JP2010043640A - Reformed gas production device and reformed gas combustion engine system equipped with the same, and activity recovery method of reformed catalyst - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、改質ガス生成装置及びこれを備えた改質ガス燃焼エンジンシステム並びに改質触媒の活性回復方法に関する。 The present invention relates to a reformed gas generator, a reformed gas combustion engine system including the reformed gas generator, and a method for recovering the activity of a reformed catalyst.
従来、改質触媒の活性回復方法としては、次のものが知られている(例えば、特許文献1参照)。すなわち、特許文献1に記載の発明は、触媒を用いた自動車燃料の改質反応における触媒活性の制御方法であって、改質反応によって触媒の表面に析出したコーク及び未反応成分を、酸素富化空気の存在下でバーンオフして触媒の劣化を抑制する方法である。
Conventionally, the following is known as a method for recovering the activity of a reforming catalyst (see, for example, Patent Document 1). That is, the invention described in
しかしながら、酸素濃度の高い空気が改質触媒に供給され、改質触媒の温度が高温域にある条件でのバーンオフでは、比較的短時間においては改質触媒の活性が回復したように見えても、通常の改質触媒では長時間の使用でシンタリングにより徐々に活性が低下するものと考えられる。 However, in the case of burn-off under the condition that air with a high oxygen concentration is supplied to the reforming catalyst and the temperature of the reforming catalyst is in a high temperature range, the activity of the reforming catalyst may be recovered in a relatively short time. In ordinary reforming catalysts, it is considered that the activity gradually decreases due to sintering after long-term use.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、改質触媒のシンタリングを抑制しつつ、改質触媒の活性を回復させることができる改質ガス生成装置及び改質触媒の活性回復方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a reformed gas generation device and a reformer that can recover the activity of the reforming catalyst while suppressing sintering of the reforming catalyst. The object is to provide a method for recovering the activity of a catalyst.
また、本発明の他の目的は、改質触媒のシンタリングを抑制しつつ、改質触媒の活性を回復させることで、耐久性を向上させると共に燃費を向上させることができる改質ガス燃焼エンジンシステムを提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a reformed gas combustion engine capable of improving durability and improving fuel efficiency by restoring the activity of the reforming catalyst while suppressing sintering of the reforming catalyst. To provide a system.
前記課題を解決するために、請求項1に記載の改質ガス生成装置は、加熱されることによって硫黄及び炭化水素を含有する改質原料から水素を含有する改質ガスを生成する改質反応が行われる改質触媒と、エンジンから排出された排気ガスの熱エネルギを利用して前記改質触媒を加熱する加熱部と、前記改質触媒に前記改質原料を供給する改質原料供給部と、前記改質触媒に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給部と、前記改質触媒にて前記改質ガスが生成されるように前記改質原料供給部によって前記改質触媒に前記改質原料を供給させる改質ガス生成機能と、前記改質触媒が前記改質反応に伴って前記改質触媒に析出した硫黄を燃焼除去し得る温度範囲よりも低い温度範囲にあるときに前記改質原料供給部による前記改質触媒への前記改質原料の供給を停止させると共に前記酸素含有ガス供給部によって前記改質触媒に前記酸素含有ガスを供給させることで、前記改質触媒に析出した炭素及び炭化水素を燃焼除去させて前記改質触媒の活性を回復させる改質触媒活性回復機能とを選択的に実行する制御部と、を備えている。
In order to solve the above-mentioned problem, the reformed gas generating apparatus according to
請求項1に記載の改質ガス生成装置では、制御部によって改質ガス生成機能が実行されると、改質原料供給部によって改質触媒に改質原料が供給され、改質触媒は、加熱部によって加熱されることによって改質ガスを生成する。
In the reformed gas generation apparatus according to
ここで、改質触媒において、硫黄及び炭化水素を含有する改質原料から改質ガスを生成する改質反応が行われると、炭素、炭化水素、硫黄が改質触媒に析出する。この析出した炭素、炭化水素、硫黄は、改質触媒での改質反応を進行しにくくするが、この析出した炭素、炭化水素、硫黄を燃焼除去すると、改質触媒の活性は回復する。 Here, when a reforming reaction for generating a reformed gas from a reforming raw material containing sulfur and hydrocarbons is performed in the reforming catalyst, carbon, hydrocarbons, and sulfur are deposited on the reforming catalyst. The deposited carbon, hydrocarbon, and sulfur make it difficult for the reforming reaction to proceed with the reforming catalyst. However, when the deposited carbon, hydrocarbon, and sulfur are removed by combustion, the activity of the reforming catalyst is restored.
しかし、炭素及び炭化水素を燃焼除去(酸化除去)するには改質触媒が高温である必要は無いが、硫黄を燃焼除去するには改質触媒が高温である必要がある。ところが、改質触媒では改質反応中の通常は還元雰囲気であり、改質触媒が高温な状態で硫黄が燃焼除去されると、高い温度と酸化雰囲気のため改質触媒がシンタリングして長時間の使用に耐えられなくなる(改質触媒が劣化する)。 However, it is not necessary for the reforming catalyst to have a high temperature in order to burn and remove (oxidize and remove) carbon and hydrocarbons, but in order to burn and remove sulfur, the reforming catalyst needs to have a high temperature. However, the reforming catalyst is usually in a reducing atmosphere during the reforming reaction, and if the sulfur is burned and removed while the reforming catalyst is at a high temperature, the reforming catalyst is sintered and prolonged due to the high temperature and oxidizing atmosphere. It becomes impossible to withstand the use of time (the reforming catalyst deteriorates).
一方、発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、炭素及び炭化水素を燃焼除去すれば、硫黄を燃焼除去しなくても、改質触媒の活性が回復することを見出した。つまり、改質触媒の活性を回復させるには、硫黄を燃焼除去させる必要は無く、炭素及び炭化水素を燃焼除去すれば良いのである。 On the other hand, as a result of intensive studies, the inventors have found that if the carbon and hydrocarbons are removed by combustion, the activity of the reforming catalyst can be recovered without removing the sulfur by combustion. That is, in order to recover the activity of the reforming catalyst, it is not necessary to burn and remove sulfur, and it is sufficient to burn and remove carbon and hydrocarbons.
そして、請求項1に記載の改質ガス生成装置では、制御部によって改質触媒活性回復機能が実行されることで改質触媒の活性が回復されるのは、改質触媒に析出した硫黄を燃焼除去し得る温度範囲よりも低い温度範囲にあるときとされている。従って、改質触媒の活性回復が硫黄を燃焼除去させるのに必要な高温範囲よりも低い温度範囲にて行われるので、改質触媒にシンタリングが生ずることを抑制することができる。
In the reformed gas generation apparatus according to
また、硫黄は燃焼除去されないが、制御部によって改質触媒活性回復機能が実行されることで、炭素及び炭化水素を燃焼除去させることができる。これにより、改質触媒の活性を回復させることができる。 Moreover, although sulfur is not burned and removed, carbon and hydrocarbons can be burned and removed by executing the reforming catalyst activity recovery function by the control unit. Thereby, the activity of the reforming catalyst can be recovered.
このように、請求項1に記載の改質ガス生成装置によれば、改質触媒のシンタリングを抑制しつつ、改質触媒の活性を回復させることができる。 Thus, according to the reformed gas generating apparatus of the first aspect, the activity of the reforming catalyst can be recovered while suppressing sintering of the reforming catalyst.
請求項2に記載の改質ガス生成装置は、請求項1に記載の改質ガス生成装置において、前記改質原料がエタノール混合ガソリンとされ、前記制御部が、前記改質触媒活性回復機能として、前記改質触媒の温度が500〜700℃となっているときに前記改質触媒の活性回復を開始させ、前記改質触媒の温度が700℃を上回っているときに前記改質触媒の活性回復を停止させる機能を実行する、構成とされたものである。
The reformed gas generating apparatus according to
ここで、改質触媒の活性を回復させる場合に、改質触媒の温度が500℃を下回っているとき(例えば、450℃のとき)に改質触媒へ酸素含有ガスを供給すると、改質触媒の回復動作が安定せず、改質触媒の活性が徐々に劣化する。また、改質触媒の温度が700℃を上回っているとき(例えば、750℃のとき)に改質触媒へ酸素含有ガスを供給すると、比較的短時間においては改質触媒の活性が回復したように見えても、通常の改質触媒では長時間の使用でシンタリングにより徐々に活性が低下する。 Here, when recovering the activity of the reforming catalyst, if the oxygen-containing gas is supplied to the reforming catalyst when the temperature of the reforming catalyst is below 500 ° C. (for example, at 450 ° C.), the reforming catalyst The recovery operation is not stable, and the activity of the reforming catalyst gradually deteriorates. Further, when the oxygen-containing gas is supplied to the reforming catalyst when the temperature of the reforming catalyst exceeds 700 ° C. (for example, at 750 ° C.), the activity of the reforming catalyst seems to be recovered in a relatively short time. However, the activity of a conventional reforming catalyst gradually decreases due to sintering after a long period of use.
一方、改質触媒の温度が500〜700℃となっているときに改質触媒へ酸素含有ガスを供給すると、改質触媒に炭素及び炭化水素が析出されても、この炭素及び炭化水素を燃焼除去させて改質触媒の活性を回復させることができる。 On the other hand, if an oxygen-containing gas is supplied to the reforming catalyst when the temperature of the reforming catalyst is 500 to 700 ° C., even if carbon and hydrocarbon are deposited on the reforming catalyst, the carbon and hydrocarbon are burned. It can be removed to restore the activity of the reforming catalyst.
従って、請求項2に記載の改質ガス生成装置によれば、改質触媒の温度が500〜700℃となっているときに改質触媒の活性回復が開始され、改質触媒の温度が700℃を上回っているときに改質触媒の活性回復を停止させるので、改質触媒のシンタリングを抑制しつつ、改質触媒の活性を回復させることができる。 Therefore, according to the reformed gas generating apparatus of the second aspect, the recovery of the activity of the reforming catalyst is started when the temperature of the reforming catalyst is 500 to 700 ° C., and the temperature of the reforming catalyst is 700. Since the recovery of the activity of the reforming catalyst is stopped when the temperature is higher than ° C., the activity of the reforming catalyst can be recovered while suppressing sintering of the reforming catalyst.
請求項3に記載の改質ガス生成装置は、請求項2に記載の改質ガス生成装置において、前記制御部が、前記改質触媒活性回復機能として、前記改質触媒の温度が700℃を上回っているときに前記酸素含有ガス供給部による前記改質触媒への前記酸素含有ガスの供給を停止させる機能を実行する、構成とされたものである。
The reformed gas generation apparatus according to
請求項3に記載の改質ガス生成装置によれば、改質触媒への酸素含有ガスの供給を停止させるので、改質触媒の活性回復を停止させることができる。
According to the reformed gas generator of
請求項4に記載の改質ガス生成装置は、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の改質ガス生成装置において、前記酸素含有ガス供給部が、前記エンジンから排出された前記排気ガスの一部を前記酸素含有ガスとして前記改質触媒に供給した後に前記エンジンに導入する、構成とされたものである。
The reformed gas generation device according to
ここで、例えば、エンジンがストイキ運転される場合でも、排気バルブ通過時の排気ガスには、未燃燃料と酸素が残存する。 Here, for example, even when the engine is stoichiometrically operated, unburned fuel and oxygen remain in the exhaust gas when passing through the exhaust valve.
