JP2009085028A - Exhaust-gas reformer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気ガス改質装置に関するものである。特に、この発明は、燃料を噴射した排気ガスを改質触媒に流すことにより、内燃機関で燃焼可能な改質ガスを生成する排気ガス改質装置に関するものである。 The present invention relates to an exhaust gas reforming apparatus. In particular, the present invention relates to an exhaust gas reforming apparatus that generates reformed gas combustible in an internal combustion engine by flowing exhaust gas injected with fuel through a reforming catalyst.
従来の内燃機関は、燃焼室で燃料を燃焼させることにより、燃料が燃焼する際の圧力によって気筒内に位置するピストンを作動させることを介してクランクシャフトを回転させている。これにより、従来の内燃機関は、燃料の燃焼時の熱エネルギを運動エネルギとして取り出しており、燃料の燃焼後の排気ガスは、排気通路より大気に放出している。しかし、このような内燃機関では、熱エネルギが熱や音として外部に放出されたり、機械的な損失が発生したりするため、熱エネルギを運動エネルギとして使用できるのは熱エネルギのうちの一部となっている。このため、熱効率はあまり高くないが、従来の内燃機関では、排気ガスを有効利用することにより、熱効率の向上を図っているものがある。 In a conventional internal combustion engine, fuel is burned in a combustion chamber, and a crankshaft is rotated by operating a piston located in a cylinder by a pressure when the fuel burns. Thereby, the conventional internal combustion engine takes out the thermal energy at the time of combustion of fuel as kinetic energy, and the exhaust gas after combustion of the fuel is discharged from the exhaust passage to the atmosphere. However, in such an internal combustion engine, heat energy is released to the outside as heat or sound, or mechanical loss occurs, so that heat energy can be used as kinetic energy for some of the heat energy. It has become. For this reason, although thermal efficiency is not so high, in some conventional internal combustion engines, the exhaust gas is effectively used to improve thermal efficiency.
例えば、特許文献1に記載のエンジンでは、熱水を発生させる熱交換器と、燃料と排気ガスとを改質する燃料改質装置を備えており、燃料改質装置は、熱水の熱を利用して燃料と排気ガスとを吸熱反応させることにより、気筒内で燃焼可能な改質ガスを生成している。このように生成された改質ガスは、燃焼室に供給して燃焼室で燃焼させることにより、熱エネルギの化学的な回収を行い、排気ガスを再利用できるため、熱効率の向上を図ることができる。 For example, the engine described in Patent Document 1 includes a heat exchanger that generates hot water and a fuel reformer that reforms fuel and exhaust gas. The fuel reformer generates heat from the hot water. By utilizing the endothermic reaction between the fuel and the exhaust gas, a reformed gas combustible in the cylinder is generated. The reformed gas generated in this way is supplied to the combustion chamber and burned in the combustion chamber, so that the heat energy can be chemically recovered and the exhaust gas can be reused, so that the thermal efficiency can be improved. it can.
従来の内燃機関には、このように排気ガスの経路中に改質触媒などの燃料改質装置を有する排気ガス改質装置を備えることにより熱効率の向上を図っているものがあるが、このような燃料改質装置は、燃料と排気ガスと改質する際に吸熱反応により改質を行っている。このため、燃料改質装置で改質を行う際には、外部から熱エネルギを供給する必要がある。燃料改質装置で改質を行う際の熱エネルギの供給源としては、従来の内燃機関に備えられる排気ガス改質装置では運転中の内燃機関から排出される排気ガスの熱を利用したり、特許文献1に記載のエンジンのように熱水を発生させる熱交換器を設け、この熱交換器で発生させた熱水の熱を利用したりする。 Some conventional internal combustion engines are designed to improve thermal efficiency by providing an exhaust gas reforming device having a fuel reforming device such as a reforming catalyst in the exhaust gas path. Such a fuel reformer reforms by endothermic reaction when reforming fuel and exhaust gas. For this reason, when reforming is performed by the fuel reformer, it is necessary to supply heat energy from the outside. As a supply source of thermal energy when reforming with a fuel reformer, an exhaust gas reformer provided in a conventional internal combustion engine uses the heat of exhaust gas discharged from the operating internal combustion engine, A heat exchanger that generates hot water is provided as in the engine described in Patent Document 1, and the heat of the hot water generated by this heat exchanger is used.
