JP2010151042A - Internal combustion engine with fuel reformulation system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、燃料改質システム付き内燃機関に関し、より詳細には、排気ガスと改質用燃料との混合気を改質して得られる改質ガスを内燃機関に還流させる燃料改質システム付き内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine with a fuel reforming system, and more particularly, with a fuel reforming system that recirculates a reformed gas obtained by reforming an air-fuel mixture of exhaust gas and reforming fuel to the internal combustion engine. The present invention relates to an internal combustion engine.
従来、例えば特許文献1には、内燃機関の排気通路を流れる排気ガスの一部と改質用燃料とから改質ガスを生成し、内燃機関の吸気通路に還流した燃料改質システム付き内燃機関が開示されている。この内燃機関では、改質ガスの生成に燃料改質触媒を有する改質器が用いられ、この改質器は、内燃機関の吸気通路と改質ガス用通路を介して連通されている。このため、この改質ガス用通路を通じて、改質ガスを内燃機関に還流させることができる。また、この改質ガスは水素ガスを含むガスである。したがって、水素ガスの急速燃焼による燃焼悪化の抑制や、これによるノッキングの抑制を図ることができる。 Conventionally, for example, Patent Document 1 discloses an internal combustion engine with a fuel reforming system in which a reformed gas is generated from a part of exhaust gas flowing through an exhaust passage of an internal combustion engine and reforming fuel and is returned to the intake passage of the internal combustion engine. Is disclosed. In this internal combustion engine, a reformer having a fuel reforming catalyst is used for generation of reformed gas, and this reformer is communicated with an intake passage of the internal combustion engine and a reformed gas passage. For this reason, the reformed gas can be recirculated to the internal combustion engine through the reformed gas passage. The reformed gas is a gas containing hydrogen gas. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of combustion due to the rapid combustion of hydrogen gas and the suppression of knocking due to this.
また、この内燃機関では、燃料改質触媒の温度が活性温度よりも低い場合には、改質ガスの生成を中止し、排気ガスのみを内燃機関に還流させることができる。したがって、改質用燃料の改質が不十分な触媒環境を避けて、改質ガスを有効に内燃機関に還流させることができる。 In this internal combustion engine, when the temperature of the fuel reforming catalyst is lower than the activation temperature, the generation of the reformed gas can be stopped and only the exhaust gas can be recirculated to the internal combustion engine. Therefore, the reformed gas can be effectively recirculated to the internal combustion engine while avoiding a catalyst environment in which reforming of the reforming fuel is insufficient.
ところで、改質ガスの生成を中止している場合であっても、燃焼悪化の抑制や、これによるノッキングの抑制を図ることができることが望ましい。特許文献1では、排気ガスの一部がそのまま内燃機関の吸気通路に還流する。つまり、排気ガスの一部は、改質されることなく、改質ガス用通路を通じて内燃機関に還流する。 By the way, it is desirable that even when the generation of the reformed gas is stopped, it is possible to suppress the deterioration of combustion and the knocking caused thereby. In Patent Document 1, a part of the exhaust gas is directly recirculated to the intake passage of the internal combustion engine. That is, a part of the exhaust gas is returned to the internal combustion engine through the reformed gas passage without being reformed.
しかしながら、改質器は、改質器を流れる排気ガスと熱交換するように配置されている。このため、改質器の燃料改質触媒を流れるガスは、その通過の際に、改質器を流れる高温の排気ガスと熱交換する。したがって、燃料改質触媒を流れるガスは高温となる。そして、高温のガスが内燃機関に還流した場合には、内燃機関の燃焼が不安定となる可能性がある。したがって、特許文献1では、改質ガスの生成を中止している場合に、ノッキングが発生する可能性があった。 However, the reformer is arranged to exchange heat with the exhaust gas flowing through the reformer. For this reason, the gas flowing through the fuel reforming catalyst of the reformer exchanges heat with the high-temperature exhaust gas flowing through the reformer when passing through the gas. Therefore, the gas flowing through the fuel reforming catalyst becomes high temperature. When the high-temperature gas returns to the internal combustion engine, the combustion of the internal combustion engine may become unstable. Therefore, in Patent Document 1, there is a possibility that knocking may occur when the generation of the reformed gas is stopped.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、改質ガスの生成を行わない場合であっても、燃焼悪化の抑制を図ることのできる燃料改質システム付き内燃機関を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an internal combustion engine with a fuel reforming system capable of suppressing deterioration of combustion even when reformed gas is not generated. The purpose is to provide.
第1の発明は、上記の目的を達成するため、燃料改質システム付き内燃機関であって、 内燃機関の排気通路に配置され、排気通路を流れる排気ガスの一部と改質用燃料とから水素ガスを含む改質ガスを生成可能な改質ガス生成手段と、
前記改質ガス生成手段に接続され、前記改質ガスを前記内燃機関の吸気通路に還流する改質ガス還流通路と、
前記改質ガス生成手段よりも下流側の前記排気通路内の排気ガスの一部を前記吸気通路に還流する排ガス還流通路と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is an internal combustion engine with a fuel reforming system, which is disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine and includes a part of exhaust gas flowing through the exhaust passage and a reforming fuel. A reformed gas generating means capable of generating a reformed gas containing hydrogen gas;
A reformed gas recirculation passage connected to the reformed gas generating means for recirculating the reformed gas to an intake passage of the internal combustion engine;
And an exhaust gas recirculation passage for recirculating a part of the exhaust gas in the exhaust passage downstream of the reformed gas generation means to the intake passage.
また、第2の発明は、第1の発明において、
前記改質ガス還流通路を通って前記吸気通路に還流するガスの流量を調整する第1流量調整弁と、
前記排ガス還流通路を通って前記吸気通路に還流するガスの流量を調整する第2流量調整弁と、
前記吸気通路に対する排気還流要求があった場合に、前記第1流量調整弁による排気還流のタイミングが前記第2流量調整弁による排気還流のタイミングよりも遅くなるように前記第1流量調整弁及び前記第2流量調整弁の開弁時期を制御する開弁時期制御手段と、を備えることを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
A first flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate of the gas that flows back to the intake passage through the reformed gas recirculation passage;
A second flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate of the gas that flows back to the intake passage through the exhaust gas recirculation passage;
When there is an exhaust gas recirculation request for the intake passage, the timing of exhaust gas recirculation by the first flow rate adjustment valve is slower than the timing of exhaust gas recirculation by the second flow rate adjustment valve, And a valve opening timing control means for controlling the valve opening timing of the second flow rate adjusting valve.
また、第3の発明は、第1又は2の発明において、
前記改質ガス還流通路を通って前記吸気通路に還流するガスの流量を調整する第1流量調整弁と、
前記排ガス還流通路を通って前記吸気通路に還流するガスの流量を調整する第2流量調整弁と、
要求排気還流量を取得する要求排気還流量取得手段と、
前記要求排気還流量に応じて前記第1流量調整弁及び前記第2流量調整弁の開度を制御する開度制御手段と、を備え、
前記開度制御手段は、前記第2流量調整弁の開度を全開としてもなお前記要求排気還流量を達成できない場合に、前記第1流量調整弁の開弁を許可する開弁許可手段を備えることを特徴とする。
The third invention is the first or second invention, wherein
A first flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate of the gas that flows back to the intake passage through the reformed gas recirculation passage;
A second flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate of the gas that flows back to the intake passage through the exhaust gas recirculation passage;
Required exhaust gas recirculation amount acquisition means for acquiring the required exhaust gas recirculation amount;
Opening degree control means for controlling the opening degree of the first flow rate adjustment valve and the second flow rate adjustment valve according to the required exhaust gas recirculation amount,
The opening degree control means includes valve opening permission means for permitting opening of the first flow rate adjustment valve when the required exhaust gas recirculation amount cannot be achieved even when the opening degree of the second flow rate adjustment valve is fully opened. It is characterized by that.
また、第4の発明は、第3の発明において、
前記改質ガス生成手段に前記改質用燃料を供給する改質用燃料供給手段と、
前記改質ガス生成手段が前記改質ガスを生成可能な所定条件にあるか否かを判定する改質条件判定手段と、を備え、
前記改質用燃料供給手段は、前記所定条件にないと判定された場合に前記改質用燃料の供給を禁止する供給禁止手段を備えることを特徴とする。
Moreover, 4th invention is set in 3rd invention,
A reforming fuel supply means for supplying the reforming fuel to the reformed gas generating means;
Reforming condition determining means for determining whether or not the reformed gas generating means is in a predetermined condition capable of generating the reformed gas,
The reforming fuel supply unit includes a supply prohibiting unit that prohibits the supply of the reforming fuel when it is determined that the predetermined condition is not satisfied.