従って、請求項4に記載の改質ガス生成装置のように、エンジンから排出された排気ガスの一部を酸素含有ガスとして改質触媒に供給した後にエンジンに導入するようにすれば、改質触媒に酸素含有ガスを供給するための専用の装置を不要にすることができる。これにより、コストアップを抑制することができる。
Therefore, as in the reformed gas generating device according to
請求項5に記載の改質ガス生成装置は、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の改質ガス生成装置において、前記エンジンが車両駆動用のエンジンとされ、前記酸素含有ガス供給部が前記エンジンから排出された前記排気ガスの一部を前記酸素含有ガスとして前記改質触媒に供給し、前記制御部が、前記車両が減速しているときに前記改質触媒活性回復機能を実行する、構成とされたものである。
The reformed gas generator according to
ここで、車両が減速しているとき(例えば、エンジンブレーキ時)には、エンジンは少量の空気を吸い込んで吸気・排気動作をしている。 Here, when the vehicle is decelerating (for example, during engine braking), the engine sucks a small amount of air and performs intake / exhaust operations.
従って、請求項5に記載の改質ガス生成装置のように、車両が減速しているときに、エンジンから排出された排気ガスの一部を酸素含有ガスとして改質触媒に供給すれば、車両減速時に排出される排気ガスを有効活用することができる。
Therefore, as in the reformed gas generator according to
請求項6に記載の改質ガス生成装置は、請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の改質ガス生成装置において、前記制御部が、前記改質触媒における前記炭素及び前記炭化水素の析出状態が予め定められた所定状態になった場合に前記改質触媒活性回復機能を実行する、構成とされたものである。
The reformed gas generation device according to
請求項6に記載の改質ガス生成装置によれば、制御部では、改質触媒における炭素及び炭化水素の析出状態が予め定められた所定状態になった場合になってはじめて改質触媒活性回復機能が実行される。従って、改質触媒の劣化度に応じた適切なタイミングで改質触媒の活性回復を図ることができる。 According to the reformed gas generating apparatus of the sixth aspect, the controller recovers the activity of the reforming catalyst only when the precipitation state of carbon and hydrocarbons in the reforming catalyst reaches a predetermined state. The function is executed. Therefore, the activity of the reforming catalyst can be recovered at an appropriate timing according to the degree of deterioration of the reforming catalyst.
請求項7に記載の改質ガス生成装置は、請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の改質ガス生成装置において、前記酸素含有ガス供給部が、酸素濃度が時間平均して0.1〜1.0体積%である前記酸素含有ガスを前記改質触媒に供給する、構成とされたものである。
The reformed gas generation apparatus according to
ここで、改質触媒の活性を回復させる場合に、改質触媒へ供給される酸素含有ガスの酸素濃度が時間平均して0.1体積%を下回っていると、炭素及び炭化水素の燃焼除去が不十分となり、改質触媒の活性回復も不十分となる。また、改質触媒へ供給される酸素含有ガスの酸素濃度が時間平均して1.0体積%を上回っていると、炭素及び炭化水素の燃焼除去に伴う改質触媒の温度上昇が大きくなり、改質触媒にシンタリングが生ずる。 Here, when recovering the activity of the reforming catalyst, if the oxygen concentration of the oxygen-containing gas supplied to the reforming catalyst is less than 0.1% by volume on a time average, combustion removal of carbon and hydrocarbons Is insufficient, and the activity recovery of the reforming catalyst is also insufficient. Further, when the oxygen concentration of the oxygen-containing gas supplied to the reforming catalyst exceeds 1.0% by volume on a time average, the temperature rise of the reforming catalyst accompanying the combustion removal of carbon and hydrocarbons increases, Sintering occurs in the reforming catalyst.
一方、改質触媒へ供給される酸素含有ガスの酸素濃度が時間平均して0.1〜1.0体積%であると、炭素及び炭化水素を燃焼除去しつつ、炭素及び炭化水素の燃焼除去に伴う改質触媒の温度上昇も抑制される。 On the other hand, when the oxygen concentration of the oxygen-containing gas supplied to the reforming catalyst is 0.1 to 1.0% by volume on a time average, the carbon and hydrocarbons are removed by combustion while the carbon and hydrocarbons are removed by combustion Also, the temperature increase of the reforming catalyst is suppressed.
従って、請求項7に記載の改質ガス生成装置のように、酸素濃度が時間平均して0.1〜1.0体積%である酸素含有ガスが改質触媒に供給されるようにすれば、炭素及び炭化水素を燃焼除去しつつ、炭素及び炭化水素の燃焼除去に伴う改質触媒の温度上昇も抑制できる。これにより、より一層効果的に、改質触媒のシンタリングを抑制しつつ、改質触媒の活性を回復させることができる。
Therefore, as in the reformed gas generator according to
また、前記課題を解決するために、請求項8に記載の改質ガス燃焼エンジンシステムは、エンジンと、請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載の改質ガス生成装置と、前記改質ガス生成装置によって生成された前記改質ガスを前記エンジンに供給する改質ガス供給部と、を備えている。
Moreover, in order to solve the said subject, the reformed gas combustion engine system of
請求項8に記載の改質ガス燃焼エンジンシステムによれば、上記改質ガス生成装置によって改質触媒を活性が回復された状態に維持することができるので、耐久性を向上させることができる。 According to the reformed gas combustion engine system of the eighth aspect, since the reformed catalyst can be maintained in a state in which the activity is recovered by the reformed gas generating device, durability can be improved.
また、改質触媒によって安定して改質反応が行われるため、改質原料から改質ガスを効率良く生成でき、エンジンの燃焼安定性を高め、EGRガスをエンジンに多く入れることができる。また、改質ガスによって燃料の低位発熱量を増加させることができる。以上の二つの理由から燃費を向上させることができる。 Further, since the reforming reaction is stably performed by the reforming catalyst, the reformed gas can be efficiently generated from the reforming raw material, the combustion stability of the engine can be improved, and a large amount of EGR gas can be put into the engine. Further, the lower heating value of the fuel can be increased by the reformed gas. Fuel economy can be improved for the above two reasons.
また、前記課題を解決するために、請求項9に記載の改質触媒の回復方法は、加熱されることによって硫黄及び炭化水素を含有する改質原料から水素を含有する改質ガスを生成する改質反応が行われる改質触媒の温度が、前記改質反応に伴って前記改質触媒に析出した硫黄を燃焼除去し得る温度範囲よりも低い温度範囲にあるときに、前記改質触媒への前記改質原料の供給を停止させると共に前記改質触媒に酸素含有ガスを供給することで、前記改質触媒に前記改質反応に伴って析出した炭素及び炭化水素を燃焼除去させて前記改質触媒の活性を回復させる方法である。 In order to solve the above-mentioned problem, the method for recovering a reforming catalyst according to claim 9 generates a reformed gas containing hydrogen from a reformed raw material containing sulfur and hydrocarbons by being heated. When the temperature of the reforming catalyst at which the reforming reaction is carried out is in a temperature range lower than the temperature range in which sulfur deposited on the reforming catalyst can be removed by combustion, the reforming catalyst is supplied to the reforming catalyst. The supply of the reforming raw material is stopped and an oxygen-containing gas is supplied to the reforming catalyst, so that the reforming catalyst burns and removes the carbon and hydrocarbons precipitated during the reforming reaction, thereby improving the reforming catalyst. This is a method for recovering the activity of the catalyst.
請求項9に記載の改質触媒は、改質原料が供給されると共に加熱部によって加熱されることによって改質ガスを生成する。 The reforming catalyst according to the ninth aspect generates the reformed gas by being supplied with the reforming raw material and being heated by the heating unit.
ここで、改質触媒において、硫黄及び炭化水素を含有する改質原料から改質ガスを生成する改質反応が行われると、炭素、炭化水素、硫黄が改質触媒に析出する。この析出した炭素、炭化水素、硫黄は、改質触媒での改質反応を進行しにくくするが、この析出した炭素、炭化水素、硫黄を燃焼除去すると、改質触媒の活性は回復する。 Here, when a reforming reaction for generating a reformed gas from a reforming raw material containing sulfur and hydrocarbons is performed in the reforming catalyst, carbon, hydrocarbons, and sulfur are deposited on the reforming catalyst. The deposited carbon, hydrocarbon, and sulfur make it difficult for the reforming reaction to proceed with the reforming catalyst. However, when the deposited carbon, hydrocarbon, and sulfur are removed by combustion, the activity of the reforming catalyst is restored.
しかし、炭素及び炭化水素を燃焼除去(酸化除去)するには改質触媒が高温である必要は無いが、硫黄を燃焼除去するには改質触媒が高温である必要がある。ところが、改質触媒では改質反応中の通常は還元雰囲気であり、改質触媒が高温な状態で硫黄が燃焼除去されると、高い温度と酸化雰囲気のため改質触媒がシンタリングして長時間の使用に耐えられなくなる(改質触媒が劣化する)。 However, it is not necessary for the reforming catalyst to have a high temperature in order to burn and remove (oxidize and remove) carbon and hydrocarbons, but in order to burn and remove sulfur, the reforming catalyst needs to have a high temperature. However, the reforming catalyst is usually in a reducing atmosphere during the reforming reaction, and if the sulfur is burned and removed while the reforming catalyst is at a high temperature, the reforming catalyst is sintered and prolonged due to the high temperature and oxidizing atmosphere. It becomes impossible to withstand the use of time (the reforming catalyst deteriorates).
一方、発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、炭素及び炭化水素を燃焼除去すれば、硫黄を燃焼除去しなくても、改質触媒の活性が回復することを見出した。つまり、改質触媒の活性を回復させるには、硫黄を燃焼除去させる必要は無く、炭素及び炭化水素を燃焼除去すれば良いのである。 On the other hand, as a result of intensive studies, the inventors have found that if the carbon and hydrocarbons are removed by combustion, the activity of the reforming catalyst can be recovered without removing the sulfur by combustion. That is, in order to recover the activity of the reforming catalyst, it is not necessary to burn and remove sulfur, and it is sufficient to burn and remove carbon and hydrocarbons.
そして、請求項9に記載の改質触媒の回復方法では、改質触媒の活性が回復されるのは、改質触媒に析出した硫黄を燃焼除去し得る温度範囲よりも低い温度範囲にあるときとされている。従って、改質触媒の活性回復が硫黄を燃焼除去させるのに必要な高温範囲よりも低い温度範囲にて行われるので、改質触媒にシンタリングが生ずることを抑制することができる。 In the method for recovering a reforming catalyst according to claim 9, the activity of the reforming catalyst is recovered when the temperature is lower than a temperature range in which sulfur deposited on the reforming catalyst can be removed by combustion. It is said that. Accordingly, since the recovery of the activity of the reforming catalyst is performed in a temperature range lower than the high temperature range necessary for burning and removing sulfur, the occurrence of sintering in the reforming catalyst can be suppressed.
また、硫黄は燃焼除去させないが、炭素及び炭化水素を燃焼除去させるので、これにより、改質触媒の活性を回復させることができる。 In addition, sulfur is not burned off, but carbon and hydrocarbons are burned off, so that the activity of the reforming catalyst can be recovered.
このように、請求項9に記載の改質触媒の回復方法によれば、改質触媒のシンタリングを抑制しつつ、改質触媒の活性を回復させることができる。 Thus, according to the reforming catalyst recovery method of the ninth aspect, the activity of the reforming catalyst can be recovered while suppressing sintering of the reforming catalyst.
