JP2009144612A - Fuel reforming device of internal combustion engine - Google Patents

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Hideo Yahagi
秀夫 矢作
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel reforming device of an internal combustion engine having an improved detection capability of a deterioration recovery of a reforming catalyst that determines whether the reforming catalyst is deteriorated or not from the reformed gas. <P>SOLUTION: An engine system adopting the fuel reforming device of this implementation starts a recovery operation of the reforming catalyst (a step S11), reads a degree of deterioration of the reforming catalyst (a step S12), determines whether the degree of deterioration of the reforming catalyst exceeds a deterioration limit or not (a step S13), calculates extension time required for the recovery of the reforming catalyst (a step S14), stops fuel supply to the reforming catalyst (a step S15), conducts an operation as finely lean side for a stoichiometry (a step S16), determines whether NOx quantity exceeds a regulation value (a step S17), determines whether the extension time required to stably recover has elapsed or not (a step S18) and terminates the recovery operation of the reforming catalyst (a step S19). Thus, deterioration recovery of the reforming catalyst is determined and detected. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料改質器を搭載した内燃機関の燃料改質装置に関し、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の燃料改質装置に関する。   The present invention relates to a fuel reforming apparatus for 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 a fuel reformer for an internal combustion engine that supplies reformed gas to an intake 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、排気ガス中の窒素酸化物(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(EGR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(リフォーマガス)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 the internal combustion engine is taken out, supplied to the intake passage as a recirculation gas, and the recirculation gas is mixed with the intake air to lower the maximum temperature during combustion, so that nitrogen oxides in the exhaust gas ( NO X) is an exhaust gas recirculation (EGR) system to reduce. As an improved system of this EGR system, in recent years, a part of fuel is added to the recirculation gas (EGR 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 modified. By passing the porous catalyst, the mixed gas undergoes an endothermic reforming reaction, and a reformed gas (reformer gas) containing hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) is generated from the mixed gas. Proposals have been made to supply exhaust gas to an intake passage so as to efficiently recover exhaust heat and improve fuel efficiency.

このような従来の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改質触媒とリフォームガス制御弁が設けられている。そして、従来の内燃機関の排気リフォーマシステムでは、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 such a conventional exhaust reformer system for an internal combustion engine, a fuel injection valve is provided in the intake port, and another fuel injection valve, a reforming catalyst, and a reforming gas control valve are provided in a reflux pipe branched from the exhaust pipe. ing. In a conventional internal combustion engine exhaust reformer system, fuel is injected into the recirculation pipe, and a reformed gas is generated by an endothermic reforming reaction with the reformed catalyst from the mixed gas mixed with the exhaust gas. The reformed gas is introduced into the combustion chamber.

このように、従来の内燃機関の排気リフォーマシステムでは、通常時は、リフォーム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、リフォーム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。   Thus, in the conventional exhaust reformer system for an internal combustion engine, the reform gas control valve is normally closed and fuel is injected into the intake port to introduce the air-fuel mixture into the combustion chamber, while during reforming, The reforming gas 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.

また、近年、燃料として、ガソリンだけでなく、このガソリンにアルコールを混合した燃料を使用可能とした多様燃料車(FFV:Flexible Fuel Vehicles)が利用されている。   In recent years, not only gasoline but also various fuel vehicles (FFV: Flexible Fuel Vehicles) that can use a fuel in which alcohol is mixed with gasoline have been used.

このFFVでは、低速低負荷領域においてアルコールとガソリンとの混合燃料からアルコールを分離して改質した燃料を吸気に供給するようにしている(特許文献1、2)。   In this FFV, in the low speed and low load region, the alcohol is separated from the mixed fuel of alcohol and gasoline and reformed fuel is supplied to the intake air (Patent Documents 1 and 2).

特公平3−43458号公報Japanese Patent Publication No. 3-43458 特開2003−293867号公報JP 2003-293867 A

しかしながら、排気ガス熱を燃料の改質に利用した従来の内燃機関の排気リフォーマシステムでは、長時間の改質運転により改質触媒が燃料被毒により劣化し、改質性能が低下し、H2、CO等を含む改質ガスの生成が低下する、という問題がある。 However, in a conventional internal combustion engine exhaust reformer system that uses exhaust gas heat for fuel reforming, the reforming catalyst deteriorates due to fuel poisoning due to the long-time reforming operation, and the reforming performance decreases. 2. There is a problem that the generation of reformed gas containing CO and the like is reduced.

この改質触媒の劣化は、噴射燃料が改質触媒に付着することにより起こり、更には排気ガス中の炭素(C)が触媒表面を覆うコーキングが生じる等により更に触媒の劣化が激しくなる、という問題がある。   The deterioration of the reforming catalyst occurs when the injected fuel adheres to the reforming catalyst, and further, the deterioration of the catalyst becomes more severe due to, for example, coking that the carbon (C) in the exhaust gas covers the catalyst surface. There's a problem.

また、改質触媒による改質反応は酸素のない理論空燃比(ストイキ)の状態で行われており、改質触媒は燃料の供給を停止し、還流ガスを改質器に供給することで回復することができるが、ストイキの状態で改質触媒の回復を行うと、HC、CO、NOx共に微量となるため、改質触媒の回復の判定が困難である、という問題がある。   In addition, the reforming reaction by the reforming catalyst is carried out in a stoichiometric state where there is no oxygen, and the reforming catalyst is recovered by stopping the fuel supply and supplying the reflux gas to the reformer. However, if the reforming catalyst is recovered in a stoichiometric state, the amounts of HC, CO, and NOx are very small, so that it is difficult to determine the recovery of the reforming catalyst.

また、燃料が改質触媒に付着して劣化したり、コーキングにより生じた炭素が改質触媒に付着しているため、より燃料が付着し易くなっているため、改質ガス中のHCをセンサで検知しても完全に改質触媒から炭素が離脱し、改質触媒が完全に回復しているか否かをセンサで検知できない、という問題がある。   In addition, since the fuel adheres to the reforming catalyst and deteriorates, or the carbon produced by coking adheres to the reforming catalyst, the fuel is more likely to adhere. However, there is a problem that the sensor cannot detect whether or not the reforming catalyst is completely recovered even if it is detected by.

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、改質ガスから改質触媒の劣化の有無を判定し、前記改質触媒の劣化回復の検知性能を向上させた内燃機関の燃料改質装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above-described problem, and determines whether or not the reforming catalyst has deteriorated from the reformed gas, and improves the fuel recovery performance of the internal combustion engine in which the performance of detecting deterioration recovery of the reforming catalyst is improved. It aims to provide quality equipment.

