JP2015121151A - Internal combustion engine system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関システムに関する。更に詳細には、本発明は、排気循環流路に配設された改質器における改質触媒の性能低下を抑制ないし防止し得る内燃機関システムに関する。 The present invention relates to an internal combustion engine system. More specifically, the present invention relates to an internal combustion engine system that can suppress or prevent a performance degradation of a reforming catalyst in a reformer disposed in an exhaust gas circulation passage.
従来、改質触媒の性能低下や劣化を検出することなく、改質触媒の長寿命化を実現し得る内燃機関システムが提案されている(特許文献1参照。)。この内燃機関システムは、燃焼室からの排気ガスを吸気路に循環する排気循環路を有する内燃機関と、その排気循環路を流通する排気ガス中に改質用燃料を噴射する改質用燃料噴射装置と、その改質用燃料により水素含有ガスを生成する改質触媒を設けた改質器と、改質触媒の所定の再生時期毎に前記排気循環路を開き酸素含有ガスを改質触媒に流通させ改質触媒に析出する炭素を排気中の酸素により酸化させて改質触媒の再生を行う改質触媒再生手段とを有する。 Conventionally, there has been proposed an internal combustion engine system that can realize a longer life of a reforming catalyst without detecting degradation or deterioration of the performance of the reforming catalyst (see Patent Document 1). This internal combustion engine system includes an internal combustion engine having an exhaust circulation path for circulating exhaust gas from a combustion chamber to an intake path, and reforming fuel injection for injecting reforming fuel into the exhaust gas flowing through the exhaust circulation path A reformer provided with a reforming catalyst for generating a hydrogen-containing gas from the reforming fuel, and opening the exhaust circuit at every predetermined regeneration timing of the reforming catalyst to convert the oxygen-containing gas into the reforming catalyst. And reforming catalyst regeneration means for regenerating the reforming catalyst by oxidizing the carbon that is circulated and deposited on the reforming catalyst with oxygen in the exhaust gas.
しかしながら、特許文献1に記載された内燃機関システムにおいては、酸素含有ガスを排気循環路に流通させて改質触媒に析出する炭素成分の酸化除去による再生を行っているため、改質触媒の表面が酸化されて改質触媒の性能が低下し、内燃機関の運転再開時に所望の改質ガスが得られないことがあるという改善の余地があった。 However, in the internal combustion engine system described in Patent Document 1, since the oxygen-containing gas is circulated through the exhaust circulation path and regeneration is performed by oxidation removal of the carbon component deposited on the reforming catalyst, the surface of the reforming catalyst As a result, the performance of the reforming catalyst deteriorates, and there is room for improvement in that the desired reformed gas may not be obtained when the operation of the internal combustion engine is resumed.
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明は、改質触媒の酸化による性能低下を抑制ないし防止し得る内燃機関システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art. Then, an object of the present invention is to provide an internal combustion engine system that can suppress or prevent performance degradation due to oxidation of the reforming catalyst.
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。そして、その結果、改質触媒上に改質反応により生成する炭素成分に酸化ガスを供給する酸化再生処理を行うと共に、改質触媒上に酸化再生処理により生成する酸化成分に還元ガスを供給する還元再生処理を行うことにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。 The inventors of the present invention have made extensive studies in order to achieve the above object. As a result, an oxidation regeneration process for supplying an oxidizing gas to the carbon component generated by the reforming reaction is performed on the reforming catalyst, and a reducing gas is supplied to the oxidizing component generated by the oxidation regeneration process on the reforming catalyst. It has been found that the above-described object can be achieved by carrying out reduction regeneration treatment, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明の内燃機関システムは、燃焼室と燃焼室に接続された吸気流路及び排気流路と排気流路及び吸気流路に接続された排気循環流路とを有する内燃機関と、排気循環流路内に改質用燃料を供給する燃料供給装置と、排気循環流路に配設され、排気循環流路内の排気と改質用燃料とを利用する改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質触媒を有する改質器と、を備える。そして、この内燃機関システムは、改質触媒上に改質反応により生成する炭素成分に酸化ガスを供給する酸化再生処理を行うと共に、改質触媒上に酸化再生処理により生成する酸化成分に還元ガスを供給する還元再生処理を行う。 That is, an internal combustion engine system of the present invention includes an internal combustion engine having a combustion chamber, an intake passage and an exhaust passage connected to the combustion chamber, an exhaust passage and an exhaust circulation passage connected to the intake passage, A fuel supply device for supplying reforming fuel into the circulation channel, and a reformer that is disposed in the exhaust circulation channel and contains hydrogen by a reforming reaction that uses the exhaust gas in the exhaust circulation channel and the reforming fuel. And a reformer having a reforming catalyst for generating a quality gas. The internal combustion engine system performs an oxidation regeneration process for supplying an oxidizing gas to the carbon component generated by the reforming reaction on the reforming catalyst, and a reducing gas for the oxidizing component generated by the oxidation regeneration process on the reforming catalyst. Reduction regeneration processing is performed to supply.
本発明によれば、燃焼室と燃焼室に接続された吸気流路及び排気流路と排気流路及び吸気流路に接続された排気循環流路とを有する内燃機関と、排気循環流路内に改質用燃料を供給する燃料供給装置と、排気循環流路に配設され、排気循環流路内の排気と改質用燃料とを利用する改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質触媒を有する改質器と、を備え、改質触媒上に改質反応により生成する炭素成分に酸化ガスを供給する酸化再生処理を行うと共に、改質触媒上に酸化再生処理により生成する酸化成分に還元ガスを供給する還元再生処理を行う構成とした。そのため、改質触媒の酸化による性能低下を抑制ないし防止し得る内燃機関システムを提供することができる。 According to the present invention, an internal combustion engine having a combustion chamber, an intake passage connected to the combustion chamber, an exhaust passage, an exhaust passage and an exhaust circulation passage connected to the intake passage, A reformer containing hydrogen is generated by a reforming reaction that uses the exhaust gas in the exhaust circulation passage and the reforming fuel. And a reformer having a reforming catalyst for performing an oxidation regeneration process for supplying an oxidizing gas to a carbon component generated by a reforming reaction on the reforming catalyst, and generating by an oxidation regeneration process on the reforming catalyst. The reduction regeneration process for supplying the reducing gas to the oxidizing component is performed. Therefore, it is possible to provide an internal combustion engine system that can suppress or prevent performance degradation due to oxidation of the reforming catalyst.