請求項10に記載の改質触媒の回復方法は、請求項9に記載の改質触媒の回復方法において、前記改質原料としてエタノール混合ガソリンを用い、前記改質触媒の温度が500〜700℃となっているときに前記改質触媒の活性回復を開始し、前記改質触媒の温度が700℃を上回っているときに前記改質触媒の活性回復を停止する、方法である。
The method for recovering a reforming catalyst according to
ここで、改質触媒の活性を回復させる場合に、改質触媒の温度が500℃を下回っているとき(例えば、450℃のとき)に改質触媒へ酸素含有ガスを供給すると、改質触媒の回復動作が安定せず、改質触媒の活性が徐々に劣化する。また、改質触媒の温度が700℃を上回っているとき(例えば、750℃のとき)に改質触媒へ酸素含有ガスを供給すると、比較的短時間においては改質触媒の活性が回復したように見えても、通常の改質触媒では長時間の使用でシンタリングにより徐々に活性が低下する。 Here, when recovering the activity of the reforming catalyst, if the oxygen-containing gas is supplied to the reforming catalyst when the temperature of the reforming catalyst is below 500 ° C. (for example, at 450 ° C.), the reforming catalyst The recovery operation is not stable, and the activity of the reforming catalyst gradually deteriorates. Further, when the oxygen-containing gas is supplied to the reforming catalyst when the temperature of the reforming catalyst exceeds 700 ° C. (for example, at 750 ° C.), the activity of the reforming catalyst seems to be recovered in a relatively short time. However, the activity of a conventional reforming catalyst gradually decreases due to sintering after a long period of use.
一方、改質触媒の温度が500〜700℃となっているときに改質触媒へ酸素含有ガスを供給すると、改質触媒に炭素及び炭化水素が析出されても、この炭素及び炭化水素を燃焼除去させて改質触媒の活性を回復させることができる。 On the other hand, if an oxygen-containing gas is supplied to the reforming catalyst when the temperature of the reforming catalyst is 500 to 700 ° C., even if carbon and hydrocarbon are deposited on the reforming catalyst, the carbon and hydrocarbon are burned. It can be removed to restore the activity of the reforming catalyst.
従って、請求項10に記載の改質触媒の回復方法によれば、改質触媒の温度が500〜700℃となっているときに改質触媒の活性回復を開始し、改質触媒の温度が700℃を上回っているときに改質触媒の活性回復を停止するので、改質触媒のシンタリングを抑制しつつ、改質触媒の活性を回復させることができる。
Therefore, according to the method for recovering a reforming catalyst according to
請求項11に記載の改質触媒の回復方法は、請求項10に記載の改質触媒の回復方法において、前記改質触媒の温度が700℃を上回っているときに前記改質触媒への前記酸素含有ガスの供給を停止する、方法である。
The method for recovering a reforming catalyst according to claim 11 is the method for recovering a reforming catalyst according to
請求項11に記載の改質触媒の回復方法によれば、改質触媒への酸素含有ガスの供給を停止するので、改質触媒の活性回復を停止させることができる。 According to the method for recovering the reforming catalyst according to the eleventh aspect, since the supply of the oxygen-containing gas to the reforming catalyst is stopped, the recovery of the activity of the reforming catalyst can be stopped.
請求項12に記載の改質触媒の回復方法は、請求項9〜請求項11のいずれか一項に記載の改質触媒の回復方法において、前記改質触媒が搭載された車両のエンジンから排出された排気ガスの一部を前記酸素含有ガスとして前記改質触媒に供給した後に前記エンジンに導入する、方法である。
The method for recovering a reforming catalyst according to
ここで、例えば、エンジンがストイキ運転される場合でも、排気バルブ通過時の排気ガスには、未燃燃料と酸素が残存する。 Here, for example, even when the engine is stoichiometrically operated, unburned fuel and oxygen remain in the exhaust gas when passing through the exhaust valve.
従って、請求項12に記載の改質触媒の回復方法のように、エンジンから排出された排気ガスの一部を酸素含有ガスとして改質触媒に供給した後にエンジンに導入するようにすれば、改質触媒に酸素含有ガスを供給するための専用の装置を不要にすることができる。これにより、コストアップを抑制することができる。
Therefore, if a part of the exhaust gas discharged from the engine is supplied as an oxygen-containing gas to the reforming catalyst and then introduced into the engine as in the method for recovering a reforming catalyst according to
請求項13に記載の改質触媒の回復方法は、請求項9〜請求項12のいずれか一項に記載の改質触媒の回復方法において、前記改質触媒が搭載された車両が減速しているときであって、前記改質触媒の温度が前記硫黄を燃焼除去し得る温度範囲よりも低い温度範囲にあるときに、前記車両のエンジンから排出された排気ガスの一部を前記酸素含有ガスとして前記改質触媒に供給して前記改質触媒の活性を回復させる、方法である。 The method for recovering a reforming catalyst according to claim 13 is the method for recovering a reforming catalyst according to any one of claims 9 to 12, wherein a vehicle on which the reforming catalyst is mounted is decelerated. When the temperature of the reforming catalyst is in a temperature range lower than the temperature range in which the sulfur can be removed by combustion, a part of the exhaust gas discharged from the engine of the vehicle is converted into the oxygen-containing gas. And supplying the reforming catalyst to recover the activity of the reforming catalyst.
ここで、車両が減速しているとき(例えば、エンジンブレーキ時)には、エンジンへの燃料噴射は停止しており、エンジンは少量の空気を吸い込んで吸気・排気動作をしている。 Here, when the vehicle is decelerating (for example, during engine braking), fuel injection to the engine is stopped, and the engine sucks a small amount of air and performs intake / exhaust operations.
従って、請求項13に記載の改質触媒の回復方法のように、車両が減速しているときに、エンジンから排出された排気ガスの一部を酸素含有ガスとして改質触媒に供給すれば、車両減速時に排出される排気ガスを有効活用することができる。 Therefore, as in the method for recovering a reforming catalyst according to claim 13, when a part of the exhaust gas discharged from the engine is supplied to the reforming catalyst as an oxygen-containing gas when the vehicle is decelerating, The exhaust gas discharged when the vehicle decelerates can be used effectively.
請求項14に記載の改質触媒の回復方法は、請求項9〜請求項13のいずれか一項に記載の改質触媒の回復方法において、前記改質触媒における前記炭素及び前記炭化水素の析出状態が予め定められた所定状態になった場合であって、前記改質触媒の温度が前記硫黄を燃焼除去し得る温度範囲よりも低い温度範囲にあるときに、前記改質触媒に前記酸素含有ガスを供給して前記改質触媒の活性を回復させる、方法である。
The method for recovering a reforming catalyst according to
請求項14に記載の改質触媒の回復方法によれば、改質触媒における炭素及び炭化水素の析出状態が予め定められた所定状態になった場合になってはじめて改質触媒の活性を回させる。従って、改質触媒の劣化度に応じた適切なタイミングで改質触媒の活性回復を図ることができる。
According to the method for recovering a reforming catalyst according to
請求項15に記載の改質触媒の回復方法は、請求項9〜請求項14のいずれか一項に記載の改質触媒の回復方法において、酸素濃度が時間平均して0.1〜1.0体積%である前記酸素含有ガスを前記改質触媒に供給する、方法である。 The method for recovering a reforming catalyst according to claim 15 is the method for recovering a reforming catalyst according to any one of claims 9 to 14, wherein the oxygen concentration is 0.1 to 1. In the method, the oxygen-containing gas of 0% by volume is supplied to the reforming catalyst.
ここで、改質触媒の活性を回復させる場合に、改質触媒へ供給される酸素含有ガスの酸素濃度が時間平均して0.1体積%を下回っていると、炭素及び炭化水素の燃焼除去が不十分となり、改質触媒の活性回復も不十分となる。また、改質触媒へ供給される酸素含有ガスの酸素濃度が時間平均して1.0体積%を上回っていると、炭素及び炭化水素の燃焼除去に伴う改質触媒の温度上昇が大きくなり、改質触媒にシンタリングが生ずる。 Here, when recovering the activity of the reforming catalyst, if the oxygen concentration of the oxygen-containing gas supplied to the reforming catalyst is less than 0.1% by volume on a time average, combustion removal of carbon and hydrocarbons Is insufficient, and the activity recovery of the reforming catalyst is also insufficient. Further, when the oxygen concentration of the oxygen-containing gas supplied to the reforming catalyst exceeds 1.0% by volume on a time average, the temperature rise of the reforming catalyst accompanying the combustion removal of carbon and hydrocarbons increases, Sintering occurs in the reforming catalyst.
一方、改質触媒へ供給される酸素含有ガスの酸素濃度が時間平均して0.1〜1.0体積%であると、炭素及び炭化水素を燃焼除去しつつ、炭素及び炭化水素の燃焼除去に伴う改質触媒の温度上昇も抑制される。 On the other hand, when the oxygen concentration of the oxygen-containing gas supplied to the reforming catalyst is 0.1 to 1.0% by volume on a time average, the carbon and hydrocarbons are removed by combustion while the carbon and hydrocarbons are removed by combustion Also, the temperature increase of the reforming catalyst is suppressed.
従って、請求項15に記載の改質触媒の回復方法のように、酸素濃度が時間平均して0.1〜1.0体積%である酸素含有ガスを改質触媒に供給するようにすれば、炭素及び炭化水素を燃焼除去しつつ、炭素及び炭化水素の燃焼除去に伴う改質触媒の温度上昇も抑制できる。これにより、より一層効果的に、改質触媒のシンタリングを抑制しつつ、改質触媒の活性を回復させることができる。 Therefore, as in the method for recovering a reforming catalyst according to claim 15, if an oxygen-containing gas having an oxygen concentration of 0.1 to 1.0% by volume on a time average is supplied to the reforming catalyst. While the carbon and hydrocarbons are being removed by combustion, the temperature rise of the reforming catalyst accompanying the combustion and removal of carbon and hydrocarbons can also be suppressed. Thereby, the activity of the reforming catalyst can be recovered while suppressing the sintering of the reforming catalyst more effectively.
以上詳述したように、本発明によれば、改質触媒のシンタリングを抑制しつつ、改質触媒の活性を回復させることができる。 As described in detail above, according to the present invention, the activity of the reforming catalyst can be recovered while suppressing sintering of the reforming catalyst.
[第一実施形態]
はじめに、本発明の第一実施形態について説明する。
[First embodiment]
First, a first embodiment of the present invention will be described.