上記の目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の燃料改質装置は、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アルコールとガソリンとを単独でまたは混合した燃料を供給する第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前記燃料を供給する第2燃料供給手段と、前記排気ガス分流通路を流れる排気ガスに前記第2燃料供給手段から前記燃料が供給された混合ガスを改質触媒により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、該改質ガス導入通路に前記改質ガスを検知し前記改質触媒の劣化具合を検知する改質触媒劣化検知手段とを備え、前記改質触媒劣化検知手段により前記改質触媒が劣化していると検知された場合、前記第2燃料供給手段より前記排気ガス分流通路に前記燃料を供給するのを停止し、前記排気ガスを還流させ、前記排気ガスの空燃比をストイキに対して微小にリーン側とした運転状態で行い、前記改質触媒劣化検知手段により検出された改質ガス中のNOx若しくは酸素の量を検出し、前記改質触媒により生成した前記改質ガス中のNOx若しくは酸素の量が、予め算出された前記改質触媒により生成される前記改質ガス中のNOx若しくは酸素の規定値以上となると共に、安定した場合には、前記改質触媒が回復していると判定し、前記改質触媒の劣化回復を検知することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a fuel reformer for an internal combustion engine according to the present invention includes an intake passage for introducing outside air into a combustion chamber, and alcohol and gasoline alone or mixed in the intake passage or the combustion chamber. First fuel supply means for supplying the fuel, an exhaust passage for exhausting the exhaust gas discharged from the combustion chamber to the outside, an exhaust gas diversion passage for diverting a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage, A second fuel supply means for supplying the fuel to the exhaust gas diversion passage; and a mixed gas in which the fuel is supplied from the second fuel supply means to the exhaust gas flowing through the exhaust gas diversion passage by a reforming catalyst. A reformer that generates reformed gas; a reformed gas introduction passage that introduces the reformed gas generated by the reformer into the intake passage; and the reformed gas that is detected in the reformed gas introduction passage. A modification for detecting the degree of deterioration of the reforming catalyst. A catalyst deterioration detecting means, and when the reforming catalyst deterioration detecting means detects that the reforming catalyst is deteriorated, the fuel is supplied from the second fuel supply means to the exhaust gas branch passage. The exhaust gas is recirculated, and the exhaust gas is operated in an operation state in which the air-fuel ratio of the exhaust gas is slightly lean with respect to the stoichiometry, and the reformed gas in the reformed gas detected by the reforming catalyst deterioration detecting means is detected. The amount of NOx or oxygen in the reformed gas generated by the reforming catalyst is detected by detecting the amount of NOx or oxygen, and the amount of NOx or oxygen in the reformed gas generated by the reforming catalyst is calculated in advance. When the value is equal to or more than the prescribed value and when the value is stable, it is determined that the reforming catalyst has recovered, and the recovery of deterioration of the reforming catalyst is detected.

本発明に係る内燃機関の燃料改質装置においては、前記改質ガス中のH2、COの何れか一方又は両方の生成量の減る量が、前記改質触媒が正常状態の時の改質ガス中のH2、COの何れか一方又は両方の生成量の減る量より大きい場合には、前記改質触媒が劣化していると判定することを特徴とする。 In the fuel reforming apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the amount of reduction in the amount of either or both of H 2 and CO in the reformed gas is reduced when the reforming catalyst is in a normal state. It is characterized in that it is determined that the reforming catalyst has deteriorated when the amount of production of either one or both of H 2 and CO in the gas is larger than the reduced amount.

本発明に係る内燃機関の燃料改質装置においては、前記改質触媒により生成した前記改質ガス中のNOx若しくは酸素の量が、安定した後、前記改質触媒の回復時間を延長することを特徴とする。   In the internal combustion engine fuel reformer according to the present invention, after the amount of NOx or oxygen in the reformed gas generated by the reforming catalyst is stabilized, the recovery time of the reforming catalyst is extended. Features.

本発明に係る内燃機関の燃料改質装置においては、前記改質触媒劣化検知手段が、NOxセンサ、O2センサの何れか一方又は両方であることを特徴とする。 In the fuel reforming apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the reforming catalyst deterioration detecting means is one or both of a NOx sensor and an O 2 sensor.

本発明によれば、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に前記改質ガスを検知し改質触媒の劣化具合を検知する改質触媒劣化検知手段を備え、前記改質触媒劣化検知手段により前記改質触媒が劣化していると検知された場合、第2燃料供給手段より排気ガス分流通路に燃料を供給するのを停止し、排気ガスを還流させ、前記排気ガスの空燃比をストイキに対して微小にリーン側とした運転状態で行い、前記改質触媒劣化検知手段により検出された改質ガス中のNOx若しくは酸素の量を検出することで、前記改質触媒の劣化回復を検知することができる。   According to the present invention, the reforming catalyst deterioration detecting means for detecting the reforming gas by detecting the reforming gas in the reforming gas introduction passage for introducing the reforming gas generated by the reformer into the intake passage. When the reforming catalyst deterioration detecting means detects that the reforming catalyst has deteriorated, the fuel supply from the second fuel supply means to the exhaust gas branch passage is stopped, and the exhaust gas is Recirculation is performed in an operating state in which the air-fuel ratio of the exhaust gas is slightly lean with respect to stoichiometry, and the amount of NOx or oxygen in the reformed gas detected by the reforming catalyst deterioration detecting means is detected. Thus, recovery of deterioration of the reforming catalyst can be detected.

以下に、本発明に係る内燃機関の燃料改質装置をエンジンシステムに適用した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。   Hereinafter, an embodiment in which a fuel reforming apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is applied to an engine system will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this Example.

図1は、本発明の実施例に係る内燃機関の燃料改質装置を適用したエンジンシステムを示す概略構成図であり、図2は、図1に示す構成を簡略に示す図である。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an engine system to which a fuel reforming apparatus for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention is applied. FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration shown in FIG.

本実施例の内燃機関の燃料改質装置を適用したエンジンシステムは、燃料として、ガソリンだけでなく、このガソリンにエタノールを混合した燃料を使用可能とした多様燃料を使用可能な内燃機関であって、多様燃料車(FFV)に適用されるものである。
図1に示すように、本実施例の内燃機関の燃料改質装置を適用したエンジンシステムにおいて、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、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。
尚、エンジン11は4気筒エンジンに限定されるものではなく、他の気筒エンジンに用いるようにしてもよい。
The engine system to which the fuel reforming apparatus of the internal combustion engine of the present embodiment is applied is an internal combustion engine that can use not only gasoline but also various fuels that can use a fuel obtained by mixing ethanol with gasoline. This is applied to various fuel vehicles (FFV).
As shown in FIG. 1, in an engine system to which a fuel reforming apparatus for an internal combustion engine according to this embodiment is applied, an engine 11 as the internal combustion engine is a port injection type four-cylinder type and has a cylinder head on a cylinder block. Are fastened, and the pistons are respectively fitted to the plurality of cylinder bores so as to be movable up and down. A crankcase is fastened to the lower part of the cylinder block, a crankshaft is rotatably supported in the crankcase, and each piston is connected to the crankshaft via a connecting rod.
The engine 11 is not limited to a four-cylinder engine and may be used for other cylinder engines.

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。   Combustion chambers 12 are formed by cylinder blocks, cylinder heads, and pistons corresponding to four cylinders, and each combustion chamber 12 is formed with an intake port 13 and an exhaust port 14 facing each other at the top. The intake port 13 and the exhaust port 14 can be opened and closed by an intake valve and an exhaust valve (not shown).

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、デリバリパイプ21に連結され、デリバリパイプ21には、燃料供給管22−1により燃料タンク23内の燃料ポンプ24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。   The downstream end of the intake pipe (intake passage) 15 is connected to each intake port 13 via an intake manifold 16, and an air cleaner 17 is attached to the upstream end of the intake pipe 15. An electronic throttle device 19 having a throttle valve 18 is provided on the downstream side of the air cleaner 17. Further, the intake manifold 16 is provided with a first injector (first fuel supply means) 20 capable of supplying fuel to the intake port 13 corresponding to each combustion chamber 12. The first injector 20 is connected to a delivery pipe 21. The delivery pipe 21 is connected to a fuel pump 24 in a fuel tank 23 by a fuel supply pipe 22-1. Although not shown, each combustion chamber 12 is equipped with a spark plug that ignites the air-fuel mixture.