以下、本発明の一実施形態に係る内燃機関システムについて詳細に説明する。 Hereinafter, an internal combustion engine system according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
(第1の実施形態)
第1の実施形態に係る内燃機関システムは、燃焼室と燃焼室に接続された吸気流路及び排気流路と排気流路及び吸気流路に接続された排気循環流路とを有する内燃機関と、排気循環流路内に改質用燃料を供給する燃料供給装置と、排気循環流路に配設され、排気循環流路内の排気と改質用燃料とを利用する改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質触媒を有する改質器と、を備えるものである。そして、本実施形態の内燃機関システムは、改質触媒上に改質反応により生成する炭素成分に酸化ガスを供給する酸化再生処理を行うと共に、改質触媒上に酸化再生処理により生成する酸化成分に還元ガスを供給する還元再生処理を行う。
(First embodiment)
An internal combustion engine system according to a first embodiment includes an internal combustion engine having a combustion chamber, an intake passage connected to the combustion chamber, an exhaust passage, an exhaust passage, and an exhaust circulation passage connected to the intake passage. A fuel supply device for supplying reforming fuel into the exhaust circulation passage, and hydrogen that is provided in the exhaust circulation passage, and reforming reaction using the exhaust in the exhaust circulation passage and the reforming fuel. And a reformer having a reforming catalyst that generates reformed gas. The internal combustion engine system of the present embodiment performs an oxidation regeneration process for supplying an oxidizing gas to the carbon component generated by the reforming reaction on the reforming catalyst, and an oxidation component generated by the oxidation regeneration process on the reforming catalyst. A reduction regeneration process for supplying a reducing gas is performed.
このように、燃焼室と燃焼室に接続された吸気流路及び排気流路と排気流路及び吸気流路に接続された排気循環流路とを有する内燃機関と、排気循環流路内に改質用燃料を供給する燃料供給装置と、排気循環流路に配設され、排気循環流路内の排気と改質用燃料とを利用する改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質触媒を有する改質器と、を備え、改質触媒上に改質反応により生成する炭素成分に酸化ガスを供給する酸化再生処理を行うと共に、改質触媒上に酸化再生処理により生成する酸化成分に還元ガスを供給する還元再生処理を行う構成とすることにより、酸化再生処理に伴い改質触媒上に生成する酸化成分を還元再生することができるため、改質触媒の水素生成能の回復が速くなり、改質触媒の酸化による性能低下を抑制ないし防止することができる。また、所望の改質ガスを得ることができるため、内燃機関システムの燃費を向上させることができる。 Thus, the internal combustion engine having the combustion chamber, the intake passage connected to the combustion chamber, the exhaust passage, the exhaust passage and the exhaust circulation passage connected to the intake passage, and the exhaust circulation passage are modified. A fuel supply device for supplying quality fuel and a reformer that is disposed in the exhaust circulation passage and generates reformed gas containing hydrogen by a reforming reaction that uses the exhaust gas in the exhaust circulation passage and the reforming fuel. A reformer having a catalyst, and an oxidation regeneration process for supplying an oxidizing gas to a carbon component generated by a reforming reaction on the reforming catalyst, and an oxidation generated by an oxidation regeneration process on the reforming catalyst. By performing a reduction regeneration process that supplies reducing gas to the components, it is possible to reduce and regenerate the oxidation components that are generated on the reforming catalyst during the oxidation regeneration process, so that the hydrogen generation ability of the reforming catalyst is restored. Reduces the performance degradation due to reforming catalyst oxidation It is possible to prevent stone. Moreover, since the desired reformed gas can be obtained, the fuel efficiency of the internal combustion engine system can be improved.
そして、本実施形態においては、例えば、内燃機関が始動する際に、還元再生処理を行うことが好ましい。内燃機関が始動する際に、還元再生処理を行うことにより、改質触媒の水素生成能の回復が速くなり、改質触媒の酸化による性能低下が抑制ないし防止され、内燃機関の始動直後から所望の改質ガスを得ることができる。 In the present embodiment, for example, it is preferable to perform reduction regeneration processing when the internal combustion engine is started. By performing the reduction regeneration process when the internal combustion engine is started, the recovery of the hydrogen generation ability of the reforming catalyst is accelerated, and the performance degradation due to the oxidation of the reforming catalyst is suppressed or prevented. The reformed gas can be obtained.
また、本実施形態においては、例えば、内燃機関における排気循環が開始される際に、還元再生処理を行うことが好ましい。内燃機関における排気循環が開始される際に、還元再生処理を行うことにより、改質触媒の水素生成能の回復が速くなり、改質触媒の酸化による性能低下が抑制ないし防止され、内燃機関における排気循環の開始直後から所望の改質ガスを得ることができる。 In the present embodiment, for example, it is preferable to perform the reduction regeneration process when the exhaust gas circulation in the internal combustion engine is started. When the exhaust gas circulation in the internal combustion engine is started, the reduction regeneration treatment is performed, so that the recovery of the hydrogen generation ability of the reforming catalyst is accelerated, and the performance degradation due to the oxidation of the reforming catalyst is suppressed or prevented. A desired reformed gas can be obtained immediately after the start of exhaust gas circulation.
更に、本実施形態においては、例えば、改質器における改質反応が開始される際に、還元再生処理を行うことが好ましい。改質器における改質反応が開始される際に、還元再生処理を行うことにより、改質触媒の水素生成能の回復が速くなり、改質触媒の酸化による性能低下が抑制ないし防止され、改質器における改質反応の開始直後から所望の改質ガスを得ることができる。 Furthermore, in the present embodiment, for example, when the reforming reaction in the reformer is started, it is preferable to perform the reduction regeneration process. By performing the reduction regeneration process when the reforming reaction in the reformer is started, the hydrogen generation ability of the reforming catalyst is quickly recovered, and the performance deterioration due to the oxidation of the reforming catalyst is suppressed or prevented. The desired reformed gas can be obtained immediately after the start of the reforming reaction in the mass device.
また、本実施形態においては、例えば、改質触媒が酸化再生処理において供給される酸化ガスより酸素濃度が高い酸化ガス及び酸化再生処理において供給される酸化ガスより供給量が多い酸化ガスの少なくとも一方に曝された際に、改質触媒上に生成する酸化成分に還元ガスを供給する緊急還元再生処理を行うことが好ましい。改質触媒が酸化再生処理において供給される酸化ガスより酸素濃度が高い酸化ガス及び酸化再生処理において供給される酸化ガスより供給量が多い酸化ガスの少なくとも一方に曝された際に、緊急還元再生処理を直ちに行うことにより、改質触媒の水素生成能の回復が速くなり、改質触媒の酸化による性能低下が抑制ないし防止され、緊急還元再生処理の直後から所望の改質ガスを得ることができる。 Further, in the present embodiment, for example, at least one of an oxidizing gas whose oxygen concentration is higher than that of the oxidizing gas supplied in the oxidation regeneration process and an oxidizing gas supplied in a larger amount than the oxidizing gas supplied in the oxidation regeneration process. It is preferable to perform an emergency reduction regeneration process in which a reducing gas is supplied to the oxidizing component produced on the reforming catalyst when exposed to the catalyst. Emergency reduction regeneration when the reforming catalyst is exposed to at least one of an oxidizing gas having a higher oxygen concentration than the oxidizing gas supplied in the oxidation regeneration process and an oxidizing gas supplied in a larger amount than the oxidizing gas supplied in the oxidation regeneration process By performing the treatment immediately, the hydrogen production ability of the reforming catalyst can be quickly recovered, the performance degradation due to the oxidation of the reforming catalyst can be suppressed or prevented, and the desired reformed gas can be obtained immediately after the emergency reduction regeneration treatment. it can.
