JP2011012554A - Reforming catalyst system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気ガスを改質する改質触媒の被毒を回復する改質触媒システムに関する。 The present invention relates to a reforming catalyst system that recovers poisoning of a reforming catalyst that reforms exhaust gas.
従来より、改質触媒の被毒を回復できる内燃機関が知られている(例えば、特許文献1参照)。
この内燃機関は、改質触媒により排気ガスと燃料との混合ガスを改質した改質ガスの燃焼状態を検出する手段と、検出した燃焼状態により改質触媒が被毒したと判定すると、リーン燃焼で生じた酸素を含む排気ガスを改質触媒へ供給する手段とを備える。尚、この内燃機関が備える改質触媒は、供給された排気ガス中の酸素を用いて、被毒物質を燃焼させることで被毒から回復する。
Conventionally, an internal combustion engine that can recover poisoning of a reforming catalyst is known (see, for example, Patent Document 1).
When the internal combustion engine determines that the reformed catalyst is poisoned due to the detected combustion state, the means for detecting the combustion state of the reformed gas obtained by reforming the mixed gas of exhaust gas and fuel with the reforming catalyst, And means for supplying exhaust gas containing oxygen generated by combustion to the reforming catalyst. The reforming catalyst provided in the internal combustion engine recovers from poisoning by burning poisonous substances using oxygen in the supplied exhaust gas.
しかしながら、特許文献1に記載の内燃機関では、リーン燃焼を実現するための排気ガス空燃比を制御しないために排気ガス中の酸素量を制御できず、排気ガス中の酸素を用いて効率良く被毒を回復できないという問題があった。 However, in the internal combustion engine described in Patent Document 1, the amount of oxygen in the exhaust gas cannot be controlled because the exhaust gas air-fuel ratio for realizing lean combustion is not controlled, and the oxygen content in the exhaust gas cannot be controlled efficiently. There was a problem that the poison could not be recovered.
そこで、本発明の目的とするところは、改質触媒の被毒を効率良く回復できる改質触媒システムを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a reforming catalyst system that can efficiently recover poisoning of the reforming catalyst.
本発明に係る改質触媒システムは、排気ガスの一部に燃料を混合させた混合ガスを改質触媒で改質すると共に、改質したガスをエンジンに再吸気させるEGRと、EGRが循環させる排気ガスの排気ガス再循環率を、排気ガスを排出するエンジンの稼動状態に基づいて、改質触媒へ供給される排気ガス中の酸素量が最大となる排気ガス再循環率に調整する調整弁とを備えることを特徴としている。
この構成によれば、改質触媒へ供給される排気ガス中の酸素量が最大となる排気ガス再循環率に、EGRが循環させる排気ガスの排気ガス再循環率を調整するため、改質触媒の被毒を効率良く回復できる。
The reforming catalyst system according to the present invention reforms a mixed gas in which fuel is mixed with a part of exhaust gas with a reforming catalyst, and recirculates the reformed gas to the engine and EGR. An adjustment valve that adjusts the exhaust gas recirculation rate of the exhaust gas to an exhaust gas recirculation rate that maximizes the amount of oxygen in the exhaust gas supplied to the reforming catalyst, based on the operating state of the engine that exhausts the exhaust gas It is characterized by comprising.
According to this structure, the exhaust gas recirculation rate of the exhaust gas circulated by the EGR is adjusted to the exhaust gas recirculation rate at which the amount of oxygen in the exhaust gas supplied to the reforming catalyst is maximized. Can be efficiently recovered.
本明細書開示の改質触媒システムによれば、改質触媒の被毒を効率良く回復できる。 According to the reforming catalyst system disclosed in this specification, poisoning of the reforming catalyst can be efficiently recovered.
以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の改質触媒システムの一実施形態を示す構成図である。
図1に示す排気ガス改質システム1は、本発明の改質触媒システムの一例に相当する。排気ガス改質システム1は、車両に搭載される。排気ガス改質システム1は、排気ガス再循環経路10、燃料供給装置12、クーラー14、流量調整弁15、熱交換器20、スロットル30、燃料噴射装置40、導入管51、排気管52、エンジン60、及び制御装置70を備える。排気ガス改質システム1は、排気ガスと燃料とを混合した混合ガスを改質する改質触媒の被毒を回復する。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a reforming catalyst system of the present invention.
