガス分流管28に分流された排気ガスの一部に対して燃料を噴射する第2インジェクタ(第2燃料供給手段)29が設けられている。
Here, the
また、改質器26における改質室26bの他端部には、この改質器26で生成された改質ガスを吸気管15に導入する改質ガス導入管(改質ガス導入通路)30の一端部が接続されており、この改質ガス導入管30の他端部は、吸気管15における電子スロットル装置19の下流側に連結されている。そして、この改質ガス導入管30には、吸気管15に導入する改質ガス量を制御する流量調整弁31が装着されている。また、排気管25における改質器26の上流側と下流側は、ガス挿通路26cにより連通されている。
A reformed gas introduction pipe (reformed gas introduction passage) 30 for introducing the reformed gas generated by the
なお、本実施例のエンジン11では、第1インジェクタ20により吸気ポート13を流れる吸気に対して燃料噴射したり、第2インジェクタ29により排気ガス分流管28を流れる排気ガスに対して燃料を噴射するものであり、第1インジェクタ20による燃料噴射を吸気燃料噴射、第2インジェクタ29による燃料噴射を排気燃料噴射と称して区別する。
In the
従って、流量調整弁31が開放された状態では、排気管25を流れる排気ガスの一部が排気ガス分流管28に分流され、この排気ガスに対して、第2インジェクタ29が燃料噴射(排気燃料噴射)を行う。燃料と排気ガスとが混合した混合ガスは、改質器26の改質室26bに流れ、排気管25から改質器26のガス挿通路26cを流れる排気ガスの熱により加熱される。すると、この混合ガスは蒸発が促進されて気化すると共に、この気化した混合ガスが吸熱反応を起こして改質され、水素や一酸化炭素などを含む改質ガスが生成される。
Therefore, in a state where the flow
例えば、排気ガスが「7.6CO2+6.8H2O+40.8N2」で、そのガソリン燃料が「C7.6H13.6」である場合の吸熱反応は、
1.56(7.6CO2+6.8H2O+40.8N2)+3(C7.6H13.6)+984.8kcal→31H2+34.7CO+63.6N2
で表される。即ち、このときの吸熱反応によれば、3モルのガソリン燃料から31モルの水素ガスと34.7モルの一酸化炭素ガスが生成される。
For example, when the exhaust gas is “7.6 CO 2 + 6.8H 2 O + 40.8N 2 ” and the gasoline fuel is “C 7.6 H 13.6 ”, the endothermic reaction is
1.56 (7.6 CO 2 +6.8 H 2 O + 40.8 N 2 ) +3 (C 7.6 H 13.6 ) +984.8 kcal → 31 H 2 +34.7 CO + 63.6 N 2
It is represented by That is, according to the endothermic reaction at this time, 31 moles of hydrogen gas and 34.7 moles of carbon monoxide gas are generated from 3 moles of gasoline fuel.