更に、本実施形態においては、例えば、還元ガスの供給量が固定値であることが好ましい。還元ガスの供給量を固定値として改質触媒の還元再生処理を行うことにより、改質触媒の水素生成能の回復が速くなり、改質触媒の酸化による性能低下を抑制ないし防止することができれば、特に改質ガスの供給量制御を行う必要がなく、還元再生処理を簡便に行うことができる。 Furthermore, in the present embodiment, for example, the supply amount of the reducing gas is preferably a fixed value. By carrying out reduction regeneration treatment of the reforming catalyst with the supply amount of reducing gas as a fixed value, the recovery of the hydrogen generation ability of the reforming catalyst can be accelerated, and the performance degradation due to oxidation of the reforming catalyst can be suppressed or prevented. In particular, it is not necessary to control the supply amount of the reformed gas, and the reduction regeneration process can be easily performed.
一方、本実施形態においては、例えば、還元ガスの供給量が可変値であることが好ましい。還元ガスの供給量を可変値として改質触媒が曝されている環境に応じて還元再生処理を行うことにより、改質触媒の水素生成能の回復が速くなり、改質触媒の酸化による性能低下を抑制ないし防止することができれば、還元再生処理をより確実に無駄なく行うことができる。 On the other hand, in the present embodiment, for example, the supply amount of the reducing gas is preferably a variable value. By performing the reduction regeneration process according to the environment where the reforming catalyst is exposed with the supply amount of the reducing gas as a variable value, the hydrogen generation ability of the reforming catalyst is quickly recovered, and the performance is reduced due to the oxidation of the reforming catalyst. If this can be suppressed or prevented, the reduction regeneration process can be performed more reliably and without waste.
また、本実施形態において還元ガスの供給量を可変値とする場合には、例えば、内燃機関の運転負荷に応じて設定される可変値とすることが好ましい。還元ガスの供給量を内燃機関の運転負荷に応じて設定して還元再生処理を行うことにより、改質触媒の再生され易さに応じた還元再生処理を行うことができる。 Further, in the present embodiment, when the supply amount of the reducing gas is set to a variable value, for example, it is preferable to set the variable value to be set according to the operating load of the internal combustion engine. By performing the reduction regeneration process by setting the supply amount of the reducing gas according to the operating load of the internal combustion engine, the reduction regeneration process can be performed according to the ease with which the reforming catalyst is regenerated.
更に、本実施形態において還元ガスの供給量を可変値とする場合には、例えば、内燃機関における排気循環率に応じて設定される可変値とすることが好ましい。還元ガスの供給量を内燃機関における排気循環率に応じて設定して還元再生処理を行うことにより、改質器における改質反応へ速やかに移行し得る還元再生処理を行うことができる。 Furthermore, when the supply amount of the reducing gas is set to a variable value in the present embodiment, for example, it is preferable to set a variable value that is set according to the exhaust gas circulation rate in the internal combustion engine. By performing the reduction regeneration process by setting the supply amount of the reducing gas according to the exhaust gas circulation rate in the internal combustion engine, the reduction regeneration process capable of promptly shifting to the reforming reaction in the reformer can be performed.
(第2の実施形態)
また、第2の実施形態に係る内燃機関システムは、還元再生処理を行う改質触媒還元再生装置を別途備えた構成が、上記第1の実施形態に係る内燃機関システムと相違する。別途備えた改質触媒還元再生装置によって還元再生処理を行う構成であることにより、いかなる状況下においても、還元再生処理を行うことができるという利点がある。また、所望の改質ガスを得ることができるため、内燃機関システムの燃費を向上させることができる。
(Second Embodiment)
Further, the internal combustion engine system according to the second embodiment is different from the internal combustion engine system according to the first embodiment in that a reformed catalyst reduction / regeneration device that performs a reduction regeneration process is separately provided. Since the reduction regeneration process is performed by the reforming catalyst reduction regeneration apparatus provided separately, there is an advantage that the reduction regeneration process can be performed under any circumstances. Moreover, since the desired reformed gas can be obtained, the fuel efficiency of the internal combustion engine system can be improved.
(第3の実施形態)
更に、第3の実施形態に係る内燃機関システムは、燃料供給装置が、内燃機関の運転負荷及び内燃機関における排気循環率に応じて設定される還元ガスの供給量より多くの還元ガスを供給するように改質用燃料を供給して、還元再生処理を行う構成が、上記第1の実施形態に係る内燃機関システムと相違する。内燃機関の運転負荷及び内燃機関における排気循環率に応じて設定される還元ガスの供給量より多くの還元ガスを供給するように燃料供給装置に改質用燃料を供給させることによって還元再生処理を行うことにより、改質触媒還元再生装置(例えば、水素ボンベなど。)を別途備える必要なく、還元再生処理を行うことができるという利点がある。また、所望の改質ガスを得ることができるため、内燃機関システムの燃費を向上させることができる。
(Third embodiment)
Further, in the internal combustion engine system according to the third embodiment, the fuel supply device supplies more reducing gas than the reducing gas supply amount set in accordance with the operating load of the internal combustion engine and the exhaust gas circulation rate in the internal combustion engine. Thus, the configuration for supplying the reforming fuel and performing the reduction regeneration process is different from the internal combustion engine system according to the first embodiment. The reduction regeneration process is performed by causing the fuel supply device to supply reforming fuel so as to supply more reducing gas than the amount of reducing gas supplied that is set according to the operating load of the internal combustion engine and the exhaust gas circulation rate in the internal combustion engine. By performing this, there is an advantage that the reduction regeneration process can be performed without the necessity of separately providing a reforming catalyst reduction regeneration apparatus (for example, a hydrogen cylinder or the like). Moreover, since the desired reformed gas can be obtained, the fuel efficiency of the internal combustion engine system can be improved.
(第4の実施形態)
また、第4の実施形態に係る内燃機関システムは、排気循環流路内に部分酸化反応用空気を供給する部分酸化反応用空気供給装置を別途備え、燃料供給装置が供給する改質用燃料と部分酸化反応用空気供給装置が供給する空気とを利用して部分酸化反応を起こさせる際に、改質用燃料の供給を断続的かつ段階的に低減して、還元再生処理を行う構成が、上記第1の実施形態に係る内燃機関システムと相違する。排気循環流路内に部分酸化反応用空気を供給する部分酸化反応用空気供給装置を別途備え、燃料供給装置が供給する改質用燃料と部分酸化反応用空気供給装置が供給する空気とを利用して部分酸化反応を起こさせる際に、燃料供給装置に改質用燃料の供給を断続的かつ段階的に低減させることによって、還元再生処理を行うことにより、改質触媒還元再生装置(例えば、水素ボンベなど。)を別途備える必要なく、改質触媒の温度が低い場合であっても、還元再生処理を行うことができるという利点がある。また、所望の改質ガスを得ることができるため、内燃機関システムの燃費を向上させることができる。
(Fourth embodiment)
The internal combustion engine system according to the fourth embodiment further includes a partial oxidation reaction air supply device that supplies partial oxidation reaction air into the exhaust circulation passage, and the reforming fuel supplied by the fuel supply device When the partial oxidation reaction is caused to occur by using the air supplied by the partial oxidation reaction air supply device, the structure for performing the reduction regeneration treatment by reducing the supply of the reforming fuel intermittently and step by step, This is different from the internal combustion engine system according to the first embodiment. A partial oxidation reaction air supply device for supplying partial oxidation reaction air into the exhaust circulation channel is separately provided, and the reforming fuel supplied by the fuel supply device and the air supplied by the partial oxidation reaction air supply device are used. Then, when the partial oxidation reaction is caused, the reduction regeneration process is performed by reducing the supply of the reforming fuel to the fuel supply apparatus intermittently and stepwise, thereby performing the reforming catalyst reduction regeneration apparatus (for example, There is an advantage that reduction regeneration treatment can be performed even when the temperature of the reforming catalyst is low. Moreover, since the desired reformed gas can be obtained, the fuel efficiency of the internal combustion engine system can be improved.