An exhaust gas reforming system 1 shown in FIG. 1 corresponds to an example of a reforming catalyst system of the present invention. The exhaust gas reforming system 1 is mounted on a vehicle. The exhaust gas reforming system 1 includes an exhaust
ここで、改質触媒は、吸熱反応である改質反応により、排気ガスと燃料との混合ガスから、例えば、水素、一酸化炭素、及び窒素を含む改質ガスを主生成する。また改質触媒は、この改質反応において、例えば、副生成されたカーボンC並びに燃料に含まれる炭化水素CH及びイオウS等の物質が付着することで被毒する。逆に改質触媒は、被毒を引き起こす被毒物質が、例えば、燃焼等により酸素と反応して脱離することで被毒から回復する。尚、改質触媒は、例えば、ロジウム系の触媒であるとして説明するが、これに限定される訳ではない。 Here, the reforming catalyst mainly generates a reformed gas containing, for example, hydrogen, carbon monoxide, and nitrogen from a mixed gas of exhaust gas and fuel by a reforming reaction that is an endothermic reaction. In this reforming reaction, for example, the reforming catalyst is poisoned by adhering substances such as by-produced carbon C and hydrocarbons CH and sulfur S contained in the fuel. Conversely, the reforming catalyst recovers from poisoning by causing poisoning substances that cause poisoning to react with oxygen and desorb by, for example, combustion. Although the reforming catalyst is described as being a rhodium-based catalyst, for example, it is not limited to this.
排気ガス改質システム1は、EGR(Exhaust Gas Recirculation)を備える。EGRは、排気ガス再循環経路10によって実現される。ここで、排気ガス再循環経路10は、エンジン60が排出する排気ガスの一部を循環させてエンジン60に再度吸気させる。具体的には、改質運転時において、排気ガス再循環経路10は、循環させた排気ガスと燃料との混合ガスを改質触媒が改質した改質ガスをエンジン60へ供給する。また回復運転時において、排気ガス再循環経路10は、リーン燃焼したエンジン60から排出された酸素を含む排気ガスの一部を循環させる。ここで、改質触媒は、排気ガス再循環経路10が排気ガスを循環させる循環路の途中に担持されるため、排気ガス再循環経路10が循環させる排気ガス中の酸素を消費して被毒回復する。このため、排気ガス再循環経路10は、改質運転時において、改質触媒の回復よって酸素が消費された排気ガスをエンジン60へ供給する。尚、排気ガス再循環経路10は、回復運転時においても改質ガスをエンジン60へ供給しても良い。
The exhaust gas reforming system 1 includes EGR (Exhaust Gas Recirculation). EGR is realized by the exhaust
次に、排気ガス再循環経路10の構成について説明する。
排気ガス再循環経路10は、排気ガス導入路11及び改質ガス導管13を備え、燃料供給装置12、クーラー14、及び流量調整弁15が設置されている。
排気ガス導入路11は、熱交換器20と排気管52とに接続し、排気管52を通過する排気ガスの一部を熱交換器20へ導入する。また排気ガス導入路11は、排気管52との接続点よりも下流に燃料供給装置12が設置されている。
Next, the configuration of the exhaust
The exhaust
The exhaust gas introduction path 11 is connected to the
燃料供給装置12は、例えば、インジェクタで構成される。燃料供給装置12は、改質運転時において、排気ガス導入路11を通過する排気ガスへ、制御装置70の制御に従った量の燃料を噴射して、排気ガスと燃料とが混合した混合ガスを生成する。尚、燃料供給装置12は、回復運転時には燃料を噴射しない。
The
ここで一旦、熱交換器20について説明を行う。
熱交換器20は、排気通路21と改質室22とを備える。熱交換器20は、排気通路21を通過する排気ガスの熱を、改質室22に担持された改質触媒へ移動させる。