改質器26で生成された改質ガスは、改質室26bから改質ガス導入管30に流れ、流量調整弁31の開度によりその供給量が調整され、吸気管15を流れる吸気に対して供給される。そして、吸気と改質ガスとが混合した混合気がインテークマニホールド16から吸気ポート13を通って燃焼室12に導入され、点火プラグにより着火して爆発し、排気弁の開放時に、排気ガスが排気ポート14から排気管25に排出される。この場合、改質ガスが水素を含んでいるため、燃焼室12での燃焼効率が良く、燃費を向上することができると共に、NOxの発生を抑制して排気浄化効率を向上することができる。
The reformed gas generated in the
車両には電子制御ユニット(ECU)32が搭載されており、このECU32は、第1インジェクタ20、第2インジェクタ29、点火プラグなどを駆動制御することで、燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを制御可能となっている。即ち、吸気管15の上流側にはエアフローセンサ33が装着されており、計測した吸入空気量をECU32に出力している。また、電子スロットル装置19はスロットルポジションセンサを有しており、現在のスロットル開度をECU32に出力している。更に、クランク角センサ34は、検出した各気筒のクランク角度をECU32に出力し、このECU32は検出したクランク角度に基づいて各気筒における吸気、圧縮、膨張(爆発)、排気の各行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出している。
An electronic control unit (ECU) 32 is mounted on the vehicle, and the
従って、ECU32は、検出した吸入空気量、スロットル開度(または、アクセル開度)、エンジン回転数などのエンジン運転状態に基づいて、全体の燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを決定している。この場合、全体の燃料噴射量とは、第1インジェクタ20及び第2インジェクタ29が噴射する燃料噴射量の合計である。
Therefore, the
また、ECU32は、第2インジェクタ29や流量調整弁31などを駆動制御することで、吸気管15に導入する改質ガス量を制御可能となっている。即ち、改質器26の改質室26bには、床温センサ35が設けられており、現在の改質室26bの温度(床温)をECU32に出力している。
In addition, the
従って、ECU32は、検出した改質器26の床温に基づいてこの改質器26が活性温度にあるかどうかを判定する。また、ECU32は、エンジン回転数とエンジン負荷(例えば、スロットル開度)に基づいて吸気管15に還流可能な排気ガス量の上限値を算出する。そして、ECU32は、改質器26の温度が活性温度以上にあると判定したときには、吸気管15に還流可能な排気ガス量に基づいて吸気管15に導入可能な改質ガス量を算出し、流量調整弁31の開度を設定すると共に、第2インジェクタ29による排気燃料噴射量を設定する。この場合、吸入空気量やエンジン回転数などに基づいて算出された全体の燃料噴射量から、ここで設定された第2インジェクタ29による排気燃料噴射量を減算することで、第1インジェクタ20が噴射する吸気燃料噴射量が設定される。
Therefore, the
ところで、改質器26の改質室26bに担持された改質触媒は、上述したように、その床温が所定の活性温度(例えば、600℃)以上になると、排気ガスと燃料との混合ガスの改質反応を促進して良好な改質ガスを生成することができる。ところが、内燃機関の始動時や軽負荷運転時には、排気ガスの熱により改質触媒を十分に加熱することが困難となり、改質ガスの生成が不十分となる。すると、燃焼室に十分な量の改質ガスを導入することができないばかりか、水素(H2)や一酸化炭素(CO)まで改質が十分に進まず、炭素(C)が生成され、改質器(改質触媒)に付着するコーキングと称される問題が生じ、触媒性能が低下してしまう。
By the way, as described above, the reforming catalyst carried in the reforming
そこで、本実施例では、燃料供給量制御手段としてのECU32は、第2インジェクタ29が噴射する燃料噴射量(供給燃料量)が、改質器26の改質室26bに担持された改質触媒の床温と、改質ガス導入管30を通して吸気管15に導入される改質ガス量とに基づいて設定された制御領域内となるように、第2インジェクタ29を制御することで、改質ガスを良好に生成可能としてコーキングの発生を防止して触媒性能を向上するようにしている。
Therefore, in the present embodiment, the
改質器26では、燃料と排気ガスとの混合ガスは、排気ガスの熱により加熱され、吸熱反応により改質ガスが生成されるが、改質が不十分であると、水素や一酸化炭素の他に炭素など、コーキングを発生させる成分が含まれてしまう。
In the