更に、本実施形態においては、部分酸化反応用空気供給装置が、酸化再生処理を行うものであることが好ましい。部分酸化反応用空気供給装置によって酸化再生処理を行うことにより、内燃機関の運転状態によらず、酸化再生処理を行うことができるという利点がある。 Furthermore, in the present embodiment, it is preferable that the partial oxidation reaction air supply device performs oxidation regeneration treatment. By performing the oxidation regeneration process using the partial oxidation reaction air supply device, there is an advantage that the oxidation regeneration process can be performed regardless of the operating state of the internal combustion engine.
(第5の実施形態)
また、第5の実施形態に係る内燃機関システムは、酸化再生処理を行う改質触媒酸化再生装置を別途備えた構成が、上記第1の実施形態に係る内燃機関システムと相違する。別途備えた改質触媒酸化再生装置によって酸化再生処理を行う構成であることにより、内燃機関の運転状態によらず、酸化再生処理を行うことができるという利点がある。また、所望の改質ガスを得ることができるため、内燃機関システムの燃費を向上させることができる。
(Fifth embodiment)
Further, the internal combustion engine system according to the fifth embodiment is different from the internal combustion engine system according to the first embodiment in that a reforming catalyst oxidation regeneration device that performs oxidation regeneration processing is separately provided. The configuration in which the oxidation regeneration process is performed by the separately provided reforming catalyst oxidation regeneration apparatus has an advantage that the oxidation regeneration process can be performed regardless of the operating state of the internal combustion engine. Moreover, since the desired reformed gas can be obtained, the fuel efficiency of the internal combustion engine system can be improved.
以下、本発明の内燃機関システムを若干の実施例に基づいて図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, an internal combustion engine system of the present invention will be described in detail based on some embodiments with reference to the drawings.
(実施例1)
図1は、実施例1の内燃機関システムの概略を示す説明図である。図1に示すように、本例の内燃機関システム1Aは、往復動型内燃機関の一例である4サイクルのエンジン10と、燃料供給装置20と、改質器30とを備える。
Example 1
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an outline of the internal combustion engine system according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the internal combustion engine system 1 </ b> A of the present example includes a four-
そして、エンジン10は、燃焼室11と、燃焼室11の吸気口11aに接続された吸気流路(以下「吸気パイプ」という。)12及び燃焼室11の排気口11bに接続された排気流路(以下「排気パイプ」という。)13と、排気パイプ13及び吸気パイプ12に接続され、排気パイプ13から吸気パイプ12に排気の一部を分流、すなわち還流させるための排気循環流路(以下「EGR(Exhaust Gas Recirculation)パイプ」という。)14とを備える。また、エンジン10は、燃焼室11内でストイキ燃焼させた排気の一部を排気パイプ13からEGRパイプ14に分流させ、排気に燃料噴射装置20により改質用燃料を添加し、改質器30で改質用燃料を水素を含む改質ガスに改質して、吸気パイプ12に還流することができる。
The
また、エンジン10には、吸気口11aの開閉を行う吸気バルブ11cと、排気口11bの開閉を行う排気バルブ11dと、燃焼室11内で往復動するピストン11eと、燃焼室11内で混合気に電気火花をとばすスパークプラグ11fとが配設されている。
Further, the
更に、吸気パイプ12には、吸気口11a近傍に主燃料供給装置12aが配設されており、主燃料供給装置12aの吸気方向上流側に吸気パイプ12内を燃焼室11に向かって流通する空気の空気量を制御するための吸気制御バルブ12bが更に配設されている。ここで、主燃料供給装置12aは、燃焼室11内又は吸気パイプ12内に主燃料を噴射する機能を有するものである。
Further, the
また、排気パイプ13には、排気パイプ13内を流通する排気の排気量を制御するための排気制御バルブ13aが配設されている。
Further, the
更に、EGRパイプ14には、排気ガスの流通方向(図中矢印αで示す。)の上流側から下流側に向かう方向に、EGR内に改質用燃料を供給する燃料供給装置20と、改質触媒を有する改質器30と、EGRクーラ14bと、EGRバルブ14cとが順次配設されている。なお、改質用燃料は、上記主燃料と同一であってもよく、異なっていてもよい。ここで、改質触媒は、EGRパイプ14内の排気と改質用燃料とを利用する改質反応により水素を含む改質ガスを生成するものである。代表的には、改質用燃料と排気の少なくとも一部とを反応させ、燃料を改質して水素を含む改質ガスを生成する機能を有するものであり、例えば、貴金属、より具体的にはロジウムを挙げることができる。なお、通常、排気は熱や水分を含むため、改質用燃料を添加することにより、改質触媒は、熱分解反応、水蒸気改質反応、水性ガスシフト反応の少なくとも1つを促進して、水素を含む改質ガスを生成する。また、EGRクーラ14bは、排気や改質ガスを冷却する機能を有するものである、EGRバルブ14cは、排気や改質ガスの流量を制御する機能を有するものである。
Further, the
また、本例においては、EGRパイプ14の改質器30より排気ガスの流通方向(図中矢印αで示す。)の上流側に、改質触媒上に酸化再生処理により生成する酸化成分に還元ガスを供給する還元再生処理を行う改質触媒還元再生装置14aが配設されている。
Further, in this example, the
更に、中央演算処理装置(CPU)やインターフェース回路等からなるコントローラ40は、主燃料供給装置12aや吸気制御バルブ12b、排気制御バルブ13a、燃料供給装置20、EGRバルブ14c、改質触媒還元再生装置14a、更には吸気バルブ11cや排気バルブ11d、ピストン11eなどの制御部(図示せず。)と接続され、制御に関する信号の入出力を行い、所定のプログラムの実行により、これらを適宜作動させるようになっている。
Furthermore, the
そして、改質器30の改質触媒上では、改質用燃料から改質反応により水素を含む改質ガスが得られる一方で、一部が炭素成分として生成(堆積)することがある。
On the reforming catalyst of the
そこで、本例の内燃機関システム1Aにおいては、例えば、燃料噴射装置20による改質用燃料の供給を停止すると共に、燃焼室11内でストイキ燃焼させた排気に含まれる酸素などの酸化ガスを改質触媒上の炭素成分に供給して、酸化再生処理を行うことができる。更に、本例の内燃機関システム1Aにおいては、改質触媒還元再生装置14aにより、改質触媒上に酸化再生処理より生成する酸化成分に還元ガスを供給して、還元再生処理を行うことができる。
Therefore, in the internal
このように、改質触媒上に改質反応により生成する炭素成分に酸化ガスを供給する酸化再生処理を行うと共に、改質触媒上に酸化再生処理により生成する酸化成分に還元ガスを供給する還元再生処理を行う構成とすることにより、改質触媒の水素生成能の回復が速くなり、改質触媒の性能低下・劣化を検出することなく、改質触媒の酸化による性能低下を抑制ないし防止することができる。また、所望の改質ガスを得ることができるため、内燃機関システムの燃費を向上させることができる。但し、改質触媒は、低いながらも改質性能を有しているため、時間を掛けて改質触媒自らが生成する微量の水素により改質触媒上に生成する酸化成分を還元して、性能低下を回復することができることは言うまでもない。 In this way, the oxidation regeneration process for supplying the oxidizing gas to the carbon component generated by the reforming reaction is performed on the reforming catalyst, and the reducing gas is supplied to the oxidizing component generated by the oxidation regeneration process on the reforming catalyst. By adopting a regenerative treatment configuration, the hydrogen generation ability of the reforming catalyst can be quickly recovered, and performance degradation due to oxidation of the reforming catalyst can be suppressed or prevented without detecting degradation or deterioration of the performance of the reforming catalyst. be able to. Moreover, since the desired reformed gas can be obtained, the fuel efficiency of the internal combustion engine system can be improved. However, since the reforming catalyst has low reforming performance, it takes time to reduce the oxidizing component produced on the reforming catalyst with a small amount of hydrogen generated by the reforming catalyst itself, and the performance is reduced. It goes without saying that the decline can be recovered.
