JP2013170535A - Internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a reforming catalyst from poisoning deterioration due to sulfur contained in fuel.SOLUTION: An internal combustion engine includes: a separator 76 for separating a supplied fuel into fuel having sulfur concentration lower than that of the supplied fuel, and fuel having sulfur concentration higher than that of the supplied fuel, and discharges the separated fuel; a recirculation passage 61 for recirculating a part of exhaust gas into an intake air passage 4; a reformed fuel injector 63 provided in the recirculation passage 61 and for injecting fuel as a reformed fuel, the fuel having low sulfur concentration discharged from the separator 76; and a reforming catalyst 641 provided in the recirculation passage 61, and for generating the reformed gas containing hydrogen by reforming the fuel/air mixture for reforming, of the exhaust gas and the reformed fuel.

Description

本発明は内燃機関に関する。   The present invention relates to an internal combustion engine.

従来の内燃機関は、排気と改質用燃料との混合気を改質触媒によって改質して水素含有ガスを生成し、生成した水素含有ガスを吸気通路に還流させていた（特許文献１参照）。   In a conventional internal combustion engine, a gas mixture of exhaust gas and reforming fuel is reformed by a reforming catalyst to generate a hydrogen-containing gas, and the generated hydrogen-containing gas is recirculated to the intake passage (see Patent Document 1). ).

特開２００６−３７８７９号公報JP 2006-37879 A

しかしながら、前述した従来の内燃機関は、改質用燃料に含まれる硫黄分によって改質触媒が被毒劣化するという問題点があった。   However, the above-described conventional internal combustion engine has a problem that the reforming catalyst is poisoned and deteriorated by the sulfur content contained in the reforming fuel.

本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、改質触媒の被毒劣化を抑制することを目的とする。   The present invention has been made paying attention to such problems, and aims to suppress poisoning deterioration of the reforming catalyst.

本発明は、供給燃料を、その供給燃料よりも硫黄濃度が低い燃料とその供給燃料よりも硫黄濃度が高い燃料とに分離して排出する分離器と、排気の一部を吸気通路に還流させる還流通路と、還流通路に設けられ、分離器から排出された硫黄濃度が低い燃料を改質燃料として噴射する改質燃料噴射器と、還流通路に設けられ、排気と改質燃料との改質用混合気を改質して水素を含有する改質ガスを生成する改質触媒と、を備える内燃機関である。   The present invention separates the supplied fuel into a fuel having a sulfur concentration lower than that of the supplied fuel and a fuel having a higher sulfur concentration than that of the supplied fuel, and recirculates part of the exhaust to the intake passage. A recirculation passage, a reformed fuel injector that is provided in the recirculation passage and injects fuel having a low sulfur concentration discharged from the separator as a reformed fuel, and a reformer that is provided in the recirculation passage and that is formed of exhaust gas and reformed fuel. And an reforming catalyst that generates a reformed gas containing hydrogen by reforming the air-fuel mixture.

本発明によれば、分離器によって供給燃料を硫黄濃度が低い燃料と硫黄濃度が高い燃料とに分離し、硫黄濃度が低い燃料を改質燃料として改質燃料噴射器から噴射することにした。これにより、燃料中に含まれる硫黄に起因する改質触媒の被毒劣化を抑制することができる。   According to the present invention, the supplied fuel is separated into the fuel having a low sulfur concentration and the fuel having a high sulfur concentration by the separator, and the fuel having the low sulfur concentration is injected from the reformed fuel injector as the reformed fuel. Thereby, poisoning deterioration of the reforming catalyst resulting from sulfur contained in the fuel can be suppressed.

本発明の第１実施形態による火花点火式内燃機関の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a spark ignition internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第２実施形態による火花点火式内燃機関の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the spark ignition type internal combustion engine by 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態による火花点火式内燃機関の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the spark ignition type internal combustion engine by 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４実施形態による火花点火式内燃機関の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the spark ignition type internal combustion engine by 4th Embodiment of this invention.

以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による火花点火式内燃機関（以下「エンジン」という。）１の概略構成図である。 (First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a spark ignition internal combustion engine (hereinafter referred to as “engine”) 1 according to a first embodiment of the present invention.

エンジン１は、シリンダブロック２と、シリンダヘッド３と、吸気通路４と、排気通路５と、排気再循環（Exhaust Gas Recirculation；以下「ＥＧＲ」という）装置６と、燃料供給装置７と、コントローラ８と、を備える。   The engine 1 includes a cylinder block 2, a cylinder head 3, an intake passage 4, an exhaust passage 5, an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as “EGR”) device 6, a fuel supply device 7, and a controller 8. And comprising.

シリンダブロック２は、シリンダ部２ａとクランクケース部２ｂとを備える。   The cylinder block 2 includes a cylinder part 2a and a crankcase part 2b.

シリンダ部２ａには、複数のシリンダ２１が形成される。シリンダ２１の内部には、燃焼圧力を受けてシリンダ２１の内部を往復運動するピストン２２が収められる。   A plurality of cylinders 21 are formed in the cylinder portion 2a. Inside the cylinder 21, a piston 22 that reciprocates within the cylinder 21 in response to combustion pressure is housed.

クランクケース部２ｂは、シリンダ部２ａの下方に形成される。クランクケース部２ｂは、クランクシャフト２３を回転自在に支持する。クランクシャフト２３は、ピストン２２の往復運動をコンロッド２４を介して回転運動に変換する。   The crankcase part 2b is formed below the cylinder part 2a. The crankcase part 2b supports the crankshaft 23 rotatably. The crankshaft 23 converts the reciprocating motion of the piston 22 into rotational motion via the connecting rod 24.

シリンダヘッド３は、シリンダブロック２の上面に取り付けられ、シリンダ２１及びピストン２２とともに燃焼室３１の一部を形成する。   The cylinder head 3 is attached to the upper surface of the cylinder block 2 and forms a part of the combustion chamber 31 together with the cylinder 21 and the piston 22.

