JP2011122471A - Exhaust emission control system of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification system for an internal combustion engine.
近年、発電機や自動車などの内燃機関から大気中へ排出される様々な環境汚染物質が問題視されている。環境汚染物質は、酸性雨や光化学スモッグの原因となるうえ、人体の健康被害の原因ともなり、世界的にその排出量を規制する動きがある。特に、ディーゼルエンジンやガソリンのリーンバーンエンジンなどの内燃機関では、希薄燃焼を行うため、例えば窒素酸化物(NOx)や粒子状物質(Particulate Matter(PM))が多く排出される。近年では、これらNOxやPMを含んだ排気を効率的に浄化する様々な技術が提案されている。 In recent years, various environmental pollutants discharged into the atmosphere from internal combustion engines such as generators and automobiles have been regarded as problems. Environmental pollutants cause acid rain and photochemical smog as well as damage to human health, and there is a movement to regulate their emissions worldwide. In particular, in an internal combustion engine such as a diesel engine or a gasoline lean burn engine, lean combustion is performed, and therefore, for example, a large amount of nitrogen oxide (NOx) and particulate matter (Particulate Matter (PM)) are discharged. In recent years, various techniques for efficiently purifying exhaust containing NOx and PM have been proposed.
例えば、特許文献1,2及び非特許文献1には、排気系にNOx吸蔵還元触媒を設け、排気が酸素過剰となるリーン運転時に、排気を酸化触媒活性種に通してNOxをアルカリ金属又はアルカリ土類金属などと反応させて吸蔵し、排気の酸素濃度が低くなるリッチ運転時に、吸蔵したNOxを還元する排気浄化システムが示されている。この排気浄化システムでは、リーン運転とリッチ運転とを繰り返すことで、NOxの吸蔵とNOxの還元とを周期的に行うことができる。
For example, in
特許文献3,4には、尿素水を用いた排気浄化システムが示されている。このシステムでは、排気中のNOxを排気系に設けた選択還元触媒に吸着させ、さらにこの触媒の上流側より噴霧した尿素水から加水分解によりアンモニアを生成し、このアンモニアを還元剤として吸着したNOxを窒素と水に分解し、排気を浄化する。
特許文献5,6には、排気系に排気浄化フィルタ(以下、「DPF(Diesel Particulate Filter)」という)を設けておき、このフィルタで排気に含まれるPMを捕集する排気浄化システムが示されている。DPFは、捕集できるPM量に限界があるため、堆積したPMを燃焼する再生処理を周期的に行う必要がある。特許文献5には、DPFの上流側に酸化触媒を設けておき、DPFの再生処理では、排気系のうち酸化触媒の上流に未燃燃料を噴射(以下、「排気噴射」という)し、この酸化触媒で燃料を燃焼させることで排気温度を上昇させて、DPFに堆積したPMを燃焼する技術が示されている。また特許文献6には、DPFの再生処理では、上記排気噴射と異なりシリンダの排気工程中に燃料噴射(以下、「ポスト噴射」という)を行うことで、DPF上流の酸化触媒で燃料を燃焼させて排気温度を上昇させる技術が示されている。
特許文献1,2及び非特許文献1のNOx吸蔵還元触媒では、リーン運転時にNOxを吸蔵するためにアルカリ金属やアルカリ土類金属などを用い、リーン運転時におけるHC、CO、NOxの酸化、及び、リッチ運転時におけるNOxの還元に白金などの貴金属を用いる。上記アルカリ金属やアルカリ土類金属は塩基性の強い物質であるため、貴金属の活性が低下し易い。そのため、NOxの浄化性能を高く維持するには、触媒温度を高くする必要がある。この場合、燃料噴射時期を遅角化したり、吸気スロットルを絞ったりすることで排気温度を上昇し、触媒温度を高くすることができるものの、燃費が悪化してしまうおそれがある。
In the NOx storage-reduction catalysts of
特許文献3,4の選択還元触媒を用いた排気浄化システムにおいても、触媒温度を約150℃以上まで昇温しなければ、排気のNOxを十分に浄化できない、という課題がある。
Even in the exhaust purification system using the selective reduction catalyst of
特許文献5の排気浄化システムのように、排気噴射を行うことでDPFを再生すると、DPFやその他の触媒コンバータなどに未燃燃料が直接付着してしまう場合がある。すると、燃料が付着した部分だけ局所的に高温になり熱劣化が発生したり、燃料の気化潜熱により局所的に温度が低下しコーキングが発生したりするおそれがある。
また、特許文献6の排気浄化システムのように、ポスト噴射を行うことでDPFを再生すると、シリンダの排気工程中に燃料を噴射するため、噴射した燃料の一部がシリンダ壁面に付着し、エンジンオイルに混入するおそれがある。そのため、結果として、燃料のロスにより燃費が悪化したり、オイルダイリューションが発生したりするおそれがある。
また、排気噴射及びポスト噴射ともに、DPFの昇温に寄与するエネルギーは炭化水素の酸化反応が大部分を占める。このため、酸化触媒を炭化水素が酸化反応可能な程度の温度に維持する必要がある。したがって、低負荷運転が継続すると、酸化触媒の温度が低下してしまい、DPFの再生を行うことができなくなってしまう場合がある。
When the DPF is regenerated by performing exhaust injection as in the exhaust purification system of
Further, as in the exhaust gas purification system of Patent Document 6, when the DPF is regenerated by performing post injection, fuel is injected during the exhaust process of the cylinder, so that part of the injected fuel adheres to the cylinder wall surface, and the engine There is a risk of contamination in oil. Therefore, as a result, there is a possibility that fuel efficiency may deteriorate due to fuel loss or oil dilution may occur.
In both exhaust injection and post-injection, the hydrocarbon oxidation reaction occupies most of the energy that contributes to the temperature increase of the DPF. For this reason, it is necessary to maintain the oxidation catalyst at a temperature at which hydrocarbons can undergo an oxidation reaction. Therefore, if the low load operation is continued, the temperature of the oxidation catalyst is lowered, and the DPF may not be regenerated.
本発明は上述した点を考慮してなされたものであり、排気系に設けられた排気浄化デバイスを速やかに昇温できる排気浄化システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above-described points, and an object thereof is to provide an exhaust purification system capable of quickly raising the temperature of an exhaust purification device provided in an exhaust system.
上記目的を達成するため本発明は、燃料及び空気を含む原料を改質触媒(例えば、後述の改質触媒41)に供給することにより改質ガスを生成し、当該生成した改質ガスを内燃機関の排気系(例えば、後述の排気管2)に供給する燃料改質器(例えば、後述の燃料改質器4)を備えた排気浄化システム(例えば、後述の排気浄化システム1)を提供する。当該排気浄化システムは、前記排気系の温度を取得する排気温度取得手段(例えば、後述の排気温度センサ61、及びECU5)と、当該排気温度取得手段により取得された排気系の温度に基づいて、前記原料の酸素と炭素の比に相関のあるパラメータ(例えば、後述のOC比)を設定するパラメータ設定手段(例えば、後述のECU5、及び図4の改質器制御処理の実行に係る手段)と、当該パラメータの設定値に基づいて前記燃料改質器を制御する改質器制御手段(例えば、後述のECU5、及び図4の改質器制御処理の実行に係る手段)と、を備える。
To achieve the above object, the present invention generates a reformed gas by supplying a raw material containing fuel and air to a reforming catalyst (for example, a reforming
この発明によれば、燃料及び空気を含む原料を改質触媒に供給することで改質ガスを生成し、生成した改質ガスを内燃機関の排気系に供給する燃料改質器を設けた。改質触媒により生成した改質ガスには、低温で燃焼可能な水素及び一酸化炭素の他、軽質の炭化水素などが含まれている。したがって、このような改質ガスを排気系に供給し、この改質ガスを燃焼させることにより、排気系又は排気系に設けられた排気浄化デバイスを昇温することができる。
また、改質ガスで排気系を昇温するため、従来のように燃料噴射時期を遅角化したり、吸気スロットルを絞ったり、ポスト噴射を行ったりする必要がない。このため、排気系を昇温しながら、最適な条件で内燃機関を運転し続けることができるので、内燃機関から排出される排気を清浄にし、かつ燃費を向上することができる。また、未燃燃料を供給する上述の排気噴射とは異なり、改質触媒により生成した気体の状態の改質ガスで排気系を昇温するので、排気系に設けられた排気浄化デバイスに未燃燃料が付着することもないため、局所的に高温になり熱劣化が発生したり、局所的に温度が低下しコーキングが発生したりすることもない。
改質ガスに含まれる水素や一酸化炭素は、炭化水素と比較して低温から燃焼する特性があるため、改質ガス中の水素や一酸化炭素を燃焼させることで低温の排気系を昇温することができる。一方、炭化水素は、水素や一酸化炭素と比較して燃焼熱が大きいという特性があるため、改質ガス中の炭化水素を燃焼させることで排気系を速やかに昇温できる。そこで本発明によれば、酸素と炭素の比に相関のあるパラメータを排気系の温度に基づいて設定し、このパラメータの設定値に基づいて燃料改質器を制御することにより、排気系の温度に適した組成比の改質ガスを供給することができるので、排気系を効率的に昇温することができる。
また、原料の酸素と炭素の比に相関のあるパラメータの設定値に基づいて燃料改質器を制御することにより、燃料改質器の熱暴走や、過剰なコークの堆積を防止することができる。
According to the present invention, a fuel reformer is provided in which a reformed gas is generated by supplying a raw material containing fuel and air to a reforming catalyst, and the generated reformed gas is supplied to an exhaust system of an internal combustion engine. The reformed gas generated by the reforming catalyst contains light hydrocarbons and the like in addition to hydrogen and carbon monoxide that can be combusted at low temperatures. Therefore, by supplying such a reformed gas to the exhaust system and combusting the reformed gas, it is possible to raise the temperature of the exhaust system or an exhaust purification device provided in the exhaust system.
In addition, since the temperature of the exhaust system is raised with the reformed gas, there is no need to retard the fuel injection timing, throttle the intake throttle, or perform post injection as in the prior art. For this reason, the internal combustion engine can be continuously operated under optimum conditions while raising the temperature of the exhaust system, so that the exhaust discharged from the internal combustion engine can be cleaned and the fuel consumption can be improved. In addition, unlike the above-described exhaust injection that supplies unburned fuel, the exhaust system is heated with the reformed gas in a gas state generated by the reforming catalyst, and therefore the exhaust purification device provided in the exhaust system is unburned. Since the fuel does not adhere, there is no local high temperature and thermal degradation, and no local temperature decrease and coking.