また、第5の発明は、第1乃至4いずれか1つの発明において、
前記改質ガス還流通路を通って前記吸気通路に還流するガスの流量を調整する第1流量調整弁と、
前記排ガス還流通路を通って前記吸気通路に還流するガスの流量を調整する第2流量調整弁と、
前記内燃機関のトルクの変動を検出するトルク変動検出手段と、
前記トルクの変動が所定値を超えたか否かを判定するトルク変動判定手段と、
前記トルクの変動が所定値を超えた場合に、前記排ガス還流通路を通って前記吸気通路に還流するガスの流量を減じ、前記改質ガス還流通路を通って前記吸気通路に還流するガスの流量を増加するように前記第1流量調整弁及び前記第2流量調整弁の開度を補正する開度補正手段と、を備えることを特徴とする。
The fifth invention is the invention according to any one of the first to fourth inventions,
A first flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate of the gas that flows back to the intake passage through the reformed gas recirculation passage;
A second flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate of the gas that flows back to the intake passage through the exhaust gas recirculation passage;
Torque fluctuation detecting means for detecting fluctuations in torque of the internal combustion engine;
Torque fluctuation determination means for determining whether or not the torque fluctuation exceeds a predetermined value;
When the fluctuation of the torque exceeds a predetermined value, the flow rate of the gas returning to the intake passage through the exhaust gas recirculation passage is reduced, and the flow rate of the gas returning to the intake passage through the reformed gas recirculation passage Opening degree correction means for correcting the opening degree of the first flow rate adjustment valve and the second flow rate adjustment valve so as to increase the flow rate.
また、第6の発明は、第1乃至5いずれか1つの発明において、
前記改質ガス還流通路を通って前記吸気通路に還流するガスの流量を調整する第1流量調整弁と、
前記排ガス還流通路を通って前記吸気通路に還流するガスの流量を調整する第2流量調整弁と、
前記内燃機関のノッキングの発生を検出するノッキング検出手段と、
ノッキングの発生時に、前記排ガス還流通路を通って前記吸気通路に還流するガスの流量を減じ、前記改質ガス還流通路を通って前記吸気通路に還流する改質ガスの流量を増加するように前記第1流量調整弁及び前記第2流量調整弁の開度を補正する開度補正第2手段と、を備えることを特徴とする。
The sixth invention is the invention according to any one of the first to fifth inventions,
A first flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate of the gas that flows back to the intake passage through the reformed gas recirculation passage;
A second flow rate adjustment valve that adjusts the flow rate of the gas that flows back to the intake passage through the exhaust gas recirculation passage;
Knocking detection means for detecting occurrence of knocking in the internal combustion engine;
When knocking occurs, the flow rate of the gas returning to the intake passage through the exhaust gas recirculation passage is decreased, and the flow rate of the reformed gas returning to the intake passage through the reformed gas recirculation passage is increased. Opening degree correction second means for correcting the opening degree of the first flow rate adjustment valve and the second flow rate adjustment valve.
また、第7の発明は、第6の発明において、
ノッキングの発生時に点火時期を遅角側に制御する点火時期制御手段と、
前記開度補正第2手段が実行可能かどうかを判定する判定手段と、を備え、
前記点火時期制御手段は、前記開度補正第2手段が実行可能な場合には、実行可能でない場合に比べて点火時期の遅角量を小さくすることを特徴とする。
The seventh invention is the sixth invention, wherein
Ignition timing control means for controlling the ignition timing to the retard side when knocking occurs,
Determination means for determining whether or not the opening correction second means is executable,
The ignition timing control means reduces the retard amount of the ignition timing when the opening degree correction second means is executable compared to when it is not executable.
また、第8の発明は、第1乃至7いずれか1つの発明において、
前記改質ガス還流通路を通って前記吸気通路に還流するガスの流量を調整する第1流量調整弁と、
前記排ガス還流通路を通って前記吸気通路に還流するガスの流量を調整する第2流量調整弁と、を備え、
前記吸気通路に対する排気還流の停止要求があった場合に、前記第1流量調整弁による排気還流の停止タイミングが前記第2流量調整弁による排気還流の停止タイミングよりも遅くなるように前記第1流量調整弁及び前記第2流量調整弁の閉弁時期を制御する閉弁時期制御手段を備えることを特徴とする。
The eighth invention is the invention according to any one of the first to seventh inventions,
A first flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate of the gas that flows back to the intake passage through the reformed gas recirculation passage;
A second flow rate adjustment valve that adjusts the flow rate of the gas that flows back to the intake passage through the exhaust gas recirculation passage,
When there is a request to stop exhaust gas recirculation for the intake passage, the first flow rate is set so that the exhaust gas recirculation stop timing by the first flow rate adjustment valve is later than the exhaust recirculation stop timing by the second flow rate adjustment valve. A valve closing timing control means for controlling the valve closing timing of the adjusting valve and the second flow rate adjusting valve is provided.
また、第9の発明は、第8の発明において、
前記停止要求が内燃機関の減速時にあった場合に、前記改質ガス還流通路を通って前記吸気通路に還流する改質ガスの流量を一時的に増加するように前記第1流量調整弁の開度を補正する第1流量調整弁開度補正手段を備えることを特徴とする。
The ninth invention is the eighth invention, wherein
When the stop request is at the time of deceleration of the internal combustion engine, the first flow rate adjustment valve is opened so as to temporarily increase the flow rate of the reformed gas that flows back to the intake passage through the reformed gas recirculation passage. First flow rate adjusting valve opening correction means for correcting the degree is provided.
また、第10の発明は、第1乃至9いずれか1つの発明において、
前記改質ガス還流通路を通って前記吸気通路に還流するガスの流量を調整する第1流量調整弁と、
前記排ガス還流通路を通って前記吸気通路に還流するガスの流量を調整する第2流量調整弁と、
前記改質ガス生成手段に前記改質用燃料を供給する改質用燃料供給手段と、
前記第2流量調整弁の故障を検知する故障検知手段と、を備え、
前記改質用燃料供給手段は、前記故障が検知された場合に前記改質用燃料の供給量を増加する供給量制御手段を備えることを特徴とする。
The tenth invention is the invention according to any one of the first to ninth inventions,
A first flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate of the gas that flows back to the intake passage through the reformed gas recirculation passage;
A second flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate of the gas that flows back to the intake passage through the exhaust gas recirculation passage;
A reforming fuel supply means for supplying the reforming fuel to the reformed gas generating means;
A failure detection means for detecting a failure of the second flow rate adjustment valve,
The reforming fuel supply means includes supply amount control means for increasing the supply amount of the reforming fuel when the failure is detected.
第1の発明によれば、改質ガス還流通路とは別に、排ガス還流通路が設けられる。この排ガス還流通路は、改質ガス生成手段よりも下流側にある内燃機関の排気通路を流れるガスの一部を内燃機関に還流することができる。改質ガス生成手段よりも下流側にある内燃機関の排気通路を流れる排気ガスは、改質ガス生成手段を経由して改質ガス還流通路を流れるガスよりも相対的に低温である。このため、改質ガスの生成を行わない場合にも、低温のガスを内燃機関の吸気通路に還流することができる。したがって、第1の発明によれば、改質ガスの生成を行わない場合であっても、燃焼悪化の抑制を図ることができる。 According to the first invention, the exhaust gas recirculation passage is provided separately from the reformed gas recirculation passage. The exhaust gas recirculation passage can recirculate part of the gas flowing through the exhaust passage of the internal combustion engine downstream of the reformed gas generation means to the internal combustion engine. The exhaust gas flowing through the exhaust passage of the internal combustion engine downstream from the reformed gas generating means is relatively cooler than the gas flowing through the reformed gas recirculation path via the reformed gas generating means. For this reason, even when the reformed gas is not generated, the low-temperature gas can be recirculated to the intake passage of the internal combustion engine. Therefore, according to the first invention, it is possible to suppress the deterioration of combustion even when the reformed gas is not generated.
第2の発明によれば、改質ガス還流通路を経由して還流するガスの流量及び排ガス還流通路を経由して還流するガスの流量を、それぞれ第1流量調整弁、第2流量調整弁で調整することができる。また、排気還流を行う際、排ガス還流通路を通るガスが、改質ガス還流通路を通るガスよりも先に還流するように第1流量調整弁及び第2流量調整弁を制御することができる。このため、排気還流を行う際には相対的に低温のガスを優先的に還流できる。したがって、燃焼悪化の抑制をより一層図ることができる。 According to the second invention, the flow rate of the gas recirculated through the reformed gas recirculation passage and the flow rate of the gas recirculated through the exhaust gas recirculation passage are respectively determined by the first flow rate adjustment valve and the second flow rate adjustment valve. Can be adjusted. Further, when exhaust gas recirculation is performed, the first flow rate adjustment valve and the second flow rate adjustment valve can be controlled such that the gas passing through the exhaust gas recirculation passage is recirculated before the gas passing through the reformed gas recirculation passage. For this reason, when performing exhaust gas recirculation, a relatively low temperature gas can be preferentially recirculated. Therefore, it is possible to further suppress the deterioration of combustion.