しかし、排気ガスの温度は内燃機関の運転状態に応じて変化するのに対し、燃料改質装置で燃料と排気ガスとを吸熱反応によって改質させる場合には、所定の温度以上の熱を供給する必要がある。このため、内燃機関の運転状態によっては排気温度が低過ぎるため、燃料と排気ガスとを改質させることが困難になる虞がある。また、燃料改質装置に安定して熱エネルギを供給するために、特許文献1に記載のエンジンのように熱水を発生させる熱交換器を設ける場合には、装置が複雑になる虞があり、製造コストの上昇を招く虞がある。 However, the temperature of the exhaust gas changes according to the operating state of the internal combustion engine. On the other hand, when the fuel and the exhaust gas are reformed by an endothermic reaction in the fuel reformer, heat above a predetermined temperature is supplied. There is a need to. For this reason, depending on the operating state of the internal combustion engine, the exhaust temperature is too low, and it may be difficult to reform the fuel and the exhaust gas. Further, in order to stably supply heat energy to the fuel reformer, when a heat exchanger that generates hot water is provided like the engine described in Patent Document 1, the device may be complicated. There is a risk of increasing the manufacturing cost.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で、より確実に改質用燃料と排気ガスとの改質を行うことのできる排気ガス改質装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and it is an object of the present invention to provide an exhaust gas reforming apparatus capable of more reliably reforming reforming fuel and exhaust gas with a simple configuration. And
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明に係る排気ガス改質装置は、内燃機関の気筒内から排出された排気ガスと改質用燃料とを吸熱反応させることにより前記気筒内で燃焼可能な燃焼可能ガスを含む改質ガスを生成する改質手段と、少なくとも前記燃焼可能ガスを前記気筒の吸気通路に流入可能な還流通路と、前記排気ガスと混合した際に発熱反応をする発熱体を前記排気ガスの流れ方向における前記改質手段の上流側で前記排気ガスに混合可能な発熱体混合手段と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an exhaust gas reforming apparatus according to the present invention is configured to perform endothermic reaction between exhaust gas exhausted from a cylinder of an internal combustion engine and reforming fuel. A reforming means for generating reformed gas containing combustible gas combustible in the interior, a recirculation passage through which at least the combustible gas can flow into the intake passage of the cylinder, and an exothermic reaction when mixed with the exhaust gas And a heating element mixing means capable of mixing the heating element with the exhaust gas upstream of the reforming means in the flow direction of the exhaust gas.
この発明では、排気ガスの流れ方向における改質手段の上流側で排気ガスと発熱体を混合可能な発熱体混合手段を設けている。このため、改質手段の上流側で排気ガスと発熱体とを混合させ、排気ガスと発熱体とを発熱反応させることができる。これにより、排気ガスと発熱体との発熱反応時の反応熱を利用して改質手段を加熱することができ、より確実に排気ガスと改質用燃料とを吸熱反応させることができる。また、改質手段を加熱する手段として排気ガスに発熱体を混合させる発熱体混合手段を設けているのみであるため、簡易な構成で改質手段を加熱することができる。これらの結果、簡易な構成で、より確実に改質用燃料と排気ガスとの改質を行うことができる。 In the present invention, the heating element mixing means capable of mixing the exhaust gas and the heating element is provided on the upstream side of the reforming means in the flow direction of the exhaust gas. For this reason, the exhaust gas and the heating element can be mixed on the upstream side of the reforming means, and the exhaust gas and the heating element can be reacted exothermically. As a result, the reforming means can be heated by using the reaction heat during the exothermic reaction between the exhaust gas and the heating element, and the exhaust gas and the reforming fuel can be subjected to an endothermic reaction more reliably. Further, since only the heating element mixing means for mixing the heating element with the exhaust gas is provided as means for heating the reforming means, the reforming means can be heated with a simple configuration. As a result, the reforming fuel and the exhaust gas can be more reliably reformed with a simple configuration.
また、この発明に係る排気ガス改質装置は、さらに、前記排気ガスと前記発熱体とが混合した際に生成される気体と固体とを分離する気固分離手段を備えていることを特徴とする。 The exhaust gas reforming apparatus according to the present invention further comprises gas-solid separation means for separating a gas and a solid generated when the exhaust gas and the heating element are mixed. To do.
この発明では、気固分離手段を備えているため、排気ガスに発熱体を混合させることにより発生した気体と固体とを分離し、気体のみを還流通路から吸気通路に流入させることができる。これにより、気筒内での燃焼に不必要な不純物が気筒内に流入することを抑制することができる。この結果、より安定した燃焼を得ることができる。 In the present invention, since the gas-solid separation means is provided, the gas and solid generated by mixing the heating element with the exhaust gas can be separated, and only the gas can flow into the intake passage from the reflux passage. Thereby, it can suppress that the impurity unnecessary for combustion in a cylinder flows in in a cylinder. As a result, more stable combustion can be obtained.
また、この発明に係る排気ガス改質装置は、さらに、前記改質手段で前記排気ガスと前記改質用燃料とを吸熱反応させることにより生成された前記改質ガスから前記燃焼可能ガスを分離する燃焼可能ガス分離手段を備えていることを特徴とする。 The exhaust gas reforming apparatus according to the present invention further separates the combustible gas from the reformed gas generated by the endothermic reaction of the exhaust gas and the reforming fuel by the reforming means. Combustible gas separation means is provided.
この発明では、燃焼可能ガス分離手段を備えているため、改質手段で生成された改質ガスから燃焼可能ガスを分離し、燃焼可能ガスのみを還流通路から吸気通路に流入させることができる。これにより、気筒内での燃焼に不必要な気体が気筒内に流入することを抑制することができる。この結果、より安定した燃焼を得ることができる。 In this invention, since the combustible gas separation means is provided, the combustible gas can be separated from the reformed gas generated by the reforming means, and only the combustible gas can flow into the intake passage from the recirculation passage. Thereby, it is possible to suppress a gas unnecessary for combustion in the cylinder from flowing into the cylinder. As a result, more stable combustion can be obtained.
本発明に係る排気ガス改質装置は、簡易な構成で、より確実に改質用燃料と排気ガスとの改質を行うことができる、という効果を奏する。 The exhaust gas reforming apparatus according to the present invention has an effect that the reforming fuel and the exhaust gas can be more reliably reformed with a simple configuration.
以下に、本発明に係る排気ガス改質装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。また、以下の説明では、排気ガス改質装置を備える内燃機関の一例として、内燃機関が、当該内燃機関を運転させる燃料としてガソリンと用いるガソリンエンジンの場合について説明する。 Embodiments of an exhaust gas reforming apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily replaced by those skilled in the art or those that are substantially the same. In the following description, as an example of an internal combustion engine provided with an exhaust gas reformer, a case where the internal combustion engine is a gasoline engine that uses gasoline as fuel for operating the internal combustion engine will be described.