改質室22は、排気ガス導入路11からエンジン60の排出した排気ガスの一部が供給される。具体的には、改質運転時において、酸素が少ない又は酸素を含まない排気ガスと燃料との混合ガスが改質室22へ供給されるため、改質室22に担持された改質触媒は、排気ガスの熱を用いて混合ガスを改質すると共に被毒する。逆に、回復運転時において、酸素を多く含む排気ガスが改質室22へ供給されるため、改質触媒は、酸素を消費して被毒から回復する。尚、改質室22の下流には、改質ガス導管13が接続されている。
Here, the
The
A part of the exhaust gas discharged from the
次に、排気ガス再循環経路10の構成について引き続き説明を行う。
改質ガス導管13は、上流で改質室22と接続し、中流にクーラー14及び流量調整弁15が順に設置され、下流で導入管51と合流する。改質ガス導管13は、改質運転時において、改質室22で生成された改質ガスを、導入管51を介してエンジン60へ供給する。また、回復運転時において、改質室22で被毒物質の燃焼のために酸素を消費した排気ガスをエンジン60へ供給する。尚、クーラー14は、改質ガス導管13を通過するガスを冷却してガスの体積流量を増加させる。
Next, the configuration of the exhaust
The reformed
流量調整弁15は、排気ガス再循環経路10が循環させる排気ガスの排気ガス再循環率(以下単に、EGR率という)を制御する。ここで、EGR率は、エンジン60が吸入する空気量と、排気ガス再循環経路10が循環させる排気ガス量(以下単に、EGR量という)との合計でEGR量を除した割合をいう。具体的には、流量調整弁15は、制御装置70の制御に従って、改質ガス導管13を通過するガス量を制御してEGR率を制御する。つまり、流量調整弁15は、改質室22へ供給される排気ガス量のみならず、エンジン60へ還流させる排気ガス量をも制御する。
The flow rate adjusting valve 15 controls an exhaust gas recirculation rate (hereinafter simply referred to as an EGR rate) of the exhaust gas circulated by the exhaust
スロットル30は、不図示のアクセルセンサに接続する。スロットル30は、アクセルセンサが検出したアクセル操作に応じて導入管51を開閉する。つまり、スロットル30は、導入管51の開閉によりエンジン60が吸入する空気量を制御する。尚、スロットル30は、制御装置80にも接続し、制御装置80の制御に従ってエンジン60が吸入する空気量を制御してEGR率を制御する構成を採用できる。
燃料噴射装置40は、例えば、インジェクタで構成される。燃料噴射装置40は、制御装置80に制御された量の燃料を導入管51へ噴射する。
The
The fuel injection device 40 is composed of, for example, an injector. The fuel injection device 40 injects an amount of fuel controlled by the control device 80 into the
導入管51は、上流でスロットル30と接続し、下流でエンジン60の吸気ポートと接続する。また、導入管51は、中流で改質ガス導管13と合流し、改質ガス導管13が合流する地点及びエンジン60と接続する地点との間の地点に燃料噴射装置40が設置されている。導入管51は、スロットル30が制御する量の空気と、改質ガス導管13に設けられた流量調整弁15で制御された量のガスと、燃料噴射装置40で噴射された量の燃料との混合気をエンジン60へ導入する。
排気管52は、エンジン60の排気ポートと上流で接続し、エンジン60が排出した排気ガスを車外の大気へ放出する。また、排気管52は、下流で排気ガス再循環経路10と分岐し、分岐点よりも下流に熱交換器20が設置されている。
The
The
エンジン60には、検出装置60aが設置されている。検出装置60aは、例えば、NEセンサ(Number of Engine speed)で構成され、エンジン60の回転数を検出すると共に、検出した回転数を表すNE信号を制御装置80へ出力する。
エンジン60は、例えば、ガソリンエンジンで構成される。エンジン60は、導入管51から導入される混合気を燃焼させることで、車両を走行させるための動力を発生させる。具体的には、改質運転時において、エンジン60は、導入管51から改質ガスと空気と燃料とが混合された燃料リッチな又は理論空燃費に略一致した混合気を供給される。一方で、回復運転時において、エンジン60は、導入管51から酸素が少ない又は酸素を含まない排気ガスと空気と燃料とが混合された弱リーンな混合気を供給される。燃焼で消費されなかった余剰酸素を含む排気ガスを、被毒した改質触媒へ供給するためである。
The
The
具体的には、エンジン60に供給される空気量(酸素ガス量)と、エンジン60へ再循環させる排気ガス量(EGR量)とで算出される不燃ガスの合計量には、エンジン60における燃焼の失火を防止するための供給限界量が存在する。本実施例では、不燃ガスの合計量は、エンジン60を搭載した車両の走行状態で定まる所定値であるとして説明するが、これに限定される訳ではない。尚、車両の走行状態で定まる所定値は、車両の設計により異なるため、当業者が実験により特定できる。