第3の発明によれば、第2流量調整弁の開度を全開としても要求排気還流量を達成することができない場合には、第1流量調整弁の開弁が許可される。したがって、要求排気還流量が多い場合にも対応することができる。 According to the third aspect, when the required exhaust gas recirculation amount cannot be achieved even when the opening of the second flow rate adjustment valve is fully opened, the opening of the first flow rate adjustment valve is permitted. Therefore, it is possible to cope with a case where the required exhaust gas recirculation amount is large.
第4の発明によれば、改質ガスを生成可能な所定条件にない場合には、改質用燃料が改質用生成手段に供給されることを禁止することができる。このため、改質ガスを有効に還流することができると共に、改質用燃料の効果的な利用を図ることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, it is possible to prohibit the supply of the reforming fuel to the reforming generating means when there is no predetermined condition capable of generating the reformed gas. For this reason, the reformed gas can be effectively refluxed, and the reforming fuel can be effectively used.
第5の発明によれば、トルク変動が所定値を超えた場合には、第1流量調整弁から還流するガスの流量を増加させ、第2流量調整弁から還流する改質ガスの流量を減少させることができる。改質ガスは水素ガスを含むガスであるため、第1流量調整弁から還流するガス流量を増加させれば水素ガスも増加させることができる。したがって、トルク変動が所定値を超えた場合には、水素ガスをより多く還流することでトルク変動の悪化を抑制できる。 According to the fifth invention, when the torque fluctuation exceeds a predetermined value, the flow rate of the gas recirculated from the first flow rate adjustment valve is increased, and the flow rate of the reformed gas recirculated from the second flow rate adjustment valve is decreased. Can be made. Since the reformed gas is a gas containing hydrogen gas, the hydrogen gas can be increased by increasing the gas flow rate recirculated from the first flow rate adjusting valve. Therefore, when the torque fluctuation exceeds a predetermined value, the deterioration of the torque fluctuation can be suppressed by recirculating more hydrogen gas.
第6の発明によれば、ノッキングの発生時に、第1流量調整弁から還流するガスの流量を増加させ、第2流量調整弁から還流する改質ガスの流量を減少させることができる。したがって、改質ガスをより多く還流してノッキングの解消を図ることができる。 According to the sixth aspect, when knocking occurs, the flow rate of the gas recirculated from the first flow rate adjustment valve can be increased, and the flow rate of the reformed gas recirculated from the second flow rate adjustment valve can be decreased. Therefore, knocking can be eliminated by refluxing more reformed gas.
第7の発明によれば、点火時期の制御において、第1流量調整弁から還流するガスの流量を増加させ、第2流量調整弁から還流する改質ガスの流量を減少させることができる場合には、点火時期の遅角量を小さくすることができる。ノッキングの発生時に点火時期を遅角制御すればノッキングを解消できるが、トルクが低減してしまう。このため、第1流量調整弁から還流するガスの流量を増加させ、第2流量調整弁から還流する改質ガスの流量を減少させることができる場合には、改質ガスをより多く還流してノッキングを解消すると共に、点火時期の遅角量を小さくして、トルクの低減を抑制することができる。 According to the seventh aspect, in the ignition timing control, when the flow rate of the gas recirculated from the first flow rate adjustment valve can be increased and the flow rate of the reformed gas recirculated from the second flow rate adjustment valve can be decreased. Can reduce the retard amount of the ignition timing. If the ignition timing is retarded when knocking occurs, knocking can be eliminated, but the torque is reduced. Therefore, when the flow rate of the gas recirculated from the first flow rate adjustment valve can be increased and the flow rate of the reformed gas recirculated from the second flow rate adjustment valve can be decreased, the reformed gas is recirculated more. It is possible to eliminate knocking and reduce the retard amount of the ignition timing to suppress torque reduction.
第8の発明によれば、排気還流の停止要求があったときには、改質ガス還流通路を流れるガスが、排ガス還流通路を流れるガスの還流停止後も吸気通路に還流するように第1流量調整弁及び第2流量調整弁の閉弁時期を制御することができる。このため、排気還流を停止する際に、排ガス還流通路を流れるガスよりも、改質ガス還流通路を流れる改質ガス含有ガスを相対的に遅い時期まで還流することができる。したがって、生成した改質ガスを効率的に利用することができる。 According to the eighth invention, when there is a request to stop exhaust gas recirculation, the first flow rate adjustment is performed so that the gas flowing through the reformed gas recirculation passage is recirculated to the intake passage after the recirculation of the gas flowing through the exhaust gas recirculation passage is stopped. The valve closing timing of the valve and the second flow rate adjustment valve can be controlled. For this reason, when the exhaust gas recirculation is stopped, the reformed gas-containing gas flowing in the reformed gas recirculation passage can be recirculated to a relatively later time than the gas flowing in the exhaust gas recirculation passage. Therefore, the generated reformed gas can be used efficiently.
第9の発明によれば、排気還流の停止要求が内燃機関の減速時にあったときに、改質ガスを吸気通路に一時的に多く還流させることができる。これにより、吸気通路に改質ガスを多く残留させて、再加速を行う際の応答性を向上させることができる。 According to the ninth aspect, when the exhaust gas recirculation stop request is made at the time of deceleration of the internal combustion engine, a large amount of the reformed gas can be recirculated to the intake passage temporarily. As a result, a large amount of the reformed gas remains in the intake passage, and the responsiveness when performing re-acceleration can be improved.
第10の発明によれば、第2流量調整弁の故障が検知された場合に、改質用燃料の供給量を増加することができる。第2流量調整弁が故障した場合には、相対的に低温のガスを所望の量だけ還流できなくなる。このため、内燃機関から排出される排気ガスの温度が高温となる可能性がある。したがって、改質用燃料の供給量を増やし、改質ガス生成手段の温度上昇を防止する。したがって、第2流量調整弁が故障した場合に、改質ガス生成手段の熱劣化を防止することができる。 According to the tenth aspect, the supply amount of reforming fuel can be increased when a failure of the second flow rate adjustment valve is detected. When the second flow rate adjusting valve fails, it becomes impossible to recirculate a relatively low temperature gas by a desired amount. For this reason, the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine may become high. Therefore, the supply amount of the reforming fuel is increased, and the temperature rise of the reformed gas generating means is prevented. Therefore, when the second flow rate adjusting valve fails, it is possible to prevent thermal deterioration of the reformed gas generating means.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified or omitted.
実施の形態1.
[システム構成の説明]
図1は、本発明の実施の形態1のシステム構成を説明するための図である。図1に示す
ように、本実施形態のシステムは、内燃機関10を備えている。内燃機関10の各気筒には、吸気マニホールド12を介して吸気通路14が接続されている。
Embodiment 1 FIG.
