JP2013189884A - Reformed gas supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、触媒に電圧を印加して水素を含む改質ガスを低温で生成し、生成された水素を内燃機関の吸気系に供給可能な改質ガス供給装置に関する。 The present invention relates to a reformed gas supply apparatus capable of generating a reformed gas containing hydrogen at a low temperature by applying a voltage to a catalyst and supplying the generated hydrogen to an intake system of an internal combustion engine.
内燃機関の燃焼を促進させる目的で、近年、混合気に水素を添加する技術が開発されている。例えば、特許文献1には、ガソリンに水素が添加された水素化燃料を内燃機関の排気熱を利用して触媒で改質反応させ、水素と脱水素生成物(ガソリン)とに分離することで、混合気に供給される水素を生成する技術が開示されている。
In recent years, a technique for adding hydrogen to an air-fuel mixture has been developed for the purpose of promoting combustion in an internal combustion engine. For example,
しかしながら、この特許文献1のように、排気熱を利用して燃料を改質反応させる場合、触媒での改質反応温度が高いため、排気温度の低い始動時等の内燃機関が低温時に、水素を生成することができないという問題がある。そのため、内燃機関の低温時に、水素を用いて燃焼を促進させるためには、タンクなどに水素のみを分離して貯蔵しておくことになるため、装置の複雑化や大型化を招くという問題がある。
However, as in
そこで、本発明の改質ガス供給装置は、誘電体に貴金属を担持させた触媒に電圧を印加することで原料ガスを用いて水素を含む改質ガスを低温で生成可能な改質ガス生成器と、上記改質ガス生成器に上記原料ガスを供給する原料ガス供給部と、を有している。そして、上記改質ガスを、内燃機関の吸気系に導入している。 Accordingly, the reformed gas supply apparatus of the present invention is a reformed gas generator capable of generating a reformed gas containing hydrogen at a low temperature using a raw material gas by applying a voltage to a catalyst having a dielectric supported on a noble metal. And a source gas supply unit for supplying the source gas to the reformed gas generator. The reformed gas is introduced into the intake system of the internal combustion engine.
本発明によれば、内燃機関が低温状態であっても、改質ガス生成器での原料ガスの改質により水素を生成して内燃機関に供給することができ、内燃機関の燃焼を促進させることができる。 According to the present invention, even when the internal combustion engine is in a low temperature state, hydrogen can be generated by reforming the raw material gas in the reformed gas generator and supplied to the internal combustion engine, thereby promoting combustion of the internal combustion engine. be able to.
また、改質ガス生成器は、内燃機関の温度状態にかかわらず、原料ガスから水素を含む改質ガスを生成可能なので、内燃機関の燃焼の促進用にタンクなどに水素のみを分離して貯蔵しておく必要性もなく、装置の複雑化や大型化を招くことなく、必要に応じて、内燃機関の吸気系に水素を導入することができる。 In addition, the reformed gas generator can generate reformed gas containing hydrogen from the raw material gas regardless of the temperature state of the internal combustion engine, so that only hydrogen is separated and stored in a tank or the like for promoting combustion of the internal combustion engine. In addition, hydrogen can be introduced into the intake system of the internal combustion engine as necessary without causing the apparatus to become complicated or large.
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の第1実施例おける改質ガス供給装置の全体構成を模式的に示した説明図である。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view schematically showing the overall configuration of the reformed gas supply apparatus in the first embodiment of the present invention.