Specifically, the total amount of non-combustible gas calculated from the amount of air supplied to the engine 60 (oxygen gas amount) and the amount of exhaust gas recirculated to the engine 60 (EGR amount) includes the combustion in the
このため、エンジン60に供給する酸素ガス量を増加させても、酸素ガス量とEGR量との合計値が所定値以下となる必要があるためにEGR量が減少する。よって、エンジン60に供給する酸素ガス量を増加させることで燃焼に寄与しない余剰酸素量を増加させても、改質触媒へ供給する排気ガス量が減少することで、改質触媒へ供給される排気ガス中の酸素量が減少する場合がある。また逆に、EGR量を増加させてことで改質触媒へ供給する排気ガス量を増加させても、余剰酸素量が減少することで、改質触媒へ供給される排気ガス中の酸素量が減少する場合がある。
For this reason, even if the amount of oxygen gas supplied to the
ここで、図2を参照して、改質触媒へ供給する酸素量と、エンジン60に供給する酸素ガス量(空気量)及びEGR量で定まるEGR率との関係について説明する。図2は、エンジン60を搭載した車両の所定の走行状態における、EGR率と改質触媒へ供給する酸素量との一関係を表す図である。
図2(a)は、縦軸で改質触媒へ供給する酸素量を表し、横軸でEGR率を表す。図2(a)に示すように、改質触媒へ供給する酸素量が最大となる最適EGR率RmaxよりもEGR率が大きい場合には、不燃ガス量が一定である為、エンジン60に供給できる酸素量は少なくなり、結果、改質触媒へ供給する酸素量が減少する。EGR率が最適EGR率Rmaxよりも小さい場合には、エンジン60に供給する酸素ガス量は増加できるが改質触媒へ還流するEGR率が少なくなるため、改質触媒へ供給する酸素量を増加させることができない。尚、EGR率と改質触媒へ供給する酸素量との関係は、排気ガス改質システム1の設計により異なるが、当業者が実験により定めることができる。
Here, with reference to FIG. 2, the relationship between the oxygen amount supplied to the reforming catalyst and the EGR rate determined by the oxygen gas amount (air amount) supplied to the
In FIG. 2A, the vertical axis represents the amount of oxygen supplied to the reforming catalyst, and the horizontal axis represents the EGR rate. As shown in FIG. 2A, when the EGR rate is larger than the optimum EGR rate Rmax that maximizes the amount of oxygen supplied to the reforming catalyst, the amount of non-combustible gas is constant, so that the oxygen can be supplied to the
ここで図1に戻り、排気ガス改質システム1の説明を引き続き行う。
制御装置70は、例えば、ECU(Electronic Control Unit)で構成される。制御装置70は、ソフトウェア処理である制御処理を実行することで、改質触媒へ供給される排気ガス中の酸素量が最大となるように接続する各装置及び機器を制御する。
ここで、図2(b)を参照して、ソフトウェア処理を実行するために制御装置70が用いるハードウェアの構成について説明を行う。図2(b)は、制御装置70の一構成例を表すハードウェア構成図である。
図2(a)に示す制御装置70は、例えば、CPU(Central Processing Unit)で構成される実行部70a、例えば、RAM(Random Access Memory)で構成される記憶部70b、及び例えば、AD変換機(Analog-to-Digital)で構成される入出力部70cを備える。ソフトウェア処理は、実行部70aが、記憶部70bに格納したプログラムを読み込み、読み込んだプログラムが表すソフトウェア処理の実行手順に従って演算を行うことにより実現される。尚、記憶部70bには、演算装置が行った演算結果が書き込まれる。また、必要に応じて入出力部70cは、検出装置60aが入力する信号を演算対象として入力すると共に、演算結果を流量調整弁15等へ出力する。
Returning now to FIG. 1, the exhaust gas reforming system 1 will be described.