[Description of system configuration]
FIG. 1 is a diagram for explaining a system configuration according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the system of the present embodiment includes an
吸気通路14には、燃料噴射装置16が設けられている。また、吸気通路14の上流には、吸入空気量を計測するためのエアフローメータ18が設置されている。エアフローメータ18を経由して吸気通路14を流れる空気は、燃料噴射装置16から吸気通路14に噴射された燃料と混合気を形成し、内燃機関10の各気筒に流入する。なお、燃料噴射装置16は、図示の構成と異なり、各気筒内に直接に燃料を噴射する燃料噴射装置を用いるようにしてもよい。
A
内燃機関10の各気筒には、排気マニホールド20を介して排気通路22が接続されている。排気通路22の途中には、熱交換器24が設置されている。熱交換器24内には、改質室26と、排気通路28とが形成されている。この改質室26と、排気通路28とは、隔壁により隔てられており、排気通路22から流入した排気ガスは、排気通路28を通過する。
An
改質室26には、燃料改質触媒が担持されている。この燃料改質触媒の成分としては、例えば、Rh、Co、Ni等が好ましく用いられる。熱交換器24を用いることで、排気通路22を通過する排気ガスの熱により、改質室26を加熱することができる。
A fuel reforming catalyst is carried in the reforming
熱交換器24の上流側の排気通路22には、排気ガスの一部を取り出すための分岐管30の一端が接続されている。この分岐管30の他端は、熱交換器24の改質室26に連通している。分岐管30の途中には、分岐管30内を通る排気ガス中に改質用燃料を噴射する改質用燃料供給装置32が設置されている。
One end of a
分岐管30により取り出された排気ガスと、改質用燃料供給装置32から噴射された燃料とは、改質室26に流入する。この際、燃料改質触媒の作用により改質反応を起こす。この改質反応により生成された改質ガスは、水素ガスを含むガスであり、改質ガス導管34を通って、吸気通路14内に流入する。改質ガスは、エアフローメータ18を経由して吸気通路14を流れる吸入空気と混合する。改質ガス導管34の途中には、改質ガス導管34内を流れるガスを冷却する冷却器36が設置されている。改質ガス導管34と吸気通路14との接続部の付近には、吸入空気への改質ガスの混合割合を調整するための流量調整弁38が設置されている。
The exhaust gas taken out by the
熱交換器24の下流側の排気通路22には、排気ガスの一部を取り出すための排気ガス導管40の一端が接続されている。この排気ガス導管40の他端は、吸気通路14と接続されている。排気ガス導管40を流れる排気ガスは、エアフローメータ18を経由して吸気通路14を流れる吸入空気と混合する。排気ガス導管40の途中には、排気ガス導管40を流れるガスを冷却するための冷却器42が設置されている。排気ガス導管40と吸気通路14との接続部の付近には、吸入空気への改質ガスの混合割合を調整するための流量調整弁44が設置されている。
One end of an
本実施形態のシステムは、更に、ECU(Electronic Control Unit)50を備えている。ECU50には、上述した燃料噴射装置16、エアフローメータ18、改質用燃料供給装置32、流量調整弁38、44等の各種アクチュエータが電気的に接続されている。また、ECU50には、クランク角センサ52、筒内圧センサ54等の各種センサが電気的に接続されている。
The system of this embodiment further includes an ECU (Electronic Control Unit) 50. The
内燃機関10を運転すると、排気通路22を流れる排気ガスが、それぞれ改質ガス導管34、排気ガス導管40を通って吸気通路14に還流する。つまり、改質ガス導管34と排気ガス導管40を用いた2つの外部EGR(Exhaust Gas Recirculation)が実行される。本実施形態のシステムでは、この2つの外部EGRを、内燃機関10の運転状態、要求される排気還流量(要求EGR量)等に応じて制御することとしている。
When the
図2は、内燃機関10の運転状態(回転数及び負荷)に応じて上述した2つのEGRを制御する際の機構を説明するための図である。本実施形態のシステムでは、EGRの要求があった際に、低回転・低負荷の場合には、流量調整弁44のみ開弁する。一方、高回転・高負荷の場合には、流量調整弁44と併せ流量調整弁38も開弁する。
FIG. 2 is a diagram for explaining a mechanism for controlling the above-described two EGRs according to the operating state (the rotational speed and the load) of the
このように2つのEGRを制御するのは、改質反応の進行が改質室26の燃料改質触媒の状態と相関するからである。つまり、燃料改質触媒の状態は、ある温度領域で活性化する。逆を言えば、その温度領域以外では燃料改質触媒の状態が活性状態でなく、改質反応が十分に進行しない。したがって、本実施形態のシステムでは、このような温度領域を、運転状態を用いて判断し、運転状態に応じて流量調整弁38、44を開閉制御することとしている。
The two EGRs are controlled in this way because the progress of the reforming reaction correlates with the state of the fuel reforming catalyst in the reforming
具体的には、燃料改質触媒が活性状態でない場合には、先ず、熱交換器24の下流側の排気通路22からのEGRを実行する。こうすることで、上流側よりも相対的に温度の低いガスを吸気通路14に還流することができる。これは、内燃機関10から排出された排気ガスが、排気通路22を流れるに従って、排気通路22に熱を奪われるためである。したがって、吸入空気との混合ガスが高温のまま内燃機関10に導入されることを抑制できることから、燃焼の悪化を抑制し、ノッキングの発生を抑制できる。
Specifically, when the fuel reforming catalyst is not in an active state, first, EGR from the
一方、燃料改質触媒が活性状態である場合には、流量調整弁44を制御して相対的に温度の低い排気ガスを還流すると同時に、流量調整弁38を制御して改質ガスを還流する。EGRの実行によりポンプロスを低減できるが、EGR量が多くなると燃焼速度が遅くなるため燃焼が悪化する。その結果、内燃機関10の出力トルクが低下し、ドライバビリティが悪化する。このため、水素ガスを含む改質ガスを還流する。この水素ガスは急速燃焼することができる。したがって、水素ガスを含むガスを還流すれば、EGR量増加に伴う燃焼の悪化を抑制できる。これにより、燃焼の悪化を抑制することができる。
On the other hand, when the fuel reforming catalyst is in an active state, the
また、本実施形態のシステムでは、要求EGR量(EGR率)に応じて上述した2つのEGRが制御される。図3は、要求EGR量に応じて上述した2つのEGRを制御する際の、流量調整弁38、44の動作を説明するための図である。図3(a)は、要求EGR量と流量調整弁38の開度との関係を示し、図3(b)は、要求EGR量と流量調整弁44の開度との関係をそれぞれ示す。
Further, in the system according to the present embodiment, the two EGRs described above are controlled according to the required EGR amount (EGR rate). FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the flow
図3(b)に示すように、要求EGR量が少ない場合は、流量調整弁44の開閉制御が実行される。したがって、要求EGR量を流量調整弁44の開閉制御のみで達成でき、熱交換器24の下流側の排気通路22からのEGRで対応することができる。
As shown in FIG. 3B, when the required EGR amount is small, opening / closing control of the flow
一方、要求EGR量が多くなり、流量調整弁44を全開としても達成できない場合には、図3(b)に示す流量調整弁44を全開とする制御を実行すると共に、図3(a)に示すように、流量調整弁38の開閉制御を実行し、熱交換器24の上流側の排気通路22からのEGRを併用する。こうすることで、要求EGR量の不足分を補うことができる。この際、流量調整弁44は全開であることから、吸気通路14を流れるガスには、相対的に温度の低いガスが多く含まれる。したがって、燃焼改質触媒が活性状態でない場合であっても、燃焼の悪化を抑制し、ノッキングの発生を抑制できる。
On the other hand, when the required EGR amount increases and cannot be achieved even when the flow
ここで、要求EGR量は、エンジン回転数および負荷から算出できる。要求EGR量(率)は、要求EGR量の前回演算値と今回演算値との差(今回演算値−前回演算値)または比率(今回演算値/前回演算値)から算出することができる。要求EGR量は、算出される毎にECU50に記憶されているものとする。
Here, the required EGR amount can be calculated from the engine speed and the load. The required EGR amount (rate) can be calculated from the difference (current calculated value−previous calculated value) or ratio (current calculated value / previous calculated value) between the previous calculated value and the current calculated value of the requested EGR amount. It is assumed that the required EGR amount is stored in the
[実施の形態1における具体的処理]
図4は、上記の機能を実現するために、ECU50が実行するルーチンのフローチャートである。図4に示すルーチンによれば、まず、流量調整弁に対する開弁指令が出されたか否かが判別される(ステップ100)。具体的には、ECU50において、要求EGR量が算出された場合には、開弁指令が出されたものと判別される。開弁指令が出されていないと判別された場合には、本ルーチンは一旦終了する。
[Specific Processing in Embodiment 1]
FIG. 4 is a flowchart of a routine executed by the
開弁指令が出されたと判別された場合には、改質室26に担持された燃料改質触媒が改質可能領域にあるか否かが判別される(ステップ120)。上述したように、燃料改質触媒の状態は、内燃機関10の運転状態で判断される。改質可能領域にないと判別された場合には、改質用燃料を供給しても改質ガスの発生が見込まれないため、熱交換器24への改質用燃料の噴射が禁止される(ステップ140)。一方、改質可能領域にある場合には、熱交換器24への改質用燃料の噴射が許可される(ステップ160)。
If it is determined that the valve opening command has been issued, it is determined whether or not the fuel reforming catalyst carried in the reforming
ステップ180では、ステップ100で算出した要求EGR量に応じて流量調整弁44の開度が制御される。これにより、相対的に低温の排気ガスが吸気通路14に還流する。続いて、この流量調整弁44の開度が全開であるか否かが判別される(ステップ200)。つまり、流量調整弁44を全開したにも関らず、要求EGR量を満足することができない場合には、流量調整弁38の開度を要求開度まで開く(ステップ220)。こうすることで、流量調整弁44のみでは不足するEGR量を追加して、要求EGR量を補償する。一方、流量調整弁44の開度が全開でないと判別された場合には、本ルーチンは一旦終了する。
In
ステップ240では、ステップ180同様に、流量調整弁44の開度が制御される。続いて、ステップ260では、ステップ200同様、流量調整弁44の開度が全開であるか否かが判別される。流量調整弁44の開度が全開と判別された場合には、要求EGR量を補償するべく流量調整弁38を要求開度まで開く(ステップ280)。一方、流量調整弁44の開度が全開でないと判別された場合には、本ルーチンは一旦終了する。
In
ステップ280に続いて、熱交換器24への改質用燃料の噴射が実行される(ステップ300)。これにより、活性状態の燃料改質触媒で生成した改質ガスが吸気通路14に還流する。
Subsequent to step 280, the reforming fuel is injected into the heat exchanger 24 (step 300). As a result, the reformed gas generated by the fuel reforming catalyst in the active state recirculates to the
以上説明した図4のルーチンによれば、流量調整弁44の開弁時期を、流量調整弁38の開弁時期よりも早くすることができる。これにより、吸気通路14に、流量調整弁44を経由した低温の排気ガスを優先的に還流することができる。したがって、燃焼の悪化を抑制すると共に、ノッキングの発生を抑制できる。
According to the routine of FIG. 4 described above, the opening timing of the flow
また、図4のルーチンによれば、要求EGR量を流量調整弁44の制御で達成できる場合には、流量調整弁38の開弁を禁止することができる。したがって、流量調整弁44の制御で要求EGR量を達成できる場合には、流量調整弁44を経由した低温の排気ガスのみを還流できる。また、流量調整弁38、44を両方開弁する場合であっても、流量調整弁44を経由した低温の排気ガスを、流量調整弁38を経由したガスに比べて相対的に多く還流することができる。したがって、燃焼の悪化を抑制し、ノッキングの発生を抑制できる。
Further, according to the routine of FIG. 4, when the required EGR amount can be achieved by the control of the flow
また、図4のルーチンによれば、燃料改質触媒が活性状態でない場合には、改質用燃料の供給を禁止することができる。これにより、改質用燃料を有効に活用できると共に、改質ガスを効果的に発生させることができる。 Further, according to the routine of FIG. 4, when the fuel reforming catalyst is not in an active state, the supply of the reforming fuel can be prohibited. As a result, the reforming fuel can be used effectively and the reformed gas can be generated effectively.