内燃機関1は、例えば自動車等の車両に搭載されるものである。この内燃機関1の燃焼室2には、吸気弁3を介して吸気通路4が接続されていると共に、排気弁5を介して排気通路6が接続されている。燃焼室2の中央頂部には、燃焼室2内の混合気を火花点火する点火プラグ7が設けられている。
The
吸気通路4には、吸入空気量を検出するエアフローメータ8、吸入空気量を制御するスロットル弁9及び燃料(ガソリン等の炭化水素系化合物)を噴射供給する燃料噴射弁10が配置されている。
An
ここで、燃料噴射弁10の燃料噴射量や、スロットル弁9の弁開度、点火プラグ7の点火タイミング等の内燃機関1の各種制御は、ECU(エンジンコントロールユニット)11によって行われている。このECU11には、エアフローメータ8の検出値の他、各種センサ類からの信号が入力されている。
Here, various controls of the
また、吸気通路4には、スロットル弁9よりも下流側の位置に、改質ガス生成器12で生成された水素を含む改質ガスを導入する改質ガス導入路13が接続されている。
Further, a reformed
改質ガス生成器12には、燃料タンク14内で発生した蒸発燃料を処理するキャニスタ15(原料ガス供給部)と、水蒸気を発生させる水蒸気供給器16と、が接続され、キャニスタ15をパージすることで得られる空気及び蒸発燃料からなるパージガスと水蒸気供給器16からの水蒸気が供給されている。
The reformed
キャニスタ15には、キャニスタ15に吸着された蒸発燃料(上記燃料の軽質成分)をパージする際の空気を導入するパージ用空気導入路17の一端が接続されている。このパージ用空気導入路17の他端は、スロットル弁9とエアフローメータ8との間の位置で吸気通路4に接続されている。そして、原料ガスとしての上記パージガスは、パージガス通路18を介して改質ガス生成器12に供給される。なお、本実施例では、パージ用空気導入路17の他端が吸気通路4に接続されているが、パージ用空気導入路17の他端を大気開放する等して、キャニスタ4のパージに要する空気を吸気通路4以外から導入するようにしてもよい。
One end of a purge
水蒸気供給器16は、改質ガス生成器12に水蒸気を供給するものであって、例えば、原料となる水を電気ヒータ等で加熱して気化させる加熱蒸発、あるいは原料となる水を超音波で霧化して蒸発させる超音波蒸発、もしくは原料となる水の噴霧による蒸発のいずれかにより水蒸気を生成するものである。この水蒸気供給器16は、改質ガス生成器12に上記原料ガスが供給されているときに、改質ガス生成器12に水蒸気を供給する。
The water
図2は、改質ガス生成器12の概略を模式的に示した説明図である。改質ガス生成器12は、触媒21と、この触媒21に所定の電圧を印加して触媒21内に電流を流すことが可能な一対の電極22、22と、を有している。
FIG. 2 is an explanatory view schematically showing the outline of the reformed
触媒21は、誘電体に貴金属を担持させたものであり、より具体的には、例えば、コージェライト製のハニカム状モノリス担体に、上記誘電体をコーティングし、さらにその上に貴金属を担持することで形成される。
The
触媒21における上記誘電体としては、例えば、酸化セリウム(CeO2)や酸化ジルコニウム(CeO2−ZrO2)を用いるのが好適である。また、上記誘電体に担持される貴金属としては、例えば、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)等を用いるのが好適であるが、ニッケル(Ni)やコバルト(Co)等を用いても上記原料ガスから低温で水素を含有する改質ガスを生成可能である。
As the dielectric in the
一対の電極22、22は、それぞれ上記触媒に直接接触するように配置されているが、触媒21に直接接触しないように配置することも可能である。また、電極22、22への電圧の印加は、ECU11によって制御される。
The pair of
改質ガス生成器12は、触媒21に所定の電圧を印加することで、触媒21や、供給された上記原料ガスが低温であっても、この原料ガスと水蒸気を用いて、水素を含有する改質ガスが生成することが可能になっている。上記改質ガスとは、水素の他に、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン等を含有する混合ガスである。
The reformed
また、改質ガス生成器12で、上記改質ガスを生成するタイミングは、例えば、エンジン始動時等の内燃機関1が低温状態のときである。このようなタイミングで、ECU11からの指令によりキャニスタ15のパージを実行すると共に、ECU11からの指令により水蒸気供給器16で水蒸気を発生させる。キャニスタ15のパージは、例えばパージガス通路18に介装されたパージコントロール弁(図示せず)を開弁することで実施される。また、内燃機関1の始動時以外でも、キャニスタ15に吸着された蒸発燃料の吸着量が多くなった場合には、内燃機関1の高負荷運転時にキャニスタ15のパージが実施されるが、このときには改質ガス生成器12に水蒸気を供給しないようにして、上記改質ガスを生成しないようにしてもよい。
The timing of generating the reformed gas by the reformed