The control apparatus 70 is comprised by ECU (Electronic Control Unit), for example. The control device 70 controls each device and device to be connected so that the amount of oxygen in the exhaust gas supplied to the reforming catalyst is maximized by executing a control process that is a software process.
Here, with reference to FIG. 2B, the hardware configuration used by the control device 70 to execute software processing will be described. FIG. 2B is a hardware configuration diagram illustrating a configuration example of the control device 70.
2A includes, for example, an execution unit 70a configured by a CPU (Central Processing Unit), a
次に、図2(c)を参照して、制御装置70の構成について、機能に着目して説明する。図2(c)は、制御装置70の一構成例を表す機能ブロック図である。
制御装置70は、取得部71、走行状態特定部72、最適EGR率記憶部73、EGR率決定部74、及びEGR率制御部75を備える。
Next, with reference to FIG. 2C, the configuration of the control device 70 will be described focusing on the function. FIG. 2C is a functional block diagram illustrating a configuration example of the control device 70.
The control device 70 includes an acquisition unit 71, a traveling
取得部71は、実行部70aが取得処理を実行することで実現される。取得部71は、検出装置60aからNE信号を取得する。
走行状態特定部72は、実行部70aが走行状態特定処理を実行することで実現される。走行状態特定部72は、エンジン60を搭載した車両の走行状態を特定する。具体的には、走行状態特定部72は、エンジン60の稼動状態に基づいて車両の走行状態を特定する。より具体的には、取得部71が取得したNE信号の表すエンジン60の回転数及び負荷(トルク)に基づいて車両の走行状態を特定する。
The acquisition unit 71 is realized by the execution unit 70a executing the acquisition process. The acquisition unit 71 acquires an NE signal from the
The traveling
最適EGR率記憶部73は、例えば、記憶部70bで構成される。最適EGR率記憶部73は、エンジン60を搭載した車両の走行状態と、その走行状態において改質触媒へ供給する酸素量が最も多くなるEGR率(以下、最適EGR率という)とを関連付けて記憶する。尚、最適EGR率は、車両の設計によりことなるが、当業者が実験により定めることができる。
The optimum EGR
EGR率決定部74は、実行部70aがEGR率決定処理を実行することで実現される。EGR率決定部74は、流量調整弁15を制御して実現するEGR率を決定する。具体的には、EGR率決定部74は、走行状態特定部72が特定した車両の走行状態と関連付けて最適EGR率記憶部73が記憶する最適EGR率を検索する。次に、EGR率決定部74は、検索した最適EGR率と、排気ガス再循環経路10が循環させる排気ガスのEGR率(以下単に、排気ガス再循環経路10のEGR率という)とが略一致するように、制御目標とするEGR率を決定する。
この構成によれば、改質触媒へ供給される排気ガス中の酸素量が最大となる排気ガス再循環率に、循環させる排気ガスの排気ガス再循環率を制御するため、改質触媒の被毒を確実かつ効率良く回復できる。
The EGR
According to this configuration, the exhaust gas recirculation rate of the exhaust gas to be circulated is controlled to the exhaust gas recirculation rate that maximizes the amount of oxygen in the exhaust gas supplied to the reforming catalyst. The poison can be recovered reliably and efficiently.