一方、各排気ポート14には、エキゾーストマニホールド25を介して排気管(排気通路)26が連結されており、この排気管26には、改質器27と三元触媒28aが充填されている三元触媒装置28とマフラー29が装着されている。この改質器27は、後述するように、二重管構造になっており、三元触媒30が充填されているガス浄化部27aと、その回りに改質触媒31が充填されている改質室27bとからなり、排気ガスの一部に燃料を供給した後、排気熱を利用して改質触媒31により混合ガスを改質して改質ガスを生成するものである。また、三元触媒28a、30は、排気ガス中に含まれる炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、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。また、三元触媒28a、30により浄化された排気ガスはマフラー29を介して大気中に排出される。 On the other hand, an exhaust pipe (exhaust passage) 26 is connected to each exhaust port 14 via an exhaust manifold 25. The exhaust pipe 26 is filled with a reformer 27 and a three-way catalyst 28a. The original catalyst device 28 and the muffler 29 are mounted. As will be described later, the reformer 27 has a double-pipe structure, and a gas purification unit 27a filled with a three-way catalyst 30 and a reformer filled with a reforming catalyst 31 around it. The chamber 27b is configured to supply a fuel to a part of the exhaust gas and then reform the mixed gas by the reforming catalyst 31 using the exhaust heat to generate a reformed gas. Further, the three-way catalyst 28a, 30 are hydrocarbons contained in the exhaust gas (HC), carbon monoxide (CO), are those capable of simultaneously purifying process of harmful substances NO X, the air-fuel ratio is stoichiometric When in the vicinity of the air-fuel ratio (stoichiometric), harmful substances in the exhaust gas can be purified. Further, the exhaust gas purified by the three-way catalysts 28 a and 30 is discharged into the atmosphere through the muffler 29.

ここで、改質器27について詳細に説明する。この改質器27は、熱交換構造になっており、排気管26と連結される改質器27のガス浄化部27aには三元触媒30が充填され、ガス浄化部27aの回りには改質室27bが設けられ、この改質室27bには改質触媒31が充填されている。改質触媒31としては、例えば、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、ロジウム(Rh)、白金(Pt)等が用いられる。   Here, the reformer 27 will be described in detail. The reformer 27 has a heat exchange structure, and the gas purification unit 27a of the reformer 27 connected to the exhaust pipe 26 is filled with the three-way catalyst 30, and the gas purification unit 27a is modified around the gas purification unit 27a. A quality chamber 27b is provided, and the reforming chamber 27b is filled with a reforming catalyst 31. As the reforming catalyst 31, for example, cobalt (Co), nickel (Ni), rhodium (Rh), platinum (Pt) or the like is used.

排気管26における改質器27の上流側に、排気ガス分流管(排気ガス分流通路)32が分岐して設けられ、この排気ガス分流管32の下流側端部が改質器27における改質室27bの一端部に連結されている。そして、この排気ガス分流管32には、排気管26から排気ガス分流管32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)33が設けられている。この第2インジェクタ33は、第1インジェクタ20と同様に、燃料供給管22−2により燃料タンク23内の燃料ポンプ24に連結されている。   An exhaust gas branch pipe (exhaust gas branch passage) 32 is branched from the upstream side of the reformer 27 in the exhaust pipe 26, and the downstream end of the exhaust gas branch pipe 32 is modified in the reformer 27. It is connected to one end of the mass chamber 27b. The exhaust gas branch pipe 32 is provided with a second injector (second fuel supply means) 33 for injecting fuel to a part of the exhaust gas branched from the exhaust pipe 26 to the exhaust gas branch pipe 32. ing. Similar to the first injector 20, the second injector 33 is connected to the fuel pump 24 in the fuel tank 23 by a fuel supply pipe 22-2.

また、改質器27における改質室27bの他端部には、この改質器27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)34の一端部が接続されており、この改質ガス導入管34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34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35と、この流量調整弁35を動作させるアクチュエータ35aとが設けられている。   A reformed gas introduction pipe (reformed gas introduction passage) 34 for introducing the reformed gas generated by the reformer 27 into the intake pipe 15 is provided at the other end of the reforming chamber 27 b in the reformer 27. The other end of the reformed gas introduction pipe 34 is connected to the downstream side of the electronic throttle device 19 in the intake pipe 15. The reformed gas introduction pipe 34 is provided with a flow rate adjusting valve 35 that controls the amount of reformed gas introduced into the intake pipe 15 and an actuator 35 a that operates the flow rate adjusting valve 35.

また、燃料供給管22−2には、フィルタ37を設けている。フィルタ37により燃料中の不純物を除去した後、第2インジェクタ33に供給するようにしている。   Further, a filter 37 is provided in the fuel supply pipe 22-2. After the impurities in the fuel are removed by the filter 37, the fuel is supplied to the second injector 33.

また、改質ガス導入通路34に冷却装置36を設け、改質器27から排出された改質ガスを冷却させている。冷却装置36には図示しない冷却管が連結されており、冷却装置36内を通過する改質ガスを冷却するようにしている。改質器27から排出された改質ガスや改質反応が行われなかった排気ガスは高温状態にあり、これらがそのまま吸気通路15へ導入されると、外部から吸入した空気が温められて燃焼室12内の各気筒への充填効率が悪化する。そこで、冷却装置36により、改質器27から排出された改質ガスを冷却させることで、燃焼室12内の各気筒への改質ガスの充填効率の悪化を抑えることができる。   A cooling device 36 is provided in the reformed gas introduction passage 34 to cool the reformed gas discharged from the reformer 27. A cooling pipe (not shown) is connected to the cooling device 36 so as to cool the reformed gas passing through the cooling device 36. The reformed gas discharged from the reformer 27 and the exhaust gas that has not undergone the reforming reaction are in a high temperature state, and when these are introduced into the intake passage 15 as they are, the air sucked from the outside is warmed and burned. The charging efficiency of each cylinder in the chamber 12 is deteriorated. Therefore, by cooling the reformed gas discharged from the reformer 27 by the cooling device 36, deterioration of the charging efficiency of the reformed gas into each cylinder in the combustion chamber 12 can be suppressed.

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33により排気ガス分流管32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33による燃料噴射を排気燃料噴射と称して区別する。   In the engine 11 of this embodiment, fuel is injected into the intake air flowing through the intake port 13 by the first injector 20, and fuel is injected into the exhaust gas flowing through the exhaust gas branch pipe 32 by the second injector 33. The fuel injection by the first injector 20 is referred to as intake fuel injection, and the fuel injection from the second injector 33 is referred to as exhaust fuel injection.

従って、流量調整弁35が開放された状態では、排気管26を流れる排気ガスの一部が排気ガス分流管32に分流され、この排気ガスに対して、第2インジェクタ33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27の改質室27bに流れ、排気管26から改質器27のガス浄化部27aを流れる排気ガスの熱により加熱される。この結果、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(H2)や一酸化炭素(CO)などを含む改質ガスが生成される。 Therefore, in a state where the flow rate adjustment valve 35 is opened, a part of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 26 is diverted to the exhaust gas branch pipe 32, and the second injector 33 performs fuel injection (exhaust fuel) to the exhaust gas. Injection). The mixed gas in which the fuel and the exhaust gas are mixed flows into the reforming chamber 27b of the reformer 27, and is heated by the heat of the exhaust gas flowing from the exhaust pipe 26 through the gas purification unit 27a of the reformer 27. As a result, this mixed gas is vaporized by promoting evaporation, and the vaporized mixed gas undergoes an endothermic reaction to be reformed, and a reformed gas containing hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO), and the like is formed. Generated.