図1は、本発明の実施例1に係る排気ガス改質装置を備える内燃機関の全体構成図である。同図に示す排気ガス改質装置3は、車両(図示省略)が有すると共に車両の運転時の原動機となる内燃機関1に備えられている。この内燃機関1は、4つの気筒5が直列に配置されており、当該内燃機関1には、気筒5内に連通すると共に気筒5内に吸入される空気が流れる通路である吸気通路10と、気筒5内で燃料を燃焼させた後、気筒5内から排出される排気ガスが流れる排気通路20とが接続されている。これらの吸気通路10と排気通路20とは、気筒5の数に合わせてそれぞれ4つの通路に分岐しており、分岐した通路が4つの気筒5に対応し、気筒5内に連通して内燃機関1に接続されている。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an internal combustion engine including an exhaust gas reforming apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. An exhaust gas reforming apparatus 3 shown in the figure is provided in an internal combustion engine 1 that is a vehicle (not shown) and that serves as a prime mover during operation of the vehicle. The internal combustion engine 1 includes four cylinders 5 arranged in series. The internal combustion engine 1 includes an
この吸気通路10と排気通路20とのうち吸気通路10には、内燃機関1の運転時に気筒5に対して燃料を供給可能な燃料供給手段であるインジェクタ11が配設されている。このインジェクタ11は、内燃機関1の運転時に気筒5内に燃料を噴射することにより、気筒5に対して燃料を供給可能に設けられている。また、吸気通路10を流れる空気の流れ方向におけるインジェクタ11の上流側には、吸気通路10内を開閉可能なスロットルバルブ12が配設されており、スロットルバルブ12のさらに上流側には、吸気通路10内を流れる空気の流量を検出可能なエアフロメータ13が設けられている。このように形成される吸気通路10の入口には、吸気通路10に流入する空気の不純物を除去するエアクリーナ14が設けられている。
Of the
また、排気通路20は、所定の位置で2方向の通路に分岐しており、分岐した排気通路20のうち一方の通路は排気通路20の主となる通路である排気主通路21である。また、分岐した排気通路20のうち他方の通路は改質用通路22となっている。このうち、改質用通路22には排気ガスを改質する改質反応層30が備えられており、改質反応層30は内部に混合部31を有しており、さらに改質反応層30には、改質反応部32が内設されている。これらの混合部31と改質反応部32との位置関係は、改質反応層30を流れる排気ガスの流れ方向において、混合部31は改質反応部32の上流側に位置している。このように設けられる混合部31と改質反応部32とのうち、混合部31には、改質用燃料を混合部31内に噴射する改質用燃料インジェクタ25が設けられている。
The
また、改質反応部32は、内燃機関1の気筒5内から排出された排気ガスと、この排気ガスを改質する際に排気ガスに添加する燃料である改質用燃料とを吸熱反応させることにより、気筒5内で燃焼可能な燃焼可能ガスを含む改質ガスを生成する改質手段として設けられている。改質反応部32は、略六角形の通路が複数形成された、いわゆるハニカム状の形状で形成されており、その通路の表面には、例えばロジウム系の触媒からなる改質触媒(図示省略)がコートされている。このように、改質触媒がコートされることにより、改質反応部32は改質ガスを生成可能になっている。また、改質反応部32で改質ガスを生成する際には、内燃機関1の気筒5内で燃焼可能な燃焼可能ガスであるH2(水素)を含んだ改質ガスを生成する。
Further, the reforming
また、排気ガスの流れ方向における改質反応層30の上流側に位置する改質用通路22には、排気ガスと混合した際に発熱反応をする発熱体であるCaO(酸化カルシウム)を、改質用通路22内を流れる排気ガスに混合可能な発熱体混合手段であるCaOタンク35が設けられている。つまり、CaOタンク35は、改質用通路22を流れる排気ガスの流れ方向における改質反応部32の上流側で、CaOを排気ガスに混合可能に設けられている。また、このCaOタンク35は、CaOを貯留可能に形成されていると共に、CaOを任意の供給量で改質用通路22に供給可能に設けられている。
Further, in the reforming passage 22 located upstream of the reforming
また、改質用通路22を流れる排気ガスの流れ方向における改質反応層30の下流側には、排気ガスとCaOとが混合した際に生成される気体と、粒子状の固体である固体粉末とを分離する気固分離手段である気固分離装置36が設けられている。つまり、気固分離装置36は、改質ガスと固体粉末とを分離可能に設けられている。この気固分離装置36は、固体粉末の粒子よりも小さい無数の孔を有するフィルター(図示省略)が備えられており、このフィルターによって改質ガスと固体粉末とを分離可能に設けられている。なお、気固分離装置36は、フィルター以外で改質ガスと固体粉末とを分離可能に設けられていてもよく、例えば、既知の遠心分離機を用いることにより、改質ガスと固体粉末とを分離可能に設けられていてもよい。
Further, on the downstream side of the reforming
このように、改質ガスと固体粉末とを分離可能に設けられた気固分離装置36には、改質ガスを気筒5の吸気通路10に流入可能な還流通路である改質ガス供給通路40が接続されている。この改質ガス供給通路40は、気固分離装置36に接続されている側の端部の反対側に位置する端部が吸気通路10に接続されており、改質ガスを気固分離装置36から吸気通路10に流すことができるように形成されている。また、改質ガス供給通路40には、改質ガス供給通路40における吸気通路10に接続されている部分の近傍に、改質ガス供給通路40内を開閉可能な改質ガス流量調整バルブ41が配設されている。
Thus, the gas-
また、吸気通路10に設けられるインジェクタ11、及び改質反応層30の混合部31に設けられた改質用燃料インジェクタ25は、当該内燃機関1を備える車両に設けられ、内燃機関1の運転用の燃料を貯留する燃料タンク45に接続されている。この燃料タンク45は、燃料タンク45内の燃料を外部に送出可能なフィードポンプ46を備えており、燃料タンク45内の燃料は、このフィードポンプ46によってインジェクタ11及び改質用燃料インジェクタ25に供給可能に設けられている。