尚、上述した実施の形態1においては、吸気通路14に排気ガス導管40の一端を接続したが、排気ガス導管40の一端は、内燃機関10の吸気ポートに接続されていてもよい。具体的には、図5に示すとおりである。すなわち、排気ガス導管40は、吸気マニホールド12の吸気ポートと接続口46a〜dを介して接続されていてもよい。熱交換器24の下流側の排気通路22からのEGRによれば、上流側のEGRよりも相対的に温度の低いガスを還流することができる。また、この相対的に温度の低いガスが、接続口46a〜dを介して各気筒に直接的に供給されることで、燃焼の悪化の抑制とノッキングの発生の抑制を、より一層実現できる。なお、本変形例は、後述する実施の形態2〜6においても同様に適用が可能である。
In the first embodiment described above, one end of the
なお、上述した実施の形態1においては、熱交換器24が前記第1の発明における「改質ガス生成手段」に、改質ガス導管34が前記第1の発明における「改質ガス還流通路」に、排気ガス導管40が前記第1の発明における「排ガス還流通路」に、それぞれ相当する。
In the first embodiment described above, the
また、上述した実施の形態1においては、流量調整弁38が前記第2の発明における「第1流量調整弁」に、流量調整弁44が前記第2の発明における「第2流量調整弁」に、それぞれ相当する。また、ECU50が図4のステップ100〜180、240の処理を実行することにより前記第2の発明における「開弁時期制御手段」が実現されている。
In the first embodiment described above, the flow
また、上述した実施の形態1においては、ECU50が内燃機関10の回転数及び負荷に基づいて要求EGR量を算出、記憶することにより、前記第3の発明における「要求排気還流量取得手段」が、図4のステップ100、180〜280の処理を実行することにより前記第3の発明における「開度制御手段」が、図4のステップ200、220又はステップ260、280の処理を実行することにより前記第3の発明における「開弁許可手段」が、それぞれ実現されている。
Further, in the first embodiment described above, the “required exhaust gas recirculation amount acquisition means” in the third aspect of the present invention is obtained when the
また、上述した実施の形態1においては、改質用燃料供給装置32が前記第4の発明における「改質用燃料供給手段」に相当する。また、ECU50が図4のステップ120の処理を実行することにより前記第4の発明における「改質条件判定手段」が、図4のステップ140の処理を実行することにより前記第4の発明における「供給禁止手段」が、それぞれ実現されている。
In the first embodiment described above, the reforming
実施の形態2.
本実施形態のシステムでは、図1の構成で、熱交換器24への改質用燃料の噴射が許可された場合に、トルクの変動を検出してこれらの流量調整弁38、44の開度を制御することをその特徴とする。
Embodiment 2. FIG.
In the system of this embodiment, when the injection of reforming fuel into the
燃焼の悪化が発生すると、内燃機関10の出力トルクに変動が生じる場合がある。このため、本実施形態のシステムでは、このような場合に、改質ガスをより多く吸気通路14に還流する制御を実行する。実施の形態1で述べたように、改質ガスは水素ガスを含むガスであり、燃焼の悪化を抑制することができる。したがって、改質ガスをより多く還流させれば、水素ガスをより多く流入できることから、出力トルクの変動を抑制できる。
When the deterioration of combustion occurs, the output torque of the
また、本実施形態のシステムでは、流量調整弁38の開度を増加させると共に、流量調整弁44の開度を減じる制御を実行する。流量調整弁44の開度を変化させずに流量調整弁38の開度を増加させると、EGR量の総量が単に増加し、却って燃焼が悪化する場合がある。このため、流量調整弁38の開度を増加させた場合には、流量調整弁44の開度を減じる。こうすることで、要求EGR量を確実に実現するとともに、燃焼悪化を抑制することができる。
Further, in the system of the present embodiment, control is performed to increase the opening degree of the flow
トルクの変動は、クランク角センサ52から取得する信号に基づいてクランク軸の角加速度を求め、トルクの変動の対応値として用いることができる。また、筒内圧センサ54から取得する信号と、クランク角センサ52から取得する信号とに基づいて図示トルクを算出し、トルクの変動の対応値として用いることもできる。更に、内燃機関10がハイブリッド車両の駆動システムを構成する場合には、モータージェネレータ(図示せず)によりトルクの変動を直接検出することもできる。
The torque fluctuation can be used as a corresponding value of the torque fluctuation by obtaining the angular acceleration of the crankshaft based on the signal acquired from the
[実施の形態2における具体的処理]
図6は、上記の機能を実現するために、ECU50が実行するルーチンのフローチャートである。図6に示すルーチンによれば、まず、熱交換器24への燃料噴射が実行中であるか否かが判別される(ステップ320)。燃料噴射が実行中でない場合には、改質ガスの供給をしても改質ガスの発生が見込まれないため、本ルーチンは一旦終了する。
[Specific Processing in Second Embodiment]
FIG. 6 is a flowchart of a routine executed by the
一方、燃料噴射が実行中であると判別された場合には、トルクの変動が検出される(ステップ340)。トルクの変動の検出方法については、上述した通りである。続いて、検出したトルク変動が悪化しているか否かが判別される(ステップ360)。この判定は、別途ECU50に記憶した判定値と比較することにより行われる。この結果、トルク変動が悪化していると判別された場合には、流量調整弁38の開度が増大側に補正がされ(ステップ380)、流量調整弁44の開度が減少側に補正される(ステップ400)。一方、トルク変動が悪化していないと判別された場合には、流量調整弁38、44の開度は補正されることなく、本ルーチンを閉じる。
On the other hand, if it is determined that fuel injection is being performed, torque fluctuation is detected (step 340). The method for detecting torque fluctuation is as described above. Subsequently, it is determined whether or not the detected torque fluctuation has deteriorated (step 360). This determination is performed by comparing with a determination value stored in the
上記図6のルーチンによれば、トルク変動が悪化した場合には水素ガスの供給量を増加するように流量調整弁38の開度が増大側に補正されるため、燃焼の悪化を抑制し、トルクの変動を抑制することができる。
According to the routine of FIG. 6 described above, when the torque fluctuation is deteriorated, the opening degree of the flow
また、上記図6のルーチンによれば、流量調整弁38の開度を増大側に補正した場合には、流量調整弁44の開度を減少側に補正することができるため、流量調整弁38の開弁補正に伴うEGR量の増加を流量調整弁44の開度で調整することができる。
Further, according to the routine of FIG. 6, when the opening degree of the flow
なお、上述した実施の形態2においては、図6のステップ340の処理を実行することにより前記第5の発明における「トルク変動検出手段」が、図6のステップ360の処理を実行することにより前記第5の発明における「トルク変動判定手段」が、図6のステップ380、400の処理を実行することにより前記第5の発明における「開度補正手段」が、それぞれ実現されている。
In the second embodiment described above, the “torque fluctuation detecting means” in the fifth aspect of the present invention executes the process of
実施の形態3.