また、排気ガス分流管32には、攪拌容器38を設けている。攪拌容器38で排気ガスと燃料とを混合し、混合気としている。攪拌容器38には図示しない冷却管が連結されており、攪拌容器38内の排気ガス、燃料を冷却するようにしている。また、第2インジェクタ33より排気ガス分流管32に燃料を噴射して排気ガスと混合させ、混合ガスとしてもよい。   The exhaust gas distribution pipe 32 is provided with a stirring vessel 38. The exhaust gas and the fuel are mixed in the stirring vessel 38 to form an air-fuel mixture. A cooling pipe (not shown) is connected to the stirring vessel 38 so as to cool the exhaust gas and fuel in the stirring vessel 38. Alternatively, the fuel may be injected from the second injector 33 into the exhaust gas branch pipe 32 and mixed with the exhaust gas to form a mixed gas.

例えば、排気ガスが「7.6CO2+6.8H2O+40.8N2」で、そのガソリン燃料が「C7.613.6」である場合の吸熱反応は、
1.56(7.6CO2+6.8H2O+40.8N2)+3(C7.613.6)+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(H2)ガスと34.7モルの一酸化炭素(CO)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 mol of hydrogen (H 2 ) gas and 34.7 mol of carbon monoxide (CO) gas are generated from 3 mol of gasoline fuel.

改質器27で生成された改質ガスは、改質室27bから改質ガス導入管34に流れ、流量調整弁35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ガス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26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 reformer 27 flows from the reforming chamber 27 b to the reformed gas introduction pipe 34, the supply amount thereof is adjusted by the opening degree of the flow rate adjusting valve 35, and the intake gas flowing through the intake pipe 15 is adjusted. Supplied. A mixed gas obtained by mixing the intake air and the reformed gas is introduced from the intake manifold 16 through the intake port 13 into the combustion chamber 12 and ignited by the spark plug to explode. When the exhaust valve is opened, the exhaust gas is exhausted. The gas is discharged from the port 14 to the exhaust pipe 26. In this case, since the reformed gas contains hydrogen, combustion efficiency in the combustion chamber 12 is good, fuel efficiency can be improved, and NO x generation can be suppressed and exhaust purification efficiency can be improved. .

また、各第1インジェクタ20には、燃料タンク23に貯留された燃料が燃料供給管22−1と、燃料供給管22−1に接続されているデリバリパイプ21とを介して供給される。エンジン11は、燃料としてアルコールとガソリンとをそれぞれ単独でまたは混合して使用可能に構成されているので、燃料タンク23には、所定のアルコール濃度を有する燃料が貯留される。この燃料は、ガソリン100%の場合や、メタノール、エタノール等のアルコールがガソリンに混合された混合燃料の場合、更にはアルコール100%の場合もある。   Further, each first injector 20 is supplied with fuel stored in the fuel tank 23 via a fuel supply pipe 22-1 and a delivery pipe 21 connected to the fuel supply pipe 22-1. Since the engine 11 is configured so that alcohol and gasoline can be used alone or in combination as fuel, fuel having a predetermined alcohol concentration is stored in the fuel tank 23. This fuel may be 100% gasoline, a mixed fuel in which alcohol such as methanol or ethanol is mixed with gasoline, or even 100% alcohol.

車両には電子制御ユニット(ECU)41が搭載されており、このECU41は、第1インジェクタ20、第2インジェクタ33、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42が装着されており、計測した吸入空気量をECU41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43を有しており、現在のスロットル開度をECU41に出力している。更に、クランク角センサ44は、検出した各気筒のクランク角度をECU41に出力し、このECU41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) 41 is mounted on the vehicle, and the ECU 41 controls the drive of the first injector 20, the second injector 33, the spark plug, and the like, so that the fuel injection amount, the injection timing, the ignition timing, etc. Can be controlled. That is, an air flow sensor 42 is mounted on the upstream side of the intake pipe 15 and outputs the measured intake air amount to the ECU 41. The electronic throttle device 19 has a throttle position sensor 43 and outputs the current throttle opening to the ECU 41. Further, the crank angle sensor 44 outputs the detected crank angle of each cylinder to the ECU 41, and the ECU 41 determines each stroke of intake, compression, expansion (explosion), and exhaust in each cylinder based on the detected crank angle. At the same time, the engine speed is calculated.

従って、ECU41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33が噴射する燃料噴射量の合計である。   Accordingly, the ECU 41 determines the overall fuel injection amount, injection timing, ignition timing, and the like based on the detected intake air amount, throttle opening (or accelerator opening), engine operating state such as engine speed. Yes. In this case, the total fuel injection amount is the sum of the fuel injection amounts injected by the first injector 20 and the second injector 33.

また、ECU41は、第2インジェクタ33や流量調整弁35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。   In addition, the ECU 41 can control the amount of reformed gas introduced into the intake pipe 15 by drivingly controlling the second injector 33, the flow rate adjusting valve 35, and the like.

また、改質器27の改質室27bには、床温センサ45が設けられており、現在の改質室27bの温度(床温)をECU41に出力している。よって、ECU41は、検出した改質器27の床温に基づいてこの改質器27が活性温度にあるかどうかを判定する。   Further, a bed temperature sensor 45 is provided in the reforming chamber 27b of the reformer 27, and the current temperature (bed temperature) of the reforming chamber 27b is output to the ECU 41. Therefore, the ECU 41 determines whether or not the reformer 27 is at the activation temperature based on the detected bed temperature of the reformer 27.

また、ECU41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、ECU41は、改質器27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35の開度をアクチュエータ35aにより設定すると共に、第2インジェクタ33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33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。   Further, the ECU 41 calculates an upper limit value of the amount of exhaust gas that can be recirculated to the intake pipe 15 based on the engine speed and the engine load (for example, throttle opening). When the ECU 41 determines that the temperature of the reformer 27 is equal to or higher than the activation temperature, the ECU 41 calculates the amount of reformed gas that can be introduced into the intake pipe 15 based on the amount of exhaust gas that can be recirculated to the intake pipe 15. The opening degree of the flow rate adjusting valve 35 is set by the actuator 35a, and the exhaust fuel injection amount by the second injector 33 is set. In this case, the first injector 20 is injected by subtracting the exhaust fuel injection amount by the second injector 33 set here from the total fuel injection amount calculated based on the intake air amount, the engine speed, and the like. The intake fuel injection amount to be set is set.

また、改質ガス導入通路34に温度センサ46を設け、改質ガス温度を検知するようにしている。また、改質ガス導入通路34に水素(H2)センサ47、COセンサ48、NOxセンサ49、O2(酸素)センサ52を設け、改質ガスの成分量を検知するようにしている。また、NOxセンサ49、O2センサ52は、冷却装置36の上流側に設けるようにしてもよい。 Further, a temperature sensor 46 is provided in the reformed gas introduction passage 34 so as to detect the reformed gas temperature. Further, a hydrogen (H 2 ) sensor 47, a CO sensor 48, a NOx sensor 49, and an O 2 (oxygen) sensor 52 are provided in the reformed gas introduction passage 34 so as to detect the component amount of the reformed gas. Further, the NOx sensor 49 and the O 2 sensor 52 may be provided on the upstream side of the cooling device 36.