An injector 11 provided in the
これらのインジェクタ11及び改質用燃料インジェクタ25、スロットルバルブ12、改質ガス流量調整バルブ41、エアフロメータ13、CaOタンク35は、車両に搭載されると共に車両の各部を制御するECU(Electronic Control Unit)50に接続されている。
The injector 11, the reforming
この実施例1に係る排気ガス改質装置3は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。実施例1に係る排気ガス改質装置3を備える内燃機関1は、内燃機関1を搭載する車両の運転時には車両の室内に設けられるアクセルペダル(図示省略)の開度に応じてECU50がスロットルバルブ12の開度を制御する。これにより、吸気通路10にはスロットルバルブ12の開度に応じた空気が流れる。吸気通路10に空気が流れた場合、この空気の流量をエアフロメータ13で検出し、エアフロメータ13での検出結果をECU50で取得する。
The exhaust gas reforming apparatus 3 according to the first embodiment is configured as described above, and the operation thereof will be described below. In the internal combustion engine 1 including the exhaust gas reforming apparatus 3 according to the first embodiment, when the vehicle on which the internal combustion engine 1 is mounted is operated, the
エアフロメータ13での検出結果を取得したECU50は、アクセルペダルの開度などの運転状態に関する情報と合わせて総合的に判断してインジェクタ11制御し、インジェクタ11を作動させる。内燃機関1の運転時には、インジェクタ11及び改質用燃料インジェクタ25には、燃料タンク45が備えるフィードポンプ46によって燃料タンク45内の燃料が供給されるため、ECU50がインジェクタ11を作動させることにより、インジェクタ11は、ECU50での制御に応じた量の燃料を吸気通路10内に噴射する。
The
このように、吸気通路10内に対してインジェクタ11から燃料を噴射することにより、噴射した燃料は吸気通路10内を流れる空気と混合し、混合気となって吸気通路10内を流れる。吸気通路10内を流れる混合気は、分岐して形成される吸気通路10に沿って分岐し、内燃機関1が有する4つの気筒5内に吸入される。気筒5内に吸入された混合気は、それぞれの気筒5の燃焼行程で混合気中の燃料が燃焼し、燃焼後の排気ガスは、排気行程で気筒5内から排気通路20に流出する。排気通路20に排気ガスが流れた場合、排気ガスの大部分は排気通路20の排気主通路21を通り、大気に放出される。
Thus, by injecting fuel from the injector 11 into the
また、排気通路20に流れた排気ガスのうち、一部の排気ガスは改質用通路22に流れるが、この改質用通路22にはCaOタンク35が設けられている。また、CaOタンク35は、内部に貯留されているCaOをECU50によって任意の供給量で改質用通路22を流れる排気ガスに対して供給可能に形成されており、ECU50で制御することにより、CaOタンク35は、排気ガスに対して任意の供給量でCaOを供給する。
Of the exhaust gas flowing into the
CaOタンク35をECU50で制御することにより、CaOタンク35に貯留されたCaOを、改質用通路22を流れる排気ガスに対して供給した場合、排気ガスとCaOとは混合する。ここで、内燃機関1を運転させる燃料としてガソリンを用いた場合における排気ガスの主な成分は、CO2(二酸化炭素)、H2O(水)、N2(窒素)になっている。このような成分からなる排気ガスに対してCaOを供給し、排気ガスとCaOとが混合した場合、CaOは、排気ガスに含まれるH2Oと発熱反応をする。詳しくは、CaOとH2Oとは発熱反応をして、下記の化学反応式(1)に示すようにCa(OH)2(水酸化カルシウム)を生成する。その際に、CaOとH2Oとの発熱反応により、排気ガスは100℃前後に発熱する。
CaO+H2O→Ca(OH)2・・・(1)
When the
CaO + H 2 O → Ca (OH) 2 (1)
このように、改質用通路22を流れる排気ガスに対してCaOタンク35からCaOを供給した場合には、CaOと排気ガスとが混合することにより発熱反応をするが、CaOと混合した排気ガスは、CaOとH2Oとが発熱反応をした際の反応熱を元に、さらに発熱反応をする。詳しくは、CaOとH2Oとの発熱反応によって生成されたCa(OH)2と、排気ガスに含まれるCO2とが発熱反応をして、下記の化学反応式(2)に示すように、CaCO3(炭酸カルシウム)とH2Oとを生成する。その際に、Ca(OH)2とCO2との発熱反応により、排気ガスは700〜800℃に発熱する。
Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O・・・(2)
As described above, when CaO is supplied from the
Ca (OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 + H 2 O (2)
このように、CaOと混合することにより温度が上昇した排気ガスは、改質反応層30内に流れる。この改質反応層30は、混合部31と改質反応部32とを有しており、CaOと発熱反応をすることにより高温となった排気ガスが改質反応部32に流れた際には、改質反応部32は排気ガスの熱により加熱され、温度が上昇する。
Thus, the exhaust gas whose temperature has been increased by mixing with CaO flows into the reforming
また、改質反応層30の混合部31には改質用燃料インジェクタ25が設けられているが、改質用燃料インジェクタ25は、ECU50によって制御し、作動可能に設けられている。さらに、改質用燃料インジェクタ25には、インジェクタ11と同様に燃料タンク45内の燃料が供給されるため、ECU50によって改質用燃料インジェクタ25を作動させることにより、改質用燃料インジェクタ25は、ECU50での制御に応じた量の燃料を改質用燃料として混合部31内に噴射する。
Further, the reforming