EGR率制御部75は、実行部70aがEGR率制御処理を実行することで実現される。EGR率制御部75は、EGR率決定部74が決定したEGR率となるよう排気ガス再循環経路10が循環させる排気ガスのEGR率を制御する。具体的には、EGR率制御部75は、EGR率決定部74が決定したEGR率を実現するガス量だけEGRガスが改質ガス導管13を通過するよう流量調整弁15を制御する。尚、EGR率制御部75は、EGR率決定部74が決定したEGR率を実現するガス量だけ空気が導入管51に導入されるようスロットル30を制御しても良い。
The EGR
次に、図3を参照して、制御装置70が実行する制御処理について説明する。図3は、制御装置70が実行する制御処理の一例を表すフローチャートである。
先ず、制御装置70は、検出装置60aからエンジン回転数を表すNE信号を取得する(ステップS01)。次に、制御装置70は、取得したNE信号に基づいてエンジン60を搭載した車両の走行状態を上記の様に特定する(ステップS02)。その後、制御装置70は、特定した車両の走行状態に基づいて最適なEGR率を上記の様に決定する(ステップS03)。次に、制御装置70は、決定した最適なEGR率を実現するよう流量調整弁70を制御する(ステップS04)。その後、制御装置70は、制御処理の実行を終了する。
Next, control processing executed by the control device 70 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of a control process executed by the control device 70.
First, the control device 70 acquires an NE signal representing the engine speed from the
尚、図3において、ステップS01が取得部71を実現するための取得処理の一例に相当し、ステップS02が走行状態特定部72を実現するための走行状態特定処理の一例に相当し、ステップS03がEGR率決定部74を実現するためのEGR率決定処理の一例に相当し、ステップS04がEGR率制御部75を実現するためのEGR率制御処理の一例に相当する。
In FIG. 3, step S01 corresponds to an example of an acquisition process for realizing the acquisition unit 71, and step S02 corresponds to an example of a driving state specifying process for realizing the driving
制御装置70がソフトウェア処理を実行することで実現する機能の一部又は全部は、ハードウェア回路を用いて実現することができる。 Part or all of the functions realized by executing software processing by the control device 70 can be realized by using a hardware circuit.
制御装置70が実行する処理手順を記述したプログラムは、磁気ディスクや光ディスク、半導体メモリ、その他の記録媒体に格納して配布したり、ネットワークを介して配信したりすることにより提供できる。 A program describing a processing procedure executed by the control device 70 can be provided by being stored and distributed in a magnetic disk, optical disk, semiconductor memory, or other recording medium, or distributed via a network.
以上本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications, within the scope of the gist of the present invention described in the claims, It can be changed.
1…排気ガス改質システム 10…排気ガス再循環経路
11…排気ガス導入路 12…燃料供給装置
13…改質ガス導管 14…クーラー
15…流量調整弁 20…熱交換機
21…排気通路 22…改質室
30…スロットル 40…燃料噴射装置
51…導入管 52…排気管
60…エンジン 60a…検出装置
70…制御装置 70a…実行部
70b…記憶部 70c…入出力部
70f…バス 71…取得部
72…走行状態特定部 73…最適EGR率記憶部
74…EGR率決定部 75…EGR率制御部
1 ... Exhaust
11 ... Exhaust
13 ... reformed gas conduit 14 ... cooler
15 ...
21 ...
30 ... Throttle 40 ... Fuel injection device
51 ...
60 ...
70 ... Control device 70a ... Execution unit
70b:
70f ... Bus 71 ... Acquisition part
72 ... Traveling
74 ... EGR
Claims (1)
前記EGRが循環させる前記排気ガスの排気ガス再循環率を、前記排気ガスを排出する前記エンジンの稼動状態に基づいて、前記改質触媒へ供給される前記排気ガス中の酸素量が最大となる排気ガス再循環率に調整する調整弁を備えることを特徴とする改質触媒システム。 In a reforming catalyst system equipped with EGR that reforms a mixed gas obtained by mixing a part of exhaust gas with a fuel using a reforming catalyst and reintakes the reformed gas into the engine.
The amount of oxygen in the exhaust gas supplied to the reforming catalyst is maximized based on the exhaust gas recirculation rate of the exhaust gas circulated by the EGR based on the operating state of the engine exhausting the exhaust gas. A reforming catalyst system comprising an adjusting valve for adjusting an exhaust gas recirculation rate.
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