このような第1実施例の改質ガス供給装置においては、内燃機関1が低温状態であっても、改質ガス生成器12において上記原料ガスの改質により水素を含む上記改質ガスを生成して内燃機関1に供給することができ、上記改質ガス内の水素により内燃機関1の燃焼を促進させることができる。
In such a reformed gas supply apparatus of the first embodiment, even when the
そして、改質ガス生成器12は、内燃機関1の温度状態にかかわらず、上記原料ガスから水素を含む改質ガスに生成可能なので、内燃機関1の燃焼の促進用にタンクなどに水素のみを分離して貯蔵しておく必要性もなく、装置の複雑化や大型化を招くことなく、必要に応じて、内燃機関1の吸気系に水素を導入することができる。
Since the reformed
そして、パージに伴い導入された空気に利用して蒸発燃料をパージガスを改質ガス生成器12に供給するため、円滑に蒸発燃料を改質ガス生成器12に供給することができる。
Since the purged gas is supplied to the reformed
また、改質ガス生成器12には、パージに伴い導入された温度の低い吸気通路4内の空気を利用して蒸発燃料が供給されるため、上記原料ガス自体が低温となり、上記改質ガス中の水素が酸素と反応してしまうことを抑制することができる。そのため、空気を用いて蒸発燃料を改質ガス生成器12に供給しても、上記原料ガスの改質で得られた水素を効率良く内燃機関1に供給することができる。
Further, since the evaporative fuel is supplied to the reformed
なお、改質ガス生成器12は、キャニスタ15に吸着される蒸発燃料がアルコールを含有するような場合には、上記原料ガスが上記パージガスのみからなっていても、上記改質ガスを生成することができる。すなわち、この第1実施例において、燃料タンク14内の燃料がエタノール等のアルコールを含有する燃料に限られるのであれば、水蒸気供給器16を省略することも可能である。
Note that the reformed
以下、本発明の他の実施例について説明するが、上述した第1実施例と同一の構成要素については、同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, other embodiments of the present invention will be described, but the same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
図3は、本発明の第2実施例における改質ガス供給装置の全体構成を模式的に示した説明図である。第2実施例の改質ガス供給装置は、上述した第1実施例の改質ガス供給装置と略同一構成となっているが、この第2実施例は、例えばCNGやLNG等の天然ガスが貯蔵されたボンベ等の圧力容器31を有し、この圧力容器31内の天然ガスが原料ガスとして改質ガス生成器12に供給される。そして、水蒸気供給器16は、改質ガス生成器12に上記原料ガスが供給されるときに、改質ガス生成器12に水蒸気を供給する。
FIG. 3 is an explanatory view schematically showing the overall configuration of the reformed gas supply apparatus in the second embodiment of the present invention. The reformed gas supply device of the second embodiment has substantially the same configuration as the reformed gas supply device of the first embodiment described above, but this second embodiment has a natural gas such as CNG or LNG, for example. A
このような第2実施例においても、改質ガス生成器12は、触媒21に所定の電圧を印加することで、触媒21や、供給された上記原料ガスが低温であっても、この原料ガスを用いて、水素を含有する改質ガスが生成することが可能になっている。
Also in the second embodiment, the reformed
そのため、このような第2実施例においても、上述した第1実施例と略同様の作用効果を得ることができる。また、この第2実施例では、キャニスタに蒸発燃料が吸着されていない状況でも、改質ガス生成器12に対して原料ガスを供給することが可能となる。
For this reason, also in the second embodiment, it is possible to obtain substantially the same operational effects as those of the first embodiment described above. Further, in the second embodiment, the raw material gas can be supplied to the reformed
図4は、本発明の第3実施例における改質ガス供給装置の全体構成を模式的に示した説明図である。第3実施例の改質ガス供給装置は、上述した第1実施例の改質ガス供給装置と略同一構成となっているが、この第3実施例は、燃料タンク14内の液体燃料を蒸発させる液体原料蒸発器36を有し、液体原料蒸発器36で蒸発させた蒸発燃料が原料ガスとして改質ガス生成器12に供給される。