図1には、本発明の第一実施形態に係る改質ガス燃焼エンジンシステム100の全体構成が示されている。この図に示される改質ガス燃焼エンジンシステム100は、例えば、乗用自動車等の車両に好適に搭載されるものであり、次の構成とされている。
FIG. 1 shows an overall configuration of a reformed gas
すなわち、改質ガス燃焼エンジンシステム100は、エンジン12と、燃料タンク14と、燃料ポンプ16と、燃料噴射用インジェクタ18と、改質用ポンプ20と、改質用インジェクタ22と、EGR機構24と、改質器26と、改質触媒温度センサ28と、排気酸素濃度センサ30と、制御部としてのECU32とを主要な構成として備えている。
That is, the reformed gas
エンジン12は、車両駆動用であり、例えば火花点火式エンジンとされている。このエンジン12は、シリンダ34と、ピストン36と、吸気系38と、排気系40と、吸気バルブ42と、排気バルブ44と、点火プラグ46とを備えている。
The
燃料タンク14は、硫黄及び炭化水素を含有する改質原料としてのエタノール混合ガソリンを貯蔵するためのものであり、燃料ポンプ16は、燃料タンク14に貯蔵されたエタノール混合ガソリンを燃料噴射用インジェクタ18に供給する構成とされている。燃料噴射用インジェクタ18は、燃料ポンプ16から供給されたエタノール混合ガソリンを吸気系38に噴射する構成とされている。
The
改質用ポンプ20は、燃料タンク14に貯蔵されたエタノール混合ガソリンを改質用インジェクタ22に供給する構成とされており、改質用インジェクタ22は、改質用ポンプ20から供給されたエタノール混合ガソリンを後述するEGR機構24の上流側EGR通路48に噴射する構成とされている。
The reforming
EGR機構24は、上流側EGR通路48と、下流側EGR通路50と、冷却器52と、EGRバルブ54とを有して構成されている。上流側EGR通路48は、後述する改質触媒62に対する上流側に設けられており、排気系40における改質器26に対する上流側と改質触媒62とを連通している。
The
一方、下流側EGR通路50は、改質触媒62に対する下流側に設けられており、改質触媒62とEGRバルブ54とを連通している。冷却器52は、下流側EGR通路50の中間部に設けられており、EGRバルブ54は、下流側EGR通路50によって搬送されたEGRガスを吸気系38に供給する構成とされている。
On the other hand, the
ここで、図2には、エンジン12及び排気系40が示されている。この図に示されるように、上流側EGR通路48は、排気マニホールド56における集合部58に対する上流側から排気ガスの一部をEGRガスとして採取するように構成されている。なお、このように構成されているのは、排気バルブ44に近い位置からEGRガスを採取すると、EGRガス中の酸素濃度を確保しやすいためである。
Here, FIG. 2 shows the
改質器26は、排気系40に一体的に設けられており、加熱部としての排気触媒60と、改質触媒62とにより構成されている。排気触媒60は、例えば、三元触媒により構成されており、排気系40を流れる排気ガスを浄化する機能を有している。
The
ここで、図3には、この改質器26がより具体的に示されている。この図に示されるように、改質器26は、例えば、改質触媒62と排気触媒60とが交互に配列された構成とされている。この改質器26において、排気触媒60は、上述の排気系40を流れる排気ガスの熱エネルギを利用して改質触媒62を加熱する構成とされている。つまり、この改質器26は、熱交換型改質器として構成されている。
Here, FIG. 3 shows the
一方、改質触媒62は、例えば、ジルコニア系担体材料(例えば、第一稀元素化学工業株式会社製)を含む構成とされている。そして、この改質触媒62は、上述の上流側EGR通路48から排気ガスの一部であるEGRガスとエタノール混合ガソリン(改質原料)が供給されると、排気触媒60によって加熱されることによって改質ガスを生成するように構成されている。すなわち、この改質触媒62が排気触媒60によって加熱されると、この改質触媒62では、EGRガス中の水蒸気でエタノール混合ガソリンを水蒸気改質して改質ガスを生成する改質反応が行われるようになっている。
On the other hand, the reforming
図1に示される改質触媒温度センサ28は、上述の改質触媒62に一体的に設けられ、この改質触媒62の温度に応じた信号をECU32に出力する構成とされている。一方、排気酸素濃度センサ30は、排気系40に一体的に設けられ、この排気系40を流れる排気ガス中の酸素濃度に応じた信号をECU32に出力する構成とされている。
The reforming
ECU32は、改質触媒温度センサ28及び排気酸素濃度センサ30から出力された信号に応じてポンプ、改質用インジェクタ22、EGRバルブ54を制御する構成とされている。このECU32の動作詳細については後述する。
The
なお、本実施形態では、改質用ポンプ20及び改質用インジェクタ22が、本発明における改質原料供給部に相当する。また、上流側EGR通路48及びEGRバルブ54は、本発明における酸素含有ガス供給部に相当する。また、下流側EGR通路50、冷却器52、EGRバルブ54は、本発明における改質ガス供給部に相当する。
In the present embodiment, the reforming
また、この改質ガス燃焼エンジンシステム100では、改質触媒62、排気触媒60(加熱部)、改質用ポンプ20及び改質用インジェクタ22(改質原料供給部)、上流側EGR通路48及びEGRバルブ54(酸素含有ガス供給部)によって改質ガス生成装置10が構成されている。
Further, in the reformed gas
次に、本発明の第一実施形態に係る改質ガス燃焼エンジンシステム100の動作について説明する。
Next, the operation of the reformed gas
図4には、ECU32の動作の流れを表すフローチャートが示されている。ECU32は、図4のフローチャートで示されるプログラムをエンジン12の作動時に実行する。
FIG. 4 shows a flowchart showing the flow of operation of the
つまり、ECU32は、図4のフローチャートで示されるプログラムを開始すると、ステップS1において、EGRバルブ54を開放させて、排気系40を流れる排気ガスの一部であるEGRガス(水蒸気含有ガス)を上流側EGR通路48、改質触媒62、下流側EGR通路50に流通させる。
That is, when the program shown in the flowchart of FIG. 4 is started, the
続いて、ECU32は、ステップS2において、改質用ポンプ20及び改質用インジェクタ22を作動させ、燃料タンク14に貯蔵された改質原料としてのエタノール混合ガソリンを上流側EGR通路48に供給させる。
Subsequently, in step S <b> 2, the
これにより、改質触媒62が排気触媒60によって加熱され、改質触媒62では、EGRガス中の水蒸気でエタノール混合ガソリンが水蒸気改質されて改質ガスが生成される改質反応が行われる。そして、この改質触媒62にて生成された改質ガスは、下流側EGR通路50、冷却器52、EGRバルブ54を通じて吸気系38に供給される。また、この吸気系38に供給された改質ガスは、燃料噴射用インジェクタ18から噴射されたエタノール混合ガソリンの燃料ガスと共にシリンダ34内に供給され、このシリンダ34内において燃焼される。
As a result, the reforming
そして、ECU32は、ステップS3において、改質触媒温度センサ28から出力された信号を検出し、ステップS4において、この改質触媒温度センサ28から出力された信号に基づいて改質触媒62の温度が予め設定された範囲(600〜700℃)にあるか否かを判断する。
In step S3, the
続いて、ECU32は、ステップS4において、改質触媒62の温度が予め設定された範囲(600〜700℃)にあると判断した場合には、ステップS5において、排気酸素濃度センサ30から出力された信号を検出し、ステップS6において、この排気酸素濃度センサ30から出力された信号に基づいて排気ガス中の酸素濃度が予め設定された範囲(時間平均して0.1〜1.0体積%)にあるか否かを判断する。
Subsequently, when the
ここで、ECU32は、ステップS4において、改質触媒62の温度が予め設定された範囲(600〜700℃)にないと判断した場合、又は、ステップS6において、排気ガス中の酸素濃度が予め設定された範囲(時間平均して0.1〜1.0体積%)にないと判断した場合には、ステップS2に戻り、エタノール混合ガソリンの上流側EGR通路48への供給を継続させる。これにより、改質触媒62での改質ガスの生成が継続される。
Here, when the
一方、ECU32は、ステップS6において、排気ガス中の酸素濃度が予め設定された範囲(時間平均して0.1〜1.0体積%)にあると判断した場合には、ステップS7において、EGRバルブ54を開放させたまま、改質用ポンプ20及び改質用インジェクタ22を停止させる。
On the other hand, when the
これにより、改質触媒62へのエタノール混合ガソリンの供給が停止されると共に、上流側EGR通路48から改質触媒62にEGRガス(酸素含有ガス)が供給されることで、改質触媒62に析出した炭素及び炭化水素が燃焼除去され、改質触媒62の活性回復が開始される。
As a result, the supply of the ethanol mixed gasoline to the reforming
そして、ECU32は、改質触媒62の活性回復を開始してから予め設定した時間が経過した場合には、ステップS2に戻り、エタノール混合ガソリンの上流側EGR通路48への供給を再開させる。これにより、改質触媒62の活性回復が停止され、改質触媒62での改質ガスの生成が再開される。
Then, when a preset time has elapsed since the start of the recovery of the activity of the reforming
なお、ECU32は、改質触媒62の活性回復の開始後、改質触媒62から排出されるEGRガス中の酸素濃度が予め設定された酸素濃度よりも高くなったと判断した場合に、ステップS2に戻っても良い。また、ECU32は、改質触媒62の活性回復の開始後、改質触媒62の温度が一旦上昇してから下降したと判断した場合に、ステップS2に戻っても良い。
When the
そして、ECU32は、エンジン12が停止されるまで、図4のフローチャートで示されるプログラムを繰り返し実行する。
Then, the
なお、本実施形態では、ECU32が実行するステップS2が本発明における改質ガス生成機能に相当し、ECU32が実行するステップS3〜ステップS7が本発明における改質触媒活性回復機能に相当する。
In the present embodiment, step S2 executed by the
次に、本発明の第一実施形態の作用及び効果について説明する。 Next, the operation and effect of the first embodiment of the present invention will be described.
本発明の第一実施形態に係る改質ガス生成装置10では、上述のように、ECU32によってステップS2(改質ガス生成機能)が実行されると、改質用ポンプ20及び改質用インジェクタ22から改質触媒62に改質原料であるエタノール混合ガソリンが供給され、改質触媒62は、排気触媒60によって加熱されることによって改質ガスを生成する。
In the reformed
ここで、改質触媒62において、硫黄及び炭化水素を含有するエタノール混合ガソリンから改質ガスを生成する改質反応が行われると、炭素、炭化水素、硫黄が改質触媒62に析出する。この析出した炭素、炭化水素、硫黄は、改質触媒62での改質反応を進行しにくくするが、この析出した炭素、炭化水素、硫黄を燃焼除去すると、改質触媒62の活性は回復する。
Here, when a reforming reaction is performed in the reforming
しかし、炭素及び炭化水素を燃焼除去(酸化除去)するには改質触媒62が高温である必要は無いが、硫黄を燃焼除去するには改質触媒62が高温(例えば、750℃以上)である必要がある。ところが、改質触媒62では改質反応中の通常は還元雰囲気であり、改質触媒62が高温な状態で硫黄が燃焼除去されると、高い温度と酸化雰囲気のため改質触媒62がシンタリングして長時間の使用に耐えられなくなる(改質触媒62が劣化する)。
However, the reforming
一方、発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、炭素及び炭化水素を燃焼除去すれば、硫黄を燃焼除去しなくても、改質触媒62の活性が回復することを見出した。つまり、改質触媒62の活性を回復させるには、硫黄を燃焼除去させる必要は無く、炭素及び炭化水素を燃焼除去すれば良いのである。
On the other hand, as a result of intensive studies, the inventors have found that if carbon and hydrocarbons are removed by combustion, the activity of the reforming
そして、本発明の第一実施形態に係る改質ガス生成装置10では、上述のように、ECU32によってステップS3〜ステップS7(改質触媒活性回復機能)が実行されることで改質触媒62の活性が回復されるのは、改質触媒62の温度が600〜700℃にある場合であり、改質触媒62に析出した硫黄を燃焼除去し得る温度範囲(例えば、750℃以上)よりも低い温度範囲にあるときとされている。従って、改質触媒62の活性回復が硫黄を燃焼除去させるのに必要な高温範囲よりも低い温度範囲にて行われるので、改質触媒62にシンタリングが生ずることを抑制することができる。
And in the reformed gas production |
また、硫黄は燃焼除去されないが、ECU32によってステップS3〜ステップS7(改質触媒活性回復機能)が実行されることで、炭素及び炭化水素を燃焼除去させることができる。これにより、改質触媒62の活性を回復させることができる。
In addition, although sulfur is not burned and removed, the
このように、本発明の第一実施形態に係る改質ガス生成装置10によれば、改質触媒62のシンタリングを抑制しつつ、改質触媒62の活性を回復させることができる
Thus, according to the reformed
また、本発明の第一実施形態に係る改質ガス生成装置10では、酸素濃度が時間平均して0.1〜1.0体積%であるEGRガスが改質触媒62に供給される。
In the reformed
ここで、改質触媒62の活性を回復させる場合に、改質触媒62へ供給される酸素含有ガスの酸素濃度が時間平均して0.1体積%を下回っていると、炭素及び炭化水素の燃焼除去が不十分となり、改質触媒62の活性回復も不十分となる。また、改質触媒62へ供給される酸素含有ガスの酸素濃度が時間平均して1.0体積%を上回っていると、炭素及び炭化水素の燃焼除去に伴う改質触媒62の温度上昇が大きくなり、改質触媒62にシンタリングが生ずる。
Here, when recovering the activity of the reforming
一方、改質触媒62へ供給される酸素含有ガスの酸素濃度が時間平均して0.1〜1.0体積%であると、炭素及び炭化水素を燃焼除去しつつ、炭素及び炭化水素の燃焼除去に伴う改質触媒62の温度上昇も抑制される。