シリンダヘッド３には、吸気通路４に接続され燃焼室３１の頂壁に開口する吸気ポート３２と、排気通路５に接続され燃焼室３１の頂壁に開口する排気ポート３３と、が形成され、燃焼室３１の頂壁中央に臨むように点火栓３４が設けられる。また、シリンダヘッド３には、燃焼室３１と吸気ポート３２との開口を開閉する吸気弁３５と、燃焼室３１と排気ポート３３との開口を開閉する排気弁３６と、が設けられる。さらに、シリンダヘッド３には、吸気弁３５を開閉駆動する吸気カムシャフト３７と、排気弁３６を開閉駆動する排気カムシャフト３８と、が設けられる。   The cylinder head 3 is formed with an intake port 32 connected to the intake passage 4 and opened to the top wall of the combustion chamber 31, and an exhaust port 33 connected to the exhaust passage 5 and opened to the top wall of the combustion chamber 31. A spark plug 34 is provided so as to face the center of the top wall of the combustion chamber 31. Further, the cylinder head 3 is provided with an intake valve 35 that opens and closes an opening between the combustion chamber 31 and the intake port 32, and an exhaust valve 36 that opens and closes an opening between the combustion chamber 31 and the exhaust port 33. Further, the cylinder head 3 is provided with an intake camshaft 37 for opening and closing the intake valve 35 and an exhaust camshaft 38 for opening and closing the exhaust valve 36.

吸気通路４には、上流から順に、エアクリーナ４１と、エアフローメータ４２と、電子制御式のスロットル弁４３と、吸気コレクタ４４と、燃料噴射弁４５と、が設けられる。   In the intake passage 4, an air cleaner 41, an air flow meter 42, an electronically controlled throttle valve 43, an intake collector 44, and a fuel injection valve 45 are provided in this order from upstream.

エアクリーナ４１は、吸気中に含まれる砂などの異物を除去する。   The air cleaner 41 removes foreign matters such as sand contained in the intake air.

エアフローメータ４２は、吸気の流量（以下「吸気量」という。)を検出する。   The air flow meter 42 detects the flow rate of intake air (hereinafter referred to as “intake amount”).

スロットル弁４３は、吸気通路４の通路断面積を変化させることで、吸気コレクタ４４に流入する吸気量を調整する。スロットル弁４３は、スロットルアクチュエータ４６によって開閉駆動され、スロットルセンサ４７によってその開度（以下「スロットル開度」という。）が検出される。   The throttle valve 43 adjusts the amount of intake air flowing into the intake collector 44 by changing the passage cross-sectional area of the intake passage 4. The throttle valve 43 is opened and closed by a throttle actuator 46, and its opening (hereinafter referred to as “throttle opening”) is detected by a throttle sensor 47.

吸気コレクタ４４は、流入してきた空気を各シリンダ２１に均等に分配する。   The intake collector 44 evenly distributes the incoming air to the cylinders 21.

燃料噴射弁４５は、エンジン１の運転状態に応じて吸気ポート３２に向けて燃料を噴射する。   The fuel injection valve 45 injects fuel toward the intake port 32 in accordance with the operating state of the engine 1.

排気通路５には、排気中の炭化水素や窒素酸化物などの有害物質を取り除く三元触媒５１が設けられる。   The exhaust passage 5 is provided with a three-way catalyst 51 that removes harmful substances such as hydrocarbons and nitrogen oxides in the exhaust.

ＥＧＲ装置６は、ＥＧＲ通路６１と、ＥＧＲ弁６２と、改質用燃料噴射弁６３と、改質器６４と、改質触媒温度センサ６５と、ＥＧＲクーラ６６と、を備える。   The EGR device 6 includes an EGR passage 61, an EGR valve 62, a reforming fuel injection valve 63, a reformer 64, a reforming catalyst temperature sensor 65, and an EGR cooler 66.

ＥＧＲ通路６１は、排気通路５と吸気通路４の吸気コレクタ４４とを連通し、排気通路５を流れる排気の一部を圧力差によって吸気コレクタ４４に戻すための通路である。以下、ＥＧＲ通路６１に流入した排気のことを「ＥＧＲガス」という。   The EGR passage 61 is a passage for communicating the exhaust passage 5 and the intake collector 44 of the intake passage 4 and returning a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 5 to the intake collector 44 by a pressure difference. Hereinafter, the exhaust gas flowing into the EGR passage 61 is referred to as “EGR gas”.

ＥＧＲ弁６２は、ＥＧＲ通路６１に設けられる。ＥＧＲ弁６２は、連続的又は段階的に開度を調整することができる電磁弁であり、その開度はコントローラ８によって制御される。ＥＧＲ弁６２の開度を制御することで、ＥＧＲガスの流量が調節される。   The EGR valve 62 is provided in the EGR passage 61. The EGR valve 62 is an electromagnetic valve whose opening degree can be adjusted continuously or stepwise, and the opening degree is controlled by the controller 8. By controlling the opening degree of the EGR valve 62, the flow rate of the EGR gas is adjusted.

改質用燃料噴射弁６３は、ＥＧＲ弁６２よりも下流のＥＧＲ通路６１に設けられ、ＥＧＲガスに改質用燃料を噴射する。これにより、ＥＧＲガスと改質用燃料との混合気（以下「改質用混合気」という。）が形成される。   The reforming fuel injection valve 63 is provided in the EGR passage 61 downstream of the EGR valve 62, and injects reforming fuel into the EGR gas. Thereby, an air-fuel mixture of EGR gas and reforming fuel (hereinafter referred to as “reforming air-fuel mixture”) is formed.