Since hydrogen and carbon monoxide contained in the reformed gas have characteristics of burning from low temperatures compared to hydrocarbons, the temperature of the low-temperature exhaust system is increased by burning hydrogen and carbon monoxide in the reformed gas. can do. On the other hand, hydrocarbons have a characteristic that the heat of combustion is larger than that of hydrogen or carbon monoxide, so that the exhaust system can be quickly heated by burning hydrocarbons in the reformed gas. Therefore, according to the present invention, a parameter having a correlation with the ratio of oxygen and carbon is set based on the temperature of the exhaust system, and the temperature of the exhaust system is controlled by controlling the fuel reformer based on the set value of this parameter. Therefore, the exhaust gas can be efficiently heated.
In addition, by controlling the fuel reformer based on a parameter setting value that correlates with the ratio of raw material oxygen to carbon, it is possible to prevent thermal runaway of the fuel reformer and excessive coke accumulation. .
以上のことから、例えば排気系にDPFを設けた場合には、DPFの温度に適した組成比の改質ガスを供給することにより、DPFに堆積したPMを燃焼することができる。したがって、DPF再生処理を行うためにポスト噴射や排気噴射を行う必要がなくなるので、オイルダイリューションの発生や、燃費の悪化を抑制することができる。
また、水素や一酸化炭素は、炭化水素と比較してその分子径が小さいため、DPF上にPMが厚く堆積した状態であっても、このPMの層の深部まで到達することができる。したがって、DPFの表面に触媒を塗布した場合には、PMが厚く堆積した状態であっても効率的に燃焼させることができる。
また、例えば排気系に上述のNOx吸蔵還元触媒のような、酸化雰囲気下で排気中のNOxを捕捉し、捕捉したNOxを還元雰囲気下で還元するNOx浄化触媒を設けた場合には、NOx浄化触媒の温度に適した組成比の改質ガスを供給することにより、NOx浄化触媒を昇温したり、捕捉したNOxを還元したりすることができる。
From the above, for example, when a DPF is provided in the exhaust system, PM deposited on the DPF can be combusted by supplying a reformed gas having a composition ratio suitable for the temperature of the DPF. Therefore, there is no need to perform post injection or exhaust injection in order to perform the DPF regeneration process, so that occurrence of oil dilution and deterioration of fuel consumption can be suppressed.
Further, since the molecular diameter of hydrogen and carbon monoxide is smaller than that of hydrocarbon, even when PM is thickly deposited on the DPF, it can reach the deep part of this PM layer. Therefore, when a catalyst is applied to the surface of the DPF, it can be efficiently burned even when PM is thickly deposited.
For example, when a NOx purification catalyst that captures NOx in exhaust under an oxidizing atmosphere and reduces the captured NOx under a reducing atmosphere, such as the above-described NOx storage reduction catalyst, is provided in the exhaust system. By supplying the reformed gas having a composition ratio suitable for the temperature of the catalyst, it is possible to raise the temperature of the NOx purification catalyst or reduce the trapped NOx.
この場合、前記燃料改質器の運転モードは、前記パラメータの設定値に応じて、生成される改質ガスのうち水素及び一酸化炭素の割合が他の運転モードと比較して大きい改質ストイキモードと、生成される改質ガスのうち軽質炭化水素の割合が他の運転モードと比較して大きい改質リッチモードと、前記改質触媒に供給される原料のうち酸素の割合が他の運転モードと比較して大きい改質リーンモードと、の3つ以上に分けられることが好ましい。 In this case, the operation mode of the fuel reformer is a reforming stoichiometry in which the proportion of hydrogen and carbon monoxide in the generated reformed gas is larger than that in the other operation modes in accordance with the set value of the parameter. Mode, a reformed rich mode in which the proportion of light hydrocarbons in the generated reformed gas is larger than that in other operating modes, and the proportion of oxygen in the raw material supplied to the reforming catalyst in other operations It is preferable to divide into three or more of the reformed lean mode which is larger than the mode.
この発明によれば、例えば内燃機関の低温始動時には燃料改質器を改質ストイキモードで運転することにより、低温から燃焼する水素及び一酸化炭素を多く含んだ改質ガスを排気系に供給することができるので、低温の排気系を速やかに昇温することができる。また、例えば、排気系の温度が炭化水素を燃焼可能な程度まで上昇した場合には燃料改質器を改質リッチモードで運転することにより、燃焼熱の大きい軽質炭化水素を多く含んだ改質ガスを排気系に供給することができるので、排気系をさらに速やかに昇温することができる。したがって、排気系にDPFを設けた場合には、DPFの温度に適した運転モードで燃料改質器を運転することにより、従来では容易でなかった内燃機関の始動直後や低負荷運転時であってもDPF再生を行うことができる。
ところで、改質触媒に燃料を供給し続けていると、改質触媒にコークが堆積し触媒の性能が低下する場合がある。この場合には、燃料改質器を改質リーンモードで運転し、酸素を多く含んだ原料を改質触媒に供給することにより、改質触媒に堆積したコークを燃焼除去し、改質触媒の性能を回復することができる。
According to the present invention, for example, when the internal combustion engine is started at a low temperature, the fuel reformer is operated in the reformed stoichiometric mode so that the reformed gas containing a large amount of hydrogen and carbon monoxide combusted from a low temperature is supplied to the exhaust system. Therefore, the temperature of the low-temperature exhaust system can be raised quickly. For example, when the temperature of the exhaust system rises to such an extent that hydrocarbons can be combusted, the fuel reformer is operated in the reformed rich mode, so that reforming containing a large amount of light hydrocarbons with large combustion heat is performed. Since the gas can be supplied to the exhaust system, the temperature of the exhaust system can be raised more rapidly. Therefore, when a DPF is provided in the exhaust system, the fuel reformer is operated in an operation mode suitable for the temperature of the DPF. Even DPF regeneration can be performed.
By the way, when the fuel is continuously supplied to the reforming catalyst, coke is deposited on the reforming catalyst and the performance of the catalyst may be deteriorated. In this case, the fuel reformer is operated in the reforming lean mode, and the raw material containing a large amount of oxygen is supplied to the reforming catalyst, so that the coke deposited on the reforming catalyst is removed by combustion, and the reforming catalyst Performance can be restored.
この場合、前記パラメータ設定手段は、前記取得された排気系の温度が判定温度未満の場合にはパラメータの設定値を改質ストイキモード側にし、前記取得された排気系の温度が前記判定温度以上の場合にはパラメータの設定値を改質リッチモード側にすることが好ましい。 In this case, the parameter setting means sets the parameter setting value to the reforming stoichiometric mode side when the acquired exhaust system temperature is lower than the determination temperature, and the acquired exhaust system temperature is equal to or higher than the determination temperature. In this case, it is preferable to set the parameter setting value to the modified rich mode side.
この発明によれば、排気系の温度が判定温度未満である場合には、パラメータの設定値を改質ストイキモード側にすることにより、水素及び一酸化炭素を多く含んだ改質ガスで排気系を速やかに昇温することができる。また、排気系の温度が判定温度以上である場合には、パラメータの設定値を改質リッチモード側に設定することにより、軽質炭化水素を多く含んだ改質ガスで排気系をさらに速やかに昇温することができる。 According to the present invention, when the temperature of the exhaust system is lower than the judgment temperature, the exhaust gas can be exhausted with the reformed gas containing a large amount of hydrogen and carbon monoxide by setting the parameter setting value to the reformed stoichiometric mode side. Can be quickly heated. In addition, when the exhaust system temperature is equal to or higher than the judgment temperature, the parameter set value is set to the reformed rich mode side, so that the exhaust system can be further rapidly raised with the reformed gas containing a large amount of light hydrocarbons. Can be warmed.
この場合、前記パラメータ設定手段は、所定のリーン移行条件が満たされた場合には、パラメータの設定値を改質リーンモード側にし、前記リーン移行条件は、前記改質触媒に堆積したコーク量が堆積上限値を超えること、並びに、前記燃料改質器を改質リッチモードで運転した時間が運転上限時間を超えることの少なくとも何れかを含むことが好ましい。 In this case, when the predetermined lean transition condition is satisfied, the parameter setting means sets the parameter setting value to the reformed lean mode side, and the lean transition condition is determined by the amount of coke deposited on the reforming catalyst. It is preferable to include at least one of exceeding the deposition upper limit and exceeding the operation upper limit time when the fuel reformer is operated in the reformed rich mode.
この発明によれば、改質触媒に堆積したコーク量が堆積上限値を超えること、並びに、燃料改質器を改質リッチモードで運転した時間が運転上限時間を超えることの少なくとも何れかを含むリーン移行条件が満たされた場合には、パラメータの設定値を改質リーンモード側にし、燃料改質器を改質リーンモードで運転する。これにより、酸素を多く含んだ原料を改質触媒に供給し、燃料改質器を改質リッチモードで運転した際に堆積したコークを燃焼除去できるので、改質触媒の性能が低下するのを防止できる。また、上記リーン移行条件が満たされた場合に燃料改質器を改質リーンモードで運転することにより、不要に改質リーンモードで運転してしまい改質触媒が熱により劣化するのを防止することができる。また、上記リーン移行条件を判定するに当り、改質触媒の性能の低下を直接検出する必要がないので、排気浄化システムの構成を簡単にできる。 According to this invention, the amount of coke deposited on the reforming catalyst exceeds at least the upper limit of deposition, and at least one of the time when the fuel reformer is operated in the reformed rich mode exceeds the upper limit of operation. When the lean transition condition is satisfied, the parameter set value is set to the reforming lean mode, and the fuel reformer is operated in the reforming lean mode. As a result, the raw material containing a large amount of oxygen is supplied to the reforming catalyst, and the coke deposited when the fuel reformer is operated in the reforming rich mode can be removed by combustion. Can be prevented. Further, when the lean transition condition is satisfied, the fuel reformer is operated in the reforming lean mode to prevent the reforming catalyst from being deteriorated by heat due to unnecessary operation in the reforming lean mode. be able to. Further, since it is not necessary to directly detect a decrease in the performance of the reforming catalyst in determining the lean transition condition, the configuration of the exhaust purification system can be simplified.