On the other hand, when the oxygen concentration of the oxygen-containing gas supplied to the reforming
従って、上述のように、酸素濃度が時間平均して0.1〜1.0体積%であるEGRガスが改質触媒62に供給されるようにすれば、炭素及び炭化水素を燃焼除去しつつ、炭素及び炭化水素の燃焼除去に伴う改質触媒62の温度上昇も抑制できる。これにより、より一層効果的に、改質触媒62のシンタリングを抑制しつつ、改質触媒62の活性を回復させることができる。
Therefore, as described above, if EGR gas whose oxygen concentration is 0.1 to 1.0% by volume on a time average is supplied to the reforming
また、例えば、エンジン12がストイキ運転される場合でも、排気バルブ44通過時の排気ガスには、未燃燃料と酸素が残存する。
For example, even when the
従って、本発明の第一実施形態に係る改質ガス生成装置10のように、エンジン12から排出された排気ガスの一部であるEGRガスを酸素含有ガスとして改質触媒62に供給した後にエンジン12に導入するようにすれば、改質触媒62に酸素含有ガスを供給するための専用の装置を不要にすることができる。これにより、コストアップを抑制することができる。
Therefore, like the reformed
また、この改質ガス生成装置10を備えた改質ガス燃焼エンジンシステム100によれば、上記改質ガス生成装置10によって改質触媒62を活性が回復された状態に維持することができるので、耐久性を向上させることができる。
Further, according to the reformed gas
また、改質触媒62によって安定して改質反応が行われるため、改質原料であるエタノール混合ガソリンから改質ガスを効率良く生成でき、エンジン12の燃焼安定性を高め、EGRガスをエンジン12に多く入れることができる。また、改質ガスによって燃料の低位発熱量を増加させることができる。以上の二つの理由から燃費を向上させることができる。
Further, since the reforming reaction is stably performed by the reforming
[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態について説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
本発明の第二実施形態は、上述の本発明の第一実施形態に係る改質ガス燃焼エンジンシステム100におけるECU32に、図5のフローチャートで示されるプログラムを実行させるようにしたものである。
In the second embodiment of the present invention, the
すなわち、ECU32は、ステップS1〜ステップS7に加えて、ステップS11〜ステップS14を実行するように構成されている。
That is, the
つまり、ECU32は、ステップS7の後、ステップS11において、改質触媒温度センサ28から出力された信号を検出し、ステップS12において、この改質触媒温度センサ28から出力された信号に基づいて改質触媒62の温度が700℃を上回っているか否かを判断する。
That is, the
ここで、ECU32は、ステップS12において、改質触媒62の温度が700℃を上回っていないと判断している間は、ステップS13において、改質触媒62の活性回復開始後、一定時間経過したと判断するまで、ステップS11〜ステップS13を繰り返し実行する。これにより、改質触媒62の活性回復が継続して行われる。
Here, while the
一方、ECU32は、ステップS12において、改質触媒62の温度が700℃を上回っていると判断した場合には、ステップS14において、EGRバルブ54を閉止させる。これにより、上流側EGR通路48から改質触媒62へのEGRガス(酸素含有ガス)の供給が停止され、改質触媒62の活性回復が停止される。そして、ECU32は、ステップS2に戻る。
On the other hand, if the
これにより、改質触媒62の温度が600〜700℃となっている場合には、再び、改質触媒62の活性回復が開始され、改質触媒62の温度が600〜700℃となっていない場合には、改質触媒62による改質ガスの生成が行われる。また、改質触媒62の活性回復が開始された後であって、改質触媒62の温度が700℃を上回っている場合には、改質触媒62の活性回復が停止される。
Thereby, when the temperature of the reforming
そして、ECU32は、エンジン12が停止されるまで、図5のフローチャートで示されるプログラムを繰り返し実行する。
Then, the
次に、本発明の第二実施形態の作用及び効果について説明する。 Next, the operation and effect of the second embodiment of the present invention will be described.
本発明の第二実施形態では、上述のように、改質触媒62の温度が600〜700℃となっているときに改質触媒62の活性回復が開始され、改質触媒62の温度が700℃を上回っているときに改質触媒62の活性回復が停止される。
In the second embodiment of the present invention, as described above, the activity recovery of the reforming
ここで、改質触媒62の活性を回復させる場合に、改質触媒62の温度が600℃を下回っているとき(例えば、550℃のとき)に改質触媒62へ酸素含有ガスを供給すると、改質触媒62の回復動作が安定せず、改質触媒62の活性が徐々に劣化する。また、改質触媒62の温度が700℃を上回っているとき(例えば、750℃のとき)に改質触媒62へ酸素含有ガスを供給すると、比較的短時間においては改質触媒62の活性が回復したように見えても、通常の改質触媒62では長時間の使用でシンタリングにより徐々に活性が低下する。
Here, when the activity of the reforming
一方、改質触媒62の温度が600〜700℃となっているときに改質触媒62へ酸素含有ガスを供給すると、改質触媒62に炭素及び炭化水素が析出されても、この炭素及び炭化水素を燃焼除去させて改質触媒62の活性を回復させることができる。
On the other hand, if an oxygen-containing gas is supplied to the reforming
従って、本発明の第二実施形態のように、改質触媒62の温度が600〜700℃となっているときに改質触媒62の活性回復が開始され、改質触媒62の温度が700℃を上回っているときに改質触媒62の活性回復が停止されるようにすれば、改質触媒62のシンタリングを抑制しつつ、改質触媒62の活性を回復させることができる。
Therefore, as in the second embodiment of the present invention, when the temperature of the reforming
なお、本実施形態においては、改質触媒62の温度が700℃を上回っているときに改質触媒62へのEGRガスの供給が維持されたまま、改質用ポンプ20及び改質用インジェクタ22が作動されて改質触媒62での改質ガスの生成が開始されることで、改質触媒62の活性回復が停止されても良い。
In the present embodiment, when the temperature of the reforming
[第三実施形態]
次に、本発明の第三実施形態について説明する。
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
図6には、本発明の第三実施形態に係る改質ガス燃焼エンジンシステム200の全体構成が示されている。この本発明の第三実施形態に係る改質ガス燃焼エンジンシステム200は、上述の本発明の第一実施形態に係る改質ガス燃焼エンジンシステム100に対し、ECU32にCPU72が接続されると共に、ECU32が以下のように動作するように変更されたものである。
FIG. 6 shows an overall configuration of a reformed gas
なお、CPU72は、車両統合制御用であり、図示しないアクセルペダルのオンオフ操作状態を検出するスイッチから出力された信号に応じた信号をECU32に出力する構成とされている。
The
次に、本発明の第三実施形態に係る改質ガス燃焼エンジンシステム200の動作について説明する。
Next, the operation of the reformed gas
図7,図8には、ECU32の動作の流れを表すフローチャートが示されている。ECU32は、CPU72から出力された信号に基づいてアクセルペダルがオフとされていると判断している間(つまり、車両が減速している間)、図7のフローチャートで示されるプログラムを実行する。なお、ECU32が図7のフローチャートで示されるプログラムを実行する前の段階では、EGRバルブ54を閉止され、改質用ポンプ20及び改質用インジェクタ22が停止されている。
7 and 8 are flowcharts showing the flow of the operation of the
ECU32は、図7のフローチャートで示されるプログラムを開始すると、ステップS21において、改質触媒温度センサ28から出力された信号を検出し、ステップS22において、この改質触媒温度センサ28から出力された信号に基づいて改質触媒62の温度が予め設定された範囲(600〜700℃)にあるか否かを判断する。
When the program shown in the flowchart of FIG. 7 is started, the
ここで、ECU32は、ステップS22において、改質触媒62の温度が予め設定された範囲(600〜700℃)にないと判断した場合には、後述するステップS26に移行する(つまり、何もアクションせずにEGRバルブ54を閉止したままに維持する)。
If the
一方、ECU32は、ステップS22において、改質触媒62の温度が予め設定された範囲(600〜700℃)にあると判断した場合には、ステップS23において、EGRバルブ54を開放させる。
On the other hand, if the
これにより、上流側EGR通路48から改質触媒62にEGRガス(酸素含有ガス)が供給されることで、改質触媒62に析出した炭素及び炭化水素が燃焼除去され、改質触媒62の活性回復が開始される。
As a result, the EGR gas (oxygen-containing gas) is supplied from the
続いて、ECU32は、ステップS24において、改質触媒温度センサ28から出力された信号を検出し、ステップS25において、この改質触媒温度センサ28から出力された信号に基づいて改質触媒62の温度が700℃を上回っているか否かを判断する。
Subsequently, the
ここで、ECU32は、ステップS25において、改質触媒62の温度が700℃を上回っていないと判断している間は、ステップS21〜ステップS25を繰り返し実行する。これにより、改質触媒62の活性回復が継続して行われる。
Here, the
一方、ECU32は、ステップS25において、改質触媒62の温度が700℃を上回っていると判断した場合には、ステップS26において、EGRバルブ54を閉止させる。これにより、上流側EGR通路48から改質触媒62へのEGRガス(酸素含有ガス)の供給が停止され、改質触媒62の活性回復が停止される。そして、ECU32は、ステップS21に戻る。
On the other hand, if the
これにより、改質触媒62の温度が600〜700℃となっている場合には、再び、改質触媒62の活性回復が開始され、改質触媒62の温度が600〜700℃となっていない場合には、改質触媒62の活性回復が開始されない。また、改質触媒62の活性回復が開始された後であって、改質触媒62の温度が700℃を上回っている場合には、改質触媒62の活性回復が停止される。
Thereby, when the temperature of the reforming
そして、ECU32は、アクセルペダルがオンとされるまで、図7のフローチャートで示されるプログラムを繰り返し実行する。
Then, the
なお、本実施形態では、ECU32が実行するステップS21〜ステップS26が本発明における改質触媒活性回復機能に相当する。
In the present embodiment, steps S21 to S26 executed by the
一方、ECU32は、CPU72から出力された信号に基づいてアクセルペダルがオンとされていると判断している間(つまり、車両が加速している間)、図8のフローチャートで示されるプログラムを実行する。
On the other hand, the
つまり、ECU32は、図8のフローチャートで示されるプログラムを開始すると、ステップS31において、CPU72に予め設定された要求マップと比較し、EGRバルブ54を開放させるか、EGRバルブ54を閉止させるかを判断する。なお、このとき、ECU32は、例えばCPU72から車両の加速状況に応じて出力された加速信号に基づいて、EGRバルブ54を開放させるか、EGRバルブ54を閉止させるかを判断しても良い。
That is, when the program shown in the flowchart of FIG. 8 is started, the
そして、ECU32は、ステップS31において、EGRバルブ54を開放させると判断した場合には、ステップS32において、EGRバルブ54を開放させると共に、改質用ポンプ20及び改質用インジェクタ22を作動させ、燃料タンク14に貯蔵されたエタノール混合ガソリンを上流側EGR通路48に供給させる。
If the
これにより、改質触媒62が排気触媒60によって加熱され、改質触媒62では、EGRガス中の水蒸気でエタノール混合ガソリンが水蒸気改質されて改質ガスが生成される改質反応が行われる。そして、この改質触媒62にて生成された改質ガスは、下流側EGR通路50、冷却器52、EGRバルブ54を通じて吸気系38に供給される。また、この吸気系38に供給された改質ガスは、燃料噴射用インジェクタ18から噴射されたエタノール混合ガソリンの燃料ガスと共にシリンダ34内に供給され、このシリンダ34内において燃焼される。
As a result, the reforming
一方、ECU32は、ステップS31において、EGRバルブ54を閉止させると判断した場合には、ステップS33において、EGRバルブ54を閉止させる。これにより、ECU32が図8のフローチャートで示されるプログラムを実行する前の段階で改質触媒62の活性回復が実行されていた場合には、上流側EGR通路48から改質触媒62へのEGRガス(酸素含有ガス)の供給が停止され、改質触媒62の活性回復が停止される。
On the other hand, if the
そして、ECU32は、アクセルペダルがオフとされるまで、図8のフローチャートで示されるプログラムを繰り返し実行する。
Then, the
なお、本実施形態では、ECU32が実行するステップS32が本発明における改質ガス生成機能に相当する。
In the present embodiment, step S32 executed by the
次に、本発明の第三実施形態の作用及び効果について説明する。 Next, the operation and effect of the third embodiment of the present invention will be described.