析出した炭素が酸化されるプロセスをより具体的に説明すると、触媒上に析出した炭素成分は、酸化反応が進行可能な温度以上で、ある濃度以上の酸素が供給されると、酸化され、二酸化炭素又は一酸化酸素の状態で、触媒表面から脱離する。その際、触媒表面は、高温で酸素含有ガスに曝されることになるため、触媒表面は酸化される。なお、酸化される温度、必要な酸素濃度は触媒仕様により異なる。 More specifically, the process in which the deposited carbon is oxidized will be described. The carbon component deposited on the catalyst is oxidized at a temperature higher than the temperature at which the oxidation reaction can proceed and is supplied with oxygen at a certain concentration or higher. Desorbed from the catalyst surface in the state of carbon or oxygen monoxide. At that time, since the catalyst surface is exposed to the oxygen-containing gas at a high temperature, the catalyst surface is oxidized. Note that the oxidation temperature and the required oxygen concentration vary depending on the catalyst specifications.
また、触媒表面が還元されるプロセスをより具体的に説明すると、上記プロセスで酸化された触媒表面に、ある温度以上で、還元成分が供給されることで触媒表面が還元される。上記還元成分としては、水素が望ましいが、水素を生成可能な炭化水素等でも代替可能である。また、上記酸化と同様に、還元可能な温度、還元に必要な水素濃度は、触媒仕様により異なる。 Further, the process of reducing the catalyst surface will be described more specifically. The catalyst surface is reduced by supplying a reducing component to the catalyst surface oxidized by the above process at a certain temperature or higher. As the reducing component, hydrogen is desirable, but a hydrocarbon capable of generating hydrogen can be substituted. Similarly to the oxidation, the reducible temperature and the hydrogen concentration necessary for the reduction vary depending on the catalyst specifications.
また、本例の内燃機関システム1Aにおいては、例えば、内燃機関が始動する際や内燃機関における排気循環が開始される際、改質器における改質反応が開始される際などいずれの時期においても還元再生処理を行うことができる。ここで、内燃機関が始動するタイミングは、例えば、主燃料供給装置12aや吸気制御バルブ12b、吸気バルブ11c、ピストン11eなどからコントローラ40に入力される信号により判断することができる。また、内燃機関における排気循環が開始されるタイミングは、例えば、排気制御バルブ13aからコントローラ40に入力される信号により判断することができる。更に、改質器における改質反応が開始されるタイミングは、例えば、燃料供給装置20からコントローラ40に入力される信号により判断することができる。排気循環が開始されるタイミングにおいては、改質触媒や雰囲気温度が高くなっているため、より短時間で還元再生処理を行うことができる。また、改質器における改質反応が開始されるタイミングは、例えば、本例の内燃機関システム1Aにおいて、改質器30に破線で示す温度センサ14dが配設され、コントローラ40と温度センサとが接続され(図示せず。)、制御に関する信号の入出力を行う構成である場合には、温度センサ14dからコントローラ40に入力される信号により判断することもできる。改質反応が開始されるタイミングにおいては、改質触媒や雰囲気温度がより高くなっているため、更に短時間で還元再生処理を行うことができる。また、この時期に還元再生処理を行うと、改質器における改質を行うEGR改質運転にそのまま移行することができるという利点がある。
Further, in the internal
更に、本例の内燃機関システム1Aにおいて、例えば、改質器30に破線で示す酸素センサ14eが配設され、コントローラ40と酸素センサ14eとが接続され(図示せず。)、制御に関する信号の入出力を行う構成である場合には、改質触媒が酸化再生処理において供給される酸化ガスより酸素濃度が高い酸化ガス及び酸化再生処理において供給される酸化ガスより供給量が多い酸化ガスの少なくとも一方に曝されたタイミングを酸素センサ14eからコントローラ40に入力される信号により判断して、改質触媒上に生成する酸化成分に還元ガスを供給する緊急還元再生処理を行うこともできる。例えば、EGR改質運転中であっても、突発的に、所定の酸化ガスに曝された場合に、改質触媒上に生成する酸化成分に還元ガスを緊急的に供給することができるため、改質触媒の水素生成能の回復が速くなり、改質触媒の性能低下・劣化を検出することなく、改質触媒の酸化による性能低下を抑制ないし防止することができる。
Further, in the internal
また、本例の内燃機関システム1Aにおいては、還元ガスの供給量は、改質触媒表面を還元し得る供給量であればよいため、例えば、図2(A)で示すように、固定値で一定量をある時間供給するようにしてもよい。また、可変値で供給してもよい。更に、本例の内燃機関システム1Aにおいては、図2(B)で示すように内燃機関の運転負荷や図2(C)で示すように内燃機関における排気循環率に応じて設定される可変値としてもよい。この場合、無駄なく確実に改質触媒表面を還元し得る。なお、触媒表面の還元には、ある程度以上の温度が必要になる場合がある。その場合には、ある温度以下で供給された水素などの還元ガスは改質触媒表面の還元に寄与せず、改質触媒表面の還元が完了するまでには、より多くの水素などの還元ガスを供給する必要が生じる。しがたって、内燃機関の運転負荷や排気循環率に応じて水素などの還元ガスを供給することが好ましい。つまり、内燃機関の運転負荷がわかれば、排気温度を推算することができ、改質触媒表面が還元可能な温度か否かを判断することができる。内燃機関の運転負荷がある負荷以上でない場合には、還元再生処理用の水素などの還元ガスの供給を行わず、ある負荷以上である場合には、還元再生処理用の水素などの還元ガスの供給を行うというものである。また、改質触媒の温度が高いほど還元再生速度は速まるため、必要量の水素を供給できればより短時間で改質触媒表面の還元再生処理を行うことができる。したがって、内燃機関の運転負荷に応じて還元ガスの供給量を変えることが好ましい。上記固定値は、内燃機関システムの各構成に応じて、予備実験により予め設定すればよく、上記可変値も、内燃機関システムの各構成と内燃機関の運転負荷や内燃機関の排気循環率に応じて、予備実験により予め設定し得るマップを設定すればよい。
Further, in the internal
(実施例2)
図3は、実施例2の内燃機関システムの概略を示す説明図である。なお、実施例1と同一の構成については、同一の符号を付すことにより重複する説明を省略する。
(Example 2)
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an outline of the internal combustion engine system according to the second embodiment. In addition, about the structure same as Example 1, the overlapping description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