本実施形態のシステムでは、図1の構成で、筒内圧センサ54あるいは公知のノックセンサ(図示せず)によりノッキングを検出する。そして、ノッキングが検出された場合には、そのときの流量調整弁38、44の開度に応じて、流量調整弁38、44の開度を変更する制御及び点火時期を遅角する制御を実行することをその特徴とする。
Embodiment 3 FIG.
In the system of this embodiment, knocking is detected by the in-
図7は、要求EGR量(EGR率)に応じて上述した2つのEGRを制御する際にノッキングが検出された場合の流量調整弁38、44の動作を説明するための図である。図7(a)は、要求EGR量と流量調整弁38の開度との関係を示し、図7(b)は要求EGR量と流量調整弁44の開度との関係をそれぞれ示す。
FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the flow
図7に領域Iとして示すように、流量調整弁44が全開になるまでの領域や、流量調整弁38、44が共に全開に制御されている領域においては、流量調整弁38、44の開度を変更する制御は実行されない。図3の説明で既述したように、要求EGR量を流量調整弁44の制御のみで達成できる場合には、流量調整弁38は開弁されない。したがって、流量調整弁44が全開になるまでの領域においては、流量調整弁38、44の開度を変更する制御は実行されない。また、流量調整弁38、44が共に全開に制御されている領域においては、流量調整弁38の開度を増大させる制御ができない。したがって、領域Iでは、流量調整弁38、44の開度を変更する制御は実行されない。
As shown as region I in FIG. 7, in the region until the flow
流量調整弁38、44の開度が上記の領域Iに該当するときにノッキングが検出された場合には、点火時期の遅角制御(遅角量α)を実行してノッキングの解消を図る。
When knocking is detected when the opening degree of the flow
一方、図7に領域IIとして示すように、つまり、上記の領域Iに該当しない場合には、流量調整弁38、44の開度を同時に制御することで、要求EGR量を達成することができる。領域IIにおいて、ノッキングが検出された場合には、流量調整弁38の開度を増加させる(bからb’へと変更)と共に、流量調整弁44の開度を減じる(aからa’へと変更)制御を実行する。こうすることで、より多くの改質ガスを吸気通路14に還流することができる。
On the other hand, as shown as region II in FIG. 7, that is, when the region does not correspond to the region I, the required EGR amount can be achieved by simultaneously controlling the opening degree of the flow
また、上記の制御に加えて、点火時期の遅角制御(遅角量β)を実行する。改質ガスを吸気通路14に還流することでノッキングを解消できる場合がある。しかしながら、改質ガスを還流してもなおノッキングが解消できない場合には、点火時期の遅角制御を実行し、ノッキングの解消を図る。この場合には、既に改質ガスが還流されているため、遅角量βは遅角量αよりも少ない遅角量に設定される。こうすることで、点火時期の遅角制御を実行することによる出力トルクの低減を抑制することができる。また、アクセル開度に対するレスポンスの向上も図ることができる。
In addition to the above control, ignition timing retard control (retard amount β) is executed. In some cases, knocking can be eliminated by returning the reformed gas to the
[実施の形態3における具体的処理]
図8は、上記の機能を実現するために、ECU50が実行するルーチンのフローチャートである。図8に示すルーチンによれば、まず、ノッキングの発生が検出される(ステップ420)。ノッキングの発生が検知された場合には、ステップ440に進む。一方、ノッキングの発生が検出されなかった場合には、本ルーチンは一旦終了する。
[Specific Processing in Embodiment 3]
FIG. 8 is a flowchart of a routine executed by the
ステップ440では、流量調整弁38、44の開度を変更する制御が可能な領域か否かが判別される。すなわち、上記の領域IIに該当するか否かが判別される。そして、領域IIに該当しない場合、例えば、熱交換器24への燃料噴射が実行中でない場合等は、点火時期遅角量が遅角量αに設定される(ステップ460)。これにより、ノッキングの解消を図ることができる。
In
ステップ440で領域IIに該当すると判別された場合には、流量調整弁38の開度が増大側に補正され、熱交換器24への改質用燃料の供給量が増加され、流量調整弁44の開度が減少側に補正される(ステップ480)。これにより、要求EGR量を実現しつつ、ノッキングの解消を図ることができる。ステップ480に続いて、点火時期遅角量が遅角量βに設定される(ステップ500)。これにより、改質ガスを還流してもなおノッキングが解消できない場合であっても、ノッキングの解消を図ることができる。
If it is determined in
以上、上記図8のルーチンによれば、ノッキングが発生したとしても、ノッキングを確実に解消できる。また、上記図8のルーチンによれば、上記の領域IIに該当する領域では、ノッキングの解消と、点火時期の遅角制御を実行することによる出力トルクの低減抑制とを実現することができる。 As described above, according to the routine shown in FIG. 8, even when knocking occurs, knocking can be reliably eliminated. Further, according to the routine shown in FIG. 8, in the region corresponding to the region II, it is possible to achieve the elimination of knocking and the suppression of the reduction in output torque by executing the retard control of the ignition timing.
なお、上述した実施の形態3においては、図8のステップ420の処理を実行することにより前記第6の発明における「ノッキング検出手段」が、図8のステップ480の処理を実行することにより前記第6の発明における「開度補正第2手段」が、それぞれ実現されている。
In the above-described third embodiment, the “knocking detection means” in the sixth invention by executing the process of
また、上述した実施の形態3においては、図8のステップ460、500の処理を実行することにより前記第7の発明における「点火時期遅角制御手段」が、図8のステップ440のステップを処理することにより前記第7の発明における「補正可能判定手段」が、それぞれ実現されている。
Further, in the third embodiment described above, by executing the processing of
実施の形態4.
本実施形態のシステムでは、図1の構成で、流量調整弁の全閉要求があった場合に、改質ガス導管34を流れるガスが、排気ガス導管40を流れるガスの還流停止後も吸気通路14に還流するように閉弁時期を制御することをその特徴とする。
Embodiment 4 FIG.
In the system according to the present embodiment, in the configuration of FIG. 1, when there is a request for full closing of the flow rate adjustment valve, the gas flowing through the reformed
流量調整弁の全閉要求があった場合、つまり、EGRの停止要求があった場合には、流量調整弁38、44が閉弁される。流量調整弁38、44は、要求EGR量に対応して開閉制御されている。このため、EGRの停止要求があった場合に、流量調整弁44のみが開弁している場合には、流量調整弁44が閉弁され、流量調整弁44と併せて流量調整弁38が開弁している場合には、両方が閉弁される。
When there is a request to fully close the flow rate adjusting valve, that is, when there is a request to stop EGR, the flow
本実施形態のシステムでは、このうち、流量調整弁44と併せて流量調整弁38が開弁している場合に、流量調整弁38の閉弁時期を、流量調整弁44の閉弁時期よりも遅くする。こうすることで、吸気通路14に改質ガスをより遅い時期まで還流することができ、言い換えれば、改質ガス導管34に改質ガスを残留させないようにできることから、改質ガスを効率的に利用することができる。
In the system of the present embodiment, when the flow
[実施の形態4における具体的処理]
図9は、上記の機能を実現するために、ECU50が実行するルーチンのフローチャートである。図9に示すルーチンによれば、まず、流量調整弁の全閉要求があるか否かが判別される(ステップ520)。全閉要求がない場合には、本ルーチンは一旦終了する。
[Specific Processing in Embodiment 4]
FIG. 9 is a flowchart of a routine executed by the
全閉要求がある場合には、流量調整弁38が開弁中であるか否かが判別される(ステップ540)。つまり、流量調整弁38、44が共に開弁しているか否かが判別される。実施の形態1で述べたように、流量調整弁38は、流量調整弁44のみでは不足するEGR量を補償するように制御されている。したがって、流量調整弁38が開弁中であるか否かを判別することで、流量調整弁38、44が共に開弁しているかが判別される。
If there is a fully closed request, it is determined whether or not the flow
流量調整弁38、44が共に開弁していると判別された場合には、先ず、流量調整弁44が全閉され(ステップ560)、続いて流量調整弁38が全閉され(ステップ580)、更に続いて、熱交換器24への燃料噴射が禁止される(ステップ600)。一方、流量調整弁38、44が共に開弁していないと判別された場合には、流量調整弁44が全閉され(ステップ620)、本ルーチンは終了する。
When it is determined that both the flow
以上説明した図9のルーチンによれば、流量調整弁38、44が共に開弁している状態で、EGRの停止要求があった場合には、流量調整弁38の閉弁時期を、流量調整弁44の閉弁時期よりも遅くすることにより、流量調整弁38から還流する改質ガスを効率的に利用することができる。
According to the routine of FIG. 9 described above, when the EGR stop request is made in a state where both the flow
なお、上述した実施の形態4においては、図9のステップ540〜580の処理を実行することにより前記第8の発明における「閉弁時期制御手段」が実現されている。
In the fourth embodiment described above, the “valve closing timing control means” according to the eighth aspect of the present invention is realized by executing the processing of
実施の形態5.