図2に示すように、改質器26に導入される排気ガスに対する第2インジェクタ29からの燃料噴射量が増加すると、水素(H2)と一酸化炭素(CO)のガス濃度が上昇する一方、二酸化炭素(CO2)と水(H2O)のガス濃度が減少し、所定の燃料噴射量Q1に至ると、炭素(C)が発生し、燃料噴射量の増加に伴ってそのガス濃度が増加していく。また、図3に示すように、改質器26の改質室26bの触媒床温が上昇すると、炭素(C)、水(H2O)、二酸化炭素(CO2)、メタン(CH4)のガス濃度が減少する一方、水素(H2)と一酸化炭素(CO)のガス濃度が増加し、所定の触媒床温T1に至ると、炭素(C)がなくなり、燃料噴射量の増加に伴って水素(H2)と一酸化炭素(CO)のガス濃度がほぼ一定となる。
As shown in FIG. 2, when the fuel injection amount from the
このようなことから、改質器26における改質ガスの生成時に、改質ガス中のコーキングを発生させる成分としての炭素(C)の含有量(濃度)は、この排気ガスに供給される排気燃料噴射量と改質器26の触媒床温が大きく影響していることがわかる。また、この排気燃料噴射量は、改質ガス導入管30を通して吸気管15に導入される改質ガス量に基づいて設定されることから、改質ガス中の炭素(C)の含有量(濃度)は、この改質ガス量に依存していることがわかる。従って、本実施例では、第2インジェクタ29が噴射する排気燃料噴射量の制御領域を、図4に示すように、改質器26の触媒床温に対する、改質ガス導入管30を通して吸気管15に導入される改質ガス量に対する排気燃料噴射量(燃料噴射量/改質ガス量)の割合として設定している。そして、触媒床温と改質ガス量と排気燃料噴射量との関係が、この制御領域内に入るように排気燃料噴射量を設定する。
For this reason, the content (concentration) of carbon (C) as a component that generates coking in the reformed gas when the
この制御領域は、改質器26の触媒床温が上昇すると、改質ガス量中の排気燃料噴射量の割合が増加するように設定されおり、触媒床温が低いときには排気燃料噴射量を低下させることで、改質ガス中に炭素が生成されないように設定されている。なお、ECU32による第2インジェクタ29の制御により、制御領域の上限側になるように排気燃料噴射量を調整することが効率的には望ましいが、制御のばらつきなどを考慮して制御領域の上限値よりやや下限側になるように排気燃料噴射量を調整することが好ましい。
This control region is set such that when the catalyst bed temperature of the
従って、ECU32は、エンジン回転数や吸入空気量などから全体の燃料噴射量を算出する一方、エンジン回転数やスロットル開度(エンジン負荷)などから吸気管15に還流可能な最大の排気ガス量を算出し、この最大の排気ガス量と改質器26の触媒床温などから吸気管15に導入可能な改質ガス量を算出し、流量調整弁31の開度を設定する。そして、改質器26の触媒床温と、改質ガス導入管30を通して吸気管15に導入される改質ガス量に基づいて、且つ、図4の制御マップを用いて、燃料噴射量が制御領域内に入るように第2インジェクタ29が噴射する排気燃料噴射量を設定する。また、全体の燃料噴射量から、この第2インジェクタ29による排気燃料噴射量を減算することで、第1インジェクタ20が噴射する吸気燃料噴射量を設定する。
Therefore, the
そのため、エンジン11の排気管25に排出された排気ガスは、改質器26のガス挿通路26cを流通して三元触媒27に流入すると共に、排気ガスの一部が排気ガス分流管28に分流され、この排気ガスに対して第2インジェクタ29から所定量の燃料が噴射され、燃料と排気ガスとの混合ガスが改質器26の改質室26bに流入する。すると、改質室26bに流入した混合ガスは、ガス挿通路26cを流れる排気ガスの熱により加熱され、吸熱反応を起こして改質され、水素や一酸化炭素などを含む改質ガスが生成される。このとき、排気燃料噴射量が改質器26の触媒床温や改質ガス量に基づいて所定の制御領域内に入るように調整されていることから、改質室26bでの炭素(C)の生成が抑制され、良質の改質ガスが生成される。
Therefore, the exhaust gas discharged to the
そして、この改質室26bで生成された改質ガスは、改質ガス導入管30に流れ、流量調整弁31の開度によりその供給量が調整され、吸気管15を流れる吸気に対して供給される。すると、吸気と改質ガスとが混合した混合気がインテークマニホールド16から吸気ポート13を通って燃焼室12に導入され、点火プラグにより着火して爆発して良好な燃焼を可能とすることができ、排気弁の開放時に、排気ガスが排気ポート14から排気管25に排出される。この場合、改質ガスに水素や一酸化炭素が含まれているため、燃焼室12での燃焼効率が良く、多量の排気ガスを還流させることができ、燃費を向上することができる。また、排気ガスに含まれる二酸化炭素などを燃焼室12に戻して再燃焼させることができると共に、燃焼温度を低下することでNOxの発生を抑制することができ、排気浄化効率を向上することができる。