よって、これらのH2センサ47、COセンサ48、NOxセンサ49、O2センサ52により検出される濃度等から排気ガスが改質触媒31により改質されているか否かを判断する。これにより、改質触媒31が劣化しているか否かを判断する。 Therefore, it is determined whether or not the exhaust gas is being reformed by the reforming catalyst 31 from the concentrations detected by the H 2 sensor 47, the CO sensor 48, the NOx sensor 49, and the O 2 sensor 52. Thereby, it is determined whether or not the reforming catalyst 31 has deteriorated.

燃料供給管22−1には、アルコール濃度を検出するアルコール濃度センサ50が設けられている。このアルコール濃度センサ50は、燃料の誘電率に基づいてアルコール濃度を検出する静電容量式のものが用いられているが、燃料の屈折率に基づいてアルコール濃度を検出する光学式のものを使用してもよく、その検出原理には限定されない。   The fuel supply pipe 22-1 is provided with an alcohol concentration sensor 50 that detects the alcohol concentration. The alcohol concentration sensor 50 is a capacitance type sensor that detects the alcohol concentration based on the dielectric constant of the fuel, but an optical sensor that detects the alcohol concentration based on the refractive index of the fuel is used. The detection principle is not limited.

また、本実施例のエンジン11は、燃料として、ガソリンだけでなく、このガソリンにエタノールを混合した燃料を使用可能であり、燃料タンク23に補給される燃料は、それまで使用していた燃料とその性状が同じものであるとは限らない。そのため、ECU41は、この空燃比センサ51が計測した排気空燃比をフィードバックし、この排気空燃比がストイキからリーン側またはリッチ側にずれたときに燃料性状が変更されたことを判別し、変更された燃料性状に合わせて制御し、全体の燃料噴射量を補正している。   Further, the engine 11 of this embodiment can use not only gasoline but also fuel obtained by mixing ethanol with gasoline as fuel, and the fuel to be replenished to the fuel tank 23 is the same as the fuel used so far. The properties are not necessarily the same. Therefore, the ECU 41 feeds back the exhaust air / fuel ratio measured by the air / fuel ratio sensor 51, and determines that the fuel property has been changed when the exhaust air / fuel ratio has shifted from the stoichiometric side to the lean side or the rich side. The total fuel injection amount is corrected by controlling according to the fuel properties.

[運転制御方法]
つぎに、本実施例の内燃機関の燃料改質装置を適用したエンジンシステムにおける運転制御方法について図3のフローチャートに基づいて図1、2を参照しつつ具体的に説明する。
ここでは、気流としてタンブルを用いて説明する。
図3は、本実施例に係る内燃機関の燃料改質装置を適用したエンジンシステムにおける運転制御方法を示すフローチャートである。
本実施例に係る内燃機関の燃料改質装置を適用したエンジンシステムにおける運転制御方法は、改質触媒31の劣化の有無を判定し、改質触媒31の劣化が劣化限度を超えている場合には、改質触媒31の回復に要する時間の延長時間を算出し、第2インジェクタ33より改質触媒31への燃料の供給を停止し、排気ガスの空燃比をストイキに対して微小にリーン側とした状態で運転を行い、NOxセンサ49により測定されるNOx量が規定値以上となり、改質触媒31が回復していると判定され、回復に要する延長時間を経過した後、回復運転を終了するものである。
[Operation control method]
Next, an operation control method in the engine system to which the fuel reformer for the internal combustion engine of the present embodiment is applied will be described in detail with reference to FIGS.
Here, a description will be given using tumble as the airflow.
FIG. 3 is a flowchart showing an operation control method in the engine system to which the fuel reformer for the internal combustion engine according to the present embodiment is applied.
The operation control method in the engine system to which the fuel reformer for the internal combustion engine according to the present embodiment is applied determines whether or not the reforming catalyst 31 has deteriorated, and the deterioration of the reforming catalyst 31 exceeds the deterioration limit. Calculates the extension time required for the recovery of the reforming catalyst 31, stops the fuel supply from the second injector 33 to the reforming catalyst 31, and makes the air-fuel ratio of the exhaust gas slightly leaner than the stoichiometric ratio. The NOx amount measured by the NOx sensor 49 is equal to or greater than the specified value, and it is determined that the reforming catalyst 31 has recovered, and after the extended time required for recovery has elapsed, the recovery operation ends. To do.

即ち、図3に示すように、本実施例に係る内燃機関の燃料改質装置を適用したエンジンシステムにおける運転制御方法は、改質触媒31の回復運転を開始する工程(ステップS11)と、改質触媒31の劣化度を判定する劣化度の読み込み工程(ステップS12)と、読み込まれた改質触媒31の劣化度が、改質触媒31の劣化限度を超えているか否かを判定する工程(ステップS13)と、改質触媒31の劣化具合から改質触媒31の回復を安定なものとするために回復時間を延長するための延長時間の算出を行う工程(ステップS14)と、第2インジェクタ33より改質触媒31に燃料を供給するのを停止する工程(ステップS15)と、排気ガスの空燃比をストイキに対して微小にリーン側とした状態で運転を行う工程(ステップS16)と、NOxセンサ49により測定されるNOx量が規定値以上であるか否かの判定を行う工程(ステップS17)と、NOx量が規定値以上であって改質触媒31が回復していると判定され、算出された改質触媒31の回復に要する延長時間を経過しているか否かの判定を行う工程(ステップS18)と、改質触媒31の回復運転を終了する工程(ステップS19)と、からなるものである。   That is, as shown in FIG. 3, the operation control method in the engine system to which the internal combustion engine fuel reforming apparatus according to the present embodiment is applied includes the step of starting the recovery operation of the reforming catalyst 31 (step S11), A deterioration degree reading step for determining the deterioration degree of the catalyst 31 (step S12) and a step of determining whether or not the read deterioration degree of the reforming catalyst 31 exceeds the deterioration limit of the reforming catalyst 31 (step S12). Step S13), a step of calculating an extension time for extending the recovery time in order to stabilize the recovery of the reforming catalyst 31 from the degree of deterioration of the reforming catalyst 31 (Step S14), and a second injector A step of stopping supplying fuel to the reforming catalyst 31 from step 33 (step S15), and a step of operating in a state where the air-fuel ratio of the exhaust gas is slightly leaner than the stoichiometric state (step S15). 6) and a step of determining whether or not the NOx amount measured by the NOx sensor 49 is equal to or greater than a specified value (step S17), and the reforming catalyst 31 recovers when the NOx amount is equal to or greater than the specified value. A step of determining whether or not the calculated extension time required for the recovery of the reforming catalyst 31 has elapsed (step S18), and a step of ending the recovery operation of the reforming catalyst 31 (step S19). ).

まず、図3において、ステップS11では、改質触媒31の回復運転を開始する。即ち、攪拌容器38において第2インジェクタ33より改質触媒31に供給される噴射燃料と排気ガスとを混合し、混合ガスとする。この混合ガスを改質触媒31に供給し、混合ガスを改質する。そして、ステップS11において改質触媒31の回復運転を開始した後、ステップS12へ移行する。   First, in FIG. 3, in step S11, the recovery operation of the reforming catalyst 31 is started. That is, the injected fuel and the exhaust gas supplied from the second injector 33 to the reforming catalyst 31 are mixed in the stirring vessel 38 to obtain a mixed gas. This mixed gas is supplied to the reforming catalyst 31 to reform the mixed gas. Then, after the recovery operation of the reforming catalyst 31 is started in step S11, the process proceeds to step S12.