この場合、前記パラメータ設定手段は、パラメータの設定値を改質リーンモード側に設定した後、所定のリーン終了条件が満たされた場合には、パラメータの設定値を改質リッチモード側又は改質ストイキモード側にし、前記リーン終了条件は、前記改質触媒に堆積したコーク量が堆積下限値を下回ること、並びに、前記燃料改質器を改質リーンモードで運転していた時間が運転上限時間を超えることの少なくとも何れかを含むことが好ましい。 In this case, the parameter setting unit sets the parameter setting value to the reforming rich mode side or the reforming mode when a predetermined lean end condition is satisfied after the parameter setting value is set to the reforming lean mode side. The lean end condition is that the amount of coke deposited on the reforming catalyst is below the lower limit of deposition, and the time during which the fuel reformer has been operating in the reforming lean mode is the upper limit of operation. It is preferable to include at least one of exceeding.
この発明によれば、燃料改質器を改質リーンモードで運転した後、改質触媒に堆積したコーク量が堆積下限値を下回ること、並びに、燃料改質器を改質リーンモードで運転していた時間が運転上限値を超えることの少なくとも何れかを含むリーン終了条件が満たされた場合には、パラメータの設定値を改質リッチモード側又は改質ストイキ側にする。これにより、燃料改質器を改質リーンモードで運転する時間を最小限にとどめておくことができるので、改質触媒が長時間に亘り高温にさらされ続けるのを防止することができる。したがって、改質触媒に含まれる貴金属にシンタリングが発生したり、改質触媒の性能が低下したりするのを防止することができる。 According to the present invention, after the fuel reformer is operated in the reforming lean mode, the amount of coke deposited on the reforming catalyst is below the lower limit of deposition, and the fuel reformer is operated in the reforming lean mode. When the lean end condition including at least one of the running time exceeding the operation upper limit value is satisfied, the parameter setting value is set to the reforming rich mode side or the reforming stoichiometric side. As a result, the time for operating the fuel reformer in the reforming lean mode can be kept to a minimum, so that the reforming catalyst can be prevented from being exposed to a high temperature for a long time. Therefore, it is possible to prevent the noble metal contained in the reforming catalyst from being sintered and the performance of the reforming catalyst from being deteriorated.
この場合、前記燃料改質器の運転モードを前記改質リーンモードへ移行する場合、前記パラメータ設定手段は、前記改質触媒のうち最も温度の高い部分の温度が上限温度を超えないように、パラメータの設定値を前記改質リーンモード側の所定の目標値まで段階的に変化させることが好ましい。 In this case, when the operation mode of the fuel reformer is shifted to the reforming lean mode, the parameter setting unit is configured so that the temperature of the highest temperature portion of the reforming catalyst does not exceed the upper limit temperature. It is preferable to change the set value of the parameter stepwise up to a predetermined target value on the reformed lean mode side.
この発明によれば、燃料改質器の運転モードを改質リーンモードへ移行する場合、改質触媒のうち最も温度の高い部分の温度が上限温度を超えないように、パラメータの設定値を改質リーンモード側の所定の目標値まで段階的に変化させる。
燃料改質器の運転モードを改質リッチモードや改質ストイキモードから改質リーンモードへ急激に移行すると、改質触媒に供給される原料の酸素濃度が急激に高くなってしまう場合がある。このとき、改質触媒に堆積していたコークや未反応の炭化水素成分が激しく燃焼し、触媒温度が急激に上昇し劣化するおそれがある。この発明によれば、上述のようにパラメータの設定値を段階的に変化させて緩やかに改質リーンモードに移行することにより、改質触媒の急激な昇温を防止することができる。
According to the present invention, when the operation mode of the fuel reformer is shifted to the reforming lean mode, the parameter setting value is changed so that the temperature of the highest temperature portion of the reforming catalyst does not exceed the upper limit temperature. The quality is gradually changed to a predetermined target value on the lean side.
When the operation mode of the fuel reformer is suddenly shifted from the reforming rich mode or the reforming stoichiometric mode to the reforming lean mode, the oxygen concentration of the raw material supplied to the reforming catalyst may suddenly increase. At this time, coke and unreacted hydrocarbon components deposited on the reforming catalyst may burn violently, and the catalyst temperature may rise rapidly and deteriorate. According to the present invention, as described above, the temperature of the reforming catalyst can be prevented from increasing rapidly by gradually changing the parameter setting values and gradually shifting to the reforming lean mode.
この場合、前記燃料改質器の運転モードを前記改質リッチモードへ移行する場合、前記パラメータ設定手段は、前記改質触媒のうち最も温度の低い部分の温度が下限温度を下回らないように、パラメータの設定値を前記改質リッチモード側の所定の目標値まで段階的に変化させることが好ましい。 In this case, when the operation mode of the fuel reformer is shifted to the reforming rich mode, the parameter setting unit is configured so that the temperature of the lowest temperature portion of the reforming catalyst does not fall below a lower limit temperature. It is preferable that the parameter setting value be changed stepwise up to a predetermined target value on the reformed rich mode side.
この発明によれば、燃料改質器の運転モードを改質リッチモードへ移行する場合、改質触媒のうち最も温度が低い部分の温度が下限温度を下回らないように、パラメータの設定値を改質リッチモード側の所定の目標値まで段階的に変化させる。
燃料改質器の運転モードを改質リーンモードや改質ストイキモードから改質リッチモードへ急激に移行すると、改質触媒に供給される燃料の量が急激に増加してしまう場合がある。このとき、燃料の気化により改質触媒の熱が奪われてしまい、改質触媒の温度が急激に低下してしまい、失火するおそれがある。この発明によれば、上述のようにパラメータの設定値を段階的に変化させて穏やかに改質リッチモードに移行することにより、改質触媒の急激な温度低下を防止することができる。
According to the present invention, when the operation mode of the fuel reformer is shifted to the reforming rich mode, the parameter setting values are changed so that the temperature of the lowest temperature portion of the reforming catalyst does not fall below the lower limit temperature. It is changed stepwise up to a predetermined target value on the quality rich mode side.
When the operation mode of the fuel reformer is rapidly changed from the reforming lean mode or the reforming stoichiometric mode to the reforming rich mode, the amount of fuel supplied to the reforming catalyst may increase rapidly. At this time, the heat of the reforming catalyst is lost due to the vaporization of the fuel, and the temperature of the reforming catalyst is drastically lowered, and there is a risk of misfire. According to the present invention, as described above, the temperature of the reforming catalyst can be prevented from suddenly lowering by changing the parameter setting values in stages and gently shifting to the reforming rich mode.
この場合、前記改質触媒は、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、ニッケル、鉄、及びコバルトよりなる群から選ばれる少なくとも1種の金属触媒成分と、セリア、アルミナ、ジルコニア、チタニア、マグネシア、及びゼオライトよりなる群から選ばれる少なくとも1種の酸化物又はこれを基本組成とした複合酸化物と、を含むことが好ましい。 In this case, the reforming catalyst includes at least one metal catalyst component selected from the group consisting of platinum, palladium, rhodium, ruthenium, nickel, iron, and cobalt, ceria, alumina, zirconia, titania, magnesia, and zeolite. It is preferable to include at least one oxide selected from the group consisting of the above or a composite oxide having this as a basic composition.
この発明によれば、上述のような金属触媒成分及び複合酸化物を含む改質触媒を用いることにより、改質触媒における部分酸化反応活性を高くしながら、高温の使用温度に対する熱劣化を小さくすることができる。 According to the present invention, by using the reforming catalyst including the metal catalyst component and the composite oxide as described above, the thermal oxidation with respect to the high use temperature is reduced while increasing the partial oxidation reaction activity in the reforming catalyst. be able to.
この場合、前記燃料改質器は、前記排気系とは別に設けられていることが好ましい。 In this case, it is preferable that the fuel reformer is provided separately from the exhaust system.
この発明によれば、排気系内の排気成分、排気温度、排気流速、共存気体、酸素濃度、水蒸気濃度などに影響されることなく常に効率的に改質ガスを生成することができる。したがって、排気浄化システム全体として使用する触媒量を少なくすることができるので、コストを低減することができる。 According to the present invention, the reformed gas can always be efficiently generated without being affected by the exhaust component in the exhaust system, the exhaust temperature, the exhaust flow velocity, the coexisting gas, the oxygen concentration, the water vapor concentration, and the like. Therefore, the amount of catalyst used as the whole exhaust gas purification system can be reduced, and the cost can be reduced.
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係る内燃機関(以下、「エンジン」という)の排気浄化システム1の構成を示す模式図である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an
排気浄化システム1は、エンジンの排気管2に設けられた排気浄化デバイス3と、この排気管2に接続された燃料改質器4と、電子制御ユニット(以下、「ECU」という)5とを含んで構成される。
An
排気浄化デバイス3は、触媒コンバータ、フィルタ、あるいは触媒が塗布されたフィルタなどを備え、エンジンから排出された排気を通過させることで、この排気を浄化する。
The exhaust
燃料改質器4は、改質触媒41を収容するケーシング42と、改質触媒41に原料を供給する原料供給装置43と、を含んで構成される。上記構成からなる燃料改質器4では、燃料を改質触媒41の作用により改質し、水素(H2)、一酸化炭素(CO)、及び軽質の炭化水素(HC)を含む還元性気体の改質ガスを生成し、この生成した改質ガスを、改質ガス通路45を介して排気管2のうち排気浄化デバイス3の上流側に供給する。燃料改質器4から供給された改質ガスは、排気浄化デバイス3の昇温や、排気浄化デバイス3における排気の還元に供される。
The fuel reformer 4 includes a
原料供給装置43は、図示しない燃料タンクに貯蔵された燃料と、図示しないコンプレッサにより供給された空気とを所定の割合で混合して原料を製造し、この原料をケーシング42内の改質触媒41に供給する。より具体的には、原料供給装置43は、改質触媒41に供給される空気量を制御する空気バルブと、改質触媒41に供給される燃料量を制御する燃料バルブと、これら空気と燃料を混合し改質触媒41に噴射する噴射器と、を備える。これら空気バルブや燃料バルブを開閉するアクチュエータは、ECU5に接続されており、改質触媒41に供給する原料の空気量及び燃料量は、ECU5により制御される。
The raw
改質触媒41は、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、鉄、及びコバルトよりなる群から選ばれる少なくとも1種の金属触媒成分と、セリア、アルミナ、ジルコニア、チタニア、マグネシア、及びゼオライトよりなる群から選ばれる少なくとも1種の酸化物又はこれらを基本組成とした複合酸化物と、を含んで構成される。この改質触媒41は、原料供給装置43から供給された原料を改質し、水素及び一酸化炭素の他、軽質炭化水素を含む改質ガスを生成する。より具体的には、この改質触媒41は、原料を構成する炭化水素と酸素との部分酸化反応により、上記改質ガスを生成する。
The reforming
改質触媒41の調製方法については特に限定されず、従来公知の含侵法により調製される。例えば、所定の質量比になるように配合したセリア及びロジウムの粉末を、バインダー及び水系媒体とともにボールミルに投入して攪拌、混合することでスラリーを調製する。次いで、調製したスラリーを、コージエライト製のハニカム担体にウォッシュコートし、所定の条件で乾燥、焼成することにより、改質触媒41が得られる。
The method for preparing the reforming
燃料改質器4は、グロープラグやスパークプラグなどの図示しない加熱ヒータを備えており、燃料改質器4の始動とともに、改質触媒41を加熱することが可能となっている。
また、この燃料改質器4は、排気管2とは別に設けられており、燃料改質器4の原料供給装置43及び改質触媒41は、排気管2内には設けられていない。すなわち、燃料改質器4は、排気管2内に設けられて排気管2内の排気中に含まれる燃料成分を改質するのではなく、燃料タンクから直接供給される燃料ガスを改質するため、多量の改質ガスを生成できるとともに、その生成量を制御できる。
The fuel reformer 4 includes a heater (not shown) such as a glow plug or a spark plug, and can heat the reforming
The fuel reformer 4 is provided separately from the
次に、図2及び図3を参照して、燃料改質器の運転モードについて説明する。
燃料改質器4の運転モードは、改質触媒41に供給される原料の酸素と炭素の比に相関のあるパラメータに応じて、改質ストイキモードと、改質リッチモードと、改質リーンモードとの3つの種類に分けられる。本実施形態では、上記原料の酸素と炭素の比に相関のあるパラメータとして、改質触媒41に供給される空気中の酸素のモル数に対する、燃料中の炭素のモル数の比率によりOC比(酸素のモル数/炭素のモル数)を定義し、このOC比に応じて燃料改質器4の運転モードを分類する。
Next, the operation mode of the fuel reformer will be described with reference to FIGS. 2 and 3.