このように、混合部31内に対して改質用燃料インジェクタ25から改質用燃料を噴射することにより、噴射した改質用燃料は混合部31内を流れる排気ガスと混合し、排気ガスの流れ方向における混合部31の下流側に位置する改質反応部32に流れる。このように排気ガスと改質用燃料とが混合された状態で改質反応部32に流れた場合、改質反応部32は、高温となった排気ガスの熱によって加熱され高温になっているため、排気ガスと改質用燃料とを改質触媒によって吸熱反応させる。詳しくは、改質用燃料であるガソリンの主成分の化学式をaCnHmとした場合に、このaCnHmと、排気ガスに含まれるCO2とH2Oとが吸熱反応をして、下記の化学反応式(3)に示すように、bH2とcCO(一酸化炭素)とを生成する。即ち、改質反応部32は、排気ガスと改質用燃料とを吸熱反応させることにより、改質ガスを生成する。
aCnHm+CO2+H2O→bH2+cCO・・・(3)
Thus, by injecting the reforming fuel from the reforming
aCnHm + CO 2 + H 2 O → bH 2 + cCO (3)
CaOタンク35から排気ガスにCaOを供給することにより生成された生成物や、改質反応部32で吸熱反応をすることにより生成された改質ガス、さらに、改質反応部32で吸熱反応をしなかった排気ガスは、改質反応層30から流出し、排気ガスの流れ方向における改質反応層30の下流側に位置する気固分離装置36に流れる。つまり、気固分離装置36には、主にH2、CO、CaCO3、H2O、N2が流れる。この気固分離装置36は、気体と固体粉末とを分離可能に設けられているが、気固分離装置36に流れるH2、CO、CaCO3、H2O、N2のうち、H2、CO、H2O、N2は気体の状態で気固分離装置36に流入し、CaCO3は固体粉末の状態で気固分離装置36に流入する。このため、CaCO3は気固分離装置36で分離され、残りが改質ガスとして改質ガス供給通路40に流れる。
Products generated by supplying CaO from the
改質ガスが流れる改質ガス供給通路40には改質ガス流量調整バルブ41が設けられており、この改質ガス流量調整バルブ41は、ECU50によって開度を制御可能に設けられている。このためECU50は、車両の運転状態に応じて改質ガス流量調整バルブ41を制御することにより、改質ガス流量調整バルブ41の開度を調整する。
A reformed gas flow
ここで、改質ガス流量調整バルブ41が設けられる改質ガス供給通路40は、吸気通路10に接続されているが、吸気通路10内を流れる空気と改質ガス供給通路40内を流れる改質ガスとでは、改質ガス供給通路40内を流れる改質ガスの方が圧力が高くなっている。このため、吸気通路10と改質ガス供給通路40とが連通した状態では、改質ガス供給通路40内を流れる改質ガスは、吸気通路10内に流入する。従って、ECU50によって改質ガス流量調整バルブ41を制御し、改質ガス流量調整バルブ41の開度を大きくした場合には、改質ガス供給通路40内を流れる改質ガスの吸気通路10内への流入量は多くなり、改質ガス流量調整バルブ41の開度を小さくした場合には、吸気通路10内への改質ガスの流入量は少なくなる。
Here, the reformed
吸気通路10には、このように改質ガス流量調整バルブ41の開度に応じた量の改質ガスが流れるが、これらの改質ガスは、内燃機関1の運転時には吸気通路10内を流れる空気と共に内燃機関1の気筒5内に吸入される。このように気筒5内の吸入される改質ガスには、燃焼可能ガスであるH2が含まれており、改質ガスが流入した気筒5内で燃料が燃焼する場合には、燃料と共にH2も燃焼する。このH2は急速燃焼をするガスであるため、H2が燃焼する際には、気筒5内のH2は急速な燃焼速度で燃焼する。排気ガスを改質することにより生成された改質ガスに含まれるH2は、このように気筒5内で燃焼させることができるため、排気ガスを再利用することになり、熱効率が向上する。
The amount of reformed gas corresponding to the degree of opening of the reformed gas flow
なお、気固分離装置36によって改質ガスから分離されたCaCO3は無害なため、所定量が溜まったら廃棄してもよいが、チョークやゴム等の添加剤として使用してもよく、また、加熱してCaOに再生してもよい。このように、CaCO3を加熱してCaOを再生する場合にはCO2が発生するが、このCO2は、地下等に埋設するなど、大気の放出されないように処理するのが好ましい。
In addition, since CaCO 3 separated from the reformed gas by the gas-
以上の排気ガス改質装置3は、排気ガスの流れ方向における改質反応部32の上流側で排気ガスとCaOとを混合可能なCaOタンク35を設けている。このため、改質反応部32の上流側で排気ガスとCaOとを混合させ、排気ガスとCaOとを発熱反応させることができる。これにより、排気ガスとCaOとの発熱反応時の反応熱を利用して改質反応部32を加熱することができ、より確実に排気ガスと改質用燃料とを吸熱反応させることができる。また、改質反応部32を加熱する手段として、排気ガスにCaOを混合させるCaOタンク35を設けているのみであるため、簡易な構成で改質反応部32を加熱することができる。これらの結果、簡易な構成で、より確実に改質用燃料と排気ガスとの改質を行うことができる。
The above exhaust gas reforming apparatus 3 is provided with a
また、気固分離装置36を備えているため、排気ガスにCaOを混合させることにより発生した気体と固体粉末の状態で生成されるCaCO3とを分離し、気体のみを改質ガス供給通路40から吸気通路10に流入させることができる。これにより、気筒5内での燃焼に不必要な不純物が気筒5内に流入することを抑制することができる。この結果、より安定した燃焼を得ることができる。
Further, since the gas-
また、CaOと排気ガスに含まれるH2Oとの発熱反応は常温で反応することができ、CaOとH2Oとの反応により生成されたCa(OH)2と排気ガスに含まれるCO2との発熱反応は、CaOとH2Oとの発熱反応時の反応熱により発熱反応をする。また、Ca(OH)2とCO2との発熱反応時の反応熱は高温であるため、改質反応部32でaCnHmとCO2とH2Oとを吸熱反応させる際に必要な熱を改質反応部32に与えることができ、改質反応部32で改質用燃料と排気ガスとを改質反応させることができる。従って、改質反応部32で改質用燃料と排気ガスとを改質反応させる際に、排気ガスの温度に影響されず、即ち、内燃機関1の運転状態に影響されずに、改質反応を行わせることができる。この結果、より確実に改質用燃料と排気ガスとの改質を行うことができる。