本実施の形態においては、図1の構成で、減速時に、流量調整弁38の閉弁時期を流量調整弁44の閉弁時期よりも遅くする制御を実行すると共に、流量調整弁38の開度を増大してから閉弁する制御を実行することをその特徴とする。
Embodiment 5 FIG.
In the present embodiment, in the configuration of FIG. 1, control is performed to delay the closing timing of the flow
図10は、減速(アクセルオフ)時の流量調整弁38、44及びアクセル(スロットル弁)開度の閉弁時期を説明するためのタイムチャートである。図10(a)は、流量調整弁38の開度を示し、図10(b)は、流量調整弁44の開度を示す。図10(c)は、アクセル(スロットル弁)の開度を示す。
FIG. 10 is a time chart for explaining the closing timings of the flow
図10(c)に示すように、例えば減速時(時刻Ta)には、アクセルがオフとなる。アクセルがオフとなればEGRも停止となる。したがって、図10(b)に示すように、先ず、流量調整弁44が全閉される(時刻Tb)。これにより、熱交換器24の下流側の排気通路22からのEGRを早期に停止させて、吸気通路14に残留する不活性ガスの量を低減できる。ここで、図10(b)に示すt1は、EGRの停止要求後、流量調整弁44が全閉されるまでの遅れ時間に相当する時間である。
As shown in FIG. 10C, for example, at the time of deceleration (time T a ), the accelerator is turned off. If the accelerator is turned off, EGR is also stopped. Therefore, as shown in FIG. 10B, first, the flow
また、流量調整弁44が全閉された後、図10(a)に示すように、流量調整弁38が全閉される(時刻Td)。ここで、図10(a)に示すt5は、EGRの停止要求後、流量調整弁38が全閉されるまでの遅れ時間に相当する時間である。
After the flow
本実施の形態では、流量調整弁38が全閉される直前に、流量調整弁38の開度が増大される(時刻Tc)。こうすることで、流量調整弁38から還流する改質ガスを一時的に増大させることができる。これにより、より多くの改質ガスを吸気通路14に残留させることができるため、吸気中に存在する水素ガスの割合を増やすことができる。したがって、点火時期を進角させ、次回アクセルをオンとした場合のアクセル開度に対するレスポンス向上を図ることができる。
In the present embodiment, immediately before the flow
なお、図10(a)に示すt2は、流量調整弁44を全開とした後に、流量調整弁38の開度を増大させるまでの時間である。また、図10(a)に示すt3は、EGRの停止要求後、流量調整弁38の開度が増大されるまでの時間に相当する時間であり、上述したt1とt2との和に等しい時間である。また、図10(a)に示すt4は、流量調整弁38の開度を増大させている時間に相当する。
Incidentally, t 2 shown in FIG. 10 (a), the
なお、上述した実施の形態においては、流量調整弁44が全閉された後、流量調整弁38の開度を一時的に増大させることにより上記第9の発明における「第1流量調整弁開度補正手段」が実現されている。
In the above-described embodiment, after the flow
実施の形態6.
本実施形態のシステムでは、図1の構成で、流量調整弁44のフェール(故障)があった場合に、改質用燃料の供給量を一定時間増量させてから流量調整弁38を閉弁する制御を実行することをその特徴とする。
Embodiment 6 FIG.
In the system of this embodiment, in the configuration of FIG. 1, when there is a failure (failure) in the flow
流量調整弁44のフェールが検知された場合には、流量調整弁44から吸気通路14に還流するガス量の制御ができなくなる。このため、流量調整弁44のフェールがあった場合には、流量調整弁38を全閉にするフェールセーフ制御を実行する。このフェールセーフ制御では、流量調整弁38を全閉にした後に、熱交換器24への改質用燃料の供給が禁止されるが、改質用燃料の供給が行われなければ、燃料改質触媒上で改質反応が進行しない。
When a failure of the flow
ここで、改質反応は、吸熱反応であり、改質反応が進行するほど反応系の温度、すなわち燃料改質触媒の温度が低下することが知られている。つまり、流量調整弁38を開弁して改質ガスを吸気通路14に還流する間は、改質ガスによる燃焼悪化の抑制だけでなく、燃料改質触媒の温度上昇を防止できる。しかしながら、フェールセーフ制御を実行して流量調整弁38を全閉にした場合には、改質用燃料の供給が行われなくなるため、上記の効果が図られず、燃料改質触媒の温度が徐々に上昇し、熱劣化に繋がる可能性がある。
Here, the reforming reaction is an endothermic reaction, and it is known that the temperature of the reaction system, that is, the temperature of the fuel reforming catalyst decreases as the reforming reaction proceeds. That is, while the flow
したがって、本実施形態のシステムでは、フェールセーフ制御を実行する場合には、改質用燃料の供給量を増加する制御を一定時間実行し、その後、流量調整弁38を全閉する制御を実行する。こうすることで、フェールセーフ制御中に、吸熱反応を急速に進行させ、燃料改質触媒の上昇に伴う熱劣化を引き起こすことを抑制できる。なお、フェールを検知した場合には、上記フェールセーフ制御を実行する同時に、フェールを外部、例えば車両の運転者に報知することが望ましい。
Therefore, in the system of this embodiment, when fail-safe control is executed, control for increasing the supply amount of reforming fuel is executed for a certain period of time, and thereafter control for fully closing the flow
[実施の形態6における具体的処理]
図11は、上記の機能を実現するために、ECU50が実行するルーチンのフローチャートである。図11に示すルーチンによれば、まず、流量調整弁38が開弁中であるか否かが判別される(ステップ640)。実施の形態1で述べたように、流量調整弁38は、流量調整弁44のみでは不足するEGR量を補償するように制御されている。したがって、流量調整弁38が開弁中であるか否かを判別すれば、結果的に、流量調整弁44に制御指令が出ているか否かを判別でき、流量調整弁44のフェールを判別する前提条件にあるか否かが判別される。フェールを判別する前提条件にないと判別された場合には、本ルーチンは一旦終了する。
[Specific Processing in Embodiment 6]
FIG. 11 is a flowchart of a routine executed by the
流量調整弁44のフェールを判別する前提条件にあると判別された場合には、流量調整弁44がフェールであるか否かが判別される(ステップ660)。流量調整弁44がフェールであると判別された場合には、熱交換器24への燃料噴射量が増量され(ステップ680)、続いて流量調整弁38が全閉され(ステップ700)、更に続いて、熱交換器24への燃料噴射が禁止される(ステップ720)。一方、流量調整弁44がフェールでないと判別された場合には、本ルーチンは終了する。
If it is determined that the precondition for determining the failure of the flow
以上説明した図11のルーチンによれば、流量調整弁44のフェールが発生している場合に、熱交換器24への燃料噴射量が増量されるため、燃料改質触媒の熱劣化を抑制することができる。
According to the routine of FIG. 11 described above, since the fuel injection amount to the
なお、上述した実施の形態6においては、図11のステップ660の処理を実行することにより前記第10の発明における「故障検知手段」が、図11のステップ680の処理を実行することにより前記第10の発明における「供給量制御手段」が、それぞれ実現されている。
In the above-described sixth embodiment, the “failure detecting means” in the tenth aspect of the invention by executing the process of
10 内燃機関
14 吸気通路
22 排気通路
24 熱交換器
32 改質用燃料供給装置
34 改質ガス導管
38 流量調整弁
40 排気ガス導管
44 流量調整弁
50 ECU
52 クランク角センサ
54 筒内圧センサ
DESCRIPTION OF
52
Claims (10)
前記改質ガス生成手段に接続され、前記改質ガスを前記内燃機関の吸気通路に還流する改質ガス還流通路と、
前記改質ガス生成手段よりも下流側の前記排気通路内の排気ガスの一部を前記吸気通路に還流する排ガス還流通路と、
を備えることを特徴とする燃料改質システム付き内燃機関。 A reformed gas generating means disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine and capable of generating a reformed gas containing hydrogen gas from a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage and the reforming fuel;
A reformed gas recirculation passage connected to the reformed gas generating means for recirculating the reformed gas to an intake passage of the internal combustion engine;
An exhaust gas recirculation passage for recirculating a part of the exhaust gas in the exhaust passage downstream of the reformed gas generating means to the intake passage;
An internal combustion engine with a fuel reforming system.