The operation mode of the fuel reformer 4 is selected from the reforming stoichiometric mode, the reforming rich mode, and the reforming lean mode according to parameters correlated with the ratio of the raw material oxygen and carbon supplied to the reforming
図2は、各運転モードで燃料改質器4を運転した場合における改質ガスの組成比を示す図である。
以下では、原料のOC比を“1.0”を中心とした所定の幅内に設定することを、燃料改質器を改質ストイキモードで運転する、という。これに対して、原料のOC比を改質ストイキモードの設定値よりも小さな値に設定することを、燃料改質器を改質リッチモードで運転する、といい、原料のOC比を改質ストイキモードの設定値よりも大きな値に設定することを、燃料改質器を改質リーンモードで運転する、という。
FIG. 2 is a diagram showing the composition ratio of the reformed gas when the fuel reformer 4 is operated in each operation mode.
Hereinafter, setting the OC ratio of the raw material within a predetermined width centered on “1.0” is referred to as operating the fuel reformer in the reformed stoichiometric mode. On the other hand, setting the OC ratio of the raw material to a value smaller than the set value of the reforming stoichiometric mode is called operating the fuel reformer in the reforming rich mode, and reforming the OC ratio of the raw material. Setting a value larger than the stoichiometric mode setting value means operating the fuel reformer in the reforming lean mode.
図2には、原料のOC比の設定値を、“1.15”、“1.1”(以上、改質リーンモード)、“1.0”(以上、改質ストイキモード)、“0.9”、“0.8”(以上、改質リッチモード)にした場合における改質ガスの組成比を示した。また、改質ガスの主要な成分として、水素、一酸化炭素、及び軽質の炭化水素の組成比のみを図2に示す。なお、軽質の炭化水素について、図2では、炭素数が“1”のものをC1とし、炭素数が“2”のものをC2とし、炭素数が“3”のものをC3とし、炭素数が“4”のものをC4とした。なお、各成分の燃焼熱、すなわち燃焼したときに発生する熱量を括弧中に示す。また、図2には、上記組成比の他、各運転モードで燃料改質器を運転した場合に生成された改質ガスの燃焼熱を示す。 In FIG. 2, the setting values of the OC ratio of the raw materials are “1.15”, “1.1” (above, reformed lean mode), “1.0” (above, reformed stoichiometric mode), “0”. The composition ratio of the reformed gas when .9 ”and“ 0.8 ”(reform rich mode) is shown. Further, FIG. 2 shows only composition ratios of hydrogen, carbon monoxide, and light hydrocarbons as main components of the reformed gas. For light hydrocarbons, in FIG. 2, the carbon number “1” is C1, the carbon number “2” is C2, the carbon number “3” is C3, "4" is C4. Note that the heat of combustion of each component, that is, the amount of heat generated upon combustion is shown in parentheses. FIG. 2 shows the combustion heat of the reformed gas generated when the fuel reformer is operated in each operation mode in addition to the composition ratio.
図2に示すように、燃料改質器を改質ストイキモードで運転した場合、生成される改質ガスのうち水素及び一酸化炭素の割合が、他の運転モードで運転した場合と比較して大きい。
燃料改質器を改質リッチモードで運転した場合、上記改質ストイキモードで運転した場合と比較して、水素及び一酸化炭素の割合は改質ストイキモードで運転した場合よりも小さくなるものの、軽質の炭化水素の割合が、他の運転モードで運転した場合と比較して大きい。
また、燃料改質器を改質リーンモードで運転した場合、上記改質ストイキモードで運転した場合と比較して、水素及び一酸化炭素の割合は改質ストイキモードで運転した場合よりも小さくなり、軽質の炭化水素の割合は改質リッチモードで運転した場合よりも小さくなる。また、OC比の設定値を改質ストイキモードの設定値よりも大きくすることから、改質リーンモードで運転した場合、改質触媒に流入する原料の酸素の割合は、他の運転モードで運転した場合と比較して大きい。
また、原料のOC比を小さくするに従い、生成される改質ガス全体の燃焼熱は大きくなる傾向がある。
As shown in FIG. 2, when the fuel reformer is operated in the reformed stoichiometric mode, the ratio of hydrogen and carbon monoxide in the generated reformed gas is compared with that in the other operating modes. large.
When the fuel reformer is operated in the reformed rich mode, the ratio of hydrogen and carbon monoxide is smaller than that in the reformed stoichiometric mode, compared with the case where the fuel reformer is operated in the reformed stoichiometric mode. The proportion of light hydrocarbons is greater than when operating in other operating modes.
In addition, when the fuel reformer is operated in the reformed lean mode, the ratio of hydrogen and carbon monoxide is smaller than when the fuel reformer is operated in the reformed stoichiometric mode, compared with the case where the fuel reformer is operated in the reformed stoichiometric mode. The proportion of light hydrocarbons is smaller than when operating in the reformed rich mode. In addition, since the OC ratio setting value is set to be larger than the reforming stoichiometric mode setting value, when operating in the reforming lean mode, the ratio of the raw material oxygen flowing into the reforming catalyst is determined in other operating modes. Bigger than the case.
Further, as the OC ratio of the raw material is reduced, the combustion heat of the entire reformed gas produced tends to increase.
図3は、改質ストイキモード及び改質リッチモードで運転した場合における、改質ガスの排気浄化デバイス上での発熱量を比較する図である。図3中、左側は排気浄化デバイスが低温の時における上記発熱量の比較を示し、右側は排気浄化デバイスが高温の時における上記改質ガスの発熱量の比較を示す。 FIG. 3 is a diagram for comparing the calorific value of the reformed gas on the exhaust purification device when operated in the reformed stoichiometric mode and the reformed rich mode. In FIG. 3, the left side shows a comparison of the heat generation amount when the exhaust purification device is at a low temperature, and the right side shows a comparison of the heat generation amount of the reformed gas when the exhaust purification device is at a high temperature.
上述のように、燃料改質器を改質リッチモードで運転すると、生成される改質ガスのうち水素及び一酸化炭素の割合は改質ストイキモード運転時よりも小さいものの、燃焼熱が大きい炭化水素が多く生成される。このため、改質ガスのトータルでの発熱量は、改質ストイキモード運転時よりも改質リッチモード運転時の方が大きい。
しかしながら、炭化水素は、水素や一酸化炭素と比較して低温時には燃焼しにくいという特性がある。このため、図3中、左側に示すように、低温の排気浄化デバイス上では炭化水素は燃焼せず、結果として改質ガスの発熱量は、改質リッチモード運転時よりも改質ストイキモード運転時の方が大きくなる。これに対して、図3中、右側に示すように、高温の排気浄化デバイス上では炭化水素は燃焼するため、結果として改質ガスの発熱量は、改質ストイキモード運転時よりも改質リッチモード運転時の方が大きくなる。
As described above, when the fuel reformer is operated in the reforming rich mode, the ratio of hydrogen and carbon monoxide in the generated reformed gas is smaller than that in the reforming stoichiometric mode operation, but the carbonization with a large combustion heat is performed. A lot of hydrogen is produced. For this reason, the total calorific value of the reformed gas is larger during the reformed rich mode operation than during the reformed stoichiometric mode operation.
However, hydrocarbons have a characteristic that they are difficult to burn at low temperatures compared to hydrogen and carbon monoxide. Therefore, as shown on the left side in FIG. 3, hydrocarbons do not burn on the low-temperature exhaust purification device, and as a result, the calorific value of the reformed gas is higher than that in the reformed rich mode operation. Time becomes bigger. On the other hand, as shown on the right side in FIG. 3, hydrocarbons burn on the high-temperature exhaust purification device. As a result, the amount of heat generated by the reformed gas is higher than that during reformed stoichiometric mode operation. It becomes larger during mode operation.
図1に戻って、ECU5には、排気温度センサ61や触媒温度センサ62などの各種センサが接続されている。
排気温度センサ61は、排気管2のうち排気浄化デバイス3の下流側の排気の温度を検出し、検出値に略比例した信号をECU5に送信する。排気浄化デバイス3の温度は、この排気温度センサ61の出力に基づいてECU5により算出される。
触媒温度センサ62は、燃料改質器4の改質触媒41の温度を検出し、検出値に略比例した信号をECU5に送信する。
Returning to FIG. 1, various sensors such as an
The exhaust
The
ECU5は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換するなどの機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット(以下「CPU」という)とを備える。この他、ECU5は、CPUで実行される各種演算プログラム及び演算結果などを記憶する記憶回路と、インジェクタ22などに制御信号を出力する出力回路と、を備える。以上のようなハードウェア構成により、ECU5には、以下に示す改質器制御処理を実行するモジュールが構成される。
The
図4は、改質器制御処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、排気浄化デバイスの温度に応じて適切な運転モードで燃料改質器を制御する処理であり、排気浄化デバイスの昇温時など、改質ガスの供給に対する要求が生じたことに応じてECUにより実行される。 FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of the reformer control process. This process is a process for controlling the fuel reformer in an appropriate operation mode in accordance with the temperature of the exhaust purification device, and in response to a request for the supply of reformed gas, such as when the exhaust purification device is heated. And executed by the ECU.