FIG. 4 is an explanatory view schematically showing the overall configuration of the reformed gas supply apparatus in the third embodiment of the present invention. The reformed gas supply apparatus of the third embodiment has substantially the same configuration as the above-described reformed gas supply apparatus of the first embodiment, but this third embodiment evaporates the liquid fuel in the
液体原料蒸発器36は、例えば、原料となる液体燃料を電気ヒータ等で加熱して気化させる加熱蒸発、あるいは原料となる液体燃料を超音波で霧化して蒸発させる超音波蒸発、もしくは原料となる液体燃料の噴霧による蒸発のいずれかにより蒸発燃料を生成するものである。そして、水蒸気供給器16は、改質ガス生成器12に上記原料ガスが供給されるときに、改質ガス生成器12に水蒸気を供給する。
The liquid raw material evaporator 36 is, for example, heated evaporation in which liquid fuel as a raw material is heated and vaporized by an electric heater or the like, or ultrasonic evaporation in which liquid fuel as a raw material is atomized with an ultrasonic wave or evaporated, or becomes a raw material. Evaporated fuel is generated by either evaporation by spraying of liquid fuel. The
このような第3実施例においても、改質ガス生成器12は、触媒21に所定の電圧を印加することで、触媒21や、供給された上記原料ガスが低温であっても、この原料ガスを用いて、水素を含有する改質ガスが生成することが可能になっている。
Also in the third embodiment, the reformed
そのため、このような第3実施例においても、上述した第1実施例と略同様の作用効果を得ることができる。また、この第3実施例では、キャニスタに蒸発燃料が吸着されていない状況でも、改質ガス生成器12に対して原料ガスを供給することが可能となる。
Therefore, also in the third embodiment, it is possible to obtain substantially the same operational effects as those of the first embodiment described above. Further, in the third embodiment, the raw material gas can be supplied to the reformed
図5は、本発明の第4実施例における改質ガス供給装置の全体構成を模式的に示した説明図である。第4実施例の改質ガス供給装置は、上述した第1実施例の改質ガス供給装置と略同一構成となっているが、この第4実施例は、燃料タンク14内の液体燃料がエタノールあるいはメタノール等のアルコールを含む燃料となっており、このアルコールを含む液体燃料を蒸発させる液体原料蒸発器41を有している。
FIG. 5 is an explanatory view schematically showing the overall configuration of the reformed gas supply apparatus in the fourth embodiment of the present invention. The reformed gas supply device of the fourth embodiment has substantially the same configuration as the reformed gas supply device of the first embodiment described above, but in this fourth embodiment, the liquid fuel in the
液体原料蒸発器41は、例えば、原料となる液体燃料を電気ヒータ等で加熱して気化させる加熱蒸発、あるいは原料となる液体燃料を超音波で霧化して蒸発させる超音波蒸発、もしくは原料となる液体燃料の噴霧による気化蒸発のいずれかにより蒸発燃料を生成するものである。
The liquid
また、この第4実施例おいて、改質ガス生成器12には、液体原料蒸発器41で生成された蒸発燃料を導入する蒸発燃料導入路42の一端が接続されている。この蒸発燃料導入路42の他端は、スロットル弁9とエアフローメータ8との間の位置で吸気通路4に接続されている。そして、液体原料蒸発器41で生成した蒸発燃料が原料ガスとして蒸発燃料導入路42を介して改質ガス生成器12に供給される。
In the fourth embodiment, the reformed