ステップS12では、改質触媒31の劣化度を読み込む。具体的には、H2センサ47、COセンサ48の何れか一方又は両方を用いて第2インジェクタ33により改質触媒31に供給される噴射燃料に対するH2、COの何れか一方又は両方の生成量が減る量が所定値以上であるか否かを判定する。
ここで、所定値とは、改質触媒31が正常状態の時に生成される改質ガス中のH2、COの何れか一方又は両方の生成量の減る量の基準量をいう。
そして、改質触媒31が劣化すると、燃料噴射量に対して時間に対する改質ガス中のH2、COの生成量が急激に低下する。
In step S12, the degree of deterioration of the reforming catalyst 31 is read. Specifically, generation of either or both of H 2 and CO for the injected fuel supplied to the reforming catalyst 31 by the second injector 33 using either or both of the H 2 sensor 47 and the CO sensor 48. It is determined whether or not the amount by which the amount is reduced is greater than or equal to a predetermined value.
Here, the predetermined value refers to a reference amount for reducing the amount of H 2 and / or CO produced in the reformed gas produced when the reforming catalyst 31 is in a normal state.
When the reforming catalyst 31 deteriorates, the amount of H 2 and CO generated in the reformed gas with respect to time with respect to the fuel injection amount rapidly decreases.

また、H2センサ47、COセンサ48の何れか一方又は両方を用いて第2インジェクタ33により改質触媒31に供給される噴射燃料に対する改質ガス中のH2、COの何れか一方又は両方の生成率が、改質触媒31が正常状態の時の改質ガス中のH2、COの何れか一方又は両方の生成率以上であるか否かを見て改質触媒31の劣化度を判定するようにしてもよい。 Further, either or both of H 2 and CO in the reformed gas with respect to the injected fuel supplied to the reforming catalyst 31 by the second injector 33 using either or both of the H 2 sensor 47 and the CO sensor 48. The degree of deterioration of the reforming catalyst 31 is determined by checking whether the production rate of the reforming catalyst 31 is equal to or higher than the production rate of either or both of H 2 and CO in the reformed gas when the reforming catalyst 31 is in a normal state. You may make it determine.

図4は、改質生成濃度から改質の回復の有無を表す図である。
また、改質係数は改質器27に供給する排気ガスの流量とそのときの温度係数を乗じたものである。
図4に示すように、改質係数と改質生成濃度との関係から予め求められる劣化度数(例えば、パターン1、2、3)がある。そして、アルコール濃度、運転状態等に応じて予め求めた劣化度数の何れかを選定し、その選定された劣化度数に基づいて改質触媒31が改質をこのまま継続して良いか回復が必要か否かを決定する。
FIG. 4 is a diagram showing the presence or absence of reform recovery from the reformed product concentration.
The reforming coefficient is obtained by multiplying the flow rate of the exhaust gas supplied to the reformer 27 and the temperature coefficient at that time.
As shown in FIG. 4, there are deterioration degrees (for example, patterns 1, 2, and 3) obtained in advance from the relationship between the reforming coefficient and the reforming generation concentration. Then, any one of the deterioration degrees obtained in advance is selected according to the alcohol concentration, the operation state, etc., and whether the reforming catalyst 31 can continue the reforming as it is based on the selected deterioration degree or whether recovery is necessary. Decide whether or not.

そして、改質触媒31の劣化度を読み込んだ後、図3に示すステップS13へ移行する。   Then, after reading the degree of deterioration of the reforming catalyst 31, the process proceeds to step S13 shown in FIG.

ステップS13では、読み込まれた改質触媒31の劣化度が、劣化限度を超えているか否かを判定する。ステップS13の判定の結果、改質触媒31の劣化度が、改質触媒31の劣化限度を超えていると判定された場合(ステップS13:Yes)、ステップS14へ移行する。   In step S13, it is determined whether the degree of deterioration of the read reforming catalyst 31 exceeds the deterioration limit. As a result of the determination in step S13, when it is determined that the degree of deterioration of the reforming catalyst 31 exceeds the deterioration limit of the reforming catalyst 31 (step S13: Yes), the process proceeds to step S14.

ステップS14では、改質触媒31の劣化具合から改質触媒31の回復を安定なものとするために回復時間を延長するための延長時間の算出を行う。この延長時間は、自動タイマーにより延長を行なうようにしてもよい。改質触媒31をより安定に回復するために要する延長時間を算出した後、ステップS15へ移行する。   In step S14, an extension time for extending the recovery time is calculated in order to stabilize the recovery of the reforming catalyst 31 from the degree of deterioration of the reforming catalyst 31. This extension time may be extended by an automatic timer. After calculating the extended time required to recover the reforming catalyst 31 more stably, the process proceeds to step S15.

ステップS15では、第2インジェクタ33より攪拌容器38に燃料を供給するのを停止した後、ステップS16へ移行する。   In step S15, the supply of fuel from the second injector 33 to the stirring vessel 38 is stopped, and then the process proceeds to step S16.

ステップS16では、排気ガスの空燃比をストイキに対して微小にリーン側にした状態で運転を行う。例えば排気ガスのストイキが14.6としたとき微小にリーン側とした状態の空燃比としては、14.7〜14.8程度とするのが好ましい。ストイキに対して微小にリーン側にして運転を行った後、ステップS17へ移行する。   In step S16, the operation is performed in a state where the air-fuel ratio of the exhaust gas is slightly lean with respect to the stoichiometry. For example, when the exhaust gas stoichiometry is 14.6, it is preferable that the air-fuel ratio in a state of being slightly leaned is about 14.7 to 14.8. After the operation is performed on the lean side with respect to the stoiki, the process proceeds to step S17.

ステップS17では、改質ガス中のNOx量が規定値以上であるか否かの判定を行う。具体的には、NOxセンサ49により改質ガス中のNOx量を測定し、NOxセンサ49により測定されるNOx量が規定値以上であって安定した場合(ステップS17:Yes)には、改質触媒31が回復していると判断して、ステップS18へ移行する。
また、規定値とは、後述するNOx濃度の回復レベルにおける値をいう。
また、安定した場合とは、改質ガス中のNOx濃度が定常状態となる場合をいう。
In step S17, it is determined whether or not the amount of NOx in the reformed gas is equal to or greater than a specified value. Specifically, the NOx amount in the reformed gas is measured by the NOx sensor 49, and when the NOx amount measured by the NOx sensor 49 is equal to or higher than a specified value (step S17: Yes), the reforming is performed. It is determined that the catalyst 31 has recovered, and the process proceeds to step S18.
The specified value refers to a value at a recovery level of the NOx concentration described later.
Moreover, the case where it is stabilized means the case where the NOx concentration in the reformed gas is in a steady state.

図5は、経過時間と改質ガス中のガス成分のガス濃度との関係を示す図である。
図5に示すように、改質触媒31の回復を開始する際、上述のように、ストイキに対して微小にリーン側として運転を行う。例えば、排気ガスのストイキが14.6の時、微小にリーン側にした空燃比としては、例えば14.7〜14.8程度とする。これは、HCが出てきた分だけNOxが浄化され、NOxのガス濃度がゼロとなるが、空燃比をリーン側とすると、反応が起こらなくなるためである。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the elapsed time and the gas concentration of the gas component in the reformed gas.
As shown in FIG. 5, when the recovery of the reforming catalyst 31 is started, the operation is performed on the lean side with respect to the stoichiometry as described above. For example, when the exhaust gas stoichiometric ratio is 14.6, the air-fuel ratio slightly reduced to the lean side is set to, for example, about 14.7 to 14.8. This is because NOx is purified by the amount of HC coming out, and the NOx gas concentration becomes zero. However, when the air-fuel ratio is set to the lean side, no reaction occurs.