本発明の第三実施形態では、エンジン12が搭載された車両が減速しているときにECU32がステップS21〜ステップS26(改質触媒活性回復機能)を実行する。
In the third embodiment of the present invention, the
ここで、図示しないアクセルペダルがオフとされて、車両が減速しているとき(例えば、エンジン12ブレーキ時)には、エンジン12は少量の空気を吸い込んで吸気・排気動作をしている。
Here, when an accelerator pedal (not shown) is turned off and the vehicle is decelerating (for example, when the
従って、本実施形態のように、車両が減速しているときに、エンジン12から排出された排気ガスの一部であるEGRガスを酸素含有ガスとして改質触媒62に供給すれば、車両減速時に排出される排気ガスを有効活用することができる。
Accordingly, when the vehicle is decelerating as in this embodiment, if EGR gas, which is part of the exhaust gas discharged from the
[第四実施形態]
次に、本発明の第四実施形態について説明する。
[Fourth embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
図9には、本発明の第四実施形態に係る改質ガス燃焼エンジンシステム300の全体構成が示されている。この本発明の第四実施形態に係る改質ガス燃焼エンジンシステム300は、上述の本発明の第一実施形態に係る改質ガス燃焼エンジンシステム100に対し、排気温度センサ74が追加されると共に、ECU32が以下のように動作するように変更されたものである。
FIG. 9 shows an overall configuration of a reformed gas
なお、排気温度センサ74は、排気系40に一体的に設けられ、この排気系40を流れる排気ガスの温度に応じた信号をECU32に出力する構成とされている。
The
次に、本発明の第四実施形態に係る改質ガス燃焼エンジンシステム300の動作について説明する。
Next, the operation of the reformed gas
図10には、ECU32の動作の流れを表すフローチャートが示されている。本実施形態において、ECU32は、上述のステップS6とステップS7の間に、ステップS41〜ステップS45を実行するように構成されている。
FIG. 10 shows a flowchart showing the flow of operation of the
つまり、ECU32は、ステップS6の後、ステップS41において、排気温度センサ74から出力された信号を検出すると共に、改質触媒温度センサ28から出力された信号を検出し、ステップS42において、排気ガスの温度と改質触媒62の温度との差を算出する。
That is, after step S6, the
続いて、ECU32は、ステップ43において、予め記憶された改質触媒62の劣化度および温度差の算出値のマップと、上述の温度差の算出値とを比較し、ステップ44において、改質触媒62の劣化度(つまり、改質触媒62における炭素及び炭化水素の析出状態)を決定する。
Subsequently, in step 43, the
なお、エタノール混合ガソリンの水蒸気改質反応は、吸熱反応であり、改質触媒62で吸熱反応が起こると改質触媒62の温度は、この改質触媒62を加熱している排気触媒60の温度よりも低下する。そこで、本実施形態では、改質触媒62が劣化すると改質触媒62の温度と排気触媒60の温度(排気ガスの温度)との差が小さくなることを利用して改質触媒62の劣化度を検出するようにしている。つまり、例えば、排気ガスの温度と改質触媒62の温度との差が小さいほど、改質触媒62は劣化していることになる。
The steam reforming reaction of ethanol-mixed gasoline is an endothermic reaction, and when an endothermic reaction occurs in the reforming
そして、ECU32は、ステップ45において、改質触媒62の劣化度が予め定められた上限値に達しているか否か、すなわち、改質触媒62における炭素及び炭化水素の析出状態が予め定められた所定状態になっているか否かを判断することで、改質触媒62の活性回復が必要か否かを判断する。
In
ここで、ECU32は、ステップ45において、改質触媒62の劣化度が予め定められた上限値に達していないと判断した場合、すなわち、改質触媒62の活性回復が必要でないと判断した場合には、ステップS2に戻り、エタノール混合ガソリンの上流側EGR通路48への供給を継続させる。これにより、改質触媒62での改質ガスの生成が継続される。
Here, when the
一方、ECU32は、ステップ45において、改質触媒62の劣化度が予め定められた上限値に達していると判断した場合、すなわち、改質触媒62の活性回復が必要であると判断した場合には、ステップS7において、EGRバルブ54を開放させたまま、改質用ポンプ20及び改質用インジェクタ22を停止させる。
On the other hand, when the
これにより、改質触媒62へのエタノール混合ガソリンの供給が停止されると共に、上流側EGR通路48から改質触媒62にEGRガス(酸素含有ガス)が供給されることで、改質触媒62に析出した炭素及び炭化水素が燃焼除去され、改質触媒62の活性回復が開始される。
As a result, the supply of the ethanol mixed gasoline to the reforming
そして、ECU32は、改質触媒62の活性回復を開始してから予め設定した時間が経過した場合には、ステップS2に戻り、エタノール混合ガソリンの上流側EGR通路48への供給を再開させる。これにより、改質触媒62の活性回復が停止され、改質触媒62での改質ガスの生成が再開される。
Then, when a preset time has elapsed since the start of the recovery of the activity of the reforming
なお、ECU32は、改質触媒62の活性回復の開始後、改質触媒62から排出されるEGRガス中の酸素濃度が予め設定された酸素濃度よりも高くなったと判断した場合に、ステップS2に戻っても良い。また、ECU32は、改質触媒62の活性回復の開始後、改質触媒62の温度が一旦上昇してから下降したと判断した場合に、ステップS2に戻っても良い。
When the
そして、ECU32は、エンジン12が停止されるまで、図10のフローチャートで示されるプログラムを繰り返し実行する。
Then, the
なお、本実施形態では、ECU32が実行するステップS2が本発明における改質ガス生成機能に相当し、ECU32が実行するステップS7が本発明における改質触媒活性回復機能に相当する。
In the present embodiment, step S2 executed by the
次に、本発明の第四実施形態の作用及び効果について説明する。 Next, operations and effects of the fourth embodiment of the present invention will be described.
本発明の第四実施形態では、排気ガスの温度と改質触媒62の温度との差から、改質触媒62の劣化度が予め定められた上限値に達していると判断された場合、すなわち、改質触媒62における炭素及び炭化水素の析出状態が予め定められた所定状態になっていると判断された場合に、ECU32によってステップS7(改質触媒活性回復機能)が実行される。
In the fourth embodiment of the present invention, when it is determined from the difference between the temperature of the exhaust gas and the temperature of the reforming
この構成によれば、ECU32では、改質触媒62の劣化度が予め定められた上限値に達した場合、すなわち、改質触媒62における炭素及び炭化水素の析出状態が予め定められた所定状態になった場合になってはじめてステップS7(改質触媒活性回復機能)が実行される。従って、改質触媒62の劣化度に応じた適切なタイミングで改質触媒62の活性回復を図ることができる。
According to this configuration, in the
なお、本実施形態において、ステップS3〜ステップS6と、ステップS41〜ステップS45を入れ替えても良い。この場合には、ステップS41〜ステップS45の後に、ECU32が実行するステップS3〜ステップS7が本発明における改質触媒活性回復機能に相当する。
In the present embodiment, step S3 to step S6 and step S41 to step S45 may be interchanged. In this case, step S3 to step S7 executed by the
また、本実施形態においては、改質触媒62の温度が700℃を上回っているときに改質触媒62へのEGRガスの供給が停止されることで、改質触媒62の活性回復が停止されても良い。
In the present embodiment, the supply of EGR gas to the reforming
また、ステップS41〜ステップS45は、上述の本発明の第三実施形態におけるステップS22とステップS23との間で実行されても良い。なお、この場合、ステップ45において、改質触媒62の劣化度が予め定められた上限値に達していないと判断した場合、すなわち、改質触媒62の活性回復が必要でないと判断した場合には、ステップS21に戻れば良い。
Moreover, step S41-step S45 may be performed between step S22 and step S23 in the above-mentioned third embodiment of the present invention. In this case, if it is determined in
次に、本発明の第一実施形態に係る改質ガス生成装置に関する実験検討結果について説明する。 Next, the experimental examination result regarding the reformed gas generation apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described.
図11は、改質触媒の劣化と回復および硫黄の触媒への吸着の変化を示す説明図である。この図に示されるように、改質触媒の劣化が進行すると、改質触媒によって生成される改質ガス中の水素の濃度は減少するが、改質触媒が所定の劣化度まで劣化すると、改質触媒が回復されることにより、改質触媒によって生成される改質ガス中の水素の濃度が増加する。 FIG. 11 is an explanatory diagram showing deterioration and recovery of the reforming catalyst and changes in adsorption of sulfur to the catalyst. As shown in this figure, as the deterioration of the reforming catalyst proceeds, the concentration of hydrogen in the reformed gas produced by the reforming catalyst decreases, but when the reforming catalyst deteriorates to a predetermined degree of deterioration, the reforming catalyst reforms. By restoring the quality catalyst, the concentration of hydrogen in the reformed gas produced by the reforming catalyst increases.
また、改質触媒は硫黄を燃焼除去し得る温度範囲よりも低い温度範囲にあるときに活性が回復されるので、改質触媒中の硫黄分は飽和した状態で一定となる。しかしながら、炭素及び炭化水素が燃焼除去されることで改質触媒を回復させることができることがこの図より分かった。 Further, since the activity of the reforming catalyst is restored when it is in a temperature range lower than the temperature range in which sulfur can be removed by combustion, the sulfur content in the reforming catalyst becomes constant in a saturated state. However, this figure shows that the reforming catalyst can be recovered by burning off carbon and hydrocarbons.
図12は、改質触媒の回復時に酸素を供給することの効能について実験した結果を示す図である。燃料にはエタノールとガソリンの混合品を用い(エタノール85体積%、ガソリン15体積%)、改質触媒にはコージェライトハニカムにジルコニア系担体240g/Lコート、Rh(ロジウム)を2g/Lで担持したものを用いた。また、改質触媒を650℃に設定した電気炉に入れ、改質反応(20分)と回復反応(15分)を交互に行わせた。各データは、回復時に酸素(酸素含有ガス中の酸素濃度1体積%)が供給された改質触媒と回復時に酸素が供給されない改質触媒とについて、各改質反応20分間に3回測定(一回の測定には1分30秒かかる)した場合の各改質触媒が生成する改質ガス中の水素の濃度を測定した結果である。この図より、回復時に酸素を供給した場合の方が、回復時に酸素を供給しない場合よりも改質ガス中の水素の濃度が高く、改質触媒が回復されていることが分かった。 FIG. 12 is a diagram showing the results of experiments on the effectiveness of supplying oxygen when the reforming catalyst is recovered. The fuel is a mixture of ethanol and gasoline (ethanol 85% by volume, gasoline 15% by volume), and the reforming catalyst is a cordierite honeycomb coated with 240g / L of zirconia-based carrier and Rh (rhodium) at 2g / L. What was done was used. Further, the reforming catalyst was put in an electric furnace set at 650 ° C., and the reforming reaction (20 minutes) and the recovery reaction (15 minutes) were alternately performed. Each data is measured three times in 20 minutes for each reforming reaction for a reforming catalyst supplied with oxygen (oxygen concentration of 1% by volume in oxygen-containing gas) at the time of recovery and a reforming catalyst not supplied with oxygen at the time of recovery ( This is a result of measuring the concentration of hydrogen in the reformed gas produced by each reforming catalyst when one measurement takes 1 minute and 30 seconds). From this figure, it was found that the hydrogen concentration in the reformed gas was higher when oxygen was supplied during recovery than when oxygen was not supplied during recovery, and the reforming catalyst was recovered.