ステップS1では、排気温度センサの出力に基づいて排気浄化デバイスの温度を取得し、この排気浄化デバイスの温度が所定の判定温度より高いか否かを判別する。この判定温度は、例えば、改質ガスで生成される軽質の炭化水素の燃焼温度の近傍に設定される。 In step S1, the temperature of the exhaust purification device is acquired based on the output of the exhaust temperature sensor, and it is determined whether or not the temperature of the exhaust purification device is higher than a predetermined determination temperature. This determination temperature is set, for example, in the vicinity of the combustion temperature of light hydrocarbons produced by the reformed gas.
上述のように、排気浄化デバイスの温度が軽質の炭化水素の燃焼温度よりも低い場合には、燃料改質器を改質ストイキモードで運転した方が、改質リッチモードで運転するよりも、排気浄化デバイスにおける改質ガスの燃焼熱が大きい(図3参照)。そこで、ステップS1における判別がNOであり、排気浄化デバイスの温度が上記判定温度未満の場合には、ステップS2に移り、低温から燃焼する水素及び一酸化炭素を多く含んだ改質ガスでより効率的に排気浄化デバイスを昇温するべく燃料改質器を改質ストイキモードで運転する。ステップS2において、燃料改質器を改質ストイキモードで運転するより具体的な手順については、後に詳述する。一方、ステップS1における判別がYESであり、排気浄化デバイスの温度が上記判定温度以上の場合には、燃料改質器を改質リッチモード又は改質リーンモードで運転するべく、ステップS3に移る。 As described above, when the temperature of the exhaust purification device is lower than the combustion temperature of light hydrocarbons, operating the fuel reformer in the reformed stoichiometric mode rather than operating in the reformed rich mode The combustion heat of the reformed gas in the exhaust purification device is large (see FIG. 3). Therefore, if the determination in step S1 is NO and the temperature of the exhaust purification device is lower than the determination temperature, the process proceeds to step S2, and the reformed gas containing a large amount of hydrogen and carbon monoxide that burns from a low temperature is more efficient. In order to raise the temperature of the exhaust purification device, the fuel reformer is operated in the reformed stoichiometric mode. A more specific procedure for operating the fuel reformer in the reforming stoichiometric mode in step S2 will be described in detail later. On the other hand, if the determination in step S1 is YES and the temperature of the exhaust purification device is equal to or higher than the determination temperature, the process proceeds to step S3 to operate the fuel reformer in the reforming rich mode or the reforming lean mode.
ステップS3では、リーンモードフラグF_leanが“1”であるか否かを判別する。リーンモードフラグF_leanは、改質リーンモードで燃料改質器を運転することを要求するフラグであり、図示しない処理により逐次更新される。ステップS3の判別がNOである場合には、ステップS4に移り、水素及び一酸化炭素に加え発熱量の大きい軽質炭化水素を多く含んだ改質ガスで効率的に排気浄化デバイスを昇温するべく燃料改質器を改質リッチモードで運転する。一方、ステップS3の判別がYESである場合には、ステップS5に移り、燃料改質器を改質リーンモードで運転する。 In step S3, it is determined whether or not a lean mode flag F_lean is “1”. The lean mode flag F_lean is a flag requesting to operate the fuel reformer in the reforming lean mode, and is sequentially updated by a process not shown. If the determination in step S3 is NO, the process proceeds to step S4 to efficiently raise the temperature of the exhaust purification device with the reformed gas containing a large amount of light hydrocarbons having a large calorific value in addition to hydrogen and carbon monoxide. The fuel reformer is operated in the reformed rich mode. On the other hand, when the determination in step S3 is YES, the process proceeds to step S5, and the fuel reformer is operated in the reforming lean mode.
ここで、リーンモードフラグF_leanを更新する手順について説明する。
改質リッチモードではOC比を改質ストイキモードよりも小さな値に設定するため、原料の炭素の割合が大きく、改質触媒にコークが堆積し易い。一方、改質リーンモードではOC比を改質ストイキモードよりも大きな値に設定するため、原料の酸素の割合が大きく、改質触媒に堆積したコークを燃焼除去することができる。以上のように、燃料改質器を改質リッチモードで運転すると改質触媒にコークが堆積し、燃料改質器を改質リーンモードで運転すると堆積したコークを燃焼除去できることから、本実施形態では、改質触媒に過剰のコークが堆積しないように、かつ、改質触媒を過剰に高温にさらし続けないように、適切な時期にリーンモードフラグF_leanを更新する。
Here, a procedure for updating the lean mode flag F_lean will be described.
In the reformed rich mode, the OC ratio is set to a value smaller than that in the reformed stoichiometric mode, so that the ratio of carbon of the raw material is large and coke tends to deposit on the reforming catalyst. On the other hand, in the reformed lean mode, since the OC ratio is set to a larger value than in the reformed stoichiometric mode, the ratio of the raw material oxygen is large, and the coke deposited on the reforming catalyst can be removed by combustion. As described above, when the fuel reformer is operated in the reforming rich mode, coke is deposited on the reforming catalyst, and when the fuel reformer is operated in the reforming lean mode, the deposited coke can be removed by combustion. Then, the lean mode flag F_lean is updated at an appropriate time so that excessive coke does not accumulate on the reforming catalyst and the reforming catalyst is not continuously exposed to an excessively high temperature.
本実施形態では、リーンモードフラグF_leanを“0”から“1”にセットする条件、すなわち、燃料改質器の運転モードを改質リッチモードから改質リーンモードに移行するリーンモード移行条件には、以下の2種類の条件(A)及び(B)の少なくとも何れかを用いる。 In this embodiment, the condition for setting the lean mode flag F_lean from “0” to “1”, that is, the lean mode transition condition for shifting the operation mode of the fuel reformer from the reformed rich mode to the reformed lean mode is used. At least one of the following two conditions (A) and (B) is used.
(A)改質触媒に堆積したコーク量を推定し、このコーク堆積量ΣCkが、堆積上限値を超えること。
単位時間当りのコーク堆積量Ckは、例えば、改質ガスの流量及びOC比に基づいて所定のマップを検索することで推定することができる。
図5は、改質ガス流量及びOC比と、単位時間当りのコーク堆積量Ckとの関係を示す図であり、上記マップの一例を示す図である。図5に示すマップによれば、単位時間当りのコーク堆積量Ckは、改質ガス流量が少なく、かつ、OC比が小さくなるほど多くなる。燃料改質器を改質リッチモードで運転している間に、このようにして算出した単位時間当りのコーク堆積量Ckを積算することにより、上記コーク堆積量ΣCkを推定することができる。
上述の例では、改質ガス流量及びOC比の2つのパラメータに基づいてコーク堆積量ΣCkを算出したが、この他、改質ガスに供給した燃料の消費量、燃料改質器の運転時間、改質触媒の酸素濃度及び炭素濃度、改質触媒の上流側と下流側との差圧、及び改質触媒の温度などのパラメータに基づいてコーク堆積量ΣCkを算出してもよい。
(A) The amount of coke deposited on the reforming catalyst is estimated, and the amount of coke deposited ΣCk exceeds the upper limit of deposition.
The coke deposition amount Ck per unit time can be estimated by searching a predetermined map based on, for example, the flow rate of the reformed gas and the OC ratio.
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between the reformed gas flow rate and the OC ratio and the coke deposition amount Ck per unit time, and is a diagram showing an example of the map. According to the map shown in FIG. 5, the coke deposition amount Ck per unit time increases as the reformed gas flow rate decreases and the OC ratio decreases. While operating the fuel reformer in the reforming rich mode, the coke deposition amount ΣCk can be estimated by integrating the coke deposition amount Ck calculated in this way.
In the above example, the coke deposition amount ΣCk is calculated based on the two parameters of the reformed gas flow rate and the OC ratio. In addition, the consumption of fuel supplied to the reformed gas, the operation time of the fuel reformer, The coke deposition amount ΣCk may be calculated based on parameters such as the oxygen concentration and carbon concentration of the reforming catalyst, the differential pressure between the upstream side and the downstream side of the reforming catalyst, and the temperature of the reforming catalyst.
(B)燃料改質器を改質リッチモードで運転した時間を計時しておき、このリッチモード運転時間が運転上限時間を超えること。
上述のように燃料改質器を改質リッチモードで運転したときに改質触媒にコークが堆積することから、リッチモード運転時間でも、改質リーンモードに移行する適切な時期を判定することができる。
(B) The time during which the fuel reformer is operated in the reforming rich mode is timed, and the rich mode operating time exceeds the operation upper limit time.
As described above, since coke accumulates on the reforming catalyst when the fuel reformer is operated in the reforming rich mode, it is possible to determine an appropriate time to shift to the reforming lean mode even in the rich mode operating time. it can.
リーンモードフラグF_leanを“1”から“0”にリセットする条件、すなわち、燃料改質器の運転モードを改質リーンモードから改質リッチモードに移行するリーンモード終了条件には、以下の2種類の条件(C)及び(D)の少なくとも何れかを用いる。 There are two types of conditions for resetting the lean mode flag F_lean from “1” to “0”, that is, the lean mode end conditions for shifting the operation mode of the fuel reformer from the reforming lean mode to the reforming rich mode. At least one of the conditions (C) and (D) is used.
(C)コーク堆積量ΣCkが堆積下限値を下回ること。
燃料改質器を改質リーンモードで運転すると、改質触媒に堆積していたコークが徐々に燃焼除去されてゆくが、このときの単位時間当りのコーク除去量−Ckは、改質触媒の酸素濃度や改質触媒の温度などのパラメータに基づいて推定することができる。燃料改質器を改質リーンモードで運転している間に、このようにして算出した単位時間当りのコーク除去量−Ckを積算することにより、上記コーク堆積量ΣCkを推定することができる。
(C) The amount of coke deposition ΣCk is below the lower limit of deposition.
When the fuel reformer is operated in the reforming lean mode, the coke deposited on the reforming catalyst is gradually burned and removed. At this time, the amount of coke removed -Ck per unit time is It can be estimated based on parameters such as the oxygen concentration and the temperature of the reforming catalyst. While operating the fuel reformer in the reforming lean mode, the coke deposition amount ΣCk can be estimated by integrating the coke removal amount -Ck calculated in this way.