図3に示すように、本例の燃料改質システム1Bは、EGRパイプ14の改質器30より排気ガスの流通方向(図中矢印αで示す。)の上流側に、改質触媒還元再生装置14aが配設されておらず、燃料供給装置20が、内燃機関の運転負荷及び内燃機関における排気循環率に応じて設定される還元ガスの供給量より多くの還元ガスを供給するように改質用燃料を供給して、還元再生処理を行う構成が、実施例1の内燃機関システムと相違している。なお、図示しないが、改質触媒還元再生装置14aを別途備えていてもよい。
As shown in FIG. 3, the
このように、改質触媒上に改質反応により生成する炭素成分に酸化ガスを供給する酸化再生処理を行うと共に、改質触媒上に酸化再生処理により生成する酸化成分に還元ガスを供給する還元再生処理を行う構成とすることにより、改質触媒の水素生成能の回復が速くなり、改質触媒の性能低下・劣化を検出することなく、改質触媒の酸化による性能低下を抑制ないし防止することができる。また、所望の改質ガスを得ることができるため、内燃機関システムの燃費を向上させることができる。水素ではなく、水素生成可能な改質用燃料を供給する場合には、改質触媒の温度が低すぎると、炭素析出を招くおそれがある。したがって、内燃機関の運転負荷や内燃機関の排気循環率に応じて、所定の温度以上の場合に、図2(D)に示すように、水素生成可能な改質用燃料を短時間・断続的に供給することが好ましい。特に、本例の内燃機関システムにおいて、通常のEGR改質運転中より過剰に改質用燃料を供給することにより、還元再生処理に必要な還元ガスを供給する場合、燃料供給装置20からの燃料供給量を変えることにより、EGR改質運転に速やかに移行することができる。
In this way, the oxidation regeneration process for supplying the oxidizing gas to the carbon component generated by the reforming reaction is performed on the reforming catalyst, and the reducing gas is supplied to the oxidizing component generated by the oxidation regeneration process on the reforming catalyst. By adopting a regenerative treatment configuration, the hydrogen generation ability of the reforming catalyst can be quickly recovered, and performance degradation due to oxidation of the reforming catalyst can be suppressed or prevented without detecting degradation or deterioration of the performance of the reforming catalyst. be able to. Moreover, since the desired reformed gas can be obtained, the fuel efficiency of the internal combustion engine system can be improved. When supplying reforming fuel capable of generating hydrogen instead of hydrogen, if the temperature of the reforming catalyst is too low, carbon deposition may occur. Therefore, depending on the operating load of the internal combustion engine and the exhaust gas circulation rate of the internal combustion engine, as shown in FIG. It is preferable to supply to. In particular, in the internal combustion engine system of the present example, when the reducing gas necessary for the reduction regeneration process is supplied by supplying the reforming fuel more excessively than during the normal EGR reforming operation, the fuel from the
析出した炭素が酸化されるプロセスをより具体的に説明すると、触媒上に析出した炭素成分は、酸化反応が進行可能な温度以上で、ある濃度以上の酸素が供給されると、酸化され、二酸化炭素又は一酸化酸素の状態で、触媒表面から脱離する。その際、触媒表面は、高温で酸素含有ガスに曝されることになるため、触媒表面は酸化される。なお、酸化される温度、必要な酸素濃度は触媒仕様により異なる。 More specifically, the process in which the deposited carbon is oxidized will be described. The carbon component deposited on the catalyst is oxidized at a temperature higher than the temperature at which the oxidation reaction can proceed and is supplied with oxygen at a certain concentration or higher. Desorbed from the catalyst surface in the state of carbon or oxygen monoxide. At that time, since the catalyst surface is exposed to the oxygen-containing gas at a high temperature, the catalyst surface is oxidized. Note that the oxidation temperature and the required oxygen concentration vary depending on the catalyst specifications.
また、触媒表面が還元されるプロセスをより具体的に説明すると、上記プロセスで酸化された触媒表面に、ある温度以上で、還元成分が供給されることで触媒表面が還元される。上記還元成分としては、水素が望ましいが、水素を生成可能な炭化水素等でも代替可能である。また、上記酸化と同様に、還元可能な温度、還元に必要な水素濃度は、触媒仕様により異なる。 Further, the process of reducing the catalyst surface will be described more specifically. The catalyst surface is reduced by supplying a reducing component to the catalyst surface oxidized by the above process at a certain temperature or higher. As the reducing component, hydrogen is desirable, but a hydrocarbon capable of generating hydrogen can be substituted. Similarly to the oxidation, the reducible temperature and the hydrogen concentration necessary for the reduction vary depending on the catalyst specifications.