改質器６４は、内部にロジウム系の改質触媒６４１を担持しており、改質用燃料噴射弁６３よりも下流のＥＧＲ通路６１に設けられる。改質器６４は、改質用混合気が通過したときは、改質触媒６４１によってその改質混合気を水素含有ガス（以下「改質ガス」という。）に改質して排出する。一方で改質器６４は、ＥＧＲガスが通過したときは、そのままＥＧＲガスとして排出する。   The reformer 64 carries a rhodium-based reforming catalyst 641 inside and is provided in the EGR passage 61 downstream of the reforming fuel injection valve 63. When the reforming gas mixture passes, the reformer 64 reforms the reformed gas mixture into a hydrogen-containing gas (hereinafter referred to as “reformed gas”) by the reforming catalyst 641 and discharges it. On the other hand, when the EGR gas passes, the reformer 64 is discharged as it is as the EGR gas.

このように、改質ガスを吸気コレクタ４４に還流させるＥＧＲ改質を実施することで、吸気コレクタ４４内の負圧を低減でき、ポンプロスの低減効果が得られると共に、改質ガス中の水素による燃焼改善効果が得られる。その結果、エンジン出力を向上させることができ、燃費を向上させることができる。   As described above, by performing the EGR reforming to recirculate the reformed gas to the intake collector 44, the negative pressure in the intake collector 44 can be reduced, and the pump loss can be reduced. Combustion improvement effect is obtained. As a result, engine output can be improved, and fuel consumption can be improved.

一方、ＥＧＲガスを吸気コレクタ４４に還流させる通常のＥＧＲを実施することで、吸気コレクタ４４内の負圧を低減でき、ポンプロスの低減効果が得られると共に、燃焼温度を低減させて窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出を抑えることができる。   On the other hand, by performing normal EGR to recirculate the EGR gas to the intake collector 44, the negative pressure in the intake collector 44 can be reduced, an effect of reducing pump loss can be obtained, and the combustion temperature can be reduced to reduce nitrogen oxide ( NOx) can be suppressed.

改質触媒温度センサ６５は、改質器６４の入口側（ＥＧＲ通路６１の上流側）又は出口側（ＥＧＲ通路６１の下流側）に設けられ、の改質触媒６４１の温度を検出する。   The reforming catalyst temperature sensor 65 is provided on the inlet side (upstream side of the EGR passage 61) or the outlet side (downstream side of the EGR passage 61) of the reformer 64, and detects the temperature of the reforming catalyst 641.

ＥＧＲクーラ６６は、改質器６４よりも下流のＥＧＲ通路６１に設けられる。ＥＧＲクーラ６６は、改質器６４から排出された改質ガス又はＥＧＲガスを冷却する。   The EGR cooler 66 is provided in the EGR passage 61 downstream of the reformer 64. The EGR cooler 66 cools the reformed gas or EGR gas discharged from the reformer 64.

燃料供給装置７は、メインタンク７１と、第１メイン燃料通路７２と、第２メイン燃料通路７３と、蒸発器７４と、気化燃料通路７５と、燃料分離器７６と、改質用燃料通路７７と、サブ燃料通路７８と、を備える。   The fuel supply device 7 includes a main tank 71, a first main fuel passage 72, a second main fuel passage 73, an evaporator 74, a vaporized fuel passage 75, a fuel separator 76, and a reforming fuel passage 77. And a sub fuel passage 78.

メインタンク７１は、燃料噴射弁４５及び改質用燃料噴射弁６３から噴射される燃料を貯蔵する。メインタンク７１内には、メイン燃料ポンプ７１１が設けられる。   The main tank 71 stores the fuel injected from the fuel injection valve 45 and the reforming fuel injection valve 63. A main fuel pump 711 is provided in the main tank 71.

メイン燃料ポンプ７１１は、メインタンク７１内の燃料を第１メイン燃料通路７２及び第２メイン燃料通路７３へ圧送する。   The main fuel pump 711 pumps the fuel in the main tank 71 to the first main fuel passage 72 and the second main fuel passage 73.

第１メイン燃料通路７２は、メインタンク７１内の燃料を燃料噴射弁４５に供給するための通路である。   The first main fuel passage 72 is a passage for supplying the fuel in the main tank 71 to the fuel injection valve 45.

第２メイン燃料通路７３は、メインタンク７１内の燃料を蒸発器７４に供給するための通路である。   The second main fuel passage 73 is a passage for supplying the fuel in the main tank 71 to the evaporator 74.

蒸発器７４は、サブ燃料通路７８を通ってメインタンク７１から送られてきた燃料を、エンジンの廃熱によって気化させる。具体的には、蒸発器７４に送られてきた燃料と、エンジンから排出された高温の排気の一部と、の間で熱交換を行うことよって、燃料を気化させる。燃料の気化には、燃料の種類にもよるが、概ね１５０℃から３００℃の熱が必要である。   The evaporator 74 evaporates the fuel sent from the main tank 71 through the sub fuel passage 78 by the waste heat of the engine. Specifically, the fuel is vaporized by exchanging heat between the fuel sent to the evaporator 74 and a part of the high-temperature exhaust discharged from the engine. The fuel vaporization requires heat of approximately 150 ° C. to 300 ° C., depending on the type of fuel.

気化燃料通路７５は、蒸発器７４によって気化された気化燃料を燃料分離器７６に供給するための通路である。   The vaporized fuel passage 75 is a passage for supplying vaporized fuel vaporized by the evaporator 74 to the fuel separator 76.

燃料分離器７６は、内部に設けられた分子ふるい式の分離膜７６１によって、気化燃料を分子量の小さい直鎖系燃料と、分子量の大きい側鎖系燃料及び芳香族系燃料と、に分離する。このような機能を持つ分離膜７６１としてはシリカ系の分離膜が望ましく、シリカライト又はゼオライトからなる規則的な細孔を有する膜が望ましい。   The fuel separator 76 separates the vaporized fuel into a linear fuel having a low molecular weight, a side chain fuel and an aromatic fuel having a high molecular weight, by a molecular sieve type separation membrane 761 provided inside. As the separation membrane 761 having such a function, a silica-based separation membrane is desirable, and a membrane having regular pores made of silicalite or zeolite is desirable.