(D)燃料改質器を改質リーンモードで運転した時間を計時しておき、このリーンモード運転時間が運転上限値を超えること。
上述のように燃料改質器を改質リーンモードで運転することにより、改質触媒に堆積していたコークが燃焼除去されてゆくことから、リーンモード運転時間でも、改質リーンモードを終了する適切な時期を判定することができる。
(D) The time during which the fuel reformer is operated in the reforming lean mode is timed, and the lean mode operating time exceeds the operation upper limit value.
As described above, by operating the fuel reformer in the reforming lean mode, the coke accumulated on the reforming catalyst is burned and removed, so that the reforming lean mode is ended even in the lean mode operating time. The right time can be determined.
図4に戻って、ステップS2の改質ストイキモード運転では、改質触媒に供給される空気量と燃料量から実OC比を算出する。そして、OC比の設定値を“1.0”にし、この設定値に実OC比が一致するように、改質触媒に供給する空気量及び燃料量を調整する。この際、改質触媒の温度は所定の範囲(例えば、約800℃〜約1200℃)内に制御する。 Returning to FIG. 4, in the reformed stoichiometric mode operation in step S <b> 2, the actual OC ratio is calculated from the amount of air and the amount of fuel supplied to the reforming catalyst. Then, the set value of the OC ratio is set to “1.0”, and the amount of air and the amount of fuel supplied to the reforming catalyst are adjusted so that the actual OC ratio matches this set value. At this time, the temperature of the reforming catalyst is controlled within a predetermined range (for example, about 800 ° C. to about 1200 ° C.).
ステップS4の改質リッチモードでは、改質触媒に供給される空気量と燃料量から実OC比を算出する。そして、OC比の設定値を、改質リッチモード運転時の目標値である“0.8”まで段階的に小さくするとともに、このOC比の設定値に実OC比が一致するように、改質触媒に供給する空気量及び燃料量を調整する。この際、改質触媒のうち最も温度が低い部分の温度が下限温度を下回らないように、OC比の設定値を所定時間かけて段階的に小さくする。ここで、改質触媒の上記下限温度は、改質触媒で安定した改質反応を維持できる温度(例えば、約800℃)に設定される。また、OC比の設定値を段階的に小さくする際の減少幅は、例えば、“0.01”〜“0.05”の間に設定される。
以上のようにしてOC比の設定値を段階的に小さくする間に改質触媒の温度が下限温度を下回ると判定された場合には、改質触媒の温度をこの下限温度以上に維持できるように、上記目標値を“0.8”〜“1.0”の範囲内で再設定する。
In the reformed rich mode in step S4, the actual OC ratio is calculated from the amount of air and fuel supplied to the reforming catalyst. Then, the OC ratio set value is gradually reduced to “0.8” which is the target value in the reformed rich mode operation, and the OC ratio is set so that the actual OC ratio matches the set value. Adjust the amount of air and fuel supplied to the catalyst. At this time, the set value of the OC ratio is decreased stepwise over a predetermined time so that the temperature of the lowest temperature portion of the reforming catalyst does not fall below the lower limit temperature. Here, the lower limit temperature of the reforming catalyst is set to a temperature (for example, about 800 ° C.) at which the reforming catalyst can maintain a stable reforming reaction. In addition, the amount of decrease when the OC ratio setting value is decreased stepwise is set, for example, between “0.01” and “0.05”.
As described above, when it is determined that the temperature of the reforming catalyst is lower than the lower limit temperature while the set value of the OC ratio is decreased stepwise, the temperature of the reforming catalyst can be maintained above the lower limit temperature. Then, the target value is reset within the range of “0.8” to “1.0”.
ステップS5の改質リーンモードでは、改質触媒に供給される空気量と燃料量から実OC比を算出する。そして、OC比の設定値を、改質リーンモード運転時の目標値である“1.2”まで段階的に大きくするとともに、このOC比の設定値に実OC比が一致するように、改質触媒に供給する空気量及び燃料量を調整する。この際、改質触媒のうち最も温度が高い部分の温度が所定の上限温度を超えないように、OC比の設定値を所定時間かけて段階的に大きくする。ここで、改質触媒の上記上限温度は、改質触媒の劣化が顕著となる温度(例えば、約1200℃)に設定される。また、OC比の設定値を段階的に大きくする際の増加幅は、例えば、“0.01”〜“0.05”の間に設定される。
以上のようにしてOC比の設定値を段階的に大きくする間に改質触媒の温度が上限温度を上回ると判定された場合には、改質触媒の温度をこの上限温度以下に維持できるように、上記目標値を“1.0”〜“1.2”の範囲内で再設定する。
In the reformed lean mode in step S5, the actual OC ratio is calculated from the amount of air and fuel supplied to the reforming catalyst. Then, the OC ratio setting value is increased stepwise up to the target value “1.2” during the reforming lean mode operation, and the OC ratio setting value is adjusted to match the actual OC ratio. Adjust the amount of air and fuel supplied to the catalyst. At this time, the set value of the OC ratio is increased stepwise over a predetermined time so that the temperature of the highest temperature portion of the reforming catalyst does not exceed the predetermined upper limit temperature. Here, the upper limit temperature of the reforming catalyst is set to a temperature (for example, about 1200 ° C.) at which the degradation of the reforming catalyst becomes significant. Further, the increment when the OC ratio setting value is increased stepwise is set, for example, between “0.01” and “0.05”.
As described above, when it is determined that the temperature of the reforming catalyst exceeds the upper limit temperature while the set value of the OC ratio is increased stepwise, the temperature of the reforming catalyst can be maintained below the upper limit temperature. Then, the target value is reset within the range of “1.0” to “1.2”.
図6は、上記改質器制御処理の一例を示すタイムチャートである。
時刻t0において燃料改質器の制御を開始する。このとき、燃料改質器は、排気浄化デバイスの温度が判定温度以下であると判定されたことに応じて、改質ストイキモードで運転される(図4のステップS1,S2参照)。
時刻t1では、排気浄化デバイスの温度が上記判定温度より高いと判定されたことに応じて、燃料改質器の運転モードは改質ストイキモードから改質リッチモードに移行される(図4のステップS1,S4参照)。このとき、OC比の設定値は、改質触媒の温度が下限温度を下回らないように段階的に小さくする。
FIG. 6 is a time chart showing an example of the reformer control process.
Control of the fuel reformer is started at time t0. At this time, the fuel reformer is operated in the reforming stoichiometric mode when it is determined that the temperature of the exhaust purification device is equal to or lower than the determination temperature (see steps S1 and S2 in FIG. 4).
At time t1, the operation mode of the fuel reformer is shifted from the reforming stoichiometric mode to the reforming rich mode in response to determining that the temperature of the exhaust purification device is higher than the above-described determination temperature (step of FIG. 4). S1, S4 reference). At this time, the set value of the OC ratio is decreased stepwise so that the temperature of the reforming catalyst does not fall below the lower limit temperature.
時刻t2では、改質触媒に堆積したコークを燃焼除去するべくリーンモードフラグF_leanが“1”にセットされる。これにより、燃料改質器の運転モードは改質リッチモードから改質リーンモードに移行される(図4のステップS3,S5)。このとき、OC比の設定値は、改質触媒の温度が上限温度を超えないように段階的に大きくする。
時刻t3では、改質触媒に堆積したコークの燃焼除去が完了したことに応じてリーンモードフラグF_leanが“0”にリセットされる。これにより、燃料改質器の運転モードは改質リーンモードから改質リッチモードに移行される(図4のステップS3,S4)。
At time t2, the lean mode flag F_lean is set to “1” in order to burn and remove the coke deposited on the reforming catalyst. As a result, the operation mode of the fuel reformer is shifted from the reformed rich mode to the reformed lean mode (steps S3 and S5 in FIG. 4). At this time, the set value of the OC ratio is increased stepwise so that the temperature of the reforming catalyst does not exceed the upper limit temperature.
At time t3, the lean mode flag F_lean is reset to “0” in response to the completion of the combustion removal of the coke deposited on the reforming catalyst. Thereby, the operation mode of the fuel reformer is shifted from the reformed lean mode to the reformed rich mode (steps S3 and S4 in FIG. 4).