Further, the exothermic reaction between CaO and H 2 O contained in the exhaust gas can react at room temperature, and Ca (OH) 2 produced by the reaction between CaO and H 2 O and CO 2 contained in the exhaust gas. The exothermic reaction with OH causes an exothermic reaction due to the heat of reaction during the exothermic reaction between CaO and H 2 O. In addition, since the reaction heat during the exothermic reaction between Ca (OH) 2 and CO 2 is high, the heat required for endothermic reaction of aCnHm, CO 2 and H 2 O in the reforming
また、CaOと発熱反応をさせるH2Oは、排気ガス中のH2Oを利用するため、CaOとH2Oとを発熱反応をさせることを目的としてH2Oを供給する供給装置を設けることなく、発熱反応をさせることができる。この結果、より確実に簡易な構成で改質用燃料と排気ガスとの改質を行うことができる。 Also, H 2 O to make an exothermic reaction with CaO, in order to use of H 2 O in the exhaust gas, provided supply device for supplying of H 2 O for the purpose of which the exothermic reaction of CaO and H 2 O Without causing an exothermic reaction. As a result, reforming of the reforming fuel and the exhaust gas can be performed more reliably and with a simple configuration.
また、改質反応部32を加熱する熱源として、Ca(OH)2とCO2とが発熱反応をする際の反応熱を利用しているので、排気ガス中のCO2を減少させることができる。この結果、CO2の排出量を低減することができる。
Further, as the heat source for heating the reforming
実施例2に係る排気ガス改質装置60は、実施例1に係る排気ガス改質装置3と略同様の構成であるが、改質反応部32の下流側にCOシフト反応層61とH2分離器62とが設けられている点に特徴がある。他の構成は実施例1と同様なので、その説明を省略すると共に、同一の符号を付す。図2は、本発明の実施例2に係る排気ガス改質装置を備える内燃機関の全体構成図である。実施例2に係る排気ガス改質装置60は、実施例1に係る排気ガス改質装置3と同様に内燃機関1に備えられており、排気通路20は、排気主通路21と改質用通路22とに分岐している。このうち、改質用通路22には、CaOタンク35、改質反応層30、気固分離装置36が設けられており、改質反応層30は、さらに混合部31と改質反応部32とを有している。
The exhaust
さらに、実施例2に係る排気ガス改質装置60では、気固分離装置36の下流側には改質用通路22が接続されており、この改質用通路22を流れる排気ガスの流れ方向における気固分離装置36の下流側に、COシフト反応層61が設けられている。このCOシフト反応層61は、改質反応部32で生成した改質ガスのうち、燃焼可能ガス以外の気体より燃焼可能ガスを生成可能に設けられており、既知のCOシフト反応用触媒(図示省略)を有している。つまり、COシフト反応層61は、改質ガスのH2以外の気体よりH2を生成可能に設けられている。
Further, in the exhaust
また、改質用通路22を流れる排気ガスの流れ方向におけるCOシフト反応層61の下流側には、改質反応部32で生成された改質ガスから燃焼可能ガスであるH2を分離する燃焼可能ガス分離手段であるH2分離器62が設けられている。このH2分離器62は、例えばPd(パラジウム)を主成分とするH2分離膜(図示省略)を備えることにより、改質ガスからH2を分離可能に設けられている。
Further, on the downstream side of the CO
このようにH2を分離可能に設けられたH2分離器62には、改質ガスのうち主にH2分離器62で分離したH2を吸気通路10に流入可能な改質ガス供給通路40と、H2分離器62に流れた改質ガスのうち、改質ガス供給通路40に流れる気体以外の気体、つまり、改質ガスのうちH2以外の気体が流れる通路である改質ガス側排気通路65とが接続されている。H2分離器62に接続される改質ガス供給通路40は、少なくとも燃焼可能ガスであるH2を気筒5の吸気通路10に流入可能に形成されている。
The thus H 2 H 2 separator 62 provided to be separated, reformed mainly H 2 reformed gas supply passage capable of flowing and H 2 separated by the
さらに、改質ガス供給通路40には、改質ガス供給通路40における吸気通路10に接続されている部分の近傍に、改質ガス供給通路40内を開閉可能な改質ガス流量調整バルブ41が配設されており、改質ガス流量調整バルブ41は、ECU50によって制御可能に設けられている。
Further, the reformed
この実施例2に係る排気ガス改質装置60は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。実施例2に係る排気ガス改質装置60を備える内燃機関1の運転時には、アクセルペダルの開度に応じてECU50でスロットルバルブ12の開度を制御することにより、スロットルバルブ12の開度に応じた量の空気が吸気通路10に流れる。吸気通路10を流れる吸入空気量は、吸気通路10に設けられるエアフロメータ13で検出し、ECU50に伝達される。
The exhaust
また、吸気通路10にはインジェクタ11が設けられており、このインジェクタ11をECU50で制御することにより、内燃機関1の運転状態に応じた量の燃料をインジェクタ11から噴射する。インジェクタ11から燃料が噴射された場合、燃料は吸気通路10内を流れる空気と混合し、混合気の状態で内燃機関1の各気筒5内に吸気される。
Further, an injector 11 is provided in the