メインタンク７１内に貯蔵された燃料中の有機硫黄化合物の多くは分子量の大きな芳香族系燃料である。例えば燃料がガソリンであればチオフェン（Ｃ４Ｈ４Ｓ）、軽油であればベンゾチオフェン（Ｃ８Ｈ６Ｓ）、灯油であればジベンゾチオフェン（Ｃ１２Ｈ８Ｓ）が主な有機硫黄化合物であることが知られている。 Most of the organic sulfur compounds in the fuel stored in the main tank 71 are aromatic fuels having a large molecular weight. For example, thiophene (C 4 H 4 S) is the main organic sulfur compound if the fuel is gasoline, benzothiophene (C 8 H 6 S) if it is light oil, and dibenzothiophene (C 12 H 8 S) if it is kerosene. It is known that there is.

したがって、燃料分離器７６によって分離された気化燃料のうち、直鎖系燃料を改質用燃料通路７７に排出し、側鎖系燃料及び芳香族系燃料をサブ燃料通路７８に排出することで、メインタンク７１内に貯蔵された燃料よりも硫黄濃度の低い燃料を改質用燃料として改質用燃料噴射弁６３から噴射することができる。   Therefore, out of the vaporized fuel separated by the fuel separator 76, the linear fuel is discharged to the reforming fuel passage 77, and the side chain fuel and the aromatic fuel are discharged to the sub fuel passage 78. A fuel having a lower sulfur concentration than the fuel stored in the main tank 71 can be injected from the reforming fuel injection valve 63 as a reforming fuel.

改質用燃料通路７７は、燃料分離器７６から排出された硫黄濃度の低い気化燃料を、改質用燃料噴射弁６３に供給するための通路である。   The reforming fuel passage 77 is a passage for supplying vaporized fuel having a low sulfur concentration discharged from the fuel separator 76 to the reforming fuel injection valve 63.

サブ燃料通路７８は、燃料分離器７６から排出された硫黄濃度の高い気化燃料を、第１メイン燃料通路７２に合流させるための通路である。   The sub fuel passage 78 is a passage for joining vaporized fuel having a high sulfur concentration discharged from the fuel separator 76 to the first main fuel passage 72.

コントローラ８は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ８には、前述したエアフローメータ４２やスロットルセンサ４７、改質触媒温度センサ６５の他にも、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ７１やアクセルペダルの踏み込み量（エンジン負荷）を検出するアクセルストロークセンサ７２などのエンジン１の運転状態を検出する種々のセンサ類からの信号が入力される。   The controller 8 is composed of a microcomputer having a central processing unit (CPU), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), and an input / output interface (I / O interface). In addition to the air flow meter 42, the throttle sensor 47, and the reforming catalyst temperature sensor 65, the controller 8 includes a rotation speed sensor 71 that detects the engine rotation speed and an accelerator that detects the amount of depression of the accelerator pedal (engine load). Signals from various sensors that detect the operating state of the engine 1 such as the stroke sensor 72 are input.

コントローラ８は、改質触媒温度センサ６５の検出値に基づいて、改質触媒６４１の温度が活性化温度以上になっていると判定したときは、エンジン１の運転状態に応じてＥＧＲ弁６２の開度を制御すると共に、改質用燃料噴射弁６３６３の燃料噴射量を制御して、ＥＧＲ改質を実施する。一方でコントローラ８は、改質器６４の改質触媒６４１の温度が活性化温度未満であると判定したときは、改質用燃料噴射弁６３６３から改質用燃料を噴射することなく、エンジン１の運転状態に応じてＥＧＲ弁６２の開度を制御して、通常のＥＧＲを実施する。   When the controller 8 determines that the temperature of the reforming catalyst 641 is equal to or higher than the activation temperature based on the detected value of the reforming catalyst temperature sensor 65, the controller 8 determines whether the EGR valve 62 is in accordance with the operating state of the engine 1. The EGR reforming is performed by controlling the opening degree and the fuel injection amount of the reforming fuel injection valve 6363. On the other hand, when the controller 8 determines that the temperature of the reforming catalyst 641 of the reformer 64 is lower than the activation temperature, the engine 1 does not inject the reforming fuel from the reforming fuel injection valve 6363. Normal EGR is performed by controlling the opening of the EGR valve 62 in accordance with the operating state.

以上説明した本実施形態によれば、メインタンク７１内に貯蔵された燃料を、燃料分離器７６によって、貯蔵燃料よりも硫黄濃度が低い燃料と硫黄濃度が高い燃料とに分離することにした。そして、貯蔵燃料よりも硫黄濃度が低い燃料を改質燃料として改質用燃料噴射弁６３から噴射することにした。   According to the present embodiment described above, the fuel stored in the main tank 71 is separated into the fuel having a lower sulfur concentration than the stored fuel and the fuel having a higher sulfur concentration by the fuel separator 76. Then, the fuel having a lower sulfur concentration than the stored fuel is injected from the reforming fuel injection valve 63 as the reformed fuel.

これにより、メインタンク７１内に貯蔵された燃料を改質用燃料噴射弁６３から直接噴射する場合と比較して、燃料中に含まれる硫黄に起因する改質触媒６４１の被毒劣化を抑制することができ、改質器の耐久性を向上させることができる。改質用燃料噴射弁６３から噴射される改質用燃料の硫黄濃度を十分の一にできれば改質触媒６４１の寿命を約１０倍に、百分の一にできれば改質触媒６４１の寿命を約１００倍にすることができる。   Thereby, compared with the case where the fuel stored in the main tank 71 is directly injected from the reforming fuel injection valve 63, poisoning deterioration of the reforming catalyst 641 due to sulfur contained in the fuel is suppressed. And the durability of the reformer can be improved. If the sulfur concentration of the reforming fuel injected from the reforming fuel injection valve 63 can be reduced to one tenth, the life of the reforming catalyst 641 can be increased by about ten times, and if it can be reduced to one hundredth, the life of the reforming catalyst 641 can be decreased. It can be 100 times.