本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
(1)本実施形態によれば、水素及び一酸化炭素の他、軽質の炭化水素などを含む改質ガスを排気管2に供給し、この改質ガスを燃焼させることにより、排気管2に設けられた排気浄化デバイス3を昇温することができる。
図7は、排気浄化デバイス3の上流側の排気温度と下流側の排気温度を示す図である。図7中、破線は排気浄化デバイス3の上流側の排気温度を示し、実線は排気浄化デバイス3の下流側の排気温度を示す。図7に示すように、燃料改質器で生成した改質ガスを供給するまでは、排気浄化デバイス3の下流側の排気温度は上流側の排気温度よりも低いが、改質ガスの供給を開始してから停止するまでの間では、排気浄化デバイス3の下流側の排気温度は上流側の排気温度よりも高くなる。これは、燃料改質器4で生成した改質ガスに含まれる水素、一酸化炭素、及び軽質炭化水素などの成分が、排気浄化デバイスにおいて燃焼したためであると考えられる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(1) According to the present embodiment, a reformed gas containing light hydrocarbons and the like in addition to hydrogen and carbon monoxide is supplied to the
FIG. 7 is a diagram showing the exhaust temperature on the upstream side and the exhaust temperature on the downstream side of the
また、改質触媒41により生成した改質ガスで排気浄化デバイス3を昇温するため、排気浄化デバイス3を昇温しながら、最適な条件でエンジンを運転し続けることができるので、エンジンから排出される排気を清浄にし、かつ燃費を向上することができる。また、改質触媒41により生成した気体の状態の改質ガスで排気浄化デバイス3を昇温するので、排気浄化デバイス3に未燃燃料が付着することもないため、局所的に高温になり熱劣化が発生したり、局所的に温度が低下しコーキングが発生したりすることもない。
改質ガスに含まれる水素や一酸化炭素は、炭化水素と比較して低温から燃焼する特性があるため、改質ガス中の水素や一酸化炭素を燃焼させることで低温の排気系を昇温することができる。一方、炭化水素は、水素や一酸化炭素と比較して燃焼熱が大きいという特性があるため、改質ガス中の炭化水素を燃焼させることで排気系を速やかに昇温できる。本実施形態によれば、空気中の酸素のモル数に対する燃料中の炭素のモル数の比率(OC比)を排気浄化デバイス3の温度に基づいて設定し、このOC比の設定値に基づいて燃料改質器4を制御することにより、排気浄化デバイス3の温度に適した組成比の改質ガスを供給することができるので、排気浄化デバイス3を効率的に昇温することができる。また、OC比の設定値に基づいて燃料改質器4を制御することにより、燃料改質器4の熱暴走や、過剰なコークの堆積を防止することができる。
Further, since the temperature of the
Since hydrogen and carbon monoxide contained in the reformed gas have characteristics of burning from low temperatures compared to hydrocarbons, the temperature of the low-temperature exhaust system is increased by burning hydrogen and carbon monoxide in the reformed gas. can do. On the other hand, hydrocarbons have a characteristic that the heat of combustion is larger than that of hydrogen or carbon monoxide, so that the exhaust system can be quickly heated by burning hydrocarbons in the reformed gas. According to the present embodiment, the ratio (OC ratio) of the number of moles of carbon in the fuel to the number of moles of oxygen in the air is set based on the temperature of the
(2)本実施形態によれば、エンジンの低温始動時には燃料改質器4を改質ストイキモードで運転することにより、低温から燃焼する水素及び一酸化炭素を多く含んだ改質ガスを排気浄化デバイス3に供給することができるので、低温の排気浄化デバイス3を速やかに昇温することができる。また、例えば、排気浄化デバイス3の温度が炭化水素を燃焼可能な程度まで上昇した場合には燃料改質器4を改質リッチモードで運転することにより、燃焼熱の大きい軽質炭化水素を多く含んだ改質ガスを排気浄化デバイス3に供給することができるので、排気浄化デバイス3をさらに速やかに昇温することができる。
また、改質触媒41にコークが堆積し触媒の性能が低下した場合には、燃料改質器4を改質リーンモードで運転し、酸素を多く含んだ原料を改質触媒41に供給することにより、改質触媒41に堆積したコークを燃焼除去し、その性能を回復することができる。
(2) According to the present embodiment, when the engine is started at a low temperature, the fuel reformer 4 is operated in the reformed stoichiometric mode so that the reformed gas containing a large amount of hydrogen and carbon monoxide combusted from a low temperature is exhausted and purified. Since it can supply to the
When coke is deposited on the reforming
(3)本実施形態によれば、排気浄化デバイスの温度が判定温度未満である場合には、OC比の設定値を改質ストイキモード側にすることにより、水素及び一酸化炭素を多く含んだ改質ガスで排気浄化デバイス3を速やかに昇温することができる。また、排気浄化デバイス3の温度が判定温度以上である場合には、OC比の設定値を改質リッチモード側に設定することにより、軽質炭化水素を多く含んだ改質ガスで排気浄化デバイス3をさらに速やかに昇温することができる。
(3) According to the present embodiment, when the temperature of the exhaust purification device is lower than the determination temperature, a large amount of hydrogen and carbon monoxide is contained by setting the OC ratio setting value to the reforming stoichiometric mode side. The exhaust
(4)本実施形態によれば、コーク堆積量ΣCkが堆積上限値を超えること、並びに、燃料改質器4のリッチモード運転時間が運転上限時間を超えることの少なくとも何れかを含むリーン移行条件が満たされた場合には、OC比の設定値を改質リーンモード側にし、燃料改質器4を改質リーンモードで運転する。これにより、酸素を多く含んだ原料を改質触媒41に供給し、堆積したコークを燃焼除去できるので、改質触媒41の性能が低下するのを防止できる。また、上記リーン移行条件が満たされた場合に燃料改質器4を改質リーンモードで運転することにより、不要に改質リーンモードで運転してしまい改質触媒が熱により劣化するのを防止することができる。また、上記リーン移行条件を判定するに当り、改質触媒41の性能の低下を直接検出する必要がないので、排気浄化システム1の構成を簡単にできる。
(4) According to the present embodiment, the lean transition condition includes at least one of the coke accumulation amount ΣCk exceeding the accumulation upper limit value and the rich mode operation time of the fuel reformer 4 exceeding the operation upper limit time. Is satisfied, the OC ratio set value is set to the reforming lean mode, and the fuel reformer 4 is operated in the reforming lean mode. As a result, the raw material containing a large amount of oxygen is supplied to the reforming
(5)本実施形態によれば、燃料改質器4を改質リーンモードで運転した後、コーク堆積量ΣCkが堆積下限値を下回ること、並びに、リーンモード運転時間が運転上限値を超えることの少なくとも何れかを含むリーン終了条件が満たされた場合には、OC比の設定値を改質リッチモード側又は改質ストイキ側にする。これにより、燃料改質器4を改質リーンモードで運転する時間を最小限にとどめておくことができるので、改質触媒41が長時間に亘り高温にさらされ続けるのを防止することができる。したがって、改質触媒41に含まれる貴金属にシンタリングが発生したり、改質触媒41の性能が低下したりするのを防止することができる。
(5) According to the present embodiment, after the fuel reformer 4 is operated in the reforming lean mode, the coke accumulation amount ΣCk is less than the accumulation lower limit value, and the lean mode operation time exceeds the operation upper limit value. When the lean end condition including at least one of the above is satisfied, the OC ratio set value is set to the reformed rich mode side or the reformed stoichiometric side. As a result, the time during which the fuel reformer 4 is operated in the reforming lean mode can be kept to a minimum, so that the reforming
(6)本実施形態によれば、燃料改質器4の運転モードを改質リーンモードへ移行する場合、改質触媒のうち最も温度の高い部分の温度が上限温度を超えないように、OC比の設定値を改質リーンモード側の所定の目標値まで段階的に変化させる。これにより、改質触媒41の急激な昇温を防止することができる。
(6) According to this embodiment, when the operation mode of the fuel reformer 4 is shifted to the reforming lean mode, the OC is controlled so that the temperature of the highest temperature portion of the reforming catalyst does not exceed the upper limit temperature. The ratio set value is changed stepwise to a predetermined target value on the reformed lean mode side. Thereby, the rapid temperature increase of the reforming
(7)本実施形態によれば、燃料改質器4の運転モードを改質リッチモードへ移行する場合、改質触媒41のうち最も温度が低い部分の温度が下限温度を下回らないように、OC比の設定値を改質リッチモード側の所定の目標値まで段階的に変化させる。これにより、改質触媒41の急激な温度低下を防止することができる。
(7) According to the present embodiment, when the operation mode of the fuel reformer 4 is shifted to the reforming rich mode, the temperature of the portion of the reforming
(8)本実施形態によれば、上述のような金属触媒成分及び複合酸化物を含む改質触媒を用いることにより、改質触媒41における部分酸化反応活性を高くしながら、高温の使用温度に対する熱劣化を小さくすることができる。
(8) According to the present embodiment, by using the reforming catalyst including the metal catalyst component and the composite oxide as described above, the partial oxidation reaction activity in the reforming
(9)本実施形態によれば、燃料改質器4を排気管2とは別に設けることにより、排気管2内の排気成分、排気温度、排気流速、共存気体、酸素濃度、水蒸気濃度などに影響されることなく常に効率的に改質ガスを生成することができる。したがって、排気浄化システム1全体として使用する触媒量を少なくすることができるので、コストを低減することができる。
(9) According to this embodiment, by providing the fuel reformer 4 separately from the
<実施例1>
上記実施形態の実施例1について説明する。
実施例1では、排気浄化デバイスとしてDPFを設けた場合について説明する。
この場合、DPFに所定量のPMが堆積し、DPF再生処理を実行する時期に達したことに応じて、上述の図4に示す改質器制御処理を実行する。このとき、上述のステップS1における判定温度は、約100℃に設定することが好ましい。
すなわち、DPFを再生する場合、DPFの温度が100℃よりも低い場合には燃料改質器を改質ストイキモードで運転し、DPFの温度が100℃を超えたことに応じて燃料改質器を改質リッチモード又は改質リーンモードで運転する。これにより、DPFに堆積したPMを燃焼除去することができる。
<Example 1>
Example 1 of the above embodiment will be described.
In the first embodiment, a case where a DPF is provided as an exhaust purification device will be described.
In this case, the reformer control process shown in FIG. 4 described above is executed in response to the accumulation of a predetermined amount of PM in the DPF and the time to execute the DPF regeneration process. At this time, it is preferable to set the determination temperature in step S1 described above to about 100 ° C.
That is, when the DPF is regenerated, if the temperature of the DPF is lower than 100 ° C., the fuel reformer is operated in the reforming stoichiometric mode, and the fuel reformer is changed in response to the DPF temperature exceeding 100 ° C. Are operated in the reformed rich mode or the reformed lean mode. Thereby, PM deposited on the DPF can be removed by combustion.
本実施例によれば、DPFの温度に適した組成比の改質ガスを供給することにより、DPFに堆積したPMを燃焼することができる。したがって、DPF再生処理を行うためにポスト噴射や排気噴射を行う必要がなくなるので、オイルダイリューションの発生や、燃費の悪化を抑制することができる。また、DPFの温度に適した運転モードで燃料改質器を運転することにより、従来では容易でなかったエンジンの始動直後や低負荷運転時であってもDPF再生を行うことができる。また、水素や一酸化炭素は、炭化水素と比較してその分子径が小さいため、DPF上にPMが厚く堆積した状態であっても、このPMの層の深部まで到達することができる。したがって、DPFの表面に触媒を塗布した場合には、PMが厚く堆積した状態であっても効率的に燃焼させることができる。 According to the present embodiment, PM deposited on the DPF can be combusted by supplying a reformed gas having a composition ratio suitable for the temperature of the DPF. Therefore, there is no need to perform post injection or exhaust injection in order to perform the DPF regeneration process, so that occurrence of oil dilution and deterioration of fuel consumption can be suppressed. Further, by operating the fuel reformer in an operation mode suitable for the temperature of the DPF, it is possible to perform DPF regeneration even immediately after starting the engine or during low-load operation, which was not easy in the prior art. Further, since the molecular diameter of hydrogen and carbon monoxide is smaller than that of hydrocarbon, even when PM is thickly deposited on the DPF, it can reach the deep part of this PM layer. Therefore, when a catalyst is applied to the surface of the DPF, it can be efficiently burned even when PM is thickly deposited.