The reformed gas generated in the reforming
このように本実施例の内燃機関にあっては、排気管25を流れる排気ガスの一部を分流する排気ガス分流管28を介して改質器26を接続すると共に、この排気ガス分流管28に第2インジェクタ29を装着し、この改質器26で生成された改質ガスを吸気管15に導入する改質ガス導入管60及び流量調整弁31を設け、ECU32は、第2インジェクタ29が噴射する燃料噴射量が、改質器26の改質触媒の床温と、改質ガス導入管30を通して吸気管15に導入される改質ガス量とに基づいて設定された制御領域内となるように、第2インジェクタ29を制御するようにしている。
As described above, in the internal combustion engine of the present embodiment, the
従って、第2インジェクタ29の燃料噴射量が改質器26の改質触媒の床温と改質ガス量とに基づいて最適量に設定することができ、改質ガスに含有する炭素(C)の量を低減することで、改質器26におけるコーキングの発生を抑制することができ、その結果、改質器26による改質性能を向上することができる。
Accordingly, the fuel injection amount of the
また、第2インジェクタ29の排気燃料噴射量を制御する制御領域を、改質器26の改質触媒の床温に対する排気燃料供給量/改質ガス量の割合により設定し、改質器26の床温に対する排気燃料供給量/改質ガス量の割合が予め設定された所定の割合以下の領域となるように、つまり、改質器26で生成される改質ガス中に炭素が生成されないように排気燃料供給量を制御している。
Further, the control region for controlling the exhaust fuel injection amount of the
従って、予め制御マップを用意することで、第2インジェクタ29の排気燃料噴射量の制御を容易に行うことができ、改質器26や三元触媒27におけるコーキングの発生を確実に抑制することができる。
Therefore, by preparing the control map in advance, the exhaust fuel injection amount of the
なお、上述した実施例では、改質器26における改質室26bの改質触媒の床温を床温センサ35により計測したが、エンジン回転数、吸入空気量、アクセル開度などのエンジン運転状態に基づいて推定して求めてもよい。また、吸気管15に導入される改質ガス量をエンジン回転数、アクセル開度、触媒床温などのエンジン運転状態に基づいて算出したが、改質ガス導入管30における流量調整弁31の開度から算出したり、改質ガス導入管30における流量調整弁31より下流側に流量計を設けて計測してもよい。
In the above-described embodiment, the bed temperature of the reforming catalyst in the reforming
以上のように、本発明に係る内燃機関は、改質器26への燃料噴射量が改質器の床温と改質ガス導入量に基づいて設定された制御領域内となるように制御することで、コーキングの発生を抑制するものであり、いずれの内燃機関にも有用である。
As described above, the internal combustion engine according to the present invention controls the fuel injection amount to the
11 エンジン(内燃機関)
12 燃焼室
13 吸気ポート
14 排気ポート
15 吸気管(吸気通路)
19 電子スロットル装置
20 第1インジェクタ(第1燃料供給手段)
25 排気管(排気通路)
26 改質器
26a 筒体
26b 改質室
26c ガス挿通路
27 三元触媒
28 排気ガス分流管(排気ガス分流通路)
29 第2インジェクタ(第2燃料供給手段)
30 改質ガス導入管(改質ガス導入通路)
31 流量調整弁
32 電子制御ユニット、ECU(燃料噴射制御手段)
33 エアフローセンサ
34 クランク角センサ
35 床温センサ
11 Engine (Internal combustion engine)
12
19
25 Exhaust pipe (exhaust passage)
26
29 Second injector (second fuel supply means)
30 Reformed gas introduction pipe (reformed gas introduction passage)
31
33
Claims (3)
3. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the control region is a region where carbon is not generated in the reformed gas generated by the reformer.
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