また、本実施形態によれば、分子ふるい式の分離膜７６１によって、メインタンク７１内に貯蔵された燃料を貯蔵燃料よりも硫黄濃度が低い燃料と硫黄濃度が高い燃料とに分離することにした。   Further, according to the present embodiment, the molecular sieve separation membrane 761 separates the fuel stored in the main tank 71 into a fuel having a lower sulfur concentration than a stored fuel and a fuel having a higher sulfur concentration. .

燃料中の硫黄を除去する手段としては、本実施形態とは別に、吸着剤によって燃料中の硫黄を吸着除去する方法（液相吸着脱硫）が挙げられる。しかしながら、吸着剤によって硫黄を除去する方法の場合、吸着剤が比較的大きな容量を占めるため燃料分離器７６が大型化すると共に、定期的な交換も必要となる。そのため、車載を考慮すると、搭載スペースやメンテンナンスの問題が生じやすい。また、吸着剤に吸着した燃料を使用することができず、燃費も悪化する。   As a means for removing sulfur in the fuel, a method (liquid phase adsorptive desulfurization) in which sulfur in the fuel is adsorbed and removed by an adsorbent may be mentioned separately from this embodiment. However, in the method of removing sulfur by the adsorbent, the adsorbent occupies a relatively large capacity, so that the fuel separator 76 becomes larger and periodic replacement is also necessary. For this reason, when considering in-vehicle use, problems of mounting space and maintenance tend to occur. Further, the fuel adsorbed on the adsorbent cannot be used, and the fuel consumption is also deteriorated.

これに対し、本実施形態のように分子ふるい式の分離膜７６１を使用することで、小型化することができると共に、交換等も不要なのでメンテナンスが容易となる。また、燃料を無駄にすることもないので燃費が悪化することもない。   On the other hand, by using the molecular sieve type separation membrane 761 as in the present embodiment, it is possible to reduce the size and also eliminate the need for replacement or the like, thereby facilitating maintenance. Further, since fuel is not wasted, fuel consumption is not deteriorated.

また、本実施形態によれば、排熱によって燃料を気化することとしたので、燃料を気化させるために必要な熱をヒータ等によって別に供給する必要がなく、燃費の悪化を抑制できる。   Further, according to the present embodiment, since the fuel is vaporized by exhaust heat, it is not necessary to separately supply heat necessary for vaporizing the fuel by a heater or the like, and deterioration of fuel consumption can be suppressed.

また、本実施形態によれば、気化燃料を燃料分離器７６に供給し、気化した状態で硫黄濃度が低い燃料と硫黄濃度が高い燃料とに分離することとした。   Further, according to the present embodiment, vaporized fuel is supplied to the fuel separator 76 and separated into a fuel having a low sulfur concentration and a fuel having a high sulfur concentration in a vaporized state.

これにより、改質用燃料噴射弁６３から改質用燃料（硫黄濃度が低い燃料）を噴射するときに、改質用燃料を気化させる必要がない。そのため、改質用燃料の気化不足による炭素析出や、排気との混合不足による局所的なＳ／Ｃ（Steam by Carbon ratio）の低下による水素濃度の低下を抑制することができる。結果として、改質触媒６４１の劣化を抑制して改質器の耐久性を向上させることができると共に、エンジン出力を向上させることができる。   Thereby, when the reforming fuel (fuel having a low sulfur concentration) is injected from the reforming fuel injection valve 63, it is not necessary to vaporize the reforming fuel. Therefore, it is possible to suppress carbon precipitation due to insufficient vaporization of the reforming fuel and hydrogen concentration decrease due to local S / C (Steam by Carbon ratio) decrease due to insufficient mixing with exhaust gas. As a result, deterioration of the reforming catalyst 641 can be suppressed to improve the durability of the reformer, and the engine output can be improved.

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、サブ燃料通路７８に硫黄濃度の高い燃料を貯蔵しておくためのサブタンク７９を設けた点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。なお、以下の各実施形態では上述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を用いて重複する説明を適宜省略する。 (Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. This embodiment is different from the first embodiment in that a sub tank 79 for storing a fuel having a high sulfur concentration is provided in the sub fuel passage 78. Hereinafter, the difference will be mainly described. In the following embodiments, the same reference numerals are used for portions that perform the same functions as those in the first embodiment described above, and repeated descriptions are omitted as appropriate.

図２は、本発明の第２実施形態によるエンジン１の概略構成図である。   FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the engine 1 according to the second embodiment of the present invention.

図２に示すように、本実施形態によるエンジン１は、サブ燃料通路７８に、燃料分離器７６から排出された硫黄濃度の高い燃料を貯蔵しておくためのサブタンク７９を備える。サブタンク７９内には、サブ燃料ポンプ７９１が設けられる。   As shown in FIG. 2, the engine 1 according to the present embodiment includes a sub tank 79 for storing fuel with a high sulfur concentration discharged from the fuel separator 76 in the sub fuel passage 78. A sub fuel pump 791 is provided in the sub tank 79.

サブ燃料ポンプ７９１は、エンジン１の低中負荷時には停止され、エンジン１の高負荷時に駆動される。これにより、エンジン１の高負荷時に、サブタンク７９内に貯蔵された硫黄濃度の高い燃料が第１メイン燃料通路７２に合流させられる。   The sub fuel pump 791 is stopped when the engine 1 is at a low and medium load, and is driven when the engine 1 is at a high load. As a result, the fuel having a high sulfur concentration stored in the sub tank 79 is joined to the first main fuel passage 72 when the engine 1 is under a high load.

以下、本実施形態によるエンジン１の効果について説明する。   Hereinafter, effects of the engine 1 according to the present embodiment will be described.