そして、NOxの濃度が規定値である回復レベルを超え、NOxの濃度変化が安定する安定レベルの状態である定常状態となった後、改質触媒31の回復をより安定なものとするため、回復時間を延長して行う。このとき、NOxの濃度変化が安定レベルとなった後、タイマー運転として回復時間を延長するようにしてもよい。また、改質触媒31の回復時間の延長は、改質触媒31の回復をより安定なものとするために行うものであるため、回復時間の延長は行わないようにしてもよい。   In order to make the recovery of the reforming catalyst 31 more stable after the NOx concentration exceeds the recovery level, which is a specified value, and reaches a steady state where the NOx concentration change is stable, Extend the recovery time. At this time, the recovery time may be extended as a timer operation after the NOx concentration change reaches a stable level. Further, since the extension of the recovery time of the reforming catalyst 31 is performed to make the recovery of the reforming catalyst 31 more stable, the recovery time may not be extended.

また、NOxセンサ49に代えてO2センサ52を用いて改質ガス中のO2濃度を検出して改質触媒31か回復しているか否かを判断してもよい。また、NOxセンサ49、O2センサ52の両方を用いて改質ガス中のNOx濃度、O2濃度を検出して改質触媒31が回復しているか否かを判断するようにしてもよい。 Further, instead of the NOx sensor 49, an O 2 sensor 52 may be used to detect the O 2 concentration in the reformed gas and determine whether the reforming catalyst 31 has recovered. Further, it may be determined whether the reforming catalyst 31 has recovered by detecting the NOx concentration and the O 2 concentration in the reformed gas using both the NOx sensor 49 and the O 2 sensor 52.

ステップS18では、改質触媒31の劣化具合から算出された回復に要する延長時間を経過しているか否かの判定を行う。延長時間としては、例えば2〜3分であり、数分程度で良い。そして、延長時間を経過していると判定された場合(ステップS18:Yes)には、改質触媒31は安定して回復していると判断して、ステップS19へ移行する。   In step S18, it is determined whether or not the extended time required for recovery calculated from the degree of deterioration of the reforming catalyst 31 has elapsed. The extension time is, for example, 2 to 3 minutes, and may be about several minutes. If it is determined that the extended time has elapsed (step S18: Yes), it is determined that the reforming catalyst 31 is stably recovered, and the process proceeds to step S19.

ステップS19では、改質触媒31の回復運転を終了し、運転制御を終了する。そして、通常通り第2インジェクタ33より改質触媒31に燃料を供給し、改質反応を行うようにする。   In step S19, the recovery operation of the reforming catalyst 31 is finished, and the operation control is finished. Then, as usual, fuel is supplied from the second injector 33 to the reforming catalyst 31 to perform a reforming reaction.

一方、図3に示すステップS13において、読み込まれた改質触媒31の劣化度を判定した結果、改質触媒31の劣化度が、劣化限度を超えていないと判定された場合(ステップS13:No)、ステップS12へ移行する。そして、ステップS12において、改質触媒31の劣化度の判定を再度行う。   On the other hand, when the deterioration degree of the read reforming catalyst 31 is determined in step S13 shown in FIG. 3, it is determined that the deterioration degree of the reforming catalyst 31 does not exceed the deterioration limit (step S13: No). ), The process proceeds to step S12. In step S12, the degree of deterioration of the reforming catalyst 31 is determined again.

また、図3に示すステップS17において、NOxセンサ49により測定されるNOx量が規定値以下の場合(ステップS17:No)には、改質触媒31は回復していないと判断して、再度NOxセンサ49によりNOx量が規定値以上となるまで測定される。   In step S17 shown in FIG. 3, when the NOx amount measured by the NOx sensor 49 is equal to or less than the specified value (step S17: No), it is determined that the reforming catalyst 31 has not recovered and NOx is again performed. The sensor 49 measures the amount of NOx until it reaches a specified value or more.

また、図3に示すステップS18において、改質触媒31が予め算出された回復に要する延長時間を経過していないと判定された場合(ステップS18:No)には、改質触媒31はまだ安定した回復状態にないと判断して、再度回復に要する延長時間を経過するまで改質触媒31を安定して回復させるようにしている。   If it is determined in step S18 shown in FIG. 3 that the extension time required for the recovery of the reforming catalyst 31 that has been calculated in advance has not elapsed (step S18: No), the reforming catalyst 31 is still stable. Thus, the reforming catalyst 31 is stably recovered until it is determined that the recovery state is not reached and the extended time required for recovery again elapses.

このように、本実施例の内燃機関の燃料改質装置では、本実施例に係る内燃機関の燃料改質装置を適用したエンジンシステムにおける運転制御方法に従い、改質触媒31の劣化の有無とその度合を判定し、改質触媒31を安定して回復するのに要する延長時間を算出し、改質触媒31への燃料の供給を停止してストイキに対して微小にリーン側にして運転を行い、NOxセンサ49により測定されるNOx量が規定値以上であるか否かを判定し、回復が安定するまで行う。この結果、改質触媒31の劣化を抑制し、改質触媒31の回復の判定を行うことができると共に、改質触媒31の改質性能を回復することができる。   As described above, in the fuel reforming apparatus for the internal combustion engine according to the present embodiment, whether or not the reforming catalyst 31 has deteriorated and whether or not the reforming catalyst 31 has deteriorated according to the operation control method in the engine system to which the fuel reforming apparatus for the internal combustion engine according to the present embodiment is applied. Determining the degree, calculating the extended time required for stable recovery of the reforming catalyst 31, and stopping the fuel supply to the reforming catalyst 31 to slightly lean the stoichiometric operation. Then, it is determined whether or not the NOx amount measured by the NOx sensor 49 is equal to or greater than a specified value, and the process is repeated until the recovery is stabilized. As a result, deterioration of the reforming catalyst 31 can be suppressed, recovery of the reforming catalyst 31 can be determined, and the reforming performance of the reforming catalyst 31 can be recovered.

また、改質触媒31の回復の判定を行い、改質触媒31の改質性能を回復することで、エミッションを悪化させないようにすることができると共に、排気管26に設けている三元触媒28a、30を保護することができる。   Further, the recovery of the reforming catalyst 31 is determined and the reforming performance of the reforming catalyst 31 is recovered, so that the emission can be prevented from deteriorating and the three-way catalyst 28a provided in the exhaust pipe 26 can be prevented. , 30 can be protected.

以上のように、本発明に係る内燃機関の燃料改質装置は、改質器で生成された改質ガスを検知し改質触媒の劣化具合を検知し、前記改質触媒が劣化している場合、前記改質器に供給する排気ガスに燃料を供給するのを停止し、排気ガスを還流させると共に、前記排気ガスの空燃比をストイキに対して微小にリーン側とした運転状態で、前記改質ガス中のNOx若しくは酸素の量を検出することで、前記改質触媒の改質性能を回復し、前記改質触媒の劣化回復を検知するものであり、いずれの種類の内燃機関に用いても好適である。   As described above, the fuel reformer for an internal combustion engine according to the present invention detects the reformed gas generated by the reformer, detects the deterioration degree of the reforming catalyst, and the reforming catalyst is deteriorated. The fuel supply to the exhaust gas supplied to the reformer is stopped, the exhaust gas is recirculated, and the air-fuel ratio of the exhaust gas is slightly lean with respect to the stoichiometric operation state, By detecting the amount of NOx or oxygen in the reformed gas, the reforming performance of the reforming catalyst is recovered, and the deterioration recovery of the reforming catalyst is detected. Used for any type of internal combustion engine Is also suitable.