気筒5内に吸気された混合気は、気筒5の燃焼行程で燃焼し、燃焼後のガスが排気ガスとなって排気行程で各気筒5内から排気通路20に流れる。排気通路20に流れた排気ガスは、排気主通路21と改質用通路22とに分かれて流れる。このうち、改質用通路22に流れた排気ガスには、CaOタンク35からCaOが供給される。これにより、排気ガスとCaOとが、上記化学反応式(1)、(2)に示す発熱反応をし、発熱をする。改質用通路22を流れる排気ガスの流れ方向におけるCaOタンク35の下流側には、改質反応層30が設けられているため、CaOと排気ガスとが発熱反応をした際の反応熱は、改質反応層30が有する改質反応部32を流れる際に改質反応部32に伝達される。これにより、改質反応部32は温度が上昇する。
The air-fuel mixture sucked into the cylinder 5 is combusted in the combustion stroke of the cylinder 5, and the gas after combustion becomes exhaust gas and flows from the inside of each cylinder 5 to the
また、改質反応層30の混合部31には改質用燃料インジェクタ25が設けられており、内燃機関1の運転状態に応じてECU50で改質用燃料インジェクタ25を制御することにより、改質用燃料インジェクタ25は混合部31内の排気ガスに対して改質用燃料を噴射する。
A reforming
混合部31で改質用燃料が噴射された排気ガスは、改質用燃料と混合した状態で混合部31の下流側に位置する改質反応部32に流れる。この改質反応部32は、CaOと排気ガスとの発熱反応により温度が上昇しているため、排気ガスと改質用燃料とが混合した状態で改質反応部32に流れた場合には、改質反応部32は排気ガスと改質用燃料とを、上記化学反応式(3)に示す吸熱反応をさせて改質し、改質ガスを生成する。
The exhaust gas in which the reforming fuel is injected in the mixing
改質反応部32で生成された改質ガスや改質反応部32で吸熱反応をしなかった排気ガス、さらに、CaOタンク35から排気ガスにCaOを供給することによって生成された生成物は、改質反応層30の下流側に位置する気固分離装置36に流れ、気固分離装置36で気体と固体粉末とに分離される。このため、CaCO3は気固分離装置36で分離され、残りの気体が改質ガスとして、気固分離装置36の下流側に位置するCOシフト反応層61に流れる。
The reformed gas generated in the reforming
このように、COシフト反応層61にはCaCO3を分離した後の改質ガスが流れるが、改質ガスがCOシフト反応層61に流れる際には改質ガスは300℃程度まで冷却されており、また、COシフト反応層61はCOシフト反応用触媒を有しているため、COシフト反応層61は改質ガスにCOシフト反応を行わせる。詳しくは、COシフト反応層61は、改質ガスの成分のうちCOとH2OとをCOシフト反応させて、下記の化学反応式(4)に示すように、CO2とH2とを生成する。即ち、COシフト反応層61は、改質ガスに含まれるH2以外の気体をCOシフト反応させることにより、燃焼可能ガスであるH2を生成する。
CO+H2O→CO2+H2・・・(4)
Thus, the reformed gas after separating CaCO 3 flows through the CO
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 (4)
COシフト反応層61によりH2が生成された改質ガスは、さらにCOシフト反応層61の下流側に位置するH2分離器62に流れる。改質ガスがH2分離器62に流れた場合、H2分離器62は、改質ガスをH2と、H2以外の気体とに分離する。詳しくは、H2分離器62に流れる改質ガスは、H2、CO2、N2を主成分としているが、H2分離器62はこのうちH2を分離し、H2と、CO2及びN2とに分離する。分離した改質ガスのうち、CO2とN2とは、改質ガス側排気通路65に流れて大気に放出される、または、改質ガス側排気通路65から排気主通路21に流れて、排気主通路21を流れる排気ガスと合流する。
The reformed gas in which H 2 is generated by the CO
また、H2分離器62で分離した改質ガスのうち、H2は改質ガス供給通路40に流れ、ECU50で改質ガス流量調整バルブ41の開度を調整することにより流量が調整されて、吸気通路10に流れる。吸気通路10に流れたH2は、吸気通路10を流れる空気と燃料との混合気と共に内燃機関1に吸入される。H2を含む混合気が内燃機関1に吸入された場合、H2は混合気中の燃料と共に内燃機関1の気筒5内で燃焼し、燃焼後の排気ガスが排気通路20に流れる。
Of the reformed gas separated by the H 2 separator 62, H 2 flows into the reformed
以上の排気ガス改質装置60は、H2分離器62を備えているため、改質反応部32で生成された改質ガスから燃焼可能ガスであるH2を分離し、H2のみを改質ガス供給通路40から吸気通路10に流入させることができる。これにより、気筒5内での燃焼に不必要な気体が気筒5内に流入することを抑制することができる。この結果、より安定した燃焼を得ることができ、燃焼効率を向上させることができる。
Or more exhaust
なお、実施例2に係る排気ガス改質装置60では、COシフト反応層61は気固分離装置36の下流側に設けられているが、COシフト反応層61は気固分離装置36の上流側に設けてもよい。COシフト反応層61を気固分離装置36の上流側に設けた場合でも、気固分離装置36でCaCO3を分離する順番とCOシフト反応層61でH2を生成する順番とが入れ替わるのみであり、これらが入れ替わった場合でもH2分離器62にはCaCO3が分離され、COシフト反応層61でH2が生成された後の改質ガスが流れる。これにより、固体粉末の状態で生成されるCaCO3によってH2分離器62に損傷を与えることがなく、且つ、より多くのH2を内燃機関1に供給することができるため、より安定した燃焼を、より確実に得ることができる。
In the exhaust
また、上述した排気ガス改質装置3、60を備える内燃機関1は、ガソリンを燃料とする内燃機関1となっているが、内燃機関1の燃料はガソリン以外のものでもよく、例えば、軽油やアルコールなどでもよい。内燃機関1の燃料がガソリン以外の場合でも、排気ガスと混合した際に発熱反応をする発熱体を排気ガスに混合可能な発熱体混合手段を設けて、発熱体を排気ガスの流れ方向における改質反応部32の上流側で排気ガスに混合させることにより、反応熱によって改質反応部32を加熱することができる。これにより、簡易な構成で、より確実に排気ガスと改質用燃料とを吸熱反応させることができる。この結果、簡易な構成で、より確実に改質用燃料と排気ガスとの改質を行うことができる。