また、本例の内燃機関システム1Bにおいては、例えば、内燃機関が始動する際や内燃機関における排気循環が開始される際、改質器における改質反応が開始される際などいずれの時期においても還元再生処理を行うことができるが、排気温度が高いという観点から、内燃機関における排気循環が開始される際、改質器における改質反応が開始される際などの時期に上記還元再生処理を行うことが好ましい。ここで、内燃機関が始動するタイミングは、例えば、主燃料供給装置12aや吸気制御バルブ12b、吸気バルブ11c、ピストン11eなどからコントローラ40に入力される信号により判断することができる。また、内燃機関における排気循環が開始されるタイミングは、例えば、排気制御バルブ13aからコントローラ40に入力される信号により判断することができる。更に、改質器における改質反応が開始されるタイミングは、例えば、燃料供給装置20からコントローラ40に入力される信号により判断することができる。排気循環が開始されるタイミングにおいては、改質触媒や雰囲気温度が高くなっているため、より短時間で還元再生処理を行うことができる。また、改質器における改質反応が開始されるタイミングは、例えば、本例の内燃機関システム1Bにおいて、改質器30に破線で示す温度センサ14dが配設され、コントローラ40と温度センサ14dとが接続され(図示せず。)、制御に関する信号の入出力を行う構成である場合には、温度センサ14dからコントローラ40に入力される信号により判断することもできる。改質反応が開始されるタイミングにおいては、改質触媒や雰囲気温度がより高くなっているため、更に短時間で還元再生処理を行うことができる。また、改質器における改質を行うEGR改質運転にそのまま移行することができるという利点がある。
Further, in the internal
更に、本例の内燃機関システム1Bにおいて、例えば、改質器30に破線で示す酸素センサ14eが配設され、コントローラ40と酸素センサ14eとが接続され(図示せず。)、制御に関する信号の入出力を行う構成である場合には、改質触媒が酸化再生処理において供給される酸化ガスより酸素濃度が高い酸化ガス及び酸化再生処理において供給される酸化ガスより供給量が多い酸化ガスの少なくとも一方に曝されたタイミングを酸素センサ14eからコントローラ40に入力される信号により判断して、改質触媒上に生成する酸化成分に還元ガスを供給する緊急還元再生処理を行うこともできる。例えば、EGR改質運転中であっても、突発的に、所定の酸化ガスに曝された場合に、改質触媒上に生成する酸化成分に還元ガスを緊急的に供給することができるため、改質触媒の性能低下・劣化を検出することなく、改質触媒の酸化による性能低下を抑制ないし防止することができる。
Further, in the internal
(実施例3)
図4は、実施例3の内燃機関システムの概略を示す説明図である。なお、実施例1と同一の構成については、同一の符号を付すことにより重複する説明を省略する。
(Example 3)
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an outline of the internal combustion engine system of the third embodiment. In addition, about the structure same as Example 1, the overlapping description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
図4に示すように、本例の内燃機関システム1Cは、EGRパイプ14の改質器30より排気ガスの流通方向(図中矢印αで示す。)の上流側に、改質触媒還元再生装置14aが配設されておらず、EGRパイプ14内に部分酸化反応用空気を供給する部分酸化反応用空気供給装置14fが配設されており、燃料供給装置20が供給する改質用燃料と部分酸化反応用空気供給装置14fが供給する空気とを利用して部分酸化反応を起こさせる際に、改質用燃料の供給を断続的かつ段階的に低減して、還元再生処理を行う構成が、実施例3の内燃機関システムと相違している。なお、図示しないが、改質触媒還元再生装置14aを別途備えていてもよい。また、本例の内燃機関システム1Cにおいては、部分酸化反応用空気供給装置14fに酸化再生処理を行わせてもよく、EGRパイプ14の改質器30より排気ガスの流通方向(図中矢印αで示す。)の上流側に、2次空気供給装置のような図示しない改質触媒酸化再生装置を別途備えていてもよい。
As shown in FIG. 4, the internal combustion engine system 1 </ b> C of this example has a reforming catalyst reduction and regeneration device upstream of the
このように、改質触媒上に改質反応により生成する炭素成分に酸化ガスを供給する酸化再生処理を行うと共に、改質触媒上に酸化再生処理により生成する酸化成分に還元ガスを供給する還元再生処理を行う構成とすることにより、改質触媒の水素生成能の回復が速くなり、改質触媒の性能低下・劣化を検出することなく、改質触媒の酸化による性能低下を抑制ないし防止することができる。また、所望の改質ガスを得ることができるため、内燃機関システムの燃費を向上させることができる。水素ではなく、水素生成可能な改質用燃料を供給する場合には、改質触媒の温度が低すぎると、炭素析出を招くおそれがあるが、部分酸化反応は水蒸気改質反応より低温から進行するため、改質触媒の温度が低い場合に適している。したがって、内燃機関の運転負荷や内燃機関の排気循環率に応じて、所定の温度以上の場合に、図2(E)において実線で示すように、水素生成可能な改質用燃料を短時間・断続的にかつ段階的に低減して供給することが好ましい。なお、空気は図2(E)において破線で示すように供給すればよく、排気中の酸素濃度が部分酸化反応に十分な量であれば、別途空気を供給する必要がないことは言うまでもない。 In this way, the oxidation regeneration process for supplying the oxidizing gas to the carbon component generated by the reforming reaction is performed on the reforming catalyst, and the reducing gas is supplied to the oxidizing component generated by the oxidation regeneration process on the reforming catalyst. By adopting a regenerative treatment configuration, the hydrogen generation ability of the reforming catalyst can be quickly recovered, and performance degradation due to oxidation of the reforming catalyst can be suppressed or prevented without detecting degradation or deterioration of the performance of the reforming catalyst. be able to. Moreover, since the desired reformed gas can be obtained, the fuel efficiency of the internal combustion engine system can be improved. When supplying reforming fuel that can generate hydrogen instead of hydrogen, if the temperature of the reforming catalyst is too low, carbon deposition may occur, but the partial oxidation reaction proceeds from a lower temperature than the steam reforming reaction. Therefore, it is suitable when the temperature of the reforming catalyst is low. Therefore, in accordance with the operating load of the internal combustion engine and the exhaust gas circulation rate of the internal combustion engine, as shown by the solid line in FIG. It is preferable to supply it intermittently and in stages. Note that air may be supplied as indicated by a broken line in FIG. 2E, and it is needless to say that it is not necessary to supply air separately if the oxygen concentration in the exhaust gas is sufficient for the partial oxidation reaction.
析出した炭素が酸化されるプロセスをより具体的に説明すると、触媒上に析出した炭素成分は、酸化反応が進行可能な温度以上で、ある濃度以上の酸素が供給されると、酸化され、二酸化炭素又は一酸化酸素の状態で、触媒表面から脱離する。その際、触媒表面は、高温で酸素含有ガスに曝されることになるため、触媒表面は酸化される。なお、酸化される温度、必要な酸素濃度は触媒仕様により異なる。 More specifically, the process in which the deposited carbon is oxidized will be described. The carbon component deposited on the catalyst is oxidized at a temperature higher than the temperature at which the oxidation reaction can proceed and is supplied with oxygen at a certain concentration or higher. Desorbed from the catalyst surface in the state of carbon or oxygen monoxide. At that time, since the catalyst surface is exposed to the oxygen-containing gas at a high temperature, the catalyst surface is oxidized. Note that the oxidation temperature and the required oxygen concentration vary depending on the catalyst specifications.
また、触媒表面が還元されるプロセスをより具体的に説明すると、上記プロセスで酸化された触媒表面に、ある温度以上で、還元成分が供給されることで触媒表面が還元される。上記還元成分としては、水素が望ましいが、水素を生成可能な炭化水素等でも代替可能である。また、上記酸化と同様に、還元可能な温度、還元に必要な水素濃度は、触媒仕様により異なる。 Further, the process of reducing the catalyst surface will be described more specifically. The catalyst surface is reduced by supplying a reducing component to the catalyst surface oxidized by the above process at a certain temperature or higher. As the reducing component, hydrogen is desirable, but a hydrocarbon capable of generating hydrogen can be substituted. Similarly to the oxidation, the reducible temperature and the hydrogen concentration necessary for the reduction vary depending on the catalyst specifications.