燃料分離器７６から排出された硫黄濃度の高い燃料には、側鎖系燃料に加えて、オクタン価の高い芳香族系燃料が含まれている。そのため、サブタンク７９内に貯蔵された燃料のオクタン価は、メインタンク７１内に貯蔵された燃料のオクタン価よりも高い。   The fuel with a high sulfur concentration discharged from the fuel separator 76 includes an aromatic fuel having a high octane number in addition to the side chain fuel. Therefore, the octane number of the fuel stored in the sub tank 79 is higher than the octane number of the fuel stored in the main tank 71.

したがって、エンジン１の高負荷時にサブタンク７９内に貯蔵されたオクタン価の高い燃料を第１メイン燃料通路７２に合流させて燃料噴射弁４５から噴射することで、高負荷時におけるノックを抑えることができる。また、圧縮比を上げることができるので、燃費を向上させることができる。   Therefore, the high octane fuel stored in the sub tank 79 when the engine 1 is heavily loaded is joined to the first main fuel passage 72 and injected from the fuel injection valve 45, so that knocking at the time of high load can be suppressed. . Further, since the compression ratio can be increased, fuel efficiency can be improved.

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、エンジン負荷に応じて分離膜７６１を透過する燃料量を制御する点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。 (Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. This embodiment differs from the first embodiment in that the amount of fuel that permeates the separation membrane 761 is controlled according to the engine load. Hereinafter, the difference will be mainly described.

図３は、本発明の第３実施形態によるエンジン１の概略構成図である。   FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the engine 1 according to the third embodiment of the present invention.

図３に示すように、本実施形態によるエンジン１は、熱交換のために蒸発器７４に供給する排気の流量を制御する流量制御弁７４１と、燃料分離器７６の改質用燃料通路７７側の出口に設けられる背圧制御弁７６２と、を備える。   As shown in FIG. 3, the engine 1 according to the present embodiment includes a flow rate control valve 741 that controls the flow rate of exhaust gas supplied to the evaporator 74 for heat exchange, and the reforming fuel passage 77 side of the fuel separator 76. And a back pressure control valve 762 provided at the outlet.

流量制御弁７４１は、連続的又は段階的に開度を調整することができる電磁弁であり、その開度はコントローラ８によって制御される。流量制御弁７４１の開度を制御することで、蒸発器７４に供給される排気流量が調節される。   The flow rate control valve 741 is an electromagnetic valve whose opening degree can be adjusted continuously or stepwise, and the opening degree is controlled by the controller 8. By controlling the opening degree of the flow rate control valve 741, the exhaust flow rate supplied to the evaporator 74 is adjusted.

背圧制御弁７６２は、連続的又は段階的に開度を調整することができる電磁弁であり、その開度はコントローラ８によって制御される。背圧制御弁７６２の開度を制御することで、硫黄濃度が低い燃料が排出される側の燃料分離器７６の内部圧力が制御される。   The back pressure control valve 762 is an electromagnetic valve whose opening degree can be adjusted continuously or stepwise, and the opening degree is controlled by the controller 8. By controlling the opening degree of the back pressure control valve 762, the internal pressure of the fuel separator 76 on the side where the fuel having a low sulfur concentration is discharged is controlled.

改質用燃料噴射弁６３から噴射する燃料量（以下「改質燃料噴射量」という。）は、エンジン負荷に応じて変動させることが望ましい。エンジン負荷が高くなるほど改質燃料噴射量を増やすことで、エンジン出力を向上させつつ、結果的に使用する燃料を抑えて燃費の向上を図ることができる。   The amount of fuel injected from the reforming fuel injection valve 63 (hereinafter referred to as “reformed fuel injection amount”) is desirably varied according to the engine load. By increasing the reformed fuel injection amount as the engine load increases, it is possible to improve fuel efficiency by suppressing the fuel used as a result while improving the engine output.

そこで本実施形態では、燃料分離器７６の分離膜７６１の温度及び燃料分離膜７６１の前後差圧の一方又は双方を制御することで、分離膜７６１を透過する燃料量を制御し、エンジン負荷に応じて改質燃料噴射量を最適に制御する。   Therefore, in this embodiment, by controlling one or both of the temperature of the separation membrane 761 of the fuel separator 76 and the differential pressure across the fuel separation membrane 761, the amount of fuel that permeates the separation membrane 761 is controlled, and the engine load is controlled. Accordingly, the reformed fuel injection amount is optimally controlled.

分離膜７６１を透過する燃料は、分離膜７６１の温度、ひいては、燃料分離器７６に供給する燃料の温度が高くなるほど多くなる。したがって、流量制御弁７４１の開度をエンジン負荷に応じて制御し、蒸発器７４に供給される排気の流量を制御することで、分離膜７６１の温度をエンジン負荷に応じて制御することができる。   The amount of fuel that permeates through the separation membrane 761 increases as the temperature of the separation membrane 761 and thus the temperature of the fuel supplied to the fuel separator 76 increases. Therefore, the temperature of the separation membrane 761 can be controlled according to the engine load by controlling the opening degree of the flow control valve 741 according to the engine load and controlling the flow rate of the exhaust gas supplied to the evaporator 74. .

また、分離膜７６１を透過する燃料は、分離膜７６１の前後差圧が高くなるほど多くなる。ここでいう前後差圧とは、分離膜７６１を基準として、硫黄濃度が高い燃料が排出される側の燃料分離器７６の内部圧力と、硫黄濃度が低い燃料が排出される側の内部圧力と、の圧力差である。したがって、背圧制御弁７６２の開度をエンジン負荷に応じて制御することで分離膜７６１の前後差圧を制御することができるので、分離膜７６１の前後差圧をエンジン負荷に応じて制御することができる。   Further, the amount of fuel that permeates the separation membrane 761 increases as the differential pressure across the separation membrane 761 increases. Here, the front-rear differential pressure refers to the internal pressure of the fuel separator 76 on the side from which fuel with a high sulfur concentration is discharged and the internal pressure on the side from which fuel with a low sulfur concentration is discharged, based on the separation membrane 761. , The pressure difference. Therefore, since the differential pressure across the separation membrane 761 can be controlled by controlling the opening of the back pressure control valve 762 according to the engine load, the differential pressure across the separation membrane 761 is controlled according to the engine load. be able to.