ただし、改質触媒の活性を回復させる場合に、改質触媒へ供給される酸素含有ガスの酸素濃度が時間平均して0.1体積%を下回っていると、炭素及び炭化水素の燃焼除去が不十分となり、改質触媒の活性回復も不十分となる。また、改質触媒へ供給される酸素含有ガスの酸素濃度が時間平均して1.0体積%を上回っていると、炭素及び炭化水素の燃焼除去に伴う改質触媒の温度上昇が大きくなり、改質触媒にシンタリングが生ずる。従って、改質触媒へ供給される酸素含有ガスの酸素濃度は時間平均して0.1〜1.0体積%とすべきである。 However, when recovering the activity of the reforming catalyst, if the oxygen concentration of the oxygen-containing gas supplied to the reforming catalyst is less than 0.1% by volume on a time average, the combustion and removal of carbon and hydrocarbons are prevented. It becomes insufficient, and the activity recovery of the reforming catalyst is also insufficient. Further, when the oxygen concentration of the oxygen-containing gas supplied to the reforming catalyst exceeds 1.0% by volume on a time average, the temperature rise of the reforming catalyst accompanying the combustion removal of carbon and hydrocarbons increases, Sintering occurs in the reforming catalyst. Therefore, the oxygen concentration of the oxygen-containing gas supplied to the reforming catalyst should be 0.1 to 1.0% by volume on a time average.
図13は、改質触媒の回復時に酸素を供給した場合と酸素を供給しない場合とについて改質触媒が回復した後に改質触媒に吸着されている硫黄及び炭素の量を調べた結果を示す図である。この図に示されるように、改質触媒は硫黄を燃焼除去し得る温度範囲よりも低い温度範囲にあるときに活性が回復されるので、酸素の供給の有無にかかわらず、改質触媒中の硫黄は飽和した状態で一定となる。一方、炭素については改質触媒の回復時に酸素が供給された場合の方が酸素が供給されない場合よりも多く燃焼除去されることがこの図より分かった。 FIG. 13 is a graph showing the results of examining the amounts of sulfur and carbon adsorbed on the reforming catalyst after the reforming catalyst recovers when oxygen is supplied during recovery of the reforming catalyst and when oxygen is not supplied. It is. As shown in this figure, the activity of the reforming catalyst is restored when it is in a temperature range lower than the temperature range in which sulfur can be burned and removed. Therefore, regardless of whether oxygen is supplied or not, Sulfur is constant in saturation. On the other hand, it was found from this figure that carbon is burned and removed more when oxygen is supplied when the reforming catalyst is recovered than when oxygen is not supplied.
図14,図15は、改質触媒について改質反応時の温度と回復反応時の温度を変化させたときの相違ついて調べた結果を示す図である。改質触媒については、750℃で改質反応を行わせると共に750℃で回復反応させたもの、600℃で改質反応を行わせると共に650℃で回復反応させたもの(二種類)を用いた。なお、回復時に酸素は供給していない。図14に示されるように、750℃で改質反応を行わせると共に750℃で回復反応させた改質触媒では、燃料投入後、最初に劣化が生じるが、その大きな劣化は見られなかった。また、600℃で改質反応を行わせると共に650℃で回復反応させた改質触媒では、燃料投入後、ゆるやかに劣化が生じた。また、図15に示されるように、750℃で改質反応を行わせると共に750℃で回復反応させた場合は、改質触媒が高温となるため、多くの硫黄が低減した。しかしながら、750℃で回復反応させた場合、短時間では改質触媒に劣化が見受けられなかったが、長時間の使用では改質触媒にシンタリングが生じた。従って、改質触媒の回復時の温度は700℃以下とすべきである。 FIG. 14 and FIG. 15 are diagrams showing the results of examining the difference when the temperature during the reforming reaction and the temperature during the recovery reaction are changed for the reforming catalyst. As the reforming catalyst, a reforming reaction was performed at 750 ° C. and a recovery reaction was performed at 750 ° C., and a reforming reaction was performed at 600 ° C. and a recovery reaction was performed at 650 ° C. (two types). . Note that oxygen is not supplied during recovery. As shown in FIG. 14, the reforming catalyst in which the reforming reaction was performed at 750 ° C. and the recovery reaction was performed at 750 ° C. first deteriorated after the fuel was added, but the major deterioration was not observed. In addition, the reforming catalyst that had undergone the reforming reaction at 600 ° C. and the recovery reaction at 650 ° C. gradually deteriorated after the fuel was added. Further, as shown in FIG. 15, when the reforming reaction was performed at 750 ° C. and the recovery reaction was performed at 750 ° C., the reforming catalyst became high temperature, so that a large amount of sulfur was reduced. However, when the recovery reaction was performed at 750 ° C., the reforming catalyst was not deteriorated in a short time, but the reforming catalyst was sintered when used for a long time. Therefore, the temperature at the time of recovery of the reforming catalyst should be 700 ° C. or lower.
図16は、改質触媒について酸素含有ガス中の酸素濃度を1.0%とし650℃で回復反応させたときの結果を示す図である。この図に示されるように、改質触媒について酸素含有ガス中の酸素濃度を1.0%とし650℃で回復反応させた場合には、改質触媒を安定して回復させることができることが分かった。 FIG. 16 is a diagram showing the results when the reforming catalyst is subjected to a recovery reaction at 650 ° C. with an oxygen concentration in the oxygen-containing gas of 1.0%. As shown in this figure, it is found that when the oxygen concentration in the oxygen-containing gas is 1.0% and the recovery reaction is performed at 650 ° C., the reforming catalyst can be recovered stably. It was.
図17〜図20は、改質触媒について酸素含有ガス中の酸素濃度を0.5%とし500〜650℃で回復反応させたときの結果を示す図である。すべて改質反応は600℃で行った。図17に示されるように、改質触媒について650℃で回復反応させた場合には、改質触媒を安定して回復させることができることが分かった。また、図18に示されるように、改質触媒について600℃で回復反応させた場合には、改質触媒に急激な劣化は生じず改質触媒を安定して回復させることができることが分かった。一方、図19に示されるように、改質触媒について550℃で回復反応させた場合には、改質触媒の回復が安定せず、且つ、改質触媒が徐々に劣化することが分かった。また、図20に示されるように、改質触媒について500℃で回復反応させた場合には、改質触媒が徐々に劣化することが分かった。従って、この場合、改質触媒の回復時の温度は600℃以上とすべきである。 17-20 is a figure which shows a result when carrying out recovery reaction at 500-650 degreeC by making oxygen concentration in oxygen-containing gas 0.5% about a reforming catalyst. All reforming reactions were performed at 600 ° C. As shown in FIG. 17, it was found that when the reforming catalyst was allowed to recover at 650 ° C., the reforming catalyst could be recovered stably. Further, as shown in FIG. 18, it was found that when the reforming catalyst was subjected to a recovery reaction at 600 ° C., the reforming catalyst was not rapidly deteriorated and the reforming catalyst could be stably recovered. . On the other hand, as shown in FIG. 19, it was found that when the reforming catalyst was subjected to a recovery reaction at 550 ° C., the recovery of the reforming catalyst was not stable and the reforming catalyst gradually deteriorated. Further, as shown in FIG. 20, it was found that when the reforming catalyst was subjected to a recovery reaction at 500 ° C., the reforming catalyst gradually deteriorated. Therefore, in this case, the temperature at the time of recovery of the reforming catalyst should be 600 ° C. or higher.
また、上記実施形態では、改質触媒として、コージェライトハニカムにジルコニア系担体240g/Lコート、Rh(ロジウム)を2g/Lで担持したものが用いられていたが、以下に、改質触媒として、セリウム酸化物が主成分(80wt%)であり、アルミニウム酸化物を11wt%、ジルコニウム酸化物を9wt%含み、貴金属としてRh(ロジウム)を2wt%担持したものを用いた場合の実験結果を示す。 In the above embodiment, a cordierite honeycomb with 240 g / L coat of zirconia-based carrier and 2 g / L of Rh (rhodium) is used as the reforming catalyst. The experimental results in the case of using cerium oxide as the main component (80 wt%), containing 11 wt% aluminum oxide, 9 wt% zirconium oxide, and carrying 2 wt% Rh (rhodium) as a noble metal are shown. .
図21は、改質触媒として、セリウム酸化物が主成分(80wt%)であり、アルミニウム酸化物を11wt%、ジルコニウム酸化物を9wt%含み、貴金属としてRh(ロジウム)を2wt%担持したものを用いた場合の実験結果を示す図である。この場合の実験条件は図12の場合と同一である。横軸は改質触媒の改質時に改質触媒に燃料を投入した通算時間である。また、改質触媒の回復は、500℃、酸素含有ガス中の酸素濃度1%で実施した。 FIG. 21 shows a reforming catalyst in which cerium oxide is a main component (80 wt%), contains 11 wt% aluminum oxide, 9 wt% zirconium oxide, and carries 2 wt% Rh (rhodium) as a noble metal. It is a figure which shows the experimental result at the time of using. The experimental conditions in this case are the same as in FIG. The horizontal axis represents the total time that fuel is supplied to the reforming catalyst during reforming of the reforming catalyst. The reforming catalyst was recovered at 500 ° C. with an oxygen concentration of 1% in the oxygen-containing gas.
また、新たな知見として、ガソリン中の硫黄は、改質時に硫化水素(H2S)になるのではなく、改質触媒の回復動作時に炭素と中間生成された炭化物と共に硫黄酸化物(SO2)となって除去されていることが分かった。つまり、硫黄は初期に酸化されてもある一定量まで改質触媒に留まるが、それを超えると周囲の炭素分と共に酸化除去される。 Further, as a new finding, sulfur in gasoline does not become hydrogen sulfide (H 2 S) at the time of reforming, but sulfur oxide (SO 2 ) together with carbon and intermediately generated carbides during the recovery operation of the reforming catalyst. ) And was found to have been removed. That is, sulfur remains in the reforming catalyst up to a certain amount even if it is initially oxidized, but when it exceeds that, it is oxidized and removed together with surrounding carbon.
改質中の硫化水素については、検知管にて測定を試みたが、検出できなかった(その量は1000ppb以下であった)。改質触媒の回復中の硫化水素は、紫外線吸収法に基づく硫化水素計で測定した。理解を容易にするため、参考までに、改質触媒の劣化及び回復のイメージ図を図22に示す。E85はエタノール85体積%、ガソリン15体積%の燃料を示している。この場合、酸素が無いとE85が炭素で覆われて、活性が失われる。 The hydrogen sulfide during reforming was measured with a detector tube, but could not be detected (the amount was 1000 ppb or less). Hydrogen sulfide during recovery of the reforming catalyst was measured with a hydrogen sulfide meter based on the ultraviolet absorption method. For easy understanding, FIG. 22 shows an image diagram of deterioration and recovery of the reforming catalyst for reference. E85 indicates a fuel containing 85% by volume of ethanol and 15% by volume of gasoline. In this case, if there is no oxygen, E85 is covered with carbon and the activity is lost.