また、本例の内燃機関システム1Cにおいては、例えば、内燃機関が始動する際や内燃機関における排気循環が開始される際、改質器における改質反応が開始される際などいずれの時期においても還元再生処理を行うことができるが、排気温度が低いという観点から、内燃機関が始動する際などの時期に上記還元再生処理を行うことが好ましい。ここで、内燃機関が始動するタイミングは、例えば、主燃料供給装置12aや吸気制御バルブ12b、吸気バルブ11c、ピストン11eなどからコントローラ40に入力される信号により判断することができる。また、内燃機関における排気循環が開始されるタイミングは、例えば、排気制御バルブ13aからコントローラ40に入力される信号により判断することができる。更に、改質器における改質反応が開始されるタイミングは、例えば、燃料供給装置20からコントローラ40に入力される信号により判断することができる。排気循環が開始されるタイミングにおいては、改質触媒や雰囲気温度が高くなっているため、より短時間で還元再生処理を行うことができる。また、改質器における改質反応が開始されるタイミングは、例えば、本例の内燃機関システム1Bにおいて、改質器30に破線で示す図温度センサ14dが配設され、コントローラ40と温度センサ14とが接続され(図示せず。)、制御に関する信号の入出力を行う構成である場合には、温度センサ14dからコントローラ40に入力される信号により判断することもできる。改質反応が開始されるタイミングにおいては、改質触媒や雰囲気温度がより高くなっているため、更に短時間で還元再生処理を行うことができる。また、改質器における改質を行うEGR改質運転にそのまま移行することができるという利点がある。
Further, in the internal combustion engine system 1C of the present example, for example, at any time such as when the internal combustion engine is started, when exhaust gas circulation in the internal combustion engine is started, or when a reforming reaction is started in the reformer. Although the reduction regeneration process can be performed, it is preferable to perform the reduction regeneration process at a time such as when the internal combustion engine is started from the viewpoint that the exhaust gas temperature is low. Here, the timing at which the internal combustion engine is started can be determined by a signal input to the
更に、本例の内燃機関システム1Cにおいて、例えば、改質器30に破線で示す酸素センサ14eが配設され、コントローラ40と酸素センサ14eとが接続され(図示せず。)、制御に関する信号の入出力を行う構成である場合には、改質触媒が酸化再生処理において供給される酸化ガスより酸素濃度が高い酸化ガス及び酸化再生処理において供給される酸化ガスより供給量が多い酸化ガスの少なくとも一方に曝されたタイミングを酸素センサ14eからコントローラ40に入力される信号により判断して、改質触媒上に生成する酸化成分に還元ガスを供給する緊急還元再生処理を行うこともできる。例えば、EGR改質運転中であっても、突発的に、所定の酸化ガスに曝された場合に、改質触媒上に生成する酸化成分に還元ガスを緊急的に供給することができるため、改質触媒の性能低下・劣化を検出することなく、改質触媒の酸化による性能低下を抑制ないし防止することができる。
Further, in the internal combustion engine system 1C of this example, for example, an
更にまた、本例の内燃機関システム1Cにおいては、改質器30やその雰囲気温度が水蒸気改質反応が進行する温度より低く部分酸化反応が進行する温度以上である場合には、燃料供給装置20が供給する改質用燃料と部分酸化反応用空気供給装置14fが供給する空気とを利用して部分酸化反応を起こさせる際に、改質用燃料の供給を断続的かつ段階的に低減して、還元再生処理を行うと共に、水蒸気改質反応が進行する温度以上である場合には、燃料供給装置20が、内燃機関の運転負荷及び内燃機関における排気循環率に応じて設定される還元ガスの供給量より多くの還元ガスを供給するように改質用燃料を供給して、還元再生処理を行う構成とすることにより、改質触媒還元再生装置(例えば、水素ボンベなど。)を別途備える必要なく、還元再生処理を行うことができるという利点がある。もちろん、改質触媒還元再生装置を別途備え、部分酸化反応が進行する温度未満である場合に、改質触媒還元再生装置から水素ガスを供給して、還元再生処理を行うようにしてもよい。
Furthermore, in the internal combustion engine system 1C of the present example, when the
以上、本発明を若干の実施形態及び実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated with some embodiment and an Example, this invention is not limited to these, A various deformation | transformation is possible within the range of the summary of this invention.
すなわち、上述した各実施形態や各実施例の燃料改質システムに記載した構成は、各実施形態や実施例毎に限定されるものではなく、例えば、各実施形態や実施例の構成を上述した各実施形態や実施例以外の組み合わせにしたり、構成の細部を変更したりすることができる。 That is, the configuration described in the fuel reforming system of each embodiment and each example described above is not limited to each embodiment or example. For example, the configuration of each embodiment or example has been described above. Combinations other than the respective embodiments and examples can be made, and details of the configuration can be changed.
また、例えば、上述した各形態においては、内燃機関として往復動型内燃機関を例示したが、これに限定されるものではなく、従来公知の内燃機関などについても適用することができる。 Further, for example, in each of the above-described embodiments, a reciprocating internal combustion engine is exemplified as the internal combustion engine. However, the present invention is not limited to this and can be applied to a conventionally known internal combustion engine.
1A,1B,1C 内燃機関システム
10 エンジン
11 燃焼室
11a 吸気口
11b 排気口
12c 吸気バルブ
13d 排気バルブ
11e ピストン
11f スパークプラグ
12 吸気パイプ
12a 主燃料供給装置
12b 吸気制御バルブ
13 排気パイプ
13a 排気制御バルブ
14 EGRパイプ
14a 改質触媒還元再生装置
14b EGRクーラ
14c EGRバルブ
14d 温度センサ
14e 酸素センサ
14f 部分酸化反応用空気供給装置(改質触媒酸化再生装置)
20 燃料噴射装置
30 改質器
40 コントローラ
1A, 1B, 1C Internal
20
Claims (14)
上記排気循環流路内に改質用燃料を供給する燃料供給装置と、
上記排気循環流路に配設され、該排気循環流路内の排気と上記改質用燃料とを利用する改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質触媒を有する改質器と、を備え、
上記改質触媒上に上記改質反応により生成する炭素成分に酸化ガスを供給する酸化再生処理を行うと共に、該改質触媒上に該酸化再生処理により生成する酸化成分に還元ガスを供給する還元再生処理を行う
ことを特徴とする内燃機関システム。 An internal combustion engine having a combustion chamber, an intake passage and an exhaust passage connected to the combustion chamber, and an exhaust circulation passage connected to the exhaust passage and the intake passage;
A fuel supply device for supplying reforming fuel into the exhaust circulation passage;
A reformer having a reforming catalyst that is disposed in the exhaust circulation channel and generates a reformed gas containing hydrogen by a reforming reaction using the exhaust gas in the exhaust circulation channel and the reforming fuel; With
Reduction for supplying an oxidizing gas to the carbon component generated by the reforming reaction on the reforming catalyst and supplying a reducing gas to the oxidizing component generated by the oxidation regeneration process on the reforming catalyst An internal combustion engine system that performs a regeneration process.
上記燃料供給装置が供給する改質用燃料と上記部分酸化反応用空気供給装置が供給する空気とを利用して部分酸化反応を起こさせる際に、該改質用燃料の供給を断続的かつ段階的に低減して、上記還元再生処理を行うことを特徴とする請求項1〜11のいずれか1つの項に記載の内燃機関システム。 A partial oxidation reaction air supply device for supplying partial oxidation reaction air into the exhaust circulation channel;
When the partial oxidation reaction is caused to occur using the reforming fuel supplied by the fuel supply device and the air supplied by the partial oxidation reaction air supply device, the supply of the reforming fuel is intermittently and stepwise. The internal combustion engine system according to any one of claims 1 to 11, wherein the reduction regeneration process is performed in a reduced manner.
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