前記排ガス還流通路を通って前記吸気通路に還流するガスの流量を調整する第2流量調整弁と、
前記吸気通路に対する排気還流要求があった場合に、前記第1流量調整弁による排気還流のタイミングが前記第2流量調整弁による排気還流のタイミングよりも遅くなるように前記第1流量調整弁及び前記第2流量調整弁の開弁時期を制御する開弁時期制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の燃料改質システム付き内燃機関。 A first flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate of the gas that flows back to the intake passage through the reformed gas recirculation passage;
A second flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate of the gas that flows back to the intake passage through the exhaust gas recirculation passage;
When there is an exhaust gas recirculation request for the intake passage, the timing of exhaust gas recirculation by the first flow rate adjustment valve is slower than the timing of exhaust gas recirculation by the second flow rate adjustment valve, Valve opening timing control means for controlling the valve opening timing of the second flow rate adjusting valve;
The internal combustion engine with a fuel reforming system according to claim 1.
前記排ガス還流通路を通って前記吸気通路に還流するガスの流量を調整する第2流量調整弁と、
要求排気還流量を取得する要求排気還流量取得手段と、
前記要求排気還流量に応じて前記第1流量調整弁及び前記第2流量調整弁の開度を制御する開度制御手段と、を備え、
前記開度制御手段は、前記第2流量調整弁の開度を全開としてもなお前記要求排気還流量を達成できない場合に、前記第1流量調整弁の開弁を許可する開弁許可手段を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料改質システム付き内燃機関。 A first flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate of the gas that flows back to the intake passage through the reformed gas recirculation passage;
A second flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate of the gas that flows back to the intake passage through the exhaust gas recirculation passage;
Required exhaust gas recirculation amount acquisition means for acquiring the required exhaust gas recirculation amount;
Opening degree control means for controlling the opening degree of the first flow rate adjustment valve and the second flow rate adjustment valve according to the required exhaust gas recirculation amount,
The opening degree control means includes valve opening permission means for permitting opening of the first flow rate adjustment valve when the required exhaust gas recirculation amount cannot be achieved even when the opening degree of the second flow rate adjustment valve is fully opened. The internal combustion engine with a fuel reforming system according to claim 1 or 2.
前記改質ガス生成手段が前記改質ガスを生成可能な所定条件にあるか否かを判定する改質条件判定手段と、を備え、
前記改質用燃料供給手段は、前記所定条件にないと判定された場合に前記改質用燃料の供給を禁止する供給禁止手段を備えることを特徴とする請求項3に記載の燃料改質システム付き内燃機関。 A reforming fuel supply means for supplying the reforming fuel to the reformed gas generating means;
Reforming condition determining means for determining whether or not the reformed gas generating means is in a predetermined condition capable of generating the reformed gas,
The fuel reforming system according to claim 3, wherein the reforming fuel supply unit includes a supply prohibiting unit that prohibits the supply of the reforming fuel when it is determined that the predetermined condition is not satisfied. Internal combustion engine.
前記排ガス還流通路を通って前記吸気通路に還流するガスの流量を調整する第2流量調整弁と、
前記内燃機関のトルクの変動を検出するトルク変動検出手段と、
前記トルクの変動が所定値を超えたか否かを判定するトルク変動判定手段と、
前記トルクの変動が所定値を超えた場合に、前記排ガス還流通路を通って前記吸気通路に還流するガスの流量を減じ、前記改質ガス還流通路を通って前記吸気通路に還流する改質ガスの流量を増加するように前記第1流量調整弁及び前記第2流量調整弁の開度を補正する開度補正手段と、
を備えることを特徴とする請求項1乃至4いずれか1項に記載の燃料改質システム付き内燃機関。 A first flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate of the gas that flows back to the intake passage through the reformed gas recirculation passage;
A second flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate of the gas that flows back to the intake passage through the exhaust gas recirculation passage;
Torque fluctuation detecting means for detecting fluctuations in torque of the internal combustion engine;
Torque fluctuation determination means for determining whether or not the torque fluctuation exceeds a predetermined value;
When the fluctuation of the torque exceeds a predetermined value, the flow rate of the gas that flows back to the intake passage through the exhaust gas recirculation passage is reduced, and the reformed gas that flows back to the intake passage through the reformed gas recirculation passage Opening correction means for correcting the opening of the first flow rate adjustment valve and the second flow rate adjustment valve so as to increase the flow rate of
The internal combustion engine with a fuel reforming system according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
前記排ガス還流通路を通って前記吸気通路に還流するガスの流量を調整する第2流量調整弁と、
前記内燃機関のノッキングの発生を検出するノッキング検出手段と、
ノッキングの発生時に、前記排ガス還流通路を通って前記吸気通路に還流するガスの流量を減じ、前記改質ガス還流通路を通って前記吸気通路に還流する改質ガスの流量を増加するように前記第1流量調整弁及び前記第2流量調整弁の開度を補正する開度補正第2手段と、
を備えることを特徴とする請求項1乃至5いずれか1項に記載の燃料改質システム付き内燃機関。 A first flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate of the gas that flows back to the intake passage through the reformed gas recirculation passage;
A second flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate of the gas that flows back to the intake passage through the exhaust gas recirculation passage;
Knocking detection means for detecting occurrence of knocking in the internal combustion engine;
When knocking occurs, the flow rate of the gas returning to the intake passage through the exhaust gas recirculation passage is decreased, and the flow rate of the reformed gas returning to the intake passage through the reformed gas recirculation passage is increased. Opening correction second means for correcting the opening of the first flow rate adjustment valve and the second flow rate adjustment valve;
The internal combustion engine with a fuel reforming system according to claim 1, comprising:
前記開度補正第2手段が実行可能かどうかを判定する補正可能判定手段と、を備え、
前記点火時期遅角制御手段は、前記開度補正第2手段が実行可能な場合には、実行可能でない場合に比べて点火時期の遅角量を小さくすることを特徴とする請求項6に記載の燃料改質システム付き内燃機関。 Ignition timing retard control means for controlling the ignition timing to the retard side when knocking occurs,
Correctable determination means for determining whether or not the opening correction second means is executable,
The ignition timing retardation control means reduces the ignition timing retardation amount when the opening correction second means is executable compared to when it is not executable. An internal combustion engine with a fuel reforming system.
前記排ガス還流通路を通って前記吸気通路に還流するガスの流量を調整する第2流量調整弁と、を備え、
前記吸気通路に対する排気還流の停止要求があった場合に、前記第1流量調整弁による排気還流の停止タイミングが前記第2流量調整弁による排気還流の停止タイミングよりも遅くなるように前記第1流量調整弁及び前記第2流量調整弁の閉弁時期を制御する閉弁時期制御手段を備えることを特徴とする請求項1乃至7いずれか1項に記載の燃料改質システム付き内燃機関。 A first flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate of the gas that flows back to the intake passage through the reformed gas recirculation passage;
A second flow rate adjustment valve that adjusts the flow rate of the gas that flows back to the intake passage through the exhaust gas recirculation passage,
When there is a request to stop exhaust gas recirculation for the intake passage, the first flow rate is set so that the exhaust gas recirculation stop timing by the first flow rate adjustment valve is later than the exhaust recirculation stop timing by the second flow rate adjustment valve. The internal combustion engine with a fuel reforming system according to any one of claims 1 to 7, further comprising: a valve closing timing control unit that controls a valve closing timing of the adjusting valve and the second flow rate adjusting valve.
前記排ガス還流通路を通って前記吸気通路に還流するガスの流量を調整する第2流量調整弁と、
前記改質ガス生成手段に前記改質用燃料を供給する改質用燃料供給手段と、
前記第2流量調整弁の故障を検知する故障検知手段と、を備え、
前記改質用燃料供給手段は、前記故障が検知された場合に前記改質用燃料の供給量を増加する供給量制御手段を備えることを特徴とする請求項1乃至9いずれか1項に記載の燃料改質システム付き内燃機関。 A first flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate of the gas that flows back to the intake passage through the reformed gas recirculation passage;
A second flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate of the gas that flows back to the intake passage through the exhaust gas recirculation passage;
A reforming fuel supply means for supplying the reforming fuel to the reformed gas generating means;
A failure detection means for detecting a failure of the second flow rate adjustment valve,
10. The reforming fuel supply unit includes a supply amount control unit that increases a supply amount of the reforming fuel when the failure is detected. An internal combustion engine with a fuel reforming system.
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