本発明の実施例に係る内燃機関の燃料改質装置を適用したエンジンシステムを示す概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram showing an engine system to which a fuel reformer for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention is applied. 図1に示す構成を簡略に示す図である。It is a figure which shows the structure shown in FIG. 1 simply. 本実施例に係る内燃機関の燃料改質装置を適用したエンジンシステムにおける運転制御方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation control method in the engine system to which the fuel reforming apparatus of the internal combustion engine which concerns on a present Example is applied. 改質生成濃度から改質の回復の有無を表す図である。It is a figure showing the presence or absence of recovery | restoration of a modification | reformation from a modification | reformation production | generation density | concentration. 経過時間と改質ガス中のガス成分のガス濃度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between elapsed time and the gas concentration of the gas component in reformed gas.

符号の説明Explanation of symbols

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)
16 インテークマニホールド
17 エアクリーナ
18 スロットル弁
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)
21 デリバリパイプ
22−1、22−2 燃料供給管
23 燃料タンク
24 燃料ポンプ
25 エキゾーストマニホールド
26 排気管(排気通路)
27 改質器
27a ガス浄化部
27b 改質室
28 三元触媒装置
28a、30 三元触媒
29 マフラー
31 改質触媒
32 排気ガス分流管(排気ガス分流通路)
33 第2インジェクタ(第2燃料供給手段)
34 改質ガス導入管(改質ガス導入通路)
35 流量調整弁
35a アクチュエータ
36 冷却装置
37 フィルタ
38 攪拌容器
41 電子制御ユニット、ECU(燃料噴射制御手段)
42 エアフローセンサ
43 スロットルポジションセンサ
44 クランク角センサ
45 床温センサ
46 温度センサ
47 水素(H2)センサ
48 COセンサ
49 NOxセンサ
50 アルコール濃度センサ
51 空燃比センサ
52 O2(酸素)センサ
11 Engine (Internal combustion engine)
12 Combustion chamber 13 Intake port 14 Exhaust port 15 Intake pipe (intake passage)
16 Intake Manifold 17 Air Cleaner 18 Throttle Valve 19 Electronic Throttle Device 20 First Injector (First Fuel Supply Unit)
21 Delivery pipe 22-1, 22-2 Fuel supply pipe 23 Fuel tank 24 Fuel pump 25 Exhaust manifold 26 Exhaust pipe (exhaust passage)
27 reformer 27a gas purification unit 27b reforming chamber 28 three-way catalyst device 28a, 30 three-way catalyst 29 muffler 31 reforming catalyst 32 exhaust gas branch pipe (exhaust gas branch passage)
33 Second injector (second fuel supply means)
34 Reformed gas introduction pipe (reformed gas introduction passage)
35 Flow control valve 35a Actuator 36 Cooling device 37 Filter 38 Stirring vessel 41 Electronic control unit, ECU (fuel injection control means)
42 Air Flow Sensor 43 Throttle Position Sensor 44 Crank Angle Sensor 45 Bed Temperature Sensor 46 Temperature Sensor 47 Hydrogen (H 2 ) Sensor 48 CO Sensor 49 NOx Sensor 50 Alcohol Concentration Sensor 51 Air-fuel Ratio Sensor 52 O 2 (Oxygen) Sensor

Claims (4)

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アルコールとガソリンとを単独でまたは混合した燃料を供給する第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前記燃料を供給する第2燃料供給手段と、
前記排気ガス分流通路を流れる排気ガスに前記第2燃料供給手段から前記燃料が供給された混合ガスを改質触媒により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、
該改質ガス導入通路に前記改質ガスを検知し前記改質触媒の劣化具合を検知する改質触媒劣化検知手段とを備え、
前記改質触媒劣化検知手段により前記改質触媒が劣化していると検知された場合、前記第2燃料供給手段より前記排気ガス分流通路に前記燃料を供給するのを停止し、
前記排気ガスを還流させ、前記排気ガスの空燃比をストイキに対して微小にリーン側とした運転状態で行い、
前記改質触媒劣化検知手段により検出された改質ガス中のNOx若しくは酸素の量を検出し、
前記改質触媒により生成した前記改質ガス中のNOx若しくは酸素の量が、予め算出された前記改質触媒により生成される前記改質ガス中のNOx若しくは酸素の規定値以上となると共に、安定した場合には、前記改質触媒が回復していると判定し、
前記改質触媒の劣化回復を検知することを特徴とする内燃機関の燃料改質装置。
An intake passage for introducing outside air into the combustion chamber;
First fuel supply means for supplying fuel, which is a mixture of alcohol and gasoline, alone or mixed to the intake passage or the combustion chamber;
An exhaust passage for exhausting exhaust gas discharged from the combustion chamber to the outside;
An exhaust gas diversion passage for diverting a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage;
Second fuel supply means for supplying the fuel to the exhaust gas diversion passage;
A reformer for generating a reformed gas by a reforming catalyst from the mixed gas in which the fuel is supplied from the second fuel supply means to the exhaust gas flowing through the exhaust gas diversion passage;
A reformed gas introduction passage for introducing the reformed gas generated in the reformer into the intake passage;
A reforming catalyst deterioration detecting means for detecting the reforming gas in the reforming gas introduction passage and detecting the deterioration degree of the reforming catalyst;
When the reforming catalyst deterioration detecting means detects that the reforming catalyst is deteriorated, the supply of the fuel from the second fuel supply means to the exhaust gas branch passage is stopped,
The exhaust gas is recirculated, and the air-fuel ratio of the exhaust gas is minutely lean with respect to the stoichiometric operation,
Detecting the amount of NOx or oxygen in the reformed gas detected by the reforming catalyst deterioration detecting means;
The amount of NOx or oxygen in the reformed gas generated by the reforming catalyst is equal to or higher than a predetermined value of NOx or oxygen in the reformed gas generated by the reforming catalyst calculated in advance, and stable. If it is determined that the reforming catalyst has recovered,
A fuel reformer for an internal combustion engine that detects deterioration recovery of the reforming catalyst.
請求項1において、
前記改質ガス中のH2、COの何れか一方又は両方の生成量の減る量が、前記改質触媒が正常状態の時の改質ガス中のH2、COの何れか一方又は両方の生成量の減る量より大きい場合には、前記改質触媒が劣化していると判定することを特徴とする内燃機関の燃料改質装置。
In claim 1,
The amount of reduction in the amount of either or both of H 2 and CO in the reformed gas is the amount of either or both of H 2 and CO in the reformed gas when the reforming catalyst is in a normal state. A fuel reformer for an internal combustion engine, wherein when the amount of production is larger than the amount to be reduced, it is determined that the reforming catalyst has deteriorated.
請求項1又は2において、
前記改質触媒により生成した前記改質ガス中のNOx若しくは酸素の量が、安定した後、前記改質触媒の回復時間を延長することを特徴とする内燃機関の燃料改質装置。
In claim 1 or 2,
A fuel reforming apparatus for an internal combustion engine, wherein the recovery time of the reforming catalyst is extended after the amount of NOx or oxygen in the reformed gas generated by the reforming catalyst is stabilized.
請求項1乃至3の何れか一つにおいて、
前記改質触媒劣化検知手段が、NOxセンサ、O2センサの何れか一方又は両方であることを特徴とする内燃機関の燃料改質装置。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
A fuel reforming apparatus for an internal combustion engine, wherein the reforming catalyst deterioration detecting means is one or both of a NOx sensor and an O 2 sensor.
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