流量制御弁７４１の開度及び背圧制御弁７６２の開度は、改質用燃料噴射量がエンジン負荷に応じた最適値となるように、予め実験等によって求めておき、それをマップ化しておくことで算出すれば良い。具体的には、エンジン負荷が高いときほど、流量制御弁７４１の開度は大きくなる。また、エンジン負荷が高いときほど、背圧制御弁７６２の開度は大きくなる。   The opening degree of the flow rate control valve 741 and the opening degree of the back pressure control valve 762 are obtained in advance through experiments or the like so that the fuel injection amount for reforming becomes an optimum value corresponding to the engine load, It may be calculated by placing it. Specifically, the opening degree of the flow control valve 741 increases as the engine load increases. Further, the opening degree of the back pressure control valve 762 increases as the engine load increases.

以上説明した本実施形態によれば、エンジン負荷に応じて改質燃料噴射量を最適に制御することができるので、分離した改質用燃料が改質用燃料噴射弁６３から噴射されずに改質用燃料通路７７内で液化して無駄になるのを抑制することができる。また、液化燃料が改質触媒６４１に付着して、炭素析出が発生するのを抑制することができる。さらに、改質用燃料噴射弁６３から噴射される燃料が不足するのを抑制することができる。   According to the present embodiment described above, the reformed fuel injection amount can be optimally controlled in accordance with the engine load, so that the reformed fuel that has been separated is not injected from the reforming fuel injection valve 63 and modified. It is possible to suppress liquefaction and waste in the quality fuel passage 77. In addition, it is possible to suppress the liquefied fuel from adhering to the reforming catalyst 641 and the occurrence of carbon deposition. Furthermore, it is possible to suppress a shortage of fuel injected from the reforming fuel injection valve 63.

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、改質用燃料通路７７内で液化した燃料をサブタンク７９に戻す点で第２実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。 (Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. This embodiment is different from the second embodiment in that the fuel liquefied in the reforming fuel passage 77 is returned to the sub tank 79. Hereinafter, the difference will be mainly described.

図４は、本発明の第４実施形態によるエンジン１の概略構成図である。   FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an engine 1 according to the fourth embodiment of the present invention.

改質用燃料通路７７内の気化燃料は、負荷変動後、例えば燃料カットの後などにエンジン１が停止されると、改質用燃料通路７７の内部に残留して液化する場合がある。液化燃料が改質用燃料通路７７の内部に残留していると、次に改質用燃料噴射弁６３から改質用燃料を噴射するときに、気化燃料と共に液化燃料が噴射されることになるため、その分燃料が無駄となる。また、液化燃料が改質触媒６４１に付着して炭素析出が起きるおそれがある。   The vaporized fuel in the reforming fuel passage 77 may remain in the reforming fuel passage 77 and be liquefied when the engine 1 is stopped after a load change, for example, after a fuel cut. If the liquefied fuel remains in the reforming fuel passage 77, the next time the reforming fuel is injected from the reforming fuel injection valve 63, the liquefied fuel is injected together with the vaporized fuel. Therefore, the fuel is wasted correspondingly. Further, the liquefied fuel may adhere to the reforming catalyst 641 and carbon deposition may occur.

そこで本実施形態では、図４に示すように、改質用燃料通路７７に液体を自動的に通路外へ排出するオートドレン７７１を設けるとともに、オートドレン７７１とサブタンク７９よりも上流側のサブ燃料通路７８とを接続する戻し通路７７２を設けた。   Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, the reforming fuel passage 77 is provided with an auto drain 771 that automatically discharges liquid out of the passage, and the sub fuel on the upstream side of the auto drain 771 and the sub tank 79. A return passage 772 that connects the passage 78 is provided.

これにより、改質用燃料通路７７内の液化燃料をサブタンク７９に戻すことができるので、燃料の無駄を無くすことができる。また、液化燃料の噴射を抑制して炭素析出の発生を抑制することができる。   As a result, the liquefied fuel in the reforming fuel passage 77 can be returned to the sub tank 79, so that waste of fuel can be eliminated. Moreover, generation | occurrence | production of carbon precipitation can be suppressed by suppressing injection of liquefied fuel.

なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea.

例えば、上記各実施形態では火花点火式内燃機関を例に説明したが、これに限られるものではなく、筒内噴射の火花点火式内燃機関や圧縮着火式内燃機関でも良い。   For example, in each of the above-described embodiments, the spark ignition type internal combustion engine has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and a cylinder ignition spark ignition type internal combustion engine or a compression ignition type internal combustion engine may be used.

また、上記第３実施形態では、蒸発器７４に供給する排気の流量を制御する流量制御弁７４１を設けていた。しかしながら、エンジン１から排出される排気の温度はエンジン負荷が高くなるほど高くなる。したがって、このような流量制御弁７４１を設けなくとも、蒸発器７４において、蒸発器７４に送られてきた燃料とエンジン１から排出された高温の排気との間で熱交換を行うことによって、基本的にエンジン負荷が高くなるほど分離膜７６１の温度を高くすることができる。   In the third embodiment, the flow rate control valve 741 for controlling the flow rate of the exhaust gas supplied to the evaporator 74 is provided. However, the temperature of the exhaust discharged from the engine 1 increases as the engine load increases. Therefore, even if such a flow control valve 741 is not provided, in the evaporator 74, heat exchange is performed between the fuel sent to the evaporator 74 and the high-temperature exhaust discharged from the engine 1, thereby providing a basic In particular, the temperature of the separation membrane 761 can be increased as the engine load increases.