<実施例2>
上記実施形態の実施例2について説明する。
実施例2では、排気浄化デバイスとして、酸化雰囲気下で排気中のNOxを捕捉し、捕捉したNOxを還元雰囲気下で還元するNOx浄化触媒を設けた場合について説明する。
実施例1のDPFと同様にNOx浄化触媒を昇温するときの他、NOx浄化触媒で捕捉したNOxを還元するときにも燃料改質器で生成した改質ガスを用いることができる。
すなわち、NOx浄化触媒で貯蔵したNOxを還元する時期に達したことに応じて、上述の図4に示す改質器制御処理を実行する。このとき、上述のステップS1における判定温度は約200℃に設定することが好ましい。
すなわち、NOx浄化触媒で捕捉したNOxを還元する場合、NOx浄化触媒の温度が200℃以下の場合には燃料改質器を改質ストイキモードで運転し、NOx浄化触媒の温度が200℃を超えたことに応じて燃料改質器を改質リッチモード又は改質リーンモードで運転する。これにより、NOxを還元し、NOx浄化触媒を再生することができる。
なお、実施例1のDPFと同様に、NOx浄化触媒を昇温するときにも、燃料改質器で生成した改質ガスを用いることができる。
<Example 2>
Example 2 of the above embodiment will be described.
In Example 2, a case will be described in which an NOx purification catalyst that captures NOx in exhaust under an oxidizing atmosphere and reduces the captured NOx under a reducing atmosphere is provided as an exhaust purification device.
The reformed gas generated by the fuel reformer can be used not only when raising the temperature of the NOx purification catalyst as in the DPF of Example 1, but also when reducing NOx trapped by the NOx purification catalyst.
That is, the reformer control process shown in FIG. 4 described above is executed in response to the time for reducing the NOx stored in the NOx purification catalyst. At this time, it is preferable to set the determination temperature in step S1 described above to about 200 ° C.
That is, when NOx trapped by the NOx purification catalyst is reduced, when the temperature of the NOx purification catalyst is 200 ° C. or lower, the fuel reformer is operated in the reforming stoichiometric mode, and the temperature of the NOx purification catalyst exceeds 200 ° C. Accordingly, the fuel reformer is operated in the reformed rich mode or the reformed lean mode. Thereby, NOx can be reduced and the NOx purification catalyst can be regenerated.
As with the DPF of Example 1, the reformed gas generated by the fuel reformer can also be used when raising the temperature of the NOx purification catalyst.
本実施例によれば、NOx浄化触媒の温度に適した組成比の改質ガスを供給することにより、NOx浄化触媒を昇温したり、捕捉したNOxを還元したりすることができる。 According to this embodiment, by supplying a reformed gas having a composition ratio suitable for the temperature of the NOx purification catalyst, it is possible to raise the temperature of the NOx purification catalyst or reduce the trapped NOx.
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。
上記実施形態では、燃料改質器の運転モードを改質ストイキモードと、改質リッチモードと、改質リーンモードとの3つに分けたが、これに限らない。運転モードの数は、OC比の設定値に応じて、4つ以上に分けてもよい。
The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made.
In the above-described embodiment, the operation mode of the fuel reformer is divided into the reforming stoichiometric mode, the reforming rich mode, and the reforming lean mode, but is not limited thereto. The number of operation modes may be divided into four or more according to the set value of the OC ratio.
図8は、上記実施形態の変形例に係る排気浄化システム1Aの構成を示す模式図である。
排気管2には、上流側から下流側へ向って順に、第1排気浄化デバイス3Aと第2排気浄化デバイス3Bとが設けられている。
燃料改質器4Aのケーシング42と排気管2とは、第1排気浄化デバイス3Aの上流側に接続された第1改質ガス通路45Aと第2排気浄化デバイス3Bの上流側に接続された第2改質ガス通路45Bとを切り換える通路切換装置46Aを介して接続される。
ECU5Aは、排気浄化デバイス3A,3Bのそれぞれの下流側の排気の温度を検出する第1排気温度センサ61Aと第2排気温度センサ61Bとを設け、これら排気温度センサ61A,61Bの出力に基づいて、燃料改質器4A及び通路切換装置46Aを制御する。
以上のように、排気管2に複数の排気浄化デバイスを設けた場合には、これら排気浄化デバイスのそれぞれの上流側に、燃料改質器で生成した改質ガスを供給してもよい。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a configuration of an exhaust purification system 1A according to a modification of the embodiment.
The
The
The
As described above, when a plurality of exhaust purification devices are provided in the
1,1A…排気浄化システム
2…排気管(排気系)
3,3A,3B…排気浄化デバイス(排気系)
4,4A…燃料改質器
41…改質触媒
5,5A…ECU(排気温度取得手段、パラメータ設定手段、改質器制御手段)
61,61A,61B…排気温度センサ(排気温度取得手段)
1, 1A ...
3, 3A, 3B ... Exhaust purification device (exhaust system)
4, 4A ...
61, 61A, 61B ... exhaust temperature sensor (exhaust temperature acquisition means)
Claims (9)
前記排気系の温度を取得する排気温度取得手段と、
当該排気温度取得手段により取得された排気系の温度に基づいて、前記改質触媒に供給する原料の酸素と炭素の比に相関のあるパラメータを設定するパラメータ設定手段と、
当該パラメータの設定値に基づいて前記燃料改質器を制御する改質器制御手段と、を備えることを特徴とする排気浄化システム。 An exhaust purification system including a fuel reformer that generates a reformed gas by supplying a raw material including fuel and air to a reforming catalyst, and supplies the generated reformed gas to an exhaust system of an internal combustion engine. ,
Exhaust temperature acquisition means for acquiring the temperature of the exhaust system;
Parameter setting means for setting a parameter having a correlation with the ratio of oxygen to carbon of the raw material supplied to the reforming catalyst based on the temperature of the exhaust system acquired by the exhaust temperature acquisition means;
An exhaust purification system comprising: reformer control means for controlling the fuel reformer based on a set value of the parameter.
生成される改質ガスのうち水素及び一酸化炭素の割合が他の運転モードと比較して大きい改質ストイキモードと、
生成される改質ガスのうち軽質炭化水素の割合が他の運転モードと比較して大きい改質リッチモードと、
前記改質触媒に供給される原料のうち酸素の割合が他の運転モードと比較して大きい改質リーンモードと、の3つ以上に分けられることを特徴とする請求項1に記載の排気浄化システム。 The operation mode of the fuel reformer depends on the set value of the parameter,
A reformed stoichiometric mode in which the proportion of hydrogen and carbon monoxide in the generated reformed gas is large compared to other operation modes;
A reformed rich mode in which the proportion of light hydrocarbons in the generated reformed gas is large compared to other operation modes,
2. The exhaust gas purification according to claim 1, wherein the raw material supplied to the reforming catalyst is divided into three or more of a reforming lean mode in which a proportion of oxygen is large compared to other operation modes. system.
前記取得された排気系の温度が判定温度未満の場合にはパラメータの設定値を改質ストイキモード側にし、
前記取得された排気系の温度が前記判定温度以上の場合にはパラメータの設定値を改質リッチモード側にすることを特徴とする請求項2に記載の排気浄化システム。 The parameter setting means includes
When the acquired exhaust system temperature is lower than the judgment temperature, the parameter setting value is set to the reforming stoichiometric mode side,
The exhaust purification system according to claim 2, wherein when the acquired exhaust system temperature is equal to or higher than the determination temperature, the parameter setting value is set to the reforming rich mode side.
前記リーン移行条件は、前記改質触媒に堆積したコーク量が堆積上限値を超えること、並びに、前記燃料改質器を改質リッチモードで運転した時間が運転上限時間を超えることの少なくとも何れかを含むことを特徴とする請求項2又は3に記載の排気浄化システム。 When the predetermined lean transition condition is satisfied, the parameter setting means sets the parameter setting value to the reforming lean mode side,
The lean transition condition is at least one of the amount of coke deposited on the reforming catalyst exceeding a deposition upper limit value, and the time when the fuel reformer is operated in the reforming rich mode exceeds the operation upper limit time. The exhaust gas purification system according to claim 2 or 3, characterized by comprising:
前記リーン終了条件は、前記改質触媒に堆積したコーク量が堆積下限値を下回ること、並びに、前記燃料改質器を改質リーンモードで運転していた時間が運転上限時間を超えることの少なくとも何れかを含むことを特徴とする請求項2から4の何れかに記載の排気浄化システム。 The parameter setting means sets the parameter setting value to the reforming lean mode side, and if the predetermined lean end condition is satisfied, sets the parameter setting value to the reforming rich mode side or the reforming stoichiometric mode side. West,
The lean end condition is at least that the amount of coke deposited on the reforming catalyst is below the lower limit of accumulation, and that the time during which the fuel reformer has been operated in the reformed lean mode exceeds the upper limit of operation. The exhaust gas purification system according to any one of claims 2 to 4, characterized in that any one of them is included.
前記パラメータ設定手段は、前記改質触媒のうち最も温度の高い部分の温度が上限温度を超えないように、パラメータの設定値を前記改質リーンモード側の所定の目標値まで段階的に変化させることを特徴とする請求項2から5の何れかに記載の排気浄化システム。 When shifting the operation mode of the fuel reformer to the reforming lean mode,
The parameter setting means changes the parameter setting value stepwise to a predetermined target value on the reforming lean mode side so that the temperature of the highest temperature portion of the reforming catalyst does not exceed the upper limit temperature. An exhaust purification system according to any one of claims 2 to 5, wherein
前記パラメータ設定手段は、前記改質触媒のうち最も温度の低い部分の温度が下限温度を下回らないように、パラメータの設定値を前記改質リッチモード側の所定の目標値まで段階的に変化させることを特徴とする請求項2から6の何れかに記載の排気浄化システム。 When shifting the operation mode of the fuel reformer to the reforming rich mode,
The parameter setting means changes the parameter setting value stepwise to a predetermined target value on the reforming rich mode side so that the temperature of the lowest temperature portion of the reforming catalyst does not fall below a lower limit temperature. The exhaust gas purification system according to any one of claims 2 to 6, wherein
白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、ニッケル、鉄、及びコバルトよりなる群から選ばれる少なくとも1種の金属触媒成分と、
セリア、アルミナ、ジルコニア、チタニア、マグネシア、及びゼオライトよりなる群から選ばれる少なくとも1種の酸化物又はこれを基本組成とした複合酸化物と、を含むことを特徴とする請求項1から7の何れかに記載の排気浄化システム。 The reforming catalyst is
At least one metal catalyst component selected from the group consisting of platinum, palladium, rhodium, ruthenium, nickel, iron, and cobalt;
8. At least one oxide selected from the group consisting of ceria, alumina, zirconia, titania, magnesia, and zeolite, or a composite oxide based on the oxide, or any one of claims 1 to 7 The exhaust gas purification system according to the above.
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