Moreover, although the internal combustion engine 1 provided with the exhaust
以上のように、本発明に係る排気ガス改質装置は、改質ガスを排気ガスと共に内燃機関に吸気させる排気ガス改質装置に有用であり、特に、改質ガスを吸熱反応により生成する場合に適している。 As described above, the exhaust gas reforming apparatus according to the present invention is useful for an exhaust gas reforming apparatus that sucks the reformed gas into the internal combustion engine together with the exhaust gas, and particularly when the reformed gas is generated by an endothermic reaction. Suitable for
1 内燃機関
3、60 排気ガス改質装置
5 気筒
10 吸気通路
11 インジェクタ
12 スロットルバルブ
13 エアフロメータ
14 エアクリーナ
20 排気通路
21 排気主通路
22 改質用通路
25 改質用燃料インジェクタ
30 改質反応層
31 混合部
32 改質反応部
35 CaOタンク
36 気固分離装置
40 改質ガス供給通路
41 改質ガス流量調整バルブ
45 燃料タンク
46 フィードポンプ
50 ECU
61 COシフト反応層
62 H2分離器
65 改質ガス側排気通路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
61 CO shift reaction layer 62 H 2 separator 65 Reformed gas side exhaust passage
Claims (3)
少なくとも前記燃焼可能ガスを前記気筒の吸気通路に流入可能な還流通路と、
前記排気ガスと混合した際に発熱反応をする発熱体を前記排気ガスの流れ方向における前記改質手段の上流側で前記排気ガスに混合可能な発熱体混合手段と、
を備えることを特徴とする排気ガス改質装置。 Reforming means for generating a reformed gas containing combustible gas combustible in the cylinder by causing an endothermic reaction between the exhaust gas discharged from the cylinder of the internal combustion engine and the reforming fuel;
A recirculation passage capable of flowing at least the combustible gas into the intake passage of the cylinder;
A heating element mixing means capable of mixing a heating element that undergoes an exothermic reaction when mixed with the exhaust gas into the exhaust gas upstream of the reforming means in the flow direction of the exhaust gas;
An exhaust gas reforming apparatus comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007252319A JP2009085028A (en) | 2007-09-27 | 2007-09-27 | Exhaust-gas reformer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007252319A JP2009085028A (en) | 2007-09-27 | 2007-09-27 | Exhaust-gas reformer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009085028A true JP2009085028A (en) | 2009-04-23 |
Family
ID=40658777
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
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Country | Link |
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JP (1) | JP2009085028A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011213779A (en) * | 2010-03-31 | 2011-10-27 | Shigesaku Ueda | Method for producing heat by using carbon dioxide, method for controlling sequential heat generation temperature, heat production system, thermostat and snow melting device |
-
2007
- 2007-09-27 JP JP2007252319A patent/JP2009085028A/en active Pending
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JP2011213779A (en) * | 2010-03-31 | 2011-10-27 | Shigesaku Ueda | Method for producing heat by using carbon dioxide, method for controlling sequential heat generation temperature, heat production system, thermostat and snow melting device |
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