また、上記第３実施形態では、分離膜７６１の前後差圧を制御するために背圧制御弁７６２を設けたが、メインタンク７１内のメイン燃料ポンプ７１１の吐出圧を制御しても良い。また、圧力制御弁７６２の替わりに流量の絞り量を調整することができる可変オリフィス弁を設けても良い。   In the third embodiment, the back pressure control valve 762 is provided to control the differential pressure across the separation membrane 761. However, the discharge pressure of the main fuel pump 711 in the main tank 71 may be controlled. Further, instead of the pressure control valve 762, a variable orifice valve that can adjust the throttle amount of the flow rate may be provided.

また、上記第３実施形態では、背圧制御弁７６２を燃料分離器７６の改質用燃料通路７７側の出口に設けたが、改質用燃料通路７７に設けても良い。   In the third embodiment, the back pressure control valve 762 is provided at the outlet of the fuel separator 76 on the reforming fuel passage 77 side, but may be provided in the reforming fuel passage 77.

１ エンジン（内燃機関）
４ 吸気通路
４５ 燃料噴射弁（燃料噴射器）
６３ 改質用燃料噴射弁（改質燃料噴射器）
６４１ 改質触媒
７４ 蒸発器
７４１ 流量制御弁
７６ 燃料分離器（分離器）
７６１ 分離膜
７６２ 圧力制御弁（圧力制御器）
７７ 改質用燃料通路
７７１ オートドレン（液体排出器）
７７２ 戻し通路
７９ サブタンク（タンク）
７９１ サブ燃料ポンプ（ポンプ）

1 engine (internal combustion engine)
4 Intake passage 45 Fuel injection valve (fuel injector)
63 Fuel injection valve for reforming (reformed fuel injector)
641 Reforming catalyst 74 Evaporator 741 Flow control valve 76 Fuel separator (separator)
761 Separation membrane 762 Pressure control valve (pressure controller)
77 Fuel passage for reforming 771 Auto drain (liquid discharger)
772 Return passage 79 Sub tank (tank)
791 Sub fuel pump (pump)

Claims (7)

供給燃料を、その供給燃料よりも硫黄濃度が低い燃料と、その供給燃料よりも硫黄濃度が高い燃料と、に分離して排出する分離器と、
排気の一部を吸気通路に還流させる還流通路と
前記還流通路に設けられ、前記分離器から排出された硫黄濃度が低い燃料を改質燃料として噴射する改質燃料噴射器と、
前記還流通路に設けられ、排気と前記改質燃料との改質用混合気を改質して水素を含有する改質ガスを生成する改質触媒と、
を備える内燃機関。 A separator that separates and discharges the supplied fuel into a fuel having a lower sulfur concentration than the supplied fuel and a fuel having a higher sulfur concentration than the supplied fuel; and
A recirculation passage for recirculating part of the exhaust gas to the intake passage; a reformed fuel injector that is provided in the recirculation passage and injects fuel with low sulfur concentration discharged from the separator as reformed fuel;
A reforming catalyst that is provided in the reflux passage and reforms a reforming mixture of exhaust gas and the reformed fuel to generate a reformed gas containing hydrogen;
An internal combustion engine. 筒内又は吸気通路内に燃料を噴射する燃料噴射器と、
前記分離器から排出された硫黄濃度が高い燃料を貯蔵するタンクと、
前記内燃機関の高負荷時に駆動され、前記タンク内に貯蔵された硫黄濃度が高い燃料を高オクタン価燃料として前記燃料噴射器に圧送するポンプと、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。 A fuel injector for injecting fuel into the cylinder or the intake passage;
A tank for storing a high-sulfur fuel discharged from the separator;
A pump that is driven at a high load of the internal combustion engine and pumps fuel having a high sulfur concentration stored in the tank to the fuel injector as a high-octane fuel;
The internal combustion engine according to claim 1, further comprising: 前記分離器に供給する前記供給燃料を、前記内燃機関の排気の熱によって気化する蒸発器と、
前記蒸発器に供給される排気の流量を制御する流量制御弁と、
を備え、
前記内燃機関の負荷が高いときほど、前記流量制御弁の開度を大きくする、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関。 An evaporator that vaporizes the fuel supplied to the separator by heat of exhaust gas of the internal combustion engine;
A flow rate control valve for controlling the flow rate of exhaust gas supplied to the evaporator;
With
The higher the load of the internal combustion engine, the larger the opening of the flow control valve,
The internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that. 前記改質燃料噴射器と前記分離器との間に設けられ、硫黄濃度が低い燃料が排出される側の前記分離器の内部圧力を制御する圧力制御器を備え、
前記内燃機関の負荷が高いときほど、前記分離器の内部圧力を低くする、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載の内燃機関。 A pressure controller that is provided between the reformed fuel injector and the separator and controls the internal pressure of the separator on the side from which fuel having a low sulfur concentration is discharged;
The higher the load on the internal combustion engine, the lower the internal pressure of the separator.
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the internal combustion engine is characterized by that. 前記分離器から排出された硫黄濃度が低い燃料を、前記改質燃料噴射器に送るための改質用燃料通路と、
前記改質用燃料通路内の液体燃料を通路外に排出する液体排出器と、
前記液体排出器から排出された液体燃料を、前記タンクに戻す戻し通路と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。 A reforming fuel passage for sending a fuel having a low sulfur concentration discharged from the separator to the reforming fuel injector;
A liquid discharger for discharging the liquid fuel in the reforming fuel passage out of the passage;
A return passage for returning the liquid fuel discharged from the liquid discharger to the tank;
The internal combustion engine according to claim 2, further comprising: 前記分離器は、分子ふるい式の分離膜によって前記供給燃料を分離する、
ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１つに記載の内燃機関。 The separator separates the supplied fuel by a molecular sieve type separation membrane.
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein 前記分離器に供給される前記供給燃料は、前記内燃機関の排熱によって気化された気化燃料である、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関。 The fuel supplied to the separator is vaporized fuel vaporized by exhaust heat of the internal combustion engine.
The internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that.
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