なお、図5においては、43は蒸発燃料導入路42の他端を開閉する上流側開閉弁、44は改質ガス導入路13と吸気通路4の接続部分を開閉する下流側開閉弁であり、双方ともECU11によって開閉制御されるものである。
In FIG. 5, 43 is an upstream side open / close valve that opens and closes the other end of the evaporated
第4実施例において、上記改質ガスを内燃機関1に供給する際には、上流側開閉弁43及び下流側開閉弁44を開弁し、スロットル弁9下流側の負圧を利用してスロットル弁9上流側の空気とともに液体原料蒸発器41で生成した蒸発燃料を改質ガス生成器12に導入する。また、上記改質ガスを内燃機関1に供給しない場合には、上流側開閉弁43及び下流側開閉弁44を双方とも閉弁する。
In the fourth embodiment, when the reformed gas is supplied to the
このような第4実施例においては、液体原料蒸発器41で生成された蒸発燃料がアルコールを含有している。そのため、改質ガス生成器12は、触媒21に所定の電圧を印加することで、触媒21や、供給された上記原料ガスが低温であり、また改質ガス生成器12に水蒸気を供給しなくても、この原料ガスを用いて、水素を含有する改質ガスが生成することが可能になっている。
In such a 4th Example, the fuel vapor produced | generated with the liquid
つまり、このような第4実施例においても、上述した第1実施例と略同様の作用効果を得ることができる。また、この第4実施例では、キャニスタに蒸発燃料が吸着されていない状況でも、改質ガス生成器12に対して原料ガスを供給することが可能となる。
That is, also in the fourth embodiment, it is possible to obtain substantially the same function and effect as those of the first embodiment described above. Further, in the fourth embodiment, it is possible to supply the raw material gas to the reformed
そして、この第4実施例は、上記改質ガスの内燃機関1への供給が不要ときには、上流側開閉弁43及び下流側開閉弁44を双方とも閉弁することで、改質ガス導入路13内に改質ガスを一時的に閉じ込めることが可能となるので、暖機後の内燃機関1の始動時等に、改質ガス導入路13内の改質ガスを使用すると、水素の燃焼改善効果により始動時の燃料供給量の更なる低減や、始動時の排気性能を向上させることができる。
In the fourth embodiment, when there is no need to supply the reformed gas to the
また、上流側開閉弁43及び下流側開閉弁44を双方とも開弁することで導入された空気に利用して液体原料蒸発器41で生成した蒸発燃料を改質ガス生成器12に供給するため、円滑に蒸発燃料を改質ガス生成器12に供給することができる。
In addition, in order to supply the reformed
そして、改質ガス生成器12には、温度の低い吸気通路4内の空気を利用して液体原料蒸発器41で生成した蒸発燃料が供給されるため、上記原料ガス自体が低温となり、上記改質ガス中の水素が酸素と反応してしまうことを抑制することができる。そのため、空気を用いて蒸発燃料を改質ガス生成器12に供給しても、上記原料ガスの改質で得られた水素を効率良く内燃機関1に供給することができる。
The reformed
1…内燃機関
2…燃焼室
3…吸気弁
4…吸気通路
5…排気弁
6…排気通路
7…点火プラグ
8…エアフローメータ
9…スロットル弁
10…燃料噴射弁
11…ECU
12…改質ガス生成器
13…改質ガス導入路
14…燃料タンク
15…キャニスタ
16…水蒸気供給器
17…パージ用空気導入路
18…パージガス通路
21…触媒
22…電極
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (6)
上記改質ガスを内燃機関の吸気系に導入することを特徴とする改質ガス供給装置。 A reformed gas generator capable of generating a reformed gas containing hydrogen at a low temperature using a source gas by applying a voltage to a catalyst having a noble metal supported on a dielectric, and the source gas in the reformed gas generator A raw material gas supply unit for supplying
A reformed gas supply apparatus for introducing the reformed gas into an intake system of an internal combustion engine.
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