図23〜図25は、今回検討した触媒(セリウム酸化物、ジルコニウム酸化物、アルミニウム酸化物からなり、貴金属としてRh(ロジウム)を2wt%担持したもの)と、先回検討した触媒(図12において検討した改質触媒であって、コージェライトハニカムにジルコニア系担体240g/Lコート、Rh(ロジウム)を2g/Lで担持したもの)の比較が示されている。回復率は、図25に示されるように、初期状態での改質ガス中の水素濃度Aに対し、初期状態から劣化後(t秒後)に回復した状態における改質ガス中の水素濃度Bの割合としている。図23に示されるように、改質触媒を650℃で回復させた場合、回復時の酸素濃度が高い場合には、両者共に同様の回復率を有するが、回復時の酸素濃度が低い場合には、今回検討した触媒の方が先回検討した触媒よりも高い回復率を有する。また、図24に示されるように、回復時の酸素濃度を0.5体積%で回復させた場合、回復時の温度が高い場合(600℃以上)には、両者共に同様の回復率を有するが、回復時の温度が低い場合(500℃以上600℃未満)には、今回検討した触媒の方が先回検討した触媒よりも高い回復率を有する。このように、今回検討した触媒は、低酸素濃度、低温で十分に回復できることが分かった。従って、この場合、改質触媒の回復時の温度は500℃以上とすべきである。 23 to 25 show the catalyst examined this time (made of cerium oxide, zirconium oxide, and aluminum oxide and carrying 2 wt% of Rh (rhodium) as a noble metal) and the catalyst examined earlier (in FIG. 12). A comparison of the reformed catalysts studied, in which a cordierite honeycomb is loaded with 240 g / L zirconia-based support and 2 g / L of Rh (rhodium) is shown. As shown in FIG. 25, the recovery rate is the hydrogen concentration B in the reformed gas in a state recovered from the initial state after deterioration (after t seconds) with respect to the hydrogen concentration A in the reformed gas in the initial state. The ratio is as follows. As shown in FIG. 23, when the reforming catalyst is recovered at 650 ° C., when the oxygen concentration at the time of recovery is high, both have the same recovery rate, but when the oxygen concentration at the time of recovery is low The catalyst examined this time has a higher recovery rate than the catalyst examined last time. Further, as shown in FIG. 24, when the oxygen concentration at the time of recovery is recovered at 0.5% by volume, when the temperature at the time of recovery is high (600 ° C. or higher), both have the same recovery rate. However, when the temperature at the time of recovery is low (500 ° C. or higher and lower than 600 ° C.), the catalyst examined this time has a higher recovery rate than the catalyst examined earlier. Thus, it was found that the catalyst examined this time can be sufficiently recovered at low oxygen concentration and low temperature. Therefore, in this case, the temperature at the time of recovery of the reforming catalyst should be 500 ° C. or higher.
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能であることは勿論である。 As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited above, Of course, it can change and implement variously within the range which does not deviate from the main point. .
10 改質ガス生成装置
20 改質用ポンプ(改質原料供給部の一部)
22 改質用インジェクタ(改質原料供給部の一部)
32 ECU(制御部)
48 上流側EGR通路(酸素含有ガス供給部の一部)
50 下流側EGR通路(改質ガス供給部の一部)
52 冷却器(改質ガス供給部の一部)
54 EGRバルブ(酸素含有ガス供給部の一部、改質ガス供給部の一部)
60 排気触媒(加熱部)
62 改質触媒
100,200,300 改質ガス燃焼エンジンシステム
10 reformed
22 Reformer injector (part of reforming raw material supply unit)
32 ECU (control unit)
48 Upstream EGR passage (part of oxygen-containing gas supply section)
50 Downstream EGR passage (part of reformed gas supply unit)
52 Cooler (part of reformed gas supply unit)
54 EGR valve (part of oxygen-containing gas supply part, part of reformed gas supply part)
60 Exhaust catalyst (heating unit)
62 Reforming
Claims (15)
エンジンから排出された排気ガスの熱エネルギを利用して前記改質触媒を加熱するための加熱部と、
前記改質触媒に前記改質原料を供給するための改質原料供給部と、
前記改質触媒に酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給部と、
前記改質触媒にて前記改質ガスが生成されるように前記改質原料供給部によって前記改質触媒に前記改質原料を供給させる改質ガス生成機能と、前記改質触媒が前記改質反応に伴って前記改質触媒に析出した硫黄を燃焼除去し得る温度範囲よりも低い温度範囲にあるときに前記改質原料供給部による前記改質触媒への前記改質原料の供給を停止させると共に前記酸素含有ガス供給部によって前記改質触媒に前記酸素含有ガスを供給させることで、前記改質触媒に析出した炭素及び炭化水素を燃焼除去させて前記改質触媒の活性を回復させる改質触媒活性回復機能とを選択的に実行する制御部と、
を備えた改質ガス生成装置。 A reforming catalyst that undergoes a reforming reaction that generates a reformed gas containing hydrogen from a reformed raw material containing sulfur and hydrocarbons by being heated; and
A heating unit for heating the reforming catalyst using thermal energy of exhaust gas discharged from the engine;
A reforming material supply unit for supplying the reforming material to the reforming catalyst;
An oxygen-containing gas supply unit for supplying an oxygen-containing gas to the reforming catalyst;
A reforming gas generating function for supplying the reforming material to the reforming catalyst by the reforming material supply unit so that the reforming gas is generated by the reforming catalyst; Stop supply of the reforming raw material to the reforming catalyst by the reforming raw material supply unit when the temperature is lower than the temperature range in which sulfur deposited on the reforming catalyst with combustion can be removed by combustion. In addition, the oxygen-containing gas is supplied to the reforming catalyst by the oxygen-containing gas supply unit, so that the reforming catalyst recovers the activity of the reforming catalyst by burning and removing carbon and hydrocarbons deposited on the reforming catalyst. A controller that selectively executes the catalyst activity recovery function;
A reformed gas generation apparatus comprising:
前記制御部は、前記改質触媒活性回復機能として、前記改質触媒の温度が500〜700℃となっているときに前記改質触媒の活性回復を開始させ、前記改質触媒の温度が700℃を上回っているときに前記改質触媒の活性回復を停止させる機能を実行する、
請求項1に記載の改質ガス生成装置。 The reforming raw material is ethanol mixed gasoline,
The controller, as the reforming catalyst activity recovery function, starts the activity recovery of the reforming catalyst when the temperature of the reforming catalyst is 500 to 700 ° C., and the temperature of the reforming catalyst is 700 Executing a function of stopping the activity recovery of the reforming catalyst when the temperature exceeds
The reformed gas production | generation apparatus of Claim 1.
請求項2に記載の改質ガス生成装置。 The control unit stops the supply of the oxygen-containing gas to the reforming catalyst by the oxygen-containing gas supply unit when the temperature of the reforming catalyst exceeds 700 ° C. as the reforming catalyst activity recovery function Execute the function
The reformed gas production | generation apparatus of Claim 2.
請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の改質ガス生成装置。 The oxygen-containing gas supply unit supplies a part of the exhaust gas discharged from the engine as the oxygen-containing gas to the reforming catalyst and then introduces it into the engine.
The reformed gas production | generation apparatus as described in any one of Claims 1-3.
前記酸素含有ガス供給部は、前記エンジンから排出された前記排気ガスの一部を前記酸素含有ガスとして前記改質触媒に供給し、
前記制御部は、前記車両が減速しているときに前記改質触媒活性回復機能を実行する、
請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の改質ガス生成装置。 The engine is an engine for driving a vehicle,
The oxygen-containing gas supply unit supplies a part of the exhaust gas discharged from the engine to the reforming catalyst as the oxygen-containing gas,
The control unit executes the reforming catalyst activity recovery function when the vehicle is decelerating,
The reformed gas production | generation apparatus as described in any one of Claims 1-4.
請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の改質ガス生成装置。 The control unit executes the reforming catalyst activity recovery function when the deposition state of the carbon and the hydrocarbon in the reforming catalyst reaches a predetermined state.
The reformed gas production | generation apparatus as described in any one of Claims 1-5.
請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の改質ガス生成装置。 The oxygen-containing gas supply unit supplies the oxygen-containing gas whose oxygen concentration is 0.1 to 1.0% by volume on a time average to the reforming catalyst.
The reformed gas production | generation apparatus as described in any one of Claims 1-6.
請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載の改質ガス生成装置と、
前記改質ガス生成装置によって生成された前記改質ガスを前記エンジンに供給する改質ガス供給部と、
を備えた改質ガス燃焼エンジンシステム。 Engine,
The reformed gas generator according to any one of claims 1 to 7,
A reformed gas supply unit for supplying the reformed gas generated by the reformed gas generator to the engine;
A reformed gas combustion engine system.
改質触媒の活性回復方法。 The temperature of the reforming catalyst in which the reforming reaction for generating the reformed gas containing hydrogen from the reforming raw material containing sulfur and hydrocarbons is performed by heating is performed according to the reforming catalyst. By stopping the supply of the reforming raw material to the reforming catalyst and supplying an oxygen-containing gas to the reforming catalyst when the temperature is lower than the temperature range in which sulfur deposited on the catalyst can be burned and removed. , To recover the activity of the reforming catalyst by burning and removing carbon and hydrocarbons deposited in the reforming catalyst in the reforming reaction,
A method for recovering the activity of a reforming catalyst.
請求項9に記載の改質触媒の活性回復方法。 Using ethanol mixed gasoline as the reforming raw material, when the temperature of the reforming catalyst is 500 to 700 ° C, recovery of the activity of the reforming catalyst is started, and the temperature of the reforming catalyst exceeds 700 ° C. Stopping the recovery of the activity of the reforming catalyst,
The method for recovering the activity of the reforming catalyst according to claim 9.
請求項10に記載の改質触媒の活性回復方法。 Stopping the supply of the oxygen-containing gas to the reforming catalyst when the temperature of the reforming catalyst exceeds 700 ° C .;
The method for recovering the activity of the reforming catalyst according to claim 10.
請求項9〜請求項11のいずれか一項に記載の改質触媒の活性回復方法。 A part of exhaust gas discharged from an engine of a vehicle on which the reforming catalyst is mounted is introduced into the engine after being supplied to the reforming catalyst as the oxygen-containing gas,
The method for recovering the activity of a reforming catalyst according to any one of claims 9 to 11.
請求項9〜請求項12のいずれか一項に記載の改質触媒の活性回復方法。 When the vehicle on which the reforming catalyst is mounted is decelerating and the temperature of the reforming catalyst is in a temperature range lower than the temperature range in which the sulfur can be burned and removed, the engine of the vehicle A part of the exhaust gas discharged is supplied to the reforming catalyst as the oxygen-containing gas to recover the activity of the reforming catalyst;
The method for recovering the activity of a reforming catalyst according to any one of claims 9 to 12.
請求項9〜請求項13のいずれか一項に記載の改質触媒の活性回復方法。 The temperature range in which the temperature of the reforming catalyst is lower than the temperature range in which the sulfur can be burnt and removed, when the precipitation state of the carbon and the hydrocarbon in the reforming catalyst is in a predetermined state. The oxygen-containing gas is supplied to the reforming catalyst to restore the activity of the reforming catalyst.
The method for recovering the activity of the reforming catalyst according to any one of claims 9 to 13.
請求項9〜請求項14のいずれか一項に記載の改質触媒の活性回復方法。 Supplying the oxygen-containing gas having an oxygen concentration of 0.1 to 1.0% by volume on a time average to the reforming catalyst;
The method for recovering the activity of the reforming catalyst according to any one of claims